JP2014075387A

JP2014075387A - 光集積素子

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Publication number: JP2014075387A
Application number: JP2012220553A
Authority: JP
Inventors: Mitsunobu Gotoda; 光伸後藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2014-04-24

Abstract

【課題】単一モードＬＤへの反射戻り光を低減し、単一モードＬＤの発振線幅増大を防止することができる光集積素子を提供する。
【解決手段】本発明は、単一モードＬＤと単一モードＬＤの出力光を反射する反射点との間に分岐導波路を有する干渉型の光増幅領域を設け、光増幅領域において光を増幅するとともに、分岐導波路を通過する光に位相差を与える光集積素子である。これにより、光干渉計として構成されたマッハツェンダ型導波路において反射戻り光に原理損失が付与されるので、反射点で反射されて単一モードＬＤに戻る反射戻り光の光強度を低減することができる。その結果、反射戻り光が単一モードＬＤの線幅に与える影響を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、単一モードの半導体レーザを利用した光集積素子に関するものである。

近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化して、１本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システムが実用化されている。
上記システム用の光源としては、少なくとも３０〜４０ｄＢ以上の高いサイドモード抑圧比（Side Mode Suppression Ratio：ＳＭＳＲ）が得られる単一モードＬＤ（Laser Diode）が好適である。当該単一モードＬＤには、例えば、分布帰還型ＬＤ（Distributed Feedback Laser Diode：ＤＦＢ−ＬＤ）や分布ブラッグ反射型ＬＤ（Distributed Bragg Reflector Laser Diode：ＤＢＲ−ＬＤ）等がある。

また、近年では、アレイ化したＤＦＢ−ＬＤと素子温度調整や電流注入による屈折率制御とを併用、または複数の反射ピークを有する特殊なＤＢＲミラーペアによる波長選択により、通信で用いる全波長帯域をカバーできる波長可変ＬＤの開発が進められている。さらに、波長可変ＬＤと、電界吸収（Electro absorption：ＥＡ）型光変調器やマッハツェンダ（Mach Zehnder：ＭＺ）型光変調器などの外部変調器を同一基板上に集積した光集積素子についても、開発が行われている。

上記光集積素子のアレイＬＤ部やＭＺ変調器部においては、波長依存性の比較的少ない多モード干渉（Multi Mode Interference：ＭＭＩ）型の光合分波素子（以下「ＭＭＩ素子」と称す）が広く用いられている。また非特許文献１には、波長可変ＬＤとＭＺ変調器の間に半導体光増幅素子（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）を集積し、出力増大や導波路の分岐損失や接続損失、散乱損失の補償に用いる構成が開示されている。ＳＯＡはＬＤと同様のエピタキシャル層から構成されており、電流注入を行うと入射光に対する増幅器として働くが、単独ではレーザ発振が生じないように設計されている。

さて、上記のＬＤとＳＯＡを集積した素子の出力側に、導波光に対する微小な反射点が存在する場合を考える。反射点とは、導波光を反射する位置である。反射点で反射してＬＤへ戻る導波光、つまり、反射点からの戻り光は、ＳＯＡで増幅されると無視できないレベルとなる。その結果、ＬＤの動作が不安定化し、発振線幅が増大するなどの問題が生じる。４０Ｇｂｐｓ以上の高速変調を用いた光通信システムにおいては、少なくとも１ＭＨｚ程度以下の狭発振線幅が必要とされており、発振線幅の増大を抑制する必要がある。

そこで、例えば、非特許文献２には、反射点からの戻り光を低減するために、ＳＯＡの出射側に曲がり導波路を設け、無反射（Anti-Reflection：ＡＲ）コートを併用する技術が開示されている。非特許文献２では、これらの技術により、端面付近からの光の反射を−５０ｄＢ程度以下まで低減し、戻り光によるＤＦＢ−ＬＤの発振線幅への影響を除去したことが報告されている。

以上のように、ＳＯＡを含む従来の光集積素子においては、曲がり導波路を設けて出射端面からの反射を低減することで、単一モードＬＤの発振線幅増大を防止することができる。

IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 16, No. 6 (2004) pp1531-1533. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 13, No. 5 (2007) pp1089-1094.

