JP2015138926A - 半導体レーザ及び半導体光増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】アレイ状導波路回折格子を用いた外部共振器型半導体レーザにおいて、高出力のレーザ光を生成する。【解決手段】基板上に形成したアレイ状導波路回折格子のマルチモード干渉器カプラに光増幅の機能をもたせ、あるいは、形成したアレイ状導波路回折格子のアレイ状に配列された複数の光導波路に光増幅の機能を持たせた。【選択図】図１

Description

本発明は半導体レーザに関し、特に高出力のレーザ光を生成できる半導体レーザに関する。また、複数の波長を同時に発振する半導体レーザ、発振光の偏光状態を制御できる半導体レーザ、及び、波長を変化させることができる半導体レーザに関する。本発明は水平共振器型面発光レーザに関する。本発明は半導体光増幅器に関し、特に特に高出力のレーザ光を生成できる半導体光増幅器に関する。本発明は、エルビウムドープ光ファイバ増幅器に関し、特に、エルビウムドープ光ファイバ増幅器の励起光源に関する。本発明は、ラマン光増幅器に関し、特に、ラマン光増幅器の励起光源に関する。本発明は、四光混合波による波長変換に関し、特に、四光混合波波長変換用の励起光源に関する。本発明はファイバーレーザに関し、特に、ファイバーレーザの励起光源に関する。本発明は固体レーザに関し、特に、固体レーザの励起光源に関する。

特許文献１には、アレイ状導波路回折格子を用いて複数の波長を同時発振する外部共振器型半導体レーザが開示されている。

特許文献２には、アレイ状導波路回折格子に扇型の加熱冷却手段を設けることによってアレイ状導波路回折格子の波長特性を変える手法が開示されている。

特許文献３には、反射型アレイ状導波路回折格子を用いたモード同期レーザが開示されている。

特許文献４には、反射型アレイ状導波路回折格子に扇型の加熱冷却手段を設けることによってアレイ状導波路回折格子の波長特性を変える手法が開示されている。

特許文献５には、モードスプリッタを用いて、二つの半導体レーザの出力光を結合することによって、レーザ光の偏光方向を制御する手法が開示されている。

特許文献６には、光分岐部に光増幅の機能を持たせた光分岐結合器が開示されている。

特許文献７には、１×１マルチモード干渉器カプラに光増幅の機能を持たせた半導体光増幅器が開示されている。

特許文献８には、１×１マルチモード干渉器カプラの構造を有する半導体レーザが開示されている。

特許文献９には、１×Ｎマルチモード干渉器カプラの構造を有する半導体レーザが開示されている。

特許文献１０には、１×１マルチモード干渉器カプラに光増幅の機能を持たせた半導体光増幅器が開示されている。
特許文献１１には、複数の能動型１×２マルチモード干渉器カプラを直列接続して構成した半導体レーザが開示されている。

特許文献１２には、１×Ｎマルチモード干渉器カプラを用いて構成した半導体レーザが開示されている。

特許文献１３には、１×Ｎマルチモード干渉器カプラを用いて構成した半導体レーザが開示されている。

特許文献１４には、複数の半導体光増幅器をツリー状光カプラによって並列接続することによって、高出力の半導体光増幅器を構築する手法が開示されている。

特許文献１５には複数の半導体レーザを同期発振させる手法が開示されている。

特許文献１６には回折格子を用いて基板面内で半導体光増幅器ストライプに直交する方向にレーザ発振を生じさせて、半導体光増幅器の利得クランプを行う方法が開示されている。

特許文献１７には、半導体光増幅器ストライプに直交する方向にレーザ発振を生じさせて、半導体光増幅器の利得クランプを行いつつ、増幅利得を可変にする方法が開示されている。

特許文献１８にはＤＢＲ構造を用いて利得クランプを用いる方法、及び、ＶＣＳＥＬ構造を用いて、半導体光増幅器の利得クランプを行う方法が開示されている。

特許文献１９にはＶ字型光導波路、Ｍ字型光導波路などを用いて半導体光増幅器の入力ポートと出力ポートを基板の同一端面に設ける手法が開示されている。

特許文献２０には４５°傾斜した端面を設けて基板の裏面側から光の入出射を行う半導体光増幅器が開示されている。

特許文献２１には曲線状光導波路を用いて半導体光増幅器の入力ポートと出力ポートを基板の同一端面に設ける手法が開示されている。

特許文献２２にはマッハツェンダ干渉器を用いて光増幅器の利得平坦化を行う手法が開示されている。

特許文献２３には半導体光増幅器ストライプに直交する方向にレーザ発振を生じさせて、半導体光増幅器の利得クランプを行う方法が開示されている。

特許文献２４には半導体光増幅器の利得を制御する方法が開示されている。

特許文献２５にはスポットサイズ変換器が開示されている。

特許文献２６にはプリアンプとしてファイバーラマン光増幅器、ポストアンプとして半導体光増幅器を用いた光中継増幅器が開示されている。

特許文献２７には半導体光増幅器をジャンクションダウン実装する手法が開示されている。

非特許文献１には、１×Ｎ分岐構造を有するレーザ共振器が開示されている。

非特許文献２には、能動型のマルチモード干渉器型光カプラを用いて構成した半導体レーザアレイが開示されている。

特開平５−１９９８９３号公報 特開平９−５５５５２号公報 特開平１１−１２１８７３号公報 特開２００２−７２１５７号公報 特開平９−３３１１１３号公報 特開昭６３−４８５３４号公報 特開平１１−６８３４０号公報 特開平１１−６８３４１号公報 特開平１１−６８３４２号公報 特開２０００−３２３７８１号公報 特開２００５−１９１３６４号公報 特開２００９−５４６９９号公報 特開２００５−１０９００１号公報 特開平１１−１３５８９４号公報 特開２００４−７１６９４号公報 特開２００４−２５３５４３号公報 特開２００５−２３６２５４号公報 特開２００４−２８１６５６号公報 特開平２−２１３１８０号公報 特開平成２−２６０４８８号公報 特開２００１−１８５８０５号公報 特開平４−１４７１１４号公報 米国特許５４３６７５９号公報 米国特許６４４５４９５号公報 特開２００５−２１０１２０号公報 特開２００７−６５００号公報 特表２００４−５２３１１７号公報

Ｊ．Ｂａｎｅｒｉｊｉ， Ａ．Ｒ．Ｄａｖｉｅｓ， ａｎｄ Ｒ．Ｍ．Ｊｅｎｋｉｎｓ，"Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｔａｌｂｏｔ ａｎｄ １−ｔｏ−Ｎ−ｗａｙ ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋｅｄ ａｒｒａｙ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ"，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， Ｖｏｌ．３６， Ｎｏ．７ ｐｐ１６０４−１６０９（１９９７） Ｔｅｐｐｅｉ Ｆｕｋｕｄａ， Ｋａｚｕｎｏｒｉ Ｏｋａｍｏｔｏ， Ｙａｓｕｈｉｒｏ Ｈｉｎｏｋｕｍａ， ａｎｄ Ｋｉｉｃｈｉ Ｈａｍａｍｏｔｏ， "Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ａｒｒａｙ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ（ＬＤｓ） ｂｙ Ｕｓｉｎｇ １×Ｎ Ａｃｔｉｖｅ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ （ＭＭＩ）"， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．２１，ＮＯ．３，ｐｐ１７６−１７８，２００９

特許文献１に開示されているアレイ状導波路回折格子を用いた外部共振器型半導体レーザは、多数の波長のレーザ光を同時生成することを目的としており、高出力のレーザ光を得ることはできないという問題があった。

前記課題を解決するために基板上に、形成したアレイ状導波路回折格子のマルチモード干渉器カプラに光増幅の機能をもたせた。また、形成したアレイ状導波路回折格子のアレイ状に配列された複数の光導波路に光増幅の機能を持たせた。

本発明によれば、面積の広いマルチモード干渉器カプラに光増幅の機能があるので、高出力のレーザ光を生成することができる。また、総面積の広いアレイ状に配列された複数の光導波路に光増幅の機能を持たせたので、高出力のレーザ光を生成することができる。

本発明の第一実施例の光集積回路１０の構成を示す概略図である。 マルチモード干渉器カプラ３のＸ−Ｘ'断面図及び共通光導波路６のＹ−Ｙ'断面図である。 本発明の第一実施例の変型例の光モジュール３０の構成を示す概略図である。 本発明の第二実施例の光集積回路４０の構成を示す概略図である。 本発明の第三実施例の光集積回路５０の構成を示す概略図である。 モードスプリッタ（非対称光カプラ）５１の構造を示す概略図である。 本発明の第四実施例の光集積回路６０の構成を示す概略図である。 本発明の第五実施例の光集積回路７０の構成を示す概略図である。 波長制御電極部７１の構造を示す概略図である。 本発明の第六実施例の光集積回路９０の構成を示す概略図である。 本発明の第七実施例の光集積回路１００の構成を示す概略図である。 本発明の第八実施例の光集積回路１１０の構成を示す概略図である。 本発明の第九実施例の光集積回路１２０の構成を示す概略図である。 本発明の第十実施例の光集積回路１３０の構成を示す概略図である。 光集積回路１３０のＡ−Ａ'断面図である。 本発明の第十一実施例の光集積回路１４０の構成を示す概略図である。 光集積回路１４０のＢ−Ｂ'断面図である。 本発明の第十二実施例の光集積回路１５０の構成を示す概略図である。 光集積回路１５０のＣ−Ｃ'断面図である。 本発明の第十三実施例の光モジュール１６０の構成を示す概略図である。 本発明の第十四実施例の光モジュール１８０の構成を示す概略図である。 光集積回路１３０に代えて光モジュール１８０に適用可能な光集積回路を示す概略図である。 本発明の第十五実施例の光集積回路２００の構成を示す概略図である。 光集積回路２００を用いて構築した光モジュール２１０を示す概略図である。 本発明の第十六実施例の光モジュール２２０の構成を示す概略図である。 光集積回路２３０のＤ−Ｄ'断面図である。 マッハツェンダ干渉器２３８の機能を説明する図である。 本発明の第十七実施例の光集積回路２４０を示す概略図である。 光集積回路２４０のヒートシンク２４２への実装構造を示す概略図である。 本発明の第十八実施例の光集積回路２５０を示す概略図である。 光集積回路２５０の変型例である光集積回路２６０を示す概略図である。 本発明の第十九実施例の光集積回路２７０を示す概略図である。 光集積回路２７０のＥ−Ｅ'断面図である。 本発明の第二十実施例の光集積回路２８０を示す概略図である。 光集積回路２８０のＦ−Ｆ'断面図である。 光集積回路２９０を示す概略図である。 本発明の第二十一実施例の光スイッチ３００を示す概略図である。 光集積回路３１０のＧ−Ｇ'断面図である。 図３８の構成において、４５°傾斜端面を垂直端面を用いた反射鏡に代えた構成を示す断面図である。 水平共振器型面発光レーザアレイ３６０を示す概略図である。 本発明の第二十二実施例の光集積回路３８０の構成を示す概略図である。 集積化レンズ３８９の構造を示す斜視図である。 光集積回路３８０からのレーザ光３９０のファーフィールドパターンを示す概略図である。 光集積回路３８０を用いて構築した光モジュール４００の構成を示す概略図である。 本発明の第二十三実施例の光集積回路４１０の構成を示す概略図である。 本発明の第二十三実施例の変型例である光集積回路４３０の構成を示す概略図である。 本発明の第二十四実施例の光モジュール４４０の構成を示す概略図である。 本発明の第二十五実施例の光モジュール４６０の構成を示す概略図である。 本発明の第二十六実施例の光中継増幅器４８０の構成を示す概略図である。

以下に、図面を参照して本発明に係わる半導体光増幅器及びレーザ発振器の実施の形態を詳細に説明する。この実施の形態により本発明が限定されるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付与している。

第一実施例

図１に本発明の第一実施例の光集積回路１０の構成を示す。光集積回路１０は半導体レーザとして機能する。また、図１は光集積回路１０を用いた光モジュール１の構成を示す。図１（ａ）は光モジュール１の上面図であり、図１（ｂ）は光モジュール１の側面図である。

図１（ａ）に示すように、光集積回路１０には、基板１４上にマルチモード干渉器カプラ２、３、アレイ状導波路４、共通光導波路５、６を集積化した構造を有する。アレイ状導波路４は光路長さの異なる複数の光導波路をアレイ状に並べたものである。

アレイ状導波路４に属する各光導波路は単一横モードで動作する。また、共通光導波路５、６も単一横モードで動作する。
マルチモード干渉器カプラ２と３の内、少なくとも一つは光増幅機能を有する能動型として構成されている。アレイ状導波路４、共通光導波路５、６は受動型光導波路を用いて構築されている。

マルチモード干渉型カプラ２、３、アレイ状導波路４によってアレイ状導波路回折格子が形成されており、特定の波長が選択される。基板１４の端面７には低反射率コートを施してある。反射率は、一つの例として、４％である。基板１４の端面８には高反射率コートを施してある。反射率は、一つの例として、９８％である。

端面７と端面８が共振器を形成している。共振器中のマルチモード干渉型カプラ２、３、及び、アレイ状導波路４から成るアレイ状導波路回折格子が波長選択を行う。そして光増幅の機能を有するマルチモード干渉器カプラ２もしくは３、あるいはマルチモード干渉器カプラ２と３の双方が利得要素として機能することによって、単一波長でのレーザ発振が生じる。図１（ａ）と図１（ｂ）に示すように、生成されたレーザ光９はレンズ１３を経て光ファイバ１２に結合される。

図２（ａ）に能動型マルチモード干渉器カプラ３のＸ−Ｘ'断面図を示す。基板１４上に下部クラッド層１５、活性層１６、上部クラッド層１７、絶縁膜１８、上部電極１９が設けられている。また、基板１４の裏面には裏面電極２０が設けられている。また、導波領域２１を示す。上部クラッド層１７には図示しないキャップ層（コンタクト層）が設けられている。

基板１４は典型的にはＩｎＰである。また、下部クラッド層１５、活性層１６、上部クラッド層１７は典型的にはＩｎＧａＡｓＰ系材料から構築されている。基板１４として他の材料、ＧａＡｓを用いて、下部クラッド層１５、活性層１６、上部クラッド層１７を、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いることもできる。本実施例の構成は特定の材料には限定されない。

絶縁膜１８としては、典型的にはＳｉＮを用いるが、これも特定の材料に限定されることはない。上部電極１９、裏面電極２０は金合金を用いるが、これも特定の材料に限定されない。

図２（ａ）に示すように、マルチモード干渉器カプラ３はリッジ型半導体レーザの構造を有しており、光増幅の機能を有する。なお、能動型マルチモード干渉器カプラ２が光増幅の機能を有する構成としても良い。さらに、能動型マルチモード干渉器カプラ２、３双方が光増幅の機能を有する構成とすることができる。

