JP3811770B2 - 波長可変光学装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、波長可変光学装置に関する。
【０００２】
電気通信、データ通信等、最近の通信のみならずその他の通信においても、同調可能デバイス（ｔｕｎａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）に関する強い要求がある。将来の光ファイバに限らず、光波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を使用することにより既存の光ファイバの容量を増加させることができる。ＷＤＭを使用するシステムは大きな波長領域（あるいは周波数領域）を使用する能力を備え、この波長領域は異なるチャネルに異なる波長を割当ることにより光ファイバで使用することができる。このシステムは可能な限り順応性に富んでいることが重要である。重要な要因は集積デバイスにおいてレーザ光線の波長（換言すると、レーザ効果が発生するときのレーザ光の波長）を選択することが可能なことであり、かつ、たとえば、当該システムに要求されるこれらの波長を正確に選択できることである。１つの光波長分割多重システムはいわゆる高密度光波長分割多重システムを含んでいる。一般に、同一のシステムで多数の異なるアプリケーションを提供することは、広く異なる多くのシステムで多数の異なるアプリケーションを提供することと同様に重要なことである。
【０００３】
【従来の技術】
１つあるいは他の方法で同調可能な多数のデバイスが公知されている。同調可能なデバイスの例としては、たとえば波長可変レーザ、波長可変フィルタがある。たとえば、コヒーレント光波長分割多重通信システムにおいては、同調可能なデバイスを使用することを通じてシステムがより順応性に富むようになるという利点がある。たとえば、各チャネル毎に一定の波長の１つのレーザを備える代わりに、異なるチャネルの波長に対して同調可能なレーザを備えることは非常に有用である。波長を精密に調整するためには、少なくとも各チャネル毎に一定の連続した同調可能な領域を備えることが有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
レーザにについて考慮する限り、波長可変レーザは３つの異なる種類の波長可変半導体レーザに分類され得る。
【０００５】
第１の種類はいわゆる外部共振器形レーザ（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃａｖｉｔｙ
ｌａｓｅｒ）に関する。
【０００６】
しかし、これらの外部共振器形レーザは多数のアプリケーションに対してきわめて非実用的である。外部共振器形レーザは、たとえば、ＥＰ−Ａ−５２５ ７５２、ＥＰ−Ａ−２４２ ４４５に説明されている。
【０００７】
第２の種類の波長可変半導体レーザはブラッグ格子を利用している。Ｔ．Ｌ．ＫｏｃｈおよびＵ．Ｋｏｒｅｎの「コヒーレント光ファイバ通信用半導体レーザ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）」、ジャーナル「光波技術」、第８巻、（３）１９９０年３月、頁２７４〜２９３に、２セクションおよび３セクションの分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）レーザが示されている。さらに同論文にはいわゆる多セクション分布帰還型（ＤＦＢ）レーザが説明されている。第２の種類の波長可変レーザの更に別の例は、Ｖ．Ｊａｙａｒａｍａｎ他による「サンプル格子を使用する半導体レーザにおける広帯域同調可能性の公開（Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｔｕｎａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ａ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ｕｓｉｎｇ ｓａｍｐｌｅｄ ｇｒａｔｉｎｇｓ）」、応用物理学、レター、第６０巻（１９）、１９９２年３月１１日、頁２３２１〜２３２３、Ｖ．Ｊａｙａｒａｍａｎ他による「サンプル格子ＤＢＲレーザにおける非常に広い同調範囲（Ｖｅｒｙ ｗｉｄｅ ｔｕｎｉｎｇ ｒａｎｇｅ ｉｎ ａ ｓａｍｐｌｅｄ ｇｒａｔｉｎｇＤＢＲ ｌａｓｅｒ）」、第１３回ＩＥＥＥ国際レーザ会議、１９９２年９月２１日〜２５日、締切後の論文１１、Ｙ．Ｔｏｈｍｏｒｉ他による「超構造グレーティング（ＳＳＧ）ＤＢＲレーザによる単一縦方向モードを使用した超広域波長への同調（Ｕｌｔｒａｗｉｄｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｔｕｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｍｏｄｅ ｂｙ ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｇｒａｔｉｎｇ（ＳＳＧ）ＤＢＲ ｌａｓｅｒ）」、第１３回国際レーザ会議、１９９２年９月２１日〜２５日、論文０〜６の中で開示されている。これらのレーザは同調範囲が限られているという欠点がある。