しかしながら、光集積素子においては、出射端面以外にも、屈折率のわずかに異なる導波路同士の接合界面や、変調器との接合部など、反射点となる可能性のある箇所がチップ（光集積素子）内に多数存在している。特に、ＭＭＩ素子においては、多モード導波路部とポート導波路部との境界付近で、モード不整合に起因する微小な反射の発生が避けられない。これらの箇所で反射した光が、中間にＳＯＡを介してＬＤへの戻り光になると、戻り光がＳＯＡで増幅されて、出射端面の場合と同様に発振線幅の増大などの問題が生じる。しかし、非特許文献２に開示された曲がり導波路は、出射端面以外の反射点に対しては有効ではないので、適用できない。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、半導体レーザの発振線幅の増大を抑制することが可能な光集積素子を提供することを目的とする。

本発明の光集積素子は、光を出力する単一モードの半導体レーザと、半導体レーザと光を反射する反射点との間に設けられた分岐導波路を有する干渉型の光増幅領域であって、分岐導波路を通過する光を増幅するとともに光に位相差を与える光増幅領域とを備えたものである。

本発明によれば、光を出力する単一モードの半導体レーザと、半導体レーザと光を反射する反射点との間に設けられた分岐導波路を有する干渉型の光増幅領域であって、分岐導波路を通過する光を増幅するとともに光に位相差を与える光増幅領域とを備えるので、半導体レーザの発振線幅の増大を抑制することができる。

本発明の実施の形態１における光集積素子の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態１における光集積素子の構成を示す平面図である。基板上に形成された光集積素子の断面図である。基板上に形成された光集積素子の断面図である。位相差π／２における光の強度を示す模式図である。位相差π／４における光の強度を示す模式図である。本発明の実施の形態２における光集積素子の構成を示す平面図である。

以下、図に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。各図においては、同一または同様の構成部分については同じ符号を付している。また、本明細書では、光損失を、単に、損失と表記する。

なお、本発明の実施の形態１において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。

実施の形態１．
初めに、本発明の光集積素子の構成について図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る光集積素子（チップ）１００の構成を示す平面図で、反射点を有する反射部が光集積素子１００の内部にある構成を示す平面図である。反射点とは、光が反射する位置である。図２は、図１と異なる構成を有する光集積素子２００の構成を示す平面図で、反射点を有する反射部が光の出射端面にある構成を示す平面図である。

実施の形態１に係る光集積素子は、図１の光集積素子１００および図２の光集積素子２００のいずれであってもよい。

まず、図１の光集積素子１００の構成について説明する。

光集積素子１００は、単一モードＬＤ１と、光増幅領域２と、ＭＺ変調器３と、出射端面１１とを備えた光集積回路である。単一モードＬＤ１と光増幅領域２とは、接続導波路４ａによって接続されている。光増幅領域２とＭＺ変調器３とは、接続導波路４ｂによって接続されている。ＭＺ変調器３と出射端面１１とは、接続導波路４ｃによって接続されている。

単一モードＬＤ１は、光を出力する、単一モードの半導体レーザである。単一モードＬＤ１は、例えば、光ファイバに使用される。単一モードＬＤ１は、ＤＦＢ−ＬＤ、ＤＢＲ−ＬＤなどの単体ＬＤ、または、当該単体ＬＤに波長可変機能を持たせた波長可変ＬＤである。

以下においては、単一モードＬＤ１が出力する光を出力光９とも表記する。出力光９は、単一モードＬＤ１が出力するＬＤ出力光である。出力光９は、光増幅領域２およびＭＺ変調器３を通過して出射端面１１から出射して、光集積素子１００の出射光１２となる。

