(57)【要約】【課題】長い空洞単一モードレーザーダイオードを提供する。【解決手段】従来のＡＷＧ基板レーザーまたはＣＧ基板レーザーのような長い空洞単一モードレーザーに光増幅器を持つリング導波路を集積することによって単一モード安定性を向上させる。【選択図】図８Ａ
2008028393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームを増幅して出力する第１光増幅器と、
導波路列によって前記ビームを複数の波長に分離するアレイ導波路回折格子と、
前記分離された各波長の光を増幅する波長選択ＳＯＡアレイと、
前記第１光増幅器と連結されて帰還ループを形成し、前記帰還ループ内の第２光増幅器を備えるリング導波路と、を備えることを特徴とする長い空洞単一モードレーザーダイオード。
【請求項２】
前記第１光増幅器と前記リング導波路との間に位置して出射されるビームの位相を調整する位相調整器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の長い空洞単一モードレーザーダイオード。
【請求項３】
ビームを増幅して出力する第１光増幅器と、
前記ビームの位相を調節する位相調整器と、
入射されるビームの角によって特定の波長を持つビームに回折させて反射する凹回折格子と、
前記第１光増幅器と連結されて帰還ループを形成し、前記帰還ループ内の第２光増幅器を備えるリング導波路と、を備えることを特徴とする長い空洞単一モードレーザーダイオード。
【請求項４】
前記位相調整器から出力されるビームの波長を可変する分散部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の長い空洞単一モードレーザーダイオード。
【請求項５】
前記第１光増幅器は少なくとも一つ以上の光増幅器アレイで構成され、前記光増幅器アレイ別に相異なる波長が出射されることを特徴とする請求項３または４に記載の長い空洞単一モードレーザーダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向単一モード安定性を向上させた長い空洞単一モードレーザーダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸方向単一モードレーザーダイオードは、コヒーレント光通信及び波長多重光通信に必須に使われる光部品である。
【０００３】
一般的に軸方向多重モードを持つ半導体ダイオード（例えば、フェブリーペロット（Ｆｅｂｒｙ−Ｐｅｒｒｏｔ）レーザーダイオード）で単一モードを得るためには、波長選択性を持つフィルタまたは回折格子を空洞内に挿入して一つのモードのみ出射されるように構成する。
【０００４】
単一モードを得るための多様な種類の方法が報告されており、レーザーダイオードは長さによって、短い空洞レーザーダイオードと長い空洞レーザーダイオードとに区分できる。
【０００５】
短い空洞レーザーダイオードには代表的に、分布帰還型レーザーダイオード（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＦｅｅｄＢａｃｋ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、以下、‘ＤＦＢ−ＬＤ’という）と、分布反射型レーザーダイオード（Ｄｉｓｔｒｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ、以下、‘ＤＢＲ−ＬＤ’という）がある。短い空洞レーザーダイオードは、空洞内部に軸方向に屈折率または利得周期を持つ回折格子が挿入されて軸方向単一モードを得る。
【０００６】
その他に短い空洞レーザーダイオードには、分布反射型レーザーダイオード、結合空洞レーザーダイオードなどがあり、このようなダイオード素子は、素子の長さが相対的に短いために（１mm以下）直接変調速度が速く、モード間隔（素子長さに反比例）が回折格子またはフィルタの帯域幅より広いために、単一モードを容易に得られるという長所がある。
【０００７】
長い空洞レーザーダイオードは、アレイ導波路回折格子（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＡＷＧ）に基づくレーザーダイオード（ＡＷＧ−ｂａｓｅｄ ＬＤ）と凹回折格子（Ｃｏｎｃａｖｅ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＣＧ）に基づくレーザーダイオード（ＣＧ−ｂａｓｅｄ ＬＤ）とに大別できる。
