JP2013157572A

JP2013157572A - 光増幅器および光増幅器の製造方法

Info

Publication number: JP2013157572A
Application number: JP2012019299A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ishizaka; 哲男石坂
Original assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2013-08-15
Also published as: US20130194657A1

Abstract

【課題】広帯域な波長を簡単な構成で光増幅でき、小型化できること。
【解決手段】光増幅器１００は、半導体基板１０１上に設けられ、光増幅する波長帯域が異なる複数の半導体光増幅器１０２ａ〜１０２ｃと、入力された信号光を分岐して複数の半導体光増幅器１０２ａ〜１０２ｃにそれぞれ並列入力させる分岐路１１０と、複数の半導体光増幅器１０２ａ〜１０２ｃによる光増幅後の信号光を合波して出力する合波路１１１と、を備える。
【選択図】図１−１

Description

本発明は、信号光を増幅する光増幅器および光増幅器の製造方法に関する。

近年、信号光を長距離伝送させるために光送信モジュールには、光増幅器が用いられている。光増幅器としては、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ−ＤｏｐｅｄｏｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）などのファイバ型の増幅器が用いられている。このほか、近年では、半導体光増幅器（ＳＯＡ：ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）等の小型化された光増幅器が製品化されている。

信号光の波長多重通信においては、各波長の増幅状態が異なるため、波長別に伝送特性のばらつきが生じる。そのため、入力光のレベルを波長毎に調整したり、光増幅器を直列に多段接続をおこなうことにより、伝送する波長帯域の広帯域化を行っている（たとえば、下記特許文献１，２参照。）。

特開２００６−５３３４３号公報特開２００２−３３０１０６号公報

長距離伝送をおこなう光モジュールは、上述のように光増幅器が必要であるが、従来技術では、光モジュール全体を小型化することができなかった。光ファイバ増幅器では、長い光ファイバと励起光源を必要とするため、部品点数が多くなった。特に、広帯域化を図るには、対応して複数の異なる波長の励起光源が必要となり、小型化できない。

一方、ＳＯＡは、通信用の光増幅に使用できる波長幅が狭く、また増幅率を変化させることによって波長特性にばらつき（チルト）が発生する。そのため、現状、ＳＯＡを光モジュールに使用する場合は、光部品の部品仕様を厳しくして用いなければならず、量産および低コスト化を達成できない。そして、上記のように、光増幅器を直列に多段接続させた構成では、帯域を広帯域化することができない。

開示技術は、広帯域な波長を簡単な構成で光増幅でき、小型化できることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、開示技術は、半導体基板上に設けられ、光増幅する波長帯域が異なる複数の半導体光増幅器と、入力された信号光を分岐して複数の前記半導体光増幅器にそれぞれ並列入力させる分岐路と、複数の前記半導体光増幅器による光増幅後の前記信号光を合波して出力する合波路と、を備える。

開示の光増幅器および光増幅器の製造方法によれば、広帯域な波長を簡単な構成で光増幅でき、小型化できるという効果を奏する。

図１−１は、実施の形態１にかかる光増幅器の構成を示す図である。図１−２は、分岐部の構成例を示す図である。図２は、複数のＳＯＡによる合波特性を示す図表である。図３は、ＳＯＡの利得変化時の出力特性を示す図表である。図４は、複数のＳＯＡの利得変化時の合波特性を示す図表である。図５は、実施の形態２にかかる光増幅器の構成を示す図である。図６は、モニタの接続構造の一例を示す図である。図７は、実施の形態２によるＳＯＡの利得制御を示すフローチャートである。図８は、実施の形態３にかかる光増幅器の構成を示す図である。図９は、実施の形態４にかかる光増幅器の構成を示す図である。図１０は、実施の形態４によるＳＯＡの出力の位相制御を示すフローチャートである。図１１−１は、光増幅器の製造工程を示す断面図である（その１）。図１１−２は、光増幅器の製造工程を示す断面図である（その２）。図１１−３は、光増幅器の製造工程を示す断面図である（その３）。図１２−１は、半導体基板上に異なる波長特性のＳＯＡを形成する工程を示す断面図である（その１）。図１２−２は、半導体基板上に異なる波長特性のＳＯＡを形成する工程を示す断面図である（その２）。

（実施の形態１）
（光増幅器の構成）
以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１−１は、実施の形態１にかかる光増幅器の構成を示す図である。光増幅器１００は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に形成した複数の半導体光増幅器（ＳＯＡ）１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）と、を含む。

