(57)【要約】【課題】広帯域な波長帯域を有し且つ短波長側の光の再吸収損失を抑制することができる半導体光増幅器及び波長可変光源装置を提供する。【解決手段】半導体光増幅器３０のＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層１６は、２つの光導波路１６Ａ、１６Ｂ、入力された光を光導波路１６Ａ、１６Ｂに分波する分波部１６Ｃ、光導波路１６Ａ、１６Ｂからの光を合波する合波部１６Ｄを含む。２つの光導波路１６Ａ、１６Ｂは、一方の光導波路が、短波側の予め定めた第１の中心波長に対して利得を有するように形成され、他方の光導波路が第１の中心波長と異なる長波側の予め定めた第２の中心波長に対して利得を有するように形成される。【選択図】図１
2010118476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得中心波長が異なる複数の導波手段と、入力された光を前記複数の導波手段に分波する分波手段と、前記複数の導波手段からの光を合波して出力する合波手段と、を備えた活性層が、クラッド層に挟まれて成る
半導体光増幅器。
【請求項２】
共振器軸が光入射面及び光出射面と直交する方向に対して６度以上の角度を成している
請求項１記載の半導体光増幅器。
【請求項３】
光入射面及び光出射面に反射防止膜がコートされた
請求項１又は請求項２記載の半導体光増幅器。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器から出射された光から所定波長の光を選択して前記半導体光増幅器に入射させる波長選択手段と、
を備えた波長可変光源装置。
【請求項５】
前記波長選択手段により選択された波長を検出する波長検出手段と、
前記波長検出手段により検出された波長に基づいて前記半導体光増幅器の駆動電流を制御する制御手段と、
をさらに備えた請求項４記載の波長可変光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光増幅器及び波長可変光源装置に係り、特に、バンドギャップの異なる複数の光導波路を備えた半導体光増幅器及び波長可変光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長可変光源を作製する場合、広い波長帯域を確保するためには、通常、半導体が利得媒質として使用される。また、帯域を可能な限り拡げるために活性層に様々な工夫が施されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、活性層をバンドギャップの異なる２層以上の積層構造として広帯域化を図る技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、特許文献１記載の技術と同様に、異なる量子井戸活性層を複数配置した構造とする技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、活性層が、直列に即ち光の伝搬方向にバンドギャップの異なる複数の活性層に分割配置された技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、光の伝搬方向にバンドギャップが段階的に変化した構造の活性層を有する半導体レーザを波長可変レーザへ適用した技術が開示されている。
【特許文献１】特開平３−７６１８６号公報
【特許文献２】特開平６−２８３８２４号公報
【特許文献３】特開２０００−４０８５３号公報
【特許文献４】特開２００４−２４７３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば特許文献３及び特許文献４に記載された技術は、波長可変帯域を拡げるために有効な技術であるが、この構造では短波長側の光、すなわち高いエネルギーを有する光に関しては、利得媒質内において再吸収が起きてしまう。これは短波長側の高いエネルギーの光はエネルギーの低い長波長側で吸収されてしまうからであり、この現象は波長帯域が広ければ広いほど顕著となる。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、広帯域な波長帯域を有し且つ短波長側の光の再吸収損失を抑制することができる半導体光増幅器及び波長可変光源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】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１記載の半導体光増幅器の発明は、利得中心波長が異なる複数の導波手段と、入力された光を前記複数の導波手段に分波する分波手段と、前記複数の導波手段からの光を合波して出力する合波手段と、を備えた活性層が、クラッド層に挟まれて成ることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、活性層が、利得中心波長が異なる複数の導波手段と、入力された光を複数の導波手段に分波する分波手段と、複数の導波手段からの光を合波して出力する合波手段と、を備えているので、短波長側の光が再吸収されてしまうのを防ぐことができ、広帯域な波長帯域を実現することができる。
