(57)【要約】【課題】光増幅特性の波長依存性をなくし、かつコンパクトな光回路を実現する。【解決手段】光増幅器は、ｎ個の光増幅素子、第一の光カプラ、及び、第二の光カプラを備え、各光増幅素子は第一の光カプラ及び第二の光カプラと光導波路を介して接続され、第ｊ番目の光増幅素子の光増幅素子の実効光路長をＬＡｊ、第ｊ番目の光増幅素子と第一の光カプラを接続する光導波路の実効光路長をＬＩｊ、第ｊ番目の光増幅素子と第二の光カプラを接続する光導波路の実効光路長をＬＯｊとした時に、ＬＩｊの一部、または、全部の長さが互いに異なり、かつ、ＬＩｊ＋ＬＯｊ＋ＬＡｊ＝Ｋ（ただし、１≦ｊ≦ｎであり、ｎ≧２、かつ、Ｋは定数である）を満たすようにする。【選択図】図１
2014129613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個の光増幅素子、第一の光カプラ、及び、第二の光カプラを備え、各光増幅素子は第一の光カプラ及び第二の光カプラと光導波路を介して接続された光増幅器において、
第ｊ番目の光増幅素子の光増幅素子の実効光路長をＬＡｊ、第ｊ番目の光増幅素子と第一の光カプラを接続する光導波路の実効光路長をＬＩｊ、第ｊ番目の光増幅素子と第二の光カプラを接続する光導波路の実効光路長をＬＯｊとした時に、
ＬＩｊの一部、または、全部の長さが互いに異なり、かつ、以下の数式を満たしていることを特徴とする光増幅器。
ＬＩｊ＋ＬＯｊ＋ＬＡｊ＝Ｋ
ただし、１≦ｊ≦ｎであり、ｎ≧２、かつ、Ｋは定数である。
【請求項２】
請求項１の光増幅器と第一の反射集団及び第二反射手段を備え、第一の光カプラと第一の反射手段を光学的に接続し、また、第二の光カプラと第二の反射手段を光学的に接続したことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３】
複数の光増幅素子、第一の光カプラ、及び、第二の光カプラを備え、各光増幅素子は第一の光カプラ及び第二の光カプラと光導波路を介して接続された光増幅器において、
第一の光カプラと最も短い距離の光導波路で接続されている光増幅素子をｊ＝１番目とし、以下、ｊが大きくなるのに伴い光カプラ３と接続される光導波路が長くなるように光増幅素子に順番が付けられ、
第ｊ番目の光増幅素子の光増幅素子の実効光路長をＬＡｊ、第ｊ番目の光増幅素子と第一の光カプラを接続する光導波路の実効光路長をＬＩｊ、第ｊ番目の光増幅素子と第二の光カプラを接続する光導波路の実効光路長をＬＯｊとした時に、
以下の数式を満たしていることを特徴とする光増幅器。
ＬＩｊ＋１＋ＬＯｊ＋１＋ＬＡｊ＋１＝ＬＩｊ＋ＬＯｊ＋ＬＡｊ＋Ｃ
但し、１≦ｊ≦ｎ、ｎ≧２、かつ、Ｃは定数である。
【請求項４】
請求項３の光増幅器と第一の反射手段団及び第二の反射手段を備え、第一の光カプラと第一の反射手段を光学的に接続し、また、第二の光カプラと第二の反射手段を光学的に接続したことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項５】
請求項３の光増幅器において、第二の光カプラは前記光増幅素子と接続される側とは反対側に複数の分岐路を備えていることを特徴とする光増幅器。
【請求項６】
請求項５の光増幅器と第一の反射手段及び第二の反射手段を備え、第一の光カプラと第一の反射手段を光学的に接続し、また、第二の光カプラからの前記した複数の分岐路と第二の反射手段を光学的に接続したことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項７】
ｎ個の光増幅素子、一つの光カプラ、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備えたレーザ発振器において、
光カプラと最も短い距離の光導波路で接続されている光増幅素子をｊ＝１番目とし、以下、ｊが大きくなるのに伴い光カプラ３と接続される光導波路が長くなるように光増幅素子に順番が付けられ、
第ｊ番目の光増幅素子の光増幅素子の実効光路長をＬＡｊ、第ｊ番目の光増幅素子と第光カプラを接続する光導波路の実効光路長をＬＩｊとした時に、以下の数式を満たしていることを特徴とするレーザ発振器。
Ｌｉｊ＋１＋ＬＡｊ＋１＝ＬＩｊ＋ＬＡｊ＋Ｃ
ただし、１≦ｊ≦ｎ、ｎ≧２、かつ、Ｃは定数である。
【請求項８】
第一の光増幅素子、第二の光増幅素子、モードスプリッター、ひとつの光導波路、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段を備えたレーザ発振器において、
モードスプリッターは第一の光増幅素子と第二の光増幅素子とはそれぞれ異なる偏光方向の光と結合し、また、光導波路とは双方の偏光方向の光と結合し、
第一の光増幅素子は第一の反射手段と結合し、
第二の光増幅素子は第二の反射手段と結合し、
光導波路は第三の反射手段と結合し、
異なる偏光方向の光を同時に発振することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項９】
第一の光導波路、第二の光導波路、モードスプリッター、ひとつの光増幅素子、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段を備えたレーザ発振器において、
モードスプリッターは第一の光導波路と第二の光導波路とはそれぞれ異なる偏光方向の光と結合し、また、光増幅素子とは双方の偏光方向の光と結合し、
第一の光増幅素子とは第一の反射手段と結合し、
第二の光増幅素子は第二の反射手段と結合し、
光導波路は第三の反射手段と結合し、
異なる偏光方向の光を同時に発振することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１０】
第一の光増幅素子、第二の光増幅素子、第三の光増幅素子、モードスプリッター、第一の反射手段、及び第二の反射手段、及び、第三の反射手段を備えたレーザ発振器において、
モードスプリッターは第一の光増幅素子と第二の光増幅素子とはそれぞれ異なる偏光方向の光と結合し、また、第三の光増幅素子とは双方の偏光方向の光と結合し、
第一の光増幅素子第一の反射手段と結合し、
第二の光増幅素子第二の反射手段と結合し
第三の光増幅素子は第三の反射手段と結合し、
異なる偏光方向の光を同時に発振することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１１】
異なる偏光方向の光を同時に発振すべく構築された半導体レーザ発振器において、
活性層に伸長歪を有する歪量子井戸構造を有することを特徴とする半導体レーザ発振器。
【請求項１２】
第一の光増幅素子、ｎ個の異なる長さの光導波路の光導波路、第一の光カプラ、第一の反射手段、及び、第二の反射手段から成るレーザ発振器において、
第一の光カプラと第一の反射手段はｎ個の異なる長さの光導波路を介して接続され、
第一の光カプラと第二の反射手段は第一の光増幅素子を介して接続され、
第一の光カプラと最も短い距離で接続されている光導波路をｊ＝１番目とし、以下、ｊが大きくなるのに伴い第一の光カプラと接続される光導波路が長くなるように光導波路に順番が付けられ、
第ｊ番目の光導波路について、第一の光カプラから第一の反射手段までの実効光路長をＬＫｊとした時に、以下の数式を満たしていることを特徴とするレーザ発振器。
ＬＫｊ＋１＝ＬＫｊ＋Ｃ
ただし、１≦ｊ≦ｎで、ｎ≧２、かつ、Ｃは定数である。
【請求項１３】
請求項７のレーザ発振器において、前記光カプラと前記光増幅素子とを接続するそれぞれの光導波路上に、それぞれ異なる長さの光路長可変手段が設けられていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１４】
請求項１２のレーザ発振器において、前記光カプラと第一の反射手段とを接続するそれぞれの光導波路上に、それぞれ異なる長さの光路長可変手段が設けられていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１５】
請求項１２のレーザ発振器において、
さらに第二の光カプラと第二の光増幅素子を備え、
第二の光カプラによってレーザ発振光の一部が第二の光増幅素子に導かれ、
第二の光増幅素子によって増幅されたレーザ発振光が外部に出力されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１６】
請求項１２のレーザ発振器において、
さらに第二の光カプラと光増幅器を備え、
この光増幅器が請求項１に記載の光増幅器であり
第二の光カプラによってレーザ発振光の一部が光増幅器に導かれ、
光増幅器によって増幅されたレーザ発振光が外部に出力されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１７】
共振器中にアレイ状導波路回折格子と光増幅素子を備えたレーザ発振器において、
アレイ状導波路回折格子を形成する個々の光導波路上にそれぞれ異なる長さの加熱電極が備えられており、これらの異なる長さの加熱電極が一筆書き形状となるように形成されていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１８】
一つの光カプラ、複数の光増幅素子、反射手段、及び、ひとつの鋸歯状反射面を備えたレーザ発振器において、
光カプラと反射手段が接続され、
光カプラと鋸歯状反射面が複数の光増幅素子を介して接続されることによって共振器を形成していることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１９】
一つの光カプラ、ひとつの光増幅素子、複数の光導波路、反射手段、及び、ひとつの鋸歯状反射面を備えたレーザ発振器において、
光カプラと反射手段が光増幅素子を介して接続され、
光カプラと鋸歯状反射面が複数の光導波路を介して接続されることによって共振器を形成していることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２０】
アレイ状導波路回折格子、複数の光増幅素子、マッハツェンダ型利得等価フィルタ、第一の反射手段、及び、第二の反射手段からなるレーザ発振器において、
第一の反射手段と第二の反射集団の間に、複数の光増幅素子、アレイ状導波路回折格子、及び、マッハツェンダ型利得等価フィルタが設けられて共振器を形成していることを特徴するレーザ発振器。
【請求項２１】
請求項２０のレーザ発振器において、
さらにモードスプリッターを備え、
モードスプリッターを共振器中に設けることによって、異なる偏光方向のレーザ光を同時発振することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２２】
希土類ドープファイバ、励起光結合手段、及び、励起光源を備えた希土類ドープ光ファイバ増幅器において、
励起光源は、共振器中に複数の光増幅素子とアレイ状導波路回折格子を備えていることを特徴する土類ドープ光ファイバ増幅器。
【請求項２３】
増幅媒体光ファイバ、励起光結合手段、第一の励起光源、第二の励起光源及び、偏光カプラを備えたラマン光増幅器であって、
第一の励起光源と第二の励起光源は偏光カプラによって結合された後、励起光結合手段によって増幅媒体光ファイバに結合され、
第一の励起光源と第二の励起光源の少なくとも一方が、共振器中に複数の光増幅素子とアレイ状導波路回折格子を備えていることを特徴するラマン光増幅器。
【請求項２４】
増幅媒体光ファイバ、励起光結合手段、及び、励起光源を備えたラマン光増幅器において、
励起光源は、共振器中に、複数の光増幅素子、アレイ状導波路回折格子、及び、モードスプリッターを備えていることを特徴とするラマン光増幅器。
【請求項２５】
非線形光学媒体、励起光結合手段、第一の励起光源、第二の励起光源及び、偏光カプラを備えた四光波混合波長変換器において、
第一の励起光源と第二の励起光源は偏光カプラによって結合された後、励起光結合手段によって非線形光学媒体に結合され、
第一の励起光源と第二の励起光源の少なくとも一方が、共振器中に複数の光増幅素子とアレイ状導波路回折格子を備えていることを特徴する四光波混合波長変換器。
【請求項２６】
非線形光学媒体、励起光結合手段、及び、励起光源を備えた四光波混合波長変換器において、
励起光源は、共振器中に複数の光増幅素子、アレイ状導波路回折格子、及び、モードスプリッターを備えていることを特徴する四光波混合波長変換器。
【請求項２７】
複数の半導体光増幅素子、ひとつのツリー状光カプラ、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備え、
複数の半導体光増幅素子をツリー状光カプラによって光学的に結合して、ツリー状光カプラの共通ポートを経て第一の反射手段に導き、ツリー状光カプラと結合するポートとは反対の光増幅器のポート側に第二反射手段を備えたレーザ発振器において、
複数の半導体光増幅素子とひとつのツリー状光カプラは同一の基板上にモノリシックに形成され、これらの半導体光増幅素子はレーザ発振波長において単一横モードで動作し、ツリー状光カプラを構成する光導波路は半導体によって形成され、かつ、レーザ発振波長において単一横モードで動作し、
さらにレーザ発振波長において単一横モードで動作する石英系光ファイバを備え、この光ファイバはツリー状光カプラの共通ポートとレンズを介して結合され、
複数の半導体光増幅素子は位相同期した単一横モードのレーザ光を生成し、これらのレーザ光はツリー状光カプラによって合波された後、レンズ光学系によってモードフィールド径を変換された後、光ファイバへ出力されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２８】
請求項２７のレーザ発振器において、
さらにヒートシンクを備え、
前記基板の前記半導体光増幅素子と前記ツリー状光カプラが形成された面がこのヒートシンクに接触するように配置されていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２９】
請求項２７のレーザ発振器において、
前記光石英系ファイバ中に波長安定化手段を備えていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３０】
請求項２７のレーザ発振器において、
前記レンズ光学系がコリメート光学系を含んでいることを
特徴とするレーザ発振器。
【請求項３１】
複数の光増幅器、ひとつのツリー状光カプラ、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備え、
複数の光増幅器をツリー状光カプラによって光学的に結合して、ツリー状光カプラの共通ポートを経て第一の反射手段に導き、ツリー状光カプラと結合するポートとは反対の光増幅器のポート側に第二反射手段を備えたレーザ発振器において、
このツリー状光カプラは、共通ポートから分岐したふたつの分岐路の光路長さが異なる三端子光分岐路を少なくとも一つ備えていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３２】
複数の光増幅器、ひとつのツリー状光カプラ、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備え、
複数の光増幅器をツリー状光カプラによって光学的に結合して、ツリー状光カプラの共通ポートを経て第一の反射手段に導き、ツリー状光カプラと結合するポートとは反対の光増幅器のポート側に第二反射手段を備えたレーザ発振器において、
複数の光増幅器は位相同期した単一横モードのレーザ光を生成し、生成したレーザ光が第二反射手段側から取り出されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３３】
請求項３２のレーザ発振器において、
第一の反射手段の反射率が第二の反射手段の反射率より大きいことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３４】
一次元にアレイ配置された複数の光増幅器が位相同期してレーザ発振するレーザ発振器と単一モード光ファイバの結合光学系において、
一次元にアレイ配置された複数の光増幅器は同位相のレーザ光を生成し、
アレイの配列方向にパワーを有する第一のシリンドリカルレンズとアレイの配列方向とは垂直方向にパワーを有する第二のシリンドリカルレンズを備え、
第一のシリンドリカルレンズは、一次元にアレイ配置された複数の光増幅器の光出射端面と単一モード光ファイバのコアに対してコリメート光学系を形成し、
第二のシリンドリカルレンズは、一次元にアレイ配置された複数の光増幅器の光出射端面と単一モード光ファイバのコアに対して光学的共役関係であることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３５】
複数の光増幅器、ひとつのアレイ状導波路回折格子、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備え、
複数の光増幅器をアレイ状導波路回折格子によって光学的に結合して、アレイ状導波路回折格子の共通ポートを経て第一の反射手段に導き、アレイ状導波路回折格子と結合するポートとは反対の光増幅器のポート側に第二反射手段を備えたレーザ発振器において、
複数の光増幅器は位相同期した単一横モードのレーザ光を生成し、生成したレーザ光が第二反射手段側から取り出されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３６】
請求項３５のレーザ発振器において、
第一の反射手段の反射率が第二の反射手段の反射率より高いことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３７】
一次元にアレイ配置された複数の光増幅器が位相同期してレーザ発振するレーザ発振器と単一モード光ファイバの結合光学系において、
一次元にアレイ配置された複数の光増幅器は同位相のレーザ光を生成し、
アレイの配列方向に対して垂直方向にパワーを有するシリンドリカルレンズとひとつのレンズを備え、
シリンドリカルレンズは、一次元にアレイ配置された複数の光増幅器の光出射端面からの光を並行光に変えるコリメート光学系を形成し、
レンズは、平行光を単一モード光ファイバのコアに対して結像するコリメート光学系を形成することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３８】
複数の光増幅器をツリー状光カプラによって束ねた光集積回路を一つの構成単位として、複数の構成単位を備えたレーザ発振器において、
受動型光導波路回路を備え、この受動型光導波路回路によって複数の構成単位が光学的に結合してレーザ発振を生じることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項３９】
複数の光増幅素子をアレイ状導波路回折格子によって束ねて構成した光集積回路を一つの構成単位として、複数の構成単位を備えたレーザ発振器において、
受動型光導波路回路を備え、この受動型光導波路回路によって複数の構成単位が光学的に結合してレーザ発振を生じることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４０】
複数の光増幅器、マルチモード干渉器型光カプラ、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備えた、位相同期発振するレーザ発振器において、
光増幅器の数は３であり、光増幅器が等間隔配置されていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４１】
複数の光増幅器、マルチモード干渉器型光カプラ、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備えた、位相同期発振するレーザ発振器において、
光増幅器の数は４以上であり、光増幅器の配置間隔が少なくとも二種類あることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４２】
複数の光増幅素子を受動型光回路によって束ねて構成した光集積回路を一つの構成単位として、この構成単位を複数個備えたレーザ発振器において、
さらにリング状の受動型光導波路回路を備え、この受動型光導波路回路によって複数の構成単位が光学的に結合してレーザ発振を生じることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４３】
一つの基板上に複数の光増幅素子を受動型光回路によって束ねて構成した光集積回路を一つの構成単位として、この構成単位を複数個備え、また、受動型光導波路回路を備え、この受動型光導波路回路によって複数の構成単位が光学的に結合してレーザ発振を生じることを特徴とするレーザ発振器において、
さらにレーザ光の方向変更手段を備え、レーザ光の方向変更手段によって基板の裏面側に向けてレーザ出力光を出射させることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４４】
請求項４３のレーザ発振器において、
さらにヒートシンクを備え、前記基板の光増幅素子を形成した側をこのヒートシンクに接触させたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４５】
請求項４３のレーザ発振器において、
前記レーザ光の方向変更手段は前記基板に対して傾斜を有する反射鏡であることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４６】
請求項４３のレーザ発振器において、
前記レーザ光の方向変更手段は回折格子であることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４７】
請求項４３のレーザ発振器において、
前記基板裏面に設けた電極にレーザ光を透過させるための開口部を設けたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４８】
請求項４３のレーザ発振器において、
前記基板裏面に反射率低減手段を設けたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項４９】
請求項４３のレーザ発振器において、
前記基板裏面にレーザ光取り出し用の開口部を設けたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項５０】
複数の光増幅素子を受動型光回路によって束ねて構成した光集積回路を一つの構成単位として、この構成単位を複数個備えたレーザ発振器において、
さらに複数のリング状の受動型光導波路回路を備え、これらの受動型光導波路回路によって複数の構成単位が複数の経路を経て光学的に結合してレーザ発振を生じることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項５１】
複数の光増幅素子を受動型光回路によって束ねて構成した光集積回路を一つの構成単位として、複数の構成単位を備えたレーザ発振器において、
光増幅素子に近接してエッチングによって形成した端面を備え、レーザ発振器のチップ面積が２５平方ｍｍより大きい時は基板の厚さを２００μｍ以上としたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項５２】
複数の光増幅素子を受動型光回路によって束ねて構成した光集積回路を一つの構成単位として、複数の構成単位を備えたレーザ発振器において、
光増幅素子に近接してエッチングによって形成した端面を備え、レーザ発振器のチップ面積が１００平方ｍｍより大きい時は基板の厚さを３００μｍ以上としたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項５３】
基板の表面に形成された水平共振器型面発光レーザにおいて、
この基板は生成されるレーザ光の波長に対して透過性であり、
この水平共振器型面発光レーザの共振器は、第一の反射手段と第二の反射手段を備え、
さらに基板に対して傾斜した第三の反射手段を備え、
共振器中で生成されたレーザ光を、第三の反射手段によって基板側に向けて経路を変更させて、基板の裏面側からレーザ光を取り出すことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項５４】
請求項５３の水平共振器型面発光レーザにおいて、
前記基板裏面に反射率低減手段を設けたことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項５５】
請求項５３の水平共振器型面発光レーザにおいて、
前記基板は導電性基板であり、前記基板裏面に裏面電極を備え、
この裏面電極に開口部を特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項５６】
請求項５３の水平共振器型面発光レーザにおいて、
さらにヒートシンクを備え、このヒートシンクを基板表面側に接触させたことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項５７】
請求項５３の水平共振器型面発光レーザにおいて、
第二の反射手段が半導体多層膜ブラッグ回折格子であることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項５８】
請求項５３の水平共振器型面発光レーザにおいて、
第二の反射手段が前記水平共振器型面発光レーザのクラッド層中に設けられたブラッグ回折格子であることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項５９】
一つの基板上に複数の水平共振器型面発光レーザを備えた半導体レーザアレイにおいて、
これらの水平共振器型面発光レーザは請求項５５の水平共振器型面発光レーザであり、
前記開口部はスリット状であることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項６０】
請求項５９の半導体レーザアレイにおいて、
前記スリット状開口部が千鳥状に配置されていることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項６１】
基板の表面に形成された水平共振器型面発光レーザにおいて、
この基板は生成されるレーザ光の波長に対して透過性であり、
この水平共振器型面発光レーザの共振器は、基板に対して傾斜した第一の反射手段、基板に対して傾斜した第二の反射手段、第一の半導体多層膜ブラッグ回折格子、及び、第二の半導体多層膜ブラッグ回折格子備え、
共振器中で生成されたレーザ光を、第一の反射手段と第二の反射手段によって基板側に向けて経路を変更させて、基板の裏面側からレーザ光を取り出すことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項６２】
ひとつの基板、複数の半導体光増幅器、ひとつのアレイ状導波路回折格子、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段を備え、
複数の半導体光増幅器をアレイ状導波路回折格子によって光学的に結合して、アレイ状導波路回折格子の共通ポートを経て第一の反射手段に導き、アレイ状導波路回折格子と結合するポートとは反対の半導体光増幅器のポート側に第二反射手段を備え、第一と第二の反射手段によって形成された共振器によって、複数の半導体光増幅器が位相同期した単一横モードのレーザ光を生成するレーザ発振器において、
複数の半導体光増幅器、ひとつのアレイ状導波路回折格子、第二の反射手段、及び、第三の反射手段は基板の表面側に設けられ
第一の反射手段は基板の裏面側に形成された開口部に設けられ、
第三の反射手段は生成されたレーザ光の方向を基板側へと変更し、
生成されたレーザ光は基板の裏面側に形成された開口部を経て外部へ取り出されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項６３】
ひとつの基板、複数の半導体光増幅器、ひとつのツリー状光カプラ、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段を備え、
複数の半導体光増幅器をツリー状光カプラによって光学的に結合して、ツリー状光カプラの共通ポートを経て第一の反射手段に導き、ツリー状光カプラと結合するポートとは反対の半導体光増幅器のポート側に第二反射手段を備え、第一と第二の反射手段によって形成された共振器によって、複数の半導体光増幅器が位相同期した単一横モードのレーザ光を生成するレーザ発振器において、
複数の半導体光増幅器、ひとつのツリー状光カプラ、第二の反射手段、及び、第三の反射手段は基板の表面側に設けられ
第一の反射手段は基板の裏面側に形成された開口部に設けられ、
第三の反射手段は生成されたレーザ光の方向を基板側へと変更し、
生成されたレーザ光は基板の裏面側に形成された開口部を経て外部へ取り出されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項６４】
ひとつの基板、複数の半導体光増幅器、ひとつのアレイ状導波路回折格子、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段を備え、
複数の半導体光増幅器をアレイ状導波路回折格子によって光学的に結合して、アレイ状導波路回折格子の共通ポートを経て第一の反射手段に導き、アレイ状導波路回折格子と結合するポートとは反対の半導体光増幅器のポート側に第二反射手段を備え、第一と第二の反射手段によって形成された共振器によって、複数の半導体光増幅器が位相同期した単一横モードのレーザ光を生成するレーザ発振器において、
基板はレーザ光の波長に対して透過性であり、
複数の半導体光増幅器、ひとつのアレイ状導波路回折格子、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段は基板の表面側に設けられ
第一の反射手段は半導体多層膜型ブラッグ反射器であり、
第三の反射手段は生成されたレーザ光の方向を基板側へと変更し、
生成されたレーザ光は基板の裏面側に形成された開口部を経て外部へ取り出されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項６５】
ひとつの基板、複数の半導体光増幅器、ひとつのツリー状光カプラ、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段を備え、
複数の半導体光増幅器をツリー状光カプラによって光学的に結合して、アレイ状導波路回折格子の共通ポートを経て第一の反射手段に導き、ツリー状光カプラと結合するポートとは反対の半導体光増幅器のポート側に第二反射手段を備え、第一と第二の反射手段によって形成された共振器によって、複数の半導体光増幅器が位相同期した単一横モードのレーザ光を生成するレーザ発振器において、
基板はレーザ光の波長に対して透過性であり、
複数の半導体光増幅器、ひとつのツリー状光カプラ、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段は基板の表面側に設けられ
第一の反射手段は半導体多層膜型ブラッグ反射器であり、
第三の反射手段は生成されたレーザ光の方向を基板側へと変更し、
生成されたレーザ光は基板の裏面側に形成された開口部を経て外部へ取り出されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項６６】
ひとつの基板、複数の半導体光増幅器、ひとつのアレイ状導波路回折格子、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段を備え、
複数の半導体光増幅器をアレイ状導波路回折格子によって光学的に結合して、アレイ状導波路回折格子の共通ポートを経て第一の反射手段に導き、アレイ状導波路回折格子と結合するポートとは反対の半導体光増幅器のポート側に第二反射手段を備え、第一と第二の反射手段によって形成された共振器によって、複数の半導体光増幅器が位相同期した単一横モードのレーザ光を生成するレーザ発振器において、
基板はレーザ光の波長に対して透過性であり、
複数の半導体光増幅器、ひとつのアレイ状導波路回折格子、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段は基板の表面側に設けられ
第一の反射手段はアレイ状導波路回折格子を構成する光導波路中に設けられたブラッグ回折格子であり、
第三の反射手段は生成されたレーザ光の方向を基板側へと変更し、
生成されたレーザ光は基板の裏面側に形成された開口部を経て外部へ取り出されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項６７】
ひとつの基板、複数の半導体光増幅器、ひとつのツリー状光カプラ、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段を備え、
複数の半導体光増幅器をツリー状光カプラによって光学的に結合して、アレイ状導波路回折格子の共通ポートを経て第一の反射手段に導き、ツリー状光カプラと結合するポートとは反対の半導体光増幅器のポート側に第二反射手段を備え、第一と第二の反射手段によって形成された共振器によって、複数の半導体光増幅器が位相同期した単一横モードのレーザ光を生成するレーザ発振器において、
基板はレーザ光の波長に対して透過性であり、
複数の半導体光増幅器、ひとつのツリー状光カプラ、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、第三の反射手段は基板の表面側に設けられ
第一の反射手段はツリー状光カプラを構成する光導波路中に設けられたブラッグ回折格子であり、
第三の反射手段は生成されたレーザ光の方向を基板側へと変更し、
生成されたレーザ光は基板の裏面側に形成された開口部を経て外部へ取り出されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項６８】
ひとつの基板上に複数の互いに独立した位相同期レーザアレイを備えたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項６９】
請求項６８のレーザ発振器において、生成したレーザ光を前記基板に対して垂直方向に取り出すことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項７０】
請求項６８のレーザ発振器において、生成したレーザ光を前記基板に対して水平方向に取り出すことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項７１】
請求項７０のレーザ発振器とマルチモード光ファイバの結合光学系において、
前記基板に対して並行方向にパワーを有する第一のシリンドリカルレンズと前記基板に対して垂直方向にパワーを有する第二のシリンドリカルレンズを備え、
第一のシリンドリカルレンズは、一次元にアレイ配置された複数の光増幅器の光出射端面とマルチモードモード光ファイバのコアに対してコリメート光学系を形成し、
第二のシリンドリカルレンズは、一次元にアレイ配置された複数の光増幅器の光出射端面とマルチモードモード光ファイバのコアに対して光学的共役関係であることを特徴とする結合光学系。
【請求項７２】
請求項７０のレーザ発振器とマルチモード光ファイバの結合光学系において、
前記基板に対して並行方向にパワーを有するシリンドリカルレンズと前記基板に対して垂直方向にパワーを有するレンズを備え、
シリンドリカルレンズは、一次元にアレイ配置された複数の光増幅器の光出射端面からの光を並行光に変えるコリメート光学系を形成し、
レンズは、平行光を単一モード光ファイバのコアに対して結像するコリメート光学系を形成することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項７３】
一つの基板上に互いに独立した複数の位相同期半導体レーザアレイを二次元配置し、位相同期半導体レーザアレイからの出力光を基板に対して垂直方向に取り出すレーザ発振器とマルチモード光ファイバの結合光学系において、
レーザ発振器とマルチモード光ファイバの間に、位相同期半導体レーザアレイと一対一対応するマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイを備え、
また、ひとつのレンズを備え、
マイクロレンズは位相同期半導体レーザアレイからの出力光を並行光に変換し、
レンズは並行光に変換された複数の出力光をマルチモード光ファイバのコアに結像することを特徴とする結合光学系。
【請求項７４】
複数の光増幅器、ひとつのアレイ状導波路回折格子、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備え、
複数の光増幅器をアレイ状導波路回折格子によって光学的に結合して、アレイ状導波路回折格子の共通ポートを経て第一の反射手段に導き、アレイ状導波路回折格子と結合するポートとは反対の光増幅器のポート側に第二反射手段を備えたレーザ発振器において、
アレイ状導波路回折格子は複数の共通ポートを備え、
共通ポートごとに導波する波長が異なり
複数の光増幅器は、共通ポートごとに異なる波長の位相同期した単一横モードのレーザ光を生成し、生成した複数の波長のレーザ光が第二反射手段側から取り出されることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項７５】
請求項７４のレーザ発振器において、
さらに共通ポートごとに非対称光カプラを設け、
波長ごとに異なる偏光のレーザ光を生成することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項７６】
複数の光増幅器、ひとつのアレイ状導波路回折格子、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、非対称光カプラを備えたレーザ発振器において
複数の光増幅器をアレイ状導波路回折格子によって光学的に結合して、アレイ状導波路回折格子の共通ポートを非対称カプラによって分岐したふたつの光導波路を経て第一の反射手段に導き、アレイ状導波路回折格子と結合するポートとは反対の光増幅器のポート側に第二反射手段を備え、
非対称カプラによって分岐したふたつの光導波路ごとに異なる偏光のレーザ光を生成し、生成することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項７７】
複数の光増幅器、ひとつのツリー状光カプラ、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、非対称光カプラを備えたレーザ発振器において
複数の光増幅器をツリー状光カプラによって光学的に結合して、ツリー状光カプラの共通ポートを非対称カプラによって分岐したふたつの光導波路を経て第一の反射手段に導き、ツリー状光カプラと結合するポートとは反対の光増幅器のポート側に第二反射手段を備え、
非対称カプラによって分岐したふたつの光導波路ごとに異なる偏光のレーザ光を生成し、生成することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項７８】
希土類ドープファイバ、励起光結合手段、及び、励起光源を備えた希土類ドープ光ファイバ増幅器において、
励起光源は、共振器中に複数の光増幅素子とツリー状光カプラを備えていることを特徴する土類ドープ光ファイバ増幅器。
【請求項７９】
希土類ドープファイバ、励起光結合手段、及び、励起光源を備えた希土類ドープ光ファイバ増幅器において、
励起光源は、隣接した光増幅素子のみと光学的に結合する位相同期レーザを備えていることを特徴する土類ドープ光ファイバ増幅器。
【請求項８０】
希土類ドープファイバ、励起光結合手段、及び、励起光源を備えた希土類ドープ光ファイバ増幅器において、
励起光源は、二次元配置された面発光レーザを備えていることを特徴する土類ドープ光ファイバ増幅器。
【請求項８１】
増幅媒体光ファイバ、励起光結合手段、第一の励起光源、第二の励起光源及び、偏光カプラを備えたラマン光増幅器であって、
第一の励起光源と第二の励起光源は偏光カプラによって結合された後、励起光結合手段によって増幅媒体光ファイバに結合され、
第一の励起光源と第二の励起光源の少なくとも一方が、共振器中に複数の光増幅素子とツリー状光カプラを備えていることを特徴するラマン光増幅器。
【請求項８２】
増幅媒体光ファイバ、励起光結合手段、第一の励起光源、第二の励起光源及び、偏光カプラを備えたラマン光増幅器であって、
第一の励起光源と第二の励起光源は偏光カプラによって結合された後、励起光結合手段によって増幅媒体光ファイバに結合され、
第一の励起光源と第二の励起光源の少なくとも一方が、隣接した光増幅素子のみと光学的に結合する位相同期レーザを備えていることを特徴するラマン光増幅器。
【請求項８３】
増幅媒体光ファイバ、励起光結合手段、第一の励起光源、第二の励起光源及び、偏光カプラを備えたラマン光増幅器であって、
第一の励起光源と第二の励起光源は偏光カプラによって結合された後、励起光結合手段によって増幅媒体光ファイバに結合され、
第一の励起光源と第二の励起光源の少なくとも一方の励起光源が、二次元配置された面発光レーザを備えていることを特徴するラマン光増幅器。
【請求項８４】
非線形光学媒体、励起光結合手段、第一の励起光源、第二の励起光源及び、偏光カプラを備えた四光波混合波長変換器において、
第一の励起光源と第二の励起光源は偏光カプラによって結合された後、励起光結合手段によって非線形光学媒体に結合され、
第一の励起光源と第二の励起光源の少なくとも一方の励起光源が、共振器中に複数の光増幅素子とツリー状光カプラを備えていることを特徴する四光波混合波長変換器。
【請求項８５】
非線形光学媒体、励起光結合手段、第一の励起光源、第二の励起光源及び、偏光カプラを備えた四光波混合波長変換器において、
第一の励起光源と第二の励起光源は偏光カプラによって結合された後、励起光結合手段によって非線形光学媒体に結合され、
第一の励起光源と第二の励起光源の少なくとも一方の励起光源が、隣接した光増幅素子のみと光学的に結合する位相同期レーザを備えていることを特徴する四光波混合波長変換器。
【請求項８６】
非線形光学媒体、励起光結合手段、第一の励起光源、第二の励起光源及び、偏光カプラを備えた四光波混合波長変換器において、
第一の励起光源と第二の励起光源は偏光カプラによって結合された後、励起光結合手段によって非線形光学媒体に結合され、
第一の励起光源と第二の励起光源の少なくとも一方の励起光源が、二次元配置された面発光レーザを備えていることを特徴する四光波混合波長変換器
【請求項８７】
希土類ドープ光ファイバ、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、励起光源からなるファイバレーザ発振器において、
励起光源は、共振器中に複数の光増幅素子とアレイ状導波路回折格子を備えていることを特徴するファイバレーザ発振器。
【請求項８８】
希土類ドープ光ファイバ、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、励起光源からなるファイバレーザ発振器において、
励起光源は、共振器中に複数の光増幅素子とツリー状光カプラを備えていることを特徴するファイバレーザ発振器。
【請求項８９】
希土類ドープ光ファイバ、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、励起光源からなるファイバレーザ発振器において、
励起光源は、隣接した光増幅素子のみと光学的に結合する位相同期レーザであることを特徴するファイバレーザ発振器。
【請求項９０】
希土類ドープ光ファイバ、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、励起光源からなるファイバレーザ発振器において、
励起光源は、二次元配置された面発光レーザであることを特徴する特徴するファイバレーザ発振器。
【請求項９１】
固体レーザ媒体、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、励起光源からなる固体レーザ発振器において、
励起光源は、二次元配置された面発光レーザであることを特徴する特徴する固体レーザ発振器。
【請求項９２】
ひとつの基板の上に、複数の光増幅素子、ひとつの受動型共通光導波路、複数の光増幅素子を互いに結合してひとつの受動型共通光導波路に結合する光導波路回路を集積した光集積回路を備え、この光集積回路をヒートシンク上にジャンクションサイドダウンで実装したレーザ発振器において、
この光集積回路をヒートシンクより共通光導波路の長さより短い距離だけ張り出したことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項９３】
ひとつの基板の上に、複数の光増幅素子、ひとつの共通光導波路、複数の光増幅素子を互いに結合してひとつの共通光導波路に結合する光導波路回路を集積した光集積回路を備え、この光集積回路をヒートシンク上にジャンクションサイドダウンで実装したレーザ発振器において、
光集積回路はさらに共通光導波路の一端に傾斜端面を備え、この傾斜端面によって出力光を反射して、基板の光集積回路を形成されている面とは反対側の面から取り出し、かつ、この基板はヒートシンクの全ての端面の内側に位置するように設けられていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項９４】
ひとつの基板の上に、少なくとも一つの共通導波路、Ｎ個の分岐を有するマルチモード干渉器型光カプラ、Ｎ個の分岐に対応する光導波路、及び、鋸歯状反射面から成るレーザ発振器であって、
このマルチモード干渉器型光カプラは光増幅機能を有することを特徴とすることを有するレーザ発振器。
【請求項９５】
請求項９４のレーザ発振器において、
前記マルチモード干渉器型光カプラの共通導波路側の領域が一部、受動型光導波路で構築されていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項９６】
少なくとも一つの共通導波路、Ｎ個の分岐を有し、かつ、光増幅機能を有するマルチモード干渉器型光カプラであって、
