(57)【要約】【課題】中心波長を固定して繰り返し周波数を細かく制御したり、ある繰り返し周波数に固定して中心波長を大きく変化させたりすることを可能にする波長可変半導体パルス光源装置を提供する。【解決手段】所定の波長域に対して利得を有する半導体利得部１と、電圧を加えることにより波長域に対する光吸収係数が変化する半導体変調器部２と、周期性を持った回折格子よりなるＤＢＲ部３、４とが同一基板上に形成され、更に、ＤＢＲ部３、４が、半導体利得部１と半導体変調器部２を挟むように２箇所に配設され、いずれも回折格子の周期が位置の関数として変化するチャープグレーティングからなる波長可変半導体パルス光源装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧又は電流を加えることにより前記波長域に対する光吸収係数又は光利得係数が変化する半導体変調器部と、回折格子よりなる分布ブラッグ反射器部とが同一基板上に形成された波長可変半導体パルス光源装置において、
前記分布ブラッグ反射器部が前記半導体利得部と前記半導体変調器部を挟むように２箇所に配設されるとともに、いずれの前記分布ブラッグ反射器部もその回折格子の周期が位置の関数として変化するチャープグレーティングからなることを特徴とする波長可変半導体パルス光源装置。
【請求項２】
請求項１記載の波長可変半導体パルス光源装置において、
一方の前記分布ブラッグ反射器部が、その端面側へ行くに従い前記回折格子の周期が増大するように構成されたチャープグレーティングよりなり、他方の前記分布ブラッグ反射器部が、その端面側へ行くに従い前記回折格子の周期が減少するように構成されたチャープグレーティングよりなり、且つ、前記２つのチャープグレーティングのチャープ率が異なることを特徴とする波長可変半導体パルス光源装置。
【請求項３】
請求項１記載の波長可変半導体パルス光源装置において、
一方の前記分布ブラッグ反射器部が、一定の正の位相シフトが複数挿入されるとともに、位相シフトの挿入間隔がその端面側へ行くに従い増大するように構成されたチャープグレーティングよりなり、他方の前記分布ブラッグ反射器部が、一定の負の位相シフトが複数挿入されるとともに、位相シフトの挿入間隔がその端面側へ行くに従い減少するように構成されたチャープグレーティングよりなり、且つ、前記２つのチャープグレーティングのチャープ率が異なることを特徴とする波長可変半導体パルス光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長可変半導体パルス光源装置に関し、例えば、光パルスの繰り返し周波数と中心波長を、ある一定の範囲内で自由に制御したい場合に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体パルス光源装置の構成を図３に示す。
従来の半導体パルス光源装置は、所定の波長域に対して利得を有する半導体利得部１と、電圧を加えることにより所定の波長域に対する光吸収係数が増大する半導体変調器部２と、チャープグレーティングを用いた分布ブラッグ反射器部（以降、ＤＢＲ部と呼ぶ。）３とを有する（非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｋ．  Ｓａｔｏ，  ｅｔ．  ａｌ．，  ”Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｒａｎｇｅ  Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｏｆ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌａｓｅｒｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｗｉｔｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ，  ”  ＩＥＥＥ  Ｊ．  Ｓｅｌ．  Ｔｏｐ．  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，  ｖｏｌ．３，  ｎｏ．２，  ｐｐ．