JPH05198893A

JPH05198893A - 波長多重レーザー発振器

Info

Publication number: JPH05198893A
Application number: JP25866992A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ota; 太田猛史
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1992-09-28
Publication date: 1993-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】波長多重レーザー発振器においてレーザー光
のスペクトル幅を狭くすると共に光ファイバーとの結合
効率を向上させる。【構成】光反射手段４と、光導波路１と、結像可能な
分光光学系２と、独立駆動可能な複数のレーザー増幅器
３ｘ〜３ｚを光軸が互いに平行になるように配列したレ
ーザー増幅器アレイ３と、光反射手段５とを光軸に沿っ
て順次配設し、光導波路１とレーザー増幅器アレイ３の
相対する各端面を分光光学系２に対して互いに光学的共
役関係になるように配置すると共に分光光学系２により
分光されたレーザー光がレーザー増幅器アレイ３の各レ
ーザー増幅器３ｘ〜３ｚに照射されるようになし、光導
波路１とレーザー増幅器アレイ３に属する各レーザー増
幅器３ｘ〜３ｚとを各レーザー増幅器３ｘ〜３ｚに対し
て決まる特定の波長で光学的に結合してレーザー発振さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信において波長多
重伝送に用いられる部品である波長多重光源に関するも
ので、特に波長多重レーザー発振器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の波長多重システムにおいては、異
なる発光波長を有する複数の半導体レーザーと光の分合
波手段とを組み合せてシステムを構成することが一般的
に行われている。このようなシステムでは、個別の半導
体レーザーを使用しているのでチャネル数の増加にほぼ
比例してシステムの組立て工数が増加するという問題が
ある。

【０００３】この問題を解決するものとして、異なる発
光波長を有する複数の半導体レーザーを同一基板上に一
体形成したモシリノック集積型ＤＦＢ(distributed fee
dback)レーザーアレイが報告されている（例えば、Ｈ．
Ｏｋｕｄａｅｔａｌ．，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕ
ｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｉｓｉｃｓ，Ｖ
ｏｌ．２３，Ｎｏ．１２，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，１９８
４，ｐｐ．Ｌ９０４−Ｌ９０６参照）。

【０００４】しかし、このような半導体レーザーアレイ
を用いても、光信号はそれぞれ異なる発光スポットから
発せられるために光を合波する手段は別途必要であっ
た。

【０００５】これを改良するために、片側の光出射端面
に無反射コート膜を施した半導体レーザーアレイと回折
格子を組み合せた外部共振器のレーザーによって、波長
多重化と合波を行うことのできる波長多重光源が提案さ
れている（特開昭６２ー２２９８９１号公報参照）。

【０００６】上記公報に記載の従来例にあっては、図１
３に示すように、コリメーターレンズ６１、回折格子６
２、光ファイバー６３の端面に設けられた高反射コート
膜６３ａとで外部共振器を形成しており、半導体レーザ
ーアレイ６４の個々の半導体レーザーＬＤ₁〜ＬＤ₃は
それぞれに対応する特定波長λ₁〜λ₃で発光する。な
お、６４ａは、半導体レーザーアレイ６４の片側の光出
射端面に施された無反射コート膜である。各レーザーＬ
Ｄ₁〜ＬＤ₃からのレーザー光は、コリメーターレンズ
６１を経て回折格子６２によって回折された後、再び、
コリメーターレンズ６１を通って光ファイバー６３の端
面に設けられた高反射コート膜６３ａで反射される。反
射されたレーザー光は、逆の経路をたどって各レーザー
ＬＤ₁〜ＬＤ₃に帰還する。各レーザーに帰還するレー
ザー光は、各レーザーＬＤ₁〜ＬＤ₃に対応する特定の
角度θ₁〜θ₃と回折条件ｄｓｉｎθ_i＝ｎλ_i（但
し、ｄは回折格子の格子間隔、ｎは整数）を満たす波長
λ₁〜λ₃になるので、個々の半導体レーザーＬＤ₁〜
ＬＤ₃はそれぞれに対応する特定波長λ₁〜λ₃で発光
することになる。また、各レーザーＬＤ₁〜ＬＤ₃から
のレーザー光はすべて同一の光ファイバー６３へ入射す
るので、図１３に示される構成は合波の機能も併せ持っ
ていることになる。なお、図中のＬは、波長多重された
レーザー光を示し、θ₀は回折格子６２の法線と回折格
子６２から光ファイバー６３へ向かう光路の成す角を示
す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】波長多重システムにお
いては、各波長の分離を容易にするため、及び、各波長
の光の光学処理を容易にするため、レーザーの波長幅は
狭いことが望ましいが、上記の特開昭６２ー２２９８９
１号公報に記載の従来技術にあっては、レーザーの発振
波長は光ファイバーの端面直径に比例する波長幅（スペ
クトル幅）を有するため、光ファイバーの端面直径の物
理的な制約から波長幅を狭くすることが困難であるとい
う問題があった。また、光ファイバーとの結合効率が低
いという問題もあった。以下、これらの問題点について
説明する。

