JP4321970B2 - 半導体光増幅器およびａｓｅ放射用光源装置および光ゲートアレイおよび波長可変レーザ装置および多波長レーザ装置および光伝送システム - Google Patents
半導体光増幅器およびａｓｅ放射用光源装置および光ゲートアレイおよび波長可変レーザ装置および多波長レーザ装置および光伝送システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光増幅器およびＡＳＥ放射用光源装置および光ゲートアレイおよび波長可変レーザ装置および多波長レーザ装置および光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信では、光ファイバの伝搬損失や光部品の結合損失の補償として、光増幅器が用いられている。従来、半導体光増幅器としては、進行波型光増幅器が広く知られている。進行波型光増幅器は、一方の端面から入射した光が、入射光の波長に対して利得を有する利得領域を含む導波路を伝搬する過程で光増幅され、反対側の端面から出射される構造となっている。利得領域では、ｐ側電極とｎ側電極からそれぞれ正孔と電子が注入されて反転分布を形成しており、入射光と共鳴して誘導放出光が発生して光が増幅される。
【０００３】
石英系光ファイバにおいて、伝送損失が低く、長距離大容量伝送に適した波長帯は、１．２〜１．６μｍとなっている。１．２〜１．６μｍ帯のレーザ光を増幅する進行波型半導体光増幅器として、従来では、特開平９−１０５９６３や特開平１１−１８６６５４等に示されているものが知られている。すなわち、特開平９−１０５９６３，特開平１１−１８６６５４には、波長１．３μｍまたは１．５５μｍの光を増幅する光増幅器として、ＩｎＰ基板上に、ＩｎＰをクラッド層とし、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層を利得領域とする構成が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、波長１．２〜１．６μｍ帯の従来の半導体光増幅器は、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ系材料を結晶成長させて形成されている。しかしながら、利得領域となるＩｎＧａＡｓＰとキャリア障壁層となるＩｎＰとでは、伝導帯ヘテロ障壁高さが１５０〜２００ｍｅＶ程度と小さいことや、オージェ非発光再結合等によって、電子が利得領域からリークしやすくなっている。特に、高温動作時には電子リークが顕著となる。例えば、１．３μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ系レーザでは、特性温度が８０Ｋ程度であり、０．８５μｍ帯のＡｌＧａＡｓ系レーザの特性温度と比較して半分程度と低い値となっている。この傾向は、半導体光増幅器においても同様であり、高温になると利得領域からキャリアリークが発生して増幅率が飽和しやすくなってしまう。そのため、高温時には十分な光増幅率が得られないという問題があった。このことが、電子冷却装置を用いない低価格の光ＬＡＮシステムにおいて、半導体光増幅器の使用を困難にしていた。
【０００５】
本発明は、石英系光ファイバの長距離大容量伝送に適した１．２〜１．６μｍ帯のレーザ光に対応し、外部環境温度に対して光増幅率の変化が小さい半導体光増幅器およびＡＳＥ放射用光源装置および光ゲートアレイおよび波長可変レーザ装置および多波長レーザ装置および光伝送システムを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ＧａＡｓ基板と、利得領域と、利得領域に電流を注入するｐ側電極及びｎ側電極とを備えた半導体光増幅器において、前記利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる量子井戸層を複数積層した多重量子井戸構造で形成されており、該多重量子井戸構造は、エネルギーバンドギャップが異なる量子井戸層を複数積層して形成され、利得係数が均一化されていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の半導体光増幅器において、該半導体光増幅器の両端面には無反射膜が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器をＡＳＥ放射用光源に用いることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器をＧａＡｓ基板上に複数個配列して形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５記載の発明は、一対の反射鏡で構成された共振器内に、ＡＳＥ放射用光源と、ＡＳＥ放射用光源で発生した光を波長分波する波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する光ゲートアレイとを備えた波長可変レーザ装置において、ＡＳＥ放射用光源には請求項３記載のＡＳＥ放射用光源装置が用いられ、かつ、光ゲートアレイには請求項４記載の光ゲートアレイが用いられることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６記載の発明は、一対の反射鏡で構成された共振器内に、波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する半導体光増幅器とを備えた多波長レーザ装置において、半導体光増幅器には請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器が用いられることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７記載の発明は、複数の波長の光信号を送信する光送信モジュールと、光信号を伝送する光ファイバと、光信号を受光する光受信モジュールを備えた波長分割多重方式の光伝送システムにおいて、請求項６記載の多波長レーザ装置が光送信モジュールに用いられることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明の半導体光増幅器は、ＧａＡｓ基板（例えばＧａＡｓ単結晶基板）と、利得領域と、利得領域に電流を注入するｐ側電極及びｎ側電極とを備え、利得領域にはＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる半導体層が用いられることを特徴としている。
【００１６】
ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂ等のＶ族元素としてＡｓとＮを含む混晶半導体は、ＧａＡｓ基板上に単結晶薄膜を結晶成長可能であり、しかも石英光ファイバの伝送損失が低い波長１．２〜１．６μｍ帯のバンドギャップ波長を有することが知られている。従って、光ファイバ伝送に用いられる１．３μｍや１．５５μｍのレーザ光に対して利得を有している。
【００１７】
そして、Ｖ族元素としてＡｓとＮを含む混晶半導体は、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ系材料とヘテロ接合を形成した場合、価電子帯側に対する伝導帯側のバンド不連続比を大きくできることが知られている。また、ＧａＡｓ基板上に形成できるため、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰといったエネルギーバンドギャップの大きい材料をクラッド層に用いることができる。従って、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる利得領域とクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくとることができる。そのため、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、温度上昇による利得の減少を抑制することができる。従って、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる利得領域を備えた半導体光増幅器においては、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができる。
【００１８】
また、従来材料系であるＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ層の利得係数は、５００ｃｍ-1程度と低い値となっている（文献「ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．２７，ｐｐ１８０４−１８１１」を参照）。一方、ＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓ層（１．２μｍ帯）の利得係数は、２２４３ｃｍ-1という高い値が報告されている（文献「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．２０６−２０９」を参照）。図１０は、ＧａＡｓ基板上に１．３μｍ帯のＧａＩｎＮＡｓを活性層とする端面型半導体レーザを試作して、半導体レーザの閾電流密度Ｊthと全損失αの関係を実験的に求めた結果を示す図である。図７より、１．３μｍ帯においても、ＧａＩｎＮＡｓ層の利得係数Ｇ0は１５００ｃｍ-1という高い値が得られることが判明した。従って、ＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓ層は、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ材料に比べて、高い利得係数を有しており、１．２〜１．３μｍ帯の半導体光増幅器の利得領域として用いるのに適している。
【００１９】
なお、上記本発明の半導体光増幅器において、前記利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる量子井戸層を複数積層した多重量子井戸構造で形成されており、該多重量子井戸構造は、エネルギーバンドギャップが異なる量子井戸層を複数積層して形成されている。
【００２０】
このように、半導体光増幅器の利得領域がＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料で構成された量子井戸層で構成されているときには、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくできる。
【００２１】
さらに、各量子井戸層の混晶組成または井戸幅を変えることにより、各量子井戸層のエネルギーバンドギャップを異なるものにすることができる。この場合、各量子井戸層は異なる波長帯域に対して利得を有することになる。従って、エネルギーバンドギャップの異なる量子井戸層を組み合わせた多重量子井戸構造は、各量子井戸層の利得帯域を重ね合わせることにより広帯域の増幅帯域を有することができる。このような広帯域の光増幅器は、波長間隔が比較的広い波長多重分割方式の光伝送システムに応用することができる。
【００２２】
なお、異なるエネルギーバンドギャップを有する量子井戸層を組み合わせて増幅帯域を広げる得る場合に、各量子井戸層の利得を均一化することが重要である。しかし、エネルギーバンドギャップが異なると、量子井戸層の利得係数が異なり、また、量子井戸層へのキャリア閉じ込め障壁高さも変化してしまう。これに対し、本発明では、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂを用いて量子井戸層を構成しているので、量子井戸層に加える歪量やＮ組成を制御することにより、同じエネルギーバンドギャップのままで利得係数を変えることができる。また、Ｎ組成を増加することによって量子井戸層の伝導帯バンド端位置を低下でき、Ｓｂ組成を増加することによって伝導帯バンド端位置を上昇させることができる。これにより、量子井戸層の電子閉じ込め障壁高さをそろえることも可能である。従って、エネルギーバンドギャップの異なる量子井戸構造の利得係数を均一化することが可能となっている。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る半導体光増幅器の構成例を示す図である。なお、図１（ａ）は正面から見た断面図であり、図１（ｂ）は側面から見た断面図である。
【００２４】
図１を参照すると、この半導体光増幅器は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層１０２、ＧａＡｓ下部光導波層１０３、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０４、ＧａＡｓ上部光導波層１０５、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層１０６が順次に積層されている。
【００２５】
ここで、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０４は、例えば、層厚７ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層と層厚１０ｎｍのＧａＡｓ障壁層とが３周期積層されて構成されている。
【００２６】
