JP4905854B2 - 直接変調波長可変レーザ - Google Patents

Description

本発明は、光通信システム用光源として好適な直接変調波長可変レーザに関する。

波長分割多重光ファイバーネットワークでは、波長可変光源（TLS: tunable light source）を使用することが望まれている。このような光源は、典型的には、連続波長動作を行うものであり、モノリシック回折格子型レーザや外部共振型レーザを含め、様々なデザインで実現されている。全ての波長可変光源に共通しているのは、利得領域から物理的に且つ電気的に分離された波長制御領域が設けられていることである。

波長可変光源を送信器として使用する場合には、更に、波長可変光源から発せられるＣＷ光にデータを載せるための外部変調器が必要である。送信器の小型化及び低消費電力化のためには、波長可変光源と外部変調器を同一チップに集積化するか、同一パッケージに収めることが望ましい。しかしながら、集積された外部変調器で波長可変範囲全域で良好な光変調特性を実現することは、技術的に難しく、多くの場合、波長可変光源の波長制御範囲と、変調器の性能との間にトレードオフが発生する。

送信器の他の選択肢としては、分布帰還レーザ（DFB laser: distributed feedback laser）のような固定波長型の直接変調レーザ（DML: directly modulated laser）がある。但し、外部変調と直接変調とを比較すると、レーザを直接変調する場合は、大きな周波数変調（又は大きなチャーピング）が発生する。そのため、光ファイバの波長分散により最大伝送距離が制限されてしまう。従って、直接変調レーザは、比較的短距離の通信に適したレーザであると言える。但し、これら分布帰還レーザのような固定波長型の直接変調レーザの発振波長は、温度を変えることによってしか調整できないので、波長の制御範囲が４ｎｍと制限されてしまう。

直接変調される利得領域を有する波長可変光源である直接変調波長可変レーザ（DM-TLS: directly modulated TLS）は、将来における短中距離の波長多重（WDM：Wavelength Division Multiplexing）光通信ネットワークの有望な送信器であると考えられている。なぜなら、直接変調波長可変レーザは、波長制御機能とデータ変調機能とを一つの小さなユニットで実現可能であるからである。しかしながら、波長可変光源の直接変調には、波長制御を司る光反射領域の存在に起因して、様々な問題がある。分布帰還レーザとは異なり、レーザの利得領域の屈折率変化に起因する発振波長の変化は、反射領域の反射率がピークになる波長と関係が無いため、反射率が時間依存性を有することになる。この特性は、特定の用途に対しては、積極的に利用される場合がある。例えばK. Vahala et al. "Detuned loading in coupled-cavity semiconductor lasers -effect on quantum noise and dynamics", Appl. Phys. Lett., vol. 45, pp.501-503, 1984に記載されているような、デチューンドローディング（detuned loading）と呼ばれる構成では、デカップリングが、緩和共振周波数（RRF: relaxation resonance frequency）を増大させると共にレーザのチャープや線幅を大きく減少させるために使用されている。確かに、ミラーロスが最小の周波数で発振が生じるレーザの典型的な動作においても、反射領域の周回時間（round trip time）を増大させることにより、チャープや線幅を大きく減少させることができる。しかしながら、この場合には、反射領域の周回時間の増大と共に、直接変調が可能な最大ビットレートが低下してしまう。加えて、緩和振動の減衰時定数も減少してしまい、これは、変調光信号の波形ひずみを促進してしまう。このことは、例えば、G.P. Agrawal et al., "Modulation Performance of a Semiconductor Laser Coupled to an External High-Q Resonator", IEEE J. Quantum Electronics, vol. 24, 1988に記載されている。その結果、これまでに多く報告されてきた典型的な広帯域波長可変レーザである、外部共振器型の波長可変レーザでは、レーザの反射領域周回時間は、８０ｐｓを超えており、これは、例えば、直接変調速度として１０Ｇｂ／ｓのビットレートに適合していない。

なお、比較的高速に直接変調可能な波長可変レーザとしては、以下に述べられるような、４つの種類の回折格子型の構成が提案されている：
（１）超構造グレーティング分布ブラッグ反射器（SSG-DBR: super structure grating distributed Bragg reflector、例えば、H. Ishii et al. "Multiple-phase-shift super structure grating DBR lasers for broad wavelength tuning", IEEE photon. Technol. Lett., vol. 5, pp.613-615, 1994参照）
（２）抽出グレーティング分布ブラッグ反射器（SG-DBR: sampled-grating distributed Bragg reflector、例えば、J.Klamkin et al., "High efficiency widely tunable SGDBR lasers for improved direct modulation performance", IEEE J. Sel. Top. Quantum Electronics, vol. 11, pp. 931-938, 2005参照）
（３）デジタルスーパーモード分布ブラッグ反射器（DS-DBR: digital supermode distributed Bragg reflector、例えば、Y. Liu et al., "Directly-modulated DS-DBR tunable laser for uncooled C-band WDM system", in Technical Digest of OFC' 2005, 0ThG8, Anaheim, USA, 2005参照）
（４）変調グレーティングＹブランチレーザ（MG-Y laser: modulated grating Y-branch laser、例えば、M. Isakson et al., "10Gb/s direct modulation of 5 THz tunable modulated-grating Y-branch laser", in Technical Digest of OFC' 2005, 0TuE2, Anaheim, USA, 2005参照）

しかしながら、上述のＳＳＧ−ＤＢＲ、ＳＧ−ＤＢＲ、及びＤＳ−ＤＢＲレーザでは、光がＤＢＲ領域を伝播する際に大きく損失を受けた後で共振器から放出されるので、これらのデバイスから得られる最大光出力は制限されてしまう。一方、ＭＧ−Ｙレーザでは、光は、利得領域に設けられた波長に独立なファセットから出力されるため、他の３つの回折格子型のレーザよりも、高い光出力を出す能力を有している。しかしながら、結局、ＭＧ−Ｙレーザも回折格子を用いているため、電子ビーム露光でしか実現出来ないような、高い作製精度で反射器を形成する必要がある。電子ビーム露光は、確かに高い作製精度を実現するが、順次にパターンを描画する必要があるため、一度にパターンを形成できるステッパ等のフォトリソグラフィーよりもスループットで劣っている。

加えて、回折格子型の反射器において充分に広い帯域幅で均一な反射率を実現するためには、例えばチャープトグレーティングのような超構造グレーティングを使用する必要がある。しかし、超構造グレーティングは、上記のIshii et al.の参照文献に記載されているように、グレーティングに沿った適切な位置に位相シフタを挿入することによってしか実現できない。位相シフタの位置及び位相シフト量の許容誤差は、要求される帯域幅が大きいほど小さくなる。従って、超構造型の回折格子型波長可変レーザの歩留まりは、レーザの波長調整範囲の増大と共に小さくなってしまうと考えられる。加えて、回折格子型反射器では、ピークの反射率と、主反射ローブの半値全幅（ＦＷＨＭ）と、回折格子領域の損失とは相関関係がある。グレーティングが長く、反射率が高く、帯域幅が小さいほど、ＤＢＲ領域での損失は大きい。従って、これらのパラメータは独立に制御できず、設計の自由度を低下させてしまう。

