JPH0671119B2 - 光フイルタ素子 - Google Patents
光フイルタ素子Info
- Publication number
- JPH0671119B2 JPH0671119B2 JP5516987A JP5516987A JPH0671119B2 JP H0671119 B2 JPH0671119 B2 JP H0671119B2 JP 5516987 A JP5516987 A JP 5516987A JP 5516987 A JP5516987 A JP 5516987A JP H0671119 B2 JPH0671119 B2 JP H0671119B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wavelength
- distributed feedback
- filter element
- optical filter
- optical
- 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.)
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- 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、光フィルタ素子、特に分布帰還構造を有する
光フィルタ素子に関する。
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，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、いず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，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、いず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理論的検討もされて
いる〔オプティクス・コミュニケーションズ（Optics C
ommunications）第10巻,120ページ参照〕。
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理論的検討もされて
いる〔オプティクス・コミュニケーションズ（Optics C
ommunications）第10巻,120ページ参照〕。
しかしながら、これら従来から提案され、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ため、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濃度が原理
上狭く限定され、その結果として選択波長の可変同調幅
が数Å程度と小さいため、数チャンネルのフィルタとし
てしか使えないという欠点があった。
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ため、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濃度が原理
上狭く限定され、その結果として選択波長の可変同調幅
が数Å程度と小さいため、数チャンネルのフィルタとし
てしか使えないという欠点があった。
本発明の目的は、増幅機能を有し、かつ上述の欠点を除
去した、大きな選択波長の可変同調幅を得ることのでき
る数十チャンネル以上の光フィルタ素子を提供すること
にある。
去した、大きな選択波長の可変同調幅を得ることのでき
る数十チャンネル以上の光フィルタ素子を提供すること
にある。
本発明の光フィルタ素子は、位相シフト構造を有する複
数の分布帰還領域と複数の活性領域とが直列に配置さ
れ、かつ光学的に結合されて成る素子の両端面が無反射
構造となっていることを特徴としている。
数の分布帰還領域と複数の活性領域とが直列に配置さ
れ、かつ光学的に結合されて成る素子の両端面が無反射
構造となっていることを特徴としている。
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ときには、その回折格子の光
学的周期から定まるブラッグ波長を中心に数十Å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
格子のピツチが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、上述の数十Å程度の透過阻止波長域の中央に１〜２
Å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グ波長を中心とする
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比の劣化を生じ
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ときには、その回折格子の光
学的周期から定まるブラッグ波長を中心に数十Å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
格子のピツチが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、上述の数十Å程度の透過阻止波長域の中央に１〜２
Å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グ波長を中心とする
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比の劣化を生じ
ることもない。
また、外部から位相シフト領域に電流を注入すると、位
相シフト量を調節することができる。位相シフト量によ
って、透過特性は、第３図（位相シフト量を変えたとき
の光フィルタ素子の透過特性を示す）のように変化し、
ブラッグ波長を中心とする数Å〜数10Å程度の波長域の
任意の波長を選択できる可変同調可能な透過型光フィル
タ素子が得られる。すなわち、位相シフト量を可変にす
ることによって、位相シフト量がλ/4のみに固定された
場合よりも、さらに可変波長幅を大きくすることができ
る。
相シフト量を調節することができる。位相シフト量によ
って、透過特性は、第３図（位相シフト量を変えたとき
の光フィルタ素子の透過特性を示す）のように変化し、
ブラッグ波長を中心とする数Å〜数10Å程度の波長域の
任意の波長を選択できる可変同調可能な透過型光フィル
タ素子が得られる。すなわち、位相シフト量を可変にす
ることによって、位相シフト量がλ/4のみに固定された
場合よりも、さらに可変波長幅を大きくすることができ
る。
