(57)【要約】【課題】波長可変範囲の広い波長可変光源を提供する。【解決手段】光増幅器１の外部に波長選択反射器４構造が配置され、波長選択反射器構造によって波長変化できる外部共振器型波長可変光源であって、光増幅器１は、共振器長方向にバンドギャップエネルギーが段階的または連続的に変化している構造の半導体レーザとする。【選択図】      図１
2004247327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に無反射膜（１Ａ）を施した光増幅器（１）と、
光増幅器（１）を駆動する光増幅器駆動回路（２）と、
光増幅器（１）の無反射膜（１Ａ）側の射出光軸上に配置され、光増幅器（１）の無反射膜（１Ａ）側の出射面からの射出光を平行光に変換するレンズ（３Ａ）と、
レンズ（３Ａ）から入射される平行光の波長を可変する波長選択反射器（４）とを備える外部共振器型波長可変光源において、
光増幅器（１）は、共振器長手方向にバンドギャップエネルギーが段階的または連続的に変化している構造の半導体レーザであることを特徴とする外部共振器型波長可変光源。
【請求項２】
一端に無反射膜（１Ａ）を施した光増幅器（１）と、
光増幅器（１）を駆動する光増幅器駆動回路（２）と、
光増幅器（１）の無反射膜（１Ａ）側の射出光軸上に配置され、光増幅器（１）の無反射膜（１Ａ）側の出射面からの射出光を平行光に変換するレンズ（３Ａ）と、
レンズ（３Ａ）から入射される平行光の波長を可変する波長選択反射器（４）とを備える外部共振器型波長可変光源において、
光増幅器１は、層構造方向にバンドギャップエネルギーが異なる量子井戸を積層した活性層である構造の半導体レーザであることを特徴とする外部共振器型波長可変光源。
【請求項３】
波長選択反射器（４）は、入射される平行光のうち入射角によって決まる特定の波長の光を反射する回折格子（４Ａ）と、
前記回折格子（４Ａ）の反射光のうち、垂直に入射する波長の光のみを反射する反射器（４Ｂ）とで構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の外部共振器型波長可変光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信や光計測技術分野で使用する外部共振器型波長可変光源装置に関し、詳しくは波長範囲を広く可変できるようにした波長可変光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用光コンポーネント部品の波長特性を測定する光源には、狭スペクトル線幅の単一モード発振で波長安定度が良く、かつ波長可変が可能な光源が要求されており、半導体レーザ素子と波長選択機能を有する回折格子４Ａを使用した外部共振器型波長可変光源が使用されるようになっている。
【０００３】
近年、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；波長分割多重）の普及により、使用される光コンポーネント部品の波長特性の測定範囲も拡大して、Ｃバンド＋Ｌバンド＋Ｓバンドと広帯域化に対応する必要が出てきている。
【０００４】
図４は従来の外部共振器型波長可変光源の構成例を示すブロック図である。図４において、１は光増幅器、２は光増幅器駆動回路、３Ａ〜３Ｃはレンズ、４Ａは回折格子、４Ｂは反射器、６は光アイソレータ、５Ｂは回転制御手段、５Ａは回転制御駆動回路である。回折格子４Ａと反射器４Ｂで波長選択反射器４を構成し、回転制御手段５Ｂと回転制御駆動回路５Ａで、波長選択駆動回路５を構成する。また、波長選択反射器４と波長選択駆動回路５は波長可変手段である。
【０００５】
次に、図４の動作を説明する。光増幅器１はファブリペロ型半導体レーザ（ＬＤ）であり、一方の出射面に無反射膜１Ａが施され、光増幅器駆動回路２からの注入電流に応じて、両出射面から光を射出する。
【０００６】
光増幅器１であるＬＤ素子は、その活性層のバンドギャップエネルギーに対応した波長領域で光増幅するが、ここでのバンドキャップエネルギーは共振器長手方向に対して一定である。
【０００７】
レンズ３Ａは光増幅器１の無反射膜１Ａ側の射出光軸上に配置され、光増幅器１の無反射膜１Ａ側の出射面からの射出光を平行光に変換する。平行光に変換された射出光は、波長選択反射器４に入射される。
【０００８】
