JP2004179465A - 波長安定化レーザ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型・安定で低コストな波長安定化レーザを提供する。
【解決手段】基板上に搭載した半導体ＤＦＢレーザ１４及びモニタＰＤ１２，１３と、基板上に作製した石英系ガラス導波路１０，１１，１８，１９とをハイブリッド集積し、半導体ＤＦＢレーザ後方からの出射光を、石英系ガラス導波路１８，１９から構成した方向性結合器１６でモニタＰＤ１３側とモニタＰＤ１２側とに分岐して、モニタＰＤ１３側に分岐された光は石英系ガラス導波路１０，１１から構成したＭＺ干渉計１７を通過した後にモニタＰＤ１３に入射し、モニタＰＤ１２側に分岐された光はＭＺ干渉計１７を通過せずに直接モニタＰＤ１２に入射するように構成する。また、ＭＺ干渉計に代えてＡＷＧ又はグレーティングを設けてもよい。また、ＭＺ干渉計、ＡＷＧ又はグレーティングを、シリコーン樹脂により、温度無依存化する。また、吸光剤により、半導体ＤＦＢレーザからの迷光がモニタＰＤに入射するのを防止する。
【選択図】 図１
【解決手段】基板上に搭載した半導体ＤＦＢレーザ１４及びモニタＰＤ１２，１３と、基板上に作製した石英系ガラス導波路１０，１１，１８，１９とをハイブリッド集積し、半導体ＤＦＢレーザ後方からの出射光を、石英系ガラス導波路１８，１９から構成した方向性結合器１６でモニタＰＤ１３側とモニタＰＤ１２側とに分岐して、モニタＰＤ１３側に分岐された光は石英系ガラス導波路１０，１１から構成したＭＺ干渉計１７を通過した後にモニタＰＤ１３に入射し、モニタＰＤ１２側に分岐された光はＭＺ干渉計１７を通過せずに直接モニタＰＤ１２に入射するように構成する。また、ＭＺ干渉計に代えてＡＷＧ又はグレーティングを設けてもよい。また、ＭＺ干渉計、ＡＷＧ又はグレーティングを、シリコーン樹脂により、温度無依存化する。また、吸光剤により、半導体ＤＦＢレーザからの迷光がモニタＰＤに入射するのを防止する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発振波長及び出力が安定化された波長安定化レーザに関し、光通信の波長安定化光源などに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの爆発的普及とともに、通信ネットワークの容量の増大及び通信コストの低コスト化が急務となっている。このため、現在、１本の光ファイバに異なる波長を多重伝送して、光ファイバ１本当りの伝送容量を増大させる光高密度波長多重伝送（ＤＷＤＭ）方式に通信方式が移行しつつある。光通信に用いられる光源には、低コストで、発振波長及び出力が安定化されたデバイスが求められている。このため、現在、半導体ＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を用いた波長安定化光源が、光通信の光源として使用されている。
【０００３】
ＤＷＤＭの各波長のグリッドはアンカー周波数１９３．１ＴＨｚ（１５５２．２４ｎｍ）を中心にして、１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）、５０ＧＨｚ（０．４ｎｍ）、２５ＧＨｚ（０．２ｎｍ）等の間隔で決められている。光通信に用いる光源に必要な波長制御精度は、波長間隔の１／１０であるので、それぞれ０．０８ｎｍ、０．０４ｎｍ、０．０２ｎｍとなっている。
【０００４】
一方、半導体ＤＦＢレーザ（半導体ＤＦＢ−ＬＤ）は作製する際に目標とした波長から±１ｎｍほど発振波長がずれるため、現在は、発振波長をモニタし、温度制御により（０．１ｎｍ／℃）、発振波長をＤＷＤＭ方式の波長グリッドに制御している。このとき半導体ＤＦＢレーザの光出力を一定にする必要があるが、これは半導体ＤＦＢレーザへの注入電流を制御することで行っている。
【０００５】
上記の部分を一体化したモジュールが波長ロッカーを搭載した波長安定化光源であり、各社より製品化されている。このような波長ロッカ付きＤＦＢレーザとしては、例えば、下記の非特許文献１等がある。本波長安定化光源は、発振波長が高精度に制御されＤＷＤＭ送信用に用いられている。
【０００６】
【非特許文献１】
横山他「波長ロッカー内蔵ＤＦＢ−ＬＤモジュール」、２０００年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ学会 Ｃ−３−１０６，ｐｐ．２３２
【０００７】
図１６に、従来の技術を用いて作製した波長ロッカーを搭載した波長安定化光源の上面図を示す。同図に示すように、半導体ＤＦＢレーザ４の前端面からの出射光はコリメートレンズ６を介して出力される。一方、半導体ＤＦＢレーザ４の後端面からの出射光はコリメートレンズ７を通過した後、ハーフミラー５で反射光と透過光とに分岐される。そして、前記反射光をモニタＰＤ（Ｐｈｏｔｏ−Ｄｉｏｄｅ：フォトダイオード）２に入射させることにより、モニタＰＤ２で半導体ＤＦＢレーザ４の出力をモニタし、且つ、前記透過光をエタロン（ファブリペロー干渉計）１を通過させた後にモニタＰＤ３に入射させることにより、モニタＰＤ３で半導体ＤＦＢレーザ４の発振波長をモニタする。
【０００８】
モニタＰＤ２では、入射光強度に比例した光電流が流れ、入射する光の強度をモニタできる。従って、モニタＰＤ２の出力から半導体ＤＦＢレーザ４の出力をモニタし、これを半導体ＤＦＢレーザ４の注入電流にフィードバックすれば半導体ＤＦＢレーザ４の光出力強度を制御することが可能である。エタロン１を通した光は図１７に示したように波長の変化に対して周期的に強めあうので適当な光出力をモニタ点とすれば、波長モニタが可能である。モニタＰＤ３の出力を半導体ＤＦＢレーザ４の温度にフィードバックすれば半導体ＤＦＢレーザ４の発振波長を制御することが可能である。なお、半導体ＤＦＢレーザ４の温度は、半導体ＤＦＢレーザ４の下部に設けたペルチェ素子によって制御している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術を用いて作製した波長ロッカーを搭載した波長安定化光源は集積化されておらず、バルク部品の組み立て方式であるため、機械的及び熱的安定性は不十分であった。特に、図１６に示した波長安定化光源では、環境温度が変化する場所で使用する場合、エタロン１も温度依存性があり、温度変化によりエタロン１の波長透過特性が変化するため、発振波長が変化してしまい、熱的安定性が不十分であった。
【００１０】
これを解決するためにはエタロン１の温度を安定化する必要があり、しかも、そのためには半導体ＤＦＢレーザ用のペルチェ素子とは別のペルチェ素子を用いて温度を安定化する必要があった。これは、半導体ＤＦＢレーザ用のペルチェ素子は半導体ＤＦＢレーザ４の発振波長を制御するために室温から±１０度程度ずれた所で温度を安定化する場合があるので、このペルチェ素子を用いてエタロン１の温度調整を行った場合、（室温で波長透過特性を調整した）エタロン１の波長透過特性を変えてしまうからである。また、従来型の波長安定化光源は、バルク部品の組み立て方式であるため部品点数が増え、コストが増加する。そこで、集積化され、発振波長および出力が安定でありかつ低コストな（部品点数が少ない）波長安定化光源（波長安定化レーザ）が求められていた。
【００１１】
従って本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、小型・安定で低コストな波長安定化レーザを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する第１発明の波長安定化レーザは、基板上に搭載した１個の半導体ＤＦＢ−ＬＤ、２個の第１半導体ＰＤ及び第２半導体ＰＤと、前記基板上に作製した光導波路とをハイブリッド集積してなる波長安定化レーザであって、前記半導体ＤＦＢ−ＬＤの前方または後方からの出射光を、前記光導波路から構成した分岐回路で前記第１半導体ＰＤ側と前記第２半導体ＰＤ側とに分岐し、前記第１半導体ＰＤ側に分岐された光は前記光導波路から構成した波長分波回路を通過した後に前記第１半導体ＰＤに入射し、前記第２半導体ＰＤ側に分岐された光は前記波長分波回路を通過せずに直接前記第２半導体ＰＤに入射するように構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、第２発明の波長安定化レーザは、第１発明の波長安定化レーザにおいて、前記光導波路が石英系ガラス導波路であることを特徴とする。
【００１４】
また、第３発明の波長安定化レーザは、第２発明の波長安定化レーザにおいて、前記波長分波回路がＭＺ干渉計であることを特徴とする。
【００１５】
また、第４発明の波長安定化レーザは、第２発明の波長安定化レーザにおいて、前記波長分波回路がＡＷＧであることを特徴とする。
【００１６】
また、第５発明の波長安定化レーザは、第２発明の波長安定化レーザにおいて、前記波長分波回路が前記石英系ガラス導波路のコア中にグレーティングを形成してなるものであることを特徴とする。
【００１７】
また、第６発明の波長安定化レーザは、第３発明の波長安定化レーザにおいて、前記ＭＺ干渉計を構成する石英系ガラス導波路の一部において、前記石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を、上部クラッドとコアを除去した部分又は上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分に挿入することにより、前記ＭＺ干渉計を温度無依存化したことを特徴とする。
【００１８】
また、第７発明の波長安定化レーザは、第４発明の波長安定化レーザにおいて、前記ＡＷＧを構成する石英系ガラス導波路の一部において、前記石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を、上部クラッドとコアを除去した部分または上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分に挿入することにより、前記ＡＷＧを温度無依存化したことを特徴とする。
【００１９】
また、第８発明の波長安定化レーザは、第５発明の波長安定化レーザにおいて、前記グレーティング上部の上部クラッドを一部または全部除去した部分に前記石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより、前記グレーティングを温度無依存化したことを特徴とする。
【００２０】
また、第９発明の波長安定化レーザは、第２発明の波長安定化レーザにおいて、前記石英系ガラス導波路を構成する上部クラッド及び下部クラッドを除去した部分、或いは、上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分に吸光剤を挿入し、この吸光剤によって、前記半導体ＤＦＢ−ＬＤからの迷光が前記第１半導体ＰＤ及び第２半導体ＰＤに入射するのを防止する構成としたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２２】
（第１実施例）
本発明の第１実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図１に示す。第１実施例の波長安定化レーザは、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００２３】
具体的には、図１に示すように第１実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３（第１半導体ＰＤ）、モニタＰＤ１２（第２半導体ＰＤ）及び半導体ＤＦＢレーザ１４（半導体ＤＦＢ−ＬＤ）と、分岐回路としての方向性結合器１６及び波長分波回路としてのＭＺ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：マッハツエンダー）干渉計１７とが、ハイブリッド集積された構成となっている。
【００２４】
方向性結合器１６はＳｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路１８，１９によって構成され、ＭＺ干渉計１７はＳｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路１０，１１によって構成されている。つまり、第１実施例の波長安定化レーザは、方向性結合器１６及びＭＺ干渉計１７を構成する石英系ガラス導波路１０，１１，１８，１９が作製された１枚の基板（ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｇｕｉｄｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ ）チップ）１５上に、１個の半導体ＤＦＢレーザ１４と２個のモニタＰＤ１２，１３とを搭載して、ハイブリッド集積化したものである。
【００２５】
半導体ＤＦＢレーザ１４は、石英系ガラス導波路の比屈折率差が０．７５％以下の場合、石英系ガラス導波路との光の結合率を上げるため、石英系ガラス導波路のモードフィールド径に拡大するためのスポットサイズ変換部が集積されたスポットサイズ変換ＤＦＢ−ＬＤが望ましい。また、比屈折率がそれより上の場合には、スポットサイズ変換部が集積されていないＤＦＢ−ＬＤを、半導体ＤＦＢレーザ１４として用いることができる。
