JPH10170877A - 導波路型光−光スイッチ - Google Patents
導波路型光−光スイッチInfo
- Publication number
- JPH10170877A JPH10170877A JP8331201A JP33120196A JPH10170877A JP H10170877 A JPH10170877 A JP H10170877A JP 8331201 A JP8331201 A JP 8331201A JP 33120196 A JP33120196 A JP 33120196A JP H10170877 A JPH10170877 A JP H10170877A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- quantum level
- conduction band
- quantum
- level
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
し、かつ高い消光比を得る。 【解決手段】 伝導帯に3つ以上の量子準位を有し、フ
ェルミ準位が高くても伝導帯の第3量子準位の底には至
らないように電子が満たされた多重量子井戸からなるコ
アと、伝導帯の第1量子準位から第2量子準位への遷移
エネルギーに等しい光子エネルギーを有する制御光を入
射する手段と、伝導帯の第1量子準位から第2量子準位
への遷移エネルギーと、伝導帯の第2量子準位から第3
量子準位への遷移エネルギーとの間の光子エネルギーを
有し、制御光の入射による利得の変動が零またはほぼ零
となる信号光を入射する手段とを備える。
Description
光のスイッチングを直接制御する導波路型光−光スイッ
チに関する。なお、光−光スイッチは、構造が簡単で高
速動作が可能であるので、光信号処理装置において有用
である。
いる半導体光増幅器では、制御光により伝導帯と価電子
帯の電子数およびホール数(キャリア数)を変え、それ
により信号光の伝搬特性を変え、スイッチング動作を引
き起こす構造になっている。しかし、電子数およびホー
ル数の回復に要する時間は、材料固有の自然放出寿命お
よび非輻射再結合寿命により規定され、数ナノ秒であ
る。そのため、半導体光増幅器を用いた光−光スイッチ
は、高速で繰り返す光信号処理に適用することができな
かった。
変化による屈折率変化とゲイン変化が独立ではない。両
者の比は線幅増大係数αlwで示され、通常は20以下であ
る(N.Storkfelt, et al.,"Measurement of Carrier Li
fetime and Linewidth Enhancement Factor for 1.5-μ
m Ridge-waveguide Laser Amplifier",IEEE PhotonicTe
chnology Letters, vol.3, p.632, (1991))。そのた
め、屈折率変化に伴いゲインが大きく変化し、十分な消
光比をとることができなかった。
を用いた光−光スイッチでは、半導体のバンドのキャリ
ア(電子およびホール)数を制御光により変化させてい
るために、高速で繰り返す光信号を処理することができ
ない。また、屈折率の変化に伴いゲインが大きく変動す
る。
ングを可能にし、かつ高い消光比を得ることができる導
波路型光−光スイッチを提供することを目的とする。
スイッチでは、第1量子準位と第2量子準位のエネルギ
ー差をE12、第2量子準位と第3量子準位のエネルギー
差をE23とした場合に、光子エネルギーE12の光を制御
光として用い、E12とE23の間の光子エネルギーES の
光を信号光として用いる。この制御光は、第1量子準位
の電子を第2量子準位に励起し、信号光に対する屈折率
を変えて信号光の伝搬状況を変化させる。
を模式的に示す図1と、サブバンド間遷移による屈折率
を模式的に示す図2を参照して説明する。図中、ν12,
ν23,νS は、エネルギーE12,E23,ES の光の振動
数を表す。ただし、ここではE12<E23として説明する
が、E12>E23の場合についても同様である。図1(a)
および図2(a) は制御光非照射時であり、図1(b) およ
び図2(b) は制御光照射時である。点線は、第1量子
準位から第2量子準位への輻射遷移による量を示す。破
線は、第2量子準位から第3量子準位への輻射遷移に
よる量を示す。実線は、両者の和である。
位から第2量子準位へ移るので、第1量子準位から第2
量子準位への遷移に対応する吸収係数や屈折率(絶対
値)は減少するが、第2量子準位から第3量子準位への
遷移に対応する吸収係数や屈折率(絶対値)は増大す
る。一方、吸収係数スペクトルは遷移の中心振動数に対
して対称であるが、屈折率スペクトルは中心振動数に対
して反対称である。ここで、ν12,ν23の間の振動数を
有するフォトンは、制御光照射による吸収係数の変化は
小さく、屈折率変化は大きくなる。信号光波長を適切に
選択すると、吸収係数変化をほとんど0にすることがで
きる。したがって、半導体光増幅器より桁違いに大きな
線幅増大係数αlwを実現することができる。これは、制
御光によるバンド間遷移では実現できない。
ブバンドの第1量子準位からサブバンドの第2量子準位
へのキャリア移動に基づく効果であり、数ピコ秒以下の
時間で制御光照射前の状態に戻る。したがって、 100G
bit/s 程度の高速動作が可能である。
イッチの第1の実施形態の断面構造を示す。図におい
て、導波路型光−光スイッチは、半導体基板11、下部
クラッド層12、多重量子井戸層13、上部クラッド層
14、リッジ部15が積層された構成である。本実施形