【０００８】
ＡＷＧ基板レーザーは、半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下、「ＳＯＡ」という）とＡＷＧとが単一集積されて単一モード光源として動作する光源であり、ＣＧ基板レーザーは、ＳＯＡとＣＧが単一集積された構造である。
【０００９】
長い空洞レーザーダイオードは、光利得を生成するＳＯＡと波長選択機能を行うＡＷＧまたはＣＧとが単一集積されているが、空間的にそれぞれ離れている空洞の長さが数mmであり、短い空洞レーザーダイオードに比べて相対的に長い。これによって空洞内の長いラウンド・トリップ・タイム（ｒｏｕｎｄ−ｔｒｉｐ ｔｉｍｅ）で変調速度が遅いという短所がある。
【００１０】
長い空洞レーザーダイオードはアレイ形態に容易に製作できるために、多波長光源として活用でき、光増幅器だけでなく光変調器、光減衰器、光検出器と容易に集積できるので、その活用範囲が広い。
【００１１】
図１は、従来のＡＷＧ基板レーザーの構造を概略的に示す図である。
【００１２】
図１を参照すれば、ＡＷＧ基板レーザーは、ＳＯＡプリアンプ１００、ＡＷＧ、波長選択ＳＯＡアレイで構成される。ＳＯＡプリアンプ１００と波長選択ＳＯＡアレイ１２０は電流注入により光利得を生成し、ＡＷＧ １１０は波長選択機能を行う。
【００１３】
ＳＯＡプリアンプ１００に電流を注入すれば、光利得が発生して広い波長領域の光が生成され、前記生成された光は、ＡＷＧ １１０を過ぎつつＡＷＧの波長選択透過特性に基づいて相異なる波長に導波路列に沿って導波される。
【００１４】
波長選択ＳＯＡアレイ１２０に電流を注入すれば、導波ビームは光利得を得て波長選択ＳＯＡアレイ１２０の右側反射面にぶつかって再びＡＷＧ １１０、ＳＯＡプリアンプ１００に帰還する。ＳＯＡプリアンプ１００の左側断面と波長選択ＳＯＡアレイ１２０の右側断面とが反射面になって共振器として作用し、ＳＯＡプリアンプ１００の左側断面に光出力される（もちろん、波長選択ＳＯＡアレイにも光出力が出射される）。
【００１５】
波長選択ＳＯＡアレイ１２０に電流を注入しなければ、導波ビームは吸収されて光が出力されない。したがって、図１の構造でＳＯＡプリアンプ１００は常にオン状態にあり、波長選択ＳＯＡアレイ１２０のうちいずれか一つにのみ電流を注入して、特定波長のビームのみＳＯＡ ｐｒｅ−ａｍｐの左側断面に出射させることができる。
【００１６】
図２Ａないし図２Ｄは、図１に図示されたＡＷＧ基板レーザーの波長領域の動作特性を示す図である。
【００１７】
ＡＷＧの波長選択透過特性は、図２Ａに示したように、普通０．４nm〜０．８nm（５０Ｇｈｚ〜１００ＧＨｚ）程度の幅を持つ。素子全体の空洞長さＬは最小２mm以上であるので、動作波長λが１５５０nmであり、導波路の群屈折率（ｎｇ）が３．７である媒質の場合、空洞モード間隔（△λ）（＝λ２／（２ｎｇＬ））は約０．１６nmであるため、図２Ｂに示したように、空洞モード間隔がＡＷＧのパスバンド（ｐａｓｓｂａｎｄ）幅より狭く現れる。
【００１８】
この場合、ＡＷＧの透過特性だけで共振される場合、図２Ｃに示したように、マルチモード特性が予想されうる。しかし、実際の実験では特定条件で図２Ｄのような単一モードで発振されることが報告され（非特許文献１及び非特許文献２参照）、これは、ＳＯＡ内部の非線形特性（非特許文献３及び非特許文献４参照）による光利得スペクトルの変化に起因する。
【００１９】
さらに具体的に説明すれば、ＳＯＡの非線形特性は自己安定（ｓｅｌｆ−ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ、非特許文献５参照）と４波長ミキシング（非特許文献６参照）とから始まる。
【００２０】
自己安定は、特定波長でレーザーが発振している時にその状態を維持し続けようとする特性であり、図２ＡのＡＷＧ透過特性ピーク値の波長が空洞モードの特定波長と一致する場合、この波長での光利得値が隣接空洞モードの光利得値よりはるかに大きくなるにつれて発振モードの光出力が増加する現象である。
【００２１】
４波長ミキシングは、ＡＷＧ透過特性ピーク値の波長と空洞モードの波長とが一致しない場合、２つのモード以上の光が互いにビーティングするが、この場合に短波長側の光利得より長波長側の光利得が増加することによって発生する現象である。前述した非線形特性により約３０dB以上の側モード抑圧率（Ｓｉｄｅ Ｍｏｄｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｉｔｏ：ＳＭＳＲ）を得ることができる。
