JP2005236209A - レーザー光源 - Google Patents

Abstract

【課題】無温調動作可能で出力信号光のパワー及び消光比が実用に供するのに十分に大きなＷＤＭ光伝送システム用のレーザー光源を提供すること。
【解決手段】光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザ１の光出力ポートＯＰ−１と、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子２の光入力ポートＩＰ−２とを低損失に結合し、外部共振器型無温調半導体レーザ１を、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子２の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させ、発生した信号光を電界吸収型半導体素子２に入力し、該電界吸収型半導体素子２の可飽和吸収特性を利用して消光比を改善して光出力ポートＯＰ−２から出力させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信用の半導体レーザー光源に関するものである。

従来、光通信、特に波長多重（ＷＤＭ）光伝送システムに用いられる半導体レーザー光源としては、温度調整を行うことにより発振波長を安定化させた反射帰還型半導体レーザーダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）が一般的に良く用いられている。

前記ＤＦＢ−ＬＤをＷＤＭシステム用光源として用い、かつ、システムの経済化のため温度調整機構を全て省いてしまう場合、即ち温度調整を全く行わないと仮定すると、例えば動作保証範囲として、ＩＴＵ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｎｉｏｎ）−Ｔ勧告の屋内設備動作保証温度範囲−５℃〜＋４５℃（ＩＴＵ−Ｔ，ＳＧ１５，Ｑ２／１５）を考えた場合、ＤＦＢ−ＬＤの特性として、温度変化に伴う発振波長変動が０．１ｎｍ／℃程度であることから、発振波長変動幅は５ｎｍとなる。

このＤＦＢ−ＬＤの温度特性に起因する発振波長変動幅は、変調の帯域幅が１０Ｇｂ／ｓ，４０Ｇｂ／ｓにおいて、それぞれおよそ０．０８ｎｍ（１０ＧＨｚ），０．３２ｎｍ（４０ＧＨｚ）であることから、原理的に最低限必要とされる占有波長幅の１５倍以上もの波長幅を占有してしまうこととなるため、かなり大きな値であるといえる。

つまり、前記ＤＦＢ−ＬＤは、温度調整による発振波長の安定化を行わないと、ＷＤＭシステム用光源としては、波長帯域の使用効率が著しく低い光源となる。従って、一般的に前記ＤＦＢ−ＬＤをＷＤＭシステム用光源として用いる場合には、温度調整による発振波長の安定化が行われる。

しかしながら、温度調整による発振波長の安定化を行うためには、温度測定用のサーミスタ、温度調整用のペルチェ素子及びフィードバック回路が必要となり、光源にこれら温度調整用の素子・回路を具備させることにより光源の価格が高価となり、光源全体の消費電力も増加し、かつ全体として大きくなってしまうという問題がある。

温度変化による発振波長の変動を小さく抑えられ、かつ、温度調整を行わない動作条件下でモードホッピング状態に陥ることに起因する光信号劣化を十分に抑えることの出来る通信用光信号源として、非線形利得抑制効果を応用した外部共振器型半導体レーザが提案されている（特許文献１、非特許文献１、非特許文献２参照）。

電界吸収型の半導体素子（ＥＡ）としては、外部変調方式の光信号源の高速変調器として応用される例がある（例えばＮＥＬ社製ＮＬＫ３Ｃ８Ｂ１ＡＢ等）。

一方、電界吸収型の半導体素子の可飽和吸収特性を応用した例としては、例えば光源としてモードロックＬＤ（ＭＬＬＤ）が挙げられ、また、２Ｒ中継器として半導体光増幅器（ＳＯＡ）とＥＡとを組み合わせた素子を応用する例（非特許文献３参照）が報告されている。

しかしながら、光信号源の消光比を改善する目的で応用され、実用化された例はない。
特開２００２−４３６８９号公報 T.Sato, et.al., IEEE Photon.Technol.Lett., Vol.14, No.7, 2002, pp.1001-1003 T.Sato, Applied Optics, Vol.42, No.18, 2003, pp.3500-3504 Z.Bakonyi, et.al., IEEE Photon.Technol.Lett., Vol.12, No.5, 2000, pp.570-572

［課題１］
電界吸収型の半導体素子の可飽和吸収特性を、光信号の消光比を改善する目的で応用し実用化されることがなかった理由は以下の２点に要約され、この第２点目が本発明が解決しようとする課題の一つである。

１）従来、一般的に用いられているＤＦＢ−ＬＤ等を直接変調して光信号源として用いる場合、直接変調時に消光比を十分に大きくすることができるため、可飽和吸収素子を用いて消光比を改善させる必要がない。

