(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子を有するレーザであって、位相調整領域と、第１の領域と、第２の領域とを有しており、前記位相調整領域と前記第１の領域と前記第２の領域は、光の進行方向に直列に位相調整領域、第１の領域、第２の領域の順に配置されており、該第１の領域は前記位相調整領域と接しており、少なくとも前記第１の領域と前記第２の領域は回折格子を有しており、前記第１の領域の結合係数は第２の領域の結合係数よりも小さいことを特徴とするレーザ。
【請求項２】
前記位相調整領域から前記第１の領域に入る光が、前記第１の領域から前記位相調整領域に入る光よりも相対的に強くなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ。
【請求項３】
少なくとも前記第１の領域と前記位相調整領域を独立に制御できる様に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のレ−ザ。
【請求項４】
前記第１の領域と前記位相調整領域に独立に電流を注入できる様に構成されていることを特徴とする請求項３記載のレ−ザ。
【請求項５】
前記位相調整領域に接した前記第１の領域の励起量が、前記第２の領域の励起量よりも小さくできる様に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のレ−ザ。
【請求項６】
分布帰還型半導体レ−ザとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のレ−ザ。
【請求項７】
前記位相調整領域がへき開面を有することを特徴とする請求項６記載のレ−ザ。
【請求項８】
前記位相調整領域のへき開面に反射膜が形成されていることを特徴とする請求項７記載のレ−ザ。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載のレーザの駆動法において、位相調整領域へ注入している電流或は印加している逆電圧を変化させることで出力光の直線偏光の偏光方向或は波長を切り換えることを特徴とする駆動法。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れかに記載のレーザと該レーザの制御回路と該レーザの出力端に配された偏光選択素子又は波長選択素子より成ることを特徴とする光送信機。
【請求項１１】
請求項１０記載の光送信機からの光を、光伝送路に接続して信号をのせて伝送させ、受信装置において強度変調された光信号として受信することを特徴とする光伝送システム。
【請求項１２】
請求項１０記載の光送信機を複数用いて異なる波長の光を発生させ、一本の光伝送路に接続して複数の波長の光に信号をのせてそれぞれ伝送させ、受信装置において波長選択手段を通して所望の波長の光にのせた信号のみを取り出して信号検波することを特徴とする波長分割多重光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、出力光の偏波を２つの偏波（典型的には、ＴＥとＴＭ）の間で駆動条件の制御により切り換えること等ができる分布帰還型半導体レーザなどのレーザ、その駆動法などに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、励起状態により出力光の偏光状態を切り換えることができる分布帰還型半導体レーザは、特開平７−１６２０８８号に記載されている様に、活性層に生じる利得の波長依存性と回折格子の周期等により決まるブラッグ波長の相対的な関係を制御し、多電極構成にしたものがある。
【０００３】
図５に、こうしたタイプの従来例の構成を示した。同図は、分布帰還型半導体レーザの光が共振する方向で切断した場合の断面構成図である。その構成は、基板１００９上に下部クラッド層１０１０、活性層１０１１、光ガイド層１０１２、上部クラッド層１０１３、キャップ層１０１４を積層したものとなっている。光ガイド層１０１２と上部クラッド層１０１３の界面には、回折格子ｇが形成されている。キャップ層１０１４は共振方向に２つに分割してあり、キャップ層１０１４上に形成された電極１００２、１００３と基板１００９側に形成された電極１００８を用いて、光が共振する方向に互いに電気的に独立した２つの活性層領域（電極１００２下と電極１００３下）に、電流を独立に注入することができる構成となっている。１００４は反射防止膜であり、１０１５は分離溝である。
