JP4918203B2 - 一体的光増幅器を有する調整可能レーザ源 - Google Patents
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Description
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般に、レーザ組立体に関し、更に詳細には、一体式の光増幅器を備える広範囲に調整可能なレーザ組立体に関する。
【０００２】
（発明の背景）
細い光ファイバー材料は、非常に広い周波数帯域幅にわたって光を伝送するので、光源からの通信データを広い周波数帯域にわたって光ファイバー上を伝送できる。任意の特定の周波数において、レーザ源は、光ファイバーの遠距離にわたって、高出力パワー、狭いレーザ線幅、及び良好な伝送特性をもつ必要がある。
【０００３】
高帯域通信システムにおいては、多数の周波数のレーザ光が光ファイバーに沿って伝送され、１つ又は複数のレーザ源が存在する場合もある。調整可能なレーザ源が好適ではあるが、現在、高データ容量システムは、異なる周波数チャネルで作動する複数のレーザ源を利用して、広い光ファイバー伝送帯域幅をカバーしている。特定のレーザ源は、現在のところ他の重要な性能指標の劣化を伴うことなく、素早い電子式周波数調整ができない状況にある。
【０００４】
例えば、一定の周波数において、サンプル格子分布ブラッグ反射器（ＳＧＤＢＲ）型レーザは、光データネットワークが必要とする高出力パワー、狭いレーザ線幅、及び良好な伝送特性を有している。特定のＳＧＤＢＲレーザは、１００以上の異なる伝送チャネルにわたって素早く調整可能であるが、この装置を光ファイバー通信システムで使用するのを妨げる２つの問題点がある。最も重要な問題点は、反射材料の著しい吸収作用である。結果としてもたらされる大きなキャビティ損失により、レーザ出力パワーが現行の通信システムの要求に適合しなくなる。第２の問題点は、出力パワーと周波数調整とが互いに依存している点にある。この密接な関係は、現行の通信システムに対する制御性が不十分になるという結果を招いてしまう。
【０００５】
従って、高帯域幅光通信ネットワークに対する十分な高出力パワーと、実質的に出力パワー制御性とは無関係の周波数調整制御性とを組み合わせたものを備える装置が必要である。
【０００６】
（発明の開示）
本発明の目的は、調整可能な半導体レーザ部と光増幅器とを含む一体式レーザ組立体を提供することにあり、全ての構成要素は、共通のエピタキシャル層構造体に形成されている。
本発明の別の目的は、調整可能な半導体レーザ部と光増幅器とを含む一体式レーザ組立体を提供することにあり、出力モードは光ファイバーの伝送に調整されている。
【０００７】
本発明の別の目的は、調整可能な半導体レーザ部と光増幅器とを含む一体式レーザ組立体を提供することにあり、増幅器からレーザ部への光フィードバックが低減されている。
本発明の別の目的は、調整可能な一体式レーザ組立体を提供することにあり、レーザ周波数制御と出力パワー制御とは実質的に独立している。
【０００８】
本発明の前述及び他の目的は、基板上に形成されたエピタキシャル構造体を含むレーザ組立体でもって達成される。調整可能なレーザ共振器と単独で制御可能な光増幅器とは、共通のエピタキシャル構造体中に形成されている。増幅器は、レーザ共振器の外側に配置されており、レーザ部から受けた出力を調整するが、少なくともレーザ部及び増幅器の一部分は共通導波管を共用している。
【０００９】
本発明に別の実施形態において、光学的特性や中心線の曲率又は断面等の共通導波管の特性は、導波管の中心線に沿って又は中心線と直交する方向に沿って不均一になっている。
【００１０】
（好ましい実施例の詳細な説明）
図１Ａは、本発明の概略図を示す。図１Ａには、レーザ組立体１００、導波管１０５、増幅器ゲイン部１１０、前側共振器ミラー１２０、レーザゲイン部１３０、レーザ位相制御部１４０、後側ミラー１５０、電気接点１６０、エピタキシャル構造体１７０、レーザ部１８０、光増幅器１９０、及び出力面１９５が示されている。
【００１１】
図１Ａにおいて、レーザ組立体１００は、レーザ部と光増幅器とを一体化したものであり、光増幅器は、レーザキャビティの外側に配置されている。前側共振器ミラー１２０、レーザゲイン部１３０、レーザ位相制御部１４０、及び後側ミラー１５０は、エピタキシャル構造体１７０内にＳＧＤＢＲ型レーザ部１８０を形成する。前側及び後側ミラーは、レーザキャビティを形成する。増幅器ゲイン部１１０と、導波管１０５の一部は光増幅器１９０を形成する。
【００１２】
図１Ａに示すように、光増幅器は、レーザキャビティの外側に配置されているが、レーザ部とエピタキシャル構造体１７０を共用している。エピタキシャル構造体１７０は、半導体の製造技術では公知の方法で基板（図示せず）上に形成される。エピタキシャル構造体の様々な領域の光学的特性（例えばバンドギャップ）を調整することによって、光学活性領域と光学不活性領域の両者を共通の構造体上に作ることができる。図１に示す本実施形態の光学活性領域の例は、ゲイン部１１０、１３０、位相制御部１４０、及びミラー１２０、１５０である。光学不活性領域の例は、出力面１９５に隣接する導波管１０５の領域である。
【００１３】
本発明によれば、少なくともレーザ部１８０と光増幅器１９０の一部分は導波管１０５を共用している。共通導波管の種々の部分は、光学活性領域又は光学不活性領域を通って延びていてもよい。レーザ部及び光増幅器の共通導波管は、レーザ部からの出力を増幅器へ直接接続できる。
【００１４】
図１Ａの実施形態において、光増幅器１９０は、ミラー１２０、１５０によって形成されるレーザ部１８０のキャビティの外側にある。更に、増幅器ゲイン部１１０は、レーザ部とは別個に制御可能であり、光量及び出力パワーを増加又は低減するように調整可能である。ＳＧＢＤＲレーザ要素は、レーザ周波数を調整するか又は光増幅器への入力を制御するために、増幅器とは別個に制御できる。これらの構成要素の配置によって、出力増幅機能及び調整機能は実質的に切り離される。
