JP2003069147A - 半導体レーザー - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 複数の波長チャネルの光をドリフトを少なく
しながら、生成できる半導体レーザーを提供する。 【解決手段】 本発明の半導体レーザーは、共有光学ゲ
イン媒体を共有し、異なる波長でレーザー発振するよう
構成された第１と第２のレーザーキャビティ２４、２６
を有することを特徴とする。第１、第２のレーザキャビ
ティは、第１シリカガラス製導波路内と第２シリカガラ
ス製導波路内にそれぞれ形成されたブラッググレーティ
ングを一方の反射鏡として具備し、２つの波長で発振す
る外部共振器型半導体レーザーを構成する。
しながら、生成できる半導体レーザーを提供する。 【解決手段】 本発明の半導体レーザーは、共有光学ゲ
イン媒体を共有し、異なる波長でレーザー発振するよう
構成された第１と第２のレーザーキャビティ２４、２６
を有することを特徴とする。第１、第２のレーザキャビ
ティは、第１シリカガラス製導波路内と第２シリカガラ
ス製導波路内にそれぞれ形成されたブラッググレーティ
ングを一方の反射鏡として具備し、２つの波長で発振す
る外部共振器型半導体レーザーを構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、本発明はレーザー
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学通信においては、広帯域の通信を可
能とするために波長分割多重化(wavelength division m
ultiplexing ＷＤＭ)の使用が広がりつつある。ＷＤＭ
システムは数個の異なる通信信号を異なる波長チャネル
で送信することにより、１本の光ファイバを介して同時
に送信するシステムである。波長チャネルはより効率的
に波長範囲を利用するために通常互いに近接して離間し
ており、これにより光ファイバはより良好な伝送特性例
えば低い減衰率を達成している。
能とするために波長分割多重化(wavelength division m
ultiplexing ＷＤＭ)の使用が広がりつつある。ＷＤＭ
システムは数個の異なる通信信号を異なる波長チャネル
で送信することにより、１本の光ファイバを介して同時
に送信するシステムである。波長チャネルはより効率的
に波長範囲を利用するために通常互いに近接して離間し
ており、これにより光ファイバはより良好な伝送特性例
えば低い減衰率を達成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】低コストでかつ近接し
て離間した波長チャネルの必要性が、ＷＤＭシステムの
開発に対し挑戦的実行となっている。特にＷＤＭ送信器
は、異なる波長チャネル間でドリフトすることのない出
力波長を生成しなければならない。ところがＷＤＭ送信
器で通常用いられる半導体レーザーの出力波長は、複雑
でかつ高価な温度制御機器を用いない限りドリフト（変
動）する傾向がある。このドリフトは、レーザーキャビ
ティ内の半導体媒体の光学特性を変化させるような温度
変動から発生するものである。
て離間した波長チャネルの必要性が、ＷＤＭシステムの
開発に対し挑戦的実行となっている。特にＷＤＭ送信器
は、異なる波長チャネル間でドリフトすることのない出
力波長を生成しなければならない。ところがＷＤＭ送信
器で通常用いられる半導体レーザーの出力波長は、複雑
でかつ高価な温度制御機器を用いない限りドリフト（変
動）する傾向がある。このドリフトは、レーザーキャビ
ティ内の半導体媒体の光学特性を変化させるような温度
変動から発生するものである。
【０００４】ＷＤＭにおける別の問題は、多色（multi-
chromatic：多波長）送信器の必要性に関する。このよ
うな送信器は、ＷＤＭシステムの複数の波長チャネルで
光を同時に送信することが出来る。ところがこの多色送
信器はより複雑かつ高価なものである。
chromatic：多波長）送信器の必要性に関する。このよ
うな送信器は、ＷＤＭシステムの複数の波長チャネルで
光を同時に送信することが出来る。ところがこの多色送
信器はより複雑かつ高価なものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の多色（多波長）
レーザーは、共通のゲイン媒体を共有する複数のレーザ
ーキャビティを特徴とする。複数のキャビティがゲイン
媒体を共有することが出来るようにするための手段とし
て、レーザーは、異なる特性反射波長の数個の波長選択
性反射器（リフレクタ）を有する。このようなレーザー
を、例えばＷＤＭ、あるいは他の光学ネットワーク内の
光学送信器用の多色光ソースとして用いることが出来
る。このような送信器は、従来の多色光学送信器よりも
通常構成が複雑ではない。
レーザーは、共通のゲイン媒体を共有する複数のレーザ
ーキャビティを特徴とする。複数のキャビティがゲイン
媒体を共有することが出来るようにするための手段とし
て、レーザーは、異なる特性反射波長の数個の波長選択
性反射器（リフレクタ）を有する。このようなレーザー
を、例えばＷＤＭ、あるいは他の光学ネットワーク内の
光学送信器用の多色光ソースとして用いることが出来
る。このような送信器は、従来の多色光学送信器よりも
通常構成が複雑ではない。
【０００６】本発明の一実施例は、いわゆる外部キャビ
ティレーザーを特徴とし、このレーザーにおいてはレー
ザーキャビティは、内部導波路と、この内部導波路に直
