JPH08184719A

JPH08184719A - 波長選択検出器およびこれを用いた光通信システム

Info

Publication number: JPH08184719A
Application number: JP7015538A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sakata; 肇坂田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-01-04
Filing date: 1995-01-04
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】高量子効率で、波長選択比の高い波長選択光検
出器およびこれを用いた光通信システムである。【構成】波長選択光検出器は、グレーティング１３を介
してモード間結合を行なう２つの導波路１１、１２から
なる波長選択領域と、グレーティングを含まない２つの
導波路１１、１２と光検出層１４からなる光検出領域と
を有する。光検出領域の中で、２つの導波路１１、１２
のうち光検出層１４と隣接した方の導波路１２と光検出
層１４との間に、導波路１２の層と光検出層１４のいず
れよりも屈折率の低い間隙層１５が挿入されている。こ
の構成により、波長選択領域で選択された波長の光は光
検出層１４で効率よく吸収され、且つ非選択波長の光は
殆ど吸収されない。よって、高量子効率で、波長選択比
の高い波長選択光検出器を単一の素子でコンパクトに実
現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分波検出を行なうため
の波長選択光検出器および波長分割多重などを基本とす
る光通信システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信において、広い波長の帯
域を有効に利用し、伝送容量の飛躍的拡大が期待できる
方式として、波長分割多重システム（以下、ＷＤＭシス
テム）の開発が盛んに行なわれている。このようなＷＤ
Ｍシステムにおいて、任意の波長信号光を空間的に分離
後、電気信号として検出し、且つ広い範囲に亙って、そ
の波長を同調可能な波長選択光検出器は重要な役割を担
っている。そして、その高性能化が期待されている。現
在、波長選択光検出器として有望視されているのもとし
て、特開平２−２３９２０９号明細書に提案されている
様に、グレーティング補償型分波カップラに光検出機能
部を集積化した素子がある。

【０００３】

【発明が解決しようとしてる課題】上記公知例では、分
波カップラ上に直接光検出層を形成する為、量子効率が
高く小型になる反面、システムによっては、選択しない
波長の信号光からのクロストークが無視できない状況に
陥り、伝送特性を劣化させることもあった。

【０００４】よって、本発明の目的は、高量子効率で、
波長選択比の高い波長選択光検出器およびこれを用いた
光通信システムを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、結合補
償手段（典型的にはグレーティング）を介してモード間
結合を行なう２つの導波路からなる波長選択領域と、結
合補償手段を含まない２つの導波路と光検出層からなる
光検出領域とを有する波長選択光検出器において、該光
検出領域の中で、該２つの導波路のうち該光検出層と隣
接した方の導波路と該光検出層との間に、該導波路の層
と該光検出層のいずれよりも屈折率の低い間隙層が挿入
されている。この構成により、波長選択領域で選択され
た波長の光は光検出層で効率よく吸収され、且つ非選択
波長の光は殆ど吸収されないことになり、高量子効率
で、波長選択比の高い波長選択光検出器を単一の素子で
コンパクトに実現することができる。

【０００６】

【第１実施例】図１〜図５は本発明の第１の実施例を説
明する図である。図１は本発明による波長選択光検出器
の基本構造の一例を示すものである。第１実施例を詳し
く説明する前に、図１〜図５を用いて本発明の原理を説
明する。図１中、１１は光が入力され伝送される第１導
波路であり、１２は選択された波長の光を分岐する為の
第２導波路である。結合補償手段であるグレーティング
１３は、上記２層導波路１１、１２に存在する２つの導
波モードが相互に順方向性結合する様に形成されてい
る。グレーティング１３の存在により、第１導波路１１
と第２導波路１２が方向性結合器を形作っている。本例
では、図１に示す様に、第１導波路１１を伝搬する導波
モード１がグレーティング１３により波長選択領域で順
方向性結合を受け、第２導波路１２を伝搬する導波モー
ド２へ変換される。変換されたモード２の光は、逆電圧
が印加された光検出領域の第２導波路１２上に形成され
た光検出層１４で吸収される。光検出層１４で吸収され
た光は、光電流として検出される。

【０００７】また、同調波長は波長選択領域に注入する
電流により制御する。グレーティング１３の周期は１０
−２０μｍ程度である。検出される波長の半値幅は、１
ｎｍから１０ｎｍ以上と幅広く設計可能である。一方、
非選択の光はグレーティング１３によるモード変換を受
けず、第１導波路１３を通過、伝搬する。このとき、導
波モード１と導波モード２との間で、光検出領域を伝搬
するときの光検出層１４での量子効率に大きな差がない
と、波長チャネル間のクロストークが生じる。

