JPH055910A - Method for modulating light and optical modulator - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide the optical modulator which is used for optical communication systems, optical exchanegers, optical information devices, optical recorders, etc., has a high degree of freedom in the selection of the wavelengths to be used at the time of designing and operates stably. CONSTITUTION:The optical modulator has a directional coupler constituted of two layers of laminated upper and lower semiconductor waveguide layer 1, 2. The layer constitution contg. waveguide layers 1, 2 is a pin structure and the upper semiconductor waveguide layer 1 is constituted of an (i) layer. A grating 3 is formed in the region where the guide modes of two layers of the waveguide layers 1, 2 thereon are coupled to each other. The wavelength of the light to be coupled is changed by a diffraction grating 3 when an electric signal is impressed via electrodes 9, 11. Consequently, the light outputted from the lower waveguide layer 2 is modulated according to the electric signal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信システム、光交
換装置、光情報処理装置或は光記録装置などに用いられ
る光変調器及びそれを用いて光を変調する方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical modulator used in an optical communication system, an optical switching device, an optical information processing device or an optical recording device, and a method of modulating light using the optical modulator.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、駆動電圧が低く、高速駆動でき、
更に半導体レーザなどの他の光電子素子との集積化が容
易である半導体を利用した光変調器は既知である。2. Description of the Related Art Conventionally, driving voltage is low and high speed driving is possible.
Further, there is known an optical modulator using a semiconductor that can be easily integrated with other optoelectronic devices such as a semiconductor laser.

【０００３】例えば、電界印加による半導体（バルク構
造や量子井戸構造の半導体層など）の吸収端シフトを利
用した吸収型光変調器が、Applied Pysics Letters,Vo
l.47,pp.1148〜1150(1985)で提案されている。また、電
界印加による屈折率変化を利用した方向性結合器型の光
変調器が、電子情報通信学会研究報告ＯＱＥ８６−３９
（１９８６）で提案されている。For example, an absorption-type optical modulator utilizing the absorption edge shift of a semiconductor (a semiconductor layer having a bulk structure or a quantum well structure, etc.) by applying an electric field is applied in Applied Physics Letters, Vo.
l.47, pp. 1148-1150 (1985). In addition, a directional coupler type optical modulator utilizing a change in the refractive index due to the application of an electric field has been reported by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Research Report OQE86-39.
(1986).

【０００４】前者はｐ−ｉ−ｎ構造を持つ半導体導波路
から成り、電界を印加することでフランツケルディシュ
効果或はＱＣＳＥ（量子閉じ込めシュタルク効果）によ
り図１４の如く吸収端がシフトして光吸収率が変化し、
或る波長の透過率の制御が可能となるものである。しか
し、このタイプの光変調器では、消光比を向上させる為
に使用波長を吸収端に近付ける必要があり、従って透過
状態での透過率が低くなっていた。よって、挿入損失が
大きいという欠点があった。また、吸収端波長に依存し
て、どのような波長の光をも変調できるものではなく使
用波長すなわち被変調波長が制限されるという難点もあ
る。The former is composed of a semiconductor waveguide having a pin structure, and when an electric field is applied, the absorption edge shifts as shown in FIG. 14 due to the Franz-Keldysh effect or QCSE (quantum confined Stark effect). Absorption rate changes,
The transmittance of a certain wavelength can be controlled. However, in this type of optical modulator, it is necessary to bring the used wavelength close to the absorption edge in order to improve the extinction ratio, and therefore the transmittance in the transmissive state is low. Therefore, there is a drawback that the insertion loss is large. Further, there is also a problem that the wavelength used cannot be modulated depending on the absorption edge wavelength and the usable wavelength, that is, the modulated wavelength is limited.

【０００５】図１２（Ａ）は、従来の方向性結合器型の
光変調器の第１の例を示す概略平面図であり、図１２
（Ｂ）は、図１２（Ａ）の光変調器のＡ−Ａ′線に沿っ
た断面図である。第１の例の光変調器では、２つの導波
路の結合領域に電極を設け、この電極から電界を印加す
ることにより、屈折率変化を生じさせて、光波を導波路
間で移行させるものである。FIG. 12A is a schematic plan view showing a first example of a conventional directional coupler type optical modulator.
12B is a sectional view taken along the line AA ′ of the optical modulator of FIG. In the optical modulator of the first example, an electrode is provided in the coupling region of the two waveguides, and an electric field is applied from this electrode to cause a change in the refractive index, so that the light wave is transferred between the waveguides. is there.

【０００６】図１３（Ａ）は、従来の方向性結合器型の
光変調器の第２の例を示す概略平面図であり、図１３
（Ｂ）は、図１３（Ａ）の光変調器のＡ−Ａ′線に沿っ
た断面図である。第２の例の光変調器では、２つの導波
路の交差領域に電極を設け、この電極から電界を印加す
ることにより屈折率変化を生じさせて、光波を導波路間
で移行させるものである。FIG. 13A is a schematic plan view showing a second example of a conventional directional coupler type optical modulator.
13B is a sectional view taken along the line AA ′ of the optical modulator of FIG. In the optical modulator of the second example, an electrode is provided in the crossing region of two waveguides, and an electric field is applied from this electrode to cause a change in the refractive index, so that a light wave is transferred between the waveguides. ..

【０００７】これらの方向性結合器型の光変調器では、
一方の導波路出射端からの出力光に変調がかけられる。
しかし、このタイプの光変調器においては、屈折率変化
により光変調度を制御しているにも係らず、屈折率変化
と同時に必然的に光吸収率も変化してしまう為、光変調
が安定的にかけられないという欠点があった。しかも、
素子長を短くする、すなわち導波路長を短くすると共に
駆動電圧の低減化を図る為に、一定電界に対して大きな
屈折率変化を得ようとすると、被変調光波長の設定が光
吸収の大きな波長域に近付いてしまう難点もある。In these directional coupler type optical modulators,
The output light from one waveguide emission end is modulated.
However, in this type of optical modulator, even though the optical modulation degree is controlled by changing the refractive index, the optical absorption rate inevitably changes at the same time as the refractive index change, so the optical modulation is stable. It had the drawback that it couldn't be applied. Moreover,
In order to shorten the element length, that is, to shorten the waveguide length and reduce the driving voltage, when a large change in the refractive index is obtained with respect to a constant electric field, the modulated light wavelength is set so that the light absorption is large. There is also a difficulty in approaching the wavelength range.

【０００８】一方、従来、波長分割多重型システムにお
いて、チャネルを分割する装置として分波器が用いられ
ている。これは、例えば、干渉フィルタやグレーティン
グなどの波長分散素子を用い、波長に依存して透過／反
射成分に分かれたり反射角度が異なることを利用して分
波を行なうものである。しかし、こうした分波器は数波
長の情報を同時に受信できる反面、波長領域に多重化さ
れている情報を空間領域に分割するので素子の面積の拡
大を招き、更にそれとの関係から集積可能な光検出器の
数に限度が生じて波長多重の高密度化が困難である。On the other hand, conventionally, in a wavelength division multiplexing system, a demultiplexer is used as a device for dividing a channel. For example, a wavelength dispersion element such as an interference filter or a grating is used, and demultiplexing is performed by utilizing the fact that transmission / reflection components are separated or the reflection angle is different depending on the wavelength. However, while such a demultiplexer can receive information of several wavelengths at the same time, it divides the information multiplexed in the wavelength region into a spatial region, which leads to an increase in the area of the element, and the relationship with that makes it possible to integrate optical signals. Since the number of detectors is limited, it is difficult to increase the wavelength multiplexing density.

【０００９】これを解決する手段として波長可変フィル
タがあり、これを用いれば波長多重方式に対応して１つ
の光検出器で十分対処でき、更に波長可変フィルタのチ
ャネル数を拡張すれば波長多重度の増大も図れる。この
ような波長可変フィルタとして、Applied Pysics Lette
rs,Vol.53,pp.13〜15(1988)では、ＴＥ−ＴＭモード変
換器を利用するフィルタが提案されている。また、電子
情報通信学会研究報告ＯＱＥ８１−１２９（１９８１）
では、偶奇モード変換器を利用した波長可変フィルタが
提案されている。更に、電子情報通信学会研究報告ＵＳ
８８−４２（１９８８）では、表面音響波（ＳＡＷ）を
利用した波長可変フィルタが提案されている。As a means for solving this, there is a wavelength tunable filter. If this is used, one photodetector can sufficiently cope with the wavelength multiplexing system, and if the number of channels of the wavelength tunable filter is expanded, the wavelength multiplicity is increased. Can be increased. As a wavelength tunable filter like this, the Applied Pysics Lette
rs, Vol.53, pp.13-15 (1988), a filter using a TE-TM mode converter is proposed. In addition, IEICE research report OQE 81-129 (1981)
Proposes a wavelength tunable filter using an even-odd mode converter. Furthermore, IEICE research report US
88-42 (1988) proposes a wavelength tunable filter using surface acoustic waves (SAW).

【００１０】しかし、これらはいずれも１００Å以上の
広い波長可変範囲を有するものの、いずれもＬｉＮｂＯ
₃を利用した装置である為、光検出器との結合損失が問
題となる。また、屈折率変化を電気光学効果（ポッケル
ス効果）により得る為に、数１０Ｖから１００数１０Ｖ
といった高い電圧を必要とする。更に、ＧａＡｓ、Ｉｎ
ｐといった化合物半導体を用いる波長可変フィルタとし
て、ＤＦＢ（分布帰還型）もしくはＤＢＲ（分布反射
型）レーザを発振閾値以下で利用するタイプのものが知
られている。また、電子情報通信学会研究報告ＯＱＥ８
８−６５（１９８８）では、ファブリペロー型レーザ
を、発振閾値以下で利用した波長可変フィルタが提案さ
れている。However, all of them have a wide wavelength tunable range of 100 Å or more, but they are all LiNbO.
_{Since this} is a device using ₃ , the coupling loss with the photodetector becomes a problem. Further, in order to obtain the change in refractive index by the electro-optic effect (Pockels effect), several tens of volts to several hundreds of tens of volts
Such a high voltage is required. Furthermore, GaAs, In
As a wavelength tunable filter using a compound semiconductor such as p, a type that uses a DFB (distributed feedback type) or DBR (distributed reflection type) laser below an oscillation threshold is known. In addition, IEICE research report OQE8
8-65 (1988) proposes a wavelength tunable filter using a Fabry-Perot type laser at an oscillation threshold or less.