列に接続された外部導波路とを有する。外部導波路は、
第１と第２の波長選択性反射器にカスケード接続され
て、それぞれ第１と第２の波長を反射する。第１と第２
の反射器は、複数のレーザーキャビティを構成する。
ティレーザーを特徴とし、このレーザーにおいてはレー
ザーキャビティは、内部導波路と、この内部導波路に直
列に接続された外部導波路とを有する。外部導波路は、
第１と第２の波長選択性反射器にカスケード接続され
て、それぞれ第１と第２の波長を反射する。第１と第２
の反射器は、複数のレーザーキャビティを構成する。
【０００７】
【発明の実施の形態】このようなレーザーの出力波長を
経済的に安定化させるために、幾つかのアプローチがあ
る。温度安定性へのあるアプローチは、外部ファイバを
半導体性光学増幅器の１つの出力に線形に結合すること
である。増幅器はポンピングされたときに光学ゲインを
提供する内部（光学）導波路を有する。内部導波路は、
第一端で増幅器の出力に結合され、第二端で反射器に結
合される。外部ファイバは、内部光学導波路の線形拡張
部を構成する。外部ファイバは、また外部ブラググレー
ティングを含む。ブラググレーティングは、特定の波長
の光を反射し、ファイバと内部光学導波路により構成さ
れたレーザー光学キャビティを閉じるのに必要な光フィ
ードバックを提供する。ブラググレーティングを光学ゲ
イン媒体の外側に配置することによりレーザー発振波長
は、一般的に温度変動に対し敏感でなくなるが、その理
由は、シリカガラス製のグレーティングは温度安定性が
高いからである。
経済的に安定化させるために、幾つかのアプローチがあ
る。温度安定性へのあるアプローチは、外部ファイバを
半導体性光学増幅器の１つの出力に線形に結合すること
である。増幅器はポンピングされたときに光学ゲインを
提供する内部（光学）導波路を有する。内部導波路は、
第一端で増幅器の出力に結合され、第二端で反射器に結
合される。外部ファイバは、内部光学導波路の線形拡張
部を構成する。外部ファイバは、また外部ブラググレー
ティングを含む。ブラググレーティングは、特定の波長
の光を反射し、ファイバと内部光学導波路により構成さ
れたレーザー光学キャビティを閉じるのに必要な光フィ
ードバックを提供する。ブラググレーティングを光学ゲ
イン媒体の外側に配置することによりレーザー発振波長
は、一般的に温度変動に対し敏感でなくなるが、その理
由は、シリカガラス製のグレーティングは温度安定性が
高いからである。
【０００８】レーザーキャビティの一部が、レーザーの
光学ゲイン媒体を包囲する半導体構造体の外側にあるよ
うなレーザーは、外部キャビティレーザーと称する。
光学ゲイン媒体を包囲する半導体構造体の外側にあるよ
うなレーザーは、外部キャビティレーザーと称する。
【０００９】図１は、２つの波長でレーザー発振するこ
とができる外部キャビティレーザー１０を示す。外部キ
ャビティレーザー１０は、半導体製モノリシック構造体
１２と、例えば光ファイバまたは平面状導波路である外
部シリカ−ガラス製導波路１４とを有する。半導体製モ
ノリシック構造体１２は、内部半導体製導波路１６を有
し、内部半導体製導波路１６の一端は、例えば反射層、
またはクリーブされた面である反射器１８により閉じら
れている。内部半導体製導波路１６の他端は直列に外部
シリカ−ガラス製導波路１４に結合されている。外部シ
リカ−ガラス製導波路１４は、異なるライン間隔を具備
する第１と第２のブラググレーティング２０，２２を有
する。代表的なブラググレーティング２０，２２は、外
部シリカ−ガラス製導波路１４内のグレーティングと、
外部シリカ−ガラス製導波路１４外の導波路とを有す
る。第１と第２のブラググレーティング２０，２２と反
射器１８が、２個の光学ファブリペロキャビティ２４，
２６の端部反射器を構成し、ファブリペロキャビティが
内部半導体製導波路１６内の光学ゲイン媒体を共有す
る。
とができる外部キャビティレーザー１０を示す。外部キ
ャビティレーザー１０は、半導体製モノリシック構造体
１２と、例えば光ファイバまたは平面状導波路である外
部シリカ−ガラス製導波路１４とを有する。半導体製モ
ノリシック構造体１２は、内部半導体製導波路１６を有
し、内部半導体製導波路１６の一端は、例えば反射層、
またはクリーブされた面である反射器１８により閉じら
れている。内部半導体製導波路１６の他端は直列に外部
シリカ−ガラス製導波路１４に結合されている。外部シ
リカ−ガラス製導波路１４は、異なるライン間隔を具備
する第１と第２のブラググレーティング２０，２２を有
する。代表的なブラググレーティング２０，２２は、外
部シリカ−ガラス製導波路１４内のグレーティングと、
外部シリカ−ガラス製導波路１４外の導波路とを有す
る。第１と第２のブラググレーティング２０，２２と反
射器１８が、２個の光学ファブリペロキャビティ２４，
２６の端部反射器を構成し、ファブリペロキャビティが
内部半導体製導波路１６内の光学ゲイン媒体を共有す
る。
【００１０】ブラググレーティング２０，２２は、グレ
ーティングの特性反射波長λＢ１，λＢ２の整数倍の波
長の光を反射する光学反射器である。
ーティングの特性反射波長λＢ１，λＢ２の整数倍の波
長の光を反射する光学反射器である。
【００１１】図２Ａは、一般的なブラググレーティング
の反射特性を示す。ブラググレーティングは、特性反射
波長λＢと波長λＢの整数倍のところで大きな反射率を
有する。ブラググレーティングは、他の波長では非常に
