JPH0451026A - 波長変換素子 - Google Patents
波長変換素子Info
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- JPH0451026A JPH0451026A JP15775790A JP15775790A JPH0451026A JP H0451026 A JPH0451026 A JP H0451026A JP 15775790 A JP15775790 A JP 15775790A JP 15775790 A JP15775790 A JP 15775790A JP H0451026 A JPH0451026 A JP H0451026A
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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。
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〕
本発明は、ある波長の信号光を特定の波長の信号光に変
換する波長変換素子に関するものである。
換する波長変換素子に関するものである。
〔従来の技術〕
量子井戸構造の仮想電荷分極、光シュタルク効果につい
ては、応用物理、第５８巻、第１２号、１６９６頁〜１
７０７頁（１９８９年）において、これまで理論的ある
いは実験的に判明していることを総括して、詳細に述べ
られており、上記記載の中で、上記新物理現象を利用す
る観点からは。
ては、応用物理、第５８巻、第１２号、１６９６頁〜１
７０７頁（１９８９年）において、これまで理論的ある
いは実験的に判明していることを総括して、詳細に述べ
られており、上記記載の中で、上記新物理現象を利用す
る観点からは。
１００フェムト秒台の超高速光変調が可能であると論じ
ている。また、従来の素子が電気的に駆動することによ
ってＣＲ時定数の制限を受けるため、これを避けて特開
昭６３−１７７１０９号は、光により結晶内部に直流分
極を生じる光整流効果によって、屈折率変化を生じさせ
、光波を高速で変調しスイッチングする光素子を得てい
る。
ている。また、従来の素子が電気的に駆動することによ
ってＣＲ時定数の制限を受けるため、これを避けて特開
昭６３−１７７１０９号は、光により結晶内部に直流分
極を生じる光整流効果によって、屈折率変化を生じさせ
、光波を高速で変調しスイッチングする光素子を得てい
る。
しかしながら上記従来技術は、超高速光変調の可能につ
いて論じているが、上記文献では新物理現象を用いた波
長変換素子そのものについての言及は、−切なされてい
ない、また、上記第２の従来技術は、繰返し周波数で点
滅する制御光を、素子の外部から素子面に入射させ、そ
の対向面から上記制御光により変調された入射光を出力
光として出射させるものであり、上記制御光の光強度が
直接変調されるものではない。
いて論じているが、上記文献では新物理現象を用いた波
長変換素子そのものについての言及は、−切なされてい
ない、また、上記第２の従来技術は、繰返し周波数で点
滅する制御光を、素子の外部から素子面に入射させ、そ
の対向面から上記制御光により変調された入射光を出力
光として出射させるものであり、上記制御光の光強度が
直接変調されるものではない。
本発明の目的は、仮想電荷分極、光シュタルク効果を用
いた波長変換素子を得ることにある。
いた波長変換素子を得ることにある。
上記目的は、量子井戸構造を有し、強度が変調されたレ
ーザ光を上記量子井戸構造に入射する手段と、所定の入
力信号光が上記量子井戸構造を通過する手段とを備える
ことによって達成される。
ーザ光を上記量子井戸構造に入射する手段と、所定の入
力信号光が上記量子井戸構造を通過する手段とを備える
ことによって達成される。
すなわち、上記第２の従来例が電気光学効果による屈折
率変化に基づいているのに対し、本発明は仮想電荷分極
、光シュタルク効果が実現できる量子井戸構造に対し、
制御光として光強度が直接変調された光を入射し、入力
信号光の波長を変化する構成とした。上記の典型的な構
成を第１図に示す、量子井戸構造２に対して入力信号光
４が入射しており、また、上記量子井戸構造２に対して
制御光５が入射している。上記波長、すなわち光子エネ
ルギーの関係を示したのが第４図および第５図である。
率変化に基づいているのに対し、本発明は仮想電荷分極
、光シュタルク効果が実現できる量子井戸構造に対し、
制御光として光強度が直接変調された光を入射し、入力
信号光の波長を変化する構成とした。上記の典型的な構
成を第１図に示す、量子井戸構造２に対して入力信号光
４が入射しており、また、上記量子井戸構造２に対して
制御光５が入射している。上記波長、すなわち光子エネ
ルギーの関係を示したのが第４図および第５図である。
