JP3804324B2 - 多波長外部グレーティングレーザアレイ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多波長外部グレーティングレーザアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重通信の実用化のためには、精密に波長が制御された異波長レーザアレイが必要である。異波長レーザアレイには高速信号を伝送する能力も兼ね備えていなければならない。
【０００３】
この種の異波長レーザアレイとして1)活性領域内にグレーティング構造を有する分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）、2)活性領域の外側にグレーティングを設けた分布反射型レーザ（ＤＢＲレーザ）、3)レーザの出射側前方にグレーティング付き導波路（ファイバグレーティングあるいは導波路グレーティング）を配置させた、いわゆる外部共振器付きレーザ等が検討されている。
【０００４】
この中で、3)の外部共振器付きレーザは図１４に示すように、比較的簡単な構成で波長制御性及び安定性に優れたレーザとして注目され始めてきた。
【０００５】
図１４は外部共振器付きレーザの概念図である。
【０００６】
外部共振器付きレーザファイバは、ファイバグレーティング５３を半導体光増幅器５０の外部に設けた構成を有している。レーザ共振器は半導体光増幅器５０の後端面（図では左側の端面）に形成された高反射膜（反射率約８０％）５１と、ファイバグレーティング５３の等価的反射面５７とで形成されている。共振器長はＬで表される（加藤他：ファイバグレーティング外部共振器型多波長レーザアレイ、信学技法ＯＰＥ９７−１，１９９７−０５，ｐｐ．１〜６）。
【０００７】
この外部共振器付きレーザファイバの構成では、ファイバグレーティング５３のコア５４及びクラッド５５の屈折率の温度依存性が半導体の屈折率の温度依存性よりも小さいため、発振波長の温度依存性が小さいという特徴を有する。
【０００８】
なお、同図において、半導体光増幅器の前端面（図では右側の端面）は低反射膜５２（反射率＜０．３％）がコーティングされると共に、ファイバグレーティング５３の先端には先球加工部５６が形成され、半導体光増幅器５０とファイバグレーティング５３との光結合効率を高くするように構成され、ファイバグレーティング５３の他方の端面から矢印５８方向に高出力の光が取り出される。
【０００９】
図１５は図１４に示した外部共振器付きレーザファイバに用いられる半導体光増幅器の概略構造図である。
【００１０】
この半導体光増幅器は、埋め込み型半導体光増幅器であり、ＩｎＰ（ｎ+ ）基板６１上に下部クラッド層としてのＩｎＰ（ｎ）クラッド層６２が積層され、このＩｎＰ（ｎ）クラッド層６２上に略矩形断面形状を有する活性層６３が積層され、この活性層６３上に上部クラッド層としてのＩｎＰ（ｐ）クラッド層６４及びＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６５が順次積層され、これら活性層６３、ＩｎＰ（ｐ）クラッド層６４及びＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６５の幅方向両側部にＩｎＰ（ｐ）埋め込み層６６及びＩｎＰ（ｎ）埋め込み層６７が順次積層された構造を有している。
【００１１】
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６５及びＩｎＰ（ｎ）埋め込み層６７の上面を覆うように上部電極６８が設けられ、ＩｎＰ（ｎ+ ）基板１の下には下部電極６０が設けられている。また、半導体光増幅器５０の前端面には低反射膜５２が設けられ、後端面には高反射膜５１が設けられている。
【００１２】
図１６はファイバグレーティング外部共振型多波長レーザアレイの拡散分解斜視図である。
【００１３】
このファイバグレーティング外部共振型多波長レーザアレイは、光スターカプラ７５の出力に波長が異なる４波長（λ1 、λ2 、λ3 、λ4 ）の光信号を同時に光出力７６として出力させるようにしたものである。
【００１４】
すなわち、このファイバグレーティング外部共振型多波長レーザアレイは、半導体光増幅器５０をアレイ状に配置した半導体光増幅器アレイ７１からのそれぞれの光信号をレンズアレイ７２を通してファイバグレーティングアレイ７３内のそれぞれにファイバグレーティング内に伝搬させ、その後、シングルモードファイバアレイ７４を通して４入力１出力の光スターカプラ７５のそれぞれの入力端へ入射させ、出力端から４波長同時発振した光出力７６を取り出すようにしたものである。
【００１５】
図１７は図１６に示した半導体光増幅器アレイの外観斜視図である。
【００１６】
半導体光増幅器アレイ７１は、４個の半導体光増幅器からなり、各半導体光増幅器には端子６９−１〜６９−４にしきい値電流よりも大きな順方向電流Ｉｋ1 〜Ｉｋ4 が注入されることにより、各出力端から光出力７８−１〜７８−４が出力される。
【００１７】
ここで、各半導体光増幅器の間には光の干渉を低減させるために溝７７が形成されている。
【００１８】
図１８は図１６に示した半導体光増幅器アレイの光出力特性を示した図であり、横軸が波長を示し、縦軸が光強度を示している。
【００１９】
同図より４つの波長λ1 、λ2 、λ3 、λ4 の光信号が出力されていることがわかる。
【００２０】
図１９は図１６及び図１７に示した半導体光増幅器アレイの各半導体光増幅器へ注入する電流Ｉｋ1 〜Ｉｋ4 と、光スターカプラ７５の出力端へ出力される光出力との関係を示す図であり、横軸は電流を示し、縦軸は光出力を示している。
【００２１】
ｃｈ１〜ｃｈ４は波長λ1 〜λ4 に対応する光出力特性を示したものである。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のファイバグレーティング外部共振器型多波長レーザアレイには以下のような問題がある。
【００２３】
(1) 図１８に示した特性曲線の底部に小さなピーク７９−１〜７９−７が生じ、所望波長の光出力と非所望波長の光出力との比で表されるサイドモード抑圧比は２８〜３０ｄＢ程度であり、ＤＦＢレーザの値（約５０ｄＢ）に比して低い。このサイドモード抑圧比の劣化原因は、各半導体光増幅器の前端面の低反射膜５２の残留反射の影響で後端面の高反射膜５１との間に生じた半導体光増幅器のファブリーペローモードが重なって生じたものである。
【００２４】
(2) 図１９に示した特性曲線に見られるように、電流に対して光出力が不連続に変化する現象、いわゆるキンクが発生していることである。これもファブリーペローモードの影響によるものである。
【００２５】
(3) 半導体光増幅器アレイ７１は埋め込み型構造で構成されているので、製造プロセスが複雑で、かつ、高価である。そのため、アレイ自体も非常に高価である。