【００１５】
図１Ａの実施形態において、光増幅器１９０は、活性領域と非活性領域とを有している。活性領域、即ち増幅器ゲイン部１１０は、実質的に一直線である。導波管１０５の非活性領域は、湾曲しており、傾斜角をもって出力面１９５と交差している。導波管の曲率と出力面への傾斜した交差とは、出力面において光増幅器及びレーザ部１８０へ戻る反射を防ぐよう作用する。
【００１６】
図１Ｂは、図１Ａのレーザ組立体１００の長手方向の断面を示す。図１Ｂにおいて、レーザ組立体１００、導波管１０５、増幅器ゲイン部１１０、前側共振器ミラー１２０、レーザゲイン部１３０、レーザ位相制御部１４０、後側ミラー１５０及び電気接点１６０、エピタキシャル構造体１７０、レーザ部１８０、光増幅器１９０、出力面１９５、Ｐ型半導体層１２５、Ｎ型半導体層１１５、ミラーサンプリングピリオド１３５、オフセット量子井戸１４５、及びエッチング停止層１５５が示されている。
【００１７】
図１Ｂにおいて、導波管１０５は、Ｐ型半導体層１２５とＮ型半導体層１１５との間に形成されている。ミラー１２０及び１５０は、サンプリングピリオド１３５を有する導波管１０５にエッチングされたサンプル格子によって形成されており、本技術分野では公知である。
【００１８】
図１Ｂは、光学活性領域及び光学不活性領域を形成するためのオフセット量子井戸技術がもたらす構造を示す。オフセット量子井戸技術により、光学活性領域は、導波管１０５からオフセットした領域で成長する複数の量子井戸層１４５を有する。量子井戸層は、薄いエッチング停止層１５５により導波管から分離されている。例えば、エッチングにより量子井戸を取り除くと光学不活性領域が形成される。
【００１９】
図２Ａから図２Ｃは、光学活性領域、光学不活性領域、及び両者の境界領域を形成する別の技術がもたらすレーザ組立体１００（図１参照）の一部分の断面構造を示す。図２Ａは、選択領域再成長技術がもたらすレーザ組立体１００（図１参照）の一部分の断面構造を示す。選択領域再成長技術は、誘電体マスクを用いて、エピタキシャル構造体の種々の領域にわたる成長速度及び構成を選択的に制御する。つまり、材料のバンドギャップは特定の領域にシフトでき、その領域の材料を不活性に、即ち所望の波長において非吸収性にする。図２Ａにおいて、光学不活性領域２１０、光学活性領域２２０、バンドギャップ量子井戸２３０、活性領域量子井戸２４０、及び導波管１０５（図１Ａ及び１Ｂ参照）が示されている。図２Ａにおいて、導波管１０５の種々の部分は、導波管内の量子井戸のバンドギャップのシフトに起因して光学活性又は光学不活性になっている。
【００２０】
図２Ｂは、光学活性領域及び光学不活性領域を形成する選択領域不規則化技術がもたらすレーザ組立体１００（図１参照）の一部分の断面構造を示す。選択領域不規則化技術は、誘電体キャップ又はイオン注入を用いて、活性領域に拡散できる空孔を導入して、それらを混ぜることによって量子井戸を不規則化する。この不規則化シフト量子井戸バンドギャップは、導波管の光学不活性領域を生じる。
【００２１】
図２Ｂにおいて、光学不活性領域２１０、光学活性領域２２０、不規則化井戸２５０、複数の活性領域量子井戸２６０、及び導波管１０５（図１Ａ及び１Ｂ）が示されている。図２Ｂにおいて、導波管１０５の種々の部分と、領域２１０及び２２０とは、導波管材料内の量子井戸の構成に起因して光学活性又は光学不活性になっている。
【００２２】
図２Ｃは、光学活性領域及び光学不活性領域を形成する突合せ接合再成長技術がもたらすレーザ組立体１００（図１参照）の一部分の断面構造を示す。突合せ接合再成長技術によれば、導波管の全域は、光学不活性領域においてエッチングにより取り除かれ、光学不活性導波管を再度成長させる。導波管の新しく成長した部分は、活性導波管に対して突合せされている。図２Ｃにおいて、光学不活性領域２１０、光学活性領域２２０、活性突合せ境界面２７０、不活性導波管領域２７５、活性導波管領域２８５、及び導波管１０５（図１Ａ及び１Ｂ）が示されている。図２Ｃにおいて、活性導波管領域２８５及び不活性導波管領域２７５は、エッチング除去工程の結果として、別個の大きな変化度の突合せ接合境界面２７０によって分離されている。
【００２３】
図３Ａから図３Ｄは、光増幅器１９０（図１参照）の別の実施形態を示す平面図である。図３Ａから図３Ｄの光増幅器１９０において、導波管１０５、エピタキシャル構造体１７０、出力面１９５、増幅器活性領域３１０、増幅器不活性領域３２０、活性−不活性接合部３３０、湾曲導波管部３４０、拡張導波管部３５０及び３５５、及び導波管モードアダプタ３６０が示されている。
【００２４】
図３Ａにおいて、光増幅器１９０は、増幅器不活性領域３２０と結合した増幅器活性領域３１０を有しており、増幅器不活性領域は、湾曲導波管部３４０を含んでいる。湾曲導波管部は、傾斜角をもって出力面１９５と交差している。導波管の曲率及び傾斜交差は、出力面から増幅器及びレーザ部へ反射して戻る光量を著しく低減する。活性−不活性接合部３３０は、導波管１０５の中心線に対して傾斜していることが好ましく、この境界面結合部から増幅器及びレーザ部へ戻る如何なる反射も低減できるようになっている。しかし、他の実施形態では、実質的に導波管の中心線と直交する境界面を有していてもよい。
【００２５】
図３Ｂは他の実施形態を示しており、増幅器活性領域は、増幅器の出力パワーを増大させノイズを低減するために、複数の活性領域に分割されている。図３Ｂに示す本実施形態において、増幅器活性領域は、独立して制御可能な２つの増幅器活性領域に分割されている。他の実施形態では、２つ以上の増幅器活性領域を有していてもよい。増幅器を分割すると、異なる領域に対して異なるバイアス点を用いることが可能になる。複数の増幅段をもつと、良好なノイズ性能でもって到達できる高い飽和出力パワーが可能になる。
