(57)【要約】【課題】本発明は、主ピークの他に副ピークがある波長選択フィルタを用いた波長可変レーザにおいても、部品を増やさず、且つ透過型波長選択フィルタや反射型波長選択フィルタの場合でも安定なシングルモード発振を実現することである。【解決手段】ゲインチップに波長選択フィルタを集積することにより、主ピークのみを選択し、安定なシングルモード発振を実現する。【選択図】図３
2011086714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射鏡と、波長可変フィルタと、レーザ光に対するゲイン領域と波長選択フィルタ領域とを備えたゲインチップと、第２の反射鏡とを有して光共振器を構成する波長可変レーザであって、
前記波長可変フィルタは、波長λｍと波長λｓを含む波長の光が入力された場合に、波長λｍに主ピーク、波長λsに主ピークよりも強度が弱い副ピークを持つ光が出力されるフィルタであり、且つ
前記波長選択フィルタ領域は、入射波長に対する反射率R(λ)が、R(λｍ)＞R(λｓ)の関係を持つことを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項２】
請求項1に記載の波長可変レーザにおいて、
波長選択フィルタが、チャープDBR鏡、サンプルドDBR鏡、スーパーストラクチャーDBR鏡の群から選ばれた一者であることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項３】
請求項２に記載の波長可変レーザにおいて、
チャープDBR鏡の回折格子長さLDBRとチャープ量Δλcが、
-4μm ＜LDBR -( 0.0037×Δλc 2 - 0.84×Δλc + 56)＜+4μm
及び、
-2μm ＜LDBR - (0.0045×Δλc 2 - 1.1×Δλc + 95)＜+2μm
を除いた関係となることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項４】
請求項２に記載の波長可変レーザにおいて、
チャープDBR鏡の回折格子長さLDBRとチャープ量Δλcが、
LDBR -( 0.0037×Δλc 2 - 0.84×Δλc + 56)＞+4μm
かつ
-2μm＞LDBR - (0.0045×Δλc 2 - 1.1×Δλc + 95)
を両立する関係を満たすことを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項５】
請求項1に記載の波長可変レーザにおいて、
波長選択フィルタが回折格子アシスト型同方向性結合器であることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項６】
請求項1に記載の波長可変レーザにおいて、
波長選択フィルタが、反射型液晶フィルタ、またはエタロンフィルタ、またはバーニャ型ガラスエタロンフィルタであることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項７】
請求項1に記載の波長可変レーザにおいて、
ゲインチップに半導体増幅器、または変調器を集積することを特徴とする波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変レーザに関するものである。本発明の波長可変レーザは通信用に用いて極めて有用である。
【背景技術】
【０００２】
光通信の伝送容量は急速に増加しており、これに応える安価、高速、大容量の技術として波長多重通信（WDM：Wavelength Division Multiplexing）が実用化されている。WDMは周波数が50GHzや100GHzだけ異なる多数の単色光（数十〜100波長）を同時に用い、各波長で異なる信号を伝送する技術である。そして、この技術は、ファイバ1本当りの伝送容量を数十〜100倍にできるので、ファイバの敷設費用を著しく減らすことができる。
【０００３】
従来、こうしたWDMの光源として、固定波長の半導体レーザ装置が使われていた。そして、固定波長を用いる場合、波長毎に異なる半導体レーザ装置を製造する必要があった。波長毎に異なる半導体レーザ装置を製造するためには、異なる結晶を作る必要があり、コストの点で問題があった。これに対して、波長を自由に変えられる波長可変レーザが開発された。例えば、波長選択反射鏡で反射する構造を用いた波長可変レーザの例は、特開2006-19514号公報（特許文献１）などである。こうした波長可変レーザは、波長40ｎｍ程度の範囲で可変であるため、製造する半導体レーザの種類を減らすことが出来る。この為、レーザ自体を安価に供することが出来、WDMの主要な光源となっている。更に、WDM用として、実用的な観点から、波長可変レーザに対しても、固定波長レーザと同等のサイズであることの要求も強くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006-19514
