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発明の名称 波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−72122(P2007−72122A)
公開日 平成19年3月22日(2007.3.22)
出願番号 特願2005−258318(P2005−258318)
出願日 平成17年9月6日(2005.9.6)
代理人 【識別番号】100092978
【弁理士】
【氏名又は名称】真田 有
発明者 大坪 孝二 / 鍬塚 治彦
要約 課題
波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法に関し、フィルタを用いることなく波長変換光のみを取り出すことができるようにする。

解決手段
波長変換方式において、2つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計2と、2つの光導波路2A,2Bのうちの一方の光導波路2Aに備えられる非線形媒質1と、2つの光導波路2A,2Bから出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部5とを備えるものとし、分岐比調整部5によって分岐比を調整された合波光が2つの光導波路2A,2Bのそれぞれに入射され、非線形媒質1が信号光の位相共役光を発生し、一方の光導波路2Aを導波してきた光と他方の光導波路2Bを導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成する。
特許請求の範囲
【請求項1】
2つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、
前記2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質と、
前記2つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部とを備え、
前記分岐比調整部によって分岐比を調整された合波光が前記2つの光導波路のそれぞれに入射され、前記非線形媒質が信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記2つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、波長変換方式。
【請求項2】
2つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、
前記2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第1非線形媒質と、
前記2つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、前記第1非線形媒質と非線形感受率が異なる第2非線形媒質とを備え、
信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて前記2つの光導波路のそれぞれに入射され、前記第1非線形媒質及び前記第2非線形媒質がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、波長変換方式。
【請求項3】
前記2つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に位相調整器を備えることを特徴とする、請求項1又は2記載の波長変換方式。
【請求項4】
前記非線形媒質、又は、前記第1非線形媒質及び前記第2非線形媒質が、非線形光ファイバであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の波長変換方式。
【請求項5】
前記分岐比調整部が、マッハツェンダ干渉計により構成されることを特徴とする、請求項1、3、4のいずれか1項に記載の波長変換方式。
【請求項6】
信号光とポンプ光とを合波した合波光を分岐して導波する2つの光導波路を備える前段マッハツェンダ干渉計と、
前記前段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に設けられる位相調整器と、
入力側カプラと、出力側カプラと、前記入力側カプラと前記出力側カプラとを接続する2つの光導波路とを備える後段マッハツェンダ干渉計と、
前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる半導体光増幅器とを備え、
前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のそれぞれから出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、前記前段マッハツェンダ干渉計及び前記位相調整器によって分岐比を調整された合波光が、前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のそれぞれに入射され、前記半導体光増幅器が信号光の位相共役光を発生し、前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、光集積素子。
【請求項7】
入力側カプラと、出力側カプラと、前記入力側カプラと前記出力側カプラとを接続する2つの光導波路とを備えるマッハツェンダ干渉計と、
前記2つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる第1半導体光増幅器と、
前記2つの光導波路のうちの他方の光導波路に設けられ、前記第1半導体光増幅器と非線形感受率が異なる第2半導体光増幅器とを備え、
信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて前記2つの光導波路のそれぞれに入射され、前記第1半導体光増幅器及び前記第2半導体光増幅器がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、光集積素子。
【請求項8】
マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整し、
分岐比を調整された合波光を前記2つの光導波路のそれぞれに入射させ、
前記2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質によって信号光の位相共役光を発生させ、
前記非線形媒質によって利得を生じ、前記一方の光導波路を導波してきた光と、前記2つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて位相共役光を波長変換光として取り出すことを特徴とする、波長変換方法。
【請求項9】
マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のそれぞれに信号光とポンプ光とを合波した合波光を入射させ、
前記2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第1非線形媒質によって信号光の位相共役光を発生させ、
前記2つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、前記第1非線形媒質と非線形感受率が異なる第2非線形媒質によって、信号光の位相共役光を発生させ、
前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて位相共役光を波長変換光として取り出すことを特徴とする、波長変換方法。
【請求項10】
前記2つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に備えられる位相調整器によって、前記一方の光導波路を導波する光と前記他方の光導波路を導波する光の位相を調整することを特徴とする、請求項8又は9記載の波長変換方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、波長変換方式、光集積素子、波長変換方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光通信の高速化、大容量化に伴い、光信号を電気信号に変換せずに処理を行なう全光信号処理技術が要求されている。
