JP4444742B2 - Tunable semiconductor mode-locked laser - Google Patents

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Description

本発明は、波長可変半導体モード同期レーザに関し、例えば、光パルスの繰り返し周波数と中心波長を、所定の範囲内で独立に、且つ、正確に制御したい場合に有用である。   The present invention relates to a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser, and is useful, for example, when it is desired to control the repetition frequency and center wavelength of an optical pulse independently and accurately within a predetermined range.

波長多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)通信システムの多チャンネル化に伴い、多波長を同時に発振可能な多波長光源として、波長可変モード同期レーザヘの期待が高まっている。   With the increase in the number of channels in a wavelength division multiplexing (WDM) communication system, there is an increasing expectation for a tunable mode-locked laser as a multi-wavelength light source capable of simultaneously oscillating multiple wavelengths.

従来のチャープトグレーティングを用いた波長可変モード同期レーザにおいては、ファイバあるいは半導体導波路に作製されたチャープトグレーティングを用いて、共振器長に波長依存性を持たせることにより縦モード間隔が波長依存性を有するが、共振器内に設けられた光変調器部あるいは利得部へ直接加えられる変調周波数と共振器の縦モード間隔が一致するような波長が中心波長として選択されるため、変調周波数を変化させることで中心波長を変化させることが可能となる(例えば、非特許文献1、2、3参照)。   In conventional tunable mode-locked lasers using chirped gratings, the longitudinal mode spacing is wavelength dependent by using a chirped grating fabricated in a fiber or semiconductor waveguide to make the resonator length wavelength dependent. However, the center frequency is selected so that the modulation frequency directly applied to the optical modulator section or gain section provided in the resonator matches the longitudinal mode interval of the resonator. By changing it, it becomes possible to change the center wavelength (for example, see Non-Patent Documents 1, 2, and 3).

J. Yu, D. Huhse, M. Schell, M. Schulze, D. Bimberg, J. A. R. Williams, L. Zhang, and I. Bennion, "Fourier-transform-limited 2.5ps light pulses with electrically tunable wavelength(15nm) by hybridly modelocking a semiconductor laser in a chirped Bragggrating fibre external cavity," Electron. Lett., vol. 31, pp. 2008-2009, 1995.J. Yu, D. Huhse, M. Schell, M. Schulze, D. Bimberg, JAR Williams, L. Zhang, and I. Bennion, "Fourier-transform-limited 2.5ps light pulses with electrically tunable wavelength (15nm) by hybridly modelocking a semiconductor laser in a chirped Bragggrating fiber external cavity, "Electron. Lett., vol. 31, pp. 2008-2009, 1995. S. Li and K. T. Chan, "Electrical wavelength-tunable actively mode-locked fiber ring laser with a linearly chirped fiber Bragg grating," IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 10, pp. 799-801, 1998.S. Li and K. T. Chan, "Electrical wavelength-tunable actively mode-locked fiber ring laser with a linearly chirped fiber Bragg grating," IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 10, pp. 799-801, 1998. K. Sato, H. Ishii, I. Kotaka, Y. Kondo, and M. Yamamoto, "Frequency Range Extension of Actively Mode-Locked Lasers Integrated with Electroabsorption Modulators Using Chirped Gratings," IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron, vol. 3, no. 2, pp. 250-252, 1997.K. Sato, H. Ishii, I. Kotaka, Y. Kondo, and M. Yamamoto, "Frequency Range Extension of Actively Mode-Locked Lasers Integrated with Electroabsorption Modulators Using Chirped Gratings," IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron, vol. 3, no. 2, pp. 250-252, 1997.

このような場合、中心波長を変化させるには変調周波数を変化させなければならないことから、中心波長と変調周波数を独立に制御することは困難であったが、2個のチャープトグレーティングを用い、それぞれのグレーティング領域の屈折率を変化させる手段を持たせることで、変調周波数および中心波長を独立に制御でき、且つ、中心波長の可変域を大きくすることが、原理的には可能となる。しかしながら、このような構成を有する波長可変半導体モード同期レーザにおいても、2個のチャープトグレーティングにおける反射率及び有効長にリップル(変動)があるため、光スペクトル強度にばらつきがあり、且つ、正確に中心波長を選択することが困難であった。   In such a case, since the modulation frequency must be changed to change the center wavelength, it has been difficult to control the center wavelength and the modulation frequency independently, but using two chirped gratings, By providing means for changing the refractive index of each grating region, the modulation frequency and the center wavelength can be controlled independently, and the variable range of the center wavelength can be increased in principle. However, even in a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser having such a configuration, there are ripples (variations) in the reflectance and effective length of the two chirped gratings, so that there is variation in the optical spectrum intensity, and the It was difficult to select the center wavelength.

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、光スペクトル強度のばらつきを抑え、正確に中心波長を選択可能な波長可変半導体モード同期レーザを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a wavelength-tunable semiconductor mode-locked laser capable of suppressing the variation in optical spectrum intensity and selecting the center wavelength accurately.

上記課題を解決する本発明に係る波長可変半導体モード同期レーザは、次の点を特徴とする。   The wavelength-tunable semiconductor mode-locked laser according to the present invention that solves the above problems is characterized by the following points.

