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JP2000162654A - Polarization-independent optical semiconductor device - Google Patents

Polarization-independent optical semiconductor device

Info

Publication number
JP2000162654A
JP2000162654A JP10333622A JP33362298A JP2000162654A JP 2000162654 A JP2000162654 A JP 2000162654A JP 10333622 A JP10333622 A JP 10333622A JP 33362298 A JP33362298 A JP 33362298A JP 2000162654 A JP2000162654 A JP 2000162654A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
polarization
waveguide
optical
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP10333622A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minefumi Shimoyama
峰史 下山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP10333622A priority Critical patent/JP2000162654A/en
Publication of JP2000162654A publication Critical patent/JP2000162654A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏波無依存型光半導体装置に関し、簡単な構
成により、1つのポンプ光と1つの信号光とにより、1
つの偏波無依存性の変換光のみを発生させる。 【解決手段】 方向性結合器1、2つの互いに直交する
直線偏光を実効的に固有伝搬モードとして持つとともに
光共振器を構成しない利得導波路2、2つの直線偏光に
対する(n+1/4)波長板3、及び、反射鏡4とを、
光軸に沿って順に直列に配置するとともに、方向性結合
器1の入力導波路の一方から2つの直線偏光成分を等分
に含む連続発振レーザ光からなるポンプ光5を入射さ
せ、且つ、方向性結合器1の入力導波路の一方からポン
プ光5と波長の異なる信号光6を入射させる。
(57) [Summary] A polarization-independent optical semiconductor device includes: a single pump light and a single signal light;
Only two polarization-independent converted lights are generated. A directional coupler (1), a gain waveguide (2) having two mutually orthogonal linearly polarized lights as effective eigenpropagation modes and not constituting an optical resonator, and an (n + 1/4) wavelength plate for two linearly polarized lights. 3 and the reflecting mirror 4
Pump light 5 composed of continuous wave laser light containing two linearly polarized light components equally divided from one of the input waveguides of the directional coupler 1 while being arranged in series along the optical axis, and A signal light 6 having a wavelength different from that of the pump light 5 is incident from one of the input waveguides of the sexual coupler 1.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は偏波無依存型光半導
体装置に関するものであり、特に、光通信システムにお
いて偏波無依存性波長変換素子或いは偏波無依存性分散
補償素子として用いる簡単な光入出力構成に特徴のある
偏波無依存型光半導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization-independent optical semiconductor device, and more particularly, to a simple polarization-independent wavelength conversion element or a polarization-independent dispersion compensation element used in an optical communication system. The present invention relates to a polarization independent optical semiconductor device having a characteristic optical input / output configuration.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバ通信は1本の光ファイバで大
容量の情報を送ることができるため、これまでの幹線系
通信に広く用いられてきたが、近年、マルチメディア情
報を一般家庭まで提供するFTTH(Fiber to
the Home:光ファイバを一般家庭まで引き、
画像等の大容量情報を提供しようとする試み)が提案さ
れ、現実的なものとなりつつある。
2. Description of the Related Art Optical fiber communication has been widely used for trunk line communication since a large amount of information can be transmitted by one optical fiber, but recently, multimedia information has been provided to ordinary households. FTTH (Fiber to
the Home: Pull the optical fiber to the general home,
Attempts to provide large-capacity information such as images) have been proposed and are becoming practical.

【0003】現在実用化されている光通信システムに用
いられている半導体レーザをはじめとする大多数の光半
導体装置は偏波依存性を有するのに対して、信号光を伝
搬する光ファイバは、伝搬光の偏光情報を保存するよう
に設計されていないため、伝送後に特定の偏波光を期待
することができない。
Most optical semiconductor devices, such as semiconductor lasers used in optical communication systems currently in practical use, have polarization dependence, whereas optical fibers for transmitting signal light are: Since it is not designed to preserve the polarization information of the propagating light, a specific polarized light cannot be expected after transmission.

【0004】また、次世代の通信手段と目されている波
長多重通信システムにおいては、大きな変換帯域を持つ
波長変換システムが必須になるが、光ファイバ中を伝搬
する光は波長分散によって波形が歪むため、大容量長距
離伝送にはこの分散を補償するシステムが不可欠とな
り、したがって、波長多重通信システムにおいては、入
力光の偏波状態に依存しない波長変換装置や分散補償装
置が必要となる。
In a wavelength division multiplexing communication system which is regarded as a next generation communication means, a wavelength conversion system having a large conversion band is indispensable, but light propagating in an optical fiber has a waveform distorted by chromatic dispersion. Therefore, a system for compensating for this dispersion is indispensable for large-capacity long-distance transmission. Therefore, in a wavelength division multiplex communication system, a wavelength converter and a dispersion compensator that do not depend on the polarization state of input light are required.

【0005】即ち、光ファイバ中を伝搬する光は、波長
によって伝搬速度が異なるので、波形、即ち、光パルス
幅等が変化することになるが、波長変換を伝搬速度の差
による光パルス波形の変化を相殺する方向に変換させ、
波長変換により変化した光パルスをもう一度光ファイバ
中を伝搬させることによって光パルス波形を元の状態に
復帰することができ、これによって、波長変換装置が分
散補償装置として作用することになる。
That is, since the light propagating through the optical fiber has a different propagation speed depending on the wavelength, the waveform, that is, the light pulse width or the like changes. Change in a direction that offsets the change,
By propagating the optical pulse changed by the wavelength conversion through the optical fiber once again, the optical pulse waveform can be returned to the original state, whereby the wavelength converter functions as a dispersion compensator.

【0006】従来、この様な偏波無依存型波長変換を実
現するために、半導体光増幅器に互いの偏波面が直交し
且つ互いに波長の異なる2つのCW光(連続発振レーザ
光)からなるポンプ光を導入しておき、これらの波長と
異なる波長の信号光を半導体光増幅器に入射することに
よって偏波無依存を実現することが提案されているの
で、この原理を図6を参照して説明する。
Conventionally, in order to realize such a polarization independent type wavelength conversion, a pump composed of two CW lights (continuous oscillation laser lights) having mutually orthogonal polarization planes and different wavelengths is provided to a semiconductor optical amplifier. It has been proposed to realize polarization independence by introducing light and injecting signal light having a wavelength different from these wavelengths into the semiconductor optical amplifier. This principle will be described with reference to FIG. I do.

【0007】図6(a) 図6(a)は、半導体光増幅器に入射する2つのポンプ
光P1 ,P2 と信号光Sの波長及び相対強度を示す図で
あり、例えば、ポンプ光P1 を波長λP1のTE(Tra
nsverse Electric)偏光とし、ポンプ
光P2 を波長λ P2のTM(Transverse Ma
gnetic)偏光とし、信号光Sの波長をλS とす
る。
FIG. 6A shows two pumps incident on a semiconductor optical amplifier.
Light P1, PTwoFIG. 7 is a diagram showing the wavelength and relative intensity of the signal light S.
Yes, for example, pump light P1The wavelength λP1TE (Tra
nsverse Electric) polarized light and pump
Light PTwoThe wavelength λ P2TM (Transverse Ma)
g) and the wavelength of the signal light S is λ.SToss
You.

