JPS60260017A - 光変調素子 - Google Patents
光変調素子Info
- Publication number
- JPS60260017A JPS60260017A JP59115586A JP11558684A JPS60260017A JP S60260017 A JPS60260017 A JP S60260017A JP 59115586 A JP59115586 A JP 59115586A JP 11558684 A JP11558684 A JP 11558684A JP S60260017 A JPS60260017 A JP S60260017A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- refractive index
- waveguide
- light
- modulation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 19
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 26
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 abstract description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 240000002329 Inga feuillei Species 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/0151—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction modulating the refractive index
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
本発明は、発光源からの出力光を変調する光変調素子に
関するものである。
関するものである。
（従来技術）
半導体レーザは、小型、高効率、信頼性が高いことなど
から、光フアイバ通信用光源としてすでに実用化されて
いる。半導体レーザのもう一つの大きな特長として直接
変調が可能なことであるが、高速で直接変調を行なうと
半導体レーザのスペクトル幅に広がりが生じるため、長
距離大容量の光フアイバ通信を行なう上で大きな問題と
々っている。特に、臂開面力ｊら成る通常の半導体レー
ザは、高速変調時に複数の波長で発振するだめ、光ファ
イバの波長分散はないが損失の大きい１．３μｍ波長帯
でしか用いられない。一方、高速質、調時にも単一波長
動作をする分布帰還型半導体レーザは波長分散の影響を
受けにくいだめ、低損失な１．５μｍ帯で盛んに開発さ
れている。しかしながら、変調速度がＩ Ｇｂ／Ｓ以上
になると、たとえ単一波長で発振していても、そのスペ
クトル線幅は注入キャリア密度の変化のために広がって
いるだめ、分散の影響が無視できなくなることが問題と
なシつつある。
から、光フアイバ通信用光源としてすでに実用化されて
いる。半導体レーザのもう一つの大きな特長として直接
変調が可能なことであるが、高速で直接変調を行なうと
半導体レーザのスペクトル幅に広がりが生じるため、長
距離大容量の光フアイバ通信を行なう上で大きな問題と
々っている。特に、臂開面力ｊら成る通常の半導体レー
ザは、高速変調時に複数の波長で発振するだめ、光ファ
イバの波長分散はないが損失の大きい１．３μｍ波長帯
でしか用いられない。一方、高速質、調時にも単一波長
動作をする分布帰還型半導体レーザは波長分散の影響を
受けにくいだめ、低損失な１．５μｍ帯で盛んに開発さ
れている。しかしながら、変調速度がＩ Ｇｂ／Ｓ以上
になると、たとえ単一波長で発振していても、そのスペ
クトル線幅は注入キャリア密度の変化のために広がって
いるだめ、分散の影響が無視できなくなることが問題と
なシつつある。
高速変調時における発振波長のチャーピング、もしくは
、これによる発振スペクトル線幅の広がりは、半導体レ
ーザを直接変調する限り避けることはできない。そこで
、半導体レーザは定常的に単一波長動作をさせておき、
その出力光を共振器の外で変調を行なう外部変調が有望
視されている。
、これによる発振スペクトル線幅の広がりは、半導体レ
ーザを直接変調する限り避けることはできない。そこで
、半導体レーザは定常的に単一波長動作をさせておき、
その出力光を共振器の外で変調を行なう外部変調が有望
視されている。
外部変調では、静的なスペクトル線幅（≦ｔＯＭＨｚ）
に変調帯域（〜ＧＨｚ）の広がりしか加わらないため、
直接変調時のスペクトル線幅の広がり（１〜３Ａ）の約
１０分の１に抑圧することが可能である。
に変調帯域（〜ＧＨｚ）の広がりしか加わらないため、
直接変調時のスペクトル線幅の広がり（１〜３Ａ）の約
１０分の１に抑圧することが可能である。
従来の導波路型外部変調器は、変調帯域、消光比などの
点から強誘電体材料を中心とした方向性結合型、マツハ
ツエンダ干渉型などの構造が主に着目されているが、こ
れらは光の位相速度を変化させて強度変調を行なうため
、導波路の寸法と長さを均一かつ精密に制御して作製す
