JPH0616145B2 - 光ａ／ｄ変換装置 - Google Patents
光ａ／ｄ変換装置Info
- Publication number
- JPH0616145B2 JPH0616145B2 JP58143044A JP14304483A JPH0616145B2 JP H0616145 B2 JPH0616145 B2 JP H0616145B2 JP 58143044 A JP58143044 A JP 58143044A JP 14304483 A JP14304483 A JP 14304483A JP H0616145 B2 JPH0616145 B2 JP H0616145B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- waveguide
- optical waveguide
- compound semiconductor
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- G02F7/00—Optical analogue/digital converters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 急速に発展している光関連技術において今後光回路の集
積化が望まれている。本発明は、その将来的な光回路の
集積化への発展が可能な単体光薄膜回路素子の中で光ア
ナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換素子に関するもので
ある。本発明はマッハツェンダー干渉計の分岐部を積層
導波路で構成するため小型化，低挿入損失化が可能で、
更に平面電極構成を変えるだけで多ビット化が容易とな
る。
積化が望まれている。本発明は、その将来的な光回路の
集積化への発展が可能な単体光薄膜回路素子の中で光ア
ナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換素子に関するもので
ある。本発明はマッハツェンダー干渉計の分岐部を積層
導波路で構成するため小型化，低挿入損失化が可能で、
更に平面電極構成を変えるだけで多ビット化が容易とな
る。
これらの特長は、近年のコンピュータの発展とともに信
号のディジタル化，高速化が進行していく技術の流れの
中で各種の機器およびシステムへの適用が可能となり、
情報，医療，防災，防犯，交通，通信などあらゆる巾広
い産業分野に利用されるものである。
号のディジタル化，高速化が進行していく技術の流れの
中で各種の機器およびシステムへの適用が可能となり、
情報，医療，防災，防犯，交通，通信などあらゆる巾広
い産業分野に利用されるものである。
従来例の構成とその問題点 位相変調器を用いた光Ａ／Ｄ変換素子は原理的には既に
提案されている。しかし、実験的にはほんど試みられて
おらず、わずかにLiNbO3結晶において２ビットのＡ／Ｄ
変換器が試作されているにすぎない。ここで将来光ＩＣ
化が進むにつれこのような素子の小型化，動作電圧の低
減化ならびに他の光素子とのモノリシック化は不可避な
ものとなると考えられるが、従来からの構造のものでは
それらの諸性能の改善は困難なものと考えられる。
提案されている。しかし、実験的にはほんど試みられて
おらず、わずかにLiNbO3結晶において２ビットのＡ／Ｄ
変換器が試作されているにすぎない。ここで将来光ＩＣ
化が進むにつれこのような素子の小型化，動作電圧の低
減化ならびに他の光素子とのモノリシック化は不可避な
ものとなると考えられるが、従来からの構造のものでは
それらの諸性能の改善は困難なものと考えられる。
発明の目的 上記で述べた問題点を解決すべく本発明は小型，高性能
の光Ａ／Ｄ変換装置の実現を目的とする。
の光Ａ／Ｄ変換装置の実現を目的とする。
発明の構成 本発明は、化合物半導体基板上に低屈折率クラッド層で
はさまれた第１の光導波路を有し、前記第１の光導波路
上に前記クラッド層の一部を共有して第２の光導波路を
構成し、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路はク
ラッド層とは組成の異なる化合物半導体で形成され、前
記第２の光導波路上に、この導波路とは反対導電型の化
合物半導体層を形成し、前記化合物半導体層に電圧を印
加する電極を設けて光位相変調部を構成し、積層型の光
分岐部、前記位相変調部、光結合部とを一体として構成
することを特徴とするマッハツェンダ干渉計型の光Ａ／
Ｄ変換装置である。
はさまれた第１の光導波路を有し、前記第１の光導波路
上に前記クラッド層の一部を共有して第２の光導波路を
構成し、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路はク