共通導波路とＮ個の分岐にテーパ状光導波路を設けたことを特徴とするマルチモード干渉器型光カプラ。
【請求項９７】
請求項９６のマルチモード干渉器型光カプラにおいて、
前記マルチモード干渉器型光カプラの共通導波路側の領域が一部、受動型光導波路で構築されていることを特徴とするマルチモード干渉器型光カプラ。
【請求項９８】
第一の反射手段、少なくとも一つの共通光導波路、Ｎ個の分岐を有する一つのマルチモード干渉器型光カプラ、Ｎ個の光導波路から成るアレイ状光導波路、第二の反射手段からなるレーザ発振器において、
このマルチモード干渉器型光カプラが光増幅機能を有することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項９９】
請求項９８のレーザ発振器において、
前記マルチモード干渉器型光カプラの共通導波路側の領域が一部、受動型光導波路で構築されていることを特徴とするマルチモード干渉器型光カプラ。
【請求項１００】
請求項９８のレーザ発振器において、
前記マルチモード光干渉型カプラの共通導波路とＮ個の分岐にテーパ状光導波路を設けたことを特徴とするマルチモード干渉器型光カプラ。
【請求項１０１】
請求項９９のレーザ発振器において、
前記マルチモード光干渉型カプラの共通導波路とＮ個の分岐にテーパ状光導波路を設けたことを特徴とするマルチモード干渉器型光カプラ。
【請求項１０２】
第一の反射手段、少なくとも一つの共通光導波路、Ｎ個の分岐を有する一つのマルチモード干渉器型光カプラ、Ｎ個の光導波路から成るアレイ状光導波路、第二の反射手段からなるレーザ発振器において、
マルチモード干渉器型光カプラの共通光導波路側の側面が第一の反射手段に対して平行でないことを特徴するレーザ発振器。
【請求項１０３】
第一の反射手段、少なくとも一つの共通光導波路、Ｎ個の分岐を有する一つのマルチモード干渉器型光カプラ、Ｎ個の光導波路から成るアレイ状光導波路、第二の反射手段からなるレーザ発振器において、
共通光導波路側が曲線状であることを特徴するレーザ発振器。
【請求項１０４】
基板上に設けた、垂直端面、利得を有する光導波路、傾斜端面、多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザにおいて、
基板はＧａＡｓであり、利得を有する光導波路はＧａＡｓに格子整合するＩｎＧａＡｓＰの積層構造から成り、
さらにヒートシンクを備え、このヒートシンクに基板の利得を有する光導波路が形成された面が接するように実装され、
生成されたレーザ光は、基板の利得を有する光導波路が形成された面とは反対側の面から出射することを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１０５】
請求項１０４の水平共振器型面発光レーザにおいて、
前記利得を有する光導波路はＧａＡｓに格子整合しない層を含む歪量子井戸活性層を備えていることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１０６】
請求項１０４の水平共振器型面発光レーザにおいて、
生成されるレーザ光の波長は９００ｎｍから１１００ｎｍの範囲であることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１０７】
基板上に設けた、垂直端面、利得を有する光導波路、傾斜端面、多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザにおいて、
垂直端面の反射率が多層膜ブラッグ回折格子の反射率より高いことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１０８】
請求項１０７の水平共振器型面発光レーザにおいて、
前記利得を有する光導波路と前記傾斜端面の間にウインドー領域を設け、
前記利得を有する光導波路と前記垂直端面の間にはウインドー領域を設けないことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１０９】
基板上に設けた、垂直端面、利得を有する光導波路、傾斜端面、多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザにおいて、
基板はＧａＡｓであり、利得を有する光導波路はＧａＡｓに格子整合するＡｌＧａＡｓ系材料の積層膜から成り、
利得を有する光導波路の垂直端面近傍が量子井戸の無秩序化によって形成されたウインドー領域であり、
利得を有する光導波路の傾斜端面近傍が量子井戸の無秩序化によって形成されたウインドー領域であり、
さらにヒートシンクを備え、このヒートシンクに基板の利得を有する光導波路が形成された面が接するように実装され、
生成されたレーザ光は、基板の利得を有する光導波路が形成された面とは反対側の面から出射することを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１１０】
請求項１０９の水平共振器型面発光レーザにおいて、
前記垂直端面近傍のウインドー領域と前記傾斜端面近傍のウインドー領域に対応する位置に励起阻止層が設けられていることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１１１】
請求項１０９の水平共振器型面発光レーザにおいて、
前記利得を有する光導波路の活性層はＩｎＧａＡｓを含む歪量子井戸活性層を含むことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ
【請求項１１２】
請求項１０９の水平共振器型面発光レーザにおいて、
生成されるレーザ光の波長は９００ｎｍから１１００ｎｍの範囲であることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１１３】
基板上に設けた、垂直端面、利得を有する光導波路、傾斜端面、多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザにおいて、
利得を有する光導波路は横モードがマルチモードであり、
さらにヒートシンクを備え、このヒートシンクに基板の利得を有する光導波路が形成された面が接するように実装され、
生成されたレーザ光は、基板の利得を有する光導波路が形成された面とは反対側の面から出射することを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１１４】
基板上に設けた、垂直端面、利得を有する光導波路、傾斜端面、多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザにおいて、
基板はＧａＡｓであり、利得を有する光導波路はＧａＡｓに格子整合するＡｌＧａＡｓ系材料の積層膜から成り、
利得を有する光導波路の活性層はＧａＡｓから成る分離閉じ込め層とＩｎＧａＡｓ層を含む歪量子井戸から成り、
利得を有する光導波路の垂直端面近傍の活性層は歪量子井戸の欠損部から成るウインドー領域であり、
利得を有する光導波路の傾斜端面近傍の活性層は歪量子井戸の欠損部から成るウインドー領域であり、
さらにヒートシンクを備え、このヒートシンクに基板の利得を有する光導波路が形成された面が接するように実装され、
生成されたレーザ光は、基板の利得を有する光導波路が形成された面とは反対側の面から出射することを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１１５】
請求項１１４の水平共振器型面発光レーザにおいて、
前記垂直端面近傍のウインドー領域と前記傾斜端面近傍のウインドー領域に対応する位置に励起阻止層が設けられていることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１１６】
請求項１１４の水平共振器型面発光レーザの製造法であって、
下部クラッド層と活性層の成長、
活性層中の歪量子井戸層のエッチングによる除去、
分離閉じ込め層と上部クラッド層の再成長、
の各工程を順次実行することを特徴とする水平共振器型面発光レーザの製造法。
【請求項１１７】
基板上に設けた、垂直端面、利得を有する光導波路、傾斜端面、多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザにおいて、
基板はＡｌＧａＡｓであり、利得を有する光導波路はＧａＡｓに格子整合するＡｌＧａＡｓの積層構造から成り、
さらにヒートシンクを備え、このヒートシンクに基板の利得を有する光導波路が形成された面が接するように実装され、
生成されたレーザ光は、基板の利得を有する光導波路が形成された面とは反対側の面から出射することを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１１８】
請求項１１７の水平共振器型面発光レーザにおいて、
前記基板はＧａＡｓ上にＡｌＧａＡｓを液相エピタキシャル法によって成長した後、ＧａＡｓを除去して製造されたものであることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１１９】
請求項９１の固体レーザ発振器において、
前記二次元配置された面発光レーザは、基板上に設けた、垂直端面、利得を有する光導波路、傾斜端面、多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザであって、
さらにヒートシンクを備え、このヒートシンクに基板の利得を有する光導波路が形成された面が接するように実装され、
前記励起光源と前記固体レーザ媒質の間に自由空間光学系が設けられていることを特徴とする固体レーザ。
【請求項１２０】
請求項１１９の固体レーザ発振器において、
前記自由空間光学系は、
直接照射、レンズ、反射鏡、ライトガイドの任意の組み合わせから成る光学系であることを特徴とする固体レーザ発振器。
【請求項１２１】
請求項１１９の固体レーザ発振器において、
前記水平共振器型面発光レーザの基板はＡｌＧａＡｓから成り、
前記固体レーザ媒質はＮｄを活性種とすることを特徴とする固体レーザ。
【請求項１２２】
固体レーザ媒体、第一の反射手段、第二の反射手段、及び、励起光源からなる固体レーザ発振器において、
励起光源は、アレイ化された位相同期レーザであることを特徴とする固体レーザ。
【請求項１２３】
請求項１２２において、
前記アレイ化された位相同期レーザは、一次元状に配列された位相同期レーザであることを特徴とする固体レーザ。
【請求項１２４】
請求項１２２において、
前記アレイ化された位相同期レーザは、二次元状に配列された位相同期レーザであることを特徴とする固体レーザ。
【請求項１２５】
請求項１２２において、
前記位相同期レーザは、アレイ状導波路回折格子を含む位相同期レーザあることを特徴とする固体レーザ。
【請求項１２６】
ひとつの半導体レーザ発振器、ひとつのツリー状光カプラ、複数の半導体光増幅素子、第一のシリンドリカルレンズ、第二シリンドリカルレンズ、単一モード光ファイバを備え、
半導体レーザ発振器からのレーザ光をツリー状カプラによって、複数の半導体光増幅素子に分配して増幅し、その出力を第一のシリンドリカルレンズと第二のシリンドリカルレンズを経て単一モード光ファイバに結合させることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１２７】
請求項１２６のレーザ発振器において、前記半導体レーザ発振器はＤＦＢレーザであることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１２８】
ひとつの半導体レーザ発振器、ひとつのツリー状光カプラ、複数の半導体光増幅素子、ひとつのシリンドリカルレンズ、ひとつのレンズ、単一モード光ファイバを備え、
半導体レーザ発振器からのレーザ光をツリー状カプラによって、複数の半導体光増幅素子に分配して増幅し、その出力をシリンドリカルレンズとレンズを経て単一モード光ファイバに結合させることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１２９】
請求項１２８のレーザ発振器において、
さらに光アイソレータを備え、
前記シリンドリカルレンズと前記レンズの間に光アイソレータを設けたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１３０】
第一の単一モード光ファイバ、レンズ、ひとつのツリー状光カプラ、複数の半導体光増幅素子、第一のシリンドリカルレンズ、第二のシリンドリカルレンズ、第二の単一モード光ファイバを備え、
第一の単一モード光ファイバからの入力光を、レンズを介してツリー状カプラに送り、ツリー状カプラはこの入力光を複数の半導体光増幅素子に分配して増幅させ、半導体光増幅素子からの増幅された出力光を第一のシリンドリカルレンズと第二のシリンドリカルレンズによって、第二の単一モード光ファイバへ結合させることを特徴とする光増幅器。
【請求項１３１】
請求項１３０の光増幅器において、ツリー状光カプラを構成する光導波路は光増幅機能を有していることを特徴とする光増幅器。
【請求項１３２】
第一の単一モード光ファイバ、第一のレンズ、ひとつのツリー状光カプラ、複数の半導体光増幅素子、ひとつのシリンドリカルレンズ、第二のレンズ、第二の単一モード光ファイバを備え、
第一の単一モード光ファイバからの入力光を、レンズを介してツリー状カプラに送り、ツリー状カプラはこの入力光を複数の半導体光増幅素子に分配して増幅させ、半導体光増幅素子からの増幅された出力光をシリンドリカルレンズと第二のレンズによって、第二の単一モード光ファイバへ結合させることを特徴とする光増幅器。
【請求項１３３】
請求項１３２のレーザ発振器において、
さらに光アイソレータを備え、
前記シリンドリカルレンズと第二のレンズの間に光アイソレータを設けたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１３４】
垂直端面、光増幅機能を有する光導波路、傾斜端面、ブラッグ回折格子から成る共振器を有する水平共振器型面発光レーザであって、
この水平共振器型面発光レーザが形成されている基板の裏面に電極を設け、
この電極に開口部を設け、
この開口部の共振器の長手方向の開口幅ｗが以下の式で規定されていることを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
ｗ＝ｋｄθ／ｎ    
ただし、ｋは係数、ｄは基板の厚さ、θは出力光レーザ光の全幅半値で規定された拡がり角（ラジアン）、そして、ｎは基板の屈折率であり、また、係数ｋの範囲は１≦ｋ≦４。
【請求項１３５】
垂直端面、光増幅機能を有する光導波路、傾斜端面、半導体多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する半導体レーザ発振器において、
この半導体レーザ発振器で生成したレーザ光を垂直端面側から取り出すことを特徴とする半導体レーザ発振器。
【請求項１３６】
請求項１３５の半導体レーザ発振器において、
さらに前記垂直端面には反射率を制御するコーティングが施されており、
前記半導体多層膜ブラッグ回折格子の反射率が前記垂直端面の反射率より高いことを特徴とする半導体レーザ発振器。
【請求項１３７】
請求項１３５の半導体レーザ発振器において、
半導体レーザ発振器を構成する材料がアルミニウムを含むＩＩＩ‐Ｖ族結晶系で構築されていることを特徴とする半導体レーザ発振器。
【請求項１３８】
請求項１３５の半導体レーザ発振器において、
前記垂直端面と前記傾斜端面の近傍にそれぞれウインドー領域を備えたことを特徴とする半導体レーザ発振器。
【請求項１３９】
請求項１３５の半導体レーザ発振器において、
前記垂直端面の近傍のみにウインドー領域を備えたことを特徴とする半導体レーザ発振器。
【請求項１４０】
半導体多層膜ブラッグ回折格子、傾斜端面、ひとつのツリー状光カプラ、複数の半導体光増幅素子、及び、ひとつの反射鏡を備え、
ツリー状光カプラによって複数の半導体光増幅素子を光学的に結合して、ツリー状光カプラの共通ポート、傾斜端面を経て、半導体多層膜ブラッグ回折格子に導き、ツリー状光カプラと結合するポートとは反対の半導体光増幅素子のポート側に反射鏡を設けたレーザ発振器であって、
半導体多層膜ブラッグ回折格子と反射鏡によって共振器が形成されており、
生成したレーザ光を反射鏡側から取り出すことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１４１】
請求項１７のレーザ発振器において、
前記光カプラと前記鋸歯状反射面を結ぶ複数の光導波路上に、それぞれ長さの異なる屈折率可変領域が備えられていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１４２】
垂直端面、増幅機能を有する光導波路、傾斜端面、半導体多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザにおいて、
垂直端面と増幅機能を有する光導波路の間に受動型光導波路を設け、
傾斜端面と増幅機能を有する光導波路の間に受動型光導波路を設けたことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１４３】
垂直端面、増幅機能を有する光導波路、傾斜端面、半導体多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザにおいて、
半導体多層膜ブラッグ回折格子の反射率が垂直端面の端面の反射率より高く、
傾斜端面と増幅機能を有する光導波路の間に受動型光導波路を設けたことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１４４】
垂直端面、増幅機能を有する光導波路、傾斜端面、半導体多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザにおいて、
垂直端面と増幅機能を有する光導波路の間に埋め込み層から成るウインドー領域を設け、
傾斜端面と増幅機能を有する光導波路の間に受埋め込み層から成るウインドー領域を設けたことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１４５】
垂直端面、増幅機能を有する光導波路、傾斜端面、半導体多層膜ブラッグ回折格子からなる共振器を有する水平共振器型面発光レーザにおいて、
半導体多層膜ブラッグ回折格子の反射率が垂直端面の端面の反射率より高く、
垂直端面と増幅機能を有する光導波路の間にのみ、埋め込み層から成るウインドー領域を設けたことを特徴とする水平共振器型面発光レーザ。
【請求項１４６】
ひとつの基板上に、共通光導波路、マルチモード干渉器型光カプラ、アレイ状導波路が集積化され、基板の第一の端面と第二の端面によって共振器が形成されているレーザ発振器において、
共通光導波路、マルチモード干渉器型光カプラ、アレイ状導波路は全て、光増幅機能を有する光導波路であり、
第一の端面と共通光導波路の間にウインドー領域を設け、
第二の端面の反射率が第一の端面の反射率より高いことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１４７】
ひとつの基板上に、共通光導波路、マルチモード干渉器型光カプラ、アレイ状導波路が集積化され、基板の第一の端面と第二の端面によって共振器が形成されているレーザ発振器において、
共通光導波路、マルチモード干渉器型光カプラ、アレイ状導波路は全て、光増幅機能を有する光導波路であり、
第二の端面とアレイ状導波路の間にウインドー領域を設け、
第一の端面の反射率が第二の端面の反射率より高いことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１４８】
ひとつの基板上に、共通光導波路、マルチモード干渉器型光カプラ、アレイ状導波路が集積化され、基板の第一の端面と第二の端面によって共振器が形成されているレーザ発振器において、
共通光導波路、マルチモード干渉器型光カプラ、アレイ状導波路は光増幅機能を有する光導波路であり、
第一の端面と第二の端面の少なくとも一方の近傍にウインドー領域を設け、
このウインドー領域が量子井戸の無秩序化によって形成されていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１４９】
ひとつの基板上に、第一の反射手段、ひとつの共通光導波路、４以上の分岐を有するツリー状光カプラ、複数の分岐光導波路、及び、第二の反射手段から成る共振器を備えたレーザ発振器であって、
このツリー状光カプラは少なくとも一つの光増幅機能を有する１×２マルチモード干渉器型光カプラを備えていることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１５０】
請求項１４９のレーザ発振器において、
全ての光導波路が光増幅機能を有することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１５１】
請求項１４９のレーザ発振器において、
共通光導波路と第一の反射手段の間の間にウインドー領域を設けたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１５２】
請求項１４９のレーザ発振器において、
分岐光導波路と第二の反射手段の間にウインドー領域を設けたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１５３】
請求項１４９のレーザ発振器において、
前記ツリー状光カプラは非対称型ツリー状光カプラであることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１５４】
ひとつの基板上に、複数の１×２マルチモード干渉器型光カプラをＮ個並べた第一の列、複数の１×２マルチモード干渉器型光カプラをＮ＋１個並べた第二の列、複数の連結光導波路、２つの位相調整光導波路、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備え、
複数の１×２マルチモード干渉器型光カプラは全て光増幅機能を有し、
第一の列に属する１×２マルチモード干渉器型光カプラと第二の列に属する１×２マルチモード干渉器型光カプラを、連結光導波路を介して相互接続し、
第二の列の両端の１×２マルチモード干渉器型光カプラの分岐路の一方を、位相調整光導波路を介して第一の反射手段に導き、
第一の反射手段と第二の反射手段が共振器を形成してレーザ発振を生じることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１５５】
請求項１５４のレーザ発振器において、
形成された光導波路は全て光増幅機能を有することを特徴とするレーザ発振器
【請求項１５６】
請求項１５４のレーザ発振器において、
共通光導波路と第一の反射手段の間にウインドー領域を設けたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１５７】
請求項１５４のレーザ発振器において、
分岐光導波路と第二の反射手段の間にウインドー領域を設けたことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１５８】
ひとつの基板上に、複数の１×２マルチモード干渉器型光カプラをＮ個並べた第一の列、複数の２×２マルチモード干渉器型光カプラをＮ＋１個並べた第二の列、複数の連結光導波路、２つの位相調整光導波路、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備え、
複数の１×２マルチモード干渉器型光カプラは全て光増幅機能を有し、
複数の２×２マルチモード干渉器型光カプラは全て光増幅機能を有し、
第一の列に属する１×２マルチモード干渉器型光カプラと第二の列に属する２×２マルチモード干渉器型光カプラを、連結光導波路を介して相互接続し、
第二の列の両端の２×２マルチモード干渉器型光カプラの分岐路の一方を、位相調整光導波路を介して第一の反射手段に導き、
第一の反射手段と第二の反射手段が共振器を形成してレーザ発振を生じることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１５９】
ひとつの基板上に、複数の２×２マルチモード干渉器型光カプラをＮ個並べた第一の列、複数の２×２マルチモード干渉器型光カプラをＮ＋１個並べた第二の列、複数の連結光導波路、２つの位相調整光導波路、第一の反射手段、及び、第二の反射手段を備え、
複数の２×２マルチモード干渉器型光カプラは全て光増幅機能を有し、
第一の列に属する２×２マルチモード干渉器型光カプラと第二の列に属する２×２マルチモード干渉器型光カプラを、連結光導波路を介して相互接続し、
第二の列の両端の２×２マルチモード干渉器型光カプラの分岐路の一方を、位相調整光導波路を介して第一の反射手段に導き、
第一の反射手段と第二の反射手段が共振器を形成してレーザ発振を生じることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１６０】
一つの基板上に、光カプラと複数の光増幅機能を有する光導波路を集積して構成した光増幅器において、
この光カプラは、複数の分岐路を有するマルチモード干渉器型光カプラと複数の１×２光分岐路を備え、
マルチモード干渉器型光カプラの分岐路に１×２光分岐路を接続して分岐数を増加させることにより、１×２光分岐路を接続しない場合よりも、光増幅機能を有する光導波路の配列密度を上昇させたことを特徴とする光増幅器。
【請求項１６１】
請求項１６０の光増幅器において、
前記１×２光分岐路はＹ字型光分岐路であることを特徴とする光増幅器。
【請求項１６２】
請求項１６０の光増幅器において、
前記１×２光分岐路は方向性結合器であることを特徴とする光増幅器。
【請求項１６３】
請求項１６０の光増幅器において、
さらにアレイ状導波路を備えたことを特徴とする光増幅器。
【請求項１６４】
請求項１６０の光増幅器において、
前記マルチモード干渉器型光カプラは光増幅機能を有することを特徴とする光増幅器。
【請求項１６５】
一つの基板上に、光カプラ、アレイ状導波路、及び、複数の光増幅機能を有する光導波路を集積して構成した光増幅器において、
この光カプラは、複数の１×２光分岐路を組み合わせて構築したツリー状光カプラであ
ことを特徴とする光増幅器。
【請求項１６６】
請求項１８のレーザ発振器において、
前記光カプラは複数の１×２光分岐路を組み合わせて構築したツリー状光カプラであ
ことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１６７】
請求項１９のレーザ発振器において、
前記光カプラは複数の１×２光分岐路を組み合わせて構築したツリー状光カプラであ
ことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１６８】
請求項１８のレーザ発振器において、
前記光カプラは光増幅の機能を有することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１６９】
請求項１９のレーザ発振器において、
前記光カプラは光増幅の機能を有することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１７０】
ひとつの光カプラ、反射手段、複数の光導波路、及び、ひとつの鋸歯状反射面を備えたレーザ発振器において、
この光カプラは光増幅機能を有することを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１７１】
一つの基板上に、第一の反射手段、少なくともひとつの単一モード光導波路、光増幅機能を有するマルチモード干渉器、第二の反射手段を備えたレーザ発振器であって、
第一の反射手段の反射率が第二の反射手段の反射率より低く、
レーザ光出力を第一の反射集団側から取り出すことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１７２】
請求項１７１のレーザ発振器において、前記単一モード光導波路は受動型光導波路であることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１７３】
請求項１７１のレーザ発振器において、前記単一モード光導波路は光増幅機能を有する光導波路であることを特徴とするレーザ発振器。
【請求項１７４】
請求項１７１のレーザ発振器において、前記単一モード光導波路と前記マルチモード干渉器の間にテーパ状光導波路を設けたことを特徴とするレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光を増幅する光増幅器に関し、特に、半導体光増幅器に関する。本発明は半導体レーザに関し、特に、複数の波長を同時に発振する半導体レーザ、発振光の偏光状態を制御できる半導体レーザ、及び、波長を変化させることができる半導体レーザに関する。本発明は高出力の半導体光増幅器、及び、高出力の半導体レーザに関する。本発明は、エルビウムドープ光ファイバ増幅器に関し、特に、エルビウムドープ光ファイバ増幅器の励起光源に関する。本発明は、ラマン光増幅器に関し、特に、ラマン光増幅器の励起光源に関する。本発明は、四光混合波による波長変換に関し、特に、四光混合波波長変換用の励起光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数の半導体光増幅器をツリー状光カプラによって並列接続することによって、大出力の半導体光増幅器を構築する手法が開示されている（同文献図３参照）。また、ツリー状光カプラに代えてマルチモード干渉器（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）型光カプラを用いる手法が開示されている（同文献図４参照）。【０００３】
特許文献２には複数の半導体レーザを同期発振させる手法が開示されている。【０００４】
特許文献３には、アレイ状導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いて複数の波長の光を同時にレーザ発振する半導体レーザが開示されている（（同文献図１２参照）。【０００５】
特許文献４には、ＴＥモード光とＴＭモード光を選択的に分岐する機能を有するモードスプリッターを用いて、二つの半導体レーザの出力光を結合することによって、レーザ光の偏光方向を制御する手法が開示されている（同文献図４参照）。【０００６】
特許文献５には、導波路を用いて形成したマッハツェンダ型光フィルタを用いて、光信号強度の等レベル化（利得平坦化）を実現する手法が開示されている（同文献図１、図４参照）。【０００７】
特許文献６には、アレイ状導波路回折格子に扇型状の加熱冷却手段を設けることによって、アレイ状導波路回折格子の波長特性を変える手法が開示されている（同文献図５参照）。【０００８】
特許文献７には、位相同期型半導体レーザアレイをジャンクションサイドダウンで実装する手法が開示されている。【０００９】
特許文献８には、基板に対して傾斜した反射鏡と半導体多層膜反射鏡を組み合わせた水平共振器型面発光レーザが開示されている。また、基板裏面に開口部を設けて光を取り出す手法が開示されている。【００１０】
特許文献９には、光学受動領域を有する半導体レーザをヒートシンクから張り出して実装する方法が開示されている。【００１１】
特許文献１０には、マルチモード干渉器型光カプラの設計誤差と過剰損失の関係が開示されている。【００１２】
特許文献１１には、水平共振器型面発光レーザの構造が開示されている。また、ＩｎＰ埋め込み層を用いたウインドー構造が開示されている。【００１３】
特許文献１２には、光増幅型アレイ導波路回折格子の構造が開示されている。また、埋め込み層を用いたウインドー構造が開示されている。【００１４】
特許文献１３には、能動型のマルチモード干渉器型光カプラを用いて構成した半導体レーザアレイが開示されている。【００１５】
特許文献１４には、ＳｉＯ２キャップとラピッドサーマルアニーリングを用いた量子井戸の無秩序化が開示されている。【００１６】
特許文献１５には、導波路型フィルターを用いた半導体レーザが開示されている。【００１７】
特許文献１６には、基本モード導波路と多モード導波路を組わせて構築された半導体レーザが開示されている。【００１８】
非特許文献１には、能動型のマルチモード干渉器型光カプラを用いて構成した半導体レーザアレイが開示されている。【００１９】
非特許文献２には、能動型のマルチモード干渉器型光カプラを用いて構成した半導体レーザアレイの別の構造が開示されている。【００２０】
非特許文献３には、ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ材料を用いた大出力半導体レーザが開示されている。【００２１】
上述の背景技術やその問題点は、この発明の背景の一部を説明するためにのみ説明している。この発明は上述の従来技術や問題点に限定されるものではない点に留意されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開平１１−１３５８９４号公報
【特許文献２】特開２００４−７１６９４号公報
【特許文献３】特開平５−１９８８９３号公報
【特許文献４】特開平９−３３１１１３号公報
【特許文献５】特開平４−１４７１１４号公報
【特許文献６】特開平９−５５５５２号公報
【特許文献７】特開昭６３−３１８１８８号公報
【特許文献８】特開２００９−１７７０５８号公報
【特許文献９】特表２００４−５２３１１７号公報
【特許文献１０】特開２０００−２２１３４５号公報
【特許文献１１】特開２００４−２３５１８２号公報
【特許文献１２】特開２００６−７４０１６号公報
【特許文献１３】特開２００９−５４６９９号公報
【特許文献１４】特開平７−１２２８１６号公報
【特許文献１５】特開２０１１−１０９００１号公報
【特許文献１６】特開２０００−３２３７８１号公報
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】Ｔｅｐｐｅｉ  Ｆｕｋｕｄａ，  Ｋａｚｕｎｏｒｉ  Ｏｋａｍｏｔｏ，  Ｙａｓｕｈｉｒｏ  Ｈｉｎｏｋｕｍａ，  ａｎｄ  Ｋｉｉｃｈｉ  Ｈａｍａｍｏｔｏ，  "Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ  Ａｒｒａｙ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅｓ（ＬＤｓ）  ｂｙ  Ｕｓｉｎｇ  １×Ｎ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  （ＭＭＩ）"，  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．２１，ＮＯ．３，ｐｐ１７６−１７８，２００９
【非特許文献２】Ａ．Ｃ．Ｂｒｙｃｅ，  Ｍ．Ｋ．Ｍｕｒａｄ，  ａｎｄ  Ｖ．Ｌｏｙｏ−Ｍａｌｄｏｎａｄｏ，  "Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ａｒｒａｙ  Ｌａｓｅｒ"，  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  Ｈｉｇｈ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ２００９，  Ｓｅｓｓｉｏｎ  ３  Ｐａｐｅｒ  ２
【非特許文献３】Ｍ．Ｒａｘｅｇｈｉ  ａｎｄ  Ｈ．Ｙｉ，  "Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ  Ａｌ−ｆｒｅｅ  ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ  ｎｅａｒ−ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｓｅｒ"，  Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｒｅｖｉｅｗ  ６（２），  ８１−９２（１９９８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
特許文献１に開示されているツリー状光カプラを用いる手法では、並列配置する半導体光増幅器の数が増えると、ツリー状光カプラが必要とする設置面積が大きくなるという欠点があった。また、マルチモード干渉器型光カプラを用いる手法では、各半導体光増幅器を経由する光路の長さが等しくないために干渉が生じて、その結果、光増幅特性に波長依存性が生じるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
この発明の一側面によれば、前記課題を解決するために、光増幅器は、ｎ個の光増幅素子、第一の光カプラ、及び、第二の光カプラを備え、各光増幅素子は第一の光カプラ及び第二の光カプラと光導波路を介して接続され、第ｊ番目の光増幅素子の光増幅素子の実効光路長をＬＡｊ、第ｊ番目の光増幅素子と第一の光カプラを接続する光導波路の実効光路長をＬＩｊ、第ｊ番目の光増幅素子と第二の光カプラを接続する光導波路の実効光路長をＬＯｊとした時に、ＬＩｊの一部、または、全部の長さが互いに異なり、かつ、以下の数式を満たすようにしている。
ＬＩｊ＋ＬＯｊ＋ＬＡｊ＝Ｋ
ただし、１≦ｊ≦ｎであり、ｎ≧２、かつ、Ｋは定数である。【００２６】
この発明の上述の側面および他の側面は特許請求の範囲に記載され以下実施例を用いて詳述される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、位相整合条件を満たすことができるので光増幅特性に波長依存性が生じることなない。また、入力側の光導波路の一部または全部の長さが互いに異なるので、光導波路回路の設計自由度が向上し、よりコンパクトな光回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第一実施例の半導体光増幅器の構成を示す概略図である。
【図２】半導体光増幅素子７と光導波路１０の断面図である。
【図３】本発明の第二実施例の半導体光増幅器の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の第三実施例の半導体光増幅器の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第四実施例の半導体光増幅器の構成を示す概略図である。
【図６】本発明の第五実施例のレーザ発振器の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第六実施例のレーザ発振器の構成を示す概略図である。
【図８】本発明の第七実施例のレーザ発振器の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の第八実施例のレーザ発振器の構成を示す概略図である。
【図１０】波長制御電極部１３１の構造を示す概略図である。
【図１１】本発明の第八実施例のレーザ発振器の実装例を示す概略図である。
【図１２】本発明の第九実施例における波長制御電極部１３１の構造を示す概略図である。
【図１３】本発明の第十実施例のレーザ発振器を示す概略図である。
【図１４】本発明の第十一実施例のレーザ発振器を示す概略図である。
【図１５】本発明の第十二実施例のレーザ発振器を示す概略図である。
【図１６】本発明の第十二実施例のレーザ発振器の別の構成を示す概略図である。
【図１７】図１６の構成にファイバブラッググレーティングを付加した構成を示す概略図である。
【図１８】本発明の第十三実施例のレーザ発振器の別の構成を示す概略図である。
【図１９】本発明の第十四実施例のレーザ発振器の別の構成を示す概略図である。
【図２０】本発明の第十五実施例のレーザ発振器の別の構成を示す概略図である。
【図２１】図２１に示したレーザ発振器の挙動を説明する図である。
【図２２】本発明の第十六実施例のレーザ発振器の別の構成を示す概略図である。
【図２３】本発明の第十七実施例のエルビウムドープ光ファイバ増幅器の構成示す概略図である。
【図２４】本発明の第十八実施例のラマン光増幅器の構成を示す概略図である。
【図２５】本発明の第十九実施例の波長変換器の構成を示す概略図である。
【図２６】本発明の第二十実施例のレーザ発振器の構成を示す概略図である。
【図２７】本発明の第二十一実施例のレーザ発振器３８０を示す概略図である。
【図２８】本発明の第二十二実施例のレーザ発振器４００を示す概略図である。
【図２９】三端子の光分岐路の構成とその特性を示す概略図である。
【図３０】非対称ツリー状光カプラ４０１の構成例を示す概略図である。
【図３１】多段型マッハツェンダ型干渉器４５０の構成とその特性を示す概略図である。
【図３２】本発明の第二十三実施例のレーザ発振器を示す概略図である。
【図３３】本発明の第二十四実施例のレーザ発振器を示す概略図である。
【図３４】本発明の第二十五実施例の光集積回路５００を示す概略図である。
【図３５】本発明の第二十六実施例の光集積回路５２０を示す概略図である。
【図３６】本発明の第二十七実施例の光集積回路５３０を示す概略図である。
【図３７】本発明の第二十八実施例の光集積回路５４０を示す概略図である。
【図３８】本発明の第二十九実施例の光集積回路５５０を示す概略図である。
【図３９】本発明の第三十実施例の光集積回路５６０を示す概略図であり、（ａ）は３つの半導体光増幅素子を備えた場合を示し、（ｂ）は４つの半導体光増幅素子を備えた場合を示す。
【図４０】本発明の第三十一実施例の光集積回路５８０を示す概略図である。
【図４１】光出力端子５８４の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＣ−Ｃ'断面図、（ｃ）は基板５０１の裏面側から見た光出力端子５８４の構造を示す図（下面図）である。
【図４２】出力光５９７が取り出される様子を示す斜視図である。
【図４３】光出力端子５８４の別の構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＣ−Ｃ'断面図である。
【図４４】本発明の第三十二実施例の光集積回路６００を示す概略図である。
【図４５】光集積回路要素６０１を示す概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は端部６１６付近の拡大図（上面図）、（ｃ）はＤ−Ｄ'断面図である。
【図４６】リング状光導波路回路６０２、６０３を示す概略図である。
【図４７】出力光５９７が取り出される様子を示す斜視図であり、（ａ）は光集積回路６００のヒートシンク５９８への組付図、（ｂ）は出力光５９７と単一モード光ファイバ６１０の結合光学系を示す斜視図である。
【図４８】本発明の第三十三実施例のレーザ発振器６２０を示す概略図であり、（ａ）はその上面図、（ｂ）は平共振器型面発光レーザ６２２のＥ−Ｅ'断面図、（ｃ）は半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の構造を示す断面図である。
【図４９】レーザ発振器６２０を裏面側から見た下面図である。
【図５０】出力光６３４が取り出される様子を示す斜視図である。
【図５１】第三十三実施例の変形例であるレーザ発振器６４０を示す下面図である。
【図５２】水平共振器型面発光レーザ６５０および６６０を示す断面図である。
【図５３】第三十四実施例のレーザ発振器６８０の上面図である。
【図５４】光出力端子５８４の構造を示す概略図であり、（ａ）は図４１（ａ）に対応する上面図、（ｂ）は図４１（ｂ）に対応する断面図、（ｃ）は図５１（ｂ）を代替する構造を示す断面図である。
【図５５】第三十五実施例のレーザ発振器を示す概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図５６】第三十六実施例のレーザ発振器を示す上面図である。
【図５７】第三十六実施例のレーザ発振器を示す側面図である。
【図５８】第三十七実施例のレーザ発振器を示す概略図であり、（ａ）は結合光学系の斜視図、（ｂ）はこの結合光学系の結像関係を示す図である。
【図５９】第三十八実施例のレーザ発振器を示す概略図であり、（ａ）は光集積回路７３０の上面図、（ｂ）は分岐部４８３のひとつの構造を示す上面図、（ｃ）は分岐部４８３の別の構造を示す上面図である
【図６０】第三十八実施例の変型例を示す概略図であり、（ａ）は光集積回路７３１の上面図、（ｂ）は分岐部４８３の構造を示す上面図である。
【図６１】光集積回路７３２の上面図である。
【図６２】本発明の本発明の第四十二実施例のファイバレーザを示す概略図であり、（ａ）はシングルモード励起光源を用いたファイバレーザ７４０を示す概略図、（ｂ）はマルチモード励起光源を用いたファイバレーザ７５０を示す概略図、（ｃ）はダブルグラッド型イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７５１の断面図である。
【図６３】本発明の本発明の第四十三実施例の固体レーザを示す概略図であり、（ａ）は端面励起型の固体レーザ発振器７６０を示す概略図、（ｂ）は側面励起型の固体レーザ発振器７７０を示す概略図である。
【図６４】本発明の本発明の第四十四実施例のレーザ発振器８００を示す概略図である。
【図６５】本発明の第四十五実施例のレーザ発振器８１０を示す概略図であり、（ａ）は基板３７０上に形成された光集積回路８１１の上面図、（ｂ）はレーザ発振器８１０の側面図である。
【図６６】本発明の第四十六実施例のレーザ発振器８２０及びレーザ発振器８３０を示す概略図である。
【図６７】本発明の第四十七実施例の能動型マルチモード干渉器型光カプラ８４０を示す概略図である。
【図６８】本発明の第四十七実施例のハイブリッド型マルチモード干渉器型光カプラ８５０を示す概略図である。
【図６９】本発明の第四十八実施例のレーザ発振器８６０を示す概略図である。
【図７０】本発明の第四十八実施例のレーザ発振器８７０を示す概略図である。
【図７１】本発明の第四十九実施例のレーザ発振器が解決すべき課題を示す概略図である。
【図７２】本発明の第五十実施例のレーザ発振器８８０を示す概略図である。
【図７３】本発明の第五十一実施例のレーザ発振器について説明する概略図である。
【図７４】本発明の第五十二実施例のレーザ発振器８９０を示す概略図である。
