JP2004071875A - 集積型半導体モード同期レーザ、タイミング抽出装置、及び、波長変換装置 - Google Patents
集積型半導体モード同期レーザ、タイミング抽出装置、及び、波長変換装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】集積型半導体モード同期レーザ、タイミング抽出装置、及び、波長変換装置に関し、パルス繰り返し周波数を高精度に制御し、且つ、光出力を良好に取り出す。
【解決手段】利得領域２と過飽和吸収領域３を同一基板１上に集積した集積型半導体モード同期レーザのレーザ共振器を前記基板１の縁より内側に形成されたミラー５により構成するとともに、前記レーザ共振器内部に出力光１０を取り出す光カプラ４を集積化する。
【選択図】 図１
【解決手段】利得領域２と過飽和吸収領域３を同一基板１上に集積した集積型半導体モード同期レーザのレーザ共振器を前記基板１の縁より内側に形成されたミラー５により構成するとともに、前記レーザ共振器内部に出力光１０を取り出す光カプラ４を集積化する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集積型半導体モード同期レーザ、タイミング抽出装置、及び、波長変換装置に関するものであり、特に、高速光通信網に用いるモード同期レーザにおけるパルス繰り返し周波数を高精度に制御し、且つ、光出力を良好に取り出すための光結合構造に特徴のある集積型半導体モード同期レーザ、タイミング抽出装置、及び、波長変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信の高度化、高速化に伴い、その情報伝送速度として４０Ｇｂ／ｓ以上が要求されてきており、また、単位時間当たりの情報伝送量が大きくなるため、素子単体に対する信頼性もより高いものが要求されてきている。
【０００３】
このような状況で、４０Ｇｂ／ｓ以上の動作速度を実現できる光源としては、半導体モード同期レーザが注目を集めている。
通常の半導体モード同期レーザでは、直線状光導波路の両端に、劈開によりミラーを形成し、共振器を構成しているので、ここで、図１４を参照して従来の半導体モード同期レーザを説明する。
【０００４】
図１４参照
図１４は、従来の半導体モード同期レーザの斜視図であり、ｎ型ＩｎＰ基板５１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層５２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層５３、ＭＱＷ活性層５４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層５５、ｐ型ＩｎＰクラッド層５６、及び、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５７を順次成長させたのち、ストライプ状メサにエッチングし、次いで、このストライプ状メサの側面をＦｅドープＩｎＰ埋込層５８で埋め込み、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面に共通電極となるｎ側電極６２を形成するとともに、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５７上にＳｉＯ２ 保護膜５９に設けたストライプ状の開口部を介して利得領域６３に対応するｐ側電極６０及び過飽和吸収領域６４に対応するｐ側電極６１を設け、劈開によって共振器を構成したものである。
【０００５】
この様な半導体モード同期レーザで発生する４０ＧＨｚオーダーの繰り返しパルス光を光通信に用いることによってＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号による通信となるため、光ファイバの分散の影響を受けずらくなり、パルス波形が崩れにくく、長距離通信が可能になる。
【０００６】
この様な半導体モード同期レーザにおいては、共振器長で決まるモード間隔の逆数が発生するパルスの繰り返し周波数になるため、繰り返し周波数を０．１％以下の精度で制御しようとすると、共振器長を０．１％の精度で制御する必要がある。
【０００７】
しかし、この方法では、共振器長で決まるモード間隔は、劈開で決まってしまうが、一般に、劈開で共振器を形成する場合、共振器長が３００μｍの長さに対して数μｍ程度のばらつきが生じるため、繰り返し周波数を精度良く制御することが困難である。
【０００８】
また、この問題を克服するためにリング共振器を用いた半導体モード同期レーザも考えられるが、半導体に、光アイソレータを集積することが困難なため、リング共振器の右周りと左周りの両方のモードが競合することになり、そのため、発振が不安定となり実用に適さない。
【０００９】
この様な問題を解決するために、半導体レーザにおいても、通常の半導体技術で使われるリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて反射鏡を作製すれば、共振器長はマスクパターンで決定でき、共振器長を精度良く制御することが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リソグラフィー技術とエッチング技術で形成したミラーでは、基板の端より内側にしかミラーを形成できないため、ミラーの反射率を下げてここから光を取り出す従来の方法では、出射ビームの一部が基板に散乱され、所望の出射ビームを取り出せないという問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は、パルス繰り返し周波数を高精度に制御し、且つ、光出力を良好に取り出すことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、利得領域２と過飽和吸収領域３を同一基板１上に集積した集積型半導体モード同期レーザにおいて、レーザ共振器が前記基板１の縁より内側に形成されたミラー５により構成され、前記レーザ共振器内部に出力光１０を取り出す光カプラ４を集積化したことを特徴とする。
【００１３】
このように、レーザ共振器内部に光カプラ４を集積し、光カプラ４により出力光１０を取り出すことにより、レーザ共振器をエッチングによって形成することが可能になり、それによって、パルス繰り返し周波数を高精度に制御することができ、また、出力光１０は光カプラ４に接続された光導波路６から取り出すので、出力光１０が基板１で反射されることがない。
【００１４】
この場合、利得領域２と過飽和吸収領域３とを、光カプラ４を挟んで直線上に配置しても良いし、或いは、利得領域２と過飽和吸収領域３とを、光カプラ４を挟んで異なった直線上に配置するとともに、光導波路６を構成する２つのポート７，８を光カプラ４を挟んで異なった直線上に配置しても良いし、或いは、利得領域２と過飽和吸収領域３とを直接接するように一直線上に配置するとともに、光カプラ４のポートの他端にレーザ共振器を構成する一方のミラーを配置しても良いし、さらには、記利得領域２と過飽和吸収領域３とを、光カプラ４に対して同じ側で且つ異なった直線上に配置するとともに、光カプラ４の前記過飽和吸収領域３と同じ直線上に配置したポートの他端にミラーを配置しても良い。
なお、各要素は、直線的に配置しても、或いは、屈曲導波路等を用いて斜めに曲げたり、９０°に曲げて配置しても良いものである。
【００１５】
また、本発明の光カプラ４としては、方向性結合器等の各種の光カプラ４を用いることができるが、分岐特性の制御性の観点から多モード干渉カプラ〔ＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ〕が望ましい。
なお、このＭＭＩカプラは、２対２のカプラに限られるものではない。
【００１６】
また、この様な集積型半導体モード同期レーザを構成する材料系は何でも良いが、長距離光通信システムの光源として用いる場合には、基板１としてＩｎＰ基板を用い、利得領域２、過飽和吸収領域３、光カプラ４、及び、光導波路６をＩｎＰ基板に格子整合する材料系を用いれば良い。
【００１７】
また、この集積型半導体モード同期レーザは、光カプラ４に接続する光導波路６の一つのポート７から光信号９を入力し、前記入力した光信号９に同期した光信号パルスを出力するタイミング抽出装置として用いることが可能であり、長距離光通信システムにおける中間光増幅器等において、電気−光変換を用いることなくリタイミングが可能になる。
【００１８】
