JP2017183474A - 光送信器 - Google Patents

光送信器 Download PDF

Info

Publication number
JP2017183474A
JP2017183474A JP2016067789A JP2016067789A JP2017183474A JP 2017183474 A JP2017183474 A JP 2017183474A JP 2016067789 A JP2016067789 A JP 2016067789A JP 2016067789 A JP2016067789 A JP 2016067789A JP 2017183474 A JP2017183474 A JP 2017183474A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
semiconductor laser
reflectance
optical transmitter
face
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016067789A
Other languages
English (en)
Inventor
健二 水谷
Kenji Mizutani
健二 水谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Photonics Electronics Technology Research Association
Original Assignee
Photonics Electronics Technology Research Association
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Photonics Electronics Technology Research Association filed Critical Photonics Electronics Technology Research Association
Priority to JP2016067789A priority Critical patent/JP2017183474A/ja
Priority to US16/087,961 priority patent/US20200235547A1/en
Priority to PCT/JP2017/012878 priority patent/WO2017170682A1/ja
Publication of JP2017183474A publication Critical patent/JP2017183474A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4207Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4215Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical elements being wavelength selective optical elements, e.g. variable wavelength optical modules or wavelength lockers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/03Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/005Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0085Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for modulating the output, i.e. the laser beam is modulated outside the laser cavity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0206Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
    • H01S5/021Silicon based substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H01S5/0287Facet reflectivity
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50Transmitters
    • H04B10/501Structural aspects
    • H04B10/503Laser transmitters
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/61Coherent receivers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133Functions
    • G02B2006/12142Modulator
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12004Combinations of two or more optical elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/30Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/34Optical coupling means utilising prism or grating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

【課題】半導体レーザの前方端面が近端反射に対して有効な反射率に設定された光送信器を提供する。【解決手段】半導体レーザと、前記半導体レーザからの出力光が入力される少なくとも1つの光機能素子と、を備える光送信器であって、前記光送信器から出力される光信号を受信する光受信器における信号対雑音比は、前記少なくとも1つの光機能素子からの反射戻り光が前記半導体レーザに再入射されることに起因して生じる第1寄与成分と、前記光受信器へ入力される光信号の強度に依存せずに生じる第2寄与成分とを含み、前記半導体レーザの前方端面の反射率は、前記第1寄与成分と前記第2寄与成分による前記信号対雑音比を前記反射率の変化に対して最大化する反射率を含む所定範囲の値に設定されている、ことを特徴とする。【選択図】図3