る必要があり、単一長当シの位相速度の変化量が小さい
ため必要とする変化量を得るためには素子長も数藺〜数
釧と長く、挿入損も大きいという欠点があった。
点から強誘電体材料を中心とした方向性結合型、マツハ
ツエンダ干渉型などの構造が主に着目されているが、こ
れらは光の位相速度を変化させて強度変調を行なうため
、導波路の寸法と長さを均一かつ精密に制御して作製す
る必要があり、単一長当シの位相速度の変化量が小さい
ため必要とする変化量を得るためには素子長も数藺〜数
釧と長く、挿入損も大きいという欠点があった。
（発明の目的）
本発明は、前述した従来技術の欠点に鑑みなされたもの
で、変調帯域消光比が大きく、素子長も短く、半導体レ
ーザとの集積化が可能な光外部変調形式の光変調素子を
提供することを目的とする。
で、変調帯域消光比が大きく、素子長も短く、半導体レ
ーザとの集積化が可能な光外部変調形式の光変調素子を
提供することを目的とする。
（発明の構成及び作用）
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
図１は、本発明による光変調素子の第１の実施例の動作
原理を示している。ｆａ）はＩｎＧａＡｓＰ導波路層を
ＩｎＰクラッド層でサンドイッチ状に挾んだ対称導波路
構造、（ｂ）は一方のＩｎＰ層が薄い非対称導波路構造
となっている。いずれの構造も、通常はＩｎＧａＡｓＰ
導波路層の屈折率が高いため伝搬する姿態は図中実線で
示しだように導波姿態であり、その伝搬損失は小さい。
原理を示している。ｆａ）はＩｎＧａＡｓＰ導波路層を
ＩｎＰクラッド層でサンドイッチ状に挾んだ対称導波路
構造、（ｂ）は一方のＩｎＰ層が薄い非対称導波路構造
となっている。いずれの構造も、通常はＩｎＧａＡｓＰ
導波路層の屈折率が高いため伝搬する姿態は図中実線で
示しだように導波姿態であり、その伝搬損失は小さい。
この場合、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層をＩｎＰクラッド層
と近い組成（Ｉｒ＋４−ｘＧａｘＡｓｙＰ、−ｙ）でＯ
＜ｘ≦ｏ、ｉ 、 ０＜ｙ＜０．２）、例えば禁制帯幅
相貫波長λ１が１．０μｍの組成で構成すると、その屈
折率は波長１．５７７ｍの光に対してｎ１＝３．２２と
なり、ＩｎＰの屈折率ｎ２＝＝３．１８に近づけること
ができる。従って、このＩｎＧａＡｓＰ導波路層に沿っ
てＰＮ接合を形成しておき、キャリアを注入すると、キ
ャリア数増加による屈折率減少効果により 、ＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層の屈折率が減少し、さらにＩｎＰの屈折
率に近づけることができる。図１の導波路構造の屈折率
分布において、破線はキャリア注入によシ減少した屈折
率ｎ；を示している。（ａ）の対称導波路では、ｎ；＝
ｎ２とすることにより、伝搬姿態の強度分布はそれまで
実線で示した導波姿態から、破線で示しだ放射姿態に変
形される。一方、（ｂ）の非対称導波路構造では、ｎ’
１＞ １１２であってもある程度ｎＩを減少させること
により、導波路理論で周知の如く、導波姿態はカットオ
フとなり、破線で示したような放射姿態に変形される。
と近い組成（Ｉｒ＋４−ｘＧａｘＡｓｙＰ、−ｙ）でＯ
＜ｘ≦ｏ、ｉ 、 ０＜ｙ＜０．２）、例えば禁制帯幅
相貫波長λ１が１．０μｍの組成で構成すると、その屈
折率は波長１．５７７ｍの光に対してｎ１＝３．２２と
なり、ＩｎＰの屈折率ｎ２＝＝３．１８に近づけること
ができる。従って、このＩｎＧａＡｓＰ導波路層に沿っ
てＰＮ接合を形成しておき、キャリアを注入すると、キ
ャリア数増加による屈折率減少効果により 、ＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層の屈折率が減少し、さらにＩｎＰの屈折
率に近づけることができる。図１の導波路構造の屈折率
分布において、破線はキャリア注入によシ減少した屈折
率ｎ；を示している。（ａ）の対称導波路では、ｎ；＝
ｎ２とすることにより、伝搬姿態の強度分布はそれまで
実線で示した導波姿態から、破線で示しだ放射姿態に変
形される。一方、（ｂ）の非対称導波路構造では、ｎ’
１＞ １１２であってもある程度ｎＩを減少させること
により、導波路理論で周知の如く、導波姿態はカットオ
フとなり、破線で示したような放射姿態に変形される。
放射姿態はその名が示すように、伝搬とともに、導波路
からそのエネルギーを急激に散逸してしまうため、伝搬
損失は極めて大きい。すなわち、電流を注入しないとき
は入射光はその捷１透過し、電流を注入することによっ
て透過が抑圧されることから、本素子は高速かつ消光比
の大きな光変調素子として機能させることができる。
からそのエネルギーを急激に散逸してしまうため、伝搬
損失は極めて大きい。すなわち、電流を注入しないとき
は入射光はその捷１透過し、電流を注入することによっ
て透過が抑圧されることから、本素子は高速かつ消光比
の大きな光変調素子として機能させることができる。
以上は、層厚方向の導波路構造で得られる効果について
述べたが、同様の効果は導波路の横方向についても得ら
れる。図２はその様子を表わしだもので、ここではキャ
リアの注入が有効に達成される矩形の導波路構造につい
て示した。すなわち横方向の場合も層厚方向と同様に元
