JP6225676B2 - 波長可変レーザダイオードアレイ - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ通信システムなどの光源として用いられる波長可変レーザダイオード（Laser Diode）アレイに関する。
波長可変レーザダイオードアレイでは波長の異なる複数のレーザダイオードが並列に配置され、使用者は所望の波長で発振するレーザダイオード１個を選択して発光させる。光は曲がり導波路を伝搬して光合波器に入り、直線導波路を伝搬して光増幅器に入力され、増幅された後、出射される（例えば、非特許文献１参照）。
ＩｎＰの価電子帯間吸収の波長依存性の測定例では、透明導波路の長さが１０００μｍ、波長１５３０ｎｍでの導波路の吸収係数が２０／ｃｍ、１５６０ｎｍで２１／ｃｍとしたとき、導波路を伝搬する吸収量の差は０．４３ｄＢとなる（例えば、非特許文献２参照）。
古河電工技報 第１２１号
IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. QE-19, NO. 6, JUNE 1983 941, "The Effect of Intervalence Band Absorption on the Thermal Behavior of InGaAsP Lasers" CHARLES H. HENRY, RALPH A. LOGAN, SENIOR MEMBERI,E EE, F. RALPH MERRITT, AND J. P. LUONGO
従来の波長可変レーザダイオードアレイでは、レーザダイオードから半導体光増幅器までの透明導波路の光吸収が長波長ほど大きくなるため、長波長側で光出力が小さくなる。このように透明導波路の光吸収は波長に依存するため、波長の違いによる光出力の不均一を生じるという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は波長によらず均一な光出力を得ることができる波長可変レーザダイオードアレイを得るものである。
本発明に係る波長可変レーザダイオードアレイは、並列に配置された波長の異なる複数のレーザダイオードと、前記複数のレーザダイオードの出力光を合波する光合波器と、前記光合波器の出力光を増幅する光増幅器と、前記複数のレーザダイオードの出力光を前記光合波器にそれぞれ導く複数の曲がり透明導波路とを備え、前記複数の曲がり透明導波路の長さは対応する前記レーザダイオードの波長が長いほど短く、前記複数の曲がり透明導波路と前記光合波器の透明導波路が、前記複数のレーザダイオードから前記光増幅器までをそれぞれ接続する複数の透明導波路を構成し、前記複数の透明導波路の長さの平均値をＬａｖｅ、前記複数のレーザダイオードの波長に対する前記複数の透明導波路の吸収係数の平均値をＣａｖｅ、前記複数のレーザダイオードの１つのレーザダイオードの波長に対する前記複数の透明導波路の吸収係数をＣ１、そのレーザダイオードから前記光増幅器までの透明導波路の長さＬ１とＬａｖｅの差をΔＬ１として、ΔＬ１＝Ｌａｖｅ＊（Ｃ１−Ｃａｖｅ）／Ｃａｖｅの関係式を満たすことを特徴とする。
本発明はΔＬ１＝Ｌａｖｅ＊（Ｃ１−Ｃａｖｅ）／Ｃａｖｅの関係式を満たすように複数の曲がり透明導波路の長さを設定することで、波長によらず均一な光出力を得ることができる。
本発明の実施の形態に係る波長可変レーザダイオードアレイについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態に係る波長可変レーザダイオードアレイを示す平面図である。波長の異なる複数のレーザダイオード１，２，３，４が並列に配置されている。これらのレーザダイオード１，２，３，４は、ｎ型ＩｎＰ基板上に形成された埋め込みヘテロ型ＤＦＢ−レーザダイオードである。活性層は波長可変レーザダイオードの波長帯域１５３０〜１５６０ｎｍで利得を有するＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ構造である。回折格子はＥＢ描画法を用いて作製される。各レーザダイオードの回折格子の間隔は割り当てられた波長に応じてそれぞれ異なる。
図１は、本発明の実施の形態に係る波長可変レーザダイオードアレイを示す平面図である。波長の異なる複数のレーザダイオード１，２，３，４が並列に配置されている。これらのレーザダイオード１，２，３，４は、ｎ型ＩｎＰ基板上に形成された埋め込みヘテロ型ＤＦＢ−レーザダイオードである。活性層は波長可変レーザダイオードの波長帯域１５３０〜１５６０ｎｍで利得を有するＩｎＧａＡｓＰ−ＭＱＷ構造である。回折格子はＥＢ描画法を用いて作製される。各レーザダイオードの回折格子の間隔は割り当てられた波長に応じてそれぞれ異なる。
光合波器５はＭＭＩ（Multi Mode Interferometer）カプラであり、複数のレーザダイオード１，２，３，４の出力光を合波する。光増幅器６は半導体光増幅器(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)であり、光合波器５の出力光を増幅する。光増幅器６は埋め込みヘテロ構造であり、その活性層はレーザダイオードの発振波長に対して利得を有するＭＱＷ又はバルク構造である。
複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０が複数のレーザダイオード１，２，３，４の出力光を光合波器５にそれぞれ導く。複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０の長さは対応するレーザダイオードの波長が長いほど短い。
複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０と光合波器５の透明導波路が、複数のレーザダイオード１，２，３，４から光増幅器６までをそれぞれ接続する複数の透明導波路を構成する。透明導波路は、コア部の組成波長がレーザダイオード１，２，３，４の発振波長より短い（通常１．１〜１．４５μｍ）ＩｎＧａＡｓＰよりなる埋め込み型光導波路である。
