JPH02226233A - Semiconductor optical amplifier - Google Patents
Semiconductor optical amplifierInfo
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- JPH02226233A JPH02226233A JP4677089A JP4677089A JPH02226233A JP H02226233 A JPH02226233 A JP H02226233A JP 4677089 A JP4677089 A JP 4677089A JP 4677089 A JP4677089 A JP 4677089A JP H02226233 A JPH02226233 A JP H02226233A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光増幅器に関するものである。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a laser optical amplifier.
〔従来の技術]
レーザ増幅器においては信号光成分の他に自然放出光成
分が存在し、雑音の増大の要因となっている。[Prior Art] In addition to the signal light component, a spontaneous emission light component is present in a laser amplifier, which causes an increase in noise.
そのため、従来の半導体レーザ増幅器を用いる場合には
、第16図に示す様に半導体レーザ増幅器100の後部
に自然放出光を除去する光周波数フィルタ101を配置
していた。この場合、第17図(a)に示すような、入
力光信号として中心波長λ。を中心に鋭いスペクトルを
有する光信号102を入射しても、半導体レーザ増幅器
100の出力光103は第17図(b)に示すように、
中心波長λ。に存在する信号増幅光成分の他に、広い波
長範囲にわたる自然放出光成分が重畳することになる。Therefore, when using a conventional semiconductor laser amplifier, an optical frequency filter 101 for removing spontaneous emission light is placed at the rear of the semiconductor laser amplifier 100, as shown in FIG. In this case, the center wavelength λ is used as the input optical signal as shown in FIG. 17(a). Even if an optical signal 102 having a sharp spectrum centered around is input, the output light 103 of the semiconductor laser amplifier 100 will be as shown in FIG. 17(b).
Center wavelength λ. In addition to the signal amplification light component that exists in the signal amplification light component, a spontaneous emission light component over a wide wavelength range is superimposed.
このような自然放出光の存在はレーザ増幅器の多段化と
ともに、信号光のS/Nの劣化につながるため、フィル
タ101を通過させてできるだけ除去する。その結果、
第17図(c)に示すような、自然放出光が除去された
中心波長λ。付近の信号光成分のみの出力光104を得
ることができる。Since the presence of such spontaneous emission light leads to the deterioration of the signal-to-noise ratio of the signal light as well as the multistage laser amplifier, it is removed as much as possible by passing it through the filter 101. the result,
The center wavelength λ from which spontaneous emission light is removed, as shown in FIG. 17(c). Output light 104 containing only nearby signal light components can be obtained.
また、第18図に示すように、レーザ増幅チャンネル導
波部と入出力チャンネル導波路間を方向性結合器によっ
て結合させるというものが、いくつか提案されている(
例えば、USP 4,680,769(S、E、Mil
ler : 1987)、 USP 4,747,65
0 (K、5akuda: 1988) )。この場合
、レーザ増幅器は、第18図に示すように、入出力導波
路110および111と増幅部を有するレーザ増幅導波
路112から構成され、両導波路間は方向性結合が行な
われ、信号波長のみの選択が行なわれる。入力信号光1
13は効率良くレーザ増幅導波路に結合され、増幅後、
出力信号光116として取り出される。この際に発生す
る自然放出光(第18図中、破線)は導波路終端で散乱
され、基板に吸収されることになる。Additionally, as shown in Figure 18, several proposals have been made to couple the laser amplification channel waveguide and the input/output channel waveguide with a directional coupler (
For example, USP 4,680,769 (S, E, Mil
ler: 1987), USP 4,747,65
0 (K, 5akuda: 1988)). In this case, the laser amplifier is composed of input/output waveguides 110 and 111 and a laser amplification waveguide 112 having an amplification section, as shown in FIG. Only a selection is made. Input signal light 1
13 is efficiently coupled to the laser amplification waveguide, and after amplification,
It is extracted as output signal light 116. The spontaneously emitted light (broken line in FIG. 18) generated at this time is scattered at the end of the waveguide and absorbed by the substrate.
[発明が解決しようとしている課題]
上述した従来の技術において、光周波数フィルタを使用
する場合は、光周波数フィルタなレーザ増幅器の外部に
取り付けるため調整が煩雑である。また、光周波数フィ
ルタとして用いる通常の干渉フィルタは、波長選択幅が
100A−前後であり、狭帯域化が難しく、狭帯化した
場合にも挿入損失が大きくなるという欠点を有していた
。さらに、半導体レーザ増幅器として両端面に無反射処
理(AR)を施した進行波型のレーザ増幅器を用いる場
合には、反射による性能劣化が著しく、挿入する光学デ
バイスからの反射を防ぐため光周波数フィルタ101を
斜めに配置するなどの工夫を必要とした。[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional technology described above, when an optical frequency filter is used, adjustment is complicated because the optical frequency filter is attached to the outside of the laser amplifier. Furthermore, a typical interference filter used as an optical frequency filter has a wavelength selection width of around 100 A, which makes it difficult to narrow the band, and even when the band is narrowed, the insertion loss increases. Furthermore, when using a traveling wave laser amplifier with anti-reflection treatment (AR) applied to both end faces as a semiconductor laser amplifier, performance degradation due to reflection is significant, and an optical frequency filter must be used to prevent reflection from the inserted optical device. It was necessary to devise measures such as arranging 101 diagonally.
