JP4594816B2 - 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11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. 11, the three-
また、図12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. 12, 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 a 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 eliminating the need for phase control, it has been proposed to devise 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. (For example, refer to 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、光導波路を構成する一対の利得導波路部と波長制御導波路部の合計長さが、波長制御導波路部に電流を注入した場合の発振波長可変幅よりも、一の共振縦モードで連続的に発振させることができる連続波長可変幅が大きくなるように構成され、波長制御導波路部が半導体材料で形成されており、光導波路を構成する一対の利得導波路部と波長制御導波路部の長さの比が1:X(X>0)であり、一対の利得導波路部と波長制御導波路部の合計長さが、(140+30×X)μm以下であることを特徴としている。 For this reason, the wavelength tunable laser of the present invention includes 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 in the optical axis direction, A diffraction grating provided along the optical waveguide over the entire length of the waveguide, and the total length of the pair of gain waveguide portion and wavelength control waveguide portion constituting the optical waveguide injects current into the wavelength control waveguide portion. The continuous wavelength tunable width capable of continuously oscillating in one resonance longitudinal mode is larger than the oscillation wavelength tunable width in the case, and the wavelength control waveguide portion is formed of a semiconductor material. The ratio of the length of the pair of gain waveguide sections and wavelength control waveguide sections constituting the waveguide is 1: X (X> 0), and the total length of the pair of gain waveguide sections and wavelength control waveguide sections is , (140 + 30 × X) μm or less der Rukoto It is characterized by.
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 It 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10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9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
。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2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
ところで、本実施形態では、複数の利得導波路部1A及び複数の波長制御導波路部1Bのうち、隣接する一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの合計長さが、波長制御導波路部1Bに電流を注入した場合の発振波長可変幅よりも、一の共振縦モードで連続的に発振させることができる連続波長可変幅が大きくなるように構成している。つまり、利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bとが周期的に交互に配置されている場合に、1つの利得導波路部1Aと1つの波長制御導波路部1Bとを1周期とすると、この1周期の長さが、波長制御導波路部1Bに電流を注入した場合の発振波長可変幅よりも、一の共振縦モードで連続的に発振させることができる連続波長可変幅が大きくなるように構成している。
By the way, in this embodiment, among the plurality of
特に、波長制御導波路部1Bが半導体材料で形成されており、隣接する一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの長さの比が1:X(X>0)の場合、隣接する一対の利得導波路部と波長制御導波路部の合計長さが、(140+30×X)μm以下になるようにしている。つまり、利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bとが周期的に交互に配置されている場合に、1つの利得導波路部1Aと1つの波長制御導波路部1Bとを1周期とすると、この1周期の長さが(140+30×X)μm以下になるようにしている。
In particular, when the wavelength
これにより、波長制御導波路部1Bで起こる屈折率変化を最大限利用して連続的に波長を変化させることができるようになり、連続波長可変幅を最大限に広げることができるようになる。以下、詳細に説明する。
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。
As a result, it is possible to continuously change the wavelength by making maximum use of the refractive index change that occurs in the wavelength
In this wavelength tunable laser, 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(X=1の場合)、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は、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。この場合、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。
そこで、本発明者が鋭意検討した結果、図4中、実線Aで示すように、合計反射スペクトルの中心波長で発振が可能な波長領域の幅(連続波長可変幅;モード跳びが生じることなく、連続的に一の共振縦モードで発振させることが可能な波長領域の幅)は、1つの利得導波路部1Aと1つの波長制御導波路部1Bとを1周期とした場合の1周期の長さにほぼ反比例することがわかった。なお、図4では、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比が1:1であって、発振波長帯が1.55μm帯の場合の特性を示している。
As described above, if the reflection spectrum of the
Therefore, as a result of intensive studies by the present inventor, as shown by a solid line A in FIG. 4, the width of a wavelength region capable of oscillation at the center wavelength of the total reflection spectrum (continuous wavelength variable width; without mode jumping) The width of the wavelength region that can be continuously oscillated in one resonance longitudinal mode) is the length of one cycle when one
例えば、波長制御導波路部1Bに電流を注入した場合の発振波長の変化量(発振波長可変幅)が、図4中、実線Aの下側である場合には、モード跳びが生じることなく、連続的に発振波長を変えていくことができるが、図4中、実線Aの上側になると、モード跳びが生じてしまうことになる。
一般に、半導体導波路に電流を注入した場合に実際に起こりうる等価屈折率の変化の割合(最大屈折率変化割合)は、導波路の構造によっても変化するが、光導波路が半導体材料によって形成されている場合、例えば0.5%程度である。これは、DBRレーザ,TTG―DFBレーザにおいて発振波長が7nm程度変化させられる等価屈折率の変化量(屈折率変化量)に相当する。
For example, when the amount of change in oscillation wavelength (oscillation wavelength variable width) when current is injected into the wavelength
In general, the rate of change in equivalent refractive index that can actually occur when current is injected into a semiconductor waveguide (maximum refractive index change rate) varies depending on the structure of the waveguide, but the optical waveguide is formed of a semiconductor material. For example, it is about 0.5%. This corresponds to the amount of change in the equivalent refractive index (refractive index change) in which the oscillation wavelength is changed by about 7 nm in the DBR laser and the TTG-DFB laser.
