【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ブラッグ格子に関し、特にアドレス指定可能である適応可能な半導体ブラッグ格子デバイスに関する。 【０００２】 【従来の技術】光ファイバ・ブラッグ格子は、中心波長およびスペクトル形状のような特性の迅速な修正を可能にする機構を欠いている。 半導体ブラッグ格子は、中心波長およびスペクトル形状に対する更なる制御を提供する。 典型的な単一モード半導体導波路は、数千オングストロームのコア厚さを持ち、導体基板を用いる導波路の頂部と底部に置かれた電極を有する。 接触層が相互接続金属と共に頂部に置かれている。 半導体の屈折率を変化させるため、電流が電極の両端に注入される。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】単一モード半導体導波路は光ファイバ導波路に勝る利点を提供するが、この半導体導波路は可変性に欠ける。 このため、数百ＭＨzの適応率を達成できるように、長手方向に沿って複数の個々のアドレス指定可能部分を有する半導体ブラッグ格子を提供することが望ましい。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記および他の目的は、
半導体光導波路を含むブラッグ格子デバイスによって達成される。 半導体光導波路は、その長手方向に沿って形成されたブラッグ格子構造を有する。 複数の第１の電極が、光導波路の第１の表面上に配置され、ブラッグ格子構造の選択部材と個々に連絡する。 複数の第２の電極は、複数の第２の電極の個々の電極がブラッグ格子構造を介して前記複数の第１の電極の個々の電極に電気的に結合されるように、光導波路の第２の表面上に配置されてブラッグ格子構造の選択部材と個々に連絡する。 このように、ブラッグ格子デバイスの複数のアドレス指定可能部分が画成される。 ブラッグ格子構造に沿った各部分の屈折率が光導波路の長手方向に沿って選択的に変更されるように、複数の導電線が、前記複数の第２の電極の個々の電極と電源との間に電気的に結合される。 本発明の更なる特徴として、異なる光学的用途を生じるためブラッグ格子構造の個々の部分間の電流の強さと分布とを変化させるために、コントローラが複数の導線と電源との間に配置される。 【０００５】 【発明の実施の形態】本発明の利点と目的が達成される方法を理解するために、発明の更に詳細な記述は、添付図面に示される本発明の特定の実施形態に関して行われる。 これらの図面が本発明の望ましい実施形態を単に示すこと、従って範囲において限定されると見なされるものではないことの理解に立って、添付図面により更なる特定および詳細において本発明を記述し説明することにする。 【０００６】本発明は、アドレス指定可能、適応可能な半導体ブラッグ格子を目的としている。 本発明によれば、半導体ブラッグ格子の個々の部分の屈折率は、他の格子部分から独立して制御することが可能である。 このため、ブラッグ格子構造の特性は、ブラッグ格子の種々の機能変化を生じるように選択的に修正される。 【０００７】次に図面について述べれば、図１は本発明のアドレス指定可能、適応可能な半導体ブラッグ格子デバイスを示している。 当該ブラッグ格子デバイス１０
は、長手方向に沿って形成されたブラッグ格子構造１４
を有する光導波路１２を含んでいる。 複数の第１の電極１６が、導波路１２の第１の表面１８に沿って配置されている。 複数の第２の電極２０は、導波路１２の第２の表面２２に沿って配置されている。 デバイス１０の長さＬは、望ましくは数百ミクロンである。 この正確な長さは、κＬなる所望値と、ブラッグ格子１４のエッチング深さおよび伝搬モードのピーク値への近似により決定される格子１４の結合強度κとに依存する。 【０００８】複数の第１の電極１６は、この複数の第１
の電極１６における個々の電極の残部から電気的に分離された、電極２４のような多数の個々の電極を含んでいる。 しかし、電極２４のような、複数の第１の電極１６
