JP2007134480A - Tunable light source - Google Patents

Tunable light source Download PDF

Info

Publication number
JP2007134480A
JP2007134480A JP2005325820A JP2005325820A JP2007134480A JP 2007134480 A JP2007134480 A JP 2007134480A JP 2005325820 A JP2005325820 A JP 2005325820A JP 2005325820 A JP2005325820 A JP 2005325820A JP 2007134480 A JP2007134480 A JP 2007134480A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
waveguide
wavelength
arrayed
light source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005325820A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuhiro Kikuchi
順裕 菊池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2005325820A priority Critical patent/JP2007134480A/en
Publication of JP2007134480A publication Critical patent/JP2007134480A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To coincide an oscillation wavelength of a DFB laser even after a device is manufactured with a central wavelength of a transmission band of a semiconductor array waveguide lattice. <P>SOLUTION: A variable-wavelength light source 100-1 is constituted by connecting a semiconductor array waveguide lattice 120-1 having a small light loss in the device with a DFB laser array 110. An electrode 106 is provided in the array waveguide 123 of the semiconductor array waveguide lattice 120-1, and a voltage is applied to the electrode 106 whereby an electric field can be applied to a core layer of the waveguide 123 to change a transmission refractive index. In this manner, the transmission refractive index is changed, whereby even after the variable-wavelength light source 100-1 is manufactured, the oscillation wavelength of the DFB laser can be made coincident with the central wavelength of the transmission band of the semiconductor array waveguide lattice 120-1. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光波長多重方式を利用した光通信、光交換、光情報処理等の光伝送システムに適用される波長可変光源に関するものである。   The present invention relates to a wavelength tunable light source applied to an optical transmission system such as optical communication, optical switching, and optical information processing using an optical wavelength multiplexing system.

なお、特許庁の電子出願システムでは、方位を示す、「1」の上に「−」を付した表記は認められていないので、本明細書(及び特許請求の範囲)では、下記の表1に示すように各方位を表記する。つまり、「1」の上に「−」を付した表記は、「A」に置き換えて表記する。

Figure 2007134480
In addition, in the JPO electronic application system, the notation of “1” on “1” indicating the azimuth is not allowed. Therefore, in this specification (and claims), the following Table 1 is used. Each direction is written as shown in FIG. That is, the notation with “-” added on “1” is replaced with “A”.
Figure 2007134480

現在、大容量の通信を実現するため、1本の光ファイバに異なる光波長(周波数)をもつ複数の光信号を多重化して伝送する光波長多重通信(WDM)ネットワーク技術の研究開発が盛んに行われている。このWDMシステムにおいては、チャネル波長(周波数)グリッドに合致した発振波長を有する光源を多数用意する必要があるが、高い信頼性の通信システムを実現するために、故障が起こった場合のバックアップとして、すべての光源を二重化したのでは、コストが膨大にかかってしまう。このような背景のもと、一つの半導体レーザチップで任意の波長の光を出力することができるいわゆる波長可変光源は、これら複数の光源の共通のバックアップ光源として用いることが可能であり、システム運用コスト低減に貢献できるとして、現在、盛んに研究開発が進められている。   Currently, in order to realize large-capacity communication, research and development of optical wavelength division multiplexing (WDM) network technology that multiplexes and transmits a plurality of optical signals having different optical wavelengths (frequencies) on one optical fiber is actively conducted. Has been done. In this WDM system, it is necessary to prepare a large number of light sources having an oscillation wavelength that matches the channel wavelength (frequency) grid. However, in order to realize a highly reliable communication system, If all light sources are duplicated, the cost will be enormous. Against this background, a so-called wavelength tunable light source that can output light of any wavelength with a single semiconductor laser chip can be used as a common backup light source for these multiple light sources. Currently, research and development is actively underway to contribute to cost reduction.

波長可変光源として代表的なものに、分布ブラッグ反射器(DBR)に改良を施したSSG(Super Structure Grating)・DBRレーザ(非特許文献1)やSG(Sampled Grating)・DBRレーザ(非特許文献2)などが挙げられる。これらは、大きな波長可変幅を持ち、かつ、高速に波長を切り替えられるという特長があるものの、波長安定性を含めた長期信頼性にまだ問題がある。   Typical examples of wavelength tunable light sources include SSG (Super Structure Grating) and DBR lasers (Non-patent Document 1) and SG (Sampled Grating) and DBR lasers (Non-patent Documents) with improved distributed Bragg reflectors (DBR). 2). Although these have the feature of having a large wavelength variable width and switching wavelengths at high speed, they still have problems in long-term reliability including wavelength stability.

また、もう一つの構成に、異なる波長で発振する分布帰還(DFB)型レーザをアレイ状に並べた光源群と光合波器を集積したものも開発されている(非特許文献3、以下、波長可変DFBレーザアレイと呼ぶ)。この波長可変DFBレーザアレイは、DFBレーザアレイの中から使用するレーザを一つ選択し、さらに、温度により発振波長をチューニングすることによって、所望の波長の光を出力するというものである。この光源は、上記のDBR型の波長可変光源に比べて、高速に波長を切り替えることはできないものの、実用実績のあるDFBレーザを用いているので、送信システムでは重要な長期安定性に優れているという特長を持っている。   In another configuration, a light source group in which distributed feedback (DFB) lasers oscillating at different wavelengths are arranged in an array and an optical multiplexer are integrated (Non-Patent Document 3, hereinafter, wavelength). Called a variable DFB laser array). In this wavelength tunable DFB laser array, one laser to be used is selected from the DFB laser array, and light of a desired wavelength is output by tuning the oscillation wavelength according to temperature. Although this light source cannot switch the wavelength at a high speed as compared with the above-mentioned DBR type wavelength tunable light source, it uses a DFB laser with a proven track record, and therefore has excellent long-term stability that is important in a transmission system. It has the feature.

Y.Tohmori et al.,“Broad-range Wavelength Tuning in DBR Lasers with Super Structure Grating(SSG)",IEEE Photonics Technology Letters,vol.5,No.2,pp.126-129,1993Y. Tohmori et al., “Broad-range Wavelength Tuning in DBR Lasers with Super Structure Grating (SSG)”, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 5, No. 2, pp. 126-129, 1993 V.Jayaraman et al.,“Extended Tuning Range in Sampled Grating DBR Lasers",IEEE Photonics Technology Letters,vol.5,No.5,pp.489-491,1993V. Jayaraman et al., “Extended Tuning Range in Sampled Grating DBR Lasers”, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 5, No. 5, pp. 489-491, 1993 H.Oohashi et al.,“46.9-nm Wavelength-Selectable Arrayed DFB Lasers with Integrated MMI Coupler and SOA",2001 International Conference on IndiumPhosphide and Related Materials(13thIPRM),FB1-2,pp.575-578,2001H.Oohashi et al., “46.9-nm Wavelength-Selectable Arrayed DFB Lasers with Integrated MMI Coupler and SOA”, 2001 International Conference on IndiumPhosphide and Related Materials (13thIPRM), FB1-2, pp.575-578,2001 M.Kohtoku et al.,“Polarization-independent InP arrayed waveguide grating filter using deep ridge waveguide structure",CLEO/Pacific Rim'97,pp.284-285,1997M. Kohtoku et al., “Polarization-independent InP arrayed waveguide grating filter using deep ridge waveguide structure”, CLEO / Pacific Rim'97, pp.284-285, 1997 M.Kohtoku et al.,“Packaged Polarization-Insensitive WDM Monitorwith Low Loss(7.3dB)and Wide Tuning Range(4.5nm)",IEEE Photonics Technology Letters,vol.10,No.11,pp.l614-1616,1998M. Kohtoku et al., “Packaged Polarization-Insensitive WDM Monitor with Low Loss (7.3 dB) and Wide Tuning Range (4.5 nm)”, IEEE Photonics Technology Letters, vol. 10, No. 11, pp.l614-1616, 1998 先端光エレクトロニクスシリーズ8 光集積デバイス 小林 功郎著 共立出版株式会社Advanced Optical Electronics Series 8 Optical Integrated Devices by Isao Kobayashi Kyoritsu Publishing Co., Ltd. J.G.Mendoza-Alvarez,“Analysis of depletion edge translation lightwave modulators",J.of Lightwave Technology,vol.6,No.6,pp.798-808,1988J.G.Mendoza-Alvarez, “Analysis of depletion edge translation lightwave modulators”, J.of Lightwave Technology, vol.6, No.6, pp.798-808, 1988

しかしながら、波長可変DFBレーザアレイにおいて、波長可変幅を広げるには、DFBレーザ一つ一つがカバーする波長範囲を広げる、すなわち、温度変化量を増やす、あるいは、アレイを構成するレーザ数を増やす、または、これらの組み合わせが考えられる。   However, in the wavelength tunable DFB laser array, in order to widen the wavelength tunable width, the wavelength range covered by each DFB laser is expanded, that is, the temperature change amount is increased, or the number of lasers constituting the array is increased, or Combinations of these are possible.