【００２６】
この第１実施例の波長安定化レーザでは、半導体ＤＦＢレーザ１４の前方から出力光を出射する。そして、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光は、方向性結合器１６でモニタＰＤ１３側とモニタＰＤ１２側とに分岐する。モニタＰＤ１３側に分岐された光は、ＭＺ干渉計１７を通過した後にモニタＰＤ１３に入射し、モニタＰＤ１３でモニタされる。一方、モニタＰＤ１２側に分岐された光は、ＭＺ干渉計１７を通過せずに直接、モニタＰＤ１２に入射し、モニタＰＤ１２でモニタされる。
【００２７】
ＭＺ干渉計１７は、図２に示すように光の波長の変化に応じて、ＦＳＲ（ｆｒｅｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ） の周期で光透過強度が変化する。このため、ＭＺ干渉計１７を通過した光の強度をモニタＰＤ１３でモニタすることにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長をモニタすることができる。ここで、ＭＺ干渉計１７のＦＳＲを４００ＧＨｚ（３．２ｎｍ）ととると、（制御しないでそのまま半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させた場合の）半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長と同じ周期の中に目標の波長が入るので、モニタＰＤ１３の出力値をモニタすることで（一意的に）半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長を適切な波長にチューニングすることができるようになる。
【００２８】
モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局、モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００２９】
それでは、ここで実際の動作例について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．８ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度をペルチェ素子を用いて８度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために半導体ＤＦＢレーザ１４への注入電流を変化させた。
【００３０】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、第１実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．１５ｎｍに収まった。
【００３１】
この第１実施例の波長安定化レーザは、Ｓｉ基板上に搭載された１個の半導体ＤＦＢレーザ１４及び２個のモニタＰＤ１２，１３と、Ｓｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路（方向性結合器１６、ＭＺ干渉計１０）とが、ハイブリッド集積された構成であるため、従来のバルク部品組み立て方式の波長安定化レーザと比較して、簡易な構成で部品点数が少なく、小型で、機械的及び熱的安定性が高く、波長及び出力が安定であり、安価に生産できる。
【００３２】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００３３】
（第２実施例）
本発明の第２実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図３に示す。第２実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００３４】
具体的には、図３に示すように第２実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器１６及び波長分波回路としてのアレイ導波路格子（ＡＷＧ（Ａｒｒａｙ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ−Ｇｒａｔｉｎｇ））２１とが、ハイブリッド集積された構成となっている。即ち、第２実施例の波長安定化レーザは、第１実施例のＭＺ干渉計１７（図１参照）に代えてＡＷＧ２１を設けた構成となっており、その他の構成については第１実施例の波長安定化レーザと同様である。
【００３５】
ＡＷＧ２１はＳｉ基板上に作製された複数の石英系ガラス導波路によって図示ように構成されている。具体的には、ＡＷＧ２１は１入力Ｎ出力（１×Ｎ）のものであり、１本の入力導波路２５と、スラブ導波路２２，２３と、これらのスラブ導波路２２，２３の間に設けられたＭ本のアレイ導波路２４−１，２４−２…２４−Ｍと、Ｎ本の出力導波路２６−１，２６−２…２６−Ｎとから構成されている。
【００３６】
この第２実施例の波長安定化レーザでは、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光を、方向性結合器１６でモニタＰＤ１３側とモニタＰＤ１２側とに分岐する。そして、モニタＰＤ１３側に分岐された光は、ＡＷＧ２１を通過した後にモニタＰＤ１３に入射し、モニタＰＤ１３でモニタされる。即ち、１入力Ｎ出力（１×Ｎ）のＡＷＧ２１を通過した光のうち、適当な出力ポート（図示例では出力導波路２６−１）の光をモニタＰＤ１３でモニタする。モニタＰＤ１２側に分岐された光は、ＡＷＧ２１を通過せずに直接、モニタＰＤ１２に入射し、モニタＰＤ１２でモニタされる。
【００３７】
図４にはモニタＰＤ１３に入射する光のＡＷＧ２１からの透過率の波長依存性（透過スペクトル）を示す。なおここで、ＡＷＧ２１のＦＳＲは半導体ＤＦＢレーザ１４の波長誤差±１ｎｍより１桁以上を広く設計されており、横軸の範囲はＡＷＧのＦＳＲより充分小さくとってある。また、縦軸はリニアスケールである。図４に示すように中心波長λｃの近傍で透過率が高くなり、中心波長λｃで最も透過率が高くなっている。モニタＰＤ１３の受光による電流は光強度に依存するから、中心波長λｃ近傍の波長の光に対し、モニタＰＤ１３の電流をモニタすることで、半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長をモニタすることができる。従って、例えば、中心波長λｃを目標の波長に制御すると、モニタＰＤ１３の出力値をモニタすることで（一意的に）半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長を適切な（目標の）波長にチューニングすることができるようになる。
【００３８】
なお、ＡＷＧからの各ポートへの透過中心波長を制御する方法としては、例えば、紫外線照射による方法がある。この方法は、阿部他、２０００年電子情報通信学会総合大会、Ｃ−３−７５外「レーザ光照射による温度無依存化石英系ＡＷＧの中心波長制御」等に記載されている。図３に示すように広帯域光源の光を導波路１８から入力することでモニタ導波路（図示例では出力導波路２６−Ｎ）からの出力光の透過中心波長をモニタでき、このモニタ導波路からの出力光の透過中心波長から、モニタＰＤ１３に入力するポート（図示例では出力導波路２６−１）からの出力光の透過中心波長が計算できる。従って、ＡＷＧ２１にＵＶ光（紫外線）を照射しながら、ＡＷＧ２１の透過中心波長をモニタすることができるので、ＡＷＧ２１の透過中心波長を目標の波長に制御することができる。
【００３９】
モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局、モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００４０】
それでは、ここで実際の動作例について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．５ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度を５度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために半導体ＤＦＢレーザ１４への注入電流を変化させた。
【００４１】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、本第２実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．１５ｎｍに収まった。
【００４２】
この第２実施例の波長安定化レーザは、Ｓｉ基板上に搭載された１個の半導体ＤＦＢレーザ１４及び２個のモニタＰＤ１２，１３と、Ｓｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路（方向性結合器１６、ＡＷＧ２１）とが、ハイブリッド集積された構成であるため、従来のバルク部品組み立て方式の波長安定化レーザと比較して、簡易な構成で部品点数が少なく、小型で、機械的及び熱的安定性が高く、波長及び出力が安定であり、安価に生産できる。
【００４３】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００４４】
（実施の形態３）
本発明の第３実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図５に示す。第３実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００４５】
具体的には、図５に示すように第３実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器６及び波長分波回路としてのグレーティング３１とが、ハイブリッド集積された構成となっている。即ち、第３実施例の波長安定化レーザは、第１実施例のＭＺ干渉計１７（図１参照）に代えてグレーティング３１を設けた構成となっており、その他の構成については第１実施例の波長安定化レーザと同様である。グレーティング３１はＳｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路３２のコア中に形成された屈折率変調部である（図１１参照）。
【００４６】
この第３実施例の波長安定化レーザでは、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光を、方向性結合器１６でモニタＰＤ１３側とモニタＰＤ１２側とに分岐する。そして、モニタＰＤ１３側に分岐された光は、グレーティング３１を通過した後にモニタＰＤ１３に入射し、モニタＰＤ１３でモニタされる。モニタＰＤ１２側に分岐された光は、グレーティング３１を通過せずに直接、モニタＰＤ１２に入射し、モニタＰＤ１２でモニタされる。
【００４７】
グレーティング３１の通過スペクトルは図６のように表される。中心波長λｃに近い波長で透過率が下がり、中心波長λｃで透過率が最低になる。グレーティング３１がλ／４位相シフトグレーティング（Ｊ．Ｃａｎｎｉｎｇ，ｅｔ ａｌ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ３０，Ｎｏ．１６，ｐｐ１３４４−１３４５）である場合、グレーティング３１の透過スペクトルは図７のようになり、中心波長λｃでの透過率は極大になる。
【００４８】
このように中心波長λｃに対して透過率が変化しているので、モニタＦＤ１３からの出力電流をモニタすることで半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長をモニタすることができる。モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局、モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００４９】
それでは、ここで実際の動作例について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．３ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度をを３度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために注入電流を変化させた。
【００５０】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、本第３実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．１５ｎｍに収まった。
【００５１】
この第３実施例の波長安定化レーザは、Ｓｉ基板上に搭載された１個の半導体ＤＦＢレーザ１４及び２個のモニタＰＤ１２，１３と、Ｓｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路（方向性結合器１６、グレーティング３１）とが、ハイブリッド集積された構成であるため、従来のバルク部品組み立て方式の波長安定化レーザと比較して、簡易な構成で部品点数が少なく、小型で、機械的及び熱的安定性が高く、波長及び出力が安定であり、安価に生産できる。
