JP2004186336A - 多波長レーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多波長レーザ装置において、各レーザユニットの発振波長を典型的なストップ・バンド幅である３〜５ｎｍより遠くに離して設定した場合であっても、使用帯域においてＩ−Ｌ（注入電流−光出力）特性上にキンクが発生してしまい、十分な出力値を得ることができないことがあった。
【解決手段】多波長レーザ装置１は、２つのレーザユニット２Ａ、２Ｂを配置したレーザ部２を有する。また、レーザ部２の出射端面３は半導体光増幅器５と導波路４で光学的に接続されている。また、多波長レーザ装置１の両端面には、低反射率膜６、７が形成されている。さらに、レーザユニット２Ａ、２Ｂの波長差は他方の回折格子による反射率が１０％以下となっている。
【選択図】 図１
【解決手段】多波長レーザ装置１は、２つのレーザユニット２Ａ、２Ｂを配置したレーザ部２を有する。また、レーザ部２の出射端面３は半導体光増幅器５と導波路４で光学的に接続されている。また、多波長レーザ装置１の両端面には、低反射率膜６、７が形成されている。さらに、レーザユニット２Ａ、２Ｂの波長差は他方の回折格子による反射率が１０％以下となっている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一つの装置で多数の波長を発振させることが可能な多波長レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信網における波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）システムの導入により、シングルモードかつ同調可能、しかも１３００から１６００ｎｍの波長帯で狭線幅の発振が可能な光源が必要とされている。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザは上記要望をある程度満たしている。しかしながら、更なる高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）システムの急速な進歩には、実用的なアプリケーションに対して広い連続同調範囲と多波長発生を有し、かつコンパクトな多波長レーザ装置が必要とされている。
【０００３】
このような要望を満足する光源として、共通の基板上に複数のレーザユニットを直列配置した多波長レーザ装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２５１６９１号公報
【特許文献２】
特表２００２−５１１９７９号公報
【０００５】
ここで、特開平１１−２５１６９１号公報及び特表２００２−５１１９７９号公報に記載された技術を図６及び図７を用いて説明する。
【０００６】
図７に示すように、特開平１１−２５１６９１号公報に記載の多波長レーザ装置１００は、第１の利得結合型ＤＦＢレーザユニット１１１と第２の利得結合ＤＦＢレーザユニット１１３を含み、これらは矢印方向と同じ光軸に沿って同軸方向に設けられた共振器を有する。前記レーザユニット１１１と１１３は、矢印方向に出力を有し、第１のレーザユニット１１１は、多波長レーザ装置１００の出力端面１２７のより近くにある。多波長レーザ装置１００は第１の閉じ込め領域を有する基板１１２上に形成される。活性層１１４は、多量子井戸構造１１６と、その中に形成される第１および第２の回折格子１１７、１１９と、閉じ込め領域１２０とを含む。
【０００７】
その上に形成されるレーザユニットの励起手段は、基板１２６とのコンタクト、第１と第２のレーザユニット１１１、１１３をそれぞれ形成する第１と第２の電流閉じ込めリッジ１２２、１２４、および第１と第２のコンタクト電極１３０と１３２から構成される。第１と第２のコンタクト電極１３０と１３２は、各リッジの上に形成され、それぞれ直列構造へ電流を注入する。
【０００８】
第１および第２の回折格子１１７と１１９は、位置的には、第１および第２のＤＦＢレーザユニット１１１と１１３にそれぞれ対応する。回折格子は異なる格子周期を有し、各々λｅ＝２Λｎｅｆｆ（Λ：回折格子の周期、ｎｅｆｆ：導波路の等価屈折率）で定義される発振波長λｅを有する。第１の回折格子１１７は、第２の回折格子１１９よりも短い発振波長を有する。多波長レーザ装置１００の出力端面１２７の近くにある第１のレーザユニット１１１の発振波長は出力端面１２７から離れたところにある隣接レーザユニット１１３のストップ・バンド内には落ちないように形成される。
【０００９】
このため、より遠くのレーザユニット１１３によって生成された光は、多波長レーザ装置１００の出力端面１２７の近くにあるレーザユニット１１１を通過する。回折格子１１７と１１９の両方とも、活性層１１４に周期的に溝をエッチングすることによって作られる。エッチングの深さは、各レーザユニットが外部フィードバックおよびランダムな端面変化と実質的に関係しないように決められる。それによって、レーザユニット間では実質的な相互作用は行われない。
【００１０】
また、図８に示すように特表２００２−５１１９７９号公報に記載の多波長レーザ装置２００は、ｎドープされたＩｎＰ基板２０１である半導体板の上に構成される。多波長レーザ装置２００は、複数のＤＦＢレーザユニット２０３、２０３’から成り、この例では３個のレーザユニットが示されている。これらレーザユニットは、１列に、相互に隣接して位置し、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３と番号が付けられており、各々異なる周期を持っている回折格子２０５を有している。各レーザユニット２０３、２０３’は基本的に他のレーザユニットとは無関係に動作し、これによりもし適当な電流がそれに供給されると、他のレーザとは無関係にレーザ光を出射させることが出来る。
【００１１】
回折格子２０５の周期は、相互の間で適当な又は十分な差を持つよう適宜選択される。個々のレーザユニット２０３、２０３’の間の波長分離及び単位長さ当たりの回折格子の結合強度は、ストップ・バンドが他のレーザユニットの透明波長帯域と重複しない様な方法で選択される。ＤＦＢレーザユニットに対する典型的な値は、結合強度κ＝５０ｃｍ−１（１０ｃｍ−１から１００ｃｍ−１間で可変）、λ＝１．５５μｍ、またｎ＝３．２５、これはストップ・バンドの帯域幅Δλ＝１．２ｎｍを与える。典型的な場合において、以下の温度制御により得られるこれら波長間の適当な重複を維持するため、レーザから発射される光の夫々の波長の間の差は、典型的には約３〜５ｎｍとすることが出来る。
【００１２】
全てのレーザユニットは、基板２０１の裏面にある様な共通の接地接点２０７を持つ。レーザユニット内の活性層２０９は、１５５０ｎｍ（Ｑ１．５５）のルミネセンス波長を持つＩｎＧａＡｓＰ（バルク材料又は量子井戸）で作られる。活性層２０９の情報には回折格子２０５が配置される。各レーザユニット２０３、２０３’は、各々独立した電気接点２１１をその頂面に持つ。レーザ２０３、２０３’は、分離溝２１３により相互に電気的に分離される。レーザ２０３、２０３’は、導波層２１５により相互に光学的に接続される。
【００１３】
レーザユニット２０３’に隣接して、レーザユニット２０３、２０３’の列の端に、電界吸収型の光強度変調器２１７を配置することができる。この層２１９は、レーザ２０３、２０３’を相互に接続する導波層２１５と同じ形式の受動導波管２２１の上部に位置する。光強度変調器の層２１９は、その頂部側に、変調電圧を供給するための電気接点２２３を持つ。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
いずれの多波長レーザ装置においても、隣接するレーザユニットのストップ・バンドにかからないように各レーザユニットの発振波長を設定するようにしている。しかしながら、これらの多波長レーザ装置において、各レーザユニットの発振波長を典型的なストップ・バンド幅である３〜５ｎｍより遠くに離して設定した場合であっても、使用帯域においてＩ−Ｌ（注入電流−光出力）特性上にキンクが発生してしまい、十分な出力値を得ることができないことがあった。
