JPH05327125A - アレー導波路型レーザ - Google Patents

アレー導波路型レーザ

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JPH05327125A
JPH05327125A JP12303992A JP12303992A JPH05327125A JP H05327125 A JPH05327125 A JP H05327125A JP 12303992 A JP12303992 A JP 12303992A JP 12303992 A JP12303992 A JP 12303992A JP H05327125 A JPH05327125 A JP H05327125A
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Yoshinori Hibino
善典 日比野
浩 ▲高▼橋
Hiroshi Takahashi
Toshimi Kominato
俊海 小湊
Yasuhiro Hida
安弘 肥田
Kaname Jinguji
要 神宮寺
Senta Suzuki
扇太 鈴木
Yasuyuki Inoue
靖之 井上
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0268Integrated waveguide grating router, e.g. emission of a multi-wavelength laser array is combined by a "dragon router"

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  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 光導波路で構成されたアレー導波路型回折格
子とLDなどの増幅媒体を組み合わせて等間隔で安定な
多波長発振レーザを得る。 【構成】 入力端を有する2次元導波路3と、該2次元
導波路に接続した複数の長さの異なる3次元導波路4の
他端は高反射率終端6とされており、かつ前記2次元導
波路の入力端に接続した増幅媒体8を有するアレー導波
路型レーザ。また、少なくとも入力端を有する第1の2
次元導波路と、出力端を有する第2の2次元導波路と、
第1の2次元導波路と第2の2次元導波路を接続する長
さの異なる複数の3次元導波路からなる光回路と、該光
回路の入力端又は出力端に接続した増幅媒体を有するア
レー導波路型レーザ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主に光通信用部品分野
で利用されるアレー導波路型レーザに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光通信において、伝送情報密度を上げる
には、光ファイバを伝搬する信号光の波長を多重化する
ことが有効な方法の一つである。波長多重方式には、狭
帯域で波長が正確に制御された多数の半導体レーザ(L
D)が必要である。また、高密度多重波長合波・分波の
ためには、各LDの波長が等間隔で、その波長間隔は狭
いほうが望ましい。現在まで、狭帯域な分布帰還型半導
体レーザ(DFB−LD)を温度及び電流制御すること
によって波長を調節し、波長多重に用いるベく開発が進
められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記D
FB−LDにおいては、狭い等間隔に波長を制御するこ
とは安定性などで困難な問題点が多かった。
【0004】本発明は、前記問題点を解決するためにな
されたものであり、本発明の目的は、波長多重化方式用
に、光導波路で構成されたアレー導波路型回折格子とL
Dなどの増幅媒体を組み合わせて等間隔で安定な多波長
発振レーザを提供することにある。
【0005】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の(1)の手段は、入力端を有する2次元導
波路と、該2次元導波路に接続した複数の長さの異なる
3次元導波路の他端は高反射率終端とされており、かつ
前記2次元導波路の入力端に接続した増幅媒体を有する
ことを特徴とする。
【0007】本発明の(2)の手段は、少なくとも入力
端を有する第1の2次元導波路と、出力端を有する第2
の2次元導波路と、第1の2次元導波路と第2の2次元
導波路を接続する長さの異なる複数の3次元導波路から
なる光回路と、該光回路の入力端又は出力端に接続した
増幅媒体を有することを特徴とする。
【0008】また、前記増幅媒体として半導体アンプを
用いることを特徴とする。
【0009】また、前記増幅媒体として希土類添加光フ
ァイバを用いることを特徴とする。
【0010】
【作用】前述の手段によれば、多数のレーザの発振波長
を単一のアレー導波路型回折格子により制御するので、
安定で高精度に波長間隔を制御された多波長レーザを作
製することができる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
【0012】最初に、本発明のアレー導波路型レーザの
全実施例の基本的な構造について説明する。
【0013】図1は、本発明のアレー導波路型レーザの
全実施例の基本的な構造を説明するための模式図であ
り、1はシリコン(Si)基板、2は入射用3次元導波
路、3は2次元導波路、4,5は3次元導波路、6,7
は高反射率終端部、8は増幅媒体のアレー、9は誘電体
多層膜ミラー、10はローランド円である。
【0014】まず、アレー導波路型回折格子の機能を図
1を用いて説明する。
【0015】本発明に用いるアレー導波路型回折格子
は、長さが異なる複数の3次元導波路4,5によって、
光の位相を各3次元導波路4,5間で異ならせることに