【００５２】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００５３】
（第４実施例）
本発明の第４実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図８に示す。第４実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００５４】
具体的には、図８に示すように第４実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器６及び波長分波回路としてのＭＺ干渉計４１とが、ハイブリッド集積された構成となっており、しかも、ＭＺ干渉計４１が温度無依存化されている。即ち、第４実施例の波長安定化レーザは、第１実施例における通常の石英系ガラス導波路で作製されたＭＺ干渉計１７（図１参照）に代えて温度無依存化されたＭＺ干渉計４１を設けた構成となっており、その他の構成については第１実施例の波長安定化レーザと同様である。本第４実施例では、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光を方向性結合器１６で分岐し、ＭＺ干渉計４１を通過した光をモニタＰＤ１３でモニタし、ＭＺ干渉計４１を通過していない光をモニタＰＤ１２でモニタする。
【００５５】
そして、ＭＺ干渉計４１は分割した（複数の）溝中にポリマー４２を挿入することにより、温度無依存化されている。詳述すると、ＭＺ干渉計４１はＳｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路１０，１１によって構成されており、ポリマー４２はＭＺ干渉計４１を構成する石英系ガラス導波路１０の一部において、上部クラッドとコアを除去した部分（溝）又は上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分（溝）に挿入されている。ポリマー４２は、石英系ガラス導波路の屈折率の温度係数と逆符号すなわち、温度係数が負の材料であればよい。
【００５６】
例えば、ポリマー４２としてシリコーン樹脂を用いることができる。適切な長さの領域にシリコーン樹脂を挿入することでＭＺ干渉計４１の石英系ガラス導波路１０，１１の光路長差が温度に対して変化しないようにすることができる。即ち、ＭＺ干渉計４１の（透過スペクトルの）温度依存性をなくすことができる。通常の石英系ガラス導波路で作製したＭＺ干渉計の温度係数は０．０１ｎｍ／℃であったが、シリコーン樹脂を挿入することでＭＺ干渉計の温度係数を０．００１ｎｍ／℃以下まで低減することができる。なお、この温度無依存化手法について詳しくは、井上他著「光導波回路」特願平９−３０２５１号に記載されている。ここでポリマー４２は、石英系ガラス導波路１０のみならず石英系ガラス導波路１１の一部において挿入されていてもかまわない。
【００５７】
第４実施例の波長安定化レーザでも、第１実施例と同様にモニタＰＤ１３では半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長に対応した光強度をモニタでき、モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００５８】
それでは、ここで実際の動作について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．８ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度をペルチェ素子を用いて８度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために半導体ＤＦＢレーザ１４への注入電流を変化させた。
【００５９】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、第４実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．０１５ｎｍに収まった。波長誤差は第１実施例に比較して１桁小さくなっている。これは、波長安定化レーザ１４の発振波長を変化させるために基板の温度を変化させても、ＭＺ干渉計４１の透過スペクトルが変化することはないからである。ポリマー４２を用いることにより、ＭＺ干渉計１２の透過スペクトルが温度無依存化されている結果である。
【００６０】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００６１】
（第５実施例）
本発明の第５実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図９に示す。第５実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００６２】
具体的には、図９に示すように第５実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器１６及び波長分波回路としてのＡＷＧ５１とが、ハイブリッド集積された構成となっており、しかも、ＡＷＧ５１が温度無依存化されている。即ち、第５実施例の波長安定化レーザは、第２実施例におけるＡＷＧ２１に代えて温度無依存化されたＡＷＧ５１を設けた構成となっており、その他の構成については第２実施例の波長安定化レーザと同様である。本第５実施例では、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光を方向性結合器１６で分岐し、ＡＷＧ５１を通過した光をモニタＰＤ１３でモニタし、ＡＷＧ５１を通過していない光をモニタＰＤ１２でモニタする。
【００６３】
ＡＷＧ５１はＳｉ基板上に作製された複数の石英系ガラス導波路、即ち、１本の入力導波路２５と、スラブ導波路２２，２３と、これらのスラブ導波路２２，２３の間に設けられたＭ本のアレイ導波路２４−１，２４−２…２４−Ｍと、Ｎ本の出力導波路２６−１，２６−２…２６−Ｎとから構成された１入力Ｎ出力（１×Ｎ）のものである。そして、このＡＷＧ５１を構成するＭ本のアレイ導波路２４−１，２４−２…２４−Ｍの一部において、上部クラッドとコアとを除去した部分または上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分にシリコーン樹脂５２を挿入することにより、ＡＷＧ５１の透過スペクトルの温度無依存化が行われている。
【００６４】
この場合も第４実施例と同様に、適切な長さの領域に石英系ガラス導波路の温度係数と逆のシリコーン樹脂５２を挿入することで石英系ガラス導波路の温度係数を打ち消すことができる。ＡＷＧ５１は（長さの異なる）アーム導波路（アレイ導波路２４−１，２４−２…２４−Ｍ）からの多光速の干渉で波長を分波しているが、このアーム導波路の長さの差が温度に依存しなくなるようにシリコーン樹脂５２を挿入すればＡＷＧ５１の透過中心波長を温度無依存化できる。
【００６５】
なお、この温度無依存化手法について詳しくは、井上他著「光導波回路」特願平９−３０２５１号に詳しく記載されている。本温度無依存化により、中心波長の温度係数を（従来０．０１ｎｍ／℃であったものを）０．００１ｎｍ／℃まで低減できた。また、ＡＷＧ５１からの各ポートへの透過中心波長を制御する方法としては、第２実施例で説明したように、紫外線照射による方法がある。
【００６６】
第２実施例で説明したように、ＡＷＧ５１を透過してモニタＰＤ１３へ入力する光は波長依存性があるので、この光強度をモニタＰＤ１３でモニタすることで半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長をモニタすることができる。モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局、モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００６７】
それでは、ここで実際の動作例について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．５ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度を５度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために半導体ＤＦＢレーザ１４への注入電流を変化させた。
【００６８】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、第５実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．０１５ｎｍに収まった。波長誤差は、ＡＷＧ５１の温度無依存化による効果により、第２実施例に比較して１桁小さくなっている。
【００６９】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００７０】
（第６実施例）
本発明の第６実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図１０に示す。第６実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００７１】
具体的には、図１０に示すように第６実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器６及び波長分波回路としてのグレーティング６７とが、集積された構成となっており、しかも、グレーティング６７がシリコーン樹脂６２により温度無依存化されている。即ち、第６実施例の波長安定化レーザは、第３実施例におけるグレーティング３１に代えて温度無依存化されたグレーティング６７を設けた構成となっており、その他の構成については第３実施例の波長安定化レーザと同様である。
【００７２】
グレーティング６７はＳｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路３２のコア中に形成された屈折率変調部である。本第６実施例では、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光を方向性結合器１６で分岐し、グレーティング６７を通過した光をモニタＰＤ１３でモニタし、グレーティング６７を通過していない光をモニタＰＤ１２でモニタする。
【００７３】
そして、グレーティング６７は、以下に説明する構成で温度無依存になっている。
【００７４】
図１１は、図１０に示すグレーティング形成部６１の断面図である。図１１において、６３は上部クラッド、６４はコア、６５は下部クラッド、６６はＳｉ基板、６７はコア６４中で屈折率が変調されている部分（グレーティング）である。コア６４を通って導波する光はクラッド６３，６５にもエネルギーの一部がしみだしている。よって、光はコア６４の屈折率とクラッド６３，６５の屈折率の両方の屈折率を感じるので、実効屈折率は両者の屈折率の中間の値になっている。従って、グレーティング６７上部の上部クラッド６３の一部または全部を除去した部分に温度係数調整材料として例えばシリコーン樹脂６２を挿入し、その温度係数が石英系ガラス導波路（特にコア）と逆符号になっていれば実効屈折率の温度係数を調整することができる。以上の構成で、グレーティング６７の反射中心波長の温度係数を、（従来０．０１ｎｍ／℃であったものを）０．００１／℃まで低減できた。
【００７５】
なお、温度無依存グレーティングの構成の詳しくは、Ｋｏｋｕｂｕｎ，ｅｔ ａｌ．，”Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒ ａｔ １．３ ｕｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｂｙ ａｎ ａｔｈｅｒｍａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，Ｅｌｅｃｔｉｏｎ，Ｌｅｔｔ，ｖｏｌ．３２，ｎｏ．２１，ｐｐ．１９９８−１９９９，１９９６ 及びＢｏｓｃ，ｅｔ ａｌ．，”Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｒｅａｌｉｓｅｄ ｏｎ ｓｉｌｉｃａ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．３３，ｎｏ．２，ｐｐ．１３４−１３６，１９９７ 及び米田他「石英系アサーマル光導波路の設計」電子通信情報学会春季大会予稿集Ｃ−３−２，ｐ．１８７，１９９７に述べられている。
【００７６】
グレーティング６７の通過スペクトルは、実施例３に示したグレーティング３１と同様に、中心波長近傍で透過率が変化しているので、モニタＰＤ１３からの出力電流をモニタすることで半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長をモニタすることができる。モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局、モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００７７】
