JP2000151014A - Optical function element and optical communication device - Google Patents

Optical function element and optical communication device

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JP2000151014A
JP2000151014A JP10314842A JP31484298A JP2000151014A JP 2000151014 A JP2000151014 A JP 2000151014A JP 10314842 A JP10314842 A JP 10314842A JP 31484298 A JP31484298 A JP 31484298A JP 2000151014 A JP2000151014 A JP 2000151014A
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optical
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optical function
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical function element of high performance at low cost, wherein such concept which is related to a conventional optical function element as 'the number of resonator being one' is significantly developed. SOLUTION: Along a signal resonator structure or waveguide structure, a separate resonator structure is formed in another direction. Especially a resonator structure of radiation mode which is irradiated from a waveguide, comprising at least secondary diffraction lattice 2, is configured. The radiation mode is amplified with another amplification mechanism 3, and furthermore is returned to the waveguide again using a reflective mechanism 4. Since the radiation mode radiates on both sides of the waveguide, it is desired that the reflective mechanism 4 be provided on both. With such a unique resonator configuration as the base, an amplifier, optical modulator, laser oscillator, coupler, or optical communication device using them are realized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光機能素子及び光
通信装置に関する。さらに具体的には、本発明は、2次
以上の回折格子を有する導波機構を基本とし、この導波
機構から放射される放射モードを高い効率で増幅させる
共振器構造を有する光増幅器、光変調器、レーザ発振器
などの光機能素子及びこれらを利用した光通信装置に関
する。
The present invention relates to an optical functional device and an optical communication device. More specifically, the present invention is based on a waveguide mechanism having a second or higher order diffraction grating, and has an optical amplifier having a resonator structure for amplifying a radiation mode radiated from the waveguide mechanism with high efficiency. The present invention relates to an optical function element such as a modulator and a laser oscillator and an optical communication device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光波を導波する導波路を備えた光機能素
子としては、例えば、半導体レーザを挙げることができ
る。通常の半導体レーザは、一つの導波路構造で共振器
を形成する。また、半導体光増幅器(SOA:Semicond
uctor Optical Amplifier)も同様に一つの導波路構造
を備える。つまり、従来の光機能素子においては、「共
振器は1つ」という概念が前提であった。
2. Description of the Related Art As an optical functional element having a waveguide for guiding an optical wave, for example, a semiconductor laser can be cited. An ordinary semiconductor laser forms a resonator with one waveguide structure. In addition, a semiconductor optical amplifier (SOA: Semicond
uctor Optical Amplifier) also has one waveguide structure. That is, in the conventional optical function element, the concept of "one resonator" was premised.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この概念は常識的であ
るので、従来の光機能素子の構成については、図面を参
照した説明は省略する。これらの従来の概念および具体
的な構造に大きな問題点があるわけではない。しいて従
来技術の欠点をあげれば、共振器構造が一つであるた
め、拡張性と柔軟性に欠けることであった。
Since this concept is common sense, the description of the configuration of the conventional optical functional device will be omitted with reference to the drawings. There is no major problem with these conventional concepts and concrete structures. However, the drawback of the prior art is that it has a single resonator structure, and thus lacks expandability and flexibility.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の概念を大きく飛躍させるものである。つまり、一つ
の共振器構造もしくは導波路構造に沿って別の共振器構
造を別方向に形成するという概念である。特に、ホログ
ラムを備えた導波路から放射される放射モード(radiat
ion mode)の共振器構造を構成するという概念をベース
としている。ここでは、「ホログラム」を、「空間的に
制御された放射モードを発生しうる複素屈折率もしくは
複素反射率(虚数部は損失/利得を表す)の微細構造」
と定義する。以下に詳述する具体例において採用する
「2次以上の回折格子」は、「ホログラム」の一形態に
過ぎない。何故ならば、回折格子は最も単純化された屈
折率の主に実数部の一様な周期構造を基本とした構造だ
からである。このように理解が容易であるので、以下で
は、回折格子を用いた具体例を挙げつつ説明を進める。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a significant leap of such a conventional concept. That is, the concept is to form another resonator structure in another direction along one resonator structure or waveguide structure. In particular, radiation modes (radiats) emitted from waveguides with holograms
It is based on the concept of configuring a resonator structure in the ion mode. Here, "hologram" is referred to as "a fine structure of complex refractive index or complex reflectance (imaginary part represents loss / gain) capable of generating a spatially controlled radiation mode".
Is defined. The “second-order or higher diffraction grating” employed in a specific example described in detail below is only one form of “hologram”. This is because the diffraction grating is a structure based on a uniform periodic structure mainly composed of a real part having the most simplified refractive index. Since the understanding is easy as described above, the description will be given below with reference to a specific example using a diffraction grating.

【0005】一方、後に詳述するように、回折格子の周
期が導波路方向で微妙に変化させる場合や位相シフト
(shift)を設けることも、本発明の重要な実施態様で
ある。これらの変形例を一括すると、「ホログラム」は
上記に定義した如くとなる。
On the other hand, as will be described in detail later, the case where the period of the diffraction grating is delicately changed in the waveguide direction or the provision of a phase shift is also an important embodiment of the present invention. Collectively, these variations are the "hologram" as defined above.

【0006】次に、本発明の新規な共振器構造をもう少
し詳しく述べる。従来は、導波路をつくってしまえば導
波路の共振器構造は一方向というのが常識であった。こ
の導波路が2次以上の回折格子を持つ場合は、放射モー
ドが導波路全体から所定の方向に拡がりの狭いビームと
して放射される。この特性の揃った放射モードに着目
し、新たな放射モード共振器と呼べるものを構成し、か
つ、もとの導波路共振器に絡めたところに、本発明の著
しい新規性がある。
Next, the novel resonator structure of the present invention will be described in more detail. Conventionally, it has been common sense that once a waveguide is formed, the resonator structure of the waveguide is unidirectional. When the waveguide has a second-order or higher diffraction grating, the radiation mode is radiated from the entire waveguide as a beam having a narrow spread in a predetermined direction. Attention is paid to the radiation modes having the same characteristics, and a new radiation mode resonator is constructed, and is entangled with the original waveguide resonator.

【0007】すなわち、本発明は、従来技術の欠点の改
良というよりは、全く新規な機能を開拓するものであ
る。
That is, the present invention seeks to develop a completely new function, rather than improving the disadvantages of the prior art.

【0008】具体的には、本発明の光機能素子は、光波
を導波し利得若しくは損失を有する導波機構であって、
前記導波される光波と結合して放射モード光を発生でき
るホログラムを有する第1の導波機構と、前記第1の導
波機構から放出される前記放射モード光を増幅して放出
する増幅機構と、前記増幅機構から放出される前記放射
モード光を前記第1の導波機構に向けて反射する第1の
反射機構と、を備えたことを特徴とする。
Specifically, the optical functional device of the present invention is a waveguide mechanism that guides a light wave and has a gain or a loss,
A first waveguide mechanism having a hologram capable of generating radiation mode light by combining with the guided light wave, and an amplification mechanism for amplifying and emitting the radiation mode light emitted from the first waveguide mechanism And a first reflection mechanism that reflects the radiation mode light emitted from the amplification mechanism toward the first waveguide mechanism.

【0009】ここで、前記増幅機構は、前記導波される
光波の導波モードが単一横モードとなるように前記第1
の導波機構から離れて設けられたことを特徴とする。す
なわち、導波機構における単一横モードを維持すること
により放射モードが安定し、且つ導波機構の端面から光
を取り出す際の結合も確保することができる。
Here, the amplifying mechanism is configured so that the first guided mode of the guided light wave is a single transverse mode.
Characterized in that it is provided apart from the waveguide mechanism. That is, the radiation mode is stabilized by maintaining the single transverse mode in the waveguide mechanism, and the coupling at the time of extracting light from the end face of the waveguide mechanism can be ensured.

【0010】また、増幅機構は、放射モード光に対して
利得作用のみでなく、損失作用を与えるようにしても良
い。
[0010] The amplifying mechanism may give not only a gain effect but also a loss effect to the radiation mode light.

【0011】また、本発明の光機能素子は、前記第1の
反射機構により反射された前記放射モード光の位相を制
御する位相制御機構をさらに備えたことを特徴とする。
このような位相制御機構により、反射機構からの反射光
を高い効率で回折格子を介して第1の導波機構に結合さ
せることができる。
Further, the optical function device according to the present invention is characterized in that the optical function device further comprises a phase control mechanism for controlling a phase of the radiation mode light reflected by the first reflection mechanism.
With such a phase control mechanism, the reflected light from the reflection mechanism can be coupled to the first waveguide mechanism via the diffraction grating with high efficiency.

【0012】ここで、位相制御機構も、前記導波される
光波の導波モードが単一横モードとなるように前記第1
の導波機構から離れて設けることにより、導波機構にお
ける単一横モードを維持して放射モードが安定し、且つ
導波機構の端面から光を取り出す際の結合も確保するこ
とができる。
[0012] Here, the phase control mechanism also performs the first mode so that the guided mode of the guided light wave becomes a single transverse mode.
In this case, a single transverse mode in the waveguide mechanism is maintained, the radiation mode is stabilized, and coupling at the time of extracting light from the end face of the waveguide mechanism can be ensured.

【0013】また、前記導波機構、前記増幅機構、前記
第1の反射機構、及び前記位相制御機構のうちの少なく
とも2つ以上の機構が、共通の構造により実現されるよ
うにしても良い。例えば、導波機構の一部としてゲイン
を有する活性層を設けることにより、導波機構と増幅機
構の作用を兼ねることが可能となる。
Further, at least two or more of the waveguide mechanism, the amplification mechanism, the first reflection mechanism, and the phase control mechanism may be realized by a common structure. For example, by providing an active layer having a gain as a part of the waveguide mechanism, it is possible to have both functions of the waveguide mechanism and the amplification mechanism.

【0014】また、前記第1の導波機構と略平行に設け
られ、第2のホログラムを有し、前記第2のホログラム
を介して前記第1の導波機構と光結合された第2の導波
機構をさらに備えたことを特徴とする。
A second hologram is provided substantially in parallel with the first waveguide mechanism and has a second hologram. The second hologram is optically coupled to the first waveguide mechanism via the second hologram. A waveguide mechanism is further provided.

【0015】ここで、本発明の望ましい実施の形態とし
て、前記ホログラムは、2次以上の回折格子であること
を特徴とする。
Here, as a preferred embodiment of the present invention, the hologram is a diffraction grating of second order or higher.

【0016】また、前記回折格子が、ブレーズ角を有す
るようにしても良い。すなわち、回折格子の断面形状を
非対称とすれば、光波の方向に選択性を生じさせ、光ア
イソレータや方向性結合器を形成することができる。
Further, the diffraction grating may have a blaze angle. That is, if the cross-sectional shape of the diffraction grating is made asymmetric, selectivity is generated in the direction of the light wave, and an optical isolator and a directional coupler can be formed.

【0017】また、前記回折格子に位相の不連続すなわ
ち位相シフトを設けることにより、導波構造における導
波モードと放射モードの分布を調節することができる。
い。
Further, by providing a discontinuity of the phase, that is, a phase shift in the diffraction grating, the distribution of the waveguide mode and the radiation mode in the waveguide structure can be adjusted.
No.

【0018】また、増幅機構の増幅率や導波機構の屈折
率や反射機構の反射率または屈折率を変調することによ
り、導波機構に対して垂直に形成された共振器の共振条
件を最適化することができる。
Further, by modulating the amplification factor of the amplification mechanism, the refractive index of the waveguide mechanism, and the reflectance or the refractive index of the reflection mechanism, the resonance condition of the resonator formed perpendicular to the waveguide mechanism is optimized. Can be

【0019】また、回折格子の周期を前記導波機構の導
波方向に沿って変化させることにより、複数の波長の光
を共振させ増幅することが可能となる。そして、波長多
重通信用の発光素子や合波器あるいは分波器などの機能
を実現することができる。
Further, by changing the period of the diffraction grating along the waveguide direction of the waveguide mechanism, it becomes possible to resonate and amplify light of a plurality of wavelengths. Further, functions such as a light emitting element, a multiplexer, and a demultiplexer for wavelength division multiplexing communication can be realized.

【0020】同様の作用効果は、増幅機構の増幅率や、
導波機構の屈折率、反射機構の反射率などを導波方向に
沿って変化させることによっても実現することができ
る。
The same operation and effect can be obtained by the amplification factor of the amplification mechanism,
It can also be realized by changing the refractive index of the waveguide mechanism, the reflectance of the reflection mechanism, and the like along the waveguide direction.

【0021】また、同様の作用効果は、相対位相を調節
する前記位相制御機構が、前記導波の方向に沿って複数
存在し、それぞれ独立に変調できるようにしても実現す
ることができる。
Further, the same operation and effect can be realized even when a plurality of the phase control mechanisms for adjusting the relative phase exist along the direction of the waveguide, and each of them can be independently modulated.

【0022】あるいは、前記増幅機構が、前記導波の方
向に沿って複数存在し、それぞれ独立に変調できるよう
にしても良い。
Alternatively, a plurality of the amplifying mechanisms may be provided along the direction of the waveguide, and each of the amplifying mechanisms may be independently modulated.

