(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標波長の光を放射する波長可変レーザダイオード（ｔ−ＬＤ）であって、抽出格子分布帰還（ＳＧ−ＤＦＢ）部分、及び前記ＳＧ−ＤＦＢ部分と組み合わされて前記ｔ−ＬＤの発光波長を前記目標波長に設定する光共振器を形成するチャープ抽出格子分布ブラッグ反射器（ＣＳＧ−ＤＢＲ）部分が設けられた、ｔ−ＬＤと、
波長依存透過率を有する光学部品であって、前記ｔ−ＬＤから放射された前記光を受信する光学部品と、
前記光学部品の出力を受信する光検知器と、
位相変換器及びセレクタと、を備え、
前記光検知器の出力が前記ｔ−ＬＤの前記ＳＧ−ＤＦＢ部分に供給されるバイアス電流に重畳され、
前記光学部品が、前記ｔ−ＬＤから出力された光の波長に周期的に依存する透過率を有するエタロンフィルタであり、
前記位相変換器が前記光検知器の前記出力を受信し、互いに相補的な２つの信号を出力し、前記セレクタが前記位相変換器から出力された前記２つの信号のうちの１つを前記ＳＧ−ＤＦＢ部分に供給される前記バイアス電流に重畳する、光送信器。
【請求項２】
前記ＳＧ−ＤＦＢ部分が、前記ｔ−ＬＤの前記光共振器の光軸に沿って互いに交互に配置された複数の利得領域及び複数の位相シフト領域を備え、
前記バイアス電流が前記利得領域に供給される、請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】
前記位相シフト領域それぞれが前記位相シフト領域の温度を変えるヒータを有する、請求項２に記載の光送信器。
【請求項４】
前記位相シフト領域それぞれが、光学的性質が前記位相シフト領域へのキャリア注入によって変えられる導波路層を有する、請求項２に記載の光送信器。
【請求項５】
前記ＣＳＧ−ＤＢＲ部分が、前記ｔ−ＬＤから放射された前記光に実質的に透明な導波路層を備えている、請求項１に記載の光送信器。
【請求項６】
目標波長の光を放射する波長可変レーザダイオード（ｔ−ＬＤ）であって、抽出格子分布帰還（ＳＧ−ＤＦＢ）部分、及び前記ＳＧ−ＤＦＢ部分と組み合わされて前記ｔ−ＬＤの発光波長を前記目標波長に設定する光共振器を形成するチャープ抽出格子分布ブラッグ反射器（ＣＳＧ−ＤＢＲ）部分が設けられた、ｔ−ＬＤと、
波長依存透過率を有する光学部品であって、前記ｔ−ＬＤから放射された前記光を受信する光学部品と、
前記光学部品の出力を受信する光検知器と、
フィルタ及び移相器と、を備え、
前記光検知器の出力が前記ｔ−ＬＤの前記ＳＧ−ＤＦＢ部分に供給されるバイアス電流に重畳され、
前記フィルタが前記光検知器の前記出力をフィルタし、フィルタされた信号を出力し、前記移相器が前記フィルタされた信号の位相をシフトし、位相シフトされた信号を前記ＳＧ−ＤＦＢ部分に供給される前記バイアス電流に重畳する、光送信器。
【請求項７】
前記フィルタが１〜３００ＭＨｚの周波数成分の前記光検知器の前記出力を通過させる、請求項６に記載の光送信器。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１５年３月２０日に出願された米国仮出願第６２／１３６，２６７号の米国特許法第１１９条の下での優先権を主張し、その出願の内容は、その全体が依拠され、参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
[0002]１．発明の分野
【０００３】
[0003]本発明は、光送信器に関し、特に、本発明は、線幅を狭くした光を出力することができる波長可変レーザダイオード（ｔ−ＬＤ：ｔｕｎａｂｌｅ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ）を実装する光送信器に関する。
【背景技術】
【０００４】
[0004]２．背景技術
【０００５】
[0005]ＬＤから放射された光の線幅を狭くするために様々な先行文献が報告されており、これら文献に開示されたほとんどの先行技術では、透過率が波長依存性を示す光学フィルタによって検出された出力光を、ＬＤに注入される電流にフィードバックしている。しかしながら、そのような従来技術を光コヒーレントシステム内に実装された光送信器に適用するのは困難である。
【０００６】
[0006]光コヒーレントシステム、特に、ディジタルコヒーレントシステムでは、光送信器が３００ｋＨｚ未満のスペクトル線幅を有する光を生成することが要求されている。また、ディジタルコヒーレントシステムでは、光源がその発光波長を調整する機能を当然のことながら必要とされる。したがって、ディジタルコヒーレントシステムに実装されるＬＤは、その発光波長を調整するための利得部分、位相シフト部分、及び２つのブラッグ反射器部分を含む構造を備えている。それらの部分のそれぞれは、ＬＤから出力された光の位相ノイズの原因となる。位相ノイズを低減させる従来の技術は、それらの部分の１つのみを補償する。しかしながら、１つの部分に対する補償は、他の部分の位相ノイズを増大させることがあり、それによって、出力でのＲＩＮ（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｎｏｉｓｅ：相対強度ノイズ）を劣化させ、当然のことながら、光のスペクトル線幅の性能が不十分となる。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]本発明の一態様は、光送信器に関する。本出願の光送信器は、波長可変レーザダイオード（ｔ−ＬＤ）、光学部品、及び、光検知器を含む。目標波長の光を放射するｔ−ＬＤは、抽出格子分布帰還（ＳＧ−ＤＦＢ：ｓａｍｐｌｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）部分、及び、チャープ抽出格子分布ブラッグ反射器（ＣＳＧ−ＤＢＲ：ｃｈｉｒｐｅｄ  ｓａｍｐｌｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）部分を備えている。ＳＧ−ＤＦＢ部分及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分の組合せは、ｔ−ＬＤの発光波長を目標波長に設定する光共振器を形成する。波長依存透過率を有する光学部品は、ｔ−ＬＤから放射された光を受信する。光検知器は、光学部品の出力を受信する。本発明の光送信器の特徴は、光検知器の出力がｔ−ＬＤのＳＧ−ＤＦＢ部分に供給されるバイアス電流に重畳されるということである。
