JP2003510822A - 多波長レーザーシステム - Google Patents

多波長レーザーシステム

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JP2003510822A
JP2003510822A JP2001525812A JP2001525812A JP2003510822A JP 2003510822 A JP2003510822 A JP 2003510822A JP 2001525812 A JP2001525812 A JP 2001525812A JP 2001525812 A JP2001525812 A JP 2001525812A JP 2003510822 A JP2003510822 A JP 2003510822A
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ローラン・ルント クリスチャン
グルドベルイ・クイェル セレン
スケール マデ
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シシリアス アクティー ゼルスカブ
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Abstract

(57)【要約】 本発明は発光される波長の絶対的位置および特に相対的位置だけでなく、狭いライン幅も精密に制御できる、広い波長スパンを有する多波長発光集積プレーナー導波デバイスを提供するシステムおよび方法に関する。導波路内でレーザーモードによって生じるｎeffは導波コアのレーザーモードと屈折率分布との間の物理的なオーバーラップ、すなわち閉じ込めファクターによって少なくとも部分的に決定される。導波路が良好に定められた屈折率分布を有する場合、導波路の横方向寸法を調節すると、屈折率分布、従って閉じ込めファクターおよびｎeffを調節できる。本発明によれば、２つ以上の導波レーザーが形成され、このレーザーではレーザーキャビティを形成する反射部材が反射部材の位置でレーザーモードによって生じる有効屈折率ｎeffによって決まる空間的に依存する反射率を有する。異なるレーザーに対し、同じ反射部材、例えばブラッグ格子を使用することにより、レーザーの幅のような相対的横方向の寸法を調節することによってレーザーの波長を調節できる。これによりレーザーの精密な相対的チューニングが可能となり、ブラッグ格子の相対的格子周期の不確実性が解消される。導波路の幅をわずかにしか変えないことによって波長の範囲を広げるには、幅ｗ、ｎeff（ｗ）に対するｎeff の依存性が大きいことが好ましい。よって異なるレーザーがほぼ同じ寸法を有することになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は発光される波長、絶対位置、および特に相対位置を精密に制御できる
広い波長スパンを有し、狭いライン幅を有する多波長発光光集積プレーナー導波
デバイスを提供するシステムおよび方法に関する。
【０００２】 集積光学系として知られる研究分野における関心が生じて以来、研究の対象は
、現在の技術レベルの部品を高度に集積化することにより、高機能の光集積回路
（ＯＩＣ）を製造することに向けられた。
【０００３】 これらＯＩＣを製造するのに極めて多数の、異なる材料系および技術が使用さ
れている。ＯＩＣに対して一般に使用される技術は、ガラス材料ポリマー材料ま
たは半導体材料のいずれかに基づき、これら技術の各々に賛否両論がある。しか
しながら、すべてのＯＩＣに共通するのは、光信号を発生し、および／またはこ
れを操作できることであり、一般に光信号は通信目的、テスト、測定またはセン
サ用のいずれかのために光ファイバーに入射される。
【０００４】 光通信においては単一ファイバーを通し、より多数の標準的なＩＴＵ（国際通
信連合）チャンネルが伝送されるにつれ、ＯＩＣ、例えば密な波長分割マルチプ
レクサ（ＤＷＤＭ）および光加算／ドロップマルチプレクサが将来増大する役割
を果たすことが期待されている。技術がより短い波長スパン内でより多数のチャ
ンネルを有することができるようにすることに関連している場合、ＩＴＵチャン
ネルのスペースは変わる。現在の所、標準的な最小ＩＴＵチャンネルのスペース
は１００ＧＨｚまたは５０ＧＨｚである。これら部品は伝送信号に対する操作を
実行するが、このことは全ファイバーを使った解決案によっては達成が極めて困
難である。更に、ＯＩＣはかさばる光学系を使った解決案よりも、より小さく、
より安価に、かつより安定にしやすい。ＯＩＣに対する別の用途としては、例え
ば小型ジャイロスコープ、電界センサが挙げられる。
【０００５】 通信、測定およびセンサ用途には、一般に使用される光源はレーザーである。
これらレーザーは狭いライン幅で一定の波長で発光し、１本のファイバーを通し
てより多数の標準的ＩＴＵチャンネルを伝送でき、また、より精密な測定をする
ことが可能であるからである。更にレーザー光のコヒーレンスおよび位相は通信
だけでなく、ＯＩＣ、例えばリング共振器およびマッハ−ツェンダー共振器のよ
うにいくつかのＯＩＣでも広く利用される。従って、レーザー、特に多波長レー
ザーのマーケットには将来性がある。
【０００６】 ファイバーおよびＯＩＣの伝送の可能性を完全に利用するには、各々が特定の
波長を発光する個々のレーザーの集合体が必要であり、この集合体は高価である
だけでなく、かさばる解決手段となる。従って、個々に変調できる多数の一定の
波長で発光する集積光デバイスは、高ビットレートのＤＷＤＭネットワーク内の
光源として極めて魅力的となる可能性が高い。ＤＷＤＭネットワークのためのＯ
ＩＣの検査およびネットワーク自身の検査のために、ＩＴＵ通信グリッドである
範囲の波長で発光する、変調器を有しない簡単な集積光デバイスは極めて有効で
あることが証明されよう。
【０００７】 かかる多波長発光レーザーデバイスは上記用途における光源として合格するに
は所定の品質、例えば温度、チャンネル安定性、狭ライン幅だけでなく、単一モ
ードおよび単一偏光動作性を有していなければならない。
【０００８】 これら品質とは別に、光ファイバーに対する良好なインターフェース化を容易
にする技術で多波長発光デバイスを製造できれば有利である。光ファイバーとデ
バイス材料系とをマッチングさせると、デバイスから光ファイバーへ、または光
ファイバーからデバイスへの光信号の最適な結合を保証できる。
【０００９】 多波長発光デバイスはこれまで多数の異なる技術で製造されている。
【００１０】 かかるデバイスに到達する１つの方法は、各々が所定の波長を発光する多数の
別個の光ファイバーレーザーをスプライスすることである。かかる解決案はレー
ザー構造体からファイバーネットワークへの光の優れた結合を容易にする。更に
この方法は、レーザーと共にエルビウムでドープされたファイバー増幅器をポン
ピングするように非吸収ポンプ光を使用することによって、約１５５０ｎｍのレ
ーザー光の増幅を容易にできる。
【００１１】 Ｊ.ヒュブナー外著「ＷＤＭシステムのための５波長ＤＦＢファイバーレーザ
ーソース」、エレクトロニクスレターズ、第３３巻、第２号、１９９７年１月、
１３９〜１４０ページは、５波長のファイバーレーザーソースを開示している。
ここに開示された方法は、エルビウムでドープされたファイバーで５つの別個の
レーザーを製造し、その後これら別個のファイバーレーザーを１つの多波長発光
デバイスにスプライスすることから成る。個々のレーザーは６０ｍＷの１４８０
ｎｍ光でポンピングすると、１５００μＷのピークパワーおよび１５ｋＨｚより
も狭いライン幅を示す。このような方法を使用することにより、著者はレーザー
の偏光および長手方向単一モード動作を発生できた。
【００１２】 Ｊ.ヒュブナー外は、ファイバーのコアにブラッグ格子をスクライブするのに
、紫外線露光および単一位相マスクを使用して、ブラッグ格子製造中にファイバ
ーに応力を加えることにより、ブラッグレーザー波長を変えることを達成できた
。格子スクライブ中にファイバーに応力を加えないと、（応力を加えないでレー
ザーを動作させると仮定した場合）この結果得られるブラッグ波長は位相マスク
の周期で示される。反対に、格子スクライブ中にファイバーを伸長させると、ス
クライブされた有効格子周期は応力を解放した時に小さくなり、よって格子が反
射する波長は短くなる。この技術により、著者は約０.２ｎｍの再現性で約５ｎ
ｍの同調範囲を可能にした。
【００１３】 半導体材料によっても多波長発光デバイスを製造できる。この場合、パッシブ
およびアクティブ部分を製造し、パッシブ導波路だけでなく、アクティブ領域に
おけるレーザーを形成することも可能となる。パッシブ導波路に直接注入するこ
とにより、アクティブ領域に分散型フィードバック（ＤＦＢ）レーザーを形成で
きる。個々のレーザーから単一導波デバイスに信号をマルチプレックスするため
のパッシブな導波構造に合わせることにより、出力波長をファイバーに容易に結
合することが可能になる。レーザーを電流源によって変調すると、レーザー出力
の変調が極めて容易となる。更に、かかる半導体構造において一般に生じる高屈
折率のコントラストに起因し、かかる構造のサイズを特に小さくすることができ
る。
【００１４】 Ｋ.アイキ外著「モノリシックに集積化された分散型フィードバックダイオー
ドレーザーを有する周波数マルチプレックス化光源」、アプライドフィジカルレ
ターズ、第２９巻、第８号、１９７６年１０月、５０６〜５０８ページは、１つ
の出力導波路に多重化される、６個のＧａＡｓ−ＧａＡｌＡｓ ＤＦＢダイオー
ドレーザーのアレイの製造方法を開示している。異なるようにドープされた層を
逐次成長させるのに、液相エピタキシー（ＬＰＥ）を使用し、レーザーを製造す
べきアクティブなサンドイッチ構造体を形成した。スライディングスリットによ
るホログラフィ露光装置を使い、その後、化学的エッチングを使用して表面にに
、周期の異なる６個の３次格子を一度に製造した。格子の形成の後に、格子領域
を除くすべてを基板まで下方に完全にエッチングし、ＬＰＥを使ってパッシブな
ＧａＡｌＡｓを再成長させ、その後、パッシブな導波構造体を形成し、別々のレ
ーザー出力を１つの導波路に多重化した。
【００１５】 この製造方法により、著者は約８６０ｎｍの２ｎｍ±０.５ｎｍのレーザー波
長を分離し、約０.０３ｎｍのレーザーのスペクトル幅を得ることができた。レ
ーザーからパッシブな導波路に急に遷移したことにより、約３０％の極めて低い
結合効率が得られ、このことは約０.３％の終了時に測定した全量子効率に寄与
した。
【００１６】 多波長発光デバイスとファイバーとの間の結合損失およびバック反射を低減す
るためには、屈折率に関し、ファイバーとコンパチブルな材料、例えばシリカで
製造しなければならない。更に、導波路の屈折率分布、従ってモード分布はファ
イバーとコンパチブルでなければならない。
