JP2018060976A - Direct modulation laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、分布帰還型(DFB:Distributed FeedBack)の直接変調レーザに関する。
する。
The present invention relates to a distributed feedback (DFB) directly modulated laser.
To do.
直接変調レーザ(DML:Directly Modulated Laser)は、レーザチップに入力する電流値を変調することで、レーザチップ端面から出力されるレーザビームの光強度を直接的に高速変調して用いる素子である。従来の直接変調レーザでは、MQW(Multiple Quantum Well)構造の活性層と、リッジ型導波路と、半導体層とを備えるものがある(特許文献1)。 Directly modulated laser (DML) is an element that directly modulates the light intensity of a laser beam output from the end face of a laser chip by modulating the current value input to the laser chip. Some conventional direct modulation lasers include an active layer having an MQW (Multiple Quantum Well) structure, a ridge waveguide, and a semiconductor layer (Patent Document 1).
一般的に、DMLを高速動作させる場合には、レーザの共振器長を短くする手法がとられている。しかしながら、DMLの共振器長が短いと、素子の抵抗が大きくなるため、DMLに電流を注入する際に素子の温度が上がり、その結果、光出力が劣化するという問題があった。 In general, when the DML is operated at a high speed, a method of shortening the cavity length of the laser is taken. However, if the resonator length of the DML is short, the resistance of the element increases, and thus there is a problem that the temperature of the element rises when current is injected into the DML, resulting in deterioration of the optical output.
換言すると、DMLの高速動作と光出力との間にはトレードオフの関係があるので、単にレーザの共振器長を短くしただけでは、このトレードオフによりDMLの高速動作と高出力とを同時に実現することができなかった。 In other words, since there is a trade-off relationship between high-speed operation of DML and optical output, simply reducing the laser cavity length realizes high-speed operation and high output of DML simultaneously by this trade-off. I couldn't.
本発明は、上記の状況下においてなされたものであり、レーザの出射側に半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)を備えるようにすることで、高速動作と高い光出力とを同時に実現することができる直接変調レーザを提供することを目的とする。 The present invention has been made under the above circumstances, and by providing a semiconductor optical amplifier (SOA) on the laser emission side, high-speed operation and high light output can be realized simultaneously. An object of the present invention is to provide a direct modulation laser capable of satisfying the requirements.
上記の目的を達成するため、本発明は、DFBレーザと、前記DFBレーザの出射端に形成されたSOAと、前記DFBレーザに交流成分信号および直流成分信号の重畳信号を与えるためのDFBレーザ用電極と、前記DFBレーザ用電極とスタブを介して電気的に接続され、前記SOAに直流成分信号を与えるためのSOA用電極とを含む。 In order to achieve the above object, the present invention provides a DFB laser, a SOA formed at the output end of the DFB laser, and a DFB laser for giving an AC component signal and a superimposed signal of a DC component signal to the DFB laser. An electrode, and an SOA electrode that is electrically connected to the DFB laser electrode via a stub and that provides a DC component signal to the SOA.
前記SOAへの前記直流成分信号は、前記DFBレーザおよび前記SOAの光導波方向についての長さの比に応じて与えられるようにしてもよい。 The DC component signal to the SOA may be given according to a ratio of lengths of the DFB laser and the SOA in the optical waveguide direction.
本発明によると、高速動作と高い光出力とを同時に実現することができる。 According to the present invention, high-speed operation and high light output can be realized simultaneously.
以下、本発明の実施形態である直接変調レーザについて説明する。実施形態の直接変調レーザは、DFBレーザである。 Hereinafter, a direct modulation laser according to an embodiment of the present invention will be described. The directly modulated laser of the embodiment is a DFB laser.
