(57)【要約】【課題】波長特性が広帯域で可変である波長可変光フィルタ、および広帯域でレーザ光の波長が可変である波長可変レーザを提供すること。【解決手段】コア部を有するマルチモード干渉型導波路部と、前記マルチモード干渉型導波路部の長さ方向の一端に設けられた第１光入出力部と、前記マルチモード干渉型導波路部の他の一端に設けられた第２光入出力部とを有し、前記マルチモード干渉型導波路部は前記第１光入出力部から入力し第２光入出力部から出力する光に対して損失波長特性を有する光フィルタ部と、前記マルチモード干渉型導波路部のコア部の側部に設けられた、該コア部よりも屈折率または等価屈折率が低い側部クラッド部と、前記側部クラッド部の屈折率または等価屈折率を変化させる屈折率調整機構と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部を有するマルチモード干渉型導波路部と、前記マルチモード干渉型導波路部の長さ方向の一端に設けられた第１光入出力部と、前記マルチモード干渉型導波路部の他の一端に設けられた第２光入出力部とを有し、前記マルチモード干渉型導波路部は前記第１光入出力部から入力し第２光入出力部から出力する光に対して損失波長特性を有する光フィルタ部と、
前記マルチモード干渉型導波路部のコア部の側部に設けられた、該コア部よりも屈折率または等価屈折率が低い側部クラッド部と、
前記側部クラッド部の屈折率または等価屈折率を変化させる屈折率調整機構と、
を備えることを特徴とする波長可変光フィルタ。
【請求項２】
コア部を有するマルチモード干渉型導波路部と、前記マルチモード干渉型導波路部の長さ方向の一端に設けられた第１光入出力部と、前記マルチモード干渉型導波路部の他の一端に設けられた反射手段とを有し、前記マルチモード干渉型導波路部は前記第１光入出力部から入力し前記反射手段で反射され該第１光入出力部から出力する光に対して反射波長特性を有する光フィルタ部と、
前記マルチモード干渉型導波路部のコア部の側部に設けられた、該コア部よりも屈折率または等価屈折率が小さい側部クラッド部と、
前記側部クラッド部の屈折率または等価屈折率を変化させる屈折率調整機構と、
を備えることを特徴とする波長可変光フィルタ。
【請求項３】
前記光フィルタ部は、前記マルチモード干渉型導波路部の前記一端に設けられ、前記第１光入出力部から入力し前記反射手段により反射した光の一部が出力する第２光入出力部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の波長可変光フィルタ。
【請求項４】
前記マルチモード干渉型導波路部はリッジ構造を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の波長可変光フィルタ。
【請求項５】
前記マルチモード干渉型導波路部は埋め込み構造を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の波長可変光フィルタ。
【請求項６】
前記マルチモード干渉型導波路部はハイメサ構造を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の波長可変光フィルタ。
【請求項７】
前記第１光入出力部はハイメサ構造を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の波長可変光フィルタ。
【請求項８】
前記側部クラッド部の積層方向の上下に形成された、前記側部クラッド部よりも低い屈折率を有する上部クラッド層および下部クラッド層を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の波長可変光フィルタ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の波長可変光フィルタを備えることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項１０】
反射率の波長依存性が周期的にピークを示す周期性反射手段により構成した光共振器を備えることを特徴とする請求項９に記載の波長可変レーザ。
【請求項１１】
前記周期性反射手段はＤＢＲミラーであることを特徴とする請求項１０に記載の波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変光フィルタおよびこれを用いた波長可変レーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長可変レーザにおいて広帯域で波長可変を行なう方法として、反射率の波長依存性が周期的にピークを示すグレーティング素子と、損失あるいは反射率の波長依存性が比較的半値全幅の広いピークを有し、このピーク波長を変化させることができる波長可変光フィルタとを組み合わせる方法がある。たとえば、非特許文献１では、サンプルドグレーティング(Sampled  Grating：SG)と、波長可変光フィルタとしてのグレーティングアシスト方向性結合器光フィルタとを組み合わせて波長可変レーザを構成している。
【０００３】
一方、半値全幅が広い損失のピークを有する波長可変フィルタであるマルチモード干渉型（Multi  Mode  Interference、ＭＭＩ）導波路（非特許文献２参照）とサンプルドグレーティングとを組み合わせた波長可変レーザが開示されている（特許文献１、非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６６８７２６７号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】M.  Oberg,  et  al.,  IEEE  Photonics  Technology  Letters,  vol.5,  No.7,  pp.735-738,  1993
【非特許文献２】Pierre  A.  Besse,  et  al.,  Journal  of  Lightwave  Technology,  vol.12,  No.6,  pp.1004-1009,  1994
【非特許文献３】H.  G.  Bukkems,  et  al.,  IEEE  Journal  of  Quantum  Electronics,  vol.43,  No.7,  pp.614-621,  2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
たとえば大容量のＷＤＭ（Wavelength  Division-Multiplexing）通信においては広い波長範囲を使用するので、波長可変範囲がより広帯域な波長可変レーザを実現する等のために、反射率や損失などの波長特性の可変範囲がより広帯域である波長可変光フィルタが求められている。