【００１１】これらは、光検出器との集積化が可能で、
且つ電流注入により利得を持たせ得るという利点を有す
る。しかし、波長可変範囲は屈折率の変化幅により、直
接、決定されるので、現状では数Åから数１０Å程度の
値しか得られていない。These can be integrated with a photodetector,
Moreover, there is an advantage that a gain can be provided by injecting current. However, since the variable wavelength range is directly determined by the change width of the refractive index, only values of several Å to several tens of Å are currently obtained.

【００１２】[0012]

【発明の解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、上記の課題に鑑み、設計時に使用波長の選択の自由
度が大きく、安定に動作する光変調器およびそれを用い
て光を変調する方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide an optical modulator that has a large degree of freedom in selection of a wavelength used at the time of design and operates stably, and to modulate light using the optical modulator. To provide a way to do.

【００１３】[0013]

【課題を解決する為の手段】本発明の上記目的を達成す
る光変調器は以下のものを有することをその要旨とす
る：基板；前記基板上に形成された第１の導波路層、該
第１の導波路層は、外部から入力された光を伝搬させ、
変調された光を出力する；前記基板上に、第１の導波路
と層厚方向に積み重なって形成された第２の導波路層、
該第２の導波路層は、第１の導波路層とその導波モード
が互いに異なる；前記第１及び第２の導波路層の各々の
導波モードが重なり合う領域に設けられた回折格子、該
回折格子は、第１の導波路層を伝搬する光の内、選択さ
れた波長域の光を第２の導波路層に結合させる；及び変
調された電気信号を印加する為の電極；ここで、電極を
介して電気信号が印加されると、回折格子によって結合
される光の波長が変化し、結果として第１の導波路層か
ら出力される光が電気信号に応じて変調される。SUMMARY OF THE INVENTION An optical modulator which achieves the above object of the present invention is summarized as having: a substrate; a first waveguide layer formed on the substrate; The first waveguide layer propagates light input from the outside,
Outputting modulated light; a second waveguide layer formed on the substrate in a layer thickness direction with the first waveguide,
The second waveguide layer has a different waveguide mode from that of the first waveguide layer; a diffraction grating provided in a region where the waveguide modes of the first and second waveguide layers overlap each other, The diffraction grating couples light in a selected wavelength region of light propagating through the first waveguide layer to the second waveguide layer; and an electrode for applying a modulated electric signal; Then, when an electric signal is applied through the electrode, the wavelength of the light coupled by the diffraction grating changes, and as a result, the light output from the first waveguide layer is modulated according to the electric signal.

【００１４】また、上記目的を達成する上記光変調器を
用いて光を変調する方法は以下のステップを有すること
をその要旨とする：第１の導波路層に光を入力する；第
１の導波路中を入力された光を伝搬させる；回折格子に
よって、第１の導波路層を伝搬する光の内、選択された
波長域の光を第２の導波路層に結合させる；電極を介し
て、変調された電気信号を印加し、回折格子によって結
合される光の波長を変化させる、この波長の変化によっ
て、第１の導波路層を伝搬する光が変調される；及び変
調された光を第１の導波路層より出力する。A method of modulating light using the above optical modulator for achieving the above object has as its gist the following steps: Inputting light into the first waveguide layer; Propagate light input in the waveguide; Coupling light in a selected wavelength range of light propagating in the first waveguide layer to the second waveguide layer by the diffraction grating; via electrodes And applying a modulated electrical signal to change the wavelength of the light coupled by the diffraction grating, the change in wavelength modulating the light propagating through the first waveguide layer; and the modulated light. Is output from the first waveguide layer.

【００１５】更に、本発明の一実施態様の光変調器は次
の構成要素から成る：前記基板上に形成された、第１の
導電型を有する半導体から成る第１のクラッド層；前記
第１のクラッド層上に形成された、第１の導電型を有す
る半導体から成る第１の導波路層、該第１の導波路層
は、外部から入力された光を伝搬させ、変調された光を
出力する；前記第１の導波路層上に形成された、第１の
導電型を有する半導体から成る第２のクラッド層；前記
第２のクラッド層上に形成された、量子井戸構造のイン
トリンシック半導体から成る第２の導波路層、該第２の
導波路層は、第１の導波路層とその導波モードが互いに
異なる；前記第２の導波路層上に形成された、第２の導
電型を有する半導体から成る第３のクラッド層；前記第
１及び第２の導波路層の各々の導波モードが重なり合う
領域に設けられた回折格子、該回折格子は、第１の導波
路層を伝搬する光の内、選択された波長域の光を第２の
導波路層に結合させる；及び第１、第２の導波路、第
１、第２及び第３のクラッド層に逆バイアスの変調され
た電界を印加する為の電極；ここで、電極を介して電界
が印加されると、回折格子によって結合される光の波長
が変化し、結果として第１の導波路層から出力される光
が変調される。Further, the optical modulator according to one embodiment of the present invention comprises the following components: a first cladding layer made of a semiconductor having a first conductivity type formed on the substrate; A first waveguide layer formed of a semiconductor having a first conductivity type formed on the clad layer of, and the first waveguide layer propagates light input from the outside and transmits modulated light. Output; a second cladding layer formed on the first waveguide layer and made of a semiconductor having a first conductivity type; an intrinsic quantum well structure formed on the second cladding layer A second waveguide layer made of a semiconductor, the second waveguide layer having a waveguide mode different from that of the first waveguide layer; and a second waveguide layer formed on the second waveguide layer. A third cladding layer made of a semiconductor having a conductivity type; the first and second waveguides A diffraction grating provided in a region in which the respective waveguide modes overlap each other, and the diffraction grating couples light in a selected wavelength region of light propagating through the first waveguide layer to the second waveguide layer. And an electrode for applying a reverse bias modulated electric field to the first and second waveguides and the first, second and third cladding layers; where an electric field is applied through the electrodes Then, the wavelength of the light coupled by the diffraction grating changes, and as a result, the light output from the first waveguide layer is modulated.

【００１６】また、上記実施態様の光変調器を用いて、
光の変調を行なう方法は次のステップから成る：第１の
導波路層に光を入力する；第１の導波路中を入力された
光を伝搬させる；回折格子によって、第１の導波路層を
伝搬する光の内、選択された波長域の光を第２の導波路
層に結合させる；電極を介して、第１、第２の導波路、
第１、第２及び第３のクラッド層に逆バイアスの変調さ
れた電界を印加し、回折格子によって結合される光の波
長を変化させる、この波長の変化によって、第１の導波
路層を伝搬する光が変調される；及び変調された光を第
１の導波路層より出力する。Further, using the optical modulator of the above embodiment,
The method of modulating light consists of the following steps: inputting light into the first waveguide layer; propagating the input light in the first waveguide; by a diffraction grating the first waveguide layer Of light propagating in the selected wavelength range is coupled to the second waveguide layer; the first and second waveguides are coupled through the electrodes,
A reverse bias modulated electric field is applied to the first, second and third cladding layers to change the wavelength of light coupled by the diffraction grating, and the change in the wavelength propagates through the first waveguide layer. The modulated light is modulated; and the modulated light is output from the first waveguide layer.

【００１７】[0017]

【実施例】図１及び図２は本発明の光変調器の第１実施
例を示す側方断面図及び正面断面図である。1 and 2 are a side sectional view and a front sectional view showing a first embodiment of an optical modulator of the present invention.

【００１８】先ず、その原理、構成を説明する。本実施
例は積層型の方向性結合器を有し、これを構成する２層
の導波路１、２は互いに屈折率、層厚が異なるいわゆる
非対称方向性結合器となっている。この方向性結合器は
０次及び１次のモードが伝搬する条件を成立させてお
り、０次モードは主に上側導波路１を伝搬し、１次モー
ドは主に下側導波路２を伝搬する。First, the principle and configuration will be described. The present embodiment has a laminated directional coupler, and the two layers of the waveguides 1 and 2 constituting the laminated directional coupler are so-called asymmetrical directional couplers having different refractive indexes and layer thicknesses. This directional coupler satisfies the conditions for propagating the 0th and 1st modes. The 0th mode mainly propagates in the upper waveguide 1, and the 1st mode mainly propagates in the lower waveguide 2. To do.

【００１９】０次モードの伝搬定数をβ₀、１次モード
の伝搬定数をβ₁とすれば、導波路１、２間の非対称性
の為に伝搬定数β₀、β₁は大きく異なっている。そこ
で、この方向性結合器には、上側導波路１に伝搬定数差
を補償するグレーティング３が形成されている。グレー
ティング３の周期をΛ、入射波長をλとすれば、 β₀（λ）−β₁（λ）＝２π／Λ・・・・・（１） を満足する波長λにおいて、０次及び１次モードの結合
が生じる。When the propagation constant of the 0th-order mode is β ₀ and the propagation constant of the 1st-order mode is β ₁ , the propagation constants β ₀ and β ₁ are greatly different due to the asymmetry between the waveguides 1 and 2. .. Therefore, in this directional coupler, the grating 3 for compensating for the difference in propagation constant is formed in the upper waveguide 1. Assuming that the period of the grating 3 is Λ and the incident wavelength is λ, at the wavelength λ satisfying β ₀ (λ) −β ₁ (λ) = 2π / Λ ... Mode coupling occurs.

【００２０】以上の構成により、下側導波路２へ入射し
た光４は１次モードとなり、特定の波長λにおいて０次
モードと結合して上側導波路１への移行を起こす。それ
以外の波長では０次モードと結合を起こさず、下側導波
路２をそのまま伝搬する。With the above structure, the light 4 incident on the lower waveguide 2 becomes a first-order mode, and is coupled to the 0th-order mode at a specific wavelength λ to cause a transition to the upper waveguide 1. At other wavelengths, no coupling with the 0th-order mode occurs and the light propagates through the lower waveguide 2 as it is.

