JP2001272560A - 光導波路素子および半導体レーザ装置 - Google Patents
光導波路素子および半導体レーザ装置Info
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- JP2001272560A JP2001272560A JP2000085974A JP2000085974A JP2001272560A JP 2001272560 A JP2001272560 A JP 2001272560A JP 2000085974 A JP2000085974 A JP 2000085974A JP 2000085974 A JP2000085974 A JP 2000085974A JP 2001272560 A JP2001272560 A JP 2001272560A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザと直接結合される光導波路素子
において、光導波路への光閉じ込めを十分に高くし、直
接結合された半導体レーザと光導波路とのモードマッチ
ングを良好にする。 【解決手段】 Ｓｉまたは石英からなる基板10上に光導
波路が形成されてなり、この光導波路の端面に半導体レ
ーザが直接結合される光導波路素子20において、光導波
路のコア13を屈折率１．７５〜２．７の材料から形成
し、コア13の外側にそれよりも低屈折率の第１クラッド
11、15を形成し、この第１クラッド11、15とコア13との
間に、該第１クラッド11、15の屈折率と等しい屈折率を
有する第２クラッド22、24を形成する。
において、光導波路への光閉じ込めを十分に高くし、直
接結合された半導体レーザと光導波路とのモードマッチ
ングを良好にする。 【解決手段】 Ｓｉまたは石英からなる基板10上に光導
波路が形成されてなり、この光導波路の端面に半導体レ
ーザが直接結合される光導波路素子20において、光導波
路のコア13を屈折率１．７５〜２．７の材料から形成
し、コア13の外側にそれよりも低屈折率の第１クラッド
11、15を形成し、この第１クラッド11、15とコア13との
間に、該第１クラッド11、15の屈折率と等しい屈折率を
有する第２クラッド22、24を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光導波路素子に関
し、さらに詳しくは、半導体レーザと直接結合して用い
られる光導波路素子に関するものである。
し、さらに詳しくは、半導体レーザと直接結合して用い
られる光導波路素子に関するものである。
【０００２】また本発明は、このような光導波路素子と
半導体レーザとが直接結合されてなる半導体レーザ装置
に関するものである。
半導体レーザとが直接結合されてなる半導体レーザ装置
に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】従来より、Ｓｉまたは石英からなる基板
上に光導波路が形成されてなる光導波路素子が種々提供
されている。このような光導波路素子に光を入射させる
光源としては、半導体レーザが用いられる場合も多く、
その場合は特開平１０−１６１１６５号や同１０−２５
４００１号に示されるように、半導体レーザを光導波路
素子の端面に直接結合させることが広くなされている。
上に光導波路が形成されてなる光導波路素子が種々提供
されている。このような光導波路素子に光を入射させる
光源としては、半導体レーザが用いられる場合も多く、
その場合は特開平１０−１６１１６５号や同１０−２５
４００１号に示されるように、半導体レーザを光導波路
素子の端面に直接結合させることが広くなされている。
【０００４】他方、例えば上記特開平１０−２５４００
１号に示されるように、半導体レーザの発振波長を所定
値に選択、ロックするための手法の１つとして、いわゆ
る光フィードバックが知られている。この光フィードバ
ックは、半導体レーザから発せられたレーザ光をグレー
ティング素子や狭帯域バンドパスフィルタ等の波長選択
素子を介して半導体レーザに再入射させ、選択された波
長で半導体レーザを発振させる技術である。
１号に示されるように、半導体レーザの発振波長を所定
値に選択、ロックするための手法の１つとして、いわゆ
る光フィードバックが知られている。この光フィードバ
ックは、半導体レーザから発せられたレーザ光をグレー
ティング素子や狭帯域バンドパスフィルタ等の波長選択
素子を介して半導体レーザに再入射させ、選択された波
長で半導体レーザを発振させる技術である。
【０００５】この光フィードバックを行なうための上記
グレーティング素子としては、バルク型のグレーティン
グやファイバーグレーティングが用いられることが多い
が、前述したような光導波路素子において光導波路に沿
ってグレーティングを形成してなるものを用いることも
できる。すなわち、そのような構成の光導波路素子にお
いては、光導波路を伝搬する導波光のうちグレーティン
グ周期から定まる特定波長の光のみがグレーティングで
回折するので、例えばこのグレーティングで反射回折し
た光が半導体レーザに戻るようにしておけば、半導体レ
ーザの発振波長を所定値に選択、ロックすることが可能
となる。
グレーティング素子としては、バルク型のグレーティン
グやファイバーグレーティングが用いられることが多い