【0023】または、前記導波機構の屈折率を変調させ
る機構を、前記導波の方向に沿って複数設け、それぞれ
独立に変調することによっても実現することができる。
Alternatively, it can be realized by providing a plurality of mechanisms for modulating the refractive index of the waveguide mechanism along the direction of the waveguide and independently modulating each.

【0024】または、前記第1の反射機構の反射率を変
調させる機構を、前記導波の方向に沿って複数設け、そ
れぞれ独立に変調することによっても実現することがで
きる。一方、本発明の光機能素子は、前記導波機構に光
信号が伝搬している伝送線路を有するものと位置づける
ことができる。具体的には、チューナアンプを挙げるこ
とができる。
Alternatively, a plurality of mechanisms for modulating the reflectivity of the first reflection mechanism may be provided along the direction of the waveguide, and may be independently modulated. On the other hand, the optical functional device of the present invention can be positioned as having a transmission line through which an optical signal propagates in the waveguide mechanism. Specifically, a tuner amplifier can be mentioned.

【0025】つまり、このような光機能素子の導波機構
に伝搬する前記光信号は、独立に変調された複数の波長
の光信号を含むことを特徴とする。
That is, the optical signal propagating to the waveguide mechanism of such an optical functional element includes optical signals of a plurality of wavelengths that are independently modulated.

【0026】さらに、本発明においては、前記光信号を
前記放射モード光に変換して出力することもできる。
Further, in the present invention, the optical signal can be converted into the radiation mode light and output.

【0027】さらに、前記放射モード出力を前記導波機
構に入力された信号強度に対して増幅することもでき
る。
Further, the radiation mode output can be amplified with respect to the signal intensity input to the waveguide mechanism.

【0028】また、前記放射モード出力を複数の出力ポ
ートに分けて出力することもできる。
Further, the radiation mode output can be divided and outputted to a plurality of output ports.

【0029】また、前記複数の波長の光信号を、波長に
よって選択的にチューニングして放射モード出力として
外部に取り出すこともできる。
Further, the optical signals of the plurality of wavelengths can be selectively tuned according to the wavelength and taken out as a radiation mode output.

【0030】以上説明した本発明の光機能素子は、前記
導波機構においてレーザ発振動作するものとして構成す
ることができる。
The optical functional device of the present invention described above can be configured to perform a laser oscillation operation in the waveguide mechanism.

【0031】この場合には、前記導波機構の少なくとも
一方の端部に第2の反射機構を設けることにより、レー
ザ発振特性を向上させることができる。
In this case, the laser oscillation characteristics can be improved by providing the second reflection mechanism at at least one end of the waveguide mechanism.

【0032】また、このようなレーザ出力を前記導波機
構の少なくとも一方の端部から取り出すようにしても良
い。
Further, such a laser output may be taken out from at least one end of the waveguide mechanism.

【0033】または、レーザ出力を前記放射モード光と
して前記第1の反射機構により形成される共振器から取
り出すようにしても良い。
Alternatively, the laser output may be taken out from the resonator formed by the first reflection mechanism as the radiation mode light.

【0034】さらに、前記第1の反射機構により形成さ
れる共振器がレーザ発振動作するように構成しても良
い。
Further, the resonator formed by the first reflection mechanism may be configured to perform a laser oscillation operation.

【0035】また、外部からの光の入力または外部への
光の出力を、前記第1の導波機構の少なくとも一方の端
面からの導波モードと前記第1の導波機構からの放射モ
ードのいずれか一方、または前記導波モードと前記放射
モードの両方による行うことを特徴とする。
Further, the input of the light from the outside or the output of the light to the outside is performed by comparing the waveguide mode from at least one end face of the first waveguide mechanism and the radiation mode from the first waveguide mechanism. The method is characterized in that the operation is performed in any one of the modes or both the waveguide mode and the radiation mode.

【0036】また、前記外部からの光の入力部または前
記外部への光の出力部に、他の光学素子に光学的に結合
させるための集光機能が設けられてなることを特徴とす
る。また、前記導波機構と前記増幅機構の少なくともい
ずれかが、光励起により利得を発生する媒質を含むこと
を特徴とする。
Further, a light collecting function for optically coupling to another optical element is provided in the external light input section or the external light output section. Further, at least one of the waveguide mechanism and the amplification mechanism includes a medium that generates a gain by optical excitation.

【0037】具体的には、前記光励起により利得を発生
する前記媒質は、エルビウム(Er)、Pr(プラセオ
ジム)、及びその他の稀土類元素の少なくともいずれか
を含有した媒質であることを特徴とする。
More specifically, the medium for generating a gain by the light excitation is a medium containing at least one of erbium (Er), Pr (praseodymium), and other rare earth elements. .

【0038】また、前記導波機構と前記増幅機構との間
に電流供給用または電界印加用の透光性電極が設けられ
たことを特徴とする。
Further, a light-transmitting electrode for supplying current or applying an electric field is provided between the waveguide mechanism and the amplification mechanism.

【0039】また、電界を印加することにより、前記導
波機構の屈折率の実数部または虚数部を変化させること
ができるようにしたことを特徴とする。
Further, the present invention is characterized in that the real part or the imaginary part of the refractive index of the waveguide mechanism can be changed by applying an electric field.

【0040】一方、前記第1の反射機構により形成され
る共振器を、前記導波機構に沿って複数設けることによ
り、導波機構でのポンピングを導波方向に沿って変化さ
せることができる。これにより、発振波長のチューニン
グができる。また、導波方向の光強度が平坦になり、空
間ホールバーニングなどの不均一に依存する発振不安定
性を補償することができる。
On the other hand, by providing a plurality of resonators formed by the first reflection mechanism along the waveguide mechanism, pumping in the waveguide mechanism can be changed along the waveguide direction. This allows tuning of the oscillation wavelength. Further, the light intensity in the waveguide direction becomes flat, and it is possible to compensate for oscillation instability depending on non-uniformity such as spatial hole burning.

【0041】また、このような複数の共振器をそれぞれ
独立に制御変調するようにしても良い。
Further, the plurality of resonators may be controlled and modulated independently.

【0042】また、前記複数の共振器のレーザ光の発振
波長がそれぞれ異なるようにしても良い。
The oscillation wavelengths of the laser beams of the plurality of resonators may be different from each other.

【0043】または、前記複数の共振器のレーザ光の発
振波長を、前記第1の反射機構の反射特性、前記位相制
御機構、または前記増幅機構の波長特性あるいはその制
御機構によって、異なる波長となるように制御しても良
い。
Alternatively, the oscillation wavelengths of the laser beams of the plurality of resonators have different wavelengths depending on the reflection characteristics of the first reflection mechanism, the wavelength characteristics of the phase control mechanism or the amplification mechanism, or the control mechanism thereof. Control may be performed as follows.

【0044】また、前記第1の反射機構により形成され
る共振器からのレーザ光の出力を前記第1の導波機構の
少なくとも一方の端部から取り出すようにしても良い。
The output of the laser beam from the resonator formed by the first reflection mechanism may be taken out from at least one end of the first waveguide mechanism.

【0045】または、前記第1の反射機構により形成さ
れる共振器からのレーザ光の出力を前記放射モード光と
してその共振器の少なくとも一方の前記反射鏡から取り
出すようにしても良い。
Alternatively, the output of laser light from a resonator formed by the first reflection mechanism may be taken out from at least one of the reflectors of the resonator as the radiation mode light.

【0046】一方、以上説明した光機能素子において、
出力光に対する受光機構をさらに設けても良い。
On the other hand, in the optical function device described above,
A light receiving mechanism for output light may be further provided.

【0047】また、前記増幅機構、前記位相制御機構ま
たは前記反射機構の少なくともいずれかが、前記導波機
構とは独立な導波機構を構成しているようにしても良
い。具体例としては、活性DBR構造を挙げることがで
きる。
Further, at least one of the amplification mechanism, the phase control mechanism and the reflection mechanism may constitute a waveguide mechanism independent of the waveguide mechanism. A specific example is an active DBR structure.

【0048】さらに、このような独立な導波機構は、前
記第1の導波機構に対して垂直に形成することもでき
る。
Further, such an independent waveguide mechanism can be formed perpendicular to the first waveguide mechanism.

【0049】または、このような独立な導波機構は、前
記第1の導波機構に対して平行に形成され、且つ、回折
格子を有し、前記第1の導波構造と回折格子を介して光
結合されているようにしても良い。
Alternatively, such an independent waveguide mechanism is formed in parallel with the first waveguide mechanism, has a diffraction grating, and is provided with the first waveguide structure and the diffraction grating interposed therebetween. May be optically coupled.

【0050】以上説明した光機能素子は、前記機構のう
ちの少なくとも2以上がモノリシックに集積されている
ものとして形成することができる。
The optical function device described above can be formed as a device in which at least two or more of the above mechanisms are monolithically integrated.

【0051】さらに、このようなモノリシックな集積の
状態は、基板面に対して垂直方向に積層されている状態
とすることができる。
Further, such a monolithic integration state can be a state of being stacked in a direction perpendicular to the substrate surface.

【0052】さらに、前記基板面に対して垂直方向に積
層されている複数の機構の中で、pn接合を有する部分
を横方向接合ストライプ(TJS)構造としても良い。
Further, of the plurality of mechanisms stacked in the direction perpendicular to the substrate surface, a portion having a pn junction may have a lateral junction stripe (TJS) structure.

【0053】さらに、前記複数の横方向接合ストライプ
構造の間に、絶縁もしくは半絶縁層を挿入しても良い。
Further, an insulating or semi-insulating layer may be inserted between the plurality of lateral junction stripe structures.

【0054】一方、本発明の光通信装置は、前述したい
ずれかの光機能素子を備えたことを特徴とする。
On the other hand, an optical communication device according to the present invention includes any one of the above-described optical functional elements.

【0055】[0055]

【発明の実施の形態】放射モード光を発生できるホログ
ラム例えば2次以上の回折格子を有する導波路では、導
波光の一部は放射モード光として導波方向に対して垂直
に放射される。本発明においては、この放射モード光を
別の増幅機構で増幅し、さらに反射機構を用いて再び導
波路に戻す。放射モード光は導波路の両側に放射される
ので両方に反射機構を設けるのが望ましい。本発明は、
このユニークな共振器構成を基本とした多くの応用発明
を包含する。その一つは増幅器である。本発明は、さら
に、光変調器、レーザ発振器、結合器それらを用いた光
通信装置を包含する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a hologram capable of generating radiation mode light, for example, in a waveguide having a second-order or higher diffraction grating, a part of the guided light is radiated as radiation mode light in a direction perpendicular to the waveguide direction. In the present invention, the radiation mode light is amplified by another amplification mechanism, and is returned to the waveguide again using the reflection mechanism. Since the radiation mode light is emitted on both sides of the waveguide, it is desirable to provide a reflection mechanism on both sides. The present invention
It includes many applied inventions based on this unique resonator configuration. One of them is an amplifier. The present invention further includes an optical modulator, a laser oscillator, and an optical communication device using the coupler.

【0056】以下に本発明の実施の形態について図面を
参照しながら詳細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0057】図1は、本発明の第1の実施の形態にかか
る光機能素子を表す概念図である。同図に基づいて、本
発明の光機能素子の基本原理を説明する。まず、本発明
による光機能素子は、光を導波する導波機構を有する。
図示した具体例においては、導波機構として光導波路1
が設けらている。光導波路1上には、2次の回折格子2
が形成されている。この導波路1は、光ファイバでも一
般の誘電体導波路でも半導体導波路でも良い。例えば、
InGaAsP/InP導波路を用いることができる。
これは、屈折率の高いInGaAsP4元混晶を導波路
のコアとし、それを屈折率の低いInPをクラッドで上
下から挟んだ積層構造(slab waveguide:スラブ型導波
路)である。これは一次元断面であるが、さらに横の方
向からもInPで埋め込まれた2次元の埋め込み型導波
路(buried waveguide)としても良い。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an optical functional device according to the first embodiment of the present invention. The basic principle of the optical functional device of the present invention will be described with reference to FIG. First, the optical functional device according to the present invention has a waveguide mechanism for guiding light.
In the illustrated example, the optical waveguide 1 is used as a waveguide mechanism.
Is provided. On the optical waveguide 1, a second-order diffraction grating 2
Are formed. The waveguide 1 may be an optical fiber, a general dielectric waveguide, or a semiconductor waveguide. For example,
An InGaAsP / InP waveguide can be used.
This is a laminated structure (slab waveguide: slab waveguide) in which InGaAsP quaternary mixed crystal having a high refractive index is used as the core of the waveguide, and InP having a low refractive index is sandwiched from above and below by cladding. This is a one-dimensional cross section, but it may also be a two-dimensional buried waveguide embedded with InP from a lateral direction.

【0058】2次の回折格子2を有する導波路1におい
て導波される光の一部は、図1に示したように、導波路
方向に対してほぼ垂直に上下両方向に放射される。これ
は、いわゆる放射モード光である。
As shown in FIG. 1, a part of the light guided in the waveguide 1 having the secondary diffraction grating 2 is radiated in both the vertical and vertical directions substantially perpendicular to the waveguide direction. This is so-called radiation mode light.