【0008】図6(b)参照 図6(b)は、2つのポンプ光P1 ,P2 と信号光Sを
半導体光増幅器に入射した場合には出力される3つの位
相共役波の変換光C1 ,C2 ,C3 の波長の関係を示し
たものである。なお、非線形相互作用による位相共役光
の生成に寄与しなかった2つのポンプ光P1 ,P2 と信
号光Sの残部も出力されることになる。
Referring to FIG. 6B, FIG. 6B shows converted light of three phase conjugate waves output when two pump lights P 1 and P 2 and a signal light S enter a semiconductor optical amplifier. This shows the relationship between the wavelengths of C 1 , C 2 , and C 3 . The two pump lights P 1 , P 2 and the remainder of the signal light S that did not contribute to the generation of the phase conjugate light due to the nonlinear interaction are also output.

【0009】この場合、2つのポンプ光P1 ,P2 と信
号光Sの非線形相互作用(四光波混合)による変換光C
1 ,C2 ,C3 、即ち、位相共役光の出射強度は、 信号光Sの強度、 ポンプ光P1 ,P2 の内、信号光Sと同じ偏波成分の
強度、及び、 変換光の感じる線形利得 によって決定されることになる。
In this case, the converted light C due to the nonlinear interaction (four-wave mixing) between the two pump lights P 1 and P 2 and the signal light S.
1 , C 2 , C 3 , that is, the emission intensity of the phase conjugate light is the intensity of the signal light S, the intensity of the same polarization component as the signal light S among the pump lights P 1 and P 2 , and the intensity of the converted light. It will be determined by the linear gain you feel.

【0010】この内、変換光C1 はポンプ光P1 と信号
光Sとの相互作用によって生じ、その角周波数ωC1(=
2πc/λC1:cは光速)は、 ωC1=2ωP1−ωS となり、また、変換光C2 はポンプ光P2 と信号光Sと
の相互作用によって生じ、その角周波数ωC2は、 ωC2=2ωP2−ωS となる。
The converted light C 1 is generated by the interaction between the pump light P 1 and the signal light S, and its angular frequency ω C1 (=
2πc / λ C1 : c is the speed of light) is ω C1 = 2ω P1 −ω S , and the converted light C 2 is generated by the interaction between the pump light P 2 and the signal light S, and the angular frequency ω C2 is ω C2 = 2ω P2 −ω S

【0011】一方、変換光C3 は、2つのポンプ光
1 ,P2 と信号光Sとの相互作用によって生じ、その
角周波数ωC3は、 ωC3=ωP1+ωP2−ωS となり、この変換光C3 のみが偏波無依存性の変換光と
なるので、この変換光C 3 のみを選択的に取り出すこと
によって偏波無依存型の波長変換機構を構築することが
できる(必要ならば、IEEE Photon.Let
t.,vol.10,pp.352,1998参照)。
On the other hand, the converted light CThreeIs two pump lights
P1, PTwoAnd the signal light S,
Angular frequency ωC3Is ωC3= ΩP1+ ΩP2−ωS And this converted light CThreeOnly polarization-independent converted light
The converted light C ThreeSelectively retrieve only
A polarization independent wavelength conversion mechanism
Yes (if necessary, IEEE Photon. Let
t. , Vol. 10, pp. 352, 1998).

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の偏波無
依存型波長変換システムにおいては、互いに直交する偏
波面を有する2つのポンプ光P1 ,P2 と信号光Sの都
合3つの光を導入するシステムが必要になり、また、こ
の場合には、3つの波長の異なる変換光C1 ,C 2 ,C
3 が形成され、変換光C3 のみが偏波無依存性を有する
ので、この変換光C3 のみを取り出すために、システム
として都合6つの波長を光を取り扱うことになり、非常
に複雑な取り扱いが要求されるという問題がある。
However, conventional polarization-free
In dependent wavelength conversion systems, orthogonal polarizations
Two pump lights P having a wavefront1, PTwoAnd the city of signal light S
A system that introduces three lights is required.
, The converted light C having three different wavelengths1, C Two, C
ThreeIs formed, and the converted light CThreeOnly have polarization independence
Therefore, this converted light CThreeOnly to take out the system
6 light wavelengths will be handled for convenience.
Has a problem that complicated handling is required.

【0013】なお、2つのポンプ光P1 ,P2 の波長を
同じにした場合には、変換光C1 ,C2 ,C3 はωC1
ωC2=ωC3となるので、同じ波長になるが、そうする
と、偏波依存性を有する変換光C1 ,C2 と、偏波依存
性を有さない変換光C3 との分離ができなくなってしま
うという問題がある。
When the wavelengths of the two pump lights P 1 and P 2 are the same, the converted lights C 1 , C 2 and C 3 have ω C1 =
Since ω C2 = ω C3 , the wavelengths become the same. However, in this case, it becomes impossible to separate the converted lights C 1 and C 2 having polarization dependence from the converted light C 3 having no polarization dependency. Problem.

【0014】したがって、本発明は、簡単な構成によ
り、1つのポンプ光と1つの信号光とにより、1つの偏
波無依存性の変換光のみを発生させることを目的とす
る。
Accordingly, an object of the present invention is to generate only one polarization-independent converted light by using one pump light and one signal light with a simple configuration.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention. Referring to FIG. 1, means for solving the problems in the present invention will be described.

【0016】図1参照 (1)本発明は、偏波無依存型光半導体装置において、
異なる波長の光を結合させる方向性結合器1、2つの互
いに直交する直線偏光を実効的に固有伝搬モードとして
持ち且つ電流注入によって少なくとも2つの直線偏光の
どちらかに利得を有するとともに光共振器を構成しない
利得導波路2、2つの直線偏光に対する(n+1/4)
波長板3(但し、n=0または自然数)、及び、反射鏡
4とを、光軸に沿って順に直列に配置するとともに、方
向性結合器1の入力導波路の一方から2つの直線偏光成
分を等分に含む連続発振レーザ光からなるポンプ光5を
入射させ、且つ、方向性結合器1の入力導波路の他方か
らポンプ光5と波長の異なる信号光6を入射させること
を特徴とする。
FIG. 1 (1) The present invention relates to a polarization independent optical semiconductor device,
The directional coupler 1, which couples light of different wavelengths, effectively has two mutually orthogonal linearly polarized light as an eigenpropagation mode, and has a gain in at least one of the two linearly polarized light by current injection, and has an optical resonator. Unconfigured gain waveguide 2, (n + /) for two linear polarizations
A wave plate 3 (where n = 0 or a natural number) and a reflecting mirror 4 are sequentially arranged in series along the optical axis, and two linearly polarized light components from one of the input waveguides of the directional coupler 1 are arranged. And a signal light 6 having a wavelength different from that of the pump light 5 from the other of the input waveguides of the directional coupler 1. .

