JP2959974B2 - 同調レーザ装置 - Google Patents
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- JP2959974B2 JP2959974B2 JP6273097A JP27309794A JP2959974B2 JP 2959974 B2 JP2959974 B2 JP 2959974B2 JP 6273097 A JP6273097 A JP 6273097A JP 27309794 A JP27309794 A JP 27309794A JP 2959974 B2 JP2959974 B2 JP 2959974B2
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/0268—Integrated waveguide grating router, e.g. emission of a multi-wavelength laser array is combined by a "dragon router"
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信システムに関し、
特に、光通信システムに用いられるレーザに関する。
特に、光通信システムに用いられるレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】通信システムの容量とスピードは光学的
電送ノード、光ファイバ、導波路等から構成されるネッ
トワークを介して、光の形態で情報を送信することによ
り増加している。高容量の光通信システムは、多くの光
信号が光ネットワークの要素内で周波数分割されてい
る。このように構成するためには、多くの異なる周波数
で電磁エネルギーを生成する方法が必要である。光通信
システムで用いられる光エネルギーを生成する理想的な
素子はレーザである。今のところ、たくさんの種類の高
パワーの光周波数をレーザで生成することは困難であ
る。従来のレーザの性能は同調スピード、周波数選択
性、あるいは同調範囲の観点からは制限されていた。こ
れらの従来の素子はまたそれを製造するのにも高価なも
のである。
電送ノード、光ファイバ、導波路等から構成されるネッ
トワークを介して、光の形態で情報を送信することによ
り増加している。高容量の光通信システムは、多くの光
信号が光ネットワークの要素内で周波数分割されてい
る。このように構成するためには、多くの異なる周波数
で電磁エネルギーを生成する方法が必要である。光通信
システムで用いられる光エネルギーを生成する理想的な
素子はレーザである。今のところ、たくさんの種類の高
パワーの光周波数をレーザで生成することは困難であ
る。従来のレーザの性能は同調スピード、周波数選択
性、あるいは同調範囲の観点からは制限されていた。こ
れらの従来の素子はまたそれを製造するのにも高価なも
のである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、同調スピード、周波数選択性、あるいは同調範囲を
広げることのできる、急速に同調可能なレーザ装置を提
供することである。
は、同調スピード、周波数選択性、あるいは同調範囲を
広げることのできる、急速に同調可能なレーザ装置を提
供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の急速に同調可能
なレーザは広いゲインバンド幅を有する光集積回路によ
り形成される。本発明の同調可能レーザは光通信システ
ムで従来用いられていたものよりも低コストで製造でき
る。
なレーザは広いゲインバンド幅を有する光集積回路によ
り形成される。本発明の同調可能レーザは光通信システ
ムで従来用いられていたものよりも低コストで製造でき
る。
【０００５】本発明の一実施例によれば、本発明の同調
レーザは光増幅器を内臓した集積型光多重化装置、およ
び光分離化装置を用いている。このような光多重化装
置、および光分離化装置は米国特許第５００２３５０号
と第５１３６６７１号に開示されている。前掲の特許に
開示されている装置は本発明による光増幅器を内臓して
いない。従って、本発明による同調可能なレーザは幅広
い周波数範囲にわたって急速に同調可能なモノリシック
で形成されている。
レーザは光増幅器を内臓した集積型光多重化装置、およ
び光分離化装置を用いている。このような光多重化装
置、および光分離化装置は米国特許第５００２３５０号
と第５１３６６７１号に開示されている。前掲の特許に
開示されている装置は本発明による光増幅器を内臓して
いない。従って、本発明による同調可能なレーザは幅広
い周波数範囲にわたって急速に同調可能なモノリシック
で形成されている。
【０００６】本発明の一実施例によれば、本発明のレー
ザ装置は２個の反射面の間の半導体ウェーハ上に形成さ
れたＮｘＮ周波数ルーチング素子を有する。本発明の素
子の有する導波路はゲートとして選択的に機能する集積
型光増幅器を有する。このゲートはそれぞれの導波路を
介して光エネルギーの流れを阻止する光学的に半透明
か、あるいはバイアス電流のレベルに依存するゲインを
有する光学的に透明である。このような光学増幅器を選
択的に活性化することにより、周波数選択的通路が反射
面の間で形成される。各通路は特定の選定された周波数
によるレーザ発信動作を形成する。この周波数ルーチン
グ素子は光学グレーティングの導波路内に光学増幅器を
