JP2622062B2 - 光カプラと半導体レーザ - Google Patents
光カプラと半導体レーザInfo
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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光カプラおよびレーザ
に関する。特に、利得媒体と一体化させて可同調レーザ
を形成することができるモノリシックな可同調波長選択
性カプラに関する。
に関する。特に、利得媒体と一体化させて可同調レーザ
を形成することができるモノリシックな可同調波長選択
性カプラに関する。
【０００２】
【従来の技術】広い範囲にわたって同調可能な光カプラ
は、波長分割多重化網およびスイッチングシステムのよ
うな多数の用途で重要な部品である。可同調波長選択性
カプラの他の用途は、光増幅器用のノイズフィルタおよ
びモノリシック拡大空洞レーザ用の空洞内波長選択性カ
プラなどである。更に、モノリシック波長選択性カプラ
を光検出器、光増幅器、レーザなどと一体化させること
ができれば、更に有望な結果が得られる。
は、波長分割多重化網およびスイッチングシステムのよ
うな多数の用途で重要な部品である。可同調波長選択性
カプラの他の用途は、光増幅器用のノイズフィルタおよ
びモノリシック拡大空洞レーザ用の空洞内波長選択性カ
プラなどである。更に、モノリシック波長選択性カプラ
を光検出器、光増幅器、レーザなどと一体化させること
ができれば、更に有望な結果が得られる。
【０００３】分布帰還型（ＤＦＢ）または分布反射型
（ＤＢＲ）デバイスのような現在の殆どのモノリシック
可同調レーザの同調範囲は、電気的に誘発される最大屈
折率変化をもたらす電流注入を使用した場合、約１０ｎ
ｍに限定される。この約１０ｎｍの限界により、微細ピ
ッチブラッグ格子波長選択反射器の分数同調範囲，Δλ
／λは、正規化実効屈折率変化ΔＮ／Ｎに比例すること
になる。
（ＤＢＲ）デバイスのような現在の殆どのモノリシック
可同調レーザの同調範囲は、電気的に誘発される最大屈
折率変化をもたらす電流注入を使用した場合、約１０ｎ
ｍに限定される。この約１０ｎｍの限界により、微細ピ
ッチブラッグ格子波長選択反射器の分数同調範囲，Δλ
／λは、正規化実効屈折率変化ΔＮ／Ｎに比例すること
になる。
【０００４】これに比べて、非同期導波モード間の順方
向カップリングに基づく導波バンドパス伝送フィルタ
は、ΔＮ／Ｎよりもかなり高率の波長同調を示す。アッ
プライド・フィジックス・レタース(Appl. Phys. Lette
rs.)，５１，１６４〜１６６頁（１９８７年）に掲載さ
れたエフ・ヘイズマン(F.Heismann)らの論文では、適度
な屈折率変化を有する広範囲レーザ同調を実証するため
に、初期混成拡大空洞レーザにおける空洞内フィルタと
して、リチウム・ニオブ導波路で周期的結合モード変換
に基づく電子的−光学的に同調可能なフィルタが使用さ
れている。
向カップリングに基づく導波バンドパス伝送フィルタ
は、ΔＮ／Ｎよりもかなり高率の波長同調を示す。アッ
プライド・フィジックス・レタース(Appl. Phys. Lette
rs.)，５１，１６４〜１６６頁（１９８７年）に掲載さ
れたエフ・ヘイズマン(F.Heismann)らの論文では、適度
な屈折率変化を有する広範囲レーザ同調を実証するため
に、初期混成拡大空洞レーザにおける空洞内フィルタと
して、リチウム・ニオブ導波路で周期的結合モード変換
に基づく電子的−光学的に同調可能なフィルタが使用さ
れている。
【０００５】アップライド・フィジックス・レタース(A
ppl. Phys. Letters.)，５９，２５７３〜２５７５頁
（１９９１年）に掲載されたアール・シー・アルフェル
ネス(R.C.Alferness) の論文には、格子補助垂直双方向
カプラはバンドパスフィルタを形成できると報告されて
いる。１９９１年４月９日〜１１日にわたって米国カリ
フォルニア州のモンタレーで開催された「集積ホトニク
ス研究会議」の技術ダイジェストの研究論文ＰＤＰ８
で、アール・シー・アルフェルネス(R.C.Alferness) ら
は、このタイプのバンドパスフィルタは、同一の誘導屈
折率変化用の格子反射器よりもかなり広い範囲にわたっ
て同調させることができると報告している。
ppl. Phys. Letters.)，５９，２５７３〜２５７５頁
（１９９１年）に掲載されたアール・シー・アルフェル
ネス(R.C.Alferness) の論文には、格子補助垂直双方向
カプラはバンドパスフィルタを形成できると報告されて
いる。１９９１年４月９日〜１１日にわたって米国カリ
フォルニア州のモンタレーで開催された「集積ホトニク
ス研究会議」の技術ダイジェストの研究論文ＰＤＰ８
で、アール・シー・アルフェルネス(R.C.Alferness) ら
は、このタイプのバンドパスフィルタは、同一の誘導屈
折率変化用の格子反射器よりもかなり広い範囲にわたっ
て同調させることができると報告している。
【０００６】最近、エレクトロン・レタース(Electron.
