JP4594816B2 - Tunable laser - Google Patents

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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1234Actively induced grating, e.g. acoustically or electrically induced

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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-electrode DBR laser 100 includes an active layer portion 101, a phase control portion 102, and a DBR portion 104 in which a diffraction grating 103 is formed along an optical waveguide. The active layer portion 101, the phase control portion 102, and the DBR portion 104 are arranged in series. The active layer portion 101, the phase control portion 102, and the DBR portion 104 are provided with electrodes 105, 106, and 107, respectively, so that current can be injected independently. Furthermore, a common electrode 108 connected to the ground potential is provided on the surface opposite to the surface on which these electrodes 105, 106, and 107 are provided. Then, the active layer 101 are injected current I act through the electrode 105, current I PS via the electrode 106 is injected into the phase control section 102, the DBR portion 104 through the electrode 107 current ( Wavelength control current) I DBR is injected.

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-DFB laser 110 includes an active waveguide 111 that generates a gain by current injection and a wavelength control waveguide 112 that changes an oscillation wavelength by changing a refractive index by current injection. The active waveguide 111 is laminated on the wavelength control waveguide 112 through the intermediate layer 113. A diffraction grating 114 is formed along the active waveguide 111 and the wavelength control waveguide 112 over the entire length thereof. Further, an electrode 115 for injecting a current I act into the active waveguide 111 is provided on the upper surface, and an electrode 116 for injecting a current I tune into the wavelength control waveguide 112 is provided on the lower surface. Is provided. The intermediate layer 113 is connected to the ground potential. As a result, current injection can be performed independently for each of the active waveguide 111 and the wavelength control waveguide 112.

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 Document 1 proposes a DBR laser integrated as a wavelength tunable laser. Patent Document 1 proposes an integrated TTG-DFB laser as a wavelength tunable laser.

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-electrode DBR laser 100 or TTG-DFB laser 110 is integrated as a wavelength tunable laser, the three-electrode DBR laser 100 or the TTG-DFB laser 110 is connected to the phase control unit 102 or the wavelength control waveguide 112. Since the oscillation wavelength can be changed by current injection, the wavelength can be changed at high speed (for example, 10 nanoseconds or less).

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-electrode DBR laser 100 is used. It is necessary to match the Bragg wavelength and the longitudinal mode wavelength by providing the unit 102 and injecting a current into the phase control unit 102.

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-electrode DBR laser 100, in addition to the control of the reflection wavelength in the DBR unit 104, the phase control in the phase control unit 102 is necessary, so that the control becomes complicated.
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)。
特開2004−235600号公報 特開平9−36480号公報 特開平4−147686号公報 特開平7−273400号公報 ECOC2003 PROCEEDING vol4. pp 887(Th1.2.4) Electronics Letters 20th July 1989 vol25 No15, pp 990-992
As another wavelength tunable laser that is controlled in terms of current and can continuously change the oscillation wavelength without causing mode jump, for example, a multi-electrode DFB (Distributed Feed Back). Lasers have been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2 and Patent Document 3).
JP 2004-235600 A JP 9-36480 A JP-A-4-147686 JP 7-273400 A ECOC2003 PROCEEDING vol4. Pp 887 (Th1.2.4) Electronics Letters 20th July 1989 vol25 No15, pp 990-992

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 DBR unit 104 in order to be able to continuously change the oscillation wavelength while preventing mode jumping, the phase is not limited. Phase control in the control unit 102 is also required. In this case, there are two wavelength control parameters, and the control is complicated. For this reason, it is difficult to perform wavelength control at high speed.

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 Patent Document 2 described above, the same current is injected into the comb electrode for injecting current into the distributed reflection waveguide and the electrode in the inactive waveguide region for adjusting the phase. The resonance longitudinal mode wavelength and the Bragg wavelength can be changed at the same rate, but it is necessary to control the phase in order to make the resonance longitudinal mode wavelength and the Bragg wavelength coincide with each other. It is. In particular, in an array integrated wavelength tunable laser, control at the time of laser switching is complicated, and it is difficult to perform wavelength control at high speed.

