JP2006054412A - 可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード - Google Patents

可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード Download PDF

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Abstract

【課題】機械的な動きなしで電気的信号を用いて安定的に共振周波数を変化させることが可能な、可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを提供する。
【解決手段】様々な波長のビームを発生させる半導体光増幅器１１２と、受動導波路１１３と、スラブ導波路１００と、光入射面が凹状からなり、前記スラブ導波路から進行するビームを波長に応じて平行に回折させる凹曲面回折格子１２０と、前記スラブ導波路の一側面に形成され、前記凹曲面回折格子によって回折された平行なビームを反射させる反射鏡１０１と、前記凹曲面回折格子と前記反射鏡との間に位置し、電気的信号に応じて屈折率が変化し、前記凹曲面回折格子によって回折されたビームのうち特定波長のビームが前記反射鏡に垂直に入射するようにする可変光偏向器１３０とを含み、前記半導体光増幅器、前記回折格子及び前記可変光偏向器が前記スラブ導波路に集積される。
【選択図】図３

Description

本発明は、波長可変型外部共振レーザダイオードに係り、さらに詳しくは、電気的信号に応じて屈折率が変化する可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードに関する。
一般に、外部共振器は、一定の帯域幅を有するレーザダイオードなどの光源から放出される単一波長の光を特定波長の光に可変させるのに用いられるが、代表的な外部共振器の構造にはＬｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ方式とＬｉｔｔｒｏｗ方式がある。なお、特定波長の光に可変させる方法は、分光学の研究に多く用いられる色素レーザ技術または光特性測定技術に適用されることもある。
図１はＬｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ方式の従来の外部共振器を説明するための構造図である。
Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ方式の外部共振器は、広い波長帯域を有するレーザダイオード１０から発生したビームを平行にするレンズ１１、平行ビームを回折させるための回折格子１２、及び回折されたビームを反射させるための反射鏡１３から構成される。
レーザダイオード１０からビームが発生すると、レンズ１１によってビームが平行に集束され、この平行ビームは回折格子１２によって反射鏡１３へ回折される。反射鏡１３は、機械装置（図示せず）によって回折格子１２に向かう角度が調節され、これにより入射する波長のうち垂直に入射する特定波長の光のみを回折格子１２へ反射させる。回折格子１２へ反射されて戻ってきたビームは、回折格子１２によって再び回折され、レンズ１１を介してレーザダイオード１０へ戻る。
一定波長のビーム１５ａが反射鏡１３に対して垂直に入射して回折格子１２へ反射されるように、反射鏡１３が回転して反射鏡１３′の位置にあると、他の波長のビーム１５ｂが反射鏡１３′に対して垂直に入射して回折格子１２へ反射される。したがって、反射鏡１３の配置角度によってレーザダイオード１０に戻るビームの波長が変わってくるが、このような原理により、反射鏡１３の角度に応じて波長可変が行われる。
このようにＬｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ方式の外部共振レーザダイオードは、反射鏡の角度を調節して波長を変化させるが、Ｌｉｔｔｒｏｗ方式の外部共振レーザダイオードは回折格子の角度を調節して波長を変化させる。
図２はＬｉｔｔｒｏｗ方式の従来の外部共振器を説明するための構造図である。
Ｌｉｔｔｒｏｗ方式の外部共振器は、Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ方式の外部共振器と類似の構成を有するが、反射鏡の角度を調節することなく、回折格子２２の角度を調節して波長を変化させる。
レーザダイオード２０からビームが発生すると、レンズ２１によってビームが平行に集束され、平行に集束されたビームのうち特定波長のビームが回折格子２２の角度に応じて回折されてレンズ２１を介してレーザダイオード２０へ戻る。すなわち、回折格子２２の配置角度によってレーザダイオード２０に戻るビームの波長が変わってくるので、波長が可変になる。
このように従来のＬｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ又はＬｉｔｔｒｏｗ方式の外部共振器の可変レーザは、反射鏡または回折格子を機械的に回転させて角度を調節することにより、特定波長のビームが選択されるようにする。したがって、反射鏡または回折格子を機械的に精密に回転させなければならないため、特定の波長を選択するための高精度の回転装置が必要となる。したがって、レーザの安定度が低下し、大きさが大きくなるうえ、可変速度が遅く、製作コストが高い。
上述した従来の技術は、構成と性能の面で利点を有するが、問題点ももっている。すなわち、従来の技術は、機械的な動きが必要であり、波長可変範囲が狭く、モジュールの大きさを小型化し難い。よって、波長可変の要求される分光学及び広い波長可変範囲の要求されるＷＤＭ光通信システムに適用可能で、構造体の移動がなく、小型化が容易である、可変速度の速い光源を製作するには新しい技術が要求される。
