JP3989939B2 - 光増幅器、ビーム操縦器及び凹回折格子が集積された波長可変光源素子 - Google Patents

Description

本発明は、波長可変光源素子に係り、より詳細には、本発明は、光増幅器、ビーム操縦器及び凹回折格子を単一基板に集積させて電気的に波長を可変させる波長可変光源素子に関する。

一般的に、波長可変半導体レーザー（波長可変光源素子）は、波長分割多重方式のような光伝送方式を使用することによってその重要性が増大しつつある。前記波長可変半導体レーザーは、それぞれ異なる波長を放射する複数の波長固定半導体レーザーに代替できるだけでなく、Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ／ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ（ＲＯＡＤＭ）、電光通信網での高速パケットスイッチング、波長変換器、波長ルーティング等にも積極的に活用されている。以外にも、光検針及びセンサー、医療用、測定用等、その応用範囲が非常に広く、かつ多様である。これにより、世界先進企業は非常に多様な形態の波長可変半導体レーザーを発表している。ここで、後述する本発明の構造との明確な比較のために、従来の波長可変半導体レーザーのうち、外部共振器型の波長可変半導体レーザーを説明する。

図１は、従来の波長可変光源素子のうち、リットロー形態の外部共振器型の波長可変光源素子の構造を概略的に示す図面である。

具体的に、前記外部共振器型の波長可変光源素子は、無反射膜１２がコーティングされた半導体レーザー（レーザーダイオード（ＬＤ））１４、外部回折格子１６及びレンズ１８から構成されている。前記半導体レーザー１４には、電流Ｉ_ＬＤを印加してビーム２０を発生させる。半導体レーザー１４に発生したビーム２０は、レンズ１８を経て回折格子１６に到達すれば、回折格子面の垂直線２に対する入射角θに対して次の数式１のリットロー回折格子公式によって回折されるビーム２１の波長が決定され、特定波長の回折ビーム２１のみ半導体レーザー１４に帰還されて光Ｐ_ｏｕｔが出力される。
ｍλ＝２ｄｓｉｎθ
ここで、ｍは、回折次数、λは、波長、ｄは、回折格子の周期、θは、入射角である。

前記構造に対して、半導体レーザー１４の左側端と回折格子１６面とが出合う仮想の点であるピボット点４に対して回折格子１６を動かせば、回折格子１６は回転２２して、前記入射角θは変化し、数式１によって波長は変化する。前記構造で入射角θのみを変化させれば、波長可変特性は階段式で表れるという問題点があるため、連続的な波長可変特性を得るために、回折格子の平行移動２４も並行して行う。

言い換えれば、図１の外部共振器型の波長可変光源素子は、ピボット点４に対して回折格子の空間的変移、すなわち回転、移動（平行移動）で回折条件を変化させて連続的な波長可変特性が得られる構造である。図１の外部共振器型の波長可変光源素子は、高い光出力、狭い線間幅、広い波長可変特性の長所を有して計測装備に多く活用されている。

ところが、図１の外部共振器型の波長可変光源素子は、半導体レーザー１４と回折格子１６との間の整列が難しく、波長可変時に回折格子１６の空間的移動による機械的振動、ピボット点４の位置の老化による波長移動という問題が発生する。特に、図１の外部共振器型の波長可変光源素子は、波長可変のための速度が非常に遅いため、光通信及び多様な応用システムに活用されるのに多少無理が伴う。

図２は、従来の波長可変光源素子のうち、リットマン形態の外部共振器型の波長可変光源素子の構造を概略的に示す図面である。

具体的に、波長可変光源素子は、無反射膜１２がコーティングされた半導体レーザー（ＬＤ）１４、外部回折格子１６、レンズ１８及び反射鏡６から構成されている。前記半導体レーザー１４には、電流を印加してビーム２０を発生させ、半導体レーザー１４に発生したビーム２０は、レンズ１８及び回折格子１６を経て反射鏡６に到達され、前記反射鏡６に垂直に入射されたビーム２０のみが回折格子１６として再び反射される。前記反射されたビーム２１は、回折格子１６及びレンズ１８を経て再び半導体レーザー１４に帰還されて、光Ｐ_ｏｕｔが出力される。前記構造で回折格子面の垂直線２に対する入射角α及び回折角βに対して、次の数式２のリットマン回折格子公式によってビームの波長が決定される。
ｍλ＝ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）
ここで、ｍは、回折次数、λは、波長、ｄは、回折格子の周期、αは、入射角、βは、回折角である。

