JP2003188455A - 単一波長レーザモジュール - Google Patents
単一波長レーザモジュールInfo
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
- G02B6/305—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device and having an integrated mode-size expanding section, e.g. tapered waveguide
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
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- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 アイソレータ不要で十分な光出力が得られ、
簡易な構成で容易に実装可能な、差周波光を利用した単
一波長レーザモジュールを提供する。 【解決手段】 第１の波長の光を発振する第１レーザ素
子３１と、第１レーザ素子と並列に配置され第２の波長
の光を発振する第２レーザ素子３２と、両レーザ素子の
出力端に隣接配置された光導波路素子２１と、光導波路
素子の出力端に隣接配置された出力用の光ファイバー４
１とを備える。光導波路素子は、第１および第２レーザ
素子と光学的に直接結合し第１および第２の波長の光を
１本の導波路に合波する機能を有する合波導波路領域２
６と、第１および第２の波長の差周波の光を発生する導
波路を含む光波長変換領域２４とを有し、合波導波領域
と光波長変換領域が光導波路で光学的に結合されてい
る。光ファイバーは、光導波路素子の光導波路と光学的
に直接結合する。
簡易な構成で容易に実装可能な、差周波光を利用した単
一波長レーザモジュールを提供する。 【解決手段】 第１の波長の光を発振する第１レーザ素
子３１と、第１レーザ素子と並列に配置され第２の波長
の光を発振する第２レーザ素子３２と、両レーザ素子の
出力端に隣接配置された光導波路素子２１と、光導波路
素子の出力端に隣接配置された出力用の光ファイバー４
１とを備える。光導波路素子は、第１および第２レーザ
素子と光学的に直接結合し第１および第２の波長の光を
１本の導波路に合波する機能を有する合波導波路領域２
６と、第１および第２の波長の差周波の光を発生する導
波路を含む光波長変換領域２４とを有し、合波導波領域
と光波長変換領域が光導波路で光学的に結合されてい
る。光ファイバーは、光導波路素子の光導波路と光学的
に直接結合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重や時分割
多重を利用した光通信システムにおける広帯域光変調用
光源、具体的には、異なる２つの波長のレーザを合波し
非線形光学媒質中で生じる差周波発生効果を用いて元の
レーザ光より長波長の光を発生するレーザモジュールに
関する。
多重を利用した光通信システムにおける広帯域光変調用
光源、具体的には、異なる２つの波長のレーザを合波し
非線形光学媒質中で生じる差周波発生効果を用いて元の
レーザ光より長波長の光を発生するレーザモジュールに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、単一波長レーザとしては、分布帰
還型半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザ）、分布反射型レ
ーザ（以下ＤＢＲレーザ）がパッケージ内に実装された
レーザモジュールが用いられている。通常ＤＦＢレーザ
およびＤＢＲレーザは、伝送路等の反射もどり光により
雑音が大きく増大する。このため通常パッケージ内の光
軸内に光アイソレータを挿入して、もどり光が半導体レ
ーザに達するのを抑制している。しかしながら、このア
イソレータが高価であり、単一波長レーザが高価である
ことの最大の要因となっている。
還型半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザ）、分布反射型レ
ーザ（以下ＤＢＲレーザ）がパッケージ内に実装された
レーザモジュールが用いられている。通常ＤＦＢレーザ
およびＤＢＲレーザは、伝送路等の反射もどり光により
雑音が大きく増大する。このため通常パッケージ内の光
軸内に光アイソレータを挿入して、もどり光が半導体レ
ーザに達するのを抑制している。しかしながら、このア
イソレータが高価であり、単一波長レーザが高価である
ことの最大の要因となっている。
【０００３】ところで、二次非線形光学効果を有する媒
質中に二つの異なる波長の光が入射すれば、高調波、和
周波のみならず差周波光が発生し、位相が整合すること
により、より大きい非線形光が発生する効果があり、こ
の効果を利用した波長変換装置が知られている。図４
は、この種の波長変換装置を示すものであり、情報を持
った信号光の波長を制御光によって別の波長へと変換す
る。以下、簡単化のため、差周波発生効果を主に利用し
た波長変換装置の場合について説明する。
質中に二つの異なる波長の光が入射すれば、高調波、和
周波のみならず差周波光が発生し、位相が整合すること
により、より大きい非線形光が発生する効果があり、こ
の効果を利用した波長変換装置が知られている。図４
は、この種の波長変換装置を示すものであり、情報を持
った信号光の波長を制御光によって別の波長へと変換す
る。以下、簡単化のため、差周波発生効果を主に利用し
た波長変換装置の場合について説明する。
【０００４】図４の波長変換装置は主に、波長λ１の入
