JP2004109412A - 可変光減衰器 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化、消費電力の低減、動作速度の高速化を同時に図ることができる可変光減衰器を提供する。
【解決手段】光を透過させるコア11と、コア11を挟み込むようにコア11に隣接して配設されるクラッド12a,12bと、光の透過方向に沿ってコア11およびクラッド12a,12bを挟み込んで配設された一対のキャリア供給層13a,13bと、キャリア供給層13a,13bに電圧を印加する金属パッド14a,14bとを備え、金属パッド14a,14bに電圧を印加することによりコア11での光の吸収率を大きくして透過する光を減衰させる可変光減衰器10において、クラッド12a,12bにエアホール12aa,12baをブラッグ(Bragg) 条件を満たすように格子配列状に複数形成して二次元フォトニック結晶構造とした。
【選択図】 図1
【解決手段】光を透過させるコア11と、コア11を挟み込むようにコア11に隣接して配設されるクラッド12a,12bと、光の透過方向に沿ってコア11およびクラッド12a,12bを挟み込んで配設された一対のキャリア供給層13a,13bと、キャリア供給層13a,13bに電圧を印加する金属パッド14a,14bとを備え、金属パッド14a,14bに電圧を印加することによりコア11での光の吸収率を大きくして透過する光を減衰させる可変光減衰器10において、クラッド12a,12bにエアホール12aa,12baをブラッグ(Bragg) 条件を満たすように格子配列状に複数形成して二次元フォトニック結晶構造とした。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信で用いられる波長域1.3μmや1.55μm等で電圧制御により光を減衰させることができる可変光減衰器に関する。
【0002】
【従来の技術】
DWDMシステム等でEDFAを利用する場合においては、光ファイバを通過してきた通信光を任意の光強度に設定する必要がある。これまで、SOI基板上に形成されたリブ型導波路に対して半導体であるコア部分とP型半導体とN型半導体部分を持つリブを形成してPIN構造とし、順方向電流を流すことでキャリアを導波路コア部に注入し、信号光を減衰させる方法が実用化されている。この可変光減衰器の一例の断面を図5に示す。
【0003】
図5において、111はシリコンからなるコア、112a,112bはシリコンからなるコア111より薄い層厚のクラッド、113aはP型不純物を添加されたシリコンからなるキャリア供給層、113bはN型不純物を添加されたシリコンからなるキャリア供給層、114a,114bはキャリア供給層113a,113bに電流をそれぞれ供給する金属パッド、117は石英からなるアンダクラッドである。
【0004】
このような可変光減衰器110においては、紙面に垂直な方向の光線がコア111を通過するようし、光を減衰させたいときには、金属パッド114a,114bに対して、金属パッド114aから金属パッド114bに電流が流れる方向に電圧を印加すると、印加した電圧に応じて、コア111に対して、キャリア供給層113aから正孔が進入すると共に、キャリア供給層113bから電子が進入して、コア111を伝播する光を吸収、減衰させるようになっている。
【0005】
ここで、コア111とクラッド112a,112bを構成するシリコンと、キャリア供給層113aを構成するP型半導体およびキャリア供給層113bを構成するN型半導体とは、屈折率がほとんど変わらない。このため、コア111部分のみに光を閉じ込めるには、コア111部分の等価屈折率より周囲の屈折率を下げる必要があるので、クラッド112a,112b、キャリア供給層113a,113bの各部分の厚さをコア111部分よりも小さくしている。
【0006】
【非特許文献1】
<URL:http://www.bookham.com./pages/asoc _technology/conference _papers.html>から入る<URL:http://www.bookham.com./Register/Register.asp?filename=VOA−paper−NFOEC2001v1.0.pdf>
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の構造では、クラッド112a,112bの厚さがコア111の厚さよりも小さいことから、コア111の中で最もキャリア濃度の高い部分が、光パワー密度の高いコア111の中心部から外れてしまう。このため、光減衰量を確保できるようにPIN構造部の光軸方向の長さを大きくしなければならず、大幅に小型化することが困難であった。