【００２６】
図３Ｃは別の実施形態を示しており、増幅器活性領域の導波管部は拡張され又はテーパ付けされており、飽和出力パワーを増大するようになっている。拡張導波管部３５０は、図３Ａに示す実施形態に比べて増幅器活性領域の容積を増加させ、光子密度を減少させる。著しいファイバー結合問題を持ち込むことなく、これを有効に達成するためには、断熱拡張を用いることが好ましく、これにより拡張部上の光学モードを横切って、幅の広い導波管断面へのエネルギー伝達が起こらない。好適な実施形態において、幅の広い導波管から出力面１９５の単一モード光ファイバーへ有効に結合することは困難なので、細い導波管断面に至る第２の縮径領域３５５は、光学不活性領域３２０に配置されている。好適な実施形態において、縮径領域は、湾曲導波管部の前にあり、そうでなければ、幅の広い導波管が湾曲する場合は、高次モードが生じる可能性がある。図３Ｃに示す実施形態において、活性−不活性接合部３３０は傾斜がつけられており、この境界面結合部から増幅器及びレーザ部へ戻る如何なる反射も低減できるようになっている。
【００２７】
図３Ｄは、導波管モードアダプタを含む他の実施形態を示す。導波管モードアダプタは、多くの実施形態において、出力面１９５近傍の光学モードを広げることが好ましく、通信システムの構成要素として、出力面から光を持ち去ることができる光ファイバーのモードにしっかりと適合するようになる。つまり、導波管モードアダプタを備えるとファイバー結合損失が低減し、レーザ組立体１００（図１参照）と、他のシステムの光ファイバーとの間のアライメント許容値が大きくなる。導波管モードアダプタの実施形態は、導波管不活性領域の一部分を含んでおり、導波管の断面は 断熱様式で導波管の光学モードを広げるように変更されている。
【００２８】
前述の本発明の好適な実施形態は、例示を目的としている。網羅的であること、又は本発明を開示した特定の形態に限定されることを意図していない。当然、当業者には多数の変形例及び変更例が理解できる。本発明の範囲は請求項及びその均等物により定義されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 レーザ組立体の種々の機能要素を示す、レーザ組立体のブロック図である。
【図１Ｂ】 本発明の本発明の広範囲に調整可能なレーザ組立体の１つの実施形態の断面図であり、オフセット量子井戸技術によって異なる光学的特性を備える材料が一体化されている。
【図２Ａ】 増幅器の１つの実施形態の断面図であり、複数の層構造が示されており、選択領域成長技術によって異なる光学的特性を備える２つの材料が一体化されている。
【図２Ｂ】 不規則化井戸技術によって異なる光学的特性を備える材料が一体化されている増幅器の１つの実施形態を示す断面図である。
【図２Ｃ】 突合せ接合技術によって複数の異なるバンドギャップ材料が一体化されている増幅器の１つの実施形態を示す断面図である。
【図３Ａ】 図１の光増幅器要素の１つの実施形態の断面図であって、導波管部は湾曲しており、活性領域と不活性領域との間の境界面は傾斜している。
【図３Ｂ】 図１の光増幅器要素の１つの実施形態の断面図であって、増幅器は複数のゲイン領域を備えている。
【図３Ｃ】 図１の光増幅器要素の１つの実施形態の断面図であって、増幅器は拡張された導波管を備えている。
【図３Ｄ】 図１の光増幅器要素の１つの実施形態の断面図であって、増幅器は導波管モードアダプタを備えている。
（技術分野）
本発明は、一般に、レーザ組立体に関し、更に詳細には、一体式の光増幅器を備える広範囲に調整可能なレーザ組立体に関する。
【０００２】
（発明の背景）
細い光ファイバー材料は、非常に広い周波数帯域幅にわたって光を伝送するので、光源からの通信データを広い周波数帯域にわたって光ファイバー上を伝送できる。任意の特定の周波数において、レーザ源は、光ファイバーの遠距離にわたって、高出力パワー、狭いレーザ線幅、及び良好な伝送特性をもつ必要がある。
【０００３】
高帯域通信システムにおいては、多数の周波数のレーザ光が光ファイバーに沿って伝送され、１つ又は複数のレーザ源が存在する場合もある。調整可能なレーザ源が好適ではあるが、現在、高データ容量システムは、異なる周波数チャネルで作動する複数のレーザ源を利用して、広い光ファイバー伝送帯域幅をカバーしている。特定のレーザ源は、現在のところ他の重要な性能指標の劣化を伴うことなく、素早い電子式周波数調整ができない状況にある。
【０００４】
例えば、一定の周波数において、サンプル格子分布ブラッグ反射器（ＳＧＤＢＲ）型レーザは、光データネットワークが必要とする高出力パワー、狭いレーザ線幅、及び良好な伝送特性を有している。特定のＳＧＤＢＲレーザは、１００以上の異なる伝送チャネルにわたって素早く調整可能であるが、この装置を光ファイバー通信システムで使用するのを妨げる２つの問題点がある。最も重要な問題点は、反射材料の著しい吸収作用である。結果としてもたらされる大きなキャビティ損失により、レーザ出力パワーが現行の通信システムの要求に適合しなくなる。第２の問題点は、出力パワーと周波数調整とが互いに依存している点にある。この密接な関係は、現行の通信システムに対する制御性が不十分になるという結果を招いてしまう。
【０００５】
従って、高帯域幅光通信ネットワークに対する十分な高出力パワーと、実質的に出力パワー制御性とは無関係の周波数調整制御性とを組み合わせたものを備える装置が必要である。
【０００６】
（発明の開示）
本発明の目的は、調整可能な半導体レーザ部と光増幅器とを含む一体式レーザ組立体を提供することにあり、全ての構成要素は、共通のエピタキシャル層構造体に形成されている。
本発明の別の目的は、調整可能な半導体レーザ部と光増幅器とを含む一体式レーザ組立体を提供することにあり、出力モードは光ファイバーの伝送に調整されている。
【０００７】
