JPH0671118B2 - 集積化光フイルタ素子 - Google Patents
集積化光フイルタ素子Info
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- JPH0671118B2 JPH0671118B2 JP2853787A JP2853787A JPH0671118B2 JP H0671118 B2 JPH0671118 B2 JP H0671118B2 JP 2853787 A JP2853787 A JP 2853787A JP 2853787 A JP2853787 A JP 2853787A JP H0671118 B2 JPH0671118 B2 JP H0671118B2
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- optical
- optical filter
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- distributed feedback
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積化光フィルタ素子に関する。。
波長多重化光信号から任意の光信号を選択する機能を有
する光フィルタ素子は、光伝送，光交換および光情報処
理等において広範な用途に応用可能なキーデバイスの１
つである。そして、いづれの用途においても光フィルタ
素子の特性として十分な波長選択度と選択波長の広い可
変同調幅が必要とされている。また、構造として光集積
回路化が不可欠なことから、任意の選択したい波長のみ
を透過する透過型の波長選択フィルタであることも必要
である。
する光フィルタ素子は、光伝送，光交換および光情報処
理等において広範な用途に応用可能なキーデバイスの１
つである。そして、いづれの用途においても光フィルタ
素子の特性として十分な波長選択度と選択波長の広い可
変同調幅が必要とされている。また、構造として光集積
回路化が不可欠なことから、任意の選択したい波長のみ
を透過する透過型の波長選択フィルタであることも必要
である。
従来から透過型の波長選択フィルタに関してはいくつか
の検討がなされている。その中で半導体活性層を用いた
光増幅素子内に波長選択性のある光帰還構造を設けた構
造の光フィルタ素子が活性層への注入キャリア濃度によ
り選択波長の可変同調が可能で、かつ透過型の集積化に
適しているという点から期待を集めている。特に、光帰
還構造としては、劈開によるファブリ・ペロー共振器よ
りも回折格子から成る分布帰還構造の方が波長選択性お
よび光集積化の点で有利であり、それらの構造を用いた
光フィルタ素子の提案および論理的検討もされている
（たとえば、オプティクス・コミュニケーションズ（Op
tics Communications）誌，第10巻120頁,1974年参
照）。
の検討がなされている。その中で半導体活性層を用いた
光増幅素子内に波長選択性のある光帰還構造を設けた構
造の光フィルタ素子が活性層への注入キャリア濃度によ
り選択波長の可変同調が可能で、かつ透過型の集積化に
適しているという点から期待を集めている。特に、光帰
還構造としては、劈開によるファブリ・ペロー共振器よ
りも回折格子から成る分布帰還構造の方が波長選択性お
よび光集積化の点で有利であり、それらの構造を用いた
光フィルタ素子の提案および論理的検討もされている
（たとえば、オプティクス・コミュニケーションズ（Op
tics Communications）誌，第10巻120頁,1974年参
照）。
しかしながら、これら従来から提案されかつ検討されて
きた光増幅素子内に分布帰還構造を有する光フィルタ素
子は、選択波長の同調のために活性層への注入キャリア
濃度を調整した場合、同時に選択波長に対する光利得お
よび自然放出光強度も変化するため、光フィルタ素子と
して必要な波長選択度を得ることおよび対雑音信号強度
比を得るためには、活性層への注入キャリア波長が原理
上狭く限定され、その結果として選択波長の可変幅が数
Å程度と小さく数チャンネルのフィルタとしてしか使え
ないという問題があった。
きた光増幅素子内に分布帰還構造を有する光フィルタ素
子は、選択波長の同調のために活性層への注入キャリア
濃度を調整した場合、同時に選択波長に対する光利得お
よび自然放出光強度も変化するため、光フィルタ素子と
して必要な波長選択度を得ることおよび対雑音信号強度
比を得るためには、活性層への注入キャリア波長が原理