それでは、ここで実際の動作例について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．３ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度を３度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために半導体ＤＦＢレーザ１４への注入電流を変化させた。
【００７８】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、第６実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．０１５ｎｍに収まった。波長誤差は、グレーティング６７の温度無依存化による効果により、第３実施例に比較して１桁小さくなっている。
【００７９】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００８０】
（第７実施例）
本発明の第７実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図１２に示す。第７実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００８１】
具体的には、図１２に示すように第７実施例の波長安定化レーザは、上記第２実施例の波長安定化レーザと同様（図３参照）、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器１６及び波長分波回路としてのＡＷＧ２１とが、ハイブリッド集積された構成となっている。
【００８２】
そして、第７実施例の波長安定化レーザでは、半導体ＤＦＢレーザ１４の近傍において、石英系ガラス導波路の上部クラッド及び下部クラッドを除去した部分（ＰＬＣチップ１５におけるクラッド層の一部を除去した部分）に吸光剤７１が挿入されている。
【００８３】
動作原理は第２実施例と同じであるが、本第７実施例では、クラッド除去部分に挿入した吸光剤７１により、半導体ＤＦＢレーザ１４からの迷光（ＰＬＣチップのクラッド層（上部クラッド及び下部クラッド）を伝搬する光）が、モニタＰＤ１２及びモニタＰＤ１３に入射するのを防いでいる。迷光がモニタＰＤ１２，１３に入射すると、モニタＰＤ１２及びモニタＰＤ１３が、実際に測定すべき光強度よりも多い光強度をモニタすることになり、その分、本波長安定化レーザの発振波長及び出力が目標値からずれてしまっていた。そこで、本第７実施例では上記のように吸光剤７１をクラッド除去部分に挿入する構成としている。
【００８４】
本第７実施例の構成で１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．０５ｄＢ、波長誤差±０．０１０ｎｍに収まった。出力誤差及び波長誤差が、吸光剤７１の効果により、第２実施例に比べて小さくなっている。
【００８５】
なお、図１２においては、吸光剤４１が挿入されている部分は、石英系ガラス導波路１９を横切らないだけでなく、石英系ガラス導波路１８も横切らないように作製されている。即ち、コア部分は除去せず、クラッド部分のみを除去してここに吸光剤４１を挿入している。しかし、これに限定するものではなく、石英系ガラス導波路１８は吸光剤４１によって横切っていてもよい。この場合には上部クラッドとコア（石英系ガラス導波路１８のコア部分）と下部クラッドを除去した部分に吸光剤７１を挿入することになる。但し、図１２の場合には前述のように石英系ガラス導波路１８から広帯域光源の光を入力してＡＷＧ２１の透過中心波長を目標の波長に調整する必要があるため、かかる調整の後に吸光剤７１を挿入すればよい。
【００８６】
また、本第７実施例の構成（吸光剤７１を挿入する構成）を、第１実施例、第３実施例〜第６実施例の構成と組み合わせることで、吸光剤７１の効果により、第１実施例、第３実施例〜第６実施例と比較して、出力誤差はもちろん波長誤差がさらに少ない半導体ＤＦＢレーザ（波長安定化光源）を作製できることは言うまでもない。例として、本第７実施例の構成を第１実施例の構成と組み合わせた例を図１３に示し、本第７実施例の構成を第４実施例の構成と組み合わせて例を図１４に示す。
【００８７】
また、上記第１実施例〜第７実施例の半導体ＤＦＢレーザ１４にＥＡ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ：電界吸収）変調器集積型半導体ＤＦＢレーザを用いることができるのは言うまでもない。この場合、変調を集積されているＥＡ変調器で行えるので、半導体ＤＦＢレーザそのものを直接変調するよりもチャープの少ない変調光を実現できる。
【００８８】
また、上記第１実施例〜第７実施例では半導体ＤＦＢレーザの後方からの出射光を分岐してモニタする構成となっているが、これに限定するものではなく、半導体ＤＦＢレーザの前方からの出射光を分岐してモニタする構成としてもよい。
【００８９】
（第８実施例）
図１５には、上記の第１実施例〜第７実施例で説明した波長安定化レーザのチップを用いた波長安定化レーザモジュールを示している。
【００９０】
図１５に示すように、本波長安定化レーザモジュールは、筐体８１（説明の便宜上透視図としている）の中にペルチェ素子８２と、ペルチェ素子８２上に設置されてペルチェ素子８２に熱接触しているアルミ板で作製された均熱板８３と、均熱板８３に熱接触しているサーミスタ８４と、均熱板８３上に設置されて均熱板８３に熱接触している第１実施例〜第７実施例の何れかの波長安定化レーザチップ８５とを備えた構成となっている。この波長安定化レーザモジュールでは、ペルチェ素子８２の発熱又は吸熱によって半導体ＤＦＢレーザ１４の温度が制御される。このとき、均熱板８３では基板（ＰＬＣチップ）１５全体を均一の温度とし、サーミスタ８４では均熱板８３の温度を測定することにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度を測定する。
【００９１】
波長安定化レーザチップ８５の前端面にはファイバブロック（ガラスブロック）８６によって光ファイバ８７が接続されており、光ファイバ８７の先端にはファイバコネクタ８８が設けられている。従って、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光は、光ファイバ８７及びファイバコネクタ８８を介して出力される。
【００９２】
また、筺体８１からはバタフライ型に複数の電気端子８９が外部へ延びている。そして、これらの電気端子８９と筺体８１内に設けられたプリント配線基板９０とを介して、ＰＬＣチップ１５上に搭載されたモニタＰＤ１２、モニタＰＤ１３及び半導体ＤＦＢレーザ１４や、ペルチェ素子８２及びサーミスタ８４が、筺体外部に設けられたＰＤ電圧モニタ９１、ＰＤ電圧モニタ９２、ＬＤドライバー９３、温度制御回路９４にそれぞれ接続されており、これらを総括しているＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御回路９５で制御することによって、波長安定化レーザチップ８５（半導体ＤＦＢレーザ１４）の発振波長や出力を安定化させている。
【００９３】
従来の波長ロッカ付きレーザ（図１３）では、レーザモジュール内でのレーザ光は空間を伝搬しており、図１３に示したようにコリメートレンズなどが必要であった。また、空間を光が伝搬するためにエタロンやハーフミラー、二つのＰＤなどの位置合わせが非常に困難であった。これに対し、本波長安定化レーザモジュールでは、レーザ光が石英系ガラス導波路内を伝搬するため上記のような欠点が無く、コリメートレンズも必要ではなくなり、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光も直接光ファイバ８７へ導入することができるため、複雑なレンズ構成が不要である。従って、構成部品点数も少なくて済み、コスト削減や歩留まり向上の効果がある。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波長安定化レーザは、基板上に搭載した１個の半導体ＤＦＢ−ＬＤ、２個の第１半導体ＰＤ及び第２半導体ＰＤと、前記基板上に作製した光導波路とをハイブリッド集積してなる波長安定化レーザであって、前記半導体ＤＦＢ−ＬＤの前方または後方からの出射光を、前記光導波路から構成した分岐回路で前記第１半導体ＰＤ側と前記第２半導体ＰＤ側とに分岐し、前記第１半導体ＰＤ側に分岐された光は前記光導波路から構成した波長分波回路を通過した後に前記第１半導体ＰＤに入射し、前記第２半導体ＰＤ側に分岐された光は前記波長分波回路を通過せずに直接前記第２半導体ＰＤに入射するように構成したことを特徴としている。従って、本発明によれば、従来のバルク部品組み立て方式の波長安定化レーザと比較して、簡易な構成で部品点数が少なく、小型であり、機械的及び熱的安定性が高く、波長及び出力が安定で安価な波長安定化レーザを実現することができる。
【００９５】
また、本発明の波長安定化レーザによれば、石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を挿入して、波長分波回路のＭＺ干渉計、ＡＷＧ又はグレーティングを温度無依存化することにより、波長誤差をさらに小さくすることができる。
【００９６】
また、本発明の波長安定化レーザによれば、吸光剤によって、半導体ＤＦＢ−ＬＤからの迷光が第１半導体ＰＤ及び第２半導体ＰＤに入射するのを防止することにより、出力誤差及び波長誤差をさらに小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図２】ＭＺ干渉計からの透過スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図４】ＡＷＧからモニタＰＤへ接続している出力ポートへの透過スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図６】グレーティングの透過スペクトルを示す図である。
【図７】λ／４位相シフトグレーティングの透過スペクトルを示す図である。
【図８】本発明の第４実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図９】本発明の第５実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図１０】本発明の第６実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図１１】温度無依存型グレーティングの構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の第７実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図１３】本発明の第７実施例に係る波長安定化レーザの他の構成を示す上面図である。
【図１４】本発明の第７実施例に係る波長安定化レーザの他の構成を示す上面図である。
【図１５】第１実施例〜第７実施例で示した波長安定化レーザのチップを用いた波長安定化レーザモジュールの構成を示す斜視図である。
【図１６】従来の波長安定化レーザ（波長安定化光源）の構成を示す上面図である。
【図１７】エタロンの透過スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１０，１１ ＭＺ干渉計を構成している石英系ガラス導波路
１２，１３ モニタＰＤ
１４ 半導体ＤＦＢレーザ
１５ ＰＬＣチップ
１６ 方向性結合器
１７ ＭＺ干渉計
１８，１９ 方向性結合器を構成している石英系ガラス導波路
２１ ＡＷＧ
２２，２３ ＡＷＧを構成しているスラブ導波路
２４−１，２４−２・・・２４−Ｍ ＡＷＧを構成しているアレイ導波路
２６−１，２６−２・・・２６−Ｎ ＡＷＧの出力導波路
３１ グレーティング（屈折率変調部）
３２ グレーティングが形成された石英系ガラス導波路
４１ 温度無依存型ＭＺ干渉計
４２ ポリマー（シリコーン樹脂）
５１ 温度無依存型ＡＷＧ
５２ シリコーン樹脂
６１ グレーティング形成部
６２ シリコーン樹脂
６３ 上部クラッド
６４ コア
６５ 下部クラッド
６６ Ｓｉ基板
６７ 温度無依存型グレーティング（屈折率変調部）
７１ 吸光剤
８１ 筺体
８２ ペルチェ素子
８３ 均熱板
８４ サーミスタ
８５ 半導体ＤＦＢレーザチップ
８６ ファイバブロック
８７ 光ファイバ
８８ ファイバコネクタ
８９ 電気端子
９０ プリント配線基板
９１，９２ ＰＤ電圧モニタ
９３ ＬＤドライバ
９４ 温度制御回路
９５ ＡＰＣ制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は発振波長及び出力が安定化された波長安定化レーザに関し、光通信の波長安定化光源などに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの爆発的普及とともに、通信ネットワークの容量の増大及び通信コストの低コスト化が急務となっている。このため、現在、１本の光ファイバに異なる波長を多重伝送して、光ファイバ１本当りの伝送容量を増大させる光高密度波長多重伝送（ＤＷＤＭ）方式に通信方式が移行しつつある。光通信に用いられる光源には、低コストで、発振波長及び出力が安定化されたデバイスが求められている。このため、現在、半導体ＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を用いた波長安定化光源が、光通信の光源として使用されている。