ここでは、第４図は量子井戸に電界が印加された、いわ
ゆる仮想電荷分極の場合を示している。光シュタルク効
果は上記電界がＯになった場合である。
ゆる仮想電荷分極の場合を示している。光シュタルク効
果は上記電界がＯになった場合である。
本発明で最も重要な点は、上記制御光５が直接強度変調
されている点であり、つまり、上記制御光５の電界Ｅｃ
は次式に示すような表現になる。
されている点であり、つまり、上記制御光５の電界Ｅｃ
は次式に示すような表現になる。
あり、つまり、上記電界振幅がΔωの周波数で直接変調
されている。また、上記ωＣは光周波数である。
されている。また、上記ωＣは光周波数である。
上記のような構成とすることにより、入力信号光の波長
を、つぎに示すように変換することができる。いま、制
御光の光子エネルギーがｈωＣで、量子井戸構造の最低
量子準位間の遷移エネルギが。
を、つぎに示すように変換することができる。いま、制
御光の光子エネルギーがｈωＣで、量子井戸構造の最低
量子準位間の遷移エネルギが。
Ｅｇである場合について考える。この時のｈωＣとＥｇ
とのエネルギー差をΔＣとする。ここで、Ｅｘよりも小
さい光子エネルギーの光が量子井戸構造に入射すると、
上記従来技術でも記載されているように、第４図中に示
すような仮想電荷（図中に−と＋で示す）が生じる。上
記仮想電荷の発生により、吸収スペクトルは高エネルギ
ー側に遷移するブルーシフトを引きおこす（第５図中の
実線から破線への移行）。この時におけるブルーシフト
強度に比例する。
とのエネルギー差をΔＣとする。ここで、Ｅｘよりも小
さい光子エネルギーの光が量子井戸構造に入射すると、
上記従来技術でも記載されているように、第４図中に示
すような仮想電荷（図中に−と＋で示す）が生じる。上
記仮想電荷の発生により、吸収スペクトルは高エネルギ
ー側に遷移するブルーシフトを引きおこす（第５図中の
実線から破線への移行）。この時におけるブルーシフト
強度に比例する。
この時、本発明では制御光の光強度が周波数Δωで変調
されているため、上記ブルーシフト量のΔもΔωの周波
数で変調されることになる。上記のような量子井戸構造
に対して、光周波数がω１゜である入力信号光が入射す
ると、上記井戸構造内のΔωの周波数の影響を受けて、
出力光の光周波数はωｌｎ±Δωとなる。したがって、
Δωだけ光周波数、すなわち波長を変換することができ
る。
されているため、上記ブルーシフト量のΔもΔωの周波
数で変調されることになる。上記のような量子井戸構造
に対して、光周波数がω１゜である入力信号光が入射す
ると、上記井戸構造内のΔωの周波数の影響を受けて、
出力光の光周波数はωｌｎ±Δωとなる。したがって、
Δωだけ光周波数、すなわち波長を変換することができ
る。
上記現象は、特にｈωｃ ＜ Ｅ ｘの場合、つまり仮
想電荷分極状態、光シュタルク状態において顕著に生じ
る。また、上記量子井戸構造が量子細線や量子箱である
場合は、その非線形が大きいので効果が一層大きくなる
。
想電荷分極状態、光シュタルク状態において顕著に生じ
る。また、上記量子井戸構造が量子細線や量子箱である
場合は、その非線形が大きいので効果が一層大きくなる
。
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。
第１図は本発明による波長変換素子の第１実施例を示す
説明図、第２図は本発明の第２実施例を示す説明図、第
３図は本発明の第３実施例を示す説明図、第６図は本発
明の第４実施例を示す説明図、第７図は本発明の第５実
施例を示す説明図である。
説明図、第２図は本発明の第２実施例を示す説明図、第
３図は本発明の第３実施例を示す説明図、第６図は本発
明の第４実施例を示す説明図、第７図は本発明の第５実
施例を示す説明図である。
本発明の第１実施例を示す第１図において、ＩｎＰ基板
１上に、膜厚が約６ｎ−のＩｎＧａＡｓ量子井戸層と膜
厚約ｌｏｎｇのＩｎＧａＡｓＰ障壁層からなる多重量子
井戸構造２と、ＩｎＰ光閉じ込め層３とを、ＭＯＣＶＤ
法により順次形成した。この時の多重量子井戸構造の最
低量子準位間の遷移波長は１．５４μ論になるようにし
た。上記半導体波長変換素子に対して、波長が１．５６
μ朧で光強度が変調された制御光５を入射し、さらに上
記素子に対して波長り、６５０μ園でＦＳＸ変調（周波
数変調）された入力信号光４を入射した。このとき、上
記制御光５の直接変調周波数を４０ＧＨｚに設定すると
、上記入力信号光４の波長は変換され、波長１．５５１
μｍのＦＳＸ信号の出力信号６が出射された。
１上に、膜厚が約６ｎ−のＩｎＧａＡｓ量子井戸層と膜
厚約ｌｏｎｇのＩｎＧａＡｓＰ障壁層からなる多重量子
井戸構造２と、ＩｎＰ光閉じ込め層３とを、ＭＯＣＶＤ
法により順次形成した。この時の多重量子井戸構造の最
低量子準位間の遷移波長は１．５４μ論になるようにし
た。上記半導体波長変換素子に対して、波長が１．５６
