JPH0611670A - 光強度変調素子および光強度変調器 - Google Patents
光強度変調素子および光強度変調器Info
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- JPH0611670A JPH0611670A JP4167227A JP16722792A JPH0611670A JP H0611670 A JPH0611670 A JP H0611670A JP 4167227 A JP4167227 A JP 4167227A JP 16722792 A JP16722792 A JP 16722792A JP H0611670 A JPH0611670 A JP H0611670A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光アイソレーターを特別に用意しなくとも充
分に戻り光の少ない光強度変調器を簡便な方法で提供す
ること 【構成】 変調器１０は、結晶の光軸が上下方向に対し
４５度傾いた二枚の平行配置の四分の一波長板２２、２
４と、透過軸が上下方向に平行な直線偏光子２６と、光
導波路２０とからなる。光導波路は、金電極１２０、ｐ
ドープＧａＡｓ基板１２１、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超
格子層１２３、ｎドープＧａＡｓ層１２４からなる。変
調器は外部からの適当なバイアス電圧を持つ電気信号１
４で駆動され、上下方向に偏光した半導体レーザー１１
からの光を強度変調する。１３、１５は結合用のレンズ
であり、変調器からでた光は光ファイバー１６に入射さ
れる。
分に戻り光の少ない光強度変調器を簡便な方法で提供す
ること 【構成】 変調器１０は、結晶の光軸が上下方向に対し
４５度傾いた二枚の平行配置の四分の一波長板２２、２
４と、透過軸が上下方向に平行な直線偏光子２６と、光
導波路２０とからなる。光導波路は、金電極１２０、ｐ
ドープＧａＡｓ基板１２１、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超
格子層１２３、ｎドープＧａＡｓ層１２４からなる。変
調器は外部からの適当なバイアス電圧を持つ電気信号１
４で駆動され、上下方向に偏光した半導体レーザー１１
からの光を強度変調する。１３、１５は結合用のレンズ
であり、変調器からでた光は光ファイバー１６に入射さ
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバー通信系等
において用いられ、入射したコヒーレント光の出射強度
を電気信号で制御する光強度変調素子および光強度変調
器に関するものである。
において用いられ、入射したコヒーレント光の出射強度
を電気信号で制御する光強度変調素子および光強度変調
器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信の分野において、電気信号により
光強度を高速で制御する技術は、将来のキーテクノロジ
ーになるものとして活発な開発が進められている。この
高速光強度変調を実現するための手段として、大別して
二通りの方法が模索されている。
光強度を高速で制御する技術は、将来のキーテクノロジ
ーになるものとして活発な開発が進められている。この
高速光強度変調を実現するための手段として、大別して
二通りの方法が模索されている。
【０００３】一つは、光源である半導体レーザーの駆動
電流を直接変調することによるものである。この方法に
は構成が容易という利点がある。しかしながら、半導体
レーザーの駆動電流のＯＮ、ＯＦＦ操作を行うため、レ
ーザー発振状態の変化、特にレーザー発振波長の拡がり
を必然的に伴う。このレーザー発振波長の拡がり(波長
チャーピング)は、ファイバーの波長分散による伝送距
離の制限を招くために、長距離伝送を行う際の重大な問
題と成っている。
電流を直接変調することによるものである。この方法に
は構成が容易という利点がある。しかしながら、半導体
レーザーの駆動電流のＯＮ、ＯＦＦ操作を行うため、レ
ーザー発振状態の変化、特にレーザー発振波長の拡がり
を必然的に伴う。このレーザー発振波長の拡がり(波長
チャーピング)は、ファイバーの波長分散による伝送距
離の制限を招くために、長距離伝送を行う際の重大な問
題と成っている。
【０００４】高速光強度変調のためのいま一つの方法
は、電気光学効果による外付け型の光強度変調器を利用
するものであり、ニオブ酸リチウムを始めとする強誘電
体材料や半導体超格子からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）
を用いた素子が報告されている。特に、デバイス化した
際に、後者は前者を凌駕する性能指数を有するため、活
発な開発が続けられている。
は、電気光学効果による外付け型の光強度変調器を利用
するものであり、ニオブ酸リチウムを始めとする強誘電
体材料や半導体超格子からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）
を用いた素子が報告されている。特に、デバイス化した
際に、後者は前者を凌駕する性能指数を有するため、活
発な開発が続けられている。
【０００５】多重量子井戸（ＭＱＷ）を用いた光強度変
調素子としては、励起子光吸収を用いた例（Wood T.
H., Burrus Jr. C.A., Miller D.A.B., Chemla D.S., D
amen T.C., Gossard A.C., and Wiegmann W.: "High-Sp
eed Optical Modulation withGaAs/GaAlAs Quantum we
lls in a p-i-n Diode Structure", Appl. Phys. Lett.
44 (1984) 16.）があり、１００ｐｓ前後の応答速度と
２０〜３０％程度の変調度が報告されている。更に、導
波路構造を採用することにより、１０ＧＨｚ以上の動作
上限周波数を持ち、変調度が９０％を超える素子も報告
されている。（たとえば、Wood T. H., Burrus C.A., T
ucker R.S., Weiner J.S., Miller D.A.B.,Chemla D.
S., Damen T.C., Gossard A.C., and Wiegmann W.: "10
0psWaveguide Multiple Quantum Well(MQW) Optical Mo
dulator with 10:1 on/offratio", Electron. Lett. 21
(1985) 693.）しかしながら、外部電界による励起子光
吸収の変化を用いたこれらの素子には、ファイバーによ
る長距離伝送にあたっての問題点がある。すなわち、変
調度を稼ぐために、外部電界による大きな光吸収変化を
示す励起子共鳴周波数付近に光搬送波の周波数を設定す
ると、外部電界により大きな屈折率変化も同時に生ずる
点である。なんとならば、屈折率変化を伴った吸収強度
の時間変化は、搬送波及び側帯波の周波数の拡がり(波
長チャーピング)が生じ、やはりファイバーの波長分散
による伝送距離の制限を招くからである。
調素子としては、励起子光吸収を用いた例（Wood T.
H., Burrus Jr. C.A., Miller D.A.B., Chemla D.S., D
amen T.C., Gossard A.C., and Wiegmann W.: "High-Sp
eed Optical Modulation withGaAs/GaAlAs Quantum we
lls in a p-i-n Diode Structure", Appl. Phys. Lett.
44 (1984) 16.）があり、１００ｐｓ前後の応答速度と
２０〜３０％程度の変調度が報告されている。更に、導
波路構造を採用することにより、１０ＧＨｚ以上の動作
上限周波数を持ち、変調度が９０％を超える素子も報告
されている。（たとえば、Wood T. H., Burrus C.A., T
ucker R.S., Weiner J.S., Miller D.A.B.,Chemla D.
