(57)【要約】      （修正有）【課題】連続に安定して１００ｎｍ以上に渡って波長掃引が可能で、設計及び波長制御が容易な波長可変フィルタ及び波長可変半導体レーザを提供することにある。【解決手段】屈折率を変化させる手段を有する光導波路１１及び前記光導波路１１に光が結合可能な程度に近接して配置されたスラブ導波路１２より構成され、前記スラブ導波路１２は、光の進入する方向に対して垂直な反射面を有し、前記光導波路１１に入射した光は前記スラブ導波路１２へ、前記光導波路１１の等価屈折率と前記スラブ導波路の屈折率との比に基づいて定まる一定角度で染み出すことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率を変化させる手段を有する光導波路及び前記光導波路に近接するスラブ導波路より構成され、前記光導波路に入射した光は前記スラブ導波路へ、前記光導波路の等価屈折率と前記スラブ導波路の屈折率との比に基づいて定まる一定角度で染み出すことを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項２】
請求項１記載の波長可変フィルタにおいて、前記光導波路と前記スラブ導波路とは、光が結合可能な程度に近接して配置されたことを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項３】
請求項１記載の波長可変フィルタにおいて、前記スラブ導波路は、光の進入する方向に対して垂直な反射面を有することを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項４】
請求項１記載の波長可変フィルタにおいて、前記光導波路は入射側光導波路と出射側光導波路とからなり、前記入射側光導波路から前記スラブ導波路へ染み出した光が前記出射側光導波路へ透過して出射するよう、前記スラブ導波路を光が進む方向に対して垂直な面に対して面対称になるように前記入射側光導波路、出射側光導波路及びスラブ導波路が配置されていることを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４記載の波長可変フィルタにおいて、前記光導波路及びスラブ導波路が半導体導波路であることを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載した波長可変フィルタと、光学利得を有する半導体導波路とを組み合わせたことを特徴とする波長可変半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野での光波長多重通信システムにおいて有用な、波長可変フィルタ及び波長可変半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信情報量の増加に伴い、光波長多重通信システムの研究が活発に行われている。上記通信システムを実現するためには、広帯域で波長掃引が可能な波長可変フィルタや波長可変レーザが必要であり、例えば波長可変光源として超周期構造回折格子（ＳＳＧ：ＳｕｐｅｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）をＤＢＲ反射器として用いたＳＳＧ−ＤＢＲレーザなどがある（非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｙ．Ｔｏｈｍｏｒｉ，  ｅｔ．  ａｌ．，  ”Ｂｒｏａｄ−ｒａｎｇｅ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｔｕｎａｂｌｅ  ｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｇｒａｔｉｎｇ（ＳＳＧ）  ＤＢＲ  ｌａｓｅｒｓ，”  ＩＥＥＥ  Ｊ．  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ｖｏｌ．２９，  ｎｏ．６，  ｐｐ．  １８１７−１８２３，  １９９３．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においてはレーザの発振波長の可変域は離散的には１００ｎｍ程度であるが、連続に安定して掃引できるのは５０ｎｍ程度にとどまる。
