JP2020520112A - 可変レーザーの反射器構造および可変レーザー - Google Patents

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Abstract

本願は、可変レーザーのための反射器構造および可変レーザーを提供する。反射器構造において、超構造格子が反射器構造として使われ、超構造格子が位置する領域のまわりに懸架構造が形成され、懸架構造を使って、超構造格子が位置する領域の周囲の断熱を実現し、熱抵抗を増す。それにより、熱の損失が少なくなり、超構造格子が位置する領域に熱が集中させられ、それにより反射器構造の熱調整効率を改善し、可変レーザーの全体的な消費電力を低減する助けとなる。さらに、懸架構造の両側に横支持構造が配置され、懸架構造のための機械的支持を提供する。さらに、懸架構造の同じ側の任意の二つの横支持構造に対応する超構造格子内の領域は、超構造格子の空間周期内での異なる位置に当たる。これは、熱調整の際の超構造格子の反射スペクトルの平坦性の劣化を回避する助けとなり、それにより、可変レーザーの性能の劣化を回避する助けとなる。

Description

本願は2017年5月9日に中国特許庁に出願された、「可変レーザーの反射器構造および可変レーザー」と題する中国特許出願第201710322040.1号の優先権を主張するものである。同出願はここに参照によってその全体において組み込まれる。
技術分野
本願は、レーザー分野に関し、より具体的には、可変レーザーの反射器構造および可変レーザーに関する。
光通信分野において、可変レーザー（Tunable Laser、TL）とは、出力波長を特定の範囲内で調整できるレーザーである。モノリシック集積型の可変レーザーは、小型・高集積などの利点を有し、現在の光通信分野の主流技術となっている。
モノリシック集積Y分岐可変レーザーを例として使う。図１に示されるように、モノリシック集積Y分岐可変レーザーは、利得領域、位相領域、多モード干渉（Multimode Interference、MMI）カプラ、反射器構造１および反射器構造２を含む。能動的な利得領域は通例、多重量子井戸（Multiple Quantum Well、MQW）であり、電流が該能動的な利得領域に注入されると、電気エネルギーを光エネルギーに変換して利得を提供する。反射器構造１および反射器構造２の反射スペクトルは波長選択性であり、波長調整のために使用される。反射器構造における一般的な反射器は、分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector、DBR）またはマイクロリングであってもよい。モノリシック集積Y分岐可変レーザーによる波長調整は、本質的には、反射器または位相領域内の光導波路の屈折率を調整するものである。光導波路の屈折率を調整する原理は、主に、量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum-Confined Stark Effect、QCSE）、電流注入、および熱調整を含む。QCSEは、屈折率に比較的小さな変化をもたらし、レーザーに適用されることは比較的少ない。電流注入は、屈折率を大きく変化させ、非常に速い過渡応答（ナノ秒レベル）をし、広く適用されている。しかしながら、電流注入は、大きな導波路損失を生じ、その結果、レーザーのレーザー光線幅はメガヘルツ・レベルに達し、コヒーレント光通信システムの要件を満たすことができない。熱調整では、材料の温度効果を変化させることによって屈折率を変化させる。熱調整は、電流注入よりも低い応答速度を達成するが、熱調整は、電流注入よりもはるかに小さな調整損失を引き起こし、400キロヘルツ（kHz）未満の光線幅を実現して、コヒーレント光通信システムの要件を満たすことができる。しかしながら、同じ波長調整範囲に対して、電流注入調整は、熱調整よりもはるかに低い電力消費を引き起こす。たとえば、DBRの反射スペクトルの6nm調整の場合、熱調整コンポーネントの電力消費（たとえば、100ミリワット（mW）を超える）は、電流ベースの調整コンポーネントの電力消費（約15mW）をはるかに超えることがある。結論として、電流注入調整と比較して、熱調整の利点は、より狭いレーザー光線幅が得られることであり、熱調整の欠点は、調整コンポーネントの電力消費が過大であることである。
熱調整は、反射器構造内の反射器領域にヒーター（一般的には加熱抵抗器）を配置することによって実現される。ヒーターの温度は、ヒーターの電力を調整することによって変えることができ、反射器領域の温度を変化させることができる。最後に、温度効果により反射器領域の屈折率が変化し、反射器の反射ピークの波長位置が調整される。同じ波長調整範囲に対して、波長可変レーザーにおける熱調整コンポーネントのより低い電力消費は、調整コンポーネントのより高い熱調整効率およびレーザーのより低い全体的な電力消費を意味する。
よって、どのようにして熱調整コンポーネントの電力消費を低減するかが、解決される必要のある問題となる。
本願は、可変レーザーの全体的な電力消費を低減するための、可変レーザーのための反射器および可変レーザーを提供する。
第一の側面によれば、可変レーザー用の反射器構造が提供される。反射器構造は：
下から上へ順次積層された基板層、支持層、下クラッド層、導波路層、上クラッド層およびヒーター層を含む。
反射器構造は、さらに、超構造格子を含み、超構造格子は、導波路層における光の伝搬方向に沿って、上クラッド層と下クラッド層との間に配置され、ヒーター層は、上クラッド層の上面に位置し、超構造格子とちょうど向かい合う領域に位置する。
支持層は、第一支持副層および第二支持副層を含み、第一支持副層および第二支持副層は、導波路層における光の伝搬方向に沿って基板層の上面の両側に位置し、導波路層における光の伝搬方向に沿って延びる空間が、基板層、第一支持副層、第二支持副層、および下クラッド層の間で形成され、上クラッド層の上面に、導波路層における光の伝搬方向に沿って、第一列の開口および第二列の開口が配置され、第一列の開口および第二列の開口は、それぞれ、上クラッド層の上面にあり、超構造格子とちょうど向かい合う領域の二つの側に位置し、開口の第一列および開口の第二列は、それぞれ複数の開口を含み、各開口は、上クラッド層、導波路層、および下クラッド層を下方に貫通することにより、前記空間に到達する。
前記空間の上方にあり、開口の第一列および開口の第二列との間に位置する領域に懸架構造が形成され、開口の第一列および開口の第二列における二つの隣接する開口の間の領域に懸架構造の横支持構造が形成される。
第一の横支持構造は、超構造格子における第一の空間周期の第一の領域に対応し、第二の横支持構造は、超構造格子における第二の空間周期の第二の領域に対応し、第一の空間周期内での第一の領域の相対位置は、第二の空間周期内での第二の領域の相対位置とは異なり、第一の横支持構造および第二の横支持構造は、懸架構造の同じ側に位置する任意の二つの横支持構造である。超構造格子の空間周期は、超構造格子上での、超構造格子の変調関数の周期に対応する距離である。
超構造格子の第一の空間周期および超構造格子の第二の空間周期は、超構造格子上に位置する同じ空間周期であってもよく、または超構造格子上に位置する異なる空間周期であってもよい。
第一の空間周期内での第一の領域の相対位置が、第二の空間周期内での第二の領域の相対位置と異なることは、第一の領域から第一の空間周期の開始点（または終点）までの距離が、第二の領域から第二の空間周期の開始点（または終点）までの距離と異なることを含む。
本発明のこの実施形態における可変レーザーの反射器構造においては、超構造格子が反射器として使われ、超構造格子が位置する領域の周囲に懸架構造が形成され、懸架構造を使って、超構造格子が位置する領域の周囲の断熱を実現し、熱抵抗を増す。それにより、熱の損失が少なくなり、超構造格子が位置する領域に熱が集中させられ、それにより反射器構造の熱調整効率を改善し、可変レーザーの全体的な消費電力を低減する助けとなる。さらに、横支持構造は、懸架構造の両側に配置され、懸架構造のための機械的支持を提供する。さらに、懸架構造の同じ側の任意の二つの横支持構造に対応する超構造格子内の領域は、超構造格子の空間周期内での異なる位置に当たる。これは、熱調整の際の超構造格子の反射スペクトルの平坦性の劣化を回避する助けとなり、それにより、可変レーザーの性能の劣化を回避する助けとなる。
いくつかの可能な実装では、開口の第一列または開口の第二列のうち、少なくとも一方の開口の列における開口の数は、超構造格子の変調周期の数とは異なる。
いくつかの可能な実装では、開口の第一列および開口の第二列は、同じ数の開口を含む。
いくつかの可能な実装では、開口の第一列および開口の第二列は、開口の第一列と開口の第二列との間の中心線に関して対称である。
いくつかの可能な実装では、開口の第一列および開口の第二列は、それぞれ、複数の規則的に配置された開口を含み、開口の第一列および／または開口の第二列における任意の二つの隣接する開口間の距離は、超構造格子の空間周期とは異なる。ここで、複数の規則的に配置された開口とは、複数の開口のすべてがサイズが等しく、どの二つの隣接する開口の間にも同じ距離が存在することを意味する。
いくつかの可能な実装では、支持層は、少なくとも一つの底部支持構造をさらに含み、前記少なくとも一つの底部支持構造は、前記空間の上にあり、開口の第一列と開口の第二列との間に位置する懸架構造を下から支持するよう構成される。
底部支持構造は、懸架構造の機械的強度がさらに向上できるように、懸架構造のための底部支持を提供するように配置される。
いくつかの可能な実装では、前記少なくとも一つの底部支持構造は、複数の底部支持構造であり、前記複数の底部支持構造は、導波路層における光の伝搬方向に沿って前記空間内に配置され、複数の底部支持構造の少なくとも二つの隣接する底部支持構造の間の領域は、超構造格子の変調ピークまたは変調の谷からずれている。
いくつかの可能な実装では、各開口は、導波路層における光の伝搬方向において異なる幅を有する。
このようにして、反射器構造製造プロセスにおいて、比較的狭い開口部に底部支持構造が形成されることができる。それは、これらの開口にエッチング液を注入することによる。
いくつかの可能な実装では、反射器構造はさらに：
上障壁層および下障壁層を含み、上障壁層は下クラッド層と支持層との間に位置し、下障壁層は支持層と基板層との間に位置する。
上障壁層および下障壁層は、下クラッド層および基板層がエッチングされるのが防がれるように配置される。
いくつかの可能な実装では、反射器構造はさらに：
誘電体層を含み、誘電体層は、上クラッド層と加熱層との間に位置し、ヒーター層は、誘電体層の上面に位置し、超構造格子にちょうど向かい合う領域に位置する。誘電体層は、ヒーターの電流が上クラッド層に漏れるのを防止するよう構成されることができる。
いくつかの可能な実装では、誘電体層は、各開口の内壁をさらに覆う。これにより、上クラッド層、導波路層、下クラッド層の側面がエッチング液によってエッチングされないように保護することができる。
いくつかの可能な実装では、超構造格子は、上クラッド層内に位置するか、部分的には上クラッド層内に位置し部分的には導波路層内に位置するか、導波路層内に位置するか、部分的には下クラッド層内に位置し部分的には導波路層内に位置するか、または下クラッド層内に位置する。
いくつかの可能な実装では、超構造格子の変調関数は次のように示される
Figure 2020520112
Nは超構造格子の変調関数の反射ピークの数であり、自然数であり、φkは位相であり、zは光の伝搬方向に沿った超構造格子上の位置を表わし、ΔF＝(1/Λk+1)−(1/Λk)であり、Λkはコサイン関数の空間周期である。
第二の側面によれば、可変レーザーが提供される。可変レーザーは：
利得領域、第一の位相領域、多モード干渉カプラ、第一の反射器構造、および第二の反射器構造を含む。
第一の位相領域の第一の端部は利得領域の第一の端部に接続され、第一の位相領域の第二の端部は多モード干渉カプラの第一の端部に接続され、多モード干渉カプラの第二の端部は第一の反射器構造の第一の端部に接続され、多モード干渉カプラの第三の端部は第二の反射器の第一の端部に接続される。
第一の反射器構造および第二の反射器構造のうちの少なくとも一つは、第一の側面における反射器構造、または第一の側面の前述の可能な実装のうちの任意の一つを使用する。
本発明のこの実施形態における可変レーザーでは、第一の側面における反射器構造、または第一の側面の前述の可能な実装のうちの任意の一つが、可変レーザーの全体的な電力消費を低減するのを助けるように使用される。
いくつかの可能な実装では、可変レーザーは、第二の位相領域をさらに含む。
第二の位相領域の第一の端部は多モード干渉カプラの第二の端部に接続され、第二の位相領域の第二の端部は第一の反射器構造の第一の端部に接続される；または
第二の位相領域の第一の端部は多モード干渉カプラの第三の端部に接続され、第二の位相領域の第二の端部が第二の反射器構造の第一の端部に接続される。
いくつかの可能な実装では、可変レーザーは、一つまたは複数の半導体光増幅器SOAをさらに含む。各SOAは、利得領域の第二の端部に接続されるか、第一の反射器構造の第二の端部に接続されるか、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。SOAが統合され、可変レーザーの光出力パワーが増幅されることができる。
いくつかの可能な実装では、可変レーザーは、一つまたは複数のフォトダイオードPDをさらに含む。各PDは、利得領域の第二の端部に接続されるか、第一の反射器構造の第二の端部に接続されるか、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。PDが統合され、パワー・モニタリングまたはパワー減衰が、可変レーザー上で実行されることができる。
