JP6416924B2 - 波長可変レーザデバイス - Google Patents

Description

本発明は、光通信において使用される発光デバイスの分野に関し、特に波長分割多重システムに適した波長可変レーザに関する。

情報の送信におけるフローレートの一層のニーズに応えるため、波長分割多重システム（ＷＤＭ）が用いられる。ＷＤＭは、単一の光ファイバにおいて複数の信号を異なる波長で合波するものである。この方法によると、光ファイバの全フローレートは、全ての信号のフローレートの合計である。一方、各信号の波長が発光及び受光において正確に制御されて信号干渉を回避しなければならない。

信号の発光の非制御波長によって上記信号が同じ光ファイバにおいて他の信号と同じ波長で流れ得るので、双方の信号の品質が低下し得る。このような干渉は、スペクトル衝突ともいわれる。また、受信装置による非制御信号の受信によって、双方の信号の品質の劣化又は上記受信装置に対して意図されたものとは異なる信号の検出さえも生じてしまう。光ファイバによって送信される各信号の波長を制御するために、調整可能な波長を有する発光デバイスがＷＤＭにおいて使用され得る。

実施形態では、発明は、波長可変レーザデバイスであって、
− 細長いストリップ形態の導波路及び導波路のストリップの長手方向に垂直に延在する複数の歯を備える能動材料の第１のブラッグ部であって、グレーティング歯がブラッググレーティングを形成している、第１のブラッグ部と、
− 細長いストリップ形態の導波路及び導波路のストリップの長手方向に垂直に延在する複数の歯を備える能動材料の第２のブラッグ部であって、グレーティング歯がブラッググレーティングを形成している、第２のブラッグ部と、
− 第１のブラッグ部と第２のブラッグ部の間において長手配置された位相部であって、位相部が受動材料からなり、各ブラッグ部が、位相部に接合する第１の長手端部及び位相部に対向する第２の長手端部を有する、位相部と
を有するマルチセクション分布帰還（ＤＦＢ）レーザを備え、
少なくとも１つのブラッグ部のブラッググレーティングが、少なくとも１つのブラッグ部の第１の長手端部から第２の長手端部にかけて減少するグレーティング結合係数を有する、波長可変レーザデバイスを提供する。

実施形態によると、上記波長可変レーザデバイスは、以下の特徴の１以上を備え得る。

一実施形態では、両ブラッグ部は、それらの第１の長手端部からそれらの第２の長手端部にかけて減少するグレーティング結合係数を有し、グレーティング結合係数が相互に逆の勾配を有する。

一実施形態では、ブラッグ部は細長いストリップ形態のグレーティング層を備え、グレーティング層はグレーティング歯を備える。

一実施形態では、グレーティング層のストリップの長手方向におけるグレーティング歯の長さは、少なくとも一方のブラッグ部の第１の長手端部から第２の長手端部にかけて減少する。この実施形態では、グレーティング層のストリップの長手方向におけるグレーティング歯の長さは、グレーティング層のストリップの長手方向において、少なくとも１つのブラッグ部の第１の長手端部から第２の長手端部までのブラッグ部の長さの５０％以上の、グレーティング層のストリップにおけるグレーティング歯の初期充填比率から増加し、又はグレーティング層のストリップの長手方向において、少なくとも１つのブラッグ部の第１の長手端部から第２の長手端部までのブラッグ部の長さの５０％以下の、グレーティング層のストリップにおけるグレーティング歯の初期充填比率から減少する。

一実施形態では、グレーティング層のストリップの長手方向でのグレーティング層のストリップにおけるグレーティング歯の初期充填比率は、少なくとも１つのブラッグ部の第１の長手端部においてブラッグ部の長さの５５％と４５％の間である。例えば、グレーティング歯の充填比率は、５５％から９０％に増加していてもよいし、５０％から１０％に減少していてもよい。

一実施形態では、各グレーティング歯はグレーティング層のストリップの長手方向に同じ長さを有し、グレーティング歯の数の増加は少なくとも１つのブラッグ部の第１の長手端部から第２の長手端部にかけて抑制される。

一実施形態では、ブラッググレーティングは少なくとも１つのブラッグ部の導波路に配置され、グレーティング歯は導波路に直接エッチングされている。この実施形態では、導波路のストリップの長手方向に垂直な幅方向におけるグレーティング歯の横方向深さが少なくとも１つのブラッグ部の第１の長手端部から第２の長手端部にかけて減少する。一実施形態では、ブラッググレーティングは少なくとも１つのブラッグ部の導波路の側部に配置され、グレーティング歯は導波路の側部に直接エッチングされている。他の実施形態では、ブラッググレーティングは少なくとも１つのブラッグ部の導波路の中心に配置され、グレーティング歯は導波路の中心に直接エッチングされている。

