JPH11142902A - 集積された干渉計構造体 - Google Patents

集積された干渉計構造体

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JPH11142902A
JPH11142902A JP10253078A JP25307898A JPH11142902A JP H11142902 A JPH11142902 A JP H11142902A JP 10253078 A JP10253078 A JP 10253078A JP 25307898 A JP25307898 A JP 25307898A JP H11142902 A JPH11142902 A JP H11142902A
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amplifier
output
peripheral
waveguide
signal
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Beatrice Dagens
ベアトリス・ダジヤン
Christopher Janz
クリストフアー・ジヤンズ
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Alcatel CIT SA
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    • H01S5/1003Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周辺増幅器が、非飽和状態で作動できる、集
積された干渉計構造体を提供する。 【解決手段】 少なくとも一つの第一の半導体光増幅器
(OA1)を備えた構造体の第一および第二ブランチ
が、入力側の周辺半導体光増幅器(OA4、OA5)およ
び/または出力側の周辺半導体光増幅器(OA3)に接
続される。この構造体は、ブランチの一方の少なくとも
一つの増幅器(OA1)の出力と出力側の周辺増幅器
(OA3)の入力との間に減衰区間(10)を有し、お
よび/または少なくとも一つの周辺増幅器(OA3、O
4、OA5)のウェーブガイドの長さが300μmより
短いことを特徴とする。通信の分野、とりわけ信号の経
路指定に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送または光学
デジタルデータ処理に使用される光学電子システムに関
するものである。
【0002】本発明は詳細には、電気通信の分野で利用
される波長変換器および挿入−抽出(add/dro
p)マルチプレクサを実現することができる干渉計構造
体に関する。とりわけ、波長変換器は、伝送された光信
号を、その性能は保ったままで、ある波長から別の波長
へ変換するのに役立つ。
【0003】
【従来の技術】このような波長の変換は、とりわけ、競
合の問題を解決するために信号の経路指定の際に使用さ
れる。
【0004】これらの装置においては、情報は、光搬送
波を変調させるパルスによって二進データの形態で表わ
される。したがって、二進値は、変調された光波の振幅
(またはパワー)のレベルに応じて決定される。
【0005】伝送中、この信号は劣化する恐れがあり、
その結果、受信器で、受信した信号の高レベルと低レベ
ルとの検出がより難しくなってしまう。
【0006】振幅の領域においては、光信号の品質は、
通常、少なくとも二つのパラメータ、すなわち信号−雑
音比と消光率によって定められる。
【0007】信号−雑音比は、信号の搬送波の波長を含
む波長帯における信号の光パワーと雑音のパワーとの比
として定められる。
【0008】消光率は、信号の高レベルに対するパワー
と低レベルに対応するパワーとの比として定められる。
この率は、入力信号の変化に関係なく十分高いものでな
ければならない。
【0009】図1には、波長変換器の場合における干渉
計構造体が示されている。この構造体は、二本の導波ブ
ランチ1および2で構成される。これらのブランチの少
なくとも一方は、半導体光増幅器OA1を備えている。
しかしながら、一般に、対称形にするために、他方のブ
ランチ2の上に、第二の半導体光増幅器OA2を設置す
ることが望ましい。実際に、第二の半導体光増幅器OA
2が存在することによって、構造体の両方のブランチに