また、方向性結合器を用いる場合では、2つの導波路の
間隔を精度良く設定し、かつ、結合長を精度良く設定し
なければ所望の波長選択、結合効率が得られないという
本質的問題があり、作製は困難を極めていた。In addition, when using a directional coupler, there is an essential problem that the desired wavelength selection and coupling efficiency cannot be obtained unless the spacing between the two waveguides is set accurately and the coupling length is set accurately. However, production was extremely difficult.
本発明は、上記従来の技術の有する欠点に鑑みてなされ
たもので、S/Nが良好で、波長多重化に対応した増幅
機能を有する半導体光増幅器を提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the drawbacks of the above-mentioned conventional techniques, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor optical amplifier having a good S/N ratio and an amplification function compatible with wavelength multiplexing.
[課題を解決するための手段]
本発明の半導体光増幅器は、
グレーティング結合器を備えた第1のチャンネル導波路
と、該第1のチャンネル導波路のグレーティング結合器
と光結合するグレーティング結合器および光増幅器を備
えた第2のチャンネル導波路とを有し、前記グレーティ
ング結合器間の光結合は、前記第1.第2のチャンネル
導波路間に形成されるスラブ状導波路を介して行なうも
のであり、さらに、前記各チャンネル導波路の光波入出
力端部がそれぞれ反射防止膜を備えたもの、前記第2の
チャンネル導波路に設けられたグレーティング結合器の
終端がテーパー化されているもの、前記グレーティング
結合器が複数の異なる周期のグレーティングにより形成
されているものである。[Means for Solving the Problems] A semiconductor optical amplifier of the present invention includes a first channel waveguide provided with a grating coupler, a grating coupler optically coupled to the grating coupler of the first channel waveguide, and a second channel waveguide provided with an optical amplifier, and the optical coupling between the grating couplers is provided with the first channel waveguide. The light wave input/output end of each channel waveguide is provided with an antireflection coating, and the second channel waveguide is provided with an anti-reflection coating. The terminal end of the grating coupler provided in the channel waveguide is tapered, and the grating coupler is formed by a plurality of gratings with different periods.
本発明は、光増幅器を備えたチャンネル導波路とそのチ
ャンネル導波路に光結合するチャンネル導波路を有し、
両導波路を空間的に分離した配置にしておき、両導波路
間をグレーティング結合器によって結合させることによ
って、信号波長の光成分のみを出力側導波路に導入し、
不要な自然放出光成分を除去し、雑音を軽減するもので
ある。The present invention has a channel waveguide equipped with an optical amplifier and a channel waveguide optically coupled to the channel waveguide,
By arranging both waveguides spatially separated and coupling them using a grating coupler, only the optical component of the signal wavelength is introduced into the output waveguide.
This removes unnecessary spontaneous emission light components and reduces noise.
また、グレーティング結合器を複数の異なる周期のグレ
ーティングで構成した場合、波長多重化された光信号か
ら複数の所望の波長の光信号成分を同時に選択して増幅
することができる。Further, when the grating coupler is configured with a plurality of gratings having different periods, it is possible to simultaneously select and amplify optical signal components having a plurality of desired wavelengths from a wavelength-multiplexed optical signal.
[実施例]
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。[Example] Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明による第1実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.
本実施例の半導体光増幅器は、第1図に示すように、電
流注入のための電極7が部分的に設けられた増幅部およ
び一端に傾斜グレーティング結合器5aを備えた、第2
のチャンネル導波路である増幅チャンネル導波路4と受
動的導波路であって傾斜グレーティング結合器5bを備
えた光波出力用の第1のチャンネル導波路である出力チ
ャンネル導波路6とを有しており、両導波路4.6間に
はスラブ状の導波路が形成されている。また、第1図に
おいて、1はn型GaAs基板、2は活性層を含むGa
As/AlGaAsエビ膜、3a、 3bは反射防止の
ための誘電体膜SiOxである。As shown in FIG. 1, the semiconductor optical amplifier of this embodiment has an amplification section partially provided with electrodes 7 for current injection, and a second amplifier section equipped with a tilted grating coupler 5a at one end.
It has an amplification channel waveguide 4, which is a channel waveguide, and an output channel waveguide 6, which is a passive waveguide and is a first channel waveguide for outputting light waves, which is equipped with a tilted grating coupler 5b. A slab-shaped waveguide is formed between both waveguides 4.6. In FIG. 1, 1 is an n-type GaAs substrate, 2 is a GaAs substrate including an active layer.
As/AlGaAs shrimp films 3a and 3b are dielectric films SiOx for antireflection.
