(57)【要約】【課題】  小型で安価な光波形整形素子を提供する。【解決手段】  基板１１上に導波路１２が形成されており、これらの上部にＸ方向に分割された電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されている。導波路１２は、光信号の増幅を行う導波路部Ｐ１１，Ｐ１３と、光信号のうちの所定レベル以下の光信号を吸収して波形整形を行う導波路部Ｐ１２とされている。導波路部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の各々の機能は、電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃから導波路１２に供給する電流を調整することにより実現される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の波形を整形する光波形整形素子において、
基板上に形成され、前記光信号を導波しつつ所定レベル以下の前記光信号を吸収して波形整形する第１導波部と、
前記基板上に形成され、前記第１導波部を介した光信号を導波しつつ増幅する第２導波部と
を備えることを特徴とする光波形整形素子。
【請求項２】
前記第１導波部及び前記第２導波部は、可飽和吸収体により形成されており、
前記第１導波部に電流を供給して前記光信号を吸収する特性を持たせる第１電極と、
前記第２導波部に電流を供給して前記光信号を増幅する特性を持たせる第２電極と
を備えることを特徴とする請求項１記載の光波形整形素子。
【請求項３】
前記光信号の導波方向に沿って前記第１導波部及び前記第２導波部を複数備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光波形整形素子。
【請求項４】
前記光信号の導波方向に沿って設けられた複数の前記第１導波部は、前記光信号を吸収するレベルがそれぞれ異なるレベルに設定されることを特徴とする請求項３記載の光波形整形素子。
【請求項５】
前記第１導波部及び前記第２導波部の少なくとも一方は、前記光信号の導波方向と交差する交差方向に量子井戸が形成されている量子井戸構造であることを特徴とする請求項１から請求項４記載の光波形整形素子。
【請求項６】
前記量子井戸構造は、多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項５記載の光波形整形素子。
【請求項７】
前記光信号の導波方向と交差する交差方向の構造がブラッグ反射鏡とされた反射鏡を、前記第１導波部及び前記第２導波部の少なくとも一方に備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の光波形整形素子。
【請求項８】
前記反射鏡は、前記第１導波部及び前記第２導波部の少なくとも一方を前記交差方向に挟むように形成されていることを特徴とする請求項７記載の光波形整形素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ等の伝送路で伝送される光信号の波形を整形する光波形整形素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報技術の進展によって取り扱われる情報量が飛躍的に増大している。この膨大な情報を伝送するために光通信が用いられる機会が増大している。現在は、数百〜数千キロメートル程度の長距離に亘って光信号を伝送する基幹系・海底系の伝送路に限られず、企業のオフィスや一般家庭を接続する伝送路に光ファイバが用いられている。伝送路に光ファイバを用いることによって光信号の劣化を小さくすることができるが、劣化は零ではないため、長距離に亘って光信号を伝送すると光ファイバの分散等によって光信号に劣化が生ずる。
【０００３】
現在の光通信システムでは、光ファイバの分散を補償する分散補償装置を用い、又は特性が改良された光ファイバを用いることで伝送距離を伸ばす工夫がされているが、これらによる伝送距離の長距離化には限界がある。このため、現在においては、劣化によって光信号の再生が不可能になる前に、光ファイバによって伝送された光信号を一度電気信号に変換して電気信号の波形整形を行い、その後に波形整形された電気信号を光信号に戻す波形整形処理を行い、この波形整形処理が行われた光信号を光ファイバで伝送することで伝送距離の長距離化を図っている。かかる技術の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