小型化および連続的で精密な可変のために一断面に無反射薄膜が形成された半導体レーザと、前記無反射薄膜面から発光されるビームが斜めに入射され、波長可変を起こす動く回折格子からなる外部共振器が開示されている(特許文献１)。
Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ方式の外部共振器を構成するために、反射鏡と回折格子および反射鏡を回転させる駆動体を一つのシリコン基板にＭＥＭＳ技術にとって製作し、レーザダイオードとレンズおよび光ファイバを集積化する技術が開示されている(非特許文献１)。
一断面に高反射薄膜が形成され、他の断面に無反射薄膜が形成されたダイオードレーザ媒質と、平行光をつくるレンズ、波長によって回折角度を変化させる回折格子、共振器反射面を形成する外部反射鏡等からなる Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ方式の外部共振器が開示されている(非特許文献２)。
米国特許第6,026,100号明細書 Jill D. Berger et al., "Widely tunable external cavity diode laser based on a MEMS electrostatic rotary actuator", OFC 2001, Vol. TuJ2-1, Mar. 20, 2001. K. C. Harvey etal., "External-cavity diode laser using a grazing-incidence diffraction grating", Optics Lett., Vol. 16 No. 12, pp. 910-912, June, 1991
本発明の目的は、機械的な動きなしで電気的信号を用いて安定的に共振周波数を変化させることが可能な、可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振を提供することにある。
本発明の他の目的は、連続して高速の波長可変を行うことが可能な、可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る可変光変偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードは、様々な波長のビームを発生させる半導体光増幅器と、前記ビームを傾けて出力するが、回折されたビームが平行に進行できるように終端面がウォズウォース（Ｗｏｒｄｗｏｒｔｈ）格子系方式に従って位置した受動導波路と、前記受動導波路から出力されたビームを水平的に広がるようにするとともに、垂直に閉じ込んで導波させるスラブ導波路と、光入射面が凹状からなり、前記スラブ導波路から進行するビームを波長に応じて平行に回折させる凹曲面回折格子と、前記スラブ導波路の一側面に形成され、前記凹曲面回折格子によって回折された平行なビームを反射させる反射鏡と、前記凹曲面回折格子と前記反射鏡との間に位置し、電気的信号に応じて屈折率が変化し、前記凹曲面回折格子によって回折されたビームのうち特定波長のビームが前記反射鏡に垂直に入射するようにする可変光偏向器とを含み、前記半導体光増幅器、前記回折格子及び前記可変光偏向器が前記スラブ導波路に集積されたことを特徴とする。
また、前記半導体光増幅器、前記回折格子、前記可変光偏向器及び前記スラブ導波路がＩｎＰまたはＧａＡｓ系半導体基板からなることを特徴とする。
また、前記回折格子、前記可変光偏向器及び前記スラブ導波路がシリカ又はポリマー系基板からなり、前記シリカまたはポリマー系基板上にＩｎＰまたはＧａＡｓ系からなる前記半導体光増幅器がハイブリッド方式で集積されたことを特徴とする。
また、前記シリカまたはポリマー系基板と前記レーザダイオードとの間に円筒型レンズが挿入されたことを特徴とする。
前記スラブ導波路と前記半導体光増幅器とが接する部分の前記シリカまたはポリマー系基板に無反射薄膜が蒸着されたことを特徴とする。
前記可変光偏向器は、前記スラブ導波路の所定の部分に三角形状のｐ／ｎ接合で形成され、前記ｐ／ｎ接合に前記電気的信号が印加されることを特徴とする。
前記半導体光増幅器、前記可変光偏向器及び前記反射鏡はＩｎＰまたはＧａＡｓ系スラブ導波路に形成され、前記回折格子はシリカまたはポリマー系スラブ導波路に形成され、前記ＩｎＰまたはＧａＡｓ系スラブ導波路と前記シリカまたはポリマー系スラブ導波路とがハイブリッド集積によって連結されたことを特徴とする。
前記ＩｎＰまたはＧａＡＳ系スラブ導波路と前記シリカまたはポリマー系スラブ導波路との間に、光連結のために円筒型レンズが挿入されたことを特徴とする。
前記ＩｎＰまたはＧａＡＳ系スラブ導波路と前記シリカまたはポリマー系スラブ導波路との接合面に、反射率を最小化させるための無反射薄膜が蒸着されたことを特徴とする。
前記可変光偏向器は、前記ＩｎＰまたはＧａＡＳ系スラブ導波路の所定の部分に三角状のｐ／ｍ接合で形成され、前記ｐ／ｎ接合に前記電気的信号が印加されることを特徴とする。
前記ビームを少なくとも１回以上屈折させるために、前記可変光偏向器が多段階に配列されたことを特徴とする。
本発明の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードは、Ｌｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ方式の外部共振器において、凹曲面回折格子と反射鏡との間に、電気的信号に応じて屈折率が変化する三角形状の可変光偏向器が付加される。機械的な動きなしで電気的信号を用いて共振周波数を変化させることにより、動作が安定しており、高速の連続的な波長可変が可能となる。
