JPH1146046A - シングルモードレーザ - Google Patents

シングルモードレーザ

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JPH1146046A
JPH1146046A JP10141488A JP14148898A JPH1146046A JP H1146046 A JPH1146046 A JP H1146046A JP 10141488 A JP10141488 A JP 10141488A JP 14148898 A JP14148898 A JP 14148898A JP H1146046 A JPH1146046 A JP H1146046A
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frequency
optical
amplifier
grating
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JP10141488A
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Christopher R Doerr
アール．ドエアー クリストファー
Charles H Joyner
エイチ．ジョイナー チャールズ
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Lucent Technologies Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長安定性とシングルモード安定性を有する
波長選択性レーザとその製造方法を提供すること。 【解決手段】 本発明の安定したシングルモードレーザ
は、ドープした半導体ウェハ中に２個の反射要素により
形成されたレーザキャビティと、前記レーザキャビティ
は、周回時間τr とライン幅強化パラメータαとを有
し、前記反射要素に光学的に接続された複数の制御可能
な周波数選択性パスを有するレーザキャビティ内に形成
された周波数ルーティングデバイスと、１つあるいは複
数の周波数選択性パスからなる選択性グレーティング
は、１つあるいは複数のレーザ発振周波数をレーザキャ
ビティ内でΔＦC の周波数離間距離（ΔＦC ＝１／τ
r ）を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
関し、特に光通信システムで用いられる波長選択性があ
りかつシングルモード選択性を有するレーザとその動作
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通信システムの容量とスピードは、光学
的伝送ノード，ファイバ，導波路等から構成されるネッ
トワークを介して光の形態で情報を伝送することにより
増加している。高容量の光通信システムは、多くの光信
号が光ネットワークの要素内で周波数即ち波長分割多重
化する必要がある。このため、様々な周波数で電磁エネ
ルギを生成することが必要である。光通信システムで使
用される光エネルギを生成する理想的なデバイスはレー
ザである。
【０００３】波長分割多重化（ＷＤＭ）は、ネットワー
クの容量を増加し、配置を容易にするために同一の光フ
ァイバを複数の波長が共有する技術である。高い波長安
定性を有する送信器は、ＷＤＭネットワークにとって必
須不可欠なものである。近年良好な波長選択性を有する
多くのＷＤＭ送信器により、未制御のモード選択性レー
ザを使用できるようなっている。
【０００４】これらのレーザは、レーザ発振波長を設定
する狭いイントラキャビティフィルタを有する。このよ
うなフィルタの元では、多くのキャビティモードが存在
し、そのうちの１つはゲインの非線形性によりレーザ発
振が選択されている。このようなレーザは制御されてお
らず、即ちフィルタ内である種のキャビティモードを積
極的（能動的）に設定する試みは行われていない。
【０００５】この未制御モード選択性レーザは、キャビ
ティモード整合が制御されていないようなイントラキャ
ビティフィルタを有するレーザである。未制御であるた
め、キャビティモードがフィルタに対し大幅にドリフト
し、フィルタの有限な安定領域外に出た場合には、レー
ザモードホップが発生してしまう。このようなレーザモ
ードホップは、伝送エラーにつながってしまう。
【０００６】ＷＤＭネットワークのチャネルスペースが
減少するにつれて、分散型フィードバック（ＤＦＢ）レ
ーザのようなショートキャビティレーザは、外部手段を
用いて波長を安定化させている。このような波長安定性
を実現する外部手段の利用を回避するためにレーザキャ
ビティは長くなり（ある増幅器の長さに対して）、増幅
器の加熱パワー変動当たりのレーザ発振周波数シフトを
減少させ、増幅器の長さにかかわらずゲインの変動を減
少させる。
【０００７】波長安定性をさらに改善するために、イン
トラキャビティフィルタを受動型材料内に完全に配置す
ることも可能である。このようなレーザは、未制御のモ
ード選択性レーザであり、このレーザにおいてはキャビ
ティモードとフィルタの整合性の制御が求められてい
る。このようなレーザの例には、キャビティ内に複数の
マルチストライプアレイグレーティング（multiple-str
ipe array grating in acavity （ＭＡＧＩＣ））を有
するレーザと、波長グレーティング多重周波数レーザ
と、波長グレーティング多重周波数レーザと、ファイバ
グレーティング半導体レーザとがある。未制御にもかか
わらず、このモード選択性が未制御のレーザは、ゲイン
の非線形性によりシングルの軸方向モードでもってレー
ザ発振する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザの技術は
十分開発されてはいるが、この種の技術に付随する本来
的なある種の問題は依然として存在する。ある問題と
は、スタートアップ時と、その後の動作中のレーザに伴
う不安定性である。そのため本発明の目的は、波長安定
性とシングルモード安定性を有する波長選択性レーザと
その製造方法を提供することである。さらに本発明の目
的は、よく規定された発振周波数を有し、光集積回路の
形態のレーザを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のシングルモード
安定レーザは、請求項１に記載した特徴を有する。さら
に本発明は、請求項２，３，４に記載した特徴を有す
る。本発明のレーザを安定した動作状態に同調させる方
法は、請求項１４に記載した特徴を有する。さらに本発
