JPS63198005A - 導波路型アイソレ−タ - 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】 （７）技術分野 この発明は、半導体レーザの戻り光防止のための導波路
型アイソレータに関する。

半導体レーザは多くの用途がある。通信用には、１．８
μ謙帯の赤外領域の半導体レーザが用いられる。

これは光ファイバの低損失のものが得られヤナいからで
ある。

高密度記録の光源として用いる場合は、可視領域に発光
波長を持つ半導体レーザが利用される。

半導体レーザはＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系のものが実用
化されている。この他の組成のものも数多く作られてい
る。

半導体レーザの構造や組成は多様であるが、戻り光に対
して弱い、という共通の弱点がある。戻り光を遮断しな
ければ半導体レーザの発振状態が不安定になる。

戻り光を遮断するために光アイソレータが用いられる。

光アイソレータは、ファラデー回転素子と、２枚の偏光
子とよりなる。ファラデー回転素子は、レーザ光の偏波
面を４５°回転するものである。

ファラデー回転素子に要求される性質は、ファラデー回
転角が大きい事、その波長の光に対して吸収が小さい事
などである。

ピ）従来技術 特に、大きいファラデー回転角を持つ物質は見出し難い
ものである。

１．３μ謹帯の半導体レーザに対して、アイソレータと
して、磁性体であるＹＩＧ（イツトリウム鉄ガーネット
）系が用いられている。

しかし、ＹＩＧ系は、可視領域では吸収が大きく、アイ
ソレータ材料として使用する事ができない。

可視領域の光に対するアイソレータ材料として、常磁性
ガラス、テルビウムアルミニ？　Ａ　カー４ツトなどの
磁性体、Ｉ−■族半導体のＺｎ５ｅなどが用いられてい
る。

り）発明が解決しようとする問題点 従来の常磁性ガラスやテルビウムアルミニウムガーネッ
トを用いた場合では、ファラデー回転角が１５　ｄｌ！
Ｉｖ′ｃＩＩＩ・ｋｏｅ　程度である。アイソレータに
必要な回転角は４５°であるので、３ｋＯｅの磁界を印
加したとしても１αの光路長のものが必要になる。

これはアイソレータとしては長ずざる。

Ｚｎ５ｅを用いた場合でも、性能指数が１０　ｄｏｇ／
ｄＢと小さいので、やはり１オーダの光路長が必要であ
る。

に）構　成 本発明に於ては、ファラデー回転材料として一基板上に
形成されたＣｄＭｎＴｅ系結晶を用いる事にする。

ＣｄＭｎＴｅとここで書（のは、Ｃｄ１−、ＭｎｘＴｅ
の結晶の事である。半磁性半導体と呼ばれる。磁場印加
時にｓｐｉｎ−ｓｐｉｌｉｔｉｎｇが起こる。これによ
って、室温に於て、大きなファラデー回転を示す。従来
の材料のざっと１０倍のファラデー回転が生ずる。

このため、アイソレータに必要す４５°のファラデー回
転を生じさせるために、２〜９ｋＯｅの磁界では１閤程
度の光路があればよいという事になる。

ＣｄＭｎＴｅの優れた点は、ファラデー回転角が大きい
という事だけではない。組成比パラメータが自由度とし
て有効に利用できる。組成比を変える事により、その光
に対する屈折率を変える事ができるから、コア・クラッ
ドよりなる導波路構造にする事ができる、という事であ
る。

コアをクラッドで挾んだ導波路タイプにすると、光路長
が実効的に長（なる。逆にいえば、４５６回転を実現す
るために必要な光路長がさらに短縮できる、という事で
ある。

屈折率の制御は、Ｍｎの比率を変える事により容易にな
される。Ｍｎの比率を高めると屈折率が上る。Ｍｎの比
率を下げると屈折率が下る。そこで、クラッド層は、コ
ア層よりもＭｎの組成を低くすることによって構成でき
る。

たとえばコアとしてＣｄ６．４Ｍｎｏ、、　Ｔｅの組成
を選び、クラッドとしてＣｄｏ、、　Ｍｎ（１，、Ｔｏ
　　の組成を選ぶことができる。

ＣｄＭｎＴｅ結晶のもうひとつの利点は、ＧａＡｓ基板
の上にバッファ層を介して結晶成長させる事ができる、
という事である。半導体レーザとしｊＡＩＧａＡｓレー
ザを利用する場合、アイソレータとレーザとを同一のＧ
ａＡｓ基板の上へモノリシックに作製する事ができる一
０格子定数の差などがあって、直接にエピタキシャル成
長させる事はできない。