電流注入時に、波長制御導波路部1Bの等価屈折率の変化割合が0.5%(即ち、Δnt/ntが0.5%)得られるとすると、波長制御領域11Bの電流注入前のブラッグ波長が1.55μm帯である(即ち、λt0が1550nmである)場合、上記式(2)より、本波長可変レーザの発振波長の変化量(ΔλBragg)、即ち、発振波長可変幅は3.8nm程度になる。
During current injection, 0.5% rate of change of the equivalent refractive index of the wavelength controlling
この発振波長の波長可変幅の全ての領域で連続波長可変動作を行なうためには、本波長可変レーザの原理的な連続波長可変幅を、発振波長可変幅である3.8nm(図4中、実線Bで示す)よりも広くすれば良い。
これを実現するためには、連続波長可変幅が、図4中、実線Bよりも上側になるように、1周期の長さを170μm以下に設定すれば良い。このように1周期の長さを170μm以下に設定すれば、連続波長可変幅を3.8nm以上にすることができ、波長制御導波路部1Bに電流を注入することによって生じる屈折率の変化を最大限利用して、連続波長可変動作を行なうことができるようになる。
In order to perform the continuous wavelength tunable operation in the entire wavelength tunable range of the oscillation wavelength, the fundamental continuous wavelength tunable width of the wavelength tunable laser is set to 3.8 nm (in FIG. 4, It may be wider than that indicated by a solid line B).
In order to realize this, the length of one cycle may be set to 170 μm or less so that the continuous wavelength variable width is above the solid line B in FIG. If the length of one period is set to 170 μm or less in this way, the continuous wavelength variable width can be set to 3.8 nm or more, and the change in the refractive index caused by injecting current into the wavelength
つまり、1周期の長さ170μmよりも大きく設定してしまうと、波長制御導波路部1Bに電流を注入することによって屈折率を変化させることで、3.8nm程度まで発振波長を変化させることが可能な場合であっても、3.8nmよりも小さい波長変化量でモード跳びが生じてしまうことになる。これに対して、1周期の長さを170μm以下に設定すれば、波長制御導波路部1Bに電流を注入することによって生じる屈折率の変化を最大限利用して、連続波長可変動作を行なうことができるようになる。
In other words, if the length of one cycle is set to be longer than 170 μm, the oscillation wavelength can be changed to about 3.8 nm by changing the refractive index by injecting current into the wavelength
要するに、一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの合計長さが、波長制御導波路部1Bに電流を注入した場合の発振波長可変幅よりも、一の共振縦モードで連続的に発振させることができる連続波長可変幅が大きくなるように構成すれば、波長制御導波路部1Bに電流を注入することによって生じる屈折率の変化を最大限利用して、連続波長可変動作を行なうことができることになる。
In short, the total length of the pair of
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帯の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(InGaAsP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 (InGaAsP layer), p-type InP cladding layer, p-type InGaAsP contact layer, p-type InGaAs It has a layer structure in which contact layers are sequentially laminated.