ラッド層とは組成の異なる化合物半導体で形成され、前
記第２の光導波路上に、この導波路とは反対導電型の化
合物半導体層を形成し、前記化合物半導体層に電圧を印
加する電極を設けて光位相変調部を構成し、積層型の光
分岐部、前記位相変調部、光結合部とを一体として構成
することを特徴とするマッハツェンダ干渉計型の光Ａ／
Ｄ変換装置である。
すなわち、本発明は光Ａ／Ｄ変換素子として半導体レー
ザ，受光素子との一体化を可能にする素子として期待で
き、積層導波路構造ので分岐部、位相変化部および結合
部によって構成される。
ザ，受光素子との一体化を可能にする素子として期待で
き、積層導波路構造ので分岐部、位相変化部および結合
部によって構成される。
実施例の説明 まず、本発明における基本原理を第１図に示す。
第１図はマッハツェンダー干渉計を示し、入射光線１は
ビームスプリッタ２で２分割される。分割された光線の
１つは反射ミラー３で反射され、位相変換部６を通る。
一方、分割された他の光線は結合ミラー４で位相変換部
を通った光と干渉し出力光線７は位相変換部で位相変調
された量に対応して出力強度変化として現われる。
ビームスプリッタ２で２分割される。分割された光線の
１つは反射ミラー３で反射され、位相変換部６を通る。
一方、分割された他の光線は結合ミラー４で位相変換部
を通った光と干渉し出力光線７は位相変換部で位相変調
された量に対応して出力強度変化として現われる。
ここで、光入力Poと出力Pnとの間には位相変化部６によ
る位相変化量△φによって Pn／Po∝〔１＋ｃｏｓ（△φ）〕……(1) なる関係が成り立つ。また立方晶系化合物半導体は外部
からの電圧印加に対してポッケルス効果を生じ電圧に応
じた屈折率変化を起す。その変化に基づく位相変化量は で表わされる。ここで、λ：媒質中での光の波長，ｎ：
媒質の屈折率，γ41：ポッケルス定数，Ｅ：印加電圧，
ｌ：結晶の長さである。
る位相変化量△φによって Pn／Po∝〔１＋ｃｏｓ（△φ）〕……(1) なる関係が成り立つ。また立方晶系化合物半導体は外部
からの電圧印加に対してポッケルス効果を生じ電圧に応
じた屈折率変化を起す。その変化に基づく位相変化量は で表わされる。ここで、λ：媒質中での光の波長，ｎ：
媒質の屈折率，γ41：ポッケルス定数，Ｅ：印加電圧，
ｌ：結晶の長さである。
従って、出力ＰｎはＣＯＳ（△φ）で振動することにな
る。つまり出力Ｐｎは電圧Ｅと結晶の長さ外部印加電圧
Ｅに対してｃｏｓ（△φ）で光出力は振動し、その周期
は結晶の長さｌによって変化する。
る。つまり出力Ｐｎは電圧Ｅと結晶の長さ外部印加電圧
Ｅに対してｃｏｓ（△φ）で光出力は振動し、その周期
は結晶の長さｌによって変化する。
本発明に用いる素子の構成の断面図を第２図に示す。
基体１６上に光導波路１２，１４がクラッド層１１，１
３，１５を介して積層上に構成されている。１０，８は
光分岐あるいは結合用電極であり、９は位相変調用電
極、１７は共通電極を示す。今、光導波路１４に入射し
た光ｌiは電極１０，１７間に印加される電圧によって
光導波路１２及び１４にｌ1,ｌ２として分岐される。分
岐された光のうち導波路１２あるいは１４いずれか一方
を進行する光が電極９，１７間に印加された電圧によっ
て位相変調を受ける。変調を受けた光は電極８，１７間
の電圧によって再度光導波路１４に結合されて強度変化
を有する出力光ｌ０として出射される。
３，１５を介して積層上に構成されている。１０，８は
光分岐あるいは結合用電極であり、９は位相変調用電
極、１７は共通電極を示す。今、光導波路１４に入射し
た光ｌiは電極１０，１７間に印加される電圧によって
光導波路１２及び１４にｌ1,ｌ２として分岐される。分
岐された光のうち導波路１２あるいは１４いずれか一方
を進行する光が電極９，１７間に印加された電圧によっ
て位相変調を受ける。変調を受けた光は電極８，１７間
の電圧によって再度光導波路１４に結合されて強度変化
を有する出力光ｌ０として出射される。
第３図は本発明の一実施例として４ビットの光Ａ／Ｄ変
換器を化合物半導体で構成した例を示す。ｎ型InP基体
２６上にｎ型InPクラッド層２５、ｎ型In−Ga−As−P光
導波層２４、ｎ型InPクラッド層２３、ｎ型In−Ga−As
−P光導波層２２、ｐ型InPクラッド層２１を順次エピタ
キシャル成長させる。更にその上に光分岐あるいは結合
用電極２０，１８を各ビットに対応して形成し、位相変
調部電極１９はその長さが各ビット毎に順次半分の長さ
になるように形成されている。電極２７は共通電極を示
す。２８，２９，３０，３１は各電極下の光導波路を示
す。導波層２４に入射された光は第２図に示された原理
によって各電極１９下で変調されて光導波路２８〜３１
に出力強度の変化された光を出力する。各電極１９に同
一の電圧が印加されたときに生ずる出力変化を第４図に
