JPH0511609B2 - - Google Patents
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- JPH0511609B2 JPH0511609B2 JP61061660A JP6166086A JPH0511609B2 JP H0511609 B2 JPH0511609 B2 JP H0511609B2 JP 61061660 A JP61061660 A JP 61061660A JP 6166086 A JP6166086 A JP 6166086A JP H0511609 B2 JPH0511609 B2 JP H0511609B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- layer
- light
- optical waveguide
- electrode
- Prior art date
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- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
《産業上の利用分野》
本発明は、半導体レーザ、受光素子などとの集
積化が容易な光スイツチ機能を有する光制御装置
に関するものである。
積化が容易な光スイツチ機能を有する光制御装置
に関するものである。
《従来の技術》
光フアイバにはガラスに固有の散乱が存在す
る。光フアイバコアを伝搬する光波はコア内のド
ーパントなどの散乱源によりレイリー散乱を生じ
る。特にこの散乱光のうちフアイバコア後方（光
源方向）へガイドされた散乱光を後方散乱光と呼
ぶ。
る。光フアイバコアを伝搬する光波はコア内のド
ーパントなどの散乱源によりレイリー散乱を生じ
る。特にこの散乱光のうちフアイバコア後方（光
源方向）へガイドされた散乱光を後方散乱光と呼
ぶ。
光フアイバの一端から光パルスを送り、後方散
乱光を観測することによりフアイバの長さ方向の
損失分布や破断点などを検出する手法をOTDR
（Optical Time Domain Reflectometry）法と
いう。
乱光を観測することによりフアイバの長さ方向の
損失分布や破断点などを検出する手法をOTDR
（Optical Time Domain Reflectometry）法と
いう。
第６図は従来のOTDR法を用いた光フアイバ
試験装置の基本構成を示す構成ブロツク図であ
る。光源１から出力された光パルスは方向性結合
器２を通つて被測定フアイバ３に入射する。この
光の一部は後方レイリー散乱光として逆方向へ戻
り、再び方向性結合器２を経由して受光部５の受
光素子４に入射し検出される。制御回路６は光源
１、方向性結合器２および受光部５の動作を制御
する。
試験装置の基本構成を示す構成ブロツク図であ
る。光源１から出力された光パルスは方向性結合
器２を通つて被測定フアイバ３に入射する。この
光の一部は後方レイリー散乱光として逆方向へ戻
り、再び方向性結合器２を経由して受光部５の受
光素子４に入射し検出される。制御回路６は光源
１、方向性結合器２および受光部５の動作を制御
する。
《発明が解決しようとする問題点》
しかしながら、上記のような従来のOTDR装
置は発光部、光方向性結合部、受光部などがそれ
ぞれ別の個別部品で構成されていた。そのため、 (イ) 装置が大型化する。
置は発光部、光方向性結合部、受光部などがそれ
ぞれ別の個別部品で構成されていた。そのため、 (イ) 装置が大型化する。
(ロ) 光の接続損失が大きい。
(ハ) 信頼性に乏しい。
(ニ) 高価格となる。
(ホ) 量産性に乏しい。
等の問題点があつた。またこれらの問題点は
OTDRに限らず、個別部品で光回路を構成する
場合には一般的な問題点であつた。
OTDRに限らず、個別部品で光回路を構成する
場合には一般的な問題点であつた。
本発明は上記の問題点を解決するためになされ
たもので、小形化、高信頼性、大量生産性、結合
の無調整化、低損失化を図つた光制御装置を実現
することを目的としている。また従来、この種の
光回路部品を集積した光集積回路では光導波路と