1)所定の波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧又は電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数又は光利得係数が変化する半導体光変調器部と、前記所定の波長域に反射帯域を持つグレーティングを有する分布ブラッグ反射器部(以降、DBR部と呼ぶ)とが同一基板上に形成された波長可変半導体モード同期レーザにおいて、
前記DBR部が前記半導体利得部と前記半導体変調器部を挟むように2箇所に配設されるとともに、いずれのDBR部もそのグレーティングの周期が位置の関数として変化するチャープトグレーティングからなり、且つ、グレーティングの結合係数を入射光の進行方向に沿って徐々に増加させ、DBR部の中心付近で最も大きくし、その後徐々に減少させる、いわゆる、アポダイゼーションが施されていることを特徴とする。
1) a semiconductor gain section having a gain with respect to a predetermined wavelength range; a semiconductor optical modulator section in which a light absorption coefficient or an optical gain coefficient with respect to the wavelength range changes by applying a voltage or current; and the predetermined wavelength range In a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser in which a distributed Bragg reflector portion (hereinafter referred to as a DBR portion) having a grating having a reflection band is formed on the same substrate,
The DBR section is disposed at two positions so as to sandwich the semiconductor gain section and the semiconductor modulator section, and each DBR section is composed of a chirped grating whose period of the grating changes as a function of position, and A so-called apodization is performed in which the coupling coefficient of the grating is gradually increased along the traveling direction of the incident light, maximized in the vicinity of the center of the DBR portion, and then gradually decreased.

2)1)記載の波長可変半導体モード同期レーザにおいて、
DBR部に施されたアポダイゼーションが、グレーティングにおける凹凸の深さを変化させることにより実現されることを特徴とする。
2) In the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser described in 1),
The apodization applied to the DBR portion is realized by changing the depth of the unevenness in the grating.

3)2)記載の波長可変半導体モード同期レーザにおいて、
DBR部を、導波路の側面に垂直にグレーティングを形成する垂直グレーティングを用いて、所謂、垂直グレーティング型DBRとして、凹凸の深さを変化させることを特徴とする。
3) In the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser described in 2),
The DBR portion is formed as a so-called vertical grating type DBR by using a vertical grating that forms a grating perpendicular to the side surface of the waveguide, and the depth of the unevenness is changed.

4)1)記載の波長可変半導体モード同期レーザにおいて、
DBR部に施されたアポダイゼーションが、グレーティングのない部分を挿入して単位長さあたりの凹凸の数を変化させることにより実現されることを特徴とする。
4) In the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser described in 1),
The apodization applied to the DBR portion is realized by inserting a portion without a grating and changing the number of irregularities per unit length.

5)1)記載の波長可変半導体モード同期レーザにおいて、
DBR部に施されたアポダイゼーションが、グレーティングの周期とグレーティングの凸部の長さの比を変化させることにより実現されることを特徴とする。
5) In the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser described in 1),
The apodization applied to the DBR portion is realized by changing the ratio of the grating period to the length of the convex portion of the grating.

本発明によれば、分布ブラッグ反射器部のチャープトグレーティングにアポダイゼーションを施すことにより、光スペクトル強度のばらつきを抑え、正確に中心波長を選択可能な波長可変半導体モード同期レーザが実現可能となる。   According to the present invention, by applying apodization to the chirped grating of the distributed Bragg reflector section, it is possible to realize a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser capable of suppressing the variation in optical spectrum intensity and selecting the center wavelength accurately.

本発明に係る波長可変半導体モード同期レーザは、半導体利得部と、半導体光変調部と、これらの半導体利得部と半導体変調部とを挟むように2カ所に配設されたDBR部とを備え、このDBR部がチャープトグレーティングからなり、さらに、グレーティングの結合係数が入射光の進行方向に沿って徐々に変化し、DBR部の中心付近で最も大きくなる、所謂、アポダイゼーションが施されたものである。
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
A wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to the present invention includes a semiconductor gain unit, a semiconductor optical modulation unit, and DBR units disposed at two locations so as to sandwich the semiconductor gain unit and the semiconductor modulation unit. This DBR portion is made of chirped grating, and further, so-called apodization is applied in which the coupling coefficient of the grating gradually changes along the traveling direction of incident light and becomes the largest near the center of the DBR portion. .
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る波長可変半導体モード同期レーザの基本構成を示す概略の構造図である。
図1に示すように、本発明に係る波長可変半導体モード同期レーザは、所定の波長域に対して利得を有する半導体利得部(以降、利得部と略す)1と、電圧を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数が増大する半導体光変調器部(以降、変調器部と略す)2と、グレーティングを有する分布ブラッグ反射器部(以降、DBR部と呼ぶ)3、4とを同一の半導体基板上に形成したものであり、DBR部3、4が利得部1と変調器部2を挟むように2箇所に配設されている。これらの両端面には無反射膜5、6が配設されている。なお、変調器部2は、電流を加えることにより所定の波長域に対する光利得係数が変化するものでもよい。
FIG. 1 is a schematic structural diagram showing a basic configuration of a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to the present invention includes a semiconductor gain section (hereinafter abbreviated as a gain section) 1 having a gain with respect to a predetermined wavelength range, and the wavelength by applying a voltage. Semiconductor optical modulator section (hereinafter abbreviated as modulator section) 2 in which the light absorption coefficient with respect to the region increases, and distributed Bragg reflector sections (hereinafter referred to as DBR sections) 3 and 4 having gratings on the same semiconductor substrate The DBR portions 3 and 4 are formed at two locations so as to sandwich the gain portion 1 and the modulator portion 2. Non-reflective films 5 and 6 are disposed on both end faces. The modulator unit 2 may change the optical gain coefficient with respect to a predetermined wavelength region by applying a current.

