(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐｎ接合からなる活性層をそれぞれ備えるとともに該活性層を通過した光を反射するための反射手段を一端面にそれぞれ備え、他端面から入力された光信号をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換して該他端面から出力するための第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子と、
第１波長の第１入力光と第２波長の第２入力光とを前記第１半導体光増幅素子に入力させる第１光入力手段と、
前記第１半導体増幅素子からの光から前記第２波長の光を選択する第１波長選択素子と、
該第１波長選択素子により選択された第２波長の光と第３波長の第３入力光とを前記第２半導体光増幅素子へ入力させる第２光入力手段と、
該第２半導体光増幅素子からの光から第３波長の出力光を選択する第２波長選択素子とを、含み、
前記第３波長の出力光は、前記第１波長の第１入力光および／または第３波長の第３入力光の強度変化に応答して変調され、且つ前記第３波長の第３入力光に対する信号増幅率が２以上であることを特徴とする光信号増幅３端子装置。
【請求項２】
前記第１波長の第１入力光は変調光であり、前記第２波長の第２入力光は連続光であり、前記第３波長の第３入力光は制御光であり、前記第３波長の出力光は、該制御光の入力区間において該第１入力光の変調信号が増幅された信号波形を備えたものである請求項１の光信号増幅３端子装置。
【請求項３】
前記第３波長は、前記第１波長と同じ波長である請求項１または２のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項４】
前記第３波長の出力光の前記第３波長の制御光に対する信号増幅率は、１０以上である請求項１乃至３のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項５】
前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸、歪み超格子、または量子ドットから構成されたものである請求項１乃至４のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項６】
前記第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子の一端面に備えられた前記反射手段は、選択的に光を反射するものである請求項１乃至５のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項７】
前記反射手段は、前記第１半導体光増幅素子からの光のうちの前記第１波長の第１入力光は反射しないが前記第２波長の光は第２半導体光増幅素子へ向かって反射する第１の波長選択性ミラーと、該第２半導体光増幅素子からの光のうちの前記第１波長の第２入力光は反射しないが前記第３波長の光は反射する第２の波長選択性ミラーである請求項１乃至６のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項８】
前記第１半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第１波長の光は透過させないが前記第２波長の光は透過させる波長選択性フィルタが設けられ、前記第２半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第２波長の光は透過させないが前記制御光の波長は透過させる波長選択性フィルタが設けられたものである請求項１乃至６のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項９】
前記反射手段は、前記第１波長選択素子および／または第２波長選択素子として機能し、該反射手段に対して入力光の入射角度および／または出力光の出射角度を変えることによって、所定の半導体光増幅素子からの出力光を他の半導体光増幅素子へ入力させるものである請求項１乃至８のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１０】
前記第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子は、半導体基板の上に形成された光導波路においてそれぞれ複数組設けられ、それら複数組が１チップとして一体的に構成されたものである請求項１乃至５、７、８、９のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１１】
前記半導体光増幅素子の一端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、該一端面を通して該半導体光増幅素子内から出力される光を該入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである請求項１乃至８のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１２】
前記第１波長選択素子または第２波長選択素子として機能する波長選択性ミラーまたは波長選択性フィルタは、光路内に設けられ、光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである請求項１乃至１１のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１３】
前記光信号増幅３端子装置は、光ＮＡＮＤゲート、光ＮＯＲゲート、光フリップフロップ回路、または光演算増幅器を構成するものである請求項１乃至１２のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【請求項１４】
前記第２波長選択素子は、前記第２半導体光増幅素子から出力される光のうちの前記制御光の波長に対応する第３波長の出力光を選択するとともに、該第３波長の出力光の波長に応じて複数の光伝送路へ分配する光分配装置である請求項１乃至１３のいずれかの光信号増幅３端子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、（ａ）光信号を増幅、制御、或いはスイッチングする光信号増幅３端子装置、特に、高度情報処理が可能な光通信、光画像処理、光コンピュータ、光計測、光集積回路などの光エレクトロニクスに好適な光信号増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広帯域且つ高速伝送が可能な光ファイバ通信を用いた動画像通信や映像の分配といった広帯域な新サービスの広範な展開が期待されている。しかしながら、たとえばエレクトロニクスで言えば３端子のトランジスタに相当するような機能（信号増幅作用）素子、すなわち光信号を他の光信号で直接制御して信号増幅するような光機能素子は、未だ、実現されていない。
【０００３】
このため、折角、高速で伝送した光信号を一旦電気信号に変換し、電子回路において情報処理が行われ、処理後の信号を再度光に変換して伝送するというのが実情である。したがって、光を光で直接制御することができないので、信号処理の高速性に限界があった。光信号のまま信号処理ができる場合には、並列処理が可能であると言われており、一層の処理時間の短縮化が期待できるのである。
【０００４】
