光放大装置制造方法
【专利摘要】通过使用以下的半导体光放大器来提供PDG0.5dB以下的光放大装置，该半导体光放大器具备：输入输出部，其进行入射光的输入和出射光的输出；偏振光分离部，其使从输入输出部输入的入射光的偏振光分量分支，来输出具有第一偏振光的第一偏振模光以及具有与第一偏振光不同的第二偏振光的第二偏振模光；偏振光变换部，其被输入第一偏振模光，将第一偏振光变换为第二偏振光，输出第一偏振光变换光；以及光放大部，其将输入到波导的一个端部的第一偏振光变换光进行放大并从另一个端部输出，将输入到另一个端部的第二偏振模光进行放大并从一个端部输出，其中，输入到光放大部的光的每单位强度的增益的变化的绝对值是0.16dB/dBm以下。
【专利说明】光放大装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种光放大装置。
【背景技术】
[0002]已知如下的使用偏振分集电路的光放大装置:使输入光分支为TE(TransverseElectric:横电)偏振光和TM (Transverse Magnetic:横磁)偏振光，使TE偏振光仍旧为TE偏振光，并且将TM偏振光变换为TE偏振光后，输入到S0A(半导体光放大器:Semiconductor Optical Amplifier)(例如参照非专利文献 I)。
[0003]非专利文献1:K.Morito and S.Tanaka, " Record High Saturation Power(+22dBm)and Low Noise Figure(5.7dB)Polarization-1nsensitive SOA Module" , IEEEPH 0T0NICS TECHNOLOGY LETTERS, 17，6，1298-1300，(2005)
【发明内容】
_4] 发明要解决的问题
[0005]SOA中的光的增益因TE偏振光和TM偏振光而不同。在使用偏振分集电路的光放大装置中，TM偏振光被变换为TE偏振光后输入到S0A。由此，能够减小由偏振方向引起的光增益的差。但是，SOA中的增益有时还取决于输入到SOA的光的强度。因此，在偏振分集电路中，在从TM偏振光变换为TE偏振光并输入到SOA的光的强度与分支后直接以TE偏振光输入到SOA的光的强度之间有差时,两者的增益产生差。
[0006]由于偏振方向的不同而不同的增益被称为roG(偏振相关增益:PolarizationDependent Gain)。在输入到光放大装置的信号光的偏振方向随机地变化时,从光放大装置输出的光的强度由于PDG而变动，因此成为信号错误的原因。因此，希望减小TOG以降低信号的错误。
[0007]用于解决问题的方案
[0008]在本发明的第一方式中，提供一种光放大装置，具备:输入输出部，其进行入射光的输入和出射光的输出；偏振光分离部，其使从输入输出部输入的入射光的偏振光分量分支，来输出具有第一偏振光的第一偏振模光以及具有与第一偏振光不同的第二偏振光的第二偏振模光；偏振光变换部，其被输入第一偏振模光，将第一偏振光变换为第二偏振光，来输出第一偏振光变换光；以及光放大部，其将输入到波导的一个端部的第一偏振光变换光进行放大并从另一个端部输出，将输入到另一个端部的第二偏振模光进行放大并从一个端部输出，其中，输入到光放大部的光的每单位强度的增益的变化的绝对值是0.16dB/dBm以下。
[0009]此外，上述
【发明内容】
并没有列举本发明的必要特征的全部。另外，这些特征群的子组合也能够成为发明。
【专利附图】
【附图说明】[0010]图1是本发明的第一实施方式所涉及的光放大装置的示意性的俯视图。
[0011]图2是在功率放大器中使用SOA和EDFA时的错误率特性。
[0012]图3是第一实施方式所涉及的光放大装置的倾斜波导的示意性的放大图。
[0013]图4是第一实施方式所涉及的光放大装置的石英系光波导的示意性的截面图。
[0014]图5是第一实施方式所涉及的光放大装置的U形转弯波导的示意性的截面图。
[0015]图6是第一实施方式所涉及的光放大装置所具有的第一实施方式所涉及的SOA的示意性的截面图。
[0016]图7是表示第一实施方式所涉及的SOA中的封入系数与增益的非线性之间的关系的图。
[0017]图8是表示第一实施方式所涉及的SOA中的台面宽度与增益的非线性之间的关系的图。
[0018]图9是表示第一实施方式所涉及的SOA的长度与增益的非线性之间的关系的图。
[0019]图10是本发明的第二实施方式所涉及的SOA的示意性的截面图。
[0020]图11是本发明的第三实施方式所涉及的SOA的示意性的俯视图。
[0021]图12是第三实施方式所涉及的SOA的增益钳位波导的示意性的截面图。
[0022]图13是本发明的第四实施方式所涉及的SOA的光波导的示意性的截面图。
[0023]图14是第四实施方式所涉及的SOA的增益钳位波导的示意性的截面图。
[0024]图15是本发明的第五实施方式所涉及的SOA的示意性的俯视图。
[0025]图16是本发明的第六实施方式所涉及的SOA的示意性的俯视图。
【具体实施方式】
[0026]以下，通过发明的实施方式说明本发明，但以下的实施方式并不是限定权利要求相关的发明。另外，并非在实施方式中说明的特征组合全部为发明的必要解决手段。
