JPH05145159A - 光変調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】チャーピンを低減しかつ低レベルの光信号を充
分に低下できる光変調装置を提供する。 【構成】単一導波モードのみ伝播可能な第一の導波路１
から分岐されて単一導波モードのみ伝播可能な第二の導
波路２及び第三の導波路３と、前記第二の導波路を通る
光の位相をπずらす第一の位相変換手段と、前記第二の
導波路と前記第三の導波路を収束し、かつ、第二の導波
路と第三の導波路から出力された２つの導波モードを合
流して伝播し得る幅を有する第四の導波路４と、前記第
四の導波路を通る光を通過させるか、散乱させて光を変
調させる変調手段と、第四の導波路から分岐されて単一
導波モードのみ伝播可能な第五の導波路５及び第六の導
波路６と、前記第五の導波路を通る光の位相をπずらす
第二の位相変換手段と、前記第五の導波路と前記第六の
導波路を収束して２つの導波モードを合流させ、かつ単
一導波モードのみ伝播可能な第七の導波路７とにより構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光変調装置に関し、よ
り詳しくは、高速変調に用いられる光変調装置に関す
る。

【０００２】現在、光通信の高容量化の需要に伴い、外
部変調器が注目されている。外部変調器には、低チャー
プ、低駆動電圧が要求されている。

【０００３】

【従来の技術】光変調器は、電界吸収型と位相変調型の
２つに大きく分けられる。電界吸収型の変調器は、例え
ば図３(a) に示すようにInGaAsP 光吸収層３１をInP ク
ラッド層３２、３３によって挟んだ構造を有し、その上
下の電極３４、３５間に電圧を印加してフランツ・ケル
ディッシュ効果によって光を吸収するように構成され、
変調電圧をかけて出力光の強度を変調するものである。

【０００４】なお、符号３６は、変調器の入射端、出射
端に接続される光ファイバーを示している。これに対し
て、位相変調型のものは、導波路の屈折率を変化させて
光の位相を制御し、干渉により強度変調をかけるもので
ある。

【０００５】例えば図３(b) に示すように、導波路３７
の一端を分岐して導波路３８、３９を取付け、これらを
導波路４０により再び一体化するとともに、分岐した導
波路３７、３８の一方に電極４１を取付けた構造のもの
がある。この場合、電極４１にかける電圧値を調整し、
分岐した一方の導波路３８内で光の位相をπだけずらす
かそのままの状態にして、他方の導波路３９から出た光
と干渉させて光の強度変調をかけるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に、光変
調器に使用される半導体材料の光吸収の変化と屈折率の
変化の間には正の相関があり、一方が大きいと他方も大
きくなる。

【０００７】このため、図３(a) に例示する電界吸収型
光変調器においては、電界変化により屈折率も変化する
ので、チャーピングが生じ易くなり、受信側での波形等
化が難しくなるといった問題がある。

【０００８】一方、図３(b) に例示する位相変調型光変
調器においては、光の干渉により光強度を変えるもので
あるが、電界によって光の吸収も生じるので、干渉によ
る光強度の相殺が充分に行えず、信号の高レベルと低レ
ベルの差が小さくなって受信感度が低下するといった問
題がある。

【０００９】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、チャーピンを低減しかつ低レベルの光信
号を充分に低下できる光変調装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１に
例示するように、第一の導波路１から分岐された第二の
導波路２及び第三の導波路３と、前記第二の導波路２を
通る光の位相をπずらす第一の位相変換手段と、前記第
二の導波路２と前記第三の導波路３を結合し、かつ、第
二の導波路２と第三の導波路３から出力された２つの導
波モードを合流して伝播し得る幅を有する第四の導波路
４と、前記第四の導波路４を通る光を通過させるか、吸
収又は散乱させて光を変調させる変調手段と、第四の導
波路４から分岐された第五の導波路５及び第六の導波路
６と、前記第五の導波路５を通る光の位相をπずらす第
二の位相変換手段と、前記第五の導波路５と前記第六の
導波路６を結合して２つの導波モードを合流させた第七
の導波路７とを有することを特徴とする光変調装置によ
って達成する。