また、波長を制御するためには、前側ＳＳＧ、後側ＳＳＧ、及び位相調整領域の３箇所への電流注入を細かく制御する必要があり、操作が複雑であった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、連続に安定して１００ｎｍ以上に渡って波長掃引が可能で、設計及び波長制御が容易な波長可変フィルタ及び波長可変半導体レーザを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する本発明の請求項１に係る波長可変フィルタは、屈折率を変化させる手段を有する光導波路及び前記光導波路に近接するスラブ導波路より構成され、前記光導波路に入射した光は前記スラブ導波路へ、前記光導波路の等価屈折率と前記スラブ導波路の屈折率との比に基づいて定まる一定角度で染み出すことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成する本発明の請求項２に係る波長可変フィルタは、請求項１記載の波長可変フィルタにおいて、前記光導波路と前記スラブ導波路とは、光が結合可能な程度に近接して配置されたことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成する本発明の請求項３に係る反射型波長可変フィルタは、請求項１記載の波長可変フィルタにおいて、前記スラブ導波路は、光の進入する方向に対して垂直な反射面を有することを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成する本発明の請求項４に係る透過型波長可変フィルタは、請求項１記載の波長可変フィルタにおいて、前記光導波路は入射側光導波路と出射側光導波路とからなり、前記入射側光導波路から前記スラブ導波路へ染み出した光が前記出射側光導波路へ透過して出射するよう、前記スラブ導波路を光が進む方向に対して垂直な面に対して面対称になるように前記入射側光導波路、出射側光導波路及びスラブ導波路が配置されていることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成する本発明の請求項５に係る波長可変フィルタは、請求項１乃至請求項４記載の波長可変フィルタにおいて、前記光導波路及びスラブ導波路が半導体導波路であることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成する本発明の請求項６に係る波長可変半導体レーザは、請求項１乃至請求項５に記載した波長可変フィルタと、光学利得を有する半導体導波路とを組み合わせたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体からなる光導波路とスラブ導波路を近接させた時に、光導波路に入射される光の波長によって、光がスラブ導波路へと染み出していく角度が異なるという原理に基づいて構成された波長可変フィルタと、光学利得を有する半導体導波路とを組み合わせ、さらに上記波長可変フィルタの光導波路部分の屈折率を変化させる手段を設けることによって上記目的を達成するものである。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
本発明における反射型波長可変フィルタの実施の形態の基本構成を図１に示す。
図１に示すように、本発明に係る反射型波長可変フィルタは、光導波路１１と、それに近接するスラブ導波路１２より構成される。
ここで、光導波路１１とスラブ導波路１２とが近接するとは、例えば、光が結合可能な距離にこれらを配置する程度をいう。
【００１４】
光導波路１１及びスラブ導波路１２は半導体導波路であり、光導波路１１は屈折率を変化させる手段を有する。
スラブ導波路１２は、光導波路１１に入射される光のうち、選択したい波長の光が染み出してくる角度に対して垂直な反射面を有し、選択したい波長の光はその反射面で垂直に反射され再び光導波路１１へと結合する。
選択したい波長以外の光はその面で垂直には反射されないため、反射波は導波モードとは異なる角度で光導波路１１へと入射され、光導波路１１と結合しない。
【００１５】
光導波路１１からスラブ導波路１２へ染み出していく光の角度θは、光導波路１１の等価屈折率とスラブ導波路１２の屈折率の比に基づき、下式（１）により求めることができる。
ｃｏｓθ  ＝    ｎｅｑ  ／  ｎｓｌ                    （１）
