JP2011044581A - Semiconductor laser and optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長多重光ネットワークにおいて用いられ、波長可変幅の大きい波長可変光源となる半導体レーザ及び光モジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser and an optical module which are used in a wavelength division multiplexing optical network and become a wavelength variable light source having a large wavelength variable width.
通信用の光源としては、主にDFB(Distributed feedback)レーザが用いられてきたが、近年波長多重通信(WDM;Wavelength Division Multiplexing)システムの発展に伴い、発振波長を可変できる波長可変光源が求められるようになった。通信用の波長可変光源としては、図1に示すように、DFBレーザをアレイ化し、アレイ選択と温度による波長チューニングとの組み合わせにより、広範囲な波長可変を実現する波長可変レーザが知られている(例えば、非特許文献1参照)。 As a communication light source, a DFB (Distributed Feedback) laser has been mainly used. However, with the development of a wavelength division multiplexing (WDM) system in recent years, a wavelength variable light source capable of changing an oscillation wavelength is required. It became so. As a wavelength tunable light source for communication, as shown in FIG. 1, a wavelength tunable laser is known which realizes a wide range of wavelength tunability by arraying DFB lasers and combining array selection and temperature tuning based on temperature ( For example, refer nonpatent literature 1).
図1は、DFBアレイを用いた波長可変レーザの構造を示す図であって、10個のDFBレーザ、S字型接続導波路、光合波器及び光増幅器がInP基板上に集積された構造を示している。図中101a〜101jはDFBレーザ、102a〜102jはS字型接続導波路、103は光合流回路、104は出力導波路、105は光増幅器をそれぞれ示している。 FIG. 1 is a diagram showing a structure of a wavelength tunable laser using a DFB array, in which 10 DFB lasers, an S-shaped connection waveguide, an optical multiplexer and an optical amplifier are integrated on an InP substrate. Show. In the figure, 101a to 101j are DFB lasers, 102a to 102j are S-shaped connection waveguides, 103 is an optical converging circuit, 104 is an output waveguide, and 105 is an optical amplifier.
図1の波長可変レーザの動作は以下の通りである。10個のDFBレーザ101a〜101jは30ミクロン間隔で並べられており、それぞれのDFBレーザは個別に電極を有し、それぞれ独立に動作する。各DFBレーザはそれぞれ活性層上に回折格子を有し、この回折格子のピッチをDFBレーザ毎に異なる値に設定することによって、それぞれ異なった波長で発振するように設定されている。一般的にDFBレーザの発振波長は温度変化1℃で0.1nm変化することから、素子の温度を30℃変化させることによって、一つのDFBレーザの発振波長は約3nm変化する。従って、図1に示した波長可変レーザの場合は、10個のDFBレーザ101a〜101jのうちから1つを選択することと素子温度の制御とを組み合わせることによって、30nm以上の広い波長範囲をカバーすることができる。
The operation of the wavelength tunable laser in FIG. 1 is as follows. Ten DFB
ここで、波長可変レーザにおける発振波長の可変原理を、図2を参照して説明する。図2はDFBアレイを用いた波長可変レーザにおける発振波長の可変原理を説明する図であって、各DFBレーザの発振波長と素子温度の関係を示している。図中201a〜201jはDFBレーザ101a〜101jの発振波長と素子温度の関係をそれぞれ示している。各DFBレーザは、17℃から48℃の温度範囲で約3nm長波長側に変化していることが、図2からわかる。従って、10個のDFBレーザ101a〜101jの発振波長の全ての波長範囲は30nmをカバーしていることがわかる。
Here, the principle of variable oscillation wavelength in the wavelength tunable laser will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of variable oscillation wavelength in a wavelength tunable laser using a DFB array, and shows the relationship between the oscillation wavelength of each DFB laser and the element temperature. In the figure, 201a to 201j indicate the relationship between the oscillation wavelength of the
そして、DFBレーザ101a〜101jのいずれかからの出力光は、S字型接続導波路102a〜102jを通して、光合流回路103に入射する。光合流回路103では、入力光ポート数10に対して出力ポート数は1つであるため、出力導波路104に出力される光強度が10分の1に減少する。この減少した光強度分を半導体増幅器105で補償し出力する。
Then, the output light from any of the DFB
図1に示すようなDFBレーザアレイ、光合流回路を用いる構造の波長可変レーザは、その制御が簡便で、素子が時間的に劣化しても、波長のオンライン観察による電流値へのフィードバックが可能であり、劣化への対応が容易であるため、理想的な波長可変レーザであるが、以下に挙げる問題がある。 A tunable laser with a structure using a DFB laser array and optical converging circuit as shown in FIG. 1 is easy to control and can be fed back to the current value by on-line observation of the wavelength even if the element deteriorates over time. Since it is easy to cope with deterioration, it is an ideal wavelength tunable laser, but has the following problems.
DFBレーザアレイと光合流回路を用いる構造の波長可変レーザにおいて、多モード導波路の干渉効果を用いたMMI(Multi-Mode Interferometer;多モード干渉型)カプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流回路では、入力光ポート数がn本(複数)であるのに対して、使用する出力ポート数は1つであるため、出力される光強度がn分の1に減少する。その結果、信号光の信号・雑音比(SN比)が劣化し、光増幅器により光損失分を補償しようとしても、アレイ数に応じて出力光強度が減少し、又、SN比は劣化してしまうという問題があった。たとえ、光増幅器の長さを長くする等の方法により、出力強度を補償したとしても、SN比は改善されないため、雑音の多い光源となってしまうという問題もあった。加えて、出力導波路に出力されなかった信号光成分は光合流回路からさまざまな方向に放射されるため、迷光として素子前方へも出射され、モジュール作製時に強度モニタ用PD(Photo diode)にオフセットを生じさせたり、波長ロッカ用のPDに雑音をのせてしまったりする可能性があり、精度よく波長をロックするのが難しいという問題があった。 Multi-mode interferometer (MMI) couplers using multi-mode waveguide interference effects in tunable lasers using a DFB laser array and optical converging circuit, multiple input ports and multiple output ports In the optical combining circuit having n, the number of input optical ports is n (plural), whereas the number of output ports to be used is one, so that the output light intensity is reduced to 1 / n. As a result, the signal-to-noise ratio (SN ratio) of the signal light deteriorates, and even if an optical amplifier compensates for the optical loss, the output light intensity decreases according to the number of arrays, and the SN ratio deteriorates. There was a problem that. Even if the output intensity is compensated by a method such as increasing the length of the optical amplifier, the S / N ratio is not improved, resulting in a problem that the light source is noisy. In addition, since the signal light component that was not output to the output waveguide is emitted from the optical converging circuit in various directions, it is emitted to the front of the device as stray light and offset to the intensity monitor PD (Photo diode) when the module is manufactured. There is a problem that it is difficult to lock the wavelength with high accuracy.
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、高出力・高SN比で波長可変域が大きな半導体レーザ及び光モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor laser and an optical module that have a high output and a high SN ratio and a large wavelength variable range.
上記課題を解決する第1の発明に係る半導体レーザは、
各々異なる波長で単一モードレーザ発振可能な複数の導波路型レーザキャビティと、
複数の前記導波路型レーザキャビティに各々接続された第1の接続導波路と、
複数の前記第1の接続導波路が接続され、前記導波路型レーザキャビティから発振されて前記第1の接続導波路を伝搬したレーザ光を合流させる第1の光合流回路と、
前記第1の光合流回路の出力側に接続された少なくとも2つの第2の接続導波路と、
前記少なくとも2つの第2の接続導波路が接続され、前記第2の接続導波路を各々伝搬したレーザ光同士を互いに合流させる第2の光合流回路と、
前記第2の光合流回路の出力側に接続され、前記第2の光合流回路で合流させたレーザ光を出力する1つの出力導波路とを有し、
所望の前記導波路型レーザキャビティからレーザ光を発振することにより、波長可変光源とすることを特徴とする。
A semiconductor laser according to a first invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A plurality of waveguide laser cavities each capable of single mode lasing at different wavelengths;
A first connecting waveguide connected to each of the plurality of waveguide-type laser cavities;
A plurality of the first connection waveguides connected to each other, a first optical merging circuit for merging the laser light oscillated from the waveguide type laser cavity and propagated through the first connection waveguide;
At least two second connection waveguides connected to the output side of the first optical converging circuit;
A second optical merging circuit for connecting the at least two second connection waveguides and merging the laser beams respectively propagating through the second connection waveguides;
One output waveguide connected to the output side of the second optical merging circuit and outputting the laser beam merged by the second optical merging circuit;
A wavelength tunable light source is obtained by oscillating laser light from the desired waveguide laser cavity.