射光Ａと波長λ２の入射光Ｂを合波する合波器６３と、
非線形光学材料６１で構成され位相整合のための分極反
転構造を有する光導波路６２と、差周波光Ｃを分波する
分波器６４とによって構成される。波長λ１の入射光Ａ
と波長λ２の入射光Ｂが合波器６３で合波され、非線形
の導波路６２に入射する。これにより、光導波路６２中
では、非線型光学効果により別の波長［λ３＝１．２４
／（１．２４／λ１−１．２４／λ２）］を持つ差周波
光Ｃが発生し、導波路６２から入射光とともに出射され
る。差周波光Ｃ以外の光は分波器６４でカットされる。
射光Ａと波長λ２の入射光Ｂを合波する合波器６３と、
非線形光学材料６１で構成され位相整合のための分極反
転構造を有する光導波路６２と、差周波光Ｃを分波する
分波器６４とによって構成される。波長λ１の入射光Ａ
と波長λ２の入射光Ｂが合波器６３で合波され、非線形
の導波路６２に入射する。これにより、光導波路６２中
では、非線型光学効果により別の波長［λ３＝１．２４
／（１．２４／λ１−１．２４／λ２）］を持つ差周波
光Ｃが発生し、導波路６２から入射光とともに出射され
る。差周波光Ｃ以外の光は分波器６４でカットされる。
【０００５】例えば、入射光Ａの波長λ１を０．７６μ
ｍとし、入射光Ｂの波長λ２を１．４９μｍとした場
合、信号光として波長λ３＝１．５５μｍの差周波光Ｃ
を発生することができる。
ｍとし、入射光Ｂの波長λ２を１．４９μｍとした場
合、信号光として波長λ３＝１．５５μｍの差周波光Ｃ
を発生することができる。
【０００６】このような非線型光学効果による波長変換
素子としては、ＬｉＴａ（１−ｘ）ＮｂｘＯ3（０≦ｘ
≦１）基板上に形成した、ストライプ状の周期的分極反
転層と、光導波路とを備えた光波長変換素子が、最も高
い効率で波長変換することができる。変換効率は、入射
光パワーの二乗に比例して向上する。例えば導波路に波
長０．７６μｍの入射光Ａが１０ｍＷ、波長１．４８μ
ｍの入射光Ｂが１０ｍＷ導入された場合、波長１．５５
μｍの差周波光Ｃは０．４ｍＷである。これに対して、
波長０．７６μｍの入射光Ａが５０ｍＷ、波長１．４８
μｍの入射光Ｂが５０ｍＷ導入された場合は、波長１．
５５μｍの差周波光Ｃは１０ｍＷと大きく増大する。
素子としては、ＬｉＴａ（１−ｘ）ＮｂｘＯ3（０≦ｘ
≦１）基板上に形成した、ストライプ状の周期的分極反
転層と、光導波路とを備えた光波長変換素子が、最も高
い効率で波長変換することができる。変換効率は、入射
光パワーの二乗に比例して向上する。例えば導波路に波
長０．７６μｍの入射光Ａが１０ｍＷ、波長１．４８μ
ｍの入射光Ｂが１０ｍＷ導入された場合、波長１．５５
μｍの差周波光Ｃは０．４ｍＷである。これに対して、
波長０．７６μｍの入射光Ａが５０ｍＷ、波長１．４８
μｍの入射光Ｂが５０ｍＷ導入された場合は、波長１．
５５μｍの差周波光Ｃは１０ｍＷと大きく増大する。
【０００７】このような差周波光は、伝送路の反射点か
らもどり光として導波路に入射されても、元の波長に変
換されずレーザ（以下ＬＤと記す場合がある）の雑音を
増大することはないので、このモジュールでは光のアイ
ソレータは必要としない。
らもどり光として導波路に入射されても、元の波長に変
換されずレーザ（以下ＬＤと記す場合がある）の雑音を
増大することはないので、このモジュールでは光のアイ
ソレータは必要としない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図４のよ
うな構成で半導体レーザ光を効率良く光導波路６２に導
入するには、レンズを用いて長時間調芯する必要があ
り、光学部品が増大するばかりでなく、量産が難しくな
り、アイソレータが削減されても、コストは低減されな
い。
うな構成で半導体レーザ光を効率良く光導波路６２に導
入するには、レンズを用いて長時間調芯する必要があ
り、光学部品が増大するばかりでなく、量産が難しくな
り、アイソレータが削減されても、コストは低減されな
い。
【０００９】またこのような構成でレーザモジュールを
構成した場合は、光源となるレーザをコリメートレンズ
で平行光にした後、合波器６３で波長多重し、集光レン
ズで光導波路６２に入射することになるが、構成が非常
に複雑になるばかりでなく、集光レンズの波長収差に起
因して、二つの波長の平均の結合効率は５０％以下しか
得られていない。従ってレーザの出力が１５０ｍＷ得ら
れたとしても、各波長の光は７５ｍＷ以下しか導波路に
入射されないので、差周波光は２２．５ｍＷまでしか得
られなかった。本発明は、上述したような従来の問題を
解決すべく、アイソレータが不要で、十分な光出力が得
られ、かつ簡易な光学系構成で容易に実装可能な、差周
波光を利用した単一波長レーザモジュールを提供するこ
とを目的とする。
構成した場合は、光源となるレーザをコリメートレンズ
で平行光にした後、合波器６３で波長多重し、集光レン
ズで光導波路６２に入射することになるが、構成が非常
に複雑になるばかりでなく、集光レンズの波長収差に起
因して、二つの波長の平均の結合効率は５０％以下しか
得られていない。従ってレーザの出力が１５０ｍＷ得ら
れたとしても、各波長の光は７５ｍＷ以下しか導波路に
入射されないので、差周波光は２２．５ｍＷまでしか得
られなかった。本発明は、上述したような従来の問題を
解決すべく、アイソレータが不要で、十分な光出力が得
られ、かつ簡易な光学系構成で容易に実装可能な、差周
波光を利用した単一波長レーザモジュールを提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の単一波長レーザ
モジュールは、第１の波長のレーザ光を発振する第１レ
