JP3014039B2 - Optical pulse dispersion compensator, optical pulse compressor using the same, semiconductor short pulse laser device, and optical communication system - Google Patents
Optical pulse dispersion compensator, optical pulse compressor using the same, semiconductor short pulse laser device, and optical communication systemInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、時分割多重通信シ
ステム、波長分割多重通信システム、あるいは時分割多
重通信と波長分割多重通信システムのハイブリッド通信
システムを柱とした長距離大容量光通信システム用に、
または、超高速光計測用に必要不可欠な超短光パルス発
生装置に関する。また、上記通信システムの光伝送にお
ける光波形整形装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a long-distance and large-capacity optical communication system mainly comprising a time division multiplex communication system, a wavelength division multiplex communication system, or a hybrid communication system of a time division multiplex communication and a wavelength division multiplex communication system. To
Alternatively, the present invention relates to an ultrashort optical pulse generator indispensable for ultrahigh-speed optical measurement. The present invention also relates to an optical waveform shaping device for optical transmission of the communication system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ペシェルらによって、超小型の光ファイ
バーで構成される透過型光パルス分散補償器が提案され
た（参考文献：ペシェル他、アプライドフィジックスレ
ター、第６７巻、２１１１頁（１９９５））。2. Description of the Related Art Peschel et al. Proposed a transmission type optical pulse dispersion compensator composed of an ultra-small optical fiber (Reference: Peschel et al., Applied Physics Letter, Vol. 67, pp. 2111 (1995)).
【０００３】ここで、光パルス分散補償器について簡単
に説明する。光パルスが媒質中を伝搬する時、光パルス
を構成する各波長成分に対する光の群速度が異なる（群
速度分散が生じる）ため、光パルスの時間軸上における
パルス幅は拡がる。このパルスの拡がりを、元に戻すに
は、パルス拡がりの原因になった群速度分散と反対符号
でかつ絶対値の等しい群速度分散によって、補償する必
要がある（群速度分散補償、または、短に、分散補
償）。これを行うのが、光パルス分散補償器である。ま
た、線形周波数チャープパルスを、この光パルス分散補
償器に通過させると、元の光パルス幅より、さらに小さ
く（圧縮）させることができる（パルス圧縮）。チャー
ピング・パルスとは、例えば時間軸に対してパルス幅が
徐々に減少する（即ち、周波数が徐々に高くなる）よう
にシフトする波形を有する光パルスを指し、通信用の光
ファイバにおいてはその材料分散と構造分散とが釣り合
って、或る周波数値（波長）を基準にこれより低周波数
（長波長）側では伝搬速度が遅くなり、高周波数（短波
長）側では伝搬速度が速まることで、これらのパルスの
エネルギーが波形の中央部に圧縮されることが知られて
いる。上述の光分散補償器においても、具体的に短パル
スレーザからの線形周波数チャープパルスの幅を、さら
に小さくさせるパルス圧縮機能と光ファイバー伝搬時に
おけるパルス拡がりをキャンセルする機能を併せ持つ。
従って、光パルス分散補償器は、時分割多重通信システ
ム，波長分割多重通信システム、あるいは時分割多重通
信と波長分割多重通信システムのハイブリッド通信シス
テムを柱とした長距離大容量光通信システム、または超
高速光計測用に必要不可欠な超短光パルス発生装置に必
要である。また、光ファイバーを基礎とした上記光通信
システムにおける、パルス拡がりをキャンセルするため
に、光パルス分散補償器は必要である。Here, an optical pulse dispersion compensator will be briefly described. When an optical pulse propagates through a medium, the group velocity of light for each wavelength component constituting the optical pulse is different (group velocity dispersion occurs), so that the pulse width of the optical pulse on the time axis is widened. To restore the spread of the pulse, it is necessary to compensate for the group velocity dispersion having the opposite sign and the same absolute value as the group velocity dispersion that caused the pulse spread (group velocity dispersion compensation or short-range dispersion). And dispersion compensation). What does this is an optical pulse dispersion compensator. Further, when a linear frequency chirp pulse is passed through this optical pulse dispersion compensator, it can be made even smaller (compressed) than the original optical pulse width (pulse compression). The chirping pulse is, for example, an optical pulse having a waveform that shifts so that the pulse width gradually decreases with respect to the time axis (that is, the frequency gradually increases). The material dispersion and the structural dispersion are balanced, and the propagation speed is slower on the lower frequency (longer wavelength) side and higher on the higher frequency (short wavelength) side based on a certain frequency value (wavelength). It is known that the energy of these pulses is compressed in the center of the waveform. The above-mentioned optical dispersion compensator also has a pulse compression function for further reducing the width of the linear frequency chirped pulse from the short pulse laser and a function for canceling the pulse spread during the propagation of the optical fiber.
Therefore, the optical pulse dispersion compensator is a long-distance, large-capacity optical communication system that is based on a time division multiplex communication system, a wavelength division multiplex communication system, or a hybrid communication system of a time division multiplex communication and a wavelength division multiplex communication system. Necessary for an ultrashort light pulse generator that is indispensable for high-speed optical measurement. Further, in the optical communication system based on an optical fiber, an optical pulse dispersion compensator is required to cancel the pulse spread.
【０００４】次に、上記光パルス分散補償素子に関して
述べる。この素子の原理は、異なる光導波路モードの結
合を利用して、大きな群速度分散を得るというものであ
る。異なる光導波路モードの結合とは、屈折率、幅が異
なる二つの光導波路に励起される、異なる光モードが結
合することである（図７参照：ここでは、TE0 モードと
TE2モードが同位相で結合した場合を示している）。本
素子は、入力パルスモードを結合モードに変換するモー
ド変換領域、群速度分散補償領域、及び結合モードを出
力パルスモードに変換する領域から構成される。誘電体
膜Si/SiO2/SiNの多層構造を用いて、本素子を作製する
と仮定すると、群速度分散領域では、二つの異なるモー
ド、例えば、TE0モードとTE2モードが結合し、光ファイ
バーの約106倍程度の大きな群速度分散が得られる。こ
れを利用すれば、超小型でかつ透過型の光パルス分散補
償器が実現可能である。小型であるため、安定性に優
れ、また、透過型であるため、短パルスレーザシステム
や光通信システムに組み込む場合、アライメントが容易
である。Next, the light pulse dispersion compensating element will be described. The principle of this element is to obtain a large group velocity dispersion by using the coupling of different optical waveguide modes. Coupling of different optical waveguide modes means coupling of different optical modes excited by two optical waveguides having different refractive indexes and widths (see FIG. 7: here, TE 0 mode and TE 0 mode).
The case where the TE 2 mode is coupled in phase is shown). This device is composed of a mode conversion region for converting an input pulse mode to a coupled mode, a group velocity dispersion compensation region, and a region for converting a coupled mode to an output pulse mode. Assuming that this device is manufactured using a multilayer structure of a dielectric film Si / SiO 2 / SiN, in the group velocity dispersion region, two different modes, for example, TE 0 mode and TE 2 mode are coupled, and the optical fiber big about 106 times the group velocity dispersion is obtained. By utilizing this, an ultra-compact and transmission-type optical pulse dispersion compensator can be realized. Because of its small size, it has excellent stability, and because it is of a transmission type, alignment is easy when it is incorporated into a short pulse laser system or an optical communication system.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術で述べ
た，光パルス分散補償器（以下、従来型分散補償器）の
問題点を以下に述べる。The problems of the optical pulse dispersion compensator (hereinafter referred to as the conventional dispersion compensator) described in the above prior art will be described below.