電極の位置合せにサブミクロン単位での精度が必
要とされたが、この位置合せを不要にすることも
目的としている。
たもので、小形化、高信頼性、大量生産性、結合
の無調整化、低損失化を図つた光制御装置を実現
することを目的としている。また従来、この種の
光回路部品を集積した光集積回路では光導波路と
電極の位置合せにサブミクロン単位での精度が必
要とされたが、この位置合せを不要にすることも
目的としている。
《問題点を解決するための手段》
本発明は、基板上に、PN接合層と、このPN
接合層の付近に設けた周囲より屈折率の高い光導
波層と、前記PN接合層を上下両面から挟むよう
に設けた一方が少なくとも２分割された電極を設
け、前記PN接合に対する逆バイアス電圧を前記
電極に印加して光導波層付近の屈折率を上昇させ
ることにより選択的に光導波路を形成するように
構成した光スイツチ部と、 前記PN接合層を上下両面から挟むように電極
を設け、前記光スイツチ部との境界に設けられた
溝を介して出力光を一方の前記光導波路に出力す
るように構成した半導体レーザ部と、 前記PN接合層を上下両面から挟むように電極
を設け、他方の前記光導波路からの出力光を入射
するように構成した受光部、とを備えたことを特
徴とする。
接合層の付近に設けた周囲より屈折率の高い光導
波層と、前記PN接合層を上下両面から挟むよう
に設けた一方が少なくとも２分割された電極を設
け、前記PN接合に対する逆バイアス電圧を前記
電極に印加して光導波層付近の屈折率を上昇させ
ることにより選択的に光導波路を形成するように
構成した光スイツチ部と、 前記PN接合層を上下両面から挟むように電極
を設け、前記光スイツチ部との境界に設けられた
溝を介して出力光を一方の前記光導波路に出力す
るように構成した半導体レーザ部と、 前記PN接合層を上下両面から挟むように電極
を設け、他方の前記光導波路からの出力光を入射
するように構成した受光部、とを備えたことを特
徴とする。
《実施例》
以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。
第１図は本発明に係る光制御装置の一実施例で
OTDRに応用したものを示す平面図である。光
制御装置１００において、４０は素子全体を３つ
の部分に分けて互いに電気的に絶縁するＴ字形の
溝、１０はレーザ光を出力する半導体レーザ部
（以下レーザ部と呼ぶ）、１１はこのレーザ部１０
の素子表面に設けられたレーザ駆動用のオーミツ
ク電極、２０はこのレーザ部１０の出力光を入射
する光スイツチ部、２１，２２，２３はこの光ス
イツチ部２０の表面にＹ字形に配置して設けられ
た光導波路形成用のオーミツク電極、３０は前記
光スイツチ部２０から入射する光を検出する受光
部、３１はこの受光部３０の表面に設けられた信
号取出し用のオーミツク電極である。電極１１は
レーザ部１０のレーザ光を光スイツチ部２０の光
導波路へ出力するために、光導波路方向に長い形
をしている。
OTDRに応用したものを示す平面図である。光
制御装置１００において、４０は素子全体を３つ
の部分に分けて互いに電気的に絶縁するＴ字形の
溝、１０はレーザ光を出力する半導体レーザ部
（以下レーザ部と呼ぶ）、１１はこのレーザ部１０
の素子表面に設けられたレーザ駆動用のオーミツ
ク電極、２０はこのレーザ部１０の出力光を入射
する光スイツチ部、２１，２２，２３はこの光ス
イツチ部２０の表面にＹ字形に配置して設けられ
た光導波路形成用のオーミツク電極、３０は前記
光スイツチ部２０から入射する光を検出する受光
部、３１はこの受光部３０の表面に設けられた信
号取出し用のオーミツク電極である。電極１１は
レーザ部１０のレーザ光を光スイツチ部２０の光
導波路へ出力するために、光導波路方向に長い形
をしている。
第２図は第１図に対応する側面図である。５０
はｎ−IoＰ基板、５１はこのｎ−IoＰ基板５０上
に形成された厚さが約1μmのｎ−IoGaAsＰエピタ
キシアル層、５２はこのｎ−IoGaAsＰエピタキ
シアル層５１上に約0.5μmの厚さで形成される屈
折率の高い（層５１とは成分比が異なる）ｎ−Io
GaAsＰ導波層（活性層）、５３はこのｎ−IoGaAs
Ｐ導波層５２上に約1μmの厚さで形成されｎ−Io
