JP2004356470A - 半導体多波長光源および多波長変調光発生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の波長光を同時に発生できるコンパクトな半導体多波長光源を実現する。
【解決手段】ＤＢＲレーザは、活性領域２０１の両側に曲がり導波路領域１０２，１０６を配置して構成されている。ＤＢＲレーザの出力は、多モード干渉結合器１０４及び光出力用導波路１０７を介して出力される。曲がり導波路領域１０２，１０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一で、各導波路の１周期の光路長は所定光周波数ずれるように設計されている。また、曲がり導波路領域１０２，１０６には円弧状に回折格子２が形成されており、回折格子２のピッチは曲がり導波路の半径に比例して増加するようになっている。これにより、発振波長（光周波数）間隔が一定となっている複数波長の光を発生することができる。
【選択図】 図４
【解決手段】ＤＢＲレーザは、活性領域２０１の両側に曲がり導波路領域１０２，１０６を配置して構成されている。ＤＢＲレーザの出力は、多モード干渉結合器１０４及び光出力用導波路１０７を介して出力される。曲がり導波路領域１０２，１０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一で、各導波路の１周期の光路長は所定光周波数ずれるように設計されている。また、曲がり導波路領域１０２，１０６には円弧状に回折格子２が形成されており、回折格子２のピッチは曲がり導波路の半径に比例して増加するようになっている。これにより、発振波長（光周波数）間隔が一定となっている複数波長の光を発生することができる。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザにおいて、光出力スペクトル上に等光周波数間隔に並んだ複数の基線スペクトル（発振モード）を有する半導体多波長光源および多波長変調光発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野では波長多重光通信システムが実用化されているが、そのチャンネル間光周波数間隔は２５ＧＨｚを最小グリッド間隔としたチャンネル配置が用いられている。現在実用的な最低光周波数間隔として１００ＧＨｚ間隔のグリッドが用いられている。実用システムでは光周波数間隔が１００ＧＨｚとなる単一モード半導体レーザを必要なチャンネル数搭載した装置が用いられており、システムが煩雑なものとなっている。システム、装置の簡素化のためにも複数の波長光を同時に発生できるコンパクトな多波長光源の実現が切望されていた。
【０００３】
光出力スペクトル上に等光周波数間隔に並んだ複数の基線スペクトル（発振モード）を発生するコンパクトな半導体多波長光源としては、共振器の光往復時間に起因した光周波数間隔で複数のモードを発振する半導体モードロックレーザがある。半導体モードロックレーザを用いれば１台の光源から一定の光周波数間隔の複数チャンネルの信号光を発生することが可能である。
【０００４】
共振器長を所望の光周波数間隔の複数モードが発生するよう設計したファブリペロレーザの共振器内に過飽和吸収領域をもうけた受動モードロックレーザ、あるいは共振器内に高速変調器を集積した能動モードロックレーザ（例えば、佐藤他 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ． ５， Ｎｏ． ３， ｐｐ． ５９０−５９５， １９９９）により、図１に模式的に表したように広い波長領域で一定の光周波数間隔の複数チャンネルの信号光を発生することが可能である。但し本光源からの出力光は時間軸上では当該周波数を繰り返し周波数としたパルス形状をしている。
【０００５】
複数の等光周波数間隔のＤＣ光として使用するためには各モード間の相関を除去する必要があり、個々のモードを、例えばアレイ導波路回折格子フィルタのような光フィルタにより切り出すことが必要である（例えば、八坂他 “Ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｗｉｔｈ ｐｒｅｃｉｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐａｃｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ． ”，ＯＦＣ ’９６， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ， ＦＢ３， １９９６）。
【０００６】
また、現状のシステムでは膨大な数のＤＣ光を発生する光源があっても、それらにデジタル信号を重畳する手段を具備する必要性から、必要とされるチャンネル数としては８〜１６チャンネル程度が現実的であり、冗長なチャンネルは不必要であった。
【０００７】
さらに、複数の波長光を発生する光源として複数のＤＦＢレーザを同一半導体基板へ作製し、光結合器により単一の光導波路から光出力を取り出せる構成の波長選択型可変波長光源も実現されている（例えば、Ｈ． Ｏｏｈａｓｈｉ， Ｙ． Ｓｈｉｂａｔａ， Ｈ． Ｉｓｈｉｉ， Ｙ． Ｋａｗａｇｕｃｈｉ， Ｙ． Ｋｏｎｄｏ， Ｙ． Ｙｏｓｈｉｋｕｎｉ， ａｎｄ Ｙ． Ｔｏｈｍｏｒｉ， “４６．９−ｎｍ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｓｅｌｅｃｔａｂｌｅ Ａｒｒａｙｅｄ ＤＦＢ Ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＭＭＩ Ｃｏｕｐｌｅｒ ａｎｄ ＳＯＡ， ”ＩＰＲＭ ’０１， Ｎａｒａ， Ｊａｐａｎ， ＦＢ１， ｐｐ． ５７５−５７８， Ｍａｙ ２００１．）。
【０００８】
【非特許文献１】
佐藤他 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ． ５， Ｎｏ． ３， ｐｐ． ５９０−５９５， １９９９
【非特許文献２】
八坂他 “Ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｗｉｔｈ ｐｒｅｃｉｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐａｃｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ． ”，ＯＦＣ ’９６， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ， ＦＢ３， １９９６
【非特許文献３】
Ｈ． Ｏｏｈａｓｈｉ， Ｙ． Ｓｈｉｂａｔａ， Ｈ． Ｉｓｈｉｉ， Ｙ． Ｋａｗａｇｕｃｈｉ， Ｙ． Ｋｏｎｄｏ， Ｙ． Ｙｏｓｈｉｋｕｎｉ， ａｎｄ Ｙ． Ｔｏｈｍｏｒｉ， “４６．９−ｎｍ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｓｅｌｅｃｔａｂｌｅ Ａｒｒａｙｅｄ ＤＦＢ Ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＭＭＩ Ｃｏｕｐｌｅｒ ａｎｄ ＳＯＡ， ”ＩＰＲＭ ’０１， Ｎａｒａ， Ｊａｐａｎ， ＦＢ１， ｐｐ． ５７５−５７８， Ｍａｙ ２００１．
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、各モードを切り出す場合に単一波長のみを選択的に透過する光フィルタを用いようとするとモードの数だけフィルタが必要となりシステムが煩雑になってしまい実用的ではない。本目的には、１台で複数の波長を切り出すことの可能なアレイ導波路回折格子フィルタが有益である。この構成を図２に模式的に表す。各モードの波長（光周波数）に従って異なるポートから各モードを取り出すことが可能である。
【００１０】
しかし、アレイ導波路回折格子フィルタで半導体モードロックレーザの個々のモードを切り出そうとした場合、以下のような問題点があった。
（１）半導体モードロックレーザからの光出力には、数十のモードが含まれており、広い光周波数（波長）範囲にスペクトルが広がっている。
（２）アレイ導波路回折格子には透過特性の周期性があり、例えば図３に示したように、光出力ポートが１６チャンネルのフィルタの場合、１７チャンネル目以降の光周波数信号はまたポート１から１６までの出力端から出力されてしまう。例えばチャンネル１，１７，３３のモードは同じポート１から出力されてしまう。これを防ぐにはアレイ導波路回折格子フィルタの出力ポート数を増やす必要があるが、コストの増加につながってしまう。
（３）このことにより半導体モードロックレーザからの光出力スペクトル中のモード数を実用的な見地から８〜１６個、多くても３２個程度に制限する必要がある。
【００１１】
また、半導体モードロックレーザにおいては、数多くのモードを発生することは可能なものの、１つ１つのモードの光強度は−１０ｄＢｍ程度であり、素子単体で光源として用いるには光強度が不足するという問題点があった。
【００１２】
さらに、波長選択型可変波長光源においては発振波長の精度は製造されたＤＦＢレーザの回折格子の光学的なピッチで決まり、製造上のばらつきにより、個々のＤＦＢレーザの回折格子の光学的なピッチは素子内でばらつき、等光周波数間隔での複数信号光発生は困難であった。
【００１３】
また、各ＤＦＢレーザに異なったピッチの回折格子を形成する必要があり、レーザ共振器は十分離して（数十μｍ程度以上）作製する必要があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、内部に発振波長を決定するための回折格子をもうけた複数のリング共振器型半導体レーザを同一基板上に作製し、その出力を混合するための手段をもうけ、複数のレーザからの出力が相互に干渉しあうことのできる構成を取るレーザを実現した。本レーザの曲り導波路部分には回折格子が形成されているが、その曲りを円弧とし、その中心を同一のものとし、回折格子をその半径方向に作製することで、各リング型レーザの発振波長（光周波数）差を一定にすることが簡単にできた。また各レーザの発振光を混合し再度レーザへ戻すことにより、各レーザの発振波長（光周波数）差を一定にすることが可能となった。
また、発生するチャンネル（波長）数は、リングの本数で決定されるため、必要なチャンネル数のリング共振器型レーザを集積することでチャンネル数の設定ができた。
以上記載したように、本構成の半導体レーザで、発振波長（光周波数）間隔一定な複数の波長を発生できる半導体多波長光源が実現できた。
【００１５】
また上記課題を解決するために、本発明では、内部に発振波長を決定するための回折格子をもうけた複数の半導体レーザを近接して同一基板上に作製し、複数のレーザからの出力が相互に干渉しあうことのできる構成を有するレーザを実現した。本レーザの活性領域導波路には回折格子が形成されているが、その活性領域導波路を円弧とし、その中心を同一のものとし、回折格子をその半径方向に作製することで、各円弧状活性導波路を有するレーザの発振波長（光周波数）差をほぼ一定にすることが簡単にできた。また各レーザが近接して作製されていることより個々のレーザの出力光は共振器を進むうちに隣接レーザへ結合し、活性領域内で非線形相互作用（四光波混合）を誘起することにより光周波数間隔が一定となるように自己調整され、各レーザの発振波長（光周波数）差を一定とすることが可能となった。
また、発生するチャンネル（波長）数は、レーザ共振器の本数で決定されるため、必要なチャンネル数のレーザ共振器を集積することでチャンネル数の設定ができた。
以上記載したように、本構成の半導体レーザで、発振波長（光周波数）間隔一定な複数の波長を発生できる半導体多波長光源が実現できた。
【００１６】
更に上記課題を解決するために、本発明は、上記半導体多波長光源を含む多波長変調光発生装置において、複数のレーザ共振器と、複数の前記レーザ共振器からの光出力を単一の光出力用導波路に結合する光結合器と、多重化された光出力を波長毎に分波する機能をもつ第１のアレイ導波路回折格子と、波長毎に分波された光を変調する個別光変調器群もしくは光変調器アレイと、波長毎に分波された光出力を再び多重化して単一の光出力用導波路に出力する機能をもつ第２のアレイ導波路回折格子とで、構成されることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
［第１の実施例］
図４に本発明の第１の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をするが、チャンネル数を変更しても本原理による光源は実現可能である。このことは以下の実施例でも同様である。
【００１９】
本実施例による光源は、活性領域２０１、回折格子を有する曲り導波路領域（回折格子領域）１０２と１０６、各チャンネルを混合するための多モード干渉結合器１０４、多モード干渉結合器１０４と曲り導波路領域１０２、１０６を結合する直線導波路領域１０３、１０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。活性領域２０１は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して活性領域２０１へ電流を注入することにより当該領域での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００２０】
多モード干渉結合器１０４、及び光出力用導波路１０７以外の領域には発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。
【００２１】
本実施例による光源は、活性領域２０１の両側に回折格子領域１０２及び１０６を形成した分布反射鏡型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）となっている。活性領域２０１と回折格子領域１０２及び１０６は素子分離溝３１０により電気的に分離され、活性領域２０１への注入電流は回折格子領域１０２及び１０６へは注入されない構造となっている。
【００２２】
活性領域２０１のＢ−Ｂ′での断面構造図を図６に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は電流狭窄層１１５により分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０１の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００２３】
曲り導波路領域のＡ−Ａ′での断面図を図５に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２が形成されており、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。
【００２４】