そして、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層１０６上には、電流注入するストライプ領域の両側にｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７が形成されている。これは、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層１０６上に、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７を結晶成長した後に、ストライプ領域を硫酸系エッチング溶液で化学エッチングして形成することができる。すなわち、硫酸系エッチング溶液は、ＡｌＩｎＰをエッチングしてＧａＩｎＰをエッチングしないので、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７のみをエッチングすることができる。
【００２７】
そして、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７及びストライプ領域のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層１０６上に、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第２クラッド層１０８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９が順次に積層されている。
【００２８】
そして、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９上にはｐ側電極１１０が形成され、また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面にはｎ側電極１１１が形成されている。また、劈開で形成した素子の両端面Ｔ1，Ｔ2には、反射率０．２％以下の無反射膜１１２，１１３が形成されている。
【００２９】
図１の半導体光増幅器は進行波型となっている。すなわち、後端面Ｔ1から入射したレーザ光は、入射光の波長に対して利得を有するＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０４を含む導波路を伝搬する過程で光増幅され、反対側の前端面Ｔ2から出射される構造となっている。基板１０１と垂直な方向においては、ＧａＡｓ光導波層１０３，１０５が屈折率の低いクラッド層１０２，１０６，１０８ではさまれたＳＣＨ構造となっている。また、基板１０１に水平な方向においては、ストライプ領域の外側に設けられたｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７の屈折率がｐ型クラッド層１０６，１０８よりも低いため、ストライプ領域の内外で実効屈折率差を形成して光をストライプ領域に閉じ込める構造となっている。なお、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７は、導波路を伝搬する光に対して透明であるため、導波中に光を吸収することはない。
【００３０】
図１の半導体光増幅器では、順方向バイアスを印加することにより、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０４にはｐ側電極１１０とｎ側電極１１１とからそれぞれ正孔と電子とが注入されて反転分布が形成される。そのため、入射光と共鳴して誘導放出光が発生し、光が増幅される。
【００３１】
また、図１（ａ），（ｂ）の半導体光増幅器において、両端面に形成された無反射膜１１２，１１３は、ファブリペローモードによるレーザ発振を抑制しており、利得を平坦化するレーザ発振抑制手段としての機能を有している。図１の例では、ファブリペローモードによるレーザ発振を抑制するレーザ発振抑制手段として、両端面に無反射膜１１２，１１３を形成しているが、その他に、ストライプ構造の方向を光出射端面に垂直方向から傾ける方法や、光出射端面近傍に窓構造を形成する方法や、光出射端面近傍に光吸収領域を設ける方法や、これらの方法を無反射膜と併用する方法などを用いることもできる。
【００３２】
図１の半導体光増幅器は、ＧａＡｓ基板１０１上にＧａＩｎＮＡｓを利得領域（量子井戸層）として備えている。ＧａＡｓ基板上に結晶成長したＧａＩｎＮＡｓは、バンドギャップ波長１．２〜１．６μｍを有している。従って、光ファイバ伝送に用いられる１．３μｍや１．５５μｍの波長に対して利得を有している。そして、ＧａＩｎＮＡｓは、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ系材料とヘテロ接合を形成した場合、価電子帯に対する伝導帯のバンド不連続比が大きくできることが知られている。また、ＧａＡｓ基板上に形成できるため、ワイドギャップのＧａＩｎＰやＡｌＧａＡｓをクラッド層に用いることができる。従って、ＧａＩｎＮＡｓ利得領域とクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。そのため、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、温度上昇による利得の減少を抑制することができる。従って、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができる。
【００３３】
図１においては、ＧａＡｓ基板１０１上に形成する長波長帯の利得領域（量子井戸層）として、ＧａＩｎＮＡｓ材料を用いたが、これのかわりに、ＧａＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料を用いることもでき、この場合でも同様な効果が得られる。
【００３４】
また、図１においては、１つの素子としての半導体光増幅器となっているが、ストライプ領域を複数形成することにより、同一基板上に１次元アレイをモノリシックに形成することも可能である。
【００３５】
また、図２は本発明に係る半導体光増幅器の他の構成例を示す図であり、図２の例では、半導体光増幅器は面型半導体光増幅器として構成されている。すなわち、図２を参照すると、この半導体光増幅器は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓのＤＢＲ２０１、ｎ型ＧａＡｓ下部スペーサ層２０２、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層２０３、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層２０４、ｐ型ＧａＡｓ上部スペーサ層２０５、ｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓのＤＢＲ２０６が順次に積層されている。
【００３６】
ここで、ｎ型ＤＢＲ２０１及びｐ型ＤＢＲ２０６は、高屈折率であるＧａＡｓと低屈折率であるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓとを、動作波長の１／４の光学的厚さで交互に積層して形成した反射鏡である。
【００３７】
また、ｎ型ＧａＡｓ下部スペーサ層２０２、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層２０３、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層２０４、ｐ型ＧａＡｓ上部スペーサ層２０５の層厚を合計した厚さは、動作波長の１／２の光学的厚さに対して整数倍となるように設計されている。
【００３８】
そして、図２の半導体光増幅器では、円形状の電流注入領域を除く活性層近傍にプロトンが注入されて高抵抗領域２０７が形成されている。
【００３９】
また、図２において、ｐ型ＤＢＲ２０６上にはｐ側電極１１０が形成され、また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面にはｎ側電極１１１が形成されている。そして、ｐ側電極１１０とｎ側電極１１１においては、それぞれ、光を入出射させるために、電流注入領域の上下の電極が除去されて、開口部が形成されている。
【００４０】
図２の半導体光増幅器は、光を基板の主平面に対して垂直な方向に入出射させる面型となっている。すなわち、ｐ側電極１１０側から光が入射し、入射光の波長に対して利得を有するＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層２０３を含むｐ型ＤＢＲ２０６とｎ型ＤＢＲ２０１の間で多重反射して光が増幅され、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１側から出射される構造となっている。従って、ｐ型ＤＢＲ２０６とｎ型ＤＢＲ２０１との間で共振する波長に対して高い利得を有する共振型光増幅器となっている。なお、ｎ型ＤＢＲ２０１の反射率は、高注入時においても半導体光増幅器自身がレーザ発振しないように、７０〜９０％に低下させている。
【００４１】
図２の面型半導体光増幅器も、図１の半導体光増幅器と同様に、ＧａＡｓ基板１０１上にＧａＩｎＮＡｓを利得領域として備えている。従って、光ファイバ伝送に用いられる１．３μｍや１．５５μｍの長波長帯に対応している。そして、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層とｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層２０４との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。そのため、外部環境温度が高くなっても、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層から電子が急激にオーバーフローすることがなく、温度上昇による利得の減少を抑制することができる。従って、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができる。
【００４２】
また、図２の半導体光増幅器は面型であるため、図１の半導体光増幅器のように光入出射面を劈開面で形成する必要がない。従って、半導体光増幅器をＧａＡｓ基板上にモノリシック集積して、２次元アレイを形成することも可能である。従って、高密度の並列集積化に有利となっている。
【００４３】
また、図２においては、光を基板の表面から裏面に透過させて増幅しているが、９９％以上の高反射率を有するｎ型ＤＢＲ２０１を用いて、光を基板の表面側から入出射させる反射型増幅器を構成することも可能である。
【００４４】
また、本発明は、上述した本発明の半導体光増幅器をＡＳＥ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）放射用光源に用いたＡＳＥ放射用光源装置を構成することもできる。
【００４５】
すなわち、本発明の半導体光増幅器は、利得領域に電流を注入して反転分布を形成している。そして、光を入出力させる端面の反射率を１％未満に抑制して光が共振しないようにしている。従って、利得領域で発生した自然放出光は誘導放出により増幅されて、高出力のＡＳＥが発生する。従って、半導体光増幅器に信号光を入射させない状態で、かつ高注入においてレーザ発振を抑制することにより、ＡＳＥを放射する光源として用いることができる。
【００４６】
そして、上述した本発明の半導体光増幅器は、利得領域がＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料で構成されているため、利得領域とクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。従って、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがない。そのため、高温時でも高出力のＡＳＥを発生させることが可能である。
【００４７】
また、上述した本発明の半導体光増幅器をＧａＡｓ基板（ＧａＡｓ単結晶基板）上に複数個配列して光ゲートアレイを形成することもできる。
【００４８】
すなわち、半導体光増幅器にバイアス電流を注入しない場合、利得領域は入射光を吸収する。一方、半導体光増幅器にバイアス電流を注入した状態で光を入射させると、１０〜２０ｄＢ程度光を増幅できる。従って、半導体光増幅器はバイアス電流によって入射光の通過／遮蔽を制御する光ゲートとして機能する。そして、このような半導体光増幅器を基板上に複数個配列することで、並列光信号の通過チャンネルを選択する光ゲートアレイを形成することができる。
【００４９】
本発明の光ゲートアレイを構成する半導体光増幅器の利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料で構成されている。そのため、利得領域とクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。従って、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、高温時でも高い光増幅率を維持することができる。そのため、光ゲートを通過する光信号のＳ／Ｎ比が劣化することがなく、外部環境温度に対して安定に動作する光ゲートアレイを形成することができる。
【００５０】