【００１５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、高出力な多波長レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる多波長レーザ装置は、基板上に、１つの出射端面を有するように同じ光軸に沿って軸方向にレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部を有し、前記レーザユニットは、ａ）多重量子井戸を含む活性層と、ｂ）活性層を励起する励起手段と、ｃ）回折格子層を有し、前記レーザユニットの発振波長は前記レーザ部の出射端面に近いレーザユニットほど短く、かつ前記発振波長は隣接するレーザユニットの回折格子による反射率が１０％以下となっていることを特徴としている。
【００１７】
この多波長レーザ装置によれば、Ｉ−Ｌ特性において、実用的な使用範囲ではキンクが生じないような多波長レーザ装置を提供することができる。
【００１８】
また、請求項２にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記レーザ部が少なくとも複数列並列に配置され、かつ前記レーザ部の出射端面方向には光合成器が配置されていることを特徴としている。このようにすると多波長レーザ装置としての発振波長の帯域幅をより広くすることができる。なお、光光合成器としては、ＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）カプラ、スターカプラ、半導体アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ；Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）などがあるが、小型化や設計、作製の容易さの点からＭＭＩカプラを用いることが好ましい。
【００１９】
また、請求項３にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記レーザ部の出射端面方向に半導体光増幅器（ＳＯＡ；Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が配置されていることを特徴としている。半導体光増幅器を設けると光合成器での損失を補償することができる。この半導体光増幅器は前記レーザ部の各出射端面近傍に設けることもできるが、半導体光増幅器の数は少なくしたほうが駆動電流の供給箇所を少なくすることができ、小型化、組立が容易になる。したがって、半導体光増幅器を光合成器の出力端近傍に設けて、出力光を合成した後、増幅することが最も好ましい。
加えて、請求項３にかかる多波長レーザ装置は、半導体光増幅器の長さを長くすることにより、より高出力のレーザ光を得ることができる。また、請求項３にかかる多波長レーザ装置はレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部という構成であるため、全てのレーザユニットを並列に配置した多波長レーザ装置に比べて、同じ出力のレーザ光を得ようとした場合に、半導体光増幅器の長さを短くすることができ、高出力でかつ小型化することが可能である。
【００２０】
また、請求項４にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記レーザユニットが、屈折率結合型であることを特徴としている。レーザユニットを屈折率結合型とするとチップ歩留まりが良くなるため、更なる多波長化を目的としてアレイ化する際に有効である。
【００２１】
また、請求項５にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記レーザユニットが、位相シフト部を有することを特徴としている。位相シフト部を有すると単一波長で発振しやすくなる。なお、単一波長でより発振させ易くするためには副モード抑圧比（ＳＭＳＲ；Ｓｉｄｅ Ｍｏｄｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）を大きくすることが有効であるが、この点からは、位相シフト部は各レーザユニット部の中央近傍に設けることが好ましい。
【００２２】
さらに、前述した目的を達成するために、請求項６にかかる多波長レーザ装置は、基板上に、１つの出射端面を有するように同じ光軸に沿って軸方向にレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部を有し、前記レーザユニットは、ａ）多重量子井戸を含む活性層と、ｂ）活性層を励起する励起手段と、ｃ）回折格子層を有する多波長レーザ装置であって、前記レーザユニットを前記レーザ部の出射端面側から順に第１のレーザユニット、第２のレーザユニット、…、第ｎ−１のレーザユニット、第ｎのレーザユニットとし、各々のレーザユニットに流す電流をＩ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１、Ｉｎとした時、第ｎのレーザユニットからの光を出射させる場合には、Ｉｎ＞Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１となるように電流を流すことを特徴としている。
【００２３】
この多波長レーザ装置によれば、前述したようにＩ−Ｌ特性において、実用的な使用範囲ではキンクが生じないことに加え、かつ厳密な制御を必要とせず、良好な単一性を得ることができる。
【００２４】
また、請求項７にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記Ｉｎが少なくとも前記Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１のうちの最も大きな電流値の略２倍以上であることを特徴とすることを特徴としている。このようにすると、より容易な制御で目的を達成することができる。なお、ここで、前記Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１は各々のしきい値電流の２〜３倍程度以下とすることが好ましい。このようにするとより安定して所望の、この場合には第ｎのレーザユニットからの光を出射させることができる。
【００２５】
また、請求項８にかかる多波長レーザ装置は、基板上に、１つの出射端面を有するように同じ光軸に沿って軸方向にレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部を有し、前記レーザユニットは、ａ）多重量子井戸を含む活性層と、ｂ）活性層を励起する励起手段と、ｃ）回折格子層を有する多波長レーザ装置であって、前記レーザユニットを前記レーザ部の出射端面側から順に第１のレーザユニット、第２のレーザユニット、…、第ｊのレーザユニット、…、第ｎのレーザユニットとし、各々のレーザユニットに流す電流をＩ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ、…、Ｉ’ｎとした時、第ｊのレーザユニットから光を出射させる場合には、Ｉ’ｊ＞Ｉ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ−１＞Ｉ’ｊ＋１、…、Ｉ’ｎとなるように電流を流すことを特徴としている。
【００２６】
この多波長レーザ装置もまた、前述したようにＩ−Ｌ特性において、実用的な使用範囲ではキンクが生じないことに加え、かつ厳密な制御を必要とせずに良好な単一特性を得ることができる。
【００２７】
なお、請求項８にかかる多波長レーザ装置との違いは、光を出射させようとするレーザユニットの後段（出射端面とは逆側）にさらなるレーザユニットが存在することである。この後段に存在するレーザユニットは複数存在する場合もある。この場合には、各レーザユニットに流す電流は、「発振させようとするレーザユニットに流す電流値＞発振させようとするレーザユニットの出射端面側に存在するレーザユニットに流す電流値＞発振させようとするレーザユニットの後段に存在するレーザユニットに流す電流値」となるようにする。
【００２８】