２）ＤＦＢ−ＬＤ等のレーザーダイオードを直接変調光信号源とする場合、直接変調によるチャープを低く抑えて信号光の波長分散耐力を維持するためには、光出力を低く抑えることが必要となる一方で、可飽和吸収特性を効果的に得る動作条件下の電界吸収型半導体素子モジュールの挿入損失が大きいことを考え合わせると、実効的な出力信号光パワーが小さなレーザー光源しか実現出来ないことから通常の光伝送システム等に適用することは難しく、実用的でない。

この課題はＤＦＢ−ＬＤ等のレーザーダイオード光信号源と電界吸収型半導体素子との間に半導体光増幅器（ＳＯＡ）またはエルビウム・ドープ・ファイバ・アンプ（ＥＤＦＡ）等の光増幅器を挿入し信号光パワーを増大させることによっても物理的には解決できるが、高価でかつ全体の構成を複雑化させるため、光増幅器を加えた構成にすることは実用的でない。

［課題２］
外部共振器型無温調半導体レーザー光源（特許文献１参照）は、非線形利得抑制効果を応用することにより温度調整を行わない条件下でのモードホップによる光信号劣化を抑制することができる（即ち無温調動作可能である）ことを特徴とする光源であり、該非線形利得抑制効果を引き出すために共振器内の光子密度をある一定以上の値に維持し続けることが必要である。

従って、例えばＰＣＭ直接変調を想定した場合、信号のローレベル（０−レベル）においても、ある一定以上の光パワーが出力され続けることとなり、光信号のハイレベル（１−レベル）での出力光パワーに物理的に上限があることを併せて考えると、光信号のハイレベルとローレベルとのパワー比、即ち消光比を大きくとることが難しいという課題があった。

本発明の目的は、無温調動作可能で出力信号光のパワー及び消光比が実用に供するのに十分に大きなＷＤＭ光伝送システム用のレーザー光源を提供することにある。

本発明では、上記課題を解決するために、光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザと、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子とを少なくとも含み、外部共振器型無温調半導体レーザを、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させ、発生した信号光を電界吸収型半導体素子に入力し、該電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を利用して消光比を改善して出力させることにより、直接変調によるチャープによる信号劣化を十分に抑え、かつ、実効的な出力パワーを実用上十分な大きさに維持しながら、出力光の消光比を改善し、光信号の品質を向上させる。

この際、外部共振器型無温調半導体レーザのＳＯＡ部と、電界吸収型半導体素子とを半導体素子として一体化することにより、両者間の光結合系の組み立て工程を省略することが可能となる。

また、電界吸収型半導体素子は、光を吸収する素子であるので光検出器としても利用可能であることに着目し、電界吸収型半導体素子により外部共振器型無温調半導体レーザの出力光パワーを検出し、該光パワーを一定に保つように外部共振器型無温調半導体レーザへのバイアスにフィードバック制御をかける構成をとることにより、従来、フォトダイオード（ＰＤ）を個別に用意して行われているオートパワーコントロール（ＡＰＣ）を併せて実現出来、光検出部を共有化することにより光源構成の簡素化が可能となる。

本発明によれば、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子と、直接変調時の消光比を大きくすることは難しいものの該電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用するために十分な光出力パワーを直接変調時のチャープによる信号品質劣化を抑えながら得ることの可能な外部共振器型無温調半導体レーザとを組み合わせ、外部共振器型無温調半導体レーザを電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用するために十分な光パワーを出力する状態で駆動し、出力信号光を電界吸収型半導体素子へ入力し、該電界吸収型半導体素子の可飽和光吸収特性を活用することにより、外部共振器型無温調半導体レーザからの信号光の消光比を改善させることが可能となる。

以上の結果として、無温調動作可能で出力信号光のパワー及び消光比が実用に供するのに十分に大きなＷＤＭ光伝送システム用のレーザー光源を提供することが可能となる。

［基本構成］
図１は本発明のレーザー光源の第１の実施の形態、ここでは最も簡単な構成を示すもので、図中、１は光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザ（ＬＳ）、２は可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子（ＥＡ）、ＯＰ−１はＬＳ１の光出力ポート、ＩＰ−２はＥＡ２の光入力ポート、ＯＰ−２はＥＡ２の光出力ポートである。

ここで、ＬＳ１及びＥＡ２は光出力ポートＯＰ−１と光入力ポートＩＰ−２とで結合され、ＥＡ２の光出力ポートＯＰ−２は図示しない光ファイバ等に結合されるが、光出力ポートＯＰ−１と光入力ポートＩＰ−２との間はＬＳ１及びＥＡ２の何れか一方または両方にスポットサイズ変換部を設けて、あるいはレンズ系を用いて低損失に結合するものとする。

