JPS63231403A - 光導波路を有する光学装置 - Google Patents

光導波路を有する光学装置

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JPS63231403A
JPS63231403A JP4599988A JP4599988A JPS63231403A JP S63231403 A JPS63231403 A JP S63231403A JP 4599988 A JP4599988 A JP 4599988A JP 4599988 A JP4599988 A JP 4599988A JP S63231403 A JPS63231403 A JP S63231403A
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optical waveguide
waveguide
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ルドルフ エフ.カザリノフ
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ケネス ジェフリ オーロウスキー
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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】 (発明の背景) [産業上の利用分野] 本発明は周波数選択特性を備えた導波路光学装置及び光
通信におけるこの導波路光学装置の使用に関する。
[従来技術の説明] ファイバ光通信の商業的利用が増大するにつれて、現存
の及び計画された光通信施設の最適利用に対する関心か
増大している。かなりの程度まで利用の最適化は光源、
の買に依存する。
例えば、光ファイバは一般的には、かなりの周波数分散
か存在する周波数ての送信に利用されるので、パルスか
伝送されるときに大きな周波数安定性即ち低「チャーブ
(ch i rp)J性を持つレーザ光源が望まれる。
更に、コヒーレントシステムでの通信チャネルの間隔か
接近しているために、狭い線幅を持つレーザか望まれる
狭い線幅の半導体レーザを作る1つの試みはアール、シ
ー、アルファニス(R,C,Alferness)等に
よりアプライド フィジッ、クスレターズ(Appli
ed  Physics  Lstters)、Vol
、49°(1986)、125〜127ページにおける
「ナローハントグレーティング レゾネータ フィルタ
装置 インInGaAsP/InP  ウェーブガイト
ス(Narrow−band  Grating  R
e5onator  Filters  in  In
GaAsP/InP  Waveguides)Jて示
唆されている。この示唆された半導体レーザ(輩N)は
2つの回折格子部よりなる共振フィルタを有しており、
この2つの回折格子は互いに有効な移相を示す、この装
置の動作は伝送共振の点から理解される。(単一の)回
折格子の使用に比較して、この文献による比較的短いフ
ィルタ装置は更に長い普通の回折格子フィルタの周波数
選択性に相当する周波数選択性を達成する。
装置の製造を簡易化するためには、混成装置の形で実施
するに容易に適したレーザ設計か望まれる。
(発明の概要) 例えば、低チャープ性で、狭い線幅を有するレーザのよ
うな装置は反射共振から生じる周波数選択に基づいて作
ることができる。この共振は便宜上、光導波路の間に並
べられた結合装置で実現される。この光導波路の1つは
空間上周期的に変化する屈折率よりなる2つの部分を備
えており、この部分はハ波長のスペーサ部により離され
ている。光導波路は一般的には基板により支持されてい
る0本発明の装置はモノリシック又は混成型とすること
かできる。この後者の試みは1例えば、III族〜V族
及びIV族の材料のような互いに異なる材料から作られ
た構成要素で装置を組み立てることである。又本発明の
範囲内には、共振反射装とを含む、光送信器、光通信方
式、及び光通信方法か含まれる。
[実施例の説明コ 第1図は基板10、第1の光導波路11及び第2の光導
波路12を示し、この第2の光導波路は第1の格子部1
21、第2の格子部122及びスペーサ部123を有し
、このスペーサ部123はこのスペーサ部にわたって1
/4波長のシフトか実現されるように第2の格子部から
第1の格子部を分離している。第1の光導波路11は第
2の光導波路に対して並べられて光結合関係にある。こ
の光結合は次第に消滅するフィールドにより行なわれる
。更に、入力放射13と出力放射14は好適な装置動作
に適用てきるものとして示しであるが、光導波路12か
らの別の放射出力でもよい。−火格子か好ましいか、よ
り高い次数の格子を使用してもよい。
格子部及びスペーサ部を作るにはいくつかの方法かあり
、その1つは波形の低下部分に達するスペーサ部分によ
って形成される。更に都合良い方法ては、2つの格子部
は密着させられている。これは、これら2つの格子部を
含む格子長をリンクラフィで形成し、続いてスペーサ部
