JPS62217226A - 光制御装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体レーψ、受光素子などとの集積化が容
易な光スイッチ機能を有する光制御装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 光ファイバにはガラスに固有の散乱が存在するつ丸ファ
イバコアを伝搬する光波はコア内のドーパントなどの散
乱源によりレイリー散乱を生じる。

特にこの散乱光のうちファイバコア後方（光源方向）ヘ
ガイドされた散乱光を後方散乱光と呼ぶ。

光フ１イバの一端から光パルスを送り、後方散乱光を観
測することによりファイバの良さ方向の損失分布や破断
点などを検出する手法を０ＴＤＲ（Ｑｐｔｉｃａｌ　　
Ｔｉｍｅ　　Ｑｏｍａｉｎ　　Ｒｅｆ　Ｉｅｃｔｏｍｅ
ｔｒｙ）法という。

第６図は従来の０ＴＤＲ法を用いた光フアイバ試験装置
の基本構成を示す構成ブロック図である。

光ｒＡ１から出力された光パルスは方向性結合器２を通
って被測定７７！イバ３に入射する。この光の一部は後
方レイリー散乱光として逆方向へ戻り、再び方向性結合
器２を経由して受光部５の受光素子４に入射し検出され
る。制御回路６は光［１゜方向性結合器２　Ｊ５よび受
光部５の動作を制御する。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記のような従来のＯＴＤＲＭ置は発光
部、光方向性結合部、受光部などがそれぞれ別の個別部
品で構成されていた。そのため、（イ）装置が大型化す
る。

（ロ）光の接続損失が大ぎい。

（ハ）信頼性に乏しい。

（ニ）高価格となる。

（ホ）　ｆｆ）産性に乏しい。

等の問題点があった。またこれらの問題点は０ＴＤＲに
限らず、個別部品で光回路を構成する場合には一般的な
問題点であった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
、小形化、高信頼性、大患生産性、結合の無調整化、低
損失化を図った光制御装置を実現することを目的として
いる。また従来、この種の光四路部品を集積した光集積
回路でｌよ光導波路と電極の位置合せにサブミクロン単
位での精度が必要とされたが、この位置合せを不要にす
ることも目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明の第１の発明に係る光制御装置は塞板上にＰＮ接
合層と、このＰＮ接合層の付近に設けた周囲より屈折率
の高い光導波層と、前記ＰＮ接合層の両側に設けた一方
が少なくとも２分割された電極とを備え、前記ＰＮ接合
層に対する逆バイアス電圧を前記電極に印加して前記光
導波層付近の屈折率を上昇させることにより選択的に光
導波路を形成するように構成したことを特徴とする。

本発明の＠２の発明に係る光制御装置は基板上にＰＮ接
ｆ：１層と、このＰＮ接合層の付近に設けた周囲より屈
折率の高い光導波層と、前記ＰＮ接合層の両側に一方が
少なくとも２分割された電極を設（）前記ＰＮ接合に対
する逆バイアス電圧を前記電極に印加して光導波層付近
の屈折率を上昇させることにより選択的に光導波路を形
成するように構成した光スイッチ部と、前記ＰＮ接合層
の両側に電極を設は前記光スイッヂ部との境界に設けら
れた溝を介して出力光を一方の前記光導波路に出力する
ように構成した半導体レーザ部と、前記ＰＮ接合層の両
側に′ｉｑｉ極を設は他方の前記光導波路からの出力光
を入射するように構成した受光部とを備えたことを特徴
とする。

（実施例） 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。

第１図は本発明に係る光制御装置の一実施例で０ＴＤＲ
に応用したものを承り平面図である。光ｉＩ＋制御菰置
装００において、４０は素子全体を３つの部分に分けて
互いに電気的に絶縁する丁字形の溝、１０はレーザ光を
出力する半導体レーザ部（以下レーザ部と呼ぶ）、１丁
はこのレーザ部１０の素子表面にＮｉｌ　ｋノられたレ
ーザ駆動用のオーミック電極、２０はこのレーザ部１０
の出力光を入射する光スイッチ部、２１．２２．２３は
この光スイッチ部２０の表面にＹ字形に配置して設けら
れた光導波路形成用のオーミック電極、３０は前記光ス
イッチ部２０から入射する光を検出する受光部、３１は
この受光部３０の表面に設けられた信号取出し川のオー
ミック電極である。電極１１はレーデ部１０のレーザ光
を光スイッチ部２０の光導波路へ出力するために、光導
波路方向に艮い形をしている。