【図７５】本発明の第五十二実施例のレーザ発振器８９０の製造工程の一部を示す概略図である。
【図７６】発明の第五十三実施例の変型例であるレーザ発振器９００を示す概略図である。
【図７７】本発明の第五十六実施例のレーザ発振器９１０を示す概略図である。
【図７８】本発明の第五十七実施例の光増幅器９２０を示す概略図である。
【図７９】本発明の第五十八実施例のレーザ発振器を説明する概略図である。
【図８０】本発明の第五十八実施例のレーザ発振器を説明する概略図である。
【図８１】本発明の第五十九実施例のレーザ発振器９３０を示す概略図である。
【図８２】本発明の第六十実施例のレーザ発振器９４０を示す概略図である。
【図８３】本発明の第六十一実施例のレーザ発振器９５０、及び、レーザ発振器９６０を示す概略図である。
【図８４】本発明の第六十二実施例のレーザ発振器９８０を示す概略図である。
【図８５】本発明の第六十三実施例の光集積回路９９０を示す概略図である。
【図８６】本発明の第六十四実施例の光集積回路１０００を示す概略図である。
【図８７】本発明の第六十四実施例の変型例の光集積回路１０１０を示す概略図である。
【図８８】本発明の第六十五実施例のレーザ発振器１０２０を示す概略図である。
【図８９】本発明の第六十六実施例のレーザ発振器１０３０を示す概略図である。
【図９０】本発明の第六十七実施例のレーザ発振器１０４０を示す概略図である。
【図９１】本発明の第六十八実施例のレーザ発振器１０５０を示す概略図である。
【図９２】本発明の第六十九実施例の光カプラ１０６０を示す概略図である。
【図９３】本発明の第六十九実施例の変型例の光カプラ１０７０を示す概略図である。
【図９４】本発明の第七十一実施例のマルチモード干渉器型光カプラ１０８０、１０９０、及び、１１００を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、図面を参照して本発明に係わる半導体光増幅器及びレーザ発振器の実施の形態を詳細に説明する。この実施の形態により本発明が限定されるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付与している。
【第一実施例】
【００３０】
図１（ａ）に本発明の第一実施例の半導体光増幅器の構成を示す。半導体基板１７上に半導体光増幅素子７、８、９と光カプラ３、１３が設けられ、光導波路２、４、５、６、１０、１１、１２、１４、によって、これらの諸要素が相互接続されている。また、半導体基板１７にはそれぞれに低反射率コートが施された端面１８と端面１９が設けられている。低反射率コートによって、端面１８と端面１９の反射率はほぼゼロとなっている。なお、半導体光増幅素子７、８、９は所望の波長で単一横モード動作する。また、光導波路２、４、５、６、１０、１１、１２、１４も所望の波長で単一横モード動作する。
【００３１】
入力光信号１は光導波路２に導かれる。光導波路２を経て、光信号は光カプラ３に入射した後、三分割され、光導波路４、５、６へと分岐する。分岐した３つの光信号は半導体光増幅素子７、８、９へとそれぞれ導かれる。増幅された光信号は光導波路１０、１１、１２を経て、光カプラ１３によって合波され、光導波路１４を経て出力光信号１５として出力される。
【００３２】
入力光信号１は図示しない光ファイバから供給され、図示しないレンズを介して光導波路２に入射する。また、出力光信号１５は図示しないレンズを介して、図示しない光ファイバに結合する。
【００３３】
光カプラ３はマルチモード干渉器（ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）型として知られている光カプラの構造を有している。図１（ｂ）に示すように、単一横モードで動作する光導波路２からの信号は、マルチモード干渉器１６内で一端、複数の横モード状態（マルチモード状態）となる。次いで、単一横モードで動作する３つの光導波路４、５、６へと分岐される。分岐した光信号は全て単一横モードで伝播する。
光カプラ１３も光カプラ３と同様のマルチモード干渉器型光カプラである。図１（ｃ）に示すように、単一横モードで動作する３つの光導波路１０、１１、１２からの信号は、マルチモード干渉器１６内で一端、複数の横モード状態となる。次いで、単一横モードで動作する光導波路１４に合流される。合流した光信号は単一モードで伝播する。位相整合条件を満たしている場合、光カプラ１３における損失は生じない。
【００３４】
本発明においては、ｎ個の半導体光増幅素子と第一の光カプラ（光カプラ３）と第二の光カプラ（光カプラ１３）から成り立っており、第ｊ番目の半導体光増幅素子について、光カプラ３から半導体光増幅素子までの光導波路長（入力側光路長）をＬＩｊ、半導体光増幅素子から光カプラ１３までの導波路長（出力側光路長）をＬＯｊ、半導体光増幅素子の光路長ＬＡｊとした時に、ＬＩｊの一部または全部の長さが互いに異なり、かつ、以下の数式（１）を満たしている。
ＬＩｊ＋ＬＯｊ＋ＬＡｊ＝Ｋ                    （１）
ただし、数式（１）において、１≦ｊ≦ｎであり、Ｋは定数である。また、ＬＩｊ、ＬＯｊ、ＬＡｊ、Ｋは屈折率を考慮した実効的な光路長である。なお、ｊ＝１となる半導体光増幅素子は第二の光カプラ光カプラ１３と最も短い光導波路で結ばれている素子であり、以下、ｊが大きくなるのに伴い、光カプラ１３と接続される光導波路が長くなるように順番が付けられている。
【００３５】
数式（１）は位相整合条件を表している。すなわち、光カプラ３（分岐点）から光カプラ１３（合流点）に至るまでの、異なる半導体光増幅素子を経由した各経路における実効的な光路長が全て等しい事を表している。この結果、すべて波長において、位相整合条件を満たすので、伝播特性に波長依存性が現れない。
【００３６】
半導体光増幅素子の光路長ＬＡｊは、通常は、ｊの値によらず一定値となるように設計することができる。この条件の下で、光カプラ３から各半導体光増幅素子までの実効的導波路長（入力側光路長）ＬＩｊの一部または全部の長さが互いに異なるように構成している。図１においては、光導波路、４、５、６、１０、１１、１２のそれぞれの長さ、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２には以下の数式に示す関係が成り立っている。以下の式のうち、数式（２）は数式（１）の特殊な例とみなすことができる。なお、光増幅素子の光路長は全て等しいものとし、数式（２）、（３）、（４）からはその影響を除外している。
Ｌ４＋Ｌ１０＝Ｌ５＋Ｌ１１＝Ｌ６＋Ｌ１２            （２）
Ｌ４＞Ｌ５＞Ｌ６                        （３）
Ｌ１０＜Ｌ１１＜Ｌ１２                    （４）
【００３７】
本発明においては、数式（１）の条件を満たしつつ、入力側の光導波路の一部または全部の長さが互いに異なることを特徴としている。これにより、光導波路回路の設計自由度が向上し、よりコンパクトな光回路が実現できる。
【００３８】
図１に示した構成では、一つの例として、（入力側）光導波路４、５、６は弧状の形状部を含み、かつ、孤状形状部は相似である。また、（出力側）光導波路１０、１１、１２からなる回路部の形状は、光導波路４、５、６とは左右反転かつ上下反転している。
【００３９】
このような配置を取ることにより、ツリー状光カプラを用いた場合よりも、光カプラ及び光導波路回路が半導体基板１７上に占有する面積を減らすことができる。
【００４０】
図１の構成では、半導体光増幅器素子の数は３であったが、この数は２以上の任意の整数値を取ることが可能である。その場合、数式（３）、（４）は以下のように書き換えることができる。
ＬＩ１＞ＬＩ２＞...＞ＬＩｊ＞...＞ＬＩｎ            （５）
ＬＯ１＜ＬＯ２＜...＜ＬＯｊ＜...＜ＬＯｎ        （６）
【００４１】
ちなみに、ツリー状の光カプラの場合は上記の数式（５）、（６）に代えて以下の数式が成立している。また、結果的にツリー状光カプラの場合も数式（１）は成り立っている。
ＬＩ１＝ＬＩ２＝...＝ＬＩｊ＝...＝ＬＩｎ            （７）
ＬＯ１＝ＬＯ２＝...＝ＬＯｊ＝...＝ＬＯｎ        （８）
【００４２】
ツリー状光カプラの場合は、半導体光増幅素子の入力側（もしくは出力側）の光導波路の光路を全て等しくすることによって位相整合条件を成立させている。この設計基準では、光導波路回路の設計に制約が生じ回路の設置面積を小型化することが難しい。これに対して、本発明では、ある半導体光増幅素子の入力側光導波路の距離と出力側光導波路の和を一定に保ちつつ、入力側光導波路の一部または全部の長さを異なることとしたので、光導波路回路設計の自由度が向上し、よりコンパクトな光導波路回路を実現することができる。
【００４３】
本実施例の半導体光増幅器では、複数の半導体光増幅素子が並列動作して光を増幅するので、最大光出力を向上させることができる。また、複数の半導体光増幅素子の一部が失陥しても、光増幅の機能が直ちに失われることはなく、信頼性の点で有利である。また、この構成では、信号光はコヒーレントに加算されるのに対し、各半導体光増幅素子からのＡＳＥ光は位相がランダムであり電力的に加算される。このため、雑音指数は単体の半導体光増幅素子と同等となる。
【００４４】
本実施例の半導体光増幅器を変形してレーザ発振器を構成することができる。図１において、低反射率コートが施された端面１８と１９に代えて、それぞれ、適度な反射率を有する端面２６と２７を設けることによってレーザ発振を実現することができる。適度な反射率とはファブリーペロー型の半導体レーザの端面に用いられる４０％程度の反射率を指す。また、端面２７に高反射率（９８％）コート、端面２６に低反射率（５％）コートを施して、レーザ光を光導波路２側から取り出すような構成が可能である。
【００４５】
図２に半導体光増幅素子７と光導波路１０の断面構造を示す。図２（ａ）に示す半導体光増幅素子７のＸ−Ｘ'断面図を図２（ｂ）に示す。また、光導波路１０のＹ−Ｙ'断面図を図２（ｃ）に示す。
【００４６】
半導体光増幅素子７はＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰベースの埋め込み型ヘテロ半導体レーザ構造に基づいている。図２（ｂ）において、ＩｎＰ基板３１上にｎ−ＩｎＰクラッド層４０、活性層３９、ｐ−ＩｎＰクラッド層３４が設けられている。また、ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層３２、ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層３３が設けられている。また、ｐ−ＩｎＰクラッド層３４の上方には、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層３５とＡｕ合金系電極３６が設けられている。また、ＩｎＰ基板３１の下面にはＡｕ合金系電極３７が設けられている。この素子構造及びその製造法は公知である。
【００４７】
光導波路１０はリッジ型光導波路構造に基づいている。図２（ｃ）において、光導波路１０はアンドープＩｎＰクラッド層４１、アンドープＩｎＧａＡｓＰコア層４２、及び、アンドープＩｎＰクラッド層４３から成り立っている。また、ＳｉＯ２系パッシベーション層４４が設けられている。ドライエッチングによりリッジ型の光導波路が形成されている。これにより、導波領域４５が形成されている。この素子構造及びその製造法は公知である。
【００４８】
また、低反射率コートが施された端面１８と端面１９として、ＳｉＯ２／Ｓｉ系あるいはＳｉＯ２／ＳｉＮ系の多層膜コーティングを用いることが可能である。このようなコーティングは公知である。
【００４９】
また、図１に示す半導体光増幅器はいわゆるジャンクションサイドダウン（アップサイドダウン）で実装した。これは、電子冷凍素子（ＴＥＣ：Ｔｈｅｒｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｏｌｅｒ）、ヒートシンクを積層した構造上に半導体基板１７を、図２（ａ）のＡｕ合金系電極３６側をヒートシンク側にして接着した構造である。この構造は放熱性に優れており、大出力の半導体光増幅器を実現できる。半導体レーザ発振器として用いる場合もジャンクションサイドダウン構造を用いることができる。
【００５０】
半導体光増幅素子の中心動作波長は１５５０ｎｍに設定したが、本発明は特定の動作波長に限定されないことは言うまでもない。また、半導体光増幅素子及び光導波路を形成する材料にも特定の限定はない。
【００５１】
また、本実施例では半導体基板上に構成した半導体光増幅素子を例にとって説明したが、本発明は半導体光増幅素子に限定されない。ガラス基板上の形成された希土類ドープ光導波路を用いて同様の構成を構築しても良い。また、光ファイバ増幅器を光増幅そしてとして用い、光導波路の一形態として光ファイバを用いても良い。
【第二実施例】
【００５２】
図３に本発明の第二実施例の半導体光増幅器の構成を示す。第一実施例と同様の構造を有する要素には図1と同じ参照番号を付与している。半導体基板１７上に半導体光増幅素子７、８、９と光カプラ３、２５が設けられ、光導波路２、４、５、６、２２、２３、２４、１４によって、これらの諸要素が相互接続されている。また、半導体基板１７には低反射率コートが施された端面１８が設けられている。低反射率コートによって、端面１８の反射率はほぼゼロとなっている。なお、半導体光増幅素子７、８、９は所望の波長で単一横モード動作する。また、光導波路２、４、５、６、２２、２３、２４、１４も所望の波長で単一横モード動作する。
【００５３】
（入力側）光導波路４、５、６は弧状の形状部を含み、かつ、孤状形状部は相似である。また、（出力側）光導波路２２、２３、２４からなる回路部の形状は、光導波路４、５、６とは左右反転している。
【００５４】
光カプラ２５もマルチモード干渉器型光カプラであり、その構造を図１（ｂ）に示す。単一横モードで動作する３つの光導波路２２、２３、２４からの信号は、マルチモード干渉器１６内で一端、マルチモード状態となる。次いで、単一横モードで動作する一つの光導波路１４へと合流される。この場合も、位相整合条件が満たされていれば損失は生じず、合流した光信号は単一横モードで光導波路１４を伝播する。
【００５５】
ただし、本実施例においては、後述のように位相整合条件は特定の波長においてしか満たされず、光信号の伝播特性には波長依存性が生じる。
【００５６】
本実施例においては、ｎ個の半導体光増幅素子と第一の光カプラ（光カプラ３）と第二の光カプラ（光カプラ２５）から成り立っており、第ｊ番目の半導体光増幅素子について、光カプラ３から半導体光増幅素子までの光導波路長（入力側光路長）をＬＩｊ、半導体光増幅素子から光カプラ１３までの導波路長（出力側光路長）をＬＯｊ、半導体光増幅素子の光路長ＬＡｊとした時に、以下の数式（９）を満たしている
ＬＩｊ＋１＋ＬＯｊ＋１＋ＬＡｊ＋１＝ＬＩｊ＋ＬＯｊ＋ＬＡｊ＋Ｃ  （９）
【００５７】
ただし、数式（９）において、１≦ｊ≦ｎ、ｎ≧２、かつ、Ｃは定数である。また、Ｌｉｊ，ＬＯｊ，ＬＡｊ，Ｃは屈折率を考慮した実効的な光路長である。なお、ｊ＝１となる半導体光増幅素子は光カプラ３と最も短い光導波路で結ばれている素子であり、以下、ｊが大きくなるのに伴い、光カプラ３と接続される光導波路が長くなるように順番が付けられている。
【００５８】
数式（９）は、アレイ状導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）の各アームの実効的光路長と同様の関係となっている。すなわち、ｊ＋１番目の半導体光増幅素子を経由する光路長は、ｊ番目の半導体光増幅素子を経由する光路長に比べて一定の値Ｃだけ長くなっている。このような関係は、回折格子と同様の位相整合条件を生じるので、特定の波長（正確には波長群）においてのみ位相整合条件が成立する。
【００５９】
このような特性は、アレイ状導波路回折格子と同様に波長フィルタとして用いることができる。したがって、図３に示した半導体光増幅器は光増幅器と波長フィルタを集積化したデバイスとして機能するという利点がある。
【００６０】
また、本実施例の半導体光増幅器を変形してレーザ発振器を構成することができる。図３において、低反射率コートが施された端面１８に代えて、適度な反射率を有する端面２６を設けることによってレーザ発振を実現することができる。この場合、上記のような波長フィルタとしての特性は、特定波長の光のみをレーザ発振させるために応用することができるという利点を生じる。
【第三実施例】
【００６１】
図４に本発明の第三実施例の半導体光増幅器の構成を示す。本実施例は第二実施例の構成において、光カプラ２５に代えて光カプラ５０を用いたことにある。図４（ａ）は本実施例の全体構成を示し、図４（ｂ）は光カプラ５０の構成を示す。
【００６２】
光カプラ５０は図４（ｂ）に示すように、多入力多出力のマルチモード干渉器型光カプラであり、アレイ状導波路回折格子に用いられる光カプラと同様の構造を有している。光導波路２２、２３、２４からの光信号はマルチモード干渉器５７でマルチモード状態となり、光導波路５１、５２、５３へと分岐する。ただし、各光導波路５１、５２、５３には異なる波長の光が結合し、光カプラ５０は波長多重化器として動作する。
【００６３】
光導波路５１、５２、５３によって導かれた、異なる波長の出力光５４、５５、５６は基板１７の外へ放出される。そして、図示しないレンズによって複数の対応する光ファイバへと結合される。
【００６４】
このように、図４に示した構成は光増幅器と波長多重化機器とを組み合わせたデバイスとして機能する。
【００６５】
また、本実施例の半導体光増幅器を変形してレーザ発振器を構成することができる。図４において、低反射率コートが施された端面１８に代えて、適度な反射率を有する端面２６を設けることによってレーザ発振を実現することができる。この場合、上記のような波長多重化器としての特性は、複数波長を同時にレーザ発振させるために応用することができるという利点を生じる。
【００６６】
レーザ発振器として動作する場合、光導波路５１、５２、５３からは異なる波長の出力光５４、５５、５６が出力される。その一方、光導波路２からは異なる長の出力光５４、５５、５６が多重化されて出力される。
【第四実施例】
【００６７】
図５に本発明の第四実施例のレーザ発振器の構成を示す。半導体基板１７上に半導体光増幅素子７、８、９と光カプラ３が設けられ、光導波路２、４、５、６によって、これらの諸要素が相互接続されている。また、半導体基板１７には適度な反射率を有する端面２６、６０が設けられている。なお、半導体光増幅素子７、８、９は所望の波長で単一横モード動作する。また、光導波路２、４、５、６も所望の波長で単一横モード動作する。
【００６８】
本実施例の特徴は、半導体光増幅素子７、８、９の一端に光反射手段を設けたことである。光反射手段としては具体的には適度な反射率を有する端面６０である。
【００６９】
本実施例においては、ｎ個の半導体光増幅素子と光カプラ（光カプラ３）から成り立っており、第ｊ番目の半導体光増幅素子について、光カプラ３から半導体光増幅素子までの光導波路長（入力側光路長）をＬＩｊ、半導体光増幅素子の光路長ＬＡｊとした時に、以下の数式（１０）を満たしている。
Ｌｉｊ＋１＋ＬＡｊ＋１＝ＬＩｊ＋ＬＡｊ＋Ｃ        （１０）
【００７０】
ただし、数式（１０）において、１≦ｊ≦ｎ、ｎ≧２、かつ、Ｃは定数である。また、ＬＩｊ、ＬＡｊ、Ｃは屈折率を考慮した実効的な光路長である。なお、ｊ＝１となる半導体光増幅素子は光カプラ３と最も短い光導波路で結ばれている素子であり、以下、ｊが大きくなるのに伴い、光カプラ３と接続される光導波路が長くなるように順番が付けられている。
【００７１】
数式（１０）は、アレイ状導波路回折格子の各アームの実効的光路長と同様の関係となっている。すなわち、ｊ＋１番目の半導体光増幅素子を経由する光路長は、ｊ番目の半導体光増幅素子を経由する光路長に比べて一定の値Cだけ長くなっている。このような関係は、回折格子と同様の位相整合条件を生じるので、特定の波長（正確には波長群）においてのみ位相整合条件が成立する。以上の関係は、第二実施例において説明したこととほぼ同様である。
【００７２】
以下、図５に示したような構成を反射型アレイ状導波路回折格子と呼ぶこととする。
【００７３】
以上の構成により、第二実施例においてレーザ発振器を構成した場合に比べて、より簡易かつコンパクトな構成で、特定波長を発振するレーザ発振器を実現することができる。
【第五実施例】
【００７４】
図６に本発明の第五実施例のレーザ発振器の構成を示す。図６（ａ）において、半導体基板７０上に半導体光増幅素子７２、７３、非対称光カプラ７１、及び、光導波路７４が設けられている。また、半導体基板７０にはそれぞれに適度な反射率を有する端面７５、７６が設けられている。なお、半導体光増幅素子７２、７３は所望の波長で単一横モード動作する。また、非対称光カプラ７１と光導波路７４も所望の波長で単一横モード動作する。
【００７５】
非対称光カプラ７１は半導体光増幅素子７２とはＴＭモード光のみが結合し、また、半導体光増幅素子７３とはＴＥモード光のみが結合する。光導波路７４はＴＭモード光とＴＥモード光双方を導く。このような非対称光カプラはモードスプリッターとも呼ばれ、公知である。この非対称光カプラは、分岐比が非対称の光カプラ（疎結合型光カプラ）とは異なるものである。
【００７６】
図６（ａ）の構成によれば、光導波路７４、非対称光カプラ７１、及び、半導体光増幅素子７２が結合してＴＭモード光の発振を行う。同時に、光導波路７４、非対称光カプラ７１、及び、半導体光増幅素子７３が結合してＴＥモード光の発振を行う。光導波路７４からの出力光７７はＴＥモード光とＴＭモード光の双方を含む。一方、半導体光増幅素子７２の出力光７８はＴＭモード光のみから成り、半導体光増幅素子７３の出力光７９はＴＥモード光のみから成る。
【００７７】
また、半導体光増幅素子７２と７３の駆動電流を変えることにより、ＴＥモード光とＴＭモード光の強度をそれぞれ変えることができる。
【００７８】
上記構成において、適度な反射率を有する端面７６は、二つの半導体光増幅素子７２、７３に対して共通の反射手段となっているが、これは、必須ではない。半導体光増幅素子７２と７３に対して個別の反射手段を設けるようにしても良い。
【００７９】
図６（ｂ）において、半導体基板７０上に半導体光増幅素子８１と非対称光カプラ７１、光導波路８２、及び、光導波路８３が設けられている。
【００８０】
図６（ｂ）の構成によれば、半導体光増幅素子８１、非対称光カプラ７１、及び、光導波路８２が結合してＴＭモード光の発振を行う。同時に、半導体光増幅素子８１、非対称光カプラ７１、及び、光導波路８３が結合してＴＥモード光の発振を行う。半導体光増幅素子８１からの出力光８４はＴＥモード光とＴＭモード光の双方を含む。一方、光導波路８２の出力光８５はＴＭモード光のみから成り、光導波路８３の出力光８６はＴＥモード光のみから成る。
【００８１】
図６（ｃ）において、半導体基板７０上に半導体光増幅素子８１、非対称光カプラ７１、半導体光増幅素子７２、及び、半導体光増幅素子７３が設けられている。
【００８２】
図６（ｃ）の構成によれば、半導体光増幅素子８１、非対称光カプラ７１、及び、半導体光増幅素子７２が結合してＴＭモード光の発振を行う。同時に、半導体光増幅素子８１、非対称光カプラ７１、及び、半導体光増幅素子７３が結合してＴＥモード光の発振を行う。半導体光増幅素子８１からの出力光８７はＴＥモード光とＴＭモード光の双方を含む。一方、半導体光増幅素子７２の出力光８８はＴＭモード光のみから成り、半導体光増幅素子７３の出力光８９はＴＥモード光のみから成る。
【００８３】
本実施例によれば、ＴＥモード光とTＭモード光を同時発振させることができる。また、図（ａ）、（ｃ）の構成によればＴＥモード光とＴＭモード光の割合を変えることもできる。このような特性は、後述のようにラマン光増幅器の励起光源や四光混合を用いた波長変換の励起光源に応用することができる。
【００８４】
なお、本実施例ではＴＥモード光とＴＥモード光を同時発振させるため、用いる半導体光増幅素子７２、７３、及び、８１はＴＥモード光とＴＭモード光の増幅度に差が無いものが適している。ＴＥモード光とＴＭモード光の増幅度の差であるＰＤＧ（Ｐｏｌａｒｉｔｙ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｇａｉｎ）が小さい半導体光増幅素子としては、活性層に伸長歪を有する歪量子井戸構造を有するものが挙げられる。
【第六実施例】
【００８５】
図７に本発明の第六実施例のレーザ発振器の構成を示す。図７において、半導体基板１７上に半導体光増幅素子７、８、９、９７、９８、９９、光カプラ３、９３、非対称光カプラ７１、及び、光導波路４、５、６、９２、９４、９５、９６が設けられている。半導体基板１７にはそれぞれに適度な反射率を有する端面２６、６０、９０が設けられている。光カプラ３、９３はマルチモード干渉器型である。
【００８６】
なお、半導体光増幅素子７、８、９、９７、９９、９９は所望の波長で単一横モード動作する。また、非対称光カプラ７１と光導波路４、５、６、９２、９４、９５、９６も所望の波長で単一横モード動作する。
【００８７】
また、光導波路４、５、６と光導波路９４、９５、９６は、それぞれアレイ導波路回折格子を形成している。
【００８８】
本実施例によれば、光カプラ３、光導波路４、５、６で結合された半導体光増幅素子７、８、９は、端面６０と端面２６に囲まれた共振器を形成してレーザ発振を生じる。この共振器の光路中に非対称光カプラ７１があるため、ＴＥモードの光のみが選択され、ＴＥモード光の発振が生じる。
【００８９】
一方、光カプラ９３、光導波路９４、９５、９６で結合された半導体光増幅素子９７、９８、９９、端面９０と端面２６に囲まれた共振器を形成してレーザ発振を生じる。この共振器の光路中に非対称光カプラ７１があるため、ＴＭモードの光のみが選択され、ＴＮモード光の発振が生じる。
【００９０】
光導波路９２は上記のふたつの共振器に共通している。このため、ＴＥモード光とＴＭモード光双方が光導波路９７に結合する。そして、光導波路９２から端面２６を経て、外部へ出力光９１が出力される。
【００９１】
光導波路４、５、６の長さを調整することによってＴＥモード光の発振波長を決定することができる。また、光導波路９４、９５、９６の長さを調整することによってＴＭモード光の発振波長を決定することができる。したがって、ＴＥモード光とＴＭモード光の発振波長を概略等しくすることができる。また、ＴＥモード光とＴＭモード光の発振波長を異なる値に設定することもできる。
【００９２】
本実施例によれば、ＴＥモード光とＴＭモード光を同時発振させ多重化して、光を取り出すことができる。また、アレイ化した半導体光増幅素子を用いているので、大出力化が容易である。
【００９３】
本実施例においても、半導体光増幅素子９７、９８、９９としてはＰＤＧの小さな伸長歪を有する歪量子井戸を有する半導体光増幅素子を用いることが望ましい。
【第七実施例】
【００９４】
図８に本発明の第七実施例のレーザ発振器の構成を示す。図８（ａ）において、半導体基板１７上に半導体光増幅素子１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、光カプラ１２０、非対称光カプラ７１、及び、光導波路１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１２１、１２２、１２３が設けられている。半導体基板１７にはそれぞれに適度な反射率を有する端面２６、６０が設けられている。光カプラ１２０はマルチモード干渉器型である。
【００９５】
なお、半導体光増幅素子１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８は所望の波長で単一横モード動作する。また、非対称光カプラ７１と光導波路１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１２１、１２２、１２３も所望の波長で単一横モード動作する。
【００９６】
また、光導波路１１１ないし１１８はアレイ導波路回折格子を形成している。
【００９７】
図８（ｂ）に光カプラ１２０の構造を示す。マルチモード干渉器１２４の片側（図８（ｂ）の上方）からは光導波路１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８が分岐している。マルチモード干渉器１２４のもう一方の側（図８（ｂ）の下方）からは光導波路１２１、１２２が分岐している。
【００９８】
光カプラ１２０、光導波路１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、半導体光増幅素子１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、及び、端面６０は反射型のアレイ状導波路回折格子を形成している。光導波路１２１側には特定の波長（λ１）の光が、光導波路１２２側には別の波長（λ２）の光が分岐する。
【００９９】
光導波路１２１と光導波路１２２は非対称光カプラ７１で合流して光導波路１２３に結合する。端面２６と端面６０に囲まれて、半導体光増幅素子１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、光カプラ１２０、非対称光カプラ７１、及び、光導波路１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１２１、１２２、１２３は共振器を形成している。
【０１００】
この共振器中において、光導波路１２１を経る経路は波長λ１のＴＭモード光のみが通過し、光導波路１２２を経る経路は波長λ２のＴＥモード光のみが通過する。この結果、図８（ａ）に示したレーザ発振器では、波長λ１のＴＭモード光と波長λ２のＴＥモード光が同時発振し、出力光１００にはこの二つの光が多重化されて取り出される。
【０１０１】
本実施例においても、半導体光増幅素子１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８としてはＰＤＧの小さな伸長歪を有する歪量子井戸を有する半導体光増幅素子を用いることが望ましい。
【第八実施例】
【０１０２】
図９に本発明の第八実施例のレーザ発振器１１０の構成を示す。本時実施例のレーザ発振器は波長可変制御が可能であることが特徴である。また、オンチップ型の波長ロッカーを設けたことも特徴である。
【０１０３】
図９（ａ）において、半導体基板１７上に半導体光増幅素子１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、光導波路１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１２６、波長制御電極部１３１、光カプラ１２５、１３５、導波路マッハツェンダ型干渉器１３２、及び、受光素子１３３が設けられている。半導体基板１７には適度な反射率を有する端面２６が設けられている。光カプラ１２５はマルチモード干渉器型である。
【０１０４】
なお、半導体光増幅素子１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８は所望の波長で単一横モード動作する。また、光導波路１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１２６、及び、光カプラ１３５も所望の波長で単一横モード動作する。
【０１０５】
また、光導波路１１１ないし１１８はアレイ導波路回折格子を形成している。
【０１０６】
図９（ｂ）に光カプラ１２５の構造を示す。マルチモード干渉器１２４の片側（図９（ｂ）の上方）からは光導波路１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、及び、１１８が分岐している。マルチモード干渉器１２４のもう一方の側（図９（ｂ）の下方）からは光導波路１２６が分岐している。
【０１０７】
受光素子１３３は半導体光増幅素子１０１ないし１０８と同様の縦構造を有している。すなわち、半導体光増幅素子を受光素子として転用している。受光素子１３３のZ−Z'
断面図は図２（ｂ）に示す構造となる。
【０１０８】
光カプラ１３５は疎結合型の光カプラであり、光導波路を伝播する光信号の、例えば、１％程度を導波路マッハツェンダ型干渉器１３２側へと分岐する。
【０１０９】
導波路マッハツェンダ型干渉器１３２と受光素子１３３は波長ロッカーとして動作する。一般的に用いられる波長ロッカーは石英製エタロンと受光素子から成るが、本実施例では、石英製エタロンに代えて導波路マッハツェンダ型干渉器１３２を用いて、オンチップ型の波長ロッカーとした。導波路マッハツェンダ型干渉器１３２は、例えば、中心波長１５５０ｎｍにおいて、２００ＧＨｚ間隔で通過強度がピークとなるように動作する。この波長ロッカーは比較的波長間隔の粗い（２００ＧＨｚ‐４００ＧＨｚ）ＤＷＤＭなどに用いるのに適している。
【０１１０】
また、図示していないが、光導波路１２６に光カプラ１３５と同様の光カプラをもう一つ設け、また、受光素子１３３と同様の受光素子を設けてあり、この組み合わせによってオンチップ型のパワーモニタを構成している。
【０１１１】
図１０に波長制御電極部１３１の構造を示す。図１０（ａ）に示すように導波路加熱電極１４０が光導波路１１１ないし１１８の導波方向に、これらの光導波路と重畳して設けられている。導波路加熱電極１４０の光導波路１１１ないし１１８との重畳部の長さは互いに異なっており、光導波路１１１と重畳する電極の長さが最も短く、光導波路１１８と重畳する電極の長さが最も長くなっている。また、ある光導波路と導波路加熱電極１４０の重畳部の長さは、隣接する光導波路と導波路加熱電極１４０の重畳部の長さと比べて、概略、一定の差を有している。
【０１１２】
導波路加熱電極１４０には光導波路１１１ないし１１８の互いの間隙を横断する部分１４３が設けられており、全体として一筆書き形状となっている。また、導波路加熱電極１４０の光導波路１１１ないし１１８との重畳部の厚さと幅は、概略、一定となっている。したがって、導波路加熱電極１４０の単位長さ当たりの発熱量は、ほぼ一定である。また、導波路加熱電極１４０はその両端に電極パッド１４１及び１４２が設けられている。
【０１１３】
図１０（ｂ）に導波路加熱電極１４０のＡ−Ａ'断面図を示す。図２（ｃ）に示した光導波路の断面図とほぼ同じであるが、ＳｉＯ２系パッシベーション層４４の上に導波路加熱電極１４０が設けられている点が異なる。導波路加熱電極１４０の材料としては、たとえば、Ａｕ系電極を用いることができる。
【０１１４】
上記のように構成したので、波長制御電極部１３１では導波路加熱電極１４０に電流を印加することによって、光導波路１１１ないし１１８を加熱できる。すると熱光学効果によって、光導波路の屈折率が変化し光導波路１１１ないし１１８の実効的な光路長を変えることができる。この結果、光導波路１１１ないし１１８と光カプラ１２５によって構成されているアレイ状導波路回折格子の波長特性を制御することができる。そして、半導体光増幅素子１０１ないし１０８、光導波路１１１ないし１１８、光カプラ１２５、及び、端面２６、６０から成る共振器の共振波長を変えて、発振波長を制御することができる。すなわち、可変波長のレーザ発振器を実現できる。
【０１１５】
また、このようにして発振させたレーザ光の波長を、光カプラ１３５、導波路マッハツェンダ型干渉器１３２、及び、受光素子１３３から構成される、オンチップ型波長ロッカーによって監視することができる。
【０１１６】
図１１に、本実施例のレーザ発振器の実装例を示す。図１１（ａ）はヒートシンク１５０を示す。ヒートシンク１５０には、電極パッド１５１、１５２、１５３、１５４、及び、溝１５５が設けられている。
【０１１７】
図１１（ｂ）はレーザ発振器１１０上に設けられた電極パッドを示す。電極パッド１４１、１４２は導波路加熱電極１４０の両端に設けられた電極パッドである。電極パッド１３４は受光素子１３３に対応する電極パッドである。そして、電極パッド１０９は半導体光増幅素子１０１ないし１０８の駆動電極に対応する電極パッドである。
【０１１８】
レーザ発振器１１０はデバイス構成面がヒートシンク１５０に接触するように配置される。いわゆるジャンクションサイドダウン型実装である。レーザ発振器１１０の電極パッド１０９、１３３、１４１、及び、１４２は、それぞれ、ヒートシンク１５０の電極パッド１５４、１５３、１５２、及び、１５１と接続される。
【０１１９】
ヒートシンク１５０の溝１５５はレーザ発振器１１０の波長制御電極部１３１に対応するように配置される。すなわち、波長制御電極部１３１はヒートシンク１５０とは接触しない。このように構成したのは、波長制御電極部１３１とヒートシンク１５０が接触していると導波路加熱電極１４０によって投入した電力がヒートシンクに逃げてしまい、波長制御ができなくなってしまうためである。
【０１２０】
また、半導体光増幅素子１０１ないし１０８はヒートシンク１５０に接触するので、半導体光増幅素子１０１ないし１０８から生じた熱が導波路加熱電極１４０の下の光導波路に影響を与えるのを防ぐことができ、波長制御の精度を向上させることができる。
【０１２１】
さらに、ヒートシンク１５０の溝１５５は、半導体光増幅素子１０１ないし１０８と導波路加熱電極１４０において生成した熱がオンチップ波長ロッカーを構成する導波路マッハツェンダ型干渉器１３２に対して与える影響を低減することができる。したがって、オンチップ波長ロッカーの波長検出精度を向上させることができる。
【０１２２】
ヒートシンク１５０上にはサーミスタ１５６が設けられている。また、ヒートシンク１５０の下方には図示しない電子冷凍器が設けられている。サーミスタ１５６の配置を図９（ａ）及び図１１（ｃ）に示す。サーミスタ１５６によって検出された温度に対して、図示しない電子冷凍素子が制御される。
【０１２３】
サーミスタ１５６は図９（ａ）から明らかなように導波路マッハツェンダ型干渉器１３２の近傍に配置されている。これは、電子冷凍器による温度制御を、導波路マッハツェンダ型干渉器１３２を標的として行うことを意味する。これによって、オンチップ波長ロッカーの温度が一定に保たれ、波長制御の基準が精度よく保たれる効果をもたらす。
【０１２４】
ヒートシンク１５０の溝１５５は、別の形態を取ることができる。適切な凹部を、ヒートシンク１５０を設けることによって、必要な効果を得ることができる。レーザ発振器１１０を備えたチップのデバイス構成面がヒートシンク１５０に接触するように配置されるにあたって、このチップとヒートシンク１５０に非接触部を設ければ良い。
【０１２５】
上記の非接触部が波長制御電極部１３１に対応して設けられることによって、導波路加熱電極１４０の制御性を向上させることができる。また、レーザ発振器１１０を備えたチップの他の構成要素、半導体光増幅素子１０１ないし１０８などからの熱が導波路加熱電極１４０に対して影響を与えることを防ぐことができる。
【０１２６】
上記の非接触部を適切に配置することによって、オンチップ波長ロッカーの波長検出部、導波路マッハツェンダ型干渉器１３２、に対してレーザ発振器１１０を備えたチップの他の構成要素が影響を与えることを防ぐことができる。
【０１２７】
レーザ発振器１１０を備えたチップの温度制御を行うための温度検出素子、サーミスタ１５６、をオンチップ波長ロッカーの波長検出部、導波路マッハツェンダ型干渉器１３２の近傍に設けることによって、波長検出精度を向上させ、ひいては、波長可変レーザの波長制御精度を向上させることができる。
【０１２８】
導波路加熱電極１４０は一筆書き形状としたが、光導波路の数が多い場合は、導波路加熱電極を複数に分割し、分割した個々の電極を一筆書き形状とし、また、分割した個々の電極を並列接続しても良い。これは、一筆書き形状の電極の総延長が長くなりすぎると電気抵抗が高くなり過ぎて、駆動電圧が高くなりすぎることを回避するためである。分割した個々の電極の電気抵抗は、概略等しくなるように設計するのが望ましい。
【０１２９】
本実施例においては、オンチップ波長ロッカーを設けたが、図９（ａ）からオンチップ波長ロッカーを取り除いても良い。また、チップの外部に波長ロッカーを設けることもできる。
【０１３０】
本実施例においてはジャンクションサイドダウン型の実装を行ったが、ジャンクションサイドアップ型の実装を行うようにしても良い。
【第九実施例】
【０１３１】
本発明の第九実施例は第八実施例の変形例である。図９のレーザ発振器１１０の構成において、波長制御電極部１３１の構造を図１２に示すように変形した。第八実施例では熱光学効果を用いて屈折率を変えることにより、光導波路１１１ないし１１８の実効的な光路長を変えたが、本実施例では、異なる方法によって光導波路１１１ないし１１８の屈折率を変える点に特徴がある。
【０１３２】
図１２（ａ）に示すように、波長制御電極部１３１に対応する光導波路１１１ないし１１８に、屈折率制御光導波路１６０が設けられている。また、屈折率制御光導波路１６０の長さは光導波路１１１ないし１１８に対応して異なっており、隣接する屈折率制御光導波路１６０の長さは、概略、一定の差を有している。
【０１３３】
図１２（ｂ）に屈折率制御光導波路１６０のＢ−Ｂ'断面図を示す。図２（ｃ）の構造に代えて、ｎ−ＩｎＰクラッド層１６１、アンドープコア層１６２、及び、ｐ−ＩｎＰクラッド層１６３が設けられている。また、ＳｉＯ２系パッシベーション層４４にはコンタクト用スルーホールを設け、電極１６４を設けた。電極１６４の形状は、波長制御電極部１３１を示す三角形にほぼ一致する。
【０１３４】
図１２（ｂ）の構造に順バイアスを加えて電流を流すと、電流注入によるキャリア効果によって、導波領域４５の実効屈折率が変化する。これによって、光導波路の屈折率が変化し光導波路１１１ないし１１８の実効的な光路長を変えることができる。この結果、光導波路１１１ないし１１８と光カプラ１２５によって構成されているアレイ状導波路回折格子の波長特性を制御することができる。
【０１３５】
そして、半導体光増幅素子１０１ないし１０８、光導波路１１１ないし１１８、光カプラ１２５、及び、端面２６、６０から成る共振器の共振波長を変えて、発振波長を制御することができる。すなわち、可変波長のレーザ発振器を実現できるのは、第八実施例において説明したとおりである。
【０１３６】
また、図１２（ｂ）の構造（ｐｉｎ接合）に逆バイアスを加えても、電気光学効果によって導波領域４５の実効屈折率を変化させることができる。この効果を利用して、可変波長のレーザ発振器をすることもできる。
【０１３７】
ただし、キャリア注入によって屈折率変化をさせる場合と、電気光学効果によって屈折率変化をさせる場合とでは、ｎ−ＩｎＰクラッド層１６１、アンドープコア層１６２、及び、ｐ−ＩｎＰクラッド層１６３の構造（組成比やドーピング濃度など）は異なる。
【第十実施例】
【０１３８】
図１３に本発明の第十実施例のレーザ発振器を示す。このレーザ発振器は波長可変型である。半導体基板１７上に半導体光増幅素子１７１、１７２、光導波路１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１２６、波長制御電極部１３１、及び、光カプラ１２５、１７３が設けられている。半導体基板１７には適度な反射率を有する端面６０と低反射率コートが施された端面１７４が設けられている。光カプラ１２５はマルチモード干渉器型である。
【０１３９】
半導体光増幅素子１７１、１７２は所望の波長で単一横モード動作する。また、光導波路１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１２６、及び、光カプラ１７３は所望の波長で単一横モード動作する。
【０１４０】
本実施例においては、レーザ発振部は、ひとつの半導体光増幅素子１７１、ｎ個の光導波路、光カプラ１２５、及び、適度な反射率を有する端面６０から成り立っており、第ｊ番目の光導波路について、光カプラ１２５から適度な反射率を有する端面６０までの光路長をＬＫｊとした時に、以下の数式（１１）を満たしている。
ＬＫｊ＋１＝ＬＫｊ＋Ｃ                    （１１）
【０１４１】
ただし、数式（１１）において、１≦ｊ≦ｎで、ｎ≧２、かつ、Ｃは定数である。また、ＬＫｊ、Ｃは屈折率を考慮した実効的な光路長である。なお、ｊ＝１となる光導波路は光カプラ１２５と最も短い距離で結ばれている光導波路であり、以下、ｊが大きくなるのに伴い、光カプラ１２５と接続される光導波路の長さが長くなるように順番が付けられている。
【０１４２】
上記の構成によって、光導波路１１１ないし１１８と光カプラ１２５はアレイ状導波路回折格子を形成している。
【０１４３】
波長制御電極部１３１は、図１０（ａ）に示したのと同様の導波路加熱電極を用いている。すなわち、熱光学効果によって光導波路屈折率を変化させて、光導波路の光路長を変えるものである。
【０１４４】
光導波路１１１ないし１１８、適度な反射率を有する端面６０、及び、光カプラ１２５は反射型アレイ状導波路回折格子を形成し、特定の波長を選択する。光導波路１１１ないし１１８、適度な反射率を有する端面６０、及び、光カプラ１２５によって、選択された波長の光は、光カプラ１７３を経て、半導体光増幅素子１７１で増幅後、適度な反射率を有する端面６０で反射される。これによって、共振器が形成されて、レーザ発振が生じる。
【０１４５】
光カプラ１７３は疎結合型の光カプラであり、半導体光増幅素子１７１側には９９％、半導体光増幅素子１７２側には１％の光が分岐する。したがって、適度な反射率を有する端面６０、光導波路１１１ないし１１８、光カプラ１２５、半導体光増幅素子１７１で構成されたレーザ発振部によって生成されたレーザ光のごく一部が光カプラ１２５によって半導体光増幅素子１７２側に分岐する。
【０１４６】
半導体光増幅素子１７２よって増幅されたレーザ光は出力光１７５として出力される。この構成は、いわゆる、マスターオシレータパワーアンプリファイア（ＭＯＰＡ：Ｍａｓｔｅｒ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）として知られる構成である。
【０１４７】
半導体光増幅素子１７２からの出力光１７５は図示しないレンズによって図示しない出力光ファイバへと結合される。また、端面６０側から出力される出力光１７６は図示しないパワーモニタ、及び、図示しない波長ロッカーへと導かれる。
【０１４８】
