WO2022211061A1 - 波長可変レーザ - Google Patents

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WO2022211061A1
WO2022211061A1 PCT/JP2022/016713 JP2022016713W WO2022211061A1 WO 2022211061 A1 WO2022211061 A1 WO 2022211061A1 JP 2022016713 W JP2022016713 W JP 2022016713W WO 2022211061 A1 WO2022211061 A1 WO 2022211061A1
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wavelength control
gain
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甲斐田憲明
Original Assignee
住友電工デバイス・イノベーション株式会社
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    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/50—Amplifier structures not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30

Definitions

  • the present disclosure relates to wavelength tunable lasers.
  • a tunable laser having a gain function and a wavelength control function for laser oscillation is known.
  • regions having gain and regions for wavelength control are alternately arranged in a laser element (Patent Document 1, etc.).
  • a wavelength tunable laser includes gain regions and wavelength control regions alternately arranged along a light propagation direction, and diffraction gratings arranged corresponding to the gain regions and the wavelength control regions, respectively. and a plurality of regions without the diffraction grating located at least one of the end of the gain region and the end of the wavelength control region at the boundary between the gain region and the wavelength control region.
  • the length of the region without the diffraction grating is 5% or more and 30% or less of the length of the gain region or the wavelength control region to which it belongs.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating the wavelength tunable laser according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view along line AA of FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the gain region and wavelength control region.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view along line BB of FIG. 5 is a cross-sectional view along line CC of FIG. 3.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a tunable laser.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a tunable laser.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a tunable laser.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a tunable laser.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a tunable laser.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view illustrating
  • FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a tunable laser.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a tunable laser.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a tunable laser.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a tunable laser according to a comparative example.
  • FIG. 9A is a reflectance spectrum.
  • FIG. 9B is a reflectance spectrum.
  • FIG. 9C is a reflectance spectrum.
  • FIG. 10A is a reflectance spectrum.
  • FIG. 10B is a reflectance spectrum.
  • FIG. 10C is a reflectance spectrum.
  • FIG. 10D is a reflectance spectrum.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between region length and peak height.
  • FIG. 12A is an enlarged view of the diffraction grating layer, active layer and wavelength control layer.
  • FIG. 12B is an enlarged view of the diffraction grating layer, active layer and wavelength control layer.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a tunable light source.
  • FIG. 14A is a reflectance spectrum.
  • FIG. 14B is a reflectance spectrum.
  • FIG. 14C is a reflectance spectrum.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between region length and peak height.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a wavelength tunable light source.
  • FIG. 17A is a reflectance spectrum.
  • FIG. 17B is a reflectance spectrum.
  • FIG. 17C is a reflectance spectrum.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between region length and peak height.
  • Light is generated by injecting current into the gain region.
  • the oscillation wavelength is changed. If the refractive index of the wavelength control region is significantly different from that of the gain region, so-called mode hopping may occur, in which light oscillates at a wavelength different from the desired wavelength.
  • mode hopping may occur, in which light oscillates at a wavelength different from the desired wavelength. Note that the amount of change in the refractive index of the wavelength control region where mode hopping occurs varies depending on the structure of the laser and the semiconductor material. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a tunable laser capable of suppressing mode hopping.
  • An embodiment of the present disclosure is (1) a gain region and a wavelength control region alternately arranged along a light propagation direction, and diffraction gratings arranged corresponding to each of the gain region and the wavelength control region. and a plurality of regions without the diffraction grating located at least one of the end of the gain region and the end of the wavelength control region at the boundary between the gain region and the wavelength control region; wherein the length of the region without the diffraction grating is 5% or more and 30% or less of the length of the gain region to which it belongs or the length of the wavelength control region.
  • the number of regions having no diffraction grating may be 70% or more of the total number of boundaries between the gain region and the wavelength control region.
  • the region without the diffraction grating may be arranged also at the extreme end of the gain region or the wavelength control region.
  • the length of the region without the diffraction grating may be 10% or more and 25% or less of the length of the gain region or the wavelength control region to which it belongs.
  • the length of the region without the diffraction grating may be 15% or more and 20% or less of the length of the gain region or the wavelength control region to which it belongs.
  • It may further include an optical modulator optically coupled with the gain region and the wavelength control region.
  • a variable optical attenuator may be arranged between the gain region and the wavelength control region and the optical modulator.
  • a semiconductor optical amplifier may be arranged at the output of the optical modulator.
  • the refractive index of the wavelength control region may be controlled by current injection.
  • the refractive index of the wavelength control region may be controlled by a heater.
  • the regions having no diffraction grating may be arranged at either end of either the gain region or the wavelength control region.
  • the regions having no diffraction grating may be arranged at both ends of both the gain region and the wavelength control region.
  • the region without the diffraction grating may be arranged only at one end of either one of the gain region and the wavelength control region.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating the wavelength tunable laser 100 according to the first embodiment.
  • the tunable laser 100 includes a tunable light source 10, a variable optical attenuator (VOA) 12, an optical modulator (MOD) 14, and a semiconductor optical amplifier (SOA).
  • VOA variable optical attenuator
  • MOD optical modulator
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • 16 is an electro-absorption modulator integrated laser (EML).
  • a tunable light source 10 is optically coupled to VOA 12 , MOD 14 and SOA 16 .
  • the XY plane is the direction in which the top surface of the tunable laser 100 extends.
  • the X-axis direction is the extending direction of the optical waveguide 11 and the light propagation direction.
  • the Y-axis direction is orthogonal to the X-axis direction.
  • the Z-axis direction is the thickness direction of the tunable laser 100, is orthogonal to the X-axis direction, and is orthogonal to the Y-axis direction.
  • the length of the tunable laser 100 in the Y-axis direction is, for example, 250 ⁇ m.
  • the length of the wavelength tunable light source 10 in the X-axis direction is, for example, 520 ⁇ m.
  • wavelength tunable light source 10, VOA 12, MOD 14, and SOA 16 include optical waveguide 11, and are arranged in this order along the direction in which optical waveguide 11 extends. Electrodes 13 , 15 , 19 , 32 and 34 are provided on the upper surface of the tunable laser 100 . Electrodes 32 and 34 are provided on wavelength tunable light source 10 . Electrode 13 is provided on VOA 12 . Electrode 15 is provided on MOD 14 . Electrode 19 is provided on SOA 16 . Electrodes 13, 15, 19, 32 and 34 are spaced apart from each other. The distance between the electrodes 32 and 34 in the Y-axis direction is, for example, 10 ⁇ m. The distance in the X-axis direction is, for example, 7 ⁇ m.
  • An antireflection (AR) film may be provided at both ends of the wavelength tunable laser 100 in the X-axis direction.
  • the AR layer has, for example, a two-layer structure of titanium oxynitride (TiON) and titanium dioxide (TiO 2 ), or a two-layer structure of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and titanium dioxide.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view along line AA in FIG. 1, illustrating the tunable light source 10.
  • wavelength tunable light source 10 includes multiple gain regions 17 and multiple wavelength control regions 18 .
  • the gain region 17 and the wavelength control region 18 respectively refer to regions extending over the entire thickness of the wavelength tunable light source 10 .
  • the number of gain regions 17 is seven, for example.
  • the number of wavelength control regions 18 is six, for example.
  • the plurality of gain regions 17 and the plurality of wavelength control regions 18 are arranged alternately along the light propagation direction (X-axis direction). Gain regions 17 are positioned at both ends of the wavelength tunable light source 10 in the X-axis direction.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the gain region 17 and the wavelength control region 18.
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view along line BB of FIG. 3 illustrating gain region 17 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view along line CC of FIG. 3, illustrating the wavelength control region 18.
  • the length L1 in the X-axis direction of one gain region 17 shown in FIG. 3 is, for example, 40 ⁇ m.
  • the length L2 of one wavelength control region 18 in the X-axis direction is equal to L1, for example, and is 40 ⁇ m.
  • the wavelength tunable laser 100 has a substrate 20, a buffer layer 21, a diffraction grating layer 22, an active layer 24, a wavelength control layer 25, a clad layer 26, and a contact layer .
  • a substrate 20, a buffer layer 21, a diffraction grating layer 22, an active layer 24, a clad layer 26, and a contact layer 28 are laminated in this order in the Z-axis direction. to form a mesa 38 as shown in FIG.
  • the mesa 38 protrudes from the substrate 20 in the Z-axis direction and extends in the X-axis direction.
  • the height of the mesa 38 is, for example, 3.6 ⁇ m.
  • a portion of the substrate 20 other than the mesa 38 is recessed by, for example, 1.4 ⁇ m compared to the portion included in the mesa 38 .
  • the width of the mesa 38 in the Y-axis direction is, for example, 1.3 ⁇ m.
  • Buried layers 29 are provided on both sides of the mesa 38 in the Y-axis direction.
  • An optical confinement layer (not shown) is provided between the active layer 24 and the diffraction grating layer 22 .
  • An optical confinement layer (not shown) is provided between the active layer 24 and the clad layer 26 .
  • the substrate 20, the buffer layer 21, the diffraction grating layer 22, the wavelength control layer 25, the cladding layer 26, and the contact layer 28 are aligned in the Z-axis direction. are laminated in this order to form a mesa 38 as shown in FIG. Buried layers 29 are provided on both sides of the mesa 38 in the Y-axis direction.
  • a clad layer (not shown) may be provided between the active layer 24 and the wavelength control layer 25 and the diffraction grating layer 22 .
  • the contact layer 28 of the wavelength control region 18 is separated from the contact layer 28 of the gain region 17 by, for example, 5 ⁇ m.
  • the active layer 24 and the wavelength control layer 25 are positioned at the same height in the Z-axis direction and are adjacent to each other in the X-axis direction.
  • the active layer 24 of the gain region 17, the wavelength control layer 25 of the wavelength control region 18, and the like form the optical waveguide 11 of FIG.
  • the insulating film 30 is provided on the multiple gain regions 17 and the multiple wavelength control regions 18 and covers the contact layer 28 .
  • the insulating film 30 has openings above each of the plurality of gain regions 17 and each of the plurality of wavelength control regions 18 .
  • the contact layer 28 is exposed through the opening.
  • the electrodes 32 and 34 are provided on the top surface of the wavelength tunable laser 100 .
  • electrodes 32 first electrodes
  • the electrode 34 (second electrode) contacts the top surface of the contact layer 28 in the multiple wavelength control regions 18 .
  • Electrode 32 is separated from electrode 34 by a distance of, for example, 7 ⁇ m.
  • Electrode 36 is provided on the underside of substrate 20 as shown in FIG. 2 and extends over multiple gain regions 17 and multiple wavelength control regions 18, as well as VOA 12, MOD 14 and SOA 16 of FIG.
  • the substrate 20 is a semiconductor substrate made of, for example, n-type indium phosphide (InP).
  • the buffer layer 21 is made of, for example, n-type InP with a thickness of 93 nm.
  • the n-type semiconductor layer is doped with tin (Sn) or sulfur (S), for example.
  • An n-type InP clad layer (not shown) may be provided between the active layer 24 and the wavelength control layer 25 and the diffraction grating layer 22 .
  • the active layer 24 has a multiple quantum well structure (MQW: Multi Quantum Well).
  • the PL (Photoluminescence) wavelength of the active layer 24 is, for example, 1520 nm.
  • the active layer 24 has ten well layers and ten barrier layers, for example. The well layers and barrier layers are alternately stacked in the Z-axis direction.
  • the well layer is made of, for example, indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) having a compressive strain of 0.6% and a thickness of 5.1 nm.
  • the barrier layer is made of InGaAsP with a thickness of 10 nm, for example, and has a band gap corresponding to the PL wavelength of 1.3 ⁇ m (Q1.3).
  • the term (Q “PL wavelength”) including the PL wavelength is used.
  • Q1.3 the term (Q1.3).
  • a light confinement layer (Q1.15) with a thickness of 50 nm is provided between the active layer 24 and the buffer layer 21 .
  • a light confinement layer (Q1.15) having a thickness of 50 nm is provided between the active layer 24 and the clad layer 26 .
  • the wavelength control layer 25 is a layer whose refractive index is changed by current injection. It is preferable that changes in gain and loss due to current injection be small with respect to light of the oscillation wavelength.
  • the wavelength control layer 25 may be a bulk layer or may have a multiple quantum well structure, and is formed of, for example, Q1.44 InGaAsP or aluminum gallium indium arsenide (AlGaInAs).
  • the PL wavelength of the wavelength control layer 25 is, for example, a wavelength shorter than the oscillation wavelength by 75 nm or more.
  • the thickness of the wavelength control layer 25 is, for example, 212 nm.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 can also be changed by controlling the temperature with a titanium (Ti) heater, for example. In this case, a heater element is provided in the region instead of the electrode 34 .
