JPS63257290A - 双方向性光通信または信号伝送のための集積光デバイス - Google Patents

双方向性光通信または信号伝送のための集積光デバイス

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JPS63257290A
JPS63257290A JP63073027A JP7302788A JPS63257290A JP S63257290 A JPS63257290 A JP S63257290A JP 63073027 A JP63073027 A JP 63073027A JP 7302788 A JP7302788 A JP 7302788A JP S63257290 A JPS63257290 A JP S63257290A
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は双方向性光通信または信号伝送のための集積
光デバイスに関するものである。
(従来の技術〕 上記の種類のデバイスにおいて共通の基板の上に半導体
レーザーと、光検出器と、導波路構造を有する方向選択
性結合装置とがg1積されており、結合装置が3つのゲ
ートを有し、それらのうち第1のゲートはレーザーに、
また第2のゲートは検出器に結合されており、結合装置
は、レーザーから第1のゲートに入射結合された波長が
3つのゲートのうちの第3のゲートに伝達され、また第
2のゲートには伝達されないかまたは少なくともほとん
ど伝達されないように、また第3のゲートに入射結合さ
れた他の波長が第2のゲートに伝達されるように構成さ
れている双方向性光通信または信号伝送のための集積光
デバイスはドイツ連邦共和国特許出願公開第35003
27号(特開昭6l−168957)明細書から公知で
ある。この公知のデバイスでは方向選択性結合装置は主
として、導波路構造の上に構成されたブラッグ格子から
成っており、このブラッグ格子は、レーザーから放射さ
れて第1のゲートで導波路構造に入射結合された一方の
波長λ1が第3のゲートに通過する(またはその逆)よ
うに、また第3のゲートで導波路構造に入射結合された
他方の波長λ富が検出器に偏向しまたは通過するように
構成されている0、導波路構造は層厚波路または丁字形
ストリップ導波路構造から成っていてよい、公知のデバ
イスは小さいチャネル間隔、すなわち5Qnmよりも小
さい制隔に適している。
[発明が解決しようとする課題〕 本発明の課題は、冒頭に記載した種類のデバイスであっ
て、同じく小さいチャネル間隔に適しており、かつ少な
くとも45dBの漏話減衰を達成し得る新しいデバイス
を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
この課題は、本発明によれば、 結合装置がY字形導波路二又から成っており、その一方
の二又枝路が第1のゲートに、他方の二又枝路が第2の
ゲートに、また二又幹路が第3のゲートに対応付けられ
ており、 または結合装置が光方向性結合器から成っており、光方
向性結合器が結合区間の一方の側に2つのゲートを有し
、それらのうち一方は結合装置の第1のゲートを、また
他方は第2のゲートを形成し、また光方向性結合器が結
合区間の他方の側に結合装置の第3のゲートを形成する
ゲートを存し、また光方向性結合器が、結合区間により
第1のゲートと第3のゲートとの間で一方の波長を、ま
た第3のゲートと第2のゲートとの間で他方の波長を伝
達可能であり、 検出器に通ずる導波路の上または中に、一方の波長に対
しては遮断性、他方の波長に対しては透過性である波長
選択性フィルタが配置されていることにより解決される
〔発明の効果〕
本発明によるデバイスでは、要求され、また実際に必要
とされる漏話減衰が一方では導波路二又または方向性結
合器の方向選択性により、また他方では特に小さいチャ
ネル間隔における伝送のためにデバイスの採用を可能に
する波長選択性フィルタのフィルタ作用により達成され
る。
デバイスが伝送区間の両側で統一的なテクノロジーによ
り製造され得るならば、特に有利である。
その際にデバイスは集積光デバイスのテクノロジーによ
り製造可能であり、また加入者接続範囲のガラスファイ
バ伝送区間に適している。
〔実施態様〕
本発明によるデバイスの結合装置の第3のゲートはたい
ていストリップ導波路の端面により郭定されており、そ
こには高い屈折率跳躍が存在している。この場合、本発
明によるデバイスを請求項2に従って構成することは重