Letts. ) ，２７，２２０７〜２２０９頁（１９９１年
１１月２１日）で、エス・イレック(S.Illek) らは、２
個の接近同調ガイド間に垂直カプラ構造体を有する可同
調ガイドレーザを報告している。同調範囲拡大の証拠は
認められたが、同調は案外不規則であり、例えば、波長
変化の符合逆転などを起こす。
Letts. ) ，２７，２２０７〜２２０９頁（１９９１年
１１月２１日）で、エス・イレック(S.Illek) らは、２
個の接近同調ガイド間に垂直カプラ構造体を有する可同
調ガイドレーザを報告している。同調範囲拡大の証拠は
認められたが、同調は案外不規則であり、例えば、波長
変化の符合逆転などを起こす。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、高信頼性の可同調レーザを形成するために例えば、
拡大空洞利得手段のようなその他のデバイスと集積させ
ることのできる広範囲可同調波長選択性カプラのモノリ
シック実装を実現することである。
は、高信頼性の可同調レーザを形成するために例えば、
拡大空洞利得手段のようなその他のデバイスと集積させ
ることのできる広範囲可同調波長選択性カプラのモノリ
シック実装を実現することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】利得媒体と一体化させて
広範囲可同調レーザを形成できる本発明の新規な広範囲
可同調モノリシック波長選択性カプラにより様々な光学
作用が発生される。可同調波長選択性カプラは、粗位相
整合格子と共同して一対の非同期導波路（上部導波路お
よび下部導波路）を支持し、前記導波路間に光エネルギ
ーを結合する。下部導波路の一端は出力ファセットであ
る。
広範囲可同調レーザを形成できる本発明の新規な広範囲
可同調モノリシック波長選択性カプラにより様々な光学
作用が発生される。可同調波長選択性カプラは、粗位相
整合格子と共同して一対の非同期導波路（上部導波路お
よび下部導波路）を支持し、前記導波路間に光エネルギ
ーを結合する。下部導波路の一端は出力ファセットであ
る。
【０００９】上部導波路の対応する端部は、光信号吸収
媒体内で終わる。下部導波路の他の端部は、光エネルギ
ーが導波路内に進入することを防止するように遮られて
いる。また、上部導波路の対応する端部は入力ファセッ
トである。利得区画とモノリシック可同調波長選択性カ
プラとの組み合わせにより、波長分割多重化網およびス
イッチングシステムなどのような多くの用途に適した重
要な光エネルギー源となる広範囲可同調レーザが形成さ
れる。
媒体内で終わる。下部導波路の他の端部は、光エネルギ
ーが導波路内に進入することを防止するように遮られて
いる。また、上部導波路の対応する端部は入力ファセッ
トである。利得区画とモノリシック可同調波長選択性カ
プラとの組み合わせにより、波長分割多重化網およびス
イッチングシステムなどのような多くの用途に適した重
要な光エネルギー源となる広範囲可同調レーザが形成さ
れる。
【００１０】レーザ波長は、カプラの順方向カップリン
グ位相整合条件λg ＝Λ｜Ｎ2 −Ｎ1 ｜（ここで、Λは
粗格子周期であり、Ｎ1 ，Ｎ2 は２個の導波路の実効屈
折率である）を満たす波長λ0 により決定される。上部
導波から下部導波路に結合されない波長は光信号吸収手
段により減衰される。レーザ波長の同調は、上部導波路
に電流を注入するか、または、逆バイアスの電圧を印加
することにより、その屈折率を減少または増大させ、結
合波長を変化させることにより行われる。
グ位相整合条件λg ＝Λ｜Ｎ2 −Ｎ1 ｜（ここで、Λは
粗格子周期であり、Ｎ1 ，Ｎ2 は２個の導波路の実効屈
折率である）を満たす波長λ0 により決定される。上部
導波から下部導波路に結合されない波長は光信号吸収手
段により減衰される。レーザ波長の同調は、上部導波路
に電流を注入するか、または、逆バイアスの電圧を印加
することにより、その屈折率を減少または増大させ、結
合波長を変化させることにより行われる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細
に説明する。
に説明する。
【００１２】可同調の狭帯域波長選択性カプラは、例え
ば、増幅器−フィルタ，脱マルチプレクサ−検出器，可
同調レーザなどを含むことのできる幾つかの重要な光子
集積回路用の必須部品である。
ば、増幅器−フィルタ，脱マルチプレクサ−検出器，可
同調レーザなどを含むことのできる幾つかの重要な光子
集積回路用の必須部品である。
【００１３】図１は集積格子補助垂直カプラ１０の模式
的斜視図である。このカプラ１０は、利得手段１２と結
合し、レーザ１５を形成した場合、可同調空洞間フィル
タとして動作する。
的斜視図である。このカプラ１０は、利得手段１２と結
合し、レーザ１５を形成した場合、可同調空洞間フィル
タとして動作する。
【００１４】レーザ１５は、３工程からなる有機金属気
相エピタキシャル（ＭＯＶＰＥ）成長により製造され、
そして、１９８８年米国テキサス州のヒューストンで開
催された「集積および導波光学会議」の技術ダイジェス
ト、研究論文ＭＤＤ２，６８〜７１頁に掲載された“大
規模格子集積回路の加工”と題する論文に記載された方
法と同様な方法により加工される。
相エピタキシャル（ＭＯＶＰＥ）成長により製造され、
そして、１９８８年米国テキサス州のヒューストンで開
催された「集積および導波光学会議」の技術ダイジェス
ト、研究論文ＭＤＤ２，６８〜７１頁に掲載された“大
規模格子集積回路の加工”と題する論文に記載された方
法と同様な方法により加工される。
【００１５】垂直カプラフィルタ（ＶＣＦ）１０の上部
導波路はλg ＝１．４μｍ，膜厚０．３μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰ材料により生成された埋込ヘテロ構造である。こ
の場合、λg の範囲は１．２５〜１．４５μｍである。
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った垂直カプラフィルタ１
０の断面図である。導波路１６も連続埋込リブ導波路を
