JP2007243121A - Optical apparatus - Google Patents

Optical apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2007243121A
JP2007243121A JP2006102448A JP2006102448A JP2007243121A JP 2007243121 A JP2007243121 A JP 2007243121A JP 2006102448 A JP2006102448 A JP 2006102448A JP 2006102448 A JP2006102448 A JP 2006102448A JP 2007243121 A JP2007243121 A JP 2007243121A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hollow
optical
wavelength
core
waveguide
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
JP2006102448A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fumio Koyama
二三夫 小山
Hideaki Yamakawa
英明 山川
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.)
Tokyo Institute of Technology NUC
Original Assignee
Tokyo Institute of Technology NUC
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 Tokyo Institute of Technology NUC filed Critical Tokyo Institute of Technology NUC
Priority to JP2006102448A priority Critical patent/JP2007243121A/en
Publication of JP2007243121A publication Critical patent/JP2007243121A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new optical apparatus using a hollow optical waveguide, and an optical apparatus capable of performing a continuous wavelength sweep in a wide range by a simple wavelength control system particularly when applied to a wavelength variable laser, and achieving a small-size, high optical output and high reliability. <P>SOLUTION: A gain area 42 composed of an optical waveguide structure 43 is formed on a flat substrate 41. One end face 44 of the gain area 42 has a high reflectance in an advancing direction of light propagated into the optical waveguide structure 43, and the other end face 45 is reduced in reflectance. The hollow optical waveguide 46 is constituted of a high reflection mirror 47a formed on the substrate 41 and a high reflection mirror 47b disposed in an upper part, and a DBR50 is formed in the hollow optical waveguide 46 as a phase control area 48 and a filter area 49. An upper part high reflection mirror 47b has a mechanism capable of changing a thickness of a core of the hollow optical waveguide, so that a part thereof is supported by a pillar 51. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は中空光導波路を有する光学装置に関し、特に波長可変機能を有する光学装置に関する。  The present invention relates to an optical device having a hollow optical waveguide, and more particularly to an optical device having a wavelength variable function.

現在の急激なインターネットトラフックの増大の根幹を支えているのは大容量光通信ネットワークである。この大容量通信ネットワークは多波長を一括して伝送する高密度波長多重(DWDM)というシステムであり、ITU(International Telecommunication Union)で規定されている周波数グリッドごとに各波長の半導体レーザを用意する必要がある。このように周波数グリッド毎に半導体レーザを用意するので製造コストや故障メンテナンスでの在庫管理上の問題が生じている。それを解決するには波長可変半導体レーザがあり、現在ではDWDMシステムの局内装置のバックアップ光源として使用されることが多い。しかし波長可変半導体レーザは、本来DWDM用の送信光源だけにとどまらず、波長変換デバイスとしてフォトニックネットワークのキーデバイスと発展することができる。  A large-capacity optical communication network supports the current rapid increase in Internet traffic. This large-capacity communication network is a system called high-density wavelength division multiplexing (DWDM) that transmits multiple wavelengths at once, and it is necessary to prepare semiconductor lasers for each wavelength for each frequency grid defined by the ITU (International Telecommunication Union). There is. As described above, since a semiconductor laser is prepared for each frequency grid, there are problems in manufacturing management and inventory management in failure maintenance. In order to solve this problem, there is a tunable semiconductor laser, and at present, it is often used as a backup light source for an in-station device of a DWDM system. However, the wavelength tunable semiconductor laser is not limited to a transmission light source for DWDM, but can be developed as a key device of a photonic network as a wavelength conversion device.

現在までに波長可変半導体レーザは各社で様々な研究開発が行われており、その種類は大きく分けて▲1▼多電極DBRレーザ▲2▼DFBレーザアレー▲3▼外部共振器レーザの3タイプに分類できる。しかしながら、どの方式も一長一短が存在する。  To date, various companies have been researching and developing wavelength tunable semiconductor lasers, and the types are roughly divided into three types: (1) multi-electrode DBR laser, (2) DFB laser array, and (3) external cavity laser. it can. However, each method has advantages and disadvantages.

モードホップを抑制して連続的に波長を可変するためには、通常位相制御領城を持つ多電極型のレーザを構成する必要がある。近年ではさらに波長可変範囲を拡大したSSG(Super Structure Grating)等の多電極レーザが開発されている。このためさらに電極数が増え、その上その制御は必ずしも独立とはならないので非常に複雑な制御となっている。
しかもレーザ素子個別に異なる制御値を設定する必要がある。さらに、SSGにおいては二つのグレーティングによって選択される波長の一致した点で発振するために、原理的にモードホップが生じてしまう。(特許文献1参照)
In order to continuously change the wavelength while suppressing the mode hop, it is necessary to construct a multi-electrode laser having a normal phase control region. In recent years, multi-electrode lasers such as SSG (Super Structure Grating) having a further expanded wavelength variable range have been developed. For this reason, the number of electrodes is further increased, and furthermore, the control is not necessarily independent, so that the control is very complicated.
Moreover, it is necessary to set different control values for each laser element. Further, since the SSG oscillates at a point where the wavelengths selected by the two gratings coincide with each other, a mode hop is generated in principle. (See Patent Document 1)

またDFBレーザアレーを用いた波長可変レーザは、波長の異なるレーザを複数集積し、温度を変化させることで発振波長を制御する。一つのDFBレーザの温度変化による波長シフト量は2nm程度と限られているので集積したDFBレーザを切り替えて使用することとなる。波長可変幅を大きくするにはDFBレーザの集積数を増やす以外に方法はなく、例えば100nmの波長可変を考えると50ものレーザを集積することとなる。またその波長可変手段が温度変化を利用しているため波長可変のスピードは遅い。  A wavelength tunable laser using the DFB laser array integrates a plurality of lasers having different wavelengths and controls the oscillation wavelength by changing the temperature. Since the amount of wavelength shift due to a temperature change of one DFB laser is limited to about 2 nm, the integrated DFB laser is switched and used. There is no method other than increasing the number of DFB lasers integrated to increase the wavelength tunable width. For example, considering wavelength tunability of 100 nm, 50 lasers are integrated. Further, since the wavelength tuning means uses temperature change, the wavelength tuning speed is slow.

外部共振器型レーザは、レーザの外部に可動部を持つグレーティングやミラーを配置するもので、多くはハイブリッド実装型である。ハイブリッド実装のため調整工数の増大やモジュールの大型化、さらには可動部等の信頼性が問題となる。またモノリシックに集積したものとしてVCSEL(面発光レーザ)にMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)構造を採用したレーザもあるが、低消費電力や小型化、信頼性の面で優位な点もあるが、波長可変幅や出力の面で問題がある。  An external resonator type laser has a grating or a mirror having a movable part outside the laser, and is often a hybrid mounting type. Because of the hybrid mounting, the adjustment man-hours increase, the size of the module increases, and the reliability of movable parts and the like becomes a problem. Some lasers employ a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) structure for VCSELs (surface emitting lasers) that are monolithically integrated, but there are advantages in terms of low power consumption, miniaturization, and reliability. There are problems in terms of variable width and output.

