JP2013015728A - Semiconductor tunable filter and semiconductor tunable laser - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor tunable laser that has a wider tunable bandwidth than ever before and that simplifies accurate oscillation wavelength control.SOLUTION: A filter area 420 of a semiconductor tunable laser 400 includes a first MZI 421 and a second MZI 422 that are arranged in parallel and are connected to two output ports of a 2×2 optical coupler 423, respectively. Each MZI is a symmetric MZI that has two isomorphic arm waveguides between two 2×2 optical couplers. Each of the arm waveguides comprises a Fabry-Perot etalon that includes: a first mirror that is connected to the output port of one 2×2 optical coupler; and a second mirror that is connected to the first mirror through an optical waveguide with predetermined length (first length L1 for the first MZI 421 and second length L2 for the second MZI 422) and is connected to an input port of the other 2×2 optical coupler. The output ports of the other 2×2 optical coupler are provided with high reflective mirrors 424 and 425 with a reflectivity of 90% or more, respectively.

Description

本発明は、半導体波長可変フィルタ及び半導体波長可変レーザに関する。   The present invention relates to a semiconductor wavelength tunable filter and a semiconductor wavelength tunable laser.

近年、インターネットにおけるトラフィックの増大により、ノード間を結ぶ伝送には波長多重を用いて伝送容量を増加させている。このような波長多重伝送において、波長可変レーザは欠かすことのできない重要な光部品である。   In recent years, due to an increase in traffic on the Internet, transmission capacity is increased by using wavelength multiplexing for transmission between nodes. In such wavelength division multiplexing transmission, a wavelength tunable laser is an indispensable optical component.

図1に、従来提案されている2重リング共振器を用いたモノリシック集積型波長可変レーザを示す(非特許文献1参照)。リング共振器は、一定周波数間隔(FSR)で透過強度が大きくなる特長を持つ透過型光フィルタであり、このレーザでは、異なるFSRを有する2つのリング共振器を用いることにより、2つのFSRの最小公倍数の周波数領域で波長可変動作を得ることを可能にしている(バーニア効果)。   FIG. 1 shows a monolithic integrated wavelength tunable laser using a conventionally proposed double ring resonator (see Non-Patent Document 1). The ring resonator is a transmission type optical filter having a feature that the transmission intensity increases at a constant frequency interval (FSR). In this laser, two ring resonators having different FSRs are used to reduce the minimum of two FSRs. It is possible to obtain a wavelength tunable operation in the common multiple frequency range (Vernier effect).

通信波長帯、例えばC帯(1530〜1570nm)をカバーするような大きな波長可変帯域を得るためにはFSRを大きく、すなわち、リング共振器の共振器長を小さくする必要があり、コア層および下部クラッド層まで垂直に半導体をエッチングした、急峻な曲げ半径が実現可能なハイメサ光導波路を用いている。図2にハイメサ光導波路の断面図を示す。また、リング共振器の光カプラ部分には、光結合効率が50%のマルチモード干渉(MMI)光カプラを用いている。レーザの発振波長を変化させるためには、2つのリング共振器にそれぞれ独立に電流注入し、光導波路の屈折率を変化させて共振ピーク波長を調整する。電流注入はナノ秒程度で高速に屈折率変調が可能である。さらに、位相調整用の光導波路(位相調整領域)をレーザ共振器内に設けることにより縦モード間隔を微調し、正確に所望の発振波長に調整可能としている。この位相調整も電流注入によって行っている。   In order to obtain a large wavelength variable band that covers a communication wavelength band, for example, the C band (1530 to 1570 nm), it is necessary to increase the FSR, that is, to decrease the resonator length of the ring resonator, A high-mesa optical waveguide is used in which a semiconductor is etched vertically to the cladding layer and a steep bend radius can be realized. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the high mesa optical waveguide. A multimode interference (MMI) optical coupler having an optical coupling efficiency of 50% is used for the optical coupler portion of the ring resonator. In order to change the oscillation wavelength of the laser, current is independently injected into each of the two ring resonators, and the resonance peak wavelength is adjusted by changing the refractive index of the optical waveguide. Refractive index modulation can be performed at high speed in about nanoseconds by current injection. Further, by providing an optical waveguide for phase adjustment (phase adjustment region) in the laser resonator, the longitudinal mode interval can be finely adjusted and adjusted to a desired oscillation wavelength accurately. This phase adjustment is also performed by current injection.

IEEE Photonics Technology Letters, vol. 19, 2007, pp. 1322-1324IEEE Photonics Technology Letters, vol. 19, 2007, pp. 1322-1324 IEEE 21st International Semiconductor Laser Conference (ISLC 2008), 2008, pp. 153-154IEEE 21st International Semiconductor Laser Conference (ISLC 2008), 2008, pp. 153-154

しかしながら、図1の構造では、さらなる波長可変帯域の拡大が困難である。波長分割多重伝送方式を用いた現在の光通信システムにおいて、通信容量の大容量化とともに前述のC帯のみではなく、L帯(1570〜1610nm)やS帯(1460〜1530nm)などの波長帯域も使用されている。したがって、1台の波長可変レーザで複数の波長帯をカバーできるより広い波長可変帯域を有することが求められているが、図1の構成では、リング共振器のフィネスで決定される波長選択性能とのトレードオフから、副モード抑圧比が高々30dB、波長可変帯域が50nmまでと限界がある。   However, in the structure of FIG. 1, it is difficult to further expand the wavelength variable band. In the current optical communication system using the wavelength division multiplexing transmission system, not only the aforementioned C band but also the wavelength band such as the L band (1570 to 1610 nm) and the S band (1460 to 1530 nm) as the communication capacity increases. It is used. Accordingly, it is required to have a wider wavelength tunable band that can cover a plurality of wavelength bands with a single wavelength tunable laser. However, in the configuration of FIG. 1, the wavelength selection performance determined by the finesse of the ring resonator From this tradeoff, there is a limit that the submode suppression ratio is at most 30 dB and the wavelength variable band is up to 50 nm.

リング共振器への通過回数を削減し、かつ端面反射を用いない構成として、図3に示すように、2つのリング共振器と非対称マッハツェンダー干渉計(以下「MZI」という。)を直列接続し、Sagnac干渉計によるループミラー内に配置した1チップ集積型半導体波長可変レーザが提案されている(非特許文献2参照)。この構成において、利得領域からの光は1×2光カプラにより等分岐され、それぞれ右回りと左回りにループ内を周回し再び1×2光カプラに入射する。右回り光と左回り光は同位相で1×2光カプラに再入射するため、ほぼ100%の光結合効率で利得領域にフィードバックされる。このとき、2つのリング共振器のFSRを異ならせ、バーニア効果により波長可変帯域を拡大する手法は図1の構成と同様であるが、各リング共振器への通過回数はループ構成により1回となる。通過回数の削減によりリング共振器に起因する損失は低減できるものの波長選択性能は劣化する。したがって、そのフィルタ性能の劣化を補うため、非対称MZIを第3のフィルタとしてループに挿入し、波長可変帯域拡大と波長選択性能の両立を試みている。だが、第3のフィルタを波長制御のために追加することには問題がある。それは、波長可変レーザの波長制御機構が複雑化し、例えば波長可変特性を取得するのに長時間の測定を必要とすることである。   As shown in FIG. 3, two ring resonators and an asymmetric Mach-Zehnder interferometer (hereinafter referred to as “MZI”) are connected in series, as shown in FIG. 3, in order to reduce the number of passes through the ring resonator and to use no end face reflection. A one-chip integrated semiconductor wavelength tunable laser arranged in a loop mirror by a Sagnac interferometer has been proposed (see Non-Patent Document 2). In this configuration, the light from the gain region is equally branched by the 1 × 2 optical coupler, circulates in the loop clockwise and counterclockwise, and enters the 1 × 2 optical coupler again. Since the right-handed light and the left-handed light re-enter the 1 × 2 optical coupler with the same phase, they are fed back to the gain region with an optical coupling efficiency of almost 100%. At this time, the method of expanding the wavelength tunable band by the vernier effect by making the FSRs of the two ring resonators different is the same as the configuration of FIG. Become. Although the loss due to the ring resonator can be reduced by reducing the number of passes, the wavelength selection performance deteriorates. Therefore, in order to compensate for the deterioration of the filter performance, an asymmetric MZI is inserted into the loop as a third filter, and an attempt is made to achieve both wavelength variable band expansion and wavelength selection performance. However, there is a problem in adding the third filter for wavelength control. That is, the wavelength control mechanism of the wavelength tunable laser becomes complicated, and for example, a long time measurement is required to obtain the wavelength tunable characteristics.