本発明の別の目的は、調整可能な半導体レーザ部と光増幅器とを含む一体式レーザ組立体を提供することにあり、増幅器からレーザ部への光フィードバックが低減されている。
本発明の別の目的は、調整可能な一体式レーザ組立体を提供することにあり、レーザ周波数制御と出力パワー制御とは実質的に独立している。
【０００８】
本発明の前述及び他の目的は、基板上に形成されたエピタキシャル構造体を含むレーザ組立体でもって達成される。調整可能なレーザ共振器と単独で制御可能な光増幅器とは、共通のエピタキシャル構造体中に形成されている。増幅器は、レーザ共振器の外側に配置されており、レーザ部から受けた出力を調整するが、少なくともレーザ部及び増幅器の一部分は共通導波管を共用している。
【０００９】
本発明に別の実施形態において、光学的特性や中心線の曲率又は断面等の共通導波管の特性は、導波管の中心線に沿って又は中心線と直交する方向に沿って不均一になっている。
【００１０】
（好ましい実施例の詳細な説明）
図１Ａは、本発明の概略図を示す。図１Ａには、レーザ組立体１００、導波管１０５、増幅器ゲイン部１１０、前側共振器ミラー１２０、レーザゲイン部１３０、レーザ位相制御部１４０、後側ミラー１５０、電気接点１６０、エピタキシャル構造体１７０、レーザ部１８０、光増幅器１９０、及び出力面１９５が示されている。
【００１１】
図１Ａにおいて、レーザ組立体１００は、レーザ部と光増幅器とを一体化したものであり、光増幅器は、レーザキャビティの外側に配置されている。前側共振器ミラー１２０、レーザゲイン部１３０、レーザ位相制御部１４０、及び後側ミラー１５０は、エピタキシャル構造体１７０内にＳＧＤＢＲ型レーザ部１８０を形成する。前側及び後側ミラーは、レーザキャビティを形成する。増幅器ゲイン部１１０と、導波管１０５の一部は光増幅器１９０を形成する。
【００１２】
図１Ａに示すように、光増幅器は、レーザキャビティの外側に配置されているが、レーザ部とエピタキシャル構造体１７０を共用している。エピタキシャル構造体１７０は、半導体の製造技術では公知の方法で基板（図示せず）上に形成される。エピタキシャル構造体の様々な領域の光学的特性（例えばバンドギャップ）を調整することによって、光学活性領域と光学不活性領域の両者を共通の構造体上に作ることができる。図１に示す本実施形態の光学活性領域の例は、ゲイン部１１０、１３０、位相制御部１４０、及びミラー１２０、１５０である。光学不活性領域の例は、出力面１９５に隣接する導波管１０５の領域である。
【００１３】
本発明によれば、少なくともレーザ部１８０と光増幅器１９０の一部分は導波管１０５を共用している。共通導波管の種々の部分は、光学活性領域又は光学不活性領域を通って延びていてもよい。レーザ部及び光増幅器の共通導波管は、レーザ部からの出力を増幅器へ直接接続できる。
【００１４】
図１Ａの実施形態において、光増幅器１９０は、ミラー１２０、１５０によって形成されるレーザ部１８０のキャビティの外側にある。更に、増幅器ゲイン部１１０は、レーザ部とは別個に制御可能であり、光量及び出力パワーを増加又は低減するように調整可能である。ＳＧＢＤＲレーザ要素は、レーザ周波数を調整するか又は光増幅器への入力を制御するために、増幅器とは別個に制御できる。これらの構成要素の配置によって、出力増幅機能及び調整機能は実質的に切り離される。
【００１５】
図１Ａの実施形態において、光増幅器１９０は、活性領域と非活性領域とを有している。活性領域、即ち増幅器ゲイン部１１０は、実質的に一直線である。導波管１０５の非活性領域は、湾曲しており、傾斜角をもって出力面１９５と交差している。導波管の曲率と出力面への傾斜した交差とは、出力面において光増幅器及びレーザ部１８０へ戻る反射を防ぐよう作用する。
【００１６】
図１Ｂは、図１Ａのレーザ組立体１００の長手方向の断面を示す。図１Ｂにおいて、レーザ組立体１００、導波管１０５、増幅器ゲイン部１１０、前側共振器ミラー１２０、レーザゲイン部１３０、レーザ位相制御部１４０、後側ミラー１５０及び電気接点１６０、エピタキシャル構造体１７０、レーザ部１８０、光増幅器１９０、出力面１９５、Ｐ型半導体層１２５、Ｎ型半導体層１１５、ミラーサンプリングピリオド１３５、オフセット量子井戸１４５、及びエッチング停止層１５５が示されている。
【００１７】
図１Ｂにおいて、導波管１０５は、Ｐ型半導体層１２５とＮ型半導体層１１５との間に形成されている。ミラー１２０及び１５０は、サンプリングピリオド１３５を有する導波管１０５にエッチングされたサンプル格子によって形成されており、本技術分野では公知である。
【００１８】
図１Ｂは、光学活性領域及び光学不活性領域を形成するためのオフセット量子井戸技術がもたらす構造を示す。オフセット量子井戸技術により、光学活性領域は、導波管１０５からオフセットした領域で成長する複数の量子井戸層１４５を有する。量子井戸層は、薄いエッチング停止層１５５により導波管から分離されている。例えば、エッチングにより量子井戸を取り除くと光学不活性領域が形成される。
【００１９】
図２Ａから図２Ｃは、光学活性領域、光学不活性領域、及び両者の境界領域を形成する別の技術がもたらすレーザ組立体１００（図１参照）の一部分の断面構造を示す。図２Ａは、選択領域再成長技術がもたらすレーザ組立体１００（図１参照）の一部分の断面構造を示す。選択領域再成長技術は、誘電体マスクを用いて、エピタキシャル構造体の種々の領域にわたる成長速度及び構成を選択的に制御する。つまり、材料のバンドギャップは特定の領域にシフトでき、その領域の材料を不活性に、即ち所望の波長において非吸収性にする。図２Ａにおいて、光学不活性領域２１０、光学活性領域２２０、バンドギャップ量子井戸２３０、活性領域量子井戸２４０、及び導波管１０５（図１Ａ及び１Ｂ参照）が示されている。図２Ａにおいて、導波管１０５の種々の部分は、導波管内の量子井戸のバンドギャップのシフトに起因して光学活性又は光学不活性になっている。
【００２０】
