JPS6388883A - 半導体集積化光源 - 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、半導体レーザのような半導体光源に係り、特
に半導体レーザの発振光の光周波数の安定化及び線幅狭
帯域化を行うのに必要な光学素子を集積化した半導体集
積化光源に関する。

［従来の技術］ 従来より、半導体レーザの周波数安定化の方法としては
、第６図に示すようなものが知られている。即ち、温度
制御回路１により温度が一定に保たれた半導体レーザ２
から出た光を、レンズ３によってコリメートして、例え
ばファブリペロ干渉計のような光学フィルタ４に入射し
、この光学フィルタ４からの透過光をレンズ５で光検波
器６に集光していた。そして、上記光検波器６の出力を
帰還回路７を介して上記半導体レーザ２への注入電流を
供給するための電源８に帰還し、上記透過光強度が一定
になるように上記注入電流を制御するというようになっ
ていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のような構成のものでは、上記半導
体レーザ２、ファブリペロ干渉計フィルタ４及び光検波
器６がそれぞれ単体として系が組み上げられており、従
って自由度が多く、系の組み上げに時間がかかってしま
うという欠点を有していた。また、組み上げてからの時
間が経過するにつれ震動等の原因により、それぞれが最
適の位置からずれてしまうという、即ち光学系のアライ
メントのずれの問題もあった。さらには、全体でかなり
大きな面積を必要とし、従ってかさばってしまって、セ
ットできる場所が限定されてしまうという問題も有して
いた。また、光の帰還系長が長くなると、位相遅れが生
じるという欠点もあり、この位相遅れは、例えばＩＧＨ
ｚの発振周波数では、光路長が約３０　ｃｍで現れてし
まうようなものであった。

本発明は上記の点に鑑みて成されたもので、系を組むの
に時間がかからず、光学系のアライメントのずれが生じ
ず、系がかさばることもなく、且つ帰還系長による位相
遅れもないような、光周波数を安定化することの可能な
半導体集積化光源を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 即ち本発明による半導体集積化光源は、光源としての半
導体レーザと、上記半導体レーザからの光を透過させる
導波路構造を有する光学フィルタと、上記光学フィルタ
を透過してきた上記光の光強度を検出するための光検波
器とを、一連の半導体光ｍ製造プロセスに於いて同一基
板上に近接して製作することにより集積化したものであ
る。

［作用コ このような半導体集積化光源では、半導体レーザと光学
フィルタと光検波器とが非常に接近して同一基板上に製
作されているため、系を組むのに時間がかからず、光学
系のアライメントのずれが生じず、また半導体レーザか
らの光は広がることなく光学フィルタに入射し、また光
学フィルタを透過してきた光も広がることなく光検波器
に入射し、光強度が測定されるので、集光用のレンズが
不要となり、従って系がかさばることもなく、且つ位相
遅れもないような、光周波数を安定化することの可能な
半導体集積化光源とすることができる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第１
図はその構成を示すもので、１０は半導体レーザ、２０
は半導体導波路を有する光学フィルタ、３０は例えば半
導体受光素子のような光検波器であり、これらは全て一
連の半導体光源製造プロセスに於いて同一の基板４０上
に製作されている。即ち上記光学フィルタ２０は、半導
体導波路２２と、該半導体導波路２２の両側に上記半導
体レーザ１０及び光検波器３０とそれぞれ対向して設け
られた一対の高反射膜２４とから成り、上記高反射膜２
４が、フィルタ特性を示す原因となる一対のファブリペ
ロエタロンを形成している。上記半導体レーザ１０と光
学フィルタ２０との間及び上記光学フィルタ２０と光検
波器３０との間は、それぞれ数［岬］程度の間隔で製作
されている。

上記光学フィルタ２０としてファブリペロエタロン型を
用いることにより、構造が簡単で、非常に微小な光学フ
ィルタを構成することができる。また、上記ファブリペ
ロエタロン型は、鋭い光学フィルタ特性を得ることが比
較的容易であるという特徴も有している。

このような構成のものに於いては、上記半導体レーザ１
０からの出力光の光周波数が変化すると、上記光学フィ
ルタ２０を通過する光の強度が、その周波数変動に応じ
て変化する。例えば、上記光学フィルタ２０のフィルタ
高反射膜２４の反射率を９０［％］、導波路２２の導波
層の屈折率を３．３、長さを１［ＩＮｎ］、導波路２２
での光のロスを０．１［１／　ａＲ］とすると、上記光
学フィルタ２０に入射した光の透過率は、計算により第
２図に示すように得られる。同図に於いて、縦軸は透過
率であり、横軸は波長１．５［ｐｔ］の光の光周波数か
らの光周波数のずれを表わしている。即ち、入力光強度
が一定の場合、入射した光の光周波数に対応して上記光
学フィルタ２０からの出力光強度Ｔが変化する。