【００２２】
図３は、従来のＣＧ基板レーザーの構造を概略的に示す図である。
【００２３】
図３を参照すれば、ＣＧ基板レーザー（非特許文献７参照）は、ＳＯＡ ３００、ＰＣＳ（Ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｅｃｔｉｏｎ）３１０、ＤＥ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ）３２０、ＣＧ ３３０で構成される。
【００２４】
ＳＯＡ ３００は、電流注入（ＩＳＯＡ）により光利得を生成し、ＰＣＳ ３１０は、電流注入（ＩＰＣＳ）により導波ビームの位相を調節し、ＤＥ ３２０は、電流注入（ＩＤＥ）により波長を可変させ、ＣＧ ３３０は、図１で説明したように波長選択機能を行う。図３に図示されたＣＧ基盤レーザーは、単一モード光源として使われると同時にＤＥ ３２０内の電流注入で発振ビームの波長を変化させることによって、波長可変光源としても活用されうる。
【００２５】
ＳＯＡ ３００に電流を注入すれば、光利得が発生して広い波長領域の光が生成され、前記生成された光はＰＣＳ ３１０を通過し、Ａ地点でビームは広がってＣＧ ３３０に入射される。ＣＧ ３３０に入射されたビームは、回折格子の回折特性に基づいて特定波長のビームのみ入射ビームと同じ方向に反射され、反射されたビームは再びＡ地点に集まって、ＰＣＳ ３１０、ＳＯＡ ３００に帰還される。
【００２６】
ＳＯＡ ３００の左側断面とＣＧ ３３０面とが反射面になって共振器として作用するので、ＳＯＡ ３００の左側断面に光出力される。ＣＧ基板の波長可変光源は、ＤＥを除いては多様な形態に作製されうる（非特許文献８及び非特許文献９参照）。
【００２７】
ＣＧは、ＡＷＧと同じ役割を行うので、ＣＧ基板レーザーの動作特性は、図２Ａないし図２Ｄに図示された動作特性と同一である。すなわち、図２Ａは、ＣＧの回折反射特性に対応し、図２Ｂは、空洞モード特性、図２Ｄは、光出力特性にそれぞれ対応する。ＣＧ基板レーザーもＳＯＡの非線形特性により３０dB以上の側モード抑圧率を得ることができる。
【００２８】
図４及び図５は、図３に図示されたＣＧ基板レーザーに電流を注入させた時の光出力特性を示す図である。
【００２９】
図４を参照すれば、図３に図示されたＣＧ基板レーザー（ＳＯＡ長さ：８００μｍ、空洞長さ：約４mm、ＣＧの回折次数：４次）に対して注入電流（ＩＳＯＡ）が１０μｍである時の測定された光出力スペクトルが図示されている。光出力光ファイバを通じて得られ、約３５dB以上の高い側モード抑圧率を表す。
【００３０】
図５を参照すれば、ＣＧ基板レーザーに注入電流（ＩＳＯＡ＝３００mA）を高めれば、マルチモード特性が現れる。マルチモード特性は、同一構造に対して動作電流を高めるほど容易に発生する。容易に発生する原因は、高い注入電流によって主モードの光利得が飽和されて、これ以上非線形特性がモード選択に寄与できないところから始まり、図２Ｃに示したような結果で現れることが分かる。
【００３１】
ＣＧ基板レーザーがＣＧの回折反射特性の幅が広い構造（回折次数の小さな構造、回折格子周期の長い構造、Ａ地点からＣＧ断面までの距離が短い構造など）で作製される場合、低い注入電流に対しても容易にマルチモード特性が現れる。
【００３２】
長い空洞レーザーダイオードの単一モード特性はＳＯＡの非線形特性に依存し、非線形特性は、素子の構造と動作条件によって大きく影響されるために単一モード安定性がよくないということが分かる。
【００３３】
最近、このような問題点を克服するための多様な方法が提示されている。
【００３４】
まず、相異なる二つのＡＷＧと光結合器を使用して、それぞれのＡＷＧ パスバンドを互いに重複させて良質の単一モード特性を得る構造がある（非特許文献１０及び非特許文献１１参照）。
【００３５】
このような構造は、約４０dB程度の高い側モード抑圧率が報告されるだけでなく、チャンネル数を大きく増加させることができる。しかし、これら構造は、２個のＡＷＧの使用により素子のサイズが大きいだけでなく、二つのＡＷＧのパスバンドを合わせるための動作条件が複雑で単一モードを得るための条件が厳しい。また、所望しないウェーブミキシング効果によってサイドピークが発生するという問題点を持っている。
【００３６】