以上のように通信用途における波長可変レーザに要求される特性をまとめると、広い連続掃引幅、高光出力、高信頼性、小型、簡易な波長制御方式などがあるが、これらを満足する波長可変レーザは開発されていない。また、将来のFTTH(Fiber to the home)用においては小型で波長選択機能付の光検出器の実現が期待されているが広帯域の波長域から任意の波長の光を選択して受信できる小型な検出器は開発されていない。
特開平6−53616号公報
The characteristics required for wavelength tunable lasers in communication applications are summarized as described above. There are wide continuous sweep width, high light output, high reliability, small size, simple wavelength control method, etc. Has not been developed. In addition, for future FTTH (Fiber to the home), it is expected to realize a small-sized photodetector with a wavelength selection function, but it is small enough to select and receive light of any wavelength from a wide wavelength range. No detector has been developed.
JP-A-6-53616

したがって本発明は前記に鑑みてなされたものでその目的とするところは、中空光導波路を用いた新しい光学装置を提供することを目的とし、これを波長可変レーザに適用した場合に、簡易な波長制御方式で広範囲に連続波長掃引が可能で、しかも小型で高光出力、高信頼性を兼ね備えた光学装置を提供することを目的とする。  Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a new optical device using a hollow optical waveguide, and when this is applied to a wavelength tunable laser, a simple wavelength can be obtained. An object of the present invention is to provide an optical device that can perform continuous wavelength sweeping over a wide range by a control method, and that is small in size and has high light output and high reliability.

前記課題を解決するために、本願発明の一態様によれば、所望の波長可変幅において光利得を備えた利得領域と、光を高反射ミラーで反射させて空気中を伝搬させる中空光導波路と、前記利得領域と前記中空光導波路とをそれぞれ1つ以上用いて光結合する光結合手段とを備え、前記中空光導波路は、そのコアの厚さを可変できるコア厚可変手段と、前記コア厚可変手段によって波長フィルタ特性が変化するフィルタ構造と、前記フィルタ特性で決定される波長の光が伝搬可能な反射帯域を持つ前記高反射ミラーとを備え、前記光結合手段に、前記利得領域と前記中空導波路との光結合部の結合効率向上手段を備えることを特徴とする光学装置が提供できる。  In order to solve the above-described problems, according to one aspect of the present invention, a gain region having an optical gain in a desired wavelength variable width, a hollow optical waveguide that reflects light by a high reflection mirror and propagates in the air, Optical coupling means for optically coupling the gain region and the hollow optical waveguide using one or more of each of the gain region and the hollow optical waveguide, the hollow optical waveguide comprising: a core thickness variable means capable of varying a thickness of the core; and the core thickness A filter structure whose wavelength filter characteristic is changed by the variable means, and the high reflection mirror having a reflection band in which light having a wavelength determined by the filter characteristic can propagate, the optical coupling means including the gain region and the An optical device comprising a means for improving the coupling efficiency of the optical coupling portion with the hollow waveguide can be provided.

本発明によれば、中空光導波路の巨大な等価屈折率変化を利用しているので波長可変レーザに中空光導波路を使用した場合、従来の波長可変レーザの波長可変幅を大幅に凌駕することが可能である。また集積化を行う場合、中空導波路内に新しい原理の位相調整領域を設けることでコアの厚さを変化させるという一つのパラメータにより広い範囲内で波長可変をモードホップなしで連続的に行うことができる。また、中空導波路のコアの厚さを可変しうる手段としてMEMS構造を用いることで、小型化、高信頼化が達成できる。さらに、利得媒質として端面出射型の構造を用いれば高光出力が可能である。以上の構成により、簡易な波長制御方式で広い連続掃引が可能で、しかも高光出力、高信頼性、小型なレーザ装置を提供できる。さらに発光デバイスだけでなく、受光デバイスにおいても小型で波長選択範囲の広い光検出器が提供できる。  According to the present invention, since the huge equivalent refractive index change of the hollow optical waveguide is used, when the hollow optical waveguide is used for the wavelength tunable laser, the wavelength tunable width of the conventional wavelength tunable laser can be greatly surpassed. Is possible. In addition, when integrating, the wavelength can be continuously tuned without a mode hop within a wide range with one parameter of changing the core thickness by providing a phase adjustment region based on a new principle in the hollow waveguide. Can do. Further, the use of the MEMS structure as means for changing the thickness of the core of the hollow waveguide can achieve downsizing and high reliability. Further, if an end face emission type structure is used as the gain medium, high light output is possible. With the above configuration, a wide continuous sweep is possible with a simple wavelength control method, and a high laser output, high reliability, and a small laser device can be provided. Furthermore, not only a light emitting device but also a light receiving device can provide a small photodetector with a wide wavelength selection range.

以下本発明の実施形態につき詳細に説明する。まず、本発明で使用する中空光導波路について説明する。従来,光ファイバに代表される光導波路は高屈折率のコアを低屈折率のクラッドで挟んで構成されている。このような構成において光は高屈折率材料のコア中をクラッドとの界面で全反射を繰り返しながら伝搬することができる。本発明で使用する中空光導波路とは一番低屈折率で温度依存性のない空気(真空)中に閉じ込め光を伝搬させるものである。低屈折率コア内に光を導波させる構造として、中空コアを高反射率ミラーで挟む構造とすることにより光を反射させて導波させることが可能である。このような高反射ミラーは高屈折率材料と低屈折率材料を約1/4波長の厚さで交互に積層する多層膜構造で達成され、その層数を増やす程高反射率なミラーとすることが可能である。ミラーが高反射率であればあるほど低損失な導波路を得ることが可能である。  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. First, the hollow optical waveguide used in the present invention will be described. Conventionally, an optical waveguide represented by an optical fiber is configured by sandwiching a high refractive index core with a low refractive index clad. In such a configuration, light can propagate through the core of the high refractive index material while repeating total reflection at the interface with the cladding. The hollow optical waveguide used in the present invention propagates confined light in air (vacuum) having the lowest refractive index and no temperature dependency. As a structure in which light is guided in the low refractive index core, light can be reflected and guided by adopting a structure in which the hollow core is sandwiched between high reflectivity mirrors. Such a high reflection mirror is achieved by a multilayer film structure in which a high refractive index material and a low refractive index material are alternately laminated with a thickness of about ¼ wavelength, and the higher the number of layers, the higher the reflection mirror. It is possible. The higher the reflectivity of the mirror, the lower the loss of the waveguide can be obtained.

中空導波路の等価屈折率変化について説明する。中空導波路のコアの厚さDと導波する波長λによって 基本モードの等価屈折率neffは近似的に次のように変化する。

Figure 2007243121
したがって波長1.55μmにおいては、コアの厚さが2μm程度まで小さくすることができれば10%程度もの巨大な屈折率変化が可能である。このような特性を持つ中空導波路を集積した波長可変レーザができれば、現状の波長可変レーザの波長可変幅を大幅に凌駕できる可能性がある。しかし今まで中空導波路を波長可変レーザに使用した例はなく、その特性や設計方法は全く知られていない。A change in the equivalent refractive index of the hollow waveguide will be described. The equivalent refractive index n eff of the fundamental mode changes approximately as follows according to the thickness D of the core of the hollow waveguide and the wavelength λ to be guided.
Figure 2007243121
Therefore, at a wavelength of 1.55 μm, if the core thickness can be reduced to about 2 μm, a huge refractive index change of about 10% is possible. If a wavelength tunable laser integrated with hollow waveguides having such characteristics can be produced, there is a possibility that it can greatly exceed the wavelength tunable width of the current wavelength tunable laser. However, there has been no example of using a hollow waveguide for a wavelength tunable laser, and its characteristics and design method are not known at all.

