JPH103063A - 半導体光変調器 - Google Patents
半導体光変調器Info
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- JPH103063A JPH103063A JP8155745A JP15574596A JPH103063A JP H103063 A JPH103063 A JP H103063A JP 8155745 A JP8155745 A JP 8155745A JP 15574596 A JP15574596 A JP 15574596A JP H103063 A JPH103063 A JP H103063A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 分散制限伝送距離を効果的に伸ばす事ができ
る構造の半導体電界吸収型光変調器を実現する。 【解決手段】 （１００）面方位のｎ−ＩｎＰ基板１０
１上にｎ−ＩｎＰバッファ層１０２、ＩｎＧａＡｓＰＩ
ｎＧａＡｓＰＭＱＷ光吸収層１０３、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１０４を順次積層したスラブ構造がＰ+ −ＩｎＰク
ラッド層１０５で覆われた埋め込み型導波路構造を有
し、該Ｐ+ −ＩｎＰクラッド層上面にＰ+ −ＩｎＧａＡ
ｓキャップ層１０６、Ｔｉ／Ａｕ電極（ｐ型パット電
極）１０７が順次積層され、更に素子裏面にはＴｉ／Ａ
ｕ電極（ｎ型電極）１０８が形成されている。また、ｐ
型パット電極下部には高速動作に対応するために素子容
量低減を目的としてポリイミド２０１が埋め込まれてい
る。本構成において、ある印加バイアス点を基準として
電気信号に対するバイアスを印加した時に、バイアスの
増加とともに入射光に対する吸収係数が増大し、かつ、
屈折率変化が負方向に変化する構造となっている。
る構造の半導体電界吸収型光変調器を実現する。 【解決手段】 （１００）面方位のｎ−ＩｎＰ基板１０
１上にｎ−ＩｎＰバッファ層１０２、ＩｎＧａＡｓＰＩ
ｎＧａＡｓＰＭＱＷ光吸収層１０３、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層１０４を順次積層したスラブ構造がＰ+ −ＩｎＰク
ラッド層１０５で覆われた埋め込み型導波路構造を有
し、該Ｐ+ −ＩｎＰクラッド層上面にＰ+ −ＩｎＧａＡ
ｓキャップ層１０６、Ｔｉ／Ａｕ電極（ｐ型パット電
極）１０７が順次積層され、更に素子裏面にはＴｉ／Ａ
ｕ電極（ｎ型電極）１０８が形成されている。また、ｐ
型パット電極下部には高速動作に対応するために素子容
量低減を目的としてポリイミド２０１が埋め込まれてい
る。本構成において、ある印加バイアス点を基準として
電気信号に対するバイアスを印加した時に、バイアスの
増加とともに入射光に対する吸収係数が増大し、かつ、
屈折率変化が負方向に変化する構造となっている。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムや
光情報処理システムにおいて重要なエレメントとなる光
変調器に関し、特に波長チャーピングが小さく長距離伝
送に適する電界吸収型光変調器の構造に関する。
光情報処理システムにおいて重要なエレメントとなる光
変調器に関し、特に波長チャーピングが小さく長距離伝
送に適する電界吸収型光変調器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信システムの高速・長距離化
に伴い、従来の半導体レーザによる直接変調方式の問題
点が顕在化しつつある。即ち、半導体レーザ直接変調方
式に於いては変調時に波長チャーピングが生じ、これに
よりファイバー伝送後の波形が劣化するが、この現象は
信号伝送速度が速い程、また伝送距離が長い程顕著にな
る。特に、既存の１．３μｍ零分散ファイバーを用いた
システムに於いてこの問題は深刻であり、ファイバー伝
搬損失の小さい波長１．５５μｍ帯の光源を用いて伝送
距離を伸ばそうとしても、チャーピングに起因する分散
制限により伝送距離が制限される。
に伴い、従来の半導体レーザによる直接変調方式の問題
点が顕在化しつつある。即ち、半導体レーザ直接変調方
式に於いては変調時に波長チャーピングが生じ、これに
よりファイバー伝送後の波形が劣化するが、この現象は
信号伝送速度が速い程、また伝送距離が長い程顕著にな
る。特に、既存の１．３μｍ零分散ファイバーを用いた
システムに於いてこの問題は深刻であり、ファイバー伝
搬損失の小さい波長１．５５μｍ帯の光源を用いて伝送
距離を伸ばそうとしても、チャーピングに起因する分散
制限により伝送距離が制限される。
【０００３】この問題は、半導体レーザを一定の光出力
で発光させておき、半導体レーザ出射光を半導体レーザ
とは別の光変調器により変調する外部変調方式を採用す
ることにより解決できる。そのため、近年外部光変調器
の開発が活発化している。外部変調器としては、ＬｉＮ
ｂＯ3 等の誘電体を用いたものと、ＩｎＰやＧａＡｓの
半導体を用いたものとが考えられるが、光アンプ等の他