【０００８】
第３の種類の波長可変半導体レーザは、第１の参照文献、Ｔ．Ｌ．ＫｏｃｈおよびＵ．Ｋｏｒｅｎの「コヒーレント光ファイバ通信用半導体レーザ」、ジャーナル「光波技術」、第８巻、（３）１９９０年３月、頁２７４〜２９３の中で説明されている、いわゆるＣ^３−レーザと、Ｍ．Ｓｈｉｌｌｉｎｇ他による「集積された干渉形注入レーザ：高速かつ広帯域モノリシック光源（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｌａｓｅｒ：Ｎｏｖｅｌ ｆａｓｔ ａｎｄ ｂｒｏａｒｄｂａｎｄ ｔｕｎａｂｌｅ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅ）」、ＩＥＥＥジャーナル、量子電子第２７巻（６）１９９１年６月頁１６１６〜１６２４の中で説明されているＹ接合レーザである。しかしながら、既知のデバイスはいずれも完全に満足できる動作をするものはない。たとえば、いわゆるＣ３レーザは制御が難しいばかりでなく再生することも困難である。またＹ接合レーザも制御が難しい。１つの波長可変レーザデバイスはいわゆるＭＡＧＩＣレーザであり、これはＪ．Ｂ．Ｄ Ｓｏｏｌｅ、Ｋ．Ｐｏｇｕｎｔｋｅ、Ａ．Ｓｃｈｅｒｅｒ、Ｈ．Ｐ．ＬｅＢｌａｎｃ、Ｃ．Ｃｈａｎｇ−Ｈａｓｎａｉｎ、Ｊ．Ｒ．Ｈａｙｅｓ、Ｃ．Ｃａｎｅａｕ、Ｒ．Ｂｈａｔ、Ｍ．Ａ．Ｋｏｚａの「マルチ・ストライプ・アレイ・格子共振器形（ＭＡＧＩＣ）集積レーザ：ＷＤＭ用の新しい半導体レーザ（Ｍｕｌｔｉｓｔｒｉｐｅ ａｒｒａｙ ｇｒａｔｉｎｇ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃａｖｉｔｙ（ＭＡＧＩＣ）ｌａｓｅｒ：ａ ｎｅｗ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ｆｏｒ ＷＤＭ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、電子工学レター、第２８巻（１９）、１９９２年９月１０日、頁１８０５〜１８０７の中で開示されている。これらの論文の中では、ミラーの１つにローランド円構成（Ｒｏｗｌａｎｄ ｃｉｒｃｌｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）の回析格子を使用することにより集積デバイスのレーザの波長選択をしている。これは上に参照した外部共振器形レーザの集積デバイスを形成しているが、外部共振器はスラブ導波路に置き換えられており、このスラブ導波路により光は１方向に限定されるけれども光は横方向に回析する。半導体レーザは、受動プレーナ導波路に対する能動ストライプのアレイのモノリシック集積により形成されており、受動プレーナ導波路はエッチングされた回析グレーティングを備えている。レーザの放射は、予め正確に定められたそれぞれ異なる波長の異なるストライプから発生する。このように、レーザが発振するときの波長は要求された状態に正確に設定される。上に説明した外部共振器形レーザに比較して、異なる位置にありアレイを形成する能動利得ストライプ（ａｃｔｉｖｅ ｇａｉｎ ｓｔｒｉｐｅ）は単一能動素子と回転格子の代わりに，固定された集積格子と組合わせて使用される。格子はスラブ導波路をエッチングすることによりつくられ、露出した側壁の該当する位置につけられる。しかしながら、レーザ光の発振は離散的な数の波長でのみ発生し、この数は導波路のストライプの数に等しいので、各波長に対する出力信号は異なるストライプのところで現れるが、これはきわめて非実用的である。
【０００９】
【課題を解決する手段】
本発明の目的は容易に同調できる同調可能デバイス、即ち、制御と再生が容易であり、さらに異なる機能と異なるシステムに対して容易に適用することができる同調可能デバイスを提供することである。また本発明の目的は、同調範囲が大きく、廉価で製造および取扱いが容易なデバイスを提供することである。本発明のより進んだ目的は、レーザの場合、離散的な数の波長のレーザ光だけを発振するのではなく連続的に発振するようになっている同調可能デバイスを提供することであり、さらに多数の波長に対する出力信号が同一のストライプに現れるように１つだけの利得ストライプを必要とするデバイスと配列（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を提供することである。
【００１０】
この目的とその他の目的は請求項１の特徴部分の特性を備えた配列により達成される。
【００１１】
