JPH07270729A - 雑音フィルターおよびその製造方法 - Google Patents
雑音フィルターおよびその製造方法Info
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- JPH07270729A JPH07270729A JP6168094A JP6168094A JPH07270729A JP H07270729 A JPH07270729 A JP H07270729A JP 6168094 A JP6168094 A JP 6168094A JP 6168094 A JP6168094 A JP 6168094A JP H07270729 A JPH07270729 A JP H07270729A
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- quantum well
- well layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光信号の雑音を低減する雑音フィルターにお
いて、キャリア寿命を短くするとともに、可飽和吸収特
性の感度を上げる。 【構成】 多重量子井戸層として、従来の成長温度であ
る500℃より低温の150℃〜400℃で、ドーパン
トとしてp型元素、特にBeを添加して、成長させた多
重量子井戸層を用い、さらに、素子を反射型とする。
いて、キャリア寿命を短くするとともに、可飽和吸収特
性の感度を上げる。 【構成】 多重量子井戸層として、従来の成長温度であ
る500℃より低温の150℃〜400℃で、ドーパン
トとしてp型元素、特にBeを添加して、成長させた多
重量子井戸層を用い、さらに、素子を反射型とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、将来の高速かつ大容量
光通信システムにおいて、光増幅器から発生する自然放
出光(ASE;Amplified Spontane
ous Emission)雑音を受動的に除去する雑
音フィルターおよびその製造方法に関するものである。
光通信システムにおいて、光増幅器から発生する自然放
出光(ASE;Amplified Spontane
ous Emission)雑音を受動的に除去する雑
音フィルターおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光通信において、光信号を電気信号に変
換することなく、光の状態のまま増幅するために、エル
ビウムドープファイバ増幅器(EDFA;Erbium
Doped Fiber Amplifier)が用
いられる。図1(a)に示すように、このエルビウムド
ープファイバ増幅器1では、図1(b)に示すような入
力光パルスが入力されると、図1(c)に示すような出
力パルスが得られるが、このとき、自然放出光(AS
E)雑音2が信号光パルス列3に重畳される。そのた
め、信号のSN比(Signal−to−Noise
Ratio)が劣化する問題が生じる。この問題を解決
する方法として、多重量子井戸(MQW;Multip
le Quantum well)層が有する過飽和吸
収特性を利用することが容易に考えられる。1.55μ
m帯の可飽和吸収体(雑音フィルター)の一例を、図2
に示す。この図に示すような従来の雑音フィルターにお
ける多重量子井戸層4は、InP基板5上に500℃で
InGaAs/InAlAsをノンドープで成長させた
ものである。この過飽和吸収体の表面でのフレネル反射
を抑えるため、両面には低反射膜(ARコート;Ant
i−Reflectioncoating)6が施され
ている。入力光信号Iは、光強度を上げるため、集光レ
ンズ7により多重量子井戸層4中に絞り込まれる。この
とき、多重量子井戸層4は光信号Iの一部を吸収し、内
部にキャリアを蓄積する。励起されたキャリアは、クー
ロン遮蔽効果や位相空間充満効果により励起子吸収に関
与する状態密度を減少させる。その結果、図3に示すよ
うに、光が弱いときは、大きな吸収を受け、光が強くな
ると、吸収が小さくなる。この光強度と透過率の関係を
図4に示す。すなわち、光強度の高い光パルスは大きく
透過し、光強度の弱い雑音は吸収され、余り透過しなく
なる。その結果、雑音である自然放出光は低減される。
換することなく、光の状態のまま増幅するために、エル
ビウムドープファイバ増幅器(EDFA;Erbium
Doped Fiber Amplifier)が用
いられる。図1(a)に示すように、このエルビウムド
ープファイバ増幅器1では、図1(b)に示すような入
力光パルスが入力されると、図1(c)に示すような出
力パルスが得られるが、このとき、自然放出光(AS
E)雑音2が信号光パルス列3に重畳される。そのた
め、信号のSN比(Signal−to−Noise
Ratio)が劣化する問題が生じる。この問題を解決
する方法として、多重量子井戸(MQW;Multip
le Quantum well)層が有する過飽和吸
収特性を利用することが容易に考えられる。1.55μ
m帯の可飽和吸収体(雑音フィルター)の一例を、図2
に示す。この図に示すような従来の雑音フィルターにお
ける多重量子井戸層4は、InP基板5上に500℃で
InGaAs/InAlAsをノンドープで成長させた
ものである。この過飽和吸収体の表面でのフレネル反射
を抑えるため、両面には低反射膜(ARコート;Ant