  • the buried layer 29 is made of semi-insulating InP doped with iron (Fe), for example.
  • the clad layer 26 and the contact layer 28 are p-type semiconductor layers doped with zinc (Zn), for example.
  • the cladding layer 26 is made of p-type InP with a thickness of 1.6 ⁇ m, for example.
  • the dopant concentration of the cladding layer 26 is, for example, 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more and 1.5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • the contact layer 28 is made of, for example, p-type indium gallium arsenide (InGaAs) and indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP).
  • the contact layer 28 is a stack of InGaAs layers and InGaAsP layers.
  • an InGaAsP layer Q1.08) with a thickness of 50 nm
  • an InGaAsP layer Q1.30 with a thickness of 100 nm
  • an InGaAs layer with a thickness of 100 nm are laminated in order from the cladding layer 26 side.
  • the dopant concentrations of these three layers are, for example, 2.0 ⁇ 10 18 cm -3 or higher, 2.0 ⁇ 10 18 cm -3 or higher, and 1.0 ⁇ 10 19 cm -3 or higher, respectively.
  • the wavelength tunable laser 100 may be made of compound semiconductors other than those described above.
  • the insulating film 30 is made of an insulator such as silicon nitride (SiN) or silicon oxide (SiO 2 ). The thickness of the insulating film 30 is, for example, 600 nm.
  • Electrodes 32 and 34 are p-type electrodes formed of, for example, a metal multilayer structure.
  • the electrodes 32 and 34 may have a laminated structure (AuZn/TiW/Au) in which, for example, an alloy layer of gold and zinc, an alloy layer of titanium and tungsten, and a gold layer are laminated in this order from the substrate 20 side, or titanium, A laminated structure of platinum and gold (Ti/Pt/Au) may also be used.
  • the electrode 36 is an n-type electrode formed of a laminated structure (AuGe/Au/Ti/Au) in which, for example, an alloy of gold and germanium, gold, titanium, and gold are laminated in order from the substrate 20 side.
  • the diffraction grating layer 22 has multiple regions 40 (first regions), multiple regions 42 (second regions), and one region 43 .
  • the region 43 is located, for example, in the center of the wavelength tunable light source 10 in the X-axis direction.
  • a region 43 is a ⁇ /4 phase shift region that does not have a diffraction grating 23, which will be described later.
  • the region 43 may be provided at a position other than the center in the X-axis direction in the wavelength tunable light source 10 .
  • Region 43 may be a ⁇ /6 phase shift region.
  • the diffraction grating layer 22 has regions 40 and 42.
  • Region 40 occupies the center of gain region 17 in the X-axis direction.
  • the regions 42 are adjacent to the region 40 in the X-axis direction and located at both ends of the gain region 17 in the X-axis direction.
  • the region 42 extends from the boundary between the gain region 17 and the wavelength control region 18 toward the gain region 17 in the X-axis direction.
  • those positioned at both ends of the wavelength tunable laser 100 also have regions 42 .
  • Region 42 is also located at the extreme end of gain region 17 .
  • the length L3 in the X-axis direction of one region 42 shown in FIG. 3 is 17.5% of the length L1 of the gain region 17, for example.
  • the length L1 is 40 ⁇ m and the length L3 is 7 ⁇ m.
  • grating layer 22 has region 40 and does not have region 42 .
  • the region 42 may be provided only at one end of the gain region 17 in the X-axis direction. In this case, it is preferable to provide the region 42 aligned with one side of the gain region 17 in the X-axis direction (only the right side or the left side in the figure).
  • a region 40 of the diffraction grating layer 22 includes, for example, an indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) layer 22a and an InP layer 22b.
  • the InP layer 22b is an n-type InP layer.
  • the InGaAsP layer 22a is strain-free with respect to InP and has a band gap corresponding to the PL wavelength of 1150 nm (Q1.15).
  • the refractive index of the InGaAsP layer 22a is different from that of the InP layer 22b.
  • the plurality of InGaAsP layers 22a and the plurality of InP layers 22b are periodically and alternately arranged along the X-axis direction.
  • a portion where the plurality of InGaAsP layers 22 a and the plurality of InP layers 22 b are arranged functions as a diffraction grating 23 . That is, the region 40 of the grating layer 22 has the grating 23 .
  • the period (pitch) of the diffraction grating 23 is constant, eg, 236.9 nm.
  • the region 42 of the diffraction grating layer 22 is formed of the InGaAsP layer 22a and does not include the InP layer 22b.
  • the InGaAsP layer 22a and the InP layer 22b are not arranged periodically, and only the InGaAsP layer 22a is provided. That is, region 42 does not have diffraction grating 23 . That is, no diffraction gratings 23 are provided at both ends of the gain region 17 .
  • a diffraction grating 23 is provided on the center side of the gain region 17 and the wavelength control region 18 .
  • the region 42 may be formed of only the InP layer 22b instead of the InGaAsP layer 22a.
  • the coupling coefficient ⁇ of the diffraction grating 23 is, for example, 71 cm ⁇ 1 .
  • the length of the diffraction grating 23 in the entire wavelength tunable light source 10 is 422 ⁇ m.
  • the product of the coupling coefficient ⁇ and the length (normalized coupling coefficient) is approximately 3.0.
  • the wavelength tunable light source 10 functions as a distributed feedback (DFB) laser.
  • Active layer 24 has an optical gain. Electrodes 32 and 36 are used to inject current into active layer 24 of gain region 17 to produce light. Light propagates in the X-axis direction and is oscillated at a specific wavelength by the diffraction grating 23 of the diffraction grating layer 22 . A current is injected into the wavelength control layer 25 of the wavelength control region 18 using the electrodes 34 and 36 to change the refractive index of the wavelength control region 18 and change the oscillation wavelength.
  • the VOA 12 can attenuate the light
  • the MOD 14 can modulate the light
  • the SOA 16 can amplify the light.
  • (Production method) 6A to 7C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the wavelength tunable laser 100, showing cross sections of the wavelength tunable light source 10 of the wavelength tunable laser 100 corresponding to FIG.
  • the buffer layer 21 and the InGaAsP layer 22a are epitaxially grown on the upper surface of the substrate 20 by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • a mask (not shown) is formed on the InGaAsP layer 22a by electron beam writing and photolithography.
  • a plurality of openings are formed in the InGaAsP layer 22a by etching the InGaAsP layer 22a using a mask. The multiple openings are periodically arranged in the X-axis direction.
  • the diffraction grating layer 22 is formed by epitaxially growing an InP layer 22b in the opening.
  • a region 40 is formed where the InGaAsP layer 22a and the InP layer 22b are aligned.
  • a region 42 is formed in a portion where the InP layer 22b is not buried. Remove the mask.
  • the active layer 24 and the light confinement layer are epitaxially grown on the diffraction grating layer 22 .
  • the active layer 24 is periodically etched along the X-axis direction.
  • the wavelength control layer 25 is epitaxially grown. The remaining active layer 24 and the grown wavelength control layer 25 are arranged side by side.
  • a cladding layer 26 and a contact layer 28 are epitaxially grown on the upper surfaces of the active layer 24 and the wavelength control layer 25 in this order.
  • the mesa 38 shown in FIGS. 4 and 5 is formed.
  • a buried layer 29 is epitaxially grown on the etched portion.
  • an insulating film 30 is formed on the upper surface of the contact layer 28 by plasma CVD, for example.
  • a plurality of openings are formed in the insulating film 30 .
  • Electrodes 32 and 34 are formed on the contact layer 28 and the insulating film 30 by vacuum deposition, lift-off, or the like.
  • An electrode 36 is formed on the bottom surface of the substrate 20 .
  • the wavelength tunable laser 100 is formed through the above steps.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a wavelength tunable laser according to a comparative example, and shows a cross section of the wavelength tunable light source 10R as in FIG.
  • the diffraction grating layer 22 in the comparative example does not have the regions 42 .
  • Diffraction gratings 23 are provided in the diffraction grating layer 22 at the center and both ends of the gain region 17 in the X-axis direction and at the center and both ends of the wavelength control region 18 .
  • the coupling coefficient ⁇ of the diffraction grating 23 is, for example, 58 cm ⁇ 1 .
  • the product of the coupling coefficient ⁇ and the length of the diffraction grating 23 (eg, 422 ⁇ m) is approximately 3.0. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • Figures 9A-10D are reflectance spectra.
  • the horizontal axis represents the wavelength of light.
  • the vertical axis represents light reflectance.
  • the reflectance is the reflectance when light travels from a reference position (for example, area 43) to one side in the X-axis direction (for example, the left side in FIG. 2) and returns to the reference position, and the reflectance when light travels from the reference position to the X-axis direction. It is the product of the reflectance when traveling to the other side of the direction (eg, the right side in FIG. 2) and returning to the reference position.
  • Laser light oscillates at a wavelength at which the reflectance is 1.
  • FIG. 9A to 9C show the reflectance in the comparative example.
  • no current is injected into the wavelength control region 18 .
  • the reflectance becomes 1 at a wavelength of approximately 1532 nm. That is, the oscillation wavelength is approximately 1532 nm.
  • P0 be the peak of the reflectance at the oscillation wavelength. Reflectance at other wavelengths is lower than peak P0.
  • FIG. 9B is an example in which the refractive index of the wavelength control region 18 is lowered by -0.4% by injecting a current into the wavelength control region 18 compared to the case where no current is injected.
  • the peak P0 is shifted about 2.8 nm toward shorter wavelengths from the wavelength in FIG. 9A.
  • the amount of shift is determined by the product of the ratio of the length of the wavelength control region 18 to the sum of the length of the gain region 17 and the length of the wavelength control region 18 and the rate of change of the refractive index.
  • a peak P1a occurs at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 1 on the short wavelength side.
  • P1b occurs at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 1 on the longer wavelength side.
  • Peak P0 is the largest among peaks P0, P1a and P1b.
  • the oscillation wavelength in FIG. 9B is the wavelength of peak P0.
  • FIG. 9C is an example in which the refractive index of the wavelength control region 18 is lowered by -0.8% by injecting current into the wavelength control region 18 compared to the case where no current is injected.
  • the peak P0 is shifted about 5.6 nm toward shorter wavelengths from the wavelength in FIG. 9A.
  • peaks P1a and P1b and peaks P2a and P2b occur.
  • a peak P1a occurs at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 1 on the short wavelength side.
  • a peak P2a occurs at a wavelength separated from the peak P1a by a wavelength interval ⁇ 1 on the short wavelength side.
  • a peak P1b occurs at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 1 on the longer wavelength side.
  • a peak P2b occurs at a wavelength separated from the peak P1b by a wavelength interval ⁇ 1 on the longer wavelength side.
  • Peak P1b is the largest among the five peaks.
  • a mode hop occurs in which the oscillation wavelength changes from the wavelength of peak P0 to the wavelength of peak P1b.
  • 10A to 10D are spectra in the first embodiment.
  • the length of one region 42 is 7 ⁇ m.
  • the length of one region 42 corresponds to 17.5% of the total length of one gain region 17 .
  • no current is injected into the wavelength control region 18 .
  • the reflectance exhibits a peak P0 at a wavelength of approximately 1532 nm. That is, light oscillates at a wavelength of approximately 1532 nm.
  • a current is injected into the wavelength control region 18 to reduce the refractive index of the wavelength control region 18 by -0.4% compared to the case where no current is injected.
  • the peak P0 is shifted about 2.8 nm toward shorter wavelengths from the wavelength in FIG. 10A.
  • a peak P1a occurs at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 1 on the short wavelength side.
  • a peak P1b occurs at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 1 on the longer wavelength side.
  • a peak P2a occurs at a wavelength spaced apart from the peak P0 by a wavelength interval of ⁇ 2 on the short wavelength side and at a wavelength spaced apart by a wavelength interval of ⁇ 1 on the short wavelength side from the peak P1a.
  • a peak P2b occurs at a wavelength separated by a wavelength interval ⁇ 2 on the longer wavelength side from the peak P0 and separated by a wavelength interval ⁇ 1 on the longer wavelength side from the peak P1b.
  • Peak P2a is the smallest among the five peaks.
  • Peak P1a in FIG. 10B has approximately the same magnitude as peak P1a in FIG. 9B.
  • Peak P1b in FIG. 10B is lower than peak P1b in FIG. 9B.
  • Peak P0 is the largest among five peaks P1a, P1b, P2a, P2b, and P0.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is lowered by -0.7% compared to the case where no current is injected into the wavelength control region 18.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is decreased by -0.8% compared to the case where current injection is not performed.
  • the peak P0 shifts about 5.6 nm to the short wavelength side from the wavelength in FIG. 10A.
  • peaks P1a and P1b occur at wavelengths ⁇ 1 apart from peak P0, and peaks P2a and P2b occur at wavelengths ⁇ 2 apart.