[0027]图1是本发明的第一实施方式所涉及的光放大装置100的示意性的俯视图。光放大装置100具备循环器102、PLC-PBS芯片110 (石英系平面光波电路-偏振分束器芯片)以及SOA-COS 140 (半导体光放大器-安装于基座的芯片(Chip-On-Submount))。PCL-PBS芯片110所具有的波导和SOA-COS 140所具有的波导相互耦合。光放大装置100是SOA-PLC混合集成型偏振分集电路。
[0028]循环器102进行入射光的输入和出射光的输出。从输入IN输入到光放大装置100的入射光通过循环器102传播到输入端口 112。入射光是非偏振的光。另外，从输出端口114传播到循环器102的出射光通过循环器102从输出OUT输出。
[0029]PLC-PBS芯片110具有MZI 124 (马赫-曾德干涉仪电路)、石英系光波导126、石英系光波导127、狭缝130、半波片132、石英系光波导144、石英系光波导145以及倾斜波导146。MZI 124具有输入端口 112、输出端口 114、耦合器116、一对加热器122、TM输出端口118以及TE输出端口 120。
[0030]一对加热器122分别配置在MZI 124的两个臂，经由耦合器116与输入端口 112和输出端口 114耦合。另外，加热器122在输入端口 112和输出端口 114的相反侧，经由耦合器116与TM输出端口 118和TE输出端口 120耦合。
[0031]与TM输出端口 118耦合的石英系光波导126经由半波片132与石英系光波导144耦合。半波片132形成在狭缝130，设置在石英系光波导126与石英系光波导144之间。通过半波片132将TM偏振光变换为TE偏振光。石英系光波导144与倾斜波导146耦合。与TE输出端口 120耦合的石英系光波导127经由狭缝130与石英系光波导145耦合。石英系光波导145与倾斜波导146稱合。石英系光波导144、石英系光波导145以及倾斜波导146具有嵌入台面构造。
[0032]MZI 124在两个臂之间具有ΛΦ的相位差。在MZI 124中引起双折射，TE偏振光的光和TM偏振光的光各自的Δ Φ相互不同。在设TE偏振光的该相位差为Δ Φτε、ΤΜ偏振光的该相位差为Λ (!^时，用I Λ ΦΤΕ-Λ ΦΤΜ| = (2π/λ)ΒΧ?表示。在此，λ是波长，B是MZI中的双折射率，L是MZI 124的臂长度。在| Λ ΦΤΕ-Δ ΦΤΜ| = (2η+1) Ji (η:整数)时，从循环器102输入到MZI 124的非偏振的入射光在MZI 124中分支出偏振光分量。由此，在MZI 124中，划分为TE偏振光的光和作为与TE偏振光正交的偏振光的TM偏振光的光。TE偏振光的光被输出到TE输出端口 120，ΤΜ偏振光的光被输出到另一个TM输出端口 118。从TM输出端口 118输出的TM偏振光的光通过半波片132变换为TE偏振光的光。[0033]SOA-COS 140具有硅片142和SOA芯片148。SOA芯片148安装在硅片142上。向硅片142的安装例如是焊接安装。SOA芯片148具有半导体光波导150、两个SOA 154以及U形转弯波导152。倾斜波导146相对于石英系光波导144倾斜地形成在石英系光波导144与半导体光波导150之间。
[0034]半导体光波导150的SOA 154侧的一部分与石英系光波导144平行地形成。半导体光波导150的倾斜波导146侧的一部分相对于半导体光波导150的其它部分倾斜地形成。半导体光波导150的一个端部与SOA 154稱合。两个SOA 154的与稱合于半导体光波导150的端部相反的端部分别与具有圆弧形状的U形转弯波导152耦合。即，两个SOA 154经由半导体的U形转弯波导152耦合。U形转弯波导152具有对波导侧的半导体芯进行蚀刻所得的高台面构造。
[0035]U形转弯波导152形成具有圆弧形状的U形转弯部，因此半导体光波导150的与SOA 154相反一侧的端部形成在SOA芯片148的同一边。由此，能够减小SOA-COS 140的大小。U形转弯波导152具有高台面构造，因此光的封入强，例如即使设U形转弯波导152的曲率半径为例如125 μ m,也能够抑制因弯曲造成的光损失。由此，能够使光放大特性和噪声特性双方良好。
[0036]从石英系光波导126输出并通过半波片132变换后的TE偏振光的光输入到SOA-COS 140的波导的半波片132侧的端部。即，通过半波片132变换为TE偏振光的光经由石英系光波导144和倾斜波导146输入到半导体光波导150的半波片132侧。输入到石英系光波导144的半波片132侧的TE偏振光的光被两个SOA 154放大，从SOA-COS 140的波导的与输入的端部相反的另一个端部输出。
[0037]从没有设置半波片132—侧的石英系光波导127输出的TE偏振光的光输入到SOA-COS 140的波导的没有设置半波片132—侧的端部。即，从石英系光波导127输出的光输入到石英系光波导145。输入到石英系光波导145的TE偏振光的光被两个SOA 154放大，从SOA-COS 140的波导的与输入的端部相反的一个端部输出。如以上那样，SOA-COS 140是双向输入型，即从波导的两端输入光，从与输入光的端部相反的两端输出放大后的光。
