(57)【要約】選択された波長の光を放射することができる集積化半導体レーザーデバイスは、共通出力部に直列に、または並列に結合された、異なる共振器長の複数のリングレーザーを含み、選択されたリングビームに対応する波長の出力ビームを生成する。
2005536886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力面を有し、かつ、第１の波長を有する第１の出力ビームを前記出力面で放射するために励起できる第１の半導体リング共振器レーザーと、
第２の波長を有する第２の出力ビームをその出力面で放射するために励起できる第２の半導体リング共振器レーザーとを備え、
前記第１および第２のレーザーは、前記第１の出力ビームを、前記第２の共振器入力面へ指向させるために直列に結合される波長選択可能なデバイス。
【請求項２】
前記第１と第２のレーザーは、前記第１と第２の出力ビームの選択された一方を生成し、選択子されたビームが前記第２の共振器の出力面から放射されるために、選択的に励起できる請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
直列に結合された複数のレーザーを更に含み、各々は、異なる共振器長を有し、かつ、対応する異なる波長を有するビームを生成するために励起でき、前記レーザービームは、直接に結合され、そして、励起されたレーザーに対応する波長を、直列のレーザーの出力部で生成するために選択的に励起できる請求項１記載のデバイス。
【請求項４】
前記第２のレーザーの前記出力面に結合される変調器を更に含む請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
前記変調器は、半導体光増幅器である請求項４記載のデバイス。
【請求項６】
前記レーザーおよび前記変調器は、単一の半導体基板に一体的に組み込まれる請求項５記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１および第２のレーザーデバイスおよび前記変調器は、量子井戸デバイスであり、前記量子井戸は、前記第１および第２のレーザーのバンドギャップよりも高いバンドギャップを有する請求項４記載のデバイス。
【請求項８】
前記変調器は、電界吸収型光変調器である請求項４記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１および第２のレーザーは、異なる共振器長を有し、励起されると、前記共振器長に対応する波長を生成する請求項１記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１および第２のレーザーは、異なる活性層のバンドギャップを有し、励起されると、前記バンドギャップに対応する波長を生成する請求項１記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１および第２のレーザーに直列に結合された追加的なレーザーを更に含み、各レーザーは、対応する個別の波長の出力ビームを生成するために励起でき、前記レーザーは、隣接する次のレーザーに直接に結合でき、励起されたレーザーに対応する波長を、直列のレーザーの出力部で生成するために選択的に励起される請求項１記載のデバイス。
【請求項１２】
各々が出力面を有するレーザーリング共振器を有し、対応する波長の光を放射するためアクティブにされ得る複数の半導体レーザーと、
各々が対応するレーザーに結合され、それの対応するレーザーを励起するために選択的に動作できる、複数の可変バイアスソースとを備え、
共通の出力面に前記アクティブにされたレーザーにより放射された波長に対応する波長を有する光ビームを、共通の面から放射するために、光を前記共通の出力面に直接に導くために結合される波長選択可能なデバイス。
【請求項１３】
前記複数のレーザーは、前記共通の出力面に直列に結合される請求項１２記載の波長選択可能なデバイス。
【請求項１４】
前記共通の出力面は、前記直列のレーザーにおける最後のレーザーの出力面である請求項１３記載の波長選択可能なデバイス。
【請求項１５】
前記共通の出力面は、前記直列のレーザーに結合された光変調器の出力面である請求項１３記載の波長選択可能なデバイス。
【請求項１６】
前記複数のレーザーは前記共通の出力面に結合される請求項１２記載の波長選択可能なデバイス。
【請求項１７】
前記共通の出力面は、前記複数のレーザーの対応する１つに各々が結合された複数の入力を有する出力カプラーの出力面である請求項１６記載の波長選択可能なデバイス。
【請求項１８】
第１の共振器長を有し、第１の出力面を有し、前記第１の出力面で第１の波長光を放射するために活性化できる第１の半導体リング共振器レーザーと、
第２の共振器長を有し、第２の出力面を有し、前記第２の出力面で第２の波長光を放射するために活性化できる少なくとも第２の半導体リング共振器レーザーと、