【０００８】まず、レーザーの発振波長が光ファイバー
の端面直径に比例する波長幅を有するのは以下の理由に
よる。図１３に示すように、高反射コート膜６３ａを設
けた光ファイバー６３の端面と各レーザーＬＤ₁〜ＬＤ
₃とが、コリメーターレンズ６１と回折格子６２によっ
て構成される分光光学系に対して光学的共役関係にある
ので、光ファイバー６３の端面上の位置によって回折条
件が異なる。このため、光ファイバー６３の端面直径に
比例する波長幅（スペクトル幅）のレーザー光が発振し
てしまう。

【０００９】図１４は光ファイバー６３の高反射コート
膜６３ａ側の拡大図であり、コア６３ｂとクラッド６３
ｃからなる光ファイバー６３の直径が２ｒであるとする
と、端面上の位置による回折条件の相違によって、中心
波長がλ₀であるレーザー光は、波長（λ₀＋δ・ｒ）
から波長（λ₀−δ・ｒ）の間の波長幅で発振すること
になる。但し、δは比例係数であり、コリメーターレン
ズ６１の焦点距離の逆数に相当する。

【００１０】光ファイバー６３の直径を小さくすること
により波長幅を狭くすることも考えられるが、通信用途
の光ファイバーには一定の規格があるので、光ファイバ
ー端面の断面構造を変えて、この波長幅を狭くするよう
なことは難しい。

【００１１】次に、光ファイバーとの結合効率が低いと
いう理由について説明する。一般的に使用される光ファ
イバーの断面構造を図１５に示す。同図（ａ）はマルチ
モードファイバーの断面構造で、クラッド６３ｃの外径
２Ｒ_fは１２５μｍ、コアー６３ｂの直径２Ｒ_mは５０
μｍである。同図（ｂ）はシングルモードファイバーの
断面構造で、クラッド６３ｃの外径２Ｒ_fは１２５μ
ｍ、コアー６３ｂの直径２Ｒ_sは１０μｍである。この
ような光ファイバーを用いて、図１３に示すような波長
多重光源を構成すると、レーザー発振器の発光スペクト
ルは図１６に示すようになる。すなわち、コアー径が２
Ｒ_mであるマルチモードファイバーのコアーに結合する
レーザー光の波長幅はΔλ_mとなり、コアー径が２Ｒ_s
であるシングルモードファイバーのコアーに結合するレ
ーザー光の波長幅はΔλ_sとなる。

【００１２】図１５（ａ）に示されるようなマルチモー
ドファイバーを用いた場合、ファイバーのコアー６３ｂ
に結合する光の量（図１６において斜線を付した領域）
は多いが、レーザー光のスペクトル幅は広い。逆に、図
１５（ｂ）に示されるようなシングルモードファイバー
ではレーザー光のスペクトル幅は狭くなるが、ファイバ
ーのコアー６３ｂに結合する光の量（図１６において交
差線を付した領域）は少なくなってしまう。したがっ
て、シングルモードファイバーを用いた場合は特に光フ
ァイバーとの結合効率が低下してしまう。

【００１３】そこで本発明は、波長多重レーザー発振器
においてレーザー光のスペクトル幅を狭くすると共に光
ファイバーとの結合効率を向上させることを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本出願の第１発明の波長多重レーザー発振器は、第
１の光反射手段と、光導波路と、結像可能な分光光学系
と、独立駆動可能な複数のレーザー増幅器を光軸が互い
に平行になるように配列したレーザー増幅器アレイと、
第２の光反射手段とを光軸に沿って順次配設し、前記光
導波路と前記レーザー増幅器アレイの相対する各端面を
前記分光光学系に対して互いに光学的共役関係になるよ
うに配置すると共に前記分光光学系により分光されたレ
ーザー光が前記レーザー増幅器アレイの各レーザー増幅
器に照射されるようになし、前記光導波路と前記レーザ
ー増幅器アレイに属する各レーザー増幅器とを各レーザ
ー増幅器に対して決まる特定の波長で光学的に結合して
レーザー発振させることを特徴とする。