温度変化量を増やす方法は、特に高温側でレーザの特性劣化を招くため限界がある。
また一方、レーザ数を増やす場合には、必然的に光合波器の入力ポート数が増えることになるが、従来、波長可変DFBレーザアレイの光合波器として用いられている多モード干渉型(MMI)カプラは、光スターカプラの一種であり、入力ポート数が増えると、原理的に合波損が上昇してしまう(例えば、8ポートで、原理損は9dB、16ポートで12dB)。このことは、結果的に波長可変DFBレーザアレイの光出力パワーを低下させてしまうという問題を引き起こしてしまう。
The method of increasing the temperature change amount has a limit because it causes deterioration of the laser characteristics particularly on the high temperature side.
On the other hand, when the number of lasers is increased, the number of input ports of the optical multiplexer is inevitably increased. However, a multimode interference type (MMI) conventionally used as an optical multiplexer of a wavelength tunable DFB laser array. ) A coupler is a kind of optical star coupler. As the number of input ports increases, the coupling loss increases in principle (for example, 8 ports, the principle loss is 9 dB, 16 ports is 12 dB). This results in a problem that the optical output power of the wavelength tunable DFB laser array is lowered as a result.

そこで、光合波損を低減する方法として、MMIカプラに替えて波長合分波器であるアレイ導波路格子を用いることが考えられる(アレイ導波路格子では、入力ポート数が増えても原理損が増えることはない)。   Therefore, as a method for reducing the optical multiplexing loss, it is conceivable to use an arrayed waveguide grating, which is a wavelength multiplexing / demultiplexing device, instead of the MMI coupler (in the arrayed waveguide grating, the principle loss is reduced even if the number of input ports increases. Will not increase).

アレイ導波路格子900は、図9に示すように、入力導波路910と、スラブ導波路920と、アレイ導波路930と、スラブ導波路940と、出力導波路950により構成されたものである。なお、アレイ導波路格子900の詳しい説明は、非特許文献6に記載されている。   As shown in FIG. 9, the arrayed waveguide grating 900 includes an input waveguide 910, a slab waveguide 920, an arrayed waveguide 930, a slab waveguide 940, and an output waveguide 950. A detailed description of the arrayed waveguide grating 900 is described in Non-Patent Document 6.

半導体ベースのアレイ導波路格子でも過剰損としては、報告されているものでせいぜい3dB程度(非特許文献4)であり、伝搬損失を含めた半導体アレイ導波路格子トータルの光ロスとしては、6−8dB程度のものが実現可能である。よって、8つ程度以上のレーザ数を用いる場合には、光ロスの観点からは、半導体アレイ導波路格子を用いるメリットがあることになる。   Even in the case of a semiconductor-based arrayed waveguide grating, the excess loss is reported to be about 3 dB (Non-Patent Document 4), and the total optical loss including the propagation loss is 6- A thing of about 8 dB is realizable. Therefore, when using about 8 or more lasers, there is a merit of using the semiconductor array waveguide grating from the viewpoint of optical loss.

また、温度変化に対するDFBレーザの発振波長の変化率は、非特許文献3に記載のように約1Å/℃であり、半導体アレイ導波路格子の温度変化に対する透過帯域の中心波長の変化率も、非特許文献5にあるように同じく約1Å/℃である。すなわち、温度を変えて波長可変DFBレーザアレイの発振波長をチューニングさせても、半導体アレイ導波路の透過帯域中心波長がそれに同期して動くことになるので(温度変化によりDFBレーザの発振波長と半導体アレイ導波路格子の透過帯域中心波長が相対的にずれ出して、光出力パワーが落ちたり、最悪の場合光が出てこなくなったりはしない)、DFBレーザアレイと同一基板上に光合波器として半導体アレイ導波路格子を用いた場合でも、波長可変DFBレーザアレイの動作には問題ない(なお、石英系のアレイ導波路格子の温度変化に対する透過帯域中心波長の変化率は、半導体系に比べて一桁小さく、このような使用には適さない)。   Further, the change rate of the oscillation wavelength of the DFB laser with respect to the temperature change is about 1 mm / ° C. as described in Non-Patent Document 3, and the change rate of the center wavelength of the transmission band with respect to the temperature change of the semiconductor array waveguide grating is also As in Non-Patent Document 5, it is also about 1 Å / ° C. That is, even if the oscillation wavelength of the wavelength tunable DFB laser array is tuned by changing the temperature, the center wavelength of the transmission band of the semiconductor array waveguide moves in synchronization with this (the oscillation wavelength of the DFB laser and the semiconductor are changed by the temperature change). The center wavelength of the transmission band of the arrayed waveguide grating shifts relatively, and the optical output power does not drop or the light does not come out in the worst case.) Semiconductor as an optical multiplexer on the same substrate as the DFB laser array Even when an arrayed waveguide grating is used, there is no problem in the operation of the wavelength tunable DFB laser array (Note that the rate of change of the transmission band center wavelength with respect to the temperature change of the quartz-based arrayed waveguide grating is smaller than that of the semiconductor system. It is an order of magnitude smaller and is not suitable for such use).

ところが、デバイス作製時において、ある温度におけるDFBレーザの発振波長とそのDFBレーザが接続されている半導体アレイ導波路格子の入力ポートからの透過帯域中心波長を完全に合致させることは、かなり難しい。このことは、波長可変DFBレーザアレイの歩留まりを著しく低下させる要因となる。   However, at the time of device fabrication, it is quite difficult to completely match the oscillation wavelength of the DFB laser at a certain temperature with the transmission band center wavelength from the input port of the semiconductor array waveguide grating to which the DFB laser is connected. This is a factor that significantly reduces the yield of the wavelength tunable DFB laser array.

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたもので、その主たる目的は、波長可変DFBレーザアレイの光合波器に半導体アレイ導波路格子を用いることによって、デバイス内部の光ロスの低減を図り、かつ、使用する半導体アレイ導波路格子に透過帯域中心波長のトリミング機構を備えさせることにより、デバイス作製後でもDFBレーザの発振波長とそのDFBレーザが接続されている半導体アレイ導波路格子の入力ポートからの透過帯域の中心波長を完全に合致させることを可能にし、長期信頼性に優れ、波長可変幅が広く、高出力、低消費電力の波長可変光源を歩留まり長く提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its main purpose is to reduce the optical loss inside the device by using a semiconductor array waveguide grating in the optical multiplexer of the wavelength tunable DFB laser array, In addition, by providing the semiconductor array waveguide grating to be used with a trimming mechanism for the center wavelength of the transmission band, the oscillation wavelength of the DFB laser and the input port of the semiconductor array waveguide grating to which the DFB laser is connected can be obtained even after device fabrication. It is possible to perfectly match the center wavelength of the transmission band, provide a wavelength tunable light source with excellent long-term reliability, wide wavelength tunable width, high output and low power consumption for a long time.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1記載の発明は、
異なる発振波長を持つ複数の半導体レーザ素子それぞれが、半導体アレイ導波路格子の各入力導波路に一つずつ接続され、
前記半導体アレイ導波路格子の導波路が、半導体基板上に順次、第一のn型半導体クラッド層、ノンドープの半導体コア層、第二のn型半導体クラッド層が積層された層構造を持つとともに、
前記第一のn型半導体クラッド層の少なくとも一部、もしくは、前記第二のn型半導体クラッド層の少なくとも一部、または、前記第一、及び、第二のn型半導体クラッド層両方の少なくとも一部に、半絶縁性の半導体層が挿入され、
前記半絶縁性の半導体層を介して前記半導体コア層に電界印加する電極が形成されていることを特徴とする。
In order to achieve such an object, the present invention described in claim 1
Each of a plurality of semiconductor laser elements having different oscillation wavelengths is connected to each input waveguide of the semiconductor array waveguide grating,
The waveguide of the semiconductor array waveguide grating has a layer structure in which a first n-type semiconductor cladding layer, a non-doped semiconductor core layer, and a second n-type semiconductor cladding layer are sequentially stacked on a semiconductor substrate,
At least a part of the first n-type semiconductor cladding layer, at least a part of the second n-type semiconductor cladding layer, or at least one of both the first and second n-type semiconductor cladding layers. A semi-insulating semiconductor layer is inserted in the part,
An electrode for applying an electric field to the semiconductor core layer through the semi-insulating semiconductor layer is formed.