これに対し、非特許文献１或いは非特許文献２に記載されている装置は、光をスイッチングする装置、マッハツェンダー型光干渉による波長変換などを利用したゲートスイッチング装置に過ぎず、これらは、温度変化、振動に弱く、設定が厳しいという不都合があった。このような従来技術は、電子回路におけるトランジスタのように、入力光を制御光を用いて信号増幅された出力光を得る機能を備えた光信号増幅３端子装置を構成する点については何ら開示されていない。
【０００５】
次に、広帯域、高速且つ高容量の信号伝送が可能な光通信の分野において、その光信号の通信、転送、分配がその広帯域、高速且つ高容量といった性質を損わないようにして行われることが期待されている。比較的近い将来に構築されることが予想されている波長分割多重（ＷＤＭ）をベースとした光ネットワークでは、一方の光伝送路から伝送された波長の異なる複数種類のレーザ光である波長分割多重光信号を波長毎に所望の光伝送路へ転送する光信号の転送（光信号の中継）技術が重要となる。光ファイバなどの所定の伝送路（たとえば波長バス）を介して伝播した一連の光信号（たとえばパケット信号）を、その一連の光信号に付されているラベル或いはタグのような行先情報が示す他の伝送路へ転送するための光信号転送、たとえば光ネットワーク内或いは光ネットワーク間でルーティングするルーティングでは、大容量且つ高速であるという光信号伝送の特徴を損うものであってはならなず、ルータすなわち光信号中継（転送）装置においても高速で転送処理されること、信頼性が高く、小型であることなどが要求される。
【０００６】
これに対し、たとえば特許文献１に記載された光パスクロスコネクト装置が提案されている。これによれば、波長多重伝送リンクの波長バスをＧ本ずつＮ個の波長群バスに分割する分波器と、その分波器によって分割された波長群毎にルーティング処理を実行するルーティング処理部とが備えられ、波長群毎にルーティング処理が行われるように構成されている。この光パスクロスコネクト装置のルーティング処理部は、波長群毎に波長変換する波長変換器と、それにより波長変換された光を分配するためにコントローラによって制御される光マトリックススイッチとから構成されている。そして、この光マトリックススイッチは、マトリックス状光路の交点に配置されたメカニカル動作の反射鏡スイッチをコントローラによって択一的に動作させ、複数の波長群のうちその反射鏡スイッチにより反射された１つの波長群を所望の伝送路へ出力させるように構成されるか（段落００４２、図１０（１））、或いは、コントローラによって択一的に動作させられる光スイッチとメッシュ配線とが配置され、複数の波長群のうちその光スイッチにより通過させられた１つの波長群をメッシュ配線内の１つの伝送路へ出力させるように構成される（段落００４３、図１０（２））。
【０００７】
しかしながら、上記従来の光パスクロスコネクト装置では、コントローラによって作動制御される反射鏡スイッチ或いは光スイッチによってルーティング処理されることから、コントローラにおいて電子的に処理された出力であるルーティング先（行先）を示すが指令信号に従って反射鏡スイッチ或いは光スイッチが切換動作させられる。このため、光信号の一部を電気信号に変換してその電気信号に含まれる行先情報たとえばパケットのラベルやタグに含まれる転送関連信号を抽出し、それに従って反射鏡スイッチ或いは光スイッチを電気的に作動制御してから光信号を転送する必要があるため、応答速度が十分に得られなかった。また、転送先の伝送路（波長バス）の波長に合わせて波長を変換するために、上記ルーティング処理部の他に波長変換部が備えられており、そのような波長変換部がルーティング処理部に加えて設けられているので、装置が大型となるとともに、特にメカニカル作動の反射鏡スイッチが用いられる場合には信頼性が得られない場合があった。
【０００８】
さらに、広帯域、高速且つ高容量の信号伝送が可能な光通信の分野において、光信号（たとえばパケット信号などの光データ）の識別、多重や分離、スイッチング、ルーティング（転送、分配）がその広帯域、高速且つ高容量といった性質を損わないようにして行われることが期待されている。このような光の領域では、たとえばフォトニックルータシステムに代表される光信号を処理する光信号処理システムの全般において、光信号を一時的に記憶し且つ所望のタイミングで取り出すことができる光信号記憶装置が求められている。エレクトロニクス分野の信号処理においてメモリが必須であると同様に、光信号処理分野においても光メモリ、光バッファと称される光信号記憶装置が必要不可欠であるからである。
【０００９】
これに対し、たとえば特許文献２に記載されているような、光メモリ装置が提案されている。これによれば、複数種類の遅延時間を与えるために長さの異なる光ファイバからそれぞれ構成された複数の光導波手段１０５〜１０８が用意されており、その光導波手段１０５〜１０８のいずれかを通過させることでその光導波手段１０５〜１０８のいずれかの伝播時間に対応する遅延時間だけ、光信号を記憶させることができるように構成されている。
【００１０】
しかしながら、上記従来の光メモリ装置では、光信号が伝播させられる光導波手段１０５〜１０８のいずれかの伝播時間に対応する遅延時間だけ、その光信号の記憶時間が予め決定されるに過ぎず、任意のタイミングで光信号を取り出すことができないことから、光信号の処理の自由度が制限されて信号処理効率が低くなることが避けられなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２６２３１９号公報
【特許文献２】特開平８−２０４７１８号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｋ．Ｅ．Ｓｔｕｂｋｊａｅｒ，”Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ−ｂａｓｅｄ ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ ｇａｔｅｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，”ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｍｔｕｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．６，ｎｏ．６，ｐｐ．１４２８−１４３５，Ｎｏｖ．／Ｄｅｃ．２０００
【非特許文献２】Ｔ．Ｄｕｒｈｕｕｓ，Ｃ．Ｊｏｅｒｇｅｎｓｅｎ，Ｂ．Ｍｉｋｋｅｌｓｅｎ，Ｒ．Ｊ．Ｓ．Ｐｅｄｅｒｓｅｎ，ａｎｄ Ａ．Ｅ．Ｓｔｕｂｋｊａｅｒ．”Ａｌｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｂｙ ＳＯＡｓ ｉｎ ａ Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｍ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６，ｐｐ．５３−５５，Ｊａｎ．１９９４
【００１３】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、光信号の増幅処理を制御光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置を提供することにある。
【００１４】
