(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化された光半導体装置を提供する。【解決手段】光半導体装置は、入力光軸を第１の分光角の第１分光光軸と、第１の分光角より大きい第２の分光角の第２分光光軸とに分光するビームスプリッタと、ビームスプリッタの第１分光光軸上に配置され、その末端とビームスプリッタとの間隔が第１の長さを有する単数または複数の光学要素を備えた第１のユニットと、ビームスプリッタの第２分光光軸上に配置され、その末端とビームスプリッタとの間隔が第１の長さよりも大きい第２の長さを有する単数または複数の光学要素を備えた第２のユニットと、ビームスプリッタと光結合される第１出力端と、これに対向する第２出力端とを有し、第２出力端が、第１出力端よりも第２のユニットが配置される側に位置する関係で傾斜して配置された、光学利得を有する光半導体素子と、を備える。【選択図】図４
2010226032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光軸を第１の分光角の第１分光光軸と、前記第１の分光角より大きい第２の分光角の第２分光光軸とに分光するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタの第１分光光軸上に配置され、その末端と前記ビームスプリッタとの間隔が第１の長さを有する単数または複数の光学要素を備えた第１のユニットと、
前記ビームスプリッタの第２分光光軸上に配置され、その末端と前記ビームスプリッタとの間隔が前記第１の長さよりも大きい第２の長さを有する単数または複数の光学要素を備えた第２のユニットと、
前記ビームスプリッタと光結合される第１出力端と、これに対向する第２出力端とを有し、前記第２出力端が、前記第１出力端よりも前記第２のユニットが配置される側に位置する関係で傾斜して配置された、光学利得を有する光半導体素子と、
を備えることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記第１のユニットには第１の受光素子が含まれ、前記第２のユニットにはエタロンとその透過光を受光する第２の受光素子が含まれてなることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記光半導体素子は、波長可変レーザであることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記波長可変レーザは、ＳＧ−ＤＢＲ（Sampled Grating Distributed Bragg Reflector）、ＳＧ−ＤＦＢ（Sampled Grating Distributed Feedback）、及びＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）が連結されてなることを特徴とする請求項３記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記第２出力端の光軸は、前記光半導体素子が搭載されるパッケージの中心軸と実質的に同一であることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学利得を有する光半導体素子を有する光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学利得を有する光半導体素子の一種である半導体レーザに、エタロンを含む波長ロッカ部を組み合わせたレーザ装置（光半導体装置）が知られている。波長ロッカ部を用いることにより、レーザの出力波長を高い精度で安定化させることができる。このようなレーザ装置は、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０８４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような波長ロッカ部を有するレーザ装置では、半導体レーザの出力光軸上に波長ロッカ部が配置されるため、装置が当該出力光軸の方向に延長される。このように、波長ロッカ部等の光学部品を組み合わせたレーザ装置では、装置の小型化が難しいという課題があった。
【０００５】