いくつかの可能な実装では、SOAおよびPDの両方が、代替的に、可変レーザーに統合されてもよい。たとえば、図１９に示されるように、SOAは、利得領域の第二の端部に接続されてもよく、PDは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。代替的に、SOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続されてもよく、PDは、利得領域の第二の端部に接続されることを理解しておくべきである。このように、可変レーザーの光出力パワーを増幅することができ、さらにパワー・モニタリングまたはパワー減衰を実行することができる。
第三の側面によれば、可変レーザーが提供される。可変レーザーは：
第一の反射器構造、利得領域、位相領域、および第二の反射器構造を含む。
第一の反射器構造の第一の端部は、利得領域の第一の端部に接続され、利得領域の第二の端部は、位相領域の第一の端部に接続され、位相領域の第二の端部は、第二の反射器構造の第一の端部に接続される。
第一の反射器構造および第二の反射器構造のうちの少なくとも一つは、第一の側面における反射器構造、または第一の側面の前述の可能な実装のうちの任意の一つを使用する。
本発明のこの実施形態における可変レーザーでは、第一の側面における反射器構造、または第一の側面の前述の可能な実装のうちの任意のものが、可変レーザーの全体的な電力消費を低減するのに役立つように使用される。
いくつかの可能な実装では、可変レーザーは、一つまたは二つの半導体光増幅器SOAをさらに含む。各SOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。SOAが統合され、可変レーザーの光出力パワーが増幅されることができる。
いくつかの可能な実装では、可変レーザーは、一つまたは二つのフォトダイオードPDをさらに含む。各PDは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。PDが統合され、それにより、パワー・モニタリングまたはパワー減衰が、可変レーザー上で実行されることができる。
いくつかの可能な実装では、SOAおよびPDの両方が、代替的に、可変レーザーに統合されてもよい。たとえば、SOAは、第一の反射器構造の第二の端部に接続され、PDは、第二の反射器構造の第二の端部に接続される；またはSOAは、第二の反射器構造の第二の端部に接続され、PDは、第一の反射器構造の第二の端部に接続される。このようにして、可変レーザーの光出力パワーを増幅することができ、さらにパワー・モニタリングまたはパワー減衰が実行されることができる。
Y分岐可変レーザーの概略的な構造図である。
従来技術の可変レーザー用の反射器構造の断面概略図である。
本発明のある実施形態による可変レーザー用の反射器構造の断面の概略図である。
本発明のある実施形態による可変レーザー用の反射器構造の上面図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザー用の反射器構造の上面図である。
本発明のある実施形態による、可変レーザー用の反射器構造の別の断面の概略図である。
超構造格子の変調関数の変調包絡線の概略図である。
ヒーターによる加熱後の超構造格子領域の概略的な温度分布図である。
本発明のある実施形態による可変レーザー用の反射器構造の反射スペクトルの概略図である。
比較的性能の低い反射器構造の反射スペクトルの概略図である。
超構造格子の空間周期に対する隣接する開口間の距離の比と、反射スペクトルの平坦度との関係の概略図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザー用の反射器構造の断面の概略図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザー用の反射器構造の上面図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザー用の反射器構造の上面図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザー用の反射器構造の断面の概略図である。
本発明のある実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
下記は、添付の図面を参照して、本願の技術的解決策を記述する。
図２は、熱調整方式が用いられる反射器構造の断面１−１の概略図である。図２に示されるように、反射器構造は、基板層０１と、バッファ層０２と、下クラッド層０３と、導波路層０４と、上クラッド層０５と、誘電体層０６と、ヒーター層０７とを、下から上へ順に含む。反射器構造は、（図２の白黒部分によって示される）反射器０８をさらに含む。反射器０８は、導波路層０４と上クラッド層０５との間の界面に位置する。
導波路層０４は、低損失光伝搬チャネルを提供するように構成される。上クラッド層０５および下クラッド層０３の屈折率は、導波路層０４の屈折率よりも低い。したがって、導波路層０４において光を伝搬させると全反射が生じ、光エネルギーは可能な限り導波路層に制約されることができる。たとえば、導波路層０４は、インジウムガリウムヒ素リン化物（Indium Gallium Arsenide Phosphide、InGaAsP）でできていてもよく、上クラッド層０５および下クラッド層０３は、リン化インジウム（Indium Phosphide、InP)でできていてもよい。材料InPは、InGaAsPよりも低い屈折率を有し、よって、光が導波路層０４を伝搬させられるときに全反射が生じる。
反射器領域の温度を変化させるため、ヒーター層０７にヒーターが配置される。
誘電体層０６は、ヒーターの電流が上クラッド層０５に漏れるのを防止するよう構成される。誘電体層０６は、絶縁材料でできていてもよい。たとえば、誘電体層０６は、二酸化ケイ素（Silicon Dioxide、SiO2）または酸化アルミニウム（Aluminum oxide、Al2O3）のような絶縁材料でできていてもよい。
反射器は、導波路層０４と上クラッド層０５との間の界面に配置される（図２の白黒部分で示されるように）。
熱調整の間、反射器構造内の反射器領域の有効屈折率は温度とともに変化するので、反射器の反射ピークの波長位置が移動し、波長を調整する。
バッファ層０２の材料は、リン化インジウム（Indium Phosphide、InP）であってもよい。基板層０１と下クラッド層０３との間に配置されたバッファ層０２は、よりよい品質の材料InPを提供し、別の層の材料のための、よりよい材料基盤を提供し、それによって該別の層の材料の成長を容易にするように構成される。バッファ層０２は、代替的に、配置されなくもよいことを注意しておくべきである。バッファ層０２が配置されない場合、下クラッド層０３は、基板層０１の上面に直接配置される。
図２に矢印で示されるように、ヒーターの温度は、加熱後に上昇し、熱は、誘電体層０６および上クラッド層０５を順次流れることによって、反射器領域および導波路層０４に伝導される。しかしながら、大量の熱が下クラッド層０３、バッファ層０２、またはさらには非常に厚い基板層０１まで下方に伝播され続ける。加えて、若干の熱は、ヒーターの両側に水平に伝搬される。そのような熱は、反射器領域の温度を変化させるよう機能するのではなく、すべて散逸される。その代わりに、散逸された熱は、非反射器領域（たとえば、利得領域）の温度をさらに上昇させ、その結果として熱クロストークを生じる。散逸のため大量の熱が失われ、これは明らかに熱調整コンポーネントの比較的高い電力消費の重要な原因である。
よって、本発明の実施形態は、可変レーザーのための反射器構造を提供し、懸架構造を使って、反射器および該反射器が位置する導波路層のまわりの熱的絶縁を実現し、熱抵抗を増加させ、それにより、熱の損失が少なく、熱が反射器領域に集中するようにする。
本発明の実施形態による可変レーザーのための反射器構造は、添付の図面を参照して以下に記述される。
図３は、本発明のある実施形態による可変レーザー用の反射器構造の断面の概略図である。
図３に示されるように、反射器構造は、基板層０１と、バッファ層０２と、下障壁層０９と、支持層１０と、上障壁層１１と、下クラッド層０３と、導波路層０４と、上クラッド層０５と、誘電体層０６と、ヒーター０７とを含み、これらは、下から上へと順に積層される。
支持層１０は、第一支持副層１０ａおよび第二支持副層１０ｂを含み、第一支持副層１０ａおよび第二支持副層１０ｂは、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って下障壁層０９の上面の二つの側に位置し、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って延在する空間１０ｃが、下障壁層０９と、第一支持副層１０ａと、第二支持副層１０ｂと、上障壁層１１との間で形成される。
反射器構造は、代替的に、バッファ層０２、下障壁層０９、および上障壁層１１を含まなくてもよいことを注意しておくべきである。これに対応して、支持層１０は、基板層０１の上面に直接配置される。換言すれば、第一支持副層１０ａおよび第二支持副層１０ｂは、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って、基板層０１の上面の二つの側に位置する。この場合、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って延在する空間１０ｃは、基板層０１、第一支持副層１０ａ、第二支持副層１０ｂ、および下クラッド層０３の間に形成される。
図３に示される反射器構造は、（図３の白黒部分によって示される）反射器０８をさらに含む。
反射器０８は、超構造格子（Super Structure Grating、SSG）であってもよい。超構造格子は、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って、下クラッド層０３と上クラッド層０５との間に配置される。ヒーター層０７は、誘電体層０６の上面にあり、超構造格子０８とは正反対の領域に位置する。
図４および図５は、図３に示される反射器構造の二つの上面図である。図４または図５のＰ１〜Ｐ７は、それぞれ、超構造格子の一つの空間周期に対応する。図４および図５に示されるように、導波路層０４の光の伝搬方向に沿って、誘電体層０６の上面に、第一列の開口１２および第二列の開口１３が配置され、開口の第一列１２および開口の第二列１３は、それぞれ複数の開口（図４において１２−１〜１２−８および１３−１〜１３−８で示される）を含み、開口の第一列１２および開口の第二列１３は、それぞれ、誘電体層０６の上面にあり、超構造格子０８と正反対の領域の二つの側に位置されている。図４と図５は、開口形状のみが異なる。
図３に示されるように、開口の第一列１２および開口の第二列１３における各開口は、誘電体層０６、上クラッド層０５、導波路層０４、および下クラッド層０３を下向きに貫通することによって、空間１０ｃに達する。このようにして、懸架構造〔懸架された構造〕２０は、図３において破線の四角によって示されるように、空間１０ｃより上で、開口の第一列１２と開口の第二列１３との間に位置する領域に形成される。
本発明のこの実施形態における可変レーザーのための反射器構造においては、超構造格子が反射器として使われ、懸架構造は、超構造格子が位置する領域のまわりに形成されて、懸架構造を使って、超構造格子が位置する領域のまわりの断熱を実現し、熱抵抗を増大させて、熱の損失を少なくし、熱を超構造格子が位置する領域に集中させ、それにより、反射器構造の熱調整効率を改善し、可変レーザーの全体的な電力消費を低減する助けとなる。
任意的に、図３に示されるように、誘電体層０６はさらに、第一列の開口１２および第二列の開口１３の内壁を覆ってもよい。たとえば、誘電体層０６は、上クラッド層０５、導波路層０４、下クラッド層０３、および上障壁層１１の側面を覆ってもよい。これにより、上クラッド層０５、導波路層０４、下クラッド層０３、および上障壁層１１の側面がエッチング液によってエッチングされないように保護することができる。しかしながら、これは、本発明のこの実施形態において限定されない。誘電体層０６は、上クラッド層０５の上面のみを覆ってもよい。
なお、本発明のこの実施形態において、誘電体層０６は、代替的に、反射器構造内に配置されていなくてもよい。この場合、加熱層０７は、上クラッド層０５の上面に直接配置されてもよい。
図３は、図４に示される断面１’−１’の概略図、すなわち、開口領域の断面の概略図である。図６は、図４または図５の断面２’−２’の概略図、すなわち、隣接する開口の間の間隔領域の断面の概略図である。図３に示される断面と比較して、図６に示される断面の上部における誘電体層０６、上クラッド層０５、導波路層０４、下クラッド層０３のいずれもエッチングされず、懸架構造２０の横支持構造が形成され、懸架構造全体のための機械的支持を確実にし、それにより、懸架構造２０がつぶれたり損傷したりすることを防ぐ。よって、各開口における二つの隣接する開口の間の領域を、懸架構造２０と反射器構造の別の領域との間の横支持体として使用することができる。
懸架構造２０の同じ側に位置された横支持構造は、次の条件を満たすことができる：第一の横支持構造は、超構造格子における第一の空間周期の第一の領域に対応し、第二の横支持構造は、超構造格子における第二の空間周期の第二の領域に対応し、第一の空間周期内での第一の領域の相対位置は、第二の空間周期内での第二の領域の相対位置とは異なる。第一の横支持構造および第二の横支持構造は、懸架構造２０の同じ側に位置する複数の支持構造の任意の二つの横支持構造である。
任意的に、超構造格子の第一の空間周期および超構造格子の第二の空間周期は、超構造格子上に位置する同じ空間周期であってもよい。たとえば、第一の空間周期および第二の空間周期は、図４に示される７つの空間周期Ｐ１〜Ｐ７の任意のものでありうる。
