JP2921397B2 - 非線形光学素子 - Google Patents
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- G—PHYSICS
- 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
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学素子に関
し、特に光ファイバ通信や光情報処理等の分野で用いら
れる光制御素子として用いられる非線形光学素子に関す
る。
し、特に光ファイバ通信や光情報処理等の分野で用いら
れる光制御素子として用いられる非線形光学素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムや光情報処理シ
ステムの高速化には、光制御を行う素子の動作の高速化
が必要不可欠である。従来、光制御素子においては電気
信号により光制御を行う方法（電気−光制御）がとられ
てきたが、近年、より高速の動作が期待される方法とし
て、光により光制御を行う方法（光−光制御）が注目さ
れている。
ステムの高速化には、光制御を行う素子の動作の高速化
が必要不可欠である。従来、光制御素子においては電気
信号により光制御を行う方法（電気−光制御）がとられ
てきたが、近年、より高速の動作が期待される方法とし
て、光により光制御を行う方法（光−光制御）が注目さ
れている。
【０００３】例えば、本願出願人による出願特願平４−
３４１８６３号には、光吸収により非線形屈折率変化を
示す光導波部に静電界を印加する手段を有する非線形光
学素子が記載されている。この素子の光導波部では、制
御光が吸収され、励起されたキャリアによるバンドフィ
リング効果によって非線形屈折率変化が引き起こされ
る。この非線形屈折率変化により、光導波部を伝搬する
信号光が位相変調される。バンドフィリング効果による
非線形屈折率変化の場合、その発現に要する時間は非常
に短い（１ｐｓ以下）が、消失に要する時間は、励起さ
れたキャリアの寿命（通常１ｎｓ以下）によって定ま
り、素子の高速動作を妨げる。そこで、特願平４−３４
１８６３号に記載の素子では、光導波部に静電界を印加
し励起されたキャリアを光導波部外に掃引することによ
り、非線形屈折率変化の回復を高速化している。
３４１８６３号には、光吸収により非線形屈折率変化を
示す光導波部に静電界を印加する手段を有する非線形光
学素子が記載されている。この素子の光導波部では、制
御光が吸収され、励起されたキャリアによるバンドフィ
リング効果によって非線形屈折率変化が引き起こされ
る。この非線形屈折率変化により、光導波部を伝搬する
信号光が位相変調される。バンドフィリング効果による
非線形屈折率変化の場合、その発現に要する時間は非常
に短い（１ｐｓ以下）が、消失に要する時間は、励起さ
れたキャリアの寿命（通常１ｎｓ以下）によって定ま
り、素子の高速動作を妨げる。そこで、特願平４−３４
１８６３号に記載の素子では、光導波部に静電界を印加
し励起されたキャリアを光導波部外に掃引することによ
り、非線形屈折率変化の回復を高速化している。
【０００４】図５に示す、上記の特徴を有する非線形光
学素子の一例を示す。Ｓｉを１０18cm-3ドーピングした
ＧａＡｓ基板２２上に、Ｓｉを１０18cm-3ドーピングし
た厚さ２μm のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０７）下
部クラッド層２３、ノンドーピングで厚さ０．５μm の
ＧａＡｓコア層２４、ノンドーピングで厚さ０．２μm
のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０７）上部クラッド層
２５、Ｂｅを１０18cm-3ドーピングした厚さ０．６μm
のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０７）上部クラッド層
２６、Ｂｅを１０18cm-3ドーピングした厚さ０．２μm
のＧａＡｓキャップ層２７が順に積層されている。さら
に、エッチングプロセスにより高さ０．９μm 、幅４μ
m のストライプが形成されている。素子表面にはＳｉＯ
2 絶縁膜２８と電極２９が積層され、電極２９はＧａＡ
ｓキャリア層２７にオーミック接触している。また、基
板２２の裏面にもオーミック電極２１が形成されてい
る。
学素子の一例を示す。Ｓｉを１０18cm-3ドーピングした
ＧａＡｓ基板２２上に、Ｓｉを１０18cm-3ドーピングし
た厚さ２μm のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０７）下
部クラッド層２３、ノンドーピングで厚さ０．５μm の
ＧａＡｓコア層２４、ノンドーピングで厚さ０．２μm
のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０７）上部クラッド層
２５、Ｂｅを１０18cm-3ドーピングした厚さ０．６μm
のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ＝０．０７）上部クラッド層
２６、Ｂｅを１０18cm-3ドーピングした厚さ０．２μm
のＧａＡｓキャップ層２７が順に積層されている。さら
に、エッチングプロセスにより高さ０．９μm 、幅４μ
m のストライプが形成されている。素子表面にはＳｉＯ
2 絶縁膜２８と電極２９が積層され、電極２９はＧａＡ
ｓキャリア層２７にオーミック接触している。また、基
