JP2018107310A - Semiconductor laser module - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser module with high coupling efficiency between a semiconductor laser element and a semiconductor optical amplifier.SOLUTION: A semiconductor laser module includes a semiconductor laser element for outputting laser light, a semiconductor optical amplifier that receives laser light from an input side, amplifies the laser light, and outputs the amplified laser light through an output side, and an optical coupler optically coupling the laser light output from the semiconductor laser device to the semiconductor optical amplifier, and an active core layer of the semiconductor optical amplifier has a uniform core thickness and the input side core width is different from the core width at least in the center part in the optical waveguide direction.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、半導体レーザモジュールに関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laser module.

近年、光通信では通信速度を上げるために多値変調方式が検討されている。多値変調方式としては、位相シフトキーイング(PSK)を主としたコヒーレント通信方式が用いられる。このようなコヒーレント通信では、送信側の信号光源、及び局所発振光源に波長可変半導体レーザモジュール(例えば、μTOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly)/μITLA(Integrable Tunable Laser Assembly)等)が必要である。   In recent years, multi-level modulation schemes have been studied in optical communication to increase the communication speed. As the multi-level modulation method, a coherent communication method mainly using phase shift keying (PSK) is used. In such coherent communication, a wavelength-variable semiconductor laser module (for example, μTOSA (Transmitter Optical Sub-Assembly) / μITLA (Integrable Tunable Laser Assembly)) is required for the signal light source on the transmission side and the local oscillation light source.

コヒーレント通信では光の位相に情報を載せるため、信号光源及び局所発振光源には位相揺らぎが小さい(すなわち、スペクトル線幅が小さい)ことが求められる。また、通信システムの構成が複雑になるにつれて半導体レーザモジュールにも高出力・低消費電力化がよりいっそう求められる。   In coherent communication, information is placed on the phase of light, so that the signal light source and the local oscillation light source are required to have a small phase fluctuation (that is, a small spectral line width). Further, as the configuration of the communication system becomes complicated, the semiconductor laser module is further required to have higher output and lower power consumption.

このように低スペクトル線幅のレーザ光を出力する半導体レーザモジュールを得る方法として、半導体レーザ素子のチップと半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)のチップとを別々のチップとして作製し、半導体レーザモジュール内において、レンズ等を用いて2つのチップを光学的に結合させる方法が、特許文献1に開示されている。   As a method of obtaining a semiconductor laser module that outputs laser light having a low spectral line width as described above, a semiconductor laser element chip and a semiconductor optical amplifier (SOA) chip are manufactured as separate chips, and a semiconductor laser is obtained. Patent Document 1 discloses a method of optically coupling two chips using a lens or the like in a module.

特許第5567226号公報Japanese Patent No. 5567226 国際公開第2016/053463号International Publication No. 2016/053463

しかしながら、半導体レーザ素子と半導体光増幅器とは互いに異なるモードフィールドを有している場合が多いので、単にレンズで光学結合させるだけでは半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率が高くない場合がある。結合効率を高める方法として、半導体レーザ素子や半導体光増幅器にモードフィールドを変換する要素であるSSC(Spot Size Converter)などを設ける構造が検討されている。しかしながら、SSCは、それ自体の光学的な損失が大きい場合があり、結合効率を高められない場合がある。そのため、波長可変レーザモジュールの重要な特性である高出力化・低消費電力化が困難であった。   However, since the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier often have different mode fields, the coupling efficiency between the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier may not be high simply by optically coupling with a lens. . As a method for increasing the coupling efficiency, a structure in which a semiconductor laser element or a semiconductor optical amplifier is provided with an SSC (Spot Size Converter) that is an element for converting a mode field has been studied. However, the SSC itself may have a large optical loss, and the coupling efficiency may not be improved. For this reason, it has been difficult to achieve high output and low power consumption, which are important characteristics of the wavelength tunable laser module.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率が高い半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a semiconductor laser module having high coupling efficiency between a semiconductor laser element and a semiconductor optical amplifier.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、前記レーザ光が入力側から入力され、該レーザ光を増幅して出力側から出力する半導体光増幅器と、前記半導体レーザ素子から出力された前記レーザ光を前記半導体光増幅器に光学的に結合させる光学結合器と、を備え、前記半導体光増幅器の活性コア層は、均一なコア厚さを有するとともに、前記入力側のコア幅が、長手方向における少なくとも中央部でのコア幅とは異なることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor laser module according to one embodiment of the present invention includes a semiconductor laser element that outputs laser light, the laser light input from an input side, A semiconductor optical amplifier that amplifies and outputs from the output side; and an optical coupler that optically couples the laser light output from the semiconductor laser element to the semiconductor optical amplifier, and an active core of the semiconductor optical amplifier The layer has a uniform core thickness, and the core width on the input side is different from the core width at least in the central portion in the longitudinal direction.

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記入力側のコア幅が、前記中央部でのコア幅よりも広く、前記入力側から前記中央部に向かってコア幅が狭くなる領域を、前記中央部よりも前記入力側に近い位置に備えることを特徴とする。   In the semiconductor laser module according to an aspect of the present invention, the active core layer of the semiconductor optical amplifier has a core width on the input side that is wider than a core width on the center portion, and extends from the input side toward the center portion. Thus, a region where the core width is narrowed is provided at a position closer to the input side than the central portion.

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記領域の長手方向における長さが10μm以上200μm以下であることを特徴とする。   The semiconductor laser module according to one embodiment of the present invention is characterized in that the length of the region in the longitudinal direction is not less than 10 μm and not more than 200 μm.

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザ素子は、前記レーザ光の出力側にパッシブ導波路部が集積された構成を有することを特徴とする。   The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the semiconductor laser element has a configuration in which a passive waveguide portion is integrated on the output side of the laser beam.

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記パッシブ導波路部は、曲げ導波路を含むことを特徴とする。   The semiconductor laser module according to an aspect of the present invention is characterized in that the passive waveguide section includes a bent waveguide.

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記パッシブ導波路部は、スラブ出射型アレイ導波路回折格子を含むことを特徴とする。   The semiconductor laser module according to an aspect of the present invention is characterized in that the passive waveguide section includes a slab emission type arrayed waveguide diffraction grating.

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザ素子は、複数のレーザ発振部が集積された構成を有することを特徴とする。   The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the semiconductor laser element has a configuration in which a plurality of laser oscillation units are integrated.

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体光増幅器をジャンクションダウンの状態で搭載する基台を備えることを特徴とする。   A semiconductor laser module according to an aspect of the present invention includes a base on which the semiconductor optical amplifier is mounted in a junction-down state.

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記半導体光増幅器の入力側において、前記入力側の端面に対して傾斜していることを特徴とする。   The semiconductor laser module according to an aspect of the present invention is characterized in that the active core layer of the semiconductor optical amplifier is inclined with respect to the end face on the input side on the input side of the semiconductor optical amplifier.

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記半導体光増幅器の出力側において、前記出力側の端面に対して傾斜していることを特徴とする。   The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the active core layer of the semiconductor optical amplifier is inclined with respect to the end face on the output side on the output side of the semiconductor optical amplifier.

本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記出力側のコア幅が、光導波方向における少なくとも中央部でのコア幅とは異なることを特徴とする。   In the semiconductor laser module according to an aspect of the present invention, the active core layer of the semiconductor optical amplifier has a core width on the output side that is different from a core width at least in a central portion in the optical waveguide direction.

本発明によれば、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率が高い半導体レーザモジュールを実現できるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor laser module having high coupling efficiency between a semiconductor laser element and a semiconductor optical amplifier.

図1は、実施形態1に係る半導体レーザモジュールの構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the semiconductor laser module according to the first embodiment. 図2は、図1に示す半導体光増幅器の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the semiconductor optical amplifier shown in FIG. 図3は、図2のA−A線断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図4は、図1に示す半導体光増幅器の活性コア層の長手方向に垂直な断面における模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the active core layer of the semiconductor optical amplifier shown in FIG. 図5は、比較例1−1〜1−3のSSC構造を備える半導体光増幅器の構成を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a semiconductor optical amplifier including the SSC structure of Comparative Examples 1-1 to 1-3. 図6は、比較例1−1〜1−3、2−1〜2−3、実施例1〜3の特性を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating characteristics of Comparative Examples 1-1 to 1-3, 2-1 to 2-3, and Examples 1 to 3. 図7は、半導体レーザ素子の構成例1を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration example 1 of the semiconductor laser element. 図8は、図7のE−E線断面、F−F線断面、G−G線断面を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a cross section taken along line EE, line FF, and line GG in FIG. 図9は、実施形態2に係る半導体レーザモジュールの構成を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of the semiconductor laser module according to the second embodiment. 図10は、図9に示す半導体光増幅器の構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the semiconductor optical amplifier shown in FIG. 図11は、半導体光増幅器のその他の構成例を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram illustrating another configuration example of the semiconductor optical amplifier.

以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In the description of the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals as appropriate. It should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the dimensions of each element, the ratio of each element, and the like may differ from the actual situation. Even between the drawings, there are cases in which portions having different dimensional relationships and ratios are included.

(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る半導体レーザモジュールの構成を示す模式図である。図1に示すように、半導体レーザモジュール1000は、筐体1001、基台1002、1003、半導体レーザ素子100、コリメータレンズ1004、ビームスプリッタ1005、1007、集光レンズ1006、1011、フォトダイオード(PD)1008、1010、エタロンフィルタ1009、光ファイバ1012、及び半導体光増幅器200を備えている。また、半導体レーザモジュール1000は制御器に接続している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of the semiconductor laser module according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, a semiconductor laser module 1000 includes a housing 1001, bases 1002 and 1003, a semiconductor laser element 100, a collimator lens 1004, beam splitters 1005 and 1007, condenser lenses 1006 and 1011, and a photodiode (PD). 1008, 1010, an etalon filter 1009, an optical fiber 1012, and a semiconductor optical amplifier 200. The semiconductor laser module 1000 is connected to a controller.

基台1002、1003は、それぞれ、筐体1001内で不図示の温度調節素子に載置されている。基台1002は、半導体レーザ素子100を搭載している。基台1003は、半導体光増幅器200を搭載している。集光レンズ1011、光ファイバ1012は筐体1001の取付部1001aに取り付けられている。   Each of the bases 1002 and 1003 is placed on a temperature control element (not shown) in the housing 1001. The base 1002 mounts the semiconductor laser element 100. The base 1003 is equipped with a semiconductor optical amplifier 200. The condenser lens 1011 and the optical fiber 1012 are attached to the attachment portion 1001 a of the housing 1001.