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に波長可変レーザは、半導体材料からなるゲイン部とレーザ発振波長を調整する波長可変フィルタを有して構成されている。波長可変フィルタには様々な種類があるが、一般に、主ピークの他に副ピークを有している。この為、副ピークに基づいく発振を誘発し、レーザのシングルモード発振を阻害する場合がある。例えば、波長可変フィルタが液晶エタロンフィルタである場合、
FSRetalon＝λ2/2nd
で決定される波長周期で繰り返しフィルタ特性が現れる。ここで、ＦＳＲetalonは液晶エタロンの透過率ピークの波長間隔、λは波長、ｎは液晶の屈折率、ｄはエタロン厚さである。尚、補足すれば、ＦＳＲ（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｒａｎｇｅ）は光学素子の透過率ピーク（或いは反射率ピーク）の波長間隔である。この波長間隔（即ち、繰返し周期）がゲイン部のゲイン帯域より狭いと、当該ゲイン帯域内に主副の二つのピークが含まれることがあり、前述したレーザのシングルモード発振を阻害する。
【０００６】
こうした難点を回避し、安定なシングルモード発振を実現するため、例えば、液晶エタロンフィルタを透過した光を、多層膜からなる波長選択反射鏡で反射する構造を有する波長可変レーザが知られている。例えば、前述した特開2006-19514号公報（特許文献1）などに見られるものである。
【０００７】
こうした例の基本的な構成を図１に示す。図１は装置を上方から見た平面配置図である。この例の波長可変レーザは、光導波路2とゲイン部電極3を有するゲインチップ1、レンズ4、液晶エタロンフィルタ5、多層膜からなる波長選択反射鏡6を有してなる。
【０００８】
発光素子であるゲインチップ1からの光は、液晶エタロンフィルタ5を透過し、多層膜波長選択反射鏡6が主モード波長のみを反射し、副モードは透過する。こうして、多層膜波長選択反射鏡6とゲインチップ1の一方の端部とでレーザ共振器を構成し、シングルモード発振を実現する。図２は、液晶エタロンフィルタ5の主ピーク及び副ピークと、多層膜波長選択反射鏡6の反射率との関係を例示する図である。図２において、縦軸は反射率或いは透過率、横軸は波長である。液晶エタロンフィルタ５の透過率の主ピークは多層膜波長選択反射鏡6の反射率の高い領域にあるが、一方、透過率の副ピークは多層膜波長選択反射鏡6の反射率の低い領域の波長に相当している。
【０００９】
しかし、こうした構成では、波長選択するための反射鏡部品が増えてしまい、又、レーザ装置のサイズが大きくなってしまうと言う課題がある。又、光共振器の一方に、反射型の波長可変フィルタを用いる場合には、共振器内部にバンドパスフィルタを配置する必要がある。しかし、波長40ｎｍ以上の広帯域の光を透過するバンドパスフィルタは、製造が難しく、仮に、製造できた場合でも光学損失が大きく、レーザ特性を劣化してしまう。この為、反射型の波長可変フィルタが主ピークの他に副ピークを持つ場合には、レーザのシングルモード発振を達成するのは、事実上難しい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では上記課題を解決するために、部品を増やさず、かつ反射型波長可変フィルタを用いることも可能とし、かつ安定なシングルモード発振を実現する波長可変レーザ装置を提供するものである。
本発明の基本構成は、第１の反射鏡と、波長可変フィルタと、レーザ光に対するゲイン領域と波長選択フィルタ領域と、第２の反射鏡とを備えた発光素子であるゲインチップとを有して光共振器を構成する波長可変レーザであって、
前記波長可変フィルタは、波長λｍと波長λｓを含む波長の光が入力された場合に、波長λｍに主ピーク、波長λsに主ピークよりも強度が弱い副ピークを持つ光が出力されるフィルタであり、且つ
前記波長選択フィルタ領域は、入射波長に対する反射率R(λ)が、R(λｍ)＞R(λｓ)の関係を持つことを特徴とする波長可変レーザである。
【００１１】
尚、ここで、第１の反射鏡を兼ねた波長可変フィルタを用いることも可能である。又、前記第１の反射鏡に対向する、光共振器の第２の反射鏡は前記ゲインチップが有する波長選択フィルタ領域が兼ねる形態も取り得る。例えば、波長選択フィルタ領域が回折格子を用いた領域である場合は、波長選択フィルタ領域が前記第２の反射鏡を兼ねて構成することが出来る。また、逆に波長選択フィルタ領域を回折格子アシスト型同方向性光結合器を用いる場合には、半導体の劈開面で形成される第２の反射鏡が必要である。これらは、全て本願発明の諸形態のひとつである。
【００１２】