複数のＳＯＡ１０２は、それぞれ波長特性が異なり、半導体基板１０１上に並列に配置される。このため、半導体基板１０１上には、入力部１０３後段に光カプラ等の分岐部１０４が設けられ、光ファイバ等を介して入力された信号光を複数に分岐する。分岐部１０４で分岐された同一の信号光は、複数（系統）の分岐路１１０により複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）にそれぞれ入力される。

分岐路１１０としては、分岐部１０４の光出射部および各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の光入射部にそれぞれレンズ１０５を設けて信号光を空間伝搬させることができる。これにより、分岐部１０４で分岐された信号光を複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）にそれぞれ入射させることができる。

複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）は、それぞれ異なる所定の中心波長を中心として所定の波長範囲の利得特性を有する。図１−１に示す例では、３つのＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）を設ける構成としたが、ＳＯＡ１０２は、必要とする帯域幅にあわせた数を有して設ければよい。各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）は、２ｍｍ角程度で小型に製造できる。

複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）により、それぞれ増幅された信号光は、複数（系統）の合波路１１１を介して合波部１０６により合波され、出力部１０７から光ファイバ等に出力される。

合波路１１１としては、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の光出射部および合波部１０６の光入射部に、それぞれレンズ１０８を設けて信号光を空間伝搬させることができる。これにより、複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）から出射された信号光を合波部１０６にそれぞれ入射させることができる。

また、図１−１に示した分岐部１０４と各ＳＯＡ１０２との間、および各ＳＯＡ１０２と合波部１０６との間に設ける分岐路１１０と合波路１１１は、それぞれレンズ１０５，１０８を配置して信号光を空間伝搬させる構成とした。分岐路１１０と合波路１１１としては、ほかに光ファイバを用いたり、後述する光導波路を用いることができる。

図１−２は、分岐部の構成例を示す図である。分岐部１０４は、ＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−ＭｏｄｅＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）や分岐カプラを用いることができる。この分岐部１０４は、図１−２に示すように、２分岐させる分岐箇所を２箇所に設けることにより、１入力を３分岐させることができる。前段の分岐箇所１０４ａでは、入力された信号光を出力比１：２で分岐させる。出力比２側の後段の分岐箇所１０４ｂでは、信号光を出力比１：１で分岐させる。これにより、分岐部１０４は、入力された信号光を３等分して出力することができる。

この分岐箇所１０４ａを増やすことにより、より多くの分岐数を得ることができる。また、合波部１０６は、図１−２に記載の分岐部１０４と入出力を逆にする構成を用いて合波させることができる。

図２は、複数のＳＯＡによる合波特性を示す図表である。横軸は波長、縦軸は、出力密度（光出力）である。図２に示す例では、３つのＳＯＡ１０２ａ〜１０２ｃでそれぞれ利得の中心波長を変えている。たとえば、図２の例では、各ＳＯＡ１０２の中心波長は、ＳＯＡ１（１０２ａ）が１２９０ｎｍ、ＳＯＡ２（１０２ｂ）が１３５０ｎｍ、ＳＯＡ３（１０２ｃ）が１４００ｎｍである。

これにより、所定の帯域幅を有して平坦な波長特性を得ることができるようになる。ＳＯＡ１（１０２ａ）〜ＳＯＡ３（１０２ｃ）の特性は、それぞれ短波長側および長波長側で所定ゲイン（たとえば１ｄＢあるいは３ｄＢ）減衰する。このため、一つのＳＯＡ１０２ｂの光増幅波長帯域の所定ゲイン減衰する波長端（低波長側）を、他の光増幅波長帯域のＳＯＡ１０２ａの波長端（高波長側）とクロスオーバーさせて用いる。同様に、ＳＯＡ１０２ｂの光増幅波長帯域の所定ゲイン減衰する波長端（高波長側）を、他の光増幅波長帯域のＳＯＡ１０２ｃの波長端（低波長側）とクロスオーバーさせて用いる。これにより、複数のＳＯＡ１（１０２ａ）〜ＳＯＡ３（１０２ｃ）の出力光を合波させるだけで、広帯域に渡り平坦な所定の帯域幅ＷＯを確保できるようになる。