本実施例のレーザ発振器は、疎結合型の光カプラ１７３によって、レーザ発振部と光増幅部を分離した構造となっている。この構造によって、戻り光によってレーザ発振部が影響を受けることを防ぐことができる。また、レーザ発振部の波長を変えている間、半導体光増幅素子１７２への電流の供給を止めることによって、波長変更中のレーザ光が出力されるのを防ぐことができる。
【０１４９】
また、波長制御電極部１３１には、電流注入によるキャリア効果による屈折率変化を生じる構造、あるいは、電気光学効果によって屈折率変化を生じる構造を用いることもできる。
【第十一実施例】
【０１５０】
図１４に本発明の第十一実施例のレーザ発振器を示す。第十実施例として図１３に示した波長可変レーザ発振器において、半導体光増幅素子１７２に代えて、図１に示した半導体光増幅器を用いたことが特徴である。すなわち、複数の半導体光増幅素子を、光導波路を用いて位相整合するように並列接続したので大きな出力光を得ることができる。
【０１５１】
具体的には、半導体光増幅素子１７２に代えて、半導体光増幅素子１８１、１８２、１８３、１８３、及び、光カプラ１８５、１８６からなる光増幅器を用いた。光カプラ１８５、１８６は図１（ｂ）、（ｃ）において示したマルチモード干渉器型の光カプラと同様の構造を有している。
【０１５２】
光カプラ１７３は疎結合型の光カプラであることは第十実施例と同様である。また、半導体光増幅素子１８１、１８２、１８３、１８４、及び、光カプラ１８５、１８６からなる光増幅器によって増幅されたレーザ光は出力光１７５として出力される。出力光１７５は図示しないレンズによって図示しない出力光ファイバへと結合される。また、端面６０側から出力される出力光１７６は図示しないパワーモニタ、及び、図示しない波長ロッカーへと導かれる。これらの挙動も第十実施例と同様である。
【第十二実施例】
【０１５３】
図１５に本発明の第十二実施例のレーザ発振器を示す。本実施例の特徴は鋸歯状反射面２１０を設けて光路長の調整を容易にしたことにある。
【０１５４】
図１５（ａ）に示すように、半導体基板２００上に、半導体光増幅素子２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、光導波路２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８、２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８、２３０、光カプラ２２０、及び、鋸歯状反射面２１０が設けられている。また、半導体基板２００には適度な反射率を有する端面２０９が設けられている。
【０１５５】
光カプラ２２０はマルチモード干渉器型であり、その構造を図１５（ｂ）に示す。単一横モードで動作する８つの光導波路２２１ないし２２８からの信号は、マルチモード干渉器２２９内で一端、複数の横モード状態となる。次いで、単一横モードで動作する光導波路２３０に合流される。
【０１５６】
第四実施例において、図５に示したようなレーザ発振器では、反射型アレイ状導波路回折格子を形成する光導波路間の光路長差を大きく取ろうとすると、光導波路を大きく湾曲させる必要が生じていた。このため、光導波路回路パターンの専有面積が増加するという欠点があった。また、光導波路を大きく湾曲させることによる損失の増大という問題もあった。
【０１５７】
これに対して、本実施例においては、ドライエッチングなどで形成した鋸歯状反射面２１０を設けることによって、光導波路間の光路をより容易に調整することができる。
【０１５８】
本実施例においては、ｎ個の半導体光増幅素子、光カプラ２２０、及び、鋸歯状反射面２１０から成り立っており、第ｊ番目の半導体光増幅素子について、光カプラ２２０から半導体光増幅素子までの光導波路長（入力側光路長）をＬＩｊ、半導体光増幅素子の光路長ＬＡｊ、半導体光増幅素子から鋸歯状反射面２１０までの距離をＬｒｊとした時に、以下の数式（１２）を満たしている。
ＬＩｊ＋１＋ＬＡｊ＋１＋Ｌｒｊ＋１＝ＬＩｊ＋１＋ＬＡｊ＋１＋Ｌｒｊ＋１＋Ｃ      （１２）
【０１５９】
ただし、数式（１２）において、１≦ｊ≦ｎ、ｎ≧２、かつ、Ｃは定数である。また、ＬＩｊ、ＬＡｊ、Ｌｒｊ、Ｃは屈折率を考慮した実効的な光路長である。なお、ｊ＝１となる半導体光増幅素子は光カプラ２２０と最も短い光導波路で結ばれている素子であり、以下、ｊが大きくなるのに伴い、光カプラ２２０と接続される光導波路が長くなるように順番が付けられている。
【０１６０】
以上の構成により、第四実施例において説明したように、アレイ状導波路回折格子と同様の位相整合条件が満たされて、レーザ発振が生じる。生成されたレーザ発振光は光導波路２３０より外部に出力光２４０として出力される。
【０１６１】
図１５（ａ）は、数式（１２）において、Ｃ＞０の場合の構成を示している。
【０１６２】
数式（１１）においてＣ＝０とした場合の構成を図１６（ａ）に示す。Ｃ＝０とするということは、各半導体光増幅素子を経由する光路長が全て等しいことを意味する。これは、波長に依存せずに位相整合が成り立つ条件である。鋸歯状反射面２１０の形状は図１５（ａ）の場合とは異なって、より平坦なものとなっている。
【０１６３】
また、図１５（ａ）の構成に代えて、図１６（ｂ）のように構成することもできる。図１５（ａ）では鋸歯状反射面２１０は上に向かって凸の形状、図１６（ｂ）では鋸歯状反射面２１０は下に向かって凸の形状をしている。しかし、図１５（ａ）の構成と図１６（ｂ）の構成の挙動は同等である。このように、第ｊ番目の半導体光増幅素子は任意に配置することができるので、鋸歯状反射面２１０の形状を様々に変えることが可能である。
【０１６４】
図１７に図１６（ａ）の構成にファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｂｉｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）２４２を付け加えて特定波長を発振させるようにした構成を示す。光導波路と出力ファイバを兼ねるファイバブラッググレーティング２４２がレンズ２４１を介して結合している。これにより、ファイバブラッググレーティング２４２で規定される波長でレーザ発振が生じる。なお、この場合、端面２０９に代えて、低反射率コートを施した端面２１９を設ける。
【０１６５】
なお、図１５ないし図１７に示した本実施例の構成に、さらに第八実施例において図９に示したような波長制御電極部１３１を設けて波長可変レーザとすることができる。
【第十三実施例】
【０１６６】
図１８に本発明の第十三実施例のレーザ発振器を示す。本実施例は、反射型アレイ状導波路回折格子の外側にひとつの半導体光増幅素子２３１を設けてレーザ発振器を構築した点が第十二実施例と異なる。
【０１６７】
図１８に示すように、半導体基板２００上に、半導体光増幅素子２３１、光導波路２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８、２３０、２３２、光カプラ２２０、及び、鋸歯状反射面２１０が設けられている。また、半導体基板２００には適度な反射率を有する端面２０９が設けられている。光カプラ２２０はマルチモード干渉器型であり、その構造を図１５（ｂ）に示す。光カプラ２２０の挙動は第十二実施例で説明したとおりである。
【０１６８】
本実施例では、光カプラ２２０、光導波路２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８、及び、鋸歯状反射面２１０によってアレイ状導波路回折格子が形成されている。
【０１６９】
本実施例においても、ドライエッチングなどで形成した鋸歯状反射面２１０を設けることによって、光導波路間を大きく湾曲させる異なる光路差を容易に調整することができる。その結果、光導波路回路パターンの専有面積を低減せしめ、また、光導波路を湾曲させることによる損失の増大を防ぐことができる。
【０１７０】
本実施例においては、ｎ個の半導体光増幅素子、光カプラ２２０、及び、鋸歯状反射面２１０から成り立っており、第ｊ番目の半導体光増幅素子について、光カプラ２２０からから鋸歯状反射面２１０までの距離をＬｄｊとした時に、以下の数式（１３）を満たしている。
Ｌｄｊ＋１＝Ｌｄｊ＋Ｃ                    （１３）
【０１７１】
ただし、数式（１３）において、１≦ｊ≦ｎで、ｎ≧２、かつ、Ｃは定数である。また、Ｌｄｊ、Ｃは屈折率を考慮した実効的な光路長である。なお、ｊ＝１となる光導波路は光カプラ２２０と最も短い距離で結ばれている光導波路であり、以下、ｊが大きくなるのに伴い、光カプラ２２０と接続される光導波路の長さが長くなるように順番が付けられている。
【０１７２】
以上の構成により、第四実施例において説明したように、アレイ状導波路回折格子と同様の位相整合条件が満たされて、レーザ発振が生じる。生成されたレーザ発振光は光導波路２３２より外部に出力光２４０として出力される。
【０１７３】
本実施例においても第十二実施例において示したようにＣ＝０とした構成をとることが可能である。また、図１７に示したのと同様の構成をとることが可能である。また、ｊ番目の半導体光増幅器は任意に配置できるので、図１６（ｂ）に示したのと同様の構成をとることも可能である。
【０１７４】
なお、本実施例の構成に、さらに第八実施例において図９に示したような波長制御電極部１３１を設けて波長可変レーザとすることができる。
【第十四実施例】
【０１７５】
図１９に本発明の第十四実施例のレーザ発振器を示す。本実施例は、ＴＥモード光とＴＭモード光を独立して波長を変えることができる波長可変レーザであることが特徴である。また、ＭＯＰＡ構造を採用し、パワーアンプリファイアとして第一実施例に示した構成の半導体レーザ増幅器を採用している。
【０１７６】
図１９に示すように、本実施例のレーザ発振器は、半導体基板２５０上に設けられた反射型アレイ状導波路回折格子２５２、２５３、非対称光カプラ２５４、疎結合型光カプラ２５５、半導体光増幅素子２５６、及び、アレイ型半導体光増幅器２５１から成り立っている。半導体基板２５０は低反射率コートが施された端面２６１と適度な反射率を有する端面２６０を備えている。
【０１７７】
反射型アレイ状導波路回折格子２５２、２５３はそれぞれ、波長制御電極部２６２、２６３を備えている。反射型アレイ状導波路回折格子２５２、２５３は第十実施例において図１３に示した構成に順ずる。
【０１７８】
アレイ型半導体光増幅器２５１は第一実施例において図１に示した構成に順ずる。
【０１７９】
反射型アレイ状導波路回折格子２５２、非対称光カプラ２５４、疎結合型光カプラ２５５、半導体光増幅素子２５６、及び、端面２６０で共振器を形成している。この共振器によって、例えば、ＴＥモード光が発振する。
【０１８０】
一方、反射型アレイ状導波路回折格子２５３、非対称光カプラ２５４、疎結合型光カプラ２５５、半導体光増幅素子２５６、及び、端面２６０で共振器を形成している。この共振器によって、例えば、ＴＭモード光が発振する。
【０１８１】
ＴＥモード光とＴＭモード光の発振波長は、それぞれ、波長制御電極部２６２、２６３によって独立に決定される。
【０１８２】
疎結合型光カプラ２５５は、例えば、９９％の光を半導体増幅素子２５６側へ分岐し、１％をアレイ型半導体光増幅器２５１側へと分岐する。
【０１８３】
したがって、発振されたレーザ光の一部が疎結合型光カプラ２５５によってアレイ型半導体光増幅器２５１側へ分岐され、アレイ型半導体光増幅器２５１によって増幅された後、出力光２５７として、出力される。出力光２５７は図示しないレンズによって、図示しない光ファイバに結合される。
【０１８４】
また、半導体光増幅素子２５６から出力された出力光２５８は、図示しない波長ロッカー、及び、図示しないパワーモニタへと導かれる。
【０１８５】
本実施例によれば、ＴＥモードとＴＭモード光の波長を独立して制御でき、かつ、ＴＥモードとＴＭモード光を合波した状態で出力することができる。しかも、大出力のレーザ光を得ることができる。この性質は、後述する四光波混合による波長変換に適している。
【第十五実施例】
【０１８６】
図２０に本発明の第十五実施例のレーザ発振器を示す。第四実施例において、図５に示したレーザ発振器の構成に加えて、マッハツェンダ型の利得等価フィルタ２８０を設けたことが特徴である。
【０１８７】
図２０に示すように、本実施例のレーザ発振器は、半導体基板１７上に半導体光増幅素子７、８、９、光カプラ３、マッハツェンダ型の利得等価フィルタ２８０が設けられ、光導波路２、４、５、６によって、これらの諸要素が相互接続されている。半導体基板１７には適度な反射率を有する端面２６、６０が設けられている。
【０１８８】
光導波路４、５、６はアレイ状導波路回折格子を形成している。
【０１８９】
図２１（ａ）に半導体光増幅素子７、８、９の利得の波長特性を示す。この実施例では、波長１４６０ｎｍにおいて利得が最大になるように設定されている。利得の３ｄＢ帯域幅は６０ｎｍであり、波長１４３０ｎｍ及び波長１４９０ｎｍにおいて、利得は最大値より３ｄＢ低下している。
【０１９０】
図２１（ｂ）に、マッハツェンダ型の利得等価フィルタ２８０の挿入損失の波長特性を示す。波長１４６０ｎｍにボトムがあり、波長１４３０ｎｍ及び波長１４９０ｎｍにピークがある。ボトムとピークの差は３ｄＢである。
【０１９１】
図２１（ｃ）には、半導体光増幅素子７、８、９とマッハツェンダ型の利得等価フィルタ２８０を組み合わせた場合の補償利得の波長特性を示す。波長１４３０ｎｍから波長１４９０ｎｍの範囲で利得の変化が１ｄＢ以内に抑えられている。
【０１９２】
図２１（ｄ）に半導体光増幅素子７、８、９、光カプラ３、及び、光導波路２、４、５、６から構成される反射型アレイ状導波路回折格子の回折ピークの位置を示す。本実施例では２０ｎｍおきに回折ピークが生じるように設計されている。具体的には１４１０ｎｍ、１４３０ｎｍ、１４５０ｎｍ、１４７０ｎｍ、１４９０ｎｍ、及び、１５１０ｎｍにピークがあることが示されている。回折ピークはこれらの波長以外にも２０ｎｍおきにピークが生じるが、図２１（ｄ）では他の波長の図示は省略している。
【０１９３】
また、図２１（ｄ）に補償利得プロファイルを併せて示す。補償利得プロファイルは図２１（ｃ）に示したものである。
【０１９４】
この補償利得プロファイルと回折ピークを合成すると図２１（ｅ）に示すように、波長１４３０ｎｍ、１４５０ｎｍ、１４７０ｎｍ、１４９０ｎｍの４つの波長がほぼ等しい強度で発振が生ずる。そして、波長１４１０ｎｍと１５１０ｎｍの波長は発振しないか、発振したとしても強度は小さくなる。
【０１９５】
本実施例に用いる半導体光増幅素子としては、活性層に圧縮歪み型の歪量子井戸を用いたものを用いるのが好ましい。圧縮歪み型の歪量子井戸を用いると発振光はＴＥモードに偏るが、出力特性や寿命が向上するという好ましい特性をもたらすからである。本実施例では、ひとつの偏光方向のレーザ発振しか行わないので、圧縮歪み型の歪量子井戸を用いる不利益は生じない。
【０１９６】
本実施例のレーザ発振器はラマン光増幅器の励起光源に適する。
【第十六実施例】
【０１９７】
図２２に本発明の第十六実施例のレーザ発振器を示す。第六実施例において、図７に示したレーザ発振器の構成に加えて、マッハツェンダ型の利得等価フィルタ２８０を設けたことが特徴である。
【０１９８】
図２０に示すように、半導体基板１７上に半導体光増幅素子７、８、９、９７、９８、９９、光カプラ３、９３、非対称光カプラ７１、光導波路４、５、６、９２、９４、９５、９６、及び、マッハツェンダ型の利得等価フィルタ２８０が設けられている。半導体基板１７にはそれぞれに適度な反射率を有する端面２６、６０、９０が設けられている。光カプラ３、９３はマルチモード干渉器型である。
【０１９９】
本実施例によれば、複数波長のＴＥモード光と複数波長のＴＭモード光を同時発振することができ、また、各波長の光強度を概略等しくすることができる。その発振動作の挙動は第十五実施例において説明したことに準ずる。
【０２００】
本実施例に用いる半導体光増幅素子としては、活性層に伸長歪み型の歪量子井戸を用いたものを用いるのが好ましい。伸長歪み型の歪量子井戸を用いた半導体光増幅素子はＴＥモード光とＴＭモード光の増幅度の差であるＰＤＧが小さいので、ＴＥモード光とＴＭモード光を同時発振させるのに適しているからである。
【０２０１】
本実施例のレーザ発振器はラマン光増幅器の励起光源に適する。
【第十七実施例】
【０２０２】
図２３に本発明の第十七実施例のエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を示す。
【０２０３】
このエルビウムドープ光ファイバ増幅器は、エルビウムドープ光ファイバ３０１、光アイソレータ３０２、３０３、波長多重型結合器３０４、励起光源３０５からなる。
【０２０４】
波長多重型結合器３０４からの励起光３０９は波長多重型結合器３０４によってエルビウムドープ光ファイバ３０１に結合される。光信号３０６は光アイソレータ３０２側から入力し、エルビウムドープ光ファイバ３０１、波長多重型結合器３０４、光アイソレータ３０３を経て出力される。光信号３０６は励起光３０９によって励起されたエルビウムドープ光ファイバ３０１によって増幅される。
【０２０５】
図２３においては、光信号３０６と励起光３０９は進行方向が互いに逆となっており、いわゆる後方励起となっている。ただし、本発明は後方励起に限定されず、光信号３０６と励起光３０９の進行方向が同方向の前方励起、また、後方励起と前方励起を組み合わせた双方向励起であっても良い。
【０２０６】
本実施例の特徴は、励起光源３０５として、第一実施例、第二実施例、第四実施例、第十二実施例、及び、第十三実施例に記載のレーザ発振器を用いたことにある。これらのレーザ発振器は複数の半導体光増幅素子をアレイ状に配列して光学的に結合したものであり、大きな光出力が得られるので、エルビウムドープ光ファイバ増幅器に適する。
【０２０７】
また、これらのーザ発振器は複数の半導体光増幅素子からなるので、熱密度を下げることができ、冷却が容易になるという利点があり、いわゆるクーラーレス構造に適する。なお、クーラーレス構造とは電子冷凍素子を用いない半導体レーザモジュール構造のことである。
【０２０８】
なお、本実施例はエルビウムドープ光ファイバ増幅器を例にとって説明したが、本発明はエルビウムドープ光ファイバ増幅器に限定されず、他の希土類ドープ光ファイバ増幅器にも適用可能である。プラセオジムやネオジウムをドープした光ファイバを用いて光増幅器に適用することができる。
【第十八実施例】
【０２０９】
図２４に本発明の第十八実施例のラマン光増幅器を示す。このラマン光増幅器は分布型ラマン光増幅器である。このラマン光増幅器は、伝送光ファイバ３２１、光サーキュレータ３２２、及び、励起光源３２３からなる。
【０２１０】
図２４（ａ）において、伝送光ファイバ３２１は増幅媒体を兼ねており、励起光源３２３からの励起光３２５は光サーキュレータを経て伝送光ファイバ３２１に結合する。信号光３２４の進行方向と励起光３２５の進行方向が互いに逆向きとなっており、後方励起となっている。
【０２１１】
励起光源３２３の内部構成を図２４（ｂ）及び図２４（ｃ）に示す。図２４（ｂ）においては、励起光源３２３はレーザ発振器３３２、レーザ発振器３３３、及び、偏光カプラ３３４から成り、レーザ発振器３３２の出力光とレーザ発振器３３３の出力光を偏光カプラ３３４で結合する。また、図２４（ｃ）においては、励起光源３２３は単一のレーザ発振器３３１から成る。
【０２１２】
ラマン光増幅器は励起光と信号光の偏光方向が一致していないと増幅度が生じないので、図２４（ｂ）において偏光カプラ３３４でふたつのレーザ発振器３３２とレーザ発振器３３３を結合している。レーザ発振器３３２とレーザ発振器３３３は偏光方向維持ファイバを用いた光モジュールとなっており、直線偏光の方向が特定されている。
【０２１３】
本実施例の特徴は、励起光源３２３に用いるレーザ発振器３３２及び３３３として、第一実施例、第二実施例、第四実施例、第十二実施例、及び、第十三実施例に記載のレーザ発振器を用いたことにある。これらのレーザは大出力化に適し、また、クーラーレス化に適している。ラマン光増幅器には大出力の励起光が必要とされるのでこれらの特性は有用である。また、第二実施例、第四実施例などのレーザは発振波長の選択性が高いという点でもラマン光増幅器に適している。
【０２１４】
また、本実施例の特徴は、励起光源３２３に用いるレーザ発振器３３１として、第五実施例、第六実施例、第七実施例、第十五実施例、及び、第十六実施例に記載のレーザ発振器を用いたことにある。これらのレーザ発振器は、ＴＥモード光とＴＭモード光を同時発振して出力するので、偏光光カプラ３３４を用いる必要が無く、ラマン光増幅器の構造が簡単になるという利点がある。
【０２１５】
ラマン光増幅器の光増幅媒体としてシリカ系光ファイバを用いた場合、励起光より約１１０ｎｍ長波長側に帯域幅２０ｎｍ程度の増幅帯域が生じる。したがって、図２０と図２１に示したようなレーザ発振器を用いて１４３０ｎｍ、１４５０ｎｍ、１４７０ｎｍ、１４９０ｎｍの４波長で励起すると、１５３０ｎｍから１６００ｎｍの範囲の信号光を増幅できることになる。この増幅波長範囲は、いわゆるＣバンドとＬバンドの双方をカバーする。これらのレーザは多波長を同時発振し、その発振強度の均一性が高いという点でラマン光増幅器に適している。
【０２１６】
なお、図２４においては、後方励起の分布型ラマン増幅器の例を示した、本発明は励起方法に限定されず、前方励起や双方向励起の場合にも適用できる。また、増幅専用の光ファイバを設ける集中型ラマン光増幅器にも適用可能である。
【第十九実施例】
【０２１７】
図２５に本発明の第十九実施例の波長変換器を示す。この波長変換器は図２５（ａ）に示すように、励起光源３４１、波長多重光カプラ３４２、光非線形媒体３４３、及び、波長フィルタ３４４から成る。
【０２１８】
信号光３４５は光カプラ３４２で励起光３４６と結合して非線形光媒体３４３に入力する。非線形光媒体３４３で公知の四光混合によって波長変換が生じ、波長変換された信号光（アイドラ光）３４７が生じる。波長フィルタ３４４によって波長変換された信号光３４７のみが取り出されて出力される。
【０２１９】
励起光源３４１は波長可変できることが好ましく、また、波長フィルタ３４４も波長可変型であることが好ましい。
【０２２０】
非線形光媒体３４３としては、高非線形光ファイバあるいは半導体光増幅器を用いることができる。
【０２２１】
励起光源３４１の内部構成を図２５（ｂ）及び図２５（ｃ）に示す。図２５（ｂ）においては、励起光源３４１はレーザ発振器３５２、レーザ発振器３５３、及び、偏光カプラ３５４から成り、レーザ発振器３５２の出力光とレーザ発振器３５３の出力光を偏光カプラ３５４で結合する。また、図２４（ｃ）においては、励起光源３４１は単一のレーザ発振器３５１から成る。
【０２２２】
四光波混合は励起光と信号光の偏光方向が一致していないと波長変換が生じないので、図２５（ｂ）において偏光カプラ３５４でふたつのレーザ発振器３５２とレーザ発振器３５３を結合している。レーザ発振器３５２とレーザ発振器３５３は偏光方向維持ファイバを用いた光モジュールとなっており、直線偏光の方向が特定されている。
【０２２３】
本実施例の特徴は、励起光源３４１に用いるレーザ発振器３５２及び３５３として、第八実施例、第九実施例、第十実施例、及び、第十一実施例に記載のレーザ発振器を用いたことにある。これらのレーザは波長可変型レーザであり、励起光の波長を変えることによって、変換された信号光の波長を制御するのが容易である。
【０２２４】
また、本実施例の特徴は、励起光源３２３に用いるレーザ発振器３３１として、第十四実施例に記載のレーザ発振器を用いたことにある。これのレーザ発振器は、ＴＥモード光とＴＭモード光を同時発振して出力するので、偏光光カプラ３５４を用いる必要が無く、四光波混合による波長変換器の構造が簡単になるという利点がある。
【第二十実施例】
【０２２５】
図２６に本発明の第二十実施例のレーザ発振器３６０を示す。図２６（ａ）には基板３７０上に形成された光集積回路３６９の上面図を示す。また、図２６（ｂ）にはレーザ発振器３６０の側面図を示す。ただし、図２６（ａ）に示した基板３７０の上面（光集積回路３６９が形成されている面）はヒートシンク３７９に対して接触するように取り付けられている。いわゆるジャンクションサイドダウン（アップサイドダウン）構造である。
【０２２６】
図２６（ａ）に示すように、基板３７０上には半導体光増幅素子３６１ないし３６８が設けられ、これらの半導体光増幅素子を、半導体ベースの光導波路３７７で構築したツリー状光カプラ３７６を用いて光学的に結合している。基板３７０には、高反射率コート（反射率：９８％）が施された端面３７１と低反射率コート（反射率４％）が施された端面３７２が設けられている。
【０２２７】
半導体光増幅素子３６１のＸ−Ｘ'断面構造は図２（ｂ）に示した構造と同様のものを用いている。半導体光増幅素子３６１のストライプ幅（活性層３９の幅）は約１．５μｍである。また、光導波路３７７のＹ−Ｙ'断面構造は図２（ｃ）に示した構造と同様のものを用いている。導波領域（モードフィールド径）は約２μｍ径である。また、半導体光増幅素子３６１ないし３６８は５μｍ間隔でアレイ状に配置されている。このアレイ間隔は３−２０μｍ程度が好ましい。
【０２２８】
ツリー状光カプラ３７６の共通ポート３７８と石英系単一モード光ファイバ３７４はレンズ３７３を介して光学的に結合している。単一モード光ファイバ３７４にはファイバーブラッグ回折格子３７５が設けられている。これは、波長安定化レーザとして知られている構成に準じている。石英系単一モード光ファイバ３７４のモードフィールド径は約１０μｍである。
端面３７１における反射率は端面３７２における反射率より高く設定されている。このように設定することにより、端面３７２側から出射するレーザ光を端面３７１から出射するレーザ光より多くすることができる。その結果、石英系単一モード光ファイバ３７４に結合する光電力の割合を高めることができる。高反射率コートの反射率は８０％以上であることが好ましい。また、低反射率コートの反射率は１０％以下であることが好ましい。
【０２２９】
半導体光増幅素子３６１ないし３６８は、所定の波長、例えば１４８０ｎｍ、において単一横モードで動作する。また、ツリー状光カプラ３７６を構成する光導波路３７７は半導体材料から成り、所定波長において単一横モードで動作する。さらに、石英系材料で構成された単一モード光ファイバ３７４も所定の波長において単一横モードで動作する。
【０２３０】
高反射率コート（反射率：９８％）が施された端面３７１とファイバーブラッグ回折格子３７５は共振器を構成する。この共振器中に半導体光増幅素子３６１ないし３６８が配置されているので、ファイバーブラッグ回折格子３７５で規定される波長において単一横モードの協調レーザ発振が生じる。
【０２３１】
協調レーザ発振とは、半導体光増幅素子３６１ないし３６８で生成される複数のレーザ光の位相が同位相であることを指す。このような発振状態（位相同期状態）では、ツリー状光カプラ３７６において合波損失を生じることなくレーザ光を重ね合わせることができる。
【０２３２】
一方、半導体光増幅素子３６１ないし３６８に代えて個別のレーザを設け、これらのレーザ光をツリー状光カプラ３７６で合波する場合は、個々のレーザ光の位相が合致していないために、ツリー状光カプラ３７６において、合波損失が生じてしまう。
【０２３３】
本実施例では、従来の技術とは異なって、半導体（ＩｎＰ）からなる一つの基板３７０上に半導体光増幅素子と半導体ベースの光導波路をモノリシックに構築したので、半導体光増幅素子３６１ないし３６８とツリー状光カプラ３７６の光学的アライメントを高い精度で実現できる利点がある。
【０２３４】
この場合、石英の屈折率が約１．５であるのに対して、ＩｎＰやＧａＡｓなどの半導体は約３．５の屈折率を有する。このため、石英系単一モード光ファイバ３７４のモードフィールド径は約１０μｍであるのに対して、半導体で構築された光導波路３７７のモードフィールド径は約２μｍと大きく異なる。このため、両者を直接接続すると大きな損失が生じる。
【０２３５】
この問題を解決するために、本実施例ではレンズ３７３を介してモードフィールド径の変換を行った。これによりツリー状光カプラ３７６の共通ポート３７８と石英系単一モード光ファイバ３７４とを高い結合効率で光学的に結合することができる。
【０２３６】
一方で、半導体光増幅素子と半導体ベースの光導波路をモノリシックに構築したために、半導体光増幅素子から発生した熱によってツリー状光カプラ３７６に熱光学効果が生じて光路長が変化してしまうことが懸念される。半導体光増幅素子３６１ないし３６８はアレイ状に配列されているが、半導体光増幅素子アレイの中央付近ではアレイの周辺部より熱密度が高くなり得る。すると、半導体光増幅素子アレイの中央部分に近接している光導波路と半導体光増幅素子アレイの周辺部分に近接している光導波路では生じる熱光学効果が異なってしまい、本来の設計とは異なる光学的挙動、例えば好ましくない波長選択性、が生じかねない。
【０２３７】
この問題を解決するために、本実施例では基板３７０をジャンクションサイドダウン型でヒートシンクに設置した。これにより、半導体光増幅素子において発生した熱を効率的に逃して、ツリー状光カプラに熱光学効果が生じることを防ぐことができる。ヒートシンクの下には図示しない電子冷凍器を設けることもできる。これにより、光導波路の温度を安定させて、熱光学効果による悪影響を低減させることができる。
【０２３８】
本実施例においては、ファイバーブラッグ回折格子３７５を用いて波長安定化を施したが、ファイバーブラッグ回折格子３７５を省略してもレーザ発振を生じさせることは可能である。ファイバーブラッグ回折格子３７５を設けない場合は、高反射率コート（反射率：９８％）が施された端面３７１と低反射率コート（反射率４％）が施された端面３７２とでファブリーペロー型の共振器を構成してレーザ発振が生じる。
【０２３９】
本実施例では波長１４８０ｎｍの場合を例にとって説明したが、任意の波長に対して本発明は適用可能である。ＩｎＰ基板上で構築可能な任意の波長を用いることができる。また別の結晶系、例えば、ＧａＡｓ基板上でＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系混晶によって半導体光増幅素子と半導体光導波路を形成し、波長８００−１０８０ｎｍの範囲でレーザ発振を起こすようにしても良い。
【０２４０】
あるいは、ＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｓＰ系混晶によって半導体光増幅素子と半導体光導波路を形成し、波長８００−１０８０ｎｍの範囲でレーザ発振を起こすようにしても良い。ＩｎＧａＡｓＰ系混晶はアルミニウムを含まないので、端面劣化が生じにくいという利点がある。また、選択成長を行った場合の歩留まりが高いという利点がある。
【０２４１】
また、本実施例では半導体光増幅素子の数は８個としたが、この数には２以上の任意の数を取ることができる。半導体光増幅素子の数が２以上の任意の数を取ることができることについては、特別に記述した場合を除き、これまで説明してきた図１、図３、図４、図５、図７、図８、図９、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０、及び、図２２の場合についてもあてはまる。また、特に記述のない限り、以降の記述でも同様である。
【０２４２】
本実施例において、光集積回路３６９に代えて、図１、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図１３、図１５、図１６、図１７、図１８、及び、図２０に示した光集積回路の構成を採用することもできる。
【第二十一実施例】
【０２４３】
図２７に本発明の第二十一実施例のレーザ発振器３８０を示す。図２７（ａ）には基板３７０上に形成された光集積回路３９０の上面図を示す。また、図２７（ｂ）にはレーザ発振器３８０の側面図を示す。図２７（ａ）に示した基板３７０の上面（光集積回路３９０が形成されている面）はヒートシンク３７９に対して接触するように取り付けられている。
【０２４４】
本実施例は、図２６に示した第二十実施例と比べて以下の点が異なる。まず、ファイバーブラッグ回折格子を備えていない単一横モード光ファイバ３８１を設けたこと。次いで、基板３７０上に分布帰還型反射器３８２を設けたこと。さらに、レンズ３８３、光アイソレータ３８４、及びレンズ３８５を設けたこと。
【０２４５】
本実施例によれば、高反射率コート（反射率：９８％）が施された端面３７１、半導体光増幅素子３６１ないし３６８、ツリー状光カプラ３７６、及び、分布帰還型反射器３８２によって共振器が形成され、半導体光増幅素子３６１ないし３６８が位相同期状態で協調発振する。分布帰還型反射器３８２はファイバーブラッグ回折格子に代わって波長安定化動作を実現する
【０２４６】
ツリー状光カプラ３７６の共通ポート３７８と光ファイバ３８１はレンズ３８３、光アイソレータ３８４、レンズ３８５を介して光学的に結合する。本実施例によれば、光アイソレータ３８４によって光ファイバ３８１の先に生じた反射による戻り光がレーザ共振器に帰還してレーザ発振動作に悪影響を与えることを防ぐことができる。
【０２４７】
本実施例では、波長安定化を担う分布帰還型反射器３８２を基板３７０上に設けたので、光ファイバ３８１とツリー状光カプラ３７６との結合光学系を利用して光アイソレータを構築することができる。このため、部品点数を減らす効果、及び、小型化の効果が得られる。
【０２４８】
本実施例において、光集積回路３９０に代えて、図１、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図１３、図１５、図１６、図１７、図１８、及び、図２０に示した光集積回路の構成を採用することもできる。
【第二十二実施例】
【０２４９】
図２８に本発明の第二十二実施例のレーザ発振器４００を示す。図２８（ａ）には基板３７０上に形成された光集積回路の上面図を示す。また、図２８（ｂ）にはレーザ発振器４００の側面図を示す。図２８（ａ）に示した基板３７０の上面（光集積回路が形成されている面）はヒートシンク３７９に対して接触するように取り付けられている。
【０２５０】
本実施例では、非対称ツリー状光カプラ４０１を用いた点が、図２７に示した第二十一実施例と異なる。
【０２５１】
図２９を用いて、非対称ツリー状光カプラ４０１を構成する要素である三端子の光分岐路について説明する。図２９（ａ）に非対称型の三端子光分岐路４０２を示す。非対称型三端子光分岐路４０２は共通ポート４０３と第一の光導波路４０４と第二の光導波路４０５から成る。第一の光導波路４０４の光路長が第二の光導波路４０５より短くなるように構成されている。なお、光信号の分岐比率は１：１に分岐されるように構成されている。
【０２５２】
三端子光分岐路４０２は図に示した通りのＹ字型の分岐構造を有することができる。また、二つの平行な光導波路によって形成された方向性結合器構造を有することもできる。
【０２５３】
第一の光導波路４０４と第二の光導波路４０５は反射手段４０６に接続されており、共通ポート４０３への入力光４０７は、第一の光導波路４０４と第二の光導波路４０５とに分かれて進み、反射手段４０７によって反射された後、逆の経路をたどって出力光４０８として共通ポート４０３より出力される。したがって、第一の光導波路４０４と第二の光導波路４０５の光路長の差の２倍の光路長差の干渉が生じる。
【０２５４】
この結果、図２９（ａ）に示した構成は図２９（ｂ）に示す構成と等価な特性を示すことになる。図２９（ｂ）に示す光回路はマッハツェンダ型干渉器であり、第一の共通ポート４１０の入力光４１４は第一の光導波路４１１と第二の光導波路４１２に分岐された後、第二の共通ポート４１３で合流する。第一の光導波路４１１と第二の光導波路４１２の光路長が異なるために干渉が生じて、第二の共通ポート４１３からの出力光４１５は図２９（ｃ）に示すような波長特性を示す。すなわち、正弦波状に光強度が増加と減少を繰り返す。
【０２５５】
図３０に非対称ツリー状光カプラ４０１の構成例を示す。図３０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、それぞれ、非対称ツリー状光カプラ４０１の異なる構成例、４２０、４３０、４４０を示す。ツリー状光カプラは三端子の光分岐路が多段に従接続された構成であり、共通ポートに近い側の三端子光分岐路から順に一段目、二段目、三段目と数えることとする。
【０２５６】
図３０（ａ）に示した非対称ツリー状光カプラ４２０は三段目の三端子光分岐路４２１、４２２、４２３、４２４が非対称の三端子分岐路であり、一段目の三端子光分岐路４２７と二段目の三端子光分岐路４２５、４２６は対称型の三端子光分岐路である。
【０２５７】
三端子光分岐路４２７、４２５、及び、４２６は分岐路の光路の長さが等しく構成されているのみならず、その分岐比も１：１となるように構成されている。
【０２５８】
非対称ツリー状光カプラ４２０では、全体として、三端子光分岐路４２１、４２２、４２３、４２４が示すのと同様の波長選択特性が生じる。なお、三端子光分岐路４２１、４２２、４２３、４２４の波長選択特性は全て同等となるように選んでいる。
【０２５９】
このような非対称ツリー状光カプラ４２０を非対称ツリー状光カプラ４０１として用いると、図２８の構成では特定の波長でレーザ発振が生じることとなる。すなわち、非対称ツリー状光カプラ４０１が図２７の構成における分布帰還型反射器３８２の役割を果たすこととなる。
【０２６０】
このため、図２８の構成では分布帰還型反射器３８２を備えていないにもかかわらず、波長安定化動作を実現することができる。
【０２６１】
図３０（ｂ）に示した非対称ツリー状光カプラ４３０では、一段目の三端子光分岐路４３３、二段目の三端子光分岐路４３１、４３２、三段目の三端子光分岐路４２１、４２２、４２３は全て非対称型の三端子光分岐路である。二段目の三端子光分岐路４３１と４３２の波長選択特性は互いに同等である。また、三段目の三端子光分岐路４２１、４２２、４２３の波長選択特性は互いに同等である。しかし、一段目の三端子光分岐路４３３、二段目の三端子光分岐路４３１、及び、三段目の三端子光分岐路４２１の波長選択特性は互いに異なっている。
【０２６２】
このように構成した場合、図３１に示す多段型マッハツェンダ型干渉器４５０と同様の特性を得ることができる。図３１（ａ）には多段型マッハツェンダ型干渉器４５０の構造を示し、図３１（ｂ）には多段型マッハツェンダ型干渉器４５０の波長選択特性を示す。
【０２６３】
多段型マッハツェンダ型干渉器４５０は一段目のマッハツェンダ干渉器４５１、二段目のマッハツェンダ干渉器４５２、三段目のマッハツェンダ干渉器４５３からなる。各段のマッハツェンダ干渉器の波長選択特性は異なるようにしている。
【０２６４】
例えば、マッハツェンダ干渉器４５１の波長選択特性は図３１（ｂ）の４５４であり、マッハツェンダ干渉器４５２の波長選択特性は図３１（ｂ）の４５５であり、マッハツェンダ干渉器４５３の波長選択特性は図３１（ｂ）の４５６である。
【０２６５】
この結果、多段型マッハツェンダ型干渉器４５０の総合的な波長選択特性は、波長選択特性４５４、４５５、及び、４５６を合成したものとなる。このようにすることによって波長選択特性を様々に変えることができる。なお、多段型マッハツェンダ型干渉器４５０の総合的な波長選択特性は入力光４５７に対する出力光４５８の波長特性を意味する。
【０２６６】
図３０（ｃ）に示した非対称ツリー状光カプラ４４０では、一段目の三端子光分岐路４４１は分岐路の光路長は対称的であるが分岐比率は２：１である。二段目の三端子光分岐路４３１、４３２、三段目の三端子光分岐路４２１、４２２、４２３は非対称型の三端子光分岐路である。
【０２６７】
三端子光分岐路４３１と４３２は分岐路の光路長は等しくないが、分岐比は１：１である。また、三端子光分岐路４２１、４２２、４２３は分岐路の光路長は等しくないが、分岐比は１：１である。ただし、三端子光分岐路４３１と三端子光分岐路４２１の波長選択特性は異なっている。
【０２６８】
このように構成することによって、図３０（ｃ）に示した非対称ツリー状光カプラ４４０は６分岐のツリー状光カプラとなっている。最終的な各分岐路路への分岐比率は等しくなるように構成されている。
【０２６９】
非対称ツリー状光カプラ４０１を構成する三端子光分岐路の光路長差と分岐比は様々に変更可能であり、これらを適切に組み合わせることにより、波長選択特性を変えることが可能である。波長選択特性を変えることにより、レーザ発振器４００において単一の波長を発振させたり、多数の波長を同時に発振させたりすることができる。
【０２７０】
本実施例では半導体基板上に構成した半導体光増幅素子を例にとって説明したが、本発明は半導体光増幅素子に限定されない。ガラス基板上の形成された希土類ドープ光導波路を用いて同様の構成を構築しても良い。また、光ファイバ増幅器を光増幅として用い、光導波路の一形態として光ファイバを用いても良い。
【第二十三実施例】
【０２７１】
図３２に本発明の第二十三実施例のレーザ発振器を示す。本実施例のレーザ発振器は光集積回路４６０と単一モード光ファイバ４７３との光学的結合構造から成る。
【０２７２】
光集積回路４６０は、基板４６８上にツリー状光カプラ４６５と複数の半導体光増幅素子４６１ないし４６４を備えている。基板４６８は低反射率コート（反射率４％）を施した端面４６７と高反射率コート（反射率９８％）を施した端面４６６を備えている。ツリー状光カプラ４６５の共通ポート４７９は端面４６６側に設けられている。光集積回路４６０はヒートシンク４７４にジャンクションサイドダウンで取り付けられている。
【０２７３】
第二十実施例において図２６に示した構成と比べると、ツリー状光カプラの共通ポート側に高反射率コート（反射率９８％）を施した端面４６６を設け、半導体光増幅素子４６１ないし４６４側に低反射率コート（反射率４％）を施した端面４６７を備えた点が異なる。また、光を半導体光増幅素子４６１ないし４６４側から取り出している点も異なる。
【０２７４】
ツリー状光カプラ４６５は受動型光導波路によって形成されている。ただし、ツリー状光カプラ４６５を、利得を有する光導波路を用いて構成しても良い。ここで、利得を有する光導波路とは半導体光増幅素子のことを意味する。
【０２７５】
単一モード光ファイバ４７３にはファイバーブラッグ回折格子４７５が設けられている。ただし、これは必須ではない。光集積回路４６０と単一モード光ファイバ４７３の間にはシリンドリカルレンズ４７１、４７２が設けられている。シリンドリカルレンズ４７１は基板４６８と垂直方向にレンズのパワーを有している。一方、シリンドリカルレンズ４７２は基板４６８と並行方向にレンズのパワーを有している。
【０２７６】
また、別の見方をするならば、シリンドリカルレンズ４７１は半導体光増幅素子４６１ないし４６４の配列方向と垂直方向にレンズのパワーを有している。一方、シリンドリカルレンズ４７２は半導体光増幅素子４６１ないし４６４の配列方向と並行方向にレンズのパワーを有している。
【０２７７】
同位相（ｉｎ−ｐｈａｓｅ）で位相同期したレーザアレイ、あるいは位相同期した光増幅素子アレイから出射されるレーザ光は、ひとつの平行光（レーザ光）の光路の途中に周期的な開口部（レーザないし光増幅素子の光出射部に相当する開口部）を設けたものと等価に取り扱える。
【０２７８】
そして、この周期的な開口部は回折格子と等価に取り扱えるので、位相同期したレーザアレイからの光は回折格子からの光と同様のファーフィールドパターンを有することになる。この場合、大半の光エネルギーは零次回折光に集中し、一部の光エネルギーが１次以上の高次回折光となって取り出される。
【０２７９】
回折格子を等方向性アンテナのアレイと仮定した場合、一次回折光の強度は零次回折光強度の５％程度となることが知られている。位相同期したレーザアレイでは、前方方向に指向特性の強いアンテナ例となるので一次回折光強度はこの値以下となる。
【０２８０】
幾何光学的には、シリンドリカルレンズ４７２は並行光を光ファイバ４７３のコアに結像させるように配置されている。すなわち、シリンドリカルレンズ４７２は端面４６７と単一モード光ファイバ４７３のコアに対してコリメート光学系を形成している。
【０２８１】
このように配置すると、位相同期したレーザアレイからの光のファーフィールドパターンと相似な二アフィールドパターンが光ファイバ４７３のコア付近に生じることとなる。
【０２８２】
その結果、零次の回折光は光ファイバ４７３のコアに結合することができる。一方、一次以上の高次回折光は光ファイバ４７３のコアに結合することができず、光損失となる。したがって、図３２に示した光学系では高次光を積極的に除去するための空間フィルタなどを用いる必要がないので、光学系が簡易になる利点がある。
【０２８３】
一方、逆位相（ａｎｔｉ−ｐｈａｓｅ）で位相同期したレーザアレイ（光増幅素子アレイ）の場合は事情がやや異なる。この場合は、零次回折光はほぼゼロとなり、プラス１次回折光とマイナス１次の回折光に光エネルギーの大半が集中してしまう。この場合は、プラス１次かマイナス１次のどちらかが焦点を結ぶ位置に光ファイバ４７３のコアを配置することにより、かろうじて、全エネルギーの５０％弱のエネルギーを光ファイバ４７３のコアに結合することができる。
【０２８４】
本実施例では各半導体光増幅素子は同位相となっている。
【０２８５】
なお、同位相（ｉｎ−ｐｈａｓｅ）とは隣接するレーザ（光増幅素子）が同じ位相であることを意味する。また、逆位相（ａｎｔｉ−ｐｈａｓｅ）とは隣接するレーザ（光増幅素子）の位相が１８０°ずれていることを言う。逆位相（ａｎｔｉ−ｐｈａｓｅ）の場合、一つおいた隣のレーザ（光増幅素子）同士は同じ位相となる。
【０２８６】
一方、基板４６８に垂直な方向ではレーザ光については、シリンドリカルレンズ４７１に対して、レーザ光の出射部４７９と単一光モードファイバ４７３のコア部が光学的共役関係になるように配置している。この光学配置により、基板４６８に垂直な方向ではレーザ光は単一光モードファイバ４７３のコア部と高効率で結合することができる。
【０２８７】
光集積回路４６０の構成によれば、半導体光増幅素子４６１ないし４６４側に低反射率コート（反射率４％）を施した端面４６７を設けて、端面４６７側から光を取り出したので、第二十実施例に比べて高い効率で光を取り出すことができる。図２６に示した構成ではツリー状光カプラ３７６によって減衰した光が外部に取り出されるのに対して、図３２の構成では半導体光増幅素子４６１ないし４６４からのレーザ光が直接取り出されるからである。