DBR部3、4では、グレーティングの周期が位置の関数として変化するチャープトグレーティングとなっている。具体的には、一方のDBR部3では、その端面側へ行くに従いグレーティングの周期が減少するように構成されたチャープトグレーティングよりなり、他方のDBR部4では、その端面側に行くに従いグレーティングの周期が増大するように構成されたチャープトグレーティングよりなっている。このようなチャープトグレーティングは、例えば、一方のDBR部3では、一定の負の位相シフトを複数挿入するとともに、位相シフトの挿入間隔をその端面側へ行くに従い減少するように構成することで形成され、他方のDBR部4では、一定の正の位相シフトを複数挿入するとともに、位相シフトの挿入間隔をその端面側へ行くに従い減少するように構成することで形成できる。   The DBR units 3 and 4 are chirped gratings in which the grating period changes as a function of position. Specifically, one DBR portion 3 is composed of a chirped grating configured such that the period of the grating decreases as it goes to the end face side, and the other DBR portion 4 includes the grating as it goes to the end face side. It consists of a chirped grating configured to increase the period. Such a chirped grating is formed, for example, in one DBR section 3 by inserting a plurality of constant negative phase shifts and reducing the phase shift insertion interval toward the end face side. The other DBR portion 4 can be formed by inserting a plurality of constant positive phase shifts and decreasing the phase shift insertion interval toward the end face side.

さらにDBR部3、4では、グレーティングの結合係数を入射光の進行方向に沿って徐々に増加させ、DBR部3、4の中心付近で最も大きくし、その後徐々に減少させるアポダイゼーションが施されている。具体的には、グレーティングにおける凹凸の大きさを入射光の進行方向に沿って徐々に増加させ、DBR部3、4の中心付近で最も大きくし、その後徐々に減少させること、或いは、単位長さあたりの凹凸の数を入射光の進行方向に沿って徐々に増加させ、DBR部の中心付近で最も多くし、その後徐々に減少させること、などにより実現される。   Further, in the DBR units 3 and 4, apodization is performed in which the coupling coefficient of the grating is gradually increased along the traveling direction of the incident light, maximized in the vicinity of the center of the DBR units 3 and 4, and then gradually decreased. . Specifically, the size of the unevenness in the grating is gradually increased along the traveling direction of the incident light, is maximized near the centers of the DBR portions 3 and 4, and is gradually decreased thereafter, or the unit length. This is realized by gradually increasing the number of the concavo-convex portions along the traveling direction of the incident light, increasing it most near the center of the DBR portion, and then gradually decreasing it.

図2は、アポダイゼーションを施した場合と施さない場合の、チャープトグレーティングにおける反射率及び有効長の波長依存性の計算例である。有効長はグレーティングの実効的な長さを表しており、有効長の波長依存性は、後述する共振器長の波長依存性と対応している。図2から明らかなように、アポダイゼーションを施すことにより、チャープトグレーティングにおける反射率及び有効長のリップルが著しく低減されることがわかる。   FIG. 2 is a calculation example of the wavelength dependence of the reflectance and the effective length in the chirped grating with and without apodization. The effective length represents the effective length of the grating, and the wavelength dependency of the effective length corresponds to the wavelength dependency of the resonator length described later. As is clear from FIG. 2, it can be seen that the apodization significantly reduces the reflectivity and effective length ripple in the chirped grating.

図3(a)は、アポダイゼーションを施したチャープトグレーティングを用いて共振器を構成した場合のミラー損失と縦モード間隔の波長依存性の計算例であり、図3(b)は、アポダイゼーションを施さないチャープトグレーティングを用いて共振器を構成した場合のミラー損失と縦モード間隔の波長依存性の計算例である。   Fig. 3 (a) is a calculation example of the wavelength dependence of the mirror loss and the longitudinal mode interval when a resonator is configured using a chirped grating subjected to apodization, and Fig. 3 (b) shows the calculation of the apodization. This is a calculation example of the wavelength dependence of the mirror loss and the longitudinal mode interval when a resonator is configured using a non-chirped grating.

ミラー損失及び縦モード間隔は次式のように表される。
ミラー損失:αDBR=(1/Lact)ln(1/(R121/2) (1)
縦モード間隔:Δf=c/2ngL (2)
ここでLactは利得領域の長さ、R12は2つのDBR部における反射率の積、cは光速、ngは群屈折率、Lは共振器長である。R12及びLは波長依存性を有するため、ミラー損失、及び、縦モード間隔も波長依存性を有している。
The mirror loss and the longitudinal mode interval are expressed as follows.
Mirror loss: α DBR = (1 / L act ) ln (1 / (R 1 R 2 ) 1/2 ) (1)
Longitudinal mode spacing: Δf = c / 2n g L (2)
Here, L act is the length of the gain region, R 1 R 2 is the product of the reflectivities in the two DBR sections, c is the speed of light, ng is the group refractive index, and L is the resonator length. Since R 1 R 2 and L have wavelength dependency, the mirror loss and the longitudinal mode interval also have wavelength dependency.