近年の波長分割多重技術(Wavelength Division Multiplexing:WDM)の進展により、石英系光ファイバの数THzに及ぶ帯域をすべて使い切ることが可能になっている。光の波長1つ1つに異なる情報を与えて伝送するWDMにおいて、サブネットワーク間での波長衝突の回避や波長ルーティングによる交換を実現するために波長変換は必要不可欠な技術である。
【0003】
全光波長変換を行なう場合、光ファイバや半導体のような非線形媒質(Non-Linear Medium:NLM)を利用する方法が多く用いられている。このうち、半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)の非線形効果を用いた波長変換方式は、システムの小型化が可能であり、低消費電力で大きな非線形効果を得ることができるため、盛んに研究がなされている。
【0004】
ここで、SOAを用いた全光波長変換方式は、相互利得変調(Cross Gain Modulation:XGM)や相互位相変調(Cross Phase Modulation:XPM)のような光スイッチ型のものと、差周波発生(Difference Frequency Generation:DFG)や四光波混合(Four Wave Mixing:FWM)を用いたコヒーレント型のものとに分けることができる。
このうち、コヒーレント型の波長変換方式は、非線形応答の高速性によって超高速の波長変換を行なえるほか、波長変換後も位相情報が保持されるため、例えば差分位相偏移変調(Differential Phase Shift Keying:DPSK)などのような変調フォーマットにも対応可能である。
【0005】
また、DFGを用いた波長変換方式とFWMを用いた波長変換方式を比較すると、2次の非線形効果であるDFGを用いた波長変換方式は、3次の非線形効果を用いるFWMを用いた波長変換方式と比べて相互作用する光の波長間隔が大きい。このため、位相整合の取り易さの観点からはFWMを用いた波長変換方式の方が有利である。
なお、先行技術調査を行なった結果、以下の特許文献1、2が得られた。
【特許文献1】特開2000−250081号公報
【特許文献2】特開2004−185021号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、FWMを用いた波長変換方式では、図6に示すように、非線形媒質からなる光導波路に信号光ωsとポンプ光ωpを入力すると信号光の位相共役光ωc(=2ωp−ωs)が生成されることを利用して、非線形媒質によって生成された位相共役光ωcを波長変換光として取り出すようにしている。
しかし、位相共役光ωcとともに信号光ωsやポンプ光ωpも出力されてしまう。
【0007】
そこで、波長変換光としての位相共役光ωcのみを取り出すために、フィルタを用いて(例えば外部に波長可変フィルタを設けて)信号光ωsやポンプ光ωpをカットすることになる。
一方、このような波長変換方式において、ある波長の信号光(入力光)を任意の波長の信号光(波長変換光)に変換するには(即ち、波長変換光としての位相共役光ωcの波長を任意の波長にするには)、ポンプ光ωpの波長を変えれば良い。
【0008】
しかしながら、フィルタを用いる場合、フィルタの帯域によって波長変換の幅が制限されてしまう。また、信号の変調速度に応じて帯域の異なるフィルタが必要になる場合もある。一方、波長変換光として任意の波長の位相共役光ωcを取り出すために多数のフィルタを設けると、部品点数が多くなってしまうことになる。また、装置の小型化、集積化を図る上で不利になる。
【0009】
また、波長可変フィルタを用いる場合、フィルタの中心波長を掃引することも必要であり、波長掃引幅によっても波長変換の幅が制限されてしまうことになる。特に、波長掃引幅は掃引機構を含むフィルタの特性で決定されるため、実際の使用にあたっては制限も多い。さらに、フィルタの動作によって波長変換速度が制限されてしまうことになる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、フィルタを用いることなく波長変換光のみを取り出すことができるようにした、波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法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】
【0010】
このため、本発明の波長変換方式は、2つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質と、2つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部とを備え、分岐比調整部によって分岐比を調整された合波光が2つの光導波路のそれぞれに入射され、非線形媒質が信号光の位相共役光を発生し、一方の光導波路を導波してきた光と2つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴としている。
【0011】
また、本発明の波長変換方式は、2つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第1非線形媒質と、2つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、第1非線形媒質と非線形感受率が異なる第2非線形媒質とを備え、信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて2つの光導波路のそれぞれに入射され、第1非線形媒質及び第2非線形媒質がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴としている。
【0012】
本発明の光集積素子は、信号光とポンプ光とを合波した合波光を分岐して導波する2つの光導波路を備える前段マッハツェンダ干渉計と、前段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に設けられる位相調整器と、入力側カプラと、出力側カプラと、入力側カプラと出力側カプラとを接続する2つの光導波路とを備える後段マッハツェンダ干渉計と、後段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる半導体光増幅器とを備え、後段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のそれぞれから出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、前段マッハツェンダ干渉計及び位相調整器によって分岐比を調整された合波光が、後段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のそれぞれに入射され、半導体光増幅器が信号光の位相共役光を発生し、後段マッハツェンダ干渉計を構成する一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴としている。
【0013】
また、本発明の光集積素子は、入力側カプラと、出力側カプラと、入力側カプラと出力側カプラとを接続する2つの光導波路とを備えるマッハツェンダ干渉計と、2つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる第1半導体光増幅器と、2つの光導波路のうちの他方の光導波路に設けられ、第1半導体光増幅器と非線形感受率が異なる第2半導体光増幅器とを備え、信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて2つの光導波路のそれぞれに入射され、第1半導体光増幅器及び第2半導体光増幅器がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴としている。
【0014】
本発明の波長変換方法は、マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整し、分岐比を調整された合波光を2つの光導波路のそれぞれに入射させ、2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質によって信号光の位相共役光を発生させ、非線形媒質によって利得を生じ、一方の光導波路を導波してきた光と、2つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて位相共役光を波長変換光として取り出すことを特徴としている。