要である。なぜならば、レーザーから放射された一方の
波長λ1の光の強度は、長い伝送区間を通じて導かれて
減衰を生じた他方の波長λ、の光の強度よりも何倍も高
く、非鏡面化されていない端面から反射される一方の波
長ハの光の部分は伝送区間を経て供給される他方の波長
λ8の光の強度よりも何倍も大きく、また一方の波長λ
1の光の反射される部分はレーザーのなかに戻ると共に
光検出器をレーザーの光に対して遮蔽する波長選択性の
フィルタにも到達するからである。
少なくとも同一の導波路および対称な構成が使用される
ならば、導波路二又および光方向性結合器は少なくとも
、第3のゲートに供給される他方の波長λtを基準にし
て、波長選択性フィルタおよび検出器に導かれる部分に
ついて3dBの損失を惹起する。この損失はたとえば非
対称な構成により、たとえば導波路二又の第1の二又枝
路が断面積を二又幹および第1の二又枝路よりも小さく
されることによって減ぜられ得る。
損失は、光方向性結合器を使用する場合には、この方向
性結合器が請求項3に示されているように波長選択性方
向性結合器であるならば、導波路二又を使用する場合よ
りもずっと強い度合で減ぜられ得る。この実施例と関連
して言及すべきこととして、本発明によるデバイスでは
、方向性結合器のみが既にその方向選択性によりチャネ
ルの分離を導波路二又と同様に良好な効率で行い得る。
その波長選択性は、請求項3による実施例では、損失の
減少を達成するためにのみ利用される。それにより方向
性結合器は高選択性の実施例にくらぺて著しく短く構成
され得る。なぜならば、漏話の抑制が後に接続されてい
る波長選択性フィルタのなかで行われるからである。
請求項3によるデバイスの好ましい実施例は請求項4に
示されている。
Y字形導波路二又に関して言及すべきこととして、二又
は2つの二又枝路しか有してはならないと理解されるべ
きではない0重要なことは、2つの二又枝路が存在して
おり、それらのうち一方が第1のゲートに、他方が第1
のゲートに対応付けられていること、また二又枝路が二
又幹を有する二叉根に合一していることのみである。
本発明によるデバイスの特に有利な実施例は請求項5に
示されており、それによれば波長選択性フィルタ装置は
ブラッグ格子から成っている。
請求項5によるデバイスの有利な実施例は請求項6およ
び7に示されている。
ブラッグ格子は区間から到来する光の他方の波長λ2に
ではなく、同一の基板上に位置するレーザーの一方の波
長島に同調させられているので、偏光に無関係な構成部
分は必要でない。なぜならば、レーザーはTE偏光での
み発振するからである。さらに、この実施例またはデバ
イスは、伝送区間に対するモジュールが特定の範囲内で
自由に組み合わされるという利点を与える。その際にλ
1およびλ□の最小可能な間隔はブラッグ格子の遮断帯
域の幅により決定され、上方には可能な波長間隔が、短
波長側へブラッグ格子の放射が入ることにより制限され
る。
本発明によるデバイスの製造に関して特に有利な実施例
は請求項8に示されている。
本発明によるデバイスをエピタキシーにより製造する際
、請求項8に示されている共通の層はエピタキシ一層で
あってよく、またその場合に両格子はそれらの中間に位
置するエピタキシーなしに製造されてよく、それによっ
て必要なプロセスステップが顕著に減ぜられ得る。
請求項8によるデバイスの請求項9に示されている実施
例では、必要な両格子は単一の製造ステップでも製造さ
れ得る。
請求項8または9によるデバイスの存利な実施例は請求
項10から出発する。特に請求項10によるデバイスが
請求項11に示されているように構成されることは目的
にかなっている。そこに示されている中間層は、少なく
ともフィルタとして使用されるブラッグ格子がレーザー
構造のエツチングの後に新たにエピタキシャルに成長さ
せられる必要がないようにするために、挿入されている
〔実施例〕
以下、図面により本発明を−Iσ詳細に説明する。
第1図によるデバイスでは、共通の基板Jの上に半導体
レーザー2と、光検出器3と、方向選択性の光接合装置
4としての導波路二又40と、波長選択性のフィルタ5
としてのブラッグ格子50と、レーザー2の出力パワー
を監視するためのモニタダイオード8とが+[1されて
いる。
導波路二又40はストリップ導波路から形成されており
、その際にレーザー2における第1のゲート41から二
叉根404に通ずる二又枝路401とそこから第3のゲ
ート43に通ずる二又幹403とは1つの通しの直線的