態では、半導体基板11としてInP 基板を用い、下部
クラッド層12および上部クラッド層14としてInP
を用いた。
した。この多重量子井戸層のコンダクションバンドダイ
ヤグラムを図4に示す。
井戸層のサブバンド間エネルギーとサブバンド間の非輻
射緩和時間を示す。なお、これはフォトルミネッセンス
法を用いて計測したものである。多重量子井戸層には0.
41×1018/cm3 の濃度でSi をドープし、n型とした。
導波路長は30μmとした。導波路の両端面には、反射率
0.1%以下になるような無反射コーティングを施した。
また、ストライプ幅は 1.5μmとした。図に示すよう
に、第2サブバンドから第1サブバンドへの非輻射緩和
時間は 3.3ps、第3サブバンドから第2サブバンドへ
の非輻射緩和時間は 3.4ps、第3サブバンドから第1
サブバンドへの非輻射緩和時間は 3.9psであった。
光スイッチの第2の実施形態の断面構造は、図3に示す
ものとほぼ同じである。ただし、多重量子井戸構造と導
波路長が異なっている。多重量子井戸層13の構造は、 AlAs0.56Sb0.44(5.25nm) / In0.53Ga0.47As(5.5 nm) / AlAs0.56Sb0.44(5.25nm) を基本構造として、それを70周期繰り返したものを使用
した。この多重量子井戸層のコンダクションバンドダイ
ヤグラムを図6に示す。
井戸層のサブバンド間エネルギーとサブバンド間の非輻
射緩和時間を示す。なお、これはフォトルミネッセンス
法を用いて計測したものである。多重量子井戸層には
0.4×1018/cm3 の濃度でSi をドープし、n型とし
た。導波路長は 200μmとした。導波路の両端面には、
反射率 0.1%以下になるような無反射コーティングを施
した。また、ストライプ幅は 1.5μmとした。図に示す
ように、第2サブバンドから第1サブバンドへの非輻射
緩和時間は 3.2ps、第3サブバンドから第2サブバン
ドへの非輻射緩和時間は 3.6ps、第3サブバンドから
第1サブバンドへの非輻射緩和時間は 4.0psであっ
た。
スイッチを用いた光−光スイッチング装置の構成を示
す。ここでは、信号光の波長は 2.945μmとし、制御光
の波長は 3.194μmとした。図において、半導体DFB
レーザ(LD)21から出射された波長1.55μmの連続
光は、アイソレータ22を介して光パラメトリック共振
器23に入射され、波長 2.945μmの信号光に変換され
る。この信号光は、アッテネータ24で光強度が調整さ
れてマッハツェンダ干渉計に入射される。マッハツェン
ダ干渉計の一方のアームにはアッテネータ25と光遅延
素子26が配置され、他方のアームには光カプラ27と
本発明の導波路型光−光スイッチ28が配置される。ア
ッテネータ25は、両方のアームの減衰が同一になるよ
うに設定される。導波路型光−光スイッチ28における
減衰は6dBであった。また、光遅延素子26は、導波路
型光−光スイッチ28に制御光が入射されていない状態
での信号光に対する両アームの位相差が0になるように
設定される。
から出射された波長 1.532μmの超短パルス光は、アイ
ソレータ30を介して光パラメトリック共振器31に入
射され、波長 3.194μmの超短パルス光に変換される。
この超短パルス光は、平面光波回路32で繰り返し 100
Gbit/s の光パルス列に多重化され、制御光に変換され
る。この制御光は、アッテネータ33で光強度が調整さ
れ、マッハツェンダ干渉計の他方のアームに配置された
光カプラ27を介して導波路型光−光スイッチ28に入
射される。
射されていない状態では、マッハツェンダ干渉計で分配
された信号光は再び合波され、光バンドパスフィルタ3
4を通過してフォトディテクタ(PD)35に入射され
る。一方、導波路型光−光スイッチ28に制御光が入射
された状態では、信号光に対する屈折率が増加し、マッ
ハツェンダ干渉計で分配された信号光が再び合波される
ときに位相が互いに異なったものとなり、合波後の信号
光強度は減少する。これが、制御光パルスによる信号光
スイッチングの機構である。光バンドパスフィルタ34
は、制御光を透過させないので、制御光パルスはフォト
ディテクタ(PD)35に到達しない。ここで用いた導
波路型光−光スイッチ28の線幅増大係数αlwは 180以
上であった。この導波路型光−光スイッチ28の入射端
における制御光のピーク強度は10MW/cm2とし、信号光
強度は 100kW/cm2とした。
信号光強度の時間変化を示す。制御光(100Gbit/s)の
入射により信号光強度が減少し、スイッチングが行われ
ていることがわかる。本発明の導波路型光−光スイッチ
28では、サブバンド間遷移に基づいて屈折率を変化さ
せているので、従来のバンド間遷移に基づいて屈折率を
変化させる素子に比べて、光励起後の状態の回復が高速
であるので、図に示すように繰り返しレートが高いスイ
ッチングが可能である。また、図では高い消光比を示し
ているが、これはサブバンド間遷移に基づいて屈折率を
変化させているので、吸収係数の変化がほとんどないた
めである。
イッチを用いた光−光スイッチング装置では、信号光の
波長は 1.893μmとし、制御光の波長は 2.673μmとし
た。この波長の変更には、光パラメトリック共振器2
3,31の動作条件を変更することにより容易に対応で
きる。信号光強度は 100kW/cm2とした。本実施形態で
は、制御光のピーク強度を25MW/cm2まで増加すると完
全なスイッチングが得られ、制御光の入射により信号光
は完全に消光した。また、そのときの線幅増大係数αlw
は1800以上であった。
光−光スイッチは、多重量子井戸のサブバンド間遷移に
