JPH0437405B2 - - Google Patents
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- JPH0437405B2 JPH0437405B2 JP58125471A JP12547183A JPH0437405B2 JP H0437405 B2 JPH0437405 B2 JP H0437405B2 JP 58125471 A JP58125471 A JP 58125471A JP 12547183 A JP12547183 A JP 12547183A JP H0437405 B2 JPH0437405 B2 JP H0437405B2
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- JP
- Japan
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- current
- refractive index
- current injection
- optical waveguide
- waveguide layer
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/0152—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction modulating the refractive index using free carrier effects, e.g. plasma effect
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(技術分野)
本発明は光変調素子に係り、特には消光比が充
分に取れる製作が容易な半導体光変調素子に関す
るものである。
分に取れる製作が容易な半導体光変調素子に関す
るものである。
(背景技術)
光フアイバ通信の発光源として半導体レーザが
実用化されつつある。半導体レーザの利点として
は、小型、高信頼度などの特徴とともに、直接変
調が可能であることがあげられる。すなわち、注
入電流を変調すればそれに応じた光出力が直接得
られる。ところが、この直接変調には1つの本質
的な欠点がある。すなわち、光を発生する領域の
電子、あるいは正孔といつたキヤリアが変動する
ため、プラズマ振動効果により屈折率も変動し、
ひいては、発振する光の波長が大きく変動する。
従つて、直接変調された半導体レーザのスペクト
ル幅は、変調信号の帯域に比べて異常に大きなも
のとなる。このように過剰なスペクトル幅は光フ
アイバ伝送において信号劣化の要因となり、性能
を著しく低下させる。従つて、このような不都合
を解消するには、半導体レーザの出力は一定でか
つスペクトル幅を非常に狭く保つて変調する必要
があり、そのためには別の光変調素子を用いて行
う必要がある。
実用化されつつある。半導体レーザの利点として
は、小型、高信頼度などの特徴とともに、直接変
調が可能であることがあげられる。すなわち、注
入電流を変調すればそれに応じた光出力が直接得
られる。ところが、この直接変調には1つの本質
的な欠点がある。すなわち、光を発生する領域の
電子、あるいは正孔といつたキヤリアが変動する
ため、プラズマ振動効果により屈折率も変動し、
ひいては、発振する光の波長が大きく変動する。
従つて、直接変調された半導体レーザのスペクト
ル幅は、変調信号の帯域に比べて異常に大きなも
のとなる。このように過剰なスペクトル幅は光フ
アイバ伝送において信号劣化の要因となり、性能
を著しく低下させる。従つて、このような不都合
を解消するには、半導体レーザの出力は一定でか
つスペクトル幅を非常に狭く保つて変調する必要
があり、そのためには別の光変調素子を用いて行
う必要がある。
従来の代表的な光変調素子としては、第1図の
方向性結合形、第2図のマツハツエンダー干渉計
形などがある。第1図と第2図はいずれも平面図
を示しており、1および2の光導波路をLiNbO3
等の結晶上に製作し、電極3,4を設け、変調信
号5で入力光を制御して出力光を得るものであ
る。これらの光変調器の改良形やその他の例もい
くつかあるが、ほとんどが電気光学効果すなわ
ち、制御電界によるLiNbO3結晶又は光導波路2
の屈折率の微小変化を利用して、伝搬する光の位
相あるいは2つの導波路間の光結合などを制御し
ている。しかし、電気光学効果による屈折率の変
化は非常に小さいため、このようなタイプの光変
調素子は素子長が数mmから数cmと長くなる欠点が
ある。また、第1図および第2図に見られるよう
に、2つの導波路1,2を用いるタイプでは、2
つの導波路がほぼ完全に同一であることが要求さ
れ、かつ導波路の断面と長さとの関係が厳しく制
限されるため、製作が非常に困難であつた。
方向性結合形、第2図のマツハツエンダー干渉計
