JPH02213180A - 光増幅器および光デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体レーザ構造の光増幅器に関するもので
ある。

［従来の技術］ 一般に光増幅器といえば半導体レーザ構造を備え、閾値
以下のバイアス電流を与えて外部からの入力光に対して
光増幅を行うものをいい、光通信分野においては、ファ
イバ内あるいはファイバ間での接続の際に生じる損失を
補うものとして開発が進められている。

光増幅器は、端面の反射率によって特性が異なり、反射
率が低いものは進行波型の光増幅器として分類される。

進行波型の光増幅器は通常、入力および出力の端面に無
反射もしくは低反射コーティングが施される。ファブリ
ベロー型半導体レーザの共振面に低反射コーティングを
行い、片側の端面から光を人力し、もう一方の端面から
光をとりだすのが一般的であるが、英国特許（ＵＫ　Ｐ
ａｔｅｎｔ＾ｐｐｉ　ｆｃａｔｉｏｎ）　ＧＢ２０３３
８４１１Ａ号で開示さねているように低反射コーディン
グを端面の一部に用いて、端面の反射を利用する構成や
、特表昭６３−５（１２３１６で開示されているような
低反射と高反射コーティングの組み合わせで構成するも
のなども進行波型であると考えられる。

このような進行波型光増幅器は、波長に対しなだらかな
利得が得られるという優れた特性がある。これは端面反
射率を抑さえ、光増幅器で起こる共振モードを抑圧する
ことによって達成されている。したがって、光増幅器の
端面反射率をいかに小さくするかが特性を与える重要な
パラメータとなる。

また、光増幅器を光通信システムに用いる場合には、フ
ァイバとの結合が必須であるが、このときに入力端と出
力側の両者を正確にアライメントする必要がある。前記
の特表昭８３−５（１２３１６は、入出力位置を同一と
することで光増幅器とファイバとの軸合わせを１回とし
、両者の接続の問題を解決している。この場合には、片
面を反射面にするために入出力端面側にはきわめて低い
反射率をＭ度よく実現することにより、特性の良い進行
波型の光増幅器としている。

［発明が解決しようとする課題］ 片端面に無反射コーティングを施した場合において、両
端面に無反射コーティングを施す場合と同等の性能を得
るためには、後者の反射率を１Ｏ−３ずつと仮定すると
前者では無反射コーティング側の反射率は１０−６〜１
０−６であることが要求される。

そして、低反射側の残存反射率が存在すれば、たちまち
共振モードが表われることになる。

通常、無反射コーティングは、適当な屈折率をもつ材料
を選び、その膜厚を厳密に制御して行われるが、無反射
コーティングの得られる範囲は狭いうえに急しゅんであ
り、例えば、反射率１０−３〜１０−’Ｐ１度を達成す
るためには５０人の精度の膜厚制御が必要である。この
ような膜厚制御を再現性よく行なうことは非常に回能な
ために、無反射コーティングの性能に大きく依存する光
増幅器の特性にばらつきを与える原因となっていた。

また、人出力部が同一であることは、アライメントには
有利であるが、入力光と出力光とを分離する必要がある
場合にはファイバに分岐を設けるなどの光学的手段が別
に必要となり、分岐における損失が大きくなることが問
題となっていた。

本発明は、進行波型光増幅器としての特性を備え、かつ
、光ファイバ等との接続を比較的簡易に行うことができ
る光増幅器を提供することを目的とする。

［課題を解決するためのｆ段］ 本発明の光増幅器は、 半導体レーザ構造が用いられた光増幅器において、 同一面内の異なる場所に形成された光入射部および光出
射部と、 人射部から人射した光を増幅して光出射部から出射する
ための屈曲した形態に作成される光増幅領域とを具備し
。

光入射部と光出射部とが形成される面には無反射コーテ
ィング膜が施され、光増幅器の内部には、入射光を光増
幅領域に沿わせて進行させるための反射部が設けられて
いる。