前記構造に対して、ピボット点４に対して反射鏡６を動かせば回転２２して、前記同じ入射角αに対して回折角βは変化し、数式２によって波長は変化する。前記構造で回折角βのみを変化させれば、波長可変特性は階段式で表れるという問題点があるため、連続的な波長可変特性を得るために、反射鏡６の平行移動２４も並行して動かす。

言い換えれば、図２の外部共振器型の波長可変光源素子は、ピボット点４に対して反射鏡６の空間的変移、すなわち回転２２、移動（平行移動）２４で回折条件を変化させて、連続的な波長可変特性が得られる構造である。図２の外部共振器型の波長可変光源素子は、波長可変時に回折格子１６は固定させ、反射鏡６のみを動かすため、図１の構造に比べて構造的に安定した長所を有する。

ところが、図２の構造も、図１の構造と同様に半導体レーザー１４と回折格子１６との間の整列が難しく、波長可変時に反射鏡６の空間的移動による機械的振動、ピボット点４の位置の老化による波長移動の問題を有しており、波長可変のための速度が非常に遅いため、光通信及び多様な応用システムに活用されるのに多少無理が伴う。

前記図１及び図２の外部共振器型の波長可変光源素子の遅い波長可変速度を解決するために、これまで電気的な調節で波長を可変させる構造が提案された。例えば、Ｍ．Ｋｏｕｒｏｇｉ外４人は、非特許文献１に波長可変のために回折格子を移動させる代わりに、ＡＯＭ（Ａｃｏｕｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）をレーザーダイオードと回折格子との間に挿入して、外部電気信号の周波数変化によるビーム偏向特性を利用して波長可変が行われることを提案した。しかし、前記Ｍ．Ｋｏｕｒｏｇｉ外４人が提案した構造は、ＡＯＭの体積が大きく、挿入損失が大きく、さらに波長可変量がわずか２ｎｍ程度と非常に小さいという短所がある。

以上を要約すれば、回折格子の空間的変移によって波長を可変させる従来の波長可変光源素子は、信頼性及び速度面において多くの問題点を有している。そして、電気的に波長可変させる従来のバルクタイプ構造の波長可変光源素子は、回折格子とレーザーダイオードとの間の整列が難しく、前記ＡＯＭの挿入により素子の体積が大きいという短所を有している。
"ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｔｕｎｉｎｇ ｏｆ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ−ｃａｖｉｔｙ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ"（Ｍ．Ｋｏｕｒｏｇｉ外４人、"Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１６，ｐｐ．１１６５〜１１６７，Ａｕｇ．１５，２０００"）

本発明の技術的課題は、バルクタイプ構造の光部品を単一集積させて追加的な光学部品や光整列が必要ない波長可変光源素子を提供するところにある。

本発明の技術的課題は、従来の光偏向器を採用する時に発生する外部共振器の光路変形による不連続的な波長可変特性を克服し、光損失を減らして光出力を向上させると共に、光出力の変動が少ない波長可変光源素子を提供するところにある。

また、本発明の技術的課題は、簡単なパターンで製造工程を簡単に、かつ単純化させて、素子の信頼性を向上させ得る波長可変光源素子を提供するところにある。

前記技術的課題を達成するために、本発明の一例による波長可変光源素子は、ビームを増幅させて出力させる光増幅器と、前記光増幅器を介して出力されるビームの経路を電気信号により移動させるビーム操縦器と、前記ビーム操縦器を経て入射されるビームの角によって特定の波長を有するビームに回折させて反射させる凹回折格子と、を備えてなる。

前記光増幅器から発生したビームは、前記ビーム操縦器に電気信号を印加することによって、ビーム経路が変更されて前記凹回折格子に入射され、前記凹回折格子により回折及び反射されて特定の波長を有するビームは、前記ビーム操縦器及び前記光増幅器に帰還されることによって、前記ビーム操縦器によってビームの波長が可変にされる。