【0015】
また、本発明の波長変換方法は、マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のそれぞれに信号光とポンプ光とを合波した合波光を入射させ、2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第1非線形媒質によって信号光の位相共役光を発生させ、2つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、第1非線形媒質と非線形感受率が異なる第2非線形媒質によって、信号光の位相共役光を発生させ、一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて位相共役光を波長変換光として取り出すことを特徴としている。
【発明の効果】
【0016】
したがって、本発明の波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法によれば、任意の波長、任意の変調速度、任意の変調フォーマットの信号光を任意の波長に変換し、フィルタを用いることなく波長変換光のみを取り出せるようになるという利点がある。
この結果、フィルタを用いる場合と比べて、部品点数を少なくすることができる。また、装置の小型化や集積化を図ることも可能になる。また、フィルタの帯域や波長掃引幅によって波長変換の幅が制限を受けることもなくなる。さらに、フィルタの動作によって波長変換速度が制限されることもなくなり、高速に波長変換を行なえるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法について説明する。
[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態にかかる波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法について、図1,図2を参照しながら説明する。
【0018】
本実施形態にかかる波長変換方式は、非線形媒質(Non-Linear Medium:NLM)の非線形効果としての四光波混合(Four Wave Mixing:FWM)を用いた波長変換方式である。つまり、本波長変換方式は、図1に示すように、非線形媒質(ここでは3次の非線形現象を生じる媒質)に信号光ωsとポンプ光ωpを入力すると、信号光の位相共役光ωc(=2ωp−ωs)が生成されることを利用し、非線形媒質によって生成された位相共役光ωc(3次の非線形現象による位相共役光)を波長変換光として取り出すことで波長変換を行なうものである。
【0019】
ここで、非線形媒質としては、例えば、半導体利得媒質を有する半導体光増幅器(SOA)や非線形光ファイバ(例えば高非線形光ファイバ)を用いることができる。
特に、本実施形態では、図1に示すように、非線形媒質(NLM)1によって生成された位相共役光ωcを波長変換光として取り出すために、マッハツェンダ干渉計2を用いている。つまり、本実施形態では、波長変換方式(装置)を、図1に示すように、2つの光導波路2A,2Bを有するマッハツェンダ干渉計2を備えるものとし、マッハツェンダ干渉計2の一方の光導波路2Aに非線形媒質1を設け、マッハツェンダ干渉計2の一方の光導波路2Aを導波してきた光と、他方の光導波路2Bを導波してきた光とを干渉させて、非線形媒質1によって生成された位相共役光ωcを波長変換光として取り出すようにしている。
【0020】
ここでは、図1に示すように、信号光ωsとポンプ光ωpとを合波した合波光をマッハツェンダ干渉計2に入射させるべく、合波器3(ここでは合波カプラ)を設けている。また、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bのそれぞれを伝搬してきた光を干渉させるためにカプラ4(ここでは2×2カプラ;分岐比1:1)を設けている。この場合、図1に示すように、カプラ4の一方の出力ポートから波長変換光としての位相共役光ωcのみが出射されることになる。
【0021】
また、非線形媒質1に信号光ωsとポンプ光ωpとを合波した合波光を入射させると、利得が生じてしまい、非線形媒質1が設けられている一方の光導波路2Aを導波してきた光と、非線形媒質1が設けられていない他方の光導波路2Bを導波してきた光とでパワー(光強度)が異なってしまう場合がある。
そこで、本実施形態では、図1に示すように、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2B(マッハツェンダ干渉計2の2つの出力ポート)のそれぞれから出射される信号光ωs及びポンプ光ωpのパワー(光強度)が等しくなるように、上記合波器3の後段で、かつ、マッハツェンダ干渉計2の前段に、信号光ωsとポンプ光ωpとを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部5を設けている。なお、非線形媒質1が利得を生じないものである場合には、分岐比調整部5によって分岐比を1対1に調整すれば良い。
【0022】
このため、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2B(マッハツェンダ干渉計2の2つの入力ポート)には、それぞれ、分岐比調整部5によって分岐比を調整されて分岐された合波光が導入されることになる。
ここでは、分岐比調整部5は、分岐比調整用カプラ(例えば分岐比可変カプラ)である。なお、分岐比調整部5としては、後述するように、マッハツェンダ干渉計などを用いることもできる。
【0023】
さらに、本実施形態では、図1に示すように、マッハツェンダ干渉計2の他方の光導波路2B(非線形媒質1が設けられていない方の光導波路)に位相調整器6(位相補償器)が設けられており、2つの光導波路2A,2Bのそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整できるようになっている。なお、位相調整器6は、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bのうちの少なくとも一方の光導波路に設ければ良い。また、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bの長さを調整するなど、他の方法によって位相を合わせることができるのであれば位相調整器6は設けなくても良い。
【0024】
次に、このような波長変換方式を用いた波長変換方法について説明する。
まず、図1に示すように、マッハツェンダ干渉計2の2つの導波路2A,2Bのそれぞれに、信号光ωsとポンプ光ωpとを合波した合波光を分岐して導入する。つまり、マッハツェンダ干渉計2を構成する2つの光導波路2A,2Bから出射される信号光ωs及びポンプ光ωpのパワー(光強度)が等しくなるように、信号光ωsとポンプ光ωpとを合波した合波光の分岐比を分岐比調整部5によって調整する。そして、分岐比調整部5によって分岐比を調整された合波光を、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bのそれぞれに入射させる。
【0025】
2つの光導波路2A,2Bのうちの一方の光導波路2Aに導入された合波光が伝搬していき、非線形媒質(NLM)1を通過すると、非線形媒質1によって信号光の位相共役光ωcが発生する。
そして、一方の光導波路2Aを導波してきた光と他方の光導波路2Bを導波してきた光がカプラ4(分岐比1:1)で干渉する。この場合、位相共役光ωcは、非線形媒質1が設けられている一方の光導波路2Aのみからカプラ4へ入力され、カプラ3で1:1に分岐されて、カプラ4の2つのポートのそれぞれから出力されることになる。一方、それぞれの光導波路2A,2Bを伝播してきた信号光ωs及びポンプ光ωpは、カプラ4で打ち消されて一方のポートからは出力されない。このため、カプラ4の一方のポートからは位相共役光ωcのみが出力されることになり、これが波長変換光として取り出されることになる。これにより、信号光ωsが位相共役光ωcに変換されることになる。
【0026】
