JP5306942B2

JP5306942B2 - 半導体レーザ及び光モジュール

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Publication number: JP5306942B2
Application number: JP2009191715A
Authority: JP
Inventors: 泰夫柴田; 伸浩布谷; 啓之石井; 弘美大橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: JP2011044581A

Description

本発明は、波長多重光ネットワークにおいて用いられ、波長可変幅の大きい波長可変光源となる半導体レーザ及び光モジュールに関する。

通信用の光源としては、主にＤＦＢ（Distributed feedback）レーザが用いられてきたが、近年波長多重通信（ＷＤＭ；Wavelength Division Multiplexing）システムの発展に伴い、発振波長を可変できる波長可変光源が求められるようになった。通信用の波長可変光源としては、図１に示すように、ＤＦＢレーザをアレイ化し、アレイ選択と温度による波長チューニングとの組み合わせにより、広範囲な波長可変を実現する波長可変レーザが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

図１は、ＤＦＢアレイを用いた波長可変レーザの構造を示す図であって、１０個のＤＦＢレーザ、Ｓ字型接続導波路、光合波器及び光増幅器がＩｎＰ基板上に集積された構造を示している。図中１０１ａ〜１０１ｊはＤＦＢレーザ、１０２ａ〜１０２ｊはＳ字型接続導波路、１０３は光合流回路、１０４は出力導波路、１０５は光増幅器をそれぞれ示している。

図１の波長可変レーザの動作は以下の通りである。１０個のＤＦＢレーザ１０１ａ〜１０１ｊは３０ミクロン間隔で並べられており、それぞれのＤＦＢレーザは個別に電極を有し、それぞれ独立に動作する。各ＤＦＢレーザはそれぞれ活性層上に回折格子を有し、この回折格子のピッチをＤＦＢレーザ毎に異なる値に設定することによって、それぞれ異なった波長で発振するように設定されている。一般的にＤＦＢレーザの発振波長は温度変化１℃で０．１ｎｍ変化することから、素子の温度を３０℃変化させることによって、一つのＤＦＢレーザの発振波長は約３ｎｍ変化する。従って、図１に示した波長可変レーザの場合は、１０個のＤＦＢレーザ１０１ａ〜１０１ｊのうちから１つを選択することと素子温度の制御とを組み合わせることによって、３０ｎｍ以上の広い波長範囲をカバーすることができる。

ここで、波長可変レーザにおける発振波長の可変原理を、図２を参照して説明する。図２はＤＦＢアレイを用いた波長可変レーザにおける発振波長の可変原理を説明する図であって、各ＤＦＢレーザの発振波長と素子温度の関係を示している。図中２０１ａ〜２０１ｊはＤＦＢレーザ１０１ａ〜１０１ｊの発振波長と素子温度の関係をそれぞれ示している。各ＤＦＢレーザは、１７℃から４８℃の温度範囲で約３ｎｍ長波長側に変化していることが、図２からわかる。従って、１０個のＤＦＢレーザ１０１ａ〜１０１ｊの発振波長の全ての波長範囲は３０ｎｍをカバーしていることがわかる。

そして、ＤＦＢレーザ１０１ａ〜１０１ｊのいずれかからの出力光は、Ｓ字型接続導波路１０２ａ〜１０２ｊを通して、光合流回路１０３に入射する。光合流回路１０３では、入力光ポート数１０に対して出力ポート数は１つであるため、出力導波路１０４に出力される光強度が１０分の１に減少する。この減少した光強度分を半導体増幅器１０５で補償し出力する。

特許第３２３７７３３号公報

H. Oohashi et al., "46.9-nm Wavelength-Selectable Arrayed DFB lasers with Integrated MMI Coupler and SOA", 2001 International Conference on Indium Phosphide and Related Materials Conference Proceedings, 14-18, May 2001, p.575-578 H. Ishii et al., "A Tunable Distributed Amplification DFB Laser Diode (TDA-DFB-LD)", IEEE Photonics Technology Letters, vol. 10, no. 1, January 1998, p.30-32

図１に示すようなＤＦＢレーザアレイ、光合流回路を用いる構造の波長可変レーザは、その制御が簡便で、素子が時間的に劣化しても、波長のオンライン観察による電流値へのフィードバックが可能であり、劣化への対応が容易であるため、理想的な波長可変レーザであるが、以下に挙げる問題がある。

ＤＦＢレーザアレイと光合流回路を用いる構造の波長可変レーザにおいて、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩ（Multi-Mode Interferometer；多モード干渉型）カプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流回路では、入力光ポート数がｎ本（複数）であるのに対して、使用する出力ポート数は１つであるため、出力される光強度がｎ分の１に減少する。その結果、信号光の信号・雑音比（ＳＮ比）が劣化し、光増幅器により光損失分を補償しようとしても、アレイ数に応じて出力光強度が減少し、又、ＳＮ比は劣化してしまうという問題があった。たとえ、光増幅器の長さを長くする等の方法により、出力強度を補償したとしても、ＳＮ比は改善されないため、雑音の多い光源となってしまうという問題もあった。加えて、出力導波路に出力されなかった信号光成分は光合流回路からさまざまな方向に放射されるため、迷光として素子前方へも出射され、モジュール作製時に強度モニタ用ＰＤ（Photo diode）にオフセットを生じさせたり、波長ロッカ用のＰＤに雑音をのせてしまったりする可能性があり、精度よく波長をロックするのが難しいという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、高出力・高ＳＮ比で波長可変域が大きな半導体レーザ及び光モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る半導体レーザは、
各々異なる波長で単一モードレーザ発振可能な複数の導波路型レーザキャビティと、
複数の前記導波路型レーザキャビティに各々接続された第１の接続導波路と、
複数の前記第１の接続導波路が接続され、前記導波路型レーザキャビティから発振されて前記第１の接続導波路を伝搬したレーザ光を合流させる第１の光合流回路と、
前記第１の光合流回路の出力側に接続された少なくとも２つの第２の接続導波路と、
前記少なくとも２つの第２の接続導波路が接続され、前記第２の接続導波路を各々伝搬したレーザ光同士を互いに合流させる第２の光合流回路と、
前記第２の光合流回路の出力側に接続され、前記第２の光合流回路で合流させたレーザ光を出力する１つの出力導波路とを有し、
全ての前記第２の接続導波路に、当該第２の接続導波路を伝搬するレーザ光の位相を調整する位相調整領域を各々設け、
全ての前記第２の接続導波路に、前記位相調整領域に従属して、前記第１の光合流回路により合流されたレーザ光を増幅する導波路型光増幅器を各々設け、
所望の前記導波路型レーザキャビティからレーザ光を発振することにより、波長可変光源とすることを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る半導体レーザは、
上記第１の発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記第１の光合流回路を多モード干渉型カプラ又はファネル型カプラとしたことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る半導体レーザは、
上記第１又は第２のいずれか１つの発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記第２の光合流回路を多モード干渉型カプラ、方向性結合器、Ｙ字型光合流器のいずれかとしたことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る半導体レーザは、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記第２の光合流回路の出力側に、レーザ光の強度又は位相の少なくとも一方を変調する光変調器を設けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る半導体レーザは、
上記第４の発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記光変調器を電界吸収型変調器又はマッハツェンダ変調器としたことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る半導体レーザは、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の半導体レーザにおいて、
全ての前記第２の接続導波路に、又は、１つを除いた残りの前記第２の接続導波路に、前記第２の接続導波路を伝搬するレーザ光同士の位相差を調整して、光強度を変調する光位相変調器を設けたことを特徴とする。