の光素子やＦＥＴ等の電子回路との集積化が可能で、小
型化、低電圧化も容易な半導体光変調器への期待が高ま
りつつある。
で発光させておき、半導体レーザ出射光を半導体レーザ
とは別の光変調器により変調する外部変調方式を採用す
ることにより解決できる。そのため、近年外部光変調器
の開発が活発化している。外部変調器としては、ＬｉＮ
ｂＯ3 等の誘電体を用いたものと、ＩｎＰやＧａＡｓの
半導体を用いたものとが考えられるが、光アンプ等の他
の光素子やＦＥＴ等の電子回路との集積化が可能で、小
型化、低電圧化も容易な半導体光変調器への期待が高ま
りつつある。
【０００４】半導体変調器としては、バルク半導体のフ
ランツケルデイッシュ効果や多重量子井戸における量子
閉じこめシュタルク効果のように電界を印加することに
より吸収端が長波側へシフトする効果を利用した吸収型
光変調器と、バルク半導体の電気光学効果（ポッケルス
効果）や量子閉じこめシュタルク効果のように電界を印
加することにより屈折率が変化する効果を利用したマッ
ハツェンダー型変調器がある。
ランツケルデイッシュ効果や多重量子井戸における量子
閉じこめシュタルク効果のように電界を印加することに
より吸収端が長波側へシフトする効果を利用した吸収型
光変調器と、バルク半導体の電気光学効果（ポッケルス
効果）や量子閉じこめシュタルク効果のように電界を印
加することにより屈折率が変化する効果を利用したマッ
ハツェンダー型変調器がある。
【０００５】マッハツェンダー型変調器は原理的にチャ
ーピングを零にすることができるが構造的に干渉型を有
し、吸収型変調器のように単純な直線導波路構造にはな
らず製造及び駆動方法が複雑になる。一方、吸収型変調
器は半導体レーザ直接変調方式に比べると波長チャーピ
ングが遙かに小さいが、それでも零ではない。一般に電
界吸収型変調器の光吸収層に信号電界が印加されると吸
収係数が増大すると同時に、屈折率変化が正方向に変化
するので正方向のチャーピングが生じる。これにより、
分散耐性が劣化し伝送距離が制限されることになる。
ーピングを零にすることができるが構造的に干渉型を有
し、吸収型変調器のように単純な直線導波路構造にはな
らず製造及び駆動方法が複雑になる。一方、吸収型変調
器は半導体レーザ直接変調方式に比べると波長チャーピ
ングが遙かに小さいが、それでも零ではない。一般に電
界吸収型変調器の光吸収層に信号電界が印加されると吸
収係数が増大すると同時に、屈折率変化が正方向に変化
するので正方向のチャーピングが生じる。これにより、
分散耐性が劣化し伝送距離が制限されることになる。
【０００６】しかしながら、最近、電界吸収型変調器に
一定電界を印加した状態で電気信号に対応する信号電界
を重畳することによりチャーピングを低減できることが
実験的に確かめられ、将来の超高速・長距離光通信用変
調器として大きな期待がかけられている。
一定電界を印加した状態で電気信号に対応する信号電界
を重畳することによりチャーピングを低減できることが
実験的に確かめられ、将来の超高速・長距離光通信用変
調器として大きな期待がかけられている。
【０００７】電界吸収型光変調器の例としては、波長組
成１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰバルク吸収層を持つ電界
吸収型変調器が山田らにより１９９５年電子情報通信学
会総合大会講演論文集、分冊１、３４９頁（講演番号Ｃ
−３４９）に報告されている。この報告では、変調器に
予め一定のプリバイアスを印加したのちに電気信号を重
畳することにより１０Ｇｂ／ｓ伝送において、１．５５
μｍに対するファイバー分散の耐性を高め伝送距離の分
散制限を克服できることが述べられている。
成１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰバルク吸収層を持つ電界
吸収型変調器が山田らにより１９９５年電子情報通信学
会総合大会講演論文集、分冊１、３４９頁（講演番号Ｃ
−３４９）に報告されている。この報告では、変調器に
予め一定のプリバイアスを印加したのちに電気信号を重
畳することにより１０Ｇｂ／ｓ伝送において、１．５５
μｍに対するファイバー分散の耐性を高め伝送距離の分
散制限を克服できることが述べられている。
【０００８】また、多重量子井戸構造を有する電界吸収
型光変調器の例として、ＤＦＢレーザと集積化した素子
が森戸らにより１９９５年電子情報通信学会エレクトロ
ニクスソサイエティ大会講演論文集、分冊１、３０１頁
（講演番号Ｃ−３０１）に報告されている。この報告で
は、変調器側に予め一定のプリバイアス１．１Ｖを印加
することにより、分散耐性を向上させ１０Ｇｂ／ｓ−１
００ｋｍ伝送に成功している。プリバイアス印加法は、
通常図９に示す様に変調電気信号を出力する信号源４と
変調器２との間にバイアスＴ回路５を挿入し、オフセッ
トバイアス６を印加して変調を行う。この時、オフセッ
トバイアス６を増加させると変調時の屈折率変化は負に
転じ、また、離調（入射光波長と光吸収層の吸収端波長
の差）を小さくしても同じオフセットバイアス６に対す
る負方向への屈折率変化は増大する。
