CN104067464B - 激光器件 - Google Patents

Abstract

激光器件包括：光放大器，其具有第一光输出端面及第二光输出端面；第一反射器，其对从光放大器的第一光输出端面输出的光进行反射；环形谐振器；输入光波导，其与环形谐振器光学耦合；反射器光波导，其与环形谐振器光学耦合；第二反射器，其对在反射器光波导中传输的光进行反射；输出光波导；以及延迟干涉仪，其包括第一光耦合器、第二光耦合器以及1组光波导，上述1组光波导形成在第一光耦合器和第二光耦合器之间。光放大器的第二光输出端面和第一光耦合器的1个端口光学连接；第二光耦合器的1个端口和输入光波导光学连接；第二光耦合器的其他端口和输出光波导光学连接。

Description

激光器件

技术领域

本发明涉及包含环形谐振器的激光器件。

背景技术

近年来，随着光学互联技术的发展，希望实现适合低成本化的集成光收发器(transceiver)。作为用于实现这种集成光收发器的技术之一，硅光子学技术受到瞩目。例如，提出了如下的外部谐振器型激光器：在硅基板上利用III-V族化合物半导体形成发光元件，并利用硅波导型滤波器控制振荡模式。

图1及图2表示外部谐振器型激光器的例子。在图1所示的结构中，在1组反射器Rb、Rf之间产生振荡。此外，在图2所示的结构中，从半导体光放大器(SOA：SemiconductorOpticalAmplifier)向硅波导输出的光经由环形谐振器R1、R2返回SOA。然后，从硅波导返回的光在反射器Rb被反射，再次输出至硅波导。由此产生振荡。此外，在图1及图2所示的外部谐振器型激光器中，所生成的激光的波长由环形谐振器R1、R2的谐振波长决定。

有关图1所示结构的技术例如记载在专利文献1中。此外，有关图2所示结构的技术例如记载在专利文献2中。并且，其他关联技术记载在专利文献3中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-245344号公報

专利文献2：日本特开2009-200091号公報

专利文献3：日本特开2008-34657号公報

发明内容

发明所要解决的技术问题

在图1及图2所示的结构中，为了满足单一振荡模式的条件，需要精密地控制半径不同的环形谐振器R1、R2的谐振波长。因此，当因温度变化等而环形谐振器的谐振波长产生偏移时，有可能造成振荡特性变差。

在图1及图2所示的结构中，激光是从SOA出射。因此，例如，在向半导体基板上的设备供给激光时，需要进行光轴对准，不方便。

在图1所示的结构中，例如，也能够通过由半透半反镜(half mirror)实现反射器Rf来在半导体基板上得到激光。其中，此时，输出激光受到在环形谐振器R1、R2产生的损耗的影响。因此，在该结构中，难以高效地生成大功率的激光。

本发明的目的是提供一种高效地生成大功率的激光的激光器件。

用于解决技术问题的手段

本发明的1个方面的激光器件，光放大器，其具有第一光输出端面及第二光输出端面；第一反射器，其对从上述光放大器的第一光输出端面输出的光进行反射；环形谐振器；输入光波导，其与上述环形谐振器光学耦合；反射器光波导，其与上述环形谐振器光学耦合；第二反射器，其对在上述反射器光波导中传输的光进行反射；输出光波导；以及延迟干涉仪，其包括第一光耦合器、第二光耦合器以及1组光波导，上述1组光波导形成在上述第一光耦合器和上述第二光耦合器之间。上述光放大器的第二光输出端面和上述第一光耦合器的1个端口光学连接。上述第二光耦合器的1个端口和上述输入光波导光学连接。上述第二光耦合器的与上述1个端口不同的另1端口和上述输出光波导光学连接。

发明效果

根据上述方式，能够提供一种高效地生成高功率的激光的激光器件。

附图说明

图1是示出外部谐振器型激光器的一例的图。

图2是示出外部谐振器型激光器的其他例的图。

图3是示出实施方式的激光器件的结构的图。

图4是示出形成在半导体基板上的光波导的结构的截面图。

图5是用于说明激光振荡的图。

图6是示出环形谐振器及布拉格反射器的特性的图。

图7是示出与图6所示的状态对应的透射光谱的图。

图8是示出扩大反射带宽时所得到的透射光谱的图。

图9是示出环形谐振器、布拉格反射器、延迟干涉仪的特性的图。

图10是用于说明反射波段相对于所期望波长偏移的情形的图。

图11是表示图10所示的3个光谱之和的图。

图12是示出扩大布拉格反射器的反射带宽的状态的图。

图13是用于说明在反射带宽较宽时反射波段相对于所期望波长偏移的情形的图。

图14是表示图13所示的3个光谱之和的图。

图15是用于说明对延迟干涉仪的温度进行控制的结构的图。

图16是表示相对于温度控制的波长可变量的关系的图。

图17是表示具有实施方式的激光器件的光发送器的结构的图。

图18是示出具有实施方式的激光器件的光发送器的其他结构的图。

具体实施方式

图3是表示实施方式的激光器件的结构的图。实施方式的激光器件1具有光放大器11、反射器12、环形谐振器21、输入光波导22、反射器光波导23、布拉格反射器24、输出光波导25以及延迟干涉仪30。环形谐振器21、输入光波导22、反射器光波导23、布拉格反射器24、输出光波导25以及延迟干涉仪30形成在半导体基板2上。半导体基板2的材料不特别限定，但是在该实施例中为硅。此外，环形谐振器21、输入光波导22、反射器光波导23、布拉格反射器24、输出光波导25以及延迟干涉仪30起到外部谐振器的作用。