この場合、外部からの入力光8は増幅チャンネル導波路
4に入力されて光増幅を受け、増幅チャンネル導波路4
の傾斜グレーティング結合器5aにより、所望の波長の
光信号成分のみが選択的に回折されて増幅チャンネル導
波路4と出力チャンネル導波路6との間のスラブ導波路
にスラブ導波光9として取り出され、さらに、対面する
出力チャンネル導波路6に構成された傾斜グレーティン
グ結合器5bによって出力チャンネル導波路6に結合さ
れて無反射処理が施されている出力端から出力信号光1
0として取り出される。In this case, external input light 8 is input to the amplification channel waveguide 4 and undergoes optical amplification, and the amplification channel waveguide 4
By the inclined grating coupler 5a, only the optical signal component of the desired wavelength is selectively diffracted and taken out as slab waveguide light 9 to the slab waveguide between the amplification channel waveguide 4 and the output channel waveguide 6, Furthermore, the output signal light 1 is coupled to the output channel waveguide 6 by the inclined grating coupler 5b configured in the facing output channel waveguide 6 from the output end which is subjected to anti-reflection treatment.
Extracted as 0.
このように、対面する傾斜グレーティング結合器5a、
5bを設けることによって、半導体光増幅器内部で生
ずる信号波長以外の自然放出光を除去することが可能と
なる。増幅チャンネル導波路4の傾斜グレーティング結
合器5a側の端面ば不必要な反射によって光増幅器の性
能を悪化させないようにテーパ化しておき、不要な自然
放出光11を基板1に吸収させるようにすることが必要
である。このようなチャンネル導波路の無反射端処理の
方法はこの他、斜めの反射面を設けて反射結合を除去す
るなどの方法がある。In this way, the facing inclined grating couplers 5a,
By providing 5b, it becomes possible to remove spontaneously emitted light other than signal wavelengths generated inside the semiconductor optical amplifier. The end face of the amplification channel waveguide 4 on the side of the inclined grating coupler 5a is tapered so that the performance of the optical amplifier is not deteriorated by unnecessary reflection, and the unnecessary spontaneous emission light 11 is absorbed by the substrate 1. is necessary. Other methods for processing the non-reflective end of the channel waveguide include providing an oblique reflective surface to eliminate reflective coupling.
第2図は第1図に示したA−A’線断面図であり、増幅
チャンネル導波路4の増幅部であるリッジチャンネル導
波路部の断面構造を示している。1はn型GaAs基板
、13はGaAs活性層、14は導波路を形成するSC
(separate confinement)層、1
5.16はそれぞれn型、p型AlGaAsクラッド層
、17はGaAsキャップ層、7.18は電極である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA' shown in FIG. 1, and shows the cross-sectional structure of the ridge channel waveguide section which is the amplification section of the amplification channel waveguide 4. As shown in FIG. 1 is an n-type GaAs substrate, 13 is a GaAs active layer, and 14 is an SC forming a waveguide.
(separate confinement) layer, 1
5.16 are n-type and p-type AlGaAs cladding layers, 17 is a GaAs cap layer, and 7.18 is an electrode.
12は絶縁のための5iJ4膜である。電極7からの電
流注入によってリッジ下部のGaAs活性層13でゲイ
ンを有する光増幅部が形成される。12 is a 5iJ4 film for insulation. By current injection from the electrode 7, an optical amplification section having a gain is formed in the GaAs active layer 13 under the ridge.
第3図は第1図に示したB−B’線断面図であり、グレ
ーティング結合器5a、 5bの断面構造を示している
。2つのチャンネル導波路にはグレーティング結合器5
a、 5bが形成されており、両チャンネル導波路4.
6間はスラブ状の導波路となる。グレーティング結合器
5aに入射した光波はブラッグ回折され、スラブ導波光
9として放射されグレーティング結合器5bによって出
力チャンネル導波路6に結合される。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB' shown in FIG. 1, showing the cross-sectional structure of the grating couplers 5a and 5b. A grating coupler 5 is installed in the two channel waveguides.
a, 5b are formed, and both channel waveguides 4.a and 5b are formed.
The space between 6 and 6 becomes a slab-shaped waveguide. The light wave incident on the grating coupler 5a undergoes Bragg diffraction, is emitted as slab waveguide light 9, and is coupled to the output channel waveguide 6 by the grating coupler 5b.
第4図は同グレーティ5ング結合部の平面図である。第
4図において、グレーティング結合器5aの傾斜角はチ
ャンネル入射光19とスラブ導波光9とがブラッグ条件
を満足する様に設定されている。FIG. 4 is a plan view of the grating 5 coupling portion. In FIG. 4, the inclination angle of the grating coupler 5a is set so that the channel incident light 19 and the slab guided light 9 satisfy the Bragg condition.
第5図はブラッグ条件を示すベクトル図である。第5図
において、βCおよびβSはそれぞれグレーティング内
での入射光と放射光の伝搬定数、Kはグレーティングベ
クトルであり、グレーティング周期をΔとすると、IK
I=2π/Δで表わされる。FIG. 5 is a vector diagram showing the Bragg condition. In FIG. 5, βC and βS are the propagation constants of incident light and emitted light within the grating, respectively, K is the grating vector, and if the grating period is Δ, then IK
It is expressed as I=2π/Δ.