明は、請求項１６に記載した特徴を有する。本発明のレ
ーザ同調方法は、請求項１７に記載した特徴を有し、さ
らに本発明は請求項１８，１９に記載した特徴を有す
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、正確に離間した所定数
の波長の間で波長を正確に選択できる、波長安定性とシ
ングルモード安定性を有するレーザに関する。本発明に
よる多重周波数導波路グレーティングルータは、半導体
光学増幅器を集積した導波路グレーティングルータから
なる。ルータの一端におけるＮ個のポートは、へき開し
たミラーファセットを有する光学増幅器に終端し、他端
の１個のポートは、高反射ミラーに接続された共有光学
増幅器に終端する。各Ｎ個の共鳴キャビティは、ルータ
に起因する異なるイントラキャビティフィルタ周波数を
有する。これらのイントラキャビティフィルタは互いに
正確に離間し、その結果Ｎ個の正確に離間したレーザ周
波数からなる多重周波数導波路グレーティングルータレ
ーザ出力を形成することができる。
【００１１】本発明により固有の波長とシングル縦方向
モードの安定性を有する波長選択性レーザが提供でき
る。周波数安定性は、長いキャビティと受動型のイント
ラキャビティチャープ導波路グレーティングルータによ
り得られ、シングルモード安定性は、高いΔｎ／ｎ（こ
こでｎは材料の屈折率とする）の導波路と緩やかな曲げ
により得られる狭いルータパスバンドにより補助される
ゲインの非線形性を用いて得られる。
【００１２】本発明の一実施例は、２個の反射ファセッ
ト間の半導体ウェハ上に形成された１×Ｎの周波数ルー
ティングデバイスを有する。デバイスの各導波路は、そ
れぞれの導波路内を流れる光学エネルギを阻止するゲー
トとして、あるいは各導波路を流れる光学エネルギを増
幅するゲイン付与要素として選択的に機能する集積光学
増幅器を有する。
【００１３】この光学増幅器のあるものは、バイアス電
流でもって活性化され、反射面間の所定のパス内でレー
ザ発振動作が行われる。このパスは、レーザ発振動作が
所定の周波数でもってサポートされるようにする。この
レーザは、周波数ルーティングデバイスの入力導波路の
数に等しいＮ個の周波数のうちのどの周波数にも同調可
能である。
【００１４】図１は幅広い周波数範囲に亘って同調可能
なレーザの一実施例を示す。このレーザは、周波数選択
性を与える１×Ｎ周波数ルーティングデバイスと光学信
号を搬送する複数個の導波路と光学増幅器とレーザ発振
動作を与える複数の光学的活性領域とからなる。これら
の構造体は、公知の光リソグラフ技術を用いて、半導体
ウェハ上にモノリシックに集積し、形成可能である。
【００１５】図１において、ウェハ１０はＩｎＧａＡｓ
Ｐのような半導体材料製である。周波数ルーティングデ
バイス１２はウェハ１０上に形成される。第１導波路１
４は周波数ルーティングデバイス１２の一端に接続され
る。一組の導波路１６1 ，１６2 ，…，１６N は、周波
数ルーティングデバイス１２の他端に接続される。共有
光学増幅器１８は第１導波路１４をウェハ１０に形成さ
れた第１へき開面２０に接続する。
【００１６】一組の光学増幅器２２1 ，２２2 ，…，２
２N からなる切り換え可能な増幅器列は、一組の導波路
１６1 ，１６2 ，…，１６N の１つをウェハ１０の第２
へき開面２４に接続する。これらの２個のへき開面２
０，２４は、レーザ発振動作がサポートされるような同
調されたキャビティを規定する反射ミラーからなる。制
御回路２５はバイアス電流を選択的に光学増幅器２２
1 ，２２2 ，…，２２N の所定の１つに与えて、Ｎ個の
個々の周波数のうちの１個の周波数のレーザ光を図１の
光出力１１として生成する。
【００１７】各光学増幅器は、制御可能な光学透過率を
有する導波路のドープ領域を有する。ドーピングは適宜
構成された半導体接合部が各光学増幅器内で規定される
よう行われる。これらの領域への電気エネルギの注入に
より、これらの領域が光学エネルギの流れに対し透過的
になり、そしてさらにはその領域を流れる光学信号に対
し、ある程度のゲインを与えるようになる点で、これら
の領域は光学的に活性である。
【００１８】レーザ発振しきい値以上のバイアス電流が
加えられると、レーザ発振動作が開始する。導波路のこ
のドープ領域は、電気的励起が加えられない場合には、
光の伝送に対し不透過である。かくしてこのドープ領域
は、電気的エネルギで励起されたか否かによってゲート
あるいは光学増幅器と見なすことができる。図１のウェ
ハ１０内のこれらの領域を形成する方法は公知であり、
また本発明の一部でもないので説明は割愛する。
【００１９】図１の光学増幅器２２1 ，２２2 ，…，２
２N の所定の１つへバイアス電流を選択的に加えると、
周波数ルーティングデバイス１２の動作に起因してへき
開面２０と２４との間に周波数選択性の光学パスが形成
される。レーザ発振しきい値以上のバイアス電流を複数
の光学増幅器の１つに加えることにより周波数選択性光
学パスにサポートされる周波数でもってレーザ発振動作
が行われる。バイアス電流がかけられていない光学増幅
器は、そこを通る光学エネルギに対しては不透明とな
る。
【００２０】周波数ルーティングデバイス１２は、第１
導波路１４上に現れ周波数ルーティングデバイス１２の
方向に流れる周波数Ｆ1 を有する光学信号がさらに導波
路１６1 に向けられるように機能する。導波路１６1 上
の周波数ルーティングデバイス１２の方向に向けられた
周波数Ｆ1 を有する光学信号は、第１導波路１４に向け
られる。第１導波路１４上に現れ周波数ルーティングデ
バイス１２の方向に向けられる周波数Ｆ2 を有する光学
信号は導波路１６2 の方に向けられる。
【００２１】同様に、周波数ルーティングデバイス１２
の方向に向けられ導波路１６2 上の周波数Ｆ2 を有する
光学信号は、第１導波路１４の方向に向けられる。一般
的に説明すると、第１導波路１４上に現れ周波数ルーテ
ィングデバイス１２の方向に流れる周波数ＦN を有する
光学信号は、周波数ルーティングデバイスにより導波路
１６N の方向に向けられる。同様に導波路１６N 上に現
れ、周波数ルーティングデバイス１２の方向に向かって
流れる周波数ＦN の光学信号は第１導波路１４に向けら
れる。
【００２２】共有光学増幅器１８の一端と一組の光学増
幅器２２1 ，２２2 ，…，２２N の端部のウェハのへき
開面２０と２４はへき開され、それらの間で同調可能な
キャビティを具備する反射性ミラーを形成する。周波数
ルーティングデバイス１２の一側の増幅器は、バイアス
電流により開状態となるゲートとして用いられる。これ