温度調節素子は、例えばペルチェ素子である。各温度調節素子は、駆動電流が供給されることによって半導体レーザ素子100及び半導体光増幅器200のそれぞれを冷却、場合によっては加熱してその温度を調節することができる。   The temperature adjustment element is, for example, a Peltier element. Each temperature adjusting element can adjust the temperature by cooling, in some cases, heating the semiconductor laser element 100 and the semiconductor optical amplifier 200 when a driving current is supplied.

基台1002、1003は、例えば熱伝導率が170W/m・Kと高い窒化アルミニウム(AlN)からなるが、AlNに限らず、CuW、炭化ケイ素(SiC)、ダイヤモンドなどの熱伝導率が高い材料でもよい。   The bases 1002 and 1003 are made of aluminum nitride (AlN) having a high thermal conductivity of 170 W / m · K, for example. But you can.

半導体レーザ素子100は、制御器から駆動電流を供給されて、レーザ光L1を出力する。レーザ光L1の波長は光通信用に用いられる波長帯(例えば1520nm〜1620nm)内の波長である。   The semiconductor laser element 100 is supplied with a drive current from the controller and outputs a laser beam L1. The wavelength of the laser beam L1 is a wavelength within a wavelength band (for example, 1520 nm to 1620 nm) used for optical communication.

コリメータレンズ1004は、半導体レーザ素子100のレーザ光L1を出力する側である前方側に配置されている。コリメータレンズ1004は、半導体レーザ素子100から出力されたレーザ光L1を平行光に変換する。   The collimator lens 1004 is disposed on the front side, which is the side that outputs the laser light L <b> 1 of the semiconductor laser element 100. The collimator lens 1004 converts the laser light L1 output from the semiconductor laser element 100 into parallel light.

ビームスプリッタ1005は、レーザ光L1の大部分を透過して集光レンズ1006に出力するとともに、レーザ光L1の一部(レーザ光L3)を分岐し、ビームスプリッタ1007に向けて反射させる。   The beam splitter 1005 transmits most of the laser light L1 and outputs it to the condenser lens 1006, and part of the laser light L1 (laser light L3) is branched and reflected toward the beam splitter 1007.

集光レンズ1006は、ビームスプリッタ1005から出力されたレーザ光L1を集光して半導体光増幅器200に入力させる。すなわち、集光レンズ1006は、半導体レーザ素子100から出力されたレーザ光L1を半導体光増幅器200に光学的に結合させる光学結合器である。   The condensing lens 1006 condenses the laser light L1 output from the beam splitter 1005 and inputs it to the semiconductor optical amplifier 200. That is, the condensing lens 1006 is an optical coupler that optically couples the laser light L1 output from the semiconductor laser element 100 to the semiconductor optical amplifier 200.

半導体光増幅器200は、その入力側から入力されたレーザ光L1を増幅して、レーザ光L2として出力側から出力する。集光レンズ1011は、レーザ光L2を集光して光ファイバ1012に入力させる。光ファイバ1012はレーザ光L2を所定の装置等まで伝送する。   The semiconductor optical amplifier 200 amplifies the laser beam L1 input from the input side and outputs the amplified laser beam L2 from the output side. The condensing lens 1011 condenses the laser beam L2 and inputs it to the optical fiber 1012. The optical fiber 1012 transmits the laser light L2 to a predetermined device or the like.

一方、ビームスプリッタ1007は、レーザ光L3を二分岐し、一方を透過してPD1008に出力するとともに、他方をエタロンフィルタ1009に向けて反射させる。PD1008は、ビームスプリッタ1007から入力されたレーザ光の強度を検出し、検出された強度に応じた電流を制御器に出力する。   On the other hand, the beam splitter 1007 splits the laser light L3 into two branches, transmits one of them and outputs it to the PD 1008, and reflects the other toward the etalon filter 1009. The PD 1008 detects the intensity of the laser beam input from the beam splitter 1007 and outputs a current corresponding to the detected intensity to the controller.

エタロンフィルタ1009は、光の周波数的に周期的な透過特性を有し、その透過特性に応じた透過率で、ビームスプリッタ1007が反射したレーザ光を選択的に透過して波長モニタ用のPD1010に入力する。PD1010は、エタロンフィルタ1009を透過したレーザ光の強度を検出し、検出された強度に応じた値の電流を制御器に出力する。   The etalon filter 1009 has a periodic transmission characteristic of light, and selectively transmits the laser light reflected by the beam splitter 1007 to the wavelength monitoring PD 1010 with a transmittance according to the transmission characteristic. input. The PD 1010 detects the intensity of the laser light transmitted through the etalon filter 1009, and outputs a current having a value corresponding to the detected intensity to the controller.

PD1008、1010によって検出されたレーザ光の強度は、制御器による波長ロック制御(レーザ光L1を所望の波長及び強度にするための制御)に用いられる。   The intensity of the laser beam detected by the PDs 1008 and 1010 is used for wavelength lock control (control for setting the laser beam L1 to a desired wavelength and intensity) by the controller.

つぎに、半導体光増幅器200について具体的に説明する。図2は、半導体光増幅器200の構成を示す模式図である。図3は、図2のA−A線断面図である。   Next, the semiconductor optical amplifier 200 will be specifically described. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the semiconductor optical amplifier 200. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

半導体光増幅器200は、幅が約0.4mm、長さが約2mmであり、活性コア層201を備えている。活性コア層201は、半導体光増幅器200の入力側202から出力側203まで延伸しており、その長さは半導体光増幅器200と同じ約2mmである。活性コア層201は、入力側202から入力されたレーザ光L1を長手方向(光導波方向)に導波しながら増幅して、レーザ光L2として出力側203から出力する。なお、入力側202及び出力側203の両端面には、無反射膜がコーティングされている。   The semiconductor optical amplifier 200 has a width of about 0.4 mm and a length of about 2 mm, and includes an active core layer 201. The active core layer 201 extends from the input side 202 to the output side 203 of the semiconductor optical amplifier 200 and has a length of about 2 mm, which is the same as that of the semiconductor optical amplifier 200. The active core layer 201 amplifies the laser beam L1 input from the input side 202 while guiding it in the longitudinal direction (optical waveguide direction), and outputs the laser beam L2 from the output side 203. Note that antireflection films are coated on both end faces of the input side 202 and the output side 203.

また、図3に示すように、半導体光増幅器200は、活性コア層201に沿った断面において、例えばAuGeNiを含んで構成されるn側電極200aと、n型InPからなり、基板を含むn型半導体層200bと、活性コア層201と、p型InPからなるp型半導体層200cと、コンタクト層200dと、例えばAuZnを含んで構成されるp側電極200eとがこの順番で積層した構造を有している。活性コア層201は、交互に積層された複数の井戸層と複数のバリア層を含んで構成された多重量子井戸構造と、多重量子井戸構造を上下から挟む下部及び上部光閉じ込め層とを有している。活性コア層201の多重量子井戸構造を構成する井戸層及びバリア層は各々組成が異なるInGaAsPからなり、井戸層の発光波長帯は、本実施形態1では1.55μm帯である。下部光閉じ込め層はn型InGaAsPからなる。上部光閉じ込め層はp型InGaAsPからなる。コンタクト層200dはp型InGaAsからなる。   As shown in FIG. 3, the semiconductor optical amplifier 200 includes an n-side electrode 200a configured to include, for example, AuGeNi and an n-type InP including a substrate in a cross section along the active core layer 201. The semiconductor layer 200b, the active core layer 201, the p-type semiconductor layer 200c made of p-type InP, the contact layer 200d, and the p-side electrode 200e composed of, for example, AuZn are stacked in this order. doing. The active core layer 201 has a multiple quantum well structure including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers that are alternately stacked, and a lower and upper optical confinement layer that sandwich the multiple quantum well structure from above and below. ing. The well layer and the barrier layer constituting the multiple quantum well structure of the active core layer 201 are made of InGaAsP having different compositions, and the emission wavelength band of the well layer is 1.55 μm band in the first embodiment. The lower optical confinement layer is made of n-type InGaAsP. The upper optical confinement layer is made of p-type InGaAsP. The contact layer 200d is made of p-type InGaAs.

なお、半導体光増幅器200は、基台1003に、p型半導体層200cが基台1003側に位置し、成長基板を含むn型半導体層200bが基台1003とは反対側に位置する状態、すなわちジャンクションダウンの状態で搭載されていてもよい。これにより、半導体光増幅器200の活性コア層201で発生する熱が基台1003を通じて放熱しやすくなる。   In the semiconductor optical amplifier 200, the p-type semiconductor layer 200c is located on the base 1003 side, and the n-type semiconductor layer 200b including the growth substrate is located on the opposite side of the base 1003. It may be mounted in a junction-down state. As a result, heat generated in the active core layer 201 of the semiconductor optical amplifier 200 is easily radiated through the base 1003.

ここで、図3に示すように、半導体光増幅器200の活性コア層201は、半導体光増幅器200内において、均一なコア厚さ160nmを有する。また、図2に示すように、活性コア層201は、主導波部201a、入力側等幅部201b、及びテーパ部201cを備えている。これらの部分は、入力側202から出力側203にかけて、入力側等幅部201b、テーパ部201c、主導波部201aの順で配置されている。   Here, as shown in FIG. 3, the active core layer 201 of the semiconductor optical amplifier 200 has a uniform core thickness of 160 nm in the semiconductor optical amplifier 200. Further, as shown in FIG. 2, the active core layer 201 includes a main waveguide portion 201a, an input-side equal width portion 201b, and a tapered portion 201c. These portions are arranged from the input side 202 to the output side 203 in the order of the input side equal width portion 201b, the taper portion 201c, and the main waveguide portion 201a.

主導波部201aは、活性コア層201の長手方向における中央部201aaを含み、コア幅が一定の部分である。中央部201aaは、入力側202及び出力側203のそれぞれから約1mmの位置にある領域である。主導波部201aのコア幅W1は、1.55μm帯の光をシングルモードで導波できる値であり、本実施形態1では2μmである。   The main waveguide 201a includes a central portion 201aa in the longitudinal direction of the active core layer 201, and is a portion having a constant core width. The central portion 201aa is a region located at a position of about 1 mm from each of the input side 202 and the output side 203. The core width W1 of the main waveguide portion 201a is a value that can guide light in a 1.55 μm band in a single mode, and is 2 μm in the first embodiment.