また、Ｄ−Ｄ′の断面図を図８に示すが、各導波路の１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、また光閉じ込め層１１６により隣接導波路とは分離されている。この構造により当該領域の光導波路は、１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００２５】
曲り導波路領域１０２，１０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域１０２，１０６に形成する回折格子２は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子２のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００２６】
各チャンネルの光出力は多モード干渉結合器１０４により分配され、全てのチャンネルに結合する。Ｃ−Ｃ′での断面構造図を図７に示す。多モード干渉結合器１０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ導波路１１７をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、直線導波路領域１０３（１０５）の各導波路からの光出力が直線導波路領域１０５（１０３）及び光出力用導波路１０７の全ての導波路へ結合するように設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光に加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００２７】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００２８】
なお、ＩｎＧａＡｓＰの前に示したバンド端波長（例えば“１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ”の表現の“１．５５μｍ”の部分）は、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙで表した場合の、ＩｎとＧａの組成比（１−ｘ：ｘ）、及びＡｓとＰの組成比（ｙ：１−ｙ）で決まり、ＩｎＰに格子整合したＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの場合にはバンド短波長λは組成比を調整することによって以下のように制御できる。このことは、以下の実施例でも同様である。
【００２９】
λ≒Ｅｇ／ｈｃ
Ｅｇ＝１．３５−０．７２ｙ＋０．１２ｙ２
ｘ≒０．４６７ｙ
【００３０】
また、本実施例では曲り導波路領域１０２及び１０６の全体にわたって回折格子２を設けた構造について説明したが、曲り導波路領域１０２，１０６の一部に回折格子２を具備するだけでも本原理による光源は実現できる。このことは以下の実施例でも同様である。
【００３１】
本実施例では、レーザ共振器が分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）であるため、発振波長の絶対値を正確に設定できる。また光結合器が多モード干渉結合器１０４であるため、全チャンネルの光出力を一定にできる。
【００３２】
［第２の実施例］
図９に本発明の第２の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をする。
【００３３】
本実施例による光源は活性領域２０１、回折格子を有する曲り導波路領域（回折格子領域）１０２と１０６、各チャンネルを混合するための方向性結合器型光干渉領域２０４、光干渉領域２０４と曲り導波路領域１０２、１０６を結合する曲り導波路領域２０３、２０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。活性領域２０１は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して活性領域２０１へ電流を注入することにより当該領域での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００３４】
光出力用導波路１０７以外の領域には発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。
【００３５】
本実施例による光源は、活性領域２０１の両側に回折格子領域１０２及び１０６を形成した分布反射鏡型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）となっている。活性領域２０１と回折格子領域１０２及び１０６は素子分離溝３１０により電気的に分離され、活性領域２０１への注入電流は回折格子領域１０２及び１０６へは注入されない構造となっている。
【００３６】
活性領域のＢ−Ｂ′での断面構造図を図６に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は電流狭窄層１１５により分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０１の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００３７】
曲り導波路領域１０２，１０６のＡ−Ａ′での断面図を図５に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２が形成されており、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。
【００３８】
また、Ｄ−Ｄ′の断面図を図８に示すが、各導波路の１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、また光閉じ込め層１１６により隣接導波路とは分離されている。この構造により当該領域の光導波路は、１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００３９】
曲り導波路領域１０２，１０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域１０２，１０６に形成する回折格子２は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子２のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００４０】
各チャンネルの光出力は光干渉領域２０４で干渉することで全てのチャンネルに結合する。Ｅ−Ｅ′での断面構造図を図１０に示す。光干渉領域２０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、また各チャンネルの１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２を分離する光閉じ込め層１１６は１ミクロン以下の十分薄い構造となっており、各導波路を伝搬する光は隣接のチャンネルへ結合することができ、各導波路からの光出力が全ての導波路へ結合するよう設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光に加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００４１】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００４２】
本実施例では、レーザ共振器が分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）であるため、発振波長の絶対値を正確に設定できる。また光結合器が方向性結合器（方向性結合器型光干渉領域２０４）であるため、簡単に作製できる。
【００４３】
［第３の実施例］
図１１に本発明の第３の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をする。
【００４４】
本実施例による光源は直線導波路領域１０１、回折格子を有する曲線活性領域２０２と２０６、各チャンネルを混合するための多モード干渉結合器１０４、多モード干渉結合器１０４と曲線活性領域２０２、２０６を結合する直線導波路領域１０３、１０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。曲線活性領域２０２及び２０６は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して曲線活性領域２０２及び２０６へ電流を注入することにより当該領域２０２，２０６での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００４５】
多モード干渉結合器１０４、及び光出力用導波路１０７以外の領域には発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。
【００４６】
本実施例による光源は、曲線活性領域２０２及び２０６を直線導波路領域１０１で結合した分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）となっている。曲線活性領域２０２及び２０６と直線導波路領域１０１、１０３及び１０５は素子分離溝３１０により電気的に分離され、曲線活性領域２０２及び２０６への注入電流は、直線導波路領域１０１、１０３及び１０５へは注入されない構造となっている。
【００４７】
直線導波路領域１０１のＦ−Ｆ′での断面構造図を図１２に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は光閉じ込め層１１６により分離されている。この構造により当該領域１０１の光導波路は、１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００４８】
曲線活性領域２０２のＧ−Ｇ′での断面図を図１３に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４が形成されており、ｎ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。当該領域２０２へは電流注入用電極１を介して電流が注入できる構造となっている。
【００４９】
また、Ｈ−Ｈ′の断面図を図１４に示すが、各導波路１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、電流狭窄層１１５により隣接導波路とは分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。また当該領域２０２の導波路は、発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００５０】
曲線活性領域２０２，２０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域２０２，２０６に形成する回折格子は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域２０２，２０６のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００５１】
各チャンネルの光出力は多モード干渉結合器１０４により分配され、全てのチャンネルに結合する。Ｃ−Ｃ′での断面構造図を図７に示す。多モード干渉結合器１０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ導波路１１７をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、直線導波路領域１０３（１０５）の各導波路からの光出力が直線導波路領域１０５（１０３）及び光出力用導波路１０７の全ての導波路へ結合するように設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光を加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００５２】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００５３】
なお、本実施例では曲線活性領域２０２及び２０６の全体にわたって回折格子２を設けた構造について説明したが、領域２０２，２０６の一部に回折格子２を具備するだけでも本原理による光源は実現できる。このことは以下の実施例でも同様である。
【００５４】
本実施例では、レーザ共振器が分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）であるため、発振波長間隔を正確に設定できる。また光結合器が多モード干渉結合器１０４であるため、全チャンネルの光出力を一定にできる。
【００５５】
［第４の実施例］
図１５に本発明の第４の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をする。
【００５６】
本実施例による光源は直線導波路領域１０１、回折格子を有する曲線活性領域２０２と２０６、各チャンネルを混合するための方向性結合器型光干渉領域２０４、光干渉領域２０４と曲線活性領域２０２，２０６を結合する曲り導波路領域２０３，２０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。曲線活性領域２０２及び２０６は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して曲線活性領域２０２及び２０６へ電流を注入することにより当該領域２０２，２０６での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００５７】
光出力用導波路１０７以外の領域には発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。
【００５８】
本実施例による光源は、曲線活性領域２０２及び２０６を直線導波路領域１０１で結合した分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）となっている。曲線活性領域２０２，２０６と直線導波路領域１０１と曲がり導波路領域２０３，２０５は、素子分離溝３１０により電気的に分離され、曲線活性領域２０２及び２０６への注入電流は、直線導波路領域１０１及び曲がり導波路領域２０３，２０５へは注入されない構造となっている。
【００５９】
直線導波路領域１０１のＦ−Ｆ′での断面構造図を図１２に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路１１２、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は光閉じ込め層１１６により分離されている。この構成により当該領域１０１の光導波路は、１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００６０】