を除いてエツチングを行なうことより得られる。この仕
方で域波長のシフトを達成することは、例えば、格子の
種類、この格子をエツチングする深さ、及び、スペーサ
部の長さのようないくつかのパラメータに依存する。例
えば、溝か垂直壁と平坦な底を有し、そして、隆起部か
その溝と同一の幅を有している格子の場合、好適なスペ
ーサ部の長さは格子のツラッグ長さく格子結合係数の逆
数)に等しいかほぼ等しいと決まっている。
第2図は光導波路層22のリブ形状の特徴としての第1
の光導波路11と第2の光導波路12を示し、光導波路
層22は下部クラッド層21と上部クラッド層23の間
にある。
第1図と第2図による装置の作用を次に説明する。第2
の光導波路12の2つの互いに離れた格子は第1の光導
波路11から第2の光導波路12へ結合された放射用の
共振空洞を形成する。共振空洞の共振周波数における第
1の光導波路11内の入射フィールドについては、強力
なフィールドか共振空洞に形成される。この共振空洞に
累積されたエネルギーは結合により第1の光導波路11
の中へ戻って両方向に伝わる。共振時には、順方向への
再注入フィールドは入射フィールドに対して破壊的に干
渉し、共振損失か結合により支配される場合、はぼ全て
のエネルギーは反射される。
1/4波長のシフトか起こるように適当に設計されてい
れば、共振器は単一の高Qモードを維持する。
第3図は、第1図に関して上に述べた特徴の他に、光導
波路31と別の光出力32と33を示す、これらの光導
波路及び光出力は、例えば、共通のチャネル(光導波路
31)に多重化され、そして、受信に利用される場合は
、共通のチャネルからエネルギーを取り出すための別の
出力を提供するように設計することができる。
第4図は、第1図に関連して述べた特徴の他に、後面4
11を持つ利得媒体41、光導波路11に対して並べて
結合され、そして、光検出器44と45に至る光導波路
42、及び光検出器47に至る光導波路46を示す。光
検出器44は共振反射器へのエネルギー人力を監視する
ために使用することかでき、光検出器45は反射エネル
ギーを監視するために使用することかてき、そして、光
検出器47は透過電力を監視するために使用することか
できる。なるべくなら、外部共振器により主に提供され
る利得媒体の内部フィードバックは無視てきるものが好
ましい。
第5図はレーザ51(第4図で詳しく示しである)、レ
ーザ51に電気的に結合されてこのレーザ51を動作さ
せ変調するように設計された電子ユニット52、及びコ
ア部531とタラディンク部532よりなる光ファイバ
53を示す、この光ファイバ53への結合は共振反射器
のところ又はレーザの鏡面で行うことかできる。
第6図はそれぞれの異なる試長入1、入2及び入コで動
作する送信器601.602及び603を示し、これら
の送信器は第5図に示すようになっている。光ファイバ
611,612及び613はこれらの送信器をマルチプ
レクサ62に結合し、このマルチプレクサ62には光伝
送線63か接続されている。光伝送線63は又デマルチ
プレクサ(分離化装置)64に結合され、このデマルチ
プレクサ64は動作条件下で波長入1、入、及び入3の
信号を分離してそれぞれの光ファイバ651.652及
び653を介してそれぞれの受信器661.662及び
663に伝送される。
第7図は第1図による理想化された装置の場合に光周波
数ωの関数としての反射電力Rを示す。
この場合の理想化された装置は狭い反射共振を有するこ
とを特徴としている。
第8図は第4図による理想化されたレーザの場合の等利
得−損失に対応する曲線81を示し、この深く狭い最小
値は共振反射器の存在により生しる。又1Nか整数のと
き、2π(N−1)、2πN及び2π(N+1)の往復
位相に対応する位相曲線82.83.84か示されてい
る。
なお、容易に理解できるように1例えば、装置動作中、
温度変化のために生じる可能性のある平行移動を曲線8
2.83及び84に与えるときにレーザ動作周波数(曲
tiA81に対する曲線82.83′、84の最低の交
差点の横座標ω。)にはほとんど変化がない、なるべく
なら、モードのホッピングを防止するために、又、波長
、線幅及びチャープを積極的に制御するために、レーザ
動作点を制御するための手段を設けるほうがよい、これ
には、例えば、第3図に示す検出器によって、監視電力
に基づくことができる、装置動作中に行なわれる温度制
御を含むことかできる。特に、混成レーザの場合、温度
制御は全体としてレーザ装置に加えられるものとしては
有効なものとなり得る。又は、局部的な加熱又は冷却を
、例えば、利得媒体又は共振器に加えることもできる。
又はこの代わりに、あるいは、温度制御の他に、共振反
射器の屈折率に影響する他の手段によりレーザ動作を安
定化することができる。これらの手段には液晶材料、電
子光学材料、又は、半導体材料のキャリア注入を含むと
ともにこれらの制御か含まれる。第9図は第1図と第2
図に示したように装置について実験的に決定される電力
伝送曲線91と電力反射曲線92を示すか、これは更に
以下の実施例1で説明する0反射ピークは約1.54マ