図２Ｂは、光学活性領域及び光学不活性領域を形成する選択領域不規則化技術がもたらすレーザ組立体１００（図１参照）の一部分の断面構造を示す。選択領域不規則化技術は、誘電体キャップ又はイオン注入を用いて、活性領域に拡散できる空孔を導入して、それらを混ぜることによって量子井戸を不規則化する。この不規則化シフト量子井戸バンドギャップは、導波管の光学不活性領域を生じる。
【００２１】
図２Ｂにおいて、光学不活性領域２１０、光学活性領域２２０、不規則化井戸２５０、複数の活性領域量子井戸２６０、及び導波管１０５（図１Ａ及び１Ｂ）が示されている。図２Ｂにおいて、導波管１０５の種々の部分と、領域２１０及び２２０とは、導波管材料内の量子井戸の構成に起因して光学活性又は光学不活性になっている。
【００２２】
図２Ｃは、光学活性領域及び光学不活性領域を形成する突合せ接合再成長技術がもたらすレーザ組立体１００（図１参照）の一部分の断面構造を示す。突合せ接合再成長技術によれば、導波管の全域は、光学不活性領域においてエッチングにより取り除かれ、光学不活性導波管を再度成長させる。導波管の新しく成長した部分は、活性導波管に対して突合せされている。図２Ｃにおいて、光学不活性領域２１０、光学活性領域２２０、活性突合せ境界面２７０、不活性導波管領域２７５、活性導波管領域２８５、及び導波管１０５（図１Ａ及び１Ｂ）が示されている。図２Ｃにおいて、活性導波管領域２８５及び不活性導波管領域２７５は、エッチング除去工程の結果として、別個の大きな変化度の突合せ接合境界面２７０によって分離されている。
【００２３】
図３Ａから図３Ｄは、光増幅器１９０（図１参照）の別の実施形態を示す平面図である。図３Ａから図３Ｄの光増幅器１９０において、導波管１０５、エピタキシャル構造体１７０、出力面１９５、増幅器活性領域３１０、増幅器不活性領域３２０、活性−不活性接合部３３０、湾曲導波管部３４０、拡張導波管部３５０及び３５５、及び導波管モードアダプタ３６０が示されている。
【００２４】
図３Ａにおいて、光増幅器１９０は、増幅器不活性領域３２０と結合した増幅器活性領域３１０を有しており、増幅器不活性領域は、湾曲導波管部３４０を含んでいる。湾曲導波管部は、傾斜角をもって出力面１９５と交差している。導波管の曲率及び傾斜交差は、出力面から増幅器及びレーザ部へ反射して戻る光量を著しく低減する。活性−不活性接合部３３０は、導波管１０５の中心線に対して傾斜していることが好ましく、この境界面結合部から増幅器及びレーザ部へ戻る如何なる反射も低減できるようになっている。しかし、他の実施形態では、実質的に導波管の中心線と直交する境界面を有していてもよい。
【００２５】
図３Ｂは他の実施形態を示しており、増幅器活性領域は、増幅器の出力パワーを増大させノイズを低減するために、複数の活性領域に分割されている。図３Ｂに示す本実施形態において、増幅器活性領域は、独立して制御可能な２つの増幅器活性領域に分割されている。他の実施形態では、２つ以上の増幅器活性領域を有していてもよい。増幅器を分割すると、異なる領域に対して異なるバイアス点を用いることが可能になる。複数の増幅段をもつと、良好なノイズ性能でもって到達できる高い飽和出力パワーが可能になる。
【００２６】
図３Ｃは別の実施形態を示しており、増幅器活性領域の導波管部は拡張され又はテーパ付けされており、飽和出力パワーを増大するようになっている。拡張導波管部３５０は、図３Ａに示す実施形態に比べて増幅器活性領域の容積を増加させ、光子密度を減少させる。著しいファイバー結合問題を持ち込むことなく、これを有効に達成するためには、断熱拡張を用いることが好ましく、これにより拡張部上の光学モードを横切って、幅の広い導波管断面へのエネルギー伝達が起こらない。好適な実施形態において、幅の広い導波管から出力面１９５の単一モード光ファイバーへ有効に結合することは困難なので、細い導波管断面に至る第２の縮径領域３５５は、光学不活性領域３２０に配置されている。好適な実施形態において、縮径領域は、湾曲導波管部の前にあり、そうでなければ、幅の広い導波管が湾曲する場合は、高次モードが生じる可能性がある。図３Ｃに示す実施形態において、活性−不活性接合部３３０は傾斜がつけられており、この境界面結合部から増幅器及びレーザ部へ戻る如何なる反射も低減できるようになっている。
【００２７】
図３Ｄは、導波管モードアダプタを含む他の実施形態を示す。導波管モードアダプタは、多くの実施形態において、出力面１９５近傍の光学モードを広げることが好ましく、通信システムの構成要素として、出力面から光を持ち去ることができる光ファイバーのモードにしっかりと適合するようになる。つまり、導波管モードアダプタを備えるとファイバー結合損失が低減し、レーザ組立体１００（図１参照）と、他のシステムの光ファイバーとの間のアライメント許容値が大きくなる。導波管モードアダプタの実施形態は、導波管不活性領域の一部分を含んでおり、導波管の断面は 断熱様式で導波管の光学モードを広げるように変更されている。
【００２８】
前述の本発明の好適な実施形態は、例示を目的としている。網羅的であること、又は本発明を開示した特定の形態に限定されることを意図していない。当然、当業者には多数の変形例及び変更例が理解できる。本発明の範囲は請求項及びその均等物により定義されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 レーザ組立体の種々の機能要素を示す、レーザ組立体のブロック図である。
【図１Ｂ】 本発明の本発明の広範囲に調整可能なレーザ組立体の１つの実施形態の断面図であり、オフセット量子井戸技術によって異なる光学的特性を備える材料が一体化されている。
【図２Ａ】 増幅器の１つの実施形態の断面図であり、複数の層構造が示されており、選択領域成長技術によって異なる光学的特性を備える２つの材料が一体化されている。
【図２Ｂ】 不規則化井戸技術によって異なる光学的特性を備える材料が一体化されている増幅器の１つの実施形態を示す断面図である。
