JPH11307874A - Optical isolator, distributed feedback laser and optical integrated element - Google Patents

Optical isolator, distributed feedback laser and optical integrated element

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JPH11307874A
JPH11307874A JP11488998A JP11488998A JPH11307874A JP H11307874 A JPH11307874 A JP H11307874A JP 11488998 A JP11488998 A JP 11488998A JP 11488998 A JP11488998 A JP 11488998A JP H11307874 A JPH11307874 A JP H11307874A
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waveguide
diffraction grating
optical isolator
mode light
radiation mode
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain high directivity, by comprising a waveguide having a second- or higher-order diffraction grating asymmetric in section and reflectivity different at both sides of the waveguide to a radiation mode light emitted from the waveguide. SOLUTION: The optical isolator has second- or higher-order diffraction grating 10, esp., a waveguide structure having a second-order diffraction grating 10 emits a radiation mode light to a substrate perpendicularly to the guiding direction and reverse direction, the second-order diffraction grating 10 has an asymmetric sectional shape in the traveling direction, i.e., a blaze angle land hence the radiation mode at the substrate 1 side becomes strong and weak in either the right or left traveling direction of the light wave, depending on the blaze angle. When the guided light runs from the right to the left, the radiation mode light is mostly radiated to the substrate 1 and absorbed by an absorption layer 30, not returning to the waveguide. When running from the left to the right, the radiation mode light is mostly radiated upwards reverse to the substrate 1 and returnes by a reflection structure 20, and thus a high directivity can be obtd.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光アイソレータ、
分布帰還型レーザ及び光集積素子に関する。さらに具体
的には、本発明は、コンパクトで高い方向性を有し光の
結合も良好な導波路型光アイソレータ、分布帰還型レー
ザ及びそれらをモノリシックに集積した光集積素子に関
する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical isolator,
The present invention relates to a distributed feedback laser and an optical integrated device. More specifically, the present invention relates to a waveguide-type optical isolator, a distributed feedback laser, and a monolithically integrated optical integrated device, which are compact, have high directivity, and have good light coupling.

【0002】[0002]

【従来技術とその問題点】分布帰還型レーザ(DFBレ
ーザ:Distributed FeedBack laser)は、導波路に沿っ
て回折格子を設け、この回折格子からのブラッグ(Brag
g )回折光を光帰還(optical feedback)に利用してレ
ーザ発振を生じさせることを特徴とする。発振縦モード
が、この回折格子の周期により選択されるため、単一縦
モード(single longitudinal mode)発振が可能である
という利点を有する。DFBレーザは、このような利点
を生かして、光ファイバを介した高速光通信や計測用の
光源として利用されている。
2. Description of the Related Art In a distributed feedback laser (DFB laser), a diffraction grating is provided along a waveguide, and a Bragg from the diffraction grating is provided.
g) Laser oscillation is generated by utilizing diffracted light for optical feedback. Since the oscillation longitudinal mode is selected by the period of the diffraction grating, there is an advantage that single longitudinal mode (single longitudinal mode) oscillation is possible. The DFB laser is utilized as a light source for high-speed optical communication and measurement via an optical fiber, taking advantage of such advantages.

【0003】ところが、DFBレーザは戻り光に弱いと
いう欠点がある。すなわち、せっかく発振していた単一
縦モードの発振条件が、外部からの戻り光により乱され
という問題がある。そのため、発振波長が変動したり
(波長チャープ(chirp )という)、最悪の場合は縦モ
ードのジャンプ等の不安定性が生ずる。
[0003] However, the DFB laser has a disadvantage that it is weak to return light. In other words, there is a problem that the oscillation condition of the single longitudinal mode, which has been oscillating, is disturbed by external returning light. Therefore, the oscillation wavelength fluctuates (referred to as a wavelength chirp), and in the worst case, instability such as a jump in a longitudinal mode occurs.

【0004】したがって、DFBレーザには光アイソレ
ータが必要である。一般に用いられている光アイソレー
タは、ファラデー(Faraday )素子を用いるものが多
い。光アイソレータを開示した文献としては、例えば、
伊藤良一、中村道治著、“半導体レーザ”、培風館、I
SBN4−563−03437−1,C3055,P6
386E、p.276−277を挙げることができる。
しかし、このような従来の光アイソレータは、材料的に
DFBレーザとは異なるために、DFBレーザ素子とモ
ノリシックに集積することが困難であった。従って、D
FBレーザとは別の部品として製造され、これらの光軸
が合うように調節して組み立てる必要があった。また、
これらの光アイソレータは、磁界を必要とするためサイ
ズも大きく、価格も高価であり、DFBレーザを搭載し
たモジュールのコストも高いという問題があった。
[0004] Therefore, the DFB laser requires an optical isolator. Many commonly used optical isolators use a Faraday element. Documents that disclose optical isolators include, for example,
Ryoichi Ito and Michiharu Nakamura, "Semiconductor Laser", Baifukan, I
SBN4-563-03437-1, C3055, P6
386E, p. 276-277.
However, such a conventional optical isolator is difficult to monolithically integrate with a DFB laser device because the material is different from a DFB laser. Therefore, D
It was manufactured as a separate part from the FB laser, and it was necessary to adjust and assemble these optical axes so as to be assembled. Also,
These optical isolators have a problem that they require a magnetic field, are large in size, are expensive, and have a high cost of a module equipped with a DFB laser.

【0005】このような問題に対して、半導体基板に集
積できる全く別のタイプの光アイソレータが提案されて
いる。このタイプの光アイソレータを開示した文献とし
ては、例えば、特開平8−179142号公報を挙げる
ことができる。
To solve such a problem, a completely different type of optical isolator that can be integrated on a semiconductor substrate has been proposed. As a document which discloses this type of optical isolator, for example, JP-A-8-179142 can be cited.

【0006】図8は、この光アイソレータの概略構成を
例示した概念斜視図である。同図に表した光アイソレー
タは、半導体基板Sの上において回折格子111を導波
方向に対して斜めに配置し、かつ導波構造の片側の屈折
率n2 を低くして非対称化し、戻り光はn2 側に放射モ
ードとして散逸させるようにしている。しかし、この構
成においては、次のような欠点がある。つまり、導波構
造が左右非対称であるため、出力ビームも左右非対称の
分布を有し、光ファイバとの結合性が劣化する。また、
屈折率の異なるn2 の層を別個に結晶成長しなければな
らず、製造工程が複雑になる。さらに、斜めに形成した
回折格子を利用するとDFBレーザとしての結合が劣化
する。
FIG. 8 is a conceptual perspective view illustrating a schematic configuration of the optical isolator. In the optical isolator shown in the figure, the diffraction grating 111 is arranged obliquely with respect to the waveguide direction on the semiconductor substrate S, and the refractive index n 2 on one side of the waveguide structure is lowered to be asymmetric, and the return light Are dissipated to the n 2 side as a radiation mode. However, this configuration has the following disadvantages. That is, since the waveguide structure is left-right asymmetric, the output beam also has a left-right asymmetric distribution, and the coupling with the optical fiber is deteriorated. Also,
Since n 2 layers having different refractive indices must be separately grown, the manufacturing process becomes complicated. Further, when a diagonally formed diffraction grating is used, the coupling as a DFB laser is deteriorated.

