(57)【要約】【課題】十分な光強度消光比を有しながら、アイソレーションに優れ、かつサイズの小さい光信号装置を提供する。【解決手段】第一の光に対する入出力部を有し、入力された第一の光を伝搬させる第一の導波路と、変調された第二の光を入力する入力部を有し、入力された第二の光を伝搬させる第二の導波路と、第一の導波路を伝搬している第一の光を増幅するための利得部と、前記第二の導波路を伝搬している前記第二の光を前記第一の導波路へ誘導するための光誘導機構を備えていることを特徴とする光信号装置。前記利得部の代わりに、第一の光を吸収するための吸収部を備えているものであっても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の光に対する入出力部を有し、入力された第一の光を伝搬させる第一の導波路と、変調された第二の光を入力する入力部を有し、入力された第二の光を伝搬させる第二の導波路と、第一の導波路を伝搬している第一の光を増幅するための利得部と、前記第二の導波路を伝搬している前記第二の光を前記第一の導波路へ誘導するための光誘導機構を備えていることを特徴とする光信号装置。
【請求項２】
第一の光に対する入出力部を有し、入力された第一の光を伝搬させる第一の導波路と、変調された第二の光を入力する入力部を有し、入力された第二の光を伝搬させる第二の導波路と、第一の導波路を伝搬している第一の光を吸収するための吸収部と、前記第二の導波路を伝搬している前記第二の光を前記第一の導波路へ誘導するための光誘導機構を備えていることを特徴とする光信号装置。
【請求項３】
第一の光に対する入出力部を有し、入力された第一の光を伝搬させる第一の導波路と、変調された第二の光を入力する入力部を有し、入力された第二の光を伝搬させる第二の導波路と、第一の導波路を伝搬している第一の光を増幅するための利得部と、第一の導波路を伝搬している第一の光を吸収するための吸収部と、前記第二の導波路を伝搬している前記第二の光を前記第一の導波路へ誘導するための光誘導機構を備えており、前記吸収部と前記利得部とは直列に配置されていることを特徴とする光信号装置。
【請求項４】
前記光誘導機構は、前記第二の光の位相を、前記第一の光の位相に合致させる作用を持つことを特徴とする、請求項１〜３に記載の光信号装置。
【請求項５】
前記第二の導波路は、前記第一の導波路に並列に配置される部分を有し、前記第一の導波路と前記第二の導波路の間隔は、前記各導波路内を伝搬している光同士が互いに干渉を起こさない間隔であることを特徴とする、請求項１〜４に記載の光信号装置。
【請求項６】
第一の導波路の長手方向全体に亘って、第一の光と、前記光誘導機構により誘導された第二の光との交差が起こることを特徴とする、請求項１〜５に記載の光信号装置。
【請求項７】
前記第二の導波路は、前記第二の光を増幅するための利得部を有することを特徴とする、請求項１〜６に記載の光信号装置。
【請求項８】
前記光誘導機構は、第二の導波路におけるコアからクラッドへの光屈折を利用したものであることを特徴とする、請求項１〜７に記載の光信号装置。
【請求項９】
前記光誘導機構は、第二の導波路中に所定の角度を持って周期的に形成され、所定の反射率を持つ複数の反射鏡から成ることを特徴とする、請求項１〜８に記載の光信号装置。
【請求項１０】
第一の光および第二の光は、一つの入力部と二つの出力部を持つ光分割手段から出力された光であることを特徴とする、請求項１〜９に記載の光信号装置。
【請求項１１】
前記第一の導波路は、光干渉計の一部を構成することを特徴とする、請求項１〜１０に記載の光信号装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１に記載の光信号装置を用いた光反転増幅装置。
【請求項１３】
請求項１〜１１に記載の光信号装置を用いた光増幅装置。
【請求項１４】
請求項１〜１１に記載の光信号装置を用いた波長変換装置。
【請求項１５】
請求項１〜１１に記載の光信号装置を用いた光信号再生装置。
【請求項１６】
請求項１〜１１に記載の光信号装置を用いたインコヒーレント／コヒーレント変換装置。
【請求項１７】
請求項１〜１１に記載の光信号装置を用いた光デジタル演算装置。
【請求項１８】
請求項１〜１１に記載の光信号変換装置を用いた双安定装置。
【請求項１９】
請求項１〜１１に記載の光信号装置を用いたチャープ調整装置。
【請求項２０】
請求項１〜１１に記載の光信号変換装置を用いたリシェイピング装置。
【請求項２１】
請求項１〜１１に記載の光信号変換装置を用いたリタイミング装置。
【請求項２２】
請求項１〜１１に記載の光信号変換装置を用いた位相変調装置。
【請求項２３】
請求項１〜１１に記載の光信号変換装置を用いた光スイッチ。
【請求項２４】
請求項１〜１１に記載の光信号変換装置を用いた光強度変調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信技術もしくは光回路技術において用いられ、入力光信号から出力光信号を生成する光信号装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光を用いたデータ伝送の高速・大容量化およびシステムの小型化等の要請に伴い、光−電気変換を経ることなく入力光信号から出力光信号を得る（以下、光−光変換と称する）技術の重要性が高まっている。