[0038]SOA-COS 140在输入到SOA-COS 140的光的强度的范围内，输入的光的每单位强度的增益的变化的绝对值是0.16dB/dBm以下。在此，输入到SOA-COS 140的光的强度的范围例如是-30dBm以上且OdBm以下。另外，用输入的光的强度上升了 IdBm时的增益的上升值(dB)来表示输入的光的每单位强度的增益的变化。即，关于输入的光的每单位强度的增益的变化，取输入的光的强度(dBm)为横轴、取增益(dB)为纵轴时的曲线的斜率相当于每单位强度的增益的变化。另外，输入的光的每单位强度的增益的变化相当于用输入的光的强度(dBm)的函数表示增益(dB)的公式的微分值。光放大装置100的PDG近似地表示为PDG(dB) = AG(dB/dBm) X3 (dBm)。在此，ΛG是每单位强度的增益的变化的绝对值(dB/dBm) ο
[0039]在此，在偏振分集电路中，增益最大是在TM输出端口 118处的光的强度与TE输出端口 120处的光的强度相等时。这时的输出光能够表现为Ptjut (dBm) = {Pin(dBm) -3} + { Λ GX 3+G (dB)} +3 (dB)。在此，Ptjut和Pin分别是针对输出光和输入光将TE模的光的强度和TM模的光的强度相加所得的总的强度。G是输入Pin的增益。上述公式的右边第一项{Pin(dBm)-3}表示输入到TE和TM的各端口的光强度。输入光被相等地分配到TE和TM端口，因此成为{Pin(dBm)-3}。上述公式的右边第二项{AGX3+G(dB)}表示通过TE和TM各端口得到的增益。上述公式的右边第三项3dB对应于通过循环器102的输出端口将TE端口和TM端口合波而成为两倍的情况，上述公式成为加上3 (dB)的公式。另一方面，增益最小是在入射光只输出到TM输出端口 118和TE输出端口 120的其中一方时。这时的光输出能够表现为Pout (dBm) =Pin (dBm) +G (dB)。在偏振分集电路中，在从增益最大时的公式减去增益最小时的公式得到PDG时，成为八6父3((^)，与上述的^^((^)=八6((^/(^111)\3((^111)相同。在增益的非线性大的SOA-COS 140中，上述那样的增益最大的情况和增益最小的情况之间的差成为roG。因而，如上述那样近似偏振分集的roG。即，在输入到SOA-COS 140的光的强度的范围内，如果每单位强度的增益的变化的绝对值是0.16dB/dBm以下，则PDG为0.5dB以下。
[0040]在向光放大装置100入射的光的偏振方向随机地变化时，增益由于PDG而变化，因此来自光放大装置100的出射光的强度变化而成为错误的原因。如果PDG是0.5dB以下，则与其它实用的光放大器等同，成为光通信用途所允许的水准。在图2中示出在输入信号的放大用光放大器(功率放大器)中使用了具有PDG0.5dB的SOA (半导体光放大器)时的错误特性。在图2中，还示出将已经在实用的系统中使用的EDFA(掺铒光纤放大器)用作相同的用途时的错误率。对SOA和EDFA的输入强度是-2dBm，输出设定为lldBm。通过在光放大器之后插入可变衰减器，来改变光检测器的接收强度从而测量错误率。从图2可知，如果SOA的PDG是0.5dB以下，则能够实现与EDFA相同的特性。即，如果PDG是0.5dB以下，则在不经由传输光纤的背对背(Back-to-Back)的错误率特性中，错误率为10_9以下，因此能够准确地发送数据信号。如果错误率是10_9以下，则能够在变换为电信号后通过使用纠错码来纠正错误信号。第一实施方式所涉及的作为SOA-PLC混合集成型偏振分集电路的光放大装置100具有输入的光的每单位强度的增益的变化的绝对值是0.16dB/dBm以下的SOA-COS 140，因此，PDG为0.5dB以下，能够得到与使用了其它实用的光放大器时等同的特性。
[0041]在此，从SOA-COS 140的波导的一个端部到一个SOA 154为止的波导的光路长度和从SOA-COS 140的波导的另一个端部到另一个SOA 154为止的波导的光路长度相等。即，设置有半波片132 —侧的半导体光波导150的长度和没有设置半波片132 —侧的半导体光波导150的长度相等。在此，波导的长度是指波导的光路方向的长度。由此，从设置有半波片132 —侧的半导体光波导150输入到SOA 154的光的强度和从没有设置半波片132 —侧的半导体光波导150输入到SOA 154的光的强度之差变小。在此，SOA 154的增益有时根据输入的光的强度不同而不同。在光放大装置100中，从两个方向输入到两个SOA 154的光的强度的差小，因此从两个方向输入到SOA 154的光的增益的差变小。因而，能够抑制增益的变动，从而减少信号的错误。
[0042]进一步，设置有半波片132 —侧的石英系光波导144、倾斜波导146以及半导体光波导150的长度的和与没有设置半波片132—侧的石英系光波导145、倾斜波导146以及半导体光波导150的长度的和也可以相等。由此,输入到石英系光波导144而输入到SOA 154的石英系光波导144侧的TE偏振光的光与输入到石英系光波导145而输入到SOA 154的石英系光波导145侧的TE偏振光的光之间的强度差进一步变小。因而,从两个方向输入到SOA 154的光的增益差进一步变小，能够抑制增益的变动，从而减少信号的错误。
[0043]图3是第一实施方式所涉及的光放大装置100的倾斜波导146的示意性的放大图。在图3中，还不出石英系光波导144的倾斜波导146侧的一部分以及半导体光波导150的倾斜波导146侧的一部分。