上記課題を解決する第７の発明に係る半導体レーザは、
上記第１〜第６のいずれか１つの発明に記載の半導体レーザにおいて、
前記導波路型レーザキャビティ又は前記光変調器の少なくとも一方をストライプ構造に加工すると共に、ルテニウムをドーピングした半絶縁性半導体結晶で前記ストライプ構造の両側を埋め込んだことを特徴とする。

上記課題を解決する第８の発明に係る光モジュールは、
上記第１〜第７のいずれか１つの発明に記載の半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された光を平行光線にする第１のレンズと、
平行光線とした前記光を集光する第２のレンズと、
第１のレンズと第２のレンズの間に配置され、前記半導体レーザへの前記光の反射を防止するアイソレータとを有し、
集光された前記光を光ファイバに結合させて出力することを特徴とする。

上記課題を解決する第９の発明に係る光モジュールは、
上記第８の発明に記載の光モジュールにおいて、
更に、前記半導体レーザから出射される光の波長及びパワーを制御する波長ロッカを有することを特徴とする。

第１〜第７の発明によれば、２つの第２の接続導波路が接続された第２の光合流回路により、第２の接続導波路を各々伝搬したレーザ光同士を互いに合流させるので、第１の光合流回路による光損失を低減し、高出力動作を可能とすると共に、迷光を抑圧し、高ＳＮ比な波長可変光源を実現することが可能となる。その結果、高出力・高ＳＮ比で波長可変域が大きな半導体レーザを提供することができる。

第８の発明によれば、高出力動作が可能で、高ＳＮ比な変調機能付き波長可変光源を実現することが可能となる。

第９の発明によれば、高出力動作が可能で、高ＳＮ比な変調機能付き波長可変光源を、絶対波長の精度よく、又、波長安定度よく実現することが可能となる。

従来の波長可変レーザの構造図である。従来の波長可変レーザの波長チューニング特性を示す図である。本発明の参考例１を示す波長可変レーザの構造図である。本発明の参考例２を示す波長可変レーザの構造図である。本発明の実施例１を示す波長可変レーザの構造図である。光増幅器の入出力特性を示す図である。本発明の実施例２を示す波長可変レーザの構造図である。本発明の実施例３を示す波長可変レーザの構造図である。本発明の実施例４を示す波長可変レーザの構造図である。本発明の実施例５を示す波長可変レーザの構造図である。本発明の実施例６を示すストライプ構造の波長可変レーザの断面図である。本発明の実施例７を示す光モジュールの断面図である。

以下、図３〜図１２を参照して、本発明に係る半導体レーザ及び光モジュールの実施形態のいくつかを説明する。

（参考例１）
図３は、本参考例の波長可変レーザを示す図であって、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとしてＤＦＢレーザを用い、これを複数整列したＤＦＢアレイを用いた波長可変レーザの構造を示している。図中３０１ａ〜３０１ｊはＤＦＢレーザ、３０２ａ〜３０２ｊは第１の接続導波路、３０３は第１の光合流回路、３０４ａ、３０４ｂは第２の接続導波路、３０５は光増幅器、３０６は第２の光合流回路、３０７は出力導波路、３０８ａ、３０８ｂは位相調整領域をそれぞれ示している。

ＤＦＢレーザ３０１ａ〜３０１ｊには、第１の接続導波路３０２ａ〜３０２ｊが各々接続され、第１の接続導波路３０２ａ〜３０２ｊは、第１の光合流回路３０３に接続されている。そして、第１の光合流回路３０３の出力側に、少なくとも２つの第２の接続導波路３０４ａ、３０４ｂが接続されており、第２の接続導波路３０４ａ、３０４ｂは、位相調整領域３０８ａ、３０８ｂを介して、第２の光合流回路３０６に接続されており、この第２の光合流回路３０６の出力側に１つの出力導波路３０７が接続されている。第１の光合流回路３０３は、ＤＦＢレーザ３０１ａ〜３０１ｊから発振されて第１の接続導波路３０２ａ〜３０２ｊを伝搬した光（レーザ光）を合流させる機能を持ち、又、第２の光合流回路３０６は、第２の接続導波路３０４ａ、３０４ｂを伝搬した光同士を互いに合流させる機能を持ち、第２の光合流回路３０６で合流させた光が出力導波路３０７から出力されることになる。

本参考例の波長可変レーザにおける動作は以下の通りである。１０個のＤＦＢレーザ３０１ａ〜３０１ｊは３０ミクロン間隔で並べられており、それぞれのＤＦＢレーザは個別に電極を有し、それぞれ独立に動作する。各ＤＦＢレーザはそれぞれ活性層上に回折格子を有し、この回折格子のピッチをＤＦＢレーザ毎に異なる値に設定することによって、それぞれ異なった波長で発振するように設定されている。

本参考例の波長可変レーザにおいても、従来例と同様に、１０個のＤＦＢレーザ３０１ａ〜３０１ｊのうちから１つを選択することと素子温度の制御とを組み合わせることによって、３０ｎｍ以上の広い波長範囲をカバーすることができる。

そして、ＤＦＢレーザ３０１ａ〜３０１ｊのいずれかからの出力光は、Ｓ字型の第１の接続導波路３０２ａ〜３０２ｊを通して、第１の光合流回路３０３に入射する。第１の光合流回路３０３では、入力光ポート数１０に対して出力ポート数は２つであるため、第２の接続導波路３０４ａ、３０４ｂには、第１の光合流回路３０３への入力光強度の１０分の１ずつの強度の光がそれぞれ出力される。

第２の接続導波路３０４ａ及び３０４ｂに入射した光は、位相調整領域３０８ａ及び３０８ｂにおいて相対的な位相が調整され、第２の光合流回路３０６に入射する。第２の光合流回路３０６では入力光ポート数２に対して出力ポート数も２つある２×２タイプを採用し、２つの出力ポートのうちの一方に出力導波路３０７を接続した。このとき、第２の光合流回路３０６に入射する２つの光の相対的な位相は、位相調整領域３０８ａ及び３０８ｂにて調整することにより、第２の光合流回路３０６の出力側において互いに強めあうようにして、出力導波路３０７に出力している。その結果、出力導波路３０７には、第２の接続導波路３０４ａ及び３０４ｂに入射した光が損失無く足し合わされて出力されるため、図１に示した従来例における出力導波路１０４と比較して、２倍の光出力が出力導波路３０７に出力される。