【０００３】
光−光変換を行う方法として、半導体光増幅器を利用する方法がある。変調されている入力光Ｐの信号を別の光Ｑに移し変えて出力光とする場合を考える。光ＰとＱとを同じ半導体光増幅器に供給すると、光Ｐの強度に応じて半導体光増幅器の利得が変調されることになる。これは半導体光増幅器の利得飽和特性に基づくものである。したがって出力される光Ｑの信号は、光Ｐの信号の位相が反転したものとなる。
【０００４】
上記の仕組みを利用したものとして、ＸＧＭ（Ｃｒｏｓｓ  Ｇａｉｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）型波長変換器がある。これは上記の仕組みを利用して波長λ１の入力光信号を波長λ２の反転出力信号に変換する波長変換器であり、その概念図を図９に示す。
【０００５】
ＸＧＭの応用として、特許文献１に示されるように、従来のＸＧＭと比較して光強度消光比を大きくできる特徴を有する波長変換器が提案されている。この波長変換器は、半導体光増幅器に供給される光Ｐおよび光Ｑが互いにエバネッセント光による結合を可能とするように導波路を配置し、かつ導波路パラメータが特定の関係を満たすように設定したものである。半導体光増幅器においてキャリアの量に応じて活性層の屈折率が変化する性質に基づき、導波路間の結合度が光Ｐの信号強度に応じて変調されるため、出力される光信号の消光比を大きくできる特徴がある。
【０００６】
ＸＧＭやそれを応用した波長変換方法においては、信号として入力される光（以下，制御光と称する）と，制御光の信号情報を付与されて出力される別の光（以下，被制御光と称する）とを同一方向に伝送させながら信号変換を行う。
【０００７】
これに対し、図１０のように被制御光と異なる方向に伝送する制御光を用いて信号変換を行うことも可能である。図１０において、１は被制御光導波路、２は制御光導波路を示す。また、Ｐは被制御光、Ｑは制御光を示す。このような例として、特許文献２に光入力型の半導体レーザが示されている。これは、被制御光となるレーザの活性領域に、制御光を該レーザの導波方向と異なる向きからテーパ形状の導波路により入射させるものである。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１０１５１８号公報
【特許文献２】特開平０５−３３５６９１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＸＧＭやそれを利用した従来の方法のように、制御光と被制御光を並列に伝送しながら信号変換を行う方法においては、制御光と被制御光との十分な相互作用により良好な消光比を得るために、両者は非常に接近して伝送される。したがって、信号変換後の光出力に制御光が混入することを避けらない、すなわち制御光と被制御光のアイソレーションが不十分であるという問題があった。そのため、図９に示されるように別途アイソレータと呼ばれる光分離機構を用意する必要があった。
【００１０】
一方、被制御光と異なる方向に伝送する制御光を用いて信号変換を行う方法では、制御光導波路の長手方向と被制御光導波路の長手方向とは例えば垂直に交差させて配置される。そのため、装置全体のサイズが大きくなり、素子の集積を必須とする光回路技術において特に不利となる。
【００１１】
本発明の目的は、十分な光強度消光比を有しながら、アイソレーションに優れ、かつサイズの小さい光信号装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明は、第一の光に対する入出力部を有し、入力された第一の光を伝搬させる第一の導波路と、変調された第二の光を入力する入力部を有し、入力された第二の光を伝搬させる第二の導波路と、第一の導波路を伝搬している第一の光を増幅するための利得部と、前記第二の導波路を伝搬している前記第二の光を前記第一の導波路へ誘導するための光誘導機構を備えていることを特徴とする光信号装置である。前記利得部は、たとえば適切なバンドギャップを持った半導体活性層で構成され、活性層へのバイアス電流注入により生じるキャリアと入射光とのコヒーレントな相互作用により光増幅作用を発生させるものである。前記バンドギャップの値は、第一の光の波長に対して利得が得られるような値である。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、第一の光に対する入出力部を有し、入力された第一の光を伝搬させる第一の導波路と、変調された第二の光を入力する入力部を有し、入力された第二の光を伝搬させる第二の導波路と、第一の導波路を伝搬している第一の光を吸収するための吸収部と、前記第二の導波路を伝搬している前記第二の光を前記第一の導波路へ誘導するための光誘導機構を備えていることを特徴とする光信号装置である。前記吸収部は、たとえば適切なバンドギャップを持った半導体層で構成されるものである。前記バンドギャップの値は、第一の光の波長に対して吸収が起こるような値である。