リング共振器あるいはMZIフィルタにおいて、FSRと透過ピーク波長の設計値と実測値は必ずしも一致することはなく、実際の値には製造誤差で決まるばらつきが存在する。したがって、波長可変レーザの製造後には、レーザの発振波長と波長制御フィルタに注入する電流(熱で制御する場合は印加電力、電圧で制御する場合は印加電圧)との関係を実際に調べなければ、レーザの発振波長を正確に制御することができない。例えば、リング共振器の共振ピークを隣の共振ピークまで移動させるのに10mAの注入電流が必要であったとする。図1の構成によりバーニア効果で波長可変帯域を拡大させた場合、2つのリング共振器にそれぞれ最大10mAの電流を注入することで波長可変帯域内のすべての波長を選択できることになる。0.1mAのステップで上述の発振波長と電流の関係を取得する場合、100×100=10000点の数値データが必要になる。測定時間が1点あたり1秒かかる測定系(例えば、電流源と波長計で構成)を用いた場合、1台の波長可変レーザの特性取得にかかる時間は約2.8時間になる。非対称MZIによる波長制御フィルタが追加された図3の構成で同様な電流ステップ数の測定を行うと、約280時間(100×100×100=1000000点)が必要になることになる。上記の例は必要とする発振波長の精度やフィルタ形状、測定速度等に依存するが、急峻なフィルタ特性を持つリング共振器を含む場合、十分な測定ステップ数が必要になる。したがって、新たに波長制御フィルタを追加した図3の構成は波長制御機構が複雑化し、著しい量産性の低下を招いていた。   In the ring resonator or the MZI filter, the design value and the actual measurement value of the FSR and the transmission peak wavelength do not always coincide with each other, and the actual value has a variation determined by a manufacturing error. Therefore, after manufacturing the wavelength tunable laser, the relationship between the laser oscillation wavelength and the current injected into the wavelength control filter (applied power when controlled by heat, applied voltage when controlled by voltage) must be actually investigated. The laser oscillation wavelength cannot be accurately controlled. For example, it is assumed that an injection current of 10 mA is required to move the resonance peak of the ring resonator to the next resonance peak. When the wavelength tunable band is expanded by the vernier effect with the configuration of FIG. 1, all wavelengths within the wavelength tunable band can be selected by injecting a current of 10 mA at the maximum into the two ring resonators. When acquiring the above-described relationship between the oscillation wavelength and the current in steps of 0.1 mA, numerical data of 100 × 100 = 10000 points is required. When a measurement system (for example, configured with a current source and a wavelength meter) that takes 1 second per point is used, the time required to acquire the characteristics of one tunable laser is about 2.8 hours. When the same number of current steps is measured with the configuration of FIG. 3 to which a wavelength control filter based on asymmetric MZI is added, approximately 280 hours (100 × 100 × 100 = 1000000 points) are required. The above example depends on the required oscillation wavelength accuracy, filter shape, measurement speed, and the like, but when a ring resonator having steep filter characteristics is included, a sufficient number of measurement steps is required. Therefore, the configuration of FIG. 3 in which a wavelength control filter is newly added complicates the wavelength control mechanism, which causes a significant reduction in mass productivity.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来よりも広い波長可変帯域を有し、かつ、正確な発振波長制御が簡便な半導体波長可変レーザを提供することにある。また、本発明のもう1つの目的は、当該半導体波長可変レーザを可能にする半導体波長可変フィルタを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor wavelength tunable laser that has a wider wavelength tunable band than in the past and is simple in accurate oscillation wavelength control. is there. Another object of the present invention is to provide a semiconductor wavelength tunable filter that enables the semiconductor wavelength tunable laser.

このような目的を達成するために、本発明の第1の態様は、2つの2×2光カプラの間に2本のアーム導波路が接続され、各アーム導波路は、前記2つの2×2光カプラのうちの一方の2×2光カプラの出力ポートに接続された第1のミラーと、前記第1のミラーと所定の長さの光導波路により接続され、前記2つの2×2光カプラのうちの他方の2×2光カプラの入力ポートに接続された第2のミラーとを有するファブリペローエタロンを備え、前記他方の2×2光カプラの出力ポートに高反射ミラーが設けられていることを特徴とする半導体波長可変フィルタである。   In order to achieve such an object, according to the first aspect of the present invention, two arm waveguides are connected between two 2 × 2 optical couplers, and each arm waveguide includes the two 2 × 2 optical couplers. A first mirror connected to the output port of one 2 × 2 optical coupler of the two optical couplers, and the first mirror is connected to the two 2 × 2 light beams by an optical waveguide having a predetermined length. A Fabry-Perot etalon having a second mirror connected to an input port of the other 2 × 2 optical coupler of the couplers, and a high reflection mirror provided at an output port of the other 2 × 2 optical coupler A tunable semiconductor wavelength filter.

また、本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記2本のアーム導波路は、前記第1のミラーと前記第2のミラーを接続する前記光導波路の前記所定の長さが異なり、前記一方の2×2光カプラと前記第1のミラーとを接続する光導波路、および、前記第2のミラーと前記他方の2×2光カプラを接続する光導波路の長さが等しいことを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the two arm waveguides have the predetermined length of the optical waveguide connecting the first mirror and the second mirror. In contrast, the length of the optical waveguide connecting the one 2 × 2 optical coupler and the first mirror and the length of the optical waveguide connecting the second mirror and the other 2 × 2 optical coupler are equal. It is characterized by.

また、本発明の第3の態様は、第1及び第2の半導体波長可変フィルタが2×2光カブラに並列に接続され、各半導体波長可変フィルタは、第1の態様の半導体波長可変フィルタであって、前記2本のアーム導波路がそれぞれ備えるファブリペローエタロンの構造が同一であり、前記第1の半導体波長可変フィルタにおいて、前記第1のミラーと前記第2のミラーとを接続する前記光導波路の前記所定の長さは第1の長さであり、前記第2の半導体波長可変フィルタにおいて、前記第1のミラーと前記第2のミラーとを接続する前記光導波路の前記所定の長さは前記第1の長さと異なる第2の長さであることを特徴とする。   Further, according to a third aspect of the present invention, the first and second semiconductor wavelength tunable filters are connected in parallel to a 2 × 2 optical cover, and each semiconductor wavelength tunable filter is the semiconductor wavelength tunable filter according to the first aspect. The optical fiber connecting the first mirror and the second mirror in the first semiconductor wavelength tunable filter has the same structure of the Fabry-Perot etalon provided in each of the two arm waveguides. The predetermined length of the waveguide is a first length, and the predetermined length of the optical waveguide connecting the first mirror and the second mirror in the second semiconductor wavelength tunable filter. Is a second length different from the first length.