上記課題を解決する第2の発明に係る半導体レーザは、
上記第1の発明に記載の半導体レーザにおいて、
全ての前記第2の接続導波路に、又は、1つを除いた残りの前記第2の接続導波路に、当該第2の接続導波路を伝搬するレーザ光の位相を調整する位相調整領域を設けたことを特徴とする。
A semiconductor laser according to a second invention for solving the above-described problems is as follows.
In the semiconductor laser according to the first invention,
A phase adjustment region for adjusting the phase of the laser light propagating through the second connection waveguide is provided in all the second connection waveguides or in the remaining second connection waveguides except for one. It is provided.
上記課題を解決する第3の発明に係る半導体レーザは、
上記第1又は第2の発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記第1の光合流回路又は前記第2の光合流回路により合流されたレーザ光を増幅する導波路型光増幅器を設けたことを特徴とする。
A semiconductor laser according to a third invention for solving the above-mentioned problem is as follows.
In the semiconductor laser according to the first or second invention,
A waveguide type optical amplifier for amplifying the laser light merged by the first optical merging circuit or the second optical merging circuit is provided.
上記課題を解決する第4の発明に係る半導体レーザは、
上記第3の発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記導波路型光増幅器を前記第2の接続導波路に各々設けたことを特徴とする。
A semiconductor laser according to a fourth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the semiconductor laser according to the third aspect,
The waveguide type optical amplifier is provided in each of the second connection waveguides.
上記課題を解決する第5の発明に係る半導体レーザは、
上記第3の発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記導波路型光増幅器を前記出力導波路に設けたことを特徴とする。
A semiconductor laser according to a fifth invention for solving the above-described problem is
In the semiconductor laser according to the third aspect,
The waveguide type optical amplifier is provided in the output waveguide.
上記課題を解決する第6の発明に係る半導体レーザは、
上記第1〜第5のいずれか1つの発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記第1の光合流回路を多モード干渉型カプラ又はファネル型カプラとしたことを特徴とする。
A semiconductor laser according to a sixth invention for solving the above-mentioned problem is as follows.
In the semiconductor laser according to any one of the first to fifth inventions,
The first optical merging circuit is a multimode interference coupler or a funnel coupler.
上記課題を解決する第7の発明に係る半導体レーザは、
上記第1〜第6のいずれか1つの発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記第2の光合流回路を多モード干渉型カプラ、方向性結合器、Y字型光合流器のいずれかとしたことを特徴とする。
A semiconductor laser according to a seventh invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the semiconductor laser according to any one of the first to sixth inventions,
The second optical merging circuit is any of a multimode interference coupler, a directional coupler, and a Y-shaped optical merging device.
上記課題を解決する第8の発明に係る半導体レーザは、
上記第1〜第7のいずれか1つの発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記第2の光合流回路の出力側に、レーザ光の強度又は位相の少なくとも一方を変調する光変調器を設けたことを特徴とする。
A semiconductor laser according to an eighth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the semiconductor laser according to any one of the first to seventh inventions,
An optical modulator that modulates at least one of the intensity and phase of laser light is provided on the output side of the second optical converging circuit.
上記課題を解決する第9の発明に係る半導体レーザは、
上記第8の発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記光変調器を電界吸収型変調器又はマッハツェンダ変調器としたことを特徴とする。
A semiconductor laser according to a ninth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the semiconductor laser according to the eighth invention,
The optical modulator is an electroabsorption modulator or a Mach-Zehnder modulator.
上記課題を解決する第10の発明に係る半導体レーザは、
上記第1〜第7のいずれか1つの発明に記載の半導体レーザにおいて、
全ての前記第2の接続導波路に、又は、1つを除いた残りの前記第2の接続導波路に、前記第2の接続導波路を伝搬するレーザ光同士の位相差を調整して、光強度を変調する光位相変調器を設けたことを特徴とする。
A semiconductor laser according to a tenth invention for solving the above-mentioned problems is
In the semiconductor laser according to any one of the first to seventh inventions,
Adjust the phase difference between the laser beams propagating through the second connection waveguide to all the second connection waveguides, or to the remaining second connection waveguide except for one, An optical phase modulator for modulating the light intensity is provided.
上記課題を解決する第11の発明に係る半導体レーザは、
上記第1〜第10のいずれか1つの発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記導波路型レーザキャビティ又は前記光変調器の少なくとも一方をストライプ構造に加工すると共に、ルテニウムをドーピングした半絶縁性半導体結晶で前記ストライプ構造の両側を埋め込んだことを特徴とする。
A semiconductor laser according to an eleventh invention for solving the above-mentioned problems is
In the semiconductor laser according to any one of the first to tenth inventions,
At least one of the waveguide laser cavity and the optical modulator is processed into a stripe structure, and both sides of the stripe structure are embedded with a semi-insulating semiconductor crystal doped with ruthenium.
上記課題を解決する第12の発明に係る光モジュールは、
上記第1〜第11のいずれか1つの発明に記載の半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された光を平行光線にする第1のレンズと、
平行光線とした前記光を集光する第2のレンズと、
第1のレンズと第2のレンズの間に配置され、前記半導体レーザへの前記光の反射を防止するアイソレータとを有し、
集光された前記光を光ファイバに結合させて出力することを特徴とする。
An optical module according to a twelfth invention for solving the above-mentioned problems is
The semiconductor laser according to any one of the first to eleventh inventions;
A first lens that converts light emitted from the semiconductor laser into parallel rays;
A second lens for condensing the light as parallel rays;
An isolator disposed between the first lens and the second lens to prevent reflection of the light to the semiconductor laser;
The condensed light is coupled to an optical fiber and output.
上記課題を解決する第13の発明に係る光モジュールは、
上記第12の発明に記載の光モジュールにおいて、
更に、前記半導体レーザから出射される光の波長及びパワーを制御する波長ロッカを有することを特徴とする。
An optical module according to a thirteenth aspect of the present invention for solving the above problem is
In the optical module according to the twelfth invention,
Furthermore, it has a wavelength locker for controlling the wavelength and power of light emitted from the semiconductor laser.
第1〜第11の発明によれば、2つの第2の接続導波路が接続された第2の光合流回路により、第2の接続導波路を各々伝搬したレーザ光同士を互いに合流させるので、第1の光合流回路による光損失を低減し、高出力動作を可能とすると共に、迷光を抑圧し、高SN比な波長可変光源を実現することが可能となる。その結果、高出力・高SN比で波長可変域が大きな半導体レーザを提供することができる。 According to the first to eleventh aspects of the present invention, the laser beams propagated through the second connection waveguides are merged with each other by the second optical merge circuit in which the two second connection waveguides are connected. It is possible to reduce the optical loss due to the first optical merging circuit, enable high output operation, suppress stray light, and realize a wavelength variable light source having a high S / N ratio. As a result, it is possible to provide a semiconductor laser having a high output and a high SN ratio and a large wavelength variable range.
第12の発明によれば、高出力動作が可能で、高SN比な変調機能付き波長可変光源を実現することが可能となる。 According to the twelfth aspect of the present invention, it is possible to realize a variable wavelength light source with a modulation function capable of high output operation and having a high SN ratio.
第13の発明によれば、高出力動作が可能で、高SN比な変調機能付き波長可変光源を、絶対波長の精度よく、又、波長安定度よく実現することが可能となる。 According to the thirteenth invention, it is possible to realize a wavelength tunable light source with a modulation function having a high S / N ratio and capable of high output operation with high accuracy of absolute wavelength and high wavelength stability.
以下、図3〜図12を参照して、本発明に係る半導体レーザ及び光モジュールの実施形態のいくつかを説明する。 Hereinafter, some embodiments of the semiconductor laser and the optical module according to the present invention will be described with reference to FIGS.
(実施例1)
図3は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとしてDFBレーザを用い、これを複数整列したDFBアレイを用いた波長可変レーザの構造を示している。図中301a〜301jはDFBレーザ、302a〜302jは第1の接続導波路、303は第1の光合流回路、304a、304bは第2の接続導波路、305は光増幅器、306は第2の光合流回路、307は出力導波路、308a、308bは位相調整領域をそれぞれ示している。
Example 1
FIG. 3 is a diagram showing a wavelength tunable laser according to the present embodiment. A tunable laser using a DFB array in which a DFB laser is used as a waveguide laser cavity capable of oscillating a single mode and a plurality of these are aligned. The structure is shown. In the drawing, 301a to 301j are DFB lasers, 302a to 302j are first connection waveguides, 303 is a first optical converging circuit, 304a and 304b are second connection waveguides, 305 is an optical amplifier, and 306 is a second connection waveguide. An optical converging circuit, 307 indicates an output waveguide, and 308a and 308b indicate phase adjustment regions, respectively.
