JP4443912B2

JP4443912B2 - 光機能素子

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Publication number: JP4443912B2
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Inventors: 啓資松本
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Description

この発明は、光機能素子およびその製造方法に関し、より特定的には、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎とする光機能素子およびその製造方法に関する。

近年、光ファイバの伝送容量を高める波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）技術が注目されている。ＷＤＭ技術を用いることにより、敷設済み光ファイバの伝送能力を一気に数十倍以上に高めることができる。多波長の光波ネットワークにおいて用いられる光機能素子の一つとして波長変換器がある。波長変換器は、ＷＤＭ光通信技術において欠くことのできない重要な光デバイスの一つである。

波長変換器は、入力信号光の波長を当該波長と異なる他の波長に変換する。波長変換を行なうことにより、光波ネットワークの異なる地点に波長ルーティングを行なうことができる。これにより、将来の全光ネットワーク構築が可能となる。

従来の波長変換器は、一例として、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎としており、直流光を介して入力信号光と異なる波長の出力信号光を出力する。非特許文献１に記載された従来の波長変換器は、直流光の増幅および屈折率変調を行なう半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）の他に、位相制御用素子を有している。位相制御用素子は、マッハ・ツェンダー干渉計の両アームにそれぞれ分岐された直流光の位相差を調整するための素子である。半導体光増幅器の他に位相制御用素子を設けることによって、出力信号光の消光比を改善することができる。
ラトべロマナナ（F. Ratovelomanana）、外８名，「位相シフタセクションによる、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎とした、全光波長変換器における再生効率の改善（Regeneration improvement in all-optical wavelength converter, based on a Mach-Zehnder interferometer, by means of phase-shifter section）」，エレクトロニクス・レターズ（Electronics Letters），英国電気学会（ＩＥＥ：Institute of Electrical Engineers），１９９７年９月１１日，第３３巻，第１９号，ｐｐ．１６２９−１６３０

しかしながら、従来の波長変換器（光機能素子）は、直流光のみならず入力信号光もマッハ・ツェンダー干渉計の位相制御用素子を通過する構造となっている場合がある。この場合、入力信号光がどこから入力されるかによっては、入力信号光の強度が位相制御用素子で減衰するなどの不具合が生じるという問題点があった。

それゆえに、この発明の目的は、入力信号光の強度が位相制御用素子によって減衰しない光機能素子およびその製造方法を提供することである。

この発明による光機能素子は、直流光が入力される直流光入力ポートと、直流光を第１の直流光と第２の直流光とに分岐する分岐部と、第１の直流光の位相を第２の直流光の位相に対して調整して第３の直流光を出力する位相制御用素子と、入力信号光が入力される信号光入力ポートと、入力信号光と第３の直流光とを合波する合波部と、第３の直流光を増幅して第４の直流光を出力するとともに入力信号光を受けて屈折率が変化する第１の半導体光増幅器と、第２の直流光を増幅して第５の直流光を出力する第２の半導体光増幅器と、第４の直流光と第５の直流光とを合波して出力する信号光出力ポートとを備える。

この発明の他の局面による光機能素子は、直流光が入力される直流光入力ポートと、直流光を第１の直流光と第２の直流光とに分岐する分岐部と、第１の直流光の位相を第２の直流光の位相に対して調整して第３の直流光を出力する位相制御用素子と、入力信号光が入力される信号光入力ポートと、第３の直流光を増幅して第４の直流光を出力するとともに入力信号光を受けて屈折率が変化する第１の半導体光増幅器と、第２の直流光を増幅して第５の直流光を出力する第２の半導体光増幅器と、第４の直流光と第５の直流光とを合波して出力する信号光出力ポートとを備え、入力信号光は、第１の半導体光増幅器と信号光出力ポートとの間から入力される。
この発明のさらに他の局面による光機能素子は、直流光が入力される直流光入力ポートと、直流光を第１の直流光と第２の直流光とに分岐する分岐部と、入力信号光が入力される信号光入力ポートと、第１の直流光を増幅して第３の直流光を出力するとともに入力信号光を受けて屈折率が変化する第１の半導体光増幅器と、第３の直流光の位相を第２の直流光の位相に対して調整して第４の直流光を出力する位相制御用素子と、第２の直流光を増幅して第５の直流光を出力する第２の半導体光増幅器と、第４の直流光と第５の直流光とを合波して出力する信号光出力ポートとを備え、入力信号光は、位相制御用素子と第１の半導体光増幅器との間から入力される。