入力側等幅部201bは、入力側202に位置し、光導波方向における長さが約20μmであり、コア幅が一定の部分である。入力側等幅部201bのコア幅W2は本実施形態1では3μmであり、主導波部201aのコア幅W1よりも1μmだけ広い。すなわち、活性コア層201の入力側202でのコア幅W2は、中央部201aaでのコア幅W1とは異なり、広くなっている。また、入力側等幅部201bの長さが約20μmとある程度長いため、半導体光増幅器200を半導体ウエハに形成して個々のチップにカッティングするときに、カッティング精度に依存した位置ずれが長手方向において発生したとしても、入力側等幅部201bが全てカットされてしまうことを防止できる。   The input-side equal width portion 201b is located on the input side 202, has a length in the optical waveguide direction of about 20 μm, and a constant core width. The core width W2 of the input side equal width portion 201b is 3 μm in the first embodiment, and is 1 μm wider than the core width W1 of the main waveguide portion 201a. That is, the core width W2 on the input side 202 of the active core layer 201 is wider than the core width W1 at the central portion 201aa. Further, since the length of the input-side equal width portion 201b is as long as about 20 μm, when the semiconductor optical amplifier 200 is formed on a semiconductor wafer and is cut into individual chips, a positional shift depending on the cutting accuracy is caused in the longitudinal direction. Even if it occurs, it is possible to prevent the input-side equal width portion 201b from being completely cut.

テーパ部201cは、入力側202から中央部201aaに向かってコア幅が徐々に狭くなる領域であり、その長さは約100μmである。テーパ部201cは、中央部201aaよりも入力側202に近い位置にある。テーパ部201cは、光導波方向における長さが10μm以上200μm以下であることが好ましい。テーパ部201cの長さが10μm以上であれば、テーパ角が過度に大きくならないので、コア幅の急激な変化による損失の増加を抑制することができる。また、テーパ部201cではコア幅が大きいために注入電流量に対する発光効率が低くなるが、その長さが200μm以下であれば、テーパ部201cにおける発光効率の低下が、半導体光増幅器200全体での発光効率に対して問題にならない程度となる。   The tapered portion 201c is a region where the core width gradually decreases from the input side 202 toward the central portion 201aa, and the length thereof is about 100 μm. The tapered portion 201c is located closer to the input side 202 than the central portion 201aa. The tapered portion 201c preferably has a length in the optical waveguide direction of 10 μm or more and 200 μm or less. If the length of the taper portion 201c is 10 μm or more, the taper angle does not become excessively large, so that an increase in loss due to a rapid change in the core width can be suppressed. In addition, since the taper portion 201c has a large core width, the light emission efficiency with respect to the injected current amount is low. However, if the length is 200 μm or less, the decrease in the light emission efficiency in the taper portion 201c is caused in the entire semiconductor optical amplifier 200. It becomes a level which does not become a problem with respect to luminous efficiency.

また、図1に示す半導体光増幅器200は、活性コア層201の長手方向に垂直な断面においては、図4に示す構造を有する。すなわち、半導体光増幅器200において、ストライプメサ構造の活性コア層201の両脇(紙面左右方向)は、p型InP埋め込み層200f及びn型InP電流ブロッキング層200gからなる電流ブロッキング構造を有した埋込み構造となっている。さらに、コンタクト層200d上にはSiNx保護膜200hが形成されている。p側電極200eはSiNx保護膜200hの開口部200haを介してコンタクト層200dとオーミック接触している。   Further, the semiconductor optical amplifier 200 shown in FIG. 1 has the structure shown in FIG. 4 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the active core layer 201. That is, in the semiconductor optical amplifier 200, the embedded structure having a current blocking structure including the p-type InP buried layer 200f and the n-type InP current blocking layer 200g on both sides (left and right direction in the drawing) of the active core layer 201 having the stripe mesa structure. It has become. Further, a SiNx protective film 200h is formed on the contact layer 200d. The p-side electrode 200e is in ohmic contact with the contact layer 200d through the opening 200ha of the SiNx protective film 200h.

半導体レーザモジュール1000では、半導体光増幅器200の活性コア層201が、半導体光増幅器200内において均一なコア厚さを有するとともに、入力側202でのコア幅W2が中央部201aaでのコア幅W1よりも広くなっていることにより、半導体レーザ素子100と半導体光増幅器200との結合効率が高くなっている。   In the semiconductor laser module 1000, the active core layer 201 of the semiconductor optical amplifier 200 has a uniform core thickness in the semiconductor optical amplifier 200, and the core width W2 at the input side 202 is larger than the core width W1 at the central portion 201aa. As a result, the coupling efficiency between the semiconductor laser device 100 and the semiconductor optical amplifier 200 is increased.

以下、具体的に説明する。半導体レーザモジュール内で半導体レーザ素子からのレーザ光を半導体光増幅器に光学的に結合させる際、レンズを介して結合させる場合、レンズの像倍率を変えることで半導体光増幅器への結合効率を高めることは一般的な手法である。   This will be specifically described below. When optically coupling laser light from a semiconductor laser element to a semiconductor optical amplifier in a semiconductor laser module, the coupling efficiency to the semiconductor optical amplifier is improved by changing the image magnification of the lens. Is a general technique.

しかしながら、レンズで像倍率変換を行うだけでは、半導体レーザ素子からのレーザ光のモードフィールドの縦横比(アスペクト比)を変えることができない。そのため、半導体レーザ素子と半導体光増幅器とでモードフィールドが異なる場合、レーザ光を半導体光増幅器に十分に結合させることができない場合がある。特に、半導体レーザ素子がアクティブ領域とパッシブ導波路部を有しており、レーザ光がパッシブ導波路部を通じて出力されるような場合は、パッシブ導波路部において縦方向(半導体層の積層方向)の光閉じ込めが横方向(半導体層の面方向)の光閉じ込めと比較して強いため、半導体レーザ素子から出力されたレーザ光は、縦方向に長軸を有する扁平率が高い楕円形状のモードフィールドになる。この場合、レンズで半導体光増幅器に結像されるレーザ光は、横方向に長軸を有する扁平率が高い楕円形状のモードフィールドになりやすい。このようなレーザ光をレンズの像倍率変更だけで半導体光増幅器に十分に結合させることは難しい。また、モードフィールド変換素子やモードフィールド変換部品をレンズと合わせて使用することなども考えられるが、組立性の悪化や、変換素子・変換部品での光損失などが問題となる。   However, the aspect ratio (aspect ratio) of the mode field of the laser light from the semiconductor laser element cannot be changed only by performing image magnification conversion with a lens. Therefore, when the mode field differs between the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier, the laser light may not be sufficiently coupled to the semiconductor optical amplifier. In particular, when the semiconductor laser element has an active region and a passive waveguide portion, and laser light is output through the passive waveguide portion, the vertical direction (semiconductor layer stacking direction) in the passive waveguide portion. Since the optical confinement is stronger than the optical confinement in the lateral direction (plane direction of the semiconductor layer), the laser light output from the semiconductor laser element is converted into an elliptical mode field having a long axis in the vertical direction and a high flatness. Become. In this case, the laser beam focused on the semiconductor optical amplifier by the lens tends to be an elliptical mode field having a long axis in the lateral direction and a high flatness. It is difficult to sufficiently couple such laser light to the semiconductor optical amplifier only by changing the image magnification of the lens. In addition, it is conceivable to use a mode field conversion element or a mode field conversion component in combination with a lens, but there are problems such as deterioration in assemblability and light loss in the conversion element / conversion component.

一方、半導体レーザ素子の出力側や半導体光増幅器の入力側に、コア層の幅と厚さの両方を変えることでモードフィールドを変える、公知のSSC構造を用いて半導体光増幅器への結合を高めることが考えられる。しかしながら、SSC構造を作製するには、MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)装置などの結晶成長装置を用いた半導体の再成長工程が必要であり、作製に要する時間が長くなることで歩留などの面で不利である。またさらに、SSC構造の作製に際しては、上記のように再成長を実施するため、少なからず再成長界面での光損失が発生する。そのため、レーザ光のモードフィールドのアスペクト比をSSC構造によって変更して半導体光増幅器のモードフィールドと同様にしても、再成長界面での光損失によってアスペクト比の変更による結合効率の向上の効果が減殺されてしまう場合がある。   On the other hand, the mode field is changed by changing both the width and thickness of the core layer on the output side of the semiconductor laser element and the input side of the semiconductor optical amplifier, and the coupling to the semiconductor optical amplifier is enhanced by using a known SSC structure. It is possible. However, in order to fabricate the SSC structure, a semiconductor regrowth process using a crystal growth apparatus such as a MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus is required, and the time required for the production becomes longer, resulting in a yield. This is disadvantageous. Furthermore, when the SSC structure is manufactured, regrowth is performed as described above, so that light loss occurs at the regrowth interface. Therefore, even if the mode ratio of the laser light mode field is changed by the SSC structure to be the same as the mode field of the semiconductor optical amplifier, the effect of improving the coupling efficiency due to the change of the aspect ratio is diminished by the optical loss at the regrowth interface. It may be done.

これに対して、半導体レーザモジュール1000では、半導体光増幅器200の活性コア層201が、半導体光増幅器200内において均一なコア厚さを有するとともに、入力側202でのコア幅W2が中央部201aaでのコア幅W1よりも広くなっている。これにより、レンズ1004、1006により結像したレーザ光L1のモードフィールドのアスペクト比にモードフィールドを近づけた半導体光増幅器200を実現できる。しかも、半導体光増幅器200の作製時に、光損失を発生させるような再成長界面を形成する必要が無い。これらの結果として、半導体レーザ素子100と半導体光増幅器200との結合効率を高めることができるのである。   On the other hand, in the semiconductor laser module 1000, the active core layer 201 of the semiconductor optical amplifier 200 has a uniform core thickness in the semiconductor optical amplifier 200, and the core width W2 on the input side 202 is the central portion 201aa. It is wider than the core width W1. Thereby, the semiconductor optical amplifier 200 in which the mode field is brought close to the mode field aspect ratio of the laser light L1 formed by the lenses 1004 and 1006 can be realized. In addition, it is not necessary to form a regrowth interface that generates optical loss when the semiconductor optical amplifier 200 is manufactured. As a result, the coupling efficiency between the semiconductor laser device 100 and the semiconductor optical amplifier 200 can be increased.