光増幅領域２は、マッハツェンダ型の干渉計として構成されており、光合分波用の素子であるＭＭＩ７ａ，７ｂと、分岐導波路１３ａ，１３ｂと、ＳＯＡ（半導体光増幅素子）５ａ，５ｂと、位相制御領域６とを備え、分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝播する出力光９を増幅するとともに、分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝播する出力光９の間に位相差を与える。

光合分波用のＭＭＩ７ａは、出力光９を分波する素子であり、接続導波路４ａの一方の端部、および分岐導波路１３ａ，１３ｂの一方の端部と接続される。接続導波路４ａを伝播する出力光９は、ＭＭＩ７ａで分波された後、分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝播する。光合分波用のＭＭＩ７ｂは、分波された出力光９を合成する素子であり、接続導波路４ｂの一方の端部、および分岐導波路１３ａ，１３ｂの他方の端部と接続される。分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝播する出力光９は、ＭＭＩ７ｂで合波された後、接続導波路４ｂを伝播する。

ＳＯＡ５ａは、分岐導波路１３ａに設けられた半導体光増幅器であり、ＳＯＡ５ａを通過する光（出力光９）を増幅する。ＳＯＡ５ｂは、分岐導波路１３ｂに設けられた半導体光増幅器であり、ＳＯＡ５ｂを通過する光（出力光９）を増幅する。

位相制御領域６は、分岐導波路１３ａ，１３ｂのうち、少なくともいずれか一方に設けられ、位相制御領域６を通過する出力光９の位相を制御する。つまり、位相制御領域６は、分岐導波路１３ａ，１３ｂ間に位相差を設ける。

位相制御領域６は、図１に示すように、ＳＯＡ５ｂに隣接する位置であって、かつ、ＳＯＡ５ｂにより増幅された出力光９が通過する位置に設けられる。言い換えると、位相制御領域６は、ＳＯＡ５ｂより出射側の分岐導波路１３ｂに設けられ、ＳＯＡ５ａ，５ｂによって増幅された出力光９に位相差を与える。

なお、図１では、ＳＯＡ５ｂより出射側に設けたＭＭＩ７ｂとＳＯＡ５ｂとの間の分岐導波路１３ｂに位相制御領域６を設ける構成としたが、分岐導波路１３ａ，１３ｂ間に位相差を与えることができれば、この構成に限定されるものではない。よって、本実施の形態１の光集積素子においては、ＳＯＡ５ａに隣接する位置であって、かつ、ＳＯＡ５ａにより増幅された出力光９が通過する位置に位相制御領域６を設ける構成としてもよい。

また、図１では、ＳＯＡ５ａ，５ｂによって増幅された出力光９に位相差を与える構成としたが、分岐導波路１３ａ，１３ｂ間に位相差を与えることができれば、増幅と位相差の付与の順は特に限定されるものではない。よって、位相制御領域６によって位相差を与えた出力光９が、ＳＯＡ５ａ，５ｂによって増幅される構成としてもよい。つまり、本実施の形態１の光集積素子においては、ＳＯＡ５ａより入射側に設けたＭＭＩ７ａとＳＯＡ５ａとの間の分岐導波路１３ａ、またはＳＯＡ５ｂより入射側に設けたＭＭＩ７ａとＳＯＡ５ｂとの間の分岐導波路１３ｂに位相制御領域６を設ける構成としてもよい。

さらに、出力光９に位相差を与えることができれば、分岐導波路１３ａ，１３ｂのいずれか一方ではなく、分岐導波路１３ａ，１３ｂの双方に位相制御領域６を設ける構成としてもよい。この場合においても、位相制御領域６の位置は、ＳＯＡ５ａ，５ｂより出射側の分岐導波路１３ａ，１３ｂであっても、入射側の分岐導波路１３ａ，１３ｂであっても差し支えない。