本発明者は、以上の事情を背景として種々の検討を重ねた結果、半導体光増幅素子や希土類元素添加ファイバアンプなどの光増幅素子において、所定波長λ１の入力光の周囲波長の自然放出光が、その入力光の強度変化に応答して強度変化し、その変化は入力光の信号強度変化に対して逆の強度変化をする点、および、その自然放出光の波長域内すなわち入力光の周囲波長域内の他の波長λ２のレーザ光を上記入力光に重畳させて入射させると、上記自然放出光の信号（振幅）変化は維持されつつ、全体の強度が急激に増加するという現象すなわちレーザ誘導光信号増強効果（Ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ）を見い出した。また、本発明者は、この現象を、波長λ１からλ２への波長変換機能としても把握し、その波長変換を２段接続するタンデム波長変換素子に基づく光３端子装置（Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒｉｏｄｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｔａｎｄｅｍ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を着想し、光信号増幅３端子装置を見いだした。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【発明の開示】
【００１５】
本発明
すなわち、本発明の光信号増幅３端子装置の要旨とするところは、（ａ）ｐｎ接合から構成される活性層を備えるとともにその活性層を通過した光を反射するための反射手段を一端面にそれぞれ備え、他端面から入力された光信号をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換してその他端面から出力するための第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子と、（ｂ）第１波長の第１入力光と第２波長の第２入力光とを前記第１半導体光増幅素子に入力させる第１光入力手段と、（ｃ）前記第１半導体増幅素子からの光から前記第２波長の光を選択する第１波長選択素子と、（ｄ）その第１波長選択素子により選択された第２波長の光と第３波長の第３入力光とを前記第２半導体光増幅素子へ入力させる第２光入力手段と、（ｅ）その第２半導体光増幅素子からの光から第３波長の出力光を選択する第２波長選択素子とを、含み、（ｆ）前記第３波長の出力光は、前記第１波長の第１入力光および／または第３波長の第３入力光の強度変化に応答して変調され、且つ前記第３波長の第３入力光に対する信号増幅率が２以上であることにある。
【００１６】
このようにすれば、第１波長の第１入力光と第２波長の第２入力光とが入力された第１半導体光増幅素子からの光から選択された第２波長の光と、第３波長の第３入力光とが第２半導体光増幅素子へ入力させられるとき、その第２半導体光増幅素子から出された光から選択された第３波長の出力光は、前記第１波長の第１入力光および／または第３波長の第３入力光の強度変化に応答して変調された光であって、前記第３波長の第３入力光に対する信号増幅率が２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号の増幅処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置を得ることができる。また、第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子はｐｎ接合から構成される活性層を備えた光増幅素子であるので、光信号増幅３端子装置が小型化されるとともに、信号増幅率が一層高められる。さらに、第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子は、その活性層を通過した光を反射するための反射手段を一端面にそれぞれ備え、他端面から入力された光信号をクロスゲイン変調特性を利用して増幅および波長変換してその他端面から出力するものであることから、その反射手段によって反射された光によるフィードバック効果が得られるので、出力信号の変調度が一層高められる。
【００１７】
ここで、好適には、前記第１波長の第１入力光は変調光であり、前記第２波長の第２入力光は連続光であり、前記第３波長の第３入力光は制御光であり、前記第３波長の出力光は、その制御光の入力区間においてその第１入力光の変調信号が増幅された信号波形を備えたものである。このようにすれば、第３波長の出力光は、制御光の入力区間において前記第１波長の第１入力光の強度変化に応答して変調された増幅光となるので、増幅された光信号のスイッチング処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置を得ることができる。
【００１８】
また、好適には、前記第３波長は、前記第１波長と同じ波長である。このようにすれば、光信号増幅３端子装置の信号入力光としての第１入力光及び第３入力光と、出力光とが同じ波長となるので、共通の波長で複数の光信号増幅３端子装置を接続することが可能となり、複数個の光信号増幅３端子装置を用いて集積度の高い光回路を構成することができる。
【００１９】
また、好適には、前記第３波長の出力光の前記第３波長の制御光に対する信号増幅率は、１０以上の値である。このようにすれば、光信号増幅３端子装置の信号増幅率が一層高められる。
【００２０】
また、好適には、前記半導体光増幅素子の活性層は、量子井戸または量子ドットから構成されたものである。このようにすれば、量子井戸または量子ドットから構成される活性層を備えた半導体光増幅素子が用いられるので、高速応答が可能となる。特に量子ドットを用いた場合には１００ＧＨｚ以上の応答速度が得られる。また、活性層として歪み超格子を用いると偏波依存性が小さくなる。
【００２１】
また、好適には、前記半導体光増幅素子は、前記活性層を通過した光を反射するための反射手段をその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出されるものである。このようにすれば、１端面に備えられた反射手段によって活性層における通過路が実質的に長くされるので、信号増幅率が一層高められる。また、フィードバック効果によって、出力信号の変調度が一層高められる。
【００２２】
また、好適には、前記第１半導体光増幅素子および／または第２半導体光増幅素子は、選択的に光を反射するための反射手段をその一端面側に備え、その反射手段は、レンズを通してその第１半導体光増幅素子および／または第２半導体光増幅素子の端面と光学的に結合されたものである。このようにすれば、この集光レンズにはマイクロレンズが好適に用いられ、入力光、出力光は光ファイバを介して伝送される。
【００２３】
また、好適には、前記反射手段は、前記第１半導体光増幅素子からの光のうちの前記第１波長の第１入力光は反射しないが前記第２波長の光は第２半導体光増幅素子へ向かって反射する波長選択性ミラーと、前記第２半導体光増幅素子からの光のうちの前記第２波長の第２入力光は反射しないが前記第３波長の光は反射する波長選択性ミラーである。このようにすれば、反射手段は、第１波長選択素子として機能する波長選択性ミラーと第２波長選択素子として機能する波長選択性ミラーとにより構成される。
【００２４】