また、請求項９にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記Ｉ’ｊは少なくとも前記Ｉ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ−１のうちの最も大きな電流値の略２倍以上であることを特徴としている。このようにすると、より容易な制御で目的を達成することができる。なお、ここで、前記Ｉ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ−１は各々のしきい値電流の２〜３倍程度以下とすることが好ましい。また、Ｉ’ｊ＋１、…、Ｉ’ｎは光を発振させようとする第ｎ−１のレーザユニットの後方で反射などによる影響をなくすために、透明電流未満、さらに好ましくは略０とすることが好ましい。このようにするとより安定して所望の、この場合には第ｊのレーザユニットからの光を出射させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例１
図１は、本実施形態例の多波長レーザ装置１を上部から見た模式図、図２は該多波長レーザ装置１を図１のＡ−Ａ’断面で示す模式図である。
まず、図１を用いて本実施形態例の多波長レーザ装置１の概略について説明する。多波長レーザ装置１は、２つのレーザユニット２Ａ、２Ｂを配置したレーザ部２を有する。また、レーザ部２の出射端面３は半導体光増幅器５と導波路４で光学的に接続されている。また、多波長レーザ装置１の両端面には、低反射率膜６、７が形成されている。
【００３０】
次いで、本実施形態例の多波長レーザ装置１の詳細な構造について図２を用いてその製造方法と共に説明する。
多波長レーザ装置１は、レーザ部２、導波路４及び半導体光増幅器５により構成される。このうち、レーザ部２と半導体光増幅器５は回折格子２０６を有するか否かの違いであるため、両者は同時に形成され、その後、導波路４に相当する部分のみ除去し、導波路４を再成長させる。
【００３１】
まず、ｎ−ＩｎＰからなる基板８上全面に、ｎ−ＩｎＰバッファ層２１（５１）を積層させ、次いで、ｎ−ＩｎＰクラッド層２２（５２）、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）−ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；分離光閉込）活性層２３（５３）（ゲインピーク波長１５５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層２４（５４）、スペーサ層２５Ａ（第２のｐ−ＩｎＰクラッド層５５Ａ）を積層させる。次いで、レーザ部２のみにＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子形成層２６’を積層させ、電子描画装置を用いて回折格子パターンを形成し、不要な箇所をエッチング除去し、エッチングした箇所を埋め込むようにｐ−ＩｎＰ埋め込み層２５Ｂを積層して回折格子２６を形成する。
【００３２】
ここで、この回折格子パターンは、レーザユニット２Ａ及び２Ｂが設定された発振波長を有するように適宜定められる。したがって、回折格子２６Ａと回折格子２６Ｂとではその周期が異なる。なお、前記ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２５Ｂの形成と同時に半導体光増幅器５の第３のｐ−ＩｎＰクラッド層５５Ｂも積層され、最後にｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２７（５７）が積層される。さらにレーザ部２には、レーザユニット２Ａと２Ｂを電気的に分離するための分離溝２９が形成される。なお、ここで各レーザユニット２Ａ、２Ｂは屈折率結合型であり、図示していないが、回折格子２６Ａ、２６Ｂはそれぞれ中央付近に位相シフト部を有している。
【００３３】
次いで、導波路４を形成するために、導波路４に相当する部分のｎ−ＩｎＰバッファ層２１（５１）からｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２７（５７）に至るまでの半導体の積層体をエッチングで除去する。次いで、露出した基板上にノンドープＩｎＰクラッド層４１、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層４２（ゲインピーク波長１３００ｎｍ）、ノンドープＩｎＰクラッド層４３を形成する。
【００３４】
このようにして得た、半導体積層構造は適宜、リッジ形状にエッチングされ、その側面を他の図示しない半導体層で埋め込んだ後、低反射膜６、７を形成し、次いで上部にｐ側電極２８Ａ、２８Ｂ、４４、５８を形成し、基板８裏面にｎ側電極９を形成し、本実施形態例の多波長レーザ装置１を作製した。
【００３５】
このような多波長レーザ装置１において、回折格子の周期を変えることにより、レーザユニット２Ａと２Ｂの波長差を表１のように変化させてＩ−Ｌ特性を測定した。なお、Ｎｏ．１〜５のレーザ部２の結合効率κは６０ｃｍ−１である。Ｉ−Ｌ特性測定結果を図３のグラフに表す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１における反射率とは、レーザユニット２Ａの波長がレーザユニット２Ｂの回折格子に対してどのくらいの反射率を有しているかを示している。レーザユニット２Ｂの波長がレーザユニット２Ａの回折格子に対して有する反射率もほぼ同じ値となる。
表１及び図３より、レーザユニット２Ａ、２Ｂの波長がお互いの回折格子の反射率が１０％以下となるＮｏ．２〜５において、キンクが発現するキンク電流が１００ｍＡ以上となり、非常に良好な特性が得られたことが分かる。
【００３８】
また、図４に示すように、同様な構成でκを変化させると、他方のレーザユニットの回折格子に対する反射率が１０％以下となる波長差は異なる。しかしながらこの場合であっても、発振された光の出力値は異なるものの、レーザユニット２Ａ、２Ｂの波長がお互いの回折格子の反射率が１０％以下となるように定められている時、キンクが発現するキンク電流は１００ｍＡ以上となり、非常に良好な特性が得られた。
【００３９】
以上により、キンク電流はレーザユニット２Ａ、２Ｂの発振波長の差の絶対値ではなく、レーザユニットの回折格子の反射率が１０％以下となるような波長差とすることにより、精度良く制御できることが分かった。また、特に上記実施例に示すように各レーザユニットの波長差は前記回折格子の反射率が５％以下となるようにするとより好ましい。
【００４０】
なお、本実施形態例においては、半導体光増幅器５を用いたが、レーザ部２が１つの場合には、半導体光増幅器５は必須ではない。また、多波長レーザ装置１の出射端面側にＥＡ（電界吸収型；Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器などを設けると外部変調器を用いずに情報の伝送が可能になることから、システムの小型化、低コスト化などを達成できる点でより好ましい。
【００４１】
実施形態例２
実施形態例２の多波長レーザ装置１０を図５に示す。レーザ部１２として１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆの６つが配置され、各レーザ部は各々２つのレーザユニットを有し、その出射端面側に導波路を介して光合波器２０が配置されている。レーザ部１２ａを例に取って具体的に説明すると、レーザ部１２ａは、レーザユニット１２ａＡ、１２ａＢを有し、その出射端面１３ａ側に導波路１４ａを介して光合波器２０が配置されている。以上の点以外は実施形態例１と同様である。また、前記光合成器１３は導波路１４と同様の構成及び製造方法であり、半導体積層構造をエッチングしてリッジ形状を作製する際のパターンだけが異なる。なお、各レーザ部１２を構成するレーザユニットのκは５０ｃｍ−１、各レーザユニットの共振器長は５００μｍ（レーザ部１２の共振器長は）、各レーザユニットの発振波長は表３の通りである。表３におけるレーザユニット１２Ａ、１２Ｂとは、Ｎｏ．１２ａについてはレーザユニット１２ａＡ、レーザユニット１２ａＢ、Ｎｏ．１２ｂについてはレーザユニット１２ｂＡ、レーザユニット１２ｂＢ（以下同様）を示す。
また、レーザ部１２の出射端面と半導体光増幅器２０の入射端面との距離、すなわち、導波路部分と光合成器１３の共振器長手方向の長さは８００μｍ、半導体光増幅器２０の長さは１２００μｍであった。
