JPS622213A - 光フイルタ素子 - Google Patents
光フイルタ素子Info
- Publication number
- JPS622213A JPS622213A JP14097085A JP14097085A JPS622213A JP S622213 A JPS622213 A JP S622213A JP 14097085 A JP14097085 A JP 14097085A JP 14097085 A JP14097085 A JP 14097085A JP S622213 A JPS622213 A JP S622213A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- wavelength
- filter element
- optical filter
- phase modulation
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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に関する。
（従来の技術）
波長多重化光信号から任意の波長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、光変換、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
の一つである。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
のひろ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。
能を有する光フィルタ素子は、光伝送、光変換、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
の一つである。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
のひろ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。
従来より、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光集
積化に適した光フィルタ素子として期待されている。特
に、光帰還構造としてはヘキ開によるファプリー・ベロ
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
長選択性及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、及び理論検討もされて
いる（オプティクスーコミュニケーション（Ｏｐｔｉｃ
ｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）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光集
積化に適した光フィルタ素子として期待されている。特
に、光帰還構造としてはヘキ開によるファプリー・ベロ
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
長選択性及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、及び理論検討もされて
いる（オプティクスーコミュニケーション（Ｏｐｔｉｃ
ｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）第１０巻、１２０ペ
ージ参照）。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、これらの従来より提案され、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、選択波長の同調の為に、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、
及び自然放出光強度も変化する為、光フィルタ素子とし
て必要な波長選択度、及び対雑音信号強度比を得る為に
は活性層への注入キャリア濃度の範囲が原理上せまく限
定され、結果として大きな選択波長の可変同調幅が得ら
れないといった欠点を有していた。
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、選択波長の同調の為に、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、
及び自然放出光強度も変化する為、光フィルタ素子とし
て必要な波長選択度、及び対雑音信号強度比を得る為に
は活性層への注入キャリア濃度の範囲が原理上せまく限
定され、結果として大きな選択波長の可変同調幅が得ら
れないといった欠点を有していた。
本発明の目的は、上述の欠点を除去し、大きな選択波長
の可変同調幅が得られる製造容易な光フィルタ素子を提
供することにある。
の可変同調幅が得られる製造容易な光フィルタ素子を提
供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の光フィルタ素子は、複数の分布帰還領域と、該
分布帰還領域の間に挿入され、光学的に結合した外部よ
り変調度を制御可“能な位相変調領域とからなる。
分布帰還領域の間に挿入され、光学的に結合した外部よ