２５０−２５５，１９９７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体パルス光源装置では、チャープグレーティングを用いたＤＢＲ部３が１つのみであったため、パルスの中心波長を固定して繰り返し周波数を細かく制御することは困難であった。又、ＤＢＲ部３への電流注入による屈折率の最大変化量の制限により、ある繰り返し周波数に固定して中心波長を大きく変化させることは困難であった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、中心波長を固定して繰り返し周波数を細かく制御したり、ある繰り返し周波数に固定して中心波長を大きく変化させたりすることを可能にする波長可変半導体パルス光源装置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】
上記目的を達成する本発明に係る波長可変半導体パルス光源装置は次の点を特徴とする。
１）所定の波長域に対して利得を有する半導体利得部と、電圧又は電流を加えることにより波長域に対する光吸収係数又は光利得係数が変化する半導体変調器部と、回折格子よりなる分布ブラッグ反射器部とが同一基板上に形成されており、更に、分布ブラッグ反射器部が半導体利得部と半導体変調器部を挟むように２箇所に配設されるとともに、いずれの分布ブラッグ反射器部もその回折格子の周期が位置の関数として変化するチャープグレーティングからなる。
【０００７】
２）上記波長可変半導体パルス光源装置において、一方の分布ブラッグ反射器部が、その端面側へ行くに従い回折格子の周期が増大するように構成されたチャープグレーティングよりなり、他方の分布ブラッグ反射器部が、その端面側へ行くに従い回折格子の周期が減少するように構成されたチャープグレーティングよりなり、且つ、２つのチャープグレーティングのチャープ率が異なる。
【０００８】
３）上記波長可変半導体パルス光源装置おいて、一方の分布ブラッグ反射器部が、一定の正の位相シフトが複数挿入されるとともに、位相シフトの挿入間隔がその端面側へ行くに従い増大するように構成されたチャープグレーティングよりなり、他方の分布ブラッグ反射器部が、一定の負の位相シフトが複数挿入されるとともに、位相シフトの挿入間隔がその端面側へ行くに従い減少するように構成されたチャープグレーティングよりなり、且つ、２つのチャープグレーティングのチャープ率が異なる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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。
図１は本発明の実施の形態の基本構成を示す構造図である。
図１に示すように、本発明に係る半導体パルス光源装置は、所定の波長域に対して利得を有する半導体利得部１と、電圧を加えることにより所定の波長域に対する光吸収係数が増大する半導体変調器部２と、回折格子よりなる分布ブラッグ反射器部（以降、ＤＢＲ部と呼ぶ。）３、４とを同一の半導体基板１２、１３上に形成したものであり、ＤＢＲ部３、４が、半導体利得部１と半導体変調器部２を挟むように２箇所に配設されている。
【００１０】
ＤＢＲ部３、４では、回折格子の周期を位置の関数として変化させてチャープグレーティングを形成して用いている。具体的には、一方のＤＢＲ部３では、その端面側へ行くに従い回折格子の周期が増大するように構成されたチャープグレーティングよりなり、他方のＤＢＲ部４では、その端面側へ行くに従い前記回折格子の周期が減少するように構成されたチャープグレーティングよりなっている。このようなチャープグレーティングは、例えば、一方のＤＢＲ部３では、一定の正の位相シフトを複数挿入するとともに、位相シフトの挿入間隔をその端面側へ行くに従い増大するように構成することで形成され、又、他方のＤＢＲ部４では、一定の負の位相シフトを複数挿入するとともに、位相シフトの挿入間隔をその端面側へ行くに従い減少するように構成することで形成できる。
【００１１】