波長可変レーザを中空光導波路を用いて構成する場合、いろいろな構成が考えられるが、まず第1の実施形態においては中空導波路内にDBRを組み込んだ中空ブラッグ反射鏡を用いたファイバリング型レーザを例にとって説明する。図1は波長可変リングレーザ装置の構成図を表したものである。また、DBRを中空導波路内に形成した中空ブラッグ反射鏡の特性例を図2に示す。縦軸は波長、横軸は中空導波路のコアの厚さを示している。これは、式(1)とブラッグ波長□g,□をグレーティング周期とするとブラッグ回折の式(2)と連立させて(3)式が得られるのでこれをプロットしたものである。

Figure 2007243121
ここでグレーティング周期□は0.78μmである。これにより波長可変幅の広い波長可変レーザを設計する場合、波長可変の大きい5μm以下のコアの厚さで使用することが好ましいことがわかる。原理的にはブラッグ波長は(3)式より0近傍まで可変できる巨大可変性が示されているが、実現可能な値として2μm以下のコアの厚さまで可変すれば200nm程度の波長可変は可能である。When the wavelength tunable laser is configured using a hollow optical waveguide, various configurations are conceivable. First, in the first embodiment, a fiber ring type laser using a hollow Bragg reflector incorporating a DBR in the hollow waveguide. Will be described as an example. FIG. 1 shows a configuration diagram of a wavelength tunable ring laser device. An example of characteristics of a hollow Bragg reflector in which a DBR is formed in a hollow waveguide is shown in FIG. The vertical axis indicates the wavelength, and the horizontal axis indicates the thickness of the core of the hollow waveguide. This is a plot of equation (1) and Bragg wavelength □ g, □, where the grating period is combined with equation (2) of Bragg diffraction to obtain equation (3).
Figure 2007243121
Here, the grating period □ is 0.78 μm. As a result, when designing a wavelength tunable laser having a wide wavelength tunable width, it is preferable to use a core with a thickness of 5 μm or less, which is large in wavelength tunable. Theoretically, the Bragg wavelength shows a huge variability that can be varied to near 0 from Equation (3), but if it can be varied to a core thickness of 2 μm or less as a feasible value, it is possible to tune the wavelength to about 200 nm. is there.

図1に示す波長可変リングレーザ装置の構成図について説明する。利得領域11には光の伝搬方向制御手段としてアイソレータが内蔵されているものとする。この利得領域11から出射されるASE(自然放出)光がTEモードになるように偏光子12で切り出した後、偏波コントローラ13で調整して中空導波路にDBRを組み込んだブラッグ反射鏡14に入力する。このようにブラッグ反射鏡14に対して偏光制御手段が必要なのは、中空ブラッグ反射鏡14が偏波依存性を持ち、TMモードよりもTEモードの方が波長可変特性が優れているためである。中空ブラッグ反射鏡14からの反射光をサーキュレータ15を介し、偏波コントローラ16で利得領域11に最適な偏波で戻すことによりリングレーザを構成している。そして光出力をカプラ17により取り出す構成である。この構成において中空ブラッグ反射鏡14のコアの厚さをコア厚可変手段19としてピエゾ素子等により変化させることにより発振波長を連続的に変化させることができる。  A configuration diagram of the wavelength tunable ring laser device shown in FIG. 1 will be described. It is assumed that an isolator is incorporated in the gain region 11 as light propagation direction control means. After the ASE (spontaneously emitted) light emitted from the gain region 11 is cut out by the polarizer 12 so as to be in the TE mode, the light is adjusted by the polarization controller 13 and is adjusted to the Bragg reflector 14 incorporating the DBR in the hollow waveguide. input. The reason why the polarization control means is necessary for the Bragg reflector 14 is that the hollow Bragg reflector 14 has polarization dependency, and the TE mode has better wavelength tunable characteristics than the TM mode. A ring laser is configured by returning the reflected light from the hollow Bragg reflector 14 through the circulator 15 to the gain region 11 by the polarization controller 16 with the optimum polarization. The optical output is taken out by the coupler 17. In this configuration, the oscillation wavelength can be continuously changed by changing the thickness of the core of the hollow Bragg reflector 14 by the piezo element or the like as the core thickness variable means 19.

次に結合効率向上手段20について説明する。ここでいう結合効率向上手段20とは、光ファイバ18と中空ブラッグ反射鏡14のコアの厚さの違いに起因するモード結合損失と両領域の界面で生じるフレネル損失とを少なくする手段のことである。  Next, the coupling efficiency improving means 20 will be described. The coupling efficiency improving means 20 here means means for reducing the mode coupling loss due to the difference in core thickness between the optical fiber 18 and the hollow Bragg reflector 14 and the Fresnel loss generated at the interface between the two regions. is there.

まずモード結合損失を少なくする手段について説明する。光ファイバ18のコア径はシングルモードファイバの場合約10μmあり、波長可変幅を拡大しようとすると中空導波路のコアは10μm以下に制御する必要が生じる。中空ブラッグ反射鏡14のコアの厚さを減少していくと光ファイバ18とのモードフィールド径が合わなくなるため結合効率は次第に悪化していく。また、中空ブラッグ反射鏡14のコア内に入らなかった光はその端面で反射し不本意な波長で発振する可能性を与えてしまうこととなる。この問題を改善するための結合効率向上手段20として中空ブラッグ反射鏡14の上部ミラーに角度をつけて配置することにより、中空ブラッグ反射鏡44の入力側の厚さを広くすることできる。また中空ブラッグ反射鏡14のコアに光を入射する光ファイバ18をレンズファイバにすることによって中空光導波路14のコア内に有効に光を絞り込んで結合することが可能である。  First, means for reducing the mode coupling loss will be described. The core diameter of the optical fiber 18 is about 10 μm in the case of a single mode fiber, and it is necessary to control the core of the hollow waveguide to 10 μm or less in order to expand the wavelength variable width. If the thickness of the core of the hollow Bragg reflector 14 is reduced, the mode field diameter with the optical fiber 18 will not match, and the coupling efficiency will gradually deteriorate. In addition, the light that has not entered the core of the hollow Bragg reflector 14 is reflected by its end face, giving rise to the possibility of oscillation at an unintentional wavelength. By arranging the upper mirror of the hollow Bragg reflector 14 at an angle as the coupling efficiency improving means 20 for improving this problem, the thickness of the input side of the hollow Bragg reflector 44 can be increased. In addition, by using the optical fiber 18 that enters the core of the hollow Bragg reflector 14 as a lens fiber, it is possible to effectively squeeze the light into the core of the hollow optical waveguide 14.

次にフレネル損失を少なくする手段について説明する。光ファイバ18の端面での反射を防止するためにAR(Anti−Reflectivity)コート等の処置を施し、その反射減衰量は−40dB程度まで低減することが望ましい。このような結合効率向上手段20を施した結果、ファイバ48に通常のシングルモード光ファイバを使用し上部ミラーに角度をつけなかった場合、35nmの波長可変幅であったのが本構造を用いることで微小コア厚での光結合が改善され、図3に示すように48nmの波長可変幅が得られた。このようにコア幅が変化し、しかも微小コアで波長可変幅の大きい中空導波路では微小コアでのモード結合効率を改善することが広い波長可変幅実現には非常に有効で不可欠な手段である。  Next, means for reducing the Fresnel loss will be described. In order to prevent reflection at the end face of the optical fiber 18, it is desirable to perform a treatment such as an AR (Anti-Reflectivity) coating and reduce the reflection attenuation amount to about −40 dB. As a result of applying the coupling efficiency improving means 20 as described above, when a normal single mode optical fiber is used for the fiber 48 and the upper mirror is not angled, the wavelength variable width of 35 nm is used for this structure. Thus, optical coupling with a small core thickness was improved, and a wavelength variable width of 48 nm was obtained as shown in FIG. For hollow waveguides with a variable core width and a large wavelength tunable width, improving the mode coupling efficiency at the microcore is a very effective and indispensable means for realizing a wide wavelength tunable width. .

