JPH11135894A - 半導体光増幅装置 - Google Patents
半導体光増幅装置Info
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- JPH11135894A JPH11135894A JP10245687A JP24568798A JPH11135894A JP H11135894 A JPH11135894 A JP H11135894A JP 10245687 A JP10245687 A JP 10245687A JP 24568798 A JP24568798 A JP 24568798A JP H11135894 A JPH11135894 A JP H11135894A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光信号の伝送用、また「全光学式」切り換え
装置の作製用に適用され、どのような半導体増幅技術ま
たは構造にも適合しつつ利得を悪化させることなく飽和
しきい値をきわめて顕著に高くすることができる半導体
光増幅装置を提供する。 【解決手段】 本装置は、一つの入力ポート（Ｘ）およ
びｑ個の出力ポート（Ｂ１−Ｂ４）を具備する入力カプ
ラ（Ｋｘ）と、ｑ個の入力ポート（Ｃ１−Ｃ４）および
一つの出力ポート（Ｙ）を具備する出力カプラ（Ｋｙ）
とを含み、入力カプラ（Ｋｘ）のｑ個の出力ポート（Ｂ
１−Ｂ４）は、同じ増幅特性のｑ個の半導体光増幅器
（Ａ１−Ａ４）を介して出力カプラ（Ｋｙ）のｑ個の入
力ポート（Ｃ１−Ｃ４）に接続される。
装置の作製用に適用され、どのような半導体増幅技術ま
たは構造にも適合しつつ利得を悪化させることなく飽和
しきい値をきわめて顕著に高くすることができる半導体
光増幅装置を提供する。 【解決手段】 本装置は、一つの入力ポート（Ｘ）およ
びｑ個の出力ポート（Ｂ１−Ｂ４）を具備する入力カプ
ラ（Ｋｘ）と、ｑ個の入力ポート（Ｃ１−Ｃ４）および
一つの出力ポート（Ｙ）を具備する出力カプラ（Ｋｙ）
とを含み、入力カプラ（Ｋｘ）のｑ個の出力ポート（Ｂ
１−Ｂ４）は、同じ増幅特性のｑ個の半導体光増幅器
（Ａ１−Ａ４）を介して出力カプラ（Ｋｙ）のｑ個の入
力ポート（Ｃ１−Ｃ４）に接続される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光増幅器の分野に位
置し、より詳細には半導体光増幅器に関する。
置し、より詳細には半導体光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光増幅器は、光信号の伝送用として、ま
た「全光学式」切換装置の作製用として広く使われてい
る。
た「全光学式」切換装置の作製用として広く使われてい
る。
【０００３】光増幅器の基本的な特性は、入力部で受信
する光パワーに対する出力部に供給する光学的パワーの
比として規定される利得である。光パワーが低い場合、
利得は一定であり増幅器は線形状態で作動する。一方、
印加されるパワーのあるレベルからは、パワーが増加す
るに従い利得の値は減少する。このように、増幅器の別
の特性は、増幅器が飽和していない時（非飽和利得）
の、増幅器の利得の半分に等しい値の利得を有する出力
パワーとして規定される出力しきい値のパワーである。
する光パワーに対する出力部に供給する光学的パワーの
比として規定される利得である。光パワーが低い場合、
利得は一定であり増幅器は線形状態で作動する。一方、
印加されるパワーのあるレベルからは、パワーが増加す
るに従い利得の値は減少する。このように、増幅器の別
の特性は、増幅器が飽和していない時（非飽和利得）
の、増幅器の利得の半分に等しい値の利得を有する出力
パワーとして規定される出力しきい値のパワーである。
【０００４】飽和現象は半導体光増幅器の場合、特に顕
著である。また、線形動作および高いパワーが必要なア
プリケーションの場合、増幅器の飽和パワーはできる限
り高いことが望ましい。
著である。また、線形動作および高いパワーが必要なア
プリケーションの場合、増幅器の飽和パワーはできる限
り高いことが望ましい。
【０００５】この問題に対する一つの解決方法は、部品
の寸法設定を最適化することおよび部品を構成する半導
体層の組成を最適化すること、あるいは多重量子井戸な
どの複雑な活性構造を採用することである。例えば活性
層の導波部分を拡大することによりパワー密度を下げ、
これによりしきい値を高くすることができる。しかしな
がらこの解決方法は、通常、増幅器の導波において単モ
ード構造を残しておこうとすることによる制約を受け
る。
の寸法設定を最適化することおよび部品を構成する半導
体層の組成を最適化すること、あるいは多重量子井戸な
どの複雑な活性構造を採用することである。例えば活性
層の導波部分を拡大することによりパワー密度を下げ、
これによりしきい値を高くすることができる。しかしな
がらこの解決方法は、通常、増幅器の導波において単モ
ード構造を残しておこうとすることによる制約を受け
る。
【０００６】別の解決方法は、例えば、１９９５年２月
２２日公開の欧州特許出願ＥＰ−Ａ−６３９８７６号に
記述されているような、安定利得増幅器を使用すること
である。この解決方法により確かに増幅器の線形動作範
囲を拡げることは可能であるが、それは部分的であり有
効利得を犠牲にする。
２２日公開の欧州特許出願ＥＰ−Ａ−６３９８７６号に
記述されているような、安定利得増幅器を使用すること
である。この解決方法により確かに増幅器の線形動作範
囲を拡げることは可能であるが、それは部分的であり有