より、形状的に制限されることなく3次元導波路4,5
間に大きな行路長差を生じさせて高分解能を実現する。
理論的には、隣接する3次元導波路4,5間の行路長差
をΔL/2とすると、入射用3次元導波路2から入射
し、2次元導波路3及び3次元導波路4,5を通って反
射して戻ってきた光の2次元導波路3内の回折光の回折
角βは次式で与えられる。
【0016】
【数1】 d(sinα+sinβ)n+ΔLn=mλ …………(1) ここで、dは2次元導波路3に結合する部分における複
数の3次元導波路4,5の間隔、αは入射角、nは屈折
率、mは整数である。入射角0,回折角0の近傍では集
光位置xと波長λの関係は次式で与えられる。
【0017】
【数2】dx/dλ=fm/nd …………(2)
【0018】
【数3】m=ΔLn/λ …………(3) ここで、fは2次元導波路3の曲率半径であって、焦点
距離に相当する。アレー導波路型回折格子ではΔLに制
限がないため容易に高分解能化が可能である。
【0019】以上のように、入射用3次元導波路2には
特定の波長のみが回折される。従って、各入射用3次元
導波路2に接続した増幅媒体のアレー8の各増幅媒体に
はそれぞれ特定の波長が回折され、各増幅媒体はそれぞ
れ異なる波長でレーザ発振することになる。また、アレ
ー導波路型回折格子では入射用3次元導波路2に回折さ
れる光の波長は等間隔になるので、各増幅媒体のレーザ
発振波長を等間隔にすることができる。
【0020】〔実施例1〕本実施例1では、アレー導波
路型回折格子を石英系ガラス光導波路で作製し、増幅媒
体として1.55μm帯の半導体アンプを接続した。
【0021】図2は、本発明の実施例1のアレー導波路
型レーザの概略構成を説明するための模式図であり、1
aはシリコン基板、2aは石英系ガラスからなる入射用
3次元導波路、3aは石英系ガラスからなる2次元導波
路、4a,5aは石英系ガラスからなる3次元導波路、
10aはローランド円、11は全反射ミラー、12は半
導体アンプである。
【0022】アレー導波路型回折格子を構成した石英系
光導波路を作製するには、火炎堆積(FHD)と反応性
イオンエッチング(RIE)法によった。
【0023】以下に本実施例1の作製手順を説明する。
【0024】 シリコン基板1aにFHD法により下
部クラッドとコアを形成する。
【0025】 フォトリソグラフ法により、図1に示
す構造の導波路コアパターンを転写し、RIE法でコア
を形成する。
【0026】 FDH法により上部クラッドを堆積
し、埋め込み型導波路を作製する。
【0027】作製した3次元導波路2a,4a,5aの
コアのサイズは6.5×6.5μm、コア・クラッドの非
屈折率差は0.75%とした。アレー導波路型回折格子
の入射用3次元導波路2aに回折する光の波長間隔を1
0GHzになるように、2次元導波路3a,3次元導波
路4a,5aを設計した。
【0028】導波路作製後、全反射ミラー11を接着し
た。また、半導体アンプ12においては、導波路と接続
する端面には反射が生じないように無反射誘電体多層膜
を、出射側の端面には波長1.55μm帯で反射率約90
%になる誘電体多層膜ミラーをそれぞれ蒸着した。
【0029】作製したレーザに関し、半導体アンプ12
に電流を流して特性を調べた。3個の半導体アンプ12
のそれぞれに電流を50mAずつ流したところ、各半導
体アンプ12からは別々の波長で発振し、波長間隔は1
0GHzであった。
【0030】以上の本実施例の結果より、本発明の有効
性が確認された。
【0031】〔実施例2〕本実施例2においては、増幅
媒体として、実施例1で用いた半導体アンプの代わり
に、Er添加光ファイバを用いた。
【0032】図3は、本発明の本実施例2のレーザの概
略構成を説明するための模式図であり、1bはシリコン
基板、3bは2次元導波路、4b,5bは3次元導波
路、10bはローランド円、11aは全反射ミラー、1
3,13aはEr添加光ファイバ、14,14aはEr
添加光ファイバからなるポンプ用LD(波長1.47μ
m)、15,15aはポンプ光導入用光方向性結合器、
16は光ファイバアレー取り付け部品、17はレーザ発
振光取り出し用誘電体多層膜ミラー付き光ファイバアレ
ーである。
【0033】アレー導波路型回折格子を実施例1と同じ
方法でシリコン基板1b上に作製した。回折格子の3次
元導波路4b,5bへの回折間隔を20GHzとなるよ
うに設計した。作製したレーザについて、各Er励起用
LDの出力を方向性結合器を介してを各Er添加光ファ
イバ13,13aに入射しレーザ発振特性を調べた。E
r添加光ファイバ13,13aに波長1.47μm出力3
0mWのポンプ光を入射した場合、誘電体多層膜ミラー
を取り付けた光ファイバアレー17から各光ファイバご
とにレーザ出力が得られた。各光ファイバからのレーザ
光は、アレー導波路型回折格子の波長間隔に合わせて2
0GHz間隔で別々に発振した。
【0034】〔実施例3〕本実施例3では、アレー導波
路型回折格子を用いてリング共振器型のレーザを構成し
た。
【0035】図4は、本発明の実施例3のアレー導波路
型回折格子を用いてリング共振器型のレーザの概略構成
を説明するための図であり、1cはシリコン基板、3
c,3dは2次元導波路、10c,10dはローランド
円、13b,13cはEr添加光ファイバ、14b,1
4cはEr添加光ファイバからなるポンプ用LD、15
b,15cはポンプ光導入用光方向性結合器、18はア
レー3次元導波路、19,19aはレーザ発振光取り出
し用方向性結合器である。
【0036】シリコン基板1c上に作製したアレー導波
路型回折格子を実施例1と同じ方法で作製した。作製し
た導波路のコアのサイズは6.5×6.5μm、コア・ク
ラッドの非屈折率差は0.75%とした。アレー導波路
型回折格子の入射用3次元導波路2c,2dに回折する
光の波長間隔は10GHzになるようにした。作製した
回折格子の両端面にEr添加光ファイバ13b,13c