【特許文献１】特開２００４−３２８３０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した通り上記の特許文献１に開示された技術では、光ファイバによって伝送された光信号を一旦電気信号に変換し、更に光信号に戻す波形整形処理を行っている。かかる処理によって光ファイバを伝送した光信号を伝送前の信号に戻すことができる。しかしながら、この波形整形処理を実現するためには、光源、光変調器、高速動作が可能な受光素子、高速ディジタルアナログ回路等の高価な装置が必要になり、伝送路全体のコストが上昇するという問題があった。また、この波形整形処理を実現する装置が大型化してしまうため設置場所によっては、問題が生ずる虞があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、小型で安価な光波形整形素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の光波形整形素子は、光信号の波形を整形する光波形整形素子（１０、２０）において、基板（１１、２１）上に形成され、前記光信号を導波しつつ所定レベル以下の前記光信号を吸収して波形整形する第１導波部（Ｐ１２、Ｐ２２）と、前記基板上に形成され、前記第１導波部を介した光信号を導波しつつ増幅する第２導波部（Ｐ１３、Ｐ２３）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、第１導波部に光信号が入射すると第１導波部を伝播しつつ所定レベル以下の光信号が吸収されて整形され、この整形された光信号が第２導波部に入射すると第２導波部を伝播しつつ増幅される。
また、本発明の光波形整形素子は、前記第１導波部及び前記第２導波部は、可飽和吸収体により形成されており、前記第１導波部に電流を供給して前記光信号を吸収する特性を持たせる第１電極（１３ｂ、２３ｂ）と、前記第２導波部に電流を供給して前記光信号を増幅する特性を持たせる第２電極（１３ｃ、２３ｃ）とを備えることを特徴としている。
ここで、本発明の光波形整形素子は、前記光信号の導波方向に沿って前記第１導波部及び前記第２導波部を複数備えることが好適である。
更に、前記光信号の導波方向に沿って設けられた複数の前記第１導波部は、前記光信号を吸収するレベルがそれぞれ異なるレベルに設定されることが望ましい。
また、本発明の光波形整形素子は、前記第１導波部及び前記第２導波部の少なくとも一方は、前記光信号の導波方向と交差する交差方向に量子井戸が形成されている量子井戸構造であることを特徴としている。
ここで、前記量子井戸構造は、多重量子井戸構造であることが望ましい。
また、本発明の光波形整形素子は、前記光信号の導波方向と交差する交差方向の構造がブラッグ反射鏡とされた反射鏡（２４、２５）を、前記第１導波部及び前記第２導波部の少なくとも一方に備えることを特徴としている。
ここで、前記反射鏡は、前記第１導波部及び前記第２導波部の少なくとも一方を前記交差方向に挟むように形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、光信号を導波しつつ所定レベル以下の光信号を吸収して波形整形する第１導波部と、第１導波部を介した光信号を導波しつつ増幅する第２導波部とが基板上に形成されているため、小型で安価な光波形整形素子を提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による光波形整形素子について詳細に説明する。尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。
【０００９】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態による光波形整形素子を示す斜視図であり、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。これら図１，図２に示す通り、本実施形態の光波形整形素子１０は、基板１１上に形成されたＸ方向に延びる導波路１２と、これら基板１１及び導波路１２上にＸ方向に３分割された電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃとを備えている。導波路１２の一方の端部である入射端１２ａから光信号が入射され、他方の端部である射出端１２ｂから導波路１２を介して波形整形された光信号が射出される。尚、本実施形態では、入射する光信号の波長は通信分野で一般に用いられる１．５５μｍとする。
【００１０】
基板１１上に形成された導波路１２は、内部を伝播する光信号がシングルモードとなるように設計されている。具体的には、長手方向（Ｘ方向）の長さが数百μｍ〜数ｍｍ程度、横方向（Ｙ方向）の長さが数百μｍ程度、高さ（Ｚ方向）の長さが数μｍ程度に設計されている。この導波路１２は、入射する光信号に対してほぼ透明な材料と、通常は吸収するが電流注入によって増幅する材料で形成されている。具体的には、例えばIII-V族化合物半導体の一種であるＩｎＧａＡｓＰ（インジウム・ガリウム・ヒ素・リン）を用いて形成されている。
【００１１】
電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、少なくとも導波路１２を形成する材料とオーミック・コンタクトがとれる材料により形成されている。電極１３ａ，１３ｃのＸ方向の長さは、１００μｍ〜数ｍｍ程度であり、電極１３ａ，１３ｃの間に設けられた電極１３ｂのＸ方向の長さは１００μｍ程度である。尚、図示は省略しているが、基板１１の底面には電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃに共通した共通電極が設けられており、電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃの各々から供給された電流は、導波路１２及び基板１０を順に介して共通電極に流れ込むよう構成されている。