[0044]倾斜波导146的中心轴204相对于垂直于SOA芯片148与PLC-PBS芯片110之间的接合面208的直线具有规定的角度(Θ I)。石英系光波导144的中心轴202与垂直于接合面208的直线平行地形成，倾斜波导146的中心轴204相对于石英系光波导144的中心轴202具有规定的角度(Θ I)。由此，输入到石英系光波导144的光倾斜地入射到接合面208。
[0045]半导体光波导150具有宽幅部218、SSC 216 (模斑转换器)、弯曲部214以及窄幅部212。半导体光波导150的宽幅部218和SSC 216的中心轴206相对于与接合面208垂直的直线具有规定的角度(Θ 2)。
[0046]在设倾斜波导146的折射率为Ii1、半导体光波导150的折射率为n2时，根据斯涅尔定律来决定Θ 1、Θ 2使得满足Ii1Sin Θ l=n2sin Θ 2这样的关系。在接合面208上涂抹防反射涂层210。Θ I优选为5°?9°，Θ 2优选为12°?17°。
[0047]半导体光波导150保持着窄幅部212的宽度地在弯曲部214弯曲。半导体光波导150的未图示的部分具有与窄幅部212处的半导体光波导150相同的宽度。在此，波导的宽度是指与光路方向垂直并与形成有波导的基板的表面平行的面内的宽度。
[0048]SSC 216是具有锥形的形状的光波导(宽幅扩口型SSC)。由此，使石英系光波导144的模场和半导体光波导150的模场匹配。半导体光波导150用SSC216扩宽宽度,在宽幅部218具有与倾斜波导146相同的宽度。
[0049]在第一实施方式所涉及的光放大装置100中，SSC 216形成在SOA芯片148，但也可以形成在PLC-PBS芯片110。通过SSC 216，能够降低波导的耦合部的耦合损失，得到高的耦合效率。
[0050]以上，说明了与石英系光波导144 I禹合的倾斜波导146和半导体光波导150,但与石英系光波导145稱合的倾斜波导146和半导体光波导150也是同样的。
[0051]图4是第一实施方式所涉及的光放大装置100的石英系光波导144和石英系光波导145的示意性的截面图。即，是图1的IV-1V的示意性的截面图。在PLC平台302上形成下部包层304。在下部包层304上的一部分形成芯层306。芯层306由石英系的材料形成，成为石英系光波导144和石英系光波导145。
[0052]在芯层306上、以及下部包层304上的没有形成芯层306的区域上形成上部包层308。S卩，石英系光波导145和倾斜波导146具有嵌入台面构造。下部包层304和上部包层308由折射率比芯层306的折射率低的石英系的材料形成。下部包层304和上部包层308也可以由相同材料形成。倾斜波导146可以具有与石英系光波导144和石英系光波导145相同的截面构造。
[0053]图5是第一实施方式所涉及的光放大装置100的U形转弯波导152的示意性的截面图。即，是图1的V-V的示意性的截面图。在硅片142上设置半导体基板310。半导体基板310由化合物半导体形成。在半导体基板310上的一部分形成下部包层312。在下部包层312上形成芯层314。在芯层314上形成上部包层316。芯层314由化合物半导体形成。下部包层312和上部包层316由折射率比芯层314的折射率小的化合物半导体形成。即，U形转弯波导152具有高台面构造。作为一个例子，半导体基板310由InP形成，芯层314由InGaAsP形成，下部包层312和上部包层316由InP形成。
[0054]芯和包层的相对折射率的差越大则能够将设置在光波导的折回部的曲率半径设得越小。而且，U形转弯波导152具有高台面构造，因此芯层314与其两侧的空气的相对折射率的差例如大到30?40%以上。因此，从上面看U形转弯波导152时的曲率半径例如能够减小到125 μ m。即，与在石英系PLC芯片上形成U形转弯型的光波导的折回构造的情况相比，在SOA-COS 140中通过具有高台面构造的U形转弯波导152形成折回构造的情况能够减小SOA-COS 140的大小。因而，能够减小光放大装置100的大小。
[0055]图6是第一实施方式所涉及的光放大装置100所具有的第一实施方式所涉及的SOA 154的与波导方向垂直的方向的不意性的截面图。SOA 154形成在搭载于娃片142上的半导体基板310上。SOA 154具备半导体基板310、下部包层312、活性层318、嵌入层320、电流阻止层322、上部包层316、接触层324、保护层328、p侧电极326以及η侧电极332。
[0056]在半导体基板310的背面形成η侧电极332，η侧电极332接在硅片142上。半导体基板310由化合物半导体形成。在半导体基板310上形成下部包层312。在下部包层312上的一部分形成活性层318。活性层318具有交替地层叠阱层和势垒层所得的多重量子阱构造。例如活性层318是以下的多重量子阱构造，即具有五层阱层，阱层的厚度是3.9nm,势垒层的厚度是10nm。作为一个例子，活性层318由GaInAsP形成。
[0057]在下部包层312上，在没有形成活性层318的区域中，在厚度方向上除去一部分下部包层312。即，活性层318之下的区域中的下部包层312比没有形成活性层318的区域的下部包层312厚。在没有形成活性层318的区域中，在下部包层312上形成嵌入层320。在嵌入层320上形成电流阻止层322。例如，嵌入层320由p_InP形成。电流阻止层322例如由n-1nP形成。在活性层318和电流阻止层322上形成上部包层316。电流阻止层322的上表面与活性层318的上表面相比向上侧突出。即，活性层318上的上部包层316比电流阻止层322上的活性层318厚。