【００２６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、サイドモード抑圧比の低下とキンクの発生を抑えた低コストの多波長外部グレーティングレーザアレイを提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイは、基板上に形成されレーザ発振によって発光する複数の発光素子からなる発光素子アレイと、該発光素子アレイの一方の端面にそれぞれ光学的に結合されると共にそれぞれ所望の波長を選択的に各発光素子に反射するグレーティングを有する光導波路アレイとを備えた多波長外部グレーティングレーザアレイであって、上記発光素子アレイは、スラブ状の下部クラッド層の形成された化合物半導体からなる基板上にスラブ状の活性層及び所定のリッジ幅を有する略矩形断面形状の上部第１クラッド層が順次形成され、上部第１クラッド層の上に該上部第１クラッド層のリッジ幅より狭いリッジ幅を有する略矩形断面形状の上部第２クラッド層及びコンタクト層が所定の間隔で隙間を隔ててアレイ状に形成され、該隙間が酸化層及び光吸収剤を部分的に含んだポリマ層で埋め込まれ、該光吸収剤を部分的に含んだポリマ層内に部分的に除去された空隙が形成され、上記コンタクト層の上に上部電極が形成され、上記基板の裏面に下部電極が設けられ該下部電極と上記上部電極との間にしきい値以上の電流が流れるように構成されると共に、上記発光素子アレイの他方の端面に、各発光素子の活性層内を伝搬する光の光強度分布を覆うように部分的に高反射膜が形成されているものである。
【００２８】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの各発光素子の他方の端面は、高反射膜が形成されていない部分に低反射膜が形成されているのが好ましい。
【００３０】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの発光素子アレイの両端面は、１０°以内の角度に斜めに形成されているのが好ましい。
【００３３】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの上部第１及び第２クラッド層は一方の端面から他方の端面にわたって折れ線状あるいは曲線状に形成されているのが好ましい。
【００３４】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの下部クラッド層と上記活性層との間に、屈折率が下部クラッド層の屈折率より高く活性層の屈折率より低いバッファ層が設けられているのが好ましい。
【００３９】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイのポリマ層の上に金属膜が形成されているのが好ましい。
【００４０】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイのポリマ層として、ポリイミドあるいはフッ素を含んだポリイミドが用いられるのが好ましい。
【００４１】
本発明によれば、発光素子アレイの他方の端面（後端面）に形成された高反射膜がそれぞれの発光素子の活性層内を伝搬する光の強度分布を覆っている。所望の光の伝搬する活性層以外の領域に漏れて伝搬する、いわゆる非所望光（不要光）に対しては、高反射膜が形成されていないので、後端面からの反射はほとんどなくなる。すなわち、非所望光が後端面で反射するのを抑えることにより、サイドモード抑圧比の低下やキンクの発生を大幅に低減させることができる。
【００４２】
また、各発光素子内の活性層を一方の端面（前端面）から他方の端面（後端面）にわたって曲線状（あるいは折れ線状）に形成することにより、活性層以外の領域内へ漏れ込んで伝搬する非所望光の後端面での反射を低減させることができる。
【００４３】
さらに、リッジ型構造の発光素子アレイ構成とすることにより、より低コストで製造することができると共に、非所望光の伝搬を抑え、低減させることができる。
【００４４】
また、リッジ構造の発光素子アレイのそれぞれの発光素子間に非所望光の伝搬を抑える光吸収剤の含有や導波路構造を採用することによって、サイドモード抑圧比の低下やキンクの発生を抑えることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００４６】
図１は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの一実施の形態を示す上面図である。
【００４７】
この多波長外部グレーティングレーザアレイは、四つの異なる波長λ1 、λ2 、λ3 、λ4 の光信号をそれぞれのファイバグレーティング８−１、８−２、８−３、８−４から矢印１３−１、１３−２、１３−３、１３−４方向に出力するレーザアレイである。このレーザアレイの特徴は発光素子アレイの構造にある。以下に図面を用いて構造及び動作について説明する。
【００４８】
１は図示しない基板上に形成されレーザ発振によって発光する複数（図では４個であるが限定されない）の発光素子からなる発光素子アレイである。発光素子アレイ１の一方の端面（前端面、図では右側の端面）には低反射膜（反射率≦０．５％）３がコーティングされており、各発光素子から出射された光が先端に先球加工部１０−１、１０−２、１０−３、１０−４を有するファイバグレーティング８−１、８−２、８−３、８−４にそれぞれ光学的に結合されるように入射端面として作用する。
【００４９】
発光素子アレイ１の他方の端面（後端面、図では左側の端面）には高反射膜（反射率７５〜９０％）２−１、２−２、２−３、２−４が形成されているが、高反射膜２−１〜２−４は、各発光素子の活性層内を伝搬する光の強度分布の９５％以上を覆うように配置されて形成されている。各活性層以外の領域（クラッド層や基板等）を伝搬している非所望光に対しては、後端面７で高反射を生じさせないように高反射膜の形成されていない領域４−１、４−２、４−３、４−４、４−５が設けられた構成である。
【００５０】
このように、後端面７に高反射膜の形成されていない領域４−１、４−２、４−３、４−４、４−５を設けることにより、非所望光の後端面７からの反射を抑え、サイドモード抑圧比の低下を低減することができ、光出力特性のキンクも低減させることができる。すなわち、矢印１３−１方向に進む波長λ1 の光出力は、後端面７に形成した高反射膜２−１と、ファイバグレーティング８−１の等価的反射面５７−１とで形成されたレーザ共振器で発振することにより得られる。
【００５１】
高反射膜の形成されていない領域４−１や領域４−２と、等価的反射面５７−１との間ではレーザ共振器はほとんど構成されないので、たとえレーザ共振器が構成されたとしてもその光出力は極めて小さく無視することができ、矢印１３−１方向の光出力にはほとんど含まれない。
【００５２】
同様に、矢印１３−２方向に進む波長λ2 の光出力は後端面７に形成された高反射膜２−２と、ファイバグレーティング８−２の等価的反射面５７−２とで形成されるレーザ共振器で発振することにより得られる。また、矢印１３−３方向に進む波長λ3 の光出力は、後端面７に形成された高反射膜２−３と、ファイバグレーティング８−３の等価的反射面５７−３とで形成されるレーザ共振器で発振することにより得られる。さらに、矢印１３−４方向に進む波長λ4 方向に進む波長λ4 の光出力は、後端面７に形成された高反射膜２−４と、ファイバグレーティング８−４の等価的反射面５７−４とで形成されるレーザ共振器で発振することにより得られる。
【００５３】
なお、図１において、５−１〜５−４は発光素子アレイ１の各発光素子に順方向の電流を注入するための上部電極、１１−１〜１１−４はファイバグレーティング８−１〜８−４のコア、１２−１〜１２−４はファイバグレーティング８−１〜８−４のクラッド、９−１〜９−４はファイバグレーティング８−１〜８−４のグレーティング部である。
【００５４】
発光素子アレイ１の前端面６及び後端面７は、２〜１０°の範囲の角度で斜めに形成され、両端面６、７からの不要な反射光が発光素子アレイ１内やファイバグレーティング８−１〜８−４内に伝搬するのを抑えるようになっている。
【００５５】
図２は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【００５６】