【0008】
また、必要なキャリアを発生させるための電流量も多くなってしまうため、消費電力が増加してしまっていた。
【0009】
さらに、等価屈折率差による閉じ込め構造であることから、コア111の幅が数μm程度となるため、キャリア供給層113a,113b間の距離が数μm以上離れてしまい、キャリアの移動時間による応答速度が低下してしまっていた。
【0010】
このようなことから、本発明は、小型化、消費電力の低減、動作速度の高速化を同時に図ることができる可変光減衰器を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前述した課題解決するための、第一番目の発明による可変光減衰器は、光を透過させるコアと、前記コアを挟み込むように当該コアに隣接して配設されるクラッドと、光の透過方向に沿って前記コアおよび前記クラッドを挟み込んで配設された一対のキャリア供給層と、前記キャリア供給層に電圧を印加する電極とを備え、前記電極に電圧を印加することにより前記コアでの光の吸収率を大きくして透過する光を減衰させる可変光減衰器において、前記クラッドおよび前記キャリア供給層のうちの少なくとも前記クラッドが二次元フォトニック結晶構造を有することを特徴とする。
【0012】
第二番目の発明による可変光減衰器は、第一番目の発明において、光の透過方向および前記キャリア供給層の挟み込み方向に直交する方向の前記コアと前記クラッドとの厚さが等しいことを特徴とする。
【0013】
第三番目の発明による可変光減衰器は、第一番目の発明において、光の透過方向および前記キャリア供給層の挟み込み方向に直交する方向の少なくとも一方側に配設されて前記コア、前記クラッド、前記キャリア供給層を覆う光学的に透明な絶縁物を備えたことを特徴とする。
【0014】
第四番目の発明による可変光減衰器は、第一番目の発明において、光の透過方向および前記キャリア供給層の挟み込み方向に直交する方向の少なくとも一方側に配設されて前記コア、前記クラッド、前記キャリア供給層を覆う石英からなる絶縁物を備えたことを特徴とする。
【0015】
第五番目の発明による可変光減衰器は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記コア、前記クラッド、前記キャリア供給層が、シリコンを主体とする半導体からなることを特徴とする。
【0016】
第六番目の発明による可変光減衰器は、第五番目の発明において、SOI基板上に形成されていることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明による可変光減衰器の実施の形態を図面を用いて説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【0018】
[第一番目の実施の形態]
本発明による可変光減衰器の第一番目の実施の形態を図1,2を用いて説明する。図1は、可変光減衰器の概略構造図、図2は、図1のA−A線断面矢線視図である。
【0019】
図1,2に示すように、本実施の形態にかかる可変光減衰器10は、光を透過させるコア11と、コア11を挟み込むようにコア11に隣接して配設されるクラッド12a,12bと、光の透過方向に沿ってコア11およびクラッド12a,12bを挟み込んで配設された一対のキャリア供給層13a,13bと、キャリア供給層13a,13bに電圧を印加する電極である金属パッド14a,14bとを備え、金属パッド14a,14bに電圧を印加することによりコア11での光の吸収率を大きくして透過する光を減衰させる可変光減衰器10において、クラッド12a,12bが二次元フォトニック結晶構造を有したものである。
【0020】
前記コア11は、シリコンを主体とする半導体からなっている。
前記クラッド12a,12bは、シリコンを主体とする半導体からなり、コア11に対して使用する光波長帯域において光閉じ込め機能を発現するエアホール12aa,12baを格子配列状に複数形成した上記二次元フォトニック結晶構造となっている。
【0021】
前記エアホール12aa,12baは、クラッド12a,12b内で円柱空間を形成し、内部に空気が入り込み、屈折率が異なっている。また、その格子配列は、ブラッグ(Bragg) 条件を満たし、所定の波長の光のみを反射させて伝播させることができるようになっている。