次いで、スペクトル上に狭いフィルタリング特性を持つＤｉＤｏｍｅｎｉｃｏ−Ｓｅｉｄｅｌ ｃａｖｉｔｙ（または、Ｖｅｒｎｉｅｒ−Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ ｃａｖｉｔｙ）をＡＷＧ基板レーザーに追加して単一モード安定性を向上させる構造がある（非特許文献１２参照）。
【００３７】
この構造は、ＡＷＧのパスバンド幅が多少広くても、ＤｉＤｏｍｅｎｉｃｏ−Ｓｅｉｄｅｌｃａｖｉｔｙのフィルタ特性により一つの空洞モードのみ選択できるので、非常に優秀な単一モード特性が予想される。しかし、ＡＷＧ基板レーザーにＤｉＤｏｍｅｎｉｃｏ−Ｓｅｉｄｅｌ ｃａｖｉｔｙを具現するためには、非常に精巧な設計及び作製が要求され、素子のサイズが大きくなって損失が増大するという問題点がある。
【００３８】
【非特許文献１】Ｍ．Ｚｉｎｒｎｇｉｂｌ ｅｔ ａｌ，“Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ａｎｄ ａｎ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６，ｎｏ．４，ｐｐ．５１６〜５１８，Ａｐｒｉｌ １９９４
【非特許文献２】Ｍ．Ｚｉｒｎｇｉｂｌ ｅｔ ａｌ，“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｒｏｕｔｅｒ ｌａｓｅｒ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６，ｎｏ．９，ｐｐ．１０８２〜１０８４，Ｓｅｐｔ．１９９４
【非特許文献３】Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ，ｅｔ ａｌ，“Ｓｉｎｇｌｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ−ｍｏｄｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｖｉａ ｗａｖｅ ｍｉｘｉｎｇ ｉｎ ｌｏｎｇ−ｃａｖｉｔｙ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．７，ｎｏ．９，ｐｐ．９６２〜９６４，Ｓｅｐｔ．１９９５
【非特許文献４】Ｃ．Ｒ．Ｄｏｅｒｒ，“Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｍｏｄｅ−ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒｓ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．９，ｎｏ．１１，ｐｐ．１４５７〜１４５９，Ｎｏｖ．１９９７
【非特許文献５】Ｒ．Ｆ．Ｋａｚａｒｉｎｏｖ，ｅｔ ａｌ，“Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｍｏｄｅ ｓｅｌｆ−ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ，”Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．５３，ｎｏ．７，ｐｐ．４６３１〜４６４４，Ｊｕｌｙ １９８２
【非特許文献６】Ａ．Ｐ．Ｂｏｇａｔｏｖ，ｅｔ ａｌ，“Ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｍｏｄｅｓ ｉｎ ａ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｓｅｒ，”ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．ＱＥ−１１，ｎｏ．７，ｐｐ．５１０〜５１５，Ｊｕｌｙ １９７５
【非特許文献７】Ｏｈ−ｋｅｅ Ｋｗｏｎ ｅｔ ａｌ，“Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒ，”ＩＥＥＥ ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１７，ｎｏ．９，ｐｐ．１７９４〜１７９６，２００５