【0017】この様な装置構成にすることによって、1
つのポンプ光5及び1つの信号光6によって、入力する
信号光6の偏波状態に関係なく一定の強度で且つ1つの
みの変換光7を、入力光偏波に依存しない一定の変換効
率で得ることができる。
With such an apparatus configuration, 1
With one pump light 5 and one signal light 6, regardless of the polarization state of the input signal light 6, only one converted light 7 is converted with a constant conversion efficiency independent of the input light polarization regardless of the polarization state of the input signal light 6. Obtainable.

【0018】即ち、2つの互いに直交する直線偏光、即
ち、TE偏光とTM偏光とを実効的に固有伝搬モードと
して持つ利得導波路2の端面からTE偏光を入射した場
合、入射光はTE偏光を保ったまま(n+1/4)波長
板3へと進入し、ここで(n+1/4)波長板3の作用
を受けて円偏光へと偏光状態を変化させる。この時、例
えば、右回りの円偏光として(n+1/4)波長板3か
ら出射した光は反射鏡4によって反射されて左回りの円
偏光となり、(n+1/4)波長板3を逆方向に伝搬す
ることによってTM偏光に変換されて、利得導波路2へ
進入することになる。このTM偏光は、利得導波路2に
おける実効的な固有伝搬モードであるので、偏光状態を
保持したまま利得導波路2の端面からの出力光となる。
That is, when TE polarized light is incident from the end face of the gain waveguide 2 having two mutually orthogonal linearly polarized lights, ie, TE polarized light and TM polarized light, as effective eigenpropagation modes, the incident light is converted into TE polarized light. The light enters the (n + /) wave plate 3 while keeping it, and changes its polarization state to circularly polarized light under the action of the (n + /) wave plate 3. At this time, for example, light emitted from the (n ++ 1) wavelength plate 3 as clockwise circularly polarized light is reflected by the reflecting mirror 4 to become counterclockwise circularly polarized light, and the (n + /) wavelength plate 3 is moved in the opposite direction. The light is converted into TM polarized light by propagation and enters the gain waveguide 2. Since this TM polarized light is an effective eigenpropagation mode in the gain waveguide 2, it becomes output light from the end face of the gain waveguide 2 while maintaining the polarization state.

【0019】TM偏光が利得導波路2の端面から入射す
る場合も同様で、今度はTE偏光として出力されること
になるので、利得導波路2に入射する光は入射時の偏光
状態に係わらず利得導波路2におけるTE偏光に対する
利得とTM偏光に対する利得とを均等に感じることにな
る。
The same applies to the case where the TM-polarized light enters from the end face of the gain waveguide 2. Since the TM-polarized light is output this time as TE-polarized light, the light incident on the gain waveguide 2 is independent of the polarization state at the time of incidence. The gain for the TE polarized light and the gain for the TM polarized light in the gain waveguide 2 are felt equally.

【0020】したがって、ポンプ光5がTE偏光成分と
TM偏光成分を均等に含む場合には、ポンプ光5が利得
導波路2を往復して出射される時にも、2つの偏光成分
が同一の利得を受けるため2つの偏光成分を等分に含む
光として出射されることになる。なお、ポンプ光5が2
つの直線偏光成分を等分に含むようにするためには、2
つの直線偏光に対して45°傾いた直線偏光になるよう
にポンプ光5の偏光を調整しておけば良い。
Therefore, when the pump light 5 includes the TE polarization component and the TM polarization component equally, the two polarization components have the same gain even when the pump light 5 is emitted back and forth through the gain waveguide 2. As a result, the light is emitted as light containing two polarized components equally. Note that the pump light 5 is 2
In order to include two linearly polarized light components equally, 2
The polarization of the pump light 5 may be adjusted so that the linearly polarized light is inclined by 45 ° with respect to the two linearly polarized lights.

【0021】一方、信号光6及び変換光7については、
信号光6の入射時の偏光状態によって出力時の偏光状態
は異なるが、全体として感じる線形利得は偏光状態に依
存しないので、信号光6の偏光状態に依存しない変換効
率が得られ、偏波無依存型波長変換装置となる。
On the other hand, regarding the signal light 6 and the converted light 7,
Although the polarization state at the time of output differs depending on the polarization state of the signal light 6 at the time of incidence, the linear gain perceived as a whole does not depend on the polarization state, so that a conversion efficiency independent of the polarization state of the signal light 6 is obtained, and no polarization is obtained. It becomes a dependent type wavelength converter.

【0022】また、この変換光7は所謂位相共役波であ
るので、その角周波数ωc (=2πc/λC )はポンプ
光5の角周波数をωP 、信号光6の角周波数をωS とし
た場合、 ωc =2ωP −ωS となるので、信号光6の波長λS がポンプ光5の波長λ
P より短波長である場合には、変換光7の波長λC は、
信号光6の波長λS より長波長になり、逆に、信号光6
の波長λS がポンプ光5の波長λP より長波長である場
合には、変換光7の波長λC は、信号光6の波長λS
り短波長になるので、伝搬速度の波長依存性に起因して
生ずる光パルス波形の変化を補償する偏波無依存型分散
補償装置として用いることができる。
Since the converted light 7 is a so-called phase conjugate wave, the angular frequency ω c (= 2πc / λ C ) of the pump light 5 is ω P , and the angular frequency of the signal light 6 is ω S Ω c = 2ω P −ω S , so that the wavelength λ S of the signal light 6 becomes the wavelength λ S of the pump light 5.
When the wavelength is shorter than P, the wavelength λ C of the converted light 7 is
The wavelength becomes longer than the wavelength λ S of the signal light 6, and conversely,
In the case of the wavelength lambda S is a longer wavelength than the wavelength lambda P of the pump light 5, the wavelength lambda C of the converted light 7, since the shorter wavelength than the wavelength lambda S of the signal light 6, the wavelength dependence of the propagation velocity Can be used as a polarization independent dispersion compensator for compensating for changes in the optical pulse waveform caused by the above.

【0023】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、(n+1/4)波長板3として、利得導波路2を構
成する半導体結晶に対して、結晶方位が45°傾くよう
に配置した半導体光導波路を用いたことを特徴とする。
(2) In the present invention, in the above (1), the (n ++ 1) wavelength plate 3 is arranged so that the crystal orientation is inclined by 45 ° with respect to the semiconductor crystal forming the gain waveguide 2. A semiconductor optical waveguide is used.

【0024】この様に、利得導波路2を構成する半導体
結晶に対して結晶方位が45°傾くように配置した半導
体光導波路は、(n+1/4)波長板3として用いるこ
とができる。なお、この場合の半導体光導波路の長さL
W は、λを真空中における光の波長、n1 ,n2 を2つ
の固有伝搬モードの実効屈折率とし、Δn=n1 −n2
とした場合、L=(n+1/4)λ/Δn にする必要
がある。
As described above, the semiconductor optical waveguide arranged so that the crystal orientation is inclined by 45 ° with respect to the semiconductor crystal forming the gain waveguide 2 can be used as the (n + /) wavelength plate 3. Note that the length L of the semiconductor optical waveguide in this case is
W is λ is the wavelength of light in a vacuum, n 1 and n 2 are the effective refractive indexes of two eigenpropagation modes, and Δn = n 1 −n 2
In this case, it is necessary to set L = (n + /) λ / Δn.