Description

本発明は、光送信器に関する。
従来、変調器や導波路がシリコン基板上に形成されたシリコンフォトニクス回路と半導体レーザとをハイブリッド集積した光送信器が知られている(例えば、非特許文献1−3を参照)。このような光送信器では、半導体レーザからの光が導波路を介して変調器へ入力され、変調器によって変調された光信号が光送信器から外部へ出力される。
一般に半導体レーザ等のレーザ光源は、出射光の一部が光路中で反射し、戻り光としてレーザ媒質内に帰還すると、レーザ発振が不安定化する問題がある。この問題への対策として、従来、半導体レーザの前方端面(出射側端面)の反射率を適切な値に設定することが行われている(例えば、特許文献1−3参照)。
特開2006−128475号公報 特開平10−022565号公報 特開平09−064460号公報
Yutaka Urino他、"First Demonstration of Athermal Silicon Optical Interposers With Quantum Dot Lasers Operating up to 125°C"、Journal of Lightwave Technology、vol. 33、no. 6、pp. 1223-1229、2015年3月 Kenji Mizutani他、"Isolator Free Optical I/O Core Transmitter by using Quantum Dot Laser"、Proceeding of the Group IV Photonics 2015、pp. 177-178、2015年 Kenji Mizutani他、"Optical I/O Core Transmitter with High Tolerance to Optical Feedback using Quantum Dot Laser"、Proceeding of the European Conference on Optical Communication 2015、P.4.7、2015年 L. A. Coldren他、"Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits"、5.7、Wiley Series in Microwave and Optical Engineering、p. 251、式(5-180)
特許文献1−3では、半導体レーザ単体としての性能向上を目指して、前方端面の反射率の最適化を図っている。しかしながら、シリコンフォトニクス回路を半導体レーザとハイブリッド集積した光送信器においては、反射戻り光がレーザ発振に及ぼす影響がより厳しい。その理由は2つあり、1つ目の理由は、半導体レーザの近傍に反射戻り光をカットするための光アイソレータを設けることができないためである。もう1つの理由は、ハイブリッド集積型光送信器では、レーザ出射光の主要な反射点が同一集積基板内、即ち半導体レーザから極めて近い場所にあり(いわゆる近端反射)、そのため反射戻り光のコヒーレンスが高く、且つ、偏波も保持されているからである。したがって、このようなハイブリッド集積型光送信器に特有の問題を考慮して、半導体レーザの前方端面の反射率を設定することが必要である。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の1つは、半導体レーザの前方端面が近端反射に対して有効な反射率に設定された光送信器を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、半導体レーザと、前記半導体レーザからの出力光が入力される少なくとも1つの光機能素子と、を備える光送信器であって、前記光送信器から出力される光信号を受信する光受信器における信号対雑音比は、前記少なくとも1つの光機能素子からの反射戻り光が前記半導体レーザに再入射されることに起因して生じる第1寄与成分と、前記光受信器へ入力される光信号の強度に依存せずに生じる第2寄与成分とを含み、前記半導体レーザの前方端面の反射率は、前記第1寄与成分と前記第2寄与成分による前記信号対雑音比を前記反射率の変化に対して最大化する反射率を含む所定範囲の値に設定されている、ことを特徴とする光送信器である。
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記半導体レーザの利得領域は量子ドットで構成されていることを特徴とする。
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記半導体レーザの前方端面の反射率は、2〜25%であることを特徴とする。
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記半導体レーザに再入射された前記反射戻り光の光量は1より小さいことを特徴とする。
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記半導体レーザの前方端面と前記少なくとも1つの光機能素子との間に屈折率調整剤を備えることを特徴とする。
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記半導体レーザと前記少なくとも1つの光機能素子は、シリコン基板上に集積されていることを特徴とする。
