JPS62283302A - 光合分波器 - Google Patents
光合分波器Info
- Publication number
- JPS62283302A JPS62283302A JP12582786A JP12582786A JPS62283302A JP S62283302 A JPS62283302 A JP S62283302A JP 12582786 A JP12582786 A JP 12582786A JP 12582786 A JP12582786 A JP 12582786A JP S62283302 A JPS62283302 A JP S62283302A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- waveguide
- layer
- demultiplexer
- waveguides
- Prior art date
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- Pending
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- 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】
３、発明の詳細な説明
（産業上の利用分野）
本発明は、光波長多重通信に用いる、合分波器に関する
ものである。
ものである。
（従来の技術）
第８図は、分波器としてよく用いられてきた従来の一例
を示す。これは多重反射形干渉膜分波器と呼ばれるもの
である。第８図において、１０ａは入力光ファイバ、１
０ｂは特定の波長のみを取り出す出力光ファイバ、１１
は誘電体多層膜、１２はガラス１反である。
を示す。これは多重反射形干渉膜分波器と呼ばれるもの
である。第８図において、１０ａは入力光ファイバ、１
０ｂは特定の波長のみを取り出す出力光ファイバ、１１
は誘電体多層膜、１２はガラス１反である。
６箇所の誘電体多層膜１１のそれぞれの部分が、ある特
定の波長の光だけを透過し、残りをすべて反射する性質
を持つ。誘電体多層膜は、透過させたい光の波長λに対
して、屈折率の高い物質（主にＺｎ５）と屈折率の低い
物質（主にＭｇＦ ｚ）を、λ／４厚ずつ、交互に約２
０層重ね合わせた構造を持つ。
定の波長の光だけを透過し、残りをすべて反射する性質
を持つ。誘電体多層膜は、透過させたい光の波長λに対
して、屈折率の高い物質（主にＺｎ５）と屈折率の低い
物質（主にＭｇＦ ｚ）を、λ／４厚ずつ、交互に約２
０層重ね合わせた構造を持つ。
この構造の合分波器は、各々の光フアイバ間の軸合わせ
を非常に高精度に行なう必要があり、そのため構造を精
密化せざるを得ないので、高価な−ものになっている。
を非常に高精度に行なう必要があり、そのため構造を精
密化せざるを得ないので、高価な−ものになっている。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明は、簡易にして、安価な光合分波器を提供するこ
とにある。
とにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、半導体基板上に形成された導波路と、ドナー
不純物を高濃度にドープすることにより、。
不純物を高濃度にドープすることにより、。
導波路中に形成された導波路部分とは異なる屈折率をも
つｎ型ドープ層とにより構成する。
つｎ型ドープ層とにより構成する。
すなわち例えば半導体基板上に設けられた真株主１生ユ
ヱｌ（またはｎｏ ′１ コア ）とクラッド層とから
なる第１の半導体導波路と、該第１の半導体導波路と斜
めに交差する第２の半導体導波路と、前記第１および第
２の半導体導波路の交差角の半角をなす面内の導波路中
に玉ｍ−プすることにより形成されたｎ３型ド一プ層（
または） された −゛′）とにより構成する。
ヱｌ（またはｎｏ ′１ コア ）とクラッド層とから
なる第１の半導体導波路と、該第１の半導体導波路と斜
めに交差する第２の半導体導波路と、前記第１および第
２の半導体導波路の交差角の半角をなす面内の導波路中
に玉ｍ−プすることにより形成されたｎ３型ド一プ層（
または） された −゛′）とにより構成する。