i−Reflectioncoating)6が施され
ている。入力光信号Iは、光強度を上げるため、集光レ
ンズ7により多重量子井戸層4中に絞り込まれる。この
とき、多重量子井戸層4は光信号Iの一部を吸収し、内
部にキャリアを蓄積する。励起されたキャリアは、クー
ロン遮蔽効果や位相空間充満効果により励起子吸収に関
与する状態密度を減少させる。その結果、図3に示すよ
うに、光が弱いときは、大きな吸収を受け、光が強くな
ると、吸収が小さくなる。この光強度と透過率の関係を
図4に示す。すなわち、光強度の高い光パルスは大きく
透過し、光強度の弱い雑音は吸収され、余り透過しなく
なる。その結果、雑音である自然放出光は低減される。
【0003】しかし、この雑音フィルターには、大きな
問題点が存在する。それは、励起されたキャリア寿命が
数ナノ秒と極めて長いことである。この励起されたキャ
リア寿命が長いことによる従来の雑音フィルターの問題
点を、図5ないし図10を参照して説明する。
問題点が存在する。それは、励起されたキャリア寿命が
数ナノ秒と極めて長いことである。この励起されたキャ
リア寿命が長いことによる従来の雑音フィルターの問題
点を、図5ないし図10を参照して説明する。
【0004】図5に示すように、増幅器1から出力光信
号(A)が集光レンズ7を介して雑音フィルター(B)
に入射され、雑音フィルター(B)からの出力光信号
(C)が光ファイバ8を通過する構成で、通過した後の
光信号を(D)で示される場合を考える。
号(A)が集光レンズ7を介して雑音フィルター(B)
に入射され、雑音フィルター(B)からの出力光信号
(C)が光ファイバ8を通過する構成で、通過した後の
光信号を(D)で示される場合を考える。
【0005】図6に示すように、出力光信号(A)のパ
ルス間隔が10ナノ秒と長い場合は、次のパルスが来た
とき、寿命が数ナノ秒のキャリアの密度は初期状態に回
復している。そのため、透過率は、図7に示すように、
大きく変化する。その結果、雑音フィルター(B)を通
過後の光信号(C)は、図8に示すように、時間的分布
があるものの、雑音は低減される。ここで、この光信号
(C)の光パルスが、光ソリトンパルス(ファイバの非
線形効果と分散が釣り合い、光パルスの形が伝搬に伴い
変化しないパルス)である場合、光ファイバ8中の伝搬
に伴い、図9に示すように、光信号(D)中の雑音光2
aは光分散により時間軸上に広がりほぼ一様となる。こ
のとき、すなわち、光信号(A)から光信号(D)への
雑音除去比が光増幅器(EDFA)1での雑音増加率を
上回れば、SN比の劣化が起きないことになる。
ルス間隔が10ナノ秒と長い場合は、次のパルスが来た
とき、寿命が数ナノ秒のキャリアの密度は初期状態に回
復している。そのため、透過率は、図7に示すように、
大きく変化する。その結果、雑音フィルター(B)を通
過後の光信号(C)は、図8に示すように、時間的分布
があるものの、雑音は低減される。ここで、この光信号
(C)の光パルスが、光ソリトンパルス(ファイバの非
線形効果と分散が釣り合い、光パルスの形が伝搬に伴い
変化しないパルス)である場合、光ファイバ8中の伝搬
に伴い、図9に示すように、光信号(D)中の雑音光2
aは光分散により時間軸上に広がりほぼ一様となる。こ
のとき、すなわち、光信号(A)から光信号(D)への
雑音除去比が光増幅器(EDFA)1での雑音増加率を
上回れば、SN比の劣化が起きないことになる。
【0006】ところが、図10(a)に示すように、パ
ルス間隔が100ピコ秒程度の高ビットレートの信号列
になると、多重量子井戸層中のキャリアは寿命が数ナノ
秒であるので、次のパルスが来るまでに枯死することが
できずに残存する。そのため、図10(b)に示すよう
に、大きな透過率変化が得られなくなり、雑音の除去が
不可能になる。
ルス間隔が100ピコ秒程度の高ビットレートの信号列
になると、多重量子井戸層中のキャリアは寿命が数ナノ
秒であるので、次のパルスが来るまでに枯死することが
できずに残存する。そのため、図10(b)に示すよう
に、大きな透過率変化が得られなくなり、雑音の除去が
不可能になる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記従来の雑音フィル
ターにおいて解決すべき課題は、大きく分けて二つあ
る。一つは、上記したように、キャリア寿命の問題であ
り、課題は、高速な動作、すなわち、キャリア寿命を短
くすることである。さらに、上記従来の多重量子井戸層
を単一透過させるタイプでは、かなり強い光でないと、
可飽和吸収特性が得られないため、光増幅器にかなり大
きな利得が要求される。そこで、もう一つの課題は、可
飽和吸収特性の感度を上げることである。
ターにおいて解決すべき課題は、大きく分けて二つあ
る。一つは、上記したように、キャリア寿命の問題であ
り、課題は、高速な動作、すなわち、キャリア寿命を短
くすることである。さらに、上記従来の多重量子井戸層
を単一透過させるタイプでは、かなり強い光でないと、
可飽和吸収特性が得られないため、光増幅器にかなり大
きな利得が要求される。そこで、もう一つの課題は、可
飽和吸収特性の感度を上げることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明において、前記第
1の課題であるキャリア寿命の低減を実現するために、
多重量子井戸層として、従来の成長温度である500℃
より低温の150℃〜400℃で、ドーパントとしてp