[直接変調レーザ100の全体構成の概略]
図1は、本実施形態に係る直接変調レーザ100の全体構成の概略を説明するための図である。
[Outline of Overall Configuration of Direct Modulation Laser 100]
FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of the overall configuration of a
図1に示すように、この直接変調レーザ100は、光導波方向に対して順に、DFBレーザ101およびSOA103を備えており、分離溝102は、DFBレーザ101とSOA103とを電気的に分離する。この実施形態において、DFBレーザ101およびSOA103は、単一の半導体基板上に、一体的にモノシリック積層されている。
As shown in FIG. 1, the
駆動回路106は、交流成分信号IRFの信号源10と、直流成分信号IDCの信号源20と、コンデンサC、抵抗RおよびコイルLを含む回路とを含む。
The
DFBレーザ101には、p型電極(DFBレーザ用電極)11が設けられており、p型電極11には、駆動回路106の抵抗RおよびコンデンサCからなる直列回路と接続される。DFBレーザ101の他端は接地される。
The DFB
p型電極11と抵抗Rの間には、駆動回路106のコイルLの一端が接続され、コイルLの他端は信号源20と接続される。SOA103の一端は接地される。
One end of the coil L of the
SOA103には、p型電極(SOA用電極)12が設けられており、p型電極12は、スタブ15を介して、p型電極11と電気的に接続される。スタブ15の長さlは、スタブ15中を伝搬する高周波交流信号の波長λに応じて、l=λ/2となるように設定する。
The SOA 103 is provided with a p-type electrode (SOA electrode) 12, and the p-
この場合、コイルLには、交流成分が流れないので、信号源10からの交流成分信号IRFは、信号源20側に流れない。したがって、DFBレーザ101のp型電極11には、後述する交流成分および直流成分を含む重畳信号(IRF+IDC)が与えられる。
In this case, since no alternating current component flows through the coil L, the alternating current component signal I RF from the
一方、p型電極11からみたスタブ15は、p型電極12の先端が開放され、かつスタブ15の長さlがλ/2となるため、高周波域ではオープンとなる。つまり、スタブ15には、p型電極11からの直流電流成分は流れるものの、高周波交流成分は流れない。したがって、p型電極12に流れる直流成分信号は、DFBレーザ101およびSOA103の光導波方向についての長さ(抵抗)の比に応じて与えられる。例えば、SOA長が50μmで、DFBレーザ長が200μmの場合、SOA長は、SOA103およびDFBレーザ101の全長に対して1/5となるため、SOA103に流れる直流電流信号をISOAとすると、ISOA=(1/5)×IDCとなる。
On the other hand, the
このように、DFBレーザ101およびSOA103の各長さを調整することで、SOA103に注入される直流成分信号ISOAを調整することができる。
In this way, the DC component signal I SOA injected into the SOA 103 can be adjusted by adjusting the lengths of the DFB
本実施形態において、信号IRF,IDC,ISOAは、電流信号である。 In the present embodiment, the signals I RF , I DC and I SOA are current signals.