また、本発明の第4の態様は、第1及び第2の半導体波長可変フィルタが2×2光カブラに直列に接続され、各半導体波長可変フィルタは、第1の態様の半導体波長可変フィルタであって、前記2本のアーム導波路の構造が同一であり、前記第1の半導体波長可変フィルタの前記他方の2×2光カプラの前記出力ポートは、高反射ミラーの代わりに前記第2の半導体波長可変フィルタの前記一方の2×2光カプラの入力ポートに接続されており、前記第1の半導体波長可変フィルタにおいて、前記第1のミラーと前記第2のミラーとを接続する前記光導波路の前記所定の長さは第1の長さであり、前記第2の半導体波長可変フィルタにおいて、前記第1のミラーと前記第2のミラーとを接続する前記光導波路の前記所定の長さは前記第1の長さと異なる第2の長さであることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, the first and second semiconductor wavelength tunable filters are connected in series to a 2 × 2 optical cover, and each semiconductor wavelength tunable filter is the semiconductor wavelength tunable filter according to the first aspect. The two arm waveguides have the same structure, and the output port of the other 2 × 2 optical coupler of the first semiconductor wavelength tunable filter is not the high reflection mirror. The optical waveguide connected to the input port of the one 2 × 2 optical coupler of the semiconductor wavelength tunable filter, and connecting the first mirror and the second mirror in the first semiconductor wavelength tunable filter The predetermined length is a first length, and in the second semiconductor wavelength tunable filter, the predetermined length of the optical waveguide connecting the first mirror and the second mirror is Said first length Characterized in that it is a second different lengths.

また、本発明の第5の態様は、利得領域と、前記利得領域からの光に対する波長選択機能を有するフィルタ領域と、前記利得領域と前記フィルタ領域との間の位相調整領域とを備える半導体波長可変レーザであって、前記フィルタ領域は、第1から第4のいずれかの態様の半導体波長可変フィルタで構成されていることを特徴とする。   A fifth aspect of the present invention provides a semiconductor wavelength comprising a gain region, a filter region having a wavelength selection function for light from the gain region, and a phase adjustment region between the gain region and the filter region In the tunable laser, the filter region is configured by the semiconductor wavelength tunable filter according to any one of the first to fourth aspects.

本発明に係る半導体波長可変フィルタ及び当該フィルタを備える半導体波長可変レーザによれば、2つの2×2光カプラの間に2本のアーム導波路が接続され、各アーム導波路は、当該2つの2×2光カプラのうちの一方の2×2光カプラの出力ポートに接続された第1のミラーと、当該第1のミラーと所定の長さの光導波路により接続され、当該2つの2×2光カプラのうちの他方の2×2光カプラの入力ポートに接続された第2のミラーとを有するファブリペローエタロンを備え、当該他方の2×2光カプラの出力ポートに高反射ミラーが設けられていることにより、従来よりも広い波長可変帯域を有し、かつ、正確な発振波長制御が簡便な半導体波長可変レーザを提供することができる。   According to the semiconductor wavelength tunable filter and the semiconductor wavelength tunable laser including the filter according to the present invention, two arm waveguides are connected between two 2 × 2 optical couplers, and each arm waveguide has two A first mirror connected to the output port of one of the 2 × 2 optical couplers of the 2 × 2 optical coupler, and the first mirror is connected to the two mirrors by an optical waveguide having a predetermined length. A Fabry-Perot etalon having a second mirror connected to the input port of the other 2 × 2 optical coupler of the two optical couplers, and a high reflection mirror provided at the output port of the other 2 × 2 optical coupler As a result, it is possible to provide a semiconductor wavelength tunable laser that has a wider wavelength tunable band than in the past and that is simple in accurate oscillation wavelength control.

従来提案されている2重リング共振器を用いたモノリシック集積型波長可変レーザを示す図である。It is a figure which shows the monolithic integrated type wavelength tunable laser using the double ring resonator proposed conventionally. ハイメサ光導波路の断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing of a high mesa optical waveguide. リング共振器への通過回数を削減し、かつ端面反射を用いない構成とした半導体波長可変レーザの従来例を示す図である。It is a figure which shows the prior art example of the semiconductor wavelength tunable laser which reduced the frequency | count of passage to a ring resonator, and did not use an end surface reflection. 本発明の実施形態1に係る半導体波長可変レーザを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor wavelength tunable laser which concerns on Embodiment 1 of this invention. (a)にファブリペローエタロンの透過スペクトル、(b)にその位相の特性図を示す図である。(A) is a transmission spectrum of a Fabry-Perot etalon, and (b) is a characteristic diagram of its phase. 実施形態1に係る半導体波長可変レーザ400の各MZIの詳細図を示す図である。FIG. 3 is a detailed diagram of each MZI of the semiconductor wavelength tunable laser 400 according to the first embodiment. 実施形態1に係る半導体波長可変レーザ400の各MZIの反射スペクトル及びフィルタ領域420全体からの反射スペクトルを示す図である。6 is a diagram showing a reflection spectrum of each MZI and a reflection spectrum from the entire filter region 420 of the semiconductor wavelength tunable laser 400 according to Embodiment 1. FIG. エタロンを構成するギャップミラーの電子顕微鏡(SEM)像を示す図である。It is a figure which shows the electron microscope (SEM) image of the gap mirror which comprises an etalon. 計算で求めたギャップミラーの反射率と透過率のギャップ間隔dとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the reflectance of the gap mirror calculated | required by calculation, and the gap space | interval d of the transmittance | permeability. 2×2光カプラの出力ポートに作製した高反射ミラーのSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image of the high reflection mirror produced in the output port of a 2 * 2 optical coupler. 実施形態2に係る半導体波長可変レーザが備える半導体波長可変フィルタを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor wavelength variable filter with which the semiconductor wavelength variable laser which concerns on Embodiment 2 is provided. 並列接続の実施形態1と直列接続の実施形態2について、反射率差ΔRとMの関係を計算で求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having calculated | required the relationship between reflectivity difference (DELTA) R and M about Embodiment 1 of parallel connection, and Embodiment 2 of series connection. 本発明の実施形態3に係る半導体波長可変レーザを示す図である。It is a figure which shows the semiconductor wavelength variable laser which concerns on Embodiment 3 of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
(実施形態1)
図4に、本発明の実施形態1に係る半導体波長可変レーザを示す。図示のように、半導体波長可変レーザ400は、利得領域410と、利得領域410からの光に対する波長選択機能を有するフィルタ領域420と、利得領域410とフィルタ領域420との間の位相調整領域430とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 4 shows a semiconductor wavelength tunable laser according to Embodiment 1 of the present invention. As illustrated, the semiconductor tunable laser 400 includes a gain region 410, a filter region 420 having a wavelength selection function for light from the gain region 410, and a phase adjustment region 430 between the gain region 410 and the filter region 420. Is provided.

フィルタ領域420は、第1のMZI421と第2のMZI422を並列配置し、2入力2出力型(2×2)光カプラ423の2つの出力ポートに各々接続している。各MZIは、2つの2×2光カプラの間に、同一構造の2本のアーム導波路を有する対称MZIである。   In the filter region 420, the first MZI 421 and the second MZI 422 are arranged in parallel, and are connected to the two output ports of the 2-input 2-output type (2 × 2) optical coupler 423, respectively. Each MZI is a symmetric MZI having two arm waveguides of the same structure between two 2 × 2 optical couplers.