S., Damen T.C., Gossard A.C., and Wiegmann W.: "10
0psWaveguide Multiple Quantum Well(MQW) Optical Mo
dulator with 10:1 on/offratio", Electron. Lett. 21
(1985) 693.）しかしながら、外部電界による励起子光
吸収の変化を用いたこれらの素子には、ファイバーによ
る長距離伝送にあたっての問題点がある。すなわち、変
調度を稼ぐために、外部電界による大きな光吸収変化を
示す励起子共鳴周波数付近に光搬送波の周波数を設定す
ると、外部電界により大きな屈折率変化も同時に生ずる
点である。なんとならば、屈折率変化を伴った吸収強度
の時間変化は、搬送波及び側帯波の周波数の拡がり(波
長チャーピング)が生じ、やはりファイバーの波長分散
による伝送距離の制限を招くからである。
【０００６】この困難を避けるために、励起子共鳴周波
数よりも低周波数側の光吸収の弱い領域に搬送波の周波
数を設定し、外部電界による屈折率変化だけを利用し
て、光強度変調を行う素子が考えられる。この場合に
は、外部電界による光吸収変化を殆ど伴わないので、波
長チャーピングは抑制されることになる。
数よりも低周波数側の光吸収の弱い領域に搬送波の周波
数を設定し、外部電界による屈折率変化だけを利用し
て、光強度変調を行う素子が考えられる。この場合に
は、外部電界による光吸収変化を殆ど伴わないので、波
長チャーピングは抑制されることになる。
【０００７】また、干渉計構成を採ることにより、外部
電界による屈折率変化だけでも充分な変調度を得ること
ができる。このような光強度変調器としては、光導波路
によりMach-Zehnder干渉計を構成した例（Walker R.G.:
"High-Speed III-VSemiconductor Intensity Modulat
ors", IEEE J. of Quantum Electron.,QE-27 (1991) 65
4.）があり、３６ＧＨｚ程度の動作上限周波数を持つ素
子が報告されている。
電界による屈折率変化だけでも充分な変調度を得ること
ができる。このような光強度変調器としては、光導波路
によりMach-Zehnder干渉計を構成した例（Walker R.G.:
"High-Speed III-VSemiconductor Intensity Modulat
ors", IEEE J. of Quantum Electron.,QE-27 (1991) 65
4.）があり、３６ＧＨｚ程度の動作上限周波数を持つ素
子が報告されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法による光強
度変調素子では、変調素子からの戻り光の低減が見落と
されていた。特に、光導波路により光強度変調素子を構
成した場合には、出射強度が零となる時に入射した光の
一部が戻り光となる。また、変調素子端面からの反射光
も戻り光となる。
度変調素子では、変調素子からの戻り光の低減が見落と
されていた。特に、光導波路により光強度変調素子を構
成した場合には、出射強度が零となる時に入射した光の
一部が戻り光となる。また、変調素子端面からの反射光
も戻り光となる。
【０００９】このような戻り光強度が半導体レーザー出
力の約０．１％を超えるとレーザーの動作状態が不安定
となり、モードホッピングなどの発振波長の変動が生じ
たり、あるいは低周波領域での雑音の増大が起こったり
することが知られている。
力の約０．１％を超えるとレーザーの動作状態が不安定
となり、モードホッピングなどの発振波長の変動が生じ
たり、あるいは低周波領域での雑音の増大が起こったり
することが知られている。
【００１０】言うまでもなく、このような現象は光通信
を行う上で望ましいものではない。そこでシステムを構
成する際には、搬送波光源である半導体レーザーと光強
度変調器との間に、光アイソレーターを置くことが必要
となる。
を行う上で望ましいものではない。そこでシステムを構
成する際には、搬送波光源である半導体レーザーと光強
度変調器との間に、光アイソレーターを置くことが必要
となる。
【００１１】本発明の一つの目的は、このような光アイ
ソレーターを別に用意しなくとも、充分に戻り光の少な
い光強度変調器を簡便な方法で提供することにある。
ソレーターを別に用意しなくとも、充分に戻り光の少な
い光強度変調器を簡便な方法で提供することにある。
【００１２】本発明の一つの目的は、変調器を構成する
光導波路部分の構造を、大幅に簡略化しながら、且つ同
等の特性を有する光強度変調器を提供することにある。
光導波路部分の構造を、大幅に簡略化しながら、且つ同
等の特性を有する光強度変調器を提供することにある。
【００１３】本発明のさらに他の目的は、このような光
強度変調器を構成にするに好都合な光強度変調素子を提
供することにある。
強度変調器を構成にするに好都合な光強度変調素子を提
供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、点群￣４３
ｍ（４バー３エム）又は点群￣４２ｍ（４バー２エム）
に属する半導体で形成され、かつ光の伝播方向が結晶面
１１０又は結晶面−１１０方向と並行であるようなＴＭ
00及びＴＥ00の二つの導波モードを持つチャンネル型光
導波路を備え、該光導波路の外部から結晶面００１方向
に並行に電界を印加して光導波路における屈折率変化の
大きさを両モードについて異なるようにした光強度変調
素子、さらには、これの光導波路の光入射側に置かれた
１／４波長板、とこの光導波路の光出射側に置かれた二
色性円偏光板とから構成され、光導波路の屈折率変化の
ために電界を印加する手段を備える光強度変調器により
実現できる。
ｍ（４バー３エム）又は点群￣４２ｍ（４バー２エム）
に属する半導体で形成され、かつ光の伝播方向が結晶面
１１０又は結晶面−１１０方向と並行であるようなＴＭ
00及びＴＥ00の二つの導波モードを持つチャンネル型光
導波路を備え、該光導波路の外部から結晶面００１方向
に並行に電界を印加して光導波路における屈折率変化の
大きさを両モードについて異なるようにした光強度変調
素子、さらには、これの光導波路の光入射側に置かれた
１／４波長板、とこの光導波路の光出射側に置かれた二
色性円偏光板とから構成され、光導波路の屈折率変化の
ために電界を印加する手段を備える光強度変調器により
実現できる。
【００１５】特許請求の範囲及びここでは表記の困難さ
と誤解を避けるため、点群の表記を４バー３エム又は４
バー２エムのように括弧書きを付加した。点群の表記と
してはバーの位置は適切でないが、以下簡便のために括
弧書きは省略する。
と誤解を避けるため、点群の表記を４バー３エム又は４
バー２エムのように括弧書きを付加した。点群の表記と
してはバーの位置は適切でないが、以下簡便のために括
弧書きは省略する。
【００１６】
【作用】本発明の光強度変調素子における光導波路は、
点群￣４３ｍ又は点群￣４２ｍに属する半導体から成
る。このようなバルクの半導体にはガリウム砒素、ガリ
ウムリン、アルミニウム砒素、アルミニウムリン、イン
ジウムリン、ガリウム砒素とアルミニウム砒素の混晶、
ガリウムリンとインジウムリンの混晶、インジウム、ガ
リウム砒素とリンの混晶（４元）、テルル化亜鉛、テル
ル化カドミウムなどがある。また、ガリウム砒素層とア
ルミニウム砒素およびガリウム砒素混晶層とからなる
（００１）面に並行なヘテロ界面を持つ超格子、又はイ
ンジウム砒素およびガリウム砒素混晶層とインジウム砒
素およびアルミニウム砒素混晶層とからなる結晶面００
１に並行なヘテロ界面を持つ超格子、又はインジウム砒
素・ガリウム砒素混晶層とインジウム・リン層などとか
らなる結晶面００１に並行なヘテロ界面を持つ超格子
は、巨視的にみると、点群￣４２ｍの対称性を持つた
め、本発明の光導波路に用いることができる。
点群￣４３ｍ又は点群￣４２ｍに属する半導体から成
る。このようなバルクの半導体にはガリウム砒素、ガリ
ウムリン、アルミニウム砒素、アルミニウムリン、イン
ジウムリン、ガリウム砒素とアルミニウム砒素の混晶、
ガリウムリンとインジウムリンの混晶、インジウム、ガ
リウム砒素とリンの混晶（４元）、テルル化亜鉛、テル
ル化カドミウムなどがある。また、ガリウム砒素層とア