【0022】
ここで、上記コア11は、その幅が上記フォトニック結晶の格子定数と同程度であり、一般的には0.3〜0.5μm程度である。
また、図2に示すように、コア11とクラッド12a,12bとの高さ、すなわち、光の透過方向およびキャリア供給層13a,13bの挟み込み方向に直交する方向のコア11とクラッド12a,12bとの厚さが等しくなっている(例えば、1.55μm帯の場合には0.2μm前後)。
【0023】
前記キャリア供給層13aは、シリコンを主体とする半導体であり、P型不純物を添加したP型半導体からなっている。
前記キャリア供給層13bは、シリコンを主体とする半導体であり、N型不純物を添加したN型半導体からなっている。
【0024】
前記金属パッド14a,14bは、可変電圧電源16により導線15を介して印加された電圧をキャリア供給層13a,13bに印加することができるようになっている。
【0025】
また、光の透過方向およびキャリア供給層13a,13bの挟み込み方向と直交する方向の一方側には、コア11、クラッド12a,12b、キャリア供給層13a,13bを覆う光学的に透明な絶縁物である石英からなるアンダクラッド17が配設されており、当該アンダクラッド17は、SOI基板であるシリコン基板部18上の埋め込み酸化物である石英を用いている。なお、光の透過方向およびキャリア供給層13a,13bの挟み込み方向と直交する方向の他方側は、空気からなるエアクラッドとしている。
【0026】
このような本実施の形態にかかる可変光減衰器10において、端面側からコア11内部へ信号光が入射すると、当該信号光は、クラッド12a,12bにより閉じ込められ、図1中B−B線に沿ってコア11内部を伝播する。
【0027】
このような状態で可変電圧電源16から導線15を介して金属パッド14a,14bに電圧を印加すると、キャリア供給層13a,13bからクラッド12a,12bを介してコア11にキャリアが各々進入する。ここで、コア11に注入されるキャリアの濃度と可変電圧電源16で印加される電圧とは強い相関関係を有することから、可変電圧電源16で印加する電圧の大きさを変化させることにより、コア11内部を伝播する信号光の強度を自在に制御することができる。
【0028】
なお、信号光は、クラッド12a,12b中に染み出しを若干生じるが、コア11の中心(B−B線)からの距離が大きくなるほど染み出す強さが減少する。また、キャリア供給層13a,13bは、光閉じ込め構造を有さないと共に、電流が印加されていない場合でもキャリアが存在していることから、信号光は、キャリア供給層13a,13bにまで染み出すと、電流を印加していないときでも減衰を生じてしまい、好ましくない結果となる。このため、クラッド12a,12bの幅を前記フォトニック結晶の格子定数の数倍以上とすることにより、キャリア供給層13a,13bの領域に信号光を伝播させることなく光を閉じ込めることができる。
【0029】
つまり、本実施の形態にかかる可変光減衰器10においては、クラッド12a,12bに二次元フォトニック結晶構造を用いることにより、コア11とクラッド12a,12bとを等しい高さ(厚さ)にできるようにしたのである。
【0030】
このため、最大の光強度となるコア11内部の領域にキャリアを効率よく到達させることが可能となる。
【0031】
したがって、本実施の形態の可変光減衰器10によれば、短い光路長で大きな光減衰効果を得ることができるので、回路を小型化することができ、さらに、回路の小型に伴って、消費電力を低減することができると共に、高速動作が可能となる。
【0032】
[第二番目の実施の形態]
本発明による可変光減衰器の第二番目の実施の形態を図3,4を用いて説明する。図3は、可変光減衰器の概略構造図、図4は、図3のA−A線断面矢線視図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符合と同一の符合を用いることにより、前述した第一番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【0033】
図3,4に示すように、本実施の形態にかかる可変光減衰器20は、光を透過させるコア11と、コア11を挟み込むようにコア11に隣接して配設されるクラッド12a,12bと、光の透過方向に沿ってコア11およびクラッド12a,12bを挟み込んで配設された一対のキャリア供給層23a,23bと、キャリア供給層23a,23bに電圧を印加する電極である金属パッド14a,14bとを備え、金属パッド14a,14bに電圧を印加することによりコア11での光の吸収率を大きくして透過する光を減衰させる可変光減衰器10において、クラッド12a,12bおよびキャリア供給層23a,23bが二次元フォトニック結晶構造を有したものである。