ーザ素子と、前記第１レーザ素子と並列に配置され第２
の波長のレーザ光を発振する第２レーザ素子と、前記第
１および第２レーザ素子の出力端に隣接して配置された
光導波路素子と、前記光導波路素子の出力端に隣接して
配置された出力用の光ファイバーとを備える。前記光導
波路素子は、前記第１および第２レーザ素子と光学的に
直接結合し前記第１および第２の波長の光を１本の導波
路に合波する機能を有する合波導波路領域と、前記第１
の波長と第２の波長の差周波の光を発生する導波路を含
む光波長変換領域とを有し、前記合波導波領域と前記光
波長変換領域が光導波路で光学的に結合されている。前
記光ファイバーは、前記光導波路素子の前記光導波路と
光学的に直接結合するように構成されている。
モジュールは、第１の波長のレーザ光を発振する第１レ
ーザ素子と、前記第１レーザ素子と並列に配置され第２
の波長のレーザ光を発振する第２レーザ素子と、前記第
１および第２レーザ素子の出力端に隣接して配置された
光導波路素子と、前記光導波路素子の出力端に隣接して
配置された出力用の光ファイバーとを備える。前記光導
波路素子は、前記第１および第２レーザ素子と光学的に
直接結合し前記第１および第２の波長の光を１本の導波
路に合波する機能を有する合波導波路領域と、前記第１
の波長と第２の波長の差周波の光を発生する導波路を含
む光波長変換領域とを有し、前記合波導波領域と前記光
波長変換領域が光導波路で光学的に結合されている。前
記光ファイバーは、前記光導波路素子の前記光導波路と
光学的に直接結合するように構成されている。
【００１１】この構成によれば、ファイバーの前に光導
波路素子を実装すること、および光導波路素子の入力導
波路前に２つの単一波長ＬＤを実装するだけという簡単
な構成・工程で、非線形導波路内に高効率でレーザ光を
導入、合波でき、発生した差周波光を容易に光ファイバ
ーに導入できる。この構成において好ましくは、前記レ
ーザ素子と前記導波路間、もしくは前記導波路と前記光
ファイバー間の各結合部において、ビームスポット形状
が近づくようにモードサイズを変換する機能を前記光導
波路素子内に有する。それにより、さらに高い効率で結
合および波長変換をおこなうことができる。
波路素子を実装すること、および光導波路素子の入力導
波路前に２つの単一波長ＬＤを実装するだけという簡単
な構成・工程で、非線形導波路内に高効率でレーザ光を
導入、合波でき、発生した差周波光を容易に光ファイバ
ーに導入できる。この構成において好ましくは、前記レ
ーザ素子と前記導波路間、もしくは前記導波路と前記光
ファイバー間の各結合部において、ビームスポット形状
が近づくようにモードサイズを変換する機能を前記光導
波路素子内に有する。それにより、さらに高い効率で結
合および波長変換をおこなうことができる。
【００１２】本発明の他の構成の単一波長レーザモジュ
ールは、第１の波長のレーザ光を発振する第１の活性ス
トライプおよび第２の波長のレーザ光を発振する第２の
活性ストライプが所定の間隔で並列に形成された２波長
レーザアレー素子と、前記２波長レーザアレー素子の出
力端に隣接して配置された光導波路素子と、前記光導波
路素子の出力端に隣接して配置された出力用の光ファイ
バーとを備える。前記光導波路素子は、前記２波長レー
ザアレー素子の各活性ストライプと光学的に直接結合す
る一対の入力導波路ポートと、前記第１および第２の波
長の光を１本の導波路に合波する機能を有する合波導波
路領域と、前記第１の波長と第２の波長の差周波の光を
発生する導波路を含む光波長変換領域とを有し、前記合
波導波領域と前記光波長変換領域が光導波路で光学的に
結合されている。前記光ファイバーは、前記光導波路素
子の前記光導波路と光学的に直接結合するように構成さ
れている。
ールは、第１の波長のレーザ光を発振する第１の活性ス
トライプおよび第２の波長のレーザ光を発振する第２の
活性ストライプが所定の間隔で並列に形成された２波長
レーザアレー素子と、前記２波長レーザアレー素子の出
力端に隣接して配置された光導波路素子と、前記光導波
路素子の出力端に隣接して配置された出力用の光ファイ
バーとを備える。前記光導波路素子は、前記２波長レー
ザアレー素子の各活性ストライプと光学的に直接結合す
る一対の入力導波路ポートと、前記第１および第２の波
長の光を１本の導波路に合波する機能を有する合波導波
路領域と、前記第１の波長と第２の波長の差周波の光を
発生する導波路を含む光波長変換領域とを有し、前記合
波導波領域と前記光波長変換領域が光導波路で光学的に
結合されている。前記光ファイバーは、前記光導波路素
子の前記光導波路と光学的に直接結合するように構成さ
れている。
【００１３】この構成によれば、導波路への２つのＬＤ
の実装が一回で済むため、モジュールの実装工程がさら
に簡単になる。
の実装が一回で済むため、モジュールの実装工程がさら
に簡単になる。
【００１４】この構成において、好ましくは、前記２波
長レーザアレー素子の基板がＧａＡｓであり、第１の活
性ストライプがＧａＩｎＮＡｓを含む層で構成され、第
２の活性ストライプがＡｌＧａＩｎＰを含む層で構成さ
れる。それにより、単体レーザの特性を落とすことな
く、アレーレーザを構成することができる。
長レーザアレー素子の基板がＧａＡｓであり、第１の活
性ストライプがＧａＩｎＮＡｓを含む層で構成され、第
２の活性ストライプがＡｌＧａＩｎＰを含む層で構成さ
れる。それにより、単体レーザの特性を落とすことな
く、アレーレーザを構成することができる。
【００１５】本発明の更に他の構成の単一波長レーザモ
ジュールは、第１の波長のレーザ光を発振する第１の活
性ストライプおよび第２の波長のレーザ光を発振する第