【非特許文献８】Ｏｈ−ｋｅｅ Ｋｗｏｎ ｅｔ ａｌ，“Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｕｌｔｉ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｇｒａｔｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ ｌａｓｅｒ，”ＩＥＥＥ ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１７，ｎｏ．９，ｐｐ．１７８８〜１７９０，２００５
【非特許文献９】Ｊ．Ｂ．Ｄ Ｓｏｏｌｅ，ｅｔ ａｌ，“Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ ｇｒａｔｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｏｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ １．４８〜１．５６μｍ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒａｎｇｅ，”Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．５８，ｎｏ．ｌ８，ｐｐ．１９４９〜１９５１，Ｍａｙ １９９１
【非特許文献１０】Ｄ．Ｖａｎ Ｔｈｏｕｒｈｏｕｔ ｅｔ ａｌ，“Ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｇｉｔａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｌａｓｅｒ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１５，ｎｏ．２，ｐｐ．１８２〜１８４，Ｆｅｂ．２００３
【非特許文献１１】Ｊ．Ｈ．ｄｅｎ Ｂｅｓｔｅｎ ｅｔ ａｌ，“Ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ４−ｃｈａｎｎｅｌ ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｌａｓｅｒ ｏｎ ＩｎＰ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｏｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．１５，ｎｏ．３，ｐｐ．３６８〜３７０，Ｍａｒｃｈ ２００３
【非特許文献１２】Ｌ．Ｍｏｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ，“Ｍｕｌｔｉｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｌａｓｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｖｅｒｎｉｅｒ−Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ ｃａｖｉｔｙ ｆｏｒ ｍｏｄｅ ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ，”ＩＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．３６，ｎｏ．６，ｐｐ．５４０〜５４２，２０００
【非特許文献１３】Ｄ．Ｇ．Ｒａｂｕｓ ｅｔ ａｌ，“ＭＭＩ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｒｉｎｇ ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ ｉｎ ＧａＩｎＡｓＰ−ＩｎＰ，”ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１３，ｎｏ．８，ｐｐ．８１２〜８１４，Ａｕｇ．２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
本発明が解決しようとする技術的課題は、素子のサイズを変化させずに簡単な設計と製作方法で軸方向単一モード安定性を向上させ、かつ光損失の少ない長い空洞単一モードレーザーダイオードを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
