JP3946009B2 - 光機能装置および半導体光導波路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光機能装置および半導体光導波路に関し、特に、光の周波数帯域あるいは波長帯域を拡大する場合に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報技術（ＩＴ）の促進が声高に叫ばれている近年、世の中を飛び交う情報通信量は増加の一途を辿り、現行の通信システムを飛躍的に高速化、大容量化させる技術革新が望まれ、その中でも光通信技術が有望視されている。
特に、この光通信技術の中でも、単一波長の光だけでなく、複数波長の光を光ファイバに入射させ、各波長ごとに異なる信号を乗せて通信を行う波長多重（ＷＤＭ）通信が注目を浴びている。
【０００３】
さらに、波長多重通信に使われる光源として、例えば、「Ｔ．Ｍｏｒｉｏｋａｅｔ ａｌ．，“Ｍｏｒｅ ｔｈａｎ １００−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｃｈａｎｎｅｌ ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｓｉｎｇｌｅ ｌａｓｅｒ ｓｏｕｒｃｅ ｕｓｉｎｇ ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ”，Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．２９，ｎｏ．１０，ｐｐ．８６２−８６４，１９９３）」（以下、文献１と称す）および特開平８−２９８１５号公報「白色超短パルス光源」（以下、文献２と称す）に記載されているように、所定の繰り返し周期を持つ光パルス列を光ファイバに入射させ、光ファイバの３次非線形光学効果を利用することにより、広周波数帯域の光を一括発生させる方法が注目されている。
【０００４】
この方法では、周波数間隔が一定の光、すなわち、波長間隔が一定の光を一括発生させることができるため、波長制御を簡便に行うことができる。
また、この方法では、高輝度短光パルスが光ファイバ内に入射した際に生じる３次非線形光学効果に基づく自己位相変調効果を利用しているため、外部位相変調器を用いることなく、光ファイバ中の走行距離に比例した広い周波数帯域を獲得することができる。
【０００５】
また、Ｋ．Ｔａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，“Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ １０ＧＨｚ ｐｕｌｓｅ ｔｒａｉｎｓ ａｔ １６ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｂｙ ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｓｌｉｃｉｎｇ ａ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｓｏｕｒｃｅ” ，Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．３２，ｎｏ．１８，ｐｐ．１６９１−１６９３，１９９６）」（以下、文献３と称す）および特開平１１−１７４５０３号公報「白色パルス光源」（以下、文献４と称す）には、光のピーク強度を増大させて、さらなる広帯域スペクトルを得るため、利得特性を有する希土類添加ファイバを使用する方法が開示されている。
【０００６】
また、ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ（１９９８）Ｎｏ．５，ｐｐ１２８−１３２「ＷＤＭ用光源」；「ＤＷＤＭ用光源」ｐｐ１３６−１４０（以下、文献５と称す）には、発振波長の異なる多数のＤＦＢレーザを１枚の半導体基板上に集積化した超小型レーザ素子が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、文献１〜４に記載された方法では、３次非線形光学効果を発現させるためには１ｋｍ程のファイバ長が必要となり、小型化が難しいという問題があった。