ここで、ｎｅｑは光導波路１１の等価屈折率、ｎｓｌはスラブ導波路１２の屈折率である。
ｎｅｑが波長依存性をもつことから、光の波長によりスラブ導波路１２へ染み出していく角度が異なる。
【００１６】
上記構成においては、光導波路１１の屈折率を変化させる手段を有するため、選択する波長を変化させることができる。
図２にスラブ導波路１２へ染み出していく角度の波長依存性の計算例を示す。
実線が光導波路１１の屈折率変化がない場合で、点線が光導波路１１の等価屈折率が１％小さくなった場合である。
【００１７】
この計算例においては、例えばスラブ導波路１２へ２２°で染み出していく波長の光を選択するようにスラブ導波路１２を構成すると、光導波路１１に屈折率変化がない状態では波長が約１．６１μｍの光が選択されるが、屈折率を変化させていくことによって選択される波長が約１．４９μｍまで変化することになる。
【００１８】
【実施例】
【実施例１】
本発明の第１実施例に係る反射型波長可変フィルタを図１に示す。
本実施例の反射型波長可変フィルタは、光導波路１１とスラブ導波路１２から構成される。
光導波路１１の長さは５００μｍ、スラブ導波路１２の光導波路１１に沿った部分の長さは４８０μｍ、光導波路１１に対して垂直な方向の長さは２５０μｍ、光が反射される反射面は光導波路１１に沿った面から時計回りに６８°回した方向を向いている。
【００１９】
光導波路１１とスラブ導波路１２との間隔は０．１５μｍである。
光導波路１１及びスラブ導波路１２はハイメサ導波路である。
光導波路１１の断面を図３に示す。
図３中において、３１は幅０．５μｍ、高さ０．５μｍでバンドギャップ波長が０．９２μｍのＩｎＰ上部クラッド層、３２は幅０．５μｍ、高さ０．５μｍでバンドギャップ波長が１．２μｍのＩｎＧａＡｓＰコア層、３３は幅０．５μｍ、高さ０．５μｍでバンドギャップ波長が０．９２μｍのＩｎＰ下部クラッド層、３４はＩｎＰ基板、３５は上部電極、３６は下部電極、３７は空気である。
電極３５，３６からの電流注入により光導波路１１の屈折率を変化させることができる。
【００２０】
このように、本実施例に係る反射型波長可変フィルタは、屈折率を変化させる手段を有する光導波路１１とそれに近接するスラブ導波路１２より構成され、光導波路１１に入射した光はスラブ導波路１２へ、光導波路１１の等価屈折率とスラブ導波路１２の屈折率との比に基づいて上記式（１）により定まる一定角度で染み出し、スラブ導波路１２の反射面で特定の波長の光のみが垂直に反射して光導波路１１に結合する。
これにより、光導波路１１に入射した光のうちの特定の波長の光が選択されることになる。
【００２１】
そして、電極３５，３６への電流注入により、光導波路１１の屈折率を変化させると、上記式（１）により、光の波長に応じて、光導波路１１からスラブ導波路１２へ染み出る光の角度θが変化し、そのため、スラブ導波路１２の反射面で垂直に反射して光導波路１１に結合する光の波長が変化することになる。
つまり、選択される光の波長を変化させることができるのである。
【００２２】
【実施例２】
本発明の第２実施例に係る透過型波長可変フィルタを図２に示す。
本実施例の透過型波長可変フィルタは、入射側の光導波路２１、出射側の光導波路２２及びスラブ導波路２３から構成される。
光導波路２１，２２の長さはどちらも５００μｍで、光導波路２１は図中に示す水平方向から時計回りに２２°、光導波路２２は図中に示す水平方向から反時計回りに２２°傾いており、これら光導波路２１，２２は連続している。
【００２３】
スラブ導波路２３の、光導波路２１に沿った部分の長さは４８０μｍであり光導波路２１との間隔は０．１５μｍ、光導波路２２に沿った部分の長さも４８０μｍであり光導波路２２との間隔は０．１５μｍである。
また、スラブ導波路の紙面に垂直な方向の長さは２５０μｍである。
光導波路２１，２２及びスラブ導波路２３は上記実施例１と同様にハイメサ導波路である。
光導波路２１，２２は図３に示す構造を持ち、電極３５，３６からの電流注入により光導波路２１及び２２の屈折率を変化させることができる。
【００２４】
このように、本実施例に係る透過型波長可変フィルタは、屈折率を変化させる手段を有する光導波路２１，２２とそれらに近接するスラブ導波路２３より構成され、光導波路２１に入射した光はスラブ導波路２３へ、光導波路２１の等価屈折率とスラブ導波路２３の屈折率との比に基づいて上記式（１）により定まる一定角度で染み出し、更に、スラブ導波路２３を透過して光導波路２２に結合する。