来ＩｎＰクラッド層との屈折率差が小さく 、ＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層へのキャリア注入により破線で示しだよ
うに屈折率を減少させることができる。その結果、伝搬
姿態は実線で示しだ導波姿態から破線で示しだ放射姿態
へと変形され、透過光の抑圧効果は、層厚方向で得られ
る効果と相乗的に顕著になり、必要な素子長も一層短か
くすることが可能となる。
述べたが、同様の効果は導波路の横方向についても得ら
れる。図２はその様子を表わしだもので、ここではキャ
リアの注入が有効に達成される矩形の導波路構造につい
て示した。すなわち横方向の場合も層厚方向と同様に元
来ＩｎＰクラッド層との屈折率差が小さく 、ＩｎＧａ
ＡｓＰ導波路層へのキャリア注入により破線で示しだよ
うに屈折率を減少させることができる。その結果、伝搬
姿態は実線で示しだ導波姿態から破線で示しだ放射姿態
へと変形され、透過光の抑圧効果は、層厚方向で得られ
る効果と相乗的に顕著になり、必要な素子長も一層短か
くすることが可能となる。
実施例１
図３は、上述の本発明による光変調素子を具体的な外部
変調素子としてＤＦＢレーザと集積化しだ第１の実施例
である。１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
層、３はＩｎＧａＡｓＰ活性層、４はｐ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐバッファ層、５はｐ型ＩｎＰクラッド層、６はｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰキャップ層、７は中央部でその位相が管内
波長の４分の１だけシフトした回折格子、８及び９は各
々ｐ側、ｎ側の電極である。電極８を通して直流電流１
ｄを注入することにより、回折格子７が設けられた領域
がＤＦＢレーザとして発振する。この際、発振波長は回
折格子７の周期で決まるブラッグ波長で安定な単一波長
動作しそのスペクトル線幅は数ＭＨｚ以下と極めて狭い
。
変調素子としてＤＦＢレーザと集積化しだ第１の実施例
である。１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＧａＡｓＰ
層、３はＩｎＧａＡｓＰ活性層、４はｐ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐバッファ層、５はｐ型ＩｎＰクラッド層、６はｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰキャップ層、７は中央部でその位相が管内
波長の４分の１だけシフトした回折格子、８及び９は各
々ｐ側、ｎ側の電極である。電極８を通して直流電流１
ｄを注入することにより、回折格子７が設けられた領域
がＤＦＢレーザとして発振する。この際、発振波長は回
折格子７の周期で決まるブラッグ波長で安定な単一波長
動作しそのスペクトル線幅は数ＭＨｚ以下と極めて狭い
。
Ｄｌｉ”Ｂレーザからの出力光は、低損失な外部導波路
であるＩｎＧａＡｓＰ層１０内を伝搬する。本発明によ
る光変調素子を構成する主な部分は外部導波路領域に設
けられている。１１はｐ型ＩｎＰクラッド層、１２は変
調器用電極である。変調電流工□が０のときは、ＩｎＧ
ａＡｇＰ導波路層１０とＩｎＰクラッド層１及び１１０
作りつけの屈折率差によりＤＦＢレーザからの出力光は
低損失で変調素子部分を透過し、素子端面２０から出力
される。なお、１４は端面２０からの反射を抑圧するた
めのＩｎＰ窓領域、１５は出力を高効率に取り出すだめ
の無反射コーテイング膜である。次に、変調電流■□を
流すと、導波路の屈折率差は予め小さくとっであるだめ
、前述の如くキャリア数増加妃よシ導波路の屈折率が減
少してクラッド層と等しい屈折率となり、伝搬姿態は放
射姿態に変形し、端面２０より出力されない。このよう
にして、光出力は外部変調電流Ｉ、ｎに対応して強度変
調を受けるわけである。この際、ＤＦＢレーザの活性層
３内のキャリア数は定常的に一定であるだめ、光出力の
スペクトル線幅は変調帯域分しか広がらず、数Ｇｂ／Ｓ
の変調に対してもスペクトル線幅は１六以下と極めて小
さい。なお、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１を薄くすること
Ｋよシ、非対称導波路となり、少ない変調電流■□で同
様な消光比を得ることが可能である。
であるＩｎＧａＡｓＰ層１０内を伝搬する。本発明によ
る光変調素子を構成する主な部分は外部導波路領域に設
けられている。１１はｐ型ＩｎＰクラッド層、１２は変
調器用電極である。変調電流工□が０のときは、ＩｎＧ
ａＡｇＰ導波路層１０とＩｎＰクラッド層１及び１１０
作りつけの屈折率差によりＤＦＢレーザからの出力光は
低損失で変調素子部分を透過し、素子端面２０から出力
される。なお、１４は端面２０からの反射を抑圧するた
めのＩｎＰ窓領域、１５は出力を高効率に取り出すだめ
の無反射コーテイング膜である。次に、変調電流■□を
流すと、導波路の屈折率差は予め小さくとっであるだめ
、前述の如くキャリア数増加妃よシ導波路の屈折率が減
少してクラッド層と等しい屈折率となり、伝搬姿態は放
射姿態に変形し、端面２０より出力されない。このよう