従来例の構成では、光合流回路１０３において１／１０の光のみが出力導波路１０４に結合し、残りの９／１０の光は損失となって放射され、更には、迷光となってモジュール特性を劣化させていた。これに対して、本参考例では、第１の光合流回路３０３に入射するレーザ発振光のうち２／１０の光を出力導波路３０７から取り出すことが可能な上、損失となって放射される光も８／１０となり、迷光も従来例に比べて減少させることが可能である。これにより、第１の光合流回路３０３による光損失を低減し、高出力動作を可能とすると共に、迷光を抑圧し、高ＳＮ比な波長可変光源を実現することが可能となる。

出力導波路３０７には、更に光増幅器３０５を接続することが可能である。これにより第１の光合流回路３０３で放射されて生じた損失を補償することが可能となる。本参考例では従来例の光増幅器１０５に比べ、２倍の強度の光が光増幅器３０５に入射するため、従来例と同じ光出力を得るために必要な光増幅器３０５の利得は半分で済み、注入電流を減らすことが可能となり、光増幅器３０５の消費電力の低減、小型化が可能となる。又、光増幅器３０５に対して従来例と同等な電流注入を行った場合、従来例と比べて出力光強度が増大することは言うまでもない。

本参考例では、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、ＤＦＢ型のレーザキャビティを用いた場合について説明したが、単一モードレーザ発振が可能であれば、ＤＦＢ型に限定する必要はなく、ＤＢＲ型や分布活性型（ＴＤＡ−ＤＦＢ−ＬＤ；非特許文献２及び特許文献１参照）等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。

又、本参考例で用いる第１の光合流回路３０３としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流／分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。第２の光合流回路３０６としても、特にその構成を限定する必要はなく、ＭＭＩカプラ、方向性結合器等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。

又、本参考例では、第２の接続導波路３０４ａ及び３０４ｂに位相調整領域３０８ａ及び３０８ｂを設けた構成について説明したが、上述したように、第２の接続導波路３０４ａ及び３０４ｂから第２の光合流回路３０６に入射する２つの光の相対的な位相が、第２の光合流回路３０６の出力側において互いに強めあって、出力導波路３０７に出力されるような関係になっていれば、必ずしも、位相調整領域３０８ａ及び３０８ｂを設ける必要は無い。例えば、第２の接続導波路３０４ａ及び３０４ｂから第２の光合流回路３０６に入射する２つの光の相対的な位相が、第２の光合流回路３０６の出力側において互いに強めあうような関係となるように、第２の接続導波路３０４ａ及び３０４ｂの相対的な長さが構成されていれば、位相調整領域を設けなくとも、同様な効果を得ることができる。

又、第２の接続導波路が２つの場合はどちらか片方、３つ以上の複数の場合は１つを除いて残り全てに、位相調整領域を設けるという非対称な構成も、以下の条件下では使用可能である。通常、位相調整領域のような能動的な機能を持った領域を設ける場合は、屈折率等を考慮した実効的な光路長や光強度を極力そろえやすいように全ての導波路に組み込み、そのうち機能させるのに必要な領域にのみ電界や熱等の制御手段を与えるという、構造的に対称にすることが多い。しかしながら、非対称に構成した場合でも、例えば、実効的な光路長の差によって生じる位相差が無視できるぐらい小さいとか、１周期分を超えた位相差を生じてしまっても位相調整領域が設けられた導波路側で十分調整可能であるならば、本参考例では非対称な構成も使用可能である。

但し、第２の接続導波路３０４ａ及び３０４ｂに位相調整領域３０８ａ及び３０８ｂを対称に設ける場合は、第２の接続導波路３０４ａ及び３０４ｂの長さに対する作製トレランスを増大する効果が期待できる。位相調整領域３０８ａ及び３０８ｂの位相調整手段としては、電流注入、ヒーターによる局部的な温度調整、電界印加、光照射等のいずれかの手段を用いることが可能である。

なお、本参考例において用いるレーザの構造及び材質に関しては、特に制約を設ける必要はなく、通常用いられる全ての構造の活性層について、本参考例の構成をとることにより、上述したような効果を得ることができる。即ち、活性層に関しては、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ等の任意の材質について適用が可能であり、活性層構造に関しても、バルク、ＭＱＷ、量子細線、量子ドットを問わず、又、活性層領域の導波路構造に関しても、ｐｎ埋め込み、リッジ構造、Ｆｅ若しくはＲｕをドープした半絶縁埋め込み構造、ハイメサ構造等を用いた場合でも、同様な効果を得ることができる。

基板に関しても、ｎ型基板に限定されるものではなく、ｐ型、半絶縁型等でも同様な効果が得られることは言うまでもない。又、接続導波路、光合流回路等の導波路構造に関しても、何ら制約を設けるものではなく、どのような導波路構造を用いた場合においても、上述したような効果を得ることができる。即ち、リッジ型、埋込型、ハイメサ型等を含め全ての導波路構造を用いた場合に対しても、本参考例のような配置を用いれば同様な効果を得ることができる。

（参考例２）
図４は、本参考例の波長可変レーザを示す図であって、図３に示した参考例１において、第２の光合流回路として２入力１出力の光合流回路を用いた場合を示している。図中４０１ａ〜４０１ｊはＤＦＢレーザ、４０２ａ〜４０２ｊは第１の接続導波路、４０３は第１の光合流回路、４０４ａ、４０４ｂは第２の接続導波路、４０５は光増幅器、４０６は第２の光合流回路、４０７は出力導波路、４０８ａ、４０８ｂは位相調整領域をそれぞれ示している。

本参考例は、参考例１における３０１〜３０８を４０１〜４０８と読み替えることによって、その動作を説明することができ、参考例１と全く同様の動作をしている。

本参考例でも、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、ＤＦＢ型のレーザキャビティを用いているが、単一モードレーザ発振が可能であれば、ＤＦＢ型に限定する必要はなく、ＤＢＲ型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。

又、本参考例で用いる第１の光合流回路４０３としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流／分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。本参考例で用いた第２の光合流回路４０６としても、特にその構成を限定する必要はなく、ＭＭＩカプラ、方向性結合器、Ｙ字型合分器回路等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。