任意的に、超構造格子の第一の空間周期および超構造格子の第二の空間周期は、超構造格子上に位置する異なる空間周期であってもよい。たとえば、第一の空間周期は、図４に示される空間周期Ｐ１であってもよく、第二の空間周期は、図４に示す空間周期Ｐ２〜Ｐ７のいずれかであってもよい。
第一の空間周期内での第一の領域の相対位置が、第二の空間周期内での第二の領域の相対位置と異なることは、第一の領域から第一の空間周期の開始点（または終点）までの距離が、第二の領域から第二の空間周期の開始点（または終点）までの距離と異なることを含むことを注意しておくべきである。
具体的には、第一の領域から第一の空間期間の開始点（または終点）までの距離、および第二の領域から第二の空間期間の開始点（または終点）までの距離は、同じ方法を使って計算される。たとえば、領域から空間周期の開始点までの距離は、領域の左端と空間周期の開始点との間の距離、または領域の右端と空間周期の開始点との間の距離である。
いくつかの実装において、懸架構造の同じ側にある任意の二つの横支持構造に対応する超構造格子内の領域は、超構造格子の空間周期において異なる位置にある。これは、横支持構造が、超構造格子０８の空間周期のピークまたは谷からずらされていることを含んでもよい。これは、熱調整の際の超構造格子の反射スペクトルの平坦性の劣化を回避する助けとなり、それにより、可変レーザーの性能の劣化を回避する助けとなる。超構造格子の空間周期におけるピークは，該空間周期における超構造格子の変調関数の最大値である。超構造格子の空間周期の谷は、該空間周期における超構造格子の変調関数の最小値である。
超構造格子の空間周期は、超構造格子上の超構造格子の変調関数の周期に対応する距離である。
ヒーターによる加熱の間、横支持領域内の熱は横支持体に沿って散逸されうるので、横支持体に接続された領域の温度は、他の領域の温度よりもわずかに低い。開口間の横支持が、超構造格子の変調関数のピークまたは谷に揃えられている場合、開口の数は、超構造格子の変調関数の周期の数に等しい。この場合、超構造格子の性能は著しく劣化し、反射スペクトルの平坦度はきわめて貧弱である。その結果、レーザーは、不均一な出力パワー、蓋然的なモードホッピング、およびモード欠落のようなさまざまな型の性能劣化を起こしやすい。
したがって、本発明のこの実施形態では、超構造格子（Super Structure Grating、SSG）が反射器として使われ、超構造格子が位置する懸架構造の同じ側にある任意の二つの横支持構造に対応する超構造格子内の領域は、超構造格子の空間周期において異なる位置に当たる。これは、熱調整の際の超構造格子の反射スペクトルの平坦度の劣化を回避する助けとなり、それにより、可変レーザーの性能の劣化を回避する助けとなる。
任意的に、開口の第一列１２または開口の第二列１３のうち少なくとも一方の開口の列における開口の数は、超構造格子０８の変調周期の数とは異なる。これは、超構造格子の反射スペクトルの平坦度の劣化をさらに回避し、それにより反射器構造の熱調整性能を改善するのに役立つ。
任意的に、開口の第一列１２および開口の第二列１３の少なくとも一方は、複数の規則的に配置された開口を含み、開口の第一列１２および／または開口の第二列１３における任意の二つの隣接する開口間の距離は、超構造格子の空間周期とは異なる。
ここで、複数の規則的に配置された開口とは、複数の開口のすべてがサイズが等しく、どの二つの隣接する開口の間にも同じ距離が存在することを意味する。
任意の二つの隣接する開口間の距離を計算する方法は、本発明のこの実施形態において限定されない。たとえば、任意の二つの隣接する開口間の距離は、二つの開口の左端部分または右端部分の間の距離、または二つの開口の中心間の距離とすることができる。
任意的に、超構造格子の変調関数は、次のように示される
Figure 2020520112
Nは超構造格子の変調関数の反射ピークの数であり、自然数であり、φkは位相であり、zは光の伝搬方向に沿った超構造格子上の位置を表わし、ΔF＝(1/Λk+1)−(1/Λk)であり、Λkはコサイン関数の空間周期である。
いくつかの実施形態では、デジタル離散化処理が、超構造格子の変調関数に対して実行されてもよい。図７は、一つの閾値を使って、８つの反射ピークの場合について、超構造格子上でレベル２のデジタル離散化を実行することの概略図である。図７において、水平座標は光の伝搬方向に沿った超構造格子上の位置を表わし、垂直座標は変調関数の振幅を表わす。図７に示されるように、超構造格子の変調関数は、シミュレートされた連続的な周期関数である。図７に示されるように、連続的に変化する破線は離散化の前に存在する変調包絡線であり、ステップ状の実線は離散化後に存在する変調包絡線である。超構造格子の変調関数が離散化されるとき、代替的に、二つの、あるいはさらにそれ以上の閾値が使用されて、より高いレベルのデジタル離散化を実行してもよいことを理解しておくべきである。換言すれば、超構造格子は、レベル２離散化を受ける超構造格子、レベル３離散化を受ける超構造格子またはより高いレベルの離散化を受ける超構造格子であってもよい。任意的に、開口の第一列１２および開口の第二列１３は、同数の開口を含む。
下記では、本発明のこの実施形態における反射器構造を記述するための例として、反射スペクトルが８つの反射ピークをもち、変調関数が７つの周期を有する超構造格子を使用する。超構造格子の変調関数の周期は71μmであり、全体で７つの周期があると想定する。ヒーターによる加熱の間、横支持構造領域内の熱は横支持構造に沿って散逸されうるので、領域の温度は、他の領域の温度よりもわずかに低い。横支持構造が懸架構造の両側に規則的に分布している場合、加熱の際の超構造格子領域の温度分布図が図８に示されている。図８において、水平座標は光の伝搬方向に沿った超構造格子上の位置を表わし、垂直座標は温度を表わす。図４および図５に示されるように、導波路のそれぞれの側に８つの開口があり、超構造格子内の、任意の二つの横支持構造に対応する領域は、超構造格子の空間周期における異なる位置に当たる。この場合、ヒーターによる加熱後、超構造格子の反射スペクトルは非常に平坦であり（図９に示されるように）、レーザーの動作要件を満たすことができる。図９において、水平座標は、超構造格子によって反射される光の波長を表わし、垂直座標は、パワー反射率を表わす。二つの隣接する開口間の横支持構造が、超構造格子の変調関数のピークまたは谷に揃えられている場合、超構造格子の性能が著しく低下し、反射スペクトルの平坦度が極端に悪くなる（図１０に示されるように）。その結果、レーザーは、不均一な出力パワー、蓋然的なモードホッピング、およびモード欠落のようなさまざまな型の性能劣化を起こしやすい。任意の二つの隣接する開口間の支持構造が、超構造格子の変調関数のピークまたは谷に揃っているとき、二つの隣接する開口間の距離は、超構造格子の空間周期と同じである。図１１に示される結果は、反射スペクトルの平坦度と、二つの隣接する開口間の距離の、超構造格子の空間周期に対する比との間の関係を走査することによって得られる。図１１に示されるように、二つの隣接する開口間の距離が超構造格子の空間周期に等しい場合（すなわち、両者の比は1）、超構造格子の反射スペクトルは著しく劣化し、平坦度はたった20%である。よって、反射器構造の熱調整性能を改善するのに役立つように、開口の位置および数を最適化することができる。
反射スペクトルの平坦度Fは、次式に基づいて計算することができる。
Figure 2020520112
Vpeakは反射ピークの振幅値を表わし、mean(Vpeak)は反射ピークの振幅値の平均値を表わし、max(Vpeak)は反射ピークの最大値を表わし、min(Vpeak)は反射ピークの最小値を表わす。
本発明のこの実施形態では、少なくとも一つの開口における任意の二つの隣接する開口間の距離が超構造格子の空間周期と異なるため、前記少なくとも一つの開口における前記任意の二つの開口間の横支持構造は、超構造格子の変調関数のピークまたは谷からずらされることができる。これは、超構造格子の反射スペクトルの平坦性の劣化を回避し、それにより反射器構造の熱調整性能を改善するのに役立つ。任意的に、開口の第一列１２および開口の第二列１３は、開口の第一列１２と開口の第二列１３との間の中心線に関して対称である。そのような構造は、製造プロセスを単純化するのに役立つ。
図３、図４、および図５は、開口の第一列１２と開口の第二列１３が、両者の間の中心線に関して対称であることを例として示しているに過ぎないことを注意しておくべきである。しかしながら、これは、本発明のこの実施形態において限定されない。代替的に、開口の第一列１２および開口の第二列１３は、異なる数の開口を含んでいてもよく、および／または開口の第一列１２および開口の第二列１３は、両者の間の中心線に関して対称ではない。さらに、本発明のこの実施形態における開口形状は、図４に示される長方形および図５に示されるダンベル形に限定されるものではなく、代替的に、別の規則的または不規則な形状であってもよいことを注意しておくべきである。
さらに、本発明のこの実施形態において、開口の第一列１２および／または開口の第二列１３における複数の開口は、同じサイズまたは形状であってもよく、または異なるサイズまたは形状であってもよいことを注意しておくべきである。これは、本発明のこの実施形態において限定されない。さらに、図４および図５に示されるように、開口の第一列１２および開口の第二列１３のそれぞれにおける二つの最も外側の開口の形状およびサイズは、別の開口の形状およびサイズとは異なっていてもよい。しかしながら、これは、本発明のこの実施形態において限定されない。あるいは、各開口における最も外側の二つの開口の形状およびサイズは、該開口部の別の開口の形状およびサイズと同じであってもよい。
さらに、開口の第一列１２および開口の第二列１３のそれぞれの長さは、超構造格子の長さと同じ長さであってもよく、あるいは異なっていてもよいことを注意しておくべきである。換言すれば、開口の第一列１２および開口の第二列１３のそれぞれにおける二つの最も外側の開口の外端部分は、超構造格子の両側の端部と揃っていてもいなくてもよい。これは、本発明のこの実施形態において限定されない。
本発明のある実施形態は、さらに、可変レーザーのための別の反射器構造を提供する。図１２に示されるように、その反射器構造と、図３から図５に示される反射器構造との間の差異は、支持層１０が少なくとも一つの底部支持構造１０ｄをさらに含むことにある。前記少なくとも一つの底部支持構造１０ｄは、懸架構造２０を、空間１０ｃの上方に、下から支持するよう構成される。本発明のこの実施形態では、底部支持構造は、懸架構造のための底部支持体を提供するように配置され、懸架構造のための機械的強度をさらに高めることができる。
任意的に、前記少なくとも一つの底部支持構造１０ｄは、図１２に示されるように、懸架構造２０の真下に位置されてもよい。このようにして、懸架構造を下から支えて、懸架構造の機械的強度を高めることができる。図１３および図１４は、それぞれ、図１２に示される反射器構造の上面図である。図１３および図１４に示されるように、各開口は、光の伝搬方向において異なる幅をもつ。反射器構造の製造プロセスでは、相対的に広い開口部には相対的に大量のエッチング液が注入され、相対的に狭い開口部には相対的に少量のエッチング液が注入される。したがって、懸架構造の下方にあり、相対的に狭い開口領域に対応する材料は、エッチング液によって完全にはエッチングされず、残りの部分的な材料は、懸架構造の下に底部支持構造を形成することができるが、相対的に広い開口領域の材料は完全にエッチングされる。図１２は、図１３または図１４における相対的に狭い開口部の断面３’−３’の概略図である。
加えて、開口から注入されたエッチング液はさらに、懸架構造の下にあり、横支持構造に対応する領域の材料を横方向にエッチングする。図６は、図１３または図１４の横支持構造部分の断面１’−１’の概略図である。図１３または図１４における相対的に広い開口部の断面２’−２’は図３に示されている。
図１３および図１４に示される開口は、当業者が本発明の実施形態をよりよく理解する助けとなるように意図されているが、本発明の実施形態の範囲を限定することは意図されていないことを注意しておくべきである。明らかに、当業者は、図１３および図１４における提供された例に基づいて、開口形状に対してさまざまな等価な修正および変形を行なうことができ、かかる修正または変形も、本発明の実施形態の範囲内にはいる。
開口形状は、開口から注入されるエッチング液のエッチング領域を制御するように調整され、それにより、前記少なくとも一つの底部支持構造１０ｄのサイズ、形状、および位置を制御できる。より小さな底部支持構造は、より高い熱調整効率を達成するが、より貧弱な機械的支持を提供する。
いくつかの実施形態では、底部支持構造１０ｄの数は、開口の第一列１２および／または開口の第二列１３における開口の数と同じであってもよい。
任意的に、一つまたは複数の底部支持構造１０ｄが存在してもよい。図１５は、図１３または図１４における断面４’−４’の概略図である。図１５に示されるように、複数の底部支持構造１０ｄが、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って空間１０ｃ内に配置されてもよい。任意的に、複数の底部支持構造１０ｄの任意の二つの隣接する底部支持構造の間の距離は、超構造格子の空間周期とは異なる。
図１２、図１３、および図１４に示される反射器構造の他の部分については、図３から図６に示される反射器構造の関係した記述を参照されたい。詳細は、ここでは再度説明しない。
本発明の実施形態における反射器構造において、開口の第一列１２および開口の第二列１３における左端および右端の開口は、超構造格子０８の二つの側で過度に低い温度を回避するように構成されることができる。
本発明の実施形態では、開口間の間隔幅に対する開口幅の比率は調整可能であり、より大きな開口幅はより高い熱調整効率を達成するが、より貧弱な機械的支持を提供することを注意しておくべきである。