一実施形態では、少なくとも１つのブラッグ部のグレーティング歯の形状は、少なくとも１つのブラッグ部の第１の端部から第２の端部にかけてある形状から他の形状に展開する。

一実施形態では、位相部は、１．３μｍから１．４５μｍの間のバンドギャップを有する半導体材料からなる。

一実施形態では、ブラッグ部の一方は他方のブラッグ部よりも長い。

一実施形態では、少なくとも１つのブラッグ部の長手方向における位相部の長さが１００μｍである。

一実施形態では、グレーティング層のストリップの長手及び幅方向に垂直な深さ方向におけるグレーティング層と導波路の間に配置されたスペース層の厚さは、少なくとも１つのブラッグ部の第１の端部から第２の端部にかけて増加する。

一実施形態では、グレーティング層材料の屈折率（ｉｎｄｅｘ）は、少なくとも１つのブラッグ部の第１の端部から第２の端部にかけて減少する。

一実施形態では、位相部は、位相部に電流を注入することができる電極を含む。一実施形態では、各ブラッグ部は、当該ブラッグ部に電流を注入することができる電極を含む。

一実施形態において、発明はまた、
− 上述した波長可変レーザと、
− 変調される波長可変レーザの出力信号を受信するように波長可変レーザに接続された変調器と
を含むフォトニック集積回路を提供する。

一実施形態において、発明はまた、
− 上述した波長可変レーザと、
− 波長可変レーザの光パワーをモニタするように波長可変レーザの端部に配置されたフォトダイオードと
を含むフォトニック集積回路を提供する。

一実施形態において、発明はまた、上述した波長可変レーザを含む光通信端末を提供する。

発明はまた、マルチセクション分布帰還波長可変レーザを製造するための方法であって、
− 基板上に導波層を成長させる工程と、
− 導波層上にグレーティング層を成長させる工程と、
− 第１及び第２のブラッグ部上に第１のマスクを蒸着する工程と、
− 第１のブラッグ部と第２のブラッグ部の間の位相部においてグレーティング層を基板までエッチングする工程と、
− 位相部において受動材料を成長させる工程と、
− 第１のマスクを除去する工程と、
− 基板上に第２のマスクを蒸着する工程であって、第２のマスクは位相部における受動材料を全体的に覆い、かつ第１及び第２のブラッグ部におけるグレーティング層を部分的に覆い、第２のマスクはブラック部における所定の被覆率を有する、工程と
を備え、
少なくとも１つのブラッグ部におけるマスクの被覆率は、位相部に接合する少なくとも１つのブラッグ部の第１の長手端部から、位相部に対向する少なくとも１つのブラッグ部の第２の長手端部にかけて減少するものであり、
方法は、さらに、
− ブラッググレーティングを生成するように第２のマスクによって覆われていない第１及び第２のブラッグ部の領域においてグレーティング層をエッチングする工程であって、少なくとも１つのブラッグ部におけるブラッググレーティングは、少なくとも１つのブラッグ部の第１の長手端部から第２の長手端部にかけて減少するグレーティング結合係数を有する、工程
を備える方法を提供する。

発明はまた、マルチセクション分布帰還波長可変レーザを製造するための方法であって、
− 基板上に導波層を成長させる工程と、
− 第１及び第２のブラッグ部上に第１のマスクを蒸着する工程と、
− 第１のブラッグ部と第２のブラッグ部の間の位相部において導波層を基板までエッチングする工程と、
− 位相部において受動材料を成長させる工程と、
− 第１のマスクを除去する工程と、
− 基板上に第２のマスクを蒸着する工程であって、第２のマスクは位相部における受動材料のストリップを覆い、かつ第１及び第２のブラッグ部のストリップを部分的に覆い、第２のマスクはブラック部における所定の被覆率を有する、工程と
を備え、
少なくとも１つのブラッグ部におけるマスクの被覆率は、位相部に接合する少なくとも１つのブラッグ部の第１の長手端部から、位相部に対向する少なくとも１つのブラッグ部の第２の長手端部にかけて増加するものであり、
方法は、さらに、
− 導波路側にブラッググレーティングを生成するように第２のマスクによって覆われていない第１及び第２のブラッグ部の領域において導波層をエッチングする工程であって、少なくとも１つのブラッグ部におけるブラッググレーティングは、少なくとも１つのブラッグ部の第１の長手端部から第２の長手端部にかけて減少するグレーティング結合係数を有する、工程
を備える方法を提供する。