【００１５】本出願の第２発明においては、前記光導波
路は光増幅装置である。

【００１６】本出願の第３発明においては、前記第１の
光反射手段は、部分的に光を通す光反射手段であり、該
第１の光反射手段を通過してくるレーザー光を光ファイ
バに供給する。

【００１７】本出願の第４発明においては、前記第２の
光反射手段は、部分的に光を通す光反射手段であり、該
第２の光反射手段を通過してくるレーザー光を出力モニ
タ用の受光素子に供給する。

【００１８】本出願の第５発明においては、前記第１の
光反射手段と、前記光導波路と、前記分光光学系と、前
記レーザー増幅器アレイと、前記第２の光反射手段とを
同一基板上に光集積回路として形成する。

【００１９】本出願の第６発明においては、第１の光反
射手段と、光増幅装置と、結像可能な分光光学系と、独
立駆動可能な複数の光変調器を光軸が互いに平行になる
ように配列した光変調器アレイと、第２の光反射手段と
を光軸に沿って順次配列し、前記光増幅装置と前記光変
調器アレイの相対する各端面を前記分光光学系に対して
光学的共役関係になるように配置すると共に前記分光光
学系により分光されたレーザー光が前記光変調器アレイ
の各光変調器に照射されるようになし、前記光増幅装置
と前記光変調器アレイに属する各光変調器とを各光変調
器に対して決まる特定の波長で光学的に結合してレーザ
ー発振させることを特徴とする。

【００２０】本出願の第７発明においては、第１の光反
射手段と、前記光増幅装置と、前記分光光学系と、前記
光変調器アレイと、前記第２の光反射手段とを同一基板
上に光集積回路として形成する。

【００２１】

【作用】本発明の作用を具体例を挙げて説明する。

【００２２】図１に本出願の第１発明の概略の構成を示
す。光導波路１の一方の入出射口１_fと、レーザー増幅
器アレイ３の各レーザー増幅器３ｘ〜３ｚの一方の入出
射口群３ｘ_f〜３ｚ_fは、結像可能な分光光学系２に対
して光学的に共役関係にある。光導波路１の他方の入出
射口１_b側には光を反射する手段４を、レーザー増幅器
アレイ３の他方の入出射口群３ｘ_b〜３ｚ_b側には光を
反射する手段５を、それぞれ配設してある。レーザー増
幅器アレイ３は半導体レーザー増幅器を始めとして、ど
のようなレーザー増幅器でも良い。図１では、レーザー
増幅器の数は３個であるがこれは任意の個数で良い。分
光光学系２は、図１ではレンズ６、回折格子８、レンズ
７より成り立っているが、回折格子の代わりにプリズム
を用いても良い。或いは、凹面回折格子や不等間隔格子
のようなものを使って良い。光を反射する手段４及び５
は通常は反射鏡を用いるがブラッグ反射器のようなもの
でも良い。

【００２３】光導波路１の入出射口１ｆより出射した光
は、分光光学系２を経てレーザー増幅器３ｘ〜３ｚの入
出射口群３ｘ_f〜３ｚ_fに結像する。この時、レーザー
増幅器３ｘ〜３ｚにそれぞれ対応する特定の波長の光
が、入出射口群３ｘ_f〜３ｚ_fに結像される。各レーザ
ー増幅器３ｘ〜３ｚで増幅された光は光を反射する手段
５によって反射され、レーザー増幅器３ｘ〜３ｚに戻
る。この後、光は来た時と反対の経路をたどって、光導
波路１の入出射口１ｆに入射する。光は光導波路１を通
ってから、光を反射する手段４によって反射されて光導
波路１に戻る。このため、光導波路１とレーザー増幅器
３ｘ〜３ｚの組合せに対応した波長のレーザー発振が生
じることになる。レーザー増幅器アレイ３のレーザー増
幅器の励起状態を変調すれば、レーザー増幅器アレイ３
の各レーザー増幅器に対応する波長の光信号の独立変調
ができる。例えば、半導体レーザーであれば駆動電流の
変調により光信号を変調できる。

【００２４】図１ではレーザー増幅器の数は３個であっ
たが、レーザー増幅器アレイ３がｎ個（ｎ：整数）のレ
ーザー増幅器より成り立っていれば、ｎ個の波長のレー
ザー発振が生じ得る。しかも、ｎ個の波長を切り換えて
発振させるだけでなく、複数の波長のレーザー発振を同
時に行うことも可能である。