曲線活性領域２０２，２０６のＧ−Ｇ′での断面図を図１３に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４が形成されており、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。当該領域２０２，２０６へは電流注入用電極１を介して電流が注入できる構造となっている。
【００６１】
また、Ｈ−Ｈ′の断面図を図１４に示すが、各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、また電流狭窄層１１５により隣接導波路とは分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０２，２０６の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００６２】
曲線活性領域２０２，２０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域２０２，２０６に形成する回折格子は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域２０２，２０６のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００６３】
各チャンネルの光出力は光干渉領域２０４で干渉することで全てのチャンネルに結合する。Ｅ−Ｅ′での断面構造図を図１０に示す。光干渉領域２０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路１１２をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、また各チャンネルの１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２を分離する光閉じ込め層１１６は１ミクロン以下の十分薄い構造となっており、各導波路層を伝搬する光は隣接のチャンネルへ結合することができ、各導波路からの光出力が全ての導波路へ結合するよう設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光に加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００６４】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００６５】
本実施例では、レーザ共振器が分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）であるため、発振波長間隔を正確に設定できる。また光結合器が方向性結合器（方向性結合器型光干渉領域２０４）であるため、簡単に作製できる。
【００６６】
［第５の実施例］
図１６に本発明の第５の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をする。
【００６７】
本実施例による光源は活性領域２０１、回折格子を有する曲線活性領域２０２と２０６、各チャンネルを混合するための多モード干渉結合器１０４、多モード干渉結合器１０４と曲線活性領域２０２，２０６を結合する直線活性導波路領域３０３，３０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。活性領域２０１、曲線活性領域２０２，２０６及び直線活性導波路領域３０３，３０５は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して当該領域へ電流を注入することにより当該領域での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００６８】
多モード干渉結合器１０４、及び光出力用導波路１０７以外の領域には、発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。また多モード干渉結合器１０４、及び光出力用導波路１０７以外の領域には電流注入用電極１を介して電流を注入することにより１５５０ｎｍ帯の光に対して利得を有する活性領域となっている。
【００６９】
本実施例による光源は、曲線活性領域２０２及び２０６と活性領域２０１より構成される分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）となっている。直線活性導波路領域３０３及び３０５と多モード干渉結合器１０４とは素子分離溝３１０により電気的に分離され、全活性領域への注入電流は多モード干渉結合器１０４へは注入されない構造となっている。
【００７０】
活性領域２０１のＢ−Ｂ′での断面構造図を図６に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は電流狭窄層１１５により分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０１の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００７１】
曲線活性領域２０２のＧ−Ｇ′での断面図を図１３に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４が形成されており、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。当該領域２０２へは電流注入用電極１を介して電流が注入できる構造となっている。
【００７２】
また、Ｈ−Ｈ′の断面図を図１４に示すが、各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、また電流狭窄層１１５により隣接導波路とは分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０２の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００７３】
曲線活性領域２０２，２０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域２０２，２０６に形成する回折格子は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域２０２，２０６のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００７４】
各チャンネルの光出力は多モード干渉結合器１０４により分配され、全てのチャンネルに結合する。Ｃ−Ｃ′での断面構造図を図７に示す。多モード干渉結合器１０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ導波路１１７をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、直線活性導波路領域３０３（３０５）の各導波路からの光出力が直線活性導波路領域３０５（３０３）及び光出力用導波路１０７の全ての導波路へ結合するよう設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光に加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００７５】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００７６】
［第６の実施例］
図１７に本発明の第６の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をする。
【００７７】
本実施例による光源は活性領域２０１、回折格子を有する曲線活性領域２０２と２０６、各チャンネルを混合するための方向性結合器型光干渉領域２０４、光干渉領域２０４と曲り導波路領域１０２、１０６を結合する曲り導波路領域２０３、２０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。活性領域２０１、曲線活性領域２０２，２０６は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して当該領域へ電流を注入することにより当該領域での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００７８】
光出力用導波路１０７以外の領域には、発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。また光干渉領域２０４、光干渉領域２０４と曲線活性領域２０２，２０６を結合する曲り導波路領域２０３、２０５、及び光出力用導波路１０７以外の領域には、電流注入用電極１を介して電流を注入することにより１５５０ｎｍ帯の光に対して利得を有する活性領域となっている。
【００７９】
本実施例による光源は、曲線活性領域２０２及び２０６と活性領域２０１より構成される分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）となっている。曲線活性領域２０２及び２０６と曲り導波路領域２０３及び２０５は素子分離溝３１０により電気的に分離され、曲線活性領域２０２、２０６及び直線活性領域２０１への注入電流は、曲り導波路領域２０３及び２０５へは注入されない構造となっている。
【００８０】
活性領域のＢ−Ｂ′での断面構造図を図６に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は電流狭窄層１１５により分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０１の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００８１】
曲線活性領域２０２のＧ−Ｇ′での断面図を図１３に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４が形成されており、ｎ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。当該領域２０２へは電流注入用電極１を介して電流が注入できる構造となっている。
【００８２】
また、Ｈ−Ｈ′の断面図を図１４に示すが、各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、また電流狭窄層１１５により隣接導波路とは分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０２の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００８３】
曲線活性領域２０２，２０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域に形成する回折格子は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００８４】
各チャンネルの光出力は光干渉領域２０４で干渉することで全てのチャンネルに結合する。Ｅ−Ｅ′での断面構造図を図１０に示す。光干渉領域２０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、また各チャンネルの１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２を分離する光閉じ込め層１１６は１ミクロン以下の十分薄い構造となっており、各導波路層を伝搬する光は隣接のチャンネルへ結合することができ、各導波路からの光出力が全ての導波路へ結合するように設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光に加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００８５】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００８６】
［第７の実施例］
図１８に本発明の第７の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をするが、チャンネル数を変更しても本原理による光源は実現可能である。
【００８７】
本実施例による光源は、曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１、導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２、各チャンネルからの光出力を１本の光出力用導波路へ集光するための光出力結合用多モード干渉領域１１０３及び光取り出し導波路領域１１０４より構成されている。曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１は電流注入用電極１００１を具備しており、電流注入用電極１００１を介して曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１へ電流を注入することにより当該領域での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００８８】
曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１及び導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２には発生させるチャンネル数と等しい１６本の光導波路が形成されている。
【００８９】
曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１と導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２は素子分離溝１００７により電気的に分離され、曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１への注入電流は、その他の領域へは注入されない構造となっている。
【００９０】
曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１のａ−ａ′での断面構造図を図１９に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１１、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１１２、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１１４により構成され、各導波路は電流狭窄層１１１５により分離されている。この構成により電流注入用電極１００１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１１２へ注入される構成となっている。またこの活性領域の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００９１】
曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１の１本の活性導波路の共振器方向の断面図を図２２に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１１上に回折格子２を刻んだ１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１１２が形成されており、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１１４でカバーされている。
【００９２】
曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１の曲線活性導波路１００３は全て同一中心の円弧となっており、円弧の半径は最外円曲線活性導波路で１ｍｍに設定した。光導波路中心の間隔はそれぞれ０．５μｍとなるように配列した。また、回折格子１００２は曲線活性導波路１００３の円弧の中心から延びる半径上に形成した。当該領域の透過屈折率が３．４であることより最外円曲線活性導波路でのピッチを２２８．３ｎｍとすることで最外円曲線活性導波路分布帰還レーザよりの光出力の波長を１５５２．３ｎｍとすることができた。また他の曲線活性導波路に形成された回折格子のピッチはその半径に比例して変化しており、本構成により各曲線活性導波路分布帰還レーザの出力光波長（光周波数）が０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）ずつ変化するよう回折格子を形成することができた。さらに、当該領域の曲線活性導波路の間隔を狭くしたことで、各導波路からの光出力が隣接導波路へ容易に結合することが可能な構造となった。この効果により、共振器内部で非線形相互作用（四光波混合）が誘起され全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整されることとなった。
【００９３】
また、曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１の各レーザの光出力は導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２の曲線光導波路１００４によりその光伝搬導波路間隔を拡大して多モード干渉器１００５へ結合される。図１８中のｂ−ｂ′での断面図を図２０に示すが、導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２の各導波路の１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１１３はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１１及びｉ−ＩｎＰオーバークラッド層１１１８で挟まれた形状となっており、また光閉じ込め層１１１６により隣接導波路とは分離されている。この構造により当該領域の光導波路は、１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定な伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００９４】
各チャンネルの光出力は多モード干渉器１００５により光出力用導波路１００６に集光され、光出力として取り出される。図１８中のｃ−ｃ′での断面構造図を図２１に示す。多モード干渉器１００５は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ導波路層１１１７をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１１及びｉ−ＩｎＰオーバークラッド層１１１８によりはさんだ構造となっており、導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２の全曲線光導波路１００４の光出力を光取り出し導波路１００６へ結合するよう設計された。
【００９５】
この構成により、光出力用導波路１００６から、波長間隔が一定（０．８ｎｍ）である１６チャンネルの光出力を得ることができた。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００９６】
なお、ＩｎＧａＡｓＰの前に示したバンド端波長（例えば“１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ”の表現の“１．５５μｍ”の部分）は、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙで表した場合の、ＩｎとＧａの組成比（１−ｘ：ｘ）、及びＡｓとＰの組成比（ｙ：１−ｙ）で決まり、ＩｎＰに格子整合したＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの場合にはバンド短波長λは組成比を調整することによって以下のように制御できる。
【００９７】
λ≒Ｅｇ／ｈｃ
Ｅｇ＝１．３５−０．７２ｙ＋０．１２ｙ２
ｘ≒０．４６７ｙ
【００９８】
また、本実施例では曲線活性導波路１００３の全体にわたって均一な回折格子を具備した構造について説明したが、曲線活性導波路１００３内で周期、位相を変化させた回折格子を具備することによっても本原理による光源は実現できる。
【００９９】
［第８の実施例］
以上の実施例で述べた半導体多波長光源に、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と光変調器を接続することにより多波長変調光発生装置を構成できる。すなわち、図２３に示すように、複数のレーザ共振器とその複数のレーザ共振器からの光出力を単一の光出力用導波路に結合する光結合器とで構成される多波長光源３０１の出力側に、順に、多重化された光出力を波長毎に分波する機能をもつアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）３０２と、波長毎に分波された光を変調する個別光変調器群もしくは光変調器アレイ３０３と、波長毎に分波された光出力を再び多重化して単一の光出力用導波路に出力する機能をもつアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）３０４とを接続すれば、例えば１６チャンネルの波長多重光の各チャンネルが独立に例えば１０〜４０Ｇｂｉｔ／ｓの信号レートで変調された多波長変調光発生装置を実現できる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によりコンパクトでかつ所望のチャンネル数の等光周波数間隔モードを発生可能な多波長半導体光源および多波長変調光発生装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】モードロックレーザより出力される多モードスペクトルの例を示す特性図である。
【図２】モードロックレーザからの出力スペクトル切り出しによる多チャンネルＤＣ光発生の原理図である。
【図３】アレイ導波路回折格子フィルタの周期性を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図５】図４及び図９で示されたＡ−Ａ′部分の断面図である。
【図６】図４、図９、図１６及び図１７で示されたＢ−Ｂ′部分の断面図である。
【図７】図４、図１１及び図１６で示されたＣ−Ｃ′部分の断面図である。
【図８】図４及び図９で示されたＤ−Ｄ′部分の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１０】図９、図１５及び図１７で示されたＥ−Ｅ′部分の断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１２】図１１及び図１５で示されたＦ−Ｆ′部分の断面図である。
【図１３】図１１、図１５、図１６及び図１７で示されたＧ−Ｇ′部分の断面図である。
【図１４】図１１、図１５、図１６及び図１７で示されたＨ−Ｈ′部分の断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１６】本発明の第５の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１７】本発明の第６の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１８】本発明の第７の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１９】図１８で示されたａ−ａ′部分の断面図である。
【図２０】図１８で示されたｂ−ｂ′部分の断面図である。
【図２１】図１８で示されたｃ−ｃ′部分の断面図である。
【図２２】第７の実施例中の曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１０１の共振器方向の断面図である。
【図２３】本発明の第８の実施例である多波長変調光発生装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 電流注入用電極
２ 回折格子
１０１ 直線導波路領域
１０２ 曲り導波路領域
１０３ 直線導波路領域
１０４ 多モード干渉光結合器
１０５ 直線導波路領域
１０６ 曲り導波路領域
１０７ 光出力用導波路
１１０ ｎ−ＩｎＰ基板
１１１ ｎ−ＩｎＰアンダークラッド層
１１２ １．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層
１１３ ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層
１１４ １．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１１５ 電流狭窄層
１１６ 光閉じ込め層
１１７ １．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ光導波路層
２０１ 直線活性領域
２０２ 曲線活性領域
２０３ 曲り導波路領域
２０４ 方向性結合器型光干渉領域
２０５ 曲り導波路領域
２０６ 曲線活性領域
３０３ 直線活性導波路領域
３０５ 直線活性導波路領域
３１０ 素子分離溝
１００１ 電流注入用電極
１００２ 回折格子
１００３ 曲線活性導波路
１００４ 曲線光導波路
１００５ 多モード干渉器
１００６ 光出力用光波路
１００７ 素子分離溝
１１０１ 曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域
１１０２ 導波路間隔拡大用曲線光導波路領域
１１０３ 光出力結合用多モード干渉領域
１１０４ 光出力導波路領域
１１１０ ｎ−ＩｎＰ基板
１１１１ ｎ−ＩｎＰアンダークラッド層
１１１２ １．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１１１３ １．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層
１１１４ ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層
１１１５ 電流狭窄層
１１１６ 光閉じ込め層
１１１７ １．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ光導波路層
１１１８ ｉ−ＩｎＰオーバークラッド層
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザにおいて、光出力スペクトル上に等光周波数間隔に並んだ複数の基線スペクトル（発振モード）を有する半導体多波長光源および多波長変調光発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野では波長多重光通信システムが実用化されているが、そのチャンネル間光周波数間隔は２５ＧＨｚを最小グリッド間隔としたチャンネル配置が用いられている。現在実用的な最低光周波数間隔として１００ＧＨｚ間隔のグリッドが用いられている。実用システムでは光周波数間隔が１００ＧＨｚとなる単一モード半導体レーザを必要なチャンネル数搭載した装置が用いられており、システムが煩雑なものとなっている。システム、装置の簡素化のためにも複数の波長光を同時に発生できるコンパクトな多波長光源の実現が切望されていた。
【０００３】
光出力スペクトル上に等光周波数間隔に並んだ複数の基線スペクトル（発振モード）を発生するコンパクトな半導体多波長光源としては、共振器の光往復時間に起因した光周波数間隔で複数のモードを発振する半導体モードロックレーザがある。半導体モードロックレーザを用いれば１台の光源から一定の光周波数間隔の複数チャンネルの信号光を発生することが可能である。
【０００４】
共振器長を所望の光周波数間隔の複数モードが発生するよう設計したファブリペロレーザの共振器内に過飽和吸収領域をもうけた受動モードロックレーザ、あるいは共振器内に高速変調器を集積した能動モードロックレーザ（例えば、佐藤他 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ． ５， Ｎｏ． ３， ｐｐ． ５９０−５９５， １９９９）により、図１に模式的に表したように広い波長領域で一定の光周波数間隔の複数チャンネルの信号光を発生することが可能である。但し本光源からの出力光は時間軸上では当該周波数を繰り返し周波数としたパルス形状をしている。
【０００５】
複数の等光周波数間隔のＤＣ光として使用するためには各モード間の相関を除去する必要があり、個々のモードを、例えばアレイ導波路回折格子フィルタのような光フィルタにより切り出すことが必要である（例えば、八坂他 “Ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｗｉｔｈ ｐｒｅｃｉｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐａｃｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ． ”，ＯＦＣ ’９６， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ， ＦＢ３， １９９６）。
