JP4033887B2 - Dbr型波長可変光源 - Google Patents
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Description
図12Aにおいては、絶縁領域15a、15bは、上述した回折格子が存在しない領域として表現されている。これは、前述のように、絶縁領域15a、15bは、高抵抗のために電流が流れないので、回折格子を設けたとしても屈折率変化にはなんら寄与しない領域であるためである。したがって、絶縁領域15a、15bに回折格子が形成されていてもかまわない。
図14および図15は、DBR領域の長さに対する実効長の計算結果を示す図である(導波路伝播損失Γα=10cm−1を仮定した)。図14は、回折格子結合定数κをパラメータとして、DBR領域の長さと実効長の関係を示す図である。図15は、各結合定数値κにおける、実効長飽和値を示す表である。
図16は、従来技術にかかるDBR型波長可変光源のDBR制御電流と発振波長との関係を示す図である。連続的な波長シフトと、離散的なモード跳びを頻繁に繰り返している。発振波長の可変制御特性の全体は離散的なものとなり好ましくない。連続波長可変幅(連続波長シフト帯域幅)ΔλCONは、非特許文献3に従えば、以下の式で表わされる。
図18は、活性領域長Laを短縮したDBR型波長可変光源の波長可変特性を示す特性図である。活性領域長Laを短縮することで、連続可変できる波長範囲を広帯域化し、図18で示すように広いモードホップフリー(連続波長可変)な帯域が得られる。非特許文献3に示された実験結果によれば、活性領域長Laを変化させてDBR型レーザを作製し、理論値通りの広帯域化が得られている。
図19は、活性領域長Laを短縮したDBR型波長可変光源において、初期位相条件が適切でない場合の波長可変特性を示す特性図である。図19に示すように、上述した各条件を適切に設計しないと、波長シフトを開始した後すぐにモード跳びが生じてしまい、実用上の問題となっていた。
さらに、発振波長シフト量とブラッグ波長シフト量の比が0.9以上1.1以下であることが好ましい。この比がこの範囲に入っていれば、完全モードホップフリー条件(発振波長シフト量とブラッグ波長シフト量の比が1)を満たさなくても、ほとんどの場合にモード跳びが生じないからである。
さらに、本発明の別の実施態様においては、基板上に、クラッド層で囲まれた光導波路を備えるDBR型波長可変光源において、DBR制御電流により発振波長を可変制御が可能であって、実効長飽和値の75%以下の実効長に相当する長さの区間に回折格子を有するDBR領域を含む非活性領域光導波路と、前記非活性領域光導波路に光学的に接続され、前記DBR制御電流とは独立に活性領域電流により発光状態を制御される活性領域光導波路と、前記非活性領域光導波路の前記活性領域光導波路とは反対側の端面に配置された反射防止膜と、前記活性領域光導波路の前記非活性領域光導波路とは反対側の端面に配置された高反射膜とを備えることを特徴とする。すなわち、光源サイズをさらに小型化するには長い側の(第1の)DBR領域を高反射膜で置き換えたものが好ましい。
[図1B]本発明の実施例1に係るDBR型波長可変光源のIB−IBの断面図である。
[図2A]本発明の実施例2に係るDBR型波長可変光源を示す図である。
[図2B]本発明の実施例2に係るDBR型波長可変光源のIIB−IIBの断面図である上面図である。
[図3A]本発明の実施の形態に係るDBR型波長可変光源の波長シフトにおけるスペクトルを説明する図である。
[図3B]本発明の実施の形態に係るDBR型波長可変光源の波長シフトにおけるスペクトルを説明する図である。
[図3C]本発明の実施の形態に係るDBR型波長可変光源の波長シフトにおけるスペクトルを説明する図である。
[図4]本発明の実施の形態に係るDBR型波長可変光源の波長可変特性を示す特性図である。
[図5]発振波長シフト量のブラッグ波長シフト量に対する比を示す特性図である。
[図6]本発明の実施例1に係るDBR型波長可変光源の波長可変特性を示す特性図である。
[図7]本発明の実施例1に係る発振波長と式(1)による理論値からのずれ量を示す特性図である。
[図8]本発明の実施例1に係るDBR型波長可変光源のI−L特性を示す特性図である。