発明は、光ファイバ伝送システムにおいて各レーザの発光波長を正確に制御するニーズの所見から生じている。単純な機構でレーザ波長を（〜１−２ｎｍの調整範囲で）調整する可能性は、帰還ループにおける正確かつ簡素な波長制御のために有利であり、各レーザが所望の波長、例えば、標準化された国際電気通信連合（ＩＴＵ）波長で正確に発光することを保証する。

発明が基づく概念は、大きな周波数変調容量を提供して、例えば速い応答のコヒーレントな伝送において使用され得る特定のフォーマットを生成することにある。

発明の他の態様は、簡素な制御の波長可変レーザを提案することである。発明の他の態様は、低消費電力の波長可変レーザを提案することである。発明の他の態様は、動作中のレーザを低温に維持することである。発明の他の態様は、安定した出力パワーの波長可変レーザを提供することである。発明の他の態様は、モードホップのない上記レーザを提供することである。発明の概念はまた、モノモード特性を保持しつつ波長可変レーザを提供することである。

発明のこれら及び他の態様が、図面を参照して、以降に記載される例示としての実施形態から明らかとなるとともに実施形態を参照して説明される。

図１は、２つのブラッグ部の間の受動材料からなる中央部を有する波長可変レーザの作製方法を示す。 図２は、２つのブラッグ部の間の受動材料からなる中央部を有する波長可変レーザの作製方法を示す。 図３は、２つのブラッグ部の間の受動材料からなる中央部を有する波長可変レーザの作製方法を示す。 図４は、２つのブラッグ部の間の受動材料からなる中央部を有する波長可変レーザの作製方法を示す。 図５は、２つのブラッグ部の間の受動材料からなる中央部を有する波長可変レーザの作製方法を示す。 図６は、図１から５の波長可変レーザにおけるブラッググレーティング部の作製方法を示す。 図７は、図１から５の波長可変レーザにおけるブラッググレーティング部の作製方法を示す。 図８は、図１から５の波長可変レーザにおけるブラッググレーティング部の作製方法を示す。 図９は、図１から５の波長可変レーザにおけるブラッググレーティング部の作製方法を示す。 図１０は、図１から５の方法で製造可能な波長可変レーザの実施形態を模式的に示す。 図１１は、図１０の波長可変レーザにおける分布ブラッグ反射率によるファブリペローモード選択の模式図を示す。 図１２は、図１０の波長可変レーザの停止帯域内のモードの模式図を示す。 図１３は、図１０の波長可変レーザの停止帯域内のモードの模式図を示す。 図１４は、対向する向きに可変グレーティング結合係数を有する２つのブラッグ部の間の受動材料からなる中央部を有する波長可変レーザを示す。 図１５は、対向する向きに可変グレーティング結合係数を有する２つのブラッグ部の間の受動材料からなる中央部を有する波長可変レーザを示す。 図１６は、他の実施形態におけるＤＦＢレーザ源の上面断面図を模式的に示す。 図１７は、図１６におけるグレーティング歯１５の深さに応じたグレーティング結合係数のグラフ表示である。 図１８は、グレーティング強度変調の関数としての波長可変レーザの調整容量のグラフ表示である。 図１９は、第１の実施例において双方が同じウエハで作製される、一定のグレーティング結合係数を有する第１のＤＦＢ及び可変グレーティング結合係数を有する第２のＤＦＢの調整範囲及び挙動のグラフ表示である。 図２０は、第２の実施例において双方が同じウエハで作製される、一定のグレーティング結合係数を有する第１のＤＦＢ及び可変グレーティング結合係数を有する第２のＤＦＢの調整範囲及び挙動のグラフ表示である。

図１から５は、その作製プロセスの様々な工程中でのマルチセクション分布帰還レーザ（ＤＦＢ）１の横断面を示す。ＤＦＢレーザ１は、２つのブラッグ部３の間に位置する中央部２を有する。以下に位相部２という中央部２は、受動材料からなる。ブラッグ部３は能動材料からなる。ブラッグ部３への電流注入によって光出力パワーが発生する。位相部２への電流注入によって波長調整が可能となる。

そのようなＤＦＢレーザ１を作製するために、ウエハ４は、能動構造の第１の層６の成長がエピタキシャル的に行われる基板層５を含む（図１）。基板層５は、例えばＩｎＰ層である。例えば、能動層６は、例えばより高いバンドギャップのＩｎＧａＡｓＰバリアによって分離されたＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｌＡｓの複数量子ウェルを用いる積層からなる。