（実施例１）
図５は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとしてＤＦＢレーザを用い、これを複数整列したＤＦＢアレイを用いた波長可変レーザの構造を示している。図中５０１ａ〜５０１ｊはＤＦＢレーザ、５０２ａ〜５０２ｊは第１の接続導波路、５０３は第１の光合流回路、５０４ａ、５０４ｂは第２の接続導波路、５０５ａ、５０５ｂは光増幅器、５０６は第２の光合流回路、５０７は出力導波路、５０８ａ、５０８ｂは位相調整領域をそれぞれ示している。

本実施例においても、参考例１における３０１〜３０８を５０１〜５０８と読み替えることによって、参考例１と同様に、その動作を理解することができる。即ち、１０個のＤＦＢレーザ５０１ａ〜５０１ｊは個別に電極を有し、それぞれ独立に動作する。各ＤＦＢレーザはそれぞれ活性層上に回折格子を有し、この回折格子のピッチをＤＦＢレーザ毎に異なる値に設定することによって、それぞれ異なった波長で発振するように設定されている。

本実施例の波長可変レーザにおいても、参考例１と同様に、１０個のＤＦＢレーザ５０１ａ〜５０１ｊのうちから１つを選択することと素子温度の制御とを組み合わせることによって、３０ｎｍ以上の広い波長範囲をカバーすることができる。

そして、ＤＦＢレーザ５０１ａ〜５０１ｊのいずれかからの出力光は、Ｓ字型の第１の接続導波路５０２ａ〜５０２ｊを通して、第１の光合流回路５０３に入射する。第１の光合流回路５０３では、入力光ポート数１０に対して出力ポート数は２つであるため、第２の接続導波路５０４ａ、５０４ｂには、第１の光合流回路５０３への入力光強度の１０分の１ずつの強度の光がそれぞれ出力される。

第２の接続導波路５０４ａ及び５０４ｂに入射した光は、位相調整領域５０８ａ及び５０８ｂにおいて相対的な位相が調整され、第２の光合流回路５０６に入射する。第２の光合流回路５０６では入力光ポート数２に対して出力ポート数も２つある２×２タイプを採用し、２つの出力ポートのうちの一方に出力導波路５０７を接続した。このとき、第２の光合流回路５０６に入射する２つの光の相対的な位相は、位相調整領域５０８ａ及び５０８ｂにて調整することにより、第２の光合流回路５０６の出力側において互いに強めあうようにして、出力導波路５０７に出力している。

本実施例では、更に、第２の接続導波路５０４ａ及び５０４ｂに、位相調整領域５０８ａ及び５０８ｂに従属接続する形で光増幅器５０５ａ及び５０５ｂがそれぞれ接続されているため、第２の接続導波路５０４ａ及び５０４ｂに入射した光は、それぞれ強度Ｇ₁倍に増幅された上で強度を揃えて、又、位相調整領域５０８ａ及び５０８ｂにより位相も調整されて、第２の光合流回路５０６に入射する。その結果、出力導波路５０７には、接続導波路５０４ａ及び５０４ｂに入射した光が増幅された状態でかつ損失無く足し合わされて出力される。

このように、図３に示した参考例１と本実施例では光増幅器３０５と５０５ａ、５０５ｂの位置が異なるだけで、同等な動作原理により動作する。

ここで、本実施例と参考例１の動作上の違いについて説明する。図６は、光増幅器の入力光強度Ｐ_inと出力光強度Ｐ_outの関係を説明する図であって、図中実線は半導体光増幅素子３０５又は５０５ａ、５０５ｂの入出力特性を、波線は入力光強度が小さいときの入出力光強度の比、即ち、非飽和状態での線形利得Ｇ₀を外挿した直線（Ｐ_out＝Ｇ₀・Ｐ_in）を示している。

図６は、入力光強度が弱い場合、入力光はＧ₀倍に増幅されて出力されるものの、入力光強度が増大した場合には利得が飽和して、Ｇ₀倍から低下するということを示している。いま、本実施例において、第１の光合流回路５０３から、第２の接続導波路５０４ａ及び５０４ｂに入射する光強度をＰ_in1とすると、Ｐ_in1の強度の光は位相調整領域５０８ａ又は５０８ｂを通過して光増幅器５０５ａ又は５０５ｂに入射する。図６に示したように、光増幅器５０５ａ及び５０５ｂの入力光強度Ｐ_inと出力光強度Ｐ_outの関係により、入力光強度がＰ_in1のときの利得はＧ₀で、光増幅器５０５ａ及び５０５ｂの出力はそれぞれＰ_out1＝Ｇ₀・Ｐ_in1となる。光増幅器５０５ａ及び５０５ｂの出力は、第２の光合流回路５０６に入射する。出力導波路５０７には、前述のように、光増幅器５０５ａ及び５０５ｂの出力が損失無く足し合わされて出力されるため、出力導波路５０７の出力光強度Ｐ_outはＰ_out＝２Ｐ_out1＝２Ｇ₀・Ｐ_in1となる。

一方、図３に示した参考例１について考えると、第１の光合流回路３０３から、第２の接続導波路３０４ａ及び３０４ｂに入射する光強度は、図５に示した本実施例と同等であるのでＰ_in1となる。Ｐ_in1の強度の光は位相調整領域３０８ａ又は３０８ｂを通過して第２の光合流回路３０６に入射する。出力導波路３０７には、前述のように、位相調整領域３０８ａ及び３０８ｂの出力が損失無く足し合わされて出力されるため、出力導波路３０７の出力光強度Ｐ₃₀₇は、Ｐ₃₀₇＝２Ｐ_in1となる。光増幅器３０５には、このＰ₃₀₇＝２Ｐ_in1の光が入力光として入射するため、図６に示した光増幅器３０５の入力光強度Ｐ_inと出力光強度Ｐ_outの関係において、入力光強度Ｐ_in＝２Ｐ_in1＝Ｐ_in2における増幅率より、光増幅器３０５の出力光強度Ｐ_outはＰ_out＝Ｐ_out2＜２Ｇ₀・Ｐ_in1となる。これは光増幅器の入力光強度が２倍になったために、光増幅器の利得が飽和して出力光強度が２倍よりも小さくなってしまったことを示している。

このように、光増幅器５０５ａ、５０５ｂを、第１の光合流回路５０３と第２の光合流回路５０６の間に配置することで、光増幅器５０５ａ、５０５ｂへの入力光強度が利得飽和を生じさせるほど強くなった場合でも、光増幅器を第２の光合流回路の出力側に配置した場合に比べ、大きな出力を得ることが可能となる。

本実施例では、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、ＤＦＢ型のレーザキャビティを用いた場合について説明したが、単一モードレーザ発振が可能であれば、ＤＦＢ型に限定する必要はなく、ＤＢＲ型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。

又、本実施例で用いる第１の光合流回路５０３としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流／分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。第２の光合流回路５０６としても、特にその構成を限定する必要はなく、ＭＭＩカプラ、方向性結合器等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。位相調整領域５０８ａ及び５０８ｂの位相調整手段としては、電流注入、ヒーターによる局部的な温度調整、電界印加、光照射等のいずれかの手段を用いることが可能である。

