JP4469759B2 - Tunable laser - Google Patents
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Description
本発明は、光通信用の光源として用いられる半導体レーザに関し、特に発振波長を広範囲かつ高速に変化させることができる波長可変レーザに関する。 The present invention relates to a semiconductor laser used as a light source for optical communication, and more particularly to a wavelength tunable laser capable of changing an oscillation wavelength over a wide range and at high speed.
近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化することによって、一本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システム(WDM通信システム)の開発が進められている。
このような波長分割多重通信システムにおいて、柔軟かつ高度な通信システムを実現するために、広い波長範囲で高速に所望の波長を選択しうる波長可変レーザが強く求められている。
Along with a dramatic increase in communication demand in recent years, a wavelength division multiplexing communication system (WDM communication system) that enables large-capacity transmission over a single optical fiber by multiplexing a plurality of signal lights having different wavelengths. Development is underway.
In such a wavelength division multiplexing communication system, in order to realize a flexible and advanced communication system, a wavelength tunable laser capable of selecting a desired wavelength at high speed in a wide wavelength range is strongly demanded.
例えば、連続的に発振波長を変化させることができる波長可変レーザとして、3電極DBR(Distributed Bragg Reflector;分布反射形)レーザやTTG−DFB(Tunable Twin Guide-Distributed Feedback;チューナブルツインガイド分布帰還形)レーザなどが提案されている。
ここで、図17に示すように、3電極DBRレーザ100は、活性層部101と、位相制御部102と、光導波路に沿って回折格子103が形成されているDBR部104とを備え、これらの活性層部101,位相制御部102及びDBR部104は直列に配置されている。また、活性層部101,位相制御部102及びDBR部104には、独立して電流注入を行なうことができるように、それぞれ電極105,106,107が設けられている。さらに、これらの電極105,106,107が設けられている面の反対側の面には、接地電位に接続されている共通電極108が設けられている。そして、活性層部101には電極105を介して電流Iactが注入され、位相制御部102には電極106を介
して電流IPSが注入され、DBR部104には電極107を介して電流(波長制御電流)IDBRが注入されるようになっている。
For example, as a wavelength tunable laser capable of continuously changing the oscillation wavelength, a three-electrode DBR (Distributed Bragg Reflector) laser or a TTG-DFB (Tunable Twin Guide-Distributed Feedback) is used. ) Lasers have been proposed.
Here, as shown in FIG. 17, the three-
また、図18に示すように、TTG−DFBレーザ110は、電流注入により利得を発生する活性導波路111と、電流注入により屈折率が変化して発振波長を変化させる波長制御導波路112とを備え、波長制御導波路112上に中間層113を介して活性導波路111が積層された構造になっている。また、これらの活性導波路111及び波長制御導波路112に沿って、その全長にわたって回折格子114が形成されている。さらに、上側の表面には活性導波路111に電流Iactを注入するための電極115が設けられており、下側の表面には波長制御導波路112に電流Ituneを注入するための電極116が設けられている。また、中間層113は接地電位に接続されている。これにより、活性導波路111及び波長制御導波路112にそれぞれ独立して電流注入を行なえるようになっている。
As shown in FIG. 18, the TTG-
また、広帯域な波長可変レーザを実現する手段として、例えば、数nm〜10数nmの波長可変範囲を持つ複数の波長可変レーザを、同一基板上に集積したアレイ集積型波長可変レーザも提案されている。
例えば、非特許文献1には、波長可変レーザとしてDBRレーザを集積したものが提案されている。また、特許文献1には、波長可変レーザとしてTTG−DFBレーザを集積したものが提案されている。
As a means for realizing a broadband wavelength tunable laser, for example, an array integrated wavelength tunable laser in which a plurality of wavelength tunable lasers having a wavelength tunable range of several nm to several tens nm is integrated on the same substrate has been proposed. Yes.
For example, Non-Patent
このようなアレイ集積型波長可変レーザにおいて、広い波長範囲で高速に波長可変動作を行なうためには、集積される個々の波長可変レーザの波長可変範囲を広くし、かつ、波長可変動作を速くすることが要求される。
例えば、波長可変レーザとして、上述の3電極DBRレーザ100やTTG−DFBレーザ110を集積させる場合、3電極DBRレーザ100やTTG−DFBレーザ110は、位相制御部102や波長制御導波路112への電流注入により発振波長を変化させることができるため、高速(例えば10ナノ秒以下)で波長を変化させることができる。
In such an array-integrated wavelength tunable laser, in order to perform wavelength tunable operation at a high speed in a wide wavelength range, the wavelength tunable range of each integrated wavelength tunable laser is widened and the wavelength tunable operation is accelerated. Is required.
For example, when the above-described three-
一方、集積される個々の波長可変レーザの波長可変範囲としては、DBRレーザの場合で10nm程度、TTG−DFBレーザの場合で7nm程度まで波長可変範囲を広くすることができるとの報告がある。この場合、1つのアレイ集積型波長可変レーザに4〜7個の波長可変レーザを集積することによって、WDM通信システムにおいて重要な1530〜1560nm(Cバンド)の範囲で波長可変動作が可能となる。 On the other hand, it has been reported that the wavelength tunable range of individual wavelength tunable lasers integrated can be widened to about 10 nm in the case of DBR laser and about 7 nm in the case of TTG-DFB laser. In this case, by integrating 4 to 7 wavelength tunable lasers in one array integrated wavelength tunable laser, wavelength tunable operation is possible in the range of 1530 to 1560 nm (C band) which is important in the WDM communication system.
ところで、DBRレーザでは、発振波長を変化させるために電流(波長制御電流)を注入していくと、次第にブラッグ波長と縦モード波長とがずれていき、モード跳び(モードホッピング)が生じてしまうことになる。このため、モード跳びが生じないようにしながら、連続的に発振波長を変化させることができるようにするためには、上述の3電極DBRレーザ100のように、回折格子が形成されていない位相制御部102を設け、この位相制御部102に電流を注入することによってブラッグ波長と縦モード波長とを一致させることが必要になる。
By the way, in the DBR laser, when current (wavelength control current) is injected to change the oscillation wavelength, the Bragg wavelength and the longitudinal mode wavelength gradually shift, and mode jump (mode hopping) occurs. become. Therefore, in order to be able to continuously change the oscillation wavelength while preventing mode jumping, the phase control in which no diffraction grating is formed as in the above-described three-
しかしながら、このような3電極DBRレーザ100では、DBR部104における反射波長の制御のほかに、位相制御部102における位相制御も必要になるため、制御が複雑になる。
そこで、位相の制御を不要とするための技術として、分布反射領域に電流を注入するための電極の構成や活性導波路や位相を調節するための非活性導波路の長さを工夫することが提案されている(例えば特許文献2参照)。また、活性領域と非活性領域とを光の伝搬方向に沿って交互に周期的に繰り返し配置し、同じ周期で、回折格子が形成された領域と回折格子が形成されていない領域とを配置する構造が提案されている(例えば特許文献4参照)。
However, in such a three-
Therefore, as a technique for making phase control unnecessary, the configuration of the electrode for injecting current into the distributed reflection region, the length of the active waveguide, and the length of the inactive waveguide for adjusting the phase can be devised. It has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In addition, the active region and the non-active region are alternately and periodically arranged along the light propagation direction, and the region where the diffraction grating is formed and the region where the diffraction grating is not formed are arranged with the same cycle. A structure has been proposed (see, for example, Patent Document 4).
なお、電流的に制御を行なうもので、モード跳びを生じることなく、発振波長を連続的に変化させることができる他の波長可変レーザとしては、例えば多電極DFB(Distributed Feed Back;分布帰還形)レーザが提案されている(例えば非特許文献2,特許文献3参照)。
ところで、上述したように、DBRレーザでは、モード跳びが生じないようにしながら、連続的に発振波長を変化させることができるようにするために、DBR部104における反射波長の制御のほかに、位相制御部102における位相制御も必要になる。この場合、波長制御のパラメータが2つとなり、制御が複雑である。このため、高速に波長制御を行なうのが困難である。
By the way, as described above, in the DBR laser, in addition to controlling the reflection wavelength in the
また、上述の特許文献2に記載された技術では、分布反射導波路に電流を注入するための櫛形電極と、位相を調節するための非活性導波領域の電極とに同一の電流を注入するだけで、共振縦モード波長とブラッグ波長とを同一の割合で変化させることができるが、最初に共振縦モード波長とブラッグ波長とを一致させるための位相の制御は必要であり、この制御は複雑である。特に、アレイ集積型波長可変レーザでは、レーザ切替時の制御が複雑であり、高速に波長制御を行なうのが難しい。
In the technique described in
一方、TTG−DFBレーザでは、モード跳びは起こらないが、上述のように、活性導波路111と波長制御導波路112とにそれぞれ独立に電流を注入しうるように、活性導波路111と波長制御導波路112との間に中間層113を設け、この中間層113を接地電位に接続する必要があるため、素子の作製が通常のレーザに比べて複雑になる。特に、集積化してアレイ集積型波長可変レーザを作製するのは困難である。
On the other hand, in the TTG-DFB laser, mode jump does not occur. However, as described above, the active waveguide 111 and the wavelength control are controlled so that currents can be injected independently into the active waveguide 111 and the wavelength control waveguide 112, respectively. Since it is necessary to provide the
また、上述の多電極DFBレーザは、波長可変範囲が2〜3nm程度であるため、WDM通信システムにおいて重要なCバンドの全てをカバーするのに10本以上のレーザを集積することが必要であり、素子の歩留まりなどを考慮すると現実的ではない。
また、上述の特許文献4に記載された技術では、回折格子が形成されていない領域の位相状態を素子の作りこみだけで調整するのは困難である。また、位相制御が必要であり、制御が複雑である。
Further, since the above-mentioned multi-electrode DFB laser has a wavelength tunable range of about 2 to 3 nm, it is necessary to integrate 10 or more lasers to cover all the important C bands in the WDM communication system. Considering the yield of the element, it is not realistic.
Further, with the technique described in
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようにした、波長可変レーザを提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a wavelength tunable laser that can be easily manufactured and can obtain a relatively wide wavelength tunable range with simple control. .
