JP2017098362A - Optical integrated device and optical communication device - Google Patents

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Takashi Akiyama
傑 秋山
高林 和雅
Kazumasa Takabayashi
和雅 高林
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical integrated device in which the number of elements and the number of mounting times are reduced, which is easily mounted, and in which a low cost is realized.SOLUTION: An optical integrated device 3 comprises: a first semiconductor optical amplifier 4 and a second semiconductor optical amplifier 5. Both end surfaces 6 which a light enters, comprises: an optical semiconductor element 1 to be anti-reflection coated; a waveguide type mirror 7; a partial reflection mirror 8 of the waveguide type; an optical waveguide path 9 provided between the partial reflection mirror 8 and the mirror 7; a wavelength filter 10 of the waveguide type which is provided to the optical waveguide path 9 and includes ring resonators 10A and 10B; and an optical function element 2 comprising an outside optical waveguide path 12 provided between the partial reflection mirror 8 and an output end surface 11. The optical semiconductor element and the optical function element are accumulated so that the first semiconductor optical amplifier 4 is optically connected to the optical waveguide path 9, and the second semiconductor optical amplifier 5 is optically connected to the outside optical waveguide path.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光集積素子及び光通信装置に関する。   The present invention relates to an optical integrated device and an optical communication device.

光集積素子として、例えば、シリコンプラットフォーム上に、リング共振器を含むシリコン導波路チューナブルフィルタ、ゲインチップ、ブースタSOA(semiconductor optical amplifier)の3つの素子を集積した波長可変レーザがある。
この波長可変レーザでは、シリコン導波路チューナブルフィルタに設けられた反射鏡とゲインチップの端面に設けられた反射膜との間に形成されるレーザ共振器の内部にリング共振器が設けられることになる。
As an optical integrated element, for example, there is a wavelength tunable laser in which three elements of a silicon waveguide tunable filter including a ring resonator, a gain chip, and a booster SOA (semiconductor optical amplifier) are integrated on a silicon platform.
In this wavelength tunable laser, a ring resonator is provided inside a laser resonator formed between a reflecting mirror provided in a silicon waveguide tunable filter and a reflecting film provided on an end face of a gain chip. Become.

なお、利得媒質としてSOA(ゲインチップ)を集積してレーザを構成する場合、SOAの端面に設けられた反射膜を用いてレーザ共振器を構成するのが一般的である。   When a laser is configured by integrating SOA (gain chip) as a gain medium, a laser resonator is generally configured using a reflection film provided on the end face of the SOA.

特開2010−087472号公報JP 2010-087472 A 特開2007−248901号公報JP 2007-248901 A 特開2006−245346号公報JP 2006-245346 A

K. Sato他,“High Output Power and Narrow Linewidth Silicon Photonic Hybrid Ring-Filter External Cavity Wavelength Tunable Lasers”,European Conference on Optical Communication (ECOC),講演番号PD.2.3, 2014年K. Sato et al., “High Output Power and Narrow Linewidth Silicon Photonic Hybrid Ring-Filter External Cavity Wavelength Tunable Lasers”, European Conference on Optical Communication (ECOC), lecture number PD.2.3, 2014

ところで、上述の波長可変レーザのように、レーザ共振器の内部にリング共振器を設ける場合、光非線形効果によるリング共振器の複雑な挙動を抑えるため、レーザ共振器の内部の光強度が十分に小さくなるようにゲインチップに注入する電流の大きさを小さく抑えてレーザ動作を行なうことになる。このため、ゲインチップの端面から出力されるレーザ光のパワーが小さくなってしまう。そこで、上述の波長可変レーザのように、ゲインチップの出力側に、さらにブースタSOAを集積し、ゲインチップから出力されるレーザ光を増幅することで、大きな出力が得られるようにすることになる。   By the way, when the ring resonator is provided inside the laser resonator as in the above-described wavelength tunable laser, the light intensity inside the laser resonator is sufficiently high in order to suppress the complicated behavior of the ring resonator due to the optical nonlinear effect. The laser operation is performed while suppressing the magnitude of the current injected into the gain chip to be small. For this reason, the power of the laser beam output from the end face of the gain chip is reduced. Therefore, like the above-described wavelength tunable laser, a booster SOA is further integrated on the output side of the gain chip, and a large output can be obtained by amplifying the laser light output from the gain chip. .

しかしながら、この場合、3つの素子を集積することになり、実装する素子数が増加することになる。
このような必要素子数の増加は、コストの増大を招くため、好ましくない。
また、これらの素子を実装する際には、素子間の光結合損失を小さく抑えるために、素子間でミクロン以下の精密な位置合わせ精度が要求される。
However, in this case, three elements are integrated, and the number of elements to be mounted increases.
Such an increase in the number of necessary elements causes an increase in cost, which is not preferable.
Moreover, when mounting these elements, in order to suppress the optical coupling loss between the elements, a precise alignment accuracy of less than a micron is required between the elements.

このため、実装する素子数が増加すると、このような難易度の高い実装の回数が増えることになり、結果的に製造コストの増大を招くことになる。
1つの側面では、素子数及び実装回数を減らして、実装を容易にし、低コスト化を図ることを課題とする。
For this reason, when the number of elements to be mounted increases, the number of such highly difficult mounting increases, resulting in an increase in manufacturing cost.
In one aspect, it is an object to reduce the number of elements and the number of times of mounting to facilitate mounting and reduce costs.

1つの態様では、光集積素子は、第1半導体光増幅器及び第2半導体光増幅器を備え、光が入出力される両端面が無反射コーティングされている光半導体素子と、導波路型のミラーと、導波路型の部分反射ミラーと、部分反射ミラーとミラーとの間に設けられた光導波路と、光導波路に設けられ、リング共振器を含む導波路型の波長フィルタと、部分反射ミラーと出力端面との間に設けられた出力側光導波路とを備える光機能素子とを備え、第1半導体光増幅器が、光導波路に光学的に接続され、かつ、第2半導体光増幅器が、出力側光導波路に光学的に接続されるように、光半導体素子と光機能素子が集積されている。   In one aspect, an optical integrated device includes a first semiconductor optical amplifier and a second semiconductor optical amplifier, an optical semiconductor device in which both end faces to which light is input and output are coated with antireflection, a waveguide type mirror, A waveguide type partial reflection mirror, an optical waveguide provided between the partial reflection mirror and the mirror, a waveguide type wavelength filter provided in the optical waveguide and including a ring resonator, a partial reflection mirror and an output And an optical functional element including an output-side optical waveguide provided between the first and second end faces, the first semiconductor optical amplifier is optically connected to the optical waveguide, and the second semiconductor optical amplifier is connected to the output-side optical waveguide. An optical semiconductor element and an optical functional element are integrated so as to be optically connected to the waveguide.

1つの態様では、光通信装置は、上述の光集積素子を備える。   In one aspect, an optical communication apparatus includes the above-described optical integrated device.

1つの側面として、素子数及び実装回数を減らして、実装を容易にし、低コスト化を実現することができるという効果を有する。   As one aspect, there is an effect that the number of elements and the number of mountings can be reduced, the mounting can be facilitated, and the cost can be reduced.

(A)、(B)は、本実施形態にかかる光集積素子の構成を示す模式図であって、(A)は平面図であり、(B)は断面図である。(A), (B) is a schematic diagram which shows the structure of the optical integrated device concerning this embodiment, (A) is a top view, (B) is sectional drawing. 本実施形態にかかる光集積素子を構成する光半導体素子の構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the composition of the optical semiconductor device which constitutes the optical integrated device concerning this embodiment. 本実施形態にかかる光集積素子を構成する光機能素子の構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing composition of an optical functional element which constitutes an optical integrated element concerning this embodiment. 本実施形態の第1変形例にかかる光集積素子の構成を示す模式的平面図である。It is a typical top view which shows the structure of the optical integrated element concerning the 1st modification of this embodiment. 本実施形態の第2変形例にかかる光集積素子の構成を示す模式的平面図である。It is a typical top view which shows the structure of the optical integrated element concerning the 2nd modification of this embodiment. 本実施形態の第3変形例にかかる光集積素子の構成を示す模式的平面図である。It is a typical top view showing composition of an optical integrated device concerning the 3rd modification of this embodiment. 本実施形態の第4変形例にかかる光集積素子の構成を示す模式的平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the optical integrated element concerning the 4th modification of this embodiment. (A)、(B)は、本実施形態の第4変形例にかかる光集積素子を構成する光半導体素子の構成を示す模式的断面図であり、(A)は光軸に沿う方向の断面図であり、(B)はDBR部の光軸に垂直な方向に沿う断面図である。(A), (B) is typical sectional drawing which shows the structure of the optical semiconductor element which comprises the optical integrated element concerning the 4th modification of this embodiment, (A) is a cross section in the direction along an optical axis. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along a direction perpendicular to the optical axis of the DBR portion. 本実施形態の第5変形例にかかる光集積素子の構成を示す模式的平面図である。It is a typical top view showing composition of an optical integrated device concerning the 5th modification of this embodiment. 本実施形態の第6変形例にかかる光集積素子の構成を示す模式的平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the optical integrated element concerning the 6th modification of this embodiment.

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる光集積素子及び光通信装置について、図1〜図10を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる光集積素子は、例えば通信用のレーザ素子であって、例えば光送信機、光受信機、光送受信機などの光通信装置に備えられ、例えば光伝送装置などに用いられる。
Hereinafter, an optical integrated device and an optical communication apparatus according to embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
The optical integrated device according to the present embodiment is, for example, a laser device for communication, and is provided in an optical communication device such as an optical transmitter, an optical receiver, or an optical transceiver, and is used in, for example, an optical transmission device.

本実施形態の光集積素子は、図1に示すように、互いに異なる材料からなる光半導体素子1と光機能素子2が集積された光集積素子3である。なお、光半導体素子及び光機能素子を単に光素子ともいう。
ここで、光半導体素子1は、第1SOA(第1半導体光増幅器)4及び第2SOA(第2半導体光増幅器)5を備え、光が入出力される両端面6が無反射(AR)コーティングされている。ここでは、光半導体素子1は、InP基板上に形成されており、第1SOA4と第2SOA5とがアレイ状に配置されている。このため、光半導体素子1をInP−SOAアレイ素子又はSOAアレイ素子ともいう。なお、ここでは、光半導体素子1をInP基板上に形成されたInP系材料からなるものとしているが、これに限られるものではなく、例えばGaAs基板上に形成されたGaAs系材料からなるものであっても良い。
As shown in FIG. 1, the optical integrated device of this embodiment is an optical integrated device 3 in which an optical semiconductor device 1 and an optical functional device 2 made of different materials are integrated. Note that the optical semiconductor element and the optical functional element are also simply referred to as optical elements.
Here, the optical semiconductor device 1 includes a first SOA (first semiconductor optical amplifier) 4 and a second SOA (second semiconductor optical amplifier) 5, and both end faces 6 through which light is input and output are coated with no reflection (AR). ing. Here, the optical semiconductor element 1 is formed on an InP substrate, and the first SOA 4 and the second SOA 5 are arranged in an array. For this reason, the optical semiconductor element 1 is also referred to as an InP-SOA array element or an SOA array element. Here, the optical semiconductor element 1 is made of an InP-based material formed on an InP substrate, but is not limited to this, and is made of, for example, a GaAs-based material formed on a GaAs substrate. There may be.