【０００８】そこで、本発明では、図１中１５で示す間
隙層を挿入することにより、２つの導波モード間の量子
効率比を向上させている。これについて詳しく説明す
る。

【０００９】図２（ａ）は、波長選択領域における２つ
のモード（ここでは、偶（或は０次）モードと奇（或は
１次）モードと呼ぶ）の分布を表わしている。図２
（ａ）において、実際にはグレーティングは偶モードと
奇モードが重なる部分を持つ箇所に形成されているが、
ここでは象徴的に２つの導波路の間に形成されている様
に描かれている。図２（ｂ）は、光検出領域における導
波モードを表わしている。この例では、光検出領域にお
いて、０次、１次、２次の３つのモードが成立してい
る。第１導波路１１（図２（ａ）、（ｂ）の左側の導波
路）から入力された光は偶モードとなり、グレーティン
グによる変換後は奇モードとなる。奇モードの光は、光
検出領域において、主に０次および２次モードと強く結
合し、２つのモードが光検出層に分布を有する為、強く
吸収される。すなわち、量子効率ないし吸収効率（ｍＡ
／ｍＷ）が高くなる。これに対して、偶モードの光は、
光検出領域において１次モード光となる。本発明によれ
ば、光検出層と第２導波路（図２（ａ）、（ｂ）の右側
の導波路）との間にその両方よりも低屈折率の間隙層を
設けることにより全反射を起こし、偶モード（もしく
は、光検出領域の１次モード）の光は光検出層に及ばな
くなり、この偶モード光の量子効率を抑圧できる。図３
は、間隙層の屈折率をクラッド層と同様としたときの、
偶モード光が間隙層を透過して光検出層に達する割合を
示している。間隙層が厚くなるにしたがってエバネッセ
ント波による透過光量が減衰している。間隙層厚０．７
μｍで透過率はほぼ０となっている。

【００１０】図４、図５は、本発明による間隙層の効果
を示している。図４では、間隙層の厚さを変化させた時
の奇モード（選択波長に相当）と偶モード（非選択波長
に相当）に対する量子効率を表わしている。偶モード
は、間隙層を厚くするに従って、量子効率が低下する。
厚さ０．７μｍにおいて、量子効率は、２０ｄＢ以上、
下がる。この傾向は、図３の結果から予想される通りで
ある。奇モードに関しては量子効率が１ｄＢ向上する。
図５は、奇モードと偶モードの量子効率の比である。こ
の例では、０．７−０．８μｍ厚さの間隙層の挿入の効
果で、何もないときと比較して、モード選択比において
は２５ｄＢの向上が図れる様子が分かる。

【００１１】以下、第１実施例を詳しく説明する。本実
施例の製作工程の説明を行なう。素子は、ＩｎＰクラッ
ド基板１６上にグレーティング１３をエッチングする。
グレーティング１３は、まず、レジストを用いたフォト
マスクでパターンを書き込んだあと、反応性イオンビー
ムエッチングによりエッチングする。グレーティング波
長選択領域の長さは１９００μｍ、光検出領域の長さは
１００μｍである。続いて、ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギ
ャップに相当する波長λｇ＝１．３３μｍ）からなる第
１導波路１１を０．５μｍの厚さに、ＩｎＰ中間クラッ
ド層１７を１．５μｍの厚さに、ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ
＝１．１１μｍ）からなる第２導波路１２を０．２μｍ
の厚さに、ＩｎＰ間隙層１５を０．７μｍの厚さに、Ｉ
ｎＧａＡｓ光検出層１４を０．５μｍの厚さに成長す
る。光検出層１４と間隙層１５は、光検出領域を除いて
エッチングされた後、ＩｎＰクラッド層１８、ＩｎＧａ
ＡｓＰキャップ層１９を再成長する。この際、第２導波
路１２は、入力端を除去して、入力光が第１導波路１１
に選択的に結合する様になっている。キャップ層１９上
部にはＡｕＺｎ／Ａｕ電極２０を、基板１６裏面にはＡ
ｕＧｅＮｉ／Ａｕ電極２１を製膜し、光検出領域と波長
選択領域を分離するエッチングを施す。また、端面には
反射防止膜２３が形成される。