【図２Ｃ】 突合せ接合技術によって複数の異なるバンドギャップ材料が一体化されている増幅器の１つの実施形態を示す断面図である。
【図３Ａ】 図１の光増幅器要素の１つの実施形態の断面図であって、導波管部は湾曲しており、活性領域と不活性領域との間の境界面は傾斜している。
【図３Ｂ】 図１の光増幅器要素の１つの実施形態の断面図であって、増幅器は複数のゲイン領域を備えている。
【図３Ｃ】 図１の光増幅器要素の１つの実施形態の断面図であって、増幅器は拡張された導波管を備えている。
【図３Ｄ】 図１の光増幅器要素の１つの実施形態の断面図であって、増幅器は導波管モードアダプタを備えている。
Claims (77)
- 基板と、
前記基板上に形成されたエピタキシャル構造と、
前記エピタキシャル構造に形成され、第１及び第２の反射器と、同調可能レーザ出力を生成するために該第１及び第２の反射器の間に各々位置決めされた利得区域及び位相区域とを含むレーザと、
前記エピタキシャル構造に形成された増幅器と、
を含み、
前記レーザ及び前記増幅器の少なくとも一部分は、共通導波路を共用し、前記同調可能レーザ出力は、該共通導波路に沿って該増幅器に結合され、かつ該増幅器は、該結合された同調可能レーザ出力に応答して光信号を発生し、
前記増幅器は、不活性領域によって分離された第１と第２の独立して制御可能な活性領域を含み、前記導波路は、前記第１と第２の独立して制御可能な活性領域と前記不活性領域とを通って延びており、
前記導波路の少なくとも一部分は、出力ファセットからの反射を低減するために湾曲している、
ことを特徴とするダイオードレーザアセンブリ。 - 前記共通導波路は、その中心線に沿って不均一な曲率を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザアセンブリ。
- 前記活性領域と前記不活性領域の間のインタフェースは、前記導波路の中心線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
- 前記増幅器の前記導波路の端部は、出力ファセットに対して傾斜した角度で終端していることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
- 前記導波路は、導波路モードアダプタを含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
- 前記第１の活性領域は、傾斜した遠位面を有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
- 前記エピタキシャル構造は、光学特性の異なる領域を有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
- 前記第２の活性領域は、傾斜した近位面を有すること特徴とする請求項６に記載のアセンブリ。
- 前記第１の活性領域の前記傾斜した遠位面は、前記第２の活性領域の前記傾斜した近位面に平行であることを特徴とする請求項８に記載のアセンブリ。
- 前記第２の活性領域は、傾斜した遠位面を有すること特徴とする請求項６に記載のアセンブリ。
- 前記第２の領域の前記近位面及び前記遠位面は、平行であることを特徴とする請求項１０に記載のアセンブリ。
- 前記レーザ出力の幅は、前記増幅器の出力での前記導波路の幅とは独立していることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
- 前記レーザは、モード選択要素を含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
- 前記モード選択要素は、制御可能な位相シフト要素であることを特徴とする請求項１３に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の少なくとも一方は、同調可能であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の少なくとも一方は、分散型反射器であることを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の両方は、分散型反射器であることを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の少なくとも一方は、分散型ブラッグ反射器であることを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の各々は、分散型ブラッグ反射器であることを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の少なくとも一方の最大反射率は、調節可能であることを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の各々の最大反射率は、調節可能であることを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の各々の最大反射率は、互いに対して調節可能であることを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
- 前記レーザは、該レーザの外側に位置決めされた減衰器と少なくとも１つの増幅器を含むことを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
- 前記レーザは、該レーザの外側に位置決めされた制御可能な減衰器を含むことを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
- 前記導波路の少なくとも一部分は、張り出していることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