効利得を犠牲にする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した方法
の制約を解消することを目的とする。この目的のため、
本発明は、どのような半導体増幅技術または構造にも適
合しつつ、利得を悪化させることなく飽和しきい値をき
わめて顕著に高くすることができる解決方法を提供す
る。
の制約を解消することを目的とする。この目的のため、
本発明は、どのような半導体増幅技術または構造にも適
合しつつ、利得を悪化させることなく飽和しきい値をき
わめて顕著に高くすることができる解決方法を提供す
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】より詳細には本発明は、 − 少なくとも一つの第一入力ポートおよび少なくとも
ｑ個の第一出力ポートを具備する入力カプラであって、
前記第一入力ポートに印加される入力光波を、前記ｑ個
の第一出力ポート上に各々焦点が合わせられ前記入力光
波のパワーに比例する光パワーを有するｑ個の二次光波
に変換することができる入力カプラと、 − 少なくともｑ個の第二入力ポートおよび少なくとも
一つの第二出力ポートを具備する出力カプラであって、
前記ｑ個の第二入力ポートに各々印加される前記ｑ個の
二次光波を、前記第二出力ポート上に焦点が合わせられ
前記入力光波と同じモード特性を有する出力光波に変換
することができる出力カプラと を含むこと、および、入力カプラの前記ｑ個の第一出力
ポートが、同じ増幅特性の光増幅器を介して出力カプラ
の前記ｑ個の第二入力ポートに接続されることを特徴と
する半導体光増幅装置を対象とする。
ｑ個の第一出力ポートを具備する入力カプラであって、
前記第一入力ポートに印加される入力光波を、前記ｑ個
の第一出力ポート上に各々焦点が合わせられ前記入力光
波のパワーに比例する光パワーを有するｑ個の二次光波
に変換することができる入力カプラと、 − 少なくともｑ個の第二入力ポートおよび少なくとも
一つの第二出力ポートを具備する出力カプラであって、
前記ｑ個の第二入力ポートに各々印加される前記ｑ個の
二次光波を、前記第二出力ポート上に焦点が合わせられ
前記入力光波と同じモード特性を有する出力光波に変換
することができる出力カプラと を含むこと、および、入力カプラの前記ｑ個の第一出力
ポートが、同じ増幅特性の光増幅器を介して出力カプラ
の前記ｑ個の第二入力ポートに接続されることを特徴と
する半導体光増幅装置を対象とする。
【０００９】こうすることにより、本発明による装置で
は、同じ非飽和利得の従来の増幅器と比べ、原則として
ｑ倍高い飽和パワーに到達することができる。
は、同じ非飽和利得の従来の増幅器と比べ、原則として
ｑ倍高い飽和パワーに到達することができる。
【００１０】装置の小型性を確保する好ましい実施形態
によれば、入力および／または出力カプラは多重モード
ウェーブガイドで構成される。
によれば、入力および／または出力カプラは多重モード
ウェーブガイドで構成される。
【００１１】別の実施態様によれば、本装置は、例えば
リン化インジウムの基板上など、集積部品の形態で製造
される。集積された実施方法は、損失が最小になり、増
幅器のウェーブガイドの光学的特性および電気的特性の
均一性が確保されるという利点を有する。
リン化インジウムの基板上など、集積部品の形態で製造
される。集積された実施方法は、損失が最小になり、増
幅器のウェーブガイドの光学的特性および電気的特性の
均一性が確保されるという利点を有する。
【００１２】さらに多重モードウェーブガイドの小型性
により、「全活性」と呼ばれる単純な集積された実施方
法、すなわち構成部品全体にわたり導波部分の垂直構造
が同一である実施方法が可能になる。その場合、入力お
よび出力カプラは、その透明性を確保するためにバイア
スをかけられ、従って増幅器として動作するが、多重モ
ードウェーブガイドの長さが十分に短いので、出力カプ
ラの出力ポートのレベルにおける飽和現象を制限するこ
とができる。
により、「全活性」と呼ばれる単純な集積された実施方
法、すなわち構成部品全体にわたり導波部分の垂直構造
が同一である実施方法が可能になる。その場合、入力お
よび出力カプラは、その透明性を確保するためにバイア
スをかけられ、従って増幅器として動作するが、多重モ
ードウェーブガイドの長さが十分に短いので、出力カプ
ラの出力ポートのレベルにおける飽和現象を制限するこ
とができる。
【００１３】本発明の別の態様によれば、本装置は、安
定利得増幅器として動作するのに適する。このために、
本装置は、利得安定化光振動を維持することができる空
洞共振器を形成するために、入力カプラの入力ポートお
よび出力カプラの出力ポートに各々結合された二つの波
長選択反射器を含む。
定利得増幅器として動作するのに適する。このために、
本装置は、利得安定化光振動を維持することができる空
洞共振器を形成するために、入力カプラの入力ポートお
よび出力カプラの出力ポートに各々結合された二つの波
長選択反射器を含む。
【００１４】本発明の他の態様および利点は、図面を参
照して行う以下の説明において明らかになろう。
照して行う以下の説明において明らかになろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、半導体光増幅器の既知の
構造の例の導波活性層のレベルにおける縦断面を示す図
である。この構造は本発明の実施に使用することができ
る。増幅器はＩＩＩ−Ｖ族元素の基板上に作製すること
ができる。非限定的実施形態として、リン化インジウム
ＩｎＰを材料とする基板および埋込導波構造を選択し
た。