[図9]本発明の実施例1に係るDBR型波長可変光源において、閾値電流変動によりもたらされる波長シフトと図7で示す値との比較を示す特性図である。
[図10A]本発明の実施例3に係るDBR型波長可変光源を示す断面図である。
[図10B]本発明の実施例3に係るDBR型波長可変光源のXB−XBの断面図である。
[図11]本発明の実施例4に係る集積化したDBR型波長可変光源アレイの構成図である。
[図12A]従来技術に係るDBR型波長可変光源の構成を示す断面図である。
[図12B]従来技術に係るDBR型波長可変光源のXIIB−XIIBの断面図である。
[図13]光の反射の様子を示す図である。
[図14]実効長のDBR領域の長さに対する依存性を示す特性図である。
[図15]実効長の飽和値を示す表である。
[図16]従来技術に係るDBR型波長可変光源の波長可変制御特性を示す特性図である。
[図17A]従来技術に係るDBR型波長可変光源の波長シフトにおけるスペクトルを説明する図である。
[図17B]従来技術に係るDBR型波長可変光源の波長シフトにおけるスペクトルを説明する図である。
[図17C]従来技術に係るDBR型波長可変光源の波長シフトにおけるスペクトルを説明する図である。
[図18]活性領域を短縮したDBR型波長可変光源の波長可変特性を示す特性図である。
[図19]活性領域を短縮したDBR型波長可変光源において、初期位相条件が適切でない場合の波長可変特性を示す特性図である。
図5は、発振波長シフト量とブラッグ波長シフト量の比と、前側のDBR領域の長さとの関係を示す特性図である。活性領域光導波路22の長さをパラメータとして、30μm、54.5μm、100μmと変化させている。活性領域光導波路22の両端に接する絶縁領域25a、25bをそれぞれ10μm、後側のDBR領域29の長さを400μmとし、回折格子結合定数κを100cm−1とした。図5横軸の前側DBR領域24の長さについては、30、50、80、100μmから400μmまで変化させている。また、この実験に用いたDBR型波長可変光源のDBR領域は、導波路損失が下記の式(4)で表されるものを用いた。
図5より、前側DBR領域24の長さを短縮するにつれて、式(3)で示した条件に近づき、下記に説明するように連続波長シフト幅を広帯域化することがわかる。すなわち、活性領域光導波路22の長さを30μmとしたときは、前側DBR領域24の長さが200μm以上の範囲において、式(3)の条件が成立する理想的な波長可変特性を示した。しかし、活性領域光導波路22の長さを短縮し過ぎたため発振利得が不足し、発振波長を4nmシフトさせると発振が停止してしまう。
また、活性領域光導波路22の長さを100μmとしたときは、発振の停止は起こらないものの、発振波長シフト量とブラッグ波長シフト量の比の値が0.6〜0.7の範囲となり、理想的な条件(比が1)にすることができない。さらに、3nmの波長シフトを行ったところで、モード跳びが生じてしまう。
一方、活性領域光導波路22の長さを54.5μmとしたときは、広い波長帯域で連続波長シフトが可能である。そこで、活性領域光導波路22の長さを54.5μmとした場合において、連続波長シフト帯域が広くかつ比較的高出力が得られた素子(前側DBR領域24の長さが80μmの場合)の特性について、以下の実施例に基づいて、更に詳細に説明する。このとき、発振波長シフト量とブラッグ波長シフト量の比は、0.9である。
尚、絶縁領域25a、25bは、図1には示されていないが、電極28a、28b、28cにオーミック接触を取るための上クラッド層の上に形成したInGaAsP層の一部を除去して形成される領域である。電極28a、28b、28cを形成しない部分のInGaAsP層を除去することで、DBR制御電流27と活性領域電流26を分離する絶縁領域が25a、25b形成される。
図7は、本発明の実施例1に係るDBR型波長可変光源において、発振波長の実験値と式(1)による理論値とのずれ量を説明する特性図である。縦軸には、発振波長の連続波長シフト量の実験値と式(1)を用いた発振波長の連続波長シフト量の理論計算値との差分を示す。横軸には、DBR制御電流を示している。図7より、DBR制御電流27を増加させていくにしたがって、従来技術の式(1)から予測される連続波長シフト量計算値と比較して、約2nm大きい連続波長シフト量を生じていることがわかる。