なストリップ導波路から成っており、他方において検出
器3における第2のゲート42に通ずる二又枝路402
は二叉根404において分岐して湾曲して延びているス
トリップ導波路から成っている。このストリップ導波路
の表面にブラッグ格子50がエツチングまたは他の仕方
で形成されている。
導波路二又40の第3のゲート43は直線的に延びてい
るストリップ導波路401.403の端面433により
二又幹403の端において郭定されている。この端面4
33に伝送ファイバ7が連結されており、そのなかに、
半導体レーザーから送り出され第1のゲート41および
直線的に延びているストリップ導波路401.403を
経て第3のゲート43に導かれた一方の波長λ1が伝達
される。
ファイバ7によりデバイスに導かれた他方の波長ハは第
3のゲート43を経て二又幹403のなかに入射結合さ
れ、またそのなかを一方の波長λ1の光の端面433で
反射された部分と同様に二叉+[404の方向に伝播し
、そこで、両波長の強度の一部分が一方の二又枝路40
1を経て第1のゲート41へ、また他の一部分、典型的
には半分が他方の二又枝路402を経てブラッグ格子5
0へ伝播するように強度分布が行われる。
ブラッグ格子50は、一方の波長島がそこで反射され、
また他方の二又枝路402を経て二叉根404へ、また
そこから第3のゲート43へ逆伝播し、また他方の波長
λ2が矢印52に示すように第2のゲート42へ通され
、そこで検出器3へ出射結合され、次いで検出され得る
ように設計されている。
レーザー2から送り出され、第3のゲート43に到達し
た一方の波長λ1の光は通常のようにファイバ7を通じ
て第3のゲート43に導かれる他方の波長λtの光と等
しくなくそれよりも大きい強度を有する。なぜならば、
波長λ2の光は伝送区間のなかで非常に強く減衰されて
到来するからである。端面433は典型的に非常に強い
屈折率跳躍を有し、またそれにより一方の波長λ1の大
きな部分がこの端面433において反射されるので、こ
の端面433は、反射される部分の強度が他方の波長λ
露の導かれる光のオーダー内に位置するように高度に光
鏡面化されなければならない。
基準値として、端面433において一方の波長λ1の光
の、プロミルのオーダーのたかだか一部分が反射されて
よいことが示される。
モニタ検出器6は半導体レーザー2の第1のゲート41
と反対の側に配置されており、またストリップ導波路8
の短片により半導体レーザー2と接続されている。
検出器3およびモニタ検出器6はホトダイオードであっ
てよい。
第1図によるデバイスの具体的な実施例が第2図に垂直
断面図で示されており、その隙にこのデバイスの製造と
半導体レーザー2および検出器3における導波路二又4
0の結合とブラッグ格子50の構成とに関して重要な垂
直断面部分のみが示されている。それらは第1図の切断
線A−AおよびB−Bに沿ってのまたこれらの範囲内の
両垂直断面であり、これらのうち第2図にはvAA−A
に属する垂直断面が分離空間から左側に、また線B−B
に属する垂直断面が右側に示されている。
それによれば第2図による実施例では、300μmの厚
みのInPから成るno ドープされた基斗反1の上に
11tmの厚みのnドープ゛されたInPから成るエピ
タキシャルバッファ層10が、またその上に1.65の
ギャップ波長および0.8μmの厚みを有するpドープ
された四元材料から成るエピタキシ一層14が被覆され
ている。JfJ 14の上に1μmの厚みのInPから
成る別のρドープされたエピタキシ一層15が位置して
いる。
第2図の左側部分に位置するDFBレーザー2は主とし
て、層10と層14との間の範囲に3つの層11ないし
13から成る層スタックが配置されていることにより形
成されており、それらのうち層13がレーザーのブラッ
グ格子20を有する。
同じくエピタキシ一層である3つの層11ないし13の
うち、N11は直接に層10の上に被覆されており、ま
た1、3のギャップ波長および0.3μmのjJみを有
するnドープされた四元材料から成っている。層11の
上に、レーザー活性層を形成し、また1、55のギャッ
プ波長および0.25μmの厚みを有するドープされて
いない四元材料から成る層12が被覆されている。
層12の上に、1.3のギャップ波長および0.3μm
の厚みを有するpドープされた四元材料から成り、表面
にブラッグ格子20がエツチングにより形成されている
層13が被覆されている。