２の活性ストライプが直列に形成されたタンデム型２波
長レーザ素子と、前記タンデム型２波長レーザ素子のス
トライプと光学的に直接結合し、前記第１の波長と第２
の波長の差周波の光を発生する光導波路を有する光波長
変換素子と、前記光導波路と光学的に直接結合する出力
用の光ファイバーとを備える。
ジュールは、第１の波長のレーザ光を発振する第１の活
性ストライプおよび第２の波長のレーザ光を発振する第
２の活性ストライプが直列に形成されたタンデム型２波
長レーザ素子と、前記タンデム型２波長レーザ素子のス
トライプと光学的に直接結合し、前記第１の波長と第２
の波長の差周波の光を発生する光導波路を有する光波長
変換素子と、前記光導波路と光学的に直接結合する出力
用の光ファイバーとを備える。
【００１６】この構成によれば、合波器を削減できるた
め、モジュール内の光学部品をさらに小型でき、簡易化
することができる。
め、モジュール内の光学部品をさらに小型でき、簡易化
することができる。
【００１７】この構成において、好ましくは、前記タン
デム型２波長レーザ素子の基板がＧａＡｓであり、第１
の活性ストライプがＧａＩｎＮＡｓを含む層で構成さ
れ、第２の活性ストライプがＡｌＧａＩｎＰを含む層で
構成される。それにより、特性を落とすことなく上記構
成を実現できる。
デム型２波長レーザ素子の基板がＧａＡｓであり、第１
の活性ストライプがＧａＩｎＮＡｓを含む層で構成さ
れ、第２の活性ストライプがＡｌＧａＩｎＰを含む層で
構成される。それにより、特性を落とすことなく上記構
成を実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、実施の
形態１における単一波長レーザモジュールを示し、図１
（Ａ）はモジュール内の平面配置、図１（Ｂ）は、側面
から見た断面構造を示す。この実施の形態は、請求項１
および２に記載の発明に対応する。
形態１における単一波長レーザモジュールを示し、図１
（Ａ）はモジュール内の平面配置、図１（Ｂ）は、側面
から見た断面構造を示す。この実施の形態は、請求項１
および２に記載の発明に対応する。
【００１９】図１（Ｂ）に示すように、半絶縁性のＳｉ
基板１に、アップサイドダウンで設置されたＤＢＲ−Ｌ
Ｄ３１、３２の各チップと、ＬｉＮｂＯ3基板２１に形
成された光導波路素子が搭載されている。図の右に位置
する出力側にはＶ溝が形成されており、シングルモード
ファイバー４１が埋め込まれている。シングルモードフ
ァイバー４１はコア４１Ａとクラッド４１Ｂからなり、
コア径が１０μｍである。またシングルモードファイバ
ー４１には斜めのスリット（図では垂直に図示）が形成
され、差周波光のみ透過する短波長カットフィルター４
２が配置されている。半絶縁性のＳｉ基板１は、温度制
御素子２上に設置されている。
基板１に、アップサイドダウンで設置されたＤＢＲ−Ｌ
Ｄ３１、３２の各チップと、ＬｉＮｂＯ3基板２１に形
成された光導波路素子が搭載されている。図の右に位置
する出力側にはＶ溝が形成されており、シングルモード
ファイバー４１が埋め込まれている。シングルモードフ
ァイバー４１はコア４１Ａとクラッド４１Ｂからなり、
コア径が１０μｍである。またシングルモードファイバ
ー４１には斜めのスリット（図では垂直に図示）が形成
され、差周波光のみ透過する短波長カットフィルター４
２が配置されている。半絶縁性のＳｉ基板１は、温度制
御素子２上に設置されている。
【００２０】ＤＢＲ−ＬＤ３１は、波長０．７６μｍの
ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系単一波長レーザであり、ＤＢ
Ｒ−ＬＤ３２は、波長１．４９μｍのＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系ＤＢＲレーザである。各ＤＢＲ−ＬＤにおいて
は、発振波長に応じた活性層３３と、発光波長に対して
透明な導波層３５、および導波層３５の近傍に部分的に
位置し発振波長を決定するピッチを有する回折格子３４
を有する。レーザチップの上面にはｎ型電極３６が、底
面には回折格子３４下に波長調整用ｐ型電極３９、活性
層３３下には注入用ｐ型電極３７、両電極の間には単一
波長を維持するための位相整合用ｐ型電極３８が、各々
形成されている。それにより、単一波長発振を維持しな
がら、１０ｎｍ程度の波長変化が可能である。ここで、
ＤＢＲレーザに代えて、ＤＦＢレーザを用いてもよい。
また電極の極性が逆であってもよい。
ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系単一波長レーザであり、ＤＢ
Ｒ−ＬＤ３２は、波長１．４９μｍのＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系ＤＢＲレーザである。各ＤＢＲ−ＬＤにおいて
は、発振波長に応じた活性層３３と、発光波長に対して
透明な導波層３５、および導波層３５の近傍に部分的に
位置し発振波長を決定するピッチを有する回折格子３４
を有する。レーザチップの上面にはｎ型電極３６が、底
面には回折格子３４下に波長調整用ｐ型電極３９、活性
層３３下には注入用ｐ型電極３７、両電極の間には単一
波長を維持するための位相整合用ｐ型電極３８が、各々
形成されている。それにより、単一波長発振を維持しな
がら、１０ｎｍ程度の波長変化が可能である。ここで、
ＤＢＲレーザに代えて、ＤＦＢレーザを用いてもよい。
また電極の極性が逆であってもよい。
【００２１】光導波路素子は、ＬｉＮｂＯ3基板２１上
にプロトン交換による導波路２２が形成された構成を有
し、ＤＢＲ−ＬＤ３１およびシングルモードファイバー