【0059】本発明においては、この放射モード光を増
幅機構3に通すような構成とする。この増幅機構3は、
光を増幅する作用を有する。増幅機構3は、EDFA
(Erbium Doped Fiber Amplifier)、SOA(Semicond
uctor Optical Amplifier)でも良いし、光ポンプされ
たゲイン媒質でも何でも良い。例えば、通電したInG
aAsP/InP積層構造のpn接合とすることができ
る。
In the present invention, the configuration is such that this radiation mode light is passed through the amplification mechanism 3. This amplification mechanism 3
It has the function of amplifying light. The amplification mechanism 3 is an EDFA
(Erbium Doped Fiber Amplifier), SOA (Semicond
uctor Optical Amplifier) or an optically pumped gain medium. For example, when InG
It can be a pn junction of an aAsP / InP laminated structure.

【0060】但し、この増幅機構3は、導波路1の導波
モードの導波を直接妨げないように十分距離をおいて配
置することが望ましい。これは、あくまで導波モードか
ら放射モードに変換された光波に対して、共振器構造を
形成するという本発明の主旨に則っている。
However, it is desirable that the amplifying mechanism 3 is arranged at a sufficient distance so as not to directly hinder the waveguide mode of the waveguide 1. This is in accordance with the gist of the present invention in that a resonator structure is formed for a light wave converted from a waveguide mode to a radiation mode.

【0061】増幅機構3の先には、さらに高反射率を有
する反射機構4が配置されている。この反射機構4は、
放射モード光を高い反射率で反射する作用を有し、例え
ば、誘電体多層膜による構成することができる。反射機
構4で反射された放射モード光は、再び増幅機構3にお
いて増幅され、回折格子2を介して導波路1に戻る。こ
のような増幅/反射/増幅のサイクルの繰り返しによ
り、ユニークな共振器構造が実現される。より具体的な
光機能素子の構成例については、後に詳述する。
At the end of the amplification mechanism 3, a reflection mechanism 4 having a higher reflectance is arranged. This reflection mechanism 4
It has a function of reflecting the radiation mode light with a high reflectance, and for example, can be constituted by a dielectric multilayer film. The radiation mode light reflected by the reflection mechanism 4 is amplified again by the amplification mechanism 3 and returns to the waveguide 1 via the diffraction grating 2. By repeating such amplification / reflection / amplification cycles, a unique resonator structure is realized. A more specific configuration example of the optical functional element will be described later in detail.

【0062】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図2は、本発明の第2の実施の形態にかかる
光機能素子を表す概念図である。すなわち、同図の素子
においては、上述した共振器構造を導波路1の上下両方
に設けることにより、より強い共振器機構が実現されて
いる。すなわち、導波路1の上方向と下方向に放射され
る放射モード光のそれぞれは、増幅/反射/増幅のサイ
クルを繰り返す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a second embodiment of the present invention. That is, in the element shown in the figure, a stronger resonator mechanism is realized by providing the above-described resonator structure both above and below the waveguide 1. That is, each of the radiation mode lights emitted upward and downward in the waveguide 1 repeats the cycle of amplification / reflection / amplification.

【0063】放射モードの特長は、回折格子の存在して
いる領域全体にわたって非常に鋭いビームで出力されう
ることである。したがって、放射モード光は、点光源と
見なされる導波路端面の出力とは異なり、導波路に沿っ
て光学的な種々の機能を構成できる柔軟性を有してい
る。例えば、別の光学素子との結合のための入出力用集
光機能がある。具体的には、レンズ機能、別のホログラ
ム、光アイソレータ等が挙げられる。
A feature of the radiation mode is that a very sharp beam can be output over the entire area where the diffraction grating exists. Therefore, the radiation mode light has the flexibility to configure various optical functions along the waveguide, unlike the output of the end face of the waveguide regarded as a point light source. For example, there is an input / output light collecting function for coupling with another optical element. Specifically, there are a lens function, another hologram, an optical isolator, and the like.

【0064】次に、本発明の第3の実施の形態について
説明する。図3は、本発明の第3の実施の形態にかかる
光機能素子を表す概念図である。同図についても、前述
した各実施形態と同様の部分は、同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。本実施形態は、前述した第2実施
形態の構成に対して、位相制御機構5を付加したもので
ある。位相制御機構5は、光の位相を制御する作用を有
し、反射機構4からの反射光が効率よく回折格子2を介
して導波路1に結合できるように反射光の位相を調整す
るものである。これにより、反射光の導波路1に対する
結合効率を向上させ、より高い効率で共振させることが
できる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a third embodiment of the present invention. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In the present embodiment, a phase control mechanism 5 is added to the configuration of the above-described second embodiment. The phase control mechanism 5 has a function of controlling the phase of the light, and adjusts the phase of the reflected light so that the reflected light from the reflection mechanism 4 can be efficiently coupled to the waveguide 1 via the diffraction grating 2. is there. Thereby, the coupling efficiency of the reflected light to the waveguide 1 can be improved, and resonance can be performed with higher efficiency.

【0065】位相制御機構5の具体例としては、pn接
合を有するInGaAsP/InPのスラブ(slab)型
導波構造を挙げることができる。このような導波路のp
n接合に通電するか、あるいは逆バイアスで電界を印加
すると、屈折率が変化し、光の位相を制御することがで
きる。また、位相制御機構5は、増幅機構3と反射機構
4との間に設けても良く、または導波路1と増幅機構3
との間に設けても良い。増幅機構3は、通電によってキ
ャリア密度が変化して屈折率が変わり得る。位相制御機
構5によってそれを打ち消すというような応用も考えら
れる。
As a specific example of the phase control mechanism 5, an InGaAsP / InP slab type waveguide structure having a pn junction can be given. The p of such a waveguide
When a current is applied to the n-junction or an electric field is applied with a reverse bias, the refractive index changes and the phase of light can be controlled. Further, the phase control mechanism 5 may be provided between the amplification mechanism 3 and the reflection mechanism 4 or may be provided between the waveguide 1 and the amplification mechanism 3.
May be provided in between. The amplification mechanism 3 can change the carrier density and the refractive index by energization. An application in which the phase is canceled by the phase control mechanism 5 is also conceivable.

【0066】以上、第1〜第3の実施の形態として、本
発明の光機能素子の基本的な構成について説明した。次
に、本発明における共振器構造の理論的背景について説
明する。まず、2次以上の回折格子を有する導波路が分
布帰還によって発振している状況を想定する。本発明者
が提案した解析方法において、回折格子内での放射モー
ドの振幅は近似的に次式で表される。
The basic structure of the optical functional device of the present invention has been described as the first to third embodiments. Next, the theoretical background of the resonator structure according to the present invention will be described. First, it is assumed that a waveguide having a second-order or higher diffraction grating oscillates by distributed feedback. In the analysis method proposed by the inventor, the amplitude of the radiation mode in the diffraction grating is approximately expressed by the following equation.

【0067】[0067]

【数1】 ここで、回折格子は導波路の座標のx=0からx=gま
で存在すると仮定する。(1)式のa(x)は回折格子
領域の下端(x=0)から下向きに放射される放射モー
ドの振幅を表し、(2)式のb(x)は回折格子領域の
上端(x=g)から上向きに放射される放射モードのx
における振幅を表す。T(x)は回折格子のフーリエ
(Fourier)係数と導波モードのフィールド(field:
界)で決まる関数である。
(Equation 1) Here, it is assumed that the diffraction grating exists from x = 0 to x = g of the coordinates of the waveguide. A (x) in equation (1) represents the amplitude of a radiation mode radiated downward from the lower end (x = 0) of the diffraction grating area, and b (x) in equation (2) is the upper end (x = G) x of the radiation mode radiated upward from
Represents the amplitude at. T (x) is the Fourier coefficient of the diffraction grating and the field of the guided mode (field:
It is a function determined by the field.

【0068】定数Ca、Cbは境界条件で決まる定数であ
る。導波路の上下に放出された放射モードがそれぞれ反
射機構により反射されるという境界条件で、この定数を
求める。導波路の上の反射率をrg、導波路の下の振幅
反射率をr0とする。なお、これらの反射率は位相も含
んでいる。放射モードが回折格子から放射されたあと反
射機構までの層構造の影響もこの反射率に含め、回折格
子領域境界に反射機構があると仮定して求める。すなわ
ち、an(g)=rgn(g)、bn(0)=r0
n(0)とする。
The constants C a and C b are constants determined by boundary conditions. This constant is determined under the boundary condition that the radiation modes emitted above and below the waveguide are respectively reflected by the reflection mechanism. The reflectance above the waveguide is r g , and the amplitude reflectance below the waveguide is r 0 . Note that these reflectivities include the phase. The effect of the layer structure from the radiation mode being emitted from the diffraction grating to the reflection mechanism is also included in this reflectivity, and is determined on the assumption that the reflection mechanism is present at the boundary of the diffraction grating region. That is, a n (g) = r g b n (g), b n (0) = r 0 b
n (0).

【0069】すると、定数Ca、Cbは、それぞれ次式に
より表すことができる。
Then, the constants C a and C b can be expressed by the following equations, respectively.

【0070】[0070]

【数2】 但し、次式を定義した。(Equation 2) However, the following equation was defined.

【0071】[0071]

【数3】 ここで、重要なのは式(3)の分母である。すなわち、(Equation 3) Here, what is important is the denominator of Expression (3). That is,

【0072】[0072]

【数4】 なる関係が成立すれば、式(3)の分母がゼロとなり、
定数Ca、Cbは無限大となる。つまり、式(1)、
(2)から分かるように、「放射モード共振器」として
発振する。つまり、反射率が大きく、ゲインがあり、位
相条件が満たされれば発振することが分かる。
(Equation 4) If the following relationship holds, the denominator of equation (3) becomes zero,
The constants C a and C b are infinite. That is, equation (1),
As can be seen from (2), oscillation occurs as a “radiation mode resonator”. That is, it can be seen that oscillation occurs when the reflectance is large, the gain is high, and the phase condition is satisfied.

【0073】また、導波路側からみると、従来は損失と
なっていた放射モードが、本発明においては増幅されて
戻ってくるので利得になる。ゆえに、DFBレーザの解
析に用いられる結合波方程式における放射モード損が利
得項に置き換わる。放射モード共振器が発振条件に至ら
なくても、DFBレーザとしても低しきい値での発振が
可能になる。
Further, when viewed from the waveguide side, the radiation mode, which has been a loss in the past, is amplified and returned in the present invention, so that it becomes a gain. Therefore, the radiation mode loss in the coupled wave equation used for the analysis of the DFB laser is replaced by the gain term. Even if the emission mode resonator does not reach the oscillation condition, the DFB laser can oscillate at a low threshold.

【0074】本願の請求項において、放射モードに対す
る増幅機構、反射機構、位相制御機構の3つの要素が請
求されていることは、この説明から理解しやすい。
It is easy to understand from the description that the claims of the present application claim three elements for the radiation mode: an amplification mechanism, a reflection mechanism, and a phase control mechanism.

【0075】以上説明した第1〜第3実施形態の構成
は、本発明の基本である。しかし、本発明においては、
前述した増幅機構、反射機構、位相制御機構などの要素
が互いに独立に存在している必要はない。例えば、次に
説明する第4実施形態の如く、2つ以上の機構が1つの
構成要素の中に共通して含まれていても良い。
The configurations of the first to third embodiments described above are the basis of the present invention. However, in the present invention,
Elements such as the above-described amplification mechanism, reflection mechanism, and phase control mechanism need not exist independently of each other. For example, as in a fourth embodiment described below, two or more mechanisms may be commonly included in one component.

【0076】図4は、本発明の第4の実施の形態にかか
る光機能素子の構成を例示する概念図である。同図につ
いても、前述した各実施形態と同様の部分は、同一の符
号を付して詳細な説明は省略する。同図の光機能素子に
おいては、ゲインを有する媒質3がない。その代わり
に、導波路1の近傍にゲインを有する活性層6が設けら
れている。また、反射機構4’もゲインを有する。すな
わち、これらの活性層6や反射機構4’が増幅機構とし
て作用する。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the configuration of an optical functional device according to a fourth embodiment of the present invention. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In the optical function device shown in FIG. 1, there is no medium 3 having a gain. Instead, an active layer 6 having a gain is provided near the waveguide 1. The reflection mechanism 4 'also has a gain. That is, the active layer 6 and the reflection mechanism 4 'function as an amplification mechanism.

【0077】反射機構がゲインを有する例としては、面
方向に積層された半導体の多層膜によるDBR(分布ブ
ラッグ反射:Distributed Bragg Reflector)鏡にpn
接合を形成して電流注入によりゲインを持たせることも
できるし、導波路1に対して垂直に別の導波路を設け、
その中にDBR鏡を設けても良い。
As an example in which the reflection mechanism has a gain, a DBR (Distributed Bragg Reflector) mirror made of a semiconductor multilayer film stacked in a plane direction is provided with a pn.
A junction may be formed to provide gain by current injection, or another waveguide may be provided perpendicular to waveguide 1,
A DBR mirror may be provided therein.

【0078】次に、本発明の第5の実施の形態について
説明する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.