前記構成において、ＬＳ１は、その信号光のパワーがＥＡ２の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させ、発生した信号光を光出力ポートＯＰ−１及び光入力ポートＩＰ−２を介してＥＡ２に入力する。ＥＡ２は、その可飽和吸収特性によりＬＳ１からの信号光の消光比を改善し、光出力ポートＯＰ−２から光源全体としての信号光を図示しない光ファイバ等へ出力する。

本実施の形態は、光反射の極めて抑えられている光伝送システムに適用し、反射等による光源への光入力を考慮しなくとも良い場合に有用な最も簡素な構成である。

図２は本発明のレーザー光源の第２の実施の形態、ここではレーザー光源の安定性を向上させるために光アイソレータを用いた例を示すもので、図中、図１と同一構成部分は同一符号をもって表す。即ち、３は光アイソレータ（ＩＳＯ）、ＩＰ−３はＩＳＯ３の光入力ポート、ＯＰ−３はＩＳＯ３の光出力ポートである。

ここで、ＥＡ２及びＩＳＯ３は光出力ポートＯＰ−２と光入力ポートＩＰ−３とで結合され、ＩＳＯ３の光出力ポートＯＰ−３は図示しない光ファイバ等に結合されるが、光出力ポートＯＰ−２と光入力ポートＩＰ−３との間はＥＡ２及びＩＳＯ３の何れか一方または両方にスポットサイズ変換部を設けて、あるいはレンズ系を用いて低損失に結合するものとする。

前記構成において、ＥＡ２において消光比の改善された信号光は光出力ポートＯＰ−２及び光入力ポートＩＰ−３を介してＩＳＯ３に入力され、該ＩＳＯ３を通過して光出力ポートＯＰ−３から光源全体としての信号光が図示しない光ファイバ等へ出力される。この際、光ファイバ等側からの光がＬＡ１及びＥＡ２側へ戻ることはなく、ＬＡ１の動作が安定する。なお、その他の構成・動作は第１の実施の形態の場合と同様である。

本実施の形態は、一般的な光伝送システムに適用することが可能で、反射等による光源への光入力によるレーザー光源の不安定化を抑制できる構成である。

図３は本発明のレーザー光源の第３の実施の形態、ここでは第２の実施の形態においてＬＡとＥＳとの間に光アイソレータを設置した例を示す。

即ち、ここで、ＬＳ１及びＩＳＯ３は光出力ポートＯＰ−１と光入力ポートＩＰ−３とで結合され、ＩＳＯ３及びＥＡ２は光出力ポートＯＰ−３と光入力ポートＩＰ−２とで結合され、ＥＡ２の光出力ポートＯＰ−２は図示しない光ファイバ等に結合されるが、光出力ポートＯＰ−１と光入力ポートＩＰ−３との間並びに光出力ポートＯＰ−３と光入力ポートＩＰ−２との間はＬＳ１及びＩＳＯ３並びにＩＳＯ３及びＥＡ２の何れか一方または両方にスポットサイズ変換部を設けて、あるいはレンズ系を用いて低損失に結合するものとする。

前記構成において、ＬＳ１において発生した信号光は光出力ポートＯＰ−１及び光入力ポートＩＰ−３を介してＩＳＯ３に入力され、該ＩＳＯ３を通過して光出力ポートＯＰ−３からＥＡ２に入力されるが、この際、光ファイバ等を含めてＥＡ２側からの光がＬＡ１側へ戻ることはなく、ＬＡ１の動作が安定する。なお、その他の構成・動作は第１、２の実施の形態の場合と同様である。

本実施の形態は、第２の実施の形態の場合と同様、一般的な光伝送システムに適用することが可能で、反射等による光源への光入力によるレーザー光源の不安定化を抑制できる構成である。

前述したように、レーザー光源の信号光発生部には、電界吸収型半導体素子（ＥＡ２）の可飽和吸収特性を活用出来る高パワーの信号光を、直接変調によるチャープを十分に抑えながら出力可能な外部共振器型無温調半導体レーザ（ＬＳ）１を用いる。

ＬＳ１は、直接変調下ハイレベルの光出力パワー８ｍＷの時、２．５Ｇｂ／ｓ，シングルモードファイバ（ＳＭＦ）８０ｋｍ伝送後のパワーペナルティを１ｄＢ程度（ビット誤り率ＢＥＲ＝１０＾−９時）に抑えることの出来る分散耐力を実現できた。