このため、本発明の波長可変レーザは、利得を発生しうる利得導波路部と、電流注入又は電圧印加によって発振波長を制御しうる波長制御導波路部とを光軸方向に交互に有する光導波路と、光導波路の全長にわたって光導波路に沿って設けられる回折格子とを備え、回折格子が、利得導波路部に対応する位置に設けられる利得用回折格子と、波長制御導波路部に対応する位置に設けられる波長制御用回折格子とを有し、波長制御導波路部及び波長制御用回折格子を含むものとして波長制御領域が構成され、利得導波路部及び利得用回折格子を含むものとして利得領域が構成され、波長制御導波路部に電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域のブラッグ波長が、利得領域のブラッグ波長に対して長波長側になるように構成され、利得用回折格子の周期と、波長制御用回折格子の周期とが異なるように構成され、利得領域と波長制御領域との間に境界領域を備え、境界領域の長さが、利得用回折格子の周期と波長制御用回折格子の周期の平均値の±10%以内、又は、平均値の±10%以内の値に平均値を整数倍した値を足した値になっていることを特徴としている。 For this reason, the wavelength tunable laser according to the present invention has an optical waveguide having alternately a gain waveguide section capable of generating gain and a wavelength control waveguide section capable of controlling the oscillation wavelength by current injection or voltage application in the optical axis direction. And a diffraction grating provided along the optical waveguide over the entire length of the optical waveguide, and the diffraction grating is provided at a position corresponding to the gain waveguide section, and a position corresponding to the wavelength control waveguide section. The wavelength control region is configured to include the wavelength control waveguide portion and the wavelength control diffraction grating, and the gain region includes the gain waveguide portion and the gain diffraction grating. Configured so that the Bragg wavelength in the wavelength control region is longer than the Bragg wavelength in the gain region when no current injection or voltage is applied to the wavelength control waveguide. Is the period of the gain diffraction grating, a period of the wavelength controlling diffraction grating is configured differently, with a boundary region between the gain region and the wavelength control region, the length of the boundary region, the diffraction gain The average value of the period of the grating and the period of the diffraction grating for wavelength control is within ± 10%, or a value obtained by adding an integer multiple of the average value to a value within ± 10% of the average value. It is said.
本発明のアレイ集積型波長可変レーザは、同一基板上に、異なる波長可変範囲を持つ複数の波長可変レーザを備えるアレイ集積型波長可変レーザであって、複数の波長可変レーザが、いずれも、上記の波長可変レーザであることを特徴としている。 The array integrated wavelength tunable laser of the present invention is an array integrated wavelength tunable laser comprising a plurality of wavelength tunable lasers having different wavelength tunable ranges on the same substrate, and each of the plurality of wavelength tunable lasers is the above-mentioned This is a tunable laser.
したがって、本発明の波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。
特に、アレイ集積型波長可変レーザの作製が容易になる。また、レーザ切替時の制御が簡単になり、高速に波長制御を行なえるようになる。
Therefore, according to the wavelength tunable laser of the present invention, there is an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed.
In particular, fabrication of an array integrated wavelength tunable laser is facilitated. In addition, control at the time of laser switching is simplified, and wavelength control can be performed at high speed.
以下、図面により、本発明の実施形態にかかる波長可変レーザについて、図1〜図16を参照しながら説明する。
[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態にかかる波長可変レーザについて、図1〜図10を参照しながら説明する。
Hereinafter, a wavelength tunable laser according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[First Embodiment]
First, a wavelength tunable laser according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態にかかる波長可変レーザ(電流制御型波長可変レーザ)は、図1に示すように、電流注入によって利得を発生しうる利得導波路部1A及び電流注入による屈折率変化によって発振波長を制御しうる波長制御導波路部1Bを有する光導波路(光導波路層)1と、光導波路1の近傍に設けられた回折格子(回折格子層)2とを備えるものとして構成される。そして、本波長可変レーザでは、利得導波路部1Aに電流(利得制御電流)Iactを注入することによって、回折格子2の周期に応じた波長で発振するようになっている[TDA−DFB(Tunable Distributed Amplification-Distributed Feedback)レーザ]。また、波長制御導波路部1Bに電流(波長制御電流)Ituneを注入することによって発振波長を制御しうるようになっている。
As shown in FIG. 1, the wavelength tunable laser according to the present embodiment (current control type wavelength tunable laser) controls the oscillation wavelength by a
ここで、光導波路1は、図1に示すように、利得導波路部(活性導波路部)1Aと波長制御導波路部1Bとを光軸方向に交互に有するものとして構成される。つまり、光導波路1は、複数の利得導波路部1Aと、複数の波長制御導波路部1Bとを備え、これらの利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bとが同一平面上で周期的に交互に直列配置された構成になっている。なお、利得導波路部1A及び波長制御導波路部1Bの具体的な構成例については後述する。
Here, as shown in FIG. 1, the
回折格子2は、図1に示すように、光導波路1の下方に、光導波路1の全長にわたって、光導波路1に沿って平行に設けられている。つまり、利得導波路部1Aに対応する位置にも、波長制御導波路部1Bに対応する位置にも、連続的に回折格子2が設けられている。なお、図1に示すように、利得導波路部1Aに対応する位置に形成されている回折格子2を利得用回折格子2Aといい、波長制御導波路部1Bに対応する位置に形成されている回折格子2を波長制御用回折格子2Bという。
As shown in FIG. 1, the
このように、本波長可変レーザでは、TTG−DFBレーザとは異なり、図1に示すように、利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bとが同一平面上に並べられているため、一般的な素子作製技術を用いることができ、素子の作製が容易である。例えば、後述の第6実施形態のように、集積化してアレイ集積型波長可変レーザを作製する場合にも、容易に集積化することができる。
Thus, unlike the TTG-DFB laser, in this variable wavelength laser, as shown in FIG. 1, the
また、本波長可変レーザは、一般的なDFBレーザと同様の構成になっており、DFBレーザの一種であるため、DBRレーザのように波長可変制御時に位相制御を行なう必要がなく、波長制御電流Ituneのみによる単純な波長制御が可能である。なお、本波長可変レーザでは、回折格子2が光導波路1の全長にわたって設けられているため、初期位相の制御も不要である。
In addition, this wavelength tunable laser has the same configuration as a general DFB laser, and is a type of DFB laser. Therefore, unlike the DBR laser, it is not necessary to perform phase control during wavelength tunable control, and the wavelength control current Simple wavelength control by only I tune is possible. In the wavelength tunable laser, since the
本波長可変レーザでは、図1に示すように、光導波路1の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bとに独立に電流注入を行なえるように、それぞれの領域に対して独立に電極3A,3Bが設けられている。
つまり、図1に示すように、光導波路1の利得導波路部1Aの上面にはコンタクト層8Aを介して利得電極(P側電極)3Aが形成されており、下方には共通電極(N側電極)3Cが形成されており、利得導波路部1Aの活性層(利得層,導波路コア層)6に電流Iactを注入しうるようになっている。また、光導波路1の波長制御導波路部1Bの上面にはコンタクト層8Bを介して波長制御電極(P側電極)3Bが形成されており、下方には共通電極(N側電極)3Cが形成されており、波長制御導波路部1Bの波長制御層(導波路コア層,位相制御層)9に電流Ituneを注入しうるようになっている。
In this wavelength tunable laser, as shown in FIG. 1, electrodes are independently provided for each region so that current can be injected independently into the
That is, as shown in FIG. 1, a gain electrode (P-side electrode) 3A is formed on the upper surface of the
ここでは、利得電極3A及び波長制御電極3Bは、図2に示すように、いずれもくし型電極として構成されている。
なお、利得導波路部1A、利得用回折格子2A、利得電極3A、共通電極3Cからなる領域を利得領域11Aといい、波長制御導波路部1B、波長制御用回折格子2B、波長制御電極3B、共通電極3Cからなる領域を波長制御領域11Bという。
Here, the
Note that a region including the
また、図1に示すように、コンタクト層8A,8B、波長制御電極(P側電極)3B及び利得電極(P側電極)3Aが形成されていない領域には、SiO2膜(パッシベーション膜)10が形成されている。つまり、コンタクト層8A,8Bを形成した後、全面にSiO2膜10を形成し、コンタクト層8A,8B上のSiO2膜10のみを除去し、コンタクト層8A,8B上にP側電極3A,3Bを形成することで、コンタクト層8A,8B、P側電極3A,3Bが形成されていない領域にSiO2膜10を形成している。
Further, as shown in FIG. 1, a SiO 2 film (passivation film) 10 is formed in a region where the contact layers 8A and 8B, the wavelength control electrode (P side electrode) 3B and the gain electrode (P side electrode) 3A are not formed. Is formed. That is, after the contact layers 8A and 8B are formed, the SiO 2 film 10 is formed on the entire surface, only the SiO 2 film 10 on the contact layers 8A and 8B is removed, and the P-
特に、図1,図2に示すように、利得領域11Aと波長制御領域11Bとを電気的に分離するため、利得電極3Aと波長制御電極3Bとの間には分離領域(分離部)11Cを設けている。つまり、利得領域11Aと波長制御領域11Bとの接合界面近傍の上方の領域には、波長制御電極(P側電極)3B及び利得電極(P側電極)3A及びコンタクト層8A,8Bを形成しないようにすることで分離部11Cを形成している。
In particular, as shown in FIGS. 1 and 2, in order to electrically isolate the
なお、ここでは、波長制御導波路部1Bに電流注入を行なうことによって発振波長を制御しているが、これに限られるものではなく、例えば波長制御導波路部1Bに波長制御電極3Bを介して電圧印加を行なうことによって発振波長の制御を行なうように構成しても良い。
ところで、本波長可変レーザでは、利得領域11Aのブラッグ波長は一定にし、波長制御領域11Bの波長制御導波路部1Bのコア層の屈折率を変化させ、波長制御領域11Bのブラッグ波長を変えることによって波長可変動作を行なう。
Here, the oscillation wavelength is controlled by injecting current into the wavelength
By the way, in this variable wavelength laser, the Bragg wavelength of the
例えば、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さを1:1にした場合、本波長可変レーザの発振波長は、利得領域11Aのブラッグ波長と波長制御領域11Bのブラッグ波長の平均値となる。
このため、波長制御導波路部1Bのコア層の屈折率を変化させた場合の本波長可変レーザのブラッグ波長(発振波長)λBraggは、利得領域11Aのブラッグ波長をλaとし、波長制御領域11Bのブラッグ波長をλtとし、屈折率を変化させる前(電流注入前)の波長制御領域11Bのブラッグ波長をλt0とし、波長制御導波路部1Bの等価屈折率の変化量をΔntとし、屈折率を変化させる前(電流注入前)の波長制御導波路部1Bの等価屈折率をntとして、次式(1)により表すことができる。
For example, when the length of the
For this reason, the Bragg wavelength (oscillation wavelength) λ Bragg of the tunable laser when the refractive index of the core layer of the wavelength
λBragg=(λa+λt)/2={λa+λt0(1+Δnt/nt)}/2・・・(1)
したがって、本波長可変レーザのブラッグ波長(発振波長)の変化量ΔλBraggは、次式(2)により表すことができる。
ΔλBragg=λt0・(Δnt/nt)/2・・・(2)
一方、共振縦モード波長(共振縦モードの位置)の変化の割合は、全共振器長に対する全波長制御導波路部1Bの長さ(複数の波長制御導波路部1Bの合計長さ)の割合分だけ(ここでは1/2)、波長制御導波路部1Bの等価屈折率の変化の割合よりも小さくなる。
λ Bragg = (λ a + λ t ) / 2 = {λ a + λ t0 (1 + Δn t / n t )} / 2 (1)
Therefore, the change amount Δλ Bragg of the Bragg wavelength (oscillation wavelength) of the present tunable laser can be expressed by the following equation (2).