型元素、特にBeを添加して、成長させた多重量子井戸
層を用いる。さらに、第2の課題である可飽和吸収特性
の増大は、素子を反射型とすることにより実現する。
1の課題であるキャリア寿命の低減を実現するために、
多重量子井戸層として、従来の成長温度である500℃
より低温の150℃〜400℃で、ドーパントとしてp
型元素、特にBeを添加して、成長させた多重量子井戸
層を用いる。さらに、第2の課題である可飽和吸収特性
の増大は、素子を反射型とすることにより実現する。
【0009】すなわち、本発明の雑音フィルターは、半
導体基板上に光の過飽和吸収特性を有する多重量子井戸
層が形成されてなり、この多重量子井戸層のキャリア寿
命が100ピコ秒以下に設定されていることを特徴とす
る。
導体基板上に光の過飽和吸収特性を有する多重量子井戸
層が形成されてなり、この多重量子井戸層のキャリア寿
命が100ピコ秒以下に設定されていることを特徴とす
る。
【0010】前記構成において、多重量子井戸層は、1
50℃から400℃の低温成長層であり、かつドーパン
トとしてp型元素またはBeが1017cm-3以上添加さ
れているものである。
50℃から400℃の低温成長層であり、かつドーパン
トとしてp型元素またはBeが1017cm-3以上添加さ
れているものである。
【0011】また、前記構成において、多重量子井戸層
の表面に高反射膜が形成されるとともに基板側には低反
射膜が形成され、基板側から入射し、かつ出射する反射
型に設定されていることが望ましい。
の表面に高反射膜が形成されるとともに基板側には低反
射膜が形成され、基板側から入射し、かつ出射する反射
型に設定されていることが望ましい。
【0012】さらに、前記構成において、多重量子井戸
層への光回路に光サーキュレーターが設けられていても
よい。
層への光回路に光サーキュレーターが設けられていても
よい。
【0013】一方、本発明の雑音フィルターの製造方法
は、半導体基板上に光の過飽和吸収特性を持つ多重量子
井戸層を150℃から400℃で成長させ、かつドーパ
ントとしてp型元素またはBeを1017cm-3以上添加
することを特徴とする。
は、半導体基板上に光の過飽和吸収特性を持つ多重量子
井戸層を150℃から400℃で成長させ、かつドーパ
ントとしてp型元素またはBeを1017cm-3以上添加
することを特徴とする。
【0014】前記方法において、多重量子井戸層の表面
には高反射膜を形成するとともに、前記基板側には低反
射膜を形成し、光を基板側から入射させ、前記高反射膜
からの反射光を前記基板側から出射させる配置としても
よい。
には高反射膜を形成するとともに、前記基板側には低反
射膜を形成し、光を基板側から入射させ、前記高反射膜
からの反射光を前記基板側から出射させる配置としても
よい。
【0015】また、前記方法において、半導体量子井戸
層への光回路に光サーキュレーターを用いることにより
垂直入射の反射型としてもよい。
層への光回路に光サーキュレーターを用いることにより
垂直入射の反射型としてもよい。
【0016】
【作用】従来の500℃で成長させたノンドープ多重量
子井戸層と、それより低温である200℃で成長させた
InGaAs/InAlAs多重量子井戸層にBeをド
ープしたものとについてキャリア寿命を測定した結果を
図12に示す。従来、ガスソース分子線エピタキシー装
置では、500℃で量子井戸層の成長を行う。このと
き、励起されたキャリアでは発光再結合過程が支配的と
なるため、得られた多重量子井戸層は、図12中に実線
のカーブで示すように、キャリア寿命が103 ピコ秒
(数ナノ秒)程度であり、レーザ等の発光デバイスへの
応用には極めて有用である。しかし、その反面、発光再
結合過程に伴うキャリア寿命は極めて長く、数〜数十ナ
ノ秒であるため、前記したパルス間隔が100ピコ秒程
度の高ビットレート信号列の雑音フィルターとして用い
ることは困難である。
子井戸層と、それより低温である200℃で成長させた
InGaAs/InAlAs多重量子井戸層にBeをド
ープしたものとについてキャリア寿命を測定した結果を
図12に示す。従来、ガスソース分子線エピタキシー装
置では、500℃で量子井戸層の成長を行う。このと
き、励起されたキャリアでは発光再結合過程が支配的と
なるため、得られた多重量子井戸層は、図12中に実線
のカーブで示すように、キャリア寿命が103 ピコ秒
(数ナノ秒)程度であり、レーザ等の発光デバイスへの
応用には極めて有用である。しかし、その反面、発光再
結合過程に伴うキャリア寿命は極めて長く、数〜数十ナ
ノ秒であるため、前記したパルス間隔が100ピコ秒程
度の高ビットレート信号列の雑音フィルターとして用い
ることは困難である。
【0017】これに対し、本発明でのように、温度を下
げて、150℃〜400℃で成長を行うと、深い準位に
再結合中心が形成されると考えられ、そのためキャリア
の寿命は100ピコ秒程度まで高速化される。この量子
井戸層の成長を150℃未満で行うと、励起子による吸
収の波長変化が生じないと思われる。そのため、成長温
度として利用し難い。また、成長温度が400℃を越え
ると、キャリア寿命が長くなり始めるため、400℃を
越える成長温度も利用できない。また、成長中にp型元
素またはBeを導入すると、キャリア寿命は1ピコ秒程
度まで低減することが可能になる。この高速なキャリア
寿命を実現するためのドープ元素としては、Be以外に
p型元素が適当であり、その添加量を1017cm-3以上