図3(a)、(b)の1535nmから1565nmの波長域においては、ミラー損失がほぼ一定値をとることから、前記波長域においては変調器部にかける変調周波数と縦モード間隔が一致するような波長が中心波長として選択される。例えば、図3(a)では、変調周波数を25.5GHzとすると、中心波長は約1550nmとなる。一方、図3(b)では、変調周波数を25.5GHzとすると、チャープトグレーティングにおける有効長のリップルの影響により、選択される波長が約1550nmの周辺に不規則に複数存在することから、光スペクトル強度のばらつきが顕著に現れ、且つ、中心波長を正確に選択することもできない。   In the wavelength range from 1535 nm to 1565 nm in FIGS. 3A and 3B, the mirror loss has a substantially constant value, so that the modulation frequency applied to the modulator section and the longitudinal mode interval are matched in the wavelength range. The correct wavelength is selected as the center wavelength. For example, in FIG. 3A, when the modulation frequency is 25.5 GHz, the center wavelength is about 1550 nm. On the other hand, in FIG. 3B, when the modulation frequency is 25.5 GHz, a plurality of selected wavelengths are irregularly present around 1550 nm due to the effect of ripple of the effective length in the chirped grating. The variation in the spectral intensity appears remarkably, and the center wavelength cannot be selected accurately.

以上を踏まえると、チャープトグレーティングにアポダイゼーションを施すことにより、光スペクトル強度のばらつきを抑え、正確に中心波長を選択可能な波長可変半導体モード同期レーザが実現可能となる。   Based on the above, by applying apodization to the chirped grating, it becomes possible to realize a wavelength-tunable semiconductor mode-locked laser that can suppress variation in optical spectrum intensity and can select the center wavelength accurately.

図4は、本発明の実施形態に係る波長可変半導体モード同期レーザの一例を示す概略の構造図である。これは、本実施例の波長可変半導体モード同期レーザを、基板に垂直上方から見た概略である。本実施例では、1.55μm波長帯、変調周波数が25GHz前後のモード同期レーザの例を示すが、半導体の組成比あるいは組成を変えることにより波長帯を変えること、又、共振器の長さを変えることにより変調周波数帯を変えることは容易である。   FIG. 4 is a schematic structural diagram showing an example of a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to an embodiment of the present invention. This is a schematic view of the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to the present embodiment as viewed from vertically above the substrate. In this embodiment, an example of a mode-locked laser with a 1.55 μm wavelength band and a modulation frequency of around 25 GHz is shown. However, the wavelength band can be changed by changing the composition ratio or composition of the semiconductor, and the length of the resonator can be changed. It is easy to change the modulation frequency band by changing.

本実施例の波長可変半導体モード同期レーザは、図1に示した構成、具体的には、利得部1と、変調器部2と、利得部1と変調器部2とを挟むように2箇所に配設されたDBR部3、4を有し、DBR部3、4が、アポダイゼーションを施したチャープトグレーティングからなっている。具体的には、DBR部3、4は、導波路の側面に垂直にグレーティングが形成される垂直グレーティング型DBRとされており、そのグレーティングの凹凸の大きさを変化させることで、アポダイゼーションが実現されている。   The wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to the present embodiment has the configuration shown in FIG. 1, specifically, two locations so as to sandwich the gain section 1, the modulator section 2, and the gain section 1 and the modulator section 2. The DBR units 3 and 4 are arranged in the above structure, and the DBR units 3 and 4 are made of chirped gratings subjected to apodization. Specifically, the DBR portions 3 and 4 are vertical grating type DBRs in which a grating is formed perpendicular to the side surface of the waveguide, and apodization is realized by changing the size of the irregularities of the grating. ing.

利得部1は、井戸層がInGaAs又はInGaAsP、障壁層がInGaAsPの多重量子井戸よりなり、そのフォトルミネッセンス波長は1.55μm近傍である。変調器部2及びDBR部3、4は、井戸層がInGaAs又はInGaAsP、障壁層がInGaAsPの多重量子井戸よりなり、そのフォトルミネッセンス波長は1.49μm近傍である。   The gain section 1 is composed of a multiple quantum well in which the well layer is InGaAs or InGaAsP and the barrier layer is InGaAsP, and the photoluminescence wavelength thereof is around 1.55 μm. The modulator section 2 and the DBR sections 3 and 4 are composed of multiple quantum wells in which the well layer is InGaAs or InGaAsP and the barrier layer is InGaAsP, and the photoluminescence wavelength thereof is around 1.49 μm.