の各個々の電極は、部材２６のようなブラッグ格子構造１４の選択部材と連絡している。 同様に、電極２８のような、複数の第２の電極２０の各個々の電極は、複数の第２の電極における個々の電極の残部から電気的に分離されている。 しかし、電極２８のような複数の電極２０
の各個々の電極は、部材２６のようなブラッグ格子構造１４の個々の選択部材と連絡している。 上記構造によれば、複数の第１の電極１６の個々の電極は、ブラッグ格子構造１４の選択部材を介して複数の第２の電極２０の個々の電極に電気的に結合されている。 このため、ブラッグ格子デバイス１０の、部分３０のような複数の個々のアドレス指定可能部分が画成される。 望ましくは、複数の第１および第２の電極１６および２０の個々の部材は、導波路１２の長手方向に沿って軸方向に隔てることにより電気的に相互に分離されている。 【０００９】複数の導線３２は、複数の第２の電極２０
に離散状に電気的に結合されている。 即ち、導線３４のような個々の導線は、電極２８のような複数の第２の電極２０の個々の電極に接続されている。 このように、ブラッグ格子デバイス１０の個々のアドレス指定可能部分３０の各々が個々に給電される。 複数の導線３２は、反対側端部でコントローラ３６に電気的に接続される。 明瞭にするため、当業者には複数の導線３２の全てが個々にコントローラ３６に接続されることが明らかであろうが、図１における導線３２の１本のみがコントローラ３
６に接続されるように図示されている。 【００１０】コントローラ３６は、複数の導線３２へ電流を供給するために電源３８に結合されている。 コントローラ３６は、導線３２における電源３８からの電流の強さと分布とを制御するために動作可能である。 即ち、
電源３８からの電流は、導線３２の全てあるいはそれぞれに対して選択的に供給されあるいは遮断され、あるいは導線３２の組合わせを選択する。 更に、任意の１本の導線３２へ送られる電流レベルが変更される。 このように、デバイス１０におけるブラッグ格子構造１４の各部分３０の屈折率を選択的に制御することができる。 【００１１】次に図２において、図１のブラッグ格子デバイス１０の個々の部分３０が更に詳細に示される。 この部分３０は、簡単なダブルヘテロ接合ＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ導波路１２の一部であることが望ましい。 屈折格子２６が導波路１２のコア領域４０の頂部に書込まれる。 コア領域４０の幅が約２ないし４ミクロンであり上下のクラッドの厚さは約１ミクロンであるが、前記コア領域の厚さは数ミクロンであることが望ましい。 上部電極２４と下部電極２８とは、導体基板を用いて導波路１
２の頂部表面１８と底部表面２０上に相互に逆に配置されることが望ましい。 導線３４は下部電極２８に結合され、電気的負荷３５は上部電極２４に結合される。 先に述べたように、導線３４は、屈折率を、従ってコア領域４０におけるブラッグ波長を変化させるように、電極２
４、２８を介してブラッグ格子構造２６に変動する電流量を選択的に供給する。 大きな電流密度の場合は、レーザ作用を防止するために反射防止コーティング４１が用いられる。 【００１２】次に図３および図４において、変更可能なウエイト・タップとして使用される光サーキュレータ４
２に関して本発明のブラッグ格子デバイス１０が示される。 このような変更可能なウエイト・タップは、ＲＦ信号プロセッサおよび任意の波形発生器における特定の有効性を見出すことができる。 図３において、光変調信号４３が左方から導波路４４へ進入して光サーキュレータ４２へ入る。 この信号は、ポートから光サーキュレータ４２に示されるような隣接ポートへ時計方向（矢印４５
の方向で示される）へ進み、ブラッグ格子デバイス１０
を含む導波路１２へ進入する。 【００１３】部分３０のようなブラッグ格子部分がいずれも励起（即ち、電流が注入）されなければ、信号４３
は導波路１２に沿って右方へ進行する。 しかし、部分３
０のようなブラッグ格子構造１４の一部へ電流を注入することによって、励起された部分３０の屈折率と一致する光信号４３の一部が励起部分３０から反射されて、導波路１２を経て光サーキュレータ４２へ戻る。 光サーキュレータ４２に再び進入した後、反射された信号４３′