【０２８８】
また、光集積回路４６０の構成の方が第二十実施例に比べて高出力の光を取り出すことができる。半導体光増幅素子４６１ないし４６４から取り出せる最大光出力は一定なので、図２６に示した構成ではツリー状光カプラ３７６による減衰分だけ最大出力が低下してしまうからである。
【０２８９】
特に半導体光増幅素子の数が多い場合にこれらの効果は顕著である。半導体光増幅素子の数が増加すると、ツリー状光カプラの段数が増えることになり、これに伴いツリー状光カプラの挿入損失が増加してしまうからである。
【０２９０】
本実施例においてはファイバーブラッグ回折格子４７５によって波長安定化動作が実現されている。ファイバーブラッグ回折格子４７５は省略することもできる。
【０２９１】
本実施例の光学系は光増幅器アレイと単一モード光ファイバとの結合光学系であるが、この光学系は他の用途にも用いることができる。本実施例の光学系によれば、レーザ光を回折限界近くまで絞り込め、高いエネルギー密度を生成することができる。高エネルギー密度を要する用途一般に応用が可能である。
【０２９２】
なお、光集積回路４６０に代えて後述の光集積回路４８０を用いることもできる。
【第二十四実施例】
【０２９３】
図３３に本発明の第二十四実施例のレーザ発振器を示す。本実施例のレーザ発振器は光集積回路４８０と単一モード光ファイバ４７３との光学的結合構造から成る。
【０２９４】
光集積回路４８０は、基板４６８上にアレイ状導波路回折格子４６９と複数の半導体光増幅素子４６１ないし４６４を備えている。基板４６８は低反射率コート（反射率４％）を施した端面４６７と高反射率コート（反射率９８％）を施した端面４６６を備えている。アレイ状導波路回折格子４６９の共通ポート４８１は端面４６６側に設けられている。光集積回路４６０はヒートシンク４７４にジャンクションサイドダウンで取り付けられている。
【０２９５】
アレイ状導波路回折格子４６９は受動型光導波路によって形成されている。ただし、アレイ状導波路回折格子４６９を、利得を有する光導波路を用いて構成しても良い。ここで、利得を有する光導波路とは半導体光増幅素子のことを意味する。
【０２９６】
光集積回路４８０の構成によれば、半導体光増幅素子４６１ないし４６４側に低反射率コート（反射率４％）を施した端面４６７を設けて、端面４６７側から光を取り出したので、第四実施例に比べて高い効率で光を取り出すことができる。図５に示した構成では、光導波路４、５、６、及び、光カプラ３によって構築されたアレイ状導波路回折格子によって減衰した光が外部に取り出されるのに対して、図３３の構成では半導体光増幅素子４６１ないし４６４からのレーザ光が直接取り出されるからである。
【０２９７】
光集積回路４８０と単一モード光ファイバ４７３の間にはシリンドリカルレンズ４７６とレンズ４７８が設けられている。シリンドリカルレンズ４７６は基板４６８と垂直方向にレンズのパワーを有している。また、シリンドリカルレンズ４７６は半導体光増幅素子４６１ないし４６４の配列方向と垂直方向にレンズのパワーを有している。
【０２９８】
シリンドリカルレンズ４７６とレンズ４７８の間には光アイソレータ４７７が設けられている。光アイソレータ４７７により逆流してきた光によってレーザ発振が悪影響を受けることを防ぐことができる。
【０２９９】
本実施例ではシリンドリカルレンズ４７６によって、基板４６８と垂直方向において出射光を並行光に変換している。また、半導体光増幅素子アレイから出射されるレーザ光はアレイ配列方向では、前述の通り、幾何光学的には並行光として取り扱えるので、シリンドリカルレンズ４７６通過後の光は基板４６８に対して水平方向、垂直方向、双方ともに並行光となる。次いでレンズ４７８によって並行光が光ファイバ４７３のコア部に結像される。
【０３００】
本実施例の結合光学系では、シリンドリカルレンズ４７６とレンズ４７８の間ではコリメート光が生じているので、この位置に光アイソレータ４７７を挿入することができる。光アイソレータは省略することもできる。また、コリメート光に対して機能する他の光学要素をシリンドリカルレンズ４７６とレンズ４７８の間に挿入することもできる。例えば、誘電体多層膜型の波長フィルタなどを挿入することができる。
【０３０１】
本実施例の光学系は光増幅器アレイと単一モード光ファイバとの結合光学系であるが、この光学系は他の用途にも用いることができる。本実施例の光学系によれば、レーザ光を回折限界近くまで絞り込め、高いエネルギー密度を生成することができる。高エネルギー密度を要する用途一般に応用が可能である。
【０３０２】
なお、光集積回路４８０に代えて前述の光集積回路４６０を用いることもできる。
【第二十五実施例】
【０３０３】
図３４に本発明の第二十五実施例の光集積回路５００を示す。基板５０１上に光集積回路４６０と同様の構造を有する光集積回路要素５０５、５０６、５０７、及び、５０８が設けられている。また、基板５０１上には三端子光分岐路５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６、及び、５１７が設けられている。
【０３０４】
光集積回路要素５０５と５０６は三端子光分岐路５１１、５１２、５１３を介して光学的に結合している。端面５０２と端面５０３が共振器の反射面として機能するので、光集積回路５０５、５０６、三端子光分岐路５１１、５１２、５１３から成る光回路は協調レーザ発振を生じる。
【０３０５】
同様に、光集積回路要素５０６と５０７は三端子光分岐路５１３、５１４、５１５を介して光学的に結合して光回路を形成している。また、光集積回路要素５０７と５０８は三端子光分岐路５１５、５１６、５１７を介して光学的に結合して光回路を形成している。
【０３０６】
すなわち、光集積回路要素５０５、５０６、５０７、及び、５０８はそれぞれ、隣接した光集積回路と互いに光学的に結合して協調レーザ発振を生成している。
【０３０７】
したがって、例えば光集積回路要素５０６が完全に失陥した場合は、協調レーザ発振も失陥する。この場合、光集積回路要素５０５が光集積回路５０７と光集積回路５０８から成るネットワークと分離されてしまい、位相同期関係のない二つのレーザとして発振することになる。すなわち、レーザ発振光の横モードがマルチモード化してしまう。
【０３０８】
光集積回路要素５０６の完全失陥は、図３２に示した半導体光増幅素子４６１ないし４６４が全て失陥した場合に生じる。あるいはツリー状光カプラ４６５の共通導波路部分が失陥した場合にも完全失陥が生じる。受動型光導波路の失陥は発生確率が低いので、半導体光増幅素子４６１ないし４６４が全て失陥することが、完全失陥の主たる要因となる。
【０３０９】
４つの半導体光増幅素子４６１ないし４６４の同時失陥の確率は個々の素子の故障率の積になるため、相対的に小さな値となる。また、光増幅器の数を増すほど、完全失陥の確率が減少していくことになる。
【０３１０】
以上説明したとおり、本実施例の光集積回路５００によれば、多数の半導体光増幅素子を結合して協調発振を生じさせることができ、しかも、個別の半導体レーザの失陥によって光集積回路５００全体の発振挙動がマルチモード化することを防ぐことができる。
【０３１１】
光集積回路５００からの光の取り出し方は二通りの方法がある。ひとつの方法は、端面５０３に低反射率コート（反射率４％）を施し、もう一方の端綿５０２に高反射率コート（反射率９８％）を施して出力光５０９を得る方法である。
【０３１２】
もう一つの方法は、端面５０２に低反射率コート（反射率４％）を施し、もう一方の端面５０３に高反射率コート（反射率９８％）を施して出力光５１０を得る方法である。
【０３１３】
光集積回路要素５０５、５０６、５０７、及び、５０８には図３２に示したツリー状光カプラ４６５と同様の構造が備えられており、このツリー状カプラと三端子光分岐路５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６、及び、５１７とで受動型の光回路を形成している。この光回路には挿入損失が生じる。このことから、端面５０２に低反射率コート（反射率４％）を施し、もう一方の端綿５０３に高反射率コート（反射率９８％）を施して出力光５１０を得る方法の方が高出力を得ることができる。
【０３１４】
この光集積回路５００は、図３２において光集積回路４６０を代替することができる。この時、光ファイバ４７３へと結合するための出力光としては出力光５０９と５１０のどちらも用いることができる。高光出力という観点からは出力光５１０を用いることが望ましい。
【０３１５】
また、光集積回路５００は、図３３において光集積回路４８０を代替することができる。この時、光ファイバ４７３へと結合するための出力光としては出力光５０９と５１０のどちらも用いることができる。高光出力という観点からは出力光５０９を用いることが望ましい。
【０３１６】
光集積回路要素５０５ないし５０８の構造として図２８に示した非対称ツリー状光カプラを用いた光集積回路４００と同様の構造を用いても良い。また、光集積回路要素の数は４個に限定されず、２以上の任意の数を取ることができる。
【第二十六実施例】
【０３１７】
図３５に本発明の第二十六実施例の光集積回路５２０を示す。基板５０１上に光集積回路４８０と同様の構造を有する光集積回路要素５２１、５２２、５２３、及び、５２４が設けられている。また、基板５０１上には三端子光分岐路５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６、及び、５１７が設けられている。
【０３１８】
光集積回路要素５２１と５２２は三端子光分岐路５１１、５１２、５１３を介して光学的に結合している。端面５０２と端綿５０３が共振器の反射面として機能するので、光集積回路５２１、５２２、三端子光分岐路５１１、５１２、５１３から成る光回路は協調レーザ発振を生じる。
【０３１９】
同様に、光集積回路要素５２２と５２３は三端子光分岐路５１３、５１４、５１５を介して光学的に結合して光回路を形成している。また、光集積回路要素５２３と５２４は三端子光分岐路５１５、５１６、５１７を介して光学的に結合して光回路を形成している。
【０３２０】
すなわち、光集積回路要素５２１、５２２、５２３、及び、５２４はそれぞれ、隣接した光集積回路要素と互いに光学的に結合して協調レーザ発振を生成している。
【０３２１】
第二十五実施例の場合と同様に、本実施例の構造では個別の半導体光増幅素子の単一失陥ではレーザ発振がマルチモード化することを防ぐことができ、高い信頼性を得ることができる。
【０３２２】
また、光集積回路５２０からの光の取り出し方は二通りの方法があることも第二十五実施例と同様である。端面５０２に低反射率コート（反射率４％）を施し、もう一方の端面５０３に高反射率コート（反射率９８％）を施して出力光５１０を得る方法の方が高出力を得ることができ、高光出力という観点からはこの方が望ましい。
【０３２３】
本実施例においては、図３３に示したアレイ状導波路回折格子４６９を用いて個別の半導体光増幅素子を結合している。アレイ状導波路回折格子４６９には波長選択性があるため、特定の波長を発振させることができるという利点がある。
【０３２４】
この光集積回路５２０は、図３２において光集積回路４６０を代替することができる。この時、光ファイバ４７３へと結合するための出力光としては出力光５０９と５１０のどちらも用いることができる。高光出力という観点からは出力光５１０を用いることが望ましい。
【０３２５】
また、光集積回路５２０は、図３３において光集積回路４８０を代替することができる。この時、光ファイバ４７３へと結合するための出力光としては出力光５０９と５１０のどちらも用いることができる。高光出力という観点からは出力光５０９を用いることが望ましい。
【第二十七実施例】
【０３２６】
図３６に本発明の第二十七実施例の光集積回路５３０を示す。基板５０１上に光集積回路４６０と同様の構造を有する光集積回路要素５０５、５０６、５０７、及び、５０８が設けられている。また、基板５０１上には三端子光分岐路５３１と５３２が設けられている。
【０３２７】
光集積回路要素５０５と５０６は三端子光分岐路５３１を介して光学的に結合している。光集積回路要素５０６と５０７は三端子光分岐路５３１、５３２を介して光学的に結合している。光集積回路要素５０７と５０８は三端子光分岐路５３２を介して光学的に結合している。端面５０２は共通の反射器となって共振器を形成している。端面５０２には中程度の反射率（反射率２０％）が施されている。
【０３２８】
隣接する光集積回路が互いに結合して協調レーザ発振を生じる。そして、生成されたレーザ光は出力光５１０として端面５０２側から取り出される。
【０３２９】
本実施例の構造では、半導体光増幅素子を互いに接続するための受動型光導波路回路がふたつの半導体光増幅素子に挟まれた構造となる。また、光出力は一つの端面に集中した構造となる。このため、高出力化及び高効率化が可能である。
【０３３０】
なお、本実施例の光集積回路５３０はさらに疎結合型光カプラ５３３と受光素子５３４を備えている。受光素子５３４は半導体光増幅素子と同様の縦構造を有している。疎結合型光カプラ５３３によって分岐された光が受光素子５３４に導かれ、パワーモニタが行われる。
【０３３１】
この光集積回路５３０は、図３２において光集積回路４６０を代替することができる。また、光集積回路５３０は、図３３において光集積回路４８０を代替することができる。
【０３３２】
光集積回路要素５０５ないし５０８の構造として図２８に示した非対称ツリー状光カプラを用いた光集積回路４００と同様の構造を用いても良い。また、光集積回路要素の数は４個に限定されず、２以上の任意の数を取ることができる。
【第二十八実施例】
【０３３３】
図３７に本発明の第二十八実施例の光集積回路５４０を示す。基板５０１上に光集積回路４８０と同様の構造を有する光集積回路要素５２１、５２２、５２３、及び、５２４が設けられている。また、基板５０１上には三端子光分岐路５３１と５３２が設けられている。
【０３３４】
光集積回路５４０は第二十七実施例の光集積回路５３０と同様の原理によって協調レーザ発振を生じる。そして、生成されたレーザ光は出力光５１０として端面５０２側から取り出される。
【０３３５】
光集積回路５３０との違いは、光集積回路要素５２１、５２２、５２３、及び、５２４がアレイ状導波路回折格子を備えていることである。アレイ状導波路回折格子は顕著な波長選択性を有するので、特定の波長での発振に適している。
【０３３６】
本実施例も第二十七実施例の光集積回路５３０と同様に、光出力が一つの端面に集中した構造となり、高出力化及び高効率化が可能である。
【０３３７】
なお、本実施例の光集積回路５４０はさらに疎結合型光カプラ５４１と受光素子５４３を備えている。疎結合型光カプラ５４１によって分岐された光が出力光５４２となって受光素子５３４に導かれ、パワーモニタが行われる。
【０３３８】
この光集積回路５４０は、図３２において光集積回路４６０を代替することができる。また、光集積回路５４０は、図３３において光集積回路４８０を代替することができる。
【第二十九実施例】
【０３３９】
図３８に本発明の第二十九実施例の光集積回路５５０を示す。光集積回路５５０は基板５０１上に半導体光増幅素子５５２ａ、５５２ｂ、５５２ｃ、及び、５５２ｄ、半導体光増幅素子５５３ａ、５５３ｂ、５５３ｃ、５５３ｄ、及び、５５３ｅを備え、半導体光増幅素子５５２ａないし５５２ｄと半導体光増幅素子５５３ａないし５５３ｅの間がジグザグ状の光導波路５５１で連結されている。端面５０２には低反射率コート（反射率４％）が施され、端面５０３には高反射率コート（反射率９８％）が施されている。
【０３４０】
これにより、半導体光増幅素子５５２ａないし５５２ｄと半導体光増幅素子５５３ａないし５５３ｅが光学的に結合されて、協調レーザ発振を生じ、出力光５１０が取り出される。この光集積回路５５０は、図３２において光集積回路４６０を代替することができる。また、光集積回路５５０は、図３３において光集積回路４８０を代替することができる。
【０３４１】
この光集積回路５５０は位相同期型レーザアレイとして従来から知られているものである。本明細書で示してきたアレイ状導波路回折格子やツリー状光カプラを用いたレーザ発振器も動作原理としては位相同期型レーザアレイに属する。従来型の位相同期レーザアレイの特徴は隣接する光増幅素子のみと光学的に結合しているという点である。
【０３４２】
このため、例えば半導体光増幅素子５５３ｃが失陥すると、この光集積回路５５０のレーザ発振器は２つの位相同期レーザアレイ５５４と５５５に分離してしまう。その結果、レーザ発振光が２つの独立したレーザ光となってしまう。これは、横モードのマルチモード化と等価である。しかしながら、従来型の位相同期レーザアレイには光導波路回路の構成が簡単であり、また光導波路回路の占める面積も少なくて済むという利点がある。
【０３４３】
一方、アレイ状導波路回折格子やツリー状光カプラを用いたレーザ発振器は隣接していない光増幅素子間にも結合経路が存在しているために、ひとつの光増幅素子の失陥によってレーザ発振がマルチモード化してしまうことはない。
【第三十実施例】
【０３４４】
図３９（ａ）に本発明の第三十実施例の光集積回路５６０を示す。光集積回路５６０は基板５０１上に半導体光増幅素子５６１、５６２、及び、５６３、マルチモード干渉器型光カプラ５６６、共通光導波路５６７を備えている。また、基板５０１は端面５０３と端面５０２を備えている。
【０３４５】
マルチモード干渉器型光カプラ５６６を用いて２個の半導体光増幅素子を束ねる場合は２つの半導体光増幅素子に関する光路長を等しくすることができる。しかし、３個以上の半導体光増幅素子を束ねる場合には、ツリー状光カプラを用いた場合とは異なって、全ての半導体光増幅素子に関する光路長を等しくすることはできない。しかし、特定波長で位相整合するようにすることはできる。なお、半導体光増幅素子に関する光路長とは、図３９において端面５０３からある半導体レーザ増幅器を経て端面５０２に至る屈折率を考慮した光路長である。
【０３４６】
図３９（ａ）において、半導体光増幅素子５６１と５６２の距離をｄ１、半導体光増幅素子５６１と５６４の距離もｄ１と定める。この場合、端面５０３から半導体光増幅素子５６１を経て端面５０２に至るに要する光路長は、半導体光増幅素子５６２と５６３のそれと比べて短くなる。また、端面５０３から半導体光増幅素子５６２を経て端面５０２に至るに要する光路長は、端面５０３から半導体光増幅素子５６３を経て端面５０２に至るに要する光路長と等しい。
【０３４７】
したがって、端面５０３から半導体光増幅素子５６１を経て端面５０２に至るに要する光路長と、端面５０３から半導体光増幅素子５６２を経て端面５０２に至るに要する光路長の差の整数分の一の波長では位相整合条件を満たす。この位相整合条件を満たす時に、３つの半導体光増幅素子５６１、５６２、及び、５６３が協調してレーザ発振する。
【０３４８】
生成されたレーザ光の取り出し方には２通りある。一つの方法は端面５０３に高反射率コート（反射率９８％）を施し、端面５０２に低反射率コート（反射率４％）を施し、共通光導波路５６７側から出力光５１０を取り出す方法である。
【０３４９】
この光取り出し方を採用した場合は、光集積回路５６０は図２６の構成において、光集積回路３６９を代替することができる。また、光集積回路５６０は図２７の構成において、光集積回路３９０を代替することができる。
【０３５０】
もう一つの光の取り出し方は、端面５０２に高反射率コート（反射率９８％）を施し、端面５０３に低反射率コート（反射率４％）を施し、共通光導波路５６７とは反対側から出力光５０９を取り出す方法である。
【０３５１】
この光取り出し方を採用した場合は、この光集積回路５６０は、図３２の構成において光集積回路４６０を代替することができる。また、光集積回路５６０は、図３３の構成において光集積回路４８０を代替することができる。
【０３５２】
マルチモード干渉器型光カプラを用いて４個以上の光増幅器を束ねる場合は、半導体光増幅素子の距離を等間隔に配置すると位相整合条件を特定の波長で満たすことはできない。図３９（ｂ）に４つの半導体光増幅素子を、マルチモード干渉型光カプラを用いて束ねた光集積回路５７０を示す。光集積回路５７０は基板５０１上に半導体光増幅素子５６１、５６２、５６３、及び、５６４、マルチモード干渉器型光カプラ５６８、共通光導波路５６７を備えている。また、基板５０１は端面５０３と端面５０２を備えている。
【０３５３】
図３９（ｂ）に示すように、半導体光増幅素子５６１と５６２の距離はｄ１、半導体光増幅素子５６２と５６４の距離はｄ２、半導体光増幅素子５６１と５６３の距離はｄ２である。そして、ｄ１とｄ２は等しくない。
【０３５４】
距離ｄ１と距離ｄ２の値を適切に選ぶことにより、ある波長で、全ての半導体光増幅素子を位相整合させることができる。すると、半導体光増幅素子５６１、５６２、５６３、及び、５６４、マルチモード干渉器型光カプラ５６８、共通光導波路５６７、端面５０３、及び、端面５０２によって形成された共振器はある波長でレーザ発振する。
【０３５５】
生成されたレーザ光の取り出し方には２通りある。一つの方法は端面５０３に高反射率コート（反射率９８％）を施し、端面５０２に低反射率コート（反射率４％）を施し、共通光導波路５６７側から出力光５１０を取り出す方法である。
【０３５６】
この光取り出し方を採用した場合は、光集積回路５７０は図２６の構成において、光集積回路３６９を代替することができる。また、光集積回路５７０は図２７の構成において、光集積回路３９０を代替することができる。
【０３５７】
もう一つの光の取り出し方は、端面５０２に高反射率コート（反射率９８％）を施し、端面５０３に低反射率コート（反射率４％）を施し、共通光導波路５６７とは反対側から出力光５０９を取り出す方法である。
【０３５８】
この光取り出し方を採用した場合は、この光集積回路５７０は、図３２の構成において光集積回路４６０を代替することができる。また、光集積回路５７０は、図３３の構成において光集積回路４８０を代替することができる。
【第三十一実施例】
【０３５９】
図４０に本発明の第三十一実施例の光集積回路５８０を示す。光集積回路５８０は基板５０１上に図３２に示したツリー状光カプラ４６５と同様の構造を有する光集積回路要素５８１を８個備えている。基板５０１の端面５０２には高反射率コート（反射率９８％）が施されている。また、８個の光集積回路要素５８１は８個の三端子光分岐路５８２を介してリング状に接続されて、レーザ発振が生じる。このリング状の光回路の途中から８個の四端子光分岐路５８５を経て８個の光出力端子５８４へとレーザ光を導いている。１６個の光出力端子５８４はレーザ出射口アレイ５８３を形成している。レーザ出射口アレイ５８３は基板５０１の裏面側に設けられている。
【０３６０】
図４１に光出力端子５８４の構造を示す。図４１（ａ）は光出力端子５８４の上面図であり、図４１（ｂ）は光出力端子５８４のＣ−Ｃ'断面図である。図４１（ｃ）は基板５０１の裏面側から見た光出力端子５８４の構造を示す下面図である。
【０３６１】
光導波路５９１によって導かれたレーザ光５９６は、光出力端子５８４に設けられた反射鏡５９２によって反射され、基板５０１の裏面に設けられた裏面電極５９３の円形状開口部５９４から出力光５９７として外部に取り出される。反射鏡５９２は基板に対して４５°の角度を有している。また、開口部５９４には低反射率コート５９５が設けられている。
【０３６２】
図４２に出力光５９７が取り出される様子を示す。光集積回路５８０はヒートシンク５９８上にジャンクションサイドダウンで設けられ、出力光５９７が上方に向かって放出される。出力光５９７を構成する各ビームは位相が一致するように光路が調整されているので、ひとつのレーザビームとして機能する。
【０３６３】
反射鏡５９２は異方性ウエットエッチングで形成することができる。あるいは、ドライエッチングによって形成することもできる。反射鏡５９２には、ＳｉＯｘやＳｉＮｘで形成された図示しないパッシベーション膜を設けることができる。
【０３６４】
図４１の構成は、レーザ発振波長に対して基板５０１が透過性である場合に適用できる。また、裏面電極５９３は基板５０１が導電性である場合に設けることができる。基板５０１が絶縁性である場合にも本実施例の構成は適用可能である。
【０３６５】
基板５０１にＩｎＰを用いた場合、波長１４８０ｎｍの光は基板５０１を透過することができる。ＩｎＰの屈折率は約３．５であるのでＩｎＰと空気界面では３０％程度の反射が生じてしまう。開口部５９４に低反射率コート５９５を設けることによって反射率を低減し、外部への光取り出し効率を向上させることができる。
【０３６６】
基板５０１にＧａＡｓを用いた場合、波長９８０ｎｍの光は基板５０１を透過することができる。ＧａＡｓの屈折率は約３．５であるのでＧａＡｓと空気界面では３０％程度の反射が生じてしまう。開口部５９４に低反射率コート５９５を設けることによって反射率を低減し、外部への光取り出し効率を向上させることができる。
【０３６７】
基板５０１にサファイアを用いてＧａＮ系の半導体レーザを構築した場合、基板５０１裏面に電極を設ける必要はないが、レーザ光出射部に低反射率コートを設けることが望ましい。
【０３６８】
レーザ発振波長に対して基板５０１が透過性ではない場合には図４３の構成が適用できる。図４３は図４１の構成に代えて基板５０１に孔を設けて開口部５９９としたものである。開口部５９９はエッチングによって形成することができる。この場合も、低反射率コート５９５を設けることが望ましい。
【０３６９】
基板５０１にＧａＡｓを用いた場合、波長８１０ｎｍの光は基板５０１を透過することができない。したがって、基板５０１に孔を設けて開口部５９９を形成する必要が生じる。この場合も、ＧａＡｓと空気界面では３０％程度の反射が生じてしまう。開口部５９５に低反射率コート５９５を設けることによって反射率を低減でき、外部への光取り出し効率を向上させることができる。
【０３７０】
波長８１０ｎｍの光は、ネオジウム（Ｎｄ）をドープしたガラスもしくはイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）結晶からなる固体レーザを励起する用途に用いることができる。
【０３７１】
８個の三端子光分岐路５８２によってリング状の光導波路ネットワークが形成されているので、光集積回路要素５８１の内のひとつが完全に失陥した場合でも光導波路ネットワークの接続は維持される。２つ以上の光集積回路要素５８１が完全に失陥した場合にリング状の光導波路ネットワークは分断される。図３４ないし図３７に示した構成ではひとつの光集積回路要素が完全失陥するとネットワークが分割されて位相同期が成り立たなくなる、したがって、図４０の光集積回路５８０はより高い信頼性を有している。
【０３７２】
光集積回路要素５８１の数は８に限定されることはなく、２以上の任意の値をとることができる。三端子光分岐路５８２の数は８に限定されることはなく、２以上の任意の値をとることができる。光出力端子５８４の数は１６に限定されることはなく、２以上の任意の値をとることができる。
【０３７３】
また、光集積回路要素５８１の構造として図３３に示したアレイ状導波路回折格子を用いた光集積回路４８０と同様の構造を用いても良い。光集積回路要素５８１の構造として図２８に示した非対称ツリー状光カプラを用いた光集積回路４００と同様の構造を用いても良い。
【０３７４】
レーザ光を基板５０１の裏面側から取り出すための手段として反射鏡５９２に代えて、光導波路５９１中に回折格子を設けることもできる。
【０３７５】
本実施例によれば二次元配置されたレーザ光出射光アレイ５８３が得られる。しかも、適切に光導波路回路の光路長を調整することにより、レーザ光出射光アレイ５８３からのレーザ光を全て位相同期させることができる。これにより、レーザ光の大出力化を図りつつ、単一横モードが維持される。したがって、大出力のレーザ光を回折限界まで絞り込むことが可能となる。したがって、本実施例の光集積回路５８０からの出力光は適切な光学系によって単一モード光ファイバに結合することができる。
【第三十二実施例】
【０３７６】
図４４に本発明の第三十二実施例の光集積回路６００を示す。光集積回路６００は基板５０１上に図４５（ａ）に示す光集積回路要素６０１を複数備えている。また、図４６（ａ）に示すリング状光導波路回路６０２と図４６（ｂ）に示すリング状光導波路回路６０３とを複数備えている。
【０３７７】
図４５（ａ）に示すように集積回路要素６０１はツリー状光カプラ６１５と半導体光増幅素子６１１、６１２、６１３、及び、６１４を備えている。光集積回路要素６０１は図３２に示した光集積回路要素４６０と同様の構造を有している。ただし、半導体光増幅素子６１１ないし６１４の端部の構造が異なる。図４５（ｂ）に半導体光増幅素子６１１の端部６１６を示す。図４５（ｃ）は図４５（ｂ）のＤ−Ｄ'断面図である。半導体光増幅素子６１１の端部６１６には端面６１７が設けられている。この端面６１７は基板の端面ではなく、ドライエッチングによって形成された端面であり、高反射率コート（反射率９８％）が施されており、レーザ光６１８を反射する。なお、図４５には半導体光増幅素子６１１の端部６１６の構造のみを示しているが、他の半導体光増幅素子６１２ないし６１４も同様の構造を有している。
【０３７８】
上記のように半導体光増幅素子にドライエッチングによって形成された端面を設けたので、半導体光増幅素子の配置が自由になる。すなわち、半導体光増幅素子を基板の端付近以外にも配置することができる。このため、より多数の半導体光増幅素子を用いることができ、より大出力のレーザ光を取り出すことができる。
【０３７９】
図４６（ａ）に示すリング状光導波路回路６０２と、図４６（ｂ）に示すリング状光導波路回路６０３は、それぞれ、図４０に示したリング状の光導波路回路に準じた構造となっている。複数の三端子光分岐路５８２を相互接続した構造により、複数の光集積回路要素６０１をリング状に接続する。また、複数の四端子光分岐路５８５によってレーザ光を分岐して光出力端子５８４へと導く。また、リング状光導波路回路６０３は四端子光分岐路６０５が設けられている。
【０３８０】
図４４に示すように複数のリング状光導波路回路６０２と複数のリング状光導波路回路６０３は光導波路６０４によってリング状に接続されている。これによって、多重リング構造の光導波路回路が形成される。このため、複数の光集積回路要素６０１間の経路が複数用意されることになり、ある光集積回路要素６０１の失陥によって全体の位相同期が失われることを防ぐことができる。また、図４０に示した構成と比べて、図４４に示した構成の方が複数の光集積回路要素６０１間の経路の冗長度が高いため、より高い信頼性が得られる。
【０３８１】
図４７に出力光５９７が取り出される様子を示す。図４７（ａ）に示すように光集積回路６００はヒートシンク５９８上にジャンクションサイドダウンで設けられ、出力光５９７が上方に向かって放出される。光集積回路６００から出力光５９７を構成する多数のレーザビームが出力される。各ビームは位相が一致するように光路が調整されているので、ひとつのレーザビームとして機能する。
【０３８２】
半導体レーザにおいてへき開を用いて端面を形成する場合、基板が厚いと十分な端面の平面度が得られず、レーザ発振に支障が生じる。一方、基板を薄くすると大面積の光集積回路をヒートシンクにダイボンドする際に割れが生じ易い。これに対して、本実施例では、ドライエッチングによって形成された端面６１７を用いているので基板５０１の厚さを厚くすることができる。
【０３８３】
通常の半導体レーザでは、チップサイズは２５０μｍ×５００μｍ程度で基板の厚さは１００μｍ程度である。本実施例では、チップサイズが５ｍｍ×５ｍｍ（２５平方ｍｍ）以上では基板の厚さを２００μｍ以上とした。また、チップサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍ（１００平方ｍｍ）以上では基板の厚さを３００μｍ以上とした。これにより、大面積のチップでもダイボンドの際に割れを減少させ、歩留りを向上させることができる。なお、基板の材料としては代表的なものはＩｎＰ及びＧａＡｓである。
【０３８４】
本実施例の光集積回路６００によれば、多数の半導体光増幅素子６１１を基板５０１上に二次元的に配置し、これらの半導体光増幅素子６１１を互いに位相同期するように接続することができる。また、基板の裏面側から多数のレーザビームを位相同期させて取り出すことができる。このため、大出力のレーザ光を出力することができ、また、このレーザ光は回折限界まで絞り込むことができる。
【０３８５】
したがって、本実施例の光集積回路６００からの出力光５９７は適切な光学系、例えば図４７（ｂ）に示すような光学系、を用いて単一モード光ファイバにレーザ光を結合することができる。図４７（ｂ）において、光集積回路６００上方にレンズ６０８、単一モード光ファイバ６０９が設けられている。レンズ６０８によって出力光５９７が単一モード光ファイバ６０９のコア６１０に結合される。
【０３８６】
位相同期したレーザビームをアレイ状に配列した場合、合成されたレーザビームのアレイ方向拡がり角は小さくなる。本実施例では二次元的にレーザビームをアレイ状に配列できるので、レーザビームの拡がり角をどの方向にも小さくすることができる。
【０３８７】
このため、光集積回路６００からの出力光５９７は幾何光学的には並行光として取り扱える。このことを利用して、レンズ６０８はコリメート光学系とした。これにより、単一モード光ファイバ６０９のコア６１０に出力光５９７を結像する。また、光集積回路６００とレンズ６０８の間に光アイソレータや誘電体薄膜フィルタなどを設けることができる。
【０３８８】
図４５では、集積回路要素６０１は半導体光増幅素子を４個備えているが、半導体光増幅素子の数は２以上の任意の数をとることができる。半導体光増幅素子の数に応じてツリー状光カプラ６１５の構造も変化する。また、集積回路要素６０１にはツリー状光カプラに代えて、アレイ状導波路回折格子を用いることもできる。
【第三十三実施例】
【０３８９】
図４８（ａ）に本発明の第三十三実施例のレーザ発振器６２０の上面図を示す。レーザ発振器６２０は基板６２１上に複数の水平共振器型面発光レーザ６２２を二次元状にアレイ配列した半導体レーザアレイである。このレーザ発振器６２０ではレーザ光を基板６２１の裏面側から取り出している。なお、基板６２１の表面とは水平共振器型面発光レーザ６２２が設けられた側であり、基板６２１の裏面は基板６２１の表面の反対側である。
【０３９０】
レーザ発振器６２０は位相同期していない半導体レーザアレイである。すなわち、個々の水平共振器型面発光レーザ６２２は互いに独立してレーザ発振する。このレーザ発振器６２０は固体レーザの励起などに用いることができる。
【０３９１】
図４８（ｂ）に水平共振器型面発光レーザ６２２のＥ−Ｅ'断面図を示す。水平共振器型面発光レーザ６２２の縦構造は上部クラッド層６２４、活性層６２５、下部クラッド層６２６、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７からなっている。また、上部クラッド層６２４の上に上部電極６２３が設けられ、基板６２１の裏面側に裏面電極６３０が設けられている。基板６２１は導電性を有する半導体基板である。
【０３９２】
水平共振器型面発光レーザ６２２には基板６２１に対して垂直な端面６２９と基板に対して４５°の角度を有する傾斜端面６２８が設けられている。傾斜端面６２８では全反射が生じる。なお、傾斜端面６２８には図示しないパッシベーション膜が設けられている。端面６２９には高反射率コート（反射率：９８％）が施されている。
【０３９３】
端面６２９と半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の間で、傾斜端面６２８を経由した共振器が形成されてレーザ発振が生じる。半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率は４−２０％と比較的低く設定されている。レーザ光６３３は端面６２９で大半が反射され、レーザ光６３２は半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７で一部が発振されて帰還される。レーザ光６３２の大部分は出力光６３４として裏面電極６３０の設けられたスリット状開口部６３１を経て取り出される。スリット状開口部６３１には低反射率コート６３５が施されている。
【０３９４】
傾斜端面６２８と基板６２１の裏面は基板の厚さに相当する距離（例えば１００μｍ）で離間している。このため、基板６２１の裏面に設けた反射手段で生じた反射光は拡散してしまい、実質的な帰還光はごく僅かである。このため、基板６２１の裏面に設けた反射手段でレーザ発振を生じさせるのは困難である。
【０３９５】
一方、本実施例では、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７が傾斜端面６２８と下部クラッド層６２６の厚さ程度の距離（例えば１μｍ）で離間しているので、十分な量の光を、傾斜端面６２８を経由して端面６２９側へ帰還させることができる。このため、レーザ発振が容易である。
【０３９６】
そして、スリット状開口部６３１には低反射率コート６３５が施すことによって、レーザ光を高効率で外部へ取り出すことができる。例えば、基板６２１にＩｎＰを用いた場合、波長１４８０ｎｍの光は基板６２１を透過することができる。ＩｎＰの屈折率は約３．５であるのでＩｎＰと空気界面では３０％程度の反射が生じてしまう。開口部６３１に低反射率コート６３５を設ければ、反射率を低減して外部への光取り出し効率を向上させることができる。
【０３９７】
また、基板６２１にＧａＡｓを用いた場合、波長９８０ｎｍの光は基板６２１を透過することができる。ＧａＡｓの屈折率は約３．５であるのでＧａＡｓと空気界面では３０％程度の反射が生じてしまう。開口部６２１に低反射率コート６３５を設ければ、反射率を低減して外部への光取り出し効率を向上させることができる。
図４８（ｃ）に半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の構造を示す。半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７は、互いに異なる屈折率を有する第一の半導体層６３６と第二の半導体層６３７が交互積層された構造となっている。半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７は端面６２８直下部のみが反射手段として機能する。また、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７は特定波長に対してのみ反射率を有するので、波長選択手段（波長安定化手段）として機能する。
【０３９８】
図４９にレーザ発振器６２０を裏面側から見た下面図を示す。スリット状開口部６３１を実線で示す。水平共振器型面発光レーザ６２２を点線で示す。本実施例ではスリット状開口部６３１を採用したので、水平共振器型面発光レーザ６２２を高密度実装した場合に光取り出し効率を高くすることができる。
【０３９９】
単一横モードで動作する水平共振器型面発光レーザ６２２のストライプ幅は１−３μｍ程度、ストライプ間隔（アレイ間隔）は３−２０μｍ程度、共振器長は２５０−１５００μｍ程度が望ましい。
【０４００】
水平共振器型面発光レーザ６２２はマルチモードで動作するものであっても良い。この場合のストライプ幅は１０−２００μｍ程度であり、いわゆるブロードエリアレーザの構造となる。水平共振器型面発光レーザ６２２がブロードエリアレーザ構造である場合のストライプ幅間隔（アレイ間隔）は、ストライプ幅より大きい値であれば任意とすることができる。
【０４０１】
複数の水平共振器型面発光レーザ６２２からなるブロック６３８に代えて、光集積回路５５０の構造を用いることもできる。この場合、図３８に示した光集積回路５５０の端面５０２、５０３の構造に代えて図４８に示した端面６２８、６２９の構造をそれぞれ用いれば良い。また、図４８に示した半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７に準じる構造を用いて共振器を形成すれば良い。
【０４０２】
図５０に出力光６３４が取り出される様子を示す。レーザ発振器６２０はヒートシンク５９８上にジャンクションサイドダウンで設けられ、出力光６３４が上方に向かって放出される。レーザ発振器６２０から出力光６３４を構成する多数のレーザビームが出力される。なお、各ビームは互いに位相同期していない。
【０４０３】
本実施例のレーザ発振器６２０によれば、複数の水平共振器型面発光レーザ６２２を高密度で二次元アレイ状配置することができる。このため、高いレーザ出力を得ることができる。また、出力光を基板裏面側から取り出せるので、レーザ発振器６２０をジャンクションサイドダウンで実装でき、放熱を効率的に行うことができる。
【０４０４】
図５１に本実施例の変形例であるレーザ発振器６４０を示す。図５１はレーザ発振器６４０の下面図である。図４９に示したレーザ発振器６２０では、スリット状の開口部６３１が設けられているため，裏面電極６３０の電流経路が制限され電気抵抗が上昇するという問題があった。図５１に示したレーザ発振器６４０では、水平共振器型面発光レーザ６２２を千鳥状に配列すると共に、千鳥状のスリット状開口部６３１ａと６３１ｂを設けた。これにより、裏面電極６３０の電流経路の制限が少なくなり電気抵抗を低減することができる。
【０４０５】
図５２（ａ）に水平共振器型面発光レーザ６２２の変形例である水平共振器型面発光レーザ６５０を示す。図５２（ａ）は水平共振器型面発光レーザ６５０の断面図である。水平共振器型面発光レーザ６５０には、水平共振器型面発光レーザ６２２に用いられている半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７に代えて下部クラッド層６２６中にブラッグ回折格子６５１を設けた。分布帰還型（ＤＦＢ）あるいは分布反射型（ＤＢＲ）と呼ばれるレーザ構造を用いたものである。これらの構造は回折格子の数を多くすることが容易なので、より単色性の高いレーザ光を得ることができる。
【０４０６】
図５２（ｂ）に水平共振器型面発光レーザ６２２の変形例である水平共振器型面発光レーザ６６０を示す。図５２（ｂ）は水平共振器型面発光レーザ６６０の断面図である。水平共振器型面発光レーザ６６０では、垂直な端面６２９に代えて基板に対して４５°傾斜した端面６６１を設けた。この構造では、端面６２８直下の半導体多層膜ブラッグ回折格子６６７と端面６６１直下の半導体多層膜ブラッグ回折格子６６８とで共振器を形成しレーザ発振が生じる。半導体多層膜ブラッグ回折格子６６７の反射率と半導体多層膜ブラッグ回折格子６６８の反射率はほぼ等しく、その反射率は２０−５０％が好ましい。
【０４０７】
この構造の下では、レーザ光６３３も基板６２１側に反射され、スリット状開口部６６２より出力されることになる。スリット状開口部６６２には低反射率コート６６３が設けられている。また、端面６６１の近傍に隣接する水平共振器型面発光レーザの傾斜端面６６４が設けられており、レーザ光６６５も基板６２１側に反射され、同じくスリット状開口部６６２より出力される。出力光６６６はレーザ光６３３とレーザ光６６５が重ね合わされたものとなる。
【０４０８】
水平共振器型面発光レーザ６６０では、端面６２８と端面６６１の双方から光を取り出すので、光の取り出し効率を向上させることができる。また、レーザ光６３２とレーザ光６３３は位相同期しているので、適切に位相整合させることにより、水平共振器型面発光レーザ６６０のキャビティ方向に拡がり角度の小さいビームを得ることができる。
【０４０９】
また、水平共振器型面発光レーザ６６０では、スリット状開口部６６２を隣接する水平共振器型面発光レーザと共用するので、高い密度でレーザを配置することができる。
【第三十四実施例】
【０４１０】
図５３に本発明の第三十四実施例のレーザ発振器６８０の上面図を示す。レーザ発振器６８０は基板５０１上に複数の光集積回路要素５２１をアレイ状に配列した半導体レーザアレイである。光集積回路要素５２１は光集積回路４８０と同様の構造を有する光集積回路要素であり、複数の半導体光増幅素子を、アレイ状導波路回折格子を用いて束ねた構造を有している。図５３においては光集積回路要素５２１と同様の光集積回路要素を４個ずつ３列図示しているが、光集積回路要素５２１の数、アレイ状配列は任意のものとすることができる。
【０４１１】
このレーザ発振器６８０ではレーザ光を基板５０１の裏面側から取り出している。なお、基板５０１の表面とは光集積回路要素５２１が設けられた側であり、基板５０１の裏面は基板５０１の表面の反対側である。
【０４１２】
レーザ発振器６８０は部分的に位相同期した半導体レーザアレイである。すなわち、個々の光集積回路要素５２１は位相同期してレーザ発振するが、異なる光集積回路要素５２１の間の位相は同期していない。このレーザ発振器６８０は固体レーザの励起などに用いることができる。
【０４１３】
光集積回路要素５２１において、半導体光増幅素子の端面６１６の構造は図４５に示した構造に準ずる。図４５（ｂ）及び図４５（ｃ）に示したように、半導体光増幅素子６１１の端部６１６には端面６１７が設けられている。この端面６１７は基板の端面ではなく、ドライエッチングによって形成された端面であり、高反射率コート（反射率９８％）が施されており、レーザ光６１８を反射する。
【０４１４】
また、光集積回路要素５２１において、光出力端子５８４は図４３に示した構造をもちいることができる。基板５０１にエッチングによって孔を設けて開口部５９９が設けられている。また、開口部５９９には低反射率コート５９５が設けられている。ただし、この場合、低反射率コート５９５は適度な反射率、例えば４％、を有している必要がある。これは低反射率コート５９５からの帰還光によってレーザ発振を生じさせる必要があるためである。
【０４１５】
基板５０１がレーザ発振波長に対して透過性である場合には、光出力端子５８４として図５４に示した構造を採用することができる。図５４（ａ）は図４１（ａ）と同様である。図５１（ｂ）は図４１（ｂ）とは異なって、半導体多層膜ブラッグ回折格子６６８を反射鏡５９２直下に配置している。この半導体多層膜ブラッグ回折格子６６８は、例えば４％の反射率を有していて、レーザ発振のための帰還光を生成する。裏面電極５９３の開口部５９４には低反射率コート５９５が施されている。低反射率コート５９５の反射率には下限は無く、低いほど光の取り出し効率が向上する。