【０００６】（１）従来型分散補償器は、光ファイバー
等に利用される誘電体材料で構成されるため、短パルス
半導体レーザとの集積化が困難である。(1) Since the conventional dispersion compensator is made of a dielectric material used for an optical fiber or the like, it is difficult to integrate it with a short pulse semiconductor laser.
【０００７】（２）分散補償の対象になる光パルスの中
心周波数、スペクトル幅などをパラメータとして、従来
型分散補償器は設計される。この素子が設計通り機能す
るには、光導波路の屈折率、幅、長さに対する許容誤差
は、0.1％から１％である。上述の光ファイバー材料
（誘電体材料）を用いた場合、この材料系の作製技術
（スパッタリング等）における上記構造パラメータの精
度を上記誤差範囲条件を満たすように制御することは容
易でない。(2) A conventional dispersion compensator is designed using the center frequency, spectrum width, and the like of an optical pulse to be subjected to dispersion compensation as parameters. For this element to function as designed, the tolerance for the refractive index, width, and length of the optical waveguide is 0.1% to 1%. When the above-described optical fiber material (dielectric material) is used, it is not easy to control the accuracy of the structural parameters in the manufacturing technique (sputtering or the like) of the material system so as to satisfy the error range condition.
【０００８】（３）光ファイバー材料（誘電体材料）を
用いているため、材料の屈折率変化を電気的に制御でき
ないため、群速度分散の連続微調制御機能を持たせるこ
とが困難である。(3) Since an optical fiber material (dielectric material) is used, a change in the refractive index of the material cannot be electrically controlled, so that it is difficult to provide a function of continuously adjusting the group velocity dispersion.
【０００９】（４）上記従来の技術で述べたように、線
形周波数チャープパルスを分散補償すると、パルス圧縮
が生じる。同様に、線形周波数チャープを生じる効果
（光カー効果）と分散補償の効果が、空間的に同時に存
在しても、パルス圧縮が生じる。従って、従来型分散補
償器内に、光カー効果が存在すれば、分散補償効果との
相乗でより大きなパルス圧縮が理論的には期待できる。
しかし、上述の光ファイバー材料（誘電体材料）におけ
る光カー効果は、相乗効果によるパルス圧縮効果を満足
に引き出せぬ程度に小さい。(4) As described in the related art, when the linear frequency chirp pulse is dispersion-compensated, pulse compression occurs. Similarly, even if the effect of generating a linear frequency chirp (optical Kerr effect) and the effect of dispersion compensation are spatially present at the same time, pulse compression occurs. Therefore, if the optical Kerr effect exists in the conventional dispersion compensator, larger pulse compression can be theoretically expected in synergy with the dispersion compensation effect.
However, the optical Kerr effect in the above-mentioned optical fiber material (dielectric material) is so small that the pulse compression effect due to the synergistic effect cannot be sufficiently obtained.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】従来技術の課題を解決す
るために、本発明においては半導体材料を用いて、上述
の二つの異なる光導波路から構成される半導体光パルス
分散補償器（以下、光パルス分散補償器と記す）を形成
する。In order to solve the problems of the prior art, in the present invention, a semiconductor optical pulse dispersion compensator (hereinafter referred to as an optical compensator) composed of the above-mentioned two different optical waveguides using a semiconductor material. A pulse dispersion compensator).
【００１１】本発明の光パルス分散補償器に固有な機能
的特徴は、異なる光導波路のモード間結合により得られ
る大きな群速度分散補償を有することである。この機能
的な特徴については、図８を参照した説明で後述すると
おり、光ファイバ材料、即ち誘電体材料を用いた従来の
光パルス分散補償器が補償し得る群速度分散値より約１
桁以上小さい群速度分散値を実現することにあり、圧縮
すべき光のパルス幅をｔ秒とすれば、これを約０.０５
ｔ秒以下の即ち２０分の１以下のパルス幅に圧縮するも
のである。A unique feature of the optical pulse dispersion compensator of the present invention is that it has a large group velocity dispersion compensation obtained by inter-mode coupling of different optical waveguides. As will be described later in the description with reference to FIG. 8, this functional feature is about 1 group lower than the group velocity dispersion value that can be compensated by the conventional optical pulse dispersion compensator using an optical fiber material, that is, a dielectric material.
In order to realize a group velocity dispersion value smaller by an order of magnitude or more, if the pulse width of light to be compressed is t seconds, this is about 0.05.
The compression is performed to a pulse width of t seconds or less, that is, 1/20 or less.
【００１２】本発明の光パルス分散補償器の構成上の特
徴を述べると、その一実施態様において上記異なる光導
波路は、当該光導波路を構成する半導体結晶の成長方向
に垂直な面内に配列されている。また別の実施態様にお
いて上記異なる光導波路は、該光導波路を構成する半導
体結晶の成長方向に平行な面内に配列されている。[0012] In one embodiment of the present invention, the different optical waveguides are arranged in a plane perpendicular to the growth direction of the semiconductor crystal constituting the optical pulse dispersion compensator. ing. In another embodiment, the different optical waveguides are arranged in a plane parallel to a growth direction of a semiconductor crystal constituting the optical waveguide.
【００１３】これらの実施態様に共通する望ましき装置
構成の特徴は、第１の半導体層（スペーサ層）上に当該
第１の半導体層より禁制帯幅の小さい（禁制帯幅波長λ
g値の大きい）第２の半導体層（バッファ層）を形成
し、更に当該第２の半導体層中にこれより禁制帯幅の小
さい第３の半導体層を２本貫通させる。後述の実施例の
説明から明らかなように、第３の半導体層は上述の光導
波路となり、夫々の光導波路での光の伝搬モードが異な
るように２本の第３の半導体層の断面形状、例えば断面
積や層厚を異ならせる。即ち、本発明の光パルス分散補
償器の望ましき形態においては、上述の第２の半導体層
中に断面積が相互に異なる２本（必要に応じて２本以上
の複数本）の第３の半導体層が並行して延伸するように
構成される。導波路の断面積を異ならせる態様において
は、複数の第３の半導体層は第２の半導体層中に埋め込
まれて形成してもよい。更に第３の半導体層の延伸方向
に沿い、上述の第１並びに第２の半導体層間の界面と第
３の半導体層の下面との間隔を変え、光パルス分散補償
器の端面に接する２つの領域（以下、第１領域）におけ
る間隔を、当該領域に挟まれる即ち光パルス分散補償器
の光導波方向に対し中心に位置する領域（以下、第２領
域）における間隔より小さく（狭く）設定する。この第
１領域はモード変換領域となり、第２領域はモード結合
領域となって、後者において伝播される光パルスの群速
度分散補償が行われる。なお、上述の第３の半導体層
は、導波光の散乱損失を抑制する上でアンドープ（人為
的にドーパントを導入しない状態）で形成されることが
望ましく、更に望ましくは第３の半導体層の上下面（場
合によっては、両側面を含めて）に接合される第２の半
導体層をもアンドープとする方がよい。A feature of a desirable device configuration common to these embodiments is that the forbidden band width is smaller on the first semiconductor layer (spacer layer) than that of the first semiconductor layer (forbidden bandwidth wavelength λ).