また、光機能素子2は、導波路型のミラー7と、導波路型の部分反射ミラー8と、部分反射ミラー8とミラー7との間に設けられた光導波路(レーザ側光導波路)9と、光導波路9に設けられ、リング共振器を含む導波路型の波長フィルタ10と、部分反射ミラー8と出力端面11との間に設けられた出力側光導波路12とを備える。ここでは、光機能素子2は、光導波路9に設けられた位相調整器13も備える。例えば、位相調整器13は、ヒータ13X付きSi導波路からなる位相調整器である。なお、光機能素子2は、位相調整器13を備えないものとして構成しても良い。なお、図1(A)中、符号10Xはヒータを示している。また、図1(A)、(B)中、符号202は導波路コア(ここではSi導波路コア)を示している。また、図1(A)、(B)中、符号102は導波路コア(ここではSOA導波路コア)を示している。また、図1(A)、(B)中、符号14は凹部(テラス)を示している。   The optical functional element 2 includes a waveguide type mirror 7, a waveguide type partial reflection mirror 8, and an optical waveguide (laser side optical waveguide) 9 provided between the partial reflection mirror 8 and the mirror 7. A waveguide-type wavelength filter 10 provided in the optical waveguide 9 and including a ring resonator, and an output-side optical waveguide 12 provided between the partial reflection mirror 8 and the output end face 11. Here, the optical functional element 2 also includes a phase adjuster 13 provided in the optical waveguide 9. For example, the phase adjuster 13 is a phase adjuster composed of a Si waveguide with a heater 13X. The optical functional element 2 may be configured not to include the phase adjuster 13. In FIG. 1A, reference numeral 10X denotes a heater. In FIGS. 1A and 1B, reference numeral 202 denotes a waveguide core (here, Si waveguide core). 1A and 1B, reference numeral 102 denotes a waveguide core (in this case, an SOA waveguide core). In FIGS. 1A and 1B, reference numeral 14 denotes a recess (terrace).

ここでは、光機能素子2は、Si基板200上に形成されたSi系材料からなるものであり、ミラー7、部分反射ミラー8、光導波路9、波長フィルタ10、出力側光導波路12、位相調整器13は、Si導波路(Si導波路コア202)によって構成される。つまり、ここでは、光機能素子2はシリコン導波路基板(Si導波路基板)である。また、ここでは、ミラー7と部分反射ミラー8の一方の入出力端(ポート)とが光導波路9によって光学的に接続(光結合)されており、この光導波路9に、ミラー7の側から順に、波長フィルタ10、位相調整器13が設けられており、さらに、部分反射ミラー8の他方の入出力端(ポート)と出力端面11とが出力側光導波路12によって光学的に接続(光結合)されている。なお、これらは、Si導波路によって構成される光回路であるため、これをSi基板上光回路ともいう。また、光機能素子2を、光回路素子、Si基板上光回路素子又は光導波路基板ともいう。   Here, the optical functional element 2 is made of a Si-based material formed on the Si substrate 200, and includes a mirror 7, a partial reflection mirror 8, an optical waveguide 9, a wavelength filter 10, an output-side optical waveguide 12, and phase adjustment. The vessel 13 is constituted by a Si waveguide (Si waveguide core 202). That is, here, the optical functional element 2 is a silicon waveguide substrate (Si waveguide substrate). Further, here, the mirror 7 and one input / output end (port) of the partial reflection mirror 8 are optically connected (optically coupled) by the optical waveguide 9, and the optical waveguide 9 is connected to the optical waveguide 9 from the mirror 7 side. In order, a wavelength filter 10 and a phase adjuster 13 are provided, and the other input / output end (port) of the partial reflection mirror 8 and the output end face 11 are optically connected by an output side optical waveguide 12 (optical coupling). ) Since these are optical circuits constituted by Si waveguides, they are also called optical circuits on the Si substrate. The optical functional element 2 is also referred to as an optical circuit element, an optical circuit element on a Si substrate, or an optical waveguide substrate.

また、ミラー7は、ループミラーである。なお、ここでは、ミラー7をループミラーとしているが、これに限られるものではなく、例えば回折格子ミラー(例えばDBRミラー)などの他の導波路型ミラーであっても良い。
また、波長フィルタ10は、リング共振器を含むリング共振器型波長フィルタであり、ここでは、波長フィルタ10は、2つのリング共振器10A,10Bを用いたバーニア型の波長フィルタである。具体的には、波長フィルタ10は、導波路の屈折率を制御するためのヒータ(ヒータ電極)10Xが設けられたリング共振器10A,10Bが2つ接続されたバーニア型の波長可変フィルタである。なお、光集積素子3を波長可変レーザ素子又は波長可変レーザ光源ともいう。
The mirror 7 is a loop mirror. Here, the mirror 7 is a loop mirror, but is not limited thereto, and may be another waveguide type mirror such as a diffraction grating mirror (for example, a DBR mirror).
The wavelength filter 10 is a ring resonator type wavelength filter including a ring resonator. Here, the wavelength filter 10 is a vernier type wavelength filter using two ring resonators 10A and 10B. Specifically, the wavelength filter 10 is a vernier type tunable filter in which two ring resonators 10A and 10B provided with a heater (heater electrode) 10X for controlling the refractive index of the waveguide are connected. . The optical integrated element 3 is also referred to as a wavelength tunable laser element or a wavelength tunable laser light source.

そして、第1SOA4が、光導波路9に光学的に接続され、かつ、第2SOA5が、出力側光導波路12に光学的に接続されるように、光半導体素子1と光機能素子2がハイブリッド集積されている。ここでは、光機能素子2としてのシリコン導波路基板の表面上に、例えばエッチングによって、凹部(テラス)14が設けられており、この凹部14に、InP−SOAアレイ素子1がフリップチップ実装されている。そして、InP−SOAアレイ素子1の端面と、シリコン導波路基板2に設けられた凹部14の側面には、それぞれ、導波路の端部が露出しており、フリップチップ実装によって、これらの導波路同士が光結合するようになっている。   The optical semiconductor element 1 and the optical functional element 2 are hybrid-integrated so that the first SOA 4 is optically connected to the optical waveguide 9 and the second SOA 5 is optically connected to the output-side optical waveguide 12. ing. Here, a recess (terrace) 14 is provided on the surface of a silicon waveguide substrate as the optical functional element 2 by, for example, etching, and the InP-SOA array element 1 is flip-chip mounted in the recess 14. Yes. The end portions of the waveguides are exposed at the end surface of the InP-SOA array element 1 and the side surfaces of the recesses 14 provided in the silicon waveguide substrate 2, and these waveguides are formed by flip chip mounting. They are optically coupled to each other.

ここでは、ミラー7と部分反射ミラー8との間に設けられた光導波路9に、リング共振器を含む波長フィルタ10が設けられており、さらに、この光導波路9に、第1SOA4が光学的に接続されている。つまり、第1SOA4の両端の光入出力部は、それぞれ、ミラー7及び部分反射ミラー8に光結合されている。ここでは、第1SOA4の両端の光入出力部の一方は、部分反射ミラー8に光結合されており、他方は、波長フィルタ10を介して、ミラー7に光結合されている。本実施形態では、光機能素子2としてのシリコン導波路基板の表面上に、光導波路9を2つの部分に分断するように凹部14が設けられている。そして、光導波路9の凹部14を挟んで一方の側の部分に波長フィルタ10及びミラー7が設けられており、他方の側の部分に部分反射ミラー8が設けられており、この凹部14にInP−SOAアレイ素子1が実装されることで、これらの部分と第1SOA4とが光結合されている。   Here, an optical waveguide 9 provided between the mirror 7 and the partial reflection mirror 8 is provided with a wavelength filter 10 including a ring resonator, and the first SOA 4 is optically connected to the optical waveguide 9. It is connected. That is, the optical input / output units at both ends of the first SOA 4 are optically coupled to the mirror 7 and the partial reflection mirror 8, respectively. Here, one of the light input / output units at both ends of the first SOA 4 is optically coupled to the partial reflection mirror 8, and the other is optically coupled to the mirror 7 via the wavelength filter 10. In the present embodiment, a recess 14 is provided on the surface of a silicon waveguide substrate as the optical functional element 2 so as to divide the optical waveguide 9 into two parts. The wavelength filter 10 and the mirror 7 are provided on one side of the optical waveguide 9 with the concave portion 14 in between, and the partial reflection mirror 8 is provided on the other side portion. Since the SOA array element 1 is mounted, these portions and the first SOA 4 are optically coupled.

このように、ミラー7と部分反射ミラー8との間に利得媒質としての第1SOA(光利得を有するSOA)4が設けられてレーザ共振器が構成されており、第1SOA4に電流を流すことで、光の発生と増幅が行なわれ、レーザ動作が得られるようになっている。
また、レーザ共振器の内部に、リング共振器を含む波長フィルタ10が設けられている。ここでは、ミラー7と第1SOA4との間に2つのヒータ付きリング共振器10A,10Bからなるバーニア型波長可変フィルタ10が設けられている。この波長可変フィルタ10は、2つのリング共振器10A,10Bによって単一波長のみを選択的に透過させ、かつ、その波長をヒータ10Xによって制御する機能を有する。これにより、制御された単一の波長でレーザ動作し、波長可変動作が得られるようになっている。
As described above, the first SOA (SOA having optical gain) 4 as a gain medium is provided between the mirror 7 and the partial reflection mirror 8 to constitute a laser resonator, and a current is passed through the first SOA 4. The generation and amplification of light are performed, and laser operation can be obtained.
A wavelength filter 10 including a ring resonator is provided inside the laser resonator. Here, a vernier type wavelength tunable filter 10 including two ring resonators 10A and 10B with a heater is provided between the mirror 7 and the first SOA 4. The tunable filter 10 has a function of selectively transmitting only a single wavelength by the two ring resonators 10A and 10B and controlling the wavelength by the heater 10X. As a result, laser operation is performed at a single controlled wavelength, and wavelength variable operation can be obtained.

また、第1SOA4と部分反射ミラー8の間には、ヒータ13X付きSi導波路からなる位相調整器13が設けられており、この位相調整器13によって、レーザ共振器の光路長を微調整することで、単一の共振器モードでのレーザ動作が安定して得られるようになっている。
また、部分反射ミラー8と出力端面11との間に設けられた出力側光導波路12に、ブースタとしての第2SOA5が光学的に接続されている。つまり、部分反射ミラー8は、第1SOA4から入力された光の一部を、出力側光導波路12を介して第2SOA5へ出力するようになっている。本実施形態では、光機能素子2としてのシリコン導波路基板の表面上に、出力側光導波路12を2つの部分に分断するように凹部14が設けられている。そして、出力側光導波路12の凹部14を挟んで一方の側の部分の端面、即ち、光機能素子2としてのSi導波路基板の端面が出力端面になっており、他方の側の部分に部分反射ミラー8が設けられており、この凹部14にInP−SOAアレイ素子1が実装されることで、これらの部分と第2SOA5とが光結合されている。
Further, a phase adjuster 13 composed of a Si waveguide with a heater 13X is provided between the first SOA 4 and the partial reflection mirror 8, and the optical path length of the laser resonator can be finely adjusted by the phase adjuster 13. Thus, laser operation in a single resonator mode can be stably obtained.
A second SOA 5 as a booster is optically connected to an output-side optical waveguide 12 provided between the partial reflection mirror 8 and the output end face 11. That is, the partial reflection mirror 8 outputs a part of the light input from the first SOA 4 to the second SOA 5 via the output side optical waveguide 12. In the present embodiment, a recess 14 is provided on the surface of a silicon waveguide substrate as the optical functional element 2 so as to divide the output-side optical waveguide 12 into two parts. The end surface of one side of the output-side optical waveguide 12 with the concave portion 14 interposed therebetween, that is, the end surface of the Si waveguide substrate as the optical functional element 2 is the output end surface, and is partially formed on the other side. A reflection mirror 8 is provided, and the InP-SOA array element 1 is mounted in the recess 14 so that these portions and the second SOA 5 are optically coupled.