前記第１および第２のレーザー出力面にそれぞれ結合され、そして少なくとも出力面を有する少なくとも第１および第２の入力面に結合されたカプラーとを備える波長選択可能なデバイス。
【請求項１９】
第１と第２のレーザーは、前記カプラー出力面で選択された波長ビームを放射するために選択的に励起され得る請求項１８記載のデバイス。
【請求項２０】
前記カプラーデバイスは、複数の入力面を含み、更に複数のリング共振器レーザーを含み、前記リング共振器レーザーの各々は、異なる共振器長および、対応する個別の出力光の波長を放射する出力面を有し、各レーザー出力面は、前記複数の対応する１つの入力面に結合される請求項１８記載のデバイス。
【請求項２１】
前記リング共振器レーザーは、前記カプラーによって放射された光の波長を選択するために選択的に励起され得る請求項２０記載のデバイス。
【請求項２２】
前記カプラーは、複数の出力面を有する請求項１８記載のデバイス。
【請求項２３】
前記リングレーザー出力面と対応するカプラー入力面との間に結合された変調器を更に含む請求項１８記載のデバイス。
【請求項２４】
前記カプラーは複数の出力面を有する請求項２３記載のデバイス。
【請求項２５】
前記カプラーは変調器である請求項１８記載のデバイス。
【請求項２６】
レーザーの共振器長に対応する波を有する出力光ビームを第１の出力面で放射するために活性化できる少なくとも１つの半導体リングレーザーと、
前記出力光ビームを受け取るために、前記第１の出力面に直接に結合された入力面を有し、また、変調出力面を有し、前記出力面で前記光ビームの放射を規制するために活性化できる、第２の光学変調器とを備える光子デバイス。
【請求項２７】
前記リングレーザーおよび前記変調器は半導体基板上に一体的に組み立てられる請求項２６記載のデバイス。
【請求項２８】
前記リングレーザーおよび前記変調器は量子井戸であり、前記変調器は、前記リングレーザーのバンドギャップよりも高いバンドギャップを有する板上に一体的に組み立てられる請求項２６記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
[発明の背景]
この発明は、一般に波長選択可能なデバイスを提供するための方法および装置に関し、特に、異なる共振器長および／又は異なる活性層のバンドギャップによる複数のレーザーを有し、選択されたレーザーの共振器長および／または活性層のバンドギャップに対応する波長を持つ出力ビームを発生するために、選択的に活性化されるか、出力部に結合される、一体化されたレーザーデバイスに関する。レーザーの共振器はその鏡面のエッチングによって定義される。
【０００２】
現在のモノシリックの集積化技術の進歩は、種々の共振器構造によるリングレーザーを含む、複雑な幾何学形態のレーザーが組み立てられることを可能にした。これらの開発は、集積化された半導体レーザーに対して、将来の適用を拡大し、そして、も力あるより大きな製造能力を加え、 またコストを低減した。この技術は、レーザー共振器の内部で、およびその外部の双方で、集積化半導体レーザー装置と結合することができる、新規で斬新な特徴を探求する機会を開いた。
【０００３】
リング共振器レーザーは、ファブリ・ベロー共振器にはない利点を所有する;例えば、リング共振器は、ファブリ・ベロー共振器で得ることができるものよりも、より高いスペクトル純度でレーザー光線を発するであろう。そのようなリング共振器は、米国の特許4,851,368号に記述された単一体の三角形のリングレーザーによって例証され、その開示は参考のためにここに組込まれる。光学論理回路を形成するリングレーザーの結合は、米国特許5,132,983号および、タイトル名「湾曲した導波管リングレーザー」の米国特許出願、09/918,544号に開示されており、その開示は参考のためにここに組込まれる。リングレーザーでの一方向の挙動は、米国特許5,132,983号、米国特許5,764,681号、およびさらに「一方向の曲がったリングレーザー」名の米国特許出願09/918,548に開示されており、その開示は参考のためにここに組込まれる。
【０００４】
過去数年にわたって、主としてインターネットの人気によって、光通信システムでの帯域幅の需要は爆発性の成長を経験した。キャリアー会社およびそれらのサプライヤーは、単一の光ファイバーのより線を通して送信される光の多数の波長を許可する波長区分多重化(WDM)システムのインストールにより、この要求に取り組んだ。しかしながら、これは次には、各々が特定の波長光を放射する様々なレーザーの需要を生じさせた。その結果、キャリアー会社は、各々異なる出力波長を有する多くのレーザーを保有しなければならず、このひとが、それらのためのすさまじい在庫管理問題を彼らに引き起こした。
【０００５】
[発明の概要]