DFBレーザ301a〜301jには、第1の接続導波路302a〜302jが各々接続され、第1の接続導波路302a〜302jは、第1の光合流回路303に接続されている。そして、第1の光合流回路303の出力側に、少なくとも2つの第2の接続導波路304a、304bが接続されており、第2の接続導波路304a、304bは、位相調整領域308a、308bを介して、第2の光合流回路306に接続されており、この第2の光合流回路306の出力側に1つの出力導波路307が接続されている。第1の光合流回路303は、DFBレーザ301a〜301jから発振されて第1の接続導波路302a〜302jを伝搬した光(レーザ光)を合流させる機能を持ち、又、第2の光合流回路306は、第2の接続導波路304a、304bを伝搬した光同士を互いに合流させる機能を持ち、第2の光合流回路306で合流させた光が出力導波路307から出力されることになる。
The
本実施例の波長可変レーザにおける動作は以下の通りである。10個のDFBレーザ301a〜301jは30ミクロン間隔で並べられており、それぞれのDFBレーザは個別に電極を有し、それぞれ独立に動作する。各DFBレーザはそれぞれ活性層上に回折格子を有し、この回折格子のピッチをDFBレーザ毎に異なる値に設定することによって、それぞれ異なった波長で発振するように設定されている。
The operation of the wavelength tunable laser of this example is as follows. Ten
本実施例の波長可変レーザにおいても、従来例と同様に、10個のDFBレーザ301a〜301jのうちから1つを選択することと素子温度の制御とを組み合わせることによって、30nm以上の広い波長範囲をカバーすることができる。
Also in the wavelength tunable laser of this embodiment, a wide wavelength range of 30 nm or more can be obtained by selecting one of the ten
そして、DFBレーザ301a〜301jのいずれかからの出力光は、S字型の第1の接続導波路302a〜302jを通して、第1の光合流回路303に入射する。第1の光合流回路303では、入力光ポート数10に対して出力ポート数は2つであるため、第2の接続導波路304a、304bには、第1の光合流回路303への入力光強度の10分の1ずつの強度の光がそれぞれ出力される。
Then, the output light from any of the
第2の接続導波路304a及び304bに入射した光は、位相調整領域308a及び308bにおいて相対的な位相が調整され、第2の光合流回路306に入射する。第2の光合流回路306では入力光ポート数2に対して出力ポート数も2つある2×2タイプを採用し、2つの出力ポートのうちの一方に出力導波路307を接続した。このとき、第2の光合流回路306に入射する2つの光の相対的な位相は、位相調整領域308a及び308bにて調整することにより、第2の光合流回路306の出力側において互いに強めあうようにして、出力導波路307に出力している。その結果、出力導波路307には、第2の接続導波路304a及び304bに入射した光が損失無く足し合わされて出力されるため、図1に示した従来例における出力導波路104と比較して、2倍の光出力が出力導波路307に出力される。
The relative phases of the light incident on the
従来例の構成では、光合流回路103において1/10の光のみが出力導波路104に結合し、残りの9/10の光は損失となって放射され、更には、迷光となってモジュール特性を劣化させていた。これに対して、本実施例では、第1の光合流回路303に入射するレーザ発振光のうち2/10の光を出力導波路307から取り出すことが可能な上、損失となって放射される光も8/10となり、迷光も従来例に比べて減少させることが可能である。これにより、第1の光合流回路303による光損失を低減し、高出力動作を可能とすると共に、迷光を抑圧し、高SN比な波長可変光源を実現することが可能となる。
In the configuration of the conventional example, only 1/10 of the light is coupled to the
出力導波路307には、更に光増幅器305を接続することが可能である。これにより第1の光合流回路303で放射されて生じた損失を補償することが可能となる。本実施例では従来例の光増幅器105に比べ、2倍の強度の光が光増幅器305に入射するため、従来例と同じ光出力を得るために必要な光増幅器305の利得は半分で済み、注入電流を減らすことが可能となり、光増幅器305の消費電力の低減、小型化が可能となる。又、光増幅器305に対して従来例と同等な電流注入を行った場合、従来例と比べて出力光強度が増大することは言うまでもない。
An
本実施例では、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、DFB型のレーザキャビティを用いた場合について説明したが、単一モードレーザ発振が可能であれば、DFB型に限定する必要はなく、DBR型や分布活性型(TDA−DFB−LD;非特許文献2及び特許文献1参照)等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。 In this embodiment, a case where a DFB type laser cavity is used as a waveguide type laser cavity capable of single mode laser oscillation has been described. However, if single mode laser oscillation is possible, it is necessary to limit to the DFB type. However, the same effect can be obtained even when a DBR type, a distributed active type (TDA-DFB-LD; see Non-Patent Document 2 and Patent Document 1), or the like is used.
又、本実施例で用いる第1の光合流回路303としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたMMIカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流/分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。第2の光合流回路306としても、特にその構成を限定する必要はなく、MMIカプラ、方向性結合器等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。
The first optical converging
又、本実施例では、第2の接続導波路304a及び304bに位相調整領域308a及び308bを設けた構成について説明したが、上述したように、第2の接続導波路304a及び304bから第2の光合流回路306に入射する2つの光の相対的な位相が、第2の光合流回路306の出力側において互いに強めあって、出力導波路307に出力されるような関係になっていれば、必ずしも、位相調整領域308a及び308bを設ける必要は無い。例えば、第2の接続導波路304a及び304bから第2の光合流回路306に入射する2つの光の相対的な位相が、第2の光合流回路306の出力側において互いに強めあうような関係となるように、第2の接続導波路304a及び304bの相対的な長さが構成されていれば、位相調整領域を設けなくとも、同様な効果を得ることができる。
In the present embodiment, the configuration in which the
又、第2の接続導波路が2つの場合はどちらか片方、3つ以上の複数の場合は1つを除いて残り全てに、位相調整領域を設けるという非対称な構成も、以下の条件下では使用可能である。通常、位相調整領域のような能動的な機能を持った領域を設ける場合は、屈折率等を考慮した実効的な光路長や光強度を極力そろえやすいように全ての導波路に組み込み、そのうち機能させるのに必要な領域にのみ電界や熱等の制御手段を与えるという、構造的に対称にすることが多い。しかしながら、非対称に構成した場合でも、例えば、実効的な光路長の差によって生じる位相差が無視できるぐらい小さいとか、1周期分を超えた位相差を生じてしまっても位相調整領域が設けられた導波路側で十分調整可能であるならば、本実施例では非対称な構成も使用可能である。 In addition, an asymmetrical configuration in which a phase adjustment region is provided in any one of the two second connection waveguides except for one in the case of two or more, and in the case of a plurality of three or more, under the following conditions: It can be used. Normally, when providing a region with an active function such as a phase adjustment region, it is incorporated in all waveguides so that the effective optical path length and light intensity considering the refractive index etc. can be aligned as much as possible. In many cases, it is structurally symmetric such that a control means such as an electric field and heat is applied only to a region necessary for this. However, even when configured asymmetrically, for example, a phase adjustment region is provided even if a phase difference caused by an effective optical path length difference is negligibly small or a phase difference exceeding one period is generated. In this embodiment, an asymmetric configuration can be used as long as it can be adjusted sufficiently on the waveguide side.
但し、第2の接続導波路304a及び304bに位相調整領域308a及び308bを対称に設ける場合は、第2の接続導波路304a及び304bの長さに対する作製トレランスを増大する効果が期待できる。位相調整領域308a及び308bの位相調整手段としては、電流注入、ヒーターによる局部的な温度調整、電界印加、光照射等のいずれかの手段を用いることが可能である。
However, when the
なお、本実施例において用いるレーザの構造及び材質に関しては、特に制約を設ける必要はなく、通常用いられる全ての構造の活性層について、本実施例の構成をとることにより、上述したような効果を得ることができる。即ち、活性層に関しては、InGaAsP、GaAs、AlGaAs、InGaAs、GaInNAs等の任意の材質について適用が可能であり、活性層構造に関しても、バルク、MQW、量子細線、量子ドットを問わず、又、活性層領域の導波路構造に関しても、pn埋め込み、リッジ構造、Fe若しくはRuをドープした半絶縁埋め込み構造、ハイメサ構造等を用いた場合でも、同様な効果を得ることができる。 It should be noted that the structure and material of the laser used in this embodiment need not be particularly limited, and the effects described above can be obtained by adopting the configuration of this embodiment for the active layers of all the structures that are normally used. Obtainable. In other words, the active layer can be applied to any material such as InGaAsP, GaAs, AlGaAs, InGaAs, and GaInNAs, and the active layer structure is active regardless of whether it is bulk, MQW, quantum wire, or quantum dot. With respect to the waveguide structure in the layer region, similar effects can be obtained even when a pn buried structure, a ridge structure, a semi-insulating buried structure doped with Fe or Ru, a high mesa structure, or the like is used.