板２２の裏面にもオーミック電極２１が形成されてい
る。
【０００５】電極２１、２９の間には、逆バイアス電圧
が印加されており、これによってＧａＡｓコア層２４に
静電界が印加される。この素子に、光導波部で吸収され
る制御光パルスと光導波部を伝搬する信号光が入射され
る。制御光パルスが吸収されることにより光導波部にキ
ャリアが生成され、非線形屈折率変化が引き起こされ
る。生成されたキャリアは、光導波部に印加された静電
界により光導波部外へ掃引される。すなわち、電子およ
び正孔はそれぞれ下部クラッドと上部クラッドへ掃引さ
れる。この結果、非線形屈折率変化は消失する。信号光
はこの屈折率の変化によって位相変調される。以上のよ
うな一連の動作によって高速の光制御が行われる。
が印加されており、これによってＧａＡｓコア層２４に
静電界が印加される。この素子に、光導波部で吸収され
る制御光パルスと光導波部を伝搬する信号光が入射され
る。制御光パルスが吸収されることにより光導波部にキ
ャリアが生成され、非線形屈折率変化が引き起こされ
る。生成されたキャリアは、光導波部に印加された静電
界により光導波部外へ掃引される。すなわち、電子およ
び正孔はそれぞれ下部クラッドと上部クラッドへ掃引さ
れる。この結果、非線形屈折率変化は消失する。信号光
はこの屈折率の変化によって位相変調される。以上のよ
うな一連の動作によって高速の光制御が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体中へ
のキャリア生成に伴う非線形屈折率変化は、キャリア密
度の増加と共に増大するが、非線形屈折率変化の増加率
はキャリア密度の増加と共に小さくなる。すなわち、非
線形屈折率変化は、キャリア密度が大きくなると飽和す
る傾向を示す。したがって、導波路上にキャリア密度の
大きい領域と小さい領域が存在するような不均一な場合
よりも、均一にキャリアが分布する場合の方が、低いキ
ャリア総数で同じ大きさの屈折率変化を得られることに
なる。すなわち、低い制御光パルスエネルギーでの動作
が可能になる。
のキャリア生成に伴う非線形屈折率変化は、キャリア密
度の増加と共に増大するが、非線形屈折率変化の増加率
はキャリア密度の増加と共に小さくなる。すなわち、非
線形屈折率変化は、キャリア密度が大きくなると飽和す
る傾向を示す。したがって、導波路上にキャリア密度の
大きい領域と小さい領域が存在するような不均一な場合
よりも、均一にキャリアが分布する場合の方が、低いキ
ャリア総数で同じ大きさの屈折率変化を得られることに
なる。すなわち、低い制御光パルスエネルギーでの動作
が可能になる。
【０００７】ところが、図５に示した素子では、光導波
部に生成されるキャリア密度は、図６に示すように伝搬
方向に沿って単調減少となる。光導波路の入口付近では
キャリア密度が大きくなるが、非線形効果の飽和により
効率的な屈折率変化が得られなくなる。したがって、低
エネルギー動作の点で不利となる。
部に生成されるキャリア密度は、図６に示すように伝搬
方向に沿って単調減少となる。光導波路の入口付近では
キャリア密度が大きくなるが、非線形効果の飽和により
効率的な屈折率変化が得られなくなる。したがって、低
エネルギー動作の点で不利となる。
【０００８】本発明の目的は、光導波部の吸収端波長を
光導波路の伝搬方向に沿って変化させ、制御光吸収によ
り生成されるキャリアの密度の伝搬方向に沿った不均一
性を抑制することで、低エネルギー動作が可能な非線形
光学素子を提供することにある。
光導波路の伝搬方向に沿って変化させ、制御光吸収によ
り生成されるキャリアの密度の伝搬方向に沿った不均一
性を抑制することで、低エネルギー動作が可能な非線形
光学素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、制御光吸収に
より非線形屈折率変化を示す材料で成る光導波部を有す
る導波路型非線形光学素子において、光導波部はストラ
イプ開口部の両脇のマスク幅が断続的あるいは連続的に
変化するマスクを用いて前記マスクのストライプ開口部
に選択的に形成された多重量子井戸構造から成り、該光
導波部のバンドギャップ波長（バンドギャップに相当す
る波長）が入射口側から出射口側へ段階的あるいは連続
的に単調増加となる構造（すなわちバンドギャップエネ
ルギーは単調減少となる構造）を有することを特徴とす
る非線形光学素子である。
より非線形屈折率変化を示す材料で成る光導波部を有す
る導波路型非線形光学素子において、光導波部はストラ
イプ開口部の両脇のマスク幅が断続的あるいは連続的に
変化するマスクを用いて前記マスクのストライプ開口部
に選択的に形成された多重量子井戸構造から成り、該光
導波部のバンドギャップ波長（バンドギャップに相当す
る波長）が入射口側から出射口側へ段階的あるいは連続
的に単調増加となる構造（すなわちバンドギャップエネ
ルギーは単調減少となる構造）を有することを特徴とす
る非線形光学素子である。
【００１０】また、本発明は、制御光吸収により非線形
屈折率変化を示す材料で成る光導波部を有する導波路型
非線形光学素子において、非線形屈折率変化発現部以外
の光導波部が、制御光を透過させるバンドギャップ波長
を有する材料で成り、非線形屈折率変化発現部の光導波
部が、ストライプ開口部の両脇のマスク幅が断続的ある
いは連続的に変化するマスクを用いて前記マスクのスト
ライプ開口部に選択的に形成された多重量子井戸構造か
ら成り、入射側から出射側へ段階的あるいは連続的に単
調増加となるバンドギャップ波長を有する材料でなるこ