【0079】図5は、本発明の第5の実施の形態にかか
る光機能素子を表す概念図である。同図についても、前
述した各実施形態と同様の部分は、同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。同図の例では、2次以上の回折
格子2は、位相シフト20、すなわち位相の不連続を有
する。位相シフト20は、導波路に平行な方向の放射モ
ードの強度分布の制御に有効である。すなわち、導波路
から放射モードが発生する場合、導波路は、進行方向の
逆な2つの波を許容する。放射モードの軸方向すなわち
導波路方向の強度分布は、この2つの導波モードによっ
て発生するそれぞれの放射モードの干渉によって強めあ
ったり弱めあったりすることに大きく影響される。この
干渉の状態は、位相シフトによって変化する。したがっ
て、適当な位相シフトを設けることは、大きなメリット
がある。また、位相シフトは導波モードそのものの軸方
向の強度にも影響を与えるため本発明の重要な構成要素
となりうる。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an optical functional device according to a fifth embodiment of the present invention. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In the example shown in the figure, the second-order or higher diffraction grating 2 has a phase shift 20, that is, a phase discontinuity. The phase shift 20 is effective for controlling the intensity distribution of the radiation mode in the direction parallel to the waveguide. That is, when a radiation mode is generated from the waveguide, the waveguide allows two waves having opposite traveling directions. The intensity distribution in the axial direction of the radiation mode, that is, in the waveguide direction, is greatly affected by the increase or decrease of the intensity due to the interference between the respective radiation modes generated by the two waveguide modes. The state of this interference changes due to the phase shift. Therefore, providing an appropriate phase shift has a great merit. In addition, since the phase shift affects the axial strength of the waveguide mode itself, it can be an important component of the present invention.

【0080】すなわち、位相シフトがないと、導波路の
中央部で放射モード強度が小さい縦モードが発振する。
これに対して、例えば、導波路の両端面の反射を低く抑
え、導波路中央にλ/4相当の位相シフトを設け、この
導波路をDFB(distributed feedback:分布帰還)発
振させると、位相シフト位置において導波モードと放射
モードの強度が大きい縦モードが発振する。
That is, when there is no phase shift, a longitudinal mode having a small radiation mode intensity oscillates at the center of the waveguide.
On the other hand, for example, when the reflection at both end surfaces of the waveguide is suppressed low, a phase shift equivalent to λ / 4 is provided at the center of the waveguide, and this waveguide is oscillated by DFB (distributed feedback), the phase shift At the position, a longitudinal mode in which the intensity of the waveguide mode and the radiation mode is large oscillates.

【0081】つまり、利得を受けて帰還される放射モー
ドの軸方向の強度分布と導波モードの強度が一致する。
位相シフト位置で空間的に強く同期するため、光帰還、
すなわち共振器の効率が極めて大きくなるという効果が
得られる。
In other words, the intensity distribution in the axial direction of the radiation mode that is fed back with the gain matches the intensity of the waveguide mode.
Because of spatially strong synchronization at the phase shift position, optical feedback,
That is, the effect that the efficiency of the resonator becomes extremely large is obtained.

【0082】なお、このような位相シフトの代わりに、
導波路の実効屈折率を変化させる構造を採用しても同様
の効果を得ることができる。つまり、回折格子の周期が
一様でも、導波構造の幅、厚さ、或いは屈折率を変化さ
せた実効位相シフト領域(図示せず)を設けることによ
り代替できる。また、位相シフトは、導波路内波長λの
整数倍から1/8倍以上3/8倍以下の範囲内の位相の
ずれ量を有することが望ましい。前述した1/4は、こ
の範囲の中心値に相当する。
Incidentally, instead of such a phase shift,
The same effect can be obtained even if a structure that changes the effective refractive index of the waveguide is adopted. That is, even if the period of the diffraction grating is uniform, it can be replaced by providing an effective phase shift region (not shown) in which the width, thickness, or refractive index of the waveguide structure is changed. Further, it is desirable that the phase shift has a phase shift amount in a range from an integral multiple of the wavelength λ in the waveguide to 1 / to /. The aforementioned 4 corresponds to the center value of this range.

【0083】次に、本発明の第6の実施の形態について
説明する。図6は、本発明の第6の実施の形態にかかる
光機能素子を表す概念図である。同図についても、前述
した各実施形態と同様の部分は、同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。本実施形態においては、回折格子
2の断面形状が非対称となる、いわゆるブレーズ角(bl
aze angle)をもつ。ブレーズのない対称な断面形状の
回折格子では、所定の方向に進む導波モードによって発
生する放射モードは上下2方向にほぼ同様に放射される
ことが多い。しかし、ブレーズがあると上下に放射され
る放射モードに選択性を持たせることができる。例え
ば、図6において、導波路を左から右へ通る光波は、図
面の上方に放射される割合が大きく、逆向きの場合は下
方に放射される割合が大きい。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a sixth embodiment of the present invention. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In the present embodiment, a so-called blaze angle (bl) in which the cross-sectional shape of the diffraction grating 2 is asymmetric.
aze angle). In a diffraction grating having a symmetrical cross-sectional shape without blaze, a radiation mode generated by a guided mode traveling in a predetermined direction is radiated almost equally in two vertical directions. However, if there is a blaze, selectivity can be given to the radiation mode radiated up and down. For example, in FIG. 6, a light wave passing through the waveguide from left to right has a large proportion radiated upward in the drawing, and has a large proportion radiated downward in the opposite direction.

【0084】このようなブレーズ角を導入することによ
り、次のようなメリットが得られる。つまり、導波路に
対して常に一方向に信号光が伝搬している場合に、ブレ
ーズの角度によって導波路の上下のいずれかの側に放射
される放射モードを大きくすることができる。そして、
その大きい側の反射率を大きくしたり、増幅機構のゲイ
ンを大きくすることにより片側の機構を増強すると、効
率よく機能を強化できる。また、逆方向に伝搬する信号
に対して増幅効果が小さくなるようにすれば、光アイソ
レータ(isolator)や方向性結合器の機能を持たせるこ
とができる。
The following merits can be obtained by introducing such a blaze angle. That is, when the signal light is always propagating in one direction with respect to the waveguide, the radiation mode radiated to any one of the upper and lower sides of the waveguide can be increased depending on the angle of the blaze. And
If the one-side mechanism is enhanced by increasing the reflectance on the large side or increasing the gain of the amplification mechanism, the function can be efficiently enhanced. If the effect of amplifying a signal propagating in the opposite direction is reduced, the function of an optical isolator or a directional coupler can be provided.

【0085】次に、本発明の第7の実施の形態について
説明する。本実施形態の光機能素子は、図1〜図6に例
示した構成を用いて説明することができる。すなわち、
本実施形態においては、導波機構、増幅機構、反射機構
をそれぞれ独立に変調制御する。これらは、第3実施形
態において前述した位相制御機構とあわせて、光信号を
扱う光機能デバイスにおける基本的な要請である。例え
ば、増幅機構を変調制御することで前述した式(5)の
条件が満足され、導波路に対して垂直な共振器の発振を
電流注入で制御できるようになる。他の機構すなわち導
波機構や反射機構のパラメータも同様に変調制御するこ
とができる。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. The optical function device of the present embodiment can be described using the configurations illustrated in FIGS. That is,
In the present embodiment, the modulation of the waveguide mechanism, the amplification mechanism, and the reflection mechanism is independently controlled. These are basic requirements for an optical functional device that handles optical signals, together with the phase control mechanism described in the third embodiment. For example, by controlling the modulation of the amplification mechanism, the condition of the above-described expression (5) is satisfied, and the oscillation of the resonator perpendicular to the waveguide can be controlled by current injection. The modulation of other parameters, that is, the parameters of the waveguide mechanism and the reflection mechanism, can be similarly controlled.

【0086】次に、本発明の第8の実施の形態について
説明する。図7は、本実施形態に係る光機能素子を表す
概念図である。同図についても、前述した各実施形態と
同様の部分は、同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。本実施形態においては、放射モードを利用した別の
共振構造を導波路に沿って形成する。導波路に沿って形
成するということは、長い導波路の全長を利用できるこ
とを意味する。したがって、導波路に沿って共振器構造
を変化のあるものとすることが可能である。また、導波
路に沿って多数の共振器構造を形成することも可能であ
る。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to the present embodiment. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In the present embodiment, another resonance structure using the radiation mode is formed along the waveguide. Forming along the waveguide means that the entire length of the long waveguide can be utilized. Therefore, it is possible to make the resonator structure change along the waveguide. Also, a number of resonator structures can be formed along the waveguide.

【0087】図7に表した例においては、導波路構造1
の回折格子2の周期が導波路に沿って変化している。こ
の例では、回折格子の周期はΛ1、Λ2、及びΛ3の3
種類である。そして、それぞれの周期の回折格子に対応
して、反射機構4、位相変調機構5、増幅機構3が設け
られている。
In the example shown in FIG. 7, the waveguide structure 1
The period of the diffraction grating 2 changes along the waveguide. In this example, the period of the diffraction grating is 3 of Λ1, Λ2, and Λ3.
Kind. Further, a reflection mechanism 4, a phase modulation mechanism 5, and an amplification mechanism 3 are provided corresponding to the diffraction grating of each period.

【0088】この光機能素子の動作について説明すると
以下の如くである。すわわち、導波路1を励起してお
き、自然放出光を発生させる。その中の回折格子周期Λ
1、Λ2、及びΛ3に対応して垂直に放射される波長成
分の放射モードが、それぞれの放射モード共振器におい
て増幅される。増幅の程度は、ゲインや反射率や、位相
等を独立に制御することにより、特定の波長を自由に増
幅できる。反射機構そのものも、DBRなどの構成を採
用することにより、波長の選択性を強化できる。また、
ゲインスペクトラムのピークをその特定波長に合わせる
ことも可能である。増幅が強ければ発振させることもで
きる。このような増幅光をそれぞれの共振器から取り出
すことも可能である。また、導波路1に戻してその端面
から取り出すこともできる。また、それぞれの共振器で
特定の波長を変調した信号として取り出すこともでき
る。
The operation of the optical function device will be described as follows. In other words, the waveguide 1 is excited to generate spontaneous emission light. The diffraction grating period in it Λ
The radiation modes of the wavelength components radiated vertically corresponding to 1, Λ2 and Λ3 are amplified in the respective radiation mode resonators. As for the degree of amplification, a specific wavelength can be freely amplified by independently controlling gain, reflectance, phase and the like. The reflection mechanism itself can also enhance the wavelength selectivity by employing a configuration such as a DBR. Also,
It is also possible to match the peak of the gain spectrum to that particular wavelength. If the amplification is strong, it can be oscillated. Such amplified light can be extracted from each resonator. Further, it can be returned to the waveguide 1 and taken out from the end face. Further, it is also possible to take out a signal obtained by modulating a specific wavelength in each resonator.

【0089】このような構成は、合波器や分波器の機能
も兼ね備えているため、光回路を省スペースにレイアウ
トできる。したがって、モノリシック(monolithic)な
集積に向く。図7の例では、導波路機構及びもその他の
機構をInPなどの基板上にモノリシックに集積するこ
とができる。しかし、その他にも、例えば導波路をファ
イバとし、回折格子をファイバグレーティングとしても
良い。
Since such a structure also has functions of a multiplexer and a demultiplexer, the optical circuit can be laid out in a small space. Therefore, it is suitable for monolithic integration. In the example of FIG. 7, the waveguide mechanism and other mechanisms can be monolithically integrated on a substrate such as InP. However, besides, for example, the waveguide may be a fiber and the diffraction grating may be a fiber grating.

【0090】また、回折格子の周期を変化させる代わり
に、導波路1の実効屈折率を局所的に変化させることに
よって波長選択機能を持たせることもできる。その他、
回折格子の周期を段階的に変化させるのではなく、連続
的に変化させる応用例も考えられる。
Further, instead of changing the period of the diffraction grating, a wavelength selecting function can be provided by locally changing the effective refractive index of the waveguide 1. Others
An application example in which the period of the diffraction grating is not changed stepwise but continuously changed is also conceivable.

【0091】次に、本発明の第9の実施の形態について
説明する。
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described.

【0092】図8は、本発明の第9の実施の形態にかか
る光機能素子を表す概念図である。同図についても、前
述した各実施形態と同様の部分は、同一の符号を付して
詳細な説明は省略する。その構成は、前述した第8実施
形態と類似している。主な相違点は、応用の仕方であ
る。つまり、本実施形態においては、導波路1を、信
号、とりわけ波長の異なる複数の信号が伝搬している伝
送線路と位置づけている。第8実施形態と同様の構成に
より、その信号をチューニング(tuning)して別々に増
幅して取り出す機能を実現することができる。すなわ
ち、本実施形態は、チューナアンプに相当する。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing an optical functional device according to a ninth embodiment of the present invention. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The configuration is similar to that of the above-described eighth embodiment. The main difference is the way of application. That is, in the present embodiment, the waveguide 1 is positioned as a transmission line through which signals, particularly a plurality of signals having different wavelengths, propagate. With the same configuration as in the eighth embodiment, it is possible to realize a function of tuning (tuning) the signal and separately amplifying and extracting the signal. That is, the present embodiment corresponds to a tuner amplifier.