本発明によれば、半導体レーザの前方端面が近端反射に対して有効な反射率に設定された光送信器を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る光送信器100の断面構成図である。 本発明の一実施形態に係る光送信器100が利用される光伝送システム400を示す。 半導体レーザ140の前方端面の反射率Rと光受信器200の総合的な信号対雑音比SNRPD_totalとの関係を示すグラフの一例である。 光伝送システム400の全光損失Ltotalと、信号対雑音比SNRPD_totalが23dB以上となる反射率Rの範囲との関係を示すグラフである。 光伝送システム400の全光損失Ltotalと、信号対雑音比SNRPD_totalの最大値を23.1dBとするのに必要な半導体レーザ140の出力パワーPLDoutとの関係を示すグラフである。 一変形例に係る光送信器101の断面構成図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る光送信器100の断面構成図である。光送信器100は、シリコンフォトニクス回路120と、シリコンフォトニクス回路120上にハイブリッド集積された半導体レーザ140とを備える。シリコンフォトニクス回路120は、シリコン基板121上に形成された光導波路122及び123、光変調器124、並びにグレーティング結合器125を備える。半導体レーザ140の出射側の端面は、光導波路122の一方端に光学的に結合され、光導波路122の他方端は、光変調器124の入力側の端部に光学的に結合されている。光変調器124の出力側の端部は、光導波路123の一方端に光学的に結合され、光導波路123の他方端は、グレーティング結合器125の入力端に光学的に結合されている。
光導波路122及び123、光変調器124、並びにグレーティング結合器125の各構成は、周知の構成を適用可能であり、本発明を限定するものではない。
例えば、光導波路122及び123は、シリコン基板121上に形成された埋め込み酸化膜(BOX層)を下部クラッド層とし、埋め込み酸化膜上に形成されたシリコン薄膜層をコア層とし、シリコン薄膜層上に形成された酸化膜を上部クラッド層とした構成とすることができる。あるいは、光導波路122及び123は、シリコン基板121上に酸化膜を用いて上下クラッド層とコア層を形成した構成であってもよい。また、光変調器124は、光導波路122及び123と同様に構成された光導波路124aの表面に、電界の印加によって光導波路124aの屈折率を変化させるための金属薄膜電極124bを形成した構成とすることができる。図示されるように、光変調器124の上には、接続電極126を介してドライバIC127が搭載されている。ドライバIC127は、光変調器124の金属薄膜電極124bに変調信号を供給し、この変調信号に応じて、光変調器124の光導波路124aを伝搬する光が変調される。また、グレーティング結合器125は、例えば、光導波路122及び123と同様に構成された光導波路125aの表面に周期的な凹凸構造125bを形成した構成とすることができる。
半導体レーザ140は、例えば、ファブリ・ペロー型レーザ又は分布帰還型レーザを適用することができる。また、半導体レーザ140の利得領域は、量子ドットや量子井戸で構成されてもよい。好適には、半導体レーザ140としては、ファブリ・ペロー型の量子ドットレーザが用いられる。
半導体レーザ140の出力側の端面から出射された光は、光導波路122を通って光変調器124へ入力され、光変調器124において、ドライバIC127から供給された変調信号に従って変調される。光変調器124により変調された光は、光導波路123を通ってグレーティング結合器125へ入力され、グレーティング結合器125によって所定方向へ回折されることにより、光送信器100から外部導波路(不図示)へと出力される。本実施形態では、小型化に適したシリコン導波路を用いることで、半導体レーザ140の出力端からグレーティング結合器125までの長さを約5mmとした。
半導体レーザ140からの出射光の一部は、光送信器100の内部に存在する反射点によって反射され、戻り光となって半導体レーザ140へ向かう。例えば、光送信器100において、グレーティング結合器125は大きな反射を生じさせる反射点となり得る。半導体レーザ140の前方端面(出射側端面)には、このような反射戻り光によって半導体レーザ140のレーザ発振が不安定化することを防止又は低減するための誘電体膜142が設けられている。この誘電体膜142によって、半導体レーザ140の前方端面の反射率が規定される。前述したように、光送信器100の内部の反射点から生じるような近端反射がある場合には、半導体レーザ140の前方端面の反射率は、近端反射の影響を考慮して設定する必要がある。以下、本実施形態の光送信器100における、半導体レーザ140の前方端面の最適な反射率について説明する。
まず、半導体レーザ140の内部に再入射された反射戻り光の光量Cfeedbackは、次式(1)のように表される。