らのゲートが適宜の電流例えば１０−２０ｍＡの電流に
よりバイアスされると、これらのゲートはこのバイアス
電流のレベルに依存したある量のゲインでもって光学的
に透明（透過的）となる。
【００２３】一方ゲートは、バイアス電流がゼロの時に
は高い光学的損失を有する。ウェハ１０の一側における
これらの光学増幅器の一つはバイアスされ、その結果光
学的に透過となる。同一側にある他の光学増幅器はバイ
アスされない。周波数ルーティングデバイス１２の他側
では、共有光学増幅器１８がレーザ発振しきい値以上に
バイアスされている。このようにしてバイアス電流を光
学増幅器にかけることにより、レーザ発振をミラー間で
透明なルートが形成される。
【００２４】そしてこの透明なルートに沿って定在波
が、このルートに関連するパスバンド内の周波数に対し
維持される。このパスバンド外の周波数は、バイアスさ
れない損失の大きい増幅器により阻止される。レーザ発
振は、最大パスバンドの近傍の周波数を有するファブリ
ペローモードで発生する。隣接するファブリペローモー
ドは、適切な回路設計により調整可能なパスバンド選択
性により抑制される。
【００２５】自由スペクトラム範囲（free spectral ra
nge （ＦＳＲ））区間ＮΔＦには、周期的に繰り返され
るΔＦ幅のＮ個のパスバンドが存在する。活性半導体媒
体のゲインがこれらＦＳＲの１つに対して十分にピーク
を有する。あるいはグレーティングが、パスバンド選択
性を与えるためにチャープしていると仮定すると、ウェ
ハ１０内のある光学増幅器を適宜活性化することにより
Ｎ個のレーザ発振周波数がこのＦＳＲで得られる。
【００２６】このＦＳＲ外の周波数は、ゲイン差別によ
り抑制される。かくして同調は、同調範囲ＮΔＦに亘っ
て間隔ΔＦで分離された個別の周波数で達成できる。さ
らにまたレーザ発振周波数の組み合わせは、周波数ルー
ティングデバイス１２の一側の複数の増幅器領域を活性
化することにより得られる。さらにまた増幅器領域は、
情報を送るために変調することもできる。
【００２７】次に図１のレーザがいかに複数の個々の光
学周波数に同調されるかを示す例について説明する。図
１のレーザが周波数Ｆ1 の光学エネルギを生成すること
が望ましい場合には、バイアス電流が共有光学増幅器１
８と光学増幅器２２1 に加えられる。光学増幅器２２1
に加えられたバイアス電流は、半導体材料のレーザ発振
しきい値以上である。これにより光学的に透過なパスが
へき開面２０と２４との間に形成され、そのパスは共有
光学増幅器１８と第１導波路１４と周波数ルーティング
デバイス１２と導波路１６1 と光学増幅器２２1 を含
む。光学定在波が周波数Ｆ1 でへき開面２０と２４との
間に生成され、その周波数のレーザ光が図１のデバイス
により光出力１１として出力される。
【００２８】反射面は部分反射あるいは全反射である。
同様に、図１のレーザが周波数Ｆ2の光学エネルギを生
成することが望ましい場合には、バイアス電流が共有光
学増幅器１８と光学増幅器２２2 に加えられる。光学増
幅器２２2 に加えられたバイアス電流は、半導体材料の
レーザ発振しきい値以上である。これにより光学的に透
過なパスがへき開面２０と２４との間に形成され、その
パスは共有光学増幅器１８と第１導波路１４と周波数ル
ーティングデバイス１２と導波路１６2 と光学増幅器２
２2 を含む。光学定在波が周波数Ｆ2 でへき開面２０と
２４との間に生成され、その周波数のレーザ光が図１の
デバイスにより光出力１１として出力される。
【００２９】周波数Ｆ3 からＦN までの光学エネルギ
は、光学増幅器２２1 または２２2 を活性化する代わり
にそれぞれ光学増幅器２２3 から２２N を活性化するこ
とにより生成される。図１のレーザにより生成される出
力周波数は、どの光学増幅器がバイアス電流を受領する
光学増幅器を変えることにより即刻変えることができ
る。
【００３０】図２は図１の同調可能なレーザの詳細図で
ある。図１の周波数ルーティングデバイス１２は、自由
空間領域２８と３６との間にある好ましくは導波路グレ
ーティングである光学グレーティング３２を有する。共
有光学増幅器１８は高反射ミラー５に接続され、この高
反射ミラー５が光ファイバ３に出力光を与える。
【００３１】図３は、図１，２に示した周波数ルーティ
ングデバイス１２の詳細図である。この周波数ルーティ
ングデバイスは、第１の自由空間領域２８に接続された
入力導波路２６を有する。一組の出力導波路３０は、第
１の自由空間領域２８から伸び好ましくは導波路グレー
ティングである光学グレーティング３２に接続される。
この光学グレーティング３２は、不等長の導波路の組か
らなり、出力導波路３０と入力導波路３４との間に所定
のパス長差を与える、そしてこの入力導波路３４は第２
の自由空間領域３６に接続される。
【００３２】そしてこの第２の自由空間領域３６はさら
に出力導波路３８に接続される。この周波数ルーティン
グデバイスは、光学周波数のマルチプレクサおよびディ
マルチプレクサとして動作する。図１の周波数ルーティ
ングデバイス１２の場合には、入力導波路２６は第１導
波路１４に接続される。そして一組の出力導波路３８は
図１の導波路１６1 ，１６2 ，…，１６N に接続され
る。
【００３３】光学グレーティング３２のチャーピングに
関しては、光学グレーティング内の複数の導波路のパス
長さの関係は、非線形の分散を、好ましくは放物線の分
布を示し、それにより光学グレーティングは各周波数選
択性パスにとって、特有の波長領域の中で一つの主要な
パスバンドを有する。
【００３４】さらにまた（１）第２の自由空間領域３６
に入る複数のグレーティングの入力導波路３４の角度の
位置関係は、非線形の分布例えば放物線の分布を有する
および／または（２）第２の自由空間領域３６内の出力
導波路３８の入り口の半径方向の位置は、一定ではなく
その結果グレーティングの主要パスバンドのピーク透過
率とバンド幅がほぼ同一となる。
【００３５】図１のレーザは、高速高容量の光学通信ネ
ットワークで使用される沢山の種類の光学周波数に同調
可能である。例えば、Ｎが最大８あるいはそれ以上の周
波数ルーティングデバイスは、単一の半導体ウェハ上に
形成できる。その結果最大８個あるいはそれ以上の光学
周波数のいずれにも同調可能なレーザが得られる。例え
ば、５０ＧＨｚで離間したパスバンドを与える１×８の
周波数ルーティングデバイスを用いたレーザは、４００
ＧＨｚの同調可能バンド幅に亘って５０ＧＨｚの間隔で
正確に分離した８個の動作周波数を与えることができ
る。
【００３６】図１の光学増幅器を含むドープ領域は、最