  • Peak P0 is the largest among five peaks P1a, P1b, P2a, P2b, and P0.
  • Peak P1b in FIG. 10D is smaller than peak P1b in FIG. 9C.
  • the peak P0 is the largest among the five peaks P1a, P1b, P2a, P2b, and P0.
  • mode hopping is suppressed and light can be oscillated at the wavelength of peak P0.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is decreased by -0.9% or more, the peak P1a becomes larger than the peak P0, and mode hopping may occur on the short wavelength side.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the length of the region 42 and the height of unnecessary sub-peaks other than the target peak P0.
  • the horizontal axis is the ratio of the length of one region 42 to one wavelength control region 18 .
  • the vertical axis represents the sub-peak height (reflectance).
  • the dotted line represents the height of peak P2a.
  • a solid line represents the height of the peak P1a.
  • the dashed line represents the height of peak P1b.
  • a dashed line represents the height of peak P2b. Assume that the magnitude of the peak P1b is 1 when the region 42 is not provided (the length of the region 42 is 0). In the example of FIG.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is lowered by -0.7% compared to the refractive index when no current is injected.
  • the product of the length of the wavelength tunable light source 10 and the coupling coefficient of the diffraction grating 23 is 3.0.
  • sub-peaks P1a, P1b, P2b begin to fall.
  • Sub-peak P2a gradually increases as the ratio of the length of region 42 becomes greater than zero.
  • the sub-peak P2a is sufficiently suppressed in the region where the ratio of the length of the region 42 is close to zero.
  • the proportion of the length of region 42 is greater than 30%, subpeak P2a exceeds 0.9 and approaches 1 when the proportion is 35%.
  • the preferred length percentage range of region 42 according to the present disclosure is 5% or more and 30% or less.
  • the preferred ratio of region 42 to gain region 17 varies with the magnitude of the refractive index applied to wavelength control region 18 .
  • the refractive index applied to the wavelength control region 18 is ⁇ 0.7% or less compared to the refractive index when current injection is not performed, the ratio is 5% or more and 30% or less.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is -0.8 or more, the above range is 15% or more and 20% or less.
  • FIG. 12A and 12B are enlarged views of the diffraction grating layer 22, active layer 24 and wavelength control layer 25.
  • FIG. FIG. 12A illustrates a comparative example.
  • FIG. 12B illustrates the first embodiment.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is equal to the refractive index of the gain region 17 .
  • the reflection and transmission properties of wavelength control region 18 are equal to the reflection and transmission properties of gain region 17 .
  • the oscillation wavelength of light is determined by the reflection characteristics of the gain region 17 and the wavelength control region 18 and the gain region. As shown in FIGS. 9A and 10A, laser light oscillates at the wavelength of peak P0. No sub-peaks occur.
  • a gain region 17 with a high refractive index and a wavelength control region 18 with a low refractive index are periodically arranged along the X-axis direction, forming a periodic structure 50 as shown in FIGS. 12A and 12B. be.
  • the periodic structure 50 extends from the center of one gain region 17 to the center of the nearest gain region 17 and from the center of one wavelength control region 18 to the center of the nearest wavelength control region 18 .
  • the length ⁇ L1 of the periodic structure 50 is equal to the sum of the length of one gain region 17 and the length of one wavelength control region 18, eg, 80 ⁇ m.
  • the reflectance of light changes for each period ⁇ L1 of the periodic structure 50 .
  • the Bragg wavelength of the gain region 17 is 1531 nm. If the refractive index of the wavelength control region 18 is 0.4% lower than that of the gain region 17, the Bragg wavelength of the wavelength control region 18 is 1524.9 nm. Light with a wavelength of 1531 nm is strongly reflected each time it passes through the gain region 17 . Light with a wavelength of 1524.9 nm is strongly reflected each time it passes through the wavelength control region 18 . The intensity of Bragg reflection changes for each period ⁇ L1 of the periodic structure 50 .
  • a sub-peak is generated by the periodic structure 50 functioning as a resonator.
  • a wavelength interval ⁇ between the wavelength ⁇ 0 of the light mode and the wavelength of the mode (sub-peak) adjacent to the mode is determined by the following equation (1).
  • ⁇ L is the period of the periodic structure.
  • ⁇ 0 is the wavelength of the peak P0
  • light resonates at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 1 to generate a sub-peak.
  • ⁇ 0 is the wavelength of the sub-peak
  • another sub-peak occurs at a wavelength separated from the sub-peak by the wavelength interval ⁇ 1.
  • the periodic structure 50 produces two sub-peaks (peaks P1a and P1b) adjacent to peak P0.
  • the periodic structure 50 causes four sub-peaks (peaks P1a, P1b, P2a, P2b).
  • the periodic structure 50 is formed by changing the refractive index of the wavelength control region 18 .
  • the diffraction grating layer 22 has regions 42 at both ends of each of the plurality of gain regions 17 .
  • a diffraction grating 23 is not provided in the region 42 .
  • a periodic structure 52 is formed from one region 42 to the nearest region 42 .
  • the length of the periodic structure 52 (period ⁇ L2) is equal to the length L1 of one gain region 17 and approximately half the length ⁇ L1 of the periodic structure 50 .
  • the wavelength interval ⁇ 2 is calculated.
  • the wavelength spacing ⁇ 2 is approximately twice ⁇ 1 and is 80 nm.
  • the peaks P2a and P2b separated by the wavelength interval ⁇ 2 from the peak P0 are affected by both the resonance of the periodic structure 50 and the resonance of the periodic structure 52 .
  • the resonant mode of the periodic structure 52 is in phase with the resonant mode of the periodic structure 50 . Therefore, peaks P2a and P2b in FIGS. 10B to 10D are larger than the corresponding peaks of the comparative example.
  • the resonance mode of periodic structure 52 is in phase opposition to the resonance mode of periodic structure 50 . Therefore, in the first embodiment, the resonance modes (peaks P1a and P1b) of the periodic structure 50 are suppressed.
  • the tunable laser 100 has multiple gain regions 17 and multiple wavelength control regions 18 .
  • Grating layer 22 has regions 40 in wavelength control region 18 . That is, the wavelength control region 18 is provided with the diffraction grating 23 .
  • Grating layer 22 has regions 42 at both ends of gain region 17 . In other words, no diffraction gratings 23 are provided at both ends of the gain region 17 .
  • FIGS. 10B to 10D sub-peaks can be suppressed low and mode hopping can be suppressed.
  • grating layer 22 preferably has regions 42 at both ends of each of the plurality of gain regions 17 . That is, no diffraction gratings 23 are provided at both ends of each of the plurality of gain regions 17 . It is possible to effectively suppress sub-peaks and oscillate at a desired wavelength.
  • the number of regions 42 is preferably 70% or more of the total number of boundaries between the gain regions 17 and the wavelength control regions 18 .
  • the ratio of the length of one region 42 to the length of one gain region 17 may be, for example, 5% or more and 30% or less, or may be, for example, 10% or more and 25% or less.
  • the reflectance of each sub-peak can be sufficiently reduced by making the ratio of the length of the region 42 close to 17.5%.
  • the diffraction grating layer 22 includes an InGaAsP layer 22a and an InP layer 22b.
  • the diffraction grating 23 is formed by alternately arranging a plurality of InGaAsP layers 22a and a plurality of InP layers 22b in the X-axis direction.
  • the InP layer 22b is not provided, and the InGaAsP layer 22a is provided. Therefore, no diffraction grating 23 is formed in the region 42 .
  • the diffraction grating layer 22 may include semiconductor layers other than the InGaAsP layer 22a and the InP layer 22b.
  • the diffraction grating 23 is formed by alternately arranging two semiconductor layers having different refractive indices.
  • the diffraction grating layer 22 may be provided between the active layer 24/wavelength control layer 25 and the buffer layer 21, or may be provided between the active layer 24/wavelength control layer 25 and the cladding layer 26. .
  • An electrode 32 is provided in the gain region 17 .
  • An electrode 34 is provided in the wavelength control region 18 . Currents can be injected into the gain region 17 and the wavelength control region 18 independently of each other. Light is emitted from the gain region 17 . The wavelength of light is controlled by changing the refractive index of the wavelength control region 18 .
  • the number of gain regions 17 may be seven or less, or may be seven or more.
  • the number of wavelength control regions 18 may be six or less, or six or more.
  • the length L1 of gain region 17 may be equal to or different from the length L2 of wavelength control region 18 . For example, both lengths L1 and L2 may be 40 ⁇ m.
  • the length L1 may be 35 ⁇ m and the length L2 may be 45 ⁇ m.
  • the wavelength tunable laser 100 includes a wavelength tunable light source 10, VOA 12 . It is an integrated laser device comprising MOD 14 and SOA 16 . It is possible to attenuate, modulate and amplify the light emitted by the wavelength tunable light source 10 .
  • the wavelength tunable laser 100 can oscillate at wavelengths from 1532 nm to 1537.6 nm, for example, and can be applied to wavelength division multiplex communication systems. Tunable laser 100 may have tunable light source 10 without at least one of VOA 12 , MOD 14 and SOA 16 .
  • FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating the wavelength tunable light source 10, showing a cross section corresponding to FIG.
  • the diffraction grating layer 22 in the second embodiment has the region 40 and does not have the region 42 in the gain region 17 .
  • the diffraction grating layer 22 has a region 40 in the center of the wavelength control region 18 in the X-axis direction, and regions 42 at both ends. That is, the diffraction grating 23 is provided on the central side of the wavelength control region 18, and the diffraction gratings 23 are not provided on both ends.
  • the length of one region 42 is 17.5% of the length of the wavelength control region 18, for example.
  • the thickness of the n-type buffer layer 21 is, for example, 98 nm.
  • the coupling coefficient ⁇ of the diffraction grating 23 is, for example, 69 cm ⁇ 1 .
  • the product of the coupling coefficient ⁇ and the length of the diffraction grating 23 (eg, 436 ⁇ m) is approximately 3.0.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the region 42 may be positioned only at one end of the wavelength control region 18 in the X-axis direction. In this case, it is desirable that they are aligned on one side of the wavelength control region 18 in the X-axis direction.
  • 14A to 14C are reflectance spectra.
  • the length of one region 42 is 7 ⁇ m.
  • no current is injected into the wavelength control region 18 .
  • the reflectance exhibits a peak P0.
  • a current is injected into the wavelength control region 18 to reduce the refractive index of the wavelength control region 18 by -0.4% compared to the case where no current is injected.
  • the peak P0 shifts to shorter wavelengths from the wavelength in FIG. 14A.
  • peaks P1b, P2a and P2b occur.
  • a peak P2a occurs at a wavelength spaced apart from the peak P0 by a wavelength interval of ⁇ 2 on the short wavelength side and at a wavelength spaced apart by a wavelength interval of ⁇ 1 on the short wavelength side from the peak P1a.
  • a peak P1b occurs at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 1 on the longer wavelength side.
  • a peak P2b occurs at a wavelength separated by a wavelength interval ⁇ 2 on the longer wavelength side from the peak P0 and separated by a wavelength interval ⁇ 1 on the longer wavelength side from the peak P1b. No peak occurs at a wavelength separated from the peak P0 by the wavelength interval ⁇ 1 on the short wavelength side.
  • the peak P0 is the largest among the four peaks P1b, P2a, P2b, and P0.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is lowered by -0.8% compared to the case where no current is injected.
  • the peak P0 shifts to shorter wavelengths from the wavelength in FIG. 14A. Peaks P1a and P1b occur at wavelengths separated by ⁇ 1 from peak P0, and peaks P2a and P2b occur at wavelengths separated by ⁇ 2. Peak P0 is the largest among five peaks P1a, P1b, P2a, P2b, and P0.
  • the peak P0 is the largest in any of the examples of FIGS. 14A to 14C. Even if the refractive index of the wavelength control region 18 is changed to -0.8%, mode hopping is suppressed and the wavelength tunable laser oscillates at the wavelength of peak P0. If the refractive index of the wavelength control region 18 is decreased by -0.9% or more, the peak P1b becomes larger than the peak P0, and mode hopping may occur on the short wavelength side.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the length of the region 42 and the peak height.
  • the horizontal axis is the ratio of the length of one region 42 to one wavelength control region 18 .
  • the vertical axis represents the peak height (reflectance).
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is decreased by -0.7% compared to the refractive index when current injection is not performed.
  • the product of the length of the wavelength tunable light source 10 and the coupling coefficient of the diffraction grating 23 is 3.0.
  • the ratio of the length of the region 42 is greater than 5%, the peaks P1a, P1b and P2b become smaller and the peak P2a becomes larger.
  • the ratio of the length of the region 42 is in the range of 0% to 20%, the peak P1b is the largest among the peaks P1a, P1b, P2a and P2b.