また、本発明の波長可変レーザ装置は、一対の反射鏡で構成された共振器内に、ＡＳＥ放射用光源と、ＡＳＥ放射用光源で発生した光を波長分波する波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する光ゲートアレイとを備え、ＡＳＥ放射用光源には前述した本発明のＡＳＥ放射用光源装置が用いられ、また、光ゲートアレイには前述した本発明の光ゲートアレイが用いられることを特徴としている。
【００５１】
ＡＳＥ放射用光源で発生した光は、発光スペクトル幅が広いＡＳＥ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）となっている。ＡＳＥ放射用光源で発生した光は、波長分波器を導波する過程で、各波長成分に空間的に分岐して出力される。波長分波器としては、例えばａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ素子が用いられる。波長分波器を通った光は、光ゲートアレイに入力される。光ゲートアレイを構成する各半導体光増幅器に入力される光は、波長分波器で波長が選択されて狭スペクトル幅の光となっており、それぞれ波長が異なっている。光ゲートアレイにおいては、異なる波長の中から所望の波長に対応した半導体光増幅器にだけバイアス電流を加えることにより、選択した波長の光のみを選択して増幅する。それ以外の波長の光は、バイアスしていない半導体光増幅器を導波する過程で吸収されて減衰する。光ゲートアレイで選択された波長の光は、ＡＳＥ放射用光源の後端面側と光ゲートアレイの前端面側に設けられた反射鏡とで構成される共振器内で共振し、レーザ発振する。従って、波長は光ゲートアレイを構成する半導体光増幅器のアレイ数に対応してデジタル的に分割されて選択される。
【００５２】
前述した本発明のＡＳＥ放射用光源装置は、高温高出力動作が可能である。また、前述した本発明の光ゲートアレイは、外部環境温度に対して安定に動作する。従って、前述した本発明のＡＳＥ放射用光源装置，光ゲートアレイを用いて波長可変レーザ装置を構成することにより、外部環境温度の変化に対して安定な光源を形成できる。そして、電子冷却装置による精密な温度制御を必要としないため、低コストで製造することができる。
【００５３】
図３は本発明に係る波長可変レーザ装置の構成例を示す図である。図３を参照すると、この波長可変レーザ装置は、Ｓｉ基板６０６上に、光を発生するＡＳＥ放射用光源６０１と、ＡＳＥ放射用光源６０１で発生した光を波長分波する波長分波器６０２と、半導体光増幅器６０４がアレイ状にモノリシック集積して形成された光ゲートアレイ６０３と、光ゲートアレイ６０３から出力された光を１本の光導波路に結合する合波器６０５とを有している。
【００５４】
このような構成の波長可変レーザ装置は、次のように動作する。すなわち、ＡＳＥ放射用光源６０１で発生した光は発光スペクトル幅が広いＡＳＥとなっている。ＡＳＥ放射用光源６０１で発生した光は、波長分波器６０２を導波する過程で、各波長成分に空間的に分岐して出力される。なお、波長分波器６０２としては、ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ素子を用いることができる。波長分波器６０２を通った光は、光ゲートアレイ６０３に入力される。光ゲートアレイ６０３は、ｎチャンネルの進行波型半導体光増幅器６０４がアレイ状にモノリシック集積して形成されている。光ゲートアレイ６０３の各半導体光増幅器６０４に入力される光は、波長分波器６０２で波長が選択された光となっており、それぞれ波長がλ１〜λｎまで異なっている。光ゲートアレイ６０３においては、λ１〜λｎの波長の中から所望の波長に対応した半導体光増幅器にだけバイアス電流を加えることにより、選択した波長の光のみを選択して増幅する。それ以外の波長の光は、バイアスしていない半導体光増幅器を導波する過程で吸収されて減衰する。光ゲートアレイ６０３で選択された波長の光は、ＡＳＥ放射用光源６０１の後端面と半導体光増幅器６０４の前端面とで構成される共振器内で共振し、レーザ発振する。選択される波長は光ゲートアレイ６０３を構成する半導体光増幅器６０４のアレイ数に対応してデジタル的に分割される。光ゲートアレイ６０３から出力される光は、合波器６０５で共通の光導波路に結合されて、外部に出射される。
【００５５】
なお、図３に示す波長可変レーザ装置の光変調は、半導体光増幅器６０４に加えるバイアス電流をオン／オフすることによって行われる。また、光出力は、ＡＳＥ放射用光源６０１の注入電流及び半導体光増幅器６０４のバイアス電流によって制御することができる。
【００５６】
図４（ａ），（ｂ）は、図３に示した波長可変レーザ装置に用いられているＡＳＥ放射用光源６０１の構成例を示す図である。なお、図４（ａ）は正面から見た断面図であり、図４（ｂ）は上面から見た図である。図４（ａ）を参照すると、ＡＳＥ放射用光源６０１の積層構成は、図１に示した半導体光増幅器と同様な構造となっている。そして、劈開で形成した素子の前端面Ｔ2には、反射率０．２％以下の無反射膜７０３が形成されており、後端面Ｔ1には反射率９９％の高反射膜７０２が形成されている。また、電流注入するストライプ領域７０４は、光を出射する前端面Ｔ2近傍では素子端面に垂直な方向から１０°傾けた構造となっている。
【００５７】
図４（ｃ）は、図４（ａ）において活性領域であるＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造７０１の構造を示す図である。図４（ｃ）を参照すると、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造７０１は、４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ，７０５ｄの上下をＧａＡｓ障壁層７０６ではさんだ構成となっている。４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ，７０５ｄのバンドギャップ波長は、混晶組成及び井戸幅を変えることにより、それぞれ異なっている。各井戸層７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ，７０５ｄのバンドギャップ波長は、例えば、７０５ａが１．２０μｍ、７０５ｂが１．２４μｍ、７０５ｃが１．２８μｍ、７０５ｄが１．３２μｍに設定することができる。
【００５８】
図４のＡＳＥ放射光源は、図１に示した半導体光増幅器を応用している。すなわち、図４において、ｐ側電極１１０とｎ側電極１１１に順方向バイアス電流を加えると、多重量子井戸活性層７０１中で正孔と電子が再結合して、自然放出及び誘導放出が発生する。前端面Ｔ2に無反射膜７０３が形成されているため、多重量子井戸活性層７０１で発生した光は多重反射による共振が抑制されて、レーザ発振することなく前端面Ｔ2から出射される。このとき、自然放出光が利得領域自身の反転分布により光増幅されてＡＳＥとして放射される。
【００５９】
半導体光増幅器をＡＳＥ放射用光源として用いる場合、信号光を後端面Ｔ1から素子に入力させる必要がない。従って、図４に示すＡＳＥ放射用光源では後端面Ｔ1に反射率９９％の高反射膜７０２を形成して、ＡＳＥを効率良く前端面Ｔ2から取り出せるようにしている。また、電流注入するストライプ領域７０１が図７（ｂ）に示すように、光出射端面近傍では端面に垂直な方向から１０°傾けた構造となっている。従って、前端面Ｔ2で反射されて利得領域に戻る光の成分を更に低減させて、半導体光増幅器の両端面で形成される共振器内でレーザ発振することを抑制している。
【００６０】
そして、図４に示すＡＳＥ放射用光源においては、利得領域がＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層で構成されているため、利得領域とＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。従って、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがない。そのため、高温時でも反転分布状態を維持して高出力のＡＳＥを発生させることが可能である。
【００６１】
また、図４のＡＳＥ放射用光源では、図４（ｃ）に示すように、利得領域である多重量子井戸活性層７０１を構成する４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ，７０５ｄのバンドギャップ波長が異なるように形成されている。そのため、各ＧａＩｎＮＡｓ井戸層７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ，７０５ｄは異なる波長帯域に対して利得を有することになる。従って、エネルギーバンドギャップの異なるＧａＩｎＮＡｓ井戸層を組み合わせた多重量子井戸活性層７０１は、各井戸層の利得帯域を重ねあわせることにより、１．２０〜１．３２μｍと広帯域の増幅帯域を有することができる。従って、図４のＡＳＥ放射用光源は広帯域のＡＳＥを発生させることができるため、図３に示す波長可変レーザ装置の波長変化量を拡大することができる。
【００６２】
また、図３の波長可変レーザ装置において、光ゲートアレイ６０３は、ＧａＡｓ基板上に、図１に示したような進行波型半導体光増幅器６０４をアレイ状にｎ個モノリシック集積して構成されている。ここで、アレイ数ｎは、例えば８に設定されている。この場合には、光ゲートアレイ６０３によって１．２０〜１．３２μｍの波長範囲から８波長を選択可能となっている。また、ＡＳＥ放射用光源６０１の後端面と半導体光増幅器６０４の前端面とで共振器を構成するために、半導体光増幅器６０４の前端面には反射率１０％の低反射膜を形成している。
【００６３】
光ゲートアレイ６０３において、半導体光増幅器６０４の利得領域はＧａＩｎＮＡｓで構成されており、利得領域とＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。従って、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、高温時でも高い光増幅率を維持することができる。そのため、光ゲートアレイ６０３を通過する光信号のＳ／Ｎ比の劣化を防止することができ、外部環境温度に対して安定に動作する。
【００６４】
以上述べたように、図３の波長可変レーザ装置は、高温高出力動作が可能であるＡＳＥ放射光源６０１と、外部環境温度に対して安定に動作する光ゲートアレイ６０３とを能動素子に用いている。従って、外部環境温度の変化に対して安定な光源を形成することができる。そして、電子冷却装置によって装置を精密に温度制御する必要がないため、低コストで製造することができる。
【００６５】
また、本発明の多波長レーザ装置は、一対の反射鏡で構成された共振器内に、波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する半導体光増幅器とを備え、半導体光増幅器には、前述した本発明の半導体光増幅器が用いられることを特徴としている。
【００６６】
一対の反射鏡で構成された共振器内に設けられた半導体光増幅器で発生した光は発光スペクトル幅が広いＡＳＥとなっている。半導体光増幅器で発生した光は波長分波器に入力され、波長分波器を導波して反対側に設けられた反射鏡で反射し、再び波長分波器を導波して半導体光増幅器に帰還する。このとき、半導体光増幅器に帰還する光は、波長分波器によって波長が空間的に分岐されて狭スペクトル幅の光となっているため、特定の波長の光のみが増幅される。これを繰り返すことにより、波長分波器によって波長が選択された光は、共振器内でレーザ発振する。そして、波長分波器が異なる波長を出力する位置に半導体光増幅器を複数設けることにより、それぞれ別の波長でレーザ発振する多波長レーザ装置を実現できる。
【００６７】
前述した本発明の半導体光増幅器は、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができ、高温時でも安定して高い増幅率を有している。従って、前述した本発明の半導体光増幅器を多波長レーザ装置に用いることにより、外部環境温度の変化に対して安定な多波長レーザ装置を形成できる。また、電子冷却装置による精密な温度制御を必要としないため、低コストで製造することができる。
【００６８】
なお、この多波長レーザ装置においては、光信号の変調を、図３に示した波長可変レーザ装置と同様に、半導体光増幅器に注入するバイアス電流のオン／オフによって行なうようになっている。
【００６９】
また、本発明は、複数の波長の光信号を送信する光送信モジュールと、光信号を伝送する光ファイバと、光信号を受光する光受信モジュールを備えた波長分割多重方式の光伝送システムにおいて、光送信モジュールに前述した本発明の多波長レーザ装置が用いられることを特徴としている。
【００７０】
波長分割多重方式は、１本の光ファイバ中を複数の波長の光信号で多重化して並列に伝送することにより、伝送容量を増加させる方式である。この場合、波長の異なる光信号源が必要であり、低コストの多波長光源が求められている。本発明の波長分割多重方式の光伝送システムにおいては、前述した多波長レーザ装置を光送信モジュールに用いている。前述した本発明の多波長レーザ装置は、既に述べたように外部環境温度の変化に対して光出力や変調特性が安定して動作する。そのため、電子冷却装置による精密な温度制御を必要とせず、多波長レーザ装置を低コストで製造することができる。従って、これを用いた波長分割多重方式の光伝送システムについても低コスト化することができる。