基板に関しても、n型基板に限定されるものではなく、p型、半絶縁型等でも同様な効果が得られることは言うまでもない。又、接続導波路、光合流回路等の導波路構造に関しても、何ら制約を設けるものではなく、どのような導波路構造を用いた場合においても、上述したような効果を得ることができる。即ち、リッジ型、埋込型、ハイメサ型等を含め全ての導波路構造を用いた場合に対しても、本実施例のような配置を用いれば同様な効果を得ることができる。 The substrate is not limited to the n-type substrate, and it goes without saying that the same effect can be obtained with a p-type, a semi-insulating type, or the like. Further, there are no restrictions on the waveguide structures such as the connection waveguide and the optical converging circuit, and the above-described effects can be obtained in any waveguide structure. In other words, even when all waveguide structures including the ridge type, buried type, and high mesa type are used, the same effect can be obtained by using the arrangement as in this embodiment.
(実施例2)
図4は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、図3に示した実施例1において、第2の光合流回路として2入力1出力の光合流回路を用いた場合を示している。図中401a〜401jはDFBレーザ、402a〜402jは第1の接続導波路、403は第1の光合流回路、404a、404bは第2の接続導波路、405は光増幅器、406は第2の光合流回路、407は出力導波路、408a、408bは位相調整領域をそれぞれ示している。
(Example 2)
FIG. 4 is a diagram showing a wavelength tunable laser according to the present embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 3, a case where a 2-input 1-output optical converging circuit is used as the second optical converging circuit is shown. Yes. In the figure, 401a to 401j are DFB lasers, 402a to 402j are first connection waveguides, 403 is a first optical combining circuit, 404a and 404b are second connection waveguides, 405 is an optical amplifier, and 406 is a second connection waveguide. An optical converging circuit, 407 indicates an output waveguide, and 408a and 408b indicate phase adjustment regions, respectively.
本実施例は、実施例1における301〜308を401〜408と読み替えることによって、その動作を説明することができ、実施例1と全く同様の動作をしている。 In the present embodiment, the operation can be described by replacing 301 to 308 in the first embodiment with 401 to 408, and the operation is exactly the same as that in the first embodiment.
本実施例でも、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、DFB型のレーザキャビティを用いているが、単一モードレーザ発振が可能であれば、DFB型に限定する必要はなく、DBR型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。 Also in this embodiment, a DFB type laser cavity is used as a waveguide type laser cavity capable of single mode laser oscillation. However, if single mode laser oscillation is possible, it is not necessary to limit to the DFB type. The same effect can be obtained even when a DBR type, a distributed activation type, or the like is used.
又、本実施例で用いる第1の光合流回路403としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたMMIカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流/分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。本実施例で用いた第2の光合流回路406としても、特にその構成を限定する必要はなく、MMIカプラ、方向性結合器、Y字型合分器回路等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。
The first optical converging
(実施例3)
図5は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとしてDFBレーザを用い、これを複数整列したDFBアレイを用いた波長可変レーザの構造を示している。図中501a〜501jはDFBレーザ、502a〜502jは第1の接続導波路、503は第1の光合流回路、504a、504bは第2の接続導波路、505a、505bは光増幅器、506は第2の光合流回路、507は出力導波路、508a、508bは位相調整領域をそれぞれ示している。
(Example 3)
FIG. 5 is a diagram showing a wavelength tunable laser according to the present embodiment. A tunable laser using a DFB array in which a DFB laser is used as a waveguide type laser cavity capable of oscillating a single mode and a plurality of these are aligned. The structure is shown. In the figure, 501a to 501j are DFB lasers, 502a to 502j are first connection waveguides, 503 is a first optical converging circuit, 504a and 504b are second connection waveguides, 505a and 505b are optical amplifiers, and 506 is a first amplifier. 2, an
本実施例においても、実施例1における301〜308を501〜508と読み替えることによって、実施例1と同様に、その動作を理解することができる。即ち、10個のDFBレーザ501a〜501jは個別に電極を有し、それぞれ独立に動作する。各DFBレーザはそれぞれ活性層上に回折格子を有し、この回折格子のピッチをDFBレーザ毎に異なる値に設定することによって、それぞれ異なった波長で発振するように設定されている。
Also in the present embodiment, by replacing 301 to 308 in the first embodiment with 501 to 508, the operation can be understood as in the first embodiment. That is, the ten
本実施例の波長可変レーザにおいても、実施例1と同様に、10個のDFBレーザ501a〜501jのうちから1つを選択することと素子温度の制御とを組み合わせることによって、30nm以上の広い波長範囲をカバーすることができる。
Also in the wavelength tunable laser according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, by selecting one of the ten
そして、DFBレーザ501a〜501jのいずれかからの出力光は、S字型の第1の接続導波路502a〜502jを通して、第1の光合流回路503に入射する。第1の光合流回路503では、入力光ポート数10に対して出力ポート数は2つであるため、第2の接続導波路504a、504bには、第1の光合流回路503への入力光強度の10分の1ずつの強度の光がそれぞれ出力される。
The output light from any of the
第2の接続導波路504a及び504bに入射した光は、位相調整領域508a及び508bにおいて相対的な位相が調整され、第2の光合流回路506に入射する。第2の光合流回路506では入力光ポート数2に対して出力ポート数も2つある2×2タイプを採用し、2つの出力ポートのうちの一方に出力導波路507を接続した。このとき、第2の光合流回路506に入射する2つの光の相対的な位相は、位相調整領域508a及び508bにて調整することにより、第2の光合流回路506の出力側において互いに強めあうようにして、出力導波路507に出力している。
The relative phases of the light incident on the
本実施例では、更に、第2の接続導波路504a及び504bに、位相調整領域508a及び508bに従属接続する形で光増幅器505a及び505bがそれぞれ接続されているため、第2の接続導波路504a及び504bに入射した光は、それぞれ強度G1倍に増幅された上で強度を揃えて、又、位相調整領域508a及び508bにより位相も調整されて、第2の光合流回路506に入射する。その結果、出力導波路507には、接続導波路504a及び504bに入射した光が増幅された状態でかつ損失無く足し合わされて出力される。
In this embodiment, since the
このように、図3に示した実施例1と本実施例では光増幅器305と505a、505bの位置が異なるだけで、同等な動作原理により動作する。
In this way, the first embodiment shown in FIG. 3 and the present embodiment operate according to the same operation principle except that the positions of the
ここで、本実施例と実施例1の動作上の違いについて説明する。図6は、光増幅器の入力光強度Pinと出力光強度Poutの関係を説明する図であって、図中実線は半導体光増幅素子305又は505a、505bの入出力特性を、波線は入力光強度が小さいときの入出力光強度の比、即ち、非飽和状態での線形利得G0を外挿した直線(Pout=G0・Pin)を示している。
Here, an operational difference between the present embodiment and the first embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the input light intensity P in and the output light intensity P out of the optical amplifier, in which the solid line indicates the input / output characteristics of the semiconductor
図6は、入力光強度が弱い場合、入力光はG0倍に増幅されて出力されるものの、入力光強度が増大した場合には利得が飽和して、G0倍から低下するということを示している。いま、本実施例において、第1の光合流回路503から、第2の接続導波路504a及び504bに入射する光強度をPin1とすると、Pin1の強度の光は位相調整領域508a又は508bを通過して光増幅器505a又は505bに入射する。図6に示したように、光増幅器505a及び505bの入力光強度Pinと出力光強度Poutの関係により、入力光強度がPin1のときの利得はG0で、光増幅器505a及び505bの出力はそれぞれPout1=G0・Pin1となる。光増幅器505a及び505bの出力は、第2の光合流回路506に入射する。出力導波路507には、前述のように、光増幅器505a及び505bの出力が損失無く足し合わされて出力されるため、出力導波路507の出力光強度PoutはPout=2Pout1=2G0・Pin1となる。
FIG. 6 shows that when the input light intensity is weak, the input light is amplified and output by G 0 times, but when the input light intensity increases, the gain is saturated and decreases from G 0 times. Show. Now, in this embodiment, the first
一方、図3に示した実施例1について考えると、第1の光合流回路303から、第2の接続導波路304a及び304bに入射する光強度は、図5に示した本実施例と同等であるのでPin1となる。Pin1の強度の光は位相調整領域308a又は308bを通過して第2の光合流回路306に入射する。出力導波路307には、前述のように、位相調整領域308a及び308bの出力が損失無く足し合わされて出力されるため、出力導波路307の出力光強度P307は、P307=2Pin1となる。光増幅器305には、このP307=2Pin1の光が入力光として入射するため、図6に示した光増幅器305の入力光強度Pinと出力光強度Poutの関係において、入力光強度Pin=2Pin1=Pin2における増幅率より、光増幅器305の出力光強度PoutはPout=Pout2<2G0・Pin1となる。これは光増幅器の入力光強度が2倍になったために、光増幅器の利得が飽和して出力光強度が2倍よりも小さくなってしまったことを示している。
On the other hand, considering Example 1 shown in FIG. 3, the light intensity incident on the
このように、光増幅器505a、505bを、第1の光合流回路503と第2の光合流回路506の間に配置することで、光増幅器505a、505bへの入力光強度が利得飽和を生じさせるほど強くなった場合でも、光増幅器を第2の光合流回路の出力側に配置した場合に比べ、大きな出力を得ることが可能となる。
As described above, by arranging the
本実施例では、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、DFB型のレーザキャビティを用いた場合について説明したが、単一モードレーザ発振が可能であれば、DFB型に限定する必要はなく、DBR型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。 In this embodiment, a case where a DFB type laser cavity is used as a waveguide type laser cavity capable of single mode laser oscillation has been described. However, if single mode laser oscillation is possible, it is necessary to limit to the DFB type. However, the same effect can be obtained even when a DBR type, a distributed active type, or the like is used.