形成する。この上に多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層が成
長され、利得区画１２を形成する。ＭＱＷ活性層は、厚
さが８０オングストローム（以下「Ａ」という）のＩｎ
ＧａＡｓＰ障壁層により分離された厚さ６０Ａの６個の
ＩｎＧａＡｓ量子井戸からなる。ＭＱＷ活性層は受動区
画でエッチング除去される。
導波路はλg ＝１．４μｍ，膜厚０．３μｍのＩｎＧａ
ＡｓＰ材料により生成された埋込ヘテロ構造である。こ
の場合、λg の範囲は１．２５〜１．４５μｍである。
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った垂直カプラフィルタ１
０の断面図である。導波路１６も連続埋込リブ導波路を
形成する。この上に多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層が成
長され、利得区画１２を形成する。ＭＱＷ活性層は、厚
さが８０オングストローム（以下「Ａ」という）のＩｎ
ＧａＡｓＰ障壁層により分離された厚さ６０Ａの６個の
ＩｎＧａＡｓ量子井戸からなる。ＭＱＷ活性層は受動区
画でエッチング除去される。
【００１６】長さ６０μｍの利得区画１２と垂直カプラ
フィルタ１０との間の能動−受動遷移は、エレクトロン
・レタース，２４，１４３１〜１４３２頁（１９８８
年）に掲載されたティー・エル・コッホ(T.L.Koch)らの
論文に記載された、可同調ブラッグ反射型レーザ増幅器
の能動−受動遷移と同様である。
フィルタ１０との間の能動−受動遷移は、エレクトロン
・レタース，２４，１４３１〜１４３２頁（１９８８
年）に掲載されたティー・エル・コッホ(T.L.Koch)らの
論文に記載された、可同調ブラッグ反射型レーザ増幅器
の能動−受動遷移と同様である。
【００１７】垂直カプラ１０はモードストリッパ区画１
４を有する。この区画１４には上部導波路１６は存在せ
ず、完全にエッチング除去されている。モードストリッ
パ区画１４の長さは６００μｍであり、垂直カプラフィ
ルタ１０のフィルタ区画の長さは１．３ｍｍである。垂
直カプラフィルタ１０の下部導波路１８は、膜厚５００
ＡのＩｎＰ層で分離された、コア厚さが０．２６μｍで
リブ高さが２７５Ａの、λg ＝１．１μｍ（ここで、λ
g の範囲は１．０〜１．２μｍである）の材料で形成さ
れた、埋込リブガイドである。下部垂直カプラ導波路１
８は、後部ファセット２０にまで延び、Ｓｉ／ＳｉＯ2
高反射膜を有する。利得区画１２には、下部埋込リブは
形成されていない。従って、下部導波路１８は、利得区
画１２で終わっている。
４を有する。この区画１４には上部導波路１６は存在せ
ず、完全にエッチング除去されている。モードストリッ
パ区画１４の長さは６００μｍであり、垂直カプラフィ
ルタ１０のフィルタ区画の長さは１．３ｍｍである。垂
直カプラフィルタ１０の下部導波路１８は、膜厚５００
ＡのＩｎＰ層で分離された、コア厚さが０．２６μｍで
リブ高さが２７５Ａの、λg ＝１．１μｍ（ここで、λ
g の範囲は１．０〜１．２μｍである）の材料で形成さ
れた、埋込リブガイドである。下部垂直カプラ導波路１
８は、後部ファセット２０にまで延び、Ｓｉ／ＳｉＯ2
高反射膜を有する。利得区画１２には、下部埋込リブは
形成されていない。従って、下部導波路１８は、利得区
画１２で終わっている。
【００１８】垂直カプラフィルタ１０の粗位相整合格子
（５〜１００ミクロンの範囲内の周期を有することがで
きる）の周期Λは、１６μｍであり、上部埋込へテロ構
造導波路１６の上面の厚さ３５０Ａのλg ＝１．４μｍ
層にエッチングされている。この点については、エッチ
・サダタ(H.Sadata)らのIEEE Photon.Tech.Letts.,3,8
99-901頁（１９９１年）に詳細に説明されている。上部
および下部導波路１６、１８間の間隔は、０．８μｍで
ある。垂直カプラフィルタ１０の上部導波路１６の幅
は、３μｍであり、下部導波路１８の幅は、３．２μｍ
である。利得区画およびフィルタに電位を印加するか、
または、これらに電流を注入するために、電気接点を配
設する。
（５〜１００ミクロンの範囲内の周期を有することがで
きる）の周期Λは、１６μｍであり、上部埋込へテロ構
造導波路１６の上面の厚さ３５０Ａのλg ＝１．４μｍ
層にエッチングされている。この点については、エッチ
・サダタ(H.Sadata)らのIEEE Photon.Tech.Letts.,3,8
99-901頁（１９９１年）に詳細に説明されている。上部
および下部導波路１６、１８間の間隔は、０．８μｍで
ある。垂直カプラフィルタ１０の上部導波路１６の幅
は、３μｍであり、下部導波路１８の幅は、３．２μｍ
である。利得区画およびフィルタに電位を印加するか、
または、これらに電流を注入するために、電気接点を配
設する。
【００１９】利得区画１２およびフィルタ区画１０の断
面の走査型電子顕微鏡による観察像を図４および図５に
示す。
面の走査型電子顕微鏡による観察像を図４および図５に
示す。
【００２０】動作中は、垂直カプラフィルタ１０は広範
囲にわたって同調可能なレーザ１５を形成する。垂直カ
プラフィルタ１０は、一対の上部非同期導波路１６およ
び下部非同期導波路１８からなる。各導波路１６、１８
は、別々のＩｎＧａＡｓＰ組成から構成されている。実
効屈折率が異なるために、他の導波路との各導波路のモ
ードの重畳は小さい。このため、光線は通常、２個の導
波路間で消光的な結合をしない。しかし、波長λ0 に中
心がある効率的な双方向カップリングを、２個の導波路
間で、周期Λの周期的カップリング係数により得ること
ができる。
囲にわたって同調可能なレーザ１５を形成する。垂直カ
プラフィルタ１０は、一対の上部非同期導波路１６およ
び下部非同期導波路１８からなる。各導波路１６、１８
は、別々のＩｎＧａＡｓＰ組成から構成されている。実
効屈折率が異なるために、他の導波路との各導波路のモ
ードの重畳は小さい。このため、光線は通常、２個の導
波路間で消光的な結合をしない。しかし、波長λ0 に中