【００７１】
図５は、本発明に係る光伝送システムの構成例を示す図である。図５の光伝送システムは、光送信モジュール８０１と、光受信モジュール８０２と、光ファイバケーブル８０３とを備えている。
【００７２】
ここで、光ファイバケーブル８０３としては、石英をコア及びクラッドとするシングルモードファイバを用いることができる。そして、光送信モジュール８０１は、駆動制御回路８０５と、多波長レーザ装置８０４とを備えており、１本の光ファイバ中を互いに異なる複数の波長の光信号で多重化して並列に伝送することにより、伝送容量を増加させる波長多重分割方式を採用している。また、光受信モジュール８０２は、受信装置８０６と、受信回路８０７とを備えている。
【００７３】
このような構成の光伝送システムでは、光送信モジュール８０１に入力した電気信号は、最初に駆動制御回路８０５に入力される。駆動制御回路８０５では、多波長レーザ装置８０４の各波長のレーザに電流を注入して発振させ、また信号に応じてレーザ光強度を変調する。多波長レーザ装置８０４は、複数の波長のレーザ光を独立に変調して１本の光ファイバケーブル８０３に光信号を送り込む。光信号は光ファイバケーブル８０３を導波して光受信モジュール８０２中の受光装置８０６に入力される。受光装置８０６では、光信号を波長分波器で別々の波長成分に分離した後に、各波長成分の光をフォトダイオードやアバランシェフォトダイオード等で電気信号に変換する。その後、受信回路８０７で電気信号が増幅，波形整形されて出力される。
【００７４】
図６は、図５に示した光伝送システムに用いられている多波長レーザ装置８０４の構成例を示す図である。図６において、符号６０４はＡＳＥを発生させ、また発生したＡＳＥを増幅する機能を有する半導体光増幅器である。半導体光増幅器６０４は、同一基板上に複数個モノリシック集積して形成されている。また、符号６０２は半導体光増幅器６０４で発生した光を波長分波する波長分波器である。波長分波器６０２において、半導体光増幅器６０４が設けられている側と反対側には高反射膜９０１が形成されている。また、符号９０２は波長分波器６０２で分波されたそれぞれの光強度を変調する電界吸収型半導体光変調器であり、符号６０５は波長分波器６０２で分波された光を１本の光導波路に結合する合波器である。また、符号６０６は上記の部品が配列されているＳｉ基板である。
【００７５】
このような構成の多波長レーザ装置の動作は、次のとおりである。すなわち、半導体光増幅器６０４で発生した光は発光スペクトル幅が広いＡＳＥとなっている。半導体光増幅器６０４で発生した光は、波長分波器６０２に入力され、波長分波器６０２を導波して反対側に設けられた高反射膜９０１で反射され、再び波長分波器６０２を導波して半導体光増幅器６０４に帰還する。このとき、半導体光増幅器６０４に帰還する光は、波長分波器６０２によって波長が空間的に分岐されて狭スペクトル幅の光となっているため、特定の波長の光のみが増幅される。半導体光増幅器６０４の前端面には反射率１０％の低反射膜が形成されており、高反射膜９０１と半導体光増幅器６０４の前端面とで共振器を構成してレーザ発振する。半導体光増幅器６０４は、波長分波器６０２が異なる波長を出力する位置に複数設けられており、それぞれ別の波長の光を増幅してレーザ発振させることにより、多波長レーザ装置を実現できる。図４の例では、４素子の半導体光増幅器を用いており、それぞれ１．２０μｍ，１．２４μｍ，１．２８μｍ，１．３２μｍでレーザ発振させている。
【００７６】
図６の多波長レーザ装置において、半導体光増幅器６０４には図１に示した半導体光増幅器が用いられている。従って、利得領域がＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層で構成されているため、利得領域とＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。従って、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがない。そのため、高温時でも高い光増幅率を維持することができ、外部環境温度に対して安定に動作する。
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１乃至請求項２記載の発明によれば、ＧａＡｓ基板と、利得領域と、利得領域に電流を注入するｐ側電極及びｎ側電極とを備えた半導体光増幅器において、利得領域にはＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる半導体層が用いられるので、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、温度上昇による利得の減少を抑制することができる。従って、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができる。
【００７８】
特に、請求項１記載の発明によれば、前記利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる量子井戸層を複数積層した多重量子井戸構造で形成されており、該多重量子井戸構造は、エネルギーバンドギャップが異なる量子井戸層を複数積層して形成されているので（各量子井戸層の混晶組成または井戸幅が異なるように形成されているので）、上記効果に加えて、増幅帯域を広帯域化することができる。
【００７９】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器をＡＳＥ放射用光源に用いることを特徴とするＡＳＥ放射用光源装置であり、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器は、利得領域がＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料で構成されているため、外部環境温度が高くなっても利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがない。そのため、高温時でも高出力のＡＳＥを発生させることができる。
【００８０】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器をＧａＡｓ基板上に複数個配列して形成されていることを特徴とする光ゲートアレイであり、光ゲートアレイを構成する半導体光増幅器の利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料で構成されているため、外部環境温度が高くなっても利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、高温時でも高い光増幅率を維持することができる。そのため、光ゲートを通過する光信号のＳ／Ｎ比が劣化することがなく、外部環境温度に対して安定に動作することができる。
【００８１】
また、請求項５記載の発明によれば、一対の反射鏡で構成された共振器内に、ＡＳＥ放射用光源と、ＡＳＥ放射用光源で発生した光を波長分波する波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する光ゲートアレイとを備えた波長可変レーザ装置において、ＡＳＥ放射用光源には請求項３記載のＡＳＥ放射用光源装置が用いられ、かつ、光ゲートアレイには請求項４記載の光ゲートアレイが用いられるようになっており、請求項３記載のＡＳＥ放射用光源装置は高温高出力動作が可能であり、また、請求項４記載の光ゲートアレイは、外部環境温度に対して安定に動作するので、外部環境温度の変化に対して安定な波長可変レーザ装置を提供できる。そして、電子冷却装置による精密な温度制御を必要としないため、低コストで製造することができる。
【００８２】
また、請求項６記載の発明によれば、一対の反射鏡で構成された共振器内に、波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する半導体光増幅器とを備えた多波長レーザ装置において、半導体光増幅器には請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器が用いられるようになっており、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器は、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができ、高温時でも安定して高い増幅率を有しているので、外部環境温度の変化に対して安定な多波長レーザ装置を提供できる。また、電子冷却装置による精密な温度制御を必要としないため、低コストで製造することができる。
【００８３】
また、請求項７記載の発明によれば、複数の波長の光信号を送信する光送信モジュールと、光信号を伝送する光ファイバと、光信号を受光する光受信モジュールを備えた波長分割多重方式の光伝送システムにおいて、請求項６記載の多波長レーザ装置が光送信モジュールに用いられるようになっており、請求項６の多波長レーザ装置は、外部環境温度の変化に対して安定に動作するため、電子冷却装置による精密な温度制御を必要としない。従って、多波長レーザ装置を低コストで製造することができ、それを用いた光伝送システムを低コスト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体光増幅器の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る半導体光増幅器の他の構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る波長可変レーザ装置の構成例を示す図である。
【図４】図３の波長可変レーザ装置に用いられているＡＳＥ放射用光源の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る光伝送システムの構成例を示す図である。
【図６】図５に示した光伝送システムに用いられている多波長レーザ装置の構成例を示す図である。
【図７】ＧａＡｓ基板上に１．３μｍ帯のＧａＩｎＮＡｓを活性層とする端面型半導体レーザを試作して、半導体レーザの閾電流密度Ｊthと全損失αの関係を実験的に求めた結果を示す図である。
【符号の説明】
１０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１０３ ＧａＡｓ下部光導波層
１０４ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
１０５ ＧａＡｓ上部光導波層
１０６ ｐ型ＧａＩｎＰ第１クラッド層
１０７ ｎ型ＡｌＩｎＰブロック層
１０８ ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層
１０９ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１１０ ｐ側電極
１１１ ｎ側電極
１１２ 後端面無反射膜
１１３ 前端面無反射膜
２０１ ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ
２０２ ｎ型ＧａＡｓ下部スペーサ層
２０３ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
２０４ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャリアブロック層
２０５ ｐ型ＧａＡｓ上部スペーサ層
２０６ ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ
２０７ 高抵抗領域
６０１ ＡＳＥ光源
６０２ 分波器
６０３ 光ゲートアレイ
６０４ 半導体光増幅器
６０５ 合波器
６０６ Ｓｉ基板
７０１ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
７０２ 無反射膜
７０３ 高反射膜
７０４ ストライプ領域
７０５ａ，ｂ，ｃ，ｄ ＧａＩｎＮＡｓ井戸層
７０６ ＧａＡｓ障壁層
８０１ 光送信モジュール
８０２ 光受信モジュール
８０３ 光ファイバケーブル
８０４ 多波長レーザ装置
８０５ 駆動制御回路
８０６ 受光装置
８０７ 受信回路
９０１ 高反射膜
９０２ 電界吸収型光変調器
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体光増幅器およびＡＳＥ放射用光源装置および光ゲートアレイおよび波長可変レーザ装置および多波長レーザ装置および光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信では、光ファイバの伝搬損失や光部品の結合損失の補償として、光増幅器が用いられている。従来、半導体光増幅器としては、進行波型光増幅器が広く知られている。進行波型光増幅器は、一方の端面から入射した光が、入射光の波長に対して利得を有する利得領域を含む導波路を伝搬する過程で光増幅され、反対側の端面から出射される構造となっている。利得領域では、ｐ側電極とｎ側電極からそれぞれ正孔と電子が注入されて反転分布を形成しており、入射光と共鳴して誘導放出光が発生して光が増幅される。
【０００３】