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 intermediate layer 113 between the waveguide 112 and the intermediate layer 113 to be connected to the ground potential, the fabrication of the element becomes complicated as compared with a normal laser. In particular, it is difficult to produce an array integrated wavelength tunable laser by integration.

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 Patent Document 4 described above, it is difficult to adjust the phase state of the region where the diffraction grating is not formed only by making the element. In addition, phase control is necessary and control is complicated.

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 gain waveguide section 1A capable of generating a gain by current injection and a refractive index change by current injection. An optical waveguide (optical waveguide layer) 1 having a wavelength control waveguide portion 1B that can be used, and a diffraction grating (diffraction grating layer) 2 provided in the vicinity of the optical waveguide 1 are configured. In the wavelength tunable laser, a current (gain control current) I act is injected into the gain waveguide section 1A to oscillate at a wavelength corresponding to the period of the diffraction grating 2. The oscillation wavelength can be controlled by injecting a current (wavelength control current) I tune into the wavelength control waveguide section 1B.

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 optical waveguide 1 is configured so as to alternately have gain waveguide portions (active waveguide portions) 1A and wavelength control waveguide portions 1B in the optical axis direction. That is, the optical waveguide 1 includes a plurality of gain waveguide portions 1A and a plurality of wavelength control waveguide portions 1B, and these gain waveguide portions 1A and wavelength control waveguide portions 1B are periodically arranged on the same plane. Are alternately arranged in series. A specific configuration example of the gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B will be described later.

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 diffraction grating 2 is provided below the optical waveguide 1 in parallel along the optical waveguide 1 over the entire length of the optical waveguide 1. That is, the diffraction grating 2 is continuously provided at a position corresponding to the gain waveguide section 1A and at a position corresponding to the wavelength control waveguide section 1B. As shown in FIG. 1, the diffraction grating 2 formed at a position corresponding to the gain waveguide section 1A is called a gain diffraction grating 2A, and is formed at a position corresponding to the wavelength control waveguide section 1B. The diffraction grating 2 is referred to as a wavelength control diffraction grating 2B.

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 gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B are arranged on the same plane. Therefore, the device can be easily manufactured. For example, as in the second embodiment described later, even when an array integrated wavelength tunable laser is manufactured by integration, it can be easily integrated.

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 diffraction grating 2 is provided over the entire length of the optical waveguide 1, it is not necessary to control the initial phase.

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 gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B of the optical waveguide 1. 3A and 3B are provided.
That is, as shown in FIG. 1, a gain electrode (P-side electrode) 3A is formed on the upper surface of the gain waveguide portion 1A of the optical waveguide 1 via a contact layer 8A, and a common electrode (N-side) is formed below. Electrode) 3C is formed, and a current I act can be injected into the active layer (gain layer, waveguide core layer) 6 of the gain waveguide section 1A. A wavelength control electrode (P-side electrode) 3B is formed on the upper surface of the wavelength control waveguide portion 1B of the optical waveguide 1 via a contact layer 8B, and a common electrode (N-side electrode) 3C is formed below. The current I tune can be injected into the wavelength control layer (waveguide core layer, phase control layer) 9 of the wavelength control waveguide section 1B.

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 gain electrode 3A and the wavelength control electrode 3B are both configured as comb-shaped electrodes as shown in FIG.
Note that a region including the gain waveguide portion 1A, the gain diffraction grating 2A, the gain electrode 3A, and the common electrode 3C is referred to as a gain region 11A, and includes a wavelength control waveguide portion 1B, a wavelength control diffraction grating 2B, a wavelength control electrode 3B, A region composed of the common electrode 3C is referred to as a wavelength control region 11B.

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-side electrodes 3A and 8B are formed on the contact layers 8A and 8B. By forming 3B, the SiO 2 film 10 is formed in a region where the contact layers 8A and 8B and the P-side electrodes 3A and 3B are not formed.