【０００８】
[0008]前述並びに他の目的、態様、及び利点は、図面を参照して本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から一層よく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本出願の一実施形態に係る光送信器の機能ブロック図を示す。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係る光送信器のブロック図である。
【図３】図３は、本実施形態のチャープ抽出格子分布反射器（ＣＳＧ−ＤＲ：ｃｈｉｒｐｅｄ  ｓａｍｐｌｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザダイオード（ＬＤ）の位相ノイズスペクトルを示す。
【図４】図４は、波長に対する位相ノイズスペクトルから得られたＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤの発光スペクトルの実効的な線幅の典型的な波長依存性を示す。
【図５】図５は、ヒータに供給される電力にヒータドライバが交流信号を重畳する際にエタロンフィルタの光学出力に現れる応答を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、エタロンフィルタの透過率を示し、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤの発光波長を決定する自由スペクトル領域（ＦＳＲ：ｆｒｅｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ）を表示する。
【図６Ｂ】図６Ｂは、エタロンフィルタの透過率を示し、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤの発光波長を決定する自由スペクトル領域（ＦＳＲ）を表示する。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態に係る光送信器のブロック図を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、光送信器に実装されたＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤの断面を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに示されるＬＤを修正した別のＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤの断面である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、さらに別のＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤの断面である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施形態による光送信器のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[0018]次に、本発明の一部の例について、図面を参照しながら説明する。図面の説明では、互いに同一又は同様の数字若しくは記号は、説明を重複することなく、互いに同一又は同様の要素を指す。
【００１１】
[0019]  第１の実施形態
図１は、本出願の一実施形態に係る光送信器の機能ブロック図を示す。本実施形態の光送信器１は、波長可変半導体レーザダイオード（ｔ−ＬＤ）タイプの、いわゆるチャープ抽出格子分布反射器（ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ）を実装しており、この反射器は、発光波長を調整するための抽出格子分布帰還（ＳＧ−ＤＦＢ）部分及びチャープ抽出格子分布ブラッグ反射器（ＣＳＧ−ＤＢＲ）部分を備えている。ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤの詳細については、例えば、米国特許第７，８９４，６９３号に開示されている。
【００１２】
[0020]図８Ａは、本発明の一実施形態に係るＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の断面を概略的に示す。ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０、並びにＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の光軸又は長手方向軸に沿ってＳＧ−ＤＦＢ部分１０及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０を間に挟む２つのＳＯＡ部分３０及び４０を備えている。これらの部分１０〜４０は、裏面にバック電極５０ａを有する共通の半導体基板５０上に形成されている。特に、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０は、半導体基板５０上に、下部クラッド層１１、活性層１２、上部クラッド層１３、及びキャップ層１４を含む。ＳＧ−ＤＦＢ部分１０は、下部クラッド層１１内に、離散的に分布した抽出格子と呼ばれる光学格子１５をさらに含むことができる。すなわち、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０は、回折格子を有する格子領域１５ａ、及び回折格子を有さないスペース領域１５ｂをそれぞれが含む複数のセグメントを備えている。１つの格子領域１５ａ及び１つのスペース領域１５ｂが１つのセグメントを構成する。格子領域１５ａそれぞれは、屈折率の周期構造を有し、すなわち、下部クラッド層１１とは異なる屈折率をそれぞれが有する半導体材料が下部クラッド層１１に取り囲まれており、これが抽出格子と呼ばれる。