組み込んでいる。このグレーティングアームの間にほぼ
等間隔に分布するレーザ発信信号はこの光増幅器によっ
て増幅される。この増幅により、導波路グレーティング
内に増幅器を有さないレーザに比較して、レーザの全出
力パワーは約Ｍ倍で、Ｍはグレーティングアームの数で
ある。本発明のレーザは周波数ルーチング素子の入力導
波路、あるいは出力導波路の数に等しいＮ個の何れにも
急速に同調できる。
ザ装置は２個の反射面の間の半導体ウェーハ上に形成さ
れたＮｘＮ周波数ルーチング素子を有する。本発明の素
子の有する導波路はゲートとして選択的に機能する集積
型光増幅器を有する。このゲートはそれぞれの導波路を
介して光エネルギーの流れを阻止する光学的に半透明
か、あるいはバイアス電流のレベルに依存するゲインを
有する光学的に透明である。このような光学増幅器を選
択的に活性化することにより、周波数選択的通路が反射
面の間で形成される。各通路は特定の選定された周波数
によるレーザ発信動作を形成する。この周波数ルーチン
グ素子は光学グレーティングの導波路内に光学増幅器を
組み込んでいる。このグレーティングアームの間にほぼ
等間隔に分布するレーザ発信信号はこの光増幅器によっ
て増幅される。この増幅により、導波路グレーティング
内に増幅器を有さないレーザに比較して、レーザの全出
力パワーは約Ｍ倍で、Ｍはグレーティングアームの数で
ある。本発明のレーザは周波数ルーチング素子の入力導
波路、あるいは出力導波路の数に等しいＮ個の何れにも
急速に同調できる。
【０００７】
【実施例】図１は、広い周波数領域にわたって急速に同
調できるレーザの例を示したものである。本発明のレー
ザは周波数選択性を与える周波数ルーチング素子と、光
信号を搬送する複数の導波路と、光増幅と、レーザ動作
を提供する複数の光学素子部分とからなる。これらの構
造体は半導体ウェーハ上にモノリシックに形成されてい
る。これらの構造体は公知の光リソグラフィ技術を用い
て形成できる。
調できるレーザの例を示したものである。本発明のレー
ザは周波数選択性を与える周波数ルーチング素子と、光
信号を搬送する複数の導波路と、光増幅と、レーザ動作
を提供する複数の光学素子部分とからなる。これらの構
造体は半導体ウェーハ上にモノリシックに形成されてい
る。これらの構造体は公知の光リソグラフィ技術を用い
て形成できる。
【０００８】図１のウェーハ１０はＩｎＧａＡｓＰのよ
うな半導体材料から形成される。ＮｘＮ周波数ルーチン
グ素子１２がこのウェーハ１０の上に形成される。第１
群の導波路１４1、１４2、…、１４NはＮｘＮ周波数ル
ーチング素子１２の一端に接続される。第２群の導波路
１６1、１６2、…、１６NはＮｘＮ周波数ルーチング素
子１２の他端に接続される。第１群の光増幅器１８1、
１８2、…、１８Nは第１群の導波路１４1、１４2、…、
１４Nの１つをそれぞれウェーハ１０内に形成された第
１へき開面２０に接続する。第２群の光増幅器２２1、
２２2、…、２２Nは第２群の導波路１６1、１６2、…、
１６Nのそれぞれをウェーハ１０内に形成された第２へ
き開面２４に接続する。この２つの第１へき開面２０と
第２へき開面２４はレーザ発振動作が行われる光キャビ
ティを形成する反射性ミラーを有する。ゲート制御回路
２５は図１の光出力１１で示されるようなＮ個の個別の
周波数の１つでのレーザ光を生成するために、光増幅器
のある１つにバイアス電流を選択的にかける。
うな半導体材料から形成される。ＮｘＮ周波数ルーチン
グ素子１２がこのウェーハ１０の上に形成される。第１
群の導波路１４1、１４2、…、１４NはＮｘＮ周波数ル
ーチング素子１２の一端に接続される。第２群の導波路
１６1、１６2、…、１６NはＮｘＮ周波数ルーチング素
子１２の他端に接続される。第１群の光増幅器１８1、
１８2、…、１８Nは第１群の導波路１４1、１４2、…、
１４Nの１つをそれぞれウェーハ１０内に形成された第
１へき開面２０に接続する。第２群の光増幅器２２1、
２２2、…、２２Nは第２群の導波路１６1、１６2、…、
１６Nのそれぞれをウェーハ１０内に形成された第２へ
き開面２４に接続する。この２つの第１へき開面２０と
第２へき開面２４はレーザ発振動作が行われる光キャビ
ティを形成する反射性ミラーを有する。ゲート制御回路
２５は図１の光出力１１で示されるようなＮ個の個別の
周波数の１つでのレーザ光を生成するために、光増幅器
のある１つにバイアス電流を選択的にかける。
【０００９】各光増幅器は制御可能な光学透過性を有す
る導波路のドープ部分を有する。このドーピィングは各
増幅器内で適切に形成された半導体接合が形成するよう
行われる。これらのドープ領域は光学的に活性で、この
領域に電気エネルギーを注入することにより、光学エネ
ルギー流に対し透明となり、さらに、ドープ領域を通過
する光信号にある程度のゲインも与える。レーザ発振し
きい値以上の電気的バイアス電流が加えられると、レー
ザ動作が開始する。この導波路のドープ部分は、そこに
電流がかけられない場合には、光の通過に対し、実質的
に不透明となる。かくして、このドープ領域は、そこに
かけられる電気エネルギーによって励起されるか否かに
依存して、ゲートあるいは光増幅器として機能する。図
１に示すようなウェーハ１０のこのような部分を形成す
る詳細は公知であるので、ここではこれ以上触れない。
る導波路のドープ部分を有する。このドーピィングは各
増幅器内で適切に形成された半導体接合が形成するよう
行われる。これらのドープ領域は光学的に活性で、この