【0025】(3)また、本発明は、上記(2)におい
て、利得導波路2を構成する半導体結晶に対して結晶方
位が45°傾くように配置した半導体光導波路を、段差
基板を利用して構成したことを特徴とする。
(3) Further, according to the present invention, in the above (2), the semiconductor optical waveguide arranged so that the crystal orientation is inclined by 45 ° with respect to the semiconductor crystal forming the gain waveguide 2 is formed by using a step substrate. It is characterized by comprising.

【0026】この様に、(n+1/4)波長板3として
作用する半導体光導波路は、段差基板、即ち、TS(T
erraced Substrate)基板を用いて容
易に形成することができる。
As described above, the semiconductor optical waveguide acting as the (n + /) wavelength plate 3 is a step substrate, that is, TS (T
The substrate can be easily formed by using an erased substrate.

【0027】(4)また、本発明は、上記(1)におい
て、(n+1/4)波長板3として、導波方向に対して
垂直な方向の非対称性を有する回折格子を周期的に配置
した光導波路を用いたことを特徴とする。
(4) In the present invention, in the above (1), as the (n + /) wavelength plate 3, a diffraction grating having asymmetry in a direction perpendicular to the waveguide direction is periodically arranged. It is characterized by using an optical waveguide.

【0028】この様に、導波方向に対して垂直な方向の
非対称性を有する回折格子を周期的に配置した光導波路
を、(n+1/4)波長板3として用いても良い。な
お、この場合の回折格子の長さLc は、回折格子の間に
建設的な干渉性を持たせるために、λを真空中における
光の波長、n1 ,n2 を2つの固有伝搬モードの実効屈
折率とし、Δn=n1 −n2 とした場合、L=λ/Δn
にする必要がある。
As described above, an optical waveguide in which diffraction gratings having asymmetry in a direction perpendicular to the waveguide direction are periodically arranged may be used as the (n + /) wavelength plate 3. In this case, the length L c of the diffraction grating is set such that λ is the wavelength of light in a vacuum, and n 1 and n 2 are two eigenpropagation modes in order to provide constructive coherence between the diffraction gratings. L = λ / Δn where Δn = n 1 −n 2
Need to be

【0029】(5)また、本発明は、上記(1)乃至
(4)のいずれかにおいて、方向性結合器1を、半導体
光導波路構造によって構成することを特徴とする。
(5) The present invention is characterized in that, in any one of the above (1) to (4), the directional coupler 1 is constituted by a semiconductor optical waveguide structure.

【0030】この様に、方向性結合器1は半導体光導波
路構造によって構成しても良いものであり、特に、装置
全体を集積化する場合、或いは、方向性結合器1自体に
利得を持たせる場合に必要となり、方向性結合器1自体
に利得を持たせることによって方向性結合器1を伝搬す
る際の減衰を防止することができる。
As described above, the directional coupler 1 may be constituted by a semiconductor optical waveguide structure. In particular, when the entire device is integrated, or the directional coupler 1 itself has a gain. This is necessary in the case, and by giving the directional coupler 1 itself a gain, it is possible to prevent attenuation when propagating through the directional coupler 1.

【0031】(6)また、本発明は、上記(1)乃至
(5)のいずれかにおいて、少なくとも、方向性結合器
1、利得導波路2、及び、(n+1/4)波長板3を、
同一半導体基板上にモノリシックに構成したことを特徴
とする。
(6) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to (5), at least the directional coupler 1, the gain waveguide 2, and the (n + /) wavelength plate 3
It is characterized in that it is formed monolithically on the same semiconductor substrate.

【0032】この様に、方向性結合器1、利得導波路
2、及び、(n+1/4)波長板3を、同一半導体基板
上にモノリシックに構成することによって、全体構成を
非常に小型化することができるとともに、光軸合わせ工
程が不要になる。
As described above, since the directional coupler 1, the gain waveguide 2, and the (n + /) wavelength plate 3 are monolithically formed on the same semiconductor substrate, the overall configuration can be extremely reduced in size. And the optical axis alignment step is not required.

【0033】(7)また、本発明は、上記(6)におい
て、反射鏡4を分布ブラッグ反射器によって構成するこ
とによって、反射鏡4も同一半導体基板上にモノリシッ
クに集積化したことを特徴とする。
(7) The present invention is characterized in that, in the above (6), the reflecting mirror 4 is monolithically integrated on the same semiconductor substrate by forming the reflecting mirror 4 by a distributed Bragg reflector. I do.

【0034】この様に、反射鏡4を分布ブラッグ反射器
(DBR)とすることによって、装置全体をモノリシッ
クに集積化することができ、多層反射膜の堆積工程等が
不要になる。
As described above, by making the reflecting mirror 4 a distributed Bragg reflector (DBR), the entire device can be monolithically integrated, and the step of depositing a multilayer reflective film becomes unnecessary.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】ここで、まず、図2及び図3を参
照して、本発明の第1の実施の形態の要部である利得導
波路部と(n+1/4)λ板部の製造工程を説明する。 図2(a)参照 まず、n型InP基板11の一部を選択的除去してテラ
ス12を有する段差基板(TS基板)を形成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, referring to FIGS. 2 and 3, a gain waveguide section and a (n + /) λ plate section, which are main parts of a first embodiment of the present invention, will be described. The manufacturing process will be described. First, a part of the n-type InP substrate 11 is selectively removed to form a step substrate (TS substrate) having a terrace 12.

【0036】図2(b)参照 次いで、MOVPE法(有機金属気相成長法)を用い
て、n型InPクラッド層13、PL波長組成が1.2
3μmのn型InGaAsP光ガイド層、PL波長組成
が1.46μmのi型InGaAsPコア層、及びPL
波長組成が1.15μmのp型InGaAsPSCH層
からなる光導波路層14、及び、p型InPクラッド層
15を順次エピタキシャル成長させる。この場合、テラ
ス12の縁、即ち、段差部において光導波路層14の結
晶成長方向は、n型InP基板11の主面に対して約4
5°傾いた状態となる。
Next, as shown in FIG. 2 (b), the n-type InP cladding layer 13 and the PL wavelength composition were set to 1.2 by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition).
3 μm n-type InGaAsP light guide layer, PL wavelength composition 1.46 μm i-type InGaAsP core layer, and PL
An optical waveguide layer 14 made of a p-type InGaAsPSCH layer having a wavelength composition of 1.15 μm and a p-type InP clad layer 15 are sequentially epitaxially grown. In this case, the crystal growth direction of the optical waveguide layer 14 at the edge of the terrace 12, that is, at the stepped portion, is about 4 ° away from the main surface of the n-type InP substrate 11.
The state is inclined by 5 °.

【0037】図2(c)参照次いで、テラス12を形成
しなかった領域に堆積したp型InPクラッド層15乃
至n型InPクラッド層12を、SiO2 マスク(図示
せず)をマスクとして選択的に除去して利得導波路部を
形成するための除去部16を形成する。
Next, referring to FIG. 2C, the p-type InP clad layer 15 to the n-type InP clad layer 12 deposited in the region where the terrace 12 was not formed are selectively used by using an SiO 2 mask (not shown) as a mask. To form a gain waveguide section.