このような背景から、量産に適した構造を有しながら、広範囲の波長制御を実現し、且つ高速な光変調にも適用可能な直接変調波長可変レーザを実現することが望まれている。
K. Vahala et al. "Detuned loading in coupled-cavity semiconductor lasers -effect on quantum noise and dynamics", Appl. Phys. Lett., vol. 45, pp.501-503, 1984 H. Ishii et al. "Multiple-phase-shift super structure grating DBR lasers for broad wavelength tuning", IEEE photon. Technol. Lett., vol. 5, pp.613-615, 1994 J.Klamkin et al., "High efficiency widely tunable SGDBR lasers for improved direct modulation performance", IEEE J. Sel. Top. Quantum Electronics, vol. 11, pp. 931-938, 2005 Y. Liu et al., "Directly-modulated DS-DBR tunable laser for uncooled C-band WDM system", in Technical Digest of OFC' 2005, 0ThG8, Anaheim, USA, 2005 M. Isakson et al., "10Gb/s direct modulation of 5 THz tunable modulated-grating Y-branch laser", in Technical Digest of OFC' 2005, 0TuE2, Anaheim, USA, 2005 G.P. Agrawal et al., "Modulation Performance of a Semiconductor Laser Coupled to an External High-Q Resonator", IEEE J. Quantum Electronics, vol. 24, 1988 R. F. Kazarinov et al., "The relation of line narrowing and chirp reduction resulting from the coupling of a semiconductor laser to a passive resonator", IEEE J. Quantum Electronics, vol. QE-23, 1987 L. A. Coldren, "Monolithic tunable diode lasers", IEEE J. Sel. Top. Quantum Electronics, vol.6, 2000

従って、本発明の目的は、量産に適した構造を有しながら、広範囲の波長制御を実現し、且つ高速な光変調にも適用可能な直接変調波長可変レーザを実現することにある。

本発明の波長可変レーザ光源は、直接変調が行われる利得領域と、前記利得領域と共にレーザ共振器をなし、利得領域にモノリシックに集積された、反射率の波長依存性が制御可能である反射器とを備えている。この反射器は、複数のリング共振器を備え、複数のリング共振器のうち、隣接する２つのリング共振器間、及び、隣接する利得領域とリング共振器間に溝を有している。そして、反射器の主反射ピークの半値全幅Δｆが、１０ＧＨｚ以上、９０ＧＨｚ以下である。発明者の知見によれば、このような構成の波長可変レーザ光源は、チューナブル反射器のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆと主反射ピークの半値全幅Δｆを、ビットレートに応じて決定される特定範囲内に設定することにより、広範囲の波長制御を実現しながら所望の変調速度での光変調を実現することができる。そして、目標とするビットレートに好適なＴ_ｇ，ｆとΔｆのレーザ共振器を実現するとき、従来の回折格子型の直接変調レーザでは見られなかった、利得領域と反射器、及び反射器内のリング共振器間の熱及び電気的干渉の影響をも除去することができ、歩留まり良く、安定な光変調動作を得ることができる。上記の構成は、回折格子型の直接変調波長可変レーザとは異なり、（電子ビーム露光ではなく）フォトリソグラフィーで形成可能であり、量産にも適している。

本発明によれば、量産に適した構造を有しながら、広範囲の波長制御を実現するような直接変調波長可変レーザを実現することができる。

図１は、本発明の一実施形態の直接変調波長可変レーザ１００の構成を示すブロック図である。直接変調波長可変レーザ１００は、半導体で形成された利得領域１０を備えている。利得領域１０の一端には、低反射率膜で被覆された出射ファセット３０が形成されており、他端には、反射率の波長依存性が制御可能できるチューナブル反射器１９０が接続されている。チューナブル反射器１９０は、位相制御領域２０と、反射領域４０とで構成されている。反射領域４０は、位相制御領域２０からの光を反射する機能を有しており、カスケード接続されたリング共振器で形成されている。チューナブル反射器１９０の具体例については、後述され、ここでは詳細には議論されない。利得領域１０とチューナブル反射器１９０との境界は、以下、境界面１７０と記載され、利得領域１０と出射ファセット３０との境界は、以下、境界面１８０と記載されることがある。以下では、利得領域１０の長さはＬａと記載され、光が境界面１７０と境界面１８０の間を往復する時間（以下、「トータル光周回時間」という）は、Ｔ_ｇ，ａと記載される。チューナブル反射器１９０は、利得領域１０とモノリシック（monolithically）に集積化される。

利得領域１０にはコンタクト１１が形成され、コンタクト１１には、データパターン源６０からデータに応答して変調されたデータ変調電流が供給される。このデータ変調電流には、直流電流源７０から供給されたＤＣバイアスがバイアスティー８０によって重畳される。ＤＣバイアスが重畳されたデータ変調電流が利得領域１０に供給されることにより、利得領域１０はレーザ光を発生する。

チューナブル反射器１９０に関するパラメータとしては、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆと、メイン反射ピークのパワー半値全幅Δｆとが挙げられる。ここで、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆは、チューナブル反射器１９０がピークの反射率を示す周波数における、境界面１７０に入射した光がチューナブル反射器１９０によって反射されて境界面１７０に戻ってくるまでの時間をいう。

本実施形態の直接変調波長可変レーザ１００の緩和共振周波数（ＲＲＦ）、即ち、最大のビットレートは、出射ファセット３０から出射される光信号が利得領域１０に対する電流変調によって変調可能であるビットレートであり、
ｆ_Ｒ（Ｔ_ｇ，ｆ）＝β_Ｒｆ_Ｒ（０）， ・・・（１）
と表される。ここで、ｆ_Ｒ（Ｔ_ｇ，ｆ）は、直接変調波長可変レーザ１００の緩和共振周波数であり、ｆ_Ｒ（０）は、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ａを有する利得領域１０単独で形成されるレーザの緩和共振周波数であり、β_Ｒは、チューナブル反射器１９０による緩和共振周波数の低下を表す速度係数であり、下記式で表される：
β_Ｒ＝｛Ｔ_ｇ，ａ／（Ｔ_ｇ，ａ＋Ｔ_ｇ，ｆ）｝^０．５． ・・・（２）
このことは、例えば、G.P. Agrawal et al., "Modulation Performance of a Semiconductor Laser Coupled to an External High-Q Resonator", IEEE J. Quantum Electronics, vol. 24, 1988に開示されている。