A second semiconductor layer (buffer layer) having a large g value is formed, and two third semiconductor layers having a smaller forbidden band width are penetrated in the second semiconductor layer. As is clear from the description of the embodiments described later, the third semiconductor layer is the above-described optical waveguide, and the cross-sectional shapes of the two third semiconductor layers are different so that the light propagation modes in the respective optical waveguides are different. For example, the cross-sectional area and the layer thickness are made different. That is, in a desirable mode of the optical pulse dispersion compensator of the present invention, two (or more than two, if necessary) third cross-sectional areas of the second semiconductor layer having mutually different cross-sectional areas are provided. Are configured to extend in parallel. In an aspect in which the cross-sectional areas of the waveguides are different, the plurality of third semiconductor layers may be formed by being embedded in the second semiconductor layer. Further, along the direction in which the third semiconductor layer extends, the distance between the interface between the first and second semiconductor layers and the lower surface of the third semiconductor layer is changed, and two regions in contact with the end face of the optical pulse dispersion compensator. The distance in the first region is set smaller (narrower) than that in the region sandwiched between the regions, that is, the center located in the optical waveguide direction of the optical pulse dispersion compensator (hereinafter, the second region). The first region serves as a mode conversion region, and the second region serves as a mode coupling region, in which the group velocity dispersion compensation of an optical pulse propagated in the latter region is performed. The above-mentioned third semiconductor layer is preferably formed undoped (in a state where no dopant is introduced artificially) in order to suppress scattering loss of guided light, and more preferably, on the third semiconductor layer. It is preferable that the second semiconductor layer bonded to the lower surface (including both side surfaces in some cases) is also undoped.
【００１４】上述の第１乃至第３の半導体層は、その一
実施態様として夫々III族元素とＶ族元素からなるIII−
Ｖ族化合物半導体で形成される。２つの異なる光導波路
は、上述の説明のとおり同じ組成の化合物半導体材料
（第３半導体層）で構成されることが望ましいが、作製
プロセスの都合上、若干の組成比のずれは許容される。
しかし、夫々の光導波路を構成する半導体材料の禁制帯
幅は、夫々に接合される第２半導体層に対して小さく設
定することは望ましい。また、光導波路により第２の半
導体層が分離される場合においても、分離された領域間
における化合物半導体材料の組成比の若干のずれは許容
される。In one embodiment, the first to third semiconductor layers are made of a group III-V element and a group V element, respectively.
It is formed of a group V compound semiconductor. It is desirable that the two different optical waveguides are made of the compound semiconductor material (third semiconductor layer) having the same composition as described above, but a slight difference in the composition ratio is allowed for the convenience of the fabrication process.
However, it is desirable to set the forbidden band width of the semiconductor material constituting each optical waveguide to be smaller than that of the second semiconductor layer joined to each. Also, even when the second semiconductor layer is separated by the optical waveguide, a slight shift in the composition ratio of the compound semiconductor material between the separated regions is allowed.
【００１５】本発明の半導体光パルス分散補償器におい
ては電流注入または、電界印加による上記光導波路屈折
率の変化を用いてモード間結合を制御してもよい。この
とき、上述の望ましき構成においては、第２半導体層上
又は上部に第２半導体層より禁制帯幅の大きい（禁制帯
幅波長λg値の小さい）第４の半導体層を形成し、望ま
しくは第１の半導体層と第４の半導体層の夫々に逆導電
型の不純物をドープして第１及び第４の半導体層間に位
置する複数の第３の半導体層（光導波路）に電流注入又
は電界印加を行い易くする。第４半導体層に対して第１
半導体層が基板側に設けられる場合、第４半導体層に電
流又は電界を供給する電極は第４半導体層の上部（基板
と反対側）に形成しても、又は電極層の側面を第４半導
体層に接する（第４半導体層内に埋め込む）ように形成
してもよい。基板主面に略平行に２本の光導波路（第３
半導体層）が並ぶ場合においては、上記第４半導体層側
の電極層を２本の光導波路間の上部に光導波路に並行し
て延伸するように設ければ、モード結合制御電流又は電
界を集中して印加できる効果がある。In the semiconductor optical pulse dispersion compensator of the present invention, the mode coupling may be controlled by using the change in the refractive index of the optical waveguide caused by current injection or electric field application. At this time, in the Nozomashiki the above-described configuration, (small bandgap wavelength lambda g value) larger forbidden band width than the second semiconductor layer or the upper second semiconductor layer to form a fourth semiconductor layer, Desirably, each of the first semiconductor layer and the fourth semiconductor layer is doped with an impurity of the opposite conductivity type to inject current into a plurality of third semiconductor layers (optical waveguides) located between the first and fourth semiconductor layers. Alternatively, it is easy to apply an electric field. The first with respect to the fourth semiconductor layer
When the semiconductor layer is provided on the substrate side, an electrode for supplying a current or an electric field to the fourth semiconductor layer may be formed on the fourth semiconductor layer (opposite the substrate), or the side surface of the electrode layer may be formed on the fourth semiconductor layer. It may be formed so as to be in contact with the layer (buried in the fourth semiconductor layer). Two optical waveguides (third optical waveguide) substantially parallel to the main surface of the substrate
In the case where the semiconductor layers are arranged, if the electrode layer on the fourth semiconductor layer side is provided above the two optical waveguides so as to extend in parallel with the optical waveguides, the mode coupling control current or the electric field is concentrated. There is an effect that can be applied.
【００１６】上述の本発明の半導体光パルス分散補償器
に光カー効果による周波数幅増大効果を加えて半導体光
パルス圧縮器（以下、光パルス圧縮器と記す）を構成す
る場合は、上記第３の半導体層中に量子井戸層とこれよ
り禁制帯幅の大きい障壁層からなる量子井戸構造を形成
するとよい。量子井戸構造は、上記量子井戸層を上記障
壁層で挟むように構成し、夫々の厚さは望ましくは量子
サイズ効果が現れやすい30ｎｍ以下、更に量子効果をよ
り引き出せる10ｎｍ以下とするとよい。上記障壁層の禁
制帯幅は上記第２の半導体層のそれより小さくすること
が望ましい。In the case where a semiconductor optical pulse compressor (hereinafter, referred to as an optical pulse compressor) is constructed by adding an effect of increasing the frequency width by the optical Kerr effect to the semiconductor optical pulse dispersion compensator of the present invention described above, It is preferable to form a quantum well structure including a quantum well layer and a barrier layer having a larger forbidden band width in the semiconductor layer. The quantum well structure is configured so that the quantum well layer is sandwiched between the barrier layers, and the respective thicknesses thereof are desirably 30 nm or less, at which the quantum size effect easily appears, and 10 nm or less, at which the quantum effect can be further extracted. It is desirable that the forbidden band width of the barrier layer be smaller than that of the second semiconductor layer.
【００１７】以上の本発明の光パルス分散補償器または
光パルス圧縮器と半導体レーザ素子とを集積化すること
により当該半導体レーザ素子に固有の発振パルス幅を更
に短縮できる、所謂半導体短パルスレーザ素子が実現で
きる。また、この半導体短パルスレーザ素子を光源とし
て光通信システムを構築すれば、当該システムにおける
光信号伝送の長距離化や大容量化が促進される。By integrating the above-described optical pulse dispersion compensator or optical pulse compressor of the present invention and a semiconductor laser device, a so-called semiconductor short pulse laser device can further reduce the oscillation pulse width inherent to the semiconductor laser device. Can be realized. Further, if an optical communication system is constructed using the semiconductor short pulse laser device as a light source, the optical signal transmission in the system can be promoted for a longer distance and a larger capacity.
【００１８】さて、以上に説明したように半導体を用い
て構成される本発明の光パルス分散補償器は、前項で述
べた課題を以下のように解決できる。The optical pulse dispersion compensator according to the present invention, which is constituted by using a semiconductor as described above, can solve the problems described in the preceding section as follows.
【００１９】（１）短パルス半導体レーザとの集積化が
容易である。(1) Integration with a short pulse semiconductor laser is easy.