心がある効率的な双方向カップリングを、２個の導波路
間で、周期Λの周期的カップリング係数により得ること
ができる。
【００２１】フィルタ中心波長λ0 は、関係式、λ0 −
ΛΔＮにより定義される。前記式中のΔＮ（λ）＝｜Ｎ
2 −Ｎ1 ｜は２個の導波路間の実効屈折率差である。完
全な導波路内カップリングに必要な相互作用長さは導波
路分離および格子深さにより左右される。
ΛΔＮにより定義される。前記式中のΔＮ（λ）＝｜Ｎ
2 −Ｎ1 ｜は２個の導波路間の実効屈折率差である。完
全な導波路内カップリングに必要な相互作用長さは導波
路分離および格子深さにより左右される。
【００２２】単一の通過帯域応答を有する波長選択導波
路内カップリングの帯域幅は次の数１の関係式により示
される。
路内カップリングの帯域幅は次の数１の関係式により示
される。
【００２３】
【数１】
【００２４】アール・シー・アルフェルネス(R.C.Alfer
ness) らにより、アップライド・フィジックス・レター
ス(Appl.Phys.Letters) ，５５，２０１１〜２０１３頁
（１９８９年）の論文に開示されているように、γは、
動作波長における２個の導波路の材料分散の差によって
生じる帯域幅狭量化係数である。Λが一定の場合、フィ
ルタ中心波長λ0 は、２個の導波路間の屈折率差を変更
することにより変化させることができる。１９９１年４
月９日〜１１日まで米国カリフォルニア州のモンタレー
で開催された、集積光電子研究会議の技術ダイジェスト
のアール・シー・アルフェルネス(R.C.Alferness) らに
よる論文ＰＤＰ８から決定されるように、２個の導波路
間の屈折率差の誘導変化δ（ΔＮ）に対する波長変化δ
λの関係は次の数２で示される。
ness) らにより、アップライド・フィジックス・レター
ス(Appl.Phys.Letters) ，５５，２０１１〜２０１３頁
（１９８９年）の論文に開示されているように、γは、
動作波長における２個の導波路の材料分散の差によって
生じる帯域幅狭量化係数である。Λが一定の場合、フィ
ルタ中心波長λ0 は、２個の導波路間の屈折率差を変更
することにより変化させることができる。１９９１年４
月９日〜１１日まで米国カリフォルニア州のモンタレー
で開催された、集積光電子研究会議の技術ダイジェスト
のアール・シー・アルフェルネス(R.C.Alferness) らに
よる論文ＰＤＰ８から決定されるように、２個の導波路
間の屈折率差の誘導変化δ（ΔＮ）に対する波長変化δ
λの関係は次の数２で示される。
【００２５】
【数２】
【００２６】このレーザの広範囲にわたる可同調性は、
垂直カプラフィルタ１０の波長シフトが２個の導波路間
の初期屈折率変化に対する誘導屈折率変化に左右される
という事実から生じる。これは、反射格子の場合のよう
な導波路屈折率には関係しない。フィルタ同調の符合
は、ΔＮの値が増大するか、または減少するかどうかに
依存する。キャリア注入により誘導された負屈折率変化
の場合、ΔＮおよびλの両方とも、低または高屈折率導
波路に電流を注入することにより、それぞれ、増大また
は減少させることができる。
垂直カプラフィルタ１０の波長シフトが２個の導波路間
の初期屈折率変化に対する誘導屈折率変化に左右される
という事実から生じる。これは、反射格子の場合のよう
な導波路屈折率には関係しない。フィルタ同調の符合
は、ΔＮの値が増大するか、または減少するかどうかに
依存する。キャリア注入により誘導された負屈折率変化
の場合、ΔＮおよびλの両方とも、低または高屈折率導
波路に電流を注入することにより、それぞれ、増大また
は減少させることができる。
【００２７】特に、それぞれの事例において、誘導実効
屈折率変化が同一である場合、分布反射型同調レーザに
比較した垂直カプラフィルタの同調の向上は次の数３の
関係式で示される。
屈折率変化が同一である場合、分布反射型同調レーザに
比較した垂直カプラフィルタの同調の向上は次の数３の
関係式で示される。
【００２８】
【数３】
【００２９】この特許明細書に開示した設計では、同調
の向上は約１２である。この向上は、初期ΔＮを低下
し、ΛVCF を増大させることにより更に増大させること
ができるが、フィルタ帯域幅は所望の縦方向モード選択
性が得られるように十分に狭くなければならない。２個
の導波路間の極めて大きな屈折率差を選択すると、空洞
内フィルタ帯域幅が狭まると共に、反射格子型レーザの
同調向上よりも遥かに高い同調向上が得られる。長さ
１．３ｍｍの垂直カプラフィルタが単一のカップリング
長さを有するものと仮定すると、予想ダブルパス（ラウ
ンドトリップ）実効フィルタ帯域幅は２５Ａである。
の向上は約１２である。この向上は、初期ΔＮを低下
し、ΛVCF を増大させることにより更に増大させること
ができるが、フィルタ帯域幅は所望の縦方向モード選択
性が得られるように十分に狭くなければならない。２個
の導波路間の極めて大きな屈折率差を選択すると、空洞
内フィルタ帯域幅が狭まると共に、反射格子型レーザの
同調向上よりも遥かに高い同調向上が得られる。長さ
１．３ｍｍの垂直カプラフィルタが単一のカップリング
長さを有するものと仮定すると、予想ダブルパス（ラウ
ンドトリップ）実効フィルタ帯域幅は２５Ａである。
【００３０】可同調レーザ１５の空洞は、利得区画１２
の端部における上部導波路の反射ファセット１９から波
長選択垂直カプラフィルタ１０を通り下部導波路の高反
射ファセット２０にまで延びている。レーザ動作波長は
同調垂直カプラフィルタのフィルタ中心波長の重畳およ
びレーザ空洞のＦＰモードにより決定される。この波長
の光は上部導波路１６から下部導波路１８に結合され、
次いで、復行のために下部導波路１８の端部で高反射フ
ァセット２０により反射される。上部導波路１６から下
部導波路１８に結合されなかった波長は、上部導波路１
６の端部２１から出て行き、モードストリッパー区画１
４で回折することにより強力に消滅される。この消滅は
吸収によっても行うことができる。
の端部における上部導波路の反射ファセット１９から波
長選択垂直カプラフィルタ１０を通り下部導波路の高反
射ファセット２０にまで延びている。レーザ動作波長は
