(57)【要約】      （修正有）【課題】高速動作と高い光出力とを同時に実現することができる直接変調レーザを提供する。【解決手段】直接変調レーザは、ＤＦＢ（分布帰還型）レーザ１０１と、ＤＦＢレーザの出射端に形成されたＳＯＡ（半導体光増幅器）１０３と、ＤＦＢに交流成分信号および直流成分信号の重畳信号を与えるとともに、ＳＯＡに直流成分信号のみを与える駆動回路１０６とを含む。【選択図】図１
2018060975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＦＢレーザと、
前記ＤＦＢレーザの出射端に形成されたＳＯＡと、
前記ＤＦＢに交流成分信号および直流成分信号の重畳信号を与えるとともに、前記ＳＯＡに前記直流成分信号のみを与える駆動回路と
を含むことを特徴とする直接変調レーザ。
【請求項２】
前記駆動回路は、前記重畳信号を出力するバイアスティを含むことを特徴とする請求項１に記載の直接変調レーザ。
【請求項３】
前記ＳＯＡへの前記直流成分信号は、前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡの光導波方向についての長さの比に応じて与えられることを特徴とする請求項２に記載の直接変調レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分布帰還型（ＤＦＢ:Distributed FeedBack）の直接変調レーザに関する。
する。
【背景技術】
【０００２】
直接変調レーザ（ＤＭＬ:Directly Modulated Laser)は、レーザチップに入力する電流値を変調することで、レーザチップ端面から出力されるレーザビームの光強度を直接的に高速変調して用いる素子である。従来の直接変調レーザでは、ＭＱＷ（Multiple Quantum Well）構造の活性層と、リッジ型導波路と、半導体層とを備えるものがある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８２３９９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、ＤＭＬを高速動作させる場合には、レーザの共振器長を短くする手法がとられている。しかしながら、ＤＭＬの共振器長が短いと、素子の抵抗が大きくなるため、ＤＭＬに電流を注入する際に素子の温度が上がり、その結果、光出力が劣化するという問題があった。
【０００５】
換言すると、ＤＭＬの高速動作と光出力との間にはトレードオフの関係があるので、単にレーザの共振器長を短くしただけでは、このトレードオフによりＤＭＬの高速動作と高出力とを同時に実現することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記の状況下においてなされたものであり、レーザの出射側に半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）を備えるようにすることで、高速動作と高い光出力とを同時に実現することができる直接変調レーザ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】
上記の目的を達成するため、本発明は、ＤＦＢレーザと、前記ＤＦＢレーザの出射端に形成されたＳＯＡと、前記ＤＦＢに交流成分信号および直流成分信号の重畳信号を与えるとともに、前記ＳＯＡに前記直流成分信号のみを与える駆動回路とを含む。
【０００８】
前記駆動回路は、前記重畳信号を出力するバイアスティを含むようにしてもよい。
【０００９】
前記ＳＯＡへの前記直流成分信号は、前記ＤＦＢレーザおよび前記ＳＯＡの光導波方向についての長さの比に応じて与えられるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、高速動作と高い光出力とを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る直接変調レーザの構成概略を説明するための図である。