なお、本実施形態1では、入力側等幅部201bのコア幅W2は3μmであるが、コア幅W2は、半導体レーザ素子100の特性、レーザ光L1の特性、コリメータレンズ1004及び集光レンズ1006の特性に応じて、半導体レーザ素子100と半導体光増幅器200との結合効率が高くなるように適宜設定すればよい。   In the first embodiment, the core width W2 of the input-side equal width portion 201b is 3 μm, but the core width W2 is the characteristics of the semiconductor laser element 100, the characteristics of the laser light L1, the collimator lens 1004, and the condenser lens 1006. The coupling efficiency between the semiconductor laser device 100 and the semiconductor optical amplifier 200 may be appropriately set according to the characteristics.

半導体光増幅器200の製造方法の一例を説明する。まず、n型InP基板上に、MOCVD結晶成長装置等の結晶成長装置を用いて、n型InP−クラッド層を成長してn型半導体層200bを形成し、さらに活性コア層201となる半導体層、p型半導体層200cの一部、コンタクト層200dを成長する。つづいて、CVD法によってp型半導体層200c上にSiNxからなるマスクを形成する。つづいて、レジストとフォトマスクを用いて、活性コア層201のパターンをレジスト転写する。このとき、活性コア層201のパターンにしたフォトマスクを用いる。これにより、簡便に半導体光増幅器200の活性コア層201の形状を実現することができる。つづいて、レジスト転写したウエハに対して、反応イオンエッチングによりSiNxのエッチングを実施する。つづいて、SiNxをエッチングマスクとしてウェットエッチングでメサストライプ形状を作製する。つづいて、MOCVD装置を用いて電流ブロッキング構造を形成し、埋め込み構造とする。さらに、MOCVD装置を用いてp型半導体層200cの残りの部分と、コンタクト層200dを形成する。つづいて、SiNx保護膜200h、p側電極200eを形成し、ウエハの裏面を研磨し、n側電極200aを形成する。これにより、ウエハが完成する。さらに、完成したウエハを適切な長さのバー素子にカッティングし、バー素子の両端面に無反射膜をコーティングし、さらにバー素子を半導体光増幅器200にカッティングする。これにより、半導体光増幅器200を作製することができる。   An example of a method for manufacturing the semiconductor optical amplifier 200 will be described. First, an n-type InP-cladding layer is grown on a n-type InP substrate using a crystal growth apparatus such as an MOCVD crystal growth apparatus to form an n-type semiconductor layer 200b, and a semiconductor layer that becomes an active core layer 201 Then, a part of the p-type semiconductor layer 200c and the contact layer 200d are grown. Subsequently, a mask made of SiNx is formed on the p-type semiconductor layer 200c by a CVD method. Subsequently, the pattern of the active core layer 201 is transferred using a resist and a photomask. At this time, a photomask having a pattern of the active core layer 201 is used. Thereby, the shape of the active core layer 201 of the semiconductor optical amplifier 200 can be easily realized. Subsequently, SiNx etching is performed on the resist-transferred wafer by reactive ion etching. Subsequently, a mesa stripe shape is formed by wet etching using SiNx as an etching mask. Subsequently, a current blocking structure is formed using an MOCVD apparatus to form a buried structure. Further, the remaining part of the p-type semiconductor layer 200c and the contact layer 200d are formed using an MOCVD apparatus. Subsequently, the SiNx protective film 200h and the p-side electrode 200e are formed, the back surface of the wafer is polished, and the n-side electrode 200a is formed. Thereby, the wafer is completed. Further, the completed wafer is cut into a bar element having an appropriate length, antireflection films are coated on both end faces of the bar element, and the bar element is further cut into the semiconductor optical amplifier 200. Thereby, the semiconductor optical amplifier 200 can be manufactured.

(実施例1〜3、比較例1−1〜1−3、2−1〜2−3)
実施例1〜3、比較例1−1〜1−3、2−1〜2−3の半導体レーザモジュールを作製した。実施例1〜3の半導体レーザモジュールは、実施形態1と同様の構成を有する。半導体レーザ素子としては、後に述べる半導体レーザ素子の構成例1のものを用いた。なお、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との間に配置されたコリメータレンズ(焦点距離f1)及び集光レンズ(焦点距離f2)によるレーザ光の像倍率mは、実施例1、2、3に対して、それぞれ1、1.4、2に設定した。
(Examples 1 to 3, Comparative Examples 1-1 to 1-3, 2-1 to 2-3)
Semiconductor laser modules of Examples 1 to 3, Comparative Examples 1-1 to 1-3, and 2-1 to 2-3 were manufactured. The semiconductor laser modules of Examples 1 to 3 have the same configuration as that of the first embodiment. As the semiconductor laser element, a semiconductor laser element configuration example 1 described later was used. Note that the image magnification m of the laser beam by the collimator lens (focal length f1) and the condensing lens (focal length f2) disposed between the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier is different from that in Examples 1, 2, and 3. And set to 1, 1.4 and 2, respectively.

また、比較例1−1〜1−3の半導体レーザモジュールは、半導体光増幅器の入力側等幅部及びテーパ部が形成された部分をSSC構造に置き換えた構造とした以外は、実施例1〜3の半導体レーザモジュールとそれぞれ同じ構成とした。図5は、比較例1−1〜1−3のSSC構造を備える半導体光増幅器の構成を示す模式図である。この半導体光増幅器1200は、半導体光増幅部1200Aと、SSC構造部1200Bとが集積した構造を有する。半導体光増幅部1200Aは、活性コア層1201Aに沿った断面において、n側電極1200aと、n型InPからなるn型半導体層1200bと、活性コア層1201Aと、p型InPからなるp型半導体層1200cと、コンタクト層1200dと、p側電極1200eとがこの順番で積層した構造を有している。SSC構造部1200Bも同様の積層構造を有するが、活性コア層1201Aは導波路コア層1201Bに置き換えられ、p型コンタクト層1200d及びp側電極1200eは備えていない積層構造になっている。   In addition, the semiconductor laser modules of Comparative Examples 1-1 to 1-3 are the same as those in Examples 1 to 3 except that the portions where the input-side equal-width portion and the tapered portion of the semiconductor optical amplifier are replaced with the SSC structure. Each of the semiconductor laser modules 3 had the same configuration. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a semiconductor optical amplifier including the SSC structure of Comparative Examples 1-1 to 1-3. The semiconductor optical amplifier 1200 has a structure in which a semiconductor optical amplifier 1200A and an SSC structure 1200B are integrated. In the cross section along the active core layer 1201A, the semiconductor optical amplifier 1200A includes an n-side electrode 1200a, an n-type semiconductor layer 1200b made of n-type InP, an active core layer 1201A, and a p-type semiconductor layer made of p-type InP. 1200c, contact layer 1200d, and p-side electrode 1200e are stacked in this order. The SSC structure portion 1200B has a similar stacked structure, but the active core layer 1201A is replaced with a waveguide core layer 1201B, and has a stacked structure that does not include the p-type contact layer 1200d and the p-side electrode 1200e.

半導体光増幅部1200Aの活性コア層1201Aは、コア幅が一定で2μmであり、コア厚さも一定である。SSC構造部1200Bの導波路コア層1201Bは、コア幅とコア厚さとの両方が長手方向で変化している。具体的には、入力側(紙面左側)から半導体光増幅部1200A側に向かって、そのコア厚さが90nmから160nmまで、そのコア幅が3μmから2μmまで、それぞれテーパ状に変化している。導波路コア層1201Bはバンドギャップ波長が1.2μmのInGaAsPからなる。   The active core layer 1201A of the semiconductor optical amplifier 1200A has a constant core width of 2 μm and a constant core thickness. In the waveguide core layer 1201B of the SSC structure portion 1200B, both the core width and the core thickness change in the longitudinal direction. Specifically, the core thickness changes from 90 nm to 160 nm and the core width changes from 3 μm to 2 μm in a tapered shape from the input side (left side of the paper) toward the semiconductor optical amplifier 1200A side. The waveguide core layer 1201B is made of InGaAsP having a band gap wavelength of 1.2 μm.

また、比較例2−1〜2−3の半導体レーザモジュールは、半導体光増幅器の入力側等幅部及びテーパ部を主導波部と同じ一定のコア幅とした以外は、実施例1〜3の半導体レーザモジュールとそれぞれ同じ構成とした。   In addition, the semiconductor laser modules of Comparative Examples 2-1 to 2-3 are the same as those of Examples 1 to 3 except that the input-side equal-width portion and the tapered portion of the semiconductor optical amplifier have the same constant core width as the main waveguide portion. Each of the semiconductor laser modules has the same configuration.

そして、各実施例、比較例の半導体レーザモジュールの半導体レーザ素子からレーザ光を出力させながら、半導体光増幅器に逆バイアス電圧を印加し、半導体光増幅器に流れる電流を測定した。   Then, a reverse bias voltage was applied to the semiconductor optical amplifier while laser light was output from the semiconductor laser elements of the semiconductor laser modules of the examples and comparative examples, and the current flowing through the semiconductor optical amplifier was measured.

図6は、比較例1−1〜1−3、2−1〜2−3、実施例1〜3の特性を説明する図である。横軸は像倍率mを示し、縦軸は半導体光増幅器に流れる電流Isoaを示している。電流Isoaは半導体光増幅器に結合されたレーザ光のパワーに比例するので、Isoaの値が大きい程、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率が高いことを意味している。   FIG. 6 is a diagram illustrating characteristics of Comparative Examples 1-1 to 1-3, 2-1 to 2-3, and Examples 1 to 3. The horizontal axis indicates the image magnification m, and the vertical axis indicates the current Isoa flowing through the semiconductor optical amplifier. Since the current Isoa is proportional to the power of the laser beam coupled to the semiconductor optical amplifier, the larger the value of Isoa means that the coupling efficiency between the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier is higher.

図6に示すように、実施例1〜3のいずれの場合も、比較例1−1〜1−3、2−1〜2−3のいずれよりもIsoaが大きく、比較例2−1〜2−3に対して同じ像倍率で約20%程度結合効率を高くできることが確認された。   As shown in FIG. 6, in any of Examples 1 to 3, Isoa is larger than any of Comparative Examples 1-1 to 1-3 and 2-1 to 2-3, and Comparative Examples 2-1 to 2 It was confirmed that the coupling efficiency can be increased by about 20% at the same image magnification with respect to -3.