また、本発明に係る波長可変型外部共振レーザダイオードをＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰスラブ導波路で実現すると、キャリアの寿命時間によって決定される可変時間を数ｎｓ以下と短くすることができるうえ、小型化が可能となり、製作工程の単純化によって製作コストが大幅減少する。
また、シリカ（またはポリマー）系スラブ導波路を基盤として、本発明に適用される回折格子を設計すると、低分解能を有するリソグラフィー工程でも製作が可能であるため、回折格子の再現性及び均一度が高くなり、これにより製作コストが減少する。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。これらの実施形態は当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明を十分理解させるために提供されるもので、様々な形に変形でき、本発明の範囲を限定するものではない。
図３は本発明の第１実施形態に係る可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを説明するための構造図である。
ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００に半導体光増幅器１１２、凹曲面回折格子１２０及び可変光偏向器１３０の単一集積が行われる。
前記ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００は、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系などの半導体基板からなり、半導体光増幅器１１２と受動導波路１１３を介して出力されるビームを水平的に広がるようにするとともに、垂直に閉じ込めて導波させる機能を有する。また、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００の端面は、回折格子１２０によって回折された平行なビームを反射させる反射鏡１０１の役割をする。
前記半導体光増幅器１１２は、光信号の利得媒体でありながら、様々な波長のビームを発生させる光源であって、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ半導体レーザ構造と類似である。前記受動導波路１１３は、半導体光増幅器１１２の終端に接合され、半導体光増幅器１１２から発生したビームを一定の角度傾けて出力する。前記受動導波路１１３は、任意の曲率半径を有する曲線形状からなることが好ましく、終端面がウォズウォース（Ｗａｄｓ Ｗｏｒｔｈ）格子系方式に応じて位置する。
前記凹曲面回折格子１２０は、光入射面が凹形状からなり、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００から進行するビームを回折させるが、波長に応じて平行に回折方向を変化させる機能を有する。
前記可変光偏向器１３０は、三角形状を有し、凹曲面回折格子１２０と反射鏡１０１との間に位置する。この際、凹曲面回折格子１２０で回折された全てのビームが前記可変光偏向器１３０を通過するようにその位置が設定される。前記可変光偏向器１３０は、凹曲面回折格子１２０で回折されたビーム１４０ａ及び１４０ｂのうち特定波長のビームを、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００の端面に形成された反射鏡１０１に垂直に入射させる。このような可変光偏向器１３０は、スラブ導波路１００を形成することが可能な物質、例えばIII−V化合物で形成されたＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００の基板面に三角形状のｐ／ｎ接合で形成することができる。
前記凹曲面回折格子１２０で反射鏡１０１側へ回折されたビーム１４０ａ及び１４０ｂは、三角形状の可変光偏向器１３０を通過しながらＳｎｅｌｌの法則による屈折率の差異によって方向が変化する。すなわち、前記可変光偏向器１３０のｐ／ｎ接合部位に電圧または電流を印加すると、可変光偏向器１３０のスラブ(slab)導波層でキャリアの密度変化または電光効果によって屈折率が変わる。したがって、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００で進行するビームがｐ／ｎ接合からなる三角形状の部位を通過するとき、ｐ／ｎ接合に電圧または電流を印加すると、ビームの屈折が発生する。
続いて、本発明の第１実施形態に係る可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードの動作を詳細に説明する。
まず、半導体光増幅器１１２から発生したビームは、曲線形状の受動導波路１１３とＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００を介して凹曲面回折格子１２０へ向かうことになる。受動導波路１１３の終端面がＷａｄｓｗｏｒｔｈ格子系方式に応じて位置することにより、回折されたビーム１４０ａ及び１４０ｂが平行光に反射鏡１０１へ向かう。この際、前記可変光偏向器１３０に電気的信号が印加されないため、周辺のＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００と同一の屈折率を有する場合、凹曲面回折格子１２０によって回折されたビーム１４０ａ及び１４０ｂの中には反射鏡１０１に対して垂直方向に反射される特定波長のビーム１４０ａが存在するが、前記ビーム１４０ａが反射鏡１０１に反射された後、さらに可変光偏向器１３０を通過して回折格子１２０へ戻り、凹曲面回折格子１２０によって再び回折された後、受動導波路１１３の端部に集束されて半導体光増幅器１１２へ戻る。
