(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一縦モード動作をするようになっている半導体分布ブラッグ反射器レーザであって、
光利得セクションと、
第１の複数の反射ピークの櫛を有する反射スペクトルを生成するようになっているグレーティングを備える、第１の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）セクションである第１の反射器と、
前記光利得セクションを挟んで前記第１の反射器と反対の側に位置する第２の反射器、とを備える光導波路を有し、
前記第１の分布ブラッグ反射器セクションは、作動時に、該第１の分布ブラッグ反射器セクションの長さに沿って不均一に誘起される熱チャープを補償するように構成されており、
前記熱チャープは、前記光利得セクションからは離れた、前記第１の分布ブラッグ反射器セクションの全体を通した、該第１の分布ブラッグ反射器セクションにおける熱勾配から生じるものであり、前記補償のために、前記第１の分布ブラッグ反射器セクションはその長さ方向に沿って構成が変化していることを特徴とするレーザ。
【請求項２】
前記第１の複数の反射ピークの各反射ピークの最大半値幅（ｆｕｌｌ  ｗｉｄｔｈ  ｈａｌｆ  ｍａｘｉｍｕｍ）は、動作波長における、または動作波長の範囲にわたって、縦モード間隔の５倍よりも狭いようになっていることを特徴とする、請求項１に記載のレーザ。
【請求項３】
前記第１のＤＢＲセクションのグレーティングは、ビルトイン実効チャープを有することを特徴とする、請求項１または２に記載のレーザ。
【請求項４】
前記ビルトイン実効チャープは、前記第１のＤＢＲセクションに沿って０．５％未満であることを特徴とする、請求項３に記載のレーザ。
【請求項５】
前記ビルトイン実効チャープは、
前記利得セクションから離れるに従って前記第１のＤＢＲセクションの長さに沿った指数成長関数と、
前記利得セクションから離れるに従って前記第１のＤＢＲセクションの長さに沿った線形成長関数と、
前記利得セクションから離れるに従って前記第１のＤＢＲセクションの長さに沿ったコンポジット成長関数であって、前記利得セクションに隣接し、第１の線形成長関数を有する、少なくとも、第１の部分と、低い第２の線形成長関数を有するか、またはビルトイン実効チャープを有していない第２の部分とを備えるコンポジット成長関数とからなるグループから選択されることを特徴とする、請求項３または４に記載のレーザ。
【請求項６】
前記第１のＤＢＲセクションの前記グレーティングは、一定ピッチを有することを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項７】
前記第１のＤＢＲセクションは、チャープした物理ピッチのグレーティングを有する光導波路を備えていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項８】
前記第１のＤＢＲセクションは、前記光利得セクションに最も近い前記第１のＤＢＲセクションの端部から離れるに従って増加する導波路幅を有することを特徴とする、請求項３〜７のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項９】
前記導波路幅は、前記第１のＤＢＲセクションの長さに沿って、実質的に指数成長関数で増加することを特徴とする、請求項８に記載のレーザ。
【請求項１０】
前記導波路幅は、前記第１のＤＢＲセクションの長さに沿って、直線で増加することを特徴とする、請求項８に記載のレーザ。
【請求項１１】
前記第１のＤＢＲセクションは、湾曲した光導波路を備え、前記グレーティングは、平行なグレーティング線を有することを特徴とする、請求項３〜１０のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項１２】
前記第１のＤＢＲセクションは、前記第１のＤＢＲセクションの長さに沿って、前記第１のＤＢＲセクションを不均一に加熱または冷却するようになっている温度制御要素を備えていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項１３】
前記温度制御要素は、前記第１のＤＢＲセクションの中の前記光導波路に沿って、または前記光導波路と並んで設けられたテーパ状抵抗加熱要素であることを特徴とする、請求項１２に記載のレーザ。
【請求項１４】
前記光導波路は、リッジ光導波路を備えていることを特徴とする、請求項７、１１、又は１３のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項１５】