前記の技術的課題を達成するための本発明による長い空洞単一モードレーザーダイオードの一実施形態は、ビームを増幅して出力する第１光増幅器と、導波路列によって前記ビームを複数の波長に分離するＡＷＧと、前記分離された各波長の光を増幅する波長選択ＳＯＡアレイと、前記第１光増幅器と連結されて帰還ループを形成し、前記帰還ループ内の第２光増幅器を備えるリング導波路と、を備える。
【００４１】
前記の技術的課題を達成するための、本発明による長い空洞単一モードレーザーダイオードの他の実施形態は、ビームを増幅して出力する第１光増幅器と、前記ビームの位相を調節する位相調整器（Ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ、以下、ＰＣＳ）と、入射されるビームの角によって特定の波長を持つビームに回折させて反射するＣＧと、前記第１光増幅器と連結されて帰還ループを形成し、前記帰還ループ内の第２光増幅器を備えるリング導波路と、を備える。
【００４２】
これにより、単一モードの安定性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、リングタイプ構造が集積された長い空洞単一モードレーザーは、リング導波路内に位置する光増幅器の電流調整で特定波長のビームのみ増幅させて透過させる特性を持つ。したがって、長い空洞単一モードレーザーの単一モード安定性を大きく向上させて、素子の信頼性及び収率を高めることができる。また、リング空洞内に位置する光増幅器の光増幅特性で光出力が高くなり、特に、波長可変レーザーに対しては単一モード安定性の向上だけでなく広い波長可変特性を得ることができる。
【００４４】
また、本発明によるリングタイプ構造を長い空洞単一モードレーザーに集積しても素子のサイズはあまり変化せず、単一モードを得るための動作及び構造が非常に簡単であり、リング導波路内のＳＯＡ注入電流で帰還光が増幅されるので、光出力がかえって増大するという長所がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、添付図面を参照して本発明による長い空洞単一モードレーザーダイオードについて詳細に説明する。
【００４６】
図６は、本発明によるリングタイプ構造が集積されたＡＷＧ基板レーザーを概略的に示す図である。図７Ａは、光増幅器のないリングタイプ構造を示す図であり、図７Ｂは、図７Ａのリングタイプ構造の動作特性を示す図である。
【００４７】
図６を参照すれば、従来の長い空洞単一モード半導体にリングタイプ構造６００が単一集積された構造であり、リングタイプ構造６００は、リング導波路内に追加的な光増幅器ＳＯＡ２ ６１０を備える。
【００４８】
リングタイプフィルタは、非特許文献１３に示されているように、ＳＯＡ２なしに一般的にノッチフィルタ（ｂａｎｄ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒ）として使われる。
【００４９】
図７Ａを参照すれば、光増幅器のないリングタイプ構造は、ａ１光信号が入射される時、Ｂ地点でａ２光信号及びａ３光信号に分岐され、ａ３光信号は、リング状導波路を過ぎてＡ地点でａ１光信号と合わせられる構造である。Ａ地点からＢ地点までは光結合器が使われる。
【００５０】
リングタイプ構造でリング状の帰還ループは、波長別にａ１光信号とａ３光信号との位相条件（相殺または補強干渉）によって周期的な特性が現れ、通常的な伝達特性を得るための方式（例えば、非特許文献１３の式（３））で解すれば、図７Ｂのような周期的なノッチフィルタの伝達特性を得ることができる。ここで、ａ１光信号に比べてａ３光信号の強度が小さいために、図７Ｂの伝達特性は負数に現れる。
【００５１】
図７Ａの構造についての図７Ｂの伝達特性を定量的に説明すれば、次の通りである。
結合器損失を０cm−１、結合器長さ（８００μｍ）を除外したリング空洞の周囲（Ｌｒｉｎｇ）は１２００μｍ（Ｌ１＝８００μｍ、２＊Ｌ２＝４００μｍ）、導波路の有効屈折率（ｎｅｆｆ）は３．４９、リング空洞の損失は１cm−１と設定して計算する場合、図７Ｂに示したように、トランスミッション幅は約１７dB（ピーク値：−３dB、バレー（ｖａｌｌｅｙ）値：−２０dB）であり、０．５７nm波長間隔のフィルタリング特性が現れる。ここで、トランスミッション幅を増大させるためにはリング空洞の損失を低減せねばならず、フィルタリング間隔を広げるか、狭めるためには、リング空洞の円周を縮小または拡張させればよい。
【００５２】