大ナノ秒のスピードでもってオン／オフの切り換えがで
き、その結果図１のレーザを所望の周波数に高速で同調
することができる。図１のレーザのようなデバイスは、
波長分割多重化技術を用いた光学ネットワークのアプリ
ケーションにとって魅力的である。
【００３７】次に、以上述べた本発明の理論的解析結果
を説明する。半導体光学増幅器と個々のグレーティング
から構成されるレーザ内の光の動作は、次式で表され
る。
【数１】 ここで、ｙ（ｔ，τ）＝Ｇαｎ（ｔ）＋Ωτ＋φ（ｔ＋
τ）−φ（ｔ）＋θ， τ1 ＝−τr ＋τf ／２， τ2 ＝−τr −τf ／２ と定義する。
【００３８】ｎ（ｔ）は増幅機内のキャリア密度であ
り、ｍ（ｔ）はレーザ内の光の振幅であり、φ（ｔ）は
レーザ内の光の位相である。Ωはフィルタピークに対す
る周波数オフセットである。残りのパラメータは、次の
表１に示されている。シングルモード動作の安定性は、
シングルモード動作点においてｍ（ｔ）＝一定、φ
（ｔ）＝一定のときに、式（１）から（３）を線形化し
固有値を得ることにより計算できる。固有値は、複素面
の右側半分にあるほどシングルモード状態は安定化す
る。
【００３９】最高の安定性を達成するために、パラメー
タを選択することにより、１個のあるいは複数個の半導
体光学増幅器と個別のグレーティングを有するレーザ
は、安定したシングルモード動作を達成できる。
【００４０】 表１．パラメータとその好ましい値 変数 記述 好ましい値 Ｉ 増幅器への注入電流 １４０ｍＡ ｅ 電荷 1.6×10-19Ｃ ｖ 増幅器の活性領域堆積 Ｎt 透明キャリア密度 1×1024ｍ-3 τn 自然放射時間 ３００ｐｓ Ｐsat 増幅器飽和パワー １６ｍＷ Ｇ 増幅器振幅ゲイン／ｎ 9.6×10-25ｍ3 Ｌ −ｌｎ（全キャビティパワー透過率）／２ １．５ α ライン幅強化パラメータ ５ ε ゲインの非線形性係数 ２．６Ｗ-2 τf グレーティング内の最長パスと最短パス間の時間遅延 τr キャビティ内の往復時間
【００４１】次に半導体増幅器と導波路グレーティング
からなる本発明のレーザについて説明する。τf とτr
は１／τr ＝３．５ＧＨｚ，１／τf ＝３２ＧＨｚとな
るよう設定し、他のパラメータは表１に記載した通りで
ある。τf はグレーティングの大きさとフィルタのバン
ド幅を決定する。τf が大きくなるとフィルタの幅が狭
くなるが、グレーティングは大きくなり、その結果レー
ザキャビティは長くなる。
【００４２】長いキャビティは、小さなτr を示す。本
発明者らは、τf とτr のこれらの値が固有値の実部の
最負の限界を与え、その結果最高の安定性が得られるこ
とを見いだした。式（１）内のキャリアディプレーショ
ン項ｍ2 は、増幅器の出力点におけるフィールドであ
り、これはしきい値以上のレーザの合理的な近似であ
る。
【００４３】シングル−長軸モード動作の安定性を解析
するためにｍ（ｔ）＝一定とφ（ｔ）＝一定とする。式
（１）−（３）からシングルモードポイントは、次式を
満たす点で発生する。
【数２】 Ωは、ｅｘｐ（ｊＧαｎ0＋ｊθ）＝ｅｘｐ（ｊΩτr）
により制限される。即ち、レーザ発振はキャビティモー
ドに限定される。
【００４４】次にθが変化して、Ωがいかなる値もとり
得る場合について考える。シングルモードポイントで
（１）−（３）式をテーラ展開し、ゼロ次項と１次項の
みを取り出し、ラプラス変換を行うと次式が得られる。
【数３】 ここでｎ〜（〜はｎの上にあるものとする），ｍ〜，φ
〜は、ｎ（ｔ）−ｎ0 ，ｍ（ｔ）−ｍ0 ，φ（ｔ）−φ
0 のラプラス変換である。Ａ（ｓ）は以下の要素を有す
るマトリックスである。
【数４】
【００４５】シングルモードの安定性は、ｄｅｔ［Ａ
（ｓ）−Ｉｓ］＝０の式の解（根）を求めることにより
与えられる。Argument Theoremの原理を用いて根の位置
を求める。ｓ面の輪郭のｓ＝−ｊ∞＋ｒからｊ∞＋ｒに
動く形状の左端を図４に示す、ここでｒは実部変数であ
る。この輪郭をｄｅｔ［Ａ（ｓ）−Ｉｓ］を用いて新た
な複素面にマッピングする。
【００４６】ｓ面内の輪郭の根の数は、そのマップ化さ
れた平面で原点を時計方向に回る実回数に等しい。原点
の実時計方向の周回が存在しない最少のｒ即ちｒmin が
その後決定できる。このｒmin がゼロ未満の場合にはシ
ステムは安定であり、ｒminの負の値が大きくなると、
モード変化に対しシステムはより安定性を増す。
【００４７】虚軸上の根でｓ＝０で、線形化モデルの±
ｊΩは、その対応する非線形システムの安定性に関し、
信頼できる情報を与えるものではない。その結果これら
の根は、安定解析には無視される。
【００４８】ｒmin 対Ωの関係を図５に示し、そのＡ−
Ｄは４個のパラメータα，τf ，Ｉ，τr に対する変数
である。本発明による導波路グレーティングルータ多重
周波数レーザは、ｇ0 ＝１．６×１０-12ｍ3／ｓ，τn
＝３００ｐｓ，Ａ＝０．６×１．２μｍ2 ，Γ＝０．０
４μｍ／０．６μｍ，Ｎt ＝１．０×１０24ｍ-3，１ a
＝１．５ｍｍ，ｖ＝ΓＡｌa ，Ｌ＝−０．５ｌｎ（０．
０５）（即ち、キャビティ損失＝１３ｄＢ），ｖg ＝
８．３１×１０7 ｍ／ｓを有するものにおいては、フィ
ルタピーク（ｇ0 は増幅器の時間ゲイン定数、τn は自
然放射時間、Ａは光学モード断面積、Γは増幅器モード
閉じ込め係数、ｌa は増幅器長さ、Ｌはキャビティ振幅
損失、ｖg は群速度）近傍で最大値となる非対称安定領
域が存在する。
【００４９】シングルモード動作は安定領域でもシング
ルモードを維持する。レーザ発振周波数が安定領域から
でるようにフィルタに対し、移動すると安定領域のどこ
かで新たなモードが終了するような状態でモードホップ
が発生する。
【００５０】図５Ａは、αが減少すると安定性の幅が増
し、深さが変化していないことを示している。図５Ｂ
は、フィルタのバンド幅が減少する（τf が増加する）
と、安定性の幅は減少するが深さは大幅に増加すること
を示している。図５Ｃは、安定性は駆動電流には比較的
無関係であることを示している（１００ｍＡのカーブの
急峻なコーナはレーザがしきい値以下となった時に発生
する）。図５Ｄは、キャビティ長が減少する（τr が減
少する）と、安定性の幅と深さが共に増加することを示
している。
【００５１】図５Ｄは、τf ／τr を一定に維持した２
つの場合を比較している。τr は、τf よりも安定性に
対し、より大きな影響力を有する。かくしてレーザの安
定性深さを最大にするためには所望の波長精度を与える
のに十分な程フィルタを狭く維持するような可能な限り
最短のキャビティを用いなければならない。フィルタピ