[0058]在上部包层316上且在活性层318的上方形成接触层324。在接触层324上和上部包层316上形成保护层328。在接触层324上的一部分除去保护层328，形成p侧电极326。从保护层328的开口部到保护层328上形成p侧电极326。S卩，p侧电极326的宽度可以比活性层318的宽度宽。在此，宽度是指与活性层318处的光路的方向以及活性层318的厚度方向垂直的方向的长度。通过从P侧电极326和η侧电极332注入的空穴和电子的载流子形成反转分布，在活性层318中放大光。
[0059]图7是表示第一实施方式所涉及的SOA 154的封入系数0- )与增益的非线性之间的关系的图。封入系数0-)是指被活性层318封入的光相对于S0A154中的光的比。图7所示的结果是SOA 154的台面宽度为2 μ m、SOA长度为1000 μ m、从p侧电极326和η侧电极332注入的电流为200mA时的结果。在此，台面宽度是指与光路长度方向以及注入的电流的方向垂直的方向的活性层318的宽度。另外，SOA长度是指在SOA 154中活性层318、P侧电极326以及η侧电极332均形成的区域的与光路长度方向平行的方向的长度。即，在SOA154中，在SOA长度的范围内放大光。
[0060]图7的上侧的曲线示出使封入系数0-)从1%~5%进行变化时的输入到SOA154的光的强度与增益之间的关系。横轴是输入到SOA 154的光的强度(dBm)，纵轴是增益(dB)。在输入的光的强度比OdB小的区域中，增益对输入的光的强度的依存性小，在输入的光的强度为-1OdB以下时，增益不依存于输入的光的强度。随着输入的光的强度变大，增益依存于输入的光的强度。另外，在输入的光的强度变大时，增益变小。
[0061]图7的下侧的曲线示出输入的光的强度是OdB时的封入系数0-)与增益的非线性之间的关系。OdB是长距离光通信时的输入到功率放大器和前置放大器的最大功率。横轴是封入系数0-)，纵轴是增益的非线性(dB/dBm)。在此，增益的非线性是指输入的光的每单位强度的增益的变化量。即，增益的非线性是横轴取输入的光的强度、纵轴取增益时的曲线的斜率的值。封入系数越小则增益的非线性的绝对值越小。
[0062]存在增益的非线性相对于封入系数0-)线性地减少的倾向。在封入系数是1.5%以下时，SOA 154的增益的非线性为0.13dB/dBm以下。另外，在封入系数是1.6%以下时，SOA 154的增益的非线性为0.15dB/dBm以下。因而，光放大装置100的PDG为0.5dB以下，因此为光通信中所允许的值。
[0063]图8是表示第一实施方式所涉及的SOA 154中的台面宽度与增益的非线性之间的关系的图。图8所示的结果是SOA 154的SOA长度为1000 μ m、封入系数0-)为2.5%、从P侧电极326和η侧电极332注入的电流为200mA时的结果。
[0064]图8的上侧的曲线示出使台面宽度从2 μ m到8 μ m进行变化时的输入到SOA 154的光的强度与增益之间的关系。横轴是输入到SOA 154的光的强度(dBm)，纵轴是增益(dB)。结果的倾向与图7的上侧的曲线相同。图8的下侧的图示出输入的光的强度是OdB时的台面宽度与增益的非线性之间的关系。横轴是台面宽度，纵轴是增益的非线性(dB/dBm)。在台面宽度宽时，增益的非线性降低。但是，在台面宽度大于2.5μπι时，成为多模。因而，作为长距离的光通信用放大器，优选的是SOA 154的台面宽度是2.5 μ m以下。
[0065]图9是表示第一实施方式所涉及的SOA 154的长度与增益的非线性之间的关系的图。即，示出使SOA 154的SOA长度变化时的、使输入到SOA 154的光的强度变化时的增益和增益的非线性。图9所示的结果是SOA 154的封入系数0-)为2.5%、台面宽度为2 μ m、从P侧电极326和η侧电极332注入的电流为200mA时的结果。
[0066]图9的上侧的曲线示出使SOA长度从500 μ m到1000 μ m进行变化时的输入到SOA154的光的强度与增益之间的关系。横轴是输入到S0A154的光的强度(dBm)，纵轴是增益(dB)。结果的倾向与图7和图8的上侧的曲线相同。图9的下侧的曲线示出输入的光的强度是OdB时的SOA长度与增益的非线性之间的关系。横轴是SOA长度，纵轴是增益的非线性(dB/dBm)。在SOA长度变长时，增益的非线性变大。
[0067]增益的非线性存在相对于SOA长度减少的倾向。在SOA长度是550μπι以下时，SOA154的增益的非线性为0.13dB/dBm以下。另外，在SOA长度是600 μ m以下时，SOA 154的增益的非线性为0.16dB/dBm以下。因而，光放大装置100的PDG为0.5dB以下，因此成为光通信中所允许的值。
[0068]根据以上的结果，在设SOA 154的光封入系数为gamma、SOA长度为L时，优选的是gamma XL〈1500%ym。由此，SOA 154的增益的非线性成为0.16dB/dBm以下，光放大装置100的PDG为0.5dB以下，因此成为光通信中所允许的值。