領域に電気エネルギーを注入することにより、光学エネ
ルギー流に対し透明となり、さらに、ドープ領域を通過
する光信号にある程度のゲインも与える。レーザ発振し
きい値以上の電気的バイアス電流が加えられると、レー
ザ動作が開始する。この導波路のドープ部分は、そこに
電流がかけられない場合には、光の通過に対し、実質的
に不透明となる。かくして、このドープ領域は、そこに
かけられる電気エネルギーによって励起されるか否かに
依存して、ゲートあるいは光増幅器として機能する。図
１に示すようなウェーハ１０のこのような部分を形成す
る詳細は公知であるので、ここではこれ以上触れない。
【００１０】図１の光学増幅器のあるものにバイアス電
流を選択的にかけることにより、第１へき開面２０と第
２へき開面２４との間のＮｘＮ周波数ルーチング素子１
２の動作に起因して、周波数選択性のある光学通路が形
成される。レーザ発振しきい値以上のバイアス電流をこ
の光増幅器の選定された部分にかけることにより、周波
数選択性のある光通路内の周波数でレーザ発振を引き起
こす。バイアス電流がかけられない光増幅器は、そこを
通過する光エネルギーの透過に対し不透明性を維持す
る。
流を選択的にかけることにより、第１へき開面２０と第
２へき開面２４との間のＮｘＮ周波数ルーチング素子１
２の動作に起因して、周波数選択性のある光学通路が形
成される。レーザ発振しきい値以上のバイアス電流をこ
の光増幅器の選定された部分にかけることにより、周波
数選択性のある光通路内の周波数でレーザ発振を引き起
こす。バイアス電流がかけられない光増幅器は、そこを
通過する光エネルギーの透過に対し不透明性を維持す
る。
【００１１】ＮｘＮ周波数ルーチング素子１２におい
て、周波数Ｆ1を有する光信号は導波路１４1に現れ、Ｎ
ｘＮ周波数ルーチング素子１２の方向に流れて、導波路
１６1に向けられる。導波路１６1の上のＮｘＮ周波数ル
ーチング素子１２の方向に向けられた周波数Ｆ1を有す
る光信号は、導波路１４1の方向に向けられる。導波路
１４1の上に現れる周波数Ｆ2を有する光信号は、ＮｘＮ
周波数ルーチング素子１２の方向に向けられ、導波路１
６2の方向にさらに向けられる。導波路１６2の上のＮｘ
Ｎ周波数ルーチング素子１２の方向に向けられた周波数
Ｆ2を有する光信号は導波路１４1の方向に向けられる。
一般的に、導波路１４1上に現れた周波数Ｆiを有する光
信号は、ＮｘＮ周波数ルーチング素子１２の方向に向け
られ、ＮｘＮ周波数ルーチング素子１２により導波路１
６iの方向に向けられる。同様に、導波路１６iの上に現
れ、ＮｘＮ周波数ルーチング素子１２の方向に流れる周
波数Ｆiを有する光信号は、導波路１４1の方向に向けら
れる。
て、周波数Ｆ1を有する光信号は導波路１４1に現れ、Ｎ
ｘＮ周波数ルーチング素子１２の方向に流れて、導波路
１６1に向けられる。導波路１６1の上のＮｘＮ周波数ル
ーチング素子１２の方向に向けられた周波数Ｆ1を有す
る光信号は、導波路１４1の方向に向けられる。導波路
１４1の上に現れる周波数Ｆ2を有する光信号は、ＮｘＮ
周波数ルーチング素子１２の方向に向けられ、導波路１
６2の方向にさらに向けられる。導波路１６2の上のＮｘ
Ｎ周波数ルーチング素子１２の方向に向けられた周波数
Ｆ2を有する光信号は導波路１４1の方向に向けられる。
一般的に、導波路１４1上に現れた周波数Ｆiを有する光
信号は、ＮｘＮ周波数ルーチング素子１２の方向に向け
られ、ＮｘＮ周波数ルーチング素子１２により導波路１
６iの方向に向けられる。同様に、導波路１６iの上に現
れ、ＮｘＮ周波数ルーチング素子１２の方向に流れる周
波数Ｆiを有する光信号は、導波路１４1の方向に向けら
れる。
【００１２】ウェーハの端部、すなわち、光増幅器の２
つの組の端部をへき開して、それらの間で同調キャビテ
ィを有する反射性ミラーを形成する。ＮｘＮ周波数ルー
チング素子１２の一側面にある増幅器はバイアス電流に
より解放されるゲートとして用いられる。これらのゲー
トが１０−２０ｍＡの電流によってバイアスされている
時には、これらのゲートはバイアス電流のレベルに依存
して、あるゲートは光学的に透明となる。これらのゲー
トはゼロバイアス電流では光学的に高度に損失状態とな
り、ウェーハ１０の一側面に形成されたこれらの光学増
幅器の１つがバイアスされて、その結果、そのバイアス
された増幅器は光学的に透明となる。同一の側にある他
の光学増幅器はバイアスされておらず、すなわち、Ｎｘ
Ｎ周波数ルーチング素子１２の他の側では光学増幅器の
１つはレーザ発振しきい値以上にバイアスされている。
残りの増幅器はバイアスされておらず、そこに到達する
光を吸収する。このように光増幅器にバイアス電流をか
けることにより、レーザ動作に対し、ミラー間の透明ル
ートを形成する。このルートと共に定在波がこのルート
のパスバンド内の周波数に対し形成される。このパスバ
ンド外の周波数は非バイアスの損失状態の光増幅器によ
り抑制される。レーザ発振がこのファブリ・ペローモー
ドで行われ、その周波数はパスバンドの最大値に最も近
い。ファブリ・ペローモードの近傍は、適当な回路設計
により調整されるようなパスバンド選択性により抑制さ
れる。Ｎ個のパスバンドはΔＦの幅を有し、それが周期
的に繰り変えされて、自由スペクトル範囲（free spect
ral range：ＦＳＲ）のＮΔＦを有する。活性半導体媒
体のゲインのピークが、これらのＦＳＲの１つに十分跨
っていると仮定すると、Ｎ個のレーザ周波数がこのＦＳ