とすれば、キャリア寿命を100ピコ秒以下とすること
ができる。
げて、150℃〜400℃で成長を行うと、深い準位に
再結合中心が形成されると考えられ、そのためキャリア
の寿命は100ピコ秒程度まで高速化される。この量子
井戸層の成長を150℃未満で行うと、励起子による吸
収の波長変化が生じないと思われる。そのため、成長温
度として利用し難い。また、成長温度が400℃を越え
ると、キャリア寿命が長くなり始めるため、400℃を
越える成長温度も利用できない。また、成長中にp型元
素またはBeを導入すると、キャリア寿命は1ピコ秒程
度まで低減することが可能になる。この高速なキャリア
寿命を実現するためのドープ元素としては、Be以外に
p型元素が適当であり、その添加量を1017cm-3以上
とすれば、キャリア寿命を100ピコ秒以下とすること
ができる。
【0018】したがって、この多重量子井戸層を過飽和
吸収体として採用した本発明の雑音フィルターは、光増
幅器から発生する自然放出光を受動的に除去することが
でき、将来の高速、大容量光通信システムに好適に用い
ることができる。
吸収体として採用した本発明の雑音フィルターは、光増
幅器から発生する自然放出光を受動的に除去することが
でき、将来の高速、大容量光通信システムに好適に用い
ることができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明する。
明する。
【0020】(実施例1)本発明の雑音フィルターに好
適に用いることのできる多重量子井戸層を分子線エピタ
キシー法により成長させた。用いた装置は、周知のガス
ソース分子線エピタキシー装置であり、下記の成長条件
にて行った。また、ドープ材料はBeを用いた。
適に用いることのできる多重量子井戸層を分子線エピタ
キシー法により成長させた。用いた装置は、周知のガス
ソース分子線エピタキシー装置であり、下記の成長条件
にて行った。また、ドープ材料はBeを用いた。
【0021】 (i) III 族ソース : In、Ga、Al(メ
タル) (ii) V族ソース : AsH3 ガス(流量2
ccm) (iii ) 成長中の真空度 : 1.3×10-5Tor
r (iv) 基板回転速度 : 20rpm (v) 成長速度 : 2.6μm/h (vi) 成長温度 : 150,200,30
0,400,600(℃) 上記の各温度により成長させた多重量子井戸層のキャリ
ア寿命を測定したところ、図11の結果が得られた。図
から明らかなように、成長温度が400℃を越えると、
キャリア寿命が長くなり始めるので、成長温度は400
℃以下が好ましい。また、150℃近傍ではキャリア寿
命の値に問題はないが、150℃未満になると、励起子
による吸収の波長変化が生じなくなる可能性が大きいの
で、150℃未満での成長は避けるべきである。
タル) (ii) V族ソース : AsH3 ガス(流量2
ccm) (iii ) 成長中の真空度 : 1.3×10-5Tor
r (iv) 基板回転速度 : 20rpm (v) 成長速度 : 2.6μm/h (vi) 成長温度 : 150,200,30
0,400,600(℃) 上記の各温度により成長させた多重量子井戸層のキャリ
ア寿命を測定したところ、図11の結果が得られた。図
から明らかなように、成長温度が400℃を越えると、
キャリア寿命が長くなり始めるので、成長温度は400
℃以下が好ましい。また、150℃近傍ではキャリア寿
命の値に問題はないが、150℃未満になると、励起子
による吸収の波長変化が生じなくなる可能性が大きいの
で、150℃未満での成長は避けるべきである。
【0022】次に、Beドープ量の変化が、キャリア寿
命に及ぼす影響について調べるために、成長温度を20
0℃のみとした以外は前記と同様の条件で、Beドープ
量を0cm-3から約8cm-3まで4通りに変化させて量
子井戸層を成長させ、それぞれのキャリア寿命を測定し
た。その結果を図12に示す。なお、比較のために、成
長温度500℃において成長させた量子井戸層のドープ
量変化に対するキャリア寿命の変化も図12に合わせて
示した。図から明らかなように、200℃での成長で
は、Beを1017cm-3以上の量をドープすることによ
って、キャリア寿命が急激に短くなることがわかる。
命に及ぼす影響について調べるために、成長温度を20
0℃のみとした以外は前記と同様の条件で、Beドープ
量を0cm-3から約8cm-3まで4通りに変化させて量
子井戸層を成長させ、それぞれのキャリア寿命を測定し
た。その結果を図12に示す。なお、比較のために、成
長温度500℃において成長させた量子井戸層のドープ
量変化に対するキャリア寿命の変化も図12に合わせて
示した。図から明らかなように、200℃での成長で
は、Beを1017cm-3以上の量をドープすることによ
って、キャリア寿命が急激に短くなることがわかる。
【0023】一方、素子の厚みが光の伝搬長と同じとす
るなら、図13に示すような入射面および出射面ともに
低反射膜(ARコート)を形成した透過配置型の素子に
比べ、図14に示すような入射面はARコートするとと
もに出射面は高反射膜(HRコート;High Ref
lection coating)を形成した反射配置
型の素子の方が、図15に示すように、透過率が大き
く、換言すれば、大きな可飽和吸収特性が得られる。図
15に示すように、光強度が弱く吸収飽和が起きないと
きは、伝搬距離が等しいため、透過率および反射率は等