[0069]图10是本发明的第二实施方式所涉及的SOA 154的示意性的截面图。光放大装置100的SOA 154并不限于图6所示的第一实施方式所涉及的SOA 154，也可以使用在图10中表示出截面图的第二实施方式所涉及的SOA 154。在图10中，附加了与图6相同的附图标记的要素可以具有与在图6中说明的要素相同的功能和结构。第二实施方式所涉及的SOA 154除了下部包层312、活性层318、上部包层316、嵌入层320和电流阻止层322的形状以及具有反射膜330以外，其它与第一实施方式所涉及的SOA 154相同。
[0070]SOA 154形成在搭载于硅片142上的半导体基板310上。SOA 154具备半导体基板310、下部包层312、活性层318、嵌入层320、电流阻止层322、上部包层316、接触层324、保护层328、反射膜330、P侧电极326以及η侧电极332。
[0071]下部包层312上侧的一部分、活性层318、以及上部包层316下侧的一部分具有锥形形状。另外，在没有形成活性层318的区域的下部包层312的上表面、活性层318的侧面、以及形成在活性层318上且被电流阻止层322夹在中间的区域中的上部包层316的侧面具有向下凸的曲面。
[0072]与没有形成活性层318的区域的下部包层312的上表面、活性层318的侧面、以及形成在活性层318上且被电流阻止层322夹在中间的区域中的上部包层316的侧面相接地形成嵌入层320。另外，越是接近SOA 154的光路的中心则电流阻止层322的厚度越薄。电流阻止层322形成在嵌入层320上，因而，嵌入层320和电流阻止层322的界面具有向下凸的曲面。电流阻止层322的上表面与半导体基板310的上表面平行。
[0073]在下部包层312、嵌入层320、电流阻止层322、上部包层316以及保护层328的两端形成反射光的反射膜330。从P侧电极326和η侧电极332注入载流子而从活性层318释放的光被反射膜330反射。由此，在与SOA 154的光路的方向垂直的方向且与半导体基板310的表面平行的方向上共振。因而，SOA 154的增益成为固定。即，在SOA 154中增益被钳位。SOA 154的增益不依存于输入到SOA 154的光的强度而成为固定，因此增益的非线性变小。由此，光放大装置100的PDG变小。
[0074]图11是本发明的第三实施方式所涉及的SOA 154的示意性的俯视图。SOA 154具有光波导352、增益钳位波导354、衍射光栅356以及反射防止膜350。在增益钳位波导354的两侧形成衍射光栅356。在此，增益钳位波导354的两侧是指与光路垂直并与硅片142的表面平行的方向上的两侧。光波导352与增益钳位波导354的光路方向的两端f禹合。在光波导352的与增益钳位波导354相反一侧的端部形成反射防止膜350。即，在SOA 154的光路方向的两端形成反射防止膜350。通过反射防止膜350，来抑制SOA 154的两端处的光的反射。SOA 154的V1-VI处的截面具有与图6相同的构造。
[0075]通过增益钳位波导354发出的光被衍射光栅356反射。由此，在与SOA 154的光路方向垂直的方向且与硅片142的表面平行的方向上共振。因而，SOA 154的增益成为固定。S卩，在SOA 154中增益被钳位。SOA 154的增益不依存于输入到SOA 154的光的强度而成为固定，因此增益的非线性变小。由此，光放大装置100的PDG变小。
[0076]图12是第三实施方式所涉及的SOA 154的增益钳位波导354的示意性的截面图。即，图12是图11的XI1-XII处的示意性的截面图。在图12中，附加了与图6相同的附图标记的要素可以具有与在图6中说明的要素相同的功能和结构。SOA 154形成在搭载于硅片142上的半导体基板310上。SOA 154在增益钳位波导354的截面具有半导体基板310、下部包层312、活性层318、上部包层316、嵌入层320、电流阻止层322、接触层324、p侧电极326、保护层328以及η侧电极332。
[0077]在半导体基板310上形成下部包层312。在下部包层312上形成活性层318。在活性层318的夹着成为光路的中央区域的两侧的一部分除去活性层318。在除去了活性层318的区域中，在厚度方向上除去一部分下部包层312。S卩，除去了活性层318的区域的下侧的下部包层312比其它区域的下部包层312薄。在除去了活性层318的区域形成嵌入层320。在嵌入层320上形成电流阻止层322。
[0078]被嵌入层320和电流阻止层322夹在中间的区域成为增益钳位波导354。在活性层318上，在隔着嵌入层320和电流阻止层322的与活性层318的成为光路的中央区域相反一侧的区域，以InP形成多个InP嵌入层360。在深度方向上从活性层318的上表面起到规定的深度为止形成InP嵌入层360。另外，沿着光路方向以规定的间隔形成InP嵌入层360。形成了多个InP嵌入层360的活性层318作为衍射光栅356而动作，向与光路垂直的方向反射光。但是，衍射光栅356构成为复折射率周期地扰动即可，并不限于形成了 InP嵌入层360的活性层318。
[0079]电流阻止层322的上表面与活性层318的上表面相比向上方突出。在活性层318和电流阻止层322上形成上部包层316。在上部包层316上形成接触层324。在电流阻止层322的上方除去接触层324，形成保护层328。在接触层324上形成ρ侧电极326。从ρ侧电极326和η侧电极332注入载流子而在活性层318发出的光被具有多个InP嵌入层360的衍射光栅356反射从而发生共振，因此在增益钳位波导354中增益被钳位。