図9は、本発明の実施例1に係るDBR型波長可変光源において、発振閾値電流の変動によりもたらされる発振波長シフト量と、図7で示した発振波長シフト量との比較を示す特性図である。上述の、発振閾値電流の変動による発振波長シフト量(DBR制御電流27をアースした時の閾値電流値は、DBR領域27へのリーク電流を考慮してある)のプロットと、図7に示したプロットを同一グラフ上に描いている。これより、両者は良好な一致を示した。
本実施例3のDBR型波長可変光源は、実施例1と同様に、基板41上に、活性領域光導波路42と、この活性領域光導波路42の両側にある非活性領域光導波路43a、43bが設けられている。非活性領域光導波路43a、43bには、それぞれ、DBR領域44a、44bが形成されている。活性領域光導波路42および非活性光導波路43a、43bの上方および側面には、上クラッド層9が形成されている。さらに、上クラッド層9の上には、DBR制御電流47を注入する電極48a、48bと、活性領域電流46を注入する電極48cが形成されている。電極48a、48bと電極48cは、高抵抗の領域である絶縁領域25a、25bによって、電気的に絶縁されている。非活性領域導波路43aの端面には、反射防止膜40が配置され、一方、非活性領域光導波路43bの端面には高反射膜49が配置されている。
実施例3においては、両方の非活性領域光導波路43a、43bにおいて、それぞれのDBR領域の長さを、実効長飽和値よりも短い実効長に相当するような長さにしている点に特徴がある。すなわち、実施例1においては、一方の非活性領域光導波路において、DBR領域の長さは、実効長飽和値の95%以上の長さの実効長に相当する長さであり、他方の非活性領域光導波路は、これより短い長さであった。これに対して本実施例3においては、両方の非活性領域光導波路43a、43bにおいて、両方のDBR領域の長さを、実効長飽和値よりも短い実効長に相当する長さとなるようにしている点に特徴がある。そして、一方の非活性光導波路43bの端面には、高反射膜49を配置し、他方の非活性領域光導波路43aの端面には、反射防止膜40を配置する構成となっている。この反射防止膜40のある端面から、発振光を出力する。高反射膜49のある側の非活性領域光導波路43bにおいては、DBR実効長が実効値飽和長より短いため、反射率は十分ではない。しかし、高反射膜49を配置することにより、十分な反射率を得ることができる。
本実施例3のDBR型波長可変光源においては、高反射側のDBR領域の長さを80μm、として、両方のDBR領域の長さ、すなわち両方の非活性領域光導波路43a、43bの長さが等しい構成となっている。しかし、両方の非活性領域光導波路の長さが同一である場合に限定されないのは言うまでもない。(本実施例3は、偶然に、前後のDBR領域の長さが等しい)。その他の素子パラメータは、実施例1の場合と同じである。
この実施例3の構造により、DBR型波長可変光源の素子全体の小型化が可能である。この実施例3のDBR型波長可変光源により、実施例1と同様に6nmの連続波長シフト幅と、1mW以上の高い光出力を得た。
各DBR型波長可変光源50a、50b、50c、50d、50e、50fの各回折格子のピッチはそれぞれ異なっており、波長可変が可能な光の波長帯域は異なっている。すなわち、DBR領域の回折格子ピッチが異なる6個の光源からの出力を光合成器55によって合成し、1ポート出力化することで、全体でより広い帯域で波長可変が可能な広帯域波長可変DBR−LDアレイを作成した。本実施例4においては、光合波部52は、S字状にカーブした光導波路と多モード干渉型カプラ(Multi−mode interference coupler:MMIカプラ)により構成した。カプラ部分は光が1ポートに集約できるものであれば、MMIカプラに限らない。出力端58には光出力の調整用に光増幅器部53を備えている。光増幅器の出力端58の端面とDBR−LDアレイ51の端面には反射防止膜を施した。
集積された各々のレーザは6nmの連続波長可変が可能で、全体で計36nm(6個×6nm=36nm:1530−1566nm)の連続波長可変幅が実現できた、また、同時に10mW以上の光出力が実現できた。本実施例4における、各DBR型波長可変光源50a、50b、50c、50d、50e、50fは、実施例1のDBR型波長可変光源に限られず、実施例2、実施例3の形態を使用することも可能である。
