JPH10206807A - 光パルス発生装置 - Google Patents

光パルス発生装置

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JPH10206807A
JPH10206807A JP9005139A JP513997A JPH10206807A JP H10206807 A JPH10206807 A JP H10206807A JP 9005139 A JP9005139 A JP 9005139A JP 513997 A JP513997 A JP 513997A JP H10206807 A JPH10206807 A JP H10206807A
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light
optical
optical modulator
modulator
modulation
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JP9005139A
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Inventor
Mitsushi Yamada
光志 山田
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で光短パルス例を発生させるこ
と。 【解決手段】 本発明の光パルス発生装置は、一方の端
面１ａから入射した光に対する変調光を他方の端面１ｂ
から出射する透過型の光変調器１０と、この光変調器１
０の他方の端面側１ｂに光学的に接続され、他方の端面
１ｂから出射する変調光の位相を調整して再び光変調器
１０の他方の端面１ｂからその位相の調整された変調光
を入射する位相調整装置２０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光短パルスを発生
する光パルス発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光短パルスを発生する光パルス発生装置
は、超高速大容量光通信システムの構築において不可欠
なものである。
【０００３】特開平６−２８１８９６号公報では、一定
出力の光を０（Ｖ）はたは順方向のバイアス電圧と正弦
波状電圧とで駆動された第１の半導体電界吸収型光変調
器に入射し、さらにその出力光をバイアス電圧と先の正
弦波状電圧と位相が反転しただけの時間差のある正弦波
状電圧で駆動された第２の半導体電界吸収型光変調器に
入射することで、正弦波電圧発生器の発振周波数の２倍
の繰り返し周波数から成る光短パルスを発生する光パル
ス発生装置が開示されている。
【０００４】この光パルス発生装置では、半導体電界吸
収型光変調器を正弦波状電圧で駆動すると、光出力特性
の非線形性により、立ち上がり時間および立ち下がり時
間の短い光ゲート動作をさせることができる。
【０００５】つまり、バイアス電圧を０（Ｖ）または順
方向電圧で適当な値に設定することにより、そのゲート
が完全に開いている時間を正弦波発生器の発振繰り返し
周期の半分以上に設定できる。
【０００６】また、一定の出力のレーザ光を第１の半導
体電界吸収型光変調器で光ゲート動作させ、切り出した
光パルスの立ち上がり部分と立ち下がり部分との両部分
だけが、動作の位相の反転した第２の半導体電界吸収型
光変調器の光ゲートの立ち上がり部分と立ち下がり部分
とだけで重なり、繰り返し周波数の２倍となる光短パル
スを発生することができる。
【０００７】しかも、正弦波電圧発生器の周波数を変え
ることにより、繰り返し周波数を任意の周波数に変化で
きるというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光パルス発生装置には次のような問題がある。すな
わち、第１の半導体電界吸収型光変調器および第２の半
導体電界吸収型光変調器への正弦波変調電圧が、各々の
光変調器に対して別々に給電させる必要がある。このた
め、光短パルスを発生させる際には、少なくとも２つの
直流電圧源と正弦波変調電圧源、正弦波変調電圧を２分
するパワーディバインダおよび電気的な位相遅延回路が
必要となり、装置構成が大がかりとなる。
【０００９】また、第１の半導体電界吸収型光変調器と
第２の半導体電界吸収型光変調器とを同一基板上に集積
化しようとすると、上記の問題に加え、素子を搭載する
ヘッダー上に２つの高周波給電ラインおよび２つのイン
ピーダンス整合用終端抵抗が配置されなければならず、
