JP3565394B2

JP3565394B2 - 半導体パルス光源装置

Info

Publication number: JP3565394B2
Application number: JP04391997A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　憲史; 啓之石井; 勇小高; 康洋近藤; ▲みつ▼夫山本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: JPH10242580A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体パルス光源装置に関し、特にチャープドグレーティングを有する半導体パルス光源装置に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）は従来の半導体パルス光源装置の構成を説明するための図であり、０１は光変調器、０２は利得部、０３は回折格子よりなる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である。従来はＤＢＲには均一な回折格子が用いられている。図２（ｂ）は他の従来の半導体パルス光源装置を説明するための図であり、０４は光利得部、０５はチャープドグレーティング０６が形成されたファイバーである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体パルス光源装置では、発生したパルスの繰り返し周波数は共振器を光パルスが往復するのに要する時間の逆数で与えられる共振周波数に一致するため、各素子ごとに固定されてしまう。必要な繰り返し周波数を得るためには、共振器長を精度よく作製する事が必要であるが、劈開時の共振器長のばらつきや共振周波数を決める群屈折率のばらつきにより、再現性良く作製することが困難であった。また、能動モード同期レーザにおいて変調周波数を上記共振周波数からわずかでもずらすとパルス幅が増大し、パルスのパワーが低下し、ノイズが増大するという問題があった。
【０００４】
図４（ｂ）に示す半導体パルス光源装置は、チャープドグレーティング０６を形成したファイバー０５と光利得部０４を結合させたものであり、この装置ではチャープドグレーティング０６により繰り返し周波数が広い範囲で変えられることが報告されている（Ｐ．Ａ．Ｍｏｒｔｏｎ，ｅｔ．ａｌ．，“Ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄｓｏｌｉｔｏｎｐｕｌｓｅｓｏｕｒｃｅｗｉｔｈｆｉｂｅｒｃａｖｉｔｙａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｈｉｒｐｅｄＢｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ，”ＯＦＣ／ＩＯＯＣ ’９３ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ，ｐｐ．５７−５８）。
【０００５】
ところが、上記半導体パルス光源装置では、ファイバー０５と光利得部０４とを外部で結合させているため共振器長が長くなり、１０ＧＨ_Ｚ以上の高い繰り返し周波数は困難であった。また、チャープドグレーティング０６を形成したファイバー０５ではグレーティング部分が１ミリメートル以上と長くしないと反射率が確保できないため、波長帯域が狭くなり時間幅の小さいパルスを発生することは困難であった。
【０００６】
本願発明は、上記従来技術に鑑み、発生する光パルスの繰り返し周波数を設計に対して再現性良く作成し、また１０ＧＨ_Ｚ以上の高い繰り返し周波数において、変調周波数の変化に対して光パルス幅の変動が少なく、１０ｐｓ以下の光パルスの発生を可能にする半導体パルス光源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【０００８】
１）ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧あるいは電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数あるいは光利得係数が変化する半導体変調器部と、回折格子を有する光フィルター部とを一組とする光半導体パルス発生素子が、同一半導体基板上に形成された半導体パルス光源装置において、
上記光フィルター部が周期性を有する回折格子より構成され一定の負の位相シフトが多数挿入されるとともに挿入間隔が光出射方向に行くに伴い減少するように構成したチャープドグレーティングを有すること。
【０００９】
２）ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧あるいは電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数あるいは光利得係数が変化する半導体変調器部と、回折格子を有する光フィルター部とを一組とする光半導体パルス発生素子が、同一半導体基板上に形成された半導体パルス光源装置において、
上記光フィルター部が周期性を有する回折格子より構成され一定の正の位相シフトが多数挿入されるとともに挿入間隔が光出射方向に行くに伴い増大するように構成したチャープドグレーティングを有すること。
【００１０】
３）上記１）又は２）に記載する半導体パルス光源装置において、
上記光フィルター部の長さが２００ミクロン以下であること。
【００１１】
４）上記１）乃至３）の何れか一つに記載する半導体パルス光源装置において、
出射端面に少なくとも１％以下の反射率を有する無反射膜がコーティングされていること。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本形態の基本構成を示す構造図である。同図に示すように、本形態に係る半導体パルス光源装置は、ある波長域に対して利得を有する半導体利得部１と、電圧を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数が増大する半導体変調器部２と、回折格子を有する光フィルター部３とを同一の半導体基板８、１１上に形成したものである。このとき光フィルター部３は、その回折格子の周期が光出射方向にある一定の割合で減少するとともにその長さが２００ミクロン以下になるように構成してある。
【００１３】