また、この集積型半導体モード同期レーザは、光カプラ４に接続する光導波路６の一つのポート７から光信号９を入力し、入力した光信号９とレーザ発振光の四光波混合による位相共役光を出力する波長変換装置として用いことが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図７を参照して、本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの製造工程を説明するが、各図における右側の図は、左側の図の利得領域を含む領域における光軸に垂直な概略的断面図である。
図２（ａ）参照
まず、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、バッファ層を兼ねる厚さが、例えば、２００ｎｍのｎ型ＩｎＰクラッド層１２、バンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．１５μｍ組成で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１３、ＭＱＷ活性層１４、及び、バンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．１５μｍ組成で、厚さが、例えば、１００ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１５を順次成長させる。
【００２０】
なお、この場合のＭＱＷ活性層１４は、バンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．３μｍ組成で、厚さが、例えば、５．０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ障壁層と、バンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．７８μｍ組成で、厚さが、例えば、５．１ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓ井戸層とを交互に５ペア成長させたものである。
【００２１】
図２（ｂ）参照
次いで、ＣＶＤ法によって厚さ０．３μｍのＳｉＯ２ 膜を堆積させたのち、フォトレジストを塗布し、露光・現像することによって後述する利得領域及び過飽和吸収領域に残すようにレジストパターン（図示を省略）を形成し、レジストパターンをマスクとしてＳｉＯ２ 膜の露出部をエッチングしてＳｉＯ２ マスク１６を形成し、次いで、レジストパターンを除去したのち、ＳｉＯ２ マスク１６をマスクとして、その下の半導体層を、少なくとも、ＭＱＷ活性層１４及びｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１３が完全になくなるまでエッチングする。
【００２２】
図３（ｃ）参照
次いで、ＳｉＯ２ マスク１６をそのまま選択成長マスクとして用いて、再び、ＭＯＣＶＤ法によってバンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．３μｍ組成で、厚さが、例えば、５００ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層１７、及び、厚さが、例えば、１００ｎｍのｉ型ＩｎＰクラッド層１８を順次成長させる。
【００２３】
この場合のｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層１７の組成は、ＭＱＷ活性層１４における発振波長に対して透明になるようにする必要があり、また、この選択成長工程において、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層１７と、ＭＱＷ活性層１４の高さがほぼ一致して、バッドジョイントによって光学結合することになる。
【００２４】
図３（ｄ）参照
次いで、ＳｉＯ２ マスク１６を除去したのち、再び、ＭＯＣＶＤ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、１μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層１９、及び、バンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．３μｍ組成で、厚さが、例えば、５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２０を順次成長させて表面を平坦化する。
【００２５】
図４（ｅ）参照
次いで、再び、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２ 膜を全面に堆積させたのち、全面にフォトレジストを塗布し、露光・現像することによって、利得領域用ストライプ、過飽和吸収領域用ストライプ、入力ポート用ストライプ、出力ポート用ストライプ、及び、これらのストライプを結合する２対２のＭＭＩカプラに対応する形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、ＳｉＯ２ 膜を選択的にエッチングしてＳｉＯ２ マスク２１を形成する。
【００２６】
次いで、レジストパターンを除去したのち、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法によって、ＳｉＯ２ マスク２１をマスクとして、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２に達するまでエッチングを施すことによって、利得領域用ストライプ、過飽和吸収領域用ストライプ、入力ポート用ストライプ、出力ポート用ストライプ、及び、ＭＭＩカプラ部を形成する。
【００２７】
なお、この場合、利得領域用ストライプ及び過飽和吸収領域用ストライプの幅は、１．６μｍとし、入力ポート用ストライプ及び出力ポート用ストライプの幅は１．６μｍとする。
また、ＭＭＩカプラ部は、幅１４．５μｍ、長さ３００μｍとし、ポート間隔は２．６μｍとし、分岐比は１対１となる。
【００２８】
図４（ｆ）参照
次いで、ＳｉＯ２ マスク２１をそのまま選択成長マスクとして用いて、ＭＯＣＶＤ法によってＦｅドープＩｎＰ埋込層２２を選択成長させることによって、利得領域用ストライプ、過飽和吸収領域用ストライプ、入力ポート用ストライプ、出力ポート用ストライプ、及び、ＭＭＩカプラ部の側部を埋め込む。
【００２９】
図５（ｇ）参照
次いで、ＳｉＯ２ マスク２１を除去したのち、再び、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２ 膜を全面に堆積させ、全面にフォトレジストを塗布し、露光・現像することによって、利得領域用２４及び過飽和吸収領２５と、入力ポート２７と出力ポート２８とを分離するとともに、寄生容量を低減するための分離溝２９に対応する形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、堆積させたＳｉＯ２ 膜を選択的にエッチングしてＳｉＯ２ マスク２３を形成する。
【００３０】
次いで、レジストパターンを除去したのち、再び、ＲＩＥ法によって、ＳｉＯ２ マスク２３をマスクとしてエッチングすることによって、少なくともＦｅドープＩｎＰ埋込層２２を分離する分離溝２９を形成する。
このエッチング工程において、レーザ共振器の共振器面が形成され、ここでは、この共振器長は１２００μｍとする。
【００３１】
図６（ｈ）参照
次いで、ＳｉＯ２ マスク２３を除去したのち、再び、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２ 保護膜３０を全面に堆積させ、次いで、利得領域用２４及び過飽和吸収領２５に対応する領域に開口部を設けたのち、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を蒸着させてｐ側電極３１，３２を形成するとともに、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面にＡｕ−Ｇｅ／Ａｕ電極を蒸着させてｎ側電極３７を形成する。
【００３２】
次いで、利得領域２４及び過飽和吸収領域２５の露出端面に誘電体膜を介して金属膜を設けることによって高反射膜３３，３４を形成するとともに、入力ポート２７及び出力ポート２８の露出端面に誘電体膜を設けて反射防止膜３５，３６とすることによって集積型半導体モード同期レーザの基本構成が完成する。
【００３３】
図７参照
図７は、この様な工程を経て完成した本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの斜視図である。