が、前述したような光導波路素子において光導波路に沿
ってグレーティングを形成してなるものを用いることも
できる。すなわち、そのような構成の光導波路素子にお
いては、光導波路を伝搬する導波光のうちグレーティン
グ周期から定まる特定波長の光のみがグレーティングで
回折するので、例えばこのグレーティングで反射回折し
た光が半導体レーザに戻るようにしておけば、半導体レ
ーザの発振波長を所定値に選択、ロックすることが可能
となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の光導波路素
子に半導体レーザを直接結合させてその発振波長を選
択、ロックする場合、半導体レーザと光導波路とのモー
ドマッチング（つまり光導波路における導波光の電界分
布と、半導体レーザの光導波路入射側端面における光強
度分布との整合性）が良好でないと損失が大きくなり、
半導体レーザにフィードバックされる光量が低減して高
出力化することが困難になる。
子に半導体レーザを直接結合させてその発振波長を選
択、ロックする場合、半導体レーザと光導波路とのモー
ドマッチング（つまり光導波路における導波光の電界分
布と、半導体レーザの光導波路入射側端面における光強
度分布との整合性）が良好でないと損失が大きくなり、
半導体レーザにフィードバックされる光量が低減して高
出力化することが困難になる。
【０００７】特開平９−８０２４７号には、石英系基板
上に形成した光導波路における光閉じ込めを強くして、
半導体レーザとのモードマッチングを良好にするように
した光導波路素子が示されている。この光導波路素子
は、光導波路のコア部分に比較的容易に高屈折率が得ら
れるＳｉＯxＮyＨzを用い、その周囲にフッ素を添加し
たＳｉＯ２ からなるクラッド層を設け、さらにその周
囲にＳｉＯ２ からなるクラッド層を設けてなるもので
ある。
上に形成した光導波路における光閉じ込めを強くして、
半導体レーザとのモードマッチングを良好にするように
した光導波路素子が示されている。この光導波路素子
は、光導波路のコア部分に比較的容易に高屈折率が得ら
れるＳｉＯxＮyＨzを用い、その周囲にフッ素を添加し
たＳｉＯ２ からなるクラッド層を設け、さらにその周
囲にＳｉＯ２ からなるクラッド層を設けてなるもので
ある。
【０００８】しかし上記構成の光導波路素子において
も、コアとその周囲のクラッドとの間の比屈折率差Δｎ
は2.5％程度で、まだ光閉じ込めが十分とは言えず、そ
のため、そこに半導体レーザを直接結合した場合、半導
体レーザと光導波路とのモードマッチングが良好ではな
いという問題が認められる。したがって、この光導波路
素子を光フィードバックに利用しても、半導体レーザを
高出力化することは困難である。
も、コアとその周囲のクラッドとの間の比屈折率差Δｎ
は2.5％程度で、まだ光閉じ込めが十分とは言えず、そ
のため、そこに半導体レーザを直接結合した場合、半導
体レーザと光導波路とのモードマッチングが良好ではな
いという問題が認められる。したがって、この光導波路
素子を光フィードバックに利用しても、半導体レーザを
高出力化することは困難である。
【０００９】本発明は上記の事情に鑑みて、光導波路へ
の光閉じ込めが十分に高く、直接結合された半導体レー
ザと光導波路とのモードマッチングが良好になされ得る
光導波路素子を提供することを目的とする。
の光閉じ込めが十分に高く、直接結合された半導体レー
ザと光導波路とのモードマッチングが良好になされ得る
光導波路素子を提供することを目的とする。
【００１０】また本発明は、前述のグレーティングを備
えて半導体レーザに光フィードバックをかける光導波路
素子において、上記のモードマッチングを良好にし、そ
れによりフィードバック光量を十分に確保して、半導体
レーザの高出力化を実現することを目的とする。
えて半導体レーザに光フィードバックをかける光導波路
素子において、上記のモードマッチングを良好にし、そ
れによりフィードバック光量を十分に確保して、半導体
レーザの高出力化を実現することを目的とする。
【００１１】さらに本発明は、上述のような光導波路素
子と半導体レーザとが直接結合されてなる半導体レーザ
装置において、高出力化を実現することを目的とする。
子と半導体レーザとが直接結合されてなる半導体レーザ
装置において、高出力化を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による光導波路素
子は、前述したように例えばＳｉや石英からなる基板上
に光導波路が形成されてなり、この光導波路の端面に半
導体レーザが直接結合される光導波路素子において、光
導波路のコアが屈折率１．７５〜２．７の材料から形成
され、前記コアの外側にこのコアよりも低屈折率の第１
クラッドが形成され、この第１クラッドと前記コアとの
間に、該第１クラッドの屈折率と略等しい屈折率を有す
る第２クラッドが形成されていることを特徴とするもの
である。
子は、前述したように例えばＳｉや石英からなる基板上
に光導波路が形成されてなり、この光導波路の端面に半
導体レーザが直接結合される光導波路素子において、光
導波路のコアが屈折率１．７５〜２．７の材料から形成
され、前記コアの外側にこのコアよりも低屈折率の第１
クラッドが形成され、この第１クラッドと前記コアとの