懸架構造製造プロセスは、本発明の実施形態において限定されないことを注意しておくべきである。たとえば、エッチング液を用いてさまざまな層の材料をエッチングすることで懸架構造を得ることができる。たとえば、エッチング液は、誘電体層の上面上の開口から注入され、上クラッド層、導波路層、および下クラッド層を上から下に順に部分的にエッチングすることによって支持層に到達し、次いで、支持層内にあり、反射器の下にある材料の一部を横方向にエッチングして、懸架構造を形成することができる。
本発明の実施形態では、上障壁層１１は、下クラッド層０３がエッチングされるのを防止するように構成されることができ、下障壁層０９は、バッファ層０２がエッチングされるのを防止するように構成されることができる。たとえば、上障壁層１１および下障壁層０９はエッチング液と反応しないか、または、上障壁層１１および下障壁層０９のエッチング反応速度は、支持層１０のエッチング反応速度とは異なる。上障壁層１１および／または下障壁層０９は、代替的に、本発明の実施形態において、反射器に配置されなくてもよいことを注意しておくべきである。いくつかの実施形態において、反射器構造内の上障壁層１１の材料はInGaAsであってもよく、上障壁層１１の厚さは、10nmないし1000nmであってもよい。下障壁層０９の材料はInGaAsであってもよく、下障壁層０９の厚さは、10nmないし1000nmであってもよい。任意的に、支持層１０は、三つの層を含んでいてもよく、たとえば、該三つの層は、それぞれ、InP、InAlAs、およびInPでできていてもよく、支持層１０の厚さは、100nmないし10000nmであってもよい。
いくつかの実施形態では、三つの層：上障壁層１１、支持層１０および下障壁層０９の材料の組み合わせは、代替的に、次のうちのいずれかであってもよい：InP、InGaAsおよびInP；InP、InAlAsおよびInP；InGaAs、InPおよびInGaAs；InAlAs、InPおよびInAlAs；またはInGaAsP、InPおよびInGaAsPのいずれかであってもよい。任意的に、支持層１０が三層の材料から構成される場合、上障壁層１１、支持層１０、および下障壁層０９の材料の組み合わせは、代替的に：InGaAs、InP-InGaAs-InPおよびInGaAs；InAlAs、InP-InAlAs-InPおよびInAlAs；InAlAs、InP-InGaAs-InPおよびInAlAs；InGaAsP、InP-InAlAs-InPおよびInGaAs；InGaAsP、InP-InAlAs-InPおよびInGaAsPなどとすることができる。InP-InGaAs-InPは、支持層１０がInP、InGaAsおよびInPでできていることを示し、InP-InAlAs-InPは、支持層１０がInP、InAlAsおよびInPでできていることを示す。前述の説明は、単に上障壁層、支持層、および下障壁層の材料のいくつかの例である。これは、本発明の実施形態において限定されない。当業者は、これらの例に基づいてさまざまな等価な修正および変形を行なうことができ、かかる修正または変形も、本発明の実施形態の範囲内にはいる。
本発明の別の実施形態は、さらに、可変レーザーを提供する。可変レーザーは、利得領域と、第一の位相領域と、多モード干渉カプラと、第一の反射器構造と、第二の反射器構造とを含む。第一の位相領域の第一の端部は利得領域の第一の端部に接続され、第一の位相領域の第二の端部は多モード干渉カプラの第一の端部に接続され、多モード干渉カプラの第二の端部は第一の反射器構造の第一の端部に接続され、多モード干渉カプラの第三の端部は第二の反射器の第一の端部に接続される。可変レーザーの構造については、図１を参照されたい。図１における位相領域、反射器１、および反射器２は、それぞれ、本発明のこの実施形態における第一の位相領域、第一の反射器構造、および第二の反射器構造に対応する。
本発明のこの実施形態における可変レーザーにおいて、第一の反射器構造および第二の反射器構造の少なくとも一つは、本発明の実施形態において上記で与えた反射器構造を使用することを注意しておくべきである。本発明のこの実施形態における可変レーザーでは、本発明の実施形態において上記で与えた反射器構造が、可変レーザーの全体的な電力消費を低減するのに役立つように使用される。
任意的に、図１６に示されるように、本発明のこの実施形態における可変レーザーは、第二の位相領域をさらに含んでいてもよく、第二の位相領域は、第一の反射器構造と多モード干渉カプラとの間、または第二の反射器構造と多モード干渉カプラとの間に位置される。これは、二つの反射器構造の反射スペクトルの位相を整合させることができる。具体的には、第二の位相領域の第一の端部が多モード干渉カプラの第二の端部に接続され、第二の位相領域の第二の端部が第一の反射器構造の第一の端部に接続される；または、第二の位相領域の第一の端部が多モード干渉カプラの第三の端部に接続され、第二の位相領域の第二の端部が第二の反射器構造の第一の端部に接続される。
任意的に、本発明のこの実施形態における可変レーザーは、一つの半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier、SOA)をさらに含んでもよい。図１７に示されるように、SOAは、利得領域の第二の端部に接続される。あるいは、SOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、可変レーザーは、二つのSOAをさらに含んでいてもよく、一方のSOAは、利得領域の第二の端部に接続され、他方のSOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、可変レーザーは、三つのSOAをさらに含んでいてもよく、三つのSOAはそれぞれ、利得領域の第二の端部、第一の反射器構造の第二の端部、および第二の反射器構造の第二の端部に接続される。SOAは集積され、可変レーザーの光出力パワーが増幅されることができる。
任意的に、本発明のこの実施形態における可変レーザーは、一つのフォトダイオードPDをさらに含んでいてもよい。図１８に示されるように、PDは、利得領域の第二の端部に接続される。あるいは、PDは、第一の反射器構造の第二の端部に接続されるか、または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、可変レーザーは、さらに、二つのPDを含んでいてもよく、一方のPDは、第一の反射器構造の第二の端部に接続され、他方のPDは、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。PDは統合され、パワー・モニタリングまたはパワー減衰が、可変レーザー上で実行されることができる。
本発明のこの実施形態において、SOAおよびPDの両方が、代替的に、可変レーザーに統合されてもよいことを注意しておくべきである。このように、可変レーザーの光出力パワーを増幅することができ、さらにパワー・モニタリングまたはパワー減衰を実行することができる。たとえば、図１９に示されるように、SOAは、利得領域の第二の端部に接続されてもよく、PDは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。代替的に、SOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続されてもよく、PDは、利得領域の第二の端部に接続されることを理解しておくべきである。
第二の位相領域は、代替的に、図１７または図１８に示される可変レーザーにおけるMMIと第一の反射器構造との間に配置されなくてもよいことを注意しておくべきである。
本発明の別の実施形態は、さらに、別の可変レーザーを提供する。図２０に示されるように、可変レーザーは、第一の反射器構造、利得領域、位相領域、および第二の反射器構造を含む。第一の反射器構造の第一の端部は、利得領域の第一の端部に接続され、利得領域の第二の端部は、位相領域の第一の端部に接続され、位相領域の第二の端部は、第二の反射器構造の第一の端部に接続され、第一の反射器構造および第二の反射器構造のうちの少なくとも一つは、本発明の実施形態において上記で与えた反射器構造を使用する。本発明のこの実施形態における可変レーザーでは、本発明の実施形態において上記で与えた反射器構造が、可変レーザーの全体的な電力消費を低減するのに役立つように使用される。
任意的に、図２１に示されるように、可変レーザーは、一つのSOAをさらに含んでいてもよい。SOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、可変レーザーは、二つのSOAをさらに含んでいてもよく、一方のSOAは、第一の反射器構造の第二の端部に接続され、他方のSOAは、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。SOAは統合され、可変レーザーの光出力パワーが増幅されることができる。
任意的に、図２２に示されるように、可変レーザーは、一つのPDをさらに含んでいてもよい。PDは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、可変レーザーは、さらに、二つのPDを含んでいてもよく、一方のPDは、第一の反射器構造の第二の端部に接続され、他方のPDは、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。PDは統合され、パワー・モニタリングまたはパワー減衰が、可変レーザー上で実行されることができる。
任意的に、図２３に示されるように、可変レーザーは、SOAおよびPDをさらに含んでいてもよい。SOAは、第一の反射器構造の第二の端部に接続され、PDは、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、SOAは、第二の反射器構造の第二の端部に接続され、PDは、第一の反射器構造の第二の端部に接続される。このようにして、可変レーザーの光出力パワーを増幅することができ、さらにパワー・モニタリングまたはパワー減衰を実行することができる。
上記の記述は、単に本願の個別的な実装であるが、本願の保護範囲を制限することは意図されていない。本願に開示された技術的範囲内で、当業者が容易に理解することができる変形または置換は、本願の保護範囲内にはいる。したがって、本願の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。
本願は2017年5月9日に中国特許庁に出願された、「可変レーザーの反射器構造および可変レーザー」と題する中国特許出願第201710322040.1号の優先権を主張するものである。同出願はここに参照によってその全体において組み込まれる。
技術分野
本願は、レーザー分野に関し、より具体的には、可変レーザーの反射器構造および可変レーザーに関する。
光通信分野において、可変レーザー（Tunable Laser、TL）とは、出力波長を特定の範囲内で調整できるレーザーである。モノリシック集積型の可変レーザーは、小型・高集積などの利点を有し、現在の光通信分野の主流技術となっている。
モノリシック集積Y分岐可変レーザーを例として使う。図１に示されるように、モノリシック集積Y分岐可変レーザーは、利得領域、位相領域、多モード干渉（Multimode Interference、MMI）カプラ、反射器構造１および反射器構造２を含む。能動的な利得領域は通例、多重量子井戸（Multiple Quantum Well、MQW）であり、電流が該能動的な利得領域に注入されると、電気エネルギーを光エネルギーに変換して利得を提供する。反射器構造１および反射器構造２の反射スペクトルは波長選択性であり、波長調整のために使用される。反射器構造における一般的な反射器は、分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector、DBR）またはマイクロリングであってもよい。モノリシック集積Y分岐可変レーザーによる波長調整は、本質的には、反射器または位相領域内の光導波路の屈折率を調整するものである。光導波路の屈折率を調整する原理は、主に、量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum-Confined Stark Effect、QCSE）、電流注入、および熱調整を含む。QCSEは、屈折率に比較的小さな変化をもたらし、レーザーに適用されることは比較的少ない。電流注入は、屈折率を大きく変化させ、非常に速い過渡応答（ナノ秒レベル）をし、広く適用されている。しかしながら、電流注入は、大きな導波路損失を生じ、その結果、レーザーのレーザー光線幅はメガヘルツ・レベルに達し、コヒーレント光通信システムの要件を満たすことができない。熱調整では、材料の温度効果を変化させることによって屈折率を変化させる。熱調整は、電流注入よりも低い応答速度を達成するが、熱調整は、電流注入よりもはるかに小さな調整損失を引き起こし、400キロヘルツ（kHz）未満の光線幅を実現して、コヒーレント光通信システムの要件を満たすことができる。しかしながら、同じ波長調整範囲に対して、電流注入調整は、熱調整よりもはるかに低い電力消費を引き起こす。たとえば、DBRの反射スペクトルの6nm調整の場合、熱調整コンポーネントの電力消費（たとえば、100ミリワット（mW）を超える）は、電流ベースの調整コンポーネントの電力消費（約15mW）をはるかに超えることがある。結論として、電流注入調整と比較して、熱調整の利点は、より狭いレーザー光線幅が得られることであり、熱調整の欠点は、調整コンポーネントの電力消費が過大であることである。