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,導波路コア層)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6、p−InP層7から構成される。
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、1.38μm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。
The gain waveguide portion (active waveguide portion) 1 </ b> A includes an n-
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;1.38μm組成InGaAsPコア層)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9、p−InP層7から構成される。
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。
The wavelength
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。
ここでは、波長制御導波路1Bは、その等価屈折率が利得導波路部1Aの等価屈折率と等しくなるように、コア層の材料組成、厚さを調整している。
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。これにより、波長可変レーザの原理的な連続波長可変幅は12nm程度となる(図4参照)。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
Here, in the
In particular, the lengths of the
回折格子2の周期は、例えば240nm程度とし、発振波長が1.55μm帯になるようにしている。
このように構成することで、波長可変レーザの原理的な連続波長可変幅を12nm程度にすることができるため、半導体導波路に電流を注入した場合の屈折率変化によって起こりうる波長可変幅(3.8nm程度)を最大限利用して、連続波長可変動作を行なうことが可能になる。
The period of the
With this configuration, the fundamental continuous wavelength tunable width of the tunable laser can be reduced to about 12 nm. Therefore, the wavelength tunable width (3) that can be caused by the refractive index change when current is injected into the semiconductor waveguide. It is possible to perform a continuous wavelength variable operation using the maximum of about .8 nm).
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
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
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
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.
なお、上述の実施形態では、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(X=1の場合)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く、他の比率であっても、ほぼ同様の作用・効果が得られる。
つまり、波長制御導波路部1Bの長さを長くした場合、比率1:1のときと同じ屈折率変化を生じさせたとき、発振波長の変化量は大きくなるが、これと同時に、連続波長可変幅も広くなる。一方、波長制御導波路部1Bの長さを短くした場合、比率1:1のときと同じ屈折率変化を生じさせたとき、発振波長の変化量は小さくなるが、これと同時に、連続波長可変幅も狭くなる。このため、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比率によらず、比率を1:1にした場合と同様の作用・効果が得られることになる。
In the above-described embodiment, the case where the ratio of the length of the
That is, when the length of the wavelength
具体的に説明すると、一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの長さの比が1:X(X>0)である場合には、一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの合計長さを、(140+30×X)μm以下にすれば良い。
まず、一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの長さの比が1:X(X>0)である場合、Xの値が大きくなるにしたがって(即ち、波長制御導波路部1Bの長さが長くなるにしたがって)、波長制御導波路部1Bに電流を注入して同じ量の屈折率変化を生じさせた場合の発振波長の変化量は大きくなる。つまり、Xの値が大きくなるにしたがって、波長制御導波路部1Bに電流を注入した場合の発振波長の波長可変幅(発振波長可変幅)は大きくなる。
More specifically, when the ratio of the length of the pair of
First, when the ratio of the lengths of the pair of
ここで、図7は、波長制御導波路部1Bに電流を注入した場合に、波長制御導波路部1Bの等価屈折率の変化割合が0.5%得られるとした場合の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの長さの比1:X(X>0)と波長可変幅の関係を示す図である。
なお、ここでは、利得導波路部1Aの長さをactとし、波長制御導波路部1Bの長さをtuneとし、これらの比をtune/actの値として示している。但し、利得導波路部1Aの長さactを1とすると、波長制御導波路部1Bの長さtuneはXになるため、tune/actの値はXとなる。
Here, FIG. 7 shows the
Here, the length of the
図7を見れば分かるように、例えばX=1の場合、即ち、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比が1:1の場合(tune/act=1)には、波長可変幅は3.8nm程度であるのに対し、例えばX=2の場合、即ち、利得導波路部1Aの長さと波長制御導波路部1Bの長さの比が1:2の場合(tune/act=2)には、波長可変幅は5.2nm程度であり、Xの値が大きくなるにしたがって波長可変幅が大きくなることがわかる。
As can be seen from FIG. 7, for example, when X = 1, that is, when the ratio of the length of the
一方、Xの値が大きくなるにしたがって(即ち、波長制御導波路部1Bの長さが長くなるにしたがって)、モード跳びが生じないようにしながら、波長を変化させることができる連続波長可変幅も大きくなる傾向がある。
ここで、図8は、利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの長さの比1:X(X>0)(ここではtune/actの値)を、0.50から2.50まで0.25刻みで変えた場合の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(1周期の長さ)と、連続波長可変幅との関係を示す図である。
On the other hand, as the value of X becomes larger (that is, as the length of the wavelength
Here, FIG. 8 shows a ratio 1: X (X> 0) (here, the value of the tune / act) of the length of the
図8を見れば分かるように、1周期の長さが同じ場合(即ち、一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの長さが同じ場合)、Xの値が大きくなるほど(即ち、tune/actの値が大きくなるほど;波長制御導波路部1Bの長さが長くなるほど)、連続波長可変幅が大きくなる傾向があることがわかる。