図4は本発明に係る第2の実施形態におけるレーザ装置の概念図を表したものである。図4(a)はその断面図、図4(b)は斜めから見た図である。現在、通信用途における半導体レーザとして単一モード性に優れたDFB(Distributed Feedback)レーザまたはDBR(Distributed Bragg Reflector)レーザが主流である。そのため第2の実施形態においては中空導波路を集積したDBR型レーザを例にとって説明する。図4(a)に示すように、平坦度のある基板41上に利得媒質からなる利得領域42が形成されている。利得領域42には光が伝搬できるように光導波路構造43が形成されている。この利得領域42の片端面44には光導波路構造43内を伝搬する光の進行方向に対して反射率を持つ構造が施され、通常、低しきい値化や効率の観点からへき開面が持つ反射率よりは高いほうが望ましく、多層膜を交互に積層したHR(High Reflectivity)処理などがなされている。この反射面はレーザとしてのファブリペロー共振器の片方のミラーを形成している。一方の端面45には例えばAR処理等の反射率低減手段がなされている。中空光導波路46は基板41上に形成された高反射ミラー47aと上部に配置された高反射ミラー47bで構成されている。中空光導波路46内には、位相制御領域48とフィルタ領域49としてDBR50が形成されている。上部高反射ミラー47bは、中空光導波路のコアの厚さを可変できる機構を有し、上部高反射ミラー47bは、図4(b)で示すようにピラー51によってその一部を支持されている。  FIG. 4 is a conceptual diagram of a laser device according to the second embodiment of the present invention. 4A is a cross-sectional view thereof, and FIG. 4B is a view seen from an oblique direction. Currently, a DFB (Distributed Feedback) laser or a DBR (Distributed Bragg Reflector) laser, which is excellent in single mode property, is the mainstream as a semiconductor laser for communication applications. Therefore, in the second embodiment, a DBR type laser integrated with hollow waveguides will be described as an example. As shown in FIG. 4A, a gain region 42 made of a gain medium is formed on a substrate 41 having flatness. An optical waveguide structure 43 is formed in the gain region 42 so that light can propagate. A structure having reflectivity with respect to the traveling direction of light propagating in the optical waveguide structure 43 is applied to one end face 44 of the gain region 42, and usually has a cleavage plane from the viewpoint of lowering the threshold value and efficiency. It is desirable that the reflectivity is higher than the reflectivity, and HR (High Reflectivity) processing in which multilayer films are alternately laminated is performed. This reflecting surface forms one mirror of a Fabry-Perot resonator as a laser. One end face 45 is provided with a reflectance reduction means such as an AR process. The hollow optical waveguide 46 is composed of a high reflection mirror 47a formed on the substrate 41 and a high reflection mirror 47b disposed on the upper portion. A DBR 50 is formed in the hollow optical waveguide 46 as a phase control region 48 and a filter region 49. The upper high reflection mirror 47b has a mechanism capable of changing the thickness of the core of the hollow optical waveguide, and a part of the upper high reflection mirror 47b is supported by the pillar 51 as shown in FIG. 4B. .

中空光導波路13を形成する高反射ミラー47a、47bは例えばSiとSiOを交互に積層した誘電体多層膜で構成でき、電流を通したい場合などには半導体多層膜や金膜を使用することができる。SiとSiOのような屈折率差が大きいものを交互に積層した誘電体多層膜であれば、6層ペア程度で1μmから2μmまでの広い波長範囲でほぼ100%の反射が得られる。またフォトニック結晶のような3次元の反射ミラーも使用できる。The high reflection mirrors 47a and 47b forming the hollow optical waveguide 13 can be constituted by a dielectric multilayer film in which, for example, Si and SiO 2 are alternately laminated. When a current is to be passed, a semiconductor multilayer film or a gold film is used. Can do. In the case of a dielectric multilayer film in which films having a large difference in refractive index such as Si and SiO 2 are alternately laminated, almost 100% reflection is obtained in a wide wavelength range from 1 μm to 2 μm in about 6 layer pairs. A three-dimensional reflecting mirror such as a photonic crystal can also be used.

中空光導波路46内のフォルタ領域49に形成されたDBR50はファブリペロー共振器を形成するもう一方の反射ミラーを形成する。DBR50はフィルタの一形態で、バンド・エリミネーション・フィルタと考えることもできる。本発明にかかる第2の実施例では中空光導波路46は2次元のスラブ導波路を仮定しているので、このDBR50を円形な回折格子で構成する。このような円形回折格子にすることで入射点から広がった光は反射されて再び入射点へ戻ってくることになる。このDBR20は例えばSiOで形成することが可能である。SiOはスパッタ装置等で形成が可能であり、レジストを塗布した後、EB露光をして現像、SiOをエッチングして形成できる。SiOの高さはコアの厚みとともにグレーティングの結合の程度を決定し、反射率と反射帯域が決定されるので、波長可変レーザのSMSR(サイドモード抑圧比)等が所望の特性になるよう決定する必要がある。DBR51を中空導波路領域46に形成した中空ブラッグ反射鏡の特性例は実施例1と同じで図2に示した。The DBR 50 formed in the filter region 49 in the hollow optical waveguide 46 forms another reflection mirror that forms a Fabry-Perot resonator. The DBR 50 is a form of filter and can be considered as a band elimination filter. In the second embodiment according to the present invention, since the hollow optical waveguide 46 is assumed to be a two-dimensional slab waveguide, the DBR 50 is constituted by a circular diffraction grating. By using such a circular diffraction grating, light spread from the incident point is reflected and returns to the incident point again. This DBR 20 can be formed of, for example, SiO 2 . SiO 2 can be formed by a sputtering apparatus or the like. After applying a resist, EB exposure is performed and development is performed, and SiO 2 is etched. The height of SiO 2 determines the degree of coupling of the grating together with the thickness of the core, and the reflectivity and reflection band are determined. Therefore, the SMSR (side mode suppression ratio) of the wavelength tunable laser is determined to have desired characteristics. There is a need to. The characteristic example of the hollow Bragg reflector in which the DBR 51 is formed in the hollow waveguide region 46 is the same as that of the first embodiment and is shown in FIG.

中空光導波路16のコアの厚さを可変できるコア厚可変手段52は、集積化に適した通常のMEMSデバイスで使用される原理のもので基本的には構わない。例えば、異なる2種類の材料を重ね合わせ温度によって変形するバイモルフ効果や対向する二つの電極間に発生する静電力によって一方のミラー47bを動かすことが可能である。具体的に言うとを基板を除去し、薄膜化した高反射ミラー47bに金を蒸着し、熱や電圧を加えるとたわむ現象利用する。ここで注意しなければならないことは、MEMSの原理で静電力を使用する場合は、2電極間の距離の1/3しか制御ができないことが知られているので、後述するシングルモード条件に合うように2電極間の距離を設計する必要がある。なお、温度変化を利用するものはレーザ領域に悪影響を及ぼすので出来れば静電力のような方法でコアの厚さを変化させるほうが好ましい。  The core thickness varying means 52 capable of varying the thickness of the core of the hollow optical waveguide 16 is basically the same as that used in a normal MEMS device suitable for integration. For example, one mirror 47b can be moved by a bimorph effect in which two different types of materials are superposed on each other and deformed by the temperature, or an electrostatic force generated between two opposing electrodes. More specifically, the phenomenon is used in which the substrate is removed, gold is vapor-deposited on the highly reflective mirror 47b which has been thinned, and bending occurs when heat or voltage is applied. It should be noted here that when using electrostatic force according to the principle of MEMS, it is known that only 1/3 of the distance between two electrodes can be controlled, so that it meets the single mode condition described later. Thus, it is necessary to design the distance between the two electrodes. In addition, since the thing using a temperature change has a bad influence on a laser area | region, it is more preferable to change the thickness of a core by a method like an electrostatic force if possible.