この発明に基づき多数の波長を放射することができるレーザー源は、先の問題に取り組み、さらに、多数の波長のうちの１つで作動できる、予備の装置としての波長区分多重化(WDM)のシステムの中で使用することができた。更に、その選択可能な波長のうちの１つを放射するために遠隔に設定できる、波長選択可能なデバイスは、未使用の波長を発光するか、あるいはサービス呼び出しを必要とせずに、再度波長を供給するサービスの供給者を許可するであろう。これは、サービス・プロバイダーに対して供給コストを恐ろしく低下させるであろう。
【０００６】
波長選択可能なデバイスは、さらに、安価で多数の波長の生成は、データ通信中のそのようなデバイスの広範囲の配備を許可する、波長の供給(ルーティング)のような適用において望ましい。そのような情報の供給の１つの例は、受動の光学ネットワーク(PON)にあり、そこでは、アクティブな要素は、ソースと目的地の間の信号のパスの中に存在しない。
【０００７】
簡潔に述べると、この発明は、いくつかの波長を選択的に放射することができる集積化半導体レーザーデバイスに向けられる。そのデバイスは、異なる共振器長の多数のリングレーザーを含み、これらは選択的に活性化され、そして選択されたリングレーザーの共振器長に相当する波長の出力ビームを出力するために出力部に結合される。これとは別に、又は先の装置と結合して、異なる活性層のバンドギャップを有するリングレーザーが、異なる波長を放射するために選択的に活性化される。
【０００８】
この第１の実施例では、異なる共振器長のリングレーザーおよび(または)異なる活性層のバンドギャップのリングレーザーが、直列に、あるいは縦続的に結合され、そのリングレーザーの各々は、好ましくは一方向に向く。それらのレーザーは、異なる共振器長であり、および(または)異なる活性層のバンドギャップであり、そのため、各レーザーは、異なる波長で光を放射し、また、第１のレーザーから放射された出力光ビームが次のレーザーの入力部に連結されるように、それらが位置する。結合したレーザーは、カスケード接続のリングレーザーの選択された１つに対応する波長の光を放射することができる、波長選択可能なデバイスを提供する。そのアクティブなレーザーは、そのしきい値を超えてそれにバイアスをかけることにより選ばれる。一方、残りの異なる波長のレーザーは、しきい値以下にバイアスされ、そして、異なる活性層のバンドギャップのレーザーは、無バイアスに留まる。しきい値を上回ってバイアスをかけられないリングレーザーは、選択されたリングレーザーによって放射された光に対して透明であり、そのため、選択されたデバイスによって出力された光は、選択されたデバイスから、介在するあらゆるレーザーを通過してデバイスの出力部に伝播する。
【０００９】
この発明の第２の実施例では、光学アンプ(SOA)要素がデバイス出力部に備えられる。いずれかのリングレーザーにより放射され、SOA要素に挿入された光を変調するために、前記SOA要素は、０超過バイアスと逆バイアスの間で切り替えられる。このSOA要素は、逆バイアス下の受信光を吸収し、その光をロスなしで通過させるか、あるいは正のバイアス下で、光を増幅する。このようにSOA要素を操作する理由は、波長選択可能なデバイスの出力で、高速の変調能力を提供することである。SOAは挿入された光を受け取り、選択的に、それを増幅するか、変化させずに通過するか、又は、それを吸収し、そして、アクティブにされたレーザーの波長で変調された出力を提供する。これとは別に、SOA要素に替えて電界吸収(EA)要素を代用することができ、EA要素への０から逆バイアスへ適用を通じて変調が実行される。この発明の集積化された構造の利用は、もし望まれれば、前もって定義した位置で前もって定義した波長のレーザー光出力ビームを生産し、かつ出力ビームを変調するその能力にある。
【００１０】
この発明の第３の実施例では、複数のリングレーザー(好ましくは一方向の種類)は、各々共通で、複数脚のある出力共振器に直接か、あるいは介在したSOAを通じて接続される。このように、多数のレーザーは同時にアクティブにでき、また、もし望まれれば、レーザーの出力が、複数脚のある出力共振器(それもSOAであってもよい)に入る前に、各レーザーの出力を変調することができる。この集積化されたデバイスは、波長区分多重化(WDM)の中でのように、単一以上の波長が望まれる適用に使用される。これとは別に、EA要素は、介在したSOA要素および、EA要素上で０〜逆バイアスの印加を通じて実行される変調に代用することができる。
【００１１】
先の実施例の複数脚のある出力共振器は、単一の出力ビームを提供するが、別の実施例では、出力共振器は、より大きなファンアウト適用のために、複数出力ポイントを持つ。この実施例は複数出力ビームを望む適用のために使用することができ、ビームが装置から放射される前に、1つ以上の波長を結合する。
【００１２】