ークは、αを最少にするためにはゲインピークの低波長
側に離調しなければならない。
【００５２】主として１つあるいは複数の半導体光学増
幅器と個別のフィルタあるいはグレーティングからなる
レーザの設計において制御することのできる２つの主要
なパラメータは、レーザキャビティモードの周波数間隔
ΔｆC とフィルタあるいはグレーティングのバンド幅Δ
ｆF（ΔｆC＝ｌ／τr ，ΔｆF＝ｌ／τf）である。シン
グル軸方向モード動作の最大限の安定性を達成するため
に、比率 （ΔｆC）3／ΔｆF （９） が最大となる。ΔｆC は、ΔｆF に依存するで、このこ
とはあるレーザ構造に対してはΔｆC とΔｆF の最適値
となる。
【００５３】１つあるいは複数の半導体光学増幅器と、
半導体材料中の導波路グレーティングルータとからなる
レーザにおいては、グレーティングの最長アームと最短
アームとのパス長の差がグレーティングが１個のみの導
波路アームを含む場合にレーザキャビティが有する長さ
の１／６の時に式（９）は最大となる。
【００５４】安定性はライン幅強化パラメータα（これ
は半導体光学増幅器の屈折率の実部と虚部の比率）であ
るが、これは好ましくは１と５の間にあるようにレーザ
を設計することにより、さらに安定性が増加する。
【００５５】本発明の一実施例においては、固有の波長
とシングル軸方向モードの安定性を具備した８チャネル
の２００ＧＨｚの波長選択性レーザが提供できる。波長
安定性は、長いキャビティと受動型のキャビティ内チャ
ープ導波路グレーティングルータを用いることにより達
成できる。シングルモード安定性は、高屈折率比（Δｎ
／ｎ）の導波路と緩やかな曲げにより与えられる幅の狭
いルータパスバンドにより補助されるゲインの非線形性
により達成できる。
【００５６】言い換えると、高い波長安定性を達成する
ためには導波路−グレーティング−ルータベースのレー
ザでキャビティ内フィルタの受動型コーム（comb）を有
するレーザを用いる。シングルモード安定性を最大にす
るためには、キャビティ長さと、キャビティ内フィルタ
バンド幅と、キャビティの不完全性と、ライン幅強化パ
ラメータαを最少にすることである。言い換えると、長
いキャビティ半導体レーザは、キャビティ内フィルタが
十分に狭いときにシングルモード動作の安定領域を有す
る。
【００５７】波長の安定性（そして周波数の飛び性（fr
equency granularity）-- チャネル離間標準変動はキャ
ビティモード離間にほぼ等しい）は、長いキャビティを
用いることにより容易に達成でき、そしてシングルモー
ド安定性は、短いキャビティを用いることにより容易に
達成できる。そのため妥協した３ＧＨｚのキャビティモ
ード離間が用いられる。このキャビティ長さにおいて、
最狭のキャビティ内ルータパスバンドを達成するため
に、８０個のグレーティングアームと第１のブリリュア
ンゾーンを完全に使用する場合には、高いΔｎ／ｎの導
波路（ここでｎは、構成材料の屈折率でΔｎ／ｎ＝０．
８％）と緩やかな曲げ曲率が用いられる。
【００５８】所望のオーダの損失を有さずに、隣接する
グレーティングオーダを抑制し、かつルータの形状歪を
最少にするために、ルータは放物線形状の二重チャープ
と焦点長を調節したものである（アームに対し適用され
るチャープγ＝８であり、列の自由空間角に対してはγ
＝４であり、焦点長調整に対してはγ＝４である）。３
ｄＢのパスバンドで２３ＧＨｚの幅を有するルータの計
算上の透過率を図６に示す。
【００５９】最少にすべき２個の主なキャビティの不完
全性は、キャビティ内の反射と多重横方向モード発生で
ある。主なキャビティ内反射は、活性領域と受動領域と
のインタフェースで発生し（導波路構造は、受動領域上
でエッチングで取り除かれた上部に量子井戸でもって埋
め込まれたリブ負荷のスラブ（buried rib-loaded sla
b）であり）、わずか３個の量子井戸と遷移に角度を付
けることにより最少にできる。
【００６０】この多重横方向モード発生はルータを注意
深く設計することにより最少にできる。αを最少にする
ためにゲインピークは、メインのグレーティングオーダ
からより長い波長の方向にオフセットすることができ
る。列配列増幅器の長さと共有増幅器の長さは、各々９
５０μｍである。ドーピングレベルが最適にしているた
めにストレートの導波路損失は１ｄＢ／ｃｍ以下であ
る。
【００６１】上記したように、キャビティモードがフィ
ルタに関し、遠くにドリフトし過ぎた場合にレーザモー
ドホップが発生する。その理由は、フィルタには有限の
安定領域しか存在しないからである。このレーザモード
ホップは、伝送エラーにつながる。この種の問題は、本
発明によればレーザのスタートアップ時に緩和される。
従来レーザは、増幅器の駆動電流をゼロから動作条件に
上げていくことにだけで同調していた。
【００６２】この従来の方法を用いると、キャビティ長
さ変化は増幅器の加熱および／または増幅器のキャリア
密度変化により発生し、フィルタに対してはモードホッ
プを引き起こすのに十分である。モードホップが発生し
た後、新たなレーザ発振モードは幾分不規則となり不安
定に近くなり、その結果その後に別のモードホップが発
生することになる。
【００６３】レーザはフィルタ中心近傍でレーザ発信す
るために、このレーザ発振の開始状態がキャビティ長さ
に大きな変化を引き起こすことなく動作状態に移行した
ときには、モードホップは発生せず、その後フィルタに
対するレーザ発振モードの位置は正確に知ることができ
その結果伝送エラーは低減する。レーザ発振モードが安
定範囲を超えて移動すると、モードホップが発生し、そ
してレーザは新たなモードを選択する。かくして長期に
亘り、安定性を確保するためには、動作状態におけるレ
ーザ発振モードは、安定範囲の中心にあるのが好まし
い。このことは適切なスタートアップシーケンスにより
達成できる。
【００６４】本発明によるレーザのスタートアップの方
法は、第１増幅器（例、共有増幅器）を非常に高い電流
（動作電流以上）に上げて、一方第２の増幅器（列配列
増幅器）をオフにして、レーザの中で熱的安定性に到達
するのを待機するステップを含み、熱的平衡状態を待機
する。熱的平衡状態に達した後は、第２の増幅器はその
動作電流にターンオンされ、その後第１増幅器の電流を
その動作電流まで減少させる。
【００６５】このレーザ発振はフィルタ中心近傍で開始
する。電流が増加するにつれてキャビティ内の全キャリ
ア密度は、ほぼ一定に維持される。かくして完全な動作
状態は、安定範囲の中心にある。この方法は、例えば導
波路グレーティング波長選択性レーザのようなモノリシ
ックに集積されたデバイスにとっては好ましいものであ