（実施例２）
図７は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、図５に示した実施例１において、第２の光合流回路として２入力１出力の光合流回路を用いた場合を示している。図中７０１ａ〜７０１ｊはＤＦＢレーザ、７０２ａ〜７０２ｊは第１の接続導波路、７０３は第１の光合流回路、７０４ａ、７０４ｂは第２の接続導波路、７０５ａ、７０５ｂは光増幅器、７０６は第２の光合流回路、７０７は出力導波路、７０８ａ、７０８ｂは位相調整領域をそれぞれ示している。

本実施例は、実施例１における５０１〜５０８を７０１〜７０８と読み替えることによって、その動作を説明することができ、実施例１と全く同様の動作をしている。

本実施例でも、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、ＤＦＢ型のレーザキャビティを用いているが、単一モードレーザ発振が可能であれば、ＤＦＢ型に限定する必要はなく、ＤＢＲ型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。

又、本実施例で用いる第１の光合流回路７０３としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流／分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。本実施例で用いた第２の光合流回路７０６としても、特にその構成を限定する必要はなく、ＭＭＩカプラ、方向性結合器、Ｙ字型合分器回路等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。

（実施例３）
図８は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、図４に示した参考例２の構造の出力部において、光増幅器の出力側に光変調器を配置した場合を示している。図中８０１ａ〜８０１ｊはＤＦＢレーザ、８０２ａ〜８０２ｊは第１の接続導波路、８０３は第１の光合流回路、８０４ａ、８０４ｂは第２の接続導波路、８０５は光増幅器、８０６は第２の光合流回路、８０７は出力導波路、８０８ａ、８０８ｂは位相調整領域、８０９は光変調器をそれぞれ示している。

本実施例は、参考例２における４０１〜４０８を８０１〜８０８と読み替えることによって、その動作を説明することができ、光変調器８０９までは、参考例２と全く同様の動作をしている。本実施例は、図４に示した参考例２の構成に光変調器８０９を接続したもの、つまり、光変調器８０９を付加したものであり、変調器付き波長可変光源の構造を示している。

本実施例で用いる光変調器８０９としては、その変調方式に制約を設ける必要はなく、強度変調や位相変調若しくは強度変調と位相変調を組み合わせた変調方式等を適用可能であり、又、変調器の構造に関しても、電界吸収（ＥＡ）型光変調器、マッハツェンダ型変調器等を問わず、任意の光変調器を使用可能である。

本実施例でも、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、ＤＦＢ型のレーザキャビティを用いているが、参考例２同様に、単一モードレーザ発振が可能であれば、ＤＦＢ型に限定する必要はなく、ＤＢＲ型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。

又、本実施例で用いる第１の光合流回路８０３としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流／分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。本実施例で用いた第２の光合流回路８０６としても、特にその構成を限定する必要はなく、ＭＭＩカプラ、方向性結合器、Ｙ字型合分器回路等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。

本実施例では、光増幅器８０５の出力側に光変調器８０９を配置したが、光変調器８０９は光増幅器８０５の入力側に配置することも可能である。しかしながら、変調された光信号が光増幅素子に入射した場合は、利得飽和によるパターン効果の影響を受けやすいため、注意が必要である。本実施例のように、光増幅器８０５の出力側に光変調器８０９を配置した場合は、光増幅器８０５に入射する光は、強度変調されていない一定強度の光となるため、仮に光増幅器８０５の利得が飽和しても、パターン効果が生じないと言う利点がある。

又、本実施例では、光増幅器８０５に光変調器８０９を接続する構成について説明してきたが、光増幅器８０５を配置せずに、第２の光合流回路８０６の出力側に光変調器８０９のみ配置する構成においても、同様な効果を得ることができる。

又、本実施例では、図４に示した参考例２の構造に光変調器を接続した構成について説明したが、上記参考例１、参考例２、実施例１、実施例２のいずれの場合に対しても、本実施例同様に、光変調器を接続可能であることは自明であり、又、光増幅器の有無、更に、光増幅器と光変調器の位置関係についても、上述した様々な構成例がそのまま適用できる。

（実施例４）
図９は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、図７に示した実施例２の構造の第２の接続導波路において、光増幅器の出力側に光位相変調器を配置した場合を示している。図中９０１ａ〜９０１ｊはＤＦＢレーザ、９０２ａ〜９０２ｊは第１の接続導波路、９０３は第１の光合流回路、９０４ａ、９０４ｂは第２の接続導波路、９０５ａ、９０５ｂは光増幅器、９０６は第２の光合流回路、９０７は出力導波路、９０８ａ、９０８ｂは位相調整領域、９０９ａ、９０９ｂは光位相変調器をそれぞれ示している。

本実施例は、実施例２における７０１〜７０８を９０１〜９０８と読み替えることによって、その動作を説明することができ、実施例２と全く同様の動作をしている。本実施例は、図７に示した実施例２の構成に光位相変調器９０９ａ、９０９ｂを接続したものであり、変調器付き波長可変光源の構造を示している。

本実施例における変調の原理は以下の通りである。いま、第２の光合流回路９０６に入射する２つの光の相対的な位相が、第２の光合流回路９０６の出力側において互いに強めあって、出力導波路９０７に出力されるように、第２の接続導波路９０４ａ及び９０４ｂにおける位相調整領域９０８ａ及び９０８ｂが設定されているとする。光位相変調器９０９ａ又は９０９ｂにおいて、信号光の位相をπ変化させてやると、いままで出力導波路９０７に出力されていた信号光が、第２の光合流回路９０６の出力側で互いに打ち消しあい、出力導波路９０７に出力されなくなる。従って、光位相変調器９０９ａ又は９０９ｂにおいて、信号光の位相を０、π、０、πと変化させると、信号光強度が変調されることになる。

光位相変調器の変調の仕方は、光位相変調器９０９ａ又は９０９ｂの一方で、信号光の位相をπ変化させることにより、強度変調信号が生成されるほか、一方を＋π／２、他方を−π／２変化させるプッシュプル駆動を行うことによっても、強度変調信号の生成が可能であり、又、一方で＋π／ｍ、他方で−（ｍ−１）π／ｍだけ変化させることによっても、強度変調信号の生成が可能である。即ち、一方でＭ１、他方で−Ｍ２だけ変化させる場合、位相差［Ｍ１−Ｍ２］＝±πの関係が成り立てば、強度変調信号が生成される。光位相変調器９０９ａと９０９ｂの変調の比率と生成される信号の特性は、通常のマッハツェンダ変調器と同様であり、変調の比率によりチャープの制御が可能である。