図１に示した実施の形態との相違点は、発光素子アレイ１の後端面７の高反射膜の形成されていない領域４−１〜４−５からの不要な反射をできるだけ抑えるため、低反射膜（反射率≦０．５％）３−１〜３−５が領域４−１〜４−５に設けられた点である。
【００５７】
このような領域４−１〜４−５からの不要な反射を抑えることにより、非常に純度の高い発振波長の光出力を各ファイバグレーティング８−１〜８−４から出力させることができる。
【００５８】
図３は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【００５９】
図２に示した実施の形態との相違点は、発光素子アレイ１内の各発光素子の前端面６と後端面７との間の光路が折れ線状、すなわち一直線状にならないように形成されている点である。光路は直線部１４−１、１４−２と、斜め直線部１４−３とで構成されており、発光効率及び消光比が向上されている。このレーザアレイの詳細については後述する。なお、図１から図３に示した発光素子アレイ１は図１７に示したような埋め込み型構造の他に、リッジ型構造にも適用できる。
【００６０】
図１３は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【００６１】
この多波長外部グレーティングレーザアレイは、異なる四つの波長λ1 、λ2 、λ3 、λ4 の光信号を出力するレーザアレイである。
【００６２】
図１〜図３に示した実施の形態との相違点は、ファイバグレーティングアレイ８−１〜８−４の代わりに、導波路型グレーティングアレイ２９を用いた点にある。この導波路型グレーティングアレイ２９は、例えば石英系ガラス導波路で実現することができる。すなわち、石英系ガラス導波路のコア３１−１〜３１−４にＧｅを添加したＳｉＯ2 ガラスを用い、クラッド３２にＧｅとＦとを添加したＳｉＯ2 ガラスを用い、ガラス導波路に位相シフトマスクを通してエキシマレーザ光を照射することにより、グレーティング部９−１〜９−４を形成したものを用いる。ファイバ３０−１〜３０−４は通常のシングルモードファイバである。
【００６３】
【実施例】
図４から図１２は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイに用いられるリッジ型構造の発光素子アレイの具体的な実施例を示す図である。
【００６４】
図４（ａ）は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイに用いられるリッジ型構造の発光素子アレイの前端面側から見た断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００６５】
この発光素子アレイは、ＩｎＰ（ｎ+ ）基板１８上に、スラブ構造のＩｎＰ（ｎ）下部クラッド層（以下「下部クラッド層」という）１９、活性層２０（ＩｎＧａＡｓＰ）、ＩｎＰ（ｐ）上部第１クラッド層（以下「上部第１クラッド層」という）２１を順次積層し、上部第１クラッド層２１上に略矩形断面形状のＩｎＰ（ｐ）上部第２クラッド層（以下「上部第２クラッド層」という）２２とＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２３とが形成され、上部第１クラッド層２１の露出面と、上部第２クラッド層２２及びＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２３の側面を、ＳｉＯ2 層２４とポリイミド膜２５とで覆った構成を有している。
【００６６】
この発光素子アレイは、各ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２３の上部に設けられた上部電極５−１〜５−４と、下部電極１７との間に順方向の注入電流を流すことによって各発光素子から光出力を矢印Ｐ１〜Ｐ４方向に出力させるようにしたものである。各発光素子内の光は各略矩断面形状の上部第２クラッド層２２−１〜２２−４の真下の活性層２０内に閉じ込められて伝搬し、後端面７に形成されたそれぞれの高反射膜２−１〜２−４で反射され、前端面６に形成された低反射膜３を通って矢印Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 方向に出力され、ファイバグレーティングに導かれる。
【００６７】
ここで、高反射膜２−１〜２−４は上部第２クラッド層２２の真下の活性層２０内を伝搬する光のみを反射させるように限られた領域に形成されている。また、略矩形断面形状の上部第２クラッド層２２−１〜２２−４は、前端面６から後端面７にわたって一直線状に形成されておらず、スポットサイズ変換部１６−１、直線部１４−１、Ｓ字状曲線部１５及び直線部１４−２で構成されている。
【００６８】
これは、前端面６側に配置されたファイバグレーティング８−１〜８−４の各コア１１−１〜１１−４からの光が活性層２０内に結合され、上部第２クラッド層２２のパターンに沿うように活性層２０内を伝搬し、各高反射膜２−１〜２−４で反射させることによってサイドモード抑圧比を向上させるために構成したものである。すなわち、ファイバグレーティング８−１〜８−４の各クラッド１２−１〜１２−４内を伝搬した光が活性層２０内を伝搬し、高反射膜２−１〜２−４で反射され、不要なレーザ発振を起こさせないようにするために構成したものである。また、活性層の長さが長くなることによる低電流での発振を実現することが可能となる。前端面６側のスポットサイズ変換部１６−１はファイバグレーティングとの光結合効率を向上させるために設けたものである。さらに、後端面７側の直線部１４−２は、高反射膜２−１〜２−４での反射効率を向上させ、反射した際の活性層２０内への光の閉じ込め効率を向上させ、モードの乱れを生じさせないために直線状としたものである。
【００６９】
ここで、Ｗ1 の値は上記理由により大きい方が好ましい。
【００７０】
図５（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００７１】
本発光素子アレイは、ポリイミド膜中に光吸収剤を分散させたポリイミド膜２６を用いることにより、上部第２クラッド層２２−１〜２２−４の真下の活性層以外の領域の活性層内やクラッド層内、基板内等を伝搬する不要光を減衰させるようになっている。
【００７２】
図６（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【００７３】
本発光素子アレイは、図２に示したように、後端面７の高反射膜の形成されていない領域４−１〜４−５に低反射膜３−１〜３−５を形成した構成を有している。なお、同図６（ａ）、（ｂ）においてＷ1 ＋Ｗ2 の値はファイバの直径（１２５μｍ）よりも大きい値になるようにするのが好ましく、Ｗ1 の値もできるだけ大きい値（＞１０μｍ）が好ましい。
【００７４】
図７（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【００７５】
本発光素子アレイは、上部第２クラッド間のポリイミド膜中に光吸収剤を含んだポリイミド膜２６−１〜２６−３を設けた構成を有している。
【００７６】
図８（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【００７７】
本発光素子アレイは、上部第２クラッド層間のポリイミド膜に空隙２７−１〜２７−３を設け、各発光素子間の光学的干渉を低減するようにした構成を有している。
【００７８】
図９（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【００７９】