型光変調器の例として、ＤＦＢレーザと集積化した素子
が森戸らにより１９９５年電子情報通信学会エレクトロ
ニクスソサイエティ大会講演論文集、分冊１、３０１頁
（講演番号Ｃ−３０１）に報告されている。この報告で
は、変調器側に予め一定のプリバイアス１．１Ｖを印加
することにより、分散耐性を向上させ１０Ｇｂ／ｓ−１
００ｋｍ伝送に成功している。プリバイアス印加法は、
通常図９に示す様に変調電気信号を出力する信号源４と
変調器２との間にバイアスＴ回路５を挿入し、オフセッ
トバイアス６を印加して変調を行う。この時、オフセッ
トバイアス６を増加させると変調時の屈折率変化は負に
転じ、また、離調（入射光波長と光吸収層の吸収端波長
の差）を小さくしても同じオフセットバイアス６に対す
る負方向への屈折率変化は増大する。
【０００９】しかしながら、屈折率変化の大きさは、離
調及びオフセットバイアス６に対してどのような振る舞
いをするのか、その詳細はわかっておらず、チャーピン
グ抑制の為の離調及びオフセットバイアスの最適値はわ
かっていない。従って、離調の揺らぎ及びシステム上生
じるプリバイアスの揺らぎに対して前記プリバイアス印
加法がどの程度の安定性を有するのか明確になっておら
ず、離調及びプリバイアス等の最適値に関する指針の明
確化が待たれている。
調及びオフセットバイアス６に対してどのような振る舞
いをするのか、その詳細はわかっておらず、チャーピン
グ抑制の為の離調及びオフセットバイアスの最適値はわ
かっていない。従って、離調の揺らぎ及びシステム上生
じるプリバイアスの揺らぎに対して前記プリバイアス印
加法がどの程度の安定性を有するのか明確になっておら
ず、離調及びプリバイアス等の最適値に関する指針の明
確化が待たれている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、電界吸
収型光変調器に予め一定バイアスを印加するプリバイア
ス印加法は、離長の揺らぎに及びシステム上生じるプリ
バイアスの揺らぎに対してどの程度の安定性を有するの
か明確になっておらず、通信システムへの適用におい
て、実用上の安定性が保証されていないという問題点が
あった。
収型光変調器に予め一定バイアスを印加するプリバイア
ス印加法は、離長の揺らぎに及びシステム上生じるプリ
バイアスの揺らぎに対してどの程度の安定性を有するの
か明確になっておらず、通信システムへの適用におい
て、実用上の安定性が保証されていないという問題点が
あった。
【００１１】この問題を解決するために、プリバイアス
印加によるチャーピング低減の機構を明らかにすると共
に離長の揺らぎに対して安定なチャープパラメータを有
する素子構造を設計する必要がある。
印加によるチャーピング低減の機構を明らかにすると共
に離長の揺らぎに対して安定なチャープパラメータを有
する素子構造を設計する必要がある。
【００１２】本発明の目的は、あるプリバイアス印加に
よりチャープパラメータを負にし、かつ、離長揺らぎに
対して安定な素子を用いて、実際のシステム適用に際し
て歩留まりよく信頼性に優れた半導体電界吸収型光変調
器を提供することにある。
よりチャープパラメータを負にし、かつ、離長揺らぎに
対して安定な素子を用いて、実際のシステム適用に際し
て歩留まりよく信頼性に優れた半導体電界吸収型光変調
器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板上に少なくとも半導体バッファ層、半導体光吸収
層、半導体クラッド層が順次積層された層構造を有し、
光吸収層の一端より入射された光波の吸収を該光吸収層
に印加した電界強度を変えることにより変化させる電界
吸収型光変調器であって、該光吸収層に一定のオフセッ
ト電圧を印加し、該オフセット電圧印加時の無電圧時を
基準とする屈折率変化が正の値を持つ様に離調（入射光
波長と該光吸収層の吸収端波長の差）の値が設定され、
更に該オフセット電圧上に微少電圧を重畳したときに、
入射光に対する該光吸収層の屈折率の変化が零または負
方向へ変わりかつ吸収変化が正方向へ変わるように離調
を設定することを特徴とする電界吸収型光変調器を第一
の発明とする。
基板上に少なくとも半導体バッファ層、半導体光吸収
層、半導体クラッド層が順次積層された層構造を有し、
光吸収層の一端より入射された光波の吸収を該光吸収層
に印加した電界強度を変えることにより変化させる電界
吸収型光変調器であって、該光吸収層に一定のオフセッ
ト電圧を印加し、該オフセット電圧印加時の無電圧時を
基準とする屈折率変化が正の値を持つ様に離調（入射光
波長と該光吸収層の吸収端波長の差）の値が設定され、
更に該オフセット電圧上に微少電圧を重畳したときに、
入射光に対する該光吸収層の屈折率の変化が零または負
方向へ変わりかつ吸収変化が正方向へ変わるように離調
を設定することを特徴とする電界吸収型光変調器を第一
の発明とする。
【００１４】更に、離調の変化δλに対するチャープパ
ラメータαp ＝（４π／λ）（Δｎ／Δα）（但しλは
入射光波長、Δｎ、Δαはそれぞれ電界印加に伴う屈折
率変化及び吸収変化を示す）の変化δαp の比が０．１
以下、即ち