なお、図中４は利得部電極、５は変調器部電極、６はＤＢＲ電極、７は下部電極、９は変調器用多重量子井戸、１０は利得部用多重量子井戸、１２はＤＢＲ、１３は高反射膜、１４は無反射膜である。
【００１４】
また、上記光フィルター部３は周期性を有する回折格子より構成され、一定の負の位相シフトが多数挿入されるとともに挿入間隔が光出射方向に行くに伴い減少するように構成したチャープドグレーティングを有するか、若しくは一定の正の位相シフトが多数挿入されるとともに挿入間隔が光出射方向に行くに伴い増大するように構成したチャープドグレーティングを有するものであっても良い。
【００１５】
図２は光フィルター部３の反射率と有効長の波長依存性に関する計算結果である。前記半導体変調器部２に正弦波電圧を加えることにより吸収係数が変化しロスの時間変化が与えられる。この時の繰り返し周波数は共振器を光パルスが往復するのに要する時間の逆数で与えられる共振周波数に一致させる必要がある。光フィルター部３を構成する分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）内の有効長は、回折格子の周期が光射出方向にある一定の割合で減少するため、図２に示すように波長に依存して変化する。変調周波数を変化させると発振波長が変化してＤＢＲ内で光パルスが往復するのに要する時間の逆数で与えられる共振周波数に一致するように、有効長を自動的に変化させるため、１０ＧＨ_Ｚ以上の繰り返し周波数で安定なパルス発生が得られる。
【００１６】
一方、図４（ａ）に示す従来の構造では有効長の波長依存性が小さく上記の効果はほとんどない。図４（ｂ）に示す従来の構造では、チャープドグレーティング０６を形成したファイバー０５と光利得部０４を結合させたものであり、チャープドグレーティング０６により繰り返し周波数が広い範囲で変えられることが報告されているが、光利得部０４との外部での結合構造であるため、共振器長が長くなり、１０ＧＨ_ｚ以上の高い繰り返し周波数は困難である。また、チャープドグレーティング０６を形成したファイバー０５ではグレーティング部分が１ミリメートル以上と長くしないと反射率が確保できないため、幅の小さいパルスを発生することは困難である。
【００１７】
【実施例】
次に本発明のさらに詳言な実施例を説明する。半導体利得部１、電界吸収型の半導体変調器部２及び光フィルター部３は、ｎ型ＩｎＰよりなる同一半導体基板８及びｐ型ＩｎＰよりなる同一半導体基板１１上に集積されており、これらで光共振器を形成している。半導体利得部１は井戸層がＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ、障壁層がＩｎＧａＡｓＰの利得部用多重量子井戸９よりなり、そのホトルミネッセンス波長は１．５５ミクロン近傍である。半導体変調器部２は井戸層がＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ、障壁層がＩｎＧａＡｓＰの半導体多重量子井戸１０よりなり、そのホトルミネッセンス波長は１．４９ミクロン近傍である。半導体利得部１の長さは１８００ミクロン、半導体変調器部２の長さは１００ミクロンである。半導体利得部１と半導体変調器部２は相互の電極４、５が５０ミクロンの長さにわたり分離されており、共振器長は約２２００ミクロンである。
【００１８】
チャープドグレーティングを形成したＤＢＲは１５０ミクロンである。チャープレイトは７２５０Å／ｃｍである。チャープドグレイティングは図３に示す多重位相シフトパタンを用いた。これらのパタンは電子ビーム露光装置を用いて実現した。ここで「位相シフト」とは、周期性を有する回折格子の位相を光出射方向に対し反対方向に所定量ずらす（これを負の位相シフトといい、図３はこの負の位相シフトの場合を示している）こと、若しくは周期性を有する回折格子の位相を光出射方向に所定量ずらす（これを正の位相シフトという）ことをいう。また、「多重位相シフト」とは、「位相シフト」を複数個（図３では４個）設けることをいう。図３（ａ）には回折格子の周期、同図（ｂ）には位相シフト、同図（ｃ）にはこのとき形成される回折格子を概念的に示している。
【００１９】
図３に示す場合においてチャープレイトｒ_ｃは
ｒ_ｃ＝４ｎ_ｅｑ（△Λ／Λ）／ｍ^２
で与えられる。ここで、ｎ_ｅｑは光導波路の等価屈折率、△Λは位相シフト量、Λは回折格子の周期、ｍは最初に位相シフトが挿入される位置の周期の数である。図３に示すように、位相シフトが負の場合には出射端面に対して反対側（図３の左側）から、位相シフトの番号ｉに対して番号ｉの平方根にｍを乗じた値となる位置に位相シフトが挿入される。この位相シフトの挿入位置を図３（ａ）中に下向きの矢印で示す。この結果形成される回折格子は、図３（ｃ）に示すように、負の位相シフト△Λが４個挿入され、かつその挿入間隔Ｔ_１〜Ｔ_４が光出射方向にいくにしたがい減少するものとなる。すなわちＴ_１＞Ｔ_２＞Ｔ_３＞Ｔ_４となっている。
【００２０】
位相シフトが正の場合は、出射端面側から位相シフトの番号ｉに対して番号ｉの平方根にｍを乗じた値となる位置に位相シフトを挿入し、かつその挿入間隔が光出射方向にいくにしたがい増大するように、すなわちＴ_１＜Ｔ_２＜Ｔ_３＜Ｔ_４となるように挿入すれば良い。
【００２１】
ＤＢＲ側の端面の無反射膜１４はＳｉＯ_２とＴｉＯ_２からなる多層膜の無反射コーティングにより形成され、反射率は０．２％以下になっている。
【００２２】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに詳細に説明した通り、本発明によればパルスの繰り返し周波数がＤＢＲ内での有効長の自己整合化で可変できるために、広い範囲での周波数のパルス発生が容易になり、また小型に集積化されているため２０ＧＨ_Ｚ以上の高い周波数を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる半導体パルス光源装置す構成図である。
【図２】光フィルター部３の反射率と有効長の波長依存性に関する計算結果に基づく特性を示す特性図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる装置の光フィルター部における位相シフトを説明するための説明図。
【図４】従来技術に係る半導体パルス光源装置を示す構造図。
【符号の説明】
１半導体利得部
２半導体変調部
３光フィルター部