本発光素子アレイは、上部第２クラッド層２２−１〜２２−４の真下の活性層内への光の閉じ込め性を向上させるため、上部第１クラッド層２１も略矩形断面形状としたものである。
【００８０】
ここで、上部第２クラッド層２２−１〜２２−４の幅ｂに対し、上部第１クラッド層２１の幅ａをできるだけ小さく、かつ幅ｂの値に接近するように選ぶ程、活性層内への光の閉じ込め性が向上し、高反射膜２−１〜２−４の形成領域も小さくすることができ、不要な波長での発振を抑えることができる。
【００８１】
図１０（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。
【００８２】
本発光素子アレイは、図９（ａ）、（ｂ）に示した上部第２クラッド層間のポリイミド膜に空隙２７−１〜２７−３を設けることにより、不要な反射光による発振をより抑圧するようにし、電流注入によって生じる熱的温度上昇による光出力特性のキンクを空隙による放熱効果で緩和させるようにしたものである。また、本発光素子アレイは、各発光素子間の光干渉も抑えるようになっている。
【００８３】
図１１（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＨ−Ｈ線断面図である。
【００８４】
本発光素子アレイは、上部第２クラッド層間のポリイミド膜２５の上に金属膜２８−１〜２８−５を設け、各発光素子間の光干渉を低減させるようになっている。
【００８５】
図１２（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【００８６】
本発光素子アレイは、図８（ａ）、（ｂ）に示した発光素子アレイの空隙２７−１〜２７−５上に金属膜２８−２〜２８−５を形成し、各発光素子間の光干渉をより低減させるようにしたものである。
【００８７】
本発明は上記実施の形態や上記実施例に限定されない。レーザアレイはチャンネル（ＣＨ）数が４チャンネルの場合で説明したが、これ以外に２チャンネル、６チャンネル、８チャンネル、１６チャンネル等の多波長グレーティングレーザアレイにも適用することができる。
【００８８】
図４から図１２に示した実施例において、下部クラッド層１９と活性層２０との間に、ＩｎＰの屈折率３．１６３よりも高く、ＩｎＧａＡｓＰの活性層の屈折率３．３７５よりも低い値を有するバッファ層（屈折率３．２〜３．３）を設けることによって、スポットサイズ変換部１６−１における幅方向及び厚さ方向の光強度分布を直線部１４−１から前端面６にわたって徐々に拡大することができ、グレーティングファイバとの結合効率の改善と低偏波依存性を得ることができる。さらに、活性層あるいは上部第２クラッド層の形状はＳ字状ではなく、発光素子の前端面から後端面にわたって折れ線状であってもよい。
【００８９】
以上において本発明によれば、
(1) サイドモード抑圧比の低下とキンク発生とを抑えることができ、ＤＦＢレーザのサイドモード抑圧比と同程度の値を実現することができる。
【００９０】
(2) 所望の活性層以外を伝搬する不要光（非所望光）によるレーザ発振を十分小さく抑えることができるので、非常に純度の良い波長の光信号を取り出すことができる。
【００９１】
(3) リッジ型構造の発光素子アレイ構成を用いることにより、低コストなレーザアレイを実現することができる。
【００９２】
(4) 発光素子間の光干渉を小さくすることができるので、クロストークを小さく抑えることができる。
【００９３】
(5) 発光素子アレイの後端面には、所望光に対してのみ反射させる高反射膜を設け、非所望光に対しては高反射膜が形成されていないので、後端面からの不要な反射を抑えることができ、不要なレーザ発振が生じにくい。さらに、高反射膜の形成されていない後端面に低反射膜を形成しておくことにより、不要なレーザ発振をより一層低減させることができ、高いサイドモード抑圧比とキンクの発生を抑えた高安定な多波長外部グレーティングレーザアレイを実現することができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００９５】
サイドモード抑圧比の低下とキンクの発生を抑えた低コストの多波長外部グレーティングレーザアレイの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの一実施の形態を示す上面図である。
【図２】本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【図３】本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【図４】（ａ）は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイに用いられるリッジ型構造の発光素子アレイの前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図９】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１０】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。
【図１１】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ線断面図である。
【図１２】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図１３】本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【図１４】外部共振器付きレーザの概念図である。
【図１５】図１４に示した外部共振器付きレーザファイバに用いられる半導体光増幅器の概略構造図である。
【図１６】ファイバグレーティング外部共振型多波長レーザアレイの拡散分解斜視図である。
【図１７】図１６に示した半導体光増幅器アレイの外観斜視図である。
【図１８】図１６に示した半導体光増幅器アレイの光出力特性を示した図である。
【図１９】図１６及び図１７に示した半導体光増幅器アレイの各半導体光増幅器へ注入する電流と、光スターカプラの出力端へ出力される光出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 発光素子アレイ
２−１〜２−４ 高反射膜
３ 低反射膜
８−１〜８−４ ファイバグレーティング
９−１〜９−４ グレーティング部
１０−１〜１０−４ 先球加工部
【発明の属する技術分野】
本発明は、多波長外部グレーティングレーザアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重通信の実用化のためには、精密に波長が制御された異波長レーザアレイが必要である。異波長レーザアレイには高速信号を伝送する能力も兼ね備えていなければならない。
【０００３】
この種の異波長レーザアレイとして1)活性領域内にグレーティング構造を有する分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）、2)活性領域の外側にグレーティングを設けた分布反射型レーザ（ＤＢＲレーザ）、3)レーザの出射側前方にグレーティング付き導波路（ファイバグレーティングあるいは導波路グレーティング）を配置させた、いわゆる外部共振器付きレーザ等が検討されている。
【０００４】
この中で、3)の外部共振器付きレーザは図１４に示すように、比較的簡単な構成で波長制御性及び安定性に優れたレーザとして注目され始めてきた。
【０００５】
図１４は外部共振器付きレーザの概念図である。
【０００６】