層11ないし13および格子20は層14の被覆前に製
造される。
レーザーダイオードを完成するため、層15の上に3つ
の層11ないし13の上方に、1.67のギャップ波長
および0.2βmの厚みを有するp′ドープされた四元
材料から成る層16が被覆されており、この層は接触部
21と接触している。それに対する対向接触部22は基
板lの下面に3つの層11ないし13の下方に被覆され
ている。レーザー2から放射された一方の波長λ1の光
は層12の端面から出て、これらの両端面の1つから直
接に、導波路二又40を形成しまたは含んでいる711
4のなかに移行する。それによれば、この端面ば導波路
二又40の第1のゲート41をも形成する。
第2図の右側部分に位置する検出器3は、主としてIM
 14と、その上に被覆されたI、67のギャップ波長
を有するnドープされた四元材料の層17と、この層の
上に被覆された1、67の同じギャップ波長を有するn
o ドープされた四元材料の層18とから成るホトダイ
オードから成っている。
ダイオード3の再接触部のうち、接触部31は層18の
上に、また他方の接触部32は第2図の右側部分で導波
路二又40の他方の二又枝路402をストリップ導波路
として形成しまたは含んでいるPドープされた層14の
上に被覆されている。
たとえば導波路二又40のストリップ導波路はリブ導波
路として層14からエツチングにより形成されていてよ
い。
符号19を付されているのは、ダイオード3を包囲する
不活性化層であり、この層はたとえば窒化シリコンから
成っていてよい。
第2のゲート42は層17と層14との間の境界面によ
り郭定されている。
第3図による実施例は、導波路二又の代わりに結合区間
りを有する方向性結合器400が使用されている点で、
第1図および第2図の実施例と相違する。
この方向性結合器400は、第1のゲート41と第3の
ゲート43との間に直線的に延びているストリップ導波
路410と、結合区間りのなかにこの導波路410から
わずかな間隔dをおいて配置されており、結合区間りの
なかを波状に延びておりまた第2のゲート42に通じて
いる第2の導波路420とから成っている。第2の導波
路420の結合区間りの外側に延びておりブラッグ格子
51が被覆されている部分は第1図および第2図による
実施例中の導波路二又40の他方の二又枝路402に相
当する。結合区間りの左側に位置する第2の導波路42
0の端421は、外から光が入らないように遮蔽されて
いる。方向性結合器4OOは、波長λ8が主としてゲー
ト41と43との間でのみ、また波長λ2が主としてゲ
ート43と42との間でのみ伝達されるように波長選択
性の方向性結合器とし°ζ作用する。それにより結合器
の損失が顕著に減ぜられている。
その他の点では第3図にる実施例は第1図および第2図
による実施例のように構成されている。
第4図および第5図による実施例は主として、レーザー
2のブラッグ格子20と波長選択性フィルタ5を形成す
るブラッグ格子50とが、基+ff lを層14から分
離する共通のバッファ110の上に構成されている点で
、第1図および第2図による実施例と相違する。レーザ
ー2のブラッグ格子20は、この場合、レーザーの3つ
の層11ないし13の下側に位置している。さらに、レ
ーザー2の格子20およびブラング格子50は、格子線
5161がブラッグ格子20からブラッグ格子50の方
向に扇状に離れている単一の格子60から成っている。
それにより格子20および50は単一の製造過程で製造
され得る。
導波路二又40の両二又枝路401および402は両格
子20および50の範囲内で互いに平行に延びている。
導波路二又40の代わりに方向性結合器、たとえば第3
図による方向性結合器400も使用され得る。
レーザー2の層11ないし13のエツチングの後にブラ
ッグ格子50を新たにエピタキシャルに成長させなくて
もよいように、1.05のギャップ波長および0.1 
p mの厚みを有する追加的なロドーブされた四元材料
から成る層200が挿入されている。
その他の点では第4図および第5図によるデバイスは第
1図および第2図によるデバイスに相当する。
第2図および第5図中で、四元材料から成る層はQによ
り示されている。当該の四元材料から成る層Qの屈折率
を定めるギャップ波長は括弧内に示さ、れている、さら
に、pおよびnドーピングが上記図面中に示されており
、その際に右肩に付けられている士印は比較的強いドー
ピングを示している。
第2図および第5図中に示されている設計のデバイスは
