Light a / d converter

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 急速に発展している光関連技術において今後光回路の集積化が望まれている。 本発明は、その将来的な光回路の集積化への発展が可能な単体光薄膜回路素子の中で光アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換素子に関するものである。 本発明はマッハツェンダー干渉計の分岐部を積層導波路で構成するため小型化，低挿入損失化が可能で、
更に平面電極構成を変えるだけで多ビット化が容易となる。

これらの特長は、近年のコンピュータの発展とともに信号のディジタル化，高速化が進行していく技術の流れの中で各種の機器およびシステムへの適用が可能となり、
情報，医療，防災，防犯，交通，通信などあらゆる巾広い産業分野に利用されるものである。

従来例の構成とその問題点 位相変調器を用いた光Ａ／Ｄ変換素子は原理的には既に提案されている。 しかし、実験的にはほんど試みられておらず、わずかにLiNbO ₃結晶において２ビットのＡ／Ｄ
変換器が試作されているにすぎない。 ここで将来光ＩＣ
化が進むにつれこのような素子の小型化，動作電圧の低減化ならびに他の光素子とのモノリシック化は不可避なものとなると考えられるが、従来からの構造のものではそれらの諸性能の改善は困難なものと考えられる。

発明の目的 上記で述べた問題点を解決すべく本発明は小型，高性能の光Ａ／Ｄ変換装置の実現を目的とする。

発明の構成 本発明は、化合物半導体基板上に低屈折率クラッド層ではさまれた第１の光導波路を有し、前記第１の光導波路上に前記クラッド層の一部を共有して第２の光導波路を構成し、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路はクラッド層とは組成の異なる化合物半導体で形成され、前記第２の光導波路上に、この導波路とは反対導電型の化合物半導体層を形成し、前記化合物半導体層に電圧を印加する電極を設けて光位相変調部を構成し、積層型の光分岐部、前記位相変調部、光結合部とを一体として構成することを特徴とするマッハツェンダ干渉計型の光Ａ／
Ｄ変換装置である。

すなわち、本発明は光Ａ／Ｄ変換素子として半導体レーザ，受光素子との一体化を可能にする素子として期待でき、積層導波路構造ので分岐部、位相変化部および結合部によって構成される。

実施例の説明 まず、本発明における基本原理を第１図に示す。

第１図はマッハツェンダー干渉計を示し、入射光線１はビームスプリッタ２で２分割される。 分割された光線の１つは反射ミラー３で反射され、位相変換部６を通る。
一方、分割された他の光線は結合ミラー４で位相変換部を通った光と干渉し出力光線７は位相変換部で位相変調された量に対応して出力強度変化として現われる。

ここで、光入力Poと出力Pnとの間には位相変化部６による位相変化量△φによって Pn／Po∝〔１＋ｃｏｓ（△φ）〕……(1) なる関係が成り立つ。 また立方晶系化合物半導体は外部からの電圧印加に対してポッケルス効果を生じ電圧に応じた屈折率変化を起す。 その変化に基づく位相変化量は

媒質の屈折率，γ

₄₁ ：ポッケルス定数，Ｅ：印加電圧，

ｌ：結晶の長さである。

従って、出力ＰｎはＣＯＳ（△φ）で振動することになる。 つまり出力Ｐｎは電圧Ｅと結晶の長さ外部印加電圧Ｅに対してｃｏｓ（△φ）で光出力は振動し、その周期は結晶の長さｌによって変化する。

本発明に用いる素子の構成の断面図を第２図に示す。

基体１６上に光導波路１２，１４がクラッド層１１，１
３，１５を介して積層上に構成されている。 １０，８は光分岐あるいは結合用電極であり、９は位相変調用電極、１７は共通電極を示す。 今、光導波路１４に入射した光ｌiは電極１０，１７間に印加される電圧によって光導波路１２及び１４にｌ ₁ ,ｌ _２として分岐される。 分岐された光のうち導波路１２あるいは１４いずれか一方を進行する光が電極９，１７間に印加された電圧によって位相変調を受ける。 変調を受けた光は電極８，１７間の電圧によって再度光導波路１４に結合されて強度変化を有する出力光ｌ _０として出射される。