光放大器(SOA：Semiconductor Optical Amplifier)11不受特别限定，但是在该实施例中为InP系列的半导体光放大器。此外，光放大器11具有2个光输出端面(第一光输出端面及第二光输出端面)。从第一光输出端面输出的光被引导到反射器12。反射器12例如为全反射镜。并且，来自反射器12的反射光被引导到光放大器11的第一光输出端面。从光放大器11的第二光输出端面输出的光被引到延迟干涉仪30的光耦合器31。此外，从延迟干涉仪30的光耦合器31输出的光被引到光放大器11的第二光输出端面。即，光放大器11的第二光输出端面与光耦合器31的端口a1光学连接。

环形谐振器21通过形成为圆形的光波导得以实现。环形谐振器21的形状根据激光器件1要生成的激光的波长而设计。例如，在生成具有1550nm的波长的激光时，环形谐振器21的半径大体为8μm。其中，环形谐振器21的形状不需要一定是圆形。并且，在该实施例中，环形谐振器21起到分插式环形谐振器(AD-MRR：add-drop type micro ring resonator)的作用。

输入光波导22与环形谐振器21光学耦合。在图3中，输入光波导22在区域x与环形谐振器21光学耦合。此外，输入光波导22和环形谐振器21之间的光学耦合是通过将输入光波导22和环形谐振器21之间的间隙设为充分小来实现。并且，输入光波导22与延迟干涉仪30的光耦合器32的端口a2光学连接。

反射器光波导23与环形谐振器21光学耦合。在图3中，反射器光波导23在区域y与环形谐振器21光学耦合。此外，反射器光波导23和环形谐振器21之间的光学耦合是通过将反射器光波导23和环形谐振器21之间的间隙设为充分小来实现。

布拉格反射器(DBR：Distributed Bragg Reflector)24对在反射器光波导23中传输的光进行反射。并且，由反射器12及布拉格反射器24构成激光器的内腔(cavity)。布拉格反射器24具有根据光栅耦合系数决定的反射波段。

输出光波导25与延迟干涉仪30的光耦合器32的端口b2光学连接。并且，由激光器件1生成的激光经由输出光波导25输出。

延迟干涉仪30具有光耦合器31、光耦合器32及形成在光耦合器31、32之间的1组光波导33、34。光耦合器31是2：2耦合器，具有4个端口a1、b1、c1、d1。如上所示，端口a1与光放大器11光学连接。在该实施例中，端口b1开放(open)。光耦合器32是2：2耦合器，具有4个端口a2、b2、c2、d2。在端口a2光学连接有输入光波导22。在端口b2光学连接有输出光波导25。

在光耦合器31的端口c1和光耦合器32的端口c2之间形成有光波导33。在光耦合器31的端口d1和光耦合器32的端口d2之间形成有光波导34。在此，光波导33、34的长度相互不同。在该实施例中，光波导34的长度比光波导33长L_D。即，延迟干涉仪30是在端口d1、d2之间具有长度L_D的延迟光波导的结构。

长度L_D是环形谐振器21的周长的一半。但是，长度L_D并不是一定要严格地为环形谐振器21的周长的一半。即，在该说明书中，“一半”是指实质上为一半，可以含误差。

在该实施例中，通过定向耦合器实现光耦合器31、32。但是，光耦合器31、32也可以由其他设备实现。即，例如，光耦合器31、32也可以由多模干渉(MMI：Multimode Interference)耦合器实现。

上述结构的激光器件1的光反馈作用是基于由反射器12及布拉格反射器24构成的法布里-珀罗(Fabry-Perot)结构的作用。此时，纵模间隔由法布里-珀罗谐振器长度决定。

图4示出形成在半导体基板2上的光波导(环形谐振器21的光波导、输入光波导22、反射器光波导23、输出光波导25、光波导33、34)的截面结构。此外，在该实施例中，环形谐振器21的光波导、输入光波导22、反射器光波导23、输出光波导25、光波导33、34的结构相同。

如图4所示，光波导具有核心区域41及平板(slab)区域42。核心区域41及平板区域42例如由晶硅实现。在该实施例中，核心区域41的宽度为500nm，高度为250nm。此外，平板区域42的厚度为50nm。此外，核心区域41及平板区域42被金属包层(clad)区域43所包围。金属包层区域例如由SiO₂实现。

＜激光器件1的动作＞

为了容易理解激光器件1的动作，首先，参照图5，对激光的生成进行说明。此外，光放大器11、反射器12、环形谐振器21、反射器光波导23以及布拉格反射器24在图3和图5中相同。只是图5所示的激光器件不具有图3所示的延迟干涉仪30。此外，在图5所示的激光器件中，光波导26与光放大器11光学连接，并且与环形谐振器21光学耦合。并且，所生成的激光经由光波导26输出。