【0034】
前記キャリア供給層23aは、シリコンを主体とする半導体であり、P型不純物を添加したP型半導体からなると共に、コア11に対して使用する光波長帯域において光閉じ込め機能を発現するエアホール23aaを複数有して上記二次元フォトニック結晶構造となっている。
前記キャリア供給層23bは、シリコンを主体とする半導体であり、N型不純物を添加したN型半導体からなると共に、コア11に対して使用する光波長帯域において光閉じ込め機能を発現するエアホール23baを複数有して上記二次元フォトニック結晶構造となっている。
【0035】
前記エアホール23aa,23baは、前記キャリア供給層23a,23b内で円柱空間を形成し、内部に空気が入り込み、屈折率が異なっている。また、その格子配列は、ブラッグ(Bragg) 条件を満たし、所定の波長の光のみを反射させて伝播させることができるようになっている。
【0036】
つまり、前述した第一番目の実施の形態の可変光減衰器10においては、クラッド12a,12bのみにエアホール12aa,12abを形成することにより、クラッド12a,12bのみを二次元フォトニック結晶構造としたが、本実施の形態の可変光減衰器20においては、さらに、キャリア供給層23a,23bにもエアホール23aa,23baを形成することにより、キャリア供給層23a,23bも二次元フォトニック結晶構造としたのである。
【0037】
このような本実施の形態にかかる可変光減衰器20においては、前述した第一番目の実施の形態にかかる可変光減衰器10の場合と同様に、コア11内部を伝播する信号光の強度を自在に制御することができる。
【0038】
ここで、本実施の形態にかかる可変光減衰器20においては、キャリア供給層23a,23bが二次元フォトニック結晶構造を有することから、キャリア供給層23a,23bも光の進入を妨げるようになる。
【0039】
このため、クラッド12a,12bの幅を小さくしても、光の損失の増大を抑制することができる。
【0040】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第一番目の実施の形態の場合よりもクラッド12a,12bの幅をさらに小さくすることができるので、前述した第一番目の実施の形態の場合よりもさらに小型化を図ることができる。
【0041】
[その他の実施の形態]
なお、前述した第一,二番目の実施の形態においては、光の透過方向およびキャリア供給層13a,13b、23a,23bの挟み込み方向と直交する方向の他方側をエアクラッドとしたが、他の実施の形態として、例えば、光の透過方向およびキャリア供給層13a,13b,23a,23bの挟み込み方向と直交する方向の他方側に石英やポリマなどのような光学的に透明な絶縁物からなるオーバクラッドを配設することも可能である。このとき、前記エアホール13aa,13ba、23aa,23baの内部は、空気または当該オーバクラッドと同じ物質とすることが可能である。
【0042】
【発明の効果】
本発明の可変光減衰器によれば、クラッドおよびキャリア供給層のうちの少なくともクラッドが二次元フォトニック結晶構造を有しているので、コアとクラッドとを等しい高さ(厚み)にすることができ、最大の光強度となるコア内部の領域にキャリアを効率よく到達させることが可能となる。その結果、短い光路長で大きな光減衰効果を得ることができるので、回路を小型化することができ、さらに、回路の小型に伴って、消費電力を低減することができると共に、高速動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による可変光減衰器の第一番目の実施の形態の概略構造を表す平面図である。
【図2】図1のA−A線断面矢線視図である。
【図3】本発明による可変光減衰器の第二番目の実施の形態の概略構造を表す平面図である。
【図4】図3のA−A線断面矢線視図である。
【図5】従来の可変光減衰器の第一番目の実施の形態の概略構造を表す断面図である。
【符号の説明】
10,20 可変光減衰器
11 コア
12a,12b クラッド
12aa,12ba エアホール
13a,13b,23a,23b キャリア供給層
23aa,23ba エアホール
14a,14b 金属パッド
15 導線
16 可変電圧電源
17 アンダクラッド