また、文献５に記載された方法では、各波長を制御するために、各ＤＦＢレーザに温度調整装置が必要となり、その調整に多大な労力が必要となるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、波長制御の簡便性を損なうことなく、小型化を容易に行うことが可能な光機能装置および半導体光導波路を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の光増幅器によれば、光パルスを発生させる光パルス発生器と、キャリアの仮想励起による３次非線形光学効果の増大に基づいて、前記光パルスの波長を拡大する半導体光導波路とを備え、前記半導体光導波路は、入射光の中心波長λ ₀ が光学吸収端に差し掛かることなく、バンドギャップ波長λ _g がδ ₀ ＜（λ ₀ −λ _g ）／λ _g ＜δ ₁ （δ ₀ 〜０．０１，δ ₁ 〜０．０５）であることを特徴とする。
【００１０】
これにより、半導体光導波路の有効導波路長を１ｃｍ程度に縮小した場合においても、３次非線形光学効果により、所定の繰り返し周期を持つ光パルス列を半導体光導波路に入射させるだけで、周波数間隔が一定で周波数帯域の拡大された光を一括発生させることができ、波長制御の簡便性を損なうことなく、小型化を容易に行うことが可能となる。
【００１１】
また、請求項２記載の光機能装置によれば、前記光パルス発生器から出射された光パルスの光強度を増幅する光増幅器をさらに備えることを特徴とする。
これにより、光のピーク強度を増大させて、さらなる広帯域スペクトルを容易に得ることができる。
また、請求項３記載の光機能装置によれば、前記光パルス発生器が半導体パルス光源、前記光増幅器が半導体光増幅器であることを特徴とする。
【００１２】
これにより、装置を大型化することなく、光のピーク強度を増大させることができ、スペクトルの広帯域化を容易に実現することが可能となる。
また、請求項４記載の光機能装置によれば、前記半導体パルス光源、前記半導体光増幅器および前記半導体光導波路が半導体基板上に集積化されていることを特徴とする。
【００１３】
これにより、各素子間の光学的な位置合わせや接続を不要としつつ、装置のより一層の小型化が可能となる。
【００１４】
また、請求項５記載の光機能装置によれば、第１導電型半導体基板と、前記第１導電型半導体基板上に形成された第１導電型クラッド層と、前記第１導電型クラッド層上に形成されたレーザ発振用活性層と、前記レーザ発振用活性層と光学的に結合するように前記第１導電型クラッド層上に形成された光増幅用活性層と、前記光増幅用活性層と光学的に結合するように前記第１導電型クラッド層上に形成され、入射光の中心波長λ₀が光学吸収端に差し掛かることなく、バンドギャップ波長λ_gがδ₀＜（λ₀−λ_g）／λ_g＜δ₁（δ₀〜０．０１，δ₁〜０．０５）となるように設定された光導波用コア層と、前記レーザ発振用活性層、前記光増幅用活性層および前記光導波用コア層上に形成された第２導電型クラッド層とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これにより、結晶成長を選択的に行うだけで、半導体パルス光源、半導体光増幅器および半導体光導波路を半導体基板上に集積化することが可能となり、装置の小型化を容易に実現することが可能となる。
また、請求項６記載の半導体光導波路によれば、入射光の中心波長λ₀が光学吸収端に差し掛かることなく、キャリアの仮想励起で３次非線形光学効果が増大するように、バンドギャップ波長λ_gがδ₀＜（λ₀−λ_g）／λ_g＜δ₁（δ₀〜０．０１，δ₁〜０．０５）に設定されていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、導波路材料の組成を制御するだけで、キャリアの仮想励起に基づく３次非線形光学効果を容易に増大させることができ、波長制御の簡便性を損なうことなく、小型化を容易に行うことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る光機能装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る光機能装置の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１において、半導体モード同期レーザ１、半導体光増幅器２および半導体光導波路３が光ファイバ４、５を介して接続されている。ここで、半導体モード同期レーザ１は中心波長λ₀の光パルス列Ｐ１を出力する。半導体光増幅器２は、半導体モード同期レーザ１から出射された光パルス列を増幅する。半導体光導波路３は、光学吸収端に差し掛かることなく、キャリアの仮想励起により３次非線形光学効果が増大するように、バンドギャップ波長λ_gがδ₀＜（λ₀−λ_g）／λ_g＜δ₁（δ₀〜０．０１，δ₁〜０．０５）となるように設定されている。