このように、レーザ共振器内の導波路を往復するレーザ光は、レーザ共振器の一端に設けられた部分反射ミラー8において、一部の光パワーがレーザ共振器の外側に接続された出力側光導波路(Si導波路)12に出力される。そして、レーザ光は、出力側光導波路12に光学的に接続された第2SOA5によって増幅された後、出力端面11から出力されるようになっている。   As described above, the laser light traveling back and forth in the waveguide in the laser resonator is output from the partial reflection mirror 8 provided at one end of the laser resonator with a part of the optical power connected to the outside of the laser resonator. It is output to the optical waveguide (Si waveguide) 12. The laser light is amplified by the second SOA 5 optically connected to the output-side optical waveguide 12 and then output from the output end face 11.

上述のように、ミラー7と部分反射ミラー8との間に第1SOA4と波長フィルタ10を配置することでレーザ共振器を構成し、かつ、レーザ共振器の外側の第2SOA5によってレーザ光を増幅する構成の波長可変レーザとなっている。このため、大光出力でコンパクトな波長可変レーザが得られる。
また、上述のように、波長フィルタ10はバーニア型の波長可変フィルタである。また、シリコン導波路は、光の閉じ込めが大きく、導波路の曲げ半径を約10μm以下に小さくできる。このため、波長可変レーザに必要な光回路をコンパクトに構成することができ、波長可変レーザの小型化を図ることができる。
As described above, the laser resonator is configured by disposing the first SOA 4 and the wavelength filter 10 between the mirror 7 and the partial reflection mirror 8, and the laser light is amplified by the second SOA 5 outside the laser resonator. The wavelength tunable laser is configured. For this reason, a compact wavelength tunable laser with a large optical output can be obtained.
Further, as described above, the wavelength filter 10 is a vernier type tunable filter. Further, the silicon waveguide has a large light confinement, and the bending radius of the waveguide can be reduced to about 10 μm or less. For this reason, the optical circuit required for the wavelength tunable laser can be configured in a compact manner, and the wavelength tunable laser can be reduced in size.

また、上述のように、レーザ共振器の内部にリング共振器を設けるため、光非線形効果によるリング共振器の複雑な挙動を抑えるため、レーザ共振器の内部の光強度が十分に小さくなるように第1SOA4に注入する電流の大きさを小さく抑えてレーザ動作を行なうことになる。このため、部分反射ミラー8から出力端面11側へ出力されるレーザ光のパワーが小さくなってしまう。そこで、部分反射ミラー8と出力端面11との間に、ブースタとしての第2SOA5を設けて、部分反射ミラー8から出力端面11側へ出力されるレーザ光を増幅することで、大きな出力が得られるようにしている。   Further, as described above, since the ring resonator is provided inside the laser resonator, in order to suppress the complicated behavior of the ring resonator due to the optical nonlinear effect, the light intensity inside the laser resonator is sufficiently reduced. The laser operation is performed while suppressing the magnitude of the current injected into the first SOA 4. For this reason, the power of the laser beam output from the partial reflection mirror 8 to the output end face 11 is reduced. Therefore, a second SOA 5 as a booster is provided between the partial reflection mirror 8 and the output end face 11, and a large output can be obtained by amplifying the laser light output from the partial reflection mirror 8 to the output end face 11 side. I am doing so.

特に、ここでは、第1SOA4と第2SOA5を単一の光半導体素子1に設け、この光半導体素子1と光機能素子2を集積しており、2つの素子1,2を集積するだけであるため、素子数及び実装回数を減らして、実装を容易にし、低コスト化を実現することができる。
また、ここでは、利得媒質としての第1SOA4とブースタとしての第2SOA5を、単一の光半導体素子1に設けている。光半導体素子1の両端面6に無反射コーティングを施し、導波路型のミラー7と導波路型の部分反射ミラー8とを用いてレーザ共振器を構成している。
In particular, here, the first SOA 4 and the second SOA 5 are provided in a single optical semiconductor element 1, the optical semiconductor element 1 and the optical functional element 2 are integrated, and only the two elements 1 and 2 are integrated. By reducing the number of elements and the number of mountings, mounting can be facilitated and cost reduction can be realized.
Here, the first SOA 4 as a gain medium and the second SOA 5 as a booster are provided in a single optical semiconductor element 1. A non-reflective coating is applied to both end faces 6 of the optical semiconductor element 1, and a laser resonator is configured using a waveguide type mirror 7 and a waveguide type partial reflection mirror 8.

なお、例えば、2つのSOAの間に回折格子ミラー(DBRミラー)を挟んで2つのSOAを集積することも考えられるが、InP系の光半導体素子に回折格子ミラーを設ける場合、レーザ共振器を構成する端面ミラーと同程度の一定の反射率(例えば約30%程度)を、波長可変レーザの動作波長帯域で得ることは難しい。
このように、InP基板上に形成され、利得媒質としての第1SOA4及びブースタとしての第2SOA5を備える光半導体素子1と、Si基板上に形成され、Si導波路からなる波長フィルタ10を含むSi光回路を備える光機能素子2とを集積した光集積素子3によって波長可変レーザを構成することで、コンパクトかつ狭線幅な波長可変レーザにおいて、高出力動作を、必要素子数を減らした簡便な素子構成によって、低コストで実現できるようにしている。
For example, two SOAs may be integrated by sandwiching a diffraction grating mirror (DBR mirror) between two SOAs. However, when a diffraction grating mirror is provided in an InP-based optical semiconductor element, a laser resonator is used. It is difficult to obtain a constant reflectivity (for example, about 30%) comparable to that of the constituting end face mirror in the operating wavelength band of the wavelength tunable laser.
As described above, the Si light including the optical filter 1 formed on the InP substrate and including the first SOA 4 as the gain medium and the second SOA 5 as the booster, and the wavelength filter 10 formed on the Si substrate and including the Si waveguide. A tunable laser is constituted by an optical integrated element 3 in which an optical functional element 2 having a circuit is integrated, thereby enabling a high-power operation and a simple element with a reduced number of required elements in a compact and narrow linewidth tunable laser. Depending on the configuration, it can be realized at low cost.

次に、波長可変レーザを構成する個々の要素の構造について具体例を挙げて説明する。
まず、光半導体素子1としてのInP−SOAアレイ素子の構造について説明する。
ここで、図2は、InP−SOAアレイ素子の第1SOA4の導波路コア層を含む部分の断面構造を示す断面図、即ち、図1(A)中、A−A線に沿う断面図である。
なお、ここでは、InP−SOAアレイ素子1に含まれる第1SOA4と第2SOA5の構造は同一である。
Next, the structure of each element constituting the wavelength tunable laser will be described with a specific example.
First, the structure of the InP-SOA array element as the optical semiconductor element 1 will be described.
Here, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a portion including the waveguide core layer of the first SOA 4 of the InP-SOA array element, that is, a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. .
Here, the first SOA 4 and the second SOA 5 included in the InP-SOA array element 1 have the same structure.

図2に示すように、InP−SOAアレイ素子1は、n型InP基板101上に形成されており、第1SOA4の部分には、1.55μm帯に利得を持つInGaAsP系多重量子井戸(MQW;Multiple Quantum Well)活性層からなるコア層(導波路コア層)102、その上に形成されたp−InP層からなるクラッド層103を含む光導波路(SOA導波路)が形成されている。また、クラッド層103としてのp−InP層上にはp−InGaAsP/InGaAsコンタクト層104が形成されている。そして、コア層102、クラッド層103及びコンタクト層104は、ストライプ状になっており、その両側が半絶縁性InP層(SI−InP層)105で埋め込まれている。そして、SOA導波路の上下両面に、電流を流すためのp側電極106、n側電極107がそれぞれ形成されている。また、p側電極106はSOA導波路の上方のみで半導体と接するようになっており、それ以外の部分はSiOパシベーション膜108で覆われている。 As shown in FIG. 2, the InP-SOA array element 1 is formed on an n-type InP substrate 101, and an InGaAsP-based multiquantum well (MQW; MQW) having a gain in a 1.55 μm band is provided in a portion of the first SOA 4. An optical waveguide (SOA waveguide) including a core layer (waveguide core layer) 102 made of a multiple quantum well active layer and a clad layer 103 made of a p-InP layer formed thereon is formed. A p-InGaAsP / InGaAs contact layer 104 is formed on the p-InP layer as the cladding layer 103. The core layer 102, the clad layer 103, and the contact layer 104 are striped, and both sides thereof are embedded with a semi-insulating InP layer (SI-InP layer) 105. A p-side electrode 106 and an n-side electrode 107 for flowing current are formed on both the upper and lower surfaces of the SOA waveguide. The p-side electrode 106 is in contact with the semiconductor only above the SOA waveguide, and the other part is covered with the SiO 2 passivation film 108.

なお、このように構成されるInP−SOAアレイ素子1は、図1(B)に示すように、n型InP基板101が上側になるように上下反転して、光機能素子2としてのSi導波路基板に備えられるSi基板200上のSi導波路(Si導波路コア202)に連なるように形成された凹部(テラス)14にフリップチップ実装される。このように実装することで、InP−SOAアレイ素子1の導波路コア層102の高さを、p−InPクラッド層103、p−InGaAsP/InGaAsコンタクト層104及びp側電極106の厚さによって精密に制御できるようになるため、Si導波路コア202との高さ合わせが容易になる。   As shown in FIG. 1B, the InP-SOA array element 1 configured as described above is turned upside down so that the n-type InP substrate 101 is on the upper side. The chip is flip-chip mounted on a recess (terrace) 14 formed so as to be continuous with the Si waveguide (Si waveguide core 202) on the Si substrate 200 provided in the waveguide substrate. By mounting in this way, the height of the waveguide core layer 102 of the InP-SOA array element 1 is precisely determined by the thicknesses of the p-InP cladding layer 103, the p-InGaAsP / InGaAs contact layer 104, and the p-side electrode 106. Therefore, the height alignment with the Si waveguide core 202 is facilitated.

また、InP−SOAアレイ素子1は、例えば長さを600μmとし、端面付近で導波路が端面に対して約7°程度傾くようにするのが好ましい(例えば図1(A)参照)。これにより、第1SOA4及び第2SOA5の端面における不要な反射を抑制し、レーザの動作を安定化させることができるようになる。また、導波路の端部が露出しているInP−SOAアレイ素子1の両端面6には、反射防止のために、無反射(AR)コーティングが施されている。   Further, the InP-SOA array element 1 preferably has a length of, for example, 600 μm, and the waveguide is inclined by about 7 ° with respect to the end face in the vicinity of the end face (see, for example, FIG. 1A). Thereby, unnecessary reflection at the end faces of the first SOA 4 and the second SOA 5 can be suppressed, and the operation of the laser can be stabilized. In addition, antireflection (AR) coating is applied to both end faces 6 of the InP-SOA array element 1 where the end portions of the waveguides are exposed to prevent reflection.

次に、光機能素子2としてのSi導波路基板の構造について説明する。
まず、Si導波路基板2に備えられるミラー7、部分反射ミラー8、光導波路9、波長フィルタ10、出力側光導波路12、位相調整器13は、Si導波路基板2に備えられるSi導波路(Si導波路コア202)によって構成される。
ここでは、Si導波路基板2に備えられるSi導波路は、SOI(Silicon On Insulator)基板を用いて形成され、Si基板200上に、例えば幅約0.5μm、厚さ約0.2μmで形成されたSiコア層202の上下をSiOクラッド層201、203で覆った導波路構造を有する(図3参照)。
Next, the structure of the Si waveguide substrate as the optical functional element 2 will be described.
First, the mirror 7, the partial reflection mirror 8, the optical waveguide 9, the wavelength filter 10, the output-side optical waveguide 12, and the phase adjuster 13 provided in the Si waveguide substrate 2 are arranged in the Si waveguide ( It is constituted by a Si waveguide core 202).
Here, the Si waveguide provided in the Si waveguide substrate 2 is formed using an SOI (Silicon On Insulator) substrate and formed on the Si substrate 200 with a width of about 0.5 μm and a thickness of about 0.2 μm, for example. It has a waveguide structure in which the upper and lower sides of the Si core layer 202 covered are covered with SiO 2 cladding layers 201 and 203 (see FIG. 3).