熱調整は、反射器構造内の反射器領域にヒーター（一般的には加熱抵抗器）を配置することによって実現される。ヒーターの温度は、ヒーターの電力を調整することによって変えることができ、反射器領域の温度を変化させることができる。最後に、温度効果により反射器領域の屈折率が変化し、反射器の反射ピークの波長位置が調整される。同じ波長調整範囲に対して、波長可変レーザーにおける熱調整コンポーネントのより低い電力消費は、調整コンポーネントのより高い熱調整効率およびレーザーのより低い全体的な電力消費を意味する。
よって、どのようにして熱調整コンポーネントの電力消費を低減するかが、解決される必要のある問題となる。
本願は、可変レーザーの全体的な電力消費を低減するための、可変レーザーのための反射器および可変レーザーを提供する。
第一の側面によれば、可変レーザー用の反射器構造が提供される。反射器構造は：
下から上へ順次積層された基板層、支持層、下クラッド層、導波路層、上クラッド層および加熱層を含む。
反射器構造は、さらに、超構造格子を含み、超構造格子は、導波路層における光の伝搬方向に沿って、上クラッド層と下クラッド層との間に配置され、加熱層は、上クラッド層の上面に位置し、超構造格子とちょうど向かい合う領域に位置する。
支持層は、第一支持副層および第二支持副層を含み、第一支持副層および第二支持副層は、導波路層における光の伝搬方向に沿って基板層の上面の両側に位置し、導波路層における光の伝搬方向に沿って延びる空間が、基板層、第一支持副層、第二支持副層、および下クラッド層の間で形成され、上クラッド層の上面に、導波路層における光の伝搬方向に沿って、第一列の開口および第二列の開口が配置され、第一列の開口および第二列の開口は、それぞれ、上クラッド層の上面にあり、超構造格子とちょうど向かい合う領域の二つの側に位置し、開口の第一列および開口の第二列は、それぞれ複数の開口を含み、各開口は、上クラッド層、導波路層、および下クラッド層を下方に貫通することにより、前記空間に到達する。
前記空間の上方にあり、開口の第一列および開口の第二列との間に位置する領域に懸架構造が形成され、開口の第一列および開口の第二列における二つの隣接する開口の間の領域に懸架構造の横支持構造が形成される。
第一の横支持構造は、超構造格子における第一の空間周期の第一の領域に対応し、第二の横支持構造は、超構造格子における第二の空間周期の第二の領域に対応し、第一の空間周期内での第一の領域の相対位置は、第二の空間周期内での第二の領域の相対位置とは異なり、第一の横支持構造および第二の横支持構造は、懸架構造の同じ側に位置する任意の二つの横支持構造である。超構造格子の空間周期は、超構造格子上での、超構造格子の変調関数の周期に対応する距離である。
超構造格子の第一の空間周期および超構造格子の第二の空間周期は、超構造格子上に位置する同じ空間周期であってもよく、または超構造格子上に位置する異なる空間周期であってもよい。
第一の空間周期内での第一の領域の相対位置が、第二の空間周期内での第二の領域の相対位置と異なることは、第一の領域から第一の空間周期の開始点（または終点）までの距離が、第二の領域から第二の空間周期の開始点（または終点）までの距離と異なることを含む。
本発明のこの実施形態における可変レーザーの反射器構造においては、超構造格子が反射器として使われ、超構造格子が位置する領域の周囲に懸架構造が形成され、懸架構造を使って、超構造格子が位置する領域の周囲の断熱を実現し、熱抵抗を増す。それにより、熱の損失が少なくなり、超構造格子が位置する領域に熱が集中させられ、それにより反射器構造の熱調整効率を改善し、可変レーザーの全体的な消費電力を低減する助けとなる。さらに、横支持構造は、懸架構造の両側に配置され、懸架構造のための機械的支持を提供する。さらに、懸架構造の同じ側の任意の二つの横支持構造に対応する超構造格子内の領域は、超構造格子の空間周期内での異なる位置に当たる。これは、熱調整の際の超構造格子の反射スペクトルの平坦性の劣化を回避する助けとなり、それにより、可変レーザーの性能の劣化を回避する助けとなる。
いくつかの可能な実装では、開口の第一列または開口の第二列のうち、少なくとも一方の開口の列における開口の数は、超構造格子の変調周期の数とは異なる。
いくつかの可能な実装では、開口の第一列および開口の第二列は、同じ数の開口を含む。
いくつかの可能な実装では、開口の第一列および開口の第二列は、開口の第一列と開口の第二列との間の中心線に関して対称である。
いくつかの可能な実装では、開口の第一列および開口の第二列は、それぞれ、複数の規則的に配置された開口を含み、開口の第一列および／または開口の第二列における任意の二つの隣接する開口間の距離は、超構造格子の空間周期とは異なる。ここで、複数の規則的に配置された開口とは、複数の開口のすべてがサイズが等しく、どの二つの隣接する開口の間にも同じ距離が存在することを意味する。
いくつかの可能な実装では、支持層は、少なくとも一つの底部支持構造をさらに含み、前記少なくとも一つの底部支持構造は、前記空間の上にあり、開口の第一列と開口の第二列との間に位置する懸架構造を下から支持するよう構成される。
底部支持構造は、懸架構造の機械的強度がさらに向上できるように、懸架構造のための底部支持を提供するように配置される。
いくつかの可能な実装では、前記少なくとも一つの底部支持構造は、複数の底部支持構造であり、前記複数の底部支持構造は、導波路層における光の伝搬方向に沿って前記空間内に配置され、複数の底部支持構造の少なくとも二つの隣接する底部支持構造の間の領域は、超構造格子の変調ピークまたは変調の谷からずれている。
いくつかの可能な実装では、各開口は、導波路層における光の伝搬方向において異なる幅を有する。
このようにして、反射器構造製造プロセスにおいて、比較的狭い開口部に底部支持構造が形成されることができる。それは、これらの開口にエッチング液を注入することによる。
いくつかの可能な実装では、反射器構造はさらに：
上障壁層および下障壁層を含み、上障壁層は下クラッド層と支持層との間に位置し、下障壁層は支持層と基板層との間に位置する。
上障壁層および下障壁層は、下クラッド層および基板層がエッチングされるのが防がれるように配置される。
いくつかの可能な実装では、反射器構造はさらに：
誘電体層を含み、誘電体層は、上クラッド層と加熱層との間に位置し、加熱層は、誘電体層の上面に位置し、超構造格子にちょうど向かい合う領域に位置する。誘電体層は、ヒーターの電流が上クラッド層に漏れるのを防止するよう構成されることができる。
いくつかの可能な実装では、誘電体層は、各開口の内壁をさらに覆う。これにより、上クラッド層、導波路層、下クラッド層の側面がエッチング液によってエッチングされないように保護することができる。
いくつかの可能な実装では、超構造格子は、上クラッド層内に位置するか、部分的には上クラッド層内に位置し部分的には導波路層内に位置するか、導波路層内に位置するか、部分的には下クラッド層内に位置し部分的には導波路層内に位置するか、または下クラッド層内に位置する。
いくつかの可能な実装では、超構造格子の変調関数は次のように示される
Figure 2020520112
Nは超構造格子の変調関数の反射ピークの数であり、自然数であり、φkは位相であり、zは光の伝搬方向に沿った超構造格子上の位置を表わし、ΔF＝(1/Λk+1)−(1/Λk)であり、Λkはコサイン関数の空間周期である。
第二の側面によれば、可変レーザーが提供される。可変レーザーは：
利得領域、第一の位相領域、多モード干渉カプラ、第一の反射器構造、および第二の反射器構造を含む。
第一の位相領域の第一の端部は利得領域の第一の端部に接続され、第一の位相領域の第二の端部は多モード干渉カプラの第一の端部に接続され、多モード干渉カプラの第二の端部は第一の反射器構造の第一の端部に接続され、多モード干渉カプラの第三の端部は第二の反射器の第一の端部に接続される。
第一の反射器構造および第二の反射器構造のうちの少なくとも一つは、第一の側面における反射器構造、または第一の側面の前述の可能な実装のうちの任意の一つを使用する。
本発明のこの実施形態における可変レーザーでは、第一の側面における反射器構造、または第一の側面の前述の可能な実装のうちの任意の一つが、可変レーザーの全体的な電力消費を低減するのを助けるように使用される。
いくつかの可能な実装では、可変レーザーは、第二の位相領域をさらに含む。
第二の位相領域の第一の端部は多モード干渉カプラの第二の端部に接続され、第二の位相領域の第二の端部は第一の反射器構造の第一の端部に接続される；または
第二の位相領域の第一の端部は多モード干渉カプラの第三の端部に接続され、第二の位相領域の第二の端部が第二の反射器構造の第一の端部に接続される。
いくつかの可能な実装では、可変レーザーは、一つまたは複数の半導体光増幅器SOAをさらに含む。各SOAは、利得領域の第二の端部に接続されるか、第一の反射器構造の第二の端部に接続されるか、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。SOAが統合され、可変レーザーの光出力パワーが増幅されることができる。
いくつかの可能な実装では、可変レーザーは、一つまたは複数のフォトダイオードPDをさらに含む。各PDは、利得領域の第二の端部に接続されるか、第一の反射器構造の第二の端部に接続されるか、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。PDが統合され、パワー・モニタリングまたはパワー減衰が、可変レーザー上で実行されることができる。
いくつかの可能な実装では、SOAおよびPDの両方が、代替的に、可変レーザーに統合されてもよい。たとえば、図１９に示されるように、SOAは、利得領域の第二の端部に接続されてもよく、PDは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。代替的に、SOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続されてもよく、PDは、利得領域の第二の端部に接続されることを理解しておくべきである。このように、可変レーザーの光出力パワーを増幅することができ、さらにパワー・モニタリングまたはパワー減衰を実行することができる。
第三の側面によれば、可変レーザーが提供される。可変レーザーは：
第一の反射器構造、利得領域、位相領域、および第二の反射器構造を含む。
第一の反射器構造の第一の端部は、利得領域の第一の端部に接続され、利得領域の第二の端部は、位相領域の第一の端部に接続され、位相領域の第二の端部は、第二の反射器構造の第一の端部に接続される。
第一の反射器構造および第二の反射器構造のうちの少なくとも一つは、第一の側面における反射器構造、または第一の側面の前述の可能な実装のうちの任意の一つを使用する。
本発明のこの実施形態における可変レーザーでは、第一の側面における反射器構造、または第一の側面の前述の可能な実装のうちの任意のものが、可変レーザーの全体的な電力消費を低減するのに役立つように使用される。
いくつかの可能な実装では、可変レーザーは、一つまたは二つの半導体光増幅器SOAをさらに含む。各SOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。SOAが統合され、可変レーザーの光出力パワーが増幅されることができる。
いくつかの可能な実装では、可変レーザーは、一つまたは二つのフォトダイオードPDをさらに含む。各PDは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。PDが統合され、それにより、パワー・モニタリングまたはパワー減衰が、可変レーザー上で実行されることができる。
いくつかの可能な実装では、SOAおよびPDの両方が、代替的に、可変レーザーに統合されてもよい。たとえば、SOAは、第一の反射器構造の第二の端部に接続され、PDは、第二の反射器構造の第二の端部に接続される；またはSOAは、第二の反射器構造の第二の端部に接続され、PDは、第一の反射器構造の第二の端部に接続される。このようにして、可変レーザーの光出力パワーを増幅することができ、さらにパワー・モニタリングまたはパワー減衰が実行されることができる。
Y分岐可変レーザーの概略的な構造図である。
従来技術の可変レーザー用の反射器構造の断面概略図である。
本発明のある実施形態による可変レーザー用の反射器構造の断面の概略図である。
本発明のある実施形態による可変レーザー用の反射器構造の上面図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザー用の反射器構造の上面図である。
本発明のある実施形態による、可変レーザー用の反射器構造の別の断面の概略図である。
超構造格子の変調関数の変調包絡線の概略図である。
ヒーターによる加熱後の超構造格子領域の概略的な温度分布図である。
本発明のある実施形態による可変レーザー用の反射器構造の反射スペクトルの概略図である。
比較的性能の低い反射器構造の反射スペクトルの概略図である。
超構造格子の空間周期に対する隣接する開口間の距離の比と、反射スペクトルの平坦度との関係の概略図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザー用の反射器構造の断面の概略図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザー用の反射器構造の上面図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザー用の反射器構造の上面図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザー用の反射器構造の断面の概略図である。
本発明のある実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
本発明の別の実施形態による可変レーザーの概略的な構造図である。
下記は、添付の図面を参照して、本願の技術的解決策を記述する。