【０００６】
また、現状のシステムでは膨大な数のＤＣ光を発生する光源があっても、それらにデジタル信号を重畳する手段を具備する必要性から、必要とされるチャンネル数としては８〜１６チャンネル程度が現実的であり、冗長なチャンネルは不必要であった。
【０００７】
さらに、複数の波長光を発生する光源として複数のＤＦＢレーザを同一半導体基板へ作製し、光結合器により単一の光導波路から光出力を取り出せる構成の波長選択型可変波長光源も実現されている（例えば、Ｈ． Ｏｏｈａｓｈｉ， Ｙ． Ｓｈｉｂａｔａ， Ｈ． Ｉｓｈｉｉ， Ｙ． Ｋａｗａｇｕｃｈｉ， Ｙ． Ｋｏｎｄｏ， Ｙ． Ｙｏｓｈｉｋｕｎｉ， ａｎｄ Ｙ． Ｔｏｈｍｏｒｉ， “４６．９−ｎｍ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｓｅｌｅｃｔａｂｌｅ Ａｒｒａｙｅｄ ＤＦＢ Ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＭＭＩ Ｃｏｕｐｌｅｒ ａｎｄ ＳＯＡ， ”ＩＰＲＭ ’０１， Ｎａｒａ， Ｊａｐａｎ， ＦＢ１， ｐｐ． ５７５−５７８， Ｍａｙ ２００１．）。
【０００８】
【非特許文献１】
佐藤他 ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ． ５， Ｎｏ． ３， ｐｐ． ５９０−５９５， １９９９
【非特許文献２】
八坂他 “Ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ ｗｉｔｈ ｐｒｅｃｉｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐａｃｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ａｎｄ ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ． ”，ＯＦＣ ’９６， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ， ＦＢ３， １９９６
【非特許文献３】
Ｈ． Ｏｏｈａｓｈｉ， Ｙ． Ｓｈｉｂａｔａ， Ｈ． Ｉｓｈｉｉ， Ｙ． Ｋａｗａｇｕｃｈｉ， Ｙ． Ｋｏｎｄｏ， Ｙ． Ｙｏｓｈｉｋｕｎｉ， ａｎｄ Ｙ． Ｔｏｈｍｏｒｉ， “４６．９−ｎｍ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｓｅｌｅｃｔａｂｌｅ Ａｒｒａｙｅｄ ＤＦＢ Ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＭＭＩ Ｃｏｕｐｌｅｒ ａｎｄ ＳＯＡ， ”ＩＰＲＭ ’０１， Ｎａｒａ， Ｊａｐａｎ， ＦＢ１， ｐｐ． ５７５−５７８， Ｍａｙ ２００１．
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、各モードを切り出す場合に単一波長のみを選択的に透過する光フィルタを用いようとするとモードの数だけフィルタが必要となりシステムが煩雑になってしまい実用的ではない。本目的には、１台で複数の波長を切り出すことの可能なアレイ導波路回折格子フィルタが有益である。この構成を図２に模式的に表す。各モードの波長（光周波数）に従って異なるポートから各モードを取り出すことが可能である。
【００１０】
しかし、アレイ導波路回折格子フィルタで半導体モードロックレーザの個々のモードを切り出そうとした場合、以下のような問題点があった。
（１）半導体モードロックレーザからの光出力には、数十のモードが含まれており、広い光周波数（波長）範囲にスペクトルが広がっている。
（２）アレイ導波路回折格子には透過特性の周期性があり、例えば図３に示したように、光出力ポートが１６チャンネルのフィルタの場合、１７チャンネル目以降の光周波数信号はまたポート１から１６までの出力端から出力されてしまう。例えばチャンネル１，１７，３３のモードは同じポート１から出力されてしまう。これを防ぐにはアレイ導波路回折格子フィルタの出力ポート数を増やす必要があるが、コストの増加につながってしまう。
（３）このことにより半導体モードロックレーザからの光出力スペクトル中のモード数を実用的な見地から８〜１６個、多くても３２個程度に制限する必要がある。
【００１１】
また、半導体モードロックレーザにおいては、数多くのモードを発生することは可能なものの、１つ１つのモードの光強度は−１０ｄＢｍ程度であり、素子単体で光源として用いるには光強度が不足するという問題点があった。
【００１２】
さらに、波長選択型可変波長光源においては発振波長の精度は製造されたＤＦＢレーザの回折格子の光学的なピッチで決まり、製造上のばらつきにより、個々のＤＦＢレーザの回折格子の光学的なピッチは素子内でばらつき、等光周波数間隔での複数信号光発生は困難であった。
【００１３】
また、各ＤＦＢレーザに異なったピッチの回折格子を形成する必要があり、レーザ共振器は十分離して（数十μｍ程度以上）作製する必要があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、内部に発振波長を決定するための回折格子をもうけた複数のリング共振器型半導体レーザを同一基板上に作製し、その出力を混合するための手段をもうけ、複数のレーザからの出力が相互に干渉しあうことのできる構成を取るレーザを実現した。本レーザの曲り導波路部分には回折格子が形成されているが、その曲りを円弧とし、その中心を同一のものとし、回折格子をその半径方向に作製することで、各リング型レーザの発振波長（光周波数）差を一定にすることが簡単にできた。また各レーザの発振光を混合し再度レーザへ戻すことにより、各レーザの発振波長（光周波数）差を一定にすることが可能となった。
また、発生するチャンネル（波長）数は、リングの本数で決定されるため、必要なチャンネル数のリング共振器型レーザを集積することでチャンネル数の設定ができた。
以上記載したように、本構成の半導体レーザで、発振波長（光周波数）間隔一定な複数の波長を発生できる半導体多波長光源が実現できた。
【００１５】
また上記課題を解決するために、本発明では、内部に発振波長を決定するための回折格子をもうけた複数の半導体レーザを近接して同一基板上に作製し、複数のレーザからの出力が相互に干渉しあうことのできる構成を有するレーザを実現した。本レーザの活性領域導波路には回折格子が形成されているが、その活性領域導波路を円弧とし、その中心を同一のものとし、回折格子をその半径方向に作製することで、各円弧状活性導波路を有するレーザの発振波長（光周波数）差をほぼ一定にすることが簡単にできた。また各レーザが近接して作製されていることより個々のレーザの出力光は共振器を進むうちに隣接レーザへ結合し、活性領域内で非線形相互作用（四光波混合）を誘起することにより光周波数間隔が一定となるように自己調整され、各レーザの発振波長（光周波数）差を一定とすることが可能となった。
また、発生するチャンネル（波長）数は、レーザ共振器の本数で決定されるため、必要なチャンネル数のレーザ共振器を集積することでチャンネル数の設定ができた。
以上記載したように、本構成の半導体レーザで、発振波長（光周波数）間隔一定な複数の波長を発生できる半導体多波長光源が実現できた。
【００１６】
更に上記課題を解決するために、本発明は、上記半導体多波長光源を含む多波長変調光発生装置において、複数のレーザ共振器と、複数の前記レーザ共振器からの光出力を単一の光出力用導波路に結合する光結合器と、多重化された光出力を波長毎に分波する機能をもつ第１のアレイ導波路回折格子と、波長毎に分波された光を変調する個別光変調器群もしくは光変調器アレイと、波長毎に分波された光出力を再び多重化して単一の光出力用導波路に出力する機能をもつ第２のアレイ導波路回折格子とで、構成されることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
［第１の実施例］
図４に本発明の第１の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をするが、チャンネル数を変更しても本原理による光源は実現可能である。このことは以下の実施例でも同様である。
【００１９】
本実施例による光源は、活性領域２０１、回折格子を有する曲り導波路領域（回折格子領域）１０２と１０６、各チャンネルを混合するための多モード干渉結合器１０４、多モード干渉結合器１０４と曲り導波路領域１０２、１０６を結合する直線導波路領域１０３、１０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。活性領域２０１は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して活性領域２０１へ電流を注入することにより当該領域での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００２０】
多モード干渉結合器１０４、及び光出力用導波路１０７以外の領域には発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。
【００２１】
本実施例による光源は、活性領域２０１の両側に回折格子領域１０２及び１０６を形成した分布反射鏡型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）となっている。活性領域２０１と回折格子領域１０２及び１０６は素子分離溝３１０により電気的に分離され、活性領域２０１への注入電流は回折格子領域１０２及び１０６へは注入されない構造となっている。
【００２２】
活性領域２０１のＢ−Ｂ′での断面構造図を図６に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は電流狭窄層１１５により分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０１の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００２３】
曲り導波路領域のＡ−Ａ′での断面図を図５に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２が形成されており、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。
【００２４】
また、Ｄ−Ｄ′の断面図を図８に示すが、各導波路の１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、また光閉じ込め層１１６により隣接導波路とは分離されている。この構造により当該領域の光導波路は、１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００２５】
曲り導波路領域１０２，１０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域１０２，１０６に形成する回折格子２は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子２のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００２６】
各チャンネルの光出力は多モード干渉結合器１０４により分配され、全てのチャンネルに結合する。Ｃ−Ｃ′での断面構造図を図７に示す。多モード干渉結合器１０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ導波路１１７をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、直線導波路領域１０３（１０５）の各導波路からの光出力が直線導波路領域１０５（１０３）及び光出力用導波路１０７の全ての導波路へ結合するように設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光に加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００２７】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００２８】
なお、ＩｎＧａＡｓＰの前に示したバンド端波長（例えば“１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ”の表現の“１．５５μｍ”の部分）は、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙで表した場合の、ＩｎとＧａの組成比（１−ｘ：ｘ）、及びＡｓとＰの組成比（ｙ：１−ｙ）で決まり、ＩｎＰに格子整合したＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの場合にはバンド短波長λは組成比を調整することによって以下のように制御できる。このことは、以下の実施例でも同様である。
【００２９】
λ≒Ｅｇ／ｈｃ
Ｅｇ＝１．３５−０．７２ｙ＋０．１２ｙ２
ｘ≒０．４６７ｙ
【００３０】
また、本実施例では曲り導波路領域１０２及び１０６の全体にわたって回折格子２を設けた構造について説明したが、曲り導波路領域１０２，１０６の一部に回折格子２を具備するだけでも本原理による光源は実現できる。このことは以下の実施例でも同様である。
【００３１】
本実施例では、レーザ共振器が分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）であるため、発振波長の絶対値を正確に設定できる。また光結合器が多モード干渉結合器１０４であるため、全チャンネルの光出力を一定にできる。
【００３２】
［第２の実施例］
図９に本発明の第２の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をする。
【００３３】
本実施例による光源は活性領域２０１、回折格子を有する曲り導波路領域（回折格子領域）１０２と１０６、各チャンネルを混合するための方向性結合器型光干渉領域２０４、光干渉領域２０４と曲り導波路領域１０２、１０６を結合する曲り導波路領域２０３、２０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。活性領域２０１は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して活性領域２０１へ電流を注入することにより当該領域での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００３４】
光出力用導波路１０７以外の領域には発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。
【００３５】