弱くしか反射しない。ブラググレーティングの特性反射
波長は、λＢ＝２ｎＬである。ここでＬはグレーティン
グ特徴の繰り返し周期であり、ｎは屈折率である。
の反射特性を示す。ブラググレーティングは、特性反射
波長λＢと波長λＢの整数倍のところで大きな反射率を
有する。ブラググレーティングは、他の波長では非常に
弱くしか反射しない。ブラググレーティングの特性反射
波長は、λＢ＝２ｎＬである。ここでＬはグレーティン
グ特徴の繰り返し周期であり、ｎは屈折率である。
【００１２】図２Ｂにおいて、図１のカスケード接続さ
れたブラググレーティング２０，２２は異なる周期Ｌを
有する。即ちＬ１≠Ｌ２。である。かくしてこれらのブ
ラググレーティング２０，２２は異なる特性反射波λ
Ｂ１≠λＢ２を有する。かくして２個のブラググレーテ
ィング２０，２２の反射特性Ｒ１，Ｒ２は、同一の波長
に対して高い値を有することはない。ブラググレーティ
ング２０，２２は、同一の波長の光を大量に反射するこ
とはない。
れたブラググレーティング２０，２２は異なる周期Ｌを
有する。即ちＬ１≠Ｌ２。である。かくしてこれらのブ
ラググレーティング２０，２２は異なる特性反射波λ
Ｂ１≠λＢ２を有する。かくして２個のブラググレーテ
ィング２０，２２の反射特性Ｒ１，Ｒ２は、同一の波長
に対して高い値を有することはない。ブラググレーティ
ング２０，２２は、同一の波長の光を大量に反射するこ
とはない。
【００１３】図１において、ブラググレーティング２
０，２２は、同一波長で大量の光を反射することがない
ために、２個の光学ファブリペロキャビティ２４，２６
は、異なる波長でレーザー発振する。かくして外部キャ
ビティレーザー１０は、２つの異なる波長、例えば
λ１，λ２でレーザー発振し、光学出力点２８に両方の
波長で同時に光を生成することが出来る。特性反射波長
は、グレーティングの周期Ｌ １，Ｌ２により一定である
ために、２つの波長λ１，λ２は近い値、例えばＷＤＭ
システムの隣接する波長チャネルを有するようにするこ
とが出来る。ただしこれは、ブラググレーティング２
０，２２にのグレーティング周期を適宜選択した場合で
ある。
０，２２は、同一波長で大量の光を反射することがない
ために、２個の光学ファブリペロキャビティ２４，２６
は、異なる波長でレーザー発振する。かくして外部キャ
ビティレーザー１０は、２つの異なる波長、例えば
λ１，λ２でレーザー発振し、光学出力点２８に両方の
波長で同時に光を生成することが出来る。特性反射波長
は、グレーティングの周期Ｌ １，Ｌ２により一定である
ために、２つの波長λ１，λ２は近い値、例えばＷＤＭ
システムの隣接する波長チャネルを有するようにするこ
とが出来る。ただしこれは、ブラググレーティング２
０，２２にのグレーティング周期を適宜選択した場合で
ある。
【００１４】更に図１において内部半導体製導波路１６
は、コア３０，ガイド層３１とを有する。コア３０は金
属製接点３２，３４により電流がポンピングされたこと
に応答して同時に光を生成する光学ゲイン媒体を含む。
ガイド層３１は、コア３０よりも屈折率が小さく、かく
して、コア３０の軸に沿って光を伝搬するようガイドす
ることが出来る。
は、コア３０，ガイド層３１とを有する。コア３０は金
属製接点３２，３４により電流がポンピングされたこと
に応答して同時に光を生成する光学ゲイン媒体を含む。
ガイド層３１は、コア３０よりも屈折率が小さく、かく
して、コア３０の軸に沿って光を伝搬するようガイドす
ることが出来る。
【００１５】代表的な外部キャビティレーザー１０にお
いては、半導体製モノリシック構造体１２はドープした
半導体層からなる構成物で、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ま
たは他のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料製である。このよう
な半導体構造体は、米国特許第５，５７４，７４２号と
第５，８７０，４１７号に開示されている。半導体製モ
ノリシック構造体１２の他の構成も公知である。
いては、半導体製モノリシック構造体１２はドープした
半導体層からなる構成物で、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ま
たは他のＩＩＩ−Ｖ族の半導体材料製である。このよう
な半導体構造体は、米国特許第５，５７４，７４２号と
第５，８７０，４１７号に開示されている。半導体製モ
ノリシック構造体１２の他の構成も公知である。
【００１６】内部半導体製導波路１６と、外部シリカ−
ガラス製導波路１４との間の光学結合を改善するため
に、半導体製モノリシック構造体１２は、ビーム拡張／
収縮領域３６と、反射防止層３８とを有する。
ガラス製導波路１４との間の光学結合を改善するため
に、半導体製モノリシック構造体１２は、ビーム拡張／
収縮領域３６と、反射防止層３８とを有する。
【００１７】ビーム拡張／収縮領域３６は、内部半導体
製導波路１６内の基本伝搬モードの直径を拡張したり収
縮したりして外部シリカ−ガラス製導波路１４内の基本
伝搬モードの直径に合わせる。このように直径を合わせ
ることにより内部半導体製導波路１６，外部シリカ−ガ
ラス製導波路１４の光学結合効率を改善し、端面４１に
おける外部シリカ−ガラス製導波路１４と内部半導体製
導波路１６との間の整合性の正確さに対する結合の依存
性を減らす。ビーム拡張／収縮領域３６と、反射防止層
３８は、米国特許出願０９／６０８６３９（出願日２０