図２は、熱調整方式が用いられる反射器構造の断面１−１の概略図である。図２に示されるように、反射器構造は、基板層０１と、バッファ層０２と、下クラッド層０３と、導波路層０４と、上クラッド層０５と、誘電体層０６と、加熱層０７とを、下から上へ順に含む。反射器構造は、（図２の白黒部分によって示される）反射器０８をさらに含む。反射器０８は、導波路層０４と上クラッド層０５との間の界面に位置する。
導波路層０４は、低損失光伝搬チャネルを提供するように構成される。上クラッド層０５および下クラッド層０３の屈折率は、導波路層０４の屈折率よりも低い。したがって、導波路層０４において光を伝搬させると全反射が生じ、光エネルギーは可能な限り導波路層に制約されることができる。たとえば、導波路層０４は、インジウムガリウムヒ素リン化物（Indium Gallium Arsenide Phosphide、InGaAsP）でできていてもよく、上クラッド層０５および下クラッド層０３は、リン化インジウム（Indium Phosphide、InP)でできていてもよい。材料InPは、InGaAsPよりも低い屈折率を有し、よって、光が導波路層０４を伝搬させられるときに全反射が生じる。
反射器領域の温度を変化させるため、加熱層０７にヒーターが配置される。
誘電体層０６は、ヒーターの電流が上クラッド層０５に漏れるのを防止するよう構成される。誘電体層０６は、絶縁材料でできていてもよい。たとえば、誘電体層０６は、二酸化ケイ素（Silicon Dioxide、SiO2）または酸化アルミニウム（Aluminum oxide、Al2O3）のような絶縁材料でできていてもよい。
反射器は、導波路層０４と上クラッド層０５との間の界面に配置される（図２の白黒部分で示されるように）。
熱調整の間、反射器構造内の反射器領域の有効屈折率は温度とともに変化するので、反射器の反射ピークの波長位置が移動し、波長を調整する。
バッファ層０２の材料は、リン化インジウム（Indium Phosphide、InP）であってもよい。基板層０１と下クラッド層０３との間に配置されたバッファ層０２は、よりよい品質の材料InPを提供し、別の層の材料のための、よりよい材料基盤を提供し、それによって該別の層の材料の成長を容易にするように構成される。バッファ層０２は、代替的に、配置されなくもよいことを注意しておくべきである。バッファ層０２が配置されない場合、下クラッド層０３は、基板層０１の上面に直接配置される。
図２に矢印で示されるように、ヒーターの温度は、加熱後に上昇し、熱は、誘電体層０６および上クラッド層０５を順次流れることによって、反射器領域および導波路層０４に伝導される。しかしながら、大量の熱が下クラッド層０３、バッファ層０２、またはさらには非常に厚い基板層０１まで下方に伝播され続ける。加えて、若干の熱は、ヒーターの両側に水平に伝搬される。そのような熱は、反射器領域の温度を変化させるよう機能するのではなく、すべて散逸される。その代わりに、散逸された熱は、非反射器領域（たとえば、利得領域）の温度をさらに上昇させ、その結果として熱クロストークを生じる。散逸のため大量の熱が失われ、これは明らかに熱調整コンポーネントの比較的高い電力消費の重要な原因である。
よって、本発明の実施形態は、可変レーザーのための反射器構造を提供し、懸架構造を使って、反射器および該反射器が位置する導波路層のまわりの熱的絶縁を実現し、熱抵抗を増加させ、それにより、熱の損失が少なく、熱が反射器領域に集中するようにする。
本発明の実施形態による可変レーザーのための反射器構造は、添付の図面を参照して以下に記述される。
図３は、本発明のある実施形態による可変レーザー用の反射器構造の断面の概略図である。
図３に示されるように、反射器構造は、基板層０１と、バッファ層０２と、下障壁層０９と、支持層１０と、上障壁層１１と、下クラッド層０３と、導波路層０４と、上クラッド層０５と、誘電体層０６と、ヒーター０７とを含み、これらは、下から上へと順に積層される。
支持層１０は、第一支持副層１０ａおよび第二支持副層１０ｂを含み、第一支持副層１０ａおよび第二支持副層１０ｂは、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って下障壁層０９の上面の二つの側に位置し、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って延在する空間１０ｃが、下障壁層０９と、第一支持副層１０ａと、第二支持副層１０ｂと、上障壁層１１との間で形成される。
反射器構造は、代替的に、バッファ層０２、下障壁層０９、および上障壁層１１を含まなくてもよいことを注意しておくべきである。これに対応して、支持層１０は、基板層０１の上面に直接配置される。換言すれば、第一支持副層１０ａおよび第二支持副層１０ｂは、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って、基板層０１の上面の二つの側に位置する。この場合、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って延在する空間１０ｃは、基板層０１、第一支持副層１０ａ、第二支持副層１０ｂ、および下クラッド層０３の間に形成される。
図３に示される反射器構造は、（図３の白黒部分によって示される）反射器０８をさらに含む。
反射器０８は、超構造格子（Super Structure Grating、SSG）であってもよい。超構造格子は、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って、下クラッド層０３と上クラッド層０５との間に配置される。加熱層０７は、誘電体層０６の上面にあり、超構造格子０８とは正反対の領域に位置する。
図４および図５は、図３に示される反射器構造の二つの上面図である。図４または図５のＰ１〜Ｐ７は、それぞれ、超構造格子の一つの空間周期に対応する。図４および図５に示されるように、導波路層０４の光の伝搬方向に沿って、誘電体層０６の上面に、第一列の開口１２および第二列の開口１３が配置され、開口の第一列１２および開口の第二列１３は、それぞれ複数の開口（図４において１２−１〜１２−８および１３−１〜１３−８で示される）を含み、開口の第一列１２および開口の第二列１３は、それぞれ、誘電体層０６の上面にあり、超構造格子０８と正反対の領域の二つの側に位置されている。図４と図５は、開口形状のみが異なる。
図３に示されるように、開口の第一列１２および開口の第二列１３における各開口は、誘電体層０６、上クラッド層０５、導波路層０４、および下クラッド層０３を下向きに貫通することによって、空間１０ｃに達する。このようにして、懸架構造〔懸架された構造〕２０は、図３において破線の四角によって示されるように、空間１０ｃより上で、開口の第一列１２と開口の第二列１３との間に位置する領域に形成される。
本発明のこの実施形態における可変レーザーのための反射器構造においては、超構造格子が反射器として使われ、懸架構造は、超構造格子が位置する領域のまわりに形成されて、懸架構造を使って、超構造格子が位置する領域のまわりの断熱を実現し、熱抵抗を増大させて、熱の損失を少なくし、熱を超構造格子が位置する領域に集中させ、それにより、反射器構造の熱調整効率を改善し、可変レーザーの全体的な電力消費を低減する助けとなる。
任意的に、図３に示されるように、誘電体層０６はさらに、第一列の開口１２および第二列の開口１３の内壁を覆ってもよい。たとえば、誘電体層０６は、上クラッド層０５、導波路層０４、下クラッド層０３、および上障壁層１１の側面を覆ってもよい。これにより、上クラッド層０５、導波路層０４、下クラッド層０３、および上障壁層１１の側面がエッチング液によってエッチングされないように保護することができる。しかしながら、これは、本発明のこの実施形態において限定されない。誘電体層０６は、上クラッド層０５の上面のみを覆ってもよい。
なお、本発明のこの実施形態において、誘電体層０６は、代替的に、反射器構造内に配置されていなくてもよい。この場合、加熱層０７は、上クラッド層０５の上面に直接配置されてもよい。
図３は、図４に示される断面１’−１’の概略図、すなわち、開口領域の断面の概略図である。図６は、図４または図５の断面２’−２’の概略図、すなわち、隣接する開口の間の間隔領域の断面の概略図である。図３に示される断面と比較して、図６に示される断面の上部における誘電体層０６、上クラッド層０５、導波路層０４、下クラッド層０３のいずれもエッチングされず、懸架構造２０の横支持構造が形成され、懸架構造全体のための機械的支持を確実にし、それにより、懸架構造２０がつぶれたり損傷したりすることを防ぐ。よって、各開口における二つの隣接する開口の間の領域を、懸架構造２０と反射器構造の別の領域との間の横支持体として使用することができる。
懸架構造２０の同じ側に位置された横支持構造は、次の条件を満たすことができる：第一の横支持構造は、超構造格子における第一の空間周期の第一の領域に対応し、第二の横支持構造は、超構造格子における第二の空間周期の第二の領域に対応し、第一の空間周期内での第一の領域の相対位置は、第二の空間周期内での第二の領域の相対位置とは異なる。第一の横支持構造および第二の横支持構造は、懸架構造２０の同じ側に位置する複数の支持構造の任意の二つの横支持構造である。
任意的に、超構造格子の第一の空間周期および超構造格子の第二の空間周期は、超構造格子上に位置する同じ空間周期であってもよい。たとえば、第一の空間周期および第二の空間周期は、図４に示される７つの空間周期Ｐ１〜Ｐ７の任意のものでありうる。
任意的に、超構造格子の第一の空間周期および超構造格子の第二の空間周期は、超構造格子上に位置する異なる空間周期であってもよい。たとえば、第一の空間周期は、図４に示される空間周期Ｐ１であってもよく、第二の空間周期は、図４に示す空間周期Ｐ２〜Ｐ７のいずれかであってもよい。
第一の空間周期内での第一の領域の相対位置が、第二の空間周期内での第二の領域の相対位置と異なることは、第一の領域から第一の空間周期の開始点（または終点）までの距離が、第二の領域から第二の空間周期の開始点（または終点）までの距離と異なることを含むことを注意しておくべきである。
具体的には、第一の領域から第一の空間期間の開始点（または終点）までの距離、および第二の領域から第二の空間期間の開始点（または終点）までの距離は、同じ方法を使って計算される。たとえば、領域から空間周期の開始点までの距離は、領域の左端と空間周期の開始点との間の距離、または領域の右端と空間周期の開始点との間の距離である。
いくつかの実装において、懸架構造の同じ側にある任意の二つの横支持構造に対応する超構造格子内の領域は、超構造格子の空間周期において異なる位置にある。これは、横支持構造が、超構造格子０８の空間周期のピークまたは谷からずらされていることを含んでもよい。これは、熱調整の際の超構造格子の反射スペクトルの平坦性の劣化を回避する助けとなり、それにより、可変レーザーの性能の劣化を回避する助けとなる。超構造格子の空間周期におけるピークは，該空間周期における超構造格子の変調関数の最大値である。超構造格子の空間周期の谷は、該空間周期における超構造格子の変調関数の最小値である。
超構造格子の空間周期は、超構造格子上の超構造格子の変調関数の周期に対応する距離である。
ヒーターによる加熱の間、横支持領域内の熱は横支持体に沿って散逸されうるので、横支持体に接続された領域の温度は、他の領域の温度よりもわずかに低い。開口間の横支持が、超構造格子の変調関数のピークまたは谷に揃えられている場合、開口の数は、超構造格子の変調関数の周期の数に等しい。この場合、超構造格子の性能は著しく劣化し、反射スペクトルの平坦度はきわめて貧弱である。その結果、レーザーは、不均一な出力パワー、蓋然的なモードホッピング、およびモード欠落のようなさまざまな型の性能劣化を起こしやすい。
したがって、本発明のこの実施形態では、超構造格子（Super Structure Grating、SSG）が反射器として使われ、超構造格子が位置する懸架構造の同じ側にある任意の二つの横支持構造に対応する超構造格子内の領域は、超構造格子の空間周期において異なる位置に当たる。これは、熱調整の際の超構造格子の反射スペクトルの平坦度の劣化を回避する助けとなり、それにより、可変レーザーの性能の劣化を回避する助けとなる。
任意的に、開口の第一列１２または開口の第二列１３のうち少なくとも一方の開口の列における開口の数は、超構造格子０８の変調周期の数とは異なる。これは、超構造格子の反射スペクトルの平坦度の劣化をさらに回避し、それにより反射器構造の熱調整性能を改善するのに役立つ。
任意的に、開口の第一列１２および開口の第二列１３の少なくとも一方は、複数の規則的に配置された開口を含み、開口の第一列１２および／または開口の第二列１３における任意の二つの隣接する開口間の距離は、超構造格子の空間周期とは異なる。
ここで、複数の規則的に配置された開口とは、複数の開口のすべてがサイズが等しく、どの二つの隣接する開口の間にも同じ距離が存在することを意味する。
任意の二つの隣接する開口間の距離を計算する方法は、本発明のこの実施形態において限定されない。たとえば、任意の二つの隣接する開口間の距離は、二つの開口の左端部分または右端部分の間の距離、または二つの開口の中心間の距離とすることができる。
任意的に、超構造格子の変調関数は、次のように示される
Figure 2020520112
Nは超構造格子の変調関数の反射ピークの数であり、自然数であり、φkは位相であり、zは光の伝搬方向に沿った超構造格子上の位置を表わし、ΔF＝(1/Λk+1)−(1/Λk)であり、Λkはコサイン関数の空間周期である。