前記第２の反射器は、少なくとも１つの第２の反射ピークを有する反射スペクトルを生成するようになっており、前記第１の複数の反射ピークのそれぞれは、前記第２の反射ピークまたは前記第２の反射ピークのそれぞれより狭い最大半値幅を有することを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項１６】
前記第１のＤＢＲセクションは、位相変化グレーティングあるいはサンプルグレーティングであることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項１７】
前記第２の反射器は、複数の第２の反射ピークの櫛を有する第２の反射スペクトルを生成する第２のＤＢＲセクションを含んでおり、前記第１の複数の反射ピークの櫛は、前記第２の複数の反射ピークの櫛とは異なる波長間隔を有することを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項１８】
位相制御セクションを備えていることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のレーザ。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載のレーザを備える光送信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一縦キャビティモードでレーザ発振動作をするようになっている半導体分布ブラッグ反射器レーザに関し、特に、しかし排他的ではなく、広帯域波長可変分布ブラッグ反射器レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザには、レーザキャビティの単一縦モードでレーザ発振をするようになっているものが知られている。レーザキャビティの単一縦モードは、レーザ発振モードと、狭い反射ピークを有する分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）グレーティングによって選択される波長を有する。このような単一縦モードレーザは、２５ｄＢ以上のサイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）を有する。
【０００３】
固定波長、または狭い波長帯域にわたって同調可能に構成されたＤＢＲレーザは、典型的には、広帯域反射器（例えば、広帯域ファセット反射器）と、ＤＢＲセクションとの間で画定されるレーザキャビティを備え、レーザキャビティの中に、光利得セクションと、典型的に位相制御セクションとを有している。利得セクションは、電気的に駆動されて、誘導放射によって光を放射する。ＤＢＲセクションは、単一の一定ピッチグレーティングを有し、単一の一定ピッチグレーティングは、単一の狭い反射ピークを有する反射スペクトルで、光を反射するようになっている。この反射ピークの、最大半値における全帯域幅（最大半値幅）（ＦＷＨＭ：ｆｕｌｌ−ｗｉｄｔｈ  ａｔ  ｈａｌｆ  ｍａｘｉｍｕｍ）は、非常に少ない数（例えば、モード間隔の５倍より小さく、さらには、モード間隔の３倍より小さいことが望ましい）のレーザ縦キャビティモードに相当し、これにより、高いモード選択性と、これに対応して高いＳＭＳＲを得ることができる。位相制御セクションは、可変屈折率を有し、これを使用して、作動時における、レーザの光キャビティの光行路長に対する微調整を行うことができ、ＤＢＲセクションの反射スペクトルの狭帯域反射ピークに対して、レーザキャビティモードの微細コム（ｃｏｍｂ）の相対配置を制御し（すなわち、特定のキャビティモードが優位である波長帯域の中でスペクトル動作位置を制御する）、希望するレーザ発振モードを選択するとともに、反射ピークの配置を最適化し、これにより、不要サイドモードの相対強度を低減させることができる。このようなレーザの波長可変帯域は、ＤＢＲセクションの中に誘導することができる最大屈折率変化によって限定される。この屈折率変化により、動作波長における、グレーティングの実効的ピッチが変化する。ＤＢＲセクションの実効貫通長が増加すると、反射ピークのスペクトル幅は、狭くなる。従って、単一縦キャビティモード動作に対しては、このようなＤＢＲレーザは、比較的長いＤＢＲセクションを有する。
【０００４】
広帯域波長可変ＤＢＲレーザは、単一の、定ピッチを有するＤＢＲの屈折率変化のみによって得られる波長可変帯域と比較して、広い波長帯域にわたってレーザ発振するように構成され、典型的には、個々に変調可変な、２つのＤＢＲセクションを使用する。従って、このようなレーザは、固定波長か、または狭波長帯域可変ＤＢＲレーザと比較して、長いレーザキャビティを有し、従って、感度は、動作パラメータに対して、より大きい。これは、特にモードホッピング（異なる縦キャビティモードの間のレーザ発振のジャンプ）を防ぐための、レーザ発振モードの制御の安定化に対して効果的である。