００年６月３０日）に開示されている。
製導波路１６内の基本伝搬モードの直径を拡張したり収
縮したりして外部シリカ−ガラス製導波路１４内の基本
伝搬モードの直径に合わせる。このように直径を合わせ
ることにより内部半導体製導波路１６，外部シリカ−ガ
ラス製導波路１４の光学結合効率を改善し、端面４１に
おける外部シリカ−ガラス製導波路１４と内部半導体製
導波路１６との間の整合性の正確さに対する結合の依存
性を減らす。ビーム拡張／収縮領域３６と、反射防止層
３８は、米国特許出願０９／６０８６３９（出願日２０
００年６月３０日）に開示されている。
【００１８】反射防止層３８は、端面４１からの光の反
射を抑制する。端面４１において反射量を減らすことに
より、内部半導体製導波路１６，外部シリカ−ガラス製
導波路１４の間の結合を改善する。端面４１において光
の反射の戻りが無いことにより、内部半導体製導波路１
６が反射器１８と端面４１により閉じられたファブリペ
ロキャビティとして機能することはない。ブラググレー
ティング２０，２２は、温度変動からの光学ファブリペ
ロキャビティ２４，２６の出力波長を安定化させるが、
その理由はレーザーの出力波長はブラググレーティング
２０，２２の特性反射波長に固定されるからである。
射を抑制する。端面４１において反射量を減らすことに
より、内部半導体製導波路１６，外部シリカ−ガラス製
導波路１４の間の結合を改善する。端面４１において光
の反射の戻りが無いことにより、内部半導体製導波路１
６が反射器１８と端面４１により閉じられたファブリペ
ロキャビティとして機能することはない。ブラググレー
ティング２０，２２は、温度変動からの光学ファブリペ
ロキャビティ２４，２６の出力波長を安定化させるが、
その理由はレーザーの出力波長はブラググレーティング
２０，２２の特性反射波長に固定されるからである。
【００１９】外部シリカ−ガラス製導波路１４の一端
は、端面４１に隣接して物理的に固定され、その結果内
部半導体製導波路１６からビーム拡張／収縮領域３６を
介して出力された光は外部シリカ−ガラス製導波路１４
に入る。ビーム拡張／収縮領域３６を用いることによ
り、外部シリカ−ガラス製導波路１４と内部半導体製導
波路１６との間の他の光学結合機器の必要がない。内部
半導体製導波路１６から出た出力は、外部シリカ−ガラ
ス製導波路１４の研磨端部に向けられる。外部シリカ−
ガラス製導波路１４は、端面４１の法線方向に整合する
Ｖ型溝（図示せず）内に配置された光ファイバと、端面
４１の法線方向に配置された平面状導波路とを有する。
本発明の一実施例においては、屈折率適合媒体が外部シ
リカ−ガラス製導波路１４と半導体製モノリシック構造
体１２との間に配置されて、端面４１における反射量を
更に減らしている。
は、端面４１に隣接して物理的に固定され、その結果内
部半導体製導波路１６からビーム拡張／収縮領域３６を
介して出力された光は外部シリカ−ガラス製導波路１４
に入る。ビーム拡張／収縮領域３６を用いることによ
り、外部シリカ−ガラス製導波路１４と内部半導体製導
波路１６との間の他の光学結合機器の必要がない。内部
半導体製導波路１６から出た出力は、外部シリカ−ガラ
ス製導波路１４の研磨端部に向けられる。外部シリカ−
ガラス製導波路１４は、端面４１の法線方向に整合する
Ｖ型溝（図示せず）内に配置された光ファイバと、端面
４１の法線方向に配置された平面状導波路とを有する。
本発明の一実施例においては、屈折率適合媒体が外部シ
リカ−ガラス製導波路１４と半導体製モノリシック構造
体１２との間に配置されて、端面４１における反射量を
更に減らしている。
【００２０】本発明の一実施例においては、２個のブラ
ググレーティング２０，２２は、異なる反射特性を示
す。最大反射特性は０．５と０．９５との間にある。
ググレーティング２０，２２は、異なる反射特性を示
す。最大反射特性は０．５と０．９５との間にある。
【００２１】図３は、図１に示される外部キャビティレ
ーザー１０の金属製接点３２，３４の間に加えられる時
間に依存するポンプ電流のグラフ４２である。図３は、
様々なポンピング電流に対する光学応答を示す。しきい
値以下のポンプ電流４４では外部キャビティレーザー１
０は、自然放射光のみを生成する即ち保持励起放射（su
stained stimulated emission Ｓ．Ｓ．Ｅ．）を有さな
いが、その理由はキャビティ損失はポンピング電流によ
り与えられたパワーを超えてしまっているからである。
高ポンプ電流４６においては、波長λ１でレーザー発振
するが、その理由は伝搬損失レートは、波長λ１におけ
るポンピングパワーよりも小さいからである。最高ポン
プ電流４８においては、外部キャビティレーザー１０
は、波長λ １とλ２の両方でレーザー発振するが、その
理由はポンピングパワーは、両方の波長λ１，λ２に対
し平均伝搬損失レートよりも大きいからである。
ーザー１０の金属製接点３２，３４の間に加えられる時
間に依存するポンプ電流のグラフ４２である。図３は、
様々なポンピング電流に対する光学応答を示す。しきい
値以下のポンプ電流４４では外部キャビティレーザー１
０は、自然放射光のみを生成する即ち保持励起放射（su
stained stimulated emission Ｓ．Ｓ．Ｅ．）を有さな
いが、その理由はキャビティ損失はポンピング電流によ
り与えられたパワーを超えてしまっているからである。
高ポンプ電流４６においては、波長λ１でレーザー発振
するが、その理由は伝搬損失レートは、波長λ１におけ