如图6中的虚线所示，环形谐振器21的透射率相对于波长具有周期性的峰值。以下，有时将环形谐振器21的透射率的峰值称作“谐振透射峰值”。此外，有时将能够得到谐振透射峰值的波长称作“峰值波长”。

得到谐振透射峰值的波长的周期由环形谐振器21的光学周长决定。在图6所示的例中，大约以12nm间隔得到谐振透射峰值。此外，在图6的横轴，以多个峰值波长中的1个波长(以下称为所期望波长λ_MRR)作为基准来表示与该所期望波长λ_MRR之间的差分Δλ。所期望波长λ_MRR不特别限定，例如是得到最大的谐振透射峰值的波长。

布拉格反射器24具有根据光栅耦合系数决定的反射波段。即，布拉格反射器24的反射率取决于入射光的波长。并且，激光器件被设计成上述的所期望波长λ_MRR在布拉格反射器24被充分反射。即，布拉格反射器24被设定为从多个谐振透射峰值中选择与所期望波长λ_MRR对应的峰值。其结果，若光放大器11的增益比内腔内的损耗高，则发生激光振荡。

此时，布拉格反射器24的反射带宽优选充分窄，以使从多个谐振透射峰值中只选择与所期望波长λ_MRR对应的峰值。但是，若布拉格反射器24的反射带宽窄，则有时在所制造的激光器件中所期望波长λ_MRR不配置于该反射波段内，制造成品率变差。

图6所示的实线表示布拉格反射器24的反射特性。在图6所示的实施例中，布拉格反射器24的光栅系数κ_DBR及光栅长度L_DBR分别为κ_DBR＝200cm^-1，L_DBR＝180μm。此外，反射波段的中心波长λ_DBR相对于所期望波长λ_MRR位移大约7nm。结果，所期望波长λ_MRR没有配置在布拉格反射器24的反射波段内。

图7示出与图6所示的状态对应的透射光谱。就该透射光谱而言，通过合成图6所示的环形谐振器21的透射特性和布拉格反射器24的反射特性来得到。此外，在该例中，与所期望波长λ_MRR相比，相邻的峰值波长的损耗反而更小。即，与所期望波长λ_MRR的光功率相比，相邻的谐振透射峰值的光功率可能会变大。因此，激光器振荡变得不稳定，有可能发生跳模。

为了解决该问题，例如，可考虑扩大布拉格反射器24的反射带宽的结构。若扩大布拉格反射器24的反射带宽，则允许反射波段相对于所期望波长λ_MRR的偏移。即，即使反射波段相对于所期望波长λ_MRR偏移，所期望波长λ_MRR也能够配置在反射波段内。

但是，若扩大布拉格反射器24的反射带宽，则不仅是所期望波长λ_MRR，有可能在不需要的谐振透射峰值也发生激光器振荡。例如，图8表示在扩大布拉格反射器24的反射带宽时得到的透射光谱。若扩大反射带宽，则如图8所示，在多个峰值波长中损耗变小。即，不仅在所期望波长λ_MRR，不需要的谐振透射峰值也有可能受到光反馈作用。因此，即使是该结构，激光器振荡也不稳定。此外，在图8所示的例中，κ_DBR＝600cm-1，L_DBR＝150μm。

如上所示，在图5所示的结构中，若将布拉格反射器24的反射带宽设为较窄，则有可能不能选择所期望波长λ_MRR的谐振透射峰值。另一方面，若将布拉格反射器24的反射带宽设为较宽，则有可能会选择不需要的谐振透射峰值。因此，如图3所示，本实施方式的激光器件1在光放大器11和环形谐振器21之间具有延迟干涉仪30。

延迟干涉仪30被设计成满足以下的条件。

(1)对于所期望波长λ_MRR具有非0的规定的光耦合率。

(2)对于与所期望波长λ_MRR相邻的峰值波长完全耦合。

(3)延迟光波导长度L_D为环形谐振器21的周长的一半。

为了满足条件(1)，需要κ_cp1和κ_cp2相互不同。此外，为了满足条件(2)，要求κ_cp1+κ_cp2＝1。此外，κ_cp1表示光耦合器31的耦合系数，κ_cp2表示光耦合器32的耦合系数。

图9表示环形谐振器21、布拉格反射器24、延迟干涉仪30的特性。环形谐振器21的透射率相对于波长周期性地具有峰值。在图9所示的例中，通过环形谐振器21，以大约12nm间隔得到谐振透射峰值P1～P5。此外，在以下的说明中，将出现谐振透射峰值P3的波长称为所期望波长λ_MRR。即，激光器件1从多个谐振透射峰值中选择谐振透射峰值P3来输出。此外，在图9中也同样地，横轴表示以所期望波长λ_MRR作为基准的差分波长Δλ。

布拉格反射器24具有根据光栅耦合系数而决定的反射波段DBR。在图9中，反射波段DBR的中心波长与谐振透射峰值P3的波长(即，所期望波长λ_MRR)一致。此外，在图9中，布拉格反射器24的光栅系数及光栅长度分别是κ_DBR＝200cm^-1，L_DBR＝150μm。