ここで、r及びtは、それぞれ半導体レーザ140の前方端面における光波の振幅反射率と振幅透過率であり、r+t=1の関係を満たす。α(=Pfeedback/PLDout)は、半導体レーザ140の出力パワーPLDoutに対する反射戻り光パワーPfeedbackの比であり、半導体レーザ140の出射端面(前方端面)から反射点までの往復の光損失と、反射点における反射率だけから決まる値である。τLDは、半導体レーザ140の後方端面と前方端面との間の光の伝搬時間であり、半導体レーザ140の導波路構造(形状及び屈折率)によって決まる値である。τextは、半導体レーザ140の前方端面と反射点との間の光の伝搬時間である。本実施形態では、反射の抑制が困難なグレーティング構造を有するグレーティング結合器125からの反射が約−20dB(1%)と大きいため、伝搬時間τextは、光導波路122及び123、光変調器124、並びにグレーティング結合器125のそれぞれの導波路構造によって決まる。式(1)は、半導体レーザ140内部での反射戻り光量Cfeedbackが、半導体レーザ140の前方端面における光波の振幅反射率rの関数であることを示す。
半導体レーザ140内部の反射戻り光量Cfeedbackから、半導体レーザ140の信号対雑音比SNRLDを実験的に導出することができる。次式(2)は関係式の一例である。
図2に示されるように、本実施形態に係る光送信器100からの光信号を伝送路300を介して伝送し、光受信器200で受信する光伝送システム400を想定する。光受信器200における信号対雑音比SNRPD(但し光受信器200の熱雑音等による影響は除く)は、半導体レーザ140の信号対雑音比SNRLDを用いて次式(3)のように表される。
ここで、PNLinkは光伝送システム400の伝送路300(光ファイバ)の分散等による時間軸上における波形の劣化が信号強度に及ぼす伝送ペナルティ、Ltotalは光送信器100の半導体レーザ140から光受信器200までの全光損失である。半導体レーザ140から光受信器200までの全光損失Ltotalは、次式(4)のように、半導体レーザ140からシリコンフォトニクス回路120(光導波路122)への挿入損失Lins、シリコンフォトニクス回路120内(光導波路122、光変調器124、及び光導波路123)の伝搬損失Lprop、光導波路123からグレーティング結合器125への結合損失LGC、及び伝送路300の伝搬損失LLinkを含む。なお、挿入損失Linsには、光変調器124における変調の消光特性に起因する損失も含まれる。
光受信器200において受信される光信号の光変調振幅OMAPDは、半導体レーザ140の出力パワーPLDoutと光伝送システム400の全光損失Ltotalから、次式(5)に従って導出することができる。
半導体レーザ140の出力パワーPLDoutは、半導体レーザ140の構造に関する各種のパラメータ(活性層、クラッド層、電極等のそれぞれの材質及び形状、前方端面と後方端面の各反射率、等)や、半導体レーザ140の駆動電流値などを用いて算出することができる。半導体レーザ140の出力パワーPLDoutは、半導体レーザ140の前方端面の反射率R(=r)の関数であるが、特定の反射率の値、例えばR=30%に対して数値的に算出した出力パワーPLDout(30%)を用いて、任意の反射率Rの関数としての出力パワーPLDout(R)を簡易的に次式(6)から求めることもできる。
式(3)及び式(5)の光受信器200における信号対雑音比SNRPDと光変調振幅OMAPDから、光受信器200における光学的ノイズσoptは次式(7)で表される。
式(7)の光学的ノイズσoptは、半導体レーザ140からの出力光に起因して生じるノイズである。光受信器200には更に、熱雑音等に起因して、光信号に依存しない非光学的ノイズσnon−optも存在する。非光学的ノイズσnon−optは、実験的に見積もることができる。一例として、非光学的ノイズσnon−optは伝送速度が大きいほど大きな値を持つが、伝送速度が決まれば定数となる。光学的ノイズσoptと非光学的ノイズσnon−optの両方を考慮すると、光受信器200における全ノイズσtotalは次式(8)で与えられ、この全ノイズσtotalを用いて、光受信器200における総合的な信号対雑音比SNRPD_totalは次式(9)のように表される。
式(9)及びその導出過程から分かるように、光受信器200における総合的な信号対雑音比SNRPD_totalは、半導体レーザ140の前方端面の反射率R(又は振幅反射率r)の関数である。図3は、式(9)に従って計算した半導体レーザ140の前方端面の反射率R(横軸)と光受信器200の総合的な信号対雑音比SNRPD_total(縦軸)との関係を示すグラフの一例である。図3において、光受信器200の総合的な信号対雑音比SNRPD_totalは、半導体レーザ140の前方端面の反射率Rが13%程度の時に最大値をとり、反射率Rが小さくなる又は大きくなるほど信号対雑音比SNRPD_totalは低下している。これは、半導体レーザ140の前方端面の反射率Rが小さくなると、反射戻り光が半導体レーザ140の内部へ注入されやすくなってレーザ発振をより不安定化させ(信号対雑音比SNRPD_totalに対する第1寄与)、また一方、反射率Rが大きくなると、半導体レーザ140の出力パワーPLDoutが低下するため、光受信器200における熱雑音や、光送信器100を波長多重システムで用いる場合には波長のクロストークなどの影響が相対的に大きくなる(信号対雑音比SNRPD_totalに対する第2寄与)からである。
光受信器200において、システムとしてエラーフリーに相当する10−12以下のビットエラーレートを達成するためには、総合的な信号対雑音比SNRPD_totalが23dB以上であることが必要となる。図3の場合、この条件は、半導体レーザ140の前方端面の反射率Rがおよそ8〜20%の範囲内(図中に矢印で示す範囲)にあれば満たされるということが分かる。なお、図3のグラフでは、信号対雑音比SNRPD_totalの最大値が23.1dBとなるように、半導体レーザ140の出力パワーPLDoutの値を設定した。