るポンピングパワーよりも小さいからである。最高ポン
プ電流４８においては、外部キャビティレーザー１０
は、波長λ １とλ２の両方でレーザー発振するが、その
理由はポンピングパワーは、両方の波長λ１，λ２に対
し平均伝搬損失レートよりも大きいからである。
【００２２】外部シリカ−ガラス製導波路１４と内部半
導体製導波路１６内の損失の組み合わせ（結合損失）
が、外部キャビティレーザー１０の出力波長を制御す
る。波長における損失が大きすぎる場合には、レーザー
発振はその波長では起こらない。ある実施例では、図３
のポンピング電流４０と最高ポンプ電流４８に対し、波
長λ１でレーザー発振を停止するために様々な損失手段
を導入している。この様々な損失手段は、内部半導体製
導波路１６または外部シリカ−ガラス製導波路１４に配
置される。例えば波長依存性のビームスプリッターを用
いて外部キャビティレーザー１０が、ポンピング電流４
０：最高ポンプ電流４８でポンピングされたときに波長
λ１での光学フィードバックを取り除いている。その結
果、外部キャビティレーザー１０は、ポンピング電流４
０：最高ポンプ電流４８に対し波長λ ２でのみレーザー
発振する。
導体製導波路１６内の損失の組み合わせ（結合損失）
が、外部キャビティレーザー１０の出力波長を制御す
る。波長における損失が大きすぎる場合には、レーザー
発振はその波長では起こらない。ある実施例では、図３
のポンピング電流４０と最高ポンプ電流４８に対し、波
長λ１でレーザー発振を停止するために様々な損失手段
を導入している。この様々な損失手段は、内部半導体製
導波路１６または外部シリカ−ガラス製導波路１４に配
置される。例えば波長依存性のビームスプリッターを用
いて外部キャビティレーザー１０が、ポンピング電流４
０：最高ポンプ電流４８でポンピングされたときに波長
λ１での光学フィードバックを取り除いている。その結
果、外部キャビティレーザー１０は、ポンピング電流４
０：最高ポンプ電流４８に対し波長λ ２でのみレーザー
発振する。
【００２３】ブラググレーティングの様々な構成により
利点となる特徴を具備した他の外部キャビティレーザー
が生成される。
利点となる特徴を具備した他の外部キャビティレーザー
が生成される。
【００２４】図４は他の外部キャビティレーザー１０’
を示す。外部キャビティレーザー１０'においては、外
部シリカ−ガラス製導波路１４’は、導波路アームＡ−
Ｃと光学サーキュレータ５２とを有する。光学サーキュ
レータ５２は、導波路アームＡからの光を導波路アーム
Ｂに向け、さらに導波路アームＢからの光を導波路アー
ムＣに向け、導波路アームＣからの光を導波路アームＡ
に向ける。導波路アームＡは特性反射波長λＢ１のブラ
ググレーティング２０を有する。導波路アームＢとＣ
は、同じ特性反射波長λＢ２を有するブラググレーティ
ング２０’，２２"を有する。
を示す。外部キャビティレーザー１０'においては、外
部シリカ−ガラス製導波路１４’は、導波路アームＡ−
Ｃと光学サーキュレータ５２とを有する。光学サーキュ
レータ５２は、導波路アームＡからの光を導波路アーム
Ｂに向け、さらに導波路アームＢからの光を導波路アー
ムＣに向け、導波路アームＣからの光を導波路アームＡ
に向ける。導波路アームＡは特性反射波長λＢ１のブラ
ググレーティング２０を有する。導波路アームＢとＣ
は、同じ特性反射波長λＢ２を有するブラググレーティ
ング２０’，２２"を有する。
【００２５】外部キャビティレーザー１０’は、波長λ
１，λ２で同時にレーザー発振することが可能である
が、その理由はブラググレーティング２０は、ブラググ
レーティング２２’，２２"とは異なる特性反射波長を
有するからである。波長λ１でのレーザー発振は、光学
ファブリペロキャビティ２４'内で行われ、その外部部
分は、導波路アームＡの１部と光学ファブリペロキャビ
ティ２４とを含む。同じく波長λ２でのレーザー発振
は、光学ファブリペロキャビティ２６’内で行われ、そ
の外部部分は、導波路アームＡ−Ｃと光学サーキュレー
タ５２と、ブラググレーティング２２’,２２"を含む。
１，λ２で同時にレーザー発振することが可能である
が、その理由はブラググレーティング２０は、ブラググ
レーティング２２’，２２"とは異なる特性反射波長を
有するからである。波長λ１でのレーザー発振は、光学
ファブリペロキャビティ２４'内で行われ、その外部部
分は、導波路アームＡの１部と光学ファブリペロキャビ
ティ２４とを含む。同じく波長λ２でのレーザー発振
は、光学ファブリペロキャビティ２６’内で行われ、そ
の外部部分は、導波路アームＡ−Ｃと光学サーキュレー
タ５２と、ブラググレーティング２２’,２２"を含む。
【００２６】外部キャビティレーザー１０’の内ブラグ
グレーティング２２’は、波長λ２の入射光に対し高い
反射率例えば９５％から９９％を有する。この選択的に
高い反射率によりブラググレーティング２２’は、波長
λ２の大部分の光を光学サーキュレータ５２’に戻し、
かくして出力ポート５４は、波長λ１の光を専ら送信す
る。外部キャビティレーザー１０’が、波長λ１，λ２
の両方でレーザー発振しても、出力ポート５４における
光強度の９５-９９％は波長λ１におけるものである。
グレーティング２２’は、波長λ２の入射光に対し高い
反射率例えば９５％から９９％を有する。この選択的に
高い反射率によりブラググレーティング２２’は、波長
λ２の大部分の光を光学サーキュレータ５２’に戻し、
かくして出力ポート５４は、波長λ１の光を専ら送信す