しかし、ＣｄＴｅ層をバッフ７層として、ＧａＡｓ塞板
の上にＣｄＭｎＴ・結晶を成長させる事ができるのであ
る。

分子線結晶成長法を用いる事にすれば、ＣｄＭｎＴｅの
組成比Ｘｆ：変化させるのは容易な事である。Ｘ＝　０
．６　（コア）にするものも、！＝０．４（クララＦ）
にするのも、分子線上ルのシャッタの開閉により自在に
制御する事ができる。

バッファ層であるＣｄＴｅも含めて、アイソレータの部
分を分子線結晶成長法によって、連続して結晶成長させ
る事ができるのである。

このように、　ＣｄＭｎＴａ結晶を用いる事により、短
波長領域に於て、導波路長の短いアイソレータを作製す
る事が可能になる。

図面によって説明する。

第１図はＧａＡｓ基板の上に、レーザとアイソレータを
モノリシックに作製したものを示している。

ＧａＡｓ基板１の上に短波長レーザ２と、本発明の導波
路タイプのアイソレータが形成しである。

先にアイソレータをエピタキシャル成長させて作る。次
いで、その何方に、短波長レーザ２ｔ−製作する。これ
は例えばＡｇＧａＡｓの混晶系によって作る。

アイソレータの方は、ＧａＡｓ基板の上にＣｄＴｅ　／
（ツファ層３″ｆ！：成長させた後、クラッドＭ４、コ
ア層５、クラッド層６を形成する。

コア層５の方の屈折率をよ、り高くする必要があるので
、コア層５は例えばＣｄ０．、　Ｉｎ０，６Ｔｅとする
。

クラッド層４．６はＣｄｏ、６Ｍｎｏ、４Ｔｏとする・
こうすると、コア層の方が僅かに屈折率が高くなる。

レーザ２から出射された光が、コア層５に入射したとす
る。これはコア・クラッド境界で全反射される。こうし
て光は、コアの中へ有効に閉じこめられる事になる。

磁界は結晶面と平行な方向に印加する。結晶面と平行で
あって、光の進行方向と平行に印加するのである。こう
する事により、光の偏光面が回転する。

レーザから出射された光が直線偏光をしている場合は、
このまま用いる事ができる。直線偏光になっていない場
合は、アイソレータと、レーザの間に偏光子を介在させ
る。

偏光子は、偏光プリズム、偏光板でもよいが、金属と誘
電損の多層体を用いてもよい。これは金属（５０人〜５
００人厚）と誘電体（１０００人〜５０００人）の薄層
を交互に積層したものである。金属面と垂直な方向に偏
波面を有する光のみがこの多層体を通過するので偏光子
となるのである。

第１図の例は、基板がＧａＡｓ基板となっている。

これは、半導体レーザがＧａＡｓ系（Ａ３ＧａＡｓ　）
のものだからである。

ＩｎＰ系を半導体レーザとする場合は、波長が少し長く
なる。この場合も本発明を適用できるのはもちろんであ
る。ただし、ＩｎＰ基板を用いて、この上にＣｄＴｅバ
ッファ層を経てＣｄＭｎＴｅ　Ｎを成長させることにな
る。波長が違うから、ＣｄＭｎＴｅの組成を、これに適
合するように変えるべきである。

（イ）実施例 ＧａＡｓ基板の上に、分子線エピタキシーにより、Ｃｄ
ＭｎＴｅ系結晶の導波層を成長させ、ファラデー回転を
測定した。

ＧａＡｓ基板の上に、ＣｄＴｅバフ７７層ｆ：ｔｏｏｎ
ｍ形成した。この上にクラッド層となるＣｄ、、、　Ｍ
ｎ６．４Ｔ。

ｔ−５００ｎｆｆｌ形成し、さらに導波路であるＣｄｏ
、４Ｍｎｏ、、Ｔ。

全５μｍ形成した。最後Ｋ　、Ｃｄｏ、、Ｍｎｏ、、　
Ｔｅ層ｔ８００ｎｍ形成してクラッドとし、導波ｉｔ完
成させた。

これらの層は全てノンドープである。

こうして作製した導波路に対し導波路面に平行になるよ
う、　　Ｂｋ０ｅの外部磁界を印加した。さらに磁界と
同じ方向に、波長６ｇ□ｎｍ　ＬｖＬ　Ｅ　Ｄ光を入射
させた。