18 シリコン基板部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信で用いられる波長域1.3μmや1.55μm等で電圧制御により光を減衰させることができる可変光減衰器に関する。
【0002】
【従来の技術】
DWDMシステム等でEDFAを利用する場合においては、光ファイバを通過してきた通信光を任意の光強度に設定する必要がある。これまで、SOI基板上に形成されたリブ型導波路に対して半導体であるコア部分とP型半導体とN型半導体部分を持つリブを形成してPIN構造とし、順方向電流を流すことでキャリアを導波路コア部に注入し、信号光を減衰させる方法が実用化されている。この可変光減衰器の一例の断面を図5に示す。
【0003】
図5において、111はシリコンからなるコア、112a,112bはシリコンからなるコア111より薄い層厚のクラッド、113aはP型不純物を添加されたシリコンからなるキャリア供給層、113bはN型不純物を添加されたシリコンからなるキャリア供給層、114a,114bはキャリア供給層113a,113bに電流をそれぞれ供給する金属パッド、117は石英からなるアンダクラッドである。
【0004】
このような可変光減衰器110においては、紙面に垂直な方向の光線がコア111を通過するようし、光を減衰させたいときには、金属パッド114a,114bに対して、金属パッド114aから金属パッド114bに電流が流れる方向に電圧を印加すると、印加した電圧に応じて、コア111に対して、キャリア供給層113aから正孔が進入すると共に、キャリア供給層113bから電子が進入して、コア111を伝播する光を吸収、減衰させるようになっている。
【0005】
ここで、コア111とクラッド112a,112bを構成するシリコンと、キャリア供給層113aを構成するP型半導体およびキャリア供給層113bを構成するN型半導体とは、屈折率がほとんど変わらない。このため、コア111部分のみに光を閉じ込めるには、コア111部分の等価屈折率より周囲の屈折率を下げる必要があるので、クラッド112a,112b、キャリア供給層113a,113bの各部分の厚さをコア111部分よりも小さくしている。
【0006】
【非特許文献1】
<URL:http://www.bookham.com./pages/asoc _technology/conference _papers.html>から入る<URL:http://www.bookham.com./Register/Register.asp?filename=VOA−paper−NFOEC2001v1.0.pdf>
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の構造では、クラッド112a,112bの厚さがコア111の厚さよりも小さいことから、コア111の中で最もキャリア濃度の高い部分が、光パワー密度の高いコア111の中心部から外れてしまう。このため、光減衰量を確保できるようにPIN構造部の光軸方向の長さを大きくしなければならず、大幅に小型化することが困難であった。
【0008】
また、必要なキャリアを発生させるための電流量も多くなってしまうため、消費電力が増加してしまっていた。
【0009】
さらに、等価屈折率差による閉じ込め構造であることから、コア111の幅が数μm程度となるため、キャリア供給層113a,113b間の距離が数μm以上離れてしまい、キャリアの移動時間による応答速度が低下してしまっていた。
【0010】
このようなことから、本発明は、小型化、消費電力の低減、動作速度の高速化を同時に図ることができる可変光減衰器を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前述した課題解決するための、第一番目の発明による可変光減衰器は、光を透過させるコアと、前記コアを挟み込むように当該コアに隣接して配設されるクラッドと、光の透過方向に沿って前記コアおよび前記クラッドを挟み込んで配設された一対のキャリア供給層と、前記キャリア供給層に電圧を印加する電極とを備え、前記電極に電圧を印加することにより前記コアでの光の吸収率を大きくして透過する光を減衰させる可変光減衰器において、前記クラッドおよび前記キャリア供給層のうちの少なくとも前記クラッドが二次元フォトニック結晶構造を有することを特徴とする。
【0012】
第二番目の発明による可変光減衰器は、第一番目の発明において、光の透過方向および前記キャリア供給層の挟み込み方向に直交する方向の前記コアと前記クラッドとの厚さが等しいことを特徴とする。