示す。第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄは各光導波路３１，３０，
２９，２８の出力光に対応している。
換器を化合物半導体で構成した例を示す。ｎ型InP基体
２６上にｎ型InPクラッド層２５、ｎ型In−Ga−As−P光
導波層２４、ｎ型InPクラッド層２３、ｎ型In−Ga−As
−P光導波層２２、ｐ型InPクラッド層２１を順次エピタ
キシャル成長させる。更にその上に光分岐あるいは結合
用電極２０，１８を各ビットに対応して形成し、位相変
調部電極１９はその長さが各ビット毎に順次半分の長さ
になるように形成されている。電極２７は共通電極を示
す。２８，２９，３０，３１は各電極下の光導波路を示
す。導波層２４に入射された光は第２図に示された原理
によって各電極１９下で変調されて光導波路２８〜３１
に出力強度の変化された光を出力する。各電極１９に同
一の電圧が印加されたときに生ずる出力変化を第４図に
示す。第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄは各光導波路３１，３０，
２９，２８の出力光に対応している。
第４図において破線を原点とし原点以上の光出力を１、
破線以下の光出力を０とすると、各電極１９に引火され
る電圧に応じて１６階調のディジタル信号として検出さ
れる。このように簡単なデベイス構成で電気的アナログ
信号をディジタル信号に変換が可能となる。電極１８お
よび２０は積層方向性結合器部の膜厚，長さ，屈折率
（組成）を適当に選択することによって、３dB分岐，結
合器の構成が可能となるので、構成条件により省くこと
もできる。光導波路２２と２４は電極１８および２０以
外部分では互に結合し合うことのないように、膜厚，組
成，屈折率を選択する必要があるとともに、電極１９に
電圧引火したときに導波路２２あるいは２４の一方のみ
に電界が集中するように構成することが必要であり、前
記のｐ型，ｎ型を逆のタイプの配置で構成することも可
能である。また、電極１８，２０と電極１９との間は必
要に応じて電気的分離層を配置することが必要となる。
破線以下の光出力を０とすると、各電極１９に引火され
る電圧に応じて１６階調のディジタル信号として検出さ
れる。このように簡単なデベイス構成で電気的アナログ
信号をディジタル信号に変換が可能となる。電極１８お
よび２０は積層方向性結合器部の膜厚，長さ，屈折率
（組成）を適当に選択することによって、３dB分岐，結
合器の構成が可能となるので、構成条件により省くこと
もできる。光導波路２２と２４は電極１８および２０以
外部分では互に結合し合うことのないように、膜厚，組
成，屈折率を選択する必要があるとともに、電極１９に
電圧引火したときに導波路２２あるいは２４の一方のみ
に電界が集中するように構成することが必要であり、前
記のｐ型，ｎ型を逆のタイプの配置で構成することも可
能である。また、電極１８，２０と電極１９との間は必
要に応じて電気的分離層を配置することが必要となる。
入力光分岐用としての電極２０群は可干渉性の位相のそ
ろった光を光導波路２０および２４に入射するために置
かれているものであり、光源として２２，２４の層に同
時に光を入射できる場合は必ずしも配置する必要はな
い。更に、本発明の実施例としてInP／In−Ga−As−P系
材料にて説明を加えたがGaAs／In−Ga−As−P，GaAs／A
l−Ga−As，その他II−VI化合物半導体など他の化合物
半導体材料についても同様な効果をもたらすことができ
る。また、本発明は光源であるレーザや受光素子と一体
化することも可能となる。
ろった光を光導波路２０および２４に入射するために置
かれているものであり、光源として２２，２４の層に同
時に光を入射できる場合は必ずしも配置する必要はな
い。更に、本発明の実施例としてInP／In−Ga−As−P系
材料にて説明を加えたがGaAs／In−Ga−As−P，GaAs／A
l−Ga−As，その他II−VI化合物半導体など他の化合物
半導体材料についても同様な効果をもたらすことができ
る。また、本発明は光源であるレーザや受光素子と一体
化することも可能となる。
発明の効果 (1) 積層形の導波路を採用することで、分岐部，結合
部，位相変調部が同時に一体化されて構成できる。
部，位相変調部が同時に一体化されて構成できる。
(2) 化合物半導体で構成するためにｐ−ｎ接合を形成
することによって積層状導波路であるながら片方の導波
路のみ電界印加が可能となり、片側導波路のみの位相変
調，分岐，結合の微調が可能となる。
することによって積層状導波路であるながら片方の導波
路のみ電界印加が可能となり、片側導波路のみの位相変
調，分岐，結合の微調が可能となる。
(3) 各素子間の結合を一度空間のどの外部にとり出す