本発明により得られる更に進んだ多くの利点は以下に示す本発明の説明から明らかとなる。多数の実施例は関連する請求項により与えられる。
【００１２】
実施例によれば、格子の配列は１つ、２つまたはそれ以上の固定された格子で構成されている。また、デバイスもミラー装置で含んでおり、１つの実施例によればこのミラー装置は入射光束（ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｂｅａｍ）の方向を変える可変プリズム（ｖａｒｉａｂｌｅ ｐｒｉｓｍ）の前に配置されている。またミラー装置は出力光束の方向を第２の素子あるいは異なる格子の間に向けるように最終格子の後に配置されている。このデバイスを光波長分割多重システムに応用することには多くの利点がある。
【００１３】
実施例によれば、このデバイスあるいは配列は、各チャネルの波長を正確に調整するため、各チャネルの帯域内で異なるチャネルの波長に連続的に同調するため、あるいは波長の全範囲にわたって正確に、又は連続的に同調するために使用できる。
【００１４】
実施例によれば、スラブ導波路領域内の屈折率を変化させることにより、可変屈折率を備えた可変屈折率プリズム（ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｎｄｅｘ ｐｒｉｓｍ）がつくられる。望ましくは、この領域に光束が入って出ていく場合の境界は直線になっていることである。分かりやすい実施例によれば、可変屈折率プリズムは、たとえば、三角形をしている。
【００１５】
別の実施例によれば、領域の屈折率は、たとえばキャリアの注入、キャリアの空乏によって変化するし、あるいはいわゆるＢＲＡＱＷＥＴ構造の使用や温度同調（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｕｎｉｎｇ）によっても、あるいはまた量子閉じこめシュタルク効果（ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｓｔａｒｋｅｆｆｅｃｔ）の応用によっても変化する。特定の実施例によれば、このデバイスはレーザを含んでいる。望ましくは、前記第１の素子は能動利得ストライプを含んでいることである。より詳細には、この格子配列は１つの固定格子を含んでおり、この格子に対する入射角を変化させることにより逆反射光の波長が変化するのである。小さな偏差角（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ）ψに対して波長の変化Δλは近似的に、
【数３】

となる。本実施例においては、最大の同調範囲を得るためプリズムを格子に近接して配置しなければならない。しかし、反射光束のより良い波長選択が要求されるときは、極めて多数の格子周期をカバーしなければならない。このことは上述の実施例においてプリズムの寸法を大きくしなければならないことになるが、それでは不便である。更に進んだ実施例によれば格子の配列は複数格子（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｇｒａｔｉｎｇ）により構成され、反射光を変化させる波長は次式によって与えられる。
【数４】

【００１６】
複数格子の使用により、波長の分解能を良好に維持しながら光束の幅を小さくし、したがってプリズムの寸法も小さくすることが可能となる。
【００１７】
更に進んだ実施例によれば、デバイスはフィルタ、とくに反射フィルタを含んでいる。更に進んだ１実施例によれば、第１の素子は受動導波路であっても良いが、また更に進んだ実施例によれば、第１の素子を、それぞれ入力と出力を形成し、第２の利得ストライプと分離した利得ストライプとすることができ、この利得ストライプの入力端と出力端は反射防止コーティングを含んでいる。入力および出力は相互に離れていることが望ましく、より詳細には第１の素子と第２の素子は異なる導波路あるいは異なる利得ストライプを形成していることが望ましい。
【００１８】
これらの実施例および更に進んだ実施例は添付の請求の範囲により与えられている。
【００１９】
【実施例】
以下、添付の図面を参照して、限定した説明とならないように多数の例によって本発明を詳細に説明する。
【００２０】
利得ストライプになっている第１の能動素子１ａを含む波長可変レーザを図１に示す。たとえば、利得ストライプ１ａが注入により励起されレーザ光発振（即ち、レーザ効果）が起ると、レーザ光発振周波数は光束の入射角の格子による変化、つまり逆反射光の波長の変化によって決定される。利得ストライプ１ａと、この場合格子配列２ａを形成している固定格子５ａとの間にいわゆる可変プリズム３ａが配置されている。この可変プリズム３ａは可変屈折率により同調可能素子を形成している。可変プリズムの可変屈折率のために格子５ａに入射する光束の偏向角（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ）は可変となり得る。