り変調度を制御可“能な位相変調領域とからなる。
（作用）
光学的に結合した複数の分布帰還構造を有する先導波路
の光枦造特性は、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場合
はその回折格子の光学的周期より定まるブラッグ波長を
中心に、数人〜数１０程度度の一つの透過阻止波長域を
形成するが、各分布帰還領域の光学的位相がずれた場合
は、透過阻止波長域は分裂し、その透過阻止波長域の間
に、１〜２人程程度下のせまい幅の透過波長域が生じる
。複数の分布帰還領域を有する先導波路の間に光学的に
結合した位相変調領域を挿入し、各分布帰還領域の光学
的位相を外部より調整すれば、ブラッグ波長を中心とす
る数人〜数１０程度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。又
、透過波長域において光利得をもつ必要がない為、先導
波路を透過波長より短波長の組成の半導体で構成すれば
、キャリア注入により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信号強度比の劣化を生じるこ
ともない。
の光枦造特性は、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場合
はその回折格子の光学的周期より定まるブラッグ波長を
中心に、数人〜数１０程度度の一つの透過阻止波長域を
形成するが、各分布帰還領域の光学的位相がずれた場合
は、透過阻止波長域は分裂し、その透過阻止波長域の間
に、１〜２人程程度下のせまい幅の透過波長域が生じる
。複数の分布帰還領域を有する先導波路の間に光学的に
結合した位相変調領域を挿入し、各分布帰還領域の光学
的位相を外部より調整すれば、ブラッグ波長を中心とす
る数人〜数１０程度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。又
、透過波長域において光利得をもつ必要がない為、先導
波路を透過波長より短波長の組成の半導体で構成すれば
、キャリア注入により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信号強度比の劣化を生じるこ
ともない。
（実施例）
次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図は、本発明に基づく一実施例の光を増幅する方向
の断面を表わす回である。本実施例の光フィルタ素子は
、半導体基板１にエピタキシャル成長されたバッファ層
２、分布帰還領域３１及び位相変調領域３２を含む光導
波層３、クラッド層４、電極形成層５及びｎ側電極６、
ｐ側電極７、反射防止膜８から構成されている。半導体
基板１は（１００）方位を有し、Ｓｎが１×１０１８ｃ
ｍ−３ドープされた厚さ１００１１ｍのＩｎＰから成り
、バッファ層はＳｎが１×１０１８ｃｍ−３ドープされ
た厚さｌｐｍのＩｎＰから成り、光導波層３はアンドー
プの’０．８４ＧａＯ，１６Ａｓ０．３６Ｐ０．６４か
ら成り、分布帰還領域３１の部分の平均の厚さは０．１
ｐｍ、位相変調領域３２の部分の厚さは０．２ｐｍであ
る。クラッド層４はＺｎが５×１０１７ｃｍ−３ドープ
された厚さ２ｐｍのＩｎＰから成り、電極形成層５はＺ
ｎがＩ×１０１９ｃｍ−３ドープされたＩｎＯ，８４Ｇ
ａＯ，１６Ａｓ０．３６Ｐ０．６４から成り厚さは０．
５ｐｍである。
の断面を表わす回である。本実施例の光フィルタ素子は
、半導体基板１にエピタキシャル成長されたバッファ層
２、分布帰還領域３１及び位相変調領域３２を含む光導
波層３、クラッド層４、電極形成層５及びｎ側電極６、
ｐ側電極７、反射防止膜８から構成されている。半導体
基板１は（１００）方位を有し、Ｓｎが１×１０１８ｃ
ｍ−３ドープされた厚さ１００１１ｍのＩｎＰから成り
、バッファ層はＳｎが１×１０１８ｃｍ−３ドープされ
た厚さｌｐｍのＩｎＰから成り、光導波層３はアンドー
プの’０．８４ＧａＯ，１６Ａｓ０．３６Ｐ０．６４か
ら成り、分布帰還領域３１の部分の平均の厚さは０．１
ｐｍ、位相変調領域３２の部分の厚さは０．２ｐｍであ
る。クラッド層４はＺｎが５×１０１７ｃｍ−３ドープ
された厚さ２ｐｍのＩｎＰから成り、電極形成層５はＺ
ｎがＩ×１０１９ｃｍ−３ドープされたＩｎＯ，８４Ｇ
ａＯ，１６Ａｓ０．３６Ｐ０．６４から成り厚さは０．
５ｐｍである。
ｎ側電極６はＡｎ−Ｇｅ−Ｎｉ合金から成り厚さ０．３
ｐｍ、 ｐ側電極７はＡｎ−Ｚｎ合金から成り厚さ０．
３ｐｍ、反射防止膜８は５Ｌ３Ｎ４から成り厚さは１９
００人である。分布帰還領域３１には三光束干渉法てに
より作成された回折格子が形成され、周期には１８０５
人、格子の深さは６００人である。又、素子の長さは３
００ｐｍ、位相変調領域３２は、その中央部に位置し長
さ１１００ｐである。そして、分布帰還領域３１の部分
に位置する、電極形成層５及びｐ側電極７は化学エツチ
ングにより除去され、分布帰還領域３１に電流が注入さ
れないようになっている。
ｐｍ、 ｐ側電極７はＡｎ−Ｚｎ合金から成り厚さ０．
３ｐｍ、反射防止膜８は５Ｌ３Ｎ４から成り厚さは１９
００人である。分布帰還領域３１には三光束干渉法てに
より作成された回折格子が形成され、周期には１８０５
人、格子の深さは６００人である。又、素子の長さは３
００ｐｍ、位相変調領域３２は、その中央部に位置し長
さ１１００ｐである。そして、分布帰還領域３１の部分