また、半導体レーザ１０では、前述したように、電流注
入量を変化させることにより、発振光周波数を変化させ
ることができるということが良く知られている。従って
、特に図示はしないが、上記光学フィルタ２０からの出
力光を上記光検波器３０によって受光し、その受光強度
が一定となるように上記半導体レーザ１０への電流注入
量を制御することにより、半導体レーザ１０の発振光周
波数を安定化することができる。

このように上記半導体レーザ１０、光学フィルタ２０及
び光検波器３０を同一基板４０上に製作することにより
、従来は１　［ｍ］　Ｘ２　［ｍｌ程度の広さを必要と
していた系を、縦×横×高さが数十［譚］×数［履］×
数［譚コといった程度の非常にコンパクトなものにする
ことができるようになった。

さらに、従来はレーザ光の広がりのために集光用のレン
ズを用いていたが、上記のように半導体レーザ１０と光
学フィルタ２０との間隔及び光学フィルタ２０と光検波
器３０との間隔が非常に狭いために、それらが不要とな
った。また、従来は光軸のアライメントがずれないよう
に除震台等の上で系を組む必要があったが、上記のよう
に同一基板上に製作されているため、それらの必要もな
くなった。

第３図は、本発明の第２の実施例の構成を示す図である
。同図に於いて１０は半導体レーザ、５０は光学フィル
タ、３０は光検波器であり、これらは全て同一の基板４
０上に製作されている。上記光学フィルタ５０としては
、図示のように半導体導波路５２を配置して成るリング
干渉計が用いられている。

上記半導体レーザ１０と光学フィルタ５０との間及び上
記光学フィルタ５０と光検波器３０との間は、それぞれ
数［ＡＩ！ｎ］程度の間隔で製作されている。

上記リング干渉計型の光学フィルタ５０は、製作のプロ
セスが前述したようなファブリペロエタロン型に比べて
、かなり簡単化されることができる。

これは、上記ファブリペロエタロン型のように、高反射
膜を形成する必要がないからである。

このような構成のものでも、上記第１の実施例と同様に
、上記半導体レーザ１０からの出力光の光周波数が変化
すると、上記光学フィルタ５０を通過する光の強度がそ
の周波数変動に応じて変化する。

従って、上記光学フィルタ５０からの出力光を上記光検
波器３０によって受光し、その受光強度が一定となるよ
うに上記半導体レーザ１０への電流注入量を制御するこ
とにより、半導体レーザ１０の発振光周波数を安定化す
ることができる。

そして、上記半導体レーザ１０、光学フィルタ５０及び
光検波器３０を同一基板４０上に製作しているため、上
記第１の実施例と同様に、系を非常にコンパクトなもの
にすることができ、集光用のレンズが不要となり、且つ
除震台等の上で系を組む必要もなくなる。

第４図は、本発明の第３の実施例の構成を示す図である
。同図に於いて１０は半導体レーザ、６０は光学フィル
タ、３０は光検波器であり、これらは全て同一の基板４
０上に製作されている。上記光学フィルタ６０としては
、同図に一部を切り欠いて示すように、グレーディング
型の半導体導波路６２が用いられている。上記半導体レ
ーザ１０と光学フィルタ６０との間及び上記光学フィル
タ６０と光検波器３０との間は、それぞれ数［Ｉｊ！ｎ
］程度の間隔で製作されている。

上記グレーティング型は、構造が簡単で、非常に微小な
光学フィルタが構成できるという特徴を有している。

このような構成のものでも、上記第１の実施例と同様に
、上記半導体レーザ１０からの出力光の光周波数が変化
すると、上記光学フィルタ６０を通過する光の強度がそ
の周波数変動に応じて変化する。

従って、上記光学フィルタ６０からの出力光を上記光検
波器３０によって受光し、その受光強度が一定となるよ
うに上記半導体レーザ１０への電流注入量を制御するこ
とにより、半導体レーザ１０の発振光周波数を安定化す
ることができる。

そして、上記半導体レーザ１０、光学フィルタ６０及び
光検波器３０を同一基板４０上に製作しているため、上
記第１の実施例と同様に、系を非常にコンパクトなもの
にすることができ、集光用のレンズが不要となり、且つ
除震台等の上で系を組む必要もなくなる。