【００４２】
【表２】
【００４３】
本実施形態例の多波長半導体レーザ装置１０においても、レーザユニットの発振波長を他方のレーザユニットの回折格子の反射率が１０％以下となるような値としたところ、もっとも小さいキンク電流値も２００ｍＡと良好な結果を得ることができた。
【００４４】
しかしながら、上記実施形態例においては、井戸層のエネルギーバンドギャップ波長が１５５０ｎｍであり、レーザ部１２ｂ、１２ｃのレーザユニットＡの発振波長とのデチューニングが比較的大きい（順に２２ｎｍ、１９ｎｍ）のに比べてレーザユニットＢの発振波長とのデチューニングは非常に小さな値となっている（順に１ｎｍ、２ｎｍ）。このような場合には、レーザユニットＡのみから発振させようとしても、駆動環境によってはレーザユニットＢからも発振されてしまうことがある。このような問題を避けるためには、レーザユニットＡとレーザユニットＢの発振波長の組合せを例えば、表４に示したようにすることが有効である。
【００４５】
【表３】
【００４６】
このように、各レーザユニットの発振波長の組合せを変えることによって単一波長特性を容易に制御することもできる。
【００４７】
なお、実施形態例１及び２の多波長半導体レーザ装置とも一つのレーザ部は２つレーザユニットを有する構成を採用したが、３つ以上のレーザユニットを有していても良いことは明らかである。また、これらの実施形態例の多波長半導体レーザ装置を構成する組成及びサイズなどはこれら実施の形態例に限られないことは明らかである。
【００４８】
実施形態例３
実施形態例１の多波長レーザ装置１において、レーザユニット２Ａの発振波長を１５３３ｎｍ、レーザユニット２Ｂの発振波長を１５４６ｎｍ、κ＝５０ｃｍ−１、各々のレーザユニットの共振器長を５００μｍとした多波長レーザ装置１を用いて、レーザユニット２Ｂからの光を発振させる際に、レーザユニット２Ａに流す電流値を及びレーザユニット２Ｂに流す電流値を変えて発振波長の単一性について実験した結果を図６に示す。なお、本実施形態例における各レーザユニット２Ａ及び２Ｂのしきい値電流は２０ｍＡ程度である。
【００４９】
図６より、レーザユニット２Ａにしきい値電流の約２．５倍以下の電流を流し、かつレーザユニット２Ｂにレーザユニット２Ａに流した電流値の約２倍以上の電流を流した際に単一性が優れていることが分かる。
【００５０】
なお、ここでは、レーザユニット２Ｂへ流す電流値を固定し、レーザユニット２Ａへ流す電流値の大きさを変化させたが、本願発明の範囲を満足させる範囲であれば、単一性に関係するのは両者の相対的な大きさの差であり、本実施形態例の数値及び形態に限定されるものではない。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明にかかる多波長レーザ装置によれば、レーザ部を構成するレーザユニットの発振波長を隣接するレーザユニットの回折格子の反射率が１０％以下になるような波長としたことにより、キンクに影響されることなく、十分に高出力でかつ対応する波長域の広い多波長レーザ装置を得ることができる。
【００５２】
また、さらに上述した多波長レーザ装置において、各レーザユニットに流す電流値を本願発明で定めたようにすることにより、厳密な制御を要することなく、容易に良好な単一性を有する多波長レーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第一の実施形態例に関する多波長レーザ装置の一実施形態例を示す模式図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図３】図３は、第１の実施形態例の多波長レーザ装置において、レーザユニット２Ａと２Ｂの波長差を変化させた時のＩ−Ｌ特性の結果を示す図である。
【図４】図４は、κを変化させた時の反射スペクトルを示す図である。
【図５】図５は、本願発明に関する多波長レーザ装置の他の実施形態例を示す模式図である。
【図６】図６は、従来の多波長レーザ装置を示す模式図である。
【図７】図７は、従来の他の多波長レーザ装置を示す模式図である。
【図８】
【符号の説明】
１、１０ 多波長レーザ装置
２、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ レーザ部
２Ａ、２Ｂ、１２ａＡ、１２ａＢ レーザユニット
３、１３ａ 出射端面
４、１４ａ 導波路
５、１５ 半導体光増幅器
６、７、１６、１７ 低反射膜
８ 基板
９ ｎ側電極
２０ 光合波器
２１、５１ ｎ−ＩｎＰバッファ層
２２、５２ ｎ−ＩｎＰクラッド層
２３、５３ ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層
２４，５４ ｐ−ＩｎＰクラッド層
２５Ａ スペーサ層
２５Ｂ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層
２６’ 回折格子形成層
２６、２６Ａ、２６Ｂ 回折格子
２７，５７ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
２８Ａ、２８Ｂ、５８ ｐ側電極
２９ 分離溝
４１ ノンドープＩｎＰクラッド層
４２ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層
４３ ノンドープＩｎＰクラッド層
５５Ａ 第２のｐ−ＩｎＰクラッド層
５５Ｂ 第３のｐ−ＩｎＰクラッド層
【発明の属する技術分野】
本発明は、一つの装置で多数の波長を発振させることが可能な多波長レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信網における波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）システムの導入により、シングルモードかつ同調可能、しかも１３００から１６００ｎｍの波長帯で狭線幅の発振が可能な光源が必要とされている。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ系分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザは上記要望をある程度満たしている。しかしながら、更なる高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）システムの急速な進歩には、実用的なアプリケーションに対して広い連続同調範囲と多波長発生を有し、かつコンパクトな多波長レーザ装置が必要とされている。
【０００３】
このような要望を満足する光源として、共通の基板上に複数のレーザユニットを直列配置した多波長レーザ装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２５１６９１号公報
【特許文献２】
特表２００２−５１１９７９号公報
【０００５】
ここで、特開平１１−２５１６９１号公報及び特表２００２−５１１９７９号公報に記載された技術を図６及び図７を用いて説明する。
【０００６】
図７に示すように、特開平１１−２５１６９１号公報に記載の多波長レーザ装置１００は、第１の利得結合型ＤＦＢレーザユニット１１１と第２の利得結合ＤＦＢレーザユニット１１３を含み、これらは矢印方向と同じ光軸に沿って同軸方向に設けられた共振器を有する。前記レーザユニット１１１と１１３は、矢印方向に出力を有し、第１のレーザユニット１１１は、多波長レーザ装置１００の出力端面１２７のより近くにある。多波長レーザ装置１００は第１の閉じ込め領域を有する基板１１２上に形成される。活性層１１４は、多量子井戸構造１１６と、その中に形成される第１および第２の回折格子１１７、１１９と、閉じ込め領域１２０とを含む。
【０００７】
その上に形成されるレーザユニットの励起手段は、基板１２６とのコンタクト、第１と第２のレーザユニット１１１、１１３をそれぞれ形成する第１と第２の電流閉じ込めリッジ１２２、１２４、および第１と第２のコンタクト電極１３０と１３２から構成される。第１と第２のコンタクト電極１３０と１３２は、各リッジの上に形成され、それぞれ直列構造へ電流を注入する。
【０００８】