特に、ＳＧ−ＤＢＲ（Sampled Grating Distributed Bragg Reflector）領域、ＳＧ−ＤＦＢ（Sampled Grating Distributed Feedback）領域等を備えた波長可変レーザは、チップ全長が大きくなる傾向にある。このような波長可変レーザを備えるレーザ装置では、装置の小型化が特に難しいという課題があった。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、光半導体素子及びその周辺の光学部品の実装面積を低減することにより、小型化された光半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本光半導体装置は、入力光軸を第１の分光角の第１分光光軸と、前記第１の分光角より大きい第２の分光角の第２分光光軸とに分光するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタの第１分光光軸上に配置され、その末端と前記ビームスプリッタとの間隔が第１の長さを有する単数または複数の光学要素を備えた第１のユニットと、前記ビームスプリッタの第２分光光軸上に配置され、その末端と前記ビームスプリッタとの間隔が前記第１の長さよりも大きい第２の長さを有する単数または複数の光学要素を備えた第２のユニットと、前記ビームスプリッタと光結合される第１出力端と、これに対向する第２出力端とを有し、前記第２出力端が、前記第１出力端よりも前記第２のユニットが配置される側に位置する関係で傾斜して配置された、光学利得を有する光半導体素子と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記の構成によれば、光半導体素子を出力光軸に対して傾斜させることで、第１の出力端からの出力光軸に平行な方向における光半導体装置の長さを短縮することができる。また、光半導体素子の第２の出力端と同じ側に、その末端と前記ビームスプリッタとの間隔が前記第１の長さよりも大きい第２の長さを有する第２のユニットを配置することで、光半導体素子の出力光軸に垂直な方向におけるレーザ装置の長さを短縮することができる。これにより、光半導体素子及びその周辺の光学部品の実装面積を低減することができるため、光半導体装置を小型化することができる。
【０００９】
上記構成において、前記第１のユニットには第１の受光素子が含まれ、前記第２のユニットにはエタロンとその透過光を受光する第２の受光素子が含まれてなる構成とすることができる。第２のユニットにはエタロンが含まれているため、ユニットのサイズが第１のユニットより大きくなる。従って、このような光半導体装置は、本発明の構成を採用するのに適している。
【００１０】
上記構成において、前記光半導体素子は、波長可変レーザである構成とすることができる。波長可変レーザは、レーザ本体の全長が長くなる傾向にあるため、本発明の構成を採用するのに適している。
【００１１】
上記構成において、前記波長可変レーザは、ＳＧ−ＤＢＲ、ＳＧ−ＤＦＢ、及びＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）が連結されてなる構成とすることができる。ＳＧ−ＤＢＲ、ＳＧ−ＤＦＢ、及びＳＯＡが連結された波長可変レーザは、レーザ本体の全長がかなり長くなる傾向にあるため、本発明の構成を採用するのに特に適している。
【００１２】
上記構成において、前記第２出力端の光軸は、前記光半導体素子が搭載されるパッケージの中心軸と実質的に同一である構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光半導体装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、比較例１のレーザ装置における半導体レーザ及びその周辺の構成を示した上面図である。
【図２】図２は、図１における半導体レーザの詳細な構成を示した断面図である。
【図３】図３は、比較例２のレーザ装置における半導体レーザ及びその周辺の構成を示した上面図である。
【図４】図４は、本発明の原理図である。
【図５】図５は、実施例１のレーザ装置における半導体レーザ及びその周辺の構成を示した上面図である。