そのようなヘッダーを設計、作製するのは困難である。
【００１０】例えば、一般的に半導体電界吸収型光変調
器の素子長は３００μｍ以下であり、２つの光変調器が
集積化されている場合でも７００μｍ以下となる。一
方、１つの高周波給電ラインが他の高周波給電ラインと
結合しない程度の幅としては１ｍｍ程度が必要とされ
る。したがって、同一方向からの給電は困難である。ま
た、反対方向からの給電をした場合では、インピーダン
ス整合用終端抵抗の配置スペースを確保するのが困難と
なる。
【００１１】さらに、光の結合のアライメントを行う調
整箇所が、光の入射する部分および出射する部分の２か
所あり、モジュール化する場合にはレンズなどの光結合
系のアライメントの工数がかかること、また両端面とも
極めて小さい反射防止膜を形成する必要があることなど
の問題がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために成された光パルス発生装置である。す
なわち、本発明の光パルス発生装置は、一方の端面から
入射した光に対する変調光を他方の端面から出射する透
過型の光変調器と、この光変調器の他方の端面側に光学
的に接続され、他方の端面から出射する変調光の位相を
調整して再び光変調器の他方の端面からその位相の調整
された変調光を入射する光位相調整器とを備えている。
【００１３】また、一方の端面から入射した光に対する
変調を行う変調領域およびその変調領域と他方の端面と
の間で変調光を導波する導波領域が同一基板上に形成さ
れた光変調器と、光変調器の一方の端面に形成された光
反射防止膜と、光変調器の他方の端面に形成された光反
射膜とを備えている光パルス発生装置でもある。
【００１４】さらに、一方の端面から入射した光に対す
る変調を行う変調領域およびその変調領域と他方の端面
との間で変調光を導波する導波領域が同一基板上に形成
された光変調器と、この光変調器の導波領域に対してバ
イアス電圧を印加する調整用電極と、光変調器の一方の
端面に形成された光反射防止膜と、光変調器の他方の端
面に形成された光反射膜とを備えている光パルス発生装
置でもある。
【００１５】本発明では、透過型の光変調器から出射し
た変調光を光位相調整器へ入射し、この光位相調整器に
より変調光の位相を調整して再び光変調器へ入射してい
る。光変調器は入射された変調光に対して変調をかける
状態となり、その光変調器からは、最初の変調光と位相
の調整された変調光との重なりに基づく光短パルスを出
射できるようになる。
【００１６】また、光変調器の一方の端面に光反射防止
膜、他方の端面に光反射膜が形成さ本発明では、透過型
の光変調器から出射した変調光を光位相調整器へ入射
し、この光位相調整器により変調光の位相を調整して再
び光変調器へ入射している。光変調器は入射された変調
光に対して変調をかける状態となり、その光変調器から
は、最初の変調光と位相の調整された変調光との重なり
に基づく光短パルスを出射できるようになる。
【００１７】また、光変調器の一方の端面に光反射防止
膜、他方の端面に光反射膜が形成されている光パルス発
生装置では、光変調器の変調領域で変調を受けた変調光
が同一基板上の導波領域を導波して光反射膜で反射し、
再び変調領域へ入射する。この光反射膜で反射した変調
光は、導波領域の光学的距離に応じて位相が調整されて
おり、再び変調領域へ入射して変調を受けると、最初の
変調光とこの位相の調整された変調光との重なりに基づ
く光短パルスを発生するようになる。
【００１８】さらに、光変調器の導波領域に対してバイ
アス電圧を印加する調整用電極を備えている光パルス発
生装置では、この調整用電極からのバイアス電圧によっ
て導波領域の屈折率を変化させている。この導波領域に
変調光を導波させ光反射膜で反射させることにより、変
調光に対してバイアス電圧に応じた位相差を発生させる
ことができ、この位相差の生じた変調光を再び変調領域
へ入射することにより、最初の変調光と位相差の生じた
変調光との重なりに基づく光短パルスを発生できるよう
になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の光パルス発生装
置における実施の形態を図に基づいて説明する。図１は
第１実施形態を説明する構成図である。すなわち、第１
実施形態における光パルス発生装置は、主として、一方
の端面１ａから入射した光（入射光）に対する変調を行
い、他方の端面１ｂから変調光を出射する透過型の光変
調器１０と、光変調器１０の他方の端面１ｂ側に光学的