本実施形態では、非線形媒質1が設けられていない他方の光導波路2Bに設けられている位相調整器6によって、2つの光導波路2A,2Bのそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整を行なっている。
次に、上述の波長変換方式を用いた光集積素子について、図2(A)〜図2(E)を参照しながら説明する。
【0027】
なお、図2(B)は図2(A)のB−B'線に沿う模式的断面図であり、図2(C)は図2(A)のC−C'線に沿う模式的断面図であり、(D)は図2(A)のD−D'線に沿う模式的断面図であり、(E)は図2(A)のE−E'線に沿う模式的断面図である。
本光集積素子は、図2(A)に示すように、上述の波長変換方式の分岐比調整部5を構成する前段マッハツェンダ干渉計50及び位相調整器51,52と、信号光ωsとポンプ光ωpを除去して位相共役光ωcを選択的に取り出す波長変換部(上述の波長変換方式のマッハツェンダ干渉計2及び非線形媒質1)を構成する後段マッハツェンダ干渉計20及び非線形媒質1として用いられる半導体光増幅器10(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)とをモノリシックに集積したモノリシック集積素子として構成される。
【0028】
なお、図2(A)では上述の波長変換方式の合波器3は図示していない。また、図2(A)中、符号41は合波光を入力する入力側光導波路を示しており、符号42は位相共役光ωcを出力する出力側光導波路を示している。
ここで、前段マッハツェンダ干渉計50は、図2(A)に示すように、光の入射側から見て前段に設けられており、信号光ωsとポンプ光ωpとを合波した合波光を分岐して導波する2つの光導波路53,54を備える。つまり、前段マッハツェンダ干渉計50は、入力側カプラ55と、出力側カプラ56と、入力側カプラ55と出力側カプラ56とを接続する2つの光導波路(スラブ導波路)53,54とを備えるものとして構成される。
【0029】
ここでは、入力側カプラ55及び出力側カプラ56は、多モード干渉(MMI:Multi Mode Interference)カプラである。なお、ここでは分岐特性の制御性の観点から、入力側カプラ55及び出力側カプラ56としてMMIカプラを用いているが、これに限られるものではなく、例えば方向性結合器やY分岐カプラなどを用いることもできる。
位相調整器51,52は、図2(A)に示すように、前段マッハツェンダ干渉計50を構成する2つの光導波路53,54のそれぞれに位相調整電極51A,52Aを設け、これらの位相調整電極51A,52Aを介してそれぞれの光導波路53,54に電流を注入することで位相を調整するものとして構成されている。なお、前段マッハツェンダ干渉計50を構成する2つの光導波路53,54のうちの少なくとも一方の光導波路に位相調整器を設ければ良い。
【0030】
後段マッハツェンダ干渉計20は、図2(A)に示すように、光の入射側から見て後段に設けられており、入力側カプラ21と、出力側カプラ22と、入力側カプラ21と出力側カプラ22とを接続する2つの光導波路(スラブ導波路)23,24とを備えるものとして構成される。なお、ここでは、入力側カプラ21は、上述の前段マッハツェンダ干渉計50の出力側カプラ56によって兼用している。
【0031】
ここでは、出力側カプラ22は、多モード干渉(MMI:Multi Mode Interference)カプラである。なお、ここでは分岐特性の制御性の観点から、出力側カプラとしてMMIカプラを用いているが、これに限られるものではなく、例えば方向性結合器やY分岐カプラなどを用いることもできる。
SOA10は、図2(A)に示すように、後段マッハツェンダ干渉計20を構成する2つの光導波路23,24のうちの一方の光導波路23に設けられている。このSOA10は、3次の非線形現象を生じる利得媒質からなる活性層を含む光導波路に電極10Xを設け、この電極10Xを介して活性層に電流(制御電流)を注入しうるようになっている。
【0032】
そして、本光集積素子では、後段マッハツェンダ干渉計20を構成する2つの光導波路23,24のそれぞれから出射される信号光ωs及びポンプ光ωpのパワー(光強度)が等しくなるように、前段マッハツェンダ干渉計50及び位相調整器51,52によって分岐比を調整された合波光が、後段マッハツェンダ干渉計20を構成する2つの光導波路23,24のそれぞれに入射され、半導体光増幅器10が信号光の位相共役光ωcを発生し、後段マッハツェンダ干渉計20を構成する一方の光導波路23を導波してきた光と他方の光導波路24を導波してきた光とが干渉して位相共役光ωcが波長変換光として取り出されることになる。
【0033】
ここで、後段マッハツェンダ干渉計20の2つの光導波路23,24のそれぞれに入射される合波光の分岐比は、以下のようにして調整されるようになっている。
つまり、信号光ωsとポンプ光ωpとを合波した合波光を分岐して、前段マッハツェンダ干渉計50の2つの光導波路53,54のそれぞれに導入し、その後、半導体光増幅器10によって生じる利得に応じて[即ち、半導体光増幅器10によって増幅された信号光ωs及びポンプ光ωpのパワー(光強度)に応じて]前段マッハツェンダ干渉計50に設けられている位相調整電極51A,52A(位相調整器51,52)に電流を注入する。この結果、前段マッハツェンダ干渉計50のそれぞれの光導波路53,54を伝播する合波光の位相が変えられて、前段マッハツェンダ干渉計50の出力側カプラ56(ここでは後段マッハツェンダ干渉計20の入力側カプラ21でもある)を介して後段マッハツェンダ干渉計20の2つの光導波路23,24のそれぞれに入射される合波光の分岐比が調整される。
【0034】
また、本実施形態では、図2(A)に示すように、後段マッハツェンダ干渉計20の他方の光導波路24(非線形媒質が設けられていない方の光導波路)に、上述の波長変換方式の位相調整器6として位相調整器(位相補償器)60が設けられており、2つの光導波路23,24のそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整できるようになっている。
【0035】
ここでは、位相調整器60は、後段マッハツェンダ干渉計20の他方の光導波路24に位相調整電極60Aを設け、この位相調整電極60Aを介して光導波路24に電流を注入することで位相を調整するようになっている。なお、位相調整器60は、後段マッハツェンダ干渉計20の2つの光導波路23,24のうちの少なくとも一方の光導波路に設ければ良い。また、後段マッハツェンダ干渉計20の2つの光導波路23,24の長さを調整するなど、他の方法によって位相を合わせることができるのであれば位相調整器を設けなくても良い。
【0036】
次に、本実施形態にかかる光集積素子の製造方法について、図2(A)〜図2(E)を適宜参照しながら説明する。
まず、図2(E)に示すように、n型InP基板(n−InP基板)100上に、n−InPクラッド層61(例えば厚さ1μm以下)、下側SCH層62(InGaAsP層;光ガイド層;例えば発光波長1.15μm;例えば厚さ50nm)、歪量子井戸活性層63(例えば6層のInGaAs井戸層を持つ;例えば歪量+0.8%;例えば厚さ100nm)、上側SCH層64(InGaAsP層;光ガイド層;例えば発光波長1.15μm;例えば厚さ50nm)、p−InPクラッド層65(例えば厚さ300nm)を、例えば有機金属気相成長法(MOVPE法)で成長させて、SOAを構成する歪量子井戸活性層63(SOA活性層)を含む積層構造を形成する。
【0037】
次に、SOA10を形成する部分にのみSiO2マスク(誘電体マスク)を形成し[図2(A)参照]、この部分を残して、n−InPクラッド層61に達するまでを(即ち、表面側のp−InPクラッド層65から下側SCH層62までを)、例えばウエットエッチングにより除去する。
次いで、図2(B)〜(E)に示すように、除去した部分に、下側SCH層62(InGaAsP層;光ガイド層;例えば発光波長1.15μm;例えば厚さ50nm)、導波路コア層66(InGaAsP層;例えば発光波長1.3μm;例えば厚さ200nm)、上側SCH層64(InGaAsP層;光ガイド層;例えば発光波長1.15μm;例えば厚さ50nm)、p−InPクラッド層65(例えば厚さ300nm)を、例えばMOVPE法などでバッドジョイント成長させて、導波路コア層66を含む積層構造を形成する。
【0038】
