JPH05175482A - 半導体集積化光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明の半導体集積化光源１１は、半導体基
板１２上に、少なくとも半導体レーザ１３と光変調器１
４とを集積化し、光変調器１４は、半導体レーザ１３の
２方向の光出力を１つに合流する光合流回路１７と、光
合流回路１７の入力側の２つの導波路１８，１９の少な
くとも一方に設けられ、導波路の屈折率を変化させる屈
折率変化手段２０とを具備する。また、半導体レーザは
モードロックレーザがよい。また、屈折率変化手段は導
波路に電界を印加する電界印加手段を具備しても、導波
路に光を印加する光印加手段を具備してもよい。 【効果】 小型で高速の光変調を行うことができ、モノ
リシックに製造することができ安定で結合効率のよい光
源を得ることができ、光出力取り出し効率を向上させる
ことができる。また、屈折率変調器の変調帯域で制限さ
れることなく１〜２ps程度の幅の狭い光パルスの変調光
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上に集積化
され、小型で高速の光変調が可能な半導体レーザ光源に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体レーザ光源としては、例え
ば、図３に示す構成のものが知られている。この半導体
レーザ光源１は、半導体受動モードロック光源２と、パ
ルス駆動の光強度変調器３とから構成され、前記半導体
受動モードロック光源２は、半導体利得導波路４と、可
飽和吸収領域５とから構成されている。光強度変調器３
は、通常、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）やタンタ
ル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）等の電気光学結晶からな
る光変調器が好適に用いられ、この光強度変調器３に
は、光パルス列を符号化するためのパルス駆動回路６が
設けられている。

【０００３】次に、この半導体レーザ光源１の動作につ
いて説明する。半導体利得導波路４に電流を注入してい
くと光の誘導放出が起こり、可飽和吸収領域５がブリー
チングされると同時に自己変調効果によりモードロック
発振が起こり、半導体受動モードロック光源２の両端部
２a,２bからそれぞれ光パルス列Ｌ₁，Ｌ₂が出力するこ
ととなる。これが、いわゆる衝突受動モードロック発振
と呼ばれる現象である。この状態での光出力は幅の狭い
光パルス列である。例えば、キャビティ長が２００μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ系の半導体レーザの場合では、光パル
ス列の繰り返し周波数が２２０ＧＨｚ、光パルス幅が１
〜２ｐｓの光パルス列となる。この光パルス列Ｌ₁を光
伝送方式の光源として利用する場合、光強度変調器３に
入射させパルス駆動回路６を作動させて符号化した光パ
ルス列Ｌとするのが通例である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
半導体レーザ光源１では、光光強度変調器３からの反射
光を除去することが難しく、半導体受動モードロック光
源２と一体化した集積型半導体光源とすることが困難で
ある。また、半導体受動モードロック光源２からの光出
力は、一方の光パルス列Ｌ₁しか利用されないために、
光出力の取り出し効率が悪いという欠点があった。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、上記の問題点や欠点を解決するとともに、
半導体基板上に光変調器を集積化して一体構造とし、コ
ンパクトで高速な光変調が可能な半導体集積化光源を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な半導体集積化光源を採用した。す
なわち、請求項１記載の半導体集積化光源は、半導体基
板上に、少なくとも半導体レーザと光変調器とを集積化
してなり、前記光変調器は、前記半導体レーザの２方向
の光出力を１つに合流する光合流回路と、該光合流回路
の入力側の２つの導波路の少なくとも一方に設けられ、
該導波路の屈折率を変化させる屈折率変化手段とを具備
してなることを特徴としている。

【０００７】また、請求項２記載の半導体集積化光源
は、請求項１記載の半導体集積化光源において、前記半
導体レーザはモードロックレーザからなることを特徴と
している。

【０００８】また、請求項３記載の半導体集積化光源
は、請求項１記載の半導体集積化光源において、前記屈
折率変化手段は、前記導波路に電界を印加する電界印加
手段を具備してなることを特徴としている。

【０００９】また、請求項４記載の半導体集積化光源
は、請求項１記載の半導体集積化光源において、前記屈
折率変化手段は、前記導波路に光を印加する光印加手段
を具備してなることを特徴としている。