また、好適には、前記第１半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第１波長の光は透過しないが前記第２波長の光は透過させる第１波長選択性フィルタが設けられ、前記第２半導体光増幅素子の一端面と光を反射するための反射手段との間には、前記第２波長の光は透過しないが前記制御光の波長は透過させる第２波長選択性フィルタが設けられたものである。このようにすれば、前記第１波長選択素子および第２波長選択素子が第１波長選択性フィルタおよび第２波長選択性フィルタによって構成される。また、第１入力光すなわち信号光の波長である第１波長の光が第１波長選択性フィルタによって透過させられないので、一層よい特性が得られる。
【００２５】
また、好適には、前記反射手段は、前記第１波長選択素子および／または第２波長選択素子として機能し、その反射手段に対して入力光の入射角度および／または出力光の出射角度を変えることによって、所定の半導体光増幅素子から他の半導体光増幅素子へ入力させるものである。
【００２６】
また、好適には、前記第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子は、半導体基板の上に形成された光導波路においてそれぞれ複数組設けられ、それら複数組が１チップとして一体的に構成されたものである。このようにすれば、光信号増幅３端子装置が一層小さな集積化１チップのモノリシック構造となる。
【００２７】
また、好適には、前記半導体光増幅素子の他端面を通して前記半導体光増幅素子内に入力光を入力させ、その他端面を通してその半導体光増幅素子内から出力される光をその入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータまたは方向性結合素子が設けられたものである。このようにすれば、半導体光増幅素子の他端面から出た光はその他端面へ入力させる光を導く導波路に入ることがなく、専ら他の出力用導波路に導かれる。
【００２８】
また、好適には、前記第１波長選択素子または第２波長選択素子として機能する波長選択性ミラーまたは波長選択性フィルタは、導波路または光ファイバ内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものである。このようにすれば、第１半導体光増幅素子或いは第２半導体光増幅素子からの光から第２波長或いは第３波長が好適に抽出される。
【００２９】
また、好適には、前記光信号増幅３端子装置は、光ＮＡＮＤゲート、光ＮＯＲゲート、光フリップフロップ回路、または光演算増幅器を構成するものである。このようにすれば、光デジタル回路、または光アナログ回路が前記光信号増幅３端子装置から好適に構成される。
【００３０】
また、前記光信号増幅３端子装置において、第１半導体光増幅素子および第２半導体光増幅素子、第１波長選択素子および第２波長選択素子、それらへ入力される光を合波する光カプラなどの構成部品は、光を導く光ファイバや、半導体基板またはガラス基板のような透光性物質製基板の上に形成された光導波路などにより結合されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
図１は、本発明の一実施例の光信号増幅３端子装置の構成を説明するブロック図である。
図２は、図１の実施例における光増幅素子が半導体光増幅素子により構成された場合の外形を示す斜視図である。
図３は、図１の光信号増幅３端子装置の作動を説明するタイムチャートであり、上段は第１入力光の波形を示し、中段は制御光の波形を示し、下段は出力光の波形を示している。
図４は、図１の光信号増幅３端子装置の入出力特性を示す図である。
図５は、図１の光信号増幅３端子装置の出力信号の周波数特性を示す図である。
図６は、図１の光信号増幅３端子装置によって構成される光フリップフロップ回路を示す図であって、（ａ）は一対の光ＮＡＮＤゲードから構成される光フリップフロップ回路、（ｂ）は一対の光ＮＯＲゲードから構成される光フリップフロップ回路をそれぞれ示している。
図７は、図１の光信号増幅３端子装置によって構成される光演算増幅回路を示す図である。
図８は、光信号増幅３端子装置の他の実施例の構成を説明する図１に相当する図である。
図９は、光信号増幅３端子装置の他の実施例の構成を説明する図１に相当する図である。
図１０は、図９の光信号増幅３端子装置をモノリシック構造とした場合の構成を説明する図である。
図１１は、光信号増幅３端子装置の他の実施例であって、４端子型光サーキュレータを用いた構成を説明する図１に相当する図である。
図１２は、図１１の光信号増幅３端子装置をモノリシック構造とした場合の構成を説明する図である。
図１３は、光信号増幅３端子装置の他の実施例であって、半導体基板の上にエピタキシャル成長させられたＶ字型光導波路を備えたモノリシック構造の構成を説明する図である。
図１４は、光信号増幅３端子装置の他の実施例の構成を説明する図１に相当する図である。
図１５は、光信号増幅３端子装置の他の実施例であって、半導体基板の上にエピタキシャル成長させられたＶ字型光導波路を備えたモノリシック構造の構成を説明する図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００３３】
図１乃至図１５は、光信号増幅３端子装置に関連する実際例を示すものであって、図１はその一実施例の光信号増幅３端子装置１０を示している。
【００３４】
図１において、第１レーザ光源１２は、たとえば１５５５ｎｍの第１波長λ１の第１レーザ光（第１入力光）Ｌ１を出力し、第１光変調器１４が設けられた光ファイバＦ１を介して伝播させる。第２レーザ光源１６は、たとえば１５４８ｎｍの第２波長λ２の第２レーザ光（第２入力光）Ｌ２を一定の強度で連続的に出し、第２光ファイバＦ２を介して伝播させる。上記第１レーザ光源１２はたとえば可変波長半導体レーザが用いられるが、第２レーザ光源１６はたとえば単一波長の半導体レーザが用いられる。上記第１光変調器１４は、図示しない信号発生器からの電気信号或いは光信号に従って、たとえば図３の上段の波形に示すように、その電気信号或いは光信号の周波数のパルス信号となるように通過光である第１レーザ光Ｌ１を強度変調する。第１光カプラ１８は、第１光入力手段として機能するものであり、上記光ファイバＦ１および光ファイバＦ２を光ファイバＦ３へ接続し、それら光ファイバＦ１および光ファイバＦ２を伝播してきた第１レーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２を重畳（合波）し、第３光ファイバＦ３および第１光サーキュレータ２０を介して第１光増幅素子２６へ入力させる。
【００３５】
上記第１光増幅素子２６は、たとえば図２に示す半導体光増幅素子（ＳＯＡ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）から構成される。
【００３６】