このような、チャンネル導波路とスラブ導波路を結合す
るグレーティング結合器に関しては提案特許(提案No
、 CJYONo、 85629.85630)に詳細
の記述がある。Regarding such a grating coupler that couples a channel waveguide and a slab waveguide, a proposed patent (Proposal No.
, CJYO No. 85629.85630) has a detailed description.
次に、本発明の第2実施例について説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
本実施例は、第6図に示すように、半導体光増幅器とし
て双方向の増幅を可能とするため、3つのチャンネル導
波路30.31.32を設けており、入出力部であるチ
ャンネル導波路30.32それぞれに波長選択グレーテ
ィング33a、 34bを形成し、波長選択グレーティ
ング33b、 34aおよび光増幅部35を有する光増
幅チャンネル導波路31をチャンネル導波路30.32
と分離することによって不要な自然放出光を除去してい
る。As shown in FIG. 6, this embodiment is provided with three channel waveguides 30, 31, and 32 in order to enable bidirectional amplification as a semiconductor optical amplifier. Wavelength selection gratings 33a and 34b are formed on each of 30.32, and an optical amplification channel waveguide 31 having wavelength selection gratings 33b and 34a and an optical amplification section 35 is connected to channel waveguide 30.32.
Unnecessary spontaneous emission light is removed by separating the
本実施例では、入出力チャンネル導波路30側から入射
された光波36は、入出力チャンネル導波路30および
光増幅チャンネル導波路31により波長選択、光増幅さ
れて入出力チャンネル導波路32側から光波37として
出射され、入出力チャンネル導波路32側から入射され
た光波38は入出力チャンネル導波路32および光増幅
チャンネル導波路31により波長選択、光増幅されて入
出力チャンネル導波路30側から光波39として出射さ
れ、双方向の光伝送に対応した光増幅を可能としている
。但し、この場合、双方向伝搬する光波の波長は等しい
か、あるいは波長選択グレーティング33a、 33b
、 34a。In this embodiment, a light wave 36 incident from the input/output channel waveguide 30 side is wavelength-selected and optically amplified by the input/output channel waveguide 30 and the optical amplification channel waveguide 31, and the optical wave 36 is output from the input/output channel waveguide 32 side. A light wave 38 that is emitted as 37 and entered from the input/output channel waveguide 32 side is wavelength-selected and optically amplified by the input/output channel waveguide 32 and the optical amplification channel waveguide 31, and becomes a light wave 39 from the input/output channel waveguide 30 side. This enables optical amplification compatible with bidirectional optical transmission. However, in this case, the wavelengths of the light waves propagating in both directions are the same, or the wavelength selection gratings 33a and 33b
, 34a.
34bの波長選択幅の中に収まっている必要がある。It is necessary to fall within the wavelength selection width of 34b.
このように、入出力部の両方で波長選択を行うことによ
って波長選択がより鋭くなり、光増幅チャンネル導波路
が入出力チャンネル導波路と完全に分離していることか
ら、自然放出光の除去がより確実となるものである。ま
た、入出力チャンネル導波路と光増幅チャンネル導波路
を分離することによって、入出力端の光分布の最適化と
光増幅部の導波路構造の最適化を独立に行うことが可能
となり、光フアイバ結合などにおいて高効率化を図るこ
とができる。In this way, by performing wavelength selection at both the input and output sections, wavelength selection becomes sharper, and since the optical amplification channel waveguide is completely separated from the input and output channel waveguides, spontaneous emission can be removed. This makes it more reliable. In addition, by separating the input/output channel waveguide and the optical amplification channel waveguide, it becomes possible to optimize the optical distribution at the input/output end and the waveguide structure of the optical amplification section independently. High efficiency can be achieved in connection etc.
次に、本発明の第3実施例について説明する。Next, a third embodiment of the present invention will be described.
本実施例では、第7図に示すように、グレーティング結
合部での光結合が逆方向結合されている。すなわち、光
波36は入力チャンネル導波路70を右方向に伝搬し、
グレーティング結合器40aによって回折された後、光
増幅チャンネル導波路31では左方向に伝搬する光波に
変換されている。さらに、光増幅チャンネル導波路31
から出力チャンネル導波路71への結合についても同様
に逆方向結合されている。In this embodiment, as shown in FIG. 7, the optical coupling at the grating coupling portion is coupled in the opposite direction. That is, the light wave 36 propagates in the right direction through the input channel waveguide 70;
After being diffracted by the grating coupler 40a, it is converted into a light wave propagating leftward in the optical amplification channel waveguide 31. Furthermore, an optical amplification channel waveguide 31
Similarly, the coupling from the output channel waveguide 71 to the output channel waveguide 71 is reversely coupled.
本実施例のグレーティング結合部は、第8図に示すよう
に、隣接する2つのチャンネル導波路において、一方の
チャンネル導波路8Iから右方向へ入射した光波83は
他方のチャンネル導波路82で左方向へ出射する光波8
4に変換される。As shown in FIG. 8, in the grating coupling portion of this embodiment, in two adjacent channel waveguides, a light wave 83 incident in the right direction from one channel waveguide 8I is directed to the left in the other channel waveguide 82. Light wave 8 emitted to
Converted to 4.