イクロメータの波長のところに中心を有しており、この
反射ピークの幅は約0.035ナノメータである。
本発明の装置は、光源を含む完全な光学的通路か暦付着
段階及びバターニング段階の同一シーケンスにより製造
されるという意味でモノリシック装置として形成するこ
とができる。これに関しては、III族〜■族の化合物
材料を選択するのがよい、あるいは又、例えば、シリコ
ン半導体のようなより簡単な技術を使用して更に経済的
に実施できる受動光導波路(共振反射光導波路を含む)
に対し増幅(能動)装置部分は主に化合物を使用する混
成装置を用いるのか望ましい、この混成装置の試みは、
別々に製造された装置の構成要素か組み立て前に個々に
試験することかできるという別の利点を持ち得るが、一
方、この構成要素の充分正確な整列及びこれらの相互の
取り付けか必要である。この整列及び取り付けは、例え
ば、レーザがリン化インジュウムレーザダイオードをシ
リコンチップ共振反射器と組み合せることによって作る
ときに行われる。商業的な製造においては、この整列は
接合される構成要素に面の造作を合せることによって容
易になり、そして、この造作は面の選択的なエツチング
により製造することかできる。
第1図〜第4図に示した光導波路は基板上で互いに並べ
て作られているか、順次付着される層で形成することが
できる積み重ね式の光導波路も除外するものではない、
尚、光導波路を並べて配置することは、例えば、製造の
容易さ、モして又、次第に消滅するフィールドの有効な
結合のために光導波路どうしの間の屈折率の整合に関し
て有利であると考えられる。
本発明の重要な特徴と考えられるのは、コンパクトな格
子を使用する反射装置での狭い線幅の達成であり、これ
は、長い回折格子を有し、これに要求される一様性故に
開業生産か困難であると考えられる従来装置と対称的で
ある。別の利点は、一般的に遭遇する材料及び温度の非
一様性により共振か過度に広がらない(共振は共振器の
往復位相変化が2πであるその波長の場合に起こる)と
いう事実にある。結果として、共振の同調をとることに
より共振は広がらない。
え亙勇ユ 第1図及び第2図に略示した装置は標準的な化学蒸着(
CVD)処理及びリブ光導波路及びリブ格子の光形成エ
ツチングによって酸化シリコンチップに形成された。ク
ラッド層21はシリカガラスを約5ミクロンの厚さに付
着することにより形成され、光導波路層22は窒化けい
素を約120ナノメータの厚さに付着することにより形
成され、そして、約110ナノメータの厚さまで逆に選
択的にエツチングを行ってリブ光導波路を形成した。ク
ラッド層23は約0.6ミクロンの厚さにシリカガラス
を付着することにより形成された。リブ光導波路の幅は
約3ミクロンであった。
約0.5ミクロンの周期を持つ一次格子がホログラフ式
すソクラフイにより形成され、そして、エツチングされ
てシリカガラスのクラッド層23となった。同調可能な
色中心レーザか使用されて電力の伝送及び反射スペクト
ルを決定した。結果は第9図に示す通りである。
及立亘ユ レーザは実施例1において上に述べた共振反射器を標準
的なダイオード光源に付き合わせ結合することによって
作された。このことはデー、ビー、ウィルト(D、P、
Wilt)等による「チャネルトーサブストレート ベ
リード−へテロストラクチュアInGaAsP/InP
  レーザウィズ セミインシュレイティング OMV
 P Eベース ストラフチャ アント LPE  リ
グロース(Channel 1ed−substrat
e  Burisd−hetarostructure
  InGaAsP/InP  La5er  wit
hsemi−insulating  OMVPE  
 Ba5e   5tructure   andLP
E  Rigrows)rエレクトロニクスレター(E
lectronics  L e t t erJVo
l、22,869〜870ページに記載されている。非
反射コーチインクか共振反射器に結合されたレーザ面に
付着された。このレーザは約1.54ミクロンの波長で
動作し、そして、約135KHzの線幅、即ち、一般的
な分配フィードバックレーザよりも大きさか二桁以上小
さい線幅を持つということか解った。
(発明の効果) 本発明によれば、コンパクトな格子を使用する反射装置
で狭いレーザ線幅か達成され、また、一般的に遭遇する
材料及び温度の非一様性によっても共振は過度に広がら
ない
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の反射装置の実施例の略図、第2図は第
1図に示した装置の略断面図。 第3図は本発明の4端子装置の実施例の略図、第4図は
本発明のレーザ装置の実施例の略図、第5図は本発明の
光通信送信器の実施例の略図、 第6図は本発明の光通信方式の実施例の略図、第7図は
第1図の装置の特性を理解する場合に役立つと思われる
周波数の関数としての反射電力の略図、 第8図は第4図の装置の特性を理解する場合に役立つと
思われる光周波数の関数としての利得の略図、及び 第9図は第1図に示した装置の場合の波長の関数として