形などがある。第1図と第2図はいずれも平面図
を示しており、1および2の光導波路をLiNbO3
等の結晶上に製作し、電極3,4を設け、変調信
号5で入力光を制御して出力光を得るものであ
る。これらの光変調器の改良形やその他の例もい
くつかあるが、ほとんどが電気光学効果すなわ
ち、制御電界によるLiNbO3結晶又は光導波路2
の屈折率の微小変化を利用して、伝搬する光の位
相あるいは2つの導波路間の光結合などを制御し
ている。しかし、電気光学効果による屈折率の変
化は非常に小さいため、このようなタイプの光変
調素子は素子長が数mmから数cmと長くなる欠点が
ある。また、第1図および第2図に見られるよう
に、2つの導波路1,2を用いるタイプでは、2
つの導波路がほぼ完全に同一であることが要求さ
れ、かつ導波路の断面と長さとの関係が厳しく制
限されるため、製作が非常に困難であつた。
(発明の課題)
本発明はこのような従来の光変調素子の欠点を
解決するために、変調率や消光比が充分に取れ、
製作上の制約も少なく小型化が可能な光変調素子
を提供することを目的とするものである。以下に
図面を用いて本発明を詳細に説明する。
解決するために、変調率や消光比が充分に取れ、
製作上の制約も少なく小型化が可能な光変調素子
を提供することを目的とするものである。以下に
図面を用いて本発明を詳細に説明する。
(発明の構成および作用)
第3図aは本発明の一実施例を示すもので、半
導体光変調素子を正面から見た場合の断面図を示
している。
導体光変調素子を正面から見た場合の断面図を示
している。
以下の説明においては、IoP基板とほぼこれに
格子整合の取れたIo1-xGaxAsyP1-y(以後、x,y
を省略する)化合物半導体から成る光導波領域を
用いた例について説明する。
格子整合の取れたIo1-xGaxAsyP1-y(以後、x,y
を省略する)化合物半導体から成る光導波領域を
用いた例について説明する。
入力光は破線で囲んだ領域、すなわち光導波領
域のZ軸方向(半導体の長手方向)に入射され
る。6はn形IoP基板、7はIoGaAsP光導波路
層、8はP形IoP、9はn形IoGaAsPキヤツプ
層、10及び11は電極、12は亜鉛拡散領域を
それぞれ示す。IoGaAsP光導波路層7は6及び
8のIoPに比べて屈折率が高いためにY軸(縦)
方向では導波機能、すなわち入力光を光導波路層
7に閉じ込める機能を有しているが、X軸(横)
方向では同図bの屈折率分布の実線で示すように
一定の屈折率であるため導波機能を有していな
い。従つて、入力光は徐々に周囲に放射され、Z
軸方向のもう一方の出力端においては出力光が極
めて小さくなる。
域のZ軸方向(半導体の長手方向)に入射され
る。6はn形IoP基板、7はIoGaAsP光導波路
層、8はP形IoP、9はn形IoGaAsPキヤツプ
層、10及び11は電極、12は亜鉛拡散領域を
それぞれ示す。IoGaAsP光導波路層7は6及び
8のIoPに比べて屈折率が高いためにY軸(縦)
方向では導波機能、すなわち入力光を光導波路層
7に閉じ込める機能を有しているが、X軸(横)
方向では同図bの屈折率分布の実線で示すように
一定の屈折率であるため導波機能を有していな
い。従つて、入力光は徐々に周囲に放射され、Z
軸方向のもう一方の出力端においては出力光が極
めて小さくなる。
しかし、ここで破線の矢印13のような変調電
流を流すと、キヤリアがIoGaAsP光導波路層7
に閉じ込められてプラズマ振動効果により電流が
注入された部分の屈折率が下がり、屈折率分布が
破線のように中央部が高く周辺に低い導波機能を
持つたものとなる。従つて、入力光は減衰をほと
んど受けることなく出力端まで導波することがで
きる。
流を流すと、キヤリアがIoGaAsP光導波路層7
に閉じ込められてプラズマ振動効果により電流が
注入された部分の屈折率が下がり、屈折率分布が
破線のように中央部が高く周辺に低い導波機能を
持つたものとなる。従つて、入力光は減衰をほと
んど受けることなく出力端まで導波することがで
きる。
このように本実施例は一定値の電力を有する入
力光に対し、亜鉛拡散領域12を流れる変調電流
の有無あるいは大小でIoGaAsP光導波路層7の
X軸方向の屈折率が変わることを利用し、半導体
の導波機能を変化させることによつて、出力端に
おける出力光の大きさを変化させることを特徴と
する光変調素子である。
力光に対し、亜鉛拡散領域12を流れる変調電流
の有無あるいは大小でIoGaAsP光導波路層7の
X軸方向の屈折率が変わることを利用し、半導体
の導波機能を変化させることによつて、出力端に
おける出力光の大きさを変化させることを特徴と
する光変調素子である。
第4図aは第3図aにおいて電流注入を行わな
い場合の入力光の放射効果をさらに上げることに
よつて変調率や消光比の改善を行つた本発明の実
施例である。すなわち、第3図aの電極を10,