利得領域１０に供給される電流が変調されると、レーザ発振周波数も、それに応じて変化する、言い換えれば、光信号の振幅変調された電界がチャープされる。図２は、チューナブル反射器１９０のメイン反射ピークを図示している。図２では、メイン反射ピークの半値全幅はΔｆによって示されており、安定状態のレーザ発振モードの周波数が、矢印４２０で示されている。破線矢印４３０、４４０によって示されているように、電流変調によるチャーピングにより、レーザ発振モードは、安定状態の値から変動する。チャーピングによるレーザ発振モードの最大の変化幅は、図２では、δｆ_ｍａｘとして表されている。

レーザ発振モードの最大の変化幅δｆ_ｍａｘがメイン反射ピークの半値全幅Δｆに近づくと、反射率は最小で２分の１にまで減少する。これは、レーザ発振を非常に不安定にし、また、出力波形を大きく歪ませる。したがって、直接変調波長可変レーザ１００の性能は、メイン反射ピークの半値全幅Δｆに強く依存する。具体的には、波形が大きく歪まずに保たれるような、許容される最小の半値全幅の値Δｆ_ｍｉｎは、チャーピングによるレーザ発振モードの最大の変化幅δｆ_ｍａｘに比例する。当業者に広く知られているように、小振幅変調においては、最大の変化幅δｆ_ｍａｘは、β_Ｒ ^２に比例する。このことは、例えば、R. F. Kazarinov et al., "The relation of line narrowing and chirp reduction resulting from the coupling of a semiconductor laser to a passive resonator", IEEE J. Quantum Electronics, vol. QE-23, 1987に開示されている。よって、下記式：
β_Ｒ ^２＝｛Ｔ_ｇ，ａ／（Ｔ_ｇ，ａ＋Ｔ_ｇ，ｆ）｝， ・・・（２’）
に従って、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆを増加させると、レーザ発振モードの最大の変化幅δｆ_ｍａｘ、即ち、許容される最小の半値全幅の値Δｆ_ｍｉｎが減少すると考えられる。

図３Ａ、図３Ｂは、２つのリング共振器を含んで構成されたチューナブル反射器１９０の構成を示しており、図３Ａは、ループ型の構成、図３Ｂは、反射型の構成を示している。まず、図３Ａのループ型の構成について説明する。ループ型の構成のチューナブル反射器１９０は、光合分波器６１０と、リング共振器Ｒ１、Ｒ２とを備えている。

光合分波器６１０は、位相制御領域２０からの入射光信号６７９を、殆ど同一のパワーを有する２つの光信号成分：時計回り信号成分６８１、反時計回り信号成分６８２に分割する。光合分波器６１０としては、最も好適には、１ｘ２マルチモード干渉（ＭＭＩ）結合器が使用されるが、２ｘ２ＭＭＩ結合器、２ｘ２方向性結合器、或いは１ｘ２Ｙブランチも使用され得る。光合分波器６１０から出力される２つの光出力：時計回り信号成分６８１、反時計回り信号成分６８２のそれぞれは、屈曲導波路６２０に入力され、更に、それぞれ、リング共振器Ｒ１、Ｒ２のリング結合器６５０及びリング導波路６３０に導かれる。リング導波路６３０は、その少なくとも一部が電極６６０によって被覆されており、電極６６０によってリング導波路６３０を加熱し、又は、電流を注入することによって屈折率が調整可能である。

リング共振器Ｒ１からの時計回り光出力６８５は、導波路６４０を介してリング共振器Ｒ２に出力される。リング共振器Ｒ２は、リング共振器Ｒ１と微小に異なるトータル光周回時間を有している。リング共振器Ｒ２から出力された時計回り光出力６８４は、屈曲導波路６２０を介して再度に光合分波器６１０に入力される。同様に、リング共振器Ｒ２からの反時計回り光出力６８６は、導波路６４０を介してリング共振器Ｒ１に出力される。リング共振器Ｒ１から出力された反時計回り光出力６８３は、屈曲導波路６２０を介して再度に光合分波器６１０に入力される。２つの光出力６８３、６８４は、光合分波器６１０によって重畳され、これにより、反射光信号６８７が生成される。

一方、図３Ｂに示されているように、反射型の構成のチューナブル反射器１９０は、リング共振器Ｒ１、Ｒ２と、反射用導波路７００とを備えている。位相制御領域２０からの入射光信号６７９は、屈曲導波路６２０を介して直接にリング共振器Ｒ１に入力される。リング共振器Ｒ１からの光出力６８８は、導波路６４０を介してリング共振器Ｒ２に入力される。そして、リング共振器Ｒ２からの光出力６８９は、反射用導波路７００に入力される。反射用導波路７００の端には、反射面６９０が形成されており、光出力６８９が反射されて反射光信号６９１が生成される。反射面６９０としては、例えば、へき開され、且つ、高反射率コーティングによって被覆されたファセットが使用される。反射光信号６９１は、再度にリング共振器Ｒ２に入力され、リング共振器Ｒ２からの光出力６９２は、再度にリング共振器Ｒ１に入力される。リング共振器Ｒ１からの光出力は、反射光信号６８７として、位相制御領域２０に再度に入力される。図３Ａ、図３Ｂに示されているチューナブル反射器１９０は、特定の数（即ち、２つ）のリング共振器を含んで構成されているが、チューナブル反射器１９０は、（光信号がリング共振器を複数回通過するような構成であれば）任意の数のリング共振器を含んで構成され得る。実際、光信号が多くのリング共振器を通過するほど、チューナブル反射器１９０の周波数選択性が増大するため、最低通過回数３以上が望ましい（例えば、図３Ｂの例では通過回数４回が得られる）。

図４は、リング共振器Ｒ１、Ｒ２の詳細な構成を示している。リング共振器Ｒ１、Ｒ２は、２つのリング結合器６５０とリング導波路６３０とを備えている。リング結合器６５０としては、２×２ＭＭＩ結合器や２ｘ２方向性結合器が使用され得る。また、リング導波路６３０は、典型的には、半径ｒを有する”競技トラック”形状に形成されている。リング結合器６５０の特性としては、損失、結合器長、及び光結合率Ｃが挙げられる。光結合率Ｃは、入力導波路７１０から放出ポート７２０に放出されるパワーに対する、入力導波路７１０からリング導波路６３０に供給されるパワーの比（分離比）として定義される。結合器長は、入力導波路７１０と出力導波路７５０の間の伝達関数の自由スペクトル領域（FSR: free-spectral range）に影響する。ここで、自由スペクトル領域は、リング導波路６３０の、（２つのリング結合器６５０の通過時間を含む）トータル光周回時間の逆数で与えられる。光結合率Ｃは、リング共振器Ｒ１、Ｒ２の共振の鋭さ（finesse）及び損失を決定する。光結合率Ｃを減少させると、リング共振器Ｒ１、Ｒ２の共振の鋭さが向上する一方、挿入損失も増大する。