【0038】図3(d)参照 次いで、SiO2 マスクを選択成長マスクとして用い
て、MOVPE法によって除去部16上に、n型InP
クラッド層17、PL波長組成が1.23μmのn型I
nGaAsP光ガイド層、PL波長組成が1.55μm
のi型InGaAsPコア層、及びPL波長組成が1.
15μmのp型InGaAsPSCH層からなる利得導
波路層18、及び、p型InPクラッド層19を順次エ
ピタキシャル成長させる。
Next, referring to FIG. 3D, using the SiO 2 mask as a selective growth mask, an n-type InP is formed on the removed portion 16 by MOVPE.
Cladding layer 17, n-type I having PL wavelength composition of 1.23 μm
nGaAsP light guide layer, PL wavelength composition is 1.55 μm
I-type InGaAsP core layer having a PL wavelength composition of 1.
A gain waveguide layer 18 made of a 15 μm p-type InGaAsPSCH layer and a p-type InP clad layer 19 are sequentially epitaxially grown.

【0039】図3(e)参照 次いで、SiO2 マスクを除去したのち、新たなマスク
を用いてストライプ状にメサエッチングすることによっ
て、ストライプ状の(n+1/4)λ板部20とストラ
イプ状の利得導波路部21を形成することによって、本
発明の要部の基本構成が完成する。なお、利得導波路部
21を利得導波路として機能させるためには、p型In
Pクラッド層19の表面にp側電極を設けるとともに、
n型InP基板11の裏面にn側電極を形成して、電流
注入を行う必要がある。
Next, after removing the SiO 2 mask, a new mask is used to perform mesa etching in a stripe shape, thereby forming the (n + /) λ plate portion 20 in the stripe shape and the stripe shape. By forming the gain waveguide section 21, the basic configuration of the main part of the present invention is completed. In order to make the gain waveguide section 21 function as a gain waveguide, p-type In
A p-side electrode is provided on the surface of the P clad layer 19,
It is necessary to form an n-side electrode on the back surface of the n-type InP substrate 11 and perform current injection.

【0040】この場合の(n+1/4)λ板部20の光
導波路層14と利得導波路部21の利得導波路18とは
バットジョイント構造となっており、また、光導波路層
14の結晶主軸と利得導波路層18の結晶主軸とは互い
に約45°傾いているので、(n+1/4)λ板部20
の光導波路層14の光軸方向の長さLを、光導波路層1
4内における波長λを持つTE偏光及びTM偏光の実効
屈折率をnTE,nTMとし、その差をΔnとした場合、 L=(n+1/4)λ/Δn(但し、n=0または自然
数) の関係を満たす様にすることによって、光導波路層14
は実効的に(n+1/4)λ板として作用する。
In this case, the optical waveguide layer 14 of the (n + /) λ plate portion 20 and the gain waveguide 18 of the gain waveguide portion 21 have a butt joint structure. And the main crystal axis of the gain waveguide layer 18 are inclined by about 45 ° with respect to each other, so that the (n + /) λ plate portion 20
The length L of the optical waveguide layer 14 in the optical axis direction is
4, when the effective refractive indices of TE polarized light and TM polarized light having a wavelength λ are n TE and n TM , and the difference is Δn, L = (n + /) λ / Δn (where n = 0 or a natural number) Is satisfied, the optical waveguide layer 14
Effectively acts as an (n + /) λ plate.

【0041】次に、図4を参照して、本発明の第1の実
施の形態の偏波無依存型光半導体装置の全体構造を説明
する。 図4参照 図4は、本発明の第1の実施の形態の偏波無依存型光半
導体装置の概略的斜視図であり、上記図2及び図3に示
した様に除去部16を形成したのち、除去部16上にn
型InPクラッド層17、利得導波路層18、及び、p
型InPクラッド層19を成長させる際に、広い領域に
成長させ、(n+1/4)λ板部20及び利得導波路部
21をメサエッチングにより形成する際に、利得導波路
部21を形成するマスクに接続する二股分岐型の音叉状
のパターンからなるマスクを用いてn型InPクラッド
層17、利得導波路層18、及び、p型InPクラッド
層19からなる積層構造を一括してエッチングすること
によって方向性結合器部24も同時にモノリシックに形
成するものである。なお、この場合、反射鏡を構成する
ために(n+1/4)λ板部20の露出端面に誘電体か
らなる多層反射膜22をコーティングして高反射率にす
る。
Next, the overall structure of the polarization-independent optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic perspective view of a polarization-independent optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, in which a removing portion 16 is formed as shown in FIGS. After that, n
-Type InP cladding layer 17, gain waveguide layer 18, and p
When the type InP cladding layer 19 is grown, it is grown over a wide area, and when the (n + /) λ plate portion 20 and the gain waveguide portion 21 are formed by mesa etching, a mask for forming the gain waveguide portion 21 is formed. By using a mask formed of a forked-branch type fork-like pattern connected to the substrate, a multilayer structure including the n-type InP cladding layer 17, the gain waveguide layer 18, and the p-type InP cladding layer 19 is collectively etched. The directional coupler 24 is also formed monolithically at the same time. In this case, in order to form a reflecting mirror, a multilayer reflective film 22 made of a dielectric material is coated on the exposed end face of the (n + /) λ plate portion 20 to have a high reflectance.

【0042】また、利得導波路部21はスラブ型の光導
波路となるので、TE偏光とTM偏光とを実効的な固有
伝搬モードとするので、TE偏光とTM偏光の偏波状態
は良好に保存されることになり、利得導波路部21には
電流を注入するための電極23を設けて電流注入するこ
とによって少なくともTE偏光またはTM偏光のどちら
かには利得を有することになる。なお、利得導波路部2
1の両端面は、(n+1/4)λ板部20及び方向性結
合器部24と夫々結晶的に連続しているので、無反射端
面となり光共振器を構成することがない。
Also, since the gain waveguide section 21 is a slab type optical waveguide, the TE polarized light and the TM polarized light are made to be effective eigen propagation modes, so that the polarization states of the TE polarized light and the TM polarized light are well preserved. That is, by providing an electrode 23 for injecting a current in the gain waveguide section 21 and injecting the current, the gain is provided in at least either the TE polarized light or the TM polarized light. Note that the gain waveguide section 2
Since both end faces of 1 are crystallinely continuous with the (n + /) λ plate section 20 and the directional coupler section 24, they become non-reflection end faces and do not constitute an optical resonator.