分岐導波路１３ａ，１３ｂ間の位相差は、分岐導波路１３ａ，１３ｂのうち、少なくともいずれか一方に対して、図示しない制御回路から制御信号を付与することにより与えられる。より具体的には、位相差は、分岐導波路１３ａ，１３ｂのうち、少なくともいずれか一方への電界印加または電流注入により与えられる。これにより、分岐導波路１３ａ，１３ｂを通過する出力光９の間に位相差が生じる。つまり、位相制御領域６は、分岐導波路１３ａ，１３ｂを通過する出力光９の間の位相差の制御が可能な構成を有する。

ＭＺ変調器３は、光合分波用のＭＭＩ７ｃ，７ｄと、分岐導波路１３ｃ，１３ｄと、屈折率制御部８ａ，８ｂとを備え、出力光９を変調する。

光合分波用のＭＭＩ７ｃは、接続導波路４ｂの他方の端部、および分岐導波路１３ｃ，１３ｄの一方の端部と接続される。接続導波路４ｂを伝播する出力光９は、ＭＭＩ７ｃで分波された後、分岐導波路１３ｃ，１３ｄを伝播する。光合分波用のＭＭＩ７ｄは、接続導波路４ｃの一方の端部、および分岐導波路１３ｃ，１３ｄの他方の端部と接続される。分岐導波路１３ｃ，１３ｄを伝播する出力光９は、ＭＭＩ７ｄで合波された後、接続導波路４ｃを伝播する。

出射端面１１は、光集積素子１００が、外部へ光を出射する面である。出射端面１１は、接続導波路４ｃによりＭＭＩ７ｄと接続される。

接続導波路４ａ，４ｂ，４ｃ、分岐導波路１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ、ＳＯＡ５ａ，５ｂ、位相制御領域６、ＭＭＩ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ、屈折率制御部８ａ，８ｂの各々は、光導波路である。

次に、図３，４を用いて、光集積素子１００の主要部の構成についてさらに詳しく説明する。図３および図４は、ＩｎＰ基板１４上に形成された光集積素子１００の断面図である。図３は、図１のＡ−Ａ線に沿うＳＯＡ５ｂ（埋め込み導波路）の構成を示す断面図である。図４は、図１のＢ−Ｂ線に沿うＭＭＩ７ｃ（ハイメサ導波路）の構成を示す断面図である。

図３に示すように、光集積素子１００のＳＯＡ５ｂは、ＩｎＰ下部クラッド層１５、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１６およびＩｎＰ上部クラッド層１７がこの順に積層した積層構造を有する。すなわち、光集積素子１００のＳＯＡ５ｂは、ダブルヘテロ型の導波路を構成している。ＩｎＧａＡｓＰ活性層１６に隣接する領域には、ＩｎＰ電流ブロック層１９が設けられている。ＳＯＡ５ａも、ＳＯＡ５ｂと同様な構成を有する。

図４に示すように、光集積素子１００のＭＭＩ７ｃは、ＩｎＰ下部クラッド層１５、ＩｎＧａＡｓＰコア層１８およびＩｎＰ上部クラッド層１７がこの順に積層した積層構造を有する。すなわち、光集積素子１００のＭＭＩ７ｃは、ダブルヘテロ型の導波路を構成している。ＭＭＩ７ａ，ＭＭＩ７ｂ，ＭＭＩ７ｄも、ＭＭＩ７ｃと同様な構成を有する。

ＩｎＧａＡｓＰ活性層１６およびＩｎＧａＡｓＰコア層１８の各々は、バルク結晶でもよいし、多重量子井戸（Multiple Quantum Well：ＭＱＷ）でもよい。

なお、図３および図４では、それぞれＳＯＡ５ｂおよびＭＭＩ７ｃの断面を示しているが、単一モードＬＤ１、接続導波路４ａ，４ｂ，４ｃおよび位相制御領域６も同様の積層構造である。また、図では示していないが、埋め込み導波路とハイメサ導波路の間には、両者を接続する変換導波路が設けられている。