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、波長特性が広帯域で可変である波長可変光フィルタ、および広帯域でレーザ光の波長が可変である波長可変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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る波長可変光フィルタは、コア部を有するマルチモード干渉型導波路部と、前記マルチモード干渉型導波路部の長さ方向の一端に設けられた第１光入出力部と、前記マルチモード干渉型導波路部の他の一端に設けられた第２光入出力部とを有し、前記マルチモード干渉型導波路部は前記第１光入出力部から入力し第２光入出力部から出力する光に対して損失波長特性を有する光フィルタ部と、前記マルチモード干渉型導波路部のコア部の側部に設けられた、該コア部よりも屈折率または等価屈折率が低い側部クラッド部と、前記側部クラッド部の屈折率または等価屈折率を変化させる屈折率調整機構と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る波長可変光フィルタは、コア部を有するマルチモード干渉型導波路部と、前記マルチモード干渉型導波路部の長さ方向の一端に設けられた第１光入出力部と、前記マルチモード干渉型導波路部の他の一端に設けられた反射手段とを有し、前記マルチモード干渉型導波路部は前記第１光入出力部から入力し前記反射手段で反射され該第１光入出力部から出力する光に対して反射波長特性を有する光フィルタ部と、前記マルチモード干渉型導波路部のコア部の側部に設けられた、該コア部よりも屈折率または等価屈折率が小さい側部クラッド部と、前記側部クラッド部の屈折率または等価屈折率を変化させる屈折率調整機構と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る波長可変光フィルタは、上記の発明において、前記光フィルタ部は、前記マルチモード干渉型導波路部の前記一端に設けられ、前記第１光入出力部から入力し前記反射手段により反射した光の一部が出力する第２光入出力部をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る波長可変光フィルタは、上記の発明において、前記マルチモード干渉型導波路部はリッジ構造を有していることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る波長可変光フィルタは、上記の発明において、前記マルチモード干渉型導波路部は埋め込み構造を有していることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る波長可変光フィルタは、上記の発明において、前記マルチモード干渉型導波路部はハイメサ構造を有していることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る波長可変光フィルタは、上記の発明において、前記第１光入出力部はハイメサ構造を有していることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る波長可変光フィルタは、上記の発明において、前記側部クラッド部の積層方向の上下に形成された、前記側部クラッド部よりも低い屈折率を有する上部クラッド層および下部クラッド層を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る波長可変レーザは、上記の発明のいずれか一つに記載の波長可変光フィルタを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る波長可変レーザは、上記の発明において、反射率の波長依存性が周期的にピークを示す周期性反射手段により構成した光共振器を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る波長可変レーザは、上記の発明において、前記周期性反射手段はＤＢＲミラーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、マルチモード干渉型導波路のコア部の側部に設けられた側部クラッド部の屈折率または等価屈折率を変化させてコア部における光の閉じ込め状態を変化させることによって、波長特性が広帯域で可変である波長可変光フィルタ、および広帯域でレーザ光の波長が可変である波長可変レーザを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る波長可変光フィルタの模式的な平面図である。
【図２】図２は、図１に示す波長可変光フィルタのＡ−Ａ線断面および等価屈折率の分布形状を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す波長可変光フィルタにおいて、側部クラッド部の等価屈折率を変化させた場合の損失の波長特性の変化についての計算結果を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２に係る波長可変光フィルタの模式的な断面および等価屈折率の分布形状を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態３に係る波長可変光フィルタの模式的な断面および等価屈折率の分布形状を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態４に係る波長可変光フィルタの模式的な平面図である。
【図７】図７は、図６に示す波長可変光フィルタのＢ−Ｂ線要部断面図である。
【図８】図８は、図６に示す波長可変光フィルタにおいて、側部クラッド部の等価屈折率を変化させた場合の損失特性の変化について示す図である。
【図９】図９は、実施の形態５に係る波長可変光フィルタの模式的な平面図である。
【図１０】図１０は、図９に示す波長可変光フィルタのＣ−Ｃ線断面および等価屈折率または屈折率の分布形状を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態６に係る波長可変光フィルタの模式的な平面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態７に係る波長可変レーザの模式的な平面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す波長可変レーザのＤ−Ｄ線要部断面図である。
【図１４】図１４は、図１２に示す波長可変レーザのＥ−Ｅ線要部断面図である。
【図１５】図１５は、図１２に示す波長可変レーザのＦ−Ｆ線要部断面図である。
【図１６】図１６は、サンプルドグレーティング導波路部の反射率の波長特性の一例を模式的に示す図である。
【図１７】図１７は、図１２に示す波長可変レーザの発振波長について説明する図である。
【図１８】図１８は、図１２に示す波長可変レーザの発振波長と縦モードとの関係について説明する図である。
【図１９】図１９は、図１２に示す波長可変レーザの製造方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係る波長可変光フィルタおよび波長可変レーザの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各層の厚みと幅との関係、各層の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２２】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係る波長可変光フィルタについて説明する。図１は、実施の形態１に係る波長可変光フィルタの模式的な平面図である。また、図２は、図１に示す波長可変光フィルタのＡ−Ａ線断面および等価屈折率の分布形状を示す図である。以下、図１、２を用いてこの波長可変光フィルタ１０について説明する。
【００２３】
この波長可変光フィルタ１０は、半導体積層構造１１に形成された、ＭＭＩ導波路部１２ａとＭＭＩ導波路部１２ａの長さ方向の一端または他端に設けられた光入出力部１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅとを有する光フィルタ部１２と、半導体積層構造１１上のＭＭＩ導波路部１２ａの側部１５に設けられた電極１３と、半導体積層構造１１の裏面に設けられた電極１４と、を備えている。ＭＭＩ導波路部１２ａは、幅Ｗ１、長さＬ１を有している。
【００２４】
半導体積層構造１１は、下部クラッド層１１ａと、コア層１１ｂと、上部クラッド層１１ｃとが順次積層した構造を有している。波長１．５５μｍ帯の光を入力させる場合、下部クラッド層１１ａ、上部クラッド層１１ｃは、それぞれたとえばｎ−ＩｎＰ、ｐ−ＩｎＰからなる。コア層１１ｂは、ＭＭＩ導波路部１２ａにおけるコア部１１ｂａと、側部１５における側部クラッド部１１ｂｂとからなる。また、コア層１１ｂは、屈折率がＩｎＰよりも高くなるように、たとえば組成が１．４Ｑになるように調整されたＩｎＧａＡｓＰからなる。なお、１．４Ｑとは、バンドギャップ波長が１．４μｍという意味である。