これは、レーザーの光共振器構造を外部共振器構造とし、更に、光共振器中での直接変調により屈折率変調を受ける半導体光増幅部以外の長さの割合を十分に大きくすることにより、実効的αパラメータ（実効的線幅増大係数）を通常型の半導体レーザより格段に抑制出来、直接変調時のチャープを低く抑えることが出来るためである（非特許文献２参照）。

一般に、信号光源として用いられるＤＦＢ−ＬＤを使用した場合、実測したところ、直接変調下ハイレベルの光出力パワー４ｍＷの時、２．５Ｇｂ／ｓ，ＳＭＦ８０ｋｍ伝送後のパワーペナルティは７ｄＢ程度（ＢＥＲ＝１０＾−９時）であり、パワーペナルティーを十分に抑えるためには直接変調下ハイレベルの光出力パワーを１ｍＷ以下に調整する必要があった。

加えて電界吸収型半導体素子として市販されているモジュールの特性としては、実測したところ、本発明に記載される可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子として使用するための最適条件の駆動電流を印加した場合に付加的に発生する損失は５ｄＢ程度であった。

従って、本発明に記載のレーザー光源で信号光発生部にＤＦＢ−ＬＤを用い、直接変調時のチャープを低く抑えることを必須とすると、出力パワーとしては最大でも−５ｄＢｍ程度しか得られず、結合損分を加味すると更に実効的に得られる出力パワーは低下してしまい、一般的な光伝送システムで要求されている光出力パワー０ｄＢｍ程度を達成出来ない。

一方、信号光発生部に外部変調型無温調半導体レーザを用いた場合、直接変調時のチャープを低く抑えることを必須としても、出力パワーとしては最大で４ｄＢｍ程度が得られ、結合損分を加味しても一般的な光伝送システムで要求されている光出力パワーは十分確保可能となる。

［ＬＳの構成：ＦＢＧを用いた構成］
図４及び図５は図１〜図３に示した外部共振器型無温調半導体レーザの第１及び第２の実施例、ここではファイバ・ブラッグ・グレーティングを用いた実施例を示すものである。

図４において、１１は利得媒質となる半導体光増幅素子（ＳＯＡ）、１２は外部共振器鏡として用いるファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）、１３はＳＯＡ１１とＦＢＧ１２とを低損失に結合させるためのレンズ系（ＯＣ）である。

ここで、ＳＯＡ１１において、ＨＲは端面での反射を高めるためにＨＲコート等を施した箇所（ハイ・リフレクション共振器鏡）であり、ＦＢＧ１２とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。なお、ＳＯＡ１１及びＦＢＧ１２において、ＡＲは端面での反射を抑制するためにＡＲコートを施すか、または端面を光導波方向との角度を垂直な状態から６〜９°程度傾けるか、あるいはその両方を施した箇所（アンチ・リフレクション）である。

本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、外部共振器鏡であるＦＢＧ１２側から光信号を出力する構成例である。

また、図５において、１２は外部共振器鏡として用いるファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）、１３はＳＯＡ１１とＦＢＧ１２とを低損失に結合させるためのレンズ系（ＯＣ）、１４は利得媒質となる半導体光増幅素子（ＳＯＡ）である。

ここで、ＳＯＡ１４において、ＭＲは端面での反射を１０〜４０％程度に設定するために反射膜または反射防止膜等を施した箇所（ミドル・リフレクション共振器鏡）であり、ＦＢＧ１２とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。なお、ＡＲは図４で述べたものと同一である。

本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、ＳＯＡ１４の端面の一つであり、反射率が１０〜４０％程度に設定されているＭＲ側から光信号を出力する構成例である。

［ＬＳの構成：ＰＬＣ型ＢＧを用いた構成］
図６乃至図１１は図１〜図３に示した外部共振器型無温調半導体レーザの第３乃至第８の実施例、ここではブラッグ・グレーティングを書き込んだＰＬＣ型光導波路を用いる例を示すもので、これらは一つの平面型光導波回路（ＰＬＣ）上に複数個の外部共振器型無温調半導体レーザを作ることにより高集積化することが出来ることを特徴とする構成である。

ここで、図６及び図７はブラッグ・グレーティングを書き込んだＰＬＣ型光導波路と半導体光増幅素子との間を低損失に結合するための構造として半導体光増幅素子にスポットサイズ変換領域を設けた実施例を、また、図８及び図９はブラッグ・グレーティングを書き込んだＰＬＣ型光導波路と半導体光増幅素子との間を低損失に結合するための構造としてＰＬＣ型光導波路部にスポットサイズ変換領域を設けた実施例を、また、図１０及び図１１はブラッグ・グレーティングを書き込んだＰＬＣ型光導波路と半導体光増幅素子との間を低損失に結合するための構造としてレンズ系を設けた実施例をそれぞれ示す。