間に、該第１クラッドの屈折率と略等しい屈折率を有す
る第２クラッドが形成されていることを特徴とするもの
である。
【００１３】なおこの本発明の光導波路素子において、
屈折率が１．７５〜２．７のコア材料としては、Ｓｉ３
Ｎ４ 、Ｔａ２Ｏ５ 、ＨｆＯ２ 、ＴｉＯ２ およびＺｒ
Ｏ２のうちのいずれかを好適に用いることができる。
屈折率が１．７５〜２．７のコア材料としては、Ｓｉ３
Ｎ４ 、Ｔａ２Ｏ５ 、ＨｆＯ２ 、ＴｉＯ２ およびＺｒ
Ｏ２のうちのいずれかを好適に用いることができる。
【００１４】また第１および第２クラッドの屈折率は
１．４〜１．４７の範囲にあることをが好ましい。その
ような第１クラッドの材料としては、例えばＳｉＯ２が
適用可能であり、一方第２クラッドの材料としては、Ｓ
ｉＯ２・ＧｅＯ２またはＳｉＯ ２ が適用可能である。
１．４〜１．４７の範囲にあることをが好ましい。その
ような第１クラッドの材料としては、例えばＳｉＯ２が
適用可能であり、一方第２クラッドの材料としては、Ｓ
ｉＯ２・ＧｅＯ２またはＳｉＯ ２ が適用可能である。
【００１５】また本発明の光導波路素子においては、コ
アとなる層の上下にそれぞれ上部第２クラッド層、下部
第２クラッド層が形成され、これらの３層の周囲に第１
クラッドが配されていることが好ましい。
アとなる層の上下にそれぞれ上部第２クラッド層、下部
第２クラッド層が形成され、これらの３層の周囲に第１
クラッドが配されていることが好ましい。
【００１６】また、基板の上に第１クラッドの一部とな
る下部第１クラッド層が形成され、この下部第１クラッ
ド層の上に、それよりも狭い幅にて下部第２クラッド
層、コアとなる層および上部第２クラッド層の３層がこ
の順に形成され、これら３層の周囲を取り囲む状態にし
て、下部第１クラッド層の上に上部第１クラッド層が形
成されてもよい。
る下部第１クラッド層が形成され、この下部第１クラッ
ド層の上に、それよりも狭い幅にて下部第２クラッド
層、コアとなる層および上部第２クラッド層の３層がこ
の順に形成され、これら３層の周囲を取り囲む状態にし
て、下部第１クラッド層の上に上部第１クラッド層が形
成されてもよい。
【００１７】他方、本発明の光導波路素子におけるコア
の幅は、半導体レーザの発振幅と略等しい大きさとされ
るのが好ましい。
の幅は、半導体レーザの発振幅と略等しい大きさとされ
るのが好ましい。
【００１８】また光導波路の端面には、反射防止コート
が形成されるのが好ましい。
が形成されるのが好ましい。
【００１９】また本発明の光導波路素子において、光導
波路における導波光の電界分布は、半導体レーザの光導
波路入射側端面における光強度分布と略等しいことが望
ましい。
波路における導波光の電界分布は、半導体レーザの光導
波路入射側端面における光強度分布と略等しいことが望
ましい。
【００２０】さらに本発明の光導波路素子は、第２クラ
ッドに半導体レーザの発振波長を選択するグレーティン
グが形成された構成とするのが望ましい。
ッドに半導体レーザの発振波長を選択するグレーティン
グが形成された構成とするのが望ましい。
【００２１】他方、本発明による半導体レーザ装置は、
上述のように第２クラッドに半導体レーザの発振波長を
選択するグレーティングが形成された本発明の光導波路
素子を用いた半導体レーザ装置であって、半導体レーザ
から発せられた後、前記グレーティングで波長選択され
た光が該半導体レーザにフィードバックされる構成を有
することを特徴とするものである。
上述のように第２クラッドに半導体レーザの発振波長を
選択するグレーティングが形成された本発明の光導波路
素子を用いた半導体レーザ装置であって、半導体レーザ
から発せられた後、前記グレーティングで波長選択され
た光が該半導体レーザにフィードバックされる構成を有
することを特徴とするものである。
【００２２】なおこの半導体レーザ装置において、半導
体レーザは、光波長変換素子に入射させる基本波を発す
る光源として用いられたものであることが望ましい。
体レーザは、光波長変換素子に入射させる基本波を発す
る光源として用いられたものであることが望ましい。
【００２３】
【発明の効果】本発明による光導波路素子は、光導波路
のコアが屈折率１．７５〜２．７と著しく高い材料から
形成され、そしてこのコアの外側に互いに等しい屈折率
の第２クラッド、第１クラッドが形成されていることに
より、 Δｎ≒（コアの屈折率−クラッドの屈折率）／コアの屈
折率 で定義されるコアとクラッドとの間の比屈折率差Δｎ
を、前述した特開平９−８０２４７号に示された2.5％
の１０倍程度まで高くすることも可能である。それによ
り本発明の光導波路素子は、光導波路における光閉じ込
めが著しく強くて、直接結合された半導体レーザと光導
波路とのモードマッチングが良好になされ得るものとな
る。
のコアが屈折率１．７５〜２．７と著しく高い材料から
形成され、そしてこのコアの外側に互いに等しい屈折率
の第２クラッド、第１クラッドが形成されていることに
より、 Δｎ≒（コアの屈折率−クラッドの屈折率）／コアの屈
折率 で定義されるコアとクラッドとの間の比屈折率差Δｎ
を、前述した特開平９−８０２４７号に示された2.5％
の１０倍程度まで高くすることも可能である。それによ
り本発明の光導波路素子は、光導波路における光閉じ込
めが著しく強くて、直接結合された半導体レーザと光導