しくなる。しかし、吸収飽和が起き始める領域では、両
者は大きく異なる。図13に示した厚み2dの透過型の
素子の場合、距離dを伝搬し、光強度が減少した後、さ
らに初期状態の吸収を受けながら距離dを伝搬する必要
があるため、そこでは吸収飽和を引き起こしにくく、そ
の結果、大きく吸収を受けて、透過率は余り大きくなら
ない。それに対し、反射型の配置では、吸収飽和を引き
起こした領域を折り返し戻るため、吸収が低減される上
に、さらに吸収飽和を増大させる。そのため、図14に
示すように、図13の透過型に比べ、厚みが半分(d)
でも非常に大きな可飽和吸収特性が得られる。
るなら、図13に示すような入射面および出射面ともに
低反射膜(ARコート)を形成した透過配置型の素子に
比べ、図14に示すような入射面はARコートするとと
もに出射面は高反射膜(HRコート;High Ref
lection coating)を形成した反射配置
型の素子の方が、図15に示すように、透過率が大き
く、換言すれば、大きな可飽和吸収特性が得られる。図
15に示すように、光強度が弱く吸収飽和が起きないと
きは、伝搬距離が等しいため、透過率および反射率は等
しくなる。しかし、吸収飽和が起き始める領域では、両
者は大きく異なる。図13に示した厚み2dの透過型の
素子の場合、距離dを伝搬し、光強度が減少した後、さ
らに初期状態の吸収を受けながら距離dを伝搬する必要
があるため、そこでは吸収飽和を引き起こしにくく、そ
の結果、大きく吸収を受けて、透過率は余り大きくなら
ない。それに対し、反射型の配置では、吸収飽和を引き
起こした領域を折り返し戻るため、吸収が低減される上
に、さらに吸収飽和を増大させる。そのため、図14に
示すように、図13の透過型に比べ、厚みが半分(d)
でも非常に大きな可飽和吸収特性が得られる。
【0024】前記のような多重量子井戸層を有する反射
型配置の雑音フィルターとして、図16に示す構成が最
も容易に考えられる。ファイバ10を伝搬してきた光を
コリメータ11で平行光として空間に取り出し、コーナ
ーミラー、集光レンズ13により、InP基板14上の
反射型の低温成長BeドープInGaAs/InAlA
s 多重量子井戸層15中に絞り込む。そして、反射光
を同行程により、再びファイル中に入れる。このとき、
光強度を強くするために、開口数NA(numeric
al aperture)の高いレンズを用いる必要が
ある。そのため、多重量子井戸層14への入射角が大き
くなり、図16の要部sを拡大した図17に示すよう
に、入射光と反射光の重なり部分が少なくなるため、幾
分、反射型のメリットが損なわれる。
型配置の雑音フィルターとして、図16に示す構成が最
も容易に考えられる。ファイバ10を伝搬してきた光を
コリメータ11で平行光として空間に取り出し、コーナ
ーミラー、集光レンズ13により、InP基板14上の
反射型の低温成長BeドープInGaAs/InAlA
s 多重量子井戸層15中に絞り込む。そして、反射光
を同行程により、再びファイル中に入れる。このとき、
光強度を強くするために、開口数NA(numeric
al aperture)の高いレンズを用いる必要が
ある。そのため、多重量子井戸層14への入射角が大き
くなり、図16の要部sを拡大した図17に示すよう
に、入射光と反射光の重なり部分が少なくなるため、幾
分、反射型のメリットが損なわれる。
【0025】(実施例2)前記実施例1における反射型
のメリットが幾分損なわれるという問題点を解決するた
めの構成を図18に示す。ここでは、光サーキュレータ
16を用いている。この光サーキュレータ16のポート
16aからの光をビームエキスパンダー17でビーム径
を拡大し、集光レンズ13で垂直入射で多重量子井戸層
15に絞り込む。光サーキュレータ16のポート16b
からの反射光は光サーキュレータ16のポート16cか
ら出力され、コリメータ11bを介して再びファイバ1
0bへ入射される。この方法は完全に垂直入射が可能で
あるため、反射型の利点が最大限に活かされる。
のメリットが幾分損なわれるという問題点を解決するた
めの構成を図18に示す。ここでは、光サーキュレータ
16を用いている。この光サーキュレータ16のポート
16aからの光をビームエキスパンダー17でビーム径
を拡大し、集光レンズ13で垂直入射で多重量子井戸層
15に絞り込む。光サーキュレータ16のポート16b
からの反射光は光サーキュレータ16のポート16cか
ら出力され、コリメータ11bを介して再びファイバ1
0bへ入射される。この方法は完全に垂直入射が可能で
あるため、反射型の利点が最大限に活かされる。
【0026】なお、上記実施例では、多重量子井戸層の
結晶材料として、InGaAs/InAlAs系につい
て説明したが、InGaAs/In(Ga)AlAs
系、AlGaAs/GaAs系、InGaAs/GaA
s歪超格子系、InGaAs/InGaAsP歪超格子
系においても同様の効果が実現できることは言うまでも
ない。
結晶材料として、InGaAs/InAlAs系につい
て説明したが、InGaAs/In(Ga)AlAs
系、AlGaAs/GaAs系、InGaAs/GaA
s歪超格子系、InGaAs/InGaAsP歪超格子
系においても同様の効果が実現できることは言うまでも
ない。
【0027】また、上記実施例では、ガスソース分子線
エピタキシー法により製造を行ったが、本発明は、通常
の分子線エピタキシー法にも適用できるのはもちろんで
ある。
