JP2002520858A - 外部空洞型レーザー - Google Patents
外部空洞型レーザーInfo
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Abstract
(57)【要約】
第１及び第２のフィードバック手段とその間に光学ゲイン媒体（２）を備えた外部空洞型レーザーであって、一方のフィードバック手段がシリコン導波管に形成された格子（４）を備え、かつ、他方のフィードバック手段が光学ゲイン媒体（２）の反射後面ファセット（２Ｂ）を備えている。所定の温度におけるレーザーの出力波長を製造中に決定することができ、レーザーは大量生産技術によって製造することができる。格子（４）は、格子（４）の温度を制御するための温度制御手段（６）の必要性を排除するために、熱的に孤立されてもよい。レーザーアレイは単一チップ上に形成してもよい。
Description
【０００１】
本発明は外部空洞型レーザーに関し、特に、通信への応用で使用する狭い線幅
のレーザーに関するものである。
のレーザーに関するものである。
【０００２】
狭い線幅の単一モード半導体レーザーを製造するのに複数の方法が存在する。
実用的な素子は２つのグループ、すなわち、モノリシック半導体素子と外部空洞
型レーザーとに分けられる。これはいずれも、ドライブ電流の範囲を超えた単一
モード作動を可能にするために周波数選択フィードバックを用いている。
実用的な素子は２つのグループ、すなわち、モノリシック半導体素子と外部空洞
型レーザーとに分けられる。これはいずれも、ドライブ電流の範囲を超えた単一
モード作動を可能にするために周波数選択フィードバックを用いている。
【０００３】 周波数選択フィードバックは、ＤＢＲ（分配ブラッグ反射体）又はＤＦＢ（分
散フィードバック）の形をとることができる外部要素を有する周期構造、又は、
半導体（例えば、モノリシック）内の周期構造のいずれかによって設けられても
よい。格子は、ＤＢＲにおいては活性領域の外側ではあるがモノリシック半導体
内に存在する一方、ＤＦＢレーザーの格子は活性領域内に存在する。外部空洞型
レーザーは、その間に位置する光学ゲイン媒体から成るがその間を埋め尽くしは
しない。２つの反射体のうち、一方の反射体は通常ゲイン媒体の後面ファセット
であり、他方はファイバ又は導波管に形成された外部ブラッグ格子である。前述
の素子では、外部格子は、単一モードファイバ又は窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）若
しくはシリカ（ＳｉＯ2）導波管のいずれかに形成されている。
散フィードバック）の形をとることができる外部要素を有する周期構造、又は、
半導体（例えば、モノリシック）内の周期構造のいずれかによって設けられても
よい。格子は、ＤＢＲにおいては活性領域の外側ではあるがモノリシック半導体
内に存在する一方、ＤＦＢレーザーの格子は活性領域内に存在する。外部空洞型
レーザーは、その間に位置する光学ゲイン媒体から成るがその間を埋め尽くしは
しない。２つの反射体のうち、一方の反射体は通常ゲイン媒体の後面ファセット
であり、他方はファイバ又は導波管に形成された外部ブラッグ格子である。前述
の素子では、外部格子は、単一モードファイバ又は窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）若
しくはシリカ（ＳｉＯ2）導波管のいずれかに形成されている。
【０００４】 ＤＦＢレーザーは、出力波長は素子の格子周期及び有効屈折率の双方に関係し
ているので、出力波長はウェハ間で正確に制御することができない。従って、特
定の周波数でＤＦＢレーザーを利用するためには、素子は、波長域と所望の波長
を得るように調整された温度とをテストし、選択して選び出さねばならない。こ
の調整の要求は、変数レジスタのような構成要素を含まなければならないので、
素子の温度安定性を複雑にし、集積温度コントロールを困難にしている。ＤＢＲ
レーザーは、製造公差のため、２つのブラッグ反射体の相対格子位相が予想でき
なくなるという付加的な困難とともに、同様な問題をかかえ（すなわち、有効屈
折率の変化及び格子周期の変動）、それが、低い生産性、又は、位相調整領域の
必要性につながる。一般に、ＤＢＲレーザーはＤＦＢレーザーより複雑でかつ製
造が難しい。
ているので、出力波長はウェハ間で正確に制御することができない。従って、特
定の周波数でＤＦＢレーザーを利用するためには、素子は、波長域と所望の波長
を得るように調整された温度とをテストし、選択して選び出さねばならない。こ
の調整の要求は、変数レジスタのような構成要素を含まなければならないので、
素子の温度安定性を複雑にし、集積温度コントロールを困難にしている。ＤＢＲ
レーザーは、製造公差のため、２つのブラッグ反射体の相対格子位相が予想でき
なくなるという付加的な困難とともに、同様な問題をかかえ（すなわち、有効屈
折率の変化及び格子周期の変動）、それが、低い生産性、又は、位相調整領域の
必要性につながる。一般に、ＤＢＲレーザーはＤＦＢレーザーより複雑でかつ製
造が難しい。
【０００５】 ＷＤＭ（波長分割多重化）システムにおける使用のため、ＤＦＢレーザーも、
素子の有効屈折率を変える経時効果を説明するために、駆動補償回路が必要とさ
れている。これも制御回路の複雑さを増し、そして多くが素子の長期間の信頼性
を低減している。
素子の有効屈折率を変える経時効果を説明するために、駆動補償回路が必要とさ
れている。これも制御回路の複雑さを増し、そして多くが素子の長期間の信頼性
を低減している。
【０００６】 ＦＧＬ（ファイバ格子レーザー）は実質的に、（しばしばＨＲ（高反射）コー
ティングされた）反射後面ファセットを有する半導体レーザーから成る外部空洞
型レーザーである。これにおいては、レーザー処理は、波長選択格子が書込まれ
た光ファイバに結合した、前面ファセット、傾斜を有するファセット／導波管、
又はこれらの結合上のＡＲ（非反射）コーティングによって失敗している。
ティングされた）反射後面ファセットを有する半導体レーザーから成る外部空洞
型レーザーである。これにおいては、レーザー処理は、波長選択格子が書込まれ
た光ファイバに結合した、前面ファセット、傾斜を有するファセット／導波管、
又はこれらの結合上のＡＲ（非反射）コーティングによって失敗している。
【０００７】 このような格子は、選択波長を反射する周期構造においてファイバにＦ中心（
欠陥）を導入するために、ＵＶホログラフィック技術を用いて直接書かれる。Ｆ
ＧＬは、（ＤＦＢレーザーに比較して）出力波長が活性領域によって決定されな
いという利点を有し、そのため、波長は予め正確に決定され、選別及び温度調整
の必要性がなくなる。ＦＧＬはまた温度により小さな波長依存性を示し、そして
、３０℃までの温度範囲にわたって温度補償をすることなく作動することができ
る。しかしながら、ＤＦＢレーザー（０℃−６０℃）と同じ作動範囲を達成する
には、ＴＥＣ（熱電気冷却器）はやはり必要である。
欠陥）を導入するために、ＵＶホログラフィック技術を用いて直接書かれる。Ｆ
ＧＬは、（ＤＦＢレーザーに比較して）出力波長が活性領域によって決定されな
いという利点を有し、そのため、波長は予め正確に決定され、選別及び温度調整
の必要性がなくなる。ＦＧＬはまた温度により小さな波長依存性を示し、そして
、３０℃までの温度範囲にわたって温度補償をすることなく作動することができ
る。しかしながら、ＤＦＢレーザー（０℃−６０℃）と同じ作動範囲を達成する
には、ＴＥＣ（熱電気冷却器）はやはり必要である。
【０００８】 ＦＧＬの主な困難は製造にある。格子書込方法は実質的に逐次的であり、従っ
て大量生産には向かない。活性半導体とファイバとの間で優れた結合を達成する
ため、モードマッチングのためにボールレンズ又はレンズファイバ（lensed fib
er）を用いることは通常必要なことである。この結果、ファイバと半導体との間
の位置合わせ公差が小さくなり、そしてアクティブ位置合わせが必要となり、他
の方法は大量生産には適切ではない。
て大量生産には向かない。活性半導体とファイバとの間で優れた結合を達成する
ため、モードマッチングのためにボールレンズ又はレンズファイバ（lensed fib
er）を用いることは通常必要なことである。この結果、ファイバと半導体との間
の位置合わせ公差が小さくなり、そしてアクティブ位置合わせが必要となり、他
の方法は大量生産には適切ではない。
【０００９】 ＦＧＬもまた他のＷＤＭ要素、例えば、ＭＵＸ（マルチプレクサー）及びＤＭ
ＵＸ（デマルチプレクサー）、の単一チップ集積には向かない。
ＵＸ（デマルチプレクサー）、の単一チップ集積には向かない。
【００１０】 シリカ導波管格子レーザーはＦＧＬに類似しているが、シリカ平坦導波管へ書
き込まれた格子を伴っている。これらは、ＦＧＬと同様の製造問題、すなわち、
逐次的な書込プロセスにおいて、出力波長は高温度ドーピングプロセスの制御の
困難さによって予め正確には選択されず、このため、温度調整が必要となるとい
う付加的な問題、をかかえている。
き込まれた格子を伴っている。これらは、ＦＧＬと同様の製造問題、すなわち、
逐次的な書込プロセスにおいて、出力波長は高温度ドーピングプロセスの制御の
困難さによって予め正確には選択されず、このため、温度調整が必要となるとい
う付加的な問題、をかかえている。
【００１１】
本発明の第１の態様では、第１及び第２のフィードバック手段とその間に光学
ゲイン媒体を備えた外部空洞型レーザーであって、一方のフィードバック手段が
シリコン導波管に形成された格子を備えた外部空洞型レーザーを備えている。
ゲイン媒体を備えた外部空洞型レーザーであって、一方のフィードバック手段が
シリコン導波管に形成された格子を備えた外部空洞型レーザーを備えている。
【００１２】 好適には、レーザーはシリコンチップ上に形成され、シリコン導波管はチップ
上に集積されたリブ導波管であり、光学ゲイン手段がチップ上に実装された光学
増幅器を備えている。
上に集積されたリブ導波管であり、光学ゲイン手段がチップ上に実装された光学
増幅器を備えている。
【００１３】 光学増幅器の後面が、他方のフィードバック手段を形成することが好ましい。
【００１４】 本発明の他の特徴は、詳細な説明と従属項とから明らかになるだろう。
【００１５】 本発明では、反射増幅器（ＲＡ）を用いて、集積光学技術を波長安定外部空洞
型レーザーを形成するために使用することができる。ＲＡはシリコン導波管格子
に結合される。それによる素子は、ＤＢＲ又はＤＦＢのような従来技術の改良版
であって、レーザーの出力波長を再現可能に予め決定することを可能にするもの
である。これによって温度の調整の必要がなくなり、温度制御安定化回路が単純
化される。
型レーザーを形成するために使用することができる。ＲＡはシリコン導波管格子
に結合される。それによる素子は、ＤＢＲ又はＤＦＢのような従来技術の改良版
であって、レーザーの出力波長を再現可能に予め決定することを可能にするもの
である。これによって温度の調整の必要がなくなり、温度制御安定化回路が単純
化される。
【００１６】 シリコン導波管の屈折率は周知であり、そのため、所定の温度におけるレーザ
ーの出力波長を製造プロセスにおいて設定できる。
ーの出力波長を製造プロセスにおいて設定できる。
【００１７】 また、格子はレーザーの活性領域から離間しており、経時変化は出力波長には
影響を及ぼさず、その結果、補償駆動回路も不要になる。
影響を及ぼさず、その結果、補償駆動回路も不要になる。
【００１８】 これらの要因の結合によって、単一チップで、温度の安定化とレーザー駆動の
双方を制御することが可能になり、さらに、それによる素子は、ＦＧＬや上記の
導波管格子レーザーとは異なり、大量生産技術によって製造することが可能にな
る。本発明は、上記の異なる従来技術の素子の利点を備える一方、その欠点は回
避されている。
双方を制御することが可能になり、さらに、それによる素子は、ＦＧＬや上記の
導波管格子レーザーとは異なり、大量生産技術によって製造することが可能にな
る。本発明は、上記の異なる従来技術の素子の利点を備える一方、その欠点は回
避されている。
【００１９】 本発明の他の態様では、上記のような外部空洞型レーザーのアレイを備える。
マルチプレックス手段が、単一出力上のレーザーアレイの出力を結合するのに用
いられてもよい。レーザーアレイは、共通の光学ゲイン媒体と、ゲイン媒体の出
力を、各信号が異なる格子の方を向いた複数の信号に分割するためのパワー分割
手段とを備えてもよい。
マルチプレックス手段が、単一出力上のレーザーアレイの出力を結合するのに用
いられてもよい。レーザーアレイは、共通の光学ゲイン媒体と、ゲイン媒体の出
力を、各信号が異なる格子の方を向いた複数の信号に分割するためのパワー分割
手段とを備えてもよい。
【００２０】
本発明を添付図面を参照した例によってさらに説明する。
【００２１】 図１は、典型的には二酸化シリコンから成る絶縁層によってシリコン基板から
分離された上部光透過層を備えたＳＯＩチップ１上に形成された外部空洞型レー
ザーを示している。素子は、格子４を備えたシリコン導波管３に並んだＲＡ ２
を備えている。
分離された上部光透過層を備えたＳＯＩチップ１上に形成された外部空洞型レー
ザーを示している。素子は、格子４を備えたシリコン導波管３に並んだＲＡ ２
を備えている。
【００２２】 ＲＡは、前面ファセット２Ａの垂直軸に対して角度を有する導波管を含んでい
る。ＲＡの後面ファセット２ＢはＨＲコーティングで被覆され、かつ、その前面
ファセットがＡＲ被覆されている。
る。ＲＡの後面ファセット２ＢはＨＲコーティングで被覆され、かつ、その前面
ファセットがＡＲ被覆されている。
【００２３】 ＲＡ ２はＳＯＩチップ１にエッチングされた配置凹み５の配置面に接するＲ
Ａの配置面によって、ＳＯＩチップ１上に受動的に並べられている。光学部材を
載置するこの方法の詳細は国際出願公開第ＷＯ９７／４３６７６号公報に記載さ
れており、その開示内容は本明細書に参考として組み込まれている。
Ａの配置面によって、ＳＯＩチップ１上に受動的に並べられている。光学部材を
載置するこの方法の詳細は国際出願公開第ＷＯ９７／４３６７６号公報に記載さ
れており、その開示内容は本明細書に参考として組み込まれている。
【００２４】 ＲＡ ２は、ブラッグ格子４が形成されているシリコン導波管３に結合されて
いる。格子４は、外部空洞型レーザーの前面ファセットを効果的に形成している
。
いる。格子４は、外部空洞型レーザーの前面ファセットを効果的に形成している
。
【００２５】 ＮＴＣ（負の温度係数）サーミスタ６は、格子４の温度を感知するために格子
に隣接して配置している。サーミスタ６は、サーミスタ６を備えた温度補償シス
テムに対する入力と、制御回路（図示せず）と、冷却素子とを備えている。冷却
素子は、チップ及び出力波長を決定する少なくとも格子４を冷却するためにチッ
プの下に載置されたペルチェ冷却器を備えている。この温度補償システムは、製
造方法における変動を補償するように素子を調整するというより、（ＦＧＬにお
けるような）レーザーの作動範囲を拡張するために備えるものである。
に隣接して配置している。サーミスタ６は、サーミスタ６を備えた温度補償シス
テムに対する入力と、制御回路（図示せず）と、冷却素子とを備えている。冷却
素子は、チップ及び出力波長を決定する少なくとも格子４を冷却するためにチッ
プの下に載置されたペルチェ冷却器を備えている。この温度補償システムは、製
造方法における変動を補償するように素子を調整するというより、（ＦＧＬにお
けるような）レーザーの作動範囲を拡張するために備えるものである。
【００２６】 出力ファイバ７は、ファイバをシリコン導波管３に受動的に並べるように、Ｓ
ＯＩチップ１において異方的にエッチングされたＶ溝内に配置する。ＳＯＩチッ
プ１上でファイバをリブ導波管に結合する方法は、国際出願公開第ＷＯ９７／４
２５３４号公報に記載されている。この公報は本明細書に参考文献として組み込
まれている。外部空洞型レーザーの出力も、同じチップ上に備えた他の光学素子
に向いていてもよい。
ＯＩチップ１において異方的にエッチングされたＶ溝内に配置する。ＳＯＩチッ
プ１上でファイバをリブ導波管に結合する方法は、国際出願公開第ＷＯ９７／４
２５３４号公報に記載されている。この公報は本明細書に参考文献として組み込
まれている。外部空洞型レーザーの出力も、同じチップ上に備えた他の光学素子
に向いていてもよい。
【００２７】 モニター光ダイオード８は、レーザー出力の一部を光ダイオード８に結合する
導波管カプラー９によって、外部空洞型レーザーの出力をモニターするために備
えられたものである。カプラー９は、Ｙ結合又はエバネッセントカプラーを備え
てもよい。
導波管カプラー９によって、外部空洞型レーザーの出力をモニターするために備
えられたものである。カプラー９は、Ｙ結合又はエバネッセントカプラーを備え
てもよい。
【００２８】 図２は、シリコン導波管３に形成された格子４をさらに詳細に示している。
【００２９】 ブラッグ導波管格子は波長選択要素を形成し、かつ、例えば、導波管全体に形
成されたフォトレジストコーティング上に書き込む直接電子ビームによって形成
することができる。そのパターンは、導波管格子の溝を形成するためにＲＩＥ（
反応イオンエッチング）を用いてエッチングされる。
成されたフォトレジストコーティング上に書き込む直接電子ビームによって形成
することができる。そのパターンは、導波管格子の溝を形成するためにＲＩＥ（
反応イオンエッチング）を用いてエッチングされる。
【００３０】 格子の溝は、リブ導波管の高さＨのほぼ半分まで延びていることが好ましい（
ここで、Ｈは通常、チップの隣接領域の上面から測定して１．４−５μｍである
）。溝の深さＤは、格子カップリング、すなわち、その反射率、レーザーの出力
及び格子に関連した光損失を最適化するように選択され、好適にはＤはＨの３０
−７０％である。
ここで、Ｈは通常、チップの隣接領域の上面から測定して１．４−５μｍである
）。溝の深さＤは、格子カップリング、すなわち、その反射率、レーザーの出力
及び格子に関連した光損失を最適化するように選択され、好適にはＤはＨの３０
−７０％である。
【００３１】 １．４−１．５μｍのＨを有するリブ導波管において、Ｄは０．４−１．１μ
ｍの範囲である。
ｍの範囲である。
【００３２】 格子の他の寸法は波長によって選択されるが、通常の格子は、２００ｎｍ周期
Ｐ及び５０％のマーク／スペース比を有する一連の溝を有する。すなわち、各溝
は（導波管の光軸に対して平行な方向）ほぼ１００ｎｍ幅でかつ隣接溝から１０
０ｎｍ間隔である。格子は通常、約１ｍｍから５ｍｍの導波管の長さＬを超えて
延伸する。
Ｐ及び５０％のマーク／スペース比を有する一連の溝を有する。すなわち、各溝
は（導波管の光軸に対して平行な方向）ほぼ１００ｎｍ幅でかつ隣接溝から１０
０ｎｍ間隔である。格子は通常、約１ｍｍから５ｍｍの導波管の長さＬを超えて
延伸する。
【００３３】 実際、格子４の溝は、他の材料例えばシリコンによって充填され、又は一部充
填されてもよいが、格子の本質的要求は、それが選択波長の一部を反射し、かつ
、大量製造技術を用いて形成できるように、異なる屈折率の領域を周期的に交互
に備えることである。
填されてもよいが、格子の本質的要求は、それが選択波長の一部を反射し、かつ
、大量製造技術を用いて形成できるように、異なる屈折率の領域を周期的に交互
に備えることである。
【００３４】 （図示しない）他の構成では、格子４はシリコンリブの代わりに又はそれに加
えて導波管リブにわたって二酸化シリコンクラッディング層における溝によって
形成してもよい。
えて導波管リブにわたって二酸化シリコンクラッディング層における溝によって
形成してもよい。
【００３５】 ＲＡ ２の後面ファセット２Ｂから格子４の有効反射中心へのレーザーキャビ
ティの光路長は通常１２ｍｍのオーダーである。シリコンは屈折率３．５を有す
るので、キャビティの物理長は１２ｍｍ／３．５、すなわち約３．４ｍｍである
。
ティの光路長は通常１２ｍｍのオーダーである。シリコンは屈折率３．５を有す
るので、キャビティの物理長は１２ｍｍ／３．５、すなわち約３．４ｍｍである
。
【００３６】 独国特許第９８０９４６０．０号（独国公開番号）に記載されているような突
合せ（butt coupling）によって、又は、導波管とファイバコアとで正確な位置
合わせを行う他の適当な方法によって、ファイバと導波管の位置合わせを行うこ
とができる。これには、より大きなパワーを要する応用に対してパワー出力を最
適化するためにアクティブモニタリングを使用することを含んでいる。アクティ
ブ位置合わせはＲＡ ２の位置合わせに拡張することもでき、この場合、より高
い電源素子に対する付加価値が製造コストの増加と複雑さとを調整する。このよ
うな応用に対しては、上記の前面ファセットモニタリングの使用及びＲＡ ２の
後面ファセット２Ｂ上の１００％ＨＲコーティングも、より高出力を達成するこ
とが可能となる。
合せ（butt coupling）によって、又は、導波管とファイバコアとで正確な位置
合わせを行う他の適当な方法によって、ファイバと導波管の位置合わせを行うこ
とができる。これには、より大きなパワーを要する応用に対してパワー出力を最
適化するためにアクティブモニタリングを使用することを含んでいる。アクティ
ブ位置合わせはＲＡ ２の位置合わせに拡張することもでき、この場合、より高
い電源素子に対する付加価値が製造コストの増加と複雑さとを調整する。このよ
うな応用に対しては、上記の前面ファセットモニタリングの使用及びＲＡ ２の
後面ファセット２Ｂ上の１００％ＨＲコーティングも、より高出力を達成するこ
とが可能となる。
【００３７】 より低い出力でよい応用に対しては、従来の後面ファセットモニタリングは、
上記の前面ファセットモニタリングに代えて使用してもよい。
上記の前面ファセットモニタリングに代えて使用してもよい。
【００３８】 素子の製造能力は、導波管格子を製造するための位相干渉マスクによって改善
される。これによって、従来型の接触リソグラフィシステムにおいて製造コスト
の低下と大量生産とを伴って、格子リソグラフィが実施されることが可能となる
。
される。これによって、従来型の接触リソグラフィシステムにおいて製造コスト
の低下と大量生産とを伴って、格子リソグラフィが実施されることが可能となる
。
【００３９】 イオンフライス加工のような他の方法も格子４を形成するのに使用することも
できる。
できる。
【００４０】 ＮＴＣサーミスタ６は格子４に近接してチップ上でハイブリッド形成される。
他のタイプのハイブリッドセンサ、又は、ＳＯＩチップに集積されたドープ構造
を使用してもよい。可能な構造には、格子が形成された導波管に近接して又は導
波管を横切って配置された、温度で可変の特徴を有するｐ-ｉ-ｎダイオード又は
ｐ-ｎダイオードを含んでいる。このようなモノリシックセンサの使用によって
、必要となるアセンブリ作動数が減少し、かつ、温度センサの最適及び繰り返し
可能な位置合わせを可能にする。
他のタイプのハイブリッドセンサ、又は、ＳＯＩチップに集積されたドープ構造
を使用してもよい。可能な構造には、格子が形成された導波管に近接して又は導
波管を横切って配置された、温度で可変の特徴を有するｐ-ｉ-ｎダイオード又は
ｐ-ｎダイオードを含んでいる。このようなモノリシックセンサの使用によって
、必要となるアセンブリ作動数が減少し、かつ、温度センサの最適及び繰り返し
可能な位置合わせを可能にする。
【００４１】 導波管格子４も、抵抗ヒータと温度センサとの使用によって、一定の温度で維
持された格子温度を伴った英国特許第２３２０１０４号公開公報に記載されたよ
うな熱孤立基板上に形成してもよい。レーザーの出力波長を決定するのは格子４
の温度なので、これによって、冷却素子を用いて素子を冷却する必要性が除去さ
れる。
持された格子温度を伴った英国特許第２３２０１０４号公開公報に記載されたよ
うな熱孤立基板上に形成してもよい。レーザーの出力波長を決定するのは格子４
の温度なので、これによって、冷却素子を用いて素子を冷却する必要性が除去さ
れる。
【００４２】 このような構成では、格子は周囲から実質的に熱的に孤立したシリコン導波管
の一部の上に形成される。格子が形成される導波管の一部は、例えば、シリコン
チップにおける凹みの上に拡がったシリコン層の一部上、例えば、ブリッジの形
で、又は、シリコン層の隣接領域に形成されたトレンチの間に、形成する。トレ
ンチは、（比較的高い熱伝導性を有する）シリコン層から下の絶縁層に拡がって
いることが好ましいが、絶縁層からさらにチップ内へ拡がっていてもよい。トレ
ンチは、リブ導波管の一方の側上に形成されたＶ溝であってもよい。
の一部の上に形成される。格子が形成される導波管の一部は、例えば、シリコン
チップにおける凹みの上に拡がったシリコン層の一部上、例えば、ブリッジの形
で、又は、シリコン層の隣接領域に形成されたトレンチの間に、形成する。トレ
ンチは、（比較的高い熱伝導性を有する）シリコン層から下の絶縁層に拡がって
いることが好ましいが、絶縁層からさらにチップ内へ拡がっていてもよい。トレ
ンチは、リブ導波管の一方の側上に形成されたＶ溝であってもよい。
【００４３】 このような構成でも、ヒート・シンクは要求されないので、要求されるパッケ
ージングが単純化され、このため、低コストプラスチック又はセラミックパッケ
ージングが可能となる。これらの要因の結合は材料コストの大きな削減につなが
る。というのは、冷却素子とパッケージングとは通常、全材料コストの重要な割
合を決める。
ージングが単純化され、このため、低コストプラスチック又はセラミックパッケ
ージングが可能となる。これらの要因の結合は材料コストの大きな削減につなが
る。というのは、冷却素子とパッケージングとは通常、全材料コストの重要な割
合を決める。
【００４４】 さらに、抵抗加熱は熱電気冷却より電力を必要としないので、熱的孤立格子の
使用によって、温度制御回路を駆動回路制御素子の複雑さの低減のようなシステ
ム上の利点を伴ったレーザーモジュールに組み込むことも可能にする。
使用によって、温度制御回路を駆動回路制御素子の複雑さの低減のようなシステ
ム上の利点を伴ったレーザーモジュールに組み込むことも可能にする。
【００４５】 代わりに、上記の構成は、、レーザーの波長を精密に調整するため、例えば、
非常に狭いＷＤＭバンドの中心に正確に調整するためにも使用することができる
。
非常に狭いＷＤＭバンドの中心に正確に調整するためにも使用することができる
。
【００４６】 先述のように、ＳＯＩ技術は素子の集積を可能にし、それによって、図３で示
したように単一のチップ上にレーザーアレイを備えることも可能にする。図３で
示したような各レーザーは実質的には図１及び図２に関連した上記のものに実質
的に同一であるが、各格子は異なる波長を反射するために設計された格子を有し
ている。ＳＯＩ技術では、アレイにおける各レーザーを従来のリソグラフィック
技術を用いて同時に形成することが可能である。レーザーアレイに結合したファ
イバ７は、独立した光学ファイバ又はファイバリボンの一部であってもよい。代
わりに、（図示しない）マルチプレクサー素子は、各レーザーからの信号を多重
送信するためにレーザーアレイと共に集積し、単一ファイバマルチチャンネルＷ
ＤＭ源を製造してもよい。
したように単一のチップ上にレーザーアレイを備えることも可能にする。図３で
示したような各レーザーは実質的には図１及び図２に関連した上記のものに実質
的に同一であるが、各格子は異なる波長を反射するために設計された格子を有し
ている。ＳＯＩ技術では、アレイにおける各レーザーを従来のリソグラフィック
技術を用いて同時に形成することが可能である。レーザーアレイに結合したファ
イバ７は、独立した光学ファイバ又はファイバリボンの一部であってもよい。代
わりに、（図示しない）マルチプレクサー素子は、各レーザーからの信号を多重
送信するためにレーザーアレイと共に集積し、単一ファイバマルチチャンネルＷ
ＤＭ源を製造してもよい。
【００４７】 外部空洞型レーザー又は上記のようなレーザーアレイを、チップ上の一又は二
以上のフォトダイオードを備えることによって、トランシーバの一部として使用
してもよい。
以上のフォトダイオードを備えることによって、トランシーバの一部として使用
してもよい。
【００４８】 図４は、低減された数の活性要素を有するマルチチャンネル源を製造するため
に、複数の格子４に結合した単一のＲＡ ２を備えたアレイの代替の形を示して
いる。これを達成するために、透過若しくは反射格子、又はＹ結合の縦つなぎの
アレイのような分散出力分割要素１０を、ＲＡ ２と格子４との間に組み込む。
このような素子は、各格子４の各ブラッグ波長における単一モード出力を有する
。
に、複数の格子４に結合した単一のＲＡ ２を備えたアレイの代替の形を示して
いる。これを達成するために、透過若しくは反射格子、又はＹ結合の縦つなぎの
アレイのような分散出力分割要素１０を、ＲＡ ２と格子４との間に組み込む。
このような素子は、各格子４の各ブラッグ波長における単一モード出力を有する
。
【００４９】 上記の利点を備えるために、格子は、好適にはＳＯＩチップ上の、シリコン導
波管に書き込まれなければならないことは、正しく認識されたい。理論的には、
素子はファイバ格子レーザー（又は、ブラッグ格子をフィードバック要素として
使用する他の外部空洞型レーザー）に非常に類似しており、重要な相異は、集積
されたシリコン光部品の使用によって、大量生産技術を使用することが可能にな
るとともに、素子の温度特性がより制御しやすい単一の素子上へのさらなる機能
の集積が可能となる。レーザーの出力波長はシリコン導波管に形成された格子に
よって決定され、それによって、素子を調整する必要なく、所定の温度における
出力波長を素子の製造中に決定することができ、また、レーザーの全部位を大量
生産技術によって製造することができる。
波管に書き込まれなければならないことは、正しく認識されたい。理論的には、
素子はファイバ格子レーザー（又は、ブラッグ格子をフィードバック要素として
使用する他の外部空洞型レーザー）に非常に類似しており、重要な相異は、集積
されたシリコン光部品の使用によって、大量生産技術を使用することが可能にな
るとともに、素子の温度特性がより制御しやすい単一の素子上へのさらなる機能
の集積が可能となる。レーザーの出力波長はシリコン導波管に形成された格子に
よって決定され、それによって、素子を調整する必要なく、所定の温度における
出力波長を素子の製造中に決定することができ、また、レーザーの全部位を大量
生産技術によって製造することができる。
【００５０】 ＳＯＩ技術の使用は、従来技術に比較して製造コストを大幅に低減することに
「つながり、素子を大量生産することを可能にする。ＳＯＩ技術はさらに、再現
可能でかつ正確な位置決めで、素子上での活性要素の受動的位置合わせを可能に
する。ＳＯＩ技術はさらに、単一モジュール内で付加的な機能、例えば、ＭＵＸ
／ＤＭＵＸ及びＲｘ（受信器）要素の付加を可能にする。ＳＯＩ導波管の使用は
、出力光の一部をモニターフォトダイオードに結合する導波管カプラーを使用し
て、レーザーの前面ファセットモニタリングも可能にする。これによって、トラ
ッキングエラー（ファイバにおける実際のパワーとモニタフォトダイオードから
推測されたパワーとの間の差）を低減し、かつ、（先行文献に記載された全素子
に対してパワーモニタリングを提供するために必要とされる）後面ファセットモ
ニタリングが必要性がなくなる。これによってさらに効率的なレーザーが可能に
なる。というのは、後面ファセット上のＨＲコーティングは１００％反射に増加
することができるからである。
「つながり、素子を大量生産することを可能にする。ＳＯＩ技術はさらに、再現
可能でかつ正確な位置決めで、素子上での活性要素の受動的位置合わせを可能に
する。ＳＯＩ技術はさらに、単一モジュール内で付加的な機能、例えば、ＭＵＸ
／ＤＭＵＸ及びＲｘ（受信器）要素の付加を可能にする。ＳＯＩ導波管の使用は
、出力光の一部をモニターフォトダイオードに結合する導波管カプラーを使用し
て、レーザーの前面ファセットモニタリングも可能にする。これによって、トラ
ッキングエラー（ファイバにおける実際のパワーとモニタフォトダイオードから
推測されたパワーとの間の差）を低減し、かつ、（先行文献に記載された全素子
に対してパワーモニタリングを提供するために必要とされる）後面ファセットモ
ニタリングが必要性がなくなる。これによってさらに効率的なレーザーが可能に
なる。というのは、後面ファセット上のＨＲコーティングは１００％反射に増加
することができるからである。
【図１】 本発明の第１の実施形態による外部空洞型レーザーの概略構成
図である。
図である。
【図２】 図１で示したレーザーで使用されるシリコン導波管に形成され
た格子の概略斜視図である。
た格子の概略斜視図である。
【図３】 単一チップ上に形成された図１で示したような外部空洞型レー
ザーのアレイの概略構成図である。
ザーのアレイの概略構成図である。
【図４】 単一チップ上の外部空洞型レーザーのアレイを備えた代替の構
成の概略構成図である。
成の概略構成図である。
１ チップ ２ 反射増幅器 ２Ａ 前面ファセット ２Ｂ 後面ファセット ３ シリコン導波管 ４ 格子 ７ ファイバ １０ 分散出力分割要素
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年９月２８日（２０００．９．２８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】 本発明の第１の態様では、第１フィードバック手段と第２のフィードバック手
段との間に配置された光学ゲイン媒体と、光学ゲイン媒体から光を受けるように
配置されたシリコン導波管とを備えた外部空洞型レーザーであって、一方のフィ
ードバック手段がそのシリコン導波管に形成された格子を備えた外部空洞型レー
ザーを備えている。
段との間に配置された光学ゲイン媒体と、光学ゲイン媒体から光を受けるように
配置されたシリコン導波管とを備えた外部空洞型レーザーであって、一方のフィ
ードバック手段がそのシリコン導波管に形成された格子を備えた外部空洞型レー
ザーを備えている。
Claims (16)
- 【請求項１】 第１及び第２のフィードバック手段とその間に光学ゲイン
媒体を備えた外部空洞型レーザーであって、一方のフィードバック手段がシリコ
ン導波管に形成された格子を備えた外部空洞型レーザー。 - 【請求項２】 シリコン導波管がチップ上に形成され、かつ、光学ゲイン
手段がチップ上に実装された光学増幅器を備えたシリコンチップ上に形成された
請求項１に記載の外部空洞型レーザー。 - 【請求項３】 他のフィードバック手段が、光学増幅器の後面ファセット
を備えた請求項２に記載の外部空洞型レーザー。 - 【請求項４】 光学増幅器が、シリコンチップ上に形成された局所的凹み
内に実装された請求項２又は請求項３のいずれかに記載の外部空洞型レーザー。 - 【請求項５】 シリコン導波管がリブ導波管であり、かつ、格子がそのリ
ブ導波管に形成された一連の溝によって形成された請求項１から請求項４のいず
れか一項に記載の外部空洞型レーザー。 - 【請求項６】 各々の溝は、導波管の溝の高さの３０％から７０％までの
間の深さである請求項５に記載の外部空洞型レーザー。 - 【請求項７】 格子の温度を感知する温度感知手段を備えた請求項１から
請求項６のいずれか一項に記載の外部空洞型レーザー。 - 【請求項８】 温度感知手段が、格子が形成された導波管に近接して又は
導波管を横切って形成された集積されたセンサを備え、そのセンサがｐ−ｉ−ｎ
結合又はｐ−ｎ結合を備えた請求項７に記載の外部空洞型レーザー。 - 【請求項９】 少なくとも格子において加熱又は冷却する加熱手段又は冷
却手段を備えた請求項７又は請求項８のいずれかに記載の外部空洞型レーザー。 - 【請求項１０】 格子がシリコン導波管の実質的に熱的に絶縁された部位
上に形成された請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の外部空洞型レーザ
ー。 - 【請求項１１】 シリコン導波管の前記部位が、シリコンチップにおける
凹みの上に拡がるシリコン層の一部に形成されているシリコンチップ上に形成さ
れた請求項１０に記載の外部空洞型レーザー。 - 【請求項１２】 シリコン導波管の前記部位が、シリコンチップの隣接領
域に形成されたトレンチ間に拡がるシリコンチップ上に形成された請求項１０に
記載の外部空洞型レーザー。 - 【請求項１３】 同じチップ上に備えた、請求項１から請求項１２のいず
れか一項に記載の複数の外部空洞型レーザー。 - 【請求項１４】 各レーザーの出力を結合するマルチプレックス手段を備
えた請求項１３に記載の複数の外部空洞型レーザー。 - 【請求項１５】 共通の光学ゲイン媒体と、ゲイン媒体の出力を、各信号
が異なる格子の方を向いた複数の信号に分割するためのパワー分割手段とを備え
た請求項１３又は請求項１４のいずれかに記載の複数の外部空洞型レーザー。 - 【請求項１６】 ＳＯＩチップ上に形成された請求項１から請求項１５の
いずれか一項に記載の外部空洞型レーザー又は外部空洞型レーザーのアレイ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9815070.9 | 1998-07-10 | ||
| GB9815070A GB2325334B (en) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | External cavity laser |
| PCT/GB1998/003595 WO2000003461A1 (en) | 1998-07-10 | 1998-12-02 | External cavity laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002520858A true JP2002520858A (ja) | 2002-07-09 |
Family
ID=10835357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000559620A Withdrawn JP2002520858A (ja) | 1998-07-10 | 1998-12-02 | 外部空洞型レーザー |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6101210A (ja) |
| EP (1) | EP1097394B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002520858A (ja) |
| KR (1) | KR20010071852A (ja) |
| CN (1) | CN1309827A (ja) |
| AU (1) | AU1344299A (ja) |
| CA (1) | CA2336981A1 (ja) |
| DE (1) | DE69808342T2 (ja) |
| GB (1) | GB2325334B (ja) |
| IL (1) | IL140587A0 (ja) |
| WO (1) | WO2000003461A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102565955A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-07-11 | 中国科学院半导体研究所 | 电可调谐光栅耦合器 |
| KR101803982B1 (ko) * | 2009-10-13 | 2017-12-01 | 스코르피오스 테크놀러지스, 인코포레이티드 | 파장 가변 레이저의 하이브리드 집적 방법 및 시스템 |
Families Citing this family (81)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100277695B1 (ko) * | 1998-09-12 | 2001-02-01 | 정선종 | 에스 오 아이 광도파로를 이용한 하이브리드 광집적회로용 기판 제조방법 |
| US6330388B1 (en) | 1999-01-27 | 2001-12-11 | Northstar Photonics, Inc. | Method and apparatus for waveguide optics and devices |
| US6278721B1 (en) * | 1999-03-03 | 2001-08-21 | Lucent Technologies, Inc. | Method for minimizing locking range variability of a laser module |
| GB2353898A (en) * | 1999-08-25 | 2001-03-07 | Bookham Technology Ltd | A semiconductor laser amplifier using waveguides |
| JP4103287B2 (ja) * | 2000-02-14 | 2008-06-18 | 横河電機株式会社 | Ｄｆｂレーザ駆動装置、ｄｆｂレーザ駆動方法、及び記憶媒体 |
| US6661945B2 (en) | 2000-04-28 | 2003-12-09 | Kaiser Optical Systems, Inc. | Multi-band wavelength dispersive device for use in dense wavelength division multiplexing (DWDM) networks |
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