【００１９】
そして、半導体モード同期レーザ１から出射された光パルス列Ｐ１は、光ファイバ４を介して半導体光増幅器２に入射され、半導体光増幅器２で増幅される。そして、半導体光増幅器２で増幅された光パルス列Ｐ２は、光ファイバ５を介して半導体光導波路３に入射され、３次非線形光学効果に基づく位相変調が行われる。
【００２０】
なお、キャリアの仮想励起では、光が媒質に入射すると、実励起を伴うことなく、多数のキャリア対（電子−正孔対）を瞬時に生成、消滅させることができる。このため、光吸収を抑制しつつ、光と媒質の非線形相互作用を増加させることができ、位相変調を行う際の半導体光導波路３の有効導波路長を短くすることができる。
【００２１】
半導体光導波路３に入射された光パルス列Ｐ２が位相変調を受けると、光パルス列Ｐ２の周波数帯域が拡大され、広帯域スペクトルを有する光パルス列Ｐ３が半導体光導波路３から出射される。
図２は、本発明の第１実施形態に係る光機能装置の光強度および周波数領域でのスペクトル拡がりを示す図である。
【００２２】
図２（ａ）において、中心波長λ₀、パルス幅τ、繰り返し周波数Ｆの光パルス列Ｐ１が半導体モード同期レーザ１から出力される。
ここで、光速度をｃとすると、中心周波数ｆ₀は、ｆ₀＝ｃλ₀である。また、周期Ｔは、Ｔ＝１／Ｆ、周波数拡がりΔｆ₀は、Δｆ₀＝１／τである。
例えば、半導体モード同期レーザ１として、中心波長λ₀＝１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体モード同期レーザ、半導体光増幅器２として、バンドギャップ波長＝１．５５μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光増幅器、半導体光導波路３として、バンドギャップ波長λ_g＝１．５μｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光導波路を用い、繰り返し周波数Ｆ＝２５ＧＨｚ、パルス幅τ＝３ｐｓの光パルス列を発生させると、周期Ｔ＝４０ｐｓ、周波数拡がりΔｆ₀≒３３３ＧＨｚとなる。
【００２３】
次に、図２（ｂ）において、半導体モード同期レーザ１から出射された光パルス列Ｐ１が半導体光増幅器２に入射されると、光パルス列Ｐ１の光強度が増幅され、ピーク強度Ｉ_peakの光パルス列Ｐ２が出射される。
次に、図２（ｃ）において、半導体光増幅器２から出射された光パルス列Ｐ２が半導体光導波路３に入射されると、３次非線形光学効果に基づく位相変調が行われ、光パルス列Ｐ２の周波数拡がりΔｆ₀が周波数拡がりΔｆに拡大する。
【００２４】
この結果、周波数拡がりΔｆを有する光パルス列Ｐ３が半導体光導波路３から出射される。
ここで、変調位相θは、

え与えられる。
【００２５】
ただし、ｆ₀は光の中心周波数、ｎ₂は非線形屈折率係数、α₂は２光子吸収係数、χ⁽³⁾は３次の電気感受率、Ｒｅ（χ⁽³⁾）はχ⁽³⁾の実数部分、Ｉｍ（χ⁽³⁾）はχ⁽³⁾の虚数部分、Ｌ_effは半導体光導波路３の有効導波路長である。
なお、ｎ₀を半導体光導波路３の等価屈折率とすると、
ｎ₂＝（３／８ｎ₀）Ｒｅ（χ⁽³⁾）
α₂＝（３πｆ₀／（４ｎ₀ｃ））Ｉｍ（χ⁽³⁾）
という関係がある。
【００２６】
また、周波数拡がりΔｆは、
Δｆ＝Δｆ₀（１＋（４／３√３）θ²）^1/2 ・・・（２）
で与えられる。
ここで、半導体光導波路３のバンドギャップ波長λ_gを、δ₀＜（λ₀−λ_g）／λ_g＜δ₁（δ₀〜０．０１，δ₁〜０．０５）に設定することにより、半導体光導波路３でキャリアの仮想励起を増強させることが可能となり、半導体光導波路３の有効導波路長Ｌ_effが短い場合においても、周波数拡がりΔｆを大きくすることができる。
【００２７】
このため、周波数拡がりΔｆを有する光パルス列Ｐ３を一括発生させるために、光ファイバ４、５の非線形光学効果を利用する必要がなくなり、光ファイバ４、５を幾らでも短くことが可能となることから、装置の小型化が可能となる。
また、半導体モード同期レーザ１と半導体光導波路３との間に半導体光増幅器２を挿入することにより、半導体光導波路３に入射される光パルス列Ｐ２のピーク強度Ｉ_peakを増大させることが可能となり、半導体モード同期レーザ１から出射される光パルス列Ｐ１のピーク強度が小さい場合においても、装置の大型化を抑制しつつ、周波数拡がりΔｆを大きくすることができる。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態に係る光ピーク強度に対する周波数帯域の拡大率の変化を示す図である。