【００１０】

【作用】本発明の請求項１記載の半導体集積化光源で
は、半導体基板上に、少なくとも半導体レーザと光変調
器とを集積化することにより、小型で高速の光変調が可
能になる。また、光合流回路により、半導体レーザの２
方向の光出力を利用することができ、この半導体レーザ
の光出力取り出し効率を向上させる。また、屈折率変化
手段を用いて前記導波路の屈折率を変化させることによ
り、通過する光パルス列の位相の高速な変調が可能にな
る。

【００１１】また、請求項２記載の半導体集積化光源で
は、モードロックレーザを用いることにより、良好な衝
突モードロック発振を起こすことが可能になる。

【００１２】また、請求項３記載の半導体集積化光源で
は、前記電界印加手段を用いて前記導波路に所定の電界
を印加し、該導波路の屈折率を変化させる。したがっ
て、高速な光変調が可能になる。

【００１３】また、請求項４記載の半導体集積化光源で
は、前記光印加手段を用いて前記導波路に所定の強度の
光を印加し、該導波路の屈折率を変化させる。したがっ
て、高速な光変調が可能になる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の半導体集積化光
源１１を示す概略構成図である。この半導体集積化光源
１１は、半導体基板上１２に、半導体レーザ１３と光変
調器１４とを集積化してなる半導体光源である。半導体
レーザ１３は、従来の半導体受動モードロック光源２と
ほぼ同様の構成からなるモードロックレーザで、４角形
状の半導体利得導波路４と、可飽和吸収領域５と、全反
射用コーナーミラー１５，１５，… と、ハーフミラー
用分岐溝１６とから構成されている。

【００１５】光変調器１４は、マッハチェンダ干渉計形
光強度変調器で、半導体レーザ１３の２方向の光出力を
１つに合流する光合流回路１７と、該光合流回路１７の
入力側の２つの受動導波路１８，１９の一方の受動導波
路１８に設けられた光位相変調器（屈折率変化手段）２
０とから構成されている。この光位相変調器２０には、
受動導波路１８のｐｎ接合に逆バイアス電圧を印加する
ことにより光パルス列を符号化するためのパルス駆動回
路６が設けられている。この受動導波路１８は、電界の
代わりに光を印加することによっても屈折率を変化させ
ることができる。

【００１６】次に、この半導体集積化光源１１の動作に
ついて説明する。この半導体集積化光源１１において
は、半導体利得導波路４にキャリアを注入していくと光
の誘導放出が起こり、可飽和吸収領域５の損失をキャビ
ティ全体の利得が上回ると発振にいたる。このとき、可
飽和吸収領域５において右回りの光パルスと左回りの光
パルスがちょうど衝突する様にパルス発振が起こる。こ
の現象は、従来の半導体レーザ光源１における衝突受動
モードロック発振と同一である。したがって、図１に示
す様に、これらの光パルス列Ｌ₁₁，Ｌ₁₂は右回り、左回
りとも１〜２ｐｓ程度の狭いパルス幅の光パルス列が連
続したものとなる。例えば、半導体利得導波路４の一辺
の長さが１００μｍの場合では、光パルス列の繰り返し
周波数は２２０ＧＨｚ程度となる。

【００１７】これらの光パルスの位相はロッキング作用
により相関がある。すなわち、ハーフミラー用分岐溝１
６の位置においては、左回りの光パルスは右回りの光パ
ルスに比べて一辺の長さに相当する光学長分だけ位相の
遅延が生じる。したがって、右回りの光パルスに位相の
遅延を与えることにより、ほぼ光学長を等しくすること
ができる。また、この半導体集積化光源１１において
は、光位相変調器２０で光変調することにより、光合流
回路１７の出力を光の強度変調とすることが可能であ
る。このように、半導体集積化光源１１を用いて高速変
調された光パルス列Ｌを出力することができる。

【００１８】以上説明した様に、上記実施例の半導体集
積化光源１１によれば、半導体基板上１２に、半導体レ
ーザ１３と光変調器１４とを集積化してなることとした
ので、小型で高速の光変調を行うことができ、また、モ
ノリシックに製造することができるために安定で結合効
率のよい光源を得ることができる。また、ドライエッチ
ング技術を採用することができるので量産性が良い。ま
た、光合流回路１７を設けたので、半導体レーザの２方
向の光出力を利用することができ、この半導体レーザの
光出力取り出し効率を向上させることができる。

【００１９】また、光位相変調器(屈折率変化手段)２０
を用いて受動導波路１８の屈折率を変化させることとし
たので、変調器の変調帯域で制限されることなく１〜２
ｐｓ程度の幅の狭い光パルスの変調光を得ることができ
る。したがって、通過する光パルス列の位相の高速な変
調が可能となる。