ところで、上述の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの長さの比が1:1の場合(図4参照)と同様に、連続波長可変幅が、波長制御導波路部1Bに電流を注入したときに波長制御導波路部1Bの等価屈折率の変化割合が0.5%得られるとした場合の発振波長可変幅よりも大きくなるような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(1周期の長さ)を求めると、図9に示すように、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(1周期の長さ)Yは、式Y=(140+30×X)(μm)で近似できることがわかる。
As can be seen from FIG. 8, when the length of one period is the same (that is, when the lengths of the pair of
By the way, as in the case where the ratio of the length of the
つまり、図9に示すように、連続波長可変幅と発振波長可変幅が同じにな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(1周期の長さ)Y(μm)(許容最大値)を求め、これを、利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの長さの比1:X(X>0)(ここではtune/actの値)に対応づけてプロットすると、式Y=(140+30×X)で近似できることがわかる。
That is, as shown in FIG. 9, the total length (length of one cycle) Y (μm) of a pair of
したがって、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(1周期の長さ)を、(140+30×X)μm以下にすれば、波長制御導波路部1Bに電流を注入することによって生じる屈折率の変化を最大限利用して、連続波長可変動作を行なうことができるようになる。
また、上述の実施形態では、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。
Therefore, if the total length (length of one cycle) of the pair of
In the above-described embodiment, the lengths of the plurality of
また、上述の実施形態では、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。
つまり、発振波長帯が異なると、1周期の長さに対する連続波長可変幅の特性(図4参照)が変わるものの、波長制御導波路部1Bの等価屈折率の最大変化割合が0.5%の場合の発振波長の変化量も変わるため、上述の実施形態の場合と同様に、1周期の長さを(140+30×X)μm以下に設定すれば、波長制御導波路部1Bに電流を注入することによって生じる屈折率の変化を最大限利用して、連続波長可変動作を行なうことができることになる。
In the above-described embodiment, 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.
That is, if the oscillation wavelength band is different, the characteristic of the continuous wavelength variable width with respect to the length of one period (see FIG. 4) changes, but the maximum change ratio of the equivalent refractive index of the wavelength
結局、発振波長帯にかかわらず、一対の利得導波路部1Aと波長制御導波路部1Bの合計長さが、波長制御導波路部1Bに電流を注入した場合の発振波長可変幅よりも、一の共振縦モードで連続的に発振させることができる連続波長可変幅が大きくなるように構成すれば、波長制御導波路部1Bに電流を注入することによって生じる屈折率の変化を最大限利用して、連続波長可変動作を行なうことができることになる。
[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10を参照しながら説明する。
Eventually, regardless of the oscillation wavelength band, the total length of the pair of
[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、図10に示すように、アレイ集積型波長可変レーザであり、上述の第1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10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. 10, the wavelength tunable laser according to the present embodiment is an array integrated wavelength tunable laser, in which a plurality of the wavelength tunable lasers of the first embodiment described above are integrated in one element.
That is, as shown in FIG. 10, the wavelength tunable laser includes a plurality (eight here) of wavelength tunable lasers 20A to 20H having different wavelength tunable ranges 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(上述の第1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(上述の第1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 that of the wavelength control region of the wavelength tunable lasers 20A to 20H (see the above-described first embodiment). The optical amplifier 23 is configured to have a layer structure (see the first embodiment described above) similar to 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、上述の第1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、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。
Therefore, since the wavelength tunable laser integrated in the array integrated wavelength tunable laser according to the present embodiment is the wavelength tunable laser according to the first embodiment described above, it can be easily manufactured and has a relatively wide wavelength with simple control. There is an advantage that a variable range can be obtained, and there is also an advantage that wavelength control can be performed at high speed because the control is simple. 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 embodiments, the InGaAsP material is described as being used. However, the present invention is not limited to this. For example, other semiconductor materials such as InGaAlAs and GaInNAs can be used. The same effect can be obtained.