更に、光位相変調器９０９ａと９０９ｂの一方を＋π、他方を−π変化させた場合は、チャープレスな位相変調信号の出力も可能である。そこまでの機能が必要ない場合は、参考例１において位相調整領域の構成について述べた理由と同じ理由から、光位相変調器を全ての第２の接続導波路に設けなくても良い。例えば、本実施例では、２つの第２の接続導波路９０４ａ、９０４ｂのうち片側にだけ光位相変調器を設け、光位相変調器を設けた側の第２の接続導波路を通る信号光の位相を０、π、若しくは０、−π分変化させても、強度変調信号の生成が可能である。

本実施例でも、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、ＤＦＢ型のレーザキャビティを用いているが、実施例２同様に、単一モードレーザ発振が可能であれば、ＤＦＢ型に限定する必要はなく、ＤＢＲ型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。

又、本実施例で用いる第１の光合流回路９０３としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流／分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。本実施例で用いた第２の光合流回路９０６としても、特にその構成を限定する必要はなく、ＭＭＩカプラ、方向性結合器、Ｙ字型合分器回路等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。

本実施例では、第２の接続導波路９０４ａ、９０４ｂにおいて、光増幅器９０５ａ、９０５ｂの出力側に光位相変調器９０９ａ、９０９ｂを配置したが、光位相変調器９０９ａ、９０９ｂは光増幅器９０５ａ、９０５ｂの入力側に配置することも可能である。しかも、本実施例の構成では、光位相変調器９０９ａ、９０９ｂの出力は強度変調を伴わないので、光位相変調器９０９ａ、９０９ｂを光増幅器９０５ａ、９０５ｂの入力側に配置した場合においても、光増幅器９０５ａ、９０５ｂに入射する光は強度変調されていない一定強度の光となるため、仮に光増幅器９０５ａ、９０５ｂの利得が飽和しても、パターン効果が生じる心配はない。

又、本実施例では、第２の接続導波路９０４ａ、９０４ｂにおいて、位相調整領域９０８ａ、９０８ｂの出力側に光位相変調器９０９ａ、９０９ｂを配置したが、第２の接続導波路９０４ａ、９０４ｂ上であれば、光位相変調器９０９ａ、９０９ｂの位置はどこであっても構わない。

本実施例では、図７に示した実施例２の構造に光位相変調器を接続した構成について説明したが、参考例１、参考例２、実施例１〜実施例３のいずれの場合に対しても、本実施例同様に、光位相変調器を接続可能であることは言うまでもない。

なお、本実施例では、位相調整領域９０８ａ、９０８ｂと光位相変調器９０９ａ、９０９ｂをそれぞれ第２の接続導波路９０４ａ、９０４ｂに接続した場合について説明した。位相を調整（変調）するという動作自体は、位相調整領域９０８ａ、９０８ｂと光位相変調器９０９ａ、９０９ｂとで同じである。しかしながら、位相調整領域９０８ａ、９０８ｂにおいては、第２の光合流回路９０６からの出力が最大になるように一度キャリブレーションし、その後は、温度変化等の外乱に対応して微調整を行えればよく、安定性が重視される。これに対し、光位相変調器９０９ａ９０９ｂにおいては、高速な変調信号に対応するために動作速度が重視される。そのため、通常は、位相調整領域９０８ａ、９０８ｂと光位相変調器９０９ａ、９０９ｂとを分けて、各々それぞれの目的に応じて最適化を行うことが望ましい。

一方、構成や要求される動作速度によっては、位相調整領域９０８ａ、９０８ｂと光位相変調器９０９ａ、９０９ｂを兼用させることも可能である。この場合は、例えば、図７の位相調整領域７０８ａ、７０８ｂを位相調整領域９０８ａ、９０８ｂ及び光位相変調器９０９ａ、９０９ｂと読みかえ、光位相変調器９０９ａ、９０９ｂのバイアスを位相調整用に設定し、そこから、強度変調又は位相変調に必要な位相変動量分だけ位相を変調するような駆動条件を採用すればよい。

（実施例５）
図１０は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、図８に示した実施例３の構造において、第２の接続導波路の本数が４本の場合を示している。図中１００１ａ〜１００１ｊはＤＦＢレーザ、１００２ａ〜１００２ｊは第１の接続導波路、１００３は第１の光合流回路、１００４ａ〜１００４ｄは第２の接続導波路、１００５は光増幅器、１００６は第２の光合流回路、１００７は出力導波路、１００８ａ〜１００８ｄは位相調整領域、１００９は光変調器をそれぞれ示している。

本実施例は、実施例３における８０１〜８０９を１００１〜１００９と読み替えることによって、その動作を説明することができ、実施例３と全く同様の動作をしている。

実施例３においては、第２の接続導波路は８０４ａ、８０４ｂの２本であり、第２の光合流回路８０６に入射する２つの光の相対的な位相を、位相調整領域８０８ａ及び８０８ｂにて調整することにより、第２の光合流回路８０６の出力側において互いに強めあうようにして、出力導波路８０７に出力している。

一方、本実施例では、第２の接続導波路が１００４ａ〜１００４ｄの４本であるが、第２の接続導波路が４本の場合でも、それぞれの導波路から第２の光合流回路１００６に入射する４つの光の相対的な位相を、位相調整領域１００８ａ〜１００８ｄにて調整することにより、第２の光合流回路１００６の出力側において互いに強めあうようにして、出力導波路１００７に出力している。

その結果、出力導波路１００７には、接続導波路１００４ａ〜１００４ｄに入射した光が損失無く足し合わされて出力されるため、第１の光合流回路１００３に入射するレーザ発振光のうち４／１０の光を出力導波路１００７から取り出すことが可能な上、損失となって放射される光も６／１０となり、図８に示した実施例３に比べて２倍の強度の光が出力導波路１００７に取り出せることができ、かつ、放射による迷光も抑圧することが可能である。

このように、本発明の構成では、第２の接続導波路の本数は２本以上であれば、何本であっても同様な効果を得ることができ、本数を増加させるほど素子出力が増大し、放射による迷光も抑圧することができる。

本実施例で用いる光変調器１００９としては、その変調方式に制約を設ける必要はなく、強度変調や位相変調若しくは強度変調と位相変調を組み合わせた変調方式等必要可能であり、又、変調器の構造に関しても、電界吸収（ＥＡ）型変調器、マッハツェンダ型変調器等を問わず、任意の変調器を使用可能である。

本実施例でも、単一モードレーザ発振可能な導波路型レーザキャビティとして、ＤＦＢ型のレーザキャビティを用いているが、他の実施例と同様に、単一モードレーザ発振が可能であればＤＦＢ型に限定する必要はなく、ＤＢＲ型や分布活性型等を用いた場合においても、同様な効果を得ることができる。