ルミニウム砒素およびガリウム砒素混晶層とからなる
（００１）面に並行なヘテロ界面を持つ超格子、又はイ
ンジウム砒素およびガリウム砒素混晶層とインジウム砒
素およびアルミニウム砒素混晶層とからなる結晶面００
１に並行なヘテロ界面を持つ超格子、又はインジウム砒
素・ガリウム砒素混晶層とインジウム・リン層などとか
らなる結晶面００１に並行なヘテロ界面を持つ超格子
は、巨視的にみると、点群￣４２ｍの対称性を持つた
め、本発明の光導波路に用いることができる。
【００１７】図１に本発明による光強度変調器の構成の
一例を示した。この構造による光強度変調の原理と、こ
の構造を採用することによる利点とを以下に詳しく述べ
るが、本発明で用いられる光強度変調素子としての光導
波路について先に説明する。
一例を示した。この構造による光強度変調の原理と、こ
の構造を採用することによる利点とを以下に詳しく述べ
るが、本発明で用いられる光強度変調素子としての光導
波路について先に説明する。
【００１８】この光導波路の幾何学的配置の一例を図２
に示した。図２においては、光導波路を形成するチャン
ネル層２がｐ型半導体からなるクラッド層１とｎ型半導
体からなるクラッド層３とで挾み込まれたｐｉｎ構造と
されている。これらクラッド層１、３間に電界をかける
ことによって、チャンネル層２に外部電界を印加する
が、図では簡単化のためにこの電極は省略した。これら
は基板４の上に形成される。光導波路は点群￣４３ｍ又
は点群￣４２ｍに属する半導体で形成され、例えばｐ型
半導体からなるクラッド層１はｐドープＧａＡｌＡｓ混
晶層、ｎ型半導体からなるクラッド層３はｎドープＧａ
ＡｌＡｓ混晶層で形成され、チャンネル層２はＧａＡｓ
及びＡｌＧａＡｓよりなる超格子層で形成され、基板４
はＧａＡｓ基板とされる。
に示した。図２においては、光導波路を形成するチャン
ネル層２がｐ型半導体からなるクラッド層１とｎ型半導
体からなるクラッド層３とで挾み込まれたｐｉｎ構造と
されている。これらクラッド層１、３間に電界をかける
ことによって、チャンネル層２に外部電界を印加する
が、図では簡単化のためにこの電極は省略した。これら
は基板４の上に形成される。光導波路は点群￣４３ｍ又
は点群￣４２ｍに属する半導体で形成され、例えばｐ型
半導体からなるクラッド層１はｐドープＧａＡｌＡｓ混
晶層、ｎ型半導体からなるクラッド層３はｎドープＧａ
ＡｌＡｓ混晶層で形成され、チャンネル層２はＧａＡｓ
及びＡｌＧａＡｓよりなる超格子層で形成され、基板４
はＧａＡｓ基板とされる。
【００１９】この光導波路での光の伝播方向は結晶面１
１０又は結晶面−１１０方向と並行である。この例で
は、結晶面−１１０方向（Ｙ’軸方向）に光が伝播して
いる。変調用の外部電界は結晶面００１方向（四回回反
軸方向）に並行に印加される。
１０又は結晶面−１１０方向と並行である。この例で
は、結晶面−１１０方向（Ｙ’軸方向）に光が伝播して
いる。変調用の外部電界は結晶面００１方向（四回回反
軸方向）に並行に印加される。
【００２０】さて、点群￣４２ｍに属し、導波層を形成
する物質の一次電気光学テンソルγ、及び二次電気光学
テンソルｇは、それぞれ次式の数式で表される。
する物質の一次電気光学テンソルγ、及び二次電気光学
テンソルｇは、それぞれ次式の数式で表される。
【００２１】
【数１】
【００２２】
【数２】
【００２３】また、点群￣４３ｍに属する系では、上式
の数１、数２で表されたテンソルの成分間に、さらに次
式に示される関係が成立する。
の数１、数２で表されたテンソルの成分間に、さらに次
式に示される関係が成立する。
【００２４】
【数３】
【００２５】そこで、これ以降では、点群￣４３ｍに属
する物質では、数３のようにテンソル成分を読み換える
ことにすれば、物質が点群￣４２ｍに属するとして一般
性を失わない。
する物質では、数３のようにテンソル成分を読み換える
ことにすれば、物質が点群￣４２ｍに属するとして一般
性を失わない。
【００２６】いま、外部電界Ｆｚが結晶面００１方向
（四回回反軸方向）に並行に印加されると、導波層を形
成する物質の屈折率楕円体は以下に示す式、数４から数
５へと変化し、ｚ軸に関して４５度回転した座標系
ｘ’、ｙ’、ｚを用いて、数６のように表される。
（四回回反軸方向）に並行に印加されると、導波層を形
成する物質の屈折率楕円体は以下に示す式、数４から数
５へと変化し、ｚ軸に関して４５度回転した座標系
ｘ’、ｙ’、ｚを用いて、数６のように表される。
【００２７】
【数４】
【００２８】
【数５】
【００２９】
【数６】
【００３０】この式、数６は、外部電界を印加しても、
誘電主軸：ｘ’、ｙ’、ｚの方向が不変であることを意味
し、外部電界印加時にも、ＴＥ、ＴＭモード間でモード
間結合の起こらないことを保証している。また、数６よ
りわかるように、外部電界Ｆｚにより導波層部の屈折率
は、数７、数８および数９のように変化する。
誘電主軸：ｘ’、ｙ’、ｚの方向が不変であることを意味
し、外部電界印加時にも、ＴＥ、ＴＭモード間でモード
間結合の起こらないことを保証している。また、数６よ
りわかるように、外部電界Ｆｚにより導波層部の屈折率
は、数７、数８および数９のように変化する。
【００３１】
【数７】
【００３２】
【数８】
【００３３】
【数９】
【００３４】ここで、ｎo、ｎeはそれぞれ導波層を形成
する物質の常光、異常光についての屈折率を現わす。し
たがって、導波路長をＬとすれば、結晶面−１１０方向
に伝播するＴＥ、ＴＭモードの光についての外部電界に
よる位相変化は、それぞれ次の式、数１０および数１１
で現わされる。
する物質の常光、異常光についての屈折率を現わす。し
たがって、導波路長をＬとすれば、結晶面−１１０方向
に伝播するＴＥ、ＴＭモードの光についての外部電界に
よる位相変化は、それぞれ次の式、数１０および数１１
で現わされる。
【００３５】
【数１０】
【００３６】
【数１１】
【００３７】なお、結晶面１１０方向に伝播する場合に
は、ＴＥモードの位相変化は次の式、数１２で記述され
る。
は、ＴＥモードの位相変化は次の式、数１２で記述され
る。
【００３８】
【数１２】
【００３９】ここで、ΓTE、ΓTM は導波路の構造によ
り定まる定数である。
り定まる定数である。
【００４０】このように外部電界による位相変化がＴ
Ｅ、ＴＭモードについて異なることを利用すれば、外部
電界の有無に応じて導波路に入射する偏光状態が変化す
る素子を構成することができる。そのような素子の一例
として、導波路長Ｌを次式の数１３を満たすようにとれ
ば、右回り（左回り）円偏光を入射した導波路より出射
される光は、外部電界のない時、やはり右回り（左回
り）の円偏光となる。ここで、βTE、βTM は、それぞ
れＴＥ、ＴＭモードの伝播定数である。
Ｅ、ＴＭモードについて異なることを利用すれば、外部
電界の有無に応じて導波路に入射する偏光状態が変化す
る素子を構成することができる。そのような素子の一例
として、導波路長Ｌを次式の数１３を満たすようにとれ
ば、右回り（左回り）円偏光を入射した導波路より出射
される光は、外部電界のない時、やはり右回り（左回
り）の円偏光となる。ここで、βTE、βTM は、それぞ
れＴＥ、ＴＭモードの伝播定数である。
【００４１】
【数１３】
【００４２】この導波路に外部電界を印加すると、Ｔ
Ｅ、ＴＭモードを伝播する光に次の式、数１４または数
１５で記述される位相差が生じる。
Ｅ、ＴＭモードを伝播する光に次の式、数１４または数
１５で記述される位相差が生じる。
【００４３】
【数１４】
【００４４】
【数１５】
【００４５】この位相差がπの奇数倍となるまで外部電
界を印加した時、導波路から出射される光は、入射光と
は反対の方向にまわる円偏光となる。従って、出射側に
二色性円偏光素子を置けば、外部電界により透過光強度
を制御することができることになる。
界を印加した時、導波路から出射される光は、入射光と
は反対の方向にまわる円偏光となる。従って、出射側に
二色性円偏光素子を置けば、外部電界により透過光強度
を制御することができることになる。
【００４６】図１には、以上の原理に基づいて、できる
だけ損失の少なくなるように設計された光強度変調器の
構成の一例を示す。
だけ損失の少なくなるように設計された光強度変調器の
構成の一例を示す。
【００４７】２０は図２に示す光導波路を持つ光強度変