【0007】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものである。すなわち、その目的は、高い方向性
を有し、小型で、光ファイバやDFBレーザとの結合も
良好で、製造も容易な光アイソレータ、分布帰還型レー
ザおよびこれらを集積した光集積素子を提供することに
ある。
The present invention has been made based on the recognition of such a problem. That is, an object of the present invention is to provide an optical isolator, a distributed feedback laser, and an optical integrated device in which these devices have high directivity, are compact, have good coupling with an optical fiber or a DFB laser, are easily manufactured, and are integrated with each other. It is in.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の光ア
イソレータは、断面形状が非対称の2次以上の回折格子
を有する導波路を備え、前記導波路から放出される放射
モード光に対する反射率が前記導波路の両側において異
なるものとして構成されたことを特徴とする。
That is, an optical isolator according to the present invention includes a waveguide having a second-order or higher diffraction grating having an asymmetric cross-sectional shape, and has a reflectance with respect to radiation mode light emitted from the waveguide. It is characterized in that it is configured differently on both sides of the waveguide.

【0009】また、本発明の光アイソレータ及び分布帰
還型レーザは、断面形状が非対称の2次以上の回折格子
を有する導波路と、前記導波路の一方の側に設けられ、
前記導波路から放出される放射モード光を前記導波路に
戻すようにした反射構造と、前記導波路の他方の側に設
けられ、前記導波路から放出される放射モード光を前記
導波路に戻さないようにした非反射構造と、を備えたこ
とを特徴とする。ここで、分布帰還型レーザは、さらに
活性層を備える。
The optical isolator and the distributed feedback laser of the present invention are provided on one side of a waveguide having a second or higher order diffraction grating having an asymmetric cross-sectional shape.
A reflection structure for returning radiation mode light emitted from the waveguide to the waveguide, and a reflection structure provided on the other side of the waveguide to return radiation mode light emitted from the waveguide to the waveguide. And a non-reflection structure that is not provided. Here, the distributed feedback laser further includes an active layer.

【0010】ここで、前記反射構造は、前記導波路から
しみ出して伝搬する導波モード光に影響を与えないよう
に前記導波路から離れて設けられ、前記非反射構造は、
前記導波路からしみ出して伝搬する導波モード光に影響
を与えないように前記導波路から離れて設けられたこと
を特徴とする。
[0010] Here, the reflection structure is provided apart from the waveguide so as not to affect the waveguide mode light that seeps out of the waveguide and propagates.
It is characterized in that the waveguide mode light is provided apart from the waveguide so as not to affect the guided mode light that leaks out from the waveguide and propagates.

【0011】また、前記非反射構造は、前記導波路を構
成する半導体材料よりも小さいバンドギャップを有する
半導体材料により構成されたことを特徴とする。
Further, the non-reflection structure is made of a semiconductor material having a band gap smaller than that of the semiconductor material forming the waveguide.

【0012】または、前記非反射構造は、前記放射モー
ド光に対する無反射コートであることを特徴とする。
Alternatively, the non-reflection structure is a non-reflection coat for the radiation mode light.

【0013】また、前記反射構造は、前記放射モード光
に対するブラッグ多層反射膜であることを特徴とする。
Further, the reflection structure is a Bragg multilayer reflection film for the radiation mode light.

【0014】また、前記回折格子は、複数の異なる周期
を有することを特徴とする。
Further, the diffraction grating has a plurality of different periods.

【0015】また、前記導波路の実効屈折率が一定でな
いものとして構成されていることを特徴とする。
Further, the waveguide is characterized in that the effective refractive index is not constant.

【0016】また、前記回折格子は、少なくとも1つ以
上の位相シフトを有することを特徴とする。
Further, the diffraction grating has at least one phase shift.

【0017】一方、本発明の光集積素子は、前述したい
ずれかの光アイソレータと、前述したいずれかの分布帰
還型レーザとがモノリシックに集積されてなることを特
徴とする。
On the other hand, an optical integrated device according to the present invention is characterized in that any one of the above-mentioned optical isolators and any one of the above-mentioned distributed feedback lasers are monolithically integrated.

【0018】また、外部変調器がさらに集積されてなる
ことを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that an external modulator is further integrated.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明は、非対称の断面形状を有
する2次以上の回折格子と、その片側に配置した反射構
造とにより、高い方向性を有する光アイソレータを提供
するものである。すなわち、一般に、2次以上の回折格
子を有する導波構造においては、導波光は放射モードと
して散逸する。しかし、それを反射して導波路に戻すと
散逸による損失が減る。ブレーズ回折格子、すなわち、
非対称の断面形状を有する回折格子を用いた場合には、
導波光の進行方向にいずれかについて、放射モードが極
端に強くなる。従って、この方向に反射構造を設けると
損失は減る。この反対側においては、反射構造を設けず
に放射モードを散逸させても、もともと放射モードが少
ないので損失は少ない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention provides an optical isolator having high directivity by using a diffraction grating of second order or higher having an asymmetric cross-sectional shape and a reflection structure disposed on one side thereof. That is, in a waveguide structure having a second-order or higher diffraction grating, guided light is generally dissipated as a radiation mode. However, if it is reflected back to the waveguide, the loss due to dissipation is reduced. Blaze gratings, ie
When a diffraction grating having an asymmetric cross-sectional shape is used,
The radiation mode becomes extremely strong in any of the traveling directions of the guided light. Therefore, providing a reflective structure in this direction reduces the loss. On the opposite side, even if the radiation mode is dissipated without providing the reflection structure, the loss is small because the radiation mode is originally small.

【0020】一方、導波光が逆方向に進行した場合は、
反射構造を設けない散逸側の放射モードが増え、反射構
造側の放射モードが少なくなる。したがって、逆方向の
進行波に対しての損失が大きくなる。このようにして導
波光の進行方向に依存して損失が異なる光アイソレータ
を実現することができる。この光アイソレータは、DF
Bレーザの回折格子の延長として形成できるので、DF
Bレーザや外部変調器とモノリシックに集積しやすいと
いう利点も有する。
On the other hand, when the guided light travels in the opposite direction,
The radiation mode on the dissipation side without the reflection structure increases, and the radiation mode on the reflection structure side decreases. Therefore, the loss for the traveling wave in the opposite direction increases. In this way, an optical isolator having a different loss depending on the traveling direction of the guided light can be realized. This optical isolator has a DF
Since it can be formed as an extension of the diffraction grating of B laser, DF
It also has an advantage that it can be easily monolithically integrated with a B laser or an external modulator.

【0021】以下に図面を参照しつつ、本発明の実施の
形態について詳細に説明する。図1は、本発明の第1の
実施の形態にかかる光アイソレータの概略構成を例示す
る概念図である。すなわち、同図は、光アイソレータの
導波路に沿った断面構造を表す。本実施形態の光アイソ
レータは、n型InP基板1の上に、InGaAs吸収
層30、n型InPクラッド層2、InGaAsP層
4、p型InPクラッド層5、p型InGaAsP層
6、反射構造20が順に積層された構成を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a schematic configuration of an optical isolator according to a first embodiment of the present invention. That is, the drawing shows a cross-sectional structure along the waveguide of the optical isolator. In the optical isolator of the present embodiment, an InGaAs absorption layer 30, an n-type InP cladding layer 2, an InGaAsP layer 4, a p-type InP cladding layer 5, a p-type InGaAsP layer 6, and a reflection structure 20 are formed on an n-type InP substrate 1. It has a configuration in which the layers are sequentially stacked.

【0022】吸収層30は、放射モード光に対する吸収
係数が高い材料であれば良く、例えば、導波路層4より
もバンドギャップが小さい半導体材料を用いることによ
り形成することができる。
The absorption layer 30 may be made of any material having a high absorption coefficient for radiation mode light. For example, the absorption layer 30 can be formed by using a semiconductor material having a smaller band gap than the waveguide layer 4.