利得部1はリッジ導波路とされ、長さは約1000μmである。変調器部2及びDBR部3、4はハイメサ導波路とされ、変調器部2の長さは100μm、DBR部3の長さは330μm、DBR部4の長さは500μmである。導波路幅を徐々に変化させるテーパをリッジ導波路及びハイメサ導波路、あるいはどちらか一方に施すことによって、リッジ導波路とハイメサ導波路の結合効率を高めることが可能である。ここでは利得部1をリッジ導波路としたが、埋め込み導波路としてもよい。又、変調器部2をハイメサ導波路としたが、リッジ導波路あるいは埋め込み導波路としてもよい。   The gain section 1 is a ridge waveguide and has a length of about 1000 μm. The modulator unit 2 and the DBR units 3 and 4 are high-mesa waveguides. The modulator unit 2 has a length of 100 μm, the DBR unit 3 has a length of 330 μm, and the DBR unit 4 has a length of 500 μm. By applying a taper that gradually changes the waveguide width to the ridge waveguide and / or the high mesa waveguide, the coupling efficiency between the ridge waveguide and the high mesa waveguide can be increased. Although the gain section 1 is a ridge waveguide here, it may be a buried waveguide. Further, although the modulator unit 2 is a high mesa waveguide, it may be a ridge waveguide or a buried waveguide.

DBR部3には、図4に示すように、負の位相シフト7、8、9を多数挿入することにより、その端面側へ行くに従い、グレーティングの周期が減少するよう構成されており、そのチャープ率は1.15nm/(100μm)である。ここでチャープ率はDBR部において、100μmあたりのグレーティングの周期の変化量に換算して表した。DBR部4には、正の位相シフト10、11、12を多数挿入することにより、その端面側へ行くに従いグレーティングの周期が増大するよう構成されており、そのチャープ率は0.73nm/(100μm)である。   As shown in FIG. 4, the DBR unit 3 is configured to insert a large number of negative phase shifts 7, 8, and 9, so that the grating period decreases as it goes to the end face side. The rate is 1.15 nm / (100 μm). Here, the chirp rate is expressed in the DBR portion in terms of the amount of change in the grating period per 100 μm. The DBR unit 4 is configured to insert a large number of positive phase shifts 10, 11, and 12 so that the period of the grating increases toward the end face side, and the chirp rate is 0.73 nm / (100 μm). ).

又、DBR部3、4は、グレーティングの凹凸の大きさを変化させることにより、結合係数κが次式に従うよう変化させ、アポダイゼーションを実現した。
κ=κ0sin(πz/L) (3)
ここでκ0は結合係数の最大値、zは光の入射側からの距離、LはDBRの長さであり、κ0は80cm-1とした。結合係数の変調関数は、上記三角関数以外でもDBR部の中心が最大となるようなガウス関数、Sinc関数等でもよい。
In addition, the DBR units 3 and 4 change the coupling coefficient κ according to the following expression by changing the size of the irregularities of the grating, thereby realizing apodization.
κ = κ 0 sin (πz / L) (3)
Here, κ 0 is the maximum value of the coupling coefficient, z is the distance from the light incident side, L is the length of the DBR, and κ 0 is 80 cm −1 . The modulation function of the coupling coefficient may be a Gaussian function, a Sinc function, or the like that maximizes the center of the DBR portion other than the trigonometric function.

次に波長可変特性について述べる。
図5にミラー損失及び共振器の縦モード間隔の波長依存性を示す。図5(a)はDBR部3、4への電流注入を行なわない場合、図5(b)はDBR部3へ電流注入を行い、DBR部3の屈折率が0.3%程度小さくなった場合、図5(c)はDBR部4へ電流注入を行い、DBR部4の屈折率が0.3%程度小さくなった場合である。
Next, wavelength tunable characteristics will be described.
FIG. 5 shows the wavelength dependence of the mirror loss and the longitudinal mode interval of the resonator. 5A shows a case where no current is injected into the DBR units 3 and 4. FIG. 5B shows a case where a current is injected into the DBR unit 3 and the refractive index of the DBR unit 3 is reduced by about 0.3%. In this case, FIG. 5C shows a case where current is injected into the DBR portion 4 and the refractive index of the DBR portion 4 is reduced by about 0.3%.

変調器部2へ25GHzの変調周波数をかけると、DBR部3、4への電流注入を行なわない場合は、図5(a)より中心波長は約1546nmとなり、DBR部3へ電流注入を行った場合は、図5(b)より中心波長は約1557nmとなり、DBR部4へ電流注入を行った場合は図5(c)より中心波長は約1530nmとなる。この場合、リップルの影響は見られず、25〜30nmの波長域に渡って中心波長を正確に変化させることが可能である。   When a modulation frequency of 25 GHz is applied to the modulator unit 2, when current injection into the DBR units 3 and 4 is not performed, the center wavelength is about 1546 nm from FIG. 5A, and current injection into the DBR unit 3 was performed. In this case, the center wavelength is about 1557 nm from FIG. 5B, and when current is injected into the DBR unit 4, the center wavelength is about 1530 nm from FIG. In this case, the influence of ripple is not seen, and the center wavelength can be accurately changed over the wavelength range of 25 to 30 nm.

光スペクトル特性についても、アポダイゼーションを施さない場合とは異なり、ある特定の縦モード間隔をもつ波長が複数存在するようなことがないため、中心波長から波長が離れるに従って一様に強度が減少していくような、ばらつきのない光スペクトルが得られる。   Unlike the case where no apodization is applied to the optical spectrum characteristics, there are no multiple wavelengths having a specific longitudinal mode interval, so the intensity decreases uniformly as the wavelength goes away from the center wavelength. A consistent light spectrum can be obtained.