とを特徴とする非線形光学素子である。
屈折率変化を示す材料で成る光導波部を有する導波路型
非線形光学素子において、非線形屈折率変化発現部以外
の光導波部が、制御光を透過させるバンドギャップ波長
を有する材料で成り、非線形屈折率変化発現部の光導波
部が、ストライプ開口部の両脇のマスク幅が断続的ある
いは連続的に変化するマスクを用いて前記マスクのスト
ライプ開口部に選択的に形成された多重量子井戸構造か
ら成り、入射側から出射側へ段階的あるいは連続的に単
調増加となるバンドギャップ波長を有する材料でなるこ
とを特徴とする非線形光学素子である。
【００１１】
【００１２】
【実施例】図１（Ａ）に、本発明による非線形光学素子
の第一の実施例の構造を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板１上
に、減圧ＭＯＶＰＥ法による選択成長を用いて、ＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ（１．１５μm 組成）多重量子
井戸構造２を形成する。多重量子井戸構造２は、ＩｎＧ
ａＡｓウェル層とＩｎＧａＡｓＰバリア層が交互に２０
層ずつ積層された構造となっている。多重量子井戸構造
２の成長前には、ＩｎＰ基板１上にあらかじめ堆積させ
たＳｉＯ2 をパターニングし、図１（Ｂ）に示すような
マスク７を形成しておく。多重量子井戸構造２を成長さ
せるためのストライプ開口部の幅は２μm 、ストライプ
開口部の両脇のマスク幅は、領域４では５μm 、領域５
では１０μm 、領域６では１５μm である。ここで、各
領域４、５、６の長さは、１５０μm である。多重量子
井戸構造２を成長した後、マスク７を除去し、さらに減
圧ＭＯＶＰＥ法を用いてＩｎＰで埋め込む。これによっ
て、多重量子井戸構造２を光導波部とする半導体光導波
路が作製される。
の第一の実施例の構造を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板１上
に、減圧ＭＯＶＰＥ法による選択成長を用いて、ＩｎＧ
ａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ（１．１５μm 組成）多重量子
井戸構造２を形成する。多重量子井戸構造２は、ＩｎＧ
ａＡｓウェル層とＩｎＧａＡｓＰバリア層が交互に２０
層ずつ積層された構造となっている。多重量子井戸構造
２の成長前には、ＩｎＰ基板１上にあらかじめ堆積させ
たＳｉＯ2 をパターニングし、図１（Ｂ）に示すような
マスク７を形成しておく。多重量子井戸構造２を成長さ
せるためのストライプ開口部の幅は２μm 、ストライプ
開口部の両脇のマスク幅は、領域４では５μm 、領域５
では１０μm 、領域６では１５μm である。ここで、各
領域４、５、６の長さは、１５０μm である。多重量子
井戸構造２を成長した後、マスク７を除去し、さらに減
圧ＭＯＶＰＥ法を用いてＩｎＰで埋め込む。これによっ
て、多重量子井戸構造２を光導波部とする半導体光導波
路が作製される。
【００１３】選択成長により形成されたＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造２では、領域４、５、
６でＩｎＧａＡｓ層の厚さが異なる。これは、ストライ
プ両脇のマスク幅が、領域４、５、６で異なるためであ
る。実際、フォトルミネセンスのピーク波長を測定する
と、領域４では１．４２μm 、領域５では１．４６μm
、領域６では１．５０μm となった。量子井戸の幅の
違いにより、量子準位が異なるからである。
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造２では、領域４、５、
６でＩｎＧａＡｓ層の厚さが異なる。これは、ストライ
プ両脇のマスク幅が、領域４、５、６で異なるためであ
る。実際、フォトルミネセンスのピーク波長を測定する
と、領域４では１．４２μm 、領域５では１．４６μm
、領域６では１．５０μm となった。量子井戸の幅の
違いにより、量子準位が異なるからである。
【００１４】この非線形光学素子に対し、波長１．５０
μm の制御光パルスと、波長１．５５μm の信号光を、
領域４側から光導波部に入射する。制御光は光導波部で
吸収され、その結果、光導波部にキャリアが生成され、
非線形屈折率変化が引き起こされる。生成されたキャリ
アは、再結合により消滅し、これによって、非線形屈折
率変化は消失する。信号光は、光導波部を伝搬するが、
前記の非線形屈折率変化によって位相変調される。
μm の制御光パルスと、波長１．５５μm の信号光を、
領域４側から光導波部に入射する。制御光は光導波部で
吸収され、その結果、光導波部にキャリアが生成され、
非線形屈折率変化が引き起こされる。生成されたキャリ
アは、再結合により消滅し、これによって、非線形屈折
率変化は消失する。信号光は、光導波部を伝搬するが、
前記の非線形屈折率変化によって位相変調される。
【００１５】領域４、５、６での制御光に対する吸収係
数をそれぞれα１、α２、α３とすると、α１＜α２＜
α３となる。したがって、制御光吸収によって生成され
るキャリア密度は、図２に示すように、伝搬方向に沿っ
て均一化される。すなわち、導波路の全長にわたって効
率的な屈折率変化が起こり、低エネルギーでの光制御が
可能になる。
数をそれぞれα１、α２、α３とすると、α１＜α２＜
α３となる。したがって、制御光吸収によって生成され
るキャリア密度は、図２に示すように、伝搬方向に沿っ