にして、光出力は外部変調電流Ｉ、ｎに対応して強度変
調を受けるわけである。この際、ＤＦＢレーザの活性層
３内のキャリア数は定常的に一定であるだめ、光出力の
スペクトル線幅は変調帯域分しか広がらず、数Ｇｂ／Ｓ
の変調に対してもスペクトル線幅は１六以下と極めて小
さい。なお、ｐ型ＩｎＰクラッド層１１を薄くすること
Ｋよシ、非対称導波路となり、少ない変調電流■□で同
様な消光比を得ることが可能である。
以上は導波路層１０の屈折率をクランド層１１の屈折率
と等しくしだ場合の実施例について説明したが、次忙述
べるように必ずしも導波路層１０とクラッド層１１の屈
折率を等しくしなくとも、消光比の充分取れた光変調素
子を提供することができる。
と等しくしだ場合の実施例について説明したが、次忙述
べるように必ずしも導波路層１０とクラッド層１１の屈
折率を等しくしなくとも、消光比の充分取れた光変調素
子を提供することができる。
図４は、本発明による光変調素子の第２の実施例である
伝搬姿態のスポットサイズを変化させる動作原理を示し
ている。本実施例では、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層を挾ん
だＩｎＰクラッド層の外側にＩｎＧａＡｓＰ吸収層が設
けられている。対称導波路を伝搬する基本姿態の界分布
の幅、すなわちスポットサイズωは Ｔ ” ８ ｎ１旦 λ で表わされる導波路の規格化導波路幅で決まるととが知
られている。但し、ｎｌは導波路の屈折率、ａは導波路
幅、Δ、は導波路層とクラッド層との地図５は規格化導
波路幅Ｔと規格化スポットサイズω／ａｏ （但し、ａ
Ｑ ｌｄ Ｔ＝ ０．５ ＊の時の値）の関係を示しだ
図であり、Ｔ ＜ ０．２ではＴの減少によるスポット
サイズの増加効果が著しいことがわかる。
伝搬姿態のスポットサイズを変化させる動作原理を示し
ている。本実施例では、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層を挾ん
だＩｎＰクラッド層の外側にＩｎＧａＡｓＰ吸収層が設
けられている。対称導波路を伝搬する基本姿態の界分布
の幅、すなわちスポットサイズωは Ｔ ” ８ ｎ１旦 λ で表わされる導波路の規格化導波路幅で決まるととが知
られている。但し、ｎｌは導波路の屈折率、ａは導波路
幅、Δ、は導波路層とクラッド層との地図５は規格化導
波路幅Ｔと規格化スポットサイズω／ａｏ （但し、ａ
Ｑ ｌｄ Ｔ＝ ０．５ ＊の時の値）の関係を示しだ
図であり、Ｔ ＜ ０．２ではＴの減少によるスポット
サイズの増加効果が著しいことがわかる。
いま、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層（Ｉｎ４−ｘＧａｘＡ８
ｙＰ１−ｙ ｒＯ＜ｘ＜０．１ 、 Ｏ＜ｙ＜０．２）
の組成としてＩｎＰに近い、例えばλｇ−ｉ、ｏμｍ程
度の組成を選んでおくと、ｎ１＝３．２２．Δ、＝１．
２３％である。この時、Ｔ＝０２となる導波路層厚はａ
−０２μｍであり、全幅のスポットサイズはω＝２５μ
ｍとなる。ここで、前述の第１の実施例と同様な方法で
導波路層に電流を注入すると、屈折率はｎ１′に減少す
る。いｔ、ｎ；−３，１９となるように電流を注入する
と、Δ、’−０．３１％となり規格化導波路幅はＴ＝０
．１と半分に、まだ、スポットサイズはω−５，５μｍ
と倍以上に広げることができる。すなわち、電流注入に
より導波姿態の強度分布が外側に広がるわけである。そ
こで、スポットサイズが小さいときには重複しないが、
スポットサイズが大きくなったときに、姿態の強度分布
と一部重複する位置に吸収層などの損失を与える層を設
けておくこと如より、大きな伝搬損失を受けるようにす
ることができる。この重複部分が、図４中の斜線で示し
だ程度の量でも損失係数が大きいだめ、透過光を抑圧す
ることができる。
ｙＰ１−ｙ ｒＯ＜ｘ＜０．１ 、 Ｏ＜ｙ＜０．２）
の組成としてＩｎＰに近い、例えばλｇ−ｉ、ｏμｍ程
度の組成を選んでおくと、ｎ１＝３．２２．Δ、＝１．
２３％である。この時、Ｔ＝０２となる導波路層厚はａ
−０２μｍであり、全幅のスポットサイズはω＝２５μ
ｍとなる。ここで、前述の第１の実施例と同様な方法で
導波路層に電流を注入すると、屈折率はｎ１′に減少す
る。いｔ、ｎ；−３，１９となるように電流を注入する
と、Δ、’−０．３１％となり規格化導波路幅はＴ＝０
．１と半分に、まだ、スポットサイズはω−５，５μｍ
と倍以上に広げることができる。すなわち、電流注入に
より導波姿態の強度分布が外側に広がるわけである。そ
こで、スポットサイズが小さいときには重複しないが、
スポットサイズが大きくなったときに、姿態の強度分布
と一部重複する位置に吸収層などの損失を与える層を設
けておくこと如より、大きな伝搬損失を受けるようにす
ることができる。この重複部分が、図４中の斜線で示し
だ程度の量でも損失係数が大きいだめ、透過光を抑圧す
ることができる。
すなわち、吸収層で受けだ伝搬損失により、光変調素子
の入射光は光の進行方向に進むに従って犬きな損失を受
け、消光比を充分数ることができる。
の入射光は光の進行方向に進むに従って犬きな損失を受
け、消光比を充分数ることができる。
以上より、電流を注入しないときは入射光は損失層の影