【００２０】（２）現存する半導体結晶成長技術とプロ
セス技術を用いれば、上記発明が解決しようとする課題
の項で述べた、光導波路の屈折率、幅、長さに対する設
計許容誤差範囲を、満たすことが可能である。(2) If the existing semiconductor crystal growth technology and process technology are used, the design allowable error range for the refractive index, width, and length of the optical waveguide described in the section of the problem to be solved by the present invention is as follows. It is possible to meet.
【００２１】（３）電流注入または電圧印加による屈折
率変化を用いて、モード間結合を変化させることによっ
て、群速度分散量の制御を行うことができる。(3) The amount of group velocity dispersion can be controlled by changing the inter-mode coupling using the change in the refractive index due to current injection or voltage application.
【００２２】（４）半導体量子井戸、量子細線、量子箱
構造などの低次元電子系では、大きな光カー効果（光フ
ァイバー材料と比較して約105倍以上程度大きい）が得
られる。[0022] (4) semiconductor quantum wells, quantum wires, the low-dimensional electron system, such as a quantum box structure, large optical Kerr effect (greater extent about 105 times or more as compared to the fiber material) is obtained.
【００２３】これらの作用の根拠について、更に説明を
続ける。図８には、本発明に関わる半導体光パルス分散
補償器の群速度分散(Group-velocity dispersion：GVD)
の計算結果を示す。ここで、Ｗは、結合導波路間の距離
を表す。上述の本発明の光パルス分散補償器の望ましき
実施態様において、Ｗは第３の半導体層間に位置する第
２の半導体層の寸法（例えば、厚み）と定義できよう。
例えば、Ｗは第２の半導体層が一方の第３の半導体層と
接合する界面と他方の第３の半導体層と接合する界面と
の距離として定義することもできる。The grounds for these actions will be further described. FIG. 8 shows the group-velocity dispersion (GVD) of the semiconductor optical pulse dispersion compensator according to the present invention.
The calculation result of is shown. Here, W represents the distance between the coupling waveguides. In the preferred embodiment of the optical pulse dispersion compensator of the present invention described above, W could be defined as the dimension (eg, thickness) of the second semiconductor layer located between the third semiconductor layers.
For example, W can be defined as the distance between the interface at which the second semiconductor layer is joined to one third semiconductor layer and the interface at which the second semiconductor layer is joined to the other third semiconductor layer.
【００２４】さて、図８の検討においては、材料はInGa
AsP系を用いた。二つの結合導波路部の屈折率差が小さ
いことから、得られた群速度分散値は、より大きな屈折
率差を実現可能な光ファイバ−材料を用いた従来型分散
補償器の群速度分散値に比べて１桁程度小さくなる。し
かし、本計算例から、得られた群速度分散値は、例え
ば、中心波長：λ0=1.5μｍ、パルス幅：Δｔ=5ps（ｐ
ｓ：ピコ秒＝10-12秒）、線形チャープパラメーター：
α=20の光パルスを、パルス幅：Δｔ=0.25psに圧縮する
に十分大きなものである。また、この結果をもたらすに
望ましいＷの値は１０００ｎｍ（１μｍ）以上であり、
実用的には１２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下が望まし
い。In the study of FIG. 8, the material is InGa.
AsP system was used. Since the difference between the refractive indices of the two coupling waveguides is small, the obtained group velocity dispersion value is the group velocity dispersion value of the conventional dispersion compensator using an optical fiber material capable of realizing a larger refractive index difference. Is reduced by about one digit. However, the group velocity dispersion value obtained from this calculation example is, for example, the center wavelength: λ 0 = 1.5 μm, the pulse width: Δt = 5 ps (p
s: picoseconds = 10-12 seconds), linear chirp parameters:
It is sufficiently large to compress the optical pulse of α = 20 to a pulse width of Δt = 0.25 ps. Also, a desirable value of W for obtaining this result is 1000 nm (1 μm) or more,
Practically, the thickness is preferably 1200 nm or more and 2000 nm or less.
【００２５】図９に、本発明に関わる半導体光パルス分
散補償器における、電流注入による屈折率変化に対す
る、群速度分散の計算結果を示す。光パルスの波長（横
軸）により差異はあるものの、小さな屈折率変化（屈折
率変化量：|Δｎ|=0.001程度）で、大きな群速度分散値
（ＧＶＤ値：縦軸）の変化が得られることは明らかであ
る。FIG. 9 shows a calculation result of group velocity dispersion with respect to a change in refractive index due to current injection in the semiconductor optical pulse dispersion compensator according to the present invention. Although there is a difference depending on the wavelength (horizontal axis) of the light pulse, a large change in the group velocity dispersion value (GVD value: vertical axis) can be obtained with a small change in the refractive index (refractive index change amount: | Δn | = 0.001). It is clear.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】本発明に係わる半導体光パルス分
散補償器の実施例につき，添付図面を参照しながら以下
詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a semiconductor optical pulse dispersion compensator according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００２７】＜実施例１＞本実施例では，二つの異なる
光導波路が、半導体結晶成長方向に平行な面内に配列さ
れている、本発明に係わる光パルス分散補償器の実施例
を、図１を用いて説明する。図１は，本発明に係わる光
パルス圧縮器の一実施例の断面図である。<Embodiment 1> In this embodiment, an embodiment of an optical pulse dispersion compensator according to the present invention in which two different optical waveguides are arranged in a plane parallel to the semiconductor crystal growth direction will be described. 1 will be described. FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of an optical pulse compressor according to the present invention.
【００２８】結晶方位（００１）のn-InP（禁制帯幅波
長:λg＝0.92μｍ, ドナー濃度:ND=2×1018cm-3）基板
１上に有機金属気相成長（MOVPE: Metal Organic Vapor
PhaseEpitaxy）法により，InGaAsP（λg＝1.3μｍ）
を、選択成長技術（参考文献：青木他、マイクロウエー
ブ アンド オプテイカルテクノロジーレター、第７
巻、１３２頁（１９９４）参照）を用いて成長し、スペ
ーサ層２を形成する。さらに、InGaAsP（λg＝1.40μ
ｍ)バッファー層３を成長する。次に、InGaAsP（λg＝
1.45μｍ)からなる厚さの異なる光導波路４、５を、InG
aAsP（λg＝1.40μｍ)バッファー層９を挟んで形成す
る。最後に、InGaAsP（λg＝1.４μｍ）バッファー層１
０を成長する。Metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE: MOVPE: n-InP with crystal orientation (001) (forbidden band width: λ g = 0.92 μm, donor concentration: N D = 2 × 10 18 cm -3 )) Metal Organic Vapor
By PhaseEpitaxy) method, InGaAsP (λ g = 1.3μm)
Using selective growth technology (Reference: Aoki et al., Microwave and Optical Technology Letter, No. 7)
Volume, page 132 (1994)) to form a spacer layer 2. Further, InGaAsP (λ g = 1.40μ)
m) Grow buffer layer 3. Next, InGaAsP (λ g =
1.45 μm) of different thicknesses of the optical waveguides 4 and 5 were
An aAsP (λ g = 1.40 μm) buffer layer 9 is formed therebetween. Finally, an InGaAsP (λ g = 1.4 μm) buffer layer 1
Grow 0.