【０００５】
この広帯域波長可変ＤＢＲレーザの１つのタイプは、反射ピークのコムが異なる間隔のスペクトルを示す２つのＤＢＲセクションの間に形成されるレーザキャビティを有している。これは、バーニア型の可変機構として、スペクトルを互いに相対的に同調させることができる。レーザ発振は、反射ピークのコムの、両方に共通した波長で生じる（特許文献１の図８に示されている、バーニア可変位相変化グレーティングのペアを使用したＤＢＲレーザと同様）。レーザの出力端部におけるＤＢＲセクションの反射ピークは、他のＤＢＲセクションの反射ピークよりも広い反射ピークスペクトルを有する。
【０００６】
この広帯域波長可変ＤＢＲレーザの第２タイプは、第１のＤＢＲセクションと第２のＤＢＲセクションとの間に形成されたレーザキャビティを有する。第１のＤＢＲセクションは、狭い反射ピークのコムを形成し、第２のＤＢＲセクションは、非同調状態にある、広い反射スペクトル幅（例えば、比較的均一なプラトー）を有する。しかし、そのスペクトル幅の中で、一部の反射スペクトルは、波長同調可能であり、他の部分とオーバラップし、強化された反射ピークを形成している。この反射ピークは、第２のＤＢＲセクションの狭い反射ピークの数倍広い（反射ピークの最大半値幅（ＦＷＨＭ）の比較）が、連続する狭いピークのスペクトル間隔よりは狭い。強化されたピークは、コム状の第１の反射スペクトルから狭いピークを選択し、レーザは、そこで発振を起こす。このレーザに関しては、特許文献２に記載されている。
【０００７】
反射スペクトルの幅が狭くなると、それに対応するＤＢＲセクションの長さは長くなる。どちらの場合においても、狭い反射ピークを与えるＤＢＲセクションの長さは、広い反射ピークを与えるＤＢＲセクションの長さより長くなる。
【０００８】
ＤＢＲセクションは、反射スペクトルに応じて光を反射して、送出する。しかし、ＤＢＲセクションはまた、ＤＢＲセクションに対する入射光の一部を不要に吸収する。レーザキャビティから放射される時の吸収損失を最小にして、レーザキャビティからの光出力電力を最大にするために、狭い反射ピークを有する長いＤＢＲセクションは、一般に、レーザキャビティの後方反射器（レーザキャビティの、主ビーム出力を得る前方反射器の反対側にある反射器）として使用する。
【０００９】
作動時には、ＤＢＲレーザの各セクションを駆動する電流によってＤＢＲレーザのセクションで発生する熱とは別に、光吸収によりＤＢＲセクションで発生する熱が存在する。熱は、レーザの光導波路から放散され、典型的には、半導体チップに熱結合している熱電冷却器（ペルティエ冷却器）によって吸収されるが、これによる熱吸収は不十分であり、ＤＢＲセクションの中には熱勾配が生ずる。この熱勾配は、レーザの光特性に影響を及ぼす。ＤＢＲセクションの中では、光吸収の局所レベルによって誘起される加熱は、光の局所強度に対応しており、この加熱は、ＤＢＲセクションにわたって、光利得セクションを離れるに従い、大体、指数関数で減衰する。
【００１０】
半導体光導波路の実効屈折率は、温度の関数で変化する。 ＤＢＲセクションの中の不均一な光吸収は、それと対応して、導波路の中での不均一な加熱と、従って、それと対応して、作動時に、グレーティングの実効ピッチの変化を引き起こす。更に、他のセクションからの熱漏洩（特に、利得セクションからの熱漏洩）は、ＤＢＲセクションの中で、更なる不均一加熱を誘起する可能性がある。このような光吸収および熱漏洩は、ＤＢＲセクションの端部の温度を上昇させ、この温度上昇は、例えば、利得セクションに最も近いＤＢＲセクション端部で、５℃、利得セクションから最も遠いＤＢＲセクション端部で１℃である。加熱効果は、利得セクションに最も近いところで最も大きく、利得セクションに向かって、最も急速になる。グレーティングの反射波長は、０．１ｎｍ／℃で変化し、グレーティングの実効チャープは、利得セクションに最も近いＤＢＲセクションで最大になる（例えば、利得セクションに最も近いＤＢＲセクションの部分に沿って、約３×１０−４ｎｍ／μｍ）であるので、熱的不均一性は、ＤＢＲセクションの中の実効グレーティングピッチの不均一性を誘起する。実効グレーティングの実効的な不均一性は、ＤＲセクションの反射ピークの幅を広げる。これにより、特定の動作条件（利得セクションの大きな電流、および／またはＤＢＲセクションにおける高い波長同調電流）の下では、レーザの光動作性能は、劣化する。熱誘起されるチャープの不均一性の影響は、狭い反射ピークを有するＤＢＲセクションに対して特に深刻である。これは、長いＤＢＲセクションは、高い反射率を与えるからである。
【００１１】