図３は、ＳＯＡの利得変化時の出力特性を示す図表である。ＳＯＡは、利得の変化により、図示のように中心波長に変化（チルト）が生じる。図３の例では、利得が低ゲインの場合と、最大のゲインとした場合を示している。図示の例では、低ゲインの場合、中心波長が低い波長側に波長Δλ分だけ変化（チルト）している。

図４は、複数のＳＯＡの利得変化時の合波特性を示す図表である。図３に示したように、ＳＯＡ１０２は、利得を変化させると、中心波長に変化が生じる。したがって、図２に示した複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）を組み合わせた場合についても同様に、図４に示すように、利得の変化により中心波長に変化が生じる。

図４に示す例では、図２と比較して、各ＳＯＡ１０２はいずれも、低ゲインの場合に中心波長が低い波長側に変化している。また、図４に示した例とは逆に、利得を上げたときには、各ＳＯＡ１０２はいずれも、図２と比較して中心波長が高い波長側に変化する。

このように、利得の変化に対して、予めチルトする波長方向が判っている場合には、以下のように設定する。すなわち、図４に示したように利得を変化させた後の状態における複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の出力の合波特性が平坦となるように各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の中心波長を設定しておく。

そして、利得変化前後において中心波長が変化しても平坦な合波特性を得られる中心波長を選定すればよい。これにより、利得が変化し、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の中心波長が変化したときであっても、平坦で帯域幅ＷＬ（低ゲインの場合）を有して広帯域な合波特性を得ることができるようになる。すなわち、利得変化に対応して生じる中心波長のチルトに基づき、変化可能な利得量と、利得変化時に対応して変化する光増幅波長帯域をそれぞれ所定の範囲内で設定（運用）すればよい。

実施の形態１によれば、複数のＳＯＡを並列に設け、各ＳＯＡは分岐された信号光をそれぞれ異なる中心波長で光増幅して合波出力するため、並列に設けたＳＯＡの数に対応する分だけ信号光を広帯域に光増幅できるようになる。そして、ＳＯＡ自体は小型であり、基板上に並列に設けても場所を取らず、光モジュール全体を小型化することができるようになる。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２にかかる光増幅器の構成を示す図である。基本構成は、実施の形態１（図１−１）と同様であり、図５では、分岐部１０４、合波部１０６、レンズ１０５，１０８の構成は省略してある。そして、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の出力レベルをＰＤ等のモニタ５０１（５０１ａ〜５０１ｃ）で検出する。

このモニタ５０１（５０１ａ〜５０１ｃ）の検出出力は、それぞれ制御部５１０に入力され、制御部５１０は、モニタの検出出力に基づき、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）を個別に利得調整し、平坦な合波特性を得ることができるようになる。

制御部５１０は、各モニタ５０１（５０１ａ〜５０１ｃ）の検出出力の変化、すなわち、前回検出分からの差分を検出する差分検出部５１１と、差分検出部５１１で検出された差分の値に基づき、各ＳＯＡ１０２の利得（ゲイン）を個別に調整するゲインコントローラ５１２とを含む。

各モニタ５０１が有する検出可能な帯域は、図３に示したＳＯＡ１０２の帯域より広い。たとえば、モニタ５０１として用いるＰＤの帯域は４００ｎｍ程度ある。したがって、各モニタ５０１（５０１ａ〜５０１ｃ）は、それぞれＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の帯域の出力を十分検出できる。

図６は、モニタの接続構造の一例を示す図である。ＳＯＡ１０２より後段の部分を示している。ＳＯＡ１０２から出射される信号光は、光導波路６０１に入射される。この光導波路６０１の前段部分には、光カプラ等の分岐部６１１を設けて信号光を２分岐させる。一方の信号光は、光導波路６０１ａを介して図１−１に記載の出力部１０７に導波される。他方の信号光は、光導波路６０１ｂを介してモニタ（ＰＤ）５０１に導波され、ＳＯＡ１０２の出力をモニタ５０１でモニタ値として検出することができる。

図７は、実施の形態２によるＳＯＡの利得制御を示すフローチャートである。光増幅器１００は、入力レベルの変動や、ＳＯＡ１０２等の経時劣化により、光出力が低下するが、以下の制御により、信号光を安定して出力させる。

まず、制御部５１０は、光増幅器１００の初期値設定をおこなう（ステップＳ７０１）。初期値設定では、出力光に対する各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）のモニタ値をモニタ５０１（５０１ａ〜５０１ｃ）で検出し、検出したモニタ値を記録しておく。この際、複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）により光増幅された後のそれぞれの検出値を初期モニタ値として、制御部５１０内の図示しないメモリ等の格納部に格納しておく。

