(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧あるいは電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数あるいは光利得係数が変化する半導体変調器部と、周期性を有する回折格子の周期が光出射方向に対してある割合で変化する光フィルター部とが同一半導体基板上に形成され、
上記半導体変調器に一定の周波数をもつ高周波電圧あるいは高周波電流を加え、かつ、上記光フィルター部に直流電流あるいは直流電圧を加えることで光源の縦モード周波数間隔を上記半導体変調器に加えている高周波電圧あるいは高周波電流の周波数に等しいか、あるいは２倍とした半導体光源において、
半導体光源から出射される光の一部を取り出す光分岐と、
この光分岐で取り出した光の一部に基づき、半導体光源から出射される光スペクトルをモニターする光スペクトル検出手段と、
この光スペクトル検出手段でモニターした光スペクトルに基づき、主要な２モードの強度が等しくなるように、上記光フィルター部に加える直流電流あるいは直流電圧を調整する、または、上記半導体変調器に加えるバイアス電圧、高周波電圧あるいは高周波電流を調整する制御回路と、
を備えたことを特徴とする半導体光源。
【請求項２】
ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧あるいは電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数あるいは光利得係数が変化する半導体変調器部と、周期性を有する回折格子の周期が光出射方向に対してある割合で変化する光フィルター部とが同一半導体基板上に形成され、
上記半導体変調器に一定の周波数をもつ高周波電圧あるいは高周波電流を加え、かつ、上記光フィルター部に直流電流あるいは直流電圧を加えることで光源の縦モード周波数間隔を上記半導体変調器に加えている高周波電圧あるいは高周波電流の周波数に等しいか、あるいは２倍とした半導体光源において、
半導体光源から出射される光の一部を取り出す光分岐と、
波長に対して効率の変化する光検出器であって、前記光分岐で取り出した光の一部に基づき、半導体光源から出射される光の強度を測定する光検出器と、
この光検出器の測定値が一定になるように、上記光フィルター部に加える直流電流あるいは直流電圧を調整する、または、上記半導体変調器に加えるバイアス電圧、高周波電圧あるいは高周波電流を調整して、主要な２モードの強度を等しくする制御回路と、
を備えたことを特徴とする半導体光源。
【請求項３】
ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧あるいは電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数あるいは光利得係数が変化する半導体変調器部と、周期性を有する回折格子の周期が光出射方向に対してある割合で変化する光フィルター部とが同一半導体基板上に形成され、
上記半導体変調器に一定の周波数をもつ高周波電圧あるいは高周波電流を加え、かつ、上記光フィルター部に直流電流あるいは直流電圧を加えることで光源の縦モード周波数間隔を上記半導体変調器に加えている高周波電圧あるいは高周波電流の周波数に等しいか、あるいは２倍とした半導体光源において、
半導体光源から出射される光の一部を取り出す第１の光分岐と、
この第１の光分岐で取り出した光の一部を２つに分ける第２の光分岐と、
それぞれ２モードの一方を通過するように中心波長が設定され、前記第２の光分岐で２つに分けられたそれぞれの光を通す２つの狭帯域光フィルターと、
これらの狭帯域光フィルターを通過した光を電気信号に変換する２つの光検出器と、
これらの光検出器からの電気信号強度が等しくなるように、上記光フィルター部に加える直流電流あるいは直流電圧を調整する、または、上記半導体変調器に加えるバイアス電圧、高周波電圧あるいは高周波電流を調整して、主要な２モードの強度を等しくする制御回路と、
を備えたことを特徴とする半導体光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発生する光の縦モードが２本の主モードからなりファイバー分散による影響を受けにくい半導体光源に関するものであり、光通信や光信号処理などにおいて必要とされる半導体光源に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の半導体光源の構成図である。同図において、２１は３つに電極が分離された分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、１２は電流源、１４はバイアスティ、１５は高周波電源である。また、１３は電流源、５は電極、１０は利得部用多重量子井戸である。
【０００３】