【００１１】
また、請求項２に記載したように、共振器軸が光入射面及び光出射面と直交する方向に対して６度以上の角度を成していることが好ましい。これにより、戻り光によるノイズを効果的に低減することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載したように、光入射面及び光出射面に反射防止膜がコートされた構成としてもよい。
【００１３】
請求項４記載の波長可変光源装置の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器から出射された光から所定波長の光を選択して前記半導体光増幅器に入射させる波長選択手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の半導体光増幅器を備えた構成であるため、簡便な構成で広帯域な波長帯域を有する波長可変光源装置が得られる。
【００１５】
また、請求項５に記載したように、前記波長選択手段により選択された波長を検出する波長検出手段と、前記波長検出手段により検出された波長に基づいて前記半導体光増幅器の駆動電流を制御する制御手段と、をさらに備えた構成としてもよい。これにより、精度良く所定波長の光を出射させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、広帯域な波長帯域を有し且つ短波長側の光の再吸収損失を抑制することができる、という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
【００１８】
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１には、本実施形態に係る半導体光増幅器の製造方法について示した。
【００１９】
本実施形態に係る半導体光増幅器は、詳細は後述するが、活性層に、２つの異なる波長域に利得を有する２つの光導波路が並列に配置され、この２本の導波路の両端にスラブ導波路からなるマルチモード干渉型（ＭＭＩ）光結合器が配置された構成である。これにより１×２タイプの合波及び分波が可能となる。
【００２０】
以下、半導体光増幅器の製造方法について説明する。
【００２１】
まず、図１（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１０上に第１回目の結晶成長工程においてｎ−ＩｎＧａＰクラッド層１２を成長させた後、続けてＳｉＯ２膜１４を製膜し、選択的にＳｉＯ２膜１４をパターニングする。具体的には、２つのストライプ状の光導波路及びマルチモード干渉型光結合器を形成するためのパターンとなるようにＳｉＯ２膜１４を製膜する。
【００２２】
そして、第２回目の結晶成長工程に投入し、図１（Ｂ）に示すように、ＳｉＯ２膜１４をマスクとして、ＧａＡｓ光導波層（図示せず）、ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層１６、ＧａＡｓ光導波層（図示せず）、及びｐ−ＩｎＧａＰクラッド層（図示せず）を選択成長させた後、ＳｉＯ２膜１４を除去する。これにより、２つの光導波路１６Ａ、１６Ｂと、分波部１６Ｃ及び合波部１６Ｄから成るＭＭＩ結合器と、が形成される。なお、２つの光導波路１６Ａ、１６Ｂは、一方の光導波路が、短波側の予め定めた第１の中心波長に対して利得を有するように形成され、他方の光導波路が第１の中心波長と異なる長波側の予め定めた第２の中心波長に対して利得を有するように形成される。本実施形態では、光導波路１６Ａが短波長用、光導波路１６Ｂが長波長用であるものとして説明する。
【００２３】
次に、図１（Ｃ）に示すように、選択成長した光導波路１６Ａ、１６Ｂ、分波部１６Ｃ、及び合波部１６Ｄ上にＳｉＯ２膜１８をパターニングする。
【００２４】
そして、このＳｉＯ２膜１８をマスクとして図１（Ｄ）に示すようにｐ−ＩｎＧａＰ電流ブロック層及びｎ−ＩｎＧａＰ電流ブロック層から成る電流ブロック層２０を第３回目の成長にて製膜する。
【００２５】
その後、ＳｉＯ２膜１８を除去し、図１（Ｅ）に示すように、全面にｐ−ＩｎＧａＰ上部クラッド層（図示省略）、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２を製膜する。
【００２６】
そして、図１（Ｆ）に示すように、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２上にはｐ型電極層２４を、ｎ−ＧａＡｓ基板裏面にはｎ型電極層２６をそれぞれ形成する。
【００２７】