て均一化される。すなわち、導波路の全長にわたって効
率的な屈折率変化が起こり、低エネルギーでの光制御が
可能になる。
【００１６】本発明の第一の実施例について、導波路を
３領域に分割した非線形光学素子を例にとって説明した
が、領域の数は３個に限定されるわけではない。むし
ろ、多数個に分割する方が、各領域の光導波部の吸収係
数をより最適に調整することが可能となる。
３領域に分割した非線形光学素子を例にとって説明した
が、領域の数は３個に限定されるわけではない。むし
ろ、多数個に分割する方が、各領域の光導波部の吸収係
数をより最適に調整することが可能となる。
【００１７】図３（Ａ）に、本発明による非線形光学素
子の第二の実施例の構造を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板１
上に、減圧ＭＯＶＰＥ法による選択成長を用いて、Ｉｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ（１．１５μm 組成）多重量
子井戸構造２を形成する。多重量子井戸構造２は、Ｉｎ
ＧａＡｓウェル層とＩｎＧａＡｓＰバリア層が交互に２
０層ずつ積層された構造となっている。多重量子井戸構
造２の成長前には、ＩｎＰ基板１上にあらかじめ堆積さ
せたＳｉＯ2 をパターニングし、図３（Ｂ）に示すよう
なマスク８を形成しておく。多重量子井戸構造２を成長
させるためのストライプ開口部の幅は２μm 、ストライ
プ開口部の両脇のマスク幅は、５μm から１５μm まで
連続的に変化している。多重量子井戸構造２を成長した
後、マスク８を除去し、さらに減圧ＭＯＶＰＥ法を用い
てＩｎＰで埋め込む。これによって、多重量子井戸構造
２を光導波部とする半導体光導波路が作製される。
子の第二の実施例の構造を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板１
上に、減圧ＭＯＶＰＥ法による選択成長を用いて、Ｉｎ
ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ（１．１５μm 組成）多重量
子井戸構造２を形成する。多重量子井戸構造２は、Ｉｎ
ＧａＡｓウェル層とＩｎＧａＡｓＰバリア層が交互に２
０層ずつ積層された構造となっている。多重量子井戸構
造２の成長前には、ＩｎＰ基板１上にあらかじめ堆積さ
せたＳｉＯ2 をパターニングし、図３（Ｂ）に示すよう
なマスク８を形成しておく。多重量子井戸構造２を成長
させるためのストライプ開口部の幅は２μm 、ストライ
プ開口部の両脇のマスク幅は、５μm から１５μm まで
連続的に変化している。多重量子井戸構造２を成長した
後、マスク８を除去し、さらに減圧ＭＯＶＰＥ法を用い
てＩｎＰで埋め込む。これによって、多重量子井戸構造
２を光導波部とする半導体光導波路が作製される。
【００１８】選択成長により形成されたＩｎＧａＡｓ／
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造２では、ＩｎＧａＡｓ
層の厚さが連続的に変化する。これは、ストライプ両脇
のマスク幅が、連続的に変化しているためである。実
際、フォトルミネセンスのピーク波長を測定すると、入
射口９の近傍では１．４２μm 、出射口１０の近傍では
１．５０μm となった。
ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造２では、ＩｎＧａＡｓ
層の厚さが連続的に変化する。これは、ストライプ両脇
のマスク幅が、連続的に変化しているためである。実
際、フォトルミネセンスのピーク波長を測定すると、入
射口９の近傍では１．４２μm 、出射口１０の近傍では
１．５０μm となった。
【００１９】この非線形光学素子に対し、波長１．５０
μm の制御光パルスと、波長１．５５μm の信号光を、
入射口９から光導波部に入射する。制御光は光導波部で
吸収され、その結果、光導波部にキャリアが生成され、
非線形屈折率変化が引き起こされる。生成されたキャリ
アは、再結合により消滅し、これによって、非線形屈折
率変化は消失する。信号光は光導波部を伝搬するが、前
記の非線形屈折率変化によって位相変調される。
μm の制御光パルスと、波長１．５５μm の信号光を、
入射口９から光導波部に入射する。制御光は光導波部で
吸収され、その結果、光導波部にキャリアが生成され、
非線形屈折率変化が引き起こされる。生成されたキャリ
アは、再結合により消滅し、これによって、非線形屈折
率変化は消失する。信号光は光導波部を伝搬するが、前
記の非線形屈折率変化によって位相変調される。
【００２０】制御光に対する吸収係数は、入射口９から
出射口１０まで単調に増加する。したがって、制御光吸
収によって生成されるキャリア密度は、伝搬方向に沿っ
て均一化される。すなわち、導波路の全長にわたって効
率的な屈折率変化が起こり、低エネルギーでの光制御が
可能になる。
出射口１０まで単調に増加する。したがって、制御光吸
収によって生成されるキャリア密度は、伝搬方向に沿っ
て均一化される。すなわち、導波路の全長にわたって効
率的な屈折率変化が起こり、低エネルギーでの光制御が
可能になる。
【００２１】図４に、本発明による非線形光学素子の第
三の実施例の上面図を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板上に、
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ（１．１５μm 組成）多