先、また、この発明の前述した、および追加の目的、特徴および利点は、添付の図面と共にそれの好ましい実施例の詳細な説明から当業者なら明白であろう。この発明のより詳細な記述に転じると、図１および２は、それぞれ公知の半導体リングレーザー10、12を示し、これらは、剥離技術や既知のエッチング・プロセスのものよりも端面をより大きく制御することを可能にする、エッチング・プロセスを通じて一つの基板上に形成される。これらのデバイスは、米国特許 4,851,368番号、および米国特許 5,132,938号に詳細にそれぞれ記述され例証されている。双方の場合で、レーザー共振器14および16の内に伝播された進行波がそれぞれ、それぞれの独立した面で放射される光の量をコントロールするために、前もって定義した角度で端面に当たるように、半導体レーザー構造が設計されている。図１のデバイスでは、三角形の共振器14は、基板18上の単一体の構造として形成され、上側のレーザー面は、バイアス電圧22の印加を許可するために、金属層20でコーティングされる。適切なバイアス電圧の印加は、共振器内でレーザー光線を発する動作を引き起こし、共振器内を伝播する光進行波を生成し、それは角のある面24、26および28によって反射される。これらの面の表面は、内部反射を与える面24および26と、および、光の発生を許可するために部分的な送信を提供する面28と光学的に滑らかである。前述の特許4,851,368号に記述されたように、臨界角より大きな角度の光衝突面28は、光を全反射し、そして臨界角より小さい角度での面へ入射する光は放射する。
【００１３】
図２に図示した、および、米国特許 5,132,983号により詳しく記述された、リング共振器12は、ダイヤモンドの形を形成するために面30、32、34および36で交差する４個の共振器脚部を含む。以前と同様に、そのレーザーは、基板38上に組立られ、電気的に伝導性で、デバイスのレーザー照射を制御するために、バイアス電圧42が接続される、最上層40を含む。このレーザーでは、面30および34の双方は、内部で全反射し、そして４本の脚の角度を適切に設計することにより、面32および36は、臨界角未満で循環する光を受け取り、その結果、光を、各面から放射することができる。レーザー12によって生成された光は、共振器16内で右回りと左回りの方向で伝播するかも知れないが、伝播は単一の方向に制限することができ、例えば、面32でのように、適切なソース46からのレーザー光ビーム44が共振器16に注入される時のように、注入ロックの使用によって行える。レーザーへ結合される入射光のパーセンテージは、面32の表面に関するビーム44の入射角に依存し、図示した実施例では、ビーム44は、光の右回りの伝播を生成し、面36で対応する出口ビーム50に帰着する。この光も面32からビーム52として放射される。ソース46からのレーザーへ連結される光の量は、ビーム44の入射角、およびソース46と面32の間の間隔に依存する。
【００１４】
そのレーザーが構築される材料は、少なくとも一つの量子井戸を有する半導体であるが、ダブルのヘテロ構造(DH)か量子ドットのような他のタイプの構造(それは当業者には周知である)を使用することができる。図３は、量子井戸を汲む電流密度が増加した時に、材料に基づく量子井戸の利得が増大することを示すグラフである。さらに、それは次のことを例証している。量子井戸内の特定の波長に対する利得分布のピークは、量子井戸を汲むしきい値電流密度が増加するにつれ、より短い波長にシフトする。この挙動は、例えば応用物理学報告書、Vol.54、1092-1094pの中でMittelsteinらによって説明されている。さらに、応用物理学の報告書、54巻、493-495pの中でBehfarradらによって、共振器長が減じるにつれ、量子井戸レーザーに対するしきい値電流密度がいかにして増大するかを記述している。したがって、より短い共振器長のレーザーは、等価な面を有する、より長い共振器長のものよりも、より高い往復のロスを被る。このより高いロスを補うために、共振器は、レーザーがしきい値に達するためにより高い利得を生成する必要があります。このより大きいロスを補償するために、その共振器は、レーザーがしきい値に達するためにより高い利得を生成する必要がある。したがって、レーザー光線を発生するためのしきい値電流密度は、より長いレーザーに対するよりも、より短いものに対して、より高い。
【００１５】
図４は、リングの共振器長が減じるにつれ、ピークでレーザーを発生する波長がいかにシフトするかを示し、共振器長が短い程、波長が短くなる。これは、図３に示されるように、より高い電流密度が量子井戸を汲むにつれて、ピーク利得がより短い波長にシフトする事実から、より短いレーザー共振器が、より高いしきい値電流密度を持つという事実によって説明される。従って、レーザーの出力波長は、レーザー共振器長の選択により制御可能である。多数の波長間で切り替えることができる(そうでなければ、変調されなければならない)出力ビームを有するデバイスを構築するために、この特徴はこの発明で使用される。選択的に、あるいは共振器長さの変更に加えて、より短い波長レーザーの放射は、活性層の中のバンドギャップを増加させることにより得ることができ、この特徴は、多数の波長を放射するデバイスを構築するためにこの発明で使用される。