【００２５】
また、上部クラッド層１１ｃの一部が突出してリッジ部１１ｃａが形成されている。このリッジ部１１ｃａが形成された領域がリッジ構造を有するＭＭＩ導波路部１２ａとなっている。また、リッジ部１１ｃａの存在によって、半導体積層構造１１の積層方向に対するコア層１１ｂの等価屈折率は、幅方向において形状Ｐ１１のような分布形状を有している。その結果、コア層１１ｂに入力された所定波長（たとえば１．５５μｍ帯）の光は、コア部１１ｂａと側部クラッド部１１ｂｂとの等価屈折率の差によって、コア部１１ｂａに閉じ込められて導波する。
【００２６】
また、光入出力部１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅもリッジ導波路構造を有しているが、所定波長の光をシングルモードで導波するように構成されている。
【００２７】
つぎに、この波長可変光フィルタ１０の特性について説明する。まず、光フィルタ部１２の特性について説明する。ＭＭＩ導波路部１２ａは、第１光入出力部としての光入出力部１２ｂから所定波長のシングルモードの光ＩＬ１を入力すると、この光は側部クラッド部１１ｂｂによってコア部１１ｂａに閉じ込められてＭＭＩ導波路部１２ａをマルチモードで導波し、第２入出力部としての光入出力部１２ｄからシングルモードの光ＯＬ１として出力する。
【００２８】
このＭＭＩ導波路部１２ａは、そのマルチモード干渉効果によって、光入出力部１２ｂから入力し、光入出力部１２ｄから出力する光に対して、極小値を有するような損失波長特性を有している。なお、この損失波長特性を実現するには、たとえば非特許文献１に記載される方法で、導波路の等価屈折率等の設計パラメータを用いて、ＭＭＩ導波路部１２ａが、光入出力部１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅを入出力ポートとする２×２カプラとして機能するように、ＭＭＩ導波路部１２ａの長さＬ１および幅Ｗ１、ならびに光入出力部１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅの位置を設定すればよい。このとき、たとえば、損失が極小値となる波長（極小損失波長）におけるＭＭＩ導波路１２ａの０次モード、１次モードの伝搬定数をそれぞれβ０、β１とすると、長さＬ１の値は、３π／｛２（β０−β１）｝となる。
【００２９】
ここで、屈折率調整機構としての電極１３と電極１４との間に電圧を印加し、側部１５に電流を注入すると、プラズマ効果によって側部クラッド部１１ｂｂの等価屈折率が、図２に示す形状Ｐ１２のように変化する。側部クラッド部１１ｂｂの等価屈折率が変化すると、ＭＭＩ導波路部１２ａのコア部１１ｂａにおける光の閉じ込め状態が変化するため、極小損失波長も変化する。したがって、上記の電流注入によって、損失の波長特性を変化させることができるので、波長可変光フィルタ１０は波長可変光フィルタとして機能する。
【００３０】
図３は、図１に示す波長可変光フィルタ１０において、側部クラッド部１１ｂｂの等価屈折率を変化させた場合の損失の波長特性の変化についての計算結果を示す図である。なお、図３において、「基準」とは、側部１５に電流を流していない状態の損失の波長特性を示している。図３においては、波長可変光フィルタ１０は、「基準」の状態において極小損失波長が約１．５６μｍになるように設計されている。また、コア部１１ｂａと側部クラッド部１１ｂｂとの等価屈折率の差は、０．０６となるように設計されている。また、長さＬ１の値は５０５μｍ、幅Ｗ１の値は１０μｍに設定されている。
【００３１】
つぎに、側部１５に電流を流して、側部クラッド部１１ｂｂの等価屈折率を、「基準」の等価屈折率に対して０．０８％、０．３８％、および０．５８％の割合だけ低下させる。なお、図３において「−０．０８％」、「−０．３８％」、および「−０．５８％」が、等価屈折率をその数値の割合で低下させた状態を示している。図３に示すように、等価屈折率を低下させるにつれて、極小損失波長は短波長側にシフトする。図３において矢印Ａｒ１は、「基準」の状態と「−０．５８％」の状態との間での極小損失波長の可変範囲を示しているが、矢印Ａｒ１が示す可変範囲は約５０ｎｍときわめて広帯域である。すなわち、本実施の形態１に係る波長可変光フィルタ１０はその損失の波長特性がきわめて広帯域で可変なものとなる。
【００３２】
なお、この極小損失波長の可変範囲は、ＭＭＩ導波路部１２ａのコア部１１ｂａと側部クラッド部１１ｂｂとの等価屈折率の差に依存する。すなわち、等価屈折率の差が小さいほどコア部１１ｂａから側部クラッド部１１ｂｂへの光のしみ出しが大きいため、側部クラッド部１１ｂｂの等価屈折率を所定量だけ変化させた場合の極小損失波長の可変範囲はいっそう広帯域となる。特に、本実施の形態１に係る波長可変光フィルタ１０はＭＭＩ導波路部１２ａがリッジ構造を有しているため、コア部１１ｂａと側部クラッド部１１ｂｂとの等価屈折率の差を０．０６程度とすることが容易に実現され、極小損失波長の可変範囲を約５０ｎｍときわめて広帯域にできる。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態１に係る波長可変光フィルタ１０は、その損失の波長特性がきわめて広帯域で可変なものとなる。
【００３４】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る波長可変光フィルタについて説明する。本実施の形態２に係る波長可変光フィルタの上方からみた構造は、図１に示す波長可変光フィルタ１０の構造と同一であるので、説明を省略し、以下ではその断面構造について説明する。図４は、本実施の形態２に係る波長可変光フィルタの模式的な断面および等価屈折率の分布形状を示す図である。
【００３５】
この波長可変光フィルタ２０は、半導体積層構造２１に形成された、ＭＭＩ導波路部２２ａとＭＭＩ導波路部２２ａの長さ方向の一端または他端に設けられた４つの光入出力部とを有する光フィルタ部と、半導体積層構造２１上のＭＭＩ導波路部２２ａの側部２５に設けられた電極２３と、半導体積層構造２１の裏面に設けられた電極２４と、を備えている。
【００３６】
半導体積層構造２１は、下部クラッド層２１ａと、コア層２１ｂと、上部クラッド層２１ｃとが順次積層した構造を有している。下部クラッド層２１ａ、上部クラッド層２１ｃは、それぞれたとえばｎ−ＩｎＰ、ｐ−ＩｎＰからなる。
【００３７】
コア層２１ｂは、ＭＭＩ導波路部２２ａにおけるコア部２１ｂａと、側部２５における側部クラッド部２１ｂｂとからなり、コア部２１ｂａが側部クラッド部２１ｂｂによって埋め込まれた構造を有している。コア部２１ｂａは、屈折率がＩｎＰよりも高くなるように、たとえば組成が１．４Ｑになるように調整されたＩｎＧａＡｓＰからなる。また、側部クラッド部２１ｂｂは、屈折率がＩｎＰよりも高く、かつコア部２１ｂａよりも低くなるように、たとえば組成が１．２３Ｑになるように調整されたＩｎＧａＡｓＰからなる。
【００３８】
上記のようにコア部２１ｂａと側部クラッド部２１ｂｂとの組成が調整されているため、半導体積層構造２１の積層方向に対するコア層２１ｂの等価屈折率は、幅方向において形状Ｐ２のような分布形状を有している。コア層２１ｂに入力された所定波長の光は、コア部２１ｂａと側部クラッド部２１ｂｂとの等価屈折率の差によって、コア部２１ｂａに閉じ込められて導波する。
【００３９】
なお、４つの光入出力部は波長可変光フィルタ１０の光入出力部１２ａ〜１２ｅと同様にリッジ導波路構造を有しており、所定波長の光をシングルモードで導波するように構成されている。
【００４０】