【0013】
第三番目の発明による可変光減衰器は、第一番目の発明において、光の透過方向および前記キャリア供給層の挟み込み方向に直交する方向の少なくとも一方側に配設されて前記コア、前記クラッド、前記キャリア供給層を覆う光学的に透明な絶縁物を備えたことを特徴とする。
【0014】
第四番目の発明による可変光減衰器は、第一番目の発明において、光の透過方向および前記キャリア供給層の挟み込み方向に直交する方向の少なくとも一方側に配設されて前記コア、前記クラッド、前記キャリア供給層を覆う石英からなる絶縁物を備えたことを特徴とする。
【0015】
第五番目の発明による可変光減衰器は、第一番目から第四番目の発明のいずれかにおいて、前記コア、前記クラッド、前記キャリア供給層が、シリコンを主体とする半導体からなることを特徴とする。
【0016】
第六番目の発明による可変光減衰器は、第五番目の発明において、SOI基板上に形成されていることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明による可変光減衰器の実施の形態を図面を用いて説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【0018】
[第一番目の実施の形態]
本発明による可変光減衰器の第一番目の実施の形態を図1,2を用いて説明する。図1は、可変光減衰器の概略構造図、図2は、図1のA−A線断面矢線視図である。
【0019】
図1,2に示すように、本実施の形態にかかる可変光減衰器10は、光を透過させるコア11と、コア11を挟み込むようにコア11に隣接して配設されるクラッド12a,12bと、光の透過方向に沿ってコア11およびクラッド12a,12bを挟み込んで配設された一対のキャリア供給層13a,13bと、キャリア供給層13a,13bに電圧を印加する電極である金属パッド14a,14bとを備え、金属パッド14a,14bに電圧を印加することによりコア11での光の吸収率を大きくして透過する光を減衰させる可変光減衰器10において、クラッド12a,12bが二次元フォトニック結晶構造を有したものである。
【0020】
前記コア11は、シリコンを主体とする半導体からなっている。
前記クラッド12a,12bは、シリコンを主体とする半導体からなり、コア11に対して使用する光波長帯域において光閉じ込め機能を発現するエアホール12aa,12baを格子配列状に複数形成した上記二次元フォトニック結晶構造となっている。
【0021】
前記エアホール12aa,12baは、クラッド12a,12b内で円柱空間を形成し、内部に空気が入り込み、屈折率が異なっている。また、その格子配列は、ブラッグ(Bragg) 条件を満たし、所定の波長の光のみを反射させて伝播させることができるようになっている。
【0022】
ここで、上記コア11は、その幅が上記フォトニック結晶の格子定数と同程度であり、一般的には0.3〜0.5μm程度である。
また、図2に示すように、コア11とクラッド12a,12bとの高さ、すなわち、光の透過方向およびキャリア供給層13a,13bの挟み込み方向に直交する方向のコア11とクラッド12a,12bとの厚さが等しくなっている(例えば、1.55μm帯の場合には0.2μm前後)。
【0023】
前記キャリア供給層13aは、シリコンを主体とする半導体であり、P型不純物を添加したP型半導体からなっている。
前記キャリア供給層13bは、シリコンを主体とする半導体であり、N型不純物を添加したN型半導体からなっている。
【0024】
前記金属パッド14a,14bは、可変電圧電源16により導線15を介して印加された電圧をキャリア供給層13a,13bに印加することができるようになっている。
【0025】
また、光の透過方向およびキャリア供給層13a,13bの挟み込み方向と直交する方向の一方側には、コア11、クラッド12a,12b、キャリア供給層13a,13bを覆う光学的に透明な絶縁物である石英からなるアンダクラッド17が配設されており、当該アンダクラッド17は、SOI基板であるシリコン基板部18上の埋め込み酸化物である石英を用いている。なお、光の透過方向およびキャリア供給層13a,13bの挟み込み方向と直交する方向の他方側は、空気からなるエアクラッドとしている。
【0026】
このような本実施の形態にかかる可変光減衰器10において、端面側からコア11内部へ信号光が入射すると、当該信号光は、クラッド12a,12bにより閉じ込められ、図1中B−B線に沿ってコア11内部を伝播する。