(実施例4、5、比較例3、4)
実施例4、比較例3として、それぞれ実施例1、比較例1−1と同様の構成であるが、半導体光増幅器の素子長を1400μmとした半導体レーザモジュールを作製し、光ファイバから出力されるレーザ光のパワーを100mWにするための半導体光増幅器の動作電流を比較したところ、実施例4の場合は比較例3の場合よりも動作電流を約4%低減することができた。また、実施例5、比較例4として、それぞれ実施例4、比較例3と同様の構成であるが、半導体光増幅器の素子長を1700μmとした半導体レーザモジュールを作製し、光ファイバから出力されるレーザ光のパワーを100mWにするための半導体光増幅器の動作電流を比較したところ、実施例5の場合は比較例4の場合よりも動作電流を約3%低減することができた。
(Examples 4 and 5, Comparative Examples 3 and 4)
Example 4 and Comparative Example 3 have the same configurations as those of Example 1 and Comparative Example 1-1, respectively, but a semiconductor laser module having a semiconductor optical amplifier element length of 1400 μm is manufactured and output from an optical fiber. When the operating current of the semiconductor optical amplifier for setting the laser beam power to 100 mW was compared, the operating current in Example 4 could be reduced by about 4% compared to the case of Comparative Example 3. Further, as Example 5 and Comparative Example 4, the configurations are the same as those of Example 4 and Comparative Example 3, respectively, but a semiconductor laser module in which the element length of the semiconductor optical amplifier is 1700 μm is manufactured and output from the optical fiber. When the operating current of the semiconductor optical amplifier for setting the laser beam power to 100 mW was compared, in the case of Example 5, the operating current could be reduced by about 3% compared to the case of Comparative Example 4.

(半導体レーザ素子の構成例1)
つぎに、半導体レーザ素子の構成例1について説明する。本構成例1に係る半導体レーザ素子は、レーザ光の出力側にパッシブ導波路部が集積された構成を有する波長可変レーザ素子である。
(Configuration Example 1 of Semiconductor Laser Element)
Next, a configuration example 1 of the semiconductor laser element will be described. The semiconductor laser device according to Configuration Example 1 is a wavelength tunable laser device having a configuration in which a passive waveguide portion is integrated on the laser light output side.

図7は、構成例1に係る半導体レーザ素子の模式図である。図7に示すように、半導体レーザ素子100Aは、埋め込み型導波路によって導波路が形成された埋め込み型導波構造領域110と、スラブ導波路によって導波路が形成されたスラブ導波構造領域120a、120bと、ハイメサ型導波路によって導波路が形成されたハイメサ型導波構造領域130とを有する。   FIG. 7 is a schematic diagram of a semiconductor laser device according to Configuration Example 1. As shown in FIG. 7, the semiconductor laser device 100A includes an embedded waveguide structure region 110 in which a waveguide is formed by an embedded waveguide, and a slab waveguide structure region 120a in which a waveguide is formed by a slab waveguide. 120 b and a high mesa waveguide structure region 130 in which a waveguide is formed by a high mesa waveguide.

埋め込み型導波構造領域110は、発振波長の異なる複数の分布帰還型(DFB:Distributed Feed-Back)レーザ素子111〜11112が集積された構造を有し、かつ曲げ導波路である入力導波路113を備えている。スラブ導波構造領域120aは、入力側スラブ導波路141を備え、スラブ導波構造領域120bは、出力側スラブ導波路142を備え、ハイメサ型導波構造領域130は、曲げ導波路であるアレイ導波路143を備えている。入力側スラブ導波路141、出力側スラブ導波路142、及び曲げ導波路であるアレイ導波路143は、一体としてアレイ導波路回折格子(Arrayed Waveguide Grating:AWG)140を構成している。また、入力導波路113及びAWG140がパッシブ導波路部を構成している。なお、ここでは発振波長の異なる12個のDFBレーザ素子111〜11112を備える半導体レーザ素子100Aを用いて本構成例1を説明するが、本構成例1はDFBレーザ素子の個数によって限定されるものではない。 The buried waveguide structure region 110 has a structure in which a plurality of distributed feedback (DFB: Distributed Feed-Back) laser elements 111 1 to 111 12 having different oscillation wavelengths are integrated, and is an input waveguide that is a bent waveguide. A waveguide 113 is provided. The slab waveguide structure region 120a includes an input-side slab waveguide 141, the slab waveguide structure region 120b includes an output-side slab waveguide 142, and the high mesa waveguide structure region 130 is an array waveguide that is a bending waveguide. A waveguide 143 is provided. The input-side slab waveguide 141, the output-side slab waveguide 142, and the arrayed waveguide 143, which is a bending waveguide, integrally form an arrayed waveguide grating (AWG) 140. The input waveguide 113 and the AWG 140 constitute a passive waveguide section. Here, explanation of the present configuration example 1 using a semiconductor laser element 100A including 12 pieces of the DFB laser element 111 1-111 12 having different oscillation wavelengths, but the present configuration example 1 is limited by the number of the DFB laser element It is not something.

レーザ発振部であるDFBレーザ素子111〜11112は、半導体レーザ素子の一形態であり、例えば1.55μm波長帯域において各DFBレーザ素子111〜11112の発振波長が3.5nmずつ異なるように設計されている。DFBレーザ素子111〜11112は温度を変更することによって発振波長が変化するという特性を有する。半導体レーザ素子100Aでは、複数のDFBレーザ素子111〜11112のうち一つを選択することによって、出力波長の粗調を行い、温度変更によって出力波長の微調を行う。結果、半導体レーザ素子100A全体として、連続的な波長範囲でのレーザ発振を行う波長可変光源として動作する。なお、DFBレーザ素子111〜11112はそれぞれDR(Distributed Reflector)レーザ素子に置き換えてもよい。 The DFB laser elements 111 1 to 111 12 serving as laser oscillation units are one form of semiconductor laser elements, and for example, the oscillation wavelengths of the DFB laser elements 111 1 to 111 12 are different by 3.5 nm in the 1.55 μm wavelength band. Designed to. The DFB laser elements 111 1 to 111 12 have a characteristic that the oscillation wavelength is changed by changing the temperature. In the semiconductor laser element 100A, the output wavelength is coarsely adjusted by selecting one of the plurality of DFB laser elements 111 1 to 111 12 , and the output wavelength is finely adjusted by changing the temperature. As a result, the semiconductor laser element 100A as a whole operates as a wavelength variable light source that performs laser oscillation in a continuous wavelength range. The DFB laser elements 111 1 to 111 12 may be replaced with DR (Distributed Reflector) laser elements.

DFBレーザ素子111〜11112から出射されたレーザ光は、入力導波路113を介して入力側スラブ導波路141へ導波される。入力側スラブ導波路141は、基板と平行な方向に関して光の閉じ込めがない導波路であり、入力導波路113から入力されたレーザ光を基板と平行方向に回折させながら、アレイ導波路143へレーザ光を導波する。 Laser light emitted from the DFB laser elements 111 1 to 111 12 is guided to the input side slab waveguide 141 through the input waveguide 113. The input-side slab waveguide 141 is a waveguide in which light is not confined in the direction parallel to the substrate, and the laser beam input from the input waveguide 113 is diffracted in the direction parallel to the substrate, and the laser is transmitted to the arrayed waveguide 143. Guides light.

アレイ導波路143は、経路が曲げられて構成された多数の導波路から構成されており、波長に依存した光路長差が設けられている。したがって、この波長に依存した光路長差に対応させて入力側スラブ導波路141に対するレーザ光の入力位置を変えると、出力側スラブ導波路142の出力端では、すべての波長のレーザ光が同一位置に結合することになる。   The arrayed waveguide 143 is composed of a large number of waveguides formed by bending paths, and is provided with an optical path length difference depending on the wavelength. Therefore, when the input position of the laser beam to the input-side slab waveguide 141 is changed in accordance with the optical path length difference depending on this wavelength, the laser beams of all wavelengths are at the same position at the output end of the output-side slab waveguide 142. Will be bound to.

本構成例1では、AWG140はスラブ出射型のAWGであり、出力側スラブ導波路142の出力端142aから直接レーザ光が出射され、半導体レーザ素子100Aの出力端を兼ねている。   In the present configuration example 1, the AWG 140 is a slab emission type AWG, and laser light is directly emitted from the output end 142a of the output-side slab waveguide 142, which also serves as the output end of the semiconductor laser element 100A.

ここで、本実施形態に係るAWG140の具体的構成例について開示する。   Here, a specific configuration example of the AWG 140 according to the present embodiment will be disclosed.

アレイ導波路143を構成するハイメサ型導波路の群屈折率nは3.54であり、等価屈折率neffは3.19である。また、アレイ導波路143を構成する導波路における隣接する導波路間の光路長差ΔLは16.3μmである。AWG140の焦点距離Lは480μmである。入力側スラブ導波路141の入力端面141bにおけるアレイ導波路143の導波路間隔は3.5μmである。また、入力側スラブ導波路141の入力端面141aにおける入力導波路113の導波路間隔は5μmである。 The group refractive index ng of the high-mesa waveguide constituting the arrayed waveguide 143 is 3.54, and the equivalent refractive index n eff is 3.19. Further, the optical path length difference ΔL between adjacent waveguides in the waveguide constituting the arrayed waveguide 143 is 16.3 μm. Focal length L f of AWG140 is 480 .mu.m. The waveguide interval of the arrayed waveguides 143 at the input end face 141b of the input side slab waveguide 141 is 3.5 μm. The waveguide interval of the input waveguide 113 on the input end face 141a of the input side slab waveguide 141 is 5 μm.

図8(a)、(b)、(c)は、それぞれ、図7のE−E線断面、F−F線断面、G−G線断面を示す図である。図8(a)は、E−E線断面に含まれる入力導波路113のうちの一つについて図示してある。入力導波路113は、n側電極110aと、n型InPからなり、成長基板を含むn型半導体層110bと、バンドギャップ波長が1.3μmのInGaAsPからなる、厚さ約200nmの導波路コア層110cと、p型InPからなるスペーサ層110jと、p型InPからなるp型半導体層110dと、p型InGaAsからなるコンタクト層110eと、SiNx保護膜110iとがこの順番で積層した構造を有している。導波路コア層110c及びスペーサ層110jは、1.55μm帯の光をシングルモードで光導波するのに適した幅(例えば2.0〜2.5μm)にされたストライプメサ構造とされている。ストライプメサ構造の両脇(紙面左右方向)は、p型InP埋め込み層110g及びn型InP電流ブロッキング層110hからなる電流ブロッキング構造を有した埋込み構造となっている。なお、他の入力導波路113も図8(a)に示す構造を有している。   FIGS. 8A, 8B, and 8C are views showing a cross section taken along the line EE, a line FF, and a line GG, respectively, in FIG. FIG. 8A illustrates one of the input waveguides 113 included in the cross section taken along the line EE. The input waveguide 113 is made of an n-side electrode 110a, an n-type InP, an n-type semiconductor layer 110b including a growth substrate, and a waveguide core layer having a thickness of about 200 nm made of InGaAsP having a band gap wavelength of 1.3 μm. 110c, a spacer layer 110j made of p-type InP, a p-type semiconductor layer 110d made of p-type InP, a contact layer 110e made of p-type InGaAs, and a SiNx protective film 110i are stacked in this order. ing. The waveguide core layer 110c and the spacer layer 110j have a stripe mesa structure having a width (for example, 2.0 to 2.5 μm) suitable for optically guiding light in a 1.55 μm band in a single mode. Both sides of the stripe mesa structure (left and right direction in the drawing) have a buried structure having a current blocking structure including a p-type InP buried layer 110g and an n-type InP current blocking layer 110h. The other input waveguide 113 has the structure shown in FIG.