【0043】この偏波無依存型光半導体装置の動作を説
明すると、方向性結合器部24の一方のポートからTE
偏光成分とTM偏光成分とが均等になるようにTE偏光
とTM偏光に対して45°傾いた直線偏光になるように
偏光面を制御したポンプ光(角周波数ωP )を入射させ
るとともに、方向性結合器部24の他方のポートから信
号光(角周波数ωS )を入射させると利得導波路部21
において四光波混合により角周波数ωC が、ωC =2ω
P −ωS の位相共役波が変換光として得られる。
The operation of the polarization independent optical semiconductor device will be described.
Pump light (angular frequency ω P ) whose polarization plane is controlled so that the polarization component and the TM polarization component are linearly polarized at 45 ° to the TE polarization and the TM polarization so that the polarization component and the TM polarization component are equal to each other is incident. When signal light (angular frequency ω s ) is incident from the other port of the sexual coupler unit 24, the gain waveguide unit 21
At ω C , the angular frequency ω C becomes ω C = 2ω due to four-wave mixing.
Phase conjugate wave P - [omega] S is obtained as converted light.

【0044】この場合、ポンプ光のTE偏光成分は、利
得導波路部21においてはTE偏光を保ったまま(n+
1/4)λ板部20へと進入し、ここで例えば右回りの
円偏光へと偏光状態を変化させ、次いで、多層反射膜2
2で反射されて左回りの円偏光となり、(n+1/4)
λ板部20を逆方向に伝搬することによって、TM偏光
に変換されて利得導波路部21へ進入し、偏光状態を保
持したまま方向性結合器部24から出射される。
In this case, the TE-polarized light component of the pump light stays TE-polarized (n +
1 /) enters the λ plate portion 20 where the polarization state is changed to, for example, clockwise circularly polarized light, and then the multilayer reflective film 2
The light is reflected at 2 and becomes counterclockwise circularly polarized light, and is (n ++ 1).
By propagating through the λ plate section 20 in the opposite direction, it is converted into TM polarized light, enters the gain waveguide section 21, and is emitted from the directional coupler section 24 while maintaining the polarization state.

【0045】TM偏光成分の場合も同様で、今度はTE
偏光として出力されることになるので、方向性結合器部
24に入射する時の偏光状態に係わらず利得導波路部2
1におけるTE偏光に対する利得とTM偏光に対する利
得とを均等に感じることになるので、2つの偏光成分、
即ち、TE偏光成分とTM偏光成分とを等分に含む光と
して出射されることになる。
The same applies to the case of the TM polarization component.
Since the light is output as polarized light, regardless of the polarization state when the light enters the directional coupler 24, the gain waveguide 2
Since the gain for the TE polarized light and the gain for the TM polarized light at 1 will be felt equally, the two polarization components,
That is, the light is emitted as light containing the TE polarization component and the TM polarization component equally.

【0046】一方、信号光及び変換光については、信号
光の入射時の偏光状態によって出力時の偏光状態は異な
るが、利得導波路部21を往復する間に全体として感じ
る線形利得は偏光状態に依存しないので、信号光の偏光
状態に依存しない強度の変換光が得られ、偏波無依存型
波長変換装置となる。
On the other hand, for the signal light and the converted light, the polarization state at the time of output differs depending on the polarization state at the time of incidence of the signal light, but the linear gain perceived as a whole while reciprocating through the gain waveguide section 21 is changed to the polarization state. Because it does not depend on the polarization state of the signal light, converted light having an intensity that does not depend on the polarization state of the signal light can be obtained.

【0047】また、この変換光は位相共役波であるの
で、上述の様に光ファイバを伝搬する際に、伝搬速度の
波長依存性に起因して生ずる波形の変化を補償する偏波
無依存型分散補償装置として用いることができる。
Also, since this converted light is a phase conjugate wave, a polarization-independent type that compensates for a change in waveform caused by the wavelength dependence of the propagation speed when propagating through the optical fiber as described above. It can be used as a dispersion compensator.

【0048】この様に、本発明の第1の実施の形態にお
いては、簡単な構成により、1つのポンプ光と1つの信
号光を非線形相互作用させることによって、1つの信号
光の偏波に依存しない変換光のみを出力することがで
き、したがって、取り扱う波長は都合3つだけとなるの
で取り扱いが簡単になる。
As described above, in the first embodiment of the present invention, one pump light and one signal light are nonlinearly interacted with each other by a simple configuration, so that the polarization depends on the polarization of one signal light. It is possible to output only the converted light which is not used, and therefore, only three wavelengths are handled, so that the handling is simplified.

【0049】また、本発明の第1の実施の形態において
は反射鏡、即ち、多層誘電体膜を除いて全体を半導体に
よりモノリシックに構成しているので、全体構成が簡単
になり、且つ、小型化されるとともに、ハイブリッド構
成の場合に比べて光軸合わせ等の工程が不要になる利点
がある。
Also, in the first embodiment of the present invention, the entire structure is monolithically made of a semiconductor except for the reflector, that is, the multilayer dielectric film, so that the whole structure is simplified and the size is small. In addition to this, there is an advantage that a process such as optical axis alignment becomes unnecessary as compared with the case of the hybrid configuration.

【0050】次に、図5を参照して、本発明の第2の実
施の形態を説明するが、この第2の実施の形態において
は、(n+1/4)λ板部としてTS構造の光導波路の
代わりに、導波方向に対して非対称を有する回折格子を
用いたものであるので、この(n+1/4)λ板部のみ
の構成を説明する。なお、図5は、(n+1/4)λ板
部を構成する回折格子要素の概念的構成図であり、図5
(a)は回折格子要素を設けた部分の平面図であり、図
5(b)は図5(a)のA−A′を結ぶ一点鎖線に沿っ
た断面図であり、図5(c)は図5(a)のB−B′を
結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5. In this second embodiment, an optical waveguide having a TS structure is used as an (n + /) λ plate portion. Since a diffraction grating having asymmetry with respect to the waveguide direction is used instead of the waveguide, only the configuration of the (n + /) λ plate portion will be described. FIG. 5 is a conceptual configuration diagram of a diffraction grating element constituting the (n + /) λ plate portion.
5A is a plan view of a portion provided with a diffraction grating element, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along a dashed-dotted line connecting AA ′ in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along a dashed line connecting BB ′ in FIG.

【0051】図5(a)乃至(c)参照 図に示すように、n型InP基板11上にn型InPク
ラッド層13を成長させたのち、周期的凹凸25からな
る長さLの回折格子要素26を形成する際に、矢印で示
す導波方向、即ち、光軸に対して垂直方向で深さが非対
称になるようにA−A′においては深さt1 となり、B
−B′においては深さt2 になるように形成する。な
お、この場合の回折格子要素26の長さLは、TEモー
ドとTMモードの実効屈折率をnTE及びnTMとした場合
に、光導波路中を伝搬する光の真空中の波長λに対し
て、 L=λ/(nTE−nTM) の関係を有するように設定する必要がある。
5 (a) to 5 (c). As shown in FIG. 5, after growing an n-type InP cladding layer 13 on an n-type InP substrate 11, a diffraction grating of length L composed of periodic irregularities 25 is formed. in forming the element 26, the guiding direction indicated by the arrow, i.e., depth t 1 becomes in a-a 'as depth becomes asymmetrical in the vertical direction with respect to the optical axis, B
Formed such that the depth t 2 in -B '. In this case, the length L of the diffraction grating element 26 is, with respect to the effective refractive index of the TE mode and the TM mode n TE and n TM , with respect to the wavelength λ of the light propagating in the optical waveguide in vacuum. Therefore, it is necessary to set the relation of L = λ / (n TE −n TM ).