に位置する、電極形成層５及びｐ側電極７は化学エツチ
ングにより除去され、分布帰還領域３１に電流が注入さ
れないようになっている。
この光フィルタ素子はその動作時において、ｐ側電極７
から位相変調領域３２へ注入される制御電流により、素
子の一端面から入射した、分布帰還構造のブラッグ波長
近傍の波長多重化光信号から、任意の波長の波長の光信
号を、選択して取出すことができる。第２図は、本発明
の動作原理を説明する為に２つの分布帰還領域を有する
光導波路の中央部に位相変調領域挿入した光フィルタ素
子の光透過特性を、２つの分布帰還領域の光学的位相差
をパラメータとして示した図である。光学的位相差がゼ
ロの場合は、従来の分布帰還構造を有する導波路型光フ
ィルタとなり、ブラッグ波長近傍に、一つの透過阻止波
長域が存在し、ブラッグ波長近傍の波長の光信号は全て
反射し、透過しない。一方、位相変調領域の導波路の屈
折率を変え、例えば１／８波長分の光学的位相差をもた
せた場合、大小２つの分裂した透過阻止波長域が現れ、
それらにはさまれたλ１の波長の光は反射されないで完
全に透過する。この透過波長は、第２図に示すように光
学的位相差に対応して、λ１からλ３に変えることがで
きる。
から位相変調領域３２へ注入される制御電流により、素
子の一端面から入射した、分布帰還構造のブラッグ波長
近傍の波長多重化光信号から、任意の波長の波長の光信
号を、選択して取出すことができる。第２図は、本発明
の動作原理を説明する為に２つの分布帰還領域を有する
光導波路の中央部に位相変調領域挿入した光フィルタ素
子の光透過特性を、２つの分布帰還領域の光学的位相差
をパラメータとして示した図である。光学的位相差がゼ
ロの場合は、従来の分布帰還構造を有する導波路型光フ
ィルタとなり、ブラッグ波長近傍に、一つの透過阻止波
長域が存在し、ブラッグ波長近傍の波長の光信号は全て
反射し、透過しない。一方、位相変調領域の導波路の屈
折率を変え、例えば１／８波長分の光学的位相差をもた
せた場合、大小２つの分裂した透過阻止波長域が現れ、
それらにはさまれたλ１の波長の光は反射されないで完
全に透過する。この透過波長は、第２図に示すように光
学的位相差に対応して、λ１からλ３に変えることがで
きる。
すなわち、第２図中においてλ１．λ２．λ３の３波多
重化光信号を光フィルタ素子の一端に入射すればその中
から任意の波長の光信号を位相変調領域により同調して
選択的に取り出すことができる。
重化光信号を光フィルタ素子の一端に入射すればその中
から任意の波長の光信号を位相変調領域により同調して
選択的に取り出すことができる。
具体的に、実施例について計算された設計値を述べると
、分布帰還構造の結合係数は約２００ｃｍ−１となる。
、分布帰還構造の結合係数は約２００ｃｍ−１となる。
光フィルタ素子として必要な波長選択度を１０ｄＢとし
た場合、透過波に関して常に波長選択度１０ｄＢが得ら
れる光学的位相変調量は１／８波長から３／８波長の間
となり、それに対応する透過波長の変化幅は１６人とな
る。一方、位相変調領域に、電流注入により１×１０１
８ｃｍ−３程度のキャリアを注入すれば導波路の屈折率
が変化し、最大、半波長骨の光学的位相を変化させるこ
とができる。従って透過波長の１０ｄＢ減衰幅が２人と
なることからブラッグ波長を中心に最大８チャンネル程
度の波長多重化された光信号から任意の波長選択が可能
となる。
た場合、透過波に関して常に波長選択度１０ｄＢが得ら
れる光学的位相変調量は１／８波長から３／８波長の間
となり、それに対応する透過波長の変化幅は１６人とな
る。一方、位相変調領域に、電流注入により１×１０１
８ｃｍ−３程度のキャリアを注入すれば導波路の屈折率
が変化し、最大、半波長骨の光学的位相を変化させるこ
とができる。従って透過波長の１０ｄＢ減衰幅が２人と
なることからブラッグ波長を中心に最大８チャンネル程
度の波長多重化された光信号から任意の波長選択が可能
となる。
なお、素子の材料及び組成は、上述の実施例に限定する
必要はなく他の半導体材料や誘電体材料であってもよい
。位相変調の機構も、キャリア注入によるものに限定す
る必要はなく、電気光学効果や、誘電体の屈折率の温度
依存性など、必要な屈折率変化を得ることのできる現象
ならばいかなるものであってもよい。又、先導波路構造
は光を導波する機能をもつならばプレーナ構造や埋め込
み構造に限らず、いかなる構造であってもよく、積層方
向に光を入射、透過させる固型構造であってもよい。さ
らに、分布帰還構造も、先導波路に回折格子を構成した
導波路型に限らず屈折率の異なる層を交互に積層した固
型構造であってもよい。
必要はなく他の半導体材料や誘電体材料であってもよい
。位相変調の機構も、キャリア注入によるものに限定す
る必要はなく、電気光学効果や、誘電体の屈折率の温度
依存性など、必要な屈折率変化を得ることのできる現象
ならばいかなるものであってもよい。又、先導波路構造
は光を導波する機能をもつならばプレーナ構造や埋め込
み構造に限らず、いかなる構造であってもよく、積層方
向に光を入射、透過させる固型構造であってもよい。さ
らに、分布帰還構造も、先導波路に回折格子を構成した
導波路型に限らず屈折率の異なる層を交互に積層した固
型構造であってもよい。
（発明の効果）
最後に本発明が有する特徴を要約すれば、複数の分布帰
還領域を有する先導波路の間に光学的に結合した位相変
調領域を挿入する、製造容易な構造により、各分布帰還
領域の光学的位相差を外部より調整することによりブラ