石英系光ファイバにおいて、伝送損失が低く、長距離大容量伝送に適した波長帯は、１．２〜１．６μｍとなっている。１．２〜１．６μｍ帯のレーザ光を増幅する進行波型半導体光増幅器として、従来では、特開平９−１０５９６３や特開平１１−１８６６５４等に示されているものが知られている。すなわち、特開平９−１０５９６３，特開平１１−１８６６５４には、波長１．３μｍまたは１．５５μｍの光を増幅する光増幅器として、ＩｎＰ基板上に、ＩｎＰをクラッド層とし、ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸層を利得領域とする構成が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、波長１．２〜１．６μｍ帯の従来の半導体光増幅器は、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ系材料を結晶成長させて形成されている。しかしながら、利得領域となるＩｎＧａＡｓＰとキャリア障壁層となるＩｎＰとでは、伝導帯ヘテロ障壁高さが１５０〜２００ｍｅＶ程度と小さいことや、オージェ非発光再結合等によって、電子が利得領域からリークしやすくなっている。特に、高温動作時には電子リークが顕著となる。例えば、１．３μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ系レーザでは、特性温度が８０Ｋ程度であり、０．８５μｍ帯のＡｌＧａＡｓ系レーザの特性温度と比較して半分程度と低い値となっている。この傾向は、半導体光増幅器においても同様であり、高温になると利得領域からキャリアリークが発生して増幅率が飽和しやすくなってしまう。そのため、高温時には十分な光増幅率が得られないという問題があった。このことが、電子冷却装置を用いない低価格の光ＬＡＮシステムにおいて、半導体光増幅器の使用を困難にしていた。
【０００５】
本発明は、石英系光ファイバの長距離大容量伝送に適した１．２〜１．６μｍ帯のレーザ光に対応し、外部環境温度に対して光増幅率の変化が小さい半導体光増幅器およびＡＳＥ放射用光源装置および光ゲートアレイおよび波長可変レーザ装置および多波長レーザ装置および光伝送システムを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ＧａＡｓ基板と、利得領域と、利得領域に電流を注入するｐ側電極及びｎ側電極とを備えた半導体光増幅器において、前記利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる量子井戸層を複数積層した多重量子井戸構造で形成されており、該多重量子井戸構造は、エネルギーバンドギャップが異なる量子井戸層を複数積層して形成され、利得係数が均一化されていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載の半導体光増幅器において、該半導体光増幅器の両端面には無反射膜が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器をＡＳＥ放射用光源に用いることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器をＧａＡｓ基板上に複数個配列して形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５記載の発明は、一対の反射鏡で構成された共振器内に、ＡＳＥ放射用光源と、ＡＳＥ放射用光源で発生した光を波長分波する波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する光ゲートアレイとを備えた波長可変レーザ装置において、ＡＳＥ放射用光源には請求項３記載のＡＳＥ放射用光源装置が用いられ、かつ、光ゲートアレイには請求項４記載の光ゲートアレイが用いられることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６記載の発明は、一対の反射鏡で構成された共振器内に、波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する半導体光増幅器とを備えた多波長レーザ装置において、半導体光増幅器には請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器が用いられることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７記載の発明は、複数の波長の光信号を送信する光送信モジュールと、光信号を伝送する光ファイバと、光信号を受光する光受信モジュールを備えた波長分割多重方式の光伝送システムにおいて、請求項６記載の多波長レーザ装置が光送信モジュールに用いられることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
本発明の半導体光増幅器は、ＧａＡｓ基板（例えばＧａＡｓ単結晶基板）と、利得領域と、利得領域に電流を注入するｐ側電極及びｎ側電極とを備え、利得領域にはＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる半導体層が用いられることを特徴としている。
【００１６】
ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂ等のＶ族元素としてＡｓとＮを含む混晶半導体は、ＧａＡｓ基板上に単結晶薄膜を結晶成長可能であり、しかも石英光ファイバの伝送損失が低い波長１．２〜１．６μｍ帯のバンドギャップ波長を有することが知られている。従って、光ファイバ伝送に用いられる１．３μｍや１．５５μｍのレーザ光に対して利得を有している。
【００１７】
そして、Ｖ族元素としてＡｓとＮを含む混晶半導体は、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ系材料とヘテロ接合を形成した場合、価電子帯側に対する伝導帯側のバンド不連続比を大きくできることが知られている。また、ＧａＡｓ基板上に形成できるため、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰといったエネルギーバンドギャップの大きい材料をクラッド層に用いることができる。従って、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる利得領域とクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくとることができる。そのため、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、温度上昇による利得の減少を抑制することができる。従って、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる利得領域を備えた半導体光増幅器においては、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができる。
【００１８】
また、従来材料系であるＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ層の利得係数は、５００ｃｍ-1程度と低い値となっている（文献「ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．２７，ｐｐ１８０４−１８１１」を参照）。一方、ＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓ層（１．２μｍ帯）の利得係数は、２２４３ｃｍ-1という高い値が報告されている（文献「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３５，ｐｐ．２０６−２０９」を参照）。図１０は、ＧａＡｓ基板上に１．３μｍ帯のＧａＩｎＮＡｓを活性層とする端面型半導体レーザを試作して、半導体レーザの閾電流密度Ｊthと全損失αの関係を実験的に求めた結果を示す図である。図７より、１．３μｍ帯においても、ＧａＩｎＮＡｓ層の利得係数Ｇ0は１５００ｃｍ-1という高い値が得られることが判明した。従って、ＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓ層は、ＩｎＰ基板上のＩｎＧａＡｓＰ材料に比べて、高い利得係数を有しており、１．２〜１．３μｍ帯の半導体光増幅器の利得領域として用いるのに適している。
【００１９】
なお、上記本発明の半導体光増幅器において、前記利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる量子井戸層を複数積層した多重量子井戸構造で形成されており、該多重量子井戸構造は、エネルギーバンドギャップが異なる量子井戸層を複数積層して形成されている。
【００２０】
このように、半導体光増幅器の利得領域がＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料で構成された量子井戸層で構成されているときには、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくできる。
【００２１】
さらに、各量子井戸層の混晶組成または井戸幅を変えることにより、各量子井戸層のエネルギーバンドギャップを異なるものにすることができる。この場合、各量子井戸層は異なる波長帯域に対して利得を有することになる。従って、エネルギーバンドギャップの異なる量子井戸層を組み合わせた多重量子井戸構造は、各量子井戸層の利得帯域を重ね合わせることにより広帯域の増幅帯域を有することができる。このような広帯域の光増幅器は、波長間隔が比較的広い波長多重分割方式の光伝送システムに応用することができる。
【００２２】
なお、異なるエネルギーバンドギャップを有する量子井戸層を組み合わせて増幅帯域を広げる得る場合に、各量子井戸層の利得を均一化することが重要である。しかし、エネルギーバンドギャップが異なると、量子井戸層の利得係数が異なり、また、量子井戸層へのキャリア閉じ込め障壁高さも変化してしまう。これに対し、本発明では、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂを用いて量子井戸層を構成しているので、量子井戸層に加える歪量やＮ組成を制御することにより、同じエネルギーバンドギャップのままで利得係数を変えることができる。また、Ｎ組成を増加することによって量子井戸層の伝導帯バンド端位置を低下でき、Ｓｂ組成を増加することによって伝導帯バンド端位置を上昇させることができる。これにより、量子井戸層の電子閉じ込め障壁高さをそろえることも可能である。従って、エネルギーバンドギャップの異なる量子井戸構造の利得係数を均一化することが可能となっている。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る半導体光増幅器の構成例を示す図である。なお、図１（ａ）は正面から見た断面図であり、図１（ｂ）は側面から見た断面図である。
【００２４】
図１を参照すると、この半導体光増幅器は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層１０２、ＧａＡｓ下部光導波層１０３、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０４、ＧａＡｓ上部光導波層１０５、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層１０６が順次に積層されている。
【００２５】
ここで、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０４は、例えば、層厚７ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層と層厚１０ｎｍのＧａＡｓ障壁層とが３周期積層されて構成されている。
【００２６】
そして、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層１０６上には、電流注入するストライプ領域の両側にｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７が形成されている。これは、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層１０６上に、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７を結晶成長した後に、ストライプ領域を硫酸系エッチング溶液で化学エッチングして形成することができる。すなわち、硫酸系エッチング溶液は、ＡｌＩｎＰをエッチングしてＧａＩｎＰをエッチングしないので、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７のみをエッチングすることができる。
【００２７】
そして、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７及びストライプ領域のｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１クラッド層１０６上に、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ第２クラッド層１０８、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９が順次に積層されている。