この反射部を形成する手段として、光増幅器をエツチン
グすることによって得られる端面、回折格子、高反射コ
ーティング膜としてもよい。

また、同一基板上に発光素子および受光素子とともに搭
載し５発光素子が発生する光を増幅して外部へ出射させ
、受光素子に対して入射光を増幅して出力させてもよい
。

［作用］ 光入射部と光出射部とに施されるコーティングは同一の
ものとなる。また、光増幅領域が屈曲しているので共振
モードが抑制される。

［実施例］ 第１図は本発明の第１の実施例の構造を示す図、第２図
はその応用例を示す図である。

光増幅器１１は半導体レーザと同様の構造とされ、その
活性層１５にて入射光を増幅して出射する。この光増幅
器１１の上面に形成される電極１４はコの字状に形成さ
れており、これに伴なって活性層１５における光増幅領
域もコの字状のものとなっている。したがって本実施例
における電極と光増幅領域は、モ行な状態におかれる第
１および第２の部分と、これらと略垂直な状態におかわ
て両者と接続する第３の部分から構成されることになる
。こわらの各光増幅領域の接合部分には入射光を光増幅
領域に沿って進ませるための反射部が形成されている。

第１の部分と第３の部分との接合部については入射光の
進行方向から第３の部分の方へ略４５°の角度で傾斜す
る端面１３＋がエツチングによって形成され、第３の部
分と第２の部分との接合部については第３の部分内での
光の進行方向から第２の部分の方へ略４５゛の角度で傾
斜する端面１３２がエツチングによって形成されている
。端面１３＋、１３ｚの外部を空気等の光増幅傾城より
も屈折率の低いものとしておけば光は反射される。この
ため本実施例の光増幅器に入射された光は第１の部分、
第３の部分、第２の部分を順に通って増幅され外部へ出
射される。

また、光の入射部および出射部が配置された面には無反
射コーティング膜１２が設けられている。

本実施例における端面１３．．１３２を形成するための
エツチング法としては、フォトリソグラフィ法でマスク
を作製した後に、塩素系反応性イオンビームエツチング
を行なうことにより、活性層を含めた光導波路部を完全
に除去する方法を用いた。また、無反射コーティング膜
１２は、　ＺｒＯ。

をエレクトロンビーム（ＥＢ）蒸着法によって蒸着させ
て形成した。

本実施例の示す光増幅器では、エツチングによって形成
された端面１３．，１３２での反射により光の進路自体
がかわり、直接入力側に戻る戻り光の影響はほとんど無
視できる。このために、進行波増幅器として重視される
共振モードの抑圧は人出力側端面に施される１回の無反
射コーティングの反射率で決定されることになる。進行
波型として十分な特性を確保するためには１０−３程度
の反射率とすることが要求されるが、この無反射コーテ
ィングは、従来のように入力面と出力面とに２回行う必
要がなく、特性のそろったものとなる。

第２図は第１の実施例の光増幅器１１を用いた受信器の
構成を示す図である。

従来より用いられている半導体レーザ用マウント２１＆
：は光増幅ｓ１１、光検出器２２光増幅器１１は伝送径
路であるファイバ２４１からの光信号をレンズ２３を介
して受光する。光増幅器１１の出射光は増幅されるが、
その一部は検出器２２に入射され、この他はレンズ２３
を通ってファイバ２４２に入射される。

このように本発明の光増幅器においては光入射部と光出
射部とが独立して設けられているのでファイバとの結合
が容易なものとなっている。

ファイバとの結合については本実施例のように入力端と
出力側とを分離して２本のファイバと結合させてもよい
が、光増幅器１１の入出力部を接近させて形成し、同一
のファイバと結合させてもよい。Ｈ者の場合には人力部
と出力部とを同−面子とすることができるので、入力端
、出力側と光学系とを区別することなく、一つの構成部
品として取り扱うことができるという利点があり、後者
の場合には光軸アライメントが１回で済むという利点が
ある。

本実施例での光検出器２２は光増幅器１１に対して帰還
をかけるために設けられている。このためには光増幅器
１１より自然放出光や増幅光の−部を取り出す必要があ
る。本実施例においては光増幅器１１にエツチングによ
って形成する端面１３、．１３２　（第１図参照）の形
成深さを導波部の−・部までとし、導波光の１部を取り
出している。