図２（ｂ）に共通光導波路６のＹ−Ｙ'断面図を示す。基板１４上にアンドープの下部クラッド層２２、アンドープのコア層２３、アンドープの上部クラッド層２４が設けられている。また、導波領域２５を示す。共通光導波路６は受動型のリッジ型光導波路の構造を有ており、単一横モード動作する。共通光導波路５及びアレイ状導波路４も共通光導波路６と同じ構造を有している。また、マルチモード干渉器カプラ２と３のいずれかを受動型として構築する場合は図２（ｂ）に示す構造を採用することができる

図１（ｂ）に示すように光集積回路１０はヒートシンク１１に対してジャンクションダウン（アップサイドダウン）構造で取り付けられている。ジャンクションダウンとは、光集積回路１０の光導波路が形成されている面がヒートシンク１１に接触するように配置されて構成を指す。ヒートシンクとしては、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、銅タングステン合金などを用いることができる。

光集積回路１０において、マルチモード干渉型カプラ２、３、アレイ状導波路４から成るアレイ状導波路回折格子が高い波長選択性を備えているために、スペクトル線幅の狭いレーザ光を生成することができる。

光集積回路１０において、光増幅機能を有しているマルチモード干渉型カプラ２、３は広い面積から成るために高出力のレーザ光を生成することができる。

光モジュール１において、光集積回路１０がヒートシンク１１に対してジャンクションダウンで設けられているので、高い放熱性が得られて、高出力のレーザ光を生成することができる。また、光集積回路１０の温度が均一に制御されるので、マルチモード干渉型カプラ２、３、アレイ状導波路４から成るアレイ状導波路回折格子の挙動を安定化することができる。

本実施例のひとつの変型例として、図１（ａ）に示すアレイ状導波路４を、光増幅機能を有する光導波路で構築し、マルチモード干渉型カプラ２と３を受動型光導波路で構築した構成を挙げることができる。

アレイ状導波路４は多数の光導波路から成り立っており、アレイ状導波路４の総面積を大きな値とすることができる。このため、アレイ状導波路４に光増幅機能を付与することにより、高出力のレーザ光を生成できる。

一方、マルチモード干渉型カプラ２と３を受動型光導波路で構築するので光の分岐、合波の機能が安定化する。したがって、高出力で安定な動作のレーザ光生成を行うことができる。

本実施例の別の変型例として、アレイ状導波路４、マルチモード干渉型カプラ２、３を、光増幅機能を有する光導波路で構築した構成を挙げることができる。この構成では、アレイ状導波路４、マルチモード干渉型カプラ２、３がレーザ発振に寄与するため、さらに高出力のレーザ光生成を行うことができる。しかも、共通光導波路５及び６は受動型光導波路であるために、高出力のレーザ光を単一モードで導波した場合の破損しきい値を高く取ることができる。

本実施例の別の変型例として、アレイ状導波路４、マルチモード干渉型カプラ２、３、共通光導波路５、６を、全て光増幅機能を有する光導波路で構築した構成を挙げることができる。

この構成では受動型光導波路を構築する必要が無いので製造プロセスが簡略化されるという利点がある。

図３に本実施例の変型例の光モジュール３０を示す。図１のレンズ１３に代えて、レンズ３１、光アイソレータ３３、レンズ３２から成る光学系を用いて、光集積回路１０と光ファイバ１２の結合を行った構成である。

この構成によれば、レーザ光９の戻り光により、光集積回路１０のレーザ発振が影響を受けることを防ぐことができる。

本実施例の半導体レーザの発振波長を１４８０ｎｍとすると、エルビウムドープファイバ増幅器の励起光源として用いることができる。本実施例の半導体レーザの発振波長を９８０ｎｍとすると、エルビウムドープファイバ増幅器の励起光源、及び、イッテルビウムドープファイバレーザの励起光源として用いることができる。本実施例の半導体レーザの発振波長を１４００ｎｍ帯の適切な波長とすることにより、ラマン光増幅器の励起光源として用いることができる。

第二実施例

図４に本発明の第二実施例の光集積回路４０の構成を示す。光集積回路４０は半導体レーザとして機能する。光集積回路４０が光集積回路１０と異なるのは、マルチモード干渉器カプラ３側の共通光導波路６に代えて、複数の分岐光導波路４１及び４２を設けた点である。図４ではマルチモード干渉器カプラ３側の分岐光導波路を二つ設けたが、これは２以上の任意の数を設けることができる。

マルチモード干渉型カプラ２、３、及び、アレイ状導波路４によってアレイ状導波路回折格子が形成されているので、共通光導波路４１と４２は異なる波長で、共通光導波路５と結合する。このため、光集積回路４０は複数の波長で発振する。

光集積回路４０内の利得要素の配置としては、第一実施例において説明した配置を用いることができる。マルチモード干渉器カプラ２と３の内、少なくとも一つは光増幅機能を有する能動型として構成する配置。アレイ状導波路４に光増幅機能を付与する配置。アレイ状導波路４、マルチモード干渉型カプラ２、３を、光増幅機能を有する光導波路で構築するという配置。全ての光導波路を、光増幅機能を有する光導波路で構築するという配置などである。

本実施例によれば、複数の波長のレーザ光を生成できるので、光集積回路４０を用いて構築した半導体レーザは、特に、ファイバーラマン光増幅器の励起光源として適している。ファイバーラマン光増幅器は、多数の波長で励起することにより、増幅可能な波長帯域を広げることができる。このため、本実施例の半導体レーザを用いることにより、広帯域のファイバーラマン増幅器を実現できる。

従来のファイバーラマン光増幅器では、異なる波長で発振する複数の半導体レーザを波長多重化器で結合することによって多波長の励起光光源を実現している。これに対して、本実施例の光集積回路４０を用いた場合は、波長多重化器を省略することができ、簡易な構成で多波長の励起光光源を実現できる。また、励起光源モジュールを小型化することができる。

第三実施例

図５に本発明の第三実施例の光集積回路５０の構成を示す。光集積回路５０は半導体レーザとして機能する。光集積回路５０が光集積回路１０と異なるのは、マルチモード干渉器カプラ３側の共通光導波路６にモードスプリッタ５１を設けたことである。モードスプリッタ５１から分岐した光導波路５２と５３は端面８へと導かれている。

図６にモードスプリッタ５１の構造を示す。モードスプリッタ５１は非対称構造の光カプラであり、共通光導波路６は光導波路５２とはＴＭモードで結合し、光導波路５３とはＴＥモードで結合する。

このため、光集積回路５０はＴＭモードとＴＥモードの双方の偏光状態でレーザ発振する。

端面７、共通光導波路５、マルチモード干渉器カプラ２、アレイ状導波路４、マルチモード干渉器カプラ３、共通導波路６、モードスプリッタ５１、分岐光導波路５２、及び、端面８で形成される共振器ではＴＭモード光のレーザ発振が生じる。

一方、端面７、共通光導波路５、マルチモード干渉器カプラ２、アレイ状導波路４、マルチモード干渉器カプラ３、共通導波路６、モードスプリッタ５１、分岐光導波路５３、及び、端面８で形成される共振器ではＴＥモード光のレーザ発振が生じる。

光集積回路５０は二種類の偏光状態のレーザ光を同時生成できるので、ファイバーラマン光増幅器の励起光源に適している。ファイバーラマン光増幅器では励起光と同じ偏光方向の光にしか利得が生じない。したがって、偏光方向向依存型のファイバーラマン光増幅器を実現するには、直交したふたつの偏光方向の励起光で励起する必要があるからである。

従来のファイバーラマン光増幅器では、二つの半導体レーザからの励起光を、偏光カプラを用いて結合することにより、ふたつの偏光方向を有する励起光源を構成している。本実施例の光集積回路５０によれば偏光カプラを用いずとも良いので、励起光源の構造が簡易となる。また、励起光源モジュールを小型化することができる。

また、光集積回路５０は二種類の偏光状態のレーザ光を同時生成できるので、四光波混合による波長変換のためのポンプ（励起）光源として適している。四光波混合による波長変換においても、励起光と信号光の偏光方向が一致している必要がある。このため、従来の四光波混合による波長変換器においては、二つの半導体レーザからの光を、偏光カプラを用いて結合していた。光集積回路５０を用いた場合は、偏光カプラを用いなくても良いので、簡易な構成で励起光源を構築することができる。また、励起光源モジュールを小型化することができる。

第四実施例

図７に本発明の第四実施例の光集積回路６０の構成を示す。光集積回路６０は半導体レーザとして機能する。光集積回路６０が光集積回路４０と異なるのは、マルチモード干渉器カプラ３側の分岐光導波路４１と４２に、それぞれ、モードスプリッタ６１と６２を設けたことである。モードスプリッタ６１と６２からから分岐した光導波路群は端面８へと導かれている。

上記の構成によれば、２つの波長において、二種類の偏光状態でのレーザ光を生成することができる。また、マルチモード干渉器カプラ３側の分岐光導波路の数を増せば、より多数の波長において、二種類の偏光状態でのレーザ光を生成することができる。

光集積回路５０は、複数の波長において、二種類の偏光状態のレーザ光を同時生成できるので、ファイバーラマン増幅器の励起光源に適している。ファイバーラマン増幅器では励起光と同じ偏光方向の光にしか利得が生じない。したがって、偏光方向向依存型のファイバーラマン増幅器を実現するには、直交したふたつの偏光方向の励起光で励起する必要があるからである。

また、ファイバーラマン光増幅器は、多数の波長で励起することにより、増幅可能な波長帯域を広げることができる。このため、本実施例の半導体レーザを用いることにより、高帯域のファイバーラマン増幅器を実現できる。

第五実施例

図８に本発明の第五実施例の光集積回路７０の構成を示す。光集積回路７０は単一波長のレーザ光を発振し、かつ、発振波長可変型の半導体レーザとして機能する。光集積回路７０が光集積回路１０と異なるのは、波長制御電極７１をアレイ状導波路４に設けたことである。

光集積回路７０においては、アレイ状導波路４は受動型光導波路によって形成されている。共通光導波路５、６、マルチモード干渉器カプラ２、３の内、少なくとも一つが光増幅機能を有していればレーザ発振を生じさせることができる。

マルチモード干渉器カプラ２、３に光増幅機能を持たせた場合、高出力のレーザ光を得ることができる。共通光導波路５、６に光増幅機能を持たせ、マルチモード干渉器カプラ２、３を受動型とした場合は、マルチモード干渉器カプラ２、３の挙動を安定化できるとうい利点がある。

また、図８に本発明の第五実施例の光モジュール８０の構成を示す。光モジュール１の構成とは異なって、図８（ｂ）に示すように光集積回路７０の基板側をヒートシンク１１に接触するように配置されている。

図９に波長制御電極部７１の構造を示す。図９（ａ）に示すように導波路加熱電極７４がアレイ状導波路４の導波方向に、これらの光導波路と重畳して設けられている。導波路加熱電極７４のアレイ状導波路４との重畳部の長さは光導波路ごとに互いに異なっている。また、ある光導波路と導波路加熱電極７４の重畳部の長さは、隣接する光導波路と導波路加熱電極７４の重畳部の長さと比べて、概略、一定の差を有している。

導波路加熱電極７４にはアレイ状導波路４に属する光導波路の互いの間隙を横断する部分７５が設けられており、全体として一筆書き形状となっている。また、導波路加熱電極７４のアレイ状導波路４との重畳部の厚さと幅は、概略、一定となっている。したがって、導波路加熱電極７４の単位長さ当たりの発熱量は、ほぼ一定である。また、導波路加熱電極７４はその両端に電極パッド７２及び７３が設けられている。

図９（ｂ）に導波路加熱電極７４のＺ−Ｚ'断面図を示す。図２（ｂ）に示した光導波路の断面図とほぼ同じであるが、絶縁膜１８の上に導波路加熱電極７４が設けられている点が異なる。導波路加熱電極７４の材料としては、たとえば、Ａｕ系電極を用いることができる。

上記のように構成したので、波長制御電極部７１では導波路加熱電極７４に電流を印加することによって、アレイ状導波路４を加熱できる。すると熱光学効果によって、光導波路の屈折率が変化しアレイ状導波路４の実効的な光路長を変えることができる。この結果、アレイ状導波路４とマルチモード干渉器カプラ２、３によって構成されているアレイ状導波路回折格子の波長特性を制御することができる。これによって光集積回路７０によって形成されている半導体レーザの発振波長を変えることができる。

光集積回路７０を用いた半導体レーザは光ファイバ通信装置の光源や計測器の光源として用いることができる。

なお、アレイ状導波路４に他の方法で屈折率を変化させる機構を設けて発振波長を変える構成を取ることもできる。

第六実施例

図１０に本発明の第六実施例の光集積回路９０の構成を示す。光集積回路９０は単一波長で発振し、波長可変型で半導体レーザとして機能する。さらに、光集積回路９０は生成するレーザ光の偏光状態を制御することができる。

光集積回路９０が光集積回路７０と異なるのは、共通光導波路６の先にモードスプリッタ５１と、制御電極を備えた半導体光増幅素子９２、９３を備えていることである。制御電極を備えた半導体光増幅素子９２、９３は光増幅機能を備えた半導体光導波路であり、個別に注入電有を変えることができる。モードスプリッタ５１から半導体光増幅素子９２側にはＴＭモードの光が分岐し、モードスプリッタ５１から半導体光増幅素子９３側にはＴＥモードの光が分岐するように配置されている。

上記の構造により、半導体光増幅素子９２、９３に注入する電流を変えることにより、光集積回路９０を用いて構築した半導体レーザが生成するレーザ光の偏光状態を変えることができる。

図７に示した光集積回路６０に対して本実施例の構成を適用することができる。モードスプリッタ６１とモードスプリッタ６２にそれぞれ二つずつ制御電極を備えた半導体光増幅素子を設ける構成とすれば、発振波長ごとにレーザ光の偏光状態を独立に制御することができる。

また、波長制御電極部７１を制御することによって発振波長を変えることができる。

光集積回路７０を用いた半導体レーザは光ファイバ通信装置の光源や計測器の光源として用いることができる。また、四光波混合を用いた波長変換のポンプ光源として用いることができる。

第七実施例

図１１に本発明の第七実施例の光集積回路１００の構成を示す。光集積回路１００は半導体レーザとして機能する。光集積回路１００は、基板１０１上にスラブ状光導波路１０２、共通光導波路１０５を備えている。共通光導波路１０５は単一の横モードで動作する。基板１０１の端面１０３には低反射率コートを施している。反射率は、一つの例として、４％である。スラブ状光導波路１０２の凹面状端面１０４には高反射率コートを施してある。反射率は、一つの例として、９８％である。凹面状端面１０４は凹面鏡として機能する。

スラブ状光導波路１０２はドライエッチングを用いてリッジ型光導波路として形成した。凹面状端面１０４もドライエッチングによって形成されている。

共通光導波路１０５とスラブ状光導波路１０２の接合点１０７は凹面状端面１０４のローランド円１０９上に位置している。端面１０３、共通光導波路１０５、及び、凹状面端面１０４が共振器を形成している。

スラブ状光導波路１０２は光増幅の機能を有している。スラブ状光導波路１０２の断面構造は図２（ａ）に示した光導波路と同様の構造を有している。共通光導波路１０５は受動型光導波路であり、図２（ｂ）に示した光導波路と同様の構造を有している。