【００２８】
そして、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０９上にはｐ側電極１１０が形成され、また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面にはｎ側電極１１１が形成されている。また、劈開で形成した素子の両端面Ｔ1，Ｔ2には、反射率０．２％以下の無反射膜１１２，１１３が形成されている。
【００２９】
図１の半導体光増幅器は進行波型となっている。すなわち、後端面Ｔ1から入射したレーザ光は、入射光の波長に対して利得を有するＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０４を含む導波路を伝搬する過程で光増幅され、反対側の前端面Ｔ2から出射される構造となっている。基板１０１と垂直な方向においては、ＧａＡｓ光導波層１０３，１０５が屈折率の低いクラッド層１０２，１０６，１０８ではさまれたＳＣＨ構造となっている。また、基板１０１に水平な方向においては、ストライプ領域の外側に設けられたｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７の屈折率がｐ型クラッド層１０６，１０８よりも低いため、ストライプ領域の内外で実効屈折率差を形成して光をストライプ領域に閉じ込める構造となっている。なお、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ電流ブロック層１０７は、導波路を伝搬する光に対して透明であるため、導波中に光を吸収することはない。
【００３０】
図１の半導体光増幅器では、順方向バイアスを印加することにより、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層１０４にはｐ側電極１１０とｎ側電極１１１とからそれぞれ正孔と電子とが注入されて反転分布が形成される。そのため、入射光と共鳴して誘導放出光が発生し、光が増幅される。
【００３１】
また、図１（ａ），（ｂ）の半導体光増幅器において、両端面に形成された無反射膜１１２，１１３は、ファブリペローモードによるレーザ発振を抑制しており、利得を平坦化するレーザ発振抑制手段としての機能を有している。図１の例では、ファブリペローモードによるレーザ発振を抑制するレーザ発振抑制手段として、両端面に無反射膜１１２，１１３を形成しているが、その他に、ストライプ構造の方向を光出射端面に垂直方向から傾ける方法や、光出射端面近傍に窓構造を形成する方法や、光出射端面近傍に光吸収領域を設ける方法や、これらの方法を無反射膜と併用する方法などを用いることもできる。
【００３２】
図１の半導体光増幅器は、ＧａＡｓ基板１０１上にＧａＩｎＮＡｓを利得領域（量子井戸層）として備えている。ＧａＡｓ基板上に結晶成長したＧａＩｎＮＡｓは、バンドギャップ波長１．２〜１．６μｍを有している。従って、光ファイバ伝送に用いられる１．３μｍや１．５５μｍの波長に対して利得を有している。そして、ＧａＩｎＮＡｓは、ＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰ系材料とヘテロ接合を形成した場合、価電子帯に対する伝導帯のバンド不連続比が大きくできることが知られている。また、ＧａＡｓ基板上に形成できるため、ワイドギャップのＧａＩｎＰやＡｌＧａＡｓをクラッド層に用いることができる。従って、ＧａＩｎＮＡｓ利得領域とクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。そのため、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、温度上昇による利得の減少を抑制することができる。従って、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができる。
【００３３】
図１においては、ＧａＡｓ基板１０１上に形成する長波長帯の利得領域（量子井戸層）として、ＧａＩｎＮＡｓ材料を用いたが、これのかわりに、ＧａＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料を用いることもでき、この場合でも同様な効果が得られる。
【００３４】
また、図１においては、１つの素子としての半導体光増幅器となっているが、ストライプ領域を複数形成することにより、同一基板上に１次元アレイをモノリシックに形成することも可能である。
【００３５】
また、図２は本発明に係る半導体光増幅器の他の構成例を示す図であり、図２の例では、半導体光増幅器は面型半導体光増幅器として構成されている。すなわち、図２を参照すると、この半導体光増幅器は、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１上に、ｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓのＤＢＲ２０１、ｎ型ＧａＡｓ下部スペーサ層２０２、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層２０３、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層２０４、ｐ型ＧａＡｓ上部スペーサ層２０５、ｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ0.8Ｇａ0.2ＡｓのＤＢＲ２０６が順次に積層されている。
【００３６】
ここで、ｎ型ＤＢＲ２０１及びｐ型ＤＢＲ２０６は、高屈折率であるＧａＡｓと低屈折率であるＡｌ0.8Ｇａ0.2Ａｓとを、動作波長の１／４の光学的厚さで交互に積層して形成した反射鏡である。
【００３７】
また、ｎ型ＧａＡｓ下部スペーサ層２０２、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層２０３、ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層２０４、ｐ型ＧａＡｓ上部スペーサ層２０５の層厚を合計した厚さは、動作波長の１／２の光学的厚さに対して整数倍となるように設計されている。
【００３８】
そして、図２の半導体光増幅器では、円形状の電流注入領域を除く活性層近傍にプロトンが注入されて高抵抗領域２０７が形成されている。
【００３９】
また、図２において、ｐ型ＤＢＲ２０６上にはｐ側電極１１０が形成され、また、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１の裏面にはｎ側電極１１１が形成されている。そして、ｐ側電極１１０とｎ側電極１１１においては、それぞれ、光を入出射させるために、電流注入領域の上下の電極が除去されて、開口部が形成されている。
【００４０】
図２の半導体光増幅器は、光を基板の主平面に対して垂直な方向に入出射させる面型となっている。すなわち、ｐ側電極１１０側から光が入射し、入射光の波長に対して利得を有するＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層２０３を含むｐ型ＤＢＲ２０６とｎ型ＤＢＲ２０１の間で多重反射して光が増幅され、ｎ型ＧａＡｓ基板１０１側から出射される構造となっている。従って、ｐ型ＤＢＲ２０６とｎ型ＤＢＲ２０１との間で共振する波長に対して高い利得を有する共振型光増幅器となっている。なお、ｎ型ＤＢＲ２０１の反射率は、高注入時においても半導体光増幅器自身がレーザ発振しないように、７０〜９０％に低下させている。
【００４１】
図２の面型半導体光増幅器も、図１の半導体光増幅器と同様に、ＧａＡｓ基板１０１上にＧａＩｎＮＡｓを利得領域として備えている。従って、光ファイバ伝送に用いられる１．３μｍや１．５５μｍの長波長帯に対応している。そして、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層とｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓキャリアブロック層２０４との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。そのため、外部環境温度が高くなっても、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層から電子が急激にオーバーフローすることがなく、温度上昇による利得の減少を抑制することができる。従って、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができる。
【００４２】
また、図２の半導体光増幅器は面型であるため、図１の半導体光増幅器のように光入出射面を劈開面で形成する必要がない。従って、半導体光増幅器をＧａＡｓ基板上にモノリシック集積して、２次元アレイを形成することも可能である。従って、高密度の並列集積化に有利となっている。
【００４３】
また、図２においては、光を基板の表面から裏面に透過させて増幅しているが、９９％以上の高反射率を有するｎ型ＤＢＲ２０１を用いて、光を基板の表面側から入出射させる反射型増幅器を構成することも可能である。
【００４４】
また、本発明は、上述した本発明の半導体光増幅器をＡＳＥ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）放射用光源に用いたＡＳＥ放射用光源装置を構成することもできる。
【００４５】
すなわち、本発明の半導体光増幅器は、利得領域に電流を注入して反転分布を形成している。そして、光を入出力させる端面の反射率を１％未満に抑制して光が共振しないようにしている。従って、利得領域で発生した自然放出光は誘導放出により増幅されて、高出力のＡＳＥが発生する。従って、半導体光増幅器に信号光を入射させない状態で、かつ高注入においてレーザ発振を抑制することにより、ＡＳＥを放射する光源として用いることができる。
【００４６】
そして、上述した本発明の半導体光増幅器は、利得領域がＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料で構成されているため、利得領域とクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。従って、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがない。そのため、高温時でも高出力のＡＳＥを発生させることが可能である。
【００４７】
また、上述した本発明の半導体光増幅器をＧａＡｓ基板（ＧａＡｓ単結晶基板）上に複数個配列して光ゲートアレイを形成することもできる。
【００４８】
すなわち、半導体光増幅器にバイアス電流を注入しない場合、利得領域は入射光を吸収する。一方、半導体光増幅器にバイアス電流を注入した状態で光を入射させると、１０〜２０ｄＢ程度光を増幅できる。従って、半導体光増幅器はバイアス電流によって入射光の通過／遮蔽を制御する光ゲートとして機能する。そして、このような半導体光増幅器を基板上に複数個配列することで、並列光信号の通過チャンネルを選択する光ゲートアレイを形成することができる。
【００４９】
本発明の光ゲートアレイを構成する半導体光増幅器の利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料で構成されている。そのため、利得領域とクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。従って、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、高温時でも高い光増幅率を維持することができる。そのため、光ゲートを通過する光信号のＳ／Ｎ比が劣化することがなく、外部環境温度に対して安定に動作する光ゲートアレイを形成することができる。
【００５０】
また、本発明の波長可変レーザ装置は、一対の反射鏡で構成された共振器内に、ＡＳＥ放射用光源と、ＡＳＥ放射用光源で発生した光を波長分波する波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する光ゲートアレイとを備え、ＡＳＥ放射用光源には前述した本発明のＡＳＥ放射用光源装置が用いられ、また、光ゲートアレイには前述した本発明の光ゲートアレイが用いられることを特徴としている。
【００５１】
ＡＳＥ放射用光源で発生した光は、発光スペクトル幅が広いＡＳＥ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）となっている。ＡＳＥ放射用光源で発生した光は、波長分波器を導波する過程で、各波長成分に空間的に分岐して出力される。波長分波器としては、例えばａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ素子が用いられる。波長分波器を通った光は、光ゲートアレイに入力される。光ゲートアレイを構成する各半導体光増幅器に入力される光は、波長分波器で波長が選択されて狭スペクトル幅の光となっており、それぞれ波長が異なっている。光ゲートアレイにおいては、異なる波長の中から所望の波長に対応した半導体光増幅器にだけバイアス電流を加えることにより、選択した波長の光のみを選択して増幅する。それ以外の波長の光は、バイアスしていない半導体光増幅器を導波する過程で吸収されて減衰する。光ゲートアレイで選択された波長の光は、ＡＳＥ放射用光源の後端面側と光ゲートアレイの前端面側に設けられた反射鏡とで構成される共振器内で共振し、レーザ発振する。従って、波長は光ゲートアレイを構成する半導体光増幅器のアレイ数に対応してデジタル的に分割されて選択される。
