JP2007173550A

JP2007173550A - 波長可変レーザ

Info

Publication number: JP2007173550A
Application number: JP2005369601A
Authority: JP
Inventors: Atsuhiko Kanbara; 敦彦蒲原; Shinichiro Tezuka; 信一郎手塚
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】光ファイバーとの位置の調整が容易で、レーザ光を効率良く光ファイバーに入れ、損失を軽減することが可能な波長可変レーザを実現する。
【解決手段】レーザ光の波長を変化できる波長可変レーザにおいて、ＩｎＰ基板と、ＩｎＰ基板上に形成されたミラー層と、ミラー層上に形成された活性層と、活性層上に形成された第１の電極と、第１の電極の上方に一定距離をおいて形成され、レーザ光が出射される部分に貫通口を有するＳＯＩ基板と、ＳＯＩ基板と活性層の間に形成され、ミラー層と光共振器を構成する光学膜と、ＳＯＩ基板上に形成された第２の電極と、ＩｎＰ基板の裏面に形成された第３の電極とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信用の波長可変レーザに関し、特に光ファイバーとの位置の調整が容易で、レーザ光を効率良く光ファイバーに入れ、損失を軽減することが可能な波長可変レーザに関する。

従来の波長可変レーザに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００５−２２３１１１号公報特公平７−７３１３５号公報

図３はこのような従来の波長可変レーザの一例を示す構造断面図である。図３において１はＩｎＰ（インジウムリン）基板、２は活性層、３は支持ポスト、４は薄膜、５及び６は光学ミラーである。

ＩｎＰ基板１上には活性層２が形成され、活性層２の上には支持ポスト３を介して薄膜４が形成される。また、図３中”ＣＯ１”に示すようにエッチング処理によりＩｎＰ基板１に形成された凹部の底面には光学ミラー５が形成され、薄膜４上には光学ミラー６が形成される。

光学ミラー６はミラー形成時に発生する応力により光学ミラー５に対して凹面形状に形成されている。活性層２、光学ミラー５及び光学ミラー６は光共振器を構成している。

ここで、光共振器を用いたレーザ装置の動作を図４を用いて説明する。図４は光共振器を用いたレーザ装置の概念図である。図４において７は光源、８及び９はミラー、１０はレーザ媒質、１１はレーザ光である。また、ミラー８は反射率が”１００％”、すなわち、全反射であり、ミラー９は反射率が”１００％”未満、すなわち、わずかに光が透過する。

図４（Ａ）において光源７からレーザ媒質１０を励起するための光を入射する。レーザ媒質１０中の原子はこの光を吸収し、励起状態になり、その後、光を放出して基底状態に戻る。この様子を示したのが図４（Ｂ）である。

光源７から光を入射し続けることにより、励起状態である原子数が基底状態である原子数より多くなり（この状態を反転分布状態という）、原子が放出する光と同じ波長の光を入射すると、励起状態である原子が同一方向に向けて光を放出（誘導放出）し、入射光よりも増幅された出射光が得られる（光増幅）。

図４（Ｃ）においてミラー８及びミラー９に対して垂直な光が反射を繰り返し、レーザ媒質１０を往復することにより、光が増幅される。そして、増幅された光は反射率が”１００％”未満であるミラー９を透過し、レーザ光１１として出射される。

ここで、図３に示す従来例の動作を説明する。図３中”ＯＰ１”に示すように”９８０ｎｍ”の波長の光が入射されることにより活性層２が励起され、図３中”ＬＡ１”に示すように”１５５０ｎｍ”の波長のレーザ光が出射される。すなわち、活性層２での励起エネルギーの注入方式は光励起方式である。

そして、光学ミラー６が形成されている薄膜４とＩｎＰ基板１の間に電圧を印加し、その時に発生する静電気力により、光学ミラー５及び光学ミラー６の間の距離、すなわち、光共振器の長さを変化させ、出射光の波長を変化させる。