響を受けずそのまま透過し、電流を注入することによっ
て透過が抑圧されることから、本素子も高速かつ消光比
の大きな光変調素子として機能させることができる。
響を受けずそのまま透過し、電流を注入することによっ
て透過が抑圧されることから、本素子も高速かつ消光比
の大きな光変調素子として機能させることができる。
実施例２
図６は、上述の本発明による光変調素子を具体的な外部
変調素子としてＤＦＢレーザと集積化した第２の実施例
である。図３の第１の実施例との大きな相異は、ＩｎＧ
ａＡｓＰ導波路層１０の近傍にｐ型ＩｎＧａＡｓＰ吸収
層１６を配したことである。中間のｐ型ＩｎＰクラッド
層１１の層厚を適当に選ぶことにより、前述したように
変調電流工□が注入されて導波姿態が広がった場合のみ
伝搬損失を著しく増加させ透過光を抑圧することができ
るわけである。
変調素子としてＤＦＢレーザと集積化した第２の実施例
である。図３の第１の実施例との大きな相異は、ＩｎＧ
ａＡｓＰ導波路層１０の近傍にｐ型ＩｎＧａＡｓＰ吸収
層１６を配したことである。中間のｐ型ＩｎＰクラッド
層１１の層厚を適当に選ぶことにより、前述したように
変調電流工□が注入されて導波姿態が広がった場合のみ
伝搬損失を著しく増加させ透過光を抑圧することができ
るわけである。
すなわち、変調電流を注入することによシ、ＩｎＧａＡ
ｓＰ導波路１０の屈折率がｐ型ＩｎＰクラッド層１１の
屈折率付近まで減少するが、まったく等しい屈折率にな
らないため、スポットサイズの大きい光がＩｎＧａＡｓ
Ｐ導波路１０を中心にして透過する。しかし、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ吸収層１６で透過光の一部が損失を受けるた
めに透過光のエネルギーが減衰する。
ｓＰ導波路１０の屈折率がｐ型ＩｎＰクラッド層１１の
屈折率付近まで減少するが、まったく等しい屈折率にな
らないため、スポットサイズの大きい光がＩｎＧａＡｓ
Ｐ導波路１０を中心にして透過する。しかし、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓＰ吸収層１６で透過光の一部が損失を受けるた
めに透過光のエネルギーが減衰する。
従って、光が取り出されるＩｎＰ窓領域１４付近におい
ては、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０の中を透過する光は
入射光よりもかなシ減衰を受けたものとなり、電流注入
を行なわない時との透過光の差（消光比）を大きくする
ことができる。
ては、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０の中を透過する光は
入射光よりもかなシ減衰を受けたものとなり、電流注入
を行なわない時との透過光の差（消光比）を大きくする
ことができる。
以上のように、ＩｎＧａＡｓＰ導波路層１０とｐ型Ｉｎ
Ｐクラッド層１１の屈折率を等しくしなくとも、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ吸収層１６を設けることにより、実施例１
と同様に消光比の大きい光変調素子を提供することがで
きる。
Ｐクラッド層１１の屈折率を等しくしなくとも、ｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰ吸収層１６を設けることにより、実施例１
と同様に消光比の大きい光変調素子を提供することがで
きる。
尚、実施例２では吸収層１６を上側のみに積層した構造
について説明しだが、導波路層１ｏの両側尾設ければ透
過光の減衰を倍にすることができるので、消光比は更に
大きくなることは言う寸でもない。
について説明しだが、導波路層１ｏの両側尾設ければ透
過光の減衰を倍にすることができるので、消光比は更に
大きくなることは言う寸でもない。
寸だ、図１（ｂ）のごとく非対称導波路構造においては
、光の強度分布が一方の側にのみ（ＩｎＰの層厚が厚い
方）に広がシをもつので、吸収層１６を光の強度分布の
広がり方向にのみ挿入しても、伝搬損失を充分与えるこ
とができ、消光比を大きく取ることができる。
、光の強度分布が一方の側にのみ（ＩｎＰの層厚が厚い
方）に広がシをもつので、吸収層１６を光の強度分布の
広がり方向にのみ挿入しても、伝搬損失を充分与えるこ
とができ、消光比を大きく取ることができる。
実施例３
以上は導波路へ電流を注入することにより屈折率を減少
させ、伝搬姿態を変化させる例について示したが、逆に
光照射により屈折率を増加させて同様の効果を得ること
ができる。その実施例を図７に示す。ＤＦＢレーザから
の出力光が導ひかれる外部導波路は、その等価禁制帯幅
がｐ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１８に近い多重量子井
戸（ＭＱＷ）構造で構成されている。従って、導波路１
７とＩｎＧａに大きく引き寄せられているため伝搬損失
が大きく、透過しない。ここで、ＭＱＷ構造のエキシト
ンのピーク波長に一致した変調光−を照射するとＭＱＷ
構造特有の大きな非線形性により屈折率が増加する。従
って、界分布は導波路に引き戻されるため低損失で伝搬
し、端面２０よシ光出力として得ることができる。なお
、通常エキシトン吸収の緩和にはＩｏｎｓ程度の時間を