【図２】第１実施形態の直接変調レーザの積層例を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る直接変調レーザの構成概略を示す図である。
【図４】図１の直接変調レーザを搭載した光送信モジュールの構成例を示す図である。
【図５】図３の直接変調レーザを搭載した光送信モジュールの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の各実施形態である直接変調レーザについて説明する。各実施形態の直接変調レーザは、ＤＦＢレーザである。
【００１３】
＜第１実施形態＞
［直接変調レーザ１００の全体構成の概略］
図１は、本実施形態に係る直接変調レーザ１００の全体構成の概略を説明するための図である。
【００１４】
図１に示すように、この直接変調レーザ１００は、光導波方向に対して順に、ＤＦＢレーザ１０１およびＳＯＡ１０３を備えており、分離溝１０２は、ＤＦＢレーザ１０１とＳＯＡ１０３とを電気的に分離する。この実施形態において、ＤＦＢレーザ１０１およびＳＯＡ１０３は、単一の半導体基板上に、一体的にモノシリック積層されている。
【００１５】
駆動回路１０６は、交流成分信号ＩRFの信号源１０と、直流成分信号Ｉdの信号源２０と、コンデンサＣ、抵抗ＲおよびコイルＬを含む回路とを含む。
【００１６】
ＤＦＢレーザ１０１の一端は、駆動回路１０６の抵抗ＲおよびコンデンサＣからなる直列回路と接続され、ＤＦＢレーザ１０１の他端は接地される。
【００１７】
ＤＦＢレーザ１０１の一端と抵抗Ｒの間には、駆動回路１０６のコイルＬの一端が接続され、コイルＬの他端は、ＳＯＡ１０３の一端と信号源２０との間に接続される。ＳＯＡ１０３の他端は接地される。この場合、コイルＬには、交流成分が流れないので、信号源１０からの交流成分信号ＩRFは、ＳＯＡ１０３側に流れない。したがって、ＤＦＢレーザ１０１には、後述する交流成分および直流成分を含む重畳信号（ＩRF＋ＩDC）が与えられる。
【００１８】
本実施形態では、ＤＦＢレーザ１０１に流れる直流成分は、ＤＦＢレーザ１０１およびＳＯＡ１０３の光導波方向についての長さの比に応じて与えられる。すなわち、ＤＦＢレーザ１０１には、直流成分信号ＩDCが与えられ、ＳＯＡ１０３には、直流成分信号ＩSOAが与えられる。例えば、ＳＯＡ長が５０μｍで、ＤＦＢレーザ長が２００μｍの場合、ＳＯＡ長は、ＳＯＡ１０３およびＤＦＢレーザ１０１の全長に対して１／５となるため、ＩSOA＝（１／５）×Ｉbとなる。なお、この場合、ＩDC＝（４／５）×Ｉbとなる。
【００１９】
このように、ＤＦＢレーザ１０１およびＳＯＡ１０３の各長さを調整することで、ＳＯＡ１０３に注入される直流成分信号ＩSOAを調整することができる。
【００２０】
本実施形態において、信号ＩRF，Ｉb，ＩDC，ＩSOAは、電流信号である。
【００２１】
なお、図１において、ＤＦＢレーザ端面１０１ａは、高反射（ＨＲ: High Reflection）コートが施され、ＳＯＡ出射端面１０３ａは、無反射（AＲ: Anti-Reflection）コートが施されている。
【００２２】
このように、コンデンサＣ、抵抗ＲおよびコイルＬを含む回路によって、ＤＦＢレーザ１０１に交流成分および直流成分の重畳信号（ＩRF＋ＩDC）を与え、ＳＯＡ１０３に直流成分信号ＩSOAを与えるようにすることで、ＳＯＡ１０３に必要な給電を常に確保することができる。
【００２３】
本実施形態の直接変調レーザ１００では、ＤＦＢレーザ１０１からの光出力がＳＯＡ１０３で増幅されるようになっている。したがって、ＤＦＢレーザ１０１の共振器長を短くしたとしても、その光出力の劣化分をＳＯＡ１０３で増幅することができるので、ＤＦＢレーザ１０１の高速動作を行うとともに、光出力を高くすることができる。
【００２４】
［直接変調レーザ１００の積層構成］
次に、上述した直接変調レーザ１００の構成について、図１および図２を参照して説明する。
【００２５】
図２は、直接変調レーザ１００の構成例を示す図である。
【００２６】
図２において、直接変調レーザ１００は、ｎ型ＩｎＰ基板１を備えており、この基板１上に、光導波方向に対して順に、ＤＦＢレーザ部層３と、ＳＯＡ部層４とを備える。また、基板１の裏面には、ｎ型電極１３を備える。
【００２７】