在该实施例中，延迟干涉仪30被设计成κ_cp1＝0.9，κ_cp2＝0.1。此外，若将环形谐振器21的半径设为R，则延迟光波导长度L_D为πR。此时，延迟干涉仪30的分支特性(branching characteristic)Ach如图9中虚线所示，相对于波长周期性地发生变化。分支特性Ach的周期是通过环形谐振器21出现谐振透射峰值的周期的2倍。此外，在图3中，分支特性Ach表示从端口A输出的光波的功率与从端口A及端口B输出的光波功率之和的比例。

在图9所示的例中，分支特性Ach在所期望波长λ_MRR时为0.35。即，延迟干涉仪30的分支比A：B在所期望波长λ_MRR时为35：65。此外，分支比A：B表示从端口A输出的光波的功率和端口B输出的光波功率之比。

当相对于所期望波长λ_MRR的差分Δλ变大时，如图9所示，分支特性Ach逐渐变小。并且，在得到谐振透射峰值P2、P4的波长，分支特性Ach为0。即，延迟干涉仪30的分支比A：B在得到谐振透射峰值P2、P4的波长时为0：100。此时，谐振透射峰值P2、P4的波长成分不会经由端口A被引到环形谐振器21。

但是，当差分Δλ进一步变大时，如图9所示，分支特性Ach逐渐变大。并且，在得到谐振透射峰值P1、P5的波长下，分支特性Ach为0.35。

在上述结构的激光器件1中，通过环形谐振器21生成谐振透射峰值P1～P5。实际上，会生成更多的谐振透射峰值，但是省略谐振透射峰值P1～P5以外的峰值。此外，在图9所示的例中，布拉格反射器24的反射波段DBR与谐振透射峰值P3的波长(即，所期望波长λ_MRR)一致。因此，谐振透射峰值P3在布拉格反射器24以较高反射率反射。而且，延迟干涉仪30的分支特性Ach在所期望波长λ_MRR下不为0。即，谐振透射峰值P3的波长成分经由端口A从延迟干涉仪30被引到环形谐振器21。因此，在所期望波长λ_MRR，只要光放大器11的增益比由反射器12及布拉格反射器24构成的内腔内的损耗更大，谐振透射峰值P3就振荡。由此，生成所期望波长λ_MRR的激光。

对此，谐振透射峰值P1、P2、P4、P5在布拉格反射器24中受到较大的损耗。因此，谐振透射峰值P1、P2、P4、P5不会振荡。即，激光器件1能够防止不需要的激光器振荡。此外，关于谐振透射峰值P2、P4，通过其他要因也抑制其振荡，对该抑制将在后面进行详细说明。

在上述例中，光耦合器31、32的耦合效率被设计成κ_cp1＝0.9，κ_cp2＝0.1。在此，若变更光耦合器31、32的耦合效率的比率，则延迟干涉仪30的分支比A：B(即，延迟干涉仪30的分支特性Ach)也发生变化。

例如，若增大光耦合器31的耦合效率κ_cp1且减小光耦合器32的耦合效率κ_cp2，则分支特性Ach会变大。此时，在所期望波长λ_MRR，由反射器12及布拉格反射器24构成的内腔的损耗变小，所以用于实现激光器振荡的光放大器11的增益阈值变小。

另一方面，若减小光耦合器31的耦合效率κ_cp1且增大光耦合器32的耦合效率κ_cp2，则分支特性Ach会变小。此时，由于经由延迟干涉仪30的端口B输出的光波功率的比率变大，所以激光器件1容易生成高输出的激光。但是，此时，要求增大光放大器11的增益。

如上所述，延迟干涉仪30的设计对激光器件1的特性带来影响。因此，优选考虑光放大器11的性能(例如，增益)和对激光器件1所生成的激光的要求(例如，输出功率)来适宜地决定光耦合器31、32的耦合效率。

图10是用于说明反射波段DBR相对于所期望波长λ_MRR发生了位移的情形的图。在图10所示的例中，反射波段DBR的中心波长相对于所期望波长λ_MRR向短波长侧位移8nm。此时，很难利用布拉格反射器24的反射波段DBR只选择谐振透射峰值P3。即，反射波段DBR例如不能抑制谐振透射峰值P2。

然而，延迟干涉仪30的分支特性Ach在谐振透射峰值P2、P4时为0。即，谐振透射峰值P2、P4的波长成分实质上不会从延迟干涉仪30输出到端口A。因此，在激光器件1中，谐振透射峰值P2、P4不会振荡。

在谐振透射峰值P1、P5，与谐振透射峰值P3同样，延迟干涉仪30的分支特性Ach不为0。因此，谐振透射峰值P1、P5的波长成分从延迟干涉仪30输出到端口A，进而能够经由环形谐振器21传送到布拉格反射器24。然而，如图10所示，对谐振透射峰值P1、P5的布拉格反射器24的反射率比对谐振透射峰值P3的布拉格反射器24的反射率小。即，在内腔内，谐振透射峰值P1、P5的损耗相对于谐振透射峰值P3较大。因此，若如下所述地设计激光器件1，则能够防止谐振透射峰值P1、P5的振荡，而且能够使谐振透射峰值P3振荡。此外，Loss(P3)表示内腔内的谐振透射峰值P3的波长下的损耗。Loss(P1，P5)表示内腔内的谐振透射峰值P1、P5的波长下的损耗。G(SOA)表示光放大器11的增益。

Loss(P3)＜G(SOA)＜Loss(P1，P5)