本発明の他の例による波長可変光源素子は、ビームを増幅させて出力させる第１光増幅器と、前記第１光増幅器を介して出力されるビームの経路を電気信号により移動させるビーム操縦器と、前記ビーム操縦器を経て入射されるビームの角によって特定または複数の波長を有するビームに回折させて反射させる凹回折格子と、前記凹回折格子を介して反射される特定または複数の波長のビームを出力させる第２光増幅器または光導波路を備えてなる。

前記光増幅器から発生したビームは、前記ビーム操縦器に電気信号を印加することによってビーム経路が変更されて前記凹回折格子に入射され、前記凹回折格子により回折及び反射されて特定または複数の波長を有するビームは、前記ビーム操縦器を経て前記第１光増幅器に帰還されるか、第２光増幅器または光導波路に帰還されることによって、ビームの波長が可変にされる。

本発明のさらに他の例による波長可変光源素子は、ビームを増幅させて出力させる光増幅器と、前記光増幅器を介して出力されるビームの経路を電気信号により移動させるビーム操縦器と、前記ビーム操縦器を経て入射されるビームの角によって特定の波長を有するビームに回折させて反射させ、ローランド円の形態を有する凹回折格子とを備えてなる。前記光増幅器から発生したビームは、前記ビーム操縦器に電気信号を印加することによってビーム経路が変更されて、前記凹回折格子のポール（ここで、ポールは凹回折格子円とローランド円とが出合う点）に入射され、前記凹回折格子により回折及び反射されて特定の波長を有するビームは、前記ビーム操縦器を経て前記光増幅器に帰還されてリットロー回折格子公式により波長が可変される。

本発明のさらに他の例による波長可変光源素子は、ビームを増幅させて出力させる第１光増幅器と、前記第１光増幅器を介して出力されるビームの経路を電気信号により移動させるビーム操縦器と、前記ビーム操縦器を経て入射されるビームの角によって特定または複数の波長を有するビームに回折させて反射させ、ローランド円の形態を有する凹回折格子と、前記凹回折格子を介して反射される特定または複数の波長のビームを出力させる第２光増幅器または光導波路と、を備えてなる。

前記光増幅器から発生したビームは、前記ビーム操縦器に電気信号を印加することによってビームの経路が変更されて、前記凹回折格子のポール（ここで、ポールは凹回折格子円とローランド円とが出合う点）に入射され、前記凹回折格子により回折及び反射されて特定または複数の波長を有するビームは、前記ビーム操縦器を経て前記第１光増幅器に帰還されて波長が可変されるか、または前記第２光増幅器または光導波路に帰還されることによって、リットマン回折格子公式により波長が可変にされる。

以上のような本発明の波長可変光源素子は、電気的に波長可変させるため、構造的に安定的であり、かつ波長可変速度も速いという長所を有する。

本発明の波長可変光源素子は、光増幅器、ビーム操縦器、凹回折格子を単一集積させることによって、従来のバルクタイプ構造で表れる問題点、すなわち追加的な光学部品が必要であるか、または光整列が必要であるという問題点を解決できる。

本発明の波長可変光源素子は、ビーム操縦機内の二つの電極に印加される電流量の差を利用して波長可変を具現することによって、従来の機械的に波長可変させる構造に比べて構造的に安定的であり、波長可変速度も速く具現できる。

本発明の波長可変光源素子は、ビーム操縦器に電気信号、例えば、電流注入によりビームを移動するため、従来の偏向器の構造に比べて外部共振器の光路の変形及び電流注入による光損失を最小化できるため、連続的な波長可変特性、高い光出力及び低い光出力変動が得られる。

本発明の波長可変光源素子は、ビーム操縦器を構成する直線パターンを具現（製造）しやすく、素子の高い信頼性及び製作収率を向上させ得る。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、次に例示する本発明の実施形態は、多様な他の形態に変形され、本発明の範囲が後述する実施形態に限定されるものではない。本発明の実施形態は、当業者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものである。各図面において同じ参照番号は、同じ部材を示す。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第１実施形態による波長可変光源素子を説明するために示す概略図である。具体的に、図３Ａ及び図３Ｂの波長可変光源素子（波長可変レーザー）１００は、リットロー条件を満足させる構造である。