図６において、２１はＰＬＣ基板、２２は利得媒質となる半導体光増幅素子（ＳＯＡ）、２３は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだＰＬＣ型光導波路（ＢＧ）である。

ここで、ＳＯＡ２２において、ＨＲは端面での反射を高めるためにＨＲコート等を施した箇所（ハイ・リフレクション共振器鏡）であり、ＢＧ２３とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。また、ＳＯＡ２２において、ＳＳはＢＧ２３と低損失に結合させるために設けたスポットサイズ変換領域である。

なお、ＳＯＡ２２及びＢＧ２３において、ＡＲは端面での反射を抑制するためにＡＲコートを施すか、または端面を光導波方向との角度を垂直な状態から６〜９°程度傾けるか、または窓構造とするか、あるいはこれらの３つの方法のうちの任意の２つもしくは３つ全部を組み合わせて施した箇所（アンチ・リフレクション）である。

本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、外部共振器鏡であるＢＧ２３側から光信号を出力する構成例である。

また、図７において、２１はＰＬＣ基板、２３は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだＰＬＣ型光導波路（ＢＧ）、２４は利得媒質となる半導体光増幅素子（ＳＯＡ）である。

ここで、ＳＯＡ２４において、ＭＲは端面での反射を１０〜４０％程度に設定するために反射膜または反射防止膜等を施した箇所（ミドル・リフレクション共振器鏡）であり、ＢＧ２３とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。なお、ＡＲは図６で述べたものと同一である。

本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、ＳＯＡ２４の端面の一つであり、反射率が１０〜４０％程度に設定されているＭＲ側から光信号を出力する構成例である。

また、図８において、２１はＰＬＣ基板、２５は利得媒質となる半導体光増幅素子（ＳＯＡ）、２６は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだＰＬＣ型光導波路（ＢＧ）である。

ここで、ＳＯＡ２５において、ＨＲは端面での反射を高めるためにＨＲコート等を施した箇所（ハイ・リフレクション共振器鏡）であり、ＢＧ２６とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。また、ＢＧ２６において、ＳＳはＳＯＡ２５と低損失に結合させるために設けたスポットサイズ変換領域である。

なお、ＳＯＡ２５及びＢＧ２６において、ＡＲは端面での反射を抑制するためにＡＲコートを施すか、または端面を光導波方向との角度を垂直な状態から６〜９°程度傾けるか、または窓構造とするか、あるいはこれらの３つの方法のうちの任意の２つもしくは３つ全部を組み合わせて施した箇所（アンチ・リフレクション）である。

本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、外部共振器鏡であるＢＧ２６側から光信号を出力する構成例である。

また、図９において、２１はＰＬＣ基板、２６は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだＰＬＣ型光導波路（ＢＧ）、２７は利得媒質となる半導体光増幅素子（ＳＯＡ）である。

ここで、ＳＯＡ２７において、ＭＲは端面での反射を１０〜４０％程度に設定するために反射膜または反射防止膜等を施した箇所（ミドル・リフレクション共振器鏡）であり、ＢＧ２６とともに一対の共振器鏡を形成し、これらによって光共振器が構成される。なお、ＡＲは図８で述べたものと同一である。

本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、ＳＯＡ２７の端面の一つであり、反射率が１０〜４０％程度に設定されているＭＲ側から光信号を出力する構成例である。

また、図１０において、２１はＰＬＣ基板、２３は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだＰＬＣ型光導波路（ＢＧ）、２５は利得媒質となる半導体光増幅素子（ＳＯＡ）、２８はＳＯＡ２５とＢＧ２３とを低損失に結合させるために設けたレンズ系（ＯＣ）である。なお、ＡＲ及びＨＲは図６〜８で述べたものと同一である。

本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、外部共振器鏡であるＢＧ２３側から光信号を出力する構成例である。

また、図１１において、２１はＰＬＣ基板、２３は外部共振器鏡として用いるブラッグ・グレーティングを書き込んだＰＬＣ型光導波路（ＢＧ）、２７は利得媒質となる半導体光増幅素子（ＳＯＡ）、２８はＳＯＡ２７とＢＧ２３とを低損失に結合させるために設けたレンズ系（ＯＣ）である。なお、ＡＲ及びＭＲは図６〜９で述べたものと同一である。

本実施例は、光共振器を構成する一対の共振器鏡のうち、ＳＯＡ２７の端面の一つであり、反射率が１０〜４０％程度に設定されているＭＲ側から光信号を出力する構成例である。