【００２５】本発明においては、光ファイバーの端面を
レーザー発振のための反射面としては使用しておらず、
レーザー光を光導波路１及び光反射手段４を介して光フ
ァイバーに入力している。光導波路１は、光ファイバー
のように規格等から寸法の制限を受けることがないの
で、製造能力が許す限り光導波路１の直径を小さくする
ことができる。したがって、先に述べた特開昭６２ー２
２９８９１公報に記載の従来技術より、レーザー光の発
振スペクトラムを狭くすることができる。光導波路１の
幅は製法にもよるが１〜１０μｍ程度のものを作ること
ができる。

【００２６】また、光ファイバーとの結合についても上
記公報に開示された従来技術において問題となったよう
な、レーザー光の一部しか光ファイバーに導入できない
といった問題はこの構成では生じない。これは、光導波
路１を通る光路に対応するレーザー光しか発振しないか
らである。

【００２７】本出願の第２発明は、図２に示すように、
図１に示す光導波路１をレーザー増幅器１２に置き換え
た構成である。レーザー増幅器１２は常に励起してお
き、レーザー増幅器アレイ３のレーザー増幅器の励起状
態を変調すれば、レーザー増幅器アレイ３の各レーザー
増幅器に対応する波長の光信号の独立変調ができる。な
お、１２ｆ，１２ｂはレーザー増幅器１２の入射出口で
ある。

【００２８】前記反射手段４は部分的に光を通す構成と
し、この反射手段４を通して取り出されたレーザー光１
０は光ファイバー９に導かれる。これにより、別途光の
合波手段を設けなくとも波長多重化した光信号を光ファ
イバー９へ送ることができる。

【００２９】レーザー増幅器アレイ３の入出射口群３ｘ
_b〜３ｚ_b側に設けた反射手段５も部分的に光を通す構
成とすることもできる。このようにすると、各波長の光
信号１１ｘ〜１１ｚを個別に取り出すことができ、個別
光信号のモニターができる。これによって、出力光のレ
ベルに対して負帰還をかけることもできる。

【００３０】本出願の第６発明は、本出願の第２発明の
構成のうち、レーザー増幅器アレイ３に代えて光変調器
を用いたものである。レーザー増幅器１２が利得を有し
ているのでレーザー増幅器アレイ３の位置に利得のない
光変調器を設けてもレーザー発振を生じさせることがで
きる。

【００３１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００３２】図３は本発明の第１実施例を示す平面図で
ある。半導体レーザー増幅器アレイ１３の一方の端面１
４には無反射コート膜が施してあり、他方の端面１５は
へき開したまま、もしくは高反射率コート膜を施して所
定の反射率（３５％〜８０％）を持たせてある。半導体
レーザー増幅器１６ｘ，１６ｙ，１６ｚの端面１４側よ
り出た光は、レンズ１８，回折格子１９によって構成さ
れる分光光学系によって、半導体レーザー増幅器１７に
端面１４側から入射する。半導体レーザー増幅器１７内
部で増幅された光は端面１５で反射され、逆の経路をた
どって半導体レーザー増幅器１６ｘ，１６ｙ，１６ｚに
帰還する。回折格子１９の反射表面には、破線で示す丸
枠内に拡大して示すように、回折条件ｄｓｉｎθ＝ｎλ
を満足するように鋸歯状格子２４が構成される。半導体
レーザー増幅器１６ｘ，１６ｙ，１６ｚ内部で増幅され
た光は、やはり端面１５で反射される。したがって、光
は往復することになるので、自然放出光等を種にしてレ
ーザー発振が生じる。レーザー発振により得られたレー
ザー光の一部は、半導体レーザー増幅器１７の端面１５
を通過して光ファイバー９に供給される。また、レーザ
ー光の一部は半導体レーザー増幅器１６ｘ，１６ｙ，１
６ｚの各端面１５を通過し、各半導体レーザー増幅器１
６ｘ，１６ｙ，１６ｚに対応して受光部２０ｘ，２０
ｙ，２０ｚが設けられた受光素子アレイ２０に供給され
る。したがって、発振したレーザー光を各波長毎にモニ
ターすることができる。モニタされたレベルに応じて各
半導体レーザー増幅器１６ｘ，１６ｙ，１６ｚに供給す
る電流をそれぞれ制御すれば、各レーザー光の出力を一
定化することができる。