実験的に決定される送信電力と反射電力のグラフ表示で
ある。 10             ・・・基板、11  
      ・・・第1の光導波路、12      
  ・・・第2の光導波路、13          
 ・・・入力放射。 14            ・・・出力放射、121
        ・・・ti41の格子部、122  
      ・・・第2の格子部、123      
   ・・・スペーサ部、21        ・・・
下部クラッド層、22          ・・・光導
波路層、23         ・・・上部クラッド層
、31           ・・・光導波路、32.
33          ・・・光出力、41    
       ・・・利得媒体、44.45.47  
   ・・・光検出器、46           ・
・・光導波路、411             ・・
・後面、51             ・・・レーザ
、52         ・・・電子ユニット、53 
          ・φ・光ファイバ、531   
          ・・・コア部、532     
    ・・・クラッド部、62        ・・
・マルチプレクサ、63            ・・
・伝送線、64       ・・・デマルチプレクサ
、601.602.603    ・・・送信器、al
l、612,613. 651.652.653 ・・・光ファイバ、661.
662.663   ・・・受信器、81      
        ・・・曲線、82.83.84   
   ・・・位相曲線。 出願人:アメリカン テレホン アントチレフラフ カ
ムパニー FIG、 3 FIG、 4 FIG、  7 FIG、 8 FIG、 9 L54.&

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1の光導波路と第2の光導波路を有し、この第
    1の光導波路は光学的入力を受け及び光学的出力を与え
    るように設計され、そして、この第2の光導波路が第1
    の光導波路に対して相並べられて光結合関係にある光学
    装置において、 第2の光導波路は第1の部分と第2の部分よりなり、こ
    の第1と第2の部分の中で実効的な屈折率は空間上で周
    期的に変化し、第1と第2の部分は所望の波長に基づく
    1/4波長シフトされた関係にあることを特徴とする光
    導波路を有する光学装置。
  2. (2)第1と第2の光導波路は基板支持形であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の光導波路を有
    する光学装置。
  3. (3)第1の光導波路へ光学的入力を与えるように配置
    された発光手段を更に有することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の光導波路を有する光学装置。
  4. (4)第1の光導波路から光学的出力を受信するように
    配置された光ファイバを更に有することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載の光導波路を有する光学装置
  5. (5)第1と第2の部分は回折格子を有していることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の光導波路を有
    する光学装置。
  6. (6)前記基板はほぼシリコンよりなることを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項に記載の光導波路を有する光学
    装置。
  7. (7)第1と第2の光導波路はほぼシリカガラスからな
    るクラッド部を有していることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項に記載の光導波路を有する光学装置。
  8. (8)第1と第2の光導波路はほぼ窒化けい素からなる
    コア部を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
    7項に記載の光導波路を有する光学装置。
  9. (9)第1の光導波路内を移動する放射を監視するため
    の手段を更に有していることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の光導波路を有する光学装置。
  10. (10)第2の光導波路に対して並べられて結合関係に
    ある第3の光導波路を有することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の光導波路を有する光学装置。
JP4599988A 1987-03-11 1988-03-01 光導波路を有する光学装置 Pending JPS63231403A (ja)

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