WO2021059448A1 - 光送信器 - Google Patents

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waveguide
optical
width
optical transmitter
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明晨 陳
隆彦 進藤
慈 金澤
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor laser device.
  • Semiconductor laser devices include modulators, semiconductor optical amplifiers and optical transmitters including lasers.
  • an electric field absorption type (EA: Electro-Absorption) light modulator is integrated on a substrate.
  • an optical transmitter including a distributed feedback (DFB) laser, an EA modulator, and a semiconductor optical amplifier (SOA) is also disclosed.
  • DFB distributed feedback
  • EA modulator Electro-Absorption modulator
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • optical transmission lines that carry networks the trends are to increase the transmission rate, reduce the power consumption of optical transmission equipment, and reduce the cost of networks by extending the transmission distance.
  • Semiconductor modulation light sources used in optical transmission equipment are also required to have high speed and high output while suppressing an increase in power consumption.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an EA modulator integrated DFB (EADFB) laser.
  • EADFB lasers have higher quenching and better chirp properties than direct modulation lasers and have been used in a wide range of applications.
  • the EADFB laser 10 has a structure in which the DFB laser 1 and the EA modulator 2 are integrated on the same substrate.
  • the DFB laser 1 has an active layer 4 composed of a multi-quantum well (MQW), and oscillates at a single wavelength determined by a driving current source 8 and a diffraction grating 5 formed in a resonator.
  • MQW multi-quantum well
  • the EA modulator 2 has a light absorption layer 6 made of MQW having a composition different from that of the DFB laser 1, and the amount of light absorption is changed by controlling the electric signal source 9. By driving under the condition that the output light from the DFB laser 1 is transmitted or absorbed, the light is blinked and the electric signal is converted into an optical signal.
  • EADFB laser SOA Assisted Extended Reach EADFB Laser: AXEL
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of AXEL in which SOA is integrated. Similar to FIG. 1, in AXEL20 of FIG. 2, which shows a cross section (YZ plane) of the substrate passing through the optical waveguide, the signal light modulated by the EA modulator 2 is amplified by the integrated SOA region 3. It is possible to improve the optical output. In the configuration of AXEL20, a high output of about twice as high as that of a general EADFB laser can be obtained. Further, when the AXEL 20 is driven under the operating conditions that the same light output as that of a general EADFB laser can be obtained, the power consumption can be reduced by about 40% due to the high efficiency operation due to the SOA integration effect.
  • AXEL20 the same MQW structure as the active layer 4 of the DFB laser 1 is used as the active layer 7 of SOA3. With AXEL20, the device can be made in the same process as a conventional EADFB laser without the need to add a regrowth process for integration of the SOA region.
  • One aspect of the present disclosure is a distributed feedback (DFB) laser having an active region having multiple quantum wells on a substrate, an electric field absorption type (EA) modulator that modulates the oscillation light of the DFB laser, and the above.
  • An optical transmitter having an active region having the same composition as that of a DFB laser and equipped with a semiconductor optical amplifier (SOA) that amplifies signal light from the EA modulator, and in at least a part of the waveguide of the SOA.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • the optical transmitter is characterized by having a tapered structure in which the width of the waveguide in a cross section perpendicular to the optical waveguide direction is gradually narrowed along the optical waveguide direction.
  • the width of the SOA waveguide is changed in various ways along the optical waveguide direction.
  • the entire region of the SOA may have a tapered structure, or the tapered structure may be provided in the intermediate portion of the SOA in the optical waveguide direction, and the incident end side and the outgoing end side of the intermediate portion may be equal width waveguides, respectively. good.
  • the taper structure may be provided on the exit end side of the SOA, and the EA modulator side of the taper structure may be a monospaced waveguide.
  • the optical transmitter of the present disclosure solves and alleviates the problem of deterioration of optical waveform quality.
  • FIG. 1 It is a figure which showed the eye pattern in the optical transmitter of Example 2. It is a figure which showed the structure of the optical transmitter of Example 3 by AXEL of this disclosure. It is a figure which showed the carrier consumption distribution in SOA in various waveguide configurations. It is a figure which showed the eye pattern in the optical transmitter of Example 3.
  • FIG. 1 It is a figure which showed the eye pattern in the optical transmitter of Example 2. It is a figure which showed the structure of the optical transmitter of Example 3 by AXEL of this disclosure. It is a figure which showed the carrier consumption distribution in SOA in various waveguide configurations. It is a figure which showed the eye pattern in the optical transmitter of Example 3.
  • FIG. 1 It is a figure which showed the eye pattern in the optical transmitter of Example 2. It is a figure which showed the structure of the optical transmitter of Example 3 by AXEL of this disclosure. It is a figure which showed the carrier consumption distribution in SOA in various waveguide configurations. It is a figure which showed the eye pattern in the optical transmitter of Example 3.
  • the problem of deterioration of optical waveform quality is solved while keeping the feature that the manufacturing process can be simplified by using the same layer structure for the DFB laser and the SOA. Show a new configuration to resolve or mitigate.
  • the EADFB laser with integrated SOA can be used as an optical transmitter.
  • the present disclosure includes aspects as an optical transmission device including an optical transmitter.
  • the characteristic operation of the present disclosure as an optical transmitter will be described, but it can also be used in various forms of devices that transmit signal light that carries information.
  • AXEL and the optical transmitter are described as having substantially the same meaning and interchangeably.
  • a problem due to the limitation of the layer structure of the SOA of AXEL is the deterioration of the optical signal waveform quality in the SOA due to the pattern effect.
  • the pattern effect is known as a phenomenon in which the distortion of the waveform changes depending on the configuration of the pulse train to be transmitted.
  • the output light from the DFB laser 1 is modulated by the EA modulator 2, and then incident on the SOA 3 and amplified.
  • the incident light on SOA3 is modulated and becomes a signal light whose intensity changes with time.
  • the carriers generated by the current injection are consumed by the optical amplification.
  • the light intensity of the signal light is constantly fluctuating, so that the carrier consumption in the SOA3 also fluctuates with the light intensity. For example, if the light intensity of the incident signal light continues to be strong, the carriers inside the SOA tend to be exhausted, and conversely, if the light intensity of the signal light continues to be weak, the internal carriers are not consumed and the carrier density increases. To do. Therefore, the optical gain of the SOA also fluctuates due to the random state change of the signal light intensity, which adversely affects the optical waveform quality. As will be described next, the effect of the pattern effect is strongly exerted on the optical waveform, especially when the continuation of the same sign continues.
  • FIG. 3 is a diagram showing an NRZ optical waveform when a pattern effect occurs in SOA.
  • AXEL 20 shown in FIG. 2 a 10 Gbit / s NRZ optical waveform (eye pattern) when a pattern effect occurs is shown.
  • the “0” level at which the carrier density is kept high is stable at a nearly uniform level.
  • the "1" level at which carriers are consumed is in an unstable state in which the carrier density inside the SOA changes according to the state of the input signal, and the level of the optical signal intensity also varies. Deterioration of optical waveform quality as shown in FIG. 3 leads to deterioration of transmission quality, which causes an inability to transmit an optical signal over a sufficient distance.
  • SOA3 of AXEL20 is limited to the active layer (MQW) having the same layer structure as DFB laser 1. It was difficult to adjust the carrier density inside the SOA, and there was a limit to the suppression of the pattern effect.
  • the optical confinement coefficient and the current density of the DFB laser and the SOA cannot be set separately due to the limitation of the layer structure of the SOA.
  • the SOA region is long, the influence of the pattern effect becomes large, and even if a sufficient SOA current is injected, the deterioration of the optical waveform quality cannot be sufficiently suppressed.
  • an NRZ signal having a bit rate of about 10 Gbit / s is input to the SOA, when the SOA length becomes 200 ⁇ m or more, a sufficient suppression effect cannot be obtained even if the SOA current amount is increased.
  • the AXEL of the present disclosure adopts a waveguide structure (tapered structure) in which the volume of the SOA is gradually or continuously reduced along the optical waveguide direction while using the same layer structure for the DFB laser and the SOA.
  • This waveguide structure of SOA solves and alleviates the problem of waveform deterioration due to the pattern effect in the prior art.
  • the waveguide structure of the DFB laser and SOA is made using a batch process. Therefore, in the AXEL of the present disclosure, it is not necessary to change the manufacturing process of the AXEL of the prior art, and the waveguide structure in the SOA of the present disclosure can be realized only by modifying the mask pattern at the time of forming the waveguide of the SOA.
  • the suppression of the pattern effect in the optical transmitter of the present disclosure is explained as follows. As described above, it is desirable to increase the carrier density in the waveguide as a method of suppressing the pattern effect generated in SOA. However, simply increasing the carrier density of the entire SOA is not sufficient to suppress the pattern effect.
  • the inventors have focused on the change in carrier density in the optical waveguide direction in the SOA region, and have found a mechanism for more effectively suppressing the pattern effect.
  • the carrier consumption due to the optical amplification inside the SOA is not uniform, and the carrier consumption is higher in the region where the optical power inside the SOA is strong.
  • the optical power P after propagating by the length L is expressed by the following equation.
  • P 0 is the optical power when incident on SOA
  • is the optical confinement coefficient in the active layer having optical gain
  • is the loss during propagation. That is, when ( ⁇ g- ⁇ )> 0 is satisfied, SOA has an amplification effect, and the net light gain ( ⁇ g- ⁇ ) acts according to the propagation length L to amplify the light.
  • FIG. 4 is a diagram showing a calculation example of a change in optical power in the optical waveguide direction inside the SOA.
  • the horizontal axis of FIG. 4 shows the SOA length L from the starting point on the EA modulator side of the SOA region, that is, the light propagation distance ( ⁇ m), and the vertical axis shows the optical power P (mW). Therefore, FIG. 4 shows how the light propagating inside the SOA is amplified by the light gain shown in the equation (1), and the light power gradually increases.
  • "1" level and "0" level are assumed as the incident light power P 0 , and the cases of 10 mW and 1 mW are calculated, respectively. It can be seen that the optical power increases with the SOA length L, which is the propagation distance inside the SOA, and that the longer the propagation distance, the more the optical power literally increases exponentially.
  • the volume of the SOA region is gradually or continuously along the optical waveguide direction in order to make the carrier density in the SOA uniform according to the optical power inside the SOA and the amount of carriers consumed.
  • the optical power inside the SOA in the conventional AXEL increases exponentially according to the propagation distance from the incident end of the SOA region, and similarly, the carrier Consumption will also increase.
  • the consumption of this carrier is proportional to the number of photons present per unit volume, that is, the photon density.
  • the photon density is obtained as the optical power in the active region divided by the waveguide cross-sectional area in the active region.
  • the waveguide configuration in the SOA region will be further examined.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration in which a waveguide in the SOA region is cut perpendicular to the optical waveguide direction. Therefore, it corresponds to the cross section (YX plane) cut by the VV line in FIG.
  • the lower clad layer 26 the lower SCH (Semi-Confinement Heterostructure) layer 24, the active layer 7, the upper SCH layer 23, on the n-InP substrate 22.
  • the upper clad layer 25 is sequentially laminated.