【００２１】第１実施例の光変調器では、上記の方向性
結合器がＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓで構成されており、上
側導波路１がキャリアノンドープの状態即ちｉ（ｉｎｔ
ｒｉｎｓｉｃ）層となっており、上側導波路１の上部の
クラッド層５及びコンタクト層６がｐ型にドープされた
ｐ層、上下導波路１、２間のクラッド層７、下側導波路
層２及び下側導波路２の下部クラッド層８がｎ型にドー
プされたｎ層となっている。つまり、上側導波路（ｉ
層）１を挾んで全体がｐ−ｉ−ｎ構造を形成している。In the optical modulator of the first embodiment, the directional coupler is composed of GaAs / AlGaAs, and the upper waveguide 1 is in a carrier non-doped state, i (int).
a p-type layer in which the cladding layer 5 and the contact layer 6 above the upper waveguide 1 are p-type doped, the cladding layer 7 between the upper and lower waveguides 1 and 2, and the lower waveguide layer 2 Also, the lower clad layer 8 of the lower waveguide 2 is an n-type layer that is n-type doped. That is, the upper waveguide (i
(Layer) 1 to form a p-i-n structure as a whole.

【００２２】上記の光変調器には、電極９及び１１を介
して、電圧源１４より逆バイアスの電界が印加される。
印加される電界は、スイッチ１３が変調信号Ｓにしたが
って開閉することによって、変調されている。A reverse bias electric field is applied to the above optical modulator from a voltage source 14 via electrodes 9 and 11.
The applied electric field is modulated by the switch 13 opening and closing according to the modulation signal S.

【００２３】ここで、ｐ側コンタクト層６上の電極９と
ｎ⁺基板１０下部の電極１１間に逆電界即ちｎ側電極１
１に正電圧が印加されたとき、ｉ層である上側導波路１
に電界が集中的に加わる。上側導波路１がＭＱＷ（多重
量子井戸構造）を含む構造であれば、この逆電界により
ＱＣＳＥが生じ上側導波路１の吸収率が変化する。従っ
て、クラマース・クロニッヒの関係で表わされる様に同
時に屈折率も変化する。Here, there is a reverse electric field between the electrode 9 on the p-side contact layer 6 and the electrode 11 under the n ⁺ substrate 10, that is, the n-side electrode 1.
When a positive voltage is applied to 1, the upper waveguide 1 which is the i-layer
The electric field is concentrated on. If the upper waveguide 1 has a structure including an MQW (multiple quantum well structure), this reverse electric field causes QCSE and changes the absorption rate of the upper waveguide 1. Therefore, the refractive index also changes at the same time as expressed by the Kramers-Kronig relation.

【００２４】その結果、上側導波路１を主に伝搬する０
次モードの伝搬定数β₀が変化し、上記（１）式を満足
する波長λの値が変化する。ここで、波長変化幅は屈折
率変化幅により、直接、決定されてはいない。As a result, 0 which mainly propagates in the upper waveguide 1
The propagation constant β ₀ of the next mode changes, and the value of the wavelength λ that satisfies the above equation (1) changes. Here, the wavelength change width is not directly determined by the refractive index change width.

【００２５】図３は、図１の構成における下側導波路２
の透過スペクトルすなわち入射光と出射光１２の強度比
を表わしている。静的状態即ち、電界を印加しない状態
では、図３の符号２１で示す様に特定の波長λすなわち
上側導波路１へ移行する波長で透過率が急速に低下す
る。言い換えれば、波長λを中心として透過阻止帯が生
じる。次に、電界を印加した状態では、（１）式を満足
する、すなわち上側導波路１へ移行する波長はλ′とな
り、図３の符号２２のように透過阻止帯が移動する。FIG. 3 shows the lower waveguide 2 in the configuration of FIG.
Of the transmitted light, that is, the intensity ratio between the incident light and the emitted light 12. In the static state, that is, in the state in which no electric field is applied, the transmittance rapidly decreases at a specific wavelength λ, that is, a wavelength that shifts to the upper waveguide 1, as indicated by reference numeral 21 in FIG. In other words, a transmission stop band occurs around the wavelength λ. Next, in the state in which the electric field is applied, the formula (1) is satisfied, that is, the wavelength that shifts to the upper waveguide 1 becomes λ ′, and the transmission stop band moves as indicated by reference numeral 22 in FIG.

【００２６】以上の様に、電界に応じて透過阻止帯を制
御することにより、例えば、波長λの入射光４に対し
て、下側導波路２をそのまま伝搬して出射光１２として
出射される光の光量すなわち透過率を制御可能であり、
光変調器が成立することになる。As described above, by controlling the transmission stop band in accordance with the electric field, for example, the incident light 4 having the wavelength λ propagates through the lower waveguide 2 as it is and is emitted as the emitted light 12. It is possible to control the amount of light, that is, the transmittance,
The optical modulator will be established.

【００２７】本実施例では、グレーティング３を付加し
て波長選択性を鋭くした方向性結合器を用いている為、
僅かの透過阻止帯の移行で大きな透過率変化が生じる。
すなわち、図４に示す様に、特定の波長λを持つ被変調
光に対して、僅か１Ｖ程度の差で光のＯＮ−ＯＦＦを得
ることができる。In the present embodiment, since the directional coupler having the sharpened wavelength selectivity by adding the grating 3 is used,
A slight change in the transmission stop band causes a large change in transmittance.
That is, as shown in FIG. 4, it is possible to obtain ON / OFF of the light with a difference of only about 1 V with respect to the modulated light having the specific wavelength λ.

【００２８】また、本実施例においては、被変調光（使
用される光）の導波路となる下側導波路２は、ここで電
界印加による屈折率変化量を確保する必要がないので、
被変調光の波長に対して吸収端を充分離せる為、被変調
光の吸収による挿入損失は極めて小さい。通常、１ｄＢ
以下である。更に、上記ｐ−ｉ−ｎ構造では、電界印加
によって下側導波路２には電界が加わらない構成である
ので、吸収率、屈折率の変化が生じず、よってこの点か
らも下側導波路２の吸収端を被変調光の波長から充分離
せるのである。Further, in the present embodiment, the lower waveguide 2, which serves as a waveguide for modulated light (light used), does not need to secure the amount of change in the refractive index due to the application of an electric field here.
Since the absorption edge is fully separated for the wavelength of the modulated light, the insertion loss due to absorption of the modulated light is extremely small. Usually 1 dB
It is below. Furthermore, in the above-mentioned pin structure, the electric field is not applied to the lower waveguide 2 by the application of an electric field, so that the absorption coefficient and the refractive index do not change, and from this point as well, the lower waveguide The absorption edge of 2 can be separated from the wavelength of the modulated light.

【００２９】つまり、本発明による光変調器では、電界
印加により屈折率、吸収率の変化する層と被変調光（使
用する光）を導波し出力させる層とが分離されており、
その為、被変調光（使用する光）は屈折率変化に伴う吸
収率変化の影響を受けない様に設計できる。こうして屈
折率制御により光変調が行なえる。ここで下側導波路２
を伝搬する１次モードの光も、若干、上側導波路１にそ
の光強度分布の裾が存在して吸収率の変化を受ける。し
かしながら、この吸収率の変化量は全体光量からすれば
微量で実際上問題とはならない。That is, in the optical modulator according to the present invention, the layer in which the refractive index and the absorptance change by the application of an electric field is separated from the layer for guiding and outputting the modulated light (light used).
Therefore, the modulated light (light used) can be designed so as not to be affected by the change in the absorptance accompanying the change in the refractive index. In this way, optical modulation can be performed by controlling the refractive index. Here, the lower waveguide 2
The light of the first-order mode propagating in the light is also slightly affected by the change in the absorptance because the tail of the light intensity distribution exists in the upper waveguide 1. However, the amount of change in the absorptance is very small in terms of the total amount of light and does not pose a practical problem.

【００３０】更に、本実施例では、上側導波路１の電界
印加量に対する屈折率変化量を大きくする為、上側導波
路１の吸収端を被変調光波長に比較的近く設定してい
る。その結果、吸収率の絶対値が大きく吸収率の変化量
も大きくなる。逆に言えば、屈折率変化を起こさせる上
側導波路１に移行する光は使用しないので、ここでの吸
収損失を犠牲にしても屈折率変化量が大きくなる様に設
計できるのである。従って、上側導波路１へ移行した光
は大きな吸収損失を受け殆ど出射しない。むしろ、上側
導波路１へ移行した光は使わないので大きな吸収損失を
与えて殆ど出射しない様にしている。被変調光の波長設
定より、上側導波路１からも出射光が生じる場合は、図
１の様に出射側の上側導波路１を削除すれば良い。Further, in this embodiment, the absorption edge of the upper waveguide 1 is set relatively close to the modulated light wavelength in order to increase the amount of change in the refractive index with respect to the amount of electric field applied to the upper waveguide 1. As a result, the absolute value of the absorption rate is large and the amount of change in the absorption rate is also large. Conversely, since the light that moves to the upper waveguide 1 that causes a change in the refractive index is not used, it is possible to design so that the amount of change in the refractive index becomes large even if the absorption loss here is sacrificed. Therefore, the light that has moved to the upper waveguide 1 receives a large absorption loss and is hardly emitted. Rather, since the light that has moved to the upper waveguide 1 is not used, a large absorption loss is given so that the light is hardly emitted. When the emitted light is also generated from the upper waveguide 1 due to the wavelength setting of the modulated light, the upper waveguide 1 on the emission side may be deleted as shown in FIG.

【００３１】この様に、本実施例では上側導波路１に移
行した光は大きな伝搬損失を受ける為、再び下側導波路
２に結合する効率は小さい。よって、不必要な光が再び
下側導波路２に戻ることを考慮しなくても良いので、本
光変調器の素子長すなわち結合長は完全結合長以上であ
れば良く、完全結合長の作製精度はさほど厳しく要求さ
れず、従って素子作製の再現性が高くなる。As described above, in the present embodiment, the light that has moved to the upper waveguide 1 suffers a large propagation loss, so that the efficiency of coupling to the lower waveguide 2 again is low. Therefore, since it is not necessary to consider that unnecessary light returns to the lower waveguide 2 again, the element length of the present optical modulator, that is, the coupling length may be equal to or longer than the perfect coupling length. The accuracy is not so strict, and therefore the reproducibility of device fabrication is high.