ここで、図3は、Si導波路基板2に備えられる波長フィルタ10の部分の断面構造を示す断面図、即ち、図1(A)中、B−B線に沿う断面図である。
図3に示すように、Si導波路基板2に備えられる波長フィルタ10は、Si導波路基板2に備えられるSi導波路204によって構成される2つのリング導波路(Si導波路リング共振器;リング共振器)及び直線導波路を備える。そして、2つのリング共振器10A,10Bでは、その共振波長に一致した波長の光のみがリング導波路を通過し、ドロップポートから直線導波路へ伝搬し、それ以外の波長の光はリング導波路を通過せずに、スルーポートから直線導波路へ伝搬するようになっている。ここでは、2つのリング共振器10A,10Bには、リング導波路204の上にヒータ電極10Xが設けられており、リング共振器10A,10Bの導波路の温度を調整して屈折率を変化させることによって、共振波長の位置を調整できるようになっている。また、ここでは、2つのリング共振器10A,10Bは、互いにその共振波長の周期が微小に異なるように、リング共振器(リング導波路)の周長が設定されている。例えば、一方のリング共振器の共振波長間隔は約6nmとし、他方のリング共振器の共振波長間隔は約6.82nmとすれば良い。また、単一波長で安定したレーザ動作を得るために、2つのリング共振器10A,10Bのフィネスは8以上に設定するのが好ましい。
Here, FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a portion of the wavelength filter 10 provided in the Si waveguide substrate 2, that is, a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
As shown in FIG. 3, the wavelength filter 10 provided in the Si waveguide substrate 2 includes two ring waveguides (Si waveguide ring resonator; ring) configured by the Si waveguide 204 provided in the Si waveguide substrate 2. Resonator) and a straight waveguide. In the two ring resonators 10A and 10B, only light having a wavelength that matches the resonance wavelength passes through the ring waveguide, propagates from the drop port to the straight waveguide, and light having other wavelengths passes through the ring waveguide. It propagates from the through port to the straight waveguide without passing through. Here, the heater electrodes 10X are provided on the ring waveguide 204 in the two ring resonators 10A and 10B, and the refractive index is changed by adjusting the temperature of the waveguides of the ring resonators 10A and 10B. Thus, the position of the resonance wavelength can be adjusted. In addition, here, the ring resonators (ring waveguides) are set to have circumferential lengths so that the two ring resonators 10A and 10B have slightly different periods of their resonance wavelengths. For example, the resonance wavelength interval of one ring resonator may be about 6 nm, and the resonance wavelength interval of the other ring resonator may be about 6.82 nm. In order to obtain stable laser operation at a single wavelength, the finesse of the two ring resonators 10A and 10B is preferably set to 8 or more.

また、位相調整器13も、上述の波長フィルタ10と同様に、Si導波路204の上にヒータ電極13Xを設けた構造になっている。
また、ループミラー7も、Si導波路204によって構成されており、1×2のカプラによって1:1に分岐した導波路同士を接合(接続)することによって構成される。
また、部分反射ミラー8も、Si導波路204によって構成されており、一方の側にレーザ側光導波路9と出力側光導波路12とが接続された方向性結合器の他方の側に接続された2つの導波路同士を接合(接続)することによって構成される。この場合、レーザ側光導波路9から入力された光は、方向性結合器によって適当な分岐比で他方の側に接続された2つの導波路に分配され、入力光パワーの一部がレーザ側光導波路9へ戻り、残りの光パワーが出力側光導波路12へ出力されることになる。
Also, the phase adjuster 13 has a structure in which the heater electrode 13X is provided on the Si waveguide 204, similarly to the wavelength filter 10 described above.
The loop mirror 7 is also configured by the Si waveguide 204, and is configured by joining (connecting) the waveguides branched 1: 1 by a 1 × 2 coupler.
The partial reflection mirror 8 is also composed of the Si waveguide 204, and is connected to the other side of the directional coupler in which the laser side optical waveguide 9 and the output side optical waveguide 12 are connected to one side. It is configured by joining (connecting) two waveguides. In this case, the light input from the laser-side optical waveguide 9 is distributed by the directional coupler to two waveguides connected to the other side at an appropriate branching ratio, and a part of the input light power is laser-side optical. Returning to the waveguide 9, the remaining optical power is output to the output-side optical waveguide 12.

このように構成される光集積素子としての波長可変レーザは、2つのSOA4,5、バーニア型波長可変フィルタ10、位相調整器13、ループミラー7、部分反射ミラー8の働きによって、単一モードでの波長可変レーザ動作が大光出力にて得られる。特に、単一のSOAアレイ素子1とSi導波路基板2の2つの光素子のみを用いて、一回の実装のみで簡便かつ低コストで製造することができる。   The wavelength tunable laser as the optical integrated device configured as described above is operated in a single mode by the functions of the two SOAs 4 and 5, the vernier tunable filter 10, the phase adjuster 13, the loop mirror 7, and the partial reflection mirror 8. Tunable laser operation can be obtained with a large light output. In particular, by using only two optical elements, that is, a single SOA array element 1 and a Si waveguide substrate 2, it can be manufactured simply and at low cost by only one mounting.

したがって、本実施形態にかかる光集積素子及び光通信装置によれば、素子数及び実装回数を減らして、実装を容易にし、低コスト化を実現することができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、光機能素子2としてのSi導波路基板の端面を出力端面11としているが、これに限られるものではない。
Therefore, according to the optical integrated device and the optical communication device according to the present embodiment, there is an advantage that the number of devices and the number of mountings can be reduced, mounting can be facilitated, and cost can be reduced.
In the above-described embodiment, the end face of the Si waveguide substrate as the optical functional element 2 is used as the output end face 11. However, the present invention is not limited to this.

例えば、図4に示すように、光半導体素子1の端面6を出力端面11Xとしても良い。これを第1変形例という。
この場合、上述の実施形態のSi導波路基板2の出力側光導波路12の出力端面11側の部分が形成されている領域、即ち、第2SOA5の出力端が位置するテラス14の一部から出力端面11までの領域を、例えばエッチング又はダイシングによって除去することで、光半導体素子1の端面6を出力端面11Xとすることができる。なお、この場合、出力側光導波路12は、部分反射ミラー8側の部分のみによって構成されることになる。
For example, as shown in FIG. 4, the end face 6 of the optical semiconductor element 1 may be an output end face 11X. This is referred to as a first modification.
In this case, the output from the region where the output end face 11 side portion of the output side optical waveguide 12 of the Si waveguide substrate 2 of the above-described embodiment is formed, that is, from a part of the terrace 14 where the output end of the second SOA 5 is located. By removing the region up to the end surface 11 by, for example, etching or dicing, the end surface 6 of the optical semiconductor element 1 can be used as the output end surface 11X. In this case, the output side optical waveguide 12 is constituted only by the part on the partial reflection mirror 8 side.

これにより、第2SOA5を伝搬し、大出力に増幅されたレーザ光が、上述の実施形態のように、再びSi導波路に結合することなく、直接、波長可変レーザの外部へと出力されることになる。したがって、SOA4,5とSi導波路9,12の間の光結合箇所が、上述の実施形態のものと比較して一ヶ所少なくなる。この結果、光結合損失を低減することができ、一定の動作電流で、上述の実施形態のものよりも大きな光出力を得ることができる。   As a result, the laser beam propagating through the second SOA 5 and amplified to a large output is directly output to the outside of the wavelength tunable laser without being coupled to the Si waveguide again as in the above-described embodiment. become. Therefore, the number of optical coupling points between the SOAs 4 and 5 and the Si waveguides 9 and 12 is reduced by one compared with that of the above-described embodiment. As a result, the optical coupling loss can be reduced, and an optical output larger than that of the above-described embodiment can be obtained with a constant operating current.

また、上述の実施形態では、波長フィルタ10を、2つのリング共振器10A,10Bを用いたバーニア型の波長フィルタとし、レーザ共振器を構成するミラー7を、ループミラー又は回折格子ミラーとしているが、これに限られるものではない。
例えば、図5に示すように、波長フィルタ10を、1つのリング共振器10Cと、回折格子ミラー10Dとからなるものとし、この回折格子ミラー10Dを、レーザ共振器を構成するミラー7として用いても良い。つまり、波長フィルタ10を、1つのリング共振器10Cと、回折格子ミラー10Dとからなるものとし、ミラー7を、回折格子ミラー10Dとしても良い。これを第2変形例という。
In the above embodiment, the wavelength filter 10 is a vernier type wavelength filter using two ring resonators 10A and 10B, and the mirror 7 constituting the laser resonator is a loop mirror or a diffraction grating mirror. However, it is not limited to this.
For example, as shown in FIG. 5, the wavelength filter 10 is composed of one ring resonator 10C and a diffraction grating mirror 10D, and this diffraction grating mirror 10D is used as a mirror 7 constituting a laser resonator. Also good. That is, the wavelength filter 10 may be composed of one ring resonator 10C and the diffraction grating mirror 10D, and the mirror 7 may be the diffraction grating mirror 10D. This is referred to as a second modification.

例えば、波長フィルタ10を、単一のヒータ10X付きリング共振器10Cと、回折格子ミラー10D(例えばDBRミラー)とを備える波長可変フィルタとすれば良い。
このように構成される波長可変フィルタ10では、バーニア効果が得られないため、波長可変幅は、上述の実施形態のものと比較して小さくなるが、一方で簡便な構成であるため、比較的単純な制御によって波長可変動作が得られるというメリットがある。
For example, the wavelength filter 10 may be a wavelength tunable filter including a single ring resonator 10C with a heater 10X and a diffraction grating mirror 10D (for example, a DBR mirror).
In the wavelength tunable filter 10 configured as described above, the vernier effect cannot be obtained, so the wavelength tunable width is smaller than that of the above-described embodiment, but on the other hand, since the configuration is simple, There is an advantage that wavelength variable operation can be obtained by simple control.

また、このように構成される波長可変フィルタ10では、リング共振器10Cは、周期的に並んだ複数の共振波長を有し、これらの複数の波長において伝搬光を透過する。これに対して、リング共振器10Cの後段に接続されている回折格子からなるミラー(DBR)10Dは、この複数の波長の中から1つ又は複数の波長の光を選んで、選択的に反射する機能を有する。   Further, in the wavelength tunable filter 10 configured as described above, the ring resonator 10C has a plurality of resonance wavelengths arranged periodically, and transmits propagating light at the plurality of wavelengths. On the other hand, a mirror (DBR) 10D composed of a diffraction grating connected to the subsequent stage of the ring resonator 10C selects light of one or a plurality of wavelengths from among the plurality of wavelengths and selectively reflects it. It has the function to do.