この波長可変光フィルタ２０の損失波長特性は、波長可変光フィルタ１０と同様に極小値を有するような損失波長特性を有している。そして、屈折率調整機構としての２つの電極２３と電極２４との間に電圧を印加し、側部２５に電流を注入すると、プラズマ効果によって側部クラッド部２１ｂｂの等価屈折率が低下する。その結果、この波長可変光フィルタ２０の極小損失波長も変化するので、波長可変光フィルタとして機能する。
【００４１】
なお、この波長可変光フィルタ２０において、コア部２１ｂａを１．４ＱのＩｎＧａＡｓＰとし、側部クラッド部２１ｂｂを１．２３ＱのＩｎＧａＡｓＰとすると、その等価屈折率の差は、たとえば波長１．５６μｍにおいて０．０６程度となる。この場合、側部クラッド部２１ｂｂの等価屈折率を−０．５８％の割合だけ変化させると、波長可変光フィルタ２０の極小損失波長の可変範囲は約５０ｎｍときわめて広帯域にできる。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態２に係る波長可変光フィルタ２０は、その損失の波長特性がきわめて広帯域で可変なものとなる。
【００４３】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る波長可変光フィルタについて説明する。本実施の形態３に係る波長可変光フィルタの上方からみた構造は、図１に示す波長可変光フィルタ１０の構造と同一であるので、説明を省略し、以下ではその断面構造について説明する。図５は、本実施の形態３に係る波長可変光フィルタの模式的な断面および等価屈折率の分布形状を示す図である。
【００４４】
この波長可変光フィルタ３０は、半導体積層構造３１に形成された、ＭＭＩ導波路部３２ａとＭＭＩ導波路部３２ａの長さ方向の一端または他端に設けられた４つの光入出力部とを有する光フィルタ部と、半導体積層構造３１上のＭＭＩ導波路部３２ａの側部３５に設けられた電極３３と、半導体積層構造３１の裏面に設けられた電極３４と、を備えている。
【００４５】
半導体積層構造３１は、下部クラッド層３１ａと、コア層３１ｂと、上部クラッド層３１ｃとが順次積層した構造を有している。下部クラッド層３１ａ、上部クラッド層３１ｃは、それぞれたとえばｎ−ＩｎＰ、ｐ−ＩｎＰからなる。
【００４６】
コア層３１ｂは、ＭＭＩ導波路部３２ａにおけるコア部３１ｂａと、側部３５における側部クラッド部３１ｂｂとからなる。コア部３１ｂａは側部クラッド部３１ｂｂよりも層厚が厚く形成されている。また、コア層３１ｂは、たとえば組成が１．４Ｑになるように調整されたＩｎＧａＡｓＰからなる。
【００４７】
このコア層３１ｂは、上記のようにコア部３１ｂａが側部クラッド部３１ｂｂよりも層厚が厚く形成されているため、半導体積層構造３１の積層方向に対するコア層３１ｂの等価屈折率は、幅方向において形状Ｐ３のような分布形状を有している。その結果、コア層３１ｂに入力された所定波長の光は、コア部３１ｂａと側部クラッド部３１ｂｂとの等価屈折率の差によって、コア部３１ｂａに閉じ込められて導波する。
【００４８】
なお、４つの光入出力部は波長可変光フィルタ１０の光入出力部１２ａ〜１２ｅと同様にリッジ導波路構造を有しており、所定波長の光をシングルモードで導波するように構成されている。
【００４９】
そして、この波長可変光フィルタ３０の損失波長特性も、波長可変光フィルタ１０、２０と同様に極小値を有するような損失波長特性を有している。そして、屈折率調整機構としての２つの電極３３と電極３４との間に電圧を印加し、側部３５に電流を注入すると、プラズマ効果によって側部クラッド部３１ｂｂの等価屈折率が低下する。その結果、この波長可変光フィルタ３０の極小損失波長も変化するので、波長可変光フィルタとして機能する。
【００５０】
なお、この波長可変光フィルタ３０において、コア部３１ｂａ、側部クラッド部３１ｂｂを１．４ＱのＩｎＧａＡｓＰとし、コア部３１ｂａの層厚を０．６μｍ、側部クラッド部３１ｂｂの層厚を０．３１μｍとすると、その等価屈折率の差は、たとえば波長１．５６μｍにおいてたとえば０．０６程度となる。この場合、側部クラッド部３１ｂｂの等価屈折率を−０．５８％の割合だけ変化させると、波長可変光フィルタ３０の極小損失波長の可変範囲は約５０ｎｍときわめて広帯域にできる。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態３に係る波長可変光フィルタ３０は、その損失の波長特性がきわめて広帯域で可変なものとなる。
【００５２】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る波長可変光フィルタについて説明する。図６は、本実施の形態４に係る波長可変光フィルタの模式的な平面図である。
【００５３】
この波長可変光フィルタ４０は、半導体積層構造４１に形成された、ＭＭＩ導波路部４２ａとＭＭＩ導波路部４２ａの長さ方向の一端または他端に設けられた光入出力部４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅとを有する光フィルタ部４２と、半導体積層構造４１上のＭＭＩ導波路部４２ａの側部に設けられた電極４３と、半導体積層構造４１の裏面に設けられた電極と、を備えている。
【００５４】
ＭＭＩ導波路部４２ａおよびその側部ならびに各電極は、図１、２に示す波長可変光フィルタ１０のＭＭＩ導波路部１２ａおよび側部１５ならびに電極１３、１４と同一であるので、その説明を省略する。
【００５５】
図７は、図６に示す波長可変光フィルタのＢ−Ｂ線要部断面図である。図７に示すように、Ｂ−Ｂ線断面において、半導体積層構造４１は、下部クラッド層４１ａが有する突出部４１ａａ上に、コア層４１ｂと上部クラッド層４１ｃとが順次積層した構造を有して光入出力部４２ｂを構成している。すなわち光入出力部４２ｂはいわゆるハイメサ構造を有するシングルモードの光導波路となっている。なお、下部クラッド層４１ａ、上部クラッド層４１ｃ、コア層４１ｂは、それぞれたとえばｎ−ＩｎＰ、組成が１．４ＱのＩｎＧａＡｓＰ、ｐ−ＩｎＰからなる。
【００５６】
なお、他の光入出力部４２ｃ、４２ｄ、４２ｅも光入出力部４２ｂと同一のハイメサ構造を有している。
【００５７】
この波長可変光フィルタ４０は、ＭＭＩ導波路部１２ａと同一のリッジ構造のＭＭＩ導波路部４２ａを備えるため、電極４３を用いて側部の等価屈折率を変化させることによって、その損失波長特性を変化させることができる。なお、この波長可変光フィルタ４０の損失の波長特性の帯域幅については、波長可変光フィルタ１０の場合よりも狭くなっており、波長選択特性が高くなっている。
【００５８】
以下、具体的に説明する。ＭＭＩ導波路の損失特性の帯域は、以下の式（１）で表される（非特許文献２参照）。
２｜δλ｜＝［Ｚ（α）×π×ｄ０２×ｎ］／Ｌ  ・・・  （１）
ただし、式（１）において、２｜δλ｜は損失が極小値からαだけ大きい値の帯域幅、Ｚ（α）はαの関数、ｎはＭＭＩ導波路のコア部の等価屈折率、ｄ０はＭＭＩ導波路に光が入力する際の光のガウシアンビーム径、ＬはＭＭＩ導波路の長さを示している。
【００５９】
この波長可変光フィルタ４０では、第１光入出力部である光入出力部４２ｂがハイメサ構造であるため、ＭＭＩ導波路部４２ａに入力する光のガウシアンビーム径ｄ０を、リッジ構造の場合よりも狭くすることができる。その結果、式（１）により、波長可変光フィルタ４０の帯域幅２｜δλ｜は狭くなる。
【００６０】
図８は、図６に示す波長可変光フィルタ４０において、側部クラッド部の等価屈折率を変化させた場合の損失特性の変化について示す図である。なお、図８において、「基準」とは、側部に電流を流していない状態の損失の波長特性を示している。図８の「基準」と図３の「基準」とを比較すると、ＭＭＩ導波路が同一構造にもかかわらず、光入出力部をハイメサ構造として入力光のガウシアンビーム径を狭くしたことによって、図８の「基準」の場合の方が、帯域幅が狭くなっていることが確認される。