μ朧で光強度が変調された制御光５を入射し、さらに上
記素子に対して波長り、６５０μ園でＦＳＸ変調（周波
数変調）された入力信号光４を入射した。このとき、上
記制御光５の直接変調周波数を４０ＧＨｚに設定すると
、上記入力信号光４の波長は変換され、波長１．５５１
μｍのＦＳＸ信号の出力信号６が出射された。
第２図に示す本発明の第２実施例は、第１図に示した上
記第１実施例の素子における、制御光５の入射を、多重
量子井戸構造の平面内から行ったものである。すなわち
、上記入力信号光４と上記制御光７とを同一平面内から
入射した。このとき、入射信号光４の偏波はＴＥモード
、制御光７は１Ｍモードとし、これら両者の混合効果を
避けて、出射端に偏波フィルタを設けることにより、制
御光７を除去できた。
記第１実施例の素子における、制御光５の入射を、多重
量子井戸構造の平面内から行ったものである。すなわち
、上記入力信号光４と上記制御光７とを同一平面内から
入射した。このとき、入射信号光４の偏波はＴＥモード
、制御光７は１Ｍモードとし、これら両者の混合効果を
避けて、出射端に偏波フィルタを設けることにより、制
御光７を除去できた。
第３図に示す本発明の第３実施例は、上記第１実施例お
よび第２実施例の多重量子井戸構造に。
よび第２実施例の多重量子井戸構造に。
電界が印加できるように、１対の電界印加電極１０およ
び１１を設け、さらに可変電圧源１２を設けた。ここで
は入力信号光４に対し、制御光として上記第１実施例に
類似した第１制御光５（波長λＣ工）、上記第２実施例
に類似した第２制御光７（波長λｃ８）が入射できるよ
うに構成されている。この第３実施例では、多重量子井
戸構造への電界印加を調節することにより、多重量子井
戸構造２の最低量子準位エネルギーを制御できる。した
がって、入力信号光４の波長に応じて、上記電界を調節
することにより対応することができるので、波長変換が
可能な入力信号光の波長範囲を大きくできるという特徴
を有している。 ゛第６図に示す本発明の第４実施例
は、上記第３実施例で示した多重量子井戸構造を量子細
線１３または量子箱構造としたものである。ここで、上
記量子細線または量子箱は、量子化方向の膜厚を約１Ｏ
ｎ＠とじたＩｎＧａＡｓにより形成されている。
び１１を設け、さらに可変電圧源１２を設けた。ここで
は入力信号光４に対し、制御光として上記第１実施例に
類似した第１制御光５（波長λＣ工）、上記第２実施例
に類似した第２制御光７（波長λｃ８）が入射できるよ
うに構成されている。この第３実施例では、多重量子井
戸構造への電界印加を調節することにより、多重量子井
戸構造２の最低量子準位エネルギーを制御できる。した
がって、入力信号光４の波長に応じて、上記電界を調節
することにより対応することができるので、波長変換が
可能な入力信号光の波長範囲を大きくできるという特徴
を有している。 ゛第６図に示す本発明の第４実施例
は、上記第３実施例で示した多重量子井戸構造を量子細
線１３または量子箱構造としたものである。ここで、上
記量子細線または量子箱は、量子化方向の膜厚を約１Ｏ
ｎ＠とじたＩｎＧａＡｓにより形成されている。
本実施例においては、量子細線あるいは量子箱の非線形
効果が大きく、入力信号光４の波長の変換効率、つまり
、波長変化量および変換強度の大きさを大きくできた。
効果が大きく、入力信号光４の波長の変換効率、つまり
、波長変化量および変換強度の大きさを大きくできた。
第７図に示す本発明の第５実施例は、制御光を発生する
半導体レーザと波長変換素子とを、同一の基板上に集積
化した例である。まず、ｎ −ＩｎＰ基板８上の半導体
レーザ部に回折格子１４を設けたのち、ＩｎＧａＡｓＰ
光ガイド層１５、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１６を順次成長
させ、その後、波長変換素子部に多重量子井戸構造を成
長させた。そして、ｐ−ＩｎＰ層９を成長させてｎ側電
極１９を形成し、レーザ注入電極１７および電界印加電
極１１を形成した。
半導体レーザと波長変換素子とを、同一の基板上に集積
化した例である。まず、ｎ −ＩｎＰ基板８上の半導体
レーザ部に回折格子１４を設けたのち、ＩｎＧａＡｓＰ
光ガイド層１５、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１６を順次成長
させ、その後、波長変換素子部に多重量子井戸構造を成
長させた。そして、ｐ−ＩｎＰ層９を成長させてｎ側電
極１９を形成し、レーザ注入電極１７および電界印加電
極１１を形成した。
試作した素子におけるレーザ素子は、電流源２０から注
入した電流によりレーザ発振した。この時、回折格子１
４のブラッグ反射により単一縦モード発振した。半導体
レーザ部では信号源１８により活性層１６から発生した
レーザ光の強度は直接変調され、多重量子井戸構造２内