Claims (8)
- 基板上に、クラッド層で囲まれた光導波路を備えるDBR型波長可変光源において、
DBR制御電流により発振波長の可変制御が可能であって、実効長飽和値の95%以上の実効長に相当する長さの区間に回折格子を有する第1のDBR領域を含む第1の非活性領域光導波路と、
前記DBR制御電流により発振波長の可変制御が可能であって、実効長飽和値の75%以下の実効長に相当する長さの区間に回折格子を有する第2のDBR領域を含む第2の非活性領域光導波路であって、前記第2のDBR領域の長さは前記実効長が直線的に変化する範囲にあることと、
前記第1の非活性領域光導波路および前記第2の非活性領域光導波路が両端に光学的に接続され、前記DBR制御電流とは独立に活性領域電流により発光状態を制御される活性領域光導波路と
を備えたことを特徴とするDBR型波長可変光源。 - 基板上に、クラッド層で囲まれた光導波路を備えるDBR型波長可変光源において、
DBR制御電流により発振波長の可変制御が可能であって、実効長飽和値の75%以下の実効長に相当する長さの区間に回折格子を有する第1のDBR領域を含む第1の非活性領域光導波路であって、前記第1のDBR領域の長さは前記実効長が直線的に変化する範囲にあることと、
前記DBR制御電流により発振波長の可変制御が可能であって、実効長飽和値の75%以下の実効長に相当する長さの区間に回折格子を有する第2のDBR領域を含む第2の非活性領域光導波路であって、前記第2のDBR領域の長さは前記実効長が直線的に変化する範囲にあることと、
前記第1の非活性領域光導波路および前記第2の非活性領域光導波路が両端に光学的に接続され、前記DBR制御電流とは独立に活性領域電流により発光状態を制御される活性領域光導波路と、
前記第1の非活性領域光導波路の前記活性領域光導波路とは反対側の端面に配置された高反射膜と、
前記第2の非活性領域光導波路の前記活性領域光導波路とは反対側の端面に配置された反射防止膜と
を備えたことを特徴とするDBR型波長可変光源。 - 基板上に、クラッド層で囲まれた光導波路を備えるDBR型波長可変光源において、
DBR制御電流により発振波長の可変制御が可能であって、実効長飽和値の75%以下の実効長に相当する長さの区間に回折格子を有するDBR領域を含む非活性領域光導波路であって、前記第DBR領域の長さは前記実効長が直線的に変化する範囲にあることと、
前記非活性領域光導波路に光学的に接続され、前記DBR制御電流とは独立に活性領域電流により発光状態を制御される活性領域光導波路と、
前記非活性領域光導波路の前記活性領域光導波路とは反対側の端面に配置された反射防止膜と、
前記活性領域光導波路の前記非活性領域光導波路とは反対側の端面に配置された高反射膜と
を備えたことを特徴とするDBR型波長可変光源。 - 発振波長とブラッグ発振波長とがリンクしながら一体的にシフトすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のDBR型波長可変光源。
- 発振波長シフト量とブラッグ波長シフト量の比が0.9 以上1.0以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のDBR型波長可変光源。
- 前記各非活性導波路は、前記各DBR領域のいずれかと前記活性領域光導波路との間に、それぞれ絶縁領域を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のDBR型波長可変光源。
- 前記活性領域光導波路の長さが30μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のDBR型波長可変光源。
- 請求項1乃至7のいずれかに記載される複数のDBR型波長可変光源であって、前記複数のDBR型波長可変光源の各々の回折格子の周期が異なることと、
前記複数の複数のDBR型波長可変光源からの各々の出力光を1ポートにまとめて合成光を出力させるための光結合器と、
前記合成光の出力を調整する光半導体増幅器と
を備えることを特徴とする集積化DBR型波長可変光源。
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