基づく屈折率変化を利用することにより、高い繰り返し
レートのスイッチングを可能にし、かつ高い消光比を得
ることができる。
す図。
図。
形態の断面構造を示す図。
ダクションバンドダイヤグラム。
バンド間エネルギーとサブバンド間の非輻射緩和時間を
示す図。
ダクションバンドダイヤグラム。
バンド間エネルギーとサブバンド間の非輻射緩和時間を
示す図。
いた光−光スイッチング装置の構成を示すブロック図。
時間変化を示す図。
Claims (1)
- 【請求項1】 伝導帯に3つ以上の量子準位を有し、フ
ェルミ準位が高くても伝導帯の第3量子準位の底には至
らないように電子が満たされた多重量子井戸からなるコ
アと、 前記伝導帯の第1量子準位から第2量子準位への遷移エ
ネルギーに等しい光子エネルギーを有する制御光を入射
する手段と、 前記伝導帯の第1量子準位から第2量子準位への遷移エ
ネルギーと、前記伝導帯の第2量子準位から第3量子準
位への遷移エネルギーとの間の光子エネルギーを有し、
前記制御光の入射による利得の変動が零またはほぼ零と
なる信号光を入射する手段とを備えたことを特徴とする
導波路型光−光スイッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33120196A JP3503858B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 導波路型光−光スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33120196A JP3503858B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 導波路型光−光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10170877A true JPH10170877A (ja) | 1998-06-26 |
| JP3503858B2 JP3503858B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=18241030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33120196A Expired - Fee Related JP3503858B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | 導波路型光−光スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3503858B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002056392A1 (en) * | 2001-01-05 | 2002-07-18 | Japan Science And Technology Corporation | Optical semiconductor element utilizing optical transition between zno heterostructure sub-bands |
| JP2010211099A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | National Institute Of Information & Communication Technology | 光フィルタ |
-
1996
- 1996-12-11 JP JP33120196A patent/JP3503858B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002056392A1 (en) * | 2001-01-05 | 2002-07-18 | Japan Science And Technology Corporation | Optical semiconductor element utilizing optical transition between zno heterostructure sub-bands |
| US6812483B2 (en) | 2001-01-05 | 2004-11-02 | Japan Science And Technology Agency | Optical semiconductor element utilizing optical transition between ZnO heterostructure sub-bands |
| JP2010211099A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | National Institute Of Information & Communication Technology | 光フィルタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3503858B2 (ja) | 2004-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5436759A (en) | Cross-talk free, low-noise optical amplifier | |
| Skogen et al. | Monolithically integrated active components: a quantum-well intermixing approach | |