図３を参照すると、可変光偏向器１３０の屈折率が周辺のＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００と同一であれば、ビーム１４０ａは、反射鏡１０１に対して垂直に反射されて半導体光増幅器１１２へ戻るが、回折角度の異なるビーム１４０ｂは、反射鏡１０１に対して垂直に反射されないため、半導体光増幅器１１２へ戻らない。すなわち、前記ビーム１４０ｂに対しては共振現象が発生しなくなる。
一方、前記可変光偏向器１３０に電気的信号を印加して屈折率が変化するようにすると、特定波長のビーム１４０ｂのみ選択的に反射鏡１０１に対して垂直に入射し、反射されたビームがさらに半導体光増幅器１１２へ戻って共振がなされる。
図３の外部共振レーザダイオードを構成する方法として、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００が形成されるＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系などの半導体基板に凹曲面回折格子１２０をエッチング工程によって形成する。そして、選択した任意の次数の回折された平行光の方向が半導体基板の切断断面に対して垂直となるように曲線形状の受動導波路１１３を形成する。凹曲面回折格子１２０と端面に形成された反射鏡１０１との間の前記ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００に三角系状のｐ／ｎ接合を形成する。
前記ｐ／ｎ接合部位に印加する電圧または電流に応じてスラブ導波層のキャリアの密度変化またはＱＣＳＥ(Quantum Confined Stark Effect)のような電光効果による屈折率の変化によって、特定波長のビームを反射鏡１０１に向かって垂直方向に屈折させることができる。ＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰで形成されたスラブ導波路１００の場合、キャリアの濃度を５Ｅ１０１５ｃｍ−Ｓ程度変化させると、屈折率を最大０.０５程度まで変化させることができるものと知られている。このような方法によって外部共振レーザダイオードの主要構成要素である半導体光増幅器１１２、凹曲面回折格子１２０及び可変光偏向器１３０などを単一基板に集積させることができる。
図４は本発明の第２実施形態に係る可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを説明するための構造図であって、図３に示した構成と同一の構成については同一の指示番号を付する。
図３に示した波長可変型外部共振レーザダイオードと基本的な構成は同一である。図３の波長可変型外部共振レーザダイオードは、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００、可変光偏向器１３０及び回折格子１２０が単一基板に形成されないが、図４の波長可変型外部共振レーザダイオードは、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００に可変光偏向器１３０が形成され、シリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′に凹曲面回折格子１２０が形成され、２つのスラブ導波路１００及び１００′がハイブリッド集積によって連結される。
また、２つのスラブ導波路１００及び１００′の接合面には、反射率を最小化させるために無反射薄膜１５０を蒸着する。ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００の有効屈折率は３．３程度であり、シリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′の有効屈折率は１．４程度である。したがって、回折格子１２０の同一次数の回折成分を用いるためには、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００の場合、シリカ（またはポリマ）系スラブ導波路１００′の場合に比べて、有効屈折率に反比例して２〜３倍の微細な分解能を有するリソグラフィ工程を必要とする。したがって、相対的にシリカ（またはポリマー）系の場合が工程コストと収率向上の面でより有利である。
図５は本発明の第３実施形態に係る可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを説明するための構造図であって、図４に示した構成と同一の構成については同一の指示番号を付する。
図４に示した波長可変型外部共振レーザダイオードは、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００とシリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′が直接連結されて光接続を成すが、本実施形態は２つのスラブ導波路１００及び１００′を直接連結せず、２つのスラブ導波路１００及び１００′の間に円筒型レンズ１６０を挿入して光接続効率を向上させる。２つのスラブ導波路１００及び１００′を直接連結する場合、光接続損失を最小化させるために、有効屈折率及び導波モードを最も近接に一致させることが可能な設計技術が必要である。ところが、円筒型レンズ１６０を用いて２つのスラブ導波路１００及び１００′を光学的に連結すると、接続のための追加的な導波路設計を必要とせず、円筒型レンズ１６０の焦点距離及び開口数(Numerical aperture；ＮＡ)を考慮して２つのスラブ導波路１００及び１００′の位置を調整すると、接続損失を最小化することができる。