第３図は本発明の一実施例として４ビットの光Ａ／Ｄ変換器を化合物半導体で構成した例を示す。 ｎ型InP基体２６上にｎ型InPクラッド層２５、ｎ型In−Ga−As−P光導波層２４、ｎ型InPクラッド層２３、ｎ型In−Ga−As
−P光導波層２２、ｐ型InPクラッド層２１を順次エピタキシャル成長させる。 更にその上に光分岐あるいは結合用電極２０，１８を各ビットに対応して形成し、位相変調部電極１９はその長さが各ビット毎に順次半分の長さになるように形成されている。 電極２７は共通電極を示す。 ２８，２９，３０，３１は各電極下の光導波路を示す。 導波層２４に入射された光は第２図に示された原理によって各電極１９下で変調されて光導波路２８〜３１
に出力強度の変化された光を出力する。 各電極１９に同一の電圧が印加されたときに生ずる出力変化を第４図に示す。 第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄは各光導波路３１，３０，
２９，２８の出力光に対応している。

第４図において破線を原点とし原点以上の光出力を１、
破線以下の光出力を０とすると、各電極１９に引火される電圧に応じて１６階調のディジタル信号として検出される。 このように簡単なデベイス構成で電気的アナログ信号をディジタル信号に変換が可能となる。 電極１８および２０は積層方向性結合器部の膜厚，長さ，屈折率（組成）を適当に選択することによって、３dB分岐，結合器の構成が可能となるので、構成条件により省くこともできる。 光導波路２２と２４は電極１８および２０以外部分では互に結合し合うことのないように、膜厚，組成，屈折率を選択する必要があるとともに、電極１９に電圧引火したときに導波路２２あるいは２４の一方のみに電界が集中するように構成することが必要であり、前記のｐ型，ｎ型を逆のタイプの配置で構成することも可能である。 また、電極１８，２０と電極１９との間は必要に応じて電気的分離層を配置することが必要となる。

入力光分岐用としての電極２０群は可干渉性の位相のそろった光を光導波路２０および２４に入射するために置かれているものであり、光源として２２，２４の層に同時に光を入射できる場合は必ずしも配置する必要はない。 更に、本発明の実施例としてInP／In−Ga−As−P系材料にて説明を加えたがGaAs／In−Ga−As−P，GaAs／A
l−Ga−As，その他II−VI化合物半導体など他の化合物半導体材料についても同様な効果をもたらすことができる。 また、本発明は光源であるレーザや受光素子と一体化することも可能となる。

発明の効果 (1) 積層形の導波路を採用することで、分岐部，結合部，位相変調部が同時に一体化されて構成できる。

(2) 化合物半導体で構成するためにｐ−ｎ接合を形成することによって積層状導波路であるながら片方の導波路のみ電界印加が可能となり、片側導波路のみの位相変調，分岐，結合の微調が可能となる。

(3) 各素子間の結合を一度空間のどの外部にとり出すことをしないので挿入損失を小さくすることができる。

(4) 平面電極数を変えるだけで多ビット化が可能である。

(5) 光源，受光素子との一体化が可能となり高速で小型なＡ／Ｄ変換器が作製可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光Ａ／Ｄ変換器の基本原理図、第２図は本発明に用いる光Ａ／Ｄ変換器の構成断面図、第３図は本発明の一実施例の光Ａ／Ｄ変換器の構成概観図、第４図ａ〜
ｄは本発明の光Ａ／Ｄ変換器の光出力特性図である。 ２２，２４……光導波路、２１，２３……クラッド層、
２６……InP基体、１８，２０……結合用電極、１９…
…位相変調部電極。