  • Semi-insulating (SI) InP embedded layers 21a and 21b are formed on both sides of the waveguide.
  • the regions of the active layer 7 and the SCH layers 23 and 24 into which the current (carrier) is injected from the uppermost electrode 27 have a higher refractive index than the other regions, and light is confined in this region to function as the core of the waveguide. ..
  • the light waveguide mode has a continuous distribution function as represented by the Gaussian function
  • a part of the optical power is in the clad regions on the upper, lower, left and right sides of the core as shown by the dotted line 28 in FIG. Exudes to.
  • the ratio of optical power confined in the core is defined as the optical confinement coefficient ⁇ in equation (1).
  • the inventors have now come up with the idea of controlling the light confinement coefficient ⁇ . As shown in FIG. 4, when the optical power increases exponentially with the propagation distance, if the optical confinement coefficient ⁇ is decreased with the increase of the optical power, the optical power density in the region of the active layer 7, that is, The photon density can be made uniform.
  • the inventors By controlling the configuration of the SOA so that the optical confinement coefficient ⁇ decreases with the propagation distance of the light, the inventors have caused a rapid carrier consumption on the side near the exit end of the SOA (the latter half of the waveguide). We thought that the waveform deterioration caused by carrier depletion could be suppressed.
  • the carrier density decreases. Since the carriers are supplied by the current flowing through the SOA and are proportional to the amount of the SOA current, the SOA current may be increased in order to suppress the decrease in the carrier density.
  • the SOA current has an upper limit due to heat generation or the like, and in a situation where carrier consumption is large, the carrier supply cannot catch up after all.
  • the inventors thought that it would be better to change the viewpoint from the conventional idea of increasing the carrier density, suppress the carrier consumption to a relatively low level, and make the carrier density uniform. Also referring to FIG. 4, the pattern effect becomes remarkable in a state where Po is increased and the carrier density is considered to be low (“1” level), and the eye pattern waveform is deteriorated, so that carrier consumption is suppressed. It is presumed that it is preferable to suppress waveform deterioration.
  • the active layer in which stimulated emission that supports the amplification action of SOA occurs has a well-like structure with a narrower bandgap than the surroundings, and carriers are stored.
  • the configuration of the optical transmitter of the present disclosure changes the waveguide width in the SOA region integrated in AXEL, and makes the carrier consumption uniform in the optical waveguide direction (longitudinal direction of the waveguide). This suppresses the pattern effect. Even if the optical confinement coefficient is reduced by continuously narrowing the waveguide width (mesa width) along the optical waveguide direction in the SOA, and the total optical power increases as it approaches the emission end due to optical amplification in the SOA. The optical power distributed in the active layer region is made constant.
  • the pattern effect generated by SOA is caused by the spatial variation of the carrier density inside the SOA.
  • the carrier density decreases as the SOA approaches from the incident end side to the emitted end side. It is difficult to keep the carrier density inside the SOA always high on the side where the SOA is emitted. Therefore, the optical transmitter of the present disclosure utilizes the phenomenon that the light confinement decreases as the width of the waveguide becomes narrower by forming the SOA waveguide into a tapered structure.
  • the light confinement is reduced, and the light power is dispersed from the active region to the clad region where the carrier consumption is not consumed.
  • carrier consumption is made uniform over the entire SOA, and even when a relatively long SOA is adopted, deterioration of optical waveform quality can be suppressed and high output can be realized.
  • the optical confinement coefficient ⁇ was controlled by changing the width of the waveguide of the SOA along the optical waveguide direction (longitudinal direction of the waveguide) in various ways.
  • the optical transmitter of the present disclosure includes a tapered structure in which the width of the waveguide is gradually reduced along the optical waveguide direction, that is, toward the emission end in at least a part of the SOA region.
  • the width of the waveguide of the SOA is narrowed, the amount of light exuded to the cladding increases and the confinement coefficient ⁇ also decreases.
  • the proportion of optical power distributed in the core region of the waveguide in SOA is reduced, and carrier consumption in the core region is suppressed.
  • FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the optical transmitter of the first embodiment by AXEL of the present disclosure.
  • a DFB laser, an EA modulator, and an SOA are integrated in this order on a substrate.
  • FIG. 6 shows an internal cross section passing through the center in the thickness direction of an optical waveguide on a substrate surface (x-). It is a figure seen perpendicular to the z-plane). The elements above the cross section are removed and shown, and the cross section of the active layer is viewed from above.
  • the optical transmitter 100 is a monolithic integration in which a 300 ⁇ m long DFB laser waveguide 101, a 150 ⁇ m long EA modulator waveguide 102, and a 315 ⁇ m long SOA waveguide 103 are configured in this order. It is an element. In terms of the above-mentioned basic configuration, it has the same configuration as the optical transmitter by AXEL of the prior art of FIG.
  • the optical transmitter 100 of the present disclosure has a structure of a conventional technique in that the width of the waveguide 103 of the SOA waveguide gradually changes along the z-axis and has a tapered structure (FIG. 11). It's different.
  • the width of the waveguide at the incident end of the SOA is 1.7 ⁇ m, which is the same as that of each waveguide of the DFB laser and the EA modulator.
  • a method for determining the width of the tapered waveguide in the characteristic SOA of the present disclosure will be examined.
  • FIG. 7 is a diagram showing changes in the effective refractive index between the basic mode and the higher-order mode with respect to the width of the waveguide.
  • the horizontal axis shows the waveguide width ( ⁇ m)
  • the vertical axis shows the effective refractive indexes of the 0th-order basic mode (solid line) and the 1st-order higher-order mode (dotted line). Since the waveguide width is around 1.5 ⁇ m, there is a higher-order waveguide mode shown by a dotted line.
  • the waveguide width is 2 ⁇ m or more, the optical confinement coefficient of the higher-order mode becomes large, and the laser is in multi-transverse mode. Works with.
  • the upper limit of the waveguide width is generally 2 ⁇ m.
  • the width of the waveguide decreases continuously and linearly over the entire region of the SOA along the optical waveguide direction.
  • the width of the waveguide at the incident end of the SOA was set to 1.7 ⁇ m, and the width of the waveguide at the exit end of the SOA, which was the final part of the tapered structure, was set to 1.0 ⁇ m.
  • FIG. 8 is a diagram showing a change in the optical confinement coefficient with respect to the width of the waveguide.
  • the horizontal axis of FIG. 8 shows the waveguide width ( ⁇ m), and the vertical axis shows the optical confinement coefficient.
  • the optical confinement coefficient was calculated for the waveguide structure shown in FIG. 5 for light having a wavelength of 1.55 ⁇ m.
  • the thickness of the core layer that traps light in the vertical direction was calculated as 300 nm.
  • the lower limit of the practical waveguide width is about 0.8 ⁇ m.
  • the gain of SOA is determined by the product of the optical confinement coefficient ⁇ and the gain g of the semiconductor active layer as shown in the equation (1). Therefore, if the waveguide width is too narrow, the gain cannot be obtained in the semiconductor active layer. Is.
  • a plurality of single SOAs having the same width but different waveguide widths are prepared, and the relationship between the waveguide width and the output power of the SOA is determined. I asked. For the coupling on the incident side of the single SOA, the fiber output was coupled with a two-lens system, and the output side was measured with a large-diameter power meter.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the waveguide width (constant width) of the SOA and the output power.
  • the horizontal axis shows the width of the waveguide of SOA ( ⁇ m), and the vertical axis shows the output power of SOA (dBm).
  • the SOA length is 100 ⁇ m
  • the SOA injection current is 50 mA
  • the input power to the SOA is 3 dBm. From FIG. 9, it can be seen that the amplification performance of the SOA changes abruptly when the waveguide width of the SOA is between 0.5 ⁇ m and 1 ⁇ m. In the range where the waveguide width is 0.8 ⁇ m or less, the output power is reduced and sufficient optical amplification operation is not obtained.
  • the width of the waveguide is sharply narrowed, optical loss occurs in the waveguide mode. Therefore, the rate of change in the width around 1 ⁇ m in the optical waveguide direction (longitudinal direction) of the waveguide is set to 0. It is better to set it to 02 ⁇ m or less.
  • the waveguide width is limited to the range of 2 ⁇ m to 0.8 ⁇ m in consideration of the practical upper limit and lower limit of the above-mentioned waveguide width for functioning as an SOA. Assuming that the width of the waveguide is changed within this range, the length of the tapered structure of the SOA needs to be at least 60 ⁇ m or more.
  • the SOA waveguide (length 60 ⁇ m or more) may be gradually narrowed with a maximum change width of 2 ⁇ m to 0.8 ⁇ m, or the change width may be further narrowed and gradually narrowed in the range of 1.8 ⁇ m to 1.0 ⁇ m. You may narrow it.
  • the maximum amount of change in the waveguide width may be determined according to the degree of the target pattern effect.
  • the waveguide of the SOA since at least a part of the waveguide of the SOA includes a tapered structure whose width gradually narrows along the optical waveguide direction, it is usually larger than the width of the waveguide on the incident side of the SOA.
  • the width of the waveguide on the exit side becomes narrower.
  • the EA modulator and the SOA can be connected by a tapered passive waveguide, the width of the waveguide on the incident side and the width of the waveguide on the incident side may be the same.
  • the manufacturing process of the integrated circuit (AXEL) of the optical transmitter 100 will be described.
  • an initial substrate in which a lower SCH layer, an active layer (MQW1) of a multiple quantum well layer, and an upper SCH layer were sequentially grown on an n-InP substrate was used.
  • the multiple quantum well is composed of six quantum well layers and has an optical gain in the oscillation wavelength of 1.55 ⁇ m.
  • the initial substrate including each of the above-mentioned layers has a structure optimized for high-efficiency operation of the DFB laser 101. Since the initial substrate is generally available, it is used, and the above-mentioned layers may be produced without using the initial substrate.
  • the other active layers are selectively etched, leaving the portion to be the waveguide 101 of the DFB laser and the waveguide 103 in the SOA region, and the butt joint
  • the regrowth grew a multiple quantum well layer (MQW2) for the waveguide 102 of the EA modulator.
  • MQW2 multiple quantum well layer
  • a diffraction grating that operates in the 1.55 ⁇ m oscillation wavelength band was formed in the DFB laser region, and then a p-InP clad layer and a contact layer were grown over the entire surface of the device by regrowth.
  • the thickness of the clad layer was 2.0 ⁇ m in this example so that the light field would not be applied to the electrode region.
  • the mesa structure was formed by etching.
  • the waveguide width of each region is formed by an arbitrary pattern formed in the photo step and formed by the batch etching step.
  • the taper structure in the SOA portion was realized by continuously narrowing the width of the mask. Even when a tapered waveguide is provided in SOA as in the optical transmitter by AXEL of the present disclosure, the above-mentioned manufacturing process is the same as the conventional one, and the manufacturing process can be performed without increasing the process load and cost.