本発明の趣旨を、図３及び図４に示す例を用いて説明する。図３に本発明の波長可変レーザのおおまかな構成の平面図、図４に波長可変フィルタの具体例である液晶エタロンフィルタの透過率の主及び副ピークと、波長選択フィルタの反射率の波長特性との関係例を示す。尚、図４において、縦軸は反射率或いは透過率、横軸は波長である。この波長可変レーザの基本構成は、ゲインチップ31、レンズ34、波長可変フィルタ35としての液晶エタロンフィルタ（以下、具体的な理解を容易となす為、特段の理由がない場合、波長可変フィルタ35として、主に具体例である液晶エタロンフィルタと記することとする）、及び第１の反射鏡36を有してなる。図において、符号32は光導波路を示し、符号33はゲイン部電極である。このゲイン電極に覆われた領域がレーザ発振の為のゲイン部となる。一方、ゲイン電極で覆われていない光導波路32で示された領域は、波長選択フィルタの領域である。本発明では、図１に例示された、これまでの例における多層膜波長選択反射鏡6のかわりに、波長選択フィルタ37により液晶エタロンフィルタの主ピークの波長のみを選択し反射することによって、レーザ共振器を構成し、安定なシングルモード発振を実現する。従って、本例の第１の反射鏡36に対して、これまでの多層膜波長選択反射鏡6で必要であった波長選択性は不要であり、第１の反射鏡36は、通例の全反射鏡で十分である。例えば、単純な金属コートされた全反射鏡等である。又、例示の構成では、波長選択フィルタ37は、波長選択と共に、レーザ共振器を構成する第２の反射鏡を兼ねており、且つ前記ゲインチップ31に集積化されて形成されている。（以下、具体的な理解を容易となす為、特段の理由のない場合、波長選択フィルタ37として、単に、主に具体例である半導体集積波長選択フィルタと記することとする。）尚、図３の例示では、波長選択フィルタ37としての半導体集積波長選択フィルタが、ゲインチップ31に集積化されているが、これらを、ゲインチップと称する発光素子と波長選択フィルタとを別体として構成することも可能である。しかし、半導体集積波長選択フィルタをゲインチップ自体に集積化して構成した方が、両者の光導波路の光軸の合わせが容易であり、別体の場合に見られる両部材の光軸合わせ自体が不要となる。従って、こうした観点からも、レーザ装置の特性確保、或いは製造上からも、両部材の集積化の形態が有用である。
【００１３】
本発明は、図４に例示するように、半導体集積波長選択フィルタ37の反射率R(λ)が、液晶エタロンフィルタ35の主ピーク(波長λｍ)と副ピーク(波長λs)に対して、R(λｍ)＞R(λs)の関係を持つことが特徴となっている。即ち、液晶エタロンフィルタ35の副ピーク(波長λs)の波長が、半導体集積波長選択フィルタ37の反射帯域外になるように設定されている。
【００１４】
前記波長選択フィルタ37（即ち、半導体集積波長選択フィルタ）の代表例は、チャープ分布反射型ブラッグ反射鏡(チャープDBR鏡（Chirp Distributed Bragg Reflector）である。その他、こうした部材に関する詳細は後述される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、主ピークの他に副ピークがある波長選択フィルタを用いた波長可変レーザにおいても、部品を増やさず、且つ安定なシングルモード発振を実現する波長可変レーザ装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、従来の波長可変レーザの代表例である液晶エタロンフィルタを持つ波長可変レーザの平面図である。
【図２】図２は、図１に示す波長可変レーザの、液晶エタロンフィルタの透過率スペクトルと波長選択反射鏡の反射率スペクトルの例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の、半導体集積波長選択フィルタを持つ波長可変レーザの平面図である。
【図４】図４は、本発明の、図３の例の液晶エタロンフィルタの透過率スペクトルと、波長選択フィルタの反射率スペクトルを示す図である。
【図５】図５は、液晶エタロンフィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図６】図６は、本発明の第1の実施例である、ゲインチップの断面図である。
【図７】図７は、本発明の第1の実施例で用いられたチャープDBR鏡（回折格子）の、回折格子ピッチのｘ依存性を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図７のチャープDBR鏡（回折格子）の反射スペクトルの例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、LDBR＝30μｍのチャープDBR鏡（回折格子）の反射スペクトルの例を示す図である。
【図９】図９は、波長帯域内でのチャープDBR鏡（回折格子）の反射率平坦性のLDBR依存性の例を示す図である。
【図１０】図１０は、チャープ量と回折格子長さの関係例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第2の実施例である、サンプルドDBR鏡を半導体集積波長選択フィルタとして持つ波長可変レーザの平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施例で用いた、液晶エタロンフィルタの透過率スペクトルと、波長選択フィルタの反射率スペクトルを示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施例のゲインチップの断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２の実施例のサンプルドDBR鏡の断面図である。