【００５２】
前述した本発明のＡＳＥ放射用光源装置は、高温高出力動作が可能である。また、前述した本発明の光ゲートアレイは、外部環境温度に対して安定に動作する。従って、前述した本発明のＡＳＥ放射用光源装置，光ゲートアレイを用いて波長可変レーザ装置を構成することにより、外部環境温度の変化に対して安定な光源を形成できる。そして、電子冷却装置による精密な温度制御を必要としないため、低コストで製造することができる。
【００５３】
図３は本発明に係る波長可変レーザ装置の構成例を示す図である。図３を参照すると、この波長可変レーザ装置は、Ｓｉ基板６０６上に、光を発生するＡＳＥ放射用光源６０１と、ＡＳＥ放射用光源６０１で発生した光を波長分波する波長分波器６０２と、半導体光増幅器６０４がアレイ状にモノリシック集積して形成された光ゲートアレイ６０３と、光ゲートアレイ６０３から出力された光を１本の光導波路に結合する合波器６０５とを有している。
【００５４】
このような構成の波長可変レーザ装置は、次のように動作する。すなわち、ＡＳＥ放射用光源６０１で発生した光は発光スペクトル幅が広いＡＳＥとなっている。ＡＳＥ放射用光源６０１で発生した光は、波長分波器６０２を導波する過程で、各波長成分に空間的に分岐して出力される。なお、波長分波器６０２としては、ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ素子を用いることができる。波長分波器６０２を通った光は、光ゲートアレイ６０３に入力される。光ゲートアレイ６０３は、ｎチャンネルの進行波型半導体光増幅器６０４がアレイ状にモノリシック集積して形成されている。光ゲートアレイ６０３の各半導体光増幅器６０４に入力される光は、波長分波器６０２で波長が選択された光となっており、それぞれ波長がλ１〜λｎまで異なっている。光ゲートアレイ６０３においては、λ１〜λｎの波長の中から所望の波長に対応した半導体光増幅器にだけバイアス電流を加えることにより、選択した波長の光のみを選択して増幅する。それ以外の波長の光は、バイアスしていない半導体光増幅器を導波する過程で吸収されて減衰する。光ゲートアレイ６０３で選択された波長の光は、ＡＳＥ放射用光源６０１の後端面と半導体光増幅器６０４の前端面とで構成される共振器内で共振し、レーザ発振する。選択される波長は光ゲートアレイ６０３を構成する半導体光増幅器６０４のアレイ数に対応してデジタル的に分割される。光ゲートアレイ６０３から出力される光は、合波器６０５で共通の光導波路に結合されて、外部に出射される。
【００５５】
なお、図３に示す波長可変レーザ装置の光変調は、半導体光増幅器６０４に加えるバイアス電流をオン／オフすることによって行われる。また、光出力は、ＡＳＥ放射用光源６０１の注入電流及び半導体光増幅器６０４のバイアス電流によって制御することができる。
【００５６】
図４（ａ），（ｂ）は、図３に示した波長可変レーザ装置に用いられているＡＳＥ放射用光源６０１の構成例を示す図である。なお、図４（ａ）は正面から見た断面図であり、図４（ｂ）は上面から見た図である。図４（ａ）を参照すると、ＡＳＥ放射用光源６０１の積層構成は、図１に示した半導体光増幅器と同様な構造となっている。そして、劈開で形成した素子の前端面Ｔ2には、反射率０．２％以下の無反射膜７０３が形成されており、後端面Ｔ1には反射率９９％の高反射膜７０２が形成されている。また、電流注入するストライプ領域７０４は、光を出射する前端面Ｔ2近傍では素子端面に垂直な方向から１０°傾けた構造となっている。
【００５７】
図４（ｃ）は、図４（ａ）において活性領域であるＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造７０１の構造を示す図である。図４（ｃ）を参照すると、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸構造７０１は、４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ，７０５ｄの上下をＧａＡｓ障壁層７０６ではさんだ構成となっている。４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ，７０５ｄのバンドギャップ波長は、混晶組成及び井戸幅を変えることにより、それぞれ異なっている。各井戸層７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ，７０５ｄのバンドギャップ波長は、例えば、７０５ａが１．２０μｍ、７０５ｂが１．２４μｍ、７０５ｃが１．２８μｍ、７０５ｄが１．３２μｍに設定することができる。
【００５８】
図４のＡＳＥ放射光源は、図１に示した半導体光増幅器を応用している。すなわち、図４において、ｐ側電極１１０とｎ側電極１１１に順方向バイアス電流を加えると、多重量子井戸活性層７０１中で正孔と電子が再結合して、自然放出及び誘導放出が発生する。前端面Ｔ2に無反射膜７０３が形成されているため、多重量子井戸活性層７０１で発生した光は多重反射による共振が抑制されて、レーザ発振することなく前端面Ｔ2から出射される。このとき、自然放出光が利得領域自身の反転分布により光増幅されてＡＳＥとして放射される。
【００５９】
半導体光増幅器をＡＳＥ放射用光源として用いる場合、信号光を後端面Ｔ1から素子に入力させる必要がない。従って、図４に示すＡＳＥ放射用光源では後端面Ｔ1に反射率９９％の高反射膜７０２を形成して、ＡＳＥを効率良く前端面Ｔ2から取り出せるようにしている。また、電流注入するストライプ領域７０１が図７（ｂ）に示すように、光出射端面近傍では端面に垂直な方向から１０°傾けた構造となっている。従って、前端面Ｔ2で反射されて利得領域に戻る光の成分を更に低減させて、半導体光増幅器の両端面で形成される共振器内でレーザ発振することを抑制している。
【００６０】
そして、図４に示すＡＳＥ放射用光源においては、利得領域がＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層で構成されているため、利得領域とＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。従って、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがない。そのため、高温時でも反転分布状態を維持して高出力のＡＳＥを発生させることが可能である。
【００６１】
また、図４のＡＳＥ放射用光源では、図４（ｃ）に示すように、利得領域である多重量子井戸活性層７０１を構成する４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ，７０５ｄのバンドギャップ波長が異なるように形成されている。そのため、各ＧａＩｎＮＡｓ井戸層７０５ａ，７０５ｂ，７０５ｃ，７０５ｄは異なる波長帯域に対して利得を有することになる。従って、エネルギーバンドギャップの異なるＧａＩｎＮＡｓ井戸層を組み合わせた多重量子井戸活性層７０１は、各井戸層の利得帯域を重ねあわせることにより、１．２０〜１．３２μｍと広帯域の増幅帯域を有することができる。従って、図４のＡＳＥ放射用光源は広帯域のＡＳＥを発生させることができるため、図３に示す波長可変レーザ装置の波長変化量を拡大することができる。
【００６２】
また、図３の波長可変レーザ装置において、光ゲートアレイ６０３は、ＧａＡｓ基板上に、図１に示したような進行波型半導体光増幅器６０４をアレイ状にｎ個モノリシック集積して構成されている。ここで、アレイ数ｎは、例えば８に設定されている。この場合には、光ゲートアレイ６０３によって１．２０〜１．３２μｍの波長範囲から８波長を選択可能となっている。また、ＡＳＥ放射用光源６０１の後端面と半導体光増幅器６０４の前端面とで共振器を構成するために、半導体光増幅器６０４の前端面には反射率１０％の低反射膜を形成している。
【００６３】
光ゲートアレイ６０３において、半導体光増幅器６０４の利得領域はＧａＩｎＮＡｓで構成されており、利得領域とＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。従って、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、高温時でも高い光増幅率を維持することができる。そのため、光ゲートアレイ６０３を通過する光信号のＳ／Ｎ比の劣化を防止することができ、外部環境温度に対して安定に動作する。
【００６４】
以上述べたように、図３の波長可変レーザ装置は、高温高出力動作が可能であるＡＳＥ放射光源６０１と、外部環境温度に対して安定に動作する光ゲートアレイ６０３とを能動素子に用いている。従って、外部環境温度の変化に対して安定な光源を形成することができる。そして、電子冷却装置によって装置を精密に温度制御する必要がないため、低コストで製造することができる。
【００６５】
また、本発明の多波長レーザ装置は、一対の反射鏡で構成された共振器内に、波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する半導体光増幅器とを備え、半導体光増幅器には、前述した本発明の半導体光増幅器が用いられることを特徴としている。
【００６６】
一対の反射鏡で構成された共振器内に設けられた半導体光増幅器で発生した光は発光スペクトル幅が広いＡＳＥとなっている。半導体光増幅器で発生した光は波長分波器に入力され、波長分波器を導波して反対側に設けられた反射鏡で反射し、再び波長分波器を導波して半導体光増幅器に帰還する。このとき、半導体光増幅器に帰還する光は、波長分波器によって波長が空間的に分岐されて狭スペクトル幅の光となっているため、特定の波長の光のみが増幅される。これを繰り返すことにより、波長分波器によって波長が選択された光は、共振器内でレーザ発振する。そして、波長分波器が異なる波長を出力する位置に半導体光増幅器を複数設けることにより、それぞれ別の波長でレーザ発振する多波長レーザ装置を実現できる。
【００６７】
前述した本発明の半導体光増幅器は、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができ、高温時でも安定して高い増幅率を有している。従って、前述した本発明の半導体光増幅器を多波長レーザ装置に用いることにより、外部環境温度の変化に対して安定な多波長レーザ装置を形成できる。また、電子冷却装置による精密な温度制御を必要としないため、低コストで製造することができる。
【００６８】
なお、この多波長レーザ装置においては、光信号の変調を、図３に示した波長可変レーザ装置と同様に、半導体光増幅器に注入するバイアス電流のオン／オフによって行なうようになっている。
【００６９】
また、本発明は、複数の波長の光信号を送信する光送信モジュールと、光信号を伝送する光ファイバと、光信号を受光する光受信モジュールを備えた波長分割多重方式の光伝送システムにおいて、光送信モジュールに前述した本発明の多波長レーザ装置が用いられることを特徴としている。
【００７０】
波長分割多重方式は、１本の光ファイバ中を複数の波長の光信号で多重化して並列に伝送することにより、伝送容量を増加させる方式である。この場合、波長の異なる光信号源が必要であり、低コストの多波長光源が求められている。本発明の波長分割多重方式の光伝送システムにおいては、前述した多波長レーザ装置を光送信モジュールに用いている。前述した本発明の多波長レーザ装置は、既に述べたように外部環境温度の変化に対して光出力や変調特性が安定して動作する。そのため、電子冷却装置による精密な温度制御を必要とせず、多波長レーザ装置を低コストで製造することができる。従って、これを用いた波長分割多重方式の光伝送システムについても低コスト化することができる。
【００７１】
図５は、本発明に係る光伝送システムの構成例を示す図である。図５の光伝送システムは、光送信モジュール８０１と、光受信モジュール８０２と、光ファイバケーブル８０３とを備えている。
【００７２】
ここで、光ファイバケーブル８０３としては、石英をコア及びクラッドとするシングルモードファイバを用いることができる。そして、光送信モジュール８０１は、駆動制御回路８０５と、多波長レーザ装置８０４とを備えており、１本の光ファイバ中を互いに異なる複数の波長の光信号で多重化して並列に伝送することにより、伝送容量を増加させる波長多重分割方式を採用している。また、光受信モジュール８０２は、受信装置８０６と、受信回路８０７とを備えている。
【００７３】
このような構成の光伝送システムでは、光送信モジュール８０１に入力した電気信号は、最初に駆動制御回路８０５に入力される。駆動制御回路８０５では、多波長レーザ装置８０４の各波長のレーザに電流を注入して発振させ、また信号に応じてレーザ光強度を変調する。多波長レーザ装置８０４は、複数の波長のレーザ光を独立に変調して１本の光ファイバケーブル８０３に光信号を送り込む。光信号は光ファイバケーブル８０３を導波して光受信モジュール８０２中の受光装置８０６に入力される。受光装置８０６では、光信号を波長分波器で別々の波長成分に分離した後に、各波長成分の光をフォトダイオードやアバランシェフォトダイオード等で電気信号に変換する。その後、受信回路８０７で電気信号が増幅，波形整形されて出力される。