波路とのモードマッチングが良好になされ得るものとな
る。
【００２４】そして本発明の光導波路素子のうち、特に
第２クラッドに半導体レーザの発振波長を選択するグレ
ーティングを形成して、このグレーティングで波長選択
された光が半導体レーザにフィードバックされる構成と
したものにおいては、上記の通りモードマッチングが良
好になされることにより、フィードバック光量が十分に
確保されて、半導体レーザの高出力化を実現可能とな
る。
第２クラッドに半導体レーザの発振波長を選択するグレ
ーティングを形成して、このグレーティングで波長選択
された光が半導体レーザにフィードバックされる構成と
したものにおいては、上記の通りモードマッチングが良
好になされることにより、フィードバック光量が十分に
確保されて、半導体レーザの高出力化を実現可能とな
る。
【００２５】したがって、上述のように第２クラッドに
半導体レーザの発振波長を選択するグレーティングが形
成された光導波路素子を用いた本発明の半導体レーザ装
置は、フィードバック光量が十分に確保されて、高出力
化を達成できるものとなる。
半導体レーザの発振波長を選択するグレーティングが形
成された光導波路素子を用いた本発明の半導体レーザ装
置は、フィードバック光量が十分に確保されて、高出力
化を達成できるものとなる。
【００２６】また本発明の光導波路素子において、光導
波路における導波光の電界分布が、半導体レーザの光導
波路入射側端面における光強度分布の光強度分布と略等
しくなっていれば、半導体レーザと光導波路とのモード
マッチングが最大限良好になされるようになる。
波路における導波光の電界分布が、半導体レーザの光導
波路入射側端面における光強度分布の光強度分布と略等
しくなっていれば、半導体レーザと光導波路とのモード
マッチングが最大限良好になされるようになる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１および図２はそれぞれ、本発
明の第１の実施形態による光導波路素子の立断面形状お
よび側断面形状を示すものである。これらの図を参照し
て、本実施形態の光導波路素子をその作製方法とともに
説明する。
施の形態を説明する。図１および図２はそれぞれ、本発
明の第１の実施形態による光導波路素子の立断面形状お
よび側断面形状を示すものである。これらの図を参照し
て、本実施形態の光導波路素子をその作製方法とともに
説明する。
【００２８】まずＳｉ基板10の上に、ＴＥＯＳ（テトラ
エトキシシラン）とＯ２ によるプラズマＣＶＤ法によ
り、屈折率１．４５のＳｉＯ２下部第１クラッド層11を
1.5μｍ厚に形成し、同様にＴＥＯＳ，Ｏ２ ，ＴＭＧガ
スを用いてプラズマＣＶＤ法により、屈折率１．４５の
ＳｉＯ２・ＧｅＯ２下部第２クラッド層12を1.5μｍ厚
に形成する。さらにＳｉＨ４，ＮＨ３ 、Ｈｅガスを用
いてプラズマＣＶＤ法により屈折率1.9のＳｉ３Ｎ４コ
ア層13を120ｎｍ厚に形成し、その上にＴＥＯＳ，Ｏ
２ ，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４（ゲルマニウムテトラエト
キシド）ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により、屈折率
１．４５のＳｉＯ２・ＧｅＯ２上部第２クラッド層14を
100ｎｍ厚に形成する。
エトキシシラン）とＯ２ によるプラズマＣＶＤ法によ
り、屈折率１．４５のＳｉＯ２下部第１クラッド層11を
1.5μｍ厚に形成し、同様にＴＥＯＳ，Ｏ２ ，ＴＭＧガ
スを用いてプラズマＣＶＤ法により、屈折率１．４５の
ＳｉＯ２・ＧｅＯ２下部第２クラッド層12を1.5μｍ厚
に形成する。さらにＳｉＨ４，ＮＨ３ 、Ｈｅガスを用
いてプラズマＣＶＤ法により屈折率1.9のＳｉ３Ｎ４コ
ア層13を120ｎｍ厚に形成し、その上にＴＥＯＳ，Ｏ
２ ，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４（ゲルマニウムテトラエト
キシド）ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により、屈折率
１．４５のＳｉＯ２・ＧｅＯ２上部第２クラッド層14を
100ｎｍ厚に形成する。
【００２９】次に、ＳｉＯ２・ＧｅＯ２上部第２クラッ
ド層14の上にフォトリソ法により３μｍ幅のレジストマ
スクを形成し、次いで、ＣＨＦ３ ガスを用いたドライ
エッチングによりＳｉＯ２・ＧｅＯ２下部第２クラッド
層12、Ｓｉ３Ｎ４コア層13およびＳｉＯ２・ＧｅＯ２上
部第２クラッド層14を同時にエッチングし、コアと第２
クラッド層部分からなる光導波路を作製する。
ド層14の上にフォトリソ法により３μｍ幅のレジストマ
スクを形成し、次いで、ＣＨＦ３ ガスを用いたドライ
エッチングによりＳｉＯ２・ＧｅＯ２下部第２クラッド
層12、Ｓｉ３Ｎ４コア層13およびＳｉＯ２・ＧｅＯ２上
部第２クラッド層14を同時にエッチングし、コアと第２
クラッド層部分からなる光導波路を作製する。
【００３０】次に上記レジストマスクをＯ２プラズマア
ッシングによって除去した後、屈折率１．４５のＳｉＯ
２上部第１クラッド層15をＴＥＯＳとＯ２ によるプラ
ズマＣＶＤ法により1.5μｍ厚に積層する。
ッシングによって除去した後、屈折率１．４５のＳｉＯ