図２において、化合物半導体たとえばインジウム燐（ＩｎＰ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）から構成される半導体基板２６ａの上に形成された光導波路２６ｂは、その半導体基板２６ａの上にエピタキシャル成長させられ且つホトリソグラフィーにより所定の導波路パターンに形成されたたとえばＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰなどのＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体の多層膜であり、たとえばホトリソグラフィーを用いて所定幅のテープ状突起となるように形成されている。この光導波路２６ｂは、半導体基板２６ａよりも屈折率が高い物質で構成されているので、光を厚み方向に閉じ込めつつ伝播させる機能を備えている。上記光導波路２６ｂ内の多層膜内には、ｐｎ接合により構成された活性層２６ｃ、キャップ層などが含まれ、その上には上部電極２６ｅが固着されている。この活性層２６ｃは、半導体基板２６ａの下面に固着された下面電極２６ｆと上記上部電極２６ｅとの間に電圧が印加され且つ上記ｐｎ接合に励起電流が流されることによって電子・正孔対が形成され、その活性層２６ｃを通過する光が誘導放射作用によって増幅されるようになっている。上記活性層２６ｃは、多重量子井戸、歪み超格子、或いは量子ドットから構成されている。多重量子井戸である場合は、たとえば、ＩｎＰ半導体基板２６ａからエピタキシャル成長させられることにより格子整合されたＩｎＧａＡｓ（１００Åの厚み）とＩｎＧａＡｓＰ（１００Åの厚み）との６対により構成され、その活性層２６ｃの上には、組成（屈折率）が段階的に変化させられたグリン（ＧＲＩＮ）構造のガイド層（２０００Å）が順次設けられている。この活性層２６ｃのデバイス長（光路長さ）は６００μｍであり、たとえば２５０ｍＡの電流値によるエネルギ注入によって注入された電子が通過する光子による誘導放射によって価電子帯へ移動させられるときに光エネルギを放出して通過光を増幅させると考えられている。この２５０ｍＡの電流値によるエネルギ注入により、たとえば波長１５５５ｎｍにおいて２０ｄＢ程度の利得が得られる。
【００３７】
前記第１光増幅素子２６の１端面には、金属或いは誘電体がスパッタリングされることによって光を反射する処理が施された金属膜或いは誘電体多層膜などの反射手段２６ｄが備えられているため、その１端面とは反対側に位置する他端面を通して光入力或いは光出力が行われるようになっている。したがって、前記第１レーザ光Ｌ１および第２レーザ光Ｌ２の合波光は、上記他端面を通して第１光増幅素子２６内に入力されるとともに、上記反射手段２６ｄに反射された光は再びその他端面を通して出力される。この第１光増幅素子２６の活性層２６ｃ内では、上記第１レーザ光Ｌ１の入射によってその波長λ１を中心とする周囲波長の自然光が発生し、その自然光は第１レーザ光Ｌ１の強度変調に反比例して強度が増減する。この状態においてその自然光の波長範囲内にある第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２が通過させられると、その第２波長λ２は、その自然光と同様の変化を受けつつ増強させられる。すなわち、第１レーザ光Ｌ１の変調と同様ではあるが位相反転させられた変調を受けて増幅させられる。すなわち、第１光増幅素子２６は、第２光増幅素子３４とともにクロスゲイン変調特性すなわち相互利得変調特性を備えている。
【００３８】
第１光サーキュレータ２０は、第１光増幅素子２６から出力された光を、第３光ファイバＦ３ではなく、第１波長選択素子２８を備えた第４光ファイバＦ４へ導く。第１波長選択素子２８は、前記第１光増幅素子２６に接続され、その第１光増幅素子２６から出力された光のうちから第２波長λ２である１５４８ｎｍの光を抽出する。この第１波長選択素子２８は、光フィルタ素子として機能するものであり、たとえば紫外線が局部的に照射されることにより、第４光ファイバＦ４の一部が長手方向において屈折率が周期的に変化させられたファイバーグレーティングフィルタであって、第２波長λ２を中心波長とし且つ半値幅が１ｎｍの光を選択して透過させるものである。なお、第１波長選択素子２８は、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されてもよい。
【００３９】
第２光カプラ３０は、第２光入力手段として機能するものであり、上記第１波長選択素子２８により第１光増幅素子２６から出力された光のうちから選択された第２波長λ２の光と、たとえば図３の中段の波形に示す第３波長λ３の制御光である第３レーザ光Ｌ３とを重畳（合波）し、第５光ファイバＦ５および第２光サーキュレータ３２を介して第１光増幅素子２６と同様に構成された第２光増幅素子３４へ入力させる。この第２光増幅素子３４では、変調された第２波長λ２は、その第２波長λ２を中心とする自然光の波長範囲内の第３波長λ３の制御光によってさらに変調を受け、第３波長λ３に関しては、図３の下段に示す波形とされる。第２光サーキュレータ３２は、第２光増幅素子３４から出力された光を、第５光ファイバＦ５へではなく、第２光フィルタ素子３６を備えた第６光ファイバＦ６へ導く。上記第２光フィルタ素子３６は、第２光増幅素子３４から出力された光のうちから第３波長λ３の光を選択し、図３の下段に示す出力光Ｌ４として出力する。図３において、中段の波形に示す制御光Ｌ３の実線、１点鎖線、破線は、下段に示す出力光Ｌ４の実線、１点鎖線、破線に対応しており、出力光Ｌ４は制御光Ｌ３に対して約３０倍のゲイン（増幅率）を有している。
【００４０】
図４および図５は、上記のようにして構成された光信号増幅３端子装置１０の相互利得変調型波長変換作用の特性を示している。図４は、第１入力光である第１レーザ光Ｌ１の信号強度ＰＩＮを示す横軸と出力光である第４レーザ光Ｌ４の信号強度ＰＯＵＴを示す縦軸とからなる二次元座標において、制御光Ｌ３の信号強度ＰＣをパラメータとする第４レーザ光Ｌ４の入出力特性図である。図から明らかなように、トランジスタなどのような３端子増幅素子と同様に、出力光である第４レーザ光Ｌ４の信号強度ＰＯＵＴは、制御光Ｌ３の信号強度ＰＣの変化に応答し、且つその変化が増幅されて変調させられるとともに、第１入力光である第１レーザ光Ｌ１の信号強度ＰＩＮの変化に応答し、且つその変化が増幅されて変調させられる。また、図５は、第１入力光である第１レーザ光Ｌ１の周波数を示す横軸と出力光である第４レーザ光Ｌ４の信号変調度Ｈ（％）を示す縦軸とからなる二次元座標において、その第４レーザ光Ｌ４の周波数特性を示している。図５によれば、５ＧＨｚまでは信号変調度Ｈの低下が見られなかった。上記信号変調度Ｈはたとえば次式（１）により表される。但し、Ｉｍａｘは光信号の最大値、Ｉｍｉｎは光信号の最小値である。なお、前記活性層２６ｃに量子ドットが用いられる場合には、１００ＧＨｚ以上の範囲において信号変調度Ｈの低下が見られない。
【００４１】
Ｈ＝１００×（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）・・・（１）
【００４２】
なお、本発明者の実験によれば、上記制御光Ｌ３を第３波長λ３から第１波長λ１へ変更することにより、第１波長λ１の出力光Ｌ４が得られるとともに、上記と同様の光信号増幅効果結果が得られた。また、上記においては、第２レーザ光Ｌ２の第２波長λ２は第１レーザ光Ｌ１よりも短波長であったが、その第２レーザ光Ｌ２の第２波長λ２を第１レーザ光Ｌ１よりも長波長としても上記と同様の光信号増幅効果結果が得られただけでなく、たとえば図３の下段の波形の最低値が零に近づくというような、出力光Ｌ４の基線が第１レーザ光Ｌ１と同様に零に近接するという更なる効果が認められた。また、第１波長λ１の第１入力光Ｌ１を第２波長λ２の第２レーザ光Ｌ２と同様に連続光（バイアス光）として、第３波長λ３の第３入力光Ｌ３に信号変調をかけると、第３波長λ３の出力光Ｌ４は、その第３入力光Ｌ３の信号が１０以上の増幅率で増幅されたものとして出力された。
【００４３】
図６（ａ）は、上記光信号増幅３端子装置１０が適用された２つの光ＮＡＮＤゲート４０から構成されたフリップフロップ回路４２を示し、図６（ｂ）は２つの光ＮＯＲゲート４４から構成されたフリップフロップ回路４６を示している。電子回路におけるＮＡＮＤゲートおよびＮＯＲゲートはよく知られているように複数のトランジスタから構成されており、そのトランジスタに替えて上記光信号増幅３端子装置１０が光回路中に設けられることにより光ＮＡＮＤゲート４０およびＮＯＲゲート４４が構成され、それら１対の光ＮＡＮＤゲート４０および１対の光ＮＯＲゲート４４からフリップフロップ回路４２および４６が構成される。このフリップフロップ回路４２および４６によれば、光により情報が記憶される。