Δλ Bragg = λ t0 · (Δn t / n t ) / 2 (2)
On the other hand, the ratio of the change in the resonance longitudinal mode wavelength (the position of the resonance longitudinal mode) is the ratio of the length of the total wavelength
このため、共振縦モード波長の変化量Δλlは、屈折率を変化させる前(電流注入前)の共振縦モード波長(発振波長)をλ0として、次式(3)により表すことができる。
Δλl=λ0・(Δnt/nt)/2・・・(3)
したがって、上記式(2),(3)から、λt0とλ0がほぼ同一になるように設定すれば、ブラッグ波長の変化量ΔλBraggが共振縦モード波長の変化量Δλlに一致することが分かる。このため、λt0とλ0がほぼ同一になるように設定すれば、波長制御導波路部1Bの屈折率を変化させるだけで(即ち、位相制御を行なうことなく、波長可変制御を行なうだけで)、モード跳びが生じないようにしながら、連続的に発振波長を変化させることが可能になる。なお、λt0とλ0は、通常、ほぼ一致しているが、完全に一致させたい場合はλ/4位相シフト部2C(図5参照)を設ければ良い。
Therefore, the amount of change Δλ l of the resonance longitudinal mode wavelength can be expressed by the following equation (3), where λ 0 is the resonance longitudinal mode wavelength (oscillation wavelength) before changing the refractive index (before current injection).
Δλ l = λ 0 · (Δn t / n t ) / 2 (3)
Therefore, from the above equations (2) and (3), if λ t0 and λ 0 are set to be substantially the same, the change amount Δλ Bragg of the Bragg wavelength matches the change amount Δλ l of the resonance longitudinal mode wavelength. I understand. Therefore, if λ t0 and λ 0 are set to be substantially the same, only the refractive index of the wavelength
ところで、本波長可変レーザでは、波長可変制御時に、波長制御領域11Bのブラッグ波長と、利得領域11Aのブラッグ波長との差が大きくなりすぎると、モード跳びが生じてしまい、連続波長可変動作ができなくなる。
つまり、まず、利得導波路部1Aに電流を注入し、波長制御導波路部1Bに電流を注入していない状態で、波長制御領域11Bの回折格子2による反射スペクトルのピーク(中心波長;ブラッグ波長)が、図3(A)中、符号Aで示すように、利得領域11Aの回折格子2による反射スペクトルのピーク(中心波長;ブラッグ波長)と一致する場合、波長制御領域11Bの回折格子2による反射スペクトルと利得領域11Aの回折格子2による反射スペクトルとを足し合わせた合計反射スペクトルは、図3(B)中、符号A′で示すようになり、その中心波長(ピーク;ブラッグ波長)が本波長可変レーザの発振波長となる。
By the way, in this wavelength tunable laser, when the difference between the Bragg wavelength in the
That is, first, when a current is injected into the
この状態から、波長制御導波路部1Bに電流を注入していくと、図3(A)に示すように、波長制御領域11Bのブラッグ波長が短波長側にシフトしていく。そして、図3(A)中、符号Bで示すように、波長制御領域11Bのブラッグ波長と利得領域11Aのブラッグ波長との差が大きくなると、合計反射スペクトルは、図3(B)中、符号B′で示すように、反射スペクトルの幅が広がってしまい、2つのピークを持つものとなる。
From this state, when current is injected into the wavelength
このように、それぞれの領域の回折格子2による反射スペクトルが分離してしまうと、その中心波長での発振を維持することができなくなり、モード跳びが生じてしまい、連続波長可変動作ができなくなる。
一方、波長制御領域11Bのブラッグ波長を、利得領域11Aのブラッグ波長に対して短波長側にずらしていった場合に、モード跳びが生じることなく、連続的に単一モード発振が可能な連続波長可変領域が存在することがわかる。
As described above, if the reflection spectrum of the
On the other hand, when the Bragg wavelength of the
しかしながら、波長制御領域11Bのブラッグ波長を、利得領域11Aのブラッグ波長に対して長波長側にずらす場合にも、同様に、モード跳びが生じることなく、連続的に単一モード発振が可能な連続波長可変領域が存在する。
このため、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域11Bのブラッグ波長と、利得領域11Aのブラッグ波長とが一致するようにしたのでは、本波長可変レーザの全連続波長可変領域のうち半分しか利用していないことになる。
However, when the Bragg wavelength in the
For this reason, if the Bragg wavelength of the
そこで、本実施形態では、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtが、利得領域11Aのブラッグ波長
λaに対して長波長側になるように構成している。
ここでは、利得領域11A及び波長制御領域11Bが、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、隣接する一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの合計長さ(一周期の長さ)をL(μm)とし、波長制御領域11Bのブラッグ波長λt(nm)と利得領域11Aのブラッグ波長λa(nm)との差をΔλ(=λt−λa)(nm)として、次式(4)を満たすように構成している。
Therefore, in this embodiment, in the state wherein current injection is not carried out or voltage applied to the wavelength
Here, in a state where the
0<Δλ/λa≦30/L(%)・・・(4)
つまり、利得領域11A及び波長制御領域11Bを、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtと利得領域11Aのブラッグ波長λaとの差Δλの利得領域11Aのブラッグ波長λa(基準波長λrf)に対する割合(以下、ブラッグ波長差の割合という)Δλ/λa(Δλ/λrf)が、0よりも大きく、30/L(%)以下になるように構成している。
0 <Δλ / λ a ≦ 30 / L (%) (4)
That is, the
なお、ここでは、利得領域11Aのブラッグ波長λaを基準波長λrfとしているが、これに限られるものではなく、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを基準波長λrfとしても良い。
このように、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、意図的に長波長側にずらすことによって、本波長可変レーザにおける連続波長可変領域を有効に使うことができるようになる。また、この場合に、利得領域11A及び波長制御領域11Bが、上記式(4)を満たすように構成することで、モード跳びが生じないようにし、安定した単一モード発振を維持しながら、本波長可変レーザにおける連続波長可変領域を有効に使うことができるようになる。以下、詳細に説明する。
Here, the Bragg wavelength λ a of the
Thus, the continuous wavelength tunable region in the present tunable laser is effectively made by intentionally shifting the Bragg wavelength λ t of the
ここで、図4は、一対の利得導波路部1A及び波長制御導波路部1B(長さは1:1)からなる1周期の長さを60μmとした場合のブラッグ波長差の割合Δλ/λaと、発振波長特性及びモード間利得差との関係を示す図である。
なお、図4中、発振波長λ1は実線Aで示し、モード間利得差Δαは実線Bで示している。また、ブラッグ波長差Δλの割合Δλ/λaの値がプラスの値である場合は、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtが、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側にずれていることを意味し、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaの値がマイナスの値である場合は、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtが、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、短波長側にずれていることを意味する。
Here, FIG. 4 shows the ratio Δλ / λ of the Bragg wavelength difference when the length of one period consisting of a pair of
In FIG. 4, the oscillation wavelength λ1 is indicated by a solid line A, and the inter-mode gain difference Δα is indicated by a solid line B. When the value of the ratio [Delta] [lambda] / lambda a Bragg wavelength difference [Delta] [lambda] is a positive value, the Bragg wavelength lambda t of the
本波長可変レーザでは、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaに対する発振波長特性は、図4中、実線Aで示すよう、所定の範囲内で線形になり、その範囲(連続波長可変領域)を超えてブラッグ波長差の割合Δλ/λaの絶対値が大きくなると、モード跳びが生じてし
まい、レーザ発振が不安定になることがわかった。つまり、本波長可変レーザでは、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して長波長側にずらした位置から短波長側にずらした位置まで変化させる場合、発振波長λ1は、図4中、実線Aで示すように、所定の範囲内で連続的に短波長側に変化していくことがわかった。
In this wavelength tunable laser, the oscillation wavelength characteristic with respect to the ratio Δλ / λ a of the Bragg wavelength difference is linear within a predetermined range as shown by a solid line A in FIG. 4 and exceeds the range (continuous wavelength tunable region). If the absolute value of the ratio [Delta] [lambda] / lambda a Bragg wavelength difference is large Te, mode hopping is will occur, it was found that laser oscillation becomes unstable. That is, in the present tunable laser, when the Bragg wavelength λ t of the
このため、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、発振波長特性が線形になる所定の範囲内で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して長波長側へずらしておき、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なうことで、波長制御導波路部1Bの等価屈折率を減少させ、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを短波長側へずらすようにすれば、連続波長可変領域を有効に使えることになる。なお、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtは電流流注入によってほぼ1.0%くらいまでの範囲内で短波長側へずらすことができる。
For this reason, the Bragg wavelength λ t of the
また、本波長可変レーザでは、図4中、実線Bで示すように、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaの絶対値が大きくなると、モード間利得差が小さくなるため、モード跳びが生じてしまうおそれがあり、レーザ発振が不安定になることがわかった。
このため、安定した単一モード発振を維持しながら、波長可変動作を行なうためには、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaを所定範囲内[1周期の長さを60μmとした場合には、例えば±0.5%以内(−0.5<Δλ/λa<+0.5);安定発振領域内]にする必要がある。
Further, in this wavelength tunable laser, as indicated by the solid line B in FIG. 4, when the absolute value of the ratio Δλ / λ a of the Bragg wavelength difference is increased, the gain difference between modes is reduced, and thus mode jump occurs. There was a possibility that laser oscillation would become unstable.
