JP2002006352A - 半導体可変波長変換装置 - Google Patents
半導体可変波長変換装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体可変波長変換装置に関し、小型の波長
可変光源を用いるとともに、変換効率の離調依存性を低
減する。 【解決手段】 発振波長が互いに異なる端面出射型半導
体レーザ導波路１を複数個配列し、その内の少なくとも
任意の一つを選択して発振させる手段を備えた波長可変
レーザ２と、外部からの光信号を導入する第１の半導体
光増幅導波路３とを並列に配置するとともに、光の線形
増幅及び複数のレーザ光間の非線形相互作用を行う第２
の半導体光増幅導波路５、及び、端面出射型半導体レー
ザ導波路１及び第１の半導体光増幅導波路３からの光を
第２の半導体光増幅導波路５へ結合させる光結合導波路
４とをモノリシックに一体化する。
可変光源を用いるとともに、変換効率の離調依存性を低
減する。 【解決手段】 発振波長が互いに異なる端面出射型半導
体レーザ導波路１を複数個配列し、その内の少なくとも
任意の一つを選択して発振させる手段を備えた波長可変
レーザ２と、外部からの光信号を導入する第１の半導体
光増幅導波路３とを並列に配置するとともに、光の線形
増幅及び複数のレーザ光間の非線形相互作用を行う第２
の半導体光増幅導波路５、及び、端面出射型半導体レー
ザ導波路１及び第１の半導体光増幅導波路３からの光を
第２の半導体光増幅導波路５へ結合させる光結合導波路
４とをモノリシックに一体化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体可変波長変換
装置に関するものであり、特に、波長多重通信に用いる
四光波混合による可変波長変換装置における変換効率の
離調依存性を低減するための構成に特徴のある半導体可
変波長変換装置に関するものである。
装置に関するものであり、特に、波長多重通信に用いる
四光波混合による可変波長変換装置における変換効率の
離調依存性を低減するための構成に特徴のある半導体可
変波長変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、インターネット利用者数の急激な
増大に伴って、光通信システムの整備が急ピッチで進め
られている。しかし、動画などの大規模データを必要な
遠隔地から受け取るといった新しい形態のサービスも始
まりつつあり、さらなる、指数関数的な通信量の増大が
見込まれる現在、従来の時分割多重通信システムでは早
晩限界に達すると考えられている。
増大に伴って、光通信システムの整備が急ピッチで進め
られている。しかし、動画などの大規模データを必要な
遠隔地から受け取るといった新しい形態のサービスも始
まりつつあり、さらなる、指数関数的な通信量の増大が
見込まれる現在、従来の時分割多重通信システムでは早
晩限界に達すると考えられている。
【０００３】そこで、この様な問題を解決するための手
法として、異なる複数の波長の光を一本の光ファイバへ
導入する波長多重通信（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）への
移行が叫ばれている所以である。
法として、異なる複数の波長の光を一本の光ファイバへ
導入する波長多重通信（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）への
移行が叫ばれている所以である。
【０００４】この次世代の通信手段と目される波長多重
通信システムを大規模に展開するためには、個々のサブ
ネットワーク内で独立な波長による信号の経路制御が行
われることが必要であり、それには幹線からサブネット
への光入出口での波長変換が必要になる。
通信システムを大規模に展開するためには、個々のサブ
ネットワーク内で独立な波長による信号の経路制御が行
われることが必要であり、それには幹線からサブネット
への光入出口での波長変換が必要になる。
【０００５】特に、幹線の任意波長からサブネット内の
所望の波長への、或いは、サブネット内の任意波長から
幹線への所望波長へと変換する可変波長型の変換器は、
大規模ネットワークの設計を飛躍的に容易なものにする
ことが期待されている待望の素子である。
所望の波長への、或いは、サブネット内の任意波長から
幹線への所望波長へと変換する可変波長型の変換器は、
大規模ネットワークの設計を飛躍的に容易なものにする
ことが期待されている待望の素子である。
【０００６】現在、既に実用段階にある波長変換器は、
一度光から電気信号への変換を行い、再び、異なる波長
の光へと変換するＯ／Ｅ−Ｅ／Ｏ変換型のものである。
しかし、この様なＯ／Ｅ−Ｅ／Ｏ変換型の波長変換器に
おいては、変換帯域が電子部品によって制限され、大容
量通信には不向きである。
一度光から電気信号への変換を行い、再び、異なる波長
の光へと変換するＯ／Ｅ−Ｅ／Ｏ変換型のものである。
しかし、この様なＯ／Ｅ−Ｅ／Ｏ変換型の波長変換器に
おいては、変換帯域が電子部品によって制限され、大容
量通信には不向きである。
【０００７】一方、光を電気信号に変換することのない
全光型の波長変換器としては、ＸＧＭ（Ｃｒｏｓｓ Ｇ
ａｉｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いる方法と、３次
の非線形相互作用である四光波混合を用いる方法が代表
的である。
全光型の波長変換器としては、ＸＧＭ（Ｃｒｏｓｓ Ｇ
ａｉｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を用いる方法と、３次
の非線形相互作用である四光波混合を用いる方法が代表
的である。
【０００８】この内、ＸＧＭを用いる方法においては、
λ2 で連続発振しているレーザ素子の光軸に対して垂直
方向からλ1 の波長の信号レーザ光を入射すると、レー
ザ素子から入射光の信号波形を有するとともに波長がλ
2 の変換光が出力されることになり、波長変換と同時に
強度変調が行われる。
λ2 で連続発振しているレーザ素子の光軸に対して垂直
方向からλ1 の波長の信号レーザ光を入射すると、レー
ザ素子から入射光の信号波形を有するとともに波長がλ
2 の変換光が出力されることになり、波長変換と同時に
強度変調が行われる。
【０００９】この様なＸＧＭを用いる方法の場合、信号
光入力によってレーザ素子の発振強度を変調する方式が
ほとんどであり、変換光の波長はレーザ素子の発振波長
λ2に固定されることになり、任意の波長を任意の波長
に変換することが必要なＷＤＭシステム中に組み込むこ
とはできないものである。
光入力によってレーザ素子の発振強度を変調する方式が
ほとんどであり、変換光の波長はレーザ素子の発振波長
λ2に固定されることになり、任意の波長を任意の波長
に変換することが必要なＷＤＭシステム中に組み込むこ
とはできないものである。
【００１０】一方、四光波混合を用いる方法は、非常に
高速な応答が期待できるという利点があり、また、強度
変調信号のみならず、位相変調信号の変換も可能である
という利点もある。この場合、ポンプ光の周波数を
ωp 、入力信号光の周波数をωs 、波長変換されて出射
される出力変換光の周波数をωc とした場合、 ωc ＝２ωp −ωs の関係になることが知られている。
高速な応答が期待できるという利点があり、また、強度
変調信号のみならず、位相変調信号の変換も可能である
という利点もある。この場合、ポンプ光の周波数を
ωp 、入力信号光の周波数をωs 、波長変換されて出射
される出力変換光の周波数をωc とした場合、 ωc ＝２ωp −ωs の関係になることが知られている。
【００１１】また、四光波混合をＤＦＢ（分布帰還型）
半導体レーザ内で行うことによって、外部のポンプ光源
を必要としない波長変換素子も提案されている（必要な
らば、特開平７−２９６５２４号公報参照）。
半導体レーザ内で行うことによって、外部のポンプ光源
を必要としない波長変換素子も提案されている（必要な
らば、特開平７−２９６５２４号公報参照）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＤＦＢ半導体
レーザを用いた四光波混合の場合には、ＤＦＢ半導体レ
ーザの発振波長によって変換される波長が決定されるた
め、やはり任意の波長の変換光が得られる可変型の波長
変換器を実現することができないという問題がある。
レーザを用いた四光波混合の場合には、ＤＦＢ半導体レ
ーザの発振波長によって変換される波長が決定されるた
め、やはり任意の波長の変換光が得られる可変型の波長
変換器を実現することができないという問題がある。