【0052】なお、この様な非対称構造を有する回折格
子要素26の具体的製造方法については、本発明者が既
に提案している(必要ならば、特願平9−261640
号参照)ものであり、この様な非対称性は周期的凹凸2
5の深さt1 ,t2 ではなく、周期的凹凸25の凹部の
幅w1 と凸部w2 の幅の比、即ち、w1 /w2 をA−
A′とB−B′とにおいて変わるようにしても良いもの
である。
The present inventor has already proposed a specific method of manufacturing the diffraction grating element 26 having such an asymmetric structure (if necessary, Japanese Patent Application No. 9-261640).
This asymmetry has periodic irregularities 2
5 is not the depth t 1 , t 2 , but the ratio of the width w 1 of the concave portion of the periodic unevenness 25 to the width of the convex portion w 2 , that is, w 1 / w 2 is A−
It may be changed between A 'and BB'.

【0053】この様な回折格子要素26の一方の端面か
ら、対称なスラブ型導波路において固有モードであるT
Eモードの偏光を入射した場合、A−A′とB−B′に
おいてはブラッグ反射光27,28の強度が非対称にな
り非対称な反射率分布を示すので、回折格子要素26に
おいてTEモードの一部がTMモードに変換され、逆
に、TM偏光を入射した場合にはTEモードに変換され
るので、(n+1/4)λ板部と同等に作用することに
なる。
From one end face of such a diffraction grating element 26, the eigenmode T in the symmetric slab waveguide is obtained.
When the polarized light of the E mode is incident, the intensity of the Bragg reflected lights 27 and 28 becomes asymmetric in AA 'and BB' and shows an asymmetric reflectivity distribution. The part is converted to the TM mode, and conversely, when the TM polarized light is incident, the part is converted to the TE mode, so that it operates in the same manner as the (n + /) λ plate part.

【0054】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるも
のではなく、各種の変更が可能である。例えば、上記の
実施の形態の説明においては、利得導波路部21のみに
電流注入を行っているが、方向性結合器部24にも電極
を設け、電流注入を行って利得を持たせても良いもので
あり、利得を持たせることによって方向性結合器部24
における吸収損失を防止することができる。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the configurations described in the embodiments, and various modifications are possible. For example, in the description of the above-described embodiment, the current is injected only into the gain waveguide section 21. However, an electrode may be provided in the directional coupler section 24 so that the current is injected to have a gain. The directional coupler unit 24 is good because it has a gain.
Can prevent absorption loss.

【0055】また、上記の実施の形態の説明において
は、方向性結合器部24を構成する半導体光導波路構造
を、利得導波路部21の半導体光導波路構造と同じ構成
としているが、異なった構成としても良いものであり、
特に、方向性結合器部24に利得をもたせない場合に
は、吸収損失を低減するために、利得導波路部21を構
成する利得導波路層18より禁制帯幅の広い半導体から
なる光導波路層を用いることが望ましい。
In the description of the above embodiment, the semiconductor optical waveguide structure forming the directional coupler section 24 has the same configuration as the semiconductor optical waveguide structure of the gain waveguide section 21, but has a different configuration. Is also good,
In particular, when the directional coupler section 24 does not have gain, an optical waveguide layer made of a semiconductor having a wider bandgap than the gain waveguide layer 18 forming the gain waveguide section 21 in order to reduce absorption loss. It is desirable to use

【0056】また、上記の実施の形態においては、反射
鏡を多層反射膜22で構成しているが、多層反射膜22
の代わりに分布ブラッグ反射器(DBR)を用いても良
いものであり、この場合には、(n+1/4)λ板部2
0を構成するTS構造の光導波路の出射端側に半導体光
導波路構造を形成するとともに、半導体光導波路構造を
構成するクラッド層、光ガイド層、或いは、光導波路層
の少なくとも一方に回折格子を設ければ良い。
In the above embodiment, the reflecting mirror is constituted by the multilayer reflecting film 22.
May be replaced by a distributed Bragg reflector (DBR). In this case, the (n + /) λ plate portion 2
The semiconductor optical waveguide structure is formed on the emission end side of the optical waveguide having the TS structure constituting the optical waveguide structure 0, and a diffraction grating is provided on at least one of the cladding layer, the optical guide layer, and the optical waveguide layer which constitute the semiconductor optical waveguide structure. Just do it.

【0057】また、上記の実施の形態においては、各要
素をモノリシックに一体化しているが、夫々をディスク
リートに構成して全体をハイブリッド化しても良いもの
であり、その場合には、利得導波路が光共振器を構成し
ないように、利得導波路の両端面を無反射コーティング
する必要がある。
In the above embodiment, each element is monolithically integrated. However, each element may be formed discretely and the whole may be hybridized. In this case, the gain waveguide It is necessary to coat both end faces of the gain waveguide with anti-reflection so that the optical waveguide does not constitute an optical resonator.

【0058】また、ハイブリッド構成とする場合には、
(n+1/4)λ板部は、通常の工学的λ/4板を用い
ても良く、また、方向性結合器は誘電体による方向性結
合器を用いても良いものである。
In the case of a hybrid configuration,
The (n + /) λ plate may be a normal engineering λ / 4 plate, and the directional coupler may be a dielectric directional coupler.

【0059】また、上記の実施の形態においては、方向
性結合器を音叉状の二股分岐の方向性結合器として説明
しているが、この様な形状に限られるものではなく、例
えば、Y字状の方向性結合器でも良く、要するに、2:
1型の方向性結合器であれば良い。
In the above embodiment, the directional coupler is described as a tuning fork-shaped bifurcated directional coupler. However, the present invention is not limited to such a shape. Directional coupler may be used. In short, 2:
Any type of directional coupler may be used.

【0060】また、上記の実施の形態においては、利得
導波路層18をバルクのi型InGaAsPコア層を用
いて構成しているが、MQW(多重量子井戸)構造を用
いて構成しても良いものであり、例えば、6nmで圧縮
歪が1%のノン・ドープInGaAsPウエル層、及
び、厚さが、例えば、10nmで、PL波長が1.1μ
m組成の無歪のノン・ドープInGaAsPバリア層を
交互に成長させることによってEL波長が1.3μmの
MQW利得導波路層としても良いものである。
In the above embodiment, the gain waveguide layer 18 is constituted by using a bulk i-type InGaAsP core layer, but may be constituted by using an MQW (multiple quantum well) structure. For example, a non-doped InGaAsP well layer having a compression strain of 1% at 6 nm and a thickness of, for example, 10 nm and a PL wavelength of 1.1 μm.
An MQW gain waveguide layer having an EL wavelength of 1.3 μm may be formed by alternately growing non-doped, non-doped InGaAsP barrier layers having m compositions.

【0061】また、上記の実施の形態においては、長距
離光通信を前提としているのでInGaAsP/InP
系としているが、InGaAsP/InP系の代わり
に、GaAs/AlGaAs系等の他の半導体を用いて
も良いものである。
In the above embodiment, since long-distance optical communication is assumed, InGaAsP / InP
Although a system is used, other semiconductors such as a GaAs / AlGaAs system may be used instead of the InGaAsP / InP system.