Ｒ内でウェーハ１０の選定された光増幅器を適当に活性
化することにより得られる。このＦＳＲの外側外の周波
数はゲイン差別により抑制される。かくして、同調範囲
ＮΔＦにわたる間隔ΔＦにより分離される個別の周波数
により達成される。さらに、このレーザ発振周波数の組
み合わせは、ＮｘＮ周波数ルーチング素子１２の一側面
の複数の光増幅器部分を活性化することにより得られ
る。さらに、この増幅器部分は情報を送るために変調す
ることもできる。
つの組の端部をへき開して、それらの間で同調キャビテ
ィを有する反射性ミラーを形成する。ＮｘＮ周波数ルー
チング素子１２の一側面にある増幅器はバイアス電流に
より解放されるゲートとして用いられる。これらのゲー
トが１０−２０ｍＡの電流によってバイアスされている
時には、これらのゲートはバイアス電流のレベルに依存
して、あるゲートは光学的に透明となる。これらのゲー
トはゼロバイアス電流では光学的に高度に損失状態とな
り、ウェーハ１０の一側面に形成されたこれらの光学増
幅器の１つがバイアスされて、その結果、そのバイアス
された増幅器は光学的に透明となる。同一の側にある他
の光学増幅器はバイアスされておらず、すなわち、Ｎｘ
Ｎ周波数ルーチング素子１２の他の側では光学増幅器の
１つはレーザ発振しきい値以上にバイアスされている。
残りの増幅器はバイアスされておらず、そこに到達する
光を吸収する。このように光増幅器にバイアス電流をか
けることにより、レーザ動作に対し、ミラー間の透明ル
ートを形成する。このルートと共に定在波がこのルート
のパスバンド内の周波数に対し形成される。このパスバ
ンド外の周波数は非バイアスの損失状態の光増幅器によ
り抑制される。レーザ発振がこのファブリ・ペローモー
ドで行われ、その周波数はパスバンドの最大値に最も近
い。ファブリ・ペローモードの近傍は、適当な回路設計
により調整されるようなパスバンド選択性により抑制さ
れる。Ｎ個のパスバンドはΔＦの幅を有し、それが周期
的に繰り変えされて、自由スペクトル範囲（free spect
ral range：ＦＳＲ）のＮΔＦを有する。活性半導体媒
体のゲインのピークが、これらのＦＳＲの１つに十分跨
っていると仮定すると、Ｎ個のレーザ周波数がこのＦＳ
Ｒ内でウェーハ１０の選定された光増幅器を適当に活性
化することにより得られる。このＦＳＲの外側外の周波
数はゲイン差別により抑制される。かくして、同調範囲
ＮΔＦにわたる間隔ΔＦにより分離される個別の周波数
により達成される。さらに、このレーザ発振周波数の組
み合わせは、ＮｘＮ周波数ルーチング素子１２の一側面
の複数の光増幅器部分を活性化することにより得られ
る。さらに、この増幅器部分は情報を送るために変調す
ることもできる。
【００１３】次に、複数の個別の光周波数に如何に図１
のレーザ装置が同調できるかについて説明する。図１の
レーザ装置は周波数Ｆ1でエネルギーを生成し、バイア
ス電流が光増幅器１８1と光増幅器２２1にかけられる。
光増幅器２２1にかけれらるこのバイアス電流は半導体
材料のレーザ発信のしきい値以上である。それにより、
光学的透過パスが第１へき開面２０と第２へき開面２４
との間に形成され、その間には光増幅器１８1と導波路
１４1とＮｘＮ周波数ルーチング素子１２と導波路１６1
と導波路２２1とが配置されている。光学的定在波が第
１へき開面２０と第２へき開面２４との間で周波数Ｆ1
で生成され、その周波数でのレーザ光は図１の光出力１
１に示すように出力される。この場合第１へき開面２０
は部分的に透過で、第２へき開面２４は完全に反射性で
ある。同様に、図１の装置が周波数Ｆ2で、光エネルギ
ーを生成するためには、バイアス電流が光増幅器１８1
と光増幅器２２2にかけられる。光増幅器２２2にかけら
れるバイアス電流は、この半導体材料のレーザ発振しき
い値以上である。それにより光学的透過パスが光増幅器
２２と第２へき開面２４との間に形成されて、その間に
は光増幅器１８1、導波路１４1、ＮｘＮ周波数ルーチン
グ素子１２、導波路１６2、光増幅器２２2が配置されて
いる。光学的定在波は第１へき開面２０と第２へき開面
２４との間で周波数Ｆ2で形成され、その周波数でのレ
ーザ光は図１の光出力１１に示されるように素子から発
生する。周波数Ｆ3からＦNまでの光エネルギーは光増幅
器２２1あるいは２２2を活性化する代わりに光増幅器２
２3から２２Nまでをそれぞれ活性化することにより生成
できる。図１のレーザにより生成される出力周波数はバ
イアス電流が注入される光増幅器を変化させることによ
り急速に変化することができる。
のレーザ装置が同調できるかについて説明する。図１の
レーザ装置は周波数Ｆ1でエネルギーを生成し、バイア
ス電流が光増幅器１８1と光増幅器２２1にかけられる。
光増幅器２２1にかけれらるこのバイアス電流は半導体
材料のレーザ発信のしきい値以上である。それにより、
光学的透過パスが第１へき開面２０と第２へき開面２４
との間に形成され、その間には光増幅器１８1と導波路
１４1とＮｘＮ周波数ルーチング素子１２と導波路１６1
と導波路２２1とが配置されている。光学的定在波が第
１へき開面２０と第２へき開面２４との間で周波数Ｆ1
で生成され、その周波数でのレーザ光は図１の光出力１
１に示すように出力される。この場合第１へき開面２０
は部分的に透過で、第２へき開面２４は完全に反射性で
ある。同様に、図１の装置が周波数Ｆ2で、光エネルギ
ーを生成するためには、バイアス電流が光増幅器１８1
と光増幅器２２2にかけられる。光増幅器２２2にかけら