【００３３】半導体レーザー増幅器アレイ１３のＹ−Ｙ
断面を図４に示し、半導体レーザー増幅器１６ｘ部分の
拡大図を図５に示す。なお、各半導体レーザー増幅器１
６ｘ，１６ｙ，１６ｚ，１７は、同一構造を有してい
る。半導体レーザー増幅器は、ｎ−ＡｌＧａＡｓ型クラ
ッド層３０とｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層３２にＧａＡ
ｓ活性層３１がはさまれたダブルヘテロ構造である。不
純物拡散による無秩序化という現象を利用して横方向の
光の閉じ込めを行っている。これは、シリコン（Ｓｉ）
等の不純物を拡散させると、クラッド層のＡｌＧａＡｓ
と活性層のＧａＡｓが混晶化する現象である。図５にお
いて、シリコンの拡散フロント３７が通過したところで
は、混晶化領域３５が形成される。混晶化領域３５は活
性層３１にくらべて屈折率が低いので、混晶化されずに
残ったところが、１６ｘ，１６ｙ，１６ｚ，１７等の半
導体レーザー増幅器となる。したがって、半導体レーザ
ー増幅器１６ｘ，１６ｙ，１６ｚ，１７は光導波路でも
あることになる。なお、３６はプロトン注入により形成
された絶縁化領域である。

【００３４】図４及び図５に示す半導体レーザー増幅器
アレイ１３は、同一基板上に複数の半導体レーザー増幅
器を並べた構造である。基板はシリコン（Ｓｉ）ドープ
のＧａＡｓ基板である。半導体レーザー素子のｎ型クラ
ッド層３０、ｐ型クラッド層３２は共にＡｌ_0.4Ｇａ
_0.6Ａｓの組成で厚さは１．０μｍ、活性層３１はＡｌ
_0.1Ｇａ_0.9Ａｓの組成で厚さは０．１μｍである。基
板側のクラッド層３０にはＳｅをドープしｎ型でキャリ
ア濃度は１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3である。上側のクラッド
層３２にはＭｇをドープしｐ型でキャリア濃度は１．０
×１０¹⁸ｃｍ^-3である。活性層３１はこのふたつのクラ
ッド層にはさまれた構造となっている。上側のｐ型のク
ラッド層３２の上部にはオーミックコンタクトを形成す
るためのキャップ層３３を配設した。キャップ層３３は
ＭｇをドープしたＧａＡｓで厚さは０．１μｍである。
キャップ層３３のキャリア濃度は１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3
である。なお、３４は電極である。

【００３５】半導体レーザー増幅器の設計例を以下に示
す。半導体レーザー増幅器のストライプ幅Ｓ＝２μｍ、
半導体レーザー増幅器１６ｘ，１６ｙ，１６ｚの間隔Ｐ
＝２０μｍ、半導体レーザー増幅器１６ｙと１７の間隔
Ｄ＝３．４４ｍｍとした（図４及び図５参照）。また、
半導体レーザー増幅器アレイの大きさは、図３において
Ｌ＝５．０ｍｍ、Ｗ＝０．２５ｍｍである。レンズ１８
は焦点距離Ｆ₀＝２０ｍｍであり、回折格子１９は１０
０本／ｍｍでブレーズ波長を９００ｎｍにあわせたもの
である。したがって、回折格子の格子間隔ｄ＝１０μ
ｍ、ブレーズ角度θ＝２．９°である。以上の設計条件
で、半導体レーザー増幅器１６ｘ，１６ｙ，１６ｚにそ
れぞれ対応して、８５０ｎｍ，８６０ｎｍ，８７０ｎｍ
の波長でレーザー発振が生じる。

【００３６】図６に本発明の第２実施例を示す。これは
図３に示す第１実施例の構成において、レンズ１８と回
折格子１９の代わりに凹面回折格子２１を用いたもので
ある。凹面回折格子２１の反射表面には、破線で示す丸
枠内に拡大して示すように、回折条件ｄｓｉｎθ＝ｎλ
を満足するように鋸歯状格子２２が構成される。この凹
面回折格子２１は、回折格子としての機能と凹面反射鏡
の機能を併せ持っているので、このような構成で図３に
示す第１実施例と同様の働きをさせることができる。