【００１３】四光波混合を利用して可変型の波長変換器
を構成するためには、外部に可動な回折格子を配置した
可変波長レーザの発振光をポンプ光として信号光ととも
にＳＯＡ（半導体光増幅器）に導入して四光波混合を行
うことが考えられが、この場合には、非常に高価で、且
つ、大型の装置になるという問題がある。
を構成するためには、外部に可動な回折格子を配置した
可変波長レーザの発振光をポンプ光として信号光ととも
にＳＯＡ（半導体光増幅器）に導入して四光波混合を行
うことが考えられが、この場合には、非常に高価で、且
つ、大型の装置になるという問題がある。
【００１４】さらに、半導体光導波路中で四光波混合を
利用して波長変換した場合に、入力信号光から出力変換
光への変換効率は、一般に信号光周波数ωs とポンプ光
周波数ωp との離調Δωに大きく依存して、変換帯域を
大きく取れないという問題があるので、この事情を図１
１を参照して説明する。
利用して波長変換した場合に、入力信号光から出力変換
光への変換効率は、一般に信号光周波数ωs とポンプ光
周波数ωp との離調Δωに大きく依存して、変換帯域を
大きく取れないという問題があるので、この事情を図１
１を参照して説明する。
【００１５】図１１（ａ）及び（ｂ）参照 図１１（ａ）に示すように、信号光周波数ωs とポンプ
光周波数ωp との離調Δωが小さな場合、波長がλc の
変換光の変換効率は比較的大きいが、図１１（ｂ）に示
すように、離調Δωが大きな場合には変換効率が非常に
小さくなる。したがって、波長がλs の入力信号光をポ
ンプ光の波長λp を変えることによって任意の波長λc
（１／λc ＝２／λp −１／λs ）の光に変換する場合
に、波長λc によって変換効率が異なるため、信頼性の
高い変換を行うためには変換帯域を大きく取れなくなる
（必要ならば、Ｈ．Ｋｕｗａｔｓｕｋａ，ｅｔ．ａ
ｌ．，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕ
ｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ１
１，ｐｐ．２００２，１９９７参照）。
光周波数ωp との離調Δωが小さな場合、波長がλc の
変換光の変換効率は比較的大きいが、図１１（ｂ）に示
すように、離調Δωが大きな場合には変換効率が非常に
小さくなる。したがって、波長がλs の入力信号光をポ
ンプ光の波長λp を変えることによって任意の波長λc
（１／λc ＝２／λp −１／λs ）の光に変換する場合
に、波長λc によって変換効率が異なるため、信頼性の
高い変換を行うためには変換帯域を大きく取れなくなる
（必要ならば、Ｈ．Ｋｕｗａｔｓｕｋａ，ｅｔ．ａ
ｌ．，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕ
ｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ１
１，ｐｐ．２００２，１９９７参照）。
【００１６】したがって、本発明は、小型の波長可変光
源を用いるとともに、変換効率の離調依存性を低減する
ことを目的とする。
源を用いるとともに、変換効率の離調依存性を低減する
ことを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１参照 上述の目的を達成するためには、本発明においては、発
振波長が互いに異なる端面出射型半導体レーザ導波路１
を複数個配列し、その内の少なくとも任意の一つを選択
して発振させる手段を備えた波長可変レーザ２と、外部
からの光信号を導入する第１の半導体光増幅導波路３と
を並列に配置するとともに、光の線形増幅及び複数のレ
ーザ光間の非線形相互作用を行う第２の半導体光増幅導
波路５、及び、端面出射型半導体レーザ導波路１及び第
１の半導体光増幅導波路３からの光を第２の半導体光増
幅導波路５へ結合させる光結合導波路４とをモノリシッ
クに一体化したことを特徴とする。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１参照 上述の目的を達成するためには、本発明においては、発
振波長が互いに異なる端面出射型半導体レーザ導波路１
を複数個配列し、その内の少なくとも任意の一つを選択
して発振させる手段を備えた波長可変レーザ２と、外部
からの光信号を導入する第１の半導体光増幅導波路３と
を並列に配置するとともに、光の線形増幅及び複数のレ
ーザ光間の非線形相互作用を行う第２の半導体光増幅導
波路５、及び、端面出射型半導体レーザ導波路１及び第
１の半導体光増幅導波路３からの光を第２の半導体光増
幅導波路５へ結合させる光結合導波路４とをモノリシッ
クに一体化したことを特徴とする。
【００１８】この様に、ポンプ光源として、発振波長が
互いに異なる端面出射型半導体レーザ導波路１を複数個
（ｎ個）配列し、その内の少なくとも任意の一つを選択
して発振させる手段を備えた波長可変レーザ２を用いる
ことによって、任意の一つのみを選択した場合には、波
長変換光λc の波長をｎ通りに変化させることができ、
また、任意の二つを選択した場合には、 nＣ2 通りに変
化させることができ、合わせて、（ｎ＋ nＣ2 ）通りの
異なった波長の波長変換光λc を得ることができる。
互いに異なる端面出射型半導体レーザ導波路１を複数個
（ｎ個）配列し、その内の少なくとも任意の一つを選択
して発振させる手段を備えた波長可変レーザ２を用いる
ことによって、任意の一つのみを選択した場合には、波
長変換光λc の波長をｎ通りに変化させることができ、
また、任意の二つを選択した場合には、 nＣ2 通りに変
化させることができ、合わせて、（ｎ＋ nＣ2 ）通りの
異なった波長の波長変換光λc を得ることができる。
【００１９】特に、任意の二つを選択した場合には、変
換効率の離調依存性がほとんど無くなるため、広帯域に
おいて常にほぼ均一な強度の波長変換光λc を得ること
ができる（必要ならば、Ｔｒｅｆｏｒ Ｊ．Ｍｏｒｇａ
ｎ，ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１０，Ｎ
ｏ．１０，ｐｐ．１４０１，１９９８参照）。
換効率の離調依存性がほとんど無くなるため、広帯域に
おいて常にほぼ均一な強度の波長変換光λc を得ること
ができる（必要ならば、Ｔｒｅｆｏｒ Ｊ．Ｍｏｒｇａ
ｎ，ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１０，Ｎ
ｏ．１０，ｐｐ．１４０１，１９９８参照）。
【００２０】また、この様な波長可変レーザ２と、外部
からの光信号を導入する第１の半導体光増幅導波路３及
び光の線形増幅及び複数のレーザ光間の非線形相互作用
を行う第２の半導体光増幅導波路５とをモノリシックに
一体化しているので、外部に可動の回折格子等を設ける
必要がなく、全体構成を小型化することができるととも
に、低コスト化が可能になる。
からの光信号を導入する第１の半導体光増幅導波路３及
び光の線形増幅及び複数のレーザ光間の非線形相互作用
を行う第２の半導体光増幅導波路５とをモノリシックに
一体化しているので、外部に可動の回折格子等を設ける
必要がなく、全体構成を小型化することができるととも
に、低コスト化が可能になる。
【００２１】また、本発明においては、第２の半導体光
増幅導波路５の出力端に波長フィルタ機構を有する導波
路６を結合したことを特徴とする。
増幅導波路５の出力端に波長フィルタ機構を有する導波
路６を結合したことを特徴とする。
【００２２】この様に、第２の半導体光増幅導波路５の
出力端に分布ブラッグ反射器７等からなる波長フィルタ
機構を有する導波路６を結合することによって、波長変
換光λc のみを選択的に透過或いは反射することがで
き、所望の出力のみを取り出すことができる。特に、反
射型の波長フィルタ機構を用いた場合には、入出力を同
一の光学系で行うことができるので、装置の全体構成を
簡略化することができる。
出力端に分布ブラッグ反射器７等からなる波長フィルタ
機構を有する導波路６を結合することによって、波長変
換光λc のみを選択的に透過或いは反射することがで
き、所望の出力のみを取り出すことができる。特に、反
射型の波長フィルタ機構を用いた場合には、入出力を同
一の光学系で行うことができるので、装置の全体構成を
簡略化することができる。
【００２３】また、本発明においては、少なくとも第１
の半導体光増幅導波路３の光入力側にスポットサイズ変
換器を設けることが望ましく、また、光結合導波路４と
しては、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）型光結合導波路４或いは
アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａ
ｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）型光結合導波路４が
望ましい。
の半導体光増幅導波路３の光入力側にスポットサイズ変
換器を設けることが望ましく、また、光結合導波路４と
しては、多モード干渉（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）型光結合導波路４或いは
アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａ
ｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）型光結合導波路４が
望ましい。
【００２４】光結合導波路４としては、波長無依存型で
ｎ波を均等に結合する導波路６である単純に曲がり導波
路によって物理的に結合したＹ字導波路を用いても良い
し、或いは、エバネッセント結合を利用しても良いが、
上述のように、波長に依存させて合波させるＭＭＩやＡ
ＷＧを用いることが望ましい。即ち、波長無依存型の結
合器を用いた場合には、導波路内の電界分布の境界条件
にしたがい本質的に光は１／ｎになるのに対して、波長
依存型のＭＭＩ或いはＡＷＧの場合には、１対１の結合
が可能になるためである。
ｎ波を均等に結合する導波路６である単純に曲がり導波
路によって物理的に結合したＹ字導波路を用いても良い
し、或いは、エバネッセント結合を利用しても良いが、
上述のように、波長に依存させて合波させるＭＭＩやＡ
ＷＧを用いることが望ましい。即ち、波長無依存型の結
合器を用いた場合には、導波路内の電界分布の境界条件
にしたがい本質的に光は１／ｎになるのに対して、波長
依存型のＭＭＩ或いはＡＷＧの場合には、１対１の結合
が可能になるためである。
【００２５】
【発明の実施の形態】ここで、図２乃至図８を参照して
本発明の第１の実施の形態を説明するが、まず、図２乃
至図５を参照して本発明の第１の実施の形態の製造工程
を説明する。なお、各図における下側の図は概略的平面
図であり、上側の図は下側の図におけるＡ−Ａ′或いは
Ｂ−Ｂ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。 図２（ａ）参照 まず、ｎ型ＩｎＰ基板１１上にフォトレジストを塗布
し、電子ビーム露光装置を用いてｎ型ＩｎＰ基板１１の
両端に回折格子１２，１３を形成するための周期的縞状
パターンが形成されるように露光したのち、現像し、次
いで、形成した周期的島状のレジストパターン（図示せ
ず）をマスクとしてエッチングを施すことによって、回
折格子１２，１３を形成する。
本発明の第１の実施の形態を説明するが、まず、図２乃
至図５を参照して本発明の第１の実施の形態の製造工程
を説明する。なお、各図における下側の図は概略的平面
図であり、上側の図は下側の図におけるＡ−Ａ′或いは
Ｂ−Ｂ′を結ぶ一点鎖線に沿った概略的断面図である。 図２（ａ）参照 まず、ｎ型ＩｎＰ基板１１上にフォトレジストを塗布
し、電子ビーム露光装置を用いてｎ型ＩｎＰ基板１１の
両端に回折格子１２，１３を形成するための周期的縞状
パターンが形成されるように露光したのち、現像し、次
いで、形成した周期的島状のレジストパターン（図示せ
ず）をマスクとしてエッチングを施すことによって、回
折格子１２，１３を形成する。
【００２６】なお、回折格子１２においては、回折格子
の周期が徐々に変化するように形成してレーザアレイ
（ＬＤ）部とし、その中央部に位相がπ／２だけシフト
したλ／４位相シフト領域（図示を省略）を形成してお
く。また、図においてｎ型ＩｎＰ基板１１の左側の回折
格子１２と平行な領域は、平坦なままとしておき、入力
側の半導体光増幅器（ＳＯＡ）部とする。
の周期が徐々に変化するように形成してレーザアレイ
（ＬＤ）部とし、その中央部に位相がπ／２だけシフト
したλ／４位相シフト領域（図示を省略）を形成してお
く。また、図においてｎ型ＩｎＰ基板１１の左側の回折
格子１２と平行な領域は、平坦なままとしておき、入力
側の半導体光増幅器（ＳＯＡ）部とする。
【００２７】なお、この場合の縞状パターンの周期は、
レーザアレイを構成する各レーザ部における発振波長を
λp1，λp2，λp3，・・・，λpnとする場合、後の工程
でこの領域に形成される導波路の実効屈折率をｎeff1と
したとき、夫々の領域における縞状パターンの周期を、
ｎeff1×λp1，ｎeff1×λp2，・・・，ｎeff1×λpnに
設定する。
レーザアレイを構成する各レーザ部における発振波長を
λp1，λp2，λp3，・・・，λpnとする場合、後の工程
でこの領域に形成される導波路の実効屈折率をｎeff1と
したとき、夫々の領域における縞状パターンの周期を、
ｎeff1×λp1，ｎeff1×λp2，・・・，ｎeff1×λpnに
設定する。
【００２８】一方、逆側の回折格子１３においては、平
行な縞状パターンからなる回折格子とし、分布ブラッグ
反射器（ＤＢＲ）を構成する。また、この場合の縞状パ
ターンの周期は、後述するように、透過型フィルタを構
成するか或いは反射型フィルタを構成するかによって、
周期を決定するものである。
行な縞状パターンからなる回折格子とし、分布ブラッグ
反射器（ＤＢＲ）を構成する。また、この場合の縞状パ
ターンの周期は、後述するように、透過型フィルタを構
成するか或いは反射型フィルタを構成するかによって、
周期を決定するものである。
【００２９】また、ｎ型ＩｎＰ基板１１の回折格子の形
成されていない中央の平坦部１４は、光結合導波路を形
成するＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅ
ｒｅｎｃｅ）部、及び、四光波混合を行う出力側の半導
体光増幅器（ＳＯＡ）部を構成する。
成されていない中央の平坦部１４は、光結合導波路を形
成するＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅ
ｒｅｎｃｅ）部、及び、四光波混合を行う出力側の半導
体光増幅器（ＳＯＡ）部を構成する。
【００３０】図２（ｂ）参照 次いで、レジストパターンを除去したのち、ＭＯＶＰＥ
法（有機金属気相成長法）を用いて、バンドギャップ波
長λg が、例えば、１．２３μｍ組成で、厚さが、例え
ば、７０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１５、バ
ンドギャップ波長λg が、例えば、１．１５μｍ組成
で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳ
ＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈ
ｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層１６、ＭＱＷ活性層
１７、及び、バンドギャップ波長λ g が、例えば、１．
１５μｍ組成で、厚さが、例えば、１００ｎｍのｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１８を順次成長させる。
法（有機金属気相成長法）を用いて、バンドギャップ波
長λg が、例えば、１．２３μｍ組成で、厚さが、例え
ば、７０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１５、バ
ンドギャップ波長λg が、例えば、１．１５μｍ組成
で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳ
ＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈ
ｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層１６、ＭＱＷ活性層
１７、及び、バンドギャップ波長λ g が、例えば、１．
１５μｍ組成で、厚さが、例えば、１００ｎｍのｐ型Ｉ
ｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１８を順次成長させる。
【００３１】なお、この場合のＭＱＷ活性層１７は、バ
ンドギャップ波長λg が、例えば、１．３μｍ組成で、
厚さが、例えば、１０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア
層と、バンドギャップ波長λg が、例えば、１．７８μ