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 gain region 11A and the wavelength control region 11B, a separation region (separation part) 11C is provided between the gain electrode 3A and the wavelength control electrode 3B. Provided. That is, the wavelength control electrode (P-side electrode) 3B, the gain electrode (P-side electrode) 3A, and the contact layers 8A and 8B are not formed in the upper region near the junction interface between the gain region 11A and the wavelength control region 11B. Thus, the separation part 11C is formed.

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 gain waveguide sections 1A and the plurality of wavelength control waveguide sections 1B, the total length of the pair of adjacent gain waveguide sections 1A and wavelength control waveguide sections 1B is the wavelength control. The continuous wavelength variable width capable of continuously oscillating in one resonance longitudinal mode is larger than the oscillation wavelength variable width when current is injected into the waveguide section 1B. In other words, when the gain waveguide sections 1A and the wavelength control waveguide sections 1B are alternately arranged periodically, one gain waveguide section 1A and one wavelength control waveguide section 1B have one cycle. The length of one period is larger than the oscillation wavelength variable width when current is injected into the wavelength control waveguide section 1B, so that the continuous wavelength variable width capable of continuously oscillating in one resonance longitudinal mode becomes larger. It is configured as follows.

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 control waveguide portion 1B is made of a semiconductor material and the ratio of the lengths of the pair of adjacent gain waveguide portions 1A and wavelength control waveguide portions 1B is 1: X (X> 0), The total length of a pair of adjacent gain waveguide portions and wavelength control waveguide portions is set to be (140 + 30 × X) μm or less. In other words, when the gain waveguide sections 1A and the wavelength control waveguide sections 1B are alternately arranged periodically, one gain waveguide section 1A and one wavelength control waveguide section 1B have one cycle. The length of one cycle is set to be (140 + 30 × X) μm or less.

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 control waveguide section 1B, and it is possible to maximize the continuous wavelength variable width. Details will be described below.
In this wavelength tunable laser, the gain region 11A has a constant Bragg wavelength, the refractive index of the core layer of the wavelength control waveguide section 1B in the wavelength control region 11B is changed, and the wavelength is changed by changing the Bragg wavelength in the wavelength control region 11B. Perform the action.

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 gain waveguide portion 1A and the length of the wavelength control waveguide portion 1B are 1: 1 (when X = 1), the oscillation wavelength of the wavelength tunable laser is the Bragg wavelength of the gain region 11A. This is the average value of the Bragg wavelength in the wavelength control region 11B.
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 control waveguide section 1B is changed is set to λ a as the Bragg wavelength of the gain region 11A. the Bragg wavelength of 11B as a lambda t, the Bragg wavelength of the wavelength control region 11B of the front (current injection before) to change the refractive index and lambda t0, the amount of change in equivalent refractive index of the wavelength controlling waveguide portion 1B and [Delta] n t The equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1B before changing the refractive index (before current injection) can be expressed by the following equation (1), where n t is the equivalent refractive index.

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 control waveguide section 1B to the total resonator length (the total length of the plurality of wavelength control waveguide sections 1B). Therefore, it becomes smaller than the rate of change in the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1B by 1/2 (here, 1/2).

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 control waveguide section 1B is changed (that is, only the wavelength variable control is performed without performing the phase control). ), The oscillation wavelength can be continuously changed while preventing the mode jump. Note that λ t0 and λ 0 generally match substantially, but if it is desired to match completely, a λ / 4 phase shift unit 2C (see FIG. 5) may be provided.

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 wavelength control region 11B and the Bragg wavelength in the gain region 11A becomes too large during wavelength tunable control, mode jump occurs, and continuous wavelength tunable operation can be performed. Disappear.
That is, first, when a current is injected into the gain waveguide section 1A and no current is injected into the wavelength control waveguide section 1B, the peak (center wavelength; Bragg wavelength) of the reflection spectrum by the diffraction grating 2 in the wavelength control area 11B. ) Coincides with the peak (center wavelength; Bragg wavelength) of the reflection spectrum by the diffraction grating 2 in the gain region 11A, as indicated by the symbol A in FIG. In this case, the total reflection spectrum obtained by adding the reflection spectrum by the diffraction grating 2 in the wavelength control region 11B and the reflection spectrum by the diffraction grating 2 in the gain region 11A is as shown by reference numeral A ′ in FIG. The center wavelength (peak; Bragg wavelength) is the oscillation wavelength of the tunable laser.