上述した各層２，４は、ＩｎＧａＡｌＡｓ系の材料もしくはＩｎＧａＡｓP系の材料で形成され、量子井戸構造を有する。
【００２８】
ＤＦＢレーザ部層３とＳＯＡ部層４との間に形成された光導波路層５は、ＩｎＧａＡｓＰ系の材料で形成される。そして、ＤＦＢレーザ部層３、ＳＯＡ部層４および光導波路層５上には、ｐ型ＩｎＰクラッド層７が形成されている。
【００２９】
図２において、ＤＦＢレーザ部層３上には、回折格子６が形成されている。絶縁膜８は、ＤＦＢレーザ部層３、ＳＯＡ部層４、光導波路層５およびクラッド層７をそれぞれ覆うように形成されている。そして、絶縁膜８上にはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）９が形成され、ＢＣＢ９上にはさらに、ＤＦＢレーザ部層３へ信号（ＩRF＋ＩDC）を注入のためのｐ型電極１１、およびＳＯＡ部層５への信号ＩSOAを注入のためのｐ型電極１２が形成されている。
【００３０】
［直接変調レーザ１００の動作］
次に、上述した直接変調レーザ１００の動作について、図１〜図２を参照して説明する。
【００３１】
先ず、ＤＦＢレーザ１０１およびＳＯＡ１０３の各ｐ型電極１１，１２に対して同時に順方向バイアスが印加された場合、ＤＦＢレーザ部層３において発生した光は、回折格子６により周期的に帰還する。
【００３２】
そして、シングルモードのレーザ光が生成されてＤＦＢレーザ部層３から出射する。このときのレーザ光の発振波長は、例えば1300ｎｍである。
【００３３】
上述したＤＦＢレーザ部層３からのレーザ光は、光導波路層５を介して、ＳＯＡ部層４で増幅されて外部へ出射される。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態の直接変調レーザ１００では、ＤＦＢレーザ１０１とＳＯＡ１０３とを備える。この場合には、ＤＦＢレーザ１０１の共振器長を短くしたとしても、その光出力の劣化分をＳＯＡ１０３で増幅することができるので、ＤＦＢレーザ１０１の高速動作を行うとともに、光出力を高くすることができる。
【００３５】
また、駆動回路１０６によって、ＤＦＢ１０１には交流成分および直流成分を含む重畳信号（ＩRF＋ＩDC）が与えられるとともにＳＯＡ１０３には直流成分信号ＩSOAのみが与えられるため、ＳＯＡ１０３への給電が確保される。この点で、直接変調レーザ１００によれば、ＳＯＡへの給電を効率よく行うことができる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態の直接変調レーザ１００Ａについて説明する。本実施形態の以下の説明では、特に記述しない限り、第１実施形態の説明で用いた符号等をそのまま用いる。
【００３７】
本実施形態の直接変調レーザ１００Ａが第１実施形態と異なるのは、駆動回路のみであるため、駆動回路を主に説明する。
【００３８】
［駆動回路の構成］
先ず、本実施形態の直接変調レーザ１００Ａの駆動回路１０６Ａの構成例について図３を参照して説明する。
【００３９】
図３は、かかる駆動回路１０６Ａの構成例を示す図である。
【００４０】
図３において、駆動回路１０６Ａは、バイアスティ１０５を含んでおり、このバイアスティ１０５には、交流成分信号ＩRFと直流成分信号Ｉｂとが入力される。
【００４１】
バイアスティ１０５とＤＦＢレーザ１０１との間は、駆動回路１０６Ａの抵抗Ｒが接続される。抵抗Ｒの一端とＤＦＢ１０１との間には、コイルＬの一端が接続され、コイルＬの他端は、ＳＯＡ１０３と接続される。
【００４２】
この場合、コイルＬは、交流成分を流さないので、バイアスティ１０５からの重畳信号Ｉのうちの交流成分は、ＳＯＡ１０３側に流れない。したがって、第１実施形態のものと同様に、ＤＦＢレーザ１０１には交流成分および直流成分を含む重畳信号（ＩRF＋ＩDC）が与えられ、ＳＯＡ１０３には直流成分信号ＩSOAのみが与えられる。
【００４３】