図３Ａ、３Ｂのリング共振器Ｒ１、Ｒ２は、微小に異なるトータル光周回時間を有しており、リング共振器Ｒ１、Ｒ２の間のビートパターンの周期によって、波長制御可能範囲が決まる。このことは、例えば、L. A. Coldren, "Monolithic tunable diode lasers", IEEE J. Sel. Top. Quantum Electronics, vol.6, 2000に開示されている。チューナブル反射器１９０の反射率は、全てのリング共振器Ｒ１、Ｒ２で共振が起こる周波数で最大になる。この周波数の制御は、リング導波路６３０の有効な屈折率を変化させることによって、リング導波路６３０の光路長を変化させることによって達成可能である。既述のように、リング導波路６３０の有効な屈折率は、電極６６０を用いてリング導波路６３０の温度を変化させ、又は電流を注入することによって制御可能であることに留意されたい。

リング結合器６５０の光結合率Ｃを変化させることによって、チューナブル反射器１９０の主ピークの半値全幅Δｆを増大させると、直接変調波長可変レーザ１００に、２つの影響がある。第１に、レーザ発振モードに隣接する共振モードに対する反射損失が減少する。これは、直接変調が行われている場合のサイドモード抑制比（SMSR: side mode suppression ratio）、言い換えれば、動的ＳＭＳＲを減少させる傾向にある。第２に、ＦＳＲの増大を伴わない半値全幅Δｆの増大は共振の鋭さの低下を招き、これは、チューナブル反射器１９０の、主反射ピーク以外の反射率を増大させる。

図５Ａは、５ＴＨｚの波長制御可能範囲を有し、且つ、３つのリング共振器を有するループ型構成のチューナブル反射器の、規格化された反射率スペクトルの例である。図５Ａの反射率スペクトルは、計算によって得られている。５ＴＨｚの制御可能範囲は、３つのリング共振器それぞれの光周回時間を３．１２ｐｓ、３．３３ｐｓ、及び３．７９ｐｓにすることによって得られている。ここで、３．１２ｐｓ、３．３３ｐｓ、及び３．７９ｐｓの光周回時間は、それぞれ、３２０ＧＨｚ、３００．７５ＧＨｚ、及び２６４ＧＨｚのＦＳＲに対応していることに留意されたい。実線８１０は、光結合率Ｃが０．５である場合の反射率スペクトルを示しており、破線８２０は、光結合率Ｃが０．７５である場合の反射率スペクトルを示している。図５Ｂに示されているように、光結合率Ｃが０．５である場合、メインピークの半値全幅Δｆは、３４ＧＨｚであり、光結合率Ｃが０．７５である場合、メインピークの半値全幅Δｆは、７３ＧＨｚである。メインピークの半値全幅Δｆを増大させると、２次及び３次の反射率ピークの抑制量ΔＲ_１及びΔＲ_２が減少する。３次のピークは、利得領域１０のゲインが最大になる波長から外れた波長にチューナブル反射器１９０が制御されたときに、モードホッピングを生じさせ得るため、３次のピークは特に重要である。制御可能範囲を増大させると、同じ抑制量ΔＲ_１、ΔＲ_２を維持するために必要な半値全幅Δｆの低下を招く。半値全幅Δｆの増大の原因は、放射損失及びリング結合器６５０の損失を含む、リング共振器Ｒ１、Ｒ２における損失である。この問題は、チューナブル反射器１９０の少なくとも一部分を、損失を補償するのに充分なゲインを有する活性層を有する利得領域として形成することで対処可能である。

なお、我々のシミュレーションによれば、従来考えられてきたような動的ＳＭＳＲの減少率よりもむしろ、レーザの発振波長が可変される際にモードホッピングが発生しないようにするという条件で、チューナブル反射器１９０の主反射ピークの半値全幅Δｆの上限を決定する方が、実際の変調動作の安定化という観点で望ましいことが判っている。この観点で考えると、後述するようにΔｆの上限は９０ＧＨｚ程度が望ましいと判明した。

チューナブル反射器１９０の主反射ピークの半値全幅の最小値Δｆ_ｍｉｎの議論に戻ると、２．５Ｇｂ／ｓのビットレートで変調された単体レーザのチャープの実験データと共に、Kazarionov et al.の参考文献に提示された理論を用いると、図６に示されているように、最小値Δｆ_ｍｉｎは、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆの関数として計算される。図６において、太線５１０は、利得領域１０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ａが５ｐｓである場合の主反射ピークの半値全幅の最小値Δｆ_ｍｉｎを示しており、破線５２０は、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ａが１０ｐｓである場合の最小値Δｆ_ｍｉｎを示しており、実線５３０は、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ａが２０ｐｓである場合の最小値Δｆ_ｍｉｎを示している。この計算は、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆが１０ｐｓより大きい範囲では、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ａが５ｐｓである場合に主反射ピークの半値全幅の最小値Δｆ_ｍがおおよそ１０ＧＨｚであることを示唆している。即ち、Δｆの下限の一つの目安は１０ＧＨｚということが言える。

しかしながら、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆ及び主反射ピークの半値全幅Δｆを連続的に変化可能に形成されたレーザ装置で得られた、変調のビットレートが２．５Ｇｂ／ｓ、利得領域１０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ａが５ｐｓである場合の実験データから、上記のように理論によって予測された半値全幅の最小値Δｆ_ｍｉｎは、かなり過小に推測されていることが判明した。実験によって得られた半値全幅の最小値Δｆ_ｍｉｎは、黒点によって示されており、曲線５４０は、それらをフィッテイングした曲線である。曲線５４０は、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆが１９０ｐｓより小さい範囲では、Δｆ_ｍｉｎ＝−１７．５ｌｏｇ_１０（Ｔ_ｇ，ｆ）＋３８（ＧＨｚ）と近似される。トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆが１０ｐｓである場合、主反射ピークの半値全幅の最小値Δｆ_ｍｉｎは、約２０ＧＨｚであることが分かった。加えて、主反射ピークの半値全幅の最小値Δｆ_ｍｉｎは、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆが１００ｐｓを超える領域において増大し、これは、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆが大きい場合の光パルスの立ち上がりエッジにおけるチャーピングの増大によるものであると考えられる。立ち上がりエッジにおけるチャーピングの増大は、フィードバック遅延によって誘起されるキャリア密度の変調が促進されることによる。この理由により、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆは、ビットレートが２．５Ｇｂ／ｓ以上である場合、１９０ｐｓよりも小さい値に制限される。