調素子であり、その両側に１／４波長板２２、２４が配
置され、さらに１／４波長板２４の出射側には直線偏光
子２６が設けられる。光強度変調素子２０の光導波路に
は適当な信号電圧源２８とスイッチ３０により、外部電
界を加えたり、外部電界を加えなかったりできるように
される。３２は光路を示し、当然、１／４波長板２２、
光強度変調素子２０の光導波路、１／４波長板２４、直
線偏光子２６の中心を貫くものとされる。
調素子であり、その両側に１／４波長板２２、２４が配
置され、さらに１／４波長板２４の出射側には直線偏光
子２６が設けられる。光強度変調素子２０の光導波路に
は適当な信号電圧源２８とスイッチ３０により、外部電
界を加えたり、外部電界を加えなかったりできるように
される。３２は光路を示し、当然、１／４波長板２２、
光強度変調素子２０の光導波路、１／４波長板２４、直
線偏光子２６の中心を貫くものとされる。
【００４８】図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ外部電界の
無い場合と、ある場合とについての偏光状態を説明する
ものである。
無い場合と、ある場合とについての偏光状態を説明する
ものである。
【００４９】この例では、横方向に偏光（線２１で示
す）した被変調光が四分の一波長板２２を通ることで左
回り円偏光（線２３で示す）となり、その偏光状態で光
導波路を通過する。光導波路を通過する際に、変調用の
外部電界が印加されていなければ（ａ）に示すように偏
光状態は変わらず左回り円偏光（線２５で示す）とな
り、また外部電界が印加されていれば（ｂ）に示すよう
に右回り円偏光（線２７で示す）となる。
す）した被変調光が四分の一波長板２２を通ることで左
回り円偏光（線２３で示す）となり、その偏光状態で光
導波路を通過する。光導波路を通過する際に、変調用の
外部電界が印加されていなければ（ａ）に示すように偏
光状態は変わらず左回り円偏光（線２５で示す）とな
り、また外部電界が印加されていれば（ｂ）に示すよう
に右回り円偏光（線２７で示す）となる。
【００５０】この光が、四分の一波長板２４と直線偏光
子２６とから構成された出射側の二色性円偏光子に入射
する。光が左回り円偏光の時、すなわち外部電界が印加
されぬ時、光は透過しない。一方、光が右回り円偏光の
時、すなわち外部電界が印加された時、光は透過し、透
過光は鉛直方向に偏光した直線偏光となる。すなわち、
電気信号によって変調された光信号を得ることができる
のである。
子２６とから構成された出射側の二色性円偏光子に入射
する。光が左回り円偏光の時、すなわち外部電界が印加
されぬ時、光は透過しない。一方、光が右回り円偏光の
時、すなわち外部電界が印加された時、光は透過し、透
過光は鉛直方向に偏光した直線偏光となる。すなわち、
電気信号によって変調された光信号を得ることができる
のである。
【００５１】この場合の光の損失は、導波路内での吸収
損失と各素子表面での反射損失だけで、適当な設計によ
り充分に減らすことができる。なお、他の変調器構成の
例として、変調器を構成する直線偏光子の透過軸を鉛直
方向にすれば、変調用の外部電界が印加されぬとき光が
透過し、印加されたとき透過しないような光強度変調器
をすることもできる。
損失と各素子表面での反射損失だけで、適当な設計によ
り充分に減らすことができる。なお、他の変調器構成の
例として、変調器を構成する直線偏光子の透過軸を鉛直
方向にすれば、変調用の外部電界が印加されぬとき光が
透過し、印加されたとき透過しないような光強度変調器
をすることもできる。
【００５２】更に、ここで述べられたような四分の一波
長板２２、２４は、実効波数の異なるＴＭ00及びＴＥ00
の二つの導波モードを持つチャンネル型光導波路で、そ
の導波路長を適当な長さに設定することにより作製する
ことができる。この四分の一波長板を用いれば、一体化
された光強度変調器を作製することも可能であり、この
実施例については追って説明する。
長板２２、２４は、実効波数の異なるＴＭ00及びＴＥ00
の二つの導波モードを持つチャンネル型光導波路で、そ
の導波路長を適当な長さに設定することにより作製する
ことができる。この四分の一波長板を用いれば、一体化
された光強度変調器を作製することも可能であり、この
実施例については追って説明する。
【００５３】次に、このように構成された光強度変調器
が従来の光強度変調器構成の変調器と同等の性能を持つ
ことを述べる。
が従来の光強度変調器構成の変調器と同等の性能を持つ
ことを述べる。
【００５４】広帯域光変調器の要求される基本的な性能
には、（１）平坦な周波数応答を有するバンド幅が広い
こと、（２）駆動電力が少ないこと、（３）光学系への
挿入損失が少ないこと、及び（４）要求される周波数帯
で戻り光が充分に少ないことが挙げられる。
には、（１）平坦な周波数応答を有するバンド幅が広い
こと、（２）駆動電力が少ないこと、（３）光学系への
挿入損失が少ないこと、及び（４）要求される周波数帯
で戻り光が充分に少ないことが挙げられる。
【００５５】これらのうち、（１）のバンド幅について
は、半導体超格子自体の外部電場に対する時間応答特性
が、使用される周波数帯よりはるか広域に及んでいるた
め、これを制限している主要な要因は外部電場を印加す
る電極部の時間応答特性である。この特性は、従来の光
強度変調器で試みられているように、マイクロストリッ
プライン電極を構成して進行波の型で外部電場を印加す
ることで、従来の変調器と同程度まで改善することが可
能である。
は、半導体超格子自体の外部電場に対する時間応答特性
が、使用される周波数帯よりはるか広域に及んでいるた
め、これを制限している主要な要因は外部電場を印加す
る電極部の時間応答特性である。この特性は、従来の光
強度変調器で試みられているように、マイクロストリッ
プライン電極を構成して進行波の型で外部電場を印加す
ることで、従来の変調器と同程度まで改善することが可
能である。
【００５６】また、（２）の駆動電力については、以下
に述べるように、適当な構成にすることにより従来型と
比べて有利となる。実際、二本の導波路の二光束分割し
て干渉させる従来型の光変調器では、外部電界印加によ
る屈折率変化が前述の式、数１０（結晶面−１１０方向
に伝播するＴＥモードの場合)、数１１（結晶面−１１
０、結晶面１１０方向に伝播するＴＭモードの場合)、
数１２（結晶面１１０方向に伝播するＴＥモードの場
合)と記述される。
に述べるように、適当な構成にすることにより従来型と
比べて有利となる。実際、二本の導波路の二光束分割し
て干渉させる従来型の光変調器では、外部電界印加によ
る屈折率変化が前述の式、数１０（結晶面−１１０方向
に伝播するＴＥモードの場合)、数１１（結晶面−１１
０、結晶面１１０方向に伝播するＴＭモードの場合)、
数１２（結晶面１１０方向に伝播するＴＥモードの場
合)と記述される。
【００５７】これに対して、本発明の変調器の外部電界
印加による屈折率変化は、前述の式、数１４（結晶面−
１１０方向に伝播する場合)、数１５（結晶面１１０方
向に伝播する場合)と記述される。
印加による屈折率変化は、前述の式、数１４（結晶面−
１１０方向に伝播する場合)、数１５（結晶面１１０方
向に伝播する場合)と記述される。
【００５８】例えば、ガリウム砒素とアルミニウム砒素
およびガリウム砒素混晶の超格子からなる導波路では、
後述する実施例の測定データ（光導波路２０の電気光学
テンソルについて、その光波長依存性を測定した結果）
である図４に示す様に、波長０．８８μｍにおいて、成
分γ63＝３．０／１０11（ｃｍ／Ｖ＃）成分ｇ13＝１．
２／１０16（ｃｍ2／Ｖ2）、成分ｇ33＝−０．６／１０
16（ｃｍ2／Ｖ2）となる。このとき、前述の式、数１４
で記述される屈折率変化は、前述の式、数１０、数１
１、数１２で記述される屈折率変化のいずれよりも大き
くなる。すなわち、本発明の変調器では、より少ない印
加電界により同等の屈折率変化を生じせしめることが可
能な訳で、従来の光強度変調器と比べて有利となる。
およびガリウム砒素混晶の超格子からなる導波路では、
後述する実施例の測定データ（光導波路２０の電気光学
テンソルについて、その光波長依存性を測定した結果）
である図４に示す様に、波長０．８８μｍにおいて、成
分γ63＝３．０／１０11（ｃｍ／Ｖ＃）成分ｇ13＝１．