1ないし2nmの遮断範囲と、ブラッグ格子50の放射
の開始までの15ないし20nmの波長間隔とを期待し
得る。
ギャップ波長に関する上記の数値および第2図および第
5図中に括弧内に記入されている数値はμmを意味する
。すなわち、第2図および第5図中のR14の1.05
のギャップ波長は1.05μmのギャップ波長を意味す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は方向選択性の結合装置として導波路二又を有す
るデバイスの平面図、第2図は第1図によるデバイスの
垂直断面図(左半部には第1図中の切断線A−Aにより
示されている部分のみが、また右半部には第1図中の切
断線B−Bにより示されている部分のみが示されている
)、第3図は方向選択性の結合装置として波長選択性の
光方向性結合器を有するデバイスの平面図、第4図は両
格子がエピタキシ一層の上に被覆されている単一の扇状
の格子から成っているデバイスの平面図、第5図は第4
図によるデバイスの垂直断面図(左半部には第4図中の
切断線C−Cにより示されている部分のみが、また右半
部には第4図中の切断線D−Dにより示されている部分
のみが示されている)である。 1・・・基板 2・・・半導体レーザー 3・・・光検出器 4・・・方向選択性結合装置 5・・・波長選択性フィルタ 10・・・エピタキシャル−バッファ層11〜15・・
・エピタキシ一層 16〜18・・・四元材料から成る層 19・・・不活性化層 20・・・ブラッグ格子 21.22.31.32・・・接触部 40・・・導波路二又 41〜43・・・ゲート 50・・・ブラッグ格子 51.61・・・格子線 60・・・格子 200・・・四元材料がら成る層 400・・・方向性結合器 401.402・・・二又枝路 403・・・二又幹 404・・・二叉根 410〜430・・・導波路 433・・・端面 L・・・結合区間 IG I E

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)共通の基板(1)の上に半導体レーザー(2)と、
    光検出器(3)と、導波路構造(40;400)を有す
    る方向選択性結合装置(4)とが集積されており、結合
    装置(4)が3つのゲート(41、42、43)を有し
    、それらのうち第1のゲート(41)はレーザー(2)
    に、また第2のゲート(42)は検出器(3)に結合さ
    れており、結合装置(4)は、レーザー(2)から第1
    のゲート(41)に入射結合された波長(λ_1)が3
    つのゲート(41、42、43)のうちの第3のゲート
    (43)に伝達され、また第2のゲート(42)には伝
    達されないかまたは少なくともほとんど伝達されないよ
    うに、また第3のゲート(43)に入射結合された他の
    波長(λ_2)が第2のゲート(42)に伝達されるよ
    うに構成されている双方向性光通信または信号伝送のた
    めの集積光デバイスにおいて、 結合装置(4)がY字形導波路二又(40)から成って
    おり、その一方の二又枝路(401)が第1のゲート(
    41)に、他方の二又枝路(402)が第2のゲート(
    42)に、また二又幹路(403)が第3のゲート(4
    3)に対応付けられており、 または結合装置(4)が光方向性結合器( 400)から成っており、光方向性結合器(400)が
    結合区間(L)の一方の側に2つのゲートを有し、それ
    らのうち一方は結合装置(4)の第1のゲート(41)
    を、また他方は第2のゲート(42)を形成し、また光
    方向性結合器(400)が結合区間(L)の他方の側に
    結合装置(4)の第3のゲート(43)を形成するゲー
    トを有し、また光方向性結合器(400)が、結合区間
    (L)により第1のゲート(41)と第3のゲート(4
    3)との間で一方の波長(λ_1)を、また第3のゲー
    ト(43)と第2のゲート(42)との間で他方の波長
    (λ_1)を伝達可能であり、 検出器(3)に通ずる導波路(402;4 20)の上または中に、一方の波長(λ_1)に対して
    は遮断性、他方の波長(λ_2)に対しては透過性であ
    る波長選択性フィルタ(5)が配置されている ことを特徴とする双方向性光通信または信 号伝送のための集積光デバイス。 2)導波路二又(40)の二又幹(403)を形成する