【００２１】
図１は本発明の概念を示す簡単な実施例を示す。単一格子５ａを含むだけの格子配列２ａを備えた本実施例によれば、小さな偏向角ψに対する波長の変化は次式で与えられる。
【数５】

ここにｎは伝搬媒質の屈折率であり、ｍは格子の回析次数（ｇｒａｔｉｎｇ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ）で、ｄは格子周期である。距離Ｐ、Ｄは図１に示されている。即ち、図１に定義されているとおり、Ｐは入力導波路から屈折プリズムの中央までの距離であり、Ｄは入力導波路から格子Ｇ１、Ｇ２までの距離である。しかしこの特定の実施例においては、同調範囲を可能な限り大きくするためにプリズム３ａを格子５ａの近くに配置しなければならない。図１、図２はプリズムの角度を定義し、上述のψは偏差角を形成するが、θ１、θ２は偏った角度、つまりプリズムに加えられた屈折率の変化を伴う場合とを表し、それらは、図１に定義されているとおり、光束が格子５ａに対する法線と形成する角である。しかし反射光束により良い波長分解能が要求されるときは、この光束は極めて多数の格子をカバーする必要がある。このようにするためには大型のプリズムが必要になり、たとえばスペースの条件や、製造方法などのために不便になる場合がしばしば発生するであろう。
【００２２】
この煩雑さを克服する実施例が図２に示されている。図２のレーザデバイス２０には複数の格子で構成される格子配列２ｂが含まれているが、この場合は格子５ｂ、５ｂ’が含まれている。複数格子（２つの格子５ｂ、５ｂ’）の使用により光束の幅を減少させることが可能であり、また波長分解能を良好に維持しながらプリズムの寸法を小さくすることも可能である。ミラー６ｂは利得ストライプ１ｂとプリズム３ｂとの間で配列されている。入射光束はミラー６ｂによって可変プリズム３ｂに向けられ、ここで光束は偏った後格子５ｂ、５ｂ’に影響を与え、次にθ１、θ２、θ３は入射光束と格子５ｂ、５ｂ’に対する法線との間の角度をそれぞれ形成する。この場合、波長の変化Δλは次式で与えられる。
【数６】

ここにｍ_ｉは格子の回析次数で、ｄ_ｉは格子の周期である。角度は既に図で定義されている。
【００２３】
ミラーおよび格子は既知の方法、たとえばＪ．Ｂ．Ｄ Ｓｏｏｌｅ、Ｋ．Ｐｏｇｕｎｔｋｅ、Ａ．Ｓｃｈｅｒｅｒ、Ｈ．Ｐ．ＬｅＢｌａｎｃ、Ｃ．Ｃｈａｎｇ−Ｈａｓｎａｉｎ、Ｊ．Ｒ．Ｈａｙｅｓ、Ｃ．Ｃａｎｅａｕ、Ｒ．Ｂｈａｔ、Ｍ．Ａ．Ｋｏｚａの「マルチ・ストライプ・アレイ・格子共振器形（ＭＡＧＩＣ）集積レーザ：ＷＤＭ用の新しい半導体レーザ（Ｍｕｌｔｉｓｔｒｉｐｅ ａｒｒａｙ ｇｒａｔｉｎｇ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃａｖｉｔｙ（ＭＡＧＩＣ）ｌａｓｅｒ：ａ ｎｅｗ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ ｆｏｒ ＷＤＭ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、電子工学レター、第２８巻（１９）、１９９２年９月１０日、頁１８０５〜１８０７の中で説明されている方法により製造できる。この場合、ミラーおよび格子は標準のリソグラフィあるいは電子ビームリソグラフィを使用して決められ、スラブ導波路を通してエッチングするために反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）が使用される。高い屈折性を与えるためにアルミニウムなどの金属層を側壁に成長させる。利得ストライプは既知の標準レーザダイオードの手法によりつくることができる。デバイスの寸法について言及すると、いくつかの値は単に図示するだけで与えられるが、当然のこととして多数の可能性があり、異なる寸法とすることができる。しかし１つの実施例においては、利得ストライプ１ａ、１ｂは２００ミクロンと１ミリメートルの中間の長さであり、約１ミクロン〜５ミクロンの幅がある。簡単なレーザ１０の利得ストライプ１ａと格子２ａとの間の距離はほぼ１ミリメートルまたはそれ以上であり、格子５ａにおける光束の幅は普通数百ミクロンである。このことはデバイス１０全体が数ミリメートルの長さで約５００ミクロンの幅であることを意味している。
【００２４】
レーザ２０の第２の実施例に言及すると、格子間の距離と第１の格子５ｂおよび第２の格子５ｂ’とミラーとの間の距離は３００〜６００ミクロンのオーダーである。この場合のデバイス全体は１ミリメートル以下の長さで約４００ミクロンの幅がある。
【００２５】
図３に本発明の更に進んだ代替実施例を示す。このデバイスは波長可変反射フィルタ３０を形成する。この配列は図１の配列と同様であるが、第１の素子は利得ストライプ１ｃとなっており、その外側の端部に反射防止コーティング１１が含まれている。図３に示す実施例においては、出力は入力から分離され、光束は別の導波路、第２の素子１ｃ’の中で反射される。第１の素子１ｃ、第２の素子１ｃ’の代わりに受動導波路と交換することが可能である。