は出口ポート４６へ時計方向に進んで導波路４８に沿って進む。 【００１４】当該構造によれば、反射信号４３′により生じる時間的遅延は、電流が注入されるブラッグ格子構造１４の部分を適切に選択することによって制御することができる。 更に、タップ・ウエイト（即ち、励起部分により反射される光の量）は、ブラッグ格子構造１４の選択部分へ注入される電流量を調整することによって制御することができる。 即ち、図４に示されるように、入力信号４３の光周波数が一定であるので、注入電流が選択された格子部分の屈折率を増加させるに伴い、タップ・ウエイトが変更される。 このため、注入電流レベルを変化させることで、励起部分の反射スペクトルを通過帯域内あるいは通過帯域外に移動させる。 電流が増加すると、反射光スペクトルの波長は変化する。 このような増加が、反射スペクトルを更に長い波長へずらせる。 従って、固定された光波長を持つ光導波路（訳者註：キャリア？）１２は、格子の反射スペクトルの一致した波長の異なる部分から共振あるいは反射し、これに従って反射される光パワー量が変化する。 【００１５】次に図５において、高精度の実時間遅延を生じるその用途が記述されるような図３のデバイスが再び示される。 ブラッグ格子デバイス１０に沿った個々の電極へ電流を注入することにより、アドレス指定可能である離散状の実時間遅延が従来技術では実施不可能な時間スケールで生じる。 電流をブラッグ格子構造１４の各部の組合わせへ注入することにより、連続的に変更可能な実時間遅延が生じる。 更に、ブラッグ格子構造１４の異なる部分は、異なる電流レベルを各部へ注入することによって異なる中心波長へシフトされ得る。 これにより、波長分割多重化（ＷＤＭ）された実時間遅延の機能を提供することができる。 従って、異なる時間的遅延を生じる異なる波長で多数の波長がブラッグ格子デバイス１０へ注入されるとき、ＷＤＭシステムにおける実時間遅延が提供される。 【００１６】上記のことを生じるために、光変調された信号４３が、導波路４４を介して入力され、光サーキュレータ４２へ送られる。 光変調信号４３に対するレーザ源は、固定された周波数を持つことが望ましい。 光サーキュレータ４２におけるポートから時計方向に隣接するポートへ進んだ後、光信号４３は、ブラッグ条件が満たされるまで導波路１２内を進行する。 このブラッグ条件は、光の波長λ BRAGGが２ＮΛとなるときに満たされる。 ここで、Λは物理的な格子間隔であり、Ｎはブラッグ格子デバイス１０に沿った電極を介して注入される電流量と共に変化する屈折率である。 このように、Ｎにおける１％の変化を適用することができる（Δλ＝１５ｎ
ｍ＠λ＝１５００ｎｍ）。 【００１７】λ BRAGG ＝２ＮΛである時点において、光信号４３が反射され周回移動時間が所望の実時間遅延である。 反射光信号４３′が光サーキュレータ４２へ再び進入し、ポート４６から出て導波路４８に沿って進む。
時間遅延は、導波路１２の長手方向に沿った電極の位置により離散的に規定される。 離散的な時間ステップの大きさが要求されるものでなければ、連続的に変更可能な時間遅延を生じるように隣接電極の組合わせが電流を注入される。 このような手法は、位相調整型アレイ・アンテナに対して必要な時間遅延の生成において特に有効なものとされよう。 望ましくは、ブラッグ格子デバイス１
０をホログラム用に調製することにより、１０ｃｍ程度のブラッグ格子構造１４を作ることができる。 これより長い長さも、光導波路と一体に１０ｃｍの部分を接続することによって可能である。 【００１８】次に図６ないし図９において、光ファイバの整形に使用される光サーキュレータ４２に関して本発明のブラッグ格子デバイス１０が示される。 このようなデバイス１０によれば、ブラッグ格子構造１４の電流注入部分を特に構成することにより、反射用途あるいは伝送用途のいずれかに用いられる所望の光ファイバ形状を作ることができる。 例えば、ブラッグ格子デバイス１０
の２つの個々の部分、例えば部分３０Ａおよび３０Ｂに２つの異なる注入電流レベルで注入することにより、２