構造の例の導波活性層のレベルにおける縦断面を示す図
である。この構造は本発明の実施に使用することができ
る。増幅器はＩＩＩ−Ｖ族元素の基板上に作製すること
ができる。非限定的実施形態として、リン化インジウム
ＩｎＰを材料とする基板および埋込導波構造を選択し
た。
【００１６】３．１７に等しい屈折率を有するＩｎＰ基
板１はｎ型ドープされ、この基板上に、 − ３．３２に等しい屈折率および１．１８μｍに等し
い固有波長（「ギャップ」の波長）を有するように組成
が選択された、非ドープＩｎＧａＡｓＰ四元系下部封じ
込め層２と、 − ３．５１に等しい屈折率および１．５５μｍに等し
い固有波長を有するように組成が選択された、非ドープ
四元系活性層３と、 − ３．３２に等しい屈折率および１．１８μｍに等し
い固有波長を有するように組成が選択された、非ドープ
ＩｎＧａＡｓＰ四元系上部封じ込め層４と、 − ｐ型ドープリン化インジウム層５と、 − 高濃度ｐ型ドープＩｎＧａＡｓ三元系接触層６と を連続して形成した。
板１はｎ型ドープされ、この基板上に、 − ３．３２に等しい屈折率および１．１８μｍに等し
い固有波長（「ギャップ」の波長）を有するように組成
が選択された、非ドープＩｎＧａＡｓＰ四元系下部封じ
込め層２と、 − ３．５１に等しい屈折率および１．５５μｍに等し
い固有波長を有するように組成が選択された、非ドープ
四元系活性層３と、 − ３．３２に等しい屈折率および１．１８μｍに等し
い固有波長を有するように組成が選択された、非ドープ
ＩｎＧａＡｓＰ四元系上部封じ込め層４と、 − ｐ型ドープリン化インジウム層５と、 − 高濃度ｐ型ドープＩｎＧａＡｓ三元系接触層６と を連続して形成した。
【００１７】埋込活性ウェーブガイドは、例えば１．２
μｍの幅を有するので、光通信における通常の波長に関
して単モード動作を確保することができる。
μｍの幅を有するので、光通信における通常の波長に関
して単モード動作を確保することができる。
【００１８】上側電極ＥＰおよび下側電極ＥＮにより、
ポンピング電流Ｉを構造内に垂直に注入することができ
る。
ポンピング電流Ｉを構造内に垂直に注入することができ
る。
【００１９】増幅器は、パワー変調された入力波Ｅｘを
その面のうちの一つで受信するようになっており、反対
側の面から増幅出力波Ｅｙを供給する。通常、入力面お
よび出力面は、複数の増幅器を含む半導体チップの劈開
により作製され、次に反射防止処理が施される。
その面のうちの一つで受信するようになっており、反対
側の面から増幅出力波Ｅｙを供給する。通常、入力面お
よび出力面は、複数の増幅器を含む半導体チップの劈開
により作製され、次に反射防止処理が施される。
【００２０】図２に半導体光増幅器の利得の特性の概略
を示す。入力波Ｅｘおよび出力波Ｅｙの光パワーをそれ
ぞれＰｘおよびＰｙと呼ぶ時、利得Ｇ＝Ｐｙ／Ｐｘは、
出力側の光パワーＰｙに応じて、図示する曲線のように
変化する。Ｐｙの値が小さい場合、利得Ｇは「非飽和利
得」と呼ばれるほぼ一定の値Ｇ０を有する。入力パワー
Ｐｘを増加させると、出力パワーＰｙは増加するが、あ
る値以上になると飽和現象が現われ、利得は一様に減少
する。実際には、利得が非飽和利得Ｇ０の半分に等しい
飽和出力パワーＰｙｓを規定する。従って、増幅器の線
形動作を得るためには、出力パワーＰｙが常にこの飽和
パワーＰｙｓよりも低い状態にあることが望ましい。
を示す。入力波Ｅｘおよび出力波Ｅｙの光パワーをそれ
ぞれＰｘおよびＰｙと呼ぶ時、利得Ｇ＝Ｐｙ／Ｐｘは、
出力側の光パワーＰｙに応じて、図示する曲線のように
変化する。Ｐｙの値が小さい場合、利得Ｇは「非飽和利
得」と呼ばれるほぼ一定の値Ｇ０を有する。入力パワー
Ｐｘを増加させると、出力パワーＰｙは増加するが、あ
る値以上になると飽和現象が現われ、利得は一様に減少
する。実際には、利得が非飽和利得Ｇ０の半分に等しい
飽和出力パワーＰｙｓを規定する。従って、増幅器の線
形動作を得るためには、出力パワーＰｙが常にこの飽和
パワーＰｙｓよりも低い状態にあることが望ましい。
【００２１】図３に、本発明による装置の第一実施形態
を示す。装置は、一つの入力ポートＸおよび複数の出力
ポートＢ１−Ｂ４を具備する入力カプラＫｘを含む。図
示例によれば四つの出力ポートがあるが、通常の場合、
任意の数ｑのポートをもつことができる。装置はまた、
ｑ個の入力ポートＣ１−Ｃ４および一つの出力ポートＹ
を具備する出力カプラＫｙを含む。出力ポートＢ１−Ｂ
４は、同じ増幅特性のｑ個の半導体光増幅器Ａ１−Ａ４
を介して入力ポートＣ１−Ｃ４に接続される。
を示す。装置は、一つの入力ポートＸおよび複数の出力
ポートＢ１−Ｂ４を具備する入力カプラＫｘを含む。図
示例によれば四つの出力ポートがあるが、通常の場合、
任意の数ｑのポートをもつことができる。装置はまた、
ｑ個の入力ポートＣ１−Ｃ４および一つの出力ポートＹ
を具備する出力カプラＫｙを含む。出力ポートＢ１−Ｂ
４は、同じ増幅特性のｑ個の半導体光増幅器Ａ１−Ａ４
を介して入力ポートＣ１−Ｃ４に接続される。
【００２２】入力ポートＸに印加される入力光波Ｅｘ
を、ｑ個の出力ポートＢ１−Ｂ４上に各々焦点が合わせ
られたｑ個の二次光波に変換するために入力カプラＫｘ
が設けられている。各二次光波は入力光波Ｅｘのパワー
Ｐｘに比例する光パワーを有する。最初の概算では、損
失を無視した場合、このパワーはＰｘ／ｑである。
を、ｑ個の出力ポートＢ１−Ｂ４上に各々焦点が合わせ
られたｑ個の二次光波に変換するために入力カプラＫｘ
が設けられている。各二次光波は入力光波Ｅｘのパワー
Ｐｘに比例する光パワーを有する。最初の概算では、損
失を無視した場合、このパワーはＰｘ／ｑである。