ラメータαp ＝（４π／λ）（Δｎ／Δα）（但しλは
入射光波長、Δｎ、Δαはそれぞれ電界印加に伴う屈折
率変化及び吸収変化を示す）の変化δαp の比が０．１
以下、即ち
【００１５】
【数２】
【００１６】となるように該離長を設定したことを特徴
とする電界吸収型光変調器を第二の発明とする。
とする電界吸収型光変調器を第二の発明とする。
【００１７】本発明の半導体電界吸収型光変調器では、
電界が印加される光導波層における吸収端波長が入射さ
れる光波の波長に比べて無電界時の光吸収係数が十分に
小さくなるように長く設定されており、プリバイアスを
加えた上で信号バイアスを印加した時に屈折率変化がプ
リバイアス印加時を基準として、負方向に変化しかつ吸
収係数が増加するような値に設定されている。これによ
り、チャープパラメータ（４π／λ）（Δｎ／Δα）は
負の値を示す。即ち、電気信号印加による変調時に負チ
ャーピングが生じる構造となっており、この変調器を用
いて通常分散ファイバー中を伝送した場合の伝送距離を
伸長させることができる。
電界が印加される光導波層における吸収端波長が入射さ
れる光波の波長に比べて無電界時の光吸収係数が十分に
小さくなるように長く設定されており、プリバイアスを
加えた上で信号バイアスを印加した時に屈折率変化がプ
リバイアス印加時を基準として、負方向に変化しかつ吸
収係数が増加するような値に設定されている。これによ
り、チャープパラメータ（４π／λ）（Δｎ／Δα）は
負の値を示す。即ち、電気信号印加による変調時に負チ
ャーピングが生じる構造となっており、この変調器を用
いて通常分散ファイバー中を伝送した場合の伝送距離を
伸長させることができる。
【００１８】ここで、離長（吸収端波長と入射光波長と
の差）が小さくなるに従い、チャープパラメータは小さ
くなるが離長の変化に対するチャープパラメータの変化
は大きくなる。即ち、離長が小さな領域では、離長自身
の揺らぎに対して、チャープパラメータが大きく変動す
ることになる。
の差）が小さくなるに従い、チャープパラメータは小さ
くなるが離長の変化に対するチャープパラメータの変化
は大きくなる。即ち、離長が小さな領域では、離長自身
の揺らぎに対して、チャープパラメータが大きく変動す
ることになる。
【００１９】そこで、本発明においては、離長の変化に
対するチャープパラメータの比が０．１以下程度に小さ
くなるように離長に下限を設け、製造上生じる離長の揺
らぎに対して安定なチャープ変調が生じるようにしてい
る。
対するチャープパラメータの比が０．１以下程度に小さ
くなるように離長に下限を設け、製造上生じる離長の揺
らぎに対して安定なチャープ変調が生じるようにしてい
る。
【００２０】また、前記半導体吸収層が多重量子井戸構
造からなることを特徴とする第一の発明および第二の発
明の電界吸収型光変調器を第三の発明とする。
造からなることを特徴とする第一の発明および第二の発
明の電界吸収型光変調器を第三の発明とする。
【００２１】また、第一の発明から第三の発明の電界吸
収型変調器と該光変調器の光吸収層に入力光を光学的に
結合させるための集光手段と、該光吸収層からの出力光
を外部の光ファイバーに光学的に結合させる為の集光手
段を内蔵した光通信用モジュールを第四の発明とする。
収型変調器と該光変調器の光吸収層に入力光を光学的に
結合させるための集光手段と、該光吸収層からの出力光
を外部の光ファイバーに光学的に結合させる為の集光手
段を内蔵した光通信用モジュールを第四の発明とする。
【００２２】また、第一の発明から第三の発明の電界吸
収型光変調器を有する送信手段と、この送信手段からの
出力光を外部に導波するための導波手段と、この導波手
段からの出力光を受信するための受信手段とを有する光
通信システムの第五の発明とする。
収型光変調器を有する送信手段と、この送信手段からの
出力光を外部に導波するための導波手段と、この導波手
段からの出力光を受信するための受信手段とを有する光
通信システムの第五の発明とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【００２４】［実施形態１］図１は本発明による電界吸
収型光変調器の実施形態としてＩｎＰ系多重量子井戸
（ＭＱＷ）電界吸収型光変調器を示す斜視図である。
（１００）面方位のｎ−ＩｎＰ基板１０１上にｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層（キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）１０
２、ＩｎＧａＡｓＰ（５．８ｎｍ０．４５％圧縮歪ウェ
ル）／ＩｎＧａＡｓＰ（６ｎｍ無歪バリア）ＭＱＷ光吸
収層（吸収端波長１．４８５μｍ：入射光波長１．５５
μｍに対する離調６５ｎｍ）１０３、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層（キャリア濃度２×１０17ｃｍ-3）１０４を順次積
層したスラブ構造にＰ+ −ＩｎＰクラッド層（キャリア
濃度５×１０17ｃｍ-3）１０５で覆われた埋め込み型導
波路構造を有し、該Ｐ+ −ＩｎＰクラッド層上面にＰ+