図６は本発明の第４実施形態に係る可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを説明するための構造図であって、図３に示した構成と同一の構成については同一の指示番号を付する。
図３に示した波長可変型外部共振レーザダイオードと基本的な構成は同様である。図３の波長可変型外部共振レーザダイオードは、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００、可変光偏向器１３０及び回折格子１２０が単一基板に形成される。しかし、本実施形態では、シリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′に可変光偏向器１３０及び回折格子１２０が形成され、半導体光増幅器１１２はハイブリッド集積化によってシリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′に直接連結される。この際、シリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′及び半導体光増幅器１１２の接合面には反射率を最小化させるために無反射薄膜１５０を蒸着する。
前記シリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′に可変光偏向器１３０を形成する本実施形態によれば、電気的信号を用いて前記可変光偏向器１３０の屈折率を変化させることができるが、加熱によるシリカ（またはポリマー）の温度変化に伴う屈折率の変化を利用することもできる。
図７は本発明の第５実施形態に係る可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを説明するための構造図であって、図５に示した構成と同一の構成については同一の指示符号を付する。
図５に示した波長可変型外部共振レーザダイオードと基本的な構成は同様である。図５の波長可変型外部共振レーザダイオードは、ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路１００に可変光偏向器１３０が形成され、シリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′に凹曲面回折格子１２０が形成される。しかし、本実施形態では、シリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′に可変光偏向器１３０と回折格子１２０が形成され、半導体光増幅器１１２はシリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′と分離されて形成される。この際、シリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′と接する面の半導体光増幅器１１２には反射率を最小化させるために無反射薄膜１５０が蒸着され、前記半導体光増幅器１１２と前記凹曲面回折格子１２０間のシリカ（またはポリマー）系スラブ導波路１００′には光接続効率を向上させるための円筒型レンズ１６０が設置される。
図８は本発明に適用された可変光偏向器の動作電力を最適化させることが可能な実施形態であって、可変光偏向器１３０を成す三角形状のｐ／ｎ接合で入射角度と出射角度を変えない形で面積を減らすと、角度変化は同一に維持しながら電力量を減少させるという効果がある。スラブ導波路部分１３５は、動作電力を最小化させるために電気的信号が印加されない部分を示す。
以上、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照して説明した。特定の用語が使用されたが、これは本発明を説明するためのものに過ぎず、意味を限定し或いは本発明の範囲を制限するためのものではない。したがって、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、これから様々な変形及び均等な他の実施が可能であることを了解するであろう。なお、本発明の真正な技術的保護範囲は特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。
従来のＬｉｔｔｍａｎ−Ｍｅｔｃａｌｆ方式の外部共振器を説明するための構造図である。 従来のＬｉｔｔｒｏｗ方式の外部共振器を説明するための構造図である。 本発明の第１実施形態に係る可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを説明するための構造図である。 本発明の第２実施形態に係る可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを説明するための構造図である。 本発明の第３実施形態に係る可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを説明するための構造図である。 本発明の第４実施形態に係る可変偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを説明するための構造図である。 本発明の第５実施形態に係る可変偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオードを説明するための構造図である。 本発明に適用された可変光偏向器の動作電力を最適化するための構造図である。
符号の説明
１０、２０ レーザダイオード
１１、２１ レンズ
１２、２２ 回折格子
１３、１３′ 反射鏡
１５ａ、１５ｂ 反射鏡に対して垂直に回折される波長のビーム
１００ ＩｎＰ（またはＧａＡｓ）系スラブ導波路