各アーム導波路は、一方の2×2光カプラの出力ポートに接続された第1のミラーと、第1のミラーと所定の長さ(第1のMZI421では第1の長さL1、第2のMZI422では第2の長さL2)の光導波路により接続され、他方の2×2光カプラの入力ポートに接続された第2のミラーとを有するファブリペローエタロンを備える。例えば、各ミラーの反射率を35%とすることができる。当該他方の2×2光カプラの出力ポートには、反射率90%以上の高反射ミラー424、425が設けられている。   Each arm waveguide includes a first mirror connected to the output port of one 2 × 2 optical coupler, a first mirror and a predetermined length (first length L1, second length in the first MZI 421). The MZI 422 includes a Fabry-Perot etalon having a second mirror connected to the input port of the other 2 × 2 optical coupler and connected by an optical waveguide having a second length L2). For example, the reflectance of each mirror can be set to 35%. High reflection mirrors 424 and 425 having a reflectance of 90% or more are provided at the output port of the other 2 × 2 optical coupler.

ファブリペローエタロンは、透過型フィルタ、ないし反射型フィルタとして知られている。図5(a)にファブリペローエタロンの透過スペクトル、図5(b)にその位相の特性図を示す。ここで、ファブリペローエタロンの透過ピーク間隔FSRは、   The Fabry-Perot etalon is known as a transmission filter or a reflection filter. FIG. 5A shows a transmission spectrum of a Fabry-Perot etalon, and FIG. 5B shows a characteristic diagram of its phase. Here, the transmission peak interval FSR of the Fabry-Perot etalon is

と表せる。cは光速、neffは光導波路の実効屈折率、Lはファブリペローエタロンの長さである。エタロンの透過スペクトルは、リング共振器のように複数の透過ピークを有する。さらに、隣接する透過ピーク波長間では、位相差が常にπであることが図5(b)より分かる。 It can be expressed. c is the speed of light, n eff is the effective refractive index of the optical waveguide, and L is the length of the Fabry-Perot etalon. The transmission spectrum of an etalon has a plurality of transmission peaks like a ring resonator. Furthermore, it can be seen from FIG. 5B that the phase difference is always π between adjacent transmission peak wavelengths.

実施形態1において、対称MZIの2つのアーム導波路に同一構造のファブリペローエタロンを配置するのは、透過光と反射光を空間的に分離するためである。図6に、本実施形態に係る半導体波長可変レーザ400の各MZIの詳細図を示す。MZIに入力された光は、2つの2×2光カプラのうち、利得領域420側の一方の2×2光カプラにより等しく分岐され、各々ファブリペローエタロンに入射する。エタロンからの反射光は、再び利得領域420側の2×2光カプラに入射する。2つのファブリペローエタロンは構造が等しく、かつ、2×2光カプラとファブリペローエタロンとの間の距離は等しいため(対称MZIのため)、アーム導波路を伝搬する光には位相差は付与されない。すなわち、ファブリペローエタロンからの反射光は、すべて出力ポート1に出力される。一方、ファブリペローエタロンの透過光は、同様に位相差が付与されないので、出力ポート2にすべて出力される。本実施形態ではファブリペローエタロンの透過光のみを用い、反射光は、利得領域420側の2×2光カプラに接続された放射導波路から廃棄される。透過光は、MZIの出力ポート2に形成された高反射ミラーにより反射され、MZIに再入射される。   In the first embodiment, the Fabry-Perot etalon having the same structure is disposed in the two arm waveguides of the symmetric MZI in order to spatially separate transmitted light and reflected light. FIG. 6 shows a detailed view of each MZI of the semiconductor wavelength tunable laser 400 according to this embodiment. Of the two 2 × 2 optical couplers, the light input to the MZI is equally divided by one 2 × 2 optical coupler on the gain region 420 side, and enters each Fabry-Perot etalon. The reflected light from the etalon again enters the 2 × 2 optical coupler on the gain region 420 side. Since the two Fabry-Perot etalons are identical in structure and the distance between the 2 × 2 optical coupler and the Fabry-Perot etalon is equal (because of symmetric MZI), no phase difference is imparted to the light propagating through the arm waveguide. . That is, all the reflected light from the Fabry-Perot etalon is output to the output port 1. On the other hand, the transmitted light of the Fabry-Perot etalon is similarly output to the output port 2 because no phase difference is given. In this embodiment, only the transmitted light of the Fabry-Perot etalon is used, and the reflected light is discarded from the radiation waveguide connected to the 2 × 2 optical coupler on the gain region 420 side. The transmitted light is reflected by the high reflection mirror formed at the output port 2 of the MZI and re-enters the MZI.

本実施形態では、第1のMZI421及び第2のMZI422は、互いに異なるFSRを有するファブリペローエタロンを備える。それらを並列に2×2光カプラ423に接続することによりバーニア効果による波長可変帯域を拡大させるとともに、2組のファブリペローエタロンの透過ピーク間の位相差を利用することで、さらなる波長可変帯域の増大を可能にしている。さらに、位相調整領域430の導波路上に電流注入用電極を形成することで、レーザ共振器のキャビティモードを連続的に調整することが可能となり、正確な発振波長制御が可能となる。ファブリペローエタロンは、ガラス基板等に誘電体多層膜を形成したバルク形態が一般的であるが、本実施形態では、InP基板上にフォトリソグラフィ等の半導体プロセス技術を用いて各構成要素を平面的に配置することにより実現している。この手法により、バルク形態のファブリペローエタロンと利得媒質とを空間光学的に配置した場合に比べ、素子の小型化が図れる。   In the present embodiment, the first MZI 421 and the second MZI 422 include Fabry-Perot etalons having different FSRs. By connecting them in parallel to the 2 × 2 optical coupler 423, the wavelength tunable band due to the Vernier effect is expanded and the phase difference between the transmission peaks of the two sets of Fabry-Perot etalon is used to further increase the wavelength tunable band. It is possible to increase. Furthermore, by forming the current injection electrode on the waveguide of the phase adjustment region 430, it is possible to continuously adjust the cavity mode of the laser resonator, and to accurately control the oscillation wavelength. A Fabry-Perot etalon generally has a bulk form in which a dielectric multilayer film is formed on a glass substrate or the like. In this embodiment, each component is planarized on a InP substrate by using a semiconductor process technology such as photolithography. It is realized by arranging in the. By this method, the device can be reduced in size as compared with the case where a bulk Fabry-Perot etalon and a gain medium are spatially arranged.

図7に、本実施形態に係る半導体波長可変レーザ400の各MZIの反射スペクトル及びフィルタ領域420全体からの反射スペクトルを示す。図7より、第1のMZI421及び第2のMZI422の反射ピークが一致する波長で最大のフィルタ反射率が得られる一方、両MZIの反射ピークが次に一致する短波長側、ないし長波長側の波長で最少の反射率となることが分かる。これは、反射ピークの一致した波長において、同相(位相差0)、ないし逆相(位相差π)の状態で各MZIからの反射光が2×2光カプラ423に結合するためで、本実施形態では、次式の関係を満たすように2組のファブリペローエタロンのFSRを設定することにより、それを可能としている。   FIG. 7 shows the reflection spectrum of each MZI and the reflection spectrum from the entire filter region 420 of the semiconductor wavelength tunable laser 400 according to this embodiment. From FIG. 7, the maximum filter reflectivity is obtained at the wavelength where the reflection peaks of the first MZI 421 and the second MZI 422 coincide, while the reflection peak of both MZIs coincides with the short wavelength side or the long wavelength side next. It can be seen that the reflectance is minimized at the wavelength. This is because the reflected light from each MZI is coupled to the 2 × 2 optical coupler 423 in the same phase (phase difference 0) or opposite phase (phase difference π) at the wavelength where the reflection peaks coincide. In the embodiment, this is made possible by setting the FSR of two sets of Fabry-Perot etalon so as to satisfy the relationship of the following equation.

ここで、FSR1<FSR2である。 Here, FSR1 <FSR2.