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明によれば、利得導波路に対して
(n+1/4)λ板と反射鏡とを組み合わせることによ
って、1つのポンプ光と1つの信号光とにより1つ偏波
無依存性の変換光のみを得ることができるので、簡単な
構成により偏波無依存型光半導体装置を実現することが
でき、それによって、偏波無依存波長変換及び偏波無依
存分散補償を行うことができるので、光ファイバ通信技
術の普及・発展に寄与するところが大きい。
According to the present invention, by combining an (n + /) λ plate and a reflecting mirror with respect to a gain waveguide, one pump light and one signal light make one polarization independent. Polarization-independent type optical semiconductor device can be realized with a simple configuration, thereby achieving polarization-independent wavelength conversion and polarization-independent dispersion compensation. It greatly contributes to the spread and development of optical fiber communication technology.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の要部の途中までの
製造工程の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a manufacturing process of a part of the first embodiment of the present invention in the middle.

【図3】本発明の第1の実施の形態の要部の図2以降の
製造工程の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the main part of the first embodiment of the present invention after FIG. 2;

【図4】本発明の第1の実施の形態の偏波無依存型光半
導体装置の全体構成図である。
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a polarization independent optical semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態の(n+1/4)λ
板部の説明図である。
FIG. 5 shows (n + /) λ according to the second embodiment of the present invention.
It is explanatory drawing of a board part.

【図6】従来の偏波無依存性波長変換におけるスペクト
ルの説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a spectrum in the conventional polarization independent wavelength conversion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 方向性結合器 2 利得導波路 3 (n+1/4)波長板 4 反射鏡 5 ポンプ光 6 信号光 7 変換光 11 n型InP基板 12 テラス 13 n型InPクラッド層 14 光導波路層 15 p型InPクラッド層 16 除去部 17 n型InPクラッド層 18 利得導波路層 19 p型InPクラッド層 20 (n+1/4)λ板部 21 利得導波路部 22 多層反射膜 23 電極 24 方向性結合器部 25 周期的凹凸 26 回折格子要素 27 ブラッグ反射光 28 ブラッグ反射光 Reference Signs List 1 directional coupler 2 gain waveguide 3 (n + /) wavelength plate 4 reflector 5 pump light 6 signal light 7 converted light 11 n-type InP substrate 12 terrace 13 n-type InP cladding layer 14 optical waveguide layer 15 p-type InP Cladding layer 16 Removal part 17 n-type InP cladding layer 18 Gain waveguide layer 19 p-type InP cladding layer 20 (n + /) λ plate part 21 Gain waveguide part 22 Multilayer reflection film 23 Electrode 24 Directional coupler part 25 Period 26 Irregularity 26 Diffraction grating element 27 Bragg reflected light 28 Bragg reflected light

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 異なる波長の光を結合させる方向性結合
器、2つの互いに直交する直線偏光を実効的に固有伝搬
モードとして持ち且つ電流注入によって少なくとも2つ
の直線偏光のどちらかに利得を有するとともに光共振器
を構成しない利得導波路、前記2つの直線偏光に対する
(n+1/4)波長板(但し、n=0または自然数)、
及び、反射鏡とを、光軸に沿って順に直列に配置すると
ともに、前記方向性結合器の入力導波路の一方から前記
2つの直線偏光成分を等分に含む連続発振レーザ光から
なるポンプ光を入射させ、且つ、前記方向性結合器の入
力導波路の他方から前記ポンプ光と波長の異なる信号光
を入射させることを特徴とする偏波無依存型光半導体装
置。
1. A directional coupler that couples light of different wavelengths, has two mutually orthogonal linearly polarized lights as effective eigenpropagation modes, and has a gain in at least one of at least two linearly polarized lights by current injection. A gain waveguide that does not constitute an optical resonator, a (n + /) wavelength plate (where n = 0 or a natural number) for the two linearly polarized lights,
And a pump light composed of a continuous wave laser beam including a reflecting mirror arranged in series along the optical axis in order and equally dividing the two linearly polarized light components from one of the input waveguides of the directional coupler. And a signal light having a wavelength different from that of the pump light is made to enter from the other input waveguide of the directional coupler.
【請求項2】 上記(n+1/4)波長板として、上記
利得導波路を構成する半導体結晶に対して、結晶方位が
45°傾くように配置した半導体光導波路を用いたこと
を特徴とする請求項1記載の偏波無依存型光半導体装
置。
2. The semiconductor optical waveguide according to claim 1, wherein the (n + /) wavelength plate is a semiconductor optical waveguide arranged such that the crystal orientation is inclined by 45 ° with respect to a semiconductor crystal forming the gain waveguide. Item 2. A polarization independent optical semiconductor device according to item 1.
【請求項3】 上記利得導波路を構成する半導体結晶に
対して結晶方位が45°傾くように配置した半導体光導
波路を、段差基板を利用して構成したことを特徴とする
請求項2記載の偏波無依存型光半導体装置。
3. The semiconductor optical waveguide according to claim 2, wherein the semiconductor optical waveguide arranged so that the crystal orientation is inclined by 45 ° with respect to the semiconductor crystal forming the gain waveguide is formed using a stepped substrate. Polarization independent optical semiconductor device.
【請求項4】 上記(n+1/4)波長板として、導波
方向に対して垂直な方向の非対称性を有する回折格子を
周期的に配置した光導波路を用いたことを特徴とする請
求項1記載の偏波無依存型光半導体装置。
4. An optical waveguide in which a diffraction grating having asymmetry in a direction perpendicular to a waveguide direction is periodically arranged as the (n + /) wavelength plate. A polarization independent optical semiconductor device as described in the above.
【請求項5】 上記方向性結合器を、半導体光導波路構
造によって構成することを特徴とする請求項1乃至4の
いずれか1項に記載の偏波無依存型光半導体装置。
5. The polarization-independent optical semiconductor device according to claim 1, wherein the directional coupler is constituted by a semiconductor optical waveguide structure.
【請求項6】 少なくとも、上記方向性結合器、上記利
得導波路、及び、上記(n+1/4)波長板を、同一半
導体基板上にモノリシックに構成したことを特徴とする
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の偏波無依存型光
半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least the directional coupler, the gain waveguide, and the (n + /) wavelength plate are monolithically formed on the same semiconductor substrate. A polarization independent optical semiconductor device according to any one of the preceding claims.
【請求項7】 上記反射鏡を分布ブラッグ反射器によっ
て構成することによって、反射鏡も上記同一半導体基板
上にモノリシックに集積化したことを特徴とする請求項
6記載の偏波無依存型光半導体装置。
7. The polarization-independent optical semiconductor according to claim 6, wherein said reflecting mirror is constituted by a distributed Bragg reflector, so that the reflecting mirror is also monolithically integrated on the same semiconductor substrate. apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013156512A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 Oki Electric Ind Co Ltd Grating element and optical element

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