請求項2の発明は、請求項1記載の発明において、
前記電極が前記半導体アレイ導波路格子のアレイ導波路上に形成され、しかも、前記電極は、アレイ導波路間ですべて長さが異なり、且つ、隣り合うアレイ導波路間ではある一定の長さが異なるように配されていることを特徴とする。
The invention of claim 2 is the invention of claim 1,
The electrodes are formed on the arrayed waveguide of the semiconductor arrayed waveguide grating, and the electrodes are all different in length between the arrayed waveguides, and have a certain length between adjacent arrayed waveguides. It is characterized by being arranged differently.

請求項3の発明は、請求項1記載の発明において、
前記電極が前記半導体アレイ導波路格子のアレイ導波路上に形成され、しかも、前記電極は、アレイ導波路間ですべて長さが同一で、且つ、アレイ導波路間では電気的に分離されて配されていることを特徴とする。
The invention of claim 3 is the invention of claim 1,
The electrodes are formed on the arrayed waveguide of the semiconductor arrayed waveguide grating, and the electrodes are all the same length between the arrayed waveguides and are electrically separated between the arrayed waveguides. It is characterized by being.

請求項4の発明は、請求項2乃至3のいずれかに記載の発明において、
前記アレイ導波路において、前記電極が配されている部分が直線導波路となっていることを特徴とする。
The invention of claim 4 is the invention according to any one of claims 2 to 3,
In the arrayed waveguide, a portion where the electrode is arranged is a straight waveguide.

請求項5の発明は、請求項4記載の発明において、
前記半導体基板が(100)面方位を有し、前記直線導波路が[0AA]方位、あるいは、[01A]方位に平行であることを特徴とする。
The invention of claim 5 is the invention of claim 4,
The semiconductor substrate has a (100) plane orientation, and the linear waveguide is parallel to a [0AA] orientation or a [01A] orientation.

請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、
前記半導体アレイ導波路格子を形成する導波路がハイメサ構造であることを特徴とする。
The invention of claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5,
The waveguide forming the semiconductor arrayed waveguide grating has a high mesa structure.

請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、
前記半導体レーザ素子が、分布帰還型レーザ、または、分布ブラッグ反射型レーザであることを特徴とする。
The invention of claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor laser element is a distributed feedback laser or a distributed Bragg reflection laser.

本発明による波長可変光源では、光合波器にアレイ導波路格子を用いているため、ポート数が増えた場合でも原理損の上昇はなく、かつ、このアレイ導波路格子は透過帯域の中心波長のトリミング機構を備えているので、広波長可変幅、高出力、低消費電力の波長可変光源を歩留まりよく提供することが可能となる。   Since the wavelength tunable light source according to the present invention uses an arrayed waveguide grating in the optical multiplexer, even if the number of ports is increased, there is no increase in the principle loss, and this arrayed waveguide grating has the center wavelength of the transmission band. Since the trimming mechanism is provided, it is possible to provide a wavelength variable light source having a wide wavelength variable width, high output, and low power consumption with a high yield.

以下、本発明の実施形態について、図1を参照して説明する。
図1は、従来の波長可変DFBレーザアレイにおける光合波器を、MMIカプラから半導体アレイ導波路格子に替えた場合の構成を示している。即ち、本発明の実施の形態に係る波長可変光源100は、DFBレーザアレイ110に、半導体アレイ導波路格子120を接続して構成している。このDFBレーザアレイ110と、半導体アレイ導波路格子120は、基板101上で集積して形成したものである。
DFBレーザアレイ110は、8個の(ch.1からch.8の)DFBレーザ(半導体レーザ素子)により構成されており、図中で一番上のDFBレーザをch.1、図中で一番下のDFBレーザをch.8としている。
また、半導体アレイ導波路格子120は、入力導波路121と、スラブ導波路122と、アレイ導波路123と、スラブ導波路124と、出力導波路125とで構成されている。8本の入力導波路121の各入力ポートのうち、図中で一番上をInput1としており、図中で一番下をInput8としている。また8本の出力導波路125の各出力ポートのうち、図中で一番上をOutput1としており、図中で一番下をOutput8としている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a configuration in the case where the optical multiplexer in the conventional wavelength tunable DFB laser array is changed from an MMI coupler to a semiconductor array waveguide grating. That is, the wavelength tunable light source 100 according to the embodiment of the present invention is configured by connecting the semiconductor array waveguide grating 120 to the DFB laser array 110. The DFB laser array 110 and the semiconductor array waveguide grating 120 are formed by being integrated on the substrate 101.
The DFB laser array 110 is composed of eight (ch.1 to ch.8) DFB lasers (semiconductor laser elements), and the top DFB laser in the figure is the ch.1 in the figure. The bottom DFB laser is ch.8.
The semiconductor array waveguide grating 120 includes an input waveguide 121, a slab waveguide 122, an arrayed waveguide 123, a slab waveguide 124, and an output waveguide 125. Among the input ports of the eight input waveguides 121, the top in the figure is Input1, and the bottom in the figure is Input8. Among the output ports of the eight output waveguides 125, the top in the figure is Output1, and the bottom in the figure is Output8.

ch.1からch.8の各DFBレーザは、半導体アレイ導波路格子120の入力ポートInput1からInput8にそれぞれ順に接続されている(ch.1はInput1に、ch.8はInput8というように、順に接続されている)。DFBレーザアレイ110の発振波長は、例えば、25℃でch.1からch.8までそれぞれ1550nm、1553nm、1556nm、1559nm、1562nm、1565nm、1568nm、1571nmと設計する。また、半導体アレイ導波路格子120についても、上記発振波長に合わせて、表2のようにチャネル間隔を3nmとし、自由スペクトルレンジ(FSR)は8チャネル分(24nm)以上、ここでは、16チャネル分で設計する(中心側のポートと外側のポートとの光ロスの差を減らすにはFSRをある程度大きく取った方が良い)。   The DFB lasers of ch.1 to ch.8 are connected in order to the input ports Input1 to Input8 of the semiconductor array waveguide grating 120 (ch.1 is input1 and ch.8 is Input8, in order). It is connected). The oscillation wavelengths of the DFB laser array 110 are designed to be 1550 nm, 1553 nm, 1556 nm, 1559 nm, 1562 nm, 1565 nm, 1568 nm, and 1571 nm, respectively, from ch. The semiconductor arrayed waveguide grating 120 also has a channel spacing of 3 nm as shown in Table 2 according to the oscillation wavelength, and has a free spectral range (FSR) of 8 channels (24 nm) or more, here 16 channels. (To reduce the difference in optical loss between the center port and the outer port, it is better to make the FSR larger to some extent).

Figure 2007134480
Figure 2007134480

DFBレーザアレイ110、半導体アレイ導波路格子120ともに設計通りに作製できたとすれば、25℃でch.1からch.8のうち、どのDFBレーザを発振させても、表2を見れば分かるとおり、半導体アレイ導波路格子120の出力ポートのOutput4より出力することができる。   Assuming that both the DFB laser array 110 and the semiconductor array waveguide grating 120 can be manufactured as designed, any DFB laser from ch.1 to ch.8 can be oscillated at 25 ° C. as shown in Table 2. The output can be output from Output 4 of the output port of the semiconductor arrayed waveguide grating 120.

また、上に列記された波長以外の出力波長を得るためには、使うDFBレーザを選択した後、さらに、温度を変える。DFBレーザの発振波長の温度依存性は、約1Å/℃であるので、例えば、1551nmの波長を得たければ、まずch.1を駆動し、温度を35℃(25℃から10℃上昇させることで、1550nmから1551nmに1nm長波側に発振波長が変化)に設定すればよい。
また、半導体アレイ導波路格子120の透過帯域の中心波長の温度依存性も約1Å/℃であるので、35℃でのInput1(DFBレーザch.1が接続)からOutput4の透過帯域の中心波長は、1551nmとなる。
In order to obtain an output wavelength other than those listed above, the temperature is further changed after the DFB laser to be used is selected. Since the temperature dependence of the oscillation wavelength of the DFB laser is about 1 mm / ° C., for example, to obtain a wavelength of 1551 nm, ch.1 is first driven and the temperature is increased by 35 ° C. (from 25 ° C. to 10 ° C.). Therefore, the oscillation wavelength may be changed from 1550 nm to 1551 nm on the 1 nm long wave side.
The temperature dependence of the center wavelength of the transmission band of the semiconductor arrayed waveguide grating 120 is also about 1 mm / ° C., so the center wavelength of the transmission band from Input 1 (connected to DFB laser ch.1) at 35 ° C. is , 1551 nm.

すなわち、所望の発振波長を得るために温度制御を加えても、半導体アレイ導波路格子120の透過帯域の中心波長もそれに同調して動くので、設定波長によって光出力パワーが変動したり、出力できなくなったりはしない(アレイ導波路格子の透過帯域中心波長からはずれると透過率が低下する、また、チャネル間隔以上にまでなると出力されない)。   That is, even if temperature control is applied to obtain a desired oscillation wavelength, the center wavelength of the transmission band of the semiconductor arrayed waveguide grating 120 also moves in synchronization therewith, so that the optical output power can be varied or output depending on the set wavelength. It does not disappear (transmittance decreases when the wavelength is out of the transmission band center wavelength of the arrayed waveguide grating, and is not output when the channel spacing is exceeded).