【0023】導波層4の表面には、図示したような方向
に鋸歯状の非対称な断面形状を有する2次の回折格子1
0が形成されている。ここで、回折格子の「次数」は、
回折格子の周期とブラッグ反射により回折を生じさせる
光の波長との関係で決定される。例えば、1次の回折格
子は、光の波長に対応した1次の周期を有する。2次の
回折格子は、1次の回折格子の2倍の周期を有する。た
とえば、波長1.3μm帯のInGaAsP/InP系
の光素子では、1次の回折格子の周期は約0.2μmで
ある。その形成に要求される加工精度は、0.1μmに
匹敵し、その深さの制御も難しい。これに対し、2次の
回折格子の周期は0.4μmであり、製作がはるかに容
易であるという特徴も有する。一方、反射構造20は、
例えば、屈折率が異なる2種類の誘導体膜を交互に積層
させたブラッグ多層反射膜により形成することができ
る。このようなブラッグ多層反射膜の各層の屈折率と膜
厚とを適宜選択することにより、放射モード光に対して
高い反射率を有する反射構造を得ることができる。
On the surface of the waveguide layer 4, a second-order diffraction grating 1 having a sawtooth asymmetric cross-sectional shape in the illustrated direction is provided.
0 is formed. Here, the “order” of the diffraction grating is
It is determined by the relationship between the period of the diffraction grating and the wavelength of light that causes diffraction by Bragg reflection. For example, a first-order diffraction grating has a first-order period corresponding to the wavelength of light. The second-order diffraction grating has twice the period of the first-order diffraction grating. For example, in an InGaAsP / InP-based optical element having a wavelength band of 1.3 μm, the period of the primary diffraction grating is about 0.2 μm. The processing accuracy required for the formation is comparable to 0.1 μm, and it is difficult to control the depth. On the other hand, the period of the second-order diffraction grating is 0.4 μm, which has a feature that the fabrication is much easier. On the other hand, the reflection structure 20
For example, it can be formed by a Bragg multilayer reflective film in which two types of derivative films having different refractive indexes are alternately laminated. By appropriately selecting the refractive index and the thickness of each layer of such a Bragg multilayer reflective film, a reflective structure having a high reflectance for radiation mode light can be obtained.

【0024】図1の光アイソレータの製造工程の概略は
以下の如くである。まず、n型InP基板1の上に、放
射モード光に対するInGaAs吸収層30を2.5μ
mの厚さに成長する。続いて、n型InPクラッド層2
を約1μmの厚さに成長する。これは、導波モードに影
響を与えない厚さである。つまり、導波モード光のクラ
ッド層へのしみ出しに対して影響を与えない距離に吸収
層30を設けている。
The outline of the manufacturing process of the optical isolator of FIG. 1 is as follows. First, an InGaAs absorption layer 30 for radiation mode light is formed on the n-type InP substrate 1 by 2.5 μm.
m. Subsequently, the n-type InP cladding layer 2
Is grown to a thickness of about 1 μm. This is a thickness that does not affect the waveguide mode. That is, the absorption layer 30 is provided at a distance that does not affect the seepage of the guided mode light into the cladding layer.

【0025】次にInGaAsP層4を約0.3μm成
長する。ここまでの結晶成長は連続して行う。導波層4
の表面には、図示したような方向にブレーズ角(blaze
angle )を有する鋸歯状の非対称な2次の回折格子10
が形成され導波路を構成している。このような回折格子
の形成方法としては、例えば、導波路層4の表面にレジ
ストを塗布してEB(電子ビーム)露光を行った後、基
板を傾斜させてイオンミリング法によりその表面を加工
し、最後に適当な溶液(エッチャント)で表面を仕上げ
る方法がある。このようにして得られる回折格子の深さ
は約0.1μmである。
Next, an InGaAsP layer 4 is grown to about 0.3 μm. The crystal growth so far is performed continuously. Waveguide layer 4
The surface has a blaze angle (blaze angle)
angle), a sawtooth asymmetric second-order diffraction grating 10
Are formed to constitute a waveguide. As a method for forming such a diffraction grating, for example, after applying a resist to the surface of the waveguide layer 4 and performing EB (electron beam) exposure, the substrate is inclined and the surface is processed by an ion milling method. Finally, there is a method of finishing the surface with an appropriate solution (etchant). The depth of the diffraction grating thus obtained is about 0.1 μm.

【0026】次に、この上にp型InPクラッド層5を
約1μm以上の厚さに成長する。さらに、表面保護のた
めp型InGaAsP層6を成長する。これらの層は、
DFBレーザとの集積などを考慮してp型としてある
が、光アイソレータ単体としてのみ用いる場合にはn型
でも良い。
Next, a p-type InP cladding layer 5 is grown thereon to a thickness of about 1 μm or more. Further, a p-type InGaAsP layer 6 is grown for surface protection. These layers
Although the p-type is used in consideration of integration with the DFB laser, the n-type may be used when only the optical isolator is used alone.

【0027】最後に、例えば誘導体多層膜よりなる反射
構造20を堆積させて形成する。反射構造20の反射率
は、例えば約95%とすることができる。この反射構造
20は吸収層30と同様に、導波モードのしみ出し範囲
の殆ど外側にあり、導波モード光に影響を与えないよう
にする。このようにして図1の光アイソレータが完成す
る。
Finally, a reflective structure 20 composed of, for example, a derivative multilayer film is deposited and formed. The reflectance of the reflection structure 20 can be, for example, about 95%. Like the absorption layer 30, the reflection structure 20 is almost outside the exudation range of the waveguide mode, and does not affect the waveguide mode light. Thus, the optical isolator of FIG. 1 is completed.

【0028】次に、本発明の光アイソレータの動作メカ
ニズムについて説明する。図1の光アイソレータは、2
次以上の回折格子を有する。特に、2次の回折格子をも
つ導波構造は、導波方向に垂直に基板側(substrate si
de)とその反対の方向(superstrate side)の両方向に
放射モード(radiation mode)光を放出する。さらに、
図1の光アイソレータは、2次の回折格子の断面形状が
進行方向で非対称、つまりブレーズ角(blaze angle )
を有する。すると、左右いずれか一方への光波の進行方
向に対して、ブレーズ角によって基板側の放射モードが
強くなったり、その反対側の放射モードが強くなったり
する。光波の進行方向が逆転すると、基板側とその反対
側への分配比も逆転する。
Next, the operation mechanism of the optical isolator of the present invention will be described. The optical isolator of FIG.
It has a diffraction grating of higher order. In particular, a waveguide structure having a second-order diffraction grating has a substrate side perpendicular to the waveguide direction.
It emits radiation mode light in both directions, de) and the superstrate side. further,
In the optical isolator shown in FIG. 1, the cross-sectional shape of the secondary diffraction grating is asymmetric in the traveling direction, that is, the blaze angle.
Having. Then, the radiation mode on the substrate side becomes stronger or the radiation mode on the opposite side becomes stronger depending on the blaze angle with respect to the traveling direction of the light wave to either the left or right. When the traveling direction of the light wave is reversed, the distribution ratio between the substrate side and the opposite side is also reversed.

【0029】具体的には、図1において、導波光が向か
って右から左に進む場合は、矢印Cで表したように放射
モード光の殆んどが基板1側に放射される。この光は吸
収層30に吸収されるので導波路には戻らず、そのまま
導波損失となる。
More specifically, in FIG. 1, when the guided light travels from right to left, most of the radiation mode light is emitted toward the substrate 1 as indicated by the arrow C. Since this light is absorbed by the absorption layer 30, it does not return to the waveguide, and becomes a waveguide loss as it is.