  • the magnitude of peak P1b drops to about 0.8. All peaks are below 0.8 when the length percentage is around 15% to 20%.
  • peak P2b is the largest among the four peaks. If the length ratio exceeds 30%, the magnitude of peak P2b approaches 1 and mode hopping may occur.
  • the ratio of the length of the region 42 is preferably, for example, 5% or more and 30% or less.
  • the grating layer 22 has regions 40 in the gain region 17 . That is, the gain region 17 is provided with the diffraction grating 23 .
  • Grating layer 22 has regions 42 at both ends of wavelength control region 18 . In other words, no diffraction gratings 23 are provided at both ends of the wavelength control region 18 . Sub-peaks can be suppressed to a low level, and mode hopping can be suppressed.
  • Sub-peaks can be suppressed even when diffraction gratings 23 are not provided at both ends of some of the plurality of wavelength control regions 18 .
  • the grating layer 22 preferably has regions 42 at both ends of each of the plurality of wavelength control regions 18 .
  • the diffraction gratings 23 are not provided at both ends of each of the multiple wavelength control regions 18 . It is possible to effectively suppress sub-peaks and oscillate at a desired wavelength.
  • the ratio of the number of wavelength control regions 18 having regions 42 to the number of wavelength control regions 18 is preferably 70% or more.
  • a preferred ratio of the region 42 to the wavelength control region 18 varies depending on the magnitude of the refractive index applied to the wavelength control region 18.
  • the ratio is 5% or more and 30% or less.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is -0.8 or more, the above range is 15% or more and 20% or less.
  • the ratio of the length of one region 42 to the length of one wavelength control region 18 may be, for example, 10% or more and 25% or less.
  • the reflectance of each sub-peak can be sufficiently reduced by making the ratio of the length of the region 42 close to 17.5%.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating the wavelength tunable light source 10, showing a cross section corresponding to FIG.
  • the diffraction grating layer 22 in the third embodiment has regions 40 and 42 in the gain region 17 and wavelength control region 18 .
  • the region 40 is provided on the center side of the gain region 17 and on the center side of the wavelength control region 18 . That is, the diffraction gratings 23 are provided on the central side of the gain region 17 and on the central side of the wavelength control region 18 .
  • the region 42 extends from the edge of one gain region 17 to the edge of the adjacent wavelength control region 18 in the X-axis direction.
  • No diffraction gratings 23 are provided at both ends of the gain region 17 and both ends of the wavelength control region 18 .
  • One region 42 occupies a length obtained by adding a predetermined proportion of the length of one gain region 17 in the X-axis direction and a length of a predetermined proportion of the length of one wavelength control region 18 .
  • the predetermined percentage is 17.5% in this embodiment.
  • the proportion of one region 42 in one gain region 17 is equal to the proportion of one region 42 in one wavelength control region 18 . Therefore, when the gain region 17 and the wavelength control region 18 have different lengths, the center position of the region 42 spanning both the gain region 17 and the wavelength control region 18 is shifted from the boundary between the gain region 17 and the wavelength control region 18. will do.
  • the coupling coefficient ⁇ of the diffraction grating 23 is, for example, 89 cm ⁇ 1 .
  • the product of the coupling coefficient ⁇ and the length of the diffraction grating 23 (eg, 338 ⁇ m) is about 3.0.
  • the thickness of the n-type buffer layer 21 is, for example, 51 nm. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • 17A to 17C are reflectance spectra.
  • the length of one region 42 is 7 ⁇ m.
  • no current is injected into the wavelength control region 18 .
  • the reflectance exhibits a peak P0.
  • a peak P2a occurs at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 2 on the short wavelength side.
  • a peak P2b occurs at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 2 on the longer wavelength side.
  • Peak P0 is the largest of the three peaks.
  • a current is injected into the wavelength control region 18 to reduce the refractive index of the wavelength control region 18 by -0.4% compared to the case where no current is injected.
  • the peak P0 shifts to shorter wavelengths from the wavelength in FIG. 17A.
  • peaks P1b, P2a and P2b occur.
  • a peak P1b occurs at a wavelength separated from the peak P0 by a wavelength interval ⁇ 1 on the longer wavelength side.
  • No peak occurs at a wavelength separated from the peak P0 by the wavelength interval ⁇ 1 on the short wavelength side.
  • the peak P0 is the largest among the four peaks P1b, P2a, P2b, and P0.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is lowered by -0.8% compared to the case where no current is injected.
  • the peak P0 shifts to shorter wavelengths from the wavelength in FIG. 17A.
  • Peaks P1a and P1b occur at wavelengths ⁇ 1 away from peak P0.
  • Peaks P2a and P2b occur at wavelengths separated by ⁇ 2 from peak P0.
  • Peak P0 is the largest among five peaks P1a, P1b, P2a, P2b, and P0. Peak P0 is the largest in any of the examples of FIGS. 17A to 17C. Even if the refractive index of the wavelength control region 18 is changed to -0.8%, mode hopping is suppressed and the wavelength tunable laser oscillates at the wavelength of peak P0.
  • FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the length of the region 42 and the peak height.
  • the horizontal axis is the ratio of the length of one region 42 to one wavelength control region 18 .
  • the vertical axis represents the peak height (reflectance). Assume that the magnitude of the peak P1b is 1 when the region 42 is not provided (the length of the region 42 is 0).
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is decreased by -0.7% compared to the refractive index when current injection is not performed.
  • the product of the length of the wavelength tunable light source 10 and the coupling coefficient of the diffraction grating 23 is 3.0.
  • the region 42 is a region having a length obtained by adding a predetermined proportion of the length of one gain region 17 in the X-axis direction and a length of a predetermined proportion of the length of one wavelength control region 18 .
  • the ratio of the length of region 42 corresponds to the predetermined ratio multiplied by both gain region 17 and wavelength control region 18 .
  • peaks P1a and P1b are smaller and peaks P2a and P2b are larger.
  • Peak P1b is the largest of peaks P1a, P1b, P2a and P2b when the percentage of the length of region 42 is in the range of 5% to about 15%. For length percentages from 10% to 30%, all peaks fall below approximately 0.8.
  • peaks fall below 0.7 when the length percentage is greater than or equal to approximately 15% and less than or equal to 20%.
  • peak P2b is the largest among the four peaks. If the length ratio exceeds 30%, the magnitudes of peaks P2a and P2b approach 1 and mode hops may occur.