Therefore, in order to perform the wavelength variable operation while maintaining stable single mode oscillation, the ratio Δλ / λ a of the Bragg wavelength difference is within a predetermined range [when the length of one period is 60 μm, For example, it must be within ± 0.5% (−0.5 <Δλ / λ a <+0.5); within the stable oscillation region].
したがって、1周期の長さを60μmとした場合には、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へ0.5%の範囲内(0<Δλ/λa<+0.5)でずらしておけば、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
Therefore, when the length of one period is set to 60 μm, the Bragg wavelength λ t of the
一方、本発明者の検討の結果、連続波長可変領域は1周期の長さにほぼ反比例することがわかった。
これに基づいて、一般化すると、安定した単一モード発振を維持しながら、波長可変動作を行なうためには、1周期の長さをL(μm)とした場合、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaを±30/L(%)以内(−30/L≦Δλ/λa≦+30/L)にすれば良いことになる。
On the other hand, as a result of examination by the present inventor, it was found that the continuous wavelength variable region is almost inversely proportional to the length of one cycle.
Based on this, in order to perform wavelength tunable operation while maintaining stable single mode oscillation, when the length of one cycle is L (μm), the ratio of the Bragg wavelength difference Δλ / λ a may be within ± 30 / L (%) (−30 / L ≦ Δλ / λ a ≦ + 30 / L).
そして、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらしておけば、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
The Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30 / in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength
ところで、波長制御領域11Bのブラッグ波長及び利得領域11Aのブラッグ波長の調整は、それぞれの領域の回折格子2の周期、又は、それぞれの領域の導波路部の等価屈折率を調整することによって行なうことができる。また、等価屈折率の調整は、それぞれの領域の導波路部のコア層の組成、厚さ、幅を調整することによって行なうことができる。
本実施形態では、図1に示すように、利得用回折格子2Aの周期と、波長制御用回折格子2Bの周期とが異なるように構成している。
By the way, the adjustment of the Bragg wavelength of the
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the period of the
具体的には、波長制御用回折格子2Bの周期が、利得用回折格子2Aの周期よりも長くなるようにしている。つまり、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)で、波長制御用回折格子2Bの周期が、利得用回折格子2Aの周期に対して、長くなるようにしている。
これにより、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
Specifically, the period of the wavelength
As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30) when no current injection or voltage application is performed to the wavelength
以下、具体的な構成例について説明する。
まず、利得領域(活性領域)11Aは、例えばn型InP基板(半導体基板)上に、n型InPバッファ層、n型InGaAsP回折格子層、n型InPバッファ層、バンドギャップ波長が1.55μm帯になるように設計した1.55μm帯歪MQW層(Multiple Quantum Well;多重量子井戸層)+SCH(Separate Confinement Heterostructure;分離閉じ込めヘテロ構造)層、p型InPクラッド層、p型InGaAsPコンタクト層、p型InGaAsコンタクト層を順に積層した層構造になっている。
Hereinafter, a specific configuration example will be described.
First, the gain region (active region) 11A includes, for example, an n-type InP buffer layer, an n-type InGaAsP diffraction grating layer, an n-type InP buffer layer, and a band gap wavelength of 1.55 μm on an n-type InP substrate (semiconductor substrate). 1.55 μm-band strained MQW layer (Multiple Quantum Well) + SCH (Separate Confinement Heterostructure) layer, p-type InP cladding layer, p-type InGaAsP contact layer, p-type It has a layer structure in which InGaAs contact layers are sequentially stacked.
つまり、利得領域11Aは、図1に示すように、n−InP層(n型InP基板,n型InPバッファ層)4、n型InGaAsP回折格子層2、n型InP層5、MQW活性層(1.55μm帯歪MQW層+SCH層)6、p−InP層(p型InPクラッド層)7、コンタクト層(p型InGaAsPコンタクト層,p型InGaAsコンタクト層)8Aを順に積層した層構造になっている。
That is, as shown in FIG. 1, the
また、利得導波路部(活性導波路部)1Aは、n型InP層5、MQW活性層(導波路コア層)6、p−InP層7から構成される。
ここで、MQW活性層6を構成する1.55μm帯歪MQW層は、例えば、井戸層を、0.8%の圧縮ひずみを有する厚さ5.1nmのInGaAsP層とし、バリア層を、バンドギャップ波長が1.30μmになるように設計された厚さ10nmの無ひずみのInGaAsP層とし、井戸層の数を6層としている。なお、井戸層としてのInGaAsP層の組成は、MQW層の発光波長が1.55μm帯になるように調整している。
The gain waveguide portion (active waveguide portion) 1A includes an n-
Here, in the 1.55 μm band strain MQW layer constituting the MQW
MQW活性層6を構成するSCH層としては、歪MQW層の上下にバンドギャップが1.15μmとなるように設計された厚さ50nmのInGaAsP層を用いている。
また、歪MQW層及びSCH層を含むMQW活性層6の厚さは、およそ200nmとしている。また、MQW活性層6の幅は1.6μmとしている。
一方、波長制御領域11Bは、例えばn型InP基板上に、n型InPバッファ層、n型InGaAsP回折格子層、n型InPバッファ層、1.30μm組成InGaAsP層(導波路コア層)、p型InPクラッド層、p型InGaAsPコンタクト層、p型InGaAsコンタクト層を順に積層した層構造になっている。
As the SCH layer constituting the MQW
The thickness of the MQW
On the other hand, the
つまり、波長制御領域11Bは、図1に示すように、n−InP層(n型InP基板,n型InPバッファ層)4、n型InGaAsP回折格子層2、n型InP層5、波長制御層(位相制御層)9、p−InP層(p型InPクラッド層)7、コンタクト層(p型InGaAsPコンタクト層,p型InGaAsコンタクト層)8を順に積層した層構造になっている。
That is, as shown in FIG. 1, the
また、波長制御導波路部1Bは、n型InP層5、波長制御層(導波路コア層)9、p−InP層7から構成される。
ここで、波長制御層9としては、バンドギャップが1.30μmになるように設計された厚さ200nmのInGaAsP層(1.30μm組成InGaAsP層)を用いている。また、波長制御層9の幅は、1.6μmとしている。
The wavelength
Here, as the
このように導波路を設計すると、利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bとで等価屈折率がほぼ一致する。
なお、回折格子層2は、n−InP層4上に回折格子層2を形成する材料からなる層を積層した後、この層を例えばドライエッチングなどの方法を用いて周期的に除去し、その上にn−InP層5を成長させることによって形成される。
When the waveguide is designed in this manner, the equivalent refractive indexes of the
The
また、MQW活性層6及び波長制御層9への電流狭窄構造としては、例えばpn−BH構造(Buried Heterostructure;埋込ヘテロ構造)を用いれば良い。
特に、利得導波路部1A及び波長制御導波路部1Bの長さは、いずれも30μmとし、1周期の長さを60μmとしている。なお、素子長は例えば570μmとしている。ここでは、利得導波路部1Aが素子端面側に配置されるようにして、光出力が低下しないようにしている。但し、波長制御導波路部1Bを素子端面側に配置しても良い。
As the current confinement structure to the MQW
In particular, the lengths of the
回折格子2の周期は、例えば、利得用回折格子2Aを240nmとし、波長制御用回折格子2Bを241.2nm(利得用回折格子の100.5%)としている。
このように、本実施形態では、利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bとで等価屈折率が同じになるようにし、利得用回折格子2Aの周期と、波長制御用回折格子2Bの周期とが異なるようにしている。つまり、波長制御用回折格子2Bの周期が、利得用回折格子2Aの周期よりも長くなるようにしている。
The period of the
As described above, in this embodiment, the
これにより、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へ0.5%(ここでは、1周期の長さを60μmであるため)ずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
Accordingly, the Bragg wavelength λ t of the
なお、図5に示すように、回折格子2を、長手方向中央位置にλ/4位相シフト部2Cを備えるものとして構成するのが好ましい。つまり、回折格子2の長手方向中央位置で、図5に示すように、回折格子2の周期の半分(ブラッグ波長の1/4)だけシフト(位相シフト)させるようにするのが好ましい。
λ/4位相シフト部2Cを設けないと、図6(A)に示すように、回折格子2による反射スペクトル[波長可変レーザの利得スペクトル;図6(A)中、実線Aで示す]の中心波長(ピーク;ブラッグ波長)で発振せず、その近傍の2つのモード[共振縦モード波長;図6(A)中、実線Bで示す]で発振する可能性がある。この場合、2つのモードのうち、長波側のモードで発振するか、短波側のモードで発振するかが分からないため、不安定になる。
As shown in FIG. 5, the
If the λ / 4 phase shift unit 2C is not provided, as shown in FIG. 6A, the center of the reflection spectrum by the diffraction grating 2 [the gain spectrum of the wavelength tunable laser; indicated by the solid line A in FIG. 6A] There is a possibility that it does not oscillate at the wavelength (peak; Bragg wavelength), but oscillates in the two neighboring modes [resonance longitudinal mode wavelength; indicated by the solid line B in FIG. 6 (A)]. In this case, it becomes unstable because it is not known whether oscillation occurs in the long wave side mode or the short wave side mode of the two modes.