以降の処理は、運用時に所定タイミング等で定期的に継続しておこなう。まず、差分検出部５１１は、初期モニタ値に対する各モニタ値の差分を検出する（ステップＳ７０２）。すなわち、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）それぞれについて、格納部から初期モニタ値を読み出す。そして、モニタ５０１（５０１ａ〜５０１ｃ）でそれぞれ実際に検出されたモニタ値の差分を検出する。

この後、ゲインコントローラ５１２は、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）に対して、差分が無くなるように、差分が生じたＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の利得を制御（ゲインコントロール）する（ステップＳ７０３）。

たとえば、ＳＯＡ１０２ａについて、ステップＳ７０２により、初期モニタ値に対し、実際に検出されたモニタ値が低い場合には、ゲインコントローラ５１２は、ＳＯＡ１０２ａの利得を上げる制御をおこなう。このようなフィードバック制御を定期的に継続しておこなうことにより、入力レベルが変動した場合、およびＳＯＡ１０２等の光部品に経時劣化が生じても、ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の出力を安定して出力できるようになる。

上記実施の形態２によれば、モニタを設けることにより、各ＳＯＡへの入力光をそれぞれ調整することができ、かつ、各ＳＯＡの出力光強度を制御できるようになる。そして、入力レベルが変動した場合、およびＳＯＡ等の光部品に経時劣化が生じても、ＳＯＡの出力を安定化できる。そして、複数のＳＯＡによる合波特性についても、広帯域な所定の帯域幅を確保できるようになる。

また、実施の形態２によれば、合波後の出力の安定化に限らず、各ＳＯＡの合波後の合計の光出力（利得）全体を積極的に増加させるか、あるいは減少させる等、任意の光出力パワーを得ることもできるようになる。

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３にかかる光増幅器の構成を示す図である。実施の形態３では、ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）を半導体基板１０１上にアレイ状に並べて設けている。また、実施の形態２（図５）において説明したモニタ５０１、および制御部５１０の記載を省いているが、これらモニタ５０１、および制御部５１０によるＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の利得制御をおこなう。

そして、この実施の形態３では、分岐部１０４からＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の間の複数の分岐路１１０の各系統の長さ（光路長）を同一の長さにする。同様に、ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）から合波部１０６の間の複数の合波路１１１の各系統の長さ（光路長）についても同一の長さにする。この実施の形態３では、分岐路１１０と合波路１１１として、それぞれ半導体基板１０１上に形成した光導波路を用いる構成とし、この光導波路の長さをいずれも同一の長さにする。なお、分岐路１１０と合波路１１１に光導波路を用いるに限らず、同一の長さの光ファイバを用いてもよい。

なお、光損失を低減化させるために、たとえば、入力部１０３については、光ファイバを分岐部１０４に直接結合させる。また、出力部１０７についても、合波部１０６に光ファイバを直接結合させる。

そして、実施の形態３によれば、図８に示すように、分岐路１１０と合波路１１１は、一部が屈曲し、系統毎に異なる曲がり形状となる。しかし、分岐部１０４から各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の間の複数の系統の分岐路１１０の光路長が同じであり、かつ、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）から合波部１０６の間の複数の系統の合波路１１１の光路長が同じになる。

実施の形態３によれば、分岐路１１０と合波路１１１における各分岐された系統の光路長を同じにできるため、各系統間での信号光の干渉を抑え、全ての系統で同じ信号特性（信号劣化特性）を得ることができ、出力の平坦性を維持できるようになる。

（実施の形態４）
図９は、実施の形態４にかかる光増幅器の構成を示す図である。実施の形態４では、実施の形態３と同様に、分岐部１０４からＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の間の分岐路１１０の各系統の長さを同一の長さにする。これと同様に、ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）から合波部１０６の間の合波路１１１の各系統の長さについても同一の長さにする。

そして、実施の形態４では、ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）から合波部１０６の間の各合波路１１１上に、この合波路１１１に沿うように、所定長の制御用電極９１１（９１１ａ〜９１１ｃ）を設ける。図示の例では、各制御用電極９１１ａ〜９１１ｃは、同一の長さで合波路１１１上に設けられている。実施の形態３同様に、分岐路１１０と合波路１１１は光導波路で構成し、この光導波路上に信号光の位相を可変制御するための制御用電極９１１を設ける。