この結果、活性層２に光を入射し、光学ミラー５及び光学ミラー６で構成される光共振器で反射を繰り返すことにより、活性層２の原子が反転分布状態になる。さらに、光を活性層２に入射することで、誘導放出が開始されるので、レーザ光が得られる。そして、光学ミラー６が形成されている薄膜４とＩｎＰ基板１の間に電圧を印加し、その時に発生する静電気力により、光学ミラー５及び光学ミラー６の間の距離、すなわち、光共振器の長さを変化させ、出射光の波長を変化させることが可能になる。

しかし、図３に示す従来例では、光学ミラー６の凹面構造がミラー形成時に発生する応力により形成されているため、温度により凹面の曲率半径が変化するので、光ファイバー（図示せず）等の位置の調整が難しく、非常に時間がかかるという問題点があった。

従って本発明が解決しようとする課題は、光ファイバーとの位置の調整が容易で、レーザ光を効率良く光ファイバーに入れ、損失を軽減することが可能な波長可変レーザを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
レーザ光の波長を変化できる波長可変レーザにおいて、
ＩｎＰ基板と、このＩｎＰ基板上に形成されたミラー層と、このミラー層上に形成された活性層と、この活性層上に形成された第１の電極と、この第１の電極の上方に一定距離をおいて形成され、レーザ光が出射される部分に貫通口を有するＳＯＩ基板と、このＳＯＩ基板と前記活性層の間に形成され、前記ミラー層と光共振器を構成する光学膜と、前記ＳＯＩ基板上に形成された第２の電極と、前記ＩｎＰ基板の裏面に形成された第３の電極とを備えたことにより、レーザ光を効率良く光ファイバーに入れ、損失を軽減することが可能になる。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である波長可変レーザにおいて、
前記貫通口に、
レンズをのせたことにより、光ファイバーとの位置の調整が容易で、レーザ光を効率良く光ファイバーに入れ、損失を軽減することが可能になる。

請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明である波長可変レーザにおいて、
前記貫通口が、
異方性エッチングにより形成されたことにより、レーザ光を効率良く光ファイバーに入れ、損失を軽減することが可能になる。

請求項４記載の発明は、
請求項２記載の発明である波長可変レーザにおいて、
前記貫通口の一方の開口部、若しくは、他方の開口部が前記レンズの直径よりも小さいことにより、レーザ光を効率良く光ファイバーに入れ、損失を軽減することが可能になる。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１の発明によれば、ＳＯＩ基板に貫通口を設けたことで光ファイバーとの結合効率が上がるので、レーザ光を効率良く光ファイバーに入れ、損失を軽減することが可能になる。

請求項２及び請求項４の発明によれば、貫通口にボールレンズを配置したことにより、光ファイバーとの位置の調整が容易で、レーザ光を効率良く光ファイバーに入れ、損失を軽減することが可能になる。

請求項３の発明によれば、貫通口が異方性エッチングにより形成されることにより、位置ずれなどが少なくなるので、レーザ光を効率良く光ファイバーに入れ、損失を軽減することが可能になる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る波長可変レーザの一実施例を示す構造断面図である。

図１において１２は光ファイバー、１３はＩｎＰ基板、１４はミラー層、１５は活性層、１６は光学膜、１７はＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板、１８はボールレンズ、１９，２０及び２１は電極である。

ＩｎＰ基板１３の上にはミラー層１４が形成され、ミラー層１４の上には活性層１５が形成される。活性層１５の上には電極２０が形成され、電極２０の上方には一定距離をおいてＳＯＩ基板１７が形成される。また、活性層１５とＳＯＩ基板１７の間に光学膜１６が形成される。

ＩｎＰ基板１３の裏面には電極１９が形成され、ＳＯＩ基板１７の上部には電極２１が形成される。ＳＯＩ基板１７には四角錐状の貫通口が設けられ、その貫通口にボールレンズ１８がのせられる。この貫通口の一方の開口部はボールレンズ１８の直径より大きく、他方の開口部はボールレンズ１８の直径より小さくなっている。

また、光ファイバー１２、光学膜１６、ボールレンズ１８は出射光（レーザ光）の光軸の中心線上に並ぶように配置される。ミラー層１４、活性層１５及び光学膜１６は光共振器を構成している。