２／１０16（ｃｍ2／Ｖ2）、成分ｇ33＝−０．６／１０
16（ｃｍ2／Ｖ2）となる。このとき、前述の式、数１４
で記述される屈折率変化は、前述の式、数１０、数１
１、数１２で記述される屈折率変化のいずれよりも大き
くなる。すなわち、本発明の変調器では、より少ない印
加電界により同等の屈折率変化を生じせしめることが可
能な訳で、従来の光強度変調器と比べて有利となる。
【００５９】挿入損失については、適当な光学系の設計
により、充分に低減させることが可能である。
により、充分に低減させることが可能である。
【００６０】さらに、戻り光の低減化という点では、従
来型と比べてはるかに有利となる。すなわち、本発明に
よる変調器構成を採ることにより、特別な光アイソレー
ターを用いることなく、戻り光強度を大幅に低減させる
ことが可能となる。
来型と比べてはるかに有利となる。すなわち、本発明に
よる変調器構成を採ることにより、特別な光アイソレー
ターを用いることなく、戻り光強度を大幅に低減させる
ことが可能となる。
【００６１】まず、導波路入射端での端面反射は、反射
光の偏光状態が入射光と逆回りの円偏光となるため、四
分の一波長板を通って被変調光とは垂直な直線偏光とな
って戻ることとなるので、半導体レーザーの発振モード
とは直接結合することがない。
光の偏光状態が入射光と逆回りの円偏光となるため、四
分の一波長板を通って被変調光とは垂直な直線偏光とな
って戻ることとなるので、半導体レーザーの発振モード
とは直接結合することがない。
【００６２】また、変調出力がゼロとなるとき、従来型
の光強度変調素子構成の変調器では導波路に入射した光
は１００％反射されて戻ることになるが、本発明の変調
器では導波路射出側に置かれた直線偏光子により吸収な
いしは屈折されることで阻止されるので、戻り光となる
ことがない。
の光強度変調素子構成の変調器では導波路に入射した光
は１００％反射されて戻ることになるが、本発明の変調
器では導波路射出側に置かれた直線偏光子により吸収な
いしは屈折されることで阻止されるので、戻り光となる
ことがない。
【００６３】更に、本発明による変調器構成を採ること
により、従来型の光強度変調器に必要とされた光分割
部、二本の光導波部および光結合部からなる複雑な光導
波路を作製する必要がなくなり、工程の低減を図ること
ができる。
により、従来型の光強度変調器に必要とされた光分割
部、二本の光導波部および光結合部からなる複雑な光導
波路を作製する必要がなくなり、工程の低減を図ること
ができる。
【００６４】
【実施例】図３（ａ）に本発明の変調器の光通信での使
用例としての一実施例を示す。先の原理に基づいた光変
調器は図中の１０で示される。これには、図中上下方向
に偏光した（矢印１２で示す）半導体レーザー１１から
の光を結合用のレンズ１３を通して加え、光変調器１０
で外部からの電気的な信号１４に応じて強度変調する。
光変調器１０で強度変調された光は結合用のレンズ１５
を通して光ファイバー１６に入射される。光変調器１０
には、図１で説明したように、変調器１０は、結晶の光
軸が図中上下方向に対して４５度傾いた二枚の平行配置
の四分の一波長板２２、２４と、透過軸が図中上下方向
に平行な直線偏光子２６と、光導波路２０とからなる。
ここで１７は適当なバイアス電圧を印加するための直流
電源で、電気的な信号１４に重畳されて光変調器１０に
与えられるものであり、光導波路２０内のＴＥ、ＴＭモ
ードの光の感ずる屈折率が前述の式、数１３で示した動
作点に当たるように調整する為のものである。本実施例
における光導波路２０は、図２に示すものと同じでも良
いが、この例では、図３（ｂ）に示すような構造とし
た。すなわち、ＧａＡｓ基板１２０上に、ｐドープＧａ
ＡｌＡｓ層１２１、ＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ超格子
層１２２、ｎドープＧａＡｌＡｓ層１２３からなる積層
構造とされ、ｎドープＧａＡｌＡｓ層１２３の上面とＧ
ａＡｓ基板１２０の裏面とに合金電極層が設けられ、こ
れに電気信号を印加するための電線が接続される。
用例としての一実施例を示す。先の原理に基づいた光変
調器は図中の１０で示される。これには、図中上下方向
に偏光した（矢印１２で示す）半導体レーザー１１から
の光を結合用のレンズ１３を通して加え、光変調器１０
で外部からの電気的な信号１４に応じて強度変調する。
光変調器１０で強度変調された光は結合用のレンズ１５
を通して光ファイバー１６に入射される。光変調器１０
には、図１で説明したように、変調器１０は、結晶の光
軸が図中上下方向に対して４５度傾いた二枚の平行配置
の四分の一波長板２２、２４と、透過軸が図中上下方向
に平行な直線偏光子２６と、光導波路２０とからなる。
ここで１７は適当なバイアス電圧を印加するための直流
電源で、電気的な信号１４に重畳されて光変調器１０に
与えられるものであり、光導波路２０内のＴＥ、ＴＭモ
ードの光の感ずる屈折率が前述の式、数１３で示した動
作点に当たるように調整する為のものである。本実施例
における光導波路２０は、図２に示すものと同じでも良
いが、この例では、図３（ｂ）に示すような構造とし
た。すなわち、ＧａＡｓ基板１２０上に、ｐドープＧａ
ＡｌＡｓ層１２１、ＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ超格子
層１２２、ｎドープＧａＡｌＡｓ層１２３からなる積層
構造とされ、ｎドープＧａＡｌＡｓ層１２３の上面とＧ
ａＡｓ基板１２０の裏面とに合金電極層が設けられ、こ
れに電気信号を印加するための電線が接続される。
【００６５】図４には、作製された光導波路２０の一つ
について電気光学テンソルについての光波長依存性を測
定した結果を示す。測定は、文献（M.Glick, F.K.Reinh
art,G.Weimann, W.Schlapp, Appl. Phys. Lett. 48 (19
86) 989.）に記載されている方法で行った。図４（ａ）
は横軸に波長を取り、縦軸にγΓを取ったものであり、
ＴＥモードの曲線がＴＥモードにおけるγ63ΓTEを示
す。ＴＭモードでは、原理的にγΓは零となるべきもの
であるが、測定誤差の範囲内のデータが実測値として出
ている。図４（ｂ）は、同様に、横軸に波長を取り、縦
軸にγΓを取ったものであり、ＴＥモードの曲線がＴＥ
モードにおけるｇ33ΓTE、ＴＭモードの曲線がＴＭモー
ドにおけるｇ13ΓTMを示す。図から分かるように比較的
大きな電気光学定数を示すことが明らかである。また、
同時に作製された同一条件での試料について、波長：
０．８８μｍでの屈折率ｎo、ｎeの測定結果は、それぞ
れ３．５２８、３．５２２であった。
について電気光学テンソルについての光波長依存性を測
定した結果を示す。測定は、文献（M.Glick, F.K.Reinh
art,G.Weimann, W.Schlapp, Appl. Phys. Lett. 48 (19
86) 989.）に記載されている方法で行った。図４（ａ）
は横軸に波長を取り、縦軸にγΓを取ったものであり、
ＴＥモードの曲線がＴＥモードにおけるγ63ΓTEを示
す。ＴＭモードでは、原理的にγΓは零となるべきもの
であるが、測定誤差の範囲内のデータが実測値として出
ている。図４（ｂ）は、同様に、横軸に波長を取り、縦
軸にγΓを取ったものであり、ＴＥモードの曲線がＴＥ
モードにおけるｇ33ΓTE、ＴＭモードの曲線がＴＭモー
ドにおけるｇ13ΓTMを示す。図から分かるように比較的
大きな電気光学定数を示すことが明らかである。また、
同時に作製された同一条件での試料について、波長：
０．８８μｍでの屈折率ｎo、ｎeの測定結果は、それぞ
れ３．５２８、３．５２２であった。
【００６６】このような特性を持つ光導波路を用いて、
光変調器１０を形成し、その光変調器の波長０．８８μ
ｍでの変調された光強度の外部電界依存性を測定した結
果を図５に示す。横軸には外部電界の大きさを取り、縦
軸には規格化された光強度を取ったものである。光強度
の規格化は最大透過光強度を１とした。図から、９０％
以上に及ぶ変調度が得られていることが分かる。さら
に、四分の一波長板２２に反射防止コートを行ったと
き、この変調器の戻り光強度は入射光強度に対して約
０．１％程度であった。
光変調器１０を形成し、その光変調器の波長０．８８μ