同調垂直カプラフィルタのフィルタ中心波長の重畳およ
びレーザ空洞のＦＰモードにより決定される。この波長
の光は上部導波路１６から下部導波路１８に結合され、
次いで、復行のために下部導波路１８の端部で高反射フ
ァセット２０により反射される。上部導波路１６から下
部導波路１８に結合されなかった波長は、上部導波路１
６の端部２１から出て行き、モードストリッパー区画１
４で回折することにより強力に消滅される。この消滅は
吸収によっても行うことができる。
【００３１】位相整合波長であっても、１００％のカッ
プリング効率を達成するのは困難である。この特許明細
書に開示した設計では、利得区画１２下の下部導波路１
８のリブによる光信号の横方向局限は除去されている。
これは潜在的な望ましからざる三鏡空洞作用を避けるた
めである。この作用は、上部導波路１６に完全に戻され
て結合されていない光が下部導波路１８の端部ファセッ
トにより反射されて下部導波路１８に戻される場合に発
生することがある。フィルタが空洞内の主な波長選択素
子であるとすると、上部（λg ＝１．４μｍ）導波路１
６に対する電流注入または逆バイアスの何れかを使用
し、垂直カプラフィルタを同調し、かつ、レーザ動作波
長を変化させることができる。
プリング効率を達成するのは困難である。この特許明細
書に開示した設計では、利得区画１２下の下部導波路１
８のリブによる光信号の横方向局限は除去されている。
これは潜在的な望ましからざる三鏡空洞作用を避けるた
めである。この作用は、上部導波路１６に完全に戻され
て結合されていない光が下部導波路１８の端部ファセッ
トにより反射されて下部導波路１８に戻される場合に発
生することがある。フィルタが空洞内の主な波長選択素
子であるとすると、上部（λg ＝１．４μｍ）導波路１
６に対する電流注入または逆バイアスの何れかを使用
し、垂直カプラフィルタを同調し、かつ、レーザ動作波
長を変化させることができる。
【００３２】同調電流が無い状態の可同調レーザ１５の
ＣＷ光／電流特性を図６に示す。約７％の外部量子効率
による閾値電流８５ｍＡと、６ｍＷよりも高い最大出力
が認められた。図７に示された、同調電流ゼロにおける
閾値以下スペクトルは、垂直カプラフィルタパスバンド
に対応する自然発光スペクトルに重畳されるピーク幅が
約３０Ａ（ＦＷＨＭ）である垂直カプラフィルタ応答を
示す。上部導波路１６に逆バイアスをかけるか、また
は、電流注入を行うと、この閾値以下フィルタピークは
それぞれ長波長または短波長に移動する。
ＣＷ光／電流特性を図６に示す。約７％の外部量子効率
による閾値電流８５ｍＡと、６ｍＷよりも高い最大出力
が認められた。図７に示された、同調電流ゼロにおける
閾値以下スペクトルは、垂直カプラフィルタパスバンド
に対応する自然発光スペクトルに重畳されるピーク幅が
約３０Ａ（ＦＷＨＭ）である垂直カプラフィルタ応答を
示す。上部導波路１６に逆バイアスをかけるか、また
は、電流注入を行うと、この閾値以下フィルタピークは
それぞれ長波長または短波長に移動する。
【００３３】閾値よりも高いレーザ動作波長は、このフ
ィルタピークで観察された。このことは、これが主な波
長選択素子であることを示している。単一の逆バイアス
値および幾つかの同調電流に対する閾値以上スペクトル
を図８に示す。全長２．６ｍｍの空洞のファブリ・ペロ
モード間隔はたったの約１．２Ａであるが、比較的狭い
帯域の垂直カプラフィルタは、大抵の同調電流で維持さ
れるような単一モード動作が可能である。
ィルタピークで観察された。このことは、これが主な波
長選択素子であることを示している。単一の逆バイアス
値および幾つかの同調電流に対する閾値以上スペクトル
を図８に示す。全長２．６ｍｍの空洞のファブリ・ペロ
モード間隔はたったの約１．２Ａであるが、比較的狭い
帯域の垂直カプラフィルタは、大抵の同調電流で維持さ
れるような単一モード動作が可能である。
【００３４】測定レーザ動作波長を、フィルタ電極に対
する同調電流（および推定電流密度）の関数として図９
に示す。図９には、２．５ボルトの逆バイアスにより得
られた最長波長動作も示されている。０．９５アンペア
ほどの高いＣＷ同調電流が使用されたが、フィルタ区画
は長さが１．３ｍｍなので、異常に高い電流密度にはな
らない。レーザ区画は大抵の同調範囲についてＣＷで動
作されたが、最短波長については、パルス動作を使用
し、レーザ動作のための十分な利得を得た。この特許明
細書に開示されたデバイスの全同調範囲は５７ｎｍであ
った。
する同調電流（および推定電流密度）の関数として図９
に示す。図９には、２．５ボルトの逆バイアスにより得
られた最長波長動作も示されている。０．９５アンペア
ほどの高いＣＷ同調電流が使用されたが、フィルタ区画
は長さが１．３ｍｍなので、異常に高い電流密度にはな
らない。レーザ区画は大抵の同調範囲についてＣＷで動
作されたが、最短波長については、パルス動作を使用
し、レーザ動作のための十分な利得を得た。この特許明
細書に開示されたデバイスの全同調範囲は５７ｎｍであ
った。
【００３５】デバイスの内部損失は、フィルタの約１０
０％カップリング効率のための格子強さを入念に設計す
ることにより減少させることができる。単一波長動作の
鍵になる相対的な波長選択性は、空洞の全長に対するフ
ィルタの長さを増大することにより改善することができ
る。
０％カップリング効率のための格子強さを入念に設計す
ることにより減少させることができる。単一波長動作の
鍵になる相対的な波長選択性は、空洞の全長に対するフ
ィルタの長さを増大することにより改善することができ
る。
【００３６】垂直カプラフィルタの広範囲な可同調性お
よび便利な制御可能な方法でレーザ波長を固定する能力
ならびに集積された広範囲可同調垂直カプラ空洞内フィ
ルタに基づく多重量子井戸可同調レーザについて説明し
た。１．５５μｍ領域で動作するレーザの測定同調範囲
は５７ｎｍであり、可同調垂直カプラフィルタにより明
白に制御される。
よび便利な制御可能な方法でレーザ波長を固定する能力
ならびに集積された広範囲可同調垂直カプラ空洞内フィ
ルタに基づく多重量子井戸可同調レーザについて説明し