【００３７】図７に本発明の第３実施例を示す。これは
図３に示す第１実施例の構成において、レンズ１８と回
折格子１９の代わりにチャープ格子と呼ばれる不等間隔
格子２３を用いたものである。不等間隔格子２３の反射
表面には、破線で示す丸枠内に拡大して示すように、中
心から周辺に向かって順次ピッチが長くなる鋸歯状格子
２４が形成されている。この不等間隔格子２３は回折格
子としての機能と凹面反射鏡の機能を併せ持っているの
で、このような構成で図３に示す第１実施例と同様の働
きをさせることができる。

【００３８】図８に本発明の第４実施例を示す。これは
図６に示す第２実施例の構成を光集積回路化したもので
ある。この第４実施例においては、ＧａＡｓからなる共
通の基板上に四つの半導体レーザー増幅器１６ｘ，１６
ｙ，１６ｚ，１７を形成すると共に半径Ｒの凹面回折格
子２５を形成したものである。半径Ｒの中心及び大きさ
は、図８に示すように各半導体レーザー増幅器１６ｘ，
１６ｙ，１６ｚからのレーザー光が半導体レーザー増幅
器１７に共通に入射するように選定される。各半導体レ
ーザー増幅器１６ｘ，１６ｙ，１６ｚ，１７の構造は、
図３〜図５に示す第１実施例と同様である。

【００３９】図９に第４実施例のＸ−Ｘ断面図を示す。
混晶化領域３５は活性層３１に比べれば低屈折率である
が、上下の混晶化していないクラッド層３２，３０に比
べれば屈折率が高いので、光は基板に対して垂直方向に
は閉じ込められ、いわゆるスラブ型導波路として機能す
る。また、活性層３１と混晶化領域３５の屈折率差は数
％程度であるのでインターフェース３８における反射率
は充分小さい。

【００４０】図８に示す凹面回折格子２５はドライエッ
チングによって形成することができる。すなわち、図９
に示されるように基板２７の端部に鋸歯状格子２６（図
８参照）を有する垂直端面を形成し、この端面をミラー
として作用させレーザー光を反射させる。ドライエッチ
ングによって基板に対して垂直な端面ミラーを形成する
技術は、例えば、浅川他：「III −Ｖ族化合物半導体の
ドライエッチング」，応用物理，第５４巻，第１１号
（１９８５），ｐ１１３６−ｐ１１５３により知られて
おり、この技術を利用すればよい。

【００４１】図８に示す第４実施例では、スラブ型導波
路の伝搬損失が１０ないし１５ｄＢ／ｃｍ程度あるの
で、Ｒ＝３．５ｍｍとして、スラブ型導波路中の光路長
を１ｃｍ強に抑えた。また、回折格子の格子間隔ｄ＝２
μｍ（５００本／ｍｍに相当）とし、ブレーズ角度もこ
れに伴いθ＝４．１°とした。また、半導体レーザー増
幅器１６ｘ，１６ｙ，１６ｚの間隔ＰはＰ＝１０μｍと
図３に示す第１実施例の場合に比べ半分にした。ストラ
イプ幅ＳはＳ＝２μｍで第１実施例の場合と同じであ
る。以上の設計値は、ＡｌＧａＡｓの屈折率が約３．５
あることを考慮に入れてある。屈折率が大気中よりかな
り大きいためその分回折格子の格子定数は小さくしなく
てはならない。以上の設計条件で、半導体レーザー増幅
器１６ｘ，１６ｙ，１６ｚにそれぞれ対応して、８５０
ｎｍ，８６０ｎｍ，８７０ｎｍの波長でレーザー発振が
生じる。なお、半導体レーザー増幅器１６ｙと１７の間
隔Ｄ＝１．７２ｍｍである。

【００４２】図１０に本発明の第５実施例を示す。これ
は、図７に示される第３実施例を光集積回路化したもの
である。基本的には図８に示す第４実施例の場合と変わ
らないが、凹面回折格子２５の代わりに不等間隔格子２
８を用いた点が異なっている。この不等間隔格子２８
は、第４実施例と同様に鋸歯状格子２９を有する垂直端
面をドライエッチングにより形成することにより得られ
る。