図３Ａに示す波長可変光源素子１００は、半導体基板Ｓ、例えば、ＩｎＰに半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＳＯＡ）１０２、ビーム操縦器１０４及び凹回折格子１０６が単一集積されて具現される。前記半導体光増幅器１０２は、半導体レーザーダイオードから構成され、Ｉ_ＳＯＡ電流が印加される。前記ビーム操縦器１０４には二つの電極が構成され、前記二つの電極には、電気信号、例えば、Ｉ_ＢＳ１電流及びＩ_ＢＳ２電流が印加される。前記凹回折格子１０６は、基板１０１の一側に位置し、半導体基板Ｓの一側にグレーティングを形成して具現する。

前記凹回折格子１０６は、特定構造に限定されないが、説明のためにローランド円１１４形態で表し、ローランド円１１４の基盤の凹回折格子１０６の構造は図３Ｂに示した。前記凹回折格子円１１６とローランド円１１４とが出合う点をポールＰとし、基準線１１２は、凹回折格子円１１６の中心ＣからポールＰまでの線となる。前記ローランド円１１４の一側は、ビーム操縦器１０４に接して位置する。

図３Ａの前記構造で光増幅器１０２の左側断面及び凹回折格子１０６は、それぞれ反射面を有するため、共振器で形成されて、レーザーダイオード形態で動作する。光増幅器１０２から回折格子１０６方向に出射されるビーム１０８は、ビーム操縦器１０４を経て凹回折格子１０６のポールＰに入射される。凹回折格子に入射されたビーム１０８は、凹回折格子１０６の回折特性に基づいて特定波長のみが入射角θと同じ角で再び増幅器１０２に帰還されて、特定波長のビーム１１０のみが出力Ｐ_ｏｕｔ１される。前記特定波長は、次の数式３のリットロー回折格子公式によって決定される。
ｍλ＝２ｎ_１ｄｓｉｎθ
ここで、ｍは、回折次数、λは、波長、ｎ_１は、導波層の屈折率、ｄは、凹回折格子の周期であり、θは、入射角であり、前記入射角θは、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、基準線１１２と入射するビーム経路との間の角度を表す。

特に、本発明のビーム操縦器１０４は、内部に二つの電極を備え、二つの電極に印加される電流量の差を調節してビーム経路を操縦でき、これにより経路が移動したビーム１０８は、凹回折格子１０６に入射される入射角θが変わる。前記入射角θの変化によって、前記数式３に基づいて回折されるビーム１０８の波長が変わる。

図４は、本発明の第２実施形態による波長可変光源素子を説明するための概略図である。

具体的に、図４の波長可変光源素子（波長可変レーザー）２００は、リットマン条件を満足させる構造である。図４の構造は、図３と類似した構造を有しつつ、波長可変特性を表す構造を次の数式４のリットマン回折格子公式に合わせたものである。
ｍλ＝ｎ _１ ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）
ここで、ｍは、回折次数、λは、波長、ｎ_１は、導波層の屈折率、ｄは、回折格子の周期、αは、入射角、βは、回折角であり、前記入射角αは、凹回折格子円の中心から前記ポールＰまでの基準線１１２と入射するビーム１０８の経路との間の角度であり、回折角βは、前記基準線１１２と前記第２光増幅器２０２または光導波路２０２に反射されるビーム２０４との間の角度である。

図４で、固定された回折角βに対して、ビーム操縦器の電流注入によるビームの経路移動により入射角αが変わり、波長が可変される。第１光増幅器ＳＯＡ１から出射されるビーム１０８が、ビーム操縦器１０４を経て凹回折格子１０６に入射され、入射されたビーム１０８は、凹回折格子１０６の回折特性によって特定波長に該当するビーム２０４のみが、β角で追加的な第２光増幅器（ＳＯＡ２）２０２や光導波路２０２に帰還されて出力（Ｐ_ｏｕｔ２）２１０される。前記構造で第１光増幅器（ＳＯＡ１）１０２の左側断面と第２光増幅器（ＳＯＡ２）の左側断面とがそれぞれ反射面を有するため、共振器で形成されてレーザーダイオードとして動作する。