【００１７】 Ｄ.Ｌ.ヴィアゼイ外著「Ｙｂ／Ｅｒで同時ドープされたリン酸ガラスによる１
５３６ｎｍの分散型ブラッグ反射導波レーザーのアレイ」、アプライドフィジカ
ルレター、第７４巻、第６号、１９９９年２月、７８９〜７９１ページは、ホス
フェートガラス基板で集積導波レーザーのアレイを製造する方法を開示している
。この導波路は３〜８μｍの広いラインアパーチャーを使ってエルビウム／イッ
テリビウム同時ドープされたリン酸ガラスで、Ｋ+／Ｎａ+イオン交換器によって
形成した。ポンプ入力ファセット上に設けられた薄い、極めて高反射性の絶縁ミ
ラーおよび他端部に設けられた表面レリーフブラッグ格子を使ってＤＢＲ構造体
を形成した。このブラッグ格子は最初にホログラフィ露光装置および現像を使っ
てフォトレジストの薄い膜内に形成する。現像されたフォトレジスト構造体の頂
部をクロムでカバーし、反応性イオンエッチングを使って導波路の表面内にフォ
トレジスト構造体を変換する。
【００１８】 この方法により、著者は安定な長手方向の単一モード動作をし、５００ｋＨｚ
よりも短いライン幅を有し、出力パワーが８０ｍＷのレーザーを得ることができ
た。開口部の幅を５μｍから８０μｍまで変え、対応するレーザーの波長の位置
を測定することにより、波長スパンは５μｍ幅の約１５３６.０ｎｍから、８μ
ｍ幅における約１５３６.３ｎｍまでの幅であることが判った。３μｍの波長幅
に対する約０.３ｎｍの波長幅スパンは５０ＧＨｚよりも少ない値に対応し、、
この値は２つの隣接するＩＴＵチャンネルの間のスペースに匹敵する。
【００１９】 キタガワ外著「集積光インプリントブラッグ反射器を備えた単一周波数のＥｒ
ドープされたシリカをベースとするプレーナー導波レーザー」、エロクトロニ
ックレターズ、第３０巻、第１６号、１３１１〜１３１２ページ、１９９４年８
月は、ドープされたシリカガラス内に形成された２つの同じプレーナー導波レー
ザーに関するものである。これらレーザーはシリカクラッド内に埋め込まれたＥ
ｒ3+ドープされたシリカから導波コアを製造することによって形成される。この
導波コアは８×７μｍの寸法を有し、標準的なデポジットおよびエッチング技術
を使って形成される。位相マスクを通し、紫外線書き込みを使って、コア内に２
つの空間的に分離されたブラッグ格子が誘導され、ＤＢＲレーザーキャビティを
形成する。３００ｍＷより小さいポンプパワーに対し、１５４６ｎｍで３４０μ
Ｗでの単一周波数（すなわち単一モード）の動作が得られる。ここに示されたレ
ーザーは同じ単一波長で発光するので、ＩＯＣ用途用の多波長発光デバイスソー
スとしては使用できない。基準はレーザーの波長を変えること可能性を有しない
ことである。導波路の幾何学的形状パラメータは好ましくないものと考えられる
。８×７μｍの横断面は一般にいくつかの横モードをサポートする。
【００２０】 導波路およびファイバーにおける効率的な伝達だけでなく、導波路からファイ
バーへの良好な結合を得るには、単一モードの導波路が必要である。更に、１５
ｘｘｎｍ（２８≦ｘｘ≦６８）と９８０ｎｍ、または１４８０ｎｍにおけるポン
プモードとの間の最適なモードのオーバーラップを保証するには、導波路の横断
面の寸法と屈折率のステップとの組み合わせを最適にしなければならない。この
ことは、アクティブ媒体における利得を最適にするのを補助する。
【００２１】 多波長発光デバイスを一連のスプライスされたＤＦＢファイバーレーザーとし
て形成することは不利である。その理由は、レーザーの各々の間にアイソレータ
が必要となることが多く、コストが増し、より複雑なるからである。更に、カス
ケード接続されたレーザーの数は異なるレーザー波長において出力パワーを均一
にするという条件によって制限される。レーザーおよびアイソレータにおけるポ
ンプパワーの吸収に起因し、レーザーから更にラインを下る出力パワーが低下し
、最終的にレーザーの数を最大約８個に限定させる。
【００２２】 多波長発光デバイスを一連のスプライスされたＤＦＢファイバーレーザーとし
て形成する別の欠点は、各レーザーを別々に製造することである。これによって
一連のレーザーの相対的なレーザー周波数がある程度不確実になる。
【００２３】 半導体材料で形成された多波長発光デバイスの欠点は、これら材料の屈折率が
シリカファイバーの屈折率よりも大きくなり、これによって結合損失が極めて大
きくなるだけでなく、後方反射も大きくなり、これによりレーザーの安定性が乱
されることがある。
【００２４】 多波長発光デバイスに対し、リン酸ガラスを使用する方法は多数の欠点を有す
る。 代表的なリン酸ガラスの屈折率は半導体材料の屈折率よりもかなり小さいと考
えられるが、標準的なシリカファイバーの屈折率よりも多少大きいので、結合損
失を後方反射が生じ、これによってレーザーの安定性も乱され得る。
【００２５】 約１５４４ｎｍより上の増幅を効果的に阻止するような、リン酸ガラスホスト
から生じる波長スパンの低下がある。増幅に対するこのような低い上限はＩＴＵ
チャンネルの極めて広い範囲を排除するものであり、かかるデバイスの適用性を
大幅に制限する。
【００２６】 更に、ＩＴＵチャンネルの広いスパンをカバーするように、単にレーザー波長
を大きく変えることは、物理的な格子の周期を変えることであり、これによりデ
バイスが複雑となり、コストが増す。
【００２７】 Ｄ.Ｌ.ヴィアゼイ外のデバイスでは、約０.３ｎｍの極めて狭いスパンは、イ
オン交換プロセスで得られるグレード付き反射率分布の性質に起因し、最も可能
性が高い。
【００２８】 Ｄ.Ｌ.ヴィアゼイ外のデバイスの別の欠点は、この論文に示された方法を使っ
て製造されたＤＢＲレーザーは、デバイスの上面にて格子および導波路に直接ア
クセスできるので、外部の影響を容易に受けやすいということである。
【００２９】 （発明の概要） 本発明の目的は、同一の格子周期を有する導波路の横方向寸法を変えることに
より、いくつかの標準的なＩＴＵチャンネルにわたってスパンできる、多波長発
光レーザーデバイスを提供することにある。
【００３０】 本発明の別の目的は、コヒーレントな化学線を使用した単一露光セッションで
ブラッグ格子をインプリントできる、多波長発光レーザーデバイスを提供するこ
とにある。従って、いくつかの導波コア内でブラッグ格子を同時に製造でき、こ
れによって精度が高くなり、発光される波長の位置を精密に制御することが可能
となる。
【００３１】 本発明の更に別の目的は、ブラッグ格子を紫外線で書き込みした多波長発光レ
ーザーデバイスを提供することにある。これにより、化学線の合焦ビームを使用
し、先に製造したブラッグ格子をスキャンするホスト処理ステップにおいて、発
光波長の細かいチューニングが可能となる。
【００３２】 本発明の更に別の目的は、基板を横断するシリカ層のマクロスコーピックなば
らつきおよびフォトリソグラフィおよびエッチング工程におけるマクロスコーピ
ックなばらつきを無視できる（レーザーは接近した状態に配置されるからである
）多波長発光レーザーデバイスを提供することにある。
【００３３】 本発明の更に別の目的は、シリカよりも大きさが二桁大きい熱伝導率を有する
、シリコンを基板として使用することにより、外部の影響からの局部的温度変動
を除いた多波長発光レーザーデバイスを提供することにある。
【００３４】 シリコン基板の平面外の高曲げ強度特性によって得られる高い機械的安定性を
有する多波長発光レーザーデバイスを提供することにある。
【００３５】 本発明によれば、上記目的は、良好に定められた屈折率分布を有する導波レー
ザーを設けることによって達成される。レーザーキャビティの横断面では、屈折
率分布とレーザーモードのうちの横モードとのオーバーラップがレーザーモード
によって発生される有効屈折率ｎ を少なくとも部分的に決定する。この屈折率
分布は一般にクラッドに囲まれた導波コアの形状によって決定される。従って、
本発明によれば、良好に定められた屈折率分布を設けることにより、導波コアの
横方向寸法のうちの１つを変えると、屈折率分布と放射の横モードとの間のオー
バーラップが大きく変わる。従って、導波コアの横方向寸法の変化は直接当該レ
ーザーモードが発生させる有効屈折率の実質的な変化に直接変換される。本発明
の説明および請求の範囲全体にわたり、導波コアの横断面の寸法または横方向の
寸法、例えばその幅または高さを、導波コアの幅と称す。その理由は、変化する
幅であるからである。
【００３６】 電磁界のモードと導波コアとの間のオーバーラップは屈折率分布ｎ（ｘ、ｙ）
によって決まる。モードオーバーラップの尺度は次のように閉じ込めファクター
ηを定義することによって決定できる。
【００３７】
【数１】
【００３８】 ここで、ν（ｘ、ｙ）は電磁界のモーダル分布である。従って、閉じ込めファ
クターは導波コア内に電磁界モードを閉じ込める度合いを示す。（ラドーセルお
よびラブ著、「シリカを基材とする埋め込み型チャンネル導波路およびデバイス
」、チャップマンアンドホール社、ロンドン、１９９６年、およびセールスおよ
びタイヒ著、「フォトニクスの基礎」、ウィリーアンドサンズ社、ニューヨーク
、１９９１年。）
【００３９】 高度に閉じ込められたモードに対し、閉じ込めファクターは１（単位）に近い
値を有するが、一方、極めて弱く閉じ込められたモードの場合、この値は０（ゼ
ロ）に近似する。このことは、有効屈折率ｎeffはそれぞれコアの屈折率
【数２】 およびクラッドの屈折率
【数３】 に近似する状況に対応する。閉じ込めファクターはコアとクラッドとの間の屈折
率の差だけでなく、屈折率分布ｎ（ｘ、ｙ）の詳細な形状によって影響される。
本発明によれば、使用される導波路の閉じ込めファクターは導波路の幅に大きく
依存する。かかる状況は、一般にコアとクラッドとの間で屈折率分布が急に変化
する（ステップ状の屈折率分布）導波路で見られる。しかしながら、種々のパラ
メータ、例えば特定の導波路、材料、製造方法およびレーザーモードに応じ、多
数の異なる屈折率分布はｄη／ｄｗが所望するインターバル内にある好ましい閉
じ込めファクターを与えることができる。
【００４０】 プレーナー型導波レーザーに関し、単一モード導波レーザーと単一モード導波
構造体の差に気づくことが重要である。単一モード導波レーザーは、単一の長手
方向および単一の横レーザーモードに関係するので、通常の用語使用例の場合の
ような波長スペクトルに関係する。しかしながら、単一ノード導波路によってサ
ポートされる横空間モードに関連する。その理由は、導波路は別個の長手方向モ
ードをサポートしないからである。
【００４１】 レーザーの波長は一般に利得媒体のスペクトルおよびレーザーキャビティを構
成する１つ以上の反射部材のスペクトルに依存する反射率によって決まる。レー
ザー波長を微調節するのに、良好に定められた波長においてスペクトル的に狭い
反射率を有する反射部材が使用されることが多い。反射部材のスペクトルに従属
する反射率は、反射部材の位置における有効屈折率に依存し、本発明によれば、
コア幅を調節することによってレーザー波長を調節する。