この発明によれば、入力信号光の光強度は、位相制御用素子によって減衰しない。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、この発明の実施の形態による波長変換器（光機能素子）を説明する背景としての波長変換器５００の構成を概略的に示した概略構成図である。

図１を参照して、波長変換器５００は、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎としており、直流光入力ポート５１０と、信号光入力ポート５２０と、信号光出力ポート５３０と、分岐部６１０と、合波部６２０，６３０と、アーム７１０，７２０と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）８１０，８２０とを備える。

直流光入力ポート５１０から入力される直流光Ｐｃ（波長λｃ）は、分岐部６１０において、アーム７１０とアーム７２０とに分岐される。アーム７１０，７２０にそれぞれ分岐された直流光Ｐｃは、半導体光増幅器８１０，８２０においてそれぞれ増幅される。半導体光増幅器８１０，８２０においてそれぞれ増幅された光は、合波部６３０において合波される。合波部６３０において合波された光は、信号光出力ポート５３０から出力信号光Ｐｏ（波長λｃ）として出力される。

一方、信号光入力ポート５２０から入力される入力信号光Ｐｓ（波長λｓ）は、合波部６２０を介してアーム７１０の半導体光増幅器８１０に入力される。半導体光増幅器８１０に入力信号光Ｐｓが入力されることによって、分岐部６１０からアーム７１０に分岐される直流光Ｐｃの位相が変化する。このように、入力信号光に応じて、半導体光増幅器に入力される直流光の位相を変化させることを、相互位相変調（ＸＰＭ：Cross Phase Modulation）と呼ぶ。

ＸＰＭ効果により、図１に示すように変調された入力信号光Ｐｓ（波長λｓ）が入力されると、それに応じて出力信号光Ｐｏ（波長λｃ）も変調を受ける。つまり、波長λｓの入力信号光Ｐｓは、ＸＰＭ効果によって、波長λｃの出力信号光Ｐｏに波長変換されたと見ることができる。図２〜４を参照して、これまで説明した波長変換器５００を例に、ＸＰＭ効果による波長変換の動作原理を説明する。

図２は、半導体光増幅器８１０に入力される入力信号光Ｐｓの強度に応じて、半導体光増幅器８１０中のキャリア密度がどのように変化するかを示した図である。

図２に示すように、入力信号光Ｐｓの強度が増大すると、それに応じて半導体光増幅器８１０における誘導放出が増加する。半導体光増幅器８１０における誘導放出が増加すると、半導体光増幅器８１０中のキャリア密度が減少する。半導体光増幅器８１０中のキャリア密度が減少すると、プラズマ効果によって、半導体光増幅器８１０の屈折率が変化する。

図３は、半導体光増幅器８１０に入力される入力信号光Ｐｓの強度に応じて、直流光Ｐｃの分岐間位相差がどのように変化するかを示した図である。

図２において説明したように、入力信号光Ｐｓの強度が増大すると、それに応じて半導体光増幅器８１０の屈折率が変化する。半導体光増幅器８１０の屈折率が変化すると、それだけ半導体光増幅器８１０と半導体光増幅器８２０との間の屈折率差が大きくなる。そのため、図３に示すように、入力信号光Ｐｓの強度が増大すると、それに応じて直流光Ｐｃの分岐間位相差が大きくなる。なお、位相の性質により、直流光Ｐｃの分岐間位相差は、単調に増大するのではなく、実質的には、入力信号光Ｐｓの強度に応じて０からπの間で循環的に変化する。

図４は、波長変換器５００に入力される入力信号光Ｐｓの強度に応じて、出力信号光Ｐｏの強度がどのように変化するかを示した図である。

図３において説明したように、入力信号光Ｐｓの強度が増大すると、それに応じて直流光Ｐｃの分岐間位相差が０からπの間で循環的に変化する。直流光Ｐｃの分岐間位相差が０からπの間で循環的に変化することにより、直流光Ｐｃが分岐・合波して出力される出力信号光Ｐｏの強度も、図４に示すように、直流光Ｐｃの分岐間位相差に合わせて変化する。その結果、入力信号光Ｐｓ（波長λｓ）が図４に示すように変調されると、それに応じて出力信号光Ｐｏ（波長λｃ）も変調を受ける。