【００７４】
図６は、図５に示した光伝送システムに用いられている多波長レーザ装置８０４の構成例を示す図である。図６において、符号６０４はＡＳＥを発生させ、また発生したＡＳＥを増幅する機能を有する半導体光増幅器である。半導体光増幅器６０４は、同一基板上に複数個モノリシック集積して形成されている。また、符号６０２は半導体光増幅器６０４で発生した光を波長分波する波長分波器である。波長分波器６０２において、半導体光増幅器６０４が設けられている側と反対側には高反射膜９０１が形成されている。また、符号９０２は波長分波器６０２で分波されたそれぞれの光強度を変調する電界吸収型半導体光変調器であり、符号６０５は波長分波器６０２で分波された光を１本の光導波路に結合する合波器である。また、符号６０６は上記の部品が配列されているＳｉ基板である。
【００７５】
このような構成の多波長レーザ装置の動作は、次のとおりである。すなわち、半導体光増幅器６０４で発生した光は発光スペクトル幅が広いＡＳＥとなっている。半導体光増幅器６０４で発生した光は、波長分波器６０２に入力され、波長分波器６０２を導波して反対側に設けられた高反射膜９０１で反射され、再び波長分波器６０２を導波して半導体光増幅器６０４に帰還する。このとき、半導体光増幅器６０４に帰還する光は、波長分波器６０２によって波長が空間的に分岐されて狭スペクトル幅の光となっているため、特定の波長の光のみが増幅される。半導体光増幅器６０４の前端面には反射率１０％の低反射膜が形成されており、高反射膜９０１と半導体光増幅器６０４の前端面とで共振器を構成してレーザ発振する。半導体光増幅器６０４は、波長分波器６０２が異なる波長を出力する位置に複数設けられており、それぞれ別の波長の光を増幅してレーザ発振させることにより、多波長レーザ装置を実現できる。図４の例では、４素子の半導体光増幅器を用いており、それぞれ１．２０μｍ，１．２４μｍ，１．２８μｍ，１．３２μｍでレーザ発振させている。
【００７６】
図６の多波長レーザ装置において、半導体光増幅器６０４には図１に示した半導体光増幅器が用いられている。従って、利得領域がＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層で構成されているため、利得領域とＡｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓクラッド層との伝導帯バンド不連続を２００ｍｅＶ以上と大きくすることができる。従って、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがない。そのため、高温時でも高い光増幅率を維持することができ、外部環境温度に対して安定に動作する。
【００７７】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１乃至請求項２記載の発明によれば、ＧａＡｓ基板と、利得領域と、利得領域に電流を注入するｐ側電極及びｎ側電極とを備えた半導体光増幅器において、利得領域にはＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる半導体層が用いられるので、外部環境温度が高くなっても、利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、温度上昇による利得の減少を抑制することができる。従って、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができる。
【００７８】
特に、請求項１記載の発明によれば、前記利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる量子井戸層を複数積層した多重量子井戸構造で形成されており、該多重量子井戸構造は、エネルギーバンドギャップが異なる量子井戸層を複数積層して形成されているので（各量子井戸層の混晶組成または井戸幅が異なるように形成されているので）、上記効果に加えて、増幅帯域を広帯域化することができる。
【００７９】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器をＡＳＥ放射用光源に用いることを特徴とするＡＳＥ放射用光源装置であり、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器は、利得領域がＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料で構成されているため、外部環境温度が高くなっても利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがない。そのため、高温時でも高出力のＡＳＥを発生させることができる。
【００８０】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器をＧａＡｓ基板上に複数個配列して形成されていることを特徴とする光ゲートアレイであり、光ゲートアレイを構成する半導体光増幅器の利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料で構成されているため、外部環境温度が高くなっても利得領域からクラッド層にオーバーフローする電子が急激に増加することがなく、高温時でも高い光増幅率を維持することができる。そのため、光ゲートを通過する光信号のＳ／Ｎ比が劣化することがなく、外部環境温度に対して安定に動作することができる。
【００８１】
また、請求項５記載の発明によれば、一対の反射鏡で構成された共振器内に、ＡＳＥ放射用光源と、ＡＳＥ放射用光源で発生した光を波長分波する波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する光ゲートアレイとを備えた波長可変レーザ装置において、ＡＳＥ放射用光源には請求項３記載のＡＳＥ放射用光源装置が用いられ、かつ、光ゲートアレイには請求項４記載の光ゲートアレイが用いられるようになっており、請求項３記載のＡＳＥ放射用光源装置は高温高出力動作が可能であり、また、請求項４記載の光ゲートアレイは、外部環境温度に対して安定に動作するので、外部環境温度の変化に対して安定な波長可変レーザ装置を提供できる。そして、電子冷却装置による精密な温度制御を必要としないため、低コストで製造することができる。
【００８２】
また、請求項６記載の発明によれば、一対の反射鏡で構成された共振器内に、波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する半導体光増幅器とを備えた多波長レーザ装置において、半導体光増幅器には請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器が用いられるようになっており、請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器は、外部環境温度に対して光増幅率の変化を小さくすることができ、高温時でも安定して高い増幅率を有しているので、外部環境温度の変化に対して安定な多波長レーザ装置を提供できる。また、電子冷却装置による精密な温度制御を必要としないため、低コストで製造することができる。
【００８３】
また、請求項７記載の発明によれば、複数の波長の光信号を送信する光送信モジュールと、光信号を伝送する光ファイバと、光信号を受光する光受信モジュールを備えた波長分割多重方式の光伝送システムにおいて、請求項６記載の多波長レーザ装置が光送信モジュールに用いられるようになっており、請求項６の多波長レーザ装置は、外部環境温度の変化に対して安定に動作するため、電子冷却装置による精密な温度制御を必要としない。従って、多波長レーザ装置を低コストで製造することができ、それを用いた光伝送システムを低コスト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体光増幅器の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る半導体光増幅器の他の構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る波長可変レーザ装置の構成例を示す図である。
【図４】図３の波長可変レーザ装置に用いられているＡＳＥ放射用光源の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る光伝送システムの構成例を示す図である。
【図６】図５に示した光伝送システムに用いられている多波長レーザ装置の構成例を示す図である。
【図７】ＧａＡｓ基板上に１．３μｍ帯のＧａＩｎＮＡｓを活性層とする端面型半導体レーザを試作して、半導体レーザの閾電流密度Ｊthと全損失αの関係を実験的に求めた結果を示す図である。
【符号の説明】
１０１ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０２ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１０３ ＧａＡｓ下部光導波層
１０４ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
１０５ ＧａＡｓ上部光導波層
１０６ ｐ型ＧａＩｎＰ第１クラッド層
１０７ ｎ型ＡｌＩｎＰブロック層
１０８ ｐ型ＡｌＧａＡｓ第２クラッド層
１０９ ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１１０ ｐ側電極
１１１ ｎ側電極
１１２ 後端面無反射膜
１１３ 前端面無反射膜
２０１ ｎ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ
２０２ ｎ型ＧａＡｓ下部スペーサ層
２０３ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
２０４ ｐ型ＡｌＧａＡｓキャリアブロック層
２０５ ｐ型ＧａＡｓ上部スペーサ層
２０６ ｐ型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ ＤＢＲ
２０７ 高抵抗領域
６０１ ＡＳＥ光源
６０２ 分波器
６０３ 光ゲートアレイ
６０４ 半導体光増幅器
６０５ 合波器
６０６ Ｓｉ基板
７０１ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層
７０２ 無反射膜
７０３ 高反射膜
７０４ ストライプ領域
７０５ａ，ｂ，ｃ，ｄ ＧａＩｎＮＡｓ井戸層
７０６ ＧａＡｓ障壁層
８０１ 光送信モジュール
８０２ 光受信モジュール
８０３ 光ファイバケーブル
８０４ 多波長レーザ装置
８０５ 駆動制御回路
８０６ 受光装置
８０７ 受信回路
９０１ 高反射膜
９０２ 電界吸収型光変調器
Claims (7)
- ＧａＡｓ基板と、利得領域と、利得領域に電流を注入するｐ側電極及びｎ側電極とを備えた半導体光増幅器において、前記利得領域は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂのいずれかの材料からなる量子井戸層を複数積層した多重量子井戸構造で形成されており、該多重量子井戸構造は、エネルギーバンドギャップが異なる量子井戸層を複数積層して形成され、利得係数が均一化されていることを特徴とする半導体光増幅器。
- 請求項１に記載の半導体光増幅器において、該半導体光増幅器の両端面には無反射膜が形成されていることを特徴とする半導体光増幅器。
- 請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器をＡＳＥ放射用光源に用いることを特徴とするＡＳＥ放射用光源装置。
- 請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器をＧａＡｓ基板上に複数個配列して形成されていることを特徴とする光ゲートアレイ。
- 一対の反射鏡で構成された共振器内に、ＡＳＥ放射用光源と、ＡＳＥ放射用光源で発生した光を波長分波する波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する光ゲートアレイとを備えた波長可変レーザ装置において、ＡＳＥ放射用光源には請求項３記載のＡＳＥ放射用光源装置が用いられ、かつ、光ゲートアレイには請求項４記載の光ゲートアレイが用いられることを特徴とする波長可変レーザ装置。
- 一対の反射鏡で構成された共振器内に、波長分波器と、波長分波器を通って分波したそれぞれの波長の光を選択し増幅する半導体光増幅器とを備えた多波長レーザ装置において、半導体光増幅器には請求項１または請求項２に記載の半導体光増幅器が用いられることを特徴とする多波長レーザ装置。
- 複数の波長の光信号を送信する光送信モジュールと、光信号を伝送する光ファイバと、光信号を受光する光受信モジュールを備えた波長分割多重方式の光伝送システムにおいて、請求項６記載の多波長レーザ装置が光送信モジュールに用いられることを特徴とする光伝送システム。
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