２上部第１クラッド層15をＴＥＯＳとＯ２ によるプラ
ズマＣＶＤ法により1.5μｍ厚に積層する。
【００３１】次に、後述する発振波長1.06μｍの半導体
レーザの縦モードを選択するグレーティングを形成する
ために、エキシマレーザと位相差マスクを用いて、周期
Λ＝λ／２ｎｅｆｆ のグレーティングパターン状の紫
外光を下部第２クラッド層12および上部第２クラッド層
14に照射する。それにより、この紫外光の照射部分の屈
折率が変化して、グレーティング16が形成される。なお
上記ｎｅｆｆ は石英光導波路を導波する光の等価屈折
率、λは導波光の波長である。
レーザの縦モードを選択するグレーティングを形成する
ために、エキシマレーザと位相差マスクを用いて、周期
Λ＝λ／２ｎｅｆｆ のグレーティングパターン状の紫
外光を下部第２クラッド層12および上部第２クラッド層
14に照射する。それにより、この紫外光の照射部分の屈
折率が変化して、グレーティング16が形成される。なお
上記ｎｅｆｆ は石英光導波路を導波する光の等価屈折
率、λは導波光の波長である。
【００３２】次に、以上の各層が形成された基板をダイ
シング装置によって長さ５ｍｍのバーに切断し、そのバ
ーの両端面を精密鏡面研磨し、それら両端面に反射率0.
1％程度のＡＲコート17，18を蒸着法によって形成す
る。さらにダイシング装置によってバーをチップ状に切
断すると、本実施形態の光導波路素子20が完成する。
シング装置によって長さ５ｍｍのバーに切断し、そのバ
ーの両端面を精密鏡面研磨し、それら両端面に反射率0.
1％程度のＡＲコート17，18を蒸着法によって形成す
る。さらにダイシング装置によってバーをチップ状に切
断すると、本実施形態の光導波路素子20が完成する。
【００３３】この光導波路素子20は、図３に示すように
Ｃｕマウント21上に実装され、同じくＣｕマウント22上
に実装された発振波長1.06μｍの単一モード半導体レー
ザ23と直接結合される。この直接結合は、光導波路素子
20のコア層13の端面と半導体レーザ23のストライプ24の
後端面（図中の右端面）とが密接、あるいは微小距離を
おいて近接する状態にして、Ｃｕマウント21とＣｕマウ
ント22とを互いに固定することによってなされる。
Ｃｕマウント21上に実装され、同じくＣｕマウント22上
に実装された発振波長1.06μｍの単一モード半導体レー
ザ23と直接結合される。この直接結合は、光導波路素子
20のコア層13の端面と半導体レーザ23のストライプ24の
後端面（図中の右端面）とが密接、あるいは微小距離を
おいて近接する状態にして、Ｃｕマウント21とＣｕマウ
ント22とを互いに固定することによってなされる。
【００３４】半導体レーザ23のストライプ24の前端面か
らは使用光としてのレーザ光25が出射し、一方その後端
面からは、いわゆる後方出射光25Ｒが出射する。この後
方出射光25Ｒは光導波路素子20のＳｉ３Ｎ４コア層13に
入射し、そこを導波モードで伝搬する。このときグレー
ティング16において、グレーティング周期ΛとΛ＝λ／
２ｎｅｆｆ の関係を満たす特定波長λの光のみが選択
的に反射回折し、その回折した後方出射光25Ｒが半導体
レーザ23にフィードバックされる。この光フィードバッ
クがなされることにより半導体レーザ23の発振波長は、
上記の選択された波長λにロックされる。
らは使用光としてのレーザ光25が出射し、一方その後端
面からは、いわゆる後方出射光25Ｒが出射する。この後
方出射光25Ｒは光導波路素子20のＳｉ３Ｎ４コア層13に
入射し、そこを導波モードで伝搬する。このときグレー
ティング16において、グレーティング周期ΛとΛ＝λ／
２ｎｅｆｆ の関係を満たす特定波長λの光のみが選択
的に反射回折し、その回折した後方出射光25Ｒが半導体
レーザ23にフィードバックされる。この光フィードバッ
クがなされることにより半導体レーザ23の発振波長は、
上記の選択された波長λにロックされる。
【００３５】図４は、本実施形態の光導波路素子20と半
導体レーザ23とのモードマッチング状態を示すものであ
る。図中実線の曲線ａが、光導波路素子20の光導波路に
おける導波光の電界分布（光強度分布）を示し、破線の
曲線ｂが半導体レーザ23の後方端面における光強度分布
を示している。また比較のために、前述の特開平９−８
０２４７号に示された従来の光導波路における導波光の
電界分布を、図中一点鎖線の曲線ｃで示してある。なお
この図４の横軸は、光導波路の上下方向（層厚方向）の
中心位置からの距離を示している。
導体レーザ23とのモードマッチング状態を示すものであ
る。図中実線の曲線ａが、光導波路素子20の光導波路に
おける導波光の電界分布（光強度分布）を示し、破線の
曲線ｂが半導体レーザ23の後方端面における光強度分布
を示している。また比較のために、前述の特開平９−８
０２４７号に示された従来の光導波路における導波光の
電界分布を、図中一点鎖線の曲線ｃで示してある。なお
この図４の横軸は、光導波路の上下方向（層厚方向）の
中心位置からの距離を示している。
【００３６】図示の通り本実施形態の光導波路素子20の
光導波路は、上記従来の光導波路と比べると光閉じ込め
が著しく強く、そこでの導波光の電界分布は、半導体レ
ーザ23の後方端面における光強度分布と略等しい状態と
なっている。このように極めて良好なモードマッチング