図６の縦線は、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆの下限を示している。具体的には、縦線５９６は、チューナブル反射器１９０において光信号がリング共振器を延べ２回通過する場合の、縦線５９７は、リング共振器を延べ３回通過する場合、縦線５９８は、リング共振器を延べ４回通過する場合の、縦線５９９は、リング共振器を延べ６回通過する場合のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆの下限を示している。縦線５９６、５９７、５９８、５９９は、それぞれ、６．２ｐｓ、９ｐｓ、１０ｐｓ、１５ｐｓのトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆを表している。光信号がリング共振器を延べ２回、３回通過するチューナブル反射器１９０は、それぞれ、２つ及び３つのリング共振器を備えたループ型構成のチューナブル反射器によって実現可能である。一方、光信号がリング共振器を延べ４回、６回通過するチューナブル反射器１９０は、それぞれ、２つ及び３つのリング共振器を備えた反射型構成のチューナブル反射器によって実現可能である。

チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆを小さくすることは、リング共振器間の許容最大距離に厳しい制限を課し、この制限は、例えば、リング共振器Ｒ１における屈折率を加熱や電流注入によって制御したときのリング共振器Ｒ２の屈折率の変化のような、熱的、電気的なクロストークを生じさせ得る。発明者等は、リング共振器Ｒ１、Ｒ２の間に深溝６７０を形成することにより、リング共振器Ｒ１、Ｒ２の間の熱抵抗を増大させ得、リング共振器Ｒ１、Ｒ２間の熱的、電気的なクロストークを有効に抑制することを見いだした。

更に、高速な直接変調特性を得るため、トータル光周回時間、Ｔ_ｇ，ｆ及びＴ_ｇ，ａを小さくする場合、利得領域１０とリング共振器Ｒ１、Ｒ２間距離も短くなり、これらの間での熱的、電気的クロストークが問題になることが明らかとなった。これは、基本的には、リング共振器が利得領域に対して、２次元的に配置されているため、熱及び電流が伝達するパス（利得領域からリング共振器を見たときの立体角）が大きいことが原因と考えられるが、加えて、利得領域１０のある部分から、リング共振器Ｒ１やＲ２のある部分を見る角度によって相互部分間距離が微妙に異なるため、場所により不均一な熱、及び電気的クロストークの影響が出て、直接変調時、極めて複雑且つ不安定な挙動を示すのである。発明者等は、利得領域とリング共振器Ｒ１、Ｒ２の間に深溝６７０を形成することにより、この影響をも除去できることを見出した。

リング共振器の作製容易性を考えると、各々のリング共振器のＦＳＲは４００ＧＨｚ以下とすることが望ましい。このＦＳＲは共振器光周回時間が２．５ｐｓ以上であることに相当するが、このようなリング共振器を用いた場合、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆの下限は、約６．２ｐｓであり、上限は、（上述されたように）２．５Ｇｂ／ｓのビットレートに対しては１９０ｐｓである。１０Ｇｂ／ｓのビットレートに対しては、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆの上限は、４０ｐｓである。この上限を越えると、遅延により、重大な波形ひずみが発生してしまう。

上述されているように、チューナブル反射器１９０の主反射ピークの半値全幅Δｆの上限は、レーザ発振の波長が可変される際における不要なモードの発振の抑制、即ちモードホッピングに対する要求で決定される。レーザ発振の周波数の制御可能範囲が５ＴＨｚである場合、チューナブル反射器１９０の主反射ピークの半値全幅Δｆの上限は、破線５９２で表されているように、９０Ｇｚを超えてはならない。また、レーザ発振の周波数の制御可能範囲が１２．５ＴＨｚである場合、主反射ピークの半値全幅Δｆの上限は、破線５９４で示されているように、６０ＧＨｚまで減少される。

従って、２．５ＧＨｚのビットレートで直接変調が行われる場合において、安定な動作をするようなチューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆ、及び主反射ピークの半値全幅Δｆは、レーザ発振の周波数の制御可能範囲が５ＴＨｚである場合、図６の領域５６０で示され、制御可能範囲が１２．５ＴＨｚである場合、図６の領域５８０で示される。ここで、領域５６０及び領域５８０の下方の境界は、曲線５４０によって規定される。また、領域５６０及び領域５８０におけるトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆの下限は、約６．２ｐｓであり、上限は１９０ｐｓである。

一方、１０ＧＨｚのビットレートについての主反射ピークの半値全幅Δｆの下限は、２．５ＧＨｚのビットレートの場合の４倍であり、曲線５５０で示される。このことは、チャーピングがビットレートに比例して増大するという知見に基づいている。曲線５５０は、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆが４０ｐｓより小さい範囲では、Δｆ_ｍｉｎ＝−６６．７ｌｏｇ_１０（Ｔ_ｇ，ｆ）＋１３７（ＧＨｚ）と近似されることに留意されたい。１０ＧＨｚのビットレートについての主反射ピークの半値全幅Δｆを示す曲線５５０に基づけば、レーザ発振の周波数の制御可能範囲が、それぞれ、５ＴＨｚ、１２．５ＴＨｚであり、且つ、１０ＧＨｚのビットレートで直接変調が行われる場合において、安定な動作が得られる範囲は、それぞれ、図６の領域５７０、５９０である。ここで、領域５７０、５９０の下方の境界は、曲線５５０によって規定される。上述に規定されたパラメータ範囲、特に、領域５７０、５９０は、従来技術から推論され得るパラメータ範囲と比較して、非常に制限されていることに留意されたい。

従来技術の記述に記載されているように、当業者は、従来から、２．５Ｇｂ／ｓ及び１０Ｇｂ／ｓのビットレートでの動作を行う回折格子型の直接変調波長可変レーザを実現している。しかしながら、リング共振器を用いる本実施形態の直接変調波長可変レーザ１００は、高精度のパターニングをするための電子ビーム露光が不要であり、フォトリソグラフィー技術によって実現可能である。これは、生産に必要な時間を低減し、コストを非常に削減する。加えて、本実施形態の直接変調波長可変レーザ１００で使用されるチューナブル反射器１９０は、リング結合器６５０の波長依存性によってのみ制限され、本質的に、波長制御範囲の全体に渡って波長に依存しないピーク反射率を有している。これは、回折格子型の光源とは対照的である。回折格子型の光源では、広い波長制御範囲に渡って均一な反射率を実現するためには、高精度の超構造グレーティングを形成する必要がある。従って、本実施形態の直接変調波長可変レーザ１００は、特に、５ＴＨｚを超える広い波長調整範囲を実現できる点で魅力的である。加えて、従来技術の回折格子型の光源とは異なり、カスケード接続されたリング共振器をチューナブル反射器１９０として使用することは、主反射ピークの半値全幅を、ピーク反射率と独立して変更することを可能にする。これは、高速変調時の動特性が反射器によって影響される直接変調波長可変レーザにおいて、特に重要である。