【0027】
このような状態で可変電圧電源16から導線15を介して金属パッド14a,14bに電圧を印加すると、キャリア供給層13a,13bからクラッド12a,12bを介してコア11にキャリアが各々進入する。ここで、コア11に注入されるキャリアの濃度と可変電圧電源16で印加される電圧とは強い相関関係を有することから、可変電圧電源16で印加する電圧の大きさを変化させることにより、コア11内部を伝播する信号光の強度を自在に制御することができる。
【0028】
なお、信号光は、クラッド12a,12b中に染み出しを若干生じるが、コア11の中心(B−B線)からの距離が大きくなるほど染み出す強さが減少する。また、キャリア供給層13a,13bは、光閉じ込め構造を有さないと共に、電流が印加されていない場合でもキャリアが存在していることから、信号光は、キャリア供給層13a,13bにまで染み出すと、電流を印加していないときでも減衰を生じてしまい、好ましくない結果となる。このため、クラッド12a,12bの幅を前記フォトニック結晶の格子定数の数倍以上とすることにより、キャリア供給層13a,13bの領域に信号光を伝播させることなく光を閉じ込めることができる。
【0029】
つまり、本実施の形態にかかる可変光減衰器10においては、クラッド12a,12bに二次元フォトニック結晶構造を用いることにより、コア11とクラッド12a,12bとを等しい高さ(厚さ)にできるようにしたのである。
【0030】
このため、最大の光強度となるコア11内部の領域にキャリアを効率よく到達させることが可能となる。
【0031】
したがって、本実施の形態の可変光減衰器10によれば、短い光路長で大きな光減衰効果を得ることができるので、回路を小型化することができ、さらに、回路の小型に伴って、消費電力を低減することができると共に、高速動作が可能となる。
【0032】
[第二番目の実施の形態]
本発明による可変光減衰器の第二番目の実施の形態を図3,4を用いて説明する。図3は、可変光減衰器の概略構造図、図4は、図3のA−A線断面矢線視図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符合と同一の符合を用いることにより、前述した第一番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【0033】
図3,4に示すように、本実施の形態にかかる可変光減衰器20は、光を透過させるコア11と、コア11を挟み込むようにコア11に隣接して配設されるクラッド12a,12bと、光の透過方向に沿ってコア11およびクラッド12a,12bを挟み込んで配設された一対のキャリア供給層23a,23bと、キャリア供給層23a,23bに電圧を印加する電極である金属パッド14a,14bとを備え、金属パッド14a,14bに電圧を印加することによりコア11での光の吸収率を大きくして透過する光を減衰させる可変光減衰器10において、クラッド12a,12bおよびキャリア供給層23a,23bが二次元フォトニック結晶構造を有したものである。
【0034】
前記キャリア供給層23aは、シリコンを主体とする半導体であり、P型不純物を添加したP型半導体からなると共に、コア11に対して使用する光波長帯域において光閉じ込め機能を発現するエアホール23aaを複数有して上記二次元フォトニック結晶構造となっている。
前記キャリア供給層23bは、シリコンを主体とする半導体であり、N型不純物を添加したN型半導体からなると共に、コア11に対して使用する光波長帯域において光閉じ込め機能を発現するエアホール23baを複数有して上記二次元フォトニック結晶構造となっている。
【0035】
前記エアホール23aa,23baは、前記キャリア供給層23a,23b内で円柱空間を形成し、内部に空気が入り込み、屈折率が異なっている。また、その格子配列は、ブラッグ(Bragg) 条件を満たし、所定の波長の光のみを反射させて伝播させることができるようになっている。
【0036】
つまり、前述した第一番目の実施の形態の可変光減衰器10においては、クラッド12a,12bのみにエアホール12aa,12abを形成することにより、クラッド12a,12bのみを二次元フォトニック結晶構造としたが、本実施の形態の可変光減衰器20においては、さらに、キャリア供給層23a,23bにもエアホール23aa,23baを形成することにより、キャリア供給層23a,23bも二次元フォトニック結晶構造としたのである。
【0037】