これにより、直接変調レーザ１００Ａでも、第１実施形態と同様に、ＤＦＢ１０１には交流成分および直流成分を含む重畳信号（ＩRF＋ＩDC）が与えられるとともにＳＯＡ１０３には直流成分信号ＩSOAのみが与えられるようになっている。したがって、直接変調レーザ１００Ａにおいても、第１実施形態と同様に、ＤＦＢレーザ１０１の共振器長を短くしたとしても、その光出力の劣化分をＳＯＡ１０３で増幅することができるので、ＤＦＢレーザ１０１の高速動作を行うとともに、光出力を高くすることができる。また、ＳＯＡ１０３への給電が確保されるため、ＳＯＡ１０３への給電を効率よく行うことができる。
【００４４】
次に、上記各実施形態の直接変調レーザの変形例について説明する
【００４５】
（変更例１）
上記実施形態では、直接変調レーザ１００，１００Ａを光送信モジュールに搭載する態様について言及しなかったが、そのような光送信モジュールを構成するようにしてもよい。
【００４６】
図４は、かかる光送信モジュール２００の一例として、図１と同様の構成を示している。本変形例の以下の説明では、特に記述しない限り、第１実施形態の説明で用いた符号等をそのまま用いる。
【００４７】
図４に示す例では、光送信モジュール２００は、１４本のピンが配置される。この場合、「３」のピンには、直流成分信号Ｉdが供給され、「１２」のピンには、交流成分信号ＩRFが供給される。
【００４８】
「３」のピンは、コイルＬの一端と接続され、コイルＬの他端は、ワイヤ５１を介してｐ型電極１１と接続されるとともにワイヤ５２を介してｐ型電極１２と接続される。
【００４９】
一方、「１２」のピンには、コンデンサＣの一端と接続され、コンデンサＣの他端は、抵抗Ｒの一端と接続される。抵抗Ｒの他端は、電極１１と接続される。このようにしても、光送信モジュール２００では、ＤＦＢレーザ１０１からの光出力がＳＯＡ１０３で増幅されるようになっている。したがって、ＤＦＢレーザ１０１の共振器長を短くしたとしても、その光出力の劣化分をＳＯＡ１０３で増幅することができるので、ＤＦＢレーザ１０１の高速動作を行うとともに、光出力を高くすることができる。
【００５０】
図５は、光送信モジュール２００Ａの一例として、図３と同様の構成を示している。本変形例の以下の説明では、特に記述しない限り、第２実施形態の説明で用いた符号等をそのまま用いる。
【００５１】
図５に示す例では、光送信モジュール２００Ａは、１４本のピンが配置される。この場合、「１２」のピンには、抵抗Ｒの一端が接続され、抵抗Ｒの他端は、ワイヤ６１を介して、ｐ型電極１１と接続されるとともに、コイルＬおよびワイヤ６２を介して、ｐ型電極１２と接続される。
【００５２】
また、「１２」のピンには、バイアスティ１０５が接続され、バイアスティ１０５には、直流成分信号Ｉdおよび交流成分信号ＩRFが供給される。このようにしても、光送信モジュール２００Ａでは、ＤＦＢレーザ１０１からの光出力がＳＯＡ１０３で増幅される。したがって、ＤＦＢレーザ１０１の共振器長を短くしたとしても、その光出力の劣化分をＳＯＡ１０３で増幅することができるので、ＤＦＢレーザ１０１の高速動作を行うとともに、光出力を高くすることができる。
【００５３】
（変更例２）
以上では、1300nm波長で発振する場合について説明したが、それ以外の波長を適用しても上記実施形態と同等の効果を得ることができる。例えば1550nm帯で発振する場合についても、光通信用の直接変調レーザの各構成要素１０１，１０３の結晶組成を変更して適用することもできる。
【００５４】
（変更例３）
図２に示したものにおいて、リッジ型導波路を例にとって説明しているが、埋め込み型導波路を適用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１  基板
３  ＤＦＢレーザ部層
４  ＳＯＡ部層
５  光導波路層
６  回折格子
７  クラッド層
８  絶縁膜
９  ＢＣＢ
１０，２０  信号源
１１、１２  ｐ型電極
１３  ｎ型電極
５１，５２，６１，６２  ワイヤ
１００，１００Ａ  直接変調レーザ
１０１  ＤＦＢレーザ
１０３  ＳＯＡ
１０５  バイアスティ
１０６，１０６Ａ  駆動回路
２００，２００Ａ  光送信モジュール
【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５】
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