以上のような動作原理により、波長変換器５００は、波長λｓの入力信号光Ｐｓを波長λｃの出力信号光Ｐｏに波長変換する。次に、マッハ・ツェンダー干渉計のアームに、半導体光増幅器（ＳＯＡ）の他に位相制御用素子を設けた波長変換器１００の構成について説明する。位相制御用素子は、マッハ・ツェンダー干渉計の両アームにそれぞれ分岐された直流光の位相差を調整することによって、出力信号光の消光比を改善するための素子である。

なお、以下では、半導体光増幅器（ＳＯＡ）という用語の代わりに、半導体光増幅器の最上面に一般に形成される「主電極」という用語を用いることにする。また、位相制御用素子という用語の代わりに、位相制御用素子の最上面に一般に形成される「補助電極」という用語を用いることにする。半導体光増幅器および位相制御用素子の具体的な構造の一例については、実施の形態８において製造方法とともに説明する。また、以下では、分岐部と合波部とを一括して分岐部と呼ぶ。

図５は、この発明の実施の形態による波長変換器を説明する背景としての波長変換器１００の構成を概略的に示した概略構成図である。

図５を参照して、波長変換器１００は、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎としており、分岐部１１１〜１１４と、アーム１２１，１２２と、主電極１３１，１３２と、補助電極１４１，１４２とを備える。アーム１２１，１２２を含む光経路は、導波路によって形成される。ここで、ポート１から直流光が入力される場合、ポート２からは出力信号光が出力される。逆に、ポート２から直流光が入力される場合、ポート１からは出力信号光が出力される。また、入力信号光は、ポート３またはポート４から入力される（直流光、入力信号光、および出力信号光の意味は、図１〜４の説明を参照）。

図５に示すように、ポート１は、分岐部１１１において、アーム１２１とアーム１２２とに分岐される。ポート２は、分岐部１１２において、アーム１２１とアーム１２２とに分岐される。アーム１２１は、分岐部１１３において、ポート１とポート３とに分岐される。アーム１２１は、分岐部１１４において、ポート２とポート４とに分岐される。主電極１３１および補助電極１４１は、アーム１２１上の分岐部１１３と分岐部１１４との間に配置される。主電極１３２および補助電極１４２は、アーム１２２上の分岐部１１１と分岐部１１２との間に配置される。

波長変換器１００は、直流光のみならず入力信号光も補助電極１４１を通過する構造となっている。そのため、入力信号光の強度が補助電極１４１で減衰するなどの不具合が生じるという問題点があった。以下では、当該問題点を解決する波長変換器およびその製造方法について、実施の形態ごとに詳細に説明する。

［実施の形態１］
図６は、この発明の実施の形態１による波長変換器１０Ａの構成を概略的に示した概略構成図である。

図６を参照して、実施の形態１の波長変換器１０Ａは、マッハ・ツェンダー干渉計を基礎としており、分岐部１１〜１４と、アーム２１，２２と、主電極３１，３２と、補助電極４１，４２とを備える。アーム２１，２２を含む光経路は、導波路によって形成される。

ここで、ポート１から直流光が入力される場合、ポート２からは出力信号光が出力される。逆に、ポート２から直流光が入力される場合、ポート１からは出力信号光が出力される。また、入力信号光は、ポート３またはポート４から入力される（直流光、入力信号光、および出力信号光の意味は、図１〜４の説明を参照）。

図６に示すように、ポート１は、分岐部１１において、アーム２１とアーム２２とに分岐される。ポート２は、分岐部１２において、アーム２１とアーム２２とに分岐される。アーム２１は、分岐部１３において、ポート１とポート３とに分岐される。アーム２１は、分岐部１４において、ポート２とポート４とに分岐される。

主電極３１は、アーム２１上の分岐部１３と分岐部１４との間に配置される。補助電極４１は、アーム２１上の分岐部１２と分岐部１４との間に配置される。主電極３２および補助電極４２は、アーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間に配置される。ただし、主電極３２はアーム２２上のポート１側に、補助電極４２はアーム２２上のポート２側に、それぞれ配置されるものとする。このように補助電極４１，４２を配置することによって、ポート３またはポート４から入力される入力信号光は、補助電極４１，４２より先に主電極３１に作用するため、補助電極４１，４２の影響を受けない。したがって、入力信号光の強度は、補助電極４１，４２によって減衰しなくなる。