第３図、第４図（ａ）、（ｂ）　、第５図は本発明の第
２乃至第４の実施例の構造を示す図である。

いずれの実施例においても第１図に示した第１の実施例
と同様（光入射部と光出射部とが同一面とされ、その上
には無反射コーティング膜が形成されている。

まず、第３図に示した第２の実施例について説明する。

本実施例は、Ｆ面に形成される電極４１をＭ字状に形成
し、これと対応する光増幅領域に沿って光を進ませるた
め、従来と同様にエツチングを用いて端面４２．〜４２
３を形成させ、反射部としている。つまり本発明の構造
は１反射の回数及びその位置は任意に選択できることを
示すものである。しかし、全反射を用いる場合にはその
入射角度には制限かある。例えばＧａＡｓ系の材料を用
いた場合、その境界に空気を利用して反射させるとすれ
ば、１８°以上の入射角が必要である。

次に、第４図（ａ）　、　（ｂ）に示した第３の実施例
について説明する。

本実施例は、第１図に示した第１の実施例と同様にコの
字状の電極を用い、反射器として回折格ｆ−４１を設け
たものである。

回折格子４１は、通常ＤＢＲ−ＬＤ等で用いられるコル
ゲージジンを用い、活性層に近接して設けた。

この場合方向を曲げることが必要であり、そのために回
折格子４１を入射方向から傾け、格ｒ定数を設計する必
要がある。例えば第１の実施例と同様に４５°傾ける場
合、第４図（ｂ）に示す格子定数Δは次式で示される。

ここでｍは回折次数、λは波長、　ｎｅｆｆは実効屈折
率である。■式からも明らかなように５本実施例では、
光増幅器に波長依存性をもたせることになり、光周波数
フィルタを内蔵した進行波型光増幅器が構成できる。但
し１回折格子により入射光側に戻る光が反射光として存
在してしまうと共振モードの発生につながるためその設
計には注意が必要である。

次に、第５図に示した第４の実施例の構成を示す図であ
る。

本実施例は、上面に形成される電極５１をＭ字状のもの
とし、その頂部にて導波光を反射させる反射部として高
反射コーティング膜５２を形成し、反射率の向上を図っ
たものである。そのために、人出力側の光増幅領域は入
出射端面と垂直からある角度だけずらして形成される。

この場合、入出射端面の無反射コーティングも端面の傾
斜角を考慮して行う必要があるが、入出射端面を傾けた
こと自体で共振の効果は小さくなっており、無反射コー
ティングを達成する膜Ｈの制御も緩くなっていて好都合
である。高反射端面での反射では、入射方向に戻る光を
無視できず共振モードの発生につながる可能性がある。

このため、傾斜の角度や高反射、無反射コーティングの
設計を綿密に行う必要があろう。

なお、高反射コーティング膜５２としては５ｉｎ２とＴ
ｉＯ２による多層膜コーティングの構成を用いることに
より反射率の制御も可能となり存効な光増幅器が構成で
きる。

第６図は本発明の光増幅器を用いて構成された光ノード
を示す図である。

本実施例には第１図に示した第１の実施例のようなコの
字状の電極が形成された光増幅器６１が用いられている
。

光ノード部、送受信部を１つの基板」二に集積化したデ
バイスについて説明する。送信部は２つの異なる波長を
送信できる分布反射型レーザ（Ｄ８Ｒ−ＬＤ）６３．よ
び６３２からなり、７合波器６４によって波長多重化さ
れた光信号が送出される。Ｙ合波後の光波はさらにアイ
ソレータ６５を通過し１分岐カップラ６６に入射する。

アイソレータ６５はＧａＡｓエピタキシャル膜上に、Ｃ
ｄＭｎＴｅからなるエピタキシャル１漠をＭＢＥ法で形
成し、相反部と非相反部および偏光フィルタを構成する
ことによって実現することができる。本実施例のように
Ｖ字型の分岐カップラ６６を用いる場合には反射が大き
く、アイソレータ６５は不可欠となる。光増幅器６１は
送信部からの光を増幅し光ファイバ７０２へ送りだすと
ともに、光ファイバ７０．からの４８号光を増幅して受
信部に入力する。

次に受信部側について説明する。光信号は分岐カップラ
６６で分岐導波路６７に導かれ回折格子ｓｓｉ　、８８
２によってブラック回折され、所望の光波長の光４３号
のみが、リッジ導波路側部のスラブ導波路部へ出射され
る選択された光信号は波長に応じて独立の光検出器６９
１．６９２によって検波される。光検出器６９．．６９
□の層構成は光増幅部６１と同一であるが逆バイアスを
印加することによって光検出器として動作させることが
できる。