外部共振器付きレーザファイバは、ファイバグレーティング５３を半導体光増幅器５０の外部に設けた構成を有している。レーザ共振器は半導体光増幅器５０の後端面（図では左側の端面）に形成された高反射膜（反射率約８０％）５１と、ファイバグレーティング５３の等価的反射面５７とで形成されている。共振器長はＬで表される（加藤他：ファイバグレーティング外部共振器型多波長レーザアレイ、信学技法ＯＰＥ９７−１，１９９７−０５，ｐｐ．１〜６）。
【０００７】
この外部共振器付きレーザファイバの構成では、ファイバグレーティング５３のコア５４及びクラッド５５の屈折率の温度依存性が半導体の屈折率の温度依存性よりも小さいため、発振波長の温度依存性が小さいという特徴を有する。
【０００８】
なお、同図において、半導体光増幅器の前端面（図では右側の端面）は低反射膜５２（反射率＜０．３％）がコーティングされると共に、ファイバグレーティング５３の先端には先球加工部５６が形成され、半導体光増幅器５０とファイバグレーティング５３との光結合効率を高くするように構成され、ファイバグレーティング５３の他方の端面から矢印５８方向に高出力の光が取り出される。
【０００９】
図１５は図１４に示した外部共振器付きレーザファイバに用いられる半導体光増幅器の概略構造図である。
【００１０】
この半導体光増幅器は、埋め込み型半導体光増幅器であり、ＩｎＰ（ｎ+ ）基板６１上に下部クラッド層としてのＩｎＰ（ｎ）クラッド層６２が積層され、このＩｎＰ（ｎ）クラッド層６２上に略矩形断面形状を有する活性層６３が積層され、この活性層６３上に上部クラッド層としてのＩｎＰ（ｐ）クラッド層６４及びＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６５が順次積層され、これら活性層６３、ＩｎＰ（ｐ）クラッド層６４及びＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６５の幅方向両側部にＩｎＰ（ｐ）埋め込み層６６及びＩｎＰ（ｎ）埋め込み層６７が順次積層された構造を有している。
【００１１】
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６５及びＩｎＰ（ｎ）埋め込み層６７の上面を覆うように上部電極６８が設けられ、ＩｎＰ（ｎ+ ）基板１の下には下部電極６０が設けられている。また、半導体光増幅器５０の前端面には低反射膜５２が設けられ、後端面には高反射膜５１が設けられている。
【００１２】
図１６はファイバグレーティング外部共振型多波長レーザアレイの拡散分解斜視図である。
【００１３】
このファイバグレーティング外部共振型多波長レーザアレイは、光スターカプラ７５の出力に波長が異なる４波長（λ1 、λ2 、λ3 、λ4 ）の光信号を同時に光出力７６として出力させるようにしたものである。
【００１４】
すなわち、このファイバグレーティング外部共振型多波長レーザアレイは、半導体光増幅器５０をアレイ状に配置した半導体光増幅器アレイ７１からのそれぞれの光信号をレンズアレイ７２を通してファイバグレーティングアレイ７３内のそれぞれにファイバグレーティング内に伝搬させ、その後、シングルモードファイバアレイ７４を通して４入力１出力の光スターカプラ７５のそれぞれの入力端へ入射させ、出力端から４波長同時発振した光出力７６を取り出すようにしたものである。
【００１５】
図１７は図１６に示した半導体光増幅器アレイの外観斜視図である。
【００１６】
半導体光増幅器アレイ７１は、４個の半導体光増幅器からなり、各半導体光増幅器には端子６９−１〜６９−４にしきい値電流よりも大きな順方向電流Ｉｋ1 〜Ｉｋ4 が注入されることにより、各出力端から光出力７８−１〜７８−４が出力される。
【００１７】
ここで、各半導体光増幅器の間には光の干渉を低減させるために溝７７が形成されている。
【００１８】
図１８は図１６に示した半導体光増幅器アレイの光出力特性を示した図であり、横軸が波長を示し、縦軸が光強度を示している。
【００１９】
同図より４つの波長λ1 、λ2 、λ3 、λ4 の光信号が出力されていることがわかる。
【００２０】
図１９は図１６及び図１７に示した半導体光増幅器アレイの各半導体光増幅器へ注入する電流Ｉｋ1 〜Ｉｋ4 と、光スターカプラ７５の出力端へ出力される光出力との関係を示す図であり、横軸は電流を示し、縦軸は光出力を示している。
【００２１】
ｃｈ１〜ｃｈ４は波長λ1 〜λ4 に対応する光出力特性を示したものである。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のファイバグレーティング外部共振器型多波長レーザアレイには以下のような問題がある。
【００２３】
(1) 図１８に示した特性曲線の底部に小さなピーク７９−１〜７９−７が生じ、所望波長の光出力と非所望波長の光出力との比で表されるサイドモード抑圧比は２８〜３０ｄＢ程度であり、ＤＦＢレーザの値（約５０ｄＢ）に比して低い。このサイドモード抑圧比の劣化原因は、各半導体光増幅器の前端面の低反射膜５２の残留反射の影響で後端面の高反射膜５１との間に生じた半導体光増幅器のファブリーペローモードが重なって生じたものである。
【００２４】
(2) 図１９に示した特性曲線に見られるように、電流に対して光出力が不連続に変化する現象、いわゆるキンクが発生していることである。これもファブリーペローモードの影響によるものである。
【００２５】
(3) 半導体光増幅器アレイ７１は埋め込み型構造で構成されているので、製造プロセスが複雑で、かつ、高価である。そのため、アレイ自体も非常に高価である。
【００２６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、サイドモード抑圧比の低下とキンクの発生を抑えた低コストの多波長外部グレーティングレーザアレイを提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイは、基板上に形成されレーザ発振によって発光する複数の発光素子からなる発光素子アレイと、該発光素子アレイの一方の端面にそれぞれ光学的に結合されると共にそれぞれ所望の波長を選択的に各発光素子に反射するグレーティングを有する光導波路アレイとを備えた多波長外部グレーティングレーザアレイであって、上記発光素子アレイは、スラブ状の下部クラッド層の形成された化合物半導体からなる基板上にスラブ状の活性層及び所定のリッジ幅を有する略矩形断面形状の上部第１クラッド層が順次形成され、上部第１クラッド層の上に該上部第１クラッド層のリッジ幅より狭いリッジ幅を有する略矩形断面形状の上部第２クラッド層及びコンタクト層が所定の間隔で隙間を隔ててアレイ状に形成され、該隙間が酸化層及び光吸収剤を部分的に含んだポリマ層で埋め込まれ、該光吸収剤を部分的に含んだポリマ層内に部分的に除去された空隙が形成され、上記コンタクト層の上に上部電極が形成され、上記基板の裏面に下部電極が設けられ該下部電極と上記上部電極との間にしきい値以上の電流が流れるように構成されると共に、上記発光素子アレイの他方の端面に、各発光素子の活性層内を伝搬する光の光強度分布を覆うように部分的に高反射膜が形成されているものである。
【００２８】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの各発光素子の他方の端面は、高反射膜が形成されていない部分に低反射膜が形成されているのが好ましい。
【００３０】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの発光素子アレイの両端面は、１０°以内の角度に斜めに形成されているのが好ましい。