【０００３】
ＤＷＤＭの各波長のグリッドはアンカー周波数１９３．１ＴＨｚ（１５５２．２４ｎｍ）を中心にして、１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）、５０ＧＨｚ（０．４ｎｍ）、２５ＧＨｚ（０．２ｎｍ）等の間隔で決められている。光通信に用いる光源に必要な波長制御精度は、波長間隔の１／１０であるので、それぞれ０．０８ｎｍ、０．０４ｎｍ、０．０２ｎｍとなっている。
【０００４】
一方、半導体ＤＦＢレーザ（半導体ＤＦＢ−ＬＤ）は作製する際に目標とした波長から±１ｎｍほど発振波長がずれるため、現在は、発振波長をモニタし、温度制御により（０．１ｎｍ／℃）、発振波長をＤＷＤＭ方式の波長グリッドに制御している。このとき半導体ＤＦＢレーザの光出力を一定にする必要があるが、これは半導体ＤＦＢレーザへの注入電流を制御することで行っている。
【０００５】
上記の部分を一体化したモジュールが波長ロッカーを搭載した波長安定化光源であり、各社より製品化されている。このような波長ロッカ付きＤＦＢレーザとしては、例えば、下記の非特許文献１等がある。本波長安定化光源は、発振波長が高精度に制御されＤＷＤＭ送信用に用いられている。
【０００６】
【非特許文献１】
横山他「波長ロッカー内蔵ＤＦＢ−ＬＤモジュール」、２０００年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ学会 Ｃ−３−１０６，ｐｐ．２３２
【０００７】
図１６に、従来の技術を用いて作製した波長ロッカーを搭載した波長安定化光源の上面図を示す。同図に示すように、半導体ＤＦＢレーザ４の前端面からの出射光はコリメートレンズ６を介して出力される。一方、半導体ＤＦＢレーザ４の後端面からの出射光はコリメートレンズ７を通過した後、ハーフミラー５で反射光と透過光とに分岐される。そして、前記反射光をモニタＰＤ（Ｐｈｏｔｏ−Ｄｉｏｄｅ：フォトダイオード）２に入射させることにより、モニタＰＤ２で半導体ＤＦＢレーザ４の出力をモニタし、且つ、前記透過光をエタロン（ファブリペロー干渉計）１を通過させた後にモニタＰＤ３に入射させることにより、モニタＰＤ３で半導体ＤＦＢレーザ４の発振波長をモニタする。
【０００８】
モニタＰＤ２では、入射光強度に比例した光電流が流れ、入射する光の強度をモニタできる。従って、モニタＰＤ２の出力から半導体ＤＦＢレーザ４の出力をモニタし、これを半導体ＤＦＢレーザ４の注入電流にフィードバックすれば半導体ＤＦＢレーザ４の光出力強度を制御することが可能である。エタロン１を通した光は図１７に示したように波長の変化に対して周期的に強めあうので適当な光出力をモニタ点とすれば、波長モニタが可能である。モニタＰＤ３の出力を半導体ＤＦＢレーザ４の温度にフィードバックすれば半導体ＤＦＢレーザ４の発振波長を制御することが可能である。なお、半導体ＤＦＢレーザ４の温度は、半導体ＤＦＢレーザ４の下部に設けたペルチェ素子によって制御している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術を用いて作製した波長ロッカーを搭載した波長安定化光源は集積化されておらず、バルク部品の組み立て方式であるため、機械的及び熱的安定性は不十分であった。特に、図１６に示した波長安定化光源では、環境温度が変化する場所で使用する場合、エタロン１も温度依存性があり、温度変化によりエタロン１の波長透過特性が変化するため、発振波長が変化してしまい、熱的安定性が不十分であった。
【００１０】
これを解決するためにはエタロン１の温度を安定化する必要があり、しかも、そのためには半導体ＤＦＢレーザ用のペルチェ素子とは別のペルチェ素子を用いて温度を安定化する必要があった。これは、半導体ＤＦＢレーザ用のペルチェ素子は半導体ＤＦＢレーザ４の発振波長を制御するために室温から±１０度程度ずれた所で温度を安定化する場合があるので、このペルチェ素子を用いてエタロン１の温度調整を行った場合、（室温で波長透過特性を調整した）エタロン１の波長透過特性を変えてしまうからである。また、従来型の波長安定化光源は、バルク部品の組み立て方式であるため部品点数が増え、コストが増加する。そこで、集積化され、発振波長および出力が安定でありかつ低コストな（部品点数が少ない）波長安定化光源（波長安定化レーザ）が求められていた。
【００１１】
従って本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、小型・安定で低コストな波長安定化レーザを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する第１発明の波長安定化レーザは、基板上に搭載した１個の半導体ＤＦＢ−ＬＤ、２個の第１半導体ＰＤ及び第２半導体ＰＤと、前記基板上に作製した光導波路とをハイブリッド集積してなる波長安定化レーザであって、前記半導体ＤＦＢ−ＬＤの前方または後方からの出射光を、前記光導波路から構成した分岐回路で前記第１半導体ＰＤ側と前記第２半導体ＰＤ側とに分岐し、前記第１半導体ＰＤ側に分岐された光は前記光導波路から構成した波長分波回路を通過した後に前記第１半導体ＰＤに入射し、前記第２半導体ＰＤ側に分岐された光は前記波長分波回路を通過せずに直接前記第２半導体ＰＤに入射するように構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、第２発明の波長安定化レーザは、第１発明の波長安定化レーザにおいて、前記光導波路が石英系ガラス導波路であることを特徴とする。
【００１４】
また、第３発明の波長安定化レーザは、第２発明の波長安定化レーザにおいて、前記波長分波回路がＭＺ干渉計であることを特徴とする。
【００１５】
また、第４発明の波長安定化レーザは、第２発明の波長安定化レーザにおいて、前記波長分波回路がＡＷＧであることを特徴とする。
【００１６】
また、第５発明の波長安定化レーザは、第２発明の波長安定化レーザにおいて、前記波長分波回路が前記石英系ガラス導波路のコア中にグレーティングを形成してなるものであることを特徴とする。
【００１７】
また、第６発明の波長安定化レーザは、第３発明の波長安定化レーザにおいて、前記ＭＺ干渉計を構成する石英系ガラス導波路の一部において、前記石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を、上部クラッドとコアを除去した部分又は上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分に挿入することにより、前記ＭＺ干渉計を温度無依存化したことを特徴とする。
【００１８】
また、第７発明の波長安定化レーザは、第４発明の波長安定化レーザにおいて、前記ＡＷＧを構成する石英系ガラス導波路の一部において、前記石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を、上部クラッドとコアを除去した部分または上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分に挿入することにより、前記ＡＷＧを温度無依存化したことを特徴とする。
【００１９】
また、第８発明の波長安定化レーザは、第５発明の波長安定化レーザにおいて、前記グレーティング上部の上部クラッドを一部または全部除去した部分に前記石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより、前記グレーティングを温度無依存化したことを特徴とする。
【００２０】
また、第９発明の波長安定化レーザは、第２発明の波長安定化レーザにおいて、前記石英系ガラス導波路を構成する上部クラッド及び下部クラッドを除去した部分、或いは、上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分に吸光剤を挿入し、この吸光剤によって、前記半導体ＤＦＢ−ＬＤからの迷光が前記第１半導体ＰＤ及び第２半導体ＰＤに入射するのを防止する構成としたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２２】
（第１実施例）
本発明の第１実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図１に示す。第１実施例の波長安定化レーザは、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００２３】
具体的には、図１に示すように第１実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３（第１半導体ＰＤ）、モニタＰＤ１２（第２半導体ＰＤ）及び半導体ＤＦＢレーザ１４（半導体ＤＦＢ−ＬＤ）と、分岐回路としての方向性結合器１６及び波長分波回路としてのＭＺ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：マッハツエンダー）干渉計１７とが、ハイブリッド集積された構成となっている。
【００２４】
方向性結合器１６はＳｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路１８，１９によって構成され、ＭＺ干渉計１７はＳｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路１０，１１によって構成されている。つまり、第１実施例の波長安定化レーザは、方向性結合器１６及びＭＺ干渉計１７を構成する石英系ガラス導波路１０，１１，１８，１９が作製された１枚の基板（ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｇｕｉｄｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ ）チップ）１５上に、１個の半導体ＤＦＢレーザ１４と２個のモニタＰＤ１２，１３とを搭載して、ハイブリッド集積化したものである。
【００２５】
半導体ＤＦＢレーザ１４は、石英系ガラス導波路の比屈折率差が０．７５％以下の場合、石英系ガラス導波路との光の結合率を上げるため、石英系ガラス導波路のモードフィールド径に拡大するためのスポットサイズ変換部が集積されたスポットサイズ変換ＤＦＢ−ＬＤが望ましい。また、比屈折率がそれより上の場合には、スポットサイズ変換部が集積されていないＤＦＢ−ＬＤを、半導体ＤＦＢレーザ１４として用いることができる。
【００２６】
この第１実施例の波長安定化レーザでは、半導体ＤＦＢレーザ１４の前方から出力光を出射する。そして、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光は、方向性結合器１６でモニタＰＤ１３側とモニタＰＤ１２側とに分岐する。モニタＰＤ１３側に分岐された光は、ＭＺ干渉計１７を通過した後にモニタＰＤ１３に入射し、モニタＰＤ１３でモニタされる。一方、モニタＰＤ１２側に分岐された光は、ＭＺ干渉計１７を通過せずに直接、モニタＰＤ１２に入射し、モニタＰＤ１２でモニタされる。
【００２７】
ＭＺ干渉計１７は、図２に示すように光の波長の変化に応じて、ＦＳＲ（ｆｒｅｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ） の周期で光透過強度が変化する。このため、ＭＺ干渉計１７を通過した光の強度をモニタＰＤ１３でモニタすることにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長をモニタすることができる。ここで、ＭＺ干渉計１７のＦＳＲを４００ＧＨｚ（３．２ｎｍ）ととると、（制御しないでそのまま半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させた場合の）半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長と同じ周期の中に目標の波長が入るので、モニタＰＤ１３の出力値をモニタすることで（一意的に）半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長を適切な波長にチューニングすることができるようになる。
【００２８】
モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局、モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００２９】
それでは、ここで実際の動作例について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．８ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度をペルチェ素子を用いて８度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために半導体ＤＦＢレーザ１４への注入電流を変化させた。