た。１．５５μｍ領域で動作するレーザの測定同調範囲
は５７ｎｍであり、可同調垂直カプラフィルタにより明
白に制御される。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
拡大空洞利得手段のようなその他のデバイスと集積させ
ることのできる広範囲可同調波長選択性カプラのモノリ
シック実装を実現することができる。尚、特許請求の範
囲に記載した参照番号は、発明の容易なる理解の為のも
ので、その権利解釈に影響を与えるものではないと理解
されたい。
拡大空洞利得手段のようなその他のデバイスと集積させ
ることのできる広範囲可同調波長選択性カプラのモノリ
シック実装を実現することができる。尚、特許請求の範
囲に記載した参照番号は、発明の容易なる理解の為のも
ので、その権利解釈に影響を与えるものではないと理解
されたい。
【図１】本発明による拡張空洞レーザを形成するため
に、利得区画と結合されたモノリシック垂直カプラフィ
ルタの模式的な部分切欠き斜視図である。
に、利得区画と結合されたモノリシック垂直カプラフィ
ルタの模式的な部分切欠き斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】利得区画の走査型電子顕微鏡写真の線図であ
る。
る。
【図５】可同調垂直カプラフィルタの走査型電子顕微鏡
写真の線図である。
写真の線図である。
【図６】同調電流ゼロ（Ｉｔ＝０）における利得区画
（Ｉｇ）に対する光出力（ｍｗ）対電流（ｍＡ）の関係
を示すグラフ図である。
（Ｉｇ）に対する光出力（ｍｗ）対電流（ｍＡ）の関係
を示すグラフ図である。
【図７】同調電流ゼロにおける閾値以下出力スペクトル
のグラフ図である。
のグラフ図である。
【図８】測定レーザ同調特性のグラフ図である。
【図９】同調電流およびフィルタ電極に対する推定電流
密度の関数としての測定レーザ動作波長のグラフ図であ
る。
密度の関数としての測定レーザ動作波長のグラフ図であ
る。
１０ 垂直カプラ １２ 利得区画 １４ モードストリッパ区画 １５ 可同調レーザ １６ 上部導波路 １８ 下部導波路 １９ 反射ファセット ２０ 高反射ファセット ２１ 上部導波路終端部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロウレンス エル．バール アメリカ合衆国 07748 ニュージャー ジー ニュー マンマウス、アーウィン プレース 135 (72)発明者 トーマス エル．コック アメリカ合衆国 07733 ニュージャー ジー ホルムデル、ドナー ストリート 12 (72)発明者 ウツェル コーリン アメリカ合衆国 07704 ニュージャー ジー フェア ヘイヴン、フォレスト アヴェニュー 26 (56)参考文献 特開 平２−63012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−111395（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−116683（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−79287（ＪＰ，Ａ)
Claims (15)
- 【請求項１】 モノリシック平坦構造支持体と、 それぞれ第１端部および第２端部を有する上部導波路
（１６）および下部導波路（１８）と、 或る波長で上部導波路および下部導波路間で光カップリ
ングを起こすように配置された光カップリング手段（ｎ
−ＩｎＰ）とからなり、 前記上部導波路および前記下部導波路は前記波長の光エ
ネルギーに対して透過的であり、 前記光カップリング手段により前記下部導波路（１８）
に結合されなかった光エネルギーが、前記上部導波路
（１６）に再入することを防止するために、前記上部導
波路（１６）の第１端部は終端形成（２１）されてお
り、 前記下部導波路（１８）の対応する第１端部は、第１フ
ァセット（２０）において終端しており、 前記上部導波路（１６）の第２端部は、光信号を通過さ
せる第２ファセット（１９）で終端していることを特徴
とする光カプラ。 - 【請求項２】 前記上部導波路の第１端部および第２端
部は、モードストリッパ手段（１４）で終端しているこ
とを特徴とする請求項１の光カプラ。 - 【請求項３】 前記モードストリッパ手段（１４）は、
吸収または回折により光エネルギーを消滅させることを
特徴とする請求項２の光カプラ。 - 【請求項４】 前記光カップリング手段は、モノリシッ
ク平坦構造における縦方向の周期的な屈折率変化からな
ることを特徴とする請求項２の光カプラ。 - 【請求項５】 前記縦方向の周期的な屈折率変化は、前
記上部導波路上に配置されていることを特徴とする請求
項４の光カプラ。 - 【請求項６】 前記縦方向の周期的な屈折率変化は、前
記上部導波路と下部導波路の間に配置されていることを
特徴とする請求項４の光カプラ。 - 【請求項７】 前記上部導波路（１６）は、横方向に限
定されており、そして、第１屈折率材料から形成されて
おり、 前記下部導波路（１８）は、第２屈折率材料から形成さ
れていることを特徴とする請求項４の光カプラ。 - 【請求項８】 前記上部導波路（１６）は、バンドギャ
ップ波長λg （ここで、λg ＝１．２５〜１．４５μｍ
の範囲内に存在する）のコア材料を有する埋込へテロ構
造形状を有し、 前記下部導波路（１８）は、バンドギャップ波長λg
（ここで、λg ＝１．０〜１．２μｍの範囲内に存在す
る）のコア材料を有する埋込リブ構造形状を有すること
を特徴とする請求項７の光カプラ。 - 【請求項９】 前記縦方向の周期的な屈折率変化は、５
〜１００μｍの範囲内の周期を有する粗位相整合格子か
らなることを特徴とする請求項７の光カプラ。 - 【請求項１０】 前記光カップリング手段により前記下
部導波路から上部導波路（１６）に結合されなかった光
エネルギーが、前記下部導波路（１８）に反射されて戻
ることを防止するために、前記下部導波路（１８）の第
２端部は、終端形成されていることを特徴とする請求項
１の光カプラ。 - 【請求項１１】 電流を上部導波路または下部導波路の