【００４２】 従って、１つの特徴によれば、本発明は、第１レーザーと第２レーザーとを含
むレーザーシステムであり、 前記第１レーザーが、 第１導波構造体を保持する第１基板を含み、前記第１導波構造体がコア領域お
よびクラッド領域を有し、前記コア領域が１つ以上のドーパントを保持するアク
ティブ領域を含み、 前記第１レーザーが、前記アクティブ領域と共にレーザーキャビティを形成す
るよう、前記コア領域内に各々が形成された第１反射部材および第２反射部材を
更に含み、前記レーザーキャビティが、第１レーザーモードをサポートし、前記
第１レーザーモードが前記第１反射部材の位置に第１有効屈折率ｎeff1を発生さ
せ、前記コア領域が前記第１反射部材の位置に幅ｗ1を有し、 前記第２レーザーが、 第２導波構造体を保持する第２基板を含み、前記第２導波構造体がコア領域お
よびクラッド領域を有し、前記コア領域が１つ以上のドーパントを有するアクテ
ィブ領域を含み、 前記第２レーザーが、 前記アクティブ領域と共にレーザーキャビティを形成するよう、前記コア領域
内に各々が形成された第３反射部材および第４反射部材を更に含み、前記レーザ
ーキャビティが第２レーザーモードをサポートし、前記第２レーザーモードが第
３反射部材の位置に第２の有効な屈折率ｎeff2を発生させ、前記コア領域が第３
反射部材の位置に幅ｗ2を有するレーザーシステムにおいて、 ｎeff1がｎeff2と異なり、前記第１導波構造体および第２導波構造体が第１反
射部材および第３反射部材の位置にｄｎeff1／ｄｗ1＞２×１０-4μｍ-1および
ｄｎeff2／ｄｗ2＞２×１０-4μｍ-1を満たすコア幅ｎeff1（ｗ1）およびｎeff2 （ｗ2）に対する有効な屈折率の依存性を与えるようになっていることを特徴と
するレーザーシステムを提供するものでる。
【００４３】 ｚ軸に沿って伝搬方向を有する標準的なデカルト右座標系（ｘ、ｙ、ｚ）にお
ける導波路に対して、伝搬方向に直角な平面ｎ（ｘ、ｙ）における屈折率分布は
、光界のモード分布を決定する。ｎ（ｘ、ｙ）を仮定すると、文献から周知の種
々の数値方法、例えば有限差または有限要素方法を使ってマックスウェルの方程
式から電磁界の分布を計算できる。例えば導波路の幅を変えることによりｎ（ｘ
、ｙ）を変えると、導波コアとのモードのオーバーラップに対する幅の影響、す
なわち有効屈折率変化を計算することが可能となる。従って、ｄｎeff／ｄｗ（
ここでｄｗは幅の変化の差であり、ｄｎeffは有効屈折率の対応する変化の差で
ある）を計算できる。このように、所望インターバル内で応答ｄｎeff／ｄｗを
発生する屈折率分布またはプロフィルｎ（ｘ、ｙ）を決定できる。
【００４４】 幅が変化する、満つに離間する導波路のアレイを製造した場合、例えば導波路
内にブラッグ格子を形成し、有効屈折率に直接比例する対応するブラッグ波長お
測定することにより、対応する実験曲線Δｎeff-i、j+1／Δｗi、j+1（ここでｉ
はアレイ内の任意の導波路である）を測定できる。Δｎeff-i、j+1／Δｗi、j+1 曲線を決定する別の方法は、ＳＮＯＭ（近界走査光学顕微鏡術）を使用するこ
とである。この技術を使ってｎ（ｘ、ｙ）分布を得ることができ、この分布を有
限差計算方式へ送り、この方式によって有効屈折率を得ることができる。
【００４５】 第２の特徴によれば、本発明は第１レーザーと第２レーザーとを含むレーザー
システムであり、 前記第１レーザーが、 第１導波構造体を保持する第１基板を含み、前記第１導波構造体がコア領域お
よびクラッド領域を有し、前記コア領域が１つ以上のドーパントを保持するアク
ティブ領域を含み、 前記第１レーザーが、 前記アクティブ領域と共にレーザーキャビティを形成するよう、前記コア領域
内に各々が形成された第１反射部材および第２反射部材を含み、前記第１導波構
造体が第１反射部材の位置に第１コア幅ｗ1を有し、前記レーザーキャビティが
、第１レーザーモードをサポートし、前記第１レーザーモードが前記第１反射部
材の位置に第１有効屈折率ｎeff1（ここでｎeff1は第１屈折率分布に関連してお
り）を発生させ、 前記第２レーザーが、 第２導波構造体を保持する第２基板を含み、前記第２導波構造体がコア領域お
よびクラッド領域を有し、前記コア領域が１つ以上のドーパントを有するアクテ
ィブ領域を含み、 前記第２レーザーが、 前記アクティブ領域と共にレーザーキャビティを形成するよう、前記コア領域
内に各々が形成された第３反射部材および第４反射部材を更に含み、前記第２導
波構造体が第３反射部材の位置に第２コア幅ｗ2を有し、前記レーザーキャビテ
ィが第２レーザーモードをサポートし、前記第２レーザーモードが前記第３反射
部材の位置に第２の有効な屈折率ｎeff2（ここでｎeff2は第２屈折率分布に関連
している）を発生させるレーザーシステムにおいて、 ｎeff1がｎeff2と異なり、ｗ1がｗ2と異なり、（ｎeff2−ｎeff1 ）／（ｗ1
−ｗ2）が２×１０-4μｍ-1より大であることを特徴とするレーザーシステムを
提供するものである。
【００４６】 一般に、屈折率の間の所定の差ｎeff2−ｎeff1が望ましいので、比（ｎeff2
−ｎeff1）／（ｗ2−ｗ1）は所定の差を得るのに必要な導波路の横方向の寸法の
変化を示す。レーザーに大きい比を与えることにより、本発明はほぼ同じ寸法を
有しながら、屈折率の間の所望の差をレーザーが得ることができるようにするも
のである。
【００４７】 本発明の第１の特徴および第２の特徴の双方によれば、有効屈折率が第１およ
び第２レーザーのレーザー波長を決定することが好ましい。従って、ｎeffを変
えることにより、同様な寸法を有しながらレーザーの同調を大幅に変えることが
できる。相対的なレーザーの波長を大きくフレキシブルに変えるにはｄｎeff／
ｄｗ1、ｄｎeff／ｄｗ2および（ｎeff2−ｎeff1）／（ｗ2−ｗ1）は、２×１０- 4 〜２０×１０-4μｍ-1の範囲内、例えば３×１０-4〜１５×１０-4μｍ-1の範
囲内、例えば４×１０-4〜１０×１０-4μｍ-1の範囲内、例えば５×１０-4〜８
×１０-4μｍ-1の範囲内、例えば６×１０-4〜７×１０-4μｍ-1の範囲内にある
ことが好ましい。
【００４８】 幅におけるｎeffのかかる大きな変化を得るには、屈折率分布を良好に定め、
この分布が横レーザーモードのサイズおよび形状に釣り合ったサイズおよび形状
を有するように実現することが必要である。閉じ込めファクターを導波路の横方
向寸法に大きく依存させるには、屈折率分布を調節しなければならない。第１レ
ーザーと第２レーザーの導波路は少なくとも実質的に同じ屈折率分布を有するこ
とが好ましく、このことはｎ（ｘ、ｙ）が少なくとも実質的に同じ形状を有し、
他方、幅の差に起因し、一方が他方よりも若干広くなることを意味する。
【００４９】 従来技術では、導波路の拡散された屈折率分布の性質により、異なる導波路の
幅に対し、有効屈折率は極めてわずかにしか変化しないので、実際の導波路の幅
に対するレーザーの波長のスパンは極めて狭くなる。
【００５０】 システムにおけるレーザーキャビティは良好に定められた中心周波数において
レーザー光を発光する単一モードのレーザーキャビティとすることができる。中
心周波数が１２５〜１０００ＧＨｚの間隔、例えば７５〜１２５ＧＨｚ、例えば
３７.５〜６２.５ＧＨｚ、例えば１８.７５〜３１.２５ＧＨｚ、例えば９.３７
５〜１５.６１５ＧＨｚ、例えば７.５〜１２.５ＧＨｚ、例えば１〜７.５ＧＨｚ
だけ離間するように第１レーザーと第２レーザーの相対的幅を調節することが好
ましい。
【００５１】 レーザーキャビティから発光される光の中心周波数は、５００ｎｍ〜２０００
ｎｍの範囲内、例えば７５０ｎｍ〜９００ｎｍまたは１３００ｎｍ〜１６５０ｎ
ｍの範囲内、好ましくは１５２８〜１６２０ｎｍまたは１３００〜１４００ｎｍ
または１００〜１１５０ｎｍの範囲内である波長に対応する周波数レンジ内にあ
ることが好ましい。
【００５２】 導波路はガラスをベースとすること、例えばシリカをベースとするか、または
他のタイプのガラスであることが好ましい。レーザーを保持する基板はシリコン
から製造でき、これら基板は同じシリコン基板の一部を形成できる。基板と導波
路のコアを分離するクラッド層またはかかる層の一部はシリコン基板を熱酸化す
ることによって製造できる。
【００５３】 導波路のコアがアクティブな領域として働くようにするには、ゲルマニウム、
アルミニウム、リン、エルビウム、ネオジムおよびイッテルビウムから成る群か
ら選択された１つ以上のドーパントでコアをドープすることが好ましい。
【００５４】 本発明の第１の特徴および第２の特徴に係わるレーザーシステムの主な利点は
、導波路の寸法により波長をチューニングしながら、レーザーを形成する導波路
を密に並置できることである。これら導波路のコアの各々は中心軸を構成し、中
心軸線の間の最短距離が１０μｍより長く、例えば５０μｍより長く、例えば６
０μｍより長く、例えば７０μｍより長く、例えば８０μｍより長く、例えば１
００μｍより長く、例えば１２５μｍより長く、例えば１５０μｍより長く、例
えば２５０μｍより長いことが好ましい。
【００５５】 コア領域内において屈折率を変えることにより、キャビティを構成する反射部
材を形成できる。これら屈折率の変化によってコア内にほぼ周期的な格子構造、
好ましくはブラッグ格子状をした構造を構成できる。一般に、格子の周期は、格
子のスペクトル従属反射率を決定するので、レーザーの波長を決定する。しかし
ながら、レーザーモードによって生じる格子周期はモードによって生じる有効屈
折率に依存する。従って、本発明によれば、異なる幅を有する導波路に形成した
場合、同じ物理的格子周期を有する格子は異なる反射率を与える。従って、同じ
マスクを使って各レーザーに対する格子を構成するように、すべてのレーザーに
おいて同一物理的ピッチを有する格子を形成できる。よって、レーザー波長の空
いたの相対的精度は異なる位相マスク周期の相対的精度の通常の不確実性によっ
ては影響されない。
【００５６】 好ましくは、このシステムは、第１レーザーおよび／または第２レーザーのア
クティブ領域をポンピングするための光源を更に含み、前記光源は９３０〜９９
０ｎｍ、１４７０〜１４９０ｎｍまたは７５０〜８５０ｎｍの範囲内の波長を有
する。ポンピングされたレーザーキャビティから放出されるパワーは０.０５〜
１００ｍＷの範囲内にあることが好ましい。
【００５７】 上記とは異なり、上記目的は第３の特徴において、前記導波構造体を保持する
基板を含み、前記導波構造体がコア領域およびクラッド領域を有し、前記コア領
域が１つ以上のドーパントを保持するアクティブ領域を含み、 更にアクティブ領域と共にレーザーキャビティを形成するよう、コア領域内に
各々が形成された第１反射部材および第２反射部材を更に含み、前記コア領域が
前記第１反射部材の位置において幅ｗを有する、中心波長λのまわりの光を発光