Claims

ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧あるいは電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数あるいは光利得係数が変化する半導体変調器部と、回折格子を有する光フィルター部とを一組とする光半導体パルス発生素子が、同一半導体基板上に形成された半導体パルス光源装置において、
上記光フィルター部が周期性を有する回折格子より構成され一定の負の位相シフトが多数挿入されるとともに挿入間隔が光出射方向に行くに伴い減少するように構成したチャープドグレーティングを有することを特徴とする半導体パルス光源装置。
ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧あるいは電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数あるいは光利得係数が変化する半導体変調器部と、回折格子を有する光フィルター部とを一組とする光半導体パルス発生素子が、同一半導体基板上に形成された半導体パルス光源装置において、
上記光フィルター部が周期性を有する回折格子より構成され一定の正の位相シフトが多数挿入されるとともに挿入間隔が光出射方向に行くに伴い増大するように構成したチャープドグレーティングを有することを特徴とする半導体パルス光源装置。
請求項１又は請求項２に記載する半導体パルス光源装置において、
上記光フィルター部の長さが２００ミクロン以下であることを特徴とする半導体パルス光源装置。
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載する半導体パルス光源装置において、
出射端面に少なくとも１％以下の反射率を有する無反射膜がコーティングされていることを特徴とする半導体パルス光源装置。