そして、DBR10Dの反射帯域を狭く設計する場合には、1つの波長のみを選ぶ単一波長動作が得られ、DBR10Dの反射帯域を広く設計する場合には、DBR反射帯域内に含まれる複数のリング共振波長での多波長同時レーザ動作が得られる。このような多波長レーザ動作が簡便に得られるというメリットもある。
ここで、多波長レーザ動作を得る場合には、第1SOA4のコア層をこれに適したものとするのが好ましく、例えばGaAs基板上に形成される量子ドット活性層を第1SOA4のコア層に用いるのが好ましい。これは、量子ドットは波長帯域が広く、かつ、個々の量子ドットが独立にレーザ動作に寄与するため、複数波長で均一にレーザ発振が起こりやすいためである。
When designing the reflection band of the DBR 10D to be narrow, a single wavelength operation in which only one wavelength is selected is obtained. When designing the reflection band of the DBR 10D to be wide, a plurality of rings included in the DBR reflection band are obtained. Multi-wavelength simultaneous laser operation at the resonant wavelength is obtained. There is also an advantage that such multi-wavelength laser operation can be easily obtained.
Here, in order to obtain a multi-wavelength laser operation, it is preferable that the core layer of the first SOA 4 is suitable for this. For example, a quantum dot active layer formed on a GaAs substrate is used as the core layer of the first SOA 4. Is preferred. This is because quantum dots have a wide wavelength band, and each quantum dot independently contributes to laser operation, so that laser oscillation easily occurs at a plurality of wavelengths.

また、Si導波路からなる回折格子ミラー(DBR)10Dは、例えば図3の断面構造において、Siコア層202の幅を周期的に例えば約0.5μmよりも太くすることで得られる。ここで、周期は、回折格子のブラッグ波長が動作波長帯域の中心に合うように、例えば約1550nmの中心動作波長に対しては約300nm付近の周期に設定すれば良い。   A diffraction grating mirror (DBR) 10D made of a Si waveguide can be obtained by, for example, periodically making the width of the Si core layer 202 thicker than, for example, about 0.5 μm in the cross-sectional structure of FIG. Here, the period may be set to a period of about 300 nm for a central operating wavelength of about 1550 nm, for example, so that the Bragg wavelength of the diffraction grating matches the center of the operating wavelength band.

また、上述の第2変形例の光集積素子(図5参照)を、さらに、図6に示すように、出力側光導波路12に設けられ、部分反射ミラー8と第2SOA5との間に位置する光変調器15を備えるものとしても良い。これを第3変形例という。なお、図6中、符号15Xは電極を示している。
この場合、リング共振器10Cの1つの共振波長を選ぶように、DBR10Dの反射帯域は比較的狭く設定し、単一波長でのレーザ動作を得るようにし、光機能素子2としてのSi導波路基板に備えられる出力側光導波路12の部分反射ミラー8側の部分に、例えばマッハツェンダ型光変調器(シリコン変調器)15を設ければ良い。
Further, the optical integrated element (see FIG. 5) of the second modified example described above is further provided in the output-side optical waveguide 12 as shown in FIG. 6, and is located between the partial reflection mirror 8 and the second SOA 5. An optical modulator 15 may be provided. This is called a third modification. In FIG. 6, reference numeral 15X denotes an electrode.
In this case, the reflection band of the DBR 10D is set to be relatively narrow so as to select one resonance wavelength of the ring resonator 10C, so that laser operation at a single wavelength is obtained, and the Si waveguide substrate as the optical functional element 2 For example, a Mach-Zehnder type optical modulator (silicon modulator) 15 may be provided in a portion of the output side optical waveguide 12 provided in the side of the partial reflection mirror 8.

この変調器15の動作によって、この第3変形例の波長可変レーザ素子3からは変調器15への入力電気信号によって光強度が変調された信号光が出力されることになる。
この第3変形例では、変調器15の後段には、上述の第2変形例のものと同様に、第2SOA5が設けられているため、高出力の信号光が得られる。
この第3変形例のものでは、シリコン変調器15の光損失を第2SOA5で予め補償した動作が得られる。つまり、シリコン変調器15で光損失を受けて小さくなっている光出力を第2SOA5を用いて大きくすれば良いため、第2SOA5の後段での光損失を見込む必要がなく、飽和光出力の小さいSOAを第2SOA5として用いることができる。したがって、必要な信号光強度を得るために低消費電力化が可能となる。
By the operation of the modulator 15, the signal light whose light intensity is modulated by the electric signal input to the modulator 15 is output from the wavelength tunable laser element 3 of the third modification.
In the third modification, since the second SOA 5 is provided in the subsequent stage of the modulator 15 as in the second modification described above, high-output signal light can be obtained.
In the third modification, an operation in which the optical loss of the silicon modulator 15 is compensated in advance by the second SOA 5 can be obtained. In other words, since it is sufficient to increase the optical output that has been reduced due to the optical loss by the silicon modulator 15 using the second SOA 5, it is not necessary to anticipate the optical loss in the subsequent stage of the second SOA 5, and the SOA with a low saturated optical output. Can be used as the second SOA 5. Therefore, the power consumption can be reduced in order to obtain the required signal light intensity.

これに対し、上述の第2変形例のものでは、波長可変レーザ3の後段に光損失を伴う変調器を接続することになるため、これを考慮して、第2SOA5からの光出力を予めその分大きくとることになる。この場合、第2SOA5としては飽和光出力の大きいSOAを用いることになり、第2SOA5の負荷が大きくなり、第2SOA5への注入電流が増大するため、低消費電力化を図る観点からは望ましくない。   On the other hand, in the above-described second modified example, a modulator with optical loss is connected to the subsequent stage of the wavelength tunable laser 3, so that the optical output from the second SOA 5 is preliminarily set in consideration thereof. I will take a minute. In this case, an SOA having a high saturation light output is used as the second SOA 5, and the load on the second SOA 5 is increased, and the injection current to the second SOA 5 is increased, which is not desirable from the viewpoint of reducing power consumption.

また、上述の実施形態では、ミラー7は、光機能素子2に備えられているが、これに限られるものではなく、例えば、ミラー7は、光半導体素子1に備えられていても良い。
この場合、例えば図7に示すように、ミラー7を、光半導体素子1に設けられた回折格子ミラー(導波路型のミラー)とし、リング共振器を含む波長フィルタ10を、第1SOA4と部分反射ミラー8との間に位置するようにするのが好ましい。また、リング共振器を含む波長フィルタ10は、2つのリング共振器10A,10Bを用いたバーニア型の波長フィルタとするのが好ましい。また、光半導体素子1の端面6を、出力端面11とするのが好ましい。これを第4変形例という。
In the above-described embodiment, the mirror 7 is provided in the optical functional element 2. However, the present invention is not limited to this. For example, the mirror 7 may be provided in the optical semiconductor element 1.
In this case, for example, as shown in FIG. 7, the mirror 7 is a diffraction grating mirror (waveguide type mirror) provided in the optical semiconductor element 1, and the wavelength filter 10 including the ring resonator is partially reflected from the first SOA 4. It is preferable to be positioned between the mirror 8. The wavelength filter 10 including a ring resonator is preferably a vernier type wavelength filter using two ring resonators 10A and 10B. The end face 6 of the optical semiconductor element 1 is preferably the output end face 11. This is called a fourth modification.

ここでは、光機能素子2に設けられ、部分反射ミラー8に接続された光導波路9に、光機能素子2に設けられ、2つのリング共振器10A,10Bを用いたバーニア型の波長フィルタ10が設けられており、さらに、この光導波路9に、光半導体素子1に設けられた第1SOA4が光学的に接続されている。つまり、光半導体素子1に設けられた第1SOA4の両端の光入出力部の一方は、光機能素子2に設けられた波長フィルタ10を介して、光機能素子2に設けられた部分反射ミラー8に光結合されており、他方は、光半導体素子1に設けられたミラー7に光結合されている。   Here, a vernier type wavelength filter 10 provided in the optical functional element 2 and provided in the optical functional element 2 and in the optical waveguide 9 connected to the partial reflection mirror 8 and using the two ring resonators 10A and 10B is provided. Furthermore, the first SOA 4 provided in the optical semiconductor element 1 is optically connected to the optical waveguide 9. That is, one of the light input / output units at both ends of the first SOA 4 provided in the optical semiconductor element 1 is connected to the partial reflection mirror 8 provided in the optical functional element 2 via the wavelength filter 10 provided in the optical functional element 2. The other is optically coupled to a mirror 7 provided in the optical semiconductor element 1.

具体的には、InP基板上のInP−SOAアレイ素子1を、第1SOA4及び第2SOA5がアレイ状に配置されたものとし、さらに、第2SOA5の一方の側の端面、即ち、光半導体素子1としてのInP−SOAアレイ素子の端面を出力端面11とし、第1SOA4の出力端面11の側に、ミラー7としての回折格子ミラーを備えるものとする。
また、Si基板上の光回路素子(Si導波路基板)2を、Si導波路によって構成される、光導波路9、波長フィルタ10、位相調整器13、部分反射ミラー8、出力側光導波路12、及び、Si基板の端面まで延びる凹部(テラス)14、即ち、Si基板の端面側に側壁を有しない凹部14を備えるものとし、凹部14に光導波路9及び出力側光導波路12の一方の端部が露出するようにし、光導波路9の他方の端部に波長フィルタ10、位相調整器13を介して部分反射ミラー8の一方の入出力端が接続され、出力側光導波路12の他方の端部が部分反射ミラー8の他方の入出力端に接続されるようにする。
Specifically, the InP-SOA array element 1 on the InP substrate is configured such that the first SOA 4 and the second SOA 5 are arranged in an array, and further, an end face on one side of the second SOA 5, that is, the optical semiconductor element 1. The end face of the InP-SOA array element is an output end face 11, and a diffraction grating mirror as a mirror 7 is provided on the output end face 11 side of the first SOA 4.
Further, an optical circuit element (Si waveguide substrate) 2 on a Si substrate is made up of an optical waveguide 9, a wavelength filter 10, a phase adjuster 13, a partial reflection mirror 8, an output side optical waveguide 12, which are configured by Si waveguides. Further, a concave portion (terrace) 14 extending to the end surface of the Si substrate, that is, a concave portion 14 having no side wall on the end surface side of the Si substrate is provided, and one end portion of the optical waveguide 9 and the output side optical waveguide 12 is provided in the concave portion 14. And one input / output end of the partial reflection mirror 8 is connected to the other end of the optical waveguide 9 via the wavelength filter 10 and the phase adjuster 13, and the other end of the output-side optical waveguide 12 is connected. Is connected to the other input / output end of the partial reflection mirror 8.

そして、Si基板上の光回路素子2の凹部14にInP−SOAアレイ素子1が実装されることで、InP−SOAアレイ素子1の出力端面11となる端面6の側の反対側で、光導波路9と第1SOA4とが光結合されるとともに、出力側光導波路12と第2SOA5とが光結合され、また、InP−SOAアレイ素子1の出力端面11となる端面6が外部に露出するようにしている。   Then, by mounting the InP-SOA array element 1 in the recess 14 of the optical circuit element 2 on the Si substrate, an optical waveguide is formed on the side opposite to the end face 6 side that becomes the output end face 11 of the InP-SOA array element 1. 9 and the first SOA 4 are optically coupled, the output-side optical waveguide 12 and the second SOA 5 are optically coupled, and the end surface 6 serving as the output end surface 11 of the InP-SOA array element 1 is exposed to the outside. Yes.