次に、図１を用いて、光集積素子１００の動作について説明する。

単一モードＬＤ１の出力光９は、光増幅領域２を通過する間に増幅される。増幅された出力光９の大半は、ＭＺ変調器３により変調された後に、出射端面１１から外部に出射して出射光１２となる。しかし、増幅された出力光９の一部は、ＭＺ変調器３に入る手前で反射される。具体的には、増幅された出力光９の一部がＭＭＩ７ｃによって反射され、図１中に白抜きの湾曲した矢印で示す反射戻り光１０となる。すなわち、ＭＭＩ７ｃは、出力光９を反射する反射点を有する反射部である。反射戻り光１０は、反射により、ＳＯＡ５ａ，５ｂおよび単一モードＬＤ１へ戻る。

続いて、図２の光集積素子２００の構成と動作について説明する。

図２の光集積素子２００の構成は、図１の光集積素子１００と比較して、光増幅領域２およびＭＺ変調器３の配置位置が異なる。それ以外の構成は、図１の光集積素子１００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

図２の光集積素子２００においては、単一モードＬＤ１とＭＺ変調器３とは、接続導波路４ａによって接続されている。ＭＺ変調器３と光増幅領域２とは、接続導波路４ｂによって接続されている。光増幅領域２と出射端面１１とは、接続導波路４ｃによって接続されている。

また、図２の光集積素子２００においては、単一モードＬＤ１の出力光９は、ＭＺ変調器３で変調された後に、光増幅領域２に入り増幅される。増幅された出力光９の大半は、出射端面１１から外部に出射して、出射光１２となる。しかし、増幅された出力光９の一部は、出射端面１１によって反射され、図２中に白抜きの湾曲した矢印で示す反射戻り光１０となる。すなわち、図２において、出射端面１１は、出力光９を反射する反射点を有する反射部である。反射戻り光１０は、反射により、ＳＯＡ５ａ，５ｂおよび単一モードＬＤ１へ戻る。

以上のように、実施の形態１に係る光集積素子は、単一モードＬＤ１と出力光９を反射する反射点との間に光増幅領域２を有し、光増幅領域２に設けた分岐導波路１３ａ，１３ｂを通過する出力光９を増幅するとともに位相差を与える構成であれば、図１の光集積素子１００および図２の光集積素子２００のいずれであってもよい。

次に、図５，６を用いて、光集積素子１００，２００において発生する反射戻り光（反射光）１０の強度について検討する。

図５は、分岐導波路１３ａ，１３ｂ間の位相差Δφがπ／２の場合の出力光９（９ａ，９ｂ）と反射戻り光１０（１０ａ，１０ｂ）との関係を示す模式図である。図６は、分岐導波路１３ａ，１３ｂ間の位相差Δφがπ／４の場合の出力光９（９ａ，９ｂ）と反射戻り光１０（１０ａ，１０ｂ）との関係を示す模式図である。なお、図では、本実施の形態１に係る光集積素子１００，２００における、光増幅領域２および反射部２１の近傍のみを示している。光増幅領域２は、単一モードＬＤ１と反射部２１が有する反射点とを結ぶ、出力光９が通過する導波路（経路）に設けられる。また、反射部２１は、図１のＭＭＩ７ｃまたは図２の出射端面１１である。

図に示すように、光増幅領域２を通過する出力光９は、ＭＭＩ７ａで分岐して、分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝播する。分岐導波路１３ａ，１３ｂには、ＳＯＡ５ａ，５ｂが設けられているので、分岐導波路１３ａ，１３ｂを通過する出力光９は増幅される。また、分岐導波路１３ｂに位制御領域６が設けられているので、分岐導波路１３ａ，１３ｂを通過する出力光９の間に位相差が与えられる。分岐して増幅された後に位相差を与えられた出力光９はＭＭＩ７ｂで再び合波し、その大半は、光集積素子１００，２００からの出射光２２となる。しかし、ＭＭＩ７ｂで合波した出力光９の一部は、反射部２１が有する反射点で反射して反射戻り光１０となる。反射戻り光１０は、再び、分岐導波路１３ａ，１３ｂ、位相制御領域６およびＳＯＡ５ａ，５ｂを通過して単一モードＬＤ１へ戻る。