する単一モードレーザーにおいて、 前記導波構造体がｄλ／ｄｗ≧０.２ｎｍ／μｍを満たす第１反射部材λ（ｗ
）の位置にコア幅ｗに対する中心周波数の依存性を与えるようになっていること
を特徴とする、単一モードレーザーによって達成される。また、適用可能な幅に
対し波長の範囲を広げるには、ｄλ／ｄｗが０.２〜２ｎｍ／μｍの範囲内、例
えば０.３〜１.５ｎｍ／μｍの範囲内、例えば０.４〜１ｎｍ／μｍの範囲内、
例えば０.５〜０.８ｎｍ／μｍの範囲内、例えば０.６〜０.７ｎｍ／μｍの範囲
内にあることが好ましい。
【００５８】 レーザーを保持する基板はシリコンから製造できる。基板と導波路のコアとを
分離するクラッド層またはその一部はシリコン基板を熱酸化することによって製
造できる。
【００５９】 導波路のコアがアクティブ領域として働くようにするには、ゲルマニウム、エ
ルビウム、アルミニウム、ネオジムおよびイッテルビウムから成る群から選択し
た１つ以上のドーパントとドープすることが好ましい。好ましい実施例では、ア
クティブ領域はエルビウムで同時ドープされたゲルマニウム−シリカ（ゲルマノ
シリケート）から成る。その理由は、この材料の広い利得バンド幅によってレー
ザーを約１６２０ｎｍまで作動させることができるからである。
【００６０】 キャビティを形成する第１反射部材および第２反射部材はコア領域において屈
折率を変えることによって形成できる。これらインデックスの変更はコア領域に
おける実質的に周期的な格子構造、可能な場合にはブラッグ格子状をした構造を
構成できる。
【００６１】 好ましくはレーザーキャビティは９３０〜９９０ｎｍ、１４７０〜１４９０ｎ
ｍまたは７５０〜８５０ｎｍの範囲内の波長ポンプ波長によってポンピングされ
、このレーザーキャビティは１５２８〜１６２０ｎｍ、または１３００〜１４０
０ｎｍ、または１０００〜１１５０ｎｍの範囲内の中心波長を有する光を一般に
発光する。ポンピング時にレーザーキャビティから発光されるパワーは０.０５
〜１００ｍＷの範囲内にあることが好ましい。
【００６２】 上記複数の単一モードレーザーは多波長発光デバイスで構成でき、単一モード
レーザーは各単一モードレーザーが異なる中心周波数を有する光を発光するよう
に第１反射部材の位置に異なる幅を有する。所定の中心周波数は所定の周波数イ
ンターバル、例えば１２５〜１０００ＧＨｚ、または７５〜１２５ＧＨｚ、例え
ば３７.５〜６２.５ＧＨｚ、例えば１８.７５〜３１.２５ＧＨｚ、例えば９.３
７５〜１５.６１５ＧＨｚ、例えば７.５〜１２.５ＧＨｚ、または１〜７.５ＧＨ
ｚだけ離間することが好ましい。
【００６３】 上記のように、屈折率の分布は導波路のコアの横方向の寸法、幅によって一般
に形成される。しかしながら、屈折率分布は化学線による照射のような他の方法
を使って変えることができる。かかる屈折率分布の変更は導波構造体の所定の部
分において後処理工程で実施できる。
【００６４】 屈折率の分布はレーザーの製造中に決定することが好ましい。従って、第４の
特徴によれば、本発明の第３の特徴にかかわるレーザーを製造する方法を提供す
るものである。従って、第４の特徴において、本発明は、コア領域およびクラッ
ド領域を有する第１導波構造体を形成する工程と、 前記コア領域内にアクティブ領域を設ける工程と、 レーザーモードをサポートするようになっているレーザーキャビティをアクテ
ィブ領域内に形成するよう、前記コア領域内に第１反射部材および第２反射部材
を形成する工程とを含み、前記コアが前記第１反射部材の位置に幅ｗを有する、
所定の波長の光を発光するレーザーを製造する方法において、 レーザーモードの分布と所定の空間的オーバーラップをさせ、所定の波長のレ
ーザーモードを得るようにコア幅ｗを調節することにより、前記第１反射部材の
位置に導波構造体の屈折率分布を形成することを特徴とする、レーザーを製造す
る方法を提供するものある。
【００６５】 レーザーモードによって発生する有効屈折率ｎeffを少なくとも部分的に決定し
、前記屈折率の分布がｄｎeff／ｄｗ＞２×１０-4μｍ-1を満足するコア幅ｎeff （ｗ）に対する有効屈折率の依存性を前記第１反射部材の位置に定めるようにな
っていることが好ましい。
【００６６】 好ましくは反射部材はブラッグ格子であるので、第１反射部材および第２反射
部材を形成する工程はコア領域にブラッグ格子を形成することにより、第１反射
部材を形成する工程を含むことが好ましい。このブラッグ格子は赤外線で書き込
まれた格子または波形格子とすることができる。
【００６７】 第５の特徴において、本発明は、例えば第１の特徴または第２の特徴に係わる
システムにおいて２つ以上のレーザーの相対的波長を調節する方法を提供するも
のである。従って、第５の特徴において、本発明は、第１レーザーと第２レーザ
ーとの相対波長を調節する方法において、 該方法が、 前記第１レーザーを設ける工程を含み、該第１レーザーが、 第１導波構造体を保持する第１基板を含み、前記第１導波構造体がコア領域お
よびクラッド領域を有し、前記第１導波構造体に対する屈折率分布を構成し、前
記コア領域が１つ以上のドーパントを保持するアクティブ領域を含み、 前記第１レーザーが、 アクティブ領域と共に第１レーザーキャビティを形成するように前記コア領域
内に各々が形成された第１反射部材および第２反射部材を更に含み、前記第１レ
ーザーキャビティが第１レーザーモードをサポートするようになっており、 第１レーザーモードの分布と第１の所定の空間的オーバーラップさせ、レーザ
ーモードの所定の第１波長λ1を得るように、コア幅ｗ1を調節することにより、
前記第１反射部材の位置に屈折率分布を形成し、 更に第２レーザーを設ける工程を含み、 該第２レーザーが、 第２導波構造体を保持する第２基板を含み、前記第２導波構造体がコア領域お
よびクラッド領域を有し、前記第２導波構造体に対する屈折率分布を構成し、前
記コア領域が１つ以上のドーパントを保持するアクティブ領域を含み、前記第２
レーザーが更に、 アクティブ領域と共に第２レーザーキャビティを形成するよう、コア領域内に
各々が形成された第３反射部材および第４反射部材を含み、前記第２レーザーキ
ャビティが第２レーザーモードをサポートするようになっており、 前記第２レーザーモードの分布と所定の第２の空間的オーバーラップさせ、レ
ーザーモードの所定の第２波長λ2を得るようにコア幅ｗ2を調節することにより
、前記第３反射部材の位置にて屈折率分布を形成し、 更に第１波長と第２波長との間の所定の関係を得るようにコア幅ｗ1およびｗ2 を調節する工程を含む、第１レーザーと第２レーザーとの相対的波長を調節す
る方法を提供するものである。
【００６８】 幅ｗ1およびｗ2、および第１波長と第２波長との間の所定の関係が、（λ2−λ1 ）／（ｗ2−ｗ1）≧０.２ｎｍ／μｍを満たすことが好ましい。また（λ2−λ1
）／（ｗ2−ｗ1）は、０.２〜２ｎｍ／μｍの範囲内、例えば０.３〜１.５ｎｍ
／μｍの範囲内、例えば０.４〜１ｎｍ／μｍの範囲内、例えば０.５〜０.８ｎ
ｍ／μｍの範囲内、例えば０.６〜０.７ｎｍ／μｍの範囲内にあることが好まし
い。
【００６９】 波長のチューニングを、主に幅を調節することによって実行するように、少な
くとも第１反射部材および第３反射部材は少なくとも同じ周期を有するブラッグ
格子であることが好ましい。よって、異なる格子を書き込む際に同じマスクを使
用することができるので、格子の周期の不確実性が解消される。
【００７０】
【発明の実施の形態】
本発明は、シリコン上にシリカを有し、平面光導波路よりなる、多波長放射レ
ーザ装置に関する。使用される導波路の寸法を変えることにより、放射された波
長に長い寿命を与え、また活性放射線により、導波路内にブラッグ格子を形成し
て、放射された波長を連続的に調整する。ブラッグ格子は、活性放射線の、焦点
を絞った光線により、個々に調整される。また、外部からの影響に対して、すぐ
れた熱的機械的安定性を示す、多波長放射レーザ装置を提供するものである。
【００７１】 図１に示したように、上記の特徴は、シリコン基板21上のシリカ12,14内に、
近接させて、平行に並べた、ほぼ方形のシリカ導波路を埋め込むことにより達成
される。これらの導波路は、幅に所定の変化を持たせることにより、有効な屈折
をなすようにしている。導波路のコア13には、ゲルマニウム及びエルビウム、好
ましくはアルミニウム及びイッテルビウムをドーピングするとよい。
【００７２】 更に、位相マスクを介して、コヒーレントな活性放射線を、導波路に照射する
ことにより、ブラッグ格子31,32は、導波路に刻み付けられる。これらのブラッ
グ格子は、各導波路において、レーザ共鳴構造を構成し、異なった所定の波長を
放射する。
【００７３】 導波路の基本的な構造は、公知であり、基板21と、導波路コアよりなる下部ク
ラッド12と、コアの上の上部クラッド14よりなっている。導波路構造の一般的特
徴とその性質、及びブラッグ格子については、後で説明する。
【００７４】 導波路コアは、十分な厚さのシリカバッファ層12の上に設けられ、導波路から
基板21への光エネルギーの結合を無視しうるようにしている。シリカバッファ層
12に例えて、ほぼ10-2の屈折率分布を有する代表的な導波路にとって、10μm以
上の厚さのバッファ層が好ましい。シリカバッファ層12は、シリコン基板を加熱
して酸化したり、シリカ析出法により、シリコン基板の少なくとも片面に、シリ
カ層を析出することにより、得られる。
【００７５】 シリコンは、シリカの２倍の熱伝導度を持ち、それにより、外部の影響による
、局部的な温度変化を排除し、レーザのチャネルの一貫した間隔を保証している
。更に、シリコン基板21の、平面からずれた、曲げ剛性により、機械的な安定性
が得られる。
【００７６】 好ましくは、装置が約980nm若しくは1480nmでポンピングされる時に、増幅導
波路を生成するべく、ゲルマニウム及びエルビウム、多くの場合、アルミニウム
及びイッテルビウムでドーピングされているとよい。加熱酸化したシリコンと同
様な、ほぼ10-2の屈折率分布を有する代表的な導波路コアでは、導波路コアの好
適な厚さは、ほぼ3μm以上である。
【００７７】 導波路を製造するために、シリカバッファ12の率と近接する屈折率を有する、
ホウ素とリンでドーピングしたシリカガラスの上部クラッド層14でコアが被覆さ
れる。あるいは、コアは、まず、ドーピングされていないシリカガラスの薄い層
で被覆され、次にホウ素とリンでドーピングしたシリカガラスで被覆される。両
者のガラスは、シリカバッファに近い屈折率を有している。シリカガラスの最初
にドーピングされていない層の厚さは、約２μm未満であるとよい。
【００７８】 別の実施例では、ドーピングされていないシリカで作られた上部クラッド14は
、シリカバッファ12の率と近接した屈折率を有している。導波路の頂面から上部
クラッドの表面まで測定された上部クラッドの全厚さは、少なくともほぼ10μm
である。
【００７９】 余りに接近し過ぎると、隣接する導波路の間に光エネルギーの交換が生じるに