【００３２】第１実施例の光変調器は次の如く作製され
た。ｎ⁺−ＧａＡｓ基板１０上に、分子線エピタキシー
（ＭＢＥ）もしくは有機金属化学気相堆積（ＭＯ−ＣＶ
Ｄ）法により、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１５を０．５μ
ｍ厚で、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ下部クラッド層８を
１．５μｍ厚で、ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下側導波層２
を０．１μｍ厚で、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間クラッ
ド層７を０．８μｍ厚で、順次積層した。この層７上
に、ｉ−ＧａＡｓ（厚さ６０Å）から成る複数の井戸層
と、ｉ−Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ（厚さ１００Å）から成る
複数のバリア層とを交互に、全体の厚さが０．３５μｍ
となるように積層し、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の上
側導波路１を形成した。次に、周期６．９μｍのグレー
ティング３を、溝方向が基板１０の順メサ方向となる様
に、フォトリソグラフィー法で上側導波路１の上面に
０．０８μｍの深さのコラゲーションを食刻することに
よって形成した。次いで、ＭＯ−ＣＶＤ法により、グレ
ーティング３上に、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ上部クラッ
ド層５を１．５μｍ厚で、ｐ⁺−ＧａＡｓコンタクト層
６を０．５μｍ厚で成長した。The optical modulator of the first embodiment was manufactured as follows. Molecular beam epitaxy (MBE) or metalorganic chemical vapor deposition (MO-CV) on n ⁺ -GaAs substrate 10.
D) method is used to form the n-GaAs buffer layer 15 at 0.5 μm.
The n-Al _0.5 Ga _0.5 As lower cladding layer 8 has a thickness of 1.5 μm and the n-Al _0.3 Ga _0.7 As lower waveguide layer 2 has a thickness of 1.5 μm.
In 0.1μm thick, and the n-Al _0.5 Ga _0.5 As intermediate cladding layer 7 in 0.8μm thick, were sequentially laminated. A plurality of well layers made of i-GaAs (thickness 60 Å) and a plurality of barrier layers made of i-Al _0.3 Ga _0.7 As (thickness 100 Å) are alternately formed on the layer 7 so that the total thickness is 0.35 μm
Then, the upper waveguide 1 having a multiple quantum well structure (MQW) was formed. Next, the grating 3 having a period of 6.9 μm is etched by 0.08 μm in depth on the upper surface of the upper waveguide 1 by photolithography so that the groove direction is the forward mesa direction of the substrate 10. Formed by. Then, the MO-CVD method, on the grating 3, a p-Al _0.5 Ga _0.5 As upper cladding layer 5 at 1.5μm thick, and the p ⁺ -GaAs contact layer 6 is grown by 0.5μm thick.

【００３３】更に、続いて、グレーティング３と直交す
る方向すなわち基板１０の逆メサ方向にストライプマス
クをフォトレジストで作製し、ＧａＡｓ基板１０が出現
するまでエッチングを行なう。フォトレジスト除去後、
図２に示す如くｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層４１、ｉ−Ａ
ｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層４２、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層４
３をコンタクト層６の高さまで再成長する。そして、Ｓ
ｉＯ₂膜４４をストライプ状に領域を除いて成膜し、電
極９を蒸着し、基板１０裏面をラッピング後、裏面電極
１１を同じく蒸着しアロイングを行なった。Further, subsequently, a stripe mask is made of photoresist in a direction orthogonal to the grating 3, that is, in the reverse mesa direction of the substrate 10, and etching is performed until the GaAs substrate 10 appears. After removing the photoresist,
As shown in FIG. 2, p-Al _0.5 Ga _0.5 As layer 41, i-A
l _0.5 Ga _0.5 As layer 42, n-Al _0.5 Ga _0.5 As layer 4
3 is regrown to the height of the contact layer 6. And S
The iO ₂ film 44 was formed in a striped shape except for the region, the electrode 9 was vapor-deposited, the back surface of the substrate 10 was lapped, and the back surface electrode 11 was also vapor-deposited to perform alloying.

【００３４】この結果、図２に示す様な２層の導波路
１、２を含むｐｉｎ型光変調器が形成された。この素子
長は３５０μｍである。ｉ−ＭＱＷから成る上側導波路
１の吸収端ピーク波長は電子−重い正孔間のエネルギー
ギャップで表わされ、１．５０ｅＶすなわち波長で０．
８２４μｍであり、被変調光の波長（この場合、波長
０．８３μｍの被変調光を本デバイスに入射させ、出射
光を観察する）に対して、吸収率が極めて高く、同時に
屈折率変化も大きい。これに対して、ｎ−Ａｌ_0.3Ｇａ
_0.7Ａｓから成る下側導波路２では、吸収端が被変調光
波長０．８３μｍと比較して充分短波長側にあり光吸収
率は小さい。As a result, a pin type optical modulator including the two-layer waveguides 1 and 2 as shown in FIG. 2 was formed. This element length is 350 μm. The absorption edge peak wavelength of the upper waveguide 1 made of i-MQW is represented by the energy gap between electrons and heavy holes, and is 1.50 eV, that is, 0.
824 μm, which has a very high absorptance with respect to the wavelength of the modulated light (in this case, the modulated light having a wavelength of 0.83 μm is made incident on this device and the emitted light is observed), and at the same time, the change in the refractive index is large .. On the other hand, n-Al _0.3 Ga
_{In the} lower waveguide 2 made of _0.7 As, the absorption edge is on the sufficiently short wavelength side as compared with the modulated light wavelength of 0.83 μm, and the light absorption rate is small.

【００３５】以上の実施例では、図４の如き印加電圧対
透過強度の関係が得られ、入力として２ＧＨｚのＮＲＺ
信号を印加してＣＷ光（連続光）の出力強度を観察した
ところ極めて良好な追従波形が得られた。In the above embodiment, the relationship between the applied voltage and the transmission intensity as shown in FIG. 4 is obtained, and the NRZ of 2 GHz is used as the input.
When a signal was applied and the output intensity of CW light (continuous light) was observed, a very good follow-up waveform was obtained.

【００３６】図５は光変調器の第２実施例を示す。第１
実施例と同様に、ｎ⁺−ＧａＡｓ基板５１上にｎ−Ｇａ
Ａｓバッファ層５０を０．５μｍ厚で、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓ下部クラッド層５２を１．５μｍ厚で、ｎ−
Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ下側導波路５３を０．０８μｍ厚
で、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間クラッド層５４を０．
９μｍ厚で、ｉ−Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ上側導波路５５を
０．３μｍで順次積層した。次に、周期７．４μｍのグ
レーティング（不図示）を上側導波路５５に形成した
後、一部の上側導波路５５をエッチングにより削除し
た。続いて、再成長によりｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ上部
クラッド層５６を１．５μｍ厚で、ｐ⁺−ＧａＡｓコン
タクト層５７を０．５μｍ厚で成長した。FIG. 5 shows a second embodiment of the optical modulator. First
Similar to the embodiment, n-Ga is formed on the n ⁺ -GaAs substrate 51.
The As buffer layer 50 has a thickness of 0.5 μm and is n-Al _0.5 G
a _0.5 As lower clad layer 52 with a thickness of 1.5 μm and n−
The Al _0.3 Ga _0.7 As lower waveguide 53 has a thickness of 0.08 μm, and the n-Al _0.5 Ga _0.5 As intermediate cladding layer 54 has a thickness of 0.
The i-Al _0.8 Ga _0.2 As upper waveguide 55 having a thickness of 9 μm was sequentially laminated to have a thickness of 0.3 μm. Next, after forming a grating (not shown) having a period of 7.4 μm in the upper waveguide 55, a part of the upper waveguide 55 was removed by etching. Subsequently, the p-Al _0.5 Ga _0.5 As upper cladding layer 56 was grown to a thickness of 1.5 μm, and the p ⁺ -GaAs contact layer 57 was grown to a thickness of 0.5 μm by regrowth.

【００３７】更に、２μｍ幅のストライプ状レジストマ
スクをグレーティングの溝方向と直交する方向に形成
し、ＲＩＢＥ（反応性イオンエッチング）法により下側
導波路５３の上方０．２μｍの位置まで食刻した。レジ
スト剥離後、Ｓｉ₃Ｎ₄膜５８をｐ−ＣＶＤ（プラズマ化
学気相堆積）法により成膜し、フォトリソグラフィー法
でストライプ上部のみのＳｉ₃Ｎ₄膜をエッチングし、ｐ
⁺−ＧａＡｓコンタクト層５７を露出させた。その後、
上面に電極５９を蒸着し、基板５１裏面もラッピング
後、電極６０を蒸着し、アロイングを経て、図５の如き
素子長４００μｍの光変調器が作製された。Further, a stripe-shaped resist mask having a width of 2 μm was formed in a direction orthogonal to the groove direction of the grating, and was etched to a position 0.2 μm above the lower waveguide 53 by RIBE (reactive ion etching). .. After stripping the resist, a Si ₃ N ₄ film 58 is formed by p-CVD (plasma chemical vapor deposition) method, and the Si ₃ N ₄ film only on the stripe upper portion is etched by photolithography method, and p
^{The +} -GaAs contact layer 57 was exposed. afterwards,
An electrode 59 was vapor-deposited on the upper surface, the back surface of the substrate 51 was also lapped, and then an electrode 60 was vapor-deposited. After alloying, an optical modulator having a device length of 400 μm as shown in FIG. 5 was manufactured.

【００３８】第２実施例では、上側導波路５５の側面が
剥き出していてＳｉ₃Ｎ₄膜５８と接している。ＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓの屈折率３．４〜３．６とＳｉ₃Ｎ₄の屈
折率１．９〜２．０との差が大きい為、上側導波路５５
の導波光の界面散乱による伝搬損失は大きい。よって、
上側導波路５５へ結合した使用されない光は都合よく大
きな損失を受ける。In the second embodiment, the side surface of the upper waveguide 55 is exposed and is in contact with the Si ₃ N ₄ film 58. GaAs
/ AlGaAs has a large refractive index of 3.4 to 3.6 and Si ₃ N ₄ has a large refractive index of 1.9 to 2.0.
The propagation loss of the guided light due to the interface scattering is large. Therefore,
Unused light coupled into the upper waveguide 55 is conveniently subject to large losses.