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 control waveguide section 1B, the Bragg wavelength in the wavelength control region 11B shifts to the short wavelength side as shown in FIG. 3A, when the difference between the Bragg wavelength of the wavelength control region 11B and the Bragg wavelength of the gain region 11A increases, the total reflection spectrum is represented by the reference symbol in FIG. As indicated by B ', the width of the reflection spectrum is widened and has two peaks.

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 diffraction grating 2 in each region is separated, oscillation at the center wavelength cannot be maintained, mode jump occurs, and continuous wavelength variable operation cannot be performed.
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 gain waveguide portion 1A and one wavelength control waveguide portion 1B are one cycle. It turned out to be almost inversely proportional to the above. FIG. 4 shows characteristics when the ratio of the length of the gain waveguide section 1A to the length of the wavelength control waveguide section 1B is 1: 1 and the oscillation wavelength band is 1.55 μm band.

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 control waveguide section 1B is below the solid line A in FIG. Although the oscillation wavelength can be continuously changed, mode jump occurs when it is above the solid line A in FIG.
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 waveguide section 1B (i.e., [Delta] n t / n t of 0.5%) When obtained, the wavelength controlling region 11B current injection before When the Bragg wavelength is in the 1.55 μm band (that is, λ t0 is 1550 nm), the amount of change in the oscillation wavelength (Δλ Bragg ) of the wavelength tunable laser, that is, the oscillation wavelength variable width is It becomes about 3.8 nm.

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 control waveguide section 1B can be reduced. It is possible to perform continuous wavelength variable operation by making the maximum use.

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 control waveguide section 1B. Even if possible, mode jumping occurs with a wavelength variation smaller than 3.8 nm. On the other hand, if the length of one cycle is set to 170 μm or less, continuous wavelength variable operation is performed by making maximum use of the change in refractive index caused by injecting current into the wavelength control waveguide section 1B. Will be able to.

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 gain waveguide section 1A and wavelength control waveguide section 1B is continuous in one resonance longitudinal mode than the oscillation wavelength variable width when current is injected into the wavelength control waveguide section 1B. If the continuous wavelength tunable width that can be oscillated is increased, continuous wavelength tunable operation is performed by making maximum use of the change in refractive index caused by injecting current into the wavelength control waveguide section 1B. Will be able to.

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 gain region 11A includes an n-InP layer (n-type InP substrate, n-type InP buffer layer) 4, an n-type InGaAsP diffraction grating layer 2, an n-type InP layer 5, an MQW active layer ( 1.55 μm-band strained MQW layer + SCH layer, waveguide core layer) 6, p-InP layer (p-type InP clad layer) 7, and contact layer (p-type InGaAsP contact layer, p-type InGaAs contact layer) 8A are laminated in this order. It has a layered structure.

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-type InP layer 5, an MQW active layer 6, and a p-InP layer 7.
On the other hand, the wavelength control region 11B includes, for example, an n-type InP buffer layer, an n-type InGaAsP diffraction grating layer, an n-type InP buffer layer, a 1.38 μm composition InGaAsP layer (waveguide core layer), a p-type on an n-type InP substrate. It has a layer structure in which an InP clad layer, a p-type InGaAsP contact layer, and a p-type InGaAs contact layer are sequentially stacked.

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 wavelength control region 11B includes an n-InP layer (n-type InP substrate, n-type InP buffer layer) 4, an n-type InGaAsP diffraction grating layer 2, an n-type InP layer 5, and a wavelength control layer. (Phase control layer; 1.38 μm composition InGaAsP core layer) 9, p-InP layer (p-type InP clad layer) 7, and contact layer (p-type InGaAsP contact layer, p-type InGaAs contact layer) 8 are laminated in this order. It has become.