第２図は第１図に対応する側面図である。５０はｎ−ｌ
ＴｌＰｍ板、５１はこのｎ−ＩｕＰ！ｉｉ板５０上に形
成された厚さが約１μｍのｎ−１ｕＱａ△ｓＰ工ピタキ
シアル層、５２はこのｎ−ＩＴＬＧａＡｓＰエピタキシ
アル層５１」二に約０．５μｍのＪνさて形成される屈
折率の高い（層５１とは成分比が異＜≧る）　ｎ　−［
ＴＬ　Ｇａ　Ａｓ−Ｐ導波層（活竹育）、５３はこのｎ
−Ｉ　１ｔ　ＧａΔｓＰ導波層５２上に約１μｍの厚さ
で形成されｎ　　ＩｕＧａＡｓＰ導波層５２との境界に
Ｐ　Ｎ接合６０を形成する屈折率がＰ：１Ｊ５２より低
いＰ−Ｉ且Ｐ層、５４は前記電極をオーミック接合させ
るためのコンタク［一層としてこのＰ−ｒｎＰ層５３上
に形成されるＰ−Ｉｕ　Ｇａ　Ａｓ　ＰＩＦ２．５５は
前記ｎ−ＩＴＬＩｌ）草根５０の下部全面に設けられた
オーミック電極、５６は素子１００のイｊ側の端面に５
Ｉ０２やＡ　１２０３などの喚をデポジションし′Ｃレ
ーザ光反射率を上げるようにした高反射膜である。前記
Ｗ６４０の深さは、ここではｎ　　ｆｕｒｌ板５０板層
０程度と仕っているか、少なくとも層５１に達するもの
であればよい。素子の端面はへき開面を形成している。

■ビタキシアル層の形成法としては、Ｍｏｃｖｏ　ｃ有
機金成熱分解）法やＭＢＥ（分子線」−ビタキシー）法
などを用いる。また溝形成法としては、ケミカル・−［
ツ升の他、リアクティブ・イオン・エラｆ−などの丁法
を用いる。

第３図は第１図にａ３　ｆ）る△−八へ分の断面図であ
る。図の右側にレーザ部１０が、左側に受光部３０があ
る。レーザ部１ｏにａ３いて、５７は注入キャリアを有
効に集中させるために、エピタキシアル成長に先だって
、あらかじめエツチングにより形成された溝である。レ
ーザ部１０の電極１１゜５５間には電流注入のために、
ＰＮ接合６０に対して順方向の電圧Ｖｏが印加されてい
る。受光部３０はＰＮへテロ接合による受光素子を形成
し、ここで（ま電極３１．５５に抵抗Ｒが接続し、検出
電流に対応でる両端の電圧を電圧測定手段ＶＭで測定し
ている。

第４図【よ第１図におけるＢ　−３部分の断面図である
。光ス、イップ部２０の光導波層５２に光導波路を形成
するために電極２１．２３がそれぞれＳＷｌ、ＳＷ２を
介しＴＰＮ接合６０に対する逆バイアス電に−Ｖ　＋に
接続されている。

このような構成の光ｉ１ｉ＋制御Ｖ４置の動作を次に説
明する。レーザ部１０上部の電極に電流注入すると、ｎ
−ＩｕＧａＡｓＰ活性層でキャリアの再結合が生じ、活
性層側面のミラー而により形成される共振器内でレーザ
発娠が生じる。活性層側面のミラー而の一方は第１図の
右側のへき開面、他方は１ル４０に面するエツチングに
より形成された而である。第３図に示した溝５７により
注入キャリアを有効に集中させることができる。レーザ
部１０からのレーザ出力光は溝４０を通過して光スイッ
チ部２０のｎ−ＹＴＬ　Ｇａ　Ａｓ　ＰＬＩ波腑５２へ
導波される。ス・インチＳＷ１を上方に倒して電極２１
に逆バイアス電圧−ｖｌを印加Ｍると、ＰＮ接合６０近
傍の電極形状に対応した部分に空乏層が広がる。空乏層
ではキャリア濃度の低下により屈折率が上背するため、
第４図の６１のように市ＶｉＡ２１下に選択的に光導波
路が形成される。電極２２にも同様に逆バイアス電圧が
印加されていると、レーザ光は光導波路６１を通過した
後電極２２の下の導波路を介して外部の被測定光ファイ
バなどに出射される。次に外部の被測定光ファイバなど
からの戻り光が電極２２の下の導波路に入射すると、ス
イッチＳＷ２を介し逆バイアス電圧−Ｖ＋を電］４２３
に印加（ＳＷｌはオフ）して前記同様電極下に光導波路
６２を形成し、溝４０を介して受光部３０に導かれる。

入射光により受光部３０のＰＮ接合部分には電流が誘起
する。この電流は抵抗Ｒの両端で電圧を生じ、電圧測定
手段ＶＭでこれを測定することにより、入射光を検出で
きる。

このような構成の光制御装茸によれば、半導体レーザ、
受光素子、光スーイッヂを集積化し、小形化、？：Ｓ信
頓性、吊産性を図ったＯ　Ｔ　Ｄ　Ｒ素子を実現するこ
とができる。

また上記の実施例にＪ３いて、電（初２１．２２の下に
光導波路が形成されているときは、この導波路側面の［
ツチング面とへぎ開面も共振器となるので、レーザ部１
０の共振器とともに複合共振器が構成され、発振スペク
］・ル線幅の狭域化、七−ドホッヅの減少などの利点を
生じる。

