JP2022546492A - モノリシックに集積されたＩｎＰの電気光学的に調整可能なリングレーザー、レーザーデバイス、及び対応する方法 - Google Patents
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Abstract
リングキャビティを有する調整可能なリングレーザーであって、リングキャビティが、波をガイドするための導波管を有する少なくとも１つのリング共振器と、波をガイドするための導波管を有する位相変調器と、少なくとも１つのリング共振器の中、及び外で波をカップリングするための１つまたは複数のパワーカプラと、を備え、少なくとも１つのリング共振器及び位相変調器の導波管の断面がＰＩＮダイオードとして構成され、また、調整可能なリングレーザーが逆バイアスの電圧を印加することによって調整可能であるように、電気屈折変調器として作用する、調整可能なリングレーザー。【選択図】図１
Description
狭い発振線幅を有する、幅広く調整可能なレーザー源は、高速通信、検知、分光学、量子光学、及び光検出、ならびにレージングの用途において重要な役割を果たす。たとえば、コヒーレントな光学通信システムでは、４０Ｇｂ／ｓ、１２０ｋＨｚの発振線幅での、１６の直角位相振幅変調、ＱＡＭが必要とされる。一方、６４ＱＡＭに拡大することにより、レーザー発振線幅に、１００倍厳格な要請を与える。
能動的に安定化させるスキームが、フリーランニングレーザーの発振線幅及び周波数ノイズ特性を向上させるために提案されている。このアプローチは、分光学及び検知用途にはより一般的である。もっとも広く使用されている強力な技術は、Ｐｏｕｎｄ－Ｄｒｅｖｅｒ－Ｈａｌｌ（ＰＤＨ）の周波数ロッキングである。この技術では、レーザーが、負の電気フィードバックを使用することにより、外部の光学キャビティにロックされる。ダイオードレーザーのケースでは、半導体光学増幅器、ＳＯＡの制御信号と、外部の音響光学的変調器との、２つの制御信号が通常は使用される。単一の制御ループを使用したＰＤＨロッキングの実施態様を可能にする既知のアプローチでは、ループの遅延のみによる制限が示されている。このアプローチは、５ＭＨｚ以下のバンドの、バルクのニオブ酸リチウムの単側帯波変調器を展開させる。
チップベースの集積レーザーの発振線幅を、数ＭＨｚから１００ｋＨｚの範囲以下まで低減させるために、近年かなりの努力がされている。この目的を達成するために、様々な集積方法が取られてきている。たとえば、５０ｋＨｚから１００ｋＨｚの固有の発振線幅を有する、モノリシックに集積された、調整可能な分散型ブラッグ反射器（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）のレーザーが証明されている。ミラーがサンプリングされ、スーパーモードのＤＢＲグレーチングが熱的にチューンされた。現在の注入チューニングに基づく調整可能なレーザーも、過去に報告されている。しかし、電流注入の、既知の発振線幅拡大機構に起因して、そのようなＤＢＲは、非常に低い発振線幅を必要とする用途には適していない。
上に従って、本開示は、全バンドにわたって調整可能である、シングルモードの長手方向波の単一方向リングレーザーの実現を対象としている。このことは、通常、遠距離通信のために使用されるが、この特定の分野には限定されない。提案されているレーザーのチューニングは、レージングモードの固有の発振線幅を著しく妨害／拡大せず、発振線幅性能を、チューニングレンジ内のレージング波長とは独立したものとする。
特に広い周波数バンドに渡ってチューニングでき、チューニングがレージングモードの固有の発振線幅に影響しない、またはほとんど影響しない、
リングレーザーを達成することが有利である。
リングレーザーを達成することが有利である。
本開示の第１の態様では、調整可能なリングレーザー、たとえば、モノリシックに集積された、ＩｎＰの、リングキャビティを有する調整可能なリングレーザーであって、リングキャビティが、
波をガイドするための導波管を有する少なくとも１つのリング共振器と、
波をガイドするための導波管を有する位相変調器と、
少なくとも１つのリング共振器の中、及び外で波をカップリングするためのパワーカプラと、
を備え、
少なくとも１つのリング共振器及び位相変調器の導波管の断面がＰＩＮダイオードとして構成され、また、調整可能なリングレーザーが逆バイアスの電圧を印加することによって調整可能であるように、電気屈折変調器として作用する、
調整可能なリングレーザーが提供される。