【0030】一方、導波光が向かって左から右に進む場
合は、矢印Aで表したように放射モード光の殆んどが基
板と反対側の上向きに放射される。この光は反射構造2
0によって反射され矢印Bで示したように導波構造に戻
る。したがって、左から右方向の場合は、導波路の損失
は小さい。この構造は、一次元のスラブ(slab)構造に
よって簡単に原理を理解できる。図2は、非対称な回折
格子における導波特性の参考例を表すグラフ図である。
すなわち、同図は、Strefer らにより"Analysis of Gra
ting-Coupled Radiationin GaAs:GaAlAs lasers and Wa
veguides-II:Blazing Effects" なる題名で IEEE Journ
al of Quantum Electronics, Vol.QE-12,pp.4494-4499,
1976 に掲載されたグラフ図である。同図の横軸は回折
格子の形状パラメータδ、縦軸は回折格子から放出され
る光の出力をそれぞれ表す。ここで、図中の横軸の形状
パラメータδは、回折格子の断面形状の非対称性(blaz
e )を表し、挿入図から理解できるようにδ=△/Λ=
0.5が対称な断面形状の回折格子に対応する。挿入図
に示されるように、左から右に導波光が進み、δ=△/
Λ=1.0とすると、基板側への放射モード()が強
くなり、その反対側への放射モード()は極めて小さ
くなることを定量的に理解することができる。
On the other hand, when the guided light travels from left to right, most of the radiation mode light is emitted upward, opposite to the substrate, as indicated by arrow A. This light is reflected by the reflection structure 2
The light is reflected by 0 and returns to the waveguide structure as shown by arrow B. Therefore, the loss of the waveguide is small from left to right. The principle of this structure can be easily understood by a one-dimensional slab structure. FIG. 2 is a graph showing a reference example of the waveguide characteristics in an asymmetrical diffraction grating.
In other words, FIG.
ting-Coupled Radiation in GaAs: GaAlAs lasers and Wa
veguides-II: Blazing Effects "with IEEE Journ
al of Quantum Electronics, Vol.QE-12, pp.4494-4499,
It is a graph figure published in 1976. In the figure, the horizontal axis represents the shape parameter δ of the diffraction grating, and the vertical axis represents the output of light emitted from the diffraction grating. Here, the shape parameter δ on the horizontal axis in the figure is the asymmetry (blaz
e) and δ = △ / Λ =
0.5 corresponds to a diffraction grating having a symmetrical cross-sectional shape. As shown in the inset, the guided light travels from left to right and δ = △ /
When Λ = 1.0, it can be quantitatively understood that the radiation mode () to the substrate side becomes strong and the radiation mode () to the opposite side becomes extremely small.

【0031】本発明においては、このような非対称の回
折格子の片側のみに反射構造を設ける。反射構造がある
と放射モードが導波構造に戻るため、導波構造の損失が
小さくなる。つまり、この方向に進む導波光の損失が小
さくなる。
In the present invention, a reflection structure is provided only on one side of such an asymmetrical diffraction grating. If there is a reflection structure, the radiation mode returns to the waveguide structure, so that the loss of the waveguide structure is reduced. That is, the loss of the guided light traveling in this direction is reduced.

【0032】逆方向に進む導波光は、△/Λ=1の場合
と等価となるため、基板の反対方向への放射モード
()が極めて大きくなる。この方向には反射構造がな
いので、導波構造の損失が大きくなる。
Since the guided light traveling in the opposite direction is equivalent to the case where △ / Λ = 1, the radiation mode () in the opposite direction of the substrate becomes extremely large. Since there is no reflective structure in this direction, the loss of the waveguide structure increases.

【0033】本発明によれば、以上説明したような導波
光の方向の非相反性により、一方向の導波光(この場
合、左から右方向)のみを損失少なく導波する構造が実
現でき、高い方向選択性を有し極めてコンパクトな導波
路型光アイソレータを実現できる。
According to the present invention, due to the non-reciprocity of the direction of the guided light as described above, it is possible to realize a structure in which only one-way guided light (in this case, from left to right) is guided with a small loss. An extremely compact waveguide type optical isolator having high direction selectivity can be realized.

【0034】図8に例示したような従来の光アイソレー
タでは、紙面に対して垂直な方向の導波路側面を埋め込
む半導体層を両側面でそれぞれ別の組成(別の屈折率)
とする必要があった。本発明によれば、このような必要
もない。すなわち、従来と全く同様にストライプ構造を
形成できる。従って、この後の工程が増えることもな
い。また、導波路モードのNFP(近視野像:near fie
ld pattern)も対称であり、ファイバなどに対する光結
合も極めて容易であるという利点も有する。
In a conventional optical isolator as illustrated in FIG. 8, the semiconductor layers for embedding the side surfaces of the waveguide in a direction perpendicular to the plane of the drawing have different compositions (different refractive indexes) on both side surfaces.
Had to be done. According to the present invention, there is no such need. That is, a stripe structure can be formed in exactly the same manner as in the related art. Therefore, the number of subsequent steps does not increase. In addition, a waveguide mode NFP (near field image: near fie
ld pattern) is also symmetrical, and has the advantage that optical coupling to a fiber or the like is extremely easy.

【0035】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図3は、本発明の第2の実施の形態にかかる
光アイソレータの要部構成を表す断面概念図である。本
実施形態においても、2次以上の回折格子10が設けら
れ、その上下に反射構造と吸収構造がそれぞれ設けられ
ている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a conceptual sectional view illustrating a main configuration of an optical isolator according to a second embodiment of the present invention. Also in the present embodiment, a second-order or higher diffraction grating 10 is provided, and a reflection structure and an absorption structure are provided above and below it, respectively.

【0036】前述した第1実施形態の光アイソレータと
の相違点は、 1)回折格子10の下側には、吸収層30の代わりに反
射構造20が設けられていること、 2)回折格子の上側には、反射構造20の代わりに無反
射コート(AR:Anti-reflection coat)40が設けら
れていること、 の2点である。ここで、反射構造20は、例えば、半導
体結晶層の多層構造からなる高反射DBR(Distribute
d Bragg Reflector :分布反射鏡)とすることができ
る。また、無反射コート40としては、例えば、1/4
波長膜、すなわち放射モード光の波長をλ、屈折率をn
としたときに、λ/4nなる膜厚を有する誘電体薄膜を
用いることができる。これら以外の各要素は、図1に関
して前述した第1実施形態と同様とすることができるの
で、同一の符合を付して詳細な説明は省略する。
The difference from the optical isolator of the above-described first embodiment is as follows: 1) a reflection structure 20 is provided below the diffraction grating 10 instead of the absorption layer 30; On the upper side, an anti-reflection coat (AR) 40 is provided instead of the reflection structure 20. Here, the reflection structure 20 is, for example, a high reflection DBR (Distribute) having a multilayer structure of semiconductor crystal layers.
d Bragg Reflector: a distributed reflector. Further, as the anti-reflection coat 40, for example, 1 /
Wavelength film, that is, the wavelength of the radiation mode light is λ and the refractive index is n
Then, a dielectric thin film having a thickness of λ / 4n can be used. Elements other than these can be the same as those in the first embodiment described above with reference to FIG. 1, and thus the same reference numerals are given and detailed description is omitted.

【0037】本実施形態においては、反射と吸収の機能
が回折格子10の上下で逆になっているだけであり、動
作の原理は第1実施形態と同一である。すなわち、同図
において右から左に向かって進む導波光は、矢印Aで示
したように、回折格子10によって下側に放射される。
そして、反射構造20により反射され、矢印Bで示した
ように回折格子10に戻り、左側に進行する。
In the present embodiment, the reflection and absorption functions are only reversed up and down of the diffraction grating 10, and the principle of operation is the same as in the first embodiment. In other words, the guided light traveling from right to left in the drawing is radiated downward by the diffraction grating 10 as shown by the arrow A.
Then, the light is reflected by the reflection structure 20, returns to the diffraction grating 10 as shown by the arrow B, and proceeds to the left.