第１および第２の回折格子１１７と１１９は、位置的には、第１および第２のＤＦＢレーザユニット１１１と１１３にそれぞれ対応する。回折格子は異なる格子周期を有し、各々λｅ＝２Λｎｅｆｆ（Λ：回折格子の周期、ｎｅｆｆ：導波路の等価屈折率）で定義される発振波長λｅを有する。第１の回折格子１１７は、第２の回折格子１１９よりも短い発振波長を有する。多波長レーザ装置１００の出力端面１２７の近くにある第１のレーザユニット１１１の発振波長は出力端面１２７から離れたところにある隣接レーザユニット１１３のストップ・バンド内には落ちないように形成される。
【０００９】
このため、より遠くのレーザユニット１１３によって生成された光は、多波長レーザ装置１００の出力端面１２７の近くにあるレーザユニット１１１を通過する。回折格子１１７と１１９の両方とも、活性層１１４に周期的に溝をエッチングすることによって作られる。エッチングの深さは、各レーザユニットが外部フィードバックおよびランダムな端面変化と実質的に関係しないように決められる。それによって、レーザユニット間では実質的な相互作用は行われない。
【００１０】
また、図８に示すように特表２００２−５１１９７９号公報に記載の多波長レーザ装置２００は、ｎドープされたＩｎＰ基板２０１である半導体板の上に構成される。多波長レーザ装置２００は、複数のＤＦＢレーザユニット２０３、２０３’から成り、この例では３個のレーザユニットが示されている。これらレーザユニットは、１列に、相互に隣接して位置し、Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３と番号が付けられており、各々異なる周期を持っている回折格子２０５を有している。各レーザユニット２０３、２０３’は基本的に他のレーザユニットとは無関係に動作し、これによりもし適当な電流がそれに供給されると、他のレーザとは無関係にレーザ光を出射させることが出来る。
【００１１】
回折格子２０５の周期は、相互の間で適当な又は十分な差を持つよう適宜選択される。個々のレーザユニット２０３、２０３’の間の波長分離及び単位長さ当たりの回折格子の結合強度は、ストップ・バンドが他のレーザユニットの透明波長帯域と重複しない様な方法で選択される。ＤＦＢレーザユニットに対する典型的な値は、結合強度κ＝５０ｃｍ−１（１０ｃｍ−１から１００ｃｍ−１間で可変）、λ＝１．５５μｍ、またｎ＝３．２５、これはストップ・バンドの帯域幅Δλ＝１．２ｎｍを与える。典型的な場合において、以下の温度制御により得られるこれら波長間の適当な重複を維持するため、レーザから発射される光の夫々の波長の間の差は、典型的には約３〜５ｎｍとすることが出来る。
【００１２】
全てのレーザユニットは、基板２０１の裏面にある様な共通の接地接点２０７を持つ。レーザユニット内の活性層２０９は、１５５０ｎｍ（Ｑ１．５５）のルミネセンス波長を持つＩｎＧａＡｓＰ（バルク材料又は量子井戸）で作られる。活性層２０９の情報には回折格子２０５が配置される。各レーザユニット２０３、２０３’は、各々独立した電気接点２１１をその頂面に持つ。レーザ２０３、２０３’は、分離溝２１３により相互に電気的に分離される。レーザ２０３、２０３’は、導波層２１５により相互に光学的に接続される。
【００１３】
レーザユニット２０３’に隣接して、レーザユニット２０３、２０３’の列の端に、電界吸収型の光強度変調器２１７を配置することができる。この層２１９は、レーザ２０３、２０３’を相互に接続する導波層２１５と同じ形式の受動導波管２２１の上部に位置する。光強度変調器の層２１９は、その頂部側に、変調電圧を供給するための電気接点２２３を持つ。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
いずれの多波長レーザ装置においても、隣接するレーザユニットのストップ・バンドにかからないように各レーザユニットの発振波長を設定するようにしている。しかしながら、これらの多波長レーザ装置において、各レーザユニットの発振波長を典型的なストップ・バンド幅である３〜５ｎｍより遠くに離して設定した場合であっても、使用帯域においてＩ−Ｌ（注入電流−光出力）特性上にキンクが発生してしまい、十分な出力値を得ることができないことがあった。
【００１５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、高出力な多波長レーザ装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる多波長レーザ装置は、基板上に、１つの出射端面を有するように同じ光軸に沿って軸方向にレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部を有し、前記レーザユニットは、ａ）多重量子井戸を含む活性層と、ｂ）活性層を励起する励起手段と、ｃ）回折格子層を有し、前記レーザユニットの発振波長は前記レーザ部の出射端面に近いレーザユニットほど短く、かつ前記発振波長は隣接するレーザユニットの回折格子による反射率が１０％以下となっていることを特徴としている。
【００１７】
この多波長レーザ装置によれば、Ｉ−Ｌ特性において、実用的な使用範囲ではキンクが生じないような多波長レーザ装置を提供することができる。
【００１８】
また、請求項２にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記レーザ部が少なくとも複数列並列に配置され、かつ前記レーザ部の出射端面方向には光合成器が配置されていることを特徴としている。このようにすると多波長レーザ装置としての発振波長の帯域幅をより広くすることができる。なお、光光合成器としては、ＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）カプラ、スターカプラ、半導体アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ；Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）などがあるが、小型化や設計、作製の容易さの点からＭＭＩカプラを用いることが好ましい。
【００１９】
また、請求項３にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記レーザ部の出射端面方向に半導体光増幅器（ＳＯＡ；Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が配置されていることを特徴としている。半導体光増幅器を設けると光合成器での損失を補償することができる。この半導体光増幅器は前記レーザ部の各出射端面近傍に設けることもできるが、半導体光増幅器の数は少なくしたほうが駆動電流の供給箇所を少なくすることができ、小型化、組立が容易になる。したがって、半導体光増幅器を光合成器の出力端近傍に設けて、出力光を合成した後、増幅することが最も好ましい。
加えて、請求項３にかかる多波長レーザ装置は、半導体光増幅器の長さを長くすることにより、より高出力のレーザ光を得ることができる。また、請求項３にかかる多波長レーザ装置はレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部という構成であるため、全てのレーザユニットを並列に配置した多波長レーザ装置に比べて、同じ出力のレーザ光を得ようとした場合に、半導体光増幅器の長さを短くすることができ、高出力でかつ小型化することが可能である。
【００２０】
また、請求項４にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記レーザユニットが、屈折率結合型であることを特徴としている。レーザユニットを屈折率結合型とするとチップ歩留まりが良くなるため、更なる多波長化を目的としてアレイ化する際に有効である。
【００２１】
また、請求項５にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記レーザユニットが、位相シフト部を有することを特徴としている。位相シフト部を有すると単一波長で発振しやすくなる。なお、単一波長でより発振させ易くするためには副モード抑圧比（ＳＭＳＲ；Ｓｉｄｅ Ｍｏｄｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ）を大きくすることが有効であるが、この点からは、位相シフト部は各レーザユニット部の中央近傍に設けることが好ましい。