波をガイドするための導波管を有する少なくとも１つのリング共振器と、
波をガイドするための導波管を有する位相変調器と、
少なくとも１つのリング共振器の中、及び外で波をカップリングするためのパワーカプラと、
を備え、
少なくとも１つのリング共振器及び位相変調器の導波管の断面がＰＩＮダイオードとして構成され、また、調整可能なリングレーザーが逆バイアスの電圧を印加することによって調整可能であるように、電気屈折変調器として作用する、
調整可能なリングレーザーが提供される。
提供されるリングレーザーは、たとえば、１５００ｎｍから１６５０ｎｍの間、たとえば１５５０ナノメートルの波長付近で動作することができる。そのような波長は、遠距離通信用途に特に適している。しかし、本開示に係るレーザーは、しかしそのような特定の技術分野には限定されない。
提案されているリングレーザーを使用すると、たとえば３０ｎｍを超える範囲にわたり、レージングピークをチューンすることが可能である。そのような単一のピークは、３つのフィルタ、すなわち、２つのリング共振器及びリングキャビティ自体の重ね合わせによって達成される場合がある。これらフィルタの組合せは、レージングモードを除き、ピーク、すなわちモードを抑制する場合がある。
本開示に係るレーザーのチューニングは、負の電圧、すなわち逆バイアスを、レーザーのチューニングセクション、すなわち、共振器及び位相変調器に印加することに基づいている。このことは、熱的チューニング、または前向きのバイアス、すなわち正電圧などのチューニングの他の原理と比べて異なっている。この理由は、このことが、より少ない電力消費に繋がり、レージングピークの幅を妨げず、また、熱の発散のような遅い過渡的な影響がないことから、より速くなり得るためである。さらに、リング共振器の使用により、レージングピークの幅をさらに低減させる。
従来技術では、チューニングは、加熱要素を使用して実施される場合がある。加熱要素は、共振器の光学パスの長さを増大または減少させる。本開示によれば、少なくとも１つのリング共振器は、逆バイアスの電圧を印加することによってチューンされる。逆バイアスの電圧を印加することは、パスの長さ、及び、材料自体の固有の特性を変化させる場合がある。このことは、複数の要素によって生じる。この要素の１つが、線形の電気光学的効果及び４要素の電気光学的効果、それぞれＰｏｃｋｅｌｓ効果及びＫｅｒｒの効果である。
パワーカプラは、少なくとも１つのリング共振器の中、及び外で波をカップリングするために使用される。パワーカプラは、たとえば５０％の分割比を有するマルチモードの干渉カプラである場合がある。別のオプションは、リング共振器が、物理的にリングキャビティ自体の近くに配置され、それにより、カップリング効果がキャビティ／リング共振器の幾何学形状に基づいて発生するようになっていることである。
好ましくは、モノリシックに集積されたリングキャビティは、２つのリング共振器を備えている。
さらなる実施例では、リングレーザーは、第１の伝播モード、たとえば時計回りの伝播モードでの放射を、第１の伝播モードとは逆向きに構成された第２の伝播モード、たとえば、反時計回りの伝播モードにカップリングするように配置された広帯域反射器をさらに備えている。
上のことにより、リングレーザー内の波の伝播方向が一方向であることが確実になる。
さらに別の実施例では、キャビティは、キャビティ内の波を増幅させるために配置された、半導体光学増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）をさらに備えている。
半導体光学増幅器は、たとえば、半導体ゲイン媒体に基づく、光学増幅器である。このことは、レーザーダイオードのように見える場合があり、ここで、端部のミラーが、反射防止コーティングと置き換えられている。
半導体光学増幅器、ＳＯＡが、ＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸ベースの材料を備えている場合があることに留意されたい。
上に続き、本開示は、モノリシックに集積された一方向のシングルモードのリングレーザーを対象とする場合がある。レーザーは、マルチプロジェクトウェーハランのフレームワークにおいて商業利用可能なＩｎＰベースの集積技術を使用して製造される場合がある。２つのリング共振器の伝達スペクトルのＶｅｒｎｉｅｒ効果は、レージングモードを選択するように、わずかに異なる外周で使用される場合がある。２つのリング共振器は、ほとんど電圧で制御される電気光学的効果を展開することにより、逆バイアスの動作でチューンされ得る。