【００６１】
また、図８において、「−０．５％」は、側部に電流を流して、側部クラッド部の等価屈折率を、「基準」の等価屈折率に対して０．５％の割合だけ低下させた状態を示している。図８において矢印Ａｒ２は、「基準」の状態と「−０．５％」の状態との間での極小損失波長の可変範囲を示しているが、矢印Ａｒ２が示す可変範囲は約４０ｎｍときわめて広帯域である。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態４に係る波長可変光フィルタ４０は、その損失の波長特性がきわめて広帯域で可変であり、かつ波長選択性がさらに高いものとなる。
【００６３】
（実施の形態５）
上記実施の形態では、ＭＭＩ導波路部の側部がいずれも平面導波路構造を有しているが、以下では側部が導波路構造ではない実施の形態５について説明する。
【００６４】
図９は、実施の形態５に係る波長可変光フィルタの模式的な平面図である。また、図１０は、図９に示す波長可変光フィルタのＣ−Ｃ線断面および等価屈折率または屈折率の分布形状を示す図である。
【００６５】
以下、図９、１０を用いてこの波長可変光フィルタ５０について説明する。この波長可変光フィルタ５０は、半導体積層構造５１に形成された、ＭＭＩ導波路部５２ａとＭＭＩ導波路部５２ａの長さ方向の一端または他端に設けられた光入出力部５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅとを有する光フィルタ部５２と、半導体積層構造５１上のＭＭＩ導波路部５２ａの側部５５に設けられた側部クラッド部材５６と、側部クラッド部材５６上と半導体積層構造５１の裏面とに設けられた屈折率調整機構５３と、を備えている。なお、図９では、説明のために側部クラッド部材５６上の屈折率調整機構５３の記載を省略している。
【００６６】
半導体積層構造５１は、Ｃ−Ｃ線断面において、下部クラッド層５１ａと、コア部となるコア層５１ｂと、上部クラッド層５１ｃとが順次積層した構造を有しており、ハイメサ構造のＭＭＩ導波路部５２ａを構成している。なお、下部クラッド層５１ａ、上部クラッド層５１ｃは、それぞれたとえばｎ−ＩｎＰ、ｐ−ＩｎＰからなる。コア層５１ｂは、屈折率がＩｎＰよりも高くなるように、たとえば組成が１．４Ｑになるように調整されたＩｎＧａＡｓＰからなる。
【００６７】
また、側部クラッド部材５６は、半導体積層構造５１の積層方向に対するコア層５１ｂの等価屈折率よりも低い屈折率を有する材料からなる。これによって、半導体積層構造５１の積層方向に対するコア層５１ｂの等価屈折率および側部クラッド部材５６の屈折率は、幅方向において形状Ｐ４のような分布形状を有している。その結果、コア層５１ｂに入力された所定波長の光は、コア層５１ｂの等価屈折率と側部クラッド部材５６の屈折率との差によって、コア層５１ｂに閉じ込められて導波する。
【００６８】
また、光入出力部５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅもハイメサ構造を有しており、所定波長の光をシングルモードで導波するように構成されている。
【００６９】
この波長可変光フィルタ５０の損失波長特性は、波長可変光フィルタ１０と同様に極小値を有するような損失波長特性を有している。そして、屈折率調整機構５３によって側部クラッド部材５６の屈折率を変化させることによって、この波長可変光フィルタ５０の極小損失波長も変化するので、波長可変光フィルタとして機能する。
【００７０】
なお、側部クラッド部材５６および屈折率調整機構５３は、側部クラッド部材５６の屈折率を変化させるために用いる原理によって適宜選択され、特に限定はされない。例示すると、電気光学効果を利用して側部クラッド部材５６の屈折率を変化させる場合は、側部クラッド部材５６は電気光学効果を有する半導体、強誘電体、ガラス、または樹脂等からなるものとし、屈折率調整機構５３は電極とする。また、熱光学効果を利用して側部クラッド部材５６の屈折率を変化させる場合は、側部クラッド部材５６は熱光学効果を有する樹脂等からなるものとし、屈折率調整機構５３はヒータやペルチェ素子等の加熱または冷却を行う素子とする。
【００７１】
（実施の形態６）
上記実施の形態では、ＭＭＩ導波路部は透過型の素子であるが、以下ではＭＭＩ導波路部が反射型の素子である実施の形態６について説明する。図１１は、実施の形態６に係る波長可変光フィルタの模式的な平面図である。
【００７２】
この波長可変光フィルタ６０は、半導体積層構造６１に形成された、ＭＭＩ導波路部６２ａと、ＭＭＩ導波路部６２ａの一端に設けられた光入出力部６２ｂ、６２ｃと他の一端に設けられた反射手段としての高光反射膜６７とを有する光フィルタ部６２と、半導体積層構造６１上のＭＭＩ導波路部６２ａの側部に設けられた電極６３と、半導体積層構造６１の裏面に設けられた電極と、を備えている。ＭＭＩ導波路部６２ａは、幅Ｗ２、長さＬ２を有している。高光反射膜６７の反射率はたとえば９０％以上である。
【００７３】
光入出力部６２ｂ、６２ｃ、電極６３は、図１、２に示す波長可変光フィルタ１０の光入出力部１２ｂ、１２ｃ、電極１３と同一の構造を有している。一方、ＭＭＩ導波路部６２ａは、ＭＭＩ導波路部１２ａと同一の断面構造を有しており、幅Ｗ２も幅Ｗ１と同一であるが、長さＬ２は長さＬ１の１／２に設定されている。すなわち、この波長可変光フィルタ６０は、波長可変光フィルタ１０を、その長さ方向の中心線で切断し、この切断面に高光反射膜６７を設けたような構造を有している。
【００７４】
この波長可変光フィルタ６０は、上記構造を有する結果、第１光入出力部としての光入出力部６２ｂから入力された所定波長のシングルモードの光ＩＬ２は、ＭＭＩ導波路部６２ａをマルチモードで導波し、高光反射膜６７で反射され、再びＭＭＩ導波路部６２ａをマルチモードで導波し、光入出力部６２ｂから光ＯＬ２として出力する経路において、ＭＭＩ導波路部１２ａと同様のマルチモード干渉効果を受けることとなる。その結果、このＭＭＩ導波路部６２ａは、そのマルチモード干渉効果によって、光入出力部６２ｂから入力し、光入出力部６２ｂから出力する光に対して、極大値を有するような反射波長特性を有することとなる。なお、このＭＭＩ導波路部６２ａはＭＭＩ導波路部１２ａと同様に２×２カプラとして機能するので、光入出力部６２ｃからも光ＯＬ２と同様の特性の光ＯＬ３が出力する。
【００７５】
このような反射波長特性を実現するには、たとえば非特許文献１に記載される方法で、導波路の等価屈折率等の設計パラメータを用いて、２×２カプラとして機能するようなＭＭＩ導波路部の長さおよび幅、ならびに４つの光入出力部の位置を設定し、このＭＭＩ導波路部の長さ方向の中心線の位置に高反射膜を設けるようにすればよい。このとき、たとえば、反射率が極大となる波長（極大反射波長）におけるＭＭＩ導波路部６２ａの０次モード、１次モードの伝搬定数をそれぞれβ０、β１とすると、長さＬ２の値は、３π／｛４（β０−β１）｝となる。
【００７６】
そして、この波長可変光フィルタ６０において、電極６３を用いてＭＭＩ導波路部６２ａの側部の屈折率を変化させると、ＭＭＩ導波路部６２ａの極大反射波長も変化する。したがって、上記の電流注入によって、反射率の波長特性をきわめて広帯域で変化させることができるので、波長可変光フィルタ６０は波長可変光フィルタとして機能する。
【００７７】
このように、本実施の形態６に係る波長可変光フィルタ６０は、その反射率の波長特性がきわめて広帯域で可変であると同時に、波長可変光フィルタ１０よりも長さが１／２程度に短い小型の波長可変光フィルタとなる。
【００７８】
（実施の形態７）
つぎに、本発明の実施の形態７として、実施の形態６のような反射型の波長可変光フィルタを用いた波長可変レーザについて説明する。以下では、はじめに本実施の形態７に係る波長可変レーザの構造について説明し、つぎに、その動作について説明し、最後に、その製造方法の一例について説明する。