GaAsＰ導波層５２との境界にPN接合６０を形成
する屈折率が層５２より低いＰ−IoＰ層、５４は
前記電極をオーミツク接合させるためのコンタク
ト層としてこのＰ−IoＰ層５３上に形成されるＰ
−IoGaAsＰ層、５５は前記ｎ−IoＰ基板５０の下
部全面に設けられたオーミツク電極、５６は素子
１００の右側の端面にSiO2やAl2O3などの膜をデ
ポジシヨンしてレーザ光反射率を上げるようにし
た高反射膜である。前記溝４０の深さは、ここで
はｎ−IoＰ基板５０に届く程度となつているが、
少なくとも層５１に達するものであればよい。素
子の端面はへき開面を形成している。エピタキシ
アル層の形成法としては、MOCVD（有機金属熱
分解）法やMBE（分子線エピタキシー）法などを
用いる。また溝形成法としては、ケミカル・エツ
チの他、リアクテイブ・イオン・エツチなどの手
法を用いる。
はｎ−IoＰ基板、５１はこのｎ−IoＰ基板５０上
に形成された厚さが約1μmのｎ−IoGaAsＰエピタ
キシアル層、５２はこのｎ−IoGaAsＰエピタキ
シアル層５１上に約0.5μmの厚さで形成される屈
折率の高い（層５１とは成分比が異なる）ｎ−Io
GaAsＰ導波層（活性層）、５３はこのｎ−IoGaAs
Ｐ導波層５２上に約1μmの厚さで形成されｎ−Io
GaAsＰ導波層５２との境界にPN接合６０を形成
する屈折率が層５２より低いＰ−IoＰ層、５４は
前記電極をオーミツク接合させるためのコンタク
ト層としてこのＰ−IoＰ層５３上に形成されるＰ
−IoGaAsＰ層、５５は前記ｎ−IoＰ基板５０の下
部全面に設けられたオーミツク電極、５６は素子
１００の右側の端面にSiO2やAl2O3などの膜をデ
ポジシヨンしてレーザ光反射率を上げるようにし
た高反射膜である。前記溝４０の深さは、ここで
はｎ−IoＰ基板５０に届く程度となつているが、
少なくとも層５１に達するものであればよい。素
子の端面はへき開面を形成している。エピタキシ
アル層の形成法としては、MOCVD（有機金属熱
分解）法やMBE（分子線エピタキシー）法などを
用いる。また溝形成法としては、ケミカル・エツ
チの他、リアクテイブ・イオン・エツチなどの手
法を用いる。
第３図は第１図におけるＡ−Ａ部分の断面図で
ある。図の右側にレーザ部１０が、左側に受光部
３０がある。レーザ部１０において、５７は注入
キヤリアを有効に集中させるために、エピタキシ
アル成長に先だつて、あらかじめエツチングによ
り形成された溝である。レーザ部１０の電極１
１，５５間には電流注入のために、PN接合６０
に対して順方向の電圧V0が印加されている。受
光部３０はPNヘテロ接合による受光素子を形成
し、ここでは電極３１，５５に抵抗Ｒが接続し、
検出電流に対応する両端の電圧を電圧測定手段
VMで測定している。
ある。図の右側にレーザ部１０が、左側に受光部
３０がある。レーザ部１０において、５７は注入
キヤリアを有効に集中させるために、エピタキシ
アル成長に先だつて、あらかじめエツチングによ
り形成された溝である。レーザ部１０の電極１
１，５５間には電流注入のために、PN接合６０
に対して順方向の電圧V0が印加されている。受
光部３０はPNヘテロ接合による受光素子を形成
し、ここでは電極３１，５５に抵抗Ｒが接続し、
検出電流に対応する両端の電圧を電圧測定手段
VMで測定している。
第４図は第１図におけるＢ−Ｂ部分の断面図で
ある。光スイツチ部２０の光導波層５２に光導波
路を形成するために電極２１，２３がそれぞれ
SW１，SW２を介してPN接合６０に対する逆バ
イアス電圧−V1に接続されている。
ある。光スイツチ部２０の光導波層５２に光導波
路を形成するために電極２１，２３がそれぞれ
SW１，SW２を介してPN接合６０に対する逆バ
イアス電圧−V1に接続されている。
このような構成の光制御装置の動作を次に説明
する。レーザ部１０上部の電極に電流注入する
と、ｎ−IoGaAsＰ活性層でキヤリアの再結合が
生じ、活性層側面のミラー面により形成される共
振器内でレーザ発振が生じる。発生層側面のミラ
ー面の一方は第１図の右側のへき開面、他方は溝
４０に面するエツチングにより形成された面であ
る。第３図に示した溝５７により注入キヤリアを
