(57)【要約】  本発明は、ＤＦＢレーザ部と、ＥＡ変調器部と、ＳＯＡ部とが同一基板上にモノリシック集積されたＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザ及びその駆動方法であって、ＥＡ−ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容される前記ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大注入電流から削減量ΔＩDFBを削減することによって前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部で削減できた消費電力と前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部で削減できた消費電力との合計分を超えない消費電力の範囲内で前記ＳＯＡ部に電流ＩSOAを注入することを特徴とする。
2016136183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＦＢレーザ部と、前記ＤＦＢレーザ部の後段に設けられたＥＡ変調器部と、前記ＥＡ変調器部の後段に設けられたＳＯＡ部とが同一基板上にモノリシック集積されたＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの駆動方法であって、
ＥＡ−ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容される前記ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大注入電流から削減量ΔＩDFBを削減することによって前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部で削減できた消費電力と前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部で削減できた消費電力との合計分を超えない消費電力の範囲内で前記ＳＯＡ部に電流ＩSOAを注入することを特徴とする駆動方法。
【請求項２】
前記ＳＯＡ部の光導波方向に関する長さをＬSOAとすると、前記ＳＯＡ部にＩSOA＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］の範囲内で電流を注入して駆動することを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
【請求項３】
前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部は同一の制御端子から電流を注入され、
ＩSOA＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］を満たすように前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部の光導波方向に関する長さが設計されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
【請求項４】
前記ＳＯＡ部の光導波方向に関する長さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
【請求項５】
ＤＦＢレーザ部とＥＡ変調器部とを含むＥＡ−ＤＦＢレーザの出射端にＳＯＡ部が集積されたＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザであって、
ＥＡ−ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容される前記ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大注入電流から削減量ΔＩDFBを削減することによって前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部で削減できた消費電力と前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部で削減できた消費電力との合計分を超えない消費電力の範囲内で前記ＳＯＡ部に電流ＩSOAが注入されることを特徴とするＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザ。
【請求項６】
前記ＳＯＡ部の光導波方向に関する長さをＬSOAとすると、前記ＳＯＡ部にＩSOA＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］の範囲内で電流が注入されることを特徴とする請求項５に記載のＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザ。
【請求項７】
前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部は同一の制御端子から電流を注入され、
ＩSOA＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］を満たすように前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部の光導波方向に関する長さが設計されていることを特徴とする請求項５に記載のＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザ。
【請求項８】