［一体型半導体素子を用いた構成］
図１２乃至図１５は図１、図２に示した外部共振器無温調半導体レーザと電界吸収型半導体素子とが隣接する構成において、外部共振器無温調半導体レーザの利得媒質である半導体光増幅素子（ＳＯＡ）と、電界吸収型半導体素子（ＥＡ）と、ＳＯＡとＥＡとの間の光学結合系とを一体構造の半導体素子とした実施例を示すもので、図１２及び図１３は図９、図１１に示した構成の外部共振器型無温調半導体レーザを用いた場合、また、図１４及び図１５は図７に示した構成の外部共振器型無温調半導体レーザを用いた場合をそれぞれ示す。

図１２乃至図１５において、３１，３２は利得媒質となる半導体光増幅素子（ＳＯＡ）部、３３，３４は電界吸収型半導体素子（ＥＡ）部、３５，３６はＳＯＡ部とＥＡ部との結合素子（ＳＣ）部、ＷＧは半導体素子の光導波路構造部である。

ここで、ＳＯＡ３１，３２部及びＥＡ部３３，３４において、ＡＲは端面での反射を抑制するためにＡＲコートを施すか、または端面を光導波方向との角度を垂直な状態から６〜９°程度傾けるか、または窓構造とするか、あるいはこれらの３つの方法のうちの任意の２つもしくは３つ全部を組み合わせて施した箇所（アンチ・リフレクション）である。また、ＳＯＡ部３２において、ＳＳは外部の光ファイバまたはＰＬＣ型光導波路と低損失に結合させるために設けたスポットサイズ変換領域である。

ＳＣ部３５，３６の光導波路部ＷＧの屈折率は、ＳＯＡ部とＳＣ部との境界面で１０〜４０％の反射が生じるように設定され、この境界面が光共振器を構成する共振器鏡の一方（図７，９，１１でいうＭＲ）を形成する。このような屈折率は、ＳＣ部３５，３６をポリイミドを用いて構成するか、または図１４中のａ．，ｃ．線及びｂ．線に沿った断面図である図１６に示すようにＳＣ部を空隙とすることにより実現される。

さらに図１３及び図１５に示す構造では、ＳＣ部とＥＡ部との境界面を光導波路の伝搬方向に垂直な状態から６°以上傾けることにより、ＳＣ部とＥＡ部との境界面での反射を抑制している。

また、図１７に示されるように、ＥＡ部のＳＣ部側にスポットサイズ変換領域ＳＳを設け、ＳＯＡ部とＥＡ部との結合損を抑える措置を講じても良い。

一体構造の半導体素子を用いることにより、ＬＳ（厳密にはＳＯＡ部）とＥＡとの間の光学結合系の組み立て工程を省略でき、同時に両者間の結合損を低減することが可能となり、レーザ光源の特性を向上させることができる。

［ＡＰＣ］
図１８はレーザー光源に適用可能なオートパワーコントロール（ＡＰＣ）機能の概略を示すもので、図中、４１はレーザー光源の信号光発生部（ＬＳ）、４２はＬＳ４１の出力をモニタするためのフォトダイオード（ＰＤ）、４３はオートパワーコントロール（ＡＰＣ）回路である。

例えばＬＳ４１としてＬＤを用いた場合、光共振器を構成する２つの端面のうち信号光外部出力用の端面とは逆の端面から出力される光、即ちモニタ光のパワーＰ_monをＰＤ４２で受光し、ＡＰＣ回路４３においてＰＤ４２から出力されるフォトカレントＩ_OEを入力信号とし、同時に該ＬＤの駆動電流Ｉ_biasを出力信号として、該電流値の平均を一定とするようにフィードバック制御を行うことにより、ＬＤの外部出力を一定に保つことができる。

レーザー光源からの信号光を検出するフォトダイオードで発生するフォトカレントと、レーザー光源の駆動電流との間でフィードバック制御をかけ、出力信号光の平均出力パワーを一定に保つために使用される電気回路としては、オートパワーコントロール（ＡＰＣ）回路等が市販技術として存在している（例えば、ＭＡＸＩＭ社製：ＭＡＸ３７３５）。

図１９、図２１及び図２３はそれぞれ、図１、図２及び図３に示した本発明のレーザー光源に図１８に示したＡＰＣ機能をそのまま追加した構成を示すもので、構成部品が付加的に増えてしまうため、製造工程の数及び価格も付加的に増大してしまう。