新しい原理により連続的に波長を可変できる構造と方法を述べる。中空光導波路46の位相調整領域48において、本実施例では中空導波路特有の特性を用いて位相調整を行うことができる。これは中空導波路46内にDBR50を作りこんだフィルタ領域19のコアの厚さに対して段差Dをつけた位相調整領域48を形成し、同じ上部ミラー47bを動かすという一つの制御パラメータで、ブラッグ波長を可変すると同時に位相を調整し、モードホップなしで波長の連続可変動作を実現させるというものである。これを数式を使い説明する。上述したように上部高反射ミラー47bを上下させてコアの厚さを変化させることでフィルタ領域49では、等価屈折率neffが変化し、ブラッグ波長λgはフィルタ領域49のコアの厚さDDBRとブラッグ周期Λを用いて(4)式のように近時的に変化する。

Figure 2007243121
今、フィルタ領域49のコアの厚さが変化して、その変化したブラッグ波長□で発振し続けると仮定する。その仮定のもとではフィルタ領域49の伝搬定数は(5)式となり、コアの厚さDDBRを変えても一定となり変化しない。
Figure 2007243121
そのとき、利得領域42の伝搬定数は、(6)式のようになる。
Figure 2007243121
一方、位相調整領域48の伝搬定数βはD=DDBR−Dを満足しながら変化するので(7)式が成り立つ。
Figure 2007243121
フィルタ領域49のコアの厚みDDBRを小さくすることを考えると、(6)式より利得領域42の伝搬定数は大きくなるが、位相調整領域48の伝搬定数は(7)式より小さくなるので、位相補償効果があることがわかる。実際に利得領域長l=100μm、位相調整領域長l=310μm、DBRの有効長Leff=100μm、グレーティングの周期Λ=0.8μm、δをブラッグ波長λからの伝搬定数の差としたとき(8)式の発振位相条件からブラッグ波長λに一番近い波長を求め、図5に図示する。
2(β・l+β・l+Leff・δ)=2mπ mは正の整数 …(8)
また、図5には位相調整領域48がある場合と位相調整領域48がない場合も比較のため示してある。位相調整領域48がない場合はモードホップを生ずるが、位相調整領域48がある場合は中空コアの厚さが2.5μmから3.5μmまで、波長変化でいうと、1.525μmから1.565μmの35nm(Cバンド)の範囲内を連続可変できる可能性があることがわかる。このような単純な構成によって35nmのモードホップなしの連続可変が可能であるが、これ以上の連続可変幅が必要な場合はさらに0から2πまで任意の値が設定できる新たな位相調整領域を付加してもよいが、この場合の位相調整領域はかならずしも中空導波路内部に形成する必要はなく従来のような利得領域に形成しても構わない。A structure and method capable of continuously changing the wavelength according to a new principle will be described. In the phase adjustment region 48 of the hollow optical waveguide 46, in this embodiment, the phase adjustment can be performed by using the characteristic characteristic of the hollow waveguide. The control parameter of one of which forms a phase adjusting region 48 stepped D s of the thickness of the core of the filter region 19 yelling form a DBR50 into the hollow waveguide 46, moving the same upper mirror 47b The Bragg wavelength is varied and the phase is adjusted at the same time, so that the wavelength can be continuously varied without mode hopping. This will be explained using mathematical expressions. As described above, the upper refractive mirror 47b is moved up and down to change the core thickness, whereby the equivalent refractive index n eff changes in the filter region 49, and the Bragg wavelength λg is equal to the core thickness D DBR of the filter region 49. And the Bragg period Λ, as shown in equation (4).
Figure 2007243121
Now, it is assumed that the core thickness of the filter region 49 changes, and oscillation continues at the changed Bragg wavelength □ g . Under the assumption, the propagation constant of the filter region 49 is expressed by equation (5), and is constant and does not change even if the core thickness DDBR is changed.
Figure 2007243121
At that time, the propagation constant of the gain region 42 is as shown in Equation (6).
Figure 2007243121
On the other hand, since the propagation constant β p of the phase adjustment region 48 changes while satisfying D p = D DBR −D s , the equation (7) is established.
Figure 2007243121
Considering that the core thickness DDBR of the filter region 49 is reduced, the propagation constant of the gain region 42 is larger than the equation (6), but the propagation constant of the phase adjustment region 48 is smaller than the equation (7). It can be seen that there is a phase compensation effect. Actually, gain region length l a = 100 μm, phase adjustment region length l p = 310 μm, DBR effective length L eff = 100 μm, grating period Λ = 0.8 μm, δ is the difference in propagation constant from Bragg wavelength λ g seeking a wavelength closest to the Bragg wavelength lambda g from the time (8) of the oscillation phase condition, illustrated in Figure 5.
2 (β a · l a + β p · l p + L eff · δ) = 2mπ m is a positive integer (8)
FIG. 5 also shows a case where the phase adjustment region 48 is present and a case where the phase adjustment region 48 is not present for comparison. When there is no phase adjustment region 48, a mode hop occurs, but when the phase adjustment region 48 is present, the thickness of the hollow core is 2.5 μm to 3.5 μm, and in terms of wavelength change, 1.525 μm to 1.565 μm. It can be seen that there is a possibility of being continuously variable within the range of 35 nm (C band). With such a simple configuration, continuous variable without mode hops of 35 nm is possible, but if a continuous variable width of more than this is required, a new phase adjustment region that can set any value from 0 to 2π is added. However, the phase adjustment region in this case is not necessarily formed inside the hollow waveguide, and may be formed in a conventional gain region.

次に結合効率向上手段53について説明する。結合効率向上手段53とは、利得領域42と中空導波路領域46のコアの厚さの違いに起因するモード結合損失と両領域の界面で生じるフレネル損失とを少なくする手段のことである。  Next, the coupling efficiency improving means 53 will be described. The coupling efficiency improving means 53 is means for reducing mode coupling loss due to the difference in core thickness between the gain region 42 and the hollow waveguide region 46 and Fresnel loss generated at the interface between the two regions.

まず、まずモード結合損失を少なくする手段について説明する。中空導波路46の上部高反射ミラー47bは可動するために半導体の利得領域42と中空導波路46の結合部に隙間が生ずる構造になりやすい。当然利得領域42と中空導波路46との間に隙間が無いほうが結合効率上好ましく、利得領域42の光の出射点は出来れば中空導波路内16の高反射ミラー47bの下に潜り込むように位置する方がよい。もし隙間がある場合にも、計算の結果3μm以下であれば結合損失を1dB程度までに抑えることが可能である。また、利得領域42と中空導波路内46の接合点ではコアの厚さは変わらず一定とし、接合点から離れるに従いテーパ構造で角度をつけてコアの厚さを変化させるような構造も第1の実施例からも類推できるが非常に有効な手段である。  First, means for reducing the mode coupling loss will be described. Since the upper high reflection mirror 47b of the hollow waveguide 46 is movable, it tends to have a structure in which a gap is formed at the coupling portion between the semiconductor gain region 42 and the hollow waveguide 46. Of course, it is preferable in terms of coupling efficiency that there is no gap between the gain region 42 and the hollow waveguide 46, and the light emission point of the gain region 42 is positioned so as to sink under the high reflection mirror 47 b in the hollow waveguide 16 if possible. Better to do. Even if there is a gap, the coupling loss can be suppressed to about 1 dB if the calculation result is 3 μm or less. Also, the structure in which the core thickness remains constant at the junction between the gain region 42 and the hollow waveguide 46, and the core thickness is changed by increasing the angle with a taper structure as the distance from the junction increases. This can be inferred from the above embodiments, but is a very effective means.