【００２２】
さらに、前述した目的を達成するために、請求項６にかかる多波長レーザ装置は、基板上に、１つの出射端面を有するように同じ光軸に沿って軸方向にレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部を有し、前記レーザユニットは、ａ）多重量子井戸を含む活性層と、ｂ）活性層を励起する励起手段と、ｃ）回折格子層を有する多波長レーザ装置であって、前記レーザユニットを前記レーザ部の出射端面側から順に第１のレーザユニット、第２のレーザユニット、…、第ｎ−１のレーザユニット、第ｎのレーザユニットとし、各々のレーザユニットに流す電流をＩ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１、Ｉｎとした時、第ｎのレーザユニットからの光を出射させる場合には、Ｉｎ＞Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１となるように電流を流すことを特徴としている。
【００２３】
この多波長レーザ装置によれば、前述したようにＩ−Ｌ特性において、実用的な使用範囲ではキンクが生じないことに加え、かつ厳密な制御を必要とせず、良好な単一性を得ることができる。
【００２４】
また、請求項７にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記Ｉｎが少なくとも前記Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１のうちの最も大きな電流値の略２倍以上であることを特徴とすることを特徴としている。このようにすると、より容易な制御で目的を達成することができる。なお、ここで、前記Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１は各々のしきい値電流の２〜３倍程度以下とすることが好ましい。このようにするとより安定して所望の、この場合には第ｎのレーザユニットからの光を出射させることができる。
【００２５】
また、請求項８にかかる多波長レーザ装置は、基板上に、１つの出射端面を有するように同じ光軸に沿って軸方向にレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部を有し、前記レーザユニットは、ａ）多重量子井戸を含む活性層と、ｂ）活性層を励起する励起手段と、ｃ）回折格子層を有する多波長レーザ装置であって、前記レーザユニットを前記レーザ部の出射端面側から順に第１のレーザユニット、第２のレーザユニット、…、第ｊのレーザユニット、…、第ｎのレーザユニットとし、各々のレーザユニットに流す電流をＩ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ、…、Ｉ’ｎとした時、第ｊのレーザユニットから光を出射させる場合には、Ｉ’ｊ＞Ｉ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ−１＞Ｉ’ｊ＋１、…、Ｉ’ｎとなるように電流を流すことを特徴としている。
【００２６】
この多波長レーザ装置もまた、前述したようにＩ−Ｌ特性において、実用的な使用範囲ではキンクが生じないことに加え、かつ厳密な制御を必要とせずに良好な単一特性を得ることができる。
【００２７】
なお、請求項８にかかる多波長レーザ装置との違いは、光を出射させようとするレーザユニットの後段（出射端面とは逆側）にさらなるレーザユニットが存在することである。この後段に存在するレーザユニットは複数存在する場合もある。この場合には、各レーザユニットに流す電流は、「発振させようとするレーザユニットに流す電流値＞発振させようとするレーザユニットの出射端面側に存在するレーザユニットに流す電流値＞発振させようとするレーザユニットの後段に存在するレーザユニットに流す電流値」となるようにする。
【００２８】
また、請求項９にかかる多波長レーザ装置は、上記発明において、前記Ｉ’ｊは少なくとも前記Ｉ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ−１のうちの最も大きな電流値の略２倍以上であることを特徴としている。このようにすると、より容易な制御で目的を達成することができる。なお、ここで、前記Ｉ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ−１は各々のしきい値電流の２〜３倍程度以下とすることが好ましい。また、Ｉ’ｊ＋１、…、Ｉ’ｎは光を発振させようとする第ｎ−１のレーザユニットの後方で反射などによる影響をなくすために、透明電流未満、さらに好ましくは略０とすることが好ましい。このようにするとより安定して所望の、この場合には第ｊのレーザユニットからの光を出射させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例１
図１は、本実施形態例の多波長レーザ装置１を上部から見た模式図、図２は該多波長レーザ装置１を図１のＡ−Ａ’断面で示す模式図である。
まず、図１を用いて本実施形態例の多波長レーザ装置１の概略について説明する。多波長レーザ装置１は、２つのレーザユニット２Ａ、２Ｂを配置したレーザ部２を有する。また、レーザ部２の出射端面３は半導体光増幅器５と導波路４で光学的に接続されている。また、多波長レーザ装置１の両端面には、低反射率膜６、７が形成されている。
【００３０】
次いで、本実施形態例の多波長レーザ装置１の詳細な構造について図２を用いてその製造方法と共に説明する。
多波長レーザ装置１は、レーザ部２、導波路４及び半導体光増幅器５により構成される。このうち、レーザ部２と半導体光増幅器５は回折格子２０６を有するか否かの違いであるため、両者は同時に形成され、その後、導波路４に相当する部分のみ除去し、導波路４を再成長させる。
【００３１】
まず、ｎ−ＩｎＰからなる基板８上全面に、ｎ−ＩｎＰバッファ層２１（５１）を積層させ、次いで、ｎ−ＩｎＰクラッド層２２（５２）、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）−ＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；分離光閉込）活性層２３（５３）（ゲインピーク波長１５５０ｎｍ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層２４（５４）、スペーサ層２５Ａ（第２のｐ−ＩｎＰクラッド層５５Ａ）を積層させる。次いで、レーザ部２のみにＩｎＧａＡｓＰからなる回折格子形成層２６’を積層させ、電子描画装置を用いて回折格子パターンを形成し、不要な箇所をエッチング除去し、エッチングした箇所を埋め込むようにｐ−ＩｎＰ埋め込み層２５Ｂを積層して回折格子２６を形成する。
【００３２】
ここで、この回折格子パターンは、レーザユニット２Ａ及び２Ｂが設定された発振波長を有するように適宜定められる。したがって、回折格子２６Ａと回折格子２６Ｂとではその周期が異なる。なお、前記ｐ−ＩｎＰ埋め込み層２５Ｂの形成と同時に半導体光増幅器５の第３のｐ−ＩｎＰクラッド層５５Ｂも積層され、最後にｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２７（５７）が積層される。さらにレーザ部２には、レーザユニット２Ａと２Ｂを電気的に分離するための分離溝２９が形成される。なお、ここで各レーザユニット２Ａ、２Ｂは屈折率結合型であり、図示していないが、回折格子２６Ａ、２６Ｂはそれぞれ中央付近に位相シフト部を有している。
【００３３】
次いで、導波路４を形成するために、導波路４に相当する部分のｎ−ＩｎＰバッファ層２１（５１）からｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２７（５７）に至るまでの半導体の積層体をエッチングで除去する。次いで、露出した基板上にノンドープＩｎＰクラッド層４１、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層４２（ゲインピーク波長１３００ｎｍ）、ノンドープＩｎＰクラッド層４３を形成する。