ｍでの変調された光強度の外部電界依存性を測定した結
果を図５に示す。横軸には外部電界の大きさを取り、縦
軸には規格化された光強度を取ったものである。光強度
の規格化は最大透過光強度を１とした。図から、９０％
以上に及ぶ変調度が得られていることが分かる。さら
に、四分の一波長板２２に反射防止コートを行ったと
き、この変調器の戻り光強度は入射光強度に対して約
０．１％程度であった。
【００６７】実効波数の異なるＴＭ00及びＴＥ00の二つ
の導波モードを持つチャンネル型光導波路を用いて微小
な波長板を作製した他の実施例を説明する。この実施例
では、その導波路長を制御することにより、四分の一波
長板とした。導波路の構成は、図３の導波路とほぼ同様
である。図６には、偏光方向の異なる００モードだけが
導波する単一モードの導波路をＧａＡｌＡｓより作製す
るために用いた作製条件を示した。横軸は実効波数で、
導波層の厚さｄと関係する。縦軸は導波路の幅ｗをｄで
割ったアスペクト比である。図６（ａ）がＴＥモード
の、図６（ｂ）がＴＭモードの条件をを示し、それぞれ
図中のＡ及びＢの領域にあるとき単一モードの導波路と
なる。両領域に共通する部分が必要な条件である。実際
には、Ｖ＝１．１，アスペクト比＝４の条件で作製を行
った。このとき必要な導波路長は約７０μｍであった。
このときのｐドープＧａＡｌＡｓ層１２１、超格子層１
２２およびｎドープＧａＡｌＡｓ層１２３の組成比率は
それぞれｐ−Ｇａ0.7Ａｌ0.3Ａｓ、Ｇａ0.7Ａｌ0.3Ａｓ
およびｎ−Ｇａ0.7Ａｌ0.3Ａｓであった。
の導波モードを持つチャンネル型光導波路を用いて微小
な波長板を作製した他の実施例を説明する。この実施例
では、その導波路長を制御することにより、四分の一波
長板とした。導波路の構成は、図３の導波路とほぼ同様
である。図６には、偏光方向の異なる００モードだけが
導波する単一モードの導波路をＧａＡｌＡｓより作製す
るために用いた作製条件を示した。横軸は実効波数で、
導波層の厚さｄと関係する。縦軸は導波路の幅ｗをｄで
割ったアスペクト比である。図６（ａ）がＴＥモード
の、図６（ｂ）がＴＭモードの条件をを示し、それぞれ
図中のＡ及びＢの領域にあるとき単一モードの導波路と
なる。両領域に共通する部分が必要な条件である。実際
には、Ｖ＝１．１，アスペクト比＝４の条件で作製を行
った。このとき必要な導波路長は約７０μｍであった。
このときのｐドープＧａＡｌＡｓ層１２１、超格子層１
２２およびｎドープＧａＡｌＡｓ層１２３の組成比率は
それぞれｐ−Ｇａ0.7Ａｌ0.3Ａｓ、Ｇａ0.7Ａｌ0.3Ａｓ
およびｎ−Ｇａ0.7Ａｌ0.3Ａｓであった。
【００６８】図７に他の実施例として、一体導波路型光
変調器を作製した例を示す。これは、上記変調器を構成
する部品のうちの四分の一波長板と光の位相変調を行う
光導波路部とを同一基板上に作製したものである。１３
０は基板であり、２０、２２および２４は図３における
導波路、四分の一波長板、四分の一波長板である。この
四分の一波長板は、ＴＥ、ＴＭモード間の屈折率差を利
用したものである。今回作製された導波路では、導波路
長：約３７μｍでπ／４の位相差を生じた。この素子の
変調度は約５０％程度に及び、且つ戻り光強度は入射光
強度の約０．５％程度であった。
変調器を作製した例を示す。これは、上記変調器を構成
する部品のうちの四分の一波長板と光の位相変調を行う
光導波路部とを同一基板上に作製したものである。１３
０は基板であり、２０、２２および２４は図３における
導波路、四分の一波長板、四分の一波長板である。この
四分の一波長板は、ＴＥ、ＴＭモード間の屈折率差を利
用したものである。今回作製された導波路では、導波路
長：約３７μｍでπ／４の位相差を生じた。この素子の
変調度は約５０％程度に及び、且つ戻り光強度は入射光
強度の約０．５％程度であった。
【００６９】なお、このような光位相シフト素子は、光
変調器以外の光集積回路にも使用することができる。ま
た、この位相シフト素子は、ニオブ酸リチウム、タンタ
ル酸リチウムなどの絶縁体結晶でも作製することが可能
である。
変調器以外の光集積回路にも使用することができる。ま
た、この位相シフト素子は、ニオブ酸リチウム、タンタ
ル酸リチウムなどの絶縁体結晶でも作製することが可能
である。
【００７０】
【発明の効果】実施例１に見られるように、波長：０．
８８μｍにおいて９０％以上に及ぶ変調度を示す変調器
で、しかも四分の一波長板２２に反射防止コートを行っ
たとき、戻り光強度が入射光強度に対して約０．１％程
度の光強度変調器が得られた。
８８μｍにおいて９０％以上に及ぶ変調度を示す変調器
で、しかも四分の一波長板２２に反射防止コートを行っ
たとき、戻り光強度が入射光強度に対して約０．１％程
度の光強度変調器が得られた。
【図１】本発明の実施例について（ａ）は外部電界のな
い場合の偏光状態、（ｂ）は外部電界のある場合の偏光
状態を説明する図
い場合の偏光状態、（ｂ）は外部電界のある場合の偏光
状態を説明する図
【図２】光強度変調器に用いられる本発明の実施例の光
導波路の一つを示す図
導波路の一つを示す図
【図３】（ａ）は本発明の実施例の光導波路の使用例を
示す図、（ｂ）は本発明の光導波路の他の実施形態を説
明する図例の
示す図、（ｂ）は本発明の光導波路の他の実施形態を説
明する図例の
【図４】作成されたＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超格子導波
路の波長依存性の一例を説明する図
路の波長依存性の一例を説明する図
【図５】変調器の透過光強度の印加電界強度依存性の一
例を説明する図
例を説明する図
【図６】単一モードＧａＡｌＡｓ超格子導波路の作成に
必要な条件の一例を説明する図
必要な条件の一例を説明する図
【図７】一体導波路型強度変調器の実施例を示す図
１１ シングルモード半導体レーザー １３ レンズ １５ レンズ １４ 変調シグナル １７ バイアス電源 １６ 光ファイバー １０ 光強度変調器 ２２ 四分の一波長板 ２０ 光導波路 ２４ 四分の一波長板 ２６ 直線偏光子 １２０ ＧａＡｓ基板 １２１ ｐドープＧａＡｌＡｓ混晶層 １２２ ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超格子層 １２３ ｎドープＧａＡｌＡｓ混晶層 １２４ 合金電極層 １２５ 電線
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年４月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、点群￣４３
ｍ（４バー３エム）又は点群￣４２ｍ（４バー２エム）
に属する半導体で形成され、かつ光の伝播方向が結晶の
１１０方向又は結晶の−１１０方向と並行であるような
ＴＭ00及びＴＥ00の二つの導波モードを持つチャンネル
型光導波路を備え、該光導波路の外部から結晶の００１
方向に並行に電界を印加して光導波路における屈折率変
化の大きさを両モードについて異なるようにした光強度
変調素子、さらには、これの光導波路の光入射側に置か
れた１／４波長板、とこの光導波路の光出射側に置かれ
た二色性円偏光板とから構成され、光導波路の屈折率変
化のために電界を印加する手段を備える光強度変調器に
より実現できる。
ｍ（４バー３エム）又は点群￣４２ｍ（４バー２エム）
に属する半導体で形成され、かつ光の伝播方向が結晶の
１１０方向又は結晶の−１１０方向と並行であるような
ＴＭ00及びＴＥ00の二つの導波モードを持つチャンネル
型光導波路を備え、該光導波路の外部から結晶の００１
方向に並行に電界を印加して光導波路における屈折率変
化の大きさを両モードについて異なるようにした光強度
変調素子、さらには、これの光導波路の光入射側に置か
れた１／４波長板、とこの光導波路の光出射側に置かれ
た二色性円偏光板とから構成され、光導波路の屈折率変
化のために電界を印加する手段を備える光強度変調器に
より実現できる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】
【作用】本発明の光強度変調素子における光導波路は、
点群￣４３ｍ又は点群￣４２ｍに属する半導体から成
る。このようなバルクの半導体にはガリウム砒素、ガリ
ウムリン、アルミニウム砒素、アルミニウムリン、イン