有効に集中させることができる。レーザ部１０か
らのレーザ出力光は溝４０を通過して光スイツチ
部２９のｎ−IoGaAsＰ導波層５２へ導波される。
スイツチSW１を上方に倒して電極２１に逆バイ
アス電圧−V1を印加すると、PN接合６０の近傍
の電極形状に対応した部分に空乏層が広がる。空
乏層ではキヤリア濃度の低下により屈折率が上昇
するため、第４図の６１のように電極２１下に選
択的に光導波路が形成される。電極２２にも同様
に逆バイアス電圧が印加されていると、レーザ光
は光導波路６１を通過した後電極２２の下の導波
路を介して外部の被測定光フアイバなどに出射さ
れる。次に外部の被測定光フアイバなどからの戻
り光が電極２２の下の導波路に入射すると、スイ
ツチSW２を介し逆バイアス電圧−V1を電極２３
に印加（SW１はオフ）して前記同様電極下に光
導波路６２を形成し、溝４０を介して受光部３０
に導かれる。入射光により受光部３０のPN接合
部分には電流が誘起する。この電流は抵抗Ｒの両
端で電圧を生じ、電圧測定手段VMでこれを測定
することにより、入射光を検出できる。
する。レーザ部１０上部の電極に電流注入する
と、ｎ−IoGaAsＰ活性層でキヤリアの再結合が
生じ、活性層側面のミラー面により形成される共
振器内でレーザ発振が生じる。発生層側面のミラ
ー面の一方は第１図の右側のへき開面、他方は溝
４０に面するエツチングにより形成された面であ
る。第３図に示した溝５７により注入キヤリアを
有効に集中させることができる。レーザ部１０か
らのレーザ出力光は溝４０を通過して光スイツチ
部２９のｎ−IoGaAsＰ導波層５２へ導波される。
スイツチSW１を上方に倒して電極２１に逆バイ
アス電圧−V1を印加すると、PN接合６０の近傍
の電極形状に対応した部分に空乏層が広がる。空
乏層ではキヤリア濃度の低下により屈折率が上昇
するため、第４図の６１のように電極２１下に選
択的に光導波路が形成される。電極２２にも同様
に逆バイアス電圧が印加されていると、レーザ光
は光導波路６１を通過した後電極２２の下の導波
路を介して外部の被測定光フアイバなどに出射さ
れる。次に外部の被測定光フアイバなどからの戻
り光が電極２２の下の導波路に入射すると、スイ
ツチSW２を介し逆バイアス電圧−V1を電極２３
に印加（SW１はオフ）して前記同様電極下に光
導波路６２を形成し、溝４０を介して受光部３０
に導かれる。入射光により受光部３０のPN接合
部分には電流が誘起する。この電流は抵抗Ｒの両
端で電圧を生じ、電圧測定手段VMでこれを測定
することにより、入射光を検出できる。
このような構成の光制御装置によれば、半導体
レーザ、受光素子、光スイツチを集積化し、小形
化、高信頼性、量産性を図つたOTDR素子を実
現することができる。
レーザ、受光素子、光スイツチを集積化し、小形
化、高信頼性、量産性を図つたOTDR素子を実
現することができる。
また上記の実施例において、電極２１，２２の
下に光導波路が形成されているときは、この導波
路側面のエツチング面とへき開面も共振器となる
ので、レーザ部１０の共振器とともに複合共振器
が構成され、発振スペクトル線幅の狭域化、モー
ドホツプの減少などの利点を生じる。
下に光導波路が形成されているときは、この導波
路側面のエツチング面とへき開面も共振器となる
ので、レーザ部１０の共振器とともに複合共振器
が構成され、発振スペクトル線幅の狭域化、モー
ドホツプの減少などの利点を生じる。
また電極と導波路との位置合せなどが不要であ
るという利点がある。
るという利点がある。
また同一基板上に増幅回路や処理回路などを形
成することも容易である。
成することも容易である。
なお上記の実施例ではｎ−IoＰ基板を例に取つ
て説明したが、ｐ−Ioｐ基板でも同様の構成が可
能である。
て説明したが、ｐ−Ioｐ基板でも同様の構成が可
能である。
またレーザ部１０の構成としては、活性層を複
数設けて高出力化を図つたもの、活性層として量
子井戸構造をとつたもの、共振器として分布帰還
用の回折格子を設けたものなどを用いてもよい。
数設けて高出力化を図つたもの、活性層として量
子井戸構造をとつたもの、共振器として分布帰還
用の回折格子を設けたものなどを用いてもよい。