ここで、出力光９の強度を基準（０ｄＢ）とし、ＳＯＡ５ａ，５ｂの利得をＡｄＢ、反射部２１が有する反射点で反射された光に付加される損失（以下、反射損失ともいう）を−ＣｄＢとしたときの出射光２２、出力光９および反射戻り光１０の強度を求める。

図５に示すように、分岐導波路１３ａ，１３ｂ間の位相差Δφがπ／２の場合、光増幅領域２を通過する出力光９ａが受ける損失は、単一モードＬＤ１側のＭＭＩ７ａで分岐する際に受ける損失−３ｄＢと、位相差Δφを設けた分岐導波路（以下、マッハツェンダ型導波路とも言う）１３ａ，１３ｂによる原理損失−３ｄＢとなる。よって、利得ＡｄＢの光増幅領域２を通過した後の出力光９ｂの光強度、つまり、出射光２２の光強度はＡ−６ｄＢとなる。

しかし、光増幅領域２の分岐導波路１３ａ，１３ｂ間に位相差を設けた場合であっても、光集積素子１００，２００から出射する出射光２２の強度は、位相差を付与された出力光９ｂの重ね合わせと考えてよい。よって、出射光２２の光強度は、出力光９ｂの光強度Ａ−６ｄＢの２倍（３ｄＢ向上）、つまりＡ−３ｄＢとなる。

一方、反射部２１で反射して反射戻り光１０ａとなる出力光９ｂは、光集積素子１００，２００の内部においては、独立に扱うことができる。よって、反射部２１で反射して反射戻り光１０ａとなる出力光９ｂの光強度は、Ａ−６ｄＢとなる。

次に、反射部２１では、出力光９ｂに反射損失−ＣｄＢが付加されるので、反射戻り光１０ａの光強度はＡ−Ｃ−６ｄＢとなる。

反射戻り光１０ａは、再び光増幅領域２を通過する。各分岐を通る反射戻り光１０ａは、有限の位相差のために、完全に独立とみなすことができる。よって、光増幅領域２を通過する反射戻り光１０ａが受ける損失は、反射部２１側のＭＭＩ７ｂで分岐する際に受ける損失−３ｄＢと、位相差Δφを設けたマッハツェンダ型導波路１３ａ，１３ｂによる原理損失−３ｄＢとなる。よって、利得ＡｄＢの光増幅領域２を再び通過した後、単一モードＬＤ１へ戻る反射戻り光１０ｂの光強度は２Ａ−Ｃ−１２ｄＢとなる。

一方、単一モードＬＤとＳＯＡを集積した従来の光集積素子、つまり、光増幅領域に分岐導波路および位相制御領域を備えていない光集積素子においては、光増幅領域を通過した出力光の光強度はＡｄＢ、反射部で反射した反射戻り光の光強度はＡ−ＣｄＢ、再び光増幅領域を通過してＬＤへ戻る反射戻り光の光強度は２Ａ−ＣｄＢとなる。

以上のことから、本発明の実施の形態１に係る光集積素子１００，２００における、単一モードＬＤ１への反射戻り光１０ｂの光強度は、光増幅領域に設けた分岐導波路１３ａ，１３ｂ間の位相差Δφをπ／２とすることにより、従来の光集積素子と比較して１２ｄＢ改善することができる。

同様に、分岐導波路１３ａ，１３ｂ間の位相差Δφがπ／４の場合には、マッハツェンダ型導波路１３ａ，１３ｂによる原理的な損失は−１ｄＢ以下に留まり、ほぼゼロとみなすことができる。よって、図６に示すように、光集積素子１００，２００から出射する出射光２２の強度は、ＡｄＢ、反射部２１で反射して反射戻り光１０ａとなる出力光９ｂの光強度は、Ａ−３ｄＢとなる。また、単一モードＬＤ１へ戻る反射戻り光１０ｂの光強度は、２Ａ−Ｃ−６ｄＢとなり、従来の光集積素子と比較して６ｄＢ改善することができる。