ｐ型電極層２４は、光導波路１６Ａ用の電極２４Ａ、光導波路１６Ｂ用の電極２４Ｂ、分波部１６Ｃ用の電極２４Ｃ、合波部１６Ｄ用の電極２４Ｄに分離されている。これは、分離部２８にマスクを形成してからｐ型電極層を形成することで分離した各電極を形成することができる。なお、全面に単一のｐ型電極層を設けた後に分離部２８に相当する部分のｐ型電極層を除去するようにしてもよい。このようにして、半導体光増幅器３０が作製される。
【００２８】
このように、各光導波路用に電極が分離されているため、光導波路毎に任意の電流値を設定することができる。すなわち、波長毎に利得を変化させることが可能である。これにより、発振スペクトルのプロファイル形状を制御するが可能となる。
【００２９】
また、分波部１６Ｃと合波部１６Ｄにも独立して電流を流せるように電極が分離されているのは、分波部１６Ｃ及び合波部１６Ｄにもある程度の電流を注入することにより損失を低減することができるためである。
【００３０】
なお、図１（Ｆ）に示すように、半導体光増幅器３０の共振器軸方向Ａ、すなわち光導波路１６Ａ、１６Ｂの長手方向は、光入射面３０Ａ及び光出射面３０Ｂと直交する方向Ｂに対して所定角度θを成している。また、光入射面３０Ａ及び光出射面３０Ｂには、反射防止膜がコートされる。所定角度θは、戻り光によるノイズが低減される角度に設定され、一例として６度以上であることが好ましい。これにより、戻り光によるノイズが効果的に低減される。
【００３１】
上記の製造方法では、２つの光導波路１６Ａ、１６Ｂのバンドギャップを変調させるために、選択成長用のマスクであるＳｉＯ２膜１４のうち、図１（Ａ）に示すように光導波路１６Ａ、１６Ｂが形成される領域に隣接するマスクの幅を変化させている。選択成長では、マスク幅の広い部分が狭い部分と比較してマスクに隣接する領域の成長が早くなる性質がある。上記の製造方法では、この性質を利用することにより、すなわち２本の光導波路１６Ａ、１６Ｂの外側に隣接するマスクのマスク幅を変えることにより、バンドギャップの異なる光導波路１６Ａ、１６Ｂを形成している。
【００３２】
このように、半導体光増幅器３０は、バンドギャップの異なる光導波路を直列に配置するのではなく、素子の内部にて２本の光導波路１６Ａ、１６Ｂを並列に配置し、素子端面の入力部に分波部１６Ｃを、出力部に合波部１６Ｄを配置している。このような構造とすることにより、入力された短波長側の光のうち、長波長用の光導波路１６Ｂに分岐した光は吸収されてしまうものの、短波長用の光導波路１６Ａに分岐した光は増幅されるために、出力する光は一定の光量が確保される。
【００３３】
これに対し、従来のように直列に利得媒質を配置した構造では、全ての短波長側の光が吸収されてしまう可能性があるが、本実施形態に係る半導体光増幅器３０のような構造の場合、短波長の光が再吸収により一部減衰する可能性はあるものの、その損失は従来と比較して大幅に改善することができる。
【００３４】
このような半導体光増幅器３０は、例えば自発光光源となるスーパールミネッセントダイオードとして、計測用の多波長光源として利用可能であり、通信、計測、医療、印刷、画像処理の分野での光源に用いることができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、マルチモード干渉型光結合器を用いた場合について説明したが、これに限らず、例えば図２（Ａ）に示すように、２本の光導波路１６Ａ、１６Ｂを近接させて配置する方向性結合器でもよい。この場合、光導波路１６Ａ、１６Ｂが最も近接する部分が分波部１６Ｃ、合波部１６Ｄとして機能する。また、同図（Ｂ）に示すように、入力された光を分波するＹ字型の分波部１６Ｃ、光導波路１６Ａ、１６Ｂからの光を合波するＹ字型の合波部１６Ｄを備えた構成としてもよい。
【００３６】
また、本実施形態で説明したマルチモード干渉型結合器及び図２（Ａ）に示した方向性結合器は、設計を工夫することにより分岐する割合を変化させることが可能である。従って、短波長用と長波長用とで分岐比が変わるように設計することにより、再吸収される光を少なくし、逆に増幅される割合を増やすことが可能である。
【００３７】
（第２実施形態）
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態で説明した半導体光増幅器３０を用いた波長可変レーザについて説明する。
【００３９】
図３に示すように、波長可変レーザ４０は、リング共振器型波長可変レーザであり、半導体光増幅器３０、半導体光増幅器３０を制御する半導体光増幅器制御部４２、戻り光を防止するアイソレータ４４Ａ、４４Ｂ、波長を選択するための波長フィルタ４６、波長フィルタ４６を制御する波長フィルタ制御部４８、光を取り出すための光カプラ５０、及び光ファイバ５２を含んで構成されている。光ファイバ５２は、半導体光増幅器制御部４２、アイソレータ４４Ａ、４４Ｂ、波長フィルタ４６、及び光カプラ５０とリング状に接続される。
【００４０】