【図１５】図１５は、図１４のサンプルドDBR鏡（回折格子）の反射スペクトルの例を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施例である、半導体光増幅器を集積した波長可変レーザの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本願発明の実施の形態を具体的に例示するに先立って、本願発明の主な形態を列挙する。
（１）第１の形態は、
第１の反射鏡と、波長可変フィルタと、レーザ光に対するゲイン領域と波長選択フィルタ領域とを備えたゲインチップと、第２の反射鏡とを有して光共振器を構成する波長可変レーザであって、
前記波長可変フィルタは、波長λｍと波長λｓを含む波長の光が入力された場合に、波長λｍに主ピーク、波長λsに主ピークよりも強度が弱い副ピークを持つ光が出力されるフィルタであり、且つ
前記波長選択フィルタ領域は、入射波長に対する反射率R(λ)が、R(λｍ)＞R(λｓ)の関係を持つことを特徴とする波長可変レーザである。
（２）第２の形態としては、
前項1に記載の波長可変レーザにおいて、
波長選択フィルタは、チャープDBR鏡、サンプルドDBR鏡（Sampled Distributed Bragg Reflector）、スーパーストラクチャーDBR鏡（Super Structure Distributed Bragg Reflector）の群から選ばれた一者を用いることが出来る。
前記チャープDBR鏡はチャープ回折格子をDBRによる反射鏡として用いる形態、サンプルドDBR鏡は均一な回折格子の形成された領域と回折格子の無い領域が繰り返し形成される形態、スーパーストラクチャーDBR鏡は短いグレーティングを等間隔で離散的に作製したスーパーストラクチャー回折格子を用いるもの、等である。又、回折格子アシスト型同方向性光結合器を用いることも可能である。ここに例示した回折格子を用いた波長選択フィルタにおいては、波長選択フィルタと光共振器の反射鏡の役割を兼ねている。
（３）第３の形態は、
前項２に記載の波長可変レーザにおいて、
チャープDBR鏡の回折格子長さLDBRとチャープ量Δλcが、
−4μm ＜LDBR −( 0.0037×Δλc 2 − 0.84×Δλc ＋ 56)＜＋4μm
及び、
-2μm ＜LDBR - (0.0045×Δλc 2 − 1.1×Δλc ＋ 95)＜＋2μm
を除いた関係となることを特徴とする波長可変レーザである。
（４）第４の形態は、
前項２に記載の波長可変レーザにおいて、
チャープDBR鏡の回折格子長さLDBRとチャープ量Δλcが、
LDBR −( 0.0037×Δλc 2 − 0.84×Δλc ＋ 56)＞＋4μm
かつ
−2μm＞LDBR − (0.0045×Δλc 2 − 1.1×Δλc ＋ 95)
を両立する関係を満たすことを特徴とする波長可変レーザである。
【００１８】
前記ゲインチップ31は、ゲインチップ基体となる半導体基板の上部に、少なくとも、第１のクラッド領域と、光導波路のコア部と、第２のクラッド領域の積層、及びを有して構成される。そして、ゲインチップ基体上に、光軸に沿った方向に、光導波路32と第２の反射鏡を兼ねる波長選択フィルタ37の両領域を有し、更に、少なくとも前記光導波路32上部に形成されたゲイン部電極33、前記ゲインチップ基体の裏面に裏面電極を有する。ゲイン部電極33からの電流注入によって、ゲイン部での発光を可能とする。
【００１９】
尚、前述した波長選択フィルタである半導体集積波長選択フィルタ37としては、チャープ分布反射型ブラッグ反射鏡(チャープDBR鏡)、サンプルドDBR鏡、スーパーストラクチャーDBR鏡、回折格子アシスト型同方向性光結合器などの領域は、一般的に、半導体基板の上部に、少なくとも、第１のクラッド領域と、光導波路のコア部と、第２のクラッド領域の積層、及びを有して構成される。そして、この光導波路部を伝播する光に対して回折効果等が生ずるように、光軸に沿った方向に回折格子或いはスーパーストラクチャーなどが形成されている。
【００２０】
上記波長可変フィルタとしては、液晶エタロンフィルタ、バーニャ型ガラスエタロンフィルタのような透過型波長可変フィルタでもよいし、反射型液晶フィルタでもよい。
【００２１】
以下、本発明の具体的な実施の形態を説明する。
本発明の第１の実施例を、図３−図１０を用いて説明する。第１の実施例は、Cバンド帯域(波長1530ｎｍ−1570ｎｍ)で動作する、チャープDBR鏡を半導体集積波長選択フィルタとしてもつ波長可変レーザの例である。