また、アーム２１，２２がポート１〜４の入出力方向に対して傾斜している箇所に補助電極４１，４２をそれぞれ配置することにより、補助電極４１，４２の付加によって波長変換器１０Ａの素子長が増大するのを抑制することができる。これにより、波長変換器１０Ａに入力される直流光の伝搬損失を抑制することが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、補助電極４１をアーム２１上の分岐部１２と分岐部１４との間に、補助電極４２をアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間にそれぞれ配置することにより、入力信号光の強度は、補助電極４１，４２によって減衰しなくなる。

［実施の形態２］
図７は、この発明の実施の形態２による波長変換器１０Ｂの構成を概略的に示した概略構成図である。

図７を参照して、実施の形態２の波長変換器１０Ｂは、補助電極４１がアーム２１上の分岐部１２と分岐部１４との間に配置され、補助電極４２が除かれた点においてのみ、実施の形態１の波長変換器１０Ａと異なる。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。

このように補助電極４１を配置することによって、ポート３またはポート４から入力される入力信号光は、補助電極４１より先に主電極３１に作用するため、補助電極４１の影響を受けない。したがって、入力信号光の強度は、補助電極４１によって減衰しなくなる。

また、アーム２１がポート１〜４の入出力方向に対して傾斜している箇所に補助電極４１を配置することにより、補助電極４１の付加によって波長変換器１０Ｂの素子長が増大するのを抑制することができる。これにより、波長変換器１０Ｂに入力される直流光の伝搬損失を抑制することが可能となる。

以上のように、実施の形態２によれば、補助電極４１をアーム２１上の分岐部１２と分岐部１４との間に配置することにより、入力信号光の強度は、補助電極４１によって減衰しなくなる。

［実施の形態３］
図８は、この発明の実施の形態３による波長変換器１０Ｃの構成を概略的に示した概略構成図である。

図８を参照して、実施の形態３の波長変換器１０Ｃは、補助電極４１がアーム２１上の分岐部１１と分岐部１３との間に配置され、補助電極４２が除かれた点においてのみ、実施の形態１の波長変換器１０Ａと異なる。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。

また、アーム２１がポート１〜４の入出力方向に対して傾斜している箇所に補助電極４１を配置することにより、補助電極４１の付加によって波長変換器１０Ｃの素子長が増大するのを抑制することができる。これにより、波長変換器１０Ｃに入力される直流光の伝搬損失を抑制することが可能となる。

以上のように、実施の形態３によれば、補助電極４１をアーム２１上の分岐部１１と分岐部１３との間に配置することにより、入力信号光の強度は、補助電極４１によって減衰しなくなる。

［実施の形態４］
図９は、この発明の実施の形態４による波長変換器１０Ｄの構成を概略的に示した概略構成図である。

図９を参照して、実施の形態４の波長変換器１０Ｄは、補助電極４１がアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間に配置され、補助電極４２が除かれた点においてのみ、実施の形態１の波長変換器１０Ａと異なる。ただし、主電極３２はアーム２２上のポート１側に、補助電極４２はアーム２２上のポート２側に、それぞれ配置されるものとする。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。

また、アーム２２がポート１〜４の入出力方向に対して傾斜している箇所に補助電極４１を配置することにより、補助電極４１の付加によって波長変換器１０Ｄの素子長が増大するのを抑制することができる。これにより、波長変換器１０Ｄに入力される直流光の伝搬損失を抑制することが可能となる。

以上のように、実施の形態４によれば、補助電極４１をアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間に配置することにより、入力信号光の強度は、補助電極４１によって減衰しなくなる。

［実施の形態５］
図１０は、この発明の実施の形態５による波長変換器１０Ｅの構成を概略的に示した概略構成図である。

図１０を参照して、実施の形態５の波長変換器１０Ｅは、補助電極４１がアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間に配置され、補助電極４２が除かれた点においてのみ、実施の形態１の波長変換器１０Ａと異なる。ただし、主電極３２はアーム２２上のポート２側に、補助電極４２はアーム２２上のポート１側に、それぞれ配置されるものとする。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。