次に、光導波路23,24,41,42,51,52を形成する部分、MMIカプラ55,56(21),22を形成する部分、SOA10を形成する部分に[図2(A)参照]SiO2マスクを形成して、図2(B)〜(E)に示すように、例えば例えばICP−RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching)法(誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング法)等のドライエッチングによって、例えば高さ1.5μm、幅1.5μmの導波路メサ構造を形成する。
【0039】
そして、図2(B)〜(E)に示すように、メサ構造の両側方に、p−InP電流ブロック層67(第1電流ブロック層)、n−InP電流ブロック層68(第2電流ブロック層)を、例えばMOVPE法等で成長させて、電流狭窄構造を形成する。
このようにして電流狭窄構造を形成した後、図2(B)〜(E)に示すように、SiO2マスクを除去して、上部にp−InPクラッド層69(例えば厚さ3μm)、InGaAsPコンタクト層70(例えば発光波長1.3μm;例えば厚さ100nm)を成長させて、エピタキシャル成長を完了する。
【0040】
このようにしてエピタキシャル成長を完了したウエハは、図2(A)〜(E)に示すように、SOA10を形成する部分と位相調整器60,51,52を形成する部分以外のInGaAsPコンタクト層70を除去し、SiO2膜71を形成した後、SOA10を形成する部分及び位相調整器60,51,52を形成する部分(コンタクト層70が残されている部分)のSiO2膜71を除去し、コンタクト層70上にp側電極51A,52A,60Aを形成する。一方、基板裏面にはn側電極73を形成する。
【0041】
最後に、劈開後、素子両端面に無反射コーティングを施して、光集積素子が完成する。
したがって、本実施形態にかかる波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法によれば、干渉効果を用いて信号光ωs及びポンプ光ωpを除去するため、任意の波長、任意の変調速度、任意の変調フォーマットの入力信号光を任意の波長に変換し、フィルタを用いることなく(例えば外部に波長可変フィルタを設けることなく)、波長変換光のみを取り出せるようになるという利点がある。この結果、フィルタを用いる場合と比べて、部品点数を少なくすることができる。
【0042】
また、装置の小型化や集積化を図ることも可能となる。特に、上述の光集積素子のようにモノリシックに集積することが可能であり、従来の非線形媒質及び波長可変フィルタの機能を一つの素子で実現できるようになり、フィルタを用いる場合と比較して、素子の小型化が可能である。
さらに、フィルタが不要であるため、フィルタの帯域や波長掃引幅によって波長変換の幅が制限を受けることがなくなる。さらに、フィルタの動作によって波長変換速度が制限されることもなくなり、より高速に波長変換を行なえるようになる。
【0043】
なお、上述の実施形態では、上述の波長変換方式を適用したものとして、非線形媒質として半導体光増幅器を備える光集積素子について説明したが、これに限られるものではない。
例えば、上述の波長変換方式のマッハツェンダ干渉計2を光ファイバによって構成し、非線形媒質として非線形ファイバを用いた波長変換装置として構成することもできる。
【0044】
このような波長変換装置は、図3に示すように、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bを偏波維持光ファイバ(polarization maintaining optical fiber:PMF)84,85によって構成し、一方の光導波路2Aに設けられる非線形媒質1を偏波維持型高非線形ファイバ(polarization maintaining highly non linear fiber:PM−HNF)86によって構成し、他方の光導波路2Bに設けられる位相調整器6を偏波コントローラ(polarization controller:PC)87によって構成している。なお、図3中、上述の実施形態(図1参照)と同一のものには同一の符号を付している。
【0045】
なお、ここでは、信号光ωsを入力する光導波路80及びポンプ光ωpを入力する光導波路81のそれぞれに偏波コントローラ(PC)82,83を設けている。また、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bとしての光ファイバ84,85の長さは等しくしてある。
[第2実施形態]
まず、本発明の第2実施形態にかかる波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法について、図4,図5を参照しながら説明する。
【0046】
本実施形態にかかる波長変換方式は、上述の第1実施形態のものと、マッハツェンダ干渉計の2つの光導波路のそれぞれに、非線形感受率(ここでは3次の非線形感受率χ(3))が異なり、利得(線形利得)が同等の非線形媒質(利得を生じないものも含む)が設けられており、分岐比調整部を備えない点が異なる。
つまり、本波長変換方式(装置)は、図4に示すように、2つの光導波路2A,2Bを有するマッハツェンダ干渉計2を備えるものとし、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bのそれぞれに、非線形感受率が異なり、利得が等しい非線形媒質1A,1B(利得を生じないものも含む)を設け、マッハツェンダ干渉計2の一方の光導波路2Aを導波してきた光と、他方の光導波路2Bを導波してきた光とを干渉させて、非線形媒質1Aによって生成された位相共役光ωcAと非線形媒質1Bによって生成された位相共役光ωcBとのパワー(光強度)の差として出力される位相共役光ωcを波長変換光として取り出すようにしている。なお、図4中、上述の第1実施形態(図1参照)と同一のものには同一の符号を付している。
【0047】
ここで、非線形感受率とは、波長変換効率を決定するパラメータである。この非線形感受率の値が大きいほど波長変換効率は大きくなる。
例えば、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bのうちの一方の光導波路2Aに設けられる非線形媒質(第1非線形媒質)1Aの非線形感受率が、他方の光導波路2Bに設けられる非線形媒質(第2非線形媒質)1Bの非線形感受率よりも大きく(又は小さく)なるようにすれば良い。
【0048】
ここで、非線形感受率が大きい第1非線形媒質1Aは、波長変換光として取り出される位相共役光ωcを発生させるために用いられる。このため、波長変換光生成用非線形媒質という。一方、非線形感受率が小さい第2非線形媒質1Bは、第1非線形媒質1Aを通過した信号光ωs及びポンプ光ωpのパワー(光強度)と、第2非線形媒質1Bを通過した信号光ωs及びポンプ光ωpのパワー(光強度)とを同じにするために用いられる。このため、出力調整用非線形媒質という。
【0049】
この場合、信号光ωsとポンプ光ωpとを合波した合波光が分岐されてマッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bのそれぞれに入射されると、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bのうちの一方の光導波路2Aに設けられている第1非線形媒質1A、及び、他方の光導波路2Bに設けられている第2非線形媒質1Bが、それぞれ、信号光ωsの位相共役光ωcA,ωcBを発生する。
【0050】
しかし、第1非線形媒質1Aと第2非線形媒質1Bとでは非線形感受率が異なるため、それぞれの非線形媒質1A,1Bで発生する位相共役光ωcA,ωcBのパワー(光強度)に差が生じる。
このため、マッハツェンダ干渉計2の一方の光導波路2Aを導波してきた光と、他方の光導波路2Bを導波してきた光とを干渉させても、位相共役光ωcA,ωcBは完全には打ち消されずに出力されることになる。
【0051】
このように、本実施形態では、非線形感受率の異なる非線形媒質は、発生する位相共役光にパワー差(光強度差)が生じ、干渉させても打ち消されないことを利用して、位相共役光ωcを波長変換光として取り出すようにしている。