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。
(付記1)
利得を発生しうる利得導波路部と、電流注入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、
前記光導波路を構成する一対の利得導波路部と波長制御導波路部の合計長さが、前記波長制御導波路部に電流を注入した場合の発振波長可変幅よりも、一の共振縦モードで連続的に発振させることができる連続波長可変幅が大きく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。
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.
(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 in the optical axis direction;
A diffraction grating provided along the optical waveguide over the entire length of the optical waveguide;
The total length of the pair of gain waveguide portion and wavelength control waveguide portion constituting the optical waveguide is one resonance longitudinal mode than the oscillation wavelength variable width when current is injected into the wavelength control waveguide portion. A wavelength tunable laser comprising a continuous wavelength tunable width that can be continuously oscillated.
(付記2)
利得を発生しうる利得導波路部と、電流注入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、
前記波長制御導波路部が半導体材料で形成されており、
前記光導波路を構成する一対の利得導波路部と波長制御導波路部の長さの比が1:X(X>0)であり、一対の利得導波路部と波長制御導波路部の合計長さが、(140+30×X)μm以下であることを特徴とする、波長可変レーザ。
(Appendix 2)
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 in the optical axis direction;
A diffraction grating provided along the optical waveguide over the entire length of the optical waveguide;
The wavelength control waveguide portion is formed of a semiconductor material;
The ratio of the length of the pair of gain waveguide sections and wavelength control waveguide sections constituting the optical waveguide is 1: X (X> 0), and the total length of the pair of gain waveguide sections and wavelength control waveguide sections Is a wavelength tunable laser, characterized in that it is (140 + 30 × X) μm or less.
(付記3)
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又は2記載の波長可変レーザ。
(Appendix 3)
A gain electrode for injecting current into the gain waveguide portion;
A wavelength control electrode for injecting current into the wavelength control waveguide portion;
The wavelength tunable laser according to
(付記4)
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3記載の波長可変レーザ。
(付記5)
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1〜4のいずれか1項に記載の波長可変レーザ。
(Appendix 4)
The wavelength tunable laser according to appendix 3, wherein the gain electrode and the wavelength control electrode are both comb-type electrodes.
(Appendix 5)
5. The wavelength tunable laser according to any one of
(付記6)
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1〜5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 6)
An array integrated wavelength tunable laser comprising a plurality of wavelength tunable lasers having different wavelength tunable ranges on the same substrate,
6. 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 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 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 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
2A
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 (6)
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、
前記光導波路を構成する一対の利得導波路部と波長制御導波路部の合計長さが、前記波長制御導波路部に電流を注入した場合の発振波長可変幅よりも、一の共振縦モードで連続的に発振させることができる連続波長可変幅が大きくなるように構成され、
前記波長制御導波路部が半導体材料で形成されており、
前記光導波路を構成する一対の利得導波路部と波長制御導波路部の長さの比が1:X(X>0)であり、一対の利得導波路部と波長制御導波路部の合計長さが、(140+30×X)μm以下であ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 in the optical axis direction;
A diffraction grating provided along the optical waveguide over the entire length of the optical waveguide;
The total length of the pair of gain waveguide portion and wavelength control waveguide portion constituting the optical waveguide is one resonance longitudinal mode than the oscillation wavelength variable width when current is injected into the wavelength control waveguide portion. The continuous wavelength variable width that can be continuously oscillated is increased ,
The wavelength control waveguide portion is formed of a semiconductor material;
The ratio of the length of the pair of gain waveguide sections and wavelength control waveguide sections constituting the optical waveguide is 1: X (X> 0), and the total length of the pair of gain waveguide sections and wavelength control waveguide sections Saga, characterized in der Rukoto (140 + 30 × X) μm or less, a tunable laser.
前記波長制御導波路部に電流注入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、請求項1又は2記載の波長可変レーザ。 A gain electrode for injecting current into the gain waveguide portion;
A wavelength control electrode for injecting current into the wavelength control waveguide portion;
3. The wavelength tunable laser according to claim 1, wherein the gain electrode and the wavelength control electrode are provided independently of each other.
前記複数の波長可変レーザが、いずれも、請求項1〜5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 5.
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