ｍ組成で、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓ
井戸層とを交互に１０ペア成長させたものである。
ンドギャップ波長λg が、例えば、１．３μｍ組成で、
厚さが、例えば、１０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰバリア
層と、バンドギャップ波長λg が、例えば、１．７８μ
ｍ組成で、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓ
井戸層とを交互に１０ペア成長させたものである。
【００３２】図３（ｃ）参照 次いで、ＣＶＤ法によって厚さ０．３μｍのＳｉＯ2 膜
１９を堆積させたのち、フォトレジストを塗布し、露光
・現像することによってＤＢＲ部のみが露出するレジス
トパターン２０を形成し、レジストパターン２０をマス
クとしてＳｉＯ 2 膜１９の露出部をエッチングし、次い
で、レジストパターンを除去したのち、ＳｉＯ2 膜１９
をマスクとして、その下の半導体層を、少なくとも、Ｍ
ＱＷ活性層１７が完全になくなるまでエッチングする。
１９を堆積させたのち、フォトレジストを塗布し、露光
・現像することによってＤＢＲ部のみが露出するレジス
トパターン２０を形成し、レジストパターン２０をマス
クとしてＳｉＯ 2 膜１９の露出部をエッチングし、次い
で、レジストパターンを除去したのち、ＳｉＯ2 膜１９
をマスクとして、その下の半導体層を、少なくとも、Ｍ
ＱＷ活性層１７が完全になくなるまでエッチングする。
【００３３】図３（ｄ）参照 次いで、ＳｉＯ2 膜１９をそのまま選択成長マスクとし
て用いて、再び、ＭＯＶＰＥ法によってバンドギャップ
波長λg が、例えば、１．４μｍ組成で、厚さが、例え
ば、１５０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層２１、及
び、バンドギャップ波長λg が、例えば、１．１５μｍ
組成で、厚さが、例えば、１００ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＳＣＨ層２２を順次成長させる。
て用いて、再び、ＭＯＶＰＥ法によってバンドギャップ
波長λg が、例えば、１．４μｍ組成で、厚さが、例え
ば、１５０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層２１、及
び、バンドギャップ波長λg が、例えば、１．１５μｍ
組成で、厚さが、例えば、１００ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡ
ｓＳＣＨ層２２を順次成長させる。
【００３４】この場合のｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層２１
の組成は、レーザアレイからのポンプ光に対して透明に
なるようにする必要があり、また、この選択成長工程に
おいて、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層２１と、ＭＱＷ活性
層１７の高さがほぼ一致して、バッドジョイントによっ
て光学結合することになる。
の組成は、レーザアレイからのポンプ光に対して透明に
なるようにする必要があり、また、この選択成長工程に
おいて、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層２１と、ＭＱＷ活性
層１７の高さがほぼ一致して、バッドジョイントによっ
て光学結合することになる。
【００３５】図４（ｅ）参照 次いで、ＳｉＯ2 膜１９を除去したのち、再び、ＭＯＶ
ＰＥ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、５０ｎｍの
ｐ型ＩｎＰクラッド層２３、及び、バンドギャップ波長
λg が、例えば、１．３μｍ組成で、厚さが、例えば、
５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２４を順次
成長させて表面を平坦化する。
ＰＥ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、５０ｎｍの
ｐ型ＩｎＰクラッド層２３、及び、バンドギャップ波長
λg が、例えば、１．３μｍ組成で、厚さが、例えば、
５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２４を順次
成長させて表面を平坦化する。
【００３６】図４（ｆ）参照 次いで、再び、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ2 膜（図示せ
ず）を全面に堆積させたのち、全面にフォトレジストを
塗布し、露光・現像することによって、入力導波路用ス
トライプ２５、レーザ導波路用ストライプ２６，２７、
出力導波路用ストライプ２８、及び、ＭＭＩ部に対応す
るパターンのレジストパターン（図示せず）を形成し、
このレジストパターンをマスクとして、ＳｉＯ2 膜を選
択的にエッチングする。
ず）を全面に堆積させたのち、全面にフォトレジストを
塗布し、露光・現像することによって、入力導波路用ス
トライプ２５、レーザ導波路用ストライプ２６，２７、
出力導波路用ストライプ２８、及び、ＭＭＩ部に対応す
るパターンのレジストパターン（図示せず）を形成し、
このレジストパターンをマスクとして、ＳｉＯ2 膜を選
択的にエッチングする。
【００３７】次いで、レジストパターンを除去したの
ち、エタン＋水素＋微量酸素からなるエタン系のガスを
用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法によって、
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１５に達するまでエッチ
ングを施すことによって、入力導波路用ストライプ２
５、レーザ導波路用ストライプ２６，２７、及び、出力
導波路用ストライプ２８を形成する。なお、レーザ導波
路用ストライプは２本しか図示していないものの、必要
とする波長数に応じた数をレーザ導波路用ストライプと
して形成するものである。
ち、エタン＋水素＋微量酸素からなるエタン系のガスを
用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法によって、
ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層１５に達するまでエッチ
ングを施すことによって、入力導波路用ストライプ２
５、レーザ導波路用ストライプ２６，２７、及び、出力
導波路用ストライプ２８を形成する。なお、レーザ導波
路用ストライプは２本しか図示していないものの、必要
とする波長数に応じた数をレーザ導波路用ストライプと
して形成するものである。
【００３８】図５（ｇ）参照 次いで、ＳｉＯ2 膜をそのまま選択成長マスクとして用
いて、ＭＯＶＰＥ法によってＦｅドープＩｎＰ高抵抗層
２９を選択成長させることによって、入力導波路用スト
ライプ２５、レーザ導波路用ストライプ２６，２７、及
び、出力導波路用ストライプ２８の側部を埋め込む。
いて、ＭＯＶＰＥ法によってＦｅドープＩｎＰ高抵抗層
２９を選択成長させることによって、入力導波路用スト
ライプ２５、レーザ導波路用ストライプ２６，２７、及
び、出力導波路用ストライプ２８の側部を埋め込む。
【００３９】図５（ｈ）参照 次いで、ＳｉＯ2 膜を除去したのち、新たなエッチング
マスクを用いて、ＬＤ＆ＳＯＡ部とＭＭＩ部との境、Ｍ
ＭＩ部とＳＯＡ部との境、及び、ＳＯＡ部とＤＢＲ部と
の境においてｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２４を選
択的エッチングすることによって、夫々の領域の間を抵
抗分離する。
マスクを用いて、ＬＤ＆ＳＯＡ部とＭＭＩ部との境、Ｍ
ＭＩ部とＳＯＡ部との境、及び、ＳＯＡ部とＤＢＲ部と
の境においてｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２４を選
択的エッチングすることによって、夫々の領域の間を抵
抗分離する。
【００４０】最後に、入力導波路用ストライプ２５、レ
ーザ導波路用ストライプ２６，２７、及び、出力導波路
用ストライプ２８のＳＯＡ部にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を
蒸着させてｐ側電極３０を形成するとともに、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１１の裏面にＡｕ−Ｇｅ／Ａｕ電極を蒸着させて