図6は、本発明の実施形態に係る波長可変半導体モード同期レーザの他の一例を示す概略の構造図である。これは、本実施例の波長可変半導体モード同期レーザの断面概略図を示すものである。本実施例も実施例1と同様、1.55μm波長帯、変調周波数が25GHz前後のモード同期レーザの例を示す。   FIG. 6 is a schematic structural diagram showing another example of a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to an embodiment of the present invention. This shows a schematic cross-sectional view of the wavelength-tunable semiconductor mode-locked laser of this example. In the present embodiment, similarly to the first embodiment, an example of a mode-locked laser having a 1.55 μm wavelength band and a modulation frequency of around 25 GHz is shown.

本実施例の波長可変半導体モード同期レーザも、図1に示した構成、つまり、利得部1と、変調器部2と、利得部1と変調器部2とを挟むように2箇所に配設されたDBR部3、4を有し、DBR部3、4が、アポダイゼーションを施したチャープトグレーティングからなっている。具体的には、DBR部3、4に施されたアポダイゼーションは、単位長さあたりの凹凸の数を変化させることにより実現されている。   The wavelength tunable semiconductor mode-locked laser of this embodiment is also arranged at two locations so as to sandwich the configuration shown in FIG. 1, that is, the gain unit 1, the modulator unit 2, and the gain unit 1 and the modulator unit 2. The DBR units 3 and 4 are made of chirped gratings subjected to apodization. Specifically, apodization applied to the DBR units 3 and 4 is realized by changing the number of irregularities per unit length.

利得部1は、井戸層がInGaAs又はInGaAsP、障壁層がInGaAsPの多重量子井戸よりなり、そのフォトルミネッセンス波長は1.55μm近傍である。変調器部2及びDBR部3、4は、井戸層がInGaAs又はInGaAsP、障壁層がInGaAsPの多重量子井戸よりなり、そのフォトルミネッセンス波長は1.49μm近傍である。   The gain section 1 is composed of a multiple quantum well in which the well layer is InGaAs or InGaAsP and the barrier layer is InGaAsP, and the photoluminescence wavelength thereof is around 1.55 μm. The modulator section 2 and the DBR sections 3 and 4 are composed of multiple quantum wells in which the well layer is InGaAs or InGaAsP and the barrier layer is InGaAsP, and the photoluminescence wavelength thereof is around 1.49 μm.

利得部1、変調器部2、DBR部3、4は半絶縁性InP埋め込み構造とし、長さは利得部1が1000μm、変調器部2が100μm、DBR部3が330μm、DBR部4が500μmである。ここでは導波路は埋め込み導波路としたが、リッジ導波路としてもよい。   The gain unit 1, the modulator unit 2, the DBR units 3 and 4 have a semi-insulating InP buried structure, and the length is 1000 μm for the gain unit 1, 100 μm for the modulator unit 2, 330 μm for the DBR unit 3, and 500 μm for the DBR unit 4 It is. Although the waveguide is a buried waveguide here, it may be a ridge waveguide.

DBR部3には、図6に示すように、負の位相シフト7、8、9を多数挿入することにより、その端面側へ行くに従いグレーティングの周期が減少するよう構成されており、そのチャープ率は1.15nm/(100μm)である。DBR部4には、正の位相シフト10、11、12を多数挿入することにより、その端面側へ行くに従いグレーティングの周期が増大するよう構成されており、そのチャープ率は0.73nm/(100μm)である。又、DBR部3、4には、図6に示すようなグレーティングのない部分13、14を挿入し、単位長さあたりのグレーティングの凹凸の数を変化させることにより、結合係数κが、実効的に式(3)に従うよう変化させ、アポダイゼーションを実現した。なお、結合係数の最大値κ0は、実施例1と同様、80cm-1とした。 As shown in FIG. 6, the DBR unit 3 is configured such that a large number of negative phase shifts 7, 8, 9 are inserted so that the period of the grating decreases toward the end face side. Is 1.15 nm / (100 μm). The DBR unit 4 is configured to insert a large number of positive phase shifts 10, 11, and 12 so that the period of the grating increases toward the end face side, and the chirp rate is 0.73 nm / (100 μm). ). In addition, the DBR portions 3 and 4 are inserted with portions 13 and 14 having no grating as shown in FIG. 6 to change the number of grating irregularities per unit length, so that the coupling coefficient κ is effectively reduced. In order to achieve apodization, the equation (3) was changed. The maximum value κ 0 of the coupling coefficient was set to 80 cm −1 , as in Example 1.

上記条件にて、波長可変半導体モード同期レーザを構成し、実施例1の図5と同様に波長依存性を調べたところ、波長可変特性及び光スペクトル特性については、本実施例においても実施例1と同様の特性が得られた。   Under the above conditions, a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser was constructed, and its wavelength dependence was examined in the same manner as in FIG. 5 of Example 1. As for wavelength tunable characteristics and optical spectrum characteristics, Example 1 also in this example. Similar characteristics were obtained.