本発明の実施例１を、図１、図３Ａ、及び図４を参照して説明する。図１を参照して、実施例１では、４００μｍの長さの利得領域１０と、チューナブル反射器１９０とを備える波長可変レーザが作成された。チューナブル反射器１９０の位相制御領域２０と反射領域４０は、利得領域１０とモノリシックに集積化された。位相制御領域２０は、７０μｍの長さを有している。実施例１では、チューナブル反射器１９０は、図３Ａに示されているように、ループ型の構成を有しており、２つのリング共振器Ｒ１、Ｒ２を備えている。利得領域１０の出射ファセット３０は、多層低反射膜を利得領域１０のへき開面に形成することによって形成されている。

チューナブル反射器１９０の２つのリング共振器Ｒ１、Ｒ２のそれぞれは、”競技トラック”型のリング導波路６３０とリング結合器６５０とを備えている。リング結合器６５０としては、光結合率が０．５である、幅が６μｍ、長さが５１μｍの２ｘ２ＭＭＩ結合器が使用される。リング導波路６３０の２つの半円部分の半径ｒは、２０μｍである。リング共振器Ｒ２では、長さが５μｍである４つの直線部分７６０が、半円部分とリング結合器６５０との間に挿入されている。これは、リング共振器Ｒ２のトータル光周回時間を２．６３ｐｓから２．８６ｐｓに増大させ、チューナブル反射器１９０全体として、４．３８ＴＨｚの周期性を生じさせる。これは、チューナブル反射器１９０の最大の制御範囲である。ここで、リング共振器Ｒ１のトータル光周回時間は２．６３ｐｓである。ループ型構成は、２つのリング共振器Ｒ１、Ｒ２を、光合分波器６１０と屈曲導波路６２０によって位相制御領域２０に接続すると共に、リング共振器Ｒ１、Ｒ２を、導波路６４０によって相互に接続することによって実現されている。

光合分波器６１０としては、光結合率が０．５である、幅が６μｍ、長さが３９μｍの１ｘ２ＭＭＩ結合器が使用される。屈曲導波路６２０は、２２０μｍの半径の４分円の形状に形成される。導波路６４０としては、長さが２４２μｍの直線上の導波路が使用される。チューナブル反射器１９０の制御は、電極６６０から電流を注入することによって行われる。

実施例１の波長可変レーザの製造プロセスは下記のとおりである：波長１５８０ｎｍの光を発生するようなバンド構造を有する多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有するＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰダブルへテロ構造が、ＭＯＶＰＥ（metal-organic vapor phase epitaxy）法によってｎ−ＩｎＰ基板に成長される。その後、位相制御領域２０と反射領域４０とを形成するための領域がウェットエッチされ、この領域に、波長１３００ｎｍに相当するバンドギャップを有する光コア層がＭＯＶＰＥによって形成される。続いて、利得領域１０、位相制御領域２０、及び反射領域４０に、ｐ−ＩｎＰクラッドとｐ^＋−ＩｎＧａＡｓコンタクト層とが形成され、利得領域１０と位相制御領域２０となる導波路が、メサエッチングによって形成される。続いて、利得領域１０と位相制御領域２０となる導波路は、埋め込みＲｕ−ＩｎＰ電流ブロック層によって埋め込まれる。最後に、反射領域４０となる導波路が、メサエッチングにより、コア層よりも１．５μｍ下方の深さまでエッチングされ、形成される。

本実施例の波長可変レーザに形成されたチューナブル反射器１９０は、主反射ピークの半値全幅Δｆが６２ＧＨｚであった。更に、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆは、（位相制御領域２０のトータル光周回時間を含んで）１９．８ｐｓであった。このトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆは、図６によれば、１０Ｇｂ／ｓの直接変調に好適な値である。チューナブル反射器１９０のパラメータの組み合わせは、図６において星印１ａで示されている。

連続波長可変動作を行わせたところ、実施例１の波長可変レーザは、波長１５２９ｎｍ〜１５６１ｎｍに相当する、４ＴＨｚの制御可能範囲を有していた。加えて、実施例１の波長可変レーザは、利得領域１０に供給される電流が３００ｍＡであったとき、制御可能な全波長範囲において、４５ｄＢを超えるＳＭＳＲと１１ｄＢを超える出力パワーを有していた。チューナブル反射器１９０の帯域における波長の調整は、リング共振器のそれぞれに１５ｍＡに満たない調整電流を流すことによって実現できた。図３Ａに示されているように、２つのリング共振器Ｒ１、Ｒ２の間、及び利得領域との境界には、１０本の１μｍ幅の深溝６７０がエッチングにより、互いに３μｍ離れるように形成された（ただし、簡単のため、図３Ａには、２本＋４本の深溝６７０しか図示されていない）。この深溝６７０は、熱抵抗、電気抵抗として機能し、熱的、電気的なクロストークを許容可能なレベルにまで低減させた。深溝６７０により、２つのリング共振器の安定的な制御が可能になった。

ワード数２^３１−１のＰＲＢＳ（pseudo-random bit sequence）を用いて１０Ｇｂ／ｓの直接変調を行ったところ、制御可能範囲における最小のＳＭＳＲは、３６ｄＢまで減少したが、アイパターンの消光比は、８．５ｄＢを超えて維持された。

本実施例の波長可変レーザは、（位相制御領域２０を含む）チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆが１９．８ｐｓであった。しかし、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆは、屈曲導波路６２０の半径を３０μｍまで小さくすることで、８．４ｐｓまで低減可能である。この状態は、図６では、星印１ｂによって図示されている。しかし、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆを８．４ｐｓまで低減すると、チャープ量の増大を招き、１０Ｇｂ／ｓのビットレートでは、特に、長波長領域においてアイダイアグラムの劣化が見られた。ビットレートを約７Ｇｂ／ｓにまで低減すると、４ＴＨｚの波長可変領域全体に渡って、明確で安定なアイダイアグラムを発現する直接変調が可能であった。

非常に小さな波長可変レーザを実現するためには、光合分波器６１０としてアクティブＭＭＩ結合器が使用されてもよい。アクティブＭＭＩ結合器は、波長可変レーザの利得領域としても機能するから、光合分波器６１０としてアクティブＭＭＩ結合器を使用することにより、波長可変レーザに複数の利得領域を組み込むことができる。

本実施例では、チューナブル反射器１９０の２つのリング共振器は、ループ型構成として使用されているが、この構成には限定されない。その代わりに、図３Ｂに示されているように、２つのリング共振器は、反射型構成として使用されてもよい。ループ型構成では、光信号は、延べ２回しかリング共振器を通過しないのに対し、反射型構成では、光信号が延べ４回リング共振器を通過する。これは、２次、３次の反射ピークの低減を促進し、チューナブル反射器１９０の制御可能範囲を増大させることを可能にする。２次、３次の反射ピークの低減は、２つのリング共振器のトータル光周回時間の差を低減することによって実現される。