本開示に係る調整可能なレーザーは、シリコン技術を使用して製造される場合もあり、変調器、及び半導体光学増幅器が、接着技術を使用して、シリコン導波管の頂部に集積される場合がある。そのような実施態様では、モードがシリコン導波管から、位相変調器であるＩｎＰ導波管に移動し、ふたたびシリコンに戻る場合がある。
逆バイアスの動作に起因して、このチューニング機構は、熱的チューニングとは異なり、チップ上の熱の著しい発散を避け、同時に、レーザーの発振線幅を増大させない。このことは、著しい発振線幅の拡大、及び著しい熱の発散を生じるとよく知られている電流注入チューニングとは対照的である。リング共振器は、これらがキャビティの有効長さを増大させることから、発振線幅の低減の補助もする。概して、リングレーザーは、指向性の問題を被る場合がある。しかし、ここで、レーザーの一方向の動作は、反時計回りの伝播モードを時計回りの伝播モードへ、またはその逆にカップリングする広帯域反射器によって確実にされる場合がある。
このミラーは、高い反射性のコート面ではなく、レーザーの２つの出口ポートの一方にちょうど置かれ得るマルチモードの干渉反射を有している場合がある。このため、効果的には、一方向のレーザーは、反射面に必ずしも接続されていないダイ／チップのどこかに置かれ得る。
さらなる実施例では、導波管のいずれかが、エッチングされたリッジ導波管であり、エッチングされたリッジ導波管の断面が、垂直ＰＩＮダイオードであり、電気屈折変調器（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＥＲＭ）として作用する。
さらなる実施例では、リングキャビティは、異なる半径の２つのリング共振器を備えている。
２つのリング共振器の半径は、たとえば、１２０μｍ及び１２３μｍの長さ、または匹敵するものである場合がある。このため、パスの長さの結果としての差異は、約１８．８５μｍに等しい場合がある。２つのリングの共振器は、たとえば５０％の分割比で、２×１のマルチモード干渉、ＭＭＩのカプラを使用して実施される場合がある。ＭＭＩの長さを含む一方のリング共振器の全周は、１．４００ｍｍである場合があり、第２のリングの全周は１８．８５μｍである場合がある。この構成により、約３５ｎｍのＶｅｒｎｉｅｒのＦＳＲが与えられる。
本開示の第２の態様では、レーザービームを放射するためのレーザーデバイスであって、レーザーデバイスが、本開示に係る調整可能なリングレーザーを備えている、レーザーデバイスが提供される。
このレーザーデバイスは、たとえば、レーザーが備えられた遠距離通信デバイス、すなわち、光ファイバを使用した光学通信のために使用される遠距離通信デバイスである場合がある。遠距離通信デバイスは、たとえば、モデムなどである場合がある。
調整可能なリングレーザーである、本開示の第１の態様に関して説明された利点は、レーザーデバイスである、本開示の第２の態様にも適用可能であることにさらに留意されたい。
本開示の第３の態様では、先行請求項のいずれか一項に記載の調整可能なリングレーザーの動作方法であって、本方法が、
１つまたは複数のパワーカップルにより、少なくとも１つのリング共振器内の波をカップリングするステップと、
少なくとも１つのリング共振器及び位相変調器により、少なくとも１つのリング共振器及び位相変調器のそれぞれの導波管を介して波をガイドするステップと、
導波管のいずれかのＰＩＮダイオードに、逆バイアスの電圧を印加して、それにより、調整可能なリングレーザーをチューニングするステップと、
を含む、方法が提供される。
１つまたは複数のパワーカップルにより、少なくとも１つのリング共振器内の波をカップリングするステップと、
少なくとも１つのリング共振器及び位相変調器により、少なくとも１つのリング共振器及び位相変調器のそれぞれの導波管を介して波をガイドするステップと、
導波管のいずれかのＰＩＮダイオードに、逆バイアスの電圧を印加して、それにより、調整可能なリングレーザーをチューニングするステップと、
を含む、方法が提供される。
逆バイアスの電圧が、電圧制御デバイスを使用する導波管のいずれかのＰＩＮダイオードに印加される場合があることに留意されたい。電圧制御デバイスは、２つの出力端子を有する場合があり、２つの出力端子の第１の出力端子がＰＩＮダイオードのＰタイプの半導体領域に接続されており、２つの出力端子の第２の出力端子が、ＰＩＮダイオードのＮタイプの半導体領域に接続されている。
調整可能なリングレーザーである、本開示の第１の態様に関して開示された利点は、調整可能なリングレーザーの動作方法である、本開示の第３の態様にも適用可能であることにさらに留意されたい。