る。外部キャビティレーザー１０’が、波長λ１，λ２
の両方でレーザー発振しても、出力ポート５４における
光強度の９５-９９％は波長λ１におけるものである。
【００２７】外部キャビティレーザー１０’においてブ
ラググレーティング２２"は、低品質の反射器であり、
例えば波長λ２の入射光に対し５０-８０％を反射す
る。この低反射特性のために出力ポート５６は、外部キ
ャビティレーザー１０’が波長λ１，λ２の両方でレー
ザー発振するときには、波長λ２の光を大きな強度でも
って送信する。出力ポート５６は、波長λ１の光を大量
には送信しないが、その理由は導波路アームＣは、導波
路アームＢからの光学サーキュレータ５２に入射される
光のみを送信するからである。波長λ１のわずかな光が
ブラググレーティング２２’により導波路アームＢを介
して光学サーキュレータ５２に反射して戻される。
ラググレーティング２２"は、低品質の反射器であり、
例えば波長λ２の入射光に対し５０-８０％を反射す
る。この低反射特性のために出力ポート５６は、外部キ
ャビティレーザー１０’が波長λ１，λ２の両方でレー
ザー発振するときには、波長λ２の光を大きな強度でも
って送信する。出力ポート５６は、波長λ１の光を大量
には送信しないが、その理由は導波路アームＣは、導波
路アームＢからの光学サーキュレータ５２に入射される
光のみを送信するからである。波長λ１のわずかな光が
ブラググレーティング２２’により導波路アームＢを介
して光学サーキュレータ５２に反射して戻される。
【００２８】光学サーキュレータ５２により外部キャビ
ティレーザー１０’は、２つの波長λ１，λ２で同時に
レーザー発振でも出力ポート５４，５６にほぼ単一色の
出力光（λ１，またはλ２）を生成する。
ティレーザー１０’は、２つの波長λ１，λ２で同時に
レーザー発振でも出力ポート５４，５６にほぼ単一色の
出力光（λ１，またはλ２）を生成する。
【００２９】図５は別の外部キャビティレーザー１０"
を示す。外部キャビティレーザー１０"において、外部
シリカ−ガラス製導波路１４"は導波路アームＡ’−
Ｃ’と、Ｙ型カプラ６２とを含み、このＹ型カプラ６２
が、導波路アームＡ’からの光を導波路アームＢ’，
Ｃ’に向ける。導波路アームＢ’，Ｃ’は、ブラググレ
ーティング２０"，２２"とを含み、それらはそれぞれ波
長λ１，λ２の光を反射する。ブラググレーティング２
０"，２２"は、高品質の反射器でそれぞれのピークのλ
１，λ２の入射光の９５-９９％を反射する。ブラググ
レーティング２０"，２２"の高反射率に起因して、出力
ポート６４，６６’は、それぞれ波長λ２，λ １の光を
専ら送信する。外部キャビティレーザー１０"が波長λ
１，λ２の両方でレーザー発振しているときでも、例え
ば出力ポート６４，６６の強度の９５％以上が、１つの
波長のみである。
を示す。外部キャビティレーザー１０"において、外部
シリカ−ガラス製導波路１４"は導波路アームＡ’−
Ｃ’と、Ｙ型カプラ６２とを含み、このＹ型カプラ６２
が、導波路アームＡ’からの光を導波路アームＢ’，
Ｃ’に向ける。導波路アームＢ’，Ｃ’は、ブラググレ
ーティング２０"，２２"とを含み、それらはそれぞれ波
長λ１，λ２の光を反射する。ブラググレーティング２
０"，２２"は、高品質の反射器でそれぞれのピークのλ
１，λ２の入射光の９５-９９％を反射する。ブラググ
レーティング２０"，２２"の高反射率に起因して、出力
ポート６４，６６’は、それぞれ波長λ２，λ １の光を
専ら送信する。外部キャビティレーザー１０"が波長λ
１，λ２の両方でレーザー発振しているときでも、例え
ば出力ポート６４，６６の強度の９５％以上が、１つの
波長のみである。
【００３０】Ｙ型カプラ６２の製造方法は公知である。
この製造方法は、２本の光ファイバのセグメントのクラ
ッド層を部分的に除去するステップと、この除去された
セグメントを互いに隣接し平行に配置するステップとを
含む。この製造方法により４個の結合された、導波路ア
ームＡ’−Ｄ’を有するデバイスが製造される。導波路
アームＤ’は外部キャビティレーザー１０"のレーザー
発振する光学強度をモニターするアームとして機能す
る。
この製造方法は、２本の光ファイバのセグメントのクラ
ッド層を部分的に除去するステップと、この除去された
セグメントを互いに隣接し平行に配置するステップとを
含む。この製造方法により４個の結合された、導波路ア
ームＡ’−Ｄ’を有するデバイスが製造される。導波路
アームＤ’は外部キャビティレーザー１０"のレーザー
発振する光学強度をモニターするアームとして機能す
る。
【００３１】代表的な外部キャビティレーザーは、３個
以上の波長で同時にレーザー発振することが可能であ
る。
以上の波長で同時にレーザー発振することが可能であ
る。
【００３２】図６は適宜のポンプ電流に応答して波長λ
１，λ２，λ３でレーザー発振することのできる外部キ
ャビティレーザー１０''''示す。この外部キャビティレ
ーザー１０''''においては、外部シリカ−ガラス製導波
路１４'''は、特性反射波長が異なる３個のブラググレ
ーティング２０''',２２''',２３'''を有する。かくし
てブラググレーティング２０''',２２''',２３''が異な
るλ１，λ２，λ３で励起放射を維持する外部レーザー
キャビティ７７，７８，７９を構成する。
１，λ２，λ３でレーザー発振することのできる外部キ
ャビティレーザー１０''''示す。この外部キャビティレ