重量子井戸構造からなる光導波部を形成する。多重量子
井戸構造２は、ＩｎＧａＡｓウェル層とＩｎＧａＡｓＰ
バリア層が交互に２０層ずつ積層された構造となってい
る。この多重量子井戸構造は、減圧ＭＯＶＰＥ法による
選択成長を用いて形成される。すなわち、成長前にＩｎ
Ｐ基板上にあらあじめ堆積させたＳｉＯ2 をパターニン
グしてマスクを形成し、マスク開口部に多重量子井戸構
造を成長させる。成長後、マスクを除去し、さらに減圧
ＭＯＶＰＥ法を用いてＩｎＰで埋め込む。これによっ
て、多重量子井戸構造を光導波部とする半導体光導波路
が作成される。光導波路は、制御光吸収により非線形屈
折率変化を引き起こす非線形屈折率変化発現部１１、１
２、制御光入力ポート１３、１５、信号光入力ポート１
４、信号光干渉部１６、信号光出力ポート１７、１８か
ら成る。非線形屈折率変化発現部１１、１２では、多重
量子井戸構造成長時に、ストライプ両脇のマスク幅を変
化させることにより、入力側から出力側へＩｎＧａＡｓ
層の厚さを増大させる。実際、フォトルミネセンスのピ
ーク波長を測定すると、非線形屈折率変化発現部１１、
１２の入力側の領域１９で１．４２μm 、出力側の領域
２０で１．５０μm 、また、１１、１２以外の光導波部
では１．４２μm であった。
三の実施例の上面図を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板上に、
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ（１．１５μm 組成）多
重量子井戸構造からなる光導波部を形成する。多重量子
井戸構造２は、ＩｎＧａＡｓウェル層とＩｎＧａＡｓＰ
バリア層が交互に２０層ずつ積層された構造となってい
る。この多重量子井戸構造は、減圧ＭＯＶＰＥ法による
選択成長を用いて形成される。すなわち、成長前にＩｎ
Ｐ基板上にあらあじめ堆積させたＳｉＯ2 をパターニン
グしてマスクを形成し、マスク開口部に多重量子井戸構
造を成長させる。成長後、マスクを除去し、さらに減圧
ＭＯＶＰＥ法を用いてＩｎＰで埋め込む。これによっ
て、多重量子井戸構造を光導波部とする半導体光導波路
が作成される。光導波路は、制御光吸収により非線形屈
折率変化を引き起こす非線形屈折率変化発現部１１、１
２、制御光入力ポート１３、１５、信号光入力ポート１
４、信号光干渉部１６、信号光出力ポート１７、１８か
ら成る。非線形屈折率変化発現部１１、１２では、多重
量子井戸構造成長時に、ストライプ両脇のマスク幅を変
化させることにより、入力側から出力側へＩｎＧａＡｓ
層の厚さを増大させる。実際、フォトルミネセンスのピ
ーク波長を測定すると、非線形屈折率変化発現部１１、
１２の入力側の領域１９で１．４２μm 、出力側の領域
２０で１．５０μm 、また、１１、１２以外の光導波部
では１．４２μm であった。
【００２２】この非線形光学素子に対し、波長１．５０
μm 、パルス幅１ｐｓの制御光パルスを、制御光入力ポ
ート１３、１５へ、時間差１０ｐｓをおいて入射する。
すなわち、ポート１３へ制御光パルスを入射した１０ｐ
ｓ後に、ポート１５へ制御光パルスを入射する。また、
波長１．５５μm の信号光を、信号光ポート１４へ入射
する。初期状態では、信号光は信号光出力ポート１７よ
り出力される。制御光入力ポート１３、１５から入射さ
れた制御光は、それぞれ非線形屈折率変化発現部１１、
１２まで伝搬した後、吸収される。１１での非線形屈折
率変化の立ち上がりに伴い、信号光の出力されるポート
が１７から１８へ切り替わり、その１０ｐｓ後、１２で
の非線形屈折率変化の立ち上がりに伴い、１１で生じて
いる屈折率変化の効果がキャンセルされ、信号光の出力
されるポートが１８から１７へ戻る。これによって、高
速の信号光路切り替えが行われる。
μm 、パルス幅１ｐｓの制御光パルスを、制御光入力ポ
ート１３、１５へ、時間差１０ｐｓをおいて入射する。
すなわち、ポート１３へ制御光パルスを入射した１０ｐ
ｓ後に、ポート１５へ制御光パルスを入射する。また、
波長１．５５μm の信号光を、信号光ポート１４へ入射
する。初期状態では、信号光は信号光出力ポート１７よ
り出力される。制御光入力ポート１３、１５から入射さ
れた制御光は、それぞれ非線形屈折率変化発現部１１、
１２まで伝搬した後、吸収される。１１での非線形屈折
率変化の立ち上がりに伴い、信号光の出力されるポート
が１７から１８へ切り替わり、その１０ｐｓ後、１２で
の非線形屈折率変化の立ち上がりに伴い、１１で生じて
いる屈折率変化の効果がキャンセルされ、信号光の出力
されるポートが１８から１７へ戻る。これによって、高
速の信号光路切り替えが行われる。
【００２３】前記の信号光路切り替えの原理について
は、本願出願人による特願平５−１６４４５５号に記載
がある。本発明は、この光スイッチ動作を、半導体のモ
ノリシックな光回路で実現させ、かつ、低エネルギーで
動作させ得るものである。すなわち、制御光は、制御光
入力ポート内では吸収されず、非線形屈折率変化発現部
１１、１２まで伝搬された後、１１、１２において吸収
される。また、１１、１１２における制御光に対する吸
収係数は、入力側から出力側へ単調増加となっている。
したがって、制御光吸収によって生成されるキャリア密
度は、伝搬方向に沿って均一化される。すなわち、非線
形屈折率変化発現部１１、１２の全長にわたって効率的
な屈折率変化が起こり、低エネルギーでの光制御が可能
になる。
は、本願出願人による特願平５−１６４４５５号に記載
がある。本発明は、この光スイッチ動作を、半導体のモ