が実現されていることにより、半導体レーザ23へのフィ
ードバック光量が十分に確保されて、該半導体レーザ23
の高出力化が達成される。
光導波路は、上記従来の光導波路と比べると光閉じ込め
が著しく強く、そこでの導波光の電界分布は、半導体レ
ーザ23の後方端面における光強度分布と略等しい状態と
なっている。このように極めて良好なモードマッチング
が実現されていることにより、半導体レーザ23へのフィ
ードバック光量が十分に確保されて、該半導体レーザ23
の高出力化が達成される。
【００３７】図５は、以上説明した光導波路素子20の別
の使用形態を示すものである。なおこの図５において、
図３中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらに
ついての説明は特に必要のない限り省略する。
の使用形態を示すものである。なおこの図５において、
図３中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらに
ついての説明は特に必要のない限り省略する。
【００３８】本例では、半導体レーザ23の前端面側が導
波路型の光波長変換素子30に直接結合されている。この
光波長変換素子30は一例として、非線形光学材料であ
る、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３基板28にチャン
ネル光導波路29が形成され、そしてこのチャンネル光導
波路29に沿って周期ドメイン反転構造31が形成されてな
るものである。
波路型の光波長変換素子30に直接結合されている。この
光波長変換素子30は一例として、非線形光学材料であ
る、ＭｇＯがドープされたＬｉＮｂＯ３基板28にチャン
ネル光導波路29が形成され、そしてこのチャンネル光導
波路29に沿って周期ドメイン反転構造31が形成されてな
るものである。
【００３９】なお上記光波長変換素子30は半導体レーザ
23とともに共通のＣｕマウント22に固定され、このＣｕ
マウント22はペルチェ素子35の上に固定されている。そ
してこのペルチェ素子35により、光波長変換素子30およ
び半導体レーザ23が所定の温度に温度調節される。
23とともに共通のＣｕマウント22に固定され、このＣｕ
マウント22はペルチェ素子35の上に固定されている。そ
してこのペルチェ素子35により、光波長変換素子30およ
び半導体レーザ23が所定の温度に温度調節される。
【００４０】半導体レーザ23の前端面から出射した波長
1.06μｍのレーザ光25は光波長変換素子30の光導波路29
に入射し、そこを伝搬する際に波長が１／２＝0.53μｍ
の第２高調波26に変換される。このとき、周期ドメイン
反転構造31によって位相整合（疑似位相整合）が取られ
る。得られた第２高調波26は光波長変換素子30から出射
し、ビームスプリッタ32を透過した第２高調波26が所定
の用途に使用される。
1.06μｍのレーザ光25は光波長変換素子30の光導波路29
に入射し、そこを伝搬する際に波長が１／２＝0.53μｍ
の第２高調波26に変換される。このとき、周期ドメイン
反転構造31によって位相整合（疑似位相整合）が取られ
る。得られた第２高調波26は光波長変換素子30から出射
し、ビームスプリッタ32を透過した第２高調波26が所定
の用途に使用される。
【００４１】ビームスプリッタ32で反射した一部の第２
高調波26は光検出器33に検出され、この光検出器33が出
力する光検出信号ＳはＡＰＣ（Automatic Power Contro
l）回路34に入力される。ＡＰＣ回路34は入力された光
検出信号Ｓに基づいて半導体レーザ23の駆動電流Ｄを制
御し、それにより、第２高調波26の光強度が一定化され
る。
高調波26は光検出器33に検出され、この光検出器33が出
力する光検出信号ＳはＡＰＣ（Automatic Power Contro
l）回路34に入力される。ＡＰＣ回路34は入力された光
検出信号Ｓに基づいて半導体レーザ23の駆動電流Ｄを制
御し、それにより、第２高調波26の光強度が一定化され
る。
【００４２】なお基板としては、上記の実施形態で用い
たＳｉ基板以外に、石英基板を用いることもできる。ま
た、Ｓｉあるいは石英にＰ，Ｂ等のドーパントが添加さ
れたものからなる基板を用いることもできる。
たＳｉ基板以外に、石英基板を用いることもできる。ま
た、Ｓｉあるいは石英にＰ，Ｂ等のドーパントが添加さ
れたものからなる基板を用いることもできる。
【００４３】さらに、光導波路素子を構成するいずれの
層に関しても、屈折率が本発明で規定している範囲にあ
れば、上で説明した以外の材料および作製法を適用して
もよい。例えばＴＥＯＳとＯ２ による下部第１クラッ
ド層は火炎堆積法から形成してもよく、また下部第２ク
ラッド層を構成するＳｉＯ２・ＧｅＯ２は、成膜条件を
変えたＳｉＯ２膜でも代用可能である。そして、コアを
構成するＳｉ３Ｎ４も、Ｔａ２Ｏ５ ，ＨｆＯ２ ，Ｔｉ
Ｏ２ ，ＺｒＯ２ 等で代用することが可能である。
層に関しても、屈折率が本発明で規定している範囲にあ
れば、上で説明した以外の材料および作製法を適用して
もよい。例えばＴＥＯＳとＯ２ による下部第１クラッ
ド層は火炎堆積法から形成してもよく、また下部第２ク
ラッド層を構成するＳｉＯ２・ＧｅＯ２は、成膜条件を