【００２３】逆変換を行うために出力カプラＫｙが設け
られている。
られている。
【００２４】可能な実施方法は、図３に概略を示すよう
に、例えば、縦続に配置したカプラ「Ｙ］を基にした同
一構造の「１対ｑ」および「ｑ対１」カプラを使用する
ことから成る。
に、例えば、縦続に配置したカプラ「Ｙ］を基にした同
一構造の「１対ｑ」および「ｑ対１」カプラを使用する
ことから成る。
【００２５】従って、結合損を無視すると、利得Ｇの各
増幅器Ａ１−Ａ４は二次光波からパワーＰｘ／ｑを受け
取り、出力カプラＫｙのｑ個の入力ポートＣ１−Ｃ４の
うちの一つにパワー（Ｇ・Ｐｘ／ｑ）を供給する。出力
カプラはその出力ポートＹに、パワー（Ｇ・Ｐｘ）を送
出する。
増幅器Ａ１−Ａ４は二次光波からパワーＰｘ／ｑを受け
取り、出力カプラＫｙのｑ個の入力ポートＣ１−Ｃ４の
うちの一つにパワー（Ｇ・Ｐｘ／ｑ）を供給する。出力
カプラはその出力ポートＹに、パワー（Ｇ・Ｐｘ）を送
出する。
【００２６】飽和の問題に関し本装置が有利であること
を示すために、図２を用いて、本装置の動作を、基準と
なる従来型の半導体増幅器の動作と比較することにす
る。本発明による装置および基準の増幅器が同じ技術お
よび同じ導波構造を使用し、同じ非飽和利得Ｇ０を有す
るよう寸法設定されていると仮定する。従ってこれによ
り、各増幅器Ａ１−Ａ４は基準の増幅器と同一であると
仮定することになる。
を示すために、図２を用いて、本装置の動作を、基準と
なる従来型の半導体増幅器の動作と比較することにす
る。本発明による装置および基準の増幅器が同じ技術お
よび同じ導波構造を使用し、同じ非飽和利得Ｇ０を有す
るよう寸法設定されていると仮定する。従ってこれによ
り、各増幅器Ａ１−Ａ４は基準の増幅器と同一であると
仮定することになる。
【００２７】基準の増幅器（図２）の飽和出力しきい値
Ｐｙｓより低い出力パワーＰｙ１に相当する入力パワー
Ｐｘ１を二つの場合において印加すると、本発明の場合
には、各増幅器の入力パワーはＰｘ１／ｑになり、従っ
てその出力パワーは基準の増幅器のパワーのｑ分の１で
ある。その結果、本発明により、基準の増幅器の場合よ
りもｑ倍高いパワーに対して線形状態にとどまっている
ことが可能である。
Ｐｙｓより低い出力パワーＰｙ１に相当する入力パワー
Ｐｘ１を二つの場合において印加すると、本発明の場合
には、各増幅器の入力パワーはＰｘ１／ｑになり、従っ
てその出力パワーは基準の増幅器のパワーのｑ分の１で
ある。その結果、本発明により、基準の増幅器の場合よ
りもｑ倍高いパワーに対して線形状態にとどまっている
ことが可能である。
【００２８】図３の実施形態では、入力カプラおよび出
力カプラは、幾つかの欠点を有するＹカプラを使用す
る。例えばカプラの損失を制限しようとする場合、カプ
ラを構成するウェーブガイドは大きい曲率を有さなけれ
ばならない。その結果、例えば１００μｍ程度の各カプ
ラの最小長さを強制することになる。実際には、このよ
うな長さにより、前出の「全活性」実施が不可能にな
る。
力カプラは、幾つかの欠点を有するＹカプラを使用す
る。例えばカプラの損失を制限しようとする場合、カプ
ラを構成するウェーブガイドは大きい曲率を有さなけれ
ばならない。その結果、例えば１００μｍ程度の各カプ
ラの最小長さを強制することになる。実際には、このよ
うな長さにより、前出の「全活性」実施が不可能にな
る。
【００２９】別の制約は、波が通過する種々の光路間に
おいて不均衡を生じさせないようにするために、カプラ
のウェーブガイドがきわめて正確に図面に従わなければ
ならないことである。
おいて不均衡を生じさせないようにするために、カプラ
のウェーブガイドがきわめて正確に図面に従わなければ
ならないことである。
【００３０】損失を少ないままにしつつカプラの所要空
間の問題を解決するためのより有利な変形形態は、多重
モードウェーブガイドを使用してこれらのカプラを作製
することから成る。この種類のカプラは「多重モード干
渉カプラ」（multimode interference coupler）または
「ビームスプリッタ」と呼ばれる。これについての詳細
な記述は、例えば論文「Novel 1-to-N way integrated
optical beam splitters using symmetric mode mixing
in GaAs/AlGaAs multimode waveguides」、J.M. Heato
n et al, Applied Physics Letters、６１巻、第１５
号、１９９２年１０月１２日、に記載されている。
間の問題を解決するためのより有利な変形形態は、多重
モードウェーブガイドを使用してこれらのカプラを作製
することから成る。この種類のカプラは「多重モード干
渉カプラ」（multimode interference coupler）または
「ビームスプリッタ」と呼ばれる。これについての詳細
な記述は、例えば論文「Novel 1-to-N way integrated
optical beam splitters using symmetric mode mixing
in GaAs/AlGaAs multimode waveguides」、J.M. Heato
n et al, Applied Physics Letters、６１巻、第１５
号、１９９２年１０月１２日、に記載されている。
【００３１】図４は、入力カプラＫｘおよび出力カプラ
Ｋｙとして多重モードカプラを使用する増幅装置の上面
の略図である。
Ｋｙとして多重モードカプラを使用する増幅装置の上面
の略図である。