上狭く限定され、その結果として選択波長の可変幅が数
Å程度と小さく数チャンネルのフィルタとしてしか使え
ないという問題があった。
本発明の集積化光フィルタ素子はλ/4シフト構造を有す
る分布帰還領域と活性領域とが光学的に結合され、前記
活性領域および前記分布帰還領域のそれぞれの端面を無
反射構造にした複数個の光フィルタ素子を並列に集積
し、かつ前記分布帰還領域の回折格子の周期がそれぞれ
異なる構成である。
る分布帰還領域と活性領域とが光学的に結合され、前記
活性領域および前記分布帰還領域のそれぞれの端面を無
反射構造にした複数個の光フィルタ素子を並列に集積
し、かつ前記分布帰還領域の回折格子の周期がそれぞれ
異なる構成である。
分布帰還構造を有する光導波路の光透過特性は、透過波
長域において光利得をもたない場合、各分布帰還領域の
光学的位相がそろっている場合はその回折格子の光学的
周期から定まるブラック波長を中心に数10Å程度の１つ
の透過阻止波長域を形成する。一方、分布帰還領域の中
央を境にして両側で光学的位相がπずれた場合（この場
合、素子内を伝播する光の波長をλとすると、回折格子
のピッチがλ/4だけずれたことに対応するのでλ/4シフ
ト構造と呼ばれる）は、透過阻止波長域は分裂し、上述
の数10Å程度の透過阻止波長域の中央に１〜２Å程度以
下の狭い幅の透過波長域が生じる。このλ/4シフト構造
を有する分布帰還領域をもつ光導波路層を透過波長より
短波側の組成の半導体で構成すれば光利得がないため、
キャリア注入によりブラック波長を中心とする１〜２Å
程度以下の狭い幅で大きな波長選択幅が得られ、さらに
自然放出光による対雑音強度化の劣化を生じることもな
い。
長域において光利得をもたない場合、各分布帰還領域の
光学的位相がそろっている場合はその回折格子の光学的
周期から定まるブラック波長を中心に数10Å程度の１つ
の透過阻止波長域を形成する。一方、分布帰還領域の中
央を境にして両側で光学的位相がπずれた場合（この場
合、素子内を伝播する光の波長をλとすると、回折格子
のピッチがλ/4だけずれたことに対応するのでλ/4シフ
ト構造と呼ばれる）は、透過阻止波長域は分裂し、上述
の数10Å程度の透過阻止波長域の中央に１〜２Å程度以
下の狭い幅の透過波長域が生じる。このλ/4シフト構造
を有する分布帰還領域をもつ光導波路層を透過波長より
短波側の組成の半導体で構成すれば光利得がないため、
キャリア注入によりブラック波長を中心とする１〜２Å
程度以下の狭い幅で大きな波長選択幅が得られ、さらに
自然放出光による対雑音強度化の劣化を生じることもな
い。
また、前述の光導波路層は利得をもっていないため、増
幅機能を有する光フィルタ素子を構成するためには、活
性領域と分布帰還領域とを光学的に結合させてやればよ
い。すなわち、光を活性領域に注入して増幅した後に分
布帰還領域に透過させる構造にすれば、増幅機能をもっ
た光フィルタ素子を得ることができる。なお、活性領域
および分布帰還領域のそれぞれの端面に無反射コーティ
ングを施す必要がある。この理由は無反射コーティング
を施さなければ、DBRレーザとして発振してしまい光フ
ィルタ素子として使えなくなるからである。本発明のよ
うに少しずつ回折格子の周期の異なる分布帰還構造を並
列に集積すれば、数百チャンネル以上の光フィルタ素子
が得られる。
幅機能を有する光フィルタ素子を構成するためには、活
性領域と分布帰還領域とを光学的に結合させてやればよ
い。すなわち、光を活性領域に注入して増幅した後に分
布帰還領域に透過させる構造にすれば、増幅機能をもっ
た光フィルタ素子を得ることができる。なお、活性領域
および分布帰還領域のそれぞれの端面に無反射コーティ
ングを施す必要がある。この理由は無反射コーティング
を施さなければ、DBRレーザとして発振してしまい光フ
ィルタ素子として使えなくなるからである。本発明のよ
うに少しずつ回折格子の周期の異なる分布帰還構造を並
列に集積すれば、数百チャンネル以上の光フィルタ素子
が得られる。
次に、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例の光フィルタ素子の構成図で
あるる。以下、製作手順に従ながらこの実施例の構造に
ついて説明する。まず、ｎ形InP基板110上の分布帰還領
域（DBR領域）200に周期がそれぞれ2390Å,2395Å,2400
Å,2405Åのλ/4シフト回折格子210を形成する。次に、
１回目のLPE成長によってノンドープInGaAsP光ガイド層
（λｇ＝1.3μm,厚さ0.3μｍ）120,n形InPバッファ層