【００１１】

【作 用】本発明によれば、位相を相対的に反転させた
導波モードの光を別々に伝播する２つの導波路２、３を
有し、しかもそれらの２つの導波モードを合流して伝播
させたり散乱させる変調手段１５を設けた導波路４を有
するとともに、合流した２つの導波モードの一方を位相
反転してこれらの導波モードを合流させる３つの導波路
５〜７を設けるようにしている。

【００１２】従って、高レベルの出力を得る場合には、
導波路４により２つの導波モードの光を合流して伝播さ
せてから、その後段の導波路５〜７によって位相を一致
させて合流することになり、また、低レベルの出力を得
る場合には、導波路４内で２つの導波モードを散乱さ
せ、これにより光強度を変調することになる。

【００１３】このため、光吸収量は少なくなってチャー
ピングによる悪影響は小さくなり、受信エラーが生じ難
くなる。また、低レベルの出力光は散乱によって極めて
小さく、出力信号の高レベルと低レベルの光強度差は大
きくなる。

【００１４】

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す平面図
及び断面図である。

【００１５】図１において符号１０は、n-InP 基板で、
この上には平面帯状の第一〜第七の導波路１〜７が凸状
に形成されている。そして、第一の導波路１の一端は分
岐されて第二、第三の導波路２、３に接続され、分岐さ
れた導波路２、３は、第四の導波路４の一端に結合する
ように形成されている。また、第四の導波路４の他端は
分岐されて第五、第六の導波路５、６に接続され、分岐
された導波路５、６は第七の導波路７に一体的に結合さ
れている。

【００１６】上記した７つの導波路１〜７は、InP 基板
１０の上に形成された帯状のn-InPクラッド層８を有
し、それらは一体的に形成されている。また、第四の導
波路４を除いた領域のクラッド層８の上には、膜厚2000
Å、PL発光波長１．３０μｍのInGaAsP 導波路層９が形
成され、隣接する部分は一体となっている（図１(b))。
一方、第四の導波路４におけるクラッド層８の上には、
PL発光波長１．４８μｍのInGaAsP 井戸層とInP バリア
層をそれぞれ１００Åの厚さに交互に１０周期ずつ積層
してなるＭＱＷ層１１が設けられており、これに隣接す
る導波路２，３，５，６の導波路層９に接続されてい
る。

【００１７】さらに、ＭＱＷ層１１と導波路層９の上に
はp-InP クラッド層１２が形成され、そのうち第二、第
五の導波路２、５の上には、ｐ側電極１３、１４が形成
されており、InP 基板１０の下面のｎ側電極１５との間
に電圧を印加することによって、その内部を通る光の位
相をπだけずらして伝播するように構成されている。

【００１８】また、第四の導波路４のクラッド層１２の
上にもｐ電極１６が形成され、ここに変調電圧を印加し
てＭＱＷ層１１の屈折率を変化させ、入射した光をその
まま伝播したり散乱し得るように構成されている。

【００１９】しかも、第四の導波路４は、幅方向に２つ
の導波モードを伝播できる幅の広さ、例えば４μｍに形
成され、屈折率の変化により幅方向に２つの導波モード
が存在したり、吸収、散乱できるように形成されてい
る。その他の導波路１〜３，５〜７は、単一導波モード
のみ伝播可能な幅、例えば１．５μｍを有している。

【００２０】次に、上記した実施例装置の作用を図２に
基づいて説明する。まず、単一導波モードであるパリテ
ィー０の光を第一の導波路１内に入射し、これを第二、
第三の導波路２、３に分岐して進行させると、電圧が印
加された第二の導波路２を通る光は位相がπずれて第四
の導波路４に到達する一方、第三の導波路３を通る光は
位相のずれがないまま第四の導波路４に到達する。