前述した第1.第2実施例においてはグレーティングベ
クトルの方向をほぼ一定としていたが、本実施例におい
てはグレーティングベクトルの方向が互いに異なるグレ
ーティングの組み合わせを用いている。The above-mentioned 1. In the second embodiment, the direction of the grating vector was kept almost constant, but in this embodiment, a combination of gratings with different directions of the grating vector is used.
第8図に示したグレーティング結合器40a、 40b
におけるブラッグ条件を満足する光波のベクトルダイヤ
グラムを第9図に示す。第9図において、β1.β2は
第8図に示したチャンネル導波路8182の伝搬定数、
βSは両導波路81.82間のスラブ導波路の伝搬定数
、Kl、に2はグレーティング結合器40a、 40b
のグレーティングベクトルであり、それぞれのグレーテ
ィング周期なΔ1.Δ2とすると、その大きさは、lK
+1=2π/Δ1、K、l=2π/Δ2で表わされる。Grating couplers 40a, 40b shown in FIG.
FIG. 9 shows a vector diagram of a light wave that satisfies the Bragg condition. In FIG. 9, β1. β2 is the propagation constant of the channel waveguide 8182 shown in FIG.
βS is the propagation constant of the slab waveguide between both waveguides 81 and 82, Kl, and 2 are grating couplers 40a and 40b.
, and each grating period Δ1. If Δ2, its size is lK
+1=2π/Δ1, K, l=2π/Δ2.
上述のようなグレーティング結合部からスラブ導波路へ
出射する光波の強度分布は、第10図に示す様に、伝搬
方向に減衰する空間的分布を持っている。As shown in FIG. 10, the intensity distribution of the light wave emitted from the above-mentioned grating coupling portion to the slab waveguide has a spatial distribution that is attenuated in the propagation direction.
まず、第10図(c)に示すようなグレーティングによ
る光波の逆方向結合においては、第10図(d)に示す
様に、第1のグレーティング結合器40aによってスラ
ブ部分に出射する光波43の強度分布を第2のグレーテ
ィング結合器40bによって結合される光波の最適強度
分布(最も結合効率が高くなる分布)と近づけることが
可能になるため、両チャンネル導波路81.82間の結
合を高めることができる。一方、第10図(a)に示す
ような同方向結合においては、第10図(b)に示す様
に、出射スラブ光85の光強度分布と最適光強度分布は
お互いに反対称となるため、基本的に強度分布の一致は
困難であり、グレーティング端面のテーパ化等によって
効率を制御して平坦な強度分布に近づける以外に方法が
ない。First, in the reverse coupling of light waves by a grating as shown in FIG. 10(c), the intensity of the light wave 43 emitted to the slab portion by the first grating coupler 40a is as shown in FIG. 10(d). Since it is possible to bring the distribution close to the optimal intensity distribution of the light waves combined by the second grating coupler 40b (the distribution that provides the highest coupling efficiency), it is possible to increase the coupling between both channel waveguides 81 and 82. can. On the other hand, in the same direction coupling as shown in FIG. 10(a), the light intensity distribution of the output slab light 85 and the optimum light intensity distribution are antisymmetrical to each other, as shown in FIG. 10(b). Basically, it is difficult to match the intensity distribution, and there is no other way than to control the efficiency by tapering the end face of the grating, etc. to approximate a flat intensity distribution.
以上のように、逆方向グレーティング結合を用いること
によって結合効率を高めることが可能となる。As described above, it is possible to increase the coupling efficiency by using reverse grating coupling.
次に、本発明の第4実施例について、第11図を参照し
て説明する。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 11.
本実施例は、入力チャンネル導波路70および出力チャ
ンネル導波路71に対して光増幅チャンネル導波路31
が比較的大きな角度を形成して光結合することを特徴と
している。このように、互いに大きな角度を持ってチャ
ンネル導波路間を光結合することによってクロストーク
を減少させるなどの効果が得られる。In this embodiment, an optical amplification channel waveguide 31 is connected to an input channel waveguide 70 and an output channel waveguide 71.
It is characterized by optical coupling forming a relatively large angle. In this way, by optically coupling channel waveguides at a large angle to each other, effects such as reducing crosstalk can be obtained.
次に、本発明の第5実施例について、第12図、第13
図を参照して説明する。Next, regarding the fifth embodiment of the present invention, FIGS.
This will be explained with reference to the figures.
本実施例では、本発明を波長多重化光デバイスに適用し
た例を示している。This embodiment shows an example in which the present invention is applied to a wavelength multiplexing optical device.