おいてほぼ同じレベルの増幅を保つことができ、その結
果、干渉計のブランチの出力においてほぼ等しいパワー
を得ることができる。
【0010】干渉計構造体が「能動−受動」タイプであ
る場合に、すなわち、その構造体を構成するウェーブガ
イドが、能動ウェーブガイドおよび受動ウェーブガイド
を形成するために二つのタイプの材料で作られる場合に
は、これらの二つの光増幅器OA1およびOA2は、干渉
計構造体を形成するのに十分である。実際に、この場
合、干渉計構造体の先端に位置するウェーブガイドが受
動ウェーブガイドを形成し、非吸収材料で作られ、それ
ゆえに、干渉計構造体の出力における光信号は、増幅器
OA1およびOA2から出る信号と同じとなる。しかしな
がら、「能動−受動」タイプのこのような集積された構
造体を実現するのは非常に実施が複雑である。なぜな
ら、二つのタイプの材料を堆積させるために、連続的に
エピタキシャル成長を何回も繰り返すことが必要となる
からである。このような構造体を実現するのは、長い時
間がかかり面倒な作業であることから、そのコストは大
幅に増大してしまう。
【0011】したがって、このような集積された干渉計
構造体の製造を簡単にし、コストを削減するために、
「全能動(all active)」といわれる構造
体、すなわち、ウェーブガイドがすべて能動的であり、
唯一つの材料で形成されるような構造体が好ましい。し
かしながら、この場合、増幅器OA1およびOA2から出
た光信号は、使用される材料によって大幅に吸収され、
構造体の出力における光パワーは、検出されるにはあま
りに小さいものとなってしまう。その結果、このような
「全能動」タイプの構造体においては、吸収された光パ
ワーを増幅し、構造体の出力において使用できる信号を
回復することができるように、周辺光増幅器を設置する
ことが必要となる。図1では、これらの周辺増幅器がO
3、OA4、OA5、OA6で表わされている。
【0012】図1に示されている「全能動」タイプの干
渉計構造体の構成要素を以下に詳述する。
【0013】第一のカップラK1は、これらブランチの
各々の先端を、入力側の増幅器OA5と名付けられた周
辺半導体光増幅器に接続することができる。さらに、レ
ーザ源7は、この周辺増幅器OA5に、波長λSの出力搬
送波Mを与えることができる。
【0014】第二のカップラK2は、第一のブランチ1
の他端を他の入力側の周辺半導体光増幅器OA4に接続
することができるように配置される。このカップラK2
は、第一の増幅器OA1中に、入力側の増幅器OA4によ
ってすでに増幅された波長λeの入力信号Eを挿入する
ことができる。第一の増幅器OA1は飽和し、干渉計の
状態が変化する。その結果、出力搬送波の位相変調が引
き起こされる。
【0015】カップラK2と第二の増幅器OA2と出力側
と呼ばれる他の周辺半導体光増幅器OA3とに接続され
た第三のカップラK3は、それぞれ第一および第二の増
幅器OA1およびOA2によって供給された補助波AM1
およびAM2の結合の結果生じる出力信号Sを供給でき
るように配置される。光波AM1およびAM2は、カップ
ラK1から出た光波M1およびM2に対応し、それぞれ増
幅器OA1およびOA2によって増幅される。次に、波長
λsの出力信号Sが、出力側の周辺増幅器OA3によっ
て増幅される。
【0016】さらに、構造体の対称性を遵守し、万一の
故障の場合に、増幅器のいずれか一方OA3またはOA4
を交換できるようにするために、他の周辺増幅器OA6
が備えられる。
【0017】電流I1およびI2はそれぞれ、電極E1
およびE2を通して増幅器OA1およびOA2中に投入さ
れる。出力信号Sは、干渉計の二つのブランチの位相の
違いに応じて、光波AM1およびAM2の強め合う干渉ま
たは弱め合う干渉の結果生じる。
【0018】効果的な波長の変換を行うために、このよ
うな干渉計構造体のブランチ1および2中に位置する増
幅器OA1およびOA2の飽和パワーのしきい値は、比較
的低く設定される。したがって、光波AM1およびAM2
の干渉が強め合う干渉である場合には、すなわち、光波
AM1およびAM2が同位相にある場合には、二つの増幅
器OA1およびOA2の光パワーが加えられ、その結果、
出力側の増幅器OA3の光パワーは非常に大きくなる。
【0019】この場合、出力側の増幅器OA3は強く飽
和し、その消光率は非常に低下する。実際に、高レベル