この集積型半導体モード同期レーザの利得領域２４におけるｐ側電極３１に１００ｍＡの電流を流すとともに、過飽和吸収領域２５におけるｐ側電極３２に１Ｖの逆バイアスを印加することによって、４０ＧＨｚちょうどの繰り返し周波数で発振するパルスレーザ光が得られる。
【００３４】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、レーザ共振器内にＭＭＩカプラ２６を組み込んでいるので、レーザ光を出力ポート２８から取り出すことができるため、レーザ共振器を劈開ではなく、共振器長を精度良く形成できるエッチングによって形成することが可能になり、それによって、パルス繰り返し周波数を高精度に制御し、且つ、光出力を良好に取り出すことができる。
【００３５】
次に、図８を参照して、上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザのリタイミング動作を説明するが、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図８参照
入力ポート２７から４０Ｇｂ／ｓの信号光を入力光４１として入射すると、入力光４１の一部はＭＭＩカプラ２６で分岐されて過飽和吸収領域２５に入射し、利得領域２４において、入力信号光の位相にあわせて４０ＧＨｚで光パルスを出すようになり、この入力信号光の位相に同期した光出力４２の一部はＭＭＩカプラ２６で分岐されて出力ポート２８から出力されることになる。
【００３６】
この動作により、光−電気変換及び電気−光変換を経ることなく、直接信号光のタイミング抽出が可能になり、電気的操作では困難な１６０ＧＨｚ等の４０ＧＨｚ以上の高速光通信における中間光増幅等を構成するタイミング抽出装置として使用することができる。
【００３７】
次に、図９を参照して、上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの波長変換動作を説明するが、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図９参照
例えば、λｏ ＝１．５５０μｍに相当する周波数ωｐ で発振している利得領域２４に対し、入力ポート２７から周波数がωｓ （≠ωｐ ）の信号光を入力光４３として入射させた場合、入射光４３は利得領域２４で発振しているレーザ光を励起光とし、この励起光の２つの光子と入力光４３の１つの光子とが反応し、周波数ωｏｕｔ が２ωｐ −ωｓ の位相共役波が出力光４４として出力されることになる。
【００３８】
この動作により、本発明の集積型半導体モード同期レーザを四光波混合位相共役波発生による波長変換装置として使用することが可能になる。
なお、出力ポート２８の出射端側に周波数がωｓ の入力光４３及び周波数がωｐ の励起光を除去するフィルタ設けることにより、周波数が２ωｐ −ωｓ に波長変換された位相共役波のみを取り出すことができる。
【００３９】
次に、図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザを説明するが、基本的積層構造は上記の第１の実施の形態と同様であるので、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図１０参照
図１０は、本発明の本発明の第２の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図であり、利得領域２４と過飽和吸収領域２５をＭＭＩカプラ２６を介してクロス状に配置するとともに、入力ポート２７及び出力ポート２８もＭＭＩカプラ２６を介してクロス状に配置したものである。
【００４０】
この第２の実施の形態においては、各要素の配置が異なるだけで、得られる作用効果は上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザと同様である。
【００４１】
次に、図１１を参照して、本発明の第３の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザを説明するが、基本的積層構造は上記の第１の実施の形態と同様であるので、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図１１参照
図１１は、本発明の本発明の第３の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図であり、利得領域２４と過飽和吸収領域２５を連続して形成し、ＭＭＩカプラ２６の他端に高反射膜３３を設けたものである。
【００４２】
この第３の実施の形態においては、各要素の配置が異なるだけで、利得領域２４の位置を特定の位置としなければ、得られる作用効果は上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザと同様である。
【００４３】
例えば、利得領域２４の位置を高反射膜３３と高反射膜３４との丁度中間になるように配置した場合には、二つの光パルスが同期して利得領域２４に入射して２倍の周波数で発振する衝突モード同期現象が起こるので、より高周波数化が可能になる。
但し、２倍の８０ＧＨｚで発振するか、或いは、そのままの４０ＧＨｚで発振するかを予め制御することはこのままの構成では困難である。
【００４４】
次に、図１２を参照して、本発明の第４の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザを説明するが、基本的積層構造は上記の第１の実施の形態と同様であるので、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図１２参照
図１２は、本発明の本発明の第４の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図であり、利得領域２４と過飽和吸収領域２５をＭＭＩカプラ２６に対して同じ側の異なったポートに配置し、ＭＭＩカプラ２６の他方の側のポートの一つに高反射膜３９を設け、光入出力を一つの入出力ポート３８で行うようにしたものである。
【００４５】
この第４の実施の形態においては、ＭＭＩカプラ２６を介した折り畳み構造となるため、装置のサイズを大幅に小さくすることが可能になる。
また、その他の作用効果は、各要素の配置が異なるだけで、上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザと同様である。
【００４６】
次に、図１３を参照して、本発明の第５の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザを説明するが、基本的積層構造は上記の第１の実施の形態と同様であるので、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図１３参照
図１３は、本発明の本発明の第５の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図であり、光カプラとしてＭＭＩカプラの代わりに方向性結合器４０を用いたものである。
【００４７】
この第５の実施の形態においても得られる作用効果は、上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザと基本的に同様である。
但し、光カプラとして所期の結合特性が得られるように製造することは、ＭＭＩカプラに比べて難しくなる。
【００４８】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態の説明においては、長距離光通信用の光源を前提としているため、ＩｎＰ基板を用い、ＩｎＰに格子整合する材料により素子を構成しているが、他の材料系を用いても良く、例えば、ＧａＡｓ基板を用い、ＧａＡｓに格子整合する材料により素子を構成しても良い。
【００４９】
また、上記の各実施の形態においては、利得領域、過飽和吸収領域、入力ポート、及び、出力ポートをの各要素を直線的に配置しているが、屈曲導波路等を用いて斜めに曲げたり、或いは、９０°に曲げて配置しても良いものである。
【００５０】
また、上記の各実施の形態においては、ＭＭＩカプラを、分岐比が１対１の２対２型のＭＭＩカプラを用いているが、必ずしも、２対２型のＭＭＩカプラに限られるものではない。
【００５１】
また、上記の各実施の形態においては、レーザ共振器をＲＩＥによって形成しているが、他のエッチング方法で形成しても良く、さらには、共振器長を精度良く形成できるのであれば、エッチングに限られるものではない。
【００５２】
ここで、再び、図１（ａ）を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１（ａ）参照