【００３９】第２実施例の動作でも、第１実施例と同じ
く、下側導波路５３へ入射結合した被変調光が印加電圧
量に応じて上側導波路５５と結合し、下側導波路５３か
ら出射する光量が制御される。この時の屈折率変化は、
ｉ−Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ上側導波路５５（バルク層）の
吸収端及び吸収スペクトルが電界に応じて変化するいわ
ゆるフランツケルディシュ効果に起因している。上側導
波路５５へ結合した光は吸収及び導波路の側面散乱によ
り消失する為、下側導波路５３のみにおいて光の入出射
が実行できる。Also in the operation of the second embodiment, as in the first embodiment, the modulated light incident on and coupled to the lower waveguide 53 is coupled to the upper waveguide 55 according to the applied voltage amount, and the lower waveguide 53. The amount of light emitted from is controlled. The change in refractive index at this time is
This is due to the so-called Franz-Keldysh effect in which the absorption edge and the absorption spectrum of the i-Al _0.1 Ga _0.9 As upper waveguide 55 (bulk layer) change according to the electric field. The light coupled to the upper waveguide 55 disappears due to absorption and side surface scattering of the waveguide, so that light can be input and output only in the lower waveguide 53.

【００４０】第２実施例の光変調器の挿入損失は、光の
入出力結合損失が大半で、伝搬損失は極めて少ない。伝
搬損失は素子長５００μｍに対して０．７〜０．８ｄＢ
程度である。また、消光比は極めて高く３０ｄＢ以上が
容易に得られる。更に、応答速度も駆動電圧供給側の高
速動作が得られれば、数ＧＨｚから１０数ＧＨｚの応答
が可能である。その他、動作原理は第１実施例と実質的
に同じである。The insertion loss of the optical modulator of the second embodiment is mostly the input / output coupling loss of light, and the propagation loss is extremely small. Propagation loss is 0.7 to 0.8 dB for an element length of 500 μm
It is a degree. Further, the extinction ratio is extremely high, and 30 dB or more can be easily obtained. Further, as for the response speed, if a high-speed operation on the drive voltage supply side can be obtained, a response of several GHz to several tens of GHz is possible. Other than that, the operating principle is substantially the same as that of the first embodiment.

【００４１】以上の第１、第２実施例では、逆電圧印加
による電界効果すなわちＱＣＳＥ、フランツケルディシ
ュ効果による屈折率変化を利用した光変調器であった
が、勿論、順電圧印加によるキャリア注入に基づくプラ
ズマ効果、バンドフィリング効果というキャリア量変化
による屈折率変化を利用しても良い。In the above first and second embodiments, the optical modulator utilizes the electric field effect due to the reverse voltage application, that is, the change in the refractive index due to the QCSE or Franz-Keldysh effect. A change in the refractive index due to a change in the amount of carriers such as a plasma effect and a band-filling effect may be used.

【００４２】本発明の原理によれば、僅かの屈折率変化
により、（１）式中のβ₀（λ）、β₁（λ）のλが変化
することによって充分な変調度が得られる為、キャリア
注入により付随的に生じる熱発生も低く押えることがで
きる。According to the principle of the present invention, a slight change in the refractive index changes the λ of β ₀ (λ) and β ₁ (λ) in the equation (1), so that a sufficient degree of modulation can be obtained. In addition, the heat generation incidental to the carrier injection can be suppressed to a low level.

【００４３】図６は光変調器の第３実施例を示す。第３
実施例ではグレーティングを、上記実施例の如く上側導
波路ではなく上下導波路の中間部に形成している。本実
施例は以下の如く作製される。FIG. 6 shows a third embodiment of the optical modulator. Third
In the embodiment, the grating is formed not in the upper waveguide as in the above embodiment but in the middle portion of the upper and lower waveguides. This example is manufactured as follows.

【００４４】ＭＢＥ法により、ＧａＡｓ基板６１上に、
ＧａＡｓバッファ層８６（ｎ＝２×１０¹⁸ｃｍ^-3）を
０．５μｍ厚で、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層（ｎ＝
１×１０¹⁷ｃｍ^-3）６２を１．５μｍ厚で、Ａｌ_0.3Ｇ
ａ_0.7Ａｓ下側導波路層（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）６３
を０．１μｍ厚で、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間クラッド層
（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）６４を０．４μｍ厚で、複数
のＧａＡｓ（厚さ５０Å）井戸層と、複数のＡｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ａｓ（厚さ１００Å）バリア層を交互に積層して
成るＭＱＷ層（ｎ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）６５を０．１μ
ｍ厚で成長した。By the MBE method, on the GaAs substrate 61,
The GaAs buffer layer 86 (n = 2 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ ) is 0.5 μm thick, and the Al _0.5 Ga _0.5 As clad layer (n =
1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ ) 62 with a thickness of 1.5 μm and Al _0.3 G
a _0.7 As lower waveguide layer (n = 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ ) 63
With a thickness of 0.1 μm, Al _0.5 Ga _0.5 As intermediate cladding layer (n = 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ ) 64 with a thickness of 0.4 μm, a plurality of GaAs (thickness 50 Å) well layers, and a plurality of Al _0.5 G
a _0.5 As (100 Å) barrier layer alternately laminated MQW layer (n = 1 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ ) 65 0.1 μm
It grew to m thickness.

【００４５】続いて、フォトリソグラフィー法により、
ＭＱＷ層６５をグレーティング状にエッチングし、再び
Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間クラッド層（ｐ＝１×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3）６６を０．４μｍ厚で、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ上側
導波路層（ノンドープ）６７を０．３μｍ厚で、Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層（ｐ＝１×１０¹⁷ｃｍ^-3）６
８を１．５μｍ厚で、ＧａＡｓコンタクト層（ｐ＝１×
１０¹⁸ｃｍ^-3）６９を０．５μｍ厚でＭＯ−ＣＶＤ法に
より成長した。Then, by the photolithography method,
The MQW layer 65 is etched into a grating shape, and again the Al _0.5 Ga _0.5 As intermediate cladding layer (p = 1 × 10 ¹⁷ c
m ⁻³ ) 66 with a thickness of 0.4 μm and Al _0.1 Ga _0.9 As upper waveguide layer (undoped) 67 with a thickness of 0.3 μm.
_0.5 Ga _0.5 As clad layer (p = 1 × 10 ¹⁷ cm ^-3 ) 6
8 is 1.5 μm thick and has a GaAs contact layer (p = 1 ×
10 ¹⁸ cm ⁻³ ) 69 was grown to a thickness of 0.5 μm by MO-CVD.

【００４６】更に、第２実施例の工程と同様にして、導
波路の形成、電極７０、８７形成を行ない光変調器を形
成した。Further, similarly to the process of the second embodiment, the waveguide and the electrodes 70 and 87 were formed to form the optical modulator.

【００４７】本実施例では、電界印加により屈折率、吸
収率が変化する上側導波路（ｉ層）６７と、０次モード
と１次モードの結合が行なわれるグレーティング６５と
が分離されている。その為、下側導波路６３を伝搬する
１次モードの分布が上側導波路６７に及んでいなくても
グレーティング部６５で０次モード（上側導波路６７を
中心に伝搬するモード）との結合が起こる。よって、下
側導波路６３を伝搬する１次モードが上側導波路６７の
吸収を受ける割合は、先の実施例と比べて低くなる様に
設計できる。出力光の入力光（共に下側導波路６７を中
心に伝搬する）に対する変調特性は先の実施例と同様で
あった。In this embodiment, the upper waveguide (i layer) 67 whose refractive index and absorptance are changed by the application of an electric field and the grating 65 which couples the 0th mode and the 1st mode are separated. Therefore, even if the distribution of the first-order mode propagating through the lower waveguide 63 does not reach the upper waveguide 67, coupling with the 0th-order mode (mode propagating around the upper waveguide 67) is performed in the grating portion 65. Happens. Therefore, the rate at which the first-order mode propagating through the lower waveguide 63 is absorbed by the upper waveguide 67 can be designed to be lower than that in the previous embodiment. The modulation characteristics of the output light with respect to the input light (both of which propagate around the lower waveguide 67) were the same as in the previous embodiment.

【００４８】ところで、以上の実施例のグレーティング
形成位置はあくまで例示であり、その位置は両導波路を
夫々中心として伝搬する両モードの結合する位置ならい
ずれでも良い。例えば、下側導波路に形成しても同様の
効果が得られる。ただ、使用する光が出力される導波路
は、屈折率、吸収率が電界印加で変化するｉ層の導波路
とは異なる方の導波路とする必要がある。By the way, the grating forming positions in the above embodiments are merely examples, and the positions may be any positions where both modes propagating centering on both waveguides are coupled. For example, the same effect can be obtained by forming the lower waveguide. However, the waveguide from which the light to be used is output needs to be a waveguide different from the waveguide of the i-layer whose refractive index and absorptance change by application of an electric field.

【００４９】図７及び図８は波長可変フィルタの構成例
を示す側方断面図及び正面断面図である。この波長可変
フィルタの動作原理は光変調器の例で説明したものと略
同じであり、下の導波路７１に入射結合した光のうち、
グレーティング７２により導波路間結合の生じる波長に
おいて、上の導波路７３への結合が起こり光の移行が生
じる。よって、上側導波路７３からは図９（Ａ）の如き
バンドパスフィルタ特性が得られ、下側導波路７１から
は図９（Ｂ）の如きノッチフィルタ特性が得られる。7 and 8 are a side sectional view and a front sectional view showing an example of the structure of the wavelength tunable filter. The principle of operation of this wavelength tunable filter is substantially the same as that explained in the example of the optical modulator, and of the light incident and coupled to the lower waveguide 71,
At the wavelength at which the inter-waveguide coupling is generated by the grating 72, the coupling to the upper waveguide 73 occurs and the migration of light occurs. Therefore, the bandpass filter characteristic as shown in FIG. 9A is obtained from the upper waveguide 73, and the notch filter characteristic as shown in FIG. 9B is obtained from the lower waveguide 71.