の利得は低レベルの利得より小さくなるので、出力信号
Sは、高レベルの圧縮を受け、その結果ひずみが生じ
る。このひずみはまた、入力信号Eまたは出力搬送波M
上に生じることもある。ところで、入力信号Eにひずみ
が生じた場合、あるいは出力搬送波Mにひずみが生じた
場合には、出力信号Sもまた劣化し、干渉計構造体の消
光率は小さくなる。
【0020】したがって、周辺増幅器は、非飽和状態で
作動できることが望ましいと思われる。
【0021】一般に、増幅器の入力飽和パワーは、増幅
器の利得が半分になるような入力の光パワーによって定
められる。
【0022】上述の不都合は、「全能動」型のあらゆる
干渉計構造体中で発生する恐れがある。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の構造
体に対して、周辺増幅器の入力のパワーが、これらの増
幅器の飽和パワーに到達するのを難しくする構造体を提
案することによって、これらの不都合を解消することに
ある。
【0024】
【課題を解決するための手段】そのためには、前記増幅
器の入力の飽和パワーを増大させようとするか、もしく
は、これら増幅器の入力パワーが小さくなるようにする
ことによって達成できる。本発明は、より厳密には、出
力光信号を供給するための集積された干渉計構造体であ
って、この構造体においては、少なくとも第一の半導体
光増幅器を備えた第一および第二のブランチが、入力側
の周辺半導体光増幅器および/または出力側の周辺半導
体光増幅器に接続され、さらに、前記構造体が、ブラン
チの一方の少なくとも一つの半導体光増幅器の出力と出
力側の周辺増幅器の入力との間に減衰区間を有し、かつ
/または少なくとも一つの周辺増幅器のウェーブガイド
の長さが300μm未満であることを特徴とする構造体
を対象としている。
【0025】本発明の他の特性によれば、減衰区間は、
光損失の少なくとも50%をもたらす。
【0026】本発明の他の特性および利点は、添付の図
面を参照しながら、波長変換器の特定の場合について限
定的でなく例示的なものとして行う以下の説明によっ
て、明らかになるだろう。
【0027】
【発明の実施の形態】以下の説明において、同一の構成
要素には同じ参照符号を使用する。
【0028】効果的な波長の変換を行うことができるよ
うに、マッハツェンダー(Mach−Zehnder)
タイプまたは等価の干渉計のブランチに位置する半導体
光増幅器OA1およびOA2は、比較的低い飽和しきい値
を示さなければならない。
【0029】反対に、消光率が、干渉計の出力において
最適化され、入力信号Eおよび出力搬送波Mにひずみが
生じるのを防ぐために、周辺増幅器OA3、OA4、OA
5が、できるだけ飽和していない状態で作動することが
必要となる。そのためには、構造体は、入力パワーが入
力飽和しきい値に到達するのをより難しくするようなも
のでなければならない。
【0030】このような構造体を得るために、この増幅
器中に投入された光パワーを減少させる、あるいはその
飽和しきい値を増大させることができる。
【0031】干渉計の出力における消光率の低下を防ぐ
ためには、少なくとも一つの周辺増幅器の作動条件を変
更する。これらの作動条件は、特に増幅器の入力におけ
る光パワー、あるいはその入力飽和パワーである。優先
的に変更されるのが出力側の増幅器の作動条件であるこ
とが好ましい。次に、出力搬送波Mおよび入力信号Eの
あらゆるひずみを防ぐために、他の周辺増幅器OA4
らにOA5の作動条件を変更することができる。
【0032】本発明による波長変換器の第一の実施形態
は、出力側の周辺増幅器OA3中に投入される光パワー
を減少できるようにすることからなる。この第一の実施
形態は、マッハツェンダータイプの干渉計構造体を有す
る波長変換器を示す図2に表わされている。
【0033】有利なことに、この変換器は、第一のブラ
ンチ1の光増幅器OA1の出力と、出力側の周辺増幅器
OA3の入力との間に位置し、図2において線影で表わ
された減衰区間10を有する。
【0034】一般に、出力側の増幅器OA3の入力の位
置は、電極E3の境界ではなく、カップラK3の真後ろに
位置するように規定される。
【0035】減衰区間10は、ウェーブガイドの対応ア
ーム11中に光損失を導入することによって得られる。
【0036】そのためには、ウェーブガイドのアーム1