【0038】一方、図中の左から右に向かって進む導波
光は、矢印Cによって示したように回折格子10によっ
て上方に放射される。回折格子10の上側に設けられた
無反射コート40は反射率が極めて低いので、回折格子
10から放出された光は反射されずに外部に放出され、
回折格子10に戻る成分は極めて少ない。
On the other hand, the guided light traveling from left to right in the figure is radiated upward by the diffraction grating 10 as shown by the arrow C. Since the non-reflection coating 40 provided on the upper side of the diffraction grating 10 has an extremely low reflectance, light emitted from the diffraction grating 10 is emitted to the outside without being reflected,
The component returning to the diffraction grating 10 is extremely small.

【0039】結局、図3の光アイソレータにおいては、
図中の左から右に向かって進む導波光成分に対する導波
損失が高く、右から左に向かって進む導波光成分に対す
る導波光成分に対する導波損失が低くなる。このように
して方向性が得られ、光アイソレータとして動作するこ
とができる。本実施形態においても、図1に関して前述
した種々の効果を同様に得ることができる。
After all, in the optical isolator of FIG.
The waveguide loss for the guided light component traveling from left to right in the drawing is high, and the guided loss for the guided light component for the guided light component traveling from right to left is low. In this way, directivity is obtained and the device can operate as an optical isolator. Also in the present embodiment, the various effects described above with reference to FIG. 1 can be obtained similarly.

【0040】次に、本発明の第3の実施の形態について
説明する。図4は、本発明の第3の実施の形態にかかる
光アイソレータの要部構成を表す断面概念図である。本
実施形態においても、回折格子10’が設けられ、その
上側に吸収構造40、下側に反射構造20がそれぞれ設
けられている。基本的な構成とその動作については、図
3に関して前述した第2実施形態と同様であるので、各
要素には同一の符合を付して詳細な説明は省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a conceptual sectional view illustrating a main configuration of an optical isolator according to a third embodiment of the present invention. Also in the present embodiment, the diffraction grating 10 'is provided, and the absorption structure 40 is provided above the diffraction grating 10', and the reflection structure 20 is provided below the diffraction grating 10 '. Since the basic configuration and the operation are the same as those of the second embodiment described above with reference to FIG. 3, the same reference numerals are given to the respective components, and the detailed description is omitted.

【0041】本実施形態の特徴的な点は、回折格子1
0’が周期Λ1 と周期Λ2 の2種類の周期を有する点で
ある。このようにすれば、これらの周期に対応する2種
類の異なる波長の導波光に対して光アイソレータとして
対応できる。すなわち、光アイソレータの対応波長のダ
イナミックレンジを広げることができる。
The feature of this embodiment is that the diffraction grating 1
0 'is that it has two types of periods of the periodic lambda 1 and the period lambda 2. In this manner, two types of guided light beams having different wavelengths corresponding to these periods can be handled as an optical isolator. That is, the dynamic range of the corresponding wavelength of the optical isolator can be expanded.

【0042】さらに、導波路の軸方向に沿って回折格子
の周期が異なる場所に設けると、実効的に位相シフトを
設けた場合と同様の効果も得られる。従って、位相シフ
ト効果により、導波光および放射モード光の共振器軸方
向のプロファイルを制御することが可能となる。
Further, if the diffraction grating is provided at a place where the period of the diffraction grating is different along the axial direction of the waveguide, the same effect as in the case where the phase shift is effectively provided can be obtained. Therefore, it is possible to control the profile of the guided light and the radiation mode light in the resonator axial direction by the phase shift effect.

【0043】また、図示しないが、3以上の異なる周期
を回折格子に導入するすることにより、3以上の異なる
波長の導波光に対して、同様に光アイソレータとして対
応することができる。さらに、回折格子の周期を連続的
に変化させれば、連続的な波長範囲の導波光に対して光
アイソレータとして機能するようにできる。
Although not shown, by introducing three or more different periods into the diffraction grating, it is possible to cope with guided light having three or more different wavelengths as an optical isolator. Further, by continuously changing the period of the diffraction grating, it is possible to function as an optical isolator for guided light in a continuous wavelength range.

【0044】なお、回折格子の周期を変化させるのでは
なく、導波路の実効屈折率を軸方向に沿って変化させて
も同様の効果を得ることができる。
The same effect can be obtained by changing the effective refractive index of the waveguide along the axial direction instead of changing the period of the diffraction grating.

【0045】次に、本発明の第4の実施の形態について
説明する。図5は、本発明の第4の実施の形態にかかる
光アイソレータの要部構成を表す断面概念図である。本
実施形態の光アイソレータは、図3に関して前述した第
2実施形態のものと類似した構成を有するので、同様の
要素には同一の符合を付して詳細な説明は省略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a conceptual cross-sectional view illustrating a main configuration of an optical isolator according to a fourth embodiment of the present invention. Since the optical isolator of the present embodiment has a configuration similar to that of the second embodiment described above with reference to FIG. 3, the same components are denoted by the same reference numerals and detailed description is omitted.

【0046】本実施形態においては、回折格子10”の
中に格子の周期を不連続にずらした部分、つまり位相シ
フト11が設けられている点が異なる。この位相シフト
11のずれ量は、例えば導波している管内波長λに対し
て、λ/4とすることができる。位相シフト11を設け
ることにより、導波光および放射モード光の共振器の軸
方向のプロファイルを制御することが可能となる。
The present embodiment is different from the diffraction grating 10 ″ in that a portion where the grating period is discontinuously shifted, that is, a phase shift 11 is provided. The amount of shift of the phase shift 11 is, for example, It can be set to λ / 4 with respect to the guided wavelength λ of the guided wave .. By providing the phase shift 11, it is possible to control the axial profile of the resonator of the guided light and the radiation mode light. Become.

【0047】図5は、右行きの導波光に対して透過性が
良く、逆向きに対して減衰も大きいアイソレータ導波路
である。位相シフトを通過すると、光波と回析格子10
の位相のズレにより減衰率が大きくなる。位相シフト1
1を図5のアイソレータ導波路の出口(右)寄りに設け
る。すると、右行きの導波光は減衰が小さいが、左行き
導波光は、位相シフト11を超えてからの距離が長いた
め、減衰が大きくなる。これを図中の矢印の光強度変化
で示す。つまり、位相シフト11により、アイソレーシ
ョンの効果をさらに効果的にできる。
FIG. 5 shows an isolator waveguide that has good transmission of right-handed guided light and large attenuation in the opposite direction. After passing through the phase shift, the light wave and the diffraction grating 10
, The attenuation factor increases. Phase shift 1
1 is provided near the exit (right) of the isolator waveguide in FIG. Then, while the attenuation of the right-going guided light is small, the attenuation of the left-going guided light is large because the distance from the phase shift 11 is long. This is shown by the light intensity change indicated by the arrow in the figure. That is, the phase shift 11 can further enhance the effect of the isolation.

【0048】なお、本実施形態において導入したような
位相シフトは、前述した第1、第3実施形態の光アイソ
レータについても同様に導入して同様の効果を得ること
ができる。
The phase shift as introduced in the present embodiment can be similarly introduced into the optical isolators of the first and third embodiments to obtain the same effect.

【0049】次に、本発明の第5の実施の形態について
説明する。図6は、本発明の実施の形態にかかるDFB
レーザの要部構成を表す断面概念図である。すなわち、
本実施形態のDFBレーザは、前述した各実施形態の光
アイソレータの構造と動作原理をDFBレーザに応用し
た具体例である。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a DFB according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual sectional view illustrating a configuration of a main part of a laser. That is,
The DFB laser of the present embodiment is a specific example in which the structure and operation principle of the optical isolator of each of the above-described embodiments are applied to a DFB laser.