リングタイプフィルタは特定波長のみ拒否するのに使われるので、通過される光信号の波長幅は相対的に広い。したがって、図７Ａのリングタイプ構造を従来の長い空洞単一モード半導体レーザーに集積する場合、広いパスバンド特性のために単一モード安定性を高める効果が少ないということが分かる。
【００５３】
図８Ａは、本発明による光増幅器があるリングタイプ構造を示す図であり、図８Ｂは、図８Ａのリング−タイム構造の動作特性を示す図である。
【００５４】
図８Ａを参照すれば、ＳＯＡ２ ８００に電流を注入することによってａ３光信号を増幅して、そのサイズをａ１光信号のサイズと類似またはそれより大きくすることができる。ＳＯＡ２ ８００の利得を０．３cm−１に設定して伝達特性を計算すれば、図８Ｂに示したように約５０dB程度のトランスミッション幅を持つ特性を得ることができる。
【００５５】
図８Ｂの伝達特性を説明すれば、図８Ａのリングタイプ構造は特定波長のみ増幅させて透過させるので、図８Ａのリングタイプ構造を従来の長い空洞単一モード半導体レーザーに集積する場合、単一モード安定性を高めるのに非常に効率的であるということが分かる。
【００５６】
また、図６の構造でＳＯＡ１ ６２０とリングタイプ構造６００との間（または、ＳＯＡ１の右側またはリング状導波路の左側も可能）にＰＣＳ（図示せず）を集積して、長い空洞レーザーダイオードから出射されるビームの位相をリング−空洞透過特性の最大値に合わせることができる。
【００５７】
図９Ａないし図９Ｄは、図６に図示された本発明によるリングタイプ構造が集積されたＡＷＧ基板レーザーの動作特性を示す図である。
【００５８】
図９Ａないし図９Ｄは、一つのＡＷＧ透過特性に対する各要素別透過特性を示す図である。図９Ａを参照すれば、ＡＷＧ透過特性のパスバンド幅は約０．６nmである。図９Ｂを参照すれば、空洞モード間隔（λ２／（２ｎｇＬ）、ここで、動作波長λは１．５５μｍ、群屈折率ｎｇは３．７、空洞の長さＬは２mmである構造）は約０．１６nmである。図９Ｃを参照すれば、リング透過特性間隔（λ２／（ｎｅｆｆＬｒｉｎｇ）、ここで、動作波長λは１．５５μｍ、有効屈折率ｎｅｆｆは３．４９、リング空洞の円周Ｌｒｉｎｇは１２００μｍである構造）は０．５７である。
【００５９】
従来の長い空洞単一モード半導体レーザーでＡＷＧパスバンド特性内の単一モード選択特性はＳＯＡ非線形特性に依存したが、図７Ａ及び図７Ｂで説明したように、本発明によるリング導波路導入によりリング透過特性が単一モード選択に影響を与えることが分かり、図８Ａのリングタイプ構造は単一モード安定性を大きく向上させることができる。
【００６０】
図８Ａのリングタイプ構造でリング空洞の円周をさらに縮めてリング空洞モード間隔を広げれば、一つのＡＷＧパスバンド幅内に一つのリング空洞モードのみ投げることができる。
【００６１】
本発明によるリングタイプ構造は、図６に図示されたＡＷＧ基板レーザー以外に、図１０ないし図１２のように多様な形態の長い空洞単一モードレーザーに集積できる。
図１０は、本発明によるリングタイプ構造が集積されたＣＧ基板レーザーを示す図である。
【００６２】
図１０のＣＧ基板レーザーは、図６のリングタイプ構造が集積されたＡＷＧ基板レーザーのように優秀な波長安定性が予測される。従来のＣＧ基板レーザー基板の波長可変光源では、構造変数によって波長可変量と単一モード安定性であるトレードオフ関係（すなわち、回折次数が小さいほど、回折格子周期が長いほど、Ａ地点からＣＧ断面までの距離が短いほど、波長可変量は増大するが、モード安定性は落ちる）であるため、適切なモード安定性を得るために波長可変量は犠牲されねばならない。
【００６３】
しかし、本発明によるリングタイプ構造１０００が集積されたＣＧ基板レーザーはモード安定性が大きく向上し、これによって広い波長可変量を得ることができる。
【００６４】
図１１は、本発明によるリングタイプ構造が集積された波長可変用ＣＧ基板レーザーの一実施形態の構造を示す図である。
【００６５】
図１１を参照すれば、波長可変用ＣＧ基板レーザーは、一つの光増幅器といろいろなチャンネル（各チャンネルも光増幅器である）とを備えたアレイ構造を持つ形態である。図１１のＣＧ基盤レーザーは、チャンネル数（ｎ）によってｎ個の相異なる波長で独立的に動作し、動作原理は次の通りである。
【００６６】
光増幅器ＳＯＡ １１１０から出射されるビームは、ＰＣＳ １１２０及び分散構成要素（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＤＥ）１１３０を経て、入射角αでＣＧ １１４０に入射され、入射されたビームは、ＣＧ １１４０の回折特性（同一入射角で回折角によって波長が変わる）によって特定波長に該当するビームのみβの角でそれぞれのチャンネル（各チャンネルは光増幅器である）に帰還される。ここで、各チャンネル別に異なる波長が帰還される。