10′,10″の3つに分割し、電極10と10′
とを共通にする。まず、電極10″に電流I1を流
し、他の電極10,10′には電流I2を流さない
場合を考えると、第3図で説明したように電流が
流れた光導波路層7部分はキヤリアのプラズマ振
動効果により屈折率分布が第4図bの実線のよう
に小さくなり、入力光は非常に短かい距離で周囲
に放射されてしまう。すなわち、入力光はZ軸方
向の出力端にはほとんど出力光が現われなくな
る。逆にI1=0とし、I2の電流を流した場合は、
第4図bの破線のように屈折率分布は中央部が高
くなり、入力光に対して導波機能を有し、ほとん
ど減衰を受けることなく出力端に出力光として取
り出すことができる。
い場合の入力光の放射効果をさらに上げることに
よつて変調率や消光比の改善を行つた本発明の実
施例である。すなわち、第3図aの電極を10,
10′,10″の3つに分割し、電極10と10′
とを共通にする。まず、電極10″に電流I1を流
し、他の電極10,10′には電流I2を流さない
場合を考えると、第3図で説明したように電流が
流れた光導波路層7部分はキヤリアのプラズマ振
動効果により屈折率分布が第4図bの実線のよう
に小さくなり、入力光は非常に短かい距離で周囲
に放射されてしまう。すなわち、入力光はZ軸方
向の出力端にはほとんど出力光が現われなくな
る。逆にI1=0とし、I2の電流を流した場合は、
第4図bの破線のように屈折率分布は中央部が高
くなり、入力光に対して導波機能を有し、ほとん
ど減衰を受けることなく出力端に出力光として取
り出すことができる。
このように3つに分割された電極に流す電流の
有無によつて導波機能を変化させ出力端に現われ
る出力光をまつたく無くしたり、または入力光と
ほぼ同じ大きさの出力光も取り出すことが可能と
なる。
有無によつて導波機能を変化させ出力端に現われ
る出力光をまつたく無くしたり、または入力光と
ほぼ同じ大きさの出力光も取り出すことが可能と
なる。
第5図aは第4図aと同等の効果を得るため
に、IoGaAsP導波路層7の中央部の厚さを僅か
に薄くしたものである。すなわち、変調電流13
が無いかあるいは小さい状態では、第5図bの実
線のように屈折率分布が中央部で小さくなり、導
波機能を有さないので入力光は放射され出力端に
は現われない。また、逆に変調電流13がある大
きさ以上になると、破線のように屈折率分布が中
央部より周辺部が小さくなり、導波機能を有し、
入力光は出力端に出力光として取り出すことがで
きる。
に、IoGaAsP導波路層7の中央部の厚さを僅か
に薄くしたものである。すなわち、変調電流13
が無いかあるいは小さい状態では、第5図bの実
線のように屈折率分布が中央部で小さくなり、導
波機能を有さないので入力光は放射され出力端に
は現われない。また、逆に変調電流13がある大
きさ以上になると、破線のように屈折率分布が中
央部より周辺部が小さくなり、導波機能を有し、
入力光は出力端に出力光として取り出すことがで
きる。
以上の説明からも明らかなように、本発明の基
本的な特徴は変調電流の有無あるいは大小によつ
て、光が導波されるか否かという光の導波機能を
変化させて変調を行う点であり、従来のような電
気光学効果を用いることなく、また2つの導波路
も用いることなく変調できる光変調素子を提供す
るものである。
本的な特徴は変調電流の有無あるいは大小によつ
て、光が導波されるか否かという光の導波機能を
変化させて変調を行う点であり、従来のような電
気光学効果を用いることなく、また2つの導波路
も用いることなく変調できる光変調素子を提供す
るものである。
また、以上の説明は光導波領域あるいはその近
傍に変調電流を注入して光の導波機能を変化させ
て変調を行う実施例について説明したが、変調電
流の代わりに変調光を用いても同様の効果が得ら
れる。
傍に変調電流を注入して光の導波機能を変化させ
て変調を行う実施例について説明したが、変調電
流の代わりに変調光を用いても同様の効果が得ら
れる。
第6図は多層量子井戸構造を用いることによつ
て、非線形効果を著しく増大させ得る本発明の実
施例である。本図で、15はIoPとIoGaAsPとの
非常に薄い層から成る多層量子井戸層、16はn
形IoP、17はIoGaAsPから成る発光層である。
そこで、電流13を注入するとIoGaAsP層17
が発光し、その光14が多層量子井戸層15に照
射されるために多層量子井戸層15は大きな屈折
率変化を生じる。ここで、多層量子井戸層15の
物質によつて定まる非線形効果を表わす定数が正
の符号にすれば、電流注入によつて多層量子井戸
層15に導波機能が生じ、同じく変調が可能とな
る。
て、非線形効果を著しく増大させ得る本発明の実
施例である。本図で、15はIoPとIoGaAsPとの
非常に薄い層から成る多層量子井戸層、16はn
形IoP、17はIoGaAsPから成る発光層である。