  • the ratio of the length of the region 42 is, for example, 5% or more and 30% or less.
  • the diffraction grating layer 22 has regions 42 at both ends of the gain region 17 and both ends of the wavelength control region 18 . That is, the diffraction gratings 23 are not provided at both ends of the gain region 17 and both ends of the wavelength control region 18 . Sub-peaks can be suppressed to a low level, and mode hopping can be suppressed.
  • Grating layer 22 preferably has regions 42 at both ends of each of the plurality of gain regions 17 and at both ends of each of the plurality of wavelength control regions 18 . That is, no diffraction gratings 23 are provided at both ends of each of the plurality of gain regions 17 and at both ends of each of the plurality of wavelength control regions 18 . It is possible to effectively suppress sub-peaks and oscillate at a desired wavelength.
  • the ratio of the number of the gain regions 17 having the region 42 to the number of the plurality of gain regions 17 is 70% or more.
  • the ratio of the number of wavelength control regions 18 having the region 42 to the number of multiple wavelength control regions 18 is preferably 70% or more.
  • the ratio of the length of the region 42 described above changes according to the magnitude of the refractive index applied to the wavelength control region 18 .
  • the length ratio is 5% to 30%.
  • the refractive index of the wavelength control region 18 is -0.8 or more, the length ratio is in the range of 15% to 20%.
  • the ratio of the length of one region 42 to the length of one wavelength control region 18 may be, for example, 10% or more and 25% or less.
  • the reflectance of each sub-peak can be sufficiently reduced by making the ratio of the length of the region 42 close to 17.5%.
  • the diffraction grating 23 is not provided at both ends of at least one of the gain region 17 and the wavelength control region 18.
  • FIG. The light intensity in the center of the gain region 17 and the wavelength control region 18 is greater than the intensity in the portions other than the center. If the diffraction grating 23 is not provided in the center of the gain region 17 and the wavelength control region 18, light is less likely to be reflected by the diffraction grating 23.
  • FIG. At least one of the gain region 17 and the wavelength control region 18 is not provided with the diffraction grating 23 at both ends, but is provided with the diffraction grating 23 at the center. Light can be reflected by the diffraction grating 23 to allow the wavelength tunable light source 10 to function as a DFB laser. Also, sub-peaks can be suppressed.
  • Reference Signs List 10 10R wavelength tunable light source 11 optical waveguide 12 variable optical attenuator 13, 15, 19, 32, 34, 36 electrode 14 modulator 16 semiconductor optical amplifier 17 gain region 18 wavelength control region 20 substrate 21 buffer layer 22 diffraction grating layer 22a InGaAsP layer 22b InP layer 23 diffraction grating 24 active layer 25 wavelength control layer 26 clad layer 28 contact layer 29 buried layer 30 insulating film 38 mesa 40, 42, 43 regions 50, 52 periodic structure 100 wavelength tunable laser

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Abstract

光の伝搬方向に沿って交互に配置された、利得領域および波長制御領域と、前記利得領域と前記波長制御領域のそれぞれに対応して配置された回折格子と、前記利得領域と前記波長制御領域との境界において、前記利得領域の端部および前記波長制御領域の端部のうち少なくとも一方に位置する、複数の前記回析格子を有さない領域と、を備え、前記回折格子を有さない領域の長さは、それが属する前記利得領域の長さまたは前記波長制御領域の長さに対して５％以上３０％以下である波長可変レーザ。　

Description

波長可変レーザ
　本開示は波長可変レーザに関するものである。
　光学デバイスとして、レーザ発振に対する利得機能と波長制御機能とを備える波長可変レーザが知られている。例えば利得を有する領域と波長制御のための領域とをレーザ素子の中で交互に配置する（特許文献１など）。
特開平４－１４７６８６号公報
　本開示に係る波長可変レーザは、光の伝搬方向に沿って交互に配置された、利得領域および波長制御領域と、前記利得領域と前記波長制御領域のそれぞれに対応して配置された回折格子と、前記利得領域と前記波長制御領域との境界において、前記利得領域の端部および前記波長制御領域の端部のうち少なくとも一方に位置する、複数の前記回析格子を有さない領域と、を備え、前記回折格子を有さない領域の長さは、それが属する前記利得領域の長さまたは前記波長制御領域の長さに対して５％以上３０％以下である。
図１は、第１実施形態に係る波長可変レーザを例示する平面図である。 図２は、図１の線Ａ－Ａに沿った断面図である。 図３は、利得領域および波長制御領域を拡大した図である。 図４は、図３の線Ｂ－Ｂに沿った断面図である。 図５は、図３の線Ｃ－Ｃに沿った断面図である。 図６Ａは、波長可変レーザの製造方法を例示する断面図である。 図６Ｂは、波長可変レーザの製造方法を例示する断面図である。 図６Ｃは、波長可変レーザの製造方法を例示する断面図である。 図７Ａは、波長可変レーザの製造方法を例示する断面図である。 図７Ｂは、波長可変レーザの製造方法を例示する断面図である。 図７Ｃは、波長可変レーザの製造方法を例示する断面図である。 図８は、比較例に係る波長可変レーザを例示する断面図である。 図９Ａは、反射率のスペクトルである。 図９Ｂは、反射率のスペクトルである。 図９Ｃは、反射率のスペクトルである。 図１０Ａは、反射率のスペクトルである。 図１０Ｂは、反射率のスペクトルである。 図１０Ｃは、反射率のスペクトルである。 図１０Ｄは、反射率のスペクトルである。 図１１は、領域の長さとピークの高さとの関係を示す図である。 図１２Ａは、回折格子層、活性層および波長制御層を拡大した図である。 図１２Ｂは、回折格子層、活性層および波長制御層を拡大した図である。 図１３は、波長可変光源を例示する断面図である。 図１４Ａは、反射率のスペクトルである。 図１４Ｂは、反射率のスペクトルである。 図１４Ｃは、反射率のスペクトルである。 図１５は、領域の長さとピークの高さとの関係を示す図である。 図１６は、波長可変光源を例示する断面図である。 図１７Ａは、反射率のスペクトルである。 図１７Ｂは、反射率のスペクトルである。 図１７Ｃは、反射率のスペクトルである。 図１８は、領域の長さとピークの高さとの関係を示す図である。
[本開示が解決しようとする課題]
　利得領域に電流を注入することで光を生成する。波長制御領域に電流を注入し、屈折率を変えることで、発振波長を変化させる。波長制御領域の屈折率が利得領域の屈折率とは大きく異なる場合は、所望の波長とは異なる波長において光が発振する、いわゆるモードホップが発生することがある。なお、モードホップが生じる波長制御領域の屈折率変化量は、レーザの構造や半導体材料によって異なる。そこで、モードホップを抑制することが可能な波長可変レーザを提供することを目的とする。
[本開示の効果]
　本開示によればモードホップを抑制することが可能な波長可変レーザを提供することが可能である。
[本開示の実施形態の説明]
　最初に本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
　本開示の一形態は、（１）光の伝搬方向に沿って交互に配置された、利得領域および波長制御領域と、前記利得領域と前記波長制御領域のそれぞれに対応して配置された回折格子と、前記利得領域と前記波長制御領域との境界において、前記利得領域の端部および前記波長制御領域の端部のうち少なくとも一方に位置する、複数の前記回析格子を有さない領域と、を備え、前記回折格子を有さない領域の長さは、それが属する前記利得領域の長さまたは前記波長制御領域の長さに対して５％以上３０％以下である波長可変レーザである。この構成を備えることで、モードホップを抑制することができる。
（２）前記回折格子を有さない領域の個数は、前記利得領域と前記波長制御領域でなす境界の全ての個数の７０％以上でもよい。
（３）前記回折格子を有さない領域は、前記利得領域あるいは前記波長制御領域のうち、最も端部にも配置されてもよい。
（４）前記回折格子を有さない領域の長さは、それが属する前記利得領域の長さまたは前記波長制御領域の長さに対して１０％以上２５％以下でもよい。
（５）前記回折格子を有さない領域の長さは、それが属する前記利得領域の長さまたは前記波長制御領域の長さに対して１５％以上２０％以下でもよい。
（６）前記利得領域および前記波長制御領域と光結合する光変調器を更に備えてもよい。
（７）前記利得領域および前記波長制御領域と前記光変調器との間には、可変光減衰器が配置されてもよい。
（８）前記光変調器の出力には、半導体光増幅器が配置されてもよい。
（９）前記波長制御領域の屈折率は、電流注入により制御されてもよい。
（１０）前記波長制御領域の屈折率は、ヒータにより制御されてもよい。
（１１）前記回折格子を有さない領域は、前記利得領域と前記波長制御領域の何れか一方の両端に配置されてもよい。
（１２）前記回折格子を有さない領域は、前記利得領域と前記波長制御領域の両方の領域の両端に配置されてもよい。
（１３）前記回折格子を有さない領域は、前記利得領域と前記波長制御領域の何れか一方の領域の片方の端部だけに配置されてもよい。
［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の実施形態に係る波長可変レーザの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
＜第１実施形態＞
（波長可変レーザ）
　図１は、第１実施形態に係る波長可変レーザ１００を例示する平面図である。図１に示すように、波長可変レーザ１００は波長可変光源１０、可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉｏｕｓ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）１２、光変調器（ＭＯＤ：Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１４、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１６を備える電界吸収型変調器集積レーザ（ＥＭＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏ－ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）である。波長可変光源１０は、ＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４、およびＳＯＡ１６に光結合する。ＸＹ平面は、波長可変レーザ１００の上面の広がる方向である。Ｘ軸方向は、光導波路１１の延伸方向であり、光の伝搬方向である。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向に直交する。Ｚ軸方向は、波長可変レーザ１００の厚さ方向であり、Ｘ軸方向に直交し、Ｙ軸方向に直交する。波長可変レーザ１００のＹ軸方向の長さは、例えば２５０μｍである。波長可変光源１０のＸ軸方向の長さは、例えば５２０μｍである。
　図１に示すように波長可変光源１０、ＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６は光導波路１１を含み、光導波路１１の延伸方向に沿って、この順に並ぶ。波長可変レーザ１００の上面に電極１３、１５、１９、３２および３４が設けられている。電極３２および３４は、波長可変光源１０に設けられている。電極１３は、ＶＯＡ１２に設けられている。電極１５は、ＭＯＤ１４に設けられている。電極１９は、ＳＯＡ１６に設けられている。電極１３、１５、１９、３２および３４は、互いに離間する。Ｙ軸方向における電極３２と電極３４との間の距離は、例えば１０μｍである。Ｘ軸方向における距離は、例えば７μｍである。波長可変レーザ１００のＸ軸方向の両端には、反射防止層（ＡＲ：Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜が設けられてもよい。ＡＲ層は例えば、酸窒化チタン（ＴｉＯＮ）と二酸化チタン（ＴｉＯ２）との二層構造、または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と二酸化チタンとの二層構造などである。