图11表示图10所示的3个光谱之和。在此，图11所示的纵轴实质上相当于激光器件1的内腔内的透射率。即，在图10所示的情形下，在谐振透射峰值P3的波长(即，所期望波长λ_MRR)下光功率变得最大。因此，即使反射波段DBR的中心波长相对于所期望波长λ_MRR发生位移，激光器件1也能够仅在所期望波长λ_MRR产生激光器振荡。其中，将反射波段DBR的中心波长相对于所期望波长λ_MRR的位移设为小于环形谐振器21的自由谱宽(FSR：Free Spectral Range)。此外，环形谐振器21的自由谱宽相当于出现谐振透射峰值的周期，在图9～图10所示的实施例中，大约为12nm。

在图9～图10所示的实施例中，布拉格反射器24的反射带宽比环形谐振器21的自由谱宽窄。因此，如图10所示，在反射波段DBR的中心波长相对于所期望波长λ_MRR位移时，在所期望波长λ_MRR也发生较大的损耗。

该问题通过扩大布拉格反射器24的反射带宽来解决。作为一例，布拉格反射器24的反射带宽被设定为比环形谐振器21的自由谱宽宽。

图12表示扩大布拉格反射器24的反射带宽的状态。此外，环形谐振器21和延迟干涉仪30的特性在图9及图12中相同。即，通过环形谐振器21生成谐振透射峰值P1～P5。此外，延迟干涉仪30提供分支特性Ach。

布拉格反射器24的反射波段DBR的宽度约为24nm。另一方面，环形谐振器21的自由谱宽约为12nm。即，布拉格反射器24的反射波段DBR的宽度为环形谐振器21的自由谱宽的约2倍。此外，图12所示的反射波段DBR是通过将布拉格反射器24的光栅系数及光栅长度分别设为κ_DBR＝800cm-1、L_DBR＝50μm来实现。

在图12所示的情形下，谐振透射峰值P2～P4配置在反射波段DBR中，但是谐振透射峰值P1、P5配置在反射波段DBR之外。因此，在布拉格反射器24中，谐振透射峰值P2～P4时的损耗较小，而谐振透射峰值P1、P5时的损耗较大。因此，激光器件1能够防止谐振透射峰值P1、P5的振荡。

此外，延迟干涉仪30的分支特性Ach在谐振透射峰值P2、P4时为0。即，谐振透射峰值P2、P4在延迟干涉仪30中受到较大损耗。因此，激光器件1能够防止谐振透射峰值P2、P4的振荡。如此，激光器件1能够仅生成所期望波长λ_MRR的激光。

图13是用于说明在反射带宽较宽时反射波段DBR相对于所期望波长λ_MRR发生了位移的情形的图。在图13所示的例中，反射波段DBR的中心波长相对于所期望波长λ_MRR向短波长侧位移8nm。此外，环形谐振器21及延迟干涉仪30的特性在图12及图13中相同。此外，布拉格反射器24的反射波段DBR的宽度在图12及图13中相同。

在图13所示的例中，谐振透射峰值P2、P3配置在反射波段DBR中，而谐振透射峰值P1、P4、P5配置在反射波段DBR之外。因此，在布拉格反射器24中，在谐振透射峰值P2、P3时的损耗较小，但在谐振透射峰值P1、P4、P5时的损耗较大。因此，激光器件1能够防止谐振透射峰值P1、P4、P5的振荡。

此外，延迟干涉仪30的分支特性Ach在谐振透射峰值P2时为0。即，谐振透射峰值P2在延迟干涉仪30中受到较大的损耗。因此，激光器件1能够防止谐振透射峰值P2的振荡。如此，即使在反射波段DBR相对于所期望波长λ_MRR发生了位移时，激光器件1也能够仅生成所期望波长λ_MRR的激光。

图14表示图13所示的3个光谱之和。在如上所述的图13所示的情形中，在出现谐振透射峰值P3的波长(即，所期望波长λ_MRR)，光功率变得最大。因此，即使反射波段DBR的中心波长相对于所期望波长λ_MRR发生了位移，激光器件1也能够仅在所期望波长λ_MRR产生激光器振荡。

此外，当比较图11和图14时，与图11所示的情形相比，在图14所示的情形下，与所期望波长λ_MRR对应的峰值更高。即，当将布拉格反射器24的反射波段DBR的宽度设为较宽时，在所期望波长λ_MRR时的损耗变小。

如此，若扩大布拉格反射器24的反射带宽，则在激光器件1的制造工艺中，对反射波段DBR相对于所期望波长λ_MRR的位移的允许范围变大，因此制造成品率上升。并且，即使在扩大布拉格反射器24的反射带宽的情况下，也能够利用延迟干涉仪30对不需要的谐振透射峰值带来较大的损耗，所以激光器振荡稳定。

其中，优选布拉格反射器24的反射带宽小于环形谐振器21的自由谱宽的3倍。其理由如下。

在激光器件1，延迟干涉仪30的分支特性Ach的周期为环形谐振器21的自由谱宽的2倍。因此，在延迟干涉仪30使某一谐振透射峰值(以下称为所期望峰值)透射的情况下，与所期望峰值相邻的谐振透射峰值被延迟干涉仪30抑制，但是从所期望峰值起第二个谐振透射峰值透射延迟干涉仪30。例如，在谐振透射峰值P3为所期望峰值时，谐振透射峰值P2、P4被延迟干涉仪30抑制，但是谐振透射峰值P1、P5的波长成分从延迟干涉仪30的端口A输出而被传送到布拉格反射器24。