回折格子４Ａは図示を省略した光学ベース台に固定され、入射される平行光のうち入射角によって（１）式で示される特定の波長の光を反射する。
λＢ＝ｄ／Ｎ×［ｓｉｎ（α）＋ｓｉｎ（β）］  ・・・（１）
ここで、λＢは回折格子４Ａで選択されたブラッグ波長、ｄは回折格子４Ａの溝間隔、Ｎは回折光の次数（通常Ｎ＝１）、αは回折格子４Ａの法線と光増幅器１の射出光軸との角度（回折格子４Ａへの入射角度）、βは回折格子４Ａの法線と回折格子４Ａで回折した光の回折光軸との角度（回折格子４Ａからの回折角度）をそれぞれ示している。
【０００９】
すなわち、回折格子４Ａは光増幅器１の無反射膜１Ａ側の出射面からの射出光軸上に射出光が入射角度αで入射される位置に配置され、光増幅器１から入射角度αで入射された平行光のうち前述した（１）式で示される波長の光を１次回折光として角度βで回折し、（１）式で示される波長の光で回折されない光を回折格子４Ａの法線に対して入射角度αと対称の角度で０次回折光として反射する。
【００１０】
反射器４Ｂは回転機構７上に配置され、（１）式で求められる回折格子４Ａからの回折光の内、反射器４Ｂに垂直に入射した波長の光のみを入射光路と同一光路に反射して光増幅器１に帰還させる。反射器４Ｂに垂直入射しない波長の光は、入射光路と異なった光路に反射されるため、光増幅器１に帰還しない。
【００１１】
この反射器４Ｂは回折格子４Ａの反射を含めて光増幅器１の無反射膜１Ａが施されていない出射面とで共振器を形成しており、反射器４Ｂと回折格子４Ａで選択される光を光増幅器１に再入射させることで、レーザ発振させている。
【００１２】
回転機構７は、波長可変手段５の回転制御駆動回路５Ａが回転制御手段５Ｂを制御駆動することにより回転軸を中心に回動するように構成されている。この回転機構７の回動に伴って反射器４Ｂの角度変化と共振器長変化とが同時に行われ、レーザ発振の波長が変化する。これによって光増幅器１の光利得範囲で波長可変を行うことができる。
【００１３】
レンズ３Ｂは光増幅器１の無反射膜１Ａが施されていない側の射出光軸上に配置され、光増幅器１の出射面から射出される光を平行光に変換する。平行光に変換された射出光は、光アイソレータ６に入射される。
【００１４】
光アイソレータ６は出力ファイバ１０からの反射光が光増幅器１に戻らないようにするためのもので、この光アイソレータ６を透過した光はレンズ３Ｃで集光され、出力光として出力ファイバ１０に入射される。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−３８９１７８号公報
【００１６】
この特許文献１には、図４の構成が開示されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
光増幅器１はエピタキシャル成長により基板に活性層を成長させることにより製造され、活性層を量子井戸構造（歪み量子井戸構造も含む）にすることで発光効率などを改善するとともに、活性層の量子井戸幅や組成を変更することでバンドギャップエネルギーを変えて、光利得波長範囲を変更している。
【００１８】
しかし、通常のエピタキシャル成長では基板内で均一な成長が行われているので、単一組成の活性層では光利得波長範囲は１００ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。したがって、外部共振器型波長可変光源に使用される波長選択反射器４（回析格子４Ａ及び反射器４Ｂ）の波長選択範囲は数１００ｎｍと広いにもかかわらず、外部共振器型波長可変光源としての波長可変範囲は光増幅器１の光利得波長範囲と同じ１００ｎｍ〜１５０ｎｍとなってしまう。
【００１９】
すなわち、図４に示す従来の構成では、外部共振器型波長可変光源の波長可変範囲を広くしようとしても光増幅器１の光利得範囲で波長可変範囲が決定しまう。この発明は、波長可変幅の広い波長可変光源を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明は、
一端に無反射膜１Ａを施した光増幅器１と、
光増幅器１を駆動する光増幅器駆動回路２と、
光増幅器１の無反射膜１Ａ側の射出光軸上に配置され、光増幅器１の無反射膜１Ａ側の出射面からの射出光を平行光に変換するレンズ３Ａと、
レンズ３Ａから入射される平行光の波長を可変する波長選択反射器４とを備える外部共振器型波長可変光源であって、