ジウムリン、ガリウム砒素とアルミニウム砒素の混晶、
ガリウムリンとインジウムリンの混晶、インジウム、ガ
リウム、砒素とリンとからなる４元混晶半導体、テルル
化亜鉛、テルル化カドミウムなどがある。また、ガリウ
ム砒素層とアルミニウム砒素およびガリウム砒素混晶層
とからなる（００１）面に並行なヘテロ界面を持つ超格
子、又はインジウム砒素およびガリウム砒素混晶層とイ
ンジウム砒素およびアルミニウム砒素混晶層とからなる
結晶面００１に並行なヘテロ界面を持つ超格子、又はイ
ンジウム砒素・ガリウム砒素混晶層とインジウムリン層
などとからなる結晶面００１に並行なヘテロ界面を持つ
超格子は、巨視的にみると、点群￣４２ｍの対称性を持
つため、本発明の光導波路に用いることができる。
点群￣４３ｍ又は点群￣４２ｍに属する半導体から成
る。このようなバルクの半導体にはガリウム砒素、ガリ
ウムリン、アルミニウム砒素、アルミニウムリン、イン
ジウムリン、ガリウム砒素とアルミニウム砒素の混晶、
ガリウムリンとインジウムリンの混晶、インジウム、ガ
リウム、砒素とリンとからなる４元混晶半導体、テルル
化亜鉛、テルル化カドミウムなどがある。また、ガリウ
ム砒素層とアルミニウム砒素およびガリウム砒素混晶層
とからなる（００１）面に並行なヘテロ界面を持つ超格
子、又はインジウム砒素およびガリウム砒素混晶層とイ
ンジウム砒素およびアルミニウム砒素混晶層とからなる
結晶面００１に並行なヘテロ界面を持つ超格子、又はイ
ンジウム砒素・ガリウム砒素混晶層とインジウムリン層
などとからなる結晶面００１に並行なヘテロ界面を持つ
超格子は、巨視的にみると、点群￣４２ｍの対称性を持
つため、本発明の光導波路に用いることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】この光導波路での光の伝播方向は結晶の１
１０方向又は結晶の−１１０方向と並行である。この例
では、結晶の−１１０方向（Ｙ’軸方向）に光が伝播し
ている。変調用の外部電界は結晶の００１方向（四回回
反軸方向）に並行に印加される。
１０方向又は結晶の−１１０方向と並行である。この例
では、結晶の−１１０方向（Ｙ’軸方向）に光が伝播し
ている。変調用の外部電界は結晶の００１方向（四回回
反軸方向）に並行に印加される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２６】いま、外部電界Ｆｚが結晶の００１方向
（四回回反軸方向）に並行に印加されると、導波層を形
成する物質の屈折率楕円体は以下に示す式、数４から数
５へと変化し、ｚ軸に関して４５度回転した座標系
ｘ’、ｙ’、ｚを用いて、数６のように表される。
（四回回反軸方向）に並行に印加されると、導波層を形
成する物質の屈折率楕円体は以下に示す式、数４から数
５へと変化し、ｚ軸に関して４５度回転した座標系
ｘ’、ｙ’、ｚを用いて、数６のように表される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３４】ここで、ｎo、ｎeはそれぞれ導波層を形成
する物質の常光、異常光についての屈折率を現わす。し
たがって、導波路長をＬとすれば、結晶の−１１０方向
に伝播するＴＥ、ＴＭモードの光についての外部電界に
よる位相変化は、それぞれ次の式、数１０および数１１
で現わされる。
する物質の常光、異常光についての屈折率を現わす。し
たがって、導波路長をＬとすれば、結晶の−１１０方向
に伝播するＴＥ、ＴＭモードの光についての外部電界に
よる位相変化は、それぞれ次の式、数１０および数１１
で現わされる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】なお、結晶の１１０方向に伝播する場合に
は、ＴＥモードの位相変化は次の式、数１２で記述され
る。
は、ＴＥモードの位相変化は次の式、数１２で記述され
る。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５６】また、（２）の駆動電力については、以下
に述べるように、適当な構成にすることにより従来型と
比べて有利となる。実際、二本の導波路の二光束分割し
て干渉させる従来型の光変調器では、外部電界印加によ
る屈折率変化が前述の式、数１０（結晶の−１１０方向
に伝播するＴＥモードの場合)、数１１（結晶の−１１
０、結晶の１１０方向に伝播するＴＭモードの場合)、
数１２（結晶の１１０方向に伝播するＴＥモードの場
合)と記述される。
に述べるように、適当な構成にすることにより従来型と
比べて有利となる。実際、二本の導波路の二光束分割し
て干渉させる従来型の光変調器では、外部電界印加によ
る屈折率変化が前述の式、数１０（結晶の−１１０方向
に伝播するＴＥモードの場合)、数１１（結晶の−１１
０、結晶の１１０方向に伝播するＴＭモードの場合)、
数１２（結晶の１１０方向に伝播するＴＥモードの場
合)と記述される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５７】これに対して、本発明の変調器の外部電界
印加による屈折率変化は、前述の式、数１４（結晶の−
１１０方向に伝播する場合)、数１５（結晶の１１０方
向に伝播する場合)と記述される。
印加による屈折率変化は、前述の式、数１４（結晶の−
１１０方向に伝播する場合)、数１５（結晶の１１０方
向に伝播する場合)と記述される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５８】例えば、ガリウム砒素とアルミニウム砒素
およびガリウム砒素混晶の超格子からなる導波路では、
後述する実施例の測定データ（光導波路２０の電気光学
テンソルについて、その光波長依存性を測定した結果）
である図４に示す様に、波長０．８８μｍにおいて、成
分γ63＝３．０／１０11（ｃｍ／Ｖ）成分ｇ13＝１．２
／１０16（ｃｍ2／Ｖ2）、成分ｇ33＝−０．６／１０16
（ｃｍ2／Ｖ2）となる。このとき、前述の式、数１４で
記述される屈折率変化は、前述の式、数１０、数１１、
数１２で記述される屈折率変化のいずれよりも大きくな
る。すなわち、本発明の変調器では、より少ない印加電
界により同等の屈折率変化を生じせしめることが可能な
訳で、従来の光強度変調器と比べて有利となる。
およびガリウム砒素混晶の超格子からなる導波路では、
後述する実施例の測定データ（光導波路２０の電気光学
テンソルについて、その光波長依存性を測定した結果）
である図４に示す様に、波長０．８８μｍにおいて、成
分γ63＝３．０／１０11（ｃｍ／Ｖ）成分ｇ13＝１．２
／１０16（ｃｍ2／Ｖ2）、成分ｇ33＝−０．６／１０16
（ｃｍ2／Ｖ2）となる。このとき、前述の式、数１４で
記述される屈折率変化は、前述の式、数１０、数１１、
数１２で記述される屈折率変化のいずれよりも大きくな
る。すなわち、本発明の変調器では、より少ない印加電
界により同等の屈折率変化を生じせしめることが可能な
訳で、従来の光強度変調器と比べて有利となる。
Claims (6)
- 【請求項１】点群￣４３ｍ（４バー３エム）又は点群￣
４２ｍ（４バー２エム）に属する半導体で形成され、か
つ光の伝播方向が結晶面１１０又は結晶面−１１０方向
と並行であるようなＴＭ00及びＴＥ00の二つの導波モー
ドを持つチャンネル型光導波路を備え、該光導波路の外
部から結晶面００１方向に並行に電界を印加して光導波
路における屈折率変化の大きさを両モードについて異な
るようにしたことを特徴とする光強度変調素子。 - 【請求項２】前記光導波路が、ガリウム砒素層とアルミ
ニウム砒素およびガリウム砒素混晶層とからなる結晶面
００１に並行なヘテロ界面を持つ超格子、インジウム砒
素およびガリウム砒素混晶層とインジウム砒素およびア
ルミニウム砒素混晶層とからなる結晶面００１に並行な
ヘテロ界面を持つ超格子、又はインジウム砒素およびガ
リウム砒素混晶層とインジウムおよびリン層とからなる
結晶面００１に並行なヘテロ界面を持つ超格子のいずれ
か一つで構成されることを特徴とする請求項１記載の光
強度変調素子。 - 【請求項３】前記超格子からなるチャンネル層がｐ型半
導体からなるクラッド層とｎ型半導体からなるクラッド
層とで挾み込まれたｐｉｎ構造を有し、外部印加される
電界がヘテロ界面と垂直であることを特徴とする請求項