　図２は、図１の線Ａ－Ａに沿った断面図であり、波長可変光源１０を図示している。図２に示すように、波長可変光源１０は、複数の利得領域１７および複数の波長制御領域１８を含む。ここで、利得領域１７および波長制御領域１８は、それぞれ波長可変光源１０の厚み方向全体にわたる領域を指している。利得領域１７の数は例えば７個である。波長制御領域１８の数は例えば６個である。複数の利得領域１７および複数の波長制御領域１８は、光の伝搬方向（Ｘ軸方向）に沿って交互に並ぶ。波長可変光源１０のＸ軸方向の両方の端部には利得領域１７が位置する。
　図３は、利得領域１７および波長制御領域１８を拡大した図である。図４は、図３の線Ｂ－Ｂに沿った断面図であり、利得領域１７を図示している。図５は、図３の線Ｃ－Ｃに沿った断面図であり、波長制御領域１８を図示している。図３に示す１つの利得領域１７のＸ軸方向の長さＬ１は、例えば４０μｍである。１つの波長制御領域１８のＸ軸方向の長さＬ２は、例えばＬ１に等しく、４０μｍである。
　図２に示すように、波長可変レーザ１００は、基板２０、バッファ層２１、回折格子層２２、活性層２４、波長制御層２５、クラッド層２６、およびコンタクト層２８を有する。図２から図４に示すように、利得領域１７においては、基板２０、バッファ層２１、回折格子層２２、活性層２４、クラッド層２６、およびコンタクト層２８が、Ｚ軸方向にこの順で積層され、図４に示すようにメサ３８を形成する。メサ３８は、基板２０からＺ軸方向に突出し、Ｘ軸方向に延伸する。メサ３８の高さは、例えば３．６μｍである。基板２０のうちメサ３８以外の部分は、メサ３８に含まれる部分に比べて例えば１．４μｍ窪んでいる。メサ３８のＹ軸方向の幅は、例えば１．３μｍである。メサ３８のＹ軸方向両側には埋込層２９が設けられている。活性層２４と回折格子層２２との間に、不図示の光閉じ込め層が設けられる。活性層２４とクラッド層２６との間に、不図示の光閉じ込め層が設けられる。
　図２、図３および図５に示すように、波長制御領域１８においては、基板２０、バッファ層２１、回折格子層２２、波長制御層２５、クラッド層２６、およびコンタクト層２８が、Ｚ軸方向にこの順で積層されており、図５に示すようにメサ３８を形成する。メサ３８のＹ軸方向両側には埋込層２９が設けられている。なお、活性層２４および波長制御層２５と、回折格子層２２との間には、クラッド層（不図示）を設けてもよい。
　図２に示すように、波長制御領域１８のコンタクト層２８は、例えば５μｍの間隔で、利得領域１７のコンタクト層２８とは離間している。活性層２４と波長制御層２５とは、Ｚ軸方向において同じ高さに位置し、Ｘ軸方向において互いに隣接する。利得領域１７の活性層２４および波長制御領域１８の波長制御層２５などが、図１の光導波路１１を形成する。
　絶縁膜３０は、複数の利得領域１７および複数の波長制御領域１８の上に設けられ、コンタクト層２８を覆う。絶縁膜３０は、複数の利得領域１７のそれぞれおよび複数の波長制御領域１８のそれぞれの上に開口部を有する。開口部からコンタクト層２８が露出する。
　図１に示すように、電極３２および３４は、波長可変レーザ１００の上面に設けられている。図２に示すように、電極３２（第１電極）は、複数の利得領域１７においてコンタクト層２８の上面に接触する。電極３４（第２電極）は、複数の波長制御領域１８においてコンタクト層２８の上面に接触する。電極３２は、例えば７μｍの間隔で電極３４とは離間する。電極３６は、図２に示すように基板２０の下面に設けられ、複数の利得領域１７および複数の波長制御領域１８に広がり、図１のＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６にも広がる。
　基板２０は例えばｎ型インジウムリン（ＩｎＰ）で形成された半導体基板である。バッファ層２１は、例えば厚さ９３ｎｍのｎ型ＩｎＰで形成されている。ｎ型の半導体層には、例えばスズ（Ｓｎ）または硫黄（Ｓ）がドープされている。なお、活性層２４および波長制御層２５と回折格子層２２との間に、ｎ型ＩｎＰのクラッド層（不図示）を設けてもよい。
　活性層２４は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）を有する。活性層２４のＰＬ(Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ)波長は例えば１５２０ｎｍである。活性層２４は、例えば１０個の井戸層と１０個のバリア層とを有する。井戸層とバリア層とは、Ｚ軸方向に交互に積層されている。井戸層は、例えば０．６％圧縮歪、厚さ５．１ｎｍのインジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）で形成されている。バリア層は、例えば厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰで形成され、ＰＬ波長１．３μｍに相当するバンドギャップを有する（Ｑ１．３）。以下、四元化合物半導体材料の説明においては、そのＰＬ波長を含め（Ｑ「ＰＬ波長」）と記載する。たとえば四元化合物半導体で、ＰＬ波長が１．３μｍの材料の場合、（Ｑ１．３）と記載する。
　活性層２４とバッファ層２１との間には、厚さ５０ｎｍの光閉じ込め層（Ｑ１．１５）が設けられる。活性層２４とクラッド層２６との間には、厚さ５０ｎｍの光閉じ込め層（Ｑ１．１５）が設けられる。
　波長制御層２５は、電流の注入によって屈折率の変化が生じる層である。発振波長の光に対して、電流注入による利得および損失の変化が小さいことが好ましい。波長制御層２５は、バルク層でもよいし、多重量子井戸構造を有してもよく、例えばＱ１．４４のＩｎＧａＡｓＰまたはアルミニウムガリウムインジウム砒素（ＡｌＧａＩｎＡｓ）などで形成されている。波長制御層２５のＰＬ波長は、例えば発振波長から７５ｎｍ以上短い波長である。波長制御層２５の厚さは、例えば２１２ｎｍである。また、例えばチタン（Ｔｉ）のヒータで温度制御することによっても、波長制御領域１８の屈折率を変化させることができる。この場合、当該領域には電極３４に代えてヒータ素子が設けられる。
　埋込層２９は、例えば鉄（Ｆｅ）をドープされた半絶縁性のＩｎＰで形成されている。クラッド層２６およびコンタクト層２８は、ｐ型の半導体層であり、例えば亜鉛（Ｚｎ）がドープされている。クラッド層２６は、例えば厚さ１．６μｍのｐ型ＩｎＰで形成されている。クラッド層２６のドーパント濃度は、例えば５×１０１７ｃｍ－３以上、１．５×１０１８ｃｍ－３以下である。コンタクト層２８は例えばｐ型のインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）、およびインジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）で形成されている。より詳細には、コンタクト層２８は、ＩｎＧａＡｓ層およびＩｎＧａＡｓＰ層を積層したものである。例えば、クラッド層２６側から順に、厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ層（Ｑ１．０８）、厚さ１００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ層（Ｑ１．３０）、厚さ１００ｎｍのＩｎＧａＡｓ層が積層されている。これら３つの層のドーパント濃度は、それぞれ例えば２．０×１０１８ｃｍ－３以上、２．０×１０１８ｃｍ－３以上、および１．０×１０１９ｃｍ－３以上である。波長可変レーザ１００は上記以外の化合物半導体で形成されてもよい。
　絶縁膜３０は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの絶縁体で形成されている。絶縁膜３０の厚さは、例えば６００ｎｍである。電極３２および３４は、例えば金属の多層構造で形成されたｐ型電極である。電極３２および３４は、例えば基板２０側から順に、金と亜鉛との合金層、チタンとタングステンとの合金層、金の層を積層した積層構造（ＡｕＺｎ／ＴｉＷ／Ａｕ）でもよいし、チタン、白金および金の積層構造（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）でもよい。電極３６は、例えば基板２０側から順に、金とゲルマニウムとの合金、金、チタン、金を積層した積層構造（ＡｕＧｅ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ）で形成されたｎ型電極である。
　図２に示すように、回折格子層２２は、複数の領域４０（第１領域）、複数の領域４２（第２領域）、および１つの領域４３を有する。領域４３は、例えば波長可変光源１０のＸ軸方向の中央に位置する。領域４３は、後述の回折格子２３を有さない、λ／４位相シフト領域である。領域４３は、波長可変光源１０のうち、Ｘ軸方向の中央以外の位置に設けられてもよい。領域４３は、λ／６位相シフト領域でもよい。
　図２および図３に示すように、利得領域１７において、回折格子層２２は、領域４０と領域４２とを有する。Ｘ軸方向において、領域４０は利得領域１７の中央を占める。領域４２は、Ｘ軸方向で領域４０に隣接し、利得領域１７のＸ軸方向の両方の端部に位置する。領域４２は、Ｘ軸方向において、利得領域１７と波長制御領域１８との境界から利得領域１７側に延伸する。また、図２に示すように、複数の利得領域１７のうち波長可変レーザ１００の両端に位置にするものも、領域４２を有する。領域４２は、利得領域１７の最も端部においても配置される。図３に示す１つの領域４２のＸ軸方向の長さＬ３は、例えば利得領域１７の長さＬ１の１７．５％である。一例として、長さＬ１が４０μｍであり、長さＬ３は７μｍである。波長制御領域１８において、回折格子層２２は、領域４０を有し、領域４２を有さない。また、図示しないが、領域４２は利得領域１７のＸ軸方向の片側の端部のみに設けてもよい。この場合、利得領域１７のＸ軸方向の一方側（図中の右側のみまたは左側のみ）にそろえて領域４２を設けることが好ましい。
　回折格子層２２の領域４０は、例えばインジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）層２２ａとＩｎＰ層２２ｂとを含む。ＩｎＰ層２２ｂは、バッファ層２１と同様にｎ型のＩｎＰ層である。ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａは、ＩｎＰに対して無歪みであり、ＰＬ波長１１５０ｎｍに相当するバンドギャップを持つ（Ｑ１．１５）。ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａの屈折率は、ＩｎＰ層２２ｂの屈折率とは異なる。複数のＩｎＧａＡｓＰ層２２ａと複数のＩｎＰ層２２ｂとは、Ｘ軸方向に沿って周期的に交互に並ぶ。複数のＩｎＧａＡｓＰ層２２ａと複数のＩｎＰ層２２ｂとが並ぶ部分は、回折格子２３として機能する。つまり、回折格子層２２の領域４０は回折格子２３を有する。回折格子２３の周期（ピッチ）は一定であり、例えば２３６．９ｎｍである。
　一方、回折格子層２２の領域４２は、ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａで形成されており、ＩｎＰ層２２ｂを含まない。領域４２では、ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａとＩｎＰ層２２ｂとが周期的に並んでおらず、ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａだけが設けられている。つまり、領域４２は回折格子２３を有さない。すなわち、利得領域１７の両端には回折格子２３が設けられていない。利得領域１７の中央側、および波長制御領域１８には回折格子２３が設けられている。領域４２は、ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａに代えてＩｎＰ層２２ｂだけで形成されてもよい。
　回折格子２３の結合係数κは例えば７１ｃｍ－１である。波長可変光源１０の全体における回折格子２３の長さは４２２μｍである。結合係数κと長さとの積（規格化結合係数）は、およそ３．０である。
　波長可変光源１０は、分布帰還型（ＤＦＢ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザとして機能する。活性層２４は光学利得を有する。電極３２および３６を用いて利得領域１７の活性層２４に電流を注入し、光を生成する。光はＸ軸方向に伝搬し、回折格子層２２の回折格子２３によって特定の波長で発振する。電極３４および３６を用いて波長制御領域１８の波長制御層２５に電流を注入し、波長制御領域１８の屈折率を変化させ、発振波長を変化させる。ＶＯＡ１２により光を減衰し、ＭＯＤ１４により光を変調し、ＳＯＡ１６により光を増幅することができる。
（製造方法）
　図６Ａから図７Ｃは、波長可変レーザ１００の製造方法を例示する断面図であり、波長可変レーザ１００のうち波長可変光源１０の図２に対応する断面を図示している。
　図６Ａに示すように、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより、基板２０の上面に、バッファ層２１およびＩｎＧａＡｓＰ層２２ａをエピタキシャル成長する。
　電子線描画およびフォトリソグラフィなどにより、ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａの上に不図示のマスクを形成する。マスクを用いてＩｎＧａＡｓＰ層２２ａをエッチングすることで、ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａに複数の開口部を形成する。複数の開口部は、Ｘ軸方向に周期的に並ぶ。図６Ｂに示すように、開口部にＩｎＰ層２２ｂをエピタキシャル成長することで、回折格子層２２を形成する。ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａとＩｎＰ層２２ｂとが並ぶ部分に領域４０が形成される。ＩｎＰ層２２ｂが埋め込まれない部分に、領域４２が形成される。マスクは除去する。
　図６Ｃに示すように、回折格子層２２の上に活性層２４および光閉じ込め層をエピタキシャル成長する。活性層２４をＸ軸方向に沿って周期的にエッチングする。図７Ａに示すように、波長制御層２５をエピタキシャル成長する。残存した活性層２４と、成長した波長制御層２５とが並ぶ。
　図７Ｂに示すように、活性層２４および波長制御層２５の上面に、クラッド層２６およびコンタクト層２８を順にエピタキシャル成長する。コンタクト層２８から基板２０のＺ軸方向の途中までエッチングすることで、図４および図５に示したメサ３８を形成する。エッチングした部分に埋込層２９をエピタキシャル成長する。
　図７Ｃに示すように、例えばプラズマＣＶＤ法などにより、コンタクト層２８の上面に絶縁膜３０を形成する。絶縁膜３０に複数の開口部を形成する。真空蒸着およびリフトオフなどにより、コンタクト層２８および絶縁膜３０の上に電極３２および３４を形成する。基板２０の下面には電極３６を形成する。以上の工程で波長可変レーザ１００を形成する。
　図８は、比較例に係る波長可変レーザを例示する断面図であり、図２と同様に波長可変光源１０Ｒの断面を図示している。比較例における回折格子層２２は、領域４２を有さない。回折格子層２２のうち、利得領域１７のＸ軸方向の中央および両端、波長制御領域１８の中央および両端に回折格子２３が設けられている。回折格子２３の結合係数κは例えば５８ｃｍ－１である。結合係数κと、回折格子２３の長さ（例えば４２２μｍ）との積は、およそ３．０である。他の構成は第１実施形態と同じである。
（反射率）
　図９Ａから図１０Ｄは、反射率のスペクトルである。横軸は、光の波長を表す。縦軸は、光の反射率を表す。反射率とは、光が基準位置（例えば領域４３）からＸ軸方向の一方側（例えば図２の左側）に進行し基準位置に戻ってくる際の反射率と、光が基準位置からＸ軸方向のもう一方の側（例えば図２の右側）に進行し基準位置に戻ってくる際の反射率との積である。反射率が１になる波長において、レーザ光が発振する。
　図９Ａから図９Ｃは、比較例における反射率を表す。図９Ａの例では、波長制御領域１８に電流を注入していない。図９Ａの例ではおよそ１５３２ｎｍの波長で、反射率が１になる。すなわち、発振波長は約１５３２ｎｍである。発振波長における反射率のピークをピークＰ０とする。他の波長における反射率は、ピークＰ０よりも低い。