【0050】図6に例示したレーザは、一例として図1
に表した第1実施形態の光アイソレータと同様の構成を
有するものである。従って、図1と同様の要素には、同
一の符合を付して詳細な説明は省略する。但し、図6の
DFBレーザは、活性層3を有する。活性層3は、発光
と導波機能の役割を有する。ここで、活性層3は、単一
の半導体層でも良く、または、MQW構造(Multiple Q
uantum Well :多重量子井戸)のような多層の高効率な
構造であっても良い。
The laser illustrated in FIG. 6 is an example of the laser shown in FIG.
Has the same configuration as the optical isolator of the first embodiment shown in FIG. Therefore, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. However, the DFB laser of FIG. The active layer 3 has a role of light emission and a waveguide function. Here, the active layer 3 may be a single semiconductor layer or an MQW structure (Multiple Q).
A multi-layer high-efficiency structure such as uantum well (multiple quantum well) may be used.

【0051】反射構造20は、p型の半導体層で構成す
る。また、p型InGaAsP層6は電極とのコンタク
トを改善する役割を有する。半導体結晶層の上下には通
電のための、p側電極100、n側電極200が設けら
れている。
The reflection structure 20 is composed of a p-type semiconductor layer. Further, the p-type InGaAsP layer 6 has a role of improving contact with an electrode. Above and below the semiconductor crystal layer, a p-side electrode 100 and an n-side electrode 200 are provided for conducting electricity.

【0052】DFBレーザにおいては、左右両方向へそ
れぞれ進行する導波光が回折格子10を介して互いにフ
ィードバック(feedback)し合って共振することにより
発振する。本実施形態の場合は、第1実施形態の光アイ
ソレータと同様のメカニズムにより、図中の右方向に進
む導波光の放射モード損が少なく、右側の端面からの光
出力が強くなる。逆に、左方向に進む導波光は放射モー
ド損が大きいので、左側の端面であまり出力強度が大き
くならない。
In the DFB laser, guided lights traveling in both the left and right directions feedback each other via the diffraction grating 10 and oscillate by resonating. In the case of the present embodiment, the radiation mode loss of the guided light traveling rightward in the figure is small and the light output from the right end face is increased by the same mechanism as the optical isolator of the first embodiment. Conversely, since the guided light traveling to the left has a large radiation mode loss, the output intensity is not so large at the left end face.

【0053】つまり、本実施形態によれば、出力面での
スロープ効率を改善することができる。しかも、レーザ
自体にアイソレータ機能が含まれるので、戻り光に対す
る耐性も強化される。DFBレーザは、特に戻り光によ
り発振条件が不安定化しやすうという特質を有するの
で、本実施形態は、この点で特に効果的である。さら
に、本実施形態によれば、縦モード間のしきい値のゲイ
ン差が大きくなるので、単一縦モード性能が向上すると
いう効果も得られる。
That is, according to the present embodiment, the slope efficiency on the output surface can be improved. In addition, since the laser itself includes an isolator function, the resistance to return light is also enhanced. The present embodiment is particularly effective in this regard, since the DFB laser has a characteristic that the oscillation condition is likely to be unstable due to the return light. Furthermore, according to the present embodiment, since the gain difference of the threshold value between the longitudinal modes becomes large, the effect that the single longitudinal mode performance is improved can be obtained.

【0054】ここで、本発明によれば、図示した具体例
以外にも、前述した第2〜第4実施形態の光アイソレー
タの構成に対応したDFBレーザも同様に提供すること
ができる。すなわち、吸収構造と反射構造の位置関係を
逆転したり、回折格子の周期を変化させたり、または、
回折格子に位相シフトを導入することにより、それぞれ
前述したような種々の効果に対応した効果を有するDF
Bレーザが得られる。
Here, according to the present invention, in addition to the specific examples shown, DFB lasers corresponding to the configurations of the optical isolators according to the above-described second to fourth embodiments can be similarly provided. That is, the positional relationship between the absorption structure and the reflection structure is reversed, or the period of the diffraction grating is changed, or
By introducing a phase shift into the diffraction grating, DFs having effects corresponding to the various effects described above are provided.
A B laser is obtained.

【0055】さらに、これらのDFBレーザを面発光型
レーザとして用いることも可能である。すなわち、回折
格子のいずれかの側に設けられた反射構造20または吸
収構造を透過して外部に放出される光を出力として用い
ると、光出力は高くないが、しきい値やその他の発振特
性が極めて優れた面発光型のDFBレーザを実現するこ
とができる。このような面発光型のDFBレーザは、前
述した各実施形態の光アイソレータと容易に集積化が可
能で、極めてコンパクトかつ高性能の光アイソレータ/
面発光型レーザの光集積素子を実現できる。
Further, these DFB lasers can be used as surface emitting lasers. That is, when the light emitted through the reflection structure 20 or the absorption structure provided on either side of the diffraction grating and emitted to the outside is used as the output, the light output is not high, but the threshold value and other oscillation characteristics Can realize an extremely excellent surface emitting DFB laser. Such a surface-emitting type DFB laser can be easily integrated with the optical isolator of each of the above-described embodiments, and is an extremely compact and high-performance optical isolator.
An optical integrated device of a surface emitting laser can be realized.

【0056】次に、本発明の第6の実施の形態について
説明する。図7は、本発明の実施の形態にかかる光集積
素子の要部構成を表す断面概念図である。本実施形態の
光集積素子は、モノリシック、すなわち、同一基板上に
複数の素子が集積されてなる。図7においては、一例と
して前述した第5実施形態のDFBレーザと、第1実施
形態の光アイソレータと、導波路型の電界吸収型外部変
調器(EAM:Electro-Absorption Modulator)とをモ
ノリシックに集積した具体例に対応する。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a conceptual cross-sectional view illustrating a main configuration of the optical integrated device according to the embodiment of the present invention. The optical integrated device of this embodiment is monolithic, that is, a plurality of devices are integrated on the same substrate. In FIG. 7, the DFB laser according to the fifth embodiment described above as an example, the optical isolator according to the first embodiment, and a waveguide-type electro-absorption modulator (EAM) are monolithically integrated. Corresponding to the specific example described above.

【0057】DFBレーザは、p側電極101を通じて
DC駆動させる。吸収層7のある領域がEAMである。
EAMは、p側電極102に負の電圧を印加することに
より吸収係数を変調することができる。DFBレーザの
活性層3で発生した導波光は、この吸収係数の変化に対
応して変調され、図中の右側に出力される。
The DFB laser is driven by DC through the p-side electrode 101. A certain area of the absorption layer 7 is EAM.
The EAM can modulate the absorption coefficient by applying a negative voltage to the p-side electrode 102. The guided light generated in the active layer 3 of the DFB laser is modulated according to the change in the absorption coefficient, and is output to the right in the drawing.

【0058】DFBレーザとEAMの間には、第1の光
アイソレータOI1が設けられている。第1の光アイソ
レータOI1は、プロトン(H+ )照射領域300を有
し、DFBとEAMとを電気的に絶縁(アイソレート)
している。導波光についても、DFBレーザとEAMと
がアイソレートされないと、DFBレーザに戻り光が入
力され光出力や波長が変動するため好ましくない。本実
施形態によれば、DFBレーザとEAMとの間の活性層
を除去するだけで、容易に光アイソレータを集積するこ
とができる。さらに、EAMの出力側にも同様の簡略な
プロセスで第2の光アイソレータOI2を集積すること
ができ、外部からの戻り光を抑制することができる。
A first optical isolator OI1 is provided between the DFB laser and the EAM. The first optical isolator OI1 has a proton (H + ) irradiation region 300 and electrically insulates (isolates) the DFB and the EAM.
doing. Regarding the guided light, if the DFB laser and the EAM are not isolated, it is not preferable because the return light is input to the DFB laser and the light output and the wavelength fluctuate. According to this embodiment, the optical isolator can be easily integrated simply by removing the active layer between the DFB laser and the EAM. Further, the second optical isolator OI2 can be integrated on the output side of the EAM by the same simple process, and return light from the outside can be suppressed.