図8(b)は、F−F線断面に含まれる入力側スラブ導波路141について図示してある。入力側スラブ導波路141は、n側電極110aと、n型半導体層110bと、導波路コア層110cと、p型半導体層110dと、コンタクト層110eと、SiNx保護膜110iとがこの順番で積層した構造を有している。なお、出力側スラブ導波路142も図8(b)に示す構造を有している。   FIG. 8B illustrates the input-side slab waveguide 141 included in the FF line cross section. The input-side slab waveguide 141 includes an n-side electrode 110a, an n-type semiconductor layer 110b, a waveguide core layer 110c, a p-type semiconductor layer 110d, a contact layer 110e, and a SiNx protective film 110i in this order. It has the structure. Note that the output-side slab waveguide 142 also has the structure shown in FIG.

図8(c)は、G−G線断面に含まれるアレイ導波路143のうちの一つについて図示してある。アレイ導波路143は、n側電極110aと、n型半導体層110bと、導波路コア層110cと、p型半導体層110dと、コンタクト層110eとがこの順番で積層した構造を有している。そして、n型半導体層110bの上部からコンタクト層110eまでが、1.55μm帯の光をシングルモードで光導波するのに適した幅(例えば2.0〜2.5μm)にされたハイメサ構造となっており、その表面がSiNx保護膜110iによって覆われている。   FIG. 8C illustrates one of the arrayed waveguides 143 included in the GG line cross section. The arrayed waveguide 143 has a structure in which an n-side electrode 110a, an n-type semiconductor layer 110b, a waveguide core layer 110c, a p-type semiconductor layer 110d, and a contact layer 110e are stacked in this order. A high mesa structure in which the upper part of the n-type semiconductor layer 110b to the contact layer 110e has a width (for example, 2.0 to 2.5 μm) suitable for optically guiding light in a 1.55 μm band in a single mode; The surface is covered with the SiNx protective film 110i.

半導体レーザ素子100Aのように、レーザ光の出力側にパッシブ導波路部が集積された半導体レーザ素子は、出力されたレーザ光が、縦方向に長軸を有する扁平率が高い楕円形状のモードフィールドになりやすい。特に、パッシブ導波路部が曲げ導波路を含む場合は、曲げ損失を抑制するためにパッシブ導波路部における導波路の比屈折率差を高く設定するため、モードフィールドの扁平率がより高くなる傾向にある。したがって、このような半導体レーザ素子は半導体光増幅器200と組み合わせて結合効率を高めることが好適である。なお、レーザ光の出力側にパッシブ導波路部が集積された半導体レーザ素子の他の例としては、半導体レーザ素子100Aの構成において、AWG140に換えてMMI(Multi-Mode Interferometer)素子を備える構成の波長可変レーザ素子などがある。   Like the semiconductor laser element 100A, a semiconductor laser element in which a passive waveguide portion is integrated on the laser beam output side has an elliptical mode field in which the output laser beam has a long axis in the vertical direction and a high flatness. It is easy to become. In particular, when the passive waveguide portion includes a bending waveguide, the relative refractive index difference of the waveguide in the passive waveguide portion is set high in order to suppress bending loss, so that the flatness of the mode field tends to be higher. It is in. Therefore, such a semiconductor laser device is preferably combined with the semiconductor optical amplifier 200 to increase the coupling efficiency. As another example of the semiconductor laser device in which the passive waveguide section is integrated on the laser beam output side, the semiconductor laser device 100A has a configuration including an MMI (Multi-Mode Interferometer) device instead of the AWG 140. There are tunable laser elements and the like.

(実施形態2)
図9は、実施形態2に係る半導体レーザモジュールの構成を示す模式図である。図9に示すように、半導体レーザモジュール1000Aは、図1に示す半導体レーザモジュール1000の構成において、半導体レーザ素子100を半導体レーザ素子100Bに置き換え、半導体光増幅器200を半導体光増幅器200Aに置き換え、基台1013及び光アイソレータ1014を追加した構成を有する。また、半導体レーザモジュール1000Aは制御器に接続している。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of the semiconductor laser module according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, in the configuration of the semiconductor laser module 1000A shown in FIG. 1, the semiconductor laser module 100A is replaced with the semiconductor laser element 100B, the semiconductor optical amplifier 200 is replaced with the semiconductor optical amplifier 200A, It has a configuration in which a table 1013 and an optical isolator 1014 are added. The semiconductor laser module 1000A is connected to a controller.

以下、半導体レーザモジュール1000Aの半導体レーザモジュール1000との相違点について説明する。半導体レーザ素子100Bは、半導体レーザ素子100と同様に、制御器から駆動電流を供給されて、レーザ光L1を出力する。なお、半導体レーザ素子100の光出力端面100Baにレーザ光L1を導波する導波路の中心軸は、光出力端面100Baの法線に対して7°だけ傾斜している。その結果、レーザ光L1は、半導体レーザ素子100Bの光出力端面100Baの法線に対して23°を成す方向に出力する。これにより、光出力端面100Baにおいて発生する反射光が半導体レーザ素子100B内に戻り、レーザ特性が不安定になるということが抑制される。このようにレーザ光L1が傾斜した方向に出力するため、基台1002はレーザ光L1の進行方向に対して傾斜して配置されている。なお、半導体レーザ素子100Cは、図7に示すような構成の波長可変レーザ素子であってもよい。   Hereinafter, differences between the semiconductor laser module 1000A and the semiconductor laser module 1000 will be described. Similar to the semiconductor laser element 100, the semiconductor laser element 100B is supplied with a drive current from the controller and outputs a laser beam L1. The central axis of the waveguide that guides the laser light L1 to the light output end face 100Ba of the semiconductor laser element 100 is inclined by 7 ° with respect to the normal line of the light output end face 100Ba. As a result, the laser beam L1 is output in a direction that forms 23 ° with respect to the normal line of the light output end surface 100Ba of the semiconductor laser element 100B. As a result, the reflected light generated at the light output end face 100Ba is prevented from returning into the semiconductor laser element 100B and the laser characteristics becoming unstable. Thus, since the laser beam L1 is output in the tilted direction, the base 1002 is tilted with respect to the traveling direction of the laser beam L1. The semiconductor laser element 100C may be a wavelength tunable laser element configured as shown in FIG.

基台1013は、筐体1001内で基台1003、ビームスプリッタ1005、1007、集光レンズ1006、PD1008、1010、エタロンフィルタ1009、及び光アイソレータ1014を載置している。基台1013は、例えば熱伝導率が170W/m・Kと高いAlNからなるが、AlNに限らず、CuW、SiC、ダイヤモンドなどの熱伝導率が高い材料でもよい。   A base 1013 mounts a base 1003, beam splitters 1005 and 1007, condenser lenses 1006, PDs 1008 and 1010, an etalon filter 1009, and an optical isolator 1014 in a housing 1001. The base 1013 is made of AlN having a high thermal conductivity of 170 W / m · K, for example. However, the base 1013 is not limited to AlN, and may be a material having a high thermal conductivity such as CuW, SiC, or diamond.

光アイソレータ1014は、コリメータレンズ1004とビームスプリッタ1005との間に配置されている。光アイソレータ1014は、レーザ光L1をコリメータレンズ1004側からビームスプリッタ1005側に通過させるとともに、ビームスプリッタ1005側から進行してきた光を遮断し、当該光が半導体レーザ素子100Bに入力されることを防止する。   The optical isolator 1014 is disposed between the collimator lens 1004 and the beam splitter 1005. The optical isolator 1014 passes the laser light L1 from the collimator lens 1004 side to the beam splitter 1005 side, blocks light traveling from the beam splitter 1005 side, and prevents the light from being input to the semiconductor laser element 100B. To do.

つぎに、半導体光増幅器200Aについて具体的に説明する。図10は、半導体光増幅器200Aの構成を示す模式図である。   Next, the semiconductor optical amplifier 200A will be specifically described. FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the semiconductor optical amplifier 200A.

半導体光増幅器200Aは、幅が約0.4mm、長さが約2mmであり、活性コア層201Aを備えている。活性コア層201Aは、半導体光増幅器200Aの入力側202Aから出力側203Aまで延伸しており、その長さは約2mmである。活性コア層201Aは、入力側202Aから入力されたレーザ光L1を長手方向(光導波方向)に導波しながら増幅して、レーザ光L2として出力側203Aから出力する。なお、半導体光増幅器200Aの、活性コア層201Aに沿った断面及び活性コア層201Aの長手方向に垂直な断面構造は、半導体光増幅器200の対応する断面構造と同様である。   The semiconductor optical amplifier 200A has a width of about 0.4 mm and a length of about 2 mm, and includes an active core layer 201A. The active core layer 201A extends from the input side 202A to the output side 203A of the semiconductor optical amplifier 200A, and its length is about 2 mm. The active core layer 201A amplifies the laser beam L1 input from the input side 202A while being guided in the longitudinal direction (optical waveguide direction), and outputs the laser beam L2 from the output side 203A. The cross section of the semiconductor optical amplifier 200A along the active core layer 201A and the cross sectional structure perpendicular to the longitudinal direction of the active core layer 201A are the same as the corresponding cross sectional structure of the semiconductor optical amplifier 200.