る。
【００６６】本発明によるレーザをスタートアップさせ
る別の方法は、増幅器の電流をその動作状態にまで増加
させながら光学グレーティングの温度を制御することで
ある。言い換えると増幅器をターンオンし、そして電流
を増加させながら光学グレーティングに対し、固定位置
にキャビティモードを維持するよう同調させることであ
る。この光学グレーティングは、従来のヒータを用いて
同調可能である。さらに本発明によるレーザのスタート
アップの別の方法は、増幅器の電流がその動作状態にま
で増加する際に、増幅器の有効長さを制御することであ
る。
【００６７】言い換えると、増幅器をターンオンし、そ
して電流を増やしながら増幅器の有効長をキャビティモ
ードがグレーティングに対し、固定位置に維持するよう
同調させる。増幅器の有効長は、従来のヒータを用いて
調節できる。この光学グレーティングは、光ファイバグ
レーティングあるいは導波路グレーティングである。こ
れらの方法は、光ファイバグレーティング、半導体レー
ザのようなハイブリッドデバイスに対し、特に好ましい
ものである。
【００６８】本発明による８個のチャネルを有するデバ
イスをパッケージ化してテストを行った。この８個のチ
ャネル全部のレーザ発振スペクトラムを図７に示し、同
図において７５ｍＡが共有増幅器に加えられ、７５ｍＡ
が各列配列の増幅器に今度は加えられた。温度は１７℃
でチャネルは右から左に示している。チャネルあたり１
ｍＷ以上の光ファイバ結合パワーが得られた。
【００６９】全てのチャネルはシングル軸方向モード
（ライン幅は２−３ＭＨｚ）で、キャビティのサイドモ
ード抑圧比率は２７ｄＢ以上で、ルータのサイドパスバ
ンド抑制比率は５３ｄＢ以上である。キャビティのモー
ドスペースは３．１５ＧＨｚで、ライン幅強化パラメー
タα＝６．５である。共有増幅器からの活性領域−受動
領域のインタフェースの反射に起因する１００ｍＡｄｕ
ｅの自然放射のピーク間リップルは０．５ｄＢ以下であ
る。この測定された３ｄＢルータパスバンド幅は、２５
−２７ＧＨｚである。
【００７０】図８は、チャネル後に対する光電流カーブ
と周波数電流カーブを示す。図８は、チャネル後の光学
パワーと周波数対全駆動電流との関係を表すグラフであ
る。全しきい値電流は１８℃で３０ｍＡである。左側の
２本のカーブは両方の増幅器が並列接続で同時に駆動さ
れる場合を示し、他の２本は列配列増幅器の電流のみを
変化させ、共有増幅器電流は１００ｍＡに維持した場合
を示している。レーザ発振周波数は電流が増加するにつ
れて増加する（即ち、キャビティ長が減少する）。キャ
リア密度変化のみを考慮すると、キャビティモードは、
電流の変化ΔＩと周波数の変化Δｆが次式の関係で移動
する。
【数５】
【００７１】ここでε＝ゲインの非線形係数、ｅ＝電
荷、ｗa ＝活性層の幅、ｈa ＝活性層の厚さ、ｖg ＝群
速度である。このレーザのパラメータは、次の通りであ
る、α＝６．５，ε＝２×１０-23ｍ3，ｗa ＝１．５μ
ｍ，ｈa ＝０．０４μｍ，ｖg＝８．３１×１０7ｍ／
ｓ，cavity ＦＳＲ＝３．１５ＧＨｚ，その結果Δｆ／
ΔＩ＝８２ＭＨｚ／ｍＡである。これは測定されたスロ
ープ６０ＭＨｚ／ｍＡに極めて近い。
【００７２】図８の最も左側の周波数カーブからレーザ
発振モードがルータのパスバンド下である点を超えて一
旦シフトすると、これは完全な受動型材料内にあるため
に電流ではシフトしないが、モードホップが発生する。
これはレーザ発振モードがシングルモード安定性の領域
から離れるためである。その後レーザ発振は強いヒステ
リシスをもって２個のキャビティモードから離れて最確
立される。
【００７３】レーザのモードホッピングの可能性をさら
に減らすために、高電流（１００ｍＡ以上）がまず第１
の増幅器（例、共有増幅器）に加えられ０ｍＡの電流が
他の増幅器（列配列増幅器）に加えられる。キャリア密
度は共有増幅器内で高い、その理由はレーザ発振が行わ
れないからである。電流がその後列配列の増幅器に加え
られ、レーザ発振がしきい値を超えると共有増幅器内の
キャリア密度は急速に減少する。列配列の増幅器の電流
がさらに増加すると、キャビティ内の全キャリア密度は
再び上昇する。
【００７４】これにより周波数対電流カーブ（図８の第
２組のカーブ）内で「ｕ」字型となる。しきい値近傍の
レーザ発振は、フィルタのピーク近傍にあるために、動
作状態に達するために全周波数変化は、このスタートア
ップ手順を用いると小さくなり、レーザ発振モードは動
作状態において、シングルモード安定領域の中心部にあ
る。その後デバイスの温度は意図的に変化させることが
できる、その理由はルータとキャビティ温度の依存性は
同一だからである。
【００７５】共有増幅器電流を１００ｍＡに設定した全
てで８個のチャネルにおいて、図９Ａは光学パワー対列
配列増幅器の駆動電流との関係を示し、図９Ｂは周波数
対列配列駆動電流との関係を示す。このターンオン手順
を用いると、いずれのチャネルに対してもモードホップ
は発生しないことが同図から分かる。周波数プロット
は、ｆ−（２００．０ＧＨｚ）（ｎ−１）−ｆ1 で、チ
ャネルは底部から上部に向かって見たものである。
【００７６】シングルモード安定性の厳密な完全な計算
上のテストを実行した。チャネルをターンオンするため
に、１００ｍＡの電流が共有増幅器に加えられ、その後
６５ｍＡの電流が適宜の列配列増幅器に加えられ、その
後共有増幅器電流を６５ｍＡにまで減少させた。その後
このデバイスの温度は、１５．５から２０．５℃の間で
振動し、両電流は図１０Ａに示すように、１００ｍＡの
全電流変動に対し±２５ｍＡで振動した。図１０Ａは、
本発明のデバイスに対するシングルモード安定性テスト
におけるデバイスの温度と列配列増幅器電流と共有増幅
器電流対時間との関係を表すグラフである。
【００７７】図１０Ｂは底部から上部へ向かってのチャ
ネルに対し、周波数対時間との関係を表すグラフであ
る。図１０Ｂは、各チャネルに対しｆ＋（１４．１７Ｇ
Ｈｚ／℃）Ｔ−（２００．０ＧＨｚ）（ｎ−１）−ｆ１
を示し、ここでｆはレーザ発振周波数の測定値であり、
Ｔはデバイスの温度であり、ｎはチャネル数であり、ｆ
１はチャネル１のレーザ発振周波数である。レーザ発振
周波数における大きな変動にもかかわらず、モードホッ
プは発生しないが、但しチャネル８に対してはキャビテ
ィ不完全性に起因してその可能性がある。図１０Ｂは、
キャビティモードスペースの標準偏差（約３ＧＨｚ）の
チャネルスペースが２０３ＧＨｚであることを示す。
【００７８】ゲインの非線形性は、シングルモードの安
定性を与えるばかりでなく、複数のチャネルが図１１に