在此，若假设布拉格反射器24的反射带宽为环形谐振器21的自由谱宽的3倍以上，则即使反射波段DBR相对于所期望波长λ_MRR的偏差小于环形谐振器21的自由谱宽，从所期望峰值起第二个谐振透射峰值也会配置在反射波段DBR中。在此，延迟干涉仪30使从所期望峰值起第二个谐振透射峰值透射。因此，此时，从所期望峰值起第二个谐振透射峰值时波长有可能发生振荡。

因此，在实施方式的激光器件1中，优选布拉格反射器24的反射带宽小于环形谐振器21的自由谱宽的3倍。根据该结构，能够避免不需要的振荡，仅生成所期望波长λ_MRR的激光。

如此，在实施方式的结构中，通过将布拉格反射器24的反射带宽设定为较宽(例如，环形谐振器21的自由谱宽以上)，提高制造成品率。

此外，在实施方式的结构中，利用延迟干涉仪30的透射特性取决于波长这一点，将在环形谐振器21生成的不需要的谐振透射峰值得到抑制。因此，能够防止不需要的激光器振荡。

而且，实施方式的激光器件1经由与光学耦合到环形谐振器21的光波导(输入光波导22)不同的光波导(输出光波导25)，来输出激光。因此，输出激光不会受到环形谐振器21(及布拉格反射器24)的过剩的损耗。因此，实施方式的激光器件1能够输出较高输出功率的激光。

＜延迟干涉仪的调整＞

在实施方式的激光器件1中，优选延迟干涉仪30的分支特性和环形谐振器21的透射特性同步。即，优选延迟干涉仪30的分支特性Ach成为峰值的波长λ_AMZ和与通过环形谐振器21得到的谐振透射峰值之一相对应的所期望波长λ_MRR相一致。此时，λ_AMZ和λ_MRR表示为以下的关系。

[数学式1]

${\mathrm{\λ}}_{AMZ}=\frac{n_{eq}\·L_D}{m_{AMZ}}\mathrm{...}\left(1\right)$

${\mathrm{\λ}}_{MRR}=\frac{n_{eq}\·L_{MRR}}{m_{MRR}}\mathrm{...}\left(2\right)$

在此，n_eq表示细线波导的有效折射率。m_AMZ表示延迟干涉仪30的衍射次数。L_MRR表示环形谐振器21的周长(＝2πR)。m_MRR表示环形谐振器21的衍射次数。

如式(1)及式(2)所示，通过适当决定“L_D/m_AMZ”及/或“L_MRR/m_MRR”，能够使λ_AMZ和λ_MRR相一致。其中，根据情况，也可以考虑如下情况：若要使λ_AMZ和λ_MRR相一致，则L_D会比L_MRR的一半稍微大或小。此时，延迟干涉仪30的自由谱宽从环形谐振器21的自由谱宽的2倍稍微偏离。

在此，为了防止由环形谐振器21生成的不需要的谐振透射峰值的振荡，优选地，使延迟干涉仪30的分支率在该峰值波长下为0：100。但是，即使该峰值波长下的延迟干涉仪30的分支率不是0：100，若经由端口A输出的光功率的比率充分小，则也能够防止与不需要的谐振透射峰值相对应的波长的振荡。因此，即使延迟干涉仪30的L_D不是严格地满足环形谐振器21的周长的一半，激光器件1也能够仅生成所期望的波长的激光。

实施方式的激光器件1也可以具有通过控制延迟干涉仪30的光路长来调整分支特性Ach成为峰值的波长λ_AMZ的功能。作为一例，激光器件1具有通过控制延迟干涉仪30的光波导的温度来调整波长λ_AMZ的功能。

图15是用于说明控制延迟干涉仪30的温度的结构的图。在图15所示的例中，在延迟干涉仪30的各臂上设置有加热器电极35、36。加热器电极35、36分别形成在光波导33、34的附近。此外，温度控制器37通过控制向加热器电极35、36供给的电流，来控制光波导33、34的温度。温度控制器37例如一边监视输出光波导25或输入光波导22的光级别(level)一边控制光波导33、34的温度。此外，例如利用处理器和存储器来实现温度控制器37。

当上部臂(即，光波导33)的温度上升时，延迟干涉仪30的滤波器光谱向短波长侧进行位移。另一方面，当下部臂(即，光波导34)的温度上升时，延迟干涉仪30的滤波器光谱向长波长侧进行位移。滤波器光谱的变化量(Δλ_AMZ)用下式表示。

[数学式2]

${\mathrm{\Δ\λ}}_{AMZ}=\frac{{\mathrm{\Δn}}_{eq}\·L_{Heat}}{m_{AMZ}}\mathrm{...}\left(3\right)$

Δn_eq表示光波导的折射率的变化量。L_Heat表示加热器电极的长度。

如式(3)所示，Δλ_AMZ与L_Heat成比例。即，即使Δn_eq恒定，通过适当决定L_Heat，就能够得到所期望的Δλ_AMZ。因此，若增大加热器电极35、36的长度，则能够相对于温度变化，使延迟干涉仪30的滤波器光谱发生较大位移。