又、本実施例で用いる第1の光合流回路503としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたMMIカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流/分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。第2の光合流回路506としても、特にその構成を限定する必要はなく、MMIカプラ、方向性結合器等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。位相調整領域508a及び508bの位相調整手段としては、電流注入、ヒーターによる局部的な温度調整、電界印加、光照射等のいずれかの手段を用いることが可能である。
Further, the first optical converging
(実施例4)
図7は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、図5に示した実施例3において、第2の光合流回路として2入力1出力の光合流回路を用いた場合を示している。図中701a〜701jはDFBレーザ、702a〜702jは第1の接続導波路、703は第1の光合流回路、704a、704bは第2の接続導波路、705a、705bは光増幅器、706は第2の光合流回路、707は出力導波路、708a、708bは位相調整領域をそれぞれ示している。
Example 4
FIG. 7 is a diagram showing a wavelength tunable laser according to the present embodiment. In the third embodiment shown in FIG. 5, a case where a 2-input 1-output optical combining circuit is used as the second optical combining circuit is shown. Yes. In the figure, 701a to 701j are DFB lasers, 702a to 702j are first connection waveguides, 703 is a first optical combining circuit, 704a and 704b are second connection waveguides, 705a and 705b are optical amplifiers, and 706 is a first connection waveguide. 2, an
本実施例は、実施例3における501〜508を701〜708と読み替えることによって、その動作を説明することができ、実施例3と全く同様の動作をしている。 In this embodiment, the operation can be explained by replacing 501 to 508 in Embodiment 3 with 701 to 708, and the operation is exactly the same as that in Embodiment 3.
本実施例でも、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、DFB型のレーザキャビティを用いているが、単一モードレーザ発振が可能であれば、DFB型に限定する必要はなく、DBR型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。 Also in this embodiment, a DFB type laser cavity is used as a waveguide type laser cavity capable of single mode laser oscillation. However, if single mode laser oscillation is possible, it is not necessary to limit to the DFB type. The same effect can be obtained even when a DBR type, a distributed activation type, or the like is used.
又、本実施例で用いる第1の光合流回路703としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたMMIカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流/分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。本実施例で用いた第2の光合流回路706としても、特にその構成を限定する必要はなく、MMIカプラ、方向性結合器、Y字型合分器回路等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。
Further, the first optical converging
(実施例5)
図8は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、図4に示した実施例2の構造の出力部において、光増幅器の出力側に光変調器を配置した場合を示している。図中801a〜801jはDFBレーザ、802a〜802jは第1の接続導波路、803は第1の光合流回路、804a、804bは第2の接続導波路、805は光増幅器、806は第2の光合流回路、807は出力導波路、808a、808bは位相調整領域、809は光変調器をそれぞれ示している。
(Example 5)
FIG. 8 is a diagram showing a wavelength tunable laser according to the present embodiment, and shows a case where an optical modulator is arranged on the output side of the optical amplifier in the output section of the structure of the second embodiment shown in FIG. . In the figure, 801a to 801j are DFB lasers, 802a to 802j are first connection waveguides, 803 is a first optical converging circuit, 804a and 804b are second connection waveguides, 805 is an optical amplifier, and 806 is a second optical waveguide. An optical combining circuit, 807 is an output waveguide, 808a and 808b are phase adjustment regions, and 809 is an optical modulator.
本実施例は、実施例2における401〜408を801〜808と読み替えることによって、その動作を説明することができ、光変調器809までは、実施例2と全く同様の動作をしている。本実施例は、図4に示した実施例2の構成に光変調器809を接続したもの、つまり、光変調器809を付加したものであり、変調器付き波長可変光源の構造を示している。
In this embodiment, the operation can be explained by replacing 401 to 408 in Embodiment 2 with 801 to 808. The operation up to the
本実施例で用いる光変調器809としては、その変調方式に制約を設ける必要はなく、強度変調や位相変調若しくは強度変調と位相変調を組み合わせた変調方式等を適用可能であり、又、変調器の構造に関しても、電界吸収(EA)型光変調器、マッハツェンダ型変調器等を問わず、任意の光変調器を使用可能である。
As the
本実施例でも、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、DFB型のレーザキャビティを用いているが、実施例2同様に、単一モードレーザ発振が可能であれば、DFB型に限定する必要はなく、DBR型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。 Also in this embodiment, a DFB type laser cavity is used as a waveguide type laser cavity capable of single mode laser oscillation. However, as in the second embodiment, if single mode laser oscillation is possible, the DFB type is used. It is not necessary to limit, and the same effect can be obtained even when a DBR type, a distributed activation type, or the like is used.
又、本実施例で用いる第1の光合流回路803としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたMMIカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流/分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。本実施例で用いた第2の光合流回路806としても、特にその構成を限定する必要はなく、MMIカプラ、方向性結合器、Y字型合分器回路等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。
The first optical converging
本実施例では、光増幅器805の出力側に光変調器809を配置したが、光変調器809は光増幅器805の入力側に配置することも可能である。しかしながら、変調された光信号が光増幅素子に入射した場合は、利得飽和によるパターン効果の影響を受けやすいため、注意が必要である。本実施例のように、光増幅器805の出力側に光変調器809を配置した場合は、光増幅器805に入射する光は、強度変調されていない一定強度の光となるため、仮に光増幅器805の利得が飽和しても、パターン効果が生じないと言う利点がある。
In this embodiment, the
又、本実施例では、光増幅器805に光変調器809を接続する構成について説明してきたが、光増幅器805を配置せずに、第2の光合流回路806の出力側に光変調器809のみ配置する構成においても、同様な効果を得ることができる。
In this embodiment, the configuration in which the
又、本実施例では、図4に示した実施例2の構造に光変調器を接続した構成について説明したが、上記実施例1〜実施例4のいずれの場合に対しても、本実施例同様に、光変調器を接続可能であることは自明であり、又、光増幅器の有無、更に、光増幅器と光変調器の位置関係についても、上述した様々な構成例がそのまま適用できる。 In the present embodiment, the configuration in which the optical modulator is connected to the structure of the second embodiment shown in FIG. 4 has been described. However, the present embodiment is applicable to any of the first to fourth embodiments. Similarly, it is obvious that an optical modulator can be connected, and the above-described various configuration examples can be applied as they are to the presence / absence of an optical amplifier and the positional relationship between the optical amplifier and the optical modulator.