図２０、図２２及び図２４はそれぞれ、図１、図２及び図３に示した本発明のレーザー光源に図１８に示したＡＰＣ機能を簡素化して追加、即ちＰＤを省略し、ＰＤから取り出されるフォトカレントＩ_OEの代わりに、レーザー光源を構成するＥＡ２から取り出せるフォトカレントＩ_OEを用いるようにした構成を示すもので、ＰＤを省くことにより構成部品を少なくすることができ、更に製造工程の数及び価格も抑制することが出来る。

［ＡＭＣ］
図２５はレーザー光源に適用可能なオートモジュレーションコントロール（ＡＭＣ）機能の概略を示すもので、図中、４１はレーザー光源の信号光発生部（ＬＳ）、４２はＬＳ４１の出力をモニタするためのフォトダイオード（ＰＤ）、４４はオートモジュレーションコントロール（ＡＭＣ）回路である。

例えばＬＳ４１としてＬＤを用いた場合、光共振器を構成する２つの端面のうち信号光外部出力用の端面とは逆の端面から出力される光、即ちモニタ光のパワーＰ_monをＰＤ４２で受光し、ＡＭＣ回路４４においてＰＤ４２から出力されるフォトカレントＩ_OEを入力信号とし、同時に該ＬＤの駆動電流Ｉ_bias及び符号化電流Ｉ_MODを出力信号として、電流値の平均を一定とし、更にハイレベル信号受光時の電流値とローレベル信号受光時の電流値との差分を一定にするようにフィードバック制御を行うことにより、ＬＤの外部出力及びハイレベル−ローレベル間での消光比を一定に保つことができる。

レーザー光源からの信号光を検出するフォトダイオードで発生するフォトカレントと、レーザー光源の駆動電流及び符号化電流の振幅との間でフィードバック制御をかけ、出力信号光の平均出力パワーと、出力信号光の消光比とを一定に保つために使用される電気回路としては、オートモジュレーションコントロール（ＡＭＣ）回路等が市販技術として存在している（例えば、ＭＡＸＩＭ社製：ＭＡＸ３７３７）。

図２６、図２８及び図３０はそれぞれ、図１、図２及び図３に示した本発明のレーザー光源に図２５に示したＡＭＣ機能をそのまま追加した構成を示すもので、構成部品が付加的に増えてしまうため、製造工程の数及び価格も付加的に増大してしまう。

図２７、図２９及び図３１はそれぞれ、図１、図２及び図３に示した本発明のレーザー光源に図２５に示したＡＭＣ機能を簡素化して追加、即ちＰＤを省略し、ＰＤから取り出されるフォトカレントＩ_OEの代わりに、レーザー光源を構成するＥＡ２から取り出せるフォトカレントＩ_OEを用いるようにした構成を示すもので、ＰＤを省くことにより構成部品を少なくすることができ、更に製造工程の数及び価格も抑制することが出来る。

本発明のレーザー光源の第１の実施の形態を示す構成図 本発明のレーザー光源の第２の実施の形態を示す構成図 本発明のレーザー光源の第３の実施の形態を示す構成図 外部共振器型無温調半導体レーザの第１の実施例を示す構成図 外部共振器型無温調半導体レーザの第２の実施例を示す構成図 外部共振器型無温調半導体レーザの第３の実施例を示す構成図 外部共振器型無温調半導体レーザの第４の実施例を示す構成図 外部共振器型無温調半導体レーザの第５の実施例を示す構成図 外部共振器型無温調半導体レーザの第６の実施例を示す構成図 外部共振器型無温調半導体レーザの第７の実施例を示す構成図 外部共振器型無温調半導体レーザの第８の実施例を示す構成図 一体型半導体素子の第１の実施例を示す構成図 一体型半導体素子の第２の実施例を示す構成図 一体型半導体素子の第３の実施例を示す構成図 一体型半導体素子の第４の実施例を示す構成図 図１４中のａ．，ｃ．線及びｂ．線に沿った断面図 一体型半導体素子の電界吸収型半導体素子部の結合素子部側にスポットサイズ変換領域を設けた実施例を示す構成図 オートパワーコントロール機能の概略を示す構成図 図１に示した本発明のレーザー光源にオートパワーコントロール機能をそのまま追加した場合の構成図 図１に示した本発明のレーザー光源にオートパワーコントロール機能を簡素化して追加した場合の構成図 図２に示した本発明のレーザー光源にオートパワーコントロール機能をそのまま追加した場合の構成図 図２に示した本発明のレーザー光源にオートパワーコントロール機能を簡素化して追加した場合の構成図 図３に示した本発明のレーザー光源にオートパワーコントロール機能をそのまま追加した場合の構成図 図３に示した本発明のレーザー光源にオートパワーコントロール機能を簡素化して追加した場合の構成図 オートモジュレーションコントロール機能の概略を示す構成図 図１に示した本発明のレーザー光源にオートモジュレーションコントロール機能をそのまま追加した場合の構成図 図１に示した本発明のレーザー光源にオートモジュレーションコントロール機能を簡素化して追加した場合の構成図 図２に示した本発明のレーザー光源にオートモジュレーションコントロール機能をそのまま追加した場合の構成図 図２に示した本発明のレーザー光源にオートモジュレーションコントロール機能を簡素化して追加した場合の構成図 図３に示した本発明のレーザー光源にオートモジュレーションコントロール機能をそのまま追加した場合の構成図 図３に示した本発明のレーザー光源にオートモジュレーションコントロール機能を簡素化して追加した場合の構成図