要するが、各タイムスロット内の終端に、導波路界面の
ＰＮ接合に逆バイアスを加えてキャリアを空乏化させる
ことによシ高速応答が期待できる。
させ、伝搬姿態を変化させる例について示したが、逆に
光照射により屈折率を増加させて同様の効果を得ること
ができる。その実施例を図７に示す。ＤＦＢレーザから
の出力光が導ひかれる外部導波路は、その等価禁制帯幅
がｐ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１８に近い多重量子井
戸（ＭＱＷ）構造で構成されている。従って、導波路１
７とＩｎＧａに大きく引き寄せられているため伝搬損失
が大きく、透過しない。ここで、ＭＱＷ構造のエキシト
ンのピーク波長に一致した変調光−を照射するとＭＱＷ
構造特有の大きな非線形性により屈折率が増加する。従
って、界分布は導波路に引き戻されるため低損失で伝搬
し、端面２０よシ光出力として得ることができる。なお
、通常エキシトン吸収の緩和にはＩｏｎｓ程度の時間を
要するが、各タイムスロット内の終端に、導波路界面の
ＰＮ接合に逆バイアスを加えてキャリアを空乏化させる
ことによシ高速応答が期待できる。
本発明の実施例として、簡単のため全面電極構造につい
て示しだが、埋め込み構造などの横モードの安定化を図
った各種のストライプ構造にも適応できる。寸だ、導波
路層とクラッド層の組合せの代表例を第１表に示した。
て示しだが、埋め込み構造などの横モードの安定化を図
った各種のストライプ構造にも適応できる。寸だ、導波
路層とクラッド層の組合せの代表例を第１表に示した。
尚、第１表で導波路層とクラッド層との材料が同一で記
載されているものがあるが、前述したように、クラッド
層の屈折率が導波路層の屈折率より小さくなるように組
成が変えられている。
載されているものがあるが、前述したように、クラッド
層の屈折率が導波路層の屈折率より小さくなるように組
成が変えられている。
第１表
（発明の効果）
以上詳細に説明したように、本発明によれば、スペクト
ル線幅が狭く、高速動作が可能で消光比の大きな被変調
光が得られ、まだ作製も容易にしてレーザとの集積化が
可能な光変調素子が実現できる。従って、長距離、超大
容量光フアイバ通信に用いる光源として有望であり、こ
の効果は極めて大きい。
ル線幅が狭く、高速動作が可能で消光比の大きな被変調
光が得られ、まだ作製も容易にしてレーザとの集積化が
可能な光変調素子が実現できる。従って、長距離、超大
容量光フアイバ通信に用いる光源として有望であり、こ
の効果は極めて大きい。
図１及び図２は本発明による第１の実施例の基本原理で
ある導波路の屈折率変化により伝搬姿態が変形する様子
を示す図、図３は本発明の光変調素子をＤＦＢレーザと
集積化した構造の第１の実施例を示す斜視図、図４は本
発明の第２の実施例の基本原理で導波路の屈折率変化に
より伝搬姿態が変化する様子を示す図、図５は規格化ス
ポットサイズと規格化導波路幅の関係を示す特性図、図
６及び図７は各々本発明による第２及び第３の実施例を
示す斜視図である。 １ ・＝ ｎ型ＩｎＰ基板、 ２− ｎ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層、３− ＩｎＧａＡｓＰ活性層、４−ｐ型ＩｎＧａ
ＡｓＰバッファ層、 ５・・・ｐ型ＩｎＰクラッド層、
６−ｐ型Ｉ ｎＧａＡ ｓＰキャップ層、７・ ＤＦＢ
レーザ用回折格子、８，９・・・ｐ側設びｎ側電極、１
０− ＩｎＧａＡｓＰ外部導波路層、 １１ ・ｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層、１２・・・電極、１３・・・ｎ型Ｉｎ
Ｐ層、１４・・・ＩｎＰ窓領域、１５・・・無反射コー
テイング膜、１６−ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ吸収層、 １７
＝・ＭＱＷ導波路層、 １８ ・ｐ型ＩｎＧａＡｓＰク
ラッド層、２０・・・端面。 特許出願人 国際電信電話株式会社 代理人 大垣 学 外１名 図２
ある導波路の屈折率変化により伝搬姿態が変形する様子
を示す図、図３は本発明の光変調素子をＤＦＢレーザと
集積化した構造の第１の実施例を示す斜視図、図４は本
発明の第２の実施例の基本原理で導波路の屈折率変化に
より伝搬姿態が変化する様子を示す図、図５は規格化ス
ポットサイズと規格化導波路幅の関係を示す特性図、図
６及び図７は各々本発明による第２及び第３の実施例を
示す斜視図である。 １ ・＝ ｎ型ＩｎＰ基板、 ２− ｎ型ＩｎＧａＡｓ
Ｐ層、３− ＩｎＧａＡｓＰ活性層、４−ｐ型ＩｎＧａ
ＡｓＰバッファ層、 ５・・・ｐ型ＩｎＰクラッド層、
６−ｐ型Ｉ ｎＧａＡ ｓＰキャップ層、７・ ＤＦＢ
レーザ用回折格子、８，９・・・ｐ側設びｎ側電極、１
０− ＩｎＧａＡｓＰ外部導波路層、 １１ ・ｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層、１２・・・電極、１３・・・ｎ型Ｉｎ
Ｐ層、１４・・・ＩｎＰ窓領域、１５・・・無反射コー
テイング膜、１６−ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ吸収層、 １７
＝・ＭＱＷ導波路層、 １８ ・ｐ型ＩｎＧａＡｓＰク