【図６】図６は、実施例１に係るレーザ装置の全体構成を示した上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
最初に、比較例となるレーザ装置（比較例１、比較例２）について説明を行う。
（比較例１）
【００１６】
図１は、比較例１のレーザ装置１００Ａにおける半導体レーザ及びその周辺の構成を示した上面図である。レーザ装置１００Ａにおける半導体レーザ１０は、レーザ光を出力する第１の出力端１８及び第２の出力端１９を有する。第１の出力端１８から出力された光は、第１のレンズ３０を介して波長ロッカ部２０へと出力される。第１の出力端と反対側の第２の出力端１９から出力された光は、第２のレンズ３２を介して外部へと出力される。
【００１７】
図２は、図１における半導体レーザ１０の詳細な構成を示した断面図である。半導体レーザ１０は、ＳＧ−ＤＢＲ領域１１、ＳＧ−ＤＦＢ領域１２、及びＳＯＡ領域１３が順に連結されてなる波長可変レーザである。
【００１８】
ＳＧ−ＤＢＲ領域１１は、反射スペクトルのピーク波長が周期的に分布する部分回折格子ミラーであり、グレーティングが所定の間隔で設けられた光導波路を含む。ＳＧ−ＤＢＲ領域１１の光導波路は、吸収端波長がレーザ発信波長よりも短波長側にある半導体結晶からなる。また、ＳＧ−ＤＢＲ領域１１上にはヒータ１４が設けられており、ヒータ１４からの熱によりＳＧ−ＤＢＲ領域１１の光導波路の等価屈折率が所定の値に制御される。
【００１９】
ＳＧ−ＤＦＢ領域１２は、利得スペクトルのピーク波長が周期的に分布する部分回折格子活性領域であり、グレーティングが所定の間隔で設けられた光導波路を含む。ＳＧ−ＤＦＢ領域１２の光導波路は、目的とする波長でのレーザ発信に対して利得を有する半導体結晶からなる。ＳＧ−ＤＦＢ領域１２上には電極１５が設けられており、電極１５に供給される電流によりＳＧ−ＤＦＢ領域１２内の光導波路において光が発生する。
【００２０】
ＳＯＡ領域１３は、電流制御によって光に利得を与える（または、光を吸収する）ための半導体結晶からなる光導波路を含む。ＳＯＡ領域１３上には電極１６が設けられ、電極１６に供給される電流により出力光の光強度が制御される。
【００２１】
ＳＧ−ＤＢＲ領域１１、ＳＧ−ＤＦＢ領域１２、及びＳＯＡ領域１３の光導波路は、互いに光結合している。図２においては、第１の出力端１８側がＳＧ−ＤＢＲ領域１１、第２の出力端１９側がＳＯＡ領域１３となっているが、これらの配置関係は逆であってもよい。
【００２２】
以下の説明では、半導体レーザ１０の第１の出力端１８からの出力光軸５０を基準として、当該出力光軸に平行な方向をＸ方向、当該出力光軸に垂直な方向をＹ方向と称する。後述する図３〜図６の説明においても同様の表現を用いるものとする。
【００２３】
図１に示すように、波長ロッカ部２０は、ビームスプリッタ２２、受光素子２４及び２６、並びにエタロン２８から構成されている。ビームスプリッタ２２は、半導体レーザ１０からの出力光をＸ方向とＹ方向の２方向に分光する。Ｙ方向の分光光軸５４上には受光素子２４が配置され、Ｘ方向の分光光軸５２上には、ビームスプリッタ２２に近い側から順にエタロン２８及び受光素子２６が配置されている。
【００２４】
受光素子２４は、エタロンを介さずに半導体レーザ１０からの出力光を受光することにより、出力光の光強度を検出する。エタロン２８は、波長に対する透過率が周期的に変化する特性を有するため、特定の波長の光のみを選択的に透過させることができる。受光素子２６は、エタロン２８を介して半導体レーザ１０からの出力光を受光し、受光素子２４における光強度との比からレーザ光の波長を検出する。このように、波長ロッカ部２０では、半導体レーザ１０の出力光の光強度及び波長の双方を検出する。当該検出結果は、波長可変レーザである半導体レーザ１０のフィードバック制御等に用いられる。
【００２５】
以下の説明では、ビームスプリッタ２２からの２つの分光光軸上に配置された受光素子のうち、単独で配置された受光素子を第１の受光素子、エタロンと組み合わせて配置された受光素子を第２の受光素子と称する。図１では、受光素子２４が第１の受光素子に相当し、受光素子２６が第２の受光素子に相当する。後述する図３〜図６の説明においても同様の表現を用いるものとする。なお、第１の受光素子２４（第１のユニット）と、第２の受光素子２６及びエタロン２８の組み合わせ（第２のユニット）とを比較すると、後者の部品点数の方が多い。このため、ビームスプリッタ２２からその末端までの間隔は、第２のユニットの方が大きくなる。