  • Fe-doped semi-insulating InP layers 104a and 104b were formed on both sides of the mesa by embedding and regrowth. Subsequently, the contact layers between the regions were removed by wet etching in order to electrically separate the regions of the DFB laser, EA modulator and SOA. After that, a P-side electrode for injecting a current was formed through a contact layer on each region of the upper surface of the InP substrate. Further, the back surface of the InP substrate is polished to about 150 ⁇ m to form electrodes on the back surface of the substrate, and the process of manufacturing the integrated circuit on the semiconductor wafer is completed.
  • each element on the wafer has an anti-reflective coating (AR) on the front end face adjacent to the waveguide 103 of the SOA after the end face from which light is emitted is cut out.
  • Highly reflective coating (HR) is applied to the rear end face of the side.
  • the core layer structure formed in the initial substrate remains as it is in the waveguide 103 of the SOA, and has the same structure as the layer structure of the waveguide 101 of the DFB laser. ..
  • the only difference in layer structure between the DFB laser and SOA is the presence or absence of a diffraction grating.
  • the optical transmitter 100 of this embodiment by using a common layer structure for the DFB laser and the SOA, it is possible to suppress the number of regrowths and manufacture at low cost while having a structure in which a plurality of functional regions are integrated. is there.
  • FIG. 10 is a diagram showing a structure having a cross section perpendicular to the substrate surface of the optical transmitter of the first embodiment.
  • the cross section (YZ plane) perpendicular to the substrate plane (XX plane) including the XX rays in FIG. 6 is viewed, but it should be noted that the Y direction shows the core layer and others enlarged. I want to.
  • the optical transmitter 100 of this embodiment has a core layer (total layer thickness of 200 nm) composed of active layers 101 to 103 of the multiple quantum well layer and upper and lower SCH layers 105a and 105b, and the core layer is moved up and down. It has a laminated structure composed of InP clad layers 106 and 107 sandwiched from the above.
  • the DFB laser operates at a single wavelength determined by a diffraction grating formed in the region of the DFB laser.
  • the core layer structure formed of the initial growth substrate remains in the SOA as it is, and has the same structure as the layer structure of the DFB laser.
  • the only difference in layer structure between the DFB laser and SOA is the presence or absence of a diffraction grating.
  • the optical transmitter 100 of this embodiment by using a common layer structure for the DFB laser and the SOA, it is possible to suppress the number of regrowths and manufacture at low cost while having a structure in which a plurality of functional regions are integrated. is there.
  • An optical transmitter including an SOA having a length of 250 ⁇ m and no taper structure was simultaneously produced on the same substrate, and comparative evaluation was performed with the optical transmitter of Example 1 having the configurations shown in FIGS. 6 and 10, and the tapered structure in the SOA was performed. The effect of was verified.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional optical transmitter used for comparison with the first embodiment.
  • the cross section passing through the center of the optical waveguides 5, 6 and 7 of the optical transmitter 20 in the thickness direction is formed on the substrate surface (xz) surface. It is a view seen vertically.
  • the difference from the configuration of the first embodiment of FIG. 6 is that the waveguide 7 of the SOA is not tapered and has a uniform width (equal width).
  • FIG. 6, FIG. 10 and FIG. 11 schematically show the optical power distribution in the DFB laser and the optical power distribution in the SOA, respectively.
  • the two optical power distributions 11 and 12 have the same spread in the X-axis direction.
  • the optical power distribution 109a of the SOA waveguide having a tapered structure is on the clad side (X-axis direction) as compared with the optical power distribution 108a of the waveguide of the DFB laser. Please note that it has spread to. This is because in SOA, the optical confinement coefficient ⁇ is lowered by gradually narrowing the waveguide width.
  • the two optical power distributions 108b and 109b have the same spread.
  • the modulation characteristic of 10 Gbit / s was evaluated using the manufactured element. Modulated signal in NRZ format, using a pseudo-random binary sequence PRBS2 31 -1.
  • the current value of the DFB laser was set to 80 mA
  • the applied voltage to the EA modulator was set to ⁇ 1.5 V
  • the current value of SOA was set to 100 mA.
  • the amplitude voltage Vpp of the signal applied to the EA changer is 1.5V.
  • the non-tapered SOAs made for comparison are each designed so that the volume of the active layer is the same as the tapered SOA. Therefore, when the same current value is injected into the SOA in the absence of signal light input, the carrier densities obtained from the total current values are the same.
  • the optical output during modulation was 11.5 mW for the optical transmitter of this example having a tapered structure in SOA.
  • the optical output at the time of modulation was 12.2 mW.
  • the difference between the two was about 0.25 dB, and even if the waveguide of the SOA had a tapered structure, almost no decrease in the optical output was observed, and an optical output almost the same as that of the conventional optical transmitter was obtained.
  • FIG. 12 is a diagram showing the distribution of carrier consumption inside the SOA.
  • the horizontal axis shows the position in the SOA from the incident side end, that is, the propagation distance ( ⁇ m), and the vertical axis shows the carrier consumption (AU) obtained by numerical calculation.
  • AU carrier consumption
  • the increase in carrier consumption is up to about 1.5 times as shown by the calculation result of the dotted line. It was found that it can be suppressed. That is, since the width of the waveguide of the SOA is gradually narrowed along the optical waveguide direction by the taper structure of the SOA, the carrier consumption in the active region of the SOA is suppressed, and the carrier consumption toward the SOA exit end is suppressed. The amount is homogenized. This can be expected to suppress the influence of the pattern effect.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the improvement of the eye pattern in the optical transmitter of the first embodiment.
  • FIG. 13A is an eye pattern of the optical transmitter 100 provided with the SOA having the tapered structure of this embodiment.
  • FIG. 13 (b) is an eye pattern in the case of an optical transmitter provided with an SOA having no taper structure in the prior art.
  • the variation width of the “1” level is narrowed, a clear opening (eye eye) is obtained, and the waveform quality of the eye pattern is greatly improved. are doing.
  • error-free transmission was confirmed with an optical transmitter equipped with an SOA having a tapered structure, but error-free was reached with an SOA without a tapered structure. could not.
  • the SOA waveguide is provided with a tapered structure, and the carrier consumption is controlled here to suppress deterioration of the optical signal waveform quality due to the pattern effect, and a clear eye pattern is obtained. It was confirmed that the effect of improving the quality of the optical waveform was sufficient.
  • the waveguide of the SOA is provided with a tapered structure, but the shape of the taper is linearly wide over the entire region of the SOA along the optical waveguide direction (longitudinal direction) of the SOA. It was narrowing.
  • the structure is not limited to the waveguide configuration of the first embodiment as long as the width of the waveguide is narrowed toward the exit end of the SOA and the carrier consumption in the vicinity of the exit end of the SOA can be suppressed.
  • a configuration example in which the tapered structure is provided only in a part of the emission end side of the latter half of the waveguide is shown instead of the entire area of the SOA.
  • FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the optical transmitter of the second embodiment by AXEL of the present disclosure. Similar to FIG. 6 of the first embodiment, in the optical transmitter 200, the DFB laser, the EA modulator, and the SOA are integrated in this order on the substrate, and FIG. 14 shows the center of the optical waveguide in the thickness direction. It is a figure which looked at the cross section of the inside through which the substrate surface (x-z surface) was seen vertically. The elements above the cross section are removed and shown, and the cross section of the active layer is viewed from above.
  • the waveguide 201 of the DFB laser (LD) has a length of 300 ⁇ m
  • the waveguide of the EA modulator in front of the optical waveguide direction has a length of 150 ⁇ m
  • the waveguides 203a and 203b of the SOA have an overall length of 310 ⁇ m.
  • Waveguides are monolithically integrated.
  • Semi-insulating InP layers 204a and 204b due to embedded regrowth are shown on both sides of the waveguide.
  • the structural difference from the optical transmitter of the first embodiment is that the first half of the SOA is 100 ⁇ m in length and has an equal width linear waveguide 203a with no taper, and the second half of the SOA is 210 ⁇ m in length and linear.
  • the tapered structure 203b narrows the width of the waveguide.
  • the width of the waveguide at the start point of the tapered shape is 1.7 ⁇ m, and the width of the waveguide at the final point of the tapered shape is 0.8 ⁇ m.
  • the optical power distribution 209 of the waveguide 203b having a tapered structure of the SOA is larger than the optical power distributions 208 and 210 of the equal width waveguides 201 and 203a having the same waveguide width in the first half of the DFB laser and the SOA. Note that it extends in the X-axis direction.
  • the optical power inside the SOA increases sharply in the latter half of the waveguide on the exit end side. Therefore, the effect of suppressing the carrier consumption by forming the first half of the waveguide of the SOA in a tapered structure should not be as remarkable as in the case where the latter half has a tapered structure. Therefore, in this embodiment, in order to improve the gain in the first half of the SOA waveguide and aim for higher output, the structure is such that the tapered shape is introduced from the middle of the waveguide instead of the starting point of the SOA waveguide.
  • the current value of the laser was set to 80 mA
  • the applied voltage to the EA modulator was set to ⁇ 1.5 V
  • the current value of the SOA was set to 100 mA.
  • the amplitude voltage Vpp of the signal applied to the EA modulator is 1.5V.
  • FIG. 15 is a diagram showing the distribution of carrier consumption inside the SOA. Exactly as in FIG. 13, the horizontal axis shows the position ( ⁇ m) from the incident side end in the SOA, and the vertical axis shows the carrier consumption (AU) obtained by numerical calculation.
  • the calculation results for the structure in which only the latter half of the waveguide of the SOA of this example is tapered are added to the two curves of the prior art and the first embodiment shown in FIG.
  • the curve of the carrier consumption of this example shown by the solid line it can be confirmed that the effect of suppressing the carrier consumption becomes stronger when the propagation distance becomes larger than 200 ⁇ m.
  • the amount of increase in carrier consumption with respect to the incident end of SOA can also be suppressed to about 1.5 times at the maximum, as in Example 1.
  • the manufacturing process of the optical transmitter of this example is almost the same as that of Example 1 described above, except that the mask pattern of SOA is different from that of Example 1.
  • the oscillation wavelength of the DFB laser in this embodiment is a 1.55 ⁇ m band that operates at a single wavelength determined by the diffraction grating.
  • the modulation characteristic of 10 Gbit / s was evaluated using the manufactured element.
  • the pseudo-random binary sequence PRBS2 31 -1 was used as in Example 1.
  • FIG. 16 is a diagram showing an eye pattern in the optical transmitter of the second embodiment.
  • the “1” level overshoot that remained in the case of Example 1 shown in FIG. 13 (a) could hardly be confirmed in the waveform of Example 2 of FIG. 16, and a better eye pattern waveform was obtained. It was.
  • a good eye pattern with a clear eye opening is realized even though the total length of the SOA is as long as 310 ⁇ m. It was shown that even when a tapered structure is introduced from the middle of the SOA waveguide as in this embodiment, the pattern effect is suppressed and a very high optical output and a high quality optical waveform can be obtained.
  • Example 1 had a configuration in which the entire area of the SOA had a tapered structure and the width of the waveguide gradually narrowed along the optical waveguide direction (longitudinal direction).
  • Example 2 a modified example having a tapered structure only in the latter half of the output end side of the SOA is shown.
  • a further modification of the tapered structure in the waveguide of the SOA is shown, and a configuration example in which the tapered structure is provided only in the intermediate portion in the optical waveguide direction of the SOA is shown.