複数の透明導波路の長さの平均値をＬａｖｅ、複数のレーザダイオード１，２，３，４の波長に対する複数の透明導波路の吸収係数の平均値をＣａｖｅ、複数のレーザダイオード１，２，３，４の１つのレーザダイオードの波長に対する複数の透明導波路の吸収係数をＣ１、そのレーザダイオードから光増幅器６までの透明導波路の長さＬ１とＬａｖｅの差をΔＬ１として、
ΔＬ１＝Ｌａｖｅ＊（Ｃ１−Ｃａｖｅ）／Ｃａｖｅ
の関係式を満たす。この関係式を満たすように複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０の長さを設定する。これにより、波長によらず均一な光出力を得ることができる。
ΔＬ１＝Ｌａｖｅ＊（Ｃ１−Ｃａｖｅ）／Ｃａｖｅ
の関係式を満たす。この関係式を満たすように複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０の長さを設定する。これにより、波長によらず均一な光出力を得ることができる。
具体例として、複数の透明導波路の長さの平均値Ｌａｖｅが５００μｍ、透明導波路の吸収係数の平均値Ｃａｖｅが２０／ｃｍ、波長１５６０ｎｍに対する透明導波路の吸収係数Ｃ１が２１／ｃｍである場合、透明導波路を伝搬する吸収量の平均値との差は０．４３ｄＢとなる。これを補償するためには、上記の関係式に数値を当てはめると２５μｍ＝５００μｍ＊（２１−２０）／２０であるため、波長１５６０ｎｍに対応する透明導波路の長さを平均値から２５μｍ短くすればよい。
実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る波長可変レーザダイオードアレイを示す平面図である。レーザダイオード１，２，３，４は両端が揃った状態で並列に配置されている。長波長のレーザダイオード１，２をアレイの中央よりのチャンネルに配置している。これにより、短波長のレーザダイオード３，４に接続された曲がり導波路９，１０の長さが，長波長のレーザダイオード１，２に接続された曲がり導波路７，８よりも長くなる。そして、実施の形態１の関係式を満たすように複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０の長さを設定することで、波長によらず均一な光出力を得ることができる。
図２は、本発明の実施の形態２に係る波長可変レーザダイオードアレイを示す平面図である。レーザダイオード１，２，３，４は両端が揃った状態で並列に配置されている。長波長のレーザダイオード１，２をアレイの中央よりのチャンネルに配置している。これにより、短波長のレーザダイオード３，４に接続された曲がり導波路９，１０の長さが，長波長のレーザダイオード１，２に接続された曲がり導波路７，８よりも長くなる。そして、実施の形態１の関係式を満たすように複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０の長さを設定することで、波長によらず均一な光出力を得ることができる。
実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る波長可変レーザダイオードアレイを示す平面図である。レーザダイオード１，２，３，４は両端が揃った状態で波長の順番で並列に配置されている。光合波器５の位置を長波長で発振するレーザダイオードの近くに配置する。これにより、複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０の長さは対応するレーザダイオードの波長が長いほど短くなる。そして、実施の形態１の関係式を満たすように複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０の長さを設定することで、波長によらず均一な光出力を得ることができる。
図３は、本発明の実施の形態３に係る波長可変レーザダイオードアレイを示す平面図である。レーザダイオード１，２，３，４は両端が揃った状態で波長の順番で並列に配置されている。光合波器５の位置を長波長で発振するレーザダイオードの近くに配置する。これにより、複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０の長さは対応するレーザダイオードの波長が長いほど短くなる。そして、実施の形態１の関係式を満たすように複数の曲がり透明導波路７，８，９，１０の長さを設定することで、波長によらず均一な光出力を得ることができる。
１，２，３，４ レーザダイオード、５ 光合波器、６ 光増幅器、７，８，９，１０ 曲がり透明導波路
Claims (1)
- 並列に配置された波長の異なる複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードの出力光を合波する光合波器と、
前記光合波器の出力光を増幅する光増幅器と、
前記複数のレーザダイオードの出力光を前記光合波器にそれぞれ導く複数の曲がり透明導波路とを備え、
前記複数の曲がり透明導波路の長さは対応する前記レーザダイオードの波長が長いほど短く、
前記複数の曲がり透明導波路と前記光合波器の透明導波路が、前記複数のレーザダイオードから前記光増幅器までをそれぞれ接続する複数の透明導波路を構成し、
前記複数の透明導波路の長さの平均値をＬａｖｅ、前記複数のレーザダイオードの波長に対する前記複数の透明導波路の吸収係数の平均値をＣａｖｅ、前記複数のレーザダイオードの１つのレーザダイオードの波長に対する前記複数の透明導波路の吸収係数をＣ１、そのレーザダイオードから前記光増幅器までの透明導波路の長さＬ１とＬａｖｅの差をΔＬ１として、
ΔＬ１＝Ｌａｖｅ＊（Ｃ１−Ｃａｖｅ）／Ｃａｖｅ
の関係式を満たすことを特徴とする波長可変レーザダイオードアレイ。
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