−ＩｎＧａＡｓキャップ層（キャリア濃度１×１０19ｃ
ｍ-3）１０６、Ｔｉ／Ａｕ電極（ｐ型パット電極）１０
７が順次積層され、更に素子裏面にはＴｉ／Ａｕ電極
（ｎ型電極）１０８が形成されている。また、ｐ型パッ
ト電極下部には高速動作に対応するために素子容量低減
を目的としてポリイミド２０１が埋め込まれている。更
に、入出射両端面には、無反射用コーティング膜が積層
されている。
収型光変調器の実施形態としてＩｎＰ系多重量子井戸
（ＭＱＷ）電界吸収型光変調器を示す斜視図である。
（１００）面方位のｎ−ＩｎＰ基板１０１上にｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層（キャリア濃度５×１０17ｃｍ-3）１０
２、ＩｎＧａＡｓＰ（５．８ｎｍ０．４５％圧縮歪ウェ
ル）／ＩｎＧａＡｓＰ（６ｎｍ無歪バリア）ＭＱＷ光吸
収層（吸収端波長１．４８５μｍ：入射光波長１．５５
μｍに対する離調６５ｎｍ）１０３、ｐ−ＩｎＰクラッ
ド層（キャリア濃度２×１０17ｃｍ-3）１０４を順次積
層したスラブ構造にＰ+ −ＩｎＰクラッド層（キャリア
濃度５×１０17ｃｍ-3）１０５で覆われた埋め込み型導
波路構造を有し、該Ｐ+ −ＩｎＰクラッド層上面にＰ+
−ＩｎＧａＡｓキャップ層（キャリア濃度１×１０19ｃ
ｍ-3）１０６、Ｔｉ／Ａｕ電極（ｐ型パット電極）１０
７が順次積層され、更に素子裏面にはＴｉ／Ａｕ電極
（ｎ型電極）１０８が形成されている。また、ｐ型パッ
ト電極下部には高速動作に対応するために素子容量低減
を目的としてポリイミド２０１が埋め込まれている。更
に、入出射両端面には、無反射用コーティング膜が積層
されている。
【００２５】次に、図１に示したＩｎＰ多重量子井戸電
界吸収型光変調器の動作を説明する。図２は、光吸収層
１０３における光吸収係数の離調（入射光波長と吸収端
波長の差）依存性を印加電界をパラメータとして示した
ものである。離長５０ｎｍ以上において無電界時の吸収
係数は小さいが、電界とともに吸収係数が増大し、入射
光が消光（光信号ＯＦＦ状態）することになる。
界吸収型光変調器の動作を説明する。図２は、光吸収層
１０３における光吸収係数の離調（入射光波長と吸収端
波長の差）依存性を印加電界をパラメータとして示した
ものである。離長５０ｎｍ以上において無電界時の吸収
係数は小さいが、電界とともに吸収係数が増大し、入射
光が消光（光信号ＯＦＦ状態）することになる。
【００２６】また、図３にこのときの屈折率変化の離長
依存性を、更に図４に離調６０ｎｍ近傍の拡大図を示
す。予め、７０ｋＶ／ｃｍの電界強度を印加した状態で
更に１０ｋＶ／ｃｍの電界を重畳した場合、離長６０ｎ
ｍを境に屈折率変化が正方向及び負方向に変化する離調
の領域があらわれることが図４より判る。
依存性を、更に図４に離調６０ｎｍ近傍の拡大図を示
す。予め、７０ｋＶ／ｃｍの電界強度を印加した状態で
更に１０ｋＶ／ｃｍの電界を重畳した場合、離長６０ｎ
ｍを境に屈折率変化が正方向及び負方向に変化する離調
の領域があらわれることが図４より判る。
【００２７】この時のチャープパラメータαp ＝（４π
／λ）（Δｎ／Δα）（但しλは入射光波長、Δｎ、Δ
αはそれぞれ電界印加に伴う屈折率変化及び吸収変化を
示す）の離調及びプリ電界強度依存性を図５に示す。本
発明の実施形態では、光吸収層の離長は６５ｎｍに設定
されておりプリ印加電界７０ｋＶ／ｃｍから８０ｋＶ／
ｃｍでチャープパラメータが負になる。また、離調６５
ｎｍ近傍では、離長の変化に対するチャープパラメータ
の変動が小さく、離調が１０ｎｍ程度変動してもチャー
プパラメータは０．５程度変化するだけである。この様
に本発明の電界吸収型光変調器に於いては、離調揺らぎ
δλに対するチャープパラメータの揺らぎδαｐ比が
０．１以下即ち
／λ）（Δｎ／Δα）（但しλは入射光波長、Δｎ、Δ
αはそれぞれ電界印加に伴う屈折率変化及び吸収変化を
示す）の離調及びプリ電界強度依存性を図５に示す。本
発明の実施形態では、光吸収層の離長は６５ｎｍに設定
されておりプリ印加電界７０ｋＶ／ｃｍから８０ｋＶ／
ｃｍでチャープパラメータが負になる。また、離調６５
ｎｍ近傍では、離長の変化に対するチャープパラメータ
の変動が小さく、離調が１０ｎｍ程度変動してもチャー
プパラメータは０．５程度変化するだけである。この様
に本発明の電界吸収型光変調器に於いては、離調揺らぎ
δλに対するチャープパラメータの揺らぎδαｐ比が
０．１以下即ち
【００２８】
【数３】
【００２９】となるようにプリ印加バイアス及び離調の
値が設定されており、製造上生じる離長の揺らぎに対し
て安定なプリバイアス印加法による変調動作を行うこと
が可能となる。
値が設定されており、製造上生じる離長の揺らぎに対し
て安定なプリバイアス印加法による変調動作を行うこと
が可能となる。
【００３０】図６に本発明を用いた電界吸収型光変調器
において、離長が１０ｎｍ異なる２つの素子の１０Ｇｂ
／ｓ変調の４０ｋｍ伝送後における受信波形（プリ電界
強度８０ｋＶ／ｃｍ）を示す。チャーピングの影響によ
る差はほとんど見られず、本発明の電界吸収型光変調器