ーザー１０''''においては、外部シリカ−ガラス製導波
路１４'''は、特性反射波長が異なる３個のブラググレ
ーティング２０''',２２''',２３'''を有する。かくし
てブラググレーティング２０''',２２''',２３''が異な
るλ１，λ２，λ３で励起放射を維持する外部レーザー
キャビティ７７，７８，７９を構成する。
【００３３】様々な実施例に開示したように、図１，４
−６の外部キャビティレーザー１０，１０’，１０"，
１０''''を、波長分割多重化（ＷＤＭ）光学ネットワー
クの送信器内の光ソースとして用いている。外部キャビ
ティレーザー１０，１０’，１０"，１０''''は、１個
のポンピングされたゲイン媒体に基づいてＷＤＭネット
ワークの複数の波長チャネルの出力光を生成する。かく
してこれらの外部キャビティレーザー１０，１０’，１
０"，１０''''を用いることにより、送信器の設計が単
純化されＷＤＭネットワークの送信器コストが低下する
ことになる。
−６の外部キャビティレーザー１０，１０’，１０"，
１０''''を、波長分割多重化（ＷＤＭ）光学ネットワー
クの送信器内の光ソースとして用いている。外部キャビ
ティレーザー１０，１０’，１０"，１０''''は、１個
のポンピングされたゲイン媒体に基づいてＷＤＭネット
ワークの複数の波長チャネルの出力光を生成する。かく
してこれらの外部キャビティレーザー１０，１０’，１
０"，１０''''を用いることにより、送信器の設計が単
純化されＷＤＭネットワークの送信器コストが低下する
ことになる。
【００３４】図７はＷＤＭネットワーク用の送信器８０
を示す。送信器８０は、図４の外部キャビティレーザー
１０’が適正にポンピングされたときに、波長λ１，λ
２で同時にレーザー発振することのできる外部キャビテ
ィレーザー８２を有する。外部キャビティレーザー８２
は、出力ポート８４，８６にそれぞれ波長λ１，λ２の
出力光を生成する。光ファイバが出力ポート８４，８６
を、例えば電気的に制御された減衰器である光学強度変
調器８８、９０の入力ポートに接続する。光ファイバ
は、光学強度変調器８８，９０の出力ポートを２×１フ
ァイバコンバイナ９２に結合し、この２×１ファイバコ
ンバイナ９２は、送信器８０をＷＤＭネットワークの送
信用ファイバ９４に接続する。
を示す。送信器８０は、図４の外部キャビティレーザー
１０’が適正にポンピングされたときに、波長λ１，λ
２で同時にレーザー発振することのできる外部キャビテ
ィレーザー８２を有する。外部キャビティレーザー８２
は、出力ポート８４，８６にそれぞれ波長λ１，λ２の
出力光を生成する。光ファイバが出力ポート８４，８６
を、例えば電気的に制御された減衰器である光学強度変
調器８８、９０の入力ポートに接続する。光ファイバ
は、光学強度変調器８８，９０の出力ポートを２×１フ
ァイバコンバイナ９２に結合し、この２×１ファイバコ
ンバイナ９２は、送信器８０をＷＤＭネットワークの送
信用ファイバ９４に接続する。
【００３５】波長λ１，λ２は、ＷＤＭネットワークの
２個の波長チャネルに対応する。かくして光学強度変調
器８８，９０は、独自に制御されその結果、送信器８０
は、ＷＤＭシステムの２個の波長チャネル上でデータを
同時に送信する。
２個の波長チャネルに対応する。かくして光学強度変調
器８８，９０は、独自に制御されその結果、送信器８０
は、ＷＤＭシステムの２個の波長チャネル上でデータを
同時に送信する。
【００３６】ＷＤＭ送信器のある実施例では、上記した
外部キャビティレーザーからの出力光学信号を、レーザ
ーの共有ゲイン媒体中にポンピング電流を変調すること
により生成する。
外部キャビティレーザーからの出力光学信号を、レーザ
ーの共有ゲイン媒体中にポンピング電流を変調すること
により生成する。
【００３７】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参
照番号は発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を
制限するよう解釈されるべきではない。
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参
照番号は発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を
制限するよう解釈されるべきではない。
【図１】 光学ゲイン媒体を共有する２個のレーザーキ
ャビティを有する本発明の外部キャビティレーザーを表
す図。
ャビティを有する本発明の外部キャビティレーザーを表
す図。
【図２】 （Ａ） 一般的なブラググレーティングのス
ペクトラム反射特性を表すグラフ。（Ｂ） 図１に示し
たタイプの外部キャビティレーザーで用いられる２個の
ブラググレーティングの反射特性を表すグラフ。
ペクトラム反射特性を表すグラフ。（Ｂ） 図１に示し
たタイプの外部キャビティレーザーで用いられる２個の
ブラググレーティングの反射特性を表すグラフ。
【図３】 レーザーのゲイン媒体のポンプ電流と、それ
に関連するレーザー発振波長と時間との関係を表すグラ
フ。
に関連するレーザー発振波長と時間との関係を表すグラ
フ。
【図４】 ２個のレーザーキャビティが１個の光学ゲイ
ン媒体を共有出来るようにするために光学サーキュレー
タを用いた他の外部キャビティレーザーを表す図。
ン媒体を共有出来るようにするために光学サーキュレー
タを用いた他の外部キャビティレーザーを表す図。
【図５】 ２個のレーザーキャビティが１個の光学ゲイ