【００７９】
（構造）
図１２は、本実施の形態７に係る波長可変レーザ１００の模式的な平面図である。図１２に示すように、この波長可変レーザ１００は、光共振器を構成する周期性反射手段としてのＤＢＲ（Distributed  Bragg  Reflector）ミラーであるサンプルドグレーティング導波路部１０１と、光増幅導波路部１０２と、位相調整導波路部１０３と、ＭＭＩ導波路部１０４と、曲がり導波路部１０５と、光増幅導波路部１０６と、レーザ光ＬＬを出力すべき曲がり導波路部１０７とを備え、これらの光導波路は、この順番で光学的に接続し、かつＭＭＩ導波路部１０４を基点として折り返すように配置している。また、この波長可変レーザ１００の上面は、後述するｐ側電極とコンタクト層とのコンタクト部分以外が、たとえばＳｉＮｘからなる厚さ数十〜数百ｎｍ程度の保護膜１１１によって覆われている。
【００８０】
つぎに、図１３〜図１５を用いて波長可変レーザ１００の積層構造について説明する。はじめに、図１３は、図１２に示す波長可変レーザ１００のＤ−Ｄ線要部断面図である。図１３に示すように、サンプルドグレーティング導波路部１０１は、裏面にｎ側電極１２１を形成したｎ−ＩｎＰからなる基板１２２上に、バッファ層としての役割も果たしているｎ−ＩｎＰからなる下部クラッド層１２３と、ＩｎＧａＡｓＰからなるコア層１２４と、ｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層１２５と、ＩｎＧａＡｓＰからなり、短周期のグレーティングが形成されたグレーティング領域１２６ａが所定の周期で配置されたグレーティング層１２６と、ｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層１２７、１２８と、ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１２９とが順次積層した構造を有している。また、コンタクト層１２９上にはｐ側電極１１２が形成されている。ここで、コア層１２４の組成は１．４Ｑ、グレーティング層１２６の組成は１．５Ｑに調整されている。
【００８１】
また、光増幅導波路部１０２は、サンプルドグレーティング導波路部１０１と共通の基板１２２および下部クラッド層１２３と、ＩｎＧａＡｓＰからなるＳＣＨ（Separate  confinement  heterostructures）層１３０ａと、ＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する活性層１３０と、ＳＣＨ層１３０ｂと、ｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層１３１、１２８と、コンタクト層１２９とが順次積層した構造を有している。また、コンタクト層１２９上にはｐ側電極１１３が形成されている。
【００８２】
また、位相調整導波路部１０３およびＭＭＩ導波路部１０４は、共通の基板１２２および下部クラッド層１２３と、コア層１２４と、ｐ−ＩｎＰからなる上部クラッド層１３２、１２８と、コンタクト層１２９とが順次積層した構造を有している。また、コンタクト層１２９上にはｐ側電極１１４が形成されている。また、ＭＭＩ導波路部１０４の側部にはｐ側電極１１５が形成されている。
【００８３】
また、サンプルドグレーティング導波路部１０１、光増幅導波路部１０２、位相調整導波路部１０３、およびＭＭＩ導波路部１０４の間には、これらを電気的に分離するための分離溝１１８〜１２０が形成されている。なお、分離溝１２０は、その溝の側壁の一部が切り欠き状に形成されている。また、保護膜１１１は、各分離溝１１８〜１２０内の表面も覆っている。
【００８４】
また、光増幅導波路部１０６は、光増幅導波路部１０２と同様の積層構造を有しており、そのコンタクト層１２９上にはｐ側電極１１６が形成されている。また、曲がり導波路部１０５、１０７は、ｐ側電極を有していない点以外は、位相調整導波路部１０３と同様の積層構造を有している。
【００８５】
以上のように、この波長可変レーザ１００は、波長１．５５μｍ帯のレーザ光を出力するために、ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料を使用している。また、サンプルドグレーティング導波路部１０１、光増幅導波路部１０２、位相調整導波路部１０３、ＭＭＩ導波路部１０４、曲がり導波路部１０５、光増幅導波路部１０６、および曲がり導波路部１０７が、同一基板１２２上にモノリシックに集積した構成を有している。
【００８６】
また、図１２に示すように、波長可変レーザ１００の曲がり導波路部１０７側の積層構造の端面には反射防止膜１０８が形成されている。一方、図１２、１３に示すように、ＭＭＩ導波路部１０４側の積層構造の端面には、反射手段として、反射率がたとえば９０％以上の高光反射膜１０９が形成されている。
【００８７】
つぎに、図１４は、図１２に示す波長可変レーザ１００のＥ−Ｅ線要部断面図である。図１４に示すように、サンプルドグレーティング導波路部１０１および光増幅導波路部１０６は、埋め込みメサ構造を有している。具体的には、サンプルドグレーティング導波路部１０１においては、下部クラッド層１２３の一部から上部クラッド層１２７までがメサ構造を有している。そして、このメサ構造がｐ−ＩｎＰからなる埋め込み層１３３とｎ−ＩｎＰからなる電流阻止層１３４とによって埋め込まれた構造をしており、さらにその上に上部クラッド層１２８、コンタクト層１２９、ｐ側電極１１２が順次積層している。一方、光増幅導波路部１０６においては、下部クラッド層１２３の一部から上部クラッド層１３１までがメサ構造を有している。そして、このメサ構造が埋め込み層１３３と電流阻止層１３４とによって埋め込まれた構造をしており、さらにその上に上部クラッド層１２８、コンタクト層１２９、ｐ側電極１１６が順次積層している。これらの電流阻止層１３４は電流を効率的に注入させる機能を有する。また、サンプルドグレーティング導波路部１０１と光増幅導波路部１０６との間には、これらを電気的に分離するための分離溝１１７が形成されている。また、保護膜１１１は、分離溝１１７内の表面も覆っている。なお、光増幅導波路部１０２、位相調整導波路部１０３、および曲がり導波路部１０５、１０７も同様の埋め込みメサ構造を有している。これらの埋め込みメサ構造の光導波路のメサ幅は、所定の波長の光をシングルモードで導波するように設定されており、所定の波長が１．５５μｍ帯の場合は、たとえば２μｍである。
【００８８】
一方、図１５は、図１２に示す波長可変レーザ１００のＦ−Ｆ線要部断面図である。図１５に示すように、上部クラッド層１３２の突出部と上部クラッド層１２８、コンタクト層１２９がリッジ部Ｒを形成しており、リッジ構造のＭＭＩ導波路部１０４を構成している。また、リッジ部Ｒの側部における上部クラッド層１３２上にはコンタクト層１３５が形成されている。また、コンタクト層１３５上にｐ側電極１１５が形成されている。また、リッジ部Ｒの表面は保護膜１１１によって覆われている。また、ＭＭＩ導波路部１０４には、埋め込みメサ構造を有する２つの光入出力部が設けられている。
【００８９】
そして、ＭＭＩ導波路部１０４、高光反射膜１０９、ｐ側電極１１５、およびｎ側電極１２１が、実施の形態６と同様の反射型の波長可変光フィルタ１１０を構成している。
【００９０】
また、図１２に示すように、保護膜１１１は埋め込みメサ構造および各ｐ側電極以外の領域の表面を覆うように形成されている。
【００９１】
（動作）
つぎに、本実施の形態７に係る波長可変レーザ１００の動作について説明する。以下では、はじめにサンプルドグレーティング導波路部１０１について説明し、つぎに波長可変レーザ１００の動作について説明する。
【００９２】