【０４１６】
また、図５４（ｂ）の構造に代えて図５４（ｃ）に示す構造を用いることもできる。この構造では、半導体多層膜ブラッグ回折格子６６８に代えてブラッグ回折格子６５１を光導波路５９１内に設けている。てブラッグ回折格子６５１はレーザ発振のための帰還光を生成する。
【０４１７】
本実施例によれば、多数の半導体レーザアレイをさらにアレイ化することにより大出力を得ることができる。また、光出力端子５８４として用いる部分の面積が少なくて済むという利点がある。基板に孔を開けて光取り出し部を形成する場合、孔に係わる面積が多いと基板の強度が低下してしまう。本実施例によれば各半導体レーザアレイにひとつの光出力端子が必要なだけであり、各半導体レーザ（半導体光増幅素子）に孔は必要ではない。したがって、孔に係わる面積を低減させ、基板の強度低下を防ぐことができる。
【０４１８】
また、透過性基板を用いて基板の裏面電極に開口部を設ける場合においても、開口部に係わる面積が多いほど、裏面電極の抵抗値を増大させてしまう。本実施例によれば開口部に係わる面積を低減させて、裏面電極の抵抗増大を防ぐことができる。
【０４１９】
なお、光集積回路要素５２１に代えてツリー状光カプラを用いた光集積回路要素５８１を用いることもできる。
【第三十五実施例】
【０４２０】
図５５に本発明の第三十五実施例のレーザ発振器を示す。本実施例のレーザ発振器は光集積回路７００とマルチモード光ファイバ７０３との光学的結合構造から成る。マルチモード光ファイバ７０３は複数の横モードを有する光ファイバである。図５５（ａ）は本発明の第三十五実施例のレーザ発振器の上面図を示す。また、図５５（ｂ）は本発明の第三十五実施例のレーザ発振器の側面図を示す。
【０４２１】
光集積回路７００は基板５０１上に、光集積回路４６０と同様の構造を有する光集積回路要素５０５、５０６、５０７、及び、５０８が設けられている。基板５０１の端面５０２には低反射率コート（反射率４％）が施され、もう一方の端面５０３には高反射率コート（反射率９８％）が施されている。光集積回路７００はヒートシンク７０４にジャンクションサイドダウンで取り付けられている。
【０４２２】
光集積回路７００とマルチモード光ファイバ７０３の間には、シリンドリカルレンズ７０１と７０２が設けられている。シリンドリカルレンズ７０１は基板５０１と垂直方向にレンズのパワーを有している。一方、シリンドリカルレンズ７０２は基板５０１と並行方向にレンズのパワーを有している。この光学系は図３２において示した光学系に準じている。
【０４２３】
光集積回路要素５０５、５０６、５０７、及び、５０８からの出力光７０５、７０６、７０７、及び、７０８はシリンドリカルレンズ７０１と７０２によってマルチモード光ファイバ７０３のコアに結合される。
【０４２４】
本実施例によれば、複数の位相同期した半導体レーザアレイからの光をひとつのマルチモード光ファイバに結合することができる。この構成はファイバーレーザーの励起光源に適する。
【０４２５】
図５５においては、光集積回路４６０と同様の構造を有する光集積回路要素が４個設けられているが、この数は２以上の任意の数を取ることができる。光集積回路要素としては、光集積回路４６０に代えて光集積回路４８０の構造、もしくは、５５０の構造を用いることができる。
【第三十六実施例】
【０４２６】
図５６と図５７に本発明の第三十六実施例のレーザ発振器を示す。本実施例のレーザ発振器は光集積回路７１０とマルチモード光ファイバ７０３との光学的結合構造から成る。マルチモード光ファイバ７０３は複数の横モードを有する光ファイバである。図５６は本発明の第三十六実施例のレーザ発振器の上面図を示す。また、図５７は本発明の第三十六実施例のレーザ発振器の側面図を示す。
【０４２７】
光集積回路７１０は基板５０１上に、光集積回路４８０と同様の構造を有する光集積回路要素５２１、５２２、５２３、及び、５２４が設けられている。基板５０１の端面５０２には低反射率コート（反射率４％）が施され、もう一方の端面５０３には高反射率コート（反射率９８％）が施されている。光集積回路７１０はヒートシンク７０４にジャンクションサイドダウンで取り付けられている。
【０４２８】
光集積回路７００とマルチモード光ファイバ７０３の間には、シリンドリカルレンズ７１１とレンズ７１２が設けられている。シリンドリカルレンズ７１１は基板５０１と垂直方向にレンズのパワーを有している。この光学系は図３３において示した光学系に準じている。
【０４２９】
光集積回路要素５２１、５２２、５２３、及び、５２４からの出力光７１５、７１６、７１７、及び、７１８はシリンドリカルレンズ７１１とレンズ７１２によってマルチモード光ファイバ７０３のコアに結合される。
【０４３０】
本実施例によれば、複数の位相同期した半導体レーザアレイからの光をひとつのマルチモード光ファイバに結合することができる。この構成はファイバーレーザーの励起光源に適する。
【０４３１】
本実施例によれば、シリンドリカルレンズ７１１とレンズ７１２の間の光アイソレータや誘電体薄膜フィルタを挿入して様々な光学的機能を付加することができる。
【０４３２】
図５６においては、光集積回路４８０と同様の構造を有する光集積回路要素が４個設けられているが、この数は２以上の任意の数を取ることができる。光集積回路要素としては、光集積回路４８０に代えて光集積回路４６０の構造、もしくは、５５０の構造を用いることができる。
【第三十七実施例】
【０４３３】
図５８に本発明の第三十七実施例のレーザ発振器を示す。本実施例のレーザ発振器は光集積回路６８０とマルチモード光ファイバ７２３との光学的結合構造から成る。マルチモード光ファイバ７２３は複数の横モードを有する光ファイバである。図５８（ａ）に結合光学系の斜視図を示す。また、図５８（ｂ）にはこの結合光学系の結像関係を示す。
【０４３４】
光集積回路６８０は図５３に示した通りの構造を有しており、第三十四実施例の項において説明したような挙動を示す。図５８（ａ）に示すように、光集積回路６８０はヒートシンク７２４にジャンクションサイドダウンで取り付けられている。
【０４３５】
光集積回路６８０とマルチモード光ファイバ７２３の間には、マイクロレンズアレイ７２０とレンズ７２１が設けられている。図５８（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ７２０を構成するマイクロレンズ７２６が、光集積回路６８０の光出射端子５８４に対応し設けられている。このマイクロレンズ７２６はコリメート光学系として動作する。
【０４３６】
光出射端子５８４からの出力光はマイクロレンズ７２６によって並行光に変えられてから、レンズ７２１によってマルチモード光ファイバ７２２のコア７２３に結像する。このため、マイクロレンズ７２６とレンズ７２１の間の光アイソレータや誘電体薄膜フィルタを設けることができる。
【０４３７】
本実施例によれば、互いに独立な位相同期半導体レーザアレイが複数個二次元配置されたデバイスからの出射光をひとつのマルチモード光ファイバに結合することができる。
【第三十八実施例】
【０４３８】
図５９に本発明の第三十八実施例のレーザ発振器を示す。図５９（ａ）に示した光集積回路７３０は図３３に示した光集積回路４８０を変形したものである。光集積回路７３０はアレイ状導波路回折格子４６９の共通ポートを複数設けた点が光集積回路４８０と異なる。共通ポート（光導波路）４８１、４８２は光分岐部４８３によって分岐されている。この分岐部４８３の構造は二種類あり、それぞれ図５９（ｂ）と図５９（ｃ）に示す。
【０４３９】
光分岐部４８３の一つの構造を図５９（ｂ）に示す。図５９（ｂ）においては、共通ポート４８１と４８２はマルチモード干渉器４８４から分岐している。このため、共通ポート４８１と４８２はそれぞれ異なる波長の光を伝播させる。
【０４４０】
したがって、図５９（ｂ）の構造を採用した場合、光集積回路７３０は二種類の波長のレーザ発振を生じる。図５９（ｂ）では共通ポートが２つの場合を示したが、共通ポートの数をさらに増やして、より多数の波長を発振させることもできる。
【０４４１】
図５９（ｃ）に光分岐部４８３の別の構造を示す。この構造では、マルチモード干渉器４８４からは共通の光導波路４８６が分岐し、非対称光カプラ４８５を経て共通ポート４８１と４８２とに分岐する。非対称光カプラ４８５は共通ポート４８２側にＴＥモード、共通ポート４８１側にＴＭモードが伝播する。したがって、図５９（ｃ）の構造を採用した場合、光集積回路７３０は二種類の偏光のレーザ発振を生じる。
【０４４２】
図６０に、図５９（ｂ）の構造と図５９（ｃ）の構造を組み合わせた変形例を示す。図６０（ａ）は光集積回路７３１の上面図である。光集積回路７３１の光分岐路４８３の構造を図６０（ｂ）に示す。マルチモード干渉器４８４を経て分岐した共通ポート４８１、４８２をさらに非対称光カプラ４８５によって分岐している。この構造によれば二つの波長において、それぞれ二種類の偏光のレーザ発振を生じさせることができる。
【０４４３】
図６１に、図３２において示した光集積回路４６０に図５９（ｃ）に示した構造を適用した変形例を示す。図６１（ａ）は光集積回路７３２の上面図である。共通ポート４７９に非対称光カプラ４８５を設けて、二つの光導波路（共通ポート４８１と４８２）を分岐させて、それらの光導波路を端面４６６に接するようにすれば、ふたつの偏光のレーザ光を同時発振させることができる。
【０４４４】
図５９に示す光集積回路７３０あるいは図６０に示す光集積回路７３１用いて構成したレーザ発振器は複数波長が同時発振できるのでラマン光増幅器や四光混合による波長変換器に適する。また、このレーザ発振器は二種類の偏光のレーザを同時発振できるので、ラマン光増幅器や四光混合による波長変換器に適する。図６１に示した光集積回路７３２を用いて構成したレーザ発振器は二種類の偏光のレーザを同時発振できるので、ラマン光増幅器や四光混合による波長変換器に適する。
【第三十九実施例】
【０４４５】
再び図２３を参照して、本発明の第三十九実施例のエルビウムドープ光ファイバ増幅器について述べる。本実施例のエルビウムドープ光ファイバ増幅器は、エルビウムドープ光ファイバ３０１、光アイソレータ３０２、３０３、波長多重型結合器３０４、励起光源３０５からなり、その挙動については第十七実施例の項において述べたとおりである。
【０４４６】
本実施例の特徴は、励起光源３０５として、図２６、図２７、図２８、図３２、図３３、及び、図４７に示したレーザ発振器を用いたことにある。これらのレーザ発振器は複数の半導体光増幅素子をアレイ状に配列して光学的に結合した構造を採用したので、大きな光出力が得られるので、エルビウムドープ光ファイバ増幅器に適する。また、これらの構造ではジャンクションサイドダウン構造を用いたのでレーザ発振器の放熱特性がすぐれている。
【０４４７】
また、これらのーザ発振器は複数の半導体光増幅素子からなるので、熱密度を下げることができ、冷却が容易になるという利点があり、いわゆるクーラーレス構造に適する。なお、クーラーレス構造とは電子冷凍素子を用いない半導体レーザモジュール構造のことである。
【０４４８】
なお、本発明は他の希土類ドープ光ファイバ増幅器にも適用可能である。プラセオジムやネオジウムをドープした光ファイバを用いて光増幅器に適用することができる。
【第四十実施例】
【０４４９】
再び図２４を参照して本発明の第四十実施例のラマン光増幅器について述べる。このラマン光増幅器は分布型ラマン光増幅器である。このラマン光増幅器は、伝送光ファイバ３２１、光サーキュレータ３２２、及び、励起光源３２３からなり、その挙動については第十八実施例の項において述べたとおりである。
【０４５０】
本実施例の特徴は、励起光源３２３に用いるレーザ発振器３３２及び３３３として、図２６、図２７、図２８、図３２、図３３、図４７、図５９、図６０及び、図６１に示したレーザ発振器を用いたことにある。これらのレーザは大出力化に適し、また、クーラーレス化に適している。さらに、これらの構造ではジャンクションサイドダウン構造を用いたのでレーザ発振器の放熱特性がすぐれている。ラマン光増幅器には大出力の励起光が必要とされるのでこれらの特性は有用である。
【０４５１】
図５９、図６０に示したレーザ発振器は複数波長を同時発振可能という点で、ラマン光増幅器の広帯域化に適している。図５９、図６０、及び、図６１に示したレーザ発振器は二種類の偏光のレーザを同時発振可能という点で、ラマン光増幅器に適している。また、構成の簡略化という点でも利点がある。
【０４５２】
なお、図２４においては、後方励起の分布型ラマン増幅器の例を示した、本発明は励起方法に限定されず、前方励起や双方向励起の場合にも適用できる。また、増幅専用の光ファイバを設ける集中型ラマン光増幅器にも適用可能である。
【第四十一実施例】
【０４５３】
再び図２５を参照して本発明の第四十一実施例の四光波混合を用いた波長変換器について述べる。この波長変換器は図２５（ａ）に示すように、励起光源３４１、波長多重光カプラ３４２、光非線形媒体３４３、及び、波長フィルタ３４４からり、その挙動については第十九実施例の項において述べたとおりである。
【０４５４】
本実施例の特徴は、励起光源３４１に用いるレーザ発振器３５２及び３５３として、図２６、図２７、図２８、図３２、図３３、及び、図４７、図５９、図６０及び、図６１に示したレーザ発振器を用いたことにある。これらのレーザは大出力化に適し、また、クーラーレス化に適している。さらに、これらの構造ではジャンクションサイドダウン構造を用いたのでレーザ発振器の放熱特性がすぐれている。四光波混合による波長変換には大出力の励起光が必要とされるのでこれらの特性は有用である。
【０４５５】
図５９、図６０に示したレーザ発振器は複数波長を同時発振可能という点で、四光波混合による波長変換に適している。図５９、図６０及び、図６１に示したレーザ発振器は二種類の偏光のレーザを同時発振可能という点で、四光波混合による波長変換に適している。また、構成の簡略化という点でも利点がある。
【第四十二実施例】
【０４５６】
図６２に本発明の本発明の第四十二実施例のファイバレーザを示す。図６２（ａ）にシングルモード励起光源を用いたファイバレーザ７４０を示す。図６２（ｂ）にマルチモード励起光源を用いたファイバレーザ７５０を示す。また、図６２（ｃ）にダブルグラッド型イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７５１の断面図を示す。
【０４５７】
図６２（ａ）に示すように、ファイバレーザ７４０は横モードが単一モードであるシングルモード励起光源７４２、高反射率ファイバブラッグ回折格子７４３、イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７４１、低反射率ファイバブラッグ回折格子７４４を備えている。イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７４１は、励起光波長及びレーザ発振波長において、単一横モードで動作する。励起光波長としては９００−９８０ｎｍの範囲の波長を用いることができる。また、レーザ発振波長は１０００−１１００ｎｍの範囲の波長で発振させることができる。
【０４５８】
高反射率ファイバブラッグ回折格子７４３、及び、低反射率ファイバブラッグ回折格子７４４はレーザ発振波長（波長：１０６０ｎｍ）のみを反射し、励起光源の波長は透過する。高反射率ファイバブラッグ回折格子７４３レーザ発振波長に対して高反射率（９０％）を有し、低反射率ファイバブラッグ回折格子７４４はレーザ発振波長に対して低反射率（１０％）を有する。
【０４５９】
シングルモード励起光源７４２からの励起光７４７は、高反射率ファイバブラッグ回折格子７４３を経てイッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７４１に導かれ、イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７４１を励起する。励起されたイッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７４１には利得が生じ、高反射率ファイバブラッグ回折格子７４３と低反射率ファイバブラッグ回折格子７４４とで形成される共振器によってレーザ光７４５が生成される。レーザ光７４５は低反射率ファイバブラッグ回折格子７４４側より取り出される。
【０４６０】
本実施例の特徴は、シングルモード励起光源７４２として、図１、図３、図５、図１５図１６、図２６、図２７、図２８、図３２、図３３、及び、図４７に示したレーザ発振器を用いたことにある。これらのレーザ発振器は複数の半導体光増幅素子をアレイ状に配列して光学的に結合したものであり、大きな光出力が得られるので、ファイバーレーザに適する。図２６、図２７、図２８、図３２、図３３、及び、図４７に示した構造ではジャンクションサイドダウン構造を用いたのでレーザ発振器の放熱特性がすぐれている。
【０４６１】
さらに、これらのレーザ発振器は波長選択性が高いレーザ発振器であるので、イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７４１を波長９７７ｎｍで励起するのに適する。イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７４１は波長９７７ｎｍで大きな吸収係数を示すが、吸収ピークは急峻であるので、波長が正確に制御されていることが必要である。
【０４６２】
図６２（ｂ）に示すように、ファイバレーザ７５０は横モードがマルチモードであるマルチモード励起光源７４８を複数備え、複数のマルチモード励起光源を束ねるコンバイナ７４６、高反射率ファイバブラッグ回折格子７４３、ダブルクラッド型イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７５１、低反射率ファイバブラッグ回折格子７４４を備えている。ダブルクラッド型イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７５１は、励起光波長及びレーザ発振波長（波長：１０６０ｎｍ）において、単一横モードで動作する。励起光波長としては９１５ｎｍ前後、もしくは９７７ｎｍ前後の波長を用いることができる。
【０４６３】
図６２（ｃ）にダブルクラッド型イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７５１の断面図を示す。コア７５２の周りに第一クラッド層７５３が設けられ、さらにその外側に第二クラッド層７５４が設けられている。コア７５２及び第一クラッド層７５３は石英系母材から成る。第二クラッド層７５４はフッ素樹脂から成る。
【０４６４】
コア７５２はラージモードエリア型であり、コア径は２４μｍ程度である。ラージモードエリアとは通常のシングルモード光ファイバのコア（波長1μｍ帯では６μｍ程度）に比べてクラッド層との屈折率さを小さくすることによりコアの直径を大きくしたものを言う。ただし、コア７５２のコア径は大きいが単一の横モードで光を導波する。また、コア７５２にはイッテルビウムがドープされている。
【０４６５】
第一クラッド層はマルチモード動作するコアとして機能する。第一クラッド層はマルチモード光の励起光を導波する。導波された励起光はコア７５２を励起する。第二クラッド層は第一クラッド層に対するクラッド層として機能する。
【０４６６】
コンバイナ７４６はテーパ型光ファイババンドルと呼ばれる構造を有している。コンバイナ７４６は複数のマルチモード光ファイバを導波する光を束ねる働きを有する。
【０４６７】
コンバイナ７４６によって束ねられた複数のマルチモード励起光源７４８からの励起光７４７は、高反射率ファイバブラッグ回折格子７４３を経てダブルクラッド型イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７５１に導かれ、ダブルクラッド型イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７５１を励起する。励起されたダブルクラッド型イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７５１には利得が生じ、高反射率ファイバブラッグ回折格子７４３と低反射率ファイバブラッグ回折格子７４４とで形成される共振器によってレーザ光７４５が生成される。レーザ光７４５は低反射率ファイバブラッグ回折格子７４４側より取り出される。
【０４６８】
本実施例の特徴は、マルチモード励起光源７４８として、図５５、図５６、及び、図５８に示したレーザ発振器を用いたことにある。これらのレーザ発振器は複数の半導体光増幅素子をアレイ状に配列して光学的に結合したものであり、大きな光出力が得られるので、ファイバーレーザに適する。これらのレーザ発振器はジャンクションサイドダウン構造を用いたのでレーザ発振器の放熱特性がすぐれている。
【０４６９】
また、これらのレーザ発振器は波長選択性が高いレーザ発振器であるので、イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７４１を波長９７７ｎｍで励起するのに適する。イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ７４１は波長９７７ｎｍで大きな吸収係数を示すが、吸収ピークは急峻であるので、波長が正確に制御されていることが必要である。
【第四十三実施例】
【０４７０】
図６３に本発明の本発明の第四十三実施例の固体レーザを示す。図６３（ａ）は端面励起型の固体レーザ発振器７６０を示す。また、図６３（ｂ）は側面励起型の固体レーザ発振器７７０を示す。
【０４７１】
固体レーザ発振器７６０は固体レーザロッド７６１、反射鏡７６２及び７６３、励起光結合レンズ７６４、及び、励起光源７６５を備えている。励起光源７６５からの励起光７６７は、励起光結合レンズを経て反射鏡７６２を透過し、固体レーザロッド７６１を励起する。反射鏡７６２と反射鏡７６３で形成された共振器によりレーザ光７６７が生成し、出力光７６６として取り出される。
【０４７２】
反射鏡７６２はレーザ光の波長に対しては高反射率を有し、励起光は透過する。反射鏡７６３は適度な反射率と透過率を有する鏡であって、レーザ発振を生じさせると同時に出力光７６６を取り出す機能を有する。
【０４７３】
本実施例の特徴は、励起光源７６５として図４２、図４７、図４８、図４９、図５０、図５１、及び、図５３に示したレーザ発振器を用いたことである。これらのレーザ発振器は二次元配置された面発光レーザであり、高い出力のレーザ光を生成することができ、大出力の固体レーザ発振器を得るのに適している。
【０４７４】
なお、固体レーザロッド７６１に代えてスラブ状、ディスク状の固体レーザ媒体を用いることもできる。固体レーザ媒質としてはＮｄ：ＹＡＧや希土類ドープガラスなど任意のものを用いることができる。
【０４７５】
固体レーザ発振器７７０は固体レーザロッド７６１、反射鏡７６２及び７６３、及び、励起光源７７１を備えている。励起光源７７１からの励起光７７２は、固体レーザロッド７６１を側面から励起する。反射鏡７６２と反射鏡７６３で形成された共振器によりレーザ光７６７が生成し、出力光７６６として取り出される。
【０４７６】
反射鏡７６２はレーザ光の波長に対しては高反射率を有する。反射鏡７６３は適度な反射率と透過率を有する鏡であって、レーザ発振を生じさせると同時に出力光７６６を取り出す機能を有する。
【０４７７】
本実施例の特徴は、励起光源７７１として図４２、図４７、図４８、図４９、図５０、図５１、及び、図５３に示したレーザ発振機を用いたことである。これらのレーザ発振器は二次元配置された面発光レーザであり、高い出力のレーザ光を生成することができ、大出力の固体レーザ発振器を得るのに適している。
【０４７８】
なお、固体レーザロッド７６１に代えてスラブ状、ディスク状の固体レーザ媒体を用いることもできる。また、励起光源７７１と固体レーザロッド７６１の間にレンズや反射鏡からなる光学系を設けることもできる。固体レーザ媒質としてはＮｄ：ＹＡＧや希土類ドープガラスなど任意のものを用いることができる。
【第四十四実施例】
【０４７９】
図６４に本発明の第四十四実施例のレーザ発振器８００を示す。本実施例は第二十実施例において図２６に示したレーザ発振器３６０の変型例である。図６４（ａ）には基板３７０上に形成された光集積回路３６９の上面図を示す。また、図６４（ｂ）にはレーザ発振器８００の側面図を示す。基板３７０の上面（光集積回路３６９が形成されている面）がヒートシンク３７９に対して接触するように取り付けられている。前述のジャンクションサイドダウン構造である。
【０４８０】
図６４と図２６との相違点は、基板３７０がヒートシンク３７９に対して距離δだけ張り出して設けられていることである。
【０４８１】
一般的には、レーザーダイオードのジャンクションサイドダウン実装においてはレーザダイオードとヒートシンクの位置を精密に合わせる必要がある。ところが、共通ポート３７８は分岐回路を含まない単純な光導波路で構成されているので温度管理を厳密に行う必要がない。本実施例ではこのことを利用して、共通ポート３７８を構成している受動型光導波路に相当する範囲に張り出し距離δを設定した。
【０４８２】
距離δだけ張り出しているので、出力光がヒートシンク３７９によってけられることが無い。また、距離δは共通ポート３７８の範囲で変化してかまわない。したがって、ジャンクションサイドダウン実装の精度が低くても良いことになる。
【０４８３】
一方、ツリー状光カプラ３７６の部分は温度管理を行う必要があるので、ヒートシンク３７９と接触させている。例えば、特許文献１０の図９にはマルチモード干渉型光カプラの幅の変化に対して過剰損失が極めて敏感に変動することが開示されている。温度変化によって実質的な光路長が変化すれば、過剰損失が変化しかねない。また、特許文献７には位相同期型の半導体レーザアレイは、温度変化による光路長変化によって位相同期状態を失うことが開示されている。この点からもツリー状光カプラ３７６の温度管理は必要である。
【０４８４】
なお、光集積回路３６９に代えて図３３に示した光集積回路４８０を用いることもできる。この場合は、共通ポート４８１を光ファイバ３７４と結合させる。また、高反射率コートを施した端面４６６と低反射率コートを施した端面４６７の位置を入れ替える。ファイバーグラッグ回折格子３７５は省略できる。これは光集積回路４８０がアレイ状導波路回折格子４６９を備えていて波長選択性があるためである。
【０４８５】
アレイ状導波路回折格子４６９もマルチモード干渉型光カプラを含んでいるために、温度変化による特性変化の問題が生じ得る。したがって、アレイ状導波路回折格子４６９の部分はヒートシンク３７９に接している必要がある。
【第四十五実施例】
【０４８６】
図６５に本発明の第四十五実施例のレーザ発振器８１０を示す。本実施例は第二十実施例において図２６に示したレーザ発振器３６０の変型例である。図６５（ａ）には基板３７０上に形成された光集積回路８１１の上面図を示す。また、図６５（ｂ）にはレーザ発振器８１０の側面図を示す。基板３７０の上面（光集積回路８１１が形成されている面）がヒートシンク３７９に対して接触するように取り付けられている。前述のジャンクションサイドダウン構造である。
【０４８７】
図６５と図２６との相違点は、基板３７０に４５°傾斜端面８１３を設けたことである。この４５°傾斜端面８１３の構造は図４８（ｂ）において示した４５°傾斜端面６２８の構造に準ずる。また、図４８（ｂ）における半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７に相当する図示しない半導体多層膜ブラッグ回折格子が設けられている。これらによって、共通ポート８１２が構成される。４５°傾斜端面８１３によって反射された出力光は基板３７０の裏面側から出射し、基板３７０の上方に設けた光ファイバ３７４へと導かれる。
【０４８８】
本実施例によれば、図示しない半導体多層膜ブラッグ回折格子は波長選択素子として機能するので、光ファイバブラッグ回折格子３７５は省略できるという利点がある。また、基板３７０をジャンクションサイドダウンで実装する際に、基板３７０とヒートシンク３７９を精密に位置合わせする必要が無いという利点がある。
【０４８９】
共通ポート８１２は受動型光導波路であっても能動型光導波路であっても良い。ただし、共通ポート８１２は受動型光導波路であることが好ましい。
【第四十六実施例】
【０４９０】
図６６に本発明の第四十六実施例のレーザ発振器８２０及びレーザ発振器８３０を示す。本実施例は第十二実施例において図１５に示したレーザ発振器の変型例である。
【０４９１】
レーザ発振器８２０では、半導体基板８２１上に、能動型マルチモード干渉型光カプラ８２２、共通光導波路８２３、分岐光導波路８２４、及び、鋸歯状反射面８２５が設けられている。
【０４９２】
能動型マルチモード干渉型光カプラ８２２は光増幅器の機能を有するマルチモード干渉型光カプラである点が、第十二実施例において図１５に示したレーザ発振器と異なる。このため、図１５に示した半導体光増幅素子２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８を省略することができる。このため、構造が簡単になるという利点がある。
【０４９３】
レーザ発振器８３０では、半導体基板８２１上に、ハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラ８３１、共通光導波路８２３、分岐光導波路８２４、及び、鋸歯状反射面８２５が設けられている。
【０４９４】
ハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラ８３１は光増幅機能を有する能動領域８３３と受動領域８３２を有する。ハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラ８３１では光密度が高くなる領域（共通光導波路８２３に近い領域）を受動型領域８３２としたのでエネルギーの集中によるデバイスの損傷を防ぐことができる。
【０４９５】
なお、非特許文献１には能動型マルチモード干渉型光カプラが開示されている。また、非特許文献２にはハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラが開示されている。
【０４９６】
共通光導波路８２３、分岐光導波路８２４は受動型の光導波路としたが、これらを能動型光導波路（光増幅機能を有する光導波路）とすることもできる。特にレーザ発振器８２０において、共通光導波路８２３、分岐光導波路８２４を能動型光導波路を用いて構築すると、全ての光導波路を能動型光導波路だけで構築できるので、製造プロセスが簡易になるという利点がある。
【０４９７】
図２６における光集積回路３６９に代えて、レーザ発振器８２０またはレーザ発振器８３０を用いることができる。図２７における光集積回路３９０に代えて、レーザ発振器８２０またはレーザ発振器８３０を用いることができる。図６４における光集積回路３６９に代えて、レーザ発振器８２０またはレーザ発振器８３０を用いることができる。
【０４９８】
共通光導波路８２３に図６５において示した４５°傾斜端面８１３と同様の構造を設けて基板８２１の裏面側から光を取り出すこともできる。
なお、共通光導波路８２３は複数設けることもできる。
【第四十七実施例】
【０４９９】
図６７と図６８に本発明の第四十七実施例の能動型マルチモード干渉型光カプラ８４０及びハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラ８５０を示す。本実施例は第四十六実施例において図６６に示した能動型マルチモード干渉型光カプラ８２２及びハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラ８３１の変型例である。
能動領域（光増幅領域）を含むマルチモード干渉型光カプラでは発熱による温度変化が生じやすい。さらに、注入電流による屈折率変化も生じる。このため、特性変化（過剰損失の変化）が生じやすい。
【０５００】
この問題を解決するために、図６７に示すように、能動型マルチモード干渉型光カプラ８４０の共通光導波路８４２にテーパ状光導波路８４３を、また、分岐光導波路８４４にテーパ状光導波路８４５をそれぞれ設けた。なお、能動型マルチモード干渉型光カプラ８４０には能動型（光増幅型）マルチモード干渉器８４１が設けられている。
【０５０１】
マルチモード干渉型光カプラにテーパ状光導波路を設けることによって、マルチモード干渉型光カプラの幅の変化によって生じる特性変化（過剰損失の変化）が低減できることが特許文献１０に開示されている。
【０５０２】
本実施例ではこのことを利用して能動型マルチモード干渉型光カプラ８４０の特性が温度や注入電流によって変化することを低減することができる。能動型マルチモード干渉型光カプラ８４０は図６６（ａ）に示したレーザ発振器８２０に適用することができる。
【０５０３】
テーパ状光導波路８４３、８４５、共通光導波路８４２、分岐光導波路８４４は受動型光導波路としたが、これらの光導波路の一部または全部を能動型としても良い。特に全ての光導波路を能動型とした構成は、受動型光導波路を設ける製造プロセスが省略できるので、製造プロセスが容易になるという利点がある。
【０５０４】
また、図６８に示すように、ハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラ８５０の共通光導波路８４２にテーパ状光導波路８４３を、また、分岐光導波路８４４にテーパ状光導波路８４５をそれぞれ設けた。なお、ハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラ８５０のマルチモード干渉器８５１には能動領域（光増幅領域）８５２と受動領域８５３が設けられている。
【０５０５】
この構成においては、分岐光導波路８４４とテーパ状光導波路８４５を能動型とすることもできる。
ハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラ８５０も温度や注入電流による特性変化を低減することができる。ハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラ８５０は図６６（ｂ）に示したレーザ発振器８３０に適用することができる。
【０５０６】
なお、共通光導波路と分岐光導波路にテーパ状光導波路を設けた受動型のマルチモード干渉型光カプラを、アレイ状導波路回折格子を用いた構成に適用することができる。すなわち、図１、図３、図４、図５、図７、図８、図９、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０、図２２、図３３、図３５、図３７、図３９、図５３、図５６、図５９、及び、図６０に示した構成に対して適用することができる。
【第四十八実施例】
【０５０７】
図６９と図７０に本発明の第四十八実施例のレーザ発振器８６０、及び、レーザ発振器８７０を示す。
【０５０８】
レーザ発振器８６０は基板８６１上に能動型（光増幅型）マルチモード干渉器８６２、アレイ状導波路８６４、共通光導波路８６３を設けた構造となっている。基板８６１の端面８６５と端面８６６には適切な反射率制御コーティングを施している。レーザ発振器８６０では能動型（光増幅型）マルチモード干渉器８６２が利得領域となってレーザ発振が生じる。
【０５０９】
共通光導波路８６３側から出力光８６７を取り出す場合は端面８６５に低反射率コートを施し、端面８６６に高反射率コートを施す。反対に、アレイ状導波路８６４側から出力光８６８を取り出す場合は端面８６６に低反射率コートを施し、端面８６５に高反射率コートを施す。
【０５１０】
アレイ状導波路８６４と共通光導波路８６３は受動型光導波路であるが、これらの光導波路を能動型（光増幅型）として構成しても良い。特にレーザ発振器８６０において、アレイ状導波路８６４と共通光導波路８６３を能動型光導波路で構築すると、全ての光導波路が能動型で構築できるので製造プロセスが簡易になるという利点がある。
【０５１１】
レーザ発振器８６０によれば、マルチモード干渉器８６２を能動領域として構成したので高い出力を得やすいという利点がある。
【０５１２】
レーザ発振器８７０はマルチモード干渉器８７１が能動領域（光増幅領域）８７２と受動領域８７３とから成り立っている点がレーザ発振器８６０と異なる。この構成によればマルチモード干渉器８７１のエネルギー密度が高い領域、すなわち、共通光導波路８６３に近い領域を受動型の光導波路で構築するので高い信頼性が期待できる。
【０５１３】
レーザ発振器８６０、及び、レーザ発振器８７０に対して、それぞれ、図６７及び図６８に示したテーパ状光導波路を適用することができる。これらの構造の採用により、温度変化や注入電流の変化に対する特性変化を低減することができる。
【０５１４】
また、能動型（光増幅型）マルチモード干渉器８６２の共通光導波路８６３側の側面８６９は、端面８６５に対して傾斜している。これにより所望でないサイドモード発振を抑圧することができる。このサイドモード発振は、能動型（光増幅型）マルチモード干渉器８６２からの側面８６９から漏洩した光が端面８６５で反射されて帰還し、結果として寄生共振器ができてしまうことにより生成する。側面８６９を端面８６５に対して傾斜させることにより、このような寄生共振器の生成を防ぐことができる。
【０５１５】
共通光導波路８６３は曲線状であるが、このことも不所望のサイドモード発振を防ぐ効果がある。これは、リーク光は共通光導波路８６３に沿って導波されるからである。共通光導波路８６３を曲線状にすることにより、リーク光が導波されることを妨げることができ、不所望のサイドモード発振を抑圧することができる。なお、これらの効果は、受動型のマルチモード干渉器を用いた場合でも同様である。
【０５１６】
レーザ発振器８６０、及び、レーザ発振器８７０を図２６における光集積回路３６９に代替して用いることができる。レーザ発振器８６０、及び、レーザ発振器８７０を図２７における光集積回路３９０に代替して用いることができる。レーザ発振器８６０、及び、レーザ発振器８７０を図３３における光集積回路４８０に代替して用いることができる。レーザ発振器８６０、及び、レーザ発振器８７０を図６４における光集積回路３６９に代替して用いることができる。
【０５１７】
共通光導波路８６３に図６５において示した４５°傾斜端面８１３と同様の構造を設けて基板８６１の裏面側から光を取り出すこともできる。
【第四十九実施例】
【０５１８】
図７１を参照して本発明の第四十九実施例のレーザ発振器について述べる。図７１は図４８に示した水平共振器型面発光レーザ６２２の構造を改めて示したものである。図７１には図５０に示したヒートシンク５９８が水平共振器型面発光レーザ６２２に接する様子を示した。
【０５１９】
図７１からわかるように４５°傾斜端面６２８近傍で発生した熱は熱流８８１となってヒートシンク５９８へと移動する。垂直端面６２９近傍に比べて熱流の経路が長くなり、放熱が難しいことがわかる。すなわち、４５°傾斜端面６２８は垂直端面６２９に比べて温度上昇し易くなる。
【０５２０】
半導体レーザの破壊モードのひとつに端面のカタストロフィック光学損傷が知られている。半導体レーザの端面には表面順位が形成されるためバンドギャップが狭くなる。このため、端面部分はレーザ光を吸収しやすく温度上昇が生じ易い。しかも、温度が上昇するとさらにバンドギャップが狭くなり、より多くのレーザ光吸収が生じる。このため悪循環が生じて端面が破壊される。このような現象をカタストロフィック光学損傷と呼ぶ。
【０５２１】
図７１から明らかなように、４５°傾斜端面６２８は垂直端面６２９に比べて温度上昇し易く、したがってカタストロフィック光学損傷が生じ易い。通常のファブリーペロー型半導体レーザは垂直端面を２つ使って構成されている。これに比べて４５°傾斜端面６２８を備えた水平共振器型面発光レーザ６２２はカタストロフィック光学損傷がより起こり易い。
【０５２２】
この問題を解決するために、本発明の四十九実施例のレーザ発振器では基板６２１としてＧａＡｓ基板を用い、水平共振器型面発光レーザ６２２をＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料を用いて構成した。ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料とはＧａＡｓ基板に格子整合したＩｎＧａＡｓＰ材料のことである。ただし、ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料には格子定数をＧａＡｓ基板の格子定数から意図的にずらした活性層用の歪量子井戸構造は含まれるものとする。
【０５２３】
ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料で構成した半導体レーザに比べて端面がカタストロフィック光学損傷を起こし難い。したがってより大出力のレーザ発振器を得ることができる。
【０５２４】
また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料はアルミニウムを含まないために結晶の再成長が可能である。したがって、ＧａＡｓに格子整合したＩｎＧａＡｓＰ埋め込み層を用いたウインドー構造を形成することができる。また、ＧａＡｓに格子整合したＩｎＧａＡｓＰ受動型光導波路を形成し、半導体光増幅素子と集積化することもできる。
【０５２５】
また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料は８００から１１００ｎｍの波長のレーザ光を発生させることができる。そして、波長が９００ｎｍより長い光はＧａＡｓ基板側から取り出すことができる。
【０５２６】
このため、光ファイバ増幅器、ファイバレーザー、固体レーザの励起光源を構築するのに適している。具体的には、９１５ｎｍ、９４０ｎｍ、９６０ｎｍ、９８０ｎｍ、及び、１０６４ｎｍなどの波長を発生させるのに適している。これらの波長に対して、ＧａＡｓ基板は透明である。
【０５２７】
なお、波長９１５ｎｍとはＹｂドープしたシリカ系ガラス、波長９４０ｎｍと波長９６０はＹｂドープＹＡＧ結晶、波長９８０ｎｍはＹｂドープしたシリカ系ガラスもしくはＥｒドープしたシリカ系ガラスからなる固体レーザの励起波長に対応する。
【０５２８】
また、上記と同様の理由から、ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料は図５２に示した水平共振器型面発光レーザ６５０に対しても好ましく用いることができる。
【第五十実施例】
【０５２９】
図７２に本発明の第五十実施例のレーザ発振器８８０を示す。本実施例では、水平共振器型面発光レーザ６２２の４５°傾斜端面６２８と垂直端面６２９の近傍に活性層の無秩序化領域８８２と８８３を、それぞれ設けた。また、また、上部クラッド層６２４の活性層の無秩序化領域８８２と８８３に対応する位置に、電流阻止領域８８３と８８４を、それぞれ設けた。
【０５３０】
垂直端面６２９には高反射率（９８％）コートを施した。また、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率は４−２０％程度の低反射率とした。すなわち、垂直端面６２９の反射率が半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率より大きくなるようにした。出力光は基板６２１側から取り出した。
【０５３１】
このように構成することにより、基板６２１側から取り出すレーザ光を大出力化できる。また、レーザ光の取り出し効率を向上させることができる。なお、垂直端面６２９の反射率が半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率より大きくなるようにする構成は、図４８の構成に対しても適用可能である。
【０５３２】
無秩序化領域８８２と８８３はレーザの波長に対して透過性である。また、電流阻止領域８８３と８８４のために励起されていない。このため、これらの無秩序化領域はウインドー領域として機能し、端面のカタストロフィック光学損傷を防ぐことができる。
【０５３３】
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いた水平共振器型面発光レーザにおいて、傾斜端面にＩｎＰ埋め込み層によってウインドー構造を形成させる手法は公知である。しかし、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料もしくはＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料はアルミニウムを含んでいるために、再成長が困難である。このため、埋め込み層を用いてウインドー構造を形成するのが困難である。
【０５３４】
これに対して本実施例では、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料もしくはＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料を用いて量子井戸構造の活性層を形成した後、不純物もしくは空孔の拡散によって量子井戸を含む活性層を無秩序化して、無秩序化領域８８２と８８３を形成した。したがって、再成長を用いることなくウインドー領域を形成することができる。
【０５３５】
一方、ＡｓとＰという二種類のＶ族元素を含むＩｎＧａＡｓＰ系材料では不純物もしくは空孔の拡散による量子井戸の無秩序化という現象は生じないことが知られている。つまり、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料もしくはＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料では、本実施例の構造を作ることは、極めて困難である。
【０５３６】
ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料もしくはＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料は、波長範囲９００−１１００ｎｍのレーザ光を生成でき、かつ、ＧａＡｓ基板はこの波長範囲に対して透過性である。
【０５３７】