次にフレネル損失の影響と減少させる方法について説明する。利得領域42の光導波路構造43からなる半導体コアと中空光導波路46の空気コアは屈折率差が大きく、直接結合した場合フレネル反射を生ずる。このフレネル反射は、結合効率を悪化させるだけでなく、レーザ共振器内に反射点が増えるので複合共振器となり、意図的に複合共振器レーザを構成する場合以外、特に本実施例においてはフレネル反射があることは好ましくない。この点については実験データを踏まえ以下に説明する。  Next, the influence of Fresnel loss and a method for reducing it will be described. The semiconductor core formed of the optical waveguide structure 43 in the gain region 42 and the air core of the hollow optical waveguide 46 have a large refractive index difference, and when directly coupled, Fresnel reflection occurs. This Fresnel reflection not only deteriorates the coupling efficiency, but also increases the number of reflection points in the laser resonator, so that it becomes a composite resonator. It is not preferable that there is. This will be explained below based on experimental data.

図6は利得領域61を直接中空ブラッグ反射鏡62に結合させるレーザ構造を示している。まずフレネル反射の影響を確認するために、利得領域61としてファブリペロー型の半導体30μmストライプレーザ(FP−LD)を作製し結合実験をおこなった。その結果、FP−LD自体の発振の他に、中空ブラッグ反射鏡62で反射したDBRモードの発振が観測されコアの変化とともにDBRモードの波長は可変し、FP−LD自体の発振は変化しないという結果が得られた。このため、利得領域61の片面の反射率を落とすために、30μmストライプを(011)結晶方向から7°傾け、かつ端面にはARコートを施したデバイスを作製して同様な実験を試みたところ図7に示すようなDBRモードのみの発振が確認され利得領域61と中空ブラッグ反射鏡62との界面で生ずるフレネル反射の防止が有効であることが確認された。そしてその波長可変の様子を詳細に観測してみると、連続的に可変できずに大きなモードホップが観測された。この様子を図8に示す。これはスラブ中空導波路がマルチモード導波路であり、基本モードと高次モードのうち利得領域61の利得が高いところのモードが選択されて発振していると考えられる。これを防止するためには、中空ブラッグ反射鏡62のシングルモード条件考える必要がある。また、コアの厚さが5μm以下の微小コア領域では中空ブラッグ反射鏡62の壁に反射し、ASEのピークすなわち利得の最大点で発振してしまい、上述したモード結合損失を少なくする手段も合わせて必要となることがわかった。  FIG. 6 shows a laser structure in which the gain region 61 is directly coupled to the hollow Bragg reflector 62. First, in order to confirm the influence of Fresnel reflection, a Fabry-Perot semiconductor 30 μm stripe laser (FP-LD) was manufactured as the gain region 61 and a coupling experiment was performed. As a result, in addition to the oscillation of the FP-LD itself, the oscillation of the DBR mode reflected by the hollow Bragg reflector 62 is observed, and the wavelength of the DBR mode changes with the change of the core, and the oscillation of the FP-LD itself does not change. Results were obtained. For this reason, in order to reduce the reflectivity of one side of the gain region 61, a similar experiment was attempted by fabricating a device in which a 30 μm stripe was tilted 7 ° from the (011) crystal direction and an end surface was coated with an AR coating. The oscillation of only the DBR mode as shown in FIG. 7 was confirmed, and it was confirmed that prevention of Fresnel reflection occurring at the interface between the gain region 61 and the hollow Bragg reflector 62 was effective. When we looked at how the wavelength was tuned in detail, a large mode hop was observed without being continuously variable. This is shown in FIG. This is considered that the slab hollow waveguide is a multimode waveguide, and a mode in which the gain of the gain region 61 is high is selected from the fundamental mode and the higher order mode and oscillates. In order to prevent this, it is necessary to consider the single mode condition of the hollow Bragg reflector 62. In addition, in the micro core region where the core thickness is 5 μm or less, the light is reflected on the wall of the hollow Bragg reflector 62 and oscillates at the peak of the ASE, that is, the maximum point of gain. I found out that it was necessary.

次にシングルモード条件について説明する。中空導波路にDBRを形成した導波路のブラッグ回折条件は以下のようになる。
β+β=2qπ/Λ mとnは整数 …(9)
ここでβmとβnはそれぞれ、m次の進行波モードとn次の後退波モードの伝搬定数である。qはグレーティングの次数で本実施例の場合1である。図9はシングルモード条件の求め方の1例を図示している。(9)式で与えられるモードは無限にあるが、m=n=1の基本モードとm=1、n=2の場合を考えればよい。図9はシングルモード条件を求める方法を示した図である。まず、波長可変範囲の一番短波長側から基本モードと二次モードとの交点を求める。この例では1500nmの位置から右へ進む。この二つの交点のX軸の値がコアの厚さの可変範囲となる。このときの波長が波長可変範囲を与える。図9の例では2.8μmから4.3μmとなる。コアの厚さが4μmのとき、1490nmと1530nmの2点が存在するが、1490nmで発振しない程度の利得差がある利得媒質を選ぶ必要がある。このようにして求めたコアの範囲であれば、中空導波路内には基本モードしか存在しないことになる。
Next, the single mode condition will be described. The Bragg diffraction conditions of a waveguide in which a DBR is formed in a hollow waveguide are as follows.
β m + β n = 2qπ / Λ m and n are integers (9)
Here, βm and βn are propagation constants of the m-order traveling wave mode and the n-order backward wave mode, respectively. q is the order of the grating and is 1 in this embodiment. FIG. 9 illustrates an example of how to obtain the single mode condition. Although the modes given by equation (9) are infinite, the basic mode of m = n = 1 and the case of m = 1 and n = 2 can be considered. FIG. 9 is a diagram showing a method for obtaining a single mode condition. First, the intersection of the fundamental mode and the secondary mode is obtained from the shortest wavelength side of the wavelength variable range. In this example, the process proceeds from the 1500 nm position to the right. The value of the X axis of these two intersections becomes the variable range of the core thickness. The wavelength at this time gives a wavelength variable range. In the example of FIG. 9, it is 2.8 μm to 4.3 μm. When the core thickness is 4 μm, there are two points of 1490 nm and 1530 nm, but it is necessary to select a gain medium having a gain difference that does not oscillate at 1490 nm. If it is the range of the core calculated | required in this way, only a fundamental mode will exist in a hollow waveguide.

光の偏光制御手段について説明する。偏波は半導体レーザ構造と同等構造をもつのであれば通常TEモードが導波するので、偏光制御が自動的になされている。  The light polarization control means will be described. If the polarization has the same structure as the semiconductor laser structure, the TE mode is normally guided, so that the polarization control is automatically performed.