【００１２】波長可変レーザからの光を第１導波路１１
に入力し、光検出領域での光電流の波長特性および第１
導波路１１からの出射光強度の波長特性を測定した。検
出された波長の半値幅は約２ｎｍであった。選択しない
波長からの検出電流は充分小さく、波長間のクロストー
クは無視できるレベルである。波長選択領域への注入電
流Ｉを制御することにより、グレーティング順方向性結
合により２導波路１１、１２間で移行される光の波長が
変化し、その結果、検出電流のピーク波長の同調が行な
われる。第１導波路１１の出射光の応答スペクトルない
し波長特性は、検出される波長のみが欠落したノッチフ
ィルタ特性となる。すべての波長を選択しない場合は、
グレーティング結合される波長を、伝送波長範囲から外
すことにより、すべての波長光を第１導波路１１を透過
して出力させる。なお、本発明においては、グレーティ
ング１３の層位置は２つのモードが相互作用を起こす範
囲であればどこでもよく、例えば、第１導波路の上部、
第２導波路の下部などでも良い。しかし、第１導波路１
１を入力導波路として用いる本実施例では、図２（ａ）
から分かる様に、２つのモードが相互作用を起こす箇所
としては図１の位置が最も良い。

【００１３】

【第２実施例】図６を用いて第２実施例の説明をする。
図１と同機能部には同符号が付してある。第１実施例と
異なる点は、波長選択を逆方向性結合（反射結合）にし
た点である。グレーティング１３は、２層導波路１１、
１２に存在する２つの導波モードが相互に逆方向性結合
する様に形成されている。グレーティング波長選択領域
の長さは５００μｍ、光検出領域長は１００μｍであ
る。波長多重化された光信号は、第１導波路１１から入
力され、光検出領域においては光検出層１４で吸収され
ずに波長選択領域へ進む。選択される波長の光信号のみ
が、波長選択領域のグレーティング１３で逆方向モード
変換され、第２導波路１２を入射端方向に進み、光検出
層１４で吸収される。第２導波路１２、間隙層１５、光
検出層１４の入射端は、入射光が直接進入しないようエ
ッチングされ、さらに遮光膜５１が塗布加工されてい
る。そして、第１導波路１１の入射端、出射端は反射防
止コーティングがなされている。検出される波長の半値
幅は、第１実施例の順方向性結合構造と比べて狭く、１
ｎｍを少し切る程度である。その他の点は第１実施例と
同じである。

【００１４】

【第３実施例】図７を用いて本発明による第３の実施例
の説明をする。図１と同機能部には同符号が付してあ
る。前記実施例と異なる点は、波長選択を逆方向性結合
で且つ共振器構造にして行う点である。したがって、グ
レーティング周期は第２実施例と同様である。第２導波
路１２は、両端を除去して、入力光が第１導波路１１に
選択的に結合するようになっている。本実施例では、図
７に示すように第１導波路１１を伝搬する導波モード１
がグレーティング１３により波長選択領域２で逆方向性
結合を受け、第２導波路１２を伝搬する導波モード２へ
変換される。変換されたモード２の光は、光検出領域の
第２導波路１２上に間隙層１５を介して形成された光検
出層１４で吸収される。そして、再び、波長選択領域１
においてグレーティング１３による逆方向性結合を受け
て、導波モード１へ変換され、入力光と同方向の光とな
る。以上の様に、選択波長の光は、グレーティング１３
を介して２つの導波路１１、１２間を共振しつつ、光検
出層１４で吸収を受ける。光検出層１４で吸収された光
は、光電流として検出される。また、同調波長は波長選
択領域１、２に注入する電流Ｉ₁、Ｉ₂により制御する。

【００１５】共振器構造のため、検出される波長の半値
幅は、１回の逆方向性結合からなる第２実施例より狭
く、０．０３ｎｍ程度となる。波長選択領域１、２への
注入電流Ｉ₁、Ｉ₂を制御することにより、グレーティン
グ逆方向性結合により２導波路１１、１２間で共振され
る波長が変化し、その結果、検出電流のピーク波長の同
調が行なわれる。

【００１６】

【第４実施例】図８は、本発明の波長選択光検出器をバ
ス型の通信網に使用する例である。図中、７１は光ファ
イバからなるバス、７２、７３は光リピータ、７４〜７
７は光ノード、７８、７９、７０１、７０２は端末であ
る。光ノード７４〜７７には、本発明による波長選択光
検出器が含まれている。また、光ノード７４〜７７にレ
ーザ等のＥ／Ｏ変換部を含めてもよい。光リピータ７
２、７３は伝送損失、分岐損失を補償するために設けら
れている。伝送線路を通ってくる信号／データのうち、
所望の波長チャネルに光ノード７４〜７７内の波長選択
光検出器を同調することにより、該所望の光のみを分岐
させて端末７８、７９、７０１、７０２への電気信号と
する。本実施例では、波長チャンネル間のクロストーク
による伝送特性劣化は認められなかった。