何れかに注入し、その屈折率を変化させ、結合波長を変
化させることを特徴とする請求項１０の光カプラ。 - 【請求項１２】 逆バイアス電圧を上部導波路（１６）
または下部導波路（１８）の何れかに印加し、その屈折
率を変化させることを特徴とする請求項１０の光カプ
ラ。 - 【請求項１３】 請求項１の光カプラ（１０）に結合さ
れた利得手段を有し、 前記下部導波路（１８）の前記第１ファセット（２０）
は反射性であることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項１４】 上部導波路は、前記利得手段（１２）
を通して延び、前記上部導波路の第２ファセットは光信
号を通過させ、 レーザ用の空洞は前記上部導波路の前記第２ファセット
と前記下部導波路の前記高反射性の第１ファセットとの
間に存在することを特徴とする請求項１３の半導体レー
ザ。 - 【請求項１５】 前記光カップリング手段により前記下
部導波路から上部導波路に結合されなかった光エネルギ
ーが前記下部導波路に反射されて戻ることを防止するた
めに、前記下部導波路の第２端部は終端形成されている
ことを特徴とする請求項１４の半導体レーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US830092 | 1992-01-31 | ||
| US07/830,092 US5253314A (en) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | Tunable optical waveguide coupler |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629628A JPH0629628A (ja) | 1994-02-04 |
| JP2622062B2 true JP2622062B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=25256295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5033950A Expired - Lifetime JP2622062B2 (ja) | 1992-01-31 | 1993-02-01 | 光カプラと半導体レーザ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5253314A (ja) |
| EP (1) | EP0556952A1 (ja) |
| JP (1) | JP2622062B2 (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5276748A (en) * | 1991-11-22 | 1994-01-04 | Texas Instruments Incorporated | Vertically-coupled arrow modulators or switches on silicon |
| JP3138036B2 (ja) * | 1991-12-05 | 2001-02-26 | キヤノン株式会社 | 光ノードおよびそれを用いた光通信ネットワーク |
| BE1006207A3 (nl) * | 1992-09-24 | 1994-06-07 | Imec Inter Uni Micro Electr | Geintegreerd afstembaar optisch filter. |
| US5621828A (en) * | 1992-09-24 | 1997-04-15 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw | Integrated tunable optical filter |
| JP3226065B2 (ja) * | 1993-06-28 | 2001-11-05 | キヤノン株式会社 | 単一波長半導体レーザ |
| US5418802A (en) * | 1993-11-12 | 1995-05-23 | Eastman Kodak Company | Frequency tunable waveguide extended cavity laser |
| US5515461A (en) * | 1994-06-20 | 1996-05-07 | The Regents Of The University Of California | Polarization-independent optical wavelength filter for channel dropping applications |
| US5559912A (en) * | 1995-09-15 | 1996-09-24 | International Business Machines Corporation | Wavelength-selective devices using silicon-on-insulator |
| JP3654383B2 (ja) * | 1995-12-07 | 2005-06-02 | Ｋｄｄｉ株式会社 | 光アド／ドロップ多重素子 |
| JP2765545B2 (ja) * | 1995-12-26 | 1998-06-18 | 日本電気株式会社 | 光波長弁別回路およびその製造方法 |
| US5913000A (en) * | 1995-12-29 | 1999-06-15 | Doerr; Christopher Richard | Method and apparatus for guiding optical signals |
| IL118209A0 (en) | 1996-05-09 | 1998-02-08 | Yeda Res & Dev | Active electro-optical wavelength-selective mirrors and active electro-optic wavelength-selective filters |