(実施例6)
図9は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、図7に示した実施例4の構造の第2の接続導波路において、光増幅器の出力側に光位相変調器を配置した場合を示している。図中901a〜901jはDFBレーザ、902a〜902jは第1の接続導波路、903は第1の光合流回路、904a、904bは第2の接続導波路、905a、905bは光増幅器、906は第2の光合流回路、907は出力導波路、908a、908bは位相調整領域、909a、909bは光位相変調器をそれぞれ示している。
(Example 6)
FIG. 9 is a diagram showing a wavelength tunable laser according to the present embodiment. In the second connection waveguide having the structure of the fourth embodiment shown in FIG. 7, an optical phase modulator is arranged on the output side of the optical amplifier. Shows the case. In the figure, 901a to 901j are DFB lasers, 902a to 902j are first connection waveguides, 903 is a first optical converging circuit, 904a and 904b are second connection waveguides, 905a and 905b are optical amplifiers, and 906 is a first amplifier. 2, an
本実施例は、実施例4における701〜708を901〜908と読み替えることによって、その動作を説明することができ、実施例4と全く同様の動作をしている。本実施例は、図7に示した実施例4の構成に光位相変調器909a、909bを接続したものであり、変調器付き波長可変光源の構造を示している。
In this embodiment, the operation can be explained by replacing 701 to 708 in Embodiment 4 with 901 to 908, and the operation is exactly the same as that of Embodiment 4. In the present embodiment,
本実施例における変調の原理は以下の通りである。いま、第2の光合流回路906に入射する2つの光の相対的な位相が、第2の光合流回路906の出力側において互いに強めあって、出力導波路907に出力されるように、第2の接続導波路904a及び904bにおける位相調整領域908a及び908bが設定されているとする。光位相変調器909a又は909bにおいて、信号光の位相をπ変化させてやると、いままで出力導波路907に出力されていた信号光が、第2の光合流回路906の出力側で互いに打ち消しあい、出力導波路907に出力されなくなる。従って、光位相変調器909a又は909bにおいて、信号光の位相を0、π、0、πと変化させると、信号光強度が変調されることになる。
The principle of modulation in this embodiment is as follows. Now, the relative phases of the two lights incident on the second
光位相変調器の変調の仕方は、光位相変調器909a又は909bの一方で、信号光の位相をπ変化させることにより、強度変調信号が生成されるほか、一方を+π/2、他方を−π/2変化させるプッシュプル駆動を行うことによっても、強度変調信号の生成が可能であり、又、一方で+π/m、他方で−(m−1)π/mだけ変化させることによっても、強度変調信号の生成が可能である。即ち、一方でM1、他方で−M2だけ変化させる場合、位相差[M1−M2]=±πの関係が成り立てば、強度変調信号が生成される。光位相変調器909aと909bの変調の比率と生成される信号の特性は、通常のマッハツェンダ変調器と同様であり、変調の比率によりチャープの制御が可能である。
The optical phase modulator is modulated by changing the phase of the signal light by π on one of the
更に、光位相変調器909aと909bの一方を+π、他方を−π変化させた場合は、チャープレスな位相変調信号の出力も可能である。そこまでの機能が必要ない場合は、実施例1において位相調整領域の構成について述べた理由と同じ理由から、光位相変調器を全ての第2の接続導波路に設けなくても良い。例えば、本実施例では、2つの第2の接続導波路904a、904bのうち片側にだけ光位相変調器を設け、光位相変調器を設けた側の第2の接続導波路を通る信号光の位相を0、π、若しくは0、−π分変化させても、強度変調信号の生成が可能である。
Further, when one of the
本実施例でも、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、DFB型のレーザキャビティを用いているが、実施例4同様に、単一モードレーザ発振が可能であれば、DFB型に限定する必要はなく、DBR型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。 Also in this embodiment, a DFB type laser cavity is used as a waveguide type laser cavity capable of single mode laser oscillation. However, as in the fourth embodiment, if single mode laser oscillation is possible, the DFB type is used. It is not necessary to limit, and the same effect can be obtained even when a DBR type, a distributed activation type, or the like is used.
又、本実施例で用いる第1の光合流回路903としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたMMIカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流/分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。本実施例で用いた第2の光合流回路906としても、特にその構成を限定する必要はなく、MMIカプラ、方向性結合器、Y字型合分器回路等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。
Further, the first optical converging
本実施例では、第2の接続導波路904a、904bにおいて、光増幅器905a、905bの出力側に光位相変調器909a、909bを配置したが、光位相変調器909a、909bは光増幅器905a、905bの入力側に配置することも可能である。しかも、本実施例の構成では、光位相変調器909a、909bの出力は強度変調を伴わないので、光位相変調器909a、909bを光増幅器905a、905bの入力側に配置した場合においても、光増幅器905a、905bに入射する光は強度変調されていない一定強度の光となるため、仮に光増幅器905a、905bの利得が飽和しても、パターン効果が生じる心配はない。
In the present embodiment, the
又、本実施例では、第2の接続導波路904a、904bにおいて、位相調整領域908a、908bの出力側に光位相変調器909a、909bを配置したが、第2の接続導波路904a、904b上であれば、光位相変調器909a、909bの位置はどこであっても構わない。
In the present embodiment, the
本実施例では、図7に示した実施例4の構造に光位相変調器を接続した構成について説明したが、実施例1〜実施例5のいずれの場合に対しても、本実施例同様に、光位相変調器を接続可能であることは言うまでもない。 In the present embodiment, the configuration in which the optical phase modulator is connected to the structure of the fourth embodiment shown in FIG. 7 has been described. However, the same applies to any of the first to fifth embodiments. Needless to say, an optical phase modulator can be connected.
なお、本実施例では、位相調整領域908a、908bと光位相変調器909a、909bをそれぞれ第2の接続導波路904a、904bに接続した場合について説明した。位相を調整(変調)するという動作自体は、位相調整領域908a、908bと光位相変調器909a、909bとで同じである。しかしながら、位相調整領域908a、908bにおいては、第2の光合流回路906からの出力が最大になるように一度キャリブレーションし、その後は、温度変化等の外乱に対応して微調整を行えればよく、安定性が重視される。これに対し、光位相変調器909a909bにおいては、高速な変調信号に対応するために動作速度が重視される。そのため、通常は、位相調整領域908a、908bと光位相変調器909a、909bとを分けて、各々それぞれの目的に応じて最適化を行うことが望ましい。
In the present embodiment, the case where the
一方、構成や要求される動作速度によっては、位相調整領域908a、908bと光位相変調器909a、909bを兼用させることも可能である。この場合は、例えば、図7の位相調整領域708a、708bを位相調整領域908a、908b及び光位相変調器909a、909bと読みかえ、光位相変調器909a、909bのバイアスを位相調整用に設定し、そこから、強度変調又は位相変調に必要な位相変動量分だけ位相を変調するような駆動条件を採用すればよい。
On the other hand, depending on the configuration and the required operation speed, the
(実施例7)
図10は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、図8に示した実施例5の構造において、第2の接続導波路の本数が4本の場合を示している。図中1001a〜1001jはDFBレーザ、1002a〜1002jは第1の接続導波路、1003は第1の光合流回路、1004a〜1004dは第2の接続導波路、1005は光増幅器、1006は第2の光合流回路、1007は出力導波路、1008a〜1008dは位相調整領域、1009は光変調器をそれぞれ示している。
(Example 7)
FIG. 10 is a diagram showing a wavelength tunable laser according to the present embodiment, and shows a case where the number of second connection waveguides is four in the structure of the fifth embodiment shown in FIG. In the figure, 1001a to 1001j are DFB lasers, 1002a to 1002j are first connection waveguides, 1003 is a first optical combining circuit, 1004a to 1004d are second connection waveguides, 1005 is an optical amplifier, and 1006 is a second connection. An optical converging circuit, 1007 is an output waveguide, 1008a to 1008d are phase adjustment regions, and 1009 is an optical modulator.
本実施例は、実施例5における801〜809を1001〜1009と読み替えることによって、その動作を説明することができ、実施例5と全く同様の動作をしている。 In the present embodiment, the operation can be described by replacing 801 to 809 in the fifth embodiment with 1001 to 1009, and the operation is exactly the same as that of the fifth embodiment.
実施例5においては、第2の接続導波路は804a、804bの2本であり、第2の光合流回路806に入射する2つの光の相対的な位相を、位相調整領域808a及び808bにて調整することにより、第2の光合流回路806の出力側において互いに強めあうようにして、出力導波路807に出力している。
In the fifth embodiment, there are two
一方、本実施例では、第2の接続導波路が1004a〜1004dの4本であるが、第2の接続導波路が4本の場合でも、それぞれの導波路から第2の光合流回路1006に入射する4つの光の相対的な位相を、位相調整領域1008a〜1008dにて調整することにより、第2の光合流回路1006の出力側において互いに強めあうようにして、出力導波路1007に出力している。
On the other hand, in the present embodiment, there are four
その結果、出力導波路1007には、接続導波路1004a〜1004dに入射した光が損失無く足し合わされて出力されるため、第1の光合流回路1003に入射するレーザ発振光のうち4/10の光を出力導波路1007から取り出すことが可能な上、損失となって放射される光も6/10となり、図8に示した実施例5に比べて2倍の強度の光が出力導波路1007に取り出せることができ、かつ、放射による迷光も抑圧することが可能である。
As a result, since light incident on the
このように、本発明の構成では、第2の接続導波路の本数は2本以上であれば、何本であっても同様な効果を得ることができ、本数を増加させるほど素子出力が増大し、放射による迷光も抑圧することができる。 Thus, in the configuration of the present invention, as long as the number of the second connection waveguides is two or more, the same effect can be obtained regardless of the number of the second connection waveguides, and the element output increases as the number increases. In addition, stray light due to radiation can be suppressed.