【００２６】
更に進んだ実施例（図示せず）によれば図１、図２に示すデバイスは、該当する利得ストライプの出力端部に反射防止コーティングを施して波長可変反射フィルタを形成するようにに変更しても良い。この場合利得ストライプは損失を（しきい値以下にとどめながら）補償するために使用することができるし、あるいは受動導波路と交換することができる。フィルタの通過帯域は近似的にガウス形（ｇａｕｓｓｉｎａｎ）であることを示すことができる。
【００２７】
図４は複数格子フィルタを示す。この複数格子フィルタは第２の格子５ｄと第２の格子５ｄ’のある格子配列２ｄを含んでいる。また２つのミラー装置を含んでいるが、第１のミラーは入射光束を可変プリズム３ｄに向け、第２のミラーは第２の格子からの光束を第２の素子１ｄ’に向ける。図３と図４に示す実施例は、光束が別の導波路に反射される２つの実施例を図示している。また原理も波長可変レーザの原理と同様であるが、レーザの場合は逆反射があるのに対し、光束は別の導波路に反射されるという違いがある。
【００２８】
可変屈折率プリズム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは多くの方法でつくることができる。一般にはスラブ導波路の領域の屈折率を変えることによりつくられる。光束が前記領域に入りそこから出ていく場合の境界は直線でなければならないが、そのほかの領域の外観（ｓｈａｐｅ）や内部の形（ｆｏｒｍｓ）は重要ではない。１つの優れた内部の形は三角形であるが、境界が直線をなしている限り他の内部の形や外観も当然可能である。三角形の場合、つまり図１で説明した実施例では、プリズムの角度φ１、φ２、偏差角ψは近似的に次式により与えられる。
【数７】

ｎはプリズムの外側の屈折率であり、（ｎ＋Δｎ）はプリズム内の屈折率である。この近似は微小なΔｎに対しては十分満足できるものである。
【００２９】
領域内の屈折率は、それ自体既知の多くの方法を使用する事により異なる方法で変更することができる。１つの方法によれば、キャリヤ注入を使用することが可能であり、この方法ではｐ−ｉ−ｎヘテロ接合の屈折率変化を順方向にバイアスすることにより電子および正孔が注入される。インジュウム・ガリュウム・ひ素・りん／インジュウム・りん・レーザにおいては、２×１０^１８ｃｍ^−３のオーダーの注入されたキャリア密度に対して−０．０２またはそれ以上のオーダーの実効屈折率を得ることが可能である。この方法はＪ．−Ｐ．Ｗｅｂｅｒによる「キャリアにより励起されたインジュウム・ガリュウム・ひ素・りん／インジュウム・りん導波路の実効屈折率変化の最適化−波長可変ブラッグ・フィルタへの応用（Ｏｐｔｉｍａｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒｒｉｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ−Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｕｎａｂｌｅ Ｂｒａｇｇ ｆｉｌｔｅｒｓ）」ＩＥＥＥジャーナル、量子電子工学に公開するために提出された論文の中で詳細に説明されている。３．２５のオーダーの実効屈折率によれば、Δｎ／ｎはほぼ−６．１×１０^−３になり、これが比屈折率の変化（ｒｅｌａｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｃｈａｎｇｅ）になる。微小な屈折率変化に対しては偏差の角度ψは比屈折率の変化に比例する。したがってψはこの方法の働きの尺度になる。
【００３０】
更に進んだ方法によれば、いわゆるキャリア空乏が使用される。キャリア空乏を使う方法では、（インジュウム・ガリュウム・ひ素・りん／インジュウム・りん導波路における）キャリア注入と同じｐ−ｉ−ｎ構造が使用されるが、ドーピングされた材料のバンドギャップが小さいと、ダイオード構造に逆方向のバイアスをかけることにより、その材料からキャリアを取り去ってしまう。適切なドーピングレベルは最高で１０^１８ｃｍ^−３のオーダーである。このように約＋０．０１の材料屈折率変化を得られるとすると、この変化により約＋０．００５の実効屈折率の変化が得られる。実効屈折率が３．２５ のオーダーであれば、Δｎ／ｎ＋１．５×１０^−３になる。
【００３１】