ＤＦＢレーザ２１には均一な回折格子が用いられているため、２モード発振しやすい。この２モードから発生するビート信号のスペクトル純度を増すために、１つの電極にビート周波数の整数分の１の高周波で変調し、この２モードを位相同期できることが報告されている（C.R.Lima, D.Wake, P.A.Davies, Electronics Letters, vol.31, no.5, pp.364-366, 1995 ）。２モードから発生するビート信号は、ファイバー分散による影響を受けにくいことが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の半導体光源では、４０ＧＨｚから６０ＧＨｚ程度の周波数をもつビート信号を発生させることが可能であるが、位相同期させるためにビート周波数の整数分の１の高周波で変調する必要がある。レーザの電流を変調する場合は、しかし、その応答帯域によって変調周波数は１０ＧＨｚ程度に制限される。このため、ビート周波数が６０ＧＨｚの場合、変調周波数はビート周波数の９分の１程度（６．７ＧＨｚ）になり、変調した際に変調周波数の整数倍の高調波成分が多数発生してしまうという問題があった。また、ビート周波数を電流で調整できるものの光スペクトル上の２モードの強度比を調整する機構がなく、ビート信号の変調度を十分高くすることは困難であった。
【０００５】
従って本発明は上記の問題点に鑑み、高い周波数で純度の高いビート信号を発生することができる半導体光源を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の半導体光源は、ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧あるいは電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数あるいは光利得係数が変化する半導体変調器部と、周期性を有する回折格子の周期が光出射方向に対してある割合で変化する光フィルター部とが同一半導体基板上に形成され、
上記半導体変調器に一定の周波数をもつ高周波電圧あるいは高周波電流を加え、かつ、上記光フィルター部に直流電流あるいは直流電圧を加えることで光源の縦モード周波数間隔を上記半導体変調器に加えている高周波電圧あるいは高周波電流の周波数に等しいか、あるいは２倍とした半導体光源において、
半導体光源から出射される光の一部を取り出す光分岐と、
この光分岐で取り出した光の一部に基づき、半導体光源から出射される光スペクトルをモニターする光スペクトル検出手段と、
この光スペクトル検出手段でモニターした光スペクトルに基づき、主要な２モードの強度が等しくなるように、上記光フィルター部に加える直流電流あるいは直流電圧を調整する、または、上記半導体変調器に加えるバイアス電圧、高周波電圧あるいは高周波電流を調整する制御回路と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第２発明の半導体光源は、ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧あるいは電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数あるいは光利得係数が変化する半導体変調器部と、周期性を有する回折格子の周期が光出射方向に対してある割合で変化する光フィルター部とが同一半導体基板上に形成され、
上記半導体変調器に一定の周波数をもつ高周波電圧あるいは高周波電流を加え、かつ、上記光フィルター部に直流電流あるいは直流電圧を加えることで光源の縦モード周波数間隔を上記半導体変調器に加えている高周波電圧あるいは高周波電流の周波数に等しいか、あるいは２倍とした半導体光源において、
半導体光源から出射される光の一部を取り出す光分岐と、
波長に対して効率の変化する光検出器であって、前記光分岐で取り出した光の一部に基づき、半導体光源から出射される光の強度を測定する光検出器と、
この光検出器の測定値が一定になるように、上記光フィルター部に加える直流電流あるいは直流電圧を調整する、または、上記半導体変調器に加えるバイアス電圧、高周波電圧あるいは高周波電流を調整して、主要な２モードの強度を等しくする制御回路と、
を備えたことを特徴とする半導体光源。
また、第３発明の半導体光源は、ある波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧あるいは電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数あるいは光利得係数が変化する半導体変調器部と、周期性を有する回折格子の周期が光出射方向に対してある割合で変化する光フィルター部とが同一半導体基板上に形成され、