２記載の光強度変調素子。 - 【請求項４】請求項１、２、又は３のいずれかの光強度
変調素子の光導波路、この光導波路の光入射側に置かれ
た１／４波長板、とこの光導波路の光出射側に置かれた
１／４波長板と直線偏光子よりなる二色性円偏光板とか
ら構成され、光導波路の屈折率変化のために電界を印加
する手段を備えることを特徴とする光強度変調器。 - 【請求項５】ＴＭ00及びＴＥ00の二つの導波モードを持
つチャンネル型光導波路で、導波路長を制御すること
で、二つの導波モードを通過した後の光が所定の位相差
を持つような光導波路。 - 【請求項６】入射側の１／４波長板と光導波路および出
射側の二色性円偏光板を構成する１／４波長板とを同一
基板上に構成することにより一体化した光強度変調素子
であって、前記１／４波長板が請求項５記載の光導波路
により形成されたことを特徴とする高速光強度変調素
子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4167227A JPH0611670A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 光強度変調素子および光強度変調器 |
| US08/082,220 US5351320A (en) | 1992-06-25 | 1993-06-24 | Optical modulator depressing optical feedback and optical modulating element and channel optical waveguide used therefore |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4167227A JPH0611670A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 光強度変調素子および光強度変調器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0611670A true JPH0611670A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=15845810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4167227A Pending JPH0611670A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 光強度変調素子および光強度変調器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5351320A (ja) |
| JP (1) | JPH0611670A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008511621A (ja) * | 2004-09-03 | 2008-04-17 | ユーハン・コーポレイション | ピロロ［２，３−ｃ］ピリジン誘導体及びその製造方法 |
| JP2010113084A (ja) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光信号処理装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5838869A (en) * | 1995-02-07 | 1998-11-17 | Ldt Gmbh & Co. Laser-Display-Technologie Kg | Strip waveguide and uses thereof |
| US5701372A (en) * | 1996-10-22 | 1997-12-23 | Texas Instruments Incorporated | Hybrid architecture for integrated optic switchable time delay lines and method of fabricating same |
| WO2006110206A1 (en) * | 2005-04-11 | 2006-10-19 | Medtronic, Inc. | Shifting between electrode combinations in electrical stimulation device |
| US7519431B2 (en) * | 2005-04-11 | 2009-04-14 | Medtronic, Inc. | Shifting between electrode combinations in electrical stimulation device |
| RU2461921C1 (ru) * | 2011-03-10 | 2012-09-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" (г.Санкт-Петербург) Министерства обороны Российской Федерации | Интегрально-оптический пространственный разделитель поляризации на основе асимметричного y-разветвителя |
| RU2644624C2 (ru) * | 2016-05-04 | 2018-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | Способ пространственного разделения оптических мод ортогональных поляризаций в планарной волноводной структуре |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4869569A (en) * | 1988-04-25 | 1989-09-26 | Bell Communications Research, Inc. | Polarizing optical waveguides |
| US4943133A (en) * | 1988-08-08 | 1990-07-24 | Bell Communications Research, Inc. | Low loss semiconductor optical phase modulator |
| US5048907A (en) * | 1990-02-23 | 1991-09-17 | Amoco Corporation | Electric field induced quantum well waveguides |
| US5090790A (en) * | 1990-06-29 | 1992-02-25 | At&T Bell Laboratories | Polarization-independent semiconductor waveguide |
-
1992
- 1992-06-25 JP JP4167227A patent/JPH0611670A/ja active Pending
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1993
- 1993-06-24 US US08/082,220 patent/US5351320A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008511621A (ja) * | 2004-09-03 | 2008-04-17 | ユーハン・コーポレイション | ピロロ［２，３−ｃ］ピリジン誘導体及びその製造方法 |
| JP2010113084A (ja) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光信号処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5351320A (en) | 1994-09-27 |
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