    または方向性結合器(400)の結合区間(L)のなか
    に通ずる導波路(430)の、導波路二又(40)また
    は方向性結合器(400)の第3のゲート(43)を形
    成する端面(433)が、この導波路(403;430
    )のなかに供給される一方の波長(λ_1)の1プロミ
    ルのオーダーのたかだか一部分が反射されるように非鏡
    面化されていることを特徴とする請求項1記載のデバイ
    ス。 3)方向性結合器(400)が波長選択性方向性結合器
    であり、この波長選択性方向性結合器が、結合区間(L
    )により第1のゲート(41)と第3のゲート(43)
    との間で一方の波長(λ_1)が伝達可能であり、また
    他方の波長(λ_2)が伝達可能でなくまたは少なくと
    もほとんど伝達可能でなく、また第3のゲート(43)
    と第2のゲート(42)との間で他方の波長(λ_2)
    が伝達可能であり、また一方の波長(λ_1)が伝達可
    能でなくまたは少なくともほとんど伝達可能でないよう
    に構成されていることを特徴とする請求項1または2記
    載のデバイス。 4)方向性結合器(400)が、結合区間(L)のなか
    を直線的に延びておりまた結合装置(4)の第1のゲー
    ト(41)と第3のゲート(43)との間に接続されて
    いる導波路(410)と、結合区間(L)のなかに直線
    的に延びている導波路(410)からわずかな間隔(d
    )をおいて配置されており結合区間(L)のなかを波状
    に延びておりまた第2のゲート(42)に通じている第
    2の導波路(420)とを有することを特徴とする請求
    項3記載のデバイス。 5)波長選択性フィルタ装置(5)が、検出器(3)に
    通ずる導波路(402;420)に構成されたブラッグ
    格子(50)から成っていることを特徴とする請求項1
    ないし4の1つに記載のデバイス。 6)ブラッグ格子(50)が、検出器(3)に通ずる導
    波路(402;420)のなかに導かれる光の伝播方向
    (52)に延びている少なくとも1つの格子線(51)
    を有することを特徴とする請求項5記載のデバイス。 7)ブラッグ格子(50)が、導波路二又(40)の導
    波路として構成された他方の二又枝路(402)の上に
    、またはこの結合区間(L)の外側の方向性結合器(4
    00)の第2の導波路(420)の上に配置されている
    ことを特徴とする請求項5または6記載のデバイス。 8)レーザー(2)が光格子(20)を有するDFBレ
    ーザーであり、またレーザー(2)の格子(20)と、
    検出器(3)に通ずる導波路(402)におけるブラッ
    グ格子(50)とが基板(1)の上の共通の層(10ま
    たは11)に構成されていることを特徴とする請求項5
    ないし7の1つに記載のデバイス。 9)レーザー(2)の格子(20)と、検出器(3)に
    通ずる導波路(402)におけるブラッグ格子(50)
    とが単一の格子(60)から成っており、その格子線(
    51、61)がレーザー(2)の格子(20)からブラ
    ッグ格子(50)に向かう方向に扇状に離れていること
    を特徴とする請求項8記載のデバイス。 10)レーザー(2)の格子(20)と、検出器(3)
    に通ずる導波路(402)に構成されたブラッグ格子(
    50)とがバッファ層(10)の上に構成されており、
    このバッファ層(10)が基板(1)を、デバイスの導
    波路(401、402、403;420、430)を含
    んでおりまたは形成している層(14)から隔てており
    、またレーザーのレーザー作用にとって能動的な層(1
    3)がその格子の上に配置されていることを特徴とする
    請求項8または9記載のデバイス。 11)レーザー(2)のエッチングすべき層構造(11
    、12、13)と、レーザー(2)の格子(20)と検
    出器(3)に通ずる導波路(402、420)における
    ブラッグ格子(50)とを郭定する格子(60;20、
    50)との間に中間層(200)が設けられていること
    を特徴とする請求項8ないし10の1つに記載のデバイ
    ス。
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