制御用電極９１１（９１１ａ〜９１１ｃ）により、印加する電圧を変化させることにより、分岐路１１０と合波路１１１である光導波路内を導波する信号光の位相を変化させ、屈折率を変え、結果として光路長を変えることができる。分岐路１１０と合波路１１１は、各系統の長さを同一にして設けるが、製造プロセスのばらつき等で各系統の長さが異なる場合があり、制御用電極９１１（９１１ａ〜９１１ｃ）は、分岐路１１０と合波路１１１の長さの違いを揃えるために設けている。これにより、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）で増幅される信号光同士の干渉を低減できるようになる。

この制御のため、合波部１０６の後段には、分岐部９０１を設けて、合波後の信号光を分岐させる。分岐させた信号光の一方は、出力部１０７から出力させ、他方は、モニタ９０２に入力させる。モニタ９０２は、ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の各波形をモニタし、波形の高さ（光レベル）を検出する波形モニタ（スペクトルアナライザ）を用いる。

この波形モニタによって検出される波形は、制御部９１０に入力される。制御部９１０は、差分検出部９２１と、電圧印加部９２２とを含む。差分検出部９２１は、ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）別の波形の高さの変化、すなわち、前回検出分からの差分を検出する。電圧印加部９２２は、差分検出部９２１で検出された差分の値に基づき、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）に対応した制御用電極９１１（９１１ａ〜９１１ｃ）に対して印加する電圧を個別に調整する。

図１０は、実施の形態４によるＳＯＡの出力の位相制御を示すフローチャートである。光増幅器１００は、入力レベルの変動や、ＳＯＡ１０２等の経時劣化により、光出力が低下するが、以下の制御により、信号光を安定して出力させる。

まず、制御部９１０は、光増幅器１００の初期値設定をおこなう（ステップＳ１００１）。初期値設定では、出力光に対する各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）のモニタ値をモニタ９０２で検出し、検出したモニタ値を記録しておく。この際、複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）により光増幅され、合波された後の検出値について、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の出力波形（各波長毎の波形高さ等）を初期モニタ値として制御部９１０内の図示しないメモリ等の格納部に格納しておく。

以降の処理は、運用時に所定タイミング等で定期的に継続しておこなう。まず、差分検出部９２１は、初期モニタ値に対する各モニタ値の差分を検出する（ステップＳ１００２）。すなわち、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）別の波長帯域それぞれの波形高さについて、格納部から初期モニタ値を読み出す。そして、モニタ９０２でそれぞれ実際に検出された波長帯域におけるモニタ値（波形高さ）の差分を検出する。

この後、電圧印加部９２２は、差分が無くなるように、差分が生じた該当する波長範囲の制御用電極９１１（９１１ａ〜９１１ｃ）に対する印加電圧を変更させる位相制御をおこなう（ステップＳ１００３）。

たとえば、ＳＯＡ１０２ａについて、ステップＳ１００２により、初期モニタ値に対し、実際に検出されたＳＯＡ１０２ａのモニタ値（波形高さ）が低い場合には、電圧印加部９２２は、ＳＯＡ１０２ａの出力側の合波路１１１に設けられた制御用電極９１１ａに対する印加電圧を変更する（上げるまたは下げる）。これにより、ＳＯＡ１０２ａの出力側の合波路１１１を構成している光導波路の屈折率が変更される（上がるまたは下がる）。そして、光路長が変更され、ＳＯＡ１０２ａの出力（波形高さ）を初期値のレベルで出力させることができる。あわせて、隣接するほかの光導波路からの干渉を低減させることができる。

このようなフィードバック制御を定期的に継続しておこなうことにより、入力レベルが変動した場合、およびＳＯＡ１０２等の光部品に経時劣化が生じても、ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の出力を安定して出力できるようになる。

上記実施の形態４によれば、モニタにより波形を監視することにより、位相変化による波形の高さの変化を検出し、各ＳＯＡ毎に出力後の出力光強度を制御できるようになる。特に、精密に光導波路として形成される合波路１１１のばらつきによる光路長を位相変化により同じ長さに調整することができ、他の信号光の干渉を受けずに合波後の出力を一定にできる。これにより、複数のＳＯＡによる合波特性が広帯域な所定の帯域幅を確保できるようになる。