接合点１０７からの光は凹面状端面１０４によって反射されて接合点１０７自身に焦点を結ぶ。そして、スラブ状光導波路１０２が光増幅器の機能を有するので、レーザ光１０８が生成される。生成されたレーザ光１０８は共通光導波路１０５を経て出力光１０６として出力される。

本実施例の光集積回路１００を用いた半導体レーザは、光増幅の機能を有する広い面積のスラブ状光導波路１０２を備えているので、高出力のレーザ光を生成できるという利点がある。
また、共通光導波路１０５に光増幅の機能を持たせることもできる。この場合は、全ての光導波路を同一のプロセスによって形成することが可能となるので、製造プロセスが簡易となるという利点がある。

第八実施例

図１２に本発明の第八実施例の光集積回路１１０の構成を示す。光集積回路１１０は半導体レーザとして機能する。光集積回路１１０は、基板１０１上にスラブ状光導波路１０２、前方光導波路１１１、後方光導波路１１２を備えている。前方光導波路１１１と後方光導波路１１２は単一横モードで動作する。基板１０１の端面１１３には低反射率コートを施している。反射率は、一つの例として、４％である。スラブ状光導波路１０２の凹面状端面１０４には高反射率コートを施してある。反射率は、一つの例として、９８％である。凹面状端面１０４は凹面鏡として機能する。基板１０１の端面１１４には高反射率コートを施してある。反射率は、一つの例として、９８％である。

前方光導波路１１１とスラブ状光導波路１０２の接合点１１５は凹面状端面１０４のローランド円１０９上に位置している。後方光導波路１１２とスラブ状光導波路１０２の接合点１１６は凹面状端面１０４のローランド円１０９上に位置している。端面１１３、前方光導波路１１１、凹状面端面１０４、後方光導波路１１２、及び、端面１１４が共振器を形成している。

スラブ状光導波路１０２は光増幅の機能を有している。スラブ状光導波路１０２の断面構造は図２（ａ）に示した光導波路と同様の構造を有している。前方光導波路１１１及び後方光導波路１１２は受動型光導波路であり、図２（ｂ）に示した光導波路と同様の構造を有している。

接合点１１５からの光は凹面状端面１０４によって反射されて接合点１１６に焦点を結ぶ。そして、スラブ状光導波路１０２が光増幅器の機能を有するので、レーザ光１１８が生成される。生成されたレーザ光１１８は前方光導波路１１１を経て出力光１１７として出力される。

凹面状端面１０４には回折格子１１９を設けても良い。この場合は、特定の波長でレーザ発振が起こる。

本実施例の光集積回路１１０を用いた半導体レーザは、光増幅の機能を有する広い面積のスラブ状光導波路１０２を備えているので、高出力のレーザ光を生成できるという利点がある。

また、前方光導波路１１１と後方光導波路１１２に光増幅の機能を持たせることもできる。この場合は、全ての光導波路を同一のプロセスによって形成することが可能となるので、製造プロセスが簡易となるという利点がある。

光集積回路１１０と光集積回路１００の違いは、共通光導波路１０５に代えて、前方光導波路１１１と後方光導波路１１２を設けた点である。後方光導波路１１２を設けた事により、光集積回路１１０に新たな機能を付加することが可能となる。

例えば、後方光導波路１１２と端面１１４の間に図６に示したモードスプリッタ５１を設けることができる。このように構成すると図５に示した構成と同様の動作が実現できる。すなわち、二種類の偏光状態のレーザ光を同時に生成することができる。

さらに、モードスプリッタ５１と端面１１４の間に半導体光増幅素子９２、９３を設けることができる。このようにこうすると図１０に示した構成と同様の動作が実現できる。すなわち、光集積回路１１０を用いて構成した半導体レーザの生成するレーザ光の偏光状態を制御することができる。

また、凹面状端面１０４には回折格子１１９を設け、かつ、後方光導波路を複数設けることもできる。そして、各後方光導波路とスラブ状光導波路１０２の接合点を凹面状端面１０４のローランド円１０９上に置くことができる。

このように構成すると、前方光導波路１１１の接合点１１５と各後方光導波路の接合点は異なる波長で光学的に共役となる。この結果、複数のレーザ光が同時生成され、生成された複数の波長のレーザ光は前方光導波路１１１から出射される。これは、図４において示した光集積回路４０と同様の挙動である。

さらに、複数の後方光導波路にモードスプリッタをそれぞれ設けることができる。すると、複数の波長において、二つの偏光状態を有するレーザ光を同時生成することができる。これは、図７において示した光集積回路６０と同様の挙動である。

また、さらに各モードスプリッタに制御電極を備えた半導体光増幅素子を二つずつ設けて、各発振波長にレーザ光の偏光状態を制御することもできる。

光集積回路１１０においては、前方光導波路１１１を端面１１３へと導き、後方光導波路１１２を端面１１４へと導いた。この配置により、前方光導波路１１１側の反射率と後方光導波路１１２側の反射率を別々にすることが可能となっている。このため、非対称反射率共振器を構成することが可能となっている。

前方光導波路１１１と後方光導波路１１２を端面１０３に導くように構成することもできる。このように構築すると製造プロセスが容易になるという利点がある。

第九実施例

図１３に本発明の第九実施例の光集積回路１２０の構成を示す。光集積回路１２０は半導体光増幅器として機能する。基板１０１上にスラブ状光導波路１０２、光導波路１２１、光導波路１２２を備えている。光導波路１２１と光導波路１２２は単一横モードで動作する。基板１０１の端面１０３には無反射コートを施している。反射率は、一つの例として、０．１％以下である。スラブ状光導波路１０２の凹面状端面１０４には高反射率コートを施してある。反射率は、一つの例として、９８％である。凹面状端面１０４は凹面鏡として機能する。

光導波路１２１とスラブ状光導波路１０２の接合点１２８は凹面状端面１０４のローランド円１０９上に位置している。光導波路１２２とスラブ状光導波路１０２の接合点１２９は凹面状端面１０４のローランド円１０９上に位置している。

入力光１２３は光導波路１２１を経て、接合点１２８からスラブ状光導波路１０２へと導かれる。接合点１２８からの光１２４は凹面状端面１０４によって反射されて、反射光１２５となり、接合点１２９を経て出力光１２６となる。光１２４及び反射光１２５は光信号でもある。

スラブ状光導波路１０２は光増幅の機能を有している。スラブ状光導波路１０２の断面構造は図２（ａ）に示した光導波路と同様の構造を有している。光導波路１２１及び光導波路１２２は受動型光導波路であり、図２（ｂ）に示した光導波路と同様の構造を有している。

このため、接合点１２８からの光１２４、及び、反射光１２５はスラブ状光導波路１０２によって増幅される。端面１０３には無反射コートが施されているのでレーザ発振は生じない。なお、端面１０３の低反射率化のために光導波路１２１及び１２２を端面１０３に対して斜めに設けるなどの公知の手法を用いることができる。

本実施例の光集積回路１２０を用いた半導体光増幅器は、光増幅の機能を有する広い面積のスラブ状光導波路１０２を備えているので、高出力の増幅光を生成できるという利点がある。

また、光導波路１２１と光導波路１２２に光増幅の機能を持たせることもできる。この場合は、全ての光導波路を同一のプロセスによって形成することが可能となるので、製造プロセスが簡易となるという利点がある。

光集積回路１２０に公知の手法を適用して利得クランプを実現することができる。例えば、垂直共振器型面発光レーザの構造を用いた利得クランプの手法を用いることができる。あるいは、分布帰還型半導体レーザの構造を用いた利得クランプの手法を用いることができる。

第十実施例

図１４に本発明の第十実施例の光集積回路１３０の構成を示す。光集積回路１３０が光集積回路１２０と異なるのは、スラブ状光導波路１０２の則部の二つの端面１３１と１３２に所定の反射率を有する反射コートを施した点である。このため、端面１３１と端面１３２が共振器を形成し、レーザ発振が生じる。この結果、いわゆる利得クランプの効果が得られる。

半導体光増幅器は、エルビウムドープファイバ光増幅器に比べて、利得変化の時定数が短い。このため、入力する光信号のマーク率の変化によって利得が変化し、その結果、歪（雑音）が生じるという問題がある。パターン効果として知られるこの現象は、上記の利得クランプによって防ぐことができる。

また、利得クランプを施した光増幅器は、光学的ループによって利得が一定になるように制御されるので、外部の電気回路などによって利得制御を行う必要が無い。

図１５に光集積回路１３０のＡ−Ａ'断面図を示す。基板１４上に下部クラッド層１５、活性層１６、クラッド層１７が積層されている。端面１３１と１３２はドライエッチングを用いてハイメサ構造で形成されている。すなわち活性層１６よりも深い位置までエッチングされている。図１５においては、電極及び絶縁層は図示していない。

光集積回路１３０においては、端面１３１と端面１３２が形成した共振器によって生成されるレーザ光１３３の電力と出力光１２６の電力が概略一定になるように自動調整され、結果、光集積回路１３０から成る半導体光増幅器の利得は略一定となる。レーザ光１３３とスラブ状光導波路１０２を伝播する光信号１２４ないし１２５は略直交しているので、レーザ光１３３が光導波路１０２や光導波路１０３に導波されることがない。

光集積回路１３０においては、スラブ状光導波路１０２の幅は広いため、レーザ光（クランプ光）１３３を生じさせるのが容易である。また、レーザ光（クランプ光）１３３が光導波路１０２や光導波路１０３に導波されないので、クランプ光除去手段を設ける必要が無く、構造が簡易となる。

これに対して、従来の垂直共振器型面発光レーザの構造を用いた利得クランプの手法では、利得クランプ光を発生させるための構造が複雑である。また、従来の分布帰還型半導体レーザの構造を用いた利得クランプの手法では、クランプ光除去手段を設ける必要がある。

端面１３１と１３２の反射率は、半導体光増幅器として動作する光集積回路１３０の目標利得に応じて、適切に選ばれる。端面１３１と１３２の反射率が低い方が光増幅器の利得は高くなる。

第十一実施例

図１６に第十一実施例の光集積回路１４０の構成を示す。光集積回路１４０が光集積回路１３０と異なるのは、スラブ状光導波路１０２の二つの端面１３１と１３２に所定の反射率を有する反射コートを施すことに代えて、スラブ状光導波路１０２の則部に所定の反射率を有する回折格子１４１と１４２を設けたことである。

図１７は光集積回路１４０のＢ−Ｂ'断面図である。基板１４上に下部クラッド層１５、活性層１６、クラッド層１７が積層されている。エッチングが活性層１６まで届かないリッジ構造となっている。回折格子１４１と１４２は下部クラッド層１５中に設けられている。図１７においては、電極及び絶縁層は図示していない。

回折格子１４１と１４２が共振器を形成し、レーザ発振が生じる。この結果、利得クランプの効果が得られる。

第十二実施例

図１８に本発明の第十二実施例の光集積回路１５０の構成を示す。光集積回路１５０が光集積回路１３０と異なるのは、スラブ状光導波路１０２の二つの端面１３１と１３２に所定の反射率を有する反射コートを施すことに代えて、スラブ状光導波路１０２の則部に４５°傾斜端面１５１と１５２を設け、また、光増幅機能を有する光導波路の下部に半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡１５３を設けた点である。

光集積回路１５０のＣ−Ｃ'断面図を図１９に示す。スラブ状光導波路１０２はリッジ型光導波路路として形成されている。スラブ状光導波路１０２の則部に設けられた４５°傾斜端面１５１と１５２はレーザ光（クランプ光）１３３を基板１４側へと反射する。下部クラッド層１５の下には半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡１５３が設けられており、４５°傾斜端面１５１、１５２、及び、半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡１５３から成る共振器が形成される。この共振器によってレーザ光（クランプ光）１３３が生成される。この結果、利得クランプの効果が得られる。

なお、図１９においては、基板１４上に半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡１５３、下部クラッド層１５、活性層１６、クラッド層１７が積層されている。図１９においては、電極及び絶縁層は図示していない。

第十三実施例

図２０に本発明の第十三実施例の光モジュール１６０の構成を示す。光モジュール１６０は、光ファイバ増幅器モジュールである。光モジュール１６０は入力光ファイバ１６１、入力結合レンズ１６２、光集積回路１７０、出力結合レンズ１６３、出力光ファイバ１６４、ヒートシンク１６５から成る。

光集積回路１７０は、基板１７１上に入力側光導波路１７２、１×１マルチモード干渉器１７３、及び、出力側光導波路１７４を備えている。入力側光導波路１７２と出力側光導波路１７４は単一横モードで動作する。基板１７１の端面１７８と端面１７９には無反射コートを施している。反射率は、一つの例として、０．１％以下である。

１×１マルチモード干渉器１７３は光増幅機能を有している。光集積回路１７０に示したような構成が単一横モード動作の光増幅器として機能することが特許文献７に開示されている。

１×１マルチモード干渉器１７３の則部の二つの端面１７５と１７６には所定の反射率を有する反射コートを施してある。１×１マルチモード干渉器１７３の構造は図１５に示した構造に準ずる。端面１７５と端面１７６が共振器を形成し、レーザ光１７７が生成される。この結果、前述の通り、利得クランプの効果が得られる。

信号光１６６は入力光ファイバ１６１から入力光ファイバ１６１を介して光集積回路１７０へ送られ、光集積回路１７０によって増幅された信号光１６６は、出力光結合レンズ１６３を介して出力光ファイバ１６４へと送られる。

生成したレーザ光（クランプ光）１７７と信号光１６６は直交しているので、レーザ光１７７が入力光ファイバ１６１や出力光ファイバ１６３へと結合することはない。このため、クランプ光除去手段を設ける必要が無く、光モジュールの構造が簡易となる。

光集積回路１７０は光導波路が形成された面がヒートシンク１６５に接するように設けられている。いわゆるジャンクションダウン構造である。ジャンクションダウン構造により放熱が容易となり高出力の増幅光を得ることができる。

光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器１７３は広い面積を有しているので高出力の増幅光を得ることができる。また、１×１マルチモード干渉器１７３の則部の端面に適切な反射率を付与したので、レーザ発振を生成し、利得クランプ効果を得ることができる。すなわち、利得を安定化できる。

入力側光導波路１７２と出力側光導波路１７４は受動型光導波路として構築することができる。この場合は、半導体レーザにおける基板１７１の端部を保護するウインドー領域と同じ機能が得られ、高い増幅光出力を得ることができるという利点がある。

また、入力側光導波路１７２と出力側光導波路１７４は光増幅機能を有する光導波路として構築することができる。この場合は、入力側光導波路１７２、１×１マルチモード干渉器１７３、及び、出力側光導波路１７４を同一のプロセスで形成できるので、製造プロセスが容易になるという利点がある。

利得クランプを実現するために、図１６に示したような、回折格子を設ける手法を用いることもできる。また、図１８と図１９に示したような、傾斜端面と半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡を用いる手法を用いることもできる。

第十四実施例

図２１に本発明の第十四実施例の光モジュール１８０の構成を示す。の光モジュール１８０は光ファイバ増幅器モジュールである。光モジュール１８０は入力光ファイバ１８１、出力光ファイバ１８２、結合レンズ１８３、光集積回路１３０、ヒートシンク１８４から成る。

