JPS62266503A - 光複合機能素子 - 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、７本の元ファイバに複数波長の元信号を伝送
する波長多重元伝送方式において受光側で使用する光分
波器および受光器の機能を有する小型にして経済的な″
２ｅ複合機能素子に関するものである。

〔従来の技術〕

従来光分波器としては第３図に示すものが用いられてき
た。

／ｉ分波すべき元信号の入力用端子、♂は集束形ロンド
レンズ、りはガラスブロックである。ｊ。

６．７はそれぞれ波長λ１．λ２．λ３　の元信号のみ
を通過し、その他の波長の光信号を反射する誘電体多層
膜フィルタである。したがって入力用端子ｌから入った
λ９．λ２．λ３の３波合成された元信号はガラスブロ
ックタの中で通過・反射して行く過程で分波され、出力
用端子２，３．≠からそれぞれ波長λ５．λ２．λ３の
元信号が取シ出される。

また受光機能については、従来は上記の出力用端子２．
３．ＩＡにそれぞれ個別の受光器を取り付けることによ
り実現していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明したように従来の光分波器は、個別の機能をＭ
する多数の光部品を使用しており、入出力用尤ファイバ
間の軸合わせ、個別部品間の位置調整等を必要とするた
め、大量生産が不可能でありこのため低価格化が不可能
であるという欠点がある。特に将来加入者系への適用が
予想される単一モード元ファイバ用の光分波器を構成す
る場合は、部品相互の位置合わせを１μｍ以下の精度で
行なう必要があり、その価格はきわめて高価になる。ま
た受光器も光分波器とは全く別の製造工程で作られたも
のを使用し、さらに取り付は工程が必要となるためより
高価となる欠点があった。

したがって本発明は個別の部品を組み立てる工程を必要
としない導波路形機能素子の構造を発案することにより
、小形で安価な分波・受光機能を有する光複合機能素子
を提供することにある。

〔問題点’ｔ１９’ｌ決するための手段〕本発明は上記
目的を達成するために所定の波長に吸収端を有する半導
体導波路を縦続に配置し、かつ各導波路のクラッド層上
部及び基板下部に電気信号を取り出すための電極を取り
付ける構成をとることにより、受光・分波子機能を同時
に実現することを最も主要な特徴とする。本元複合機能
素子は化合物半導体製造プロセスを用いて同一基板上に
吸収端波長の異なる複数の半導体導波路を構成するため
、縦続に配置した各導波路の位置合わせがあらかじめな
されており大量生産による大幅な価格低減が期待できる
。

〔作　用〕

半導体導波路の活性層の混晶比を変えることにより活性
層の吸収端波長を設定でき、この波長よりも短い（すな
わちエネルギーの高い）元が吸収される。すなわち元の
入射側から縦続して配置された導波路の吸収端波長を順
次長くなるように設定することにより、入射側の導波路
から順に短い波長から長い波長の個々の光を分光し、受
光することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例による光複合機能素子であり、
第１図（ａ）は斜視図、第１図（ｂ）はＡ　−Ａ’切断
線における断面図であり、各半導体導波路に共通である
。ｉｏは基板、／／−ａ、　／／−ｂ、　／／−Ｃはそ
れぞれ波長λａ、λｂ、λＣに吸収端波長を有する半導
体導波路であり、／Ａは光複合機能素子に入射される元
信号で、３つの波長λ３．λ２゜λ、が合波きれている
。／５２−ａ＋　／−２ｂ＋　／−２−ｃは各半導体４
波路で吸収される元信号により誘起される電気信号を検
出するための電極である。半導体導波路ｌｌはクラッド
層ｉ３．ｉｓと活性層ｌｔＡから構成されている。吸収
端波長λａ、λｂ。

λＣと入射元信号波長λ３．λ２．λ、は式（１）に示
す関係に設定されている。

λ１〈λａくλ２くλｂ〈λ、〈λＣ（１）したがって
、各半導体導波路／／−ａ＋　／／−ｂ＋／／−ｃでは
それぞれ波長λ１．λ２．λ、の元信号が検出されるこ
とになる。

上述の轡能および構造の詳細を長波長帯で動作する光複
合機能素子を例に説明する。長波長帯の場合には基板１
０はＩｎｋ’、クラッド層ｉ３．ｉｓはそれぞれ覗Ｎ）
：ｎ型；′ζドープされたＩｎＰクラッド１ｖである。