1は、たとえば、光の一部を屈折させるように妨害する
ことができる。
【0037】この場合、ウェーブガイドはたとえば、互
いに向き合った、先細の二つの区間を有し、その結果、
光パワーの一部を屈折させ、他の部分を再び投入するこ
とができる。このケースは、実施するのに最も簡単な例
である。なぜなら、ウェーブガイドのエッチングを実現
するために使用されるマスクの形状のみが変えられるか
らである。
【0038】これらの損失を導入するための他の方法
は、たとえば、より急な勾配に沿って、増幅器OA1
先端に対してウェーブガイドのアーム11を曲げること
からなる。
【0039】また、たとえば干渉計構造体にうまく適合
しないカップラを使用することによって、カップラK3
のレベルにおいてだけ損失を挿入することもできる。
【0040】もちろん、これらの方法はあくまで例にす
ぎない。実際には、変換器の区間10中に光損失を導入
することができる従来のあらゆる方法を使用することが
できる。
【0041】変形実施形態においては、減衰区間はさら
に、ウェーブガイドのアーム11および12に沿って、
二つの増幅器OA1およびOA2の出力と、出力側の増幅
器OA3の入力との間に形成することもできる。
【0042】図3Aから図3Cの曲線から、増幅器OA
1およびOA2と増幅器OA3との間に減衰区間を有する
波長変換器によって得られた結果を比較することができ
る。それぞれ以下の結果をもたらす。
【0043】−光損失なし(増幅器OA3における合計
光パワーPt=200%=増幅器OA1およびOA2の出
力パワーの和;さらに、各アーム11および12の光透
過率t=100%) −光損失80%(合計光パワーPt=120%、さらに
各アーム11および12の透過率t=60%) −光損失120%(合計光パワーPt=80%、さらに
各アーム11および12の透過率t=40%)。
【0044】達成すべき目的は、消光率TEも信号−雑
音比S/Bも低下させることなく、変換器の一定の出力
パワーレベルPsを得ることにある。
【0045】これらの曲線は、同じ出力パワーPsで
は、透過率の減少、すなわち、アーム11および12に
おける減衰係数の増大とともに、消光率TEが増大する
ことを示している。信号−雑音比S/Bについては、ほ
ぼ同じままである。
【0046】したがって、変換器の出力において最良の
消光率を保ち、信号のひずみを防ぐためには、増幅器O
1および/またはOA2の出力における光パワーを強く
減衰することが望ましい。したがって、減衰区間の構造
体は、少なくとも50%の光損失をもたらすことが可能
なものとなる。
【0047】できれば、増幅器OA1およびOA2のそれ
ぞれ出力と、出力側の増幅器OA3の入力との間に位置
するアーム11および12における減衰区間10は、カ
ップラK3中の全光パワー、すなわち出力側の増幅器O
3中に投入されるパワーを半減させることができるよ
うに、各アーム11および12中に少なくとも50%の
光損失をもたらすことが望ましい。
【0048】本発明による波長変換器の第二の実施形態
は、少なくとも一つの周辺増幅器の飽和しきい値を増大
させることからなる。そのためには、この周辺増幅器の
能動ウェーブガイドの構造体が変更される。
【0049】出力信号Sのすぐれた消光率を保ち、その
結果この信号のあらゆるひずみを防ぐことができるよう
に、優先的に変更されるのは出力側の増幅器OA3のウ
ェーブガイド構造体であることが好ましい。次に、入力
信号Eおよび出力搬送波Mのあらゆるひずみを防ぐこと
ができるように、他の入力側の周辺増幅器OA4さらに
OA5の構造体を変更することができる。
【0050】図4に第二の実施形態が示されている。こ
の図4は、出力側の周辺増幅器OA3および入力側の周
辺増幅器OA4、OA5の能動ウェーブガイドの長さが定
められた限界値より小さいマッハツェンダータイプの干
渉計構造体を有する波長変換器を表わしている。
【0051】半導体光増幅器の入力飽和パワーは、この
増幅器の能動ウェーブガイドの長さとは逆に変化する。
したがって、周辺増幅器の飽和パワー、特に出力側の増
幅器OA3の飽和パワーを増大させるために、それら能
動ウェーブガイドの長さが制限される。
【0052】消光率の低下は、主に、カップラK3の下
流の出力側の増幅器OA3で生じるが、またカップラK2
およびK1の上流の入力側の増幅器OA4およびOA5