【００２９】ここで、モード変換領域７では、光導波路
５においてのみTE0モードが伝搬し、モード結合領域
（群速度分散補償領域）８では、光導波路４のTE2と光
導波路５のTE0モードの結合モードで伝搬するように光
導波路設計を行う。具体的には、次のようにモード変換
領域を設計する。モード変換領域における光導波路４、
５が独立に存在する場合の、各モードの伝搬定数を、そ
れぞれβ1，β2とする。また、それぞれのモードが結合
した場合の結合定数をκとする。モード結合領域でTE0
とTE2を同位相で結合し、正の群速度分散を得る場合、
κ＝−δとなるように、モード変換領域７のバッファー
層３の厚さを決定する。ここで、δ＝（β1−β2）／２
である。逆位相で結合する場合は、κ＝δとなるよう
に、モード変換領域７のバッファー層３の厚さを決定す
る。即ち、バッファ層３の厚さはモード変換領域７とモ
ード結合領域８の機能の差を反映させて変化させてあ
る。Here, in the mode conversion region 7, the TE 0 mode propagates only in the optical waveguide 5, and in the mode coupling region (group velocity dispersion compensation region) 8, TE 2 of the optical waveguide 4 and TE 0 of the optical waveguide 5. An optical waveguide is designed so as to propagate in a coupling mode. Specifically, the mode conversion region is designed as follows. The optical waveguide 4 in the mode conversion region,
In the case where 5 exists independently, the propagation constants of the respective modes are β 1 and β 2 , respectively. The coupling constant when each mode is coupled is denoted by κ. TE 0 in mode coupling region
And TE 2 in phase to obtain a positive group velocity dispersion,
The thickness of the buffer layer 3 in the mode conversion region 7 is determined so that κ = −δ. Here, δ = (β 1 −β 2 ) / 2
It is. In the case of coupling in opposite phases, the thickness of the buffer layer 3 in the mode conversion region 7 is determined so that κ = δ. That is, the thickness of the buffer layer 3 is changed to reflect the difference between the functions of the mode conversion region 7 and the mode coupling region 8.
【００３０】本実施例は、InGaAsP系の材料に限らず、
他の材料系、例えばAlGaAs系の等の材料においても適用
可能である。The present embodiment is not limited to InGaAsP-based materials.
The present invention can be applied to other materials, for example, AlGaAs materials.
【００３１】＜実施例２＞本実施例では，二つの異なる
光導波路が、半導体結晶成長方向に垂直な面内に配列さ
れている本発明に係わる光パルス分散補償器の実施例を
図２を用いて説明する。<Embodiment 2> In this embodiment, an optical pulse dispersion compensator according to the present invention in which two different optical waveguides are arranged in a plane perpendicular to the semiconductor crystal growth direction is shown in FIG. It will be described using FIG.
【００３２】結晶方位（００１）のn-InP（禁制帯幅波
長：λg=0.92μｍ, ドナー濃度:ND=2×1018cm-3）基板
１上に有機金属気相成長（MOVPE: Metal Organic Vapor
PhaseEpitaxy）法により，InGaAsP（λg＝1.3μｍ）を
選択成長技術を用いて成長し、スペーサ層２を形成す
る。次に、InGaAsP（λg＝1.45μｍ)からなる幅の異な
る光導波路４、５を埋め込み構造でInGaAsP（λg＝1.40
μｍ）バッファー層３内に形成する。最後に、InGaAsP
（λg＝1.3μｍ）スペーサ層６を成長する。ここで、モ
ード変換領域７では、光導波路５においてのみTE0モー
ドが伝搬し、モード結合領域８では、光導波路４のTE2
と光導波路５のTE0モードの結合モードで伝搬するよう
に光導波路設計を行う。具体的には、次のようにモード
変換領域を設計する。モード変換領域における光導波路
４、５が独立に存在する場合の、各モードの伝搬定数
を、それぞれβ1、β2とする。また、それぞれのモード
が結合した場合の結合定数をκとする。モード結合領域
でTE0とTE2を同位相で結合し、正の群速度分散を得る場
合、κ＝−δとなるように、モード変換領域７のバッフ
ァー層の厚さを決定する。ここで、δ＝（β1−β2）／
２である。逆位相で結合する場合は、κ＝δとなるよう
に、モード変換領域７のバッファー層の厚さ３を決定す
る。即ち、本実施例においても実施例１同様、バッファ
層３の厚さはモード変換領域７とモード結合領域８の機
能の差を反映させて変化させてある。Metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE: MOVPE: n-InP) having a crystal orientation (001) (bandgap wavelength: λ g = 0.92 μm, donor concentration: N D = 2 × 10 18 cm −3 ) Metal Organic Vapor
A spacer layer 2 is formed by growing InGaAsP (λ g = 1.3 μm) using a selective growth technique by a phase epitaxy method. Next, optical waveguides 4 and 5 made of InGaAsP (λ g = 1.45 μm) having different widths are embedded in the InGaAsP (λ g = 1.40 μm).
μm) formed in the buffer layer 3. Finally, InGaAsP
(Λ g = 1.3 μm) The spacer layer 6 is grown. Here, in the mode conversion region 7, the TE 0 mode propagates only in the optical waveguide 5, and in the mode coupling region 8, the TE 2 mode of the optical waveguide 4
The optical waveguide is designed so that the light propagates in the coupled mode of the TE 0 mode of the optical waveguide 5. Specifically, the mode conversion region is designed as follows. When the optical waveguides 4 and 5 in the mode conversion region exist independently, the propagation constants of the respective modes are β 1 and β 2 , respectively. The coupling constant when each mode is coupled is denoted by κ. When TE0 and TE2 are coupled in phase in the mode coupling region to obtain a positive group velocity dispersion, the thickness of the buffer layer in the mode conversion region 7 is determined so that κ = −δ. Here, δ = (β 1 −β 2 ) /
2. In the case of coupling in opposite phases, the thickness 3 of the buffer layer in the mode conversion region 7 is determined so that κ = δ. That is, in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the thickness of the buffer layer 3 is changed to reflect the difference in the function between the mode conversion region 7 and the mode coupling region 8.
【００３３】本実施例は、InGaAsP系の材料に限らず、
他の材料系、例えばAlGaAs系の等の材料においても適用
可能である。This embodiment is not limited to InGaAsP-based materials.
The present invention can be applied to other materials, for example, AlGaAs materials.
【００３４】＜実施例３＞本実施例では，光カー効果を
有する本発明に係わる光パルス圧縮器の実施例を、図３
を用いて説明する。<Embodiment 3> In this embodiment, an embodiment of an optical pulse compressor according to the present invention having an optical Kerr effect is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG.
【００３５】結晶方位（００１）のn-InP（禁制帯幅波
長:λg＝0.92μｍ，ドナー濃度:ND＝2×1018cm-3）基板
１上に有機金属気相成長（MOVPE: Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy）法により、InGaAsP（λg＝1.3μｍ）
を選択成長技術を用いて成長してスペーサ層２を成長す
る。さらに、InGaAsP（λg＝1.40μｍ）バッファー層３
を成長する。次に、InGaAsP量子井戸層（λg＝1.47μ
ｍ、厚さ10nm）とInGaAsP障壁層（λg＝1.45μｍ、厚さ
10nm）からなる１０周期の多重量子井戸層１３を含む、
InGaAsP（λg＝1.45μｍ）層（図３において多重量子井
戸層の上下両面に接合される層）からなる厚さ（多重量
子井戸構造を含めた全体の厚さ）の異なる光導波路４、
５を、InGaAsP（λg＝1.40μｍ)バッファー層９を挟ん
で形成する。最後に、InGaAsP（λg＝1.4μｍ）バッフ
ァー層１０を成長する。ここで、モード変換領域７で
は、光導波路５においてのみTE0モードが伝搬し、モー
ド結合領域８では、光導波路４のTE2と光導波路５のTE0
モードの結合モードで伝搬するように光導波路設計を行
う。Metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE: MOVPE: n-InP) having a crystal orientation (001) (forbidden band width: λ g = 0.92 μm, donor concentration: N D = 2 × 10 18 cm −3 ). Metal Organic Vapor
The Phase Epitaxy) method, InGaAsP (λ g = 1.3μm)
Is grown by using the selective growth technique to grow the spacer layer 2. Furthermore, an InGaAsP (λ g = 1.40 μm) buffer layer 3
Grow. Next, an InGaAsP quantum well layer (λ g = 1.47 μm)
m, thickness 10 nm) and InGaAsP barrier layer (λ g = 1.45 μm, thickness)
10 nm) comprising a multiple quantum well layer 13 having 10 periods.