此外，加热器电极并不是一定要设在上部臂和下部臂双方。即，激光器件1也可以是在上部臂及下部臂中的一个臂上具有加热器电极的结构。

但是，也可以利用温度变化来控制布拉格反射器24的反射光谱。此时，当布拉格反射器24的温度上升时，反射光谱向长波长侧发生位移。反射光谱的变化量(Δλ_DBR)如下式所示。

[数学式3]

${\mathrm{\Δ\λ}}_{DBR}=\left(\frac{{\mathrm{\Δn}}_{eq}}{n_{eq}}\right)\·{\mathrm{\λ}}_{DBR}\mathrm{...}\left(4\right)$

如式(4)所示，Δλ_DBR与形成在布拉格反射器24附近的加热器电极的长度无关，由折射率变化的比例来决定。因此，即使控制布拉格反射器24的温度，也难以使布拉格反射器24的反射光谱发生较大位移。

图16表示相对于温度控制的波长可变量的关系。在该实施例中，延迟干涉仪30及布拉格反射器24的加热器电极的长度均为200μm。

如图16所示，在延迟干涉仪30中，若利用加热器电极35、36产生30度的温度变化，则波长可变量Δλ_AMZ大约为40nm(±20nm)。即，通过温度控制能够使延迟干涉仪30的滤波器光谱发生较大的位移。因此，即使因制造偏差等而导致延迟干涉仪30的滤波器光谱从所期望的振荡波长发生偏移，只要进行温度控制，就能够将延迟干涉仪30的滤波器光谱调整为所期望的振荡波长。

相对于此，在布拉格反射器24中，在产生30度的温度变化时，波长可变量Δλ_DBR大约为3.5nm。因此，当因制造偏差等而导致布拉格反射器24的反射光谱的偏移较大时，难以将布拉格反射器24的反射光谱的中心波长调整至所期望的振荡波长。但是，在实施方式的激光器件1中，布拉格反射器24的反射带宽较宽。例如，在图12所示的例中，反射带宽为20nm以上。因此，即使布拉格反射器24的反射光谱的中心波长位移数nm，所期望的振荡波长也可以配置在其反射光谱内。

如上所述，延迟干涉仪30的制造偏差可通过温度控制来得到补偿。此外，可通过将反射带宽设置为较宽来允许布拉格反射器24的制造偏差。因此，实施方式的激光器件1能够提供稳定的激光器振荡。

＜制造方法＞

关于实施方式的激光器件1的制造方法，参照图4来进行说明。在该实施例中，利用SOI晶片来形成激光器件。就SOI晶片而言，在Si基板2的上表面形成SiO₂层及Si核心层。在该例中，Si核心层的膜厚为250nm。并且，可通过光曝光工艺来对波导条纹(stripe)结构进行图案成型。光半导体波导图案由光曝光装置的掩膜规定。此时，也可以代替光曝光而采用电子束曝光。

对所描绘的图案进行干蚀刻(例如，反应性离子蚀刻等)，形成平板区域的高度约为50nm的肋条波导结构。之后，利用蒸镀装置等，用SiO2膜覆盖波导条纹图案。由此，完成实施方式的激光器件1的外部谐振滤波器。

此外，通过在波导条纹上侧的SiO2膜的上表面进一步形成膜厚为100～500nm左右的Ti薄膜，来实现加热器电极。用于向加热器电极供给电流的布线例如由铝材料形成。

若在半导体基板上混合安装光放大器(SOA)11及外部谐振滤波器，则完成实施方式的激光器件1。此外，光放大器11和外部谐振滤波器之间则可通过光纤等而光学连接。

＜光发送器＞

图17表示具有实施方式的激光器件1的光发送器的结构。图17所示的光发送器50具有激光器件1-1～1-4、光调制器51-1～51-4以及多路复用器(multiplexer)52。

通过图3所示的激光器件1实现各激光器件1-1～1-4。其中，激光器件1-1～1-4所生成的激光的波长λ1～λ4相互不同。激光器件1-1～1-4所生成的激光分别被引到光调制器51-1～51-4。

各光调制器51-1～51-4是AP-MRR(All-pass Micro Ring Resonator：全通微环谐振器)调制器。即，各光调制器具有环波导和形成在该环波导附近的信号电极。并且，光调制器利用赋予信号电极的数据信号来调制输入激光，并生成调制光信号。因此，通过光调制器51-1～51-4，生成不同波长的调制光信号。多路复用器52对光调制器51-1～51-4生成的多个调制光信号进行复用。由此，生成包含多个调制光信号的WDM光信号。

在上述结构中，激光器件1-1的环形谐振器及光调制器51-1的环波导具有相同的结构，其周长也相同。在此，激光器件1-1的环形谐振器及光调制器51-1的环波导通过相同的制造工序同时形成，因此，容易使结构和周长相互相同。因此，激光器件1-1的环形谐振器及光调制器51-1的环波导具有相同的谐振波长。同样，激光器件1-2～1-4的环形谐振器及光调制器51-2～1-4的环波导分别具有相同的结构，且具有相同的谐振波长。