また、アーム２２がポート１〜４の入出力方向に対して傾斜している箇所に補助電極４１を配置することにより、補助電極４１の付加によって波長変換器１０Ｅの素子長が増大するのを抑制することができる。これにより、波長変換器１０Ｅに入力される直流光の伝搬損失を抑制することが可能となる。

以上のように、実施の形態５によれば、補助電極４１をアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間に配置することにより、入力信号光の強度は、補助電極４１によって減衰しなくなる。

［実施の形態６］
図１１は、この発明の実施の形態６による波長変換器１０Ｆの構成を概略的に示した概略構成図である。

図１１を参照して、実施の形態６の波長変換器１０Ｆは、補助電極４１がアーム２１上の分岐部１１と分岐部１３との間に配置され、補助電極４２がアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間に配置され、補助電極４３がアーム２１上の分岐部１２と分岐部１４との間に付加され、補助電極４４がアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間に付加された点においてのみ、実施の形態１の波長変換器１０Ａと異なる。ただし、補助電極４２はアーム２２上のポート１側に、補助電極４４はアーム２２上のポート２側に、主電極３２はアーム２２上の補助電極４２と補助電極４４との間に、それぞれ配置されるものとする。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。

このように補助電極４１〜４４を配置することによって、ポート３またはポート４から入力される入力信号光は、補助電極４１〜４４より先に主電極３１に作用するため、補助電極４１〜４４の影響を受けない。したがって、入力信号光の強度は、補助電極４１〜４４によって減衰しなくなる。

また、アーム２１，２２がポート１〜４の入出力方向に対して傾斜している箇所に補助電極４１〜４４を配置することにより、補助電極４１〜４４の付加によって波長変換器１０Ｆの素子長が増大するのを抑制することができる。これにより、波長変換器１０Ｆに入力される直流光の伝搬損失を抑制することが可能となる。

以上のように、実施の形態６によれば、補助電極４１をアーム２１上の分岐部１１と分岐部１３との間に、補助電極４２をアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間に、補助電極４３をアーム２１上の分岐部１２と分岐部１４との間に、補助電極４４をアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間にそれぞれ配置することにより、入力信号光の強度は、補助電極４１〜４４によって減衰しなくなる。

［実施の形態７］
図１２は、この発明の実施の形態７による波長変換器１０Ｇの構成を概略的に示した概略構成図である。

図１２を参照して、実施の形態７の波長変換器１０Ｇは、補助電極４１がアーム２１上の分岐部１１と分岐部１３との間に配置され、補助電極４２がアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間に配置された点においてのみ、実施の形態１の波長変換器１０Ａと異なる。ただし、主電極３２はアーム２２上のポート２側に、補助電極４２はアーム２２上のポート１側に、それぞれ配置されるものとする。したがって、実施の形態１と重複する部分の説明は、ここでは繰り返さない。

このように補助電極４１，４２を配置することによって、ポート３またはポート４から入力される入力信号光は、補助電極４１，４２より先に主電極３１に作用するため、補助電極４１，４２の影響を受けない。したがって、入力信号光の強度は、補助電極４１，４２によって減衰しなくなる。

また、アーム２１，２２がポート１〜４の入出力方向に対して傾斜している箇所に補助電極４１，４２を配置することにより、補助電極４１，４２の付加によって波長変換器１０Ｇの素子長が増大するのを抑制することができる。これにより、波長変換器１０Ｇに入力される直流光の伝搬損失を抑制することが可能となる。

以上のように、実施の形態７によれば、補助電極４１をアーム２１上の分岐部１１と分岐部１３との間に、補助電極４２をアーム２２上の分岐部１１と分岐部１２との間にそれぞれ配置することにより、入力信号光の強度は、補助電極４１，４２によって減衰しなくなる。

［実施の形態８］
実施の形態８では、実施の形態１〜７で説明した波長変換器１０Ａ〜１０Ｇの製造方法の一例として、波長変換器１０Ａの製造方法について詳細に説明する。当該製造方法は、波長変換器１０Ｂ〜１０Ｇの製造方法にも適用することができる。

図１３〜１８は、この発明の実施の形態８による波長変換器１０Ａの製造方法を説明するための図である。

図１３（Ａ）は、波長変換器１０Ａの製造方法における光増幅層の製造工程を示した上面図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の断面線ＰＱにおける波長変換器１０Ａの断面構造を示した断面図である。