ン媒体を共有出来るようにするためにＹ型カプラを用い
た他の外部キャビティレーザーを表す図。
ン媒体を共有出来るようにするためにＹ型カプラを用い
た他の外部キャビティレーザーを表す図。
【図６】 ３個以上のレーザーキャビティが共通のゲイ
ン媒体を共有する他の外部レーザーキャビティを表す
図。
ン媒体を共有する他の外部レーザーキャビティを表す
図。
【図７】 図１，４，５，６のいずれかのレーザーに基
づいたＷＤＭシステム用の多色（多波長）光学送信器を
表す図。
づいたＷＤＭシステム用の多色（多波長）光学送信器を
表す図。
１０ 外部キャビティレーザー
１２ 半導体製モノリシック構造体
１４ 外部シリカ−ガラス製導波路
１６ 内部半導体製導波路
１８ 反射器
２０，２２ ブラググレーティング
２４，２６ 光学ファブリペロキャビティ
３０ コア
３１ ガイド層
３２，３４ 金属製接点
３６ ビーム拡張／収縮領域
３８ 反射防止層
４０ ポンピング電流
２８ 光学出力点
４１ 端面
４４ しきい値以下のポンプ電流
４６ 高ポンプ電流
４８ 最高ポンプ電流
５２ 光学サーキュレータ
５４，５６ 出力ポート
６４，６６ 出力ポート
６２ Ｙ型カプラ
７７，７８，７９ 外部キャビティレーザー
８０ 送信器
８２ 外部キャビティレーザー
８４，８６ 出力ポート
８８，９０ 光学強度変調器
９２ ２×１ファイバコンバイナ
９４ 送信用ファイバ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(71)出願人 596077259
600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ,
Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ
ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ.
(72)発明者 ウィリアム ラリー ウィルソン
アメリカ合衆国、08876 ニュージャージ
ー州、サバービル、ウェスト クリフ ス
トリート 130
(72)発明者 チン ザング
アメリカ合衆国、95124 カリフォルニア
州、サンノゼ、ウィンダム ドライブ
1659
Ｆターム(参考） 5F073 AA65 AA67 AA83 AB06 AB28
BA02 EA03
5K102 AA11 AA51 AD01 AH26 MA01
MB02 PA01 PA16 PB05 PB15
PC03 PH41 PH46 PH47
Claims (10)
- 【請求項１】 共有光学ゲイン媒体を共有し、異なる波
長でレーザー発振するよう構成された第１と第２のレー
ザーキャビティ（２４，２６）を有することを特徴とす
る半導体レーザー。 - 【請求項２】 前記第１レーザーキャビティ（２４）
は、第１グレーティング（２０）を有し、 前記第２レーザーキャビティ（２６）は、第２グレーテ
ィング（２２）を有し、 前記第１と第２のグレーティングは、異なる特性反射波
を有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ
ー。 - 【請求項３】 前記第１のレーザーキャビティは、第１
シリカガラス製導波路と、ゲイン媒体を有する半導体導
波路とを含み、 前記第２のレーザーキャビティは、第２シリカガラス製
導波路と、ゲイン媒体を有する半導体導波路とを含むこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体レーザー。 - 【請求項４】 励起放射により光を生成する光学キャビ
ティを有し、 前記光学キャビティは、内部半導体製導波路（１６）
と、外部シリカ製導波路（１４）とを有し、 前記導波路は、互いに線形に結合され、 前記外部シリカガラス製導波路（１４）は、第１と第２
の波長をそれぞれ反射するカスケード接続された第１と
第２の波長選択性反射器（２０，２２）に結合されるこ
とを特徴とする半導体レーザー。 - 【請求項５】 前記第１と第２の反射器は、それぞれ第
１と第２の周期を有するブラググレーティングであるこ
とを特徴とする請求項４記載の半導体レーザー。 - 【請求項６】 前記シリカガラス製部分は、光ファイバ
を含むことを特徴とする請求項４記載の半導体レーザ
ー。 - 【請求項７】 前記シリカガラス製部分は、光学サーキ
ュレータ（５２）と光学Ｙ型カプラ（６２）とのいずれ
か一方を含むことを特徴とする請求項５記載の半導体レ
ーザー。 - 【請求項８】 第１と第２のレーザーキャビティを有す
るレーザー（８２）と、 前記レーザー（８２）に結合され、第１と第２の波長で
レーザーの出力強度を変調することの出来る変調器（８
８，９０）と を有し、 前記第１と第２のレーザーキャビティ（８２）は、単一
の光学ゲイン媒体を共有し、少なくとも第１と第２の波
長でレーザー発振するよう構成さることを特徴とする光
学送信器。 - 【請求項９】 前記レーザーキャビティは、第１と第２
のグレーティングを含み、 前記第１と第２のグレーティングは、異なる特性反射波
長を有することを特徴とする請求項８記載の光学送信
器。 - 【請求項１０】 光学ゲイン媒体を含む半導体製光学導
波路をさらに有し、 前記第１キャビティは、第１シリカガラス製導波路と半
導体製導波路とを含むことを特徴とする請求項９記載の
光学送信器。
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