【0093】同時に、本実施形態の伝送系は、リングネ
ットワークでもある。つまり、導波路の左端から入力さ
れた信号は、右端からも出力され、また別のターミナル
(terminal)でも検出される。この場合には、放射モー
ドの共振器構造の増幅機能は中継器の役目も果たし信号
の減衰を防ぐ。
At the same time, the transmission system of this embodiment is also a ring network. That is, a signal input from the left end of the waveguide is also output from the right end and detected at another terminal. In this case, the amplification function of the radiation mode resonator structure also serves as a repeater, preventing signal attenuation.

【0094】本実施形態の素子の動作は、前述した第8
実施形態の考え方を基本としている。つまり、周期の異
なる回折格子からそれぞれ垂直放射される放射モードを
波長選択性のある共振器で増幅し、その出力を検出す
る。図8では、各共振器を出力ポート(port)と見な
し、波長の異なる信号を各ポート毎に図面の下向きに出
力して、図示しない検出器で受ける。
The operation of the device of this embodiment is the same as that of the eighth embodiment.
It is based on the concept of the embodiment. That is, the radiation modes vertically radiated from the diffraction gratings having different periods are amplified by a resonator having wavelength selectivity, and the output is detected. In FIG. 8, each resonator is regarded as an output port, and signals having different wavelengths are output downward for each port and received by a detector (not shown).

【0095】回折格子の周期により決定される波長の間
隔(図8の例では、Λ1とΛ2とΛ3との波長間隔)が
広い場合は、それぞれの波長に対応する周期の回折格子
部分以外では、導波路に対して垂直からずれた方向に放
射される。したがって、共振器の配置のみで、チューニ
ングされる。また、導波路の屈折率を変調することでも
チューニングされる。
When the wavelength interval determined by the period of the diffraction grating (the wavelength interval between # 1, # 2, and # 3 in the example of FIG. 8) is wide, except for the diffraction grating portion having a period corresponding to each wavelength, The radiation is emitted in a direction deviated from the direction perpendicular to the waveguide. Therefore, tuning is performed only by the arrangement of the resonators. Tuning is also performed by modulating the refractive index of the waveguide.

【0096】波長間隔が狭い場合は、位相制御機構5に
よる変調や、DBR反射機構の屈折率を変化させてチュ
ーニングすることができる。
When the wavelength interval is small, tuning can be performed by modulation by the phase control mechanism 5 or by changing the refractive index of the DBR reflection mechanism.

【0097】次に、本発明の第10の実施の形態ついて
説明する。
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described.

【0098】図9は、本実施形態の光機能素子を表す概
念図である。同図についても、前述した各実施形態と同
様の部分は、同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。本実施形態は、レーザ発振する機能を備えた光機能
素子を中心とする。本発明の著しい特徴として、通常の
導波路型レーザの導波路共振器の他に、放射モードの共
振器を備える点を挙げることができる。したがって、ど
ちらを主要な共振器とし、どちらを補助的な共振器とす
るかというバリエーション(variation)が発生する。
もちろん、両方とも発振させるという組み合わせもあ
る。また、出力をどこから取り出すかというバリエーシ
ョン(variation)もある。
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the optical functional device of the present embodiment. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The present embodiment is centered on an optical functional element having a function of oscillating a laser. A remarkable feature of the present invention is that a radiation mode resonator is provided in addition to the waveguide resonator of the ordinary waveguide laser. Therefore, a variation occurs in which one is the main resonator and which is the auxiliary resonator.
Of course, there is also a combination in which both are oscillated. There is also a variation where output is taken from.

【0099】図9においては、導波路機構1は回折格子
のみでも光フィードバックを起こすことができるが、さ
らにフィードバックを強めるための反射構造30を両端
面に備えた場合を例示した。
FIG. 9 exemplifies a case where the waveguide mechanism 1 can generate optical feedback only by the diffraction grating, but is provided with a reflecting structure 30 on both end surfaces for further enhancing the feedback.

【0100】従来のレーザのように導波路機構を主要共
振器とした場合は、放射モードの共振器は主要共振器に
対する光ポンピング機構と解釈することもできる。この
ポンピング機構は導波路1に沿って密に構成することも
可能なため、非常に効率の良い励起が可能となる。導波
路のみに電流を注入する従来の半導体レーザでは、狭い
導波路への電流密度が高くなり、活性層6の劣化や局所
的な熱の発生が問題となる。これに対して、本発明によ
れば、電流の注入は補助共振器の方に分散されるため、
熱の影響を小さくし、信頼性も向上させることができ
る。主要共振器に対して電流励起と光励起の両方をバラ
ンスさせることができることも本発明による新しいメリ
ットの一つである。
When the waveguide mechanism is used as the main resonator as in the conventional laser, the radiation mode resonator can be interpreted as an optical pumping mechanism for the main resonator. Since this pumping mechanism can be densely arranged along the waveguide 1, very efficient excitation can be achieved. In a conventional semiconductor laser in which a current is injected only into a waveguide, the current density in a narrow waveguide becomes high, and there is a problem that the active layer 6 is deteriorated and local heat is generated. In contrast, according to the invention, the injection of the current is distributed towards the auxiliary resonator,
The effect of heat can be reduced, and the reliability can be improved. Another advantage of the present invention is that both current excitation and optical excitation can be balanced with respect to the main resonator.

【0101】光出力は、従来のように端面から取り出す
場合(出力100)と、放射モード共振器から増幅され
た放射モードとして導波路に沿う形で取り出す場合(出
力200)の両方を実施できる。どちらか都合の良い出
力形態を選択できる。
The optical output can be implemented both in the conventional case where it is extracted from the end face (output 100) and in the case where it is extracted along the waveguide as a radiation mode amplified from the radiation mode resonator (output 200). Either convenient output mode can be selected.

【0102】また、主要共振器を放射モード共振器とし
た場合は、導波路機構1を光ポンピング機構と考えるこ
とができる。上述の例と同様に、光出力を端面から取り
出す場合(出力100)と、放射モード共振器から導波
路に沿う形で取り出す場合(出力200)の両方を実施
できる。もちろん、どちらか都合の良い出力形態を選択
できる。
When the main resonator is a radiation mode resonator, the waveguide mechanism 1 can be considered as an optical pumping mechanism. As in the above-described example, both the case where the optical output is extracted from the end face (output 100) and the case where the optical output is extracted from the radiation mode resonator along the waveguide (output 200) can be implemented. Of course, any convenient output form can be selected.

【0103】また、本実施形態も、発明に共通に付加さ
れる機構としての受光機構40を有する。この場合は、
受光機構40によって出力光をモニタ(monitor)し、
図示しない外部回路を用いてレーザの出力を制御するこ
とができる。例えば、レーザの出力を一定に維持するた
めのAPC(Automatic power control)をかけること
ができる。光ポンピングされる導波路機構1には、材料
として電流励起できない媒質、特に光励起でのみ利得を
持つ媒質を配することができる。たとえば、Er(エル
ビウム)やPr(プラセオジム)をドープした石英系の
導波路である。これらはいわゆるファイバアンプと同様
のものである。導波路1に沿った放射モードの共振器は
この導波路アンプに対して強力な光励起効果をもつ。励
起だけが目的であれば、放射モードに対する反射率はほ
ぼ100%とし、出力200を無視することもできる。
The present embodiment also has a light receiving mechanism 40 as a mechanism commonly added to the present invention. in this case,
The output light is monitored by the light receiving mechanism 40,
The output of the laser can be controlled using an external circuit (not shown). For example, APC (Automatic power control) for keeping the output of the laser constant can be applied. The optically pumped waveguide mechanism 1 can be provided with a medium that cannot be current-excited as a material, in particular, a medium that has gain only by optical excitation. For example, it is a silica-based waveguide doped with Er (erbium) or Pr (praseodymium). These are similar to a so-called fiber amplifier. The resonator in the radiation mode along the waveguide 1 has a strong optical pumping effect on the waveguide amplifier. If the purpose is only for excitation, the reflectivity for the radiation mode can be almost 100% and the output 200 can be neglected.

【0104】この光励起と電流励起の使い分けはその逆
で放射モード共振器側の方でも良い。ただし、一般的に
は長い導波路に沿って励起する上記の例の方が効率が良
い。また、導波路機構1を電流を流せないパッシブ(pa
ssive)な材料で構成することも製作上に大きなメリッ
トをもたらす。つまり、pn接合をもつ半導体で適当な
屈折率差をもつ導波路をつくりにくい場合である。この
とき、導波路を半導体ではない材料で形成しても良い。
これは、例えば、石英(SiO2)クラッドとSiNの
コアをもつような構成である。
The light excitation and the current excitation can be selectively used on the opposite side, ie, on the radiation mode resonator side. However, in general, the above example in which excitation is performed along a long waveguide is more efficient. In addition, a passive (pa
The use of a ssive) material also provides significant manufacturing advantages. That is, this is a case where it is difficult to form a waveguide having an appropriate difference in refractive index from a semiconductor having a pn junction. At this time, the waveguide may be formed of a material other than a semiconductor.
This is a configuration having a quartz (SiO 2 ) cladding and a SiN core, for example.

【0105】図10は、石英クラッドを採用した素子の
断面構造を例示する概念図である。すなわち、同図
(a)は、その導波路の中心軸に沿った断面図であり、
同図(b)は、導波路に対して垂直に切断した断面図で
ある。
FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating the cross-sectional structure of a device employing a quartz cladding. That is, FIG. 2A is a cross-sectional view along the central axis of the waveguide.
FIG. 2B is a cross-sectional view cut perpendicularly to the waveguide.

【0106】その構成を製造工程に沿って説明すれば、
以下の如くである。まず、半導体基板50上にDBR反
射鏡4’とpn接合で利得をもつ活性層3を成長する。
面倒な結晶成長はこれのみで良く成長回数を低減でき
る。電極はITO(indium tinoxide:酸化インジウム
・錫)などの透明電極55とする。この上に石英(Si
2)クラッド1bとSiNのコア1aよりなる導波路
構造1を形成する。SINの導波路コア1aには2次の
回折格子2を形成する。この導波路構造1の上にさらに
SiO2とSi(シリコン)からなる誘電体高反射多層
膜4’を形成する。基板50の裏面には、電極70が形
成されている。また、透明電極55には、ワイア60が
ボンディングされている。透明電極55を介して注入さ
れた電流は、図10(b)に矢印で示したように、電流
ブロック領域53により導波路構造1の下部の活性層3
に流入する。
The structure will be described according to the manufacturing process.
It is as follows. First, the active layer 3 having a gain by a pn junction with the DBR reflector 4 'is grown on the semiconductor substrate 50.
The troublesome crystal growth alone is sufficient, and the number of times of growth can be reduced. The electrode is a transparent electrode 55 such as ITO (indium tin oxide). On top of this, quartz (Si
O 2 ) A waveguide structure 1 comprising a clad 1b and a SiN core 1a is formed. A secondary diffraction grating 2 is formed in the SIN waveguide core 1a. On this waveguide structure 1, a dielectric high reflection multilayer film 4 'made of SiO 2 and Si (silicon) is further formed. An electrode 70 is formed on the back surface of the substrate 50. A wire 60 is bonded to the transparent electrode 55. The current injected through the transparent electrode 55 is applied to the active layer 3 under the waveguide structure 1 by the current block region 53 as shown by an arrow in FIG.
Flows into.

【0107】本変形例によれば、通電領域と導波路領域
を全く異なる材料系で分離できるので製作が容易であ
る。例えば、導波路領域は、上述したようなSiO2
ラッド/SiNコアの組み合わせの他にも、回折格子が
形成された光ファイバとしても良く、または、ITOな
どの透明電極に回折格子を形成し、SiO2などの材料
からなるクラッドを積層しても良い。
According to this modification, the current-carrying region and the waveguide region can be separated by completely different material systems, so that the fabrication is easy. For example, in addition to the above-described combination of SiO 2 clad / SiN core, the waveguide region may be an optical fiber on which a diffraction grating is formed, or a diffraction grating is formed on a transparent electrode such as ITO. A clad made of a material such as SiO 2 may be laminated.

【0108】このように、導波路領域を通電領域とは異
なる材料系により構成すれば、導波路部分の製作に失敗
しても高価な半導体成長ウェーハに損傷を与えないよう
に、導波路部を形成する工程をやり直すことができる。
また、半導体より小さい屈折率で導波路をつくれるた
め、そのサイズも2倍程度大きくできるために加工がし
やすいという利点も有する。
As described above, if the waveguide region is made of a material different from that of the current-carrying region, the waveguide portion is formed so as not to damage the expensive semiconductor growth wafer even if the fabrication of the waveguide portion fails. The process of forming can be redone.
In addition, since a waveguide can be formed with a refractive index smaller than that of a semiconductor, the size thereof can be about twice as large, so that there is an advantage that processing is easy.

【0109】また、発振波長を決める回折格子2と導波
路部1の屈折率の温度変化が半導体材料よりも小さいの
で、温度に対して波長の安定したレーザが実現できる。
これは光通信のうちWDM(wavelength division mult
iplexing:波長多重)用光源に適する。また、導波路部
1が石英系ファイバと類似であるので、ファイバとの結
合が容易になる。
Further, since the temperature change of the refractive index of the diffraction grating 2 and the waveguide portion 1 which determine the oscillation wavelength is smaller than that of the semiconductor material, a laser whose wavelength is stable with respect to temperature can be realized.
This is WDM (wavelength division mult) in optical communication.
Suitable for light sources for iplexing. In addition, since the waveguide section 1 is similar to a silica-based fiber, coupling with the fiber is facilitated.