即ち、図３に示されるように、本例の波長可変レーザは、発光素子であるゲインチップ31、レンズ34、液晶エタロンフィルタ35、全反射鏡36を有してなる。図３の説明は先になされているが、前記ゲインチップ31は、ゲイン部と半導体集積波長選択フィルタ部とを有する。符号32は光導波路のコア部である。ゲイン電極33で覆われた領域がゲイン部、光導波路のそれ以外の領域が半導体波長選択フィルタ領域37である。半導体波長選択フィルタ領域の種類によっては、半導体波長選択フィルタ領域の上部に波長選択フィルタ部電極38が配置される場合がある。チャープ分布反射型ブラッグ反射鏡(チャープDBR鏡)のように、波長可変したい範囲すべてで反射率が高い場合は電極は不要である。一方、サンプルドDBR鏡、スーパーストラクチャーDBR鏡、回折格子アシスト型同方向性光結合器のように、反射、またはフィルタ帯域が波長可変したい範囲より狭く、電流注入により調整する必要がある場合には、電極が必要である。尚、ゲインチップ31の断面構造図は後述される。全反射鏡36と第２の反射鏡を兼ねた半導体集積波長選択フィルタ37の間でレーザ共振器を形成し、一方、液晶エタロンフィルタ35が発振波長を制御する。
【００２２】
ゲインチップ31の温度調整及び光学系の安定化の為、通例、ゲインチップ31、レンズ34、波長可変フィルタ35、及び反射鏡35などは、ペルチエ素子などの上に搭載されている。
【００２３】
液晶エタロンフィルタ35は、通例の構成で十分である。即ち、液晶エタロンフィルタは、ファブリペローエタロンを構成する反射鏡間キャビティー内に液晶を充填し、液晶に電圧を印加して屈折率を変化させることによって、反射鏡間キャビティーの光路長を変化させることが可能な波長可変フィルタである。液晶層に電圧を印加するための第１の透明電極および第２の透明電極と、所定の波長の光を反射する第１の高反射率のミラーおよび第２の高反射率のミラーを有している。尚、液晶エタロンフィルタの構成自体は通例のものであるので、その詳細の図示は省略されている。本例の液晶エタロンフィルタの諸特性は、反射鏡の反射率は、95.5％、液晶材料は厚さ12μｍ、電圧を印加しないときの屈折率1.7である。図５に、この液晶エタロンフィルタ35の透過スペクトルを示す。横軸は波長、縦軸は透過率を示す。1570ｎｍ（＝λｍ）に透過ピークがある。液晶材料に電圧を印加することにより透過ピークが短波長シフトし、波長可変動作を実現する。しかし、ここで、Δλ＝58ｎｍだけ短波長側の波長1512ｎｍ（＝λs）にもピークがある。このピークが、当該波長可変レーザのシングルモード発振を阻害する要因となる。本願発明は、この二つのピークに対する対処法に係わるものである。その仔細は後述される。
【００２４】
次に、本例のゲインチップの断面図を図６に示す。n型InPになる基板６1に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層62（ＩｎＧａＡｓＰを用いた複数層で光閉じ込め構造を有する活性層となっている、以下、単に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層62と称する）を、通例の有機金属気相成長法(MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Phase deposition)を用いて形成する。本例のＩｎＧａＡｓＰ活性層62の詳細構造は、具体的には、n型InP基板６1に近い層から、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層、ＩｎＧａＡｓＰ歪多重量子井戸層、およびｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層を有してなる。ＩｎＧａＡｓＰ活性層は自体は一般的な構成であるので、図では、内部詳細構造が省略され、単一の層として示されている。ゲインチップの活性層の具体的構造には、必要に応じて半導体レーザの発振に用いることが出来る、更なる層をも当然用いることが出来る。
【００２５】
次に、窒化珪素層をマスクに用いて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により、ＩｎＧａＡｓＰ活性層62の一部を除去し、この除去された領域に、バルクのＩｎＧａＡｓＰよりなるコア層63(組成波長1.3μm)をＭＯＶＰＥ法を用いて選択成長する。続いて、バルクのＩｎＧａＡｓＰよりなるコア層63にレジスト膜を形成し、これに対して、電子ビーム露光法により回折格子パタンを形成する。そして、回折格子パタンが形成されたレジストをマスクとして、バルクのＩｎＧａＡｓＰコア層63に回折格子層64を形成する。
【００２６】
続いて、共通クラッドとしてウエハ全面に、p型InPよりなるクラッド層65とp型InGaAsよりなるコンタクト層66とをＭＯＶＰＥ法を用いて成長する。
【００２７】
こうした多層構造を有するInPウェハ上に、二酸化珪素膜を、これまで形成して来た当該装置の主要部、すなわちＩｎＧａＡｓＰ活性層６２、６３ＩｎＧａＡｓＰコア層、及び回折格子層６４を被覆して保護マスクとする。この二酸化珪素マスクを用いて、当該装置の主要部の光軸にそった側壁部を、n型InP基板までエッチングする。エッチングには、例えば塩素系ガスによる反応性イオンエッチング(ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ)等のドライエッチング、あるいは臭素系溶液等によるウェットエッチング、さらには両者の併用、いずれの手法を用いても良い。