そこで、電流13を注入するとIoGaAsP層17
が発光し、その光14が多層量子井戸層15に照
射されるために多層量子井戸層15は大きな屈折
率変化を生じる。ここで、多層量子井戸層15の
物質によつて定まる非線形効果を表わす定数が正
の符号にすれば、電流注入によつて多層量子井戸
層15に導波機能が生じ、同じく変調が可能とな
る。
このように本実施例は変調用光を用いても導波
機能を変化させ、出力端に現われる出力光も変え
る変調が可能である。
機能を変化させ、出力端に現われる出力光も変え
る変調が可能である。
また、今までIoP基板とほぼ格子整合のとれた
Io(1-x)GaxAsyP1-yから成る光導波領域の例を用い
て説明してきたが、IoP基板とほぼ格子整合のと
れたIo(1-x-y)AxGayAsまたはGaAs基板とほぼ格子
整合のとれたAl1-xGaxAs化合物半導体でも全く
同様の光変調素子ができることは言うまでもな
い。
Io(1-x)GaxAsyP1-yから成る光導波領域の例を用い
て説明してきたが、IoP基板とほぼ格子整合のと
れたIo(1-x-y)AxGayAsまたはGaAs基板とほぼ格子
整合のとれたAl1-xGaxAs化合物半導体でも全く
同様の光変調素子ができることは言うまでもな
い。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明は電流注入や変調
用光を用いて導波機能を変化させることによつ
て、変調を行う半導体光変調素子を提供するもの
であり、過剰なスペクトル幅を含まない変調出力
を得られることはもちろんのこと、従来のものに
比べて変調率や消光比も充分大きく取れ、かつ素
子長も大幅に短かく、製作が容易な光変調素子で
ある。
用光を用いて導波機能を変化させることによつ
て、変調を行う半導体光変調素子を提供するもの
であり、過剰なスペクトル幅を含まない変調出力
を得られることはもちろんのこと、従来のものに
比べて変調率や消光比も充分大きく取れ、かつ素
子長も大幅に短かく、製作が容易な光変調素子で
ある。
従つて、半導体レーザと本発明の半導体光変調
素子とのモノリシツク集積化も容易になり、かつ
変調素子として重要な要素である消光比も充分大
きく取れることから、高性能光フアイバ通信等へ
の応用ができ、その効果は極めて大きいものであ
る。
素子とのモノリシツク集積化も容易になり、かつ
変調素子として重要な要素である消光比も充分大
きく取れることから、高性能光フアイバ通信等へ
の応用ができ、その効果は極めて大きいものであ
る。
第1図は従来の方向性結合形光変調器、第2図
は従来のマツハツエンダー干渉計形光変調器、第
3図a及びbは本発明の基本的な動作を説明する
ための、電流注入により光導波機能を変化させて
変調する半導体光変調素子の実施例を示す図、第
4図a及びb及び第5図a及びbは第3図の変調
率や消光比を改善した半導体光変調素子の本発明
の実施例を示す図、第6図は本発明の光照射によ
り導波機能を変化させて変調する他の実施例を示
す図である。 1,2……光導波路、3,4……電極、5……
変調信号、6……n形IoP基板、7……IoGaAsP
光導波路層、8……P形IoP層、9……n形IoGa
AsPキヤツプ層、10,10′,10″,11…
…電極、12……亜鉛拡散領域、13……変調電
流、14……変調用光、15……多層量子井戸構
造、16……n形IoP層、17……IoGaAsP層。
は従来のマツハツエンダー干渉計形光変調器、第
3図a及びbは本発明の基本的な動作を説明する
ための、電流注入により光導波機能を変化させて
変調する半導体光変調素子の実施例を示す図、第
4図a及びb及び第5図a及びbは第3図の変調
率や消光比を改善した半導体光変調素子の本発明
の実施例を示す図、第6図は本発明の光照射によ
り導波機能を変化させて変調する他の実施例を示
す図である。 1,2……光導波路、3,4……電極、5……
変調信号、6……n形IoP基板、7……IoGaAsP
光導波路層、8……P形IoP層、9……n形IoGa
AsPキヤツプ層、10,10′,10″,11…
…電極、12……亜鉛拡散領域、13……変調電
流、14……変調用光、15……多層量子井戸構
造、16……n形IoP層、17……IoGaAsP層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 半導体基板上に該基板の屈折率よりも大なる
屈折率を有する光導波路層と電極とを備え、該光
導波路層の導波機能を変化させて入射光を変調す
る半導体光変調素子において、 前記光導波路層に直接キヤリアを注入する電流
注入手段と、 該電流注入手段を介して予め定められた幅に電
流が注入され、PN接合により構成される2つの
電流注入領域とを有し、 さらに、前記導波領域は前記光導波路層の層厚
を一部薄くして構成するとともに、前記導波領域