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、第一の光に対する入出力部を有し、入力された第一の光を伝搬させる第一の導波路と、変調された第二の光を入力する入力部を有し、入力された第二の光を伝搬させる第二の導波路と、第一の導波路を伝搬している第一の光を増幅するための利得部と、第一の導波路を伝搬している第一の光を吸収するための吸収部と、前記第二の導波路を伝搬している前記第二の光を前記第一の導波路へ誘導するための光誘導機構を備えており、前記吸収部と前記利得部とは直列に配置されていることを特徴とする光信号装置である。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に記載の光信号装置であって、前記光誘導機構は、前記第二の光の位相を、前記第一の光の位相に合致させる作用を持つことを特徴とするものである。前記作用により、図１０に示すような従来技術では不可能であった、被制御光と制御光の位相の一致を得ることができ、信号歪を抑制する効果がある。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に記載の光信号装置であって、前記第二の導波路は、前記第一の導波路に並列に配置される部分を有し、前記第一の導波路と前記第二の導波路の間隔は、前記各導波路内を伝搬している光同士が互いに干渉を起こさない間隔であることを特徴とするものである。前記干渉とは、たとえば近接したコア間のモード結合、エバネッセント光による作用などを指す。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５に記載の光信号装置であって、第一の導波路の長手方向全体に亘って、第一の光と、前記光誘導機構により誘導された第二の光との交差が起こることを特徴とするものである。前記光誘導機構は、第二の導波路中もしくは第一の導波路と第二の導波路の間に設けられるものであり、第二の光が第二の導波路を進むにしたがって少しずつ第一の導波路に送り込まれるように作用する。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６に記載の光信号装置であって、前記第二の導波路は、前記第二の光を増幅するための利得部を有することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７に記載の光信号装置であって、前記光誘導機構は、第二の導波路におけるコアからクラッドへの光屈折を利用したものであることを特徴とするものである。たとえば、第二の光が適切な入射角をもって第二の導波路に入射するように、第二の光の入力部を形成することにより実現される。前記適切な入射角とは、第二の光の波長に対して、第二の導波路におけるコア／クラッド界面での全反射が起こらないような入射角であり、結果として第二の光が、第二の導波路中で一部をクラッド側へ屈折させ、残りをコア内に反射させることを繰り返しながら伝搬できるような入射角である。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８に記載の光信号装置であって、前記光誘導機構は、第一の導波路中に所定の角度を持って周期的に形成され、所定の反射率を持つ複数の反射鏡から成ることを特徴とするものである。前記所定の角度とは、該反射鏡により反射された第二の光が第一の導波路と交差することのできるような角度とする。また、所定の反射率とは、第二の光が第二の導波路を進みながら、該反射鏡で少しずつ反射され、結果として第一の導波路の長手方向全体に亘って第一の光との交差が起こるような反射率とする。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９に記載の光信号装置であって、第一の光および第二の光は、一つの入力部と二つの出力部を持つ光分割手段から出力された光であることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０に記載の光信号装置であって、前記第一の導波路は、光干渉計の一部を構成することを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１２〜２４に記載したように、本発明の光信号装置を利用して、光信号変換装置、光デジタル演算装置、双安定装置、光信号調整装置などを構成することができる。前記光信号変換装置の例として、光反転増幅装置、光増幅装置、波長変換装置、光信号再生装置、コヒーレント／インコヒーレント変換装置などが挙げられる。光デジタル演算装置については、論理回路を構成することによって光コンピュータに応用することもできる。また、光信号調整装置の例としては、チャープ調整装置、リシェイピング装置、リタイミング装置、位相変調装置、光スイッチ、強度変調装置などが挙げられる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光信号装置について具体的実施形態を挙げながら説明する。図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の光信号装置の概念を表す正面側および上面側から見た断面図である。本装置は、第一の光Ｐを伝搬させる第一の導波路１、第二の光Ｑを伝搬させる第二の導波路２、および第一の導波路を伝搬している第一の光Ｐを増幅するための利得部３を備えている。利得部３は、第一の導波路に沿って、或いは第一の導波路の内部に位置している。更に、第二の導波路２を伝搬している第二の光Ｑを第一の導波路１へ誘導するための光誘導機構５を備えている。光誘導機構５は、図１においては第一の導波路と第二の導波路の間に設けられているが、第二の導波路中に設けられているものであっても良い。