【0110】前述のように、利得領域では半導体を導波
路上に加工する必要がない。活性層ストライプの外側に
光のモードの滲みだし領域を設ける必要がないため、半
導体部の製作が格段に楽になる。
As described above, it is not necessary to process the semiconductor on the waveguide in the gain region. Since there is no need to provide a light-mode bleeding area outside the active layer stripe, the manufacture of the semiconductor portion is greatly facilitated.

【0111】一方、導波路をパッシブな半導体材料によ
り形成しても大きな効果が得られる。導波路がパッシブ
であれば、導波路自体がキャリア密度の影響を受けな
い。そのため、キャリア密度の空間的不均一により屈折
率の不均一が発生して横モードや縦モードが不安定とな
る「ホールバーニング」という現象が防げる。ゆえに、
高出力になってもモードが安定で、電流−光出力特性に
「キンク(kink)」と呼ばれる折れ曲がりが発生しな
い。
On the other hand, a great effect can be obtained even if the waveguide is formed of a passive semiconductor material. If the waveguide is passive, the waveguide itself is not affected by the carrier density. Therefore, it is possible to prevent a phenomenon called "hole burning" in which the refractive index is nonuniform due to the spatial nonuniformity of the carrier density and the horizontal mode and the vertical mode are unstable. therefore,
The mode is stable even at high output, and the current-light output characteristics do not have a bending called "kink".

【0112】さらに、導波路1を逆バイアスで動作させ
る方式がある。図11は、導波路を逆バイアスで動作さ
れる素子の断面構造を例示する概念図である。同図に関
しては、前述した各具体例と同一の部分には同一の符号
を付して詳細な説明は省略する。
Further, there is a method of operating the waveguide 1 with a reverse bias. FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional structure of an element in which a waveguide is operated with a reverse bias. In the figure, the same parts as those in the above-described specific examples are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.

【0113】この素子においては、導波路構造1と利得
領域3との間の層をn型InPのグラウンド(ground)
とし、その上下がp層になるようにする。ここで、導波
路1a(コア)を、電界で屈折率の実数部が変化するよ
うな結晶組成の材料により形成すると、電界によって発
振波長を調整することができる。つまり、同調範囲の広
い波長可変型レーザ(tunable laser)を実現すること
ができる。
In this device, the layer between the waveguide structure 1 and the gain region 3 is formed of an n-type InP ground.
So that the upper and lower layers are p layers. Here, when the waveguide 1a (core) is formed of a material having a crystal composition such that the real part of the refractive index changes with an electric field, the oscillation wavelength can be adjusted by the electric field. That is, a tunable laser having a wide tuning range can be realized.

【0114】または、導波路1a(コア)を電界で屈折
率の虚数部が変化するような結晶組成の材料により形成
すると、電界によって損失が変化する。これは電界吸収
型外部変調器と同じ作用である。この電界による変化を
出力光の変調に利用できる。この場合には、電流による
直接変調と異なり、光学的損失の電界による変調であ
る。順方向の注入キャリア密度を変調させる場合と比べ
ると、本具体例の場合には高速で緩和振動の影響の少な
いきれいな出力波形が得られる。これは、出力波形を観
察した時に、いわゆる「アイが開く状態」が得られるこ
とに対応し、ビット・エラー・レートが極めて低い高速
光伝送が可能となる。さらに、レーザと変調器とを集積
することもできる。
Alternatively, if the waveguide 1a (core) is formed of a material having a crystal composition in which the imaginary part of the refractive index changes with an electric field, the loss changes with the electric field. This is the same operation as the electroabsorption type external modulator. The change due to the electric field can be used for modulating the output light. In this case, unlike the direct modulation by the electric current, the modulation is by the electric field of the optical loss. Compared to the case where the injected carrier density in the forward direction is modulated, in the case of this specific example, a clear output waveform with high speed and little influence of relaxation oscillation can be obtained. This corresponds to obtaining a so-called "eye open state" when observing the output waveform, and enables high-speed optical transmission with a very low bit error rate. Further, the laser and the modulator can be integrated.

【0115】図12は、レーザと光変調器とを集積した
光機能素子の断面構造を例示する概念図である。レーザ
に注入する電流を変化させるいわゆる直接変調方式で
は、屈折率の変化によりチャープ(chirp)も起こって
しまう。これに対して、本具体例においては、電界吸収
型の変調器であるEAMを分離させて集積することによ
り、さらに高速で安定した光伝送が可能となる。
FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional structure of an optical function element in which a laser and an optical modulator are integrated. In a so-called direct modulation method in which a current injected into a laser is changed, chirp also occurs due to a change in refractive index. On the other hand, in this specific example, by separating and integrating the EAM, which is an electro-absorption type modulator, it is possible to achieve higher speed and more stable optical transmission.

【0116】すなわち、導波路1のコア部1aが電界で
屈折率の虚数部が変化するような結晶組成とする。例え
ば、InGaAsPを用いる。すると電界の印加によっ
て光の損失が変化する。これは電界吸収型外部変調器と
同じ作用である。この電界による変化を光変調に利用で
きる。
That is, the core portion 1a of the waveguide 1 has a crystal composition such that the imaginary part of the refractive index changes due to an electric field. For example, InGaAsP is used. Then, the loss of light changes by the application of the electric field. This is the same operation as the electroabsorption type external modulator. The change due to this electric field can be used for light modulation.

【0117】レーザとして作用する本発明の主要構造部
分の他に、回折格子つき導波路の延長部分(この部分に
おいては回折格子を除去してレーザ機能をなくする)を
電界吸収型外部変調器(EAM:Electro-Absorption M
odulator)として利用する。この場合、活性(gain)領
域から導波路まで一回の結晶成長で形成可能である。本
発明の導波路は活性領域やDBRから離れており、導波
モードの伝搬に影響を与えないようにできるため、この
ように一回で成長できる。EAM部では、活性領域には
電流を注入せず、励起させない。活性領域を励起させな
いと吸収率が高くなるが、本発明においては、別に導波
路1を設けてあるので、光はこの導波路1を介して伝搬
し変調することができる。
In addition to the main structural part of the present invention which functions as a laser, an extended part of the waveguide with a diffraction grating (in this part, the diffraction grating is removed to eliminate the laser function) is provided by an electroabsorption type external modulator ( EAM: Electro-Absorption M
odulator). In this case, it can be formed from the active (gain) region to the waveguide by a single crystal growth. The waveguide of the present invention is separated from the active region and the DBR and can be prevented from affecting the propagation of the guided mode, and thus can be grown in a single operation. In the EAM portion, no current is injected into the active region and no excitation occurs. If the active region is not excited, the absorptance increases, but in the present invention, since the waveguide 1 is provided separately, light can propagate and modulate through the waveguide 1.

【0118】回折格子のある活性領域の導波路部分は、
吸収をあまり増加させない範囲で波長可変(tunable)
型のレーザとすることもできる。
The waveguide portion of the active region having the diffraction grating is:
Tunable within a range that does not significantly increase absorption
It can also be a type of laser.

【0119】EAMは、電流によるレーザの直接変調と
異なり、光学的損失の電界による変調である。順方向の
注入キャリア密度の変調に比べると、高速で緩和振動の
影響の少ないきれいな出力波形が得られるというメリッ
トを有する。次に、本発明の第11の実施の形態につい
て説明する。図13は、本実施形態にかかる光機能素子
を表す概念図である。同図についても、前述した各実施
形態と同様の部分は、同一の符号を付して詳細な説明は
省略する。本実施形態においては、長い導波路1に沿っ
て複数の放射モード共振器を配置し、それぞれ独立に制
御変調する。この構成により、導波路1を主要発振器と
した場合に、そのポンピングを導波路軸方向で変化させ
ることができる。これにより発振波長のチューニングも
できる。また、導波路軸方向の光強度が平坦になり、空
間ホールバーニング等の不均一性に依存する発振不安定
性を補償することができる。
The EAM is different from the direct modulation of a laser by an electric current, in which an optical loss is modulated by an electric field. Compared with the modulation of the injected carrier density in the forward direction, there is an advantage that a clear output waveform with high speed and little influence of relaxation oscillation can be obtained. Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to the present embodiment. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In the present embodiment, a plurality of radiation mode resonators are arranged along the long waveguide 1, and control modulation is performed independently of each other. With this configuration, when the waveguide 1 is the main oscillator, the pumping can be changed in the waveguide axis direction. This allows tuning of the oscillation wavelength. Further, the light intensity in the waveguide axis direction becomes flat, and it is possible to compensate for oscillation instability depending on non-uniformity such as spatial hole burning.

【0120】また、複数の放射モード共振器を主要発振
器とした場合、それぞれを独立に変調することもでき
る。さらに、それぞれの発振波長を異なるように制御し
て、導波路1へ出力する波長多重通信(WDM:wavele
ngth division multiplexing)用の光源にも応用でき
る。
When a plurality of radiation mode resonators are used as main oscillators, each of them can be independently modulated. Furthermore, wavelength multiplexing communication (WDM: wavelength communication) for controlling each oscillation wavelength to be different so as to output to the waveguide 1 is performed.
It can also be applied to light sources for ngth division multiplexing.

【0121】前述した第9実施形態のチューナアンプは
光信号を分波して受信する光機能素子であったが、本実
施形態においては、このように放射モード共振器を波長
多重レーザ発振器として、合波して導波路に送信する光
機能素子とすることができる。本実施形態の送信器と第
9実施形態の受信器とは構成が類似するので、生産性の
点もで優れる。
The tuner amplifier according to the ninth embodiment is an optical functional element that receives an optical signal by demultiplexing it. In the present embodiment, the radiation mode resonator is used as a wavelength division multiplexing laser oscillator. An optical functional element that multiplexes and transmits to the waveguide can be obtained. Since the transmitter of the present embodiment and the receiver of the ninth embodiment have similar configurations, they are also excellent in productivity.

【0122】次に、本発明の第12の実施形態について
説明する。
Next, a twelfth embodiment of the present invention will be described.

【0123】図14は、本実施形態にかかる光機能素子
を表す概念図である。同図についても、前述した各実施
形態と同様の部分は、同一の符号を付して詳細な説明は
省略する。本実施形態は、放射モード共振器の変形例で
あり、この放射モード共振器自体にも導波機能を持たせ
るものである。すなわち、図14の光機能素子は、放射
モードを増幅するための共振器を、導波路型の活性DB
R構造7により実現した構成例である。ここで、「活性
DBR」とは、ゲインを有する波長選択性のある分布反
射鏡のことである。本実施形態においては、増幅機構、
反射機構、及び位相制御機構をまとめて活性DBR導波
路7に集約している。
FIG. 14 is a conceptual diagram showing an optical functional device according to the present embodiment. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The present embodiment is a modification of the radiation mode resonator, and the radiation mode resonator itself has a waveguide function. That is, in the optical function device shown in FIG. 14, a resonator for amplifying a radiation mode is provided with a waveguide type active DB.
6 is a configuration example realized by an R structure 7. Here, the “active DBR” is a distributed reflector having gain and wavelength selectivity. In the present embodiment, an amplification mechanism,
The reflection mechanism and the phase control mechanism are put together in the active DBR waveguide 7.

【0124】これは、通常のDFBレーザと部分的に類
似した構成を有する。すなわち、導波路に回折格子を有
し、活性層があって、電流を供給することにより利得が
得られれば増幅機能がある。逆バイアスの電界により屈
折率を変化させれば、位相制御機能が得られる。勿論、
回折格子によって入力に対して反射して戻す反射機能も
有することは言うまでもない。
This has a configuration partially similar to a normal DFB laser. That is, if the waveguide has a diffraction grating, has an active layer, and a gain can be obtained by supplying a current, it has an amplifying function. If the refractive index is changed by a reverse bias electric field, a phase control function can be obtained. Of course,
Needless to say, it also has a reflection function of reflecting and returning an input by the diffraction grating.

【0125】また、放射モードを受け入れるテーパ領域
8を介して放射モードをDBR導波路7に導くように形
成する。DBR導波路7の方向は放射モードの方向を考
慮して、導波路1に対して垂直とした。
The radiation mode is formed so as to be guided to the DBR waveguide 7 via the tapered region 8 for receiving the radiation mode. The direction of the DBR waveguide 7 is made perpendicular to the waveguide 1 in consideration of the direction of the radiation mode.

【0126】次に、本発明の第13の実施の形態につい
て説明する。
Next, a thirteenth embodiment of the present invention will be described.