【００４３】本発明の第６実施例を図１１に示す。これ
は、図３の半導体レーザー増幅器１６ｘ、１６ｙ、１６
ｚをＱＣＳＥ（ＱｕａｎｔｕｍＣｏｎｆｉｎｅｄＳ
ｔａｒｋＥｆｆｅｃｔ）型光変調器４０ｘ、４０ｙ、
４０ｚに変えた構成である。ＱＣＳＥ型光変調器とは、
加えるバイアス電圧によって（ある波長における）光吸
収係数が変化することによって、光強度の変調を行う素
子である。図１１のＱＣＳＥ型光変調器４０ｘ、４０
ｙ、４０ｚの構造は量子井戸構造のダイオードであり、
半導体レーザー増幅器１６ｘ、１６ｙ、１６ｚと基本的
には同じ構造であるが、クラッド層のドーピング濃度が
１０¹⁶ｃｍ^-3程度と低く（半導体レーザー増幅器では１
０¹⁸ｃｍ^-3程度である）、また、加えるバイアスの向き
が半導体レーザー増幅器とは反対である。図３の半導体
レーザー増幅器１６ｘ、１６ｙ、１６ｚではダブルヘテ
ロ構造のダイオードに順バイアスを加えて電流を流して
いるが、光変調器４０ｘ、４０ｙ、４０ｚでは量子井戸
構造構造のダイオードに逆バイアスを加えており、電流
はほとんど流れない。したがって、図３の第１実施例と
図１１の第６実施例とでは変調方法が異なる。すなわ
ち、図３の第１実施例では電流変調によって光信号を変
調しているのに対し、図１１の第６実施例では電圧変調
によって光信号を変調しているという差異がある。電圧
変調では素子に流れる電流が少なく電力消費量が少ない
という利点がある。

【００４４】本発明の第７実施例を図１２に示す。これ
は結像可能な分光光学系としてアレイ導波路回折格子を
用いたものである。アレイ導波路回折格子は半導体レー
ザーアレイ５１とアレイ導波路回折格子５０とを組み合
せたものである。アレイ導波路回折格子５０は基板５２
上に導波路をアレイ状に並べた部分５３を有し、この部
分の導波路間の光路差によって分光する。扇形のスラブ
導波路５４及び５５は結像機能を有しており、合わせて
結像可能な分光光学系を形成している。アレイ導波路回
折格子自体は、公知（例えば、高橋、鈴木、西、「アレ
イ導波路回折格子を用いた光分合波器」、１９９１年度
秋季電子情報通信学会、Ｃ−２００（１９９１）参照）
である。アレイ導波路回折格子は導波路間の光路差が大
きく取れるため、大きな波長分散が得られ、通常の回折
格子より波長分解能を高くすることができるという利点
がある。半導体レーザーアレイ５１の各半導体レーザー
素子は光導波路５６ないし５７によってスラブ導波路５
４及び５５と結ばれている。なお、半導体レーザーアレ
イ５１とアレイ導波路回折格子５０との界面は反射が生
じないように設計されている。半導体レーザーアレイ５
１のアレイ導波路回折格子５０側の端面に（ｎ₃）²＝
（ｎ₁）²（ｎ₁）²を満たす屈折率ｎ₃の１／４波長
膜をコートし、半導体レーザーアレイ５１とアレイ導波
路回折格子５０とを光学グリースを介して接触させてい
る。ただし、ｎ₁は半導体レーザーアレイの材料の屈折
率、ｎ₂はアレイ導波路回折格子５０の材料の屈折率で
ある。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、発振条件に光ファイバ
ーの径が関与しないので、発振するレーザー光のスペク
トル幅を狭くすることができる。また、光導波路を通る
光路に対応するレーザー光しか発振しないので、光ファ
イバーへの結合効率も高くすることができる。更に、波
長多重レーザー発振器を光集積回路として一括製造する
ことが可能であり、この場合には、製造コストを低減す
ることができると共に信頼性も向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成例を示す概略平面図である。