本実施例による光源は、活性領域２０１の両側に回折格子領域１０２及び１０６を形成した分布反射鏡型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）となっている。活性領域２０１と回折格子領域１０２及び１０６は素子分離溝３１０により電気的に分離され、活性領域２０１への注入電流は回折格子領域１０２及び１０６へは注入されない構造となっている。
【００３６】
活性領域のＢ−Ｂ′での断面構造図を図６に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は電流狭窄層１１５により分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０１の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００３７】
曲り導波路領域１０２，１０６のＡ−Ａ′での断面図を図５に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２が形成されており、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。
【００３８】
また、Ｄ−Ｄ′の断面図を図８に示すが、各導波路の１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、また光閉じ込め層１１６により隣接導波路とは分離されている。この構造により当該領域の光導波路は、１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００３９】
曲り導波路領域１０２，１０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域１０２，１０６に形成する回折格子２は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子２のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００４０】
各チャンネルの光出力は光干渉領域２０４で干渉することで全てのチャンネルに結合する。Ｅ−Ｅ′での断面構造図を図１０に示す。光干渉領域２０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、また各チャンネルの１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２を分離する光閉じ込め層１１６は１ミクロン以下の十分薄い構造となっており、各導波路を伝搬する光は隣接のチャンネルへ結合することができ、各導波路からの光出力が全ての導波路へ結合するよう設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光に加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００４１】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００４２】
本実施例では、レーザ共振器が分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）であるため、発振波長の絶対値を正確に設定できる。また光結合器が方向性結合器（方向性結合器型光干渉領域２０４）であるため、簡単に作製できる。
【００４３】
［第３の実施例］
図１１に本発明の第３の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をする。
【００４４】
本実施例による光源は直線導波路領域１０１、回折格子を有する曲線活性領域２０２と２０６、各チャンネルを混合するための多モード干渉結合器１０４、多モード干渉結合器１０４と曲線活性領域２０２、２０６を結合する直線導波路領域１０３、１０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。曲線活性領域２０２及び２０６は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して曲線活性領域２０２及び２０６へ電流を注入することにより当該領域２０２，２０６での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００４５】
多モード干渉結合器１０４、及び光出力用導波路１０７以外の領域には発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。
【００４６】
本実施例による光源は、曲線活性領域２０２及び２０６を直線導波路領域１０１で結合した分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）となっている。曲線活性領域２０２及び２０６と直線導波路領域１０１、１０３及び１０５は素子分離溝３１０により電気的に分離され、曲線活性領域２０２及び２０６への注入電流は、直線導波路領域１０１、１０３及び１０５へは注入されない構造となっている。
【００４７】
直線導波路領域１０１のＦ−Ｆ′での断面構造図を図１２に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は光閉じ込め層１１６により分離されている。この構造により当該領域１０１の光導波路は、１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００４８】
曲線活性領域２０２のＧ−Ｇ′での断面図を図１３に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４が形成されており、ｎ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。当該領域２０２へは電流注入用電極１を介して電流が注入できる構造となっている。
【００４９】
また、Ｈ−Ｈ′の断面図を図１４に示すが、各導波路１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、電流狭窄層１１５により隣接導波路とは分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。また当該領域２０２の導波路は、発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００５０】
曲線活性領域２０２，２０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域２０２，２０６に形成する回折格子は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域２０２，２０６のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００５１】
各チャンネルの光出力は多モード干渉結合器１０４により分配され、全てのチャンネルに結合する。Ｃ−Ｃ′での断面構造図を図７に示す。多モード干渉結合器１０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ導波路１１７をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、直線導波路領域１０３（１０５）の各導波路からの光出力が直線導波路領域１０５（１０３）及び光出力用導波路１０７の全ての導波路へ結合するように設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光を加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００５２】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００５３】
なお、本実施例では曲線活性領域２０２及び２０６の全体にわたって回折格子２を設けた構造について説明したが、領域２０２，２０６の一部に回折格子２を具備するだけでも本原理による光源は実現できる。このことは以下の実施例でも同様である。
【００５４】
本実施例では、レーザ共振器が分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）であるため、発振波長間隔を正確に設定できる。また光結合器が多モード干渉結合器１０４であるため、全チャンネルの光出力を一定にできる。
【００５５】
［第４の実施例］
図１５に本発明の第４の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をする。
【００５６】
本実施例による光源は直線導波路領域１０１、回折格子を有する曲線活性領域２０２と２０６、各チャンネルを混合するための方向性結合器型光干渉領域２０４、光干渉領域２０４と曲線活性領域２０２，２０６を結合する曲り導波路領域２０３，２０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。曲線活性領域２０２及び２０６は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して曲線活性領域２０２及び２０６へ電流を注入することにより当該領域２０２，２０６での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００５７】
光出力用導波路１０７以外の領域には発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。
【００５８】
本実施例による光源は、曲線活性領域２０２及び２０６を直線導波路領域１０１で結合した分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）となっている。曲線活性領域２０２，２０６と直線導波路領域１０１と曲がり導波路領域２０３，２０５は、素子分離溝３１０により電気的に分離され、曲線活性領域２０２及び２０６への注入電流は、直線導波路領域１０１及び曲がり導波路領域２０３，２０５へは注入されない構造となっている。
【００５９】
直線導波路領域１０１のＦ−Ｆ′での断面構造図を図１２に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路１１２、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は光閉じ込め層１１６により分離されている。この構成により当該領域１０１の光導波路は、１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００６０】
曲線活性領域２０２，２０６のＧ−Ｇ′での断面図を図１３に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４が形成されており、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。当該領域２０２，２０６へは電流注入用電極１を介して電流が注入できる構造となっている。
【００６１】
また、Ｈ−Ｈ′の断面図を図１４に示すが、各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、また電流狭窄層１１５により隣接導波路とは分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０２，２０６の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００６２】
曲線活性領域２０２，２０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域２０２，２０６に形成する回折格子は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域２０２，２０６のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００６３】
各チャンネルの光出力は光干渉領域２０４で干渉することで全てのチャンネルに結合する。Ｅ−Ｅ′での断面構造図を図１０に示す。光干渉領域２０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路１１２をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、また各チャンネルの１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２を分離する光閉じ込め層１１６は１ミクロン以下の十分薄い構造となっており、各導波路層を伝搬する光は隣接のチャンネルへ結合することができ、各導波路からの光出力が全ての導波路へ結合するよう設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光に加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００６４】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００６５】
本実施例では、レーザ共振器が分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲレーザ）であるため、発振波長間隔を正確に設定できる。また光結合器が方向性結合器（方向性結合器型光干渉領域２０４）であるため、簡単に作製できる。
【００６６】
［第５の実施例］
図１６に本発明の第５の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をする。
【００６７】
本実施例による光源は活性領域２０１、回折格子を有する曲線活性領域２０２と２０６、各チャンネルを混合するための多モード干渉結合器１０４、多モード干渉結合器１０４と曲線活性領域２０２，２０６を結合する直線活性導波路領域３０３，３０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。活性領域２０１、曲線活性領域２０２，２０６及び直線活性導波路領域３０３，３０５は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して当該領域へ電流を注入することにより当該領域での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００６８】
多モード干渉結合器１０４、及び光出力用導波路１０７以外の領域には、発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。また多モード干渉結合器１０４、及び光出力用導波路１０７以外の領域には電流注入用電極１を介して電流を注入することにより１５５０ｎｍ帯の光に対して利得を有する活性領域となっている。