結合レンズ１８３は入力光ファイバ１８１、１８２を光導波路１２１、１２２とそれぞれ結合させる。信号光は入力光ファイバ１８１、結合レンズ１８３、光導波路１２１を経て、光増幅機能を有するスラブ状光導波路１０２へと送られる。増幅された信号光は、スラブ状光導波路１０２から光導波路１２２、結合レンズ１８３、出力光ファイバ１８２の経路で送り出される。

スラブ状光導波路１０２の則部の端面１３１と１３２には所定の反射率の反射率コートが施されていて、レーザ光（クランプ光）１３３が生成される。このレーザ発振によって利得クランプ機能が実現されている。

光集積回路１３０はヒートシンク１８４上に、光導波路の形成された面が接触するように設けられている。ジャンクションダウン構造である。したがって、放熱特性に優れ、高出力の増幅光を出力できるという利点がある。

図２０に示した構成では、光集積回路１７０とヒートシンク１６５の信号光１６６伝播方向の長さは高い精度で一致している必要があった。これに対して、本実施例の構成では光信号の入力と出力を基板１０１の同じ端面１０３側で行うので、光集積回路１３０とヒートシンク１８４の長さは一致している必要はない。したがって、光集積回路１３０とヒートシンク１８４の寸法精度は低くて良いので製造が容易になるという利点がある。

図２２に光集積回路１３０に代えて光モジュール１８０に適用可能な光集積回路を示す。図２２（ａ）はＵ字型の光導波路１９２を用いた半導体光増幅器である。基板１９１上に光増幅機能を有する光導波路１９２が設けてあり、入力光１９５と出力光１９６は光導波路１９２の同一端面１９８から入出射する。

図２２（ｂ）はＶ字型の光導波路１９３を用いた半導体光増幅器である。基板１９１上に光増幅機能を有する光導波路１９３と反射手段１９４が設けてあり、入力光１９５と出力光１９６は光導波路１９２の同一端面１９８から入出射する。

図２２（ｃ）はコ字型の光導波路１９７を用いた半導体光増幅器である。基板１９１上に光増幅機能を有する光導波路１９７とふたつの反射手段１９４が設けてあり、入力光１９５と出力光１９６は光導波路１９２の同一端面１９８から入出射する。

図２２に示した光集積回路においては、公知の手法を用いて利得クランプを実現することができる。例えば、垂直共振器型面発光レーザの構造を用いた利得クランプの手法を用いることができる。あるいは、分布帰還型半導体レーザの構造を用いた利得クランプの手法を用いることができる。

図２１において、入力光ファイバ１８１、出力光ファイバ１８２に対して共通の結合レンズ１８３を設けた構成としたが、入力光ファイバ１８１、出力光ファイバ１８２に対して個別の結合レンズを設ける構成としても良い。

第十五実施例

図２３に本発明の第十五実施例の光集積回路２００の構成を示す。光集積回路２００は、光集積回路１７０の変型例である。光集積回路２００では、入力側光導波路１７２の端部と出力側光導波路１７３の端部に、それぞれ、４５°傾斜端面２０１と２０２を設けた。また、裏面電極２０５の４５°傾斜端面２０１と２０２に対応する部分に開口部２０６と２０７をそれぞれ設けた。

入力光２０３は開口部２０６を経て基板１７１を透過した後、４５°傾斜端面２０１によって反射されて信号光１６６として増幅される。その後、４５°傾斜端面２０２によって反射されて、基板１７１を透過、開口部２０７を経て出力光２０４として取り出される。

図２４に光集積回路２００を用いて構築した光モジュール２１０を示す。光モジュール２１０は光ファイバ増幅器モジュールである。構築した光モジュール２１０は入力光ファイバ２１１、入力側結合レンズ２１３、光集積回路２００、出力側結合レンズ２１４、出力光ファイバ２１２、及び、ヒートシンク２１５から成る。

入力光ファイバ２１１からの入力光２０３は、入力側結合レンズ２１３によって４５°傾斜端面２０１に結合する。その後、前述のとおり信号光１６６として増幅されて４５°傾斜端面２０２に達する。出力側結合レンズ２１４によって４５°傾斜端面２０２と出力光ファイア２１２が結合されているので、出力光２１４は出力光ファイバへと送られる。

光集積回路２００は光導波路が形成されている面がヒートシンク２１５に接触するジャンクションダウンの構造で設けられている。このため、良好な放熱特性が得られ、高出力の増幅光を出力することができる。

光集積回路２００はヒートシンク２１５からはみ出さない大きさに設計されると共に、ヒートシンク２１５からはみ出さないように取り付けられる。このため、ヒートシンクの大きさに特別な精度は要求されない。また、光集積回路２００のヒートシンク２１５の取り付けにも特別な精度は要求されない。したがって、製造が容易になるという利点がある。

図２４に示した光モジュール２１０では入力側結合レンズ２１３と出力側結合レンズ２１４を個別に設けたが、図２１に示した構成に準じてひとつの結合レンズで、入力光ファイバ２１１と出力光ファイバ２１２を光集積回路２００と結合する構成とすることもできる。

また、本実施例の構成は後述の半導体光増幅器ベースの光スイッチに応用することができる。独立駆動可能な複数の光増幅機能を有する光導波路を設け、光分岐回路を介してこれらの光増幅機能を有する光導波路を接続すれば光スイッチが構築できる。例えば、図２３と図２４に示した構造を、図３７に示す光スイッチに適用することができる。

第十六実施例

図２５に本発明の第十六実施例の光モジュール２２０の構成を示す。光モジュール２２０は光ファイバ増幅器モジュールである。光モジュール２２０は入力光ファイバ２２１、出力光ファイバ２２２、結合レンズ２２３、光集積回路２３０、ヒートシンク２２４から成る。

光集積回路２３０は、基板２３１上に入力側光導波路２３２、１×１マルチモード干渉器２３４、マッハツェンダ干渉器２３８、１×１マルチモード干渉器２３６、及び、出力側光導波路２３３を備えている。入力側光導波路２３２と出力側光導波路２３４は受動型光導波路であり、単一横モードで動作する。また、マッハツェンダ干渉器２３８も受動型の単一モード光導波路で形成されている。基板２３１の端面２３９とには無反射コートが施されている。反射率は、一つの例として、０．１％以下である。

１×１マルチモード干渉器２３４と２３６は光増幅機能を有している。１×１マルチモード干渉器２３４と２３６の則部には反射鏡２３６と２３７がそれぞれ備えられている。

図２６は光集積回路２３０のＤ−Ｄ'断面図である。基板１４上に下部クラッド層１５、活性層１６、クラッド層１７が積層されている。１×１マルチモード干渉器２３４と２３６はエッチングが活性層１６まで届かないリッジ構造となっている。反射鏡２３６と２３７はエッチングが活性層１６まで届いたハイメサ構造となっている。

反射鏡２３６と２３７には所定の反射率の反射率コートが施されていて、レーザ光（クランプ光）２２７が生じる。このレーザ発振が利得クランプ機能を担う。

マッハツェンダ干渉器２３８は利得平坦化フィルタとして機能する。図２７はマッハツェンダ干渉器２３８の機能を説明する図である。図２７（ａ）は半導体光増幅器の利得の波長依存性を示すグラフである。図２７（ｂ）はマッハツェンダ干渉器２３８の挿入損失の波長依存性を示すグラフである。図２７（ｃ）はこの両者を合成した場合の特性を示す図である。マッハツェンダ干渉器２３８によって半導体光増幅器の利得の波長依存性が平坦化されることがわかる。

光集積回路２３０はヒートシンク２２４上に、光導波路の形成された面が接触するように設けられている。ジャンクションダウン構造である。したがって、放熱特性に優れ、高出力の増幅光を出力できるという利点がある。

入力光ファイバ２２１と出力光ファイバ２２２は、ひとつの結合レンズ２２３によって光集積回路２３０と結合されている。入力光ファイバ２２１からの光信号は入力側光導波路２３２へと導かれ、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４によって信号光２２５として増幅される。マッハツェンダ干渉器２３８によって利得平坦化された後、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３５によって、信号光２２６として増幅される。その後、出力側光導波路２３３を経て、信号光は出力光ファイバ２２２へと出力される。

本実施例においては、光集積回路２３０の光信号の入出射ポートを、共に端面２３９側に設けたので、ヒートシンク２２４は光集積回路２３０より大きいサイズであれば良く。特別な寸法制限が無い。このため、ジャンクションダウン構造を容易に構築することができるという利点がある。

光集積回路２３０においては、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４と２３５の間にマッハツェンダ干渉器２３８を設けたので、利得平坦化を行うことができ、広い波長範囲にわたって均一な利得を得ることができる。また、マッハツェンダ干渉器２３８によって生じる損失による雑音指数の悪化や最高出力の低下が無い。

なお、入力側光導波路２３２、マッハツェンダ干渉器２３８、及び、出力側光導波路２３３を、光増幅機能を有する光導波路によって構成することもできる。この場合は、受動型光導波路の製造プロセスを省略できるので、製造が容易になるという利点がある。

光モジュール２２０においては、ひとつの結合レンズ２２３を用いたが、入力光ファイバ２２１と出力光ファイバ２２２、それぞれに対応して結合レンズを用いる構成とすることもできる。

第十七実施例

図２８に本発明の第十七実施例の光集積回路２４０を示す。光集積回路２４０は光集積回路２３０の変型例である。光集積回路２４０は光集積回路２３０の構成に加えて、光増幅機能を有する光導波路２４１を備えている。光増幅機能を有する光導波路２４１は利得クランプされておらず、また、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４、２３５とは別個に駆動される。

光増幅機能を有する光導波路２４１への電流注入量を変えることにより、光増幅機能を有する光導波路２４１の利得／減衰量を変化させることができる。この性質を利用して光導波路２４１によって、光集積回路２４０の利得を制御することができる。

光増幅機能を有する光導波路２４１に全く電流を注入しない場合は、光導波路２４１は減衰器として機能する。電流注入量を増やしていくと、基底状態のキャリアが減少するために減衰量は低下していく。したがって、光増幅の利得が生じない範囲で注入電流を制御することにより、可変光減衰器として機能させることができる。

光導波路２４１への電流注入量を利得が生じる範囲で動作させることもできる。この場合は、光導波路２４１は光増幅器として機能し、電流注入量が多いほど利得が増加する。この性質を利用して、光導波路２４１を可変利得型光増幅器として用いることができる。

図２９に光集積回路２４０のヒートシンク２４２への実装構造を示す。ヒートシンク２４２の表面にはパターン化された二つの電極２４３と２４４が設けられている。電極２４３は光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４、２３５に対応した電極である。一方、電極２４４は光増幅機能を有する光導波路２４１に対応した電極である。

光集積回路２４０において、光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器２３４は利得が一定のプリアンプであり、光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器２５６は利得が一定のポストアンプである。光導波路２４１は利得可変器であり、マッハツェンダ干渉器２３８は利得平坦化フィルタである。

一般的には、利得可変器や利得平坦化フィルタは光信号を減衰させるので、雑音指数を悪化させ、最高出力を低下させる。プリアンプとポストアンプの間に、利得可変器や利得平坦化フィルタを設けた構成は、光増幅器全体として見た場合、雑音指数を悪化させず、最高出力を低下させないという利点がある。

上記の構成により光集積回路２４０は、所定波長帯域において平坦化された利得特性を有し、かつ、利得可変な増幅器として機能する。

第十八実施例

図３０に本発明の第十八実施例の光集積回路２５０を示す。光集積回路２５０は光集積回路２３０の変型例である。光集積回路２５０は、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３５に代えて、光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器２５６を用いている。また、１×１マルチモード干渉器２３５に代えて光増幅機能を有する光導波路２５１を用いている。

１×２マルチモード干渉器２５６の二つの分岐光導波路２５４、２５５はＹ字型の光カプラ２５３によって結合されてマッハツェンダ干渉器２３８に接続されている。１×２マルチモード干渉器２５６の則部には４５°傾斜端面２５７、２５８が設けられている。４５°傾斜端面２５７、２５８の構造は図１９に示した構造に準じている。４５°傾斜端面２５７、２５８と、図示しない半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡によって共振器が形成され、利得クランプが実現されている。

光増幅機能を有する光導波路２５１は利得クランプされていない半導体光増幅器として機能する。光増幅機能を有する光導波路２５１とマッハツェンダ干渉器２３８の間には光増幅機能を有する光導波路２５２が設けられている。光導波路２５２は図２８における光導波路２４１と同様に利得制御手段として機能する。光導波路２５２は電流注入量によって可変光減衰器もしくは可変利得型の光増幅器として機能する。

光増幅機能を有する光導波路２５１はプリアンプであり、光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器２５６はポストアンプである。光導波路２５２は利得可変手段であり、マッハツェンダ干渉器２３８は利得平坦化フィルタである。

プリアンプは弱い光信号を増幅するので高出力である必要は無い。したがって、プリアンプとしては、光増幅機能を有する単一モード光導波路を用いる方が、光増幅機能を有するマルチモード干渉器を用いる場合に比べて、エネルギー効率が高い。

また、弱い光信号を増幅する場合はパターン効果による光信号の歪の問題は生じない。一方、利得クランプを施した半導体光増幅器はレーザ光を生成させるためにエネルギーを用いるのでエネルギー効率は低い。したがって、プリアンプには利得クランプを施さない方が、エネルギー効率が高い。

光導波路２５１、１×２マルチモード干渉器２５６、及び、光導波路２５２はそれぞれ個別に駆動される。ヒートシンク２５９にパターン化された電極を設けて、光集積回路２５０の表面の電極を取り出している。これは図２９に示した構造に準じている。光集積回路２５０はヒートシンク２５９にジャンクションダウンで設けられている。

光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器２５６はマルチモード干渉領域の面積を、１×１マルチモード干渉器２３５の面積より広くすることができる。このため、より高出力の増幅光を得ることができる。さらに分岐数を増やせばより大面積のマルチモード干渉器が得られるが、３分岐以上の場合は分岐／合波にあたって位相整合手段を設ける必要がある。

入力側光導波路２３２、出力側光導波路２３３、マッハツェンダ干渉器２３８、分岐光導波路２５４、２５５は受動型光導波路である。これらの光導波路の一部または全部を、光増幅機能を有する光導波路で構築することもできる。
図３１に光集積回路２５０の変型例である光集積回路２６０を示す。光集積回路２６０は、Ｙ字型の光カプラ２５３に代えて光増幅機能を有するマルチモード干渉器２６１を備えている。

光集積回路２６０においては、２つの光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器をバック・ツー・バックに接続した。すなわち、光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器の分岐導波路同士を互いに接続している。この構造によれば、光増幅機能を有する光導波路面積を広く取ることができるので、増幅光の出力をさらに高めることができる。

第十九実施例

図３２に本発明の第十九実施例の光集積回路２７０を示す。光集積回路２７０は光集積回路２３０の変型例である。光集積回路２７０は、反射鏡２３６、２３７から成る共振器中に、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４、２３５に加えて、光増幅機能を有する光導波路２７１を設けた。