【0059】本実施形態によれば、DFBレーザと第1
の光アイソレータと電界吸収型外衣部変調器と第2の光
アイソレータとを極めてコンパクトに集積することがで
きる。また、これらの各素子は導波路を共有しているの
で、素子間の光結合も十分に確保することができる。さ
らに、本実施形態によれば、光集積素子の吸収層30、
回折格子10、反射構造20も共通の工程で形成できる
ので、簡単な工程により高性能の光集積素子を製造する
ことができる。
According to the present embodiment, the DFB laser and the first
The optical isolator, the electro-absorption type outer jacket modulator, and the second optical isolator can be integrated extremely compactly. In addition, since these elements share a waveguide, optical coupling between the elements can be sufficiently ensured. Furthermore, according to the present embodiment, the absorption layer 30 of the optical integrated device,
Since the diffraction grating 10 and the reflection structure 20 can be formed in a common process, a high-performance optical integrated device can be manufactured by a simple process.

【0060】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明はその趣旨を逸
脱しない範囲において種々の応用が可能であり、これら
の具体例に限定されるものではない。
The embodiment of the invention has been described with reference to examples. However, the present invention can be applied to various applications without departing from the gist of the present invention, and is not limited to these specific examples.

【0061】例えば、本発明は、前述した具体例以外に
も、GaAlAs/GaAs系、GaInAlP/Ga
As系、GaN系などの種々の材料系にも同様に適用し
て同様の効果を得ることができる。
For example, the present invention can be applied to a GaAlAs / GaAs system, a GaInAlP / Ga
A similar effect can be obtained by applying the same to various material systems such as an As system and a GaN system.

【0062】また、回折格子や反射構造、吸収・無反射
構造などの配置関係についても、前述した基板の上下方
向には限定されない。たとえば、導波路の側面、すなわ
ち基板に対して垂直方向の面に回折格子を形成し、その
両側に反射構造と吸収構造とを配置しても良い。すなわ
ち、この場合には、反射構造と回折格子と吸収構造と
は、基板の面内方向に配置されることとなる。
The positional relationship between the diffraction grating, the reflection structure, the absorption / non-reflection structure, and the like is not limited to the above-described vertical direction of the substrate. For example, a diffraction grating may be formed on a side surface of the waveguide, that is, a surface perpendicular to the substrate, and a reflection structure and an absorption structure may be arranged on both sides. That is, in this case, the reflection structure, the diffraction grating, and the absorption structure are arranged in the in-plane direction of the substrate.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に説明する効果を奏する。
The present invention is embodied in the form described above, and has the following effects.

【0064】まず、本発明によれば、導波路の基本構造
に手を加えることなく、回折格子の形状を工夫し、導波
構造の外側に高反射、無反射構造を形成することで、半
導体導波路型光アイソレータを構成できる。すなわち、
2次以上の非対称な回折格子とその両側に配置した反射
構造と吸収構造とにより、極めてコンパクト且つ高い効
率を有する光アイソレータを実現することができる。従
って、導波路のNFP(近視野像)や出射されるビーム
のFFP(遠視野像)を大きく変形することがなく、光
ファイバや種々の光素子と極めて高い効率で光結合する
ことができる。
First, according to the present invention, without modifying the basic structure of the waveguide, the shape of the diffraction grating is devised, and a high-reflection and non-reflection structure is formed outside the waveguide structure. A waveguide type optical isolator can be configured. That is,
An optical isolator that is extremely compact and has high efficiency can be realized by the second-order or higher-order asymmetrical diffraction grating and the reflection structure and the absorption structure arranged on both sides thereof. Therefore, it is possible to optically couple with an optical fiber and various optical elements with extremely high efficiency without significantly changing the NFP (near-field image) of the waveguide or the FFP (far-field image) of the emitted beam.

【0065】また、本発明によれば、回折格子の周期を
変化させることにより、波長のダイナミックレンジを容
易に拡大し、種々の波長に対して作用する光アイソレー
タを実現することができる。
Further, according to the present invention, by changing the period of the diffraction grating, it is possible to easily expand the dynamic range of the wavelength and realize an optical isolator that operates on various wavelengths.

【0066】さらに、本発明によれば、回折格子に位相
シフトを設けることにより、導波光や放出光の分布を制
御して光の方向性や発光特性などを最適化することがで
きる。
Further, according to the present invention, by providing a phase shift to the diffraction grating, the distribution of the guided light and the emitted light can be controlled to optimize the light directionality and light emission characteristics.

【0067】また、本発明によれば、戻り光に強く、出
力側の効率が高く、縦モードが安定したDFBレーザを
実現できる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize a DFB laser which is resistant to return light, has a high efficiency on the output side, and has a stable longitudinal mode.

【0068】さらに、本発明によれば、DFBレーザや
導波路型変調器と光アイソレータとのモノリシックな集
積が極めて容易となる。すなわち、回折格子、反射構
造、無反射構造を共通に構成することができ、製作が容
易である。これにより、別個の光アイソレータが不要と
なるため、光モジュールのコストを大きく低減できる。
また、各素子は導波路を共有しているので、素子間の光
結合も十分に確保することができる。
Further, according to the present invention, monolithic integration of a DFB laser or a waveguide type modulator and an optical isolator becomes extremely easy. That is, the diffraction grating, the reflection structure, and the non-reflection structure can be configured in common, and the fabrication is easy. This eliminates the need for a separate optical isolator, thereby greatly reducing the cost of the optical module.
In addition, since the elements share the waveguide, optical coupling between the elements can be sufficiently ensured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態の光アイソレータを示
す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an optical isolator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】非対称な回折格子からの放射モードの基板側と
その反対側へのパワー分配比の例を示すグラフ(公知文
献より)である。
FIG. 2 is a graph (from a known document) showing an example of a power distribution ratio of a radiation mode from an asymmetrical diffraction grating to a substrate side and an opposite side thereof.

【図3】本発明の第2の実施形態の光アイソレータを示
す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing an optical isolator according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施形態の光アイソレータを示
す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing an optical isolator according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施形態の光アイソレータを示
す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing an optical isolator according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施形態のDFBレーザを示す
断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a DFB laser according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6の実施形態の光アイソレータ、D
FBレーザおよび導波路型変調器のモノリシック集積素
子を示す断面図である。
FIG. 7 shows an optical isolator D according to a sixth embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the monolithic integrated element of FB laser and a waveguide type modulator.

【図8】従来の導波路型光アイソレータの例を示す斜視
図である。
FIG. 8 is a perspective view showing an example of a conventional waveguide type optical isolator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型InP基板 2 n型InPクラッド層 3 InGaAsPレーザ活性層(含むNQW構造) 4 InGaAsP導波層 5 p型InPクラッド層 6 p型InGaAsP層(DFBレーザ、変調器の場
合はp電極とのコンタクト層) 10 2次の回折格子(鋸歯状断面) 11 位相シフト 20 反射構造 21 端面 30 放射モード吸収層 40 ARコート(対放射モード) 41 端面ARコート 100 p側電極(DFBレーザ) 101 p側電極(集積DFBレーザ) 102 p側電極(集積変調器) 200 n側電極 300 プロトン(H+ )照射絶縁領域
Reference Signs List 1 n-type InP substrate 2 n-type InP cladding layer 3 InGaAsP laser active layer (including NQW structure) 4 InGaAsP waveguide layer 5 p-type InP cladding layer 6 p-type InGaAsP layer (DFB laser, with p electrode in case of modulator) Contact layer) 10 Second-order diffraction grating (sawtooth-shaped cross section) 11 Phase shift 20 Reflection structure 21 End face 30 Radiation mode absorption layer 40 AR coat (for radiation mode) 41 End face AR coat 100 p-side electrode (DFB laser) 101 p-side Electrode (integrated DFB laser) 102 p-side electrode (integrated modulator) 200 n-side electrode 300 Proton (H + ) irradiation insulating region