| US4802182A (en) | Monolithic two dimensional waveguide coupled cavity laser/modulator | |
| Duan et al. | Narrow spectral linewidth in InAs/InP quantum dot distributed feedback lasers | |
| McKee et al. | Monolithic integration in InGaAs-InGaAsP multiple-quantum-well structures using laser intermixing | |
| US4597638A (en) | Nonlinear optical apparatus | |
| US7557368B2 (en) | Semiconductor photodetector | |
| JP2008511862A (ja) | 半導体に基づくラマンレーザ及び増幅器用半導体導波路における二光子吸収による生成キャリアのライフタイム短縮 | |
| JPH09503598A (ja) | 光スイッチ装置 | |
| Menon et al. | All-optical wavelength conversion using a regrowth-free monolithically integrated Sagnac interferometer | |
| US7064891B2 (en) | Optical wavelength converter with a semiconductor optical amplifier | |
| JP3503858B2 (ja) | 導波路型光−光スイッチ | |
| RU2540233C1 (ru) | Инжекционный лазер с многоволновым модулированным излучением | |
| Mechet et al. | All-optical low-power 2R regeneration of 10-Gb/s NRZ signals using a III-V on SOI microdisk laser | |
| US6760141B2 (en) | Semiconductor optical modulator and semiconductor optical device | |
| Isomaki et al. | Semiconductor mirror for optical noise suppression and dynamic dispersion compensation | |
| CA2267018C (en) | Optical wavelength converter with active waveguide | |
| JPS60260017A (ja) | 光変調素子 | |
| Delorme et al. | Subnanosecond tunable distributed Bragg reflector lasers with an electrooptical Bragg section | |
| JP3455575B2 (ja) | 光半導体装置 | |
| JP3215477B2 (ja) | 半導体分布帰還型レーザ装置 | |
| JP3499631B2 (ja) | 半導体波長変換素子 | |
| Gorfinkel et al. | Fast data coding using modulation of interband optical properties by intersubband absorption in quantum wells | |
| Travers-Nabialek | Tantalum oxide anti-reflective thin films for C-band travelling-wave semiconductor optical amplifiers | |
| JP3532838B2 (ja) | 超短パルス光源 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20031202 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426 Effective date: 20031205 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20031205 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071219 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081219 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091219 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101219 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111219 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121219 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131219 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |