JP2003017803A - 波長可変半導体レーザおよび光モジュール - Google Patents
波長可変半導体レーザおよび光モジュールInfo
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- H01S5/1218—Multiplicity of periods in superstructured configuration, e.g. more than one period in an alternate sequence
Abstract
(57)【要約】
【課題】 波長安定性に優れた波長可変半導体レーザを
得る。 【解決手段】 波長可変半導体レーザを、半導体基板６
と、この半導体基板６の上面に設けられた光導波路５
と、この光導波路５の一部でレーザ光出射方向に対して
前方に設けられ一対の回折格子部１１ａと非回折格子部
１１ｂからなる部分を一周期１０として複数周期繰り返
されたＳＧ−ＤＢＲミラーからなる前方反射領域２と、
この光導波路５の一部でレーザ光出射方向に対して後方
に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から
他端へと規則的に変化させた部分を一周期１２として複
数周期繰り返されたＳＳＧ−ＤＢＲミラーからなる後方
反射領域３と、この光導波路５の一部で前方反射領域２
と後方反射領域３の間に設けられた活性層からなる活性
領域１と、この光導波路５の一部で前方反射領域２と後
方反射領域３の間に設けられ電流注入により屈折率変化
を生ぜしめる位相制御層からなる位相制御領域４と、で
構成する。
得る。 【解決手段】 波長可変半導体レーザを、半導体基板６
と、この半導体基板６の上面に設けられた光導波路５
と、この光導波路５の一部でレーザ光出射方向に対して
前方に設けられ一対の回折格子部１１ａと非回折格子部
１１ｂからなる部分を一周期１０として複数周期繰り返
されたＳＧ−ＤＢＲミラーからなる前方反射領域２と、
この光導波路５の一部でレーザ光出射方向に対して後方
に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から
他端へと規則的に変化させた部分を一周期１２として複
数周期繰り返されたＳＳＧ−ＤＢＲミラーからなる後方
反射領域３と、この光導波路５の一部で前方反射領域２
と後方反射領域３の間に設けられた活性層からなる活性
領域１と、この光導波路５の一部で前方反射領域２と後
方反射領域３の間に設けられ電流注入により屈折率変化
を生ぜしめる位相制御層からなる位相制御領域４と、で
構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、幹線系の電話交
換網等で利用される光ファイバー通信技術、特に異なる
波長のレーザ光を同時に信号伝送に利用する波長多重光
通信技術で必要とされる広帯域の波長可変半導体レーザ
に関するものであり、より具体的には、サンプルド・グ
レーティングミラーからなる前方光反射領域および超周
期構造回折格子ミラーからなる後方光反射領域を活性領
域の前後に設けた光導波路を有した波長可変半導体レー
ザおよびその波長可変半導体レーザを光源とした光モジ
ュールに関するものである。
換網等で利用される光ファイバー通信技術、特に異なる
波長のレーザ光を同時に信号伝送に利用する波長多重光
通信技術で必要とされる広帯域の波長可変半導体レーザ
に関するものであり、より具体的には、サンプルド・グ
レーティングミラーからなる前方光反射領域および超周
期構造回折格子ミラーからなる後方光反射領域を活性領
域の前後に設けた光導波路を有した波長可変半導体レー
ザおよびその波長可変半導体レーザを光源とした光モジ
ュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の多電極ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕ
ｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ）構造を具備
した波長可変半導体レーザの一例として、回折格子部に
いわゆる超周期構造回折格子(ＳＳＧ：Ｓｕｐｅｒ−Ｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｇｒａｔｉｎｇ)ＤＢＲを用いたＳ
ＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザについて説明する。
図１１は、雑誌ジャーナル・オブ・クアンタム・エレク
トロニクス（Ｈ．Ｉｓｈｉｉ ｅｔ ａｌ．ＩＥＥＥ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ， ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．３，１９９６，ｐｐ４
３３−４４１）で報告された従来の ＳＳＧ−ＤＢＲ波
長可変半導体レーザの構成を示した模式図であって、波
長可変半導体レーザの光軸に平行方向の断面図を示す。
ｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ）構造を具備
した波長可変半導体レーザの一例として、回折格子部に
いわゆる超周期構造回折格子(ＳＳＧ：Ｓｕｐｅｒ−Ｓ
ｔｒｕｃｔｕｒｅ−Ｇｒａｔｉｎｇ)ＤＢＲを用いたＳ
ＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザについて説明する。
図１１は、雑誌ジャーナル・オブ・クアンタム・エレク
トロニクス（Ｈ．Ｉｓｈｉｉ ｅｔ ａｌ．ＩＥＥＥ Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ， ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．３，１９９６，ｐｐ４
３３−４４１）で報告された従来の ＳＳＧ−ＤＢＲ波
長可変半導体レーザの構成を示した模式図であって、波
長可変半導体レーザの光軸に平行方向の断面図を示す。
【０００３】図１１中、１は活性領域、２は前方光反射
領域、３は後方光反射領域、４は位相制御領域、５はＩ
ｎＧａＡｓＰからなる光導波路、６はｎ型ＩｎＰ基板、
７はｎ型ＩｎＰクラッド層、８はｐ型ＩｎＰクラッド
層、９はｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、１３はｎ型
電極、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄはｐ型電極、１
５は光共振器の前方端面（レーザ光出射端面）から出射
するレーザ光、２１および２２は前方ＳＳＧ−ＤＢＲミ
ラーおよび後方 ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの回折格子ピッ
チ変化、つまり変調の一周期、をそれぞれ示す。
領域、３は後方光反射領域、４は位相制御領域、５はＩ
ｎＧａＡｓＰからなる光導波路、６はｎ型ＩｎＰ基板、
７はｎ型ＩｎＰクラッド層、８はｐ型ＩｎＰクラッド
層、９はｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、１３はｎ型
電極、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄはｐ型電極、１
５は光共振器の前方端面（レーザ光出射端面）から出射
するレーザ光、２１および２２は前方ＳＳＧ−ＤＢＲミ
ラーおよび後方 ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの回折格子ピッ
チ変化、つまり変調の一周期、をそれぞれ示す。
【０００４】ここで、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーとは、所定
の距離間の一端から他端へと回折格子のピッチをΛaか
らΛbまで線形に連続的に変化(リニアチャーピング)さ
せた部分を一周期Λsとして複数周期繰り返した周期構
造を指す。ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクト
ルは波長λa=２ｎeq×Λaからλb=２ｎeq×Λbまでの波
長域にわたって波長間隔δλ=λ0 2/(２ｎeq×Λs)、で
複数の反射ピークを有する。ここで、ｎeqは光導波路の
等価屈折率、λ0は中心波長である。
の距離間の一端から他端へと回折格子のピッチをΛaか
らΛbまで線形に連続的に変化(リニアチャーピング)さ
せた部分を一周期Λsとして複数周期繰り返した周期構
造を指す。ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクト
ルは波長λa=２ｎeq×Λaからλb=２ｎeq×Λbまでの波
長域にわたって波長間隔δλ=λ0 2/(２ｎeq×Λs)、で
複数の反射ピークを有する。ここで、ｎeqは光導波路の
等価屈折率、λ0は中心波長である。
【０００５】従来の波長可変半導体レーザにおける前方
光反射領域２を構成する前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーおよ
び後方光反射領域３を構成する後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラ
ーでは、上述の前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー中の一周期２
１および後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー中の一周期２２がそ
れぞれ複数周期繰り返されている（繰り返しについては
図示せず）。ＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザで
は、上述の一周期２１の距離に対して一周期２２の距離
を変える方法によって、前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの
反射ピークの波長間隔を互いにわずかに異なるように設
計している。
光反射領域２を構成する前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーおよ
び後方光反射領域３を構成する後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラ
ーでは、上述の前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー中の一周期２
１および後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー中の一周期２２がそ
れぞれ複数周期繰り返されている（繰り返しについては
図示せず）。ＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザで
は、上述の一周期２１の距離に対して一周期２２の距離
を変える方法によって、前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの
反射ピークの波長間隔を互いにわずかに異なるように設
計している。
【０００６】次に、図１１に示した従来のＳＳＧ−ＤＢ
Ｒ波長可変半導体レーザの動作について説明する。図１
１に示すように、活性領域１、前方光反射領域２、後方
光反射領域３および位相制御領域４を合わせて一体とな
った光導波路５を構成している。各領域には、それぞれ
電気的に分離されたｐ型電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，
１４ｄが設けられている。活性領域１上に設置されたｐ
型電極１４ｂと半導体基板６の裏面側に設けられたｎ型
電極１３の間に順方向バイアス電圧を印加することによ
り、活性層電流が活性領域１に注入され、活性領域１に
おいて広い波長範囲にわたる自然放出光が発生する。
Ｒ波長可変半導体レーザの動作について説明する。図１
１に示すように、活性領域１、前方光反射領域２、後方
光反射領域３および位相制御領域４を合わせて一体とな
った光導波路５を構成している。各領域には、それぞれ
電気的に分離されたｐ型電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，
１４ｄが設けられている。活性領域１上に設置されたｐ
型電極１４ｂと半導体基板６の裏面側に設けられたｎ型
電極１３の間に順方向バイアス電圧を印加することによ
り、活性層電流が活性領域１に注入され、活性領域１に
おいて広い波長範囲にわたる自然放出光が発生する。
【０００７】かかる自然放出光は、光共振器内に形成さ
れている光導波路５を伝播しながら、前方光反射領域２
に形成された前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーおよび後方光反
射領域３に形成された後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーによっ
て繰返し反射、増幅されるとともに、前方光反射領域２
あるいは後方光反射領域３と、さらに位相制御領域４へ
の電流注入による各領域毎の屈折率制御によって、最終
的に任意の一波長が選択、制御され、ある閾値電流にお
いて単一波長でレーザ発振する。
れている光導波路５を伝播しながら、前方光反射領域２
に形成された前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーおよび後方光反
射領域３に形成された後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーによっ
て繰返し反射、増幅されるとともに、前方光反射領域２
あるいは後方光反射領域３と、さらに位相制御領域４へ
の電流注入による各領域毎の屈折率制御によって、最終
的に任意の一波長が選択、制御され、ある閾値電流にお
いて単一波長でレーザ発振する。
【０００８】従来の波長可変半導体レーザのレーザ発振
波長制御について、さらに詳細に説明する。図１２
（ａ）は、前方光反射領域２および後方光反射領域３に
電流注入を行わない場合の各領域内にそれぞれ形成され
た前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルと
後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルを示
し、図１２（ｂ）は、後方光反射領域３に電流注入を行
った場合の後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペ
クトルを、電流注入していない前方光反射領域２の前方
ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルと比較し
て示したものである。図において、横軸は波長、縦軸は
反射率を示し、λ1は前方光反射領域２および後方光反
射領域３のいずれにも電流注入を行わない場合に前後の
ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークが一致する波長を、
また、λ2は後方光反射領域３に電流注入を行った場合
に前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークが一致する
波長をそれぞれ示している。これらの反射ピークスペク
トルは、一般にＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザの
特徴である互いに強度の異なる複数の極めて線幅の狭い
反射ピークから成っている。
波長制御について、さらに詳細に説明する。図１２
（ａ）は、前方光反射領域２および後方光反射領域３に
電流注入を行わない場合の各領域内にそれぞれ形成され
た前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルと
後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルを示
し、図１２（ｂ）は、後方光反射領域３に電流注入を行
った場合の後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペ
クトルを、電流注入していない前方光反射領域２の前方
ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルと比較し
て示したものである。図において、横軸は波長、縦軸は
反射率を示し、λ1は前方光反射領域２および後方光反
射領域３のいずれにも電流注入を行わない場合に前後の
ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークが一致する波長を、
また、λ2は後方光反射領域３に電流注入を行った場合
に前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークが一致する
波長をそれぞれ示している。これらの反射ピークスペク
トルは、一般にＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザの
特徴である互いに強度の異なる複数の極めて線幅の狭い
反射ピークから成っている。
【０００９】上述したように、前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラ
ー制御電流と後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー制御電流が共に
ゼロである初期状態では、前方光反射領域２および後方
光反射領域３にそれぞれ形成された前方および後方ＳＳ
Ｇ−ＤＢＲミラーの反射ピークが一致する波長はλ1と
なる。この結果、波長λ1の光は前後のＳＳＧ−ＤＢＲ
ミラーで強い反射を受けるので、波長λ1における損失
は、他の波長光に比べて極めて小さくなる。すなわち、
波長λ1における光の利得が他の波長と比較して相対的
に増大し、この結果、波長可変半導体レーザは波長λ1
でレーザ発振に至る。なお、前方および後方ＳＳＧ−Ｄ
ＢＲミラーの反射ピークが一致する波長がλ1のみで近
傍の他の反射ピークとは一致しないのは、両者の一周期
２１，２２それぞれの距離の相違に基づいた回折格子の
ピッチの相違に起因した前後ミラー間における反射ピー
クスペクトルの波長間隔の微妙なずれのため、あたかも
バーニアの目盛りのように特定箇所だけでしか一致しな
いからである。
ー制御電流と後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー制御電流が共に
ゼロである初期状態では、前方光反射領域２および後方
光反射領域３にそれぞれ形成された前方および後方ＳＳ
Ｇ−ＤＢＲミラーの反射ピークが一致する波長はλ1と
なる。この結果、波長λ1の光は前後のＳＳＧ−ＤＢＲ
ミラーで強い反射を受けるので、波長λ1における損失
は、他の波長光に比べて極めて小さくなる。すなわち、
波長λ1における光の利得が他の波長と比較して相対的
に増大し、この結果、波長可変半導体レーザは波長λ1
でレーザ発振に至る。なお、前方および後方ＳＳＧ−Ｄ
ＢＲミラーの反射ピークが一致する波長がλ1のみで近
傍の他の反射ピークとは一致しないのは、両者の一周期
２１，２２それぞれの距離の相違に基づいた回折格子の
ピッチの相違に起因した前後ミラー間における反射ピー
クスペクトルの波長間隔の微妙なずれのため、あたかも
バーニアの目盛りのように特定箇所だけでしか一致しな
いからである。
【００１０】ＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザのレ
ーザ発振波長を変化させるには、図１２（ｂ）に例示し
たように、前方光反射領域２または後方光反射領域３の
どちらか一方あるいは両方に順方向バイアス電圧を印加
して、かかる領域に電流注入を行ない、この電流注入に
よって前方光反射領域２および／または後方光反射領域
３の屈折率を等価的に変化させる。電流注入により屈折
率を変化させることによって相対的に利得の大きな波長
が短波長側にシフトし、この光が光導波路５内を伝播、
増幅して、最終的に前方および後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラ
ーの反射ピークが一致する波長λ2でレーザ発振する。
このような手段、つまりＳＳＧ−ＤＢＲミラーが形成さ
れた光反射領域に電流を注入し、かかる電流注入レベル
を制御して光反射領域の屈折率を意図的に変化させるこ
とにより、波長可変半導体レーザのレーザ発振波長を制
御性良く変化させることが可能となる。ＳＳＧ−ＤＢＲ
ミラーの特徴としては、各反射ピーク強度が比較的高く
とれる点にある。特に後述するＳＧ−ＤＢＲミラーに対
してかかる効果は顕著である。
ーザ発振波長を変化させるには、図１２（ｂ）に例示し
たように、前方光反射領域２または後方光反射領域３の
どちらか一方あるいは両方に順方向バイアス電圧を印加
して、かかる領域に電流注入を行ない、この電流注入に
よって前方光反射領域２および／または後方光反射領域
３の屈折率を等価的に変化させる。電流注入により屈折
率を変化させることによって相対的に利得の大きな波長
が短波長側にシフトし、この光が光導波路５内を伝播、
増幅して、最終的に前方および後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラ
ーの反射ピークが一致する波長λ2でレーザ発振する。
このような手段、つまりＳＳＧ−ＤＢＲミラーが形成さ
れた光反射領域に電流を注入し、かかる電流注入レベル
を制御して光反射領域の屈折率を意図的に変化させるこ
とにより、波長可変半導体レーザのレーザ発振波長を制
御性良く変化させることが可能となる。ＳＳＧ−ＤＢＲ
ミラーの特徴としては、各反射ピーク強度が比較的高く
とれる点にある。特に後述するＳＧ−ＤＢＲミラーに対
してかかる効果は顕著である。
【００１１】また、ＳＳＧ−ＤＢＲと類似した波長可変
半導体レーザ用ミラーとして、例えば、雑誌ジャーナル
・オブ・クアンタム・エレクトロニクス（Ｖ．Ｊａｙａ
ｒａｍａｎ ｅｔ ａｌ．ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ, ｖｏｌ．
２９, Ｎｏ． ６, １９９３, ｐｐ． １８２４−１８３
４）に報告されているサンプルド・グレーティング−Ｄ
ＢＲ、つまりＳＧ−ＤＢＲがある。ＳＧ−ＤＢＲとは、
一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期
として複数周期繰り返した構造を指す。なお、回折格子
部の回折格子は通常の均一ピッチのものである。
半導体レーザ用ミラーとして、例えば、雑誌ジャーナル
・オブ・クアンタム・エレクトロニクス（Ｖ．Ｊａｙａ
ｒａｍａｎ ｅｔ ａｌ．ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ, ｖｏｌ．
２９, Ｎｏ． ６, １９９３, ｐｐ． １８２４−１８３
４）に報告されているサンプルド・グレーティング−Ｄ
ＢＲ、つまりＳＧ−ＤＢＲがある。ＳＧ−ＤＢＲとは、
一対の回折格子部と非回折格子部からなる部分を一周期
として複数周期繰り返した構造を指す。なお、回折格子
部の回折格子は通常の均一ピッチのものである。
【００１２】図１３にＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レー
ザの断面構造を示す。ＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レー
ザは、上述のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザに対
して、前後の光反射領域２，３を構成するミラーがＳＧ
−ＤＢＲである点でのみ相違する。ＳＧ−ＤＢＲミラー
の特徴としては、一対の回折格子部と非回折格子部を一
周期とし、かかる部分を複数周期繰り返して光反射領域
を形成した結果、反射ピークスペクトルに周期的な反射
ピークが発生する点にある。因みに、通常の均一ピッチ
のみの回折格子からなる光反射領域、すなわちＤＢＲミ
ラーでは反射ピークは一つだけであり、この点で両者は
顕著に相違する。しかしながら、ＳＧ−ＤＢＲミラーで
は、各反射ピーク強度が高くとれず、また、各強度自体
がそれぞれの反射ピークで異なっている。具体的には、
ＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルは、中央の
反射ピークから両側に向かって単調に減少するスペクト
ル形状を呈している。
ザの断面構造を示す。ＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レー
ザは、上述のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザに対
して、前後の光反射領域２，３を構成するミラーがＳＧ
−ＤＢＲである点でのみ相違する。ＳＧ−ＤＢＲミラー
の特徴としては、一対の回折格子部と非回折格子部を一
周期とし、かかる部分を複数周期繰り返して光反射領域
を形成した結果、反射ピークスペクトルに周期的な反射
ピークが発生する点にある。因みに、通常の均一ピッチ
のみの回折格子からなる光反射領域、すなわちＤＢＲミ
ラーでは反射ピークは一つだけであり、この点で両者は
顕著に相違する。しかしながら、ＳＧ−ＤＢＲミラーで
は、各反射ピーク強度が高くとれず、また、各強度自体
がそれぞれの反射ピークで異なっている。具体的には、
ＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルは、中央の
反射ピークから両側に向かって単調に減少するスペクト
ル形状を呈している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】図１２では、上述した
ように、従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザに
おける前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークの波長
依存性を示している。ＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レ
ーザでは、上述したように、前方反射領域２の一周期２
１の距離に対して後方反射領域３の一周期２２の距離を
変える方法等によって、前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの
反射ピークの波長間隔を互いにわずかに異なるように設
計している。前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラー領域、すなわ
ち前方光導領域２や後方光反射領域３に電流を注入して
屈折率を低下させて反射ピークを短波長側にシフトさ
せ、前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークが一致す
る波長を変える方法、つまりいわゆるバーニア効果を適
用した方法によってレーザ発振波長を変化させていた。
ように、従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザに
おける前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークの波長
依存性を示している。ＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レ
ーザでは、上述したように、前方反射領域２の一周期２
１の距離に対して後方反射領域３の一周期２２の距離を
変える方法等によって、前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの
反射ピークの波長間隔を互いにわずかに異なるように設
計している。前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラー領域、すなわ
ち前方光導領域２や後方光反射領域３に電流を注入して
屈折率を低下させて反射ピークを短波長側にシフトさ
せ、前後のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークが一致す
る波長を変える方法、つまりいわゆるバーニア効果を適
用した方法によってレーザ発振波長を変化させていた。
【００１４】しかしながら、ＳＳＧモード毎に反射ピー
ク強度がランダムに変動しているため、上述のバーニア
効果を適用してレーザ発振波長を変える際に、本来意図
していない他のＳＳＧモードでのレーザ発振とのモード
間競合が起こり得た。したがって、前方ＳＳＧ−ＤＢＲ
ミラーへの注入電流(if)と後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーへ
の注入電流(ir)を変えた場合に、レーザ発振波長が素子
温度や注入電流の変動によって不規則に変動する可能性
が高かった。また、かかる反射ピーク強度のランダムな
変動により、一部の波長域において連続的に変化しにく
い問題も生じた。
ク強度がランダムに変動しているため、上述のバーニア
効果を適用してレーザ発振波長を変える際に、本来意図
していない他のＳＳＧモードでのレーザ発振とのモード
間競合が起こり得た。したがって、前方ＳＳＧ−ＤＢＲ
ミラーへの注入電流(if)と後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーへ
の注入電流(ir)を変えた場合に、レーザ発振波長が素子
温度や注入電流の変動によって不規則に変動する可能性
が高かった。また、かかる反射ピーク強度のランダムな
変動により、一部の波長域において連続的に変化しにく
い問題も生じた。
【００１５】従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レー
ザにおいて、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーをなす回折格子の一
周期２１、２２の繰り返し周期を増加して反射率を十分
に高めることにより、反射ピーク強度の均一化を図るこ
とも可能であるが、この場合、前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラ
ーの反射率を高くすると外部へ取り出すことのできるレ
ーザ光出力が低下し、微分量子効率も低下する問題が生
じた。また、前方光反射領域２を長くすると、電流注入
を行った際にフリーキャリア吸収やキャリア再結合の影
響によって、レーザ発振線幅が広がる問題も新たに発生
した。
ザにおいて、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーをなす回折格子の一
周期２１、２２の繰り返し周期を増加して反射率を十分
に高めることにより、反射ピーク強度の均一化を図るこ
とも可能であるが、この場合、前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラ
ーの反射率を高くすると外部へ取り出すことのできるレ
ーザ光出力が低下し、微分量子効率も低下する問題が生
じた。また、前方光反射領域２を長くすると、電流注入
を行った際にフリーキャリア吸収やキャリア再結合の影
響によって、レーザ発振線幅が広がる問題も新たに発生
した。
【００１６】一方、前後の光反射領域がＳＧ−ＤＢＲミ
ラーの場合、ＳＳＧ−ＤＢＲミラー構造に比べて各反射
ピークの反射ピーク強度が高く取れず、さらに中央の反
射ピークから両側に向かって反射ピーク強度は単調に減
少にしているので、反射ピークスペクトルが波長全体と
してフラットではないため、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーに比
べて波長可変域が狭いという問題があった。
ラーの場合、ＳＳＧ−ＤＢＲミラー構造に比べて各反射
ピークの反射ピーク強度が高く取れず、さらに中央の反
射ピークから両側に向かって反射ピーク強度は単調に減
少にしているので、反射ピークスペクトルが波長全体と
してフラットではないため、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーに比
べて波長可変域が狭いという問題があった。
【００１７】さらに、波長可変半導体レーザを用いて光
ファイバーを介してより遠方にレーザ光を送るには、光
ファイバー内の光損失に打ち勝つべく、なるべく高い光
出力が得られることが実用上望ましかった。
ファイバーを介してより遠方にレーザ光を送るには、光
ファイバー内の光損失に打ち勝つべく、なるべく高い光
出力が得られることが実用上望ましかった。
【００１８】この発明は、上述のような従来の波長可変
半導体レーザで発生した問題点を解決するためになされ
たものであり、波長可変時の波長安定性や低閾値電流、
高光出力動作等の素子特性に優れた波長可変半導体レー
ザを提供することを目的とする。また、波長安定性に優
れ、かつ高光出力動作等の特性に優れた光モジュールを
得ることを目的とする。
半導体レーザで発生した問題点を解決するためになされ
たものであり、波長可変時の波長安定性や低閾値電流、
高光出力動作等の素子特性に優れた波長可変半導体レー
ザを提供することを目的とする。また、波長安定性に優
れ、かつ高光出力動作等の特性に優れた光モジュールを
得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る波長可変半
導体レーザは、半導体基板と、半導体基板の上面に設け
られた光導波路と、光導波路の一部でレーザ光出射方向
に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子
部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたＳ
Ｇ−ＤＢＲミラーからなる前方反射領域と、光導波路の
一部でレーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格
子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に
変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたＳ
ＳＧ−ＤＢＲミラーからなる後方反射領域と、光導波路
の一部で前方反射領域と後方反射領域の間に設けられた
活性層からなる活性領域と、光導波路の一部で前方反射
領域と後方反射領域の間に設けられ電流注入により屈折
率変化を生ぜしめる位相制御層からなる位相制御領域
と、を備えた。
導体レーザは、半導体基板と、半導体基板の上面に設け
られた光導波路と、光導波路の一部でレーザ光出射方向
に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子
部からなる部分を一周期として複数周期繰り返されたＳ
Ｇ−ＤＢＲミラーからなる前方反射領域と、光導波路の
一部でレーザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格
子のピッチを所定の距離間の一端から他端へと規則的に
変化させた部分を一周期として複数周期繰り返されたＳ
ＳＧ−ＤＢＲミラーからなる後方反射領域と、光導波路
の一部で前方反射領域と後方反射領域の間に設けられた
活性層からなる活性領域と、光導波路の一部で前方反射
領域と後方反射領域の間に設けられ電流注入により屈折
率変化を生ぜしめる位相制御層からなる位相制御領域
と、を備えた。
【００２０】また、本発明に係る波長可変半導体レーザ
は、上述の前方反射領域における非回折格子部上に電流
ブロック領域を形成した。
は、上述の前方反射領域における非回折格子部上に電流
ブロック領域を形成した。
【００２１】また、本発明に係る波長可変半導体レーザ
は、上述の光導波路の一部で前方反射領域に対してさら
に前方に設けられたレーザ光増幅領域を備えた。
は、上述の光導波路の一部で前方反射領域に対してさら
に前方に設けられたレーザ光増幅領域を備えた。
【００２２】また、本発明に係る波長可変半導体レーザ
は、上述のレーザ光増幅領域における光導波路が、レー
ザ光出射端面に近接するに従い半導体基板に対して平行
方向に徐々に拡張されたテーパ形状を呈することとし
た。
は、上述のレーザ光増幅領域における光導波路が、レー
ザ光出射端面に近接するに従い半導体基板に対して平行
方向に徐々に拡張されたテーパ形状を呈することとし
た。
【００２３】また、本発明に係る波長可変半導体レーザ
は、上述の光導波路の一部で所定の光導波路幅を有する
レーザ光増幅領域と前方反射領域との間に設けられ、レ
ーザ光増幅領域に近接するに従い半導体基板に対して平
行方向に徐々に拡張されたテーパ形状を呈するモード拡
大領域を備えた。
は、上述の光導波路の一部で所定の光導波路幅を有する
レーザ光増幅領域と前方反射領域との間に設けられ、レ
ーザ光増幅領域に近接するに従い半導体基板に対して平
行方向に徐々に拡張されたテーパ形状を呈するモード拡
大領域を備えた。
【００２４】本発明に係る光モジュールは、上述の波長
可変半導体レーザと、かかる波長可変半導体レーザから
発したレーザ光を集光する集光レンズと、集光されたレ
ーザ光を導波する光ファイバーと、前述の波長可変半導
体レーザ、集光レンズ、光ファイバーを固定する筐体
と、を備えた。
可変半導体レーザと、かかる波長可変半導体レーザから
発したレーザ光を集光する集光レンズと、集光されたレ
ーザ光を導波する光ファイバーと、前述の波長可変半導
体レーザ、集光レンズ、光ファイバーを固定する筐体
と、を備えた。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明に係る波長可変半導体レー
ザは、光導波路の前方、すなわちレーザ光出射方向側に
ＳＧ−ＤＢＲミラーからなる前方光反射領域、後方側に
ＳＳＧ−ＤＢＲミラーからなる後方光反射領域をそれぞ
れ設け、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーにおける波長に対してフ
ラットな複数の反射ピークスペクトルと、ＳＧ−ＤＢＲ
ミラーにおける波長に対する極大値を有し、その極大値
を中心として両側に単調に減少する複数の反射ピークス
ペクトルとの組合わせの中で、一方あるいは両方の光反
射領域への電流注入により各領域の屈折率制御を行っ
て、電流注入された光反射領域の反射ピークスペクトル
を意図的にシフトさせて前後光反射領域間で一致する波
長を変化させることにより、所望のレーザ発振波長を広
範な波長範囲で安定に得ようとするものである。
ザは、光導波路の前方、すなわちレーザ光出射方向側に
ＳＧ−ＤＢＲミラーからなる前方光反射領域、後方側に
ＳＳＧ−ＤＢＲミラーからなる後方光反射領域をそれぞ
れ設け、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーにおける波長に対してフ
ラットな複数の反射ピークスペクトルと、ＳＧ−ＤＢＲ
ミラーにおける波長に対する極大値を有し、その極大値
を中心として両側に単調に減少する複数の反射ピークス
ペクトルとの組合わせの中で、一方あるいは両方の光反
射領域への電流注入により各領域の屈折率制御を行っ
て、電流注入された光反射領域の反射ピークスペクトル
を意図的にシフトさせて前後光反射領域間で一致する波
長を変化させることにより、所望のレーザ発振波長を広
範な波長範囲で安定に得ようとするものである。
【００２６】実施の形態１．図１（ａ）は本発明に係る
実施の形態１の波長可変半導体レーザにおけるレーザ光
出射方向に沿った素子断面図、（ｂ）は素子概観図、を
それぞれ表す。図中、１は活性領域、２は前方光反射領
域、３は後方光反射領域、４は位相制御領域、５はＩｎ
ＧａＡｓＰからなる光導波路、６はｎ型ＩｎＰ基板、７
はｎ型ＩｎＰクラッド層、８はｐ型ＩｎＰクラッド層、
９はｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、１０は前方光反
射領域を構成するＳＧ−ＤＢＲミラー中の一対の回折格
子部と非回折格子部を併せて一単位とした場合の一周
期、１１ａは前方光反射領域を構成するＳＧ−ＤＢＲミ
ラー中の回折格子部、１１ｂは前方光反射領域を構成す
るＳＧ−ＤＢＲミラー中の非回折格子部、１２は後方光
反射領域を構成するＳＳＧ−ＤＢＲミラーの回折格子の
ピッチ変化、つまり変調に対する一周期、１３はｎ型電
極、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄはｐ型電極、１５
は波長可変半導体レーザの出射端面から外部に出射され
たレーザ光、１６は電流閉じ込め層、をそれぞれ示す。
実施の形態１の波長可変半導体レーザにおけるレーザ光
出射方向に沿った素子断面図、（ｂ）は素子概観図、を
それぞれ表す。図中、１は活性領域、２は前方光反射領
域、３は後方光反射領域、４は位相制御領域、５はＩｎ
ＧａＡｓＰからなる光導波路、６はｎ型ＩｎＰ基板、７
はｎ型ＩｎＰクラッド層、８はｐ型ＩｎＰクラッド層、
９はｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、１０は前方光反
射領域を構成するＳＧ−ＤＢＲミラー中の一対の回折格
子部と非回折格子部を併せて一単位とした場合の一周
期、１１ａは前方光反射領域を構成するＳＧ−ＤＢＲミ
ラー中の回折格子部、１１ｂは前方光反射領域を構成す
るＳＧ−ＤＢＲミラー中の非回折格子部、１２は後方光
反射領域を構成するＳＳＧ−ＤＢＲミラーの回折格子の
ピッチ変化、つまり変調に対する一周期、１３はｎ型電
極、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄはｐ型電極、１５
は波長可変半導体レーザの出射端面から外部に出射され
たレーザ光、１６は電流閉じ込め層、をそれぞれ示す。
【００２７】なお、かかる波長可変半導体レーザの構成
材料としては、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ
Ｐ系の化合物半導体を用いている。
材料としては、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ
Ｐ系の化合物半導体を用いている。
【００２８】図１１に示した従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長
可変半導体レーザに比べると、前方光反射領域２におけ
る従来のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの代わりにサンプルドグ
レーティング、すなわちＳＧ-ＤＢＲミラーを適用して
いる点で相違する。
可変半導体レーザに比べると、前方光反射領域２におけ
る従来のＳＳＧ−ＤＢＲミラーの代わりにサンプルドグ
レーティング、すなわちＳＧ-ＤＢＲミラーを適用して
いる点で相違する。
【００２９】次に、本発明に係る実施の形態１の波長可
変半導体レーザの動作について説明する。かかる波長可
変半導体レーザでは、上述したように活性領域１、前方
光反射領域２、後方光反射領域３、位相制御領域４の各
領域は、合わせてレーザ発振のための前後の反射ミラー
と光導波路５を備えたひとつの光共振器を構成してい
る。また、ｐ型電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは
前方光反射領域２、活性領域１、位相制御領域４および
後方光反射領域３に近接して、それぞれ電気的に分離さ
れて形成されている。
変半導体レーザの動作について説明する。かかる波長可
変半導体レーザでは、上述したように活性領域１、前方
光反射領域２、後方光反射領域３、位相制御領域４の各
領域は、合わせてレーザ発振のための前後の反射ミラー
と光導波路５を備えたひとつの光共振器を構成してい
る。また、ｐ型電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは
前方光反射領域２、活性領域１、位相制御領域４および
後方光反射領域３に近接して、それぞれ電気的に分離さ
れて形成されている。
【００３０】活性領域１に電気的に分離して設置された
ｐ型電極１４ｂとｎ型電極１３との間に順方向バイアス
電圧を印加することにより、活性層電流が活性領域１に
注入され、活性領域１中で、広い波長範囲にわたる自然
放出光が発生する。かかる自然放出光は光共振器内に形
成されている光導波路５を伝播しながら、前方光反射領
域２に形成された前方ＳＧ−ＤＢＲミラーおよび後方光
反射領域３に形成された後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーによ
って繰返し反射、増幅されるとともに、前方光反射領域
２と後方光反射領域３のいずれか一方または両方と、位
相制御領域４への電流注入によって、最終的に任意の一
つの波長が選択、制御され、ある閾値電流において単一
波長でレーザ発振する。
ｐ型電極１４ｂとｎ型電極１３との間に順方向バイアス
電圧を印加することにより、活性層電流が活性領域１に
注入され、活性領域１中で、広い波長範囲にわたる自然
放出光が発生する。かかる自然放出光は光共振器内に形
成されている光導波路５を伝播しながら、前方光反射領
域２に形成された前方ＳＧ−ＤＢＲミラーおよび後方光
反射領域３に形成された後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーによ
って繰返し反射、増幅されるとともに、前方光反射領域
２と後方光反射領域３のいずれか一方または両方と、位
相制御領域４への電流注入によって、最終的に任意の一
つの波長が選択、制御され、ある閾値電流において単一
波長でレーザ発振する。
【００３１】次いで本発明に係る実施の形態１における
波長可変半導体レーザのレーザ発振波長制御についてさ
らに詳細に説明する。
波長可変半導体レーザのレーザ発振波長制御についてさ
らに詳細に説明する。
【００３２】図２（ａ）は、前方光反射領域２および後
方光反射領域３に電流注入を行わない場合の各領域２、
３内にそれぞれ生じる前方ＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピ
ークスペクトルと、後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピ
ークスペクトルであり、図２（ｂ）は、後方光反射領域
３に電流注入を行った場合の後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー
の反射ピークスペクトルを、電流注入していない前方Ｓ
Ｇ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルと比較して示
したものである。図において、横軸は波長、縦軸は反射
率を示す。図からわかるように、極めて線幅の狭い個々
の反射ピークが一定の波長間隔で並んでいる様相を呈し
ている。図中、λ1は前方光反射領域２および後方光反
射領域３のいずれも電流注入を行わない場合に前後のミ
ラーの反射ピークスペクトルが一致する波長を、また、
λ2は後方光反射領域３に電流注入を行った場合に前後
のミラーの反射ピークスペクトルが一致する波長をそれ
ぞれ表している。前方光反射領域２における反射ピーク
スペクトルは、ＳＧ−ＤＢＲミラーに特有の反射ピーク
スペクトル、すなわち、中央の反射ピークから両側に向
かって単調に反射ピーク強度が減少する形状を呈してい
る。
方光反射領域３に電流注入を行わない場合の各領域２、
３内にそれぞれ生じる前方ＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピ
ークスペクトルと、後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピ
ークスペクトルであり、図２（ｂ）は、後方光反射領域
３に電流注入を行った場合の後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー
の反射ピークスペクトルを、電流注入していない前方Ｓ
Ｇ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルと比較して示
したものである。図において、横軸は波長、縦軸は反射
率を示す。図からわかるように、極めて線幅の狭い個々
の反射ピークが一定の波長間隔で並んでいる様相を呈し
ている。図中、λ1は前方光反射領域２および後方光反
射領域３のいずれも電流注入を行わない場合に前後のミ
ラーの反射ピークスペクトルが一致する波長を、また、
λ2は後方光反射領域３に電流注入を行った場合に前後
のミラーの反射ピークスペクトルが一致する波長をそれ
ぞれ表している。前方光反射領域２における反射ピーク
スペクトルは、ＳＧ−ＤＢＲミラーに特有の反射ピーク
スペクトル、すなわち、中央の反射ピークから両側に向
かって単調に反射ピーク強度が減少する形状を呈してい
る。
【００３３】上述したように、図２（ａ）は、前方ＳＧ
−ＤＢＲミラー注入電流と後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー注
入電流が共にゼロである初期状態の反射ピークスペクト
ルを表す。この場合、前方光反射領域２および後方光反
射領域３にそれぞれ形成された前方ＳＧ−ＤＢＲミラー
と後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルが
一致する波長はλ1となる。波長λ1における損失は、他
の波長の光に比べて極めて小さくなるので、波長λ1の
光の利得が相対的に増大し、この結果、本波長可変半導
体レーザは波長λ1でレーザ発振に至る。
−ＤＢＲミラー注入電流と後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー注
入電流が共にゼロである初期状態の反射ピークスペクト
ルを表す。この場合、前方光反射領域２および後方光反
射領域３にそれぞれ形成された前方ＳＧ−ＤＢＲミラー
と後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルが
一致する波長はλ1となる。波長λ1における損失は、他
の波長の光に比べて極めて小さくなるので、波長λ1の
光の利得が相対的に増大し、この結果、本波長可変半導
体レーザは波長λ1でレーザ発振に至る。
【００３４】本実施の形態における波長可変半導体レー
ザの発振波長を意図的に変化させるには、前方光反射領
域２または後方光反射領域３のどちらか一方あるいは両
方に順方向バイアス電圧を印加して各領域に電流注入を
行い、フリーキャリア・プラズマ効果によって前方光反
射領域２および／または後方光反射領域３の屈折率を等
価的に変化させる。図２（ｂ）に一例として示したの
は、後方光反射領域３にのみ電流注入を行った場合であ
る。後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーにおける電流注入による
屈折率の低下によって後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射
ピークスペクトルは短波長側にシフトし、前方ＳＧ−Ｄ
ＢＲミラーと後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークス
ペクトルが一致する波長は、電流注入の無い場合の波長
λ1から波長λ2へと変化し、波長λ2の光が光共振器内
を伝播、増幅されて最終的にかかる波長λ2でレーザ発
振に至る。前方光反射領域２のみに電流注入を行った場
合や、前方光反射領域２および後方光反射領域３の両方
に電流注入を行った場合も同様にしてレーザ発振波長を
変えることができる。以上の如く、光反射領域２、３の
一方あるいは両方に電流注入し、電流注入レベルを制御
して屈折率を変えることによって、任意にレーザ発振波
長を変えることが可能となる。
ザの発振波長を意図的に変化させるには、前方光反射領
域２または後方光反射領域３のどちらか一方あるいは両
方に順方向バイアス電圧を印加して各領域に電流注入を
行い、フリーキャリア・プラズマ効果によって前方光反
射領域２および／または後方光反射領域３の屈折率を等
価的に変化させる。図２（ｂ）に一例として示したの
は、後方光反射領域３にのみ電流注入を行った場合であ
る。後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーにおける電流注入による
屈折率の低下によって後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射
ピークスペクトルは短波長側にシフトし、前方ＳＧ−Ｄ
ＢＲミラーと後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークス
ペクトルが一致する波長は、電流注入の無い場合の波長
λ1から波長λ2へと変化し、波長λ2の光が光共振器内
を伝播、増幅されて最終的にかかる波長λ2でレーザ発
振に至る。前方光反射領域２のみに電流注入を行った場
合や、前方光反射領域２および後方光反射領域３の両方
に電流注入を行った場合も同様にしてレーザ発振波長を
変えることができる。以上の如く、光反射領域２、３の
一方あるいは両方に電流注入し、電流注入レベルを制御
して屈折率を変えることによって、任意にレーザ発振波
長を変えることが可能となる。
【００３５】図２（ｂ）は上述した如く、実施の形態１
に係る波長可変半導体レーザの前後のミラーの回折格子
の反射ピークの波長依存性を示しているが、前方ＳＧ−
ＤＢＲミラーの場合には、反射ピークは中央モードを極
大値として両側で単調に減少しているのに対し、後方Ｓ
ＳＧ−ＤＢＲミラーに関してはＳＳＧの周期を所定回数
以上設けて反射率をなるべく大きく設定することより、
中央付近の複数の反射ピーク強度をほぼ一定に揃えてい
る。
に係る波長可変半導体レーザの前後のミラーの回折格子
の反射ピークの波長依存性を示しているが、前方ＳＧ−
ＤＢＲミラーの場合には、反射ピークは中央モードを極
大値として両側で単調に減少しているのに対し、後方Ｓ
ＳＧ−ＤＢＲミラーに関してはＳＳＧの周期を所定回数
以上設けて反射率をなるべく大きく設定することより、
中央付近の複数の反射ピーク強度をほぼ一定に揃えてい
る。
【００３６】図３は、シミュレーションによって、結合
係数κをパラメータとして、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーにお
ける反射ピーク強度の不均一性と後方光反射領域３にお
ける周期１２の繰り返し数の関係を調べたものである。
ここで、結合定数κとは、おのおの反対方向に伝搬する
光が回折格子により回折されて単位長さ当たりに結合し
あう度合いを表す。図３から判るように、結合係数κが
大きいほど、すなわち反射率が高いほど、また、周期１
２の繰り返し数が多いほど、反射ピーク強度間の不均一
性が緩和され、フラットな反射ピークスペクトルとな
る。実用的見地からは反射ピーク強度間の不均一性は１
０％以下が望ましいが、この条件を満足するには、結合
係数κが１００ｃｍ-1の場合、周期１２の繰り返し数は
５以上、また、結合係数κが１５０ｃｍ-1の場合、周期
１２の繰り返し数は３以上であることが図３に示すシミ
ュレーション結果から判る。なお、本構造では前方ＳＧ
-ＤＢＲミラーの反射率を高める必要もない。後方ＳＳ
Ｇ−ＤＢＲミラーの反射率を従来構造より高く設定して
いるからである。
係数κをパラメータとして、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーにお
ける反射ピーク強度の不均一性と後方光反射領域３にお
ける周期１２の繰り返し数の関係を調べたものである。
ここで、結合定数κとは、おのおの反対方向に伝搬する
光が回折格子により回折されて単位長さ当たりに結合し
あう度合いを表す。図３から判るように、結合係数κが
大きいほど、すなわち反射率が高いほど、また、周期１
２の繰り返し数が多いほど、反射ピーク強度間の不均一
性が緩和され、フラットな反射ピークスペクトルとな
る。実用的見地からは反射ピーク強度間の不均一性は１
０％以下が望ましいが、この条件を満足するには、結合
係数κが１００ｃｍ-1の場合、周期１２の繰り返し数は
５以上、また、結合係数κが１５０ｃｍ-1の場合、周期
１２の繰り返し数は３以上であることが図３に示すシミ
ュレーション結果から判る。なお、本構造では前方ＳＧ
-ＤＢＲミラーの反射率を高める必要もない。後方ＳＳ
Ｇ−ＤＢＲミラーの反射率を従来構造より高く設定して
いるからである。
【００３７】一方、前方ＳＧ−ＤＢＲミラーでは、上述
したように、その性質上波長に対して反射ピーク強度の
極大が存し、かかる極大値の両側では反射ピーク強度は
単調に減少しているため、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーのよう
な反射ピークスペクトルのランダムな変動がない結果、
従来の ＳＳＧ−ＤＢＲミラーのみで構成された波長可
変半導体レーザと比較して安定にレーザ発振波長を制御
することが可能となる。また、従来のＳＧ−ＤＢＲミラ
ーのみで構成された波長可変半導体レーザに比べて、後
方がＳＳＧ−ＤＢＲミラーで構成されている分、後方反
射率を高くとれるので、より低い閾値電流でレーザ発振
し、かつ効率の高い波長可変半導体レーザが得られる。
したように、その性質上波長に対して反射ピーク強度の
極大が存し、かかる極大値の両側では反射ピーク強度は
単調に減少しているため、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーのよう
な反射ピークスペクトルのランダムな変動がない結果、
従来の ＳＳＧ−ＤＢＲミラーのみで構成された波長可
変半導体レーザと比較して安定にレーザ発振波長を制御
することが可能となる。また、従来のＳＧ−ＤＢＲミラ
ーのみで構成された波長可変半導体レーザに比べて、後
方がＳＳＧ−ＤＢＲミラーで構成されている分、後方反
射率を高くとれるので、より低い閾値電流でレーザ発振
し、かつ効率の高い波長可変半導体レーザが得られる。
【００３８】なお、位相制御領域4は、順方向バイアス
電圧を印加して、かかる領域4に電流を注入することに
よってレーザ光の位相の微調整を行い、レーザ発振を安
定化するために設置されている。
電圧を印加して、かかる領域4に電流を注入することに
よってレーザ光の位相の微調整を行い、レーザ発振を安
定化するために設置されている。
【００３９】図４は従来の波長可変半導体レーザ（ａ）
と実施の形態１の波長可変半導体レーザ（ｂ）におい
て、前方光反射領域２への注入電流ｉfおよび後方光反
射領域３への注入電流ｉrの関数としてレーザ発振波長
を計算して、それぞれ２次元的に等高線表示したもので
ある。一定のレーザ発振波長範囲が一つの囲まれた領域
(ドメイン)に対応している。すなわち各ドメインが均一
なほど波長安定性に優れていることを示している。一
方、ドメインの面積が不均一だったり、ドメイン間で入
り組んだ境界線がある領域では、同一の注入電流に対す
る屈折率変化量のわずかな変動や素子駆動条件の変動に
よって容易にレーザ発振波長が変化してしまうため、レ
ーザ発振波長を長期間にわたって安定化させることは困
難となる。図４（ｂ）に示された実施の形態１の波長可
変半導体レーザの注入電流ｉfと注入電流ｉrの関係を、
図４（ａ）の従来のＳＳＧ−ＤＢＲミラーのみで構成さ
れた波長可変半導体レーザのものと比べると、実施の形
態１の波長可変半導体レーザではドメインの境界がより
滑らかで、また各ドメインの面積もより均一であるた
め、レーザ発振波長の安定化が容易となる。
と実施の形態１の波長可変半導体レーザ（ｂ）におい
て、前方光反射領域２への注入電流ｉfおよび後方光反
射領域３への注入電流ｉrの関数としてレーザ発振波長
を計算して、それぞれ２次元的に等高線表示したもので
ある。一定のレーザ発振波長範囲が一つの囲まれた領域
(ドメイン)に対応している。すなわち各ドメインが均一
なほど波長安定性に優れていることを示している。一
方、ドメインの面積が不均一だったり、ドメイン間で入
り組んだ境界線がある領域では、同一の注入電流に対す
る屈折率変化量のわずかな変動や素子駆動条件の変動に
よって容易にレーザ発振波長が変化してしまうため、レ
ーザ発振波長を長期間にわたって安定化させることは困
難となる。図４（ｂ）に示された実施の形態１の波長可
変半導体レーザの注入電流ｉfと注入電流ｉrの関係を、
図４（ａ）の従来のＳＳＧ−ＤＢＲミラーのみで構成さ
れた波長可変半導体レーザのものと比べると、実施の形
態１の波長可変半導体レーザではドメインの境界がより
滑らかで、また各ドメインの面積もより均一であるた
め、レーザ発振波長の安定化が容易となる。
【００４０】図５は従来のＳＳＧ−ＤＢＲのみの波長可
変半導体レーザ（ａ）と実施の形態１の波長可変半導体
レーザ（ｂ）において、上述のｉf，ｉrをそれぞれ０〜
２０ｍＡの範囲にわたって１ｍＡステップで変化させた
場合、すなわち、ｉfとｉrの組合わせ、つまり２１×２
１＝４４１の各組み合わせに関してレーザ発振波長を計
算し、それぞれレーザ発振波長に対してなるべく連続に
変化するよう配列した結果を示したものである。
変半導体レーザ（ａ）と実施の形態１の波長可変半導体
レーザ（ｂ）において、上述のｉf，ｉrをそれぞれ０〜
２０ｍＡの範囲にわたって１ｍＡステップで変化させた
場合、すなわち、ｉfとｉrの組合わせ、つまり２１×２
１＝４４１の各組み合わせに関してレーザ発振波長を計
算し、それぞれレーザ発振波長に対してなるべく連続に
変化するよう配列した結果を示したものである。
【００４１】図５（ａ）から、従来のＳＳＧ−ＤＢＲミ
ラーのみの波長可変半導体レーザでは、ある波長域で不
連続に変化しているのに対して、実施の形態１の波長可
変半導体レーザでは、図５（ｂ）から判るように、ほぼ
滑らかに連続的に変化しており、従来の波長可変半導体
レーザに比べて波長安定性において優れていることが判
る。
ラーのみの波長可変半導体レーザでは、ある波長域で不
連続に変化しているのに対して、実施の形態１の波長可
変半導体レーザでは、図５（ｂ）から判るように、ほぼ
滑らかに連続的に変化しており、従来の波長可変半導体
レーザに比べて波長安定性において優れていることが判
る。
【００４２】図６は、本発明に係る実施の形態１の波長
可変半導体レーザの一変形例である前方光反射領域にお
ける非回折格子部上部に電流ブロック領域１７を設けた
素子構造を示す断面図（ａ）および概観図（ｂ）であ
る。かかる素子構造における前方光反射領域２では、回
折格子部１１ａと電流ブロック領域１７が上部に設けら
れている非回折格子部１１ｂとが所定の間隔で交互に形
成されている。電流ブロック領域１７は電流を流さない
性質を有しているため、非回折格子部１１ｂへの電流の
注入を防止する。非回折格子部１１ｂに電流が流れても
波長を変える動作に対しては何ら寄与していない。した
がって、上述したような電流ブロック領域１７の形成に
よってかかる無効な電流成分を防止することにより、よ
り低閾値でかつ高効率で動作する波長可変半導体レーザ
が得られる。
可変半導体レーザの一変形例である前方光反射領域にお
ける非回折格子部上部に電流ブロック領域１７を設けた
素子構造を示す断面図（ａ）および概観図（ｂ）であ
る。かかる素子構造における前方光反射領域２では、回
折格子部１１ａと電流ブロック領域１７が上部に設けら
れている非回折格子部１１ｂとが所定の間隔で交互に形
成されている。電流ブロック領域１７は電流を流さない
性質を有しているため、非回折格子部１１ｂへの電流の
注入を防止する。非回折格子部１１ｂに電流が流れても
波長を変える動作に対しては何ら寄与していない。した
がって、上述したような電流ブロック領域１７の形成に
よってかかる無効な電流成分を防止することにより、よ
り低閾値でかつ高効率で動作する波長可変半導体レーザ
が得られる。
【００４３】実施の形態２．図７（ａ）は本発明に係る
実施の形態２の波長可変半導体レーザにおける光軸に沿
った断面図である。実施の形態１と比べると、発生した
レーザ光を増幅可能な結晶組成から成るレーザ光増幅領
域１０１を設けている点が異なる。図７（ｂ）は光導波
路５と同一面内で波長可変半導体レーザを上面から見た
場合の光導波路５の状態を示した模式図である。光導波
路５に関しては、同一の光導波路幅で各領域が接合され
ている。
実施の形態２の波長可変半導体レーザにおける光軸に沿
った断面図である。実施の形態１と比べると、発生した
レーザ光を増幅可能な結晶組成から成るレーザ光増幅領
域１０１を設けている点が異なる。図７（ｂ）は光導波
路５と同一面内で波長可変半導体レーザを上面から見た
場合の光導波路５の状態を示した模式図である。光導波
路５に関しては、同一の光導波路幅で各領域が接合され
ている。
【００４４】波長可変半導体レーザを用いて光ファイバ
ーを介してより遠方にレーザ光を送るには、光ファイバ
ー内の光損失に打ち勝つべく、なるべく光出力が高い方
が実用上望ましい。しかしながら、実施の形態１におけ
る波長可変半導体レーザの光導波路構造では、水平横モ
ードを基本モードに維持すべく光導波路５の光導波路幅
を所定の幅以下にする必要があり、この場合、光出力は
光導波路５中である決まった光密度で飽和するレベルで
制限されていた。
ーを介してより遠方にレーザ光を送るには、光ファイバ
ー内の光損失に打ち勝つべく、なるべく光出力が高い方
が実用上望ましい。しかしながら、実施の形態１におけ
る波長可変半導体レーザの光導波路構造では、水平横モ
ードを基本モードに維持すべく光導波路５の光導波路幅
を所定の幅以下にする必要があり、この場合、光出力は
光導波路５中である決まった光密度で飽和するレベルで
制限されていた。
【００４５】そこで、実施の形態２における波長可変半
導体レーザのように、光導波路５中の前面のレーザ光出
射端面と前方光反射領域２であるＳＧ−ＤＢＲミラーの
間にレーザ光を光増幅すべく機能するレーザ光増幅領域
１０１を設け、活性領域１で発生したレーザ光をかかる
レーザ光増幅領域１０１で光増幅すれば、このようなレ
ーザ光増幅領域１０１を具備しない波長可変半導体レー
ザに比べて、レーザ光飽和のレベルがより向上し、この
結果、高出力動作が可能な波長可変半導体レーザが得ら
れる。
導体レーザのように、光導波路５中の前面のレーザ光出
射端面と前方光反射領域２であるＳＧ−ＤＢＲミラーの
間にレーザ光を光増幅すべく機能するレーザ光増幅領域
１０１を設け、活性領域１で発生したレーザ光をかかる
レーザ光増幅領域１０１で光増幅すれば、このようなレ
ーザ光増幅領域１０１を具備しない波長可変半導体レー
ザに比べて、レーザ光飽和のレベルがより向上し、この
結果、高出力動作が可能な波長可変半導体レーザが得ら
れる。
【００４６】実施の形態３．図８は本発明に係る実施の
形態３の波長可変半導体レーザの光軸方向に沿った断面
図（ａ）および上面図（ｂ）を示している。実施の形態
２に比べるとレーザ光増幅領域の光導波路幅、つまりス
トライプ幅がレーザ光出射端面に向かってテーパ状１０
２に徐々に広がっている。実施の形態２に係る波長可変
半導体レーザにおいてもレーザ光の高出力化は可能では
あるが、最終的にはレーザ光増幅領域１０１の光増幅率
の飽和に起因する光飽和が生じるため、結果的にかかる
光飽和が生じる光出力が最高光出力となる。このような
制限を打破し、さらなる高出力を得るには、半導体基板
６に対して水平方向の光導波路幅を拡張することによ
り、光導波路５の体積を増加させればよい。しかしなが
ら、単純に光導波路幅を広げた場合、所定の光導波路幅
以上になると、水平横モードにおいて高次モードが発生
しやすくなり、単峰のレーザビーム形状が得られない不
具合が生じる。
形態３の波長可変半導体レーザの光軸方向に沿った断面
図（ａ）および上面図（ｂ）を示している。実施の形態
２に比べるとレーザ光増幅領域の光導波路幅、つまりス
トライプ幅がレーザ光出射端面に向かってテーパ状１０
２に徐々に広がっている。実施の形態２に係る波長可変
半導体レーザにおいてもレーザ光の高出力化は可能では
あるが、最終的にはレーザ光増幅領域１０１の光増幅率
の飽和に起因する光飽和が生じるため、結果的にかかる
光飽和が生じる光出力が最高光出力となる。このような
制限を打破し、さらなる高出力を得るには、半導体基板
６に対して水平方向の光導波路幅を拡張することによ
り、光導波路５の体積を増加させればよい。しかしなが
ら、単純に光導波路幅を広げた場合、所定の光導波路幅
以上になると、水平横モードにおいて高次モードが発生
しやすくなり、単峰のレーザビーム形状が得られない不
具合が生じる。
【００４７】そこで、かかる不具合を防止するため、本
実施の形態の如くレーザ光増幅領域をテーパ形状１０２
とすると、活性領域１で発したレーザ光はレーザ光出射
端面に向かってテーパ形状のレーザ光増幅領域１０２を
徐々に広がりながら進行するため、安定な基本水平横モ
ードを保持しつつ、実効的な光導波路面積の増大によっ
てレーザ光増幅領域１０２内部で光増幅率の飽和が生じ
る最大光出力が、実施の形態２の波長可変半導体レーザ
の最大光出力と比べてもさらに向上するという顕著な効
果をもたらす。
実施の形態の如くレーザ光増幅領域をテーパ形状１０２
とすると、活性領域１で発したレーザ光はレーザ光出射
端面に向かってテーパ形状のレーザ光増幅領域１０２を
徐々に広がりながら進行するため、安定な基本水平横モ
ードを保持しつつ、実効的な光導波路面積の増大によっ
てレーザ光増幅領域１０２内部で光増幅率の飽和が生じ
る最大光出力が、実施の形態２の波長可変半導体レーザ
の最大光出力と比べてもさらに向上するという顕著な効
果をもたらす。
【００４８】実施の形態４．図９は本発明に係る実施の
形態４の波長可変半導体レーザにおける光軸方向に沿っ
た断面図（ａ）および上面図（ｂ）を示している。図
中、１４ｅはレーザ光増幅領域上のｐ電極を示す。実施
の形態１に比べると前方光反射領域２と前方側で接し
て、レーザ光出射端面に向かって光導波路幅がテーパ状
に徐々に拡張されているモード拡大領域１０３を設けて
おり、かつモード拡大領域における最も拡張された部分
の光導波路幅に一致する幅で形成されたレーザ光増幅領
域１０４がレーザ光出射端面に至るまで設けられてい
る。
形態４の波長可変半導体レーザにおける光軸方向に沿っ
た断面図（ａ）および上面図（ｂ）を示している。図
中、１４ｅはレーザ光増幅領域上のｐ電極を示す。実施
の形態１に比べると前方光反射領域２と前方側で接し
て、レーザ光出射端面に向かって光導波路幅がテーパ状
に徐々に拡張されているモード拡大領域１０３を設けて
おり、かつモード拡大領域における最も拡張された部分
の光導波路幅に一致する幅で形成されたレーザ光増幅領
域１０４がレーザ光出射端面に至るまで設けられてい
る。
【００４９】実施の形態４に係る波長可変半導体レーザ
では、活性領域１を発したレーザ光は、一旦モード拡大
領域１０３において、基本水平横モードを維持しつつ水
平方向に拡大され、さらに、その拡大されたレーザビー
ム形状を保持しつつレーザ光増幅領域１０４を進行する
ため、レーザ光増幅領域１０４においても基本水平横モ
ードを維持でき、かつ光導波路幅が拡大された分、レー
ザ光増幅領域１０４における光増幅率の飽和を防止でき
るため、高出力動作が可能となる。
では、活性領域１を発したレーザ光は、一旦モード拡大
領域１０３において、基本水平横モードを維持しつつ水
平方向に拡大され、さらに、その拡大されたレーザビー
ム形状を保持しつつレーザ光増幅領域１０４を進行する
ため、レーザ光増幅領域１０４においても基本水平横モ
ードを維持でき、かつ光導波路幅が拡大された分、レー
ザ光増幅領域１０４における光増幅率の飽和を防止でき
るため、高出力動作が可能となる。
【００５０】さらに、モード拡大領域１０３上にはｐ型
電極が形成されていないため、かかる領域１０３に電流
が注入されることはない、すなわちモード拡大領域１０
３はパッシブな領域であるため、水平横モードを基本モ
ードに保持しながら、テーパ形状に沿ってレーザ光をよ
り安定に拡大できる効果が得られる。
電極が形成されていないため、かかる領域１０３に電流
が注入されることはない、すなわちモード拡大領域１０
３はパッシブな領域であるため、水平横モードを基本モ
ードに保持しながら、テーパ形状に沿ってレーザ光をよ
り安定に拡大できる効果が得られる。
【００５１】なお、上述の各実施の形態では説明の便宜
上、活性領域１をＩｎＧａＡｓＰとしたが、活性領域１
を構成する材料はＩｎＧａＡｓＰに限定される訳ではな
く、例えば、ＡｌＧａＡｓでも同様な効果が生ずること
は言うまでもない。
上、活性領域１をＩｎＧａＡｓＰとしたが、活性領域１
を構成する材料はＩｎＧａＡｓＰに限定される訳ではな
く、例えば、ＡｌＧａＡｓでも同様な効果が生ずること
は言うまでもない。
【００５２】実施の形態５．本発明の実施の形態５にお
ける光モジュールを説明する。図１０は実施の形態５に
おける光モジュールの概観図である。かかる光モジュー
ルでは、実施の形態１〜４で説明したいずれかの波長可
変半導体レーザ２０１をヒートシンク２０２上に実装し
た後、集光レンズ２０３ａ、ｂ、波長モニター２０４と
光ファイバー２０５とを一体化すべく筐体２０６に固着
している。
ける光モジュールを説明する。図１０は実施の形態５に
おける光モジュールの概観図である。かかる光モジュー
ルでは、実施の形態１〜４で説明したいずれかの波長可
変半導体レーザ２０１をヒートシンク２０２上に実装し
た後、集光レンズ２０３ａ、ｂ、波長モニター２０４と
光ファイバー２０５とを一体化すべく筐体２０６に固着
している。
【００５３】波長可変半導体レーザ２０１にワイヤ（図
示せず）を介して、各電極に順方向電圧を印加し、所望
の電流値に制御された電流を流すと、電流値に応じた波
長のレーザ光が波長可変半導体レーザ２０１から発し、
一旦集光レンズ２０３ａによって集光された後、光ファ
イバー２０５に入射する。一方、波長可変半導体レーザ
２０１の反対側の端面からのレーザ光は集光レンズ２０
３ｂによって同様に一旦集光されて、波長モニター２０
４に入射してレーザ波長が分析されるので、光モジュー
ル外部からレーザ光波長を常時モニターすることができ
る。かかる光モジュールでは、上述した安定に波長を変
化できる波長可変半導体レーザを光源に採用したので、
波長安定性に優れたレーザ光を光ファイバー出力として
得られる効果がある。なお、波長可変半導体レーザ２０
１の後方に設置するのは、波長モニター２０４に限ら
ず、例えばフォトダイオード等でもかまわない。
示せず）を介して、各電極に順方向電圧を印加し、所望
の電流値に制御された電流を流すと、電流値に応じた波
長のレーザ光が波長可変半導体レーザ２０１から発し、
一旦集光レンズ２０３ａによって集光された後、光ファ
イバー２０５に入射する。一方、波長可変半導体レーザ
２０１の反対側の端面からのレーザ光は集光レンズ２０
３ｂによって同様に一旦集光されて、波長モニター２０
４に入射してレーザ波長が分析されるので、光モジュー
ル外部からレーザ光波長を常時モニターすることができ
る。かかる光モジュールでは、上述した安定に波長を変
化できる波長可変半導体レーザを光源に採用したので、
波長安定性に優れたレーザ光を光ファイバー出力として
得られる効果がある。なお、波長可変半導体レーザ２０
１の後方に設置するのは、波長モニター２０４に限ら
ず、例えばフォトダイオード等でもかまわない。
【００５４】
【発明の効果】本発明に係る波長可変半導体レーザで
は、半導体基板と、半導体基板の上面に設けられた光導
波路と、光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前
方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる
部分を一周期として複数周期繰り返されたＳＧ−ＤＢＲ
ミラーからなる前方反射領域と、光導波路の一部でレー
ザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチ
を所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた
部分を一周期として複数周期繰り返されたＳＳＧ−ＤＢ
Ｒミラーからなる後方反射領域と、光導波路の一部で前
方反射領域と後方反射領域の間に設けられた活性層から
なる活性領域と、光導波路の一部で前方反射領域と後方
反射領域の間に設けられ電流注入により屈折率変化を生
ぜしめる位相制御層からなる位相制御領域と、を備えた
ので、波長可変時の波長安定性に優れた波長可変半導体
レーザを得ることができる。
は、半導体基板と、半導体基板の上面に設けられた光導
波路と、光導波路の一部でレーザ光出射方向に対して前
方に設けられ一対の回折格子部と非回折格子部からなる
部分を一周期として複数周期繰り返されたＳＧ−ＤＢＲ
ミラーからなる前方反射領域と、光導波路の一部でレー
ザ光出射方向に対して後方に設けられ回折格子のピッチ
を所定の距離間の一端から他端へと規則的に変化させた
部分を一周期として複数周期繰り返されたＳＳＧ−ＤＢ
Ｒミラーからなる後方反射領域と、光導波路の一部で前
方反射領域と後方反射領域の間に設けられた活性層から
なる活性領域と、光導波路の一部で前方反射領域と後方
反射領域の間に設けられ電流注入により屈折率変化を生
ぜしめる位相制御層からなる位相制御領域と、を備えた
ので、波長可変時の波長安定性に優れた波長可変半導体
レーザを得ることができる。
【００５５】また、本発明に係る波長可変半導体レーザ
では、上述の前方反射領域における非回折格子部上に電
流ブロック領域を形成したので、波長可変時の波長安定
性に優れ、さらに、低閾値でかつ高効率で動作する波長
可変半導体レーザが得られる。
では、上述の前方反射領域における非回折格子部上に電
流ブロック領域を形成したので、波長可変時の波長安定
性に優れ、さらに、低閾値でかつ高効率で動作する波長
可変半導体レーザが得られる。
【００５６】また、本発明に係る波長可変半導体レーザ
では、上述の光導波路の一部で前方反射領域に対してさ
らに前方に設けられたレーザ光増幅領域を備えたので、
波長可変時の波長安定性に優れ、かつ高出力で動作する
波長可変半導体レーザを得ることができる。
では、上述の光導波路の一部で前方反射領域に対してさ
らに前方に設けられたレーザ光増幅領域を備えたので、
波長可変時の波長安定性に優れ、かつ高出力で動作する
波長可変半導体レーザを得ることができる。
【００５７】また、本発明に係る波長可変半導体レーザ
では、上述のレーザ光増幅領域における光導波路を、レ
ーザ光出射端面に近接するに従い半導体基板に対して平
行方向に徐々に拡張されたテーパ形状を呈することとし
たので、波長可変時の波長安定性に優れ、かつ高出力で
動作する波長可変半導体レーザを得ることができる。
では、上述のレーザ光増幅領域における光導波路を、レ
ーザ光出射端面に近接するに従い半導体基板に対して平
行方向に徐々に拡張されたテーパ形状を呈することとし
たので、波長可変時の波長安定性に優れ、かつ高出力で
動作する波長可変半導体レーザを得ることができる。
【００５８】また、本発明に係る波長可変半導体レーザ
では、上述の光導波路の一部で所定の光導波路幅を有す
るレーザ光増幅領域と前方反射領域との間に設けられ、
レーザ光増幅領域に近接するに従い半導体基板に対して
平行方向に徐々に拡張されたテーパ形状を呈するモード
拡大領域を備えたので、波長可変時の波長安定性に優
れ、かつ高出力で動作する波長可変半導体レーザを得る
ことができる。
では、上述の光導波路の一部で所定の光導波路幅を有す
るレーザ光増幅領域と前方反射領域との間に設けられ、
レーザ光増幅領域に近接するに従い半導体基板に対して
平行方向に徐々に拡張されたテーパ形状を呈するモード
拡大領域を備えたので、波長可変時の波長安定性に優
れ、かつ高出力で動作する波長可変半導体レーザを得る
ことができる。
【００５９】本発明に係る光モジュールでは、上述のい
ずれかの波長可変半導体レーザと、かかる波長可変半導
体レーザから発したレーザ光を集光する集光レンズと、
集光されたレーザ光を導波する光ファイバーと、前述の
波長可変半導体レーザ、集光レンズ、光ファイバーを固
定する筐体と、を備えたので、波長安定性に優れたレー
ザ光を光ファイバー出力として得られる効果がある。
ずれかの波長可変半導体レーザと、かかる波長可変半導
体レーザから発したレーザ光を集光する集光レンズと、
集光されたレーザ光を導波する光ファイバーと、前述の
波長可変半導体レーザ、集光レンズ、光ファイバーを固
定する筐体と、を備えたので、波長安定性に優れたレー
ザ光を光ファイバー出力として得られる効果がある。
【図１】 実施の形態１における波長可変半導体レーザ
の素子構造を示す断面図（ａ）および概観図（ｂ）であ
る。
の素子構造を示す断面図（ａ）および概観図（ｂ）であ
る。
【図２】 （ａ）は、実施の形態１の波長可変半導体レ
ーザにおける前方および後方の光反射領域に電流を注入
しない場合の前方ＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペ
クトルと、後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペ
クトルを示した図であり、（ｂ）は、実施の形態１の波
長可変半導体レーザにおける後方光反射領域に電流注入
を行った場合の後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピーク
スペクトルを、電流注入していない前方ＳＧ−ＤＢＲミ
ラーの反射ピークスペクトルと比較して示した図であ
る。
ーザにおける前方および後方の光反射領域に電流を注入
しない場合の前方ＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペ
クトルと、後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペ
クトルを示した図であり、（ｂ）は、実施の形態１の波
長可変半導体レーザにおける後方光反射領域に電流注入
を行った場合の後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピーク
スペクトルを、電流注入していない前方ＳＧ−ＤＢＲミ
ラーの反射ピークスペクトルと比較して示した図であ
る。
【図３】 シミュレーションによって、結合係数κをパ
ラメータとして、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーにおける反射ピ
ーク強度の不均一性と後方光反射領域における周期の繰
り返し数の関係を示した図である。
ラメータとして、ＳＳＧ−ＤＢＲミラーにおける反射ピ
ーク強度の不均一性と後方光反射領域における周期の繰
り返し数の関係を示した図である。
【図４】 従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザ
（ａ）と実施の形態１に係る波長可変半導体レーザ
（ｂ）のレーザ発振波長を計算し、前方および後方光反
射領域における注入電流(if, ir)の関数としてそれぞれ
２次元的に等高線表示した図である。
（ａ）と実施の形態１に係る波長可変半導体レーザ
（ｂ）のレーザ発振波長を計算し、前方および後方光反
射領域における注入電流(if, ir)の関数としてそれぞれ
２次元的に等高線表示した図である。
【図５】 従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザ
（ａ）と実施の形態１の波長可変半導体レーザ（ｂ）に
おいて、ｉf，ｉrをそれぞれ０〜２０ｍＡの範囲で１ｍ
Ａステップで変化させてレーザ発振波長を計算し、それ
ぞれレーザ発振波長に対してなるべく連続して変化する
様な順に配列した結果を示した図である。
（ａ）と実施の形態１の波長可変半導体レーザ（ｂ）に
おいて、ｉf，ｉrをそれぞれ０〜２０ｍＡの範囲で１ｍ
Ａステップで変化させてレーザ発振波長を計算し、それ
ぞれレーザ発振波長に対してなるべく連続して変化する
様な順に配列した結果を示した図である。
【図６】 実施の形態１の波長可変半導体レーザの一変
形例である前方光反射領域における非回折格子部上に電
流ブロック領域を設けた素子構造を示す断面図（ａ）お
よび概観図（ｂ）である。
形例である前方光反射領域における非回折格子部上に電
流ブロック領域を設けた素子構造を示す断面図（ａ）お
よび概観図（ｂ）である。
【図７】 実施の形態２の波長可変半導体レーザの光軸
に沿った断面図（ａ）および上面図（ｂ）である。
に沿った断面図（ａ）および上面図（ｂ）である。
【図８】 実施の形態３の波長可変半導体レーザの光軸
方向に沿った断面図（ａ）および上面図（ｂ）を示して
いる。
方向に沿った断面図（ａ）および上面図（ｂ）を示して
いる。
【図９】 実施の形態４の波長可変半導体レーザの光軸
方向に沿った断面図（ａ）および上面図（ｂ）を示して
いる。
方向に沿った断面図（ａ）および上面図（ｂ）を示して
いる。
【図１０】 実施の形態５の光モジュールの概観図であ
る。
る。
【図１１】 従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レー
ザの光軸方向に沿った断面図である。
ザの光軸方向に沿った断面図である。
【図１２】 （ａ）は従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長可変半
導体レーザにおいて、前方光反射領域および後方光反射
領域に電流注入を行わない場合の各領域内にそれぞれ形
成された前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペク
トルと後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクト
ルを表す図であり、（ｂ）は従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長
可変半導体レーザにおいて、後方光反射領域に電流注入
を行った場合の後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピーク
スペクトルを、電流注入していない前方光反射領域の前
方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルと比較
して示した図である。
導体レーザにおいて、前方光反射領域および後方光反射
領域に電流注入を行わない場合の各領域内にそれぞれ形
成された前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペク
トルと後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクト
ルを表す図であり、（ｂ）は従来のＳＳＧ−ＤＢＲ波長
可変半導体レーザにおいて、後方光反射領域に電流注入
を行った場合の後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピーク
スペクトルを、電流注入していない前方光反射領域の前
方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの反射ピークスペクトルと比較
して示した図である。
【図１３】 従来のＳＧ−ＤＢＲ波長可変半導体レーザ
の光軸方向に沿った断面図である。
の光軸方向に沿った断面図である。
１ 活性領域、 ２ 前方光反射領域、 ３ 後方光反
射領域、 ４ 位相制御領域、 ５ ＩｎＧａＡｓＰか
らなる光導波路、 ６ ｎ型ＩｎＰ基板、 ７ｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層、 ８ ｐ型ＩｎＰクラッド層、 ９ ｐ
型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、 １０ 前方光反射領
域を構成するＳＧ−ＤＢＲミラーの一周期、 １１ａ
前方光反射領域を構成するＳＧ−ＤＢＲミラー中の回折
格子部、１１ｂ 前方光反射領域を構成するＳＧ−ＤＢ
Ｒミラー中の非回折格子部、１２ 後方光反射領域を構
成するＳＧ−ＤＢＲミラーの一周期、 １３ ｎ型電
極、 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ、１４ｅ ｐ型
電極、 １５ 波長可変半導体レーザ外部に出射された
レーザ光、 １６ 電流閉じ込め層、 １７ 前方光反
射領域を構成するＳＧ−ＤＢＲミラー中の電流ブロック
領域、 ２１ 前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの回折格子ピ
ッチ変調の一周期、 ２２ 後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー
の回折格子ピッチ変調の一周期、 １０１ レーザ光増
幅領域、１０２ レーザ光出射端面に向かってストライ
プ幅がテーパ状に広がったレーザ光増幅領域、 １０３
レーザ光出射端面に向かって光導波路のストライプ幅
がテーパ状に広がっているモード拡大領域、 １０４
レーザ光増幅領域、 ２０１ 波長可変半導体レーザ、
２０２ ヒートシンク、 ２０３ａ、ｂ 集光レン
ズ、 ２０４ 波長モニター、 ２０５ 光ファイバ
ー、 ２０６ 筐体。
射領域、 ４ 位相制御領域、 ５ ＩｎＧａＡｓＰか
らなる光導波路、 ６ ｎ型ＩｎＰ基板、 ７ｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層、 ８ ｐ型ＩｎＰクラッド層、 ９ ｐ
型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、 １０ 前方光反射領
域を構成するＳＧ−ＤＢＲミラーの一周期、 １１ａ
前方光反射領域を構成するＳＧ−ＤＢＲミラー中の回折
格子部、１１ｂ 前方光反射領域を構成するＳＧ−ＤＢ
Ｒミラー中の非回折格子部、１２ 後方光反射領域を構
成するＳＧ−ＤＢＲミラーの一周期、 １３ ｎ型電
極、 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ、１４ｅ ｐ型
電極、 １５ 波長可変半導体レーザ外部に出射された
レーザ光、 １６ 電流閉じ込め層、 １７ 前方光反
射領域を構成するＳＧ−ＤＢＲミラー中の電流ブロック
領域、 ２１ 前方ＳＳＧ−ＤＢＲミラーの回折格子ピ
ッチ変調の一周期、 ２２ 後方ＳＳＧ−ＤＢＲミラー
の回折格子ピッチ変調の一周期、 １０１ レーザ光増
幅領域、１０２ レーザ光出射端面に向かってストライ
プ幅がテーパ状に広がったレーザ光増幅領域、 １０３
レーザ光出射端面に向かって光導波路のストライプ幅
がテーパ状に広がっているモード拡大領域、 １０４
レーザ光増幅領域、 ２０１ 波長可変半導体レーザ、
２０２ ヒートシンク、 ２０３ａ、ｂ 集光レン
ズ、 ２０４ 波長モニター、 ２０５ 光ファイバ
ー、 ２０６ 筐体。
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板と、前記半導体基板の上面に
設けられた光導波路と、前記光導波路の一部でレーザ光
出射方向に対して前方に設けられ一対の回折格子部と非
回折格子部からなる部分を一周期として複数周期繰り返
されたＳＧ−ＤＢＲミラーからなる前方反射領域と、前
記光導波路の一部で前記レーザ光出射方向に対して後方
に設けられ回折格子のピッチを所定の距離間の一端から
他端へと規則的に変化させた部分を一周期として複数周
期繰り返されたＳＳＧ−ＤＢＲミラーからなる後方反射
領域と、前記光導波路の一部で前記前方反射領域と前記
後方反射領域の間に設けられた活性層からなる活性領域
と、前記光導波路の一部で前記前方反射領域と前記後方
反射領域の間に設けられ電流注入により屈折率変化を生
ぜしめる位相制御層からなる位相制御領域と、を備えた
ことを特徴とする波長可変半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記前方反射領域における前記非回折格
子部上に電流ブロック領域を形成したことを特徴とする
請求項１記載の波長可変半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記光導波路の一部で前記前方反射領域
に対してさらに前方に設けられたレーザ光増幅領域を備
えたことを特徴とする請求項１または２記載の波長可変
半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記レーザ光増幅領域における光導波路
が、レーザ光出射端面に近接するに従い前記半導体基板
に対して平行方向に徐々に拡張されたテーパ形状を呈す
ることを特徴とする請求項３記載の波長可変半導体レー
ザ。 - 【請求項５】 前記光導波路の一部で所定の光導波路幅
を有する前記レーザ光増幅領域と前記前方反射領域との
間に設けられ、前記レーザ光増幅領域に近接するに従い
前記半導体基板に対して平行方向に徐々に拡張されたテ
ーパ形状を呈するモード拡大領域を備えたことを特徴と
する請求項３記載の波長可変半導体レーザ。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項記載の
波長可変半導体レーザと、前記波長可変半導体レーザか
ら発したレーザ光を集光する集光レンズと、前記集光さ
れたレーザ光を導波する光ファイバーと、前記波長可変
半導体レーザ、前記集光レンズ、前記光ファイバーを固
定する筐体と、を備えたことを特徴とする光モジュー
ル。
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001203453A JP4770077B2 (ja) | 2001-07-04 | 2001-07-04 | 波長可変半導体レーザおよび光モジュール |
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|---|---|
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