なお、この実施形態では、中心波長λ₀＝１．５５μｍの光がバンドギャップ波長λ_g＝０．３μｍの導波路材料に入射した場合、および１．５μｍの導波路材料に入射した場合の両方について、周波数帯域の拡大率Δｆ／Δｆ₀を、無次元化された光ピーク強度α₂Ｉ_peakＬ_effの関数として示した。
【００２９】
ただし、導波路材料の有効導波路長Ｌ_eff＝１ｃｍに設定し、２光子吸収係数α₂は、キャリアの仮想励起で変化しないので、典型的な値α₂＝３５ｃｍ／ＧＷを用いた。
ここで、導波路材料のバンドギャップ波長λ_g＝１．５μｍの場合、中心波長λ₀＝１．５５μｍの光が光学吸収端に差し掛かることなく、その導波路材料のバンドギャップ波長λ_gがδ₀＜（λ₀−λ_g）／λ_g＜δ₁（δ₀〜０．０１，δ₁〜０．０５）の関係を満たす。
【００３０】
一方、導波路材料のバンドギャップ波長λ_g＝０．３μｍの場合、その導波路材料のバンドギャップ波長λ_gがδ₀＜（λ₀−λ_g）／λ_g＜δ₁（δ₀〜０．０１，δ₁〜０．０５）の関係を満たさないため、キャリアの仮想励起が生じることはない。
このため、導波路材料のバンドギャップ波長λ_g＝１．５μｍの場合、キャリアの仮想励起に伴って、（１）式のＲｅ（χ⁽³⁾）が増大し、Ｒｅ（χ⁽³⁾）／Ｉｍ（χ⁽³⁾）＝６πとなるのに対し、導波路材料のバンドギャップ波長λ_g＝０．３μｍの場合、キャリアの仮想励起が生じないため、Ｒｅ（χ⁽³⁾）／Ｉｍ（χ⁽³⁾）＝πとなる。
【００３１】
この結果、図３に示すように、無次元化された光ピーク強度α₂Ｉ_peakＬ_eff＝１の場合、バンドギャップ波長λ_g＝１．５μｍの周波数帯域の拡大率Δｆ／Δｆ₀は、バンドギャップ波長λ_g＝０．３μｍの周波数帯域の拡大率Δｆ／Δｆ₀に比べ、約４倍だけ増大させることができる。
このため、半導体光導波路３の有効導波路長Ｌ_eff＝１ｃｍに設定した場合においても、大きな周波数拡がりΔｆを得ることができ、光ファイバ４、５の長さを短くして、装置を小型化することができる。
【００３２】
また、所定の繰り返し周期を持った光パルス列が入射する際、キャリアの仮想励起による３次非線形光学効果が増大するように、半導体光導波路３のバンドギャップ波長λ_gを制御することにより、周波数間隔が一定で周波数帯域の拡大された光を一括発生させることができ、周波数制御、波長制御を簡素化することができる。
【００３３】
図４は、本発明の第２実施形態に係る光機能装置の概略構成を示す側面図である。
図４において、半導体モード同期レーザ１２、半導体光増幅器１３および半導体光導波路１４は、半導体基板１１上にモノリシック集積化されている。ここで、半導体光導波路１４は、光学吸収端に差し掛かることなく、キャリアの仮想励起で３次非線形光学効果が増大するように、バンドギャップ波長λ_gがδ₀＜（λ₀−λ_g）／λ_g＜δ₁（δ₀〜０．０１，δ₁〜０．０５）となるように設定される。
【００３４】
これにより、広周波数帯域の光パルス列を一括発生させることが可能となるとともに、半導体モード同期レーザ１２、半導体光増幅器１３および半導体光導波路１４を光学的に結合する場合においても、光ファイバ４、５を用いる必要がなくなり、装置のより一層の小型化を可能となる。
図５は、本発明の第３実施形態に係る光機能装置の概略構成を示す断面図である。
【００３５】
図５において、ｎ−ＩｎＰ基板２４上には、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体モード同期レーザ２１、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光増幅器２２およびＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光導波路２３が一体的に形成されている。
すなわち、ｎ−ＩｎＰ基板２４上には、ｎ−ＩｎＰクラッド層２５が形成され、ｎ−ＩｎＰクラッド層２５上には、ＭＱＷＩｎＧａＡｓＰ活性層２６、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２８およびＩｎＧａＡｓＰコア層２９が光学的に結合するように形成されている。
【００３６】
ここで、ＭＱＷＩｎＧａＡｓＰ活性層２６およびＩｎＧａＡｓＰ活性層２８のバンドギャップ波長は同一に設定される。また、ＩｎＧａＡｓＰコア層２９のバンドギャップ波長λ_gは、入射光の中心波長をλ₀とすると、入射光が光学吸収端に差し掛からず、δ₀＜（λ₀−λ_g）／λ_g＜δ₁（δ₀〜０．０１，δ₁〜０．０５）の関係を満たすように設定される。