【００１２】
上部に電極１３ａが形成されている導波路１２の部分（以下、導波路部Ｐ１１という）、及び、上部に電極１３ｃが形成されている導波路１２の部分（以下、導波路部Ｐ１３という）は、光信号を導波しつつ増幅するための部位である。他方、上部に電極１３ｂが形成されている導波路１２の部分（以下、導波路部Ｐ１２という）は、入射した光信号を導波しつつ所定レベル以下の光信号を吸収して光信号の波形を整形する部位である。導波路部Ｐ１２のＸ方向の長さが長くなりすぎると入射する光信号の変調速度に応答できなくなるため、導波路部Ｐ１２のＸ方向の長さは光信号の変調速度に十分応答できるよう１００μ程度又はそれ以下に設定される。電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃの各々に印加する電圧は任意に設定することができ、これにより導波路部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の各々に任意の電流を供給することができる。
【００１３】
電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃから導波路１２に供給する電流を調整することで、同一材料で形成されている導波路１２に異なる機能を持たせることができる。つまり、電極１３ａ，１３ｃから導波路部Ｐ１１，Ｐ１３の各々に多くの電流を供給すると、導波路部Ｐ１１，Ｐ１３に光信号が入射したときに、導波路部Ｐ１１，Ｐ１３内部で誘導放出が生じ、これにより光信号は導波路部Ｐ１１，Ｐ１３を伝播するにつれて増幅される。これに対し、電極１３ｂから導波路部Ｐ１２に供給する電流を、導波路部Ｐ１１，Ｐ１３に供給する電流よりも少なくしてある値に調整すると、導波路部Ｐ１２は可飽和吸収体（光の強度を上げると透明になる(吸収の飽和により光の吸収が弱くなる)光吸収材料）となり、これにより所定レベル以下の光信号が吸収されることになる。
【００１４】
図３は、導波路１２を伝播する光信号の波形の一例を示す図である。尚、図３に示す波形は、導波路１２中を伝播する光信号を電気信号に変換し、その電気信号をオシロスコープ等を用いて表示させたアイパターンである。周知の通り、オシロスコープを用いて観察されるアイパターンは目のような模様の集まりであり、ノイズが無くその目の形状がはっきりしており、波形の上下がほぼ対称であれば光信号の劣化がない状態である。
【００１５】
図３（ａ）は導波路１２の入射端１２ａに入射する光信号のアイパターンであり、図３（ｂ）は導波路部Ｐ１１から射出される（導波路部Ｐ１２に入射する）光信号のアイパターンである。また、図３（ｃ）は導波路部Ｐ１２から射出される（導波路部Ｐ１３に入射する）光信号のアイパターンであり、図３（ｄ）は射出端１２ｂから射出される光信号のアイパターンである。図３（ａ）から、導波路１２の入射端１２ａに入射する光信号のアイパターンは、波形の上下がほぼ対称ではあるものの目の形状がはっきりしておらず、劣化した信号であることが分かる。
【００１６】
この光信号が導波路部Ｐ１１を伝播して増幅されると、図３（ｂ）に示すアイパターンが得られる。導波路部Ｐ１１では劣化している光信号を増幅しているだけであるため、導波路部Ｐ１１から射出される光信号のアイパターンは、図３（ｂ）に示す通り、波形の上下がほぼ対称ではあるものの目の形状がはっきりしていない。尚、導波路部Ｐ１１で入射端１２ａから入射した光信号を増幅するのは、導波路部Ｐ１２での波形整形をしやすくするためである。
【００１７】
導波路部Ｐ１１から射出された光信号が導波路部Ｐ１２に入射すると、図３（ｂ）中に示す閾レベルＴｈ以下の光信号が吸収され、図３（ｃ）に示すアイパターンが得られる。尚、閾レベルＴｈは、導波路部Ｐ１２に入射する光信号の「１」レベルと「０」レベルとの間であって、導波路部Ｐ１１の利得と導波路部Ｐ１２への注入電流との関係に応じた値に設定される。図３（ｃ）を参照すると、導波路部Ｐ１１による吸収によって信号レベル自体は低下しているものの、目の部分が大きくなってはっきりしたことが分かる。
【００１８】
導波路部Ｐ１２から射出された光信号が導波路部Ｐ１３に入射すると、導波路部Ｐ１３を伝播して増幅され、図３（ｄ）に示すアイパターンが得られる。図３（ｄ）を参照すると、信号レベルが十分に大きくなっているとともに、ノイズが無くその目の形状がはっきりしており、しかも波形の上下がほぼ対称であることが分かる。以上から、本実施形態の光波形整形素子１０は、大きくても数ｍｍ角程度の大きさであり、しかもさほど高価なものでもない。また、劣化した光信号を良好に整形することができる。
【００１９】
〔第２実施形態〕