波长λ1～λ4例如彼此间具有200GHz间隔。此时，各环形谐振器及各环波导例如如下所述地形成。

R1＝8μm

R2＝R1-δR，R3＝R2-δR，R4＝R3-δR

δR＝8nm

R1表示激光器件1-1的环形谐振器及光调制器51-1的环波导的半径。同样，R2～R4分别表示激光器件1-2～1-4的环形谐振器及光调制器51-2～51-4的环波导的半径。

在上述结构中，为了在激光谐振器内实现光反馈作用，优选使延迟干涉仪的滤波器光谱的中心波长的位移和布拉格反射器的反射光谱的中心波长的位移相同步。例如，通过调整布拉格反射器的衍射光栅的周期Λ来实现。此时，布拉格反射器的衍射光栅的周期Λ被设定为如下。

Λ1＝300.6μm

Λ2＝Λ1-δΛ，Λ3＝Λ2-δΛ，Λ4＝Λ3-δΛ

δΛ＝0.311nm

Λ1～Λ4分别表示激光器件1-1～1-4的布拉格反射器的衍射光栅的周期。此外，各激光器件1-1～1-4的布拉格反射器的光栅耦合系数及光栅长度例如为κ＝600cm^-1，L＝150μm。

在上述结构中，通过调整δR及δΛ，能够改变WDM的频率间隔。例如，在以400GHz间隔配置激光时，δR及δΛ分别被设定为大约16nm、大约0.622nm。

图18表示具有实施方式的激光器件1的光发送器的其他结构。图18所示的光发送器60与光发送器50同样，具有激光器件1-1～1-4、光调制器51-1～51-4和多路复用器52。其中，在光发送器60中，多路复用器52对激光λ1～λ4进行合波。多路复用器52的输出光被引到总线波导(buswaveguide)。光调制器51-1～51-4分别与总线波导光学耦合。并且，光调制器51-1～51-4分别对对应波长的激光进行调制。由此，生成包含多个调制光信号的WDM光信号。

Claims (11)

1.一种激光器件，其特征在于，

包括：

光放大器，其具有第一光输出端面及第二光输出端面，

第一反射器，其对从上述光放大器的第一光输出端面输出的光进行反射，

环形谐振器，

输入光波导，其与上述环形谐振器光学耦合，

反射器光波导，其与上述环形谐振器光学耦合，

第二反射器，其对在上述反射器光波导中传输的光进行反射，

输出光波导，以及

延迟干涉仪，其包括第一光耦合器、第二光耦合器以及1组光波导，上述1组光波导形成在上述第一光耦合器和上述第二光耦合器之间；

上述光放大器的第二光输出端面和上述第一光耦合器的1个端口光学连接；

上述第二光耦合器的1个端口和上述输入光波导光学连接；

上述第二光耦合器的与上述1个端口不同的另1端口和上述输出光波导光学连接。

2.根据权利要求1所述的激光器件，其特征在于，

上述第一光耦合器及第二光耦合器是定向耦合器。

3.根据权利要求1所述的激光器件，其特征在于，

上述第一光耦合器及第二光耦合器是多模干涉耦合器。

4.根据权利要求1所述的激光器件，其特征在于，

上述第一光耦合器及第二光耦合器的耦合系数相互不同，并且，上述第一光耦合器及第二光耦合器的耦合系数之和为1。

5.根据权利要求1所述的激光器件，其特征在于，

上述延迟干涉仪的1组光波导的光路长的差为上述环形谐振器的周长的一半。

6.根据权利要求1所述的激光器件，其特征在于，

上述第二反射器是布拉格反射镜。

7.根据权利要求6所述的激光器件，其特征在于，

上述布拉格反射镜的反射带宽小于上述环形谐振器的自由谱宽的3倍。

8.根据权利要求6所述的激光器件，其特征在于，

上述布拉格反射镜的反射带宽大于上述环形谐振器的自由谱宽。

9.根据权利要求1所述的激光器件，其特征在于，

还包括：

加热器电极，形成在上述延迟干涉仪的1组光波导中的至少一个光波导的附近；以及

控制器，根据在上述输入光波导或上述输出光波导检测的光功率，控制向上述加热器电极供给的电流。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的激光器件，其特征在于，

上述环形谐振器、上述输入光波导、上述反射器光波导、上述第二反射器、上述输出光波导及上述延迟干涉仪形成在1个半导体基板上。

11.一种光发送器，其特征在于，

包括：

光放大器，其具有第一光输出端面及第二光输出端面，

第一反射器，其对从上述光放大器的第一光输出端面输出的光进行反射，

环形谐振器，

输入光波导，其与上述环形谐振器光学耦合，

反射器光波导，其与上述环形谐振器光学耦合，

第二反射器，其对在上述反射器光波导中传输的光进行反射，

输出光波导，

延迟干涉仪，其包括第一光耦合器、第二光耦合器以及1组光波导，上述1组光波导形成在上述第一光耦合器和上述第二光耦合器之间，以及

环形调制器，其与上述输出光波导光学连接；

上述光放大器的第二光输出端面和上述第一光耦合器的1个端口光学连接；

上述第二光耦合器的1个端口和上述输入光波导光学连接；

上述第二光耦合器的与上述1个端口不同的另1端口和上述输出光波导光学连接；

上述环形谐振器的光学周长和上述环形调制器的光学周长相同。