に光が伝達される。また、入力信号光４はレーザ部を通
り、多重量子井戸構造２内に伝達される。したがって、
多重量子井戸構造からなる波長変換素子部において波長
変換を生じ、出力信号光６が出射する。この時、可変電
圧源１２の電圧を調整することにより、入力信号光の波
長に応じて効果的に波長を変換できた。
入した電流によりレーザ発振した。この時、回折格子１
４のブラッグ反射により単一縦モード発振した。半導体
レーザ部では信号源１８により活性層１６から発生した
レーザ光の強度は直接変調され、多重量子井戸構造２内
に光が伝達される。また、入力信号光４はレーザ部を通
り、多重量子井戸構造２内に伝達される。したがって、
多重量子井戸構造からなる波長変換素子部において波長
変換を生じ、出力信号光６が出射する。この時、可変電
圧源１２の電圧を調整することにより、入力信号光の波
長に応じて効果的に波長を変換できた。
上記実施例においては、ＩｎＧａＡｓＰ系の場合につい
て示したが、他の材料系であるＧａＡＲＡｓ系、ＩｎＧ
ａＡＱＰ系系、ＩｎＧａＡＱＰ系においても適用可能で
あることはいうまでもない、また、上記実施例において
、ストライブ構造としてリッジ型、埋込みへテロ型など
の半導体レーザに採用されている構造を用いると、本発
明はさらに有効である。
て示したが、他の材料系であるＧａＡＲＡｓ系、ＩｎＧ
ａＡＱＰ系系、ＩｎＧａＡＱＰ系においても適用可能で
あることはいうまでもない、また、上記実施例において
、ストライブ構造としてリッジ型、埋込みへテロ型など
の半導体レーザに採用されている構造を用いると、本発
明はさらに有効である。
〔発明の効果〕
上記のように本発明による波長変換素子は、量子井戸構
造を有し、強度が変調されたレーザ光を上記量子井戸構
造に入射する手段と、所定の入力信号光が上記量子井戸
構造を通過する手段とを備えたことにより、基本的に量
子井戸構造と直接変調されたレーザ光とを用いる簡単な
構成で、波長変換素子を実現できる。
造を有し、強度が変調されたレーザ光を上記量子井戸構
造に入射する手段と、所定の入力信号光が上記量子井戸
構造を通過する手段とを備えたことにより、基本的に量
子井戸構造と直接変調されたレーザ光とを用いる簡単な
構成で、波長変換素子を実現できる。
第１図は本発明による波長変換素子の第１実施例を示す
説明図、第２図は本発明の第２実施例を示す説明図、第
３図は本発明の第３実施例を示す説明図、第４図は量子
井戸に電界が印加された仮想電荷分極を示す図、第５図
は吸収スペクトルのブルーシフトを示す図、第６図は本
発明の第４実施例を示す説明図、第７図は本発明の第５
実施例を示す説明図である。 ２・・・多重量子井戸構造 ４・・・入力信号光５．７
・・・変調レーザ光（制御光）
説明図、第２図は本発明の第２実施例を示す説明図、第
３図は本発明の第３実施例を示す説明図、第４図は量子
井戸に電界が印加された仮想電荷分極を示す図、第５図
は吸収スペクトルのブルーシフトを示す図、第６図は本
発明の第４実施例を示す説明図、第７図は本発明の第５
実施例を示す説明図である。 ２・・・多重量子井戸構造 ４・・・入力信号光５．７
・・・変調レーザ光（制御光）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、量子井戸構造と、強度が変調されたレーザ光を上記
量子井戸構造に入射する手段とを有し、所定の入力信号
光が上記量子井戸構造を通過するような構成とを備えた
波長変換素子。 ２、上記強度が変調されたレーザ光は、その光子エネル
ギーが、上記量子井戸構造の最低量子準位間の遷移エネ
ルギーよりも小さいことを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載した波長変換素子。 ３、上記強度が変調されたレーザ光は、光シュタルク効
果、仮想電荷分極状態を実現する励起レーザ光の強度が
、ある特定の周波数で変調されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１項または第２項に記載した波長変換
素子。 ４、上記量子井戸構造は、電界を印加するための電界印
加手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第２項に記載した波長変換素子。 ５、上記入力信号光は、量子井戸構造の積層面に平行な
方向から入射し、上記強度が変調されたレーザ光は、量
子井戸構造の積層面に平行でない方向から入射すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
れかに記載した波長変換素子。 ６、上記入力信号光は、上記強度が変調されたレーザ光
とともに、上記量子井戸構造の積層面に平行な方向から
入射することを特徴とする特許請求の範囲１項ないし第
４項のいずれかに記載した波長変換素子。 ７、上記入力信号光は、その照射方向を強度が変調され