　図９Ｂの例は、波長制御領域１８に電流を注入することで、電流注入をしない場合に比べて、波長制御領域１８の屈折率を－０．４％低下させた例である。ピークＰ０が、図９Ａの波長から短波長側に約２．８ｎｍシフトする。シフト量は、利得領域１７の長さと波長制御領域１８の長さとの和に対する波長制御領域１８の長さの比と、屈折率の変化率との積によって決まる。ピークＰ０から短波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ１ａが発生する。ピークＰ０から長波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、Ｐ１ｂが発生する。ピークＰ０、Ｐ１ａおよびＰ１ｂのうち、ピークＰ０が最も大きい。図９Ｂにおける発振波長は、ピークＰ０の波長である。
　図９Ｃの例は、波長制御領域１８に電流を注入することで、電流注入をしない場合に比べて、波長制御領域１８の屈折率を－０．８％低下させた例である。ピークＰ０は、図９Ａの波長から短波長側に約５．６ｎｍシフトする。ピークＰ０の他に、ピークＰ１ａおよびＰ１ｂ、ピークＰ２ａおよびＰ２ｂが発生する。ピークＰ０から短波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ１ａが発生する。ピークＰ１ａから短波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ２ａが発生する。ピークＰ０から長波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ１ｂが発生する。ピークＰ１ｂから長波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ２ｂが発生する。５つのピークのうち、ピークＰ１ｂが最も大きい。発振波長が、ピークＰ０の波長からピークＰ１ｂの波長に変化する、モードホップが発生する。このように、比較例においては、波長制御領域１８の屈折率を変化させると、モードホップが発生する。このため光を所望の波長で発振することが困難になる。
　図１０Ａから図１０Ｄは、第１実施形態におけるスペクトルである。１つの領域４２の長さは７μｍである。１つの領域４２の長さは１つの利得領域１７の全長の１７．５％に相当する。図１０Ａの例では、波長制御領域１８に電流を注入していない。図１０Ａにおいては、図９Ａと同様に、およそ１５３２ｎｍの波長で、反射率はピークＰ０を示す。すなわち、光はおよそ波長１５３２ｎｍで発振する。
　図１０Ｂの例では、波長制御領域１８に電流を注入し、電流注入をしない場合に比べて、波長制御領域１８の屈折率を‐０．４％低下させる。ピークＰ０が、図１０Ａの波長から短波長側に約２．８ｎｍシフトする。ピークＰ０から短波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ１ａが発生する。ピークＰ０から長波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ１ｂが発生する。ピークＰ０から短波長側に波長間隔Δλ２離れ、ピークＰ１ａから短波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ２ａが発生する。ピークＰ０から長波長側に波長間隔Δλ２離れ、ピークＰ１ｂから長波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ２ｂが発生する。
　ピークＰ２ａは、５つのピークの中で最も小さい。図１０ＢのピークＰ１ａは、図９ＢのピークＰ１ａと同程度の大きさを有する。図１０ＢのピークＰ１ｂは、図９ＢのピークＰ１ｂよりも低い。５つのピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ０のうち、ピークＰ０が最も大きい。
　図１０Ｃの例では、波長制御領域１８に電流を注入することで、波長制御領域１８に電流注入をしない場合に比べて、波長制御領域１８の屈折率を－０．７％低下させる。図１０Ｄの例では、電流注入をしない場合に比べて、波長制御領域１８の屈折率を－０．８％低下させる。ピークＰ０が、図１０Ａの波長から短波長側に約５．６ｎｍシフトする。図１０Ｃの例および図１０Ｄの例においても、ピークＰ０からΔλ１離れた波長にピークＰ１ａおよびＰ１ｂが発生し、Δλ２離れた波長にピークＰ２ａおよびＰ２ｂが発生する。５つのピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ０のうち、ピークＰ０が最も大きい。図１０ＤのピークＰ１ｂは、図９ＣのピークＰ１ｂより小さい。
　図１０Ｂから図１０Ｄのいずれの例においても、５つのピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ０のうち、ピークＰ０が最も大きい。図１０Ｂから図１０Ｄにおいて、モードホップが抑制され、光をピークＰ０の波長で発振することできる。一方、波長制御領域１８の屈折率を－０．９％以上低下させると、ピークＰ１ａがピークＰ０より大きくなり、短波長側にモードホップが発生する恐れがある。
　図１１は、領域４２の長さと、目的とするピークＰ０以外の不要なサブピークの高さとの関係を示す図である。横軸は、１つの波長制御領域１８に対する１つの領域４２の長さの割合である。縦軸は、サブピークの高さ（反射率）を表す。点線はピークＰ２ａの高さを表す。実線はピークＰ１ａの高さを表す。破線はピークＰ１ｂの高さを表す。一点鎖線はピークＰ２ｂの高さを表す。領域４２を設けないとき（領域４２の長さが０）のピークＰ１ｂの大きさを１とする。図１１の例では、波長制御領域１８に電流を注入することで、電流注入を行わないときの屈折率に比べて、波長制御領域１８の屈折率を‐０．７％低下させる。波長可変光源１０の長さと回折格子２３の結合係数との積は３．０である。
　本開示により、領域４２の長さの割合が０より大きくなる場合、サブピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ｂは低下し始める。サブピークＰ２ａは領域４２の長さの割合が０より大きくなるにつれ徐々に増加する。しかし、領域４２の長さの割合が０に近い領域ではサブピークＰ２ａは十分に小さく抑えられている。領域４２の長さの割合が５％の領域では、サブピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂいずれも低く抑えられて、ピークＰ０による発振が優勢になる。領域４２の長さの割合が３０％より大きくなると、サブピークＰ２ａは０．９を超え、割合が３５％の場合は１に近づいてしまう。この場合、ピークＰ０に代わりサブピークＰ２ａによる発振が生じる可能性がある。このため、本開示による好ましい領域４２の長さの割合の範囲は、５％以上、３０％以下である。領域４２の利得領域１７に対する好ましい割合は、波長制御領域１８に印加される屈折率の大きさによって変化する。波長制御領域１８に印加される屈折率が電流注入を行わないときの屈折率に比べて－０．７％以下の場合、上記割合は５％以上、３０％以下である。また波長制御領域１８の屈折率が－０．８以上の場合、上記範囲は１５％以上、２０％以下の範囲である。
　図１２Ａおよび図１２Ｂは、回折格子層２２、活性層２４および波長制御層２５を拡大した図である。図１２Ａは比較例を図示している。図１２Ｂは第１実施形態を図示している。
　波長制御領域１８に電流を注入しない場合、波長制御領域１８の屈折率は、利得領域１７の屈折率に等しい。波長制御領域１８の反射特性および透過特性は、利得領域１７の反射特性および透過特性に等しい。光の発振波長は、利得領域１７および波長制御領域１８の反射特性および利得領域で決まる。図９Ａおよび図１０Ａのように、ピークＰ０の波長でレーザ光が発振する。サブピークは発生しない。
　波長制御領域１８に電流を注入すると、波長制御領域１８の屈折率は、利得領域１７の屈折率よりも低くなる。Ｘ軸方向に沿って、屈折率の高い利得領域１７と、屈折率の低い波長制御領域１８とが周期的に並ぶことになり、図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、周期構造５０が形成される。１つの利得領域１７の中央から最も近い利得領域１７の中央まで、および１つの波長制御領域１８の中央から最も近い波長制御領域１８の中央までが、周期構造５０となる。周期構造５０の長さΔＬ１は、１つの利得領域１７の長さと１つの波長制御領域１８との長さの和に等しく、例えば８０μｍである。
　周期構造５０の周期ΔＬ１ごとに、光の反射率が変化する。例えば、利得領域１７のブラッグ波長が１５３１ｎｍとする。波長制御領域１８の屈折率が利得領域１７の屈折率に対して０．４％低下している場合、波長制御領域１８のブラッグ波長は１５２４．９ｎｍである。波長が１５３１ｎｍの光は、利得領域１７を通過するたびに強く反射される。波長が１５２４．９ｎｍの光は、波長制御領域１８を通過するたびに強く反射される。周期構造５０の周期ΔＬ１ごとに、ブラッグ反射の強さが変わる。
　周期構造５０が共振器として機能することで、サブピークが発生する。光のモードの波長λ０と、当該モードに隣接するモード（サブピーク）の波長との波長間隔Δλは、次の式（１）で決まる。ΔＬは周期構造の周期である。ｎは波長可変レーザ１００の実効屈折率である。
Δλ＝λ０２／２ｎΔＬ　　（１）
　式（１）に、λ０＝１５３２ｎｍ、ｎ＝３．５、ΔＬ１＝８０μｍを代入して得られる波長間隔Δλ１は、４．２ｎｍである。λ０がピークＰ０の波長の場合、ピークＰ０から波長間隔Δλ１離れた波長において光が共振して、サブピークが発生する。λ０がサブピークの波長の場合、当該サブピークから波長間隔Δλ１離れた波長に、別のサブピークが発生する。図９Ｂの例では、周期構造５０によって、ピークＰ０に隣接する２つのサブピーク（ピークＰ１ａおよびＰ１ｂ）が発生する。図９Ｃの例では、周期構造５０によって、４つのサブピーク（ピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ）が発生する。
　図１２Ｂに示すように、第１実施形態においても、波長制御領域１８の屈折率が変化することで周期構造５０が形成される。また、回折格子層２２は、複数の利得領域１７それぞれの両端に領域４２を有する。領域４２には回折格子２３が設けられていない。１つの領域４２から、最も近い領域４２までの周期構造５２が形成される。周期構造５２の長さ（周期ΔＬ２）は、１つの利得領域１７の長さＬ１に等しく、周期構造５０の長さΔＬ１のおよそ半分である。式（１）に周期構造５２の長さΔＬ２を代入することで波長間隔Δλ２が算出される。波長間隔Δλ２は、Δλ１のおよそ２倍であり、８０ｎｍである。
　実施結果に基づく、発明者の推測からすると、ピークＰ０から波長間隔Δλ２離れたピークＰ２ａおよびＰ２ｂは、周期構造５０の共振、および周期構造５２の共振の両方の影響を受ける。周期構造５２の共振モードは、周期構造５０の共振モードに対して同位相になる。このため、図１０Ｂから図１０ＤにおけるピークＰ２ａおよびＰ２ｂは、対応する比較例のピークよりも大きくなる。一方、ピークＰ０から波長間隔Δλ１離れたピークＰ１ａおよびＰ１ｂについては、周期構造５２の共振モードは、周期構造５０の共振モードに対して逆位相になる。このため、第１実施形態においては、周期構造５０の共振モード（ピークＰ１ａおよびＰ１ｂ）が抑制される。
　第１実施形態によれば、波長可変レーザ１００は、複数の利得領域１７と複数の波長制御領域１８とを有する。回折格子層２２は、波長制御領域１８において領域４０を有する。つまり、波長制御領域１８には回折格子２３が設けられている。回折格子層２２は、利得領域１７の両端に領域４２を有する。つまり、利得領域１７の両端に回折格子２３が設けられていない。図１０Ｂから図１０Ｄに示すように、サブピークを低く抑制し、モードホップを抑制することができる。波長制御領域１８の屈折を変化させることでピークＰ０の波長を変化させ、かつピークＰ０の波長でレーザ光を発振することが可能である。
　複数の利得領域１７のうち一部の両端に、回折格子２３が設けられていない場合でも、サブピークを抑制することができる。図２に示すように、回折格子層２２は、複数の利得領域１７それぞれの両端に領域４２を有することが好ましい。つまり、複数の利得領域１７それぞれの両端に回折格子２３が設けられていない。サブピークを効果的に抑制し、所望の波長で発振することが可能である。領域４２の個数は、利得領域１７と波長制御領域１８とでなす境界の全ての個数の７０％以上であることが好ましい。
　１つの利得領域１７の長さに対する１つの領域４２の長さの割合は、例えば５％以上、３０％以下でもよいし、例えば１０％以上、２５％以下などでもよい。領域４２の長さの割合を１７．５％に近づけることで、各サブピークの反射率を十分に低下させることができる。
　回折格子層２２は、ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａとＩｎＰ層２２ｂとを含む。領域４０においては、複数のＩｎＧａＡｓＰ層２２ａと複数のＩｎＰ層２２ｂとがＸ軸方向に交互に並ぶことで、回折格子２３を形成する。領域４２においては、ＩｎＰ層２２ｂが設けられておらず、ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａが設けられている。このため、領域４２に回折格子２３が形成されない。回折格子層２２は、ＩｎＧａＡｓＰ層２２ａおよびＩｎＰ層２２ｂ以外の半導体層を含んでもよい。屈折率の異なる２つの半導体層が交互に並ぶことで、回折格子２３が形成される。
　回折格子層２２は、活性層２４および波長制御層２５とバッファ層２１との間に設けられてもよいし、活性層２４および波長制御層２５とクラッド層２６との間に設けられてもよい。
　利得領域１７に電極３２が設けられている。波長制御領域１８に電極３４が設けられている。利得領域１７と波長制御領域１８とに、互いに独立して電流を注入することができる。利得領域１７から光を出射する。波長制御領域１８の屈折率を変化させることで、光の波長を制御する。利得領域１７の数は７つ以下でもよいし、７つ以上でもよい。波長制御領域１８の数は６つ以下でもよいし、６つ以上でもよい。利得領域１７の長さＬ１は波長制御領域１８の長さＬ２に等しくてもよいし、異なってもよい。例えば長さＬ１およびＬ２を、どちらも４０μｍとしてもよい。例えば長さＬ１を３５μｍとし、長さＬ２を４５μｍとしてもよい。
　波長可変レーザ１００は、波長可変光源１０、ＶＯＡ１２．ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６を備える集積型のレーザ素子である。波長可変光源１０が出射する光の減衰、変調および増幅が可能である。波長可変レーザ１００は例えば１５３２ｎｍから１５３７．６ｎｍの波長で発振が可能であり、波長分割多重通信システムへの応用が可能である。波長可変レーザ１００はＶＯＡ１２、ＭＯＤ１４およびＳＯＡ１６の少なくとも１つを有さずに、波長可変光源１０を有してもよい。
＜第２実施形態＞
　図１３は、波長可変光源１０を例示する断面図であり、図２に対応する断面を図示している。図１３に示すように、第２実施形態における回折格子層２２は、利得領域１７において、回折格子層２２は領域４０を有し、領域４２を有さない。回折格子層２２は、波長制御領域１８のＸ軸方向の中央に領域４０を有し、両端に領域４２を有する。つまり、波長制御領域１８の中央側に回折格子２３が設けられ、両端には回折格子２３が設けられていない。１つの領域４２の長さは、例えば波長制御領域１８の長さの１７．５％である。ｎ型のバッファ層２１の厚さは例えば９８ｎｍである。回折格子２３の結合係数κは例えば６９ｃｍ－１である。結合係数κと回折格子２３の長さ（例えば４３６μｍ）との積は、約３．０である。他の構成は第１実施形態と同じである。また、図示しないが、領域４２は、波長制御領域１８のＸ軸方向の片側の端部のみに位置してもよい。この場合、波長制御領域１８のＸ軸方向の一方側にそろえて位置することが望ましい。
　図１４Ａから図１４Ｃは、反射率のスペクトルである。１つの領域４２の長さは７μｍである。図１４Ａの例では、波長制御領域１８に電流を注入していない。図１４Ａにおいては、およそ１５３２ｎｍの波長で、反射率はピークＰ０を示す。