また電極と導波路との位置合ｌ！などが不要であるとい
゛）利点がある。

また同一基板上に増幅回路や処理回路などを形成するこ
とも容易である。

なお上記の実施例ではｎ１ｕＰＬＡ板を例に取って説明
したが、ｐ　　ＩｕＰｌ板でも同様の構成が可能ぐある
。

またレーザ部１０の構成としては、活性層を複数設けて
高出力化を図ったもの、活性層として量子１戸構造をと
ったもの、共振器として分布帰還用の回折格子を設けた
ものなどを用いてもよい。

またＩｎＰ系に限らず、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系の化合物半導
体でも同様の構成が可能である。

また上記の実施例ｒはＰＮ接合の空乏層を利用して光導
波路を形成しているが、フリーキャリアの′ａ度差によ
る屈折率変化を用いるものならなんでもよい。

また前述の光導波路は印加する逆バイアス電圧に対応し
て、電気光学効果により屈折率が変化するので、印加電
圧により発振波長を選択することができる。

また溝４０の受光部３０と光スイッチ部２０の間の部分
は省略することもできる。

また被測定光ファイバ入射端からの大光量のフレネル反
射など、不要な戻り光は、電極２２（必要なら２１．２
３も）をオフにすることにより受光ａｌｌ　３０　、レ
ー’！　ｍ　Ｉ　Ｑに対して光マスクすることができる
。

また上記の実施例では光スイッチ部２ｏの電極・として
３分割（２１，２２，２３）ｔ、たｂのを用いたが、こ
れに限らず、最低２分割以上であれば光スィッチを構成
できる。

第５図は本発明に係る光制御装置の応用例で、０ＴＤＲ
等で短パルスを発生するものを示づ構成ブロック図であ
る。、７１はパルス駆動回路、７２はこのパルス駆動回
路７１で駆動される外部レーザ、７３はこの外部レーデ
７２の出力光を集光して光制御装置１００のレーザ部１
０に入ひ１する集光用レンズ、７４は光ｉ！ＩＩＪＩ！
ｌ装置１００の出力光を集光して被測定光ファイバ３に
入射する球レンズ、７５は光制御装置１００の受光部３
ｏの電極に接続する受光回路、７６は光制御８Ａ置１０
０の光スイッチ部２０の各電極に接続して光導波路をル
リ御する制御回路である。

このような構成の装置の動作を次に説明する。

レーザ部１０の被注入側レーザを閾値付近までバイアス
電流を流しておき、外部レーザ７２からレンズ７３を介
して短パルス光を外部光注入する。

このとき被注入レーザは外部レー＃ｆ７２よりも短いパ
ルスで発振する。

このような構成の装置によれば、光制御装置内の単一の
レー會アを用いた場合よりも短いパルス発生を実現でき
る。

なお上記の実施例では０ＴＤＲ用としてレーザ部、光ス
イッチ部、受光部を一体にｂで集積化した場合を示した
が、コンピュータ内部の光通信など他の用途に応用する
こともできる。また光スイッヂ部単独またはこれと他の
部分を組合Ｕてローカルエリア・ネットワークなど他の
用途に利用することもできる。

（１明の効果） 以上述べたように本発明によれば、小形化、高信頼性、
出産性、結合の無調整化、ｔＪｃ損失化等を図った光制
御装置を簡単な構成で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる先制ｔ１１１装置の一実施例を
示す平面図、第２図は同側面図、第３図およびｍ４邑は
同断面図、第５図は実施例装置の１応用例を示す構成ブ
ロック図、第６図は従来の０ＴＤＲ装置を示す構成ブロ
ック図である。 １０・・・半導体レーザ部、２０・・・光スンツヂ部、
１１．２１．２２．２３，３１．５５・・・ｆｔ！極、
３０・・・受光部、４０・・・溝、５０・・・基板、５
２・・・光導波層、６０・・−ＰＮ接合層、６１．６２
・・・光導波路、１００・・・先制ｗＪ装置、ｖ＋・・
・逆バイアス電圧。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板上にＰＮ接合層と、このＰＮ接合層の付近に
   設けた周囲より屈折率の高い光導波層と、前記ＰＮ接合
   層の両側に設けた一方が少なくとも２分割された電極と
   を備え、前記ＰＮ接合層に対する逆バイアス電圧を前記
   電極に印加して前記光導波層付近の屈折率を上昇させる
   ことにより選択的に光導波路を形成するように構成した
   ことを特徴とする光制御装置。
2. （２）基板上に ＰＮ接合層と、 このＰＮ接合層の付近に設けた周囲より屈折率の高い光
   導波層と、 前記ＰＮ接合層の両側に一方が少なくとも２分割された
   電極を設け、前記ＰＮ接合に対する逆バイアス電圧を前
   記電極に印加して光導波層付近の屈折率を上昇させるこ
   とにより選択的に光導波路を形成するように構成した光
   スイッチ部と、前記ＰＮ接合層の両側に電極を設け、前
   記光スイッチ部との境界に設けられた溝を介して出力光
   を一方の前記光導波路に出力するように構成した半導体
   レーザ部と、 前記ＰＮ接合層の両側に電極を設け、他方の前記光導波
   路からの出力光を入射するように構成した受光部と を備えたことを特徴とする光制御装置。