又、本実施例で用いる第１の光合流回路１００３としては、特にその構成を限定する必要はなく、水平方向に光閉じ込めが存在しない、所謂、スラブ構造を用いたスターカプラやファネル型カプラ、多モード導波路の干渉効果を用いたＭＭＩカプラ等、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有する光合流／分岐回路であれば、どのような構成のものを用いても同様な効果を得ることができる。本実施例で用いた第２の光合流回路１００６としても、特にその構成を限定する必要はなく、ＭＭＩカプラ、方向性結合器、Ｙ字型合分器回路等、どれを用いた場合でも同様な効果を得ることができる。

本実施例では、光増幅器１００５の出力側に光変調器１００９を配置したが、光変調器１００９は光増幅器１００５の入力側に配置することも可能である。しかしながら、変調された光信号が光増幅素子に入射した場合は、利得飽和によるパターン効果の影響を受けやすいため、注意が必要である。本実施例のように、光増幅器１００５の出力側に光変調器１００９を配置した場合は、光増幅器１００５に入射する光は、強度変調されていない一定強度の光となるため、仮に光増幅器１００５の利得が飽和しても、パターン効果が生じないと言う利点がある。

又、本実施例では、光増幅器１００５に光変調器１００９を接続する構成について説明してきたが、光増幅器１００５を配置せずに、第２の光合流回路１００６の出力側に光変調器１００９のみ配置する構成においても、同様な効果を得ることができる。

又、本実施例では、図８に示した実施例３の構造において第２の接続導波路の本数を増やした構成について説明したが、上記参考例１、参考例２、実施例１〜実施例３のいずれの場合に対しても、本実施例同様に、第２の接続導波路の本数を増やすことが可能であり、これにより、同様な効果を得ることができる。

（実施例６）
図１１は、本実施例の波長可変レーザを示す図であって、導波路型レーザキャビティの断面構造を示している。図中１１０１はｎ−ＩｎＰ基板、１１０２はＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ活性層、１１０３ａ、１１０３ｂはＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層、１１０４はｐ−ＩｎＰクラッド、１１０５はｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、１１０６ａ、１１０６ｂはＲｕドープＩｎＰ埋込層、１１０７はｐ側電極、１１０８はｎ側電極をそれぞれ示している。

本実施例においては、導波路型レーザキャビティのストライプ構造に埋込み型構造を用いていること、埋込み層１１０６ａ、１１０６ｂにルテニウム（Ｒｕ）ドープ半絶縁性結晶を用いていることを特徴とする。これら以外の活性層等の積層構造は、前述の実施例と同様である。なお、導波路型レーザキャビティに限らず、導波路型の光変調器をストライプ構造とし、このストライプ構造をルテニウム（Ｒｕ）ドープ半絶縁性結晶で埋め込む埋込み型構造としてもよい。

本実施例のレーザ構造は以下のように作製される。前述の活性層等の積層構造を、ストライプ加工された酸化シリコンをマスクとして、メタンガスを用いたドライエッチング等により［０１１］方向にメサストライプ形状に加工する。次に、通常の有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）により、メサストライプ両側にルテニウムをドーピングした半絶縁性ＩｎＰ結晶を埋め込み成長をする。以降の電極形成の工程等は、通常の半導体レーザプロセスと同様である。

ルテニウムドープ半絶縁性結晶を埋込み層１１０６ａ、１１０６ｂに用いることにより、ｐ型半導体のドーパントであるＺｎとＲｕの相互拡散が無く、高抵抗埋込が可能になり、素子容量を増加させることなく、又、活性層の性能劣化を生じることなく、素子の埋込が可能となった。本実施例のレーザは１０ＧＨｚを超える直接変調特性を示した。

（実施例７）
図１２に、上記参考例１、参考例２、実施例１〜実施例６の半導体レーザを用いた本実施例の光モジュールの構成を示す。図中１２０１は半導体レーザ、１２０２はペルチェ素子、１２０３はレンズ、１２０４はアイソレータ、１２０５は波長ロッカ、１２０６はレンズ、１２０７はファイバ、１２０８は金属筐体、１２０９はレンズホルダ、１２１０はサブマウント、１２１１はペルチェ素子をそれぞれ示している。

本実施例による光モジュールは、サブマウント１２１０上に搭載された光半導体素子として、上記参考例１、参考例２、実施例１〜実施例６のいずれかに記載の半導体レーザ１２０１を備え、又、半導体レーザ１２０１から出射された光が光ファイバ１２０７へ低損失に結合するよう位置調整された、第１のレンズ１２０３、第２のレンズ１２０６を備えている。第１のレンズ１２０３は、金属筐体１２０８に収められている。第１のレンズ１２０３と第２のレンズ１２０６の間には、半導体レーザ１２０１への反射光の入射を防止するためのアイソレータ１２０４が備えられている。

サブマウント１２１０は、温度制御用のペルチェ素子１２０２上に搭載されている。ペルチェ素子１２０２は、外部から電気配線を介して温度制御される。このペルチェ素子１２０２の温度変動に伴う半導体レーザ１２０１の温度変化により、半導体レーザ１２０１の発振波長を変化させることが可能である。

半導体レーザ１２０１から出力される光の波長及びパワーを制御するために、波長ロッカ１２０５を備える。波長ロッカ１２０５はペルチェ素子１２１１上に搭載される。波長ロッカ１２０５においては、入射光の一部を半透明ミラーにより反射させ、第１のフォトダイオード（パワーモニタ）に入射させ、波長フィルタを介して、他の一部を第２のフォトダイオードに入射させる。

又、上記の半透明ミラーにより反射しなかった光は、透過光としてレンズ１２０６により光ファイバ１２０７に集光される。各々のフォトダイオードに受光された光は電気に変換され、光モジュールの外部の制御装置に入力される。制御装置は、第１及び第２のフォトダイオードからの入力電流に応じて、半導体レーザ１２０１に入力する電流（動作電流）を制御して、各波長の光出力を安定にする。又、この制御装置は、ペルチェ素子１２０２への入力電流を制御して、半導体レーザ１２０１の発振波長を変化又は安定化させる。

第１のレンズ１２０３は半導体レーザ１２０１が出射した光を平行光線に変換する。このレンズ１２０３は位置調整された後、レンズホルダ１２０９を介してサブマウント１２１０上に固定される。第１のレンズ１２０３によって平行光線となり、アイソレータ１２０４、波長ロッカ１２０５を介して第２のレンズ１２０６によって集光された光が光ファイバ１２０７に接続される。

本実施例の光モジュールを動作させた結果、５０ＧＨｚ間隔で９７チャンネル、Ｃバンド（１．５３０μｍ〜１．５６０μｍ）の全波長において、波長精度±１ＧＨｚ以下の安定度で、ＣＷパワー＋７ｄＢｍ以上が得られた。