前述の光導波路層は利得をもっていないので、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。
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。
ここで、注意すべき点が１つ存在する。すなわち、光フ
ィルタ素子の両端面を無反射構造としなければならない
という点である。この理由は、もし無反射構造となって
いなければ、DBR（分布帰還型）レーザとして発振して
しまうからである。
ィルタ素子の両端面を無反射構造としなければならない
という点である。この理由は、もし無反射構造となって
いなければ、DBR（分布帰還型）レーザとして発振して
しまうからである。
さて、ここで本発明の特徴であるが、本発明では、複数
の分布帰還（DBR）領域を直列に配置した構成になって
いる。もし、分布帰還領域が単数であれば、波長選択幅
は透過阻止波長域の半分に制限されてしまう。しかしな
がら、本発明のように分布帰還領域を複数個設け、かつ
単数の分布帰還領域だけでは阻止できなかった波長領域
に第２の分布帰還領域の透過阻止波長域を合わせること
によって、波長選択幅を大きくすることができる。
の分布帰還（DBR）領域を直列に配置した構成になって
いる。もし、分布帰還領域が単数であれば、波長選択幅
は透過阻止波長域の半分に制限されてしまう。しかしな
がら、本発明のように分布帰還領域を複数個設け、かつ
単数の分布帰還領域だけでは阻止できなかった波長領域
に第２の分布帰還領域の透過阻止波長域を合わせること
によって、波長選択幅を大きくすることができる。
次に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は、本発明の一実施例の光フィルタ素子の構造を
示す斜視図である。以下、製作手順に従いながら本実施
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（DBR）領域201,202に周期2400Åのλ/4シフト
回折格子を形成する。次に１回目のLPE成長（液相成
長）によってノンドープInGaAsP光ガイド層120（λｇ＝
1.3μm,厚さ0.3μｍ）,n形InPバッファ層130（厚さ0.1
μｍ），ニンドープ活性層140（λｇ＝1.53μm,厚さ0.1
μｍ）,p形InPクラッド層150（厚さ0.2μｍ）を順次成
長する。次に分布帰還領域201,202のInPクラッド層150
と活性層140とを選択的に除去する。次に２回目のLPE成
長によって全体にｐ形InPクラッド層160を形成する。
示す斜視図である。以下、製作手順に従いながら本実施
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（DBR）領域201,202に周期2400Åのλ/4シフト
回折格子を形成する。次に１回目のLPE成長（液相成
長）によってノンドープInGaAsP光ガイド層120（λｇ＝
1.3μm,厚さ0.3μｍ）,n形InPバッファ層130（厚さ0.1
μｍ），ニンドープ活性層140（λｇ＝1.53μm,厚さ0.1
μｍ）,p形InPクラッド層150（厚さ0.2μｍ）を順次成
長する。次に分布帰還領域201,202のInPクラッド層150
と活性層140とを選択的に除去する。次に２回目のLPE成
長によって全体に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った
後、３回目のLPE成長によって埋め込み成長を行う。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、増幅領域100,101と分布帰還領域201,202と
の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
置を用いて素子の両端面の反射率１％以下に低減するた
めにSiN膜170を形成する。増幅領域101,102、分布帰還
領域201,202の長さは、それぞれ100μm,100μm,500μm,
500μｍである。
後、３回目のLPE成長によって埋め込み成長を行う。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、増幅領域100,101と分布帰還領域201,202と
の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
置を用いて素子の両端面の反射率１％以下に低減するた
めにSiN膜170を形成する。増幅領域101,102、分布帰還
領域201,202の長さは、それぞれ100μm,100μm,500μm,
500μｍである。
以上のようにして製作した本実施例の光フィルタ素子の
透過特性の一例を第２図を参照しながら説明する。増幅
領域101,102に50mAの電流を注入した時、消光比は20dB
以上、透過波長の10dB減衰幅は0.5Åであった。また、
第２図に示されるように、分布帰還領域201,202に電流
を流さない時は、透過波長は1.5563μｍ、80mAの電流を
注入した時は、透過波長は1.5505μｍとなり、透過波長
は連続して58Å変化した。
透過特性の一例を第２図を参照しながら説明する。増幅
領域101,102に50mAの電流を注入した時、消光比は20dB
以上、透過波長の10dB減衰幅は0.5Åであった。また、
第２図に示されるように、分布帰還領域201,202に電流
を流さない時は、透過波長は1.5563μｍ、80mAの電流を
注入した時は、透過波長は1.5505μｍとなり、透過波長
は連続して58Å変化した。
分布帰還領域が１つしかない時は選択波長の幅は透過特
性のために透過阻止波長域の半分に制限され、約30Åと
なってしまうが、分布帰還領域が２つあれば、それぞれ
のブラッグ波長を適切に調節することによって選択波長
の幅は可変波長上限の58Åと約２倍にすることができ
る。この様子を第４図，第５図に示す。第４図は分布帰
還領域が１つのみのときの入力スペクトルと出力スペク
トルとの関係を示す図であり、第５図は分布帰還領域が
２つあるときの入力スペクトルと出力スペクトルとの関
係を示す図である。第４図に示すように、図示のＡの範
囲の波長の光も透過するので、波長選択幅は透過阻止波
長域の半分に制限されてしまう。しかしながら、分布帰
還領域が２つの場合には、第５図に示すように波長選択
幅を大きくすることができる。この実測値は58Åであ
り、従来の光フィルタ素子の波長選択幅数Åに比べて10
倍程度大きくすることが可能となる。
性のために透過阻止波長域の半分に制限され、約30Åと
なってしまうが、分布帰還領域が２つあれば、それぞれ
のブラッグ波長を適切に調節することによって選択波長