もかかわらず、導波路同士は出来るだけ接近して設けられるべきである。シリカ
バッファ層のようなほぼ10-2の屈折率分布を有する代表的な導波路にとって、導
波路同士の間の間隔はほぼ50μm以上であるとよい。多数の繊維に多数の導波路
レーザを容易に結合するために、繊維リボン内での繊維同士の間隔に対応する導
波路同士の間隔が好ましい。
【００８０】 前述したように、位相マスクを介して、コヒーレントな活性放射線により、導
波路を照射することにより、ブラッグ格子が導波路に刻み込まれる。これは、増
幅する導波路のコアに、レーザ空洞を設けるためである。
【００８１】 反射した波長は、導波路内でのモードに関する有効屈折率と、次式の位相マ
スク期間により決定される。 λB = neff(w) × Λ (1) 式中、λBは反射した波長、即ちレーザの波長、neff(w)は、幅wの波長の有効
屈折率、Λは位相マスク期間を示す。
【００８２】 波長の幅wは、上部クラッドを析出したり、焼きなましをする前に、エッチン
グされたコアの幅，即ちUV書き込み工程の位相マスクにより決定された幅として
決定される。より正確には、wは、コア層の半分の高さに対応する高さで、基板
にほぼ平行で、導波路の中心軸に直交する方向に測定された導波路コアの幅であ
る。この明細書で、ほとんどの場合、この幅は、図１のDBR格子31,32の位置での
幅に関している。
【００８３】 有効な屈折率neffは、導波路を介する、いくつかの横断モードにおいて伝搬す
る光により経験された屈折率である。横断モードの電磁(EM)場強度は、囲んでい
るクラッドに到達する。そこで、経験された有効屈折率は、コアの屈折率ncore
とクラッド部のncladdingの組み合わせである。コアが狭いと、横断モードのEM
場強度の大部分がクラッド部に到達し、そこで、neffは、ncladdingにより、大
いに影響を受けることになる。コアの幅を調節することは、ncoreとncladding更
にはneff(w)への寄与を調節することになる。
【００８４】 格子の位置における、波長幅wにおける差Δw（即ち、有効屈折率neff(w)にお
ける差Δneff）を除いて等しい２本のレーザは、レーザ波長ΛBにおける差ΔλB
を持っている。この性質、即ち変化Δwが変化ΔneffとΔλを導くという性質は
、導波路材料と幾何学の固有の性質である。
【００８５】 導波路の幅に対するλBとneffの依存性は、それぞれ図２Aと図２Ｂに示されて
いる。これらの図には、曲線42,44が示されており、円と矢印は、左の軸で読み
取られる。また、これらの図には、本発明により製造された導波路で得られる、
波長幅λB(w)の関数としてのλB(w)とneff(w)と、ひとつの極性に対する曲線が
示されている。
【００８６】 図２Ａと図２Ｂにおける曲線42,44に使用される導波路は、すべて同一の格子
ピッチΛを有しているので、依存性neff(w)は、式１におけるλB(w)に類似し、
より基本的な実体として、導波路の性質を決めるのに使用される。図２Ａと図２
Ｂの背景については、後で詳細に述べる。
【００８７】 導波路の幅を調節することにより、波長を調整する能力を特徴付けるために、
neff(w)の導関数であるdneff/dwを、ブラッグ格子の位置における、導波路レー
ザの、幅における所定の変化に対する、レーザ波長の変化を示す重要なパラメー
タとして決定する。幅のみを変えることによって、広い波長帯域に及ぶことが出
来るように、dneff/dwが大きな値であるとよい。
【００８８】 一方、図２Ｂにおける曲線の傾きに比例するdneff/dwの値が大きすぎると、幅
による反射波長の過敏性のために、有利でない。
【００８９】 図２Ｂに示すように、曲線の傾きは、幅12μm以上に増大するにつれ、小さく
なる。これは、導波路コアと関連する横断モードの幅が、大きさにおいて、匹敵
するようになるにつれ、ncladdingの寄与は顕著でなくなり、neff≒ncoreはすべ
ての実用的な目的に適うようになる。コアの幅が小さくなる時に、曲線の他端に
おいて、小さな影響が現れ、ncoreの寄与は顕著でなくなる。
【００９０】 本発明は、レーザ共振器を構成する反射装置の少なくとも１つが、ブラッグ格
子であり、このブラッグ格子は、dneff/dwにより特徴付けられ、幅wを変えるこ
とにより、波長を最適にするようになっている。
【００９１】 図７は、wの関数としての、dλB/dwのプロット71を示している。dλB/dwは、
所定の幅における0.2nm/μmμよりも大きくなっている。所定の場合に、格子ピ
ッチはΛ＝1071nmであったので、dneff/dwの対応最小値は1.9 × 10-4μm-1であ
る。ヴィーシー(Veasey)他による従来技術でのdλB/dwの最大値は、dneff/dw＝1
.0 × 10-4μm-1(Λ＝1015.6nm)に対応する〜0.1nm/μmである。これらの差の理
由は、導波路コアの屈折率分布における差によるものであり、後で詳細に説明す
る。
【００９２】 この従来技術の文献は、ディー・エル・ヴィーシー(D.L.Veasey)他、「Yb/Er
ドープリン酸塩における1536 nmでの、分布ブラッグ反射器導波路レーザのアレ
イ」アプライド・フィジックス、74巻，6号、1999年2月789-791頁である。
【００９３】 幅を変えるための合理的な波長スパンと、同調の合理的な感度を得るために、
dneff/dwは、1.0 × 10-4μm-1と20.0 × 10-4μm-1の間であるのが好ましい。
【００９４】 上記の関係を改良し、最適にすることにより、ほぼ方形の導波路の幅wの変化
は、有効屈折率neff(w)とレーザ波長λBに大きな変化を生ぜしめ、いくつかの標
準ITUチャネルに及ばせることを可能にする。一方、同様な空間周波数を有する
ブラッグ格子を備える導波路レーザは、幅を変えることにより同調を可能とさせ
、これは、レーザ波長の同調にとって、非常に有利であり、簡便な方法である。
【００９５】 ウェハー上で接近した導波路のいくつかのグループにより調整され、各グルー
プが幅の異なる導波路よりなり、期間Λ1, Λ2…Λnを変えた、いくつかの(N)平
行格子を含む位相マスクを使用することが可能である。狭い互いの間隔により、
導波路に位相マスクを載置し、すべて異なる所定の波長を有する多数のレーザを
含む多数をグループを形成することが可能である。格子ピッチの同調性と導波路
の幅を組み合わせられるので、このような配置は、標準ITUチャネルの。より広
い幅範囲に及ばせることが出来る。
【００９６】 各レーザの周波数は、単一モードの線幅よりも大きな、いかなる間隔でも分離
されるので、ITUチャネルの間隔に合せられる。代表的なITU標準は、各チャネル
で100GHzと50GHzであり、それぞれ、0.82 nmと0.41 nmに対応している。しかし
、本発明によるマルチ波長放射レーザ装置によれば、上記の間隔の間で、25GHz
、12.5GHz、10.0GHz若しくは他のいかなる周波数間隔により分割された単一モー
ドの中心周波数を持つことが可能である。ITUチャネルは12.5%の小さな変化が可
能であるので、これらの周波数分離により、75 _ 125GHz、37.5 _ 62.5GHz、18.
75 _ 31.25GHz、9.375 _ 15.615GHz及び7.5 _ 12.5GHzの間隔に変換することが
可能である。
【００９７】 導波路を近接させて並べることによって、基板を横切るシリカ層の巨視的な変
化は無視しうる。そこで、導波路幅の変化は、導波路の有効屈折率の変化に直接
変換される。また、導波路コアの形成に用いられる光リトグラフィーと食刻段階
における巨視的変化も無視しうる。更に、非常に多数の導波路が、一回で標準位
相マスクに合致可能で、ブラッグ格子は、コヒーレントな活性放射線による一回
の照射で刻み込まれる。そこで、ブラッグ格子は、いくつかの導波路内で、高精
度で同時に製造され、放射する波長の位置を正確に制御出来る。
【００９８】 ＵＶ書き込みにより、放射された波長の正確な位置は、既に製造されたブラッ
グ格子を走査し、活性放射線の焦点を合わせた光線により、後の加工段階で首尾
良く同調される。
【００９９】 多波長放射レーザ共振器構造は、いくつかの方法で製造される。例えば、ブラ
ッグ反射器及びフィードバック型のような方法がある。それらの方法は、図１，
２，３に基づき説明される。多くの場合、ブラッグ格子31,32は、好適な位相マ
スクを介して、コヒーレントな活性放射線に曝すことにより、形成される。いく
つかの例では、格子の一つは、高反射誘電ミラーにより、代用可能である。導波
路は、照射の前に、重水素また水素を高圧で充填する。
【０１００】 第１の実施例において、レーザ共振器は分布ブラッグ反射器であり、１個のブ
ラッグ格子32は、導波路の一端の面に位置する誘電ミラー(図示せず)のような、
別の高反射装置により代用される。他のブラッグ格子31は、導波路を、位相マス
クを介して、コヒーレントな活性放射線を照射することにより、形成される。
【０１０１】 第２の実施例において、多波長放射レーザ共振器は、分布ブラッグ反射器であ
り、一端におけるブラッグ反射器32は、高度の反射能力と、非常に広い帯域を持
っている。他端におけるブラッグ反射器31は、所定の波長近傍の非常に狭い波長
範囲で反射するのみである。
【０１０２】 多波長放射導波路レーザ共振器を形成する際に、レーザ出力を多重化するとよ
い。図３に示すように、多重化は、電力分配器16,17及び入力導波路15により行
われる。導波路は、断熱テーパ18を介して、マルチプレクサに連結される。
【０１０３】 第３の実施例において、多波長放射導波路レーザ共振器は２個のブラッグ格子
により形成される。これらのブラッグ格子は、一定であるが、各スペクトルにお
いて、反射ピークの間の間隔がわずかに異なっている。格子は、互いに等距離L2
で分離された、等しい長さL1の、多数の短い格子部よりなっている。これらの格
子は、ピーク同士の間のスペクトル距離を好適に制御しながら、マルチピークの
反射を行っている。
【０１０４】 格子のひとつの位置における有効屈折率をわずかに変えることにより、反射ピ
ークスペクトルはわずかに動く。反射ピークスペクトル動くにつれ、２つの反射
スペクトルの異なるピークは、異なるレーザ波長を選択しながら、異なる時間に
重ね合わせられる。このようにして、非常に多数のITUチャネルが、１つの格子
の位置における、導波路幅を介して、有効屈折率をわずかに変えることにより得
られる。
【０１０５】 第４の実施例において、図６に示すように、多波長放射導波路レーザ共振器は
、上記の反射器のいずれかを用いることにより形成される。レーザ空洞を同一の
大きさにするために、テーパ部19は、格子31,32の近傍に設けられる。同調目的
の格子の位置における導波路幅wにおける変化と同時間に、空洞内に、等しい体
積の増幅導波路コア13が設けられる。いくつかの段階における出力が活性部の大