前記ＳＯＡ部の光導波方向に関する長さは、５０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項５のＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光増幅器（Semiconductor optical amplifier：ＳＯＡ）を集積したＥＡ変調器集積ＤＦＢレーザ（Electroabsorption Modulator Integrated Distributed Feedback Laser：ＥＡ−ＤＦＢ）及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の普及に伴い、都市間の中継局を結ぶメトロ系光通信網では、１０Ｇｂｉｔ／ｓから２５Ｇｂｉｔ／ｓ、さらには４０Ｇｂｉｔ／ｓといった通信速度の高速化が進んでいる。このメトロ系光通信では、例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓの場合、シングルモードファイバ（ＳＭＦ）４０〜８０ｋｍ伝送の長距離伝送が求められ（求められる伝送距離は、通常、ビットレート（変調速度）の２乗に反比例して減少する）、光送信モジュールの小型化・低消費電力化・低チャープ化が重要な課題となっている。【０００３】
一般に、上記のような高速・長距離伝送を行うために、チャーピングの小さい外部変調方式が用いられている。なかでも、電界吸収効果を利用した電界吸収型（ＥＡ：Electroabsorption）変調器は、小型化、低消費電力化、半導体レーザに対する集積性などの観点から優れた特長を持つ。特に、ＥＡ変調素子と単一波長性に優れる分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback Laser）レーザとを一つの半導体基板上にモノリシックに集積した半導体光集積素子（ＥＡ−ＤＦＢレーザ）は、高速・長距離伝送用発光装置として広く用いられている。信号光波長としては光ファイバの伝播損失が小さい１．５μｍ帯もしくはチャープの少ない１．３μｍ帯が主に用いられる。【０００４】
ＥＡ−ＤＦＢレーザを駆動するためには、ＤＦＢレーザへの電流Ｉopの注入、ＥＡ変調器へのＤＣバイアスＶbの印加及びＥＡ変調器への高周波バイアスＶppの印加を必要とする。ＤＣバイアスＶbに負の電圧を印加し、そしてその絶対値を大きくしていくと、変調光が有するチャープ値βcが減少し、長距離伝送においても波形劣化を抑えることができる。【０００５】
図１Ａ及び図１Ｂは、光信号波形と伝送距離との関係についてのチャープ値依存性を示す。図１Ａはチャープ値βｃ＝１のときの光波形と伝送距離との関係を示し、図１Ｂはチャープ値βｃ＝−０．７のときの光波形と伝送距離との関係を示す。図１Ａに示されるように、チャープ値βｃが正値（例えばβｃ＝１）である場合は、伝送距離４０ｋｍ以上の長距離伝送後における光波形が大きく劣化している。それに対して、図１Ｂに示されるように、チャープ値βｃが負値（例えばβｃ＝−０．７）である場合は、伝送距離４０ｋｍ以上の長距離伝送後における光波形の劣化を抑えることができている。【０００６】
図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、従来のＥＡ−ＤＦＢレーザでは、ＥＡ−ＤＦＢレーザから出射される変調光の波形の形状は、チャーピングに起因して伝送距離が長距離になるにつれて劣化する。そのため、従来のＥＡ−ＤＦＢレーザでは、光波形の劣化を抑えるためにＥＡ変調器に印加するＤＣバイアスＶｂに負の電圧を印加し、そしてその絶対値を大きくしチャープ値βｃを負値にして伝送を行っていた。しかしながら、ＤＣバイアスＶｂの絶対値を大きくすることによりＥＡ変調器の損失が増加し、ＤＦＢレーザから出力される光の光強度が大きく損失してしまう。そのため、従来のＥＡ−ＤＦＢレーザでは、長距離伝送に十分な光強度を得ることが困難であった。【０００７】
このように、ＥＡ変調器に印加するＤＣバイアスＶｂは、大きな光出力を得るためにはその絶対値が小さいほうがよく、長距離伝送可能な光波形を得るためにはその絶対値が大きいほうがよいというトレードオフの関係を有する。このトレードオフを打破するために、非特許文献１に、ＥＡ変調器の出力端に半導体光増幅器（ＳＯＡ）を集積する方法が報告されている。非特許文献１に記載の構成においては、ＥＡ変調器の出力端に集積されたＳＯＡに電流注入を行っている。それにより、ＥＡ変調器から出力された変調光が有する正のチャープ値がＳＯＡを伝搬するときにチャープ値変換されて負値チャープとなるため、長距離伝送に適した状態を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−２５８３３６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Toshio Watanabe, Norio Sakaida, Hiroshi Yasaka, Masafumi Koga, “Chirp Control of an Optical Signal Using Phase Modulation in a Semiconductor Optical Amplifier”, Photonics Technology Letters, １９９８年７月, Vol.10, No.7, p.1027-1029.
【非特許文献２】H. Yamamoto, M. Hirai, O. Kagaya, K. Nogawa, K. Naoe, N. Sasada, and M. Okayasu, “Compact and Low Power Consumption 1.55-・m Electro-Absorption Modulator Integrated DFB-LD TOSA for 10-Gbit/s 40-km Transmission,” in proc. OFC, OThT5 (2009).