本発明の実施例２を、図１、図３Ａ、図４、及び図７を参照して説明する。実施例１と同様に、実施例２でも、４００μｍの長さの利得領域１０と、チューナブル反射器１９０とを備える波長可変レーザが作成された。チューナブル反射器１９０の位相制御領域２０と反射領域４０は、利得領域１０とモノリシックに集積化された。位相制御領域２０は、７０μｍの長さを有している。利得領域１０の出射ファセット３０は、多層低反射膜を利得領域１０のへき開面に形成することによって形成されている。

実施例２では、チューナブル反射器１９０は、図７に示されているように、ループ型の構成を有しており、３つのリング共振器Ｒ１〜Ｒ３を備えている。リング共振器Ｒ１、Ｒ２に加えてもう１つのリング共振器を有している点で、実施例２のチューナブル反射器１９０は、実施例１のそれと相違している。実施例２のチューナブル反射器１９０では、リング共振器Ｒ１から出射される時計回り光出力９１０は、屈曲導波路６８０を介してリング共振器Ｒ２に入射される。リング共振器Ｒ２からの時計回り光出力９２０は、もう一つの屈曲導波路６８０を介してリング共振器Ｒ３に入力される。最終的には、リング共振器Ｒ３からの時計回り光出力６８４は、屈曲導波路６２０を介して光合分波器６１０に入力される。反時計回りについても同様である。リング共振器Ｒ３から出射される反時計回り光出力９３０は、屈曲導波路６８０を介してリング共振器Ｒ２に入射される。リング共振器Ｒ２からの反時計回り光出力９４０は、もう一つの屈曲導波路６８０を介してリング共振器Ｒ１に入力される。最終的には、リング共振器Ｒ１からの反時計回り光出力６８３は、屈曲導波路６２０を介して光合分波器６１０に入力される。光出力６８３、６８４は、光合分波器６１０によって重畳され、これにより、反射光信号が生成される。リング共振器を追加することにより、２次及び３次の反射ピークの低減が促進され、これにより、波長制御範囲が広くなる。

図４に示されているように、実施例２においても実施例１と同様に、チューナブル反射器１９０の２つのリング共振器Ｒ１、Ｒ２のそれぞれは、”競技トラック”型のリング導波路６３０とリング結合器６５０とを備えている。リング結合器６５０としては、光結合率が０．５である、幅が６μｍ、長さが５１μｍの２ｘ２ＭＭＩ結合器が使用された。リング導波路６３０の２つの半円部分の半径ｒは、約２０μｍである。リング共振器Ｒ２では、長さが２．２μｍである４つの直線部分７６０が、半円部分とリング結合器６５０との間に挿入されている。これは、リング共振器Ｒ２のトータル光周回時間を２ｐｓから２．７３ｐｓに増大させ、リング共振器Ｒ１の２．６３ｐｓのトータル光周回時間と相まって、チューナブル反射器１９０全体として１０ＴＨｚの周期性を生じさせる。

リング共振器Ｒ３では、トータル光周回時間は、２次及び３次の反射ピークの抑制量ΔＲ_１、ΔＲ_２を最大にするように決定される。ただし、利得領域１０のゲインの波長依存性を考慮して、３次の反射ピークの抑制量ΔＲ_２は、２次の反射ピークの抑制量ΔＲ_１よりも大きくなるように維持される。言い換えれば、３次の反射ピークは、２次の反射ピークよりも低くなるように維持される。長さが９．５μｍである４つの直線部分７６０を半円部分とリング結合器６５０との間に挿入することにより、リング共振器Ｒ３のトータル光周回時間は、３．１ｐｓにまで増大される。３．１ｐｓのトータル光周回時間は、波長を可変としたとき、シングルモード発振を最もよく安定させることが分かった。

実施例１と同様に、光合分波器６１０としては、光結合率が０．５である、幅が６μｍ、長さが３９μｍの１ｘ２ＭＭＩ結合器が使用される。屈曲導波路６２０は、２４０μｍの半径の４分円の形状に形成され、屈曲導波路６８０は、２２０μｍの半径の４分円の形状に形成された。

実施例２では、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆは、約２５ｐｓであり、主反射ピークの半値全幅Δｆが４７ＧＨｚであった。この組み合わせは、図６によれば、１０Ｇｂ／ｓの直接変調に好適な値であり、図６において星印２ａで示されている。

連続波長可変動作を行わせたところ、実施例２の波長可変レーザは、波長１５１７ｎｍ〜１５８０ｎｍに相当する、７．８７５ＴＨｚの制御可能範囲を有していた。加えて、実施例２の波長可変レーザは、４５ｄＢを超えるＳＭＳＲと１０ｄＢを超える出力パワーを有していた。実施例１と同様に、チューナブル反射器１９０の帯域における波長の調整は、リング共振器のそれぞれに１５ｍＡに満たない調整電流を流すことによって実現できた。リング共振器Ｒ１、Ｒ２の間、及びリング共振器Ｒ２、Ｒ３の間には、８本の１μｍ幅の深溝６７０がエッチングにより、互いに３μｍ離れるように図７に示されたパターンで形成された（ただし、簡単のため、図３Ａには、４本の深溝６７０しか図示されていない）。また、利得領域１０とチューナブル反射器１９０間にも、８本の１μｍ幅の深溝６７０がエッチングにより、互いに３μｍ離れるように図７に示されたパターンで形成された（但し、簡単のため図３Ａには２本の深溝６７０しか図示されていない）。結果として、リング共振器Ｒ１とＲ３は、１６本の深溝６７０によって、利得領域とチューナブル反射器も１６本の深溝６７０によって分離されている。この深溝６７０は、熱抵抗及び電気抵抗として機能し、熱的、電気的なクロストークを許容可能なレベルにまで低減させた。深溝６７０により、３つのリング共振器の安定的な制御が可能になった。

本実施例では、ワード数２^３１−１のＰＲＢＳデータの１０Ｇｂ／ｓの直接変調が、１５１７ｎｍ〜１５８０ｎｍの波長制御範囲全体に渡って実現できた。このとき、アイパターンの消光比は、８．３ｄＢを超えており、最小のＳＭＳＲは、３４ｄＢを超えていた。

屈曲導波路６２０、６８０の半径を、それぞれ５０μｍ、３０μｍまで小さくすることで、チューナブル反射器１９０のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆは約１１ｐｓにまで低減可能であった。この状態は、図６では、星印２ｂによって図示されている。しかし、トータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆを１１ｐｓまで低減すると、チャープ量の増大を招き、主反射ピークの４７ＧＨｚの半値全幅Δｆと適合しなくなった。即ち、変調後の光信号の波形がひずみ、消光比が４ｄＢ未満にまで減少した。波長可変レーザの動作は、チューナブル反射器１９０の３つのリング共振器に供給される調整電流に対する依存性が強かった。ビットレートを約４．８Ｇｂ／ｓにまで低減すると、安定動作を回復し、波長可変領域全体に渡って、８．３ｄＢを超える消光比を得ることができた。