きさに基づくので、このテーパ化は好ましい。レーザからの出力は等しくなるの
が好ましい。
【０１０６】 平面導波路レーザを保持する光導波路11は、種々の標準クリーンルーム薄膜技
術を組み合わせて製造される。このような技術には、シリコンの加熱酸化、シリ
カをドープしたり、しなかったりしたプラズマ増進活性気相成長技術(RECVD),フ
ォトリトグラフィー、シリカの反応イオンエッチング(RIE)にようなものがある
。
【０１０７】 まず、標準シリカウェハー21は、RCAでクリーニングされて、少なくとも10μ
ｍの厚さの酸化物層12を形成する。生じた酸化物は、導波路コアのバッファクラ
ッドとして使用される。第２に、PECVD法により、アルミニウム及びエルビウム
をドーピングした、ほぼ５μmの厚さの層のケイ酸ゲルマニウムコアガラスをシ
リカバッファ層の上面に析出し、次に焼きなましをした。PECVD法は、ケイ酸ゲ
ルマニウムを析出させるための前駆物質として、シラン、ゲルマン及び窒素酸化
物を使用する。アルミニウムとエルビウムは、有機溶液に溶解したAl及びErキレ
ートを含む液体源から供給される。液体源は、計量され、蒸発され、次にキャリ
アーガスにより、PECVD反応器に送られる。
【０１０８】 標準フォトリトグラフィー法及びRIEにより、導波路コア13が、コアガラス層
内に設けられた。最後に、エッチングされたコアを、ホウ素及びリンをドーピン
グしたシリカのほぼ12μmの厚さのクラッド層14で被覆され、続いて焼きなまし
した。その下に、ホウ素及びリンをドーピングしたガラスを有する、ドーピング
されていないシリカガラスに第１薄層よりなる上面クラッド構造を使用すること
により、ドーピングされた上面クラッド層とコアの間のドーパントの相互拡散が
最小になり、有利な、ほぼ方形の屈折率分布を維持する。ドーピングされたコア
材料の融点が余りに高いので、上面クラッドの最終焼きなましによっても、コア
のほぼ方形の率分布を著しく変えることはない。
【０１０９】 上述のガラス層12,14と導波路コア13を、他の手段により形成したり、更に別
のドーパントを含んでいてもよい。例えば、シリカ層をフレーム加水分解析出法
で析出させ、溶液ドーピングによりドーピングしてもよい。イッテルビウムより
なるドーパントを、コアガラス構造に添加してもよい。
【０１１０】 レーザ空洞を定めるのに使用されるブラッグ格子31,32は、1071 nmの固定周期
で、０順序位相マスクを介して、248 nmのUVレーザ光により導波路コアに刻み込
まれる。原則的には、どんな種類の活性光も、書き込みのために使用出来る。使
用される3 mmの幅で、50 mmの長さの位相マスクにより、照射の間に導波路アレ
イを被覆する。UV光を走査することによって、導波路アレイ11を構成する導波路
コア13の両端に照射がなされ、中心部に照射されていない領域が残される。
【０１１１】 照射段階の前に、完全な導波路構造11を有するウェハーに高圧の重水素を充填
し、コアガラスの光感受性を顕著の高める。照射段階で、ブラッグ格子31,32を
製造した後で、導波管レーザアレイを、30分間、ほぼ200℃で、焼きなましをし
、UVにより引き起こされた屈折率変化の短寿命の不安定な成分を除去することに
よって、格子を安定にする。
【０１１２】 上述の方法により製造された、１個の導波路レーザは、979 nmで、265 mWのポ
ンピング出力、1553 nmで、0.4 mWの出力が与えられる。
【０１１３】 レーザ出力の間の、正確に定義された一定のチャネル間隔を得るために、導波
路幅、λB(w)の関数として、ブラッグ波長を知ることが必要である。図２Ａに示
した実験例のように、その機能は、波長高さと屈折率分布のような多数の一定パ
ラメータと、正確な導波路コア形状及び焼きなましの影響のような、製造段階に
おける二次的なパラメータを持っている。
【０１１４】 原則的に、neff(w)を計算することによって、λB(w)を計算することが可能で
あるにもかかわらず、λB(w)を実験により求める方が好ましい。これは、増加す
る幅wの導波管コアのアレイに、弱いブラッグ格子を刻み込むことによりなされ
、次に各導波路のために、ブラッグ波長を測定する。図２Ａに示した、λB(w)42
は、導波路製造法と使用される位相マスクな関する、関数として使用される。し
かし、異なる時間Λで、位相マスクを使用して、同一の製法により、新たなλB(
w)を得ることが簡便である。
【０１１５】 λB(w)から、一定のチャネル間隔から生じた波長幅が推定される。所望のレー
ザ構造で生じる正確な幅の波長を定めるパターンを保持するように、新たな位相
マスクを設計することが出来る。そこで、曲線λB(w)が設計曲線と呼ばれる。
【０１１６】 設計曲線λB(w)を形成する次の実験例により、本発明は図示される。別の実験
例においては、50GHzの、多重化された、ほぼ等間隔のチャネル間隔を有する、
４個のチャネルレーザを製造するのに、前記の設計曲線が使用される。また、レ
ーザ出力の、温度同調と、温度安定性の実験例が示されている。
【０１１７】実験例１ 図２Ａの設計曲線42は、波長幅の関数として、ブラッグ波長λB(w)を示し、図
２Ｂは、所定の波長を放射する、波長レーザ構造の製造に必要なneff(w)を示し
ている。
【０１１８】 このために、図１に示された、導波路レーザのアレイ30を保持する導波路構造
が示されている。アレイの導波路コア13に形成された個々の空洞は、中心から中
心まで、125 μmの間隔であり、0.3 μmの一定段階で、4 μmから、12.7μmの公
称幅である。ブラッグ格子31の一組は、導波管コア13に刻み込まれ、そこで、ブ
ラッグ格子は省略される。1071 nmの一定周期で、ゼロ順序の位相マスクを介し
て、248 nmのＵＶ照射により、ブラッグ格子31は作られた。
【０１１９】 エルビウムをドーピングした繊維よりなる、増幅自発放射(ASE)光源からの広
いスペクトルの光は、端部結合繊維により、各導波路コア13に首尾良く結合され
た。導波路コア13と格子31を介して送られる光は、別の端部結合繊維により、対
向端に集められ、次に、伝達ディップが記録されるスペクトル分析器に送られ、
最終的に図２Ａの曲線42を生成した。曲線42は、本発明による製法の多目的性を
示している。導波路コア13の幅を4 μmから12.7 μmまで変えることにより、５
nm以上のブラッグ波長寿命が得られ、いくつかの標準ITUチャネルに達すること
を可能とさせる。
【０１２０】実験例２ 本発明による方法の適用性を示すために、実験例１の設計曲線により、集積電
力分配器・連結器を備える、４個のチャネル平面導波路レーザアレイを設計し、
製造した。シリコン基板21において、熱酸化物よりなる、ほぼ12 μmの厚さのバ
ッファ層12が、図３のように成長した。エルビウムとアルミニウムをドーピング
した、約５ μmの厚さのゲルマノシリケートコアガラスをPECVDにより析出し、
次に焼きなましをした。50GHzのチャネル間隔のレーザアレイを製造することを
可能にする導波路幅は、図２Ａの曲線42から推定された。
【０１２１】 レーザアレイ内の４個の導波路13は、断熱テーパ部18を介して、１〜４分配器
・連結器16,17を介して、連結され、導波路15に終端する。導波路レーザアレイ
及び分配器・連結器構造は、標準クリーンルーム・フォトリトグラフィーとRIE
を組み合わせた方法により、エルビウム及びアルミニウム・ゲルマノシリケート
内に移された。最終的に、エッチングされた構成を、上面クラッドガラスの層14
により、被覆し、焼きなましをした。
【０１２２】 ブラッグ格子を製造する前に、全構造に重水素を充填し、コアガラスの光感受
性を顕著に増大させた。ほぼ10 mm(99.9%以上の反射、1 nmの幅)の長さと強度の
ブラッグ格子31と、10 mm（ほぼ99%以上の反射、0.3 nmi以下の３dBの幅）の長
さと強度のブラッグ格子32を、実験例１のように、導波路13に刻み込み、その間
に10 mmの未照射部を残した。ブラッグ格子の比較的高い反射率は、レーザを、
格子31を介して、個々のレーザから最初に照射し、１〜４分配器・連結器構造に
入射し、最終的に導波路15に戻った。次に、集められた最終レーザ出力を、繊維
WDMにより、ポンプから分離し、光学スペクトル分析器で分析した。
【０１２３】 レーザアレイが980 nmでポンピングされた時のスペクトル出力は、図４に示さ
れている。ピーク51,52,53,54は、それぞれ、平面導波路レーザアレイ内のレー
ザ１〜４からの出力を示している。導波路13の幅は、50 GHzの等間隔のチャネル
距離を与えるように設計された。４つのピーク51~54の位置を調べると、チャネ
ル間隔がほぼ一定である。即ち、ピーク51と52の間は51.1GHz、ピーク52と53の
間は45.3GHz、最後にピーク53と54の間は41.4GHzである。
【０１２４】実験例３ 本発明により製造された平面導波路レーザアレイのすぐれた温度安定性と温度
同調可能性を示すために、実験例２の４チャネルレーザアレイを試験した。導波
路レーザアレイを温度制御台に置き、ポンプ集束繊維を1個の導波路15に端部連
結し、繊維WDＭを介して、集めたレーザ出力を光学スペクトル分析器に導いた。
台の温度は、13.5〜76℃の範囲で直線的に傾斜し、４個のレーザ出力の対応ピー
ク位置と温度を記録した。この測定の結果が図５に示されている。アレイからの
４個のレーザ出力のそれぞれのレーザ波長位置は、台の温度の関数として、プロ
ットされている。
【０１２５】 図５の曲線は、温度が上昇するにつれ、チャネル間隔のすぐれた安定性を示し
ている。個々のチャネルの間の間隔は、13.5~76℃の温度範囲で、測定精度(10 p
m)内で温度になんら依存しないことを示している。台の温度が上昇するにつれ、
レーザアレイからの出力ピークは、10.5 pm/℃の率で、より高いレーザ波長の方
へ、直線的に動いている。各レーザ出力の間のチャネル間隔が一定になるにつれ
、出力の集束変換は、多数の連続したＩＴＵチャネルにおけるレーザアレイから
の出力を正確に位置付けるのに使用されることが出来る。
【０１２６】 以下の表には、ＩＴＵチャネル(周波数)193.00THzから193.20THzまでのＩＴＵ
波長が示されている。また、上記の実験例の装置における２つの異なる温度にお
けるレーザ波長が示されている。
【表１】
【０１２７】 表中の数字によれば、ＩＴＵグリッドにおける平面導波路レーザアレイからの
出力を位置付けることが可能であり、更に、温度に応じて、異なる組のチャネル
を選択することが可能であることを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 シリコン基板の上のドーピングされたり、されなかったりしたシリカの組み合
わせにより作られた、生め込まれた６個の導波路レーザの概略図。ほぼ12μmの
バッファガラスが、シリコン基板と上面クラッドの表面から、導波路コアを分離