上に記載された方法の実施例では、リングキャビティは、２つのリング共振器を備えている。
さらなる実施例では、キャビティは、半導体光学増幅器（ＳＯＡ）を備えており、方法が、
ＳＯＡにより、キャビティ内の波を増幅するステップ
をさらに含む。
ＳＯＡにより、キャビティ内の波を増幅するステップ
をさらに含む。
別の実施例では、ＳＯＡは、ＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸ベースの材料を備えている。
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態（複数可）から明らかとなるとともに、これら実施形態を参照して明らかとされるであろう。
図１は、本開示に係るリングレーザー１を示す図である。
調整可能なリングレーザー１は、リン化インジウム（ＩｎＰ）上にモノリシックに集積された、調整可能なリングレーザーである。ＩｎＰは、インジウム及びリンで構成された２要素の半導体である。ＩｎＰは、閃亜鉛鉱の結晶構造を有し、ＧａＡ、及びＩＩＩからＶの半導体のほとんどの結晶構造に匹敵する。本発明者は、半導体の二重ヘテロ構造ＩｎＰ（ｐドープ）－ＩｎＧａＡｓＰ（固有）－ＩｎＰ（ｎドープ）が、リングレーザーをチューニングするために逆バイアスが適用されるケースにおいて使用されるために、特に適していることを発見した。
調整可能なリングレーザー１は、波をガイドするための２つのリング共振器３を備えたリングキャビティを有している。図１に示すように、調整可能なリングレーザー１は、２つの水平に向けられた導波管を有している。この２つの導波管は、互いに対して実質的に平行である。これら水平に向けられた導波管は、リング共振器３を介して互いに接続されている。
リング共振器３はＰＩＮダイオードに類似しており、逆バイアスの電圧を適用することにより、調整可能なリングレーザーを周波数でチューニングできるように、電気屈折変調器として作用する。
本開示の文脈では、ＰＩＮダイオードは、ｐタイプの半導体とｎタイプの半導体領域との間の広い、ドープされていない固有の半導体領域を有するダイオードである。
広い固有の領域、すなわち「ｉ」領域は、通常のｐ－ｎダイオードとは対照的である。広い固有の領域は、ＰＩＮダイオードを、光をガイドするために適したものにする。「ｉ」領域は、逆バイアスの電圧を印加することにより、リングレーザーをチューニングすることを可能にする。逆バイアスの電圧は、他のものの内、ＰＩＮ媒体内のフリーキャリアの量を修正し、それにより、リングレーザー１の周波数特性を効率的に変化させる。
ＰＩＮダイオードを使用することの理由の１つが、光学モードがｐドープ領域と大きくオーバーラップしていることが望ましくない場合があることである。ＰＮダイオードを使用すると、オーバーラップは不可避的に大きくなる。さらに、光学モードがガイドされる固有領域が存在する場合、光学モードは、電気光学的効果が発生し、したがって、その効率を向上させる領域と大きくオーバーラップする場合がある。
モノリシックに集積されたＩｎＰの調整可能なリングレーザー１は、さらに、位相変調器６を備えている。位相変調器も、逆バイアスの電圧を印加することによって制御される場合がある。
１つまたは複数のパワーカプラ２は、少なくとも１つのリング共振器３の中、及び外の波のカップリングのために提供される場合がある。さらに、キャビティは、キャビティ内の波を増幅させるために配置された、半導体光学増幅器（ＳＯＡ）３をさらに備えている。
さらにまた、リングレーザーは、第１の伝播モード、たとえば時計回りの伝播モードでの放射を、第１の伝播モードとは逆向きに構成された第２の伝播モード、たとえば、反時計回りの伝播モードにカップリングするように配置された広帯域反射器４をさらに備えている。レーザーの出力は、参照符号５によって示されている。
本開示で提案されている位相変調器チューニング機構は、対応する導波管内の逆バイアスのＰＩＮ構造に基づく場合がある。この機構は、通常の電流注入ベースであるか、従来技術の熱的加熱とは異なっている。提供されているリングレーザーは、チップ上の顕著な熱の発散を避けている。位相セクションに逆バイアスをかけることが、８Ｖのバイアスにおいて１００μＷ未満の熱の発散の値に繋がることが示されている。このことは、通常は数十ｍＷを必要とする、フィルタ、たとえばＤＢＲセクションに関する熱的チューニング機構に必要とされるよりもかなり低い出力レベルである。位相変調器が使用した熱発散の原因は、より高い電圧で増大する固有領域のキャリアの枯渇に起因する逆バイアス電流である。