サンプルドグレーティング導波路部１０１は、反射率の波長依存性が周期的にピークを示す特性を有している。この反射率のピークの波長および周期は、積層した下部クラッド層１２３から上部クラッド層１２７までの各層の屈折率、グレーティング領域１２６ａにおける短周期グレーティングの周期、およびグレーティング領域１２６ａの配置の周期を調整することで設定できる。
【００９３】
図１６は、サンプルドグレーティング導波路部１０１の反射率の波長特性の一例を模式的に示す図である。なお、図１６においては、グレーティング層１２６の特性については、組成を１．５Ｑ、厚さを５０ｎｍ、グレーティング領域１２６ａにおける短周期グレーティングの周期を２４１ｎｍ、グレーティング領域１２６ａの配置の周期を３７．４μｍに設定している。また、グレーティング層１２６の屈折率は３．４９である。また、サンプルドグレーティング導波路部１０１の長さは６００μｍである。図１６に示すように、このサンプルドグレーティング導波路部１０１は、その反射率が、波長１．５５μｍ付近にピークを有し、さらに約６０ｎｍの帯域にわたって約１０ｎｍの周期でピークを示す波長依存性を有するものとなる。また、各ピークの半値全幅は１ｎｍ程度となる。
【００９４】
このサンプルドグレーティング導波路部１０１において、ｎ側電極１２１とｐ側電極１１２との間に電圧を印加し、グレーティング層１２６に電流を注入すると、プラズマ効果によってグレーティング層１２６の等価屈折率が変化する。これによって、反射率のピーク波長を変化させることができる。たとえば、図１６に示す場合において、電流注入によって反射率のピーク波長を１０ｎｍ変化させるようにすれば、１．５１５〜１．５８５μｍの全域にわたって反射率のピークをすきまなく配置させることができる。
【００９５】
つぎに、図１２、図１７を用いて波長可変レーザ１００の動作について説明する。図１７は、図１２に示す波長可変レーザ１００の発振波長について説明する図である。まず、波長可変光フィルタ１１０が、図１７に示す反射スペクトル７０のような反射率の波長依存性を有しているとする。この場合、サンプルドグレーティング導波路部１０１の反射率のピークのうち、反射スペクトル７０との重なりが最も大きい反射ピーク７１の波長において、サンプルドグレーティング導波路部１０１と波長可変光フィルタ１１０とによって光共振器が形成される。
【００９６】
ここで、ｎ側電極１２１とｐ側電極１１３との間に電圧を印加し、光増幅導波路部１０２の活性層１３０に電流を注入すると、光増幅導波路部１０２は発光する。すると、光増幅導波路部１０２の誘導放出による光増幅機能と、サンプルドグレーティング導波路部１０１と波長可変光フィルタ１１０とが形成する光共振器の作用によって、反射ピーク７１にほぼ対応するピーク波長の強度スペクトル７２を有するレーザ光が発振する。つぎに、曲がり導波路部１０５は発振したレーザ光を導波する。一方、光増幅導波路部１０６については、ｎ側電極１２１とｐ側電極１１６との間に電圧を印加し、光増幅導波路部１０６の活性層１３０に電流を注入することによって、半導体光増幅器として機能する。そして、光増幅導波路部１０６は、曲がり導波路部１０５が導波したレーザ光を受け付けてこれを光増幅し、曲がり導波路部１０７に出力する。曲がり導波路部１０７は、光増幅されたレーザ光を導波し、レーザ光ＬＬとして出力する。なお、曲がり導波路部１０７は、反射防止膜１０８が形成された端面に対して角度を有する光導波路となっているので、レーザ光ＬＬの一部が端面反射によって戻り光として波長可変レーザ１００内に戻ることが抑制されるため、レーザ光ＬＬの強度はさらに安定する。なお、光増幅導波路部１０６の出力側に窓構造を採用すれば、戻り光はさらに抑制されるので好ましい。
【００９７】
つぎに、電流注入によって、波長可変光フィルタ１１０の反射率の波長依存性を、図１７に示す反射スペクトル７３のように変化させたとする。この場合、サンプルドグレーティング導波路部１０１の反射率のピークのうち、反射スペクトル７３との重なりが最も大きい反射ピーク７４の波長において、サンプルドグレーティング導波路部１０１と波長可変光フィルタ１１０とによって光共振器が形成される。その結果、光増幅導波路部１０２の活性層１３０に電流を注入すると、反射ピーク７４にほぼ対応するピーク波長の強度スペクトル７５を有するレーザ光が発振する。その後、曲がり導波路部１０５は、発振したレーザ光を導波し、光増幅導波路部１０６は、曲がり導波路部１０５が導波したレーザ光を受け付けてこれを光増幅し、曲がり導波路部１０７は、光増幅されたレーザ光を導波し、レーザ光ＬＬとして出力する。
【００９８】
このように、波長可変レーザ１００は、波長可変光フィルタ１１０への電流注入によって、サンプルドグレーティング導波路部１０１の反射率のピークのうちのいずれかに対応する波長のレーザ光ＬＬを出力することができる。さらに、上述したように、サンプルドグレーティング導波路部１０１は、電流注入によって、反射率のピーク波長をすきまなく変化させることができる。したがって、この波長可変レーザ１００は、広帯域にわたって波長可変なレーザとなる。
【００９９】
ところで、上述したように、たとえば発振するレーザ光の強度スペクトル７２は、反射ピーク７１にほぼ対応するピーク波長を有しているが、厳密には、強度スペクトル７２のピーク波長は、反射ピーク７１の近傍に存在する光共振器の縦モードに対応する波長となっている。以下具体的に説明する。
【０１００】
図１８は、波長可変レーザ１００の発振波長と縦モードとの関係について説明する図である。図１８において、符号７６は、波長可変光フィルタ１１０の反射スペクトル７０とサンプルドグレーティング導波路部１０１の反射ピーク７１との重ね合わせスペクトルを示している。一方、符号７７は、光共振器の縦モードを示している。これらの縦モード７７は、波長軸上において所定の波長間隔７８で配列している。厳密には、レーザ発振波長は、重ね合わせスペクトル７６のピーク近傍の波長であって、縦モード７７のいずれかの波長となる。
【０１０１】
この波長可変レーザ１００では、位相調整導波路部１０３によって、光共振器の縦モードの波長を調整し、レーザ発振波長を調整できる。すなわち、位相調整導波路部１０３において、ｎ側電極１２１とｐ側電極１１４との間に電圧を印加し、コア層１２４に電流を注入すると、プラズマ効果によってコア層１２４の等価屈折率が変化する。これによって、光共振器の光学長を変化させて、縦モードの波長を調整し、最終的なレーザ発振波長を調整することができる。
【０１０２】
以上説明したように、本実施の形態７に係る波長可変レーザ１００は、広帯域で反射率のピーク波長が可変であり、かつ長さが短い波長可変光フィルタ１１０を用いることによって、広帯域でレーザ光の波長が可変であり、小型であり、かつレーザ光の強度が安定した波長可変レーザとなる。
【０１０３】
（製造方法）
つぎに、本実施の形態１に係る波長可変レーザ１００の製造方法について説明する。図１９は、図１２に示す波長可変レーザの製造方法の一例を説明する図である。
【０１０４】
まず、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置を用い、基板１２２上に、下部クラッド層１２３の一部１２３ａ、ＳＣＨ層１３０ａ、活性層１３０、ＳＣＨ層１３０ｂ、および上部クラッド層１３１の一部１３１ａを順次結晶成長する。つぎに、光増幅導波路部１０２および光増幅導波路部１０６を形成する領域Ａ１を保護するためのＳｉＮｘ膜からなるマスクを形成し、このマスクを用いて、領域Ａ１以外の領域のＳＣＨ層１３０ａ、活性層１３０、ＳＣＨ層１３０ｂ、および上部クラッド層１３１の一部１３１ａをエッチングにより除去する。つぎに、領域Ａ１以外の領域において、エッチングにより除去した部分の下部クラッド層１２３の一部１２３ａ上に、下部クラッド層１２３を形成する残部１２３ｂ、コア層１２４、上部クラッド層１２５、グレーティング層１２６を形成するためのＩｎＧａＡｓＰからなるグレーティング形成層１３６をバットジョイント成長により形成する。
【０１０５】