れるバイアス電流は、この半導体材料のレーザ発振しき
い値以上である。それにより光学的透過パスが光増幅器
２２と第２へき開面２４との間に形成されて、その間に
は光増幅器１８1、導波路１４1、ＮｘＮ周波数ルーチン
グ素子１２、導波路１６2、光増幅器２２2が配置されて
いる。光学的定在波は第１へき開面２０と第２へき開面
２４との間で周波数Ｆ2で形成され、その周波数でのレ
ーザ光は図１の光出力１１に示されるように素子から発
生する。周波数Ｆ3からＦNまでの光エネルギーは光増幅
器２２1あるいは２２2を活性化する代わりに光増幅器２
２3から２２Nまでをそれぞれ活性化することにより生成
できる。図１のレーザにより生成される出力周波数はバ
イアス電流が注入される光増幅器を変化させることによ
り急速に変化することができる。
【００１４】図２は図１に示したＮｘＮ周波数ルーチン
グ素子１２の一実施例の詳細図である。このＮｘＮ周波
数ルーチング素子１２は、自由空間領域２８に接続され
た複数の入力導波路２６を有する。複数の出力導波路３
０は自由空間領域２８から伸びて、光学導波路グレーテ
ィン３２に結合される。この光学導波路グレーティン３
２は複数で、等しくない長さの導波路４０1、４０2、
…、４０Mを有し、これらは出力導波路３０と別の自由
空間領域３６に接続された対応する複数の入力導波路３
４との間で所定の異なるパス長さを提供する。各導波路
４０1、４０2、…、４０Mは光増幅器４２1、４２2、
…、４２Mを有する。この自由空間領域３６は複数の出
力導波路３８に接続されている。これらのＮｘＮ周波数
ルーチング素子１２は光周波数の多重化装置および分離
化装置として機能する。これらの動作と構造については
前掲の特許出願に開示されている。図１のＮｘＮ周波数
ルーチング素子１２の場合には、入力導波路２６はそれ
ぞれ導波路１４1、１４2、…、１４Nに接続されてい
る。この複数の出力導波路３８は図１の素子内の導波路
１６1、１６2、…、１６Nに接続されている。
グ素子１２の一実施例の詳細図である。このＮｘＮ周波
数ルーチング素子１２は、自由空間領域２８に接続され
た複数の入力導波路２６を有する。複数の出力導波路３
０は自由空間領域２８から伸びて、光学導波路グレーテ
ィン３２に結合される。この光学導波路グレーティン３
２は複数で、等しくない長さの導波路４０1、４０2、
…、４０Mを有し、これらは出力導波路３０と別の自由
空間領域３６に接続された対応する複数の入力導波路３
４との間で所定の異なるパス長さを提供する。各導波路
４０1、４０2、…、４０Mは光増幅器４２1、４２2、
…、４２Mを有する。この自由空間領域３６は複数の出
力導波路３８に接続されている。これらのＮｘＮ周波数
ルーチング素子１２は光周波数の多重化装置および分離
化装置として機能する。これらの動作と構造については
前掲の特許出願に開示されている。図１のＮｘＮ周波数
ルーチング素子１２の場合には、入力導波路２６はそれ
ぞれ導波路１４1、１４2、…、１４Nに接続されてい
る。この複数の出力導波路３８は図１の素子内の導波路
１６1、１６2、…、１６Nに接続されている。
【００１５】本発明の同調レーザの出力パワーはＭ個の
導波路４０1、４０2、…、４０Mにレーザ発信しきい値
以上のバイアス電流を注入することにより増加する。導
波路４０1、４０2、…、４０Mの各々により提供される
ゲインはＮｘＮ周波数ルーチング素子１２の自由空間領
域２８と３６内で無損失で結合される。従って、トータ
ルゲインはＭ個の導波路４０1、４０2、…、４０Mの各
々のゲインの和であるので、この同調レーザの出力パワ
ーは各グレーティング導波路内の光増幅器を組み込まな
い同様な同調レーザよりも大きい。さらにこの同調レー
ザは非常に高い出力パワーを達成することができ、その
理由は、この出力パワーの１／Ｍのみが導波路４０1、
４０2、…、４０M内の光増幅器４２1、４２2、…、４２
Mの各々のゲイン飽和を引き起こすからである。この同
調レーザはまた互いに平行に配列されたＭ個の異なるゲ
イン部分を有しているので、非常に信頼性が高く、その
ために何れか一つのゲイン部分の故障は出力パワーを１
／Ｍ減少するだけである。
導波路４０1、４０2、…、４０Mにレーザ発信しきい値
以上のバイアス電流を注入することにより増加する。導
波路４０1、４０2、…、４０Mの各々により提供される
ゲインはＮｘＮ周波数ルーチング素子１２の自由空間領
域２８と３６内で無損失で結合される。従って、トータ
ルゲインはＭ個の導波路４０1、４０2、…、４０Mの各
々のゲインの和であるので、この同調レーザの出力パワ
ーは各グレーティング導波路内の光増幅器を組み込まな
い同様な同調レーザよりも大きい。さらにこの同調レー
ザは非常に高い出力パワーを達成することができ、その
理由は、この出力パワーの１／Ｍのみが導波路４０1、
４０2、…、４０M内の光増幅器４２1、４２2、…、４２
Mの各々のゲイン飽和を引き起こすからである。この同
調レーザはまた互いに平行に配列されたＭ個の異なるゲ
イン部分を有しているので、非常に信頼性が高く、その
ために何れか一つのゲイン部分の故障は出力パワーを１
／Ｍ減少するだけである。
【００１６】図１のレーザ装置は高速度、高容量の光通
信ネットワークで用いられる多数の異なる光周波数に同
調することができる。例えば、ＮｘＮ周波数ルーチング
素子１２の個数Ｎは単一の半導体ウェーハ上に３２以上
も形成することができる。その結果、本発明の同調レー
ザは３２以上の光周波数に同調することができる。例え