【００３３】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの上部第１及び第２クラッド層は一方の端面から他方の端面にわたって折れ線状あるいは曲線状に形成されているのが好ましい。
【００３４】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの下部クラッド層と上記活性層との間に、屈折率が下部クラッド層の屈折率より高く活性層の屈折率より低いバッファ層が設けられているのが好ましい。
【００３９】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイのポリマ層の上に金属膜が形成されているのが好ましい。
【００４０】
上記構成に加え本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイのポリマ層として、ポリイミドあるいはフッ素を含んだポリイミドが用いられるのが好ましい。
【００４１】
本発明によれば、発光素子アレイの他方の端面（後端面）に形成された高反射膜がそれぞれの発光素子の活性層内を伝搬する光の強度分布を覆っている。所望の光の伝搬する活性層以外の領域に漏れて伝搬する、いわゆる非所望光（不要光）に対しては、高反射膜が形成されていないので、後端面からの反射はほとんどなくなる。すなわち、非所望光が後端面で反射するのを抑えることにより、サイドモード抑圧比の低下やキンクの発生を大幅に低減させることができる。
【００４２】
また、各発光素子内の活性層を一方の端面（前端面）から他方の端面（後端面）にわたって曲線状（あるいは折れ線状）に形成することにより、活性層以外の領域内へ漏れ込んで伝搬する非所望光の後端面での反射を低減させることができる。
【００４３】
さらに、リッジ型構造の発光素子アレイ構成とすることにより、より低コストで製造することができると共に、非所望光の伝搬を抑え、低減させることができる。
【００４４】
また、リッジ構造の発光素子アレイのそれぞれの発光素子間に非所望光の伝搬を抑える光吸収剤の含有や導波路構造を採用することによって、サイドモード抑圧比の低下やキンクの発生を抑えることができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００４６】
図１は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの一実施の形態を示す上面図である。
【００４７】
この多波長外部グレーティングレーザアレイは、四つの異なる波長λ1 、λ2 、λ3 、λ4 の光信号をそれぞれのファイバグレーティング８−１、８−２、８−３、８−４から矢印１３−１、１３−２、１３−３、１３−４方向に出力するレーザアレイである。このレーザアレイの特徴は発光素子アレイの構造にある。以下に図面を用いて構造及び動作について説明する。
【００４８】
１は図示しない基板上に形成されレーザ発振によって発光する複数（図では４個であるが限定されない）の発光素子からなる発光素子アレイである。発光素子アレイ１の一方の端面（前端面、図では右側の端面）には低反射膜（反射率≦０．５％）３がコーティングされており、各発光素子から出射された光が先端に先球加工部１０−１、１０−２、１０−３、１０−４を有するファイバグレーティング８−１、８−２、８−３、８−４にそれぞれ光学的に結合されるように入射端面として作用する。
【００４９】
発光素子アレイ１の他方の端面（後端面、図では左側の端面）には高反射膜（反射率７５〜９０％）２−１、２−２、２−３、２−４が形成されているが、高反射膜２−１〜２−４は、各発光素子の活性層内を伝搬する光の強度分布の９５％以上を覆うように配置されて形成されている。各活性層以外の領域（クラッド層や基板等）を伝搬している非所望光に対しては、後端面７で高反射を生じさせないように高反射膜の形成されていない領域４−１、４−２、４−３、４−４、４−５が設けられた構成である。
【００５０】
このように、後端面７に高反射膜の形成されていない領域４−１、４−２、４−３、４−４、４−５を設けることにより、非所望光の後端面７からの反射を抑え、サイドモード抑圧比の低下を低減することができ、光出力特性のキンクも低減させることができる。すなわち、矢印１３−１方向に進む波長λ1 の光出力は、後端面７に形成した高反射膜２−１と、ファイバグレーティング８−１の等価的反射面５７−１とで形成されたレーザ共振器で発振することにより得られる。
【００５１】
高反射膜の形成されていない領域４−１や領域４−２と、等価的反射面５７−１との間ではレーザ共振器はほとんど構成されないので、たとえレーザ共振器が構成されたとしてもその光出力は極めて小さく無視することができ、矢印１３−１方向の光出力にはほとんど含まれない。
【００５２】
同様に、矢印１３−２方向に進む波長λ2 の光出力は後端面７に形成された高反射膜２−２と、ファイバグレーティング８−２の等価的反射面５７−２とで形成されるレーザ共振器で発振することにより得られる。また、矢印１３−３方向に進む波長λ3 の光出力は、後端面７に形成された高反射膜２−３と、ファイバグレーティング８−３の等価的反射面５７−３とで形成されるレーザ共振器で発振することにより得られる。さらに、矢印１３−４方向に進む波長λ4 方向に進む波長λ4 の光出力は、後端面７に形成された高反射膜２−４と、ファイバグレーティング８−４の等価的反射面５７−４とで形成されるレーザ共振器で発振することにより得られる。
【００５３】
なお、図１において、５−１〜５−４は発光素子アレイ１の各発光素子に順方向の電流を注入するための上部電極、１１−１〜１１−４はファイバグレーティング８−１〜８−４のコア、１２−１〜１２−４はファイバグレーティング８−１〜８−４のクラッド、９−１〜９−４はファイバグレーティング８−１〜８−４のグレーティング部である。
【００５４】
発光素子アレイ１の前端面６及び後端面７は、２〜１０°の範囲の角度で斜めに形成され、両端面６、７からの不要な反射光が発光素子アレイ１内やファイバグレーティング８−１〜８−４内に伝搬するのを抑えるようになっている。
【００５５】
図２は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【００５６】
図１に示した実施の形態との相違点は、発光素子アレイ１の後端面７の高反射膜の形成されていない領域４−１〜４−５からの不要な反射をできるだけ抑えるため、低反射膜（反射率≦０．５％）３−１〜３−５が領域４−１〜４−５に設けられた点である。
【００５７】
このような領域４−１〜４−５からの不要な反射を抑えることにより、非常に純度の高い発振波長の光出力を各ファイバグレーティング８−１〜８−４から出力させることができる。
【００５８】
図３は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【００５９】
図２に示した実施の形態との相違点は、発光素子アレイ１内の各発光素子の前端面６と後端面７との間の光路が折れ線状、すなわち一直線状にならないように形成されている点である。光路は直線部１４−１、１４−２と、斜め直線部１４−３とで構成されており、発光効率及び消光比が向上されている。このレーザアレイの詳細については後述する。なお、図１から図３に示した発光素子アレイ１は図１７に示したような埋め込み型構造の他に、リッジ型構造にも適用できる。
【００６０】
図１３は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【００６１】
この多波長外部グレーティングレーザアレイは、異なる四つの波長λ1 、λ2 、λ3 、λ4 の光信号を出力するレーザアレイである。