に接続され、光変調器１０から出射される変調光の位相
を調整して再び光変調器の他方の端面１ｂへ戻す位相調
整装置２０とを備えている。
【００２０】また、光変調器１０の電極１１に対して周
期的に変化する変調信号（例えば、正弦波信号）を印加
する信号発生器３０と、信号発生器３０に対する定電圧
源４０とを備えている。さらに、光変調器１０の一方の
端面１ａおよび他方の端面１ｂには反射防止膜ＡＲが形
成されている。
【００２１】図２は位相調整装置の構成例を示す図であ
り、（ａ）は光反射を用いる例、（ｂ）は光ループを用
いる例である。すなわち、図２（ａ）に示す例では、光
変調器１０から出力される変調光を位相調整装置２０の
光反射ミラー２１によって反射し、再び光変調器１０へ
戻す構成となっており、この光反射ミラー２１での反射
位置によって光学的距離を調整し、光変調器１０へ戻す
変調光の位相を調整するものである。
【００２２】また、図２（ｂ）に示す例では、光変調器
１０から出力される変調光を位相調整装置２０の光ルー
プ２２を通過させて再び光変調器１０へ戻す構成となっ
ており、この光ループ２２の長さによって光学的距離を
調整し、光変調器１０へ戻す変調光の位相を調整するも
のである。
【００２３】図３は、図２（ａ）に示す光反射を用いた
例の具体例を示す図である。すなわち、図３（ａ）に示
す例では、入力光を光ファイバーＦ、レンズＬを介して
光変調器１０へ入射し、変調光をレンズＬ、光ファイバ
ーＦを介して位相調整装置２０へ入力している。この位
相調整装置２０内には、レンズＬと位置可変の光反射ミ
ラー２１が設けられており、この光反射ミラー２１の位
置を調整することで、光変調器１０の出射端から光反射
ミラー２１までの光学的距離Ｌeff を調整して反射する
変調光の位相差を設定できるようになっている。
【００２４】また、図３（ｂ）に示す例では、光変調器
１０から出射される変調光を位相調整器２０ａを介して
光ファイバーＦに入力し、この光ファイバーＦの終端に
設けた光反射膜２１ａ（光反射ミラーでもよい。）で変
調光を反射して再び光変調器１０へ戻す構成となってい
る。この位相調整器２０ａ内のレンズＬの位置を調整す
ることで、光変調器１０の出射端から光反射膜２１ａま
での光学的距離Ｌeffを調整して反射する変調光の位相
差を設定できるようになっている。
【００２５】また、図３（ｃ）に示す例では、光変調器
１０から出射される変調光を光ファイバーＦに入力し、
この光ファイバーＦの終端に設けられた光反射膜２１ａ
（光反射ミラーでもよい。）で変調光を反射して再び光
変調器１０へ戻す構成となっている。この例では、終端
に光反射膜２１ａが設けられた光ファイバーＦの長さを
予め調整しておくことで、光変調器１０の出射端から光
反射膜２１ａまでの光学的距離Ｌeff を調整して反射す
る変調光の位相差を設定できるようになっている。
【００２６】図４は、図２（ｂ）に示す光ループを用い
た例の具体例を示す図である。すなわち、図４（ａ）に
示す例では、光変調器１０から出射される変調光を位相
調整器２０ａを介して光サーキュレータ６０へ入力し、
ここから光ループ２２によって再び光サーキュレータ６
０へ戻し、光変調器１０へ位相差の生じた変調光を戻す
構成となっている。この位相調整器２０ａ内のレンズＬ
の位置を調整することで、光変調器１０の出射端から光
ループ２２を介して再び光変調器１０の出射端へ戻るま
での光学的距離を調整して変調光の位相差を設定できる
ようになっている。
【００２７】また、図４（ｂ）に示す例では、光変調器
１０から出射される変調光を光サーキュレータ６０に入
力し、ここから間に位相調整器２０ａの設けられた光ル
ープ２２を介して再び光サーキュレータ６０へ変調光を
戻し、光変調器１０へ位相差の生じた変調光を戻す構成
となっている。この位相調整器２０ａ内のレンズＬの位
置を調整することで、光変調器１０の出射端から光ルー
プ２２を介して再び光変調器１０の出射端へ戻るまでの
光学的距離を調整して変調光の位相差を設定できるよう
になっている。
【００２８】また、図４（ｃ）に示す例では、光変調器
１０から出射される変調光を光サーキュレータ６０へ入
力し、ここから所定長さの光ループ２２を介して再び光
サーキュレータ６０へ戻し、光変調器１０へ位相差の生
じた変調光を戻す構成となっている。この例では、光ル
ープ２２の長さを予め調整しておくことで、光変調器１
０の出射端から光ループ２２を介して再び光変調器１０
の出射端へ戻るまでの光学的距離を調整して変調光の位
相差を設定できるようになっている。