　図１４Ｂの例では、波長制御領域１８に電流を注入し、電流注入をしない場合に比べて、波長制御領域１８の屈折率を‐０．４％低下させる。ピークＰ０が、図１４Ａの波長から短波長側にシフトする。ピークＰ０の他に、ピークＰ１ｂ、Ｐ２ａおよびＰ２ｂが発生する。ピークＰ０から短波長側に波長間隔Δλ２離れ、ピークＰ１ａから短波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ２ａが発生する。ピークＰ０から長波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ１ｂが発生する。ピークＰ０から長波長側に波長間隔Δλ２離れ、ピークＰ１ｂから長波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ２ｂが発生する。ピークＰ０から短波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークは発生しない。４つのピークＰ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ０のうち、ピークＰ０が最も大きい。
　図１４Ｃの例では、電流注入をしない場合に比べて、波長制御領域１８の屈折率を－０．８％低下させる。ピークＰ０が、図１４Ａの波長から短波長側にシフトする。ピークＰ０からΔλ１離れた波長にピークＰ１ａおよびＰ１ｂが発生し、Δλ２離れた波長にピークＰ２ａおよびＰ２ｂが発生する。５つのピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ０のうち、ピークＰ０が最も大きい。
　図１４Ａから図１４Ｃのいずれの例においても、ピークＰ０が最も大きい。波長制御領域１８の屈折率を－０．８％まで変化させても、モードホップが抑制され、波長可変レーザはピークＰ０の波長で発振する。波長制御領域１８の屈折率を－０．９％以上低下させると、ピークＰ１ｂがピークＰ０より大きくなり、短波長側にモードホップが発生する恐れがある。
　図１５は、領域４２の長さとピークの高さとの関係を示す図である。横軸は、１つの波長制御領域１８に対する１つの領域４２の長さの割合である。縦軸は、ピークの高さ（反射率）を表す。電流注入を行わないときの屈折率に比べて、波長制御領域１８の屈折率を－０．７％低下させる。波長可変光源１０の長さと回折格子２３の結合係数との積は３．０である。
　領域４２の長さの割合が５％よりも大きくなると、ピークＰ１ａ、Ｐ１ｂおよびＰ２ｂは小さくなり、ピークＰ２ａは大きくなる。領域４２の長さの割合が０％から２０％までの範囲では、ピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａおよびＰ２ｂのうち、ピークＰ１ｂが最も大きい。長さの割合が１５％の場合、ピークＰ１ｂの大きさは約０．８まで低下する。長さの割合が１５％から２０％付近の場合、すべてのピークは０．８以下である。長さの割合が２０％を超えると、４つのピークのうちでピークＰ２ｂが最大になる。長さの割合が３０％を超える場合、ピークＰ２ｂの大きさが１に近づき、モードホップが発生する恐れがある。サブピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａおよびＰ２ｂを抑制し、モードホップを抑制するために、領域４２の長さの割合は例えば５％以上、３０％以下が好ましい。
　第２実施形態によれば、回折格子層２２は、利得領域１７において領域４０を有する。つまり、利得領域１７には回折格子２３が設けられている。回折格子層２２は、波長制御領域１８の両端に領域４２を有する。つまり、波長制御領域１８の両端に回折格子２３が設けられていない。サブピークを低く抑制し、モードホップを抑制することができる。
　複数の波長制御領域１８のうち一部の両端に、回折格子２３が設けられていない場合でも、サブピークを抑制することができる。回折格子層２２は、複数の波長制御領域１８それぞれの両端に領域４２を有することが好ましい。つまり、複数の波長制御領域１８それぞれの両端に回折格子２３が設けられていない。サブピークを効果的に抑制し、所望の波長で発振することが可能である。例えば、波長制御領域１８の個数に対する、領域４２を有する波長制御領域１８の個数の割合は、７０％以上であることが好ましい。
　領域４２の波長制御領域１８に対する好ましい割合は、波長制御領域１８に印加される屈折率の大きさによって変化する。波長制御領域１８に印加される屈折率が電流注入を行わないときの屈折率に比べて－０．７％以下の場合、上記割合は５％以上、３０％以下である。また波長制御領域１８の屈折率が－０．８以上の場合、上記範囲は１５％以上、２０％以下の範囲である。１つの波長制御領域１８の長さに対する１つの領域４２の長さの割合は、例えば１０％以上、２５％以下などでもよい。領域４２の長さの割合を１７．５％に近づけることで、各サブピークの反射率を十分に低下させることができる。
＜第３実施形態＞
　図１６は、波長可変光源１０を例示する断面図であり、図２に対応する断面を図示している。図１６に示すように、第３実施形態における回折格子層２２は、利得領域１７および波長制御領域１８において、領域４０および４２を有する。領域４０は、利得領域１７の中央側、および波長制御領域１８の中央側に設けられている。つまり、利得領域１７の中央側、および波長制御領域１８の中央側に回折格子２３が設けられている。領域４２は、Ｘ軸方向において、１つの利得領域１７の端部から、隣接する波長制御領域１８の端部まで延伸する。利得領域１７の両端、および波長制御領域１８の両端には回折格子２３が設けられていない。１つの領域４２は、１つの利得領域１７のＸ軸方向の長さに対する所定割合の長さと、１つの波長制御領域１８の長さの所定割合の長さを合計した長さを占める。ここで所定割合は本実施形態では１７．５％である。また、１つの領域４２が１つの利得領域１７に占める割合は、１つの領域４２が１つの波長制御領域１８に占める割合に等しい。したがって、利得領域１７と波長制御領域１８の長さが異なる場合、利得領域１７と波長制御領域１８の双方に跨る領域４２の中心位置は、利得領域１７と波長制御領域１８の境界からずれて位置することになる。回折格子２３の結合係数κは例えば８９ｃｍ－１である。結合係数κと回折格子２３の長さ（例えば３３８μｍ）との積は、約３．０である。ｎ型のバッファ層２１の厚さは例えば５１ｎｍである。他の構成は第１実施形態と同じである。
　図１７Ａから図１７Ｃは、反射率のスペクトルである。１つの領域４２の長さは７μｍである。図１７Ａの例では、波長制御領域１８に電流を注入していない。図１７Ａにおいては、およそ１５３２ｎｍの波長で、反射率はピークＰ０を示す。ピークＰ０から短波長側に波長間隔Δλ２離れた波長にピークＰ２ａが発生する。ピークＰ０から長波長側に波長間隔Δλ２離れた波長にピークＰ２ｂが発生する。３つのピークのうち、ピークＰ０が最も大きい。
　図１７Ｂの例では、波長制御領域１８に電流を注入し、電流注入をしない場合に比べて、波長制御領域１８の屈折率を－０．４％低下させる。ピークＰ０が、図１７Ａの波長から短波長側にシフトする。ピークＰ０の他に、ピークＰ１ｂ、Ｐ２ａおよびＰ２ｂが発生する。ピークＰ０から長波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークＰ１ｂが発生する。ピークＰ０から短波長側に波長間隔Δλ１離れた波長に、ピークは発生しない。４つのピークＰ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ０のうち、ピークＰ０が最も大きい。
　図１７Ｃの例では、電流注入をしない場合に比べて、波長制御領域１８の屈折率を－０．８％低下させる。ピークＰ０が、図１７Ａの波長から短波長側にシフトする。ピークＰ０からΔλ１離れた波長にピークＰ１ａおよびＰ１ｂが発生する。ピークＰ０からΔλ２離れた波長にピークＰ２ａおよびＰ２ｂが発生する。５つのピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ０のうち、ピークＰ０が最も大きい。図１７Ａから図１７Ｃのいずれの例においても、ピークＰ０が最も大きい。波長制御領域１８の屈折率を－０．８％まで変化させても、モードホップが抑制され、波長可変レーザはピークＰ０の波長で発振する。
　図１８は、領域４２の長さとピークの高さとの関係を示す図である。横軸は、１つの波長制御領域１８に対する１つの領域４２の長さの割合である。縦軸は、ピークの高さ（反射率）を表す。領域４２を設けないとき（領域４２の長さが０）のピークＰ１ｂの大きさを１とする。電流注入を行わないときの屈折率に比べて、波長制御領域１８の屈折率を－０．７％低下させる。波長可変光源１０の長さと回折格子２３の結合係数との積は３．０である。
　領域４２は、１つの利得領域１７のＸ軸方向の長さに対する所定割合の長さと、１つの波長制御領域１８の長さの所定割合の長さとを合計した長さの領域である。領域４２の長さの割合とは、利得領域１７および波長制御領域１８の双方に乗じられる上記所定割合に対応する。領域４２の長さの割合が５％よりも大きくなると、ピークＰ１ａおよびＰ１ｂは小さくなり、ピークＰ２ａおよびＰ２ｂは大きくなる。領域４２の長さの割合が５％から約１５％までの範囲では、ピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａおよびＰ２ｂのうち、ピークＰ１ｂが最も大きい。長さの割合が１０％から３０％までの場合、すべてのピークはおおよそ０．８以下になる。長さの割合がおよそ１５％以上、２０％以下の場合、すべてのピークは０．７以下になる。長さの割合が１５％を超えると、４つのピークのうちでピークＰ２ｂが最大になる。長さの割合が３０％を超える場合、ピークＰ２ａおよびＰ２ｂの大きさが１に近づき、モードホップが発生する恐れがある。サブピークＰ１ａ、Ｐ１ｂ、Ｐ２ａおよびＰ２ｂを抑制し、かつＰ２ａへのモードホップを抑制するために、領域４２の長さの割合は例えば５％以上、３０％以下とする。
　第３実施形態によれば、回折格子層２２は、利得領域１７の両端、および波長制御領域１８の両端に領域４２を有する。つまり、利得領域１７の両端、および波長制御領域１８の両端に回折格子２３が設けられていない。サブピークを低く抑制し、モードホップを抑制することができる。
　複数の利得領域１７のうち一部の両端、および複数の波長制御領域１８のうち一部の両端に、回折格子２３が設けられていない場合でも、サブピークを抑制することができる。回折格子層２２は、複数の利得領域１７それぞれの両端、および複数の波長制御領域１８それぞれの両端に領域４２を有することが好ましい。つまり、複数の利得領域１７それぞれの両端、および複数の波長制御領域１８それぞれの両端に回折格子２３が設けられていない。サブピークを効果的に抑制し、所望の波長で発振することが可能である。例えば、複数の利得領域１７の個数に対する、領域４２を有する利得領域１７の個数の割合は７０％以上であることが好ましい。例えば、複数の波長制御領域１８の個数に対する、領域４２を有する波長制御領域１８の個数の割合は７０％以上であることが好ましい。
　前記した領域４２の長さの割合は、波長制御領域１８に印加される屈折率の大きさによって変化する。波長制御領域１８に印加される屈折率が電流注入を行わないときの屈折率に比べて－０．７％以下の場合、上記長さの割合は５％から３０％である。また波長制御領域１８の屈折率が－０．８以上の場合、上記長さの割合は１５％から２０％の範囲である。１つの波長制御領域１８の長さに対する１つの領域４２の長さの割合は、例えば１０％以上、２５％以下などでもよい。領域４２の長さの割合を１７．５％に近づけることで、各サブピークの反射率を十分に低下させることができる。
　図２、図１３および図１６に示すように、利得領域１７および波長制御領域１８の少なくとも一方の両端において、回折格子２３が設けられていない。利得領域１７および波長制御領域１８の中央における光の強度は、中央以外の部分における強度より大きい。利得領域１７および波長制御領域１８の中央に回折格子２３が設けられていない場合、光が回折格子２３によって反射されにくくなる。利得領域１７および波長制御領域１８の少なくとも一方の両端に回折格子２３を設けず、中央には回折格子２３を設ける。回折格子２３によって光を反射し、波長可変光源１０をＤＦＢレーザとして機能させることができる。また、サブピークを抑制することができる。
　以上、本開示の実施形態について詳述したが、本開示は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
　１０、１０Ｒ　　　　　　　　　　　　　　波長可変光源
　１１　　　　　　　　　　　　　　　　　　光導波路
　１２　　　　　　　　　　　　　　　　　　可変光減衰器
　１３、１５、１９、３２、３４、３６　　　電極
　１４　　　　　　　　　　　　　　　　　　変調器
　１６　　　　　　　　　　　　　　　　　　半導体光増幅器
　１７　　　　　　　　　　　　　　　　　　利得領域
　１８　　　　　　　　　　　　　　　　　　波長制御領域
　２０　　　　　　　　　　　　　　　　　　基板
　２１　　　　　　　　　　　　　　　　　　バッファ層
　２２　　　　　　　　　　　　　　　　　　回折格子層
　２２ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　ＩｎＧａＡｓＰ層
　２２ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　ＩｎＰ層
　２３　　　　　　　　　　　　　　　　　　回折格子
　２４　　　　　　　　　　　　　　　　　　活性層
　２５　　　　　　　　　　　　　　　　　　波長制御層
　２６　　　　　　　　　　　　　　　　　　クラッド層
　２８　　　　　　　　　　　　　　　　　　コンタクト層
　２９　　　　　　　　　　　　　　　　　　埋込層
　３０　　　　　　　　　　　　　　　　　　絶縁膜
　３８　　　　　　　　　　　　　　　　　　メサ
　４０、４２、４３　　　　　　　　　　　　領域
　５０、５２　　　　　　　　　　　　　　　周期構造
　１００　　　　　　　　　　　　　　　　　波長可変レーザ
　

Claims (13)

  1. 　光の伝搬方向に沿って交互に配置された、利得領域および波長制御領域と、
    　前記利得領域と前記波長制御領域のそれぞれに対応して配置された回折格子と、
    　前記利得領域と前記波長制御領域との境界において、前記利得領域の端部および前記波長制御領域の端部のうち少なくとも一方に位置する、複数の前記回析格子を有さない領域と、を備え、
    　前記回折格子を有さない領域の長さは、それが属する前記利得領域の長さまたは前記波長制御領域の長さに対して５％以上３０％以下である波長可変レーザ。
  2. 　前記回折格子を有さない領域の個数は、前記利得領域と前記波長制御領域でなす境界の全ての個数の７０％以上である、請求項１に記載の波長可変レーザ。
  3. 　前記回折格子を有さない領域は、前記利得領域あるいは前記波長制御領域のうち、最も端部にも配置される、請求項１に記載の波長可変レーザ。
  4. 　前記回折格子を有さない領域の長さは、それが属する前記利得領域の長さまたは前記波長制御領域の長さに対して１０％以上２５％以下である請求項１に記載の波長可変レーザ。
  5. 　前記回折格子を有さない領域の長さは、それが属する前記利得領域の長さまたは前記波長制御領域の長さに対して１５％以上２０％以下である請求項１に記載の波長可変レーザ。
  6. 　前記利得領域および前記波長制御領域と光結合する光変調器を更に備える、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の波長可変レーザ。
  7. 　前記利得領域および前記波長制御領域と前記光変調器との間には、可変光減衰器が配置される、請求項６に記載の波長可変レーザ。
  8. 　前記光変調器の出力には、半導体光増幅器が配置される、請求項６または請求項７に記載の波長可変レーザ。
  9. 　前記波長制御領域の屈折率は、電流注入により制御される、請求項１に記載の波長可変レーザ。
  10. 　前記波長制御領域の屈折率は、ヒータにより制御される、請求項１に記載の波長可変レーザ。
  11. 　前記回折格子を有さない領域は、前記利得領域と前記波長制御領域の何れか一方の両端に配置される、請求項１に記載の波長可変レーザ。
  12. 　前記回折格子を有さない領域は、前記利得領域と前記波長制御領域の両方の領域の両端に配置される、請求項１に記載の波長可変レーザ。
  13. 　前記回折格子を有さない領域は、前記利得領域と前記波長制御領域の何れか一方の領域の片方の端部だけに配置される、請求項１に記載の波長可変レーザ。
    　
    　
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