つの部分３０Ａ、３０Ｂに２つの異なる有効屈折率Ｎ 1
およびＮ 2が与えられる。 同様に、ブラッグ格子デバイス１０の各部に電流を測定される程度に適切に注入することにより、光ファイバを所望のフィルタ関数に整形することができる。 ｓｉｎＸ／Ｘ関数、あるいは他のフィルタ・ウインドウ関数が、副ローブを減じあるいは他のフィルタ特性を最適化するフィルタ形状を提供することができる。 【００１９】図６において、導波路４４へ進入する光変調信号４３は図７に示されるような広帯域光スペクトルを有する。 光サーキュレータ４２を通過した後、光信号４３はブラッグ格子デバイス１０を通過し続ける。 ブラッグ格子デバイス１０内に伝送される（すなわち、図６
における右方へ進行し続け、光サーキュレータ４２へは戻らない）信号の光スペクトルは、図８に示されるような光スペクトルを有する。 ブラッグ格子デバイス１０からの反射信号４８は、光サーキュレータ４２へ戻り、ポート４６を経て導波路４８へ図９に示されるような光スペクトルで放出される。 【００２０】必要に応じて、ブラッグ格子デバイス１０
は、長距離伝送ネットワークにおいて使用される光ファイバにおける歪みによる変調光信号の歪みを補償する目的のためチャープを付すことができる。 これは、ブラッグ格子デバイス１０の長手方向に沿ったブラッグ格子構造１４の連続部分へ僅かに大きなレベルの電流を注入することによって達成される。 この場合の利点は、従来の静的な分散構成要素と比較して、異なる歪み量を持つ異なる長い伝送距離を補償するようにブラッグ格子デバイス１０を修正できることである。 この利点は、特定のファイバ・タイプに特有な特定の分散度となるように更に最適調整することもできる。 【００２１】次に図５を再び参照して、ブラッグ格子デバイス１０を線形チャープで構成することにより未知の信号の光スペクトルを知るために、光スペクトル・アナライザとして本発明を用いることができる。 これを達成するため、ブラッグ格子構造１４に沿った距離に従って注入電流を線形に変更させる。 次いで、入力光信号４３
の通過がオン／オフされる。 オフ時間は、ブラッグ格子構造１４の終端部までの周回時間遅延と等しい。 スペクトル成分は、最初は短い波長で出、最後は長い波長で出るよう光サーキュレータ４２から出力される。 従って、
出力スペクトル成分の時間軸は光の波長に対応する。 望ましくは、チャープの勾配が入力スペクトルの光帯域幅へ調整される。 このように、光スペクトル・レンジを小さくあるいは長く一体化することも可能である。 【００２２】本発明はまた、ブラッグ格子構造１４を時間的あるいは距離的に変更することにより、複合タップを得るように用いることもできる。 更に図５において、
反射あるいは伝送される波形の振幅調整を満たすが遅延距離における基準位相あるいは基準位置に対して計測されるような所望の位相への波形調整を満たす位置に置かれるブラッグ格子構造１４の部分へ電流を注入することにより、本発明を用いて複合プロセッサが構成される。
先に述べたように、ブラッグ格子構造１４は、注入電流の調整によってその動作間隔に調整される。 これは、必要に応じて、幾つかの隣接電極の距離にわたって行うことができる。 例えば、デバイス１０に沿った第１の組の電極が、反射係数を既知の値に調整するように電流を注入される。 その後、第１の組と同じサイズであるがその下流側に配置される第２の組の電極に、時間基準点に関して反射信号４３′の位相をシフトさせながら振幅成分において同じ結果を得るように同じ電流量を注入することができる。 このように、複合フェーザ（ｐｈａｓｏ
ｒ）が、ブラッグ格子構造１４に組込まれ、かつ複合信号における複合信号処理を行うように他の格子構造と組合わされる。 【００２３】本発明はまた、信号の経路指定と時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）フレームのフォーマッティングの両方の形態における光スイッチングを行うためにも用いられる。 再び図５において、信号経路指定は、光変調信号４３の移送方向を制御することにより実現される。