図３３は光集積回路２７０のＥ−Ｅ'断面図である。光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４、２３５、及び、光増幅機能を有する光導波路２７１はリッジ型光導波路として構築されている。光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４、２３５、及び、光増幅機能を有する光導波路２７１は活性層１６を共有している。

光増幅機能を有する光導波路２７１、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４、２３５にはそれぞれ駆動電極２７３、２７４、２７５が設けられている。これらの電極は互いに独立して駆動可能である。

光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４、２３５と光増幅機能を有する光導波路２７１の間に埋め込み層や電流阻止層を設けて、活性層を分離した構造を用いることもできる。

上記の構造においては、利得クランプ光２２７は、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４、２３５と光増幅機能を有する光導波路２７１によって生成される。光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器２３４、２３５、及び、光増幅機能を有する光導波路２７１の利得の合計が、反射鏡２３６、２３７から成る共振器の利得となる。

利得クランプの原理から明らかなように、共振器内の各増幅要素の利得の総和は常に一定になる。したがって、光増幅機能を有する光導波路２７１の利得を増やせば、１×１マルチモード干渉器２３４、２３５の利得は低下する。反対に、光増幅機能を有する光導波路２７１の利得を減らせば、１×１マルチモード干渉器２３４、２３５の利得は増加する。

以上のことから、光増幅機能を有する光導波路２７１の駆動電極２７３に印加する電流を変えることによって、光集積回路２７０の光増幅器としての利得を変化させることができる。

光増幅機能を有する光導波路２７１には利得ではなく減衰量を持たせることもできる。光増幅機能を有する光導波路２７１に電流を注入しなければ、光導波路２７１は損失要素となる。電流を増やせば損失は減るが、ある電流値までは損失要素となる。この場合、損失は負の利得として計算することができ、共振器内の利得の総和が一定という関係は維持される。

光増幅機能を有する光導波路２７１に利得を持たせた場合、クランプ光２２７と直交する方向、すわなち、信号光２２５や２２６と同じ方向に寄生発振が生じ得る。光集積回路２７０の基板２３１の端面２３９と端面２７２が共振器を形成し、光増幅機能を有する光導波路２７１が利得要素となって発振が生じ得るからである。

光増幅機能を有する光導波路２７１を損失要素として用いた場合、このような寄生発振は生じない。また、光増幅機能を有する光導波路２７１を損失要素として用いる方が、駆動電流が少なく、エネルギー消費量が少なくて済む。したがって、光増幅機能を有する光導波路２７１を損失要素として用いて利得クランプを行うことが好ましい。

第二十実施例

図３４に本発明の第二十実施例の光集積回路２８０を示す。光集積回路２８０は光集積回路２５０の変型例である。光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器２５６に代えて、光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２を備えている。光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２はツリー状光カプラ２８１と２８３によって分岐／合波されている。また、光増幅機能を有する光導波路２８６が設けられている。

一対のツリー状光カプラによって分岐／合波された光増幅機能を有する光導波路アレイを用いた光増幅器は特許文献１４に開示されている。

光集積回路２８０は、光増幅機能を有する光導波路２５１を備えている。光増幅機能を有する光導波路２５１は利得クランプされていない半導体光増幅器として機能する。光集積回路２５０とは異なって、光増幅機能を有する光導波路２５２は省かれている。

光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２は複数の光増幅機能を有する光導波路から成り立っている。光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２に含まれる個々の光増幅機能を有する光導波路は単一横モードで動作する。

ツリー状光カプラ２８１と２８２は複数の１×２Ｙ字型光分岐路を組み合わせて構築されている。ツリー状光カプラ２８１と２８２は単一横モードで動作する。

光増幅機能を有する光導波路２８６の長さは光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２に含まれる個々の光増幅機能を有する光導波路と概略等しい。幅は任意である。

光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２と光増幅機能を有する光導波路２８６は４５°傾斜端面２５７と２５８に挟まれている。

図３５に光集積回路２８０のＦ−Ｆ'断面図を示す。４５°傾斜端面２５７、２５８、導体多層膜分布ブラッグ反射鏡１５３とで共振器が形成されており、レーザ光（クランプ光）２２７が生成される。４５°傾斜端面２５７、２５８の速報には溝２８７、２８８がそれぞれ設けられている。

図３５に示すように、光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２に属する各光導波路と光増幅機能を有する光導波路２８６はリッジが光導波路として形成されている。光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２に属する各光導波路と光増幅機能を有する光導波路２８６は活性層１６を共有している。

光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２に属する各光導波路と光増幅機能を有する光導波路２８６は図示しない電極と絶縁膜によって、光導波路の部分にのみ電流が印加されている。光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２に属する各光導波路は互いに同時駆動される。光増幅機能を有する光導波路２８６は光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２とは別個に駆動される。

なお、光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２に属する各光導波路と光増幅機能を有する光導波路２８６の間隙に埋め込み層ないし電流阻止層を設けて、各光導波路の活性層を分離する構造とすることもできる。

光増幅機能を有する光導波路２８６は光増幅利得が生じるように駆動することができる。また、光増幅機能を有する光導波路２８６は損失要素として機能するように駆動することもできる。前述のとおり、光増幅機能を有する光導波路２８６による寄生発振を防ぐには、光増幅機能を有する光導波路２８６を損失要素として機能させることが好ましい。

光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２と光増幅機能を有する光導波路２８６が共通の共振器中でレーザ発振することによって利得クランプ効果が得られる。このため、前述のように光増幅機能を有する光導波路２８６は光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２の利得制御手段として機能する。

入力光信号２８４は入力側光２３２を経て利得クランプされていない光増幅機能を有する光導波路２５１によって増幅された後、マッハツェンダ干渉器２３８で利得平坦化された後、光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２によって増幅されて、出力側光導波路233を経て出力光信号２８５として出力される。

光増幅機能を有する光導波路２５１は利得クランプされていないプリアンプとして機能する。また、光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２は利得クランプされたポストアンプとして機能する。光増幅機能を有する光導波路アレイ２８２の利得は光導波路２８６によって制御される。

光集積回路２８０の構成によれば、一対のツリー状光カプラによって分岐／合波された光増幅機能を有する光導波路アレイを用いた光増幅器においても、利得クランプ効果を活用して利得制御を実現することができる。

図３６に光集積回路２９０を示す。光集積回路２９０は光集積回路２８０の変型例である。光集積回路２９０では、光増幅機能を有する光導波路２８６が取り除かれて、代わりに光増幅機能を有する光導波路２５２が設けられている。光増幅機能を有する光導波路２５２は単一横モードで動作する。

前述の通り、光導波路２５２は電流注入量によって可変光減衰器もしくは可変利得型の光増幅器として機能する。このため、光集積回路２９０の利得調整を行うことができる。

第二十一実施例

図３７に本発明の第二十一実施例の光スイッチ３００を示す。光スイッチ３００は１×２の光スイッチとして機能する。光スイッチ３００は、光ファイバ３０１、３０２、３０３、レンズ３０４、及び、光集積回路３１０を備えている。

光ファイバ３０２からの入力信号光３０６はレンズ３０４を介して光集積回路３１０に入力される。光集積回路３１０によって分岐、及び、スイッチされた光信号３０５、３０７はそれぞれ光ファイバ３０１と３０２へと導かれる。

光集積回路３１０は光導波路３１２、３１３、３１４、１×１マルチモード干渉器カプラ３１５、３１７、１×２マルチモード干渉器カプラ３１６、マッハツェンダ干渉器３１８、３１９を備えている。光導波路３１２、３１３、３１４は基板３１１の端面３３２に接続されている。

１×１マルチモード干渉器カプラ３１５、３１７、及び、１×２マルチモード干渉器カプラ３１６は光増幅機能を有しているとともに個別に利得クランプが施されている。マッハツェンダ干渉器３１８、及び、３１９は利得平坦化フィルタとして機能する。

図３８は光集積回路３１０のＧ−Ｇ'断面図である。４５°傾斜端面３２０、３２１、及び、半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡１５３によって共振器が形成されて、レーザ光（クランプ光）３２６が生成される。４５°傾斜端面３２２、３２３、及び、半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡１５３によって共振器が形成されて、レーザ光（クランプ光）３２７が生成される。４５°傾斜端面３２４、３２５、及び、半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡１５３によって共振器が形成されて、レーザ光（クランプ光）３２８が生成される。

１×１マルチモード干渉器カプラ３１５、３１７、及び、１×２マルチモード干渉器カプラ３１６にはそれぞれ、電極３２９、３３１、及び、３３０が設けられている。なお、図３８には絶縁膜は図示していない。

１×１マルチモード干渉器カプラ３１５、３１７、及び、１×２マルチモード干渉器カプラ３１６に駆動電流を流せば光増幅器となり、駆動電流を流さない場合は光減衰器となる。したがって、電極３２９、３３１、及び、３３０に印加する電流によって、光信号のスイッチ、分岐を制御することができる。

光集積回路３１０は、利得平坦化フィルタとして機能するマッハツェンダ干渉器３１８、３１９を備えているので、通過帯域内の利得が平坦化されている。

１×１マルチモード干渉器カプラ３１５、３１７、１×２マルチモード干渉器カプラ３１６には利得クランプが施されているので、光信号のマーク率によって歪が生じるパターン効果は抑制されている。

図２９に示したような表面にパターン化された電極を設けたヒートシンクに対して、光集積回路３１０をジャンクションダウン実装することもできる。ジャンクションダウン実装を行えば、光信号出力を高出力化できる。

また、光導波路３１２、３１３、３１４に対して図２３及び図２４に示した構造を適用することができる。この構造を採用した場合は、光の入出射を基板３１１の裏面側から行うことができる。さらにジャンクションダウン実装を行うことができる。

図３９に４５°傾斜端面３２０、３２１、３２２、３２３、３２４、及び、３２５に代えて、反射鏡３４０、３４１、３４２、３４３、３４４、及び、３４５を用いた構成を示す。この構成では、半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡１５３は設けられていない。

反射鏡３４０、３４１、３４２、３４３、３４４、及び、３４５はドライエッチングによって形成された垂直端面に高反射率コートを施すことによって形成される。図３９の水平方向に蒸着ビームを照射する通常の方法では、反射鏡３４１が邪魔をして反射鏡３４２や反射鏡３４４に高反射率コートを施すことができない。

このため、これらの高反射率コート膜は、斜め蒸着法によって２回に分けて形成される。反射鏡３４０、３４２、及び、３４４は蒸着ビーム３５１によって形成され、反射鏡３４１、３４３、及び、３４５は蒸着ビーム３５２によって形成される。高反射率コートの形成にあたってはホトレジストなどによるマスクを適宜設ける。

この斜め蒸着による反射鏡形成法は水平共振器型面発光レーザアレイの製造に対して適用することもできる。

図４０（ａ）に水平共振器型面発光レーザアレイ３６０の上面図を示す。水平共振器型面発光レーザアレイ３６０は基板３６１上に複数の水平共振器型面発光レーザ３６２を二次元状にアレイ配列した半導体レーザアレイである。この水平共振器型面発光レーザアレイ３６０ではレーザ光を基板３６１の裏面側から取り出している。

図４０（ｂ）に水平共振器型面発光レーザ３６２のＨ−Ｈ'断面図を示す。水平共振器型面発光レーザ３６２の縦構造は上部クラッド層３６４、活性層３６５、下部クラッド層３６６、半導体多層膜ブラッグ回折格子３６７からなっている。また、上部クラッド層３６４の上に上部電極３３７が設けられ、基板３６１の裏面側に裏面電極３７０が設けられている。基板３６１は導電性を有する半導体基板である。

水平共振器型面発光レーザ３６２には基板３６１に対して垂直な端面３６９と基板に対して４５°の角度を有する傾斜端面３６８が設けられている。傾斜端面３６８では全反射が生じる。なお、傾斜端面３６８には図示しないパッシベーション膜が設けられている。端面３６９には高反射率コート（反射率：９８％）が施されている。

この端面３６９に対する高反射率コート膜の形成にあたって斜め蒸着法を用いることができる。

端面３６９と半導体多層膜ブラッグ回折格子３６７の間で、傾斜端面３６８を経由した共振器が形成されてレーザ発振が生じる。半導体多層膜ブラッグ回折格子３６７の反射率は４−２０％と比較的低く設定されている。レーザ光３７３は端面３６９で大半が反射され、レーザ光３７２は半導体多層膜ブラッグ回折格子３６７で一部が発振されて帰還される。レーザ光３７２の大部分は出力光３７４として裏面電極３７０の設けられたスリット状開口部３７１を経て取り出される。スリット状開口部３７１には低反射率コート３７５が施されている。

図４０（ｃ）に半導体多層膜ブラッグ回折格子３６７の構造を示す。半導体多層膜ブラッグ回折格子３６７は、互いに異なる屈折率を有する第一の半導体層３７６と第二の半導体層３７７が交互積層された構造となっている。半導体多層膜ブラッグ回折格子３６７は端面３６８直下部のみが反射手段として機能する。また、半導体多層膜ブラッグ回折格子３６７は特定波長に対してのみ反射率を有するので、波長選択手段（波長安定化手段）として機能する。

水平共振器型面発光レーザアレイ３６０はＮｄ：ＹＡＧやＹｂ：ＹＡＧなどの固体レーザの励起光源に適している。

第二十二実施例

図４１に本発明の第二十二実施例の光集積回路３８０の構成を示す。光集積回路３８０は半導体レーザとして機能する。光集積回路３８０は、基板３８１上に、共通光導波路３８５、能動型の１×２マルチモード干渉器カプラ３８２、連結光導波路３８３、分岐光導波路３８４、及び、集積化レンズ３８９を備えている。

３つの能動型の１×２マルチモード干渉器カプラ３８２と連結光導波路３８３によって１×４のツリー状光カプラが構築されている。基板３８１の端面３８７と集積化レンズ３８９によって共振器が形成されており、光集積回路３８０は位相同期レーザとして機能する。生成されたレーザ光３９０は集積化レンズ３８９側から取り出される。

能動型の１×２マルチモード干渉器カプラ３８２は光増幅の機能を有している。共通光導波路３８５、連結光導波路３８３、及び、分岐光導波路３８４は受動型の単一の横モードを有する光導波路である。ただし、共通光導波路３８５、連結光導波路３８３、及び、分岐光導波路３８４の一部または全部が光増幅の機能を有していても良い。全ての光導波路が光増幅の機能を有している場合は、受動型の光導波路の製造プロセスが不要となるので、製造プロセスが容易になるという利点がある。上記の能動型及び受動型の各光導波路の構造は図２に示した構造に準じている。

端面３８７と共通光導波路３８５の間にはウインドー領域３８６が設けられている。このウインドー領域３８６は省略することもできる。分岐光導波路３８４と集積化レンズ３８９の間にはウインドー領域３８８が設けられている。

基板３８１としてＩｎＰ基板を用い、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いて光増幅機能を有する光導波路、あるいは、受動型の光導波路を形成することができる。この場合は、再成長法によってウインドー領域３８６と３８８を形成することができる。