本発明は、波長多重光ネットワークに用いられる、波長可変幅の大きい波長可変レーザに好適なものである。

１０１ａ〜ｊ・・・ＤＦＢレーザ
１０２ａ〜ｊ・・・Ｓ字型接続導波路
１０３・・・光合流回路
１０４・・・出力導波路
１０５・・・光増幅器
３０１ａ〜ｊ・・・ＤＦＢレーザ
３０２ａ〜ｊ・・・Ｓ字型接続導波路
３０３・・・光合流回路
３０４ａ、ｂ・・・接続導波路
３０５・・・光増幅器
３０６・・・光合流回路
３０７・・・出力導波路
３０８ａ、ｂ・・・位相調整領域
４０１ａ〜ｊ・・・ＤＦＢレーザ
４０２ａ〜ｊ・・・Ｓ字型接続導波路
４０３・・・光合流回路
４０４ａ、ｂ・・・接続導波路
４０５・・・光増幅器
４０６・・・光合流回路
４０７・・・出力導波路
４０８ａ、ｂ・・・位相調整領域
５０１ａ〜ｊ・・・ＤＦＢレーザ
５０２ａ〜ｊ・・・Ｓ字型接続導波路
５０３・・・光合流回路
５０４ａ、ｂ・・・接続導波路
５０５ａ、ｂ・・・光増幅器
５０６・・・光合流回路
５０７・・・出力導波路
５０８ａ、ｂ・・・位相調整領域
７０１ａ〜ｊ・・・ＤＦＢレーザ
７０２ａ〜ｊ・・・Ｓ字型接続導波路
７０３・・・光合流回路
７０４ａ、ｂ・・・接続導波路
７０５ａ、ｂ・・・光増幅器
７０６・・・光合流回路
７０７・・・出力導波路
７０８ａ、ｂ・・・位相調整領域
８０１ａ〜ｊ・・・ＤＦＢレーザ
８０２ａ〜ｊ・・・Ｓ字型接続導波路
８０３・・・光合流回路
８０４ａ、ｂ・・・接続導波路
８０５ａ・・・光増幅器
８０６・・・光合流回路
８０７・・・出力導波路
８０８ａ、ｂ・・・位相調整領域
８０９・・・変調器
９０１ａ〜ｊ・・・ＤＦＢレーザ
９０２ａ〜ｊ・・・Ｓ字型接続導波路
９０３・・・光合流回路
９０４ａ、ｂ・・・接続導波路
９０５ａ、ｂ・・・光増幅器
９０６・・・光合流回路
９０７・・・出力導波路
９０８ａ、ｂ・・・位相調整領域
９０９ａ、ｂ・・・光位相変調器
１００１ａ〜ｊ・・・ＤＦＢレーザ
１００２ａ〜ｊ・・・Ｓ字型接続導波路
１００３・・・光合流回路
１００４ａ〜ｄ・・・接続導波路
１００５・・・光増幅器
１００６・・・光合流回路
１００７・・・出力導波路
１００８ａ〜ｄ・・・位相調整領域
１００９・・・変調器
１１０１・・・ｎ−ＩｎＰ基板
１１０２ａ・・・ＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ活性層
１１０３ａ、ｂ・・・ＩｎＧａＡｓＰ−ＳＣＨ層
１１０４・・・ｐ−ＩｎＰクラッド
１１０５・・・ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
１１０６ａ、ｂ・・・ＲｕドープＩｎＰ埋込層
１１０７・・・電極
１１０８・・・電極
１２０１・・・半導体レーザ
１２０２・・・ペルチェ素子
１２０３・・・レンズ
１２０４・・・アイソレータ
１２０５・・・波長ロッカ
１２０６・・・レンズ
１２０７・・・ファイバ
１２０８・・・金属筐体
１２０９・・・レンズホルダ
１２１０・・・サブマウント
１２１１・・・ペルチェ素子

Claims

各々異なる波長で単一モードレーザ発振可能な複数の導波路型レーザキャビティと、
複数の前記導波路型レーザキャビティに各々接続された第１の接続導波路と、
複数の前記第１の接続導波路が接続され、前記導波路型レーザキャビティから発振されて前記第１の接続導波路を伝搬したレーザ光を合流させる第１の光合流回路と、
前記第１の光合流回路の出力側に接続された少なくとも２つの第２の接続導波路と、
前記少なくとも２つの第２の接続導波路が接続され、前記第２の接続導波路を各々伝搬したレーザ光同士を互いに合流させる第２の光合流回路と、
前記第２の光合流回路の出力側に接続され、前記第２の光合流回路で合流させたレーザ光を出力する１つの出力導波路とを有し、
全ての前記第２の接続導波路に、当該第２の接続導波路を伝搬するレーザ光の位相を調整する位相調整領域を各々設け、
全ての前記第２の接続導波路に、前記位相調整領域に従属して、前記第１の光合流回路により合流されたレーザ光を増幅する導波路型光増幅器を各々設け、
所望の前記導波路型レーザキャビティからレーザ光を発振することにより、波長可変光源とすることを特徴とする半導体レーザ。
請求項１に記載の半導体レーザにおいて、
前記第１の光合流回路を多モード干渉型カプラ又はファネル型カプラとしたことを特徴とする半導体レーザ。
請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザにおいて、
前記第２の光合流回路を多モード干渉型カプラ、方向性結合器、Ｙ字型光合流器のいずれかとしたことを特徴とする半導体レーザ。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の半導体レーザにおいて、
前記第２の光合流回路の出力側に、レーザ光の強度又は位相の少なくとも一方を変調する光変調器を設けたことを特徴とする半導体レーザ。
請求項４に記載の半導体レーザにおいて、
前記光変調器を電界吸収型変調器又はマッハツェンダ変調器としたことを特徴とする半導体レーザ。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の半導体レーザにおいて、
全ての前記第２の接続導波路に、又は、１つを除いた残りの前記第２の接続導波路に、前記第２の接続導波路を伝搬するレーザ光同士の位相差を調整して、光強度を変調する光位相変調器を設けたことを特徴とする半導体レーザ。
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の半導体レーザにおいて、
前記導波路型レーザキャビティ又は前記光変調器の少なくとも一方をストライプ構造に加工すると共に、ルテニウムをドーピングした半絶縁性半導体結晶で前記ストライプ構造の両側を埋め込んだことを特徴とする半導体レーザ。
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された光を平行光線にする第１のレンズと、
平行光線とした前記光を集光する第２のレンズと、
第１のレンズと第２のレンズの間に配置され、前記半導体レーザへの前記光の反射を防止するアイソレータとを有し、
集光された前記光を光ファイバに結合させて出力することを特徴とする光モジュール。
請求項８に記載の光モジュールにおいて、
更に、前記半導体レーザから出射される光の波長及びパワーを制御する波長ロッカを有することを特徴とする光モジュール。