またIoＰ系に限らず、GaAs系の化合物半導体
でも同様の構成が可能である。
でも同様の構成が可能である。
また上記の実施例ではPN接合の空乏層を利用
して光導波路を形成しているが、フリーキヤリア
の濃度差による屈折率変化を用いるものならなん
でもよい。
して光導波路を形成しているが、フリーキヤリア
の濃度差による屈折率変化を用いるものならなん
でもよい。
また前述の光導波路は印加する逆バイアス電圧
に対応して、電気光学効果により屈折率が変化す
るので、印加電圧により発振波長を選択すること
ができる。
に対応して、電気光学効果により屈折率が変化す
るので、印加電圧により発振波長を選択すること
ができる。
また溝４０の受光部３０と光スイツチ部２０の
間の部分は省略することもできる。
間の部分は省略することもできる。
また被測定光フアイバ入射端からの大光量のフ
レネル反射など、不要な戻り光は、電極２２（必
要なら２１，２３も）をオフにすることにより受
光部３０、レーザ部１０に対して光マスクするこ
とができる。
レネル反射など、不要な戻り光は、電極２２（必
要なら２１，２３も）をオフにすることにより受
光部３０、レーザ部１０に対して光マスクするこ
とができる。
また上記の実施例では光スイツチ部２０の電極
として３分割２１，２２，２３したものを用いた
が、これに限らず、最低２分割以上であれば光ス
イツチを構成できる。
として３分割２１，２２，２３したものを用いた
が、これに限らず、最低２分割以上であれば光ス
イツチを構成できる。
第５図は本発明に係る光制御装置の応用例で、
OTDR等で短パルスを発生するものを示す構成
ブロツク図である。７１はパルス駆動回路、７２
はこのパルス駆動回路７１で駆動される外部レー
ザ、７３はこの外部レーザ７２の出力光を集光し
て光制御装置１００のレーザ部１０に入射する集
光用レンズ、７４は光制御装置１００の出力光を
集光して被測定光フアイバ３に入射する球レン
ズ、７５は光制御装置１００の受光部３０の電極
に接続する受光回路、７６は光制御装置１００の
光スイツチ部２０の各電極に接続して光導波路を
制御する制御回路である。
OTDR等で短パルスを発生するものを示す構成
ブロツク図である。７１はパルス駆動回路、７２
はこのパルス駆動回路７１で駆動される外部レー
ザ、７３はこの外部レーザ７２の出力光を集光し
て光制御装置１００のレーザ部１０に入射する集
光用レンズ、７４は光制御装置１００の出力光を
集光して被測定光フアイバ３に入射する球レン
ズ、７５は光制御装置１００の受光部３０の電極
に接続する受光回路、７６は光制御装置１００の
光スイツチ部２０の各電極に接続して光導波路を
制御する制御回路である。
このような構成の装置の動作を次に説明する。
レーザ部１０の被注入側レーザを閾値付近までバ
イアス電流を流しておき、外部レーザ７２からレ
ンズ７３を介して短パルス光を外部光注入する。
このとき被注入レーザは外部レーザ７２よりも短
いパルスで発振する。
レーザ部１０の被注入側レーザを閾値付近までバ
イアス電流を流しておき、外部レーザ７２からレ
ンズ７３を介して短パルス光を外部光注入する。
このとき被注入レーザは外部レーザ７２よりも短
いパルスで発振する。
このような構成の装置によれば、光制御装置内
の単一のレーザを用いた場合よりも短いパルス発
生を実現できる。
の単一のレーザを用いた場合よりも短いパルス発
生を実現できる。
なお上記の実施例ではOTDR用としてレーザ
部、光スイツチ部、受光部を一体にして集積化し
た場合を示したが、コンピユータ内部の光通信な
ど他の用途に応用することもできる。また光スイ
ツチ部単独またはこれと他の部分を組合せてロー
カルエリア・ネツトワークなど他の用途に利用す
ることもできる。
部、光スイツチ部、受光部を一体にして集積化し
た場合を示したが、コンピユータ内部の光通信な
ど他の用途に応用することもできる。また光スイ
ツチ部単独またはこれと他の部分を組合せてロー
カルエリア・ネツトワークなど他の用途に利用す
ることもできる。
《発明の効果》
以上述べたように本発明によれば、小形化、高
信頼性、量産性、結合の無調整化、低損失化等を
図つた光制御装置を簡単な構成で実現することが
できる。