【００２９】なお、位相調整装置２０の構成は上記の例
に限定されるものではなく、何らかの手段によって光変
調器１０から出射した変調光を再度光変調器１０へ戻す
までの光学的距離を調整できるものであれば、どのよう
な構成であってもよい。
【００３０】次に、第１実施形態における光パルス発生
装置の動作を説明する。先ず、外部から光変調器１０に
取り込まれる光は、一方の端面１ａに設けられた反射防
止膜ＡＲを介して導波路に入射される。この光は、導波
路を伝搬していき他方の端面１ｂに設けられた反射防止
膜ＡＲを介して外部に出射する。
【００３１】この際、導波路の一部に形成された光吸収
層に電極１１から印加されている電圧が、消光の始まる
電圧Ｖ0 よりも順バイアス方向にあるときは、ほとんど
透過し、電圧Ｖ0 よりも逆バイアス方向にあるときは吸
収される。これは、消光比ＥR に関する経験式である以
下の（１）式を用いると、（２）式のように示される。
【００３２】 ＥR ＝ｅｘｐ〔−｛（Ｖ−Ｖ0 ）／Ｖ1/e ｝n 〕 …（１） Ｐout （Ｖ）＝Ｐinη1 η2 ｅｘｐ｛−Γα（０）Ｌ｝ｅｘｐ｛−（（Ｖ−Ｖ 0 ）／Ｖ1/e ）n ｝ …（２）
【００３３】ここで、Ｖ：印加電圧、Ｖ0 ：消光が始ま
る電圧、Ｖ1/e ：消光比が１／ｅになる時の電圧、ｎ：
消光の非線形性を表すパラメータ、Ｐin：光の入射端面
直前での光パワー、Γ：光導波路内での導波モードの光
吸収層に対する閉じ込め吸収係数、η1 およびη2 ：光
の入射端面および出射端面における光の結合係数、α
（０）：光吸収層にかかる電界強度が無いときの光の吸
収係数、Ｌ：光吸収層の光導波路方向に対する長さを示
している。
【００３４】次に、印加電圧Ｖが時間ｔに対して正弦波
的に変化するものとすれば、光変調器１０に入射する印
加電圧Ｖgo（ｔ）は以下の（３）式で示される。
【００３５】 Ｖgo（ｔ）＝Ｖb −Ａ（ω）Ｖr ・ｃｏｓ（ωｔ） …（３）
【００３６】ここで、Ｖb ：バイアス電圧、Ａ（ω）：
光変調器の角周波数ωにおける応答、Ｖr ：印加電圧の
振幅を示している。
【００３７】図５に示すように、Ｖ（ｔ）がＶ0 よりも
順バイアス側のときは、光変調器からの出力は一定値を
とり、逆バイアス側のときはその電圧に応じて出力が減
少する。したがって、バイアス電圧Ｖb や振幅電圧Ｖr
を調整することで一定値をとる時間を制御することがで
きる。
【００３８】図６（ａ）は、（３）式で示される印加電
圧を（２）式に代入して得られる波形を模式化したもの
である。これにより、図１に示す光変調器１０に対して
正弦波状電圧を印加することで、図６（ａ）に示すよう
な透過関数となる変調光を得ることができる。
【００３９】次に、光変調器１０を通過した光は、位相
調整装置２０によって所定経路を介して戻り、再び位相
調整装置２０を通って光変調器１０へ再入射する。この
ときの光が光変調器１０まで戻ってくる時間Δｔは以下
の（４）式のように示される。
【００４０】 Δｔ＝２Ｌg ／ｃ0 …（４）
【００４１】ここで、Ｌg ：光が光変調器を出射してか
ら光反射ミラー（光反射膜）までの屈折率を考慮した光
学的距離（なお、光ループを用いる場合には光ループの
中間点までの屈折率を考慮した光学的距離）、ｃ0 ：光
の速度を示している。
【００４２】光変調器１０から出射された光が位相調整
装置２０を介して再び光変調器１０まで戻ってくるまで
の時間Δｔにより、その光位相は時間Δｔだけ進んでい
るので、戻ってきた光にとっての印加電圧Ｖback（ｔ）
は以下の（５）式のようになる。
【００４３】 Ｖback（ｔ）＝Ｖb −Ａ（ω）Ｖr ・ｃｏｓ｛ω（ｔ＋Δｔ）｝ …（５）
【００４４】この（５）式において、以下の（６）式を
満たすΔｔが与えられた時、図６（ｂ）に示すような波
形を得ることができる。
【００４５】 ωΔｔ＝（２ｍ−１）π〔ｒａｄ．〕 …（６） ここで、ｍ＝１，２，３，…
【００４６】そして、最終的に光変調器１０から得られ
る光出力は、以下の（７）式のようになる。
【００４７】 Ｐout （Ｖ）＝Ｐinη12η22ｅｘｐ｛−Γα（０）Ｌ｝ｅｘｐ｛−（Ｖgo（ｔ ）／Ｖ1/e ）n ｝ｅｘｐ｛−Ｖback（ｔ）／Ｖ1/e ）n ｝ …（７）
【００４８】ここから光出力の時間的変化のみを取り出
すと、以下の（８）式のようになる。
【００４９】 ＥR （ｔ）＝ｅｘｐ｛−（（Ｖgo（ｔ）−Ｖ0 ）／Ｖ1/e ）n ｝ｅｘｐ｛−（ （Ｖback（ｔ）−Ｖ0 ）／Ｖ1/e ）n ｝ ＝ｅｘｐ〔−｛（Ｖgo（ｔ）−Ｖ0 ）／Ｖ1/e ｝n −｛（Ｖback（ ｔ）−Ｖ0 ）／Ｖ1/e ｝n 〕 …（８）