【０００４】
この従来例では、活性層１０１１をＡｌＧａＡｓとＧａＡｓによる量子井戸で形成し、回折格子ｇのブラッグ波長が利得スペクトル（ＴＥ偏光のもの）のピーク波長より短波長側になるように設定している。これにより、ＴＥ偏光とＴＭ偏光のモード競合状態を生じさせ、２つの活性領域へ注入する電流の比を調整して発振状態での出力光の偏光状態をＴＥ偏光とＴＭ偏光の間で切り換えている。
【０００５】
また、特開平２−１５９７８１号には、λ／４位相シフト構造を有する３電極分布帰還型半導体レーザが、出力光の偏光状態をＴＥ偏光とＴＭ偏光の間で切り換えることが可能な半導体レーザとして示されている。この半導体レーザでは、λ／４位相シフトを含む領域と含まない領域とに独立に電流を注入できる構造となっている。ここで示されている構成は、λ／４位相シフトがデバイスのほぼ中央に形成されているので、電流は、中央部へ流すものと、中央部の両側２か所に流すものとなっている。均一に電流を流して発振させた状態から、λ／４位相シフトの中央部へ流している電流を変化させることにより、発振光の偏光をＴＥ偏光モードとＴＭ偏光モードの間で切り換えることができる。
【０００６】
更に、特開平８−１７２２３４号には、回折格子がない位相制御領域（活性層を含まない部分）を有する偏波変調レーザについて記載されていて、位相制御領域でのＴＥ光とＴＭ光に対する位相変化の差がπ付近である構成を示している。位相変化量の偏光依存性をこの様にしておくことにより、安定して偏波切り替えが行なえる様にしている。
【０００７】
上記の構成のいずれのものも、光の周回位相を変化させて偏波の切り替えを行なっている。そして、同一偏波（例えばＴＥ）で周回位相が２π異なるモードに切り替える間に、もう一方（例えばＴＭ）の偏波の光の周回位相が共振条件を満たしそのしきい値利得に励起量が達している条件を満たす構成になっている。この様にする為に、歪み量子井戸を用いるなどして従来例において工夫が成されている。本発明の構成で同様の工夫を行なってもよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のうち、回折格子領域と位相調整領域部が各１つづつで直列に接続されている構成の位相調整領域付き偏波変調分布帰還レーザでは、位相調整領域からの戻り光が弱かったり回折格子の結合係数が大きくて反射率が高かったりすると、位相調整領域で調整した光の効果が充分得られない場合があった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、位相調整領域で影響を受けた光が位相調整領域に隣接する領域へ影響し易い様に構成された分布帰還型半導体レ−ザなどのレーザ、その駆動法、それを用いた光送信機、光伝送システムなどを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決する為の手段及び作用】
上記目的を達成する為、本発明の分布帰還型半導体レ−ザなどのレーザは、回折格子を有するレーザであって、位相調整領域と、第１の領域と、第２の領域とを有しており、前記位相調整領域と前記第１の領域と前記第２の領域は、光の進行方向に直列に位相調整領域、第１の領域、第２の領域の順に配置されており、該第１の領域は前記位相調整領域と接しており、少なくとも前記第１の領域と前記第２の領域は回折格子を有しており、前記第１の領域の結合係数は第２の領域の結合係数よりも小さいことを特徴とする。
【００１１】
以上の構成により、位相調整領域の効果が高められるので、偏波変調や波長変化を効果的、効率的且つ安定的に遂行できる様になる。また、位相調整領域以外の領域における結合係数を一様に減らさなくても、位相調整領域に接する第１の領域での結合係数を、位相調整領域に接していない第２の領域での結合係数よりも相対的に小さくすることによって、位相調整領域での作用をより効率よく利用できる。
【００１２】
より詳細には、次の様になる。