４１と、レンズを用いることなく直接結合されている。
ＬｉＮｂＯ3基板２１は、入射端と曲がり導波路で構成
される入力領域２４と、方向性結合器で構成された合波
領域２５と、差周波が発生するための位相整合に必要な
分極反転領域からなる差周波発生領域２６、およびファ
イバーと高効率結合に必要なモードサイズ変換をおこな
う出力領域２７とを有する。
にプロトン交換による導波路２２が形成された構成を有
し、ＤＢＲ−ＬＤ３１およびシングルモードファイバー
４１と、レンズを用いることなく直接結合されている。
ＬｉＮｂＯ3基板２１は、入射端と曲がり導波路で構成
される入力領域２４と、方向性結合器で構成された合波
領域２５と、差周波が発生するための位相整合に必要な
分極反転領域からなる差周波発生領域２６、およびファ
イバーと高効率結合に必要なモードサイズ変換をおこな
う出力領域２７とを有する。
【００２２】導波路２２は、入力領域２４では波長０．
７６μｍのレーザとのモードマッチングを考慮して、幅
２μｍ、深さ１μｍであるが、出力領域２７では多段の
イオン交換技術により幅６μｍ、深さ６μｍと拡大し、
シングルモードファイバー４１とモード形状のマッチン
グを行っている。差周波発生領域２６は、入力光と差周
波光が位相整合するために条件を満たす周期で、分極反
転層２８が形成された構造を有する。入力端には波長
１．４９μｍのＤＢＲ−ＬＤ３２と直接結合した別の導
波路２３が配置されている。二つの導波路２２、２３の
入力端は、ＬＤチップ作製におけるばらつきを考慮し
て、５０μｍの間隔をもって離れ、合波領域２５まで２
ｍｍの曲がり導波路部を経て、３μｍの間隔で結合して
いる。結合部では波長０．７６μｍの光はほとんど直進
するのに対し、波長１．４９μｍの光は方向性結合器に
より導波路２２にパワーが推移する。本構成では１ｍｍ
の距離で、導波路２３の１．４９μｍ光パワーは導波路
２２に移動する。
７６μｍのレーザとのモードマッチングを考慮して、幅
２μｍ、深さ１μｍであるが、出力領域２７では多段の
イオン交換技術により幅６μｍ、深さ６μｍと拡大し、
シングルモードファイバー４１とモード形状のマッチン
グを行っている。差周波発生領域２６は、入力光と差周
波光が位相整合するために条件を満たす周期で、分極反
転層２８が形成された構造を有する。入力端には波長
１．４９μｍのＤＢＲ−ＬＤ３２と直接結合した別の導
波路２３が配置されている。二つの導波路２２、２３の
入力端は、ＬＤチップ作製におけるばらつきを考慮し
て、５０μｍの間隔をもって離れ、合波領域２５まで２
ｍｍの曲がり導波路部を経て、３μｍの間隔で結合して
いる。結合部では波長０．７６μｍの光はほとんど直進
するのに対し、波長１．４９μｍの光は方向性結合器に
より導波路２２にパワーが推移する。本構成では１ｍｍ
の距離で、導波路２３の１．４９μｍ光パワーは導波路
２２に移動する。
【００２３】ＤＢＲ−ＬＤ３１とＤＢＲ−ＬＤ３２をと
もに１５０ｍＷで動作したとき、各導波路２２、２３に
は８０％の結合効率で１２０ｍＷずつの光が入力され
る。導波路の損失は０．１ｄＢであるので、曲がり領域
でのパワーの減衰は無視できるが、合波領域２５ではと
もに１０％の損失があり、差周波発生領域２６に入射さ
れる光は２１６ｍＷである。この場合、４６ｍＷで波長
１．５５μｍの差周波光を発生できる。モードサイズ変
換領域である出力領域２７での損失は小さく、またシン
グルモードファイバ４１との結合後は、４１ｍＷの光が
得られた。シングルモードファイバ４１のスリットに挿
入された短波長カットフィルター４２は、１．５０μｍ
以下の短波長をカットするフィルターであり、ここで
０．７６μｍと１．４９μｍの光が除去されて、１．５
５μｍ光のみが出力される。短波長カットフィルター４
２でのロスは５％であり、実際のファイバーアウトの出
力は３９ｍＷで、従来の２倍近い光出力が得られた。
もに１５０ｍＷで動作したとき、各導波路２２、２３に
は８０％の結合効率で１２０ｍＷずつの光が入力され
る。導波路の損失は０．１ｄＢであるので、曲がり領域
でのパワーの減衰は無視できるが、合波領域２５ではと
もに１０％の損失があり、差周波発生領域２６に入射さ
れる光は２１６ｍＷである。この場合、４６ｍＷで波長
１．５５μｍの差周波光を発生できる。モードサイズ変
換領域である出力領域２７での損失は小さく、またシン
グルモードファイバ４１との結合後は、４１ｍＷの光が
得られた。シングルモードファイバ４１のスリットに挿
入された短波長カットフィルター４２は、１．５０μｍ
以下の短波長をカットするフィルターであり、ここで
０．７６μｍと１．４９μｍの光が除去されて、１．５
５μｍ光のみが出力される。短波長カットフィルター４
２でのロスは５％であり、実際のファイバーアウトの出
力は３９ｍＷで、従来の２倍近い光出力が得られた。
【００２４】また一方のレーザの波長を、ＧａＡｓ上の
ＩｎＧａＰ活性層を用いて０．６８μｍとし、他方の波
長を、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ活性層を用いて
１．２１μｍとした場合にも、同様の差周波光が得られ
た。
ＩｎＧａＰ活性層を用いて０．６８μｍとし、他方の波
長を、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ活性層を用いて
１．２１μｍとした場合にも、同様の差周波光が得られ
た。
【００２５】波長に関しては、入射光の波長はＤＢＲレ
ーザのＤＢＲ領域、位相整合領域および活性領域の電流
を調整することにより１０ｎｍ程度可変であるので、差
周波光としては１．５２６μｍから１．５７８μｍも変
化させることができ、幅広くＤ−ＷＤＭ光伝送の波長域