半導体光増幅器200Aの活性コア層201Aは、半導体光増幅器200A内において、均一なコア厚さ160nmを有する。また、図10に示すように、活性コア層201Aは、主導波部201Aa、入力側等幅部201Ab、テーパ部201Ac、及び曲がり導波部201Adを備えている。図10では明確には記載されていないが、曲がり導波部201Adは、テーパ部201Acと主導波部201Aaとを接続する、緩やかかつ連続的に曲がった導波路である。この曲がり導波路部201Adは、テーパ部201Acと一体として、幅の変化と曲がりを同時に有するものとすることも可能である。主導波部201Aaは、入力側主導波部201Aaa、出力側主導波部201Aab、及び曲がり導波部201Aeを備えている。図10では明確には記載されていないが、曲がり導波部201Aeは、入力側主導波部201Aaaと出力側主導波部201Aabとを接続する、緩やかかつ連続的に曲がった導波路である。   The active core layer 201A of the semiconductor optical amplifier 200A has a uniform core thickness of 160 nm in the semiconductor optical amplifier 200A. As shown in FIG. 10, the active core layer 201A includes a main waveguide portion 201Aa, an input-side equal width portion 201Ab, a tapered portion 201Ac, and a bent waveguide portion 201Ad. Although not clearly described in FIG. 10, the bent waveguide portion 201Ad is a gently and continuously bent waveguide that connects the tapered portion 201Ac and the main waveguide portion 201Aa. The bent waveguide portion 201Ad can be integrated with the tapered portion 201Ac and have a change in width and a bend at the same time. The main waveguide 201Aa includes an input-side main waveguide 201Aaa, an output-side main waveguide 201Aab, and a bent waveguide 201Ae. Although not clearly shown in FIG. 10, the bent waveguide 201Ae is a gently and continuously bent waveguide that connects the input main waveguide 201Aaa and the output main waveguide 201Aab.

主導波部201Aaは、活性コア層201Aの長手方向における中央部201Aacを含み、コア幅が一定の部分である。中央部201Aacは、入力側202A及び出力側203Aのそれぞれから約1mmの位置を含む領域である。主導波部201Aaのコア幅W3は、1.55μm帯の光をシングルモードで導波できる値であり、本実施形態2では2μmである。また、主導波部201Aaの出力側主導波部201Aabの中心軸X1は、半導体光増幅器200Aの光出力端面204Aの法線N1に対して角度θ1=7°だけ傾斜している。   The main waveguide portion 201Aa includes a central portion 201Aac in the longitudinal direction of the active core layer 201A, and is a portion having a constant core width. The central portion 201Aac is an area including a position of about 1 mm from each of the input side 202A and the output side 203A. The core width W3 of the main waveguide portion 201Aa is a value that can guide light in a 1.55 μm band in a single mode, and is 2 μm in the second embodiment. The central axis X1 of the output main waveguide 201Aab of the main waveguide 201Aa is inclined by an angle θ1 = 7 ° with respect to the normal N1 of the optical output end surface 204A of the semiconductor optical amplifier 200A.

入力側等幅部201Abは、入力側202Aに位置し、中心軸X2における長さが約20μmであり、コア幅が一定の部分である。入力側等幅部201Abのコア幅W4は本実施形態2では3μmであり、中央部201Aacでのコア幅W3とは異なり、広くなっている。また、入力側等幅部201Abの中心軸X2は、半導体光増幅器200Aの光入力端面205Aの法線N2に対して角度θ2=7°だけ傾斜している。したがって、出力側主導波部201Aabと入力側等幅部201Abとは平行になっている。また、半導体レーザ素子100Cから出力されたレーザ光L1は、半導体光増幅器200Aの光入力端面205Aの法線N2に対して23°を成す方向から半導体光増幅器200Aに入力する。また、レーザ光L2は、半導体光増幅器200Aから、光出力端面204Aの法線N1に対して23°を成す方向に出力する。   The input-side equal width portion 201Ab is located on the input side 202A, has a length of about 20 μm in the central axis X2, and has a constant core width. The core width W4 of the input-side equal width portion 201Ab is 3 μm in the second embodiment, and is wider than the core width W3 in the central portion 201Aac. Further, the central axis X2 of the input-side equal-width portion 201Ab is inclined by an angle θ2 = 7 ° with respect to the normal line N2 of the optical input end face 205A of the semiconductor optical amplifier 200A. Therefore, the output side main waveguide portion 201Aab and the input side equal width portion 201Ab are parallel to each other. The laser beam L1 output from the semiconductor laser element 100C is input to the semiconductor optical amplifier 200A from a direction that forms 23 ° with respect to the normal line N2 of the optical input end face 205A of the semiconductor optical amplifier 200A. The laser light L2 is output from the semiconductor optical amplifier 200A in a direction that forms 23 ° with respect to the normal line N1 of the light output end face 204A.

テーパ部201Acは、入力側202Aから中央部201Aacに向かってコア幅が徐々に狭くなる領域であり、その長さは約100μmである。テーパ部201Acは、中央部201Aacよりも入力側202Aに近い位置にある。テーパ部201Acは、光導波方向における長さが10μm以上200μm以下であることが好ましい。   The taper portion 201Ac is a region where the core width gradually decreases from the input side 202A toward the center portion 201Aac, and the length thereof is about 100 μm. The taper portion 201Ac is located closer to the input side 202A than the central portion 201Aac. The taper portion 201Ac preferably has a length in the optical waveguide direction of 10 μm or more and 200 μm or less.

半導体レーザモジュール1000Aでは、半導体光増幅器200Aの活性コア層201Aが、半導体光増幅器200A内において均一なコア厚さを有するとともに、入力側202Aでのコア幅W4が中央部201Aacでのコア幅W3よりも広くなっていることにより、半導体レーザ素子100Bと半導体光増幅器200Aとの結合効率が高くなっている。   In the semiconductor laser module 1000A, the active core layer 201A of the semiconductor optical amplifier 200A has a uniform core thickness in the semiconductor optical amplifier 200A, and the core width W4 on the input side 202A is larger than the core width W3 on the central portion 201Aac. As a result, the coupling efficiency between the semiconductor laser device 100B and the semiconductor optical amplifier 200A is increased.

また、活性コア層201Aは、半導体光増幅器200Aの入力側202Aと出力側203Aとにおいて、それぞれ光入力端面205A、光出力端面204Aに対して傾斜している。これにより、各端面において発生する反射光が活性コア層201Aに結合し、動作が不安定になるということが抑制される。   The active core layer 201A is inclined with respect to the light input end face 205A and the light output end face 204A on the input side 202A and the output side 203A of the semiconductor optical amplifier 200A, respectively. Thereby, it is suppressed that the reflected light generated at each end face is coupled to the active core layer 201A and the operation becomes unstable.

(半導体光増幅器のその他の構成例)
図11は、半導体光増幅器のその他の構成例を示す模式図である。図11(a)に示す半導体光増幅器200Bは、活性コア層201Bにおいて、主導波部201Baに対して入力側202Bに入力側等幅部201Bbとテーパ部201Bcとを備えるとともに、出力側203Bにも出力側等幅部201Bfとテーパ部201Bgとを備える。入力側等幅部201Bb及び出力側等幅部201Bfの長さ及び幅は、半導体光増幅器200の活性コア層201の入力側等幅部201bの長さ及び幅と同じであってもよい。テーパ部201Bcの長さと幅は、活性コア層201のテーパ部201cの長さ及び幅と同じであってもよい。活性コア層201Bは、出力側203Bのコア幅が、光導波方向における中央部でのコア幅とは異なり、広くなっている。これにより、出力側等幅部201Bfおよびテーパ部201Bgにおいて、電流注入する際の抵抗が下がるので、電力効率が向上する。テーパ部201Bgの長さは、テーパ部201Bcの長さに比べて長くすることにより、抵抗を下げる効果を大きくすることができる。すなわち、テーパ部201Bcの長さはコア幅の急激な変化による損失の増加を抑制することができる範囲でなるべく小さくなるように選ばれるが、テーパ部201Bgの長さはそれよりも長く、例えば500μm程度とすることによって効率が向上する。
(Other configuration examples of semiconductor optical amplifier)
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating another configuration example of the semiconductor optical amplifier. In the active core layer 201B, the semiconductor optical amplifier 200B shown in FIG. 11A includes an input-side equal width portion 201Bb and a tapered portion 201Bc on the input side 202B with respect to the main waveguide portion 201Ba, and also on the output side 203B. The output side equal width part 201Bf and the taper part 201Bg are provided. The length and width of the input-side equal width portion 201Bb and the output-side equal width portion 201Bf may be the same as the length and width of the input-side equal width portion 201b of the active core layer 201 of the semiconductor optical amplifier 200. The length and width of the taper portion 201Bc may be the same as the length and width of the taper portion 201c of the active core layer 201. In the active core layer 201B, the core width on the output side 203B is wider than the core width at the center in the optical waveguide direction. Thereby, in the output side equal width part 201Bf and the taper part 201Bg, the resistance at the time of current injection is lowered, so that the power efficiency is improved. By making the length of the tapered portion 201Bg longer than the length of the tapered portion 201Bc, the effect of reducing the resistance can be increased. That is, the length of the taper portion 201Bc is selected to be as small as possible within a range in which an increase in loss due to a rapid change in the core width can be suppressed, but the length of the taper portion 201Bg is longer than that, for example, 500 μm. By improving the degree, the efficiency is improved.