この構造の合分波器は、従来の合分波器と異なり、光フ
アイバ同志の軸合わせを必要とせず、また半導体基板上
にモノリシックに集積できるので、小型にして安価なも
のを製造することができるところが異なる。
アイバ同志の軸合わせを必要とせず、また半導体基板上
にモノリシックに集積できるので、小型にして安価なも
のを製造することができるところが異なる。
第１図は本発明の一実施例を表わす２波長用光合分波器
の斜視図であって、■は真性半導体コア層、２は不純物
を高濃度にドープしたｎ゛型ドープ層、３は半導体基板
、４はクラッド層を表わす。
の斜視図であって、■は真性半導体コア層、２は不純物
を高濃度にドープしたｎ゛型ドープ層、３は半導体基板
、４はクラッド層を表わす。
真性半導体コア層１およびクラフト層４で導波路が形成
される。ｎ゛型ドープ層２は、第１図に示すように交差
角２θの半角θをなす面内にある。
される。ｎ゛型ドープ層２は、第１図に示すように交差
角２θの半角θをなす面内にある。
半導体材料としては、ＧａＡｓ系またはＩｎＰ系があり
、クラッド層４の材料としては、ＧａヶＡＩ、□Ａｓ系
の混晶またはＩｎＸＧａ＋−ＸＡＳＹＰ ｌ−ｙ系の混
晶が用いられ、これらは合分波を行いたい所望の波長に
より、選択されるものである。
、クラッド層４の材料としては、ＧａヶＡＩ、□Ａｓ系
の混晶またはＩｎＸＧａ＋−ＸＡＳＹＰ ｌ−ｙ系の混
晶が用いられ、これらは合分波を行いたい所望の波長に
より、選択されるものである。
ｎ゛型ドープ層２は真性半導体コア層１の混晶中にドナ
ー不純物を高濃度にドープすることにより形成される。
ー不純物を高濃度にドープすることにより形成される。
次に、この合分波器の動作原理について説明を行う。こ
こでは、前記導波路の材質としてＧａＡｓおよびＡＩ！
を用いたものについて説明する。
こでは、前記導波路の材質としてＧａＡｓおよびＡＩ！
を用いたものについて説明する。
第２図は真性ＧａＡｓおよびドナーを高濃度にドープし
たＧａＡｓの吸収係数を示す図であって、図中、曲線ａ
は実験より得られた真性ＧａＡｓの吸収係数（α）であ
る。この吸収係数αは、複素電気感受率χ（ω）＝χ′
（ω）−４χ−（ω）の虚部χ″（ω）と、次の関係に
ある。
たＧａＡｓの吸収係数を示す図であって、図中、曲線ａ
は実験より得られた真性ＧａＡｓの吸収係数（α）であ
る。この吸収係数αは、複素電気感受率χ（ω）＝χ′
（ω）−４χ−（ω）の虚部χ″（ω）と、次の関係に
ある。
と
ただし、Ｋは光の波数ベクトル、
εはω→（３）での誘電率である。
クラマーズ・クローニソヒの関係式
に式（１）を代入すると、
となる。周波数ωにおける屈折率ｎ（ω）は複素誘電率
ε （ω）の実部の平方根であるから、χが小さいとき
には、 となり、吸収係数α（ω）がわがっていれば、屈折率ｎ
（ω）を算出することができる。式（４）および第２図
に示すαより、真性ＧａＡｓの屈折率を求めた結果を第
３図に曲線ａで示す。
ε （ω）の実部の平方根であるから、χが小さいとき
には、 となり、吸収係数α（ω）がわがっていれば、屈折率ｎ
（ω）を算出することができる。式（４）および第２図
に示すαより、真性ＧａＡｓの屈折率を求めた結果を第
３図に曲線ａで示す。
次に、ＧａＡｓ内にドナー不純物を高濃度にドープした
場合を考える。このとき吸収係数α（ω）は、第２図に
曲線すで示すように、バースタインシフトにより、約（
ＥＦ−ＥＣ−４ＫＩＴ）だけ、高エネルギー側、すなわ
ち短波長側にシフトする。ただし、ＥｒはドープしたＧ
ａＡｓのフェルミ準位、Ｅ、は導電帯の底のエネルギー
、Ｋ、はボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。
場合を考える。このとき吸収係数α（ω）は、第２図に
曲線すで示すように、バースタインシフトにより、約（
ＥＦ−ＥＣ−４ＫＩＴ）だけ、高エネルギー側、すなわ
ち短波長側にシフトする。ただし、ＥｒはドープしたＧ
ａＡｓのフェルミ準位、Ｅ、は導電帯の底のエネルギー
、Ｋ、はボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。
第４図は、ＧａＡｓ中の伝導電子濃度と、バースタイン
シフト量の関係を示す図である。これによると、伝導電