図４の構造は、凹回折格子１０６でβの回折角で回折されたビーム２０４を導波させるか、または増幅させるための光導波路２０２または第２光増幅器（ＳＯＡ２）２０２が追加的に必要な一方、波長可変特性が図３の構造に比べてさらに安定した動作が可能であり、設計に当って選択の幅を広げ得る。図３の構造では、光出力端子が一つである一方、図４では、第１光増幅器１０２及び光導波路２０２または第２光増幅器２０２の断面で光出力が得られるため、光出力端子が二つとなる。

図５は、本発明の第３実施形態による波長可変光源素子を説明するための概略図である。

具体的に、図５の波長可変光源素子（波長可変レーザー）３００は、リットマン条件を満足させる構造である。図５の構造は、図４の構造を拡張したものである。図５の追加的な光導波路３０２または光増幅器３０２は、リットマン公式によってそれぞれ異なる波長のビーム２０４、３０６を導波または増幅させて出力Ｐ_ｏｕｔ２ ２１０、Ｐ_ｏｕｔｎ ３１０する。すなわち、追加的な光増幅器３０２では、チャンネル数ほどの他の波長のビームを共振させて放出する。

図５で、前記光導波路や光増幅器３０２による各チャンネルの波長は、ビーム操縦器１０４の電流注入で波長可変される。図５で、光導波路や光増幅器３０２による各チャンネル間の波長間隔を一定に指定する場合、全体的な波長可変量は、ビーム操縦器１０４の電流注入による１チャンネルの波長可変量とチャンネル数との積となるため、チャンネル数ほどの波長可変量を増加させる。図５の導波路３０２または第２光増幅器３０２の断面では、各チャンネルの波長領域（ビーム操縦器による波長可変量）ほど光出力（Ｐ_ｏｕｔ２、Ｐ_ｏｕｔｎ）２１０、３１０が得られ、第１光増幅器１０２では、あらゆるチャンネルの波長が得られる。

図６は、本発明の波長可変光源素子に利用されうるビーム操縦器の構造の一例を説明するために示す概略図である。

具体的に、本発明の波長可変光源素子に利用されうるビーム操縦器１０４構造の一例であって、上の図面は平面図であり、下の図面は断面図である。前記ビーム操縦器１０４は、ｐ−ｎ接合の導波路の構造を利用し、ｎ−ＩｎＰ基板Ｓ上にＩｎＧａＡｓＰガイドコア層４０２、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層４０４、ｐ−ＩｎＰ層４０６、ＳｉＮｘ誘電体層４０８、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層４１２が形成されている。前記ｎ−ＩｎＰ基板Ｓの上部及び下部にそれぞれｐ−金属層４１２及びｎ−金属層４１４が形成されている。

一般的に、ビームは屈折率が高い所に移動し、電流量が増加するほど屈折率は減少するため、結局、電流を少なく注入した領域にビームは移動する。したがって、矢印で表示したように、ビーム操縦器１０４の注入される二つの電流、すなわち、Ｉ_ＢＳ１とＩ_ＢＳ２との差により（ａ）領域と（ｂ）領域との屈折率の差が発生し、これにより、後述するように、ビームの経路が操縦される。ここで、ガイドコア層４０２上に存在するｎ−ＩｎＰ層４０４は電流ブロック層であって、電流注入により特定領域、すなわち、点線の中のみに電流を通過させるように作用する。しかし、実際電流は、矢印で表示したように、ガイドコア層４０４に注入された後、キャリア拡散により左右にやや広がる。

図７ないし図９は、本発明の波長可変光源素子のビーム操縦器の屈折率によるビーム移動特性を説明するためな図面である。

具体的に、図７ないし図９で、上の図面は平面図であり、下の図面は距離による屈折率の変化を示すグラフである。図７ないし図９で、図６と同じ参照番号は同じ部材を示し、参照番号４２２は、電流の広がりを考慮していない屈折率の変化を示し、参照番号４２４は、電流の広がりを考慮した屈折率の変化を示す。図７ないし図９は、本発明の波長可変光源素子の光増幅器１０２で発生したビーム４１６、４１８、４２０がビーム操縦器１０４を通過する時、Ｉ_ＢＳ１及びＩ_ＢＳ２による導波路の屈折率の変化及びビーム移動特性を示す図面である。