InGaAsP (λ g = 1.45μm) layer optical waveguide 4 having a thickness of the (thickness of the whole including a multiple quantum well structure) different (layer to be bonded to the upper and lower surfaces of the multiple quantum well layer in Fig. 3),
5 are formed with an InGaAsP (λ g = 1.40 μm) buffer layer 9 interposed therebetween. Finally, an InGaAsP (λ g = 1.4 μm) buffer layer 10 is grown. Here, in the mode conversion region 7, the TE 0 mode propagates only in the optical waveguide 5, and in the mode coupling region 8, TE 2 of the optical waveguide 4 and TE 0 of the optical waveguide 5.
An optical waveguide is designed so as to propagate in a coupling mode.
【００３６】具体的には、次のようにモード変換領域を
設計する。モード変換領域における光導波路４、５が独
立に存在する場合の、各モードの伝搬定数を、それぞれ
β1，β2とする。また、それぞれのモードが結合した場
合の結合定数をκとする。モード結合領域でTE0とTE2を
同位相で結合し、正の群速度分散を得る場合、κ＝−δ
となるように、モード変換領域７のバッファー層の厚さ
を決定する。ここで、δ＝（β1−β2）／２である。逆
位相で結合する場合は、κ＝δとなるように、モード変
換領域７のバッファー層の厚さを決定する。Specifically, the mode conversion area is designed as follows. When the optical waveguides 4 and 5 in the mode conversion region exist independently, the propagation constants of each mode are β 1 and β 2 , respectively. The coupling constant when each mode is coupled is denoted by κ. When TE 0 and TE 2 are coupled in phase in the mode coupling region to obtain a positive group velocity dispersion, κ = −δ
The thickness of the buffer layer in the mode conversion region 7 is determined so that Here, δ = (β 1 −β 2 ) / 2. In the case of coupling in opposite phases, the thickness of the buffer layer in the mode conversion region 7 is determined so that κ = δ.
【００３７】本実施例は、InGaAsP系の材料に限らず、
他の材料系、例えばAlGaAs系の等の材料においても適用
可能である。The present embodiment is not limited to InGaAsP-based materials.
The present invention can be applied to other materials, for example, AlGaAs materials.
【００３８】＜実施例４＞本実施例では、電流注入によ
る屈折率の変化を用いてモード間結合を制御することに
よって群速度分散量を制御する機能を有する、本発明に
係わる光パルス分散補償器の実施例を、図４を用いて説
明する。<Embodiment 4> In this embodiment, the optical pulse dispersion compensation according to the present invention has a function of controlling the amount of group velocity dispersion by controlling the inter-mode coupling using the change in the refractive index due to current injection. An embodiment of the vessel will be described with reference to FIG.
【００３９】結晶方位（００１）のn-InP（禁制帯幅波
長：λg＝0.92μｍ, ドナー濃度:ND=2×1018cm-3）基板
１上に有機金属気相成長（MOVPE: Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy）法によりｎ+型InGaAsP（λg＝1.3μ
ｍ，ドナー濃度：ND＝5×1018cm-3）を選択成長技術を
用いて成長してｎ+型スペーサ層２を形成する。次に、
アンドープInGaAsP（λg＝1.45μｍ)からなる幅の異な
る光導波路４、５を埋め込み構造でアンドープInGaAsP
（λg＝1.40μｍ)バッファー層３内に形成する。最後
に、ｐ+型InGaAsP（λg＝1.3μｍ，アクセプター濃度：
NA＝5×1018cm-3）スペーサ層６を成長する。Metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE: MOVPE: n-InP with crystal orientation (001) (bandgap wavelength: λ g = 0.92 μm, donor concentration: N D = 2 × 10 18 cm -3 )) Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy) method using n + -type InGaAsP (λ g = 1.3μ)
m, donor concentration: N D = 5 × 10 18 cm −3 ) is grown using a selective growth technique to form an n + -type spacer layer 2. next,
Optical waveguides 4 and 5 of undoped InGaAsP (λ g = 1.45 μm) having different widths are embedded in undoped InGaAsP.
(Λ g = 1.40 μm) is formed in the buffer layer 3. Finally, p + -type InGaAsP (λ g = 1.3 μm, acceptor concentration:
N A = 5 × 10 18 cm −3 ) The spacer layer 6 is grown.
【００４０】最後に、ｐ+型InGaAsP（λg＝1.3μｍ，ア
クセプター濃度：NA＝5×1018cm-3）スペーサ層６を化
学エッチングで取り除いた所にｐ側電極１１としてAu/A
uZnを、n型基板１上にn側電極１２としてAuGeNi/Auを蒸
着する。ここで、モード変換領域７では、光導波路５に
おいてのみTE0モードが伝搬し、モード結合領域８では
光導波路４のTE2と光導波路５のTE0モードの結合モード
で伝搬するように光導波路設計を行う。Finally, the p + -type InGaAsP (λ g = 1.3 μm, acceptor concentration: N A = 5 × 10 18 cm −3 ) Au / A was formed as a p-side electrode 11 where the spacer layer 6 was removed by chemical etching.
uZn is deposited on the n-type substrate 1 by AuGeNi / Au as the n-side electrode 12. Here, in the mode conversion region 7, the TE 0 mode propagates only in the optical waveguide 5, and in the mode coupling region 8, the optical waveguide propagates in the coupling mode of TE 2 of the optical waveguide 4 and TE 0 mode of the optical waveguide 5. Do the design.
【００４１】具体的には、次のようにモード変換領域を
設計する。モード変換領域における光導波路４、５が独
立に存在する場合の、各モードの伝搬定数を、それぞ
れ、β1，β2とする。また、それぞれのモードが結合し
た場合の結合定数をκとする。モード結合領域でTE0とT
E2を同位相で結合し、正の群速度分散を得る場合、κ＝
−δとなるように、モード変換領域７のバッファー層の
厚さを決定する。ここで、δ＝（β1−β2）／２であ
る。逆位相で結合する場合は、κ＝δとなるように、モ
ード変換領域７のバッファー層の厚さを決定する。Specifically, the mode conversion region is designed as follows. When the optical waveguides 4 and 5 in the mode conversion region exist independently, the propagation constants of each mode are β 1 and β 2 , respectively. The coupling constant when each mode is coupled is denoted by κ. TE 0 and T in the mode coupling region
When E 2 is coupled in phase to obtain a positive group velocity dispersion, κ =
The thickness of the buffer layer in the mode conversion region 7 is determined so as to be −δ. Here, δ = (β 1 −β 2 ) / 2. In the case of coupling in opposite phases, the thickness of the buffer layer in the mode conversion region 7 is determined so that κ = δ.
【００４２】本実施例は、InGaAsP系の材料に限らず、
他の材料系、例えばAlGaAs系の等の材料においても適用
可能である。The present embodiment is not limited to InGaAsP-based materials,
The present invention can be applied to other materials, for example, AlGaAs materials.