この場合、ミラー7と部分反射ミラー8との間に光導波路9が設けられ、この光導波路9に波長フィルタ10が設けられ、また、この光導波路9に第1SOA4が光学的に接続されることになる。また、部分反射ミラー8と出力端面11との間に出力側光導波路12が設けられ、この出力側光導波路12に第2SOA5が光学的に接続されることになる。また、第1SOA4の出力端面11の側に設けられ、第1SOA4が設けられているInP基板上に集積されたミラー7としての回折格子ミラーと、Si基板上の光回路素子2に設けられた部分反射ミラー8との間に第1SOA4及び波長フィルタ10が配置されたレーザ共振器が構成されることになる。なお、InP−SOAアレイ素子1の両端面6は、上述の実施形態の場合と同様に、いずれも無反射コーティングされているが、第1SOA4の出力端面11の側には回折格子ミラー7が設けられているため、伝搬光は端面の手前の回折格子ミラー7で反射されることになる。また、Si基板上の光回路素子2の出力側光導波路12から第2SOA5に入力された光は、第2SOA5で増幅され、再度、Si基板上の光回路素子2に光結合することなく、そのまま、第2SOA5の反対側から外部へ出力されることになる。   In this case, an optical waveguide 9 is provided between the mirror 7 and the partial reflection mirror 8, a wavelength filter 10 is provided on the optical waveguide 9, and the first SOA 4 is optically connected to the optical waveguide 9. become. Further, an output-side optical waveguide 12 is provided between the partial reflection mirror 8 and the output end face 11, and the second SOA 5 is optically connected to the output-side optical waveguide 12. Further, a diffraction grating mirror as a mirror 7 provided on the output end face 11 side of the first SOA 4 and integrated on the InP substrate on which the first SOA 4 is provided, and a portion provided on the optical circuit element 2 on the Si substrate. A laser resonator in which the first SOA 4 and the wavelength filter 10 are disposed between the reflection mirror 8 and the reflection mirror 8 is configured. Note that both end faces 6 of the InP-SOA array element 1 are coated with antireflection as in the case of the above-described embodiment, but a diffraction grating mirror 7 is provided on the output end face 11 side of the first SOA 4. Therefore, the propagating light is reflected by the diffraction grating mirror 7 in front of the end face. In addition, the light input to the second SOA 5 from the output-side optical waveguide 12 of the optical circuit element 2 on the Si substrate is amplified by the second SOA 5 and again without being optically coupled to the optical circuit element 2 on the Si substrate. , And output from the opposite side of the second SOA 5 to the outside.

このような構成をとることで、InP−SOAアレイ素子1はSi基板上光回路素子2と片側の端面においてのみの光結合になる。このため、フリップチップ実装による光結合が容易になる。加えて、波長可変レーザ全体における2つの素子1,2に跨る導波路間の光結合の個数は、上述の実施形態の4か所に比べて、2か所に低減される。これにより、光結合損失を低減することができ、一定の光出力を得るために必要な消費電力が低減される。   By adopting such a configuration, the InP-SOA array element 1 is optically coupled to the optical circuit element 2 on the Si substrate only on one end face. This facilitates optical coupling by flip chip mounting. In addition, the number of optical couplings between the waveguides straddling the two elements 1 and 2 in the entire tunable laser is reduced to two places as compared with the four places in the above-described embodiment. Thereby, the optical coupling loss can be reduced, and the power consumption required to obtain a constant light output is reduced.

ここで、図8は、InP−SOAアレイ素子に集積される回折格子ミラーであるDBR(Distributed Bragg Reflector)の構造を示している。
ここでは、図8(A)に示すように、InP−SOAアレイ素子1の回折格子ミラー7が設けられている部分であるDBR部7Xは、例えば20個のブロックに分かれており、各ブロックの回折格子109のブラッグ波長が、第1SOA4が設けられている部分であるSOA部4Xに近い側から順に、例えば約1525nmから約1565nmに約2nmステップで変化していくように、回折格子109の周期を変化させている。これにより、光通信で使用波長帯としてよく用いられるC−band帯(約1525〜約1565nm)で平坦な反射率を持つDBR(DBRミラー7)を形成することができる。ここで、DBR部7Xの各ブロックの長さは例えば約50μmとし、全長は約1000μmとすれば良い。また、DBR部7Xの反射率は、回折格子109の結合係数を適宜調整し、100%に近い反射率に設定すれば良い。なお、100%に近い反射率で平坦な反射スペクトルを得ることは、DBRの周期を変化させつつ、DBRの長さを十分に大きくすることで、比較的容易に実現される。
Here, FIG. 8 shows the structure of a DBR (Distributed Bragg Reflector) which is a diffraction grating mirror integrated in an InP-SOA array element.
Here, as shown in FIG. 8A, the DBR portion 7X, which is a portion where the diffraction grating mirror 7 of the InP-SOA array element 1 is provided, is divided into, for example, 20 blocks. The period of the diffraction grating 109 is changed so that the Bragg wavelength of the diffraction grating 109 sequentially changes, for example, from about 1525 nm to about 1565 nm in steps of about 2 nm from the side closer to the SOA part 4X where the first SOA 4 is provided. Is changing. Thereby, it is possible to form a DBR (DBR mirror 7) having a flat reflectance in a C-band band (about 1525 to about 1565 nm) often used as a used wavelength band in optical communication. Here, the length of each block of the DBR portion 7X may be about 50 μm, for example, and the total length may be about 1000 μm. Further, the reflectance of the DBR portion 7X may be set to a reflectance close to 100% by appropriately adjusting the coupling coefficient of the diffraction grating 109. It should be noted that obtaining a flat reflection spectrum with a reflectance close to 100% can be realized relatively easily by sufficiently increasing the length of the DBR while changing the DBR period.

ここでは、図8(B)に示すように、DBR部7Xは、n−InP基板101上に、例えば約1.3μm組成のInGaAsPコア層(導波路コア層)110、p−InPクラッド層103が積層された構造になっており、コア層110の近傍(ここでは下側)に回折格子109が形成されている。そして、このDBR部7Xも、SOA部4Xと同様に、導波路となる部分以外はコア層110、クラッド層103、基板101の一部等がエッチングによって除去されており、その脇は半絶縁性(SI)InP層105で埋め込まれている。また、表面はSiOパッシベーション膜108で覆われている。なお、DBR部7Xでは、コア層110に電流を流す必要はないため、コア層110の上方に、SOA部4Xに設けられているp−InGaAsP/InGaAsコンタクト層104やp側電極106(図2参照)は設けられていない。 Here, as shown in FIG. 8B, the DBR portion 7X is formed on the n-InP substrate 101, for example, an InGaAsP core layer (waveguide core layer) 110 having a composition of about 1.3 μm, and a p-InP cladding layer 103. Are stacked, and a diffraction grating 109 is formed in the vicinity (here, the lower side) of the core layer 110. In the DBR portion 7X, as in the SOA portion 4X, the core layer 110, the clad layer 103, a part of the substrate 101, etc. are removed by etching except the portion that becomes the waveguide, and the side thereof is semi-insulating. (SI) The InP layer 105 is embedded. The surface is covered with a SiO 2 passivation film 108. In the DBR portion 7X, since it is not necessary to pass a current through the core layer 110, the p-InGaAsP / InGaAs contact layer 104 and the p-side electrode 106 (FIG. 2) provided above the core layer 110 are provided in the SOA portion 4X. Reference) is not provided.

また、上述の実施形態、第1変形例〜第4変形例は、それぞれ別個に説明しているが、これらを任意に組み合わせることも可能である。例えば、第1変形例のものを、第2変形例、第3変形例のものに適用することも可能である。また、例えば、第3変形例のものを、実施形態、第1変形例のものに適用することも可能である。
また、上述の実施形態及び各変形例では、光半導体素子としてのInP−SOAアレイ素子に備えられるSOAを2つとしているが、これに限られるものではなく、3つ以上のSOAを備えるものとしても良い。
Moreover, although the above-mentioned embodiment and the 1st modification-a 4th modification are each demonstrated separately, it is also possible to combine these arbitrarily. For example, the first modified example can be applied to the second modified example and the third modified example. Further, for example, the third modification can be applied to the embodiment and the first modification.
Further, in the above-described embodiment and each modified example, two SOAs are provided in an InP-SOA array element as an optical semiconductor element, but the present invention is not limited to this, and it is assumed that three or more SOAs are provided. Also good.

例えば、上述の実施形態及び各変形例のものにおいて、光半導体素子1としてのInP−SOAアレイ素子にSOAを一つ追加し、光機能素子2としてのSi基板上光回路素子にこの追加したSOAに光結合されるSi導波路を設けることで、さらに、第2SOAによって増幅されたレーザ光を、さらに、追加したSOAによって増幅するようにしても良い。   For example, in the above-described embodiment and each modified example, one SOA is added to the InP-SOA array element as the optical semiconductor element 1, and this added SOA is added to the optical circuit element on the Si substrate as the optical functional element 2. By providing a Si waveguide that is optically coupled to the laser beam, the laser beam amplified by the second SOA may be further amplified by the added SOA.

また、例えば図9に示すように、上述の第3変形例(図6参照)の光機能素子2を、シリコン変調器15に並列に他のシリコン変調器16が接続されたものとし、これらの2つのシリコン変調器(マッハツェンダ変調器)15、16によって、例えばQPSK変調、QAM変調などのフォーマットの光信号を生成しうるIQ変調器(直交変調器;光変調器)17が構成されるようにし、さらに、このIQ変調器17に並列に他のIQ変調器18が分岐導波路19を介して接続されたものとし、2つのIQ変調器17、18が2つ並べられた構成にしても良い。なお、図9中、符号20は電極を示している。これを第5変形例という。   For example, as shown in FIG. 9, the optical functional element 2 of the third modified example (see FIG. 6) is assumed to be connected to the silicon modulator 15 in parallel with another silicon modulator 16. The two silicon modulators (Mach-Zehnder modulators) 15 and 16 constitute an IQ modulator (orthogonal modulator; optical modulator) 17 that can generate an optical signal in a format such as QPSK modulation or QAM modulation. In addition, another IQ modulator 18 may be connected to the IQ modulator 17 in parallel via the branch waveguide 19, and two IQ modulators 17 and 18 may be arranged in parallel. . In FIG. 9, reference numeral 20 denotes an electrode. This is referred to as a fifth modification.

一方、光半導体素子1は、第1SOA4(レーザ用SOA)及び第2SOA5(増幅用SOA)に加え、第3SOA21(増幅用SOA)を備えるものとすれば良い。つまり、光半導体素子1は、1つのレーザ用SOA4と2つの増幅用SOA5、21との合計3つのSOAがアレイ状に並べられた構成にすれば良い。
そして、光機能素子2に光半導体素子1が実装された状態で、一方のIQ変調器17が第2SOA5に光学的に接続され、他方のIQ変調器18が第3SOA21に光学的に接続されるようにすれば良い。
On the other hand, the optical semiconductor element 1 may include a third SOA 21 (amplification SOA) in addition to the first SOA 4 (laser SOA) and the second SOA 5 (amplification SOA). That is, the optical semiconductor element 1 may be configured such that a total of three SOAs, one laser SOA 4 and two amplification SOAs 5 and 21, are arranged in an array.
Then, with the optical semiconductor element 1 mounted on the optical functional element 2, one IQ modulator 17 is optically connected to the second SOA 5, and the other IQ modulator 18 is optically connected to the third SOA 21. You can do that.

また、光機能素子2には、第2SOA5が光学的に接続される出力側光導波路12の出力端面11の側の部分に偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子22を設け、これに、第3SOA21が光学的に接続される光導波路(シリコン導波路)23を接続し、この光導波路23に偏波ローテータ素子24を設ければ良い。
このように構成することで、2つのIQ変調器17、18によってそれぞれ独立に生成された光信号が、2つのSOA、即ち、第2SOA5及び第3SOA21によってそれぞれ増幅される。増幅された2つの光信号のうちの一方は、偏波ローテータ素子24によって偏波面が回転され、偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子22によって他方の光信号と偏波多重される。このようにして、例えばデジタルコヒーレント通信で用いられる偏波多重されたQPSK信号などを生成することができる。
Further, the optical functional element 2 is provided with a polarization beam splitter (combiner) element 22 at a portion on the output end face 11 side of the output-side optical waveguide 12 to which the second SOA 5 is optically connected. An optical waveguide (silicon waveguide) 23 that is optically connected may be connected, and a polarization rotator element 24 may be provided in the optical waveguide 23.
With this configuration, the optical signals independently generated by the two IQ modulators 17 and 18 are amplified by the two SOAs, that is, the second SOA 5 and the third SOA 21, respectively. One of the two amplified optical signals has its polarization plane rotated by the polarization rotator element 24 and is polarization multiplexed with the other optical signal by the polarization beam splitter (combiner) element 22. In this way, for example, a polarization-multiplexed QPSK signal used in digital coherent communication can be generated.