信頼性、量産性、結合の無調整化、低損失化等を
図つた光制御装置を簡単な構成で実現することが
できる。
第１図は本発明に係わる光制御装置の一実施例
を示す平面図、第２図は同側面図、第３図および
第４図は同断面図、第５図は実施例装置の１応用
例を示す構成ブロツク図、第６図は従来の
OTDR装置を示す構成ブロツク図である。 １０……半導体レーザ部、２０……光スイツチ
部、１１，２１，２２，２３，３１，５５……電
極、３０……受光部、４０……溝、５０……基
板、５２……光導波層、６０……PN接合層、６
１，６２……光導波路、１００……光制御装置、
V1……逆バイアス電圧。
を示す平面図、第２図は同側面図、第３図および
第４図は同断面図、第５図は実施例装置の１応用
例を示す構成ブロツク図、第６図は従来の
OTDR装置を示す構成ブロツク図である。 １０……半導体レーザ部、２０……光スイツチ
部、１１，２１，２２，２３，３１，５５……電
極、３０……受光部、４０……溝、５０……基
板、５２……光導波層、６０……PN接合層、６
１，６２……光導波路、１００……光制御装置、
V1……逆バイアス電圧。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上に、PN接合層と、このPN接合層の
付近に設けた周囲より屈折率の高い光導波層と、
前記PN接合層を上下両面から挟むように設けた
一方が少なくとも２分割された電極を設け、前記
PN接合に対する逆バイアス電圧を前記電極に印
加して光導波層付近の屈折率を上昇させることに
より選択的に光導波路を形成するように構成した
光スイツチ部と、 前記PN接合層を上下両面から挟むように電極
を設け、前記光スイツチ部との境界に設けられた
溝を介して出力光を一方の前記光導波路に出力す
るように構成した半導体レーザ部と、 前記PN接合層を上下両面から挟むように電極
を設け、他方の前記光導波路からの出力光を入射
するように構成した受光部、 とを備えたことを特徴とする光制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6166086A JPS62217226A (ja) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | 光制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6166086A JPS62217226A (ja) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | 光制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62217226A JPS62217226A (ja) | 1987-09-24 |
| JPH0511609B2 true JPH0511609B2 (ja) | 1993-02-16 |
Family
ID=13177597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6166086A Granted JPS62217226A (ja) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | 光制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62217226A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2666321B2 (ja) * | 1988-01-26 | 1997-10-22 | 旭硝子株式会社 | 光導波路型光方向性結合器 |
| JPH0222630A (ja) * | 1988-07-11 | 1990-01-25 | Agency Of Ind Science & Technol | 光位相分布制御素子 |
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-
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