１００′ シリカまたはポリマー系スラブ導波路
１０１ スラブ導波路反射面
１１０ 半導体光増幅器反射面
１１１ 電流遮断層
１１２ 半導体光増幅器
１１３ 受動導波路
１２０ 凹曲面回折格子
１３０ 可変光偏向器
１３５ スラブ導波路部分
１４０ａ及び１４０ｂ 反射鏡に対して垂直に回折される波長のビーム
１５０ 無反射薄膜
１６０ 円筒型レンズ

Claims (11)

  1. 様々な波長のビームを発生させる半導体光増幅器と、
    前記ビームを傾けて出力するが、回折されたビームが平行に進行できるように終端面がウォズウォース（Ｗａｄｓ Ｗｏｒｔｈ）格子系方式に応じて位置した受動導波路と、
    前記受動導波路から出力されたビームを水平的に広がるようにするとともに、垂直に閉じ込んで導波させるスラブ導波路と、
    光入射面が凹状からなり、前記スラブ導波路から進行するビームを波長に応じて平行に回折させる凹曲面回折格子と、
    前記スラブ導波路の一側面に形成され、前記凹曲面回折格子によって回折された平行なビームを反射させる反射鏡と、
    前記凹曲面回折格子と前記反射鏡との間に位置し、電気的信号に応じて屈折率が変化し、前記凹曲面回折格子によって回折されたビームのうち特定波長のビームが前記反射鏡に垂直に入射するようにする可変光偏向器とを含み、
    前記半導体光増幅器、前記回折格子及び前記可変光偏向器が前記スラブ導波路に集積されたことを特徴とする可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
  2. 前記半導体光増幅器、前記回折格子、前記可変光偏向器及び前記スラブ導波路がＩｎＰまたはＧａＡｓ系半導体基板からなることを特徴とする請求項１記載の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
  3. 前記回折格子、前記可変光偏向器及び前記スラブ導波路がシリカ又はポリマー系基板からなり、前記シリカまたはポリマー系基板上にＩｎＰまたはＧａＡｓ系からなる前記半導体光増幅器がハイブリッド方式で集積されたことを特徴とする請求項１記載の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
  4. 前記シリカまたはポリマー系基板と前記半導体光増幅器との間に円筒型レンズが挿入されたことを特徴とする請求項３記載の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
  5. 前記スラブ導波路と前記半導体光増幅器とが接する部分の前記シリカまたはポリマー系基板に無反射薄膜が蒸着されたことを特徴とする請求項３記載の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
  6. 前記可変光偏向器は、前記スラブ導波路の所定の部分に三角形状のｐ／ｎ接合で形成され、前記ｐ／ｎ接合に前記電気的信号が印加されることを特徴とする請求項１記載の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
  7. 前記半導体光増幅器、前記可変光偏向器及び前記反射鏡はＩｎＰまたはＧａＡｓ系スラブ導波路に形成され、前記回折格子はシリカまたはポリマー系スラブ導波路に形成され、前記ＩｎＰまたはＧａＡｓ系スラブ導波路と前記シリカまたはポリマー系スラブ導波路とがハイブリッド集積によって連結されたことを特徴とする請求項１記載の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
  8. 前記ＩｎＰまたはＧａＡＳ系スラブ導波路と前記シリカまたはポリマー系スラブ導波路との間に、光連結のために円筒型レンズが挿入されたことを特徴とする請求項７記載の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
  9. 前記ＩｎＰまたはＧａＡｓ系スラブ導波路と前記シリカまたはポリマー系スラブ導波路との接合面に、反射率を最小化させるための無反射薄膜が蒸着されたことを特徴とする請求項７記載の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
  10. 前記可変光偏向器は、前記ＩｎＰまたはＧａＡＳ系スラブ導波路の所定の部分に三角形状のｐ／ｎ接合で形成され、前記ｐ／ｎ接合に前記電気的信号が印加されることを特徴とする請求項７記載の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
  11. 前記ビームを少なくとも１回以上屈折させるために、前記可変光偏向器が多段階に配列されたことを特徴とする請求項１記載の可変光偏向器を用いた波長可変型外部共振レーザダイオード。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007273549A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Anritsu Corp 半導体光素子及び光スイッチングシステム並びに波長可変レーザ
JP2009130351A (ja) * 2007-11-26 2009-06-11 Korea Electronics Telecommun 周波数可変テラヘルツ波光源素子

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070133649A1 (en) * 2005-12-09 2007-06-14 Kwon Oh K Wavelength tunable light source