【００６２】
図１〜図３に示した実施の形態との相違点は、ファイバグレーティングアレイ８−１〜８−４の代わりに、導波路型グレーティングアレイ２９を用いた点にある。この導波路型グレーティングアレイ２９は、例えば石英系ガラス導波路で実現することができる。すなわち、石英系ガラス導波路のコア３１−１〜３１−４にＧｅを添加したＳｉＯ2 ガラスを用い、クラッド３２にＧｅとＦとを添加したＳｉＯ2 ガラスを用い、ガラス導波路に位相シフトマスクを通してエキシマレーザ光を照射することにより、グレーティング部９−１〜９−４を形成したものを用いる。ファイバ３０−１〜３０−４は通常のシングルモードファイバである。
【００６３】
【実施例】
図４から図１２は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイに用いられるリッジ型構造の発光素子アレイの具体的な実施例を示す図である。
【００６４】
図４（ａ）は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイに用いられるリッジ型構造の発光素子アレイの前端面側から見た断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００６５】
この発光素子アレイは、ＩｎＰ（ｎ+ ）基板１８上に、スラブ構造のＩｎＰ（ｎ）下部クラッド層（以下「下部クラッド層」という）１９、活性層２０（ＩｎＧａＡｓＰ）、ＩｎＰ（ｐ）上部第１クラッド層（以下「上部第１クラッド層」という）２１を順次積層し、上部第１クラッド層２１上に略矩形断面形状のＩｎＰ（ｐ）上部第２クラッド層（以下「上部第２クラッド層」という）２２とＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２３とが形成され、上部第１クラッド層２１の露出面と、上部第２クラッド層２２及びＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２３の側面を、ＳｉＯ2 層２４とポリイミド膜２５とで覆った構成を有している。
【００６６】
この発光素子アレイは、各ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２３の上部に設けられた上部電極５−１〜５−４と、下部電極１７との間に順方向の注入電流を流すことによって各発光素子から光出力を矢印Ｐ１〜Ｐ４方向に出力させるようにしたものである。各発光素子内の光は各略矩断面形状の上部第２クラッド層２２−１〜２２−４の真下の活性層２０内に閉じ込められて伝搬し、後端面７に形成されたそれぞれの高反射膜２−１〜２−４で反射され、前端面６に形成された低反射膜３を通って矢印Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 、Ｐ4 方向に出力され、ファイバグレーティングに導かれる。
【００６７】
ここで、高反射膜２−１〜２−４は上部第２クラッド層２２の真下の活性層２０内を伝搬する光のみを反射させるように限られた領域に形成されている。また、略矩形断面形状の上部第２クラッド層２２−１〜２２−４は、前端面６から後端面７にわたって一直線状に形成されておらず、スポットサイズ変換部１６−１、直線部１４−１、Ｓ字状曲線部１５及び直線部１４−２で構成されている。
【００６８】
これは、前端面６側に配置されたファイバグレーティング８−１〜８−４の各コア１１−１〜１１−４からの光が活性層２０内に結合され、上部第２クラッド層２２のパターンに沿うように活性層２０内を伝搬し、各高反射膜２−１〜２−４で反射させることによってサイドモード抑圧比を向上させるために構成したものである。すなわち、ファイバグレーティング８−１〜８−４の各クラッド１２−１〜１２−４内を伝搬した光が活性層２０内を伝搬し、高反射膜２−１〜２−４で反射され、不要なレーザ発振を起こさせないようにするために構成したものである。また、活性層の長さが長くなることによる低電流での発振を実現することが可能となる。前端面６側のスポットサイズ変換部１６−１はファイバグレーティングとの光結合効率を向上させるために設けたものである。さらに、後端面７側の直線部１４−２は、高反射膜２−１〜２−４での反射効率を向上させ、反射した際の活性層２０内への光の閉じ込め効率を向上させ、モードの乱れを生じさせないために直線状としたものである。
【００６９】
ここで、Ｗ1 の値は上記理由により大きい方が好ましい。
【００７０】
図５（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００７１】
本発光素子アレイは、ポリイミド膜中に光吸収剤を分散させたポリイミド膜２６を用いることにより、上部第２クラッド層２２−１〜２２−４の真下の活性層以外の領域の活性層内やクラッド層内、基板内等を伝搬する不要光を減衰させるようになっている。
【００７２】
図６（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【００７３】
本発光素子アレイは、図２に示したように、後端面７の高反射膜の形成されていない領域４−１〜４−５に低反射膜３−１〜３−５を形成した構成を有している。なお、同図６（ａ）、（ｂ）においてＷ1 ＋Ｗ2 の値はファイバの直径（１２５μｍ）よりも大きい値になるようにするのが好ましく、Ｗ1 の値もできるだけ大きい値（＞１０μｍ）が好ましい。
【００７４】
図７（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【００７５】
本発光素子アレイは、上部第２クラッド間のポリイミド膜中に光吸収剤を含んだポリイミド膜２６−１〜２６−３を設けた構成を有している。
【００７６】
図８（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【００７７】
本発光素子アレイは、上部第２クラッド層間のポリイミド膜に空隙２７−１〜２７−３を設け、各発光素子間の光学的干渉を低減するようにした構成を有している。
【００７８】
図９（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【００７９】
本発光素子アレイは、上部第２クラッド層２２−１〜２２−４の真下の活性層内への光の閉じ込め性を向上させるため、上部第１クラッド層２１も略矩形断面形状としたものである。
【００８０】
ここで、上部第２クラッド層２２−１〜２２−４の幅ｂに対し、上部第１クラッド層２１の幅ａをできるだけ小さく、かつ幅ｂの値に接近するように選ぶ程、活性層内への光の閉じ込め性が向上し、高反射膜２−１〜２−４の形成領域も小さくすることができ、不要な波長での発振を抑えることができる。
【００８１】
図１０（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。
【００８２】
本発光素子アレイは、図９（ａ）、（ｂ）に示した上部第２クラッド層間のポリイミド膜に空隙２７−１〜２７−３を設けることにより、不要な反射光による発振をより抑圧するようにし、電流注入によって生じる熱的温度上昇による光出力特性のキンクを空隙による放熱効果で緩和させるようにしたものである。また、本発光素子アレイは、各発光素子間の光干渉も抑えるようになっている。
【００８３】
図１１（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＨ−Ｈ線断面図である。
【００８４】
本発光素子アレイは、上部第２クラッド層間のポリイミド膜２５の上に金属膜２８−１〜２８−５を設け、各発光素子間の光干渉を低減させるようになっている。