以上のように構成された光集積素子１００，２００においては、単一モードＬＤ１と出力光９を反射する反射点との間に分岐導波路１３ａ，１３ｂを有する干渉型の光増幅領域を設け、分岐導波路１３ａ，１３ｂにはＳＯＡ５ａ，５ｂを設け、分岐導波路１３ａ，１３ｂの少なくともいずれか一方に位相制御領域６を設けることで、分岐導波路１３ａ，１３ｂを通過する出力光９および反射戻り光１０を増幅するとともに、分岐導波路１３ａ，１３ｂを通過する出力光９および反射戻り光１０に位相差を与える。これにより、光干渉計として構成されたマッハツェンダ型導波路１３ａ，１３ｂにおいて反射戻り光１０に原理損失が付与されるので、反射点で反射されて単一モードＬＤ１に戻る反射戻り光１０の光強度が低減される。その結果、反射戻り光１０が単一モードＬＤ１の発振線幅に与える影響、つまり発振線幅の増大を抑制することが可能となる。

また、本実施の形態１の光集積素子１００，２００においては、分岐導波路１３ａ，１３ｂの位相差に起因する出射光２２の原理損を小さく、反射戻り光１０が受ける原理損を大きくすることができる。従って、出射光２２の光強度の低減をおさえながら、反射戻り光１０の光強度を大きく低減することができる。

また、本実施の形態１の光集積素子１００，２００においては、ＳＯＡ５ａ，５ｂの利得が従来の光集積素子と同一の場合には、反射戻り光１０の光強度を従来と比較して低減することができる。言い換えると、反射戻り光１０の光強度が従来の光集積素子と同一の場合には、ＳＯＡ５ａ，５ｂの利得を従来と比較して高く設定することができる。

さらに、本実施の形態１の光集積素子１００，２００においては、光増幅領域２を単一モードＬＤ１と出力光９の反射点との間に設けることによって、反射戻り光１０が単一モードＬＤ１の発振線幅に与える影響を抑制する。従って、本実施の形態１の光集積素子１００，２００においては、反射点が光集積素子１００，２００の内部にある場合であっても、反射点の位置に因らず、反射戻り光１０が単一モードＬＤ１の発振線幅に与える影響を抑制することができる。

このように、本実施の形態１に係る光集積素子１００，２００によれば、当該反射点からの反射戻り光１０の光強度を低減することができる。これにより、単一モードＬＤ１の発振線幅の増大を防止することが可能となる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２における光集積素子３００の構成について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態２に係る光集積素子３００の構成を示す平面図である。実施の形態２においては、光増幅領域３２に設けたＳＯＡ３５ａ、３５ｂによって分岐導波路１３ａ，１３ｂ間に位相差を与える点で実施の形態１と相違する。これ以外の構成は上述した実施の形態１と同様である。なお、本実施の形態２においては、実施の形態１と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

光集積素子３００は、単一モードＬＤ１と、光増幅領域３２と、ＭＺ変調器３と、出射端面１１とを備えた光集積回路である。単一モードＬＤ１と光増幅領域３２とは、接続導波路４ａによって接続されている。光増幅領域２とＭＺ変調器３とは、接続導波路４ｂによって接続されている。ＭＺ変調器３と出射端面１１とは、接続導波路４ｃによって接続されている。

光増幅領域３２は、マッハツェンダ型の干渉計として構成されており、光合分波用の素子であるＭＭＩ７ａ，７ｂと、分岐導波路１３ａ，１３ｂと、ＳＯＡ３５ａ，３５ｂとを備え、分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝播する出力光９を増幅するとともに、分岐導波路１３ａ，１３ｂを伝播する出力光９の間に位相差を与える。