本実施例で用いる光変調器1009としては、その変調方式に制約を設ける必要はなく、強度変調や位相変調若しくは強度変調と位相変調を組み合わせた変調方式等必要可能であり、又、変調器の構造に関しても、電界吸収(EA)型変調器、マッハツェンダ型変調器等を問わず、任意の変調器を使用可能である。
The
本実施例でも、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、DFB型のレーザキャビティを用いているが、他の実施例と同様に、単一モードレーザ発振が可能であればDFB型に限定する必要はなく、DBR型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。 Also in this embodiment, a DFB type laser cavity is used as a waveguide type laser cavity capable of single mode laser oscillation. However, as in other embodiments, if a single mode laser oscillation is possible, a DFB type is used. It is not necessary to limit to the same, and the same effect can be obtained even when a DBR type, a distributed activation type, or the like is used.
又、本実施例で用いる第1の光合流回路1003としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたMMIカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流/分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。本実施例で用いた第2の光合流回路1006としても、特にその構成を限定する必要はなく、MMIカプラ、方向性結合器、Y字型合分器回路等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。
Further, the first optical converging
本実施例では、光増幅器1005の出力側に光変調器1009を配置したが、光変調器1009は光増幅器1005の入力側に配置することも可能である。しかしながら、変調された光信号が光増幅素子に入射した場合は、利得飽和によるパターン効果の影響を受けやすいため、注意が必要である。本実施例のように、光増幅器1005の出力側に光変調器1009を配置した場合は、光増幅器1005に入射する光は、強度変調されていない一定強度の光となるため、仮に光増幅器1005の利得が飽和しても、パターン効果が生じないと言う利点がある。
In this embodiment, the
又、本実施例では、光増幅器1005に光変調器1009を接続する構成について説明してきたが、光増幅器1005を配置せずに、第2の光合流回路1006の出力側に光変調器1009のみ配置する構成においても、同様な効果を得ることができる。
In this embodiment, the configuration in which the
又、本実施例では、図8に示した実施例5の構造において第2の接続導波路の本数を増やした構成について説明したが、上記実施例1〜実施例5のいずれの場合に対しても、本実施例同様に、第2の接続導波路の本数を増やすことが可能であり、これにより、同様な効果を得ることができる。 In the present embodiment, the configuration in which the number of the second connection waveguides is increased in the structure of the fifth embodiment shown in FIG. 8 is described. However, for any of the first to fifth embodiments described above. However, as in the present embodiment, the number of second connection waveguides can be increased, whereby the same effect can be obtained.
(実施例8)
図11は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、導波路型レーザキャビティの断面構造を示している。図中1101はn−InP基板、1102はInGaAsP−MQW活性層、1103a、1103bはInGaAsP−SCH層、1104はp−InPクラッド、1105はp−InGaAsPコンタクト層、1106a、1106bはRuドープInP埋込層、1107はp側電極、1108はn側電極をそれぞれ示している。
(Example 8)
FIG. 11 is a diagram showing a wavelength tunable laser according to the present embodiment, and shows a cross-sectional structure of a waveguide type laser cavity. In the figure, 1101 is an n-InP substrate, 1102 is an InGaAsP-MQW active layer, 1103a and 1103b are InGaAsP-SCH layers, 1104 is a p-InP cladding, 1105 is a p-InGaAsP contact layer, and 1106a and 1106b are Ru-doped InP buried layers. The
本実施例においては、導波路型レーザキャビティのストライプ構造に埋込み型構造を用いていること、埋込み層1106a、1106bにルテニウム(Ru)ドープ半絶縁性結晶を用いていることを特徴とする。これら以外の活性層等の積層構造は、前述の実施例と同様である。なお、導波路型レーザキャビティに限らず、導波路型の光変調器をストライプ構造とし、このストライプ構造をルテニウム(Ru)ドープ半絶縁性結晶で埋め込む埋込み型構造としてもよい。
This embodiment is characterized in that a buried structure is used for the stripe structure of the waveguide type laser cavity, and ruthenium (Ru) doped semi-insulating crystals are used for the buried
本実施例のレーザ構造は以下のように作製される。前述の活性層等の積層構造を、ストライプ加工された酸化シリコンをマスクとして、メタンガスを用いたドライエッチング等により[011]方向にメサストライプ形状に加工する。次に、通常の有機金属気相成長法(MOVPE)により、メサストライプ両側にルテニウムをドーピングした半絶縁性InP結晶を埋め込み成長をする。以降の電極形成の工程等は、通常の半導体レーザプロセスと同様である。 The laser structure of this example is manufactured as follows. The above-mentioned laminated structure such as the active layer is processed into a mesa stripe shape in the [011] direction by dry etching using methane gas or the like using the silicon oxide subjected to stripe processing as a mask. Next, a semi-insulating InP crystal doped with ruthenium is buried and grown on both sides of the mesa stripe by a normal metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). Subsequent electrode forming steps and the like are the same as those in a normal semiconductor laser process.
ルテニウムドープ半絶縁性結晶を埋込み層1106a、1106bに用いることにより、p型半導体のドーパントであるZnとRuの相互拡散が無く、高抵抗埋込が可能になり、素子容量を増加させることなく、又、活性層の性能劣化を生じることなく、素子の埋込が可能となった。本実施例のレーザは10GHzを超える直接変調特性を示した。
By using a ruthenium-doped semi-insulating crystal for the buried
(実施例9)
図12に、上記実施例1〜実施例8の半導体レーザを用いた本実施例の光モジュールの構成を示す。図中1201は半導体レーザ、1202はペルチェ素子、1203はレンズ、1204はアイソレータ、1205は波長ロッカ、1206はレンズ、1207はファイバ、1208は金属筐体、1209はレンズホルダ、1210はサブマウント、1211はペルチェ素子をそれぞれ示している。
Example 9
FIG. 12 shows the configuration of the optical module of the present embodiment using the semiconductor lasers of the first to eighth embodiments. In the figure, 1201 is a semiconductor laser, 1202 is a Peltier element, 1203 is a lens, 1204 is an isolator, 1205 is a wavelength locker, 1206 is a lens, 1207 is a fiber, 1208 is a metal case, 1209 is a lens holder, 1210 is a submount, and 1211 Indicates Peltier elements.
本実施例による光モジュールは、サブマウント1210上に搭載された光半導体素子として、上記実施例1〜実施例8のいずれかに記載の半導体レーザ1201を備え、又、半導体レーザ1201から出射された光が光ファイバ1207へ低損失に結合するよう位置調整された、第1のレンズ1203、第2のレンズ1206を備えている。第1のレンズ1203は、金属筐体1208に収められている。第1のレンズ1203と第2のレンズ1206の間には、半導体レーザ1201への反射光の入射を防止するためのアイソレータ1204が備えられている。
The optical module according to the present embodiment includes the
サブマウント1210は、温度制御用のペルチェ素子1202上に搭載されている。ペルチェ素子1202は、外部から電気配線を介して温度制御される。このペルチェ素子1202の温度変動に伴う半導体レーザ1201の温度変化により、半導体レーザ1201の発振波長を変化させることが可能である。
The
半導体レーザ1201から出力される光の波長及びパワーを制御するために、波長ロッカ1205を備える。波長ロッカ1205はペルチェ素子1211上に搭載される。波長ロッカ1205においては、入射光の一部を半透明ミラーにより反射させ、第1のフォトダイオード(パワーモニタ)に入射させ、波長フィルタを介して、他の一部を第2のフォトダイオードに入射させる。
In order to control the wavelength and power of light output from the
又、上記の半透明ミラーにより反射しなかった光は、透過光としてレンズ1206により光ファイバ1207に集光される。各々のフォトダイオードに受光された光は電気に変換され、光モジュールの外部の制御装置に入力される。制御装置は、第1及び第2のフォトダイオードからの入力電流に応じて、半導体レーザ1201に入力する電流(動作電流)を制御して、各波長の光出力を安定にする。又、この制御装置は、ペルチェ素子1202への入力電流を制御して、半導体レーザ1201の発振波長を変化又は安定化させる。
Further, the light that has not been reflected by the above-described semi-transparent mirror is condensed on the
第1のレンズ1203は半導体レーザ1201が出射した光を平行光線に変換する。このレンズ1203は位置調整された後、レンズホルダ1209を介してサブマウント1210上に固定される。第1のレンズ1203によって平行光線となり、アイソレータ1204、波長ロッカ1205を介して第2のレンズ1206によって集光された光が光ファイバ1207に接続される。
The
本実施例の光モジュールを動作させた結果、50GHz間隔で97チャンネル、Cバンド(1.530μm〜1.560μm)の全波長において、波長精度±1GHz以下の安定度で、CWパワー+7dBm以上が得られた。 As a result of operating the optical module of this example, CW power +7 dBm or more is obtained with a stability of wavelength accuracy of ± 1 GHz or less at all wavelengths of 97 channels and C band (1.530 μm to 1.560 μm) at 50 GHz intervals. It was.