【非特許文献３】Y. Morita, T. Yamatoya, Y. Hokama, K. Akiyama, R. Makita, N. Yasui, D. Morita, H. Kawahara, and E. Ishimura, “1.3 ・m 28 Gb/s EMLs with Hybrid Waveguide Structure for Low-Power-Consumption CFP2 Transceivers,” in proc. OFC, OTh4H.5 (2013).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１に記載の構成のように、ＥＡ変調器の出力端にＳＯＡを単純に集積しただけでは、ＳＭＦ長距離伝送に対して十分なチャープ変換値を得ることができなかった。また、非特許文献１に記載の構成では、ＳＯＡに電流を印加するための制御用端子が別途必要であり、従来のＥＡ−ＤＦＢレーザと比較して制御端子数が増加するため消費電力量が増大するという問題があった。【００１１】
特許文献１には、ＥＡ−ＤＦＢレーザにＳＯＡを集積したＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザが示されている。特許文献１に示されるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザでは、従来のＥＡ−ＤＦＢレーザの動作制御と比較して制御端子数の増加を防ぐために、同一端子を用いてＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部を制御してそれぞれの電流注入を行っている。それにより、ＤＣバイアスＶbを小さくしても光出力を増大させることが可能である。【００１２】
また、特許文献１に示されるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザでは、ＳＯＡ長の設計を変化させることにより、同一端子を用いて注入した電流量に対してＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部にそれぞれ印加する電流量が所望の割合となるように電流量を割り振ることが可能である。このため、非特許文献１に示されるようなＳＯＡが集積されていないＥＡ−ＤＦＢレーザと比較して、消費電力が増加することなくＳＯＡに電流注入することができる。さらに、ＥＡ変調器に印加するＤＣバイアスＶｂの絶対値を小さくすることができる分、消費電力を削減できることになる。【００１３】
しかしながら、特許文献１に示されるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザでは、ＳＯＡに注入する電流量が大きすぎると消費電力の増大を招き、ＳＯＡに注入する電流量が小さすぎると十分な利得を得ることができない。そのため、実際には、負チャープ値化しつつ従来のＥＡ−ＤＦＢレーザと比較して高出力化及び低消費電力化を同時に実現できていなかった。【００１４】
このように、従来のＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザでは、負チャープ値化しつつ従来のＥＡ−ＤＦＢレーザと比較して高出力化及び低消費電力化を同時に実現できていなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の実施形態に係る駆動方法は、ＤＦＢレーザ部と、前記ＤＦＢレーザ部の後段に設けられたＥＡ変調器部と、前記ＥＡ変調器部の後段に設けられたＳＯＡ部とが同一基板上にモノリシック集積されたＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの駆動方法であって、ＥＡ−ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容される前記ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大注入電流から削減量ΔＩDFBを削減することによって前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部で削減できた消費電力と前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部で削減できた消費電力との合計分を超えない消費電力の範囲内で前記ＳＯＡ部に電流ＩSOAを注入することを特徴とする。【００１６】
本発明の第２の実施形態に係るＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザは、ＤＦＢレーザ部とＥＡ変調器部とを含むＥＡ−ＤＦＢレーザの出射端にＳＯＡ部が集積されたＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザであって、ＥＡ−ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容される前記ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大注入電流から削減量ΔＩDFBを削減することによって前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部で削減できた消費電力と前記ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＥＡ変調器部で削減できた消費電力との合計分を超えない消費電力の範囲内で前記ＳＯＡ部に電流ＩSOAが注入されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、従来のＥＡ−ＤＦＢレーザと比較して、高出力化、低消費電力化及び負チャープ値化を同時に実現することができるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザ及びその駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】図１Ａは、光信号波形と伝送距離との関係についてのチャープ値依存性を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、光信号波形と伝送距離との関係についてのチャープ値依存性を示す図である。
【図２】図２は、本発明において用いられるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの構成の概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、ＥＡ−ＤＦＢレーザ及びＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの構造を例示する図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ＥＡ−ＤＦＢレーザ及びＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの構造を例示する図である。
【図４】図４は、ＥＡ−ＤＦＢレーザ及びＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおけるＤＦＢレーザ部への電流注入量−光出力特性の測定結果を示す図である。
【図５】図５は、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおけるＳＯＡ部の利得計算結果を示す図である。
【図６】図６は、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおける各ＳＯＡ長ＬSOAに対する光強度利得の測定結果を示す。
【図７】図７は、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＳＯＡ部の消費電力の測定結果を示す図である。
【図８】図８は、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいて、各ＳＯＡ長についてのＳＯＡ部１３の駆動電流範囲を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施例２に係るＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２は、本発明において用いられるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの構成の概略図である。図２には、ＤＦＢレーザ部１１と、ＤＦＢレーザ部１１からの出力光を入力するＥＡ変調器部１２と、ＥＡ変調器部１２において変調されて出力された変調出力光を入力して増幅するＳＯＡ部１３とが同一基板上にモノリシック集積されたＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザが示されている。図３Ａは、ＥＡ−ＤＦＢレーザの構造を例示し、図３Ｂは本発明で用いられるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの構造を例示する。以下で説明されるＳＯＡが集積されていないＥＡ−ＤＦＢレーザ（以下、単に「ＥＡ−ＤＦＢレーザ」という）は、ＳＯＡが集積されていない点を除いて、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザと同様の特性を有するものとする。
【００２０】
本発明に係るＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいては、ＥＡ−ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容されるＤＦＢレーザ部への最大許容電流（例えば８０ｍＡ）から、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部１１へのＤＦＢ注入電流ＩDFBを、ＤＦＢレーザ部１１の閾値電流よりも大きくＳＭＳＲが劣化しない範囲の電流（例えば６０ｍＡ）に削減する。それにより、後述するようにＤＦＢレーザ部１１で削減できた消費電力ΔＰDFB及びＥＡ変調器部１２で削減できた消費電力ΔＰEAの合計分を超えない消費電力の範囲内で高出力化及び低消費電力化を実現できるような電流をＳＯＡ部１３に注入する。
【００２１】