たレーザ光の偏光方向と直交させたことを特徴とする第
６項に記載した波長変換素子。 ８、上記量子井戸構造は、量子細線、量子箱であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいず
れかに記載した波長変換素子。 ９、上記入力信号光は、その光子エネルギーが量子井戸
構造の最低量子準位間の遷移エネルギー近傍の、±１０
０ｍｅＶであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第３項ないし第８項のいずれかに記載した波長変
換素子。 １０、上記強度が変調されたレーザ光は、上記量子井戸
構造と同一基板上に集積化された、半導体レーザから出
射することを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
９項のいずれかに記載した波長変換素子。 １１、上記素子は、その構成材料が、ＩｎＧａＡｓＰ、
ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１０
項のいずれかに記載した波長変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15775790A JPH0451026A (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 波長変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15775790A JPH0451026A (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 波長変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0451026A true JPH0451026A (ja) | 1992-02-19 |
Family
ID=15656673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15775790A Pending JPH0451026A (ja) | 1990-06-18 | 1990-06-18 | 波長変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0451026A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5581336A (en) * | 1993-12-17 | 1996-12-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Developing device preventing scattering of developing agent by conductive member |
| US8313217B2 (en) | 2008-01-11 | 2012-11-20 | Kwak Steven E | Cable holding and positioning device with easily separated and reconnected interlocking components |
-
1990
- 1990-06-18 JP JP15775790A patent/JPH0451026A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5581336A (en) * | 1993-12-17 | 1996-12-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Developing device preventing scattering of developing agent by conductive member |
| US8313217B2 (en) | 2008-01-11 | 2012-11-20 | Kwak Steven E | Cable holding and positioning device with easily separated and reconnected interlocking components |
| US8672511B2 (en) | 2008-01-11 | 2014-03-18 | Steven E. Kwak | Cable holding and positioning device with easily separated and reconnected interlocking components |
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