前記位相調整領域に接した前記第１の領域の回折格子の有する結合係数が、前記第２の領域の回折格子の有する結合係数よりも小さく設定されている構成において、結合係数が小さい回折格子部は、位相調整領域から進行してくる光と回折格子部で反射する光との２つの光の位相が一致する波長の光を、位相調整領域での光の位相の制御により、大きく変えることができる。この為、結合係数の大きい領域、結合係数の小さい領域、位相調整領域の３つでバランスする共振波長を、位相調整領域の屈折率変化（電流制御や電圧制御などによる）で、従来より大きく変化させることができる。よって、位相調整領域の効果が高められ、偏波変調や波長変化を効果的、効率的且つ安定的に遂行できる様になる。この構成の特徴は、位相調整領域で影響を受けた光が位相調整領域に隣接する回折格子領域へ影響し易い様に回折格子領域へ工夫を加えていることである。
【００１３】
また、前記位相調整領域から前記第１の領域に入る光が、前記第１の領域から前記位相調整領域に入る光よりも相対的に強くなるように設定されている。この具体例としては、前記位相調整領域に接した前記第１の領域の励起量が、前記第２の領域の励起量よりも小さくできる様に構成されている。この構成により、位相調整領域に隣接した領域の帰還作用は他の部分より小さくなり、位相調整領域からの光の影響を受け易くなる。よって、位相調整領域の効果が高められ、偏波変調や波長変化を効果的、効率的且つ安定的に遂行できる様になる。この構成の特徴は、位相調整領域に隣接する領域への利得による帰還を小さくすることである。
【００１４】
上記レーザは、典型的には、分布帰還型半導体レ−ザとして構成されている。この場合、前記位相調整領域をデバイスの片端に形成し、これがへき開面を有する様にしてもよい。更には、位相調整領域のへき開面に反射膜が形成されていてもよい。この構成により、ＤＦＢレーザの中央付近に位相調整領域がある時より、大きな反射率を有する端面を利用でき、更に位相調整領域の効果を高めることができる。
【００１５】
更に、上記目的を達成する為のレーザの駆動法は、位相調整領域へ注入している電流或は印加している逆電圧を変化させることで出力光の直線偏光の偏光方向或は波長を切り換えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の光送信機は、上記のレーザと該レーザの制御回路と該レーザの出力端に配された偏光選択素子又は波長選択素子より成ることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の光伝送システムは、上記の光送信機からの光を、光伝送路に接続して信号をのせて伝送させ、受信装置において強度変調された光信号として受信することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の波長分割多重光伝送システムは、上記の光送信機を複数用いて異なる波長の光を発生させ、一本の光伝送路に接続して複数の波長の光に信号をのせてそれぞれ伝送させ、受信装置において波長選択手段を通して所望の波長の光にのせた信号のみを取り出して信号検波することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
図１は本実施例の特徴を最も良く表わす図面である。同図において、１は例えばｎ−ＩｎＰからなる基板、２は例えばｎ−ＩｎＰからなるバッファ層、３は活性層、４は屈折率制御層、５は例えばノンドープのＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層、８は例えばｐ−ＩｎＰからなるクラッド層、６、７は光ガイド層５とクラッド層８の界面に形成されている第１及び第２回折格子、９は例えばｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層、１０、１１、１２は夫々第１、第２、第３電極、１３は反射防止膜、１４は反射膜、１５は電気的分離用の分離溝である。
【００２０】
ここでは、構成上、第２電極１１下に対応する領域を位相調整領域、第１電極１０下に対応する領域を分布帰還型レーザ領域（ＤＦＢレーザ領域）とする。更に、ＤＦＢレーザ領域中には、比較的大きな結合係数κを有する第１回折格子６に対応した部分である高κ領域、比較的小さな結合係数κを有する第２回折格子７に対応する部分である低κ領域が形成されている（この４つの領域の位置関係は図１中の素子構成図の下に示してある）。
【００２１】