【００２８】
続いて、当該装置の主要部の光軸にそった側壁部に、ＭＯＶＰＥ法を用いて半絶縁性InPを再成長する。
更に、ＩｎＧａＡｓＰ活性層62上以外のp型InGaAsよりなるコンタクト層66を除去し、ウエハ表面に二酸化珪素膜67、ゲイン部電極68、ウエハ裏面に電極69を形成し、ウエハは完成する。
【００２９】
その後、劈開によりゲインチップ31の両端面を形成後、これらの端面に、無反射コーティング膜70、71を形成する。こうして、本例でのゲインチップは完成する。
【００３０】
次に、半導体集積波長選択フィルタ37の部分に相当する構造を説明する。前述したように半導体集積波長選択フィルタは反射率がR(λｍ)＞R(λs)の関係を持てばよい。波長選択を一つにする意味からは、λmとλsとで逆の関係も取り得るが、ピーク値の大きさの関係から、実用的にR(λｍ)＞R(λs)が有用である。
【００３１】
一方、半導体集積波長選択フィルタ37の反射帯域に波長可変範囲(本例では、1530ｎｍ−1570ｎｍ)が含まれれば、半導体集積波長選択フィルタの波長を調整することなく、波長可変幅全域でシングルモード発振する。このような反射帯域を有する広帯域反射鏡は、例えば、チャープ回折格子を用いて実現することが出来る。
【００３２】
チャープ回折格子は、回折格子のピッチが光導波路のコアの伝搬方向に連続的に変化した形態のもので、伝搬方向に反射する波長を連続的に変化させられるものである。図７にチャープ回折格子における、回折格子ピッチのｘ（回折格子の長さ）依存性の例を示す。即ち、図７は、図６のチャープ回折格子を有する領域に相当する部分での、回折格子ピッチ（縦軸）とｘ（横軸）との関係を示す図である。当該ｘの原点は、図６にｘ＝０として示される。回折格子長さLDBRが21μｍで、回折格子ピッチを235.3ｎｍから248.4ｎｍまで線形に変化させた。このときのブラッグ波長はそれぞれ、1506ｎｍと1590ｎｍである。このときのチャープ量Δλcを、ブラッグ波長の波長差から84ｎｍと定義する。図８Ａに、図７に例示するチャープ回折格子の反射スペクトルを示す。通常知られる、結合波方程式から計算した。Cバンド帯(波長1530ｎｍ−1570ｎｍ)でほぼ平坦な反射特性を有し、一方、λs＝1512ｎｍでは反射率が1％以下で、液晶エタロンフィルタ35の副ピークでは、極めて小さな反射率であり、この波長でのレーザ発振を抑制することが出来る。
【００３３】
上記の波長可変レーザにより、Cバンド帯域の波長1530ｎｍから1570ｎｍの範囲でシングルモード発振を達成することが出来た。
【００３４】
反射率R(λｍ)とR(λs)との差は、実用上１０％程度以上が好ましい。
【００３５】
次に、チャープ回折格子における、チャープ量Δλcと回折格子長さLDBRとの関係について、詳細に説明する。即ち、チャープ回折格子の反射率平坦性は、回折格子長さLDBRに大きく依存するため、チャープ量Δλcと回折格子長さLDBRとの関係に留意しなければならない。
【００３６】
図８ＢにLDBR＝30μｍで回折格子ピッチを235.3ｎｍから248.4ｎｍまで線形に増加させた場合(チャープ量Δλc＝84ｎｍ)の反射スペクトルを示す。図8Aと同様に通常知られる、結合波方程式から計算した。図８Ｂの例では、反射帯域は、図８Ａ(LDBR＝21μｍ)の場合と同じものの、Cバンド帯域での反射率の凹凸が大きい。この結果、光出力の変動が大きく、レーザは不安定になる。このようにチャープ回折格子の反射率平坦性はLDBRに大きく依存する。
【００３７】
図９に、波長帯域内での反射率平坦性のLDBR依存性を示す。図９は、チャープ量Δλc＝84ｎｍの場合の例である。波長帯域内での反射率平坦性は、波長帯域内での反射率最大値と最小値の比で定義する。反射率平坦性が１に近いほど、反射率が平坦で、安定なレーザ発振が期待できる。
【００３８】
現在、レーザ装置の実用的な観点から、例えば、安定なレーザ発振の目安として、波長帯域内での反射率平坦性＞0.4が目標とされる。この場合、図9に示すように、LDBRは、0μｍ ≦LDBR ≦8μｍ(a)、16μｍ(b) ≦LDBR ≦28μｍ(c)、32μm(d) ≦LDBR でなければならない。逆に言うと、8μｍ <LDBR <12μｍ、28μｍ <LDBR <32μｍ以外で、チャープ回折格子を作る必要がある。
【００３９】
この範囲は、チャープ量に依存する。図１０に、チャープ量と回折格子長さの関係を示す。図１０に示されたチャープ量、５０ｎｍより１１０ｎｍの範囲にわたり、図９と同様に、各チャープ量と回折格子長さLDBRとの関係を求めた。この結果をまとめたのが図１０である。例えば、図９に、反射率平坦性＞0.4に対してａ、ｂ、ｃ、及びｄと示した値が、図１０のチャープ量Δλc＝84ｎｍでの回折格子長さLDBRに相当する。図１０にａ、ｂ、ｃ、及びｄの例を、チャープ量と回折格子の長さを数値で記載した。他のチャープ量Δλc＝62,74,94,104nmについても、同様の算定を行い、図１０の範囲が定められた。