提案されているチューニング機構は、伴われるより弱く、遅い過渡的な熱の影響に起因して、熱的チューニングに比べ、より速いチューニングをも可能にすることができる。
さらに、電流注入チューニングとは対照的に、フリーキャリアの吸収に起因する著しい伝播の損失が発生しない。少量の追加の伝播損失が、電気吸収に起因して高電圧においてのみ発生する。実際、低電圧（５Ｖ未満）では、損失は、フリーキャリアの枯渇に起因して、わずかに低減さえされる。
本開示は、ＩｎＰ上でモノリシックに集積された、単一方向のシングルモードのリングレーザーを対象としている。レーザーは、バーニア効果を、たとえば、そのシングルモードの動作に関する２つの規則的なスペクトルフィルタから展開し、また、電圧制御された電気光学的効果を使用してチューニングされる。
リングレーザーの特定の実施形態では、外周がわずかに異なる２つのリングの共振器が、フィルタのフリースペクトル領域（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）を増大させ、形態上のゲインバンド幅内のシングルレージングモードを選択するように、利用される。バーニア効果からの向上されたＦＳＲは、以下によって計算される場合がある。
ここで、ΔλFSR1及びΔλFSR2は、個別のリング共振器のＦＳＲである。個別のリング共振器のＦＳＲは、ΔλFSR＝Δλ２／ｎｇＬによって与えられる。ここで、ｎｇは、グループの指数であり、Ｌは、シングルリングの外周であり、λは波長である。２つのリングのデチューンは、チューニングレンジが、バーニアのキャビティ内フィルタのＦＳＲではなく、ＳＯＡの形態上のゲインバンド幅によって制限されるように、十分に大である場合がある。
レーザーは、商業利用可能なアクティブ－パッシブＩｎＰベースの集積技術の構成要素ライブラリを使用して設計した。リングキャビティは、ＩｎＧａＡｓの多重量子井戸ベースの材料を伴う、１ｍｍの長さのＳＯＡを含む場合がある。ＳＯＡは、浅くエッチングされたリッジ導波管に基づいている。２つのリングの半径は、１２０μｍ及び１２３μｍである場合がある。パスの長さの結果としての差異は、１８．８５μｍである。２つのリングの共振器は、５０％の分割比で、２×１のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラを使用して実施される。ＭＭＩの長さを含む一方のリング共振器の全周は、１．４００ｍｍであり、第２のリングの全周は１８．８５μｍである。
この構成により、約３５ｎｍのバーニアのＦＳＲが与えられる。このＦＳＲは、レーザーのチューニングレンジが３０ｎｍより大であり、したがって、単一バンドのスパンをカバーし、また、シングルモードの動作に干渉しないことを確実にしている。０．４ｍｍの長さの電気光学的位相変調器セクションも、キャビティモードの独立したチューニングを促進するために、レーザーキャビティに含まれている。位相セクションは、レーザーのモードホッピングを防止するために、２つのリングフィルタの最大の伝達に調整された状態にレージングモードを維持するために使用することができる。
２つのリング共振器及び位相セクションは、逆バイアスの電圧を印加することによってチューニングすることができる。これらはすべて深くエッチングされたリッジ導波管であり、これらの断面は、垂直ＰＩＮダイオードであり、電気屈折変調器（ＥＲＭ）として作用する。意図的ではなくドープされたガイド層は、１．２５μｍでのバンドギャップを伴うバルクＩｎＧａＡｓＰの４要素の材料である。有効な屈折率の変化は、場（Ｐｏｃｋｅｌｓ及びＫｅｒｒ）とキャリア（プラズマ／キャリア枯渇及びバンド充填）との効果の両方の結果である。これら効果の追加は、ＴＥ偏光の光に関する約１５°／Ｖｍｍの変調器効率に繋がる。
パワーアウトカップリングは、８５－１５の分割比で、２×２のＭＭＩによって実施される。アウトカップリングのパワーのパーセンテージは、１５％である。リングレーザーの単一方向の動作は、キャビティ外の広帯域反射器によって確実にされる。この反射器は、反時計回りの伝播モードの自然放射増幅光（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：ＡＳＥ）を時計回りモードにカップリングする。広帯域反射器は、マルチモードの干渉反射器である。
キャビティの全長は５．９ｍｍであり、キャビティモードの、１３．５ＧＨｚのフリースペクトルレンジ（０．１０８ｎｍ）に対応している。