ば、３２ｘ３２の周波数ルーチング素子１２を用いて、
５０ＧＨｚの離間したパスバンドを有する素子は１６０
０ＧＨｚの同調バンド幅にわたって、５０ＧＨｚの等間
隔に分布した３２個の周波数を生成できる。このバンド
パスは従来のＤＢＲのそれよりも６０％大きいものであ
る。図１の光増幅器を有するドープした領域は、ナノ秒
のスピードでもって、入り切りすることができ、その結
果、図１のレーザを所望の周波数に急速の同調すること
ができる。図１に示すようなレーザは、周波数分割多重
化をベースにした大容量の光ネットワークの応用に最適
なものである。
信ネットワークで用いられる多数の異なる光周波数に同
調することができる。例えば、ＮｘＮ周波数ルーチング
素子１２の個数Ｎは単一の半導体ウェーハ上に３２以上
も形成することができる。その結果、本発明の同調レー
ザは３２以上の光周波数に同調することができる。例え
ば、３２ｘ３２の周波数ルーチング素子１２を用いて、
５０ＧＨｚの離間したパスバンドを有する素子は１６０
０ＧＨｚの同調バンド幅にわたって、５０ＧＨｚの等間
隔に分布した３２個の周波数を生成できる。このバンド
パスは従来のＤＢＲのそれよりも６０％大きいものであ
る。図１の光増幅器を有するドープした領域は、ナノ秒
のスピードでもって、入り切りすることができ、その結
果、図１のレーザを所望の周波数に急速の同調すること
ができる。図１に示すようなレーザは、周波数分割多重
化をベースにした大容量の光ネットワークの応用に最適
なものである。
【００１７】図１に示したような素子の変形例として
は、図１のミラーイメージを図１の第２へき開面２４に
形成される面に沿って取り付けることができる。この場
合、高品質のレーザミラーが２個の光増幅器（１８1）
に隣接する部分とミラーイメージとに必要である。
は、図１のミラーイメージを図１の第２へき開面２４に
形成される面に沿って取り付けることができる。この場
合、高品質のレーザミラーが２個の光増幅器（１８1）
に隣接する部分とミラーイメージとに必要である。
【００１８】図１の他の実施例においては、周波数ルー
ティング素子は１つの自由空間領域のみを持つものでも
良い。図３に示すような装置がその例である。この場
合、周波数ルーティング素子は自由空間領域２８に接続
された複数の入力導波路２６を有する。そして、この自
由空間領域２８は光学導波路グレーティン３２に接続さ
れている。この光学導波路グレーティン３２は複数の不
等長の導波路４０1、４０2、…、４０Mを有し、これら
は光増幅器４２1、４２2、…、４２Mをそれぞれ有す
る。この導波路４０1、４０2、…、４０Mは図１の導波
路１６1、１６2、…、１６Nに接続されている。あるい
はウェーハ１０内の第１へき開面２０と第２へき開面２
４の１つに直接接続されてもよい。
ティング素子は１つの自由空間領域のみを持つものでも
良い。図３に示すような装置がその例である。この場
合、周波数ルーティング素子は自由空間領域２８に接続
された複数の入力導波路２６を有する。そして、この自
由空間領域２８は光学導波路グレーティン３２に接続さ
れている。この光学導波路グレーティン３２は複数の不
等長の導波路４０1、４０2、…、４０Mを有し、これら
は光増幅器４２1、４２2、…、４２Mをそれぞれ有す
る。この導波路４０1、４０2、…、４０Mは図１の導波
路１６1、１６2、…、１６Nに接続されている。あるい
はウェーハ１０内の第１へき開面２０と第２へき開面２
４の１つに直接接続されてもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のような構成
を用いることにより、単一のウェーハ上に複数のレーザ
発振器とゲート制御装置を構成することにより、光通信
システムの分離化装置、あるいは多重化装置を容易に形
成することができる。
を用いることにより、単一のウェーハ上に複数のレーザ
発振器とゲート制御装置を構成することにより、光通信
システムの分離化装置、あるいは多重化装置を容易に形
成することができる。
【図１】本発明による同調レーザのブロック図。
【図２】図１に示された周波数ルーチング素子の詳細
図。
図。
【図３】図１に示された周波数ルーチング素子の別の実
施例の詳細図。
施例の詳細図。
１０ ウェーハ １１ 光出力 １２ ＮｘＮ周波数ルーチング素子 １４、１６ 導波路 １８ 光増幅器 ２０ 第１へき開面 ２２ 光増幅器 ２４ 第２へき開面 ２５ ゲート制御回路 ２６ 入力導波路 ２８ 自由空間領域 ３０ 出力導波路 ３２ 光学導波路グレーティング ３４ 入力導波路 ３６ 自由空間領域 ３８ 出力導波路 ４０ 導波路 ４２ 光増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/136 H01S 3/18 H04B 9/00 G02B 6/12 G02B 6/28
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体ウェーハ（１０）に形成されたレ
ーザキャビティ（２０，２４）と、 前記レーザキャビティ（２０，２４）内に形成された周
波数ルーティング素子（１２）と、前記レーザキャビティ（２０，２４）内に形成され、前
記周波数ルーティング素子（１２）の第１と第２の両側
にその各々が接続される所定の周波数選択性を有する通
路を形成する周波数選択性光学透過通路（１４，１６）
と、 前記各周波数選択性光学透過通路の第１側（１４）に形