（付記１） 利得領域２と過飽和吸収領域３を同一基板１上に集積した集積型半導体モード同期レーザにおいて、レーザ共振器が前記基板１の縁より内側に形成されたミラー５により構成され、前記レーザ共振器内部に出力光１０を取り出す光カプラ４を集積化したことを特徴とする集積型半導体モード同期レーザ。
（付記２） 上記利得領域２と過飽和吸収領域３とを、上記光カプラ４を挟んで直線上に配置したことを特徴とする付記１記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記３） 上記利得領域２と過飽和吸収領域３とを、上記光カプラ４を挟んで異なった直線上に配置するとともに、光導波路６を構成する２つのポート７，８を前記光カプラ４を挟んで異なった直線上に配置したことを特徴とする付記１記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記４） 上記利得領域２と過飽和吸収領域３とを直接接するように一直線上に配置するとともに、光カプラ４のポートの他端に上記レーザ共振器を構成する一方のミラー５を配置したことを特徴とする付記１記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記５） 上記利得領域２と過飽和吸収領域３とを、上記光カプラ４に対して同じ側で且つ異なった直線上に配置するとともに、光カプラ４の前記過飽和吸収領域３と同じ直線上に配置したポートの他端にミラーを配置したことを特徴とする付記１記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記６） 上記光カプラ４が、多モード干渉カプラであることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１に記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記７） 上記基板１がＩｎＰ基板であり、上記利得領域２、過飽和吸収領域３、光カプラ４、及び、光導波路６が、前記ＩｎＰ基板に格子整合する材料で構成されていること特徴とする付記１乃至６のいずれか１に記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記８） 付記１乃至７のいずれか１に記載の集積型半導体モード同期レーザの光カプラ４に接続する光導波路６の一つのポート７から光信号９を入力し、前記入力した光信号９に同期した光信号パルスを出力光１０として出力することを特徴とするタイミング抽出装置。
（付記９） 付記１乃至７のいずれか１に記載の集積型半導体モード同期レーザの光カプラ４に接続する光導波路６の一つのポート７から光信号９を入力し、前記入力した光信号９とレーザ発振光の四光波混合による位相共役光を出力光１０として出力することを特徴とする波長変換装置。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ共振器内にＭＭＩカプラ等の光カプラを組み込んでいるので、レーザ光を光導波路から取り出すことができるため、レーザ共振器を劈開ではなく、共振器長を精度良く形成できるエッチング等によって形成することが可能になり、それによって、パルス繰り返し周波数を高精度に制御し、且つ、光出力を良好に取り出すことができ、ひいては、高速光通信システムの発展に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの図３以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの図４以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの図５以降の製造工程の説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザのリタイミング動作の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの波長変換動作の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図である。
【図１４】従来の半導体モード同期レーザの斜視図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 利得領域
３ 過飽和吸収領域
４ 光カプラ
５ ミラー
６ 光導波路
７ ポート
８ ポート
９ 光信号
１０ 出力光
１１ ｎ型ＩｎＰ基板
１２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
１３ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１４ ＭＱＷ活性層
１５ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１６ ＳｉＯ２ マスク
１７ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層
１８ ｉ型ＩｎＰクラッド層
１９ ｐ型ＩｎＰクラッド層
２０ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
２１ ＳｉＯ２ マスク
２２ ＦｅドープＩｎＰ埋込層
２３ ＳｉＯ２ マスク
２４ 利得領域
２５ 過飽和吸収領域
２６ ＭＭＩカプラ
２７ 入力ポート
２８ 出力ポート
２９ 分離溝
３０ ＳｉＯ２ 保護膜
３１ ｐ側電極
３２ ｐ側電極
３３ 高反射膜
３４ 高反射膜
３５ 反射防止膜
３６ 反射防止膜
３７ ｎ側電極
３８ 入出力ポート
３９ 高反射膜
４０ 方向性結合器
４１ 入力光
４２ 出力光
４３ 入力光
４４ 出力光
４５ 出力光
５１ ｎ型ＩｎＰ基板
５２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
５３ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
５４ ＭＱＷ活性層
５５ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
５６ ｐ型ＩｎＰクラッド層
５７ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
５８ ＦｅドープＩｎＰ埋込層
５９ ＳｉＯ２ 保護膜
６０ ｐ側電極
６１ ｐ側電極
６２ ｎ側電極
６３ 利得領域
６４ 過飽和吸収領域
【発明の属する技術分野】
本発明は集積型半導体モード同期レーザ、タイミング抽出装置、及び、波長変換装置に関するものであり、特に、高速光通信網に用いるモード同期レーザにおけるパルス繰り返し周波数を高精度に制御し、且つ、光出力を良好に取り出すための光結合構造に特徴のある集積型半導体モード同期レーザ、タイミング抽出装置、及び、波長変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信の高度化、高速化に伴い、その情報伝送速度として４０Ｇｂ／ｓ以上が要求されてきており、また、単位時間当たりの情報伝送量が大きくなるため、素子単体に対する信頼性もより高いものが要求されてきている。
【０００３】
このような状況で、４０Ｇｂ／ｓ以上の動作速度を実現できる光源としては、半導体モード同期レーザが注目を集めている。
通常の半導体モード同期レーザでは、直線状光導波路の両端に、劈開によりミラーを形成し、共振器を構成しているので、ここで、図１４を参照して従来の半導体モード同期レーザを説明する。
【０００４】
図１４参照
図１４は、従来の半導体モード同期レーザの斜視図であり、ｎ型ＩｎＰ基板５１上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層５２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層５３、ＭＱＷ活性層５４、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層５５、ｐ型ＩｎＰクラッド層５６、及び、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５７を順次成長させたのち、ストライプ状メサにエッチングし、次いで、このストライプ状メサの側面をＦｅドープＩｎＰ埋込層５８で埋め込み、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面に共通電極となるｎ側電極６２を形成するとともに、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層５７上にＳｉＯ２ 保護膜５９に設けたストライプ状の開口部を介して利得領域６３に対応するｐ側電極６０及び過飽和吸収領域６４に対応するｐ側電極６１を設け、劈開によって共振器を構成したものである。