【００１６】
波長選択可能なレーザーデバイス60は、図５Ａで一般に例証されるように、相互に連結した多数のレーザーを直列に組み合わせることにより、上に記述された特徴を用いて組み立てられてもよい。このデバイスでは、(図２で示したようなダイヤモンド形のレーザーのような多くの尾根タイプのレーザーが、基板70上にレーザー62、64、66および68が一体的に直列に配置される。レーザー62のトップの表面71のような、各レーザーのトップの表面は、図２の電極40のような電極を含み、それに対して、それぞれソース72、74、76および78のような、対応するバイアス電圧ソースが接続される。いくつかのレーザーに印加されるバイアス電圧は、個々に可変であってもよく、また、対応するレーザーに選択的にエネルギーを与えるために、好ましくは82、84、86および88で一般に示されたスイッチのような適切なスイッチを通じて接続される。例証されるように共振器長、すなわち、レーザー内を光が伝播して伝わる距離は、各レーザーで異なる。例えば、１つの実施例では、レーザー62は、バイアスソース72によってエネルギーを与えられた時、700μmの共振器長に対応する波長で光を放射する共振器長で組立られ、レーザー64は、エネルギーを与えられた時、500μmの共振器長に対応する波長で光を放射する共振器長で組立られ、レーザー66は、エネルギーを与えられた時、400μmの共振器長に対応する波長で光を放射する共振器長で組み立てられ、レーザー68は、エネルギーを与えられた時、320μmの共振器長に対応する波長で光を放射する共振器長で組み立てられてもよい。これらのレーザーの各々によって生成される波長の単なる例であり、他の波長がそれぞれのレーザーの共振器長を変えることによって生成されてもよいことが理解されるであろう。同様に、この実施例では４つのレーザーが図示されているが、これは図示の目的のためであり、追加のレーザーまたはより少ないレーザーが、この発明に基づく直列配置で使用されてもよいことが理解されるであろう。
【００１７】
そのレーザーは好ましくは一方向で、かつ直列に位置し、その結果、第１のレーザーデバイスから放射された出力ビームは、直列の次の隣接するデバイスへ結合される。したがって、例えば、レーザー62の出力面92からの出力ビーム90が、レーザー64の入力面94の上に向くように、レーザー62はレーザー64に関して位置する。レーザー62および64を接近させ、そして、ビーム90がレーザー64へ連結されることができる入射角で面94に当たるように位置を決めることによって、そのビーム90はレーザー64に挿入される。同様に、レーザー64の出力面98から放射された出力ビーム96が、ビーム98がレーザー66に挿入されることができる入射角でレーザー66の入力面1OOに当たるように、レーザー64はレーザー66に関して位置する。再び、レーザー66によって放射された出力ビーム102は、レーザー68に挿入され、また、出力ビーム104はレーザー68(これは図示した実施例では直列の最後のレーザーである)の出力面106から放射されるであろう。
【００１８】
レーザー62、64、66および68の各々は、そのレーザー光線を発するしきい値以上の、あるいはそのレーザー光線を発するしきい値以下の、選択された値のバイアスの印加により選択的にエネルギーを与えられてもよい。しきい値以上にバイアスが印加された時、対応するレーザーは、その動作波長で光の出力ビームを生成するためにエネルギーが与えられる。しきい値以下にバイアスされたレーザーは、レーザーとして作動しないが、共振器でのロスを克服するために十分にエネルギーを与えられ、その結果、共振器は、注入された光ビームに対して有効に透明になり、そのビームがかなりのロスなしで共振器を通り抜けることを可能にする。これにより、例えば、600μmの共振器に対応する波長を持つ出力ビーム104を生成するように、デバイス60を動作させることが所望されたなら、レーザー62はスイッチオフされ、レーザー64はスイッチオンされ、500μmの共振器長に対応する波長を持つ光ビーム96を放射するために、しきい値以上にバイアスされる。その後、レーザー64からの出力に透明になるように、レーザー66および68はしきい値以下にエネルギーを与えられ、その結果、レーザー66は、500μmの共振器長に相当する波長をも有する出力ビーム102を生成し、また、共振器長500μmに対応する選択された波長で放射されたビーム104を、その出力面106で生成するために、前記ビーム102に対して透明となるようにレーザー68がバイアスされる。別の例において、700μmの共振器長に相当する波長を有する出力ビーム104が必要な場合、レーザーデバイス62は出力ビーム90(これは、共振器長700μmに対応する波長を有する)を生成するためにしきい値以上でエネルギーが与えられ、レーザーデバイス64、66および68はビーム90に対して透明になるために、しきい値以下にエネルギーを与えられる。