ノリシックな光回路で実現させ、かつ、低エネルギーで
動作させ得るものである。すなわち、制御光は、制御光
入力ポート内では吸収されず、非線形屈折率変化発現部
１１、１２まで伝搬された後、１１、１２において吸収
される。また、１１、１１２における制御光に対する吸
収係数は、入力側から出力側へ単調増加となっている。
したがって、制御光吸収によって生成されるキャリア密
度は、伝搬方向に沿って均一化される。すなわち、非線
形屈折率変化発現部１１、１２の全長にわたって効率的
な屈折率変化が起こり、低エネルギーでの光制御が可能
になる。
【００２４】以上、ＩｎＰ基板上に成長しうるＩｎＧａ
ＡｓやＩｎＧａＡｓＰなどの材料系を用いた場合を例に
とって説明したが、本発明では、ＧａＡｓ基板上に成長
しうる材料系など他の半導体材料を用いた場合において
も、同様の効果がみられる。また、減圧ＭＯＶＰＥ法に
よる選択成長を用いて形成される構造を例にとって説明
したが、他の方法を用いて形成される構造の場合にも、
同様の効果がみられる。
ＡｓやＩｎＧａＡｓＰなどの材料系を用いた場合を例に
とって説明したが、本発明では、ＧａＡｓ基板上に成長
しうる材料系など他の半導体材料を用いた場合において
も、同様の効果がみられる。また、減圧ＭＯＶＰＥ法に
よる選択成長を用いて形成される構造を例にとって説明
したが、他の方法を用いて形成される構造の場合にも、
同様の効果がみられる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の非線形光
学素子では、制御光パルスの吸収により生成されるキャ
リアの密度が伝搬方向に沿って均一化される。これによ
って、本発明の非線形光学素子においては低エネルギー
動作が可能となる。
学素子では、制御光パルスの吸収により生成されるキャ
リアの密度が伝搬方向に沿って均一化される。これによ
って、本発明の非線形光学素子においては低エネルギー
動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は、本発明の非線形光学素子の第一の
実施例の構造を示す斜視図である。（Ｂ）は、本発明の
非線形光学素子の第一の実施例を作製する際に用いるマ
スクパターンを示す斜視図である。
実施例の構造を示す斜視図である。（Ｂ）は、本発明の
非線形光学素子の第一の実施例を作製する際に用いるマ
スクパターンを示す斜視図である。
【図２】 本発明の非線形光学素子の第一の実施例にお
いて、伝搬方向でのキャリア密度の分布を示す図であ
る。
いて、伝搬方向でのキャリア密度の分布を示す図であ
る。
【図３】 （Ａ）は、本発明の非線形光学素子の第二の
実施例の構造を示す斜視図である。（Ｂ）は、本発明の
非線形光学素子の第二の実施例を作製する際に用いるマ
スクパターンを示す斜視図である。
実施例の構造を示す斜視図である。（Ｂ）は、本発明の
非線形光学素子の第二の実施例を作製する際に用いるマ
スクパターンを示す斜視図である。
【図４】 本発明による非線形光学素子の第三の実施例
の構造を示す上面図である。
の構造を示す上面図である。
【図５】 従来の技術による非線形光学素子の構造を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図６】 従来の技術による非線形光学素子において、
伝搬方向でのキャリア密度の分布を示す図である。
伝搬方向でのキャリア密度の分布を示す図である。
１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ２ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸構造 ３ ＩｎＰ層 ４ 光導波部のフォトルミネセンス波長１．４２μm の
領域 ５ 光導波部のフォトルミネセンス波長１．４６μm の
領域 ６ 光導波部のフォトルミネセンス波長１．５０μm の
領域 ７ ＳｉＯ2 マスク ８ ＳｉＯ2 マスク ９ 光導波部の入射口 １０ 光導波部の出射口 １１ 非線形屈折率変化発現部 １２ 非線形屈折率変化発現部 １３ 制御光入力ポート １４ 信号光入力ポート １５ 制御光入力ポート １６ 信号光干渉部 １７ 信号光出力ポート １８ 信号光出力ポート １９ 非線形屈折率変化発現部の入力側の領域 ２０ 非線形屈折率変化発現部の出力側の領域 ２１ 電極 ２２ ＳｉドープＧａＡｓ基板 ２３ ＳｉドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層 ２４ ノンドープＧａＡｓコア層 ２５ ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層 ２６ ＢｅドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層 ２７ ＢｅドープＧａＡｓキャップ層 ２８ ＳｉＯ2 絶縁膜 ２９ 電極
領域 ５ 光導波部のフォトルミネセンス波長１．４６μm の
領域 ６ 光導波部のフォトルミネセンス波長１．５０μm の
領域 ７ ＳｉＯ2 マスク ８ ＳｉＯ2 マスク ９ 光導波部の入射口 １０ 光導波部の出射口 １１ 非線形屈折率変化発現部 １２ 非線形屈折率変化発現部 １３ 制御光入力ポート １４ 信号光入力ポート １５ 制御光入力ポート １６ 信号光干渉部 １７ 信号光出力ポート １８ 信号光出力ポート １９ 非線形屈折率変化発現部の入力側の領域 ２０ 非線形屈折率変化発現部の出力側の領域 ２１ 電極 ２２ ＳｉドープＧａＡｓ基板 ２３ ＳｉドープＡｌＧａＡｓ下部クラッド層 ２４ ノンドープＧａＡｓコア層 ２５ ノンドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層 ２６ ＢｅドープＡｌＧａＡｓ上部クラッド層 ２７ ＢｅドープＧａＡｓキャップ層 ２８ ＳｉＯ2 絶縁膜 ２９ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/35 G02F 1/015 ＪＩＣＳＴ