は１０ｎｍ程度の離長揺らぎに対しても安定な変調動作
を実現できることを示している。
において、離長が１０ｎｍ異なる２つの素子の１０Ｇｂ
／ｓ変調の４０ｋｍ伝送後における受信波形（プリ電界
強度８０ｋＶ／ｃｍ）を示す。チャーピングの影響によ
る差はほとんど見られず、本発明の電界吸収型光変調器
は１０ｎｍ程度の離長揺らぎに対しても安定な変調動作
を実現できることを示している。
【００３１】尚、本実施形態は上記に限定されるもので
はなく、ＩｎＰ系の多重量子井戸構造の電界吸収型光変
調器の他に、同じくＩｎＰ系のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ
多重量子井戸に対しても本発明は適用できる。また、本
発明は、バルク半導体を光吸収層とする電界吸収型光変
調器においても有効であり、実施形態で示した素子形
状、即ち各層の厚さや各層の組成に限定されるものでは
ないことはいうまでもない。
はなく、ＩｎＰ系の多重量子井戸構造の電界吸収型光変
調器の他に、同じくＩｎＰ系のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ
多重量子井戸に対しても本発明は適用できる。また、本
発明は、バルク半導体を光吸収層とする電界吸収型光変
調器においても有効であり、実施形態で示した素子形
状、即ち各層の厚さや各層の組成に限定されるものでは
ないことはいうまでもない。
【００３２】［実施形態２］以下に図面を参照して本発
明の第２の実施の形態を詳細に説明する。図７は、サブ
マウント１７上に実施形態１の電界吸収型光変調器１９
とその光軸上に非球面レンズ１２を介して光ファイバー
１３を固定した光通信用変調器モジュール１８である。
明の第２の実施の形態を詳細に説明する。図７は、サブ
マウント１７上に実施形態１の電界吸収型光変調器１９
とその光軸上に非球面レンズ１２を介して光ファイバー
１３を固定した光通信用変調器モジュール１８である。
【００３３】本モジュールを用いれば低挿入損失、低チ
ャーピングの高速送信光信号を容易に作り出すことがで
きる。
ャーピングの高速送信光信号を容易に作り出すことがで
きる。
【００３４】［実施形態３］以下に図面を参照して本発
明の実施形態３を詳細に説明する。図８は、実施形態２
の変調器モジュール１８を用いた幹線系光通信システム
である。送信装置２０は変調器モジュール１８に光を入
力するための光源２１とこの変調器モジュール及び光源
を駆動する為の駆動系２２とを有する。光源２１からの
光は変調器モジュール１８で光信号に変換され、光ファ
イバー２３を通って受信装置２４内の受光部２５で検出
される。
明の実施形態３を詳細に説明する。図８は、実施形態２
の変調器モジュール１８を用いた幹線系光通信システム
である。送信装置２０は変調器モジュール１８に光を入
力するための光源２１とこの変調器モジュール及び光源
を駆動する為の駆動系２２とを有する。光源２１からの
光は変調器モジュール１８で光信号に変換され、光ファ
イバー２３を通って受信装置２４内の受光部２５で検出
される。
【００３５】本実施形態に係る光通信システムによれば
１００ｋｍ以上の無中継光伝送が容易に実現できる。こ
れは、半導体光変調器へのプリバイアス印加により負方
向のチャーピングが生じる為に、ファイバー２３の分散
による信号劣化が著しく低減されることに基づく。
１００ｋｍ以上の無中継光伝送が容易に実現できる。こ
れは、半導体光変調器へのプリバイアス印加により負方
向のチャーピングが生じる為に、ファイバー２３の分散
による信号劣化が著しく低減されることに基づく。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による電界吸
収型光変調器は高速・長距離伝送が可能なプリバイアス
印加法により、製造上生じる離長の揺らぎに対して安定
な変調動作を行うことができる。更に、本発明による電
界吸収型光変調器により、信頼性に優れた長距離高速光
通信用光送信モジュール及びそれを用いた光通信システ
ムを構築することができる。
収型光変調器は高速・長距離伝送が可能なプリバイアス
印加法により、製造上生じる離長の揺らぎに対して安定
な変調動作を行うことができる。更に、本発明による電
界吸収型光変調器により、信頼性に優れた長距離高速光
通信用光送信モジュール及びそれを用いた光通信システ
ムを構築することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態であるＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸電界吸収型光変調器の
構造を示す斜視図である。
Ｐ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸電界吸収型光変調器の
構造を示す斜視図である。
【図２】本発明によるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ
多重量子井戸電界吸収型光変調器の光吸収層における吸
収係数の離長に対するスペクトルの印加電界依存性を示