【０００５】
この様な半導体モード同期レーザで発生する４０ＧＨｚオーダーの繰り返しパルス光を光通信に用いることによってＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号による通信となるため、光ファイバの分散の影響を受けずらくなり、パルス波形が崩れにくく、長距離通信が可能になる。
【０００６】
この様な半導体モード同期レーザにおいては、共振器長で決まるモード間隔の逆数が発生するパルスの繰り返し周波数になるため、繰り返し周波数を０．１％以下の精度で制御しようとすると、共振器長を０．１％の精度で制御する必要がある。
【０００７】
しかし、この方法では、共振器長で決まるモード間隔は、劈開で決まってしまうが、一般に、劈開で共振器を形成する場合、共振器長が３００μｍの長さに対して数μｍ程度のばらつきが生じるため、繰り返し周波数を精度良く制御することが困難である。
【０００８】
また、この問題を克服するためにリング共振器を用いた半導体モード同期レーザも考えられるが、半導体に、光アイソレータを集積することが困難なため、リング共振器の右周りと左周りの両方のモードが競合することになり、そのため、発振が不安定となり実用に適さない。
【０００９】
この様な問題を解決するために、半導体レーザにおいても、通常の半導体技術で使われるリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて反射鏡を作製すれば、共振器長はマスクパターンで決定でき、共振器長を精度良く制御することが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リソグラフィー技術とエッチング技術で形成したミラーでは、基板の端より内側にしかミラーを形成できないため、ミラーの反射率を下げてここから光を取り出す従来の方法では、出射ビームの一部が基板に散乱され、所望の出射ビームを取り出せないという問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は、パルス繰り返し周波数を高精度に制御し、且つ、光出力を良好に取り出すことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記目的を達成するため、本発明は、利得領域２と過飽和吸収領域３を同一基板１上に集積した集積型半導体モード同期レーザにおいて、レーザ共振器が前記基板１の縁より内側に形成されたミラー５により構成され、前記レーザ共振器内部に出力光１０を取り出す光カプラ４を集積化したことを特徴とする。
【００１３】
このように、レーザ共振器内部に光カプラ４を集積し、光カプラ４により出力光１０を取り出すことにより、レーザ共振器をエッチングによって形成することが可能になり、それによって、パルス繰り返し周波数を高精度に制御することができ、また、出力光１０は光カプラ４に接続された光導波路６から取り出すので、出力光１０が基板１で反射されることがない。
【００１４】
この場合、利得領域２と過飽和吸収領域３とを、光カプラ４を挟んで直線上に配置しても良いし、或いは、利得領域２と過飽和吸収領域３とを、光カプラ４を挟んで異なった直線上に配置するとともに、光導波路６を構成する２つのポート７，８を光カプラ４を挟んで異なった直線上に配置しても良いし、或いは、利得領域２と過飽和吸収領域３とを直接接するように一直線上に配置するとともに、光カプラ４のポートの他端にレーザ共振器を構成する一方のミラーを配置しても良いし、さらには、記利得領域２と過飽和吸収領域３とを、光カプラ４に対して同じ側で且つ異なった直線上に配置するとともに、光カプラ４の前記過飽和吸収領域３と同じ直線上に配置したポートの他端にミラーを配置しても良い。
なお、各要素は、直線的に配置しても、或いは、屈曲導波路等を用いて斜めに曲げたり、９０°に曲げて配置しても良いものである。
【００１５】
また、本発明の光カプラ４としては、方向性結合器等の各種の光カプラ４を用いることができるが、分岐特性の制御性の観点から多モード干渉カプラ〔ＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ〕が望ましい。
なお、このＭＭＩカプラは、２対２のカプラに限られるものではない。
【００１６】
また、この様な集積型半導体モード同期レーザを構成する材料系は何でも良いが、長距離光通信システムの光源として用いる場合には、基板１としてＩｎＰ基板を用い、利得領域２、過飽和吸収領域３、光カプラ４、及び、光導波路６をＩｎＰ基板に格子整合する材料系を用いれば良い。
【００１７】
また、この集積型半導体モード同期レーザは、光カプラ４に接続する光導波路６の一つのポート７から光信号９を入力し、前記入力した光信号９に同期した光信号パルスを出力するタイミング抽出装置として用いることが可能であり、長距離光通信システムにおける中間光増幅器等において、電気−光変換を用いることなくリタイミングが可能になる。
【００１８】
また、この集積型半導体モード同期レーザは、光カプラ４に接続する光導波路６の一つのポート７から光信号９を入力し、入力した光信号９とレーザ発振光の四光波混合による位相共役光を出力する波長変換装置として用いことが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図７を参照して、本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの製造工程を説明するが、各図における右側の図は、左側の図の利得領域を含む領域における光軸に垂直な概略的断面図である。
図２（ａ）参照
まず、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、バッファ層を兼ねる厚さが、例えば、２００ｎｍのｎ型ＩｎＰクラッド層１２、バンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．１５μｍ組成で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１３、ＭＱＷ活性層１４、及び、バンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．１５μｍ組成で、厚さが、例えば、１００ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１５を順次成長させる。
【００２０】
なお、この場合のＭＱＷ活性層１４は、バンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．３μｍ組成で、厚さが、例えば、５．０ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ障壁層と、バンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．７８μｍ組成で、厚さが、例えば、５．１ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓ井戸層とを交互に５ペア成長させたものである。
【００２１】
図２（ｂ）参照
次いで、ＣＶＤ法によって厚さ０．３μｍのＳｉＯ２ 膜を堆積させたのち、フォトレジストを塗布し、露光・現像することによって後述する利得領域及び過飽和吸収領域に残すようにレジストパターン（図示を省略）を形成し、レジストパターンをマスクとしてＳｉＯ２ 膜の露出部をエッチングしてＳｉＯ２ マスク１６を形成し、次いで、レジストパターンを除去したのち、ＳｉＯ２ マスク１６をマスクとして、その下の半導体層を、少なくとも、ＭＱＷ活性層１４及びｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層１３が完全になくなるまでエッチングする。
【００２２】
図３（ｃ）参照
次いで、ＳｉＯ２ マスク１６をそのまま選択成長マスクとして用いて、再び、ＭＯＣＶＤ法によってバンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．３μｍ組成で、厚さが、例えば、５００ｎｍのｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層１７、及び、厚さが、例えば、１００ｎｍのｉ型ＩｎＰクラッド層１８を順次成長させる。
【００２３】