つぎに、全面にＳｉＮｘ膜を形成した後、サンプルドグレーティング導波路部１０１を形成する領域に、グレーティング領域１２６ａのパターンニングを施す。また、位相調整導波路部１０３、ＭＭＩ導波路部１０４、曲がり導波路部１０５、および曲がり導波路部１０７を形成すべき領域にもパターンニングを施す。そして、このＳｉＮｘ膜をマスクとしてエッチングして、サンプルドグレーティング導波路部１０１を形成する領域のグレーティング形成層１３５にグレーティング領域１２６ａを形成するとともに、その他の領域のグレーティング形成層１３６を全て取り除く。つぎに、ＳｉＮｘ膜のマスクを除去した後に、全面にｐ−ＩｎＰ層を再び結晶成長する。これによって、上部クラッド層１２７、１３１、１３２が形成される。
【０１０６】
つぎに、ＳｉＮｘ膜のマスクを形成し、ドライエッチングによってＭＭＩ導波路部１０４以外の光導波路のメサ構造を形成する。その後、埋め込み層１３３と電流阻止層１３４とによって埋め込んで、埋め込みメサ構造を形成する。つぎに、ＳｉＮｘ膜のマスクを除去した後に、全面に上部クラッド層１２８、コンタクト層１２９を形成する。
【０１０７】
つぎに、ＳｉＮｘ膜のマスクを形成し、ドライエッチングによってＭＭＩ導波路部１０４の光導波路のリッジ構造を形成する。つぎに、埋め込みメサ構造の領域にパターニングしたマスクを形成し、ドライエッチングにより分離溝１１７〜１２０を形成する。
【０１０８】
つぎに、コンタクト層１３５を形成すべき領域に開口部を有するＳｉＮｘ膜のマスクを形成し、コンタクト層１３５を再成長させる。つづいて、ＳｉＮｘ膜のマスクを除去した後に全面に保護膜１１１を形成し、保護膜１１１上にパターニングしたマスクを形成し、保護膜１１１の所定の領域を除去して開口部を設け、リフトオフ法によってたとえばＡｕＺｎ／Ａｕ構造のｐ側電極１１２〜１１６を形成する。つぎに、基板１２２の裏面を研磨した後に裏面全体にたとえばＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ構造のｎ側電極１２１を形成する。その後、反射防止膜１０８と高光反射膜１０９とを形成すべき端面をへき開により形成し、たとえば誘電体多層膜からなる反射防止膜１０８と高光反射膜１０９を形成し、波長可変レーザ１００が完成する。
【０１０９】
なお、波長可変レーザ１００において、高反射膜１０９を形成せずに、へき開により形成したへき開面を反射手段としてのへき開ミラーとして利用してもよいし、エッチングにより形成したエッチング面をエッチドミラーとして利用してもよい。
【０１１０】
また、上記実施の形態７では、光共振器を構成するＤＢＲミラーとしてサンプルドグレーティング導波路を用いているが、反射率の波長依存性が周期的にピークを示すものであれば特に限定されず、たとえば超周期構造グレーティング等の他のＤＢＲミラーを用いてもよい。また、たとえばサンプルドグレーティングはコア層や下部クラッド層などに形成してもよい。
【０１１１】
また、上記実施の形態７では、反射型の波長可変光フィルタを用いて波長可変レーザを構成しているが、本発明に係る波長可変光フィルタを用いたものであれば、波長可変レーザの構成は特に限定されない。たとえば実施の形態１〜５に係る透過型の波長可変光フィルタを用いて、特許文献１に開示されるような、各要素を直線的に配列した構造の波長可変レーザを構成してもよい。
【０１１２】
また、上記実施の形態では、各光導波路の構造として、たとえばサンプルドグレーティング導波路部１０１については埋め込みメサ構造を採用し、ＭＭＩ導波路部１０４についてはリッジ構造を採用している。しかしながら、光入出力部を含めたいずれの光導波路についても、その構造については上記実施の形態において採用したものに限定されず、たとえば要求される特性に応じて埋め込み構造、ハイメサ構造、またはリッジ構造等を任意に採用することができる。
【０１１３】
また、上記各実施の形態では、波長可変光フィルタを波長１．５５μｍ帯で使用するために、ＩｎＧａＡｓＰ系の半導体材料を使用しているが、使用する半導体材料は使用する波長帯に応じて適宜選択することができる。
【０１１４】
また、上記実施の形態では、波長可変光フィルタに入出力する光の両方をシングルモードとしているが、入出力する光の少なくとも一方がマルチモードの光になるよう設計した波長可変光フィルタとしてもよい。また、上記実施の形態では、波長可変光フィルタは２×２カプラとして機能するものであるが、光入出力部を適宜設けて、Ｎ×Ｍカプラ（Ｎ、Ｍは１以上の整数）として機能するようにしてもよい。このように、入出力させる光のモード、および分岐数については、ＭＭＩ導波路の幅、長さ、および等価屈折率等、ならびに光入出力部の位置等を調整することで設定できる。
【０１１５】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記各実施形態の各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、各実施の形態において、側部クラッド部の屈折率または等価屈折率を変化させるだけでなく、さらにＭＭＩ導波路部のコア部の等価屈折率を変化させるようにして、光フィルタ部の波長特性を制御してもよい。ＭＭＩ導波路部のコア部の等価屈折率を変化させるには、たとえばコア部への電流注入構造を設けたＭＭＩ導波路部を用いればよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１０〜６０、１１０  波長可変光フィルタ
１１〜６１  半導体積層構造
１１ａ〜５１ａ  下部クラッド層
１１ｂ〜５１ｂ  コア層
１１ｂａ〜３１ｂａ  コア部
１１ｂｂ〜３１ｂｂ  側部クラッド部
１１ｃ〜５１ｃ  上部クラッド層
１１ｃａ  リッジ部
１２、４２〜６２  光フィルタ部
１２ａ〜６２ａ、１０４  ＭＭＩ導波路部
１２ｂ〜１２ｅ、４２ｂ〜４２ｅ、５２ｂ〜５２ｅ、６２ｂ、６２ｃ  光入出力部
１３〜４３、１４〜３４、６３  電極
１５〜５５  側部
４１ａａ  突出部
５３  屈折率調整機構
５６  側部クラッド部材
６７、１０９  高光反射膜
７０、７３  反射スペクトル
７１、７４  反射ピーク
７２、７５  強度スペクトル
７６  重ね合わせスペクトル
７７  縦モード
７８  波長間隔
１００  波長可変レーザ
１０１  サンプルドグレーティング導波路部
１０２  光増幅導波路部
１０３  位相調整導波路部
１０５、１０７  曲がり導波路部
１０６  光増幅導波路部
１０８  反射防止膜
１１１  保護膜
１１２〜１１６  ｐ側電極
１１７〜１２０  分離溝
１２１  ｎ側電極
１２２  基板
１２３  下部クラッド層
１２３ａ  下部クラッド層の一部
１２３ｂ  下部クラッド層を形成する残部
１２４  コア層
１２５  上部クラッド層
１２６  グレーティング層
１２６ａ  グレーティング領域
１２７、１２８、１３１、１３２  上部クラッド層
１２９、１３５  コンタクト層
１３０  活性層
１３０ａ、１３０ｂ  ＳＣＨ層
１３１ａ  上部クラッド層の一部
１３３  埋め込み層
１３４  電流阻止層
１３６  グレーティング形成層
Ａ１  領域
Ａｒ１、Ａｒ２  矢印
ＩＬ１、ＩＬ２、ＯＬ１〜ＯＬ３  光
Ｌ１、Ｌ２  長さ
ＬＬ  レーザ光
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２〜Ｐ４  形状
Ｒ  リッジ部
Ｗ１、Ｗ２  幅
【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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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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