ことをしないので挿入損失を小さくすることができる。
ことをしないので挿入損失を小さくすることができる。
(4) 平面電極数を変えるだけで多ビット化が可能であ
る。
る。
(5) 光源，受光素子との一体化が可能となり高速で小
型なＡ／Ｄ変換器が作製可能となる。
型なＡ／Ｄ変換器が作製可能となる。
第１図は光Ａ／Ｄ変換器の基本原理図、第２図は本発明
に用いる光Ａ／Ｄ変換器の構成断面図、第３図は本発明
の一実施例の光Ａ／Ｄ変換器の構成概観図、第４図ａ〜
ｄは本発明の光Ａ／Ｄ変換器の光出力特性図である。 ２２，２４……光導波路、２１，２３……クラッド層、
２６……InP基体、１８，２０……結合用電極、１９…
…位相変調部電極。
に用いる光Ａ／Ｄ変換器の構成断面図、第３図は本発明
の一実施例の光Ａ／Ｄ変換器の構成概観図、第４図ａ〜
ｄは本発明の光Ａ／Ｄ変換器の光出力特性図である。 ２２，２４……光導波路、２１，２３……クラッド層、
２６……InP基体、１８，２０……結合用電極、１９…
…位相変調部電極。
Claims (1)
- 【請求項１】化合物半導体基板上に低屈折率クラッド層
ではさまれた第１の光導波路を有し、前記第１の光導波
路上に前記クラッド層の一部を共有して第２の光導波路
を構成し、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路は
クラッド層とは組成の異なる化合物半導体で形成され、
前記第２の光導波路上に、この導波路とは反対導電型の
化合物半導体層を形成し、前記化合物半導体層に電圧を
印加する電極を設けて光位相変調部を構成し、積層型の
光分岐部、前記位相変調部、光結合部とを一体として構
成することを特徴とするマッハツェンダ干渉計型の光Ａ
／Ｄ変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58143044A JPH0616145B2 (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 光ａ／ｄ変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58143044A JPH0616145B2 (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 光ａ／ｄ変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6033539A JPS6033539A (ja) | 1985-02-20 |
| JPH0616145B2 true JPH0616145B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=15329595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58143044A Expired - Lifetime JPH0616145B2 (ja) | 1983-08-03 | 1983-08-03 | 光ａ／ｄ変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0616145B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4924452A (ja) * | 1972-06-28 | 1974-03-04 | ||
| DE3025073A1 (de) * | 1980-07-02 | 1982-01-21 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Schneller elektrooptischer analog/digital- bzw. digital/analog-wandler |
| JPS57168234A (en) * | 1981-04-09 | 1982-10-16 | Nec Corp | Optical analog-to-digital converter |
| FR2508659A1 (fr) * | 1981-06-26 | 1982-12-31 | Thomson Csf | Procede et dipositif optique de conversion analogique-numerique |
-
1983
- 1983-08-03 JP JP58143044A patent/JPH0616145B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6033539A (ja) | 1985-02-20 |
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