US9373933B2 (en) 2012-10-19 2016-06-21 University of Maribor Methods of driving laser diodes, optical wavelength sweeping apparatus, and optical measurement systems
US9890288B2 (en) 2015-12-08 2018-02-13 U.S. Silica Company Solar reflective particulates
CN105591282B (zh) * 2016-03-10 2018-09-28 山西省交通科学研究院 一种基于平行光栅对外腔的波长可调谐半导体激光器
US10253493B2 (en) 2016-08-29 2019-04-09 U.S. Silica Company Particulates having high total solar reflectance

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5371586A (en) * 1992-10-09 1994-12-06 Instruments Sa, Inc. Low aberration diffraction grating system
FR2724496B1 (fr) * 1994-09-13 1996-12-20 Photonetics Source laser monomode accordable en longueur d'onde a cavite externe autoalignee
US5771252A (en) * 1996-01-29 1998-06-23 Sdl, Inc. External cavity, continuously tunable wavelength source
JPH09260753A (ja) * 1996-03-25 1997-10-03 Ando Electric Co Ltd 外部共振器型波長可変光源
JPH10341057A (ja) * 1997-06-06 1998-12-22 Ando Electric Co Ltd 外部共振器型波長可変半導体レーザー光源およびその波長可変方法
US6091755A (en) * 1997-11-21 2000-07-18 Sdl, Inc. Optically amplifying semiconductor diodes with curved waveguides for external cavities
JPH11307864A (ja) * 1998-04-23 1999-11-05 Ando Electric Co Ltd 外部共振器型波長可変光源
FR2786937B1 (fr) * 1998-12-04 2001-02-16 Photonetics Source multi-longueur d'onde
FR2795878B1 (fr) * 1999-06-30 2001-09-28 Photonetics Source laser avec filtrage integre de l'emission spontanee amplifiee
US6856632B1 (en) * 1999-09-20 2005-02-15 Iolon, Inc. Widely tunable laser
GB0101985D0 (en) * 2001-01-25 2001-03-14 Marconi Comm Ltd Optical component
KR100444176B1 (ko) * 2001-12-15 2004-08-09 한국전자통신연구원 전기 신호에 의해 동작되는 광 편향기 및 이를 이용한파장 가변형 외부 공진기
US6959024B2 (en) * 2002-02-28 2005-10-25 Picarro, Inc. Laser Tuning by spectrally dependent spatial filtering
TWI291274B (en) * 2002-07-04 2007-12-11 Arima Optoelectronics Corp Resonating cavity system for broadly tunable multi-wavelength semiconductor lasers
KR100485212B1 (ko) * 2002-12-12 2005-04-25 한국전자통신연구원 파장가변 반도체 레이저 다이오드
US7065108B2 (en) * 2002-12-24 2006-06-20 Electronics And Telecommunications Research Institute Method of wavelength tuning in a semiconductor tunable laser
US20050286570A1 (en) * 2004-06-29 2005-12-29 Lian-Qin Xiang Tunable laser with a concave diffraction grating

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007273549A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Anritsu Corp 半導体光素子及び光スイッチングシステム並びに波長可変レーザ
JP2009130351A (ja) * 2007-11-26 2009-06-11 Korea Electronics Telecommun 周波数可変テラヘルツ波光源素子

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