この場合のｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層１７の組成は、ＭＱＷ活性層１４における発振波長に対して透明になるようにする必要があり、また、この選択成長工程において、ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ導波層１７と、ＭＱＷ活性層１４の高さがほぼ一致して、バッドジョイントによって光学結合することになる。
【００２４】
図３（ｄ）参照
次いで、ＳｉＯ２ マスク１６を除去したのち、再び、ＭＯＣＶＤ法を用いて、全面に、厚さが、例えば、１μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層１９、及び、バンドギャップ波長λｇ が、例えば、１．３μｍ組成で、厚さが、例えば、５０ｎｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２０を順次成長させて表面を平坦化する。
【００２５】
図４（ｅ）参照
次いで、再び、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２ 膜を全面に堆積させたのち、全面にフォトレジストを塗布し、露光・現像することによって、利得領域用ストライプ、過飽和吸収領域用ストライプ、入力ポート用ストライプ、出力ポート用ストライプ、及び、これらのストライプを結合する２対２のＭＭＩカプラに対応する形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、ＳｉＯ２ 膜を選択的にエッチングしてＳｉＯ２ マスク２１を形成する。
【００２６】
次いで、レジストパターンを除去したのち、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法によって、ＳｉＯ２ マスク２１をマスクとして、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２に達するまでエッチングを施すことによって、利得領域用ストライプ、過飽和吸収領域用ストライプ、入力ポート用ストライプ、出力ポート用ストライプ、及び、ＭＭＩカプラ部を形成する。
【００２７】
なお、この場合、利得領域用ストライプ及び過飽和吸収領域用ストライプの幅は、１．６μｍとし、入力ポート用ストライプ及び出力ポート用ストライプの幅は１．６μｍとする。
また、ＭＭＩカプラ部は、幅１４．５μｍ、長さ３００μｍとし、ポート間隔は２．６μｍとし、分岐比は１対１となる。
【００２８】
図４（ｆ）参照
次いで、ＳｉＯ２ マスク２１をそのまま選択成長マスクとして用いて、ＭＯＣＶＤ法によってＦｅドープＩｎＰ埋込層２２を選択成長させることによって、利得領域用ストライプ、過飽和吸収領域用ストライプ、入力ポート用ストライプ、出力ポート用ストライプ、及び、ＭＭＩカプラ部の側部を埋め込む。
【００２９】
図５（ｇ）参照
次いで、ＳｉＯ２ マスク２１を除去したのち、再び、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２ 膜を全面に堆積させ、全面にフォトレジストを塗布し、露光・現像することによって、利得領域用２４及び過飽和吸収領２５と、入力ポート２７と出力ポート２８とを分離するとともに、寄生容量を低減するための分離溝２９に対応する形状のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、堆積させたＳｉＯ２ 膜を選択的にエッチングしてＳｉＯ２ マスク２３を形成する。
【００３０】
次いで、レジストパターンを除去したのち、再び、ＲＩＥ法によって、ＳｉＯ２ マスク２３をマスクとしてエッチングすることによって、少なくともＦｅドープＩｎＰ埋込層２２を分離する分離溝２９を形成する。
このエッチング工程において、レーザ共振器の共振器面が形成され、ここでは、この共振器長は１２００μｍとする。
【００３１】
図６（ｈ）参照
次いで、ＳｉＯ２ マスク２３を除去したのち、再び、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２ 保護膜３０を全面に堆積させ、次いで、利得領域用２４及び過飽和吸収領２５に対応する領域に開口部を設けたのち、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を蒸着させてｐ側電極３１，３２を形成するとともに、ｎ型ＩｎＰ基板１１の裏面にＡｕ−Ｇｅ／Ａｕ電極を蒸着させてｎ側電極３７を形成する。
【００３２】
次いで、利得領域２４及び過飽和吸収領域２５の露出端面に誘電体膜を介して金属膜を設けることによって高反射膜３３，３４を形成するとともに、入力ポート２７及び出力ポート２８の露出端面に誘電体膜を設けて反射防止膜３５，３６とすることによって集積型半導体モード同期レーザの基本構成が完成する。
【００３３】
図７参照
図７は、この様な工程を経て完成した本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの斜視図である。
この集積型半導体モード同期レーザの利得領域２４におけるｐ側電極３１に１００ｍＡの電流を流すとともに、過飽和吸収領域２５におけるｐ側電極３２に１Ｖの逆バイアスを印加することによって、４０ＧＨｚちょうどの繰り返し周波数で発振するパルスレーザ光が得られる。
【００３４】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、レーザ共振器内にＭＭＩカプラ２６を組み込んでいるので、レーザ光を出力ポート２８から取り出すことができるため、レーザ共振器を劈開ではなく、共振器長を精度良く形成できるエッチングによって形成することが可能になり、それによって、パルス繰り返し周波数を高精度に制御し、且つ、光出力を良好に取り出すことができる。
【００３５】
次に、図８を参照して、上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザのリタイミング動作を説明するが、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図８参照
入力ポート２７から４０Ｇｂ／ｓの信号光を入力光４１として入射すると、入力光４１の一部はＭＭＩカプラ２６で分岐されて過飽和吸収領域２５に入射し、利得領域２４において、入力信号光の位相にあわせて４０ＧＨｚで光パルスを出すようになり、この入力信号光の位相に同期した光出力４２の一部はＭＭＩカプラ２６で分岐されて出力ポート２８から出力されることになる。
【００３６】
この動作により、光−電気変換及び電気−光変換を経ることなく、直接信号光のタイミング抽出が可能になり、電気的操作では困難な１６０ＧＨｚ等の４０ＧＨｚ以上の高速光通信における中間光増幅等を構成するタイミング抽出装置として使用することができる。
【００３７】
次に、図９を参照して、上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの波長変換動作を説明するが、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図９参照
例えば、λｏ ＝１．５５０μｍに相当する周波数ωｐ で発振している利得領域２４に対し、入力ポート２７から周波数がωｓ （≠ωｐ ）の信号光を入力光４３として入射させた場合、入射光４３は利得領域２４で発振しているレーザ光を励起光とし、この励起光の２つの光子と入力光４３の１つの光子とが反応し、周波数ωｏｕｔ が２ωｐ −ωｓ の位相共役波が出力光４４として出力されることになる。
【００３８】
この動作により、本発明の集積型半導体モード同期レーザを四光波混合位相共役波発生による波長変換装置として使用することが可能になる。
なお、出力ポート２８の出射端側に周波数がωｓ の入力光４３及び周波数がωｐ の励起光を除去するフィルタ設けることにより、周波数が２ωｐ −ωｓ に波長変換された位相共役波のみを取り出すことができる。
【００３９】
次に、図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザを説明するが、基本的積層構造は上記の第１の実施の形態と同様であるので、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図１０参照
図１０は、本発明の本発明の第２の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図であり、利得領域２４と過飽和吸収領域２５をＭＭＩカプラ２６を介してクロス状に配置するとともに、入力ポート２７及び出力ポート２８もＭＭＩカプラ２６を介してクロス状に配置したものである。