【００１９】
これとは別に、あるいは上に記述された異なる共振器長のレーザーに加えて、異なる活性層のバンドギャップのリングレーザーが、デバイス60用に必要とされる異なる波長放射を生成するために使用することができる。そのようなレーザーの好ましい結合は、より大きな活性層のバンドギャップに相当する、より短い波長を放射するレーザーが、より長い波長を放射するレーザーからの光を受け取ることである。より短い波長レーザーは、バイアス無しで、より長い波長に本質的に透明である。
【００２０】
図５Ａに示したこの発明の１つの実施例では、各レーザーデバイスが隣接する次のレーザーデバイスに、ほとんどロス無しで直接に結合されるように、各レーザーデバイスからの出力面は、直列の次の隣接したレーザーデバイスの入力面からおよそ２μmで隔てられる。
【００２１】
図５Ａの選択性波長デバイス60は、出力ビーム104の変調のために半導体光学アンプ(SOA)要素110を組込んでもよい。上に記述されたリングレーザーは、フィードバックで作動し、それらが有効なアンプでないので、バイアスがしきい値を超過する場合、これらのレーザーはレーザー光線を発し始める。しかしながら、フィードバックが除去され、レーザー光線を発することなく、入力波長の増幅を生成するため、バイアスが強力にかけることができるように、SOA要素110はオープンのリングである。したがって、例えば、SOA要素は、４本の脚112、114、116および118を含み、脚118および112の接合部に入力面120を、脚114および116の接合部に出力面122を含んでもよい。しかしながら、脚116および118は、リングがオープンとなるように、切り詰められる。可変のバイアスソース124はスイッチ126を通って、選択的な活性化のために、SOA要素のトップの表面上の電極に接続される。バイアスソース124によってエネルギーを与えられた時、SOA要素110はレーザー68から出力ビーム104を受け取って増幅し、増幅された出力ビーム130を放射する。
【００２２】
挿入された光ビーム104を増幅するために、通常SOA要素にバイアスが印加されるが、選択的に、挿入された光を変調するために、上記の０バイアスと逆バイアスの間でバイアスを切り替えることができる。そのSOA要素は、逆バイアス下で光を吸収し、ロスすることなく、または正のバイアス下で増幅して、光を通過させ、これにより、高速光変調能力を提供する。従って図５Ａの結合されたデバイス60は、所望により、所望の出力波長を選択し、増幅するか、および／又は出力光ビームを変調するように動作してもよい。
【００２３】
SOA要素110は、図５Ｂで示した、脚146の２つの端部での入力面142および出力面144を持つ直線のSOA 140と取り替えられてもよい。好ましくは、脚146は、出力ビーム104のSOA 140への結合を最大にするために、リングレーザーの入射角で水平から傾斜している。バイアスソース124によってエネルギーを与えられた時、SOA要素140はレーザー68からの出力ビーム104を増幅し、増幅された出力ビーム130を放射する。
【００２４】
変調器としてSOAを使用することの１つの不利は、それが０バイアスで透明でないということであり、透明を達成するには、印加されるバイアスが正である必要があり、その結果、各入力光子は本質的に等価な出力光子を生成する。これは、前述した選択的な波長デバイスを動作するために、比較的高いレベルの電流に帰着することができる。０バイアスで透明になるように、レーザーのレーザー光線を発する波長に対応するエネルギーより大きい量子井戸のバンドギャップを有する出力電界吸収(EA)変調器の提供により、前記電流を低減することができる。そのような、より大きな量子井戸のバンドギャップは、エピタキシアル再成長または、Yuらによる、Journal of Applied Physlcs 88巻 の5720-5723頁の「ln0.53 Ga 0.47 As/lnP 多重量子井戸構造による不純なしの拡散時のln 0.53 Ga 0.47 Asキャップ層および誘電体のキャップ層の化学量論の影響」に記述されたような、不純なしの拡散のような様々な組立て技術によって提供することができる。図５ＡのSOA要素110あるいは図５ＢのSOA要素140のいずれか一方は、０および逆バイアスの間で切り替えられることにより光104を変調するEA要素と取り替えられてもよい。このEA要素は、ビーム104に対する最短の波長に対応する活性層のバンドギャップより大きな活性層のバンドギャップを有する材料から構築されなければならないであろう。
【００２５】