これに対し、λ/4位相シフト部2Cを設けると、一般的なDFBレーザと同様に、図6(B)に示すように、回折格子2による反射スペクトル[波長可変レーザの利得スペクトル;図6(B)中、実線Aで示す]の中心波長(ピーク;ブラッグ波長)と共振縦モード波長[図6(B)中、実線Bで示す]の1つとが一致し、中心波長で発振するようになるため、安定した単一モード発振が可能となる。 On the other hand, when the λ / 4 phase shift unit 2C is provided, as in a general DFB laser, as shown in FIG. 6B, the reflection spectrum by the diffraction grating 2 [the gain spectrum of the wavelength tunable laser; The center wavelength (peak: Bragg wavelength) of [shown as a solid line A] in (B) matches one of the resonance longitudinal mode wavelengths [shown by the solid line B in FIG. 6 (B)] so that oscillation occurs at the center wavelength. Therefore, stable single mode oscillation is possible.
但し、λ/4位相シフト部2Cを設けなかったとしても、通常は、2つのモードのうち、いずれか一方のモードで発振することになる。
したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。特に、電流制御型波長可変レーザであるため、高速応答性に優れている。
However, even if the λ / 4 phase shift unit 2C is not provided, it normally oscillates in one of the two modes.
Therefore, the wavelength tunable laser according to the present embodiment has an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed. In particular, since it is a current-controlled tunable laser, it has excellent high-speed response.
ところで、上述の実施形態のように、利得用回折格子2Aの周期と、波長制御用回折格子2Bの周期とが異なるように構成する場合(即ち、全て同じ周期の回折格子を設けるのではなく、1つの素子内で異なる周期の回折格子を設ける場合)、それぞれの回折格子での反射光の位相が合わない場合がある。この場合、これらの反射光の位相の状態によっては、発振が非常に不安定になる。この結果、光通信用の光源として用いることができない場合もある。
By the way, as in the above-described embodiment, when the
ここで、図7中、実線Aは、異なる周期を持った回折格子での反射光の位相が合っていない場合の発振スペクトルの計算結果を示している。
図7中、実線Aで示すように、それぞれの回折格子での反射光の位相が合っていない場合には、発振スペクトルに複数のピークが見られ、発振が非常に不安定になっていることが分かる。
Here, the solid line A in FIG. 7 shows the calculation result of the oscillation spectrum when the phases of the reflected light at the diffraction gratings having different periods are not matched.
In FIG. 7, as indicated by the solid line A, when the phases of the reflected light from the respective diffraction gratings are not matched, a plurality of peaks are observed in the oscillation spectrum, and the oscillation is very unstable. I understand.
また、それぞれの回折格子での反射光の位相が合ってないと、TDA−DFBレーザの実際の発振波長が、原理的な発振波長の設計値からずれてしまい、発振波長の精度も悪くなってしまう。
このような点を考慮すると、異なる周期を持った回折格子での反射光の位相が合うように、異なる周期を持った回折格子は、連続して設けずに所定の間隔をあけて設けるのが好ましい。つまり、例えば図9(又は図10)に示すように、隣り合う利得用回折格子2Aと波長制御用回折格子2Bにおいて、利得用回折格子2Aと波長制御用回折格子2Bとの間に境界領域30(又は30A)が形成されるように、利得用回折格子2Aに対して波長制御用回折格子2Bを所定間隔だけシフト(位相シフト)させて設けるのが好ましい。
Also, if the reflected light at each diffraction grating is out of phase, the actual oscillation wavelength of the TDA-DFB laser will deviate from the theoretical design value of the oscillation wavelength, and the accuracy of the oscillation wavelength will also deteriorate. End up.
Considering these points, diffraction gratings with different periods should not be provided continuously but at a predetermined interval so that the phases of the reflected light from the diffraction gratings with different periods match. preferable. That is, for example, as shown in FIG. 9 (or FIG. 10), in the adjacent
ここで、図7中、実線Bは、異なる周期を持った回折格子での反射光の位相が合っている場合(ここでは、異なる周期を持った回折格子の間に位相シフトが入っている場合)の発振スペクトルの計算結果を示している。
図7中、実線Bで示すように、それぞれの回折格子での反射光の位相が合っている場合には、主な発振スペクトルのピークは1つだけであり、安定した単一モード発振が得られることが分かる。
Here, in FIG. 7, the solid line B represents a case where the phases of the reflected light from the diffraction gratings having different periods are in phase (here, a phase shift is included between the diffraction gratings having different periods). ) Shows the calculation result of the oscillation spectrum.
As shown by the solid line B in FIG. 7, when the reflected light from each diffraction grating is in phase, there is only one main oscillation spectrum peak, and stable single mode oscillation is obtained. You can see that
ここで、図8は、異なる周期を持った回折格子間の位相シフト量(境界領域の長さ;異なる周期を持った回折格子間の間隔の大きさ)と、単一モード発振の安定性を示すモード間利得差の関係(計算結果)を示している。
なお、図8中、横軸は位相シフト量を示しており、一方の回折格子に対して他方の回折格子を1周期分だけ位相シフトさせた場合(即ち、異なる周期を持った回折格子間で位相がπだけずれている場合)を位相シフト量1.00として、横軸で示されている位置シフト量を最大値として、それぞれの境界領域にランダムに位相シフトが入っている条件で計算を行なった。
Here, FIG. 8 shows the phase shift amount between the diffraction gratings having different periods (the length of the boundary region; the size of the interval between the diffraction gratings having different periods) and the stability of the single mode oscillation. The relationship (calculation result) of the gain difference between modes shown is shown.
In FIG. 8, the horizontal axis indicates the phase shift amount, and when one diffraction grating is phase-shifted by one period with respect to one diffraction grating (that is, between diffraction gratings having different periods). When the phase is shifted by π), the phase shift amount is 1.00, and the position shift amount shown on the horizontal axis is the maximum value. I did it.
図8に示すように、位相シフト量が0.10(0.10π)以上になると、それぞれの反射光の位相の状態によっては、モード間利得差が0.3程度に著しく減少してしまうことが分かる。
このことから、安定した単一モード発振を得るためには、それぞれの境界領域の位相シフト量を0.10(0.10π)以下にする必要がある。
As shown in FIG. 8, when the phase shift amount is 0.10 (0.10π) or more, the gain difference between modes is remarkably reduced to about 0.3 depending on the phase state of each reflected light. I understand.
Thus, in order to obtain stable single mode oscillation, the phase shift amount of each boundary region needs to be 0.10 (0.10π) or less.
そして、各境界領域の位相シフト量を0.10(0.10π)以下にするためには、図9に示すように、異なる周期を持った回折格子2A,2Bの境界領域(境界部)30の長さを、それぞれの周期の平均値から±10%以内にすれば良い。なお、異なる周期を持った回折格子間での反射光の位相ずれが生じない場合には、境界領域を設けなくても良い。
つまり、上述の実施形態のように、利得用回折格子2Aの周期と、波長制御用回折格子2Bの周期とが異なるように構成する場合、図9に示すように、利得用回折格子2Aを含む利得領域11Aと波長制御用回折格子2Bを含む波長制御領域11Bとの間に、利得用回折格子2Aの周期と波長制御用回折格子2Bの周期の平均値の±10%以内の長さを有する境界領域30を設けるのが好ましい。なお、上述の実施形態では、利得領域11Aと波長制御領域11Bとを交互に設けるようにしているため、平均値の±10%以内の長さを有する境界領域を複数設けることになる。
In order to set the phase shift amount of each boundary region to 0.10 (0.10π) or less, as shown in FIG. 9, boundary regions (boundary portions) 30 of the
That is, when the
なお、図9では、回折格子の凸部分(山の部分)の右側を基準として周期を定義しているが、これに限られるものではなく、どこを基準として周期を定義しても良い。例えば、回折格子の凸部分の左側や中央を基準として周期を定義しても良い。
例えば、利得領域11Aに形成されている利得用回折格子2Aの周期が240.00nmであり、波長制御領域11Bに形成されている波長制御用回折格子2Bの周期が240.12nmである場合、利得領域11Aと波長制御領域11Bとの間に設けられる境界領域30の長さは、利得用回折格子2Aの周期と波長制御用回折格子2Bの周期の平均値である240.06nmの±10%以内、即ち、216.05〜264.07nmの範囲内になるようにするのが好ましい。これにより、境界領域30での位相シフト量が±0.10π以下に抑えられ、位相が十分に合うようになり、安定した発振が可能となる。
In FIG. 9, the period is defined with reference to the right side of the convex part (mountain part) of the diffraction grating. However, the period is not limited to this, and the period may be defined with any reference. For example, the period may be defined with reference to the left side or the center of the convex portion of the diffraction grating.
For example, when the period of the
ここで、境界領域30の長さ、即ち、2つの異なる周期を持つ回折格子2A,2B間の長さを調整するには、例えば、電子線(EB;electron beam)描画装置を用いて、意図的に利得領域11Aの利得用回折格子2Aと波長制御領域11Bの波長制御用回折格子2Bとの間に位相シフトを入れるようにすれば良い。
なお、ここでは、境界領域30の長さが、利得用回折格子2Aの周期と波長制御用回折格子2Bの周期の平均値の±10%以内になるようにしているが、これに限られるものではない。例えば図10に示すように、境界領域30Aの長さが、利得用回折格子2Aの周期と波長制御用回折格子2Bの周期の平均値の±10%以内の値に、利得用回折格子2Aの周期と波長制御用回折格子2Bの周期の平均値を整数倍した値を足した値になるようにしても良い。
Here, in order to adjust the length of the
Here, the length of the
例えば図10に示すように、利得領域11Aに形成されている利得用回折格子2Aの周期が240.00nmであり、波長制御領域11Bに形成されている波長制御用回折格子2Bの周期が240.12nmである場合、利得領域11Aと波長制御領域11Bとの間に設けられる境界領域30Aの長さを、利得用回折格子2Aの周期と波長制御用回折格子2Bの周期の平均値である240.06nmの±10%以内、即ち、216.05〜264.07nmの範囲内の値に、平均値である240.06nmを整数倍した値[240.06×N(整数)(nm)]を足した値[216.05〜264.07+240.06×N(整数)(nm)]になるようにするのが好ましい。
For example, as shown in FIG. 10, the period of the
なお、図10では、回折格子の凸部分(山の部分)の右側を基準として周期を定義しているが、これに限られるものではなく、どこを基準として周期を定義しても良い。例えば、回折格子の凸部分の左側や中央を基準として周期を定義しても良い。
この場合、平均値である240.06nmは1周期π分に相当する長さであり、位相シフトがないのと等価であるため、上述の境界領域30の長さが平均値の±10%以内になるようにする場合と同様に、境界領域30Aでの位相シフト量が±0.10π以下に抑えられ、位相が十分に合うようになり、安定した発振が可能となる。
In FIG. 10, the period is defined with reference to the right side of the convex portion (mountain portion) of the diffraction grating. However, the period is not limited to this, and the period may be defined with reference to any position. For example, the period may be defined with reference to the left side or the center of the convex portion of the diffraction grating.