【図２】本発明の他の構成例を示す概略平面図であ
る。

【図３】本発明の第１実施例を示す平面図である。

【図４】図３に示す第１実施例のＹ−Ｙ断面図であ
る。

【図５】図４に示す断面図の要部拡大図である。

【図６】本発明の第２実施例を示す平面図である。

【図７】本発明の第３実施例を示す平面図である。

【図８】本発明の第４実施例を示す平面図である。

【図９】図８に示す第４実施例のＸ−Ｘ断面図であ
る。

【図１０】本発明の第５実施例を示す平面図である。

【図１１】本発明の第６実施例を示す平面図である。

【図１２】本発明の第７実施例を示す平面図である。

【図１３】従来技術を示す平面図である。

【図１４】従来技術において発光スペクトラムが拡が
ること及び光ファイバーとの結合が小さくなることを示
す模式図である。

【図１５】マルチモードファイバー及びシングルモー
ドファイバーの断面図である。

【図１６】従来技術における発光スペクトラムを示す
模式図である。

【符号の説明】

１…光導波路、１ｂ，１ｆ…光導波路の入出射口、２…
分光光学系、３…レーザー増幅器アレイ、３ｘ〜３ｚ
レーザー増幅器、３ｘ_b〜３ｚ_b，３ｘ_f〜３ｚ_f…入
出射口、４，５…光反射手段、６，７…レンズ、８…回
折格子、９…光ファイバー、１０…レーザー光、１１ｘ
〜１１ｚ…光信号、１２…レーザー増幅器、１２ｂ，１
２ｆ…入出射口、１３…半導体レーザー増幅器アレイ、
１４，１５…端面、１６ｘ〜１６ｚ，１７…半導体レー
ザー増幅器、１８…レンズ、１９…回折格子、２０…受
光素子アレイ、２０ｘ〜２０ｚ…受光部、２１…凹面回
折格子、２２…鋸歯状格子、２３…不等間隔格子、２４
…鋸歯状格子、２５…凹面回折格子、２６…鋸歯状格
子、２７…基板、２８…不等間隔格子、２９…鋸歯状格
子、３０…ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、３１…ＧａＡ
ｓ活性層、３２…ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、３３…
キャップ層、３４…電極、３５…混晶化領域、３６…絶
縁化領域、３７…拡散フロント、３８…インターフェー
ス、４０ｘ，４０ｙ，４０ｚ…ＱＣＳＥ型光変調器、５
０…アレイ導波路回折格子、５１…半導体レーザーアレ
イ、５２…基板、５３…導波路をアレイ状に並べた部
分、５４，５５…扇形のスラブ導波路、５６，５７…光
導波路、６１…コリメーターレンズ、６２…回折格子、
６３…光ファイバー、６３ａ…高反射コート膜、６３ｂ
…コア、６３ｃ…クラッド、６４…半導体レーザーアレ
イ、６４ａ…高反射コート膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の光反射手段と、光導波路と、結像
可能な分光光学系と、独立駆動可能な複数のレーザー増
幅器を光軸が互いに平行になるように配列したレーザー
増幅器アレイと、第２の光反射手段とを光軸に沿って順
次配設し、前記光導波路と前記レーザー増幅器アレイの
相対する各端面を前記分光光学系に対して互いに光学的
共役関係になるように配置すると共に前記分光光学系に
より分光されたレーザー光が前記レーザー増幅器アレイ
の各レーザー増幅器に照射されるようになし、前記光導
波路と前記レーザー増幅器アレイに属する各レーザー増
幅器とを各レーザー増幅器に対して決まる特定の波長で
光学的に結合してレーザー発振させることを特徴とする
波長多重レーザー発振器。
【請求項２】前記光導波路は光増幅装置であることを
特徴とする請求項１記載の波長多重レーザー発振器。
【請求項３】前記第１の光反射手段は、部分的に光を
通す光反射手段であり、該第１の光反射手段を通過して
くるレーザー光を光ファイバに供給することを特徴とす
る請求項１又は請求項２記載の波長多重レーザー発振
器。
【請求項４】前記第２の光反射手段は、部分的に光を
通す光反射手段であり、該第２の光反射手段を通過して
くるレーザー光を出力モニタ用の受光素子に供給するこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の波長多重レ
ーザー発振器。
【請求項５】前記第１の光反射手段と、前記光導波路
と、前記分光光学系と、前記レーザー増幅器アレイと、
前記第２の光反射手段とを同一基板上に光集積回路とし
て形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の波長多重レーザー発振器。
【請求項６】第１の光反射手段と、光増幅装置と、結
像可能な分光光学系と、独立駆動可能な複数の光変調器
を光軸が互いに平行になるように配列した光変調器アレ
イと、第２の光反射手段とを光軸に沿って順次配列し、
前記光増幅装置と前記光変調器アレイの相対する各端面
を前記分光光学系に対して光学的共役関係になるように
配置すると共に前記分光光学系により分光されたレーザ
ー光が前記光変調器アレイの各光変調器に照射されるよ
うになし、前記光増幅装置と前記光変調器アレイに属す
る各光変調器とを各光変調器に対して決まる特定の波長
で光学的に結合してレーザー発振させることを特徴とす
る波長多重レーザー発振器。
【請求項７】前記第１の光反射手段と、前記光増幅装
置と、前記分光光学系と、前記光変調器アレイと、前記
第２の光反射手段とを同一基板上に光集積回路として形
成したことを特徴とする請求項６記載の波長多重レーザ
ー発振器。