まず、第12図を参照して説明する。この場合、波長λ
、の入力光信号46と波長λ2の入力光信号47が波長
多重化されており、入力チャンネル導波路70に入射結
合する。入力チャンネル導波路70には、異なる周期の
グレーティング結合器42a、 43aが設けられてお
り、それぞれの光信号の波長λ1゜λ2に対してブラッ
グ条件を満足するように周期Δ1.Δ2が設定しである
。波長多重化光信号は対応するグレーティング結合器4
2a、 43aで回折され、スラブ導波路へ結合された
後、光増幅チャンネル導波路31に設けられた対向する
部分のグレーティング結合器42b、 43bで再び回
折され、光増幅部に導入されて増幅される。増幅後は所
望の光信号波長のみが、グレーティング結合器44a、
45aで選択されて出力チャンネル導波路71に導入
されて出力光信号として出力される。First, explanation will be given with reference to FIG. 12. In this case, the wavelength λ
The input optical signal 46 of , and the input optical signal 47 of wavelength λ2 are wavelength-multiplexed and coupled into the input channel waveguide 70 . The input channel waveguide 70 is provided with grating couplers 42a and 43a having different periods, and the periods Δ1... Δ2 is the setting. The wavelength multiplexed optical signal is transmitted through the corresponding grating coupler 4.
After being diffracted by 2a and 43a and coupled to the slab waveguide, the light is diffracted again by grating couplers 42b and 43b provided in opposing portions of the optical amplification channel waveguide 31, and introduced into the optical amplification section where it is amplified. Ru. After amplification, only the desired optical signal wavelength is transmitted to the grating coupler 44a,
45a and introduced into the output channel waveguide 71, where it is output as an output optical signal.
したがって、光増幅チャンネル導波路31の光増幅部で
発生する自然放出光成分のうち、光信号の波長λ1.λ
2以外の光は除去される。Therefore, among the spontaneous emission light components generated in the optical amplification section of the optical amplification channel waveguide 31, the wavelength λ1 of the optical signal. λ
Light other than 2 is removed.
つづいて、第13図を参照すると、ここでは、光増幅チ
ャンネル導波路48.49をそれぞれの波長λl、λ2
に対応させて個別に構成した例を示している。このよう
に波長多重化信号をそれぞれ個別に光増幅することによ
り、設計の自由度を高′めることか可能となる。一般に
、2つ以上の波長が入射した場合、光増幅部におけるゲ
インは等しくならないため、出力レベルの等化は難しい
という問題点があったが、光増幅チャンネル導波路を波
長毎に設けることによって、ゲインの等化は電流制御に
よって容易になる。また、光増幅部においては高出力化
に伴ってキャリア密度の変調が起こり、光信号間のクロ
ストークが生じるが、波長分離増幅を行うことによって
、光出力レベルを高めることも可能となる。Next, referring to FIG. 13, the optical amplification channel waveguides 48 and 49 are arranged at respective wavelengths λl and λ2.
An example is shown in which each is individually configured to correspond to the following. By optically amplifying each wavelength multiplexed signal individually in this way, it becomes possible to increase the degree of freedom in design. Generally, when two or more wavelengths are incident, the gains in the optical amplification section are not equal, making it difficult to equalize the output levels.However, by providing an optical amplification channel waveguide for each wavelength, Gain equalization is facilitated by current control. Further, in the optical amplification section, as the output increases, carrier density modulation occurs and crosstalk between optical signals occurs, but by performing wavelength separation amplification, it is also possible to increase the optical output level.
本実施例では、簡単のため2波長光増幅について説明し
たが、3波長以上の光波長多重も可能であり、双方向光
増幅にも対応できることは言うまでもない。In this embodiment, two-wavelength optical amplification has been described for the sake of simplicity, but it goes without saying that optical wavelength multiplexing of three or more wavelengths is also possible, and bidirectional optical amplification is also possible.
次に、本発明の第6実施例について、第14図を参照し
て説明する。Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14.
上述までの各実施例においては入出力チャンネル導波路
は互いに分離されており、光増幅チャンネル導波路を介
して結合されていたが、光増幅部の電流注入が行えない
ような「故障」が生じた場合には光信号は大きな損失を
受け、情報の伝送が行えなくなるという本質的問題があ
る。本実施例ではこのような故障の対策として、第14
図に示すように、入力光の、一部をそのまま出力させる
とともに、その一部を選択増幅させ、出力側で合波させ
るように構成されており、透過光51と増幅光52が合
波されて出力される。これによって、光増幅部へ電流注
入が行えない故障が生じて増幅光52が消失したとして
も、透過光51は出力可能となる。本実施例では、入出
力光導波路50に設けられたグレーティング結合器53
a、 53bは波長選択型の分岐として動作しており、
正常動作時には増幅光52が太きいため透過光51の合
波は問題とならないが、光路の構成は干渉系を形成し、
2つの光波の光路差の変化によって出力光はリップルを
生ずる場合がある。このリップル変動は電流注入量の調
整によって押さえることが可能であり、ゲインを確保す
る意味で、電流注入領域を2分し、増幅部と位相制御領
域に対応させている。In each of the embodiments described above, the input and output channel waveguides are separated from each other and coupled via the optical amplification channel waveguide, but if a "failure" occurs that prevents current injection into the optical amplification section. In such a case, the optical signal suffers a large loss, and there is an essential problem that information cannot be transmitted. In this embodiment, as a countermeasure against such a failure, the 14th
As shown in the figure, it is configured to output part of the input light as is, selectively amplify part of it, and combine it on the output side, so that transmitted light 51 and amplified light 52 are combined. is output. As a result, even if a failure occurs in which current cannot be injected into the optical amplification section and the amplified light 52 disappears, the transmitted light 51 can be output. In this embodiment, a grating coupler 53 provided in the input/output optical waveguide 50
a and 53b operate as wavelength selective branches,
During normal operation, the amplified light 52 is thick, so combining the transmitted light 51 is not a problem, but the configuration of the optical path forms an interference system,
Ripples may occur in the output light due to a change in the optical path difference between the two light waves. This ripple variation can be suppressed by adjusting the amount of current injection, and in order to ensure gain, the current injection region is divided into two parts, which correspond to the amplification section and the phase control region.