（厚さ0.1μｍ）130,ノンドープ活性層（λgg＝1.53μ
m,厚さ0.1μｍ）140およびＰ形InPクラッド層（厚さ0.2
μｍ）150を順次成長する。成長後の回折格子の深さは8
00Åであった。次に、活性領域100を除いた他の部分のI
nPクラッド層150と活性層140とを選択的に除去する。続
く、２回目のLPE成長において全体にＰ形InPクラッド層
160を形成する。次に埋め込み構造とするために、メサ
エッチングを行なった後、３回目のLPE成長によって埋
め込み成長を行なう。ここでは、埋め込み構造として二
重チャンネルプレーナ埋め込み構造を用いた。最後に基
板側と成長層側に電極を形成した後、活性領域100とDBR
領域200との電気的な分離および並列素子間の電気的な
分離を行なうために中央のメサ付近を除いて幅20μｍの
溝を形成する。その後、プラズマCVD装置を用いて光フ
ィルタ素子の両端面の反射率を０にするために、両端面
にSiN膜170を形成する。活性領域100およびDBR領域200
の長さはそれぞれ100μｍおよび500μｍである。また、
各並列素子の幅は100μｍである。
あるる。以下、製作手順に従ながらこの実施例の構造に
ついて説明する。まず、ｎ形InP基板110上の分布帰還領
域（DBR領域）200に周期がそれぞれ2390Å,2395Å,2400
Å,2405Åのλ/4シフト回折格子210を形成する。次に、
１回目のLPE成長によってノンドープInGaAsP光ガイド層
（λｇ＝1.3μm,厚さ0.3μｍ）120,n形InPバッファ層
（厚さ0.1μｍ）130,ノンドープ活性層（λgg＝1.53μ
m,厚さ0.1μｍ）140およびＰ形InPクラッド層（厚さ0.2
μｍ）150を順次成長する。成長後の回折格子の深さは8
00Åであった。次に、活性領域100を除いた他の部分のI
nPクラッド層150と活性層140とを選択的に除去する。続
く、２回目のLPE成長において全体にＰ形InPクラッド層
160を形成する。次に埋め込み構造とするために、メサ
エッチングを行なった後、３回目のLPE成長によって埋
め込み成長を行なう。ここでは、埋め込み構造として二
重チャンネルプレーナ埋め込み構造を用いた。最後に基
板側と成長層側に電極を形成した後、活性領域100とDBR
領域200との電気的な分離および並列素子間の電気的な
分離を行なうために中央のメサ付近を除いて幅20μｍの
溝を形成する。その後、プラズマCVD装置を用いて光フ
ィルタ素子の両端面の反射率を０にするために、両端面
にSiN膜170を形成する。活性領域100およびDBR領域200
の長さはそれぞれ100μｍおよび500μｍである。また、
各並列素子の幅は100μｍである。
以上のように試作した光フィルタ素子の特性の一例を次
に示す。第２図（ａ）に示すように、活性領域100に50m
Aの電流を注入し、かつDBR領域200に電流を注入しなか
った時、消光比は20dB以上であり、透過波長の10dB減衰
幅は0.5Åであった。また、表にはDBR領域200の回折格
子の周期，注入電流，および透過波長の関係を示す。す
べての並列素子で注入電流０〜80mA間で連続して透過波
長は55Å以上変化した。なお、透過阻止波長域は回折格
子の周期がそれぞれ2390Å,2395Å,2400Å,2405Åの場
合、63Å,66Å,65Å,67Åであった。第２図（ｂ）は回
折格子の周期が2400Åの場合の透過特性を示す。同図か
ら明らかなように、透過阻止波長域の約半分すなわち30
Å程度の範囲内に0.5Å程度の間隔で波長多重化された
信号から任意の波長選択が可能となる。すなわち、各並
列素子で60チャンネル程度の波長可変フィルタとなり、
集積化したことによって240チャンネル程度の可変フィ
ルタが構成できたことになる。もちろん、並列光フィル
タ素子数をもっと増加すればチャンネル数をそれぞれ比
例して増加できる。
に示す。第２図（ａ）に示すように、活性領域100に50m
Aの電流を注入し、かつDBR領域200に電流を注入しなか
った時、消光比は20dB以上であり、透過波長の10dB減衰
幅は0.5Åであった。また、表にはDBR領域200の回折格
子の周期，注入電流，および透過波長の関係を示す。す
べての並列素子で注入電流０〜80mA間で連続して透過波
長は55Å以上変化した。なお、透過阻止波長域は回折格
子の周期がそれぞれ2390Å,2395Å,2400Å,2405Åの場
合、63Å,66Å,65Å,67Åであった。第２図（ｂ）は回
折格子の周期が2400Åの場合の透過特性を示す。同図か