また、上記説明では、ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）から合波部１０６の間の各合波路１１１上に、合波路１１１に沿って所定長の制御用電極９１１（９１１ａ〜９１１ｃ）を設ける構成とした。これに加えて、分岐部１０４からＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）の間の各分岐路１１０上にも、分岐路１１０に沿って同様に、所定長の制御用電極を設けてもよい。これにより、合波路１１１側だけではなく分岐路１１０側の光路長を含めて分岐路１１０と合波路１１１全体の光路長を同じ長さにすることができるようになる。

なお、実施の形態４では、実施の形態２において説明した利得制御の構成を併用してもよい。具体的には、制御部９１０は、図５に示した構成を含み、ＳＯＡの利得制御による出力パワーを安定化させ、合波路１１１に対する位相制御による光導波路間の干渉を低減させる。

（光増幅器の製造方法）
つぎに、光増幅器の製造方法について説明する。ＳＯＡ１０２を用いた光増幅器は、光ファイバ増幅器とは異なり、半導体プロセスにより製造することができる。また、実施の形態３により説明したように複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）は、アレイ化して製造することも可能である。

図１１−１〜図１１−３は、それぞれ光増幅器の製造工程を示す断面図である。はじめに、図１１−１に示すように、結晶成長（ＭＯＣＶＤ法）により、ＧａＡｓ等の半導体基板１０１に原料ガスを供給する。そして、加熱された半導体基板１０１上での熱分解反応により、半導体薄膜の多層形成をおこない、信号光が導波される光導波路となるリッジ１１０１を形成する。このリッジ１１０１は、上述した分岐路１１０と合波路１１１としての光導波路となるほか、ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）となる。

つぎに、図１１−２に示すように、多層形成した半導体薄膜によるリッジ１１０１上に、たとえば、透過率の異なるほかの材質の原料ガスを供給し、半導体薄膜１１０２を結晶成長（ＭＯＣＶＤ法）多層形成する。これにより、リッジ１１０１部分に光を閉じこめ、信号光を導波させる光導波路を得ることができる。

つぎに、図１１−３に示すように、半導体基板１０１上でＳＯＡ１０２を設ける領域については、光増幅をおこなうために、ｎ電極１１０３と、各ＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）に対応する各リッジ１１０１部分にそれぞれｐ電極１１０４を形成する。

ところで、上述した各実施の形態では、複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）は、それぞれ異なる波長特性を有している。一つの半導体基板１０１上に異なる波長特性のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）を形成する方法について説明する。

図１２−１、図１２−２は、それぞれ半導体基板上に異なる波長特性のＳＯＡを形成する工程を示す断面図である。波長特性が異なる２つのＳＯＡ１０２ａ，１０２ｂを形成する例を用いて説明する。

はじめに、図１２−１は、図１１−１に示した結晶成長（ＭＯＣＶＤ法）による一つのＳＯＡ１０２ａ形成時の状態を示す図である。はじめに、一方のＳＯＡ１０２ａの波長特性に合わせた原料ガスを供給する。そして、加熱された半導体基板１０１上での熱分解反応により、半導体薄膜の多層形成をおこない、光導波路となるリッジ１１０１ａを形成する。この際、他のＳＯＡ１０２ｂの形成箇所には、半導体基板１０１上にマスク１２０１を設けておき、ＳＯＡ１０２ｂを形成しない。

つぎに、形成したＳＯＡ１０２ａ上にマスク１２０２を設けた状態とする。そして、他方のＳＯＡ１０２ｂの波長特性に合わせた原料ガスを供給する。そして、加熱された半導体基板１０１上での熱分解反応により、半導体薄膜の多層形成をおこない、光導波路となるリッジ１１０１ｂを形成する。

これにより、同一の半導体基板１０１上に光増幅波長特性の異なる２つのＳＯＡ１０２ａ，１０２ｂを形成することができる。上記説明では、２つのＳＯＡ１０２（１０２ａ，１０２ｂ）を形成する方法について説明したが、形成するＳＯＡ以外のＳＯＡ部分をマスクして、異なる原料ガスを供給することにより、異なる光増幅波長特性を有する複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）を形成することができる。

以上説明した製造方法によれば、ＳＯＡ１０２の前後に設ける分岐路１１０と合波路１１１については、半導体基板１０１上での光路長を考慮した光導波路をモノリシックに半導体プロセスで作ることができる。これにより、分岐路１１０と合波路１１１とを設計通りの光路長で精度よく製造することができるため、複数のＳＯＡ１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）で増幅される信号光間の干渉を抑えることができるようになる。