能動層６の成長の後に、スペーサ層７の成長が能動層６上で行われる。スペーサ層７は、任意の適切な材料、例えば、基板層５すなわちＩｎＰ層と同じ材料からなるものであればよい。

グレーティング層８の成長がスペーサ層７上にエピタキシャル的に行われる。このグレーティング層８を成長させるのに使用される材料は、使用するＤＦＢレーザ１の発光波長に対応する、グレーティング層８によって反射されるべき波長に応じて選択される。通常は、グレーティング層８は、選択された波長に対して透過的である。好ましくは、グレーティング層８は、ＩｎＰと高いコントラストの屈折率（ｉｎｄｅｘ）を呈する。例えば、グレーティング層は、１．５５μｍ付近のＣバンドで動作する構成要素に対して１．１７から１．４ミクロン（それぞれＱ１．１７及びＱ１．４と表記される）の間のフォトルミネセンス波長に対応するエネルギーギャップを有する４価ＩｎＧａＡｓＰ材料からなる。

受動材料からなる位相部２を形成するために、マスク９がウエハ４の上面に蒸着される。マスク９は、ウエハ４上に作製されたＤＦＢレーザ１の位相部２に対応する領域では開口される。ウエハ４上に作製された各ＤＦＢレーザ１について、位相部２の長さは、例えば１００μｍである。ウエハ４は、数百のそのようなＤＦＢレーザ１を備え得る。この長さは、３６０度位相シフトを保証して、任意の初期位相条件がどのようなものであっても調整可能範囲全体をカバーする。図示されない実施形態では、位相部２は、レーザの出力パワーを最適化するように長手方向に偏心される。マスク９が蒸着される縦断面は、ブラッグ部３を形成することになる。そのようなマスク９は、例えば、ＳｉＯ_２マスクである。図２に示すように、ウエハは、マスクされない部分でエッチングされる。そのようなエッチング工程は、任意の適切な方法、例えば、機械的又は化学的なエッチング法に従って実行される。

そして、位相部２の再成長が受動層で行われる（図３）。この再成長は、例えば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）その他といった異なるエピタキシ法によって行われ得る。位相部２は、使用するＤＦＢレーザ１の放射の波長に応じて選択されたバンドギャップを有する厚い半導体材料からなり、通常は１．３μｍから１．４５μｍの間のフォトルミネセンス波長に対応するエネルギーギャップを有する。

エピタキシ再成長工程中に多結晶１１のみがＳｉＯ_２マスク９上に成長するので、マスク９は単にリフトオフされればよく、得られる構造体４は、能動層６及びグレーティング層８を有する２つの側部間に位置する受動材料からなる位相部２を含む（図４）。ＤＦＢレーザを作製するそのようなプロセスはバットジョイントプロセスといわれるが、ＤＦＢレーザを作製するのに他のプロセスが用いられてもよい。

図６から９を参照して以降に説明するように、ブラッググレーティングは、その後２つのブラッグ部３においてエッチングされる（図５）。２つのブラッググレーティングがエッチングされた後に、ＩｎＰ再成長１２が両グレーティング層８上で、及び位相部２上で行われる。図６から９は、図１から５の波長可変ＤＦＢレーザ１におけるその作製プロセス中のブラッググレーティングの横断面を示す。

ブラック部３を作製するために、例えばＳｉＯ_２のマスク１３が用いられる。そのようなマスク１３は、ウエハ４全体、特に位相部２を覆う。マスク１３は、例えば、ｅビーム書込み及びドライエッチングプロセスを用いて局部的にエッチングされ、グレーティング層８を覆うマスク１３の複数の部分１４をもたらす（図６）。

マスク１３の全ての部分１４が生成されると、ウエハ４は機械的又は化学的にエッチングされる（図７）。以下にグレーティング歯１５という複数の形状１５は、エッチングによってもたらされる。これらのグレーティング歯１５が形成されると、マスク１３が除去され（図８）、最終的なブラッググレーティングを得るのにエピタキシャル再成長１６が行われる（図９）。

マスク１３は、ウエハに用いられる材料及び／又はエッチングプロセスに応じて複数の方法によって作製され得る。例えば、マスク１３は、フォトレジストであってもよい。プロセスはまた、ＳｉＯ_２の第２のマスクを形成するためにフォトレジストの第１のマスクの作製を含んでいてもよい。例えば、第２のＳｉＯ_２マスクは、均一なフォトレジスト層で覆われていてもよい。フォトレジストマスク層は、その後（通常はｅビーム書込み機器によって）局部的に絶縁されて現像され、これにより開口部を形成する。このマスクは、その後ＳｉＯ_２マスク１３をエッチングするのに用いられ、これにより開口部をＳｉＯ_２に変える。