特に、本実施形態では、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bのそれぞれに設けられる非線形媒質1A,1Bは、利得が等しいため、それぞれの光導波路2A,2Bを導波してきた光のパワー(光出力;光強度)は同じになる。このため、上述の第1実施形態の分岐比調整部5は設けられていない。つまり、上述の第1実施形態の分岐比調整部5に代えて、他方の光導波路2Bに非線形感受率の異なる非線形媒質1Bを設けて、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2B(マッハツェンダ干渉計2の2つの出力ポート)のそれぞれから出射される信号光ωs及びポンプ光ωpのパワー(光強度)が等しくなるようにしている。
【0052】
なお、その他の構成は、上述の第1実施形態のものと同一である。
次に、このような波長変換方式を用いた波長変換方法について説明する。
まず、マッハツェンダ干渉計2の2つの導波路2A,2Bのそれぞれに、信号光ωsとポンプ光ωpとを合波した合波光を分岐して導入する。
2つの光導波路2A,2Bのうちの一方の光導波路2Aに導入された合波光が伝搬していき、それぞれの非線形媒質(NLM)1A,1Bを通過すると、それぞれの非線形媒質1A,1Bによって信号光の位相共役光ωcA,ωcBが発生する。つまり、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bのうちの一方の光導波路2Aに備えられる第1非線形媒質1Aによって信号光の位相共役光ωcAが発生するとともに、他方の光導波路2Bに備えられ、第1非線形媒質1Aと非線形感受率が異なる第2非線形媒質1Bによって信号光の位相共役光ωcBが発生する。
【0053】
本実施形態では、それぞれの非線形媒質1A,1Bによって同等の利得が生じるため、一方の光導波路2Aを導波する光と、他方の光導波路2Bを導波する光のパワー(光強度)は等しくなる。一方、マッハツェンダ干渉計2の2つの光導波路2A,2Bのそれぞれに設けられる非線形媒質1A,1Bは、非線形感受率が異なるため、それぞれの非線形媒質1A,1Bで発生する位相共役光ωcA,ωcBのパワー(光強度)に差が生じる。ここでは、第2非線形媒質1Bの非線形感受率の方が小さいため、第2非線形媒質1Aで発生する位相共役光ωcAのパワー(光強度)の方が小さくなる。
【0054】
そして、一方の光導波路2Aを導波してきた光と、他方の光導波路2Bを導波してきた光とがカプラ4(分岐比1:1)で干渉させる。
本実施形態では、それぞれの非線形媒質1A,1Bで発生する位相共役光ωcA,ωcBのパワー(光強度)に差が生じているため、位相共役光ωcA,ωcBは完全には打ち消されずに、カプラ4で1:1に分岐されて、カプラ4の2つのポートのそれぞれから出力されることになる。一方、それぞれの光導波路2A,2Bを伝播してきた信号光ωs及びポンプ光ωpは、カプラ4で打ち消されて一方のポートからは出力されない。このため、カプラ4の一方のポートからは位相共役光ωc(=ωcA−ωcB)のみが出力されることになり、これが波長変換光として取り出されることになる。これにより、信号光ωsが位相共役光ωcに変換されることになる。
【0055】
本実施形態では、他方の光導波路2Bに設けられている位相調整器6によって、2つの光導波路2A,2Bのそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整を行なっている。
次に、上述の波長変換方式を用いた光集積素子について、図5(A)〜(E)を参照しながら説明する。
【0056】
なお、図5(B)は図5(A)のB−B'線に沿う模式的断面図であり、図5(C)は図5(A)のC−C'線に沿う模式的断面図であり、(D)は図5(A)のD−D'線に沿う模式的断面図であり、(E)は図5(A)のE−E'線に沿う模式的断面図である。
本光集積素子は、図5(A)に示すように、信号光ωsとポンプ光ωpを除去して位相共役光ωcを選択的に取り出す波長変換部(上述の波長変換方式のマッハツェンダ干渉計2及び非線形媒質1A,1B)として、マッハツェンダ干渉計20と、上述の波長変換方式の非線形媒質1Aとして用いられる第1半導体光増幅器(第1SOA)10Aと、上述の波長変換方式の非線形媒質1Bとして用いられる第2半導体光増幅器(第2SOA)10Bとをモノリシックに集積したモノリシック集積素子として構成される。なお、図5(A)〜(E)中、上述の第1実施形態(図2参照)と同一のものには同一の符号を付している。
【0057】
ここで、マッハツェンダ干渉計20は、図5(A)に示すように、入力側カプラ21と、出力側カプラ22と、入力側カプラ21と出力側カプラ22とを接続する2つの光導波路(スラブ導波路)23,24とを備えるものとして構成される。
第1SOA10A及び第2SOA10Bは、図5(A)に示すように、マッハツェンダ干渉計20を構成する2つの光導波路23,24のそれぞれに1つずつ設けられている。これらの第1SOA10A及び第2SOA10Bは、3次の非線形現象を生じる利得媒質からなる活性層を含む光導波路のそれぞれに電極10AX,10BXを設け、この電極10AX,10BXを介して活性層に電流(制御電流)を注入しうるようになっている。
【0058】
ここでは、第1SOA10Aの非線形感受率は、第2SOA10Bの非線形感受率よりも大きくしている。具体的には、第1SOA10A及び第2SOA10Bを、以下のように構成すれば良い。
(1)第1SOA10AをバルクSOAとし、第2SOA10Bを歪量子井戸SOAとする。(2)第1SOA10AをバルクSOAとし、第2SOA10Bを量子ドットSOAとする。(3)第1SOA10Aを無歪量子井戸SOAとし、第2SOA10Bを歪量子井戸SOAとする。(4)第1SOA10Aを無歪量子井戸SOAとし、第2SOA10Bを量子ドットSOAとする。
【0059】
なお、第1SOA10Aの非線形感受率を、第2SOA10Bの非線形感受率よりも小さくしても良い。この場合、第1SOA10A及び第2SOA10Bを、以下のように構成すれば良い。
(1)第1SOA10Aを歪量子井戸SOAとし、第2SOA10BをバルクSOAとする。(2)第1SOA10Aを量子ドットSOAとし、第2SOA10BをバルクSOAとする。(3)第1SOA10Aを歪量子井戸SOAとし、第2SOA10Bを無歪量子井戸SOAとする。(4)第1SOA10Aを量子ドットSOAとし、第2SOA10Bを無歪量子井戸SOAとする。
【0060】
このように、第1SOA10A及び第2SOA10Bを、非線形感受率の異なる異種の活性層を備えるものとして構成すれば良い。例えば、第1SOA10Aを、バルク、無歪量子井戸、歪量子井戸、量子ドットのうちいずれか一種の活性層を備えるものとし、第2SOA10Bを、バルク、無歪量子井戸、歪量子井戸、量子ドットのうち第1SOAの活性層と異なる種類の活性層を備えるものとして構成すれば良い。なお、第1SOA10A及び第2SOA10Bは、非線形感受率の異なる同種の活性層を備えるものとして構成することもできる。
【0061】
また、本光集積素子では、マッハツェンダ干渉計20を構成する2つの光導波路23,24のそれぞれから出射される信号光ωs及びポンプ光ωpのパワー(光強度)が等しくなるように、第1SOA10A及び第2SOA10Bは、同等の利得を生じるものとして構成されている。
そして、信号光ωsとポンプ光ωpの合波光が、マッハツェンダ干渉計20を構成する2つの光導波路23,24のそれぞれに入射され、第1SOA10A及び第2SOA10Bのそれぞれが信号光ωsの位相共役光ωcA,ωcBを発生し、一方の光導波路23を導波してきた光と他方の光導波路24を導波してきた光とが干渉して位相共役光ωc(=ωcA−ωcB)が波長変換光として取り出されることになる。
【0062】
また、本実施形態では、図5(A)に示すように、マッハツェンダ干渉計20の2つの光導波路23,24のうちのいずれか一方の光導波路(ここでは光導波路24)に、上述の波長変換方式の位相調整器6として位相調整器60(位相補償器)が設けられており、2つの光導波路23,24のそれぞれを伝搬してきた光の位相が合うように位相調整できるようになっている。ここでは、位相調整器60は、マッハツェンダ干渉計20のいずれか一方の光導波路(ここでは光導波路24)に位相調整電極60A(この電極を設ける領域を電流注入領域という)を設け、この位相調整電極60Aを介して光導波路24に電流を注入することで位相を調整するようになっている。なお、マッハツェンダ干渉計20の2つの光導波路23,24の長さを調整するなど、他の方法によって位相を合わせることができるのであれば位相調整器を設けなくても良い。