本発明は、波長多重光ネットワークに用いられる、波長可変幅の大きい波長可変レーザに好適なものである。 The present invention is suitable for a wavelength tunable laser having a large wavelength tunable width used in a wavelength division multiplexing optical network.
101a〜j・・・DFBレーザ
102a〜j・・・S字型接続導波路
103・・・光合流回路
104・・・出力導波路
105・・・光増幅器
301a〜j・・・DFBレーザ
302a〜j・・・S字型接続導波路
303・・・光合流回路
304a、b・・・接続導波路
305・・・光増幅器
306・・・光合流回路
307・・・出力導波路
308a、b・・・位相調整領域
401a〜j・・・DFBレーザ
402a〜j・・・S字型接続導波路
403・・・光合流回路
404a、b・・・接続導波路
405・・・光増幅器
406・・・光合流回路
407・・・出力導波路
408a、b・・・位相調整領域
501a〜j・・・DFBレーザ
502a〜j・・・S字型接続導波路
503・・・光合流回路
504a、b・・・接続導波路
505a、b・・・光増幅器
506・・・光合流回路
507・・・出力導波路
508a、b・・・位相調整領域
701a〜j・・・DFBレーザ
702a〜j・・・S字型接続導波路
703・・・光合流回路
704a、b・・・接続導波路
705a、b・・・光増幅器
706・・・光合流回路
707・・・出力導波路
708a、b・・・位相調整領域
801a〜j・・・DFBレーザ
802a〜j・・・S字型接続導波路
803・・・光合流回路
804a、b・・・接続導波路
805a・・・光増幅器
806・・・光合流回路
807・・・出力導波路
808a、b・・・位相調整領域
809・・・変調器
901a〜j・・・DFBレーザ
902a〜j・・・S字型接続導波路
903・・・光合流回路
904a、b・・・接続導波路
905a、b・・・光増幅器
906・・・光合流回路
907・・・出力導波路
908a、b・・・位相調整領域
909a、b・・・光位相変調器
1001a〜j・・・DFBレーザ
1002a〜j・・・S字型接続導波路
1003・・・光合流回路
1004a〜d・・・接続導波路
1005・・・光増幅器
1006・・・光合流回路
1007・・・出力導波路
1008a〜d・・・位相調整領域
1009・・・変調器
1101・・・n−InP基板
1102a・・・InGaAsP−MQW活性層
1103a、b・・・InGaAsP−SCH層
1104・・・p−InPクラッド
1105・・・p−InGaAsPコンタクト層
1106a、b・・・RuドープInP埋込層
1107・・・電極
1108・・・電極
1201・・・半導体レーザ
1202・・・ペルチェ素子
1203・・・レンズ
1204・・・アイソレータ
1205・・・波長ロッカ
1206・・・レンズ
1207・・・ファイバ
1208・・・金属筐体
1209・・・レンズホルダ
1210・・・サブマウント
1211・・・ペルチェ素子
101a-j...
Claims (13)
複数の前記導波路型レーザキャビティに各々接続された第1の接続導波路と、
複数の前記第1の接続導波路が接続され、前記導波路型レーザキャビティから発振されて前記第1の接続導波路を伝搬したレーザ光を合流させる第1の光合流回路と、
前記第1の光合流回路の出力側に接続された少なくとも2つの第2の接続導波路と、
前記少なくとも2つの第2の接続導波路が接続され、前記第2の接続導波路を各々伝搬したレーザ光同士を互いに合流させる第2の光合流回路と、
前記第2の光合流回路の出力側に接続され、前記第2の光合流回路で合流させたレーザ光を出力する1つの出力導波路とを有し、
所望の前記導波路型レーザキャビティからレーザ光を発振することにより、波長可変光源とすることを特徴とする半導体レーザ。 A plurality of waveguide laser cavities each capable of single mode lasing at different wavelengths;
A first connecting waveguide connected to each of the plurality of waveguide-type laser cavities;
A plurality of the first connection waveguides connected to each other, a first optical merging circuit for merging the laser light oscillated from the waveguide type laser cavity and propagated through the first connection waveguide;
At least two second connection waveguides connected to the output side of the first optical converging circuit;
A second optical merging circuit for connecting the at least two second connection waveguides and merging the laser beams respectively propagating through the second connection waveguides;
One output waveguide connected to the output side of the second optical merging circuit and outputting the laser beam merged by the second optical merging circuit;
A semiconductor laser characterized in that a wavelength tunable light source is formed by oscillating laser light from a desired waveguide laser cavity.
全ての前記第2の接続導波路に、又は、1つを除いた残りの前記第2の接続導波路に、当該第2の接続導波路を伝搬するレーザ光の位相を調整する位相調整領域を設けたことを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 1, wherein
A phase adjustment region for adjusting the phase of the laser light propagating through the second connection waveguide is provided in all the second connection waveguides or in the remaining second connection waveguides except for one. A semiconductor laser provided.
前記第1の光合流回路又は前記第2の光合流回路により合流されたレーザ光を増幅する導波路型光増幅器を設けたことを特徴とする半導体レーザ。 In the semiconductor laser according to claim 1 or 2,
2. A semiconductor laser comprising a waveguide type optical amplifier for amplifying laser light merged by the first optical merging circuit or the second optical merging circuit.
前記導波路型光増幅器を前記第2の接続導波路に各々設けたことを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 3, wherein
A semiconductor laser characterized in that the waveguide type optical amplifier is provided in each of the second connection waveguides.
前記導波路型光増幅器を前記出力導波路に設けたことを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 3, wherein
A semiconductor laser comprising the waveguide type optical amplifier provided in the output waveguide.
前記第1の光合流回路を多モード干渉型カプラ又はファネル型カプラとしたことを特徴とする半導体レーザ。 In the semiconductor laser according to any one of claims 1 to 5,
A semiconductor laser characterized in that the first optical converging circuit is a multimode interference coupler or a funnel coupler.
前記第2の光合流回路を多モード干渉型カプラ、方向性結合器、Y字型光合流器のいずれかとしたことを特徴とする半導体レーザ。 In the semiconductor laser according to any one of claims 1 to 6,
A semiconductor laser characterized in that the second optical merging circuit is one of a multimode interference coupler, a directional coupler, and a Y-shaped optical merging device.
前記第2の光合流回路の出力側に、レーザ光の強度又は位相の少なくとも一方を変調する光変調器を設けたことを特徴とする半導体レーザ。 In the semiconductor laser according to any one of claims 1 to 7,
A semiconductor laser comprising an optical modulator that modulates at least one of the intensity and phase of laser light on the output side of the second optical converging circuit.
前記光変調器を電界吸収型変調器又はマッハツェンダ変調器としたことを特徴とする半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 8, wherein
A semiconductor laser, wherein the optical modulator is an electroabsorption modulator or a Mach-Zehnder modulator.
全ての前記第2の接続導波路に、又は、1つを除いた残りの前記第2の接続導波路に、前記第2の接続導波路を伝搬するレーザ光同士の位相差を調整して、光強度を変調する光位相変調器を設けたことを特徴とする半導体レーザ。 In the semiconductor laser according to any one of claims 1 to 7,
Adjust the phase difference between the laser beams propagating through the second connection waveguide to all the second connection waveguides, or to the remaining second connection waveguide except for one, A semiconductor laser comprising an optical phase modulator for modulating light intensity.
前記導波路型レーザキャビティ又は前記光変調器の少なくとも一方をストライプ構造に加工すると共に、ルテニウムをドーピングした半絶縁性半導体結晶で前記ストライプ構造の両側を埋め込んだことを特徴とする半導体レーザ。 In the semiconductor laser according to any one of claims 1 to 10,
A semiconductor laser characterized in that at least one of the waveguide laser cavity or the optical modulator is processed into a stripe structure, and both sides of the stripe structure are embedded with a ruthenium-doped semi-insulating semiconductor crystal.
前記半導体レーザから出射された光を平行光線にする第1のレンズと、
平行光線とした前記光を集光する第2のレンズと、
第1のレンズと第2のレンズの間に配置され、前記半導体レーザへの前記光の反射を防止するアイソレータとを有し、
集光された前記光を光ファイバに結合させて出力することを特徴とする光モジュール。 A semiconductor laser according to any one of claims 1 to 11,
A first lens that converts light emitted from the semiconductor laser into parallel rays;
A second lens for condensing the light as parallel rays;
An isolator disposed between the first lens and the second lens to prevent reflection of the light to the semiconductor laser;
An optical module, wherein the collected light is coupled to an optical fiber and output.
更に、前記半導体レーザから出射される光の波長及びパワーを制御する波長ロッカを有することを特徴とする光モジュール。 The optical module according to claim 12,
An optical module comprising a wavelength locker for controlling the wavelength and power of light emitted from the semiconductor laser.
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