受信部側にはアイソレータを組み込んでいないので、各
段差部分での不要な反射を押さえるため、境界を斜めに
設定する、テーバ化するなどの工夫を行う必要がある。

もちろん、アイソレータを両分岐に設置すわば、性能の
向上が期待できる。

本実施例の光増幅器と分岐カップラは広い波長帯域を有
しているため波型多重化された光バスシステムの集積光
ノードとして有用と考えられる。

本装置においては無反射コーティング膜６２を。

光増幅器の端面に施しているがこのコーティングは、Ｄ
ＢＲ−ＬＤ６３　＋　、　６３２の端面での反射を防止
し、ファブリペローモードの発振をおさえる効果もあり
、１回のコーティングでＬＤと光増幅器の両者の機能が
向上する構成となっている。

［発明の効果］ 本発明は以上説明したように構成されているので、以下
に記載するような効果を奏する。

請求項１に記載のものにおいては、光入射部と光出射部
とが同一面の異なる位置に設けられているので無反射コ
ーティング処理を行なうことが度で済む、また、光増幅
領域が屈曲しているので共振モードが抑圧され、波長に
対してなだらかな利得特性が得られる。光出射部が独立
して設けられているので光ファイバとの結合が容易なも
のとなり、従来の半導体レーザと同様の実装が可能とな
るという効果がある。

請求項２に記載のものにおいては、反射部の作製がエツ
チングのみによって行なわれ、容易であるという効果が
ある。

請求項３に記載のものにおいては、反射部として回折格
子を利用しているので光増幅器に波長依存性を持たせる
ことが可能となり、フィルタとしても使用することがで
きるという効果がある。

請求項４に記載のものにおいては、反射率が高いものと
なるので、効率が向上するという効果がある。

請求項５に記載のものにおいては、共振モートが抑えら
れた光ノードが、同じ無反射コーティング膜によって実
現することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構造を示す図、第２図
はその応用例を示す図、第３図、第４図（ａ）、（ｂ）
　、第５図はそれぞれ本発明の第２乃至第４の実施例の
構造を示す図、第６図は本発明を用いて構成された光ノ
ードを示す図である。 １１．６１・・・光増幅器、 １２．６２−・・無反射コーティング膜、１３１．１３
□、４２．〜４２３・一端面、１４．４１．５１−・・
電極、 １５・・・活性層、 ２１・・・マウント、 ２２・・・検出器５ ２３・・・レンズ、 ２４＋　、２４２．７０＋　、７０２　＝ファイバ、４
１・・・回折格子、 ５２・・・高反射コーティング膜、 ８３、．６３２・・・ＤＢＲレーザ、 ６４・・・Ｙ合波器、 ６５・・・アイソレータ、 ６６−・・分岐カブラ、 ６７・・・分岐導波路、 ６８．．６８□−・回折格子。 ６９、．６９２・・・光検出器。 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザ構造が用いられた光増幅器において、 同一面内の異なる場所に形成された光入射部および光出
   射部と、 前記光入射部から入射した光を増幅して前記光出射部か
   ら出射するための屈曲した形態に作成される光増幅領域
   とを具備し、 前記光入射部と光出射部とが形成される面には無反射コ
   ーティング膜が施され、前記光増幅器の内部には、入射
   光を前記光増幅領域に沿わせて進行させるための反射部
   が設けられていることを特徴とする光増幅器。 ２、請求項１記載の光増幅器において、 前記反射部が前記光増幅器をエッチングすることによっ
   て得られる端面であることを特徴とする光増幅器。 ３、請求項１記載の光増幅器において、 前記反射部が回折格子によって構成されていることを特
   徴とする光増幅器。 ４、請求項１記載の光増幅器において、 前記反射部が高反射コーティング膜であることを特徴と
   する光増幅器。 ５、請求項１記載の光増幅器において、 同一基板上に発光素子および受光素子とともに搭載され
   、 前記発光素子が発生する光を増幅して外部へ出射し、前
   記受光素子に対して入射光を増幅して出力することを特
   徴とする光増幅器。