ｎ側電極３１を形成することによって半導体可変波長変
換装置の基本的構成が完成する。
ーザ導波路用ストライプ２６，２７、及び、出力導波路
用ストライプ２８のＳＯＡ部にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を
蒸着させてｐ側電極３０を形成するとともに、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１１の裏面にＡｕ−Ｇｅ／Ａｕ電極を蒸着させて
ｎ側電極３１を形成することによって半導体可変波長変
換装置の基本的構成が完成する。
【００４１】この様な半導体可変波長変換装置におい
て、ポンプ光としてＬＤ＆ＳＯＡ部におけるｎ個のレー
ザから任意の一つのレーザを選択することによって、従
来の四光波混合と同様に波長変換光を得ることができ
る。即ち、ポンプ光の周波数をωp 、入力信号光の周波
数をωs 、波長変換光の周波数をωc とすると、 ωc ＝２ωp −ωs の関係のｎ通りの波長変換光が得られる。
て、ポンプ光としてＬＤ＆ＳＯＡ部におけるｎ個のレー
ザから任意の一つのレーザを選択することによって、従
来の四光波混合と同様に波長変換光を得ることができ
る。即ち、ポンプ光の周波数をωp 、入力信号光の周波
数をωs 、波長変換光の周波数をωc とすると、 ωc ＝２ωp −ωs の関係のｎ通りの波長変換光が得られる。
【００４２】一方、ポンプ光としてＬＤ＆ＳＯＡ部にお
けるｎ個のレーザから任意の二つのレーザを選択した場
合には、四光波混合によって、二つのポンプ光の周波数
をω p1，ωp2、入力信号光の周波数をωs 、波長変換光
の周波数をωc とすると、 ωc ＝ωp1＋ωp2−ωs の関係の 2Ｃn 通りの波長変換光が得られることにな
る。
けるｎ個のレーザから任意の二つのレーザを選択した場
合には、四光波混合によって、二つのポンプ光の周波数
をω p1，ωp2、入力信号光の周波数をωs 、波長変換光
の周波数をωc とすると、 ωc ＝ωp1＋ωp2−ωs の関係の 2Ｃn 通りの波長変換光が得られることにな
る。
【００４３】図６（ａ）参照 図６（ａ）は、二つのポンプ光λp1，λp2に対し、λp1
とλp2との間の波長で、且つ、二つのポンプ光の中間よ
りの離調の小さな波長λs の入力信号光が入射した場合
の波長変換光λc の波長と光強度の関係を示したもので
ある。
とλp2との間の波長で、且つ、二つのポンプ光の中間よ
りの離調の小さな波長λs の入力信号光が入射した場合
の波長変換光λc の波長と光強度の関係を示したもので
ある。
【００４４】図６（ｂ）参照 図６（ｂ）は、二つのポンプ光λp1，λp2に対し、いず
れかの波長に近い離調の大きな波長λs の入力信号光が
入射した場合の波長変換光λc の波長と光強度の関係を
示したものである。この場合、入力信号光λs とポンプ
光λp1との離調を大きくすると、ポンプ光λp2との離調
が小さくなり、一方、入力信号光λs とポンプ光λp2と
の離調を大きくすると、ポンプ光λp1との離調が小さく
なるので、変化効率の入力信号光λ s に対する依存性を
平坦化することができる。
れかの波長に近い離調の大きな波長λs の入力信号光が
入射した場合の波長変換光λc の波長と光強度の関係を
示したものである。この場合、入力信号光λs とポンプ
光λp1との離調を大きくすると、ポンプ光λp2との離調
が小さくなり、一方、入力信号光λs とポンプ光λp2と
の離調を大きくすると、ポンプ光λp1との離調が小さく
なるので、変化効率の入力信号光λ s に対する依存性を
平坦化することができる。
【００４５】即ち、図６（ａ）の場合も、図６（ｂ）の
場合も、変換効率はほぼ等しくなるので、変換帯域を広
く取ることができる。即ち、同じ波長の入力信号に対し
て、二つのポンプ光λp1，λp2の波長を適宜選択するこ
とによって、 2Ｃn 通りの任意の波長で且つ安定した強
度の波長変換光λc を得ることができる。
場合も、変換効率はほぼ等しくなるので、変換帯域を広
く取ることができる。即ち、同じ波長の入力信号に対し
て、二つのポンプ光λp1，λp2の波長を適宜選択するこ
とによって、 2Ｃn 通りの任意の波長で且つ安定した強
度の波長変換光λc を得ることができる。
【００４６】また、この第１の実施の形態においては、
光結合導波路として、波長依存性を持たせたＭＭＩを用
いているので、１対１の結合が可能になり、結合損失を
抑えることができる。
光結合導波路として、波長依存性を持たせたＭＭＩを用
いているので、１対１の結合が可能になり、結合損失を
抑えることができる。
【００４７】また、波長フィルタ機能を有するＤＢＲ部
をモノリシックに一体化しているので、四光波混合過程
に寄与する４つの光の波数保存則から、波長変換光λc
以外に、ポンプ光λp1，λp2と入力信号光λs を用いて
いるのが、雑音となるこれらの余分な光が変換信号光λ
c と同じ端面から出射されることがない。
をモノリシックに一体化しているので、四光波混合過程
に寄与する４つの光の波数保存則から、波長変換光λc
以外に、ポンプ光λp1，λp2と入力信号光λs を用いて
いるのが、雑音となるこれらの余分な光が変換信号光λ
c と同じ端面から出射されることがない。
【００４８】図７（ａ）参照 図７（ａ）は、ＤＢＲ部を透過型のＤＢＲ部とした場合
の反射率特性を示す図であり、ポンプ光及び入力信号光
の中心波長λp に対し、後の工程でこの領域に形成され
る導波路の実効屈折率をｎeff2としたとき、ｎeff2×λ
p に周期を設定することによって、ポンプ光λp1〜λpn
及び入力信号光λs を９９％以上の反射率で反射して、
波長変換光λc のみを選択的にＤＢＲ部から出射する。
の反射率特性を示す図であり、ポンプ光及び入力信号光
の中心波長λp に対し、後の工程でこの領域に形成され
る導波路の実効屈折率をｎeff2としたとき、ｎeff2×λ
p に周期を設定することによって、ポンプ光λp1〜λpn
及び入力信号光λs を９９％以上の反射率で反射して、
波長変換光λc のみを選択的にＤＢＲ部から出射する。
【００４９】図７（ｂ）参照 図７（ｂ）は、ＤＢＲ部を反射型のＤＢＲ部とする場合
の反射率特性を示す図であり、変換波長帯域の中心波長
をλc とした場合、ｎeff2×λc に周期を設定すること
により、波長変換光λc のみを選択的に９９％以上の反
射率で反射して入力用ＳＯＡ部の端部より出射する。
の反射率特性を示す図であり、変換波長帯域の中心波長
をλc とした場合、ｎeff2×λc に周期を設定すること
により、波長変換光λc のみを選択的に９９％以上の反
射率で反射して入力用ＳＯＡ部の端部より出射する。
【００５０】なお、いずれの場合も、高反射率を持つ波
長帯域（ストップバンド）が、透過すべき波長帯と重な
らないように、エッチング深さ、即ち、回折格子の光結
合係数と、当該部位の長さとの積を決定する必要があ
る。
長帯域（ストップバンド）が、透過すべき波長帯と重な
らないように、エッチング深さ、即ち、回折格子の光結
合係数と、当該部位の長さとの積を決定する必要があ
る。
【００５１】図８（ａ）参照 図８（ａ）は、ＤＢＲ部の反射率設計の説明図であり、
ＤＢＲ部の一例を示すものである。例えば、ｎ型ＩｎＰ
基板１１に互いに深さの異なる凹凸からなる回折格子１
３を設けて構成するものであり、その際に、凹部の幅ｗ
1 ＝１．２９μｍとするとともに、高さの異なる各回折
格子の凸部の幅を夫々、ｗ2 ＝１．２９μｍ、ｗ3＝ｗ
4 ＝１．２８μｍにし、且つ、ｗ2 にする領域において
は各２０周期、ｗ3にする領域においては各３０周期、
ｗ4 にする領域においては１００周期になるように周期
的凹凸を形成する。この場合、凹部における実効屈折率
が３．３３５になるのに対して、幅ｗ2 の凸部における
実効屈折率は３．３２に、幅ｗ3 の凸部における実効屈
折率は３．３１に、幅ｗ4 の凸部における実効屈折率が
３．３となる。
ＤＢＲ部の一例を示すものである。例えば、ｎ型ＩｎＰ
基板１１に互いに深さの異なる凹凸からなる回折格子１
３を設けて構成するものであり、その際に、凹部の幅ｗ
1 ＝１．２９μｍとするとともに、高さの異なる各回折
格子の凸部の幅を夫々、ｗ2 ＝１．２９μｍ、ｗ3＝ｗ
4 ＝１．２８μｍにし、且つ、ｗ2 にする領域において
は各２０周期、ｗ3にする領域においては各３０周期、
ｗ4 にする領域においては１００周期になるように周期
的凹凸を形成する。この場合、凹部における実効屈折率
が３．３３５になるのに対して、幅ｗ2 の凸部における