ラッド層、２０・・・端面。 特許出願人 国際電信電話株式会社 代理人 大垣 学 外１名 図２
Claims (6)
- （１）入射光を導波する機能を有する導波路層の二表面
の少くとも一方に該導波路層より小なる屈折率のクラッ
ド層が配置された構造を有し、かつ前記導波路層に外部
変調エネルギーを印加する変調手段を備えて、該外部変
調エネルギーの変化により前記導波路層の屈折率が前記
クラッド層の屈折率とほぼ等しくなるようにするか又は
両屈折率の差を減少するように制御することにより前記
導波路層の伝送損失を変化せしめ、前記入射光の光強度
を変調した変調出力をとり出すように構成された光変調
素子。 - （２）前記変調手段が前記導波路層に変調電流を注入す
るように構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の光変調素子。 - （３）前記変調手段が前記導波路層に変調光を照射する
ように構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光変調素子。 - （４）入射光を導波する機能を有する導波路層の二表面
の少くとも一方に該導波路層より小なる屈折率のクラッ
ド層が配置されさらに該隣接層の外側に光吸収層を配置
した構造を有し、かつ前記導波路層に外部変調エネルギ
ーを印加する変調手段を備えて、該外部変調エネルギー
の変化により前記導波路層の屈折率と前記クラッド層の
屈折率との差が減少するように制御することにより前記
導波路の導波姿態を前記光吸収層に拡げて該導波路層の
伝達損失を変化せしめ、前記入射光の光強度を変調した
変調出力をとシ出すように構成された光変調素子。 - （５）前記変調手段が前記導波路層に変調電流を注入す
るように構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第
４項記載の光変調素子。 - （６）前記変調手段が前記導波路層に変調光を照射する
ように構成されたことを特徴とする特許請求の範囲第４
項記載の光変調素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59115586A JPS60260017A (ja) | 1984-06-07 | 1984-06-07 | 光変調素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59115586A JPS60260017A (ja) | 1984-06-07 | 1984-06-07 | 光変調素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60260017A true JPS60260017A (ja) | 1985-12-23 |
Family
ID=14666257
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59115586A Pending JPS60260017A (ja) | 1984-06-07 | 1984-06-07 | 光変調素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60260017A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6247620A (ja) * | 1985-08-27 | 1987-03-02 | Nec Corp | 導波型光スイツチ |
| JPS62191822A (ja) * | 1986-02-18 | 1987-08-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子井戸形光変調器およびその製造方法 |
| JPS6358412A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-14 | Nec Corp | 光スイツチ |
| JPS6381305A (ja) * | 1986-09-26 | 1988-04-12 | Nec Corp | 光集積回路 |
| JPS63100422A (ja) * | 1986-10-17 | 1988-05-02 | Nec Corp | 導波型光スイツチ |
| JPH01184971A (ja) * | 1988-01-20 | 1989-07-24 | Canon Inc | スラブ導波光出射半導体レーザー |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5497054A (en) * | 1978-01-14 | 1979-07-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Transmission controlling system for optical signals |
| JPS5880617A (ja) * | 1981-11-09 | 1983-05-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 導波形光スイツチ素子 |