本発明に係るＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいては、ＤＦＢレーザ部１１へのＤＦＢ注入電流ＩDFBを小さくすることでＤＦＢレーザ部１１での消費電力ＰDFBも減少・削減される。さらに、ＥＡ変調器部１２への入力光強度が減少した結果、ＥＡ変調器部１２に流れるフォトカレントが減少し、ＥＡ変調器部１２での消費電力ＰEAも減少・削減される。また、ＤＦＢレーザ部１１及びＥＡ変調器部１２で削減できた電力分の範囲内でＳＯＡ部１３に電流注入することによりレーザ全体の光出力を増加させつつも消費電力は増加させないことができる。ここで、ＤＦＢレーザ部１１の電流削減が大きすぎるとサイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）が劣化するため、できるだけＤＦＢレーザ部１１での電流削減は抑えたい。そのため、ＳＯＡ部１３へのＳＯＡ注入電流ＩSOAはなるべく少ない方が望ましい。
【００２２】
また、一般に、ＥＡ−ＤＦＢレーザを搭載した光送信モジュール（すなわち、ＳＯＡを有さない、もしくはＳＯＡ部への注入電流ＩSOAを０とした場合の光送信モジュール）の駆動条件において許容されるＤＦＢレーザ部への注入電流は６０〜８０ｍＡである（例えば特許文献１、非特許文献２及び３参照）。そのため、本発明において用いられるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの駆動条件においても、注入電流量Ｉ＝ＩDFB＋ＩSOAも６０〜８０ｍＡとする。
【００２３】
以下、負チャープ値化を実現しつつ従来構成と比較して高出力化及び低消費電力化を同時に実現することができるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの駆動方法を説明する。
【００２４】
図４は、ＥＡ−ＤＦＢレーザ及びＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおけるＤＦＢレーザ部への電流注入量−光出力特性の測定結果を示す。図４では、動作温度は４５℃とし、横軸はＤＦＢレーザ部１１へのＤＦＢ注入電流ＩDFBを示す。ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいては光導波方向に関するＳＯＡ部１３のＳＯＡ長ＬSOA＝５０μｍとし、ＩSOA＝１０ｍＡ、２５ｍＡとし、ＥＡ−ＤＦＢレーザはＳＯＡを集積しなかった点を除いて、図４で用いたＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザと同じ構成を有する。
【００２５】
一般に、ＤＦＢレーザ部の閾値電流をＩth、ＤＦＢレーザ部の電流光出力効率（スロープ効率：光出力変化量／電流変化量）をηｄDFBとすると、ある注入電流ＩDFBの時のＤＦＢレーザ部の光出力ＰDFBは、以下のように示すことができる。
ＰDFB＝（ＩDFB−Ｉth）×ηｄDFB
【００２６】
図４に示すように、ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいて、ＩDFBを駆動条件の上限値及び下限値である８０ｍＡから６０ｍＡへと小さくした場合、光出力は１２．１ｍＷから８．９ｍＷに削減し（１０．８ｄＢｍから９．５ｄＢｍに削減し）、光出力は１．３ｄＢ減少する。このことは、ＩDFBを２０ｍＡ削減した際のスロープ効率ηｄDFB＝０．１６［Ｗ/Ａ］であって、光出力削減量ΔＰDFBが次の式で表すことが出来ることを意味している。
ΔＰDFB＝ΔＩDFB×ηｄDFB
【００２７】
一方で、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいては、ＩSOA＝１０ｍＡの場合にはＩDFB＝６０ｍＡであっても、ＥＡ−ＤＦＢレーザにおけるＩDFB＝８０ｍＡの場合に比べて光出力が大きい。すなわち、ＩDFB＝６０ｍＡの場合、ＩSOA＝１０ｍＡでは、ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいてＩDFBを８０ｍＡから６０ｍＡへと小さくした場合の光出力減少分である１．３ｄＢを補う分だけの光出力が得ることができている。また、ＩSOA＝２５ｍＡとした場合には、ＩSOA＝１０ｍＡとした場合よりもさらに高い光出力を得ることができている。
【００２８】
図５は、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおけるＳＯＡ部１３の利得計算結果を示す。図５に示すＳＯＡ部１３の利得計算は、レート方程式を用いて行い、ＳＯＡ部１３への入力光強度とＳＯＡ長ＬSOAとＳＯＡ注入電流ＩSOAとの関係を調べた。図５は、ＳＯＡ長ＬSOA＝５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍの場合について、入力光強度とＳＯＡ注入電流ＩSOAとの関係を示す。
【００２９】
図５に示されるように、ＬSOA＝５０μｍの場合、ＩSOA＝１０ｍＡであっても入力光強度９ｄＢｍで約１．３ｄＢの利得が得られる。一方、ＬSOA＝１００μｍや１５０μｍの場合、ＩSOA＝１０ｍＡでは１．３ｄＢ以上の利得を得ることができない。
【００３０】
図６は、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおける各ＳＯＡ長ＬSOAに対する光強度利得の測定結果を示す。図６では、横軸はＳＯＡへの電流注入量ＩSOAを示し、ＩDFB＝６０ｍＡであり、各ＳＯＡ長ＬSOA＝５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍの場合の光強度利得の測定結果をそれぞれ示している。