図11(b)に示す半導体光増幅器200Cは、活性コア層201Cにおいて、主導波部201Caに対して入力側202Cに入力側等幅部201Cbとテーパ部201Ccと曲がり導波部201Cdとを備えるとともに、出力側203Cにも出力側等幅部201Cfとテーパ部201Cgと曲がり導波部201Chとを備える。図11では明確には記載されていないが、曲がり導波部201Cd、201Chは、緩やかかつ連続的に曲がっている。入力側等幅部201Cb及び出力側等幅部201Cfの長さ及び幅は、半導体光増幅器200Aの活性コア層201Aの入力側等幅部201Abの長さ及び幅と同じであってもよい。テーパ部201Ccの長さと幅は、活性コア層201Aのテーパ部201Acの長さ及び幅と同じであってもよい。曲がり導波部201Cdの形状は、活性コア層201Aの曲がり導波部201Adの形状と同じであってもよい。曲がり導波路部201Cdは、テーパ部201Ccと一体として、幅の変化と曲がりを同時に有するものとしてもよい。曲がり導波路部201Chは、テーパ部201Cgと一体として、幅の変化と曲がりを同時に有するものとしてもよい。活性コア層201Cは、出力側203Cのコア幅が、光導波方向における中央部でのコア幅とは異なり、広くなっている。これにより、出力側等幅部201Cfおよびテーパ部201Cgにおいて、電流注入する際の抵抗が下がるので、電力効率が向上する。テーパ部201Cgの長さは、テーパ部201Ccの長さに比べて長くしてもよい。   A semiconductor optical amplifier 200C shown in FIG. 11B includes, in the active core layer 201C, an input side equal width portion 201Cb, a taper portion 201Cc, and a curved waveguide portion 201Cd on the input side 202C with respect to the main waveguide portion 201Ca. The output side 203C also includes an output side equal width portion 201Cf, a taper portion 201Cg, and a curved waveguide portion 201Ch. Although not clearly shown in FIG. 11, the bent waveguide portions 201Cd and 201Ch are bent gently and continuously. The length and width of the input side equal width portion 201Cb and the output side equal width portion 201Cf may be the same as the length and width of the input side equal width portion 201Ab of the active core layer 201A of the semiconductor optical amplifier 200A. The length and width of the tapered portion 201Cc may be the same as the length and width of the tapered portion 201Ac of the active core layer 201A. The shape of the bent waveguide portion 201Cd may be the same as the shape of the bent waveguide portion 201Ad of the active core layer 201A. The bent waveguide portion 201Cd may be integrated with the tapered portion 201Cc and have a change in width and a bend at the same time. The bent waveguide portion 201Ch may be integrated with the tapered portion 201Cg and have a change in width and a bend at the same time. In the active core layer 201C, the core width of the output side 203C is wider than the core width at the center in the optical waveguide direction. Thereby, in the output side equal width part 201Cf and the taper part 201Cg, the resistance at the time of current injection is lowered, so that the power efficiency is improved. The length of the tapered portion 201Cg may be longer than the length of the tapered portion 201Cc.

なお、上記実施形態では、半導体光増幅器の活性コア層が、入力側でのコア幅が中央部でのコア幅よりも広くなっている形状を有する。しかし、半導体レーザ素子の特性によっては、入力側でのコア幅が中央部でのコア幅よりも狭くなっている形状とすることにより、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率を高めるようにしてもよい。また、入力側等幅部は長さが実質的にゼロでもよいし、テーパ部は必須の構成ではない。すなわち、活性コア層の入力側のコア幅が、長手方向における少なくとも中央部でのコア幅とは異なることにより、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率を高めることができればよい。また、活性コア層の出力側のコア幅が、光導波方向における中央部でのコア幅とは異なり、狭くなっていてもよい。   In the above embodiment, the active core layer of the semiconductor optical amplifier has a shape in which the core width on the input side is wider than the core width in the central portion. However, depending on the characteristics of the semiconductor laser device, the coupling width between the semiconductor laser device and the semiconductor optical amplifier is increased by making the core width on the input side narrower than the core width at the center. May be. Further, the input-side equal width portion may be substantially zero in length, and the tapered portion is not an essential configuration. That is, it is only necessary that the core width on the input side of the active core layer is different from the core width at least in the central portion in the longitudinal direction, so that the coupling efficiency between the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier can be increased. Further, the core width on the output side of the active core layer may be narrower, unlike the core width at the center in the optical waveguide direction.

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。例えば、図1に示す半導体レーザモジュール1000において、コリメータレンズ1004とビームスプリッタ1005との間に光アイソレータを配置してもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。   Further, the present invention is not limited by the above embodiment. What was comprised combining each component mentioned above suitably is also contained in this invention. For example, an optical isolator may be disposed between the collimator lens 1004 and the beam splitter 1005 in the semiconductor laser module 1000 shown in FIG. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

201、201A、201B、201C 活性コア層
110b、200b n型半導体層
110j スペーサ層
110g、200f p型InP埋め込み層
110h、200g n型InP電流ブロッキング層
110d、200c p型半導体層
110e、200d コンタクト層
200e p側電極
110i、200h SiNx保護膜
200ha 開口部
110a、200a n側電極
100、100A、100B 半導体レーザ素子
100Ca 光出力端面
110 埋め込み型導波構造領域
110c 導波路コア層
113 入力導波路
120a、120b スラブ導波構造領域
130 ハイメサ型導波構造領域
141 入力側スラブ導波路
141a、141b 入力端面
142 出力側スラブ導波路
142a 出力端
143 アレイ導波路
200、200A、200B、200C 半導体光増幅器
201a、201Aa、201Ba、201Ca 主導波部
201Aaa 入力側主導波部
201Aab 出力側主導波部
201aa、201Aac 中央部
201b、201Ab、201Bb、201BCb、201Cb 入力側等幅部
201c、201Ac、201Bc、201Bg、201Cc、201Cg テーパ部
201Ad、201Ae、201Cd、201Ch 曲がり導波部
201Bf、201Cf 出力側等幅部
202、202A、202B、202C 入力側
203、203A、203B、203C 出力側
204A 光出力端面
205A 光入力端面
1000、1000A 半導体レーザモジュール
1001 筐体
1001a 取付部
1002、1003、1013 基台
1004 コリメータレンズ
1005、1007 ビームスプリッタ
1006、1011 集光レンズ
1009 エタロンフィルタ
1008、1010 PD
1012 光ファイバ
1014 光アイソレータ
111〜11112 DFBレーザ素子
L1、L2、L3 レーザ光
N1、N2 法線
X1、X2 中心軸
201, 201A, 201B, 201C active core layer 110b, 200b n-type semiconductor layer 110j spacer layer 110g, 200f p-type InP buried layer 110h, 200g n-type InP current blocking layer 110d, 200cp p-type semiconductor layer 110e, 200d contact layer 200e p-side electrode 110i, 200h SiNx protective film 200ha opening 110a, 200a n-side electrode 100, 100A, 100B semiconductor laser device 100Ca light output end face 110 buried waveguide structure region 110c waveguide core layer 113 input waveguide 120a, 120b slab Waveguide structure region 130 High-mesa waveguide structure region 141 Input side slab waveguides 141a and 141b Input end surface 142 Output side slab waveguide 142a Output end 143 Array waveguides 200, 200A, 200B 200C Semiconductor optical amplifier 201a, 201Aa, 201Ba, 201Ca Main waveguide portion 201Aaa Input side main waveguide portion 201Aab Output side main waveguide portion 201aa, 201Aac Center portion 201b, 201Ab, 201Bb, 201BCb, 201Cb Input side equal width portion 201c, 201Ac, 201Bc 201Bg, 201Cc, 201Cg Tapered portions 201Ad, 201Ae, 201Cd, 201Ch Curved waveguide portions 201Bf, 201Cf Output side equal width portions 202, 202A, 202B, 202C Input side 203, 203A, 203B, 203C Output side 204A Light output end face 205A Optical input end face 1000, 1000A Semiconductor laser module 1001 Case 1001a Mounting portion 1002, 1003, 1013 Base 1004 Collimator lens 1005, 10 07 Beam splitter 1006, 1011 Condensing lens 1009 Etalon filter 1008, 1010 PD
1012 Optical fiber 1014 Optical isolators 111 1 to 111 12 DFB laser elements L1, L2, L3 Laser light N1, N2 Normal lines X1, X2 Central axis

Claims (11)

レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
前記レーザ光が入力側から入力され、該レーザ光を増幅して出力側から出力する半導体光増幅器と、
前記半導体レーザ素子から出力された前記レーザ光を前記半導体光増幅器に光学的に結合させる光学結合器と、
を備え、
前記半導体光増幅器の活性コア層は、均一なコア厚さを有するとともに、前記入力側のコア幅が、長手方向における少なくとも中央部でのコア幅とは異なることを特徴とする半導体レーザモジュール。
A semiconductor laser element for outputting laser light;
A semiconductor optical amplifier that receives the laser beam from the input side, amplifies the laser beam, and outputs the laser beam from the output side;
An optical coupler for optically coupling the laser light output from the semiconductor laser element to the semiconductor optical amplifier;
With
The active laser layer of the semiconductor optical amplifier has a uniform core thickness, and the core width on the input side is different from the core width at least in the central portion in the longitudinal direction.
前記半導体光増幅器の活性コア層は、
前記入力側のコア幅が、前記中央部でのコア幅よりも広く、
前記入力側から前記中央部に向かってコア幅が狭くなる領域を、前記中央部よりも前記入力側に近い位置に備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザモジュール。
The active core layer of the semiconductor optical amplifier is:
The core width on the input side is wider than the core width at the central portion,
2. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein a region where the core width becomes narrower from the input side toward the central portion is provided at a position closer to the input side than the central portion.
前記領域の長手方向における長さが10μm以上200μm以下であることを特徴とする請求項2に記載の半導体レーザモジュール。   3. The semiconductor laser module according to claim 2, wherein a length of the region in a longitudinal direction is not less than 10 μm and not more than 200 μm. 前記半導体レーザ素子は、前記レーザ光の出力側にパッシブ導波路部が集積された構成を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。   The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the semiconductor laser element has a configuration in which a passive waveguide portion is integrated on an output side of the laser light. 前記パッシブ導波路部は、曲げ導波路を含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体レーザモジュール。   The semiconductor laser module according to claim 4, wherein the passive waveguide portion includes a bent waveguide. 前記パッシブ導波路部は、スラブ出射型アレイ導波路回折格子を含むことを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体レーザモジュール。   6. The semiconductor laser module according to claim 4, wherein the passive waveguide section includes a slab emission type arrayed waveguide diffraction grating. 前記半導体レーザ素子は、複数のレーザ発振部が集積された構成を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。   The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the semiconductor laser element has a configuration in which a plurality of laser oscillation units are integrated. 前記半導体光増幅器をジャンクションダウンの状態で搭載する基台を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。   The semiconductor laser module according to claim 1, further comprising a base on which the semiconductor optical amplifier is mounted in a junction-down state. 前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記半導体光増幅器の入力側において、前記入力側の端面に対して傾斜していることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。   9. The semiconductor according to claim 1, wherein an active core layer of the semiconductor optical amplifier is inclined with respect to an end face of the input side on an input side of the semiconductor optical amplifier. Laser module. 前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記半導体光増幅器の出力側において、前記出力側の端面に対して傾斜していることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。   9. The semiconductor according to claim 1, wherein an active core layer of the semiconductor optical amplifier is inclined with respect to an end face on the output side on an output side of the semiconductor optical amplifier. Laser module. 前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記出力側のコア幅が、光導波方向における少なくとも中央部でのコア幅とは異なることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。   The active core layer of the semiconductor optical amplifier has a core width on the output side that is different from a core width at least in a central portion in an optical waveguide direction. Semiconductor laser module.
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