上記半導体変調器に一定の周波数をもつ高周波電圧あるいは高周波電流を加え、かつ、上記光フィルター部に直流電流あるいは直流電圧を加えることで光源の縦モード周波数間隔を上記半導体変調器に加えている高周波電圧あるいは高周波電流の周波数に等しいか、あるいは２倍とした半導体光源において、
半導体光源から出射される光の一部を取り出す第１の光分岐と、
この第１の光分岐で取り出した光の一部を２つに分ける第２の光分岐と、
それぞれ２モードの一方を通過するように中心波長が設定され、前記第２の光分岐で２つに分けられたそれぞれの光を通す２つの狭帯域光フィルターと、
これらの狭帯域光フィルターを通過した光を電気信号に変換する２つの光検出器と、
これらの光検出器からの電気信号強度が等しくなるように、上記光フィルター部に加える直流電流あるいは直流電圧を調整する、または、上記半導体変調器に加えるバイアス電圧、高周波電圧あるいは高周波電流を調整して、主要な２モードの強度を等しくする制御回路と、
を備えたことを特徴とする半導体光源。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態に係る半導体光源の基本構成の一例を示す図である。この図を参照して、本発明の実施の形態に係る半導体光源の基本構成を説明する。
【００１１】
すなわち、図１に示すように本実施の形態に係る半導体光源は、ある波長域に対して利得を有する半導体利得部２と、電圧を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数が増大する半導体変調器部１と、回折格子を有する光フィルター部（ＤＢＲ）３とが光共振器内部に配置形成され、上記光フィルター部３は回折格子の周期が光出射方向にある一定の割合で減少あるいは増大したチャープドグレーティング１１からなり、かつ、これらのものが同一半導体基板８上に形成され、上記半導体変調器部１に一定の周波数をもつ高周波電圧を加え、かつ、上記光フィルター部３に直流電流あるいは直流電圧を加えることで光源の縦モード周波数間隔を上記半導体変調器部１に加えている変調周波数に等しいか、あるいは２倍となるように調整している。
【００１２】
このレーザの縦モード周波数は、図２に示すラウンドトリップの位相条件
【００１３】
【数１】
0003539716.tif 000002
【００１４】
で決まる。ただし、ｋは伝ぱん定数、Ｌは共振器長、φD はＤＢＲの位相、ｍはモード次数である。図２では横軸が周波数、縦軸が位相であり、直線２ｍπ−２ｋＬと曲線φD との交点が（１）式を満たす位相条件を与える。ここでＤＢＲの位相φD がチャープドグレーティングの分散を反映し２次あるいは高次の曲線になるため、モード間隔はモードごとに離散的に異なっている。このモード間隔はブラッグ波長を電流注入によりシフトさせることにより（図２）、連続的に変化させることができる。このようにしてモード間隔を変調周波数にチューニングすることにより、変調周波数にマッチした２モードが選択的に励振され、位相同期した２モード発振が可能となる。ここでとなりあうモードのモード間隔の差は、
【００１５】
【数２】
0003539716.tif 000003
【００１６】
で与えられる。ただし、Ｌeff はＤＢＲの有効長、Ｌc は全共振器長である。例えば、ビート周波数（ｆm+1 −ｆm ）６０ＧＨｚでは、これを１ＧＨｚ以上にすることが可能である。２モード以外のモードの抑圧比は、主にこのモード間隔の差と変調度により決定される。
【００１７】
以下に、具体的な実施例ついて説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１には本発明の第一の実施例を示す。同図に示すように、ＩｎＰよりなる同一半導体基板８上に、半導体利得部２、半導体電界吸収型光変調器部１が集積され、利得部２は井戸層がＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ、障壁層がＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸１０よりなり、そのホトルミネッセンス波長は１．５５ミクロン近傍である。
【００１９】
変調器部１は井戸層がＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ、障壁層がＩｎＧａＡｓＰの多重量子井戸９よりなり、そのホトルミネッセンス波長は１．４９ミクロン近傍である。変調器部１の長さは１００ミクロンであり、利得部２の長さは３００ミクロンである。変調器部１と利得部２は電極４，５が５０ミクロンの長さにわたり分離されており、共振器長は約６４５ミクロンである。チャープドグレーティングを形成したＤＢＲ１１は１４５ミクロンである。ＤＢＲ１１側の端面はＳｉＯ2 とＴｉＯ2 からなる多層膜の無反射コーティングが施され、反射率は０．１％以下になっている。
【００２０】