  • FIG. 17 is a diagram showing the configuration of the optical transmitter of the third embodiment by AXEL of the present disclosure. Similar to the first and second embodiments, the optical transmitter 300 is a substrate in which a DFB laser, an EA modulator, and an SOA are integrated in this order, and FIG. 17 shows the center of the optical waveguide in the thickness direction. It is a figure which looked at the cross section of the inside passing through, perpendicular to the substrate surface (x-z surface). The elements above the cross section are removed and shown, and the cross section of the active layer is shown from above.
  • the waveguide 301 of the DFB laser (LD) has a length of 300 ⁇ m
  • the waveguide 302 of the EA modulator in front of the optical waveguide direction has a length of 150 ⁇ m
  • the waveguides 303a to 303c of the SOA have an overall length of 310 ⁇ m.
  • the waveguide is monolithically integrated.
  • Semi-insulating InP layers 304a and 304b due to embedded regrowth are shown on both sides of the waveguide.
  • the structural difference between the optical transmitters of the first embodiment and the second embodiment is that the waveguide of the SOA is composed of three regions including a tapered structure in the middle portion in the optical waveguide direction.
  • the front length of the SOA of 100 ⁇ m and the rear length of 30 ⁇ m are equal-width linear waveguides 303a and 303c having no tapered structure, and the length of 180 ⁇ m in the middle of the two is linearly derived.
  • the width of the waveguide at the start point of the tapered shape is 1.7 ⁇ m, and the width of the waveguide at the final point of the tapered shape is 1 ⁇ m. Therefore, the width of the monospaced waveguide 303c after the tapered waveguide 303b is also 1 ⁇ m.
  • the carrier consumption starts to decrease when the distance from the incident side end of SOA is around 220 ⁇ m. This is because the taper structure 203b in the latter half reduces the light confinement coefficient ⁇ of the active layer.
  • the optical confinement coefficient ⁇ is lowered, the optical amplification effect of SOA is also weakened, which hinders high output. Therefore, in this embodiment, in order to prevent a decrease in amplification gain at the end of the waveguide of the SOA, the taper structure is stopped in the middle of the SOA.
  • the optical power distribution 309 of the waveguide 303b having a tapered structure of the SOA is larger than the optical power distributions 308 and 310 of the equal width waveguides 301 and 303a having the same waveguide width in the first half of the DFB laser and the SOA. Note that it extends in the X-axis direction.
  • the driving conditions of the optical transmitter of this embodiment were set to 80 mA for the laser current value, ⁇ 1.5 V for the applied voltage to the EA modulator, and 100 mA for the SOA current value.
  • the amplitude voltage Vpp of the signal applied to the EA modulator is 1.5V.
  • Example 3 When the optical output during modulation of the optical transmitter of Example 3 was evaluated by fiber coupling using a single-mode fiber with a lens, 13 mW was obtained. Although the difference is small including the cases of the prior art, Example 1 and Example 2, the highest optical output was obtained with the optical transmitter of this example. Regarding the effect of suppressing carrier consumption, the same level as in the cases of Examples 1 and 2 can be expected.
  • FIG. 18 is a diagram showing the distribution of carrier consumption inside the SOA in the various SOA waveguide configurations described above. Similar to FIGS. 13 and 15, the horizontal axis shows the position ( ⁇ m) from the incident side end in the SOA, and the vertical axis shows the carrier consumption (AU) obtained by numerical calculation. FIG. 18 shows the calculation results for a structure in which only the intermediate portion of the SOA of the present embodiment is tapered to the three curves of the prior art and the first and second embodiments.
  • the increase in carrier consumption due to the configuration of Example 3 shown by the solid line can be suppressed to the same extent as in Examples 1 and 2.
  • the amount of increase in carrier consumption with respect to the incident end is also suppressed to about 1.5 times at the maximum as in Example 1. It can also be seen that the decrease in carrier consumption at the rear part of the SOA (from 220 ⁇ m) observed in the configuration of Example 2 (dashed line) is also improved.
  • the manufacturing process of the optical transmitter of this example is substantially the same as that of Example 1 and Example 2 described above.
  • the oscillation wavelength of the DFB laser in this embodiment is a 1.55 ⁇ m band that operates at a single wavelength determined by the diffraction grating.
  • the modulation characteristic of 10 Gbit / s was evaluated using the manufactured element.
  • the pseudo-random binary sequence PRBS2 31 -1 was used as in Example 1 and Example 2.
  • FIG. 19 is a diagram showing an eye pattern in the optical transmitter of the third embodiment.
  • the “1” level overshoot that remained in the case of Example 1 shown in FIG. 13 (a) could hardly be confirmed in Example 3 of FIG. 19, and a better eye pattern waveform was obtained.
  • the carrier consumption is suppressed to the same extent as that of the second embodiment, so that the eye pattern has a good waveform very close to that of the second embodiment. There is. It can be seen that even in the optical transmitter of this embodiment, a good eye pattern with a clear eye opening is realized even though the total length of the SOA is as long as 310 ⁇ m.
  • the optical transmitter of the present disclosure improves the deterioration of the optical waveform quality of the AXEL monolithically integrated SOA while using the same manufacturing process as the EADFB laser, resulting in high optical output. At the same time, a high quality optical waveform can be obtained.