を挟むように2つの前記電流注入領域を配置し、
前記電流注入手段から該2つの電流注入領域に電
流を注入したときに、電流が注入された部分の光
導波路層がプラズマ振動効果により屈折率が低下
して、前記導波領域の屈折率が相対的に高くなる
ように導波機能を形成し、逆に前記2つの電流注
入領域に電流を注入しないときに前記導波領域の
屈折率が前記2つの電流注入領域に相当する前記
光導波路層の領域の屈折率よりも相対的に低くし
て前記入射光を放射させるように構成したことを
特徴とする半導体光変調素子。 2 半導体基板上に該基板の屈折率よりも大なる
屈折率を有する光導波路層と電極とを備え、該光
導波路層の導波機能を変化させて入射光を変調す
る半導体光変調素子において、 前記光導波路層に直接キヤリアを注入する電流
注入手段と、 該電流注入手段を介して予め定められた幅に電
流が注入され、PN接合により構成され、近接し
た3つの電流注入領域とを有し、 両側の前記電流注入領域に電流を注入すること
により電流が注入された部分の前記光導波路層の
屈折率を前記導波領域の屈折率よりも低下させ
て、前記両側の前記電流注入領域に挟まれた部分
に相当する前記導波領域に前記導波機能を形成
し、逆に中央の前記電流注入領域のみに電流を注
入して前記導波領域の屈折率を両側の前記電流注
入領域に相当する前期光導波路層の屈折率よりも
低下させるように構成したことを特徴とする半導
体光変調素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58125471A JPS6017717A (ja) | 1983-07-12 | 1983-07-12 | 半導体光変調素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58125471A JPS6017717A (ja) | 1983-07-12 | 1983-07-12 | 半導体光変調素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23726089A Division JPH0320723A (ja) | 1989-09-14 | 1989-09-14 | 半導体光変調素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6017717A JPS6017717A (ja) | 1985-01-29 |
| JPH0437405B2 true JPH0437405B2 (ja) | 1992-06-19 |
Family
ID=14910905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58125471A Granted JPS6017717A (ja) | 1983-07-12 | 1983-07-12 | 半導体光変調素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6017717A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61212823A (ja) * | 1985-03-18 | 1986-09-20 | Nec Corp | 光変調器 |
| JPH0646272B2 (ja) * | 1985-05-27 | 1994-06-15 | 日本電気株式会社 | 導波型光ゲートスイッチ |
| JPS63177109A (ja) * | 1987-01-19 | 1988-07-21 | Hitachi Ltd | 光素子 |
| JP2521341Y2 (ja) * | 1988-02-24 | 1996-12-25 | シャープ株式会社 | 熱転写プリンタ装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5342748A (en) * | 1976-09-29 | 1978-04-18 | Mitsubishi Electric Corp | Photo semiconductor device |
| JPS5497054A (en) * | 1978-01-14 | 1979-07-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Transmission controlling system for optical signals |
-
1983
- 1983-07-12 JP JP58125471A patent/JPS6017717A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6017717A (ja) | 1985-01-29 |
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