【００４０】
この第２の実施の形態においては、各要素の配置が異なるだけで、得られる作用効果は上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザと同様である。
【００４１】
次に、図１１を参照して、本発明の第３の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザを説明するが、基本的積層構造は上記の第１の実施の形態と同様であるので、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図１１参照
図１１は、本発明の本発明の第３の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図であり、利得領域２４と過飽和吸収領域２５を連続して形成し、ＭＭＩカプラ２６の他端に高反射膜３３を設けたものである。
【００４２】
この第３の実施の形態においては、各要素の配置が異なるだけで、利得領域２４の位置を特定の位置としなければ、得られる作用効果は上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザと同様である。
【００４３】
例えば、利得領域２４の位置を高反射膜３３と高反射膜３４との丁度中間になるように配置した場合には、二つの光パルスが同期して利得領域２４に入射して２倍の周波数で発振する衝突モード同期現象が起こるので、より高周波数化が可能になる。
但し、２倍の８０ＧＨｚで発振するか、或いは、そのままの４０ＧＨｚで発振するかを予め制御することはこのままの構成では困難である。
【００４４】
次に、図１２を参照して、本発明の第４の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザを説明するが、基本的積層構造は上記の第１の実施の形態と同様であるので、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図１２参照
図１２は、本発明の本発明の第４の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図であり、利得領域２４と過飽和吸収領域２５をＭＭＩカプラ２６に対して同じ側の異なったポートに配置し、ＭＭＩカプラ２６の他方の側のポートの一つに高反射膜３９を設け、光入出力を一つの入出力ポート３８で行うようにしたものである。
【００４５】
この第４の実施の形態においては、ＭＭＩカプラ２６を介した折り畳み構造となるため、装置のサイズを大幅に小さくすることが可能になる。
また、その他の作用効果は、各要素の配置が異なるだけで、上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザと同様である。
【００４６】
次に、図１３を参照して、本発明の第５の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザを説明するが、基本的積層構造は上記の第１の実施の形態と同様であるので、図示を簡単にするため、導波路構造が理解できる概念的平面図を用いて説明する。
図１３参照
図１３は、本発明の本発明の第５の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図であり、光カプラとしてＭＭＩカプラの代わりに方向性結合器４０を用いたものである。
【００４７】
この第５の実施の形態においても得られる作用効果は、上記の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザと基本的に同様である。
但し、光カプラとして所期の結合特性が得られるように製造することは、ＭＭＩカプラに比べて難しくなる。
【００４８】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の各実施の形態の説明においては、長距離光通信用の光源を前提としているため、ＩｎＰ基板を用い、ＩｎＰに格子整合する材料により素子を構成しているが、他の材料系を用いても良く、例えば、ＧａＡｓ基板を用い、ＧａＡｓに格子整合する材料により素子を構成しても良い。
【００４９】
また、上記の各実施の形態においては、利得領域、過飽和吸収領域、入力ポート、及び、出力ポートをの各要素を直線的に配置しているが、屈曲導波路等を用いて斜めに曲げたり、或いは、９０°に曲げて配置しても良いものである。
【００５０】
また、上記の各実施の形態においては、ＭＭＩカプラを、分岐比が１対１の２対２型のＭＭＩカプラを用いているが、必ずしも、２対２型のＭＭＩカプラに限られるものではない。
【００５１】
また、上記の各実施の形態においては、レーザ共振器をＲＩＥによって形成しているが、他のエッチング方法で形成しても良く、さらには、共振器長を精度良く形成できるのであれば、エッチングに限られるものではない。
【００５２】
ここで、再び、図１（ａ）を参照して、改めて本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１（ａ）参照
（付記１） 利得領域２と過飽和吸収領域３を同一基板１上に集積した集積型半導体モード同期レーザにおいて、レーザ共振器が前記基板１の縁より内側に形成されたミラー５により構成され、前記レーザ共振器内部に出力光１０を取り出す光カプラ４を集積化したことを特徴とする集積型半導体モード同期レーザ。
（付記２） 上記利得領域２と過飽和吸収領域３とを、上記光カプラ４を挟んで直線上に配置したことを特徴とする付記１記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記３） 上記利得領域２と過飽和吸収領域３とを、上記光カプラ４を挟んで異なった直線上に配置するとともに、光導波路６を構成する２つのポート７，８を前記光カプラ４を挟んで異なった直線上に配置したことを特徴とする付記１記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記４） 上記利得領域２と過飽和吸収領域３とを直接接するように一直線上に配置するとともに、光カプラ４のポートの他端に上記レーザ共振器を構成する一方のミラー５を配置したことを特徴とする付記１記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記５） 上記利得領域２と過飽和吸収領域３とを、上記光カプラ４に対して同じ側で且つ異なった直線上に配置するとともに、光カプラ４の前記過飽和吸収領域３と同じ直線上に配置したポートの他端にミラーを配置したことを特徴とする付記１記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記６） 上記光カプラ４が、多モード干渉カプラであることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１に記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記７） 上記基板１がＩｎＰ基板であり、上記利得領域２、過飽和吸収領域３、光カプラ４、及び、光導波路６が、前記ＩｎＰ基板に格子整合する材料で構成されていること特徴とする付記１乃至６のいずれか１に記載の集積型半導体モード同期レーザ。
（付記８） 付記１乃至７のいずれか１に記載の集積型半導体モード同期レーザの光カプラ４に接続する光導波路６の一つのポート７から光信号９を入力し、前記入力した光信号９に同期した光信号パルスを出力光１０として出力することを特徴とするタイミング抽出装置。
（付記９） 付記１乃至７のいずれか１に記載の集積型半導体モード同期レーザの光カプラ４に接続する光導波路６の一つのポート７から光信号９を入力し、前記入力した光信号９とレーザ発振光の四光波混合による位相共役光を出力光１０として出力することを特徴とする波長変換装置。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ共振器内にＭＭＩカプラ等の光カプラを組み込んでいるので、レーザ光を光導波路から取り出すことができるため、レーザ共振器を劈開ではなく、共振器長を精度良く形成できるエッチング等によって形成することが可能になり、それによって、パルス繰り返し周波数を高精度に制御し、且つ、光出力を良好に取り出すことができ、ひいては、高速光通信システムの発展に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの図２以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの図３以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの図４以降の途中までの製造工程の説明図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの図５以降の製造工程の説明図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの斜視図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザのリタイミング動作の説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの波長変換動作の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態の集積型半導体モード同期レーザの概念的構成図である。