  • the effect of making the carrier density uniform by the tapered structure provided in the SOA is not limited to the application of only the wavelength band shown in each embodiment, but can also be applied to an optical communication band such as 1250 to 1600 ⁇ m.
  • the present invention can be used for optical communication.
  • it can be used for optical transmitters.

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Abstract

本開示では、SOAを集積化したEADFBレーザにおいて、同一の層構造を用い製造工程を簡素化できる特徴を生かしたまま、光波形品質の劣化を解決または軽減する新規な構成を示す。SOAを集積化したEADFBレーザは、光送信器として利用できる。本開示の光送信器では、SOAの導波路の少なくとも一部にテーパ構造を持つ導波路構造を採用する。SOA領域において導波路幅を狭めるよう変化させ、キャリアの消費量を光導波方向に渡って均一化する。SOAにおける光導波方向に沿って導波路幅(メサ幅)を連続的に狭めることで光閉じ込め係数を低下させ、SOA内での光増幅により出射端に近づくほど全光パワーが増加する場合でも、活性層領域内に分布する光パワーを一定化する。

Description

光送信器
 本発明は、半導体レーザ素子に関する。半導体レーザ素子には、変調器、半導体光増幅器およびレーザを含む光送信器を含む。
 以下では、基板上に電界吸収型(EA:Electro-Absorption)光変調器を集積した半導体レーザ素子が開示される。さらに、分布帰還型(DFB:Distributed Feedback)レーザ、EA変調器および半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)を備えた光送信器についても開示される。
 近年の動画配信サービスの普及やモバイルトラフィック需要の増大に伴い、ネットワークトラフィックが爆発的に増大している。ネットワークを担う光伝送路においては、伝送レートの高速化や光伝送機器の低消費電力化、伝送距離の長延化によるネットワークの低コスト化がトレンドである。光伝送機器で用いられる半導体変調光源にも、消費電力の増大を抑制しながら、高速・高出力化することが求められている。
 図1は、EA変調器集積型DFB(EADFB)レーザの概略構成を示す図である。EADFBレーザは、直接変調型のレーザと比較してより高い消光特性と優れたチャープ特性を有しており、幅広い用途で用いられてきた。光導波路を通る基板の断面(Y-Z面)を示した図1のように、EADFBレーザ10は、DFBレーザ1およびEA変調器2が同一基板内に集積された構造を有する。DFBレーザ1は多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)からなる活性層4を有し、駆動電流源8および共振器内に形成された回折格子5によって決まる単一波長で発振する。またEA変調器2は、DFBレーザ1とは異なる組成のMQWからなる光吸収層6を有し、電気信号源9の制御により光吸収量を変化させる。DFBレーザ1からの出力光を透過または吸収する条件で駆動することで光を明滅させ、電気信号を光信号に変換する。
 EADFBレーザは、EA変調器6において大きな光損失を伴うために、高出力化が困難であった。この解決策として、EADFBレーザの光出射端にさらに半導体光増幅器(SOA)を集積したEADFBレーザ(SOA Assisted Extended Reach EADFB Laser:AXEL)が提案されている(非特許文献1)。以下簡単のため、EADFBレーザにさらにSOAを集積化したものをAXELと呼ぶ。
 図2は、SOAを集積化したAXELの概略構成を示す図である。図1と同様に、光導波路を通る基板の断面(Y-Z面)を示した図2のAXEL20では、EA変調器2によって変調された信号光が、集積されたSOA領域3によって増幅され、光出力の向上が可能となる。AXEL20の構成では、一般的なEADFBレーザと比較して約2倍の高出力が得られる。また、一般的なEADFBレーザと同じ光出力が得られる動作条件でAXEL20を駆動した場合、SOA集積効果による高効率動作のため約4割の消費電力を削減できる。AXEL20では、SOA3の活性層7としてDFBレーザ1の活性層4と同一のMQW構造を用いる。AXEL20では、SOA領域の集積のための再成長プロセスを追加する必要がなく、従来のEADFBレーザと同一の工程でデバイスを作製できる。
W. Kobayashi et al., "Novel approach for chirp and output power compensation applied to a 40-Gbit/s EADFB laser integrated with a short SOA,"、2015年4月、 Opt. Express, Vol. 23, No. 7, pp. 9533-9542
 しかしながら、SOAをモノリシック集積したAXELでは、EADFBレーザと同一の製造工程が利用できる反面、SOAの構造の設計自由度が限られ、後述するように光波形品質が劣化する問題があった。
 本開示の1つの態様は、基板上に、多重量子井戸を有する活性領域を有する分布帰還型(DFB)レーザと、前記DFBレーザの発振光を変調する電界吸収型(EA)変調器と、前記DFBレーザと同一組成の活性領域を有し、前記EA変調器からの信号光を増幅する半導体光増幅器(SOA)とを備えた光送信器であって、前記SOAの導波路の少なくとも一部に、光導波方向に垂直な断面における前記導波路の幅が前記光導波方向に沿って徐々に狭まるテーパ構造を備えたことを特徴とする光送信器である。
 SOAの導波路幅を、光導波方向に沿って様々な態様で変化させる。前記SOAの全領域が、テーパ構造でも良いし、SOAの前記光導波方向の中間部に前記テーパ構造を備え、当該中間部の入射端側および出射端側はそれぞれ等幅導波路であっても良い。SOAの出射端側に前記テーパ構造を備え、前記テーパ構造より前記EA変調器側は等幅導波路であっても良い。
 本開示の光送信器は、光波形品質の劣化の問題を解決し、軽減する。
EA変調器集積型DFBレーザの概略構成を示した図である。 SOAをさらに集積化したAXELの概略構成を示した図である。 SOAでパターン効果が生じた場合のNRZ光波形を示した図である。 SOA内部における光導波方向の光パワー変化の計算例を示した図である。 SOA領域の導波路の光導波方向に垂直な断面構成を示した図である。 本開示のAXELによる実施例1の光送信器の構成を示した図である。 導波路幅に対する基本モードと高次モードの実効屈折率を示した図である。 導波路幅に対する光閉じ込め係数の変化を示した図である。 SOAの導波路幅(一定幅)と出力パワーの関係を示した図である。 実施例1の光送信器の基板に垂直な断面の構成を示した図である。 実施例1との比較に用いた従来技術の光送信器の構成を示した図である。 実施例1の構成でSOA内部のキャリア消費量分布を示した図である。 実施例1の光送信器におけるアイパターンの改善を説明する図である。 本開示のAXELによる実施例2の光送信器の構成を示した図である。 実施例2の構成でSOA内部のキャリア消費量分布を示した図である。 実施例2の光送信器におけるアイパターンを示した図である。 本開示のAXELによる実施例3の光送信器の構成を示した図である。 様々な導波路構成でSOA内部のキャリア消費量分布を示した図である。 実施例3の光送信器におけるアイパターンを示した図である。
 本開示では、SOAを集積化したEADFBレーザ(以下AXELとも呼ぶ)において、DFBレーザとSOAで同一の層構造を用いて製造工程を簡素化できる特徴を生かしたままで、光波形品質劣化の問題を解決または軽減する新規な構成を示す。SOAを集積化したEADFBレーザは、光送信器として利用できる。また本開示は、光送信器を含む光伝送装置としての側面を含むものである。以下では、光送信器として本開示の特徴的な動作を説明するが、情報を搬送する信号光を送出する様々な形態の装置にも利用できる。また以下の説明では、AXELと光送信器も実質的に同じ意味のものとして、交換可能に記述している。
 AXELのSOAの層構造の制約による問題に、パターン効果によるSOAにおける光信号波形品質の劣化がある。パターン効果は、伝送するパルス列の構成によって波形の歪み方が変わる現象として知られている。図2に示したように、AXEL20ではDFBレーザ1からの出力光がEA変調器2で変調された後に、SOA3に入射され増幅される。SOA3への入射光は変調されており、時間的にその強度が変化する信号光となっている。SOA3の内部では、電流注入によって生じたキャリアが光増幅によって消費される。信号光をSOA3へ入射した場合、信号光の光強度が絶えず変動しているため、SOA3におけるキャリアの消費量も光強度に伴い変動する。例えば、入射した信号光の光強度が強い状態が続くとSOA内部のキャリアは枯渇気味になり、逆に、信号光の光強度が弱い状態が続くと内部のキャリアは消費されずキャリア密度が上昇する。したがって、信号光の強度のランダムな状態変化によってSOAの光利得も変動してしまい、光波形品質に悪影響を与える。次に述べるように、特に同符号の連続が続いたときに、光波形にパターン効果の影響が強く生じる。
 光をNRZ(Non-Return-to-Zero)信号方式で強度変調(OOK:On-Off-Keying)した場合の、光強度が強い状態を“1”レベル、弱い状態を“0”レベルとし、同符号が続いた場合のSOAの振る舞いを考える。“0”レベルのビットが連続して続いた場合、SOAへ入射する信号光の光強度は弱い状態が続き、SOA内部のキャリア消費量が少ない状態が続くため、キャリア密度は高い状態に保たれる。“0”レベルの信号光が連続した後で、信号光が“1”レベルに変化した時、状況は変化してSOA内に蓄積されたキャリアが一気に消費される。この時、光信号波形では大きくオーバーシュートを起こし易くなる。
 逆に“1”レベルのビットが連続する信号光がSOAに入射した場合、信号光の光強度が常に強い状態に保たれ、光増幅のために多くのキャリアが消費されて、SOAの光利得は低下してしまう。この結果、光信号波形の“1”レベルは低下し、光信号波形の品質が劣化する。このようなSOAにおけるパターン効果は、SOAにおけるキャリア密度が低い場合に特に顕著である。同様の理由で、SOA長が長い場合にもパターン効果の強い影響が現れる。また、変調信号のビットレートが低い場合には同符号が連続したときの実質的な時間が長くなるため、特にパターン効果の影響が現れやすい。
 図3は、SOAにおいてパターン効果が生じた場合のNRZ光波形を示した図である。図2に示したAXEL20において、パターン効果が生じた場合の10Gbit/sのNRZ光波形(アイパターン)を示している。上述のように、 キャリア密度が高い状態に保たれる“0”レベルは、ほぼ均一なレベルで安定している。一方、キャリアが消費される“1”レベルは、入力された信号の状態に応じてSOA内部のキャリア密度が変化し不安定な状態となり、光信号強度のレベルもバラバラなことがわかる。図3に示したような光波形品質の劣化は伝送品質の低下につながり、十分な距離の光信号伝送ができない要因となる。パターン効果を抑制するためには、SOA内部のキャリア密度を上昇させることが必要である。しかしながら、前述のようにAXEL20のSOA3は、DFBレーザ1と同一の層構造の活性層(MQW)に制限されている。SOA内部のキャリア密度を調整することが難しく、パターン効果の抑制には限界があった。従来技術のAXELでは、SOAの層構造の制約のため、DFBレーザおよびSOAの光閉じ込め係数や電流密度を別個に設定することはできなかった。
 特にSOA領域が長い場合はパターン効果の影響が大きくなり、十分なSOA電流を注入した場合でも光波形品質の劣化を十分に抑えられない。具体的には、ビットレートが10Gbit/s程度のNRZ信号がSOAに入力された場合、SOA長が200μm以上になると、SOA電流量を増加させても十分な抑制効果を得られていなかった。
 本開示のAXELでは、DFBレーザおよびSOAで同一の層構造を用いつつ、光導波方向に沿って、SOAの体積を段階的または連続的に縮小させる導波路構造(テーパ構造)を採用する。SOAのこの導波路構造によって、従来技術におけるパターン効果による波形劣化の問題を解消し、軽減する。DFBレーザおよびSOAの導波路構造は、一括のプロセスを用いて作製される。したがって本開示のAXELでは、従来技術のAXELの作製プロセスに対して変更は不要で、SOAの導波路形成時のマスクパターンを修正することのみで、本開示のSOAにおける導波路構造を実現できる。
 本開示の光送信器におけるパターン効果の抑制は、以下のように説明される。前述のように、SOAにおいて生じるパターン効果を抑制する方法としては、導波路におけるキャリア密度を上昇させることが望ましい。しかしながら、単純にSOA全体のキャリア密度を上昇させるだけではパターン効果を抑制するには十分でない。発明者らは、SOA領域における光導波方向についてのキャリア密度の変化に着目して、より効果的にパターン効果を抑える仕組みを見出した。