変えたＳｉＯ２膜でも代用可能である。そして、コアを
構成するＳｉ３Ｎ４も、Ｔａ２Ｏ５ ，ＨｆＯ２ ，Ｔｉ
Ｏ２ ，ＺｒＯ２ 等で代用することが可能である。
【００４４】また上部第２クラッド層は、ＴＥＯＳ，Ｏ
２ ，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４（ゲルマニウムテトラエト
キシド）ガスによるＳｉＯ２・ＧｅＯ２ 材に、他の
Ｂ，Ｐ，ＴｉＳｎ等の添加材を加えて形成してもよい。
また上部第１クラッド層はＴＥＯＳとＯ２ によるＳｉ
Ｏ２ に限らず、Ｂ，Ｐ等の添加材を加えたその他の誘
電体等から形成してもよい。そして第２クラッドは、コ
アに対して片側のみに形成しても構わない。
２ ，Ｇｅ（ＯＣ２Ｈ５）４（ゲルマニウムテトラエト
キシド）ガスによるＳｉＯ２・ＧｅＯ２ 材に、他の
Ｂ，Ｐ，ＴｉＳｎ等の添加材を加えて形成してもよい。
また上部第１クラッド層はＴＥＯＳとＯ２ によるＳｉ
Ｏ２ に限らず、Ｂ，Ｐ等の添加材を加えたその他の誘
電体等から形成してもよい。そして第２クラッドは、コ
アに対して片側のみに形成しても構わない。
【００４５】また、本発明の光導波路素子に前述のグレ
ーティングを形成して光フィードバックに用いる場合、
その光導波路素子は特定発振波長の半導体レーザのみに
限らず、半導体レーザの発振波長に適応したグレーティ
ング周期を設定することにより、種々の発振波長の半導
体レーザに対応可能である。
ーティングを形成して光フィードバックに用いる場合、
その光導波路素子は特定発振波長の半導体レーザのみに
限らず、半導体レーザの発振波長に適応したグレーティ
ング周期を設定することにより、種々の発振波長の半導
体レーザに対応可能である。
【００４６】また本発明の光導波路素子は、図３や図５
に示したような使用形態に限らず、その他例えばアレイ
型半導体レーザや、光集積回路等と組み合わせて使用す
ることも可能である。
に示したような使用形態に限らず、その他例えばアレイ
型半導体レーザや、光集積回路等と組み合わせて使用す
ることも可能である。
【００４７】またコア幅は、半導体レーザに対して単一
横モードの光をフィードバックさせる上から、半導体レ
ーザの発振幅と等しいことが好ましい。そのようなコア
幅は、通常、具体的には２〜５μｍ程度である。
横モードの光をフィードバックさせる上から、半導体レ
ーザの発振幅と等しいことが好ましい。そのようなコア
幅は、通常、具体的には２〜５μｍ程度である。
【図１】本発明の第１の実施形態による光導波路素子の
概略立断面図
概略立断面図
【図２】上記光導波路素子の概略側断面図
【図３】上記光導波路素子の使用状態を示す側面図
【図４】上記光導波路素子における導波光の電界分布と
半導体レーザの近視野像との関係を示すグラフ
半導体レーザの近視野像との関係を示すグラフ
【図５】上記光導波路素子の別の使用状態を示す側面図
10 Ｓｉ基板 11 ＳｉＯ２下部第１クラッド層 12 ＳｉＯ２・ＧｅＯ２下部第２クラッド層 13 Ｓｉ３Ｎ４コア層 14 ＳｉＯ２・ＧｅＯ２上部第２クラッド層 15 ＳｉＯ２上部第１クラッド層 16 グレーティング 17，18 ＡＲコート 20 光導波路素子 21、22 Ｃｕマウント 23 半導体レーザ 24 半導体レーザのストライプ 25 レーザ光 25Ｒ 後方出射光 28 ＬｉＮｂＯ３基板 29 チャンネル光導波路 30 光波長変換素子 31 周期ドメイン反転構造 32 ビームスプリッタ 33 光検出器 34 ＡＰＣ回路 35 ペルチェ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 CA34 DA02 DA03 DA06 2H047 KA04 LA02 QA02 RA08 TA32 2K002 AB12 BA03 CA03 DA06 EA07 EB15 FA27 GA04 HA20 5F073 AA65 AA67 AB23 FA14 FA25 GA03
Claims (10)
- 【請求項１】 基板上に光導波路が形成されてなり、こ
の光導波路の端面に半導体レーザが直接結合される光導
波路素子において、 光導波路のコアが屈折率１．７５〜２．７の材料から形
成され、 前記コアの外側にこのコアよりも低屈折率の第１クラッ
ドが形成され、 この第１クラッドと前記コアとの間に、該第１クラッド
の屈折率と略等しい屈折率を有する第２クラッドが形成
されていることを特徴とする光導波路素子。 - 【請求項２】 前記第１および第２クラッドの屈折率が
１．４〜１．４７の範囲にあることを特徴とする請求項
１記載の光導波路素子。 - 【請求項３】 前記コアとなる層の上下にそれぞれ上部
第２クラッド層、下部第２クラッド層が形成され、これ
らの３層の周囲に前記第１クラッドが配されていること
を特徴とする請求項１または２記載の光導波路素子。 - 【請求項４】 前記基板の上に前記第１クラッドの一部
となる下部第１クラッド層が形成され、 この下部第１クラッド層の上に、それよりも狭い幅にて
下部第２クラッド層、前記コアとなる層および上部第２
クラッド層の３層がこの順に形成され、 これら３層の周囲を取り囲む状態にして、前記下部第１
クラッド層の上に上部第１クラッド層が形成されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の光導波路素