[0080]图13是本发明的第四实施方式所涉及的SOA 154的光波导352的示意性的截面图。第四实施方式所涉及的SOA 154的俯视图与第三实施方式所涉及的SOA 154的俯视图即图11相同。图13是图11的V1-VI处的第四实施方式所涉及的SOA 154的示意性的截面图。在图13中，附加了与图6相同的附图标记的要素可以具有与在图6中说明的要素相同的功能和结构。
[0081]SOA 154形成在搭载于硅片142上的半导体基板310上。SOA 154在光波导352中具有半导体基板310、下部包层312、活性层318、上部包层316、接触层324、ρ侧电极326、保护层328以及η侧电极332。第四实施方式所涉及的SOA 154的光波导352的截面与图6所示的截面的不同之处在于，不具有嵌入层320和电流阻止层322，上部包层316及保护层328的形状不同。[0082]在沿着光路的中央部分的两侧，在厚度方向上除去一部分上部包层316。在厚度方向上除去了一部分上部包层316的区域中的上部包层316比其它区域的上部包层316薄。而且，在除去了上部包层316的区域中，在上部包层316上形成保护层328。在被保护层328夹在中间的区域中，在比其它区域厚的上部包层316上形成接触层324。在接触层324上形成P侧电极326。保护层328的上表面与接触层324的上表面相比向上方突出。ρ侧电极326的宽度比接触层324的宽度宽。
[0083]图14是第四实施方式所涉及的SOA 154的增益钳位波导354的示意性的截面图。即，图14是图11的XI1-XII处的第四实施方式所涉及的SOA 154的示意性的截面图。在图14中，附加了与图12相同的附图标记的要素可以具有与在图6中说明的要素相同的功能和结构。SOA 154形成在搭载于硅片142上的半导体基板310上。SOA 154在增益钳位波导354中具有半导体基板310、下部包层312、活性层318、ΙηΡ嵌入层360、上部包层316、接触层324、ρ侧电极326、保护层328以及η侧电极332。第四实施方式所涉及的SOA 154的增益钳位波导354的截面与图12所示的截面的不同之处在于，不具有嵌入层320和电流阻止层322，上部包层316及保护层328的形状不同。
[0084]沿着光路的中央部分的两侧的一部分的上部包层316比其它区域的上部包层316薄。而且，在上部包层316比其它区域的上部包层316薄的区域中，在上部包层316上形成保护层328。在上部包层316比其它区域的上部包层316厚的区域中，在上部包层316上形成接触层324。在接触层324上形成ρ侧电极326。保护层328的上表面与接触层324的上表面相比向上方突出。P侧电极326的宽度比接触层324的宽度宽。从ρ侧电极326和η侧电极332注入的载流子通过保护层328集中在活性层318的中央部分。注入载流子而在活性层318发出的光被具有多个InP嵌入层360的衍射光栅356反射从而发生共振，因此在增益钳位波导354中增益被钳位。SOA 154的增益不依存于输入到SOA 154的光的强度而成为固定，因此增益的非线性变小。由此，光放大装置100的PDG变小。
[0085]图15是本发明的第五实施方式所涉及的SOA 154的示意性的俯视图。SOA 154具有P侧电极326、活性层318以及布拉格光栅(Bragg Grating) 362。在图15中，附加了与图6和图11相同的附图标记的要素可以具有与在图6和图11中说明的要素相同的功能和结构。第五实施方式所涉及的SOA 154在形成有ρ侧电极326的区域中，具有与图6所示的截面相同的构造。在活性层318的沿着光路的两端形成布拉格光栅362。布拉格光栅362形成在SOA 154的沿着光路的两端，在沿着SOA 154的光路的方向上赋予双折射率的周期性的扰动。由此，从P侧电极326以及在图15中没有出现的η侧电极注入载流子而在活性层318发出的光被布拉格光栅362反射从而发生共振，因此在SOA 154中增益被钳位。SOA 154的增益不依存于输入到SOA 154的光的强度而成为固定，因此增益的非线性变小。由此，光放大装置100的PDG变小。
[0086]图16是本发明的第六实施方式所涉及的SOA 154的示意性的俯视图。SOA 154具有波导372、耦合器374、臂376、耦合器378、臂380、放大部382、放大部384、波导386、控制光用光源388、波导390、波导392。在臂376形成放大光的放大部382。在臂380形成放大光的放大部384。放大部382和放大部384是S0A。臂376和臂380形成为相互平行，在各自的两端形成耦合器374和耦合器378。在隔着耦合器374与臂376相反一侧形成波导372。在隔着耦合器378与臂376相反一侧形成波导390。在波导390的与耦合器378相反一侧的端部形成控制光用光源388。控制光用光源388例如是DFB激光器。在隔着稱合器374与臂380相反一侧形成波导392。在隔着耦合器378与臂380相反一侧形成波导386。
[0087]通过控制控制光用光源388，来控制从控制光用光源388经由波导390和耦合器378输入到放大部382和放大部384的光量。由此，能够控制放大部382和放大部384的增益。能够根据输入到SOA 154的光的强度控制控制光用光源388，来减小SOA 154的增益的非线性，从而减小光放大装置100的TOG。