出力においても生じる。こうした消光率の低下は、これ
ら増幅器の能動ウェーブガイドの長さとともに増大す
る。なぜなら、関連する飽和パワーが減少するからであ
る。
【0053】一般に、周辺増幅器の能動ウェーブガイド
の長さは、変換器の先端に位置する、すなわち、カップ
ラK3またはK1と干渉計構造体の出力または入力との間
に位置するウェーブガイドの部分L2の長さとして定め
られる。
【0054】接合部Yの上流に、すなわち、カップラK
3の上流に位置する出力側の増幅器OA3の能動ウェーブ
ガイドの第一の部分の長さL1は、より重要ではない。
実際に、ウェーブガイドのこの部分においては、変換さ
れた信号AM1は、干渉計の第二の増幅器OA2によって
印加された信号AM2とはまだ干渉し合わず、位相にお
いてさらに変調される。したがって、ウェーブガイドの
この部分においては、出力側の増幅器OA3の飽和は、
信号の消光率を変えることはない。その結果、カップラ
3に先行するウェーブガイドの部分の長さL1は制限さ
れない。
【0055】反対に、実際に計算に入れるべき長さ、す
なわち、カップラK3の下流に位置する能動ウェーブガ
イドの第二の部分の長さL2が、定められた限界値より
大きい場合には、出力側の増幅器OA3の飽和パワー
は、干渉計が、適切な出力パワーPsにおいて作動で
き、また低下していない信号−雑音比S/Bおよび消光
率TEとともに作動することができるにはあまりに小さ
いものとなってしまう。周辺増幅器のウェーブガイドの
長さL2のこの限界値は300μmとなる。
【0056】図5Aから図5Cの曲線によって、周辺増
幅器、たとえば帯状能動層の長さL2がそれぞれ、30
0μmに等しいまたそれより小さくなる出力側の増幅器
OA3によって得られる結果を比較することができる。
【0057】しかしながら、どちらの場合にも、比較さ
れた増幅器の全体の長さLは同じままである。実際に、
どちらの場合にも、カップラK3の下流に位置するウェ
ーブガイドの部分の長さL2と、このカップラの上流に
位置するウェーブガイドの部分の長さL1との和は同じ
であり、図5Aから図5Cに示されている例において
は、600μmである。
【0058】これらの曲線は、同じ出力パワーPsで、
かつ等価な信号−雑音比S/Bでは、ウェーブガイドの
長さが300μmより小さい場合、消光率の低下がはる
かに小さくなることを示している。
【0059】このように、−5dBmを超える出力パワ
ーでは、増幅器の長さが300μmである場合、消光率
TEの低下は、1さらには2dBより大きくなる。それ
に対して、増幅器の長さが150μmである場合には、
この低下は厳密に1dBより小さいままとなる。
【0060】その結果、少なくとも一つの周辺増幅器の
能動ウェーブガイドの長さは、この増幅器の飽和しきい
値を増大させ、適切な出力パワーPsを保ちながらも最
良の消光率を維持することができるように、300μm
より小さいことが好ましい。
【0061】しかしながら、能動ウェーブガイドの長さ
は、高次光学モードの濾過と、干渉計の高品質な作動を
可能にするのに十分長いものであると同時に、信号の飽
和作用を防ぐのに十分短いものでなければならない。し
たがって、この長さはできれば、100から300μm
の間であることが好ましい。
【0062】以上に説明した実施形態は、光学的構成部
品の製造中に新たな技術段階を追加する必要がないこと
から、非常に実施が簡単である。最も簡単な実施形態で
は、能動ウェーブガイドのエッチングを実現するために
使用されるマスクの形状だけが変えられる。
【0063】図6は、本発明が適用される先の例と等価
のミシェルソン(Michelson)タイプの他の構
造体を示している。この変形形態によれば、二つの増幅
器OA1およびOA2は、それらの唯一つの先端によって
接続され、向かい合う面には反射被覆R1およびR2が
備えられている。変調する入力信号Eは、面R1を介し
て第一の増幅器OA1中に投入され、出力搬送波Mは、
ブランチ1および2の各々の先端を周辺半導体光増幅器
OA5に接続することができるカップラK1を介して、面
R1およびR2に向き合う面によって二つの増幅器OA
1およびOA2中に投入される。次に、第一および第二の
増幅器OA1およびOA2によって供給される補助波の結
合の結果生じる波長λsの出力信号Sが、周辺増幅器O
5によって増幅される。