【００５０】図６（ｃ）は、上記（７）式より得られる
波形を模式化したものである。
【００５１】具体的に、Ｖ1/e ＝０．５（Ｖ）、ｎ＝
１、Ｖ0 ＝Ｖb ＝０（Ｖ）、Ｖr ＝３（Ｖ）で、Δｔが
（６）式を満たすときに（７）式より得られる光出力の
波形を図７に示す。ただし、時間軸は繰り返し周期Ｔで
規格化している。
【００５２】図７に示すように、第１実施形態における
光パルス発生装置により、繰り返し周期の半分の周期を
もつ光パルス列を発生することができる。つまり、変調
周波数の２倍の周波数の光パルス列を得ることが可能と
なる。
【００５３】次に、本発明の光パルス発生装置における
第２実施形態を説明する。図８は第２実施形態を説明す
る概略斜視図である。第２実施形態では、主として光変
調器２００において入射光を変調する光吸収領域２４０
と、その変調光の位相を調整する後側光導波領域２５０
とが同一基板上に一体的に形成されている点に特徴があ
る。
【００５４】すなわち、この光変調器２００は、第１導
電型の半導体基板１１０（例えば、ｎ型−ＩｎＰ基板）
の上に、順に第１導電型のクラッド層１２０（例えば、
ｎ型−ＩｎＰクラッド層）、光吸収層１４０（例えば、
ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ、ＰＬピーク波長
１．４７μｍ）、第２導電型のクラッド層１５０（例え
ば、ｐ型−ＩｎＰクラッド層）、オーミックコンタクト
層１６０（例えば、ｐ + 型−ＩｎＧａＡｓ）が積層さ
れ、かつメサ状にエッチングされたストライプによって
光導波路１７０が形成された構成となっている。これに
よって、光吸収領域２４０を形成している。また、メサ
状の光導波路１７０の両側にはポリイミド等による埋め
込み層１８０が設けられている。
【００５５】同様に、第１導電型の半導体基板１１０の
上に、順に第１導電型のクラッド層１２０、光導波層１
３０（例えば、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ、
ＰＬピーク波長１．３０μｍ）、第２導電型のクラッド
層１５０（例えば、ｐ型−ＩｎＰクラッド層）が、光吸
収領域２４０の前後に隣接して積層され、これによって
前側光導波領域２３０と後側光導波領域２５０とが形成
されている。
【００５６】また、オーミックコンタクト層１６０の上
には電極１９０が形成され、前側光導波領域２３０の端
面には反射防止膜２１０（例えば、ＳｉＯx ）が形成さ
れ、後側光導波領域２５０の端面には全反射膜（例え
ば、Ａｌ2 Ｏ3 ／Ａｕ）が形成されている。
【００５７】このような構成から成る光変調器２００で
は、光吸収領域２４０の長さが約２６０μｍの場合、具
体的な消光特性としてＶ1/e ＝０．５（Ｖ）、ｎ＝１が
得られている。
【００５８】次に、第２実施形態における光パルス発生
装置の動作を説明する。図９は第２実施形態の動作を説
明する図であり、図８におけるＡ−Ａ’線断面における
光レベル変化を示している。
【００５９】先ず、外部から光変調器２００に取り込ま
れる光は、反射防止膜２１０を施した端面から導波路に
入射する。この光は前側光導波領域２３０を伝搬して光
吸収領域２４０および後側光導波領域２５０を伝搬す
る。そして、全反射膜２２０を施した端面で全反射し、
それまでの光路を逆戻りする。
【００６０】結局、入射した光は、光変調器２００内を
２回通過して反射防止膜２１０を施した端面から外部へ
出射することになる。
【００６１】図９下図に、光変調器２００の電極１９０
から電圧が印加された時の光の導波路方向に対する強度
分布を示す。先ず、光吸収領域２４０に電圧が印加され
ていないときは、光吸収領域２４０を通過する際、図中
Ａに示す光強度となり、全反射膜２２０で反射した後は
図中Ｃに示す光強度でｏｎ−ｓｔａｔｅとなって出射さ
れる。
【００６２】また、光吸収領域２４０に消光に十分な電
圧が印加されているときは、光吸収領域２４０を通過す
る際、図中Ｂに示す光強度となり、全反射膜２２０で反
射した後、再び光吸収領域２４０を通過する際には電圧
の印加に関わらず出力光はｏｆｆ−ｓｔａｔｅとなる。
【００６３】また、最初に光吸収領域２４０を通過する
際、電圧が印加されずに図中Ａの光強度で全反射膜２２
０を反射し、再び光吸収領域２４０を通過する際に十分
な電圧が印加されている場合には図中Ｄの光強度とな
り、出力光はｏｆｆ−ｓｔａｔｅとなる。
【００６４】ここで、後側光導波領域２５０の導波路方
向に対する長さをＬ2 、屈折率をｎ2 とすると、（４）