を網羅できる。
ーザのＤＢＲ領域、位相整合領域および活性領域の電流
を調整することにより１０ｎｍ程度可変であるので、差
周波光としては１．５２６μｍから１．５７８μｍも変
化させることができ、幅広くＤ−ＷＤＭ光伝送の波長域
を網羅できる。
【００２６】また変調に関しては、当然２つのレーザの
注入電流を変化することにより可能であるが、ＬｉＮｂ
Ｏ3の差周波発生領域２６上に電極を形成し、この領域
の屈折率を変化させると位相が変調され、差周波光の変
調を行うことができる。この場合非線型効果により、小
信号で大振幅の光変調を４０ＧＨｚ以上の超高速で行う
ことが可能となり、超大容量光伝送やミリ波帯光伝送の
分野にも適用できる。
注入電流を変化することにより可能であるが、ＬｉＮｂ
Ｏ3の差周波発生領域２６上に電極を形成し、この領域
の屈折率を変化させると位相が変調され、差周波光の変
調を行うことができる。この場合非線型効果により、小
信号で大振幅の光変調を４０ＧＨｚ以上の超高速で行う
ことが可能となり、超大容量光伝送やミリ波帯光伝送の
分野にも適用できる。
【００２７】（実施の形態２）図２は、実施の形態２に
おける単一波長レーザモジュールを示し、図２（Ａ）は
モジュール内の平面配置、図２（Ｂ）は、側面から見た
断面構造を示す。この実施の形態は、請求項３および４
に記載の発明に対応する。
おける単一波長レーザモジュールを示し、図２（Ａ）は
モジュール内の平面配置、図２（Ｂ）は、側面から見た
断面構造を示す。この実施の形態は、請求項３および４
に記載の発明に対応する。
【００２８】本実施の形態においては、図１のＤＢＲ−
ＬＤ３１、３２に代えて、２つの波長のレーザの活性層
が同一のＧａＡｓ基板５２上に形成された、２波長集積
レーザアレー５１が用いられる。その他の構成は、実施
の形態１と同様である。一方のレーザストライプはＧａ
ＩｎＰ活性層５４で構成され、発振波長は０．６５μｍ
である。他方のレーザストライプはＧａＩｎＮＡｓ活性
層５５で構成され、波長は１．１２μｍである。
ＬＤ３１、３２に代えて、２つの波長のレーザの活性層
が同一のＧａＡｓ基板５２上に形成された、２波長集積
レーザアレー５１が用いられる。その他の構成は、実施
の形態１と同様である。一方のレーザストライプはＧａ
ＩｎＰ活性層５４で構成され、発振波長は０．６５μｍ
である。他方のレーザストライプはＧａＩｎＮＡｓ活性
層５５で構成され、波長は１．１２μｍである。
【００２９】この構成であれば、ＧａＡｓ上にモノリシ
ックに高出力２波長レーザを作製できるとともに、１．
５５μｍの差周波光を得ることができる。この２波長集
積レーザアレー５１を用いれば、導波路２２、２３との
結合のための実装が一回になり、実装時間を半分に低減
できる。また２波長集積レーザアレー５１の２つの活性
ストライプは１０μｍ程度まで近接できるので、ＬｉＮ
ｂＯ3基板２１における導波路２２、２３の入力部から
方向性結合器までの曲がり導波路の部分は０．４ｍｍに
低減でき、導波路素子長を低減することができる。従っ
て、モジュールの小型化また低コスト化にとって、図１
の構造の場合よりもさらに有利になる。また差周波の光
出力も、実施の形態１の場合と同等の４０ｍＷの光出力
が得られた。
ックに高出力２波長レーザを作製できるとともに、１．
５５μｍの差周波光を得ることができる。この２波長集
積レーザアレー５１を用いれば、導波路２２、２３との
結合のための実装が一回になり、実装時間を半分に低減
できる。また２波長集積レーザアレー５１の２つの活性
ストライプは１０μｍ程度まで近接できるので、ＬｉＮ
ｂＯ3基板２１における導波路２２、２３の入力部から
方向性結合器までの曲がり導波路の部分は０．４ｍｍに
低減でき、導波路素子長を低減することができる。従っ
て、モジュールの小型化また低コスト化にとって、図１
の構造の場合よりもさらに有利になる。また差周波の光
出力も、実施の形態１の場合と同等の４０ｍＷの光出力
が得られた。
【００３０】（実施の形態３）図３は、実施の形態３に
おける単一波長レーザモジュールを示し、図３（Ａ）は
モジュール内の平面配置、図３（Ｂ）は、側面から見た
断面構造を示す。この実施の形態は、請求項５および６
に記載の発明に対応する。
おける単一波長レーザモジュールを示し、図３（Ａ）は
モジュール内の平面配置、図３（Ｂ）は、側面から見た
断面構造を示す。この実施の形態は、請求項５および６
に記載の発明に対応する。
【００３１】本実施の形態においては、図２の２波長集
積レーザアレー５１に代えて、２つの波長のレーザの活
性層が同一のＧａＡｓ基板５２上に直列に形成された、
タンデム型の２波長レーザ素子５３が用いられる。一方
のレーザストライプはＧａＩｎＰ活性層５４で構成さ
れ、発振波長は０．６５μｍである。他方のレーザスト
ライプはＧａＩｎＮＡｓ活性層５５で構成され、波長は
１．１２μｍである。また、ＬｉＮｂＯ3基板２１に形
成された光導波路素子は、２波長レーザ素子５３の出力
光束が１本であることに応じた構成を有する。
積レーザアレー５１に代えて、２つの波長のレーザの活
性層が同一のＧａＡｓ基板５２上に直列に形成された、
タンデム型の２波長レーザ素子５３が用いられる。一方
のレーザストライプはＧａＩｎＰ活性層５４で構成さ
れ、発振波長は０．６５μｍである。他方のレーザスト
ライプはＧａＩｎＮＡｓ活性層５５で構成され、波長は
１．１２μｍである。また、ＬｉＮｂＯ3基板２１に形
成された光導波路素子は、２波長レーザ素子５３の出力
光束が１本であることに応じた構成を有する。
【００３２】ＧａＩｎＮＡｓ活性層５５から出た１．１
２μｍの光は、ＡｌＧａＩｎＰ導波層５６およびＧａＩ