１つ以上の狭い反射ピークの反射スペクトルを有するＤＢＲセクションの中に誘起される不均一な熱誘起チャープは、サイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）を劣化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第ＵＳ６３４５１３５号明細書
【特許文献２】米国特許第ＵＳ７１４５９２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の目的は、ＤＢＲセクション中に不均一に誘起される熱チャープを補償する半導体分布ブラッグ反射器レーザを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の態様においては、光導波路を有し、単一縦モード動作をするようになっている半導体分布ブラッグ反射器レーザが提供される。この半導体分布ブラッグ反射器レーザは、光利得セクションと、第１の反射器と、第２の反射器とを備えている。第１の反射器は、第１の分布ブラッグ反射器セクションであって、１つ以上の第１の反射ピークを有する反射スペクトルを生成するようになっているグレーティングを備えている。この半導体分布ブラッグ反射器レーザでは、第１のＤＢＲセクションは、作動時に第１のＤＢＲセクションの長さに沿って不均一に誘起される熱チャープを補償するようになっている。
【００１５】
第２の態様においては、第１の態様におけるレーザを備える光送信モジュールが提供される。
【００１６】
このような第１のＤＢＲセクションは、光吸収、および／または他のセクションからの熱漏洩によって誘起される不均一加熱を補償できるので有利である。そして、作動時に実質的に、実効チャープがないか、または実効チャープを低減させた第１のＤＢＲセクションを実現することができる。更に、このような単一縦モードレーザは、サイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）を改善することができる。更にまた、このようなレーザは、短いＤＢＲセクションを有することができ、これによって、対応するＤＢＲセクションの光動作性能が劣化することはない。補償量は、ＤＢＲセクションの長さに沿って、単調に、かつ連続的に変化することが望ましい。
【００１７】
レーザを、第１の反射ピークの最大半値幅が、動作波長における、または動作波長帯域にわたって、縦モード間隔の５倍より小さくなるように構成することができる。また、レーザを、第１の反射ピークの最大半値幅が、動作波長におけるか、または動作波長帯域にわたって、縦モード間隔の３倍より小さくなるようにすることもできる。
【００１８】
第１のＤＢＲセクションのグレーティングは、ビルトイン実効チャープ（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｃｈｉｒｐ）を有することができる。
【００１９】
ビルトイン実効チャープは、第１のＤＢＲセクションに沿って、０．５％未満である。また、０．３％未満であることが望ましく、０．２％未満、または０．１％未満であれば、更に望ましい。
【００２０】
ビルトイン実効チャープは、利得セクションから離れて、第１のＤＢＲセクションの長さに沿って、指数成長関数とすることができる。ビルトイン実効チャープは、利得セクションから離れて、第１のＤＢＲセクションの長さに沿って、線形成長関数とすることができる。ビルトイン実効チャープは、利得セクションから離れて、第１のＤＢＲセクションの長さに沿って、コンポジット成長関数（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｇｒｏｗｔｈ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）とすることができる。このコンポジット成長関数は、少なくとも、第１の部分と、第２の部分とを備えている。第１の部分は、利得セクションと隣接し、第１の直線成長関数を有し、第２の部分は、低次の第２の直線成長関数を有するか、またはビルトイン実効チャープを有してはいない。従って、連続して減少するビルトイン実効チャープの１つ以上の線形部分は、理想（例えば指数）成長関数に近似することができる。
【００２１】
第１のＤＢＲセクションのグレーティングは、一定のピッチを有することができる。ビルトイン実効チャープは、第１のＤＢＲセクションの長さに沿って導波路の特性を変化させることにより得ることができる。
【００２２】
第１のＤＢＲセクションは、チャープした物理ピッチのグレーティングを有する光導波路を備えることができる。物理グレーティングピッチの変化は、第１のＤＢＲセクションの長さに沿って、０．５％未満とすることができ、望ましくは、０．３％未満、更に望ましくは０．２％未満、または０．１％未満である。
【００２３】