【００５０】本実施例では、波長多重された複数の波長
の光信号の中から任意の波長の信号を上側導波路７３に
移行して出力する波長可変フィルタを構成するものであ
る。非対称な方向性結合器とグレーティングを利用する
波長フィルタは、単に方向性結合器を構成する導波路の
モード分散を用いる波長フィルタと比較して、グレーテ
ィングによるモード変換を利用する為にフィルタバンド
幅の狭いフィルタ特性が得られる。In the present embodiment, a wavelength tunable filter is constructed which transfers a signal of an arbitrary wavelength from the wavelength-multiplexed optical signals of a plurality of wavelengths to the upper waveguide 73 and outputs it. A wavelength filter that uses an asymmetric directional coupler and a grating has a filter bandwidth that uses mode conversion by the grating, compared to a wavelength filter that uses mode dispersion of the waveguides that form the directional coupler. A narrow filter characteristic can be obtained.

【００５１】本フィルタの作製は、ｎ⁺−ＧａＡｓ基板
７４上に、順にｎ−ＧａＡｓバッファ層７５、ｎ−Ａｌ
_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層７６、ＭＱＷから成るｉ層の
下側導波路７１、ｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓクラッド層７
７及びＭＱＷから成るｐ−上側導波路７３をＭＢＥ法に
より成長し、次いで、レジストパターニングによりグレ
ーティングを形成しＲＩＢＥ法によりコラゲーション状
グレーティング７２を上側導波路７３に形成する。This filter is manufactured by sequentially forming an n-GaAs buffer layer 75 and an n-Al on an n ⁺ -GaAs substrate 74.
_0.5 Ga _0.5 As clad layer 76, i-layer lower waveguide 71 composed of MQW, p-Al _0.5 Ga _0.5 As clad layer 7
A p-upper waveguide 73 composed of 7 and MQW is grown by the MBE method, then a grating is formed by resist patterning, and a corrugated grating 72 is formed in the upper waveguide 73 by the RIBE method.

【００５２】レジスト除去後、ＬＰＥ（液層エピタキシ
ー）若しくはＭＯ−ＣＶＤ法によりｐ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5
Ａｓクラッド層７８及びｐ⁺−ＧａＡｓキャップ層７９
を成長した。続いて、グレーティング７２と直交方向に
ストライプパターンをレジストにより形成し、硫酸系エ
ッチャントによりウェハをバッファ層７５までストライ
プ状にエッチングした後、ＬＰＥにより図２の様にｐ−
Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層８０、φ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層
８１、ｎ−Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ層８２を成長しストライ
プ状の部分の側面を埋め込んだ。After removing the resist, p-Al _0.5 Ga _{0.5 is formed} by LPE (liquid layer epitaxy) or MO-CVD method.
As clad layer 78 and p ⁺ -GaAs cap layer 79
Grew up. Subsequently, a stripe pattern is formed in a direction orthogonal to the grating 72 with a resist, and the wafer is etched in stripes up to the buffer layer 75 with a sulfuric acid-based etchant. Then, by LPE, as shown in FIG.
An Al _0.5 Ga _0.5 As layer 80, a φ-Al _0.5 Ga _0.5 As layer 81, and an n-Al _0.5 Ga _0.5 As layer 82 were grown to fill the side faces of the striped portion.

【００５３】その後、ストライプ状の部分を残して他の
全てをＳｉＯ₂膜８３でカバーした後、ＡｕＣｒ／Ａｕ
電極８４を蒸着し、裏面研磨後、ＡｕＧｅ／Ａｓ電極８
５を蒸着しアロイングを行なった。After that, the stripe-shaped portion is left and everything else is covered with the SiO ₂ film 83. Then, AuCr / Au is used.
After depositing the electrode 84 and polishing the back surface, the AuGe / As electrode 8 is formed.
5 was vapor-deposited and alloying was performed.

【００５４】以上の様に作製したフィルタに対して逆電
圧を印加すると、φ−ＭＱＷから成る下側導波路７１に
電界が加わりＱＣＳＥにより屈折率が変化する。図１０
は電圧を０．５Ｖ、１．０Ｖ、１．５Ｖ、２Ｖと印加し
た例で、下部導波路７１から上部導波路７３への結合効
率を示している。電圧印加の変化によりバンドパスフィ
ルタの透過帯域が長波長側へシフトする様子が分かる。
これにより、多重化されたチャネルから１つの波長のチ
ャネルをフィルタリングできる。下側導波路７１を伝搬
して吸収しきれない光は、使用しないので何らかの方法
で吸収等をすれば良い。When a reverse voltage is applied to the filter manufactured as described above, an electric field is applied to the lower waveguide 71 composed of φ-MQW and the refractive index changes due to QCSE. Figure 10
Shows the coupling efficiency from the lower waveguide 71 to the upper waveguide 73 in the example in which the voltages are applied as 0.5V, 1.0V, 1.5V and 2V. It can be seen that the transmission band of the bandpass filter shifts to the long wavelength side due to the change in voltage application.
This allows filtering of channels of one wavelength from the multiplexed channels. Light that has propagated through the lower waveguide 71 and cannot be absorbed is not used, and may be absorbed by some method.

【００５５】光フィルタにおいても、導波路をバルク層
として、逆電圧印加によりフランツケルディシュ効果で
屈折率変化を起こさせフィルタ特性における透過帯域の
シフトを生じさせても良い。ただし、素子長、グレーテ
ィング周期、深さ等は適当に設定し直す必要がある。Also in the optical filter, the waveguide may be used as a bulk layer to cause a refractive index change by the Franz-Keldysh effect by applying a reverse voltage to cause a shift of the transmission band in the filter characteristic. However, the element length, the grating period, the depth, etc. need to be set appropriately.

【００５６】更に、順方向電圧をｉ層である方の導波路
に印加し、キャリアが注入されることでプラズマ効果に
より屈折率が変化される様にしても良い。こうした例で
は、キャリア注入による為、利得の付与も可能で、入力
信号光の導波路との結合損失や導波路内での伝搬損失を
補償できる。Further, a forward voltage may be applied to the waveguide which is the i-layer and carriers are injected so that the refractive index is changed by the plasma effect. In such an example, since carrier injection is performed, it is possible to add a gain, and it is possible to compensate the coupling loss of the input signal light with the waveguide and the propagation loss in the waveguide.

【００５７】図１１は、本発明の光変調器を用いた光通
信システムの一例を示すブロック図である。図１１にお
いて、符号２５₁、２５₂、及び２５₃は光送受信機を示
し、これらは、光ノード２４₁、２４₂及び２４₃を介し
て、光ファイバなどから成る光伝送路２３にコネクトさ
れている。また、光送受信機２５₁、２５₂及び２５₃は
夫々、端末２６₁、２６₂及び２６₃に接続され、これら
の端末からの指令に従って送受信機間で通信を行なう。FIG. 11 is a block diagram showing an example of an optical communication system using the optical modulator of the present invention. In FIG. 11, reference numerals 25 ₁ , 25 ₂ and 25 ₃ denote optical transceivers, which are connected to an optical transmission line 23 composed of an optical fiber or the like via optical nodes 24 ₁ , 24 ₂ and 24 _3. ing. The optical transceivers 25 ₁ , 25 ₂ and 25 ₃ are connected to the terminals 26 ₁ , 26 ₂ and 26 ₃ , respectively, and the transceivers communicate with each other in accordance with commands from these terminals.

【００５８】光送受信機２５₁は、制御回路２９、光受
信機３０及び光送信機３１を含む。光受信機は、他の光
送受信機から送られてきた光信号を検出する光検出器３
２と、光検出器３２の出力から、信号を復調して制御回
路２９に送る復調回路３３とから成る。また、光送信機
３１は、半導体レーザなどから成る光源２８と、光源２
８から発した光を通信信号Ｓに応じて変調し、他の光送
受信機に向けて送信する光変調器２７とから成る。光送
受信機２５₂及び２５₃も、光送受信機２５₁と同様の構
成を有している。The optical transceiver 25 ₁ includes a control circuit 29, an optical receiver 30 and an optical transmitter 31. The optical receiver is an optical detector 3 that detects an optical signal sent from another optical transceiver.
2 and a demodulation circuit 33 that demodulates a signal from the output of the photodetector 32 and sends it to the control circuit 29. The optical transmitter 31 includes a light source 28 including a semiconductor laser and the light source 2
The optical modulator 27 modulates the light emitted from the optical modulator 8 according to the communication signal S and transmits the modulated light to another optical transceiver. The optical transceivers 25 ₂ and 25 ₃ also have the same configuration as the optical transceiver 25 ₁ .

【００５９】ここで、光変調器２７は、図１、図５及び
図６に示した、本発明の光変調器のいずれかが用いられ
る。光変調器２７は、制御回路２９から送られた通信信
号Ｓに従って、例えば図１の様に、変調された電界が印
加され、光源２８から入射した光を変調する。Here, as the optical modulator 27, one of the optical modulators of the present invention shown in FIGS. 1, 5 and 6 is used. The optical modulator 27 applies a modulated electric field in accordance with the communication signal S sent from the control circuit 29, for example, as shown in FIG. 1, and modulates the light incident from the light source 28.

【００６０】本発明は、以上説明した実施例の外にも種
々の応用が可能である。例えば、上記実施例では、光変
調器をＧａＡｓ系の半導体材料から形成したが、例え
ば、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰなどの他の半導体材料から
形成しても良い。本発明は、特許請求の範囲を逸脱しな
い限りにおいて、このような応用例を全て含むものであ
る。The present invention can be applied in various ways other than the embodiments described above. For example, although the optical modulator is made of a GaAs-based semiconductor material in the above embodiment, it may be made of another semiconductor material such as InP / InGaAsP. The present invention includes all such applications without departing from the scope of the claims.