【００１３】
[0021]以下に記載する例におけるＳＧ−ＤＦＢ部分の一部は、２つのタイプの領域、すなわち利得領域１０Ａ、位相シフト領域１０Ｂ又は１０Ｃを備えている。利得領域１０Ａ及び位相シフト領域１０Ｂ又は１０Ｃは、互いに異なる半導体材料で作られている。すなわち、利得領域１０Ａは、以下に記載するように、利得領域１０Ａの活性層１２のバンドギャップエネルギーに相当する波長を有するフォトンを生成する。一方、位相シフト領域１０Ｂ又は１０Ｃは、利得領域で生成されたフォトンの位相を変え、このことは、位相シフト領域１０Ｂ又は１０Ｃの活性層１２が、利得領域の活性層１２よりも大きなバンドギャップエネルギーを有する半導体材料で作られてもよいことを意味する。したがって、活性層１２に隣接する位相シフト領域１０Ｂ又は１０Ｃの層１２ｂ又は１２ｃは、利得領域１０Ａで生成されたフォトンに対して透明になる。利得領域１０Ａは、利得領域１０Ａにキャリアを注入するためにキャップ層１４上に電極を有する。利得領域１０Ａに注入されたキャリアは、フォトンを生成する。一方、図８Ｂの位相シフト領域１０Ｂは、絶縁被膜１６が間に介在するように上部クラッド層１３上にヒータ１７を有する。位相シフト領域１０Ｂのヒータ１７は、位相シフト領域の温度を変えることができ、また、ヒータ１７は、その下の層１１〜１３の屈折率及び位相シフト領域１０Ｂの光路長を変え、このことは、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０によって形成された光路長の光共振器が変えられることを意味する。したがって、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の発光波長を調整することができる。位相シフト領域１０Ｃは、図８Ｂのヒータ１７の代わりに、位相シフト領域１０Ｃの活性層１２ｃにキャリアを注入するための電極を備えることができる。半導体材料中のキャリア密度は、半導体材料の屈折率を変えることができる。したがって、位相シフト領域１０Ｃの層１２ｃへのキャリア注入は、層１２ｃの光路長及びＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の共振器長も変えることができる。
【００１４】
[0022]また、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０の下部クラッド層１１と共通の下部クラッド層１１を備えている。また、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の下部クラッド層１１は、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の光軸に沿って屈折率の周期構造をそれぞれが有する離散的に配置された格子領域１５ａを備えている。下部クラッド層１１上に、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０の利得領域で生成されたフォトンに透明な半導体材料から作られた導波路層２２が設けられている。また、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０の上部クラッド層１３と共通の上部クラッド層１３を備えている。ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の導波路層２２を間に挟む２つのクラッド層１１及び１３は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０で生成された光又はフォトンを効果的に閉じ込める。ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０は、絶縁被膜１６が間に介在するように上部にヒータ２７ａ〜２７ｃが設けられ、絶縁被膜１６は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０にヒータ１７が設けられた場合の絶縁被膜１６と共通である。また、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０のヒータ２７ａ〜２７ｃは、その直下の半導体材料の屈折率を変え、半導体材料の光路長を変化させる。半導体材料、特にヒータ２７ａ〜２７ｃ直下の導波路層２２を形成する半導体材料の温度を独立して変化させることができ、このことは、導波路層２２の等価光路長を広範囲に変化させることができることを意味する。さらに、本実施形態のＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の特徴の１つは、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０がいくつかのタイプの格子領域１５ａ及びスペース領域１５ｂを備えているということである。すなわち、スペース領域１５ｂの一部は、他のスペース領域１５ｂの物理長と異なる物理長を有し、ヒータ２７ａ〜２７ｃがそれらのスペース領域１５ｂに対応する。図８Ａに示す例では、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に近接して配置されたスペース領域１５ｂは、他のスペース領域１５ｂよりも大きな物理長を有する。この構成によって、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２を調整することができる波長範囲を広げることができる。
【００１５】