子濃度を約８Ｘ１０”／ｃｍ’程度にドープすれば、０
．１ｅｖのα（ω）のシフトが可能であることがわかる
。α（ω）が０．１ｅｖ短波長側にシフトしたｎ°型ト
ド−１層ついて、式（４）を用いて屈折率を計算した結
果を第３図に曲線すで示す。
シフト量の関係を示す図である。これによると、伝導電
子濃度を約８Ｘ１０”／ｃｍ’程度にドープすれば、０
．１ｅｖのα（ω）のシフトが可能であることがわかる
。α（ω）が０．１ｅｖ短波長側にシフトしたｎ°型ト
ド−１層ついて、式（４）を用いて屈折率を計算した結
果を第３図に曲線すで示す。
さて第３図における波長λ２を持つ光が、導波路（屈折
率ｎえ２ ）よりｎ゛型トド−１層屈折率ｎＤ２゜）に
入射した場合を考える（ｎ、□ ＋ ｎ Ｄａ。
率ｎえ２ ）よりｎ゛型トド−１層屈折率ｎＤ２゜）に
入射した場合を考える（ｎ、□ ＋ ｎ Ｄａ。
次に第３図における波長λ１を持った光が、導波路（屈
折率ｎ、２１）よりｎ゛型トド−１層入射し型ドープ層
において全反射させ、波長λ１の光を直進させることが
できる。例えば！１・０．８３μｍ。
折率ｎ、２１）よりｎ゛型トド−１層入射し型ドープ層
において全反射させ、波長λ１の光を直進させることが
できる。例えば！１・０．８３μｍ。
λｚ＝０．８５ｐｍの光については、ｎ ＃３．４１
．ｎＤλ、λｌ ＝３．．３９． ｎ、 ＝３．４７． ｎＤλ２＝３
．３７となるので、６．２ °くθ＜ １３．８°と
すれば分波が可能である。
．ｎＤλ、λｌ ＝３．．３９． ｎ、 ＝３．４７． ｎＤλ２＝３
．３７となるので、６．２ °くθ＜ １３．８°と
すれば分波が可能である。
全く同様の方法により、λ、１ λ２を別々の導波路に
入射させれば、合波も可能となる。
入射させれば、合波も可能となる。
第５図は本発明の他の実施例の２波長用合分波器の斜視
図であり、形状は第１図と同じであって、３は半導体基
板、５はドナー不純物を高濃度にドープしたｎ゛゛半導
体コア層、６はｎ゛゛半導体コア層中にプロトン等を注
入し、キャリアを補償した高抵抗半導体層である。ｎ°
°半導体コア層はドナー濃度が大きいほど低世失である
ので、高抵抗半導体層から遠いところのコア層には、高
抵抗半導体層付近のコア層よりも多量にドープする。
図であり、形状は第１図と同じであって、３は半導体基
板、５はドナー不純物を高濃度にドープしたｎ゛゛半導
体コア層、６はｎ゛゛半導体コア層中にプロトン等を注
入し、キャリアを補償した高抵抗半導体層である。ｎ°
°半導体コア層はドナー濃度が大きいほど低世失である
ので、高抵抗半導体層から遠いところのコア層には、高
抵抗半導体層付近のコア層よりも多量にドープする。
この場合には、第３図において曲線ａが高抵抗半導体Ｎ
６の屈折率を表わし、曲線すがｎ゛゛半導体コアＮ５の
屈折率を表わすことになる。この光を高抵抗し層におい
て全反射させ、波長λ、の光を直進させることが可能で
ある。例えばλ。＝０．８１μｍ１ λ、 ＝０．８３
μｍの光については、ｎλ。
６の屈折率を表わし、曲線すがｎ゛゛半導体コアＮ５の
屈折率を表わすことになる。この光を高抵抗し層におい
て全反射させ、波長λ、の光を直進させることが可能で
ある。例えばλ。＝０．８１μｍ１ λ、 ＝０．８３
μｍの光については、ｎλ。
＝３．３５ 、 ｎＤλｏ＝３．４２５ 、 ｎλ
１＝３．４１ 、 ｎＤλ、＝３．３９となり、６．２
°〈θ＜１２．０’とすれば、これら２波の光が分
波できる。
１＝３．４１ 、 ｎＤλ、＝３．３９となり、６．２
°〈θ＜１２．０’とすれば、これら２波の光が分
波できる。
第６図は本発明の別の実施例であり、第１図に示す実施
例をもとに、３波長用光分波器を構成した例を示す。第
１図と同一の符号は同一のものである。２ｂは２ａより
もさらに高濃度にドープされたｎ゛型トド−１層ある。
例をもとに、３波長用光分波器を構成した例を示す。第
１図と同一の符号は同一のものである。２ｂは２ａより
もさらに高濃度にドープされたｎ゛型トド−１層ある。
ｎ゛型トド−１層２ａコア層１との全反射側の境界は、
急峻な屈折率変化を持つようにｎ゛型トド−１層２ａ形
成されているが、反対側の境界（第６図斜線部）はゆる
やかな屈折重度化をもつように形成される。この理由は
後に述べる。