更に進んだ方法によれば、（ここでは電子の）多数キャリアデバイスである、いわゆるＢＲＡＱＷＥＴＳ（Ｂｌｏｃｋａｄｅｄ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ＡｎｄＱｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）を使用することが可能である。この方法は、Ｍ．Ｋ．Ｃｈｉｎ、Ｔ．Ｋ．Ｃｈａｎｇ、Ｗ．Ｓ．Ｃ．Ｃｈａｎｇによる「一般化された閉鎖蓄積と量子井戸の電子伝達構造：高性能導波路位相変調器のモデル作成と設計上の留意点（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｂｌｏｃｋａｄｅｄ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ａｎｄ Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ：Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍｎｃｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）」、ＩＥＥＥジャーナル、量子電子工学第２８巻（１１）１９９２年１１月、頁２９５６〜２６１１の中で詳細に説明されている。上記と同じ実効屈折率によると、Δｎ／ｎはほぼ＋９．２×１０^−４になる。
【００３２】
更に進んだ方法によれば、インジュウム・りん導波路においては温度同調を使用することが可能であり、これを使用すれば屈折率を変化させることが可能である。Ｊ．−Ｐ．Ｗｅｂｅｒによる「キャリアにより励起されたインジュウム・ガリュウム・ひ素・りん／インジュウム・りん導波路の実効屈折率変化の最適化−波長可変ブラッグ・フィルタへの応用（Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒｒｉｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ−Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｕｎａｂｌｅ Ｂｒａｇｇ ｆｉｌｔｅｒｓ）」ＩＥＥＥジャーナル量子電子工学に公開するために提出された論文の中で、我々は以下の数値を得た。即ち、３００Ｋ（ケルビン：以下Ｋを使う）近辺のインジュウム・りん導波路に対して∂ｎ／∂Ｔ＝１．８１×１０^−４［Ｋ^−１］、バンドギャップが１．４２ミクロンのインジュウム・ガリュウム・ひ素・りん導波路に対して∂ｎ／∂Ｔ＝３．５３×１０^−４［Ｋ^−１］であった。実際に、（電気的に絶縁するため誘電体層を使って）スラブ導波路の上部に発熱抵抗体を置くことによりこれを実験したのである。例としてインジュウム・りんのクラッド層のある１．３ミクロンのインジュウム・ガリュウム・ひ素・りんを使用した０．３ミクロンの導波路をとりあげると、３００Ｋ〜３５０Ｋの間の温度上昇に対して実効屈折率の変化は約＋０．０１であった。このことは３．２５のオーダーの屈折率、Δｎ／ｎ≒３．１×１０^−３を再度与える。
【００３３】
なお更に進んだ方法によれば、ＳｉＯ_２内の温度同調を使用することができる。全ての素子の材料に半導体材料を使用する代わりに、利得ストライプだけは半導体材料を使い、残りの部分はＳｉＯ_２を使う複合製造手法を使用することが可能である。この方法を使用すると、スラブ導波路の上部の発熱抵抗体を使って温度を変化させることにより同調させることができる。ＳｉＯ_２に対して我々は∂ｎ／∂Ｔ＝１×１０^−５［Ｋ^−１］を得ている。したがって、５０Ｋの温度上昇に対して、屈折率は約５×１０^−４だけ増加する。Ｎ．Ｔａｋａｔｏ、Ｔ．Ｋｏｍｉｎａｔｏ、Ａ．Ｓｕｇｉｔａ、Ｋ．Ｊｉｎｇｕｊｉ、Ｈ．Ｔｏｂａ、Ｍ．Ｋａｗａｃｈｉによる「シリコンをベースとしてチャネル間隔０．０１〜２５０ナノメートルのマッハ−ツェンダー・マルチプレクサ／デマルチプレクサ光集積回路ファミリー（Ｓｉｌｉｃａｂａｓｅｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｔｉｃ Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ ｍｕｌｔｉ／ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆａｍｉｌｙ ｗｉｔｈ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐａｃｉｎｇ ｏｆ ０．０１−２５０ｎｍ）」ＩＥＥＥジャーナル、通信選択分野、第８巻（６）、１９９０年８月、頁１１２０〜１１２７、では屈折率は約１．４７であり、これによりΔｎ／ｎ≒３．４×１０^−４が与えられる。
【００３４】