よって、DFBレーザアレイ110と半導体アレイ導波路格子120を同一基板101上に集積した構成でも(同じ環境温度にさらされることになる)、それぞれが設計通りに作製できれば、波長可変光源100として機能することがわかる。   Therefore, even if the DFB laser array 110 and the semiconductor array waveguide grating 120 are integrated on the same substrate 101 (exposed to the same environmental temperature), they can function as the wavelength tunable light source 100 if they can be manufactured as designed. I understand that.

なお、使用温度範囲を20℃から50℃とすれば、ch.1は、波長1549.5nmから1552.5nmをカバーし、ch.2は、波長1552.5nmから1555.5nmをカバーするというように、DFBアレイ110全体では、1549.5nmから1573.5nmまでのすべての波長をカバーすることが可能である。   If the operating temperature range is 20 ° C. to 50 ° C., ch.1 covers the wavelength 1549.5 nm to 1552.5 nm, and ch.2 covers the wavelength 1552.5 nm to 1555.5 nm. In addition, the entire DFB array 110 can cover all wavelengths from 1549.5 nm to 1573.5 nm.

しかし、実際には、デバイス作製時のエラー等により、DFBレーザの発振波長と半導体アレイ導波路格子120の透過帯域の中心波長が設計値よりずれてしまうことがある。もし、DFBレーザの発振波長と半導体アレイ導波路格子120の透過帯域の中心波長の設計値からのずれ量が同じで相対的な関係が崩れなければ、温度により波長可変光源100の出力波長の補正は可能であるが、相対的な関係が崩れてしまった場合には、光出力パワーの低下を招き、結果的に素子の歩留まりを悪くしてしまう。
これを避けるためには、たとえ素子作製後に、DFBレーザの発振波長と半導体アレイ導波路格子120の透過帯域の中心波長が、相対的にずれていたとしてもそれを補償する手段が必要となる。
However, actually, the oscillation wavelength of the DFB laser and the center wavelength of the transmission band of the semiconductor array waveguide grating 120 may deviate from the design value due to an error during device fabrication. If the amount of deviation from the design value of the center wavelength of the transmission wavelength of the DFB laser and the transmission band of the semiconductor arrayed waveguide grating 120 is the same and the relative relationship does not break, the output wavelength of the wavelength tunable light source 100 is corrected according to temperature. However, if the relative relationship is broken, the optical output power is lowered, resulting in a deterioration in the device yield.
In order to avoid this, even if the oscillation wavelength of the DFB laser and the center wavelength of the transmission band of the semiconductor array waveguide grating 120 are relatively shifted after the device is manufactured, a means for compensating for it is necessary.

本発明では、その方法として、半導体アレイ導波路格子の透過帯域を素子作製後でもDFBレーザの発振波長に合わせて調整できる機構を具備させることを特徴としている。   In the present invention, the method is characterized in that a mechanism capable of adjusting the transmission band of the semiconductor arrayed waveguide grating according to the oscillation wavelength of the DFB laser even after the device is manufactured is provided.

ここで本発明の実施例1を説明する。
アレイ導波路格子における中心入力ポートから中心出力ポートの透過帯域の中心波長は、

Figure 2007134480
で表される。 A first embodiment of the present invention will now be described.
The center wavelength of the transmission band from the center input port to the center output port in the arrayed waveguide grating is
Figure 2007134480
It is represented by

ここで、λは中心波長、neqはアレイ導波路の等価屈折率、ΔLは隣り合うアレイ導波路の長さの差、mは回折次数である。よって、アレイ導波路格子の特性として、上式よりneqを変化させることで透過帯域の中心波長を変化させることができることを示している。
例えば、0.0001の等価屈折率の変化で中心波長を0.08ナノメートル(10GHz)程度変化させることができる。
Here, λ is the center wavelength, n eq is the equivalent refractive index of the arrayed waveguide, ΔL is the difference in length between adjacent arrayed waveguides, and m is the diffraction order. Therefore, it is shown that the center wavelength of the transmission band can be changed by changing n eq as the characteristic of the arrayed waveguide grating.
For example, the center wavelength can be changed by about 0.08 nanometer (10 GHz) by changing the equivalent refractive index of 0.0001.

図2は、上述のような半導体アレイ導波路格子の透過帯域中心波長の調整を実現する導波路構造の断面図を示したものである。
導波路は、図2(a)に示すように、ハイメサ導波路構造となっており、その層構造は、InP基板101上に、n型InPクラッド層102(第1のn型半導体クラッド層)、バンドギャップ波長が1.05ミクロンで厚さ0.5ミクロンのノンドープのInGaAsPコア層103(半導体コア層)、半絶縁(SI)型InP層104(半絶縁性の半導体層)、n型InPクラッド層105(第2のn型半導体クラッド層)が、順次積層されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a waveguide structure that realizes the adjustment of the center wavelength of the transmission band of the semiconductor arrayed waveguide grating as described above.
As shown in FIG. 2A, the waveguide has a high mesa waveguide structure, and the layer structure is an n-type InP clad layer 102 (first n-type semiconductor clad layer) on an InP substrate 101. A non-doped InGaAsP core layer 103 (semiconductor core layer) having a band gap wavelength of 1.05 microns and a thickness of 0.5 microns, a semi-insulating (SI) type InP layer 104 (semi-insulating semiconductor layer), an n-type InP A clad layer 105 (second n-type semiconductor clad layer) is sequentially stacked.

また図2(b)に示すように、アレイ導波路の一部には、InGaAsPコア層103に対して電界印加できるように、電極106がn型InPクラッド層105の上に形成されている。この電極106は、半絶縁性の半導体層である半絶縁(SI)型InP層104を介して、InGaAsPコア層103に対して電界印加をする。また、電極107はn型InPクラッド層102上に形成され、接地されている。   As shown in FIG. 2B, an electrode 106 is formed on the n-type InP cladding layer 105 so that an electric field can be applied to the InGaAsP core layer 103 in a part of the arrayed waveguide. The electrode 106 applies an electric field to the InGaAsP core layer 103 through a semi-insulating (SI) InP layer 104 which is a semi-insulating semiconductor layer. The electrode 107 is formed on the n-type InP cladding layer 102 and grounded.

図3には、本発明の実施例1に係わる波長可変光源100−1の上面図を示している。DFBレーザアレイ110と、上述の導波路を用いた透過波長トリミング機能付きアレイ導波路格子120−1が、InP基板101上で集積されている。   FIG. 3 shows a top view of the wavelength tunable light source 100-1 according to the first embodiment of the present invention. A DFB laser array 110 and an arrayed waveguide grating 120-1 with a transmission wavelength trimming function using the above-described waveguide are integrated on an InP substrate 101.

また、図中の電極106は、アレイ導波路間で短絡させている。すなわち、電極付き導波路間では、同一の電界がコア層103に印加されることになる。
また、電極107は、第1の半導体クラッド層(n型InPクラッド層)102とコンタクトが取られており、上述のように接地されている。
Further, the electrode 106 in the figure is short-circuited between the arrayed waveguides. That is, the same electric field is applied to the core layer 103 between the waveguides with electrodes.
The electrode 107 is in contact with the first semiconductor clad layer (n-type InP clad layer) 102 and is grounded as described above.

なお、電極付き導波路部と電極無し導波路部の間は、n型InPクラッド層105の一部をエッチング除去して形成した分離溝131,132等によって、電気的絶縁が図られている。   In addition, electrical insulation is achieved between the waveguide portion with electrode and the waveguide portion without electrode by separation grooves 131 and 132 formed by removing a part of the n-type InP cladding layer 105 by etching.

これにより、電極付き導波路部のコア層104のみに効率よく電界印加ができる。また、電極付きの導波路部は直線になっており、[0AA]方向、もしくは、[01A]方向に平行になるよう配されている。   As a result, an electric field can be efficiently applied only to the core layer 104 of the waveguide portion with electrodes. Moreover, the waveguide part with an electrode is a straight line, and is arranged to be parallel to the [0AA] direction or the [01A] direction.