成され、所定の周波数選択性通路を形成するために、選
択的に活性化される第１の複数の光増幅器（１８）と、 前記各周波数選択性光学透過通路の第２側（１６）に形
成され、所定の周波数選択性通路を形成するために、レ
ーザ発振を生成する第２の複数の光増幅器（２２）と、 を有することを特徴とする同調レーザ装置。 - 【請求項２】 前記第１の複数の光増幅器（１８）を選
択的に活性化する制御回路をさらに有することを特徴と
する請求項１の装置。 - 【請求項３】 前記周波数ルーティング素子（１２）
は、 少なくとも１つの入力導波路（２６）と、 前記少なくとも１つの入力導波路（２６）に接続された
第１自由空間領域（２８）と、 前記第１自由空間領域（２８）に接続された複数の出力
導波路（３０）と、 前記複数の出力導波路（３０）に、第３の複数の光増幅
器（４２）の各光増幅器を介して、直列接続された複数
の不等長の導波路（４０）からなる光学グレーティング
（３２）と、 前記光学グレーティングに接続された複数の入力導波路
（３４）と、 前記複数の入力導波路（３４）に接続される第２自由空
間領域（３６）と、 前記第２自由空間領域に接続された複数の出力導波路
（３８）とを有することを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項４】 前記周波数ルーティング素子（１２）
は、 少なくとも１つの入力導波路（２６）と、 前記少なくとも１つの入力導波路に接続された第１自由
空間領域（２８）と、 前記第１空間領域に接続された複数の出力導波路（３
０）と、 前記複数の出力導波路（３０）に、第３の複数の光増幅
器（４２）の各光増幅器を介して直列接続された複数の
不等長の導波路（４０）からなる光学グレーティング
（３２）と、 を有することを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項５】 半導体ウェーハ（１０）に形成された少
なくとも１つの光増幅器を有する周波数ルーティング素
子（１２）と、 前記半導体ウェーハ内に形成された第１と第２の離間し
た反射表面（２０、２４）と、 前記第１の反射表面（２０）を前記周波数ルーティング
素子（１２）に接続する第１群の導波路（１４）と、 前記第２の反射表面（２４）を前記周波数ルーティング
素子（１２）に接続する第２群の導波路（１６）と、 前記第１群の導波路（１４）と第２群の導波路（１６）
の各々に直列に配置された制御可能な複数の光増幅器
（１８，２２）と、 前記複数の光増幅器（１８，２２）を所定の出力光周波
数に同調するために、前記制御可能な光増幅器の１つに
選択的にバイアス電流を提供する手段（２５）とからな
ることを特徴とする同調可能な集積レーザ装置。 - 【請求項６】 半導体ウェーハ（１０）に形成されたレ
ーザキャビティ（２０，２４）と、 前記レーザキャビティ（２０，２４）内に形成された周
波数ルーティング素子（１２）と、前記レーザキャビティ（２０，２４）内に形成され、前
記周波数ルーティング素子（１２）の第１と第２の両側
にその各々が接続される所定の周波数選択性を有する通
路を形成する周波数選択性光学透過通路（１４，１６）
と、 前記各周波数選択性光学透過通路の第１側（１４）に形
成され、所定の周波数選択性通路を形成するために、選
択的に活性化される第１の複数の光増幅器（１８）と、 前記各周波数選択性光学透過通路の第２側（１６）に形
成され、所定の周波数選択性通路を形成するために、レ
ーザ発振を生成する第２の複数の光増幅器（２２）と、 前記第１と第２の複数の光増幅器（１８，２２）の１つ
に選択的にバイアス電流を提供する手段と を有すること
を特徴とする同調レーザ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US135836 | 1993-10-13 | ||
| US08/135,836 US5390200A (en) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | High power, single-frequency tunable laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07170012A JPH07170012A (ja) | 1995-07-04 |
| JP2959974B2 true JP2959974B2 (ja) | 1999-10-06 |
Family
ID=22469935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6273097A Expired - Fee Related JP2959974B2 (ja) | 1993-10-13 | 1994-10-13 | 同調レーザ装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5390200A (ja) |
| EP (1) | EP0649199A1 (ja) |
| JP (1) | JP2959974B2 (ja) |
| KR (1) | KR950012829A (ja) |
| AU (1) | AU674996B2 (ja) |
| CA (1) | CA2131137C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0612164A1 (en) * | 1993-02-19 | 1994-08-24 | AT&T Corp. | Rapidly tunable windeband integrated optical filter |