す図である。
多重量子井戸電界吸収型光変調器の光吸収層における吸
収係数の離長に対するスペクトルの印加電界依存性を示
す図である。
【図３】本発明によるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ
多重量子井戸電界吸収型光変調器の光吸収層における屈
折率変化の離長に対するスペクトルの印加電界依存性を
示す図である。
多重量子井戸電界吸収型光変調器の光吸収層における屈
折率変化の離長に対するスペクトルの印加電界依存性を
示す図である。
【図４】本発明によるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ
多重量子井戸電界吸収型光変調器の光吸収層における屈
折率変化の離長に対するスペクトルの印加電界依存性を
示す図であって、特に離調６０ｎｍ近傍の拡大図であ
る。
多重量子井戸電界吸収型光変調器の光吸収層における屈
折率変化の離長に対するスペクトルの印加電界依存性を
示す図であって、特に離調６０ｎｍ近傍の拡大図であ
る。
【図５】本発明によるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ
多重量子井戸電界吸収型光変調器のチャープパラメータ
の離長及びプリ印加電界依存性を示す図である。
多重量子井戸電界吸収型光変調器のチャープパラメータ
の離長及びプリ印加電界依存性を示す図である。
【図６】本発明によるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ
多重量子井戸電界吸収型光変調器の１０Ｇｂ／ｓ変調に
おける４０ｋｍ伝送後の受信波形を示す図である。
多重量子井戸電界吸収型光変調器の１０Ｇｂ／ｓ変調に
おける４０ｋｍ伝送後の受信波形を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である電界吸収型光
変調器を内蔵した光通信モジュールを示す模式図であ
る。
変調器を内蔵した光通信モジュールを示す模式図であ
る。
【図８】本発明の第３の実施の形態である電界吸収型光
変調器を内蔵した光通信モジュールを用いた光通信シス
テムを示す模式図である。
変調器を内蔵した光通信モジュールを用いた光通信シス
テムを示す模式図である。
【図９】プリバイアス印加法の概略を示す模式図であ
る。
る。
１０１ ｎ−ＩｎＰ基板 １０２ ｎ−ＩｎＰバッファ層 １０３ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ光吸
収層 １０４ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １０５ Ｐ+ −ＩｎＰクラッド層 １０６ Ｐ+ −ＩｎＧａＡｓクラッド層 １０７ Ｔｉ／Ａｕｐ側電極 １０８ Ｔｉ／Ａｕｎ側電極 ２０１ ポリイミド １９ 半導体電界吸収型光変調器 １２ 非球面レンズ １３ 光ファイバー １７ サブマウント １８ 光通信用モジュール ２３ 光ファイバー ２４ 受信装置 ２５ 受光器 ２０ 送信装置 ２１ 光源 １ 受信器 ２ 変調器 ３ 光源 ４ 信号線 ５ バイアスＴ回路 ６ プリバイアス
収層 １０４ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １０５ Ｐ+ −ＩｎＰクラッド層 １０６ Ｐ+ −ＩｎＧａＡｓクラッド層 １０７ Ｔｉ／Ａｕｐ側電極 １０８ Ｔｉ／Ａｕｎ側電極 ２０１ ポリイミド １９ 半導体電界吸収型光変調器 １２ 非球面レンズ １３ 光ファイバー １７ サブマウント １８ 光通信用モジュール ２３ 光ファイバー ２４ 受信装置 ２５ 受光器 ２０ 送信装置 ２１ 光源 １ 受信器 ２ 変調器 ３ 光源 ４ 信号線 ５ バイアスＴ回路 ６ プリバイアス
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
ァ層、半導体光吸収層、半導体クラッド層が順次積層さ
れた層構造を有し、光吸収層の一端より入射された光波
の吸収を該光吸収層に印加した電界強度を変えることに
より変化させる電界吸収型光変調器であって、該光吸収
層に一定のオフセット電圧を印加し、該オフセット電圧
印加時の無電圧時を基準とする屈折率変化が正の値を持
つ様に離調（入射光波長と該光吸収層の吸収端波長の
差）の値が設定され、更に該オフセット電圧上に微少電
圧を重畳したときに、入射光に対する該光吸収層の屈折
率の変化が零または負方向へ変わり、かつ、吸収変化が
正方向へ変わるように離調が設定されていることを特徴
とする電界吸収型光変調器。 - 【請求項２】 半導体基板上に少なくとも半導体バッフ
ァ層、半導体光吸収層、半導体クラッド層が順次積層さ
れた層構造を有し、光吸収層の一端より入射された光波
の吸収を該光吸収層に印加した電界強度を変えることに
より変化させる電界吸収型光変調器であって、該光吸収
層に一定のオフセット電圧を印加し、該オフセット電圧
印加時の無電圧時を基準とする屈折率変化が正の値を持
つ様に離調（入射光波長と該光吸収層の吸収端波長の