電極106に負のバイアスVbを印加した場合のバンドダイヤグラムを図4に示す。図4に示す通りSI型InP層104が電子のブロック層として働くため、電流は流れず、InGaAsPコア層103に効率よく電界が掛かることがわかる。このとき、InGaAsPコア層103には、ポッケルス効果により、基板と垂直な方向([100]方向)の電界Eb(=Vb/コア層)に対して、

Figure 2007134480
で表される屈折率変化を誘起する(非特許文献7参照)。 FIG. 4 shows a band diagram when a negative bias V b is applied to the electrode 106. As shown in FIG. 4, since the SI type InP layer 104 works as an electron blocking layer, no current flows, and it can be seen that an electric field is efficiently applied to the InGaAsP core layer 103. At this time, the InGaAsP core layer 103 has an electric field E b (= V b / core layer) in a direction perpendicular to the substrate ([100] direction) due to the Pockels effect.
Figure 2007134480
Is induced (see Non-Patent Document 7).

ここで、n0は材料の屈折率、γ41はポッケルス定数である。また、+符号は[0AA]方向に平行に光が伝搬する場合で、−符号は[01A]方向に平行に光が伝搬する場合である。なお、ポッケルス定数は負の値を取る。
よって、電極付き導波路部を[0AA]方向に平行に配すれば、電界印加により屈折率変化は負となり、[01A]方向に平行に配すれば、逆に屈折率変化は正となる。(なお、ここでは、(100)基板を元に説明したが、(001)基板でも同様であり、[100]方向は[001]方向、[0AA]方向は[110]、[01A]方向は[A10]方向に置き換えて考えてやればよい。)この効果は、TEモードに対してのみ作用するが、DFBレーザもTEモードで発振するため問題はない。
Here, n 0 is the refractive index of the material, and γ 41 is the Pockels constant. The + sign indicates a case where light propagates parallel to the [0AA] direction, and the-sign indicates a case where light propagates parallel to the [01A] direction. The Pockels constant takes a negative value.
Therefore, if the waveguide portion with electrodes is arranged in parallel to the [0AA] direction, the refractive index change becomes negative due to the application of an electric field, and if arranged in parallel to the [01A] direction, the refractive index change becomes positive. (Here, the description is based on the (100) substrate, but the same applies to the (001) substrate. The [100] direction is the [001] direction, the [0AA] direction is [110], and the [01A] direction is This effect can only be applied to the TE mode, but there is no problem because the DFB laser also oscillates in the TE mode.

図3中の隣り合うアレイ導波路の関係を図5に示す。Le,i+1,Le,iは電極付き導波路の長さ、L0,i+1,L0,iは電極無し導波路の長さ、n1は電極付き導波路における電界印加等の等価屈折率であり、n0は電極無し導波路の等価屈折率である。 FIG. 5 shows the relationship between adjacent arrayed waveguides in FIG. L e, i + 1 , L e, i are the lengths of the waveguides with electrodes, L 0, i + 1 , L 0, i are the lengths of the waveguides without electrodes, and n 1 is the electric field application in the waveguides with electrodes. Where n 0 is the equivalent refractive index of the electrodeless waveguide.

アレイ導波路格子の位相整合条件の一般式を示すと、

Figure 2007134480
と変形される。右辺第一項は、無電界時の透過帯域の中心波長を示しており、第二項は、電界印加による中心波長の変化量を示している。 The general expression for the phase matching condition of the arrayed waveguide grating is
Figure 2007134480
And transformed. The first term on the right side shows the center wavelength of the transmission band when there is no electric field, and the second term shows the amount of change in the center wavelength due to the electric field application.

例えば、電極付き直線導波路部を[0AA]方向に平行に配した場合を考えてみる。この場合、負のバイアスVbに対して、InGaAsPコア層103の屈折率変化は(2)式より負である。よって、電界印加時には、(n1−n0)は負となる。そこで、ΔLeを負にとった場合(アレイ導波路がΔLずつ長くなるに従って、電極付き導波路が短くなる)、電界印加によって半導体アレイ導波路格子120−1の透過帯域中心波長は、無電界時に比べ長波側へシフトさせることができる。よって、半導体アレイ導波路格子120−1の透過帯域中心波長がDFBレーザの発振波長に対して短波側へずれていた場合は補償可能範囲となる。 For example, consider the case where the linear waveguide portion with electrodes is arranged in parallel to the [0AA] direction. In this case, the refractive index change of the InGaAsP core layer 103 is negative according to the equation (2) with respect to the negative bias V b . Therefore, (n 1 −n 0 ) is negative when an electric field is applied. Therefore, when ΔL e is negative (the waveguide with electrode becomes shorter as the array waveguide becomes longer by ΔL), the transmission band center wavelength of the semiconductor array waveguide grating 120-1 by the electric field application It can be shifted to the long wave side compared to sometimes. Therefore, when the transmission band center wavelength of the semiconductor arrayed waveguide grating 120-1 is shifted to the short wavelength side with respect to the oscillation wavelength of the DFB laser, the compensation range is obtained.

しかし、素子作製後に、必ずしも短波側へずれているとは限らない。ところが、半導体アレイ導波路格子120−1の出力ポートを複数本用意していればこの問題も回避できる。すなわち、例えば、半導体アレイ導波路格子120−1の出力ポートOutput4に対してDFBレーザの発振波長が長波側へずれていたとしても出力ポートOutput5に対しては短波側へずれていることになる。よって、素子の出力導波路をOutput5と決め、電界印加により出力が最大となるように微調整すればよい。   However, it is not always shifted to the short wave side after the device is manufactured. However, this problem can be avoided if a plurality of output ports of the semiconductor arrayed waveguide grating 120-1 are prepared. That is, for example, even if the oscillation wavelength of the DFB laser is shifted to the long wave side with respect to the output port Output 4 of the semiconductor arrayed waveguide grating 120-1, the output port Output 5 is shifted to the short wave side. Therefore, the output waveguide of the element may be determined as Output 5 and finely adjusted so as to maximize the output by applying an electric field.

なお、ΔLeを正にとった場合(アレイ導波路がΔLずつ長くなるに従って、電極付き導波路部が長くなる)、逆に電界印加によって半導体アレイ導波路格子120−1の透過帯域中心波長は、無電界時に比べ短波側へシフトさせることができる。この場合も半導体アレイ導波路格子120−1の出力ポートを複数本用意し、DFBレーザの発振波長に対して、透過帯域中心波長が長波側へずれている出力ポートを用いればよく、電界印加により出力が最大となるように微調整すればよい。 When ΔL e is positive (the length of the waveguide with electrode increases as the length of the arrayed waveguide increases by ΔL), the transmission band center wavelength of the semiconductor arrayed waveguide grating 120-1 is reversed by applying an electric field. It can be shifted to the short wave side compared to when no electric field is applied. In this case as well, a plurality of output ports of the semiconductor arrayed waveguide grating 120-1 are prepared, and an output port whose transmission band center wavelength is shifted to the long wave side with respect to the oscillation wavelength of the DFB laser may be used. Fine adjustments may be made to maximize the output.

また、電極付き直線導波路を[01A]方向に平行に配した場合も同様な議論が成り立ち、[0AA]方向の場合との違いは、負のバイアスに対して、InGaAsPコア層103の屈折率変化が(2)式より正であるため、負のバイアスに対して透過帯域の中心波長の変化する方向が逆となる点である。なお、(4)式からわかるようにΔLeを大きく取ることで、屈折率変化は小さくて済む、言い換えれば、印加電界は小さくて済むということになる。 The same argument holds when the linear waveguide with electrodes is arranged in parallel to the [01A] direction. The difference from the case of the [0AA] direction is that the refractive index of the InGaAsP core layer 103 with respect to a negative bias. Since the change is positive from the equation (2), the direction in which the center wavelength of the transmission band changes is opposite to the negative bias. As can be seen from the equation (4), when ΔL e is increased, the refractive index change can be reduced, in other words, the applied electric field can be reduced.

また、本実施例のもう一つの大きな特徴は、半導体アレイ導波路格子120−1の層構造の中にp型層がない点である。p型層は、価電子帯バンド間遷移に起因する光吸収が大きく、半導体アレイ導波路格子120−1のように比較的大きなデバイスでは、大きな伝搬損失を伴うために、光出力パワーを弱めてしまう。このことは、せっかく光合波器に半導体アレイ導波路格子120−1を用いて、光合波損を低減しても、そのメリットを最大限生かせなくなってしまう。しかし、本実施例では、このような光ロスの増大を招くp型層を用いていないため、結果的に高出力の波長可変光源を得ることができる。   Another major feature of the present embodiment is that there is no p-type layer in the layer structure of the semiconductor arrayed waveguide grating 120-1. The p-type layer has a large light absorption due to the valence band interband transition, and a relatively large device such as the semiconductor array waveguide grating 120-1 involves a large propagation loss. End up. This means that even if the optical array loss is reduced by using the semiconductor array waveguide grating 120-1 in the optical multiplexer, the merit cannot be maximized. However, since this embodiment does not use such a p-type layer that causes an increase in optical loss, a high-output wavelength variable light source can be obtained as a result.