次に、本発明の第7実施例について、第15図を参照し
て説明する。Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 15.
本実施例では、第15図に示すように、入出力チャンネ
ル導波路55および56において波長選択された光信号
の一部を光増幅チャンネル導波路57に結合し、他の一
部を光検出器を含む検出用チャンネル導波路58.59
に導入し、光信号の検出を行う。光検出部は構造的には
光増幅部と同一であるが、逆バイアスを印加することに
よって光検出を行っている。本実施例の光増幅器を、例
えば光パスライン上に挿入することによって光信号のタ
ップが可能となる。また、このタップによって生じた分
岐損失は光増幅によって補うことができる。In this embodiment, as shown in FIG. 15, a part of the optical signal whose wavelength has been selected in input/output channel waveguides 55 and 56 is coupled to an optical amplification channel waveguide 57, and the other part is coupled to a photodetector. Detection channel waveguide 58,59 including
to detect optical signals. The photodetector section is structurally the same as the optical amplification section, but performs photodetection by applying a reverse bias. By inserting the optical amplifier of this embodiment onto, for example, an optical path line, it becomes possible to tap an optical signal. Further, the branching loss caused by this tap can be compensated for by optical amplification.
本実施例においては、光検出器を一体化した例を示した
が、光送信部としての発光素子などを−体化、あるいは
これらを複合化した光デバイスに対しても適用できる。In this embodiment, an example in which a photodetector is integrated is shown, but the present invention can also be applied to an optical device in which a light emitting element or the like as a light transmitter is integrated, or in which these are combined.
また、波長多重化した送受信部の一体化も可能であるこ
とは言うまでもない。It goes without saying that it is also possible to integrate wavelength-multiplexed transmitting and receiving sections.
[発明の効果]
以上説明したように本発明は下記のような効果を奏する
ものである。[Effects of the Invention] As explained above, the present invention has the following effects.
■ 請求項1記載のものにより、光増幅部で発生する不
要な自然放出光を除去し、所望の波長の入力信号光のみ
を選択増幅することが可能となり、S/Nの向上、出力
レベルの増大が図れるとともに、チャンネル導波路間の
クロストークを押えるための空間的分離が容易となり、
高性能な光増幅器を提供することができる。- According to the first aspect of the present invention, it is possible to remove unnecessary spontaneous emission light generated in the optical amplification section and selectively amplify only the input signal light of a desired wavelength, thereby improving the S/N ratio and increasing the output level. In addition to increasing the number of channel waveguides, it also facilitates spatial separation to suppress crosstalk between channel waveguides.
A high-performance optical amplifier can be provided.
■ 請求項2および3記載のものにより、不要な光の反
射による光増幅器の性能劣化を防止できるとともに、光
増幅器で発生する自然放出光を基板に吸収させて除去す
ることができる。(2) According to the second and third aspects of the present invention, it is possible to prevent performance deterioration of the optical amplifier due to reflection of unnecessary light, and also to remove spontaneously emitted light generated by the optical amplifier by absorbing it into the substrate.
■ 請求項4記載のものにより、波長分離増幅が可能と
なって分離した光信号毎に利得の確保が可能となり、波
長多重化に対応した増幅機能を有する集積型の光ノード
として動作することが可能となる。(2) According to the fourth aspect, it becomes possible to perform wavelength separation amplification and secure gain for each separated optical signal, and it is possible to operate as an integrated optical node having an amplification function compatible with wavelength multiplexing. It becomes possible.