の幅は可変波長上限の58Åと約２倍にすることができ
る。この様子を第４図，第５図に示す。第４図は分布帰
還領域が１つのみのときの入力スペクトルと出力スペク
トルとの関係を示す図であり、第５図は分布帰還領域が
２つあるときの入力スペクトルと出力スペクトルとの関
係を示す図である。第４図に示すように、図示のＡの範
囲の波長の光も透過するので、波長選択幅は透過阻止波
長域の半分に制限されてしまう。しかしながら、分布帰
還領域が２つの場合には、第５図に示すように波長選択
幅を大きくすることができる。この実測値は58Åであ
り、従来の光フィルタ素子の波長選択幅数Åに比べて10
倍程度大きくすることが可能となる。
以上からわかるように、本発明の光フィルタ素子によっ
て58Å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、100
チャンネル以上の波長可変フィルタとして使うことがで
きる。
て58Å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、100
チャンネル以上の波長可変フィルタとして使うことがで
きる。
以上の実施例では、分布帰還領域を２つ設けたが、これ
は何も２つに限定する必要はなく、分布帰還領域の数は
３つ以上でもよい。また、増幅領域の数も３つ以上であ
ってもよい。さらに、素子の材料および組成は、上述の
実施例に限定されるものではなく、他の半導体材料や誘
電体材料などであってもよい。また、位相シフト構造も
外部から位相シフト量を制御できるような構成にすれ
ば、さらに波長可変範囲を広げることができる。また、
上述の実施例では、位相シフト構造として、位相シフト
回折格子を用いたが、位相シフト回折格子に限定する必
要はなく、均一な回折格子を有し、かつ導波路の幅ある
いは厚みを変えた、いわゆる等価的な位相シフト構造で
あってもよい。また、無反射構造もウィンドウ構造や多
層膜コートであってもよい。
は何も２つに限定する必要はなく、分布帰還領域の数は
３つ以上でもよい。また、増幅領域の数も３つ以上であ
ってもよい。さらに、素子の材料および組成は、上述の
実施例に限定されるものではなく、他の半導体材料や誘
電体材料などであってもよい。また、位相シフト構造も
外部から位相シフト量を制御できるような構成にすれ
ば、さらに波長可変範囲を広げることができる。また、
上述の実施例では、位相シフト構造として、位相シフト
回折格子を用いたが、位相シフト回折格子に限定する必
要はなく、均一な回折格子を有し、かつ導波路の幅ある
いは厚みを変えた、いわゆる等価的な位相シフト構造で
あってもよい。また、無反射構造もウィンドウ構造や多
層膜コートであってもよい。
従来の光フィルタ素子では数チャンネルが限度であった
が、本発明の光フィルタ素子によって、100チャンネル
以上の波長多重化された光信号からの任意の波長選択が
可能となった。
が、本発明の光フィルタ素子によって、100チャンネル
以上の波長多重化された光信号からの任意の波長選択が
可能となった。
第１図は、本発明の一実施例の光フィルタ素子の構造を
示す斜視図、 第２図は、第１図の実施例の光フィルタ素子の透過特性
を示す図である、 第３図は、位相シフト量を変えたときの光フィルタ素子
の透過特性を示す図、 第４図は、分布帰還領域が１つのみのときの入力スペク
トルと出力スペクトルとの関係を示す図、 第５図は分布帰還領域が２つあるときの入力スペクトル
と出力スペクトルとの関係を示す図である。 101,102……増幅領域 110……基板 120……光ガイド層 130……バッファ層 140……活性層 150,160……クラッド層 170……SiN膜 201,202……分布帰還領域
示す斜視図、 第２図は、第１図の実施例の光フィルタ素子の透過特性
を示す図である、 第３図は、位相シフト量を変えたときの光フィルタ素子
の透過特性を示す図、 第４図は、分布帰還領域が１つのみのときの入力スペク
トルと出力スペクトルとの関係を示す図、 第５図は分布帰還領域が２つあるときの入力スペクトル
と出力スペクトルとの関係を示す図である。 101,102……増幅領域 110……基板 120……光ガイド層 130……バッファ層 140……活性層 150,160……クラッド層 170……SiN膜 201,202……分布帰還領域
Claims (1)
- 【請求項１】位相シフト構造を有する複数の分布帰還領
域と複数の活性領域とが直列に配置され、かつ光学的に
結合されて成る素子の両端面が無反射構造となっている
ことを特徴とする光フィルタ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5516987A JPH0671119B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 光フイルタ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5516987A JPH0671119B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 光フイルタ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63223605A JPS63223605A (ja) | 1988-09-19 |
| JPH0671119B2 true JPH0671119B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=12991227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5516987A Expired - Lifetime JPH0671119B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | 光フイルタ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0671119B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100429531B1 (ko) * | 2001-10-12 | 2004-05-03 | 삼성전자주식회사 | 분포귀환형 반도체 레이저 |
-
1987
- 1987-03-12 JP JP5516987A patent/JPH0671119B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63223605A (ja) | 1988-09-19 |
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