基板３８１としてＧａＡｓ基板を用い、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料、あるいは、ＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料、を用いて光増幅機能を有する光導波路、あるいは、受動型の光導波路を形成することができる。この場合は、量子井戸活性層の無秩序化によってウインドー領域３８６と３８８を形成することができる。

基板３８１としてＧａＡｓ基板を用い、ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料を用いて光増幅機能を有する光導波路、あるいは、受動型の光導波路を形成することができる。この場合は、再成長法によってウインドー領域３８６と３８８を形成することができる。

集積化レンズ３８９の構造を図４２に示す。集積化レンズ３８９は基板の水平方向にのみレンズとして機能する。この集積化レンズ３８９はウインドー領域３８８をエッチングすることによって形成されている。エッチングの手法としてはドライエッチングが好ましく用いられる。また、集積化レンズ３８９には低反射率コートが施されている。低反射率コートの反射率は、一例として４％である。端面３８７には高反射率コートが施されている。高反射率コートの反射率は、一例として９８％である。

集積化レンズ３８９は分岐光導波路３８４から出射した光を平行光に変換するコリメートレンズとして機能する。ただし、前述の通り、集積化レンズ３８９は基板と水平方向にのみレンズのパワーを有する。すなわち、図示しない活性層に対して水平方向の光をコリメートする。

集積化レンズ３８９によって、光集積回路３８０からのレーザ光３９０のファーフィールドパターンのサイドローブが抑圧される。図４１に示したθ_‖方向のファーフィールドにおける光強度の関係を図４３に示す。

図４３（ａ）は集積化レンズ３８９がない場合のファーフィールドパターンである。ゼロ次以外の回折ピークが大きな光強度を持っている。これに対して、集積化レンズ３８９を設けた場合は図４３（ｂ）に示すように高次のピークの光強度が小さくなっている。これは、集積化レンズ３８９によって分岐光導波路３８４から出射される光の拡がり角が小さくなるため、高次回折ピークへ向かう光の電力成分が減少するためである。

図４４に光集積回路３８０を用いて構築した光モジュール４００の構成を示す。光モジュール４００はレーザ発振器モジュールである。光モジュール４００は光集積回路３８０、シリンドリカルレンズ４０１、光アイソレータ４０２、レンズ４０３、光ファイバ４０４、及び、ヒートシンク４０５から成る。光集積回路３８０はヒートシンク４０５に対してジャンションダウンで実装されている。光ファイバ４０４は横モードが単一の光ファイバである。

基板３８１に水平方向では、図４４（ａ）に示すように、光集積回路３８０からの光は平行光として扱えるのでレンズ４０３によって光ファイバ４０４に結合される。一方、基板３８１に垂直方向の光は拡がり角が大きいので、シリンドリカルレンズ４０１によってコリメートされた後、レンズ４０３によって光ファイバ４０４に結合される。

光モジュール４００では、集積化レンズ３８８によって、光集積回路３８０からのレーザ光３９０のファーフィールドパターンのサイドローブが抑圧されているので、光ファイバ４０４へのレーザ光３９０の結合効率が向上するという利点がある。

集積化レンズ３８９は、半導体レーザだけでなく、半導体光増幅器の入出力構造にも適用することができる。集積化レンズ３８９を用いることによって、半導体光増幅器と光ファイバの結合効率を向上させることができる。

なお、光アイソレータ４０２は省力することができる。

第二十三実施例

図４５に本発明の第二十三実施例の光集積回路４１０の構成を示す。光集積回路４１０は半導体レーザとして機能する。光集積回路４１０は、基板４１１上に、共通光導波路４１３、多分岐型マルチモード干渉器カプラ４１２、及び、アレイ状導波路４１４を備えている。共通光導波路４１３、多分岐型マルチモード干渉器カプラ４１２、及び、アレイ状導波路４１４は光増幅の機能を有する光導波路である。

アレイ状導波路４１４の各光導波路にはスポットサイズ変換器４２０が設けられている。スポットサイズ変換器４２０はテーパ状の光導波路であり、アレイ状導波路４１４の各光導波路からの光のスポットサイズを拡げる。そして、アレイ状導波路４１４の各光導波路からの出射する光の拡がり角を低減する。

基板４１１の端面４１５と端面４１６によって共振器が形成されており、光集積回路４１０は位相同期レーザとして機能する。生成されたレーザ光４１９は端面４１６側から取り出される。

共通光導波路４１３、多分岐型マルチモード干渉器カプラ４１２、及び、アレイ状導波路４１４はアレイ状導波路回折格子を形成している。このため、特定の波長の光が選択されてレーザ発振が生じる。

端面４１６には低反射率コートが施されている。低反射率コートの反射率は、一例として４％である。端面４１５には高反射率コートが施されている。高反射率コートの反射率は、一例として９８％である。

端面４１５と共通光導波路４１３の間にはウインドー領域４１７が設けられている。このウインドー領域４１７は省略することもできる。アレイ状導波路４１４と端面４１６の間にはウインドー領域４１８が設けられている。

スポットサイズ変換器４２０はアレイ状導波路４１４の各光導波路からの出射する光の拡がり角を低減するので、第二十二実施例と同様の効果が得られる。すなわち、レーザ光４１９のファーフィールドパターンの高次ピークの強度を減少させることができる。これにより、図４４に示したような光モジュールを構築した場合の光ファイバ４０４への結合効率を向上させることができる。

共通光導波路４１３、多分岐型マルチモード干渉器カプラ４１２、及びアレイ状導波路４１４の一部を受動型光導波路に置き換えることができる。全ての光導波路を能動型で構築した場合は、製造プロセスが容易になるという利点がある。共通光導波路４１３を受動型光導波路とした場合は最高出力の向上に効果がある。

基板４１１としてＩｎＰ基板を用い、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いて光増幅機能を有する光導波路、あるいは、受動型の光導波路を形成することができる。この場合は、再成長法によってウインドー領域４１７と４１８を形成することができる。

基板４１１としてＧａＡｓ基板を用い、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料、あるいは、ＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料、を用いて光増幅機能を有する光導波路、あるいは、受動型の光導波路を形成することができる。この場合は、量子井戸活性層の無秩序化によってウインドー領域４１７と４１８を形成することができる。

基板４１１としてＧａＡｓ基板を用い、ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料を用いて光増幅機能を有する光導波路、あるいは、受動型の光導波路を形成することができる。この場合は、再成長法によってウインドー領域４１７と４１８を形成することができる。

図４６に本実施例の変型例である光集積回路４３０の構成を示す。光集積回路４３０は半導体レーザとして機能する。光集積回路４３０は、基板４３１上に、共通光導波路４３４、１×２マルチモード干渉器カプラ４３２、連結光導波路４３３、出力側光導波路４３５、及び、位相調整光導波路４３６を備えている。共通光導波路４３４、１×２マルチモード干渉器カプラ４３２、連結光導波路４３３、出力側光導波路４３５、及び、位相調整光導波路４３６は光増幅の機能を有する光導波路である。

出力側光導波路４３５の各光導波路にはスポットサイズ変換器４２０が設けられている。スポットサイズ変換器４２０はテーパ状の光導波路であり、出力側光導波路４３５の各光導波路からの光のスポットサイズを拡げる。そして、出力側光導波路４３５の各光導波路からの出射する光の拡がり角を低減する。

基板４１１の端面４３７と端面４３８によって共振器が形成されており、光集積回路４３０は位相同期レーザとして機能する。生成されたレーザ光４４１は端面４３８側から取り出される。

端面４３８には低反射率コートが施されている。低反射率コートの反射率は、一例として４％である。端面４３７には高反射率コートが施されている。高反射率コートの反射率は、一例として９８％である。

端面４３７と共通光導波路４１４の間にはウインドー領域４３９が設けられている。このウインドー領域４３９は省略することもできる。出力側光導波路４３５と端面４３８の間にはウインドー領域４４０が設けられている。

光集積回路４３０においても、スポットサイズ変換器４２０はレーザ光４４１のファーフィールドパターンの高次ピーク強度を減少させる。これにより、図４４に示したような光モジュールを構築した場合の光ファイバ４０４への結合効率を向上させることができる。

図４５と図４６の構成において、スポットサイズ変換器４２０を設ける代わりに、図４１において示した集積化レンズ３８９を設けることができる。集積化レンズ３８９によっても、生成されるレーザ光４１９、あるいは、レーザ光４４１のファーフィールドパターンの高次ピーク強度を減少させることができる。

また、図４１において、集積化レンズ３８９に代えてスポットサイズ変換器４２０を設けることもできる。この場合も、生成されるレーザ光３９０のファーフィールドパターンの高次ピーク強度を減少させることができる。

スポットサイズ変換器４２０は、半導体レーザだけでなく、半導体光増幅器の入出力構造にも適用することができる。スポットサイズ変換器４２０を用いることによって、半導体光増幅器と光ファイバの結合効率を向上させることができる。

第二十四実施例

図４７に本発明の第二十四実施例の光モジュール４５０の構成を示す。光モジュール４５０は、光ファイバ増幅器モジュールであり、図２０に示した光モジュール１６０の変型例である。光モジュール１６０との相違点は、ヒートシンク１６５に代えて、ヒートシンク４５１を用いたことである。

光集積回路１７０の入力側光導波路１７２は光増幅機能を有している。また、出力側光導波路１７４としては受動型光導波路を用いている。入力側光導波路１７２が光増幅機能を有しているのは雑音指数を改善するためである。また、入力側光導波路１７２においては光信号の強度は弱いので端面１７８が破壊することはない。一方、光信号強度が強い出力側光導波路１７４は受動型光導波路としているので冷却を行わずとも端面１７９が破壊することを防げる。

ヒートシンク４５１の信号光１６６伝播方向の長さは、光集積回路１７０のそれより短い長さとなっている。ヒートシンク４５１は、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器１７３を冷却するには十分な長さであれば良い。光集積回路１７０の入力側光導波路１７２と出力側光導波路１７４に相当する一部がヒートシンク４５１からせり出すように設けられている。

上記のように構成したので、光モジュール４５０では、入力側光導波路１７２方向のヒートシンク４５１の長さが、光集積回路１７０の長さと正確に一致している必要が無い。また、ヒートシンク４５１と光集積回路１７０の位置合わせの精度は低くてもかまわない。このため、光モジュール４５０の製造が容易となる。

光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器１７３に代えて、単一の横モードで動作する光増幅機能を有する光導波路を用いることができる。

第二十五実施例

図４８に本発明の第二十五実施例の光モジュール４６０の構成を示す。光モジュール４６０は光ファイバ増幅器モジュールである。光モジュール４６０は、光ファイバ４６１、レンズ４６２、光集積回路４７０、シリンドリカルレンズ４６３、レンズ４６４、光ファイバ４６５、及び、ヒートシンク４６６を備えている。

光集積回路４７０は基板４７１上に入力側光導波路４７２、ツリー状光カプラ４７３、光増幅素子アレイ４７４、及び、出力側光導波路アレイ４７５を備えている。光増幅素子アレイ４７４は光増幅機能を有する半導体ベースの光導波路のアレイである。光増幅素子アレイ４７４に含まれる光増幅機能を有する光導波路は単一の横モードで動作する。

入力側光導波路４７２は光増幅機能を有する単一横モード光導波路である。ツリー状光カプラ４７３は、単一横モードの受動型光導波路もしくは光増幅機能を有する光導波路で構築されている。出力側光導波路アレイ４７５は単一の横モードで動作する受動型光導波路である。

光増幅素子アレイ４７４は図３４と図３５に示したのと同様の構造を用いて、レーザ光（クランプ光）４７６を生成している。このレーザ発振によって利得クランプを実現している。

ヒートシンク４６６は光集積回路４７０より短い長さとなっている。ヒートシンク４６６は、光信号強度が強い光増幅素子アレイ４７４を冷却するには十分な長さであれば良い。光集積回路４７０の入力側光導波路４７２と出力側光導波路アレイ４７５に相当する一部がヒートシンク４５１からせり出すように設けられている。

入力側光導波路４７２は光増幅機能を有しているので、雑音指数の改善が図れる。入力側光導波路４７２においては、光信号強度が弱いので端面破壊が生じることは無い。

上記のように構成したので、光モジュール４６０では、入力側光導波路４７２方向のヒートシンク４６６の長さが、光集積回路４７０の長さと正確に一致している必要が無い。また、ヒートシンク４６６と光集積回路４７０の位置合わせの精度は低くてもかまわない。このため、光モジュール４６０の製造が容易となる。

光ファイバ４６１を経た入力光４６６は、レンズ４６２によって入力側光導波路４７２に結合される。ツリー状光カプラ４７３によって分岐された光信号は光増幅素子アレイ４７４によって増幅された後、出力側光導波路アレイ４７５から出力される。出力側光導波路アレイ４７５から出力される光は位相同期しているので、出力側光導波路アレイ４７５のアレイ配列方向にはほぼ平行光として取り扱える。

シリンドリカルレンズ４６３によって、光集積回路４７０の出力光は基板４７１に対して垂直方向に関して平行光に変換される。次いで、レンズ４６４によって、出力側光導波路アレイ４７５からの光は光ファイバ４６５に結合されて、出力光４６７として光ファイバ４６５を伝わる。この光学系により、出力光４６７を高い効率で取り出すことができる。

第二十六実施例

図４９に本発明の第二十六実施例の光中継増幅器４８０の構成を示す。光中継増幅器４８０は、光サーキュレータ４８１、励起光源４８２、光アッドドロップマルチプレクサ４８３、半導体光増幅器４８４を備えている。

光中継増幅器４８０の入力ポート４８９から入力した入力光信号４９１は光サーキュレータ４８１、光アッドドロップマルチプレクサ４８３を経て、半導体光増幅器４８４で増幅されて出力光信号４９２として、出力ポート４８７から出力される。

光アッドドロップマルチプレクサ４８３は、入力光信号４９１の内、特定の波長の光信号４９３を選択してドロップポート４８５へと導く。また、光アッドドロップマルチプレクサ４８３はアッドポート４８６からの特定の波長の光信号４９４を半導体光増幅器４８４側へと送り出す。

光サーキュレータ４８１は励起光源４８２からの励起光４８８を入力ポート４８４から伝送用光ファイバ４９０側へと送り出す。励起光４８８は入力光信号４９１とは逆方向に伝播し、伝送用光ファイバ４９０を励起することによって後方ラマン増幅を実現する。

光アッドドロップマルチプレクサ４８３は省略することができる。また、光アッドドロップマルチプレクサ４８３に代えて波長選択スイッチを用いて、再構築可能型光アッドドロップマルチプレクサを構成することもできる。

光サーキュレータ４８１に代えて、波長多重化器などの他の励起光結合手段を用いることができる。

光中継増幅器４８０は伝送用光ファイバ４９０を増幅媒体とするラマン光増幅器をプリアンプとしている。このため、実効的な雑音指数が非常に良好な特性を示すという利点がある。ラマン光増幅器は複数の波長で励起することにより、増幅可能帯域を広げることができるので、広帯域増幅器として適している。また、増幅可能な波長は広い範囲にわたって選択することができる。これは、エルビウムドープファイバ光増幅器に比べて大きな利点である。