【００２５】
これにより、光導波路２１に入射した光のうちの特定の波長の光が選択されることになる。
そして、電極３５，３６への電流注入により、光導波路２１，２２の屈折率を変化させると、上記式（１）により、光の波長に応じて、光導波路２１からスラブ導波路２３へ染み出る光の角度θが変化し、そのため、スラブ導波路２３を透過して光導波路２２に結合する光の波長が変化することになる。
つまり、選択される光の波長を変化させることができるのである。
【００２６】
【実施例３】
本発明の第３実施例に係る波長可変半導体レーザを図４に示す。
本実施例に係る波長可変半導体レーザは、図４に示すように、長さ５００μｍの半導体利得領域４２の一端側に、長さ６００μｍのＳＳＧ−ＤＢＲ反射器部４１を接続し、その他端側に実施例１に記載した反射型波長可変フィルタ４３を接続したものである。
【００２７】
ＳＳＧ−ＤＢＲ反射器部４１の外端、反射型波長可変フィルタ４３の光導波路端にはそれぞれ無反射膜４４，４５が設けられている。
ここでは導波路の構造はハイメサ導波路に限らず埋め込み導波路でもよい。
本実施例に係る波長可変半導体レーザにおいては、反射型波長可変フィルタ４３で反射した波長、つまり、選択された光がＳＳＧ−ＤＢＲ反射器部４１との間で反射を繰り返しながら、半導体利得領域４２で増幅されることになる。
【００２８】
【実施例４】
本発明の第４実施例に係る波長可変半導体レーザを図５に示す。
本実施例に係る波長可変半導体レーザは、図５に示すように、実施例２に記載した透過型波長可変フィルタ５２の一端側に、長さ５００μｍの半導体利得領域５１を接続し、その他端側に長さ６００μｍのＳＳＧ−ＤＢＲ反射器部５３を接続したものである。
半導体利得領域５１の外端には高反射膜５４が形成され、ＳＳＧ−ＤＢＲ反射器部５３の外端には無反射膜５５が形成されている。
ここでも導波路の構造はハイメサ導波路に限らず埋め込み導波路でもよい。
【００２９】
本実施例に係る波長可変半導体レーザは、透過型波長可変フィルタ５２を透過した波長、つまり、選択された光がＳＳＧ−ＤＢＲ反射器部５３と高反射膜５４の間で反射を繰り返しながら、半導体利得領域５１で増幅されることになる。
【００３０】
このように説明したように、本発明は、光導波路とスラブ導波路とを近接配置させて波長フィルタを構成することを特徴とし、これにより、光導波路からスラブ導波路へ光が染み出す角度によってフィルタ作用が生じ、広帯域の波長可変フィルタが実現できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、実施の形態とともに詳細に説明した通り、本発明によれば、光導波路及びスラブ導波路により光フィルタを構成し、光導波路の屈折率を変化させる手段を有することによって、広帯域で波長掃引可能な波長可変フィルタ、及びこれを用いた波長可変半導体レーザを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る反射型波長可変フィルタの構成図である。
【図２】本発明の実施例２に係る透過型波長可変フィルタの構成図である。
【図３】本発明の実施例１及び２に係る光導波路の断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る波長可変半導体レーザの構成図である。
【図５】本発明の実施例４に係る波長可変半導体レーザの構成図である。
【図６】光導波路からスラブ導波路へ染み出していく角度の波長依存性の計算例を示すグラフであり、実線は光導波路の屈折率変化がない場合を、点線が光導波路の等価屈折率が１％小さくなった場合を示す。
【符号の説明】
１１，２１，２２  光導波路
１２，２３  スラブ導波路
３１  ＩｎＰ上部クラッド層
３２  ＩｎＧａＡｓＰコア層
３３  ＩｎＰ下部クラッド層
３４  ＩｎＰ基板
３５  上部電極
３６  下部電極
３７  空気
４１，５３  ＳＳＧ−ＤＢＲ反射器
４２，５１  半導体利得領域
４３  反射型波長可変フィルタ
５２  透過型波長可変フィルタ
４４、４５、５５  無反射膜
５４  高反射膜
【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６】
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