【００６９】
本実施例による光源は、曲線活性領域２０２及び２０６と活性領域２０１より構成される分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）となっている。直線活性導波路領域３０３及び３０５と多モード干渉結合器１０４とは素子分離溝３１０により電気的に分離され、全活性領域への注入電流は多モード干渉結合器１０４へは注入されない構造となっている。
【００７０】
活性領域２０１のＢ−Ｂ′での断面構造図を図６に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は電流狭窄層１１５により分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０１の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００７１】
曲線活性領域２０２のＧ−Ｇ′での断面図を図１３に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４が形成されており、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。当該領域２０２へは電流注入用電極１を介して電流が注入できる構造となっている。
【００７２】
また、Ｈ−Ｈ′の断面図を図１４に示すが、各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、また電流狭窄層１１５により隣接導波路とは分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０２の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００７３】
曲線活性領域２０２，２０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域２０２，２０６に形成する回折格子は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域２０２，２０６のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００７４】
各チャンネルの光出力は多モード干渉結合器１０４により分配され、全てのチャンネルに結合する。Ｃ−Ｃ′での断面構造図を図７に示す。多モード干渉結合器１０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ導波路１１７をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、直線活性導波路領域３０３（３０５）の各導波路からの光出力が直線活性導波路領域３０５（３０３）及び光出力用導波路１０７の全ての導波路へ結合するよう設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光に加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００７５】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００７６】
［第６の実施例］
図１７に本発明の第６の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をする。
【００７７】
本実施例による光源は活性領域２０１、回折格子を有する曲線活性領域２０２と２０６、各チャンネルを混合するための方向性結合器型光干渉領域２０４、光干渉領域２０４と曲り導波路領域１０２、１０６を結合する曲り導波路領域２０３、２０５、及び光出力用導波路１０７より構成されている。活性領域２０１、曲線活性領域２０２，２０６は電流注入用電極１を具備しており、電流注入用電極１を介して当該領域へ電流を注入することにより当該領域での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００７８】
光出力用導波路１０７以外の領域には、発生させるチャンネル数と等しい数の導波路が形成されている。また光干渉領域２０４、光干渉領域２０４と曲線活性領域２０２，２０６を結合する曲り導波路領域２０３、２０５、及び光出力用導波路１０７以外の領域には、電流注入用電極１を介して電流を注入することにより１５５０ｎｍ帯の光に対して利得を有する活性領域となっている。
【００７９】
本実施例による光源は、曲線活性領域２０２及び２０６と活性領域２０１より構成される分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）となっている。曲線活性領域２０２及び２０６と曲り導波路領域２０３及び２０５は素子分離溝３１０により電気的に分離され、曲線活性領域２０２、２０６及び直線活性領域２０１への注入電流は、曲り導波路領域２０３及び２０５へは注入されない構造となっている。
【００８０】
活性領域のＢ−Ｂ′での断面構造図を図６に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３により構成され、各導波路は電流狭窄層１１５により分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０１の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００８１】
曲線活性領域２０２のＧ−Ｇ′での断面図を図１３に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１上に回折格子２を刻んだ１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４が形成されており、ｎ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３でカバーされている。当該領域２０２へは電流注入用電極１を介して電流が注入できる構造となっている。
【００８２】
また、Ｈ−Ｈ′の断面図を図１４に示すが、各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３で挟まれた形状となっており、また電流狭窄層１１５により隣接導波路とは分離されている。この構成により電流注入用電極１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１４へ注入される構成となっている。またこの活性領域２０２の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００８３】
曲線活性領域２０２，２０６の各導波路は円弧となっており、その中心は同一となっている。各導波路の１周期の光路長はそれぞれ光周波数にして１００ＧＨｚずれるように設計されている。また、当該領域に形成する回折格子は円弧の中心から円弧の半径方向に形成されており、導波路毎の回折格子のピッチは曲り導波路の円弧の半径に比例して増加するようになっている。つまり、最も外に位置した曲り導波路と２番目の曲り導波路の円弧の半径を０．０５％程度変化させることで、当該領域のブラッグ波長（最も反射率の高い波長）を０．０５％程度変化させることができる。波長１．５５ミクロンの波長に対しては半径の差を０．０５１６％とすることで両回折格子内蔵導波路のブラッグ波長を０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）だけ変化することができる。このように外側導波路から内側導波路へ向けて、半径を０．０５１６％づつ低減していくことで波長差が０．８ｎｍ（光周波数差１００ＧＨｚ）の１６チャンネルの光を発生させることができる。
【００８４】
各チャンネルの光出力は光干渉領域２０４で干渉することで全てのチャンネルに結合する。Ｅ−Ｅ′での断面構造図を図１０に示す。光干渉領域２０４は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１及びｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１３によりはさんだ構造となっており、また各チャンネルの１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１２を分離する光閉じ込め層１１６は１ミクロン以下の十分薄い構造となっており、各導波路層を伝搬する光は隣接のチャンネルへ結合することができ、各導波路からの光出力が全ての導波路へ結合するように設計されている。このため各チャンネル中には、自身の発振光に加えて０．８ｎｍの整数倍だけ波長の違う光が１５個混入することとなり、共振器内部での非線形相互作用（四光波混合）のために全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整される。
【００８５】
このため、光出力用導波路１０７からの光出力は波長間隔が一定（０．８ｎｍ）な１６チャンネルの光出力となった。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００８６】
［第７の実施例］
図１８に本発明の第７の実施例を示す。
本実施例では発生波長数（チャンネル数）が１６のものに関して説明をするが、チャンネル数を変更しても本原理による光源は実現可能である。
【００８７】
本実施例による光源は、曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１、導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２、各チャンネルからの光出力を１本の光出力用導波路へ集光するための光出力結合用多モード干渉領域１１０３及び光取り出し導波路領域１１０４より構成されている。曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１は電流注入用電極１００１を具備しており、電流注入用電極１００１を介して曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１へ電流を注入することにより当該領域での光の発生・増幅が可能な構成となっている。
【００８８】
曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１及び導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２には発生させるチャンネル数と等しい１６本の光導波路が形成されている。
【００８９】
曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１と導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２は素子分離溝１００７により電気的に分離され、曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１への注入電流は、その他の領域へは注入されない構造となっている。
【００９０】
曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１のａ−ａ′での断面構造図を図１９に示した。各チャンネル導波路はｎ−ＩｎＰ基板１１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１１、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１１２、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１１４により構成され、各導波路は電流狭窄層１１１５により分離されている。この構成により電流注入用電極１００１へ注入された電流は効率よく各導波路の１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１１２へ注入される構成となっている。またこの活性領域の導波路は発生する１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定に増幅・伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００９１】
曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１の１本の活性導波路の共振器方向の断面図を図２２に示す。ｎ−ＩｎＰ基板１１１０上のｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１１上に回折格子２を刻んだ１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１１２が形成されており、ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層１１１４でカバーされている。
【００９２】
曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１の曲線活性導波路１００３は全て同一中心の円弧となっており、円弧の半径は最外円曲線活性導波路で１ｍｍに設定した。光導波路中心の間隔はそれぞれ０．５μｍとなるように配列した。また、回折格子１００２は曲線活性導波路１００３の円弧の中心から延びる半径上に形成した。当該領域の透過屈折率が３．４であることより最外円曲線活性導波路でのピッチを２２８．３ｎｍとすることで最外円曲線活性導波路分布帰還レーザよりの光出力の波長を１５５２．３ｎｍとすることができた。また他の曲線活性導波路に形成された回折格子のピッチはその半径に比例して変化しており、本構成により各曲線活性導波路分布帰還レーザの出力光波長（光周波数）が０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）ずつ変化するよう回折格子を形成することができた。さらに、当該領域の曲線活性導波路の間隔を狭くしたことで、各導波路からの光出力が隣接導波路へ容易に結合することが可能な構造となった。この効果により、共振器内部で非線形相互作用（四光波混合）が誘起され全チャンネルの光周波数間隔が強制的に１００ＧＨｚへと自己調整されることとなった。
【００９３】