【００６１】[0061]

【発明の効果】以上、説明した様に、本発明によれば、
方向性結合器を構成する２導波路のうちのいずれかに順
又は逆電圧が加わる様な構成とし、他方の導波路を変調
用の光路として用いることにより、挿入損失ないし伝搬
損失が低く、低電圧駆動が可能で、広い波長可変範囲を
得られる波長分割多重型光通信、光交換、光演算などに
好適な光変調器、方法が実現される。また、こうしたデ
バイスは、他の光検出器、レーザなどの光電子素子との
集積化に適する。As described above, according to the present invention,
By using a configuration in which a forward or reverse voltage is applied to one of the two waveguides forming the directional coupler and using the other waveguide as an optical path for modulation, insertion loss or propagation loss is low and low. An optical modulator and method suitable for wavelength division multiplexing optical communication, optical switching, and optical calculation, which can be driven by voltage and can obtain a wide wavelength variable range, are realized. Also, such devices are suitable for integration with other photodetectors, optoelectronic devices such as lasers.

【００６２】更に、波長可変フィルタとしては短い素子
長とできたり、また光変調器としては消光比が高く被変
調波長の自由度の高いものとできる。Further, the variable wavelength filter can have a short element length, and the optical modulator can have a high extinction ratio and a high degree of freedom in the wavelength to be modulated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の光変調器の第１実施例を示す側方断面
図である。FIG. 1 is a side sectional view showing a first embodiment of an optical modulator of the present invention.

【図２】本発明の光変調器の第１実施例を示す正面断面
図である。FIG. 2 is a front sectional view showing a first embodiment of the optical modulator of the present invention.

【図３】図１の光変調器の透過スペクトルを示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a transmission spectrum of the optical modulator of FIG.

【図４】図１の光変調器における印加電圧に対する透過
率の変化を示す図である。4 is a diagram showing a change in transmittance with respect to an applied voltage in the optical modulator of FIG.

【図５】本発明の光変調器の第２実施例を示す概略斜視
図である。FIG. 5 is a schematic perspective view showing a second embodiment of the optical modulator of the present invention.

【図６】本発明の光変調器の第３実施例を示す側方断面
図である。FIG. 6 is a side sectional view showing a third embodiment of the optical modulator of the present invention.

【図７】波長可変フィルタの構成例を示す側方断面図で
ある。FIG. 7 is a side sectional view showing a configuration example of a wavelength tunable filter.

【図８】波長可変フィルタの構成例を示す正面断面図で
ある。FIG. 8 is a front cross-sectional view showing a configuration example of a wavelength tunable filter.

【図９】同図（Ａ）、（Ｂ）は、夫々、図７の波長可変
フィルタにおける上側導波路及び下側導波路の透過スペ
クトルを示す図である。9A and 9B are diagrams showing transmission spectra of an upper waveguide and a lower waveguide in the wavelength tunable filter of FIG. 7, respectively.

【図１０】図７の波長可変フィルタにおける下側導波路
から上側導波路への結合効率を示す図である。10 is a diagram showing the coupling efficiency from the lower waveguide to the upper waveguide in the wavelength tunable filter of FIG.

【図１１】本発明の光変調器を用いた光通信システムの
例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing an example of an optical communication system using the optical modulator of the present invention.

【図１２】同図（Ａ）、（Ｂ）は、夫々、従来の方向性
結合器型の光変調器の第１の例を示す概略平面図及び略
断面図である。12A and 12B are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view, respectively, showing a first example of a conventional directional coupler-type optical modulator.

【図１３】同図（Ａ）、（Ｂ）は、夫々、従来の方向性
結合器型の光変調器の第２の例を示す概略平面図及び略
断面図である。13A and 13B are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view, respectively, showing a second example of a conventional directional coupler type optical modulator.

【図１４】ＱＣＳＥを用いた従来の光変調器の吸収スペ
クトルを示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an absorption spectrum of a conventional optical modulator using QCSE.

【符号の説明】 １，５５，６７，７３ 上側導波
路 ２，５３，６３，７１ 下側導波
路 ３，８，５２，５４，５６，６２，６４，６６，６８，
７６，７７，７８クラッド層 ６，５７，６９，７９ コンタク
ト層 ９，１１，５９，６０，７０，８７，８４，８５電極 １０，５１，６１，７４ 基板 １３ スイッチ １４ 電圧源 １５，５０，８６ バッファ
層 ４１，４２，４３，８０，８１，８２ 埋め込み
層[Explanation of reference signs] 1,55,67,73 Upper waveguide 2,53,63,71 Lower waveguide 3,8,52,54,56,62,64,66,68,
76,77,78 Cladding layer 6,57,69,79 Contact layer 9,11,59,60,70,87,84,85 Electrode 10,51,61,74 Substrate 13 Switch 14 Voltage source 15,50,86 Buffer layer 41, 42, 43, 80, 81, 82 Embedded layer