また、ＳＯＡ１０２についても、半導体基板１０１上に分岐路１１０と合波路１１１とを光導波路で製造すると同時に、ＳＯＡ領域にＳＯＡ１０２を形成する工程を追加するだけで簡単に製造することができる。さらには、図１−２に示した分岐部１０４および合波部１０６、図６に示した分岐部６１１についても、光導波路の製造工程に含めて同時に製造することができる。

なお、上述した光増幅器１００は、ＴＥＣ（ＴｈｅｒｍｏＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｏｌｅｒ）、たとえば、ペルチェ素子を用いた熱電冷却器を用いた温度制御をおこなうことにより、温度による位相変動を抑えることができる。ＴＥＣは、たとえば、半導体基板１０１の裏面に設けられ、半導体基板１０１等の温度を検出して加熱あるいは冷却動作することにより、半導体基板１０１を一定温度に保つことができる。

以上説明した各実施の形態によれば、光増幅器として半導体基板上にＳＯＡを形成したものを用いることにより、半導体基板のスペースで光増幅器を構成できるようになり、この光増幅器を適用した光モジュールを小型化できるようになる。また、ＳＯＡを並列化して信号光を分岐させ、各ＳＯＡが異なる波長帯域を光増幅するように構成したので、小型でありながら、広帯域な光増幅波長特性を得ることができるようになる。さらに、各ＳＯＡの出力をモニタし、ＳＯＡの利得を制御部で制御することにより、入力される信号光の変動や光増幅器（ＳＯＡ等）の経年変化が生じても、光出力を安定化できるようになる。さらには、任意の利得に可変することもでき、これらは広帯域な光増幅波長特性を維持して制御できるようになる。

上述した各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）半導体基板上に設けられ、光増幅する波長帯域が異なる複数の半導体光増幅器と、
入力された信号光を分岐して複数の前記半導体光増幅器にそれぞれ並列入力させる分岐路と、
複数の前記半導体光増幅器による光増幅後の前記信号光を合波して出力する合波路と、
を備えたことを特徴とする光増幅器。

（付記２）複数の前記半導体光増幅器は、
一つの半導体光増幅器の光増幅波長帯域において所定ゲイン減衰する波長端を、他の光増幅波長帯域の半導体光増幅器の波長端とクロスオーバーさせる設定により、合波後の光増幅波長帯域を広帯域化することを特徴とする付記１に記載の光増幅器。

（付記３）複数の前記半導体光増幅器は、
利得変化に対応して生じる中心波長のチルトに基づき、変化可能な利得量と、利得変化時に対応して変化する光増幅波長帯域をそれぞれ所定の範囲内で設定することを特徴とする付記２に記載の光増幅器。

（付記４）前記分岐路および前記合波路は、
レンズを用いた空間伝搬、光ファイバ、あるいは前記半導体基板上に形成した光導波路によりなることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の光増幅器。

（付記５）複数の前記半導体光増幅器の出力レベルをそれぞれ検出する複数のモニタと、
複数の前記モニタの検出出力の変化に基づき、対応する前記半導体光増幅器の利得を調整し、前記半導体光増幅器の出力レベルを一定にする利得制御をおこなう制御部と、
を備えたことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光増幅器。

（付記６）前記半導体光増幅器の前段に複数設けられる前記分岐路同士の光路長を同じ長さとし、
前記半導体光増幅器の後段に複数設けられる前記合波路同士の光路長を同じ長さとしたことを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の光増幅器。

（付記７）前記合波路は、前記半導体基板上に形成した光導波路であり、
前記合波路に沿って設けられる所定長さの制御用電極と、
複数の前記半導体光増幅器の出力を検出するモニタと、
前記モニタの検出出力の変化に基づき、変化した波長範囲に対応する前記制御用電極に対する印加電圧を調整し、前記半導体光増幅器からの出力を一定にする位相制御をおこなう制御部と、
を備えたことを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光増幅器。

（付記８）半導体基板上に、入力光を複数に分岐する分岐路と、複数の光路を合波する合波路とを、半導体被膜を多層形成することにより光導波路として形成する工程と、
前記光導波路の前記分岐路と前記合波路との間の複数の所定領域に位置する前記光導波路部分に、電極を設けて半導体光増幅器を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光増幅器の製造方法。