半導体レーザ140の前方端面の反射率Rと光受信器200の総合的な信号対雑音比SNRPD_totalとの関係は、上記した各式に現れる様々な変数のいずれかを変更すると、図3のグラフに示された関係から変化する。また反射率Rと信号対雑音比SNRPD_totalとの関係の変化に応じて、23dB以上の信号対雑音比SNRPD_totalが確保される反射率Rの範囲も変化する。図4は、半導体レーザ140から光受信器200までの全光損失Ltotal(式(4)を参照)の様々な値(横軸)に対して、光受信器200の総合的な信号対雑音比SNRPD_totalが23dB以上となるような半導体レーザ140の前方端面の反射率Rの範囲(縦軸)を示すグラフである。本実施形態の光伝送システム400では、全光損失Ltotalの下限(図4において約13dB)は、半導体レーザ140の外部の反射点からの反射戻り光による多重レーザ発振が生じないこと、即ち、当該外部反射点と半導体レーザ140の後方端面とを外部共振器とするレーザ発振が生じないという条件によって制限される。この条件は、半導体レーザ140として線幅増大係数が理論上0となる量子ドットレーザを用いる場合には、式(1)で表される半導体レーザ140内部での反射戻り光量がCfeedback<1を満たすことである(非特許文献4を参照)。また、全光損失Ltotalの上限(図4において約21dB)は、損失の増大に伴う半導体レーザ140の駆動時の負荷が過大とならないように決められる。
図4に示されるように、光伝送システム400の全光損失Ltotalが小さくなるにつれて、半導体レーザ140の前方端面の最適な反射率Rの範囲は低下する。図4のグラフから、光伝送システム400の全光損失Ltotalが上限と下限の間で変化した場合にも光受信器200の総合的な信号対雑音比SNRPD_totalを23dB以上(ビットエラーレートを10−12以下)とするためには、半導体レーザ140の前方端面の反射率Rをおよそ2〜25%の範囲内(図中に矢印で示す範囲)に設定すればよいことが分かる。
図5は、光伝送システム400の全光損失Ltotal(横軸)と、光受信器200の総合的な信号対雑音比SNRPD_totalの最大値を(図3のグラフと同様に)23.1dBとするのに必要な半導体レーザ140の出力パワーPLDout(縦軸)との関係を示す。図5に示されるように、全光損失Ltotalが小さいほど、10−12以下のビットエラーレートを得るための半導体レーザ140の出力パワーPLDoutは小さくて済むことが分かる。よって、光送信器100内の光学要素の損失(挿入損失Lins、伝搬損失Lprop、及び結合損失LGC)を低損失化することで、高品質な光伝送特性と半導体レーザ140の省電力化を両立させることが可能である。また、従来の構成として半導体レーザの前方端面の反射率を約30%と想定した場合、本実施形態で説明したような反射率Rの範囲を有する半導体レーザ140を光送信器100に適用することで、この従来構成と比べて、半導体レーザ140の出力パワーPLDoutを1dB程度まで低減することができ、省電力動作が可能となる。また、光アイソレータ無しでも高品質な光伝送特性が得られるため、光送信器100の小型化と低コスト化を実現することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更が可能である。
図6は、一変形例としての光送信器101の断面構成図を示す。光送信器101は、半導体レーザ140の前方端面の誘電体膜142と光導波路122の半導体レーザ140側の端部との間の間隙に、屈折率調整剤160を備える。屈折率調整剤160は、半導体レーザ140の誘電体膜142と光導波路122との屈折率差に起因する反射を制御するための(例えば液体状の)光学媒質である。この光送信器101では、誘電体膜142と屈折率調整剤160からなる光学層が、半導体レーザ140の前方端面における実効的な反射率を規定する。例えば、誘電体膜142だけが設けられた状態での半導体レーザ140の前方端面の反射率は30%以上に設定され、誘電体膜142と屈折率調整剤160の両方が設けられた状態での半導体レーザ140の前方端面の反射率は、前述の図1の光送信器100と同様の値(例えば2〜25%)に設定される。
なお、図6に示されるように、光送信器101は、グレーティング結合器125の代わりに、外部導波路(不図示)との光結合効率を向上させるためのスポットサイズ変換器128が適用された構成としてもよい。
また、半導体レーザ140として、半導体利得素子を集積基板(シリコン基板121)上に貼り合わせて光導波路122と結合させる構造や、半導体利得素子そのものを集積した構造を用いてもよい。
100、101 光送信器
120 シリコンフォトニクス回路
121 シリコン基板
122、123 光導波路
124 光変調器
124a 光導波路
124b 金属薄膜電極
125 グレーティング結合器
125a 光導波路
125b 凹凸構造
126 接続電極
127 ドライバIC
128 スポットサイズ変換器
140 半導体レーザ
142 誘電体膜
160 屈折率調整剤
200 光受信器
300 伝送路
400 光伝送システム