| US5396507A (en) * | 1993-11-15 | 1995-03-07 | At&T Corp. | Reflective digitally tunable laser |
| US5524014A (en) * | 1994-05-23 | 1996-06-04 | At&T Corp. | Optical frequency translator |
| US5675592A (en) * | 1994-05-23 | 1997-10-07 | Lucent Technologies Inc. | Rapidly tunable integrated laser |
| US5450431A (en) * | 1994-09-02 | 1995-09-12 | At&T Corp. | Digitally-tuned integrated laser with multi-frequency operation |
| DE19602674C1 (de) * | 1996-01-25 | 1996-11-07 | Siemens Ag | Schaltungsanordnung zur optischen Verstärkung in einem WDM-Multiplexer/-Demultiplexer mit einem Optical Phased Array |
| US6594049B1 (en) * | 1999-10-29 | 2003-07-15 | Lucent Technologies Inc. | Optical router |
| KR20040080012A (ko) * | 2003-03-10 | 2004-09-18 | 삼성전자주식회사 | 반도체형 광 증폭기를 이용한 파장분할다중방식 광원 장치 |
| US7020168B2 (en) * | 2003-07-01 | 2006-03-28 | Lucent Technologies Inc. | High power multi-frequency laser |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2225482B (en) * | 1988-11-23 | 1992-10-14 | Stc Plc | Multichannel cavity laser |
| US5002350A (en) * | 1990-02-26 | 1991-03-26 | At&T Bell Laboratories | Optical multiplexer/demultiplexer |
| US5267257A (en) * | 1991-08-14 | 1993-11-30 | Grier-Jhawar-Mercer, Inc. | Vacuum furnace with convection heating and cooling |
| US5136671A (en) * | 1991-08-21 | 1992-08-04 | At&T Bell Laboratories | Optical switch, multiplexer, and demultiplexer |
| US5373517A (en) * | 1993-02-19 | 1994-12-13 | At&T Corp. | Rapidly tunable integrated laser |
-
1993
- 1993-10-13 US US08/135,836 patent/US5390200A/en not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-08-30 CA CA002131137A patent/CA2131137C/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-10-05 AU AU74465/94A patent/AU674996B2/en not_active Ceased
- 1994-10-05 EP EP94307278A patent/EP0649199A1/en not_active Withdrawn
- 1994-10-07 KR KR1019940025622A patent/KR950012829A/ko active IP Right Grant
- 1994-10-13 JP JP6273097A patent/JP2959974B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950012829A (ko) | 1995-05-17 |
| CA2131137C (en) | 1999-03-16 |
| AU7446594A (en) | 1995-05-04 |
| AU674996B2 (en) | 1997-01-16 |
| CA2131137A1 (en) | 1995-04-14 |
| US5390200A (en) | 1995-02-14 |
| EP0649199A1 (en) | 1995-04-19 |
| JPH07170012A (ja) | 1995-07-04 |
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