ｎＰ活性層５４を小さい損失で透過できる。またＧａＩ
ｎＰ活性層５４では０．６５μｍのレーザ光が発生す
る。この場合レーザ端からは、１２０ｍＷの１．１２μ
ｍ光と１５０ｍＷの０．６５μｍ光が出力され、導波路
２２には８０ｍＷと１２０ｍＷのパワーが入力される。
シングルモードファイバー４１からは、３５ｍＷの１．
５５μｍ光が出力された。
２μｍの光は、ＡｌＧａＩｎＰ導波層５６およびＧａＩ
ｎＰ活性層５４を小さい損失で透過できる。またＧａＩ
ｎＰ活性層５４では０．６５μｍのレーザ光が発生す
る。この場合レーザ端からは、１２０ｍＷの１．１２μ
ｍ光と１５０ｍＷの０．６５μｍ光が出力され、導波路
２２には８０ｍＷと１２０ｍＷのパワーが入力される。
シングルモードファイバー４１からは、３５ｍＷの１．
５５μｍ光が出力された。
【００３３】この構成においては、２つの波長がそのま
ま差周波発生領域２６の導波路２２に導入されるので、
この方式では合波器を削減できる。このためモジュール
内の光学部品をさらに小型化でき、簡易化することがで
きる。
ま差周波発生領域２６の導波路２２に導入されるので、
この方式では合波器を削減できる。このためモジュール
内の光学部品をさらに小型化でき、簡易化することがで
きる。
【００３４】またＧａＡｓ上のＩｎＧａＰもＧａＩｎＮ
Ａｓもともに良好な結晶が得られるので、集積化によっ
て特性が損われることはない。レーザと導波路の結合箇
所も一個所になるので最適化がさらに図りやすくなる。
Ａｓもともに良好な結晶が得られるので、集積化によっ
て特性が損われることはない。レーザと導波路の結合箇
所も一個所になるので最適化がさらに図りやすくなる。
【００３５】以上の実施の形態においては、発振波長
１．１２μｍと０．６５μｍに適した材料を用いたが、
さらに短波長の光を目的とする場合は、ＡｌＧａＩｎＰ
活性層を用いればよく、組み合わせは自由である。例え
ば、ＡｌＧａＩｎＰ活性層の発光波長が０．６０μｍと
すれば、１．３１μｍの差周波光を得ることができる。
またクラッドについては、ともにＡｌＧａＩｎＰで構成
できるが、ＧａＩｎＮＡｓ活性層についてはＡｌＧａＡ
ｓを用いても同様の効果を得ることができる。
１．１２μｍと０．６５μｍに適した材料を用いたが、
さらに短波長の光を目的とする場合は、ＡｌＧａＩｎＰ
活性層を用いればよく、組み合わせは自由である。例え
ば、ＡｌＧａＩｎＰ活性層の発光波長が０．６０μｍと
すれば、１．３１μｍの差周波光を得ることができる。
またクラッドについては、ともにＡｌＧａＩｎＰで構成
できるが、ＧａＩｎＮＡｓ活性層についてはＡｌＧａＡ
ｓを用いても同様の効果を得ることができる。
【００３６】また非線形材料としてはＬｉＮｂＯ3につ
いてのみ記載したが、ＬｉＴａＯ3のように他の誘電体
や、ＧａＡｓ等の半導体のように非線形効果があり、分
極反転構造を取り得るもの材料であれば同様に用いるこ
とができる。
いてのみ記載したが、ＬｉＴａＯ3のように他の誘電体
や、ＧａＡｓ等の半導体のように非線形効果があり、分
極反転構造を取り得るもの材料であれば同様に用いるこ
とができる。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、簡易な構成でかつアイ
ソレータを必要とせず、高出力で超高速特性の光ファイ
バー通信用の単一波長モジュールを実現できる。
ソレータを必要とせず、高出力で超高速特性の光ファイ
バー通信用の単一波長モジュールを実現できる。
【００３８】また２波長のレーザチップをアレー状にす
ること、さらにはタンデム結合型にすることにより、さ
らに小型化・簡易な構成となり、低コストの単一波長モ
ジュールを実現することができる。
ること、さらにはタンデム結合型にすることにより、さ
らに小型化・簡易な構成となり、低コストの単一波長モ
ジュールを実現することができる。
【図１】 実施の形態１における単一波長レーザモジュ
ールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図
ールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図
【図２】 実施の形態２における単一波長レーザモジュ
ールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図
ールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図
【図３】 実施の形態３における単一波長レーザモジュ
ールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図
ールを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図
【図４】 従来の差周波発生効果を利用した波長変換装
置の斜視図
置の斜視図
１ 半絶縁性Ｓｉ基板
２ 温度制御素子
２１ ＬｉＮｂＯ3基板
２２、２３ プロトン交換導波路
２４ 入力領域
２５ 合波領域（方向性結合領域）
２６ 差周波発生領域（分極反転領域）
２７ 出力領域（モードサイズ変換領域）
２８ 分極反転層
３１、３２ ＤＢＲ−ＬＤ
３３ 活性層
３４ 回折格子
３５ 導波層
３６ ｎ型電極
３７ 注入用ｐ型電極
３８ 位相整合用ｐ型電極
３９ 波長調整用ｐ型電極
４１ シングルモードファイバー
４１Ａ コア
４１Ｂ クラッド
４２ 短波長カットフィルター
５１ ２波長集積レーザアレー
５２ ＧａＡｓ基板
５３ タンデム型の２波長レーザ素子
５４ ＧａＩｎＰ活性層
５５ ＧａＩｎＮＡｓ活性層
５６ ＡｌＧａＩｎＰ導波層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB12 BA04 CA03 DA08