In this case, the average value of 240.06 nm is a length corresponding to one period π, which is equivalent to no phase shift, so that the length of the
ところで、上述のように、境界領域30,30Aは、異なる周期の回折格子(ここでは利得用回折格子2Aと波長制御用回折格子2B)を接続するための領域である。
ここでは、異なる周期を持った回折格子2A,2Bを連続して設けずに、所定の間隔をあけて設けることで(位相シフトさせることで)、利得領域11Aと波長制御領域11Bとの間に、回折格子が設けられていない境界領域30,30Aを形成している。
As described above, the
Here, the
例えば、境界領域30,30Aは、全て凹部分(谷の部分)として構成しても良いし、全て凸部分(山の部分)として構成しても良い。つまり、境界領域30,30Aは、回折格子の凹部分が連続したものとして構成しても良いし、回折格子の凸部分が連続したものとして構成しても良い。
なお、ここでは、境界領域30,30Aを、回折格子を有しない領域として構成しているが、これに限られるものではなく、回折格子を有する領域として構成しても良い。例えば、利得用回折格子2A及び波長制御用回折格子2Bのどちらとも異なる周期の回折格子を境界領域30,30Aに設けても良い。この場合、境界領域30,30Aの一部が凹部分となり、一部が凸部分となる。また、利得用回折格子2Aの周期から波長制御用回折格子2Bの周期へと回折格子の周期が段階的に変わっていくように、境界領域30,30Aに回折格子を設けても良い。
For example, the
Here, the
このように、異なる周期を持った回折格子2A,2Bの間に境界領域30,30Aを設けることで、周期が異なり、かつ、隣り合う回折格子間での反射光の位相が合うようになり、安定した発振状態が得られるようになる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態にかかる波長可変レーザについて,図11を参照しながら説明する。
As described above, by providing the
[Second Embodiment]
Next, a wavelength tunable laser according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態にかかる波長可変レーザは、上述の第1実施形態のものと、波長制御領域のブラッグ波長λtを、利得領域のブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすための構成が異なる。
つまり、本実施形態では、図11に示すように、利得導波路部1Aのコア層の材料又は組成を調整することで、利得導波路部1Aの等価屈折率と、波長制御導波路部1BAの等価屈折率とが異なるようにしている。具体的には、波長制御導波路部1BAのコア層の屈折率が利得導波路部1Aのコア層の屈折率よりも大きくなるように、波長制御導波路部1BAのコア層の組成を調整している。なお、図11では、図1に示すものと同じものには同一の符号を付している。
The wavelength tunable laser according to the present embodiment has a configuration for shifting the Bragg wavelength λ t in the wavelength control region to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a in the gain region, as in the first embodiment described above. Different.
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 11, by adjusting the material or composition of the core layer of the
これにより、波長制御導波路部1BAに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすようにしている。
具体的には、波長制御層9Aとして、バンドギャップ波長が1.40μmになるように設計されたInGaAsP層を用いている。なお、厚さや幅は上述の第1実施形態のものと同じにしている。これにより、波長制御導波路部1BAの等価屈折率を、利得導波路部1Aの等価屈折率に対して、0.5%程度大きくすることができる。
As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within a range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30) in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1BA. / L), the Bragg wavelength λ t of the
Specifically, an InGaAsP layer designed to have a band gap wavelength of 1.40 μm is used as the wavelength control layer 9A. The thickness and width are the same as those in the first embodiment described above. Thereby, the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1BA can be increased by about 0.5% with respect to the equivalent refractive index of the
また、回折格子2の周期は、図11に示すように、光導波路1の全長にわたって同じにし、例えば240nmとしている。つまり、利得用回折格子2Aと波長制御用回折格子2BAとを同一周期にしている。
なお、その他の構成は、上述の第1実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
Further, as shown in FIG. 11, the period of the
Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted here.
このように、本実施形態では、利得用回折格子2Aの周期と、波長制御用回折格子2BAの周期とが同じになるようにし、波長制御導波路部1BAの組成を調整して等価屈折率が異なるようにしている。つまり、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)(1周期の長さを60μmである場合は0.5%)で、波長制御導波路部1BAのコア層の屈折率を、利得導波路部1Aのコア層の屈折率に対して、大きくするようにしている。
Thus, in the present embodiment, the period of the
これにより、波長制御導波路部1BAに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)(1周期の長さを60μmである場合は0.5%)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within a range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30) in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1BA. / L) (0.5% when the length of one period is 60 μm), the Bragg wavelength λ t of the
したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。特に、電流制御型波長可変レーザであるため、高速応答性に優れている。
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態にかかる波長可変レーザについて、図12を参照しながら説明する。
Therefore, the wavelength tunable laser according to the present embodiment has an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed. In particular, since it is a current-controlled tunable laser, it has excellent high-speed response.
[Third Embodiment]
Next, a wavelength tunable laser according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態にかかる波長可変レーザは、上述の第1実施形態のものと、波長制御領域のブラッグ波長λtを、利得領域のブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすための構成が異なる。
つまり、本実施形態では、図12に示すように、利得導波路部1Aのコア層の厚さと、波長制御導波路部1BBのコア層の厚さとが異なるように構成することで、利得導波路部1Aの等価屈折率と、波長制御導波路部1BBの等価屈折率とが異なるようにしている。具体的には、波長制御導波路部1BBの等価屈折率が利得導波路部1Aの等価屈折率よりも大きくなるように、波長制御導波路部1BBのコア層の厚さを厚くしている。なお、図12では、図1,図11に示すものと同じものには同一の符号を付している。
The wavelength tunable laser according to the present embodiment has a configuration for shifting the Bragg wavelength λ t in the wavelength control region to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a in the gain region, as in the first embodiment described above. Different.
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, the gain waveguide is configured such that the thickness of the core layer of the
これにより、波長制御導波路部1BBに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa<+30/L)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすようにしている。
具体的には、波長制御層9Bとして、厚さ260nmのInGaAsP層を用いている。なお、バンドギャップ波長や幅は上述の第1実施形態のものと同じにしている。これにより、波長制御導波路部1BBの等価屈折率を、利得導波路部1Aの等価屈折率に対して、0.5%程度大きくすることができる。
As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a <+30) in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1BB. / L), the Bragg wavelength λ t of the
Specifically, an InGaAsP layer having a thickness of 260 nm is used as the
また、回折格子2の周期は、図12に示すように、光導波路1の全長にわたって同じにし、例えば240nmとしている。つまり、利得用回折格子2Aと波長制御用回折格子2BAとを同一周期にしている。
なお、その他の構成は、上述の第1実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
The period of the
Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted here.
このように、本実施形態では、利得用回折格子2Aの周期と、波長制御用回折格子2BAの周期とが同じになるようにし、利得導波路部1Aと波長制御導波路部1BBとでコア層の厚さを変えることで、等価屈折率が異なるようにしている。つまり、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)(1周期の長さを60μmである場合は0.5%)で、波長制御導波路部1BBの等価屈折率を、利得導波路部1Aの等価屈折率に対して、大きくするようにしている。
As described above, in this embodiment, the
これにより、波長制御導波路部1BBに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)(1周期の長さを60μmである場合は0.5%)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30) when no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide 1BB. / L) (0.5% when the length of one period is 60 μm), the Bragg wavelength λ t of the
したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。特に、電流制御型波長可変レーザであるため、高速応答性に優れている。
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態にかかる波長可変レーザについて、図13,図14を参照しながら説明する。
Therefore, the wavelength tunable laser according to the present embodiment has an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed. In particular, since it is a current-controlled tunable laser, it has excellent high-speed response.
[Fourth Embodiment]
Next, a wavelength tunable laser according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態にかかる波長可変レーザは、上述の第1実施形態のものと、波長制御領域のブラッグ波長λtを、利得領域のブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすための構成が異なる。
つまり、本実施形態では、図13,図14に示すように、利得導波路部1Aのコア層の幅及び厚さと、波長制御導波路部1BCのコア層の幅及び厚さとが異なるように構成することで、利得導波路部1Aの等価屈折率と、波長制御導波路部1BCの等価屈折率とが異なるようにしている。具体的には、波長制御導波路部1BCの等価屈折率が、利得導波路部1Aの等価屈折率よりも大きくなるようにしている。なお、図13,図14では、図1,図11に示すものと同じものには同一の符号を付している。
The wavelength tunable laser according to the present embodiment has a configuration for shifting the Bragg wavelength λ t in the wavelength control region to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a in the gain region, as in the first embodiment described above. Different.
That is, in this embodiment, as shown in FIGS. 13 and 14, the width and thickness of the core layer of the
これにより、波長制御導波路部1BCに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa<+30/L)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすようにしている。
具体的には、波長制御層9Cとして、幅1.8μm、厚さ250nmのInGaAsP層を用いている。なお、バンドギャップ波長は上述の第1実施形態のものと同じにしている。これにより、波長制御導波路部1BCの等価屈折率を、利得導波路部1Aの等価屈折率に対して、0.5%程度大きくすることができる。
As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a <+30) in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1BC. / L), the Bragg wavelength λ t of the
Specifically, an InGaAsP layer having a width of 1.8 μm and a thickness of 250 nm is used as the
また、回折格子2の周期は、図12に示すように、光導波路1の全長にわたって同じにし、例えば240nmとしている。つまり、利得用回折格子2Aと波長制御用回折格子2BAとを同一周期にしている。
なお、その他の構成は、上述の第1実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
The period of the
Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted here.