図４は本発明の第２実施形態による光波形整形素子を示す斜視図であり、図５は図４中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。これら図４，図５に示す通り、本実施形態の光波形整形素子２０は、基板２１上に形成されたブラッグ反射鏡等の反射鏡２４、導波路２２、ラッグ反射鏡等の反射鏡２５、及びこれらを覆うように形成されたＸ方向に３分割された電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃを備えている。
【００２０】
導波路２２は、第１実施形態と同様に、Ｘ方向に延在しており、入射する入射する光信号（波長１．５５μｍ）に対してほぼ透明なＩｎＰ（インジウム・リン）等の材料と、通常は吸収するが電流注入によって増幅するようなＩｎＧａＡｓＰ等の材料で形成で形成されている。また、第１実施形態と同様に、導波路２２は内部を伝播する光信号がシングルモードとなるように設計されている。この導波路２２の一方の端部である入射端２２ａから光信号が入射され、他方の端部である射出端２２ｂから導波路２２を介して波形整形された光信号が射出される。
【００２１】
反射鏡２４は導波路２２の底面側（−Ｚ側）に形成されており、反射鏡２５は導波路２２の上面側（＋Ｚ側）に形成されている。つまり、反射鏡２４，２５は、導波路２２をＺ方向に挟むように形成されており、これにより導波路２２は反射鏡２４，２５により構成される共振器内に配置されているといえる。この反射鏡２４，２５は、Ｚ方向にレーザ発振を起こさせておき、信号光がＸ方向に入射したときに増幅の応答性を高めるために設けられている。
【００２２】
電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、反射鏡２５が導電性を有する材料から形成されている場合には、少なくとも反射鏡２５を形成する材料とオーミック・コンタクトがとれる材料により形成されている。電極２３ａ，２３ｃのＸ方向の長さは図１，図２に示す電極１３ａ，１３ｃのＸ方向と同様の長さ（１００μｍ〜数ｍｍ程度）であり、電極２３ｂのＸ方向の長さは図１，図２に示す電極１３ｂのＸ方向の長さと同様の長さ（１００μｍ程度）である。尚、第１実施形態と同様に、不図示の共通電極が基板１１の底面に形成されている。
【００２３】
また、第１実施形態と同様に、上部に電極２３ａが形成されている導波路２２の部分（以下、導波路部Ｐ２１という）、及び、上部に電極２３ｃが形成されている導波路２２の部分（以下、導波路部Ｐ２３という）は、光信号を導波しつつ増幅するための部位である。他方、上部に電極２３ｂが形成されている導波路２２の部分（以下、導波路部Ｐ２２という）は、入射した光信号を導波しつつ所定レベル以下の光信号を吸収して光信号の波形を整形する部位である。導波路部２３ａ，２３ｂ，２３ｃの各々が上記の機能を持つように、本実施形態でも電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃからの電流量が調整されている。
【００２４】
以上の構成の光波形整形素子２０に光信号が入射されると、その光信号は導波路部Ｐ２１で増幅され、導波路部Ｐ２２で所定レベル以下の光信号が吸収されて波形整形され、波形整形された光信号が導波路部Ｐ２３で増幅される。これにより、第１実施形態と同様に、入射される光信号が劣化していても良好に光信号の波形を整形することができる。また、本実施形態では、光信号が導波路２２を伝播する際に、反射鏡２４，２５によって構成される共振器によりＺ方向にレーザ発振する。これにより、応答速度を高められるため、変調速度が早い光信号（変調周波数が高い光信号）が入射した場合であっても、良好に波形整形を行うことができる。
【００２５】
尚、図４，図５に示す例では、反射鏡２４，２５でＺ方向に導波路２２を挟み、反射鏡２５上に電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成した構成であった。しかしながら、反射鏡２４，２５をブラッグ反射鏡とする場合には、絶縁体であるＳｉＯ２／ＴｉＯ２を用いた誘電体多層膜とすることが多い。かかる材料を用いて反射鏡２４，２５を用いる場合には、反射鏡２５上に電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成しても導波路２２に電流を供給することができない。このため、反射鏡２４，２５を誘電体多層膜とするときには、導波路２２と反射鏡２５との間に電極２３ａ，２３ｂ，２３ｃを形成し、導波路２２と反射鏡２４との間に共通電極を形成するのが望ましい。
【００２６】
また、図４，図５に示す例では、反射鏡２４，２５が何れもブラッグ反射鏡である構成を例に挙げて説明したが、何れか一方をブラッグ反射鏡にして他方を金属反射鏡にする構成であっても良い。また、図４，図５では反射鏡２４，２５が導波路２２のＸ方向の全体に亘って形成されている例について説明したが、導波路部Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３の何れか１つ又は２つを挟むように形成しても良い。例えば、導波路部Ｐ２２のみを挟み、又は導波路部Ｐ２１，Ｐ２３を挟むといった具合である。