光増幅器１は、光増幅器１の共振器長方向にバンドギャップエネルギーが段階的または連続的に変化している構造の半導体レーザとする。
【００２１】
また、光増幅器１は、層構造方向にバンドギャップエネルギーが異なる量子井戸を積層した活性層である構造の半導体レーザとする。
【００２２】
更に、波長選択反射器は、
入射される平行光のうち入射角によって決まる特定の波長の光を反射する回折格子と、
前記回折格子の反射光のうち、垂直に入射する波長の光のみを反射する反射器とで構成されている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による外部共振器型波長可変光源の各実施の形態例について、図を参照して説明する。図１は、本発明による外部共振器型波長可変光源の構成例を示すブロック図である。
【００２４】
図１において、光増幅器１はファブリペロ型半導体レーザであり、片端面に無反射膜が施されている。また、光増幅器１は光増幅器駆動回路２と接続され、光増幅器駆動回路２からの注入電流に応じて両出射面から光を射出する。
【００２５】
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰのＭＱＷ（英語スペルと日本語用語挿入）構造の半導体レーザでは、バンドギャップエネルギーを変更することで、１２００ｎｍ〜１６５０ｎｍ帯のＬＤ発振が可能である。ここで１２００ｎｍ〜１６５０ｎｍ帯でレーザ発振が可能とは、ＩｎＧａＡｓＰの組成を変化させることを意味している。ある組成に固定すると、レーザ発振する波長幅は約１５０ｎｍ程度に限定される。
【００２６】
そこで、図１の光増幅器１としては、光増幅領域の共振器長手方向にバンドギャップエネルギーが段階的または連続的に変化している構造の素子を用いる。なお図１におけるその他の構成及び動作は図４の波長可変光源と同等であり、それらの説明は省略する。
【００２７】
共振器長手方向にバンドギャップエネルギーが段階的に変化している構造の素子は、選択成長方法で作製される。この選択成長方法は、エピタキシャル成長基板にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などを成膜し、エピタキシャル成長させる領域（光増幅領域である光導波路）のシリコン酸化膜を除去したのち、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により量子井戸構造を成長させる。
【００２８】
なお、光増幅領域の共振器長手方向にバンドギャップエネルギーが段階的または連続的に変化している構造の素子に関連する技術として、バンドギャップエネルギーを任意に制御することが可能である旨が、電子情報通信学会論文誌
Ｖｏｌ．７７−Ｃ−Ｉ  Ｎｏ．５  Ｐ２５０〜２５９「選択ＭＯＣＶＤ成長による多重量子井戸構造の量子準位エネルギー制御と光集積素子への応用」に記載され、製造方法については特開平７−５０４４３号公報に記載されている。
【００２９】
次に、本発明による外部共振器型波長可変光源の光増幅器１の構成を図２を参照して説明する。図２に示すように、シリコン酸化膜のマスク幅と両マスク間の幅によってマスク間に成長する量子井戸層の膜厚が変化し、バンドギャップエネルギーが変化する効果が得られ、図３に示すとおり光利得の波長範囲が変化する。
【００３０】
ここでは、１５００ｎｍから１６５０ｎｍでレーザ発振可能な組成Ａ領域と１４００ｎｍから１５５０ｎｍでレーザ発振可能な組成Ｂ領域を例に説明する。光増幅（Ｇａｉｎ）と光吸収（Ｌｏｓｓ）との関係は、以下の様になる。
【００３１】
光吸収より光増幅が大きい波長帯（Ａ領域で１５００ｎｍ〜１６５０ｎｍ、Ｂ領域で１４００ｎｍ〜１５５０ｎｍ）ではＬＤ発振が可能である。光吸収があり光増幅の小さい波長帯では自然放出光のみとなる。そして、光吸収も光増幅もない波長帯（長波長側）では透明な材質となるが、光吸収があり光増幅のない波長帯（短波長側）では光吸収のみとなる。
【００３２】
そして、この例ではＢ領域のみでのＬＤ発振はＡ領域より１００ｎｍ短波長で可能であるが、Ａ領域を集積するとＡ領域の光吸収分が加わるため、Ｂ領域の１００ｎｍ短波長でのＬＤ発振は不可能になる。
【００３３】