第1図は本発明の第1実施例を示す斜視図、第2図は第
1図のA−A’断面図、第3図は第1図のB−8’断面
図、第4図はグレーティング結合部の拡大図、第5図は
グレーティングベクトル図、第6図は本発明の第2実施
例を示す斜視図、第7図は本発明の第3実施例を示す斜
視図、第8図はグレーティング結合部の拡大図、第9図
はグレーティングベクトル図、第10図は同方向結合と
逆方向結合の光強度分布を示す説明図、第11図は本発
明の第4実施例を示す斜視図、第12図、第13図は第
5実施例を示す斜視図、第14図は第6実施例を示す斜
視図、第15図は第7実施例を示す斜視図、第16図〜
第18図は従来例を説明する図である。
1− n型GaAs基板、
2−GaAs/AlGaAs エビ層、3a、 3b・
・・誘電体膜、
2 。
5a、 5b・・・傾斜グレーティング結合器、6・・
・出力チャンネル導波路、
7.18・・・電極、
8 、46.47・・・入力光、
9.85・・・スラブ導波光、
10・・・出力信号光、
11・・・自然放出光、
12・・・Si3N4絶縁膜、
13・GaAs活性層、
14・・・SC層、
15・n型AlGaAsクラッド層、
16・p型AlGaAsクラッド層、
17・・・GaAsキャップ層、
19・・・チャンネル入射光、
30、32.55.56・・・入出力チャンネル導波路
、31、48.49.57・・・光増幅チャンネル導波
路、33a、 33b、 34a、 34b−・・波長
選択グレーティング、35・・・光増幅部、
3637.38,39,83.84・・・光波、40a
〜45a 40b〜45b 53a 53b 5
4a 54b−グレーティング結合器、
50・・・入出力光導波路、
51・・・透過光、
52・・・増幅光、
58、59・・・検出用チャンネル導波路、70・・・
入力チャンネル導波路、
71・・・出力チャンネル導波路、
81、82・・・チャンネル導波路。FIG. 1 is a perspective view showing the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA' in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line B-8' in FIG. 5 is a grating vector diagram, FIG. 6 is a perspective view showing the second embodiment of the present invention, FIG. 7 is a perspective view showing the third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is an enlarged view of the grating coupling part, FIG. 9 is a grating vector diagram, FIG. 10 is an explanatory diagram showing the light intensity distribution of same direction coupling and opposite direction coupling, and FIG. 11 is a perspective view showing the fourth embodiment of the present invention. 12 and 13 are perspective views showing the fifth embodiment, FIG. 14 is a perspective view showing the sixth embodiment, FIG. 15 is a perspective view showing the seventh embodiment, and FIGS.
FIG. 18 is a diagram illustrating a conventional example. 1- n-type GaAs substrate, 2- GaAs/AlGaAs shrimp layer, 3a, 3b・
...Dielectric film, 2. 5a, 5b... inclined grating coupler, 6...
・Output channel waveguide, 7.18... Electrode, 8, 46.47... Input light, 9.85... Slab waveguide light, 10... Output signal light, 11... Spontaneous emission light , 12...Si3N4 insulating film, 13.GaAs active layer, 14...SC layer, 15.n-type AlGaAs cladding layer, 16.p-type AlGaAs cladding layer, 17...GaAs cap layer, 19... Channel incident light, 30, 32.55.56... Input/output channel waveguide, 31, 48.49.57... Optical amplification channel waveguide, 33a, 33b, 34a, 34b-... Wavelength selection grating, 35... Optical amplification section, 3637.38, 39, 83.84... Light wave, 40a
~45a 40b~45b 53a 53b 5
4a 54b - grating coupler, 50... input/output optical waveguide, 51... transmitted light, 52... amplified light, 58, 59... channel waveguide for detection, 70...
Input channel waveguide, 71... Output channel waveguide, 81, 82... Channel waveguide.
Claims (1)
波路と、該第1のチャンネル導波路のグレーティング結
合器と光結合するグレーティング結合器および光増幅器
を備えた第2のチャンネル導波路とを有し、前記グレー
ティング結合器間の光結合は、前記第1、第2のチャン
ネル導波路間に形成されるスラブ状導波路を介して行な
うことを特徴とする半導体光増幅器。 2、各チャンネル導波路の光波入出力端部がそれぞれ反
射防止膜を備えたことを特徴とする請求項1記載の半導
体光増幅器。 3、光増幅器を有する第2のチャンネル導波路に設けら
れたグレーティング結合器の終端がテーパー化されてい
ることを特徴とする請求項1または2記載の半導体光増
幅器。 4、グレーティング結合器が複数の異なる周期のグレー
ティングにより形成されていることを特徴とする請求項
1、2または3記載の半導体光増幅器。[Claims] 1. A first channel waveguide equipped with a grating coupler, and a second channel equipped with a grating coupler and an optical amplifier optically coupled to the grating coupler of the first channel waveguide. A semiconductor optical amplifier comprising a waveguide, wherein optical coupling between the grating couplers is performed via a slab waveguide formed between the first and second channel waveguides. 2. The semiconductor optical amplifier according to claim 1, wherein each optical wave input/output end of each channel waveguide is provided with an antireflection film. 3. The semiconductor optical amplifier according to claim 1 or 2, wherein the end of the grating coupler provided in the second channel waveguide having the optical amplifier is tapered. 4. The semiconductor optical amplifier according to claim 1, 2 or 3, wherein the grating coupler is formed by a plurality of gratings with different periods.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4677089A JPH02226233A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Semiconductor optical amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP4677089A JPH02226233A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Semiconductor optical amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02226233A true JPH02226233A (en) | 1990-09-07 |
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ID=12756565
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP4677089A Pending JPH02226233A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Semiconductor optical amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02226233A (en) |
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