【００２６】
比較例１のレーザ装置１００Ａでは、半導体レーザ１０はその長手方向が出力光軸５０と平行になるように配置されている。図２で説明したように、半導体レーザ１０はＳＧ−ＤＢＲ領域１１、ＳＧ−ＤＦＢ領域１２、及びＳＯＡ領域１３を備えた波長可変レーザであり、これらの領域を有しないレーザに比べて全長が長い。また、部品点数の多いユニットが、Ｘ方向の分光光軸５２上に配置されている。以上のことから、レーザ装置１００Ａは、Ｘ方向において長くなってしまい小型化が難しい。
（比較例２）
【００２７】
図３は、比較例２のレーザ装置１００Ｂにおける半導体レーザ及びその周辺の構成を示した上面図である。比較例１（図１）と共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００２８】
比較例２のレーザ装置１００Ｂでは、ビームスプリッタ２２からのＸ方向の分光光軸５２上には第１の受光素子２４が配置され、Ｙ方向の分光光軸５４上には、ビームスプリッタ２２に近い側から順にエタロン２８及び第２の受光素子２６が配置されている。すなわち、ビームスプリッタ２２の分光に対する第１の受光素子２４、第２の受光素子２６、及びエタロン２８の配置関係が、それぞれ比較例１とは逆になっている（ビームスプリッタ２２の分光角の大きい方に、第２の受光素子２６とエタロン２８が配置されている）。
【００２９】
比較例２のレーザ装置１００Ｂでは、第１の受光素子２４をＸ方向の分光光軸５２上に配置することにより、比較例１に比べてＸ方向における装置の長さを短縮することができる。しかしながら、部品点数の多いユニットをＹ方向の分光光軸５４上に配置せざるを得ない。この場合、比較例１に比べて装置の長さがＹ方向において長くなってしまう。その結果、半導体レーザ１０の分光光軸５４に並行な領域に、不要なスペースができてしまう。
【００３０】
このように、比較例１及び比較例２に係るレーザ装置の構成では、装置の小型化を図ることが難しい。
（発明の原理）
【００３１】
以上説明した比較例１及び２に対し、本発明は以下の構成を採用するものである。
【００３２】
図４は、本発明の原理図である。比較例１及び２（図１〜図３）と共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３３】
図４に示すように、第１のユニット１１０と第２のユニット１２０は、それぞれ光学要素を含んでいる。そして本発明では、ビームスプリッタ２２の分光角度の大きい側の光軸（第２分光光軸５４）上に第２のユニット１２０が設けられている。また、第２のユニット１２０は第１のユニット１１０に比較して、ビームスプリッタ２２から光学要素の末端までの距離Ｌが大きい（Ｌ１＜Ｌ２）。このため、前記したように不要なスペースが生じることになる。これに対して本発明では、光半導体素子１３０の第１出力端１３２よりも第２出力端１３４の方が、第２分光光軸５４の側に傾斜して配置された構成を採用する。この構成によれば、前記したスペースに光半導体素子１３０を配置することができる。このため、本発明の構成によれば、全体としての占有面積が縮小される。
【００３４】
なお、以上の説明で示した第１のユニット１１０あるいは第２のユニット１２０における光学要素は、単数であっても複数であっても良い。典型的には、ユニットに内在される光学要素の数が大きい方が、ビームスプリッタ２２からその光学要素の末端までの距離が大きくなる。しかし、光学要素が複数のユニットよりも、光学要素が単数のユニットの方が、ビームスプリッタ２２から光学要素の末端までの距離が大きくなる場合もあることに留意するべきである。
【００３５】
また、両ユニットに含まれる光学要素は、比較例１及び２で示された受光素子あるいはエタロンあるいはその組み合わせに限るものではない。たとえば、外部共振器を構成するためのミラーも本発明で採用しえる光学要素である。また、光半導体素子１３０は、典型的には半導体レーザを指すが、光学利得を有する光半導体素子であれば、これに限るものではない。たとえば、光半導体増幅器であってもよいし、前述した波長可変レーザにさらに光変調器を集積化したものであってもよい。