さらに別の方法は量子閉じこめシュタルク効果に基づいている。量子ウエルにおけるシュタルク効果のためエネルギ準位がシフトすると屈折率が変化する。これらの変化は当該レベルからの離調の関数であるが、インジュウム・りんのサブストレートを使ったインジュウム・ガリュウム・ひ素・りんの量子ウエルに対して約１００キロボルト／ｃｍの電界を与えた場合該変化は０．０１のオーダーである。（Ｊ．Ｅ．Ａｕｃｋｅｒ、Ｉ．Ｂａｒ−Ｊｏｓｅｐｈ、Ｂ．Ｉ．ＭＩｉｌｌｅｒ、Ｕ．Ｋｏｒｅｎ、Ｄ．Ｓ．Ｃｈｅｍｌａによる「１．３ミクロンおよび１．５５ミクロンの光波における電気光学強度および位相変調のための４元素量子井戸（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌｓ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｔ １．３ ａｎｄ １．５５μｍ）」応用物理学レター、第５４巻（１）、１９８９年１月２日、頁１０〜１２を参照されたい）。このことは各層に垂直に入射する光に対して該当する。導波路の内部では、このことは閉じこめ因子（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｆａｃｔｏｒ）によって減少するので、屈折率変化は前記大きさの半分ほどが期待される。したがってこれによって（再び３．２５の実効屈折率に対して）Δｎ／ｎ≒＋１．５×１０^−３になる。しかし、この効果は波長に大きく依存しているから、種々の問題が起こることもあり得る。また、屈折率の変化を伴う電子吸収効果（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）があるが、離調することによりこの効果は屈折率変化が生じるよりもずっと速く減少する。
【００３５】
本発明はここに示した実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲の中で自由に変更できるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】グレーティングが１つだけの波長可変レーザを示す図。
【図２】複数の格子を有する波長可変レーザを示す図。
【図３】簡単な波長可変フィルタ（反射フィルタ）を示す図。
【図４】複数のグレーティングを有する波長可変フィルタ（透過フィルタ）を示す図。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 入力素子
１ｃ’、１ｄ’ 出力素子
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 格子配列
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 同調手段、可変屈折率プリズム
５ａ、５ｃ 固定の格子
５ｂ、５ｂ’、５ｄ、５ｄ’ 複数の格子
６ｂ、６ｄ、６ｄ’ ミラー装置
１０、２０、３０、４０ 波長可変光学装置
１１ 反射防止コーティング
３０ 反射フィルタ
４０ 透過フィルタ

Claims (24)

1. 少なくとも第１の受動あるいは能動入力素子（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｃ’、１ｄ、１ｄ’）と、同調させようとする入射光束の経路にある集積格子配列（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）とを含む波長可変光学装置（１０、２０、３０、４０）であって、前記波長可変光学装置（１０、２０、３０、４０）は前記グレーティング配列（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）に入射する光束の入射角を制御して変化させる同調手段（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）をさらに含み、前記同調手段（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）は前記第１の能動あるいは受動入力素子（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）と前記格子配列（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）との間に配置された可変屈折率プリズムを含むことを特徴とする波長可変光学装置（１０、２０、３０、４０）。
2. 請求項１記載の波長可変光学装置であって、前記格子配列（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）によって逆反射あるいは反射された入射光束の波長は、前記格子配列（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）に入射する前記光束の入射角を変化させることによって変化することを特徴とする波長可変光学装置。
3. 請求項１あるいは請求項２記載の波長可変光学装置であって、前記格子配列（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）は少なくとも１つの固定格子を含むことを特徴とする波長可変光学装置。