【００３１】
図６に示されるように、ＬSOA＝５０μｍの場合、ＩDFB＝６０ｍＡであっても、ＩSOA＝７ｍＡ以上であれば、１．３ｄＢの利得を得ることができる。同様に、ＬSOA＝１００μｍの場合はＩSOA＝約１３ｍＡ以上、ＬSOA＝１５０μｍの場合はＩSOA＝約１８ｍＡ以上であれば、１．３ｄＢの利得を得ることができる。
【００３２】
ここで、各ＳＯＡ長ＬSOAに関して、ＩDFB＝６０ｍＡであっても、ＥＡ−ＤＦＢレーザの場合においてＩDFBを駆動条件の上限値及び下限値である８０ｍＡから６０ｍＡへと小さくした場合の光出力減少分は１．３ｄＢである。１．３ｄＢの利得を得ることができるＩSOAを下限値とすれば、従来よりも常に高い利得を得ることができるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザを実現することができる。
【００３３】
なお、図６に示されるように、ＳＯＡ長ＬSOAが長くなるに従い、同一電流においてＳＯＡ内部の電流密度が小さくなるため、１．３ｄＢの利得を得るために必要な電流量が増加する。逆にＳＯＡ長ＬSOAが短くなると、利得を得るためのＳＯＡ内部の体積が減少するため、最大利得は小さくなる。
【００３４】
図７は、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＳＯＡ部１３の消費電力の測定結果を示す。図７では、横軸はＳＯＡへの電流注入量ＩSOAを示し、各ＳＯＡ長ＬSOA＝５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍの場合のＳＯＡ部１３の消費電力の測定結果をそれぞれ示している。
【００３５】
ＥＡ−ＤＦＢレーザの注入電流を８０ｍＡから６０ｍＡに小さくしたことで減少するＤＦＢレーザ部の消費電力とＥＡ変調器部の消費電力の合計は５２ｍＷである。ここで、図７に示されるように、ＳＯＡ部１３の消費電力が５２ｍＷとなるのは、ＳＯＡ長ＬSOA＝５０μｍの場合はＩSOA＝約２５ｍＡであり、ＬSOA＝１００μｍの場合はＩSOA＝約３３ｍＡであり、ＬSOA＝１５０μｍの場合はＩSOA＝約３９ｍＡである。
【００３６】
各ＳＯＡ長について、消費電力が５２ｍＷとなるＳＯＡ注入電流ＩSOAを上限とすれば、従来よりも常に消費電力が小さいＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザを実現することができる。
【００３７】
図８は、本発明において用いられるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいて、各ＳＯＡ長について、負チャープ値化を実現しつつ従来よりも高利得化かつ低消費電力化を同時に実現できるＳＯＡ部１３の駆動電流範囲を示す。
【００３８】
図４乃至図７に示す結果に基づき、レート方程式から、負チャープ値化を実現しつつ従来のＥＡ−ＤＦＢレーザと比較して高出力化及び低消費電力化を同時に実現することができるＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＳＯＡ部１３の中心駆動電流Ｉcenterを求めた。その結果、中心駆動電流Ｉcenterは、ＳＯＡ長ＬSOAに比例する線形関数として示すことができ、例えば、Ｉcenter［ｍＡ］＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］で示すことができた。
【００３９】
さらに、上述したように消費電力と光増幅の観点からＳＯＡ注入電流ＩSOAの上限と下限を規定した場合、予め測定・記録したＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部への最大許容電流からのＤＦＢ注入電流ＩDFBの削減量をΔＩDFBとすると、ＳＯＡ注入電流ＩSOAの上限及び下限はＳＯＡ部１３の中心駆動電流Ｉcenterの±ΔＩDFB／２として示すことができた。よって、従来よりも高出力化かつ消費電力を実現できるＳＯＡ部１３の駆動電流範囲ＩSOArngは、ＩSOArng＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］で表すことができる。例えば、ＳＯＡ集積によって高出力化及び低消費電力化を実現できる電流範囲ΔＩDFBは±１０ｍＡとすることができる。
【００４０】
このように、本発明に係るＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいては、ＥＡ−ＤＦＢレーザを光送信モジュールに搭載した場合に許容されるＤＦＢレーザ部への最大許容電流を予め測定・記録しておき、当該最大許容電流と、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザのＤＦＢレーザ部１１へのＤＦＢ注入電流ＩDFBとの差分から削減量ΔＩDFBを算出する。ＤＦＢ注入電流削減により、ＤＦＢレーザ部１１で削減できた消費電力ΔＰDFB及びＥＡ変調器部１２で削減できた消費電力ΔＰEAの合計分を超えない範囲内の電力消費で且つ高出力化を実現できるように、駆動電流範囲ＩSOArngは、ＩSOArng［ｍＡ］＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×ＬSOA［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±ΔＩDFB／２［ｍＡ］の範囲内のＳＯＡ注入電流ＩSOAをＳＯＡ部１３に注入する。それにより、負チャープ値化を実現しつつ従来よりも光強度の増大及び低消費電力化を同時に実現することができる。