また、上述の実施形態及び各変形例のものを複数並列に備えるものとしても良い。この場合、上述の実施形態及び各変形例のものにおいて、光機能素子を構成するSi基板上光回路素子に備えられる光回路を複数並列に同一Si基板上に設けるとともに、光半導体素子としてのInP−SOAアレイ素子に備えられる第1SOA及び第2SOAをこれらを一組として複数並列に同一InP基板上に設ければ良い。   Further, a plurality of the above-described embodiments and modifications may be provided in parallel. In this case, in the above-described embodiments and modifications, a plurality of optical circuits included in the optical circuit element on the Si substrate constituting the optical functional element are provided in parallel on the same Si substrate, and InP as an optical semiconductor element is provided. A plurality of first SOAs and second SOAs included in the SOA array element may be provided in parallel on the same InP substrate.

また、上述の実施形態及び各変形例のものを、光送信機として機能する部分と光受信機として機能する部分を集積した光集積素子に備えられるものとしても良い。つまり、上述の実施形態及び各変形例の光集積素子を用いて送受信光集積素子を構成しても良い。このような光集積素子を備える光通信装置は光送受信機である。
例えば図10に示すように、送受信光集積素子(集積送受信光デバイス)は、上述の実施形態の光集積素子(波長可変レーザ素子;レーザ素子;図10中、符号Yで示す部分)に備えられる出力側光導波路12に、分岐導波路25を介して、その一方に2つのIQ変調器26、27を接続し、他方に2つのコヒーレント受光器28、29を接続し、さらに、2つのIQ変調器26、27を偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子30で接続し、2つのIQ変調器26、27の一方と偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子30との間に偏波ローテータ素子31を設け、また、2つのコヒーレント受光器28、29を偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子32で接続し、2つのコヒーレント受光器28、29の一方と偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子32との間に偏波ローテータ素子33を設ければ良い。つまり、上述の実施形態の光集積素子3を構成する光機能素子2に、さらに、2つのIQ変調器26、27、2つのコヒーレント受光器28、29、2つの偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子30、32、2つの偏波ローテータ素子31、33を集積しても良い。これを第6変形例という。
Further, the above-described embodiment and each modified example may be provided in an optical integrated device in which a portion that functions as an optical transmitter and a portion that functions as an optical receiver are integrated. That is, a transmission / reception optical integrated device may be configured using the optical integrated device of the above-described embodiment and each modification. An optical communication apparatus provided with such an optical integrated element is an optical transceiver.
For example, as shown in FIG. 10, a transmission / reception optical integrated element (integrated transmission / reception optical device) is provided in the optical integrated element (wavelength variable laser element; laser element; a portion indicated by symbol Y in FIG. 10) of the above-described embodiment. Two IQ modulators 26 and 27 are connected to one of the output side optical waveguides 12 via a branching waveguide 25, two coherent light receivers 28 and 29 are connected to the other, and two IQ modulations are further performed. Devices 26 and 27 are connected by a polarization beam splitter (combiner) element 30, and a polarization rotator element 31 is provided between one of the two IQ modulators 26 and 27 and the polarization beam splitter (combiner) element 30. Two coherent light receivers 28 and 29 are connected by a polarization beam splitter (combiner) element 32, and one of the two coherent light receivers 28 and 29 is connected to a polarization beam splitter. Data may be provided a polarization rotator element 33 between (combiner) element 32. That is, in addition to the optical functional element 2 constituting the optical integrated element 3 of the above-described embodiment, two IQ modulators 26 and 27, two coherent light receivers 28 and 29, and two polarization beam splitter (combiner) elements are provided. 30, 32, and two polarization rotator elements 31, 33 may be integrated. This is called a sixth modification.

なお、偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子30、32を偏波多重(分離)素子ともいう。また、このような集積送受信光デバイス3をデジタルコヒーレント通信用の集積送受信光デバイスともいう。また、2つのIQ変調器26、27、偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子30、偏波ローテータ素子31をまとめて送信用光デバイス又は送信用光素子ともいう。また、2つのコヒーレント受光器28、29、偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子32、偏波ローテータ素子33をまとめて受信用光デバイス又は受信用光素子ともいう。このため、光集積素子3を構成する光機能素子2は、送信用光素子と、受信用光素子とを備えるものとしても良い。   The polarization beam splitter (combiner) elements 30 and 32 are also referred to as polarization multiplexing (separation) elements. Such an integrated transmission / reception optical device 3 is also referred to as an integrated transmission / reception optical device for digital coherent communication. The two IQ modulators 26 and 27, the polarization beam splitter (combiner) element 30, and the polarization rotator element 31 are collectively referred to as a transmission optical device or a transmission optical element. The two coherent light receivers 28 and 29, the polarization beam splitter (combiner) element 32, and the polarization rotator element 33 are collectively referred to as a reception optical device or a reception optical element. For this reason, the optical functional element 2 constituting the optical integrated element 3 may include a transmission optical element and a reception optical element.

ここでは、2つのIQ変調器26、27は、それぞれ、2つのシリコン変調器(マッハツェンダ変調器)34、35を並列に接続することによって構成されている。そして、これらのIQ変調器26、27は分岐導波路36を介して並列に接続されている。なお、図10中、符号37は電極を示している。
また、2つのコヒーレント受光器28、29は、それぞれ、90°ハイブリッド素子38とこれに接続されたゲルマニウム受光器39とを備えるものとして構成されている。そして、これらのコヒーレント受光器28、29は分岐導波路40を介して並列に接続されている。なお、図10中、符号Xの部分は交差導波路になっている。
Here, the two IQ modulators 26 and 27 are configured by connecting two silicon modulators (Mach-Zehnder modulators) 34 and 35 in parallel, respectively. These IQ modulators 26 and 27 are connected in parallel via a branching waveguide 36. In FIG. 10, reference numeral 37 indicates an electrode.
The two coherent light receivers 28 and 29 are each configured to include a 90 ° hybrid element 38 and a germanium light receiver 39 connected thereto. These coherent light receivers 28 and 29 are connected in parallel via the branch waveguide 40. In FIG. 10, the portion indicated by the symbol X is a crossed waveguide.

このように構成することで、上述の実施形態の波長可変レーザ素子(レーザ素子;図10中、符号Yで示す部分)からの出力光は、2分岐され、その一方は2つのIQ変調器26、27からなる送信機として機能する部分に、もう一方は2つのコヒーレント受光器28、29からなる受信機として機能する部分に入力される。
送信機として機能する部分では、波長可変レーザ素子(レーザ素子;図10中、符号Yで示す部分)からの出力光をさらに2分岐した後、2つのIQ変調器26、27によって独立したQPSK信号に変換する。これらの2つのQPSK信号のうちの一方は偏波ローテータ素子31によって偏波面が回転され、偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子30によって他方と偏波多重された後、出力端面11から集積送受信光デバイス3の外部へ送信信号(光信号)として出力される。
With this configuration, the output light from the wavelength tunable laser element (laser element; the portion indicated by symbol Y in FIG. 10) of the above-described embodiment is branched into two, one of which is the two IQ modulators 26. 27 is input to a portion functioning as a transmitter, and the other is input to a portion functioning as a receiver including two coherent light receivers 28 and 29.
In the portion functioning as the transmitter, the output light from the wavelength tunable laser element (laser element; the portion indicated by symbol Y in FIG. 10) is further branched into two, and then the two IQ modulators 26 and 27 provide independent QPSK signals. Convert to One of these two QPSK signals has its plane of polarization rotated by a polarization rotator element 31 and is polarization multiplexed with the other by a polarization beam splitter (combiner) element 30, and then the integrated transmission / reception optical device from the output end face 11. 3 is output as a transmission signal (optical signal) to the outside.

一方、受信機として機能する部分では、波長可変レーザ素子(レーザ素子;図10中、符号Yで示す部分)からの出力光がさらに2分岐された後、2つのコヒーレント受光器28、29のそれぞれに備えられる90°ハイブリッド素子38に入力される。また、2つのコヒーレント受光器28、29の一方に備えられる90°ハイブリッド素子38には、集積送受信光デバイス3の外部から入力端面41に入力された光信号(受信信号)が偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子32によって偏波分離されて入力され、他方に備えられる90°ハイブリッド素子38には、受信信号が偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子32によって偏波分離され、偏波ローテータ素子33によって偏波面が回転されて入力される。そして、2つのコヒーレント受光器28、29のそれぞれに備えられる90°ハイブリッド素子38において、波長可変レーザ素子(レーザ素子;図10中、符号Yで示す部分)からの出力光と受信信号とが混合され、ゲルマニウム受光器39によって電気信号に変換されて出力される。   On the other hand, in the part functioning as a receiver, after the output light from the wavelength tunable laser element (laser element; the part indicated by symbol Y in FIG. 10) is further branched into two, each of the two coherent light receivers 28 and 29 is provided. Is input to a 90 ° hybrid element 38. The 90 ° hybrid element 38 provided in one of the two coherent light receivers 28 and 29 receives an optical signal (received signal) input from the outside of the integrated transmission / reception optical device 3 to the input end face 41 through a polarization beam splitter ( A 90 ° hybrid element 38 that is polarized and separated by a combiner (element) 32 and is provided on the other side is polarized by a polarization beam splitter (combiner) element 32 and polarized by a polarization rotator element 33. The wavefront is rotated and input. Then, in the 90 ° hybrid element 38 provided in each of the two coherent light receivers 28 and 29, the output light from the wavelength tunable laser element (laser element; the portion indicated by Y in FIG. 10) and the received signal are mixed. Then, it is converted into an electrical signal by the germanium light receiver 39 and output.

また、上述の実施形態では、光機能素子2に凹部14を設け、この凹部14に光半導体素子2を集積するようにしているが、これに限られるものではなく、例えばシリコン基板などのキャリア上に、光機能素子と光半導体素子とを集積するようにしても良い。この場合、例えば、光機能素子に、凹部に代えて、表面側から裏面側へ貫通する開口部を設け、この開口部に光半導体素子を集積するようにすれば良い。   Further, in the above-described embodiment, the concave portion 14 is provided in the optical functional element 2, and the optical semiconductor element 2 is integrated in the concave portion 14. However, the present invention is not limited to this. For example, on the carrier such as a silicon substrate. In addition, the optical functional element and the optical semiconductor element may be integrated. In this case, for example, an opening that penetrates from the front surface side to the back surface side may be provided in the optical functional element instead of the recess, and the optical semiconductor element may be integrated in this opening.

なお、本発明は、上述した実施形態及び各変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の実施形態及び各変形例に関し、更に、付記を開示する。
(付記1)
第1半導体光増幅器及び第2半導体光増幅器を備え、光が入出力される両端面が無反射コーティングされている光半導体素子と、
導波路型のミラーと、
導波路型の部分反射ミラーと、前記部分反射ミラーと前記ミラーとの間に設けられた光導波路と、前記光導波路に設けられ、リング共振器を含む導波路型の波長フィルタと、前記部分反射ミラーと出力端面との間に設けられた出力側光導波路とを備える光機能素子とを備え、
前記第1半導体光増幅器が、前記光導波路に光学的に接続され、かつ、前記第2半導体光増幅器が、前記出力側光導波路に光学的に接続されるように、前記光半導体素子と前記光機能素子が集積されていることを特徴とする光集積素子。
The present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
Hereinafter, additional notes will be disclosed with respect to the above-described embodiment and each modification.
(Appendix 1)
An optical semiconductor element comprising a first semiconductor optical amplifier and a second semiconductor optical amplifier, wherein both end faces where light is input and output are coated with antireflection;
A waveguide-type mirror;
A waveguide-type partial reflection mirror, an optical waveguide provided between the partial reflection mirror and the mirror, a waveguide-type wavelength filter provided in the optical waveguide and including a ring resonator, and the partial reflection An optical functional element comprising an output side optical waveguide provided between the mirror and the output end face;
The optical semiconductor element and the light are connected so that the first semiconductor optical amplifier is optically connected to the optical waveguide, and the second semiconductor optical amplifier is optically connected to the output-side optical waveguide. An optical integrated device, wherein functional devices are integrated.