ッグ波長近傍の任意の波長を選択できる可変同調が可能
な透過型光フィルタ素子が得られることである。
還領域を有する先導波路の間に光学的に結合した位相変
調領域を挿入する、製造容易な構造により、各分布帰還
領域の光学的位相差を外部より調整することによりブラ
ッグ波長近傍の任意の波長を選択できる可変同調が可能
な透過型光フィルタ素子が得られることである。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は実施例の
光フィルタ素子の透過率特性を示す図である。図中、１
は半導体基板、２はバッファ層、３は先導波路、３１は
分布帰還領域、３２は位相変調領域、４はクラッド層、
５は電極形成層、６はｎ側電極、７はｐ側電極、８は反
射防止膜である。 ３１、分布帰′１１Ｌ霞熾′
光フィルタ素子の透過率特性を示す図である。図中、１
は半導体基板、２はバッファ層、３は先導波路、３１は
分布帰還領域、３２は位相変調領域、４はクラッド層、
５は電極形成層、６はｎ側電極、７はｐ側電極、８は反
射防止膜である。 ３１、分布帰′１１Ｌ霞熾′
Claims (1)
- 複数の分布帰還領域と、該分布帰還領域の間に光学的に
結合した状態で挿入され、外部より変調度が制御可能な
位相変調領域とからな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 |
|---|---|---|---|
| JP14097085A JPS622213A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 光フイルタ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14097085A JPS622213A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 光フイルタ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS622213A true JPS622213A (ja) | 1987-01-08 |
Family
ID=15281066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14097085A Pending JPS622213A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 光フイルタ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS622213A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63256927A (ja) * | 1987-04-14 | 1988-10-24 | Nec Corp | 光フイルタ素子 |
| JPH01244431A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Nec Corp | 可変波長フィルタ |
| US5088097A (en) * | 1990-04-04 | 1992-02-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser element capable of changing emission wavelength, and method of driving the same |
| US5440581A (en) * | 1992-01-13 | 1995-08-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor optical filter and an optical communication system using the same |
-
1985
- 1985-06-27 JP JP14097085A patent/JPS622213A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63256927A (ja) * | 1987-04-14 | 1988-10-24 | Nec Corp | 光フイルタ素子 |
| JPH01244431A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Nec Corp | 可変波長フィルタ |
| US5088097A (en) * | 1990-04-04 | 1992-02-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser element capable of changing emission wavelength, and method of driving the same |
| US5440581A (en) * | 1992-01-13 | 1995-08-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Semiconductor optical filter and an optical communication system using the same |
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