- 前記導波路の張り出した部分が、活性領域にあることを特徴とする請求項２５に記載のアセンブリ。
- 前記導波路の張り出した部分が、不活性領域にあることを特徴とする請求項２５に記載のアセンブリ。
- 前記光信号は、少なくとも１５ｎｍの範囲内で調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
- エピタキシャル構造における第１の半導体層と、
前記エピタキシャル構造に形成された第２の半導体層と、
を含み、
前記第１及び第２の半導体層は、異なるドーピングを有し、
前記第１及び第２の半導体層の間に形成された導波路層、
を更に含み、
前記第１の導波路層は、導波路、第１の反射器、及び第２の反射器を含み、
レーザ空洞を形成して同調可能レーザ出力を生成する前記第１及び第２の反射器の間に配置された光学活性媒体と、
前記エピタキシャル構造に形成された増幅器と、
を更に含み、
前記レーザ空洞及び前記増幅器は、光学的に整列し、前記同調可能レーザ出力は、前記導波路に沿って該増幅器内に結合され、かつ該増幅器は、該結合した同調可能レーザ出力に応答して光信号を発生し、
前記増幅器は、不活性領域によって分離された第１と第２の独立して制御可能な活性領域を含み、前記導波路は、前記第１と第２の独立して制御可能な活性領域と前記不活性領域とを通って延びており、
前記導波路の少なくとも一部分は、出力ファセットからの反射を低減するために湾曲している、
ことを特徴とするダイオードレーザアセンブリ。 - 前記増幅器の前記導波路の遠位部分が、湾曲していることを特徴とする請求項２９に記載のアセンブリ。
- 前記増幅器の前記導波路の遠位端が、出力ファセットに対して傾斜した角度で終端していることを特徴とする請求項２９に記載のアセンブリ。
- 前記導波路の少なくとも一部分は、張り出していることを特徴とする請求項２９に記載のアセンブリ。
- 前記第１の活性領域は、傾斜した遠位面を有することを特徴とする請求項２９に記載のアセンブリ。
- 前記第２の活性領域は、傾斜した近位面を有すること特徴とする請求項３３に記載のアセンブリ。
- 前記第１の活性領域の前記傾斜した遠位面は、前記第２の活性領域の前記傾斜した近位面に平行であることを特徴とする請求項３４に記載のアセンブリ。
- 前記第２の活性領域は、傾斜した遠位面を有すること特徴とする請求項３４に記載のアセンブリ。
- 前記第２の領域の前記近位面及び前記遠位面は、平行であることを特徴とする請求項３６に記載のアセンブリ。
- 前記導波路は、モードアダプタを含むことを特徴とする請求項２９に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の少なくとも一方は、調節可能であることを特徴とする請求項２９に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の両方は、分散型反射器であることを特徴とする請求項３９に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の少なくとも一方は、分散型ブラッグ反射器であることを特徴とする請求項３９に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の各々は、分散型ブラッグ反射器であることを特徴とする請求項３９に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の少なくとも一方の最大反射率は、調節可能であることを特徴とする請求項３９に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の各々の最大反射率は、調節可能であることを特徴とする請求項３９に記載のアセンブリ。
- 前記第１及び第２の反射器の各々の最大反射率は、互いに対して調節可能であることを特徴とする請求項３９に記載のアセンブリ。
- 前記レーザは、該レーザの外側に位置決めされた制御可能な減衰器を含むことを特徴とする請求項３９に記載のアセンブリ。
- 前記レーザは、前記共振空洞の外側に位置決めされた減衰器及び少なくとも１つの増幅器を含むことを特徴とする請求項３９に記載のアセンブリ。
- 前記レーザは、モード選択要素を含むことを特徴とする請求項２９に記載のアセンブリ。
- 前記モード選択要素は、制御可能な位相シフト要素であることを特徴とする請求項４８に記載のアセンブリ。
- 前記光信号は、少なくとも１５ｎｍの範囲内で調節可能であることを特徴とする請求項２９に記載のアセンブリ。
- 前記同調可能レーザ出力の幅は、前記増幅器の出力での前記導波路の幅とは独立していることを特徴とする請求項２９に記載のアセンブリ。
- 光信号を発生させる方法であって、
基板上に形成されたエピタキシャル構造と、該エピタキシャル構造に形成されたレーザ及び増幅器とを含むダイオードレーザアセンブリを準備する段階、
を含み、
前記レーザは、第１及び第２の反射器と、同調可能レーザ出力を生成するために該第１及び第２の反射器の間に各々位置決めされた利得区域及び位相区域とを含み、該レーザの少なくとも一部分及び増幅器が、前記エピタキシャル構造に形成された共通導波路を共用し、
前記増幅器は、不活性領域によって分離された第１と第２の独立して制御可能な活性領域を含み、前記導波路は、前記第１と第２の独立して制御可能な活性領域と前記不活性領域とを通って延びており、
前記共通導波路の少なくとも一部分は、出力ファセットからの反射を低減するために湾曲しており、
前記共通導波路に沿って前記レーザ出力を前記増幅器内に結合する段階と、
前記結合したレーザ出力に応答して前記増幅器から光信号を発生させる段階と、
を更に含むことを特徴とする方法。 - 前記光信号は、前記レーザ出力の強度を制御して一定のレーザ波長を保ちながら発生されることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