変調器部１は従来例のレーザの様に変調周波数が１０ＧＨｚ程度に制限される事は無い。ここに高周波電源１５、電圧源１３及びバイアスティ１４によって３０ＧＨｚの周波数をもつ高周波電圧を加え、レンズ１８及びファイバー１９を介して出射される光の一部を光分岐２０によって取り出し、光スペクトル検出機能を持つ装置である光スペクトル検出手段１６により、出射される光スペクトルをモニターし、主要な２モードの強度が等しくなるように、制御回路１７により、電流源１２から光フィルター部３に加える直流電流を調整した。
【００２１】
変調周波数は６０ＧＨｚとし変調周波数とモード間隔の比が１とする方が良いことは言うまでもないが、６０ＧＨｚでの変調は困難なため、半分の３０ＧＨｚで変調した。図３は、このようにして得られた光スペクトルであり、主要な２モードの強度が等しくなっていることがわかる。２モード以外のモードは１０ｄＢ以上抑圧されている。この時、モード間隔は６０ＧＨｚであり変調周波数の２倍となっている。このように変調周波数とモード間隔の比が２の場合には、従来問題であった余分な変調成分がほとんと現れない。また、得られた光パルスは６０ＧＨｚのビート信号であり９０％以上の高い変調度が得られた。なお、図１中の７は変調器部電極４、利得部電極５及びＤＢＲ電極６に対応してｎ型ＩｎＰ８の下面側に設けられた下部電極である。
【００２２】
（実施例２）
図４は、図１における光スペクトル検出手段１６の具体例を示している。同図に示すように、出射される光は光分岐２０によって２つに分けられ、それぞれの光は狭帯域光フィルター２２を通して光検出器２３に導かれ電気信号に変換される。２つの狭帯域光フィルター２２はそれぞれ２モードの一方を通過するように中心波長が設定されている。２つの検出器２３からの電気信号強度を等しくなるように、図１に示す制御回路１７により、光フィルター部３に加える直流電流あるいは直流電圧を調整する、または、変調器部１に加える電圧及び高周波電力を調整し、主要な２モードの強度を等しくしている。
【００２３】
（実施例３）
図５は、図１における光スペクトル検出手段１６のもう一つの具体例を示している。同図に示すように、出射される光は、波長に対して効率の変化する光検出器２４に結合し、出射される光の光強度を測定し、この測定値が一定になるように、図１に示す制御回路１７により、光フィルター部３に加える直流電流あるいは直流電圧を調整する、または、変調器部１に加えている高周波電力を調整する。
【００２４】
光検出器２４は波長に対して効率が変化するため、２モードの強度比が変化すると出力が変化し、主要な２モードの強度を等しくできる。波長に対して効率の変化する光検出器２４としては、半導体光検出器のバンド端を使う方法や、波長に対して透過率の変化するフィルターを装備する方法で実現される。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、光変調器部とチャープしたＤＢＲを集積し、ＤＢＲの電流を調整してレーザの縦モード周波数間隔を光変調器に加えている変調周波数に等しいあるいは２倍という低い倍率におさえることができ、高い周波数で純度の高いビート信号発生を可能にした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体光源の第一の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る半導体光源の作用の一つを説明するためのグラフである。
【図３】本発明に係る半導体光源の実施例を補足する図である。
【図４】本発明に係る半導体光源の第二の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明に係る半導体光源の第三の実施例を示す構成図である。
【図６】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１  半導体電界吸収型光変調器部
２  半導体利得部
３  光フィルター部
４  変調器電極
５  利得部電極
６  ＤＢＲ電極
７  下部電極
８  ｎ型ＩｎＰ
９  変調器用多重量子井戸
１０  利得部用多重量子井戸
１１  チャープしたＤＢＲ
１２  電流源
１３  電圧源
１３  バイアスティ
１５  高周波電源
１６  光スペクトル検出手段
１７  調整手段
１８  レンズ
１９  ファイバー
２０  光分岐
２１  半導体ＤＦＢレーザ
２２  狭帯域光フィルター
２３  光検出器
２４  波長依存性を持つ光検出器
【図１】
0003539716.tif 000004
【図２】
0003539716.tif 000005
【図３】
0003539716.tif 000006
【図４】
0003539716.tif 000007
【図５】
0003539716.tif 000008
【図６】
0003539716.tif 000009