【００４４】
図７は、前記光信号増幅３端子装置１０が適用された光演算増幅器（光オペレーショナルアンプ）４８を示している。電子回路における演算増幅器はよく知られているように複数のトランジスタから構成されており、そのトランジスタに替えて上記光信号増幅３端子装置１０が光回路中に設けられることにより、光演算増幅器４８が構成される。
【００４５】
以上のように構成された図１の光信号増幅３端子装置１０においては、第１波長λ１の第１入力光Ｌ１と第２波長λ２の第２入力光Ｌ２とが入力された第１光増幅素子２６からの光から選択された第２波長λ２の光と、第３波長λ３の第３入力光（制御光）Ｌ３とが第２光増幅素子３４へ入力させられるとき、その第２光増幅素子３４から出された光から選択された第３波長λ３の出力光Ｌ４は、前記第１波長λ１の第１入力光Ｌ１および／または第３波長λ３の第３入力光Ｌ３の強度変化に応答して変調された光であって、その第３波長λ３の第３入力光（制御光）Ｌ３に対する信号増幅率が２以上の大きさの増幅信号となるので、光信号の増幅処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置１０を得ることができる。
【００４６】
また、本実施例の光信号増幅３端子装置１０によれば、前記第１波長λ１の第１入力光Ｌ１は変調光であり、前記第２波長λ２の第２入力光Ｌ２は連続光であり、前記第３波長λ３の第３入力光Ｌ３は制御光であり、前記第３波長λ３の出力光Ｌ４は、その制御光Ｌ３の入力区間においてその第１入力光Ｌ１の変調信号が増幅された信号波形を備えたものであることから、第３波長λ３の出力光Ｌ４は、制御光Ｌ３の入力区間において第１波長λ１の第１入力光Ｌ１の強度変化に応答して変調された増幅光となるので、増幅された光信号のスイッチング処理を制御入力光を用いて直接行うことができる光信号増幅３端子装置１０を得ることができる。
【００４７】
また、本実施例では、前記第１波長λ１と第３波長λ３とは、同じ波長とすることもできることから、光信号増幅３端子装置１０の信号入力光としての第１入力光Ｌ１及び第３入力光Ｌ３と、出力光Ｌ４とが同じ波長となるので、共通の波長で複数の光信号増幅３端子装置１０を接続することが可能となり、複数個の光信号増幅３端子装置１０を用いて集積度の高い光回路を構成することができる。
【００４８】
また、本実施例では、前記第２波長λ２は、前記第１波長λ１よりも長波長とすることができるので、このような場合には、変調された第１入力光Ｌ１の増幅光である出力光Ｌ３が示す波形が、その第１入力光の波形の基線と同様に零レベルに近い基線となる利点がある。すなわち、変調度を大きくする利点がある。
【００４９】
また、本実施例では、第３波長λ３の出力光Ｌ４の第３波長λ３の制御光Ｌ３に対する信号増幅率は、１０以上の値であるので、光信号増幅３端子装置の増幅機能が一層高められ、その応用範囲が拡大される。
【００５０】
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４は、ｐｎ接合から構成される活性層２６ｃを備えた半導体光増幅素子であることから、信号増幅率および応答速度が一層高められた光信号増幅３端子装置１０が得られる。
【００５１】
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の活性層２６ｃは、量子井戸または量子ドットから構成されたものであることから、一層高い信号増幅率および速い応答速度を備えた光信号増幅３端子装置１０が得られる。特に量子ドットを用いた場合には１００ＧＨｚ以上の応答速度が得られる。また、活性層として歪み超格子を用いると偏波依存性が小さくなる。
【００５２】
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４は、活性層２６ｃを通過した光を反射するために金属蒸着などにより形成されたミラーなどの反射手段２６ｄをその一端面に備え、他端面を通して入力光が入力され且つ出力光が取り出されるものであることから、１端面に備えられたミラーなどの反射手段２６ｄによって活性層２６ｃにおける通過パスが実質的に長くされるので、信号増幅率が一層高められる。また、フィードバック効果によって一層変調度が高められる。
【００５３】
また、本実施例では、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の他端面を通してその中に入力光を入力させ、その他端面を通して出力される光をその入力光とは異なる光路へ導く光サーキュレータ２０および３２が設けられていることから、第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の他端面から出た光はその他端面へ入力させる光を導く導波路に入ることがなく、専ら他の出力用導波路に導かれる。
【００５４】
また、本実施例では、第１波長選択素子２８および／または第２波長選択素子３６は、導波路または光ファイバ内の光伝播方向において屈折率が周期的に変化させられたグレーティングフィルタ、屈折率が異なる多数組の層が積層されて成る多層膜フィルタ、フォトニックバンドギャップを有するフォトニッククリスタルのいずれかから構成されたものであることから、第１光増幅素子２６或いは第２光増幅素子３４からの光から第２波長λ２或いは第３波長λ３が好適に抽出される。
【００５５】
また、前述の光信号増幅３端子装置１０は、光ＮＡＮＤゲート４０、その一対の光ＮＡＮＤゲート４０から成る光フリップフロップ回路４２、または光演算増幅器４６を構成することができ、光集積回路の機能を高めることができる。
【００５６】
また、本実施例の第１光増幅素子２６において、第２波長λ２は第１波長λ１の第１入力光Ｌ１の周囲光の波長域内の波長であり、第２光増幅素子３４において、第３波長λ３は、第２波長λ２の入力光の波長域内の波長であるので、第１光増幅素子２６或いは第２増幅素子３４からの出力光に含まれる第２波長λ２或いは第３波長λ３の信号が好適に増幅される。
【００５７】
また、第１光増幅素子２６の一端面に設けられた反射手段２６が、第１波長λ１の光は透過させるが第２波長λ２の光は反射する波長選択性反射膜から構成されている場合は、第１波長選択素子２８が不要となる。第１光増幅素子２６と同様に構成されている第２光増幅素子３４の反射手段が、第２波長λ２の光は透過させるが第３波長λ３の光は反射する波長選択性反射膜（波長選択性ミラー）から構成されている場合は、第２波長選択素子３６が不要となる。上記波長選択性反射膜は、たとえば屈折率が異なる誘電体層が交互に積層された誘電体多層膜から構成される。
【００５８】