波長範囲９００−１１００ｎｍのレーザ光はＹｂ：ＹＡＧ、Ｙｂ：シリカ、あるいはＥｒ：シリカなどの固体レーザ、ファイバレーザ、光ファイバ増幅器などの励起光源として有用である。
【０５３８】
なお、垂直端面６２９の反射率が半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率より大きくなるようにした場合は、垂直端面６２９側のウインドー領域を省略することができる。すなわち、活性層の無秩序化領域８８３と電流阻止領域８８４を省略することができる。これは、この場合、光強度は反射率の大きなブラッグ回折格子６２７側が大きく、反射率の小さな垂直端面６２９における光強度が小さくなるからである。垂直端面６２９の反射率と半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率を適切に設計することにより、垂直端面６２９側のウインドー領域を省略してもかなり大きな出力を得ることができる。
【第五十一実施例】
【０５３９】
図７３を参照して本発明の第五十一実施例のレーザ発振器について述べる。図７３（ａ）は横モードが単一のシングルモードレーザ８８７を複数並べたレーザアレイ８８５である。アレイ全体の幅はＷである。図７３（ｂ）は幅がＷのブロードエリアレーザ８８６である。
【０５４０】
図７３（ａ）からわかるように、レーザアレイ８８５では複数のシングルモードレーザ８８７の間には間隔があり、レーザとして機能する実質的な幅はＷより小さい。一方、ブロードエリアレーザ８８６は幅Ｗが全てレーザとして機能する。
【０５４１】
本実施例では、このブロードエリアレーザの構造を図７１に示した水平共振器型面発光レーザ６２２に対して適用した。レーザアレイ８８５とブロードエリアレーザ８８６で同じ出力を出した場合、端面のエネルギー密度はブロードエリアレーザの方が小さい。このため、ブロードエリア構造を採用した水平共振器型面発光レーザ６２２では、４５°傾斜端面６２８の温度を下げることができるという利点が生じる。
【０５４２】
ブロードエリアレーザとして構築した水平共振器型面発光レーザ６２２の横モードはマルチモードとなる。水平共振器型面発光レーザ６２２の複数の横モード光は、それぞれ、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７と、互いに異なる固有の波長で結合する。しかしながら、複数の横モードの固有発振波長は互いに近接したものとなる。したがって、ブロードエリアレーザとして構築された水平共振器型面発光レーザ６２２の発光スペクトラムは、通常のファブリーペロー型のブロードエリアレーザよりも狭いものとなる。
【０５４３】
このような横モードがマルチモードで、狭い波長範囲に集中したマルチ縦モードのレーザは、固体レーザの励起のような、波長依存性が高くスペックル雑音を嫌う用途に適している。
【０５４４】
Ｎｄ：ＹＡＧやＹｂ：ＹＡＧなどの固体レーザ媒質は吸収スペクトルの幅が狭いので、励起光が吸収ピークに対応してなるべく波長範囲が狭いことが望ましい。その一方で、スペクトル純度が高くコヒーレンスが高いレーザ光を励起光として自由空間光学系を介して照射すると、スペックルが生じて励起光の照射不均一性を生じてしまう。
【０５４５】
ブロードエリアレーザとして構築された水平共振器型面発光レーザ６２２のマルチ縦モード発振では狭い波長範囲にエネルギーが集中しているので固体レーザ媒質の励起効率が高い。しかも、横モードも縦モードもマルチモードなので励起光のコヒーレンスは小さい。したがって、スペックル雑音が小さく、励起光が不均一に照射されることが無い。
【０５４６】
ブロードエリアレーザの構造を採用した水平共振器型面発光レーザ６２２のストライプ幅Ｗは１０−２００μｍが望ましく、典型的な値としては１００μｍである。また、共振器長Ｌとしては１０００μｍ−１００００μｍであり、典型的な値としては２０００μｍである。
【０５４７】
図５２に示した水平共振器型面発光レーザ６５０を用いてブロードエリアレーザを構築することもできる。この場合も、ブラッグ回折格子６５１を適切に設計することにより、横モードがマルチモードで、狭い波長領域に集中した縦モードがマルチモードのレーザ光を得ることができる。
【０５４８】
本実施例のブロードエリアレーザは単一で用いることもできるが、図４９や図５１に示した構成に適用して、ブロードエリアレーザのアレイ構造として用いることもできる。
【第五十二実施例】
【０５４９】
図７４に本発明の第五十二実施例のレーザ発振器８９０を示す。本実施例では、水平共振器型面発光レーザ６２２の活性層６２５を分離閉じ込めヘテロ構造層８９２と量子井戸層８９１で構築した。分離閉じ込めヘテロ構造層８９２は光導波路構造を有していて、光を閉じ込める働きをする。一方、量子井戸層８９１はキャリアを閉じ込める働きをする。
【０５５０】
レーザ発振器８９０を構成する材料系としてはＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系を用い、発振波長は９８０ｎｍである。上部クラッド層６２４と下部クラッド層６２６はＡｌＧａＡｓ、分離閉じ込めヘテロ構造層８９２はＧａＡｓ、量子井戸層８９１はバリア層がＧａＡｓ、ウエル層がＩｎＧａＡｓから成る歪量子移動構造である。
【０５５１】
本実施例では４５°傾斜端面６２８と垂直端面６２９の近傍に量子井戸層欠損領域８９３と８９４をそれぞれ設けた。また、上部クラッド層６２４の量子井戸層欠損領域８９３と８９４に対応する位置に、電流阻止領域８９５と８９６をそれぞれ設けた。
【０５５２】
量子井戸層欠損領域８９３と８９４はレーザの波長に対して透過性であり、また、電流阻止領域８９５と８９６のために励起されていない。このため、量子井戸層欠損領域８９３と８９４は受動型光導波路として機能し、端面のカタストロフィック光学損傷を防ぐことができる。
【０５５３】
垂直端面６２９には高反射率（９８％）コートを施した。また、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率は４−２０％程度の低反射率とした。すなわち、垂直端面６２９の反射率が半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率より大きくなるようにした。出力光は基板６２１側から取り出した。
【０５５４】
このように構成することにより、基板６２１側から取り出すレーザ光を大出力化できる。また、レーザ光の取り出し効率を向上させることができる。
【０５５５】
また、この場合は垂直端面６２９側のウインドー領域を省略することもできる。すなわち、活性層の量子井戸層欠損領域８９４と電流阻止領域８９６を省略することができる。これは、この場合、光強度は反射率の大きなブラッグ回折格子６２７側が大きく、反射率の小さな垂直端面６２９における光強度が小さくなるからである。垂直端面６２９の反射率と半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率を適切に設計することにより、垂直端面６２９側のウインドー領域を省略してもかなり大きな出力を得ることができる。
【０５５６】
図７５にレーザ発振器８９０の製造工程の一部を示す。図７５（ａ）は基板６２１上にＭＯＣＶＤ法で半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７、下部クラッド層６２６、量子井戸層８９１、分離閉じ込めヘテロ構造層８９２を成長した状態を示す。それぞれ、下部クラッド層６２６はＡｌＧａＡｓ、量子井戸層８９１はウエルがＩｎＧａＡｓでバリアがＧａＡｓ、分離閉じ込めヘテロ構造層８９２はＧａＡｓからなる。
【０５５７】
図７５（ｂ）はＳｉＯ（もしくはＳｉＮ）からなるマスク８９７を設け、このマスクをレジストとして用いてドライエッチングをした状態を示す。エッチングは下部クラッド層６２６に達しないように制御されているので、ＡｌＧａＡｓ層は露出しない。
【０５５８】
図７５（ｃ）はマスク８９７を維持したままＭＯＣＶＤ法でＧａＡsの選択成長を行った状態を示す。この工程により、量子井戸層欠損領域８９３と８９４が形成される。
【０５５９】
図７５（ｄ）はマスク８９７を除去した後、分離閉じ込めヘテロ構造層８９２上に上部クラッド層６２４を再成長した状態を示す。この再成長もＭＯＣＶＤ法によって行う。上部クラッド層６２４はＡｌＧａＡｓである。ただし、ＡｌＧａＡｓの成長の直前に図示しない薄いＧａＡｓバッファ層を成長させている。このバッファ層は分離閉じ込めヘテロ構造層８９２の一部として機能する。
【０５６０】
図７５の工程によれば、ＡｌＧａＡｓを大気にさらすことなく製造できるので、アルミニウムを含む材料で生じる再成長の困難さを回避することができる。
【０５６１】
本実施例によれば、ＡｌＧａＡｓを含む材料系において、再成長を用いて受動型光導波路を構築することができる。これによって、端面のカタストロフィック光学損傷の起こり難いレーザ発振器を構築することができる。
【０５６２】
また、図１の構成を始めとする、半導体光増幅領域と受動型光導波路を集積化した構造に本実施例の構造と製造法は適用することができる。したがって、ＡｌＧａＡｓ系の材料でも再成長を用いて、半導体光増幅領域と受動型光導波路を集積化した構造を構築できるという利点が生じる。本実施例の構造により、波長９００−１１００ｎｍ付近のレーザ発振器、光増幅器を実現することができる。
【０５６３】
なお、図５、図７、図８、図９、図１３、図２２に示した端面６０の近傍、図２２に示した端面９０の近傍、図２６、図２７に示した端面３７１の近傍、図３２、図３３に示した端面４６７の近傍、図３４、図３５、図３６、図３７に示した端面５０２の近傍、図４０に示した端面５０２の近傍に、電流阻止領域８９６と量子井戸層欠損領域８９４を設けてウインドー構造とすることができる。
【第五十三実施例】
【０５６４】
再び図４８を参照して本発明の第五十三実施例のレーザ発振器について述べる。本実施例の特徴は、図４８に示した基板６２１としてＡｌＧａＡｓ基板を用いたことにある。ＡｌＧａＡｓ基板はＧａＡｓ基板に比べてバンドギャップが広く、短波長のレーザ光を基板側から取り出すことができる。一例として、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓの混晶比からなるＡｌＧａＡｓウエハを基板６２１として用いることにより、図４８の構成において出力光６３４として６５０ｎｍより長い波長のレーザ光を取り出すことができる。
【０５６５】
なお上部クラッド層６２４、活性層６２５、下部クラッド層の材料系としてはＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系、及び、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系などを用いることができる。
【０５６６】
ＡｌＧａＡｓ基板は、ＧａＡｓ基板上に液相エピタキシャル法により５０−３００μｍ程度の厚さのＡｌＧａＡｓを成長させた後、ＧａＡs基板を研磨やエッチングによって除去することにより得ることができる。
【０５６７】
これにより、例えばＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系もしくはＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系用いて、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの励起に適した８０８ｎｍのレーザ光を図４８の構成において生成することができる。また、ＡｌＧａＡｓ基板は図４１、図５２、及び、図５４に示した構成に対して適用することができる。
【０５６８】
上記の構成によれば、基板にＡｌＧａＡｓ基板を用いているので、基板に開口部を設ける必要が無い。したがって、製造プロセスが簡易になる。また、基板の機械的強度が高く保たれ、高い信頼性が得られる。
【０５６９】
図７６に本実施例の変型例であるレーザ発振器９００を示す。この変型例では、基板６２１をＧａＡs層９０１とＡｌＧａＡｓ層９０２の積層構造とした。また、エッチングにより開口部９０３を形成した。ＡｌＧａＡｓ層９０２はＧａＡs層９０１上に液相エピタキシャル法により成長し、その厚さは１０−１００μｍであり、典型的には５０μｍである。なお、液相エピタキシャル法によりに代えてＭＯＣＶＤ法で成長しても良い。ＭＯＣＶＤ法は１０μｍ／時以上の高速成長が可能であるので、厚いエピタキシャル層を比較的容易に積層することができる。
【０５７０】
レーザ発振器９００の構造によれば十分な厚さのＡｌＧａＡｓ層９０２を設けてあるので、エッチングにより開口部９０３を形成しても、機械強度を保つことができる。すなわち、レーザ発振器９００では、発振するレーザ波長に対して透明でない基板上に透明な層を機械強度的に十分な厚さ形成した上で、基板に裏面側からエッチングで開口部を形成した構成を採用している。図７６に示した構成を図４３、図５２、及び、図５４に対して適用することができる。
【０５７１】
また、ＧａＮ系の半導体レーザの場合も、サファイアなどの生成するレーザ光に対して透明な基板を選択することができるので、図４１、図４８、図５２、図５４、及び、図７６に示したような構成をとることができる。
【０５７２】
上記のような基板裏面側から出力光を取り出す水平共振器型面発光レーザは、二次元配置が可能であり、トータルの出力を大出力化できる。そして、ジャンクションサイドダウンにより良好な冷却特性が得られる。
【第五十四実施例】
【０５７３】
再び図６３を参照して本発明の第五十四実施例の固体レーザについて述べる。本実施例の特徴は、励起光源７６５、７７１として裏面から光を取り出す構造の水平共振器型面発光レーザを二次元配列したレーザアレイを用いた点にある。この二次元配列されたレーザアレイから成るレーザ発振器６２０は図５０に示すようにジャンクションサイドダウンでヒートシンク５９８に取り付けられるので、冷却特性が良く大出力の励起光を取り出すことができる。したがって、固体レーザのレーザ光出力を大出力化できる。
【０５７４】
励起光源７６５、７７１からの励起光は、自由空間光学系を介して固体レーザロッド７６１に照射される。自由空間光学系とは、直接照射、レンズを介した光学系、反射鏡を介した光学系、断面積が比較的大きなライトガイドなど、あるいは、これらの組み合わせから成る光学系を意味する。また、固体レーザロッド７６１に代えて、スラブ状固体レーザ媒体、ディスク状固体レーザ媒体を用いることができる。
【０５７５】
二次元配列されたレーザアレイは面状の拡がりを有する光源となっているので、簡易な自由空間光学系を介して励起光照射が可能である。したがって、固体レーザの構造を簡易化できるという利点がある。
【０５７６】
固体レーザ媒質として、Ｎｄ：ＹＡＧもしくはＮｄ：リン酸ガラスを用いた場合は８０８ｎｍ付近の波長の励起光が適する。波長８０８ｎｍ付近にＮｄ：ＹＡＧもしくはＮｄ：リン酸ガラスの吸収スペクトルが存在するからである。
【０５７７】
この用途のためには、第五十三実施例などにおいて説明したようなレーザ発振器を好ましく用いることができる。すなわち、水平共振器型面発光レーザの基板にＡｌＧａＡｓを用いたレーザ発振器である。このレーザ発振器は基板に開口部を設けないので機械的強度が高く、その結果、固体レーザの信頼性を高く保つことができる。あるいは、基板に開口部を設ける場合でも、十分な厚さのＡｌＧａＡｓ層を設けてあり、機械的強度が補強されている。したがって、固体レーザの信頼性を高く保つことができる。
【０５７８】
固体レーザ媒質としてＹｂ：ＹＡＧを用いた場合は９４０ｎｍ付近もしくは９６０ｎｍ付近の励起光が適する。波長９４０ｎｍ付近もしくは９６０ｎｍ付近にＹｂ：ＹＡＧの吸収スペクトルが存在するからである。
【０５７９】
この場合の励起光源は第四十九実施例などにおいて説明したようなレーザ発振器を好ましく用いることができる。すなわち、水平共振器型面発光レーザの基板にＧａＡｓを用いたレーザ発振器である。
【０５８０】
また、固体レーザ媒質としてＹｂ：シリカを用いた場合は９１５ｎｍ付近もしくは９７７ｎｍ付近の励起光が適する。波長９１５ｎｍ付近もしくは９７７ｎｍ付近にＹｂ：シリカの吸収スペクトルが存在するからである。
【０５８１】
この場合の励起光源は第四十九実施例などにおいて説明したようなレーザ発振器を好ましく用いることができる。すなわち、水平共振器型面発光レーザの基板にＧａＡｓを用いたレーザ発振器である。この励起用のレーザ発振器は基板に開口部を設けないので機械的強度が高く、その結果、固体レーザの信頼性を高く保つことができる。
【０５８２】
上記の構成によれば、簡易な光学系で励起光源からの光を固体レーザ媒質に照射することができる。また、励起光源を効率よく冷却することができる。そして、大出力の励起光源を容易に構成することができる。また、固体レーザの信頼性を高く保つことができる。
【０５８３】
また、本実施例の変形として、アレイ化した位相同期レーザを励起光源７６５あるいは７７１として用いることもできる。アレイ化した位相同期レーザは図５５に示した光集積回路７００あるいは図５６に示した光集積回路７１０を例示することができる。これらは一次元配列のアレイ化した位相同期レーザであるが、二次元配列のアレイ化した位相同期レーザを用いることもできる。例えば、図５３に示したレーザ発振器６８０は二次元配列のアレイ化した位相同期レーザである。
【０５８４】
位相同期レーザは出力光の指向性が高いために高い効率で固体レーザ媒質を照射することができる。一方、位相同期レーザではコヒーレンスが高いためにスペックルによる照射不均一が生じやすいという問題が生じる。複数の位相同期レーザをアレイ配列することにより、高い指向性を維持しつつ、コヒーレンスを低下させてスペックルによる照射不均一の問題を低減することができる。
【０５８５】
また、レーザ発振器６８０や光集積回路７１０のようなアレイ状導波路回折格子を用いた位相同期レーザでは発振波長が安定している。このことは、吸収スペクトル線幅の狭い固体レーザ媒質の励起に適している。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧの８０８ｎｍの吸収線、Ｙｂ：ＹＡＧの８４０ｎｍ、及び、８６０ｎｍの吸収線の励起などに特に適している。
【第五十五実施例】
【０５８６】
再び図２６を参照して本発明の第五十五実施例のレーザ発振器について述べる。本実施例では、半導体ベースの光導波路３７７として、半導体光増幅素子３６１ないし３６８と同様の構造の光導波路を用いて能動型（光増幅機能を有する）光導波路とした。したがって、ツリー状光カプラ３７６と共通ポート３７８も能動型の光導波路となる。
【０５８７】
この構成によれば、能動型と受動型の光導波路を別個に形成する必要が無いので、製造プロセスが簡単になるという利点がある。
【０５８８】
半導体ベースの光導波路３７７を能動型光導波路とする構成は、図１、図３、図４、図５、図７、図８、図１５、図１６、図１７、図１８、図２７、及び、図２８に対しても適用することができる。
【０５８９】
図２６の構成において、半導体ベースの光導波路３７７を能動型とした場合、共通ポート３７８のエネルギー密度が非常に大きくなり、この部分での光損傷が最大出力を制限してしまうという問題がある。これに対して、図３２の構成において、ツリー状光カプラ４６５、共通ポート４７９を構成する光導波路を能動型とした場合、エネルギー密度が高いのは半導体光増幅素子４６１ないし４６４側となる。これは、端面４６６側が高反射率で端面４６７が低反射率となっているためである。したがって、図３２の構成において全ての光導波路を能動型とした場合、より高い出力のレーザ光を得ることができるという利点が生じる。
【０５９０】
このことは、図３３、図３４、図３５、図５３、図５５、及び、図５６の構成についても当てはまる。
【０５９１】
本実施例によれば、光導波路を能動型に統一したので、製造プロセスを簡易にすることができる。また、共通ポート側に高反射率コートを施し共通ポートの反対側に低反射率コートを施して、共通ポートの反対側から光を取り出すようにした構成では、より高いレーザ出力を得ることができるという利点がある。
【第五十六実施例】
【０５９２】
図７７に本発明の第五十六実施例のレーザ発振器９１０を示す。本実施例は図３２に示したレーザ発振器の変型例である。光集積回路９１１９１１上にＤＦＢレーザ９１２を設けたことが主要な変更点である。ツリー状光カプラ４６５は受動型であっても能動型であっても良い。
【０５９３】
ＤＦＢレーザ９１２はマスターオシレータとして機能してレーザ光を生成する。生成されたレーザ光は、ツリー状光カプラ４６５と半導体光増幅素子４６１ないし４６４からなる光増幅器により増幅される。すなわち、レーザ発振器９１０はマスターオシレータパワーアンプリファイアとして動作する。
【０５９４】
この構成には、単一モード光ファイバ４７３にファイバーブラッグ回折格子を設ける必要が無いという利点がある。
【０５９５】
なお、シリンドリカルレンズ４７１、４７２から成る光学系に代えて、図３３に示したシリンドリカルレンズ４７６、光アイソレータ４７７、レンズ４７８を用いた光学系を用いることができる。
【第五十七実施例】
【０５９６】
図７８に本発明の第五十七実施例の光増幅器９２０を示す。本実施例は図３２に示したレーザ発振器を変型して光増幅器としたものである。光集積回路９２１において、端面９２２、９２３双方に低反射率コートを施して光集積回路９２１を光増幅器として機能させるようにした。
【０５９７】
そして、入力側光ファイバ９２４と入力側結合レンズ９２５を設けた。入力側光ファイバ９２４からの光信号は入力側結合レンズ９２５経て、光集積回路９２１によって増幅される。増幅された光信号はシリンドリカルレンズ４７１、４７２によって単一モード光ファイバ４７３に出力される。
【０５９８】
ツリー状光カプラ４６５は受動型であっても能動型であっても良いが、雑音指数の観点からは能動型であることが望ましい。ツリー状光カプラ４６５は波長選択性が無いために、広帯域の光増幅器を容易に実現できるという利点がある。
【０５９９】
なお、シリンドリカルレンズ４７１、４７２から成る光学系に代えて、図３３に示したシリンドリカルレンズ４７６、光アイソレータ４７７、レンズ４７８を用いた光学系を用いることができる。
【第五十八実施例】
【０６００】
図７９、図８０、図４８、図４９を参照して、本発明の第五十八実施例のレーザ発振器について述べる。本実施例は図８０あるいは図４９に示したスリット状電極６３１の幅を規定することにより、効率的なレーザ光取り出しを実現するものである。
【０６０１】
図７９は、図４８（ｂ）に示した水平共振器型面発光レーザ６２２からの出力光６３４の挙動について示した図である。図７９において、出力光６３４は裏面電極のスリット状開口部６３１を出射した後は、拡がり角θで拡散する。基板６２１は半導体材料であり、その屈折率をｎとした時、基板６２１内での出力光６３４の拡がり角θ'は、θの１／ｎとなる。基板６２１の厚さをｄとすると、裏面電極のスリット状開口部６３１における出力光の拡がりはθ'ｄとなる。このθ'ｄよりも広く裏面電極のスリット状開口部６３１の幅を設定することにより光量損失を抑えることができる。本実施例では、この関係から、裏面電極のスリット状開口部６３１の幅ｗを以下の式で規定した。
ｗ＝ｋｄθ／ｎ                    （１４）
ただし、ｗはスリット状電極６３１の幅、ｋは係数、ｄは基板６２１の厚さ、θは出力光６３４の全幅半値で規定された拡がり角（ラジアン）、そして、ｎは基板６２１の屈折率である。
【０６０２】
係数ｋの値はｋ≧１であり、１≦ｋ≦４が好ましく、２≦ｋ≦３が特に好ましい。裏面電極のスリット状開口部６３１の幅ｗは広いほど取り出される出力光６３４が多くなるが、裏面電極６３０の電気抵抗の点では不利となる。これらのトレードオフ関係を考慮して上記のｋの範囲を規定した。
【０６０３】
θは半導体レーザの接合面に対して垂直方向の拡がり角度に対応し、その値は０．３３ｒａｄ（２０°）から０．８３ｒａｄ（５０°）である。典型的には０．６ｒａｄ（３６°）である。式（１４）の計算例を挙げるならば、θ＝０．６ｒａｄ（３６°）、ｎ＝３．５、ｄ＝１００μｍ、そして、ｋ＝２とすると、ｗ≒３４μｍとなる。
【０６０４】
図８０（ａ）はレーザ発振器６２０を裏面側から見た図であり、図４９に示した図と同様のものである。図８０（ｂ）裏面電極のスリット状開口部６３１のＦ−Ｆ'断面図を示す。複数の水平共振器型面発光レーザ６２２からの出力光６３４が重複して拡がっていく様子が示されている。したがって、個々の水平共振器型面発光レーザ６２２に対応した開口部を設けるよりも開口部の総面積を低減できる。したがって同じ光量損失の時の裏面電極６３０の電気抵抗をより低くすることができる。
【０６０５】
すなわち、複数の水平共振器型面発光レーザ６２２の出射点を直線状に並べ、これに対応するように裏面電極６３０にスリット状開口部６３１を設けたので、複数の水平共振器型面発光レーザ６２２の出力光の拡がりを重複して外部に取り出すことができる。したがって、開口部の総面積を低減でき、このため裏面電極６３０の電気抵抗を低減できる。
【０６０６】
この効果は、水平共振器型面発光レーザ６２２がナローストライプ型の横モードがシングルモードのレーザであっても、ブロードエリア型の横モードがマルチモードのレーザであっても有効である。しかし、特にナローストライプ型の横モードがシングルモードのレーザに対しては開口部の総面積を低減効果が大きい。
【０６０７】
なお、本実施例の構成は５２（ａ）に示したような水平共振器型面発光レーザにも適用可能である。
【第五十九実施例】
【０６０８】
図８１に本発明の第五十九実施例のレーザ発振器９３０を示す。本実施例は図４８（ｂ）に示した水平共振器型面発光レーザ６２２の変型例である。本実施例の特徴は、レーザ出力光９３５を垂直端面９３６側から取り出すようにしたことである。したがって、レーザ発振器９３０は面発光レーザではなく、端面発光レーザである。
【０６０９】
レーザ発振器９３０内でレーザ光９３１は４５°傾斜端面６２８で反射されて、レーザ光９３２となり、さらに半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７で反射されてレーザ光９３３となる。レーザ光９３３は、４５°傾斜端面６２８で反射されてレーザ光９３４として、垂直端面９３６側へと向かう。そして、最終的にレーザ出力光９３５として出射する。
【０６１０】
垂直端面９３６には低反射率コートが施されており、例えば、反射率は４％である。半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７は高反射率になるように層数が設定されていて、例えば、反射率は９８％である。すなわち、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率が垂直端面９３６の反射率より高くなるように設定されている。
【０６１１】
このように、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７と垂直端面９３６の反射率を設定することにより、レーザ出力光９３５の出力を向上させ、また、光の取り出し効率を向上させることができる。
【０６１２】
本実施例では、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７は波長選択用素子として機能し、特定の波長のレーザ発振を生成する。すなわち、ＤＦＢレーザのブラッグ回折格子機能を代替したものと等価である。
【０６１３】
本実施例の構成によれば、クラッド層中にブラッグ回折格子を設ける工程が不要となる。ＤＦＢレーザのブラッグ回折格子を形成するには、高価な電子ビーム描画装置が必要である。これに対して、本実施例の構成では、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７は半導体レーザの層構造を成長する際に同時形成できるので、高価な電子ビーム描画装置は不要である。
【０６１４】
本実施例の構成は水平共振器を採用しているので、利得領域の長さが長く、レーザ発振が容易であり、また、大出力化が可能である。一方、垂直共振器型面発光レーザは利得領域が短いので、発振が難しく大出力化が困難である。したがって、これらの観点からは、本実施例の水平共振器型面発光レーザは垂直共振器型面発光レーザに比べて優れている。
【０６１５】
また、ＤＦＢレーザの製造工程は、結晶成長、フォトリソグラフィーによるブラッグ回折格子形成、結晶の再成長というプロセスである。結晶成長２回。フォトリソグラフィー１回である。これに対して、本実施例では、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７、下部クラッド層６２６、活性層６２５、上部クラッド層６２４は、一回のＭＯＣＶＤ成長で形成できる。すなわち、結晶成長１回と傾斜端面形成用フォトリソグラフィー１回で良い。したがって、本実施例の構成は製造工程が簡易である。
【０６１６】
また、ＤＦＢレーザは結晶成長とエッチングを交互に複数回行うので、製造途上の内部構造が大気にさらされてしまい、歩留りの低下や信頼性の低下という問題が生じやすい。これに比べて、本実施例では高い歩留りと高い信頼性が得られるという利点がある。
【０６１７】
特にＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ／ＧａＡｓ系、あるいは、ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ系などのアルミニウムを含むＩＩＩ‐Ｖ族結晶系は、再成長時に問題が生じやすい。これらの材料系を用いて本実施例のレーザ発振器を形成することは特段の利点が生じることになる。
【０６１８】
本実施例では垂直端面９３６側から出力レーザ光９３５を取り出すので、基板６２１が吸収してしまう波長の光も取りだすことができる。具体的にはＧａＡｓ基板を用いた時に８５０ｎｍより短い波長の光を取り出すのに適している。
【０６１９】
本実施例では図４８における裏面電極のスリット状開口部６３１を設ける必要が無い。したがって、本実施例によれば製造プロセスが簡易となる。
【０６２０】
以上、本実施例によれば、簡易な製造プロセスの下、波長制御されたレーザ発振器を得ることができる。
【０６２１】
本実施例において、上部電極６２３に接してヒートシンクを設けてジャンションサイドダウン実装とすることもできる。これにより、放熱特性を改善してレーザ光出力を増加させることができる。
【０６２２】
図７２や図７４に示したウインドー構造を垂直端面９３６と４５°傾斜端面６２８の近傍に設けることもできる。これにより、端面のカタストロフィック光学損傷の発生を抑制し、レーザ光の大出力化を図ることができる。また、垂直端面９３６と４５°傾斜端面６２８の近傍に他のウインドー構造を設けることもできる。
【０６２３】
半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７の反射率が垂直端面９３６の反射率より高くなるように設定されている場合は、垂直端面９３６の近傍にのみウインドー領域を設けることができる。
【第六十実施例】
【０６２４】
図８２に本発明の第六十実施例のレーザ発振器９４０を示す。本実施例は図３２に示したレーザ発振器の変型例である。光集積回路９４１中のツリー状光カプラ４６５の共通ポート９４２の位置に４５°傾斜端面９４３を設けたこと、ツリー状光カプラ４６５の基板４６８側に半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７を設けた点がことなる。ツリー状光カプラ４６５は受動型であっても能動型であっても良い。
【０６２５】
この場合の半導体光増幅素子４６１ないし４６４の断面構造は図８１に示したレーザ発振器９３０の断面構造に準ずる。また、その動作原理もレーザ発振器９３０のそれに準ずる。
【０６２６】
本実施例では、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７は波長選択用素子として機能し、特定の波長のレーザ発振を生成する。したがって、単一モード光ファイバ４７３にファイバーブラッグ回折格子を設ける必要が無い。
【０６２７】
このため、図３３に示した構造に準じて、光アイソレータ４７７を光集積回路９４１と光ファイバ４７３の間に設けることもできる。
【０６２８】
半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７は図２７に示した分布帰還型反射器３８２と同様の機能を有する。本実施例ではツリー状光カプラ４６５の縦構造をＭＯＣＶＤによって成長する際に半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７も同時に成長を行う。したがって、示した分布帰還型反射器３８２を形成するのに比べて簡易な製造プロセスによって同等の機能を実現できる。
【０６２９】
図７２や図７４に示したウインドー構造を垂直端面４６７と４５°傾斜端面９４３の近傍に設けることもできる。これにより、端面のカタストロフィック光学損傷の発生を抑制し、レーザ光の大出力化を図ることができる。
【第六十一実施例】
【０６３０】
図８３に本発明の第六十一実施例のレーザ発振器９５０、及び、レーザ発振器９６０を示す。本実施例は図１８に示したレーザ発振器に図１０もしくは図１２に示した波長制御電極部１３１を付加したものである。
【０６３１】
図８３（ａ）に示すレーザ発振器９５０は図１８に示した構成に加えて、波長制御電極９５１と９５２を付加している。波長制御電極９５１及び９５２は図１０もしくは図１２に示した構造を有している。この構成により、レーザ発振器９５０は波長を変えることができる。
【０６３２】
図８３（ｂ）に示すレーザ発振器９６０は、図８３（ａ）を変形したものである。主な変更点は、鋸歯状反射面２１０に代えて、鋸歯状反射面９７０を用いたことと、波長制御電極９７１を設けたことである。鋸歯状反射面９７０は傾斜線状となっている。光導波路９６１ないし９６８は、光導波路２２１ないし２２８にそれぞれ対応している。波長制御電極９７１は図１０もしくは図１２に示した構造と同様の構造を有している。この構成により、レーザ発振器９５０は波長を変えることができる。
【０６３３】
図８３（ａ）に示した波長制御電極９５１及び９５２は、図１５、図１６、及び、図１７に対して適用することができる。波長制御電極９５１と９５２を、光導波路２１１ないし２１８に設ける方法と、光導波路２２１ないし２２８に設ける方法とがある。いずれの方法によってもレーザ発振波長を可変とすることができる。
【０６３４】
図８３（ｂ）に示した鋸歯状反射面９７０を図１５、図１６、図１７、及び、図１８に対して適用することもできる。
【第六十二実施例】
【０６３５】
図８４に本発明の第六十二実施例のレーザ発振器９８０を示す。本実施例は、図５に示したレーザ発振器の変型例である。主要な変更点は、半導体光増幅素子７、８、及び、９と端面６０を光導波路９８１、９８２、及び、９８２を介して接続した点である。
【０６３６】
この構成によれば、半導体光増幅素子７、８、及び、９は端面とは直接には接していないのでカタストロフィック光学損傷の発生を防ぐことができる。光増幅素子と受動型光導波路を集積した光集積回路において、光増幅素子と光集積回路の端面とを光導波路を介して接続することによって、カタストロフィック光学損傷の発生を防いでいるわけである。
【０６３７】
この構成は図７、図８、図９、図１３、図１４、図２０、図２２、図２６、図２７、図２８、図３２、図３３、図３４、図３５、図３６、図３７、図３８、図４０、図４５、図５３、図５５、図５６、図５９、図６０、図６１、図６４、図６５、図７７、図７８、及び、図８２に対して適用可能である。
【０６３８】
光増幅素子と受動型光導波路を集積する場合、光増幅素子と受動型光導波路は個別に形成するが、回路パターンはフォトリソグラフィーによって任意に構成することができる。したがって、本実施例のように構成したとしても、製造プロセスが複雑になることはない。
【０６３９】
また、受動型の光導波路２、４、５、６、９８１、９８２、及び、９８３を、図７２に示したような量子井戸の無秩序化を利用して形成した光導波路を用いても良い。このような光導波路の形成法は特許文献３や非特許文献２に開示されている。
【第六十三実施例】
【０６４０】
図８５に本発明の第六十三実施例の光集積回路９９０を示す。本実施例は図４５に示した光集積回路６０１の変型例である。具体的には、光集積回路６０１の端部６１６を端部９９１に変形したものである。端部９９１には受動型の光導波路９９２が新たに付加されている。受動型の光導波路９９２の構造は、図２（ｃ）に示した構造に準ずる。また、図７４に示した構造を採用することもできる。
【０６４１】
受動型の光導波路９９２を設けたことにより、光導波路９９２はウインドー領域として機能し、端面９９３のカタストロフィック光学損傷を抑制することができる。したがって、より大出力のレーザ光出力を得ることができる。
【０６４２】
また、受動型の光導波路９９２に代えて、図７２に示した活性層の無秩序化領域から成るウインドー領域を形成しても良い。
【０６４３】
本実施例の要旨は、ドライエッチングなどによって光集積回路素子中に組み込まれた光増幅素子の端部に受動型光導波路、活性層の無秩序化領域から成るウインドー領域、埋め込み層によって形成されたウインドウー領域などを形成することによって、光増幅素子端面のカタストロフィック損傷を防ぐということである。
【第六十四実施例】
【０６４４】
図８６に本発明の第六十四実施例のレーザ発振器１０００を示す。本実施例は、図７４に示したレーザ発振器８９０の変型例である。
【０６４５】
本実施例では材料系としてＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓもしくはＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰを用いて、量子井戸層欠損領域８９３と８９４に代えて、受動型光導波路１００１及び１００２を設けた。受動型光導波路１００１及び１００２は再成長によって形成した。
【０６４６】
なお、電流阻止領域８９５と８９６は設けてあるが、光導波路が十分に低いドーピング濃度を有する半導体で形成されている場合は、電流阻止領域８９５と８９６を省略することができる。
【０６４７】
本実施例においては、受動型光導波路１００１及び１００２はレーザ発振波長に対して透明であり、励起もされていない。このため、ウインドー領域として機能し、４５°傾斜端面６２８ないし垂直端面６２９のカタストロフィック光学損傷を防ぐことができ、より大出力のレーザ光を得得ることができる。
【０６４８】
図８７に本実施例の変型例のレーザ発振器１０１０を示す。この変型例では、受動型光導波路１００１及び１００２に代えて、埋め込み層１０１１及び１０１２を設けた。埋め込み層１０１１及び１０１２はウインドー領域として機能する。レーザ発振器１０１０をＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料を用いて構築した場合は、埋め込み層１０１１、及び、１０１２としてＧａＡｓに格子整合したＩｎＧａＡｓＰを用いることができる。例えば、Ｇａ０．５２Ｉｎ０．４８Ｐを埋め込み層として用いることができる。
【０６４９】
また、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いてレーザ発振器１０１０を構築し、埋め込み層１０１１及び１０１２として、ＩｎＰ埋め込み層を用いることができる。
【０６５０】
特許文献１１には水平共振器型面発光レーザにＩｎＰ埋め込み層を設けてウインドー層とした構成が開示されている。この構成に比べて、本実施例の構造は製造が容易であるという利点がある。
【０６５１】
特許文献１１に開示された構成では、レーザ発振は半導体レーザのクラッド層中に設けられたブラッグ回折格子によって生成されている。この構造を形成するためには、下部クラッド層を成長させた後、フォトリソグラフィーによってブラッグ回折格子を形成し、さらに再成長を行って活性層、上部クラッド層を形成する。さらに、端部にフォトリソグラフィーを施してから、３回目の結晶成長によってＩｎＰ埋め込み層を形成する。最後に、傾斜端面を形成するフォトリソグラフィーを行う。合計で、結晶成長が３回、フォトリソグラフィーが３回必要である。
【０６５２】
これに対して、本実施例の構造では、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７、下部クラッド層６２６、活性層６２５、上部クラッド層６２４は１回の結晶成長で成長することができる。この後、フォトリソグラフィーを施して端部を除去してから、受動型光導波路、もしくは、埋め込み層を成長させる。そして、傾斜端面を形成するフォトリソグラフィーを行う。合計で、結晶成長が２回、フォトリソグラフィーは２回で形成できることになる。したがって、本実施例は従来例に比べて製造が簡易であるという利点が生じる。
【０６５３】
本実施例の構成によれば、クラッド層中にブラッグ回折格子を設ける工程が不要となる。ＤＦＢレーザのブラッグ回折格子を形成するには、高価な電子ビーム描画装置が必要である。これに対して、本実施例の構成では、半導体多層膜ブラッグ回折格子６２７は半導体レーザの層構造を成長する際に同時形成できるので、高価な電子ビーム描画装置は不要である。
【第六十五実施例】
【０６５４】
図８８に本発明の第六十五実施例のレーザ発振器１０２０を示す。本実施例は、図６９に示したレーザ発振器８６０の変型例である。本実施例では、アレイ状導波路８６４と共通光導波路８６３は全て能動型（光増幅型）光導波路を用いて構成している。また、アレイ状導波路８６４と端面８６６の間にウインドー領域１０２１を、共通光導波路８６３と端面８６５の間のウインドー領域１０２２を、それぞれ設けている。
【０６５５】
基板８６１としてはＧａＡｓを用い、能動型光導波路はＡｌＧａＡｓ系材料もしくはＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ系材料を用いている。また、ウインドー領域１０２１、１０２２の構造は図７２に示した構造を用いる。
【０６５６】
このような構成は、共通光導波路８６３、能動型マルチモード干渉器８６２、アレイ状導波路８６４の部分以外に量子井戸の無秩序化を施すことによって形成することができる。したがって、製造プロセスが簡易となる。
【０６５７】
本実施例のレーザ発振器１０２０は、ウインドー領域１０２１、１０２２を設けているのでレーザ出力の高出力化を図ることができる。
【０６５８】
共通光導波路８６３側から出力光８６７を取り出す場合は、ウインドー領域１０２２のみを設ける構成とすることもできる。この時は、端面８６５に低反射率コートを施し、端面８６６に高反射率コートを施す。
【０６５９】
アレイ状導波路８６４側から出力光８６８を取り出す場合は、ウインドー領域１０２１のみを設けることもできる。この時は、端面８６６に低反射率コートを施し、端面８６５に高反射率コートを施す。
【０６６０】
また、基板８６１としてＩｎＰ基板を用い、光増幅機能を有する光導波路をＩｎＧａＡｓＰ系材料で構築することもできる。この場合、ウインドー領域は再成長によって構築する。
【０６６１】
本実施例のレーザ発振器１０２０は、図５３、図５６、図５９、及び、図６０に対して適用することができる。
【第六十六実施例】
【０６６２】
図８９に本発明の第六十六実施例のレーザ発振器１０３０を示す。本実施例は、図８８に示したレーザ発振器１０２０の変型例である。本実施例では、３個の１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１ａ、１０３１ｂ、及び、１０３１ｃを、連結光導波路１０３２を介してツリー状接続して１×４のツリー状光カプラとした。
【０６６３】
マルチモード干渉器型光カプラのマルチモード干渉器は広い面積を有している。この領域を、光増幅機能を有する能動型とすることにより、レーザ発振器１０３０は大きなレーザ光出力を生成することができる。しかも、ツリー状に多数のマルチモード干渉器型光カプラを接続したので、能動型のマルチモード干渉器の総面積を大きく取ることができる。この結果、さらに大きなレーザ光出力光生成することができる。
【０６６４】
共通光導波路８６３、連結光導波路１０３２、及び、分岐光導波路１０３３は受動型であっても能動型であっても良い。光導波路８６３と端面８６５の間にはウインドー領域１０２２を、分岐光導波路１０３３と端面８６６の間にはウインドー領域１０２１を、それぞれ設けている。各連結光導波路１０３２は等しい光路長に設定されている。光分岐路１０３３はレーザ光の出射点が等間隔になるように設けられている。
【０６６５】
なお、レーザ発振器１０３０は少なくともひとつの１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラを備えていれば機能する。例えば、１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１ａのみを備え、１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１ａと１０３１ｂに代えて受動型の光分岐路を用いてもレーザ発振は生じる。あるいは、１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１ｂと１０３１ｃを備え、１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１ａに代えて受動型の光分岐路を用いてもレーザ発振は生じる。
【０６６６】
受動型光分岐路としては、１×２のマルチモード干渉器型光カプラの他、Ｙ字型光分岐路、方向性結合器などを挙げることができる。
【０６６７】
本実施例の構成において、共通光導波路８６３、１×２のマルチモード干渉器型光カプラ、連結光導波路１０３２、及び、分岐光導波路１０３３を含む全ての光導波路が光増幅機能を有する能動型として構成されている場合は、受動型光導波路の製造プロセスが不要となり、製造が容易になるという利点が生じる。
【０６６８】
図８９の構成では、ツリー状に光カプラを構成したので、分岐光導波路１０３３の各端面と共通光導波路８６３の端面との間の光路長さを等しくすることができ、位相整合させることができる。これにより、位相同期したレーザ光を生成できる。