半導体利得部１、半導体変調器部２、ＤＢＲ部３、４の上部側には、各々独立して利得部電極５、変調器部電極６、ＤＢＲ電極７、８が設けられており、又、それらの下部側には共通する下部電極９が設けられている。半導体利得部１の内部には利得部用多重量子井戸１０が、半導体変調器部２の内部には変調器用多重量子井戸１１が形成されており、更に、ＤＢＲ部３の内部には負の位相シフトが多数挿入されることで形成されたチャープグレーティングよりなるＤＢＲ１４が、ＤＢＲ部４の内部には正の位相シフトが多数挿入されることで形成されたチャープグレーティングよりなるＤＢＲ１５が形成されている。そして、これらの両端面側に無反射膜１６、１７が配設される。なお、半導体変調器部２は、電流を加えることにより所定の波長域に対する光利得係数が変化するようなものとしてもよい。
【００１２】
次に、上記構造を有する本発明に係る半導体パルス光源装置の特性を算出してみる。そこで、正の位相シフトが多数挿入されることで形成されたチャープグレーティングの反射率と反射器による位相シフト量の周波数依存性と、負の位相シフトが多数挿入されることで形成されたチャープグレーティングの反射率と反射器による位相シフト量の周波数依存性とを計算して、それぞれ独立して図２（ａ）、（ｂ）に示してみた。どちらも位相シフト量は周波数に関して２次関数的な振る舞いを示すが、正の位相シフトが挿入されたチャープグレーティングの場合は２次の係数は負（これをα’とする）であり、負の位相シフトが挿入されたチャープグレーティングの場合は２次の係数は正（これをαとする）である。
【００１３】
ところで図１に示したように、両端にＤＢＲ部３、４がある場合、縦モードは以下の式により決まる。
２Ｌ×２πｎｅｑｆ／ｃ＋φ１＋φ２＝２πｍ
ここでｎｅｑは光導波路の等価屈折率、Ｌは半導体利得部１と半導体変調器部２の長さ、ｆは光の周波数、ｃは光の速度、φ１とφ２はそれぞれ２つのＤＢＲ部３、４での位相シフト量、ｍは整数である。
【００１４】
上記のように、正の位相シフトが挿入されたチャープグレーティングと負の位相シフトが挿入されたチャープグレーティングの両方を有する場合、その両方のＤＢＲ部での位相シフト量の和φ１＋φ２はやはり周波数に関して２次関数的な振る舞いを示すが、その２次の係数α＋α’は、αとα’が異符号であり、正と負の位相シフトが挿入されたチャープグレーティングのチャープ率がわずかに異なることを踏まえると、限りなく小さくなる。つまり位相シフトの和φ１＋φ２は、ある領域の周波数に関しては、限りなく１次関数に近い２次関数となる。
【００１５】
図２（ｃ）にφ１＋φ２の周波数依存性に関する計算結果を示した。
縦モードはφ１＋φ２のグラフと２πｍ−２Ｌ×２πｎｅｑｆ／ｃのグラフの交点から求めることができるが、φ１＋φ２が限りなく１次関数に近い２次関数の場合、縦モード間隔の差は、２次の係数がαやα’の場合よりもずっと小さくできる。縦モードの間隔が変調周波数に一致するような縦モードによってパルスが形成されることを考えると、縦モード間隔の差が小さいということはパルスの繰り返し周波数を細かく制御できることを意味する。
【００１６】
また、ＤＢＲ領域に電流を注入すると屈折率が低下するので、位相シフトの周波数に関するグラフは全体的に短波側へ平行移動するが、その平行移動する量は、簡単な計算により、片側のみにチャープグレーティングがある場合のおよそ
【数１】
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倍になる。このことから電流注入による屈折率の最大変化量の制限を越えて、パルスの中心波長を変化させることができる。
【００１７】
以上を踏まえると、正の位相シフトが挿入されたチャープグレーティングと負の位相シフトが挿入されたチャープグレーティングの両方を有することによって、φ１＋φ２が限りなく１次関数に近い２次関数となり縦モード間隔の差は小さくなるので、パルスの中心波長は固定したまま繰り返し周波数を細かく制御することが可能となる。またＤＢＲ領域に電流注入した時の位相シフトの平行移動の量がαとα’の絶対値の差を小さくすれば片側のみにチャープグレーティングがある場合よりもずっと大きくできるので、パルスの繰り返し周波数は固定したまま中心波長を大きく変化させることが可能となる。つまり、正の位相シフトが挿入されることで形成されたチャープグレーティングと負の位相シフトが挿入されることで形成されたチャープグレーティングの両方を有することにより、光パルスの繰り返し周波数と中心波長を自由に制御可能となる。