| JPS58107512A (ja) * | 1981-12-22 | 1983-06-27 | Ricoh Co Ltd | 光制御フアイバ素子 |
-
1984
- 1984-06-07 JP JP59115586A patent/JPS60260017A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5497054A (en) * | 1978-01-14 | 1979-07-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Transmission controlling system for optical signals |
| JPS5880617A (ja) * | 1981-11-09 | 1983-05-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 導波形光スイツチ素子 |
| JPS58107512A (ja) * | 1981-12-22 | 1983-06-27 | Ricoh Co Ltd | 光制御フアイバ素子 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6247620A (ja) * | 1985-08-27 | 1987-03-02 | Nec Corp | 導波型光スイツチ |
| JPS62191822A (ja) * | 1986-02-18 | 1987-08-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 量子井戸形光変調器およびその製造方法 |
| JPS6358412A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-14 | Nec Corp | 光スイツチ |
| JPS6381305A (ja) * | 1986-09-26 | 1988-04-12 | Nec Corp | 光集積回路 |
| JPS63100422A (ja) * | 1986-10-17 | 1988-05-02 | Nec Corp | 導波型光スイツチ |
| JPH01184971A (ja) * | 1988-01-20 | 1989-07-24 | Canon Inc | スラブ導波光出射半導体レーザー |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2809124B2 (ja) | 光半導体集積素子およびその製造方法 | |
| JP2689698B2 (ja) | αパラメータ符号を反転させた半導体素子 | |
| US4743087A (en) | Optical external modulation semiconductor element | |
| US8970948B2 (en) | Method and system for operating semiconductor optical amplifiers | |
| JPH0465367B2 (ja) | ||
| US6278170B1 (en) | Semiconductor multiple quantum well mach-zehnder optical modulator and method for fabricating the same | |
| JPH0927658A (ja) | 半導体光集積回路およびその製造方法 | |
| JP2814906B2 (ja) | 光半導体素子およびその製造方法 | |
| JP2019008179A (ja) | 半導体光素子 | |
| JPH08146365A (ja) | 半導体マッハツェンダー変調装置及びその製造方法 | |
| JPS60260017A (ja) | 光変調素子 | |
| EP0662628B1 (en) | Semiconductor multiple quantum well Mach-Zehnder optical modulator | |
| JPH01319986A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JPH07231132A (ja) | 半導体光装置 | |
| JP2669335B2 (ja) | 半導体光源及びその製造方法 | |
| US6760141B2 (en) | Semiconductor optical modulator and semiconductor optical device | |
| JPH033384A (ja) | 半導体光素子 | |
| JPH058878B2 (ja) | ||
| JP2760276B2 (ja) | 選択成長導波型光制御素子 | |
| JPS6373585A (ja) | 周波数可変分布ブラツグ反射型半導体レ−ザ | |
| JPH03192788A (ja) | 集積型光変調器 | |
| JPH03291617A (ja) | 集積型光変調器 | |
| JPS61107781A (ja) | 単一軸モ−ド半導体レ−ザ装置 | |
| JPH04198913A (ja) | 電界吸収型半導体光変調器 | |
| JP2971419B2 (ja) | 光スイッチ |