- 前記共通導波路の前記湾曲した部分は、前記増幅器及びレーザ内に反射される光の量を低減することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
- 前記出力ファセット近くの光学モードを、それが光ファイバ内のモードにより緊密に適合するように拡大する導波路モードアダプタを更に含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
- レーザ出力が、実質的に一定の出力パワーを保ちながら調節範囲にわたって調節可能であることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
- レーザ出力が、実質的に一定の出力パワーを保ちながら少なくとも１５ｎｍの調節範囲にわたって調節可能であることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
- 前記光信号は、前記増幅器内の前記レーザ出力の伝搬方向を交替させながら発生されることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
- 前記光信号は、前記レーザ内へ戻る反射を最小にしながら発生されることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
- 前記光信号は、前記増幅器における少なくとも１つの光学モードを交替させながら発生されることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
- 前記光学モードを変更する段階は、断熱モード膨張であることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
- 前記光信号は、前記増幅器における導波路モードを選択的に励起しながら発生されることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
- 前記共通導波路の前記湾曲した部分は、前記出力ファセットと傾斜した角度で交差することを特徴とする請求項５２に記載の方法。
- 前記共通導波路の前記湾曲した部分及び前記傾斜した角度の両方が、前記出力ファセットから反射して前記増幅器及びレーザ内に戻る光の量を低減することを特徴とする請求項６３に記載の方法。
- 光信号を発生させる方法であって、
エピタキシャル構造内の第１及び第２の半導体層と、該エピタキシャル構造内の該第１及び第２の半導体層の間に形成された導波路と、該エピタキシャル構造に形成されたレーザ及び増幅器とを含むダイオードレーザアセンブリを準備する段階、
を含み、
前記レーザは、同調可能レーザ出力を生成するために２つの回折格子区域の間に各々位置決めされた利得区域及び位相区域を含み、
前記増幅器は、不活性領域によって分離された第１と第２の独立して制御可能な活性領域を含み、前記導波路は、前記第１と第２の独立して制御可能な活性領域と前記不活性領域とを通って延びており、
前記導波路の少なくとも一部分は、出力ファセットからの反射を低減するために湾曲しており、
前記レーザ出力を前記導波路に沿って前記増幅器内に結合させる段階と、
前記増幅器の前記導波路のテーパ付け区域内で前記レーザ出力を伝搬させて、飽和出力パワーを増大させる段階と、
前記伝播したレーザ出力に応答して前記増幅器から光信号を発生させる段階と、
を更に含むことを特徴とする方法。 - 前記光信号は、前記レーザ出力の強度を制御して一定のレーザ波長を保ちながら発生されることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
- 前記レーザ出力は、実質的に一定の出力パワーを保ちながら調節範囲にわたって調節可能であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
- 前記レーザ出力は、実質的に一定の出力パワーを保ちながら少なくとも１５ｎｍの調節範囲にわたって調節可能であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
- 前記光信号は、前記増幅器内の前記レーザ出力の伝搬方向を交替させながら発生されることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
- 前記光信号は、前記レーザ内へ戻る反射を最小にしながら発生されることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
- 前記光信号は、前記増幅器における少なくとも１つの光学モードを交替させながら発生されることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
- 前記光学モードを変更する段階は、断熱モード膨張であることを特徴とする請求項７１に記載の方法。
- 前記光信号は、前記増幅器における導波路モードを選択的に励起しながら発生されることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
- 前記導波路の前記湾曲した部分は、前記増幅器及びレーザ内に反射する光の量を低減することを特徴とする請求項６５に記載の方法。
- 前記導波路の前記湾曲した部分は、前記出力ファセットと傾斜した角度で交差することを特徴とする請求項６５に記載の方法。
- 前記導波路の前記湾曲した部分及び前記傾斜した角度の両方が、前記出力ファセットから反射して前記増幅器及びレーザ内に戻る光の量を低減することを特徴とする請求項７５に記載の方法。
- 前記出力ファセット近くの光学モードを、それが光ファイバ内のモードにより緊密に適合するように拡大する導波路モードアダプタを更に含むことを特徴とする請求項７５に記載の方法。
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