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】断面形状が非対称の2次以上の回折格子を
有する導波路を備え、 前記導波路から放出される放射モード光に対する反射率
が前記導波路の両側において異なるものとして構成され
たことを特徴とする光アイソレータ。
1. A waveguide having a second-order or higher diffraction grating having an asymmetric cross-sectional shape, wherein reflectivity for radiation mode light emitted from the waveguide is different on both sides of the waveguide. An optical isolator characterized by the above-mentioned.
【請求項2】断面形状が非対称の2次以上の回折格子を
有する導波路と、 前記導波路の一方の側に設けられ、前記導波路から放出
される放射モード光を前記導波路に戻すようにした反射
構造と、 前記導波路の他方の側に設けられ、前記導波路から放出
される放射モード光を前記導波路に戻さないようにした
非反射構造と、 を備えたことを特徴とする光アイソレータ。
2. A waveguide having a second-order or higher-order diffraction grating having an asymmetric cross-sectional shape, and provided on one side of the waveguide to return radiation mode light emitted from the waveguide to the waveguide. And a non-reflection structure provided on the other side of the waveguide to prevent radiation mode light emitted from the waveguide from returning to the waveguide. Optical isolator.
【請求項3】前記反射構造は、前記導波路からしみ出し
て伝搬する導波モード光に影響を与えないように前記導
波路から離れて設けられ、 前記非反射構造は、前記導波路からしみ出して伝搬する
導波モード光に影響を与えないように前記導波路から離
れて設けられたことを特徴とする請求項2記載の光アイ
ソレータ。
3. The reflection structure is provided apart from the waveguide so as not to affect the waveguide mode light that exudes and propagates from the waveguide, and the non-reflection structure stains from the waveguide. 3. The optical isolator according to claim 2, wherein the optical isolator is provided away from the waveguide so as not to affect the guided mode light that is emitted and propagated.
【請求項4】前記非反射構造は、前記導波路を構成する
半導体材料よりも小さいバンドギャップを有する半導体
材料により構成されたことを特徴とする請求項2または
3に記載の光アイソレータ。
4. The optical isolator according to claim 2, wherein said non-reflection structure is made of a semiconductor material having a smaller band gap than a semiconductor material forming said waveguide.
【請求項5】前記非反射構造は、前記放射モード光に対
する無反射コートであることを特徴とする請求項2また
は3に記載の光アイソレータ。
5. The optical isolator according to claim 2, wherein the non-reflection structure is a non-reflection coat for the radiation mode light.
【請求項6】前記反射構造は、前記放射モード光に対す
るブラッグ多層反射膜であることを特徴とする請求項2
〜5のいずれか1つに記載の光アイソレータ。
6. The reflection structure according to claim 2, wherein said reflection structure is a Bragg multilayer reflection film for said radiation mode light.
6. The optical isolator according to any one of items 1 to 5,
【請求項7】前記回折格子は、複数の異なる周期を有す
ることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載
の光アイソレータ。
7. The optical isolator according to claim 1, wherein said diffraction grating has a plurality of different periods.
【請求項8】前記導波路の実効屈折率が一定でないもの
として構成されていることを特徴とする請求項1〜7の
いずれか1つに記載の光アイソレータ。
8. The optical isolator according to claim 1, wherein an effective refractive index of said waveguide is not constant.
【請求項9】前記回折格子は、少なくとも1つ以上の位
相シフトを有することを特徴とする請求項1〜8のいず
れか1つに記載の光アイソレータ。
9. The optical isolator according to claim 1, wherein said diffraction grating has at least one phase shift.
【請求項10】活性層と、 断面形状が非対称の2次以上の回折格子を有する導波路
と、 前記導波路の一方の側に設けられ、前記導波路から放出
される放射モード光を前記導波路に戻すようにした反射
構造と、 前記導波路の他方の側に設けられ、前記導波路から放出
される放射モード光を前記導波路に戻さないようにした
非反射構造と、 を備えたことを特徴とする分布帰還型レーザ。
10. An active layer, a waveguide having a second-order or higher-order diffraction grating having an asymmetric cross-sectional shape, and provided on one side of the waveguide to guide radiation mode light emitted from the waveguide. A reflection structure configured to return to the waveguide, and a non-reflection structure provided on the other side of the waveguide to prevent radiation mode light emitted from the waveguide from returning to the waveguide. A distributed feedback laser characterized by the following.
【請求項11】前記反射構造は、前記導波路からしみ出
して伝搬する導波モード光に影響を与えないように前記
導波路から離れて設けられ、 前記非反射構造は、前記導波路からしみ出して伝搬する
導波モード光に影響を与えないように前記導波路から離
れて設けられたことを特徴とする請求項10記載の分布
帰還型レーザ。
11. The reflection structure is provided apart from the waveguide so as not to affect the waveguide mode light that seeps out of the waveguide and propagates. 11. The distributed feedback laser according to claim 10, wherein the laser is provided apart from the waveguide so as not to affect the guided mode light emitted and propagated.
【請求項12】前記非反射構造は、前記導波路を構成す
る半導体材料よりも小さいバンドギャップを有する半導
体材料により構成されたことを特徴とする請求項10ま
たは11に記載の分布帰還型レーザ。
12. The distributed feedback laser according to claim 10, wherein said non-reflective structure is made of a semiconductor material having a band gap smaller than a semiconductor material forming said waveguide.
【請求項13】前記非反射構造は、前記放射モード光に
対する無反射コートであることを特徴とする請求項10
または11に記載の分布帰還型レーザ。
13. The apparatus according to claim 10, wherein the non-reflection structure is a non-reflection coat for the radiation mode light.
Or the distributed feedback laser according to 11.
【請求項14】前記反射構造は、前記放射モード光に対
するブラッグ多層反射膜であることを特徴とする請求項
10〜13のいずれか1つに記載の分布帰還型レーザ。
14. The distributed feedback laser according to claim 10, wherein the reflection structure is a Bragg multilayer reflection film for the radiation mode light.
【請求項15】前記回折格子は、複数の異なる周期を有
することを特徴とする請求項10〜14のいずれか1つ
に記載の分布帰還型レーザ。
15. The distributed feedback laser according to claim 10, wherein said diffraction grating has a plurality of different periods.
【請求項16】前記導波路の実効屈折率が一定でないも
のとして構成されていることを特徴とする請求項10〜
15のいずれか1つに記載の分布帰還型レーザ。
16. The waveguide according to claim 10, wherein the effective refractive index of said waveguide is not constant.
15. The distributed feedback laser according to any one of 15.
【請求項17】前記回折格子は、少なくとも1つ以上の
位相シフトを有することを特徴とする請求項10〜16
のいずれか1つに記載の分布帰還型レーザ。
17. The diffraction grating according to claim 10, wherein said diffraction grating has at least one phase shift.
The distributed feedback laser according to any one of the above.
【請求項18】請求項1〜9のいずれか1つに記載の光
アイソレータと、 請求項10〜17のいずれか1つに記載の分布帰還型レ
ーザと、がモノリシックに集積されてなることを特徴と
する光集積素子。
18. An optical isolator according to any one of claims 1 to 9 and a distributed feedback laser according to any one of claims 10 to 17, which are monolithically integrated. Characteristic optical integrated device.
【請求項19】外部変調器がさらに集積されてなること
を特徴とする請求項18記載の光集積素子。
19. The optical integrated device according to claim 18, wherein an external modulator is further integrated.
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