実効屈折率は３．３２に、幅ｗ3 の凸部における実効屈
折率は３．３１に、幅ｗ4 の凸部における実効屈折率が
３．３となる。
【００５２】図８（ｂ）参照 図８（ｂ）は、上記のＤＢＲ構造に反射率を伝播マトリ
ックス法で計算した結果を示した図であり、波長１．５
５μｍにおいては９５％の反射率を有し、一方、波長
１．５３μｍにおいては３０％程度の低い反射率となっ
ている。したがって、上記の周期的凹凸の幅及び周期を
適宜設定することによって所期の反射特性を実現するこ
とができる。
ックス法で計算した結果を示した図であり、波長１．５
５μｍにおいては９５％の反射率を有し、一方、波長
１．５３μｍにおいては３０％程度の低い反射率となっ
ている。したがって、上記の周期的凹凸の幅及び周期を
適宜設定することによって所期の反射特性を実現するこ
とができる。
【００５３】次に、図９を参照して、本発明の第２の実
施の形態を説明するが、光結合導波路としてＭＭＩの代
わりにＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ
Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いたもので、その他の構成は上記
の第１の実施の形態と同様であるので、光結合導波路部
のみを説明する。
施の形態を説明するが、光結合導波路としてＭＭＩの代
わりにＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ
Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いたもので、その他の構成は上記
の第１の実施の形態と同様であるので、光結合導波路部
のみを説明する。
【００５４】図９参照 図９は、本発明の第２の実施の形態の光結合導波路部を
構成するＡＷＧの概念的構成図であり、平面図的に示し
ている。図に示すように、複数の光導波路４１1 〜４１
n を並列配置したものであり、各光導波路４１1 〜４１
n に設けた屈曲部４２1 〜４２n 及び屈曲部４３1 〜４
３n の曲率径は、各光導波路４１1 〜４１n において同
一である。したがって、入出力端における隣接する光導
波路の間隔をｄ、中央部における隣接する光導波路の間
隔をＤとした場合、隣接する光導波路間の長さの差ΔＬ
は、 ΔＬ＝２（Ｄ−ｄ） となり、ｎc を光導波路における実効屈折率、λを導波
光の波長とした場合、位相差は２πｎc ΔＬ／λとな
る。
構成するＡＷＧの概念的構成図であり、平面図的に示し
ている。図に示すように、複数の光導波路４１1 〜４１
n を並列配置したものであり、各光導波路４１1 〜４１
n に設けた屈曲部４２1 〜４２n 及び屈曲部４３1 〜４
３n の曲率径は、各光導波路４１1 〜４１n において同
一である。したがって、入出力端における隣接する光導
波路の間隔をｄ、中央部における隣接する光導波路の間
隔をＤとした場合、隣接する光導波路間の長さの差ΔＬ
は、 ΔＬ＝２（Ｄ−ｄ） となり、ｎc を光導波路における実効屈折率、λを導波
光の波長とした場合、位相差は２πｎc ΔＬ／λとな
る。
【００５５】また、光導波路から出射される光の回折角
をθとした場合、ｎs を出射領域における屈折率、ｍを
回折次数とした場合、 ｎc ΔＬ＋ｎs ｄｓｉｎθ＝ｍλ となる。
をθとした場合、ｎs を出射領域における屈折率、ｍを
回折次数とした場合、 ｎc ΔＬ＋ｎs ｄｓｉｎθ＝ｍλ となる。
【００５６】したがって、波長可変レーザから各光導波
路４１1 〜４１n へ微小波長差のレーザ光（λ1 ，
λ2 ，λ3 ）を入力した場合には、異なった光導波路４
１1 〜４１n を通った同一波長の光が干渉して、その結
果、波長毎に異なる出射角方向へ選択的に出射させるこ
とになる。したがって、ＡＷＧに対し、異なる波長の光
を異なる入射角で入射させた場合には、異なる波長の光
を一つに合わせて出射することができ、多重波長合波器
となるので、波長依存型の光結合導波路とすることがで
きる。
路４１1 〜４１n へ微小波長差のレーザ光（λ1 ，
λ2 ，λ3 ）を入力した場合には、異なった光導波路４
１1 〜４１n を通った同一波長の光が干渉して、その結
果、波長毎に異なる出射角方向へ選択的に出射させるこ
とになる。したがって、ＡＷＧに対し、異なる波長の光
を異なる入射角で入射させた場合には、異なる波長の光
を一つに合わせて出射することができ、多重波長合波器
となるので、波長依存型の光結合導波路とすることがで
きる。
【００５７】次に、図１０を参照して、本発明の光入力
側の半導体光増幅器の入力端の構造の一例を説明する。 図１０（ａ）参照 図１０（ａ）は、光導波路の幅を入力端に向かって徐々
に狭くなるようにテーパ状にしたスポットサイズ変換器
の概略的斜視図であり、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１
６／ＭＱＷ活性層１７／ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１
８からなる光導波路を端面において一定幅部の約１／３
の幅になるようにテーパ状に細くしたものであり、通常
のエッチング工程によって形成すれば良い。
側の半導体光増幅器の入力端の構造の一例を説明する。 図１０（ａ）参照 図１０（ａ）は、光導波路の幅を入力端に向かって徐々
に狭くなるようにテーパ状にしたスポットサイズ変換器
の概略的斜視図であり、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１
６／ＭＱＷ活性層１７／ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１
８からなる光導波路を端面において一定幅部の約１／３
の幅になるようにテーパ状に細くしたものであり、通常
のエッチング工程によって形成すれば良い。
【００５８】図１０（ｂ）参照 図１０（ｂ）は、光導波路の層厚が入力端に向かって徐
々に薄くなるようにテーパ状にしたスポットサイズ変換
器の概略的斜視図であり、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１６／ＭＱＷ活性層１７／ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１８からなる光導波路を端面において一定層厚部の約１
／３の厚さになるようにテーパ状に薄くしたものであ
る。
々に薄くなるようにテーパ状にしたスポットサイズ変換
器の概略的斜視図であり、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１６／ＭＱＷ活性層１７／ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１８からなる光導波路を端面において一定層厚部の約１
／３の厚さになるようにテーパ状に薄くしたものであ
る。
【００５９】この様なスポットサイズ変換器を構成する
ためには、図２（ｂ）におけるｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラ
ッド層１５乃至ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１８を成長
させる際に、光入力側の半導体光増幅器を形成する領域
に選択的にＳｉＯ2 膜を設け、このＳｉＯ2 膜に一定幅
のストライプ状開口と、このストライプ状開口に繋がる
とともに光入力端面に向かって広がるテーパ状の開口部
を設ければ良く、この様なＳｉＯ2 マスクを用いて結晶
成長させれば良い。
ためには、図２（ｂ）におけるｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラ
ッド層１５乃至ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１８を成長
させる際に、光入力側の半導体光増幅器を形成する領域
に選択的にＳｉＯ2 膜を設け、このＳｉＯ2 膜に一定幅
のストライプ状開口と、このストライプ状開口に繋がる
とともに光入力端面に向かって広がるテーパ状の開口部
を設ければ良く、この様なＳｉＯ2 マスクを用いて結晶
成長させれば良い。
【００６０】図１０（ａ）及び（ｂ）のいずれのスポッ
トサイズ変換器を用いた場合にも、入射光の結合率を高
めることが可能になる。特に、ＤＢＲ部を反射型とした
場合には、波長変換光と外部の光学系との光結合効率を
大きくすることが可能になる。
トサイズ変換器を用いた場合にも、入射光の結合率を高