図１３（Ｂ）を参照して、まず、ｎ型のインジウムリン（ＩｎＰ）基板５１上に、ｎ型のＩｎＰクラッド層５２、インジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）光増幅層５３、およびｐ型のＩｎＰクラッド層５４を、順に全面に成長させる。次に、ｐ型のＩｎＰクラッド層５４上の一部に、絶縁膜５５ａをマスクする。以上に示した光増幅層の製造工程により、波長変換器１０Ａは、上面から見て、図１３（Ａ）のようになる。

なお、図１３（Ａ）を参照して、絶縁膜５５ａがマスクされるのは、後に主電極（半導体光増幅器）または補助電極（位相制御用素子）が形成される箇所（図６参照）である。また、図１３（Ａ）の波長変換器１０Ａ上に描かれた破線ＷＧは、後に導波路が形成される箇所（図６参照）を示したものである。図１３に示した波長変換器１０Ａにエッチング処理を施すことにより、波長変換器１０Ａは、次の図１４に示すように、絶縁膜５５ａがマスクされているか否かに応じて選択成長する。

図１４（Ａ）は、波長変換器１０Ａの製造方法における光導波層の製造工程を示した上面図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）の断面線ＰＱにおける波長変換器１０Ａの断面構造を示した断面図である。

図１４（Ｂ）に示すように、エッチング処理された波長変換器１０Ａは、絶縁膜５５ａがマスクされているか否かに応じて選択成長する。絶縁膜５５ａがマスクされている箇所の下部は、図１４（Ｂ）に示すように、ｎ型のＩｎＰクラッド層５２、ＩｎＧａＡｓＰ光増幅層５３、およびｐ型のＩｎＰクラッド層５４がそのまま残存する。なお、ＩｎＧａＡｓＰ光増幅層５３は、導波路でもある。

一方、絶縁膜５５ａがマスクされていない箇所の下部は、図１４（Ｂ）に示すように、ｎ型のＩｎＰクラッド層５２およびｐ型のＩｎＰクラッド層５４がｉ型のＩｎＰ層５６に、ＩｎＧａＡｓＰ光増幅層５３がＩｎＧａＡｓＰ光導波層５７にそれぞれ組成変化する。なお、当該組成変化は、図１４（Ｂ）に示すように、絶縁膜５５ａがマスクされている箇所の下部にも一部およぶ。以上に示した光導波層の製造工程により、波長変換器１０Ａは、上面から見て、図１４（Ａ）のようになる。

図１５（Ａ）は、波長変換器１０Ａの製造方法における導波路の製造工程を示した上面図である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の断面線ＳＴにおける波長変換器１０Ａの断面構造を示した断面図である。

図１５（Ｂ）に示した波長変換器１０Ａは、図１４に示した波長変換器１０Ａにマスクされた絶縁膜５５ａを除去し、導波路が形成される箇所に新たな絶縁膜５５ｂをマスクしたものである。以上に示した導波路の製造工程により、波長変換器１０Ａは、上面から見て、図１５（Ａ）のようになる。図１５に示した波長変換器１０Ａに図１４の場合とは異なる種類のエッチング処理を施すことにより、波長変換器１０Ａには、次の図１６に示すように、断面線ＳＴに沿って導波路リッジが形成される。

図１６（Ａ）は、波長変換器１０Ａの製造方法における導波路リッジの製造工程を示した上面図である。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）の断面線ＳＴにおける波長変換器１０Ａの断面構造を示した断面図である。

図１６（Ｂ）を参照して、波長変換器１０Ａは、図１４と異なる種類のエッチングを施されることにより、絶縁膜５５ｂがマスクされている箇所の下部を除き、ｎ型のＩｎＰクラッド層５２、ＩｎＧａＡｓＰ光増幅層５３、およびｐ型のＩｎＰクラッド層５４が除去される。その結果、波長変換器１０Ａには、図１６（Ｂ）に示すように、断面線ＳＴに沿って導波路リッジが形成される。以上に示した導波路リッジの製造工程により、波長変換器１０Ａは、上面から見て、図１６（Ａ）のようになる。なお、導波路リッジが形成された後、絶縁膜５５ｂは除去される。

