(57)【要約】【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こと。【解決手段】直接変調レーザは、ＤＦＢレーザと、ＤＦＢレーザの出射端に形成されたＳＯＡと、ＤＦＢレーザ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ためのＤＦＢレーザ用電極と、前記ＤＦＢレーザ用電極とスタブを介して電気的に接続され、前記ＳＯＡに直流成分信号を与えるためのＳＯＡ用電極とを含む。【選択図】図１
2018060976.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レーザ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ためのＤＦＢレーザ用電極と、
前記ＤＦＢレーザ用電極とスタブを介して電気的に接続され、前記ＳＯＡに直流成分信号を与えるためのＳＯＡ用電極と
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１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レーザ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ためのＤＦＢレーザ用電極と、前記ＤＦＢレーザ用電極とスタブを介して電気的に接続され、前記ＳＯＡに直流成分信号を与えるためのＳＯＡ用電極とを含む。
【０００８】
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】
【０００９】
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】
【００１０】
【図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】図１の直接変調レーザの積層例を示す図である。
【図３】図１の直接変調レーザを含む光送信モジュールの構成例を示す図である。
【図４】スタブの長さをλ／４にした場合の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５】図４の直接変調レーザを含む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】
【００１１】
以下、本発明の実施形態である直接変調レーザについて説明する。実施形態の直接変調レーザは、ＤＦＢレーザである。
【００１２】
［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。
【００１３】
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。
【００１４】
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ＩDC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。
【００１５】
ＤＦＢレーザ１０１には、ｐ型電極（ＤＦＢレーザ用電極）１１が設けられており、ｐ型電極１１には、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る。ＤＦＢレーザ１０１の他端は接地される。
【００１６】
ｐ型電極１１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の他端は信号源２０と接続される。ＳＯＡ１０３の一端は接地される。
【００１７】
ＳＯＡ１０３には、ｐ型電極（ＳＯＡ用電極）１２が設けられており、ｐ型電極１２は、スタブ１５を介して、ｐ型電極１１と電気的に接続される。スタブ１５の長さｌは、スタブ１５中を伝搬する高周波交流信号の波長λに応じて、ｌ＝λ／２となるように設定する。
【００１８】
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、信号源２０側に流れない。したがって、ＤＦＢレーザ１０１のｐ型電極１１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。
【００１９】
一方、ｐ型電極１１からみたスタブ１５は、ｐ型電極１２の先端が開放され、かつスタブ１５の長さｌがλ／２となるため、高周波域ではオープンとなる。つまり、スタブ１５には、ｐ型電極１１からの直流電流成分は流れるものの、高周波交流成分は流れない。したがって、ｐ型電極１２に流れる直流成分信号は、ＤＦＢレーザ１０１およびＳＯＡ１０３の光導波方向についての長さ（抵抗）の比に応じて与えられる。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、ＳＯＡ１０３に流れる直流電流信号をＩSOAとすると、ＩSOA＝（１／５）×ＩDCとなる。
【００２０】
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。
【００２１】
本実施形態において、信号ＩRF，ＩDC，ＩSOAは、電流信号である。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
［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。
【００２６】
図２は、直接変調レーザ１００の構成例を示す図である。
【００２７】
図２において、直接変調レーザ１００は、ＳＩ（半絶縁性）−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。なお、基板１は、ｎ型ＩｎＰ基板とするようにしてもよい。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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が形成されている。ｐ型電極１１は、スタブ１５を介して、ｐ型電極１２と電気的に接続される。
【００３１】
［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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
また、ＤＦＢレーザ１０１には、駆動回路１０６によって、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にはスタブ１５を介して直流成分信号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。
【００３７】
次に、上記実施形態の直接変調レーザの変形例について説明する
【００３８】
（変更例１）
上記実施形態では、直接変調レーザ１００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。
【００３９】
図３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。
【００４０】
図３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ＩDCが供給され、「１２」のピンには、交流成分信号ＩRFが供給される。
【００４１】
「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。ｐ型電極１１は、スタブ１５を介してｐ型電極１２と電気的に接続される。
【００４２】
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。
【００４３】
（変更例２）
上述したスタブ１５の長さｌは、変更することができる。例えば、図４は、ｌ＝λ／４の場合の直接変調レーザ１００Ａの構成例を示している。この場合、ｐ型電極１２は、コンデンサＣ１を介してＧＮＤ接地し、ＳＯＡ１０３は高周波的に短絡するようになっている。このように構成することで、ＳＯＡ１０３に高周波交流成分信号が入らないようにすることも可能である。
【００４４】
図５は、本変形例に係る直接変調レーザ１００Ａを含む光送信モジュール２００Ａの構成例を例示している。この図５に示した例においても、ｐ型電極１２は、コンデンサＣ１を介してＧＮＤ接地するようにしてある。
【００４５】
（変更例３）
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。
【００４６】
（変更例４）
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。
【００４７】
（変更例５）
上述した光送信モジュール２００，２００Ａは、１４ピンのバタフライモジュールを例に挙げて説明したが、これと同等の回路を実現できるのであれば、他の代替の手法によっても実施することができる。例えば、かかる光送信モジュールとして、ＴＯＳＡ（Transmitter Optical SubAssembly）やＴＯ（Transistor Outlined）−ＣＡＮController Area Network）モジュールを採用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
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
１５  スタブ
５１  ワイヤ
１００，１００Ａ  直接変調レーザ
１０１  ＤＦＢレーザ
１０３  ＳＯＡ
１０６  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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