【0064】図7は、本発明が適用される干渉計構造体
の他のタイプを示している。このタイプの構造体は、挿
入−抽出の干渉計マルチプレクサに関するものである。
図7に示された構造体は、「全能動」装置に対応し、そ
の先端に周辺増幅器OA7、OA8、OA9、OA10を備
えている。たとえば4チャンネルABCD用の多重化さ
れた信号が、参照符号OA7の増幅器中に投入される。
この信号は、干渉計のブランチ1および2中で二つに分
割され、増幅器OA9の出力において再結合および回復
される。信号のチャネルのいずれか一つ、たとえばチャ
ネルCは、当該のチャネルCのパルスを移相するために
増幅器OA9によって制御パルスを送ることによって排
除することもできる。このとき増幅器OA9の出力にお
いて回復された信号は、図7における参照記号a)の場
合に対応し、もはや3チャネルABDしか備えないこと
になる。同様に、次に、増幅器OA9によって他のチャ
ネルXを付け加えることができる。図7で参照記号b)
で表わされているこの例の場合には、増幅器OA9の出
力において、4チャネルABXDを備える多重化された
信号が回復される。
【図面の簡単な説明】
【図1】周辺半導体光増幅器型の従来のマッハツェンダ
ータイプの干渉計構造体の概略図である。
【図2】第一の実施形態による波長変換器の概略図であ
る。
【図3A】投入された電流(I)と周辺増幅器における
光透過率とに応じた出力パワー(Ps)の変化曲線を表
わすグラフである。
【図3B】投入された電流(I)と周辺増幅器における
光透過率とに応じた消光率(TE)の変化曲線を表わす
グラフである。
【図3C】投入された電流(I)と周辺増幅器における
光透過率とに応じた信号−雑音比(S/B)の変化曲線
を表わすグラフである。
【図4】他の実施形態による波長変換器の概略図であ
る。
【図5A】投入された電流(I)と周辺増幅器のウェー
ブガイドの長さとに応じた出力パワー(Ps)の変化曲
線を表わすグラフである。
【図5B】投入された電流(I)と周辺増幅器のウェー
ブガイドの長さとに応じた消光率(TE)の変化曲線を
表わすグラフである。
【図5C】投入された電流(I)と周辺増幅器のウェー
ブガイドの長さとに応じた信号−雑音比(S/B)の変
化曲線を表わすグラフである。
【図6】本発明が適用されるミシェルソンタイプの構造
体の概略図である。
【図7】挿入−抽出用干渉計マルチプレクサタイプの構
造体の概略図である。
【符号の説明】
10 減衰区間 11、12 ウェーブガイドのアーム L2 ウェーブガイドの長さ OA1 半導体光増幅器 OA3 出力側の周辺半導体光増幅器 OA4、OA5 入力側の周辺半導体光増幅器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力光信号(S)を供給するための集積
    された干渉計構造体であって、少なくとも第一の半導体
    光増幅器(OA1)を備えた第一および第二のブランチ
    が、入力側の周辺半導体光増幅器(OA4、OA5)およ
    び/または出力側の周辺半導体光増幅器(OA3)に接
    続され、前記集積された干渉計構造体が、ブランチの一
    方の少なくとも一つの増幅器(OA1)の出力と出力側
    の周辺半導体光増幅器(OA3)の入力との間に減衰区
    間(10)を有し、および/または少なくとも一つの周
    辺半導体光増幅器のウェーブガイドの長さ(L2)が3
    00μmより短いことを特徴とする干渉計構造体。
  2. 【請求項2】 前記減衰区間(10)が少なくとも50
    %の光損失をもたらすことを特徴とする請求項1に記載
    の干渉計構造体。
  3. 【請求項3】 前記ウェーブガイドの長さ(L2)が、
    好ましくは100μmから300μmの間であることを
    特徴とする請求項1に記載の干渉計構造体。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれか一項に記載の
    集積された干渉計構造体を有することを特徴とする波長
    変換器。
  5. 【請求項5】 請求項1から3のいずれか一項に記載の
    集積された干渉計構造体を有することを特徴とする挿入
    −抽出マルチプレクサ。
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