図５Ａで示したレーザーデバイスの直列配置の代替は、図６で一般に示された選択的にエネルギーを与えることができるレーザーの並列配置150である。この実施例では、多数のリングレーザー152、154、156および158が提供され、各レーザーはき異なる共振器長を持ち、そのため、上に記述したように、光の異なる波長を放射する。以前と同様に、リングレーザーは好ましくは一方向で、共通の基板160上に一体的に作り上げられる。各レーザーは、162、164、166および168で一般に示される、対応するスイッチ付きのバイアスソースによって選択的に動作される。しきい値以上にエネルギーが与えられた時、各レーザーは、対応する出力ビーム172、174、176および178をそれぞれ放射し、各出力ビームはその対応するレーザーの共振器長さに対応する波長を有する。二者択一で、異なる共振器長に加えて、異なる活性層のバンドギャップのリングレーザーが異なる波長放射を生成するために使用され得る。
【００２６】
図６の実施例では、すべてのレーザーからの出力ビームは、共通の半導体光学のアンプ180(これは対応する可変のスイッチ付きバイアスソース182によって活性化される)へパラレルに挿入される。この実施例のSOA 180は多数の入力脚184、186、188および190(その各々は入力面192、194、196および198のような入力面をそれぞれ組込む)を持つ。このSOA 180は、出力ビーム202が放射される場合、あらゆる入力面で挿入された光ビームを増幅し、その入力ビームを出力面200へ伝播させ、ここから出力ビーム200が放射されるために、バイアスされるオープンのリング要素である。動作時、レーザー152, 154, 156 および158の任意の１つ以上が、そのしきい値を上回るバイアス電流が印加され、活性化されたデバイスの共振器長に対応する波長で対応する出力ビームを発生する。そのSOA 180はその対応する入力面でその光を受け取り、それを増幅し、活性化されたレーザーの波長を有する出力202を、出力面200でそれを放射する。多数のレーザーが活性化される場合、出力ビーム202は多数の波長を含む。
【００２７】
尾根のレーザー152、154、156および158は、三角形のものとして図示されているが、他のリングレーザー配置を使用することができることが理解されるであろう。例えば、所望により、図２の４個の脚のあるダイヤモンド形状が使用され、曲がった脚のレーザーまたは様々な構成の複数脚のレーザーデバイスが使用されてもよい。
【００２８】
もし望まれれば、SOA 180からの出力ビーム202は、入力面206経由で第２のSOA変調器204に挿入されてもよい。SOA要素204は、ビーム202を変調して、選択されたレーザー入力(複数化)の波長に相当する波長を有する変調出力ビーム210を生成するために、図５Ａの要素110に関して上に記述した方法で作動するようにしてもよい。図６に示した一体化構造150は、予め決められた波長を有し、かつ、出力SOA 204により所望されるように変調される、出力レーザービーム210の生成を可能にする。二者択一で、図５Ａのデバイスに対し、上に議論したように、SOA 204は、直線のSOAあるいはEA要素と取り替えられてもよい。
【００２９】
この発明の別の実施例は図７に示されており、一般に220で示した選択可能波長デバイスは、図６のデバイス150に似るが、レーザーとSOAとの間の直接の結合に替えて、個々のSOA要素は、レーザー152, 154, 156 および 158 と、共通のSOA要素180との間に、個別のSOA要素が含まれ、レーザー出力の変調または増幅を与える。この実施例では、図６の実施例に共通の各要素は、同様に番号が付けられている。図示したように、それぞれのレーザー152、154、156および158からの出力ビーム172、174、176および178は、対応するSOA要素222、224、226および228に向けられ、これらの要素の各々は、スイッチ付きの可変バイアスソース232, 234, 236 および 238によってエネルギーがそれぞれ与えられる。このSOA要素は、SOA要素180のうちの入力脚182、184、186および188のそれぞれの入力面に挿入される対応の出力ビームを生成するそれぞれのレーザー装置によって挿入されたビームを増幅するか変調するためにエネルギーを与えられてもよい。図７に示したアセンブリーは、選択的にあるいは同時に活性化することができる多数のレーザーをそれによって提供する、レーザー出力が多重脚のある共通の出力SOA要素180に挿入される前に、各レーザー出力は個々に変調できる。この一体化のデバイスは、出力ビーム202に１つ以上の波長が望まれる適用で使用されてもよい。また、そのようなデバイスは波長区分多重化(WDM)において特に有用である。二者択一で、図５Ａに関して上で議論したように、SOA要素222、224、226および228は直線のSOA要素あるいはEA要素と取り替えられてもよい。
【００３０】