そのため、選択成長方法による量子井戸層において、波長可変範囲が異なる組成Ａと組成Ｂを集積させたとき、レーザ発振するためには、光吸収より光増幅が十分に大きくなければならない。そのため、組成Ｂより更に短波長側にレーザ発振可能な組成Ｃの構造を集積しても組成Ａでの光吸収が大きくなり過ぎ、光増幅できない。
【００３４】
つまり、光増幅器１の共振器長手方向にバンドギャップエネルギーが段階的または連続的に変化していることで、各領域での波長に対する光増幅特性は多少低くなるが、広い波長範囲の光を増幅することが可能となる。そのため、従来のバンドギャップエネルギーが一様な半導体レーザ素子を使用した波長可変光源よりも、１００ｎｍ程度広い波長範囲で波長可変が可能となる。
【００３５】
次に、波長選択反射器構造について述べる。回折格子４Ａは、光増幅器１の無反射膜１Ａ側の出射面からの射出光軸上に射出光が入射角度αで入射される位置に配置されている。回折格子４Ａは波長選択反射器４として機能し、光増幅器１から入射角度αで入射された平行光のうち、前述した（１）式で示される波長の光を１次回折光として角度βで回折する。一方（１）式で示される波長の光で回折されない光を、回折格子４Ａの法線に対して入射角度αと対称の角度で０次回折光として反射する。
【００３６】
反射器４Ｂは、光増幅器１から回折格子４Ａに入射して角度βで回折した波長の１次回折光が入射される位置に配置され、１次回折光を反射する。この時、（１）式で求められる回折格子４Ａからの回折光の内、反射器４Ｂに垂直に入射した波長の光のみを入射光路と同一光路に反射して、光増幅器１に帰還させる。反射器４Ｂに垂直入射しない波長の光は、入射光路と異なった光路に反射されるため、光増幅器１に帰還しない。
【００３７】
ここまでの例では回折格子４Ａと反射器４Ｂで構成された波長選択反射器４構造で説明しているが、波長選択反射器４構造としては、回折格子４Ａ単体の構造でも、バンドパスフィルターと反射器から構成されている構造でも良いことは明らかである。
【００３８】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態例の外部共振器型波長可変光源では、構成部品は第１実施形態と同じであるが、光増幅器１である半導体レーザの光増幅領域の構造が異なっている。この光増幅器１である半導体レーザ素子は、層構造方向にバンドギャップエネルギーが異なる量子井戸を積層した活性層の構造の素子である。
【００３９】
この構造のＬＤ素子でも、前述した共振器長方向にバンドギャップエネルギーが段階的または連続的に変化している構造と同等な効果となり、波長に対する光増幅特性は多少低くなるが、広い波長範囲の光を増幅することが可能となる。
【００４０】
以上のように、第１実施と第２実施の形態例の外部共振器型波長可変光源によれば、従来のバンドギャップエネルギーが一様な多重量子井戸構造の半導体レーザ素子を使用した波長可変光源よりも、１００ｎｍ程度広い波長範囲で波長可変が可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の外部共振器型波長可変光源によれば、従来のバンドギャップエネルギーが一様な多重量子井戸構造の半導体レーザ素子よりも光利得波長範囲が広くなってレーザ発振する波長範囲が広くなるので、小型で波長を可変できる波長範囲を広くすることが容易に図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による外部共振器型波長可変光源の構成例を示すブロック図である。
【図２】選択成長方法による量子井戸層の膜厚変化図である。
【図３】波長に対する光利得特性を示す模式図である。
【図４】従来例の外部共振器型波長可変光源の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    光増幅器１
１Ａ  無反射膜
２    光増幅器駆動回路
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  レンズ
４    波長選択反射器
４Ａ  回折格子
４Ｂ  反射器
５    波長選択駆動回路
５Ａ  回転制御駆動回路
５Ｂ    回転制御手段
６    光アイソレータ
７    回転機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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