めることが可能になる。特に、ＤＢＲ部を反射型とした
場合には、波長変換光と外部の光学系との光結合効率を
大きくすることが可能になる。
【００６１】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は、上記の各実施の形態に記載した構成・
条件に限られるものではなく、各種の変更が可能であ
る。例えば、上記の各実施の形態においては、多波長光
源としてＤＦＢ（分布帰還型）レーザを用いているが、
ＤＢＲ（分布ブラッグ反射型）レーザを用いても良いも
のである。
たが、本発明は、上記の各実施の形態に記載した構成・
条件に限られるものではなく、各種の変更が可能であ
る。例えば、上記の各実施の形態においては、多波長光
源としてＤＦＢ（分布帰還型）レーザを用いているが、
ＤＢＲ（分布ブラッグ反射型）レーザを用いても良いも
のである。
【００６２】また、上記の各実施の形態においては、ｎ
型ＩｎＰ基板に直接回折格子を形成しているが、ｎ型Ｉ
ｎＰ基板上にｎ型ＩｎＰバッファ層を設け、このｎ型Ｉ
ｎＰバッファ層の表面に回折格子を形成しても良いもの
である。
型ＩｎＰ基板に直接回折格子を形成しているが、ｎ型Ｉ
ｎＰ基板上にｎ型ＩｎＰバッファ層を設け、このｎ型Ｉ
ｎＰバッファ層の表面に回折格子を形成しても良いもの
である。
【００６３】また、上記の各実施の形態においては、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ光ガイド層を両側に設けているが、ＩｎＧ
ａＡｓＰ光ガイド層は片側だけでも良く、或いは、省略
しても良く、また、活性層はＭＱＷ活性層に限られるも
のではなく、バルクのＩｎＧａＡｓＰ活性層を用いても
良いものである。
ｎＧａＡｓＰ光ガイド層を両側に設けているが、ＩｎＧ
ａＡｓＰ光ガイド層は片側だけでも良く、或いは、省略
しても良く、また、活性層はＭＱＷ活性層に限られるも
のではなく、バルクのＩｎＧａＡｓＰ活性層を用いても
良いものである。
【００６４】また、上記の各実施の形態においては、波
長フィルタ機能を有するＤＢＲ部をモノリシックに一体
に形成しているが、ハイブリッド的に構成しても良いも
のである。
長フィルタ機能を有するＤＢＲ部をモノリシックに一体
に形成しているが、ハイブリッド的に構成しても良いも
のである。
【００６５】また、上記の各実施の形態においては、光
結合導波路部として波長依存型のＭＭＩ或いはＡＷＧを
用いているが、必ずしも波長依存型の光結合導波路に限
られるものではなく、Ｙ字導波路やエバネッセント結合
を利用した波長無依存型の光結合器を用いても良いもの
である。
結合導波路部として波長依存型のＭＭＩ或いはＡＷＧを
用いているが、必ずしも波長依存型の光結合導波路に限
られるものではなく、Ｙ字導波路やエバネッセント結合
を利用した波長無依存型の光結合器を用いても良いもの
である。
【００６６】ここで、再び、図１を参照して、本発明の
付記を説明する。 図１参照 （付記１） 発振波長が互いに異なる端面出射型半導体
レーザ導波路１を複数個配列し、その内の少なくとも任
意の一つを選択して発振させる手段を備えた波長可変レ
ーザ２と、外部からの光信号を導入する第１の半導体光
増幅導波路３とを並列に配置するとともに、光の線形増
幅及び複数のレーザ光間の非線形相互作用を行って波長
変換光を生成する第２の半導体光増幅導波路５、及び、
前記端面出射型半導体レーザ導波路１及び第１の半導体
光増幅導波路３からの光を前記第２の半導体光増幅導波
路５へ結合させる光結合導波路４とをモノリシックに一
体化したことを特徴とする半導体可変波長変換装置。 （付記２） 上記端面出射型半導体レーザとして、分布
帰還型レーザ或いは分布ブラッグ反射型レーザのいずれ
かを用いたことを特徴とする付記１記載の半導体可変波
長変換装置。 （付記３） 上記第２の半導体光増幅導波路５の出力端
に波長フィルタ機構を有する導波路６を結合したことを
特徴とする付記１または２に記載の半導体可変波長変換
装置。 （付記４） 上記波長フィルタ機構を有する導波路６と
して、分布ブラッグ反射型導波路を用いたことを特徴と
する付記３記載の半導体可変波長変換装置。 （付記５） 上記分布ブラッグ反射型導波路の反射特性
を、上記生成した波長変換光を透過し、上記外部からの
信号光及び波長可変レーザ２からの光とを反射する特性
とすることを特徴とする付記４記載の半導体可変波長変
換装置。 （付記６） 上記分布ブラッグ反射型導波路の反射特性
を、上記生成した波長変換光を反射し、上記外部からの
信号光及び波長可変レーザ２からの光とを透過する特性
とすることを特徴とする付記４記載の半導体可変波長変
換装置。 （付記７） 上記第１の半導体光増幅導波路３の光入力
側に、導波路の幅または層厚の少なくとも一方が光入力
端面に向かってテーパ状に減少するスポットサイズ変換
器を設けたことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１
に記載の半導体可変波長変換装置。 （付記８） 上記光結合導波路４として、多モード干渉
型光結合導波路を用いたことを特徴とする付記１乃至７
のいずれか１に記載の半導体可変波長変換装置。 （付記９） 上記光結合導波路４として、アレイ導波路
回折格子型光結合導波路を用いたことを特徴とする付記
１乃至７のいずれか１に記載の半導体可変波長変換装
置。
付記を説明する。 図１参照 （付記１） 発振波長が互いに異なる端面出射型半導体
レーザ導波路１を複数個配列し、その内の少なくとも任
意の一つを選択して発振させる手段を備えた波長可変レ
ーザ２と、外部からの光信号を導入する第１の半導体光
増幅導波路３とを並列に配置するとともに、光の線形増
幅及び複数のレーザ光間の非線形相互作用を行って波長
変換光を生成する第２の半導体光増幅導波路５、及び、
前記端面出射型半導体レーザ導波路１及び第１の半導体
光増幅導波路３からの光を前記第２の半導体光増幅導波
路５へ結合させる光結合導波路４とをモノリシックに一
体化したことを特徴とする半導体可変波長変換装置。 （付記２） 上記端面出射型半導体レーザとして、分布
帰還型レーザ或いは分布ブラッグ反射型レーザのいずれ
かを用いたことを特徴とする付記１記載の半導体可変波
長変換装置。 （付記３） 上記第２の半導体光増幅導波路５の出力端
に波長フィルタ機構を有する導波路６を結合したことを
特徴とする付記１または２に記載の半導体可変波長変換
装置。 （付記４） 上記波長フィルタ機構を有する導波路６と
して、分布ブラッグ反射型導波路を用いたことを特徴と
する付記３記載の半導体可変波長変換装置。 （付記５） 上記分布ブラッグ反射型導波路の反射特性
を、上記生成した波長変換光を透過し、上記外部からの
信号光及び波長可変レーザ２からの光とを反射する特性
とすることを特徴とする付記４記載の半導体可変波長変
換装置。 （付記６） 上記分布ブラッグ反射型導波路の反射特性
を、上記生成した波長変換光を反射し、上記外部からの
信号光及び波長可変レーザ２からの光とを透過する特性
とすることを特徴とする付記４記載の半導体可変波長変
換装置。 （付記７） 上記第１の半導体光増幅導波路３の光入力
側に、導波路の幅または層厚の少なくとも一方が光入力
端面に向かってテーパ状に減少するスポットサイズ変換
器を設けたことを特徴とする付記１乃至６のいずれか１
に記載の半導体可変波長変換装置。 （付記８） 上記光結合導波路４として、多モード干渉
型光結合導波路を用いたことを特徴とする付記１乃至７
のいずれか１に記載の半導体可変波長変換装置。 （付記９） 上記光結合導波路４として、アレイ導波路
回折格子型光結合導波路を用いたことを特徴とする付記
１乃至７のいずれか１に記載の半導体可変波長変換装
置。
【００６７】
【発明の効果】本発明によれば、少なくとも、ポンプ光
源として可変波長レーザを用い、可変波長レーザと入力
側光増幅器、光結合導波路、及び、四光波混合を行う光
増幅器とをモノリシックに一体化しているので、半導体
可変波長変換装置の全体構成を大型化することなく、任
意の波長の入力信号光を任意の波長の波長変換光へ安定
な変換効率で変換することができ、それによって、広帯
域な可変波長変換装置を実現することができるので、波
長多重通信の実現・発展に寄与するところが大きい。
源として可変波長レーザを用い、可変波長レーザと入力
側光増幅器、光結合導波路、及び、四光波混合を行う光
増幅器とをモノリシックに一体化しているので、半導体
可変波長変換装置の全体構成を大型化することなく、任
意の波長の入力信号光を任意の波長の波長変換光へ安定
な変換効率で変換することができ、それによって、広帯
域な可変波長変換装置を実現することができるので、波