ら明らかなように、透過阻止波長域の約半分すなわち30
Å程度の範囲内に0.5Å程度の間隔で波長多重化された
信号から任意の波長選択が可能となる。すなわち、各並
列素子で60チャンネル程度の波長可変フィルタとなり、
集積化したことによって240チャンネル程度の可変フィ
ルタが構成できたことになる。もちろん、並列光フィル
タ素子数をもっと増加すればチャンネル数をそれぞれ比
例して増加できる。
なお、素子の材料および組成は上述の実施例に限定され
ることなく、他の半導体材料や誘電体材により実施して
もよい。また、光導波路構造は光を導波する機能をもつ
ならば、プレーナ構造や埋め込み構造に限らずいかなる
構造であってもよく、例えば積層方向に光を入射および
透過させる面型構造であってもよいさらに、分布帰還構
造も光導波路に回折格子を構成した導波路型に限らず、
屈折率の異なる層を交互に積層した面型構造であっても
よい。
ることなく、他の半導体材料や誘電体材により実施して
もよい。また、光導波路構造は光を導波する機能をもつ
ならば、プレーナ構造や埋め込み構造に限らずいかなる
構造であってもよく、例えば積層方向に光を入射および
透過させる面型構造であってもよいさらに、分布帰還構
造も光導波路に回折格子を構成した導波路型に限らず、
屈折率の異なる層を交互に積層した面型構造であっても
よい。
以上説明したように本発明によれば、大幅にチャンネル
数を増大し、波長多重化された光信号から任意の波長選
択を行なうことができる。
数を増大し、波長多重化された光信号から任意の波長選
択を行なうことができる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図（ａ）
および第２図（ｂ）は一実施例の光フィルタ素子の透過
特性を示す図である。 100……活性領域、110……基板、120……光ガイド層、1
30……バッファ層、140……活性層、150,160……クラッ
ド層、170……SiN膜、200……分布帰還領域、210……回
折格子。
および第２図（ｂ）は一実施例の光フィルタ素子の透過
特性を示す図である。 100……活性領域、110……基板、120……光ガイド層、1
30……バッファ層、140……活性層、150,160……クラッ
ド層、170……SiN膜、200……分布帰還領域、210……回
折格子。
Claims (1)
- 【請求項１】λ/4シフト構造を有する分布帰還領域と活
性領域とが光学的に結合され、前記活性領域および前記
分布帰還領域のそれぞれの端面を無反射構造にした複数
個の光フィルタ素子を並列に集積し、かつ前記分布帰還
領域の回折格子の周期がそれぞれ異なることを特徴とす
る集積化光フィルタ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2853787A JPH0671118B2 (ja) | 1987-02-09 | 1987-02-09 | 集積化光フイルタ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2853787A JPH0671118B2 (ja) | 1987-02-09 | 1987-02-09 | 集積化光フイルタ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63195606A JPS63195606A (ja) | 1988-08-12 |
| JPH0671118B2 true JPH0671118B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=12251418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2853787A Expired - Lifetime JPH0671118B2 (ja) | 1987-02-09 | 1987-02-09 | 集積化光フイルタ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0671118B2 (ja) |
-
1987
- 1987-02-09 JP JP2853787A patent/JPH0671118B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63195606A (ja) | 1988-08-12 |
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