なお、図1において、DFBレーザ端面101aは、高反射(HR: High Reflection)コートが施され、SOA出射端面103aは、無反射(AR: Anti-Reflection)コートが施されている。
In FIG. 1, the DFB
このように、コンデンサC、抵抗RおよびコイルLを含む回路によって、DFBレーザ101に交流成分および直流成分の重畳信号(IRF+IDC)を与え、SOA103に直流成分信号ISOAを与えるようにすることで、SOA103に必要な給電を常に確保することができる。
As described above, by the circuit including the capacitor C, the resistor R, and the coil L, the superimposed signal (I RF + I DC ) of the AC component and the DC component is given to the DFB
本実施形態の直接変調レーザ100では、DFBレーザ101からの光出力がSOA103で増幅されるようになっている。したがって、DFBレーザ101の共振器長を短くしたとしても、その光出力の劣化分をSOA103で増幅することができるので、DFBレーザ101の高速動作を行うとともに、光出力を高くすることができる。
In the
[直接変調レーザ100の積層構成]
次に、上述した直接変調レーザ100の構成について、図1および図2を参照して説明する。
[Laminated structure of direct modulation laser 100]
Next, the configuration of the
図2は、直接変調レーザ100の構成例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
図2において、直接変調レーザ100は、SI(半絶縁性)−InP基板1を備えており、この基板1上に、光導波方向に対して順に、DFBレーザ部層3と、SOA部層4とを備える。また、基板1の裏面には、n型電極13を備える。なお、基板1は、n型InP基板とするようにしてもよい。
In FIG. 2, the
上述した各層2,4は、InGaAlAs系の材料もしくはInGaAsP系の材料で形成され、量子井戸構造を有する。
Each of the
DFBレーザ部層3とSOA部層4との間に形成された光導波路層5は、InGaAsP系の材料で形成される。そして、DFBレーザ部層3、SOA部層4および光導波路層5上には、p型InPクラッド層7が形成されている。
The
図2において、DFBレーザ部層3上には、回折格子6が形成されている。絶縁膜8は、DFBレーザ部層3、SOA部層4、光導波路層5およびクラッド層7をそれぞれ覆うように形成されている。そして、絶縁膜8上にはベンゾシクロブテン(BCB)9が形成され、BCB9上にはさらに、DFBレーザ部層3へ信号(IRF+IDC)を注入のためのp型電極11が形成されている。p型電極11は、スタブ15を介して、p型電極12と電気的に接続される。
In FIG. 2, a
[直接変調レーザ100の動作]
次に、上述した直接変調レーザ100の動作について、図1〜図2を参照して説明する。
[Operation of Direct Modulation Laser 100]
Next, the operation of the
先ず、DFBレーザ101およびSOA103の各p型電極11,12に対して同時に順方向バイアスが印加された場合、DFBレーザ部層3において発生した光は、回折格子6により周期的に帰還する。
First, when a forward bias is simultaneously applied to the p-
そして、シングルモードのレーザ光が生成されてDFBレーザ部層3から出射する。このときのレーザ光の発振波長は、例えば1300nmである。
Then, single mode laser light is generated and emitted from the DFB
上述したDFBレーザ部層3からのレーザ光は、光導波路層5を介して、SOA部層4で増幅されて外部へ出射される。
The laser light from the DFB
以上説明したように、本実施形態の直接変調レーザ100では、DFBレーザ101とSOA103とを備える。この場合には、DFBレーザ101の共振器長を短くしたとしても、その光出力の劣化分をSOA103で増幅することができるので、DFBレーザ101の高速動作を行うとともに、光出力を高くすることができる。
As described above, the
また、DFBレーザ101には、駆動回路106によって、交流成分および直流成分を含む重畳信号(IRF+IDC)が与えられるとともにSOA103にはスタブ15を介して直流成分信号ISOAのみが与えられるため、SOA103への給電が確保される。この点で、直接変調レーザ100によれば、SOAへの給電を効率よく行うことができる。
The
次に、上記実施形態の直接変調レーザの変形例について説明する Next, a modification of the direct modulation laser of the above embodiment will be described.