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 control waveguide section 1B is composed of an n-type InP layer 5, a wavelength control layer 9, and a p-InP layer 7.
The diffraction grating layer 2 is formed by laminating a layer made of a material for forming the diffraction grating layer 2 on the n-InP layer 4, and then periodically removing the layer using a method such as dry etching. It is formed by growing an n-InP layer 5 thereon.

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 active layer 6 and the wavelength control layer 9, for example, a pn-BH structure (Buried Heterostructure) may be used.
Here, in the wavelength control waveguide 1B, the material composition and thickness of the core layer are adjusted so that the equivalent refractive index becomes equal to the equivalent refractive index of the gain waveguide portion 1A.
In particular, the lengths of the gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B are both 30 μm, and the length of one period is 60 μm. Thereby, the fundamental continuous wavelength variable width of the wavelength variable laser becomes about 12 nm (see FIG. 4). The element length is, for example, 570 μm. Here, the gain waveguide portion 1A is arranged on the element end face side so that the optical output does not decrease. However, the wavelength control waveguide portion 1B may be disposed on the element end face side.

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 diffraction grating 2 is about 240 nm, for example, and the oscillation wavelength is in the 1.55 μm band.
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 diffraction grating 2 is preferably configured to include a λ / 4 phase shift unit 2C at the longitudinal center position. That is, it is preferable to shift (phase shift) by half the period of the diffraction grating 2 (1/4 of the Bragg wavelength) at the center position in the longitudinal direction of the diffraction grating 2 as shown in FIG.
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.

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 gain waveguide portion 1A to the length of the wavelength control waveguide portion 1B is 1: 1 (in the case of X = 1) is described as an example. The ratio of the length of the waveguide section 1A and the length of the wavelength control waveguide section 1B is not limited to this, and substantially the same operation and effect can be obtained even if the ratio is other ratio.
That is, when the length of the wavelength control waveguide section 1B is increased, when the same refractive index change as that in the ratio of 1: 1 is generated, the amount of change in the oscillation wavelength increases, but at the same time, the continuous wavelength is variable. The width also becomes wider. On the other hand, when the length of the wavelength control waveguide section 1B is shortened, when the same refractive index change as in the ratio 1: 1 is generated, the amount of change in the oscillation wavelength is small, but at the same time, the continuous wavelength is variable. The width is also narrowed. For this reason, regardless of the ratio of the length of the gain waveguide section 1A and the length of the wavelength control waveguide section 1B, the same operation and effect as when the ratio is 1: 1 can be obtained.

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 gain waveguide sections 1A and the wavelength control waveguide section 1B is 1: X (X> 0), the pair of gain waveguide sections 1A and the wavelength control The total length of the waveguide portion 1B may be (140 + 30 × X) μm or less.
First, when the ratio of the lengths of the pair of gain waveguide portions 1A and the wavelength control waveguide portion 1B is 1: X (X> 0), as the value of X increases (that is, the wavelength control waveguide portion) As the length of 1B increases, the amount of change in oscillation wavelength increases when current is injected into the wavelength control waveguide section 1B to cause the same amount of refractive index change. That is, as the value of X increases, the wavelength variable width (oscillation wavelength variable width) of the oscillation wavelength when current is injected into the wavelength control waveguide section 1B increases.

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 gain waveguide portion 1A when the ratio of change in the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide portion 1B is 0.5% when current is injected into the wavelength control waveguide portion 1B. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the ratio of the length of the wavelength control waveguide section 1B and 1: X (X> 0) and the wavelength variable width.
Here, the length of the gain waveguide section 1A is set to act, the length of the wavelength control waveguide section 1B is set to tune, and the ratio of these is shown as the value of tune / act. However, if the length act of the gain waveguide section 1A is 1, the length tune of the wavelength control waveguide section 1B is X, so the value of tune / act is X.