【図１４】従来の半導体モード同期レーザの斜視図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 利得領域
３ 過飽和吸収領域
４ 光カプラ
５ ミラー
６ 光導波路
７ ポート
８ ポート
９ 光信号
１０ 出力光
１１ ｎ型ＩｎＰ基板
１２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
１３ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１４ ＭＱＷ活性層
１５ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
１６ ＳｉＯ２ マスク
１７ ｉ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層
１８ ｉ型ＩｎＰクラッド層
１９ ｐ型ＩｎＰクラッド層
２０ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
２１ ＳｉＯ２ マスク
２２ ＦｅドープＩｎＰ埋込層
２３ ＳｉＯ２ マスク
２４ 利得領域
２５ 過飽和吸収領域
２６ ＭＭＩカプラ
２７ 入力ポート
２８ 出力ポート
２９ 分離溝
３０ ＳｉＯ２ 保護膜
３１ ｐ側電極
３２ ｐ側電極
３３ 高反射膜
３４ 高反射膜
３５ 反射防止膜
３６ 反射防止膜
３７ ｎ側電極
３８ 入出力ポート
３９ 高反射膜
４０ 方向性結合器
４１ 入力光
４２ 出力光
４３ 入力光
４４ 出力光
４５ 出力光
５１ ｎ型ＩｎＰ基板
５２ ｎ型ＩｎＰクラッド層
５３ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
５４ ＭＱＷ活性層
５５ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰＳＣＨ層
５６ ｐ型ＩｎＰクラッド層
５７ ｐ型ＩｎＧａＡｓＰキャップ層
５８ ＦｅドープＩｎＰ埋込層
５９ ＳｉＯ２ 保護膜
６０ ｐ側電極
６１ ｐ側電極
６２ ｎ側電極
６３ 利得領域
６４ 過飽和吸収領域
Claims (5)
- 利得領域と過飽和吸収領域を同一基板上に集積した集積型半導体モード同期レーザにおいて、レーザ共振器が前記基板の縁より内側に形成されたミラーにより構成され、前記レーザ共振器内部に出力光を取り出す光カプラを集積化したことを特徴とする集積型半導体モード同期レーザ。
- 上記利得領域と過飽和吸収領域とを、上記光カプラを挟んで直線上に配置したことを特徴とする請求項１記載の集積型半導体モード同期レーザ。
- 上記光カプラが、多モード干渉カプラであることを特徴とする請求項１または２に記載の集積型半導体モード同期レーザ。
- 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の集積型半導体モード同期レーザの光カプラに接続する光導波路の一つのポートから光信号を入力し、前記入力した光信号に同期した光信号パルスを出力光として出力することを特徴とするタイミング抽出装置。
- 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の集積型半導体モード同期レーザの光カプラに接続する光導波路の一つのポートから光信号を入力し、前記入力した光信号とレーザ発振光の四光波混合による位相共役光を出力光として出力することを特徴とする波長変換装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002230060A JP2004071875A (ja) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | 集積型半導体モード同期レーザ、タイミング抽出装置、及び、波長変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2002230060A JP2004071875A (ja) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | 集積型半導体モード同期レーザ、タイミング抽出装置、及び、波長変換装置 |
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|---|---|
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ID=32016247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002230060A Withdrawn JP2004071875A (ja) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | 集積型半導体モード同期レーザ、タイミング抽出装置、及び、波長変換装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004071875A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006119744A1 (de) * | 2005-05-06 | 2006-11-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Optischer verstärker unter nutzung eines integrierten verstärkungsstabilisierenden lasers und verfahren zur herstellung |
| JP2010016120A (ja) * | 2008-07-02 | 2010-01-21 | Rohm Co Ltd | 光半導体素子 |
| WO2011090079A1 (ja) * | 2010-01-19 | 2011-07-28 | 国立大学法人九州大学 | 双安定素子 |
-
2002
- 2002-08-07 JP JP2002230060A patent/JP2004071875A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
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| WO2006119744A1 (de) * | 2005-05-06 | 2006-11-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Optischer verstärker unter nutzung eines integrierten verstärkungsstabilisierenden lasers und verfahren zur herstellung |
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| WO2011090079A1 (ja) * | 2010-01-19 | 2011-07-28 | 国立大学法人九州大学 | 双安定素子 |
| US8774572B2 (en) | 2010-01-19 | 2014-07-08 | Kyushu University, National University Corporation | Bistable element |
| JP5686347B2 (ja) * | 2010-01-19 | 2015-03-18 | 国立大学法人九州大学 | 双安定素子 |
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