【０６６９】
しかも、ツリー状光カプラはスケーラブルであるので、同じ設計公式の下、複数の１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１を接続することによって、１×８、１×１６、１×３２などのさらに多数の分岐を有するツリー状カプラを容易に設計できる。したがって、位相整合条件の設計が容易であるという利点がある。
【０６７０】
特許文献１３には、ひとつの分岐数の多い能動型マルチモード干渉器型光カプラを用いて構築したレーザ発振器が開示されている。このような構成では、分岐した光導波路に位相整合部を設ける必要がある。しかも、分岐数に応じて位相整合部の光導波路構造を設計する必要があった。これに対して、本実施例では位相整合条件の設計が容易である。
【０６７１】
特許文献１２には受動型ツリー状光カプラと半導体レーザアレイを組み合わせて構築したレーザ発振器が開示されている。この構成では、ツリー状光カプラは大きな専有面積を占めているにもかかわらず、レーザ光のエネルギー生成に寄与することが無い。したがって、デバイスの専有面積に対して低い出力のレーザ光しか得ることができない。これに対して、本実施例ではツリー状光カプラに面積の広い能動型のマルチモード干渉器型光カプラを設けたので、デバイスの専有面積に対して高いレーザ出力を得ることができる。
【０６７２】
また、本実施例の構造では、ツリー状光カプラ自体が光増幅の機能を有するので、半導体レーザアレイを必要としない。したがって、デバイスの専有面積をより小さくすることができる。また、構成が簡易となる。
【０６７３】
基板８６１としてはＧａＡｓを用い、光増幅機能を有する光導波路はＡｌＧａＡｓ系材料もしくはＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ系材料を用いて構成している。また、ウインドー領域１０２１、１０２２の構造は図７２に示した構造を用いる。
【０６７４】
ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料あるいはＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料を用いることにより、０．８μｍから１．１μｍの波長のレーザ光を生成でき、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：シリカ、Ｙｂ：ＹＡＧ、及び、Ｙｂ：シリカなど材料で形成された固体レーザやファイバーレーザの励起を行うことができる。
【０６７５】
このような構成は、共通光導波路８６３、複数の１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１、連結光導波路１０３２、分岐光導波路１０３３の部分以外に量子井戸の無秩序化を施すことによって形成することができる。したがって、製造プロセスが簡易となる。
【０６７６】
本実施例のレーザ発振器１０３０は、ウインドー領域１０２１、１０２２が設けられているのでレーザ出力の高出力化を図ることができる。
【０６７７】
共通光導波路８６３側から出力光８６７を取り出す場合は、端面８６５に低反射率コートを施し、端面８６６に高反射率コートを施す。この時は、ウインドー領域１０２２のみを設ける構成とすることもできる。
【０６７８】
分岐光導波路１０３３側から出力光８６８を取り出す場合は、端面８６６に低反射率コートを施し、端面８６５に高反射率コートを施す。この時は、ウインドー領域１０２１のみを設けることもできる。
【０６７９】
分岐光導波路１０３３を連結光導波路１０３２と同様に曲線状にして、位相整合を維持しつつ、光の出射点を等間隔にすることもできる。共通光導波路８６２を曲線状にして、寄生共振器の発生を防ぐようにすることもできる。
【０６８０】
本実施例に図２８ないし図３１において示した非対称ツリー状光カプラを用いることができる。非対称ツリー状光カプラを適切に設計することによって波長選択性を持たせることができるので、特定の波長でレーザ発振を生じさせることができる。
【０６８１】
また、基板８６１としてＩｎＰ基板を用い、光増幅機能を有する光導波路をＩｎＧａＡｓＰ系材料で構築することもできる。この場合、ウインドー領域は再成長によって構築する。ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系材料を用いることにより１．３μｍから１．６μｍの波長のレーザ光を生成でき、エルビウムドープファイバ光増幅器、ラマン光増幅器、及び、四光波混合の励起光源とすることができる。
【０６８２】
基板８６１としてＧａＡｓ基板を用い、光増幅機能を有する光導波路をＩｎＧａＡｓＰ系材料で構築することもできる。ＩｎＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ系材料を用いることにより、０．８μｍから１．１μｍの波長のレーザ光を生成でき、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：シリカ、Ｙｂ：ＹＡＧ、及び、Ｙｂ：シリカなど材料で形成された固体レーザやファイバーレーザの励起を行うことができる。
【０６８３】
本実施例のレーザ発振器１０３０の構成は、図２６、図２７、図２８、図３２、図３４、図３６、図３９、図４０、図５５、図５６、図５７、図６１、図６４、図６５、図７７、図７８、図８２、及び、図８５に対して適用することができる。
【０６８４】
本実施例のレーザ発振器１０３０の構成を図５５に示した光集積回路７００に適用することができる。このようにして構成した光集積回路７００を図６３に示した固体レーザの励起光源７６５もしくは７７１として用いることができる。
【０６８５】
本実施例のレーザ発振器１０３０の構成を、図５６に示した光集積回路７１０に適用することができる。このようにして構成した光集積回路７１０を図６３に示した固体レーザの励起光源７６５もしくは７７１として用いることができる。
【第六十七実施例】
【０６８６】
図９０に本発明の第六十七実施例のレーザ発振器１０４０を示す。本実施例は、図８９に示したレーザ発振器１０３０の変型例である。本実施例では、複数の１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１を、列１０４５と列１０４６の二列に並べ、各列に属する１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１を、連結光導波路１０３２を介して交互に接続した。光導波路は全て光増幅機能を有する能動型として構成した。
【０６８７】
列１０４５にはＮ個（Ｎ≧１）のマルチモード干渉器型光カプラ１０３１を設けることができ、列１０４６にはＮ＋１個のマルチモード干渉器型光カプラ１０３１を設けることができる。
【０６８８】
図９０はＮ＝３の場合を示している。列１０４５には３個の１×２のマルチモード干渉器型光カプラ１０３１が設けられている。列１０４６には４個の１×２のマルチモード干渉器型光カプラ１０３１が設けられている。列１０４６の両端のマルチモード干渉器型光カプラ１０３１には位相調整光導波路１０４１が設けられている。
【０６８９】
１×２のマルチモード干渉器型光カプラ１０３１の共通光導波路１０４２と端面８６５の間にはウインドー領域１０４４が設けられている。また、１×２のマルチモード干渉器型光カプラ１０３１の共通光導波路１０４２と端面８６６の間にはウインドー領域１０４３が設けられている。これらのウインドー領域によってレーザ出力を大出力化できる。
【０６９０】
複数の１×２のマルチモード干渉器型光カプラ１０３１は互いに光学的に結合しており、端面８６５と端面８６６によって形成される共振器によってレーザ発振が生じる。複数の共通光導波路１０４２から出射するレーザ光は位相同期している。
【０６９１】
マルチモード干渉器型光カプラ１０３１のマルチモード干渉器は広い面積を有している。この領域を能動型とすることにより、レーザ発振器１０４０は大きなレーザ光出力を生成することができる。しかも、多数のマルチモード干渉器型光カプラを相互接続したので、能動型のマルチモード干渉器の総面積を大きく取ることができる。この結果、さらに大きなレーザ出力光を生成できる。
【０６９２】
基板８６１としてはＧａＡｓを用い、光増幅機能を有する光導波路はＡｌＧａＡｓ系材料もしくはＩｎＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ系材料を用いて構成している。また、ウインドー領域１０４３、１０４４の構造は図７２に示した構造を用いる。
【０６９３】
このような構成は、複数の１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１、連結光導波路１０３２、共通光導波路１０４２、及び、位相調整光導波路１０４１の部分以外に量子井戸の無秩序化を施すことによって形成することができる。したがって、製造プロセスが簡易となる。
【０６９４】
端面８６５側から出力光８６７を取り出す場合は、ウインドー領域１０４４のみを設ける構成とすることもできる。この時は、端面８６５に低反射率コートを施し、端面８６６に高反射率コートを施す。
【０６９５】
端面８６６側から出力光８６８を取り出す場合は、ウインドー領域１０４３のみを設けることもできる。この時は、端面８６６に低反射率コートを施し、端面８６５に高反射率コートを施す。
【０６９６】
列１０４６の方が多数のマルチモード間初期型光カプラ１０３１を備えていることから、端面８６６側から出力光を取り出すことが好ましい。位相調整光導波路１０４１からの出力光は共通光導波路１０４２からの出力光より小さいため、端面８６５からの出力光は均一性が良くないということもある。
【０６９７】
また、基板８６１としてＩｎＰ基板を用い、光増幅機能を有する光導波路をＩｎＧａＡｓＰ系材料で構築することもできる。この場合、ウインドー領域は再成長によって構築する。
【０６９８】
本実施例のレーザ発振器１０４０の構成は図３２、図３３、図５５、図５６、及び、図５７に対して適用することができる。
【０６９９】
本実施例のレーザ発振器１０４０の構成を、図５５に示した光集積回路７００に適用することができる。このようにして構成した光集積回路７００を図６３に示した固体レーザの励起光源７６５もしくは７７１として用いることができる。
【０７００】
本実施例のレーザ発振器１０４０の構成を、図５６に示した光集積回路７１０に適用することができる。このようにして構成した光集積回路７１０を図６３に示した固体レーザの励起光源７６５もしくは７７１として用いることができる。
【第六十八実施例】
【０７０１】
図９１に本発明の第六十八実施例のレーザ発振器１０５０を示す。本実施例は、図９０に示したレーザ発振器１０４０の変型例である。１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１に代えて、列１０４６に２×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０５１を設けた点が異なる。２×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０５１の分岐光導波路１０５２から端面８６６側へレーザ光が出力される。
【０７０２】
ひとつの２×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０５１ごとに、分岐光導波路１０５２はふたつあるので、図９０の場合と比べて出力光導波路の断面積が２倍となる。したがって、端面８６６側でのカタストロフィック光学損傷は生じにくくなる。
【０７０３】
なお、列１０４５側にも２×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０５１を設けることができる。この構成では端面８６５側でのカタストロフィック光学損傷も生じ難くなる。
【０７０４】
レーザ発振器１０５０を構成する光導波路を、全て光増幅機能を有する能動型光導波路とすることもできる。この場合は、レーザ発振器１０５０の製造が容易となる。
【第六十九実施例】
【０７０５】
図９２に本発明の第六十九実施例の光カプラ１０６０を示す。本実施例の光カプラ１０６０はマルチモード干渉器型光カプラ１０６１と複数の１×２光分岐路１０６４を備えている。マルチモード干渉器型光カプラ１０６１と複数の１×２型光分岐路１０６４は連結光導波路１０６３を介して連結されている。光カプラ１０６０は、共通光導波路１０６２と分岐光導波路１０６５を備えている。連結光導波路１０６３はマルチモード干渉器型光カプラ１０６１の分岐光導波路を兼ねている。１×２光分岐路１０６４としてはＹ字型光分岐路を用いることができる。
【０７０６】
マルチモード干渉器型光カプラ１０６１の分岐間隔をｓ１とし、光導波路の幅をｗ１とする。図９０（ａ）においては、ｓ１はふたつの連結光導波路１０６３の間隔に相当し、ｗ１は連結光導波路１０６３の幅に相当する。
【０７０７】
マルチモード干渉器型光カプラ１０６１を半導体材料から成る光導波路で構築すると、一例として、ｓ１は１０μｍ程度、ｗ１は２μｍ程度となり、これらの値を任意に変えることは難しい。特に、図６７や図６８に示したようなテーパ状光波路８４５を設けた構成ではｗ１／ｓ１の値を大きくすることが難しい。このため、マルチモード干渉器型光カプラの分岐側に光増幅機能を有する光導波路からなる光増幅素子を接続する構成においては、光増幅素子の配列密度はｗ１／ｓ１となり、概略２０％程度となる。この値は、大出力のレーザ光出力が必要な場合には十分とは言えない。
【０７０８】
本実施例は、このような問題を解決するために、マルチモード干渉器型光カプラの分岐側光導波路にＹ字型光分岐路１０６４を接続して、さらに分岐を行ったものである。これにより分岐する光導波路の数を２倍に増やすことができ、分岐光導波路１０６５の間隔ｓ２をｓ１の半分にすることができる。このため、光増幅素子の配列密度はｗ１／ｓ２となり、４０％程度に増加させることができる。また、さらに１×２光分岐路を設けて分岐数を増やして、光増幅素子の配列密度を増加させることもできる。
【０７０９】
また、マルチモード干渉器型光カプラ１０６１の分岐数は２に限定されず。２以上の任意の値を取ることができる。光カプラ１０６０は、アレイ状導波路回折格子に適用することができる。分岐光導波路１０６５の先にアレイ状導波路を接続することによってアレイ状導波路回折格子を構築することができる。
【０７１０】
例えば、図１において、光カプラ３として光カプラ１０６０を用いることができる。このようにすれば、光増幅素子の密度を向上させることができる。同様に、図３、図４、図５、図７、図８、図９、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０、図２２、図３３、図３５、図３７、図５３、図５６、図５９、図６０、図６６、図８３、及び、図８４に対して光カプラ１０６０を適用することができる。
【０７１１】
また、光カプラ１０６０はツリー状光カプラとして用いることができる。例えば、図２６においてツリー状光カプラ３７６を代替することができる。同様に、図１５、図１６、図１７、図１８、図２７、図２８、図３２、図３４、図３６、図３９、図４０、図４５、図５５、図６１、図６４、図６５、図６６、図７７、図８２、図８３、及び、図８５に対して光カプラ１０６０を適用できる。
【０７１２】
１×２光分岐路１０６４として、図９０（ｂ）に示す方向性結合器１０６６を用いることもできる。光カプラ１０６０は受動型光カプラ、光増幅機能を有する能動型光カプラとして構築することができる。光カプラ１０６０は受動型光導波路と光増幅機能を有する能動型光導波路を組み合わせたハイブリッド型として構築することもできる。
【０７１３】
光カプラ１０６０は、本明細書で説明してきたアレイ状導波路回折格子と光増幅素子を組み合わせた光増幅器、レーザ発振器に適用することができる。また、光カプラ１０６０は、本明細書で説明してきたツリー状光カプラを用いた光増幅器、レーザ発振器に適用することができる。
【０７１４】
図９３に本発明の本実施例の変型例の光カプラ１０７０を示す。この光カプラ１０７０はツリー状光カプラ１０７１、アレイ状導波路１０７２、及び、共通光導波路１０７３から成る。ツリー状光カプラ１０７１は複数のＹ字型光分岐路もしくは方向性結合器を組み合わせて構築されている。
【０７１５】
光カプラ１０７０には複数の光増幅素子１０７４を接続することにより、光増幅器、もしくはレーザ発振器として機能させることができる。
【０７１６】
ツリー状光カプラ１０７１がＹ字型光分岐路もしくは方向性結合器の組み合わせから構築されているので、前述の光増幅素子の配列密度ｗ１／ｓ１の値を高い値にすることができる。なお、ツリー状光カプラ１０７１はＹ字型光分岐路と方向性結合器を組み合わせて構築しても良い。
【０７１７】
光カプラ１０７０は、アレイ状導波路回折格子として機能する。このため、例えば、図１において、光カプラ３として光カプラ１０７０を用いることができる。このようにすれば、光増幅素子の密度を向上させることができる。同様に、図３、図４、図５、図７、図８、図９、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７、図１８、図１９、図２０、図２２、図３３、図３５、図３７、図５３、図５６、図５９、図６０、図６６、図８３、及び、図８４に対して光カプラ１０７０を適用することができる。
【第七十実施例】
【０７１８】
再び図１５を参照して本発明の第七十実施例のレーザ発振器について述べる。本実施例では、光カプラ２２０として、マルチモード干渉器型光カプラに代えて、ツリー状光カプラを用いた。ツリー状光カプラは、図２６などに示したような、Ｙ字型光分岐路もしくは方向性結合器を組み合わせて構成した光カプラである。また、Ｙ字型光分岐路と方向性結合器を組み合わせて、ツリー状光カプラを構築しても良い。
【０７１９】
このように構成すると、第六十九実施例に説明したことと同じ理由により、図９１において示した、光増幅素子の配列密度ｗ１／ｓ１の値を高い値にすることができる。
【０７２０】
同様に、図１６、図１７、図１８、図６６、及び、図８３の光カプラとしてツリー状光カプラを用いることができる。
【０７２１】
図１５において、光カプラ２２０のマルチモード干渉器２２９に光増幅機能を持たすことができる。マルチモード干渉器２２９に光増幅機能を持たせた構成は、図１６と図１７に示した構成に対しても適用できる。これらの場合、半導体光増幅素子２０１ないし２０８は省略することもできる。
【０７２２】
図１８において、光カプラ２２０のマルチモード干渉器２２９に光増幅機能を持たすことができる。マルチモード干渉器２２９に光増幅機能を持たせた構成は、図８３
に示した構成に対しても適用できる。これらの場合は、半導体光増幅素子２３１は省略することもできる。
【第七十一実施例】
【０７２３】
図９４に本発明の第七十一実施例のマルチモード干渉器型光カプラ１０８０、１０９０、及び、１１００を示す。これらのマルチモード干渉器型光カプラは反射型である。
【０７２４】
図９４（ａ）に示すマルチモード干渉器型光カプラ１０８０は基板１０８１上に能動型のマルチモード干渉器１０８２と単一モード導波路から成る共通光導波路１０８３を備えている。基板１０８１の端面１０８５には低反射率コートを施し、もう一方の端面１０８４には高反射率コートを施してある。出力光１０８６は端面１０８５側から取り出している。マルチモード干渉器型光カプラ１０８０は一端子型の反射型マルチモード干渉器型光カプラである。
【０７２５】
マルチモード干渉器型光カプラ１０８０は図９４（ｂ）に示す透過型の１×１マルチモード干渉器型光カプラ１０８７をＧ−Ｇ'線で折り返した構造と等価である。透過型の１×１マルチモード干渉器型光カプラ１０８７に入射した入力光１０８８は出力光１０８９として出射される。透過型の１×１マルチモード干渉器型光カプラ１０８７に光増幅の機能を持たせれば、入力光１０８８は増幅されて出力光１０８９として出射される。さらに透過型の１×１マルチモード干渉器型光カプラ１０８７の両端面に適切な反射率を持たせれば、レーザ発振器として機能する。
【０７２６】
翻って、図９４（ａ）に示すマルチモード干渉器型光カプラ１０８０は、端面１０８５には低反射率コートを施し、もう一方の端面１０８４には高反射率コートを施してあるのでレーザ発振を生じる。そして、出力光１０８６は端面１０８５側から取り出すことができる。
【０７２７】
マルチモード干渉器型光カプラ１０８０を用いて構築したレーザ発振器は、透過型の１×１マルチモード干渉器型光カプラ１０８７を用いて構築したレーザ発振器よりも専有面積が小さくて済むという利点がある。
【０７２８】
共通光導波路１０８３には受動型光導波路もしくは能動型光導波路を用いることができる。共通光導波路１０８３として受動型光導波路を用いた場合は大出力のレーザ光を生成することができる。これは共通光導波路１０８３がウインドー領域として機能し、端面のカタストロフィック光学損傷を防ぐためである。
【０７２９】
一方、共通光導波路１０８３として能動型光導波路を用いた場合は、製造プロセスがより簡易となる。能動型光導波路と受動型光導波路を別々に形成する必要が無いからである。
【０７３０】
図９４（ｃ）にマルチモード干渉器型光カプラ１０９０を示す。マルチモード干渉器型光カプラ１０９０は２端子型の反射型のマルチモード干渉器型光カプラである。透過型の２×２マルチモード干渉器型光カプラを折り返したものと同じ機能を有する。マルチモード干渉器型光カプラ１０９０はふたつの単一モード導波路から成る分岐導波路１０９１と１０９２を備えている。
【０７３１】
マルチモード干渉器型光カプラ１０９０の、基板１０８１の端面１０８５には低反射率コートを施し、もう一方の端面１０８４には高反射率コートを施してある。また、マルチモード干渉器１０８２は能動型であるので、レーザ光を生成することができる。
【０７３２】
分岐導波路１０９１と１０９２は受動型光導波路もしくは能動型光導波路を用いることができる。分岐導波路１０９１と１０９２として受動型光導波路を用いた場合は大出力のレーザ光を生成することができる。これは分岐導波路１０９１と１０９２がウインドー領域として機能し、端面のカタストロフィック光学損傷を防ぐためである。
【０７３３】
一方、分岐導波路１０９１と１０９２として能動型光導波路を用いた場合は、製造プロセスがより簡易となる。能動型光導波路と受動型光導波路を別々に形成する必要が無いからである。
【０７３４】
図９４（ｄ）にマルチモード干渉器型光カプラ１１００を示す。マルチモード干渉器型光カプラ１１００は１端子型の反射型のマルチモード干渉器型光カプラである。共通光導波路１０８３にテーパ状光導波路１１０１を備えている。テーパ状光導波路１１０１を設けることによって、製造誤差によって生じる特性変動を抑えることができる。また、電流注入量の変化や温度変化による特性変動も抑えることができる。
【０７３５】
テーパ状光導波路は図９４（ｃ）に示したマルチモード干渉器型光カプラ１０９０に設けることもできる。
【第一実施例の補足】
【０７３６】
再び図１を参照して、本発明の第一実施例について補足する。図１においては、ｎ個の半導体光増幅素子と第一の光カプラ（光カプラ３）と第二の光カプラ（光カプラ１３）から成り立っており、第ｊ番目の半導体光増幅素子について、光カプラ３から半導体光増幅素子までの光導波路長（入力側光路長）をＬＩｊ、半導体光増幅素子から光カプラ１３までの導波路長（出力側光路長）をＬＯｊ、半導体光増幅素子の光路長ＬＡｊとした時に、ＬＩｊの一部または全部の長さが互いに異なり、かつ、以下の数式（１）を満たしていることは既に述べた。
ＬＩｊ＋Ｌｏｊ＋ＬＡｊ＝Ｋ                    （１）
ただし、数式（１）において、１≦ｊ≦ｎであり、Ｋは定数である。また、ＬＩｊ、Ｌｏｊ、ＬＡｊ、Ｋは屈折率を考慮した実効的な光路長である。なお、ｊ＝１となる半導体光増幅素子は第二の光カプラ光カプラ１３と最も短い光導波路で結ばれている素子であり、以下、ｊが大きくなるのに伴い、光カプラ１３と接続される光導波路が長くなるように順番が付けられている。
【０７３７】
上記の説明において、光カプラ３の基点は光導波路２とマルチモード干渉器１６との境界面である。同様に光カプラ１３の基点は光導波路１４とマルチモード干渉器１６との境界面である。この基点を基準として、光カプラ３から半導体光増幅素子までの光導波路長、及び、半導体光増幅素子から光カプラ１３までの導波路長が規定されるものとする。
【０７３８】
なお、この発明は特許請求の範囲の記載に基づいて決定されるものであり、実施例の具体的な構成、課題、および効果には限定されない。この発明は上述の実施例に限定されるものではなくその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
【符号の説明】
【０７３９】
１…入力光信号、２…光導波路、３…光カプラ、４、５、６…光導波路、７、８、９…半導体光増幅素子、１０、１１、１２…光導波路、１３…光カプラ、１４…光導波路、１５…出力光信号、１６…マルチモード干渉器、１７…半導体基板、１８、１９…低反射率コートが施された端面、２２、２３、２４…光導波路、２５…光カプラ、２６、２７…適度な反射率を有する端面、３１…ＩｎＰ基板、３２…ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層、３３…ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層、３４…ｐ−ＩｎＰクラッド層、３５…ｐ−ＩｎＧａＡｓＰキャップ層、３６…Ａｕ合金系電極、３７…Ａｕ合金系電極、３９…活性層、４０…ｎ−ＩｎＰクラッド層、４１アンドープＩｎＰクラッド層、４２…アンドープＩｎＧａＡｓＰコア層、４３…アンドープＩｎＰクラッド層、４４…ＳｉＯ２系パッシベーション層、４５…導波領域、５０…光カプラ、５１、５２、５３…光導波路、５４、５５、５６…異なる波長の出力光、６０…適度な反射率を有する端面、７０…半導体基板、７２、７３…半導体光増幅素子、７１…非対称光カプラ（モードスプリッター）、７２、７３…半導体光増幅素子、７４…光導波路、７５、７６…適度な反射率を有する端面、７７、７８、７９…出力光、８１…半導体光増幅素子、７１…非対称光カプラ（モードスプリッター）、８２、８３…光導波路、８４、８５、８６、８７、８８、８９…出力光、９０…端面、９１…出力光、９２…光導波路、９３…光カプラ、９４、９５、９６…光導波路、９７、９８、９９…半導体光増幅素子、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８…半導体光増幅素子、電極パッド…１０９、１１０…レーザ発振器、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８…光導波路、１２０…光カプラ、１２１、１２２、１２３…光導波路、１２５…光カプラ、光導波路…１２６、１３０…出力光、１３１…波長制御電極部、１３２…導波路マッハツェンダ型干渉器、１３３…受光素子、電極パッド…１３４、１３５…光カプラ、１４０…導波路加熱電極、１４１、１４２…電極パッド、１５０…ヒートシンク、１５１、１５２、１５３、１５４…電極パッド、１５５…溝、１５６…サーミスタ、１６０…屈折率制御光導波路、１６１…ｎ−ＩｎＰクラッド層、１６２…アンドープコア層、１６３…ｐ−ＩｎＰクラッド層、１６４…電極、１７１、１７２…半導体光増幅素子、１７３…光カプラ、１７４…低反射率コートが施された端面、１７５…出力光、１７６…出力光、１８１、１８２、１８３、１８４…半導体光増幅素子、１８５、１８６…光カプラ、２００…半導体基板、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８…半導体光増幅素子、２０９…適度な反射率を有する端面、２１０…鋸歯状反射面、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８…光導波路、２２０…光カプラ、２２１、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、２２７、２２８、２３０…光導波路、２３１…半導体光増幅素子、２３２…光導波路、２４０…出力光、２４１…レンズ、２４２…ファイバブラッググレーティング、２５０…半導体基板上２５１…アレイ型半導体光増幅器、２５２、２５３…反射型アレイ状導波路回折格子、２５４…非対称光カプラ、２５５…疎結合型光カプラ、２５６…半導体光増幅素子、２５７、２５８…出力光、２６１…低反射率コートが施された端面、２６０…適度な反射率を有する端面、２６２、２６３…波長制御電極部、２８０…マッハツェンダ型利得等価フィルタ、３０１…エルビウムドープ光ファイバ、３０２、３０３…光アイソレータ、３０４…波長多重型結合器、３０５…励起光源、３０６…光信号、３０９…励起光、３２１…伝送光ファイバ、３２２…光サーキュレータ、３２３…励起光源、３２４…信号光、３２５…励起光、３３１、３３２、３３３…レーザ発振器、３３４…偏光カプラ、３４１…励起光源、３４２…波長多重光カプラ、３４３…光非線形媒体、３４４…波長フィルタ３４５…信号光、３４６…励起光、３４７…波長変換された信号光（アイドラ光）、３５１、３５２、３５３…レーザ発振器、３５４…偏光カプラ。３６０…レーザ発振器、３６１、３６２、３６３、３６４、３６５、３６６、３６７、３６８…半導体光増幅素子、３６９…光集積回路、３７０…基板（ＩｎＰ基板）、３７１…高反射率コート（反射率：９０％）が施された端面、３７２…低反射率コート（反射率４％）が施された端面、３７３…レンズ、３７４…石英系単一横モード光ファイバ、３７５…ファイバーブラッグ回折格子、３７６…ツリー状光カプラ、３７７…半導体ベースの光導波路、３７８…共通ポート、３７９…ヒートシンク、３８０…レーザ発振器、３８１…単一横モード光ファイバ、３８２…分布帰還型反射器、３８３…レンズ、３８４…光アイソレータ、３８５…レンズ、３９０…光集積回路、４００…レーザ発振器、４０１…非対称ツリー状光カプラ、４０２…非対称型の三端子光分岐路、４０３…共通ポート、４０４…第一の光導波路、４０５…第二の光導波路、４０６…反射手段、４０７…入力光、４０８…出力光４１０、第一の共通ポート、４１４…入力光、４１１…第一の光導波路４１２…第二の光導波路、４１３…第二の共通ポート、４２０…非対称ツリー状光カプラ４０１の構成例、４２１、４２２、４２３、４２４…非対称三端子光分岐路、４２５、４２６、４２７…対称型三端子光分岐路、４３０…非対称ツリー状光カプラ４０１の構成例、４３１、４３２、４３３…非対称型三端子光分岐路、４４０…非対称ツリー状光カプラ４０１の構成例、４４１…分岐路の光路長は対称的で分岐比率は２：１の三端子光分岐路、４５０…多段型マッハツェンダ型干渉器、４５１…一段目のマッハツェンダ干渉器、４５２…二段目のマッハツェンダ干渉器、４５３…三段目のマッハツェンダ干渉器、４４１…一段目のマッハツェンダ干渉器の波長選択特性、４５５…三段目のマッハツェンダ干渉器の波長選択特性、４５６…二段目のマッハツェンダ干渉器の波長選択特性、４５７…入力光、４５８…出力光、４６０…光集積回路、４６１、４６２、４６３、４６４…半導体光増幅素子、４６５…ツリー状光カプラ、４６６…高反射率コート（反射率９８％）を施した端面、４６７…低反射率コート（反射率４％）を施した端面、４６８…基板、４６９…アレイ状導波路回折格子、４７１、４７２…シリンドリカルレンズ、４７３…単一モード光ファイバ、４７４…ヒートシンク、４７５…ファイバーブラッグ回折格子、４７６…シリンドリカルレンズ、４７７…光アイソレータ、４７８…レンズ、４７９…共通ポート、４８０…光集積回路、４８１、４８２…共通ポート（光導波路）、４８３…光分岐路、４８４…マルチモード干渉器、４８５…非対称光カプラ（モードスプリッター）、４８６…共通光導波路５００…光集積回路、５０１…基板、５０２…端面、５０３…端面、５０５、５０６、５０７、５０８…光集積回路４６０と同様の構造の光集積回路要素、５０９…出力光、５１０…出力光、５１１、５１２、５１３、５１４、５１５、５１６、５１７…三端子光分岐路、５２０…光集積回路、５２１、５２２、５２３、５２４…光集積回路４８０と同様の構造の光集積回路要素、５３０…光集積回路、５３１、５３２…三端子光分岐路、５４０…光集積回路、５５０…光集積回路、５５１…ジグザグ状の光導波路、５５２ａ、５５２ｂ、５５２ｃ、５５２ｄ、５５３ａ、５５３ｂ、５５３ｃ、５５３ｄ、５５３ｅ…半導体光増幅素子、５５４、５５５…分離した位相同期レーザアレイ、５６０…光集積回路、５６１、５６２、５６３、５６４…半導体光増幅素子、５６６…マルチモード干渉器型光カプラ、５６７…共通光導波路、５６８…マルチモード干渉器型光カプラ、５７０…光集積回路、５８０…光集積回路、５８１…ツリー状光カプラ４６５と同様の構造を有する光集積回路要素、５８２…三端子光分岐路、５８３…レーザ出射口アレイ、５８４…光出力端子、５８５…四端子光分岐路、５９１…光導波路、５９２…基板に対して４５°の角度を有する反射鏡、５９４…円形状開口部、５９５…低反射率コート、５９６…レーザ光、５９７…出力光、５９８…ヒートシンク、５９９…エッチングによって形成した開口部、６００…光集積回路、６０１…光集積回路要素、６０２、６０３…リング状光導波路回路、６０４…光導波路、６０５…四端子光分岐路、６０８…レンズ、６０９…単一モード光ファイバ、６１０…コア、６１１、６１２、６１３、６１４…半導体光増幅素子、６１５…ツリー状光カプラ、６１６…端部、６１７…端面、６１８…反射されるレーザ光、６２０…レーザ発振器、６２１…基板、６２２…水平共振器型面発光レーザ、上部電極…６２３、６２４…上部クラッド層、６２５…活性層、６２６…下部クラッド層、６２７…半導体多層膜ブラッグ回折格子、６２８…４５°傾斜端面、６２９…垂直端面、６３０…裏面電極、６３１…裏面電極のスリット状開口部、６３１ａ、６３１ｂ…千鳥状のスリット状開口部、６３２…レーザ光、６３３…レーザ光、６３４…出力光、６３５…低反射率コート、６３６…第一の半導体層、６３７…第二の半導体層、６３８…ブロック、６４０…レーザ発振器、６５０…水平共振器型面発光レーザ、６５１…ブラッグ回折格子、６６０…水平共振器型面発光レーザ、６６１…４５°傾斜端面、６６２…スリット状開口部、６６３…低反射率コート、６６４…傾斜端面、６６５…レーザ光、６６６…出力光、６６７、６６８…半導体多層膜ブラッグ回折格子、６８０…レーザ発振器、７００…光集積回路、７０１、７０２…シリンドリカルレンズ、７０３…マルチモード光ファイバ、７０４…ヒートシンク、７０５、７０６、７０７、７０８…出力光、７１１…シリンドリカルレンズ、７１２…レンズ、７１５、７１６、７１７、７１８…出力光、７２０…マイクロレンズアレイ、７２１…レンズ、７２２…マルチモード光ファイバ、７２３…コア、７２４…ヒートシンク、７２６…マイクロレンズ、７３０…光集積回路、７３１…光集積回路、７３２…光集積回路、７４０…ファイバレーザ、７４１…イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ、７４２…シングルモード励起光源、７４３…高反射率ファイバブラッグ回折格子、７４４…低反射率ファイバブラッグ回折格子、７４５…レーザ光、７４６…コンバイナ、７４７…励起光、７５０…ファイバレーザ、７５１…ダブルグラッド型イッテルビウム（Ｙｂ）ドープ光ファイバ、７５２…（ラージモードエリア型）コア、７５３…第一クラッド層、７５４…第二クラッド層、７６０…固体レーザ発振器、７６１固体レーザロッド、７６２、７６３…反射鏡、７６４…励起光結合レンズ、７６５…励起光源、７６６…出力光、７６７…レーザ光、７７０…固体レーザ発振器、７７１…励起光源、７７２…励起光、８００…レーザ発振器、８１０…レーザ発振器、８１１…光集積回路、８１２…共通ポート、８１３…傾斜端面、８２０…レーザ発振器、８２１…半導体基板、８２２…能動型マルチモード干渉器型光カプラ、８２３…共通光導波路、８２４…分岐光導波路、及び、８２５…鋸歯状反射面、８３０…レーザ発振器、８３１…ハイブリッド型マルチモード干渉型光カプラ、８３２…受動領域、８３３…能動領域、８４０…マルチモード干渉器型光カプラ、８４１…能動型（光増幅型）マルチモード干渉器、８４２…共通光導波路、８４３…テーパ状光導波路、８４４…分岐光導波路、８４５…テーパ状光導波路、８５０…ハイブリッド型マルチモード干渉器型光カプラ、８５２…能動領域（光増幅領域）、８５３…受動領域、８６０…レーザ発振器、８６１…基板、８６２…能動型（光増幅型）マルチモード干渉器、８６３…共通光導波路、８６４…アレイ状導波路、８６５
…端面、８６６…端面、８６７…出力光、８６８…出力光、８７０…レーザ発振器、８７１…マルチモード干渉器、８７２…能動領域（光増幅領域）、８７３…受動領域、８８０…レーザ発振器、８８１…熱流、８８２、８８３…無秩序化領域、８８３、８８４…電流阻止領域、８８５…レーザアレイ、８８６…ブロードエリアレーザ、８８７…シングルモードレーザ、８９０…レーザ発振器、８９１…量子井戸層、８９２…離閉じ込めヘテロ構造層、８９３、８９４…量子井戸層欠損領域、８９５、８９６…電流阻止領域、８９７…マスク、９００…レーザ発振器、９０１…ＧａＡs層、９０２…ＡｌＧａＡｓ層、９０３…開口部、９１０…レーザ発振器、９１１…光集積回路、９１２…ＤＦＢレーザ、９２０…光増幅器、９２１…光集積回路、９２２、９２３…端面、９２４…入力側光ファイバ、９２５…入力側結合レンズ、９３０…レーザ発振器、９３１、９３２、９３３、９３４…レーザ光、９３５…レーザ出力光、９４０…レーザ発振器、９４１…光集積回路、９４２…共通ポート、９４３…４５°傾斜端面、９５０レーザ発振器、９５１、９５２…波長制御電極、９６０…レーザ発振器、９６１、９６２、９６３、９６４、９６５、９６４、９６５、９６７、９６８…光導波路、９７０…鋸歯状反射面、９７１…波長制御電極、９８０…レーザ発振器、９８１、９８２、９３２…光導波路、９９０…光集積回路、９９１…端部、９９２…光導波路、９９３…端面、１０００…レーザ発振器、１００１、１００２…受動型光導波路、１０１０…レーザ発振器、１０１１、１０１２…埋め込み層、１０２０…レーザ発振器、１０２１、１０２２…ウインドー領域、１０３０…レーザ発振器、１０３１、１０３１ａ、１０３１ｂ。１０３１ｃ…１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ、１０３２…連結光導波路、１０３３…分岐光導波路、１０４０…レーザ発振器、１０４１…位相調整光導波路、１０４２…共通光導波路、１０４３…ウインドー領域、１０４４…ウインドー領域、１０４５、１０４６…１×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ１０３１の列、１０５０…レーザ発振器、１０５１…２×２の能動型マルチモード干渉器型光カプラ、１０５２…分岐光導波路、１０６０…光カプラ、１０６１…マルチモード干渉器型光カプラ、１０６２…共通光導波路、１０６３…連結光導波路、１０６４…１×２光分岐路（Ｙ字型光分岐路）、１０６５…分岐光導波路、１０６６…方向性結合器、１０７０…光カプラ、１０７１…ツリー状光カプラ、１０７２…アレイ状導波路、１０７３…共通光導波路、１０７４…光増幅素子、１０８０…マルチモード干渉器型光カプラ、１０８１…基板、１０８２…能動型のマルチモード干渉器、１０８３…共通光導波路、１０８４、１０８５…端面、１０８６…出力光、１０８７…透過型の１×１マルチモード干渉器型光カプラ、１０８８…入力光、１０８９…出力光、１０９０…マルチモード干渉器型光カプラ、１０９１、１０９２…分岐導波路、１１００…マルチモード干渉器型光カプラ、１１０１…テーパ状光導波路。
【図１】
2014129613.tif 000003
【図２】
2014129613.tif 000004
【図３】
2014129613.tif 000005
【図４】
2014129613.tif 000006
【図５】
2014129613.tif 000007
【図６】
2014129613.tif 000008
【図７】
2014129613.tif 000009
【図８】
2014129613.tif 000010
【図９】
2014129613.tif 000011
【図１０】
2014129613.tif 000012
【図１１】
2014129613.tif 000013
【図１２】
2014129613.tif 000014
【図１３】
2014129613.tif 000015
【図１４】
2014129613.tif 000016
【図１５】
2014129613.tif 000017
【図１６】
2014129613.tif 000018
【図１７】
2014129613.tif 000019
【図１８】
2014129613.tif 000020
【図１９】
2014129613.tif 000021
【図２０】
2014129613.tif 000022
【図２１】
2014129613.tif 000023
【図２２】
2014129613.tif 000024
【図２３】
2014129613.tif 000025
【図２４】
2014129613.tif 000026
【図２５】
2014129613.tif 000027
【図２６】
2014129613.tif 000028
【図２７】
2014129613.tif 000029
【図２８】
2014129613.tif 000030
【図２９】
2014129613.tif 000031
【図３０】
2014129613.tif 000032
【図３１】
2014129613.tif 000033
【図３２】
2014129613.tif 000034
【図３３】
2014129613.tif 000035
【図３４】
2014129613.tif 000036
【図３５】
2014129613.tif 000037
【図３６】
2014129613.tif 000038
【図３７】
2014129613.tif 000039
【図３８】
2014129613.tif 000040
【図３９】
2014129613.tif 000041
【図４０】
2014129613.tif 000042
【図４１】
2014129613.tif 000043
【図４２】
2014129613.tif 000044
【図４３】
2014129613.tif 000045
【図４４】
2014129613.tif 000046
【図４５】
2014129613.tif 000047
【図４６】
2014129613.tif 000048
【図４７】
2014129613.tif 000049
【図４８】
2014129613.tif 000050
【図４９】
2014129613.tif 000051
【図５０】
2014129613.tif 000052
【図５１】
2014129613.tif 000053
【図５２】
2014129613.tif 000054
【図５３】
2014129613.tif 000055
【図５４】
2014129613.tif 000056
【図５５】
2014129613.tif 000057
【図５６】
2014129613.tif 000058
【図５７】
2014129613.tif 000059
【図５８】
2014129613.tif 000060
【図５９】
2014129613.tif 000061
【図６０】
2014129613.tif 000062
【図６１】
2014129613.tif 000063
【図６２】
2014129613.tif 000064
【図６３】
2014129613.tif 000065
【図６４】
2014129613.tif 000066
【図６５】
2014129613.tif 000067
【図６６】
2014129613.tif 000068
【図６７】
2014129613.tif 000069
【図６８】
2014129613.tif 000070
【図６９】
2014129613.tif 000071
【図７０】
2014129613.tif 000072
【図７１】
2014129613.tif 000073
【図７２】
2014129613.tif 000074
【図７３】
2014129613.tif 000075
【図７４】
2014129613.tif 000076
【図７５】
2014129613.tif 000077
【図７６】
2014129613.tif 000078
【図７７】
2014129613.tif 000079
【図７８】
2014129613.tif 000080
【図７９】
2014129613.tif 000081
【図８０】
2014129613.tif 000082
【図８１】
2014129613.tif 000083
【図８２】
2014129613.tif 000084
【図８３】
2014129613.tif 000085
【図８４】
2014129613.tif 000086
【図８５】
2014129613.tif 000087
【図８６】
2014129613.tif 000088
【図８７】
2014129613.tif 000089
【図８８】
2014129613.tif 000090
【図８９】
2014129613.tif 000091
【図９０】
2014129613.tif 000092
【図９１】
2014129613.tif 000093
【図９２】
2014129613.tif 000094
【図９３】
2014129613.tif 000095
【図９４】
2014129613.tif 000096
【国際調査報告】
2014129613.tif 000097
2014129613.tif 000098
2014129613.tif 000099
2014129613.tif 000100
2014129613.tif 000101
2014129613.tif 000102
2014129613.tif 000103
2014129613.tif 000104
2014129613.tif 000105
2014129613.tif 000106
2014129613.tif 000107
2014129613.tif 000108
2014129613.tif 000109
2014129613.tif 000110