(付記2)
前記ミラーは、前記光機能素子に備えられていることを特徴とする、付記1に記載の光集積素子。
(付記3)
前記波長フィルタは、2つのリング共振器を用いたバーニア型の波長フィルタであり、
前記ミラーは、ループミラー又は回折格子ミラーであることを特徴とする、付記1又は2に記載の光集積素子。
(Appendix 2)
The optical integrated device according to appendix 1, wherein the mirror is provided in the optical functional device.
(Appendix 3)
The wavelength filter is a vernier type wavelength filter using two ring resonators,
The optical integrated device according to appendix 1 or 2, wherein the mirror is a loop mirror or a diffraction grating mirror.

(付記4)
前記波長フィルタは、1つのリング共振器と、回折格子ミラーとからなり、
前記ミラーは、前記回折格子ミラーであることを特徴とする、付記1又は2に記載の光集積素子。
(付記5)
前記光機能素子は、前記出力側光導波路に設けられ、前記部分反射ミラーと前記第2半導体光増幅器との間に位置する光変調器を備えることを特徴とする、付記1〜4のいずれか1項に記載の光集積素子。
(Appendix 4)
The wavelength filter is composed of one ring resonator and a diffraction grating mirror,
The optical integrated device according to appendix 1 or 2, wherein the mirror is the diffraction grating mirror.
(Appendix 5)
Any one of Supplementary notes 1 to 4, wherein the optical functional element includes an optical modulator provided in the output-side optical waveguide and positioned between the partial reflection mirror and the second semiconductor optical amplifier. The optical integrated device according to item 1.

(付記6)
前記ミラーは、前記光半導体素子に備えられていることを特徴とする、付記1に記載の光集積素子。
(付記7)
前記ミラーは、前記光半導体素子に設けられた回折格子ミラーであり、
前記波長フィルタは、前記第1半導体光増幅器と前記部分反射ミラーとの間に位置することを特徴とする、付記6に記載の光集積素子。
(Appendix 6)
The optical integrated device according to appendix 1, wherein the mirror is provided in the optical semiconductor device.
(Appendix 7)
The mirror is a diffraction grating mirror provided in the optical semiconductor element;
The optical integrated device according to appendix 6, wherein the wavelength filter is located between the first semiconductor optical amplifier and the partial reflection mirror.

(付記8)
前記波長フィルタは、2つのリング共振器を用いたバーニア型の波長フィルタであることを特徴とする、付記7に記載の光集積素子。
(付記9)
前記光半導体素子の端面が、前記出力端面になっていることを特徴とする、付記1〜8のいずれか1項に記載の光集積素子。
(Appendix 8)
8. The optical integrated device according to appendix 7, wherein the wavelength filter is a vernier type wavelength filter using two ring resonators.
(Appendix 9)
9. The optical integrated device according to any one of appendices 1 to 8, wherein an end face of the optical semiconductor element is the output end face.

(付記10)
前記光機能素子は、前記光導波路に設けられた位相調整器を備えることを特徴とする、付記1〜9のいずれか1項に記載の光集積素子。
(付記11)
前記光半導体素子は、InP基板上又はGaAs基板上に形成されており、
前記光機能素子は、Si基板上に形成されていることを特徴とする、付記1〜10のいずれか1項に記載の光集積素子。
(Appendix 10)
The optical integrated device according to any one of appendices 1 to 9, wherein the optical functional device includes a phase adjuster provided in the optical waveguide.
(Appendix 11)
The optical semiconductor element is formed on an InP substrate or a GaAs substrate,
11. The optical integrated device according to any one of appendices 1 to 10, wherein the optical functional device is formed on a Si substrate.

(付記12)
前記光機能素子は、送信用光素子と、受信用光素子とを備えることを特徴とする、付記1〜11のいずれか1項に記載の光集積素子。
(付記13)
付記1〜12のいずれか1項に記載の光集積素子を備えることを特徴とする光通信装置。
(Appendix 12)
The optical integrated device according to any one of appendices 1 to 11, wherein the optical functional device includes a transmitting optical device and a receiving optical device.
(Appendix 13)
An optical communication device comprising the optical integrated device according to any one of appendices 1 to 12.

1 光半導体素子
2 光機能素子
3 光集積素子
4 第1SOA
4X SOA部
5 第2SOA
6 光半導体素子の端面
7 ミラー
7X DBR部
8 部分反射ミラー
9 光導波路(レーザ側光導波路)
10 波長フィルタ
10A,10B,10C リング共振器
10D 回折格子ミラー
10X ヒータ
11,11X 出力端面
12 出力側光導波路
13 位相調整器
13X ヒータ
14 凹部(テラス)
15 光変調器(シリコン変調器;マッハツェンダ変調器)
15X 電極
16 光変調器(シリコン変調器;マッハツェンダ変調器)
17、18 IQ変調器
19 分岐導波路
20 電極
21 第3SOA
22 偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子
23 光導波路
24 偏波ローテータ素子
25 分岐導波路
26、27 IQ変調器
28、29 コヒーレント受光器
30 偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子
31 偏波ローテータ素子
32 偏波ビームスプリッタ(コンバイナ)素子
33 偏波ローテータ素子
34、35 シリコン変調器(マッハツェンダ変調器)
36 分岐導波路
37 電極
38 90°ハイブリッド素子
39 ゲルマニウム受光器
40 分岐導波路
41 入力端面
101 n型InP基板
102 コア層(導波路コア層)
103 クラッド層
104 コンタクト層
105 半絶縁性InP層
106 p側電極
107 n側電極
108 パシベーション膜
109 回折格子
110 コア層(導波路コア層)
200 Si基板
201、203 SiOクラッド層
202 Si導波路コア
204 Si導波路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical semiconductor element 2 Optical functional element 3 Optical integrated element 4 1st SOA
4X SOA part 5 Second SOA
6 End face of optical semiconductor element 7 Mirror 7X DBR part 8 Partial reflection mirror 9 Optical waveguide (laser side optical waveguide)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wavelength filter 10A, 10B, 10C Ring resonator 10D Diffraction grating mirror 10X Heater 11, 11X Output end surface 12 Output side optical waveguide 13 Phase adjuster 13X Heater 14 Recessed part (terrace)
15 Optical modulator (silicon modulator; Mach-Zehnder modulator)
15X electrode 16 optical modulator (silicon modulator; Mach-Zehnder modulator)
17, 18 IQ modulator 19 Branching waveguide 20 Electrode 21 Third SOA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 Polarization beam splitter (combiner) element 23 Optical waveguide 24 Polarization rotator element 25 Branch waveguide 26, 27 IQ modulator 28, 29 Coherent light receiver 30 Polarization beam splitter (combiner) element 31 Polarization rotator element 32 Polarization Beam splitter (combiner) element 33 Polarization rotator element 34, 35 Silicon modulator (Mach-Zehnder modulator)
36 branching waveguide 37 electrode 38 90 ° hybrid element 39 germanium light receiver 40 branching waveguide 41 input end face 101 n-type InP substrate 102 core layer (waveguide core layer)
103 Cladding layer 104 Contact layer 105 Semi-insulating InP layer 106 P-side electrode 107 N-side electrode 108 Passivation film 109 Diffraction grating 110 Core layer (waveguide core layer)
200 Si substrate 201, 203 SiO 2 cladding layer 202 Si waveguide core 204 Si waveguide

Claims (10)

第1半導体光増幅器及び第2半導体光増幅器を備え、光が入出力される両端面が無反射コーティングされている光半導体素子と、
導波路型のミラーと、
導波路型の部分反射ミラーと、前記部分反射ミラーと前記ミラーとの間に設けられた光導波路と、前記光導波路に設けられ、リング共振器を含む導波路型の波長フィルタと、前記部分反射ミラーと出力端面との間に設けられた出力側光導波路とを備える光機能素子とを備え、
前記第1半導体光増幅器が、前記光導波路に光学的に接続され、かつ、前記第2半導体光増幅器が、前記出力側光導波路に光学的に接続されるように、前記光半導体素子と前記光機能素子が集積されていることを特徴とする光集積素子。
An optical semiconductor element comprising a first semiconductor optical amplifier and a second semiconductor optical amplifier, wherein both end faces where light is input and output are coated with antireflection;
A waveguide-type mirror;
A waveguide-type partial reflection mirror, an optical waveguide provided between the partial reflection mirror and the mirror, a waveguide-type wavelength filter provided in the optical waveguide and including a ring resonator, and the partial reflection An optical functional element comprising an output side optical waveguide provided between the mirror and the output end face;
The optical semiconductor element and the light are connected so that the first semiconductor optical amplifier is optically connected to the optical waveguide, and the second semiconductor optical amplifier is optically connected to the output-side optical waveguide. An optical integrated device, wherein functional devices are integrated.
前記ミラーは、前記光機能素子に備えられていることを特徴とする、請求項1に記載の光集積素子。   The optical integrated device according to claim 1, wherein the mirror is provided in the optical functional device. 前記波長フィルタは、2つのリング共振器を用いたバーニア型の波長フィルタであり、
前記ミラーは、ループミラー又は回折格子ミラーであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光集積素子。
The wavelength filter is a vernier type wavelength filter using two ring resonators,
The optical integrated device according to claim 1, wherein the mirror is a loop mirror or a diffraction grating mirror.
前記波長フィルタは、1つのリング共振器と、回折格子ミラーとからなり、
前記ミラーは、前記回折格子ミラーであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の光集積素子。
The wavelength filter is composed of one ring resonator and a diffraction grating mirror,
The optical integrated device according to claim 1, wherein the mirror is the diffraction grating mirror.
前記光機能素子は、前記出力側光導波路に設けられ、前記部分反射ミラーと前記第2半導体光増幅器との間に位置する光変調器を備えることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光集積素子。   5. The optical functional element according to claim 1, further comprising: an optical modulator provided in the output-side optical waveguide and positioned between the partial reflection mirror and the second semiconductor optical amplifier. The optical integrated device according to claim 1. 前記ミラーは、前記光半導体素子に備えられていることを特徴とする、請求項1に記載の光集積素子。   The optical integrated device according to claim 1, wherein the mirror is provided in the optical semiconductor device. 前記ミラーは、前記光半導体素子に設けられた回折格子ミラーであり、
前記波長フィルタは、前記第1半導体光増幅器と前記部分反射ミラーとの間に位置することを特徴とする、請求項6に記載の光集積素子。
The mirror is a diffraction grating mirror provided in the optical semiconductor element;
The optical integrated device according to claim 6, wherein the wavelength filter is located between the first semiconductor optical amplifier and the partial reflection mirror.
前記光半導体素子の端面が、前記出力端面になっていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の光集積素子。   The optical integrated element according to claim 1, wherein an end face of the optical semiconductor element is the output end face. 前記光機能素子は、送信用光素子と、受信用光素子とを備えることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の光集積素子。   The optical integrated device according to claim 1, wherein the optical functional device includes a transmitting optical device and a receiving optical device. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の光集積素子を備えることを特徴とする光通信装置。   An optical communication apparatus comprising the optical integrated device according to claim 1.
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