【００３４】
このようにして得た、半導体積層構造は適宜、リッジ形状にエッチングされ、その側面を他の図示しない半導体層で埋め込んだ後、低反射膜６、７を形成し、次いで上部にｐ側電極２８Ａ、２８Ｂ、４４、５８を形成し、基板８裏面にｎ側電極９を形成し、本実施形態例の多波長レーザ装置１を作製した。
【００３５】
このような多波長レーザ装置１において、回折格子の周期を変えることにより、レーザユニット２Ａと２Ｂの波長差を表１のように変化させてＩ−Ｌ特性を測定した。なお、Ｎｏ．１〜５のレーザ部２の結合効率κは６０ｃｍ−１である。Ｉ−Ｌ特性測定結果を図３のグラフに表す。
【００３６】
【表１】
表１における反射率とは、レーザユニット２Ａの波長がレーザユニット２Ｂの回折格子に対してどのくらいの反射率を有しているかを示している。レーザユニット２Ｂの波長がレーザユニット２Ａの回折格子に対して有する反射率もほぼ同じ値となる。
表１及び図３より、レーザユニット２Ａ、２Ｂの波長がお互いの回折格子の反射率が１０％以下となるＮｏ．２〜５において、キンクが発現するキンク電流が１００ｍＡ以上となり、非常に良好な特性が得られたことが分かる。
【００３８】
また、図４に示すように、同様な構成でκを変化させると、他方のレーザユニットの回折格子に対する反射率が１０％以下となる波長差は異なる。しかしながらこの場合であっても、発振された光の出力値は異なるものの、レーザユニット２Ａ、２Ｂの波長がお互いの回折格子の反射率が１０％以下となるように定められている時、キンクが発現するキンク電流は１００ｍＡ以上となり、非常に良好な特性が得られた。
【００３９】
以上により、キンク電流はレーザユニット２Ａ、２Ｂの発振波長の差の絶対値ではなく、レーザユニットの回折格子の反射率が１０％以下となるような波長差とすることにより、精度良く制御できることが分かった。また、特に上記実施例に示すように各レーザユニットの波長差は前記回折格子の反射率が５％以下となるようにするとより好ましい。
【００４０】
なお、本実施形態例においては、半導体光増幅器５を用いたが、レーザ部２が１つの場合には、半導体光増幅器５は必須ではない。また、多波長レーザ装置１の出射端面側にＥＡ（電界吸収型；Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器などを設けると外部変調器を用いずに情報の伝送が可能になることから、システムの小型化、低コスト化などを達成できる点でより好ましい。
【００４１】
実施形態例２
実施形態例２の多波長レーザ装置１０を図５に示す。レーザ部１２として１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆの６つが配置され、各レーザ部は各々２つのレーザユニットを有し、その出射端面側に導波路を介して光合波器２０が配置されている。レーザ部１２ａを例に取って具体的に説明すると、レーザ部１２ａは、レーザユニット１２ａＡ、１２ａＢを有し、その出射端面１３ａ側に導波路１４ａを介して光合波器２０が配置されている。以上の点以外は実施形態例１と同様である。また、前記光合成器１３は導波路１４と同様の構成及び製造方法であり、半導体積層構造をエッチングしてリッジ形状を作製する際のパターンだけが異なる。なお、各レーザ部１２を構成するレーザユニットのκは５０ｃｍ−１、各レーザユニットの共振器長は５００μｍ（レーザ部１２の共振器長は）、各レーザユニットの発振波長は表３の通りである。表３におけるレーザユニット１２Ａ、１２Ｂとは、Ｎｏ．１２ａについてはレーザユニット１２ａＡ、レーザユニット１２ａＢ、Ｎｏ．１２ｂについてはレーザユニット１２ｂＡ、レーザユニット１２ｂＢ（以下同様）を示す。
また、レーザ部１２の出射端面と半導体光増幅器２０の入射端面との距離、すなわち、導波路部分と光合成器１３の共振器長手方向の長さは８００μｍ、半導体光増幅器２０の長さは１２００μｍであった。
【００４２】
【表２】
本実施形態例の多波長半導体レーザ装置１０においても、レーザユニットの発振波長を他方のレーザユニットの回折格子の反射率が１０％以下となるような値としたところ、もっとも小さいキンク電流値も２００ｍＡと良好な結果を得ることができた。
【００４４】
しかしながら、上記実施形態例においては、井戸層のエネルギーバンドギャップ波長が１５５０ｎｍであり、レーザ部１２ｂ、１２ｃのレーザユニットＡの発振波長とのデチューニングが比較的大きい（順に２２ｎｍ、１９ｎｍ）のに比べてレーザユニットＢの発振波長とのデチューニングは非常に小さな値となっている（順に１ｎｍ、２ｎｍ）。このような場合には、レーザユニットＡのみから発振させようとしても、駆動環境によってはレーザユニットＢからも発振されてしまうことがある。このような問題を避けるためには、レーザユニットＡとレーザユニットＢの発振波長の組合せを例えば、表４に示したようにすることが有効である。
【００４５】
【表３】
このように、各レーザユニットの発振波長の組合せを変えることによって単一波長特性を容易に制御することもできる。
【００４７】
なお、実施形態例１及び２の多波長半導体レーザ装置とも一つのレーザ部は２つレーザユニットを有する構成を採用したが、３つ以上のレーザユニットを有していても良いことは明らかである。また、これらの実施形態例の多波長半導体レーザ装置を構成する組成及びサイズなどはこれら実施の形態例に限られないことは明らかである。
【００４８】
実施形態例３
実施形態例１の多波長レーザ装置１において、レーザユニット２Ａの発振波長を１５３３ｎｍ、レーザユニット２Ｂの発振波長を１５４６ｎｍ、κ＝５０ｃｍ−１、各々のレーザユニットの共振器長を５００μｍとした多波長レーザ装置１を用いて、レーザユニット２Ｂからの光を発振させる際に、レーザユニット２Ａに流す電流値を及びレーザユニット２Ｂに流す電流値を変えて発振波長の単一性について実験した結果を図６に示す。なお、本実施形態例における各レーザユニット２Ａ及び２Ｂのしきい値電流は２０ｍＡ程度である。
【００４９】
図６より、レーザユニット２Ａにしきい値電流の約２．５倍以下の電流を流し、かつレーザユニット２Ｂにレーザユニット２Ａに流した電流値の約２倍以上の電流を流した際に単一性が優れていることが分かる。
【００５０】
なお、ここでは、レーザユニット２Ｂへ流す電流値を固定し、レーザユニット２Ａへ流す電流値の大きさを変化させたが、本願発明の範囲を満足させる範囲であれば、単一性に関係するのは両者の相対的な大きさの差であり、本実施形態例の数値及び形態に限定されるものではない。
【００５１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明にかかる多波長レーザ装置によれば、レーザ部を構成するレーザユニットの発振波長を隣接するレーザユニットの回折格子の反射率が１０％以下になるような波長としたことにより、キンクに影響されることなく、十分に高出力でかつ対応する波長域の広い多波長レーザ装置を得ることができる。
【００５２】
また、さらに上述した多波長レーザ装置において、各レーザユニットに流す電流値を本願発明で定めたようにすることにより、厳密な制御を要することなく、容易に良好な単一性を有する多波長レーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第一の実施形態例に関する多波長レーザ装置の一実施形態例を示す模式図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ’断面を示す模式図である。
【図３】図３は、第１の実施形態例の多波長レーザ装置において、レーザユニット２Ａと２Ｂの波長差を変化させた時のＩ−Ｌ特性の結果を示す図である。
【図４】図４は、κを変化させた時の反射スペクトルを示す図である。
【図５】図５は、本願発明に関する多波長レーザ装置の他の実施形態例を示す模式図である。
【図６】図６は、従来の多波長レーザ装置を示す模式図である。
【図７】図７は、従来の他の多波長レーザ装置を示す模式図である。
【図８】
【符号の説明】
１、１０ 多波長レーザ装置
２、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ レーザ部
２Ａ、２Ｂ、１２ａＡ、１２ａＢ レーザユニット
３、１３ａ 出射端面