長多重通信の実現・発展に寄与するところが大きい。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の途中までの製造工
程の説明図である。
程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の図２以降の途中ま
での製造工程の説明図である。
での製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の図３以降の途中ま
での製造工程の説明図である。
での製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の図４以降の製造工
程の説明図である。
程の説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における変換効率の
離調依存性の説明図である。
離調依存性の説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態のＤＢＲ部の反射特
性図である。
性図である。
【図８】ＤＢＲ部の反射率設計の説明図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の光結合導波路部の
概念的構成の説明図である。
概念的構成の説明図である。
【図１０】本発明の各実施の形態におけるスポットサイ
ズ変換器の概略的構成図である。
ズ変換器の概略的構成図である。
【図１１】従来の可変波長変換器における変換効率の離
調依存性の説明図である。
調依存性の説明図である。
１ 端面出射型半導体レーザ導波路 ２ 波長可変レーザ ３ 半導体光増幅導波路 ４ 光結合導波路 ５ 半導体光増幅導波路 ６ 波長フィルタ機構を有する導波路 ７ 分布ブラッグ反射器 １１ ｎ型ＩｎＰ基板 １２ 回折格子 １３ 回折格子 １４ 平坦部 １５ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰクラッド層 １６ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層 １７ ＭＱＷ活性層 １８ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層 １９ ＳｉＯ2 膜 ２０ レジストパターン ２１ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層 ２２ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層 ２３ ｐ型ＩｎＰクラッド層 ２４ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ２５ 入力導波路用ストライプ ２６ レーザ導波路用ストライプ ２７ レーザ導波路用ストライプ ２８ 出力導波路用ストライプ ２９ ＦｅドープＩｎＰ高抵抗層 ３０ ｐ側電極 ３１ ｎ側電極 ４１1 〜４１n 光導波路 ４２1 〜４２n 屈曲部 ４３1 〜４３n 屈曲部 ４５ クラッド層 ４６ 光入射端面
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｓ 5/16 Ｈ０１Ｓ 5/16
Claims (5)
- 【請求項１】 発振波長が互いに異なる端面出射型半導
体レーザ導波路を複数個配列し、その内の少なくとも任
意の一つを選択して発振させる手段を備えた波長可変レ
ーザと、外部からの光信号を導入する第１の半導体光増
幅導波路とを並列に配置するとともに、光の線形増幅及
び複数のレーザ光間の非線形相互作用を行って波長変換
光を生成する第２の半導体光増幅導波路、及び、前記端
面出射型半導体レーザ導波路及び第１の半導体光増幅導
波路からの光を前記第２の半導体光増幅導波路へ結合さ
せる光結合導波路とをモノリシックに一体化したことを
特徴とする半導体可変波長変換装置。 - 【請求項２】 前記第２の半導体光増幅導波路の出力端
に、波長フィルタ機構を有する導波路を結合したことを
特徴とする請求項１記載の半導体可変波長変換装置。 - 【請求項３】 上記第１の半導体光増幅導波路の光入力
側に、導波路の幅または層厚の少なくとも一方が光入力
端面に向かってテーパ状に減少するスポットサイズ変換
器を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の
半導体可変波長変換装置。 - 【請求項４】 上記光結合導波路として、多モード干渉
型光結合導波路を用いたことを特徴とする請求項１乃至
３のいずれか１項に記載の半導体可変波長変換装置。 - 【請求項５】 上記光結合導波路として、アレイ導波路
回折格子型光結合導波路を用いたことを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体可変波長変換
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000187328A JP2002006352A (ja) | 2000-06-22 | 2000-06-22 | 半導体可変波長変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000187328A JP2002006352A (ja) | 2000-06-22 | 2000-06-22 | 半導体可変波長変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002006352A true JP2002006352A (ja) | 2002-01-09 |
Family
ID=18687325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000187328A Pending JP2002006352A (ja) | 2000-06-22 | 2000-06-22 | 半導体可変波長変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002006352A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7112827B2 (en) | 2002-10-22 | 2006-09-26 | Fujitsu Limited | Tunable wavelength laser |
| US7130112B2 (en) | 2002-05-09 | 2006-10-31 | Fujitsu Limited | Optical amplifying device |
| JP2007271925A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Fujitsu Ltd | 光集積素子 |
| WO2008107975A1 (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-12 | Fujitsu Limited | 半導体集積素子 |
| US8064490B2 (en) | 2008-10-07 | 2011-11-22 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Optical resonator and tunable laser |
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-
2000
- 2000-06-22 JP JP2000187328A patent/JP2002006352A/ja active Pending
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| US7873082B2 (en) | 2007-03-06 | 2011-01-18 | Fujitsu Limited | Semiconductor integrated device |
| JP5365510B2 (ja) * | 2007-03-06 | 2013-12-11 | 富士通株式会社 | 半導体集積素子 |
| US8064490B2 (en) | 2008-10-07 | 2011-11-22 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Optical resonator and tunable laser |
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