EA22 EA25 GA04 HA19 HA31
5F073 AA65 AB21 AB25 AB28 BA01
CA14 CA17 EA26 EA27 FA06
FA30
Claims (6)
- 【請求項１】 第１の波長のレーザ光を発振する第１レ
ーザ素子と、前記第１レーザ素子と並列に配置され第２
の波長のレーザ光を発振する第２レーザ素子と、前記第
１および第２レーザ素子の出力端に隣接して配置された
光導波路素子と、前記光導波路素子の出力端に隣接して
配置された出力用の光ファイバーとを備え、 前記光導波路素子は、前記第１および第２レーザ素子と
光学的に直接結合し前記第１および第２の波長の光を１
本の導波路に合波する機能を有する合波導波路領域と、
前記第１の波長と第２の波長の差周波の光を発生する導
波路を含む光波長変換領域とを有し、前記合波導波領域
と前記光波長変換領域が光導波路で光学的に結合されて
おり、 前記光ファイバーは、前記光導波路素子の前記光導波路
と光学的に直接結合するように構成されていることを特
徴とする単一波長レーザモジュール。 - 【請求項２】 前記レーザ素子と前記導波路間、もしく
は前記導波路と前記光ファイバー間の各結合部におい
て、ビームスポット形状が近づくようにモードサイズを
変換する機能を前記光導波路素子内に有することを特徴
とする請求項１記載の単一波長レーザモジュール。 - 【請求項３】 第１の波長のレーザ光を発振する第１の
活性ストライプおよび第２の波長のレーザ光を発振する
第２の活性ストライプが所定の間隔で並列に形成された
２波長レーザアレー素子と、前記２波長レーザアレー素
子の出力端に隣接して配置された光導波路素子と、前記
光導波路素子の出力端に隣接して配置された出力用の光
ファイバーとを備え、 前記光導波路素子は、前記２波長レーザアレー素子の各
活性ストライプと光学的に直接結合する一対の入力導波
路ポートと、前記第１および第２の波長の光を１本の導
波路に合波する機能を有する合波導波路領域と、前記第
１の波長と第２の波長の差周波の光を発生する導波路を
含む光波長変換領域とを有し、前記合波導波領域と前記
光波長変換領域が光導波路で光学的に結合されており、 前記光ファイバーは、前記光導波路素子の前記光導波路
と光学的に直接結合するように構成されていることを特
徴とする単一波長レーザモジュール。 - 【請求項４】 前記２波長レーザアレー素子の基板がＧ
ａＡｓであり、第１の活性ストライプがＧａＩｎＮＡｓ
を含む層で構成されており、第２の活性ストライプがＡ
ｌＧａＩｎＰを含む層で構成されていることを特徴とす
る請求項３記載の単一波長レーザモジュール。 - 【請求項５】 第１の波長のレーザ光を発振する第１の
活性ストライプおよび第２の波長のレーザ光を発振する
第２の活性ストライプが直列に形成されたタンデム型２
波長レーザ素子と、前記タンデム型２波長レーザ素子の
ストライプと光学的に直接結合し、前記第１の波長と第
２の波長の差周波の光を発生する光導波路を有する光波
長変換素子と、前記光導波路と光学的に直接結合する出
力用の光ファイバーとを備えたことを特徴とする単一波
長レーザモジュール。 - 【請求項６】 前記タンデム型２波長レーザ素子の基板
がＧａＡｓであり、第１の活性ストライプがＧａＩｎＮ
Ａｓを含む層で構成されており、第２の活性ストライプ
がＡｌＧａＩｎＰを含む層で構成されていることを特徴
とする請求項５記載の単一波長レーザモジュール。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001385024A JP2003188455A (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 単一波長レーザモジュール |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001385024A JP2003188455A (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 単一波長レーザモジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003188455A true JP2003188455A (ja) | 2003-07-04 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
| US (1) | US6697392B2 (ja) |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006075760A1 (ja) * | 2005-01-17 | 2006-07-20 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | 変調機能付光源装置とその駆動方法 |
| US8126025B2 (en) | 2007-01-22 | 2012-02-28 | Seiko Epson Corporation | Laser light source apparatus, and monitoring apparatus and image display apparatus using the same |
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|---|---|---|---|---|
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