【0063】
次に、本実施形態にかかる光集積素子の製造方法について、図5(A)〜(E)を適宜参照しながら説明する。なお、図5(A)〜(E)中、上述の第1実施形態(図2(A)〜(E)参照)と同一のものには同一の符号を付している。
まず、図5(E)に示すように、n型InP基板(n−InP基板)100上に、n−InPクラッド層61(例えば厚さ1μm以下)、下側SCH層62(InGaAsP層;光ガイド層;例えば発光波長1.15μm;例えば厚さ50nm)、歪量子井戸活性層63(例えば6層のInGaAs井戸層を持つ;例えば歪量+0.8%;例えば厚さ100nm)、上側SCH層64(InGaAsP層;光ガイド層;例えば発光波長1.15μm;例えば厚さ50nm)、p−InPクラッド層65(例えば厚さ300nm)を、例えば有機金属気相成長法(MOVPE法)で成長させて、第1SOA10Aを構成する歪量子井戸活性層63(第1SOA活性層)を含む積層構造を形成する。
【0064】
次に、第1SOA10Aを形成する部分にのみSiO2マスク(誘電体マスク)を形成し[図5(A)参照]、この部分を残して、n−InPクラッド層61に達するまでを(即ち、表面側のp−InPクラッド層65から下側SCH層62までを)、例えばウエットエッチングにより除去する。
次いで、図5(B)〜(E)に示すように、除去した部分に、下側SCH層62(InGaAsP層;光ガイド層;例えば発光波長1.15μm;例えば厚さ50nm)、無歪量子井戸活性層72(例えば3層のInGaAs井戸層を持つ;例えば厚さ70nm)、上側SCH層64(InGaAsP層;光ガイド層;例えば発光波長1.15μm;例えば厚さ50nm)、p−InPクラッド層65(例えば厚さ300nm)を、例えばMOVPE法で成長させて、第2SOA10Bを構成する無歪量子井戸活性層72(第2SOA活性層)を含む積層構造を形成する。
【0065】
次に、第1SOA10A及び第2SOA10Bを形成する部分のみにSiO2マスクを形成し[図5(A)参照]、これらの部分を残して、n−InPクラッド層61に達するまでを(即ち、表面側のp−InPクラッド層65から下側SCH層62までを)、例えばウエットエッチングにより除去する。
このようにしてエッチングした後、図5(B)〜(E)に示すように、除去した部分に、下側SCH層62(InGaAsP層;光ガイド層;例えば発光波長1.15μm;例えば厚さ50nm)、導波路コア層66(InGaAsP層;例えば発光波長1.3μm;例えば厚さ200nm)、上側SCH層64(InGaAsP層;光ガイド層;例えば発光波長1.15μm;例えば厚さ50nm)、p−InPクラッド層65(例えば厚さ300nm)を、例えばMOVPE法などでバッドジョイント成長させて、導波路コア層66を含む積層構造を形成する。
【0066】
次に、光導波路23,24,41,42を形成する部分、MMIカプラ21,22を形成する部分、SOA10A,10Bを形成する部分のみに[図5(A)参照]SiO2マスクを形成して、図5(A)〜(E)に示すように、例えば例えばICP−RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching)法(誘導結合型プラズマ反応性イオンエッチング法)等のドライエッチングによって、例えば高さ1.5μm、幅1.5μmの導波路メサ構造を形成する。
【0067】
そして、図5(A)〜(E)に示すように、メサ構造の両側方に、p−InP電流ブロック層67(第1電流ブロック層)、n−InP電流ブロック層68(第2電流ブロック層)を、例えばMOVPE法等で成長させて、電流狭窄構造を形成する。
このようにして電流狭窄構造の形成した後、図5(B)〜(E)に示すように、SiO2マスクを除去して、上部にp−InPクラッド層69(例えば厚さ3μm)、InGaAsPコンタクト層70(例えば発光波長1.3μm;例えば厚さ100nm)を成長させて、エピタキシャル成長を完了する。
【0068】
このようにしてエピタキシャル成長を完了したウエハは、図5(A)〜(E)に示すように、第1SOA10A及び第2SOA10Bを形成する部分と位相調整器60を形成する部分以外のInGaAsPコンタクト層70を除去し、SiO2膜71を形成した後、第1SOA10A及び第2SOA10Bを形成する部分及び位相調整器60を形成する部分(コンタクト層70が残されている部分)のSiO2膜71を除去し、コンタクト層70上にp側電極60A,10AX,10BXを形成する。一方、基板裏面にはn側電極73を形成する。
【0069】
最後に、劈開後、素子両端面に無反射コーティングを施して、光集積素子が完成する。
したがって、本実施形態にかかる波長変換方式、光集積素子及び波長変換方法によれば、上述の第1実施形態のものと同様の効果が得られる。さらに、上述の第1実施形態の分岐比調整部を設ける必要がないため、さらに小型化を図ることが可能となる。
なお、本実施形態では、利得が等しい非線形媒質1A,1B(利得を生じないものも含む)を設けているが、これに限られるものではない。例えば、利得が異なる非線形媒質を設け、上述の第1実施形態の分岐比調整部を設けるようにしても良い。
[その他]
なお、光集積素子の層構造や作製方法は、上述の各実施形態のものに限られるものではない。また、上述の各実施形態では、メサ埋込構造の例に説明しているが、埋め込みを行なわないハイメサ構造、リッジ構造等の構造であっても良く、この場合も同様の効果が得られる。
【0070】
また、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。
(付記1)
2つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、
前記2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質と、
前記2つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部とを備え、
前記分岐比調整部によって分岐比を調整された合波光が前記2つの光導波路のそれぞれに入射され、前記非線形媒質が信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記2つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、波長変換方式。
【0071】
(付記2)
2つの光導波路を備えるマッハツェンダ干渉計と、
前記2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第1非線形媒質と、
前記2つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、前記第1非線形媒質と非線形感受率が異なる第2非線形媒質とを備え、
信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて前記2つの光導波路のそれぞれに入射され、前記第1非線形媒質及び前記第2非線形媒質がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、波長変換方式。
【0072】
(付記3)
前記第1非線形媒質と前記第2非線形媒質とは利得が等しいことを特徴とする、付記2記載の波長変換方式。
(付記4)
前記2つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整する分岐比調整部とを備えることを特徴とする、付記2記載の波長変換方式。
【0073】
(付記5)
前記2つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に位相調整器を備えることを特徴とする、付記1〜4のいずれか1項に記載の波長変換方式。
(付記6)
前記非線形媒質、又は、前記第1非線形媒質及び前記第2非線形媒質が、半導体光増幅器であることを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載の波長変換方式。
【0074】
(付記7)