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 gain waveguide section 1A to the length of the wavelength control waveguide section 1B is 1: 1 (tune / act = 1). The wavelength variable width is about 3.8 nm, for example, when X = 2, that is, the ratio of the length of the gain waveguide section 1A to the length of the wavelength control waveguide section 1B is 1: 2. In the case (tune / act = 2), the wavelength variable width is about 5.2 nm, and it can be seen that the wavelength variable width increases as the value of X increases.

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 control waveguide section 1B becomes longer), the continuous wavelength variable width that can change the wavelength while preventing mode jumping is also provided. There is a tendency to grow.
Here, FIG. 8 shows a ratio 1: X (X> 0) (here, the value of the tune / act) of the length of the gain waveguide section 1A and the wavelength control waveguide section 1B from 0.50 to 2.50. It is a figure which shows the relationship between the sum total length (length of 1 period) of a pair of gain waveguide part 1A and the wavelength control waveguide part 1B at the time of changing to 0.25 increments, and a continuous wavelength variable width.

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 gain waveguide portions 1A and the wavelength control waveguide portion 1B are the same), the larger the value of X (ie, It can be seen that the continuous wavelength variable width tends to increase as the value of tune / act increases; the length of the wavelength control waveguide section 1B increases.
By the way, as in the case where the ratio of the length of the gain waveguide section 1A and the wavelength control waveguide section 1B is 1: 1 (see FIG. 4), the continuous wavelength variable width causes a current to flow through the wavelength control waveguide section 1B. A pair of gain waveguide sections 1A and a wavelength control waveguide which are larger than the oscillation wavelength variable width when the ratio of change in the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1B is 0.5% when. When the total length of the waveguide portion 1B (the length of one cycle) is obtained, as shown in FIG. 9, the total length of the pair of gain waveguide portions 1A and the wavelength control waveguide portion 1B (the length of one cycle) It can be seen that Y can be approximated by the equation Y = (140 + 30 × X) (μm).

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 gain waveguide section 1A and wavelength control waveguide section 1B having the same continuous wavelength variable width and oscillation wavelength variable width. ) (Allowable maximum value) is obtained, and this is associated with the length ratio 1: X (X> 0) (here, the value of tune / act) of the gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B. When plotted, it can be seen that the approximation can be made by the equation Y = (140 + 30 × X).

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 gain waveguide section 1A and wavelength control waveguide section 1B is set to (140 + 30 × X) μm or less, current is injected into the wavelength control waveguide section 1B. Thus, the continuous wavelength variable operation can be performed by making maximum use of the change in the refractive index caused by this.
In the above-described embodiment, the lengths of the plurality of gain waveguide portions 1A and the lengths of the plurality of wavelength control waveguide portions 1B are all the same, and the lengths of the respective periods are all set. However, the length of the longest period (the total length of the gain waveguide section 1A and the wavelength control waveguide section 1B with the longest period) satisfies the above-mentioned condition. It should be satisfied.

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 control waveguide section 1B is 0.5%. Since the change amount of the oscillation wavelength in this case also changes, if the length of one cycle is set to (140 + 30 × X) μm or less as in the above-described embodiment, current is injected into the wavelength control waveguide portion 1B. Thus, the continuous wavelength variable operation can be performed by making maximum use of the change in the refractive index caused by the above.

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 gain waveguide section 1A and wavelength control waveguide section 1B is less than the oscillation wavelength variable width when current is injected into the wavelength control waveguide section 1B. If the continuous wavelength variable width capable of continuously oscillating in the resonance longitudinal mode is increased, the change in the refractive index caused by injecting current into the wavelength control waveguide section 1B can be utilized to the maximum. Thus, continuous wavelength variable operation can be performed.
[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 tunable lasers 20 </ b> A to 20 </ b> H are connected to an optical amplifier 23 via a plurality of bent waveguides 21 </ b> A to 21 </ b> H and an optical combiner 22, respectively.
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 appendix 1 or 2, wherein the gain electrode and the wavelength control electrode are provided independently of each other.

(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 appendices 1 to 4, wherein the diffraction grating includes a λ / 4 phase shift unit at a longitudinal center position.