最後に、中空導波路を使用した波長可変レーザの設計について整理しておく。図10は中空導波路を使用した波長可変レーザの設計フローチャートを示している。まず所望の可変すべき波長の範囲、すなわち可変帯域を決定する。(ST101)。次にこの波長範囲において利得媒質が十分な利得を持つ必要があるので、波長可変範囲の中心付近に利得のピークがくるように利得媒質の選択を行う。(ST102)次に中空導波路として光が導波する帯域が十分どうかを検証する。導波する帯域は、形成する材料の屈折率差に依存するので、半導体多層膜のように屈折率差があまり取れないもので中空導波路を形成する場合には所望の波長帯域より狭い場合があるので注意を要する(ST103)。次に、中空ブラッグ反射鏡のシングルモード条件を満足するコアの可変幅を求める。グレーティング周期Λを変えることで同じコアの厚さでブラッグ波長の値をシフトすることができるので、Λをパラメータとして最適なコア可変幅を設定する(ST104)。コア可変幅が決まるとそれに従い、MEMS構造設計をおこなう。ここではデバイス構造に合わせて結合効率が良くなるような構造を検討する(ST105)。一方、グレーティング周期Λが決定されたので、グレーティングの深さを決定する。グレーティングの深さとコアの可変幅によりDBRとしての結合をどの程度に設計すべきか決定する。結合の程度が強すぎるとブラッグ帯域は広くなり、マルチモード発振したりサイドモード抑圧比(SMSR)が減少したりする(ST106)。以上によりDBRとしてのフィルタ特性が決定されたのでDBRの有効長leffやミラー損失がわかることとなる。(ST107)次に、連続位相可変ができる条件として中空導波路内に形成する段差Dの量や位相調整領域長lを決定する(ST108)。そして利得領域の利得、利得領域長lやミラー損失、各領域の損失からレーザー発振条件を求め(ST109)、発振閾値電流、SMSR、波長可変幅等のレーザ特性が満足されているかどうかを求める(ST110)。所望のレーザ特性が得られない場合は、トレードオフとなる項目を見直し、同じことを繰り返し行う。Finally, the design of the wavelength tunable laser using the hollow waveguide will be summarized. FIG. 10 shows a design flow chart of a wavelength tunable laser using a hollow waveguide. First, a desired variable wavelength range, that is, a variable band is determined. (ST101). Next, since it is necessary for the gain medium to have a sufficient gain in this wavelength range, the gain medium is selected so that the gain peak comes near the center of the wavelength variable range. (ST102) Next, it is verified whether or not a band in which light is guided as a hollow waveguide is sufficient. The band to be guided depends on the difference in refractive index of the material to be formed. Therefore, when forming a hollow waveguide with a difference in refractive index that is not so large as in a semiconductor multilayer film, it may be narrower than the desired wavelength band. Because there is, attention is necessary (ST103). Next, the variable width of the core that satisfies the single mode condition of the hollow Bragg reflector is obtained. Since the Bragg wavelength value can be shifted with the same core thickness by changing the grating period Λ, an optimum core variable width is set using Λ as a parameter (ST104). When the core variable width is determined, the MEMS structure is designed accordingly. Here, a structure that improves the coupling efficiency in accordance with the device structure is examined (ST105). On the other hand, since the grating period Λ is determined, the depth of the grating is determined. The degree of coupling as a DBR is determined by the depth of the grating and the variable width of the core. If the degree of coupling is too strong, the Bragg band becomes wide, and multimode oscillation occurs or the side mode suppression ratio (SMSR) decreases (ST106). As described above, since the filter characteristics as the DBR are determined, the effective length l eff of the DBR and the mirror loss can be known. (ST107) Next, the amount of step D s formed in the hollow waveguide and the phase adjustment region length l p are determined as conditions for enabling continuous phase variation (ST108). The gain of the gain region, the gain region length l a and the mirror loss, determine the laser oscillation condition from loss of each area (ST 109), a determination of whether the oscillation threshold current, SMSR, laser characteristics, such as wavelength tunable width is satisfied (ST110). If the desired laser characteristics cannot be obtained, review the trade-off items and repeat the same.

以上述べたように、本発明の1実施例によれば、中空光導波路の巨大な等価屈折率変化を利用しているので波長可変レーザに中空光導波路を使用した場合、従来の波長可変レーザの波長可変幅を大幅に凌駕することが可能である。また集積化を行う場合、中空導波路内に新しい原理の位相調整領域を設けることでコアの厚さを変化させるという一つのパラメータにより広い範囲内で波長可変をモードホップなしで連続的に行うことができる。また、中空導波路のコアの厚さを可変しうる手段としてMEMS構造を用いることで、小型化、高信頼化が達成できる。さらに、利得媒質として端面出射型の構造を用いれば高光出力が可能である。以上の構成により、簡易な波長制御方式で広い連続掃引が可能で、しかも高光出力、高信頼性、小型なレーザ装置を提供できる。  As described above, according to one embodiment of the present invention, since the huge equivalent refractive index change of the hollow optical waveguide is utilized, when the hollow optical waveguide is used for the wavelength tunable laser, It is possible to greatly exceed the wavelength tunable width. In addition, when integrating, the wavelength can be continuously tuned without a mode hop within a wide range with one parameter of changing the core thickness by providing a phase adjustment region based on a new principle in the hollow waveguide. Can do. Further, the use of the MEMS structure as means for changing the thickness of the core of the hollow waveguide can achieve downsizing and high reliability. Further, if an end face emission type structure is used as the gain medium, high light output is possible. With the above configuration, a wide continuous sweep is possible with a simple wavelength control method, and a high laser output, high reliability, and a small laser device can be provided.

本発明は前記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階でその要旨を逸脱しない範囲で具体化できる。例えば、本実施例では波長可変レーザについてのみ詳細に述べたが中空導波路の持つ巨大な等価屈折率変化とフィルタ特性を考えれば、本実施例に示したのとほぼ同様な構成で種々の新しい光機能デバイスが考えられる。例えば、送信光の伝搬遅延を制御したり、光に分散をあらかじめ与えて送信したりする新しいレーザも製作することが可能である。またレーザを逆バイアスかけると光検出器になることから容易にわかるように利得媒質の代わりに吸収利得を持つ光検出器でおきかえることで波長選択できる光検出器も構成できる。  The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied without departing from the spirit of the invention at the stage of implementation. For example, in the present embodiment, only the wavelength tunable laser has been described in detail, but considering the enormous equivalent refractive index change and filter characteristics of the hollow waveguide, various new configurations with the same configuration as shown in the present embodiment are provided. An optical functional device can be considered. For example, it is possible to manufacture a new laser that controls the propagation delay of transmission light or transmits light with dispersion applied in advance. Further, as can be easily understood from the fact that the laser becomes a photo detector when the laser is reverse-biased, a photo detector capable of selecting the wavelength can be configured by replacing the photo detector with an absorption gain instead of the gain medium.

本発明に係る第1の実施形態における波長可変リングレーザ装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a wavelength tunable ring laser device according to a first embodiment of the present invention. DBRを中空導波路に形成した中空ブラッグ反射鏡の特性例である。It is an example of the characteristic of the hollow Bragg reflector which formed DBR in the hollow waveguide. 第1の実施形態における波長可変特性の1特性例を示した図である。It is the figure which showed one characteristic example of the wavelength variable characteristic in 1st Embodiment. 本発明に係る第2の実施形態におけるレーザ装置の概念図を表したものである。(a)はその断面図、(b)は斜めから見た図である。本発明に係る第2の実施形態における波長可変リングレーザ装置の構成図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of a laser device according to a second embodiment of the present invention. (A) is the sectional view, and (b) is a view as seen from an oblique direction. It is a block diagram of the wavelength tunable ring laser apparatus in 2nd Embodiment which concerns on this invention. 位相調整領域を組み込んだ時と組み込まないときの波長可変の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the wavelength variable when not incorporating a phase adjustment area | region. 利得領域と中空ブラッグ反射鏡を直接結合したDBRレーザの構成図である。It is a block diagram of a DBR laser in which a gain region and a hollow Bragg reflector are directly coupled. 利得領域と中空ブラッグ反射鏡を直接結合したDBRレーザの波長可変特性の1特性例を示した図である。It is the figure which showed one characteristic example of the wavelength variable characteristic of the DBR laser which directly couple | bonded the gain area | region and the hollow Bragg reflector. 利得領域と中空ブラッグ反射鏡を直接結合したDBRレーザの発振モードの特性例を示した図である。It is the figure which showed the example of the characteristic of the oscillation mode of the DBR laser which couple | bonded the gain area | region and the hollow Bragg reflector directly. 本発明に係るシングルモード条件を求める1方法を示した図である。It is the figure which showed 1 method which calculates | requires the single mode conditions based on this invention. 本発明に係る中空導波路を使用した波長可変レーザの設計フローチャートを示した図である。It is the figure which showed the design flowchart of the wavelength tunable laser using the hollow waveguide based on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