ここで、実施形態1に係る半導体波長可変レーザ400の作製方法について述べる。素子のレーザ活性層は、n−InP基板上にn−InP層、InGaAsP/InP多重量子井戸構造(MQW)の活性層(フォトルミネッセンスピーク波長1.53μm)と活性層の上下をSCH(Separate−confinement heterostructure)層で閉じこめる構造とした。次にSiO2膜をスパッタリングにより成膜し、利得領域となる部分を除きエッチングにより除去、さらにパタン化されたSiO2膜をマスクとして活性層を除去する。次に、選択成長により1.4Q組成、0.3μm膜厚のInGaAsP光導波路層をバットジョイント成長し、その後SiO2層を除去して基板全体にp−InP層、p+−InGaAs層を成長した。実施形態1では、利得領域、位相調整領域、そしてファブリペローエタロン部分をコア層の直上までエッチングされたリッジ導波路を用い、それ以外の光カプラ部分を含むフィルタ領域は、ハイメサ光導波路構造で作製した。実施形態1では、作製が容易、かつ低損失に作製可能な3dBマルチモード干渉(MMI)光カプラを2×2光カプラとして用いる。リッジ導波路およびハイメサ導波路は、フォトリソグラフィとドライエッチングにより作製した。導波路を形成後、局所領域への埋め込みが可能で平坦化に優れた有機材料であるベンゾシクロブテン(Benzocyclobutene:BCB)をスピンコートにより塗布し、O2/C26混合ガスを用いたRIEにより基板表面が露出するまでエッチバックを実施し、基板表面を平坦化した。その後、電流注入用電極を利得領域、位相調整領域、そしてエタロンのリッジ導波路のp+−InGaAs層上に形成し、さらに基板裏面電極を形成し完成となる。 Here, a manufacturing method of the semiconductor wavelength tunable laser 400 according to the first embodiment will be described. The laser active layer of the device includes an n-InP layer on an n-InP substrate, an active layer of InGaAsP / InP multiple quantum well structure (MQW) (photoluminescence peak wavelength 1.53 μm), and SCH (Separate- It was set as the structure confined by the (confinement heterostructure) layer. Next, a SiO 2 film is formed by sputtering, removed by etching except for a portion to be a gain region, and further the active layer is removed using the patterned SiO 2 film as a mask. Next, an InGaAsP optical waveguide layer having a 1.4Q composition and a film thickness of 0.3 μm is butt-joint grown by selective growth, and then the SiO 2 layer is removed to grow a p-InP layer and a p + -InGaAs layer on the entire substrate. did. In the first embodiment, a gain region, a phase adjustment region, and a ridge waveguide in which a Fabry-Perot etalon portion is etched to a position immediately above the core layer are used, and a filter region including the other optical coupler portion is manufactured with a high mesa optical waveguide structure. did. In the first embodiment, a 3 dB multimode interference (MMI) optical coupler that can be manufactured easily and with low loss is used as a 2 × 2 optical coupler. The ridge waveguide and high mesa waveguide were produced by photolithography and dry etching. After forming the waveguide, benzocyclobutene (BCB), which is an organic material that can be embedded in a local region and has excellent planarization, is applied by spin coating, and an O 2 / C 2 F 6 mixed gas is used. Etchback was performed until the substrate surface was exposed by RIE, and the substrate surface was planarized. Thereafter, a current injection electrode is formed on the gain region, the phase adjustment region, and the p + -InGaAs layer of the etalon ridge waveguide, and a substrate back electrode is further formed.

本実施形態でファブリペローエタロンを構成するミラーは、MZIのアーム導波路に光の伝搬方向に対して垂直に空間的な隙間(ギャップ)を形成することで反射鏡とする、いわゆるギャップミラーで実現することができる。図8に、作製したギャップミラーの電子顕微鏡(SEM)像を示す。このギャップミラーは、エタロンのリッジ光導波路と光カプラ側のハイメサ光導波路との間に配置されている。このギャップミラーの作製は、光カプラで用いるハイメサ光導波路の作製工程、すなわちフォトリソグラフィによるパタン形成やドライエッチングによるInP加工と同時に行っており、追加工程なしに実現できることが特長である。   The mirror that constitutes the Fabry-Perot etalon in this embodiment is realized by a so-called gap mirror that forms a reflective gap by forming a spatial gap (gap) perpendicular to the light propagation direction in the MZI arm waveguide. can do. FIG. 8 shows an electron microscope (SEM) image of the produced gap mirror. The gap mirror is disposed between the etalon ridge optical waveguide and the high-mesa optical waveguide on the optical coupler side. The gap mirror is manufactured at the same time as the manufacturing process of the high mesa optical waveguide used in the optical coupler, that is, the pattern formation by photolithography and the InP processing by dry etching, and can be realized without any additional process.

図9に、計算で求めたギャップミラーの反射率と透過率のギャップ間隔dとの関係を示す。ここでは、ギャップがBCB(屈折率1.54)で充填され、また回折による放射損失を3次元BPM法(Beam propagation method)による計算から1dB/μmとしている。図9より、ギャップミラーの反射率は、dに対して干渉による増減を示すのが分かる。本実施形態では、作製に用いるフォトリソグラフィのパタン分解能からdを0.75μmとして作製し、反射率を35%した。一般に、ファブリペローエタロンフィルタの透過特性は、ミラーの反射率を増大させると透過スペクトルが急峻化し、波長選択性能が向上する。したがって、ギャップに充填されたBCBを局所的に除去し、空気、あるいはBCBより低い屈折率を持つ材料に変更することにより、半導体との屈折率差を増大させ(ミラー反射率を増大させ)、本実施形態の波長選択性能を向上させることも可能である。本実施形態のファブリペローエタロンで用いるミラーの反射率は、10%以上60%以下程度であることが好ましい。   FIG. 9 shows the relationship between the reflectance of the gap mirror and the gap distance d of transmittance obtained by calculation. Here, the gap is filled with BCB (refractive index of 1.54), and the radiation loss due to diffraction is set to 1 dB / μm from the calculation by the three-dimensional BPM method (Beam propagation method). From FIG. 9, it can be seen that the reflectivity of the gap mirror increases or decreases due to interference with respect to d. In this embodiment, d was set to 0.75 μm from the pattern resolution of photolithography used for the production, and the reflectance was set to 35%. In general, as for the transmission characteristics of a Fabry-Perot etalon filter, when the reflectance of a mirror is increased, the transmission spectrum is sharpened and the wavelength selection performance is improved. Therefore, the BCB filled in the gap is locally removed, and the refractive index difference from the semiconductor is increased (increasing the mirror reflectivity) by changing to a material having a refractive index lower than that of air or BCB. It is also possible to improve the wavelength selection performance of this embodiment. The reflectance of the mirror used in the Fabry-Perot etalon of this embodiment is preferably about 10% to 60%.