図7は、本発明の実施形態に係る波長可変半導体モード同期レーザの更なる他の一例を示す構造図である。これは、本実施例の波長可変半導体モード同期レーザにおけるDBR部の構成、具体的には、アポダイゼーションの概要を説明するためのものである。   FIG. 7 is a structural diagram showing still another example of the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to the embodiment of the present invention. This is for explaining the configuration of the DBR section in the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser of this embodiment, specifically, the outline of apodization.

本実施例の波長可変半導体モード同期レーザは、上記実施例2とDBR部以外は同様の構造である。従って、ここでは、重複する説明を省略し、本実施例の特徴点について、主に説明する。   The wavelength tunable semiconductor mode-locked laser of this example has the same structure as that of Example 2 except for the DBR part. Therefore, here, overlapping description is omitted, and the characteristic points of the present embodiment will be mainly described.

図7では、光の入射位置から端面方向への向きをzの正の方向として、図7(a)はグレーティングの概略形状を示し、図7(b)は領域A1〜A6毎の屈折率の平均値を示し、図7(c)は領域A1〜A6毎の結合係数の平均値を表している。図7に示すように、本実施例の波長可変半導体モード同期レーザでは、DBR部3、4において、グレーティングの周期とグレーティングの凸部の長さの比を変化させることにより、DBR部3、4に施すアポダイゼーションを実現している。ここで、結合係数をκ、グレーティングのピッチをΛ、図7(a)のグレーティングの凸部A7〜A12の長さをWとすると、κとΛとWの間には次のような関係がある。
κ∝sin(πW/Λ) (4)
In FIG. 7, the direction from the light incident position to the end face direction is a positive direction of z, FIG. 7 (a) shows a schematic shape of the grating, and FIG. 7 (b) shows the refractive index of each region A1 to A6. The average value is shown, and FIG. 7C shows the average value of the coupling coefficient for each of the regions A1 to A6. As shown in FIG. 7, in the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser of this embodiment, the DBR units 3 and 4 change the ratio of the grating period to the length of the convex portion of the grating in the DBR units 3 and 4. Apodization to be applied to is realized. Here, if the coupling coefficient is κ, the pitch of the grating is Λ, and the length of the convex portions A7 to A12 of the grating in FIG. 7A is W, the following relationship exists between κ, Λ, and W. is there.
κ∝sin (πW / Λ) (4)

例えば、W/Λを、領域A1〜A6でそれぞれ、2/14、12/14、4/14、10/14、6/14、8/14などとすることにより、図7(c)に示したように、領域A1とA2、領域A3とA4、領域A5とA6は、それぞれ結合係数κは同じ値になり、且つ、式(4)から明らかなように、位置の変化に伴い、κは式(3)に従うように変化をするため、アポダイゼーションが実現されていることがわかる。   For example, by setting W / Λ to be 2/14, 12/14, 4/14, 10/14, 6/14, 8/14, etc. in the regions A1 to A6, respectively, as shown in FIG. As described above, the regions A1 and A2, the regions A3 and A4, and the regions A5 and A6 have the same coupling coefficient κ, and as is clear from the equation (4), κ It can be seen that apodization is realized because the change is made in accordance with Equation (3).

ここでは、図7(b)に示したように、屈折率は大小を繰り返しているが、このことによって、領域A1とA2、領域A3とA4、領域A5とA6で、平均した屈折率は同一の値をとっており、屈折率の分布に伴うグレーティングの実効的な周期の変化を回避している。   Here, as shown in FIG. 7 (b), the refractive index repeats the magnitude, but this makes the average refractive index the same in the regions A1 and A2, the regions A3 and A4, and the regions A5 and A6. Thus, the effective period change of the grating accompanying the refractive index distribution is avoided.

本発明の実施形態に係る波長可変半導体モード同期レーザの基本構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to an embodiment of the present invention. アポダイゼーションを施した場合と施さない場合の、チャープトグレーティングにおける反射率及び有効長の波長依存性の計算例である。It is a calculation example of the wavelength dependence of the reflectance and effective length in a chirped grating with and without apodization. (a)はアポダイゼーションを施したチャープトグレーティングを用いて共振器を構成した場合のミラー損失と縦モード間隔の波長依存性の計算例であり、(b)はアポダイゼーションを施さないチャープトグレーティングを用いて共振器を構成した場合のミラー損失と縦モード間隔の波長依存性の計算例である。(A) is a calculation example of the wavelength dependence of mirror loss and longitudinal mode spacing when a resonator is configured using a chirped grating subjected to apodization, and (b) is a chirped grating not subjected to apodization. This is a calculation example of the wavelength dependence of the mirror loss and the longitudinal mode interval when a resonator is configured. 本発明の実施形態に係る波長可変半導体モード同期レーザの一例(実施例1)を示す概略図である。It is the schematic which shows an example (Example 1) of the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser which concerns on embodiment of this invention. 実施例1の波長可変半導体モード同期レーザのミラー損失と縦モード間隔の波長依存性を示すグラフである。(a)はDBR部3、4への電流注入を行なわない場合、(b)はDBR部3へ電流注入を行い、DBR部3の屈折率が0.3%程度小さくなった場合、(c)はDBR部4へ電流注入を行い、DBR部4の屈折率が0.3%程度小さくなった場合である。It is a graph which shows the wavelength dependence of the mirror loss and longitudinal mode space | interval of the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser of Example 1. (A) shows no current injection into the DBR units 3 and 4, (b) shows current injection into the DBR unit 3, and when the refractive index of the DBR unit 3 is reduced by about 0.3%, (c ) Is a case where current is injected into the DBR portion 4 and the refractive index of the DBR portion 4 is reduced by about 0.3%. 本発明の実施形態に係る波長可変半導体モード同期レーザの他の一例(実施例2)を示す概略図である。It is the schematic which shows another example (Example 2) of the wavelength tunable semiconductor mode locked laser which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る波長可変半導体モード同期レーザの更なる他の一例(実施例3)を示し、アポダイゼーションの概要を説明する図である。(a)はグレーティングの概略形状、(b)は領域A1〜A6毎の屈折率の平均値、(c)は領域A1〜A6毎の結合係数の平均値である。It is a figure which shows the further another example (Example 3) of the wavelength-tunable semiconductor mode-locked laser which concerns on embodiment of this invention, and demonstrates the outline | summary of apodization. (A) is the schematic shape of the grating, (b) is the average value of the refractive index for each of the regions A1 to A6, and (c) is the average value of the coupling coefficient for each of the regions A1 to A6.