[0023]ＳＯＡ部分３０及び４０は、同一の構成を有する。すなわち、ＳＯＡ部分３０及び４０は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０の下部クラッド層１１と共通の下部クラッド層１１、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０の上部クラッド層１３と共通の上部クラッド層１３、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０のキャップ層１４から分離されているが材料及び厚さがキャップ層１４の材料及び厚さと同一のキャップ層３４及び４４、並びに電極３８及び４８を備えている。ＳＯＡ部分３０及び４０は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０によって生成された、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０とＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０との組合せによって波長が決定される光を増幅する増幅層３２及び４２を有する。電極３８及び４８から増幅層３２及び４２へキャリアを注入すると、ＳＯＡ部分３０及び４０は、光増幅の機能を示すことができる。ＳＯＡ部分３０及び４０は、それらの外側の面に反射防止膜３０Ａ及び４０Ａが設けられ、面間に別の光共振器が生じないようにしている。
【００１６】
[0024]ＳＧ−ＤＦＢ部分１０及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０には両方とも、回折格子をそれぞれが含む格子領域１５ａが、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０の活性層１２及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の導波路層２２の下の下部クラッド層１１に離散的に形成された抽出格子１５を備えている。ＳＧ−ＤＦＢ部分１０は、上部クラッド層１３又はキャップ層１４に接して形成された電極１８からキャリアが注入されるため、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０は、離散的に配置された格子領域１５ａに起因する複数の利得ピークを有する光学利得スペクトルを本質的に示し、隣接する利得ピーク間の波長スパンは、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２によって決まる全波長で実質的に一定である。一方、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０は、その上面に、上部クラッド層１３に対して絶縁被膜１６が間に介在するヒータ２７ａ〜２７ｃを備えている。ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０は、キャリアは注入されないが、それぞれのヒータ直下の温度は、ヒータ２７ａ〜２７ｃによって局所的に変えられる。
【００１７】
[0025]したがって、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０は、複数の反射ピークを伴った反射スペクトルを本質的に示す。隣接する反射ピーク間の波長スパンは、全波長で一定であるが、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に起因する利得ピークの波長スパンとは異なる。加えて、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０のヒータ２７ａ〜２７ｃは、その下の導波路の温度を変化させることができ、それによって、導波路の光学特性、特に、導波路を構成する材料の屈折率及び／又はエネルギーバンドギャップ、並びに格子領域１５ａ及びスペース領域１５ｂの光学特性を変化させ、反射ピークの波長スパンを変化させることができる。その場合、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に起因する利得ピークの１つが、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０に起因する反射ピークの１つと一致する波長を有する光を放射することができる。
【００１８】
[0026]本実施形態のＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０は、３つのヒータ２７ａ〜２７ｃを備え、それぞれが、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２が目標波長の光を放射するように、ヒータドライバ６３によって独立して制御される。ヒータドライバ６３は、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の発光波長を目標波長に設定するために、目標波長に関する情報及びそれぞれのヒータ２７ａ〜２７ｃに供給される電力をコントローラ６９から提供される。このようにして提供された情報に基づいて、ヒータドライバ６３は、それぞれのヒータ２７ａ〜２７ｃを一定電力モードで駆動する。ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２は、温度センサーを実装又は集積化していないため、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の導波路層２２の温度を全く検知することができない。したがって、ヒータドライバ６３は、ヒータ２７ａ〜２７ｃを一定電力モードで、すなわち、電極２８ａと２８ｇとの間に、２８ｂと２８ｇとの間に、及び２８ｃと２８ｇとの間に電力を供給することによるフィードフォワードモードで制御し、ここで、電極２８ｇは接地電極であってもよい。
【００１９】