図１０は、図１の方法で製造され得る波長可変レーザの実施形態を模式的に示す。

この説明では、両ブラッグ部３が規則的なブラッググレーティング１７、すなわち、グレーティング層の一定の結合係数を有するブラッググレーティング１７で模式的に示される。位相部２はブラッググレーティングを有さず、動作波長に対して受動材料からなる。

デバイスのレーザ発生ピークは、位相部２及び両ブラッグ部３への光モードの侵入深さ１９の２倍によって概ね構成された中央疑似キャビティ１８のファブリペローモードと等価である。通常は、ＤＦＢレーザ１の自由スペクトル域２０（図１１に示すＦＳＲ）は、以下の式

によって定義される。なお、ｎｇ_{Ｂｒａｇｇ}及びｎｇ_φはそれぞれブラッグ部及び位相部の群屈折率（ｉｎｄｅｘ）であり、Ｌ_Ｐは光モードの侵入深さであり、Ｌ_φは位相部２の長さ２１である。

図１１に、図１０のＤＦＢレーザ１によるファブリペローモード選択の模式図を示す。より詳細には、図１１は、位相部の先端から見た各ブラッグ部の反射率及びＤＦＢレーザ１のファブリペロー疑似キャビティ１８の様々なモード２３を示す。使用において、レーザ発生ピークは、ブラッグ部３のブラッグ反射率２２によって選択される。選択されるレーザ発生ピークは、ブラッグ反射率の最大値に最も近い波長を有するファブリペロー疑似キャビティのモードに対応する。

例えば位相部２に含まれる電極を用いて電流が位相部２に注入されると、位相部２の屈折率は主にプラズマ効果によって減少する。結果として、位相条件が修正され、矢印２４で示すように波長調整がもたらされる。電流注入によって、ブラッグ反射率２２によって選択されたファブリペローモード２３がブルーシフトされ、より高い波長のファブリペロー疑似キャビティの次モードへのモードホップがもたらされる。

図１２及び１３に、図１０の波長可変レーザの停止帯域内のモードの模式図を示す。所与のデバイス構造体に対して達成可能な調整範囲は、第１次において、ファブリペロー疑似キャビティ１８のＦＳＲ２０に制限される。ブラッグ反射率２２に含まれるモード２３のみがＤＦＢレーザ１によって反射される。位相部２における電流注入によって選択モードを変更することが可能となる。

ＤＦＢレーザ１の調整範囲を増加させるために、ＦＳＲ２０を増加させ、すなわち、ファブリペロー疑似キャビティ１８の長さを短縮する必要がある。第１に、位相部の長さは可能な限り短縮されるが、３６０度位相調整を与えるのに充分なままでなくてはならず、通常は１００ミクロンとなる。第２に、ブラッグ侵入長は、ブラッグ部の結合係数を増加させることによって短縮される。一方、高い結合係数によってブラッグ反射率スペクトル２２が拡がり、ファブリペロー疑似キャビティの低いモード選択性及び最終的にはマルチモードの動作がもたらされる。

ファブリペロー疑似キャビティ１８の長さを短縮させつつモノモードの挙動を可能とするグレーティング結合係数の平均値を維持するために、ＤＦＢレーザ１はブラッグ部３に沿って可変グレーティング結合係数を用いる。通常は、そのような可変のグレーティング結合係数は、位相部の両側に強いグレーティング結合係数を有して侵入長を減少させ、これらのグレーティング結合係数はブラッグ部３の長手縁部まで徐々に減少してグレーティング結合係数の平均値を標準的な動作レーザ条件と両立する値に維持する。グレーティング間隔の書込み時間は、標準的なグレーティングに対するもの程度に短くてよい。

可変グレーティングを用いることによって、より高い値で位相部に近いグレーティング結合係数の値を増加させてファブリペロー疑似キャビティ１８の長さを短縮することが可能となる。またさらに、グレーティング結合係数の平均値は、充分なモード選択性を保持するのに充分に低く維持される。そのようなＤＦＢレーザ１の様々な実施形態を、図１４、１５及び５を参照してここに記載する。ＤＦＢレーザ１の調整可能容量が図１８に示され、シミュレーションされた調整範囲がＤＦＢレーザ部に沿うグレーティング強度変調の関数として図示される。図１８では、有効長Ｙがｎｍを単位として縦座標軸に沿って表され、グレーティング強度変調Ｘがｃｍ^−１／μｍを単位として横座標軸に沿って表される。

図１４及び１５に、可変グレーティング結合係数を有する２つのブラッグ部の間の受動材料からなる中央部を有する波長可変レーザの実施形態の横断面を示す。２つのブラッグ部のグレーティング結合係数の変化は逆向きとなる。