【００３２】図示するように、多重モードＫｘの入力部
Ｘに印加される入力波Ｅｘは、多重モード波Ｅ２に変換
され、多重モード波は、カプラを適切に寸法設定するこ
とにより、出力ポートのレベルにおいて光パワーの最大
値を有する。これらの最大値は増幅ウェーブガイドＡ１
−Ａ４内で導波および増幅され、次に、出力多重モード
カプラＫｙの入力ポートに各々印加される。すると、増
幅された多重モード波Ｅ３が入力ポートで形成され、次
にこの波は、カプラＫｘ内での入力波Ｅｘの変換とは逆
の変換をうける。すると、カプラＫｙの出力ポートＹは
出力波Ｅｙを送出する。
Ｘに印加される入力波Ｅｘは、多重モード波Ｅ２に変換
され、多重モード波は、カプラを適切に寸法設定するこ
とにより、出力ポートのレベルにおいて光パワーの最大
値を有する。これらの最大値は増幅ウェーブガイドＡ１
−Ａ４内で導波および増幅され、次に、出力多重モード
カプラＫｙの入力ポートに各々印加される。すると、増
幅された多重モード波Ｅ３が入力ポートで形成され、次
にこの波は、カプラＫｘ内での入力波Ｅｘの変換とは逆
の変換をうける。すると、カプラＫｙの出力ポートＹは
出力波Ｅｙを送出する。
【００３３】次に、図示例として、ｑ＝４の場合の図１
による全活性構造をもつ多重モードカプラを使用する特
別な実施形態を示す。
による全活性構造をもつ多重モードカプラを使用する特
別な実施形態を示す。
【００３４】カプラＫｘ、Ｋｙの入力部および出力部に
結合されているウェーブガイドは全て単モードであり、
同一の幅ｗ＝１．２μｍを有する。このような状態で
は、 − 多重モードウェーブガイドの長さ：Ｌ＝５４．７５
μｍ − 多重モードウェーブガイドの幅：Ｖ＝９．６μｍ − 各増幅ウェーブガイドの長さ：Ｄ＝２７０．５μｍ − 増幅ウェーブガイド間の間隔：ｅ＝１．２μｍ − 多重モードウェーブガイドの側縁と両端の増幅ウェ
ーブガイドの外縁との間隔：ｅ’＝０．６μｍ となる。
結合されているウェーブガイドは全て単モードであり、
同一の幅ｗ＝１．２μｍを有する。このような状態で
は、 − 多重モードウェーブガイドの長さ：Ｌ＝５４．７５
μｍ − 多重モードウェーブガイドの幅：Ｖ＝９．６μｍ − 各増幅ウェーブガイドの長さ：Ｄ＝２７０．５μｍ − 増幅ウェーブガイド間の間隔：ｅ＝１．２μｍ − 多重モードウェーブガイドの側縁と両端の増幅ウェ
ーブガイドの外縁との間隔：ｅ’＝０．６μｍ となる。
【００３５】図５は、比較として、前記のように寸法設
定した図４の増幅装置、および、同じ技術で同じ非飽和
利得の従来の増幅器についてシミュレーションにより計
算した利得Ｇ１およびＧ２の曲線を示す図である。利得
Ｇ１およびＧ２はデシベルで表わしてあり、出力パワー
は、ｄＢｍ（ミリワットで表わす光パワーの常用対数の
１０倍）で表わしてある。
定した図４の増幅装置、および、同じ技術で同じ非飽和
利得の従来の増幅器についてシミュレーションにより計
算した利得Ｇ１およびＧ２の曲線を示す図である。利得
Ｇ１およびＧ２はデシベルで表わしてあり、出力パワー
は、ｄＢｍ（ミリワットで表わす光パワーの常用対数の
１０倍）で表わしてある。
【００３６】これらのシミュレーション曲線は、本発明
による装置の飽和パワーＰｓ１と基準の増幅器の飽和パ
ワーＰｓ２との間におよそ６ｄＢの差が歴然とあること
を示している。
による装置の飽和パワーＰｓ１と基準の増幅器の飽和パ
ワーＰｓ２との間におよそ６ｄＢの差が歴然とあること
を示している。
【００３７】半導体増幅器の動作の別の重要な側面はノ
イズである。例えば、低パワー用として半導体増幅器を
使用すると、この増幅器の出力部におけるＳＮ比が悪化
することが知られている。これは、ノイズの大部分が、
入力の光パワーが低下すると増加する増幅自然放出（am
plified spontaneous emission「ＡＳＥ」）から生じる
ことによるものである。
イズである。例えば、低パワー用として半導体増幅器を
使用すると、この増幅器の出力部におけるＳＮ比が悪化
することが知られている。これは、ノイズの大部分が、
入力の光パワーが低下すると増加する増幅自然放出（am
plified spontaneous emission「ＡＳＥ」）から生じる
ことによるものである。
【００３８】本発明による装置の場合、所与の入力パワ
ーＰｘについて、各増幅器Ａ１−Ａ４は、基準の増幅器
のｑ分の１のパワーを受ける。従って各増幅器はＳＮ比
が悪化した出力信号を送出する。しかしながら、出力波
は、増幅器からの波の強め合う干渉から生じるので、出
力信号のパワーは、損失を除けば、各増幅器の出力パワ
ーのｑ倍であることに留意されたい。一方、種々の増幅
器により発生するノイズはコヒーレントではなく、出力
多重モードウェーブガイド内でノイズが結合するため、
結果として、増幅器のノイズのパワーの合計よりも低い
ノイズのパワーが生じる。さらに、各増幅器をその飽和
しきい値の近傍での線形状態で作動させるために十分な
パワーレベルに本装置が使われる場合には、基準の増幅
器と比べ、ＳＮ比の向上を得ることができる。
ーＰｘについて、各増幅器Ａ１−Ａ４は、基準の増幅器
のｑ分の１のパワーを受ける。従って各増幅器はＳＮ比
が悪化した出力信号を送出する。しかしながら、出力波
は、増幅器からの波の強め合う干渉から生じるので、出
力信号のパワーは、損失を除けば、各増幅器の出力パワ
ーのｑ倍であることに留意されたい。一方、種々の増幅
器により発生するノイズはコヒーレントではなく、出力
多重モードウェーブガイド内でノイズが結合するため、
結果として、増幅器のノイズのパワーの合計よりも低い
ノイズのパワーが生じる。さらに、各増幅器をその飽和