[0027]したがって、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の発光波長は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に起因する利得ピークの１つが、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０に起因する反射ピークの１つと一致する条件で決定され得る。しかしながら、このようにして決定された発光波長は、必ずしも目標波長であるとは限らない。その場合、一種の熱電冷却器（ＴＥＣ：ｔｈｅｒｍｏｓ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｏｌｅｒ）であるペルチェ素子６０が、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の全体の温度を変化させることによって、発光波長を目標波長に調整することができる。上述したように、半導体材料の光学的性質は、半導体材料の温度に依存する。したがって、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０の温度及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の温度を共通して調整することによって、利得ピークの１つ及び反射ピークの１つの組合せを維持しながら発光波長を目標波長に設定することができる。
【００２０】
[0028]ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２から現在放射されている光の波長は、２つのフォトダイオード（ＰＤ）６８ａ及び６８ｂ、並びにＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の後部に置かれたエタロンフィルタ６７によって検出され得る。ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の後部面から出力された光は、後部面の前に配置されたビームスプリッタ（ＢＳ）６６ｂによって分割される。分割光の１つは、第１のＰＤ６８ａによって検出されるが、分割光の残りは、エタロンフィルタ６７を介して第２のＰＤ６８ｂによって検出される。以下に記載するように、後部のＳＯＡ４０は、一定電力モードでＳＯＡドライバ６１ｂによって駆動され、すなわち、ＳＯＡドライバ６１ｂは、第１のＰＤ６８ａによって検出された分割光がそのパワーが一定に保たれるように、後部のＳＯＡ４０を駆動する。
【００２１】
[0029]一方、エタロンフィルタ６７は、エタロンフィルタ６７を透過する光の波長に強く依存する透過率を本質的に示す。すなわち、エタロンフィルタ６７は、周期的な透過率を有する。したがって、第１のＰＤ６８ａに対する第２のＰＤ６８ｂの出力の比は、エタロンフィルタ６７の透過率に相当する。したがって、分割光の第２のＰＤ６８ｂによる検出は、等価的にＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２から現在放射されている光の波長を検出することになる。正確には、エタロンフィルタ６７の周期的な透過率のために、第２のＰＤ６８ｂによる検出によって、周期的な透過率の半周期内の現在放射されている特定の波長が得られる。したがって、第２のＰＤ６８ｂの出力が電気的に検出され、この出力がそのパワーにおいて変動する場合、パワー変動は、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２からの光出力のパワーの変動だけでなく光出力の波長の変動による可能性もある。変動の周波数成分は、２つのモード、すなわちパワー変動及び波長変動を識別することができる。さらに、波長変動は、パワー変動と比較して、一般により高い周波数成分を示す。波長変動は、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の出力スペクトルの線幅に直接反映される。本発明は、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の出力スペクトルの線幅を狭くするための技術に関する。
【００２２】
[0030]ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に起因する利得ピークの波長スパンも、活性層１２のキャリア密度によって変えることができる。詳細に記載されているように、本光送信器１は、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の発光スペクトルの線幅を狭くするために、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に本質的に起因するこれらの特性を利用する。
【００２３】
[0031]本実施形態のＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２では、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０に加えて、半導体光増幅器（ＳＯＡ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）３０及び４０が、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０のそれぞれの面に隣接する。ＳＯＡ３０及び４０は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の組合せによって生成されるレーザ放射を増幅する。すなわち、本実施形態のＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２では、２つのＳＯＡ３０及び４０は、発光波長を調整するために不可欠なＳＧ−ＤＦＢ部分１０及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０を、長手方向軸、すなわち、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の光軸に沿ってＳＯＡ３０とＳＯＡ４０との間に挟む。