この実施形態によるＤＦＢレーザ１の作製は、図１から５に関して説明したＤＦＢレーザ１の作製と同じ工程を含む。一方、グレーティング層８をエッチングするのに用いられるマスク１３は、ブラッグ部３のグレーティング結合係数を各ブラッグ部３の一方の長手端部から他方の長手端部にかけて変化させるための特定の形状を有する。より具体的には、グレーティング層８のグレーティング結合係数は、ＤＦＢレーザ１の位相部２から各長手縁部２４にかけて減少する。

そのようなＤＦＢレーザ１を作製するために、グレーティング歯１５をエッチングするのに用いられるマスク１３は、様々な特性を有する複数の部分１４を含む。例えば、図１４に示すＤＦＢレーザ１を作製するために、両ブラッグ部３上でマスク１３のために使用される部分１４の長さは、歯と歯の間の一定のピッチを維持しつつＤＦＢレーザ１の位相部２から長手縁部２４にかけて徐々に減少する。マスク１３のために使用される部分１４の長さがＤＦＢレーザ１の位相部２から長手縁部２４にかけて減少するにつれて、グレーティング歯１４のエッチング工程によってもたらされるグレーティング歯１５の長さもＤＦＢレーザ１の位相部２から長手縁部２４にかけて減少する。グレーティング歯１５の長さのそのような減少によってグレーティング層８の充填比率の減少がもたらされる。

図１５は、グレーティング層８の結合係数がＤＦＢレーザ１の位相部２から長手縁部２４にかけて徐々に減少している他の実施形態を示す。この実施形態では、各グレーティング歯１５の長さはブラッグ部３に沿って同じであるが、グレーティング歯１５の歯数の増加がＤＦＢレーザ１の位相部２から長手縁部２４にかけて抑制され、グレーティング結合係数の減少をもたらす。

ＤＦＢレーザ１の位相部２から長手縁部２４にかけてのグレーティング層８の充填比率の減少及び／又はグレーティング歯１５の累進的抑制によって、上述したブラッグ部３におけるグレーティング結合係数の変化が保証される。

図１６に、他の実施形態におけるＤＦＢレーザ１の上面断面図を模式的に示す。

この実施形態では、ブラッググレーティングは、導波層６において直接エッチングされる。より具体的には、グレーティング歯１５は、導波側壁２５において横方向に直接エッチングされる。グレーティング歯１５は、その後、ストリップ形態の導波路６を得る目的のエッチング工程中に導波層６においてエッチングされる。

ブラッグ部３に沿うグレーティング歯１５の深さ２６の変化によって、ブラッグ部３のグレーティング結合係数の変化が可能となる。ＤＦＢレーザ１の位相部２から長手縁部２４にかけて減少するグレーティング歯１５の深さ２６は、ＤＦＢレーザ１の、位相部２から離れて高いグレーティング結合係数を保証するとともに長手縁部２４における低いグレーティング結合係数を保証する。図１４又は１５に示すＤＦＢレーザ１に関して、ブラッグ部３に沿うグレーティング歯１５の深さ２６の変化は、ＤＦＢレーザ１のモノモードの挙動を保持しつつ、より大きな調整範囲を保証する。グレーティング結合係数の変化の一例を図１７に示す。図１７は、μｍを単位として横座標軸に沿って表された、グレーティング歯１５がエッチングされる導波層６の幅２７（図１６参照）に応じて、ｃｍ^−１を単位として縦座標軸に沿って表されたグレーティング結合係数Ｚのグラフ表示を示す。同様にして、刻み目も、導波路の縁部ではなく導波路の中心に、位相部２からデバイス端部２４にかけて減少する幅でエッチングされ得る。

ＤＦＢレーザ部におけるブラッググレーティングの様々な変化（線形的、累乗的、指数的減少その他）を用いることができる。可変ブラッググレーティングは、ＤＦＢレーザ部のブラッグ反射率（振幅及び半値幅）を整形するのに使用されてモード選択性を修正することができる。ブラッググレーティングの変化は、様々な技術を用いて実施され得る。