【００２１】この場合、第二、第三の導波路２、３を通
過した光は、図２(a) に示すようにそれぞれ位相がずれ
たままで第四の導波路４内で幅方向に存在する。この状
態の光をパリティー１の導波モードとする。

【００２２】第四の導波路４では互いに位相がπずれた
光が同時に入射して合流し、この光は、所定の屈折率に
よってパリティー１の導波モードのままで伝播された
り、屈折率の変化により入射光を散乱させることが可能
である。屈折率は、導波路４上の電極１５への印加電圧
の大きさによって調整できる。

【００２３】この後に伝播する導波モードは、導波路５
と導波路６の２つに分波するが、πだけ位相がずれてい
る光はそのまま進行して第五の導波路５に入り、さらに
電極１４にかかる電圧によって位相がπずれ、第一の導
波路１と同位相になる。

【００２４】また、位相のずれがない光は電極のない導
波路６を通過し、第五の導波路５を通過した光と最終段
の導波路７内で合流するが、これらの光は同位相であっ
てパリティー０の導波モードで伝播して、光ファイバー
（不図示）に送られる。

【００２５】この場合、第二、第五の導波路２、５によ
り光が吸収されて強度が低減したとしても、第三、第六
の導波路３、６による光の吸収量が少ないために、充分
な高レベルの出力が得られる。

【００２６】これに対して、導波路４中で光が散乱する
場合には、後段の導波路５〜７にほとんど光が伝播され
ず、図２(b) に示すように、充分に低減された低レベル
の出力が得られ、このようにして光ファイバーとの結合
効率を変化させて強度変調する。

【００２７】従って、上記した装置では、光吸収変調を
行っていないのでチャーピングによる悪影響は抑制さ
れ、受信エラーが生じ難くなる。なお、上記した実施例
の第二、第四、第五の導波路２、４、５では、電圧を印
加して通過光の位相をπずらすようにしたが、電流、
熱、導波路長に基づいて位相を変化させてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、高レ
ベルの出力を得る場合には、導波路内で２つの導波モー
ドの光を合流して伝播させてから、その後段の導波路に
より位相を一致させて合流し、また、低レベルの出力を
得る場合には、導波路内で２つの導波モードを散乱さ
せ、これにより光強度を変調するようにしたので、光吸
収によるチャーピングの影響は小さく、受信エラーを生
じ難くすることができる。

【００２９】また、低レベルの出力光は散乱によってい
るので、その光量は極めて小さくなり、出力信号の高レ
ベルと低レベルの光強度差を大きくして受信感度を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例装置を示す平面図及び部分拡
大断面図である。

【図２】本発明の一実施例装置の動作説明図である。

【図３】従来装置の一例を示す断面図及び平面図であ
る。

【符号の説明】

１〜７ 導波路 ８ クラッド層 ９ 導波路層 １０ InP 基板 １１ ＭＱＷ層 １２ クラッド層 １３、１４ 電極 １５ 電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一の導波路（１）から分岐された第二の
   導波路（２）及び第三の導波路（３）と、 前記第二の導波路（２）を通る光の位相をπずらす第一
   の位相変換手段と、 前記第二の導波路（２）と前記第三の導波路（３）を結
   合し、かつ、第二の導波路（２）と第三の導波路（３）
   から出力された２つの導波モードを合流して伝播し得る
   幅を有する第四の導波路（４）と、 前記第四の導波路（４）を通る光を通過させるか、吸収
   又は散乱させて光を変調させる変調手段と、 第四の導波路（４）から分岐された第五の導波路（５）
   及び第六の導波路（６）と、 前記第五の導波路（５）を通る光の位相をπずらす第二
   の位相変換手段と、 前記第五の導波路（５）と前記第六の導波路（６）を結
   合して２つの導波モードを合流させた、第七の導波路
   （７）とを有することを特徴とする光変調装置。