ＳＯＡ３５ａは、分岐導波路１３ａに設けられた半導体光増幅器であり、ＳＯＡ３５ａを通過する光（出力光９）を増幅する。ＳＯＡ３５ｂは、分岐導波路１３ｂに設けられた半導体光増幅器であり、ＳＯＡ３５ｂを通過する光（出力光９）を増幅する。

分岐導波路１３ａ，１３ｂに設けたＳＯＡ３５ａ，３５ｂは、互いに異なる長さに形成されている。これにより、分岐導波路１３ａ，１３ｂの等価的な光路長、すなわち位相を変えることができるので、分岐導波路１３ａ，１３ｂ間に位相差を与えることができる。従って、長さに差を設けたＳＯＡ３５ａ，３５ｂによって、実施の形態１のように光増幅領域３２に損失制御領域６を設けた場合と同様な効果を得ることができる。なお、分岐導波路１３ａ，１３ｂ間の位相差は、ＳＯＡ３５ａ，３５ｂへの注入電流密度によって制御することも可能である。よって、実施の形態２の光集積素子３００は、長さおよび注入電流密度のうち少なくともいずれか一方が異なるＳＯＡ３５ａ，３５ｂを備え、これにより、分岐導波路１３ａ，１３ｂ間に位相差を付与するものである。

以上のように構成された光集積素子３００においては、単一モードＬＤ１と出力光９を反射する反射点との間に分岐導波路１３ａ、１３ｂを有する干渉型の光増幅領域を設け、分岐導波路１３ａ，１３ｂに長さおよび注入電流密度のうち少なくともいずれか一方が異なるＳＯＡ３５ａ，３５ｂを設けることで、分岐導波路１３ａ，１３ｂを通過する出力光９および反射戻り光１０を増幅するとともに、分岐導波路１３ａ，１３ｂを通過する出力光９および反射戻り光１０に位相差を与える。これにより、光干渉計として構成されたマッハツェンダ型導波路１３ａ，１３ｂにおいて反射戻り光１０に原理損失が付与されるので、反射点で反射されて単一モードＬＤ１に戻る反射戻り光１０の光強度が低減される。その結果、反射戻り光１０が単一モードＬＤ１の発振線幅に与える影響、つまり発振線幅の増大を抑制することが可能となる。

本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１単一モードＬＤ、２光増幅領域、３ＭＺ変調器、４ａ接続導波路、４ｂ接続導波路、４ｃ接続導波路、５ａＳＯＡ、５ｂＳＯＡ、６位相制御領域、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄＭＭＩ、８ａ屈折率制御部、８ｂ屈折率制御部、９出力光、１０反射戻り光、１１出射端面、１２出射光、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ分岐導波路、１４基板、１５下部クラッド層、１６活性層、１７上部クラッド層、１８コア層、１９電流ブロック層、２１反射部、２２光増幅領域からの出射光、３２光増幅領域、３５ａＳＯＡ、３５ｂＳＯＡ、１００光集積素子、２００光集積素子、３００光集積素子。

Claims

光を出力する単一モードの半導体レーザと、
前記半導体レーザと前記光を反射する反射点との間に設けられた分岐導波路を有する干渉型の光増幅領域であって、前記分岐導波路を通過する前記光を増幅するとともに前記光に位相差を与える光増幅領域とを備えた光集積素子。
光増幅領域は、分岐導波路に設けられた半導体光増幅器と、分岐導波路に設けられた位相制御領域とを備えることを特徴とする請求項１に記載の光集積素子。
位相制御領域は、分岐導波路への電界印加または電流注入で光に位相差を与えることを特徴とする請求項２に記載の光集積素子。
光増幅領域は、分岐導波路に設けられた半導体光増幅器を備え、
前記分岐導波路に設けられた半導体光増幅器は、長さ及び注入電流密度の少なくともいずれか一方が異なることを特徴とする請求項１に記載の光集積素子。