12…偏光子
13、16…偏波コントローラ
14、62…中空ブラッグ反射鏡
15…サーキュレータ
17…カプラ
18…光ファイバ
19、52…コア厚可変手段
20、53…結合効率向上手段
41…基板
42、11、61…利得領域
43…光導波路構造
44、45…端面
46…中空導波路
47a、47b…高反射ミラー
48…位相調整領域
49…フィルタ領域
50…回折格子(DBR)
51…ピラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Polarizer 13, 16 ... Polarization controller 14, 62 ... Hollow Bragg reflector 15 ... Circulator 17 ... Coupler 18 ... Optical fiber 19, 52 ... Core thickness variable means 20, 53 ... Coupling efficiency improvement means 41 ... Substrate 42, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 61 ... Gain region 43 ... Optical waveguide structure 44, 45 ... End surface 46 ... Hollow waveguide 47a, 47b ... High reflection mirror 48 ... Phase adjustment region 49 ... Filter region 50 ... Diffraction grating (DBR)
51 ... pillar

Claims (8)

所望の波長可変幅において光利得を備えた利得領域と、光を高反射ミラーで反射させて空気中を伝搬させる中空光導波路と、前記利得領域と前記中空光導波路とをそれぞれ1つ以上用いて光結合する光結合手段とを備え、
前記中空光導波路は、そのコアの厚さを可変できるコア厚可変手段と、前記コア厚可変手段によって波長フィルタ特性が変化するフィルタ構造と、前記フィルタ特性で決定される波長の光が伝搬可能な反射帯域を持つ前記高反射ミラーとを備え、
前記光結合手段に、前記利得領域と前記中空導波路との光結合部の結合効率向上手段を備えることを特徴とする光学装置。
Using a gain region having an optical gain in a desired wavelength tunable width, a hollow optical waveguide that reflects light by a highly reflective mirror and propagates in the air, and one or more of the gain region and the hollow optical waveguide, respectively An optical coupling means for optical coupling,
The hollow optical waveguide is capable of propagating light having a wavelength determined by the filter characteristics, a core thickness variable means capable of changing the thickness of the core, a filter structure whose wavelength filter characteristics are changed by the core thickness variable means A high reflection mirror having a reflection band;
An optical apparatus, wherein the optical coupling means includes means for improving the coupling efficiency of an optical coupling portion between the gain region and the hollow waveguide.
前記光利得とは正または負であることを特徴とする請求項1記載の光学装置。The optical apparatus according to claim 1, wherein the optical gain is positive or negative. 前記光結合手段でリング共振器を構成する場合、このリング共振器を伝搬する光の偏光制御手段と、光の伝搬方向を選択する伝搬方向制御手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の光学装置。2. When a ring resonator is constituted by the optical coupling means, polarization control means for light propagating through the ring resonator and propagation direction control means for selecting a light propagation direction are provided. Optical device. 前記中空光導波路は、この中空導波路内の一部にコアの厚みを変化させた領域をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の光学装置。The optical device according to claim 1, wherein the hollow optical waveguide further includes a region in which the thickness of the core is changed in a part of the hollow waveguide. 前記コア厚可変手段によって変化するコアの厚みの可変範囲は前記所望の波長可変幅に対して前記中空導波路の基本モードのみが選択されるコアの厚さの範囲であることを特徴とする請求項1記載の光学装置。The core thickness variable range that is changed by the core thickness variable means is a core thickness range in which only the fundamental mode of the hollow waveguide is selected with respect to the desired wavelength variable width. Item 4. The optical device according to Item 1. 前記コア厚可変手段は、圧電および熱による歪応力または静電力によってコアの厚みを可変することを特徴とする請求項1記載の光学装置。2. The optical apparatus according to claim 1, wherein the core thickness varying means varies the thickness of the core by a strain stress or electrostatic force due to piezoelectricity and heat. 前記フィルタ構造は、円形または平行形状の回折格子または前記回折格子の一部を1/4波長シフトした回折格子を1つ以上配置したことを特徴とする請求項1記載の光学装置。2. The optical device according to claim 1, wherein the filter structure includes one or more circular or parallel diffraction gratings or one or more diffraction gratings obtained by shifting a part of the diffraction grating by a quarter wavelength. 前記高反射ミラーは、屈折率差の高い二つの材料を交互に積層した多層膜か金またはフォトニック結晶であることを特徴とする請求項1記載の光学装置。2. The optical apparatus according to claim 1, wherein the high reflection mirror is a multilayer film in which two materials having a high refractive index difference are alternately laminated, gold, or a photonic crystal.
JP2006102448A 2006-03-06 2006-03-06 Optical apparatus Pending JP2007243121A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006102448A JP2007243121A (en) 2006-03-06 2006-03-06 Optical apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006102448A JP2007243121A (en) 2006-03-06 2006-03-06 Optical apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007243121A true JP2007243121A (en) 2007-09-20

Family

ID=38588320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006102448A Pending JP2007243121A (en) 2006-03-06 2006-03-06 Optical apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007243121A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9300308B2 (en) 2013-10-16 2016-03-29 Seiko Epson Corporation Light emitting device and atomic oscillator
CN117748276A (en) * 2024-02-05 2024-03-22 深圳大学 Optical fiber laser for medium infrared wide spectrum tunable narrow linewidth
CN117748276B (en) * 2024-02-05 2024-05-10 深圳大学 Optical fiber laser for medium infrared wide spectrum tunable narrow linewidth

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9300308B2 (en) 2013-10-16 2016-03-29 Seiko Epson Corporation Light emitting device and atomic oscillator
CN117748276A (en) * 2024-02-05 2024-03-22 深圳大学 Optical fiber laser for medium infrared wide spectrum tunable narrow linewidth
CN117748276B (en) * 2024-02-05 2024-05-10 深圳大学 Optical fiber laser for medium infrared wide spectrum tunable narrow linewidth

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5772989B2 (en) Laser element
JP5811273B2 (en) Optical element, optical transmitter element, optical receiver element, hybrid laser, optical transmitter
US8831049B2 (en) Tunable optical system with hybrid integrated laser
JP4942429B2 (en) Semiconductor tunable laser
US20070071061A1 (en) Tunable resonant grating filters
CA2728879C (en) Composite subwavelength-structured waveguide in optical systems
JP4603090B2 (en) Substrate-type optical waveguide device, chromatic dispersion compensation device and design method thereof, optical filter and design method thereof, and optical resonator and design method thereof
JP5304158B2 (en) Optical resonator and tunable laser
JP2006278770A (en) Variable wavelength laser
US9829630B2 (en) Tunable reflectors based on multi-cavity interference
JP2006171706A (en) Tunable demultiplexer and tunable laser with light deflector
JP5474844B2 (en) Tunable resonant grating filter
EP3210266A1 (en) External cavity laser comprising a photonic crystal resonator
JP6003069B2 (en) Grating element and optical element
JP2006330104A (en) Waveguide type filter and semiconductor laser element using the same
JP2010212472A (en) Wavelength variable light source and adjusting method of oscillation wavelength thereof
JP2011086714A (en) Wavelength tunable laser
JP2007243121A (en) Optical apparatus
JP5375620B2 (en) Tunable light source
JP5880087B2 (en) Grating element and optical element
WO2005060058A1 (en) Semiconductor laser and its manufacturing method
Kumar et al. Widely tunable mirror based on 3D hollow waveguide for tunable photonic integrated circuits
JP2019091780A (en) Semiconductor optical device
JPWO2018235200A1 (en) Optical waveguide, optical circuit and semiconductor laser
Kumar A hollow waveguide Bragg reflector: A tunable platform for integrated photonics