【0127】図15は、本実施形態にかかる光機能素子
を表す概念図である。同図についても、前述した各実施
形態と同様の部分は、同一の符号を付して詳細な説明は
省略する。本実施形態は、前述した第12実施形態と関
連する。すなわち、放射モードを増幅する共振器のうち
の上側を、もとの導波路1と平行な導波路1’として構
成する。導波路1’には活性領域6’が形成されており
ゲインすなわち増幅作用を有する。反射膜30’は端面
に形成されている。放射モードの導波路1’への結合
は、導波路1に形成された2次の回折格子2と同様の回
折格子2’とにより行う。本実施形態は、別の見方をす
ると、導波路1の構造体が複数であり、回折格子同士に
より結合しているとも言える。従って、本実施形態の変
形例として、導波路1’の上側にさらに図示しない垂直
方向の共振器が設けられていても良い。
FIG. 15 is a conceptual diagram showing an optical functional device according to the present embodiment. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. This embodiment is related to the twelfth embodiment described above. That is, the upper side of the resonator that amplifies the radiation mode is configured as a waveguide 1 ′ parallel to the original waveguide 1. An active region 6 'is formed in the waveguide 1' and has a gain, that is, an amplifying effect. The reflection film 30 'is formed on the end face. The coupling of the radiation mode to the waveguide 1 ′ is performed by a diffraction grating 2 ′ similar to the secondary diffraction grating 2 formed in the waveguide 1. From another point of view, the present embodiment can be said to have a plurality of structures of the waveguide 1 and to be coupled by diffraction gratings. Therefore, as a modification of the present embodiment, a vertical resonator (not shown) may be further provided above the waveguide 1 ′.

【0128】次に、本発明の第14の実施の形態につい
て説明する。
Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described.

【0129】図16は、本実施形態にかかる光機能素子
を表す一部切断斜視図である。同図についても、前述し
た各実施形態と同様の部分は、同一の符号を付して詳細
な説明は省略する。本実施形態の光機能素子の構成を、
その製造工程に沿って説明すると以下の如くである。
FIG. 16 is a partially cutaway perspective view showing an optical functional device according to the present embodiment. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The configuration of the optical functional device of the present embodiment,
The following is a description along the manufacturing process.

【0130】まず、同一のn型InP基板501上に、
同じn型InPの緩衝層(図示せず)を成長させた後、
InGaAsPで構成される活性層兼導波層(1+6)
を成長する。これをパターニングして、その側面に2次
の回折格子2を形成する。このとき残りの部分としてゲ
イン領域3も形成する。
First, on the same n-type InP substrate 501,
After growing the same n-type InP buffer layer (not shown),
Active layer and waveguide layer made of InGaAsP (1 + 6)
Grow. This is patterned to form a second-order diffraction grating 2 on the side surface. At this time, the gain region 3 is also formed as the remaining portion.

【0131】この上に、p型InPクラッド層502、
p型InGaAsPコンタクト層503を成長する。次
に、活性導波路(1+6)とゲイン領域3とを独立に励
起するため、絶縁(isolation)のためのプロトン照射
領域504を形成する。さらに、p側電極505、50
6を形成し、基板の裏面側にはn側電極507を形成す
る。最後に、高反射膜4をゲイン領域3の外側の劈開面
に堆積させる。
On top of this, a p-type InP cladding layer 502,
A p-type InGaAsP contact layer 503 is grown. Next, in order to excite the active waveguide (1 + 6) and the gain region 3 independently, a proton irradiation region 504 for isolation is formed. Further, the p-side electrodes 505, 50
6, and an n-side electrode 507 is formed on the back surface of the substrate. Finally, a high reflection film 4 is deposited on the cleavage plane outside the gain region 3.

【0132】このように、InP基板上にモノリシック
(monolithic)に本発明の構成を集積できる。この例は
基板の面に対して水平な方向に各機能を集積した例であ
る。また、図示した例は、単純な基本素子であるが、ア
レイ(array)のように複数の素子を集積することも可
能である。
As described above, the configuration of the present invention can be monolithically integrated on the InP substrate. This example is an example in which functions are integrated in a direction horizontal to the surface of the substrate. Also, the illustrated example is a simple basic element, but it is also possible to integrate a plurality of elements such as an array.

【0133】次に、本発明の第15の実施の形態につい
て説明する。
Next, a fifteenth embodiment of the present invention will be described.

【0134】図17は、本実施形態にかかる光機能素子
を表す概略斜視図である。同図についても、前述した各
実施形態と同様の部分は、同一の符号を付して詳細な説
明は省略する。図17に表した例は、GaAlAs/G
aAs系材料を用いた場合にの実施例であり、その構成
を製造工程に沿って説明すると以下の如くである。
FIG. 17 is a schematic perspective view showing an optical functional device according to the present embodiment. Also in this figure, the same parts as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The example shown in FIG. 17 is GaAlAs / G
This is an example in which an aAs-based material is used, and the configuration will be described below along the manufacturing process.

【0135】まず、半絶縁性GaAs基板601上に、
下側の高反射多層膜4を成長する。この多層膜4は、例
えば、AlAs層とGaAs層との多層構造とすること
ができる。また、このようにして成長させた多層膜4に
ついて、後に、AlAs層を選択酸化法でAlの酸化物
に変えて、さらに反射率を大きくすることもできる。こ
の上に、ゲインを有するGaAsの増幅層3を成長し、
さらに、n型のAlAs層602、GaAlAs(Al
組成比:0.3)クラッド層603を成長する。活性層
6を続いて成長した後、GaAlAs(Al組成比:
0.15)の導波路層1を成長する。いったん成長炉か
ら取り出した後、2次の回折格子2を形成する。次に、
再び結晶成長工程でGaAlAsクラッド層603を成
長する。さらに、連続して、GaAsコンタクト層60
4を成長する。
First, on a semi-insulating GaAs substrate 601,
A lower high-reflection multilayer film 4 is grown. The multilayer film 4 can have, for example, a multilayer structure of an AlAs layer and a GaAs layer. Further, with respect to the multilayer film 4 thus grown, the AlAs layer may be changed to an Al oxide by a selective oxidation method to further increase the reflectance. On this, a GaAs amplification layer 3 having a gain is grown,
Further, an n-type AlAs layer 602, GaAlAs (Al
(Composition ratio: 0.3) The cladding layer 603 is grown. After successively growing the active layer 6, GaAlAs (Al composition ratio:
The waveguide layer 1 of 0.15) is grown. After being taken out of the growth furnace, a second-order diffraction grating 2 is formed. next,
The GaAlAs cladding layer 603 is grown again in the crystal growth step. Further, the GaAs contact layer 60 is continuously formed.
Grow 4.

【0136】pn接合は、Zn(亜鉛)を拡散した拡散
領域610により形成される。これは、いわゆる横方向
接合ストライプ(TJS:Transverse junction strip
e)構造である。積層されて集積された増幅機構3の層
構造と活性層6の層構造に対し、pn接合を同時に形成
できる。このTJS構造では、光が接合付近に閉込めら
れて導波するという特徴がある。さらに、上側に高反射
膜5として誘電体多層膜を形成する。
A pn junction is formed by a diffusion region 610 in which Zn (zinc) is diffused. This is a so-called transverse junction strip (TJS).
e) The structure. A pn junction can be formed simultaneously with the layer structure of the amplification mechanism 3 and the layer structure of the active layer 6 that are stacked and integrated. The TJS structure has a feature that light is confined near the junction and guided. Further, a dielectric multilayer film is formed as the high reflection film 5 on the upper side.

【0137】このようにして、基板面に対して垂直な方
向に各機構を積層した集積素子ができる。加えて、横方
向から水蒸気による選択酸化法でAlAs層602の一
部をAl酸化膜650に変えて、活性層6とゲイン層3
との絶縁と電流狭窄の効果を持たせることができる。
In this manner, an integrated device in which each mechanism is stacked in a direction perpendicular to the substrate surface can be obtained. In addition, a part of the AlAs layer 602 is changed to the Al oxide film 650 by the selective oxidation method using water vapor from the lateral direction, and the active layer 6 and the gain layer 3 are changed.
And an effect of current constriction can be provided.

【0138】さらに、p側電極505、n側電極(導波
路用)507、及びn側電極(増幅層用)508を形成
して光機能素子が完成する。
Further, a p-side electrode 505, an n-side electrode (for a waveguide) 507, and an n-side electrode (for an amplification layer) 508 are formed to complete an optical functional device.

【0139】本実施形態の光機能素子は、面型の垂直集
積デバイスと言える。第14実施形態と同様に複数の素
子を有するアレイにも応用できる。
The optical functional device of this embodiment can be said to be a surface-type vertical integrated device. As in the fourteenth embodiment, the present invention can be applied to an array having a plurality of elements.

【0140】次に、本発明の第16の実施の形態につい
て説明する。図18は、実施形態にかかる光通信装置を
表す概念図である。すなわち、同図の光通信装置は、本
発明による光機能素子700を応用したものである。光
機能素子700の周辺には、LD(laser diode)の駆
動回路、PD(photo diode)からの光電流を計測する
回路、APC回路、信号発生器等の電子回路部900が
接続されている。光機能素子において発生した光信号
は、光ファイバ800を通って伝送される。もちろんフ
ァイバを使わない空間伝送により伝送しても良い。
Next, a sixteenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating the optical communication device according to the embodiment. That is, the optical communication device shown in the figure applies the optical functional element 700 according to the present invention. Around the optical function element 700, an electronic circuit unit 900 such as a drive circuit of a laser diode (LD), a circuit for measuring a photocurrent from a photo diode (PD), an APC circuit, and a signal generator is connected. The optical signal generated in the optical function element is transmitted through the optical fiber 800. Of course, it may be transmitted by spatial transmission without using a fiber.

【0141】本発明によれば、種々の機能が集積化され
るため、送受信装置を非常に小型化できる。また、送受
信装置の製造の際にアセンブリが簡単になるので、コス
トを大幅に低減できる。さらに、光ファイバとの接続が
容易になる。また、温度の変化の少ない導波路を、温度
の変化の大きい利得領域から分離できるため、波長の安
定性を維持できる。
According to the present invention, since various functions are integrated, the size of the transmission / reception device can be extremely reduced. In addition, since the assembly is simplified when manufacturing the transmission / reception device, the cost can be significantly reduced. Furthermore, connection with an optical fiber becomes easy. Further, since the waveguide having a small temperature change can be separated from the gain region having a large temperature change, the wavelength stability can be maintained.

【0142】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。
The embodiments of the present invention have been described with reference to the examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.

【0143】例えば、上述した具体例においては、In
GaAsP/InP系やGaAlAs/GaAs系につ
いて説明したが、本発明は、これら以外にも、種々の材
料系を用いて同様に適用することができる。このような
材料系としては、例えば、InGaAlP系、BInG
aAlN系などの種々のIII−V族化合物半導体、Zn
Se系、ZnS系などのII−IV族化合物半導体、SiC
などのIV族半導体などの材料を挙げることができる。
For example, in the above specific example, In
Although the GaAsP / InP system and the GaAlAs / GaAs system have been described, the present invention can be similarly applied using various material systems other than these. As such a material system, for example, an InGaAlP system, BInG
various Al-based III-V compound semiconductors, such as Zn
Group II-IV compound semiconductors such as Se-based and ZnS-based, SiC
And other materials such as Group IV semiconductors.

【0144】また、本発明において用いる導波機構、増
幅機構、反射機構、位相制御機構などの具体的な構成に
ついても、当業者が適宜選択した構成を同様に用いて上
述した具体例と同様の効果を得ることができる。
Further, the specific configurations of the waveguide mechanism, the amplification mechanism, the reflection mechanism, the phase control mechanism, and the like used in the present invention are the same as those of the above-described specific example using the configuration appropriately selected by those skilled in the art. The effect can be obtained.

【0145】さらに、これらの機構の数や具体的な配置
関係についても、当業者が適宜決定してし同様の効果を
得ることができる。
Further, those skilled in the art can appropriately determine the number of these mechanisms and the specific arrangement relation to obtain the same effect.

【0146】すなわち、本発明は、その主旨を逸脱しな
い範囲において種々に応用あるいは拡張が可能である。
That is, the present invention can be variously applied or extended without departing from the gist thereof.

【0147】[0147]

【発明の効果】本発明によれば、新しい概念の放射モー
ド共振器構造を種々の導波路構造に沿って適用すること
で、さまざまな機能の新規な光デバイスを実現できる。
According to the present invention, a novel optical device having various functions can be realized by applying a new concept of a radiation mode resonator structure along various waveguide structures.

【0148】以上の説明においては、具体例の数が多
く、その効果は各具体例の中でも個別に説明したので、
ここでは、一般的な効果に関して言及する。
In the above description, the number of specific examples is large, and the effects are described individually in each specific example.
Here, general effects are mentioned.

【0149】本発明によれば、増幅機構や反射機構など
の要素を導波路に沿った形で配列するので、導波路に対
して効率的な相互作用が可能である。その一例として
は、効率的な光励起を挙げることができる。また、導波
路に沿って設けることにより効率的な配置が可能であ
り、大きな面積を必要としない。このことはまた、モノ
リシックな集積化にも向いている。また、回折格子自体
に波長選択性や回折格子結合器の作用があるので、分波
器や合波器の機能が実現され、波長多重用光デバイスと
して用いた場合に、コンパクトで低コストの光機能素子
が実現できる。
According to the present invention, since elements such as the amplification mechanism and the reflection mechanism are arranged along the waveguide, efficient interaction with the waveguide is possible. One example is efficient light excitation. In addition, by providing them along the waveguide, efficient arrangement is possible, and a large area is not required. This also lends itself to monolithic integration. In addition, since the diffraction grating itself has the wavelength selectivity and the function of the diffraction grating coupler, the functions of a demultiplexer and a multiplexer are realized, and when used as an optical device for wavelength multiplexing, a compact and low-cost optical device is used. A functional element can be realized.