このように、本実施形態では、利得用回折格子2Aの周期と、波長制御用回折格子2BAの周期とが同じになるようにし、利得導波路部1Aと波長制御導波路部1BCとでコア層の厚さ、幅を変えることで、等価屈折率が異なるようにしている。つまり、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)(1周期の長さを60μmである場合は0.5%)で、波長制御導波路部1BCの等価屈折率を、利得導波路部1Aの等価屈折率に対して、大きくするようにしている。
As described above, in this embodiment, the
これにより、波長制御導波路部1BCに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)(1周期の長さを60μmである場合は0.5%)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30 in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1BC. / L) (0.5% when the length of one period is 60 μm), the Bragg wavelength λ t of the
したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。特に、電流制御型波長可変レーザであるため、高速応答性に優れている。
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態にかかる波長可変レーザについて、図15を参照しながら説明する。
Therefore, the wavelength tunable laser according to the present embodiment has an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed. In particular, since it is a current-controlled tunable laser, it has excellent high-speed response.
[Fifth Embodiment]
Next, a wavelength tunable laser according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態にかかる波長可変レーザは、上述の第1実施形態のものと、回折格子が設けられている位置が異なる。つまり、上述の第1実施形態では、回折格子2が光導波路1の下側に設けられているのに対し、本実施形態では、図15に示すように、回折格子2が光導波路1の上側に設けられている。なお、図15では、図1に示すものと同じものには同一の符号を付している。
The wavelength tunable laser according to this embodiment is different from that of the first embodiment described above in the position where the diffraction grating is provided. That is, in the first embodiment described above, the
このように、回折格子2を光導波路1の上側に設けることで、光導波路1を形成し、その光導波路1の組成、コア層の厚さ、幅を評価し、その評価結果を元に回折格子2の周期を調整できるようになる。
例えば、上述の第1実施形態の構成例において、実際に形成した波長制御導波路部1Bのコア層の厚さが、設計値の200nmから210nmにずれてしまった場合、等価屈折率は設計値よりも0.1%程度大きくなってしまうことになる。
Thus, by providing the
For example, in the configuration example of the first embodiment described above, when the thickness of the core layer of the actually formed wavelength
この場合、波長制御用回折格子2Bの周期を、逆に、設計値の241.2nmから0.1%小さい240.96nmに設定すれば、波長制御領域11Bと利得領域11Aとで、等価屈折率と回折格子2の周期の積(ブラッグ波長はこの積に比例する)の差を、設計値の0.5%に設定することができる。
この結果、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へ0.5%ずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
In this case, conversely, if the period of the wavelength controlling
As a result, the Bragg wavelength λ t of the
つまり、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが30/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+30/L)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
That is, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within a range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30 / in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength
なお、その他の構成は、上述の第1実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。特に、電流制御型波長可変レーザであるため、高速応答性に優れている。
[第6実施形態]
次に、本発明の第6実施形態にかかる波長可変レーザについて、図16を参照しながら説明する。
Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted here.
Therefore, the wavelength tunable laser according to the present embodiment has an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed. In particular, since it is a current-controlled tunable laser, it has excellent high-speed response.
[Sixth Embodiment]
Next, a wavelength tunable laser according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施形態にかかる波長可変レーザは、図16に示すように、アレイ集積型波長可変レーザであり、上述の各実施形態の波長可変レーザを、1つの素子内に複数集積したものである。
つまり、本波長可変レーザは、図16に示すように、同一基板上に、異なる波長可変範囲を持つ複数(ここでは8つ)の波長可変レーザ20A〜20Hと、複数(ここでは8つ)の曲がり導波路21A〜21Hと、光合流器22と、光増幅器(半導体光増幅器)23とを備えるものとして構成される。
As shown in FIG. 16, the wavelength tunable laser according to the present embodiment is an array integrated wavelength tunable laser, in which a plurality of wavelength tunable lasers of the above-described embodiments are integrated in one element.
That is, as shown in FIG. 16, the present wavelength tunable laser includes a plurality (eight here) of wavelength tunable lasers 20A to 20H having a different wavelength tunable range and a plurality (eight here). The curved waveguides 21 </ b> A to 21 </ b> H, an optical combiner 22, and an optical amplifier (semiconductor optical amplifier) 23 are provided.
ここで、各波長可変レーザ20A〜20Hは、それぞれ、例えば6nm以上の所定の連続波長可変範囲を持つものとして構成されている。これにより、1つの素子で40nmの波長可変範囲を持つ波長可変レーザを実現することができる。この結果、WDM通信システムにおいて重要な1530〜1560nm(Cバンド)の範囲の全体をカバーしうる波長可変レーザを実現できることになる。 Here, each of the wavelength variable lasers 20A to 20H is configured to have a predetermined continuous wavelength variable range of, for example, 6 nm or more. Thereby, a wavelength tunable laser having a wavelength tunable range of 40 nm can be realized with one element. As a result, a wavelength tunable laser capable of covering the entire range of 1530 to 1560 nm (C band) important in the WDM communication system can be realized.
また、各波長可変レーザ20A〜20Hは、波長制御導波路部に電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、発振波長が例えば5nmずつ異なるように構成されている。
これらの波長可変レーザ20A〜20Hは、それぞれ、複数の曲がり導波路21A〜21H及び光合流器22を介して光増幅器23に接続されている。
なお、複数の曲がり導波路21A〜21H及び光合流器22は、波長可変レーザ20A〜20Hの波長制御領域と同様の層構造(上述の各実施形態参照)を持つものとして構成される。また、光増幅器23は、波長可変レーザ20A〜20Hの利得領域と同様の層構造(上述の各実施形態参照)を持つものとして構成される。
Each of the wavelength tunable lasers 20A to 20H is configured such that the oscillation wavelength is different by, for example, 5 nm in a state where no current injection or voltage is applied to the wavelength control waveguide portion.
These wavelength
The plurality of bent waveguides 21A to 21H and the optical combiner 22 are configured to have the same layer structure as the wavelength control region of the wavelength tunable lasers 20A to 20H (see the above-described embodiments). The optical amplifier 23 is configured to have the same layer structure (see the above-described embodiments) as the gain region of the wavelength tunable lasers 20A to 20H.
したがって、本実施形態にかかるアレイ集積型波長可変レーザに集積される波長可変レーザは、上述の各実施形態の波長可変レーザであるため、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点があり、また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになるという利点もある。このため、本実施形態のアレイ集積型波長可変レーザを作製するのは容易であるという利点がある。また、レーザ切替時の制御が簡単になり、高速に波長制御を行なえるようになるという利点もある。
[その他]
上述の各実施形態では、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比率を1:1にした場合を例に説明したが、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比率は、これに限られるものではない。
Therefore, the wavelength tunable laser integrated in the array integrated wavelength tunable laser according to the present embodiment is the wavelength tunable laser according to each of the above-described embodiments. There is an advantage that a range can be obtained, and since control is simple, there is also an advantage that wavelength control can be performed at high speed. Therefore, there is an advantage that it is easy to manufacture the array integrated wavelength tunable laser of this embodiment. In addition, there is an advantage that the control at the time of laser switching becomes simple and wavelength control can be performed at high speed.
[Others]
In each of the above-described embodiments, the case where the ratio of the length of the
但し、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比率が1:1以外の場合には、上述の各実施形態のものに対し、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aの
ブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらす場合の上限値が異なるものとなる。
具体的には、波長制御導波路部1Bの占める割合が大きくなるほど、連続波長可変幅は増えるため、長波長側へずらす場合の上限値を大きくすることができる。逆に、波長制御導波路部1Bの占める割合が小さくなるほど、連続波長可変幅は減るため、長波長側へずらす場合の上限値を小さくすることができる。
However, when the ratio of the length of the
Specifically, as the ratio occupied by the wavelength
例えば、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比率を4:6にした場合、波長制御導波路1Bの占める割合が大きくなり、連続波長可変幅が増えるため、連続波長可変動作を行なうためには、隣接する一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの合計長さ(一周期の長さ)をL(μm)とした場合、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaを−35/L≦Δλ/λa≦+35/Lにすれば良い。したがって、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが35/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+35/L)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらしておけば、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
For example, when the ratio of the length of the
逆に、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比率を6:4にした場合、波長制御導波路1Bの占める割合が小さくなり、連続波長可変幅が減るため、連続波長可変動作を行なうためには、隣接する一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの合計長さ(一周期の長さ)をL(μm)とした場合、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaを−28/L≦Δλ/λa≦+28/Lにすれば良い。したがって、波長制御導波路部1Bに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが28/L(%)の範囲内(0<Δλ/λa≦+28/L)で、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらしておけば、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。
Conversely, when the ratio of the length of the
要するに、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比率が変わった場合には、連続波長可変幅が変わるため、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比率に応じて、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaの範囲を設定し、波長制御領域11Bのブラッグ波長λtを、利得領域11Aのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらす場合の上限値を設定すれば良い。
In short, when the ratio of the length of the
また、上述の各実施形態では、複数の利得導波路部1Aのそれぞれの長さ、及び、複数の波長制御導波路部1Bのそれぞれの長さを全て同一にして、それぞれの周期の長さを全て同一にしているが、これに限られるものではなく、最も長い周期の長さ(最も周期が長くなる利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bとの合計長さ)が、上述の条件を満たすようにすれば良い。
In each of the above-described embodiments, the lengths of the plurality of
また、上述の各実施形態では、発振波長帯が1.55μm帯の波長可変レーザを前提に説明しているが、これに限られるものではない。例えば1.3μm帯などの他の発振波長帯の波長可変レーザにも、本発明を適用することができる。
また、上述の各実施形態では、それぞれ、波長制御領域と利得領域とで、回折格子の周期、光導波路のコア層の組成、厚さ、あるいは厚さ及び幅を変えることによって、利得領域のブラッグ波長と波長制御領域のブラッグ波長の調整を行なっているが、もちろん、これらの実施形態のものを任意に組み合わせてブラッグ波長の調整を行なうこともできる。ブラッグ波長は、光導波路の等価屈折率と回折格子の周期の積に比例するので、この積が、ブラッグ波長差の割合Δλ/λaが所定の範囲内で、波長制御領域の方が利得領域よりも大きくなるようにすれば良い。
In each of the above-described embodiments, the description has been made on the assumption that the wavelength tunable laser has an oscillation wavelength band of 1.55 μm. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to a wavelength tunable laser in another oscillation wavelength band such as a 1.3 μm band.