している。各導波路レーザは、中心と中心との間隔が125μmで離隔され、幅が増
大するようになっている。レーザ共振器は、位相マスク(図示せず)により、すべ
ての導波路を被覆し、活性放射線により、導波路コアに直接刻み付けられたブラ
ッグ格子により形成されている。各レーザにおけるブラッグ格子の空間的位置は
、導波路コアの対向端において、交互に配置された明部と暗部により図示されて
いる。
【図２Ａ】 導波路幅に対するブラッグ格子の波長を示している。円と矢印は、どちらの方
向に軸の値が読み取られるのかを示している。曲線42は、本発明により製造され
た導波路で得られたλB(w)を示している。パラメータを使用した製造工程におい
て、この曲線は、ＩＴＵグリッドの上に設けられ、等間隔の出力レーザ波長を生
じる波長幅を有する、図１のレーザ構造体を製造するのに用いられる。比較のた
めに、ヴィーシー他により得られた、導波路幅の関数として測定されたレーザ波
長を示している。これら2個の曲線が同様な寸法で、ヴィーシー他による曲線の
傾きがわずかであることに留意すべきである。
【図２Ｂ】 図２Ａと同じ例において、導波路幅neff(w)に対する，有効屈折率を示してい
る。曲線44は、本発明により製造された導波路で得られ、図２Ａの曲線42に対応
している。曲線43は、ヴィーシー他により得られたもので、図2Ａの曲線41に対
応している。
【図３】 4本の平面導波路レーザを埋め込んだアレイの概略図。各レーザは、1個の導波
路に端部を結合した1本の繊維(図示せず)からポンピングされ、３dBの電力分配
器により、断熱テーパを介して、4個の導波路レーザのアレイに接続された4個の
導波路に分配される。遠方の端部におけるブラッグ格子は、近傍の端部における
ブラッグ格子に比べて、反射度が高く、スペクトルの範囲も広い。そこで、レー
ザ出力は主に近傍端に発生する。レーザ出力は、電力分配器により、入力導波路
にともに多重化され、ポンプ繊維に集められる。
【図４】 図３に示したものと対応する構造で、本発明により製造された4チャネル導波
路レーザアレイからの、測定された出力スペクトル。導波路レーザアレイは、図
２Ａに示された設計曲線から、適当な幅を選択することによって、50GHzのチャ
ネル間隔(=0.41 nm)に設定されている。
【図５】 図４のスペクトルに対応し、温度に対し、測定されたレーザ出力ピーク位置を
示す。温度が増加するにつれ、10.5 pm/℃で、ピークは、より高い温度の方向へ
動く。しかし、各チャネルの間の間隔は、温度間隔で、10 pmの測定精度内で温
度に依存しない。
【図６】 図３の１〜４分配器/連結器構成体に連結された4個の埋め込まれた平面導波路
レーザのアレイの概略図。この実施例は、導波路レーザ空洞内の使用されたテー
パ部により、図３に示されたものと異なっている。小さなテーパ部は、各空洞内
に案内され、すべての導波路レーザアレイ空洞と同じ平均幅に、空洞幅をテーパ
化している。これは、空洞内の利得を平均化するのを助けている。そこで、放射
されたレーザ波長において、より均一な出力を発生している。ブラッグ波長は、
格子位置における波長幅により決定されるので、ブラッグ波長はこの方法によっ
ては影響されない。格子位置における導波路幅は、空洞内に追加されたテーパ部
によっては影響されない。
【図７】 図２Ａに示された設計曲線の別の例を示す。本発明の方法により、非常に多数
の標準ＩＴＵチャネルに及んでいる導波路レーザのアレイを首尾良く製造するた
めに、得られた設計曲線は２つの明らかな要件を満たさなくてはならない。第1
に、広い波長が、この曲線に含まれることは必須である。第2に、設計曲線λB(w
)が、導波路幅wに対して、単調に増加することと、この例がなめらかに変化する
関数であることは必須である。なめらかに変化するこの例は、所定のＩＴＵチャ
ネルから次のＩＴＵチャネルまでの段階に必要とされる、増加する導波路波長が
、小さ過ぎないことと、大き過ぎないことが重要である。非常に小さな増加幅が
必要な場合には、レーザ出力のスペクトル位置とチャネル間隔が、製造工程の変
動により簡単に影響を受けてしまう。
【符号の説明】
11光導波路 12酸化物層 13コア 14上部クラッド 21 ウェハー 31,32 ブラッグ格子
【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１４年１月１４日（２００２．１．１４）
【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
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項３４】 少なくとも実質的に同じ周期を有するブラッグ格子により
、前記第１反射部材および前記第３反射部材を形成した、請求項３１〜３３のい
ずれかに記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年４月４日（２００２．４．４）
【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
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 マデ スケール デンマーク国 デコ−2400 コペンハーゲ ン ネベゴールドバッケン 11 Ｆターム(参考） 5F072 AB20 AK04 JJ20 KK07 KK30 MM07 PP07 【要約の続き】 ブラッグ格子の相対的格子周期の不確実性が解消され る。導波路の幅をわずかにしか変えないことによって波 長の範囲を広げるには、幅ｗ、ｎeff（ｗ）に対するｎeff の依存性が大きいことが好ましい。よって異なる レーザーがほぼ同じ寸法を有することになる。

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１レーザーと第２レーザーとを含むレーザーシステムであ
    り、 前記第１レーザーが、 第１導波構造体を保持する第１基板を含み、前記第１導波構造体がコア領域お
    よびクラッド領域を有し、前記コア領域が１つ以上のドーパントを保持するアク
    ティブ領域を含み、 前記第１レーザーが、前記アクティブ領域と共にレーザーキャビティを形成す
    るよう、前記コア領域内に各々が形成された第１反射部材および第２反射部材を
    更に含み、前記レーザーキャビティが、第１レーザーモードをサポートし、前記
    第１レーザーモードが前記第１反射部材の位置に第１有効屈折率ｎeff1を発生さ
    せ、前記コア領域が前記第１反射部材の位置に幅ｗ1を有し、 前記第２レーザーが、 第２導波構造体を保持する第２基板を含み、前記第２導波構造体がコア領域お
    よびクラッド領域を有し、前記コア領域が１つ以上のドーパントを有するアクテ
    ィブ領域を含み、 前記第２レーザーが、 前記アクティブ領域と共にレーザーキャビティを形成するよう、前記コア領域
    内に各々が形成された第３反射部材および第４反射部材を更に含み、前記レーザ
    ーキャビティが第２レーザーモードをサポートし、前記第２レーザーモードが第
    ３反射部材の位置に第２の有効な屈折率ｎeff2を発生させ、前記コア領域が第３
    反射部材の位置に幅ｗ2を有するレーザーシステムにおいて、 ｎeff1がｎeff2と異なり、前記第１導波構造体および第２導波構造体が第１反
    射部材および第３反射部材の位置にｄｎeff1／ｄｗ1＞２×１０-4μｍ-1および
    ｄｎeff2／ｄｗ2＞２×１０-4μｍ-1を満たすコア幅ｎeff1（ｗ1）およびｎeff2 （ｗ2）に対する有効な屈折率の依存性を与えるようになっていることを特徴と
    するレーザーシステム。
  2. 【請求項２】 ｄｎeff1／ｄｗ1およびｄｎeff2／ｄｗ2が２×１０-4〜２０
    ×１０-4μｍ-1の範囲内、例えば３×１０-4〜１５×１０-4μｍ-1の範囲内、例
    えば４×１０-4〜１０×１０-4μｍ-1の範囲内、例えば５×１０-4〜８×１０-4 μｍ-1の範囲内、例えば６×１０-4〜７×１０-4μｍ-1の範囲内である、請求項
    １記載のレーザーシステム。
  3. 【請求項３】 第１レーザーと第２レーザーとを含むレーザーシステムであ
    り、 前記第１レーザーが、 第１導波構造体を保持する第１基板を含み、前記第１導波構造体がコア領域お
    よびクラッド領域を有し、前記コア領域が１つ以上のドーパントを保持するアク
    ティブ領域を含み、 前記第１レーザーが、 前記アクティブ領域と共にレーザーキャビティを形成するよう、前記コア領域
    内に各々が形成された第１反射部材および第２反射部材を含み、前記第１導波構
    造体が第１反射部材の位置に第１コア幅ｗ1を有し、前記レーザーキャビティが
    、第１レーザーモードをサポートし、前記第１レーザーモードが前記第１反射部
    材の位置に第１有効屈折率ｎeff1（ここでｎeff1は第１屈折率分布に関連してお
    り）を発生させ、 前記第２レーザーが、 第２導波構造体を保持する第２基板を含み、前記第２導波構造体がコア領域お
    よびクラッド領域を有し、前記コア領域が１つ以上のドーパントを有するアクテ
    ィブ領域を含み、 前記第２レーザーが、 前記アクティブ領域と共にレーザーキャビティを形成するよう、前記コア領域
    内に各々が形成された第３反射部材および第４反射部材を更に含み、前記第２導
    波構造体が第３反射部材の位置に第２コア幅ｗ2を有し、前記レーザーキャビテ
    ィが第２レーザーモードをサポートし、前記第２レーザーモードが前記第３反射
    部材の位置に第２の有効な屈折率ｎeff2（ここでｎeff2は、第２屈折率分布に関
    連している）を発生させるレーザーシステムにおいて、 ｎeff1がｎeff2と異なり、ｗ1がｗ2と異なり、 （ｎeff2−ｎeff1）／（ｗ2−ｗ1）が２×１０-4μｍ-1より大であることを特
    徴とするレーザーシステム。
  4. 【請求項４】 （ｎeff2−ｎeff1）／（ｗ2−ｗ1）が、２×１０-4〜２０×
    １０-4μｍ-1の範囲内、例えば３×１０-4〜１５×１０-4μｍ-1の範囲内、例え
    ば４×１０-4〜１０×１０-4μｍ-1の範囲内、例えば５×１０-4〜８×１０-4μ
    ｍ-1の範囲内、例えば６×１０-4〜７×１０-4μｍ-1の範囲内である、請求項３
    記載のレーザーシステム。
  5. 【請求項５】 前記第１レーザーキャビティおよび前記第２レーザーキャビ
    ティがそれぞれ第１中心周波数および第２中心周波数でレーザー光を発光する単
    一モードレーザーキャビティである、先の請求項のいずれかに記載のレーザーシ
    ステム。
  6. 【請求項６】 前記第１中心周波数と前記第２中心周波数との間の差が１２
    ５〜１０００ＧＨｚの範囲内、また７５〜１２５ＧＨｚの範囲内、または３７.