図１７（Ａ）は、波長変換器１０Ａの製造方法における埋込成長の製造工程を示した上面図である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）の断面線ＳＴにおける波長変換器１０Ａの断面構造を示した断面図である。

図１７（Ｂ）を参照して、ｎ型のＩｎＰ基板５１上であって、図１６に示した導波路リッジの製造工程において形成された導波路リッジの両側面に、ｐ型のＩｎＰ層５８ａ，５８ｂがそれぞれ形成される。ｐ型のＩｎＰ層５８ａ，５８ｂの内部には、ｎ型のＩｎＰ層５９ａ，５９ｂがそれぞれ埋込成長される。ｐ型のＩｎＰ層５８ａ、ｐ型のＩｎＰクラッド層５４およびｐ型のＩｎＰ層５８ｂの上部には、ｐ型のＩｎＰクラッド層６０およびコンタクト層６１が順に形成される。

以上に示した埋込成長の製造工程により、波長変換器１０Ａは、上面から見て、図１７（Ａ）のようになる。ただし、図１７（Ａ）の波長変換器１０Ａ上に描かれた破線ＷＧは、ＩｎＧａＡｓＰ光増幅層５３またはＩｎＧａＡｓＰ光導波層５７が内部に形成されている箇所を示したものである。

図１８（Ａ）は、波長変換器１０Ａの製造方法における表面電極の製造工程を示した上面図である。図１８（Ｂ）は、図１８（Ａ）の断面線ＳＴにおける波長変換器１０Ａの断面構造を示した断面図である。

図１８（Ｂ）を参照して、波長変換器１０Ａは、導波路リッジの両側面がメサ構造となるように、ｐ型のＩｎＰ層５８ａ，５８ｂおよびｐ型のＩｎＰクラッド層６０の各外側面に対して傾斜が設けられる。当該傾斜が設けられた後、波長変換器１０Ａは、全面に絶縁膜６２が形成される。

次に、主電極３１，３２または補助電極４１，４２が形成される箇所（図６参照）における絶縁膜６２を除去し、絶縁膜６２の開口を形成する。続いて、コンタクト用電極６３を全面に形成する。なお、コンタクト用電極６３は、絶縁膜６２の開口部以外は最終的に除去され、残った部分が、図６の主電極３１，３２または補助電極４１，４２となる。以上に示した表面電極の製造工程により、波長変換器１０Ａは、上面から見て、図１８（Ａ）のようになる。

この後、裏面電極の製造工程として、ｎ型のＩｎＰ基板５１の裏面（図１３〜１８の製造工程が行なわれた面の反対面）を研磨することにより、ｎ型のＩｎＰ基板５１の基板厚を１００μｍ程度にまで薄くする。その後、当該裏面に、図６の主電極３１，３２または補助電極４１，４２と対をなす電極を形成する。なお、実施の形態８で説明した波長変換器１０Ａの製造工程の記載順序は、一例であって、必ずしも当該製造工程の順序に限られる訳ではない。