【００４０】
波長帯域内反射率平坦性＞0.4を達成するためには、領域Ａ、Ａ’を除いた領域のチャープ回折格子がよい。その範囲は、領域Ａにあたる、
−4μｍ ＜LDBR −( 0.0037×Δλc 2 − 0.84×Δλc ＋ 56)＜＋4μｍ
及び領域A‘にあたる、
−2μｍ ＜LDBR − (0.0045×Δλc 2 − 1.1×Δλc ＋ 95)＜＋2μｍ
を除いた領域となる。式は上記5つのチャープ量から得られた点をフィッティングして求めた。
【００４１】
即ち、図９に見られるように、領域Ａ、Ａ’を除いた領域が、波長帯域内反射率平坦性が０．４を越えた領域である。
【００４２】
更に望ましくは、図１０での領域Ｂの領域のチャープ回折格子である。即ち、その範囲は、
LDBR −( 0.0037×Δλc 2 − 0.84×Δλc ＋ 56)＞＋4μｍ
かつ
−2μｍ＞LDBR − (0.0045×Δλc 2 − 1.1×Δλc ＋ 95)
を両立する領域となる。式は上記5つのチャープ量から得られた点をフィッティングして求めた。
【００４３】
図９の例から十分判断出来ることであるが、回折格子の長さが、極めて短い長さではなく、加工上適切であり、且つ波長帯域内反射率平坦性が０．４を十分越え、更に他の回折格子の長さの領域より、高い波長帯域内反射率平坦性を確保することが出来る。
【００４４】
前述の波長選択フィルタを、反射型液晶フィルタ、またはエタロンフィルタ、またはバーニャ型ガラスエタロンフィルタに置き換えても、これまでの例と同等の波長可変レーザを得ることが出来る。そして、各波長可変レーザは、前述の例と同等の特性を得ることが出来る。
【００４５】
本発明の第２の実施例を、図１１〜図１５を用いて説明する。本実施例は、Cバンド帯域(波長1530ｎｍから1570ｎｍ)で動作する、サンプルドDBR鏡を半導体集積波長選択フィルタとしてもつ波長可変レーザである。実施例１との違いは、波長選択フィルタがサンプルドDBR鏡であること、及び半導体集積波長選択フィルタ部に電極が設けられた例であることである。
【００４６】
図１１に波長可変レーザを示す。第１の実施例である図３とほぼ同じであるが、半導体集積波長選択フィルタ部電極117が追加されていることが異なる。全反射鏡116と半導体集積波長選択フィルタ117の間でレーザ共振器を形成し、一方、液晶エタロンフィルタ115と半導体集積波長選択フィルタ117が発振波長を制御する。その他の構成は実施例と同様であるので、詳細説明は省略する。
図１２に液晶エタロンフィルタの透過率とサンプルドDBR鏡の反射率との関係を示す。図１２で横軸が波長、縦軸が反射率或いは透過率である。1570ｎｍ（＝λｍ）に液晶エタロンフィルタの透過ピークがある。一方、液晶エタロンフィルタには、波長1512ｎｍ（＝λｓ）にもピークがあり、当該レーザのシングルモード発振を阻害する。この為、本例では、サンプルドDBR鏡の反射率R(λ)が、R(λｍ)＞R(λｓ)の関係となす。このことによって、液晶エタロンフィルタ115の副モードが抑制され、当該レーザの安定なシングルモード発振を実現することが出来る。
【００４７】
図１３に、本例のゲインチップの例の断面構造を示す。回折格子134がサンプルド回折格子として構成され、当該領域がサンプルドDBR反射鏡となされていること、及び半導体集積波長選択フィルタ部電極142が追加されていること以外は、図６の構造と同じ構造である。即ち、符号131はｎ型InP基板、符号132はInGaAsP活性層（前述の例と同様に、光閉じ込め層を有する複数層よりなる）、符号135はｐ型InPクラッド層、符号136はｐ型InGaAsコンタクト層、符号133はInGaAsPコア層、符号134は回折格子層、符号137は二酸化珪素膜、符号138はゲイン部電極、符号139は裏面電極、符号140、141は無反射コーチィング膜、符号142は半導体集積波長選択フィルタ部電極である。
【００４８】
図１４にサンプルドDBR鏡の部分を拡大した部分断面図、図１５にその反射スペクトルを示す。図１４は、図１３の該当領域を拡大して示したものである。図１４に示すように、Ｌ１は設けられた回折格子の領域の幅、Λsが、回折格子の周期を表す。本例では、図示されるように、L1＝5μｍ、Λs＝56μｍで５周期分の回折格子を形成した。その結果、図１５にみられるように、FSRDBR＝6.1ｎｍの繰り返し反射ピークをもつ反射率が得られた。この結果、図１２にモデル図として示したような、R(λｍ)＞R(λｓ)の関係が得られ、安定なシングルモード発振を実現した。尚、ここで、ＦＳＲDBRはサンプルドDBR反射鏡の透過率ピークの波長間隔のことである。また、液晶エタロンフィルタ115への印加電圧の制御とともに半導体集積波長選択フィルタ117への注入電流の制御により、レーザの発振波長を可変とすることが出来た。この例では、波長1530ｎｍから1570ｎｍの範囲でシングルモード発振を達成した。
【００４９】