【００８５】
図１２（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【００８６】
本発光素子アレイは、図８（ａ）、（ｂ）に示した発光素子アレイの空隙２７−１〜２７−５上に金属膜２８−２〜２８−５を形成し、各発光素子間の光干渉をより低減させるようにしたものである。
【００８７】
本発明は上記実施の形態や上記実施例に限定されない。レーザアレイはチャンネル（ＣＨ）数が４チャンネルの場合で説明したが、これ以外に２チャンネル、６チャンネル、８チャンネル、１６チャンネル等の多波長グレーティングレーザアレイにも適用することができる。
【００８８】
図４から図１２に示した実施例において、下部クラッド層１９と活性層２０との間に、ＩｎＰの屈折率３．１６３よりも高く、ＩｎＧａＡｓＰの活性層の屈折率３．３７５よりも低い値を有するバッファ層（屈折率３．２〜３．３）を設けることによって、スポットサイズ変換部１６−１における幅方向及び厚さ方向の光強度分布を直線部１４−１から前端面６にわたって徐々に拡大することができ、グレーティングファイバとの結合効率の改善と低偏波依存性を得ることができる。さらに、活性層あるいは上部第２クラッド層の形状はＳ字状ではなく、発光素子の前端面から後端面にわたって折れ線状であってもよい。
【００８９】
以上において本発明によれば、
(1) サイドモード抑圧比の低下とキンク発生とを抑えることができ、ＤＦＢレーザのサイドモード抑圧比と同程度の値を実現することができる。
【００９０】
(2) 所望の活性層以外を伝搬する不要光（非所望光）によるレーザ発振を十分小さく抑えることができるので、非常に純度の良い波長の光信号を取り出すことができる。
【００９１】
(3) リッジ型構造の発光素子アレイ構成を用いることにより、低コストなレーザアレイを実現することができる。
【００９２】
(4) 発光素子間の光干渉を小さくすることができるので、クロストークを小さく抑えることができる。
【００９３】
(5) 発光素子アレイの後端面には、所望光に対してのみ反射させる高反射膜を設け、非所望光に対しては高反射膜が形成されていないので、後端面からの不要な反射を抑えることができ、不要なレーザ発振が生じにくい。さらに、高反射膜の形成されていない後端面に低反射膜を形成しておくことにより、不要なレーザ発振をより一層低減させることができ、高いサイドモード抑圧比とキンクの発生を抑えた高安定な多波長外部グレーティングレーザアレイを実現することができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００９５】
サイドモード抑圧比の低下とキンクの発生を抑えた低コストの多波長外部グレーティングレーザアレイの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの一実施の形態を示す上面図である。
【図２】本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【図３】本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【図４】（ａ）は本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイに用いられるリッジ型構造の発光素子アレイの前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図９】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１０】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。
【図１１】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ線断面図である。
【図１２】（ａ）は図４に示した発光素子アレイの変形例を示す前端面側から見た断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図１３】本発明の多波長外部グレーティングレーザアレイの他の実施の形態を示す上面図である。
【図１４】外部共振器付きレーザの概念図である。
【図１５】図１４に示した外部共振器付きレーザファイバに用いられる半導体光増幅器の概略構造図である。
【図１６】ファイバグレーティング外部共振型多波長レーザアレイの拡散分解斜視図である。
【図１７】図１６に示した半導体光増幅器アレイの外観斜視図である。
【図１８】図１６に示した半導体光増幅器アレイの光出力特性を示した図である。
【図１９】図１６及び図１７に示した半導体光増幅器アレイの各半導体光増幅器へ注入する電流と、光スターカプラの出力端へ出力される光出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 発光素子アレイ
２−１〜２−４ 高反射膜
３ 低反射膜
８−１〜８−４ ファイバグレーティング
９−１〜９−４ グレーティング部
１０−１〜１０−４ 先球加工部
Claims (7)
- 基板上に形成されレーザ発振によって発光する複数の発光素子からなる発光素子アレイと、該発光素子アレイの一方の端面にそれぞれ光学的に結合されると共にそれぞれ所望の波長を選択的に各発光素子に反射するグレーティングを有する光導波路アレイとを備えた多波長外部グレーティングレーザアレイであって、
上記発光素子アレイは、スラブ状の下部クラッド層の形成された化合物半導体からなる基板上にスラブ状の活性層及び所定のリッジ幅を有する略矩形断面形状の上部第１クラッド層が順次形成され、上部第１クラッド層の上に該上部第１クラッド層のリッジ幅より狭いリッジ幅を有する略矩形断面形状の上部第２クラッド層及びコンタクト層が所定の間隔で隙間を隔ててアレイ状に形成され、該隙間が酸化層及び光吸収剤を部分的に含んだポリマ層で埋め込まれ、該光吸収剤を部分的に含んだポリマ層内に部分的に除去された空隙が形成され、上記コンタクト層の上に上部電極が形成され、上記基板の裏面に下部電極が設けられ該下部電極と上記上部電極との間にしきい値以上の電流が流れるように構成されると共に、上記発光素子アレイの他方の端面に、各発光素子の活性層内を伝搬する光の光強度分布を覆うように部分的に高反射膜が形成されていることを特徴とする多波長外部グレーティングレーザアレイ。 - 上記各発光素子の他方の端面は、高反射膜が形成されていない部分に低反射膜が形成されている請求項１に記載の多波長外部グレーティングレーザアレイ。
- 上記発光素子アレイの両端面は、１０・以内の角度に斜めに形成されている請求項１または２に記載の多波長外部グレーティングレーザアレイ。
- 上記上部第１及び第２クラッド層は一方の端面から他方の端面にわたって折れ線状あるいは曲線状に形成されている請求項１から３のいずれかに記載の多波長外部グレーティングレーザアレイ。
- 上記下部クラッド層と上記活性層との間に、屈折率が下部クラッド層の屈折率より高く上記活性層の屈折率より低いバッファ層が設けられている請求項１から４のいずれかに記載の多波長外部グレーティングレーザアレイ。
- 上記ポリマ層の上に金属膜が形成されている請求項１から５のいずれかに記載の多波長外部グレーティングレーザアレイ。
- 上記ポリマ層として、ポリイミドあるいはフッ素を含んだポリイミドが用いられている請求項１から６のいずれかに記載の多波長外部グレーティングレーザアレイ。
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