[0088]以上使用实施方式说明了本发明，但本发明的保护范围并不限于上述实施方式所记载的范围。本领域技术人员能够了解能够对上述实施方式施加各种变更或改进。根据权利要求书的记载能够了解施加了这样的变更或改进的方式也能包含在本发明的保护范围中。
[0089]应该注意只要没有特别明示出“在前面”、“先于”等、另外不是在后面的处理中使用前面处理的输出，则能够按照任意的顺序实现在权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统以及方法中的动作、过程、步骤以及阶段等各处理的执行顺序。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，即使为了方便而使用“首先”、“接着”等进行了说明，也并不意味着必须按照该顺序实施。
[0090]附图标记说明
[0091]100:光放大装置；102:循环器；110 =PLC-PBS芯片；112:输入端口 ；114:输出端口 ；116:耦合器；118:TM输出端口 ；120:TE输出端口 ；122:加热器；124 =MZI ；126:石英系光波导；127 ;石英系光波导；130:狭缝；132:半波片；140 =SOA-COS ；142:硅片；144:石英系光波导；145:石英系光波导；146:倾斜波导；148:S0A芯片；150:半导体光波导；152:U形转弯波导；154 =SOA ;202:中心轴;204:中心轴；206:中心轴；208:接合面；210:防反射涂层；212:窄幅部；214:弯曲部；216 =SSC ；218:宽幅部；302 =PLC平台；304:下部包层；306:芯层；308:上部包层；310:半导体基板；312:下部包层；314:芯层；316:上部包层；318:活性层；320:嵌入层；322:电流阻止层；324:接触层；326:p侧电极；328:保护层；330:反射膜；332:n侧电极；350:反射防止膜；352:光波导；354:增益钳位波导；356:衍射光栅；360 =InP嵌入层；362:布拉格光栅；372:波导；374:稱合器；376:臂；378:稱合器；380:臂；382:放大部；384:放大部；386:波导；388:控制光用光源；390:波导；392:波导。
【权利要求】
1.一种光放大装置，具备: 输入输出部，其进行入射光的输入和出射光的输出； 偏振光分离部，其使从上述输入输出部输入的上述入射光的偏振光分量分支，来输出具有第一偏振光的第一偏振模光以及具有与上述第一偏振光不同的第二偏振光的第二偏振模光； 偏振光变换部，其被输入上述第一偏振模光，将上述第一偏振光变换为上述第二偏振光，来输出第一偏振光变换光； 以及 光放大部，其将输入到波导的一个端部的上述第一偏振光变换光进行放大并从另一个端部输出，将输入到上述另一个端部的上述第二偏振模光进行放大并从上述一个端部输出， 其中，输入到上述光放大部的光的每单位强度的增益的变化的绝对值是0.16dB/dBm以下。
2.根据权利要求1所述的光放大装置，其特征在于， 上述光放大部具备: 第一半导体光放大器； 第一波导，其使上述光放大部的上述一个端部与上述第一半导体光放大器之间相连接； 第二半导体光放大器，其与上述第一半导体光放大器串联连接；以及 第二波导，其使上述光放大器的上述另一个端部与上述第二半导体光放大器之间相连接， 其中，上述第一波导和上述第二波导的光路长度彼此相等。
3.根据权利要求2所述的光放大装置，其特征在于， 上述偏振光分离部具备马赫-曾德干涉仪电路，该马赫-曾德干涉仪电路由石英系平面光波电路形成，具有嵌入台面构造的波导， 两个上述半导体放大器之间通过U形转弯部光波导相连接，其中，该U形转弯部光波导具有高台面构造的波导。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的光放大装置，其特征在于， 上述光放大部具备: 活性层，其传播上述第一偏振光变换光和上述第二偏振模光；以及 电极，其向上述活性层注入载流子， 其中，当设封入系数为Gamma%且上述电极的长度为Lym时，Gamma XL〈1500%ym，该封入系数是被封入到上述活性层中的光与上述光放大部中的光之比。
5.根据权利要求1~3中的任一项所述的光放大装置，其特征在于， 上述光放大部具备: 活性层，其传播上述第一偏振光变换光和上述第二偏振模光；以及 一对光反射部，其对光进行反射， 其中，光被上述一对光反射部反射而在上述活性层共振。
6.根据权利要求5所述的光放大装置，其特征在于， 上述一对光反射部夹着上述活性层形成在两侧，向与上述第一偏振光变换光和上述第二偏振模光在上述活性层中的传播方向垂直的方向反射光。
7.根据权利要求5所述的光放大装置，其特征在于， 上述一对光反射部与上述活性层相接地形成，向与上述第一偏振光变换光和上述第二偏振模光在上述活性层中的传播方向平行的方向反射光。
8.根据权利要求1~7中的任一项所述的光放大装置，其特征在于， 上述第一偏振光是横磁偏振光， 上述第二偏振光是横电偏振 光。
【文档编号】G02F1/01GK103534885SQ201280022830
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2011年9月8日
【发明者】长谷川英明, 舟桥政树, 清田和明, 阿久津刚史, 横内则之, 奈良一孝 申请人:古河电气工业株式会社