しきい値の近傍での線形状態で作動させるために十分な
パワーレベルに本装置が使われる場合には、基準の増幅
器と比べ、ＳＮ比の向上を得ることができる。
【００３９】図６は、本発明による安定利得増幅装置を
示す図である。基本的な増幅構造は前記のものと同じで
あるが、入力ポートＸおよび出力ポートＹに各々結合さ
れた二つの反射器ＲｘおよびＲｙが追加されている。反
射器ＲｘおよびＲｙは、例えば、利得安定化振動に割り
当てられた波長であって増幅すべき波の波長とは異なる
波長を反射するように寸法設定されたブラッグ格子であ
る。また、本来の意味の増幅構造はこのような振動を持
続させるように寸法設定される。
示す図である。基本的な増幅構造は前記のものと同じで
あるが、入力ポートＸおよび出力ポートＹに各々結合さ
れた二つの反射器ＲｘおよびＲｙが追加されている。反
射器ＲｘおよびＲｙは、例えば、利得安定化振動に割り
当てられた波長であって増幅すべき波の波長とは異なる
波長を反射するように寸法設定されたブラッグ格子であ
る。また、本来の意味の増幅構造はこのような振動を持
続させるように寸法設定される。
【００４０】本発明による安定利得増幅装置の動作原理
は、前に引用した欧州特許出願ＥＰ−Ａ−６３９８７６
号において記述されている安定利得増幅器についての場
合と同じである。
は、前に引用した欧州特許出願ＥＰ−Ａ−６３９８７６
号において記述されている安定利得増幅器についての場
合と同じである。
【００４１】記述してきた本発明の実施形態は全て、完
全に対称的な配置を使用しているため、寸法設定および
製造が簡単である。ただし本発明は、例えば増幅器の数
よりも多い出力ポート数を有する入力カプラをもつ非対
称配置を使用することも可能であることに留意すべきで
ある。したがってこの場合、出力カプラは、入力波と同
じモード特性の出力波を再構成するように寸法設定する
ことが望ましい。
全に対称的な配置を使用しているため、寸法設定および
製造が簡単である。ただし本発明は、例えば増幅器の数
よりも多い出力ポート数を有する入力カプラをもつ非対
称配置を使用することも可能であることに留意すべきで
ある。したがってこの場合、出力カプラは、入力波と同
じモード特性の出力波を再構成するように寸法設定する
ことが望ましい。
【図１】半導体光増幅器の垂直構造の例を示す図であ
る。
る。
【図２】半導体光増幅器の利得の特性を示す図である。
【図３】本発明による装置の第一実施形態を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明による装置の第二実施形態を示す図であ
る。
る。
【図５】本発明による装置および通常の半導体増幅器の
利得の曲線を示す図である。
利得の曲線を示す図である。
【図６】本発明による安定利得増幅装置を示す図であ
る。
る。
１ ＩｎＰ基板 ２ 四元系下部封じ込め層 ３ 四元系活性層 ４ 四元系上部封じ込め層 ５ ｐドープリン化インジウム層 ６ 三元系接触層 Ａ１−Ａ４ 半導体光増幅器 Ｂ１−Ｂ４、Ｙ 出力ポート Ｃ１−Ｃ４、Ｘ 入力ポート Ｄ 各増幅ウェーブガイドの長さ Ｅ２ 二次光波 Ｅ３ 増幅された多重モード波 ｅ 増幅ウェーブガイド間の間隔 ｅ’ 多重モードウェーブガイドの側縁と両端の増幅ウ
ェーブガイドの外縁との間隔 ＥＮ 下側電極 Ｅｘ 入力波 ＥＰ 上側電極 Ｅｙ 出力波 Ｇ 利得 Ｇ０ 非飽和利得 Ｇ１ 本発明による増幅装置についてシミュレーション
により計算した利得 Ｇ２ 同じ技術で同じ非飽和利得の従来の増幅器につい
てシミュレーションにより計算した利得 Ｉ ポンピング電流 Ｋｘ 入力カプラ Ｋｙ 出力カプラ Ｌ 多重モードウェーブガイドの長さ Ｐｓ１ 本発明による装置の飽和パワー Ｐｓ２ 基準の増幅器の飽和パワー Ｐｘ 入力波の光パワー Ｐｙ 出力波の光パワー Ｐｙｓ 飽和出力パワー Ｒｘ、Ｒｙ 反射器 Ｖ 多重モードウェーブガイド ｗ ウェーブガイドの幅
ェーブガイドの外縁との間隔 ＥＮ 下側電極 Ｅｘ 入力波 ＥＰ 上側電極 Ｅｙ 出力波 Ｇ 利得 Ｇ０ 非飽和利得 Ｇ１ 本発明による増幅装置についてシミュレーション
により計算した利得 Ｇ２ 同じ技術で同じ非飽和利得の従来の増幅器につい
てシミュレーションにより計算した利得 Ｉ ポンピング電流 Ｋｘ 入力カプラ Ｋｙ 出力カプラ Ｌ 多重モードウェーブガイドの長さ Ｐｓ１ 本発明による装置の飽和パワー Ｐｓ２ 基準の増幅器の飽和パワー Ｐｘ 入力波の光パワー Ｐｙ 出力波の光パワー Ｐｙｓ 飽和出力パワー Ｒｘ、Ｒｙ 反射器 Ｖ 多重モードウェーブガイド ｗ ウェーブガイドの幅
Claims (7)
- 【請求項１】 少なくとも一つの第一入力ポート（Ｘ）
および少なくともｑ個の第一出力ポート（Ｂ１−Ｂ４）
を具備する入力カプラ（Ｋｘ）であって、前記第一入力
ポート（Ｘ）に印加される入力光波（Ｅｘ）を、前記ｑ
個の第一出力ポート（Ｂ１−Ｂ４）上に各々焦点が合わ
せられ前記入力光波（Ｅｘ）のパワーに比例する光パワ
ーを有するｑ個の二次光波（Ｅ２）に変換することがで
きる入力カプラ（Ｋｘ）と、 少なくともｑ個の第二入力ポート（Ｃ１−Ｃ４）および
少なくとも一つの第二出力ポート（Ｙ）を具備する出力
カプラ（Ｋｙ）であって、前記ｑ個の第二入力ポート
（Ｃ１−Ｃ４）に各々印加される前記ｑ個の二次光波
（Ｅ２）を、前記第二出力ポート（Ｙ）上に焦点が合わ
せられ前記入力光波（Ｅｘ）と同じモード特性を有する
出力光波（Ｅｙ）に変換することができる出力カプラ
（Ｋｙ）とを含むこと、および、入力カプラ（Ｋｘ）の
前記ｑ個の第一出力ポート（Ｂ１−Ｂ４）が、同じ増幅