以上のように、実施の形態８によれば、上記に示した各製造工程にしたがって波長変換器１０Ａ〜１０Ｇを作製することにより、入力信号光の強度は、補助電極によって減衰しなくなる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態による波長変換器を説明する背景としての波長変換器５００の構成を概略的に示した概略構成図である。半導体光増幅器８１０に入力される入力信号光Ｐｓの強度に応じて、半導体光増幅器８１０中のキャリア密度がどのように変化するかを示した図である。半導体光増幅器８１０に入力される入力信号光Ｐｓの強度に応じて、直流光Ｐｃの分岐間位相差がどのように変化するかを示した図である。波長変換器５００に入力される入力信号光Ｐｓの強度に応じて、出力信号光Ｐｏの強度がどのように変化するかを示した図である。この発明の実施の形態による波長変換器を説明する背景としての波長変換器１００の構成を概略的に示した概略構成図である。この発明の実施の形態１による波長変換器１０Ａの構成を概略的に示した概略構成図である。この発明の実施の形態２による波長変換器１０Ｂの構成を概略的に示した概略構成図である。この発明の実施の形態３による波長変換器１０Ｃの構成を概略的に示した概略構成図である。この発明の実施の形態４による波長変換器１０Ｄの構成を概略的に示した概略構成図である。この発明の実施の形態５による波長変換器１０Ｅの構成を概略的に示した概略構成図である。この発明の実施の形態６による波長変換器１０Ｆの構成を概略的に示した概略構成図である。この発明の実施の形態７による波長変換器１０Ｇの構成を概略的に示した概略構成図である。この発明の実施の形態８による波長変換器１０Ａの製造方法における光増幅層の製造工程を説明するための図である。この発明の実施の形態８による波長変換器１０Ａの製造方法における光導波層の製造工程を説明するための図である。この発明の実施の形態８による波長変換器１０Ａの製造方法における導波路の製造工程を説明するための図である。この発明の実施の形態８による波長変換器１０Ａの製造方法における導波路リッジの製造工程を説明するための図である。この発明の実施の形態８による波長変換器１０Ａの製造方法における埋込成長の製造工程を説明するための図である。この発明の実施の形態８による波長変換器１０Ａの製造方法における表面電極の製造工程を説明するための図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｇ，１００，５００波長変換器、１１〜１４，１１１〜１１４，６１０，６２０，６３０分岐部、２１，２２，１２１，１２２，７１０，７２０アーム、３１，３２，１３１，１３２主電極、４１〜４４，１４１，１４２補助電極、５１ｎ型ＩｎＰ基板、５２ｎ型ＩｎＰクラッド層、５３ＩｎＧａＡｓＰ光増幅層、５４ｐ型ＩｎＰクラッド層、５５ａ，５５ｂ，６２絶縁膜、５６ｉ型ＩｎＰ層、５７ＩｎＧａＡｓＰ光導波層、５８ａ，５８ｂｐ型ＩｎＰ層、５９ａ，５９ｂｎ型ＩｎＰ層、６０ｐ型ＩｎＰクラッド層、６１コンタクト層、６３コンタクト用電極、５１０直流光入力ポート、５２０信号光入力ポート、５３０信号光出力ポート、８１０，８２０半導体光増幅器。

Claims

直流光が入力される直流光入力ポートと、
前記直流光を第１の直流光と第２の直流光とに分岐する分岐部と、
前記第１の直流光の位相を前記第２の直流光の位相に対して調整して第３の直流光を出力する位相制御用素子と、
入力信号光が入力される信号光入力ポートと、
前記入力信号光と前記第３の直流光とを合波する合波部と、
前記第３の直流光を増幅して第４の直流光を出力するとともに前記入力信号光を受けて屈折率が変化する第１の半導体光増幅器と、
前記第２の直流光を増幅して第５の直流光を出力する第２の半導体光増幅器と、
前記第４の直流光と前記第５の直流光とを合波して出力する信号光出力ポートとを備える、光機能素子。
直流光が入力される直流光入力ポートと、
前記直流光を第１の直流光と第２の直流光とに分岐する分岐部と、
前記第１の直流光の位相を前記第２の直流光の位相に対して調整して第３の直流光を出力する位相制御用素子と、
入力信号光が入力される信号光入力ポートと、
前記第３の直流光を増幅して第４の直流光を出力するとともに前記入力信号光を受けて屈折率が変化する第１の半導体光増幅器と、
前記第２の直流光を増幅して第５の直流光を出力する第２の半導体光増幅器と、
前記第４の直流光と前記第５の直流光とを合波して出力する信号光出力ポートとを備え、
前記入力信号光は、前記第１の半導体光増幅器と前記信号光出力ポートとの間から入力される、光機能素子。
直流光が入力される直流光入力ポートと、
前記直流光を第１の直流光と第２の直流光とに分岐する分岐部と、
入力信号光が入力される信号光入力ポートと、
前記第１の直流光を増幅して第３の直流光を出力するとともに前記入力信号光を受けて屈折率が変化する第１の半導体光増幅器と、
前記第３の直流光の位相を前記第２の直流光の位相に対して調整して第４の直流光を出力する位相制御用素子と、
前記第２の直流光を増幅して第５の直流光を出力する第２の半導体光増幅器と、
前記第４の直流光と前記第５の直流光とを合波して出力する信号光出力ポートとを備え、
前記入力信号光は、前記位相制御用素子と前記第１の半導体光増幅器との間から入力される、光機能素子。
前記光機能素子は、波長変換器として用いられる、請求項１〜３のいずれかに記載の光機能素子。