そして、この光に対するファラデー回転角を測定した。

導波路長ｔｌ−とした時に、ファラデー回転角は４５°
であった。つまり、光アイソレータとして使用するには
、：ｄ　ｋＯｅの外部磁界に於て、１ｍの長さで足ると
いう事である。外部磁界全増せば、この長さはもつと短
くてよいことになる。

温度変動という事も素子を評価する上で重要な因子にな
る。そこで、このアイソレータの温度変動についても調
べた。−１０℃〜６０℃の広い温度範囲において、ファ
ラデー回転角の変化は±４％の範囲に収まった。これは
小さな温度変動という事ができる。

光アイソレータは、順方向損失が小さく、逆方向損失の
大きいものが良いわけである。温度震動により、ファラ
デー回転角が多少変化しても、順方向損失はあまり影響
を受けない。逆方向損失がファラデー回転角の変動によ
り、多少減少する。

しかし、もともと、戻り光はフレネル反射光などであっ
て、あまり強いものではない。逆方向損失が少し減った
ところで、強い戻り光が半導体レーザへ戻るという事で
はない。

（イ）効　果 （１）本発明に於てはＣｄＭｎＴｅ　ｆファラデー回転
材料として光アイソレータを構成している。ＣｄＭｎＴ
ｅハ、従来の常磁性ガラス、テルビウムアルミニウムガ
ーネットＺｎ５ｅ　１．どに比べてファラデー回転角が
著しく大きいから、短い導波路長で十分である。

（２）温度変化によるファラデー回転角の変動も小さい
から、安定した特性の光アイソレータとする事ができる
。

（３）　　ＣｄＭｎＴｅの混晶であるので、バッファｍ
ｔ−介してＧａＡｓ基板の上に成長させる事ができる。

短波長レーザはＧａＡｓ基板の上にエピタキシャル成長
させて作られるので、アイソレータをレーザと同一の基
板上に作製する事ができる。つまりモノリシックに作る
事ができる。これは光集積回路の光源部とする場合、極
めて便利な性質である。

（４）　　ＣｄＭｎＴｅの混晶であるので、混晶比ｘｆ
パラメータとし屈折率を変える事ができる。このためク
ラッド、コ、アよりなる導波路１１４造とする事ができ
るのである。

（５）半導体レーザとともに用いれば、戻り光を防止し
、半導体レーザを安定して発振させる事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＧａＡｓ基板の上ヘレーザとともに本発明の導
波路型アイソレータをモノリシックに作製した例を示す
縦断面図。 １・・・・・・ＧａＡｓ基板 ２・・・・・・短波長レーザ ３　・・・・・・　ＣｄＴｅバッファ層４　−−−−−
−　　Ｃｄ、、６Ｍｎ０，４Ｔｅクラッド層５　−・−
−−−Ｃｄｏ、４Ｉｎ０．６Ｔｅ　：１７層６　−−−
−−−　　Ｃｄ５，６Ｍｎ０，４ＴｏクラツＹ層発　　
明　者　　　　　　　　　　中　　西　　文　　毅龍　
　見　　雅　　美 多　　　１）　　紘　　二

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＧａＡｓ系又はＩｎＰ系の半導体レーザの戻り光
   を遮断するためのアイソレータであつて、半導体レーザ
   が形成されるべきＧａＡｓ基板又はＩｎＰ基板の上に、
   ＣｄＴｅバッファ層を介して形成されており、組成の異
   なるＣｄ＿１＿−＿ｘＭｎ＿ｘＴｅのコアとクラツドと
   を積層してなる事を特徴とする導波路型アイソレータ。
2. （２）コアの組成がＣｄ＿０＿．＿４Ｍｎ＿０＿．＿６
   Ｔｅであり、クラツドの組成がＣｄ＿０＿．＿６Ｍｎ＿
   ０＿．＿４Ｔｅである事を特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の導波路型アイソレータ。