【００３０】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、第１実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．１５ｎｍに収まった。
【００３１】
この第１実施例の波長安定化レーザは、Ｓｉ基板上に搭載された１個の半導体ＤＦＢレーザ１４及び２個のモニタＰＤ１２，１３と、Ｓｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路（方向性結合器１６、ＭＺ干渉計１０）とが、ハイブリッド集積された構成であるため、従来のバルク部品組み立て方式の波長安定化レーザと比較して、簡易な構成で部品点数が少なく、小型で、機械的及び熱的安定性が高く、波長及び出力が安定であり、安価に生産できる。
【００３２】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００３３】
（第２実施例）
本発明の第２実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図３に示す。第２実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００３４】
具体的には、図３に示すように第２実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器１６及び波長分波回路としてのアレイ導波路格子（ＡＷＧ（Ａｒｒａｙ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ−Ｇｒａｔｉｎｇ））２１とが、ハイブリッド集積された構成となっている。即ち、第２実施例の波長安定化レーザは、第１実施例のＭＺ干渉計１７（図１参照）に代えてＡＷＧ２１を設けた構成となっており、その他の構成については第１実施例の波長安定化レーザと同様である。
【００３５】
ＡＷＧ２１はＳｉ基板上に作製された複数の石英系ガラス導波路によって図示ように構成されている。具体的には、ＡＷＧ２１は１入力Ｎ出力（１×Ｎ）のものであり、１本の入力導波路２５と、スラブ導波路２２，２３と、これらのスラブ導波路２２，２３の間に設けられたＭ本のアレイ導波路２４−１，２４−２…２４−Ｍと、Ｎ本の出力導波路２６−１，２６−２…２６−Ｎとから構成されている。
【００３６】
この第２実施例の波長安定化レーザでは、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光を、方向性結合器１６でモニタＰＤ１３側とモニタＰＤ１２側とに分岐する。そして、モニタＰＤ１３側に分岐された光は、ＡＷＧ２１を通過した後にモニタＰＤ１３に入射し、モニタＰＤ１３でモニタされる。即ち、１入力Ｎ出力（１×Ｎ）のＡＷＧ２１を通過した光のうち、適当な出力ポート（図示例では出力導波路２６−１）の光をモニタＰＤ１３でモニタする。モニタＰＤ１２側に分岐された光は、ＡＷＧ２１を通過せずに直接、モニタＰＤ１２に入射し、モニタＰＤ１２でモニタされる。
【００３７】
図４にはモニタＰＤ１３に入射する光のＡＷＧ２１からの透過率の波長依存性（透過スペクトル）を示す。なおここで、ＡＷＧ２１のＦＳＲは半導体ＤＦＢレーザ１４の波長誤差±１ｎｍより１桁以上を広く設計されており、横軸の範囲はＡＷＧのＦＳＲより充分小さくとってある。また、縦軸はリニアスケールである。図４に示すように中心波長λｃの近傍で透過率が高くなり、中心波長λｃで最も透過率が高くなっている。モニタＰＤ１３の受光による電流は光強度に依存するから、中心波長λｃ近傍の波長の光に対し、モニタＰＤ１３の電流をモニタすることで、半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長をモニタすることができる。従って、例えば、中心波長λｃを目標の波長に制御すると、モニタＰＤ１３の出力値をモニタすることで（一意的に）半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長を適切な（目標の）波長にチューニングすることができるようになる。
【００３８】
なお、ＡＷＧからの各ポートへの透過中心波長を制御する方法としては、例えば、紫外線照射による方法がある。この方法は、阿部他、２０００年電子情報通信学会総合大会、Ｃ−３−７５外「レーザ光照射による温度無依存化石英系ＡＷＧの中心波長制御」等に記載されている。図３に示すように広帯域光源の光を導波路１８から入力することでモニタ導波路（図示例では出力導波路２６−Ｎ）からの出力光の透過中心波長をモニタでき、このモニタ導波路からの出力光の透過中心波長から、モニタＰＤ１３に入力するポート（図示例では出力導波路２６−１）からの出力光の透過中心波長が計算できる。従って、ＡＷＧ２１にＵＶ光（紫外線）を照射しながら、ＡＷＧ２１の透過中心波長をモニタすることができるので、ＡＷＧ２１の透過中心波長を目標の波長に制御することができる。
【００３９】
モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局、モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００４０】
それでは、ここで実際の動作例について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．５ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度を５度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために半導体ＤＦＢレーザ１４への注入電流を変化させた。
【００４１】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、本第２実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．１５ｎｍに収まった。
【００４２】
この第２実施例の波長安定化レーザは、Ｓｉ基板上に搭載された１個の半導体ＤＦＢレーザ１４及び２個のモニタＰＤ１２，１３と、Ｓｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路（方向性結合器１６、ＡＷＧ２１）とが、ハイブリッド集積された構成であるため、従来のバルク部品組み立て方式の波長安定化レーザと比較して、簡易な構成で部品点数が少なく、小型で、機械的及び熱的安定性が高く、波長及び出力が安定であり、安価に生産できる。
【００４３】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００４４】
（実施の形態３）
本発明の第３実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図５に示す。第３実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００４５】
具体的には、図５に示すように第３実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器６及び波長分波回路としてのグレーティング３１とが、ハイブリッド集積された構成となっている。即ち、第３実施例の波長安定化レーザは、第１実施例のＭＺ干渉計１７（図１参照）に代えてグレーティング３１を設けた構成となっており、その他の構成については第１実施例の波長安定化レーザと同様である。グレーティング３１はＳｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路３２のコア中に形成された屈折率変調部である（図１１参照）。
【００４６】
この第３実施例の波長安定化レーザでは、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光を、方向性結合器１６でモニタＰＤ１３側とモニタＰＤ１２側とに分岐する。そして、モニタＰＤ１３側に分岐された光は、グレーティング３１を通過した後にモニタＰＤ１３に入射し、モニタＰＤ１３でモニタされる。モニタＰＤ１２側に分岐された光は、グレーティング３１を通過せずに直接、モニタＰＤ１２に入射し、モニタＰＤ１２でモニタされる。
【００４７】
グレーティング３１の通過スペクトルは図６のように表される。中心波長λｃに近い波長で透過率が下がり、中心波長λｃで透過率が最低になる。グレーティング３１がλ／４位相シフトグレーティング（Ｊ．Ｃａｎｎｉｎｇ，ｅｔ ａｌ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ３０，Ｎｏ．１６，ｐｐ１３４４−１３４５）である場合、グレーティング３１の透過スペクトルは図７のようになり、中心波長λｃでの透過率は極大になる。
【００４８】
このように中心波長λｃに対して透過率が変化しているので、モニタＦＤ１３からの出力電流をモニタすることで半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長をモニタすることができる。モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局、モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００４９】
それでは、ここで実際の動作例について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．３ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度をを３度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために注入電流を変化させた。
【００５０】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、本第３実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．１５ｎｍに収まった。
【００５１】
この第３実施例の波長安定化レーザは、Ｓｉ基板上に搭載された１個の半導体ＤＦＢレーザ１４及び２個のモニタＰＤ１２，１３と、Ｓｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路（方向性結合器１６、グレーティング３１）とが、ハイブリッド集積された構成であるため、従来のバルク部品組み立て方式の波長安定化レーザと比較して、簡易な構成で部品点数が少なく、小型で、機械的及び熱的安定性が高く、波長及び出力が安定であり、安価に生産できる。
【００５２】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００５３】
（第４実施例）
本発明の第４実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図８に示す。第４実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００５４】
具体的には、図８に示すように第４実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器６及び波長分波回路としてのＭＺ干渉計４１とが、ハイブリッド集積された構成となっており、しかも、ＭＺ干渉計４１が温度無依存化されている。即ち、第４実施例の波長安定化レーザは、第１実施例における通常の石英系ガラス導波路で作製されたＭＺ干渉計１７（図１参照）に代えて温度無依存化されたＭＺ干渉計４１を設けた構成となっており、その他の構成については第１実施例の波長安定化レーザと同様である。本第４実施例では、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光を方向性結合器１６で分岐し、ＭＺ干渉計４１を通過した光をモニタＰＤ１３でモニタし、ＭＺ干渉計４１を通過していない光をモニタＰＤ１２でモニタする。
【００５５】
そして、ＭＺ干渉計４１は分割した（複数の）溝中にポリマー４２を挿入することにより、温度無依存化されている。詳述すると、ＭＺ干渉計４１はＳｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路１０，１１によって構成されており、ポリマー４２はＭＺ干渉計４１を構成する石英系ガラス導波路１０の一部において、上部クラッドとコアを除去した部分（溝）又は上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分（溝）に挿入されている。ポリマー４２は、石英系ガラス導波路の屈折率の温度係数と逆符号すなわち、温度係数が負の材料であればよい。
【００５６】
例えば、ポリマー４２としてシリコーン樹脂を用いることができる。適切な長さの領域にシリコーン樹脂を挿入することでＭＺ干渉計４１の石英系ガラス導波路１０，１１の光路長差が温度に対して変化しないようにすることができる。即ち、ＭＺ干渉計４１の（透過スペクトルの）温度依存性をなくすことができる。通常の石英系ガラス導波路で作製したＭＺ干渉計の温度係数は０．０１ｎｍ／℃であったが、シリコーン樹脂を挿入することでＭＺ干渉計の温度係数を０．００１ｎｍ／℃以下まで低減することができる。なお、この温度無依存化手法について詳しくは、井上他著「光導波回路」特願平９−３０２５１号に記載されている。ここでポリマー４２は、石英系ガラス導波路１０のみならず石英系ガラス導波路１１の一部において挿入されていてもかまわない。