子。 - 【請求項５】 前記コアの幅が、前記半導体レーザの発
振幅と略等しいことを特徴とする請求項１から４いずれ
か１項記載の光導波路素子。 - 【請求項６】 前記光導波路の端面に反射防止コートが
形成されていることを特徴とする請求項１から５いずれ
か１項記載の光導波路素子。 - 【請求項７】 前記光導波路における導波光の電界分布
が、前記半導体レーザの光導波路入射側端面における光
強度分布と略等しいことを特徴とする請求項１から６い
ずれか１項記載の光導波路素子。 - 【請求項８】 前記第２クラッドに前記半導体レーザの
発振波長を選択するグレーティングが形成されているこ
とを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の光導
波路素子。 - 【請求項９】 請求項８記載の光導波路素子を用いた半
導体レーザ装置であって、 前記半導体レーザから発せられた後、前記グレーティン
グで波長選択された光が該半導体レーザにフィードバッ
クされる構成を有することを特徴とする半導体レーザ装
置。 - 【請求項１０】 前記半導体レーザが、光波長変換素子
に入射させる基本波を発する光源として用いられたもの
であることを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000085974A JP2001272560A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 光導波路素子および半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000085974A JP2001272560A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 光導波路素子および半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001272560A true JP2001272560A (ja) | 2001-10-05 |
Family
ID=18602214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000085974A Withdrawn JP2001272560A (ja) | 2000-03-27 | 2000-03-27 | 光導波路素子および半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001272560A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007133915A1 (en) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | 3M Innovative Properties Company | Integrated optical waveguide assemblies |
| WO2012105247A1 (ja) * | 2011-02-03 | 2012-08-09 | 古河電気工業株式会社 | Ｓｏａ－ｐｌｃハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路およびその製造方法 |
| KR20150129541A (ko) * | 2014-05-12 | 2015-11-20 | 부산대학교 산학협력단 | 고반사 브래그 격자 폴리머 광도파로 소자 |
-
2000
- 2000-03-27 JP JP2000085974A patent/JP2001272560A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007133915A1 (en) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | 3M Innovative Properties Company | Integrated optical waveguide assemblies |
| WO2012105247A1 (ja) * | 2011-02-03 | 2012-08-09 | 古河電気工業株式会社 | Ｓｏａ－ｐｌｃハイブリッド集積偏波ダイバーシティ回路およびその製造方法 |
| US8837869B2 (en) | 2011-02-03 | 2014-09-16 | Furukawa Electric Co., Ltd. | SOA-PLC hybrid integrated polarization diversity circuit and method for manufacturing the same |
| KR20150129541A (ko) * | 2014-05-12 | 2015-11-20 | 부산대학교 산학협력단 | 고반사 브래그 격자 폴리머 광도파로 소자 |
| KR101704786B1 (ko) | 2014-05-12 | 2017-02-08 | 부산대학교 산학협력단 | 고반사 브래그 격자 폴리머 광도파로 소자 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070605 |