本実施形態では、ファブリペローエタロンに用いるミラーとして、導波路に空間的な隙間(ギャップ)を形成し、干渉反射を用いたギャップミラーを用いることができる。しかし、MZIを透過した光を反射させ、利得領域にフィードバックさせるにはより高い反射率、理想的には100%の反射率をもつ高反射ミラーをMZIの出力側に集積する必要がある。実施例として、光導波路の端面にAuを蒸着することで高反射率を有するミラーを実現した。図10に、作製した高反射ミラーのSEM像を示す。AuやAgを用いた金属反射鏡は、電流を流し、金属中の自由電子のプラズマ振動に起因した高い反射率が得られ、かつ形成が容易(真空蒸着法による)な特徴がある。図10の実施例では、ハイメサ光導波路の作製時に光伝搬方向に対して垂直な端面をドライエッチングで形成(マスクパタン上であらかじめ図12のようなエッチング領域を作成)し、その端面にAuを斜め蒸着(膜厚300nm)することで反射率93%以上が得られた。高反射ミラーの反射率としては、90%以上が好ましい。また、へき開端面に誘電体多層膜をスパッタ等で形成しても同等の反射率をもつ高反射ミラーが作製できる。   In the present embodiment, as a mirror used for the Fabry-Perot etalon, a gap mirror using interference reflection by forming a spatial gap (gap) in the waveguide can be used. However, in order to reflect the light transmitted through the MZI and feed it back to the gain region, it is necessary to integrate a high reflection mirror having a higher reflectivity, ideally 100% reflectivity, on the output side of the MZI. As an example, a mirror having high reflectivity was realized by depositing Au on the end face of the optical waveguide. FIG. 10 shows an SEM image of the produced high reflection mirror. A metal reflector using Au or Ag has characteristics that a current flows, a high reflectivity due to plasma oscillation of free electrons in the metal is obtained, and formation is easy (by a vacuum deposition method). In the embodiment of FIG. 10, an end surface perpendicular to the light propagation direction is formed by dry etching when a high mesa optical waveguide is manufactured (an etching region as shown in FIG. 12 is created in advance on the mask pattern), and Au is formed on the end surface. Reflectance of 93% or more was obtained by oblique deposition (film thickness: 300 nm). The reflectance of the high reflection mirror is preferably 90% or more. Further, even if a dielectric multilayer film is formed on the cleaved end face by sputtering or the like, a highly reflective mirror having the same reflectance can be produced.

本実施形態では、第1のMZI421及び第2のMZI422を並列に2×2光カプラ423に接続しているが、接続する光導波路の長さを2つのMZI間で異なるものにしてもよい。前記第2のMZIと2×2光カプラとの間に   In the present embodiment, the first MZI 421 and the second MZI 422 are connected to the 2 × 2 optical coupler 423 in parallel, but the length of the optical waveguide to be connected may be different between the two MZIs. Between the second MZI and the 2 × 2 optical coupler

の長さLPhaseの光導波路を付与することで不等長としても透過光の位相差を用いた波長可変域の拡大効果が期待できる。ここで、L1、L2はそれぞれ第1のMZI421及び第2のMZI422におけるファブリペローエタロンの長さである。 By providing an optical waveguide of length L Phase, an effect of expanding the wavelength tunable range using the phase difference of transmitted light can be expected even if the length is unequal. Here, L1 and L2 are the lengths of the Fabry-Perot etalon in the first MZI 421 and the second MZI 422, respectively.

(実施形態2)
図11に、実施形態2に係る半導体波長可変レーザが備える半導体波長可変フィルタを示す。従来技術である非特許文献1の構成では、異なるFSRを有するリング共振器を2つ直列接続し、バーニア効果により波長可変帯域を拡大している。実施形態1に係る半導体波長可変レーザ400においても、図11のようにMZIを直列接続することが可能である。
(Embodiment 2)
FIG. 11 shows a semiconductor wavelength tunable filter provided in the semiconductor wavelength tunable laser according to the second embodiment. In the configuration of Non-Patent Document 1, which is a conventional technique, two ring resonators having different FSRs are connected in series, and the wavelength variable band is expanded by the vernier effect. Also in the semiconductor wavelength tunable laser 400 according to the first embodiment, MZIs can be connected in series as shown in FIG.

第1のMZI421及び第2のMZI422のFSRをそれぞれFSR1及びFSR2とすると、フィルタ領域420の波長可変帯域Δλ’は、非特許文献1に示されているようにバーニア効果により、   If the FSRs of the first MZI 421 and the second MZI 422 are FSR1 and FSR2, respectively, the wavelength variable band Δλ ′ of the filter region 420 is caused by the vernier effect as shown in Non-Patent Document 1.

と表せる。比較のため、図7にΔλ’とΔλを記載する。式(2)と比較すると、実施形態1では、複数ピークを有するフィルタ素子を直列接続した場合に比べて2倍の波長可変帯域を可能としている。実施形態1では、FSR1を400GHz、FSR2を444GHz、Mを10、Nを9とすると、波長可変帯域Δλは8000GHz(64nm)となるが、図11に示すバーニア効果のみを用いた場合の波長可変帯域Δλ’は4000GHz(32nm)となり、実施形態1の構成により実施形態2の2倍の波長可変性能を得ることが可能である。しかしながら、実施形態2の半導体波長可変フィルタによっても、従来のリング共振器を用いた波長可変フィルタと比較して広い波長可変帯域が得られる。通常、バーニア効果で大きな波長可変帯域を得るには、式(7)より、M(またはN)を大きくする、またはFSRを大きくする必要がある。FSRを大きくするには、式(1)よりファブリペローエタロンの長さLを小さく、あるいはリング共振器の場合は共振器の長さ(曲率一定のリング共振器の場合、その長さは2πRとなる。Rは曲げ半径)を小さくすればよい。しかし、リング共振器を構成する曲がり導波路の曲げ半径には下限があり、本実施形態で使用する半導体ハイメサ光導波路の場合、曲げ半径を10μm程度より小さくすると急激に光損失が増加する。したがって、リング共振器のFSRは、それを構成する光カプラの長さも考慮すると700GHz程度に上限がある。一方、ファブリペローエタロンの場合、単純な直線導波路で構成されるため、曲げ半径による制約はない。したがって、リング共振器のFSRを超える10THzのFSRも実現できる。ファブリペローエタロンと位相調整領域の導波路とにそれぞれ屈折率制御用の電極を形成することで半導体波長可変レーザの正確な発振波長制御が簡便に実現できることを留意されたい。 It can be expressed. For comparison, FIG. 7 shows Δλ ′ and Δλ. Compared with the equation (2), in the first embodiment, the wavelength variable band can be doubled as compared with the case where filter elements having a plurality of peaks are connected in series. In the first embodiment, when FSR1 is 400 GHz, FSR2 is 444 GHz, M is 10 and N is 9, the wavelength variable band Δλ is 8000 GHz (64 nm). However, the wavelength is variable when only the vernier effect shown in FIG. 11 is used. The band Δλ ′ is 4000 GHz (32 nm), and the wavelength variable performance twice that of the second embodiment can be obtained by the configuration of the first embodiment. However, the semiconductor wavelength tunable filter according to the second embodiment can provide a wide wavelength tunable band as compared with a wavelength tunable filter using a conventional ring resonator. Usually, in order to obtain a large wavelength tunable band due to the vernier effect, it is necessary to increase M (or N) or increase the FSR from Equation (7). In order to increase the FSR, the length L of the Fabry-Perot etalon is reduced from the equation (1), or in the case of a ring resonator, the length of the resonator (in the case of a ring resonator having a constant curvature, the length is 2πR). R should be a small bend radius). However, there is a lower limit to the bending radius of the bending waveguide constituting the ring resonator, and in the case of the semiconductor high mesa optical waveguide used in this embodiment, the optical loss increases rapidly when the bending radius is made smaller than about 10 μm. Therefore, the FSR of the ring resonator has an upper limit of about 700 GHz considering the length of the optical coupler constituting the ring resonator. On the other hand, in the case of a Fabry-Perot etalon, since it is composed of a simple linear waveguide, there is no restriction due to the bending radius. Therefore, a 10 THz FSR exceeding the FSR of the ring resonator can also be realized. It should be noted that accurate oscillation wavelength control of the semiconductor tunable laser can be easily realized by forming the refractive index control electrodes on the Fabry-Perot etalon and the waveguide in the phase adjustment region, respectively.