波長可変光源素子の光増幅器１０２で発生したビーム４１６、４１８、４２０がビーム操縦器１０４を通過する。この時、前記のように、Ｉ_ＢＳ１及びＩ_ＢＳ２によって導波路の屈折率が変化し、これにより、ビーム４１６、４１８、４２０の移動特性が変化する。図７は、Ｉ_ＢＳ１及びＩ_ＢＳ２が同じ場合であり、Ｉ_ＢＳ１及びＩ_ＢＳ２が同じであり、二つの電極の間にビーム４１６が移動する。図８は、Ｉ_ＢＳ１がＩ_ＢＳ２より大きい場合であって、Ｉ_ＢＳ１がＩ_ＢＳ２より大きくて、Ｉ_ＢＳ２電極側に偏ってビーム４１８が移動する。図９は、Ｉ_ＢＳ２がＩ_ＢＳ１より大きい場合であって、Ｉ_ＢＳ２がＩ_ＢＳ１より大きくて、Ｉ_ＢＳ１側の電極に偏ってビーム４２０が移動する。

そして、本発明のビーム操縦器１０４は、ビーム４１６、４１８、４２０が導波される周辺の地域に電流を注入するため、ビーム４１６、４１８、４２０の経路移動後にも参照番号４２４で表示したように、屈折率の変化が大きくなく、屈折率の変化による光損失も少なくなる。したがって、本発明の波長可変光源素子は、従来の光偏向器の構造に比べて、電流注入時に光路（光路は、屈折率ｘの外部共振器の長さである）の変形が少ない。

言い換えれば、本発明の波長可変光源素子は、単にビームの経路移動による波長可変特性が支配的であるため、光路の変形が少なく、連続的な波長可変特性が可能であり、電流注入による光損失が少ないため、高い光出力及び低い光出力の変動が得られる。追加的に、本発明のビーム操縦器１０４は、２つの直線パターンを利用して具現できるため、製造工程が簡単であり、素子の製造時に高い信頼性が得られる。

図１０は、図３及び図６の構造に製作された波長可変光源素子の実際の写真である。

具体的に、基板の左端に光増幅器１０２が位置し、右端には凹回折格子１０６が位置する。前記光増幅器１０２と隣接してビーム操縦器１０４が位置する。前記ビーム操縦器１０４には、二つの電極が設置されており、前記二つの電極にそれぞれＩ_ＢＳ１及びＩ_ＢＳ２が印加される。前記ビーム操縦器１０４の一側には、凹回折格子１０６の円１１６が接し、前記凹回折格子１０６は、ローランド円１１４を有する。光増幅器１０２から出射されたビームは、凹回折格子で回折及び反射されて光ファイバー１３０を介して出力１１０される。

図１１は、図１０の波長可変光源素子の光出力スペクトル特性を示すグラフである。

具体的に、図１１は、図１０の波長可変光源のＩ_ＳＯＡ、Ｉ_ＢＳ１及びＩ_ＢＳ２にそれぞれ１００ｍＡ、６０ｍＡ及び６０ｍＡを注入した時、光ファイバーに出力される光出力スペクトルの特性である。図１１に示すように、４０ｄＢ以上の高い隣接モード抑圧率及び安定した発振特性が表れることが分かる。

図１２は、図１０の波長可変光源素子の波長可変特性を示すグラフである。

具体的に、図１２は、図１０の波長可変光源素子でＩ_ＳＯＡに８０ｍＡを注入し、ビーム操縦器の一方の電流は、６０ｍＡに固定させ、他方の電流を２０ｍＡから１２０ｍＡに増加させた時の波長可変特性をそれぞれ示している。図１２に示すように、連続的な波長可変特性を表し、波長可変量は約８.５ｎｍである。