 SOA内部における光増幅にともなうキャリアの消費は均一ではなく、SOA内部の光パワーが強い領域において、キャリアの消費量がより多い。ここで、光利得gを有する活性層をもつSOAの内部を光が伝搬する際に、長さLだけ伝搬した後の光パワーPを示すと、下式によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
式(1)において、P0はSOAへ入射時の光パワー、Γは光利得を有する活性層への光閉じ込め係数、αは伝搬時の損失である。すなわち(Γg-α)>0を満たすとき、SOAは増幅効果を持ち、正味の光利得(Γg-α)が伝搬長Lに応じて作用し光が増幅される。
 図4は、SOA内部における光導波方向の光パワー変化の計算例を示す図である。図4の横軸は、SOA領域のEA変調器側の起点からのSOA長さL、すなわち光の伝搬距離(μm)を示し、縦軸は光パワーP(mW)を示している。従って図4は、式(1)に示した光利得によって、SOA内部を伝搬する光が増幅され、光パワーが次第に増えていく様子を示している。ここでは、入射光パワーPとして“1”レベルと“0”レベルを想定し、それぞれ10mW、1mWの場合を計算している。SOA内部の伝搬距離であるSOA長Lとともに光パワーが増加し、伝搬距離が長いほど光パワーは文字通り指数関数的に増加していくことがわかる。
 図4に示したように、SOA内において光の入射端近傍においては、光パワーが小さく、入射端から離れ、出射端に向かって遠い部分(L大)ほど光パワーが強い状態となる。このため、SOAの単位長さ当たりに消費されるキャリアの消費量も、光パワーと同じく入射端から出射端に向かうにしたがって指数関数的に増加する。この点を踏まえると、単にSOAへの注入電流を増やしても、キャリアの消費量がSOA内部で空間的に異なっているため、SOA内部全体に渡って最適なキャリア密度を実現することは難しい。SOA電流を単に増やすだけでは、効果的にパターン効果および光波形品質の劣化を抑えることが難しかった。
 本開示の光送信器では、SOA内部の光パワーとキャリアの消費量に応じて、SOA内におけるキャリア密度を均一化するために、SOA領域の体積を段階的または連続的に光導波方向に沿って縮小させる。図4の光パワーの計算結果からも明らかなように、従来技術のAXELにおけるSOA内部での光パワーは、SOA領域の入射端から伝搬距離に応じて指数関数的に増加し、同様にキャリアの消費量も増加する。このキャリアの消費量は、単位体積当たりに存在する光子の数、つまり光子密度に比例する。光子密度は、活性領域における光パワーを、活性領域の導波路断面積で割ったものとして得られる。ここで、SOA領域における導波路構成をさらに検討してみる。
 図5は、SOA領域の導波路を光導波方向に垂直に切った断面構成を示す図である。したがって、図2におけるV-V線で切った断面(Y-X面)に相当する。AXELにおけるSOA領域の導波路構成の一例を挙げれば、n-InP基板22上に、下のクラッド層26、下のSCH(Semi-Confinement Heterostructure)層24、活性層7、上のSCH層23、上のクラッド層25が順次積層されている。導波路の両脇には半絶縁性(SI)のInPの埋め込み層21a、21bを形成している。最上部の電極27から電流(キャリア)が注入される活性層7およびSCH層23、24の領域はその他の領域より屈折率が高く、この領域に光が閉じ込められて導波路のコアとして機能する。
 一方、光の導波モードはガウシアン関数で代表されるように連続的な分布関数を持つため、光パワーの一部は図5の点線28で示したように、コアの上下左右のクラッド領域にまで染み出している。コアに閉じ込められている光パワーの割合は、式(1)の中にある光閉じ込め係数Γとして定義される。発明者らは、ここで光閉じ込め係数Γを制御するアイデアを得た。図4に示したように、伝搬距離とともに光パワーが指数関数的に増大した場合、光パワーの増加とともに光閉じ込め係数Γを逆に減少させれば、活性層7の領域における光パワー密度、すなわち光子密度を均一化できる。
 発明者らは、光閉じ込め係数Γを、光の伝搬距離とともに小さくなるようにSOAの構成を制御することで、SOAの出射端に近い側(導波路の後半部)での急激なキャリア消費によるキャリア枯渇によって生じる波形劣化を抑制できるのではないかと考えた。
 通常、SOAを安定に動作させて、パターン効果の影響を抑えるには、キャリア密度を上げるのが通常の最も効果的な方法である。図5に示したようにSOAにおいてキャリア消費が多くなれば、キャリア密度は低下する。キャリアはSOAに流す電流によって供給され、SOA電流の量に比例するので、このキャリア密度の低下を抑えるためには、SOA電流を増加させれば良い。しかしながら、SOA電流には発熱等による上限があり、キャリアの消費が大きい状況では、結局キャリアの供給は追い付かなくなる。
 発明者らは、キャリア密度を増やそうとする従来の発想から視点を変えて、キャリア消費量を逆に比較的低いレベルに抑えて、キャリア密度を均一化すれば良いのではないかと考えた。図4を参照しても、Poが増大しキャリア密度が低くなっている思われる状態(“1”レベル)でパターン効果が顕著になり、アイパターン波形が劣化しているので、キャリア消費を抑えたほうが波形劣化を抑制には好ましいことが推認される。また、SOAの増幅作用を支える誘導放出が起こる活性層は、バンドギャップが周りより狭く井戸のような構造になっており、キャリアが蓄えられる。しかしながら、過剰に供給されたキャリアはオーバーフローにより井戸から溢れ出すため、誘導放出に寄与することなく半導体を通過するだけとなる。このような状態はSOAの駆動のためには非常に効率が悪く、前述の発熱と効率の観点から現実的ではないと考えた。そこで、SOAにおいて逆にキャリア消費を抑えて、キャリア密度を均一化する構成に着目をした。
 本開示の光送信器の構成はAXELに集積されたSOA領域において導波路幅を変化させ、キャリアの消費量を光導波方向(導波路長手方向)に渡って均一化する。これによってパターン効果を抑制する。SOAにおける光導波方向に沿って導波路幅(メサ幅)を連続的に狭めることで光閉じ込め係数を低下させ、SOA内での光増幅により出射端に近づくほど全光パワーが増加する場合でも、活性層領域内に分布する光パワーを一定化する。
 上述のように、SOAで生じるパターン効果は、SOA内部のキャリア密度が空間的に変動していることによって生じる。通常SOA内部では光伝搬にしたがって光のパワーが増大するため、SOAの入射端側から出射端側に近づくにつれ、キャリア密度が減少してゆく。SOA内部のキャリア密度を、SOA出射端側で常に高い状態に保つことは困難である。そこで本開示の光送信器では、SOA導波路をテーパ構造とすることで、導波路幅が狭くなるにしたがって光閉じ込めが低下する現象を利用する。本来キャリア消費量の大きいSOA出力端に近づくにつれ光閉じ込めを低下させ、光パワーを活性領域からキャリア消費のないクラッド領域に分散させる。その結果、キャリア消費はSOA全体に渡って均一化され、比較的長いSOAを採用した場合にも光波形品質の劣化を抑制し、高出力化も実現できる。
 以下説明する本開示の光送信器では、SOAの導波路幅を光導波方向(導波路の長手方向)に沿って様々な態様で変化させることで、光閉じ込め係数Γの制御を行った。具体的には本開示の光送信器は、SOA領域の少なくとも一部においてその導波路幅を、光導波方向に沿って、すなわち出射端に向かって徐々に減少させたテーパ構造を含む。SOAの導波路幅を狭めた領域では、クラッドへの光の染み出し量が大きくなり、閉じ込め係数Γも小さくなる。これによってSOAにおける導波路のコア領域内に分布する光パワーの割合は減少し、コア領域におけるキャリア消費が抑制される。結果的にキャリア密度が、SOA領域の全体に渡って一定の水準に維持され、パターン効果を抑制して、良好なEYE波形が得られるものと考えられる。以下、本開示のAXELによる光送信器の具体的な実施例についてさらに説明する。
 図6は、本開示のAXELによる実施例1の光送信器の概略構成を示す図である。光送信器100は、基板上にDFBレーザ、EA変調器、SOAがこの順に集積化されたもので、図6は、光導波路の厚さ方向の中心を通る内部断面を、基板面(x-z面)に垂直に見た図である。断面より上側の要素は除去して示し、活性層の断面を上から見た図となっている。本光送信器100は、長さ300μmのDFBレーザの導波路101、その前方の長さ150μmのEA変調器の導波路102、長さ315μmのSOAの導波路103がこの順に構成されたモノリシック集積素子である。上述の基本構成の点では、図2の従来技術のAXELによる光送信器と同じ構成である。本開示の光送信器100は、SOAの導波路103の導波路幅がz軸に沿って徐々に変化しており、テーパ状の構造を持っている点で従来技術の構成(図11)と相違する。SOAの入射端での導波路幅は、DFBレーザやEA変調器の各導波路と同様に、1.7μmとなっている。ここで、本開示の特徴的なSOAにおけるテーパ状の導波路の幅の決定方法について検討する。
 図7は、導波路幅に対する基本モードと高次モードの実効屈折率変化を示す図である。図7では、横軸に導波路幅(μm)、縦軸に0次の基本モード(実線)と1次の高次モード(点線)の実効屈折率を示している。導波路幅が1.5μm付近より、点線で示した高次の導波モードが存在しており、導波路幅が2μm以上では高次モードの光閉じ込め係数が大きくなって、レーザがマルチ横モードで動作する。発振光がマルチ横モード化すると、光送信器からの出射光と外部のシングルモードファイバとの結合効率が低下してしまう。そのため、OバンドからLバンドでの波長帯で単一横モードレーザ動作を実現させる場合、導波路幅の上限は一般に2μmとなる。本実施例の光送信器100におけるSOA領域の導波路103では、光導波方向に沿ってSOAの全領域に渡って、導波路幅は連続的かつ線形的に減少する。SOAの入射端での導波路幅は1.7μm、テーパ構造の最終部であってSOA出射端における導波路幅は1.0μmと設定した。
 図8は、導波路幅に対する光閉じ込め係数の変化を示す図である。図8の横軸に導波路幅(μm)、縦軸に光閉じ込め係数を示している。一例として、波長1.55μmの光に対して、図5に示した導波路構造について光閉じ込め係数の計算を行ったものである。縦方向の光を閉じ込めるコア層の厚さを、300nmとして計算した。式(1)で表されるように、Γgがαを下回って(Γg-α)>0を満たせないときは、光は半導体内で減衰する。図8の光閉じ込め係数を参照すると、実用的な導波路幅の下限は0.8μm程度である。これは、式(1)が示す通りSOAの利得が、光閉じ込め係数Γと半導体活性層が有する利得gの積で決まるため、導波路幅が狭すぎると半導体活性層で利得が得られなくなるためである。本実施例において、具体的な最適テーパ形状を求めるため、予備的実験として、等幅であって異なる導波路幅を持つ単体SOAを複数作製して、SOAの導波路幅と出力パワーの関係を求めた。単体SOAの入射側の結合は、ファイバ出力を2枚レンズ系で結合し、出射側は大口径のパワーメータで測定した。
 図9は、SOAの導波路幅(一定幅)と出力パワーの関係を示す図である。横軸にSOAの導波路幅(μm)、縦軸にSOAの出力パワー(dBm)を示している。このとき、SOA長は100μm、SOA注入電流は50mA、SOAへの入力パワーは3dBmである。図9から、SOAの導波路幅が0.5μmと1μmの間でSOAの増幅性能が急激に変化していることがわかる。導波路幅が0.8μm以下の範囲では、出力パワーが減少し、十分な光増幅動作が得られていない。SOAのテーパ形状の長さについては、導波路幅を急激に狭めると導波モードに光損失が発生するため、導波路の光導波方向(長手方向)で1μm辺りの幅の変化割合を0.02μm以下とした方が良い。本実施例の光送信器においては、SOAとして機能させるための上述の導波路幅の実用的な上限および下限を考慮し、導波路幅として2μmから0.8μmの範囲に制限される。この範囲内で導波路幅を変化させることを想定すると、SOAのテーパ構造の長さは最低でも60μm以上とする必要がある。したがって、SOAの導波路(長さ60μm以上)を最大変化幅で2μm~0.8μmで徐々に狭めても良いし、変化幅をより絞って、1.8μm~1.0μmの範囲で徐々に狭めても良い。対象とするパターン効果の程度によって、導波路幅の最大変化量を決めれば良い。
 本開示の光送信器では、SOAの導波路の少なくとも一部に、光導波方向に沿ってその幅が徐々に狭まるテーパ構造を含むので、通常は、SOAの入射側の導波路幅よりも、出射側の導波路幅が狭くなる。ただしEA変調器とSOAの間をテーパ状のパッシブ導波路で接続することもできるので、入射側と出射側の導波路幅が同じ程度の場合も有り得る。
 ここで、光送信器100の集積回路(AXEL)の作製プロセスを説明する。素子作製にはn-InP基板上に、下部SCH層、多重量子井戸層の活性層(MQW1)、上部SCH層を順次成長した初期基板を用いた。ここで、多重量子井戸は6層の量子井戸層からなり、発振波長1.55μm帯に光利得を有する。上述の各層を含む初期基板は、DFBレーザ101の高効率動作のために最適化された構造である。尚、初期基板は一般に入手することができるため使用しているのであって、初期基板を使用せずに上述の各層を作製しても良い。
 再び図6を参照しながら集積回路の作製工程を説明すると、まずDFBレーザの導波路101およびSOA領域の導波路103となる部分を残して、その他の活性層を選択的にエッチングし、バットジョイント再成長によりEA変調器の導波路102のための多重量子井戸層(MQW2)を成長した。続いて、DFBレーザの領域に発振波長1.55μm帯で動作するような回折格子を形成した