次に、本実施例の作製方法の概要を図6を用いて説明する。この例では、SI埋め込み構造DFBレーザと半導体アレイ導波路格子を集積する場合を示している。
まず、n型InP基板上に、DFBレーザの活性層を成長する。その後、グレーティング(回折格子)を形成した後に、p型InPクラッド層、及び、コンタクト層を成長する(図6(a))。
Next, an outline of a manufacturing method of this example will be described with reference to FIGS. In this example, an SI buried structure DFB laser and a semiconductor array waveguide grating are integrated.
First, an active layer of a DFB laser is grown on an n-type InP substrate. Thereafter, after forming a grating (diffraction grating), a p-type InP cladding layer and a contact layer are grown (FIG. 6A).

次に、DFBレーザアレイ部を残してDFBレーザの活性層までをエッチング除去し、アレイ導波路格子のコア層を再成長する(図6(b))。   Next, the DFB laser array part is left and the active layer of the DFB laser is removed by etching, and the core layer of the arrayed waveguide grating is regrown (FIG. 6B).

続いて、DFBレーザ部を埋め込み用にメサ加工する。(図6(c))。
そして、SI型InP、n型InP層で埋め込み再成長する。このとき、アレイ導波路格子では、電流ブロック層として機能するSI型InP層とn型InPクラッド層(第2の半導体クラッド層)がコア層の上に積層されることになる(図6(d))。
Subsequently, the DFB laser part is mesa processed for embedding. (FIG. 6C).
Then, buried regrowth is performed in the SI type InP and n type InP layers. At this time, in the arrayed waveguide grating, an SI type InP layer and an n type InP clad layer (second semiconductor clad layer) functioning as a current blocking layer are laminated on the core layer (FIG. 6D). )).

さらに、DFBレーザ部のn型InPをエッチング除去した後、アレイ導波路格子部のハイメサ導波路を形成する(図6(e))。
最後に、電極を形成すれば素子が完成する。
Further, after removing n-type InP of the DFB laser part by etching, a high mesa waveguide of the arrayed waveguide grating part is formed (FIG. 6E).
Finally, the device is completed when electrodes are formed.

なお、DFBレーザの構造はSI埋め込み構造に限定されるわけではなく、pn埋め込み型でも構わないし(ただし、アレイ導波路格子では、一旦、コア層上に積層されるpn埋め込み用のp型InP層、n型InP層をエッチング除去し、SI型InP層を積みなおす必要がある)、埋め込み構造ではなくリッジ構造等でも構わない。
また、DFBレーザである必要もなく、分布ブラッグ反射型(DBR型)の半導体レーザであってもよい。
The structure of the DFB laser is not limited to the SI buried structure, but may be a pn buried type (however, in an arrayed waveguide grating, a p-type InP layer for pn embedding once laminated on the core layer) It is necessary to remove the n-type InP layer by etching and restack the SI-type InP layer), and the ridge structure may be used instead of the buried structure.
Further, it is not necessary to be a DFB laser, and it may be a distributed Bragg reflection type (DBR type) semiconductor laser.

半導体アレイ導波路格子のコア層は、バルクとして説明したが、量子井戸構造であっても良い。また、SI型InP層104をInGaAsPコア層103と第2の半導体クラッド層105のn型InPとの間に挿入しているが、InGaAsPコア層103と第1の半導体クラッド層102のn型InPの間に挿入しても同様な効果が得られるし(ただし、印加電界の向きは逆としなければならない)、両方に挿入してももちろん構わない。   The core layer of the semiconductor arrayed waveguide grating has been described as a bulk, but may have a quantum well structure. Further, although the SI type InP layer 104 is inserted between the InGaAsP core layer 103 and the n type InP of the second semiconductor clad layer 105, the n type InP of the InGaAsP core layer 103 and the first semiconductor clad layer 102 is inserted. The same effect can be obtained even if it is inserted between them (however, the direction of the applied electric field must be reversed).

また、電極106,107と半導体との間に、コンタクト抵抗を下げるためInGaAs層やInGaAsP層等のコンタクト層を挿入した構造でも良い。
また、半導体基板に、この実施例のようにn型の基板101を用いていれば、図3の電極107をInP基板表面に形成することも可能である。
Further, a structure in which a contact layer such as an InGaAs layer or an InGaAsP layer is inserted between the electrodes 106 and 107 and the semiconductor in order to reduce the contact resistance may be employed.
If the n-type substrate 101 is used as the semiconductor substrate as in this embodiment, the electrode 107 in FIG. 3 can be formed on the surface of the InP substrate.

なお、本実施例では、InGaAsP/InP系の半導体材料を用いて説明したが、この材料系に限定されるものではなく、その他の化合物半導体を用いても構わない。   In this embodiment, an InGaAsP / InP semiconductor material is used for explanation. However, the present invention is not limited to this material system, and other compound semiconductors may be used.

このように、半導体アレイ導波路格子120−1が、素子作製後でも電圧印加によって透過帯域の中心波長を調整できる構造となっている。よって、DFBレーザアレイ110のDFBレーザの発振波長と、半導体アレイ導波路格子120−1の透過帯域の中心波長が、相対的にずれていたとしても、その補償ができ、長期信頼性に優れ、波長可変幅が広く、高出力、低消費電力の波長可変光源を歩留まり良く提供することができる。   As described above, the semiconductor arrayed waveguide grating 120-1 has a structure in which the center wavelength of the transmission band can be adjusted by applying a voltage even after the device is manufactured. Therefore, even if the oscillation wavelength of the DFB laser of the DFB laser array 110 and the center wavelength of the transmission band of the semiconductor array waveguide grating 120-1 are relatively shifted, the compensation can be performed, and the long-term reliability is excellent. A wavelength tunable light source having a wide wavelength tunable width, high output, and low power consumption can be provided with high yield.

実施例2と実施例1とでは、半導体アレイ導波路格子の電極の配し方でのみ異なる。よって、以下は、実施例2に係わる半導体アレイ導波路格子についてのみ説明する。   Example 2 and Example 1 differ only in the way of arranging the electrodes of the semiconductor arrayed waveguide grating. Therefore, only the semiconductor array waveguide grating according to the second embodiment will be described below.

図7は、本実施形態に係わる波長可変光源100−2の上面図を示している。各アレイ導波路123上の一部には、電極106が配され、その長さはアレイ導波路間ですべて同一である。また、電極106は、アレイ導波路間で電気的に分離されており、それぞれ独立の電界を印加できる構成となっている。
また、電極107は、第1の半導体クラッド層(n型InPクラッド層)102とコンタクトが取られており、かつ、接地されている。なお、電極付き導波路部と電極無し導波路部の間においても、n型InPクラッド層105の一部をエッチング除去して形成した分離溝131,132等によって、電気的絶縁が図られている。
FIG. 7 is a top view of the wavelength tunable light source 100-2 according to the present embodiment. An electrode 106 is disposed on a part of each arrayed waveguide 123, and the length thereof is the same between the arrayed waveguides. The electrodes 106 are electrically separated between the arrayed waveguides, and can be applied with independent electric fields.
The electrode 107 is in contact with the first semiconductor clad layer (n-type InP clad layer) 102 and is grounded. In addition, electrical insulation is also achieved between the waveguide portion with electrode and the waveguide portion without electrode by separation grooves 131 and 132 formed by removing a part of the n-type InP cladding layer 105 by etching. .

これにより、電極付き導波路部のコア層104のみに効率よく電界印加ができる。また、電極付きの導波路部は直線になっており、[0AA]方向、もしくは、[01A]方向に平行になるよう配されている。   As a result, an electric field can be efficiently applied only to the core layer 104 of the waveguide portion with electrodes. Moreover, the waveguide part with an electrode is a straight line, and is arranged to be parallel to the [0AA] direction or the [01A] direction.

ここで、隣り合うアレイ導波路の関係を図8に示す。Leは電極付き導波路の長さ、L0,i+1,L0,iは電極無し導波路の長さであり、L0,i+1−L0,i=ΔL(>0)とする。また、ni+1は(i+1)番目の電極付き導波路における電圧Vb,i+1印加時のそれぞれの等価屈折率であり、niはi番目の電極付き導波路における電圧Vb,i印加時の等価屈折率であり、n0は電極無し導波路の等価屈折率である。本実施例のアレイ導波路格子の位相整合条件の一般式を示すと、

Figure 2007134480
と変形される。 Here, the relationship between adjacent array waveguides is shown in FIG. L e is the length of the waveguide with electrode, L 0, i + 1 , L 0, i is the length of the waveguide without electrode, and L 0, i + 1 −L 0, i = ΔL (> 0) And N i + 1 is the equivalent refractive index when the voltage V b, i + 1 is applied to the (i + 1) th waveguide with an electrode, and n i is the voltage V b, This is the equivalent refractive index when i is applied, and n 0 is the equivalent refractive index of the waveguide without electrode. When the general formula of the phase matching condition of the arrayed waveguide grating of the present embodiment is shown,
Figure 2007134480
And transformed.