特性のｑ個の光増幅器（Ａ１−Ａ４）を介して出力カプ
ラ（Ｋｙ）の前記ｑ個の第二入力ポート（Ｃ１−Ｃ４）
に接続されることを特徴とする半導体光増幅装置。 - 【請求項２】 前記入力カプラおよび／または出力カプ
ラ（Ｋｘ、Ｋｙ）が多重モードウェーブガイドで構成さ
れることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 集積構成部品の形態で作製されることを
特徴とする請求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 リン化インジウムの基板上に集積される
ことを特徴とする請求項３に記載の装置。 - 【請求項５】 前記入力カプラおよび出力カプラ（Ｋ
ｘ、Ｋｙ）が、光増幅器（Ａ１−Ａ４）の垂直構造と同
一の垂直構造を有することを特徴とする請求項２から４
のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項６】 光増幅器（Ａ１−Ａ４）が同一の構造を
有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項
に記載の装置。 - 【請求項７】 空洞共振器を形成し利得安定化光振動を
維持するために、第一入力ポート（Ｘ）および第二出力
ポート（Ｙ）に各々結合された二つの波長選択反射器
（Ｒｘ、Ｒｙ）を含むことを特徴とする請求項１から６
のいずれか一項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9710843 | 1997-09-01 | ||
| FR9710843A FR2767974B1 (fr) | 1997-09-01 | 1997-09-01 | Dispositif semi-conducteur d'amplification optique |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11135894A true JPH11135894A (ja) | 1999-05-21 |
Family
ID=9510635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10245687A Pending JPH11135894A (ja) | 1997-09-01 | 1998-08-31 | 半導体光増幅装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6128425A (ja) |
| EP (1) | EP0899838A1 (ja) |
| JP (1) | JPH11135894A (ja) |
| CA (1) | CA2243611A1 (ja) |
| FR (1) | FR2767974B1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007103588A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光増幅素子 |
| JP2007103589A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光増幅素子 |
| JP2014158058A (ja) * | 2014-06-04 | 2014-08-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 波長可変レーザ素子の制御方法および波長可変レーザ装置 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6714344B2 (en) | 2001-10-04 | 2004-03-30 | Gazillion Bits, Inc. | Reducing output noise in a ballast-powered semiconductor optical amplifier |
| US6597497B2 (en) | 2001-10-04 | 2003-07-22 | Shih-Yuan Wang | Semiconductor optical amplifier with transverse laser cavity intersecting optical signal path and method of fabrication thereof |
| US6836357B2 (en) | 2001-10-04 | 2004-12-28 | Gazillion Bits, Inc. | Semiconductor optical amplifier using laser cavity energy to amplify signal and method of fabrication thereof |
| KR100617686B1 (ko) * | 2004-02-25 | 2006-08-28 | 삼성전자주식회사 | 이득 고정 반도체 광증폭기 |
| US9003199B2 (en) * | 2004-03-23 | 2015-04-07 | Harris Corporation | Modular cryptographic device providing multi-mode wireless LAN operation features and related methods |