ブラッグ格子構造１４が反射型に作られるならば、反射信号４３′は時間的遅延出力となるように指向される。
さもなければ、信号４３はブラッグ格子構造１４を伝送信号として通過する。 このように、切換えられなかった信号４３は働くことなく通過するが、反射信号４３′
は、ＴＤＭＡ通信規格に見出されるようにフレーム・フォーマットの時間的要件に適合するよう先に述べたように位相調整することができる。 更に、これらプロセスの全ては、信号分配の振幅を修正しながら行われる。 換言すれば、信号パワーの２５％を一方向へまた補完的な７
５％を他の方向へ送ることが可能である。 かかる数値的関係は、一般に、一部のパワー（Ａ）がなにも処理されずに送られ（１−Ａ）のパワーは位相調整されて光サーキュレータ４２の反射ポート４６から送出され得るようなものである。 このことは、信号の指向のみならず信号の分配と関連したパワーの割当ても行う。 【００２４】このように、本発明は、アドレス指定可能である適応可能半導体ブラッグ格子デバイスを提供する。 このブラッグ格子デバイスは、ブラッグ格子構造の各部の屈折率が最適制御されるように、ブラッグ格子構造の複数部分を選択的に電流注入することを可能にする。 本発明の教示によれば、ブラッグ格子構造全体が電流注入されるか、ブラッグ格子構造が全く電流注入されないか、ブラッグ格子構造の個々の部分がそれぞれ電流注入されるか、あるいはブラッグ格子構造の個々の部分の組合わせが電流注入される。 更に、ブラッグ格子構造の各部か全てか、あるいはその選択的組合わせに注入される電流量は、反射され伝送される光信号の更なる制御を行うように変更することができる。 本発明のデバイスは多くの異なる環境において有効であろうが、現在では光およびＲＦスペクトル・アナライザ、位相調整型アレイ・アンテナおよび光スイッチ用の実時間遅延における用途に特に適するものと考えられる。 【００２５】以上の記述から、当業者は、本発明の広範囲な教示を様々な形態で実現できることを理解することができよう。 従って、本発明はその特定例に関して記述されたが、当業者には図面、本文および頭書の特許請求の範囲を参照して他の修正が明らかとなろうため、発明の真の範囲は前記特定例に限定されるべきものではない。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のアドレス指定可能、適応可能な半導体ブラッグ格子デバイスを示す概略図である。 【図２】図１のブラッグ格子デバイスの断面を示す斜視図である。 【図３】変更可能なウエイト・タップとして使用される光サーキュレータに関して本発明のブラッグ格子デバイスを示す概略図である。 【図４】図３のブラッグ格子デバイスにおける注入電流に対するタップ・ウエイトの関係を示すグラフである。 【図５】高精度の実時間遅延として用いられる光サーキュレータに関して本発明のブラッグ格子デバイスを示す概略図である。 【図６】光ファイバの整形において用いられる光サーキュレータに関して本発明のブラッグ格子デバイスを示す概略図である。 【図７】図６のブラッグ格子デバイスに入射する光の光スペクトルを示すグラフである。 【図８】図６のブラッグ格子デバイスにより伝送される光の光スペクトルを示すグラフである。 【図９】図６のブラッグ格子デバイスにより反射される光の光スペクトルを示すグラフである。 【符号の説明】 １０ ブラッグ格子デバイス １２ 光導波路 １４ 格子 １６ 第１の電極 １８ 第１の表面 ２０ 第２の電極 ２２ 第２の表面 ２４ 上部電極 ２６ 部材 ２８ 下部電極 ３０ 励起部分 ３２、３４ 導線 ３５ 電気的負荷 ３６ コントローラ ３８ 電源 ４０ コア領域 ４１ 反射防止コーティング ４２ 光サーキュレータ ４３ 光変調信号 ４３′ 反射信号 ４４、４８ 導波路 ４６ 出口ポート ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリック・エル・アプトン アメリカ合衆国カリフォルニア州90278, リダンド・ビーチ，カーティス・アベニュ ー 2516，ナンバー １ |