【００１８】
次に本発明のさらに詳細な実施例を説明する。
半導体利得部１、電界吸収型の半導体変調器部２及びＤＢＲ部３、４は、ｎ型ＩｎＰよりなる同一半導体基板１３及びｐ型ＩｎＰよりなる同一半導体基板１２上に集積されており、これらで光共振器を形成している。半導体利得部１は井戸層がＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ、障壁層がＩｎＧａＡｓＰの利得部用多重量子井戸１０よりなり、そのホトルミネッセンス波長は１．５５μｍ近傍である。半導体変調器部は井戸層がＩｎＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ、障壁層がＩｎＧａＡｓＰの利得部用多重量子井戸１１よりなり、そのホトルミネッセンス波長は１．４９μｍ近傍である。半導体利得部１の長さは１４００μｍ、半導体変調器部２の長さは１００μｍであり、共振器長は約１８００μｍである。
【００１９】
負の位相シフトが複数挿入されることでチャープグレーティングが形成されたＤＢＲ部３は１４３μｍ、正の位相シフトが複数挿入されることでチャープグレーティングが形成されたＤＢＲ部４は１４５μｍである。チャープ率は正の位相シフトが挿入されることで形成されたチャープグレーティングが約１．４３μｍ／Å、負の位相シフトが挿入されることで形成されたチャープグレーティングが約１．４６μｍ／Åであり、互いのチャープ率が異なる。このチャープグレーティングは電子ビーム露光装置を用いて実現した、多重位相シフトパタンを用いた。
【００２０】
ここで「位相シフト」とは、周期性を有する回折格子の位相を光の入射される位置から見て反対側の端面方向に所定量ずらす（これを正の位相シフトという）こと、もしくは周期性を有する回折格子の位相を光の入射される側の方向に所定量ずらす（これを負の位相シフトという）ことをいう。「多重位相シフト」とは「位相シフト」を複数設けることを言う。
【００２１】
又、チャープ率ｒｃは
ｒｃ＝４ｎｅｑ（△Λ／Λ）／ｍ２
で与えられる。ここでｎｅｑは光導波路の等価屈折率、△Λは位相シフト量、Λは回折格子の周期、ｍは最初に位相シフトが挿入される位置までの周期の数である。
【００２２】
位相シフトが正の場合は、光の入射される位置の反対側の端面から見て、位相シフトの番号ｉに対して番号ｉの平方根にｍを乗じた値となる位置に位相シフトが挿入される。位相シフトが負の場合は、光の入射される位置から見て、位相シフトの番号ｉに対して番号ｉの平方根にｍを乗じた値となる位置に位相シフトが挿入される。
【００２３】
【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ＤＢＲ領域に電流を注入することによって、パルスの中心波長を固定したまま繰り返し周波数を細かく制御したり、パルスの繰り返し周波数を固定したまま中心波長を広い範囲で変化させたりすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る波長可変半導体パルス光源装置を示す構造図である。
【図２】（ａ）は正の位相シフトが挿入されることで形成されたチャープグレーティングのＤＢＲ部の反射率と位相シフトの周波数依存性の図であり、（ｂ）は負の位相シフトが挿入されることで形成されたチャープグレーティングのＤＢＲ部の反射率と位相シフトの周波数依存性の図であり、（ｃ）は２箇所のＤＢＲ部での位相シフトの和の周波数依存性の計算結果に基づく特性図である。
【図３】従来の半導体パルス光源装置の構成図である。
【符号の説明】
１    半導体利得部
２    半導体変調器部
３、４  ＤＢＲ部
５    利得部電極
６      変調器部電極
７、８  ＤＢＲ電極
９    下部電極
１０  利得部用多重量子井戸
１１  変調器用多重量子井戸
１２  ｐ型ＩｎＰ基板
１３  ｎ型ＩｎＰ基板
１４  負の位相シフトをもつＤＢＲ
１５  正の位相シフトをもつＤＢＲ
１６、１７  無反射膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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