【００１７】

【第５実施例】図９は、本発明の波長選択光検出器をル
ープ状ネットワークに使用する例である。図中、８１は
光伝送路、８２〜８７は光ノード、８８、８９はループ
との伝送を行なうための光ノードである。８０１〜８０
６は端末である。光ノード８２〜８７には、本発明によ
る波長選択光検出器が含まれている。光ノード８２〜８
７または端末８０１〜８０６にはＥ／Ｏ変換部が含まれ
ている。端末８０１〜８０６からの波長信号の受信にお
ける波長選択光検出器の役割は、第４実施例と同様であ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、グ
レーティングなどの結合補償手段を介してモード間結合
を行なう２つの導波路からなる波長選択領域と、グレー
ティングなどの結合補償手段を含まない２つの導波路と
光検出層からなる光検出領域とからなる波長選択光検出
器において、光検出領域の中で、２つの導波路のうち該
光検出層と隣接した方の導波路と光検出層との間に、該
導波路層と該光検出層のいずれよりも屈折率の低い間隙
層が挿入されていることにより、波長チャネル間クロス
トークを充分抑圧できる。よって、伝送特性に優れた光
通信システムに対応可能な波長選択光検出器を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による波長選択光検出器を説明する断面
図である。

【図２】本発明の原理を図１の波長選択光検出器を用い
て説明する図である。

【図３】本発明の原理を図１の波長選択光検出器を用い
て説明するグラフ図である。

【図４】本発明の原理を図１の波長選択光検出器を用い
て説明するグラフ図である。

【図５】本発明の原理を図１の波長選択光検出器を用い
て説明するグラフ図である。

【図６】本発明による波長選択光検出器の第２実施例を
説明する断面図である。

【図７】本発明による波長選択光検出器の第３実施例を
説明する断面図である。

【図８】本発明による波長選択光検出器を使用したバス
型の光通信システムの例を示す図である。

【図９】本発明による波長選択光検出器を使用したルー
プ型の光通信システムの例を示す図である。

【符号の説明】

１１第１導波路１２第２導波路１３グレーティング１４光検出層１５間隙層１６クラッド基板１７、１８クラッド層、１９キャップ層２０、２１電極２３反射防止膜５１遮光膜７１、８１光伝送路７４〜７７、８２〜８９光ノード７８、７９、７０１、７０２、８０１〜８０６端末７２、７３光リピータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｊ 14/00 14/02 // Ｈ０１Ｌ 31/10 Ｈ０４Ｂ 9/00 ＥＨ０１Ｌ 31/10 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結合補償手段を介してモード間結合を行な
う２つの導波路からなる波長選択領域と、結合補償手段
を含まない２つの導波路と光検出層からなる光検出領域
とを有する波長選択検出器において、該光検出領域の中
で、該２つの導波路のうち該光検出層と隣接した方の導
波路と該光検出層との間に、該導波路層と該光検出層の
いずれよりも屈折率の低い間隙層が挿入されていること
を特徴とする波長選択光検出器。
【請求項２】前記結合補償手段はグレーテイングである
ことを特徴とする請求項１記載の波長選択光検出器。
【請求項３】前記波長選択領域におけるグレ−テイング
によるモード間結合は順方向性結合であることを特徴と
する請求項２記載の波長選択光検出器。
【請求項４】前記波長選択領域におけるグレーテングに
よるモード間結合は逆方向性結合であることを特徴とす
る請求項２記載の波長選択光検出器。
【請求項５】前記波長選択領域におけるグレーテイング
によるモード間結合は逆方向性結合であり、且つモード
間結合は共振器構造となっていることを特徴とする請求
項２記載の波長選択光検出器。
【請求項６】前記波長選択領域におけるグレーテイング
は２つのモードが相互作用を起こす位置に形成されてい
ることを特徴とする請求項２記載の波長選択光検出器。
【請求項７】前記波長選択領域におけるグレーテイング
は入力用の導波路の基板側に形成されていることを特徴
とする請求項６記載の波長選択光検出器。
【請求項８】同調波長が制御される様に前記波長選択領
域に電流が注入されるように構成されていることを特徴
とする請求項１記載の波長選択光検出器。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載の波長選
択光検出器を複数個備え、該波長選択光検出器を含む光
送受信装置間を光ファイバ伝送路で接続したことを特徴
とする光通信システム。