光中継増幅器４８０は、半導体光増幅器４８４をポストアンプとして用いている。半導体光増幅器はエルビウムドープファイバ光増幅器に比べて増幅可能な波長帯域が広いという利点がある。また、増幅可能な波長は広い範囲にわたって選択することができる。さらに、異なる波長を増幅する半導体光増幅器を、波長多重化器を用いて波長多重化することにより、同時に広い波長帯域の光信号を増幅することができる。

したがって、プリアンプにラマン光増幅器を用い、ポストアンプに半導体光増幅器を用いた構成により、良好な雑音指数と広い増幅可能波長帯域を備えた光中継増幅器を実現できる。

本実施例のひとつの特徴は、励起光源４８２として図４、図５、図７、図１０、及び、図１２に示した半導体レーザを用いたことである。

図４に示した半導体レーザは複数の波長を同時発振することができるので、励起光源４８２の構成を簡易にすることができる。共振器中にスラブ導波路に基づく回折格子を含む半導体レーザを用いた構成によれば、複数の波長のレーザ光を同時発振できるので、ラマン光増幅器の励起光源の構成を簡易にできる。

また、共振器中にアレイ状導波路回折格子を含む半導体レーザを用いた構成によれば、複数の波長のレーザ光を同時発振できるので、ラマン光増幅器の励起光源の構成を簡易にできる。

図５と図１０に示した半導体レーザは二つの偏光方向のレーザ光を同時に生成できるので励起光源４８２の構成を簡易にすることができる。図７に示した半導体レーザは複数の波長について、二つの偏光方向のレーザを同時発振できるので励起光源４８２の構成を簡易にすることができる。

本実施例の別の特徴は、半導体光増幅器４８４として、図１３、図１４、図１６、図１８、図２０、図２１、図２３、図２４、図２５、図２８、図３０、図３１、図３４、図３６、図４７、及び、図４８に示した半導体光増幅器を用いたことである。

図１３に示した半導体光増幅器は光増幅機能を有するスラブ状光導波路を用いているので、増幅光の出力を高出力化できる。したがって、図４９の光中継増幅器４８０を高出力化できる。一般的には、半導体光増幅器はエルビウムドープファイバ光増幅器に比べて低出力であるという欠点があるが、本実施例の構成によれば、この欠点を解消することができる。

図１４に示した半導体光増幅器は利得クランプ機能を有している。半導体光増幅器をポストアンプとして用いた場合、パターン効果と呼ばれる、光信号のマーク率によって利得が変動して歪が生じるという問題がある。利得クランプ機能を設けることによって、この問題を解消することができる。

図２１に示した半導体光増幅器は、ジャンクションダウン構造で実装されている。このため、半導体光増幅器の放熱特性を向上させることができる。このため、半導体光増幅器の高出力化を実現できる。したがって、光中継増幅器４８０を高出力化できる。

図２５に示した半導体光増幅器は、マッハツェンダ干渉器に基づく集積化された利得平坦化フィルタを備えている。したがって、増幅可能帯域内の利得が波長に対して変動ことを抑制できる。この結果、光中継増幅器４８０が、異なる波長の光信号を増幅する際の、光信号間の利得差を低減させることができる。個別の利得平坦化フィルタを光中継増幅器４８０に設ける必要がないため、構成が簡易になり、また、装置の小型化が実現できる。

図２８に示した半導体光増幅器は、光増幅機能を有する光導波路２４１を用いて利得を変化させることができる。したがって、光中継増幅器４８０に利得可変の機能を付与することができる。光中継増幅器４８０に個別の可変光減衰器を設ける構成に比べて、構成が簡易になり、また、装置の小型化が実現できる。

図３４に示した半導体光増幅器は、複数の光増幅機能を有する光導波路をアレイ化している。このため、半導体光増幅器を高出力化できる。したがって、光中継増幅器４８０を高出力化できる。

１…光モジュール、２、３…マルチモード干渉器カプラ、４…アレイ状導波路、５、６…共通光導波路、７、８…端面、９…レーザ光、１０…光集積回路、１１…ヒートシンク、１２…光ファイバ、１３…レンズ、１４…基板、１５…下部クラッド層、１６…活性層、１７…上部クラッド層、１８…絶縁膜、１９…上部電極、２０…裏面電極、２１…導波領域、２２…アンドープの下部クラッド層、２３…アンドープのコア層、２４…アンドープの上部クラッド層、２５…導波領域、３０…光モジュール、３１…レンズ、３２…レンズ、３３…光アイソレータ、４０…光集積回路、４１、４２…分岐光導波路、５０…光集積回路、５１…モードスプリッタ、５２、５３…分岐光導波路、６０…光集積回路、６１、６２…モードスプリッタ、７０…光集積回路、７１…波長制御電極部、７２、７３…電極パッド、７４…導波路加熱電極、７５…光導波路間隙を横断する電極、９０…光集積回路、９２、９３…制御電極を備えた半導体光増幅素子、１００…光集積回路、１０１…基板、１０２…スラブ状光導波路、１０２…スラブ状光導波路、１０３…端面、１０４…凹面状端面、１０５…共通光導波路、１０６…出力光、１０７…接合点、１０８…レーザ光、１１０…光集積回路、１１１…前方光導波路、１１２…後方光導波路、１１３、１１４…端面、１１５、１１６…接合点、１１７…出力光、１１８…レーザ光、１１９…回折格子、１２０…光集積回路、１２１、１２２…光導波路、１２３…入力光、１２４…接合点１２８からの光（光信号）、１２５…反射光（光信号）、１２６…出力光、１２８、１２９…接合点、１３０…光集積回路、１３１、１３２…スラブ状光導波路１０２の側面側の端面、１３３…レーザ光（クランプ光）、１４０…光集積回路、１４１、１４２…回折格子、１５０…光集積回路１５１、１５２…４５°傾斜端面、１５３…半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡、１６０…光モジュール、１６１…入力光ファイバ、１６２…入力結合レンズ、１６３…出力結合レンズ、１６４…出力光ファイバ、１６５…ヒートシンク、１６６…信号光、１７０光集積回路、１７１…基板、１７２…入力側光導波路、１７３…１×１マルチモード干渉器、１７４…出力側光導波路、１７５、１７６…１×１マルチモード干渉器１７３の端面、１７７…レーザ光（クランプ光）、１７８、１７９…基板１７１の端面、１８０…光モジュール、１８１…入力光ファイバ、１８２…出力光ファイバ、１８３…結合レンズ、１８４…ヒートシンク、１９１…基板、１９２…Ｕ字型の光導波路、１９３…Ｖ字型の光導波路、１９４…反射手段、１９５…入力光、１９６…出力光、１９７…コ字型の光導波路、１９８…基板１９１の端面、２００…光集積回路、２０１、２０２…４５°傾斜端面、２０３…入力光、２０４…出力光、２０５…裏面電極、２０６、２０７…裏面電極の開口部、２１０…光モジュール、２１１…入力光ファイバ、２１２…出力光ファイバ、２１３…入力側結合レンズ、２１４…出力側結合レンズ、２１５…ヒートシンク、２２０…光モジュール、２２１…入力光ファイバ、２２２…出力光ファイバ、２２３…結合レンズ、２２４…ヒートシンク、２２５、２２６…信号光、２２７…レーザ光（クランプ光）、２３０…光集積回路、２３１…基板、２３２…入力側光導波路、２３３…出力側光導波路、２３４、２３５…１×１マルチモード干渉器、２３６、２３７…反射鏡、２３８…マッハツェンダ干渉器、２４０…光集積回路、２４１…光増幅機能を有する光導波路、２４２…ヒートシンク、２４３、２４４…電極、２５０…光集積回路、２５１、２５２…光増幅機能を有する光導波路、２５３…Ｙ字型の光カプラ、２５４、２５５…分岐光導波路、２５６…光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器、２５７、２５８…４５°傾斜端面、２５９…ヒートシンク、２６０…光集積回路、２６１…光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器、２７０…光集積回路、２７１…光増幅機能を有する光導波路、２７２…端面、２７３、２７４、２７５…駆動電極、２８０…光集積回路、２８１…ツリー状光カプラ、２８２…光増幅機能を有する光導波路アレイ、２８３…ツリー状光カプラ、２８４…入力光信号、２８５…出力光信号、２８６…光増幅機能を有する光導波路、２８７、２８８…溝、２９０…光集積回路、３００…光スイッチ、３０１、３０２、３０３…光ファイバ、３０４…レンズ、３１０…光集積回路、３１２、３１３、３１４…光導波路、３１５、３１７…１×１マルチモード干渉器カプラ、３１６…１×２マルチモード干渉器カプラ、３１８、３１９…マッハツェンダ干渉器、３２０、３２１、３２２、３２３、３２４、３２５…４５°傾斜端面、３２６、３２７、３２８…レーザ光（クランプ光）、３２９、３３０、３３１…電極、３３２…端面、３４０、３４１、３４２、３４３、３４４、３４５…反射鏡、３５１、３５２…（斜め）蒸着ビーム、３６０…レーザ発振器、３６１…基板、３６２…水平共振器型面発光レーザ、上部電極…３３７、３６４…上部クラッド層、３６５…活性層、３６６…下部クラッド層、３６７…半導体多層膜ブラッグ回折格子、３６８…４５°傾斜端面、３６９…垂直端面、３７０…裏面電極、３７１…裏面電極のスリット状開口部、３７１ａ、３７１ｂ…千鳥状のスリット状開口部、３７２…レーザ光、３７３…レーザ光、３７４…出力光、３７５…低反射率コート、３７６…第一の半導体層、３７７…第二の半導体層、３８０…光集積回路、３８１…基板、３８２…能動型の１×２マルチモード干渉器カプラ、３８３…連結光導波路、３８４分…岐光導波路、３８５…共通光導波路、３８６…ウインドー領域、３８７…端面、３８８…ウインドー領域、３８９…集積化レンズ、３９０…レーザ光、４００…光モジュール、４０１…シリンドリカルレンズ、４０２…光アイソレータ、４０３…レンズ、４０４…光ファイバ、４０５…ヒートシンク、４１０…光集積回路、４１１…基板、４１２…多分岐型マルチモード干渉器カプラ、４１３…共通光導波路、４１４…アレイ状導波路、４１５、４１６…端面、４１７、４１８…ウインドー領域、４１９…レーザ光、４２０…スポットサイズ変換器、４３０…光集積回路、４３１…基板、４３２…１×２マルチモード干渉器カプラ、４３３…連結光導波路、４３４…共通光導波路、４３５…出力側光導波路、４３６…位相調整光導波路、４３７、４３８…端面、４３９、４４０…ウインドー領域、４４１…レーザ光、４５０…光モジュール、４５１…ヒートシンク、４６０光モジュール、４６１…光ファイバ、４６２…レンズ、４６３…シリンドリカルレンズ、４６４…レンズ、４６５…光ファイバ、４６６…ヒートシンク、４７０…光集積回路、４７１…基板、４７２…入力側光導波路、４７３…ツリー状光カプラ、４７４…光増幅素子アレイ、４７５…出力側光導波路アレイ、４６６…入力光、４６７…出力光、４８０…光中継増幅器、４８１…光サーキュレータ、４８２…励起光源、４８３…光アッドドロップマルチプレクサ、４８４…半導体光増幅器、４８５…ドロップポート、４８６…アッドポート、４８７…出力ポート、４８８…励起光、４８９…入力ポート、４９０…伝送用光ファイバ、４９１…入力光信号、４９２…出力光信号、４９３、４９４…特定の波長の光信号光信号。

Claims (57)