【００３７】
例えば、ＭＱＷＩｎＧａＡｓＰ活性層２６およびＩｎＧａＡｓＰ活性層２８のバンドギャップ波長＝１、５５μｍ、ＩｎＧａＡｓＰコア層２９のバンドギャップ波長λ_g＝１、５μｍとすることができる。
また、ＭＱＷＩｎＧａＡｓＰ活性層２６上の一部には、ブラッグ反射器２７が形成され、ＭＱＷＩｎＧａＡｓＰ活性層２６、ＩｎＧａＡｓＰ活性層２８およびＩｎＧａＡｓＰコア層２９上には、ｐ−ＩｎＰクラッド層３０が形成されている。
【００３８】
さらに、ｐ−ＩｎＰクラッド層３０上には、ｐ−ＩｎＰコンタクト層３１が形成され、ｐ−ＩｎＰコンタクト層３１上のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体モード同期レーザ２１の領域には、変調器駆動電極３２およびレーザ駆動電極３３が形成され、ｐ−ＩｎＰコンタクト層３１上のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光増幅器２２の領域には、光増幅器駆動電極３４が形成されている。
【００３９】
また、ｎ−ＩｎＰ基板２４の裏面のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体モード同期レーザ２１およびＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光増幅器２２の領域には、アース電極３５が形成されている。
また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体モード同期レーザ２１側の端面には、高反射膜３６が形成され、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光導波路２３側の端面には、低反射膜３７が形成されている。
【００４０】
レーザ駆動電極３３に電流を注入すると、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体モード同期レーザ２１でレーザ発振が起こり、ここで発生したレーザ光はブラッグ反射器２７で反射されながら単一モード化される。
そして、変調器駆動電極３２に電界を加えることにより、ＭＱＷＩｎＧａＡｓＰ活性層２６でシュタルク効果が発生し、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体モード同期レーザ２１で発生したレーザ光が強度変調され、光パルス列を生成することができる。
【００４１】
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体モード同期レーザ２１で発生したレーザ光は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光増幅器２２に入射し、光増幅器駆動電極３４に電流を注入することにより、光パルスのピーク強度が増幅される。
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光増幅器２２で増幅された光パルス列は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光導波路２３に入射し、３次非線形光学効果に基づく位相変調を受けることにより、周波数帯域が拡大する。そして、周波数帯域が拡大された光パルス列は、低反射膜３７を介して出射光として出射される。
【００４２】
ここで、図５の光機能装置は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法やＭＢＥ（分子線エピタキシー）法等を用いて、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰを選択的に結晶成長させることにより、容易に製造することができる。
なお、上述した実施形態では、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系を例にとって説明したが、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系や、ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＧａＩｎＡｓ系などに適用するようにしてもよい。
【００４３】