【００５７】
第４実施例の波長安定化レーザでも、第１実施例と同様にモニタＰＤ１３では半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長に対応した光強度をモニタでき、モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００５８】
それでは、ここで実際の動作について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．８ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度をペルチェ素子を用いて８度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために半導体ＤＦＢレーザ１４への注入電流を変化させた。
【００５９】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、第４実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．０１５ｎｍに収まった。波長誤差は第１実施例に比較して１桁小さくなっている。これは、波長安定化レーザ１４の発振波長を変化させるために基板の温度を変化させても、ＭＺ干渉計４１の透過スペクトルが変化することはないからである。ポリマー４２を用いることにより、ＭＺ干渉計１２の透過スペクトルが温度無依存化されている結果である。
【００６０】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００６１】
（第５実施例）
本発明の第５実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図９に示す。第５実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００６２】
具体的には、図９に示すように第５実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器１６及び波長分波回路としてのＡＷＧ５１とが、ハイブリッド集積された構成となっており、しかも、ＡＷＧ５１が温度無依存化されている。即ち、第５実施例の波長安定化レーザは、第２実施例におけるＡＷＧ２１に代えて温度無依存化されたＡＷＧ５１を設けた構成となっており、その他の構成については第２実施例の波長安定化レーザと同様である。本第５実施例では、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光を方向性結合器１６で分岐し、ＡＷＧ５１を通過した光をモニタＰＤ１３でモニタし、ＡＷＧ５１を通過していない光をモニタＰＤ１２でモニタする。
【００６３】
ＡＷＧ５１はＳｉ基板上に作製された複数の石英系ガラス導波路、即ち、１本の入力導波路２５と、スラブ導波路２２，２３と、これらのスラブ導波路２２，２３の間に設けられたＭ本のアレイ導波路２４−１，２４−２…２４−Ｍと、Ｎ本の出力導波路２６−１，２６−２…２６−Ｎとから構成された１入力Ｎ出力（１×Ｎ）のものである。そして、このＡＷＧ５１を構成するＭ本のアレイ導波路２４−１，２４−２…２４−Ｍの一部において、上部クラッドとコアとを除去した部分または上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分にシリコーン樹脂５２を挿入することにより、ＡＷＧ５１の透過スペクトルの温度無依存化が行われている。
【００６４】
この場合も第４実施例と同様に、適切な長さの領域に石英系ガラス導波路の温度係数と逆のシリコーン樹脂５２を挿入することで石英系ガラス導波路の温度係数を打ち消すことができる。ＡＷＧ５１は（長さの異なる）アーム導波路（アレイ導波路２４−１，２４−２…２４−Ｍ）からの多光速の干渉で波長を分波しているが、このアーム導波路の長さの差が温度に依存しなくなるようにシリコーン樹脂５２を挿入すればＡＷＧ５１の透過中心波長を温度無依存化できる。
【００６５】
なお、この温度無依存化手法について詳しくは、井上他著「光導波回路」特願平９−３０２５１号に詳しく記載されている。本温度無依存化により、中心波長の温度係数を（従来０．０１ｎｍ／℃であったものを）０．００１ｎｍ／℃まで低減できた。また、ＡＷＧ５１からの各ポートへの透過中心波長を制御する方法としては、第２実施例で説明したように、紫外線照射による方法がある。
【００６６】
第２実施例で説明したように、ＡＷＧ５１を透過してモニタＰＤ１３へ入力する光は波長依存性があるので、この光強度をモニタＰＤ１３でモニタすることで半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長をモニタすることができる。モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局、モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００６７】
それでは、ここで実際の動作例について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．５ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度を５度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために半導体ＤＦＢレーザ１４への注入電流を変化させた。
【００６８】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、第５実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．０１５ｎｍに収まった。波長誤差は、ＡＷＧ５１の温度無依存化による効果により、第２実施例に比較して１桁小さくなっている。
【００６９】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００７０】
（第６実施例）
本発明の第６実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図１０に示す。第６実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００７１】
具体的には、図１０に示すように第６実施例の波長安定化レーザは、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器６及び波長分波回路としてのグレーティング６７とが、集積された構成となっており、しかも、グレーティング６７がシリコーン樹脂６２により温度無依存化されている。即ち、第６実施例の波長安定化レーザは、第３実施例におけるグレーティング３１に代えて温度無依存化されたグレーティング６７を設けた構成となっており、その他の構成については第３実施例の波長安定化レーザと同様である。
【００７２】
グレーティング６７はＳｉ基板上に作製された石英系ガラス導波路３２のコア中に形成された屈折率変調部である。本第６実施例では、半導体ＤＦＢレーザ１４の後方からの出射光を方向性結合器１６で分岐し、グレーティング６７を通過した光をモニタＰＤ１３でモニタし、グレーティング６７を通過していない光をモニタＰＤ１２でモニタする。
【００７３】
そして、グレーティング６７は、以下に説明する構成で温度無依存になっている。
【００７４】
図１１は、図１０に示すグレーティング形成部６１の断面図である。図１１において、６３は上部クラッド、６４はコア、６５は下部クラッド、６６はＳｉ基板、６７はコア６４中で屈折率が変調されている部分（グレーティング）である。コア６４を通って導波する光はクラッド６３，６５にもエネルギーの一部がしみだしている。よって、光はコア６４の屈折率とクラッド６３，６５の屈折率の両方の屈折率を感じるので、実効屈折率は両者の屈折率の中間の値になっている。従って、グレーティング６７上部の上部クラッド６３の一部または全部を除去した部分に温度係数調整材料として例えばシリコーン樹脂６２を挿入し、その温度係数が石英系ガラス導波路（特にコア）と逆符号になっていれば実効屈折率の温度係数を調整することができる。以上の構成で、グレーティング６７の反射中心波長の温度係数を、（従来０．０１ｎｍ／℃であったものを）０．００１／℃まで低減できた。
【００７５】
なお、温度無依存グレーティングの構成の詳しくは、Ｋｏｋｕｂｕｎ，ｅｔ ａｌ．，”Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒ ａｔ １．３ ｕｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｂｙ ａｎ ａｔｈｅｒｍａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”，Ｅｌｅｃｔｉｏｎ，Ｌｅｔｔ，ｖｏｌ．３２，ｎｏ．２１，ｐｐ．１９９８−１９９９，１９９６ 及びＢｏｓｃ，ｅｔ ａｌ．，”Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｒｅａｌｉｓｅｄ ｏｎ ｓｉｌｉｃａ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．３３，ｎｏ．２，ｐｐ．１３４−１３６，１９９７ 及び米田他「石英系アサーマル光導波路の設計」電子通信情報学会春季大会予稿集Ｃ−３−２，ｐ．１８７，１９９７に述べられている。
【００７６】
グレーティング６７の通過スペクトルは、実施例３に示したグレーティング３１と同様に、中心波長近傍で透過率が変化しているので、モニタＰＤ１３からの出力電流をモニタすることで半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長をモニタすることができる。モニタＰＤ１２では半導体ＤＦＢレーザ１４の出力に比例した光強度をモニタすることができるので、結局、モニタＰＤ１３とモニタＰＤ１２とにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の出力光の波長と強度とをモニタすることができる。
【００７７】
それでは、ここで実際の動作例について説明する（図１５参照）。半導体ＤＦＢレーザ１４を発振させ、この発振波長をモニタＰＤ１３により室温でモニタしたところ、同発振波長が所望（目標）の波長から０．３ｎｍ程度ずれていた。そこで基板（ＰＬＣチップ）１５の温度、即ち、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度を３度程度変化させて半導体ＤＦＢレーザ１４の発振波長が目標の波長となるように制御し、また、モニタＰＤ１２で光出力をモニタしながら、目標の出力を得るために半導体ＤＦＢレーザ１４への注入電流を変化させた。
【００７８】
１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を、第６実施例の構成で作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．５ｄＢ、波長誤差±０．０１５ｎｍに収まった。波長誤差は、グレーティング６７の温度無依存化による効果により、第３実施例に比較して１桁小さくなっている。
【００７９】
なお、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光を分岐する手段としては、方向性結合器１６に限らず、光を分岐する機能のある光回路であればよく、例えば、Ｙ分岐回路や２×２ＭＭＩカプラであってもよい。
【００８０】
（第７実施例）
本発明の第７実施例に係る波長安定化レーザの上面図を図１２に示す。第７実施例の波長安定化レーザも、１枚の基板上にＬＤとＰＤの半導体チップと光導波路（石英系ガラス導波路）とをハイブリッド集積したものである。
【００８１】
具体的には、図１２に示すように第７実施例の波長安定化レーザは、上記第２実施例の波長安定化レーザと同様（図３参照）、１枚のＳｉ基板上に、半導体チップであるモニタＰＤ１３、モニタＰＤ１２及び半導体ＤＦＢレーザ１４と、分岐回路としての方向性結合器１６及び波長分波回路としてのＡＷＧ２１とが、ハイブリッド集積された構成となっている。
【００８２】
そして、第７実施例の波長安定化レーザでは、半導体ＤＦＢレーザ１４の近傍において、石英系ガラス導波路の上部クラッド及び下部クラッドを除去した部分（ＰＬＣチップ１５におけるクラッド層の一部を除去した部分）に吸光剤７１が挿入されている。
【００８３】