【実施例１】
【００３６】
図５は、実施例１のレーザ装置１００における半導体レーザ及びその周辺の構成を示した上面図である。比較例１（図１）及び比較例２（図３）と共通する構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、実施例１における半導体レーザ１０は波長可変レーザであり、その詳細な構成は比較例１（図２）で説明したものと同様である。
【００３７】
実施例１のレーザ装置１００では、半導体レーザ１０が、第１の出力端１８からの第１の出力光軸５０に対して長手方向が傾斜するように配置されている。図示するように、出力光軸５０に対する半導体レーザ１０の傾斜角は２５°である。半導体レーザ１０を出力光軸５０に対して斜めに配置するためには、例えば出力端面を傾斜させた構造、出力端（１８、１９）における光導波路を半導体レーザ１０本体に対して傾斜させた構造等を採用することができる。また、第２の出力端１９からの第２の出力光軸５６は、第１の出力端１８からの第１の出力光軸５０と平行になるように設定されている。
【００３８】
波長ロッカ部２０の構成は比較例２と同様であり、Ｘ方向の分光光軸５２上に第１の受光素子２４が、Ｙ方向の分光光軸５４上に第２の受光素子２６及びエタロン２８を組み合わせたユニットがそれぞれ配置されている。
【００３９】
実施例１のレーザ装置１００では、部品点数の多いユニットがＹ方向の分光光軸上に配置されているため、比較例１と比べてＸ方向において短くなる。また、半導体レーザ１０が第１の出力光軸５０に対して傾斜するように配置されているため、比較例２と比べてもＸ方向において短くなる。このように、実施例１のレーザ装置１００によれば、比較例１及び比較例２に比べてＸ方向における装置の長さを短縮することができる。
【００４０】
また、実施例１のレーザ装置１００では、エタロン２８を含むユニットが、第１の出力端１８からの出力光軸５０に対して、半導体レーザ１０の第２の出力端１９と同じ側に配置されている。このため、比較例２に比べてＹ方向における装置の長さの拡大を抑制することができる。
【００４１】
実施例１のレーザ装置１００は、比較例１のレーザ装置１００Ａに比べてＸ方向の長さが大幅に短縮されており、装置が小型化されている。また、比較例２のレーザ装置１００Ｂに対しては、半導体レーザ１０の傾斜の分だけＸ方向の長さが短縮され、かつＹ方向の長さは変わらないため、同様に装置が小型化されている。以上のように、実施例１に係るレーザ装置１００は、半導体レーザ１０及びその周辺の光学部品の実装面積（図１、図３、及び図５において破線で囲まれた領域）を低減することにより、比較例に対して装置全体を小型化することができる。
【００４２】
実施例１では、半導体レーザ１０の第１の出力端１８からの出力光を、ビームスプリッタ２２によりＸ方向とＹ方向の２方向に分光する構成としたが、分光の方向はこれに限定されるものではない。例えば、基準となる第１の出力光軸５０に対する第１の分光光軸５２の角度は、Ｘ方向に対し±１０°の範囲における任意の値であってもよい。また、第１の出力光軸５０に対する第２の分光光軸５４の角度は、Ｙ方向に対し±１０°の範囲における任意の値であってもよい。この場合、第２の受光素子２６及びエタロン２８は、Ｙ方向に近い（Ｙ方向±１０°）第２の分光光軸５４上に配置される。換言すれば、第２の受光素子２６及びエタロン２８は、半導体レーザ１０の第１の出力端１８からの第１の出力光軸５０に対して、半導体レーザ１０の第２の出力端１９と同じ側に配置されていればよい。この構成でも、比較例に比べて半導体レーザ１０及び波長ロッカ部２０における光学部品の実装面積を低減することができる。
【００４３】
また、実施例１では第１の出力光軸５０に対する半導体レーザ１０の傾斜角を２５°としたが、当該傾斜角はこれに限定されるものではない。半導体レーザ１０の傾斜角は、第１の出力光軸に対し２０°から３０°の範囲内であることが好ましい。
【００４４】