Claims (6)

  1. 半導体レーザと、
    前記半導体レーザからの出力光が入力される少なくとも1つの光機能素子と、
    を備える光送信器であって、
    前記光送信器から出力される光信号を受信する光受信器における信号対雑音比は、前記少なくとも1つの光機能素子からの反射戻り光が前記半導体レーザに再入射されることに起因して生じる第1寄与成分と、前記光受信器へ入力される光信号の強度に依存せずに生じる第2寄与成分とを含み、
    前記半導体レーザの前方端面の反射率は、前記第1寄与成分と前記第2寄与成分による前記信号対雑音比を前記反射率の変化に対して最大化する反射率を含む所定範囲の値に設定されている、
    ことを特徴とする光送信器。
  2. 前記半導体レーザの利得領域は量子ドットで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の光送信器。
  3. 前記半導体レーザの前方端面の反射率は、2〜25%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光送信器。
  4. 前記半導体レーザに再入射された前記反射戻り光の光量は1より小さいことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光送信器。
  5. 前記半導体レーザの前方端面と前記少なくとも1つの光機能素子との間に屈折率調整剤を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光送信器。
  6. 前記半導体レーザと前記少なくとも1つの光機能素子は、シリコン基板上に集積されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光送信器。
JP2016067789A 2016-03-30 2016-03-30 光送信器 Pending JP2017183474A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016067789A JP2017183474A (ja) 2016-03-30 2016-03-30 光送信器
US16/087,961 US20200235547A1 (en) 2016-03-30 2017-03-29 Optical transmitter
PCT/JP2017/012878 WO2017170682A1 (ja) 2016-03-30 2017-03-29 光送信器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016067789A JP2017183474A (ja) 2016-03-30 2016-03-30 光送信器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017183474A true JP2017183474A (ja) 2017-10-05