【0150】また、上述したような低価格で高性能の光
機能素子を用いれば、高性能の光通信装置を安価に提供
することができるようになる。
Further, by using a low-cost, high-performance optical functional element as described above, a high-performance optical communication device can be provided at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態にかかる光機能素子
を表す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態にかかる光機能素子
を表す概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態にかかる光機能素子
を表す概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施の形態にかかる光機能素子
の構成を例示する概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a configuration of an optical functional device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施の形態にかかる光機能素子
を表す概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施の形態にかかる光機能素子
を表す概念図である。
FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第7の実施の形態に係る光機能素子を
表す概念図である。
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第9の実施の形態にかかる光機能素子
を表す概念図である。
FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第10の実施の形態にかかる光機能素
子を表す概念図である。
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a tenth embodiment of the present invention.

【図10】石英クラッドを採用した素子の断面構造を例
示する概念図である。
FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional structure of a device employing a quartz cladding.

【図11】導波路を逆バイアスで動作される素子の断面
構造を例示する概念図である。
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional structure of an element in which a waveguide is operated with a reverse bias.

【図12】レーザと光変調器とを集積した素子の断面構
造を表す概念図である。
FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional structure of an element in which a laser and an optical modulator are integrated.

【図13】本発明の第11の実施の形態にかかる光機能
素子を表す概念図である。
FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第12の実施の形態にかかる光機能
素子を表す概念図である。
FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第13の実施の形態にかかる光機能
素子を表す概念図である。
FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating an optical functional device according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第14の実施の形態にかかる光機能
素子を表す一部切断斜視図である。
FIG. 16 is a partially cut perspective view showing an optical functional device according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第15の実施の形態にかかる光機能
素子を表す概略斜視図である。
FIG. 17 is a schematic perspective view illustrating an optical function element according to a fifteenth embodiment of the present invention.

【図18】本発明の実施の形態にかかる光通信装置を表
す概念図である。
FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating an optical communication device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1’導波機構 2,2’2次以の回折格子 3 増幅機構 4 反射機構 5 位相制御(変調)機構 6,6’活性層(導波路機構のゲイン部分) 7 導波路型活性DBR 8 導波路型活性DBRの放射モード入力テーパ部 11 位相シフト 20 高反射構造 21 端面高反射構造 30、30’ 導波路端面の反射鏡 40 受光機構 50 基板 53 電流ブロック領域 55 透明電極 60 ワイア 70 電極 100 垂直出力 200 導波路端出力 501 n型InP 502 p型InP 503 InGaAsPコンタクト層 504 プロトン照射領域 505 p側電極(導波路) 506 p側電極(増幅領域) 507 n側電極 508 n側電極(導波路) 601 SI(半絶縁性)GaAs 602 GaAlAsクラッド層 603 AlAs 604 GaAsコンタクト層 610 Zn拡散領域 650 AlAs603の選択酸化膜 700 本発明の光機能素子 800 光ファイバ 900 外部回路 1, 1 'waveguide mechanism 2, 2' second or higher order diffraction grating 3 amplification mechanism 4 reflection mechanism 5 phase control (modulation) mechanism 6, 6 'active layer (gain part of waveguide mechanism) 7 waveguide active DBR Reference Signs List 8 radiation mode input taper portion of waveguide type active DBR 11 phase shift 20 high reflection structure 21 end face high reflection structure 30, 30 'reflector at waveguide end face 40 light receiving mechanism 50 substrate 53 current block region 55 transparent electrode 60 wire 70 electrode Reference Signs List 100 vertical output 200 waveguide end output 501 n-type InP 502 p-type InP 503 InGaAsP contact layer 504 proton irradiation region 505 p-side electrode (waveguide) 506 p-side electrode (amplification region) 507 n-side electrode 508 n-side electrode (conductive) Waveguide) 601 SI (semi-insulating) GaAs 602 GaAlAs cladding layer 603 AlAs 604 GaAs Optical functional device 800 optical fiber 900 external circuit of the selective oxidation layer 700 present invention tact layer 610 Zn diffusion region 650 AlAs603

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 10/02 Fターム(参考) 2H047 KA03 KA05 LA01 LA16 MA01 QA02 RA08 TA05 TA47 2H079 AA02 AA12 AA13 BA01 BA03 CA04 CA06 CA09 DA16 DA22 EA07 EB06 EB15 KA08 5F073 AA43 AA44 AA63 AA89 AB17 AB21 AB22 AB25 5K002 BA01 BA02 BA07 BA13 FA01──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H04B 10/02 F-term (Reference) 2H047 KA03 KA05 LA01 LA16 MA01 QA02 RA08 TA05 TA47 2H079 AA02 AA12 AA13 BA01 BA03 CA04 CA06 CA09 DA16 DA22 EA07 EB06 EB15 KA08 5F073 AA43 AA44 AA63 AA89 AB17 AB21 AB22 AB25 5K002 BA01 BA02 BA07 BA13 FA01

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】光波を導波し利得若しくは損失を有する導
波機構であって、前記導波される光波と結合して放射モ
ード光を発生できるホログラムを有する第1の導波機構
と、 前記第1の導波機構から放出される前記放射モード光を
増幅して放出する増幅機構と、 前記増幅機構から放出される前記放射モード光を前記第
1の導波機構に向けて反射する第1の反射機構と、 を備えたことを特徴とする光機能素子。
1. A waveguide mechanism for guiding a light wave and having a gain or a loss, comprising: a first waveguide mechanism having a hologram capable of generating radiation mode light by being combined with the guided light wave; An amplification mechanism that amplifies and emits the radiation mode light emitted from the first waveguide mechanism; and a first mechanism that reflects the radiation mode light emitted from the amplification mechanism toward the first waveguide mechanism. An optical function device, comprising: a reflection mechanism;
【請求項2】前記増幅機構は、前記導波される光波の導
波モードが単一横モードとなるように前記第1の導波機
構から離れて設けられたことを特徴とする請求項1記載
の光機能素子。
2. The amplifying mechanism according to claim 1, wherein the amplifying mechanism is provided apart from the first waveguide mechanism so that a guided mode of the guided light wave becomes a single transverse mode. The optical functional device according to the above.
【請求項3】前記第1の反射機構により反射された前記
放射モード光の位相を制御する位相制御機構をさらに備
えたことを特徴とする請求項1または2に記載の光機能
素子。
3. The optical function device according to claim 1, further comprising a phase control mechanism for controlling a phase of the radiation mode light reflected by the first reflection mechanism.
【請求項4】前記第1の導波機構と略平行に設けられ、
第2のホログラムを有し、前記第2のホログラムを介し
て前記第1の導波機構と光結合された第2の導波機構を
さらに備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか
1つに記載の光機能素子。
4. The apparatus is provided substantially in parallel with the first waveguide mechanism,
4. The apparatus according to claim 1, further comprising a second hologram, further comprising a second waveguide mechanism optically coupled to the first waveguide mechanism via the second hologram. The optical function device according to any one of the above.
【請求項5】前記ホログラムは、2次以上の回折格子で
あることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記
載の光機能素子。
5. The optical function device according to claim 1, wherein the hologram is a second-order or higher diffraction grating.
【請求項6】前記回折格子は、ブレーズ角を有すること
を特徴とする請求項5記載の光機能素子。
6. The optical functional device according to claim 5, wherein said diffraction grating has a blaze angle.
【請求項7】前記回折格子は、位相の不連続を有するこ
とを特徴とする請求項5または6に記載の光機能素子。
7. The optical function device according to claim 5, wherein the diffraction grating has a discontinuity in phase.
【請求項8】前記回折格子の周期、前記第1の導波機構
の屈折率、前記増幅機構の増幅率、及び前記第1の反射
機構の反射率のうちの少なくともいずれかが、前記第1
の導波機構における前記導波の方向に沿って変化してい
ることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1つに記載
の光機能素子。
8. The method according to claim 1, wherein at least one of a period of said diffraction grating, a refractive index of said first waveguide mechanism, an amplification rate of said amplification mechanism, and a reflectance of said first reflection mechanism is equal to said first reflection mechanism.
The optical function device according to any one of claims 5 to 7, wherein the optical function device changes along a direction of the waveguide in the waveguide mechanism.
【請求項9】前記増幅機構と前記第1の反射機構の少な
くともいずれかは、前記第1の導波機構の前記導波の方
向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項
1〜7のいずれか1つに記載の光機能素子。
9. The apparatus according to claim 1, wherein at least one of said amplification mechanism and said first reflection mechanism is provided in a plurality along the direction of said waveguide of said first waveguide mechanism. 8. The optical functional device according to any one of items 7 to 7.
【請求項10】前記第1の導波機構の少なくとも一方の
端部に設けられた第2の反射機構をさらに備えたことを
特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の光機能
素子。
10. The light according to claim 1, further comprising a second reflection mechanism provided at at least one end of said first waveguide mechanism. Functional element.
【請求項11】外部からの光の入力または外部への光の
出力を、前記第1の導波機構の少なくとも一方の端面か
らの導波モードと前記第1の導波機構からの放射モード
のいずれか一方、または前記導波モードと前記放射モー
ドの両方による行うことを特徴とする請求項1〜10の
いずれか1つに記載の光機能素子。
11. An external light input or an external light output is defined as a waveguide mode from at least one end face of the first waveguide mechanism and a radiation mode from the first waveguide mechanism. The optical functional device according to any one of claims 1 to 10, wherein the optical function is performed in any one or both of the waveguide mode and the radiation mode.
【請求項12】前記外部からの光の入力部または前記外
部への光の出力部に、他の光学素子に光学的に結合させ
るための集光手段が設けられてなることを特徴とする請
求項11記載の光機能素子。
12. A light collecting means for optically coupling to another optical element is provided at the external light input section or the external light output section. Item 12. The optical function element according to Item 11.
【請求項13】前記導波機構と前記増幅機構の少なくと
もいずれかは、光励起により利得を発生する媒質を含む
ことを特徴とする1〜12のいずれか1つに記載の光機
能素子。
13. The optical function device according to claim 1, wherein at least one of the waveguide mechanism and the amplification mechanism includes a medium that generates a gain by optical excitation.
【請求項14】前記光励起により利得を発生する前記媒
質は、エルビウム(Er)、Pr(プラセオジム)、及
びその他の稀土類元素の少なくともいずれかを含有した
媒質であることを特徴とする請求項13記載の光機能素
子。
14. A medium according to claim 13, wherein said medium generating a gain by said optical excitation is a medium containing at least one of erbium (Er), Pr (praseodymium) and other rare earth elements. The optical functional device according to the above.
【請求項15】前記導波機構と前記増幅機構との間に電
流供給用または電界印加用の透光性電極が設けられたこ
とを特徴とする請求項1〜14のいずれか1つに記載の
光機能素子。
15. A light-transmitting electrode for supplying a current or applying an electric field is provided between said waveguide mechanism and said amplifying mechanism. Optical functional element.
【請求項16】電界を印加することにより、前記導波機
構の屈折率の実数部または虚数部を変化させることがで
きるようにしたことを特徴とする請求項1〜15のいず
れか1つに記載の光機能素子。
16. The method according to claim 1, wherein a real part or an imaginary part of the refractive index of the waveguide mechanism can be changed by applying an electric field. The optical functional device according to the above.
【請求項17】前記放射モード光に対する受光機構をさ
らに備えたことを特徴とする請求項1〜16のいずれか
1つに記載の光機能素子。
17. The optical function device according to claim 1, further comprising a light receiving mechanism for the radiation mode light.
【請求項18】前記第1の導波機構の屈折率、前記増幅
機構の増幅率、前記第1の反射機構の反射率、及び前記
回折格子の位相のうちの少なくともいずれかを変調する
ことができるものとして構成されていることを特徴とす
る請求項5〜17のいずれか1つに記載の光機能素子。
18. Modulating at least one of a refractive index of the first waveguide mechanism, an amplification rate of the amplification mechanism, a reflectance of the first reflection mechanism, and a phase of the diffraction grating. The optical function device according to claim 5, wherein the optical function device is configured to be capable of performing the operation.
【請求項19】前記第1の導波機構は、前記ホログラム
が設けられていない変調部を有し、 前記変調部に電界を印加することによってその屈折率の
実数部または虚数部を変化させ、前記変調部を伝搬する
光を変調できるものとして構成されたことを特徴とする
請求項1〜18のいずれか1つに記載の光機能素子。
19. The first waveguide mechanism has a modulator in which the hologram is not provided, and changes a real part or an imaginary part of a refractive index by applying an electric field to the modulator. 19. The optical function device according to claim 1, wherein the optical function device is configured to modulate light propagating through the modulation unit.
【請求項20】請求項1〜19のいずれか1つに記載の
光機能素子を備えたことを特徴とする光通信装置。
20. An optical communication device comprising the optical functional element according to claim 1.
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