図１は素子の断面構成を示した図であり、外観は図２に示した構成となっている。図２では、光の導波に対する横方向の閉じ込め構造について、埋め込み構造（図２で１６で示したものが埋め込み層で、ここでは高抵抗層としているが、ｐｎ埋め込みでもよい）の素子を示している。しかし、素子の導波路の構成は、この構成に限られず、リッジ型、電極ストライプ型など、半導体レーザに使用できる構造であればどの様な構成であってもよい。
【００２２】
次に素子の構成について更に説明する。
本実施例の素子は、結合係数が異なる２つの回折格子（第１回折格子６及び第２回折格子７）を有する分布帰還型半導体レーザ領域と、小さい結合係数を示す回折格子を有する領域（図１では第２回折格子７に対応する低κ領域）に接続された位相調整領域を有する。回折格子６、７の周期は２４３ｎｍとして、ここでは格子の深さを調整している。すなわち、第１回折格子６の結合係数を８０ｃｍ−１程度にし、第２回折格子７の結合係数を３０ｃｍ−１程度にしている。また、各領域の長さは、高κ領域と低κ領域が共に同じで各々２００μｍ、位相調整領域の長さは１５０μｍとした。
【００２３】
更に、位相調整領域の効果を高める為に位相調整領域の端面に反射膜１４が形成されている。また、ＤＦＢレーザの動作を本来の所定のものとする為に第１回折格子６側の端面に反射防止膜１３が形成されている。これにより、素子切り出し時の第１回折格子６の端面での素子毎のバラツキの影響を除いてある。
【００２４】
活性層３は、導波路のＴＥ偏波光とＴＭ偏波光に対して夫々同程度の増幅率を示す構成としてある。ここでは、１．５５μｍ付近の光に対して所望の特性になるように歪量−０．６％の引っ張り歪み量子井戸を用いている（井戸幅１３ｎｍ、障壁幅１０ｎｍ、障壁組成波長１．１７μｍ）。また、屈折率制御層４はＤＦＢレーザ領域の発振光に対して約５０ｎｍ短波長側にバンドギャップを有する材料で構成してある。
【００２５】
次に本実施例の動作について説明する。
本実施例のデバイスでは、第１電極１０と第３電極１２の間に順バイアスをかけることにより、或る電流値以上で分布帰還型レーザとして発振する。この場合、共振器内部の発振光の周回位相（光が共振器内を一周した時に示す光の位相のずれ）が発振条件を満たす様になっている。この状態から、第２電極１１と第３電極１２を用いて位相調整領域へ電流を注入して導波路の等価屈折率を変化させると、反射膜１４によって反射され分布帰還型レーザ領域へ戻る光の位相が変化する。そして、電流注入前の波長では周回位相条件が満たされなくなって発振できなくなり、発振モードは、この条件を満たす他の波長または偏光モードに移り変わっていく。
【００２６】
このとき、位相調整領域の屈折率の変化は、ＴＥモードに対してもＴＭモードに対しても生じる。この為、分布帰還型レーザ部において、ＴＥモード、ＴＭモードに対してしきい値が拮抗する様に活性層３利得の偏光依存性を調整することにより、出力光の偏光モードを切り替えることができる。本実施例では、屈折率制御層４として、活性層３にて増幅される光に対して透明な材料を用いたが、位相調整領域を通過する光に対して位相を変化させる機能があればよいので、ＱＣＳＥ効果（量子閉じ込めシュタルク効果）やフランツケルディッシュ効果などを用いて電圧を印加することにより屈折率が変化する構成を用いることもできる。また、電流を注入して屈折率を変化させる構成の場合、発振光に対して吸収・増幅の影響がある構成であっても、若干性能が劣るが、本実施例と同様に動作する。
【００２７】
本デバイスでは、第２回折格子７の結合係数を小さくすることにより、また端面に反射膜１４を形成することにより、位相調整領域からの戻り光を、低κ領域からの光に対して相対的に増加させて位相調整領域からの戻り光の影響を受け易くしてある。その為、位相調整領域に対する制御で、発振モードの変調が効率的且つ安定的に行なわれる様になる。
【００２８】
（第２実施例）
図３に本発明の第２の実施例を示した。図３は第１実施例の図１に相当する図である（すなわち素子の光導波方向に沿った断面構成を示している）。また、外観は第１実施例とほぼ同様に埋め込み構造を用いたので、ここでは省略する。第１実施例と同一部材には同一番号をつけてある。
【００２９】
本実施例と第１実施例との差は、分布帰還型レーザ領域が複数の電流注入領域に分割されていて（ここでは、電極が１０−１、１０−２、１０−３と３つに分割されていることによって実現している）、回折格子６が均一な回折格子（第１実施例ではκの異なる回折格子で形成してあった）で構成されている点にある。この実施例では回折格子の結合効率を４０ｃｍ−１とした（周期は約２４０ｎｍ）。