【００２４】
[0032]ＳＧ−ＤＦＢ部分１０と前部面との間に置かれたＳＯＡ３０の１つは、ＳＯＡドライバ６１ａによって一定電力モードで駆動される。すなわち、ＳＯＡドライバ６１ａは、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の前部面に形成された反射防止（ＡＲ）膜３０Ａを介してＳＯＡ３０から出力された光の一部を受信する第３のＰＤ６８ｃの出力に基づいてＳＯＡ３０にバイアスを供給する。ＳＯＡドライバ６１ａは、第３のＰＤ６８ｃの出力、すなわち光の一部が、光学パワーにおいて一定に保たれるように、ＳＯＡ３０に与えるバイアスを制御する。
【００２５】
[0033]また、後部面とＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０との間に設けられたもう一方のＳＯＡ４０は、もう一方のＳＯＡドライバ６１ｂによって一定電力モードで動作する。すなわち、後部面から出力された光は、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の後部面の前に据え付けられたＢＳ６６ｂによって分割され、第１のＰＤ６８ａが光のこの一部を検知する。ＳＯＡドライバ６１ｂは、後部面から出力された光の一部の大きさが、すなわちＰＤ６８ａの出力が、光学パワーにおいて一定に保たれるように、ＳＯＡ４０にバイアスを与える。また、本実施形態のＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の後部面は、ＡＲフィルム３０Ｂを備えている。
【００２６】
[0034]図１に示す本実施形態の光送信器１の特徴は、第２のＰＤ６８ｂの出力が、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に注入されるバイアス電流にフィードバックされるということである。本実施形態による発光スペクトルの線幅を狭くするメカニズム及びアルゴリズムについて以下に説明する。
【００２７】
[0035]図３は、本実施形態のＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤの位相ノイズスペクトルを示す。位相ノイズは、レーザ放射の線幅と直接相関があり、すなわち、レーザ放射の線幅は、位相ノイズが減少するとともにより狭くなる。図３に示すように、ホワイトノイズは、１００ＭＨｚを超える周波数に対して支配的になるが、１／ｆノイズと呼ばれることがあるフリッカ雑音は、１００ＭＨｚ未満の周波数で支配的になる。ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤがＳＧ−ＤＦＢ部分１０及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の基本の組合せによってのみおよそ３００ｋＨｚの線幅を示すため、１〜１００ＭＨｚの周波数を有する位相ノイズの低減は、発光スペクトルの線幅をさらに狭くするために特に必要である。１〜１００ＭＨｚの１／ｆノイズを低減させるために、本実施形態の光送信器は、第２のＰＤ６８ｂの出力をＳＧ−ＤＦＢ部分１０に注入されるバイアス電流に供給する。
【００２８】
[0036]また、ＬＤの位相ノイズ、すなわち発光スペクトルの線幅は、一般に波長に依存する。図４は、周波数に対する位相ノイズのスペクトルから得られたＬＤの発光スペクトルの実効的な最小線幅の波長依存性の例を示す。５０ＧＨｚの周波数スパンを有する高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：ｄｅｎｓｅ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）に適用されるＬＤは、およそ１５２４ｎｍ（約１９７ＴＨｚ）〜およそ１５７０ｎｍ（１９２ＴＨｚ）の広範囲の波長の光を操作する又は放射する必要がある。図４に示すように、レーザ放射の線幅は、波長依存性を示す。したがって、位相ノイズの低減が、第２のＰＤ６８ｂからバイアス電流へのフィードバックループによって行われる場合、位相ノイズの波長依存性を考慮すべきである。すなわち、ループは、発光波長に依存してフィードバック量を調整する必要がある。
【００２９】
[0037]本実施形態のＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤのタイプのＬＤは、発光スペクトルに現れる位相ノイズを低減させるために別の要素を備え、すなわち、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０に設けられたヒータがフィードバックループによって位相ノイズを低減させる可能性を有する。図５は、ヒータドライバ６３がヒータ２７ａ〜２７ｃに供給される電力に交流成分を重畳させ、第２のＰＤ６８ｂが、後部面から出力された、エタロンフィルタ６７を透過した光に含まれる交流成分を検出するときのエタロンフィルタ６７の出力に現れる応答を示す。図５は、応答を低周波の応答に対して正規化している。
【００３０】
[0038]交流信号を重畳した電力を補充することによって位相ノイズを低減させる処理手順は、熱プロセスが間に介在するため、応答の遮断周波数がおよそ数１０キロヘルツになるのは避けがたい。この周波数は、それぞれのヒータ２７ａ〜２７ｃに対する熱容量が本実施形態のＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２では極めて小さいため、熱プロセスとしては比較的高い方である。しかし、ヒータ２７ａ〜２７ｃの応答は、１〜数百メガヘルツ（ＭＨｚ）の範囲の位相ノイズを補償するには極めて遅い。したがって、ヒータ２７ａ〜２７ｃに供給される電力を変える方法は、位相ノイズの低減には役立たないように思われる。
【００３１】