Claims (2)
- 【請求項１】 制御光吸収により非線形屈折率変化を示
す材料で成る光導波部を有する導波路型非線形光学素子
において、該光導波部はストライプ開口部の両脇のマス
ク幅が断続的あるいは連続的に変化するマスクを用いて
前記マスクのストライプ開口部に選択的に形成された多
重量子井戸構造から成り、該光導波部のバンドギャップ
波長が入射口側から出射口側へ段階的あるいは連続的に
単調増加となる構造を有することを特徴とする非線形光
学素子。 - 【請求項２】 制御光吸収により非線形屈折率変化を示
す材料で成る光導波部を有する導波路型非線形光学素子
において、非線形屈折率変化発現部以外の光導波部が、
制御光を透過させるバンドギャップ波長を有する材料で
あり、非線形屈折率変化発現部の光導波部が、ストライ
プ開口部の両脇のマスク幅が断続的あるいは連続的に変
化するマスクを用いて前記マスクのストライプ開口部に
選択的に形成された多重量子井戸構造から成り、入射側
から出射側へ段階的あるいは連続的に単調増加となるバ
ンドギャップ波長を有する材料であることを特徴とする
非線形光学素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6131512A JP2921397B2 (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 非線形光学素子 |
| EP95107261A EP0687938B1 (en) | 1994-06-14 | 1995-05-12 | Semiconductor optical device utilizing nonlinear optical effect |
| DE69509168T DE69509168T2 (de) | 1994-06-14 | 1995-05-12 | Nicht-lineare optische Halbleitervorrichtung |
| US08/441,416 US5557700A (en) | 1994-06-14 | 1995-05-15 | Semiconductor optical device utilizing nonlinear optical effect |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6131512A JP2921397B2 (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 非線形光学素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07333660A JPH07333660A (ja) | 1995-12-22 |
| JP2921397B2 true JP2921397B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=15059777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6131512A Expired - Fee Related JP2921397B2 (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 非線形光学素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5557700A (ja) |
| EP (1) | EP0687938B1 (ja) |
| JP (1) | JP2921397B2 (ja) |
| DE (1) | DE69509168T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69505064D1 (de) * | 1994-07-15 | 1998-11-05 | Nec Corp | Wellenlängenabstimmbarer Halbleiterlaser |
| US5889913A (en) * | 1995-03-15 | 1999-03-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Optical semiconductor device and method of fabricating the same |
| JPH11231273A (ja) * | 1998-02-16 | 1999-08-27 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光半導体装置 |
| JP3186704B2 (ja) * | 1998-08-05 | 2001-07-11 | 日本電気株式会社 | 半導体非線形導波路及び光スイッチ |
| US20050040386A1 (en) * | 2001-02-20 | 2005-02-24 | Fow-Sen Choa | Multiple quantum well broad spectrum gain medium and method for forming same |