第５図（ａ）は、本発明の第４の実施例の構成を示す平
面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿っ
た断面図である。同図に於いて１０は半導体レーザ、７
０は光学フィルタ、３０は光検波器であり、これらは全
て同一の基板４０上に製作されている。上記光学フィル
タ７０としては、同図（ａ）に示すようにマツハツエン
ダ型の半導体導波路７２が用いられている。上記半導体
レーザ１０と光学フィルタ７０との間及び上記光学フィ
ルタ７０と光検波器３０との間は、それぞれ数［譚］程
度の間隔で製作されている。

上記マツハツエンダ型は、製作のプロセスが上記ファブ
リペロエタロン型等に比べてかなり簡単化されることが
できる。また、２つの導波路７２の光学的距離の差によ
って光学フィルタ特性を得るため、一方の導波路長を長
くすることにより、必要な光学フィルタ特性を得ること
ができる。

このような構成のものでも、上記第１の実施例と同様に
、上記半導体レーザ１０からの出力光の光周波数が変化
すると、上記光学フィルタ７０を通過する光の強度がそ
の周波数変動に応じて変化する。

従って、上記光学フィルタ７０からの出力光を上記光検
波器３０によって受光し、その受光強度が一定となるよ
うに上記半導体レーザ１０への電流注入量を制御するこ
とにより、半導体レーザ１０の発振光周波数を安定化す
ることができる。

そして、上記半導体レーザ１０、光学フィルタ７０及び
光検波器３０を同一基板４０上に製作しているため、上
記第１の実施例と同様に、系を非常にコンパクトなもの
にすることができ、集光用のレンズが不要となり、且つ
除震台等の上で系を組む必要もなくなる。

このように、半導体レーザ、光学フィルタ及び光検波器
を同一基板上に集積化することにより、コンパクトで、
光軸のずれることのない安定な半導体レーザの光周波数
安定化用の光学系を得ることができる。また、構成要素
の全てを導波路構造にすることにより、位置ずれがなく
なり、光情報のやりとりが基板に水平な面内で安定に行
ない得る。さらに、光学系をモノリシック化することに
より、光の帰還系長が大幅に短縮され、光の位相遅れを
防止できる。

なお、上記一連の半導体光源製造プロセスとしては、例
えば、先ず半導体レーザを製作した後に、再度エピタキ
シャル成長を行うことにより、ｐ−１−ｎ構造の導波路
を形成する。そしてその後、光検波器の構造を導波路構
造（即ち、光学フィルタ）と同じにする時には、導波路
構造から不必要な部分を除去して光学フィルタ及び光検
波器を製作し、また光検波器を最適化のために導波路構
造と異なにする時には、導波路構造から光学フィルタを
製作した後に、さらにエピタキシャル成長を用いて光検
波器を製作する。

なお、上記実施例の他にも、形状及び構成材料の異なる
光学フィルタを用いることもできることは勿論である。

例えば、上記光学フィルタを形成する材料としては、８
１０２を用いることができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、系を組むのに時間
がかからず、光学系のアライメントのずれが生じず、系
がかさばることもなく、且つ帰還系長による位相遅れも
ないような、光周波数を安定化することの可能な半導体
集積化光源を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る半導体集積化光源の構
成を示す斜視図、第２図は計算によって求められた第１
図の実施例に用いられるファブリペロ干渉計型フィルタ
のフィルタ特性図、第３図は本発明の第２の実施例の構
成を示す平面図、第４図は本発明の第３の実施例の構成
を示す斜視図、第５図（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本発
明の第４の実施例の構成を示すもので、同図（ａ）は平
面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面
図、第６図は従来の半導体光源の安定化のための構成を
示す図である。 １０・・・半導体レーザ、　２０，５０，６０．７０・
・・光学フィルタ、　３０・・・光検波器、　４０・・
・基板。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦￥に１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源としての半導体レーザと、該半導体レーザか
   らの光を透過させる導波路構造を有する光学フィルタと
   、該光学フィルタを透過してきた上記光の光強度を検出
   するための光検波器と、上記半導体レーザの発振光周波
   数が安定化するように上記光検波器の出力によって上記
   半導体レーザの発振光周波数を制御する手段とから成る
   半導体光源に於いて、上記半導体レーザと光学フィルタ
   と光検波器とを同一基板上に近接して製作し集積化した
   ことを特徴とする半導体集積化光源。
2. （２）上記導波路構造を有する光学フィルタは、ファブ
   リペロ干渉形型の光学フィルタであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の半導体集積化光源。
3. （３）上記導波路構造を有する光学フィルタは、リング
   干渉形型の光学フィルタであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の半導体集積化光源。
4. （４）上記導波路構造を有する光学フィルタは、グレー
   ティング型の光学フィルタであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の半導体集積化光源。
5. （５）上記導波路構造を有する光学フィルタは、マッハ
   ツェンダ型の光学フィルタであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の半導体集積化光源。