【００４３】＜実施例５＞本実施例では，本発明に係わ
る半導体光パルス分散補償器を半導体レーザ素子に集積
化した半導体短光パルス発生素子（半導体短パルスレー
ザ素子）の実施例を、図５を用いて説明する。<Embodiment 5> In this embodiment, an embodiment of a semiconductor short optical pulse generation device (semiconductor short pulse laser device) in which the semiconductor optical pulse dispersion compensator according to the present invention is integrated into a semiconductor laser device will be described. 5 will be described.
【００４４】結晶方位（００１）のn-InP（禁制帯幅波
長：λg＝0.92μｍ，ドナー濃度：ND=2×1018cm-3）基
板１上に有機金属気相成長（MOVPE: Metal Organic Vap
or Phase Epitaxy）法によりn+型InGaAsP（λg＝1.3μ
ｍ，ドナー濃度：ND=5×1018cm-3）を選択成長技術を用
いて成長してスペーサ層２を成長する。さらに、アンド
ープInGaAsP（λg＝1.40μｍ）バッファー層３を成長す
る。次に、InGaAs量子井戸層（λg＝1.55μｍ，厚さ10n
m)とInGaAsP障壁層（λg＝1.45μｍ，厚さ10nm）からな
るテーパ型多重量子井戸層１３を含む、InGaAsP（λg＝
1.45μｍ）からなる光導波路４とInGaAsP（λg＝1.45μ
ｍ）からなる光導波路５を、InGaAsP（λg＝1.40μｍ）
バッファー層９を挟んで形成する。次に、InGaAsP（λg
＝1.40μｍ）バッファー層１０、ｐ+型InGaAsP（λg＝
1.3μｍ，アクセプター濃度：NA＝5×1018cm-3）スペー
サ層６を成長し、化学エッチングで分離し、ｐ側電極１
１としてAu/AuZnを、n型基板１上にn側電極１２としてA
uGeNi/Auを蒸着する。Metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE: n-InP) having a crystal orientation (001) (bandgap wavelength: λ g = 0.92 μm, donor concentration: N D = 2 × 10 18 cm −3 ) Metal Organic Vap
or Phase Epitaxy) method using n + type InGaAsP (λ g = 1.3μ)
m, donor concentration: N D = 5 × 10 18 cm −3 ) is grown by using a selective growth technique to grow the spacer layer 2. Further, an undoped InGaAsP (λ g = 1.40 μm) buffer layer 3 is grown. Next, an InGaAs quantum well layer (λ g = 1.55 μm, thickness 10n)
m) and InGaAsP barrier layers (λ g = 1.45μm, including a tapered multi-quantum well layer 13 having a thickness of 10nm), InGaAsP (λ g =
1.45 μm optical waveguide 4 and InGaAsP (λ g = 1.45 μm)
m), the InGaAsP (λ g = 1.40 μm)
It is formed with the buffer layer 9 interposed therebetween. Next, InGaAsP (λ g
= 1.40 μm) buffer layer 10, p + -type InGaAsP (λ g =
1.3 μm, acceptor concentration: N A = 5 × 10 18 cm −3 ) A spacer layer 6 is grown, separated by chemical etching, and a p-side electrode 1 is formed.
1 as Au / AuZn, and n-side electrode 12 on n-type substrate 1
eGeNi / Au is deposited.
【００４５】ここで、モード変換領域７では、光導波路
５においてのみTE0モードが伝搬し、モード結合領域８
では、光導波路４のTE2と光導波路５のTE0モードの結合
モードで伝搬するように光導波路設計を行う。具体的に
は、次のようにモード変換領域を設計する。モード変換
領域における光導波路４、５が独立に存在する場合の、
各モードの伝搬定数を、それぞれ、β1，β2とする。ま
た、それぞれのモードが結合した場合の結合定数をκと
する。モード結合領域でTE0とTE2を同位相で結合し、正
の群速度分散を得る場合、κ＝−δとなるように、モー
ド変換領域７のバッファー層の厚さを決定する。ここ
で、δ＝（β1−β2）／２である。逆位相で結合する場
合は、κ＝δとなるように、モード変換領域７のバッフ
ァー層の厚さを決定する。[0045] Here, in the mode conversion region 7, TE 0 mode is propagated only in the optical waveguide 5, mode coupling regions 8
Then, the optical waveguide is designed so that the light propagates in the coupled mode of TE 2 of the optical waveguide 4 and TE 0 mode of the optical waveguide 5. Specifically, the mode conversion region is designed as follows. When the optical waveguides 4 and 5 in the mode conversion region exist independently,
Let the propagation constants of each mode be β 1 and β 2 , respectively. The coupling constant when each mode is coupled is denoted by κ. When TE 0 and TE 2 are coupled in the same phase in the mode coupling region to obtain a positive group velocity dispersion, the thickness of the buffer layer in the mode conversion region 7 is determined so that κ = −δ. Here, δ = (β 1 −β 2 ) / 2. In the case of coupling in opposite phases, the thickness of the buffer layer in the mode conversion region 7 is determined so that κ = δ.
【００４６】本実施例は、InGaAsP系の材料に限らず、
他の材料系、例えばAlGaAs系の等の材料においても適用
可能である。The present embodiment is not limited to InGaAsP-based materials.
The present invention can be applied to other materials, for example, AlGaAs materials.
【００４７】＜実施例６＞本実施例では、本発明に係わ
る半導体光パルス分散補償器を、光ファイバーを用いた
光通信システムにおける、光パルス波形整形器として用
いる例を、図６を用いて説明する。光パルス１７が光フ
ァイバー１６内を伝搬する際に、光ファイバーの有する
分散によって、光パルス１７は拡がる。そこで、本発明
に係わる光パルス分散補償器１５を用いて分散の補償を
行い、光パルス波形の整形を行う。Embodiment 6 In this embodiment, an example in which the semiconductor optical pulse dispersion compensator according to the present invention is used as an optical pulse waveform shaper in an optical communication system using an optical fiber will be described with reference to FIG. I do. When the optical pulse 17 propagates through the optical fiber 16, the optical pulse 17 spreads due to the dispersion of the optical fiber. Therefore, dispersion compensation is performed using the optical pulse dispersion compensator 15 according to the present invention, and the optical pulse waveform is shaped.
【００４８】図６に示される光パルス分散補償器１５
は、上述の実施例１乃至４（図１乃至４）で既に説明し
たもののいずれかの構成を有し、光パルス分散補償器１
５に形成された２本の光導波路はともに一端で光パルス
入力側の光ファイバ１６（図６の左側）の右端に、他端
で光パルス受信側の光ファイバ１６（図６の右側）の左
端に、それぞれ対向する。即ち、光パルス分散補償器１
５は、その光導波路が図６の左右方向に延伸するように
配置され、左側の光ファイバ１６から入射する光パルス
は当該導波路を透過することにより、その群速度分散が
補償され、短いパルスに圧縮されて右側の光ファイバ１
６に伝送される。The optical pulse dispersion compensator 15 shown in FIG.
Has any of the configurations already described in the above-described first to fourth embodiments (FIGS. 1 to 4).
The two optical waveguides 5 are formed at one end at the right end of the optical fiber 16 on the optical pulse input side (left side in FIG. 6) and at the other end at the right end of the optical fiber 16 on the optical pulse receiving side (right side in FIG. 6). Opposite to the left end. That is, the optical pulse dispersion compensator 1
5 is arranged so that the optical waveguide extends in the left-right direction of FIG. 6, and the optical pulse incident from the left optical fiber 16 is transmitted through the waveguide, thereby compensating for the group velocity dispersion, and providing a short pulse. Optical fiber 1
6 is transmitted.