【００６７】
図１１のＣＧ基板レーザーは、光増幅器１１１０の左側断面とチャンネルの左側断面とがそれぞれ反射面を持つので、共振器に形成されてレーザーダイオードとして動作する。また、図１０で説明したように光増幅器の左側端にリングタイプ構造１１００を挿入して出射される光信号の単一モード特性を向上させることができる。
【００６８】
図１２は、本発明によるリングタイプ構造が集積された波長可変用ＣＧ基板レーザーの他の実施形態の構造を示す図面である。
【００６９】
図１２の構造は、一つの光増幅器とｎ個のチャンネルとで構成された図１１の構造とは異なって、ｍ個の光増幅器とｎ個のチャンネルとを備えてｎ＊ｍ個の相異なる波長で動作される構造である。図１２の構造は、図１１の構造に比べて多くの波長を持つことができるという長所がある。また図１２の構造では、リングタイプ構造１２００を、結合器を利用して光増幅器の左側に位置させて単一モード安定性を向上させることができる。
【００７０】
これまで本発明についてその望ましい実施形態を中心に説明した。当業者ならば本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態に具現されることが理解できるであろう。したがって開示された実施形態は限定的な観点ではなく説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は前述した説明ではなく特許請求の範囲に現れており、それと同等な範囲内にあるあらゆる差異点は本発明に含まれていると解釈されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、長い空洞単一モードレーザーダイオード関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来のＡＷＧ基板レーザーの構造を概略的に示す図である。
【図２】図１に図示されたＡＷＧ基板レーザーの波長領域の動作特性を示す図である。
【図３】従来のＣＧ基板レーザーの構造を概略的に示す図である。
【図４】図３に図示されたＣＧ基板レーザーに電流を注入させた時の光出力特性を示す図である。
【図５】図３に図示されたＣＧ基板レーザーに電流を注入させた時の光出力特性を示す図である。
【図６】本発明によるリングタイプ構造が集積されたＡＷＧ基板レーザーを概略的に示す図である。
【図７Ａ】光増幅器のないリングタイプ構造を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａのリングタイプ構造の動作特性を示す図である。
【図８Ａ】本発明による光増幅器があるリングタイプ構造を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａのリングタイプ構造の動作特性を示す図である。
【図９】図６に図示された本発明による光増幅器があるリングタイプ構造が集積されたＡＷＧ基板レーザーの動作特性を示す図である。
【図１０】本発明によるリングタイプ構造が集積されたＣＧ基板レーザーを示す図である。
【図１１】本発明によるリングタイプ構造が集積された波長可変用ＣＧ基板レーザーの一実施形態の構造を示す図である。
【図１２】本発明によるリングタイプ構造が集積された波長可変用ＣＧ基板レーザーの他の実施形態の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
８００  ＳＯＡ２
【図１】
2008028393.tif 000003
【図２】
2008028393.tif 000004
【図３】
2008028393.tif 000005
【図４】
2008028393.tif 000006
【図５】
2008028393.tif 000007
【図６】
2008028393.tif 000008
【図７Ａ】
2008028393.tif 000009
【図７Ｂ】
2008028393.tif 000010
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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