エピタキシー法により製造を行ったが、本発明は、通常
の分子線エピタキシー法にも適用できるのはもちろんで
ある。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる雑
音フィルターは、高速な可飽和吸収体として、Beをド
ープした低温成長多重量子井戸層を用いたことを特徴と
しており、この構成により、高ビットレートの光パルス
列の受動的雑音フィルターとしての動作を可能とするも
のである。さらに、本発明の雑音フィルターでは、垂直
入射での光サーキュレータを用いた反射型配置を採用す
ることにより、従来より透過損失が小さく、可飽和吸収
特性を大きくでき、さらに雑音フィルター特性を向上で
きる。
音フィルターは、高速な可飽和吸収体として、Beをド
ープした低温成長多重量子井戸層を用いたことを特徴と
しており、この構成により、高ビットレートの光パルス
列の受動的雑音フィルターとしての動作を可能とするも
のである。さらに、本発明の雑音フィルターでは、垂直
入射での光サーキュレータを用いた反射型配置を採用す
ることにより、従来より透過損失が小さく、可飽和吸収
特性を大きくでき、さらに雑音フィルター特性を向上で
きる。
【図1】エビウムドープファイバー増幅器(EDFA)
により自然放出光(ASE)雑音が増加する説明図であ
り、(a)はエビウムドープファイバ増幅器の概略構成
図、(b)は同増幅器への入力光パルスを示すグラフ、
(c)は同増幅器からの出力光パルスを示すグラフであ
る。
により自然放出光(ASE)雑音が増加する説明図であ
り、(a)はエビウムドープファイバ増幅器の概略構成
図、(b)は同増幅器への入力光パルスを示すグラフ、
(c)は同増幅器からの出力光パルスを示すグラフであ
る。
【図2】半導体可飽和吸収体を用いた従来の雑音フィル
ターの概略構成図である。
ターの概略構成図である。
【図3】従来の雑音フィルターにおける励起光強度によ
る吸収スペクトルの変化を示すグラフである。
る吸収スペクトルの変化を示すグラフである。
【図4】従来の雑音フィルターにおける光強度と透過率
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図5】従来の雑音フィルターの原理を説明するための
光学系の構成図である。
光学系の構成図である。
【図6】前記光学系における光増幅器からの出力光信号
のパルスを示すグラフである。
のパルスを示すグラフである。
【図7】前記光学系における雑音フィルターの過飽和吸
収体での透過率の変化を示すグラフである。
収体での透過率の変化を示すグラフである。
【図8】前記光学系における雑音フィルターからの出力
光信号のパルスを示すグラフである。
光信号のパルスを示すグラフである。
【図9】前記光学系における雑音フィルターからの出力
光信号が光ファイバ中を通過した状態でのパルスを示す
グラフである。
光信号が光ファイバ中を通過した状態でのパルスを示す
グラフである。
【図10】従来の雑音フィルターにおいてその過飽和吸
収体のキャリア寿命が長いことにより生じる問題点の説
明するもので、(a)はパルス間隔が短い入力光信号の
パルス列を示すグラフ、(b)はこの入力光信号を受け
た場合の従来の雑音フィルタにおける透過率の変化を示
すグラフである。
収体のキャリア寿命が長いことにより生じる問題点の説
明するもので、(a)はパルス間隔が短い入力光信号の
パルス列を示すグラフ、(b)はこの入力光信号を受け
た場合の従来の雑音フィルタにおける透過率の変化を示
すグラフである。
【図11】本発明に用いる多重量子井戸層の成長温度と
その励起キャリアとの関係を示すグラフである。
その励起キャリアとの関係を示すグラフである。
【図12】従来の雑音フィルターを構成していた多重量
子井戸層を比較例として、本発明に用いる低温成長させ
BeをドープしたInGaAs/InAlAs 多重量
子井戸層におけるBeドープ量とキャリア寿命との関係
を示したグラフである。
子井戸層を比較例として、本発明に用いる低温成長させ
BeをドープしたInGaAs/InAlAs 多重量
子井戸層におけるBeドープ量とキャリア寿命との関係
を示したグラフである。
【図13】本発明の雑音フィルターに採用した反射配置
型素子の利点を説明するための比較例である透過配置型
素子の概略構成図である。
型素子の利点を説明するための比較例である透過配置型
素子の概略構成図である。
【図14】本発明の雑音フィルターに採用した反射配置
型素子の利点を説明するため示した同反射配置型素子の
概略構成図である。
型素子の利点を説明するため示した同反射配置型素子の
概略構成図である。
【図15】本発明の雑音フィルターに採用した反射配置
型素子の利点を説明するために比較例として透過配置型
素子とともに、反射配置型素子の透過率の変化を示した
グラフである。
型素子の利点を説明するために比較例として透過配置型
素子とともに、反射配置型素子の透過率の変化を示した
グラフである。
【図16】本発明の雑音フィルターの第1の実施例の概
略構成図である。
略構成図である。
【図17】図16の要部sの拡大図である。
【図18】本発明の雑音フィルターの第2の実施例の概
略構成図である。
略構成図である。
1 エビウムドープファイバ増幅器(EDFA) 2 自然放出光(ASE)雑音 2a 雑音光 3 信号光パルス列 4 500℃成長ノンドープInGaAs/InAlA