[0039]エタロンフィルタ６７は、本質的に周期的な透過率を有する。したがって、波長の複数の点が互いに同一の特定の透過率を示す。言い換えると、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２が放射することができる特定の波長は、透過率によってのみは自動的に決定され得ない。透過率の１つの周期は、一般に自由スペクトル領域（ＦＳＲ）と呼ばれ、その領域内には、互いに同一の透過率を示す２つの等価な波長が存在する。
【００３２】
[0040]図６Ａ及び図６Ｂは、エタロンフィルタ６７の透過率を示し、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の発光波長を決定するＦＳＲについて説明する。記載されているように、エタロンフィルタ６７は、透過率ピークから次の透過率ピークまでが５０ＧＨｚの周期の周期的な透過率を示し、この周期がＦＳＲに相当し、０．６の透過率を示す２つの波長が決定され、２つの波長の一方が正の傾き（図６Ａ）に位置し、もう一方が負の傾き（図６Ｂ）にある。したがって、第２のＰＤ６８ｂによって検出された光は、システムが波長を図６Ａに示す点に設定するか、又は図６Ｂに示す点に設定するかに関わらず光の位相を変える。
【００３３】
[0041]  第２の実施形態
図２は、本発明の第２の実施形態による光送信器１Ａのブロック図であり、この第２の実施形態では、現在放射されている光の波長が透過率スペクトルの正の傾きにあるか、又は負の傾きにあるかどうかには無関係になっている。すなわち、第２のＰＤ６８ｂからＳＧ−ＤＦＢ部分１０へのフィードバック経路は、位相変換器７０ａ及びセレクタ７０ｂを備えている。位相変換器７０ａは、第２のＰＤ６８ｂから単相信号を受信することによって、互いに相補的な２つの信号を生成する。セレクタ７０ｂは、コントローラ６９から提供される命令によって、位相変換器７０ａによってこのように生成された２つの信号のうちの１つを選ぶ。したがって、第２の実施形態の光送信器１Ａは、エタロンフィルタ６７の透過率の傾きとは無関係に波長を設定することができる。或は、光送信器１Ａは、ＦＳＲが１００ＧＨｚのエタロンフィルタ６７を実装し、波長が５０ＧＨｚのグリッドに適合する光を出力することができる。
【００３４】
[0042]  第３の実施形態
図７は、本発明の第３の実施形態による光送信器１Ｂのブロック図を示す。本実施形態のＳＧ−ＤＦＢ部分１０の詳細を図８Ｂに示す。図７に示す光送信器１Ｂは、第３の実施形態の光送信器１Ｂが別のタイプのＴＤＡ−ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２Ｂを実装するという、前述の実施形態とは識別可能な特徴を有する。前述の実施形態のＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に、活性層１２に電流を注入するための電極１８のみを備えている。一方、本実施形態のＳＧ−ＤＦＢ部分１０は、電極１８に加えて、その直下の領域の温度を変化させるヒータ１７が設けられ、この領域の屈折率を変え、このことが結果的にＳＧ−ＤＦＢ部分１０の利得スペクトルに反映される。特に、電極１７ｂと１７ｇとの間で一定電力モードによってＳＧ−ＤＦＢ部分１０のヒータ１７を動作させることによって、利得ピーク及び波長のスパンを変化させる。したがって、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０は、いくつかの領域に分割され、その一部がバイアス電流を注入する電極１８ａの直下にあり、残りの部分がヒータ１７の直下にある。利得領域と呼ばれる前方の領域１０Ａは、前述の実施形態と同一の材料を有する活性層１２を有し、位相シフト領域と呼ばれる後方の領域１０Ｂは、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の導波路層２２と同一の材料を有する導波路層２２を有する。前述の実施形態と同様に、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０及びＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の組合せは、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に起因する利得ピークの１つが、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０に起因する反射ピークの１つと一致する一意の波長を決定することができる。
【００３５】
[0043]また、図７に示すＴＤＡ−ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２Ｂは、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０のヒータ２７ａ〜２７ｃだけでなくＳＧ−ＤＦＢ部分１０のヒータ１７にも供給される電力を調整することによって、発光波長を目標波長に設定することができる。ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２は、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に、電極１８を備えているだけであるため、これによってＳＧ−ＤＦＢ部分１０の屈折率を変化させることができるが、その変化は、位相ノイズを消去するものに大きく限定される。ＴＥＣ６０は、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２の発光波長を目標波長に最終的に設定する。したがって、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０に注入されるバイアス電流にのみ第２のＰＤ６８ｂの出力をネガティブフィードバックすることによって、本実施形態のＴＤＡ−ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２Ｂから放射される光に含まれる位相ノイズを効果的に低減させることができる。