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項１】 以下のものを有することを特徴とする光
変調器： 基板；前記基板上に形成された第１の導波路層、該第１
の導波路層は、外部から入力された光を伝搬させ、変調
された光を出力する；前記基板上に、第１の導波路と層
厚方向に積み重なって形成された第２の導波路層、該第
２の導波路層は、第１の導波路層とその導波モードが互
いに異なる；前記第１及び第２の導波路層の各々の導波
モードが重なり合う領域に設けられた回折格子、該回折
格子は、第１の導波路層を伝搬する光のうち、選択され
た波長域の光を第２導波路層に結合させる；及び変調さ
れた電気信号を印加するための電極；ここで、電極を介
して電気信号が印加されると、回折格子によって結合さ
れる光の波長が変化し、結果として第１の導波路層から
出力される光が電気信号に応じて変調される。 【請求項２】 前記第２の導波路層は、多重量子井戸構
造を有する請求項１記載の光変調器。 【請求項３】 前記回折格子は、第２の導波路層の一方
の面に形成されたコラゲーションから成る請求項１記載
の光変調器。 【請求項４】 更に、前記第１及び第２の導波路層の間
に形成された中間クラッド層と、この中間クラッド層、
第１及び第２の導波路層をサンドイッチにした第１及び
第２のクラッド層から成る請求項１記載の光変調器。 【請求項５】 前記基板、第１のクラッド層、第１の導
波路層及び中間クラッド層は、第１の導電型を有する半
導体からなり、第２の導波路層は、イントリンシック半
導体からなり、第２のクラッド層は、第２の導電型を有
する半導体から成る請求項４記載の光変調器。 【請求項６】 前記回折格子は、中間クラッド層の一部
に形成された、回折格子状にエッチングされた半導体層
から成る請求項４記載の光変調器。 【請求項７】 前記入力される光の少なくとも一部の波
長をλ、波長λの光に対する第１の導波路層の伝搬定数
をβ₁（λ）、波長λの光に対する第２の導波路層の伝
搬定数をβ₀（λ）、回折格子の周期をΛとしたとき
に、以下の条件を満足する請求項１記載の光変調器： β₀（λ）−β₁（λ）＝２π／Λ。 【請求項８】 光源と、光源から発した光を通信信号に
応じて変調する請求項１記載の光変調器とを含む光送信
機；光受信機及び；光送信機と光受信機とを接続する光
伝送路とから構成されることを特徴とする光通信ネット
ワーク。 【請求項９】 各々が、光源と光源から発した光を通信
信号に応じて変調する請求項１記載の光変調器とを含む
光送信機及び、光受信機から成る複数の光送受信機と；
これらの光送受信機を互いに接続する光伝送路とから成
ることを特徴とする光通信ネットワーク。 【請求項１０】 基板と、基板上に形成された第１の導
波路層と、基板上に第１の導波路と層厚方向に積み重な
って形成され、第１の導波路層とその導波モードが互い
に異なる第２の導波路層と、第１及び第２の導波路層の
各々の導波モードが重なり合う領域に設けられた回折格
子と、電極とから成る光変調器を用いて光を変調する方
法であって以下のステップを有する方法：第１の導波路
層に光を入力する；第１の導波路中を入力された光を伝
搬させる；回折格子によって、第１の導波路層を伝搬す
る光のうち、選択された波長域の光を第２の導波路層に
結合させる；電極を介して、変調された電気信号を印加
し、回折格子によって結合される光の波長を変化させ、
これによって、第１の導波路層を伝搬する光を変調させ
る；及び変調された光を第１の導波路層より出力する。 【請求項１１】 前記入力される光の少なくとも一部の
波長をλ、波長λの光に対する第１の導波路層の伝搬定
数をβ₁（λ）、波長λの光に対する第２の導波路層の
伝搬定数をβ₀（λ）、回折格子の周期をΛとしたとき
に、以下の条件を満足する請求項１０記載の光変調方
法； β₀（λ）−β₁（λ）＝２π／Λ。 【請求項１２】 以下のものを有することを特徴とする
光変調器： 基板；前記基板上に形成された、第１の導電型を有する
半導体から成る第１のクラッド層；前記第１のクラッド
層上に形成された、第１の導電型を有する半導体から成
る第１の導波路層、該第１の導波路層は、外部から入力
された光を伝搬させ、変調された光を出力する；前記第
１の導波路層上に形成された、第１の導電型を有する半
導体から成る第２のクラッド層；前記第２のクラッド層
上に形成された、量子井戸構造のイントリンシック半導
体から成る第２の導波路層、該第２の導波路層は、第１
の導波路層とその導波モードが互いに異なる；前記第２
の導波路層上に形成された、第２の導電型を有する半導
体から成る第３のクラッド層；前記第１及び第２の導波
路層の各々の導波モードが重なり合う領域に設けられた
回折格子、該回折格子は、第１の導波路層を伝搬する光
の内、選択された波長域の光を第２の導波路層に結合さ
せる；及び第１、第２の導波路、第１、第２及び第３の
クラッド層に逆バイアスの変調された電界を印加するた
めの電極；ここで、電極を介して電界が印加されると、
回折格子によって結合される光の波長が変化し、結果と
して第１の導波路層から出力される光が変調される。 【請求項１３】 前記第２の導波路層は、多重量子井戸
構造を有する請求項１２記載の光変調器。 【請求項１４】 前記回折格子は、第２の導波路層の一
方の面に形成されたコラゲーションから成る請求項１２
記載の光変調器。 【請求項１５】 前記回折格子は、第２のクラッド層の
一部に形成された、回折格子状にエッチングされた半導
体層から成る請求項１２記載の光変調器。 【請求項１６】 前記入力される光の少なくとも一部の
波長をλ、波長λの光に対する第１の導波路層の伝搬定
数をβ₁（λ）、波長λの光に対する第２の導波路層の
伝搬定数をβ₀（λ）、回折格子の周期をΛとしたとき
に、以下の条件を満足する請求項１２記載の光変調器。 β₀（λ）−β₁（λ）＝２π／Λ。 【請求項１７】 光源と、光源から発した光を通信信号
に応じて変調する請求項１２記載の光変調器とを含む光
送信機；光受信機及び；光送信機と光受信機とを接続す
る光伝送路から構成されることを特徴とする光通信ネッ
トワーク。 【請求項１８】 各々が、光源と、光源から発した光を
通信信号に応じて変調する請求項１２記載の光変調器と
を含む光送信機及び、光受信機から成る複数の光送受信
機と；これらの光送受信機を互いに接続する光伝送路と
から成ることを特徴とする光通信ネットワーク。 【請求項１９】 基板と、基板上に形成された、第１の
導電型を有する半導体から成る第１のクラッド層と、第
１のクラッド層上に形成された、第１の導電型を有する
半導体から成る第１の導波路層と、第１の導波路層上に
形成された、第１の導電型を有する半導体から成る第２
のクラッド層と、第２のクラッド層上に形成された、量
子井戸構造のイントリンシック半導体から成り、第１の
導波路層とその導波モードが互いに異なる第２の導波路
層と、第２の導波路層上に形成された、第２の導電型を
有する半導体から成る第３のクラッド層と、第１及び第
２の導波路層の各々の導波モードが重なり合う領域に設
けられた回折格子と、電極とから成る光変調器を用い
て、光の変調を行なう方法であって以下のステップを有
する方法：第１の導波路層に光を入力する；第１の導波
路中を入力された光を伝搬させる；回折格子によって、
第１の導波路層を伝搬する光の内、選択された波長域の
光を第２の導波路層に結合させる；電極を介して、第
１、第２の導波路、第１、第２及び第２のクラッド層に
逆バイアスの変調された電界を印加し、回折格子によっ
て結合される光の波長を変化させ、この波長の変化によ
って、第１の導波路層を伝搬する光を変調させる；及び
変調された光を第１の導波路層より出力する。 【請求項２０】 前記入力される光の少なくとも一部の
波長λ、波長λの光に対する第１の導波路層の伝搬定数
をβ₁（λ）、波長λの光に対する第２の導波路層の伝
搬定数をβ₀（λ）、回折格子の周期をΛとしたとき
に、以下の条件を満足する請求項１９記載の光変調方
法： β₀（λ）−β₁（λ）＝２π／Λ。Claim: What is claimed is: 1. An optical modulator comprising: a substrate; a first waveguide layer formed on the substrate;
Of the second waveguide layer propagates the light inputted from the outside and outputs the modulated light; the second waveguide layer formed on the substrate so as to be stacked with the first waveguide in the layer thickness direction. The second waveguide layer has a different waveguide mode from that of the first waveguide layer; a diffraction grating provided in a region where the waveguide modes of the first and second waveguide layers overlap each other. , The diffraction grating couples light in a selected wavelength region of light propagating through the first waveguide layer to the second waveguide layer; and an electrode for applying a modulated electrical signal; Then, when an electric signal is applied through the electrode, the wavelength of the light coupled by the diffraction grating changes, and as a result, the light output from the first waveguide layer is modulated according to the electric signal. 2. The optical modulator according to claim 1, wherein the second waveguide layer has a multiple quantum well structure. 3. The optical modulator according to claim 1, wherein the diffraction grating is formed of a corrosion formed on one surface of the second waveguide layer. 4. An intermediate clad layer formed between the first and second waveguide layers, the intermediate clad layer,
The optical modulator according to claim 1, comprising first and second clad layers sandwiching the first and second waveguide layers. 5. The substrate, the first cladding layer, the first waveguide layer and the intermediate cladding layer are made of a semiconductor having a first conductivity type, and the second waveguide layer is made of an intrinsic semiconductor. The optical modulator according to claim 4, wherein the second cladding layer is made of a semiconductor having a second conductivity type. 6. The optical modulator according to claim 4, wherein the diffraction grating is formed of a semiconductor layer formed in a part of the intermediate cladding layer and etched into a diffraction grating shape. 7. The wavelength of at least a part of the input light is λ, the propagation constant of the _first waveguide layer for the light of the wavelength λ is β ₁ (λ), and the second waveguide for the light of the wavelength λ. The optical modulator according to claim 1, wherein the following condition is satisfied, where β ₀ (λ) is the propagation constant of the layer and Λ is the period of the diffraction grating: β ₀ (λ) −β ₁ (λ) = 2π / Λ. 8. An optical transmitter comprising: a light source; and an optical modulator according to claim 1, which modulates light emitted from the light source in accordance with a communication signal; an optical receiver; and an optical transmitter and an optical receiver. An optical communication network comprising an optical transmission line to be connected. 9. An optical transmitter and a plurality of optical transceivers, each of which includes a light source and an optical modulator according to claim 1, which modulates light emitted from the light source according to a communication signal. ;
An optical communication network comprising an optical transmission line connecting these optical transceivers to each other. 10. A substrate, a first waveguide layer formed on the substrate, and a first waveguide layer and its waveguide formed on the substrate by stacking the first waveguide and the first waveguide layer in the layer thickness direction. Light is generated using an optical modulator including a second waveguide layer having different modes, a diffraction grating provided in a region where the respective waveguide modes of the first and second waveguide layers overlap, and an electrode. A method of modulating, the method comprising the steps of: inputting light into a first waveguide layer; propagating light input through a first waveguide; Of light propagating in the selected wavelength range is coupled to the second waveguide layer; a modulated electrical signal is applied through the electrode to change the wavelength of light coupled by the diffraction grating. Let
As a result, the light propagating through the first waveguide layer is modulated; and the modulated light is output from the first waveguide layer. 11. The wavelength of at least a part of the input light is λ, the propagation constant of the _first waveguide layer for the light of the wavelength λ is β ₁ (λ), and the second waveguide for the light of the wavelength λ. The optical modulation method according to claim 10, wherein the following condition is satisfied, where β ₀ (λ) is the propagation constant of the layer and Λ is the period of the diffraction grating: β ₀ (λ) −β ₁ (λ) = 2π / Λ. 12. An optical modulator comprising: a substrate; a first clad layer formed on the substrate and made of a semiconductor having a first conductivity type; the first clad. A first waveguide layer formed on the layer and made of a semiconductor having a first conductivity type; the first waveguide layer propagates light input from the outside and outputs modulated light. A second cladding layer formed on the first waveguide layer and made of a semiconductor having a first conductivity type; an intrinsic semiconductor having a quantum well structure formed on the second cladding layer; A second waveguide layer, wherein the second waveguide layer comprises the first
Of the waveguide layer and its waveguide mode are different from each other;
A third cladding layer made of a semiconductor having a second conductivity type, formed on the waveguide layer of the second waveguide layer; diffraction provided in regions where the waveguide modes of the first and second waveguide layers overlap. A grating that couples light of a selected wavelength range of light propagating through the first waveguide layer to the second waveguide layer; and first and second waveguides, first , An electrode for applying a reverse bias modulated electric field to the second and third cladding layers; where an electric field is applied through the electrodes,
The wavelength of the light coupled by the diffraction grating changes, resulting in the modulation of the light output from the first waveguide layer. 13. The optical modulator according to claim 12, wherein the second waveguide layer has a multiple quantum well structure. 14. The diffraction grating is composed of a collation formed on one surface of the second waveguide layer.
The light modulator described. 15. The optical modulator according to claim 12, wherein the diffraction grating comprises a semiconductor layer formed in a part of the second cladding layer and etched into a diffraction grating shape. 16. The wavelength of at least a part of the input light is λ, the propagation constant of the _first waveguide layer for the light of the wavelength λ is β ₁ (λ), and the second waveguide for the light of the wavelength λ. The optical modulator according to claim 12, wherein the following condition is satisfied, where β ₀ (λ) is a propagation constant of the layer and Λ is a period of the diffraction grating. β ₀ (λ) −β ₁ (λ) = 2π / Λ. 17. An optical transmitter comprising: a light source; and an optical modulator according to claim 12, which modulates light emitted from the light source according to a communication signal; an optical receiver; and an optical transmitter and an optical receiver. An optical communication network comprising an optical transmission line to be connected. 18. A plurality of optical transceivers each comprising an optical transmitter, which includes a light source and an optical modulator according to claim 12, which modulates light emitted from the light source according to a communication signal. And an optical transmission line connecting these optical transceivers to each other. 19. A substrate, a first clad layer made of a semiconductor having a first conductivity type formed on the substrate, and a first conductivity type formed on the first clad layer. A first waveguide layer made of a semiconductor, and a second waveguide formed on the first waveguide layer and made of a semiconductor having a first conductivity type.
And a second waveguide layer formed of an intrinsic semiconductor having a quantum well structure formed on the second cladding layer, the first waveguide layer and the second waveguide layer having different waveguide modes from each other. Provided in a region where the third cladding layer formed of the semiconductor having the second conductivity type and the waveguide modes of the first and second waveguide layers are formed on the waveguide layer of A method of modulating light using an optical modulator comprising a grating and electrodes, the method comprising the steps of: inputting light into a first waveguide layer; inputting into the first waveguide The transmitted light; by the diffraction grating,
Of the light propagating through the first waveguide layer, the light in the selected wavelength range is coupled to the second waveguide layer; the first and second waveguides, the first and the second through the electrodes. And a reverse bias modulated electric field is applied to the second cladding layer to change the wavelength of the light coupled by the diffraction grating, and the change in the wavelength modulates the light propagating through the first waveguide layer. And the modulated light is output from the first waveguide layer. 20. A propagation constant of the _first waveguide layer for light having a wavelength λ and a wavelength λ of at least a part of the input light is β ₁ (λ), and a second waveguide layer for light having a wavelength λ. 20. The optical modulation method according to claim 19, wherein the following condition is satisfied, where β ₀ (λ) is the propagation constant of γ and Λ is the period of the diffraction grating: β ₀ (λ) −β ₁ (λ) = 2π / Λ.