動作原理は第２実施例と同じであるが、本第７実施例では、クラッド除去部分に挿入した吸光剤７１により、半導体ＤＦＢレーザ１４からの迷光（ＰＬＣチップのクラッド層（上部クラッド及び下部クラッド）を伝搬する光）が、モニタＰＤ１２及びモニタＰＤ１３に入射するのを防いでいる。迷光がモニタＰＤ１２，１３に入射すると、モニタＰＤ１２及びモニタＰＤ１３が、実際に測定すべき光強度よりも多い光強度をモニタすることになり、その分、本波長安定化レーザの発振波長及び出力が目標値からずれてしまっていた。そこで、本第７実施例では上記のように吸光剤７１をクラッド除去部分に挿入する構成としている。
【００８４】
本第７実施例の構成で１００個程度の波長安定化レーザ（波長安定化光源）を作製したが、何れの波長安定化レーザも出力誤差±０．０５ｄＢ、波長誤差±０．０１０ｎｍに収まった。出力誤差及び波長誤差が、吸光剤７１の効果により、第２実施例に比べて小さくなっている。
【００８５】
なお、図１２においては、吸光剤４１が挿入されている部分は、石英系ガラス導波路１９を横切らないだけでなく、石英系ガラス導波路１８も横切らないように作製されている。即ち、コア部分は除去せず、クラッド部分のみを除去してここに吸光剤４１を挿入している。しかし、これに限定するものではなく、石英系ガラス導波路１８は吸光剤４１によって横切っていてもよい。この場合には上部クラッドとコア（石英系ガラス導波路１８のコア部分）と下部クラッドを除去した部分に吸光剤７１を挿入することになる。但し、図１２の場合には前述のように石英系ガラス導波路１８から広帯域光源の光を入力してＡＷＧ２１の透過中心波長を目標の波長に調整する必要があるため、かかる調整の後に吸光剤７１を挿入すればよい。
【００８６】
また、本第７実施例の構成（吸光剤７１を挿入する構成）を、第１実施例、第３実施例〜第６実施例の構成と組み合わせることで、吸光剤７１の効果により、第１実施例、第３実施例〜第６実施例と比較して、出力誤差はもちろん波長誤差がさらに少ない半導体ＤＦＢレーザ（波長安定化光源）を作製できることは言うまでもない。例として、本第７実施例の構成を第１実施例の構成と組み合わせた例を図１３に示し、本第７実施例の構成を第４実施例の構成と組み合わせて例を図１４に示す。
【００８７】
また、上記第１実施例〜第７実施例の半導体ＤＦＢレーザ１４にＥＡ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ：電界吸収）変調器集積型半導体ＤＦＢレーザを用いることができるのは言うまでもない。この場合、変調を集積されているＥＡ変調器で行えるので、半導体ＤＦＢレーザそのものを直接変調するよりもチャープの少ない変調光を実現できる。
【００８８】
また、上記第１実施例〜第７実施例では半導体ＤＦＢレーザの後方からの出射光を分岐してモニタする構成となっているが、これに限定するものではなく、半導体ＤＦＢレーザの前方からの出射光を分岐してモニタする構成としてもよい。
【００８９】
（第８実施例）
図１５には、上記の第１実施例〜第７実施例で説明した波長安定化レーザのチップを用いた波長安定化レーザモジュールを示している。
【００９０】
図１５に示すように、本波長安定化レーザモジュールは、筐体８１（説明の便宜上透視図としている）の中にペルチェ素子８２と、ペルチェ素子８２上に設置されてペルチェ素子８２に熱接触しているアルミ板で作製された均熱板８３と、均熱板８３に熱接触しているサーミスタ８４と、均熱板８３上に設置されて均熱板８３に熱接触している第１実施例〜第７実施例の何れかの波長安定化レーザチップ８５とを備えた構成となっている。この波長安定化レーザモジュールでは、ペルチェ素子８２の発熱又は吸熱によって半導体ＤＦＢレーザ１４の温度が制御される。このとき、均熱板８３では基板（ＰＬＣチップ）１５全体を均一の温度とし、サーミスタ８４では均熱板８３の温度を測定することにより、半導体ＤＦＢレーザ１４の温度を測定する。
【００９１】
波長安定化レーザチップ８５の前端面にはファイバブロック（ガラスブロック）８６によって光ファイバ８７が接続されており、光ファイバ８７の先端にはファイバコネクタ８８が設けられている。従って、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光は、光ファイバ８７及びファイバコネクタ８８を介して出力される。
【００９２】
また、筺体８１からはバタフライ型に複数の電気端子８９が外部へ延びている。そして、これらの電気端子８９と筺体８１内に設けられたプリント配線基板９０とを介して、ＰＬＣチップ１５上に搭載されたモニタＰＤ１２、モニタＰＤ１３及び半導体ＤＦＢレーザ１４や、ペルチェ素子８２及びサーミスタ８４が、筺体外部に設けられたＰＤ電圧モニタ９１、ＰＤ電圧モニタ９２、ＬＤドライバー９３、温度制御回路９４にそれぞれ接続されており、これらを総括しているＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御回路９５で制御することによって、波長安定化レーザチップ８５（半導体ＤＦＢレーザ１４）の発振波長や出力を安定化させている。
【００９３】
従来の波長ロッカ付きレーザ（図１３）では、レーザモジュール内でのレーザ光は空間を伝搬しており、図１３に示したようにコリメートレンズなどが必要であった。また、空間を光が伝搬するためにエタロンやハーフミラー、二つのＰＤなどの位置合わせが非常に困難であった。これに対し、本波長安定化レーザモジュールでは、レーザ光が石英系ガラス導波路内を伝搬するため上記のような欠点が無く、コリメートレンズも必要ではなくなり、半導体ＤＦＢレーザ１４の出射光も直接光ファイバ８７へ導入することができるため、複雑なレンズ構成が不要である。従って、構成部品点数も少なくて済み、コスト削減や歩留まり向上の効果がある。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の波長安定化レーザは、基板上に搭載した１個の半導体ＤＦＢ−ＬＤ、２個の第１半導体ＰＤ及び第２半導体ＰＤと、前記基板上に作製した光導波路とをハイブリッド集積してなる波長安定化レーザであって、前記半導体ＤＦＢ−ＬＤの前方または後方からの出射光を、前記光導波路から構成した分岐回路で前記第１半導体ＰＤ側と前記第２半導体ＰＤ側とに分岐し、前記第１半導体ＰＤ側に分岐された光は前記光導波路から構成した波長分波回路を通過した後に前記第１半導体ＰＤに入射し、前記第２半導体ＰＤ側に分岐された光は前記波長分波回路を通過せずに直接前記第２半導体ＰＤに入射するように構成したことを特徴としている。従って、本発明によれば、従来のバルク部品組み立て方式の波長安定化レーザと比較して、簡易な構成で部品点数が少なく、小型であり、機械的及び熱的安定性が高く、波長及び出力が安定で安価な波長安定化レーザを実現することができる。
【００９５】
また、本発明の波長安定化レーザによれば、石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を挿入して、波長分波回路のＭＺ干渉計、ＡＷＧ又はグレーティングを温度無依存化することにより、波長誤差をさらに小さくすることができる。
【００９６】
また、本発明の波長安定化レーザによれば、吸光剤によって、半導体ＤＦＢ−ＬＤからの迷光が第１半導体ＰＤ及び第２半導体ＰＤに入射するのを防止することにより、出力誤差及び波長誤差をさらに小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図２】ＭＺ干渉計からの透過スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図４】ＡＷＧからモニタＰＤへ接続している出力ポートへの透過スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図６】グレーティングの透過スペクトルを示す図である。
【図７】λ／４位相シフトグレーティングの透過スペクトルを示す図である。
【図８】本発明の第４実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図９】本発明の第５実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図１０】本発明の第６実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図１１】温度無依存型グレーティングの構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の第７実施例に係る波長安定化レーザの構成を示す上面図である。
【図１３】本発明の第７実施例に係る波長安定化レーザの他の構成を示す上面図である。
【図１４】本発明の第７実施例に係る波長安定化レーザの他の構成を示す上面図である。
【図１５】第１実施例〜第７実施例で示した波長安定化レーザのチップを用いた波長安定化レーザモジュールの構成を示す斜視図である。
【図１６】従来の波長安定化レーザ（波長安定化光源）の構成を示す上面図である。
【図１７】エタロンの透過スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１０，１１ ＭＺ干渉計を構成している石英系ガラス導波路
１２，１３ モニタＰＤ
１４ 半導体ＤＦＢレーザ
１５ ＰＬＣチップ
１６ 方向性結合器
１７ ＭＺ干渉計
１８，１９ 方向性結合器を構成している石英系ガラス導波路
２１ ＡＷＧ
２２，２３ ＡＷＧを構成しているスラブ導波路
２４−１，２４−２・・・２４−Ｍ ＡＷＧを構成しているアレイ導波路
２６−１，２６−２・・・２６−Ｎ ＡＷＧの出力導波路
３１ グレーティング（屈折率変調部）
３２ グレーティングが形成された石英系ガラス導波路
４１ 温度無依存型ＭＺ干渉計
４２ ポリマー（シリコーン樹脂）
５１ 温度無依存型ＡＷＧ
５２ シリコーン樹脂
６１ グレーティング形成部
６２ シリコーン樹脂
６３ 上部クラッド
６４ コア
６５ 下部クラッド
６６ Ｓｉ基板
６７ 温度無依存型グレーティング（屈折率変調部）
７１ 吸光剤
８１ 筺体
８２ ペルチェ素子
８３ 均熱板
８４ サーミスタ
８５ 半導体ＤＦＢレーザチップ
８６ ファイバブロック
８７ 光ファイバ
８８ ファイバコネクタ
８９ 電気端子
９０ プリント配線基板
９１，９２ ＰＤ電圧モニタ
９３ ＬＤドライバ
９４ 温度制御回路
９５ ＡＰＣ制御回路
Claims (9)
- 基板上に搭載した１個の半導体ＤＦＢ−ＬＤ、２個の第１半導体ＰＤ及び第２半導体ＰＤと、前記基板上に作製した光導波路とをハイブリッド集積してなる波長安定化レーザであって、前記半導体ＤＦＢ−ＬＤの前方または後方からの出射光を、前記光導波路から構成した分岐回路で前記第１半導体ＰＤ側と前記第２半導体ＰＤ側とに分岐し、前記第１半導体ＰＤ側に分岐された光は前記光導波路から構成した波長分波回路を通過した後に前記第１半導体ＰＤに入射し、前記第２半導体ＰＤ側に分岐された光は前記波長分波回路を通過せずに直接前記第２半導体ＰＤに入射するように構成したことを特徴とする波長安定化レーザ。
- 請求項１に記載の波長安定化レーザにおいて、前記光導波路が石英系ガラス導波路であることを特徴とする波長安定化レーザ。
- 請求項２に記載の波長安定化レーザにおいて、前記波長分波回路がＭＺ干渉計であることを特徴とする波長安定化レーザ。
- 請求項２に記載の波長安定化レーザにおいて、前記波長分波回路がＡＷＧであることを特徴とする波長安定化レーザ。
- 請求項２に記載の波長安定化レーザにおいて、前記波長分波回路が前記石英系ガラス導波路のコア中にグレーティングを形成してなるものであることを特徴とする波長安定化レーザ。
- 請求項３に記載の波長安定化レーザにおいて、前記ＭＺ干渉計を構成する石英系ガラス導波路の一部において、前記石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を、上部クラッドとコアを除去した部分又は上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分に挿入することにより、前記ＭＺ干渉計を温度無依存化したことを特徴とする波長安定化レーザ。
- 請求項４に記載の波長安定化レーザにおいて、前記ＡＷＧを構成する石英系ガラス導波路の一部において、前記石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を、上部クラッドとコアを除去した部分または上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分に挿入することにより、前記ＡＷＧを温度無依存化したことを特徴とする波長安定化レーザ。
- 請求項５に記載の波長安定化レーザにおいて、前記グレーティング上部の上部クラッドを一部または全部除去した部分に前記石英系ガラス導波路と逆符号の屈折率温度係数を有する材料を挿入することにより、前記グレーティングを温度無依存化したことを特徴とする波長安定化レーザ。
- 請求項２に記載の波長安定化レーザにおいて、前記石英系ガラス導波路を構成する上部クラッド及び下部クラッドを除去した部分、或いは、上部クラッドとコアと下部クラッドとを除去した部分に吸光剤を挿入し、この吸光剤によって、前記半導体ＤＦＢ−ＬＤからの迷光が前記第１半導体ＰＤ及び第２半導体ＰＤに入射するのを防止する構成としたことを特徴とする波長安定化レーザ。
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