Family

ID=59965848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016067789A Pending JP2017183474A (ja) 2016-03-30 2016-03-30 光送信器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20200235547A1 (ja)
JP (1) JP2017183474A (ja)
WO (1) WO2017170682A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019087587A (ja) * 2017-11-02 2019-06-06 富士通株式会社 半導体発光素子及び光デバイス
JP2019121691A (ja) * 2018-01-05 2019-07-22 富士通株式会社 集積レーザ光源、及びこれを用いた光トランシーバ
CN114721145A (zh) * 2022-01-20 2022-07-08 苏州科技大学 一种用于提高水平激光通信spgd算法校正精度的方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11149019A (ja) * 1997-06-25 1999-06-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光送受信装置及びその製造方法並びに光半導体モジュール
JP2004165651A (ja) * 2002-10-23 2004-06-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd コヒーレント光源とその駆動方法
JP2005136158A (ja) * 2003-10-30 2005-05-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光送信装置
JP2005228943A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Opnext Japan Inc 半導体光素子及びそれを用いた光通信用モジュール
JP2006098763A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Toshiba Components Co Ltd 光受信モジュール及び光送信モジュール
JP2006154321A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 光送信モジュール
JP2007103576A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 Furukawa Electric Co Ltd:The 面発光レーザモジュール
JP2007288167A (ja) * 2006-03-24 2007-11-01 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザおよび半導体レーザモジュール
JP2014212165A (ja) * 2013-04-17 2014-11-13 富士通株式会社 光半導体装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11149019A (ja) * 1997-06-25 1999-06-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光送受信装置及びその製造方法並びに光半導体モジュール
JP2004165651A (ja) * 2002-10-23 2004-06-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd コヒーレント光源とその駆動方法
JP2005136158A (ja) * 2003-10-30 2005-05-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光送信装置
JP2005228943A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Opnext Japan Inc 半導体光素子及びそれを用いた光通信用モジュール
JP2006098763A (ja) * 2004-09-29 2006-04-13 Toshiba Components Co Ltd 光受信モジュール及び光送信モジュール
JP2006154321A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 光送信モジュール
JP2007103576A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 Furukawa Electric Co Ltd:The 面発光レーザモジュール
JP2007288167A (ja) * 2006-03-24 2007-11-01 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザおよび半導体レーザモジュール
JP2014212165A (ja) * 2013-04-17 2014-11-13 富士通株式会社 光半導体装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019087587A (ja) * 2017-11-02 2019-06-06 富士通株式会社 半導体発光素子及び光デバイス
JP2019121691A (ja) * 2018-01-05 2019-07-22 富士通株式会社 集積レーザ光源、及びこれを用いた光トランシーバ
CN114721145A (zh) * 2022-01-20 2022-07-08 苏州科技大学 一种用于提高水平激光通信spgd算法校正精度的方法
CN114721145B (zh) * 2022-01-20 2023-10-24 苏州科技大学 一种用于提高水平激光通信spgd算法校正精度的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20200235547A1 (en) 2020-07-23
WO2017170682A1 (ja) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5823920B2 (ja) 半導体光集積素子
US20170017098A1 (en) Optical device and transmitter
US6519270B1 (en) Compound cavity reflection modulation laser system
JP2016072608A (ja) 半導体レーザおよびこれを備える光集積光源
WO2017170682A1 (ja) 光送信器
JP2012004279A (ja) 光半導体装置
US11754907B2 (en) Photon-pair source for quantum applications
JP2010050135A (ja) 半導体光集積素子および光通信装置
Ohki et al. Pump laser module for co-propagating Raman amplifier
US6760141B2 (en) Semiconductor optical modulator and semiconductor optical device
JP2019057543A (ja) 半導体光集積素子
Lovisa et al. Integrated laser Mach-Zehnder modulator on indium phosphide free of modulated-feedback
US20220352692A1 (en) Optical Transmitter
Gen‐ei et al. High coupled power 1.3 μm edge‐emitting light‐emitting diode with a rear window and an integrated absorber
EP4037114B1 (en) Optical transmitter
JP6761391B2 (ja) 半導体光集積素子
Cheng et al. Demonstration of a High-Power and High-Reflection-Tolerance Semiconductor Laser for Co-Packaged Optics
JP2013251424A (ja) 光集積素子
JP7147611B2 (ja) 高出力直接変調型レーザ
WO2022137418A1 (ja) 光半導体素子
JP2018046144A (ja) 波長可変レーザ、波長可変レーザ装置及びその制御方法
WO2018000374A1 (zh) 啁啾补偿激光器及其驱动方法
JP2017216353A (ja) 分布帰還型レーザ
JP7397376B2 (ja) 光送信器
JP5823921B2 (ja) 半導体光集積素子

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181024

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190509

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190705

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200207

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200612

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20201201