【００３６】
[0044]  第４の実施形態
図８Ｃは、本発明の第４の実施形態によるＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２ＣのＳＧ−ＤＦＢ部分１０を拡大している。本実施形態のＳＧ−ＤＦＢ部分１０は、活性層にバイアス電流を注入するための電極１８ａを活性層１２の上部に含む利得領域１０Ａを備えている。ＳＧ−ＤＦＢ部分１０は、第３の実施形態の位相シフト領域１０Ｂの代わりに、電極１８ｃが上部に設けられた別の位相シフト領域１０Ｃをさらに備えている。位相シフト領域１０Ｃは、ＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０の導波路層２２と実質的に同一の導波路層１２ｃを有し、導波路層１２ｃは、ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２Ｃによって決まる光に透明である。
【００３７】
[0045]上記のような半導体材料では、その光学的性質、特にそのエネルギーバンドギャップ及び屈折率は温度に依存する。しかしながら、半導体材料は、キャリア又はキャリア密度に依存して半導体材料の光学的性質も変化させる。利得領域１０Ａの電極１８ａは、活性層１２にキャリアを注入するためにある。一方、他の電極１８ｃが、位相シフト領域１０Ｃ内にではあるが、やはりキャリアを注入するために設けられている。第２のＰＤ６８ｂからＳＧ−ＤＦＢ部分１０へのフィードバックは、利得領域１０Ａの電極１８ａだけでなく位相シフト領域１０Ｃの電極１８ｃに対しても行うことができる。キャリア注入から光学的性質の変更までの半導体材料内の物理的なプロセスは、ヒータへの電力の補充から光学的性質の変更までの熱プロセスよりもはるかに短いため、第２のＰＤ６８ｂの出力から位相シフト領域１０Ｃへのキャリア注入のフィードバックは、やはりＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２Ｃの放射の線幅を効果的に狭くすることができる。
【００３８】
[0046]  第５の実施形態
上記のように本発明の主題は、後部のＳＯＡ４０を介してＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２から出力された光に含まれるノイズ信号が検出され、ＳＧ−ＤＦＢ部分１０の活性層１２への注入電流にネガティブフィードバックされるということである。しかしながら、様々な要因によって、注入電流と出力光との間の位相がシフトすることがある。例えば、電子の注入からフォトンの生成までの基本プロセス、１つのフォトンのシーディングからＳＧ−ＤＦＢ部分１０とＣＳＧ−ＤＢＲ部分２０との間を前後に伝播するコヒーレント光の生成までのプロセス、フォトンの受信から第２のＰＤ６８ｂでの電子への変換までの基本プロセスなどによって、位相シフトが引き起こされることがある。したがって、第２のＰＤ６８ｂの出力の注入電流への逆フィードバックは、必ずしもネガティブフィードバックになるとは限らない。
【００３９】
[0047]  したがって、図９に示す光送信器１Ｃは、フィードバック信号の位相を調整するために、第２のＰＤ６８ｂから電流注入までのフィードバック経路に移相器６５ｂを備えている。また、図９に示す光送信器は、低減すべき位相ノイズの周波数に相当する１〜３００ＭＨｚの周波数成分を通過させるフィルタ６５ａを備えている。したがって、図９に示す光送信器１Ｃのフィードバック補償を、さらに安定化することができる。図９に示す光送信器１Ｃは、第１の実施形態のタイプのＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２を実装する。しかしながら、光送信器１Ｃは、他のタイプのＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ２Ｂ及び２Ｃを実装してもよい。
【００４０】
[0048]  本明細書では例示のために本発明の特定の実施形態について記載したが、多くの変更形態又は変形形態が当業者には明らかになるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲内に入るようなそのような変更形態及び変形形態をすべて包含することが意図されている。
【符号の説明】
【００４１】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…光送信器、２  ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ、２Ｂ…ＴＤＡ−ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ、２Ｃ…ＣＳＧ−ＤＲ  ＬＤ、１０…ＳＧ−ＤＦＢ部分、１０Ａ…利得領域、１０Ｂ…位相シフト領域、１０Ｃ…位相シフト領域、１１…クラッド層、１２…活性層、１２ｂ，１２ｃ…層、１３…クラッド層、１４…キャップ層、１５…光学格子、１５ａ…格子領域、１５ｂ…スペース領域、１６…絶縁被膜、１７…ヒータ、１７ｂ，１７ｇ，１８，１８ａ，１８ｃ，２０…電極、２７ａ．２７ｂ，２７ｃ…ヒータ、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｇ…電極、３０，４０…ＳＯＡ部分、３０Ａ，４０Ａ…反射防止膜、３０Ｂ…ＡＲフィルム、３４，４４…キャップ層、３８，４８…電極、５０…半導体基板、５０ａ…バック電極、６０…ペルチェ素子、６１ａ，６１ｂ…ＳＯＡドライバ、６３…ヒータドライバ、６５ａ…フィルタ、６５ｂ…移相器、６６ｂ…ビームスプリッタ、６７…エタロンフィルタ、６８ａ，６８ｂ、６８ｃ…フォトダイオード、６９…コントローラ、７０ａ…位相変換器、７０ｂ…セレクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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