また、上述した実施例では、半導体モード同期レーザ１と半導体光導波路３との間に半導体光増幅器２を設けた場合について説明したが、半導体モード同期レーザ１から出射される光パルス列Ｐ１のピーク強度が十分大きい場合には、半導体光増幅器２を省略してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定の繰り返し周期を持つ光パルス列を半導体光導波路に入射させるだけで、周波数間隔が一定で周波数帯域の拡大された光を一括発生させることができ、波長制御の簡便性を損なうことなく、小型化を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光機能装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光機能装置の光強度および周波数領域でのスペクトル拡がりを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る光ピーク強度に対する周波数帯域の拡大率の変化を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る光機能装置の概略構成を示す側面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る光機能装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１２ 半導体モード同期レーザ
２、１３ 半導体光増幅器
３、１４ 半導体光導波路
４、５ 光ファイバ
１１ 半導体基板
２１ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体モード同期レーザ
２２ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光増幅器
２３ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体光導波路
２４ ｎ−ＩｎＰ基板
２５ ｎ−ＩｎＰクラッド層
２６ ＭＱＷＩｎＧａＡｓＰ活性層
２７ ブラッグ反射器
２８ ＩｎＧａＡｓＰ活性層
２９ ＩｎＧａＡｓＰコア層
３０ ｐ−ＩｎＰクラッド層
３１ ｐ−ＩｎＰコンタクト層
３２ 変調器駆動電極
３３ レーザ駆動電極
３４ 光増幅器駆動電極
３５ アース電極
３６ 高反射膜
３７ 低反射膜

Claims (6)

1. 光パルスを発生させる光パルス発生器と、
   キャリアの仮想励起による３次非線形光学効果の増大に基づいて、前記光パルスの波長を拡大する半導体光導波路とを備え、
   前記半導体光導波路は、入射光の中心波長λ ₀ が光学吸収端に差し掛かることなく、バンドギャップ波長λ _g がδ ₀ ＜（λ ₀ −λ _g ）／λ _g ＜δ ₁ （δ ₀ 〜０．０１，δ ₁ 〜０．０５）であることを特徴とする光機能装置。
2. 前記光パルス発生器から出射された光パルスの光強度を増幅する光増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光機能装置。
3. 前記光パルス発生器が半導体パルス光源、前記光増幅器が半導体光増幅器であることを特徴とする請求項２記載の光機能装置。
4. 前記半導体パルス光源、前記半導体光増幅器および前記半導体光導波路が半導体基板上に集積化されていることを特徴とする請求項３記載の光機能装置。
5. 第１導電型半導体基板と、
   前記第１導電型半導体基板上に形成された第１導電型クラッド層と、
   前記第１導電型クラッド層上に形成されたレーザ発振用活性層と、
   前記レーザ発振用活性層と光学的に結合するように前記第１導電型クラッド層上に形成された光増幅用活性層と、
   前記光増幅用活性層と光学的に結合するように前記第１導電型クラッド層上に形成され、入射光の中心波長λ₀が光学吸収端に差し掛かることなく、バンドギャップ波長λ_gがδ₀＜（λ₀−λ_g）／λ_g＜δ₁（δ₀〜０．０１，δ₁〜０．０５）となるように設定された光導波用コア層と、
   前記レーザ発振用活性層、前記光増幅用活性層および前記光導波用コア層上に形成された第２導電型クラッド層とを備えることを特徴とする光機能装置。
6. 入射光の中心波長λ₀が光学吸収端に差し掛かることなく、キャリアの仮想励起で３次非線形光学効果が増大するように、バンドギャップ波長λ_gがδ₀＜（λ₀−λ_g）／λ_g＜δ₁（δ₀〜０．０１，δ₁〜０．０５）に設定されていることを特徴とする半導体光導波路

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