このような本実施の形態にかかる可変光減衰器20においては、前述した第一番目の実施の形態にかかる可変光減衰器10の場合と同様に、コア11内部を伝播する信号光の強度を自在に制御することができる。
【0038】
ここで、本実施の形態にかかる可変光減衰器20においては、キャリア供給層23a,23bが二次元フォトニック結晶構造を有することから、キャリア供給層23a,23bも光の進入を妨げるようになる。
【0039】
このため、クラッド12a,12bの幅を小さくしても、光の損失の増大を抑制することができる。
【0040】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第一番目の実施の形態の場合よりもクラッド12a,12bの幅をさらに小さくすることができるので、前述した第一番目の実施の形態の場合よりもさらに小型化を図ることができる。
【0041】
[その他の実施の形態]
なお、前述した第一,二番目の実施の形態においては、光の透過方向およびキャリア供給層13a,13b、23a,23bの挟み込み方向と直交する方向の他方側をエアクラッドとしたが、他の実施の形態として、例えば、光の透過方向およびキャリア供給層13a,13b,23a,23bの挟み込み方向と直交する方向の他方側に石英やポリマなどのような光学的に透明な絶縁物からなるオーバクラッドを配設することも可能である。このとき、前記エアホール13aa,13ba、23aa,23baの内部は、空気または当該オーバクラッドと同じ物質とすることが可能である。
【0042】
【発明の効果】
本発明の可変光減衰器によれば、クラッドおよびキャリア供給層のうちの少なくともクラッドが二次元フォトニック結晶構造を有しているので、コアとクラッドとを等しい高さ(厚み)にすることができ、最大の光強度となるコア内部の領域にキャリアを効率よく到達させることが可能となる。その結果、短い光路長で大きな光減衰効果を得ることができるので、回路を小型化することができ、さらに、回路の小型に伴って、消費電力を低減することができると共に、高速動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による可変光減衰器の第一番目の実施の形態の概略構造を表す平面図である。
【図2】図1のA−A線断面矢線視図である。
【図3】本発明による可変光減衰器の第二番目の実施の形態の概略構造を表す平面図である。
【図4】図3のA−A線断面矢線視図である。
【図5】従来の可変光減衰器の第一番目の実施の形態の概略構造を表す断面図である。
【符号の説明】
10,20 可変光減衰器
11 コア
12a,12b クラッド
12aa,12ba エアホール
13a,13b,23a,23b キャリア供給層
23aa,23ba エアホール
14a,14b 金属パッド
15 導線
16 可変電圧電源
17 アンダクラッド
18 シリコン基板部
Claims (6)
- 光を透過させるコアと、前記コアを挟み込むように当該コアに隣接して配設されるクラッドと、光の透過方向に沿って前記コアおよび前記クラッドを挟み込んで配設された一対のキャリア供給層と、前記キャリア供給層に電圧を印加する電極とを備え、前記電極に電圧を印加することにより前記コアでの光の吸収率を大きくして透過する光を減衰させる可変光減衰器において、前記クラッドおよび前記キャリア供給層のうちの少なくとも前記クラッドが二次元フォトニック結晶構造を有する
ことを特徴とする可変光減衰器。 - 請求項1において、
光の透過方向および前記キャリア供給層の挟み込み方向に直交する方向の前記コアと前記クラッドとの厚さが等しい
ことを特徴とする可変光減衰器。 - 請求項1において、
光の透過方向および前記キャリア供給層の挟み込み方向に直交する方向の少なくとも一方側に配設されて前記コア、前記クラッド、前記キャリア供給層を覆う光学的に透明な絶縁物を備えた
ことを特徴とする可変光減衰器。 - 請求項1において、
光の透過方向および前記キャリア供給層の挟み込み方向に直交する方向の少なくとも一方側に配設されて前記コア、前記クラッド、前記キャリア供給層を覆う石英からなる絶縁物を備えた
ことを特徴とする可変光減衰器。 - 請求項1から請求項4のいずれかにおいて、
前記コア、前記クラッド、前記キャリア供給層が、シリコンを主体とする半導体からなる
ことを特徴とする可変光減衰器。 - 請求項5において、
SOI基板上に形成されている
ことを特徴とする可変光減衰器。
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