 その後、再成長により素子全面にp-InPクラッド層およびコンタクト層を成長した。クラッド層の厚さは、電極領域に光のフィールドが掛からないように、本実施例では2.0μmを用いた。次に、メサ構造をエッチングによって形成した。この工程において、各領域の導波路幅はフォト工程で任意のパターンが形成され、一括のエッチング工程で形成される。SOA領域においてはマスクの幅を連続的に狭くすることでSOA部におけるテーパ構造を実現した。本開示のAXELによる光送信器のように、SOAでテーパ形状の導波路を備える場合でも、上述の作製工程は従来と同一であり工程負荷やコストを増やすことなく作製できる。
 次に、埋め込み再成長によってメサの両脇にFeをドーピングした半絶縁性InP層104a、104bを形成した。続いて、DFBレーザ、EA変調器およびSOAのそれぞれの領域を電気的に分離するために、各領域間のコンタクト層をウェットエッチングにより除去した。その後、InP基板の上部表面の各領域上のコンタクト層を介して電流を注入するためのP側の電極を形成した。さらに、InP基板の裏面を150μm程度まで研磨し、基板裏面に電極を形成して、半導体ウエハ上での集積回路の作製工程は完了となる。
 ウエハ上の各素子は光が出射される端面が切り出された後に、図6には示していないが、SOAの導波路103と隣接する前方側の端面には無反射コーティング(AR)を、反対側の後ろ側の端面には高反射コーティング(HR)を施している。SOAの出射側のへき開位置を、SOAの導波路103の端から12.5μm離れた位置とすることで、伝搬光はSOAの導波路構造から出射され、埋め込みのInP領域内を自由空間伝搬する。実際のデバイスでは、へき開位置の精度に関連し誤差があり、自由空間の伝搬距離は2.5μmから22.5μmの間でばらつき得るが、自遊空間の伝搬により端面反射を抑制している。本実施例の光送信器100では、SOAの導波路103には、初期基板で形成されていたコア層構造がそのまま残存しており、DFBレーザの導波路101の層構造と同一の構造を有する。DFBレーザおよびSOAの層構造の差異は、回折格子の有無のみである。本実施例の光送信器100では、DFBレーザおよびSOAで共通の層構造を利用することで、複数の機能領域を集積した構造でありながら再成長回数を抑制し低コストでの製造が可能である。
 図10は、実施例1の光送信器の基板面に垂直な断面の構造を示す図である。図6におけるX-X線を含む基板面(X-Z面)に垂直な断面(Y-Z面)を見ているが、Y方向はコア層他を拡大して示している点に留意されたい。本実施例の光送信器100は、Y方向については、多重量子井戸層の活性層101~103および上下のSCH層105a、105bからなるコア層(層厚の合計200nm)と、コア層を上下から挟み込むInPクラッド層106、107とからなる積層構造を持つ。図6を再び参照するとX方向については、メサ両脇にInP層104a、104bが形成された埋め込みヘテロ構造を持っている。SOA以外の領域の導波路幅(ストライプ幅)はすべての領域を通じて1.7μmとした。DFBレーザは、図10には示していないが、DFBレーザの領域に形成した回折格子によって決まる単一波長で動作する。
 本実施例の光送信器では、SOAには初期成長基板で形成されたコア層構造がそのまま残存しており、DFBレーザの層構造と同一の構造を有する。DFBレーザおよびSOAの層構造の差異は、回折格子の有無のみである。本実施例の光送信器100では、DFBレーザおよびSOAで共通の層構造を利用することで、複数の機能領域を集積した構造でありながら再成長回数を抑制し低コストでの製造が可能である。同一基板上に長さが250μmでテーパ構造を持たないSOAを含む光送信器を同時に作製し、図6および図10の構成による実施例1の光送信器と比較評価を行い、SOAにおけるテーパ構造の効果を検証した。
 図11は、実施例1との比較に用いた従来技術の光送信器の構成を示す図である。図6の本実施例の導波路の上面図に対応しており、光送信器20の光導波路5、6、7の厚さ方向の中心を通る断面を、基板面(x-z)面に垂直に見た図である。図6の実施例1の構成との相違点は、SOAの導波路7がテーパ状でなく均一幅(等幅)を持っている点である。
 図6、図10および図11には、それぞれDFBレーザにおける光パワー分布と、SOAにおける光パワー分布を模式的に示している。図11の従来技術の構成では、2つの光パワー分布11、12は、X軸方向に同じ広がりを持つ。これに対して、本実施例の構成の図6では、DFBレーザの導波路の光パワー分布108aに比べ、テーパ構造を持つSOAの導波路の光パワー分布109aのほうがクラッド側(X軸方向)に広がっている点に留意されたい。SOAでは導波路幅を徐々に狭めることで光閉じ込め係数Γを低下させているからである。尚、図10の基板面に垂直な方向(Y軸方向)については、導波路の厚さには変化がないので、2つの光パワー分布108b、109bは、同じ広がりとなる、
 作製した素子を用いて10Gbit/sの変調特性評価を行った。変調信号はNRZ形式で、疑似ランダム2進数シーケンスPRBS231-1を用いた。作製したすべてのAXELにおいて、DFBレーザの電流値を80 mA、EA変調器への印可電圧を-1.5V、SOAの電流値を100mAに設定した。また、EA変更器に印可する信号の振幅電圧Vppは1.5Vである。比較のために作製したテーパ構造を持たないSOAは、それぞれ、活性層の体積がテーパ構造を持つSOAと同じとなるように設計されている。したがって、信号光の入力が無い状態で同じ電流値をSOAに注入したときの、全電流値で求めたキャリア密度は同一となる。
 標準的なレンズ付きシングルモードファイバを用いたファイバ結合によって変調時光出力を評価したところ、SOAにテーパ構造を持つ本実施例の光送信器については、変調時光出力は11.5mWであった。一方、テーパ構造を持たない従来技術の光送信器の場合は、変調時光出力は12.2mWであった。両者の差は0.25dB程度で、SOAの導波路をテーパ構造にしたとしても光出力の低下はほとんど認められず、従来技術の光送信器とほぼ同程度の光出力が得られた。
 図12は、SOA内部のキャリア消費量の分布を示した図である。横軸にSOA内の入射側端からの位置、すなわち伝搬距離(μm)を、縦軸に数値計算で求めたキャリア消費量(AU)を示している。テーパ構造を持たないSOAでは、SOA入射端におけるキャリア消費量を1としたとき、実線の計算結果で示したように、SOAの出射端ではそれに比べ2倍以上のキャリアが消費される。これは、図4で示したように、SOAの出力端に近づくほど光強度が大きくなり、光の伝搬距離(SOA長)Lが大きくなる程より多くのキャリアを消費することに対応している。
 これに対し、テーパ構造を持つSOA導波路を備えた本実施例の光送信器の構成では、キャリア消費量の増加は、点線の計算結果で示したように、最大でも1.5倍程度までに抑制できることがわかった。すなわち、SOAのテーパ構造によって、SOAの導波路幅が光導波方向に沿って次第に狭まるように構成されているため、SOAの活性領域におけるキャリア消費量が抑えられ、SOA出射端に向かってキャリア消費量が均一化される。これによって、パターン効果の影響を抑えることが期待できる。
 図13は、実施例1の光送信器におけるアイパターンの改善を説明する図である。図13の(a)は、本実施例のテーパ構造を持つSOAを備えた光送信器100のアイパターンである。図13の(b)は、従来技術のテーパ構造を持たないSOAを備えた光送信器の場合のアイパターンである。図13の(a)から明らかな通り、テーパ構造を持つSOAにおいて、“1”レベルのばらつき幅が狭まって、明瞭な開口(アイEye)が得られており、アイパターンの波形品質が大きく改善している。同一条件を用いて40kmの伝送特性を評価したところ、テーパ構造を持つSOAを備えた光送信器ではエラーフリーの伝送が確認できているが、テーパ構造を持たないSOAの場合ではエラーフリーに到達できなかった。
 以上図12および図13でも説明したように、SOAの導波路にテーパ構造を備えるこことでキャリア消費量を制御して、パターン効果による光信号波形品質の劣化を抑え、明瞭なアイパターンを持つ十分な光波形品質へ改善する効果を確認できた。
 上述の実施例1では、SOAの導波路にテーパ構造を備えているが、テーパの形状は、SOAの光導波方向(長手方向)に沿って、SOAの全領域に渡って幅が線形的に狭まるものであった。しかしながら、導波路幅をSOAの出射端に向かって狭くして、SOAの出射端付近におけるキャリア消費量を抑えられる構造であれば、実施例1の導波路構成だけに限られない。本実施例では、SOAの全領域ではなく、導波路後半の出射端側の一部のみにテーパ構造を備えた構成例を示す。
 図14は、本開示のAXELによる実施例2の光送信器の構成を示す図である。実施例1の図6と同様に、光送信器200は、基板上にDFBレーザ、EA変調器、SOAがこの順に集積化されたもので、図14は、光導波路の厚さ方向の中心を通る内部の断面を、基板面(x-z面)を垂直に見た図である。断面より上側の要素は除去して示し、活性層の断面を上から見た図となっている。DFBレーザ(LD)の導波路201は長さ300μm、その光導波方向の前方のEA変調器の導波路は長さ150μm、SOAの導波路203a、203bは全体長さが310μmで、これらの導波路がモノリシックに集積化されている。上記導波路の両脇には、埋め込み再成長による半絶縁性InP層204a、204bが示されている。実施例1の光送信器との構成上の相違は、SOAの前半部が長さ100μmでテーパのない等幅の直線導波路203aとなっており、SOAの後半部が長さ210μmで線形的に導波路幅が狭まるテーパ構造203bである点にある。テーパ形状の開始点における導波路幅は1.7μmであり、テーパ形状の最終点の導波路幅は0.8μmとなっている。
 本実施例でも、DFBレーザおよびSOAの前半部で同じ導波路幅を持つ等幅導波路201、203aの光パワー分布208、210よりも、SOAのテーパ構造の導波路203bの光パワー分布209が、X軸方向に広がっていることに留意されたい。
 図4のSOA内の光の伝搬距離および光強度の関係に示したように、SOA内部での光パワーは出射端側の導波路の後半部において急激に増加する。したがって、SOAの導波路の前半部をテーパ構造とすることによるキャリア消費量の抑制効果は、後半部をテーパ構造とする場合ほど顕著には現れないはずである。そこで本実施例では、SOAの導波路の前半部における利得を向上させて高出力化を狙うため、SOAの導波路の開始点ではなく、導波路の途中よりテーパ形状を導入する構造とした。SOAの駆動条件は、レーザの電流値を80mA、EA変調器への印可電圧を-1.5V、SOAの電流値を100mAに設定した。また、EA変調器に印可する信号の振幅電圧Vppは1.5Vである。
 レンズ付きシングルモードファイバを用いたファイバ結合によって実施例2の光送信器の変調時光出力を評価したところ、12mWが得られた。SOAの全領域をテーパ構造としていた実施例1の光送信器の11.5mWと比較して出力パワーがわずかに向上した。キャリア消費の抑制効果に関しては、実施例1の場合と同等レベルが期待できる。
 図15は、SOA内部のキャリア消費量の分布を示した図である。図13と全く同様に横軸にSOA内の入射側端からの位置(μm)を、縦軸に数値計算で求めたキャリア消費量(AU)を示している。図13に示した従来技術および実施例1の2つの曲線に、本実施例のSOAの導波路の後半部のみをテーパ形状にした構造についての計算結果を加えたものである。実線で示した本実施例のキャリア消費量の曲線では、伝搬距離が200μmよりも大きくなると、キャリア消費量の抑制効果が強くなることが確認できる。SOAの入射端を基準としたキャリア消費量の増加量も、実施例1と同様に最大で1.5倍程度までに抑えることができる。
 本実施例の光送信器の作製プロセスは、実施例1と比べてSOAのマスクパターンのみの差異しかなく、前述の実施例1の場合とほとんど同じである。本実施例におけるDFBレーザの発振波長は、回折格子によって決まる単一波長で動作する1.55μm帯である。作製した素子を用いて10Gbit/sの変調特性評価を行った。変調信号は実施例1と同様に、疑似ランダム2進数シーケンスPRBS231-1を用いた。
 図16は、実施例2の光送信器におけるアイパターンを示した図である。図13の(a)に示した実施例1の場合に残っていた “1”レベルのオーバーシュートは、図16の実施例2の波形ではほとんど確認できず、さらに良好なアイパターン波形が得られた。実施例2の光送信器では、SOAの全体の長さが310μmと非常に長いにも関わらず、明瞭なアイ開口を持った良好なアイパターンが実現されている。本実施例のようにSOAの導波路の途中からテーパ構造を導入した場合でも、パターン効果を抑制し非常に高い光出力と同時に高品質な光波形が得られることが示された。
 実施例1は、SOAの全領域がテーパ構造であって、光導波方向(長手方向)に沿って導波路幅が徐々に狭まる構成を持っていた。実施例2では、SOAの出射端側の後半部のみにテーパ構造を持つ変形例を示した。本実施例では、SOAの導波路におけるテーパ構造のさらなる変形例を示し、SOAの光導波方向の中間部のみにテーパ構造を持つ構成例を示す。