キャビティモード及びリングフィルターモードの間隔は、キャビティモードが、４×ΔλFSR毎にリングフィルタ伝達ピークになるようになっている。効率的に、この４×ΔλFSRレンジ内のキャビティモードは、リングフィルタによって抑制される。レージングモードと、リング共振器の伝達ピークになる隣接するキャビティモード（４×ΔλFSR離れている）との間のゲインの差異は、約８％である。この伝達の差異は、レーザーのシングルモードの動作を確実にするために十分である。
図２は、本開示に係るリングレーザーの顕微鏡画像１１を示す図である。
リングキャビティは、ＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸ベースの材料を伴う、１ｍｍの長さのＳＯＡを含む場合がある。ＳＯＡは、浅くエッチングされたリッジ導波管に基づいている場合がある。２つのリングの共振器は、約２００μｍの半径を有する場合があり、パワーカップリングは、５０％の分割比で、２×１のマルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラを使用して実施される。
ＭＭＩの長さを含む単一のリング共振器の全周は、１．４ｍｍ及び１．４１９ｍｍである。０．４ｍｍの長さの電気光学的位相変調器セクションも、キャビティモードの独立したチューニングを促進するために、レーザーキャビティに含まれている。
２つのリング共振器及び位相セクションは、逆バイアスの電圧を印加することによってチューニングすることができる。これらは両方とも深くエッチングされたリッジ導波管であり、これらの断面は、垂直ＰＩＮダイオードであり、電気屈折変調器、ＥＲＭとして作用する。意図的ではなくドープされたガイド層は、１．２５μｍでのバンドギャップを伴うバルクＩｎＧａＡｓＰの４要素の材料である。有効な指標の変化は、場（Ｐｏｃｋｅｌｓ及びＫｅｒｒ）と、キャリア、プラズマ／キャリア枯渇及びバンド充填との効果の両方の結果である。これら効果の追加は、ＴＥ偏光ライトに関する約１５°／Ｖｍｍの変調器効率に繋がる。
パワーアウトカップリングは、８５－１５の分割比で、２×２のＭＭＩによって実施される。アウトカップリングパワーのパーセンテージは、１５％である。リングレーザーの単一方向の動作は、キャビティ外の広帯域反射器によって確実にされる。この反射器は、反時計回りの伝播モードの自然放射増幅光（ＡＳＥ）を時計回りのモードにカップリングする。広帯域反射器は、マルチモードの干渉反射器である。キャビティの全長は５．９ｍｍであり、キャビティモードの、１３．５ＧＨｚのフリースペクトルレンジに対応している、すなわち０．１０８ｎｍに対応している。
図２に示すレーザーは、商業利用可能なアクティブ－パッシブＩｎＰベースの集積技術を使用して製造した。レーザーの顕微鏡画像は、図２に示されている。レーザーの設置面積は、２．１７×０．５６ｍｍ２である。レーザーは、水冷ベースの温度安定化マウントを使用して、１８℃で特徴付けた。レーザー出力からの導波管は、レーザーキャビティへの後方反射を抑制するように、チップ面に対して角度が付けられている。
このチップ面も、後方反射をさらに抑制するために反射防止コーティングでコートした。レーザー出力光は、シングルモードのレンズドファイバを使用して、チップの外でカップリングさせた。モードのミスマッチに起因する、チップ面とレンズドファイバとの間の一般的なカップリング損失は、約４ｄＢである。
低いチューニング電圧では、散乱されたチューニング電力は、レーザーの発振線幅を乱さないために熱光学チューニングを通常は使用する他の調整可能なレーザーよりも２桁から３桁低いことに留意されたい。平均では、発散したチューニングパワーは、少なくとも１桁低い。さらに、キャビティ内のリング共振器が、レーザー発振線幅を低減させる助けになる。このことは、多くの用途、すなわち、コヒーレントな通信、検知などで重要である場合がある。レーザーは、一般的な、商業利用可能なリン化インジウム、ＩｎＰ、フォトニック集積技術を使用して製造される場合がある。
開示の実施形態に対する他の変形形態は、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲の研究から、請求される発明の実施において当業者によって理解及び有効にされ得る。特許請求の範囲では、「備えている」との用語は、他の要素またはステップを除外せず、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数を除外しない。特定の方策が、相互に異なる従属請求項で述べられている単なる事実は、これら方策の組合せを、利益を得るために使用することができないことを示すものではない。特許請求の範囲におけるあらゆる参照符号は、特許請求の範囲の範囲を限定するものとしては理解されるべきではない。