また、第一の導波路と第二の導波路の間隔は、各導波路内を伝搬している光同士が、コア間のモード結合やエバネッセント光による相互作用を起こすことのない間隔を持って配置されている。
【００２５】
なお、第二の光とは前記光信号装置に入力させるべき信号により変調されている光を指し、以後、制御光と称する。一方第一の光とは、本装置により前記信号の情報を与えられて出力される光を指し、以後、被制御光と称する。また、以後、第一の導波路を被制御光導波路、第二の導波路を制御光導波路とそれぞれ称する。
なお、制御光と被制御光とは、互いに異なる光源から出射されたものでなくても良い。たとえば、一つの光源からの出射光を光分割手段により分割し、一方を制御光、他方を被制御光として、本発明の光信号装置に入力させても良い。
【００２６】
本発明の光信号装置は、半導体基板上に積層された複数の半導体層を主な構成要素として構成されうるが、もちろんこれに限るものではない。
【００２７】
基本的な動作原理を以下に述べる。被制御光Ｐおよび制御光Ｑをそれぞれ被制御光導波路１および制御光導波路２に入射させる。被制御光は、伝搬中に利得部３により増幅を受けて出力される。一方、前記光誘導機構５の働きにより、制御光Ｑが被制御光導波路１へ誘導され、被制御光導波路１の長手方向全体において被制御光Ｐと誘導された制御光Ｑとの交差が起こる。これに伴い、利得部３において被制御光Ｐが増幅される際の増幅率が、制御光Ｑの信号によって変調されることになる。すなわち、制御光Ｑの信号レベルが高いときに増幅率が下がり、制御光の信号レベルが低いときに増幅率が上がる。その結果、被制御光Ｐは強度を変調され、制御光Ｑの持つ信号が反転されて被制御光Ｐの出力部から出力される。
更に、光誘導機構の働きによって、被制御光と制御光の位相を合致させることや、位相を一定の関係にすることができる。
【００２８】
利得部の代わりに吸収部を備えたものにすれば、吸収部が被制御光Ｐを吸収する際の吸収率が、制御光Ｑの信号によって変調されることになる。すなわち、制御光の信号レベルが高いときには吸収率が下がり、制御光の信号レベルが低いときには吸収率が上がる。その結果、被制御光Ｐは強度を変調され、制御光Ｑの持つ信号が反転されずに被制御光Ｐの出力部から出力される。
【００２９】
なお、図１において６は被制御光の入力部、７は被制御光の出力部、８は制御光の入力部を表す。
【００３０】
本発明の光信号装置を構成するに当たって、様々な形態を利用することができる。以下にその例を挙げる。
【００３１】
（１）光誘導機構としてたとえば下記のＡ〜Ｅのような例がある。
Ａ．制御光導波路におけるコアからクラッドへの光屈折の利用。
Ｂ．制御光導波路に周期的に形成された反射鏡。反射後の光が被制御光導波路と交差することのできるような角度で形成されているものとする。
Ｃ．被制御光導波路と制御光導波路との間に設けられた微小なアレイ導波構造。
Ｄ．被制御光導波路と制御光導波路との間に設けられた回折格子。
Ｅ．上記Ａ〜Ｄのうち二つ以上を組合せたもの。
【００３２】
（２）導波路と利得部または吸収部との関係について、以下のＡ〜Ｆのような構成が可能である。
Ａ．被制御光導波路に利得部を持たせる。
Ｂ．被制御光導波路に利得部を持たせ、かつ、制御光導波路に利得部を持たせる。
Ｃ．被制御光導波路と制御光導波路の両方に作用する利得部を持たせる。
Ｄ．被制御光導波路に吸収部を持たせる。
Ｅ．被制御光導波路に吸収部を持たせ、制御光導波路に利得部を持たせる。
Ｆ．被制御光導波路に吸収部と利得部の双方を持たせる。この場合、吸収部に続いて利得部を設ける配置、もしくは利得部に続いて吸収部を設ける配置のいずれも可能である。また、必要に応じて制御光導波路に利得部を持たせる。
【００３３】
（３）導波路と、該導波路に作用する利得部または吸収部との位置関係について、以下のＡ、Ｂの場合が可能である。但し、該導波路は被制御光導波路、制御光導波路のいずれか一方でもよく、また、両方でも良い。
Ａ．導波路が、利得部または吸収部を内部に含んでいるように構成される。
Ｂ．導波路に接して利得部または吸収部が位置するように構成される。
【００３４】
（４）被制御光導波路と制御光導波路の配置として、以下のＡ〜Ｃの場合が可能である。
Ａ．被制御光導波路と制御光導波路を隣り合わせて配置する。
Ｂ．被制御光導波路と制御光導波路を順に積層する。あるいはその逆の順に積層する。
Ｃ．上記Ａ、Ｂ以外の配置とすることもできる。
【００３５】
（５）付加機能として下記のＡ〜Ｃのような例が挙げられる。これらのうち複数を同時に利用しても良く、また、全く利用しなくても良い。
Ａ．信号歪を避けるために、被制御光と制御光の光路長の差を緩和する機能を持たせる。たとえば光誘導機構として（１）Ａを利用する場合などに有効である。
Ｂ．制御光導波路に出力部を設けることにより、本光信号装置から制御光を取り出し、信号として再利用するための機能を持たせる。