【００２０】図２は本発明の半導体集積化光源の他の実
施例を示す概略構成図である。この半導体集積化光源３
１が上記半導体集積化光源１１と異なる点は、半導体レ
ーザ１３を、従来の半導体受動モードロック光源２に置
き換えた点である。すなわち、この半導体集積化光源３
１では、直線状ファブリペロキャビティを構成し、半導
体受動モードロック光源２の２方向の光出力を全反射コ
ーナーミラー１５，１５により反射させて合流させるマ
ッハチェンダ形光変調器としている。この半導体集積化
光源３１においても上記半導体集積化光源１１と同様の
作用・効果を得ることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明の請求
項１記載の半導体集積化光源によれば、半導体基板上
に、少なくとも半導体レーザと光変調器とを集積化して
なることとしたので、小型で高速の光変調を行うことが
でき、また、モノリシックに製造することができるため
に安定で結合効率のよい光源を得ることができる。ま
た、ドライエッチング技術を採用することができるので
量産性が良い。また、光合流回路を設けたので、半導体
レーザの２方向の光出力を利用することができ、この半
導体レーザの光出力取り出し効率を向上させることがで
きる。

【００２２】また、屈折率変化手段を設けたので、変調
器の変調帯域で制限されることなく１〜２ｐｓ程度の幅
の狭い光パルスの変調光を得ることができる。したがっ
て、通過する光パルス列の位相の高速な変調が可能とな
る。

【００２３】また、請求項２記載の半導体集積化光源に
よれば、請求項１記載の半導体集積化光源において、前
記半導体レーザはモードロックレーザからなることとし
たので、良好な衝突型受動モードロック発振を起こすこ
とができる。

【００２４】また、請求項３記載の半導体集積化光源に
よれば、請求項１記載の半導体集積化光源において、前
記屈折率変化手段は、前記導波路に電界を印加する電界
印加手段を具備してなることとしたので、該電界印加手
段を用いて前記導波路に所定の電界を印加し、該導波路
の屈折率を変化させることができ、したがって、高速な
光変調を可能にすることができる。

【００２５】また、請求項４記載の半導体集積化光源に
よれば、請求項１記載の半導体集積化光源において、前
記屈折率変化手段は、前記導波路に光を印加する光印加
手段を具備してなることとしたので、該光印加手段を用
いて前記導波路に所定の強度の光を印加し、該導波路の
屈折率を変化させることができ、したがって、高速な光
変調を可能にすることができる。

【００２６】このように、本発明の半導体集積化光源に
よれば、変調帯域が数１００ＧＨz以上の性能を有し、
光パルス幅が数ｐｓ以下でしかも変調されたパルス光源
を得ることができ、この光源は、光ソリトン伝送方式の
光源としても有望である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の半導体集積化光源を示す概
略構成図である。

【図２】本発明の他の一実施例の半導体集積化光源を示
す概略構成図である。

【図３】従来の半導体レーザ光源を示す概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１１ 半導体集積化光源 １２ 半導体基板 １３ 半導体レーザ １４ 光変調器 ４ 半導体利得導波路 ５ 可飽和吸収領域 １５ 全反射用コーナーミラー １６ ハーフミラー用分岐溝 １７ 光合流回路 １８,１９ 受動導波路 ２０ 光位相変調器(屈折率変化手段) ６ パルス駆動回路 ３１ 半導体集積化光源 ２ 半導体受動モードロック光源

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に、少なくとも半導体レー
   ザと光変調器とを集積化してなり、 前記光変調器は、前記半導体レーザの２方向の光出力を
   １つに合流する光合流回路と、 該光合流回路の入力側の２つの導波路の少なくとも一方
   に設けられ、該導波路の屈折率を変化させる屈折率変化
   手段とを具備してなることを特徴とする半導体集積化光
   源。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体集積化光源におい
   て、 前記半導体レーザはモードロックレーザからなることを
   特徴とする半導体集積化光源。
3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体集積化光源におい
   て、 前記屈折率変化手段は、前記導波路に電界を印加する電
   界印加手段を具備してなることを特徴とする半導体集積
   化光源。
4. 【請求項４】 請求項１記載の半導体集積化光源におい
   て、 前記屈折率変化手段は、前記導波路に光を印加する光印
   加手段を具備してなることを特徴とする半導体集積化光
   源。