式のＬg は以下の（９）式のようになる。
【００６５】 Ｌg ＝ｎ2 Ｌ2 …（９）
【００６６】また、以下の（１０）式を満たすように、
後側光導波領域２５０の長さＬ2 を設定することで、図
６に示すような波形を得ることができる。
【００６７】 Ｌ2 ＝ｃ0 （２ｍ−１）π／（２ωｎ2 ） …（１０） ここで、ｍ＝１，２，３，…
【００６８】つまり、後側光導波領域２５０の長さＬ2
の設定によって、光吸収層２４０で変調を受けた変調光
が、後側光導波領域２５０を通過して全反射膜２２０で
反射し、再び光吸収領域２４０に戻るまでの間に位相差
が発生し、この位相差の生じた変調光に対して再び光吸
収層２４０で変調をかけることで、変調周波数の２倍の
繰り返し周波数をもつ光短パルスを発生できるようにな
る。
【００６９】例えば、１０ＧＨｚで正弦波変調を行った
場合、図７に示すＴが１００（ｐｓｅｃ）に相当するの
で、５０（ｐｓｅｃ）間隔での光パルス列を得ることが
できるようになる。
【００７０】次に、本発明の光パルス発生装置における
第３実施形態を説明する。図１０は第３実施形態を説明
する概略斜視図である。第３実施形態では、主として光
変調器３００において入射光を変調する光吸収領域５５
０と、その変調光の位相差を調整する位相調整領域５７
０とが同一基板上に一体的に形成されている点に特徴が
ある。
【００７１】すなわち、この光変調器３００は、第１導
電型の半導体基板４１０（例えば、ｎ型−ＩｎＰ基板）
の上に、順に第１導電型のクラッド層４２０（例えば、
ｎ型−ＩｎＰクラッド層）、光吸収層４４０（例えば、
ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ、ＰＬピーク波長
１．４７μｍ）、第２導電型のクラッド層４６０（例え
ば、ｐ型−ＩｎＰクラッド層）、オーミックコンタクト
層４７０（例えば、ｐ + 型−ＩｎＧａＡｓ）が積層さ
れ、これによって光吸収領域５５０が構成されている。
【００７２】また、第１導電型の半導体基板４１０上
に、順に第１導電型のクラッド層４２０、光位相調整層
４５０（例えば、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓ
Ｐ、ＰＬピーク波長１．５５μｍ）、第２導電型のクラ
ッド層４６０、およびオーミックコンタクト層４７０が
積層され、これによって位相調整領域５７０が構成され
ている。
【００７３】さらに、光吸収領域５５０の前側と後側と
に隣接する状態で、第１導電型の半導体基板４１０上
に、順に第１導電型のクラッド層４２０、光導電層４３
０（例えば、ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ ＩｎＧａＡｓＰ、Ｐ
Ｌピーク波長１．３０μｍ）、第２導電型のクラッド層
４６０が積層されている。これによって、光吸収領域５
５０の前側に導波領域５４０、後側に分離領域５６０が
構成される。
【００７４】また、全領域はメサ状にエッチングされた
ストライプによって光導波路構造４８０が形成されてい
る。このメサ状の光導波路構造４８０の両側にはポリイ
ミド等による埋め込み層４９０が設けられている。
【００７５】さらに、光吸収領域５５０に対応して電極
５００が形成され、位相調整領域５７０に対応して調整
用電極５１０が形成され、また光導波領域５４０の端面
には反射防止膜５２０（例えば、ＳｉＯx ）が形成さ
れ、位相調整領域５７０の端面には全反射膜（例えば、
Ａｌ2 Ｏ3 ／Ａｕ）が形成されている。
【００７６】このような構成から成る光変調器３００で
は、光吸収領域５５０の長さが約２６０μｍの場合、具
体的な消光特性としてＶ1/e ＝０．５（Ｖ）、ｎ＝１が
得られている。
【００７７】次に、第３実施形態における光パルス発生
装置の動作を説明する。図１１は第３実施形態の動作を
説明する図であり、図１０におけるＢ−Ｂ’線断面にお
ける光レベル変化を示している。
【００７８】先ず、外部から光変調器３００に取り込ま
れる光は、反射防止膜５２０を施した端面から導波路に
入射する。この光は導波領域５４０を伝搬して光吸収領
域５５０、分離領域５６０および位相調整領域５７０を
伝搬する。そして、全反射膜５３０を施した端面で全反
射し、それまでの光路を逆戻りする。
【００７９】結局、入射した光は、光変調器３００内を
２回通過して反射防止膜５２０を施した端面から外部へ
出射することになる。
【００８０】図１１下図に、光変調器３００の電極５０
０から電圧が印加された時の光の導波路方向に対する強