本発明は、波長可変光源素子に関連した技術分野に好適に適用され得る。

従来の波長可変光源素子のうち、リットロー形態の外部共振器型の波長可変光源素子の構造を概略的に示す図面である。 従来の波長可変光源素子のうち、リットマン形態の外部共振器型の波長可変光源素子の構造を概略的に示す図面である。 本発明の第１実施形態による波長可変光源素子を説明するために示す概略図である。 本発明の第１実施形態による波長可変光源素子を説明するために示す概略図である。 本発明の第２実施形態による波長可変光源素子を説明するための概略図である。 本発明の第３実施形態による波長可変光源素子を説明するための概略図である。 本発明の波長可変光源素子に利用されるビーム操縦器の構造の一例を説明するための概略図である。 本発明の波長可変光源素子のビーム操縦器の屈折率によるビーム移動特性を説明するための図面である。 本発明の波長可変光源素子のビーム操縦器の屈折率によるビーム移動特性を説明するための図面である。 本発明の波長可変光源素子のビーム操縦器の屈折率によるビーム移動特性を説明するための図面である。 図３及び図６の構造に製作された波長可変光源素子の実際の写真である。 図１０の波長可変光源素子の光出力スペクトル特性を示すグラフである。 図１０の波長可変光源素子の波長可変特性を示すグラフである。

符号の説明

１００ 波長可変光源素子
１０２ 半導体光増幅器
１０４ ビーム操縦器
１０６ 凹回折格子
１０８ ビーム
１１０ ビーム
１１２ 基準線
１１４ ローランド円
Ｉ_ＳＯＡ、Ｉ_ＢＳ１、Ｉ_ＢＳ２ 電流
Ｐ ポール
Ｓ 半導体基板
θ 入射角
Ｐ_ｏｕｔ１ 出力

Claims (12)