をリング共振器構造になるように接続した。この場合光
ファイバを接続する入射用3次元導波路2cと2dの回
折波長が一致するようにした。Er添加光ファイバ13
b,13cの長さは各20mとした。LDは波長1.4
7μmのものである。
【0037】作製したレーザについて、各Er励起用L
Dの出力を方向性結合器を介して各Er添加光ファイバ
13b,13cに入射し、レーザ発振特性を調べた。各
ポンプ用LDには電流を50mAずつ流し、Er添加光
ファイバ13b,13cに30mWのポンプ光を入射し
た。その結果、各Er添加光ファイバ13b,13cに
取り付けたレーザ出力取り出し用方向性結合器から別々
の波長で発振するレーザ光が得られた。波長間隔は10
GHzで、レーザスペクトルの半値幅は0.1nmであ
った。
【0038】以上説明した本実施例1,2,3の結果よ
り、本発明の有効性が確認された。
【0039】また、本実施例1,2,3では、増幅媒体
としてEr添加光ファイバを用いたが、そのかわりにL
Dアレーと光ファイバアレーを用いることもできる。
【0040】以上の実施例で説明した以外に、増幅媒体
としては、他の希土類添加光ファイバを用いることもも
ちろんできる。また、希土類添加石英系ガラス導波路を
用いてアレー導波路型回折格子を構成し、モノリシック
なレーザを作ることも可能である。
【0041】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得
ることはいうまでもない。
【0042】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、多数のレーザの発振波長を単一のアレー導波路型回
折格子により制御するので、安定で高精度に波長間隔を
制御された多波長レーザを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のアレー導波路型レーザの全実施例の
基本的な構造を説明するための模式図、
【図2】 本発明の実施例1のアレー導波路型レーザの
概略構成を説明するための模式図、
【図3】 本発明の本実施例2のレーザの概略構成を説
明するための模式図
【図4】 本発明の実施例3のアレー導波路型回折格子
を用いてリング共振器型のレーザの概略構成を説明する
ための図。
【符号の説明】
1,1a,1b,1c…シリコン(Si)基板、2,2
a,2b,2c,2d…入射用3次元導波路、3,3
a,3b,3c,3d…2次元導波路、4,4a,4b
…3次元導波路、5,5a,5b…3次元導波路、6…
高反射率終端部、7…高反射率終端部、8…増幅媒体の
アレー、9…誘電体多層膜ミラー、10,10a,10
b…ローランド円、11,11a…全反射ミラー、12
…半導体アンプ、13,13a,13b,13c…Er
添加光ファイバ、14,14a…ポンプ用LD、15,
15a,15b,15c…ポンプ光導入用光方向性結合
器、16…光ファイバアレー取り付け部品、17…レー
ザ発振光取り出し用誘電体多層膜ミラー付き光ファイバ
アレー、18…アレー3次元導波路、19,19a…レ
ーザ発振光取り出し用方向性結合器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 肥田 安弘 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 神宮寺 要 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 鈴木 扇太 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 井上 靖之 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力端を有する2次元導波路と、該2次
    元導波路に接続した複数の長さの異なる3次元導波路の
    他端は高反射率終端とされており、かつ前記2次元導波
    路の入力端に接続した増幅媒体を有することを特徴とす
    るアレー導波路型レーザ。
  2. 【請求項2】 少なくとも入力端を有する第1の2次元
    導波路と、出力端を有する第2の2次元導波路と、第1
    の2次元導波路と第2の2次元導波路を接続する長さの
    異なる複数の3次元導波路からなる光回路と、該光回路
    の入力端又は出力端に接続した増幅媒体を有することを
    特徴とするアレー導波路型レーザ。
  3. 【請求項3】 前記増幅媒体として半導体アンプを用い
    ることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアレ
    ー導波路型レーザ。
  4. 【請求項4】 前記増幅媒体として希土類添加光ファイ
    バを用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
    載のアレー導波路型レーザ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002047217A1 (fr) * 2000-12-08 2002-06-13 Photonixnet Kabushiki Kaisha Source lumineuse et dispositif à multiplexage en longueurs d'ondes
WO2006006681A1 (ja) * 2004-07-15 2006-01-19 Asahi Glass Company, Limited ガラス光導波路
WO2014129613A1 (ja) * 2013-02-25 2014-08-28 カナレ電気株式会社 光増幅器及びレーザ発振器

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