いくつかの実施形態では、デジタル離散化処理が、超構造格子の変調関数に対して実行されてもよい。図７は、一つの閾値を使って、８つの反射ピークの場合について、超構造格子上でレベル２のデジタル離散化を実行することの概略図である。図７において、水平座標は光の伝搬方向に沿った超構造格子上の位置を表わし、垂直座標は変調関数の振幅を表わす。図７に示されるように、超構造格子の変調関数は、シミュレートされた連続的な周期関数である。図７に示されるように、連続的に変化する破線は離散化の前に存在する変調包絡線であり、ステップ状の実線は離散化後に存在する変調包絡線である。超構造格子の変調関数が離散化されるとき、代替的に、二つの、あるいはさらにそれ以上の閾値が使用されて、より高いレベルのデジタル離散化を実行してもよいことを理解しておくべきである。換言すれば、超構造格子は、レベル２離散化を受ける超構造格子、レベル３離散化を受ける超構造格子またはより高いレベルの離散化を受ける超構造格子であってもよい。任意的に、開口の第一列１２および開口の第二列１３は、同数の開口を含む。
下記では、本発明のこの実施形態における反射器構造を記述するための例として、反射スペクトルが８つの反射ピークをもち、変調関数が７つの周期を有する超構造格子を使用する。超構造格子の変調関数の周期は71μmであり、全体で７つの周期があると想定する。ヒーターによる加熱の間、横支持構造領域内の熱は横支持構造に沿って散逸されうるので、領域の温度は、他の領域の温度よりもわずかに低い。横支持構造が懸架構造の両側に規則的に分布している場合、加熱の際の超構造格子領域の温度分布図が図８に示されている。図８において、水平座標は光の伝搬方向に沿った超構造格子上の位置を表わし、垂直座標は温度を表わす。図４および図５に示されるように、導波路のそれぞれの側に８つの開口があり、超構造格子内の、任意の二つの横支持構造に対応する領域は、超構造格子の空間周期における異なる位置に当たる。この場合、ヒーターによる加熱後、超構造格子の反射スペクトルは非常に平坦であり（図９に示されるように）、レーザーの動作要件を満たすことができる。図９において、水平座標は、超構造格子によって反射される光の波長を表わし、垂直座標は、パワー反射率を表わす。二つの隣接する開口間の横支持構造が、超構造格子の変調関数のピークまたは谷に揃えられている場合、超構造格子の性能が著しく低下し、反射スペクトルの平坦度が極端に悪くなる（図１０に示されるように）。その結果、レーザーは、不均一な出力パワー、蓋然的なモードホッピング、およびモード欠落のようなさまざまな型の性能劣化を起こしやすい。任意の二つの隣接する開口間の支持構造が、超構造格子の変調関数のピークまたは谷に揃っているとき、二つの隣接する開口間の距離は、超構造格子の空間周期と同じである。図１１に示される結果は、反射スペクトルの平坦度と、二つの隣接する開口間の距離の、超構造格子の空間周期に対する比との間の関係を走査することによって得られる。図１１に示されるように、二つの隣接する開口間の距離が超構造格子の空間周期に等しい場合（すなわち、両者の比は1）、超構造格子の反射スペクトルは著しく劣化し、平坦度はたった20%である。よって、反射器構造の熱調整性能を改善するのに役立つように、開口の位置および数を最適化することができる。
反射スペクトルの平坦度Fは、次式に基づいて計算することができる。
Figure 2020520112
Vpeakは反射ピークの振幅値を表わし、mean(Vpeak)は反射ピークの振幅値の平均値を表わし、max(Vpeak)は反射ピークの最大値を表わし、min(Vpeak)は反射ピークの最小値を表わす。
本発明のこの実施形態では、少なくとも一つの開口における任意の二つの隣接する開口間の距離が超構造格子の空間周期と異なるため、前記少なくとも一つの開口における前記任意の二つの開口間の横支持構造は、超構造格子の変調関数のピークまたは谷からずらされることができる。これは、超構造格子の反射スペクトルの平坦性の劣化を回避し、それにより反射器構造の熱調整性能を改善するのに役立つ。任意的に、開口の第一列１２および開口の第二列１３は、開口の第一列１２と開口の第二列１３との間の中心線に関して対称である。そのような構造は、製造プロセスを単純化するのに役立つ。
図３、図４、および図５は、開口の第一列１２と開口の第二列１３が、両者の間の中心線に関して対称であることを例として示しているに過ぎないことを注意しておくべきである。しかしながら、これは、本発明のこの実施形態において限定されない。代替的に、開口の第一列１２および開口の第二列１３は、異なる数の開口を含んでいてもよく、および／または開口の第一列１２および開口の第二列１３は、両者の間の中心線に関して対称ではない。さらに、本発明のこの実施形態における開口形状は、図４に示される長方形および図５に示されるダンベル形に限定されるものではなく、代替的に、別の規則的または不規則な形状であってもよいことを注意しておくべきである。
さらに、本発明のこの実施形態において、開口の第一列１２および／または開口の第二列１３における複数の開口は、同じサイズまたは形状であってもよく、または異なるサイズまたは形状であってもよいことを注意しておくべきである。これは、本発明のこの実施形態において限定されない。さらに、図４および図５に示されるように、開口の第一列１２および開口の第二列１３のそれぞれにおける二つの最も外側の開口の形状およびサイズは、別の開口の形状およびサイズとは異なっていてもよい。しかしながら、これは、本発明のこの実施形態において限定されない。あるいは、各開口における最も外側の二つの開口の形状およびサイズは、該開口部の別の開口の形状およびサイズと同じであってもよい。
さらに、開口の第一列１２および開口の第二列１３のそれぞれの長さは、超構造格子の長さと同じ長さであってもよく、あるいは異なっていてもよいことを注意しておくべきである。換言すれば、開口の第一列１２および開口の第二列１３のそれぞれにおける二つの最も外側の開口の外端部分は、超構造格子の両側の端部と揃っていてもいなくてもよい。これは、本発明のこの実施形態において限定されない。
本発明のある実施形態は、さらに、可変レーザーのための別の反射器構造を提供する。図１２に示されるように、その反射器構造と、図３から図５に示される反射器構造との間の差異は、支持層１０が少なくとも一つの底部支持構造１０ｄをさらに含むことにある。前記少なくとも一つの底部支持構造１０ｄは、懸架構造２０を、空間１０ｃの上方に、下から支持するよう構成される。本発明のこの実施形態では、底部支持構造は、懸架構造のための底部支持体を提供するように配置され、懸架構造のための機械的強度をさらに高めることができる。
任意的に、前記少なくとも一つの底部支持構造１０ｄは、図１２に示されるように、懸架構造２０の真下に位置されてもよい。このようにして、懸架構造を下から支えて、懸架構造の機械的強度を高めることができる。図１３および図１４は、それぞれ、図１２に示される反射器構造の上面図である。図１３および図１４に示されるように、各開口は、光の伝搬方向において異なる幅をもつ。反射器構造の製造プロセスでは、相対的に広い開口部には相対的に大量のエッチング液が注入され、相対的に狭い開口部には相対的に少量のエッチング液が注入される。したがって、懸架構造の下方にあり、相対的に狭い開口領域に対応する材料は、エッチング液によって完全にはエッチングされず、残りの部分的な材料は、懸架構造の下に底部支持構造を形成することができるが、相対的に広い開口領域の材料は完全にエッチングされる。図１２は、図１３または図１４における相対的に狭い開口部の断面３’−３’の概略図である。
加えて、開口から注入されたエッチング液はさらに、懸架構造の下にあり、横支持構造に対応する領域の材料を横方向にエッチングする。図６は、図１３または図１４の横支持構造部分の断面１’−１’の概略図である。図１３または図１４における相対的に広い開口部の断面２’−２’は図３に示されている。
図１３および図１４に示される開口は、当業者が本発明の実施形態をよりよく理解する助けとなるように意図されているが、本発明の実施形態の範囲を限定することは意図されていないことを注意しておくべきである。明らかに、当業者は、図１３および図１４における提供された例に基づいて、開口形状に対してさまざまな等価な修正および変形を行なうことができ、かかる修正または変形も、本発明の実施形態の範囲内にはいる。
開口形状は、開口から注入されるエッチング液のエッチング領域を制御するように調整され、それにより、前記少なくとも一つの底部支持構造１０ｄのサイズ、形状、および位置を制御できる。より小さな底部支持構造は、より高い熱調整効率を達成するが、より貧弱な機械的支持を提供する。
いくつかの実施形態では、底部支持構造１０ｄの数は、開口の第一列１２および／または開口の第二列１３における開口の数と同じであってもよい。
任意的に、一つまたは複数の底部支持構造１０ｄが存在してもよい。図１５は、図１３または図１４における断面４’−４’の概略図である。図１５に示されるように、複数の底部支持構造１０ｄが、導波路層０４における光の伝搬方向に沿って空間１０ｃ内に配置されてもよい。任意的に、複数の底部支持構造１０ｄの任意の二つの隣接する底部支持構造の間の距離は、超構造格子の空間周期とは異なる。
図１２、図１３、および図１４に示される反射器構造の他の部分については、図３から図６に示される反射器構造の関係した記述を参照されたい。詳細は、ここでは再度説明しない。
本発明の実施形態における反射器構造において、開口の第一列１２および開口の第二列１３における左端および右端の開口は、超構造格子０８の二つの側で過度に低い温度を回避するように構成されることができる。
本発明の実施形態では、開口間の間隔幅に対する開口幅の比率は調整可能であり、より大きな開口幅はより高い熱調整効率を達成するが、より貧弱な機械的支持を提供することを注意しておくべきである。
懸架構造製造プロセスは、本発明の実施形態において限定されないことを注意しておくべきである。たとえば、エッチング液を用いてさまざまな層の材料をエッチングすることで懸架構造を得ることができる。たとえば、エッチング液は、誘電体層の上面上の開口から注入され、上クラッド層、導波路層、および下クラッド層を上から下に順に部分的にエッチングすることによって支持層に到達し、次いで、支持層内にあり、反射器の下にある材料の一部を横方向にエッチングして、懸架構造を形成することができる。
本発明の実施形態では、上障壁層１１は、下クラッド層０３がエッチングされるのを防止するように構成されることができ、下障壁層０９は、バッファ層０２がエッチングされるのを防止するように構成されることができる。たとえば、上障壁層１１および下障壁層０９はエッチング液と反応しないか、または、上障壁層１１および下障壁層０９のエッチング反応速度は、支持層１０のエッチング反応速度とは異なる。上障壁層１１および／または下障壁層０９は、代替的に、本発明の実施形態において、反射器に配置されなくてもよいことを注意しておくべきである。いくつかの実施形態において、反射器構造内の上障壁層１１の材料はInGaAsであってもよく、上障壁層１１の厚さは、10nmないし1000nmであってもよい。下障壁層０９の材料はInGaAsであってもよく、下障壁層０９の厚さは、10nmないし1000nmであってもよい。任意的に、支持層１０は、三つの層を含んでいてもよく、たとえば、該三つの層は、それぞれ、InP、InAlAs、およびInPでできていてもよく、支持層１０の厚さは、100nmないし10000nmであってもよい。
いくつかの実施形態では、三つの層：上障壁層１１、支持層１０および下障壁層０９の材料の組み合わせは、代替的に、次のうちのいずれかであってもよい：InP、InGaAsおよびInP；InP、InAlAsおよびInP；InGaAs、InPおよびInGaAs；InAlAs、InPおよびInAlAs；またはInGaAsP、InPおよびInGaAsPのいずれかであってもよい。任意的に、支持層１０が三層の材料から構成される場合、上障壁層１１、支持層１０、および下障壁層０９の材料の組み合わせは、代替的に：InGaAs、InP-InGaAs-InPおよびInGaAs；InAlAs、InP-InAlAs-InPおよびInAlAs；InAlAs、InP-InGaAs-InPおよびInAlAs；InGaAsP、InP-InAlAs-InPおよびInGaAs；InGaAsP、InP-InAlAs-InPおよびInGaAsPなどとすることができる。InP-InGaAs-InPは、支持層１０がInP、InGaAsおよびInPでできていることを示し、InP-InAlAs-InPは、支持層１０がInP、InAlAsおよびInPでできていることを示す。前述の説明は、単に上障壁層、支持層、および下障壁層の材料のいくつかの例である。これは、本発明の実施形態において限定されない。当業者は、これらの例に基づいてさまざまな等価な修正および変形を行なうことができ、かかる修正または変形も、本発明の実施形態の範囲内にはいる。
本発明の別の実施形態は、さらに、可変レーザーを提供する。可変レーザーは、利得領域と、第一の位相領域と、多モード干渉カプラと、第一の反射器構造と、第二の反射器構造とを含む。第一の位相領域の第一の端部は利得領域の第一の端部に接続され、第一の位相領域の第二の端部は多モード干渉カプラの第一の端部に接続され、多モード干渉カプラの第二の端部は第一の反射器構造の第一の端部に接続され、多モード干渉カプラの第三の端部は第二の反射器の第一の端部に接続される。可変レーザーの構造については、図１を参照されたい。図１における位相領域、反射器１、および反射器２は、それぞれ、本発明のこの実施形態における第一の位相領域、第一の反射器構造、および第二の反射器構造に対応する。
本発明のこの実施形態における可変レーザーにおいて、第一の反射器構造および第二の反射器構造の少なくとも一つは、本発明の実施形態において上記で与えた反射器構造を使用することを注意しておくべきである。本発明のこの実施形態における可変レーザーでは、本発明の実施形態において上記で与えた反射器構造が、可変レーザーの全体的な電力消費を低減するのに役立つように使用される。