【００２７】
〔その他の実施形態〕
上述した第１実施形態では、基板１１上の導波路１２はＸ方向に延在したものであり、導波路部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３が同一構成であった。また、第２実施形態においても、基板２１上の導波路２２はＸ方向に延在したものであって、導波路部Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３が同一構成であった。しかしながら、導波路部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３毎、又は導波路部Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３毎に異なる構成としても良い。例えば、光信号の増幅効率、吸収効率の向上のために量子井戸を形成しても良い。このとき、多重量子井戸構造にするのが望ましい。
【００２８】
図６は、第１実施形態の光波形整形素子１０に設けられる導波路１１に多重量子井戸を形成した例を示す断面図である。図６に示す例では、導波路部Ｐ１１及び導波路部Ｐ１２に異なる構造の多重量子井戸Ｗ１，Ｗ２がそれぞれ形成されている。導波路部Ｐ１１に形成される多重量子井戸Ｗ１は増幅効率を高めるようその構造が設計されており、導波路部Ｐ１２に形成される多重量子井戸Ｗ２は増幅効率を高めるようその構造が決定されている。尚、導波路１１がＩｎＰから形成される場合には、多重量子井戸Ｗ１，Ｗ２は、ＩｎＰ／Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙにより形成される。尚、多重量子井戸Ｗ１，Ｗ２の構造を異なる構造とする場合には、多重量子井戸を構成する各々の層の厚み、層数、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの組成等を変えることが可能である。
【００２９】
また、以上説明した第１実施形態では導波路１１のＸ方向に沿って導波路部Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３を設け、第２実施形態では導波路２１のＸ方向に沿って導波路部Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３を設けた構造であった。しかしながら、これらの実施形態においては、信号の増幅は他の装置で行い、導波路部Ｐ１１，Ｐ２１を省略した構成とすることもできる。
【００３０】
また、光信号の波形整形を行う導波路部Ｐ１２と光信号の増幅を行う導波路部Ｐ１３との組、又は光信号の波形整形を行う導波路部Ｐ２２と光信号の増幅を行う導波路部Ｐ２３との組を、光信号の伝播方向（Ｘ方向）に複数設けた構成であっても良い。かかる構成にすることで、各々の導波路部に設けられる電流を制御することで、光信号の劣化具合に応じて増幅又は吸収（波形整形）の段数を変えるといった運用が実現できる。このときに、複数設けられる光信号の波形整形を行う導波路部Ｐ１２の各々の閾レベル（図３（ｂ）中の閾レベルＴｈ）をそれぞれ異なる値に設定することが望ましい。また、光信号の波形整形を行う導波路部と光信号の増幅を行う導波路部とを複数設ける場合に、光スイッチ、光分岐路等の素子を集積化することで、波形整形を行うか否かの制御を行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態による光波形整形素子を示す斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】導波路１２を伝播する光信号の波形の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態による光波形整形素子を示す斜視図である。
【図５】図４中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】第１実施形態の光波形整形素子１０に設けられる導波路１１に多重量子井戸を形成した例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０      光波形整形素子
１１      基板
１３ｂ    電極（第１電極）
１３ｃ    電極（第２電極）
２０      光波形整形素子
２１      基板
２３ｂ    電極（第１電極）
２３ｃ    電極（第２電極）
２４      反射鏡
２５      反射鏡
Ｐ１２    導波路部（第１導波部）
Ｐ１３    導波路部（第２導波部）
Ｐ２２    導波路部（第１導波部）
Ｐ２３    導波路部（第２導波部）
【図１】
2007011106.tif 000003
【図２】
2007011106.tif 000004
【図３】
2007011106.tif 000005
【図４】
2007011106.tif 000006
【図５】
2007011106.tif 000007
【図６】
2007011106.tif 000008