Ｃ．本光信号装置は、被制御光もしくは制御光が複数入力されるものであっても良い。その場合、各々の光に対応する導波路と光誘導機構を設けることになる。
【００３６】
以上の（１）〜（５）の各要素を組合せて構成することにより、本発明を様々な形態において実施することができる。
【００３７】
本発明の光信号装置は、基本的には以下のような各種の光信号変換装置として応用することが可能である。まず、前述の基本的な動作原理から当然わかるように、最も基本的な応用として反転増幅装置として用いることができる。また、光反転増幅装置を二つ直列に組み合わせることにより信号反転がキャンセルされ、光増幅装置を構成することができる。
また、以下のように制御光や被制御光に用いる光の種類を選ぶことで、様々な装置に応用することができる。たとえば、制御光と被制御光に異なる波長の光を用いることにより、波長変換装置を構成することができる。一方、制御光と被制御光の波長を同一とした場合は、光信号再生装置となる。制御光としてＬＥＤ光による信号を入力した場合には、インコヒーレント／コヒーレント変換装置となる。
【００３８】
また、光信号装置の構成を一部変形することで新たな機能を付加し、光論理演算素子等を作製することができる。
【００３９】
更に、動作条件の設定や、既存の装置に組込むこと等により、各種の光信号調整装置に応用することが可能である。
【００４０】
また、光分波器や光カプラ等と併用することにより、本発明の光信号装置を用いて光ネットワークにおけるドロッパやアド・ドロッパを構成することもできる。
【００４１】
以下、実施例１および２においては、本発明の光信号装置の具体的構成例を示す。実施例３には光論理演算装置等への応用例を示し、実施例４〜８には各種の光信号調整装置への応用例を示す。
【００４２】
［実施例１］  本発明は様々な形態での実施が可能であるが、本実施例では中でも特に好適な実施形態を示す。図２ないし図４は、本実施形態の光信号装置を表す説明図である。図２は上面側から見た断面図、図３（ａ）は正面側から見たｊ−ｊ’断面図、図３（ｂ）は正面側から見たｋ−ｋ’断面図、図４（ａ）は側面側から見たｍ−ｍ’断面図、図４（ｂ）は側面側から見たｎ−ｎ’断面図である。なお図２は、図３（ａ）または（ｂ）をｈ−ｈ’で切断した場合の断面図に相当する。
本実施例は、上記に記載した各形態の中から（１）Ａ、Ｃ、（２）Ｂ、（３）Ａ、（４）Ａ、（５）Ａ  を組合せて構成したものである。
【００４３】
本発明の光信号装置の一例として、１３００ｎｍ付近の波長に対して動作するものの例を挙げる。３０は光信号装置を示す。被制御光導波路１および制御光導波路２は共にＧａｘ１Ｉｎ（１−ｘ１）Ａｓｙ１Ｐ（１−ｙ１）から成り、上部クラッド１２、下部クラッド１３、右側クラッド２１、中間クラッド２２、左側クラッド２３により囲まれた半導体導波路である。前記各クラッドはＩｎＰから成る。更に、利得部として、Ｇａｘ２Ｉｎ（１−ｘ２）Ａｓｙ２Ｐ（１−ｙ２）／Ｇａｘ３Ｉｎ（１−ｘ３）Ａｓｙ３Ｐ（１−ｙ３）量子井戸活性層１４および１４’がそれぞれ被制御光導波路１および制御光導波路２の中に形成されている。  なお、ｘ１、ｘ２、ｘ３およびｙ１、ｙ２、ｙ３は、ＧａＩｎＡｓＰに適切なバンドギャップ値を与えるように決められる。
【００４４】
右側クラッド２１、中間クラッド２２および左側クラッド２３の下部に酸化物ＡｌＯｘ層１８が形成されている。ＡｌＯｘ層１８の屈折率が周囲の半導体層に比べて低いために、横方向に関する光閉じ込めの効果を大きくすることができる。本実施例の材料系においては、ＩｎＰクラッド中にＩｎＡｌＡｓ層を挿入し、一部を酸化することによりＡｌＯｘ層を形成することができる。
なお、１１はＩｎＰ基板、１５は上部コンタクト層、１６および１６’は上部電極、１７は下部電極である。
【００４５】
本光信号装置に上部電極１６、１６’および下部電極１７を通じて適切なバイアス電流を加えることにより、量子井戸活性層１４、１４’が利得部として動作する。
【００４６】
本実施形態では、被制御光Ｐの増幅にかかわる、言い換えれば出力信号の生成にかかわる利得部だけでなく、制御光Ｑを増幅するための利得部をも備えているため、光Ｑの制御光導波路２中での吸収損失や、光誘導機構５によって制御光導波路２から失われる損失を補う効果を得ることができる。なお、制御光Ｑを増幅すための利得部は、必要に応じて設けられるものであり、本発明に必須の構成ではない。
【００４７】
次に、光誘導機構５の構成を説明する。図２に示すように、制御光Ｑの入射角をコア／クラッド界面における全反射の臨界角に達しないように設定することにより、導波路のコアからクラッド側へ屈折を起こす成分を制御光Ｑに持たせることができる。同時に反射によりコア内に戻る成分も存在するため、被制御光Ｐは反射のつど一部をクラッド側へ屈折させつつ反射を繰り返しながら、被制御光導波路１を進行していくことになる。加えて屈折率の低いＡｌＯｘ層１８の影響で、コアからクラッドへの屈折が適度に抑えられ、制御光Ｑが制御光導波路２を伝搬しながら少しずつクラッドへ屈折を起こすようにできる効果もある。
更に、右クラッド２１との界面にたとえば薄い空気層５ａを入れることにより、右側のコア／クラッド界面では全反射を起こさせることができ、光の損失低減の上で有利である。