図１８は、グレーティング強度変調の関数としての波長可変レーザの調整範囲のグラフ表示である。

図１８は、４０ｃｍ^−１又は５０ｃｍ^−１の平均グレーティング係数について、単一のモード動作でＤＦＢレーザ１の位相部２に電流を注入することによって実現可能な調整範囲を表す。グレーティング結合係数が一定である場合（変調強度＝０ｃｍ^−１／μｍ）、調整範囲は両曲線について１．１５から１．１７ｎｍの間にある。グレーティング強度の変調がある場合、ＤＦＢレーザ１は、そのような一定の平均値を維持しつつモノモードの挙動を維持するが、調整可能範囲は大幅に拡張され得る。例えば、曲線３６に表されるように４０ｃｍ^−１のグレーティング強度平均値であれば、０．３ｃｍ^−１／μｍのＤＦＢレーザ１に沿うグレーティング強度の変調によって１．３から１．３５ｎｍの間の調整範囲幅が保証される。曲線３７に表されるように５０ｃｍ^−１のグレーティング強度平均値及び０．３ｃｍ^−１／μｍのグレーティング強度の変調であれば、調整可能範囲幅は１．２５ｎｍに拡張され得る。

最後に、どのようなものが任意の初期位相条件であっても、より大きな調整範囲が達成されて、全体的にカバーされる。これらのより良い調整特性は、良好な静的なレーザ性能（低い閾電流及び高い光出力パワー）とともに、ＤＦＢレーザの温度を変更することなく達成される。

波長の正確な制御のおかげで、波長可変レーザはまた、光周波数の変調として、すなわち、ベースバンド信号を調整電極に印加することによってデータを送信するのに採用され得る。

図１９は、第１の実施例における、ｎｍを単位として縦座標軸に沿って表される調整範囲Ｗ、並びに双方とも同じウエハで作製される一定のグレーティング結合係数を有する第１のＤＦＢ及び可変のグレーティング結合係数を有する第２のＤＦＢの挙動のグラフ表示である。

受動材料からなる位相部及び１００μｍの長さを有する同じウエハにおいて、実験の測定は、以下を証明した。
− ８２ｃｍ^−１の一定のグレーティング結合係数２８によって、０．４ｎｍ未満の調整範囲を有するマルチモードの挙動がもたらされる。
− ７５ｃｍ^−１の一定のグレーティング結合係数２９によって、０．４ｎｍの調整範囲を有するマルチモードの挙動がもたらされる。
− 位相部を離れて９８ｃｍ^−１から開始してＤＦＢレーザの縁部で６６ｃｍ^−１まで減少させることで平均グレーティング結合係数を８２ｃｍ^−１に維持する可変グレーティング結合係数３０によって、０．８ｎｍより大きな調整範囲を有するモノモードの挙動がもたらされる。
− 位相部を離れて９８ｃｍ^−１から開始してＤＦＢレーザの縁部で５２ｃｍ^−１まで減少させることで平均グレーティング結合係数を７５ｃｍ^−１に維持する可変グレーティング結合係数３１によって、０．８ｎｍより大きな調整範囲を有するモノモードの挙動がもたらされる。

図２０は、第２の実施例における、ｎｍを単位として縦座標軸に沿って表される調整範囲Ｗ、並びに双方とも同じウエハで作製される一定のグレーティング結合係数を有する第１のＤＦＢ及び可変のグレーティング結合係数を有する第２のＤＦＢの挙動のグラフ表示である。

受動材料からなる位相部及び１００μｍの長さを有する他のウエハでの他の実験は、以下を証明した。
− ８２ｃｍ^−１の一定のグレーティング結合係数３２によって、１ｎｍ未満の調整範囲を有するマルチモードの挙動がもたらされる。
− ７５ｃｍ^−１の一定のグレーティング結合係数３３によって、０．８ｎｍより大きな調整範囲を有するモノモードの挙動がもたらされる。
− 位相部を離れて９８ｃｍ^−１から開始してＤＦＢレーザの縁部で６６ｃｍ^−１まで減少させることで平均グレーティング結合係数を８２ｃｍ^−１に維持する可変グレーティング結合係数３４によって、１．２ｎｍより大きな調整範囲を有するモノモードの挙動がもたらされる。
− 位相部を離れて９８ｃｍ^−１から開始してＤＦＢレーザの縁部で５２ｃｍ^−１まで減少させることで平均グレーティング結合係数を７５ｃｍ^−１に維持する可変グレーティング結合係数３５によって、０．８ｎｍより大きく、かつ７５ｃｍ^−１の一定のグレーティング結合係数の場合よりも大きな調整範囲を有するモノモードの挙動がもたらされる。

２つの実験の差は製造アーティファクトによってもたらされるが、双方とも、同じ平均値を維持しつつブラッグ部に沿う結合比率係数を減少させる場合にモノモードの挙動で向上した調整範囲を証明している。