次に、他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図８は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置５０の構成例の要部を示している。本実施例の波長変換装置５０は、第１光入力手段として機能するハーフミラー５１および集光レンズ５２を通して光信号ＬＡが第１光増幅素子２６の一方の端面に入力され、その第１光増幅素子２６の他方の端面から集光レンズ５３を通して出力された光のうち第１波長λ１の光は透過させられるが、バイアス光Ｌ２の波長λｂの光は第１波長選択素子として機能する波長選択型ミラー５４により反射されて第１光増幅素子２６に戻される。その第１光増幅素子２６の一方の端面から出力された光は上記ハーフミラー５１により反射されるとともに第２光入力手段として機能するハーフミラー５５により制御光ＬＣと合波され、集光レンズ５６を通して第２光増幅素子３４の一方の端面に入射される。この第２光増幅素子３４の他方の端面から集光レンズ５７を通して出力された光のうちのバイアス光Ｌ２の波長λｂの光は透過させられるが、制御光ＬＣと同じ波長成分は第２波長選択素子として機能する波長選択型ミラー５８により反射されて第２光増幅素子３４に戻される。その第２光増幅素子３４の一方の端面から出された出力光Ｌ３は、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様のものとなる。このように構成された波長変換装置５０によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。上記波長選択型ミラー５８および波長選択型ミラー５４は、集光レンズ５７および集光レンズ５３を通して第２光増幅素子３４の端面および第１光増幅素子２６の端面と光学的に結合されている。上記集光レンズ５２、５３、５６、５７はたとえばマイクロレンズにより構成され、上記光信号ＬＡや出力光Ｌ３などは光ファイバにより伝送される。なお、ハーフミラー５１および５５は光カプラ又は光サーキュレータにより置き替えられてもよい。
【００６０】
図９は、前記光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置５９の構成例の要部を示している。本実施例の光信号増幅３端子装置５９は、直列に配設された第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４と、光信号ＬＡおよびバイアス光Ｌｂ（波長λｂ）を第１光増幅素子２６の内側端面に入射させる光カプラ６０および６１と、第１光増幅素子２６の外側端面からの光のうち第１波長λ１の光は透過させるが波長λｂの成分を反射して第１光増幅素子２６内に戻す波長選択性の反射器６２と、その第１光増幅素子２６の内側端面から出射した光のうち波長λｂの成分を通過させて第２光増幅素子３４の内側端面に入射させるフィルタ６３と、その第２光増幅素子３４の外側端面に制御光ＬＣを入射させる光カプラ６４と、その第２光増幅素子３４の外側端面から出射した光のうち制御光ＬＣと同じ波長成分の光を透過させ、出力光Ｌ３として出力させるフィルタ６５とを備えている。上記光カプラ６０および６１は第１光入力手段として機能し、上記光カプラ６４が第２光入力手段として機能し、上記反射器６２およびフィルタ６５は第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。このように構成された波長変換装置５９によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。上記制御光ＬＣの波長λＣの光信号はフィルタ６３で反射され且つフィルタ６５を透過して出力される。波長λｂの光成分はフィルタ６５を透過しない。上記光カプラ６０および６１は、１個の光カプラから構成されてもよい。
【００６１】
図１０は上記光信号増幅３端子装置５９を、図２に示すモノリシック構造の第１光増幅素子２６と同様のモノリシック構造すなわち１チップ構造で半導体基板２６ａの上に構成した例を示している。本実施例のモノリシック構造の光信号増幅３端子装置５９では、第１光増幅素子２６の外側位置、第１光増幅素子２６と第２光増幅素子３４との間の位置、第２光増幅素子３４の外側位置には、屈折率が周期的に変化させられたグレーティングにより構成された反射器６２、フィルタ６３、フィルタ６５が順次設けられている。なお、直線状の光導波路２６ｂから分岐させられている一対の分岐導波路は、前記光カプラ６０および６１および光カプラ６４に対応している。
【００６２】
図１１は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置６６の構成例の要部を示している。本実施例の波長変換装置６６は、一対の反射型の第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４と、その一対の反射型の第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４に接続された第２端子６７ｂおよび第３端子６７ｃを含む４端子を備え、その４端子間において光を伝送するが所定の端子からの出射光とその端子への入射光とが異なる光路とする４端子型光サーキュレータ６７と、光信号ＬＡおよびバイアス光Ｌｂ（波長λｂ）を合波して４端子型光サーキュレータ６７の第１端子（第１ポート）６７ａに入射させる光カプラ６８と、反射型第１光増幅素子３６から４端子型光サーキュレータ６７の第２ポート６７ｂに向かう波長λｂの光に制御光ＬＣを合波して第２光増幅素子３４に入射させる光カプラ６９とを備え、４端子型光サーキュレータ６７の第４ポート６７ｄから制御光ＬＣと同じ波長成分の光を透過させる。上記第１光増幅素子２６の反射面には、第１波長λ１の光は透過させるが第２波長λｂの光を選択的に反射する反射膜２６ｄが設けられており、上記第２光増幅素子３４の端面には、第２波長λｂの光は透過させるが制御光ＬＣと同じ波長λＣ成分の光を反射する反射膜３４ｄが設けられている。このように構成された光信号増幅３端子装置６６によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られるとともに、４端子型光サーキュレータ６７を通されるために出力光Ｌ３の変調度が高められる。本実施例の光信号増幅３端子装置６６は図１の光信号増幅３端子装置１０に比較して構成が簡単となる利点がある。なお、上記光カプラ６９は、４端子型光サーキュレータ６７の第３ポート６７ｃから第２光増幅素子３４に向かう波長λｂの光に制御光ＬＣを合波して第２光増幅素子３４に入射させるものであってもよい。本実施例では、光カプラ６８および光カプラ６９が第１光入力手段および第２光入力手段として機能し、反射膜２６ｄおよび３４ｄが第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。
【００６３】
図１２は、上記光信号増幅３端子装置６６がモノリシック構造とされた場合の例が示されている。このモノリシック構造の光信号増幅３端子装置６６も、前述の図６、図１０に示すものと同様に、半導体基板２６ａの上に形成された光導波路２６ｂを備えている。この光導波路２６ｂは、４端子型光サーキュレータ６７と同様の機能を出すためのＺ字状の部分と、光カプラ６８および６９としての機能を出すためにその一部から分岐させられた分岐導波路とが設けられている。上記光導波路２６ｂのＺ字状の部分のうちの屈折点には、一対の反射型第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４が前述の図２、図１０に示すものと同様に構成されている。なお、反射膜２６ｄおよび３４ｄは、それら反射型第１光増幅素子２６および第２光増幅素子３４の外端面に設けられている。
【００６４】