前記非線形媒質、又は、前記第1非線形媒質及び前記第2非線形媒質が、非線形光ファイバであることを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載の波長変換方式。
(付記8)
前記分岐比調整部が、カプラにより構成されることを特徴とする、付記1、4〜7のいずれか1項に記載の波長変換方式。
【0075】
(付記9)
前記分岐比調整部が、マッハツェンダ干渉計により構成されることを特徴とする、請求項1、4〜7のいずれか1項に記載の波長変換方式。
(付記10)
信号光とポンプ光とを合波した合波光を分岐して導波する2つの光導波路を備える前段マッハツェンダ干渉計と、
前記前段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に設けられる位相調整器と、
入力側カプラと、出力側カプラと、前記入力側カプラと前記出力側カプラとを接続する2つの光導波路とを備える後段マッハツェンダ干渉計と、
前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる半導体光増幅器とを備え、
前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のそれぞれから出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、前記前段マッハツェンダ干渉計及び前記位相調整器によって分岐比を調整された合波光が、前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のそれぞれに入射され、前記半導体光増幅器が信号光の位相共役光を発生し、前記後段マッハツェンダ干渉計を構成する一方の光導波路を導波してきた光と他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、光集積素子。
【0076】
(付記11)
入力側カプラと、出力側カプラと、前記入力側カプラと前記出力側カプラとを接続する2つの光導波路とを備えるマッハツェンダ干渉計と、
前記2つの光導波路のうちの一方の光導波路に設けられる第1半導体光増幅器と、
前記2つの光導波路のうちの他方の光導波路に設けられ、前記第1半導体光増幅器と非線形感受率が異なる第2半導体光増幅器とを備え、
信号光とポンプ光とを合波した合波光が分岐されて前記2つの光導波路のそれぞれに入射され、前記第1半導体光増幅器及び前記第2半導体光増幅器がそれぞれ信号光の位相共役光を発生し、前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とが干渉して位相共役光が波長変換光として取り出されるように構成されることを特徴とする、光集積素子。
【0077】
(付記12)
前記第1半導体光増幅器と前記第2半導体光増幅器とは利得が等しいことを特徴とする、付記11記載の光集積素子。
(付記13)
前記第1半導体光増幅器及び前記第2半導体光増幅器が、非線形感受率の異なる異種の活性層を備えることを特徴とする、付記11又は12記載の光集積素子。
【0078】
(付記14)
前記第1半導体光増幅器が、バルク、無歪量子井戸、歪量子井戸、量子ドットのうちいずれか一種の活性層を備え、
前記第2半導体光増幅器が、バルク、無歪量子井戸、歪量子井戸、量子ドットのうち前記第1半導体光増幅器の活性層と異なる種類の活性層を備えることを特徴とする、付記13記載の光集積素子。
【0079】
(付記15)
前記第1半導体光増幅器及び前記第2半導体光増幅器が、非線形感受率の異なる同種の活性層を備えることを特徴とする、付記11又は12記載の光集積素子。
(付記16)
前記後段マッハツェンダ干渉計又は前記マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に位相調整器を備えることを特徴とする、付記10〜15のいずれか1項に記載の光集積素子。
【0080】
(付記17)
前記入力側カプラ及び前記出力側カプラが、多モード干渉カプラであることを特徴とする、付記10〜16のいずれか1項に記載の光集積素子。
(付記18)
前記入力側カプラ及び前記出力側カプラが、方向性結合器であることを特徴とする、付記10〜16のいずれか1項に記載の光集積素子。
【0081】
(付記19)
マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路から出射される信号光及びポンプ光のパワーが等しくなるように、信号光とポンプ光とを合波した合波光の分岐比を調整し、
分岐比を調整された合波光を前記2つの光導波路のそれぞれに入射させ、
前記2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる非線形媒質によって信号光の位相共役光を発生させ、
前記非線形媒質によって利得を生じ、前記一方の光導波路を導波してきた光と、前記2つの光導波路のうちの他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて位相共役光を波長変換光として取り出すことを特徴とする、波長変換方法。
【0082】
(付記20)
マッハツェンダ干渉計を構成する2つの光導波路のそれぞれに信号光とポンプ光とを合波した合波光を入射させ、
前記2つの光導波路のうちの一方の光導波路に備えられる第1非線形媒質によって信号光の位相共役光を発生させ、
前記2つの光導波路のうちの他方の光導波路に備えられ、前記第1非線形媒質と非線形感受率が異なる第2非線形媒質によって、信号光の位相共役光を発生させ、
前記一方の光導波路を導波してきた光と前記他方の光導波路を導波してきた光とを干渉させて位相共役光を波長変換光として取り出すことを特徴とする、波長変換方法。
【0083】
(付記21)
前記第2非線形媒質として、前記第1非線形媒質と利得の等しいものを用いることを特徴とする、付記20記載の波長変換方法。
(付記22)
前記2つの光導波路のうちの少なくとも一方の光導波路に備えられる位相調整器によって、前記一方の光導波路を導波する光と前記他方の光導波路を導波する光の位相を調整することを特徴とする、付記19〜21のいずれか1項に記載の波長変換方法。
【図面の簡単な説明】
【0084】
【図1】本発明の第1実施形態にかかる波長変換方式及び波長変換方法を説明するための模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態にかかる光集積素子の構成及び製造方法を説明するための模式図である。
【図3】本発明の第1実施形態の変形例にかかる波長変換装置を説明するための模式図である。
【図4】本発明の第2実施形態にかかる波長変換方式及び波長変換方法を説明するための模式図である。
【図5】本発明の第2実施形態にかかる光集積素子の構成及び製造方法を説明するための模式図である。
【図6】一般的な四光波混合を用いた波長変換方式を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【0085】
1 非線形媒質
1A 第1非線形媒質
1B 第2非線形媒質
2 マッハツェンダ干渉計
2A,2B 光導波路
3 合波器
4 カプラ
5 分岐比調整部
6 位相調整器
10 半導体光増幅器
10A 第1半導体光増幅器(第1SOA)
10B 第2半導体光増幅器(第2SOA)
10X,10AX,10BX 電極
20 後段マッハツェンダ干渉計
21 入力側カプラ
22 出力側カプラ
23,24 光導波路
41 入力側光導波路
42 出力側光導波路
50 前段マッハツェンダ干渉計
51,52,60 位相調整器
51A,52A,60A 位相調整電極
53,54 光導波路
55 入力側カプラ
56 出力側カプラ
61 n−InPクラッド層
62 下側SCH層
63 歪量子井戸活性層(SOA活性層,第1SOA活性層)
64 上側SCH層
65 p−InPクラッド層
66 導波路コア層
67 p−InP電流ブロック層
68 n−InP電流ブロック層
69 p−InPクラッド層
70 InGaAsPコンタクト層
71 SiO2
72 無歪量子井戸活性層(第2SOA活性層)
80,81 光導波路
82,83 偏波コントローラ
84,85 偏波維持光ファイバ
86 偏波維持型高非線形ファイバ
87 偏波コントローラ(位相調整器)
100 n型InP基板




 

 


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