なお、波長選択手段としては、波長フィルタに限らず、回折格子を動かすものでもよいし、エタロン共振器を用い、その間隔を変化させるものでもよい。
【００４１】
一般的に、波長可変レーザでは広い波長可変動作が求められるが、利得波長が一定である通常の半導体素子が約３０〜５０ｎｍ程度の波長可変範囲しか得られないのに対し、本実施形態に係る半導体光増幅器３０は、活性層が異なる利得波長の光を生じる構造を有しているために、約１００〜２００ｎｍの波長可変範囲が得られる。
【００４２】
次に、波長可変レーザ４０の動作について説明する。
【００４３】
まず、半導体光増幅器３０に電圧を印加して光導波路１６Ａ、１６Ｂに所定の電流を流すと、それぞれの光導波路のバンドギャップに応じた波長の自然放出光が発生し、合波部１６Ｄにより合波されたスペクトルの光が光ファイバ５２に出力される。
【００４４】
この広帯域な光はアイソレータ４４Ａを通ったのち、波長フィルタ４６により、所定波長の光のみが通過する。この選択された波長の光は光カプラ５０、アイソレータ４４Ｂを通って半導体光増幅器３０に入力される。この光は、分波部１６Ｃにより光導波路１６Ａ、１６Ｂに分岐され、それぞれ増幅されて、合波部１６Ｄにより合波されて出力される。これを複数回繰り返すことにより、光が増幅してコヒーレントなレーザ光が得られる。
【００４５】
ここで、前述した特許文献４記載の半導体光増幅器を用いた場合の動作との違いについて説明する。
【００４６】
従来の半導体光増幅器では、バンドギャップの異なる活性層が直列に形成されている。このため、この素子が有する波長帯域の中でも比較的短波側の波長の光は素子の中で再吸収される割合が高く、波長が短くなればなるほど再吸収され易くなる。このため、どれだけ利得が高くても、再吸収損失が利得と同等の大きさになる場合には、レーザ発振は得られない。
【００４７】
本発明者の研究によれば、活性層の中心利得波長から６０〜８０ｎｍ短波側の波長の光では再吸収損失が１４ｄＢ以上となり、他の損失（主に半導体光増幅器とファイバとの結合損失）と併せると２０ｄＢの損失となる。この結果、利得の方が損失よりも小さくなりレーザ発振に至らなくなることが判明している。
【００４８】
これに対し、本実施形態に係る半導体光増幅器３０は、モード干渉型結合器での損失６ｄＢ（入力側３ｄＢ＋出力側３ｄＢ）が増加するものの、他の損失と併せても損失は約１２ｄＢ程度に抑えることができる。通常、半導体光増幅器は約２０ｄＢの利得があるため、入力した光が全て吸収されることはない。このため、本実施形態に係る半導体光増幅器３０を用いることにより、短波長側の波長の光も増幅され、結果的に広い帯域が得られる。
【００４９】
（第３実施形態）
【００５０】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態で説明した半導体光増幅器３０を用いた波長可変レーザの他の例について説明する。
【００５１】
図４には、本実施形態に係る波長可変レーザ６０の概略構成を示した。同図に示すように、波長可変レーザ６０は、半導体光増幅器３０、半導体光増幅器３０に駆動電流を注入する駆動電源６２、半導体光増幅器３０が発する前方出射光６４と後方出射光６４Ｒを各々平行光化するコリメーターレンズ６６Ａ、６６Ｂ、後方出射光６４Ｒを反射回折させる回折格子６８、後方出射光６４Ｒを回折格子６８の方に反射させると共に回折格子６８からの光をコリメーターレンズ６６Ｂの方に反射させるポリゴンミラー７０、ポリゴンミラー７０を制御するミラー制御部７２、例えばフォトディタクタからなり選択される波長を検出する波長検出器７４、及び駆動電源６２の動作を制御する駆動制御装置７６を含んで構成されている。
【００５２】
波長可変レーザ６０は、回折格子６８、中心を軸として図４において矢印Ｄ方向に回転するポリゴンミラー７０、及びポリゴンミラー７０を回転駆動させるミラー制御部７２によって波長掃引手段が構成されている。
【００５３】
また、波長可変レーザ６０の共振器は、半導体光増幅器３０の前方端面３０Ｆと回折格子６８とで構成される。
【００５４】
本実施形態において、回折格子６８は固定されており、ポリゴンミラー７０が回転して回折格子６８に対する後方出射光６４Ｒの入射角度を変えることにより、波長可変レーザ６０の発振波長が選択・掃引される。
【００５５】
駆動制御装置７６は、駆動電源６２の駆動制御信号Ｓ１を、フィードバックされる波長検出器７４の出力信号Ｓ２に応じた値として出力し、この駆動制御信号Ｓ１によって半導体光増幅器３０の駆動電流Ｉが制御される。こうして、ポリゴンミラー７０の周面のミラー面の角度（例えば共振器軸に対する角度とする）に応じて、つまりは掃引波長に応じて駆動電流Ｉが制御されるようになっている。
【００５６】
ここで、半導体光増幅器３０の発振波長帯域幅ΔλLDと、回折格子６８の選択波長帯域幅ΔλGRとの関係は
【００５７】
ΔλLD＜ΔλGR
【００５８】
として、ポリゴンミラー７０と回折格子６８の組み合わせから決まる選択可能な波長帯域幅の中央値と、半導体光増幅器３０の活性層利得から決まる発振可能な波長帯域幅の中央値とが一致するように設計されている。