ここで、半導体集積波長選択フィルタとしてサンプルドDBR鏡の場合を示したが、これに替えて、スーパーストラクチャDBR鏡、或いは位相シフトDBR鏡等の繰り返しの反射率を持つDBR鏡などを用いた波長可変レーザを作成することが出来た。そして、発明に係る各波長可変レーザは、前述の例と同等の特性を得ることが出来る。
【００５０】
又、波長選択フィルタを、反射型液晶フィルタ、またはエタロンフィルタ、またはバーニャ型ガラスエタロンフィルタに置き換えても、これまでの例と同等の波長可変レーザを得ることが出来る。そして、各波長可変レーザは、前述の例と同等の特性を得ることが出来る。
【００５１】
本願発明においては、上記２つの実施例において例示したように、半導体集積波長選択フィルタとして、チャープDBR鏡、サンプルドDBR鏡、スーパーストラクチャDBR鏡、或いは位相シフトDBR鏡等の繰り返しの反射率を持つDBR鏡などの一者を用いることで、これらと同等の特性を得ることが出来る。一方、波長選択フィルタを、反射型液晶フィルタ、エタロンフィルタ、バーニャ型ガラスエタロンフィルタなどの一者を用いることが出来る。そして、当然、それら各種半導体集積波長選択フィルタ及び各種波長選択フィルタを組み合わせて用いても、これまでの例と同等の波長可変レーザを得ることが出来る。
【００５２】
上記の２つの実施例では、Cバンド帯域(波長1530ｎｍ−1570ｎｍ)に適用の例をｐ示したが、本発明は、1570ｎｍより1610ｎｍ、或いは、1270ｎｍより1330ｎｍなど、他のバンド帯域に対しても、同様に適用出来ることは言うまでもない。
【００５３】
本発明の第３の実施例を、図１６を用いて説明する。本実施例は、半導体光増幅器（SOA: Semiconductor Optical Amplifier）を集積したCバンド帯域(波長1530nmから1570nm)で動作する波長可変レーザである。実施例１との違いは、ゲインチップ161に、SOAを集積している点である。
【００５４】
全波長選択反射鏡166と半導体集積波長選択フィルタ167の間でレーザ共振器を形成し、液晶エタロンフィルタ165と半導体集積波長選択フィルタ167が発振波長を制御する。符号162は光導波路を示し、符号163がゲイン部電極、符号168がSOA部電極である。従って、光導波路に対して、SOA部電極が配置された箇所がSOAの領域となる。
【００５５】
本例では、レーザ発振の為に劈開端面を用いず、回折格子による回折光が反射光相当となるので、従来例のように前反射鏡が劈開端面の場合には不可能であったSOAを集積することが可能となった。このSOAによって光を増幅することが可能となる。
【００５６】
本班長可変レーザにより、SOAが付いていない形態のレーザと比較して、10dＢ増幅した、シングルモード発振を達成した。波長範囲は、波長1530nmから1570nmの範囲である。
【００５７】
ここでは、SOAを集積した場合のみを示したが、光変調器を集積化した形態も取り得る。
【符号の説明】
【００５８】
１： ゲインチップ、２：光導波路、３：ゲイン部電極、４：レンズ、５：液晶エタロンフィルタ、６：多層膜波長選択反射鏡、７：サブマウント、８：ペルチェクーラ、９：光ファイバ、３１：ゲインチップ、３２：光導波路、３３：ゲイン部電極、３４：レンズ、３５：液晶エタロンフィルタ、３６：全反射鏡、37：半導体集積波長選択フィルタ、３８：波長選択フィルタ部電極、３９：サブマウント、４０：ペルチェクーラ、４１：光ファイバ、61：n型InP基板、62：ＩｎＧａＡｓＰ活性層、63：ＩｎＧａＡｓＰコア層、64：回折格子層、65：p型InPクラッド層、66：p型InGaAsコンタクト層、67: 二酸化珪素膜、68、ゲイン部電極、69：電極、70,71：無反射コーティング膜、111： ゲインチップ、11２：光導波路、11３：ゲイン部電極、11４：レンズ、11５：液晶エタロンフィルタ、11６：全波長選択反射鏡、117：半導体集積波長選択フィルタ、118：波長選択フィルタ部電極、１１９：サブマウント、１２０：ペルチェクーラ、１２１：光ファイバ、131：n型InP基板、132：ＩｎＧａＡｓＰ活性層、133：ＩｎＧａＡｓＰコア層、134：回折格子層、135：p型InPクラッド層、136：p型InGaAsコンタクト層、137: 二酸化珪素膜、138、ゲイン部電極、139：電極、140,141：無反射コーティング膜、142：半導体集積波長選択フィルタ部電極
16１： ゲインチップ、16２：光導波路、16３：ゲイン部電極、16４：レンズ、16５：液晶エタロンフィルタ、16６：全反射鏡、167：半導体集積波長選択フィルタ、168：SOA部電極、１６９：サブマウント、１７０：ペルチェクーラ、１７１：光ファイバ。
【図１】
2011086714.tif 000003
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2011086714.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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