また、実施例１では、ＳＧ−ＤＢＲ領域１１、ＳＧ−ＤＦＢ領域１２、及びＳＯＡ領域１３を備えた半導体レーザ１０を用いたが、半導体レーザの形態は上記以外のものであってもよい。また、波長可変レーザ以外の半導体レーザを用いてもよい。ただし、波長可変レーザは一般的にレーザの全長が比較的長いため、本実施例の構成による小型化に適している。また、ＳＧ−ＤＢＲ、ＳＧ−ＤＦＢ、及びＳＯＡが連結された波長可変レーザは、一般的にレーザの全長が長くなるため、本発明の構成による小型化に特に適している。
【００４５】
最後に、上記実施例１の半導体レーザ１０を備えたレーザ装置１００の全体構成について説明する。
【００４６】
図６は、実施例１に係るレーザ装置１００の全体構成を示した上面図である。図５と共通の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図示するように、パッケージ８０の内部には第１のキャリア６０及び第２のキャリア７０が配置されている。第１のキャリア６０は第１の温度制御装置６２上に、第２のキャリア７０は第２の温度制御装置７２上にそれぞれ搭載されている。
【００４７】
第１のキャリア６０上には、図５の構成のうち半導体レーザ１０、第１のレンズ３０、及び第２のレンズ３２が配置されている。第１のキャリア６０上にはさらに、第２のビームスプリッタ６４及び第３の受光素子６６が配置されている。第２のビームスプリッタ６４は、半導体レーザ１０の第２の出力端１９から出力された光を、第３の受光素子６６の方向（Ｙ方向）及び外部への出力方向（Ｘ方向）に分光する。第３の受光素子６６は、第２のビームスプリッタ６４により分光された光を受光することにより、レーザ装置１００から外部に出力される光をモニタリングする。
【００４８】
第１のキャリア６０から隔離された第２のキャリア７０には、第１のビームスプリッタ２２（図５のビームスプリッタ２２と同じ）、第１の受光素子２４、第２の受光素子２６、及びエタロン２８を含む波長ロッカ部２０が配置されている。これら波長ロッカ部２０の光学部品は、第２のキャリア７０の下に位置する第２の温度制御装置７２により温度制御される。
【００４９】
半導体レーザ１０の第２の出力端１９から出力された光は、出力部９０を介して外部へと出力される。このとき、半導体レーザ１０は、第２の出力端１９からの第２の出力光軸５６が、パッケージ８０の中心軸８２と重なるように配置されることが好ましい。
【００５０】
以上のように、図６に示すレーザ装置１００では、半導体レーザ１０及び波長ロッカ部２０の配置を図５と同じにすることで、実装面積を低減し、装置の小型化を図っている。
【００５１】
また、図６に示すレーザ装置１００では、半導体レーザ１０が第１の温度制御装置６２上に配置され、ビームスプリッタ２２、第１の受光素子２４、第２の受光素子２６、及びエタロン２８は第２の温度制御装置７２上に配置されている。これらは共通の温度制御装置上に配置されていてもよいが、図６のように別々の温度制御装置上に配置される構成とすることで、半導体レーザ１０の波長制御に伴う温度変化が波長ロッカ部２０の光学部品に与える影響を抑制することができる。特に、エタロン２８は温度変化の影響を受けやすいため、このように第１の温度制御装置６２とは別の第２の温度制御装置７２上に配置されることが好ましい。
【００５２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例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発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    半導体レーザ
１１    ＳＧ−ＤＢＲ領域
１２    ＳＧ−ＤＦＢ領域
１３    ＳＯＡ領域
１８    第１の出力端
１９    第２の出力端
２０    波長ロッカ部
２２    ビームスプリッタ
２４    第１の受光素子
２６    第２の受光素子
２８    エタロン
１１０  第１のユニット
１２０  第２のユニット
１３０  光半導体素子
【図１】
2010226032.tif 000003
【図２】
2010226032.tif 000004
【図３】
2010226032.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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