任意的に、図１６に示されるように、本発明のこの実施形態における可変レーザーは、第二の位相領域をさらに含んでいてもよく、第二の位相領域は、第一の反射器構造と多モード干渉カプラとの間、または第二の反射器構造と多モード干渉カプラとの間に位置される。これは、二つの反射器構造の反射スペクトルの位相を整合させることができる。具体的には、第二の位相領域の第一の端部が多モード干渉カプラの第二の端部に接続され、第二の位相領域の第二の端部が第一の反射器構造の第一の端部に接続される；または、第二の位相領域の第一の端部が多モード干渉カプラの第三の端部に接続され、第二の位相領域の第二の端部が第二の反射器構造の第一の端部に接続される。
任意的に、本発明のこの実施形態における可変レーザーは、一つの半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier、SOA)をさらに含んでもよい。図１７に示されるように、SOAは、利得領域の第二の端部に接続される。あるいは、SOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、可変レーザーは、二つのSOAをさらに含んでいてもよく、一方のSOAは、利得領域の第二の端部に接続され、他方のSOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、可変レーザーは、三つのSOAをさらに含んでいてもよく、三つのSOAはそれぞれ、利得領域の第二の端部、第一の反射器構造の第二の端部、および第二の反射器構造の第二の端部に接続される。SOAは集積され、可変レーザーの光出力パワーが増幅されることができる。
任意的に、本発明のこの実施形態における可変レーザーは、一つのフォトダイオードPDをさらに含んでいてもよい。図１８に示されるように、PDは、利得領域の第二の端部に接続される。あるいは、PDは、第一の反射器構造の第二の端部に接続されるか、または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、可変レーザーは、さらに、二つのPDを含んでいてもよく、一方のPDは、第一の反射器構造の第二の端部に接続され、他方のPDは、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。PDは統合され、パワー・モニタリングまたはパワー減衰が、可変レーザー上で実行されることができる。
本発明のこの実施形態において、SOAおよびPDの両方が、代替的に、可変レーザーに統合されてもよいことを注意しておくべきである。このように、可変レーザーの光出力パワーを増幅することができ、さらにパワー・モニタリングまたはパワー減衰を実行することができる。たとえば、図１９に示されるように、SOAは、利得領域の第二の端部に接続されてもよく、PDは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。代替的に、SOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続されてもよく、PDは、利得領域の第二の端部に接続されることを理解しておくべきである。
第二の位相領域は、代替的に、図１７または図１８に示される可変レーザーにおけるMMIと第一の反射器構造との間に配置されなくてもよいことを注意しておくべきである。
本発明の別の実施形態は、さらに、別の可変レーザーを提供する。図２０に示されるように、可変レーザーは、第一の反射器構造、利得領域、位相領域、および第二の反射器構造を含む。第一の反射器構造の第一の端部は、利得領域の第一の端部に接続され、利得領域の第二の端部は、位相領域の第一の端部に接続され、位相領域の第二の端部は、第二の反射器構造の第一の端部に接続され、第一の反射器構造および第二の反射器構造のうちの少なくとも一つは、本発明の実施形態において上記で与えた反射器構造を使用する。本発明のこの実施形態における可変レーザーでは、本発明の実施形態において上記で与えた反射器構造が、可変レーザーの全体的な電力消費を低減するのに役立つように使用される。
任意的に、図２１に示されるように、可変レーザーは、一つのSOAをさらに含んでいてもよい。SOAは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、可変レーザーは、二つのSOAをさらに含んでいてもよく、一方のSOAは、第一の反射器構造の第二の端部に接続され、他方のSOAは、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。SOAは統合され、可変レーザーの光出力パワーが増幅されることができる。
任意的に、図２２に示されるように、可変レーザーは、一つのPDをさらに含んでいてもよい。PDは、第一の反射器構造または第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、可変レーザーは、さらに、二つのPDを含んでいてもよく、一方のPDは、第一の反射器構造の第二の端部に接続され、他方のPDは、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。PDは統合され、パワー・モニタリングまたはパワー減衰が、可変レーザー上で実行されることができる。
任意的に、図２３に示されるように、可変レーザーは、SOAおよびPDをさらに含んでいてもよい。SOAは、第一の反射器構造の第二の端部に接続され、PDは、第二の反射器構造の第二の端部に接続される。あるいは、SOAは、第二の反射器構造の第二の端部に接続され、PDは、第一の反射器構造の第二の端部に接続される。このようにして、可変レーザーの光出力パワーを増幅することができ、さらにパワー・モニタリングまたはパワー減衰を実行することができる。
上記の記述は、単に本願の個別的な実装であるが、本願の保護範囲を制限することは意図されていない。本願に開示された技術的範囲内で、当業者が容易に理解することができる変形または置換は、本願の保護範囲内にはいる。したがって、本願の保護範囲は、特許請求の範囲の保護範囲に従うものとする。

Claims (21)

  1. 可変レーザーのための反射器構造であって：
    下から上へ順次積層された基板層、支持層、下クラッド層、導波路層、上クラッド層およびヒーター層を有しており、
    当該反射器構造はさらに超構造格子を含み、前記超構造格子は、前記導波路層における光の伝搬方向に沿って、前記上クラッド層と前記下クラッド層との間に配置され、前記ヒーター層は、前記上クラッド層の上面にあり、前記超構造格子とちょうど向かい合う領域に位置し：
    前記支持層は、第一支持副層および第二支持副層を含み、前記第一支持副層および前記第二支持副層は、前記導波路層における光の伝搬方向に沿って前記基板層の上面の両側に位置し、前記導波路層における光の伝搬方向に沿って延びる空間が、前記基板層、前記第一支持副層、前記第二支持副層、および前記下クラッド層の間で形成され、前記上クラッド層の上面に、前記導波路層における光の伝搬方向に沿って、第一列の開口および第二列の開口が配置され、前記第一列の開口および前記第二列の開口は、それぞれ、前記上クラッド層の上面にあり、前記超構造格子とちょうど向かい合う前記領域の両側に位置し、開口の前記第一列および開口の前記第二列は、それぞれ複数の開口を含み、各開口は、前記上クラッド層、前記導波路層、および前記下クラッド層を下方に貫通することにより前記空間に達し、前記空間の上方にあり、開口の前記第一列と開口の前記第二列との間に位置する領域に懸架構造が形成され、開口の前記第一列および開口の前記第二列における二つの隣接する開口の間の領域に前記懸架構造の横支持構造が形成され；
    第一の横支持構造は、前記超構造格子における第一の空間周期の第一の領域に対応し、第二の横支持構造は、前記超構造格子における第二の空間周期の第二の領域に対応し、前記第一の空間周期内での前記第一の領域の相対位置は、前記第二の空間周期内での前記第二の領域の相対位置とは異なり、前記第一の横支持構造および前記第二の横支持構造は、前記懸架構造の同じ側に位置する複数の支持構造の任意の二つの横支持構造である、
    反射器構造。
  2. 開口の前記第一列または開口の前記第二列のうち、少なくとも一方の開口の列における開口の数は、前記超構造格子の変調周期の数とは異なる、請求項１記載の反射器構造。
  3. 開口の前記第一列および開口の前記第二列は、同じ数の開口を含む、請求項１または２記載の反射器構造。
  4. 開口の前記第一列および開口の前記第二列は、開口の前記第一列と開口の前記第二列との間の中心線に関して対称である、請求項１ないし３のうちいずれか一項記載の反射器構造。
  5. 開口の前記第一列および開口の前記第二列のうち、少なくとも一方の開口の列は、複数の規則的に配置された開口を含み、開口の前記第一列および／または開口の前記第二列における任意の二つの隣接する開口間の距離は、前記超構造格子の空間周期とは異なる、請求項１ないし４のうちいずれか一項記載の反射器構造。
  6. 前記支持層は、少なくとも一つの底部支持構造をさらに含み、前記少なくとも一つの底部支持構造は、前記懸架構造を下から支持するよう構成されている、請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の反射器構造。
  7. 前記少なくとも一つの底部支持構造は、複数の底部支持構造であり、前記複数の底部支持構造は、前記導波路層における光の伝搬方向に沿って前記空間内に配置される、請求項６記載の反射器構造。
  8. 各開口は、前記導波路層における光の伝搬方向において異なる幅を有する、請求項６または７記載の反射器構造。
  9. 上障壁層および下障壁層をさらに有しており、前記上障壁層は前記下クラッド層と前記支持層との間に位置し、前記下障壁層は前記支持層と前記基板層との間に位置する、
    請求項１ないし８のうちいずれか一項記載の反射器構造。
  10. 誘電体層をさらに有しており、前記誘電体層は、前記上クラッド層と前記加熱層との間に位置し、前記ヒーター層は、前記誘電体層の上面にあり、前記超構造格子にちょうど向かい合う領域に位置する、請求項１ないし９のうちいずれか一項記載の反射器構造。
  11. 前記誘電体層は、各開口の内壁をさらに覆う、請求項１０記載の反射器構造。
  12. バッファ層をさらに有しており、前記バッファ層は、前記支持層と前記基板層との間に位置する、
    請求項１ないし１１のうちいずれか一項記載の反射器構造。
  13. 前記超構造格子は、前記上クラッド層内に位置するか、部分的には前記上クラッド層内に位置し部分的には前記導波路層内に位置するか、前記導波路層内に位置するか、部分的には前記下クラッド層内に位置し部分的には前記導波路層内に位置するか、または前記下クラッド層内に位置する、請求項１ないし１２のうちいずれか一項記載の反射器構造。
  14. 利得領域、第一の位相領域、多モード干渉カプラ、第一の反射器構造、および第二の反射器構造を有する可変レーザーであって：
    前記第一の位相領域の第一の端部は前記利得領域の第一の端部に接続され、前記第一の位相領域の第二の端部は前記多モード干渉カプラの第一の端部に接続され、前記多モード干渉カプラの第二の端部は前記第一の反射器構造の第一の端部に接続され、前記多モード干渉カプラの第三の端部は前記第二の反射器構造の第一の端部に接続され；
    前記第一の反射器構造および前記第二の反射器構造のうちの少なくとも一つは、請求項１ないし１３のうちいずれか一項記載の反射器構造を使用する、
    可変レーザー。
  15. 第二の位相領域をさらに有しており、
    前記第二の位相領域の第一の端部が前記多モード干渉カプラの前記第二の端部に接続され、前記第二の位相領域の第二の端部が前記第一の反射器構造の前記第一の端部に接続される；または
    前記第二の位相領域の第一の端部が前記多モード干渉カプラの前記第三の端部に接続され、前記第二の位相領域の第二の端部が前記第二の反射器構造の前記第一の端部に接続される、
    請求項１４記載の可変レーザー。
  16. 一つまたは複数の半導体光増幅器SOAをさらに有しており、
    各SOAは、前記利得領域の第二の端部に接続されるか、前記第一の反射器構造の第二の端部に接続されるか、前記第二の反射器構造の第二の端部に接続される、
    請求項１４または１５記載の可変レーザー。
  17. 一つまたは複数のフォトダイオードPDをさらに有しており、
    各PDは、前記利得領域の第二の端部に接続されるか、前記第一の反射器構造の第二の端部に接続されるか、前記第二の反射器構造の第二の端部に接続される、
    請求項１４または１５記載の可変レーザー。
  18. 第一の反射器構造、利得領域、位相領域、および第二の反射器構造を有する可変レーザーであって、
    前記第一の反射器構造の第一の端部は、前記利得領域の第一の端部に接続され、前記利得領域の第二の端部は、前記位相領域の第一の端部に接続され、前記位相領域の第二の端部は、前記第二の反射器構造の第一の端部に接続され；
    前記第一の反射器構造および前記第二の反射器構造のうちの少なくとも一つは、請求項１ないし１３のうちいずれか一項記載の反射器構造を使用する、
    可変レーザー。
  19. 一つまたは二つの半導体光増幅器SOAをさらに有しており、各SOAは、前記第一の反射器構造または前記第二の反射器構造の第二の端部に接続される、
    請求項１８記載の可変レーザー。
  20. 一つまたは二つのフォトダイオードPDをさらに有しており、各PDは、前記第一の反射器構造または前記第二の反射器構造の第二の端部に接続される、
    請求項１８記載の可変レーザー。
  21. 一つのSOAおよび一つのPDをさらに有しており、前記SOAは、前記第一の反射器構造の第二の端部に接続され、前記PDは、前記第二の反射器構造の第二の端部に接続される；または
    前記PDは、前記第一の反射器構造の第二の端部に接続され、前記SOAは、前記第二の反射器構造の第二の端部に接続される、
    請求項１８記載の可変レーザー。
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