入力レーザー152、154、156および158は、三角形のリングレーザーとして示したが、他のタイプのリングレーザーを用いてもよいことが理解されるであろう。また、所望により、付加的な波長選択性を提供するために、個々のSOA要素222、224、226および228への各入力のために、直列接続のレーザーが使用されてもよい。
【００３１】
図６および７で示した多重脚のあるSOA要素180は、その出力面200で単一の出力を提供する。しかしながら、もし望まれれば、図８で示されるように、複数の出力脚252、254、256および258を組込むためにSOA要素は変更されてもよい。出力面は、出力脚の各々に備えられ、その結果、デバイスは、262、264、266および268で例証されるように、各面で出力ビームを放射する。
【００３２】
図９は、トップ平面図にて、尾根タイプ半導体EA変調器280を示し、入力レーザーデバイス282の放射波長に対応するエネルギーより大きなバンドギャップを備えた量子井戸の材料を用いて組み立てられる。このEA変調器280は０バイアスで透明であるが、適したスイッチ付きバイアスソース284により、逆バイアスが印加されると、それは吸収するようになる。この変調器が０と逆バイアスの間に単に動作する必要があるので、電流はほとんどそこに流れない。その結果、プロセスの組立ての間に、デバイス上のメタルは、キャパシタンスを低減するために最小限にされ、その結果、高速に作動することができる。この図の260にて示した変調器は、面286のような直角の面を採用し、その結果、本変調器が組み立てられる基板288上に過度のエリアを占領することなく、パス長を増大せることができる。
【００３３】
図６のカプラー180のような多重脚のあるカプラーを使用することの欠点は、面194、196および198で望まれない光を放射することである。図１０は、ビーム172、174、176および178を共通の出力要素へ効率的に組み合わせることにより、この望まれない放射を回避する代替のSOAカプラー300を示す。この実施例では、前記カプラーが、それぞれのビーム172、174、176および178をパラレルで受け取る入力脚302、304、306および308を含む。これらのビームは、共通の出力脚310に混合され、そこのカプラー300の出力面から、出力ビーム210が放射される。上に記述されるように、スイッチ付きバイアスソース182はこのカプラーの動作を制御する。
【００３４】
光の結合は、イチジクの実の装置の中で達成されましたが。SOA 180あるいは250により、図６、７または８のデバイス内で、および、SOAカプラー300により、図１０のデバイス内で達成されるが、SOA増幅が要求されない場合には、これらのSOA要素を上に記述されたようなEA要素に取り替えることが望ましい。これは、EA要素がバイアスが無くともカプラーとして作動するか、カプラーであることに加えて変調器として動作することを可能にする。
【００３５】
この発明は好ましい実施例のもとで図示されたが、この発明の本旨および範囲から逸脱することなく、様々な尾根レーザー配置が利用されてもよいことに理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術のリングタイプのレーザーを示す。
【図２】従来技術のリングタイプのレーザーを示す。
【図３】様々なポンプ電流密度用のレーザーデバイス中で、量子井戸用の波長関数としての利得分布を示す。
【図４】リング形態の量子井戸レーザーの共振器長の関数として、ピークでレーザー出力する波長の挙動を示す。
【図５Ａ】この発明に基づく波長選択可能なレーザーデバイスの第１の実施例の上方から見た斜視図であり、カスケードに直接結合された直列のリングレーザーを採用し、各レーザーは、異なる共振器長を有し、直列のリングレーザーは、出力部SOAで終端する。
【図５Ｂ】図５Ａのデバイス用の変更されたSOAを示す。
【図６】単一の出力を提供する複数脚のあるSOAと平行に直接つながれた多くの異なる共振器長のリングレーザーを組込む波長選択可能なレーザー装置の第２の実施例の図を示す。
【図７】単一の出力を有する複数脚のあるSOAに対応する脚に対応するSOA要素によってつながれた多くの異なる共振器長のリングレーザーを組込むこの発明の第３の実施例を示す。
【図８】図６または７のデバイスにおいて使用可能な多数の出力部を備えた複数脚のあるSOAの図を示す。
【図９】別の光変調器の図を示す。
【図１０】別の光カプラーの図を示す。
【符号の説明】
【００３７】
62、64、66および68  レーザー
70  基板
72、74、76および78  バイアス電圧ソース
90  出力ビーム
94  入力面
98  出力面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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