急峻な屈折率変化を持つようにｎ゛型トド−１層２ａ形
成されているが、反対側の境界（第６図斜線部）はゆる
やかな屈折重度化をもつように形成される。この理由は
後に述べる。
第７図において、曲線ａは真性半導体コア層１の屈折率
を示し、曲線すはｎ゛型ドープＮ２ａの屈折率を示し、
曲線Ｃはさらに高濃度なｎ゛型ドープＪｉＪ２ｂの屈折
率を示す。
を示し、曲線すはｎ゛型ドープＮ２ａの屈折率を示し、
曲線Ｃはさらに高濃度なｎ゛型ドープＪｉＪ２ｂの屈折
率を示す。
さて、第７図に示すようにλ３．λ２．λゴが（λ、く
λ２くλ、）がｎ°型ドープ層２ａに入射すると、λ、
は２ａにおいて全反射し、λ１．λ２は直進する。その
ためには第６図におけるθ１を、次のように設定すれば
よい。
λ２くλ、）がｎ°型ドープ層２ａに入射すると、λ、
は２ａにおいて全反射し、λ１．λ２は直進する。その
ためには第６図におけるθ１を、次のように設定すれば
よい。
このときに、ｎ°型ドープ層２ａと真性半導体コア層１
との透過側の境界は屈折率をなだらかに変化させなけれ
ばならない。なぜなら、透過側の境界が急峻な屈折率変
化を持つと、波長λ、の光が、この透過側の境界で全反
射してしまうからである。
との透過側の境界は屈折率をなだらかに変化させなけれ
ばならない。なぜなら、透過側の境界が急峻な屈折率変
化を持つと、波長λ、の光が、この透過側の境界で全反
射してしまうからである。
残りのλ９．λ２の分波は前述の２波長用分波器をその
まま使用すればよい。
まま使用すればよい。
このとき、第６図におけるθ２は次のように設３波長用
光分波器であるが、これと同様に第５図に示した実施例
をもとにした３波長用光分波器の構成ももち論可能であ
る。さらにここでは分波を例に説明したが、合波につい
ても逆方向の動作により可能である。
光分波器であるが、これと同様に第５図に示した実施例
をもとにした３波長用光分波器の構成ももち論可能であ
る。さらにここでは分波を例に説明したが、合波につい
ても逆方向の動作により可能である。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明により簡易にして安価な光
合分波器を構成することが可能となる。
合分波器を構成することが可能となる。
またこの合分波器によれば非常に近接した２波長を合分
波できる。
波できる。
従って、これを光波長多重通信に応用することにより、
安価な通信網を提供できる利点がある。
安価な通信網を提供できる利点がある。
第１図は本発明の一実施例を表わす２波長用光合分波器
の斜視図、 第２図は真性ＧａＡｓおよびドナーを高濃度にドープし
たＧａＡｓの吸収係数を示す図、 第３図は第２図の曲線ａ、ｂで示す真性ＧａＡｓおよび
ｎ゛型ＧａＡｓの屈折率を示す図、第４図はＧａＡｓの
キャリア（電子）濃度とバースタインシフト量の関係を
示す図、 第５図は本発明の他の実施例の２波長用合分波器の斜視
図、 第６図は本発明の別の実施例の３波長用合分波器の平面
図、 第７図は真性ＧａＡｓの屈折率（曲線ａ）およびドナー
を高濃度にドープしたＧａＡｓの屈折率（曲線ａ。 ｂ）を示す図、第８図は従来実用に供されてきた多重反
射形干渉膜分波器を示す図である。 １・・・真性半導体コア層 ２、２ａ 、 ２ｂ−−・ｎ”型ドープ層３・・・半導
体基板 ４・・・クラッド層 ５・・・ｎ゛型半導体コア層 ６・・・高抵抗半導体層 第４図 キャリア（電子）濃度 （ｃｍ−”） 屈折率ｎ 第６図 入７．入２．入ヨ ■ ２ａ、２ｂ−−ｎ＋型Ｆ°−ブＡ 第７図
の斜視図、 第２図は真性ＧａＡｓおよびドナーを高濃度にドープし
たＧａＡｓの吸収係数を示す図、 第３図は第２図の曲線ａ、ｂで示す真性ＧａＡｓおよび
ｎ゛型ＧａＡｓの屈折率を示す図、第４図はＧａＡｓの
キャリア（電子）濃度とバースタインシフト量の関係を
示す図、 第５図は本発明の他の実施例の２波長用合分波器の斜視
図、 第６図は本発明の別の実施例の３波長用合分波器の平面
図、 第７図は真性ＧａＡｓの屈折率（曲線ａ）およびドナー
を高濃度にドープしたＧａＡｓの屈折率（曲線ａ。 ｂ）を示す図、第８図は従来実用に供されてきた多重反
射形干渉膜分波器を示す図である。 １・・・真性半導体コア層 ２、２ａ 、 ２ｂ−−・ｎ”型ドープ層３・・・半導