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体利得部
2 半導体光変調器部
3、4 DBR部(分布ブラッグ反射器部)
5、6 無反射膜
7、8、9 負の位相シフト
10、11、12 正の位相シフト
13、14 グレーティングのない部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor gain part 2 Semiconductor optical modulator part 3, 4 DBR part (distributed Bragg reflector part)
5, 6 Non-reflective film 7, 8, 9 Negative phase shift 10, 11, 12 Positive phase shift 13, 14 Parts without grating

Claims (5)

所定の波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧又は電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数又は光利得係数が変化する半導体光変調器部と、前記所定の波長域に反射帯域を持つグレーティングを有する分布ブラッグ反射器部とが同一基板上に形成された波長可変半導体モード同期レーザにおいて、
前記分布ブラッグ反射器部が前記半導体利得部と前記半導体変調器部を挟むように2箇所に配設されると共に、いずれの前記分布ブラッグ反射器部もそのグレーティングの周期が位置の関数として変化するチャープトグレーティングからなり、且つ、グレーティングの結合係数を入射光の進行方向に沿って徐々に増加させ、前記分布ブラッグ反射器部の中心付近で最も大きくし、その後徐々に減少させるアポダイゼーションが施されていることを特徴とする波長可変半導体モード同期レーザ。
A semiconductor gain section having a gain with respect to a predetermined wavelength range; a semiconductor optical modulator section in which a light absorption coefficient or an optical gain coefficient with respect to the wavelength range changes by applying a voltage or current; and a reflection to the predetermined wavelength range In a wavelength tunable semiconductor mode-locked laser in which a distributed Bragg reflector section having a grating with a band is formed on the same substrate,
The distributed Bragg reflector section is disposed at two locations so as to sandwich the semiconductor gain section and the semiconductor modulator section, and the grating period of any of the distributed Bragg reflector sections changes as a function of position. Apodization that consists of chirped grating and gradually increases the coupling coefficient of the grating along the traveling direction of the incident light, becomes the largest near the center of the distributed Bragg reflector, and then gradually decreases. A wavelength tunable semiconductor mode-locked laser.
請求項1記載の波長可変半導体モード同期レーザにおいて、
前記分布ブラッグ反射器部に施されたアポダイゼーションが、グレーティングにおける凹凸の深さを変化させることにより実現されることを特徴とする波長可変半導体モード同期レーザ。
The wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to claim 1,
2. A wavelength tunable semiconductor mode-locked laser, wherein the apodization applied to the distributed Bragg reflector is realized by changing the depth of irregularities in the grating.
請求項2記載の波長可変半導体モード同期レーザにおいて、
前記分布ブラッグ反射器部を、導波路の側面に垂直にグレーティングを形成する垂直グレーティングを用いて、凹凸の深さを変化させることを特徴とする波長可変半導体モード同期レーザ。
In the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to claim 2,
Wherein the distributed Bragg reflector portion, with a vertical grating for forming a grating perpendicular to the side surface of the waveguide, the wavelength tunable semiconductor mode-locked laser, wherein changing the depth of the irregularities.
請求項1記載の波長可変半導体モード同期レーザにおいて、
前記分布ブラッグ反射器部に施されたアポダイゼーションが、グレーティングのない部分を挿入して単位長さあたりの凹凸の数を変化させることにより実現されることを特徴とする波長可変半導体モード同期レーザ。
The wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to claim 1,
A wavelength tunable semiconductor mode-locked laser, wherein the apodization applied to the distributed Bragg reflector is realized by inserting a portion without a grating and changing the number of irregularities per unit length.
請求項1記載の波長可変半導体モード同期レーザにおいて、
前記分布ブラッグ反射器部に施されたアポダイゼーションが、グレーティングの周期とグレーティングの凸部の長さの比を変化させることにより実現されることを特徴とする波長可変半導体モード同期レーザ。
The wavelength tunable semiconductor mode-locked laser according to claim 1,
2. A wavelength tunable semiconductor mode-locked laser, wherein apodization applied to the distributed Bragg reflector is realized by changing a ratio of a grating period to a length of a convex part of the grating.
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