差）の値が設定され、更に該オフセット電圧上に微少電
圧を重畳したときに、入射光に対する該光吸収層の屈折
率の変化が零または負方向へ変わりかつ吸収変化が正方
向へ変わるように離調を設定し、更に、離調の変化δλ
に対するチャープパラメータαp ＝（４π／λ）（Δｎ
／Δα）（但しλは入射光波長、Δｎ、Δαはそれぞれ
電界印加に伴う屈折率変化及び吸収変化を示す）の変化
δαp の比が０．１以下、即ち 【数１】 となるように該離長を設定したことを特徴とする電界吸
収型光変調器。 - 【請求項３】 前記半導体吸収層が多重量子井戸構造か
らなることを特徴とする請求項１又は２記載の電界吸収
型光変調器。 - 【請求項４】 請求項１又は２又は３記載の電界吸収型
変調器と該光変調器の光吸収層に入力光を光学的に結合
させるための集光手段と、該光吸収層からの出力光を外
部の光ファイバーに光学的に結合させる為の集光手段を
内蔵した光通信用モジュール。 - 【請求項５】 請求項１又は２又は３記載の電界吸収型
光変調器を有する送信手段と、この送信手段からの出力
光を外部に導波するための導波手段と、この導波手段か
らの出力光を受信するための受信手段とを有する光通信
システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8155745A JP2817713B2 (ja) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | 半導体光変調器 |
| US08/877,371 US5953149A (en) | 1996-06-17 | 1997-06-17 | Semiconductor electroabsorption optical modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8155745A JP2817713B2 (ja) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | 半導体光変調器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH103063A true JPH103063A (ja) | 1998-01-06 |
| JP2817713B2 JP2817713B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=15612509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8155745A Expired - Fee Related JP2817713B2 (ja) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | 半導体光変調器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5953149A (ja) |
| JP (1) | JP2817713B2 (ja) |
Cited By (2)
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| DE102012100736B4 (de) | 2011-02-08 | 2018-06-14 | Denso Corporation | Kraftstoffeinspritzungs-Bedingungs-Analysator |
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| US5521738A (en) * | 1994-06-30 | 1996-05-28 | At&T Corp. | Data encoded optical pulse generator |
| JP2827977B2 (ja) * | 1995-07-14 | 1998-11-25 | 日本電気株式会社 | 半導体光変調器の変調回路 |
| JPH0954290A (ja) * | 1995-08-18 | 1997-02-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体量子井戸光変調器及び光変調方法 |
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-
1996
- 1996-06-17 JP JP8155745A patent/JP2817713B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-06-17 US US08/877,371 patent/US5953149A/en not_active Expired - Lifetime
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| JP2817713B2 (ja) | 1998-10-30 |
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