| US5832014A (en) * | 1997-02-11 | 1998-11-03 | Lucent Technologies Inc. | Wavelength stabilization in tunable semiconductor lasers |
| US6088373A (en) * | 1999-02-17 | 2000-07-11 | Lucent Technologies Inc. | Hybrid tunable Bragg laser |
| US6628690B1 (en) * | 1999-09-02 | 2003-09-30 | Agility Communications, Inc. | Opto-electronic laser with integrated modulator |
| US6658035B1 (en) * | 1999-09-02 | 2003-12-02 | Agility Communications, Inc. | Tunable laser source with integrated optical amplifier |
| US6654400B1 (en) * | 1999-09-02 | 2003-11-25 | Agility Communications, Inc. | Method of making a tunable laser source with integrated optical amplifier |
| US7167615B1 (en) | 1999-11-05 | 2007-01-23 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Resonant waveguide-grating filters and sensors and methods for making and using same |
| US6768754B1 (en) * | 2000-09-13 | 2004-07-27 | National Research Council Of Canada | Quantum dot tunable external cavity lasers (QD-TEC lasers) |
| US6829262B1 (en) | 2000-09-22 | 2004-12-07 | Tri Quint Technology Holding Co. | Aging in tunable semiconductor lasers |
| US6778723B1 (en) | 2000-11-09 | 2004-08-17 | Sarnoff Corporation | Integrated optical switch |
| SE0100611L (sv) * | 2001-02-22 | 2002-08-23 | Altitun Ab | Förfarande för att förlustkompensera ett avstämbart filter för en laser, jämte ett dylikt filter |
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| US6788727B2 (en) * | 2002-06-13 | 2004-09-07 | Intel Corporation | Method and apparatus for tunable wavelength conversion using a bragg grating and a laser in a semiconductor substrate |
| JP2005303077A (ja) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Fujitsu Ltd | 波長可変レーザ装置 |
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Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS56116683A (en) * | 1980-02-20 | 1981-09-12 | Tokyo Inst Of Technol | Distribution reflecting type semiconductor laser having tuning and requency-modulating mechanism |
| DE3571899D1 (en) * | 1984-05-16 | 1989-08-31 | Sharp Kk | A compound resonator type semiconductor laser device |
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| US4904045A (en) * | 1988-03-25 | 1990-02-27 | American Telephone And Telegraph Company | Grating coupler with monolithically integrated quantum well index modulator |
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1992
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-
1993
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- 1993-02-01 JP JP5033950A patent/JP2622062B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| EP0556952A1 (en) | 1993-08-25 |
| US5253314A (en) | 1993-10-12 |
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