【００４８】
制御光導波路２は、全長に亘って一定の断面形状を持つものでもよいが、図２に示すように、伝搬方向の後部において右側クラッド側を削ったくさび型とすれば、後部ではコア／右側クラッドにおける反射角がより大きくなる。但し、コア／右側クラッド界面における全反射条件が失われないように、くさびの角度を設定する。この構造により、導波路の後部まで伝搬してきた制御光Ｑを無駄なく被制御光導波路へ誘導することができる。
【００４９】
中間クラッド２２は、制御光導波路２に対して角度を持たせた微小空気層５ｂを制御光導波路の長手方向に沿って周期的に配置した構造を含んでいる。前記角度は、制御光導波路２から屈折した制御光Ｑを被制御光導波路１の方向に反射させることのできる角度とする。
中間クラッド２２において更に、前記微小空気層５ｂにより反射した制御光Ｑを被制御光導波路１へと導くために、ストライプ状の高屈折率領域５ｃを制御光導波路の長手方向に沿って周期的に設けたアレイ導波構造を設けている。
【００５０】
被制御光導波路１は、制御光導波路２に対して完全に平行ではなく、角度を持たせて配置してある。これは、制御光導波路中２を伝搬する制御光Ｑの光路長を、被制御光導波路中１を伝搬する被制御光Ｐの光路長に合わせるためであり、前記角度として適切な値が選ばれる。その結果、光路長の差がもたらす信号歪を解消することができる。同様の効果を得るために、被制御光導波路１のコア部を制御光導波路２のコア部よりも屈折率の大きな物質で構成することにより光路差を緩和しても良い。屈折率の大きな物質で構成する代わりに、被制御光導波路に持たせた利得部３を動作させるためのバイアス電流値を適切に設定することにより、半導体中のキャリア濃度と屈折率の関係を利用して、被制御光導波路１のコア部の屈折率を調整することも可能である。
【００５１】
なお、図２ないし図４は説明図であるため、各部位の縦横比や、光線の入射角・反射角等は厳密なものではない。
【００５２】
本実施形態の光信号装置の作製に当たっては微細な加工が必要となるが、
たとえばＣＨ４／Ｈ２混合ガスを用いた誘導結合プラズマによるドライエッチングなどが有効である。
【００５３】
本実施形態の光信号装置においては、制御光導波路のコア／中間クラッドの光屈折、微小な空気層、およびアレイ導波構造からなる光誘導機構によって次の効果がある。すなわち、信号を持った制御光を効率良く被制御光導波路へ誘導することができるため、出力させるべき被制御光の利得を効率よく変調することが可能である。また一方で、被制御光導波路中に誘導される制御光が、被制御光導波路の出力部に向かう成分を持つことなく被制御光と交差するため、出力における被制御光と制御光のアイソレーション効果が極めて優れている。
また、本実施形態の光信号装置は被制御光導波路と制御光導波路がほぼ並行しているため、装置の大きさを小型にできる。
【００５４】
［実施例２］  光誘導機構の形態として、制御光導波路中に所定の角度を持って周期的に形成され、所定の反射率を持つ反射鏡を利用した場合について説明する。導波路中のこのような反射鏡構造は、たとえば上下クラッド中に、低い屈折率を持つ層を、導波路の長手方向に対して４５°などの角度を持たせて周期的に形成することにより実現される。もちろん、前記角度は４５°に限定されるものではない。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は本実施形態に係る光信号装置をそれぞれ正面、上面、側面から見た説明図である。但し、特定の断面を表したものではない。光信号装置の構成材料は実施例１と同様である。また、反射鏡構造を構成するために上下クラッド層に埋め込まれた低屈折率層は、酸化物ＡｌＯｘとする。制御光Ｑは制御光導波路２を伝搬しながら、ＡｌＯｘ層の影響で左側クラッド側へ向けて誘導される。
【００５５】
このような反射鏡構造の他の例として、上記の低屈折率膜の代わりに、上下クラッド層の厚さを厚くした部分を、導波路の長手方向に対して４５°などの角度を持たせて周期的に形成することにより実現しても良い。
反射鏡構造の種類によって得られる反射率も異なるため、必要とする光誘導の程度に応じて反射鏡構造の種類を選択するのが良い。
【００５６】
［実施例３］  本発明の光信号装置において、被制御光導波路の両端に反射膜を形成することにより、被制御光導波路が共振器となり、レーザ発振を容易に起こせるようになる。すると、制御光導波路に入力する光の強度によって、被制御光導波路における発振／非発振の選択を行うことができるため、光デジタル演算装置として用いることができる。
また、上のような発振型の光信号装置を反転増幅装置として用い、その前に信号を反転させるインバータを配置すると、ＡＮＤゲートとして用いることができる。すなわち、二つの入力信号のうち一方を光信号装置の被制御光導波路に入力し、他方をインバータで反転してから光信号装置の制御光導波路に入力することにより、ＡＮＤ出力を得ることができる。なお、インバータについても本発明の光信号装置の一形態が利用可能である。
また、光カプラと組み合わせることにより、本発明の発振型の光信号装置を用いたＯＲゲートを構成することも可能である。
更に、上記のＡＮＤゲートやＯＲゲートを組み合わせて光論理回路を構成し、光コンピュータを作製することもできる。