 図17は、本開示のAXELによる実施例3の光送信器の構成を示す図である。実施例1、実施例2と同様に、光送信器300は、基板上にDFBレーザ、EA変調器、SOAがこの順に集積化されたもので、図17は、光導波路の厚さ方向の中心を通る内部の断面を、基板面(x-z面)に垂直に見た図である。断面より上側の要素は除去して示し、活性層の断面を上から見た図を示している。DFBレーザ(LD)の導波路301は長さ300μm、その光導波方向の前方のEA変調器の導波路302は長さ150μm、SOAの導波路303a~303cは全体長さが310μmで、これらの導波路がモノリシックに集積化されている。上記導波路の両脇には、埋め込み再成長による半絶縁性InP層304a、304bが示されている。
 実施例1および実施例2の光送信器との構成上の相違は、SOAの導波路がその光導波方向の中間部にテーパ構造を含む3つの領域で構成される点にある。SOAの前部の長さ100μmおよび後部の長さ30μmは、テーパ構造を持たない等幅な直線導波路303a、303cとなっており、両者の中間部にある長さ180μmは、線形的に導波路幅が狭まるテーパ導波路303bとなっている。テーパ形状の開始点における導波路幅は1.7μmであり、テーパ形状の最終点の導波路幅は1μmとなっている。そのためテーパ導波路303bの後の等幅導波路303cの幅も1μmとなる。
 再び図15のキャリア消費量の分布を参照すると、実施例2の光送信器におけるSOAテーパ構造では、SOAの入射側端からの距離が220μm辺りでキャリア消費量が低下し始めている。これは後半部のテーパ構造203bによって、活性層の光閉じ込め係数Γを低下させたためである。光閉じ込め係数Γが低下した状態ではSOAの光増幅効果も弱くなるため、高出力化の妨げとなる。そこで本実施例では、SOAの導波路の終端部での増幅利得低下を防ぐため、SOAの途中でテーパ構造を止める構成とした。
 本実施例でも、DFBレーザおよびSOAの前半部で同じ導波路幅を持つ等幅導波路301、303aの光パワー分布308、310よりも、SOAのテーパ構造の導波路303bの光パワー分布309が、X軸方向に広がっていることに留意されたい。
 本実施例の光送信器の駆動条件は、レーザの電流値を80mA、EA変調器への印可電圧を-1.5V、SOAの電流値を100mAに設定した。また、EA変調器に印可する信号の振幅電圧Vppは1.5Vである。
 レンズ付きシングルモードファイバを用いたファイバ結合によって実施例3の光送信器の変調時光出力を評価したところ、13mWが得られた。従来技術、実施例1および実施例2の場合を含めその差はわずかであるが、本実施例の光送信器で最も高い光出力が得られた。キャリア消費の抑制効果に関しても、実施例1、実施例2の場合と同等レベルが期待できる。
 図18は、上述の様々なSOA導波路構成でSOA内部のキャリア消費量の分布を示した図である。図13および図15と同様に横軸にSOA内の入射側端からの位置(μm)を、縦軸に数値計算で求めたキャリア消費量(AU)を示している。図18は、従来技術および実施例1、実施例2の3つの曲線に、本実施例のSOAの中間部のみをテーパ形状にした構造についての計算結果を加えたものである。実線で示した実施例3の構成によるキャリア消費量の増加を、実施例1、実施例2と同程度に抑制することできる。入射端を基準としたキャリア消費量の増加量も、実施例1と同様に最大で1.5倍程度までに抑えられている。また実施例2の構成(2点鎖線)で見られたSOA後部(220μm~)でのキャリア消費量の低下も改善されていることがわかる。
 本実施例の光送信器の作製プロセスは、前述の実施例1および実施例2と概ね同じである。本実施例におけるDFBレーザの発振波長は、回折格子によって決まる単一波長で動作する1.55μm帯である。作製した素子を用いて10Gbit/sの変調特性評価を行った。変調信号は実施例1および実施例2と同様に、疑似ランダム2進数シーケンスPRBS231-1を用いた。
 図19は、実施例3の光送信器におけるアイパターンを示した図である。図13の(a)に示した実施例1の場合に残っていた “1”レベルのオーバーシュートは、図19の実施例3ではほとんど確認できず、さらに良好なアイパターン波形が得られた。図18に示したように、本実施例の光送信器では、実施例2と同程度にキャリア消費量が抑えられているため、アイパターンも実施例2と非常に近い良好な波形となっている。本実施例の光送信器でも、SOAの全体の長さが310μmと非常に長いにも関わらず、明瞭なアイ開口を持った良好なアイパターンが実現されていることがわかる。
 本実施例のようにSOAの導波路の途中からテーパ構造を開始し、途中で終了する場合でも、パターン効果を抑制し非常に高い光出力と同時に高品質な光波形が得られることが示された。
 以上詳細に説明したように、本開示の光送信器によって、SOAをモノリシック集積したAXELで、EADFBレーザと同一の製造工程が利用したままで、光波形品質が劣化を改善して、高い光出力と同時に高品質な光波形を得ることができる。SOAに設けたテーパ構造によって、キャリア密度を均一化する効果は、各実施例に示した波長帯だけの適用に限られず、1250~1600μm等の光通信帯域に対しても適用できる。
 本発明は、光通信に利用できる。例えば、光送信器に利用可能である。

Claims (8)

  1.  基板上に、
     多重量子井戸を有する活性領域を有する分布帰還型(DFB)レーザと、
     前記DFBレーザの発振光を変調する電界吸収型(EA)変調器と、
     前記DFBレーザと同一組成の活性領域を有し、前記EA変調器からの信号光を増幅する半導体光増幅器(SOA)と
     を備えた光送信器であって、
     前記SOAの導波路の少なくとも一部に、光導波方向に垂直な断面における前記導波路の幅が前記光導波方向に沿って徐々に狭まるテーパ構造を備えたことを特徴とする光送信器。
  2.  前記DFBレーザ、前記EA変調器および前記SOAは前記基板上にモノリシック集積され、
     前記DFBレーザおよび前記SOAの光導波構造は、同一の層構造を有すること
     を特徴とする請求項1に記載の光送信器。
  3.  前記SOAの全領域が、前記テーパ構造であることを特徴とする請求項1または2に記載の光送信器。
  4.  前記SOAの前記光導波方向の中間部に前記テーパ構造を備え、当該中間部の入射端側および出射端側はそれぞれ等幅導波路であることを特徴とする請求項1または2に記載の光送信器。
  5.  前記SOAの出射端側に前記テーパ構造を備え、前記テーパ構造より前記EA変調器側は等幅導波路であることを特徴とする請求項1または2に記載の光送信器。
  6.  前記テーパ構造は、前記導波路の前記幅の線形的に単調減少することを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の光送信器。
  7.  前記テーパ構造は、前記導波路の前記幅が0.8μmから2.1μmの間のいずれかの範囲内において徐々に狭まるよう構成されたことを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の光送信器。
  8.  前記SOAの前記導波路は、入射端および出射端の間で前記幅が異なることを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の光送信器。
     
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08116124A (ja) * 1994-10-13 1996-05-07 Hitachi Ltd 半導体光素子
JP2012004441A (ja) * 2010-06-18 2012-01-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 光増幅装置
JP2012069799A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体光導波路素子およびその製造方法
US20170179679A1 (en) * 2015-12-16 2017-06-22 Electronics And Telecommunications Research Institute Semiconductor optical device
JP2018074098A (ja) * 2016-11-04 2018-05-10 日本電信電話株式会社 半導体光集積回路
JP2018107310A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 古河電気工業株式会社 半導体レーザモジュール

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6687278B1 (en) * 1999-09-02 2004-02-03 Agility Communications, Inc. Method of generating an optical signal with a tunable laser source with integrated optical amplifier
CN1182666C (zh) * 2002-04-29 2004-12-29 清华大学 减少注入锁模光纤环激光器时钟提取中的码型效应的装置
JP3890291B2 (ja) * 2002-11-28 2007-03-07 日本オプネクスト株式会社 電界吸収型変調器
WO2010038262A1 (ja) * 2008-10-03 2010-04-08 富士通株式会社 光増幅制御装置、半導体光増幅器の制御方法、及び光伝送装置
JP4985853B2 (ja) * 2008-12-26 2012-07-25 富士通株式会社 光信号発生装置及びその調整方法
CN101710670A (zh) * 2009-05-15 2010-05-19 长春理工大学 带有限制光反馈结构分别驱动的发射波长为808nm锥形半导体激光器
CN102055135B (zh) * 2009-11-04 2013-09-04 中国科学院半导体研究所 锥形光子晶体量子级联激光器及其制作方法
CN102419460B (zh) * 2011-09-16 2014-09-03 清华大学 耦合波导、其制作方法及应用其的半导体光电子器件
JP5823920B2 (ja) * 2012-06-13 2015-11-25 日本電信電話株式会社 半導体光集積素子
CN105900298A (zh) * 2014-01-14 2016-08-24 日本碍子株式会社 外部谐振器型发光装置
WO2017056499A1 (ja) * 2015-09-29 2017-04-06 日本電信電話株式会社 半導体レーザ装置
JP6654468B2 (ja) * 2016-02-29 2020-02-26 日本ルメンタム株式会社 光送信モジュール
CN106058638A (zh) * 2016-06-01 2016-10-26 中国科学院半导体研究所 一种用于输出飞秒脉冲的锁模激光器
CN106961071B (zh) * 2017-04-27 2019-12-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种基于脊形有源区弱波导的半导体光放大器
JP2019004093A (ja) * 2017-06-19 2019-01-10 日本電信電話株式会社 半導体光集積装置
CN107611772B (zh) * 2017-09-25 2020-07-28 清华大学 电吸收调制激光器及其制备方法
CN108879321A (zh) * 2018-09-12 2018-11-23 成都微泰光芯技术有限公司 一种集成soa的eml芯片

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08116124A (ja) * 1994-10-13 1996-05-07 Hitachi Ltd 半導体光素子
JP2012004441A (ja) * 2010-06-18 2012-01-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 光増幅装置
JP2012069799A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体光導波路素子およびその製造方法
US20170179679A1 (en) * 2015-12-16 2017-06-22 Electronics And Telecommunications Research Institute Semiconductor optical device
JP2018074098A (ja) * 2016-11-04 2018-05-10 日本電信電話株式会社 半導体光集積回路
JP2018107310A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 古河電気工業株式会社 半導体レーザモジュール

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
W. KOBAYASHI ET AL.: "Novel approach for chirp and output power compensation applied to a 40-Gbit/s EADFB laser integrated with a short SOA", OPT. EXPRESS, vol. 23, no. 7, April 2015 (2015-04-01), pages 9533 - 9542, XP055862261, DOI: 10.1364/OE.23.009533

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