(変更例1)
上記実施形態では、直接変調レーザ100を光送信モジュールに搭載する態様について言及しなかったが、そのような光送信モジュールを構成するようにしてもよい。
(Modification 1)
In the above-described embodiment, the aspect in which the
図3は、かかる光送信モジュール200の一例として、図1と同様の構成を示している。本変形例の以下の説明では、特に記述しない限り、第1実施形態の説明で用いた符号等をそのまま用いる。
FIG. 3 shows a configuration similar to FIG. 1 as an example of the
図3に示す例では、光送信モジュール200は、14本のピンが配置される。この場合、「3」のピンには、直流成分信号IDCが供給され、「12」のピンには、交流成分信号IRFが供給される。
In the example shown in FIG. 3, the
「3」のピンは、コイルLの一端と接続され、コイルLの他端は、ワイヤ51を介してp型電極11と接続される。p型電極11は、スタブ15を介してp型電極12と電気的に接続される。
The “3” pin is connected to one end of the coil L, and the other end of the coil L is connected to the p-
一方、「12」のピンには、コンデンサCの一端と接続され、コンデンサCの他端は、抵抗Rの一端と接続される。抵抗Rの他端は、電極11と接続される。このようにしても、光送信モジュール200では、DFBレーザ101からの光出力がSOA103で増幅されるようになっている。したがって、DFBレーザ101の共振器長を短くしたとしても、その光出力の劣化分をSOA103で増幅することができるので、DFBレーザ101の高速動作を行うとともに、光出力を高くすることができる。
On the other hand, the pin “12” is connected to one end of the capacitor C, and the other end of the capacitor C is connected to one end of the resistor R. The other end of the resistor R is connected to the
(変更例2)
上述したスタブ15の長さlは、変更することができる。例えば、図4は、l=λ/4の場合の直接変調レーザ100Aの構成例を示している。この場合、p型電極12は、コンデンサC1を介してGND接地し、SOA103は高周波的に短絡するようになっている。このように構成することで、SOA103に高周波交流成分信号が入らないようにすることも可能である。
(Modification 2)
The length l of the
図5は、本変形例に係る直接変調レーザ100Aを含む光送信モジュール200Aの構成例を例示している。この図5に示した例においても、p型電極12は、コンデンサC1を介してGND接地するようにしてある。
FIG. 5 illustrates a configuration example of an
(変更例3)
以上では、1300nm波長で発振する場合について説明したが、それ以外の波長を適用しても上記実施形態と同等の効果を得ることができる。例えば1550nm帯で発振する場合についても、光通信用の直接変調レーザの各構成要素101,103の結晶組成を変更して適用することもできる。
(Modification 3)
In the above description, the case of oscillating at a wavelength of 1300 nm has been described. However, the same effects as in the above embodiment can be obtained even when other wavelengths are applied. For example, also in the case of oscillating in the 1550 nm band, the crystal composition of each
(変更例4)
図2に示したものにおいて、リッジ型導波路を例にとって説明しているが、埋め込み型導波路を適用するようにしてもよい。
(Modification 4)
In the example shown in FIG. 2, a ridge type waveguide is described as an example, but a buried type waveguide may be applied.
(変更例5)
上述した光送信モジュール200,200Aは、14ピンのバタフライモジュールを例に挙げて説明したが、これと同等の回路を実現できるのであれば、他の代替の手法によっても実施することができる。例えば、かかる光送信モジュールとして、TOSA(Transmitter Optical SubAssembly)やTO(Transistor Outlined)−CANController Area Network)モジュールを採用するようにしてもよい。
(Modification 5)
The
1 基板
3 DFBレーザ部層
4 SOA部層
5 光導波路層
6 回折格子
7 クラッド層
8 絶縁膜
9 BCB
10,20 信号源
11、12 p型電極
13 n型電極
15 スタブ
51 ワイヤ
100,100A 直接変調レーザ
101 DFBレーザ
103 SOA
106 駆動回路
200,200A 光送信モジュール
DESCRIPTION OF
10, 20
106
Claims (2)
前記DFBレーザの出射端に形成されたSOAと、
前記DFBレーザに交流成分信号および直流成分信号の重畳信号を与えるためのDFBレーザ用電極と、
前記DFBレーザ用電極とスタブを介して電気的に接続され、前記SOAに直流成分信号を与えるためのSOA用電極と
を含むことを特徴とする直接変調レーザ。 A DFB laser,
SOA formed at the output end of the DFB laser;
An electrode for a DFB laser for providing the DFB laser with a superimposed signal of an AC component signal and a DC component signal;
A direct modulation laser comprising: an SOA electrode electrically connected to the DFB laser electrode via a stub and providing a direct current component signal to the SOA.
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