本実施例では、チューナブル反射器１９０の３つのリング共振器は、ループ型構成として使用されているが、この構成には限定されない。その代わりに、３つのリング共振器は、反射型構成として使用されてもよい。ループ型構成では、光信号は、延べ３回しかリング共振器を通過しないのに対し、反射型構成では、光信号が延べ６回リング共振器を通過する。これは、２次、３次の反射ピークの低減を促進し、チューナブル反射器１９０の制御可能範囲を増大させることを可能にする。

シングルモード発振の安定性を向上させるためには、リング結合器６５０の少なくとも一つをアクティブＭＭＩ結合器とすることによってリング共振器における損失を補償し、これにより、リング共振器の共振の鋭さを向上させればよい。また、全ての実施形態において、反射領域４０の一部分を活性層材料で形成すれば、光子密度の増大により、波長可変レーザの閾値電流を低減し、変調帯域を増大することができる。

図１は、本発明の一実施形態の直接変調波長可変レーザの構成を示すブロック図である。 図２は、チャープ量と、チューナブル反射器の主反射ピークの最小の半値全幅との関係を説明するグラフである。 図３Ａは、ループ型構成のチューナブル反射器の構成を示す概念図である。 図３Ｂは、反射型構成のチューナブル反射器の構成を示す概念図である。 図４は、チューナブル反射器のリング共振器の詳細構成を示す概念図である。 図５Ａは、計算によって求められた、チューナブル反射器の反射率スペクトルを示すグラフである。 図５Ｂは、図５Ａの反射率スペクトルの主反射ピークの近傍範囲の拡大図である。 図６は、レーザの利得領域に対して２．５Ｇｂ／ｓ、及び１０Ｇｂ／ｓでの直接変調を行ったときにレーザ発振が安定するような、チューナブル反射器のトータル光周回時間Ｔ_ｇ，ｆと主反射ピークの半値全幅Δｆの範囲を示すグラフである。 図７は、ループ型構成を有する、３つのリング共振器を含んで構成されたチューナブル反射器の構成を示す概念図である。

符号の説明

１００：直接変調波長可変レーザ
１０：利得領域
１１：コンタクト
２０：位相制御領域
３０：出射ファセット
４０：反射領域
１７０、１８０：境界面
６０：データパターン源
７０：直流電流源
８０：バイアス網
１９０：チューナブル反射器
４２０：矢印
４３０、４４０：破線矢印
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３：リング共振器
６１０：光合分波器
６２０：屈曲導波路
６３０：リング導波路
６５０：リング結合器
６４０：導波路
６６０：電極
６７０：深溝
６７９：入射光信号
６８０：屈曲導波路
６８１：時計回り信号成分
６８２：反時計回り信号成分
６８３：反時計回り光出力
６８４：時計回り光出力
６８５：時計回り光出力
６８６：反時計回り光出力
６８７：反射光信号
６８８、６８９：光出力
６９０：反射面
６９１：反射光信号
６９２：光出力
７００：反射用導波路
７１０：入力導波路
７２０：放出ポート
７５０：出力導波路
８１０：実線
８２０：破線
５１０：太線
５２０：破線
５３０：実線
５４０、５５０：曲線
５６０、５７０、５８０、５９０：領域
５９２、５９４：破線
５９６、５９７、５９８、５９９：縦線
９１０、９２０：時計回り光出力
９３０、９４０：反時計回り光出力
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ：星印

Claims (12)

1. 直接変調される利得領域と、
   前記利得領域にモノリシックに集積化され、前記利得領域と共にレーザ共振器をなし、且つ、反射率の波長依存性が制御可能な反射器
   とを具備し、
   前記反射器が、複数のリング共振器を備え、
   前記反射器の主反射ピークの半値全幅Δｆが１０ＧＨｚ以上、９０ＧＨｚ以下であり、
   前記複数のリング共振器の隣接する２つのリング共振器の間、及び前記利得領域と前記複数のリング共振器の間に溝が設けられた
   直接変調波長可変レーザ。
2. 請求項１の直接変調波長可変レーザであって、
   前記反射器を伝搬する光が通過する前記リング共振器の数が３以上であることを特徴とする
   直接変調波長可変レーザ。
3. 請求項１乃至２のいずれかに記載の直接変調波長可変レーザであって、
   前記複数のリング共振器それぞれのＦＳＲが４００ＧＨｚ以下であることを特徴とする
   直接変調波長可変レーザ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の直接変調波長可変レーザであって、前記反射器のトータル光周回時間が１９０ｐｓ以下であることを特徴とする
   直接変調波長可変レーザ。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の直接変調波長可変レーザであって、
   前記反射器のトータル光周回時間が４０ｐｓ以下である
   直接変調波長可変レーザ。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の直接変調波長可変レーザであって、
   前記反射器のトータル光周回時間をＴ_ｇ，ｆ（ｐｓ）とし、前記反射器の前記主反射ピークの半値全幅をΔｆ（ＧＨｚ）としたとき、下記式：
   Δｆ＞−１７．５ｌｏｇ_１０（Ｔ_ｇ，ｆ）＋３８
   が成立する
   直接変調波長可変レーザ。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の直接変調波長可変レーザであって、
   前記反射器のトータル光周回時間をＴ_ｇ，ｆ（ｐｓ）とし、前記反射器の前記主反射ピークの半値全幅をΔｆ（ＧＨｚ）としたとき、下記式：
   Δｆ＞−６６．７ｌｏｇ_１０（Ｔ_ｇ，ｆ）＋１３７
   が成立する
   直接変調波長可変レーザ。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の直接変調波長可変レーザであって、
   前記リング共振器は、ループ構造に配置され、前記リング共振器へ光を導くリング結合器が、ＭＭＩ（multi-mode interference）結合器である
   直接変調波長可変レーザ。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の直接変調波長可変レーザであって、
   前記リング共振器は、ループ構造に配置され、前記レーザ共振器内の光合分波器のうちの少なくとも一つは、アクティブＭＭＩ結合器である
   直接変調波長可変レーザ。
10. 請求項９の直接変調波長可変レーザであって、
    前記アクティブＭＭＩ結合器は、当該直接変調波長可変レーザの利得領域として機能する
    直接変調波長可変レーザ。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の直接変調波長可変レーザであって、
    前記反射器は、複数のリング共振器を備え、前記複数のリング共振器のトータル光周回時間は、前記反射器の３次反射ピークが、２次反射ピークよりも小さくなるように制御されている
    直接変調波長可変レーザ。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の直接変調波長可変レーザであって、
    前記反射器の少なくとも一部分は、利得領域として機能する
    直接変調波長可変レーザ。

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