1. ビームを増幅させて出力させる光増幅器と、
   前記光増幅器を介して出力されるビームの経路を電気信号により移動させ、導波路構造を有するビーム操縦器と、
   前記ビーム操縦器を経て入射されるビームの角によって特定の波長を有するビームに回折させて反射させる凹回折格子と、を備えてなり、
   前記光増幅器、前記ビーム操縦器及び前記凹回折格子は、一つの基板に単一集積されて構成されており、
   前記光増幅器から発生したビームは、前記ビーム操縦器に電気信号を印加することによって、前記導波路構造のガイドコア層の屈折率変化によりビーム経路が変更されて前記凹回折格子に入射され、前記凹回折格子により回折及び反射されて特定の波長を有するビームは、前記ビーム操縦器及び前記光増幅器に帰還されることによって、前記ビーム操縦器によってビームの波長が可変されることを特徴とする波長可変光源素子。
2. 前記ビーム操縦器は、前記光増幅器と凹回折格子との間に位置し、前記ビーム操縦器の二つの電極に印加する電流量の差による前記導波路構造のガイドコア層の屈折率の変化によりビーム経路を移動させることを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源素子。
3. 前記ビーム操縦器は、前記ビーム経路に沿って前記導波路構造のガイドコア層の屈折率の変動及び光損失を最小化するために、前記ビーム経路の左右側に電気信号を印加できる二つの電極を備えることを特徴とする請求項２に記載の波長可変光源素子。
4. 前記凹回折格子は、ローランド円の形態を有し、前記ビーム操縦器は、前記ローランド円の一側に接することを特徴とする請求項１に記載の波長可変光源素子。
5. ビームを増幅させて出力させる第１光増幅器と、
   前記第１光増幅器を介して出力されるビームの経路を電気信号により移動させ、導波路構造を有するビーム操縦器と、
   前記ビーム操縦器を経て入射されるビームの角によって特定または複数の波長を有するビームに回折させて反射させる凹回折格子と、
   前記凹回折格子を介して反射される特定または複数の波長のビームを出力させる第２光増幅器または光導波路を備えてなり、
   前記第１光増幅器と、前記ビーム操縦器と、前記凹回折格子と、第２光増幅器または光導波路とは、一つの基板に単一集積されて構成されており、
   前記第１光増幅器から発生したビームは、前記ビーム操縦器に電気信号を印加することによって、前記導波路構造のガイドコア層の屈折率変化によりビーム経路が変更されて前記凹回折格子に入射され、前記凹回折格子により回折及び反射されて特定または複数の波長を有するビームは、前記ビーム操縦器を経て前記第１光増幅器に帰還されるか、第２光増幅器または光導波路に帰還されることによって、ビームの波長が可変されることを特徴とする波長可変光源素子。
6. 前記第２光増幅器または光導波路は、複数構成されていることを特徴とする請求項５に記載の波長可変光源素子。
7. 前記ビーム操縦器は、前記光増幅器と凹回折格子との間に位置し、前記ビーム操縦器の二つの電極に印加する電流量の差による導波路の屈折率の変化によりビーム経路を移動させることを特徴とする請求項５に記載の波長可変光源素子。
8. ビームを増幅させて出力させる光増幅器と、
   前記光増幅器を介して出力されるビームの経路を電気信号により移動させ、導波路構造を有するビーム操縦器と、
   前記ビーム操縦器を経て入射されるビームの角によって特定の波長を有するビームに回折させて反射させ、ローランド円の形態を有する凹回折格子とを備えてなり、
   前記光増幅器、前記ビーム操縦器及び前記凹回折格子は、一つの基板に単一集積されて構成されており
   前記光増幅器から発生したビームは、前記ビーム操縦器に電気信号を印加することによって、前記導波路構造のガイドコア層の屈折率の変化によりビーム経路が変更されて、前記凹回折格子のポール（ここで、ポールは凹回折格子円とローランド円とが出合う点）に入射され、前記凹回折格子により回折及び反射されて特定の波長を有するビームは、前記ビーム操縦器を経て前記光増幅器に帰還されてリットロー回折格子公式により波長が可変されることを特徴とする波長可変光源素子。
9. 前記リットロー回折格子公式は、
   ｍλ＝２ｎ_１ｄｓｉｎθであり、
   ここで、ｍは、回折次数、λは、波長、ｎ_１は、導波層の屈折率、ｄは、回折格子の周期、θは、入射角であり、前記入射角θは、凹回折格子円の中心から前記ポールまでの基準線と入射するビームの経路との間の角度を表すことを特徴とする請求項８に記載の波長可変光源素子。
10. ビームを増幅させて出力させる第１光増幅器と、
    前記第１光増幅器を介して出力されるビームの経路を電気信号により移動させ、導波路構造を有するビーム操縦器と、
    前記ビーム操縦器を経て入射されるビームの角によって特定または複数の波長を有するビームに回折させて反射させ、ローランド円の形態を有する凹回折格子と、
    前記凹回折格子を介して反射される特定または複数の波長のビームを出力させる第２光増幅器または光導波路と、を備えてなり、
    前記第１光増幅器と、前記ビーム操縦器と、前記凹回折格子と、第２光増幅器または光導波路とは、一つの基板に単一集積されて構成されており、
    前記第１光増幅器から発生したビームは、前記ビーム操縦器に電気信号を印加することによって、前記導波路構造のガイドコア層の屈折率変化によりビームの経路が変更されて、前記凹回折格子のポール（ここで、ポールは凹回折格子円とローランド円とが出合う点）に入射され、前記凹回折格子により回折及び反射されて特定または複数の波長を有するビームは、前記ビーム操縦器を経て前記第１光増幅器に帰還されて波長が可変されるか、または前記第２光増幅器または光導波路に帰還されることによって、リットマン回折格子公式により波長が可変されることを特徴とする波長可変光源素子。
11. 前記リットマン回折格子公式は、
    ｍλ＝ｎ _１ ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）であり、
    ここで、ｍは、回折次数、λは、波長、ｎ_１は、導波層の屈折率、ｄは、回折格子の周期、αは、入射角、βは、回折角であり、入射角αは、凹回折格子円の中心から前記ポールまでの基準線と入射するビームの経路との間の角度であり、回折角βは、前記基準線と前記第２光増幅器または光導波路に反射されるビームとの間の角度であることを特徴とする請求項１０に記載の波長可変光源素子。
12. 前記ビーム操縦器は、一定領域に電流を注入させて、前記導波路構造のガイドコア層の屈折率変化を円滑に行うための電流ブロック層を備えることを特徴とする請求項１、５、８、１０のいずれか一項に記載の波長可変光源素子。