| US6574402B2 (en) * | 2001-10-10 | 2003-06-03 | Lightica, Inc. | Optical time-division multiplexing system |
| US7239762B2 (en) * | 2001-10-22 | 2007-07-03 | Massachusetts Institute Of Technology | Light modulation using the Franz-Keldysh effect |
| JP3779248B2 (ja) * | 2002-08-27 | 2006-05-24 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ素子 |
| TW200533972A (en) * | 2004-03-01 | 2005-10-16 | Univ Mcgill | Apparatus for efficient optical frequency conversion |
| JP4731254B2 (ja) * | 2005-09-06 | 2011-07-20 | Ｋｄｄｉ株式会社 | 光信号処理装置および光信号処理方法 |
| JP2009145744A (ja) * | 2007-12-17 | 2009-07-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電磁波偏波面回転装置および方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4961198A (en) * | 1988-01-14 | 1990-10-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device |
| JPH06100737B2 (ja) * | 1988-02-26 | 1994-12-12 | 国際電信電話株式会社 | 光変調素子 |
| US4913506A (en) * | 1988-02-26 | 1990-04-03 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Optical modulation device |
| JPH04211209A (ja) * | 1990-03-07 | 1992-08-03 | Toshiba Corp | 集積化光半導体素子 |
| GB2244342B (en) * | 1990-04-20 | 1994-08-17 | Nec Corp | Nonlinear optical device for controlling a signal light by a control light |
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| JPH05341333A (ja) * | 1992-06-08 | 1993-12-24 | Nec Corp | 導波路型非線形光学素子 |
| JP2541089B2 (ja) * | 1992-12-22 | 1996-10-09 | 日本電気株式会社 | 非線形光学素子 |
| JPH0770791B2 (ja) * | 1992-12-22 | 1995-07-31 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
-
1994
- 1994-06-14 JP JP6131512A patent/JP2921397B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-05-12 EP EP95107261A patent/EP0687938B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-05-12 DE DE69509168T patent/DE69509168T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-05-15 US US08/441,416 patent/US5557700A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊｐｎ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐ．１４４−１５０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0687938A3 (en) | 1997-01-15 |
| EP0687938A2 (en) | 1995-12-20 |
| EP0687938B1 (en) | 1999-04-21 |
| DE69509168T2 (de) | 1999-11-25 |
| DE69509168D1 (de) | 1999-05-27 |
| US5557700A (en) | 1996-09-17 |
| JPH07333660A (ja) | 1995-12-22 |
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| JPH01194377A (ja) | 半導体レーザ装置 |
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