【００４９】[0049]
【発明の効果】本発明によれば，分散量の制御機能を有
する透過型光パルス圧縮器、大きな分散と大きな光非線
形効果を有する透過型光ソリトンパルス圧縮器、半導体
レーザに集積化可能な、大きな分散を有する超小型の透
過型光パルス圧縮器などが実現できる。以上の光パルス
圧縮器は，時分割多重通信システム，波長分割多重通信
システムあるいは時分割多重通信と波長分割多重通信シ
ステムのハイブリッド通信システムを柱とした長距離大
容量光通信システム用に，または，超高速光計測用に必
要不可欠な超短光パルス発生装置に好適である。According to the present invention, a transmission type optical pulse compressor having a function of controlling the amount of dispersion, a transmission type optical soliton pulse compressor having a large dispersion and a large optical non-linear effect, and a semiconductor laser can be integrated. An ultra-compact transmission type optical pulse compressor having a large dispersion can be realized. The above-described optical pulse compressor is used for a long-distance large-capacity optical communication system mainly composed of a time division multiplex communication system, a wavelength division multiplex communication system, or a hybrid communication system of the time division multiplex communication and the wavelength division multiplex communication system. It is suitable for an ultrashort optical pulse generator that is indispensable for ultrahigh-speed optical measurement.
【図１】本発明による第一の実施例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment according to the present invention.
【図２】本発明による第二の実施例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment according to the present invention.
【図３】本発明による第三の実施例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment according to the present invention.
【図４】本発明による第四の実施例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment according to the present invention.
【図５】本発明による第五の実施例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a fifth embodiment according to the present invention.
【図６】本発明による第六の実施例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a sixth embodiment according to the present invention.
【図７】従来型分散補償素子を説明する図。FIG. 7 is a diagram illustrating a conventional dispersion compensating element.
【図８】本発明の半導体（InGaAsP)結合導波路型分散補
償素子の群速度分散の計算結果を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a calculation result of group velocity dispersion of a semiconductor (InGaAsP) coupled waveguide type dispersion compensating element of the present invention.
【図９】本発明の半導体（InGaAsP)結合導波路型分散補
償素子の電流注入による屈折率変化に対する群速度分散
の計算結果を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a calculation result of group velocity dispersion with respect to a change in refractive index due to current injection in a semiconductor (InGaAsP) coupled waveguide type dispersion compensation element of the present invention.
１…n型基板、２…スペーサ層、３…バッファー層、４
…光導波路、５…光導波路、６…スペーサ層、７…モー
ド変換領域、８…モード結合領域、９…バッファー層、
１０…バッファー層、１１…ｐ側電極、１２…ｎ側電
極、１３…多重量子井戸層、１４…電流パルス電源、１
５…光パルス分散補償器、１６…光ファイバー、１７…
光パルス、１８…入力光パルス、１９…モード変換領
域、２０…群速度分散補償領域、２１…出力光パルス、
２２…結合モード。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n-type substrate, 2 ... spacer layer, 3 ... buffer layer, 4
... an optical waveguide, 5 ... an optical waveguide, 6 ... a spacer layer, 7 ... a mode conversion region, 8 ... a mode coupling region, 9 ... a buffer layer,
10: buffer layer, 11: p-side electrode, 12: n-side electrode, 13: multiple quantum well layer, 14: current pulse power supply, 1
5: Optical pulse dispersion compensator, 16: Optical fiber, 17:
Light pulse, 18 input light pulse, 19 mode conversion area, 20 group velocity dispersion compensation area, 21 output light pulse,
22 ... combined mode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−278423（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−199576（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｈｙｓｉｃｓ Ｌ ｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．67 Ｎｏ．15 （1995）ｐ．2111−2113 矢島達夫 編、「超高速光技術」、丸 善株式会社、平成２年３月15日発行、 119−122頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/12 - 6/14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-8-278423 (JP, A) JP-A-4-199576 (JP, A) Applied Physics Letters Vol. 67 No. 15 (1995) p. 2111-2113 Tatsuo Yajima, “Ultrafast Optical Technology”, Maruzen Co., Ltd., published March 15, 1990, pp. 119-122 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02B 6 / 12-6/14
Claims (7)
面形状を有する複数の光導波路と、当該複数の光導波路
間に存在する当該光導波路の化合物半導体材料と比較し
て大きな禁制帯幅を有する化合物半導体領域とを含めて
構成され、該光導波路間のモード間結合により大きな群
速度分散補償機能を有することを特徴とする光パルス分
散補償器。A plurality of optical waveguides formed of a compound semiconductor material and having different cross-sectional shapes, and the plurality of optical waveguides
Compared with the compound semiconductor material of the optical waveguide existing between
An optical pulse dispersion compensator comprising a compound semiconductor region having a large forbidden band width and having a large group velocity dispersion compensation function due to inter-mode coupling between the optical waveguides.
面形状を有する複数の光導波路と、当該複数の光導波路A plurality of optical waveguides having a planar shape, and the plurality of optical waveguides
間に存在する当該光導波路の化合物半導体材料と比較しCompared with the compound semiconductor material of the optical waveguide existing between
て大きな禁制帯幅を有する化合物半導体領域とを含めてIncluding compound semiconductor regions with large forbidden bands
構成され、当該光導波路間の間隔が１２００ｎｍ以上２And the distance between the optical waveguides is 1200 nm or more 2
０００ｎｍ以下であり、該光導波路間のモード間結合に000 nm or less, and is effective for inter-mode coupling between the optical waveguides.
より大きな群速度分散補償機能を有することを特徴とすIt has a larger group velocity dispersion compensation function.
る光パルス分散補償器。Optical pulse dispersion compensator.
構成する化合物半導体結晶の成長方向に平行な面内に配
列され、且つこの複数の光導波路の間に存在する当該光
導波路の化合物半導体材料と比較して大きな禁制帯幅を
有する化合物半導体領域に電流注入または、電界印加に
よる屈折率の変化を用いてモード間結合を制御すること
を特徴とする請求項1又は２項に記載の光パルス分散補
償器。3. The plurality of optical waveguides are arranged in a plane parallel to a growth direction of a compound semiconductor crystal constituting the optical waveguide , and the light existing between the plurality of optical waveguides.
Large forbidden band width compared to compound semiconductor material of waveguide
Inject current or apply electric field to compound semiconductor region
3. The optical pulse dispersion compensator according to claim 1, wherein inter-mode coupling is controlled using a change in refractive index .
の変化を用いてモード間結合を制御することによって、
群速度分散量を連続制御する機能を有することを特徴と
することを特徴とする請求項１又は２項のいずれかに記
載の光パルス分散補償器。4. By controlling the inter-mode coupling using a change in the refractive index due to current injection or electric field application,
3. The optical pulse dispersion compensator according to claim 1, wherein the optical pulse dispersion compensator has a function of continuously controlling a group velocity dispersion amount.
波路であって、この低次元電子系になる光導波路におけ
る光カー効果を用いることを特徴とする請求項１乃至４
のいずれかに記載の光パルス圧縮器。5. The optical waveguide according to claim 1, wherein the optical waveguide is a low-dimensional electronic system.
In the optical waveguide, which is a low-dimensional electronic system
5. The light Kerr effect is used.
An optical pulse compressor according to any one of the above.
光パルス分散補償器または半導体光パルス圧縮器を集積
化してなることを特徴とする半導体短パルスレーザ素
子。6. A semiconductor short pulse laser device comprising a semiconductor optical pulse dispersion compensator or a semiconductor optical pulse compressor according to claim 1 integrated therein.
源として用いたことを特徴とする光通信システム。7. An optical communication system using the semiconductor short pulse laser according to claim 6 as a light source.
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| 矢島達夫 編、「超高速光技術」、丸善株式会社、平成２年３月１５日発行、１１９−１２２頁 |
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