    ５〜６２.５ＧＨｚの範囲内、または１８.７５〜３１.２５ＧＨｚの範囲内、ま
    たは９.３７５〜１５.６１５ＧＨｚの範囲内、または７.５〜１２.５ＧＨｚの範
    囲内、または１〜７.５ＧＨｚの範囲内である、請求項５記載のレーザーシステ
    ム。
  7. 【請求項７】 前記第１基板と前記第２基板とが同じシリコン基板の一部を
    形成する先の請求項のいずれかに記載のレーザーシステム。
  8. 【請求項８】 前記シリコン基板を熱酸化処理することにより、前記クラッ
    ド領域の少なくとも一部を製造した、請求項７記載のレーザーシステム。
  9. 【請求項９】 １つ以上の前記ドーパントがゲルマニウム、エルビウム、ア
    ルミニウム、イッテルビウムおよびネオジムから成る群から選択した１つ以上の
    物質を含む、先の請求項のいずれかに記載のレーザーシステム。
  10. 【請求項１０】 前記コア領域において、屈折率を変えることにより前記第
    １反射部材および前記第３反射部材を形成した、先の請求項のいずれかに記載の
    レーザーシステム。
  11. 【請求項１１】 前記第１反射部材および前記第３反射部材の各々が前記コ
    ア領域内にほぼ周期的な格子構造を構成する、請求項１０記載のレーザーシステ
    ム。
  12. 【請求項１２】 前記第１導波構造体および前記第２導波構造体がそれぞれ
    第１中心軸線および第２中心軸線を構成し、前記第１中心軸線と前記第２中心軸
    線との間の最短距離が１０μｍより長く、例えば５０μｍより長く、例えば６０
    μｍより長く、例えば７０μｍより長く、例えば８０μｍより長く、例えば１０
    ０μｍより長く、例えば１２５μｍより長く、例えば１５０μｍより長く、例え
    ば２５０μｍより長い、先の請求項のいずれかに記載のレーザーシステム。
  13. 【請求項１３】 前記第１レーザーキャビティおよび前記第２レーザーキャ
    ビティから発光される光の中心波長が５００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内、例え
    ば７５０ｎｍ〜９００ｎｍまたは１３００ｎｍ〜１６５０ｎｍの範囲内、好まし
    くは１５２８〜１６２０ｎｍまたは１３００〜１４００ｎｍまたは１００〜１１
    ５０ｎｍの範囲内である、先の請求項のいずれかに記載のレーザーシステム。
  14. 【請求項１４】 前記第１レーザーキャビティおよび前記第２レーザーキャ
    ビティから放出されるパワーが、０.００５〜１００ｍＷの範囲内である、先の
    請求項のいずれかに記載のレーザーシステム。
  15. 【請求項１５】 前記第１レーザーおよび／または前記第２レーザーのアク
    ティブ領域をポンピングするための光源を更に含み、前記光源が９３０〜９９０
    ｎｍ、１４７０〜１４９０ｎｍまたは７５０〜８５０ｎｍの範囲内の波長を有す
    る、先の請求項のいずれかに記載のレーザーシステム。
  16. 【請求項１６】 前記導波構造体を保持する基板を含み、前記導波構造体が
    コア領域およびクラッド領域を有し、前記コア領域が１つ以上のドーパントを保
    持するアクティブ領域を含み、 更にアクティブ領域と共にレーザーキャビティを形成するよう、コア領域内に
    各々が形成された第１反射部材および第２反射部材を更に含み、前記コア領域が
    前記第１反射部材の位置において幅ｗを有する、中心波長λのまわりの光を発光
    する単一モードレーザーにおいて、 前記導波構造体がｄλ／ｄｗ≧０.２ｎｍ／μｍを満たす第１反射部材λ（ｗ
    ）の位置にコア幅ｗに対する中心周波数の依存性を与えるようになっていること
    を特徴とする、単一モードレーザー。
  17. 【請求項１７】 ｄλ／ｄｗが０.２〜２ｎｍ／μｍの範囲内、例えば０.３
    〜１.５ｎｍ／μｍの範囲内、例えば０.４〜１ｎｍ／μｍの範囲内、例えば０.
    ５〜０.８ｎｍ／μｍの範囲内、例えば０.６〜０.７ｎｍ／μｍの範囲内にある
    、請求項１６記載の単一モードレーザー。
  18. 【請求項１８】 前記基板をシリコンから製造し、シリコン基板を熱酸化処
    理することにより、クラッド領域の少なくとも一部を製造し、請求項１６または
    １７記載の単一モードレーザー。
  19. 【請求項１９】 １つ以上のドーパントがゲルマニウム、エルビウム、アル
    ミニウム、イッテルビウムおよびネオジムから成る群から選択した１つ以上の物
    質を含む、先の請求項の１６〜１８のいずれかに記載の単一モードレーザー。
  20. 【請求項２０】 前記コア領域において、屈折率を変えることにより第１反
    射部材を形成した、請求項１６〜１９のいずれかに記載の単一モードレーザー。
  21. 【請求項２１】 前記第１反射部材が前記コア領域内にほぼ周期的な格子構
    造を構成する、請求項２０記載の単一モードレーザー。
  22. 【請求項２２】 発光される光の中心波長が５００ｎｍ〜２０００ｎｍの範
    囲内、例えば７５０ｎｍ〜９００ｎｍまたは１３００ｎｍ〜１６５０ｎｍの範囲
    内、好ましくは１５２８〜１６２０ｎｍまたは１３００〜１４００ｎｍまたは１
    ００〜１１５０ｎｍの範囲内である、請求項１６〜２１のいずれかに記載の単一
    モードレーザー。
  23. 【請求項２３】 前記レーザーキャビティから放出されるパワーが、０.０
    ０５〜１００ｍＷの範囲内である、請求項１６〜２２のいずれかに記載の単一モ
    ードレーザー。
  24. 【請求項２４】 前記レーザーの前記アクティブ領域をポンピングするため
    の光源を更に含み、前記光源が９３０〜９９０ｎｍ、１４７０〜１４９０ｎｍま
    たは７５０〜８５０ｎｍの範囲内の波長を有する、請求項１６〜２３のいずれか
    に記載の単一モードレーザー。
  25. 【請求項２５】 前記単一モードレーザーがそれらの第１反射部材の位置に
    異なる幅を有し、よって各単一モードレーザーが異なる中心周波数の光を発光し
    、該中心周波数が所定の距離だけ離間している、請求項１６〜２４のいずれかに
    記載の、２つ以上の単一モードレーザーを含むレーザーシステム。
  26. 【請求項２６】 ２つの隣接する中心周波数の間の所定距離が１２５〜１０
    ００ＧＨｚの範囲内、また７５〜１２５ＧＨｚの範囲内、または３７.５〜６２.
    ５ＧＨｚの範囲内、または１８.７５〜３１.２５ＧＨｚの範囲内、または９.３
    ７５〜１５.６１５ＧＨｚの範囲内、または７.５〜１２.５ＧＨｚの範囲内、ま
    たは１〜７.５ＧＨｚの範囲内である、請求項２５記載のレーザーシステム。
  27. 【請求項２７】 コア領域およびクラッド領域を有する第１導波構造体を形
    成する工程と、 前記コア領域内にアクティブ領域を設ける工程と、 レーザーモードをサポートするようになっているレーザーキャビティをアクテ
    ィブ領域内に形成するよう、前記コア領域内に第１反射部材および第２反射部材
    を形成する工程とを含み、前記コアが前記第１反射部材の位置に幅ｗを有する、
    所定の波長の光を発光するレーザーを製造する方法において、 レーザーモードの分布と所定の空間的オーバーラップをさせ、所定の波長のレ
    ーザーモードを得るようにコア幅ｗを調節することにより、前記第１反射部材の
    位置に導波構造体の屈折率分布を形成することを特徴とする、レーザーを製造す
    る方法。
  28. 【請求項２８】 前記所定のオーバーラップが前記第１反射部材の位置にお
    いて、レーザーモードによって発生する有効屈折率ｎeffを少なくとも部分的に
    決定し、前記屈折率の分布がｄｎeff／ｄｗ＞２×１０-4μｍ-1を満足するコア
    幅ｎeff（ｗ）に対する有効屈折率の依存性を前記第１反射部材の位置に定める
    ようになっている、請求項２７記載の方法。
  29. 【請求項２９】 ｄｎeff／ｄｗが、２×１０-4〜２０×１０-4μｍ-1の範
    囲内、例えば３×１０-4〜１５×１０-4μｍ-1の範囲内、例えば４×１０-4〜１
    ０×１０-4μｍ-1の範囲内、例えば５×１０-4〜８×１０-4μｍ-1の範囲内、例
    えば６×１０-4〜７×１０-4μｍ-1の範囲内である、請求項２７または２８記載
    の方法。
  30. 【請求項３０】 前記第１反射部材および前記第２反射部材を形成する工程
    が、前記コア領域内にブラッグ格子を形成することにより前記第１反射部材を形
    成する工程を含む、請求項２７〜２９のいずれかに記載の方法。
  31. 【請求項３１】 第１レーザーと第２レーザーとの相対波長を調節する方法
    において、 該方法が、 前記第１レーザーを設ける工程を含み、該第１レーザーが、 第１導波構造体を保持する第１基板を含み、前記第１導波構造体がコア領域お
    よびクラッド領域を有し、前記第１導波構造体に対する屈折率分布を構成し、前
    記コア領域が１つ以上のドーパントを保持するアクティブ領域を含み、 前記第１レーザーが、 アクティブ領域と共に第１レーザーキャビティを形成するように前記コア領域
    内に各々が形成された第１反射部材および第２反射部材を更に含み、前記第１レ
    ーザーキャビティが第１レーザーモードをサポートするようになっており、 第１レーザーモードの分布と第１の所定の空間的オーバーラップさせ、レーザ
    ーモードの所定の第１波長λ1を得るように、コア幅ｗ1を調節することにより、
    前記第１反射部材の位置に屈折率分布を形成し、 更に第２レーザーを設ける工程を含み、 該第２レーザーが、 第２導波構造体を保持する第２基板を含み、前記第２導波構造体がコア領域お
    よびクラッド領域を有し、前記第２導波構造体に対する屈折率分布を構成し、前
    記コア領域が１つ以上のドーパントを保持するアクティブ領域を含み、前記第２
    レーザーが更に、 アクティブ領域と共に第２レーザーキャビティを形成するよう、コア領域内に
    各々が形成された第３反射部材および第４反射部材を含み、前記第２レーザーキ
    ャビティが第２レーザーモードをサポートするようになっており、 前記第２レーザーモードの分布と所定の第２の空間的オーバーラップさせ、レ
    ーザーモードの所定の第２波長λ2を得るようにコア幅ｗ2を調節することにより
    、前記第３反射部材の位置にて屈折率分布を形成し、 更に第１波長と第２波長との間の所定の関係を得るようにコア幅ｗ1およびｗ 2を調節する工程を含む、第１レーザーと第２レーザーとの相対的波長を調節
    する方法。
  32. 【請求項３２】 コア幅ｗ1およびｗ2、および第１波長と第２波長との間の
    所定の関係が（λ2−λ1）／（ｗ2−ｗ1）≧０.２ｎｍ／μｍを満たす、請求項
    ３１記載の方法。
  33. 【請求項３３】 （λ2−λ1）／（ｗ2−ｗ1）が０.２〜２ｎｍ／μｍの範
    囲内、例えば０.３〜１.５ｎｍ／μｍの範囲内、例えば０.４〜１ｎｍ／μｍの
    範囲内、例えば０.５〜０.８ｎｍ／μｍの範囲内、例えば０.６〜０.７ｎｍ／μ
    ｍの範囲内にある、請求項３２記載の方法。
  34. 【請求項３４】 少なくとも実質的に同じ周期を有するブラッグ格子により
    、前記第１反射部材および前記第３反射部材を形成した、請求項３１〜３３のい
    ずれかに記載の方法。
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