右辺第一項は、無電界時の透過帯域の中心波長を示しており、第二項は、電界印加による中心波長の変化量を示している。
例えば、電極付き直線導波路部を[0AA]方向に平行に配した場合を考えると、負のバイアス(Vb<0)に対して、InGaAsPコア層103の屈折率変化は(2)式より負となる。よって、アレイ導波路がΔLずつ長くなるに従って、バイアス値を大きくしたとすると、(|Vb,i+1|>|Vb,i|、すなわち、Vb,i+1<Vb,i)、(ni+1−ni)は負となるため、透過帯域中心波長を短波側へ変化させることができる。
逆に、アレイ導波路がΔLずつ長くなるに従って、バイアス値を小さくしたとすると、(|Vb,i+1|<|Vb,i|、すなわち、Vb,i+1>Vb,i)、今度は(ni+1−ni)が正となるため、透過帯域中心波長を長波側へ変化させることができる。
The first term on the right side shows the center wavelength of the transmission band when there is no electric field, and the second term shows the amount of change in the center wavelength due to the electric field application.
For example, considering the case where the linear waveguide portion with electrodes is arranged in parallel to the [0AA] direction, the change in the refractive index of the InGaAsP core layer 103 with respect to the negative bias (V b <0) Become negative. Therefore, if the bias value is increased as the arrayed waveguide becomes longer by ΔL, (| V b, i + 1 |> | V b, i |, that is, V b, i + 1 <V b, i ), (N i + 1 −n i ) is negative, the center wavelength of the transmission band can be changed to the short wave side.
Conversely, if the bias value is decreased as the arrayed waveguide becomes longer by ΔL, (| V b, i + 1 | <| V b, i |, that is, V b, i + 1 > V b, i ) Since (n i + 1 −n i ) is now positive, the center wavelength of the transmission band can be changed to the long wave side.

また、電極付き直線導波路を[01A]方向に平行に配した場合も同様な議論が成り立ち、負のバイアスに対して、InGaAsPコア層103の屈折率変化が(2)式より正であるため、アレイ導波路がΔLずつ長くなるに従って、バイアス値を大きくした場合、透過帯域中心波長は長波側へ変化し、小さくした場合は、短波側へ変化する。すなわち、[0AA]方向の場合との違いは、透過帯域中心波長の変化する方向が逆となる点である。   The same argument holds when the linear waveguide with electrodes is arranged in parallel to the [01A] direction, because the change in the refractive index of the InGaAsP core layer 103 is positive from the equation (2) with respect to a negative bias. When the bias value is increased as the array waveguide becomes longer by ΔL, the transmission band center wavelength changes to the long wave side, and when the bias value is reduced, it changes to the short wave side. That is, the difference from the [0AA] direction is that the direction in which the transmission band center wavelength changes is reversed.

以上説明したように、半導体アレイ導波路格子120−2が、素子作製後でも電圧印加によって透過帯域の中心波長を調整できる構造となっている。よって、DFBレーザアレイ110のDFBレーザの発振波長と、半導体アレイ導波路格子120−2の透過帯域の中心波長が、相対的にずれていたとしても、その補償ができ、長期信頼性に優れ、波長可変幅が広く、高出力、低消費電力の波長可変光源を歩留まり良く提供することができる。なお、本実施例では、半導体アレイ導波路格子120−2の透過帯域中心波長を長波長側へも短波長側へも調整可能であるという特徴を持っている。   As described above, the semiconductor arrayed waveguide grating 120-2 has a structure in which the center wavelength of the transmission band can be adjusted by applying a voltage even after the device is manufactured. Therefore, even if the oscillation wavelength of the DFB laser of the DFB laser array 110 and the center wavelength of the transmission band of the semiconductor array waveguide grating 120-2 are relatively deviated, the compensation can be performed, and the long-term reliability is excellent. A wavelength tunable light source having a wide wavelength tunable width, high output, and low power consumption can be provided with high yield. The present embodiment has a feature that the transmission band center wavelength of the semiconductor arrayed waveguide grating 120-2 can be adjusted to both the long wavelength side and the short wavelength side.

半導体アレイ導波路格子を用いた波長可変DFBレーザアレイを示す構造図。1 is a structural diagram showing a wavelength tunable DFB laser array using a semiconductor array waveguide grating. 本発明の実施例に係わるアレイ導波路格子の導波路構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the waveguide structure of the arrayed-waveguide grating | lattice concerning the Example of this invention. 本発明の実施例1に係わる波長可変光源を示す構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The block diagram which shows the wavelength variable light source concerning Example 1 of this invention. 電界印加時のバンドダイヤグラムを示す説明図。Explanatory drawing which shows the band diagram at the time of an electric field application. 本発明の実施例1に係わるアレイ導波路部の構成を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the structure of the arrayed waveguide part concerning Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係わる波長可変光源の作製方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the preparation methods of the wavelength variable light source concerning Example 1 of this invention. 本発明の実施例2に係わる波長可変光源を示す構成図。The block diagram which shows the wavelength variable light source concerning Example 2 of this invention. 本発明の実施例2に係わるアレイ導波路部の構成を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the structure of the arrayed waveguide part concerning Example 2 of this invention. アレイ導波路格子を示す構成図。The block diagram which shows an arrayed-waveguide grating | lattice.

符号の説明Explanation of symbols

100,100−1,100−2 波長可変光源
101 InP基板
102 n型InPクラッド層(第1の半導体クラッド層)
103 ノンドープのInGaAsPコア層(半導体コア層)
104 半絶縁(SI)型InP層(半絶縁性の半導体層)
105 n型InPクラッド層(第2の半導体クラッド層)
106,107 電極
110 DFBレーザアレイ
120,120−1,120−2 半導体アレイ導波路格子
121 入力導波路
122,124 スラブ導波路
123 アレイ導波路
125 出力導波路
131,132 分離溝
100, 100-1, 100-2 Variable wavelength light source 101 InP substrate 102 n-type InP cladding layer (first semiconductor cladding layer)
103 Non-doped InGaAsP core layer (semiconductor core layer)
104 Semi-insulating (SI) InP layer (semi-insulating semiconductor layer)
105 n-type InP cladding layer (second semiconductor cladding layer)
106, 107 electrode 110 DFB laser array 120, 120-1, 120-2 semiconductor array waveguide grating 121 input waveguide 122, 124 slab waveguide 123 array waveguide 125 output waveguide 131, 132 separation groove

Claims (7)

異なる発振波長を持つ複数の半導体レーザ素子それぞれが、半導体アレイ導波路格子の各入力導波路に一つずつ接続され、
前記半導体アレイ導波路格子の導波路が、半導体基板上に順次、第一のn型半導体クラッド層、ノンドープの半導体コア層、第二のn型半導体クラッド層が積層された層構造を持つとともに、
前記第一のn型半導体クラッド層の少なくとも一部、もしくは、前記第二のn型半導体クラッド層の少なくとも一部、または、前記第一、及び、第二のn型半導体クラッド層両方の少なくとも一部に、半絶縁性の半導体層が挿入され、
前記半絶縁性の半導体層を介して前記半導体コア層に電界印加する電極が形成されていることを特徴とする波長可変光源。
Each of a plurality of semiconductor laser elements having different oscillation wavelengths is connected to each input waveguide of the semiconductor array waveguide grating,
The waveguide of the semiconductor array waveguide grating has a layer structure in which a first n-type semiconductor cladding layer, a non-doped semiconductor core layer, and a second n-type semiconductor cladding layer are sequentially stacked on a semiconductor substrate,
At least a part of the first n-type semiconductor cladding layer, at least a part of the second n-type semiconductor cladding layer, or at least one of both the first and second n-type semiconductor cladding layers. A semi-insulating semiconductor layer is inserted in the part,
An electrode for applying an electric field to the semiconductor core layer through the semi-insulating semiconductor layer is formed.
前記電極が前記半導体アレイ導波路格子のアレイ導波路上に形成され、しかも、前記電極は、アレイ導波路間ですべて長さが異なり、且つ、隣り合うアレイ導波路間ではある一定の長さが異なるように配されていることを特徴とする請求項1に記載の波長可変光源。   The electrodes are formed on the arrayed waveguide of the semiconductor arrayed waveguide grating, and the electrodes are all different in length between the arrayed waveguides, and have a certain length between adjacent arrayed waveguides. The tunable light source according to claim 1, wherein the tunable light sources are arranged differently. 前記電極が前記半導体アレイ導波路格子のアレイ導波路上に形成され、しかも、前記電極は、アレイ導波路間ですべて長さが同一で、且つ、アレイ導波路間では電気的に分離されて配されていることを特徴とする請求項1に記載の波長可変光源。   The electrodes are formed on the arrayed waveguide of the semiconductor arrayed waveguide grating, and the electrodes are all the same length between the arrayed waveguides and are electrically separated between the arrayed waveguides. The tunable light source according to claim 1, wherein 前記アレイ導波路において、前記電極が配されている部分が直線導波路となっていることを特徴とする請求項2乃至請求項3のいずれかに記載の波長可変光源。   The wavelength tunable light source according to any one of claims 2 to 3, wherein a portion of the arrayed waveguide where the electrodes are arranged is a straight waveguide. 前記半導体基板が(100)面方位を有し、前記直線導波路が[0AA]方位、あるいは、[01A]方位に平行であることを特徴とする請求項4に記載の波長可変光源。
ただし、各方位は下表のように表記している。
Figure 2007134480
The wavelength tunable light source according to claim 4, wherein the semiconductor substrate has a (100) plane orientation, and the linear waveguide is parallel to a [0AA] orientation or a [01A] orientation.
However, each direction is written as shown in the table below.
Figure 2007134480
前記半導体アレイ導波路格子を形成する導波路がハイメサ構造であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の波長可変光源。   6. The wavelength tunable light source according to claim 1, wherein the waveguide forming the semiconductor arrayed waveguide grating has a high mesa structure. 前記半導体レーザ素子が、分布帰還型レーザ、または、分布ブラッグ反射型レーザであることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の波長可変光源。   The wavelength tunable light source according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor laser element is a distributed feedback laser or a distributed Bragg reflection laser.
JP2005325820A 2005-11-10 2005-11-10 Tunable light source Pending JP2007134480A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005325820A JP2007134480A (en) 2005-11-10 2005-11-10 Tunable light source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005325820A JP2007134480A (en) 2005-11-10 2005-11-10 Tunable light source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007134480A true JP2007134480A (en) 2007-05-31