また、曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１１０１の各レーザの光出力は導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２の曲線光導波路１００４によりその光伝搬導波路間隔を拡大して多モード干渉器１００５へ結合される。図１８中のｂ−ｂ′での断面図を図２０に示すが、導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２の各導波路の１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１１１３はｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１１及びｉ−ＩｎＰオーバークラッド層１１１８で挟まれた形状となっており、また光閉じ込め層１１１６により隣接導波路とは分離されている。この構造により当該領域の光導波路は、１５５０ｎｍ付近の波長の光に対して最低次モードのみを安定な伝搬可能な単一モード導波路となっている。
【００９４】
各チャンネルの光出力は多モード干渉器１００５により光出力用導波路１００６に集光され、光出力として取り出される。図１８中のｃ−ｃ′での断面構造図を図２１に示す。多モード干渉器１００５は１．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ導波路層１１１７をｎ−ＩｎＰアンダークラッド層１１１１及びｉ−ＩｎＰオーバークラッド層１１１８によりはさんだ構造となっており、導波路間隔拡大用曲線光導波路領域１１０２の全曲線光導波路１００４の光出力を光取り出し導波路１００６へ結合するよう設計された。
【００９５】
この構成により、光出力用導波路１００６から、波長間隔が一定（０．８ｎｍ）である１６チャンネルの光出力を得ることができた。また、各チャンネルの強度は１０ｄＢｍ以上となっており、実用上十分なレベルとなっていた。
【００９６】
なお、ＩｎＧａＡｓＰの前に示したバンド端波長（例えば“１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ”の表現の“１．５５μｍ”の部分）は、Ｉｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙで表した場合の、ＩｎとＧａの組成比（１−ｘ：ｘ）、及びＡｓとＰの組成比（ｙ：１−ｙ）で決まり、ＩｎＰに格子整合したＩｎ１−ｘＧａｘＡｓｙＰ１−ｙの場合にはバンド短波長λは組成比を調整することによって以下のように制御できる。
【００９７】
λ≒Ｅｇ／ｈｃ
Ｅｇ＝１．３５−０．７２ｙ＋０．１２ｙ２
ｘ≒０．４６７ｙ
【００９８】
また、本実施例では曲線活性導波路１００３の全体にわたって均一な回折格子を具備した構造について説明したが、曲線活性導波路１００３内で周期、位相を変化させた回折格子を具備することによっても本原理による光源は実現できる。
【００９９】
［第８の実施例］
以上の実施例で述べた半導体多波長光源に、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と光変調器を接続することにより多波長変調光発生装置を構成できる。すなわち、図２３に示すように、複数のレーザ共振器とその複数のレーザ共振器からの光出力を単一の光出力用導波路に結合する光結合器とで構成される多波長光源３０１の出力側に、順に、多重化された光出力を波長毎に分波する機能をもつアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）３０２と、波長毎に分波された光を変調する個別光変調器群もしくは光変調器アレイ３０３と、波長毎に分波された光出力を再び多重化して単一の光出力用導波路に出力する機能をもつアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）３０４とを接続すれば、例えば１６チャンネルの波長多重光の各チャンネルが独立に例えば１０〜４０Ｇｂｉｔ／ｓの信号レートで変調された多波長変調光発生装置を実現できる。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によりコンパクトでかつ所望のチャンネル数の等光周波数間隔モードを発生可能な多波長半導体光源および多波長変調光発生装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】モードロックレーザより出力される多モードスペクトルの例を示す特性図である。
【図２】モードロックレーザからの出力スペクトル切り出しによる多チャンネルＤＣ光発生の原理図である。
【図３】アレイ導波路回折格子フィルタの周期性を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図５】図４及び図９で示されたＡ−Ａ′部分の断面図である。
【図６】図４、図９、図１６及び図１７で示されたＢ−Ｂ′部分の断面図である。
【図７】図４、図１１及び図１６で示されたＣ−Ｃ′部分の断面図である。
【図８】図４及び図９で示されたＤ−Ｄ′部分の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１０】図９、図１５及び図１７で示されたＥ−Ｅ′部分の断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１２】図１１及び図１５で示されたＦ−Ｆ′部分の断面図である。
【図１３】図１１、図１５、図１６及び図１７で示されたＧ−Ｇ′部分の断面図である。
【図１４】図１１、図１５、図１６及び図１７で示されたＨ−Ｈ′部分の断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１６】本発明の第５の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１７】本発明の第６の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１８】本発明の第７の実施例である半導体多波長光源を示す構成図である。
【図１９】図１８で示されたａ−ａ′部分の断面図である。
【図２０】図１８で示されたｂ−ｂ′部分の断面図である。
【図２１】図１８で示されたｃ−ｃ′部分の断面図である。
【図２２】第７の実施例中の曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域１０１の共振器方向の断面図である。
【図２３】本発明の第８の実施例である多波長変調光発生装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 電流注入用電極
２ 回折格子
１０１ 直線導波路領域
１０２ 曲り導波路領域
１０３ 直線導波路領域
１０４ 多モード干渉光結合器
１０５ 直線導波路領域
１０６ 曲り導波路領域
１０７ 光出力用導波路
１１０ ｎ−ＩｎＰ基板
１１１ ｎ−ＩｎＰアンダークラッド層
１１２ １．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層
１１３ ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層
１１４ １．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１１５ 電流狭窄層
１１６ 光閉じ込め層
１１７ １．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ光導波路層
２０１ 直線活性領域
２０２ 曲線活性領域
２０３ 曲り導波路領域
２０４ 方向性結合器型光干渉領域
２０５ 曲り導波路領域
２０６ 曲線活性領域
３０３ 直線活性導波路領域
３０５ 直線活性導波路領域
３１０ 素子分離溝
１００１ 電流注入用電極
１００２ 回折格子
１００３ 曲線活性導波路
１００４ 曲線光導波路
１００５ 多モード干渉器
１００６ 光出力用光波路
１００７ 素子分離溝
１１０１ 曲線活性導波路分布帰還レーザアレイ領域
１１０２ 導波路間隔拡大用曲線光導波路領域
１１０３ 光出力結合用多モード干渉領域
１１０４ 光出力導波路領域
１１１０ ｎ−ＩｎＰ基板
１１１１ ｎ−ＩｎＰアンダークラッド層
１１１２ １．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ活性層
１１１３ １．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層
１１１４ ｐ−ＩｎＰオーバークラッド層
１１１５ 電流狭窄層
１１１６ 光閉じ込め層
１１１７ １．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰスラブ光導波路層
１１１８ ｉ−ＩｎＰオーバークラッド層
Claims (15)
- 複数のレーザ共振器と、この複数のレーザ共振器からの光出力を単一の光出力用導波路に結合する光結合器とで構成される半導体多波長光源において、
前記レーザ共振器内部での非線形相互作用により、全チャンネルの出力光の光周波数間隔が強制的に一定間隔に自己調整される機能を持つことを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項１において、
複数の前記レーザ共振器はリング状共振器であることを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項１または請求項２において、
前記光結合器として多モード干渉結合器を用いることを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項１または請求項２において、
前記光結合器として方向性結合器型光干渉器を用いることを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項２ないし請求項４のいずれか１項において、
複数の前記リング状共振器の曲り導波路部分を円弧とし、その中心を同一とすることを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項２ないし請求項５のいずれか１項において、
複数の前記リング状共振器の一部に回折格子を形成したことを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項６において、
前記回折格子を複数の前記リング状共振器の曲り部分に形成し、各リング状共振器の回折格子の凹凸の周期がリング状共振器の曲り部分の円弧の半径に比例して変化していることを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項６または請求項７において、
複数の前記リング状共振器の一部に形成した前記回折格子の回折格子領域以外の部分に、光増幅機能を具備したことを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項６または請求項７において、
複数の前記リング状共振器の一部に形成した前記回折格子の回折格子領域に光増幅機能を具備したことを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項１において、
複数の前記レーザ共振器は、回折格子を具備した活性領域を有する曲線導波路型共振器であることを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項１０において、
前記光結合器として多モード干渉器を用いることを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項１０または請求項１１において、
複数の前記レーザ共振器に具備された回折格子のピッチを、隣接のレーザ共振器で一定の値変化させ、各レーザ共振器より発生する光の波長を一定の値変化させることを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項において、
回折格子を具備した活性領域を有する複数のレーザ共振器の導波路部分を円弧とし、その中心を同一とすることを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項１３において、
複数のレーザ共振器の回折格子の凹凸の周期がレーザ共振器の導波路部分の円弧の半径に比例して変化していることを特徴とする半導体多波長光源。 - 請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の半導体多波長光源を含む多波長変調光発生装置において、
複数のレーザ共振器と、
複数の前記レーザ共振器からの光出力を単一の光出力用導波路に結合する光結合器と、
多重化された光出力を波長毎に分波する機能をもつ第１のアレイ導波路回折格子と、
波長毎に分波された光を変調する個別光変調器群もしくは光変調器アレイと、
波長毎に分波された光出力を再び多重化して単一の光出力用導波路に出力する機能をもつ第２のアレイ導波路回折格子とで、
構成されることを特徴とする多波長変調光発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003153887A JP2004356470A (ja) | 2003-05-30 | 2003-05-30 | 半導体多波長光源および多波長変調光発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003153887A JP2004356470A (ja) | 2003-05-30 | 2003-05-30 | 半導体多波長光源および多波長変調光発生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004356470A true JP2004356470A (ja) | 2004-12-16 |
Family
ID=34048693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003153887A Pending JP2004356470A (ja) | 2003-05-30 | 2003-05-30 | 半導体多波長光源および多波長変調光発生装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004356470A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015002335A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-01-05 | 日本電信電話株式会社 | 集積型半導体光源 |
| CN106329315A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-01-11 | 长春理工大学 | 一种面发射分布反馈激光器 |
-
2003
- 2003-05-30 JP JP2003153887A patent/JP2004356470A/ja active Pending
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