Claims (15)
- リングキャビティを有する調整可能なリングレーザーであって、前記リングキャビティが、
導波管を有する少なくとも１つのリング共振器と、
導波管を有する位相変調器と、
前記少なくとも１つのリング共振器の中、及び外で波をカップリングするための１つまたは複数のパワーカプラと、
を備え、
前記少なくとも１つのリング共振器及び前記位相変調器の前記導波管の断面がＰＩＮダイオードとして構成され、また、前記調整可能なリングレーザーが逆バイアスの電圧を印加することによって調整可能であるように、電気屈折変調器として作用する、前記調整可能なリングレーザー。 - 前記１つまたは複数のパワーカプラが、マルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラである、請求項１に記載の調整可能なリングレーザー。
- 前記リングキャビティが、２つのリング共振器を備えている、請求項１又は２に記載の調整可能なリングレーザー。
- 前記リングレーザーが、第１の伝播モード、たとえば時計回りの伝播モードでの放射を、前記第１の伝播モードとは逆向きに構成された第２の伝播モード、たとえば、反時計回りの伝播モードにカップリングするように配置された広帯域反射器をさらに備えている、請求項１から３のいずれか一項に記載の調整可能なリングレーザー。
- 前記キャビティが、前記キャビティ内の前記波を増幅させるために配置された、半導体光学増幅器（ＳＯＡ）をさらに備えている、請求項１から４のいずれか一項に記載の調整可能なリングレーザー。
- 前記ＳＯＡが、ＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸ベースの材料を備えている、請求項５に記載の調整可能なリングレーザー。
- 前記導波管のいずれかが、エッチングされたリッジ導波管であり、前記エッチングされたリッジ導波管の断面が、垂直ＰＩＮダイオードであり、電気屈折変調器（ＥＲＭ）として作用する、請求項１から６のいずれか一項に記載の調整可能なリングレーザー。
- 前記調整可能なリングレーザーが、モノリシックに集積された、ＩｎＰの調整可能なリングレーザーである、請求項１から７のいずれか一項に記載の調整可能なリングレーザー。
- 前記リングキャビティが、異なる半径の２つのリング共振器を備えている、請求項１から８のいずれか一項に記載の調整可能なリングレーザー。
- レーザービームを放射するためのレーザーデバイスであって、前記レーザーデバイスが、請求項１から９のいずれか一項に記載の調整可能なリングレーザーを備えている、前記レーザーデバイス。
- 請求項１から１０のいずれか一項に記載の調整可能なリングレーザーの動作方法であって、前記方法が、
前記１つまたは複数のパワーカップルにより、前記少なくとも１つのリング共振器内の波をカップリングするステップと、
前記少なくとも１つのリング共振器及び前記位相変調器により、前記少なくとも１つのリング共振器及び前記位相変調器のそれぞれの導波管を介して波をガイドするステップと、
前記導波管のいずれかの前記ＰＩＮダイオードに、前記逆バイアスの電圧を印加して、それにより、前記調整可能なリングレーザーをチューニングするステップと、
を含む、前記方法。 - 前記リングキャビティが、２つのリング共振器を備えている、請求項１１に記載の方法。
- 前記キャビティが、半導体光学増幅器（ＳＯＡ）を備えており、前記方法が、
前記ＳＯＡにより、前記キャビティ内の前記波を増幅するステップ
をさらに含む、請求項１１または請求項１２に記載の方法。 - 前記ＳＯＡが、ＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸ベースの材料を備えている、請求項１３に記載の方法。
- 前記リングレーザーが広帯域反射器をさらに備え、前記方法が、
前記広帯域反射器により、第１の伝播モード、たとえば時計回りの伝播モードでの放射を、第２の伝播モード、たとえば、反時計回りの伝播モードにカップリングするステップ
を含んでいる、請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の方法。
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