図１３は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置７０の構成例の要部を示している。本実施例の光信号増幅３端子装置７０は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板７１上に成長させられたたとえばＧａＩｎＮＡｓなどのｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーによりＶ字状に形成された第１光導波路７２および第２光導波路７３と、それら第１光導波路７２および第２光導波路７３に図示しない電極が設けられることによって設けられた第１光増幅素子２６、第２光増幅素子３４と、上記矩形半導体基板７１の一端面であって上記第１光導波路７２および第２光導波路７３の交差部に設けられ、バイアス光Ｌｂの第２波長λｂの光および制御光ＬＣは第２光導波路７３へ向かって反射するが光信号ＬＡ第１波長λ１の光を選択的に透過させる波長選択性反射膜７４と、矩形半導体基板７１の一端面であって上記第２光導波路７３の出力側に設けられ、第２波長λｂの光は反射するが制御光ＬＣと同じ波長成分の光を透過させる波長選択性反射膜７５とを備えている。光信号ＬＡとバイアス光Ｌｂは光カプラ７６によって合波されてから光導波路７２の端面に入射され、制御光ＬＣは、上記波長選択性反射膜７５の外側に設けられた光カプラ７７から第２光導波路１５６内に入射されるようになっている。このように構成された光信号増幅３端子装置７０によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。また、本実施例の光信号増幅３端子装置７０は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板上に成長させられたＧａＩｎＮＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族混結晶半導体層から成るｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーによって処理され且つ電極が付与されることによって１チップ化されるので、極小のサイズに構成される利点がある。本実施例では、上記光カプラ７６および７７が第１および第２光入力手段として機能し、上記波長選択性反射膜７４および波長選択性反射膜７５が第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。
【００６５】
図１４は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例の光信号増幅３端子装置７８の構成例の要部を示している。本実施例の光信号増幅３端子装置７８は、合波素子として用いられる光カプラ７９、光分波素子として用いられる光カプラ８０、および集光レンズ５２を通して光信号ＬＡが第１光増幅素子２６の一方の端面に入力され、その第１光増幅素子２６の他方の端面から集光レンズ５３を通して出力された光のうち上記光信号ＬＡの波長λ１は波長選択性フィルタ８１により透過させられない（吸収される）がバイアス光の波長λｂの光はそのフィルタ８１を透過し且つ全反射型ミラー８２により反射されて第１光増幅素子２６に戻される。その第１光増幅素子２６の一方の端面から出力された光は上記光カプラ８０から他の光カプラ８３へ伝送され、そこで制御光ＬＣと合波される。次いで、光カプラ８４および集光レンズ５６を通して第２光増幅素子３４の一方の端面に入射される。この第２光増幅素子３４の他方の端面から集光レンズ５７を通して出力された光のうちバイアス光の波長λｂの光は波長選択性フィルタ８５により透過させられない（吸収される）が制御光ＬＣと同じ波長λＣの成分はその波長選択性フィルタ８５を透過し且つ全反射型ミラー８６により反射されて第２光増幅素子３４に戻される。その第２光増幅素子３４の一方の端面から出された出力光Ｌ３は、光カプラ８４によって外部たとえば後述の光分配装置１５０へ出力される。このように構成された光信号増幅３端子装置７８によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られるだけでなく、光信号ＬＡの波長λ１は波長選択性フィルタ８１により吸収されて透過させられないことにより第１光増幅素子２６側へ戻される割合が極めて少なくなり、特性が一層改善される利点がある。本実施例では、光カプラ７９および光カプラ８４が第１光入力手段および第２光入力手段として機能し、上記波長選択性フィルタ８１および波長選択性フィルタ８５が第１波長選択素子および第２波長選択素子として機能している。
【００６６】
図１５は、前述の光信号増幅３端子装置１０の他の実施例であって、１チップに複数個（本実施例では２個）の光信号増幅３端子装置８８が集積化されたモノリシック構造の構成例の要部を示している。本実施例の複数組の光信号増幅３端子装置８８は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板８９上に成長させられたたとえばＧａＩｎＮＡｓなどのｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーにより一方の端面から他方の端面にわたって直線状に形成され、互いに隣接する１対でＶ字状を成す第１光導波路９０、第２光導波路９１、および第３光導波路９２と、それら第１光導波路９０、第２光導波路９１、および第３光導波路９２に図示しない電極が設けられることによって設けられた第１光増幅素子２６、第２光増幅素子３４、および第３光増幅素子９３と、上記矩形半導体基板８９の一端面であって上記第１光導波路９０および第２光導波路９１の交差部と上記第３光導波路９２の出力側端面とにわたって設けられ、バイアス光Ｌｂの第２波長λｂの光および制御光ＬＣは第２光導波路９１へ向かって反射するが光信号ＬＡの第１波長λ１の光および制御光ＬＣを選択的に透過させる波長選択性反射膜（波長選択性ミラー）９４と、矩形半導体基板８９の一端面であって上記第２光導波路９１の出力側端面に設けられ、第２波長λｂの光は透過するが制御光ＬＣと同じ波長成分の光を第３光導波路９２へ向かって反射する波長選択性反射膜（波長選択性ミラー）９５とを、それぞれ備えている。光信号ＬＡとバイアス光Ｌｂは光カプラ９６によって合波されてから第１光導波路９０の入力側の端面に入射され、制御光ＬＣは、上記波長選択性反射膜９４の外側から第２光導波路９１内に入射されるようになっている。このように構成された光信号増幅３端子装置８８によれば、前述の光信号増幅３端子装置１０と同様の相互利得変調型の波長変換作用および光増幅作用が得られる。本実施例の光信号増幅３端子装置８８は、たとえばＧａＡｓ等の矩形半導体基板上に成長させられたＧａＩｎＮＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族混結晶半導体層から成るｐｎ接合層（活性層）を有する混晶半導体層がホトリソグラフィーによって処理され且つ電極が付与されることによって１チップ化されるので、たとえば１．３μｍ波長帯の光信号の信号処理が可能な光信号増幅３端子装置１０が極小のサイズに構成される利点がある。また、本実施例によれば、サーキュレータが不要となるとともに、３つの光増幅素子２６、３４、９３により高出力が得られる。本実施例では、光カプラ９６が第１光入力手段として機能し、波長選択性反射膜９４が第２光入力手段および第１波長選択素子として機能し、波長選択性反射膜９５が第２波長選択素子として機能している。
【００６７】
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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