【００３０】
本実施例では、位相調整領域に隣接したＤＦＢレーザ領域の部分へ注入する電流を小さくすることにより、位相調整領域からの戻り光の影響が発振モードに効果的に反映されるようにする。この様に構成することにより、結合係数の異なる回折格子を作製しなくとも、この様に作製した第１実施例の様なものと同様の効果を持つ。上記の動作だけならＤＦＢレーザ領域は２分割するだけでよい。しかし、本実施例のように３分割にすることにより、反射防止膜１３側の２つの電極１０−１、１０−２に注入する電流値の量を異ならせる（すなわち不均一に注入する）ことで、発振波長の調整を行うこともより容易に可能となる。
【００３１】
（第３実施例）
図４に、本発明の光デバイスを光送信機に適用した構成を示した。同図において、３１は本発明の半導体レーザ、３２は偏光子などの偏光選択手段、３０は制御回路である。図４には示していないが、本発明のデバイス３１、偏光選択手段３２等の間の光学的結合にはレンズ等の光学結合系を用いて、互いの結合効率を上げてもよい。
【００３２】
次に動作について説明する。伝送すべき電気信号を受けた制御回路３０は、本発明のデバイス３１からの光出力の偏光（ＴＥ、ＴＭ）が電気的信号に応じた信号になる様に、デバイス３１へ向かって駆動信号を発生する（これにより、上記実施例で説明した位相調整領域へ注入する電流などを変化させる）。この駆動信号により発生した光出力からは、偏光選択手段３２を用いることにより、一方の偏光の光だけを取り出し、電気信号に応じた光強度変調された光信号を得ることができる。このように構成した光送信機３００は、電気信号に対応した光強度信号を出力することができるので、光強度信号を用いて通信を行なう光ＬＡＮ等の送信機として用いることができる。
【００３３】
また、図４で示した偏光選択手段３２は、本発明の半導体レーザ３１の出力が偏光の切り換えと同時に波長の切り換えも生じるものであれば、光バンドパスフィルタなどの波長選択手段でもよい。
【００３４】
上記の半導体レーザを複数用いて異なる波長の光を発生させ、一本の光伝送路に接続して複数の波長の光に信号をのせてそれぞれ伝送させ、受信装置において波長可変バンドパスフィルタなどのフィルタ手段を通して所望の波長の光にのせた信号のみを取り出して信号検波する波長分割多重光伝送システムとしても、構築できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、位相調整領域に隣接した領域からの光に対して位相調整領域からの光が相対的に大きくなる様に構成を工夫することにより、また、位相調整領域に隣接した領域の結合係数を小さくすることにより、位相調整領域の効果を高めることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施例による分布帰還形半導体レーザの共振器軸方向の断面構成を示す図である。
【図２】図２は本発明の第１の実施例による分布帰還形半導体レーザの外観を示す斜視図である。
【図３】図３は本発明の第２の実施例による分布帰還形半導体レーザの構成を示す共振器軸方向の断面図である。
【図４】図４は本発明のデバイスを光送信機に適用した時の構成を説明するブロック図である。
【図５】図５は従来例を説明する為の断面図である。
【符号の説明】
１      基板
２      バッファ層
３      活性層
４      屈折率制御層
５      光ガイド層
６      第１回折格子
７      第２回折格子
８      クラッド層
９      コンタクト層
１０、１０−１〜１０−３、１１、１２      電極
１３      反射防止膜
１４      反射膜
１５      分離溝
１６      埋め込み層
３０      制御回路
３１      本発明の半導体レーザ
３２      偏光選択手段
３００    光送信機
【図１】
0003630977.tif 000002
【図２】
0003630977.tif 000003
【図３】
0003630977.tif 000004
【図４】
0003630977.tif 000005
【図５】
0003630977.tif 000006