体基板 ４・・・クラッド層 ５・・・ｎ゛型半導体コア層 ６・・・高抵抗半導体層 第４図 キャリア（電子）濃度 （ｃｍ−”） 屈折率ｎ 第６図 入７．入２．入ヨ ■ ２ａ、２ｂ−−ｎ＋型Ｆ°−ブＡ 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体基板上に設けられた真性半導体コア層とクラ
ッド層とからなる第１の半導体導波路と、該第１の半導
体導波路と斜めに交差する第２の半導体導波路と、前記
第１および第２の半導体導波路の交差角の半角をなす面
内の導波路中に不純物をドープすることにより形成され
たｎ＾＋型ドープ層とにより構成されたことを特徴とす
る光合分波器。 ２、半導体基板上に設けられたｎ＾＋型半導体コア層と
クラッド層とからなる第１の半導体導波路と、該第１の
半導体導波路と斜めに交差する第２の半導体導波路と、
前記第１および第２の半導体導波路の交差角の半角をな
す面内の導波路中に形成された高抵抗半導体層とにより
構成されたことを特徴とする光合分波器。 ３、半導体基板上に設けられた真性半導体コア層とクラ
ッド層とからなる第１の半導体導波路と、該第１の半導
体導波路と斜めに交差する第２の半導体導波路と、前記
交差する位置とは別の位置で交差する第３の半導体導波
路と、前記第１および第２の半導体導波路の交差角の半
角をなす面内の導波路中に不純物をドープすることによ
り形成された第１のｎ＾＋型ドープ層と、前記第１およ
び第３の半導体導波路の交差角の半角をなす面内の導波
路中に不純物をドープすることにより形成された第２の
ｎ＾＋型ドープ層とにより構成されることを特徴とする
光合分波器。 ４、半導体基板上に設けられたｎ＾＋型半導体コア層と
クラッド層とからなる第１の半導体導波路と、該第１の
半導体導波路と斜めに交差する第２の半導体導波路と、
前記交差する位置とは別の位置で交差する第３の半導体
導波路と、前記第１および第２の半導体導波路の交差角
の半角をなす面内の導波路中に形成された第１の高抵抗
半導体層と、前記第１および第３の半導体導波路の交差
角の半角をなす面内の導波路中に形成された第２の高抵
抗半導体層とにより構成されることを特徴とする光合分
波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12582786A JPS62283302A (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 光合分波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12582786A JPS62283302A (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 光合分波器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62283302A true JPS62283302A (ja) | 1987-12-09 |
Family
ID=14919921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12582786A Pending JPS62283302A (ja) | 1986-06-02 | 1986-06-02 | 光合分波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62283302A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0235105U (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-07 |
-
1986
- 1986-06-02 JP JP12582786A patent/JPS62283302A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0235105U (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-07 |
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