示すように同時に動作する場合に共有増幅器内の混合生
成物を生成する。図１１は本発明のデバイスのチャネル
２，４，５が、温度１８℃で同時にレーザ発振する時の
スペクトラムを表すグラフである。小さなスパイクが波
混合物（wave-mixing products）である。
【００７９】この波混合物が他のレーザ発振チャネルと
オーバラップすると、チャネルパワーは瞬時に変動す
る。かくして多重チャネル同時動作は、チャネルの組み
合わせに限定され、この組み合わせでは波混合物は図１
１に示すようにチャネルとはオーバラップしない。全て
のチャネルの同時動作が望ましい場合には、共有増幅器
を取り除くことができる。
【００８０】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、１ｍ
Ｗのファイバ結合パワーと１ｍＷ以上のファイバ結合パ
ワーと強い固有波長とシングルモード安定性を有する導
波路グレーティング波長選択性レーザを提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同調可能レーザのブロック図
【図２】図１のレーザの詳細ブロック図
【図３】図１の波長ルーティングデバイスの詳細ブロッ
ク図
【図４】本発明のレーザのｓ面の輪郭を示すグラフ
【図５】定数対４個のパラメータα（Ａ），τf
（Ｂ），Ｉ（Ｃ），τr （Ｄ）の変動に対する周波数オ
フセットとの関係を表すグラフ
【図６】本発明によるデバイスにおいて共有ポートと各
アレイポート間のイントラキャビティ導波路グレーティ
ングルータ透過率対波長との関係の計算結果を表すグラ
フ
【図７】本発明によるデバイスのチャネルのレーザ発振
スペクトラムを測定したグラフ
【図８】本発明のデバイスにおける１つのチャネルに対
する光学パワーと周波数対全駆動電流との関係を表すグ
ラフ
【図９】（Ａ） 本発明のデバイスにおける光学パワー
対列配列増幅器駆動電流との関係を表すグラフ （Ｂ） 本発明のデバイスにおける周波数対列配列増幅
器駆動電流との関係を表すグラフ
【図１０】（Ａ） 本発明のデバイスのシングルモード
安定性テストにおいて、デバイスの温度，列配列増幅器
電流，共有増幅器電流対時間との関係を表すグラフ （Ｂ） 本発明のデバイスのシングルモード安定性テス
トにおける各チャネルに対する得られた周波数対時間と
の関係を表すグラフ
【図１１】本発明のデバイスにおける複数個のチャネル
が同時にレーザ発信したときにおけるスペクトラムを表
すグラフ
【符号の説明】
３ 光ファイバ ５ 高反射ミラー １０ ウェハ １１ 光出力 １２ 周波数ルーティングデバイス １４ 第１導波路 １６ 導波路 １８ 共有光学増幅器 ２０ 第１へき開面 ２２ 光学増幅器 ２４ 第２へき開面 ２５ 制御回路 ２６，３４ 入力導波路 ２８ 第１の自由空間領域 ３０，３８ 出力導波路 ３２ 光学グレーティング ３６ 第２の自由空間領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 チャールズ エイチ．ジョイナー アメリカ合衆国，07701 ニュージャージ ー，レッド バンク，コノヴァー プレイ ス 355

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （Ａ） ドープした半導体ウェハ中に２
    個の反射要素（２０，２４）により形成されたレーザキ
    ャビティと、前記レーザキャビティは、周回時間τr と
    ライン幅強化パラメータαとを有し、 （Ｂ） 前記反射要素（２０，２４）に光学的に接続さ
    れた複数の制御可能な周波数選択性パスを有するレーザ
    キャビティ内に形成された周波数ルーティングデバイス
    （１２）と、１つあるいは複数の周波数選択性パスから
    なる選択性グレーティングは、１つあるいは複数のレー
    ザ発振周波数をレーザキャビティ内でΔＦC の周波数離
    間距離を有し、ここでΔＦC ＝１／τr とする、を有す
    るシングルモードレーザにおいて、前記（Ｂ）の周波数
    ルーティングデバイス（１２）は、 （Ｂ１） 最長のパスと最短のパスとを含む複数のパス
    を構成する不等長の複数の長さの導波路を含む光学グレ
    ーティング（３２）を有し、 前記光学グレーティング（３２）は、 （１） それぞれパス長さを有する最長のアームと最短
    のアームとを有する複数のアームと、 （２） 前記最長のパスと最短のパスとの間の時間遅延
    はτf であり、 （３） 前記（１）光学グレーティング（３２）の少な
    くとも１つでグレーティングバンド幅ΔＦF ＝１／τf
    を有し、 ライン幅強化パラメータαと、前記（２）のτr とτf
    のうちの少なくとも１つが、前記レーザがシングルモー
    ド動作するのを安定化させる十分な値を有することを特
    徴とするシングルモードレーザ。
  2. 【請求項２】 前記レーザがシングルモード動作をする
    のに安定させるように（ΔＦC）3／ΔＦF の比率が最大
    となるようにすることを特徴とする請求項１記載のレー
    ザ。
  3. 【請求項３】 前記１／τf＝３２ＧＨｚで、１／τr＝
    ３．５ＧＨｚであることを特徴とする請求項１記載のレ
    ーザ。
  4. 【請求項４】 前記ライン幅強化パラメータαは、１と
    ５の間の範囲の値をとることを特徴とする請求項１記載
    のレーザ。
  5. 【請求項５】 前記最長アームと最短アームとの差のパ
    ス長差は、前記光学グレーティングが１本のアームのみ
    を有する場合の前記レーザキャビティの長さの１／６に
    ほぼ等しいことを特徴とする請求項１記載のレーザ。
  6. 【請求項６】 前記（Ｂ）の周波数ルーティングデバイ
    ス（１２）は、 （Ｂ２） 少なくとも１個の入力導波路（１４）と、 （Ｂ３） 前記少なくとも１個の入力導波路に接続され
    る第１自由空間領域（２８）と、 （Ｂ４） 前記第１自由空間領域（２８）と、前記光学
    グレーティング（３２）に接続される複数の出力導波路
    と、 （Ｂ５） 前記光学グレーティング（３２）に接続され
    る複数の入力導波路と、 （Ｂ６） 前記光学グレーティング（３２）に接続され
    る前記複数の入力導波路に接続される第２の自由空間領
    域（３６）と、 （Ｂ７） 前記第２の自由空間領域（３６）に接続され
    る複数の出力導波路（１６N）とをさらに有することを
    特徴とする請求項１記載のレーザ。
  7. 【請求項７】 （Ｂ８） 周波数選択性パス内に複数の