【００５９】
（第４実施形態）
【００６０】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態で説明した半導体光増幅器３０を用いた波長可変レーザの他の例について説明する。なお、第３実施形態で説明した波長可変レーザ６０と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
図５には、本実施形態に係る波長可変レーザ８０の概略構成を示した。同図に示すように、波長可変レーザ８０は、波長可変レーザ８０は、半導体光増幅器３０、半導体光増幅器３０に駆動電流を注入する駆動電源６２、半導体光増幅器３０が発する前方出射光６４と後方出射光６４Ｒを各々平行光化するコリメーターレンズ６６Ａ、６６Ｂ、後方出射光６４Ｒを反射回折させる回折格子６８、回折格子６８を図中の矢印Ａ方向に揺動させるスキャナ８２、スキャナ８２を駆動するスキャナ制御部８４、例えばフォトディタクタからなり回折格子６８の揺動角度位置を検出することにより波長を検出する波長検出器８６、及びスキャナ制御部８４の動作を制御する駆動制御装置７６を含んで構成されている。
【００６２】
上記構成の波長可変レーザ８０においては、半導体光増幅器３０の前方端面３０Ｆと回折格子６８とで共振器が構成され、後方出射光６４Ｒが回折格子６８で反射して半導体光増幅器３０に戻される。このとき、回折格子６８の角度に応じた波長の光だけが選択的に半導体光増幅器３０側に反射回折するので、発振波長がこの波長に設定される。つまり、回折格子６８の角度位置を変化させれば発振波長を変えることができるので、回折格子６８の角度をスキャナ８２によって連続的に変化させれば、使用光とされるレーザ光（前方出射光）の波長を掃引可能となる。
【００６３】
なお、回折格子６８の角度位置を検出する波長検出器８６の出力信号はスキャナ制御部８４に入力され、回折格子６８の角度位置はこの出力信号に基づいてフィードバック制御される。
【００６４】
なお、上記第２〜第４実施形態では、半導体光増幅器３０を波長可変レーザに適用した場合について説明したが、適用可能な装置はこれに限られるものではない。また、波長帯に関しても、上記実施形態ではＧａＡｓ基板を用いた１μｍ帯の波長の光を出力する半導体光増幅器の例について説明したが、同基板を用いてＡｌＧａＩｎＰ系の材料系を用いた０．６〜０．７μｍ帯の波長の光を出力する半導体光増幅器、ＧａＮ基板を用いた０．３〜０．５μｍ帯の波長の光を出力する半導体光増幅器、あるいは、ＩｎＰ基板を用いた１．２〜１．７μｍ帯の波長の光を出力する半導体光増幅器等にも本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】半導体光増幅器の製造工程について説明するための図である。
【図２】変形例に係る活性層の平面図である。
【図３】第２実施形態に係る波長可変レーザの概略構成図である。
【図４】第３実施形態に係る波長可変レーザの概略構成図である。
【図５】第４実施形態に係る波長可変レーザの概略構成図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０      ｎ型ＧａＡｓ基板
１２      ｎ−ＩｎＧａＰクラッド層
１４      ＳｉＯ２膜
１６      ＩｎＧａＡｓ歪量子井戸活性層
１６Ａ、１６Ｂ      光導波路
１６Ｃ      分波部
１６Ｄ      合波部
１８      ＳｉＯ２膜
２０      電流ブロック層
２２      コンタクト層
２４      ｐ型電極層
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ      電極
２６      ｎ型電極層
２８      分離部
３０Ａ      光入射面
３０Ｆ      前方端面
３０      半導体光増幅器
４０、６０、８０      波長可変レーザ
４２      半導体光増幅器制御部
４４Ａ、４４Ｂ      アイソレータ
４６      波長フィルタ
４８      波長フィルタ制御部
５０      光カプラ
５２      光ファイバ
６２      駆動電源
６４Ｒ      後方出射光
６４      前方出射光
６６Ａ、６６Ｂ      コリメーターレンズ
６８      回折格子
７０      ポリゴンミラー
７２      ミラー制御部
７４、８６      波長検出器
７６      駆動制御装置
８２      スキャナ
８４      スキャナ制御部
【図１】
2010118476.tif 000003
【図２】
2010118476.tif 000004
【図３】
2010118476.tif 000005
【図４】
2010118476.tif 000006
【図５】
2010118476.tif 000007