（付記９）前記半導体光増幅器を形成する工程は、
前記半導体基板上に光増幅波長が異なる複数の前記半導体光増幅器を形成するものであり、
一つの半導体光増幅器を形成する際には、他の半導体光増幅器の部分をマスクして、所定の光増幅波長に対応した濃度の原料ガスを用いて当該一つの半導体光増幅器を形成した後、
他の半導体光増幅器を形成する際には、当該他の半導体光増幅器以外の半導体光増幅器の部分をマスクして、所定の光増幅波長に対応した濃度の原料ガスを用いて当該他の半導体光増幅器を形成することを特徴とする付記８に記載の光増幅器の製造方法。

（付記１０）前記半導体光増幅器を形成する工程は、
前記半導体基板上に、複数の半導体光増幅器をアレイ状に並べて形成することを特徴とする付記８または９に記載の光増幅器の製造方法。

１００光増幅器
１０１半導体基板
１０２（１０２ａ〜１０２ｃ）半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１０４分岐部
１０５，１０８レンズ
１０６合波部
１０７出力部
１１０分岐路
１１１合波路
５０１モニタ
５１０制御部
５１１差分検出部
５１２ゲインコントローラ
６０１光導波路
９０１分岐部
９０２モニタ
９１１（９１１ａ〜９１１ｃ）制御用電極
９２１差分検出部
９２２電圧印加部
１１０１リッジ
１１０２半導体薄膜
１２０１，１２０２マスク

Claims

半導体基板上に設けられ、光増幅する波長帯域が異なる複数の半導体光増幅器と、
入力された信号光を分岐して複数の前記半導体光増幅器にそれぞれ並列入力させる分岐路と、
複数の前記半導体光増幅器による光増幅後の前記信号光を合波して出力する合波路と、
を備えたことを特徴とする光増幅器。
複数の前記半導体光増幅器は、
一つの半導体光増幅器の光増幅波長帯域において所定ゲイン減衰する波長端を、他の光増幅波長帯域の半導体光増幅器の波長端とクロスオーバーさせる設定により、合波後の光増幅波長帯域を広帯域化することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
複数の前記半導体光増幅器は、
利得変化に対応して生じる中心波長のチルトに基づき、変化可能な利得量と、利得変化時に対応して変化する光増幅波長帯域をそれぞれ所定の範囲内で設定することを特徴とする請求項２に記載の光増幅器。
前記分岐路および前記合波路は、
レンズを用いた空間伝搬、光ファイバ、あるいは前記半導体基板上に形成した光導波路によりなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光増幅器。
複数の前記半導体光増幅器の出力レベルをそれぞれ検出する複数のモニタと、
複数の前記モニタの検出出力の変化に基づき、対応する前記半導体光増幅器の利得を調整し、前記半導体光増幅器の出力レベルを一定にする利得制御をおこなう制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光増幅器。
前記半導体光増幅器の前段に複数設けられる前記分岐路同士の光路長を同じ長さとし、
前記半導体光増幅器の後段に複数設けられる前記合波路同士の光路長を同じ長さとしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光増幅器。
前記合波路は、前記半導体基板上に形成した光導波路であり、
前記合波路に沿って設けられる所定長さの制御用電極と、
複数の前記半導体光増幅器の出力を検出するモニタと、
前記モニタの検出出力の変化に基づき、変化した波長範囲に対応する前記制御用電極に対する印加電圧を調整し、前記半導体光増幅器からの出力を一定にする位相制御をおこなう制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光増幅器。
半導体基板上に、入力光を複数に分岐する分岐路と、複数の光路を合波する合波路とを、半導体被膜を多層形成することにより光導波路として形成する工程と、
前記光導波路の前記分岐路と前記合波路との間の複数の所定領域に位置する前記光導波路部分に、電極を設けて半導体光増幅器を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光増幅器の製造方法。
前記半導体光増幅器を形成する工程は、
前記半導体基板上に光増幅波長が異なる複数の前記半導体光増幅器を形成するものであり、
一つの半導体光増幅器を形成する際には、他の半導体光増幅器の部分をマスクして、所定の光増幅波長に対応した濃度の原料ガスを用いて当該一つの半導体光増幅器を形成した後、
他の半導体光増幅器を形成する際には、当該他の半導体光増幅器以外の半導体光増幅器の部分をマスクして、所定の光増幅波長に対応した濃度の原料ガスを用いて当該他の半導体光増幅器を形成することを特徴とする請求項８に記載の光増幅器の製造方法。