度分布を示す。先ず、光吸収領域５５０に電圧が印加さ
れていないときは、光吸収領域５５０を通過する際、図
中Ａに示す光強度となり、全反射膜５３０で反射した後
は図中Ｃに示す光強度でｏｎ−ｓｔａｔｅとなって出射
される。
【００８１】また、光吸収領域５５０に消光に十分な電
圧が印加されているときは、光吸収領域５５０を通過す
る際、図中Ｂに示す光強度となり、全反射膜５３０で反
射した後、再び光吸収領域５５０を通過する際には電圧
の印加に関わらず出力光はｏｆｆ−ｓｔａｔｅとなる。
【００８２】また、最初に光吸収領域５５０を通過する
際、電圧が印加されずに図中Ａの光強度で全反射膜５３
０を反射し、再び光吸収領域５５０を通過する際に十分
な電圧が印加されている場合には図中Ｄの光強度とな
り、出力光はｏｆｆ−ｓｔａｔｅとなる。
【００８３】さらに、第３実施形態では、位相調整領域
５７０に対応して設けられた調整用電極５１０から位相
調整領域５７０へ電流Ｉが注入されることで、位相調整
領域５７０内の光位相調整層４５０に対するプラズマ効
果によって屈折率変化を発生させ、（４）式のＬg を可
変することができる。
【００８４】ここで、位相調整領域５７０の長さをＬ2
、屈折率をｎ2 とし、プラズマ効果によって生じる屈
折率変化をδｎ（Ｉ）とすると、（４）式のＬg は以下
の（１１）式のようになる。
【００８５】 Ｌg ＝｛ｎ2 ＋δn （Ｉ）｝Ｌ2 …（１１）
【００８６】また、以下の（１２）式、あるいは（１
３）式を満たすように、位相調整領域５７０の長さＬ2
を設定することで、図６に示すような波形を得ることが
できる。
【００８７】 Ｌ2 ＝ｃ0 （２ｍ−１）π／｛２ω（ｎ2 ＋δn （Ｉ））｝ …（１２） ここで、ｍ＝１，２，３，… δn （Ｉ）＝ｃ0 （２ｍ−１）π／（２ωＬ2 ）−ｎ2 …（１３） ここで、ｍ＝１，２，３，…
【００８８】つまり、位相調整領域５７０に対応した調
整用電極５１０から電流Ｉを注入すること、あるいは逆
バイアスを印加することによりプラズマ効果あるいは電
気光学効果によってその屈折率を可変でき、この屈折率
の変化による光路長に応じた変調光の位相差を発生させ
ることができる。これによって、位相差の生じた変調光
に対して再び光吸収層５５０で変調をかけることによ
り、変調周波数の２倍の繰り返し周波数をもつ光短パル
スを発生できるようになる。
【００８９】なお、上記各実施形態では、光変調器とし
てＩｎＰの半導体基板を使用する例を示したが、その他
の材料（例えば、ＧａＡｓ系の基板）を使用するもので
もよい。また、他の層構造（例えば、光吸収層、導波
層、光位相調整層に量子井戸構造を用いる等）や、他の
導波構造（例えば、リッジ型等）や、他の電極の配置
（例えば、異なる極性の電極を同一面上に配置する等）
を用いてもよい。さらに、説明において示した各種数値
についてもこれに限定するものではない。
【００９０】また、反射防止膜または反射膜について
は、ある特性の波長の光に対して反射防止（あるいは反
射）するようにし、他の波長に対しては反射（あるいは
反射防止）するように膜を設計してもよい。さらに、反
射防止膜および反射膜の材質は上記説明で示したものに
限定されない。
【００９１】また、各実施形態では、主として光の強度
変調を行う場合を例として説明したが、強度変調のみな
らず、位相変調やコーディング、ゲーティングなど、各
種の光の変調の場合にも適用可能である。
【００９２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光パルス
発生装置によれば次のような効果がある。すなわち、光
短パルスを発生させる装置の構成として、複数の光変調
器を用いることなく一つの光変調器を用いた構成で実現
できるため、高周波給電ラインを１系統で済ませること
ができ、装置の簡略化を図ることが可能となる。
【００９３】また、一つの光変調器において、変調を行
う光変調領域と位相の調整を行う導波領域とを同一基板
上に形成することにより、光の偏波の変動がなくなって
安定した光パルスを得ることが可能となる。さらに、こ
の光変調領域と導波領域とが同一基板上に集積化される
ことによって、光の結合のためのアライメント調整箇所
を１か所だけにすることが可能となり、モジュール化す
る場合のレンズなどの光結合系のアライメント工数（部
品点数や組み立て時間）を削減することが可能となる。
【００９４】さらに、このような集積化によって、外部
環境の変化による光結合系の特性の変化が生じる部分を
少なくすることができ、環境（温度等）の変化に対する