| CN110045561A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-07-23 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种半导体光放大器 |
| CN113394659A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-09-14 | 光子集成科技香港有限公司 | 一种采用阵列半导体光放大器实现的光源及光耦合方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5121450A (en) * | 1989-12-22 | 1992-06-09 | Gte Laboratories Incorporated | Fiber optical Y-junction |
| JPH04102834A (ja) * | 1990-08-22 | 1992-04-03 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光増幅器 |
| US5233453A (en) * | 1992-04-29 | 1993-08-03 | International Business Machines Corporation | Space-division switched waveguide array filter and method using same |
| US5305412A (en) * | 1992-12-14 | 1994-04-19 | Xerox Corporation | Semiconductor diode optical switching arrays utilizing low-loss, passive waveguides |
| FR2709189B1 (fr) * | 1993-08-20 | 1995-09-15 | Alcatel Nv | Amplificateur optique à semiconducteur, présentant une non-linéarité réduite. |
| DE19549395A1 (de) * | 1995-02-07 | 1996-10-31 | Ldt Gmbh & Co | Bilderzeugungssysteme zur Bestimmung von Sehfehlern an Probanden und für deren Therapie |
| US5832155A (en) * | 1995-02-07 | 1998-11-03 | Ldt Gmbh & Co. Laser-Display-Technologie Kg | Combination splitting device composed of strip waveguides and uses thereof |
| US5640474A (en) * | 1995-09-29 | 1997-06-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Easily manufacturable optical self-imaging waveguide |
-
1997
- 1997-09-01 FR FR9710843A patent/FR2767974B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-24 EP EP98402099A patent/EP0899838A1/fr not_active Withdrawn
- 1998-08-31 US US09/143,656 patent/US6128425A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-08-31 JP JP10245687A patent/JPH11135894A/ja active Pending
- 1998-08-31 CA CA002243611A patent/CA2243611A1/fr not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007103588A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光増幅素子 |
| JP2007103589A (ja) * | 2005-10-03 | 2007-04-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光増幅素子 |
| JP2014158058A (ja) * | 2014-06-04 | 2014-08-28 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 波長可変レーザ素子の制御方法および波長可変レーザ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2767974A1 (fr) | 1999-03-05 |
| US6128425A (en) | 2000-10-03 |
| EP0899838A1 (fr) | 1999-03-03 |
| CA2243611A1 (fr) | 1999-03-01 |
| FR2767974B1 (fr) | 1999-10-15 |
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|---|---|---|---|
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