【００４１】
ここで、光導波方向に関するＳＯＡ部１３のＳＯＡ長を５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲に設定することにより、ＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部それぞれに供給される電流量について、ＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部のぞれぞれの駆動条件を満たすことができるとともに、負チャープ値の実現やＤＦＢレーザ部及びＳＯＡ部の消費電力の増加をさらに防ぐことが可能となる。従って、ＳＯＡ部１３のＳＯＡ長ＬSOAを５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲に設定することが好ましい。
【００４２】
（実施例１）
表１を用いて、本発明の実施例１に係るＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザを説明する。表１は、ＥＡ−ＤＦＢレーザの駆動電流を８０ｍＡとし、ＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザにおいてはＤＦＢレーザ部１２への注入電流ＩDFBを６０ｍＡとし、ＳＯＡ長ＬSOAは５０μｍとし、動作温度は４５℃とし、ＳＯＡ部１３への注入電流ＩSOAを１０ｍＡ又は２５ｍＡで駆動した場合のＥＡ−ＤＦＢレーザ及びＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの特性を示している。表１において、Ｐavgは光強度を示し、ＤＥＲは動的消光比を示し、ＯＭＡは光変調強度を示し、ｆ3dBは３ｄＢ帯域のカットオフ周波数を示し、Ｐは消費電力を示す。
【００４３】
【表１】
2016136183.tif 000003
【００４４】
表１に示されるように、ＩSOA＝１０ｍＡ、２５ｍＡの場合、ＥＡ−ＤＦＢレーザ単体の時に比べＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの光強度Ｐavgを増加させつつ、消費電力Ｐを削減することを実現できているとともに、ＤＥＲ及びＯＭＡもＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザとして動作可能な程度に良好な数値が得られている。ＩSOA＝１０ｍＡ、２５ｍＡは、ＳＯＡ部１３の駆動電流範囲ＩSOArng＝１１５［ｍＡ／ｍｍ］×０．０５［ｍｍ］＋１０［ｍＡ］±１０［ｍＡ］＝１５．７５±１０[ｍＡ]の範囲内であるため、本発明の駆動方法により光強度の増大、低消費電力化及び負チャープ値化を同時に実現できることが確認された。
【００４５】
（実施例２）
図９を用いて、本発明の実施例２に係るＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザを説明する。図９には、ＤＦＢレーザ部１１と、ＤＦＢレーザ部１１からの出力光を入力するＥＡ変調器部１２と、ＥＡ変調器部１２において変調された出力された変調出力光を入力して増幅するＳＯＡ部１３とが同一基板上にモノリシック集積されたＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザが示されている。図９に示されるように、ＤＦＢレーザ部１１及びＳＯＡ部１３は、同一の制御端子１４を用いて制御される。本実施例に係るＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザの作製工程は、例えば特許文献１に示されている。
【００４６】
本実施例では、光導波方向に関するＳＯＡ部１３の長さを５０μｍとし、光導波方向に関するＤＦＢレーザ部１１の長さを３００μｍとしている。ＳＯＡ部１３とＤＦＢレーザ部１１の長さの比が１：６としていることから、素子の抵抗はおよそ６：１となる。そのため、本実施例では、同一の制御端子１４から電流Ｉ＝７０ｍＡ注入した結果、ＳＯＡ部１３には１０ｍＡ、ＤＦＢレーザ部１１には６０ｍＡ注入されている。
【００４７】
このように、本実施例２によると、ＤＦＢレーザ部１１及びＳＯＡ部１３は、同一の制御端子１４を用いて制御する場合においても、高出力化かつ消費電力を実現できる本発明に係るＳＯＡ部１３の駆動電流範囲ＩSOArngを満たすようにＳＯＡ部１３とＤＦＢレーザ部１１の長さの比を調整することにより、光強度の増大、低消費電力化及び負チャープ値化を同時に実現することができる。
【００４８】
以上、本発明に係るＳＯＡ集積ＥＡ−ＤＦＢレーザ及びその駆動方法について説明したが、これに限定されず、例えばレート方程式を用いずに、図５に示す結果と同様の結果が得られるのであれば他の計算方法によりＳＯＡ部１３の利得計算をしてもよい。
【図１Ａ】
2016136183.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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