s多重量子井戸層 5,14 InP基板 6 低反射膜(ARコート) 7,13 集光レンズ 8,10a,10b 光ファイバ 11a,11b コリメータ 12 コーナーミラー 15 低温成長BeドープInGaAs/InAlAs
多重量子井戸層 16 光サーキュレータ 16a,16b,16c ポート 17 ビームエキスパンダー
s多重量子井戸層 5,14 InP基板 6 低反射膜(ARコート) 7,13 集光レンズ 8,10a,10b 光ファイバ 11a,11b コリメータ 12 コーナーミラー 15 低温成長BeドープInGaAs/InAlAs
多重量子井戸層 16 光サーキュレータ 16a,16b,16c ポート 17 ビームエキスパンダー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年3月2日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項5
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】光通信において、光信号を電気信号に変
換することなく、光の状態のまま増幅するために、エル
ビウムドープファイバ増幅器(EDFA;Erbium
Doped Fiber Amplifier)が用
いられる。図1(a)に示すように、このエルビウムド
ープファイバ増幅器1では、図1(b)に示すような入
力光パルスが入力されると、図1(c)に示すような出
力パルスが得られるが、このとき、自然放出光(AS
E)雑音2が信号光パルス列3に重畳される。そのた
め、信号のSN比(Signal−to−Noise
Ratio)が劣化する問題が生じる。この問題を解決
する方法として、多重量子井戸(MQW;Multip
le Quantum well)層が有する可飽和吸
収特性を利用することが容易に考えられる。1.55μ
m帯の可飽和吸収体(雑音フィルター)の一例を、図2
に示す。この図に示すような従来の雑音フィルターにお
ける多重量子井戸層4は、InP基板5上に500℃で
InGaAs/InAlAsをノンドープで成長させた
ものである。この可飽和吸収体の表面でのフレネル反射
を抑えるため、両面には低反射膜(ARコート;Ant
i−Reflectioncoating)6が施され
ている。入力光信号Iは、光強度を上げるため、集光レ
ンズ7により多重量子井戸層4中に絞り込まれる。この
とき、多重量子井戸層4は光信号Iの一部を吸収し、内
部にキャリアを蓄積する。励起されたキャリアは、クー
ロン遮蔽効果や位相空間充満効果により励起子吸収に関
与する状態密度を減少させる。その結果、図3に示すよ
うに、光が弱いときは、大きな吸収を受け、光が強くな
ると、吸収が小さくなる。この光強度と透過率の関係を
図4に示す。すなわち、光強度の高い光パルスは大きく
透過し、光強度の弱い雑音は吸収され、余り透過しなく
なる。その結果、雑音である自然放出光は低減される。
換することなく、光の状態のまま増幅するために、エル
ビウムドープファイバ増幅器(EDFA;Erbium
Doped Fiber Amplifier)が用
いられる。図1(a)に示すように、このエルビウムド
ープファイバ増幅器1では、図1(b)に示すような入
力光パルスが入力されると、図1(c)に示すような出
力パルスが得られるが、このとき、自然放出光(AS
E)雑音2が信号光パルス列3に重畳される。そのた
め、信号のSN比(Signal−to−Noise
Ratio)が劣化する問題が生じる。この問題を解決
する方法として、多重量子井戸(MQW;Multip
le Quantum well)層が有する可飽和吸
収特性を利用することが容易に考えられる。1.55μ
m帯の可飽和吸収体(雑音フィルター)の一例を、図2
に示す。この図に示すような従来の雑音フィルターにお
ける多重量子井戸層4は、InP基板5上に500℃で
InGaAs/InAlAsをノンドープで成長させた
ものである。この可飽和吸収体の表面でのフレネル反射
を抑えるため、両面には低反射膜(ARコート;Ant
i−Reflectioncoating)6が施され
ている。入力光信号Iは、光強度を上げるため、集光レ
ンズ7により多重量子井戸層4中に絞り込まれる。この
とき、多重量子井戸層4は光信号Iの一部を吸収し、内
部にキャリアを蓄積する。励起されたキャリアは、クー
ロン遮蔽効果や位相空間充満効果により励起子吸収に関
与する状態密度を減少させる。その結果、図3に示すよ
うに、光が弱いときは、大きな吸収を受け、光が強くな
ると、吸収が小さくなる。この光強度と透過率の関係を
図4に示す。すなわち、光強度の高い光パルスは大きく
透過し、光強度の弱い雑音は吸収され、余り透過しなく
なる。その結果、雑音である自然放出光は低減される。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】すなわち、本発明の雑音フィルターは、半
導体基板上に光の可飽和吸収特性を有する多重量子井戸
層が形成されてなり、この多重量子井戸層のキャリア寿
命が100ピコ秒以下に設定されていることを特徴とす
る。
導体基板上に光の可飽和吸収特性を有する多重量子井戸
層が形成されてなり、この多重量子井戸層のキャリア寿
命が100ピコ秒以下に設定されていることを特徴とす
る。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】一方、本発明の雑音フィルターの製造方法
は、半導体基板上に光の可飽和吸収特性を持つ多重量子