    光学増幅器（２２N）をさらに有することを特徴とする
    請求項６記載のレーザ。
  8. 【請求項８】 （Ｂ９） 前記光学増幅器を選択的に活
    性化させる制御回路（２５）をさらに有し、 前記レーザキャビティ内で所定の周波数選択性パスを形
    成し、この所定の周波数選択性パス内にレーザ動作を生
    成させることを特徴とする請求項７記載のレーザ。
  9. 【請求項９】 前記光学グレーティング内の複数のパス
    長さは、非線形に分布していることを特徴とする請求項
    ７記載のレーザ。
  10. 【請求項１０】 前記非線形の分布は、放物線分布であ
    ることを特徴とする請求項９記載のレーザ。
  11. 【請求項１１】 前記（Ｂ７，４）の前記第２自由空間
    領域（３６）に接続される複数の入力導波路は、非線形
    の角度位置の分布を有することを特徴とする請求項９記
    載のレーザ。
  12. 【請求項１２】 前記非線形の角度位置分布は、放物線
    分布であることを特徴とする請求項１１記載のレーザ。
  13. 【請求項１３】 前記（Ｂ７）の前記第２自由空間領域
    に接続される複数の入力導波路は、半径方向の位置にそ
    れぞれの入口を有し、前記半径方向の位置は一定ではな
    いことを特徴とする請求項９記載のレーザ。
  14. 【請求項１４】 レーザを安定な動作状態にターンオン
    させる方法において、 前記レーザは、導波路グ
    レーティングの第１側に接続される第１増幅器（１８）
    と、導波路グレーティングの第２側に接続される第２増
    幅器（２２）とを有し、 前記第１増幅器（１８）は第１動作電流で動作し、前記
    第２増幅器（２２）は第２動作電流で動作し、 （Ａ） 前記第１動作電流以下ではない初期電流を前記
    第１増幅器（１８）に加え、第２増幅器（２２）をオフ
    状態に維持するステップと、 （Ｂ） 前記第２動作電流を第２増幅器（２２）に加え
    るステップと、 （Ｃ） 前記第１動作電流を前記第１増幅器（１８）に
    加えるステップとからなることを特徴とするレーザを安
    定動作状態にする方法。
  15. 【請求項１５】 （Ｄ） 前記（Ｂ）ステップの前に前
    記レーザを熱的平衡状態に到達させるステップをさらに
    有することを特徴とする請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記初期電流は、１００ｍＡ以上であ
    ることを特徴とする請求項１４記載の方法。
  17. 【請求項１７】 レーザを安定した動作状態にターンオ
    ンする方法において、 前記レーザは、複数のキ
    ャビティモードと光学グレーティングに接続された少な
    くとも１つの増幅器とを有し、 （Ａ） 電流をゼロから動作電流まで徐々に上げること
    により動作電流を増幅器に加えるステップと、 （Ｂ） この加えられた電流が、キャビティモードを光
    学グレーティングに対し固定状態に維持するよう徐々に
    上げながら光学グレーティングを同調させるステップと
    を有することを特徴とするレーザを安定動作状態にター
    ンオンする方法。
  18. 【請求項１８】 前記（Ｂ）のステップは、ヒータを用
    いて行われることを特徴とする請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記光学グレーティングは、光ファイ
    バグレーティングと導波路グレーティングのいずれかで
    あることを特徴とする請求項１７記載の方法。
  20. 【請求項２０】 レーザを安定した動作状態にターンオ
    ンする方法において、 前記レーザは、複数のキ
    ャビティモードと光学グレーティングに接続された少な
    くとも１つの増幅器とを有し、 （Ａ） 電流をゼロから動作電流まで徐々に上げること
    により動作電流を増幅器に加えるステップと、 （Ｂ） 前記キャビティモードを光学グレーティングの
    固定状態に維持するために少なくとも１つの増幅器の有
    効長を同調させるステップとを有することを特徴とする
    レーザを安定動作状態にターンオンする方法。
  21. 【請求項２１】 前記（Ｂ）のステップは、ヒータを用
    いて行われることを特徴とする請求項２０記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記光学グレーティングは、光ファイ
    バグレーティングと導波路グレーティングのいずれかで
    あることを特徴とする請求項２０記載の方法。
  23. 【請求項２３】 （Ａ） ドープした半導体ウェハ中に
    ２個の反射要素（２０，２４）により形成されたレーザ
    キャビティと、前記レーザキャビティは、周回時間τr
    とライン幅強化パラメータαとを有し、 （Ｂ） 前記反射要素（２０，２４）に光学的に接続さ
    れた複数の制御可能な周波数選択性パスを有するレーザ
    キャビティ内に形成された周波数ルーティングデバイス
    （１２）と、１つあるいは複数の周波数選択性パスから
    なる選択性グレーティングは、１つあるいは複数のレー
    ザ発振周波数をレーザキャビティ内でΔＦC の周波数離
    間距離を有し、ここでΔＦC ＝１／τr とする、を有す
    るシングルモードレーザにおいて、前記（Ｂ）の周波数
    ルーティングデバイス（１２）は、 （Ｂ１） 最長のパスと最短のパスとを含む複数のパス
    を構成する不等長の複数の長さの導波路を含む光学グレ
    ーティング（３２）を有し、 前記光学グレーティング（３２）は、 （１） それぞれパス長さを有する最長のアームと最短
    のアームとを有する複数のアームと、 （２） 前記最長のパスと最短のパスとの間の時間遅延
    はτf であり、 （３） 前記（１）光学グレーティング（３２）の少な
    くとも１つでグレーティングバンド幅ΔＦF ＝１／τf
    を有し、 ライン幅強化パラメータαと、前記（２）のτr とτf
    のうちの少なくとも１つが、前記レーザがシングルモー
    ド動作するのを安定化させる十分な値を有し、 （Ｃ） 周波数選択性パス内の複数の光学増幅器と、 （Ｄ） 前記光学増幅器を選択的に活性化させる制御回
    路（２５）とを有することを特徴とする光をレーザ発信
    するシステム。
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