1. 基板上に、第一の共通光導波路、第一のマルチモード干渉器カプラ、アレイ状導波路、第二のマルチモード干渉器カプラ、第二の共通光導波路を備え、上記基板の第一の端面と第二の端面によって共振器を形成した半導体レーザにおいて、
   第一のマルチモード干渉器カプラ、第二のマルチモード干渉器カプラ、アレイ状導波路の内、少なくとも一つが光増幅の機能を有することを特徴とする半導体レーザ。
2. 請求項１の半導体レーザにおいて、
   前記共振器内の全ての光導波路が光増幅の機能を有することを特徴とする半導体レーザ。
3. 請求項１の半導体レーザと一つのヒートシンクを備え、
   前記基板の光導波路が形成された面を上記ヒートシンクに接触するように取り付けたことを特徴とする半導体レーザ。
4. 請求項１の半導体レーザと光ファイバとレンズを備えた光モジュールにおいて、
   第一の端面の反射率は第二の端面の反射率より低く、
   第一の端面側から取り出された光を上記レンズによって上記光ファイバに光学的に結合されることを特徴とする光モジュール。
5. 請求項４の光モジュールにおいて、
   さらに光アイソレータを備えたことを特徴とする光モジュール。
6. 基板上に、共通光導波路、第一のマルチモード干渉器カプラ、アレイ状導波路、第二のマルチモード干渉器カプラ、複数の分岐光導波路を備え、上記基板の第一の端面と第二の端面によって共振器を形成して、複数の波長のレーザ光を同時に生成する半導体レーザにおいて、
   第一のマルチモード干渉器カプラ、第二のマルチモード干渉器カプラ、アレイ状導波路の内、少なくともひとつが光増幅の機能を有することを特徴とする半導体レーザ。
7. 請求項６の半導体レーザにおいて、
   前記共振器内の全ての光導波路が光増幅の機能を有することを特徴とする半導体レーザ。
8. 請求項６の半導体レーザと光ファイバとレンズを備えた光モジュールにおいて、
   第一の端面の反射率は第二の端面の反射率より低く、
   第一の端面側から取り出された光を上記レンズによって上記光ファイバに光学的に結合されることを特徴とする光モジュール。
9. 基板上に、共通光導波路、第一のマルチモード干渉器カプラ、アレイ状導波路、第二のマルチモード干渉器カプラ、モードスプリッタ、二つの分岐光導波路を備え、上記基板の第一の端面と第二の端面によって共振器を形成した半導体レーザにおいて、
   共振器内に光増幅機能を備え、単一の波長において二つの偏光状態のレーザ光を同時生成することを特徴とする半導体レーザ。
10. 基板上に、共通光導波路、第一のマルチモード干渉器カプラ、アレイ状導波路、第二のマルチモード干渉器カプラ、複数の分岐光導波路、複数のモードスプリッタを備え、上記基板の第一の端面と第二の端面によって共振器を形成した半導体レーザにおいて、
    共振器内に光増幅機能を備え、複数の波長において二つの偏光状態のレーザ光を同時生成することを特徴とする半導体レーザ。
11. 基板上に、第一の共通光導波路、第一のマルチモード干渉器カプラ、アレイ状導波路、第二のマルチモード干渉器カプラ、第二の共通光導波路を備え、上記基板の第一の端面と第二の端面によって共振器を形成した半導体レーザにおいて、
    共振器内に光増幅機能を備え、
    アレイ状導波路上に加熱電極を備え、
    単一波長で発振し、発振波長が可変であることを特徴とする半導体レーザ。
12. 基板上に、第一の共通光導波路、第一のマルチモード干渉器カプラ、アレイ状導波路、第二のマルチモード干渉器カプラ、第二の共通光導波路を備え、上記基板の第一の端面と第二の端面によって共振器を形成した半導体レーザにおいて、
    さらに共振器内にモードスプリッタと２つの制御電極を備えた半導体光増幅素子を備え、
    単一波長で発振し、生成するレーザ光の偏光状態を制御できることを特徴とする半導体レーザ。
13. 請求項１２の半導体レーザにおいて、
    さらにアレイ状導波路上に加熱電極を備え、
    単一波長で発振し、発振波長が可変であることを特徴とする半導体レーザ。
14. 基板上に、第一の端面、共通光導波路、凹面状の第二の端面を有するスラブ状光導波路を備えた半導体レーザにおいて、
    第一の端面と凹面状の第二の端面とが共振器を形成し、
    上記スラブ状光導波路は光増幅の機能を有していることを特徴とする半導体レーザ。
15. 請求項１４の半導体レーザにおいて、
    さらに前記共通光導波路が光増幅の機能を有することを特徴とする半導体レーザ。
16. 基板上に、第一の端面、前方光導波路、凹面状の第二の端面を有するスラブ状光導波路、後方光導波路、第三の端面を備えた半導体レーザにおいて、
    第一の端面、凹面状の第二の端面、及び、第三の端面が共振器を形成し、
    上記スラブ状光導波路は光増幅の機能を有していることを特徴とする半導体レーザ。
17. 請求項１６の半導体レーザにおいて、
    複数の後方光導波路を有することを特徴とする半導体レーザ。
18. 請求項１６の半導体レーザにおいて、
    前記後方光導波路と第三の端面の間にモードスプリッタを設けたことを特徴とする半導体レーザ。
19. 請求項１８の半導体レーザにおいて、
    前記モードスプリッタと第三の端面の間に制御電極を備えた半導体光増幅素子を設けたことを特徴とする半導体レーザ。
20. 基板上に第一の光導波路、スラブ状光導波路、第二の光導波路を備えた半導体光増幅器において、
    第一の光導波路と第二の光導波路は上記基板の一つの端面に導かれ、
    この端面には無反射コートが施され、
    上記スラブ状光導波路は凹面状の端面を備えるとともに光増幅の機能を有し、
    第一の光導波路からの光が上記スラブ状光導波路に導かれて上記凹面状の端面によって反射されて第二の光導波路へと導かれることを特徴とする半導体光増幅器。
21. 請求項２０の半導体光増幅器において、
    第一の光導波路と第二の光導波路が光増幅の機能を有することを特徴とする半導体光増幅器。
22. 請求項２０の半導体光増幅器において、
    前記スラブ状光導波路の第一の端面と第二の端面に所定の反射率を持たせることによって、第一の端面と第二の端面によって共振器を形成してレーザ発振を生じせしめることによって利得クランプ動作をさせることを特徴とする半導体光増幅器。
23. 請求項２０の半導体光増幅器において、
    前記スラブ状光導波路の一方の則部に第一の回折格子を、反対側の則部に第二の回折格子を設け、第一の回折格子と第二の回折格子によって共振器を形成してレーザ発振を生じせしめることによって利得クランプ動作をさせることを特徴とする半導体光増幅器。
24. 請求項２０の半導体光増幅器において、
    前記スラブ状光導波路の則部に第一の傾斜端面と第二の傾斜端面を設け、前記スラブ状光導波路の下部に半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡を設け、第一の傾斜端面、第二の傾斜端面、及び、半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡によって、共振器を形成してレーザ発振を生じせしめることによって利得クランプ動作をさせることを特徴とする半導体光増幅器。
25. 基板上に第一の光導波路、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器、第二の光導波路を備えた半導体光増幅器において、
    光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器の則部に一対の反射手段から成る共振器を設けることによって、信号光と直交するクランプ光を生成することを特徴とする半導体光増幅器。
26. 入力光ファイバ、出力光ファイバ、半導体光増幅器、及び、ヒートシンクを備えた光モジュールにおいて、
    上記半導体光増幅器の入力用光導波路と出力用光導波路が上記半導体光増幅器の基板の同一端面に設けられ、
    上記半導体光増幅器の光導波路を形成された面が上記ヒートシンクと接触するように設けられていることを特徴とする光モジュール。
27. 基板上に入力光導波路、光増幅機能を有する１×１マルチモード干渉器、出力光導波路を備えた半導体光増幅器において、
    上記入力光導波路の端部に上記基板に対して傾斜した反射手段を設け、
    上記出力光導波路の端部に上記基板に対して傾斜した反射手段を設けたことを特徴とする半導体光増幅器。
28. 入力光ファイバ、出力光ファイバ、結合光学系、半導体光増幅器、及び、ヒートシンクを備えた光モジュールにおいて、
    上記半導体光増幅器は、光増幅機能を有する光導波路と基板上に基板に対して傾斜した反射手段を備え、
    この上記結合光学系とこの傾斜した反射手段によって、入力光ファイバ及び出力光ファイバと上記光増幅機能を有する光導波路との結合を行い、
    上記半導体光増幅器の光導波路を形成した面を上記ヒートシンクに接触するように取り付けたことを特徴とする光モジュール。
29. 基板上に入力光導波路、光増幅機能を有する第一の１×１マルチモード干渉器、マッハツェンダ干渉器、光増幅機能を有する第二の１×１マルチモード干渉器を備えた半導体光増幅器において、
    第一の１×１マルチモード干渉器と第二の１×１マルチモード干渉器の間に上記マッハツェンダ干渉器を設けたことを特徴とする半導体光増幅器。
30. 基板上に入力光導波路、光増幅機能を有する第一の１×１マルチモード干渉器と光増幅機能を有する第二の１×１マルチモード干渉器、第一の反射鏡、及び、第二の反射鏡を備えた半導体光増幅器において、
    第一の反射鏡と第二の反射鏡の間に光増幅機能を有する第一の１×１マルチモード干渉器と光増幅機能を有する第二の１×１マルチモード干渉器を配置して共振器を形成してレーザ発振を生じさせることによって利得クランプを行うことを特徴とする半導体光増幅器。
31. 基板上に入力光導波路、光増幅機能を有する第一の１×１マルチモード干渉器、光増幅機能を有する光導波路、光増幅機能を有する第二の１×１マルチモード干渉器を備えた半導体光増幅器において、
    第一の１×１マルチモード干渉器と第二の１×１マルチモード干渉器の間に上記光増幅機能を有する光導波路を設け、
    第一の１×１マルチモード干渉器と第二の１×１マルチモード干渉器と上記光増幅機能を有する光導波路が独立に駆動できることを特徴とする半導体光増幅器。
32. 基板上に利得クランプされたプリアンプと利得クランプされたポストアンプを備えた半導体光増幅器において、
    上記プリアンプと上記ポストアンプの間に利得平坦化手段を設けたことを特徴とする半導体光増幅器。
33. 請求項３２の半導体光増幅器において、前記プリアンプと前記ポストアンプの間に、さらに光信号強度を変化させる手段を設けたことを特徴とする半導体光増幅器。
34. 基板上に光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器、Ｙ字型の光カプラを備えた半導体光増幅器において、
    １×２マルチモード干渉器のふたつの分岐光導波路をＹ字型の光カプラによって結合したことを特徴とする半導体光増幅器。
35. 基板上にプリアンプとポストアンプを設けた半導体光増幅器において、
    プリアンプには利得クランプが施されておらず、ポストアンプには利得クランプが施されていることを特徴とする半導体光増幅器。
36. 請求項３５の半導体光増幅器において、
    前記プリアンプと前記ポストアンプの間に利得可変手段を設けたことを特徴とする半導体光増幅器。
37. 請求項３５の半導体光増幅器において、
    前記プリアンプと前記ポストアンプの間に利得平坦化手段を設けたことを特徴とする半導体光増幅器。
38. 基板上にふたつの光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器を備えた半導体光増幅器において、
    ふたつの１×２マルチモード干渉器のそれぞれの分岐光導波路を互いに接続したことを特徴とする半導体光増幅器。
39. 基板上に光増幅機能を有するマルチモード干渉器と光増幅機能を有する光導波路を備えた半導体光増幅器において、
    上記マルチモード干渉器の信号光の伝播方向と直交する方向に共振器を形成し、
    この共振器中に上記マルチモード干渉器と上記光導波路を共に配置してレーザ発振を生じさせることによって利得クランプを行い、
    上記光導波路の駆動電流を変えることによって、上記マルチモード干渉器の光増幅利得を変化させることを特徴とする半導体光増幅器。
40. 請求項３９の半導体光増幅器において、
    前記光増幅機能を有する光導波路の駆動電流は前記光増幅機能を有する光導波路が損失要素として動作する範囲であることを特徴とする半導体光増幅器。
41. 請求項３９の半導体光増幅器において、
    前記光増幅機能を有するマルチモード干渉器と前記光増幅機能を有する光導波路は活性層を共有していることを特徴とする半導体光増幅器。
42. 基板上に一対のツリー状光カプラによって分岐／合波された光増幅機能を有する光導波路アレイを備えた半導体光増幅器において、
    さらに利得制御用の光増幅機能を備えた光導波路を備え、
    上記の光導波路アレイと利得制御用の光増幅機能を備えた光導波路を共通の共振器中に配置して利得クランプ動作をせしめ、
    利得制御用の光増幅機能を備えた光導波路への駆動電流を変えることによって、上記の光導波路アレイの利得を制御することを特徴とする半導体光増幅器。
43. 基板上に一対のツリー状光カプラによって分岐／合波された光増幅機能を有する光導波路アレイを備えた半導体光増幅器において、
    さらにプリアンプとして機能する光増幅機能を有する光導波路と、利得制御手段として機能する光増幅機能を有する光導波路を備え、
    プリアンプとして機能する光増幅機能を有する光導波路と、上記の光導波路アレイとの間に利得制御手段として機能する光増幅機能を有する光導波路を配置したことを特徴とする半導体光増幅器。
44. 基板上に集積化された光増幅機能を有する半導体光導波路回路からなる、３つ以上の入出力ポートを備えた光スイッチにおいて、
    光増幅機能を有する半導体光導波路が利得クランプされていることを特徴とする光スイッチ。
45. 基板上に集積化された光増幅機能を有する半導体光導波路回路からなる、３つ以上の入出力ポートを備えた光スイッチにおいて、
    上記光導波路回路内にマッハツェンダ干渉器に基づく利得平坦化フィルタを備えていることを特徴とする光スイッチ。
46. 基板上に集積化された光増幅機能を有する半導体光導波路回路からなる、３つ以上の入出力ポートを備えた光スイッチにおいて、
    光増幅機能を有する半導体光導波路がマルチモード干渉領域を備えていることを特徴とする光スイッチ。
47. 基板上に集積化された光増幅機能を有する半導体光導波路回路からなる、３つ以上の入出力ポートを備えた光スイッチにおいて、
    全ての入出力ポートが上記基板の同一端面に配置され、
    上記基板の光導波路が形成されている面がヒートシンクに接触していることを特徴とする光スイッチ。
48. 基板上に複数の垂直端面を有する光集積回路において、
    上記垂直端面に斜め蒸着法によってコーティングが施されていることを特徴とする光集積回路。
49. 基板上に複数の半導体レーザを設け、これらの半導体レーザの位相を同期させた位相同期型半導体レーザにおいて、
    上記基板上に集積化レンズを備えていることを特徴とする位相同期型半導体レーザ。
50. 基板上に複数の半導体レーザを設け、これらの半導体レーザの位相を同期させた位相同期型半導体レーザにおいて、
    上記半導体レーザの出力側光導波路をテーパ状光導波路としたことを特徴とする位相同期型半導体レーザ。
51. 入力光ファイバ、出力光ファイバ、半導体光増幅器、及び、ヒートシンクを備えた光モジュールにおいて、
    上記半導体光増幅器は光増幅機能を有する入力用光導波路、光増幅機能を有する光導波路、及び、受動型の出力用光導波路を備え、
    光信号伝播方向の上記ヒートシンクの長さは上記半導体光増幅器基板の長さより短く、
    上記半導体光増幅器の光導波路を形成された面が上記ヒートシンクと接触するように設けられていることを特徴とする光モジュール。
52. 入力ポート、出力ポート、励起光源、励起光源結合手段、半導体光増幅器を備え、励起光光源からの励起光が励起光源結合手段によって入力ポートに結合されることによって光信号伝送用光ファイバを増幅媒体とする後方ラマン光増幅器が形成され、入力ポートから入力した光信号を半導体光増幅器によって増幅した後、出力ポートから光信号を出力する光中継増幅器において、
    上記励起光源がスラブ状光導波路回折格子を有する複数波長を同時発振できる集積型の半導体レーザであることを特徴とする光中継増幅器。
53. 入力ポート、出力ポート、励起光源、励起光源結合手段、半導体光増幅器を備え、励起光光源からの励起光が励起光源結合手段によって入力ポートに結合されることによって光信号伝送用光ファイバを増幅媒体とする後方ラマン光増幅器が形成され、入力ポートから入力した光信号を半導体光増幅器によって増幅した後、出力ポートから光信号を出力する光中継増幅器において、
    上記励起光源がアレイ状導波路回折格子を有する複数波長を同時発振できる集積型の半導体レーザであることを特徴とする光中継増幅器。
54. 入力ポート、出力ポート、励起光源、励起光源結合手段、半導体光増幅器を備え、励起光光源からの励起光が励起光源結合手段によって入力ポートに結合されることによって光信号伝送用光ファイバを増幅媒体とする後方ラマン光増幅器が形成され、入力ポートから入力した光信号を半導体光増幅器によって増幅した後、出力ポートから光信号を出力する光中継増幅器において、
    上記励起光源がモードスプリッタを備え、二つの偏光方向のレーザ光を同時に生成できる集積型の半導体レーザであることを特徴とする光中継増幅器。
55. 入力ポート、出力ポート、励起光源、励起光源結合手段、半導体光増幅器を備え、励起光光源からの励起光が励起光源結合手段によって入力ポートに結合されることによって光信号伝送用光ファイバを増幅媒体とする後方ラマン光増幅器が形成され、入力ポートから入力した光信号を半導体光増幅器によって増幅した後、出力ポートから光信号を出力する光中継増幅器において、
    上記半導体光増幅器が光増幅機能を有するスラブ状光導波路を備えていることを特徴とする光中継増幅器。
56. 請求項５５の光中継増幅器において、
    前記光増幅機能を有するスラブ状光導波路の光信号伝播方向と垂直で、半導体光増幅器基板と水平方向にレーザ発振を生じさせることによって利得クランプを実現したことを特徴とする光中継増幅器。
57. 入力ポート、出力ポート、励起光源、励起光源結合手段、半導体光増幅器を備え、励起光光源からの励起光が励起光源結合手段によって入力ポートに結合されることによって光信号伝送用光ファイバを増幅媒体とする後方ラマン光増幅器が形成され、入力ポートから入力した光信号を半導体光増幅器によって増幅した後、出力ポートから光信号を出力する光中継増幅器において、
    上記半導体光増幅器がジャンクションダウン実装されていることを特徴とする光中継増幅器。

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