バーニア効果で大きな波長可変帯域を得るためには、M(またはN)を大きくするか、FSRを大きくする必要があることは先に述べた。Mを増大させるためには、2つのFSRの差を減少させる必要がある。その場合、2組のファブリペローエタロンの透過スペクトルの重なりが大きくなる。すなわちフィルタ領域からの反射スペクトルにおいて、メインピークと隣接ピークの反射率差ΔRが減少する。ΔRはフィルタ領域の波長選択性能、つまり波長可変レーザの副モード抑圧比(SMSR)を決定する重要なパラメータであり、波長可変域とトレードオフの関係にある。   As described above, in order to obtain a large wavelength tunable band by the vernier effect, it is necessary to increase M (or N) or increase the FSR. In order to increase M, it is necessary to decrease the difference between the two FSRs. In that case, the overlap of the transmission spectra of the two sets of Fabry-Perot etalon becomes large. That is, in the reflection spectrum from the filter region, the reflectance difference ΔR between the main peak and the adjacent peak decreases. ΔR is an important parameter for determining the wavelength selection performance in the filter region, that is, the sub-mode suppression ratio (SMSR) of the wavelength tunable laser, and has a trade-off relationship with the wavelength tunable region.

図12に、並列接続の実施形態1と、直列接続の実施形態2を比較するため、反射率差ΔRとMの関係を計算で求めた結果を示す。計算では光導波路の損失を5dB/cm、カプラの損失を0.5dB、FSR1を400GHzとして求めた。図12より明らかなように、同じMに対して、実施形態1は、実施形態2に比べてΔRが向上する。これは、2×2光カプラ423に位相と振幅の差に応じて放射導波路側にも光が出力され、透過ピーク波長以外の光は利得領域410への結合効率の低下が生じるためである。これにより、メインピークと隣接ピークの反射率差ΔRが直列接続の実施形態2と比較して向上し、副モード抑圧比が改善する。すなわち、実施形態1では、波長可変帯域が倍になるとともに、高SMSRの波長可変レーザが実現できる。実施形態1では、ΔRを1.2dBとしてSMSRが40dB以上を得ることができ、従来技術である非特許文献1と比較しても、広い波長可変帯域かつ高SMSRの波長可変レーザが作製できる。   FIG. 12 shows the result of calculation of the relationship between the reflectance difference ΔR and M in order to compare the first embodiment in parallel connection and the second embodiment in series connection. In the calculation, the loss of the optical waveguide was determined as 5 dB / cm, the loss of the coupler as 0.5 dB, and the FSR1 as 400 GHz. As is clear from FIG. 12, ΔR is improved in Embodiment 1 compared to Embodiment 2 for the same M. This is because light is output also to the radiation waveguide side according to the difference between the phase and amplitude to the 2 × 2 optical coupler 423, and light other than the transmission peak wavelength has a reduced coupling efficiency to the gain region 410. . Thereby, the reflectance difference ΔR between the main peak and the adjacent peak is improved as compared with the second embodiment in series connection, and the sub-mode suppression ratio is improved. That is, in the first embodiment, the wavelength tunable band is doubled and a high SMSR wavelength tunable laser can be realized. In the first embodiment, ΔR is 1.2 dB and the SMSR can be 40 dB or more, and a wavelength variable laser having a wide wavelength variable band and a high SMSR can be manufactured as compared with Non-Patent Document 1, which is a conventional technique.

(実施形態3)
図13に、本発明の実施形態3に係る半導体波長可変レーザを示す。実施形態3に係る半導体波長可変レーザ1300は、利得領域410、フィルタ領域1320、及び位相調整領域430を備え、フィルタ領域1320は、2つの2×2光カプラの間に接続された2本のアーム導波路内にそれぞれ異なるFSRを有するファブリペローエタロンを配置したMZI1321を備える。2本のアーム導波路は、ファブリペローエタロンを構成するミラー間を接続する光導波路の長さが異なるので、MZI1321は非対称MZIである。しかし、2×2光カプラとミラーとを接続する光導波路の長さは2本のアーム導波路で等しい。
(Embodiment 3)
FIG. 13 shows a semiconductor wavelength tunable laser according to Embodiment 3 of the present invention. The semiconductor wavelength tunable laser 1300 according to the third embodiment includes a gain region 410, a filter region 1320, and a phase adjustment region 430. The filter region 1320 includes two arms connected between two 2 × 2 optical couplers. An MZI 1321 in which Fabry-Perot etalons having different FSRs are arranged in a waveguide is provided. The two arm waveguides have different lengths of the optical waveguides connecting the mirrors constituting the Fabry-Perot etalon, so that the MZI 1321 is an asymmetric MZI. However, the length of the optical waveguide connecting the 2 × 2 optical coupler and the mirror is equal in the two arm waveguides.

このような構成により、実施形態1と同様に、ファブリペローエタロンの透過光の位相を利用することで波長可変帯域を単純なバーニア効果を用いた実施形態2と比較して2倍に増大させることが可能となる。さらに、用いるファブリペローエタロンの数が半分になり、素子面積の縮小が可能である。さらには波長可変に必要な電力も半分になる。また、レーザ共振器内の光カプラの数は、実施形態1で5個、実施形態3で2個となり、光カプラによる光損失を低減できる。   With this configuration, as in the first embodiment, by using the phase of the transmitted light of the Fabry-Perot etalon, the wavelength tunable band is increased twice as compared with the second embodiment using the simple vernier effect. Is possible. Furthermore, the number of Fabry-Perot etalon used is halved, and the device area can be reduced. Furthermore, the power required for wavelength tuning is also halved. Further, the number of optical couplers in the laser resonator is five in the first embodiment and two in the third embodiment, so that optical loss due to the optical coupler can be reduced.

本実施形態では、2つのファブリペローエタロンを並列に2つの2×2光カプラに接続しているが、接続する光導波路の長さは二つのアーム導波路間で等しい。しかし、例えば長さL2のファブリペローエタロンと一方の2×2光カプラとの間に   In this embodiment, two Fabry-Perot etalon are connected in parallel to two 2 × 2 optical couplers, but the length of the optical waveguide to be connected is equal between the two arm waveguides. However, for example, between a Fabry-Perot etalon of length L2 and one 2 × 2 optical coupler

の長さLPhaseの光導波路を付与することで不等長としても透過光の位相差を用いた波長可変域の拡大効果が期待できる。ここで、L1、L2はそれぞれファブリペローエタロンの長さ、Kは正の整数である。 By providing an optical waveguide of length L Phase, an effect of expanding the wavelength tunable range using the phase difference of transmitted light can be expected even if the length is unequal. Here, L1 and L2 are the lengths of the Fabry-Perot etalon, respectively, and K is a positive integer.

本実施形態に係る半導体波長可変レーザ1300は、実施形態1及び2と同様に、ファブリペローエタロン部分にリッジ導波路構造を用いて作製することができるが、他にハイメサ導波路や、コア層の両横が半導体で埋め込まれた埋め込み型導波路やリブ型導波路なども考えられる。   The semiconductor wavelength tunable laser 1300 according to the present embodiment can be manufactured using a ridge waveguide structure in the Fabry-Perot etalon part as in the first and second embodiments, but other than the high mesa waveguide and the core layer, An embedded waveguide or a rib waveguide in which both sides are embedded with a semiconductor is also conceivable.

最後に、本実施形態では、InP系の化合物半導体を用いることができるが、GaAs系や石英系、あるいはSiとSiO2やポリイミドなどで構成されるシリコン細線導波路でも利得媒質を集積すれば同様に実現できる事を付記しておく。また、本実施形態では、電流注入による屈折率変化を用いることができるが、電圧や熱や圧力による屈折率変化を用いても、波長可変動作を得ることができる。 Finally, in this embodiment, an InP-based compound semiconductor can be used, but the same applies if a gain medium is also integrated in a GaAs-based or quartz-based, or a silicon thin wire waveguide composed of Si, SiO 2 , polyimide, or the like. Note that this can be achieved. In this embodiment, a change in refractive index due to current injection can be used, but a wavelength-variable operation can also be obtained using a change in refractive index due to voltage, heat, or pressure.