4. 前述の請求項のいずれか１つに記載の波長可変光学装置であって、少なくとも１つのミラー装置（６ｂ、６ｄ、６ｄ’）を含むことを特徴とする波長可変光学装置。
5. 請求項４記載の波長可変光学装置であって、前記ミラー装置（６ｂ、６ｄ）は入射光束を可変屈折率プリズム（３ｂ、３ｄ）に向ける可変屈折率プリズム（３ｂ、３ｄ）の前方に配置されることを特徴とする波長可変光学装置。
6. 前述の請求項のいずれか１つに記載の波長可変光学装置であって、たとえば電気通信あるいはデータ通信に使用される光波長分割多重システムに応用されることを特徴とする波長可変光学装置。
7. 請求項６記載の波長可変光学装置であって、各チャネルの波長を正確に調整するため、各チャネルの範囲内で異なるチャネルの波長に連続的に同調するため、あるいは波長の全範囲にわたって連続的に同調するために使用されることを特徴とする波長可変光学装置。
8. 前述の請求項のいずれか１つに記載の波長可変光学装置であって、可変屈折率を備えた前記可変屈折率プリズム（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）はスラブ導波路の領域にわたって屈折率を変化させることによりつくられることを特徴とする波長可変光学装置。
9. 請求項８記載の波長可変光学装置であって、光束が入って出ていく領域の境界は直線であることを特徴とする波長可変光学装置。
10. 請求項９記載の波長可変光学装置であって、前記可変屈折率プリズム（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）は三角形の形をしていることを特徴とする波長可変光学装置。
11. 請求項８〜１０のいずれか１つに記載の波長可変光学装置であって、領域の屈折率はキャリア注入、キャリア空乏によって、あるいは、いわゆるＢＲＡＱＷＥＴ構造の使用によって変化することを特徴とする波長可変光学装置。
12. 請求項８〜１０のいずれか１つに記載の波長可変光学装置であって、屈折率は、温度調整によって、あるいは量子閉じこめシュタルク効果を通じてあるいは他のあらゆる適切な方法によって変化することを特徴とする波長可変光学装置。
13. 前述の請求項のいずれか１つに記載の波長可変光学装置であって、レーザ（１０、２０）を含むことを特徴とする波長可変光学装置。
14. 請求項１３記載の波長可変光学装置であって、前記第１の素子（１ａ、１ｂは）は能動利得ストライプを含むことを特徴とする波長可変光学装置。
15. 請求項１３あるいは請求項１４記載の波長可変光学装置（１０）であって、前記格子配列（２ａ）は１つの固定格子（５ａ）を含み、前記格子（５ａ）に対する入射角を変化させることにより逆反射光の波長が変化し、小さな偏差角ψに対してこの波長の変化Δλは近似的に、
    

    

    で与えられることを特徴とする波長可変光学装置（１０）。
16. 請求項１３あるいは請求項１４記載の波長可変光学装置（２０）であって、前記格子配列（２ｂ）は複数格子（５ｂ、５ｂ’）を含み、逆反射光の波長の変化は、
    

    

    で与えられることを特徴とする波長可変光学装置（２０）。
17. 請求項１〜１２のいずれか１つに記載の波長可変光学装置であって、フィルタ（３０、４０）を含むことを特徴とする波長可変光学装置。
18. 請求項１７記載の波長可変光学装置であって、反射フィルタ（３０）を含むことを特徴とする波長可変光学装置。
19. 請求項１７記載の波長可変光学装置であって、透過フィルタ（４０）を含むことを特徴とする波長可変光学装置。
20. 請求項１７〜１９のいずれか１つに記載の波長可変光学装置であって、第２の出力素子（１ｃ’、１ｄ’）を含むことを特徴とする波長可変光学装置。
21. 請求項１７〜２０のいずれか１つに記載の波長可変光学装置であって、少なくとも１つの第１の入力素子（１ｃ、１ｄ）は受動導波路であることを特徴とする波長可変光学装置。
22. 請求項１７〜２１のいずれか１つに記載の波長可変光学装置（３０）であって、前記第１の素子（１ｃ）は、出力を形成する第２の利得ストライプ（１ａ’）とは別の利得ストライプであり、利得ストライプ（１ｃ、１ｃ’）の入力端部および出力端部は反射防止コーティングを含んでいることを特徴とする波長可変光学装置。
23. 請求項１７〜２２のいずれか１つに記載の波長可変光学装置（３０）であって、入力と出力は相互に離れていることを特徴とする波長可変光学装置。
24. 請求項１７、請求項１９〜２３のいずれか１つに記載の波長可変光学装置（４０）であって、第１の素子（１ｄ）を通る前記入射光束は、第１のミラー装置を介して、少なくとも格子配列（２ｄ）を介して別の導波路を形成する第２の素子（１ｄ’）に反射されることを特徴とする波長可変光学装置（４０）。

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