上述のレーザ源は、ＷＤＭシステムにおける送信機の波長制御、又は位相変調に基づくあらゆるアプリケーション（コヒーレント送信、デュアル変調におけるチャープ管理その他）に対して直接適用可能である。可変の結合係数を有するブラッグ部はまた、分散ブラッグ反射器レーザに集積され得る。

発明は、説明した実施形態に限定されない。付随する特許請求の範囲は、ここに説明された基本的な教示に完全に含まれる、当業者が想到し得る全ての変形及び代替構成を具現するものとして解釈されるべきである。

動詞「備える」又は「含む」及びその活用の使用は、請求項において記述されるもの以外の要素又は工程の存在を除外するものではない。またさらに、要素又は工程の前に付く冠詞「ａ」又は「ａｎ」の使用は、それらの複数の要素又は工程の存在を除外するものではない。

Claims (15)

1. 波長可変レーザデバイスであって、
   細長いストリップ形態の導波路及び該導波路のストリップの長手方向に垂直に延在する複数の歯を備える能動材料の第１のブラッグ部であって、前記グレーティング歯がブラッググレーティングを形成している、第１のブラッグ部と、
   細長いストリップ形態の導波路及び該導波路のストリップの長手方向に垂直に延在する複数の歯を備える能動材料の第２のブラッグ部であって、前記グレーティング歯がブラッググレーティングを形成している、第２のブラッグ部と、
   前記第１のブラッグ部と前記第２のブラッグ部の間において長手配置された位相部であって、該位相部が受動材料からなり、各ブラッグ部が、前記位相部に接合する第１の長手端部及び前記位相部に対向する第２の長手端部を有する、位相部と
   を有するマルチセクション分布帰還（ＤＦＢ）レーザを備え、
   少なくとも１つのブラッグ部の前記ブラッググレーティングが、前記少なくとも１つのブラッグ部の前記第１の長手端部から前記第２の長手端部にかけて減少するグレーティング結合係数を有する、波長可変レーザデバイス。
2. 両ブラッグ部が、それらの第１の長手端部からそれらの第２の長手端部にかけて減少するグレーティング結合係数を有し、前記グレーティング結合係数が相互に逆の勾配を有する、請求項１に記載の波長可変レーザ。
3. 前記ブラッグ部が細長いストリップ形態のグレーティング層を備え、該グレーティング層が前記グレーティング歯を備える、請求項１又は２に記載の波長可変レーザ。
4. 前記グレーティング層のストリップの前記長手方向における、前記ブラッグ部に対する該グレーティング層の充填された比率を示す充填比率が、前記第１の長手端部から前記第２の長手端部に向かって減少する、
   ように構成されており、
   前記充填比率は５０％以下である、
   請求項３に記載の波長可変レーザ。
5. 前記グレーティング層の前記充填比率が、前記少なくとも１つのブラッグ部の前記第１の長手端部において５０％から４５％の間である、請求項４に記載の波長可変レーザ。
6. 前記グレーティング層のストリップの前記長手方向に垂直な幅方向における前記グレーティング層の前記グレーティング歯の幅が、前記少なくとも１つのブラッグ部の前記第１の長手端部から前記第２の長手端部にかけて変化する、請求項３から５のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
7. 各グレーティング歯が前記グレーティング層のストリップの前記長手方向に同じ長さを有し、グレーティング歯の数が前記少なくとも１つのブラッグ部の前記第１の長手端部から前記第２の長手端部にかけて減少する、請求項３から６のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
8. 前記ブラッググレーティングが前記少なくとも１つのブラッグ部の前記導波路に配置され、前記グレーティング歯は前記導波路の側壁をエッチングすることにより形成されており、前記導波路のストリップの前記長手方向に垂直な幅方向における前記グレーティング歯の横方向深さが前記少なくとも１つのブラッグ部の前記第１の長手端部から前記第２の長手端部にかけて減少する、請求項１又は２に記載の波長可変レーザ。
9. 前記位相部が、１．３μｍから１．４５μｍの間のフォトルミネセンス波長に対応するバンドギャップを有する半導体材料からなる、請求項１から８のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
10. 前記ブラッグ部の一方が他方のブラッグ部よりも長い、請求項１から９のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
11. 前記長手方向における前記位相部の長さが１００μｍである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
12. 前記位相部が、該位相部に電流を注入することができる電極を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の波長可変レーザと、
    変調される前記波長可変レーザの出力信号を受信するように前記波長可変レーザに接続された変調器と
    を含むフォトニック集積回路。
14. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の波長可変レーザと、
    前記波長可変レーザの光パワーをモニタするように前記波長可変レーザの端部に配置されたフォトダイオードと
    を含むフォトニック集積回路。
15. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の波長可変レーザを含む光通信端末。

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