ここで、図１に示す実施例の動作を説明する。電極１９と電極２０に電圧を印加することで活性層１５に電流が注入され、活性層１５に含まれる原子が励起状態になり、光が出射される。この光がミラー層１４と光学膜１６の間を反射してレーザ発振を行う。すなわち、図１に示す実施例では電流注入による励起方式を採っている。そして、出射光はボールレンズ１８を経由して光ファイバー１２に入射される。

出射されるレーザ光の発振波長はミラー層１４と光学膜１６の間の距離で決定される。電極２０と電極２１に電圧を印加することにより、静電気力で光学膜１６が動くので、ミラー層１４との間の距離が変化し、波長を変えることが可能になる。

また、異方性エッチングによりＳＯＩ基板１７に四角錐状の貫通口を設け、その貫通口にボールレンズ１８を配置することにより、光ファイバー１２に効率良くレーザ光を取り入れることが可能にある。

この結果、異方性エッチングによりＳＯＩ基板１７に四角錐状の貫通口を設け、その貫通口にボールレンズ１８をのせることにより、光ファイバー１２との位置の調整が容易で、レーザ光を効率良く光ファイバー１２に取り入れることができるので、損失を軽減することが可能になる。

なお、図１に示す実施例ではＳＯＩ基板１７に設けた貫通口の形状を四角錐状としているが、必ずしもこの形状である必要は無く、レーザ光を効率良く光ファイバー１２に入射できる形状、若しくは、ボールレンズ１８が固定可能な形状であればよい。

具体的な例を図２に示す。図２は本発明に係る波長可変レーザの他の実施例を示す構造断面図である。図２において１２，１３，１４，１５，１６，１８，１９，２０及び２１は図１と同一符号を付してあり、２２はＳＯＩ基板である。

図２に示す実施例の層構成及び動作は図１の実施例と同一であり、異なる点はＳＯＩ基板２２の貫通口の形状が階段状をしていることである。

また、図１に示す実施例ではボールレンズ１８を使用しているが、必ずしもこの形状である必要は無く、レーザ光の光軸の中心線上に配置され、光ファイバー１２へ効率良くレーザ光を入射可能なレンズであればよい。

また、図１に示す実施例では貫通口のボールレンズ１８の直径より小さい方の開口部が光学膜１６側になるように形成しているが、必ずしもこのようにする必要は無く、貫通口のボールレンズ１８の直径より大きい方の開口部が光学膜１６側になるように形成してもよい。この場合、ボールレンズ１８は貫通口のボールレンズ１８の直径より小さい方の開口部にのるようになる。

本発明に係る波長可変レーザの一実施例を示す構造断面図である。本発明に係る波長可変レーザの他の実施例を示す構造断面図である。従来の波長可変レーザの一例を示す構造断面図である。光共振器を用いたレーザ装置の概念図である。

符号の説明

１，１３ＩｎＰ基板
２，１５活性層
３支持ポスト
４薄膜
５，６光学ミラー
７光源
８，９ミラー
１０レーザ媒質
１１レーザ光
１２光ファイバー
１４ミラー層
１６光学膜
１７，２２ＳＯＩ基板
１８ボールレンズ
１９，２０，２１電極

Claims

レーザ光の波長を変化できる波長可変レーザにおいて、
ＩｎＰ基板と、
このＩｎＰ基板上に形成されたミラー層と、
このミラー層上に形成された活性層と、
この活性層上に形成された第１の電極と、
この第１の電極の上方に一定距離をおいて形成され、レーザ光が出射される部分に貫通口を有するＳＯＩ基板と、
このＳＯＩ基板と前記活性層の間に形成され、前記ミラー層と光共振器を構成する光学膜と、
前記ＳＯＩ基板上に形成された第２の電極と、
前記ＩｎＰ基板の裏面に形成された第３の電極と
を備えたことを特徴とする波長可変レーザ。
前記貫通口に、
レンズをのせたことを特徴とする
請求項１に記載の波長可変レーザ。
前記貫通口が、
異方性エッチングにより形成されたことを特徴とする
請求項１若しくは請求項２に記載の波長可変レーザ。
前記貫通口の一方の開口部、若しくは、他方の開口部が前記レンズの直径よりも小さいことを特徴とする
請求項２に記載の波長可変レーザ。