また活性層／４は０３．　Ｉ。、−、Ａ、ｘＰ、−８か
ら戚り、その混晶比Ｘおよびｙｋ変んることにより吸収
端波長λａ、λｂ、λＣを変えることができる。

例えば　λａ　＝　／、３０μｍ、λｂ＝／、４！ｊμ
ｍ、λｃ　＝　／、！！μｎ１　に設定するためには、
各導波路の活性層の混晶比を第１表の如く設定すればよ
い。

第１表 この時活性層ｌ≠の電子弁−率χの虚数部分χ′は第２
商に示す波長依存性を示す。このχ′より光′ｄｊ、力
の減衰定数γは式（２）で表わされる。

ｒ＝−にχ′（λ）／ｎ”　　　　　　　　　　　　　
（２）ここでｋは波数（２π／λ）、ｎは活性層の屈折
率である。したがって元の電界成分は進行方向Ｚに対し
てｃ　（７／２）　２と表わされる。

以上述べたことよりλａより小さい波長λ１の元は半導
体導波路／／−ａで吸収される。　この半導体導波路に
おいてｎ型およびｐ型クラッド層に逆バイアスを印加す
ると活性層は空乏層化する。この状態で活性層にλ１の
元が吸収されると電子−正孔対が発生し、電子は正電極
側に正孔は負電極側にドリフトし、その元信号に対応し
た信号電流として取り出すことができる。波長λ２およ
びλ。

の元信号は低損失で半導体導波路／／−ａ　　を通過す
る。同様に半導体導波路／／−ｂでは、波長λｔの元信
号のみが吸収され、波長λ、の信号光は低損失で通過す
る。また半導体導波路／／−ｃ　　では波長λ、の信号
光が吸収される。従って吸収端波長の異なる半導体導波
路を縦続に配置することにより３波の元分波およびその
各波長の受光機能を有した光複合機能素子の実現が可能
となる。

この分波機能の性能を示すクロストークは、各半導体導
波路における信号光の吸収特性で決°まる。

例えばλａ”＝／、３０μｍ　の半導体導波路における
λくλａ　なる元の減衰定数γは／　Ｑ　３１０ＩＬ程
度であり、半導体導波路長がｉｏｏμｍの場合、その半
導体導波路において弘ｊ　ｄＬ３の減衰を受けることに
なる（　１０ＩｎｔｚＣｅｘｐ（−＃）”Ｘ＃：）−２
））＝−弘ｊｄＢ）。

この値はクロストークの要求値を十分満足している。ま
た受光器としての効率は通常のｉ’ＩＮダイオードと同
程度となると考えられる。

本実施例では、３波の分波・受光を行う素子について説
明したが、所定の波長に吸収端波長を有する半導体導波
路を所要数縦続に配置することにより任意の数の信号光
に対して適用可能である。

ここで示した光複合機能素子は、半導体導波路のクラッ
ド部が共通で、活性層のＧａと■。およびＡ、とＰの混
晶比のみが異なり、従ってＩｎｔ’　　基板上にモノリ
シックに形成することができ、半導体導波路間の結合は
、サブミクロンの膜厚制御、および位置合わせ精度を有
する化合物半導体製造プロセスで行なうことが可能であ
り、人手を介さずに製造が可能である。また水元複合機
能素子を構成する半導体導波路の幅はクラッド層も含め
て３００μｍ、長さはμＯＯμｍ程度なので、極めて小
型な光部品の実現が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光複合機能素子は組立て
に人手を介さず大量生産を行なうことができ、かつ分光
・受光機能も兼ね備えているので安価であるという大き
な利点がある。さらに化合物半導体を用いて等波路を構
成しているので小型・軽量であるという利点がある。ま
た単一モードファイバに適用しても、従来の光分波器の
ように精密組立てを必要としないため、価格が高くなる
ことなく実現用能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（、、）は本発明の実施例を示す斜視図であり、
第７図（ｂ）はこのＡ　−Ａ’線における断面図である
。 第２しＩは各導波路の活性層の′上気分極率の虚数部の
波長依存性を示す。第３図は従来の光分波器の例である
。 ｉｏ・・・基板、ｌｌ・・・半導体導波路、Ｌｌ・・電
唖、ｉｓ、ｉｓ・・・クラッド層、ｌ弘・・・活性層、
１６・・・元信号。 才１図（α） 才１０Ｃｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の導電型からなる第１のクラッド層と、該第１のク
   ラッド層の上に配置した活性層と、該活性層を囲みかつ
   前記第１のクラッド層の上に積層した第２の導電型から
   なる第２のクラッド層と、前記第１および第２のクラッ
   ド層に逆バイアス電圧を印加するとともに電気信号を取
   り出すための一対の電極とからなる複数の半導体導波路
   を基板上に光学的に軸合わせして縦続に配置し、光信号
   の入射方向から順に前記半導体導波路の活性層の吸収端
   波長を長く設定したことを特徴とする光複合機能素子。