Family

ID=38155896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005325820A Pending JP2007134480A (en) 2005-11-10 2005-11-10 Tunable light source

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007134480A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008282937A (en) * 2007-05-10 2008-11-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Tunable light source
JP2009117539A (en) * 2007-11-05 2009-05-28 Furukawa Electric Co Ltd:The Optical semiconductor element, and manufacturing method of optical semiconductor element
JP2013157722A (en) * 2012-01-27 2013-08-15 Fujitsu Ltd Optical transmission system
JP2013251394A (en) * 2012-05-31 2013-12-12 Hitachi Ltd Semiconductor laser device
JP2013257425A (en) * 2012-06-12 2013-12-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor optical filter
WO2016056498A1 (en) * 2014-10-06 2016-04-14 古河電気工業株式会社 Semiconductor optical integrated element and manufacturing method therefor
JP2016145891A (en) * 2015-02-06 2016-08-12 古河電気工業株式会社 Array waveguide diffraction grating and optical integrated element
JP2016149415A (en) * 2015-02-10 2016-08-18 古河電気工業株式会社 Semiconductor optical integrated element
CN112327518A (en) * 2020-11-27 2021-02-05 中国电子科技集团公司第五十五研究所 Novel array waveguide grating based on lithium niobate thin film
CN112352177A (en) * 2018-07-12 2021-02-09 三菱电机株式会社 Optical transmission apparatus
CN113670347A (en) * 2020-05-15 2021-11-19 大连理工大学 High-resolution quasi-distributed physical quantity measuring method, device and system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01285919A (en) * 1988-05-13 1989-11-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light guide type polarizing element
JPH11133367A (en) * 1997-10-31 1999-05-21 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor optical modulation device and its production
JP2002072157A (en) * 2000-08-24 2002-03-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Wavelength-changeable filter and spatial-optical switch
JP2003177368A (en) * 2001-12-11 2003-06-27 Fujitsu Ltd Semiconductor optical modulator, mach-zehnder type optical modulator and optical modulator integrated type semiconductor laser

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01285919A (en) * 1988-05-13 1989-11-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light guide type polarizing element
JPH11133367A (en) * 1997-10-31 1999-05-21 Oki Electric Ind Co Ltd Semiconductor optical modulation device and its production
JP2002072157A (en) * 2000-08-24 2002-03-12 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Wavelength-changeable filter and spatial-optical switch
JP2003177368A (en) * 2001-12-11 2003-06-27 Fujitsu Ltd Semiconductor optical modulator, mach-zehnder type optical modulator and optical modulator integrated type semiconductor laser

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008282937A (en) * 2007-05-10 2008-11-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Tunable light source
JP2009117539A (en) * 2007-11-05 2009-05-28 Furukawa Electric Co Ltd:The Optical semiconductor element, and manufacturing method of optical semiconductor element
JP2013157722A (en) * 2012-01-27 2013-08-15 Fujitsu Ltd Optical transmission system
JP2013251394A (en) * 2012-05-31 2013-12-12 Hitachi Ltd Semiconductor laser device
JP2013257425A (en) * 2012-06-12 2013-12-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor optical filter
CN106537201A (en) * 2014-10-06 2017-03-22 古河电气工业株式会社 Semiconductor optical integrated element and manufacturing method therefor
WO2016056498A1 (en) * 2014-10-06 2016-04-14 古河電気工業株式会社 Semiconductor optical integrated element and manufacturing method therefor
JPWO2016056498A1 (en) * 2014-10-06 2017-07-20 古河電気工業株式会社 Semiconductor optical integrated device and manufacturing method thereof
US10241267B2 (en) 2014-10-06 2019-03-26 Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor optical integrated device including a reduced thickness upper cladding layer in a ridge waveguide portion, and method of manufacturing the same
CN106537201B (en) * 2014-10-06 2019-09-27 古河电气工业株式会社 Semiconductor light integrated component and its manufacturing method
US10534131B2 (en) 2014-10-06 2020-01-14 Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor optical integrated device having buried hetero structure waveguide and deep ridge waveguide
JP2016145891A (en) * 2015-02-06 2016-08-12 古河電気工業株式会社 Array waveguide diffraction grating and optical integrated element
JP2016149415A (en) * 2015-02-10 2016-08-18 古河電気工業株式会社 Semiconductor optical integrated element
CN112352177A (en) * 2018-07-12 2021-02-09 三菱电机株式会社 Optical transmission apparatus
CN113670347A (en) * 2020-05-15 2021-11-19 大连理工大学 High-resolution quasi-distributed physical quantity measuring method, device and system
CN113670347B (en) * 2020-05-15 2022-06-21 大连理工大学 High-resolution quasi-distributed physical quantity measuring method, device and system
CN112327518A (en) * 2020-11-27 2021-02-05 中国电子科技集团公司第五十五研究所 Novel array waveguide grating based on lithium niobate thin film
CN112327518B (en) * 2020-11-27 2022-12-13 中国电子科技集团公司第五十五研究所 Novel array waveguide grating based on lithium niobate thin film

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007134480A (en) Tunable light source
US9660411B2 (en) Tunable SOI laser
EP1672398B1 (en) Tunable demultiplexer and tunable laser with optical deflection
JP5811273B2 (en) Optical element, optical transmitter element, optical receiver element, hybrid laser, optical transmitter
JP5882287B2 (en) Tunable filter and tunable laser module
US20170163000A1 (en) Photonic Integrated Circuit Including Compact Lasers With Extended Tunability
CN100463312C (en) V type coupling cavity wavelength switchable semiconductor laser
US20140079082A1 (en) Tunable optical system with hybrid integrated laser
SE510040C2 (en) Tunable optical filter
US7609919B2 (en) Coupling-enhanced surface etched gratings
US20170163001A1 (en) Photonic Integrated Circuit Including Compact Lasers With Extended Tunability
WO2007107187A1 (en) Integrated laser optical source with active and passive sections formed in distinct substrates
US20170207603A1 (en) Laser arrays comprising compact lasers with extended tunability
US20170201070A1 (en) Compact lasers with extended tunability
AU775671B2 (en) Integrated wavelength tunable single and two-stage all-optical wavelength converter
US9871344B2 (en) Tunable laser and method for tuning a lasing mode
JP2008282937A (en) Tunable light source
JP2000012952A (en) Manufacture of semiconductor optical waveguide array and array-structured semiconductor optical element
JP2007133287A (en) Wavelength multiplexer/demultiplexer
DK3028352T3 (en) OPTICAL SOURCE
JP2009188262A (en) Semiconductor laser device and semiconductor optical integrated device
WO2007107186A1 (en) Integrated laser optical source
JP2007133286A (en) Wavelength multiplexer/demultiplexer
JP5034572B2 (en) Light source device
Kwon et al. InP‐Based Polarization‐Insensitive Planar Waveguide Concave Grating Demultiplexer with Flattened Spectral Response

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080206

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101012

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110308