In each of the above embodiments, the Bragg of the gain region is changed by changing the period of the diffraction grating, the composition, thickness, or thickness and width of the core layer of the optical waveguide in the wavelength control region and the gain region, respectively. Although the adjustment of the wavelength and the Bragg wavelength in the wavelength control region is performed, of course, the Bragg wavelength can also be adjusted by arbitrarily combining the embodiments. Since the Bragg wavelength is proportional to the product of the equivalent refractive index of the optical waveguide and the period of the diffraction grating, this product is such that the ratio of the Bragg wavelength difference Δλ / λa is within a predetermined range, and the wavelength control region is the gain region. It is sufficient to make it larger.
また、上述の各実施形態では、InGaAsP系材料を用いるものとして説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、InGaAlAs系、GaInNAs系等の他の半導体材料を用いることもでき、この場合にも同様の効果が得られる。
なお、本発明は、上述した各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
In each of the above-described embodiments, the InGaAsP-based material is described. However, the present invention is not limited to this. For example, other semiconductor materials such as InGaAlAs-based and GaInNAs-based materials can be used. In this case, the same effect can be obtained.
In addition, this invention is not limited to the structure described in each embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
(付記1)
利得を発生しうる利得導波路部と、電流注入又は電圧印加によって発振波長を制御しうる波長制御導波路部とを光軸方向に交互に有する光導波路と、
前記光導波路の全長にわたって前記光導波路に沿って設けられる回折格子とを備え、
前記回折格子が、前記利得導波路部に対応する位置に設けられる利得用回折格子と、前記波長制御導波路に対応する位置に設けられる波長制御用回折格子とを有し、
前記波長制御導波路部及び前記波長制御用回折格子を含むものとして波長制御領域が構成され、
前記利得導波路及び前記利得用回折格子を含むものとして利得領域が構成され、
前記波長制御導波路部に電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、前記波長制御領域のブラッグ波長が、前記利得領域のブラッグ波長に対して長波長側になるように構成されることを特徴とする、波長可変レーザ。
(Appendix 1)
An optical waveguide having alternately a gain waveguide section capable of generating gain and a wavelength control waveguide section capable of controlling the oscillation wavelength by current injection or voltage application;
A diffraction grating provided along the optical waveguide over the entire length of the optical waveguide;
The diffraction grating has a gain diffraction grating provided at a position corresponding to the gain waveguide portion, and a wavelength control diffraction grating provided at a position corresponding to the wavelength control waveguide,
A wavelength control region is configured as including the wavelength control waveguide portion and the wavelength control diffraction grating,
A gain region is configured as including the gain waveguide and the gain diffraction grating,
The Bragg wavelength of the wavelength control region is configured to be longer than the Bragg wavelength of the gain region in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion. A tunable laser.
(付記2)
前記利得用回折格子の周期と、前記波長制御用回折格子の周期とが異なるように構成されることを特徴とする、付記1記載の波長可変レーザ。
(付記3)
前記利得領域と前記波長制御領域との間に境界領域を備え、
前記境界領域の長さが、前記利得用回折格子の周期と前記波長制御用回折格子の周期の平均値の±10%以内、又は、前記平均値の±10%以内の値に前記平均値を整数倍した値を足した値になっていることを特徴とする、付記2記載の波長可変レーザ。
(Appendix 2)
2. The wavelength tunable laser according to
(Appendix 3)
A boundary region is provided between the gain region and the wavelength control region,
The length of the boundary region is within ± 10% of the average value of the period of the gain diffraction grating and the period of the wavelength control diffraction grating, or the average value is within ± 10% of the average value. The wavelength tunable laser according to
(付記4)
前記利得導波路部の等価屈折率と、前記波長制御導波路部の等価屈折率とが異なるように構成されることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の波長可変レーザ。
(付記5)
前記利得導波路部のコア層の材料又は組成と、前記波長制御導波路部のコア層の材料又は組成とが異なるように構成されることを特徴とする、付記4記載の波長可変レーザ。
(Appendix 4)
4. The wavelength tunable laser according to
(Appendix 5)
The wavelength tunable laser according to
(付記6)
前記利得導波路部のコア層の厚さと、前記波長制御導波路部のコア層の厚さとが異なるように構成されることを特徴とする、付記4記載の波長可変レーザ。
(付記7)
前記利得導波路部のコア層の幅と、前記波長制御導波路部のコア層の幅とが異なるように構成されることを特徴とする、付記4記載の波長可変レーザ。
(Appendix 6)
The wavelength tunable laser according to
(Appendix 7)
The wavelength tunable laser according to
(付記8)
前記回折格子が、長手方向中心位置にλ/4位相シフト部を備えることを特徴とする、付記1〜7のいずれか1項に記載の波長可変レーザ。
(付記9)
前記回折格子が、前記光導波路の上側に形成されていることを特徴とする、付記1〜8のいずれか1項に記載の波長可変レーザ。
(Appendix 8)
The wavelength tunable laser according to any one of
(Appendix 9)
The wavelength tunable laser according to any one of
(付記10)
前記利得導波路部に電流注入を行なうための利得電極と、
前記波長制御導波路部に電流注入又は電圧印加を行なうための波長制御電極と、
前記利得電極と前記波長制御電極とが、それぞれ独立に設けられていることを特徴とする、付記1〜9のいずれか1項に記載の波長可変レーザ。
(Appendix 10)
A gain electrode for injecting current into the gain waveguide portion;
A wavelength control electrode for performing current injection or voltage application to the wavelength control waveguide section;
The wavelength variable laser according to any one of
(付記11)
前記利得電極と前記波長制御電極とが、いずれもくし型電極であることを特徴とする、付記10記載の波長可変レーザ。
(付記12)
同一基板上に、異なる波長可変範囲を持つ複数の波長可変レーザを備えるアレイ集積型波長可変レーザであって、
前記複数の波長可変レーザが、いずれも、付記1〜11のいずれか1項に記載の波長可変レーザであることを特徴とする、アレイ集積型波長可変レーザ。
(Appendix 11)
11. The wavelength tunable laser according to
(Appendix 12)
An array integrated wavelength tunable laser comprising a plurality of wavelength tunable lasers having different wavelength tunable ranges on the same substrate,
12. The array-integrated wavelength tunable laser, wherein each of the plurality of wavelength tunable lasers is the wavelength tunable laser according to any one of
1 光導波路
1A 利得導波路(活性導波路)
1B,1BA,1BB,1BC 波長制御導波路
2 回折格子(回折格子層)
2A 利得用回折格子
2B,2BA 波長制御用回折格子
2C λ/4位相シフト部
3A 利得電極(P側電極)
3B 波長制御電極(P側電極)
3C 共通電極(N側電極)
4 n−InP層
5 n−InP層
6 MQW活性層(利得層,活性層,導波路コア層)
7 p−InP層
8A,8B コンタクト層
9,9A,9B,9C 波長制御層(位相制御層)
10 SiO2膜
11A 利得領域(活性領域)
11B 波長制御領域
11C 分離領域
20A〜20H 波長可変レーザ
21A〜21H 曲がり導波路
22 光合流器
23 光増幅器
1
1B, 1BA, 1BB, 1BC
2A Gain diffraction grating 2B, 2BA Wavelength control diffraction grating 2C λ / 4
3B Wavelength control electrode (P side electrode)
3C common electrode (N side electrode)
4 n-InP layer 5 n-
7 p-
10 SiO 2 film 11A Gain region (active region)
11B
Claims (8)
前記光導波路の全長にわたって前記光導波路に沿って設けられる回折格子とを備え、
前記回折格子が、前記利得導波路部に対応する位置に設けられる利得用回折格子と、前記波長制御導波路部に対応する位置に設けられる波長制御用回折格子とを有し、
前記波長制御導波路部及び前記波長制御用回折格子を含むものとして波長制御領域が構成され、
前記利得導波路部及び前記利得用回折格子を含むものとして利得領域が構成され、
前記波長制御導波路部に電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、前記波長制御領域のブラッグ波長が、前記利得領域のブラッグ波長に対して長波長側になるように構成され、
前記利得用回折格子の周期と、前記波長制御用回折格子の周期とが異なるように構成され、
前記利得領域と前記波長制御領域との間に境界領域を備え、
前記境界領域の長さが、前記利得用回折格子の周期と前記波長制御用回折格子の周期の平均値の±10%以内、又は、前記平均値の±10%以内の値に前記平均値を整数倍した値を足した値になっていることを特徴とする、波長可変レーザ。 An optical waveguide having alternately a gain waveguide section capable of generating gain and a wavelength control waveguide section capable of controlling the oscillation wavelength by current injection or voltage application;
A diffraction grating provided along the optical waveguide over the entire length of the optical waveguide;
The diffraction grating has a gain diffraction grating provided at a position corresponding to the gain waveguide section, and a wavelength control diffraction grating provided at a position corresponding to the wavelength control waveguide section ,
A wavelength control region is configured as including the wavelength control waveguide portion and the wavelength control diffraction grating,
A gain region is configured as including the gain waveguide portion and the gain diffraction grating,
The Bragg wavelength of the wavelength control region is configured to be longer than the Bragg wavelength of the gain region in a state where current injection or voltage application is not performed in the wavelength control waveguide portion ,
The gain diffraction grating and the wavelength control diffraction grating have different periods,
A boundary region is provided between the gain region and the wavelength control region,
The length of the boundary region is within ± 10% of the average value of the period of the gain diffraction grating and the period of the wavelength control diffraction grating, or the average value is within ± 10% of the average value. A wavelength tunable laser characterized by being a value obtained by adding a value obtained by multiplying an integer .
前記複数の波長可変レーザが、いずれも、請求項1〜7のいずれか1項に記載の波長可変レーザであることを特徴とする、アレイ集積型波長可変レーザ。 An array integrated wavelength tunable laser comprising a plurality of wavelength tunable lasers having different wavelength tunable ranges on the same substrate,
The array-integrated wavelength tunable laser, wherein each of the plurality of wavelength tunable lasers is the wavelength tunable laser according to any one of claims 1 to 7 .
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