(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 appendices 1 to 5.

本発明の第1実施形態にかかる波長可変レーザの構成を示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a wavelength tunable laser according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態にかかる波長可変レーザの電極の構成を説明するための模式的平面図である。It is a typical top view for demonstrating the structure of the electrode of the wavelength variable laser concerning 1st Embodiment of this invention. 図3(A),(B)は、本発明の第1実施形態にかかる波長可変レーザの波長可変の様子を説明するための図である。FIGS. 3A and 3B are views for explaining the state of wavelength tuning of the wavelength tunable laser according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態にかかる波長可変レーザの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。It is a figure which shows the relationship between the length of 1 period and the continuous wavelength variable width of the wavelength variable laser concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる波長可変レーザにおいてλ/4位相シフト部を設ける場合の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure in the case of providing a (lambda) / 4 phase shift part in the wavelength tunable laser concerning 1st Embodiment of this invention. 図6(A),(B)は、本発明の第1実施形態にかかる波長可変レーザにおいてλ/4位相シフト部を設けるのが好ましい理由を説明するための図である。6A and 6B are diagrams for explaining the reason why it is preferable to provide the λ / 4 phase shift unit in the wavelength tunable laser according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態にかかる波長可変レーザにおける一対の波長制御導波路部と利得導波路部の長さの比と、波長可変幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of the length of a pair of wavelength control waveguide part and gain waveguide part in the wavelength variable laser concerning 1st Embodiment of this invention, and a wavelength variable width. 本発明の第1実施形態にかかる波長可変レーザにおける1周期の長さと、連続波長可変幅と、一対の波長制御導波路部と利得導波路部の長さの比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the length of 1 period in the wavelength tunable laser concerning 1st Embodiment of this invention, continuous wavelength variable width, and the ratio of the length of a pair of wavelength control waveguide part and a gain waveguide part. . 本発明の第1実施形態にかかる波長可変レーザにおける一対の波長制御導波路部と利得導波路部の長さの比と、1周期の長さの最大値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of the length of a pair of wavelength control waveguide part and gain waveguide part in the wavelength tunable laser concerning 1st Embodiment of this invention, and the maximum value of the length of 1 period. 本発明の第2実施形態にかかるアレイ集積型波長可変レーザの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the array integrated wavelength variable laser concerning 2nd Embodiment of this invention. 従来の3電極DBRレーザの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the conventional 3 electrode DBR laser. 従来のTTG−DFBレーザの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the conventional TTG-DFB laser.

符号の説明Explanation of symbols

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
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 Optical Waveguide 1A Gain Waveguide (Active Waveguide)
1B Wavelength control waveguide 2 Diffraction grating (Diffraction grating layer)
2A Gain diffraction grating 2B Wavelength control diffraction grating 2C λ / 4 phase shift unit 3A Gain electrode (P-side electrode)
3B Wavelength control electrode (P side electrode)
3C common electrode (N side electrode)
4 n-InP layer 5 n-InP layer 6 MQW active layer (gain layer, active layer, waveguide core layer)
7 p-InP layer 8A, 8B Contact layer 9 Wavelength control layer (phase control layer)
10 SiO 2 film 11A Gain region (active region)
11B Wavelength control region 11C Separation region 20A-20H Tunable laser 21A-21H Curved waveguide 22 Optical combiner 23 Optical amplifier

Claims (6)

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
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の長さが前記利得導波路部の長さよりも長いことを特徴とする、請求項1に記載の波長可変レーザ。 2. The wavelength tunable laser according to claim 1, wherein a length of the wavelength control waveguide section is longer than a length of the gain waveguide section . 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、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、請求項3記載の波長可変レーザ。   4. The wavelength tunable laser according to claim 3, wherein each of the gain electrode and the wavelength control electrode is a comb electrode. 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、請求項1〜4のいずれか1項に記載の波長可変レーザ。   The wavelength tunable laser according to claim 1, wherein the diffraction grating includes a λ / 4 phase shift unit at a longitudinal center position. 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、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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