400 半導体波長可変レーザ
410 利得領域
420 フィルタ領域(「半導体波長可変フィルタ」に相当)
421 第1のMZI
422 第2のMZI
423 2×2光カプラ
424、425 高反射ミラー
430 位相調整領域
1300 半導体波長可変レーザ
1320 フィルタ領域(「半導体波長可変フィルタ」に相当)
1321 MZI
1322 高反射ミラー
400 Semiconductor wavelength tunable laser 410 Gain region 420 Filter region (equivalent to “semiconductor wavelength tunable filter”)
421 First MZI
422 Second MZI
423 2 × 2 optical coupler 424, 425 High reflection mirror 430 Phase adjustment region 1300 Semiconductor wavelength tunable laser 1320 Filter region (corresponding to “semiconductor wavelength tunable filter”)
1321 MZI
1322 High Reflective Mirror

Claims (5)

2つの2×2光カプラの間に2本のアーム導波路が接続され、
各アーム導波路は、
前記2つの2×2光カプラのうちの一方の2×2光カプラの出力ポートに接続された第1のミラーと、
前記第1のミラーと所定の長さの光導波路により接続され、前記2つの2×2光カプラのうちの他方の2×2光カプラの入力ポートに接続された第2のミラーと
を有するファブリペローエタロンを備え、
前記他方の2×2光カプラの出力ポートに高反射ミラーが設けられていることを特徴とする半導体波長可変フィルタ。
Two arm waveguides are connected between two 2 × 2 optical couplers,
Each arm waveguide is
A first mirror connected to the output port of one 2 × 2 optical coupler of the two 2 × 2 optical couplers;
A fabric having a first mirror and a second mirror connected by an optical waveguide having a predetermined length and connected to an input port of the other 2 × 2 optical coupler of the two 2 × 2 optical couplers. With a Perot etalon,
A semiconductor wavelength tunable filter, wherein a high reflection mirror is provided at an output port of the other 2 × 2 optical coupler.
前記2本のアーム導波路は、前記第1のミラーと前記第2のミラーを接続する前記光導波路の前記所定の長さが異なり、
前記一方の2×2光カプラと前記第1のミラーとを接続する光導波路、および、前記第2のミラーと前記他方の2×2光カプラを接続する光導波路の長さが等しいことを特徴とする請求項1記載の半導体波長可変フィルタ。
The two arm waveguides differ in the predetermined length of the optical waveguide connecting the first mirror and the second mirror,
The lengths of the optical waveguide connecting the one 2 × 2 optical coupler and the first mirror, and the optical waveguide connecting the second mirror and the other 2 × 2 optical coupler are equal. The semiconductor wavelength tunable filter according to claim 1.
第1及び第2の半導体波長可変フィルタが2×2光カブラに並列に接続され、
各半導体波長可変フィルタは、請求項1記載の半導体波長可変フィルタであって、前記2本のアーム導波路がそれぞれ備えるファブリペローエタロンの構造が同一であり、
前記第1の半導体波長可変フィルタにおいて、前記第1のミラーと前記第2のミラーとを接続する前記光導波路の前記所定の長さは第1の長さであり、
前記第2の半導体波長可変フィルタにおいて、前記第1のミラーと前記第2のミラーとを接続する前記光導波路の前記所定の長さは前記第1の長さと異なる第2の長さであることを特徴とする半導体波長可変フィルタ。
First and second semiconductor tunable filters are connected in parallel to a 2 × 2 optical turntable,
Each semiconductor wavelength tunable filter is the semiconductor wavelength tunable filter according to claim 1, wherein the structures of the Fabry-Perot etalon provided in each of the two arm waveguides are the same,
In the first semiconductor wavelength tunable filter, the predetermined length of the optical waveguide connecting the first mirror and the second mirror is a first length;
In the second semiconductor wavelength tunable filter, the predetermined length of the optical waveguide connecting the first mirror and the second mirror is a second length different from the first length. A tunable semiconductor wavelength filter.
第1及び第2の半導体波長可変フィルタが2×2光カブラに直列に接続され、
各半導体波長可変フィルタは、請求項1記載の半導体波長可変フィルタであって、前記2本のアーム導波路の構造が同一であり、
前記第1の半導体波長可変フィルタの前記他方の2×2光カプラの前記出力ポートは、高反射ミラーの代わりに前記第2の半導体波長可変フィルタの前記一方の2×2光カプラの入力ポートに接続されており、
前記第1の半導体波長可変フィルタにおいて、前記第1のミラーと前記第2のミラーとを接続する前記光導波路の前記所定の長さは第1の長さであり、
前記第2の半導体波長可変フィルタにおいて、前記第1のミラーと前記第2のミラーとを接続する前記光導波路の前記所定の長さは前記第1の長さと異なる第2の長さであることを特徴とする半導体波長可変フィルタ。
First and second semiconductor tunable filters are connected in series to a 2 × 2 optical turntable,
Each semiconductor wavelength tunable filter is the semiconductor wavelength tunable filter according to claim 1, wherein the structures of the two arm waveguides are the same,
The output port of the other 2 × 2 optical coupler of the first semiconductor tunable filter is connected to the input port of the one 2 × 2 optical coupler of the second semiconductor tunable filter instead of a high-reflection mirror. Connected,
In the first semiconductor wavelength tunable filter, the predetermined length of the optical waveguide connecting the first mirror and the second mirror is a first length;
In the second semiconductor wavelength tunable filter, the predetermined length of the optical waveguide connecting the first mirror and the second mirror is a second length different from the first length. A tunable semiconductor wavelength filter.
利得領域と、
前記利得領域からの光に対する波長選択機能を有するフィルタ領域と、
前記利得領域と前記フィルタ領域との間の位相調整領域と
を備える半導体波長可変レーザであって、
前記フィルタ領域は、請求項1から4のいずれかに記載の半導体波長可変フィルタで構成されていることを特徴とする半導体波長可変レーザ。
A gain region;
A filter region having a wavelength selection function for light from the gain region;
A semiconductor wavelength tunable laser comprising a phase adjustment region between the gain region and the filter region,
The said filter area | region is comprised with the semiconductor wavelength tunable filter in any one of Claim 1 to 4, The semiconductor wavelength tunable laser characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10312663B2 (en) 2017-02-06 2019-06-04 Fujitsu Limited Tunable laser device
JP7437682B2 (en) 2020-03-16 2024-02-26 株式会社デンソー laser light source

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000261086A (en) * 1999-03-10 2000-09-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Wavelength variable light source
WO2007029647A1 (en) * 2005-09-06 2007-03-15 Nec Corporation Wavelength variable filter and wavelength variable laser
JP2009010197A (en) * 2007-06-28 2009-01-15 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor laser element
JP2009204694A (en) * 2008-02-26 2009-09-10 Nec Corp Wavelength filter, and optical transmitter equipped with wavelength filter
JP2010117570A (en) * 2008-11-13 2010-05-27 Nec Corp Variable-wavelength optical filter and control method of the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000261086A (en) * 1999-03-10 2000-09-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Wavelength variable light source
WO2007029647A1 (en) * 2005-09-06 2007-03-15 Nec Corporation Wavelength variable filter and wavelength variable laser
JP2009010197A (en) * 2007-06-28 2009-01-15 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor laser element
JP2009204694A (en) * 2008-02-26 2009-09-10 Nec Corp Wavelength filter, and optical transmitter equipped with wavelength filter
JP2010117570A (en) * 2008-11-13 2010-05-27 Nec Corp Variable-wavelength optical filter and control method of the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10312663B2 (en) 2017-02-06 2019-06-04 Fujitsu Limited Tunable laser device
JP7437682B2 (en) 2020-03-16 2024-02-26 株式会社デンソー laser light source

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