井戸層を150℃から400℃で成長させ、かつドーパ
ントとしてp型元素またはBeを1017cm-3以上添加
することを特徴とする。
は、半導体基板上に光の可飽和吸収特性を持つ多重量子
井戸層を150℃から400℃で成長させ、かつドーパ
ントとしてp型元素またはBeを1017cm-3以上添加
することを特徴とする。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】したがって、この多重量子井戸層を可飽和
吸収体として採用した本発明の雑音フィルターは、光増
幅器から発生する自然放出光を受動的に除去することが
でき、将来の高速、大容量光通信システムに好適に用い
ることができる。
吸収体として採用した本発明の雑音フィルターは、光増
幅器から発生する自然放出光を受動的に除去することが
でき、将来の高速、大容量光通信システムに好適に用い
ることができる。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】前記光学系における雑音フィルターの可飽和吸
収体での透過率の変化を示すグラフである。
収体での透過率の変化を示すグラフである。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図10
【補正方法】変更
【補正内容】
【図10】従来の雑音フィルターにおいてその可飽和吸
収体のキャリア寿命が長いことにより生じる問題点の説
明するもので、(a)はパルス間隔が短い入力光信号の
パルス列を示すグラフ、(b)はこの入力光信号を受け
た場合の従来の雑音フィルタにおける透過率の変化を示
すグラフである。
収体のキャリア寿命が長いことにより生じる問題点の説
明するもので、(a)はパルス間隔が短い入力光信号の
パルス列を示すグラフ、(b)はこの入力光信号を受け
た場合の従来の雑音フィルタにおける透過率の変化を示
すグラフである。
Claims (7)
- 【請求項1】 半導体基板上に光の過飽和吸収特性を有
する多重量子井戸層が形成されてなる雑音フィルターに
おいて、前記多重量子井戸層のキャリア寿命が100ピ
コ秒以下に設定されていることを特徴とする雑音フィル
ター。 - 【請求項2】 前記多重量子井戸層が150℃から40
0℃の低温成長層であり、かつドーパントとしてp型元
素またはBeが1017cm-3以上添加されていることを
特徴とする請求項1に記載の雑音フィルター。 - 【請求項3】 前記多重量子井戸層の表面に高反射膜が
形成されるとともに基板側には低反射膜が形成され、基
板側から入射し、かつ出射する反射型に設定されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の雑音フィル
ター。 - 【請求項4】 前記多重量子井戸層への光回路に光サー
キュレーターが設けられていることを特徴とする請求項
1ないし3のいずれかに記載の雑音フィルター。 - 【請求項5】 半導体基板上に光の過飽和吸収特性を持
つ多重量子井戸層を形成して雑音フィルターを得る雑音
フィルターの製造方法において、 前記多重量子井戸層を150℃から400℃で成長さ
せ、かつドーパントとしてp型元素またはBeを1017
cm-3以上添加することを特徴とする雑音フィルターの
製造方法。 - 【請求項6】 前記多重量子井戸層の表面には高反射膜
を形成するとともに、前記基板側には低反射膜を形成
し、光を基板側から入射させ、前記高反射膜からの反射
光を前記基板側から出射させる配置とすることを特徴と
する請求項5に記載の雑音フィルターの製造方法。 - 【請求項7】 前記半導体量子井戸層への光回路に光サ
ーキュレーターを用いることにより垂直入射の反射型に
することを特徴とする請求項5または6に記載の雑音フ
ィルターの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6168094A JPH07270729A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 雑音フィルターおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6168094A JPH07270729A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 雑音フィルターおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07270729A true JPH07270729A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13178226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6168094A Pending JPH07270729A (ja) | 1994-03-30 | 1994-03-30 | 雑音フィルターおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07270729A (ja) |
-
1994
- 1994-03-30 JP JP6168094A patent/JPH07270729A/ja active Pending
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