４、１４ａ 導波路
５、１５ 半導体光増幅器
６、７、１６、１７ 低反射膜
８ 基板
９ ｎ側電極
２０ 光合波器
２１、５１ ｎ−ＩｎＰバッファ層
２２、５２ ｎ−ＩｎＰクラッド層
２３、５３ ＭＱＷ−ＳＣＨ活性層
２４，５４ ｐ−ＩｎＰクラッド層
２５Ａ スペーサ層
２５Ｂ ｐ−ＩｎＰ埋め込み層
２６’ 回折格子形成層
２６、２６Ａ、２６Ｂ 回折格子
２７，５７ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
２８Ａ、２８Ｂ、５８ ｐ側電極
２９ 分離溝
４１ ノンドープＩｎＰクラッド層
４２ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層
４３ ノンドープＩｎＰクラッド層
５５Ａ 第２のｐ−ＩｎＰクラッド層
５５Ｂ 第３のｐ−ＩｎＰクラッド層
Claims (9)
- 基板上に、１つの出射端面を有するように同じ光軸に沿って軸方向にレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部を有し、前記レーザユニットは
ａ）多重量子井戸を含む活性層と
ｂ）活性層を励起する励起手段と
ｃ）回折格子層
を有し、前記レーザユニットの発振波長は前記レーザ部の出射端面に近いレーザユニットほど短く、かつ前記発振波長は隣接するレーザユニットの回折格子による反射率が１０％以下となっていることを特徴とする多波長レーザ装置。 - 前記レーザ部が少なくとも複数列並列に配置され、かつ前記レーザ部の出射端面方向には光合成器が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多波長レーザ装置。
- 前記レーザ部の出射端面方向には半導体光増幅器が配置されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の多波長レーザ装置。
- 前記レーザユニットは、屈折率結合型であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多波長レーザ装置。
- 前記レーザユニットは、位相シフト部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多波長レーザ装置。
- 基板上に、１つの出射端面を有するように同じ光軸に沿って軸方向にレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部を有し、前記レーザユニットは
ａ）多重量子井戸を含む活性層と
ｂ）活性層を励起する励起手段と
ｃ）回折格子層
を有する多波長レーザ装置であって、前記レーザユニットを前記レーザ部の出射端面側から順に第１のレーザユニット、第２のレーザユニット、…、第ｎ−１のレーザユニット、第ｎのレーザユニットとし、各々のレーザユニットに流す電流をＩ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１、Ｉｎとした時、第ｎのレーザユニットからの光を出射する場合には、Ｉｎ＞Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１となるように電流を注入することを特徴とする多波長レーザ装置。 - 前記Ｉｎは少なくとも前記Ｉ１、Ｉ２、…、Ｉｎ−１のうちの最大電流値の略２倍以上であることを特徴とする請求項６に記載の多波長レーザ装置。
- 基板上に、１つの出射端面を有するように同じ光軸に沿って軸方向にレーザユニットが複数個直列に配置されたレーザ部を有し、前記レーザユニットは
ａ）多重量子井戸を含む活性層と
ｂ）活性層を励起する励起手段と
ｃ）回折格子層
を有する多波長レーザ装置であって、前記レーザユニットを前記レーザ部の出射端面側から順に第１のレーザユニット、第２のレーザユニット、…、第ｊのレーザユニット、…、第ｎのレーザユニットとし、各々のレーザユニットに流す電流をＩ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ、…、Ｉ’ｎとした時、第ｊのレーザユニットから光を出射させる場合には、Ｉ’ｊ＞Ｉ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ−１＞Ｉ’ｊ＋１、…、Ｉ’ｎとなるように電流を注入することを特徴とする多波長レーザ装置。 - 前記Ｉ’ｊは少なくとも前記Ｉ’１、Ｉ’２、…、Ｉ’ｊ−１のうちの最大電流値の略２倍以上であることを特徴とする請求項８に記載の多波長レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002350431A JP2004186336A (ja) | 2002-12-02 | 2002-12-02 | 多波長レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002350431A JP2004186336A (ja) | 2002-12-02 | 2002-12-02 | 多波長レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004186336A true JP2004186336A (ja) | 2004-07-02 |
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ID=32752659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2002350431A Pending JP2004186336A (ja) | 2002-12-02 | 2002-12-02 | 多波長レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004186336A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008120375A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Fujitsu Limited | 光伝送装置および光伝送方法 |
| US9960567B2 (en) | 2014-02-18 | 2018-05-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Laser device integrated with semiconductor optical amplifier on silicon substrate |
| JP7458885B2 (ja) | 2020-01-28 | 2024-04-01 | 日本ルメンタム株式会社 | 半導体光増幅器集積レーザ |
-
2002
- 2002-12-02 JP JP2002350431A patent/JP2004186336A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2008120375A1 (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Fujitsu Limited | 光伝送装置および光伝送方法 |
| JP5029688B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2012-09-19 | 富士通株式会社 | 光伝送装置および光伝送方法 |
| US8676062B2 (en) | 2007-03-29 | 2014-03-18 | Fujitsu Limited | Optical transmission apparatus and method |
| US9960567B2 (en) | 2014-02-18 | 2018-05-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Laser device integrated with semiconductor optical amplifier on silicon substrate |
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