【００５７】
また、上記のような発振型の光信号装置を二つ組み合わせ、かつ、発振光が互いの光信号装置の持つ利得部を照射できるような構造とすることで、双安定性を持たせることができる。光信号装置をＡ、Ｂとすると、光信号装置Ａへの制御光がオンの場合には、光信号装置Ａは非発振、光信号装置Ｂは発振という状態となる。該制御光をオフにしても、光信号装置Ｂの発振光が光信号装置Ａの利得部を照射しているため光信号装置Ａの非発振状態は持続する。このような双安定性を利用し、制御光の入射先を光信号装置ＡとＢの間で切り替えることによって、双安定装置を構成することができる。
【００５８】
［実施例４］  本実施例では、被制御光導波路に吸収部を持たせた場合について説明する。図２〜５において、量子井戸活性層１４に代えてＧａｘ１Ｉｎ（１−ｘ１）Ａｓｙ１Ｐ（１−ｙ１）層を配置したものが本実施例となる。上部電極１６および下部電極１７を通じて適切なバイアス電圧を加えることにより、Ｇａｘ１Ｉｎ（１−ｘ１）Ａｓｙ１Ｐ（１−ｙ１）層が吸収部として動作する。
実施例１に示したように被制御光に利得を与えてその増幅度を変調する場合は、利得部において被制御光のレーザ発振が起こるのを避けるため、バイアスを発振閾値以下に抑えて設定する必要がある。一方、本実施例のように被制御光に吸収を与えてその吸収度を変調する場合は、発振の恐れがないため、バイアスの程度を大きくして動作させることができる。このことは、吸収部を用いた場合の方が被制御光の光強度変化を急峻にでき、より高速な変調が可能であることを意味する。
【００５９】
ところで、被制御光が増幅と吸収の両方を受けるように、利得部と吸収部を互いに直列に配置しても良い。この場合の概念図を図６に示す。３は利得部、３’は吸収部を示す。図６には被制御光が吸収を受けた後に増幅を受けるように配置された例を示したが、この逆の順に配置しても良い。吸収部および利得部それぞれに対するバイアスの程度によって吸収度と増幅度を調整できると共に、光強度変化の急峻さの度合を調整できるため、出力光のパワーとチャープを共にコントロールすることができる。
【００６０】
［実施例５］  本発明において、被制御光導波路に屈折率分布を作り出すことができる。たとえば、光誘導機構の構造に特徴を持たせることにより、被制御光導波路に挿入される制御光の強度を位置によって変えることができる。前記特徴の例として、制御光導波路に形成する反射鏡構造の形成角度を位置によって変えること等が挙げられる。このようにすると、被制御光導波路中の長手方向におけるのキャリア濃度に分布が生じるため、屈折率がキャリア濃度によって変化するプラズマ効果を利用して、屈折率分布を生じさせることができる。あるいは、利得部または吸収部へのバイアスの程度を位置によって変えることにより、屈折率が電界によって変化する電気光学効果を利用して、被制御光導波路の長手方向に屈折率部分布を生じさせることができる。
また、実施例４に示したような利得部と吸収部の配置と組み合わせてもよい。
このように被制御光導波路中の光強度分布と屈折率分布を調整することにより、出力光のチャーピングをコントロールできるため、本発明の光信号装置をチャープ調整装置として用いることができる。
【００６１】
［実施例６］  本発明において、被制御光の強度が変調される際の立ち上がり時間および立ち下がり時間をコントロールすることができる。例えば、利得部や吸収部に印加するバイアスを高くすれば、立ち上がりや立ち下がりが急峻となる。これを利用して、信号のパルス波形を整えるリシェイピング装置を構成することができる。
【００６２】
［実施例７］  本発明を、光信号のジッタを除去するリタイミングに利用することも可能である。その例を図７にブロック図として示す。３１は本発明の光信号装置を利用したリシェイピング装置であり、たとえば後述する（１）の信号を持った被制御光Ｐが２つに分岐され、入力される。Ｑ１、Ｑ１’は時間分割および波形調整のための信号を有する制御光である。また、３２は本発明の光信号装置を利用したリタイミング装置であり、後述する（２）および（３）の信号を持った被制御光が入力される。Ｑ２、Ｑ２’は後述するクロック信号（４）および（４）’を持った制御光である。
次に、図７に示した装置を用いてリタイミングを行う方法を、下記（１）のようなＮＲＺ信号を例にとって説明する。
１０１０１１１１      （１）
この信号（１）を以下の（２）および（３）に時間分割する。この時、リシェイピング装置３１により波形を整形する。但し、この波形整形は必須とは限らない。
１＊１＊１＊１＊      （２）
＊０＊０＊１＊１        （３）
ここで＊は信号によらず０を表すものとする。
信号（２）および（３）を持った光それぞれリタイミング装置３２に被制御光として入力する。また、制御光としてクロック信号光を入力する。（２）に対する制御光は以下のクロック信号光（４）を持ち、また（３）に対する制御光は以下のクロック信号（４）’を持つとする。
０１０１０１０１        （４）
１０１０１０１０        （４）’
リタイミング装置３２により、信号（２）および（３）を持った被制御光の受ける利得がクロック信号（４）及び（４）’により変調されるため、リタイミングされた光として出力される。これらのリタイミングされた光を再合成することにより、入力信号（１）に対するリタイミングされた信号を得ることができる。