特性の変動を低減することが可能となり、信頼性の向上
を図ることが可能となる。しかも、この集積化で、膜厚
制御、屈折率制御の精度を要求される反射防止膜の形成
箇所が１か所となり、歩留り向上、特性向上および品質
の均一化を図ることが可能となる。
【００９５】また、光変調領域と集積化された導波領域
の屈折率を変化できる構造では、変調光の位相差を調整
することができ、変調周波数に応じて光パルス列を得る
ことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態を説明する構成図である。
【図２】位相調整装置の構成例を示す図である。
【図３】位相調整装置の具体例を示す図（その１）であ
る。
【図４】位相調整装置の具体例を示す図（その２）であ
る。
【図５】第１実施形態の動作を説明する図（その１）で
ある。
【図６】第１実施形態の動作を説明する図（その２）で
ある。
【図７】第１実施形態の動作を説明する図（その３）で
ある。
【図８】第２実施形態を説明する概略斜視図である。
【図９】第２実施形態の動作を説明する図である。
【図１０】第３実施形態を説明する概略斜視図である。
【図１１】第３実施形態の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１０ 光変調器 ２０ 位相調整装置 ２１ 光反射ミラー ２２ 光ループ ３０ 信号発生器 ４０ 定電圧源 ２３０ 前側光導波領域 ２４０ 光吸収領域 ２５０ 後側光導波領域 ５４０ 導波領域 ５５０ 光吸収領域 ５７０ 位相調整領域

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方の端面から入射した光に対する変調
    光を他方の端面から出射する透過型の光変調器と、 前記光変調器の他方の端面側に光学的に接続され、該他
    方の端面から出射する変調光の位相を調整して再び該光
    変調器の他方の端面からその位相の調整された変調光を
    入射する光位相調整器とを備えていることを特徴とする
    光パルス発生装置。
  2. 【請求項２】 前記光位相調整器は、前記光変調器から
    変調光が出射してから再び該光変調器へ入射するまでの
    時間と、該光変調器に印加される変調信号の角周波数と
    の積が、該変調信号の半波長分の位相の奇数倍となるよ
    う該光変調器から前記光反射器までの光学的距離を調整
    することを特徴とする請求項１記載の光パルス発生装
    置。
  3. 【請求項３】 一方の端面から入射した光に対する変調
    を行う変調領域および該変調領域と他方の端面との間で
    変調光を導波する導波領域が同一基板上に形成された光
    変調器と、 前記光変調器の一方の端面に形成された光反射防止膜
    と、 前記光変調器の他方の端面に形成された光反射膜とを備
    えていることを特徴とする光パルス発生装置。
  4. 【請求項４】 前記光変調器の導波領域は、前記変調領
    域から変調光が出てから前記光反射膜で反射して再び該
    変調領域へ戻るまでの時間と、該変調領域に印加される
    変調信号の角周波数との積が、該変調信号の半波長分の
    位相の奇数倍となるよう該変調領域から前記光反射膜ま
    での光学的距離が調整されていることを特徴とする請求
    項３記載の光パルス発生装置。
  5. 【請求項５】 一方の端面から入射した光に対する変調
    を行う変調領域および該変調領域と他方の端面との間で
    変調光を導波する導波領域が同一基板上に形成された光
    変調器と、 前記光変調器の導波領域に対してバイアス電圧を印加す
    る調整用電極と、 前記光変調器の一方の端面に形成された光反射防止膜
    と、 前記光変調器の他方の端面に形成された光反射膜とを備
    えていることを特徴とする光パルス発生装置。
  6. 【請求項６】 前記調整用電極は、前記変調領域から変
    調光が出てから前記光反射膜で反射して再び該変調領域
    へ戻るまでの時間と、該変調領域に印加される変調信号
    の角周波数との積が、該変調信号の半波長分の位相の奇
    数倍となるよう前記導波領域に対する屈折率を変化させ
    るバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項５記
    載の光パルス発生装置。
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