符号の説明

１：外部共振器型無温調半導体レーザ（ＬＳ）、２：電界吸収型半導体素子（ＥＡ）、３：光アイソレータ（ＩＳＯ）、１１，１４，２２，２４，２５，２７：半導体光増幅素子（ＳＯＡ）、１２：ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）、１３，２８：レンズ系（ＯＣ）、２１：ＰＬＣ基板（ＰＬＣ）、２３，２６：ＰＬＣ型光導波路（ＢＧ）、３１，３２：半導体光増幅素子（ＳＯＡ）部、３３，３４：電界吸収素子（ＥＡ）部、３５，３６：結合素子（ＳＣ）部、４１：信号光発生部（ＬＳ）、４２：フォトダイオード（ＰＤ）、４３：オートパワーコントロール（ＡＰＣ）回路、４４：オートモジュレーションコントロール（ＡＭＣ）回路、ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３：光出力ポート、ＩＰ−２，ＩＰ−３：光入力ポート、ＨＲ：ハイ・リフレクション共振器鏡、ＡＲ：アンチ・リフレクション、ＭＲ：ミドル・リフレクション共振器鏡、ＳＳ：スポットサイズ変換部、ＷＧ：光導波路部、Ｐ_mon：モニタ光パワー、Ｉ_OE：フォトカレント、Ｉ_bias：駆動電流。

Claims (6)

1. 光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザと、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子とを少なくとも含み、
   外部共振器型無温調半導体レーザを、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させ、発生した信号光を電界吸収型半導体素子に入力し、該電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を利用して消光比を改善して出力させる
   ことを特徴とするレーザー光源。
2. 光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザと、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子と、光アイソレータとを少なくとも含み、
   外部共振器型無温調半導体レーザを、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させて該信号光を電界吸収型半導体素子に入力し、該電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を利用して外部共振器型無温調半導体レーザからの信号光の消光比を改善して出力させ、さらに光アイソレータを経由させる
   ことを特徴とするレーザー光源。
3. 光源としての信号光を発生する外部共振器型無温調半導体レーザと、可飽和吸収特性を有する電界吸収型半導体素子と、光アイソレータとを少なくとも含み、
   外部共振器型無温調半導体レーザを、その信号光のパワーが電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を活用出来る程高パワーとなる条件で動作させて該信号光を光アイソレータを経由して電界吸収型半導体素子に入力し、該電界吸収型半導体素子の可飽和吸収特性を利用して外部共振器型無温調半導体レーザからの信号光の消光比を改善して出力させる
   ことを特徴とするレーザー光源。
4. 請求項１または２に記載のレーザー光源において、
   外部共振器型無温調半導体レーザの活性媒質である半導体素子と、電界吸収型半導体素子とが一体の半導体素子として形成されている
   ことを特徴とする記載のレーザー光源。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載のレーザー光源において、
   外部共振器型無温調半導体レーザから出力される信号光のパワーを、該信号光が電界吸収型半導体素子を通過する際の光電変換に伴って該電界吸収型半導体素子を流れる電流値でモニタし、該電流値の平均を一定とするように外部共振器型無温調半導体レーザの駆動電流値にフィードバックをかけるオートパワーコントロール回路を具備した
   ことを特徴とするレーザー光源。
6. 請求項１乃至４いずれかに記載のレーザー光源において、
   外部共振器型無温調半導体レーザから出力される信号光のパワーを、該信号光が電界吸収型半導体素子を通過する際の光電変換に伴って該電界吸収型半導体素子を流れる電流値でモニタし、該電流値の平均を一定とし、更にハイレベル信号受光時の電流値とローレベル信号受光時の電流値との差分を一定にするように外部共振器型無温調半導体レーザの駆動電流値及び符号化電流の振幅にフィードバックをかけるオートモジュレーションコントロール回路を具備した
   ことを特徴とするレーザー光源。

Images