以上のように、本発明の光信号装置によって、リタイミング装置や、リシェイピング装置を備えたリタイミング装置を構成することができる。
【００６３】
［実施例８］  本発明は、光干渉計に組込んだ形で実施することも可能である。図８に、本発明の光信号装置の被制御光導波路をマッハ−ツェンダー型光干渉計における光路の一方として用いた例を示す。３３はマッハ−ツェンダー型光干渉計であり、３３ａおよび３３ｂは分岐された各光路を示す。光路３３ａが、本発明の光信号装置３０における利得部又は吸収部を備えた被制御光導波路１に一致するように構成されている。
マッハ−ツェンダー型光干渉計３３に入力される光をＲとし、出力される光をＲ’とする。光Ｒは光路３３ａおよび３３ｂに分岐される。制御光Ｑの信号により光路３３ａの屈折率が変調され、これに伴い光信号装置３０の被制御光出力部７における出力光の位相が変調される。したがって、ここでは光信号装置３０は位相変調装置として機能する。更に、被制御光出力部７から出力された光と、光路３３ｂを伝搬してきた光との干渉により、光Ｒに対する光Ｒ’のオン／オフ動作や強度変調を起こさせることができる。
以上のようにして、本発明の光信号装置を利用した光スイッチや強度変調装置が構成される。光干渉計としては、マッハ−ツェンダー型光干渉計に限らず、たとえばマイケルソン干渉計などを用いても良いことは言うまでもない。
【００６４】
以上、実施例１〜８に説明したように、本発明の光信号装置を利用して、従来よりも小型かつ高性能な光信号変換装置、光デジタル演算装置、双安定装置、光信号調整装置などを得ることができる。信号変換装置の例としては、光反転増幅装置、光増幅装置、波長変換装置、光信号再生装置、コヒーレント／インコヒーレント変換装置などが挙げられる。光デジタル演算装置については、論理回路を構成することによって光コンピュータに応用することもできる。また、光信号調整装置としては、チャープ調整装置、リシェイピング装置、リタイミング装置、位相変調装置、光スイッチ、強度変調装置などが挙げられる。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、信号を入力するための制御光と、信号を出力させるための被制御光とが並列に伝搬されるように導波路が配置されているため、小型な光信号装置を提供することができる。
【００６６】
その上で、制御光を被制御光導波路に誘導するための光誘導機構を設けたため、被制御光導波路の長手方向全体に亘って、被制御光が前記光誘導機構により誘導された制御光と互いに交差することにより、被制御光に作用する利得部の利得が十分に変調され、優れた光出力消光比を得ることができる。また、光誘導機構を設けたことによって両導波路間に一定の距離を置くことができるために、被制御光と制御光の十分なアイソレーションを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光信号装置の概念図。
【図２】本発明の光信号装置の第一実施形態を表す上面側から見た断面図。
【図３】本発明の光信号装置の第一実施形態を表す正面側から見た断面図。
【図４】本発明の光信号装置の第一実施形態を表す側面側から見た断面図。
【図５】本発明の光信号装置の第二実施形態を表す説明図。
【図６】本発明の光信号装置の第三実施形態を表す概念図。
【図７】本発明の光信号装置の第四実施形態を表すブロック図。
【図８】本発明の光信号装置の第五実施形態を表す概念図。
【図９】従来技術を表す概念図。
【図１０】他の従来技術を表す概念図。
【符号の説明】
Ｐ  第一の光あるいは被制御光
Ｑ  第二の光あるいは制御光
Ｑ１、Ｑ１’時間分割および波形整形のための制御光
Ｑ２，Ｑ２’クロック信号を持った制御光
Ｒ  マッハ−ツェンダー型光干渉計の入力光
Ｒ’マッハ−ツェンダー型光干渉計の出力光
１  第一の導波路または被制御光導波路
２  第二の導波路または制御光導波路
３  利得部
３’吸収部
５  光誘導機構
５ａ  空気層
５ｂ  微小空気層
５ｃ  ストライプ状の高屈折率領域
６  第一の光あるいは被制御光の入力部
７  第一の光あるいは被制御光の出力部
８  第二の光あるいは制御光の入力部
１１  ＩｎＰ基板
１２  上部クラッド
１３  下部クラッド
１４  量子井戸活性層または吸収層
１４’量子井戸活性層
１５  上部コンタクト層
１６、１６’  上部電極
１７  下部電極
１８  ＡｌＯｘ層
２１  右側クラッド
２２  中間クラッド
２３  左側クラッド
３０  光信号装置
３１  リシェイピング装置
３２  リタイミング装置
３３  マッハ−ツェンダー型光干渉計
３３ａ、３３ｂ  マッハ−ツェンダー型光干渉計の光路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004271811.tif 000009
【図８】
2004271811.tif 000010
【図９】
2004271811.tif 000011
【図１０】
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