第１のＤＢＲセクションは、利得セクションに最も近い第１のＤＢＲセクションの端部から離れるに従って増加する導波路幅を有することができる。導波路は、リッジ導波路（例えば、弱導波リッジ導波路であって、その中では、リッジは、光ガイド層を貫通してエッチされてはいない）であってよい。導波路がリッジ導波路である場合には、リッジ導波路のリッジの底部の幅は、第１のＤＢＲセクションの長さに沿って、５０％まで増加させることができる（１０〜３０％であることが望ましい）。導波路幅の変化は、第１のＤＢＲセクションに沿って、光導波路の実効屈折率（位相屈折率）の０．５％未満の変化を誘起させることができる。この変化は、０．３％よりも小さいことが望ましく、０．２％より小さければ更に望ましい。リッジ導波路幅の増加は、大体等しい比率で、位相屈折率を増加させ、群屈折率を減少させるということに注意するべきである。
【００２４】
導波路幅は、第１のＤＢＲセクションの長さに沿って、実質的に指数成長関数で増加させることができる（例えば、ビルトイン実効チャープは、ＤＢＲセクションの長さに沿って、０．０５％から０．１％に増加する）。
【００２５】
導波路幅は、第１のＤＢＲセクションの長さに沿って、直線的に増加させることができる（例えば、ビルトイン実効チャープは、ＤＢＲセクションの長さに沿って、０．１％から０．２％に増加する）。
【００２６】
第１のＤＢＲセクションは、湾曲した光導波路を備えることができ、グレーティングは、平行なグレーティング線を有することができる。このような第１のＤＢＲセクションは、上にレーザを形成する半導体チップの長さを短くできることが有利である。この場合には、湾曲した導波路は、チップの端に隣接して設けられ、これにより、ファセットからの後方反射を低減させることができる（例えば、ＩｎＰを基本にした半導体材料の場合には、垂直から約７°湾曲させてファセットに適合させる）。
【００２７】
第１のＤＢＲセクションは、第１のＤＢＲセクションの長さに沿って第１のＤＢＲセクションを不均一に加熱または冷却するようになっている温度制御素子を備えることができる。
【００２８】
温度制御素子は、第１のＤＢＲセクションの中の光導波路に沿って、または光導波路と並んで設けられたテーパ状の抵抗加熱素子であるのがよい。抵抗加熱素子は、利得セクションに近接する第１のＤＢＲセクションの中の導波路よりも、利得セクションから離れている第１のＤＢＲセクションの中の導波路に対して、より大きな加熱をするように構成することができる。単位長当たりの熱放散は、指数成長関数、線形関数、または指数成長関数に近似した関数に従って、利得セクションから離れるに従って増加させることができる。
【００２９】
光導波路は、リッジ光導波路を備えることができる。
【００３０】
第２の反射器は、広帯域反射器を備えることができる。
【００３１】
レーザは、第２のＤＢＲセクションを備えることができ、第２のＤＢＲセクションは、第２の反射スペクトルを生成するようになっている。第２の反射スペクトルは、少なくとも１つの第２の反射ピークを有し、第１の反射ピークまたはそれぞれの第１の反射ピークは、第２の反射ピークまたはそれぞれの第２の反射ピークよりも狭い最大半値幅を有することができる。
【００３２】
レーザは、位相制御セクションを備えることができる。
【００３３】
以下で、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１Ａ】本発明による３セクション単一モードＤＢＲレーザの側面図である。本ＤＢＲレーザは、ＤＢＲセクションの中にチャープしたグレーティングを有する。
【図１Ｂ】図１Ａに示すレーザの、レーザ発振閾値における、ＤＢＲセクションの反射スペクトルを示す図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示すＤＢＲレーザの、典型的な動作電力における発光スペクトルを示す図である。動作電力は、レーザ発振閾値より十分に高い。
【図２Ａ】本発明による広帯域波長可変４セクションＤＢＲレーザの側面図である。本ＤＢＲレーザは、第１のＤＢＲセクションの中に、横方向にテーパ状になっている光リッジ導波路を有する。
【図２Ｂ】図２Ａに示すレーザの、リッジ導波路の平面図である。ＤＢＲセクションの中のグレーティングが示されている。
【図２Ｃ】別の４セクションＤＢＲレーザの平面図である。本ＤＢＲレーザは、第１のＤＢＲセクションの中に、テーパ状光導波路を有する。
【図３】本発明による４セクションＤＢＲレーザの平面図である。ＤＢＲレーザは、ＤＢＲセクションの中に、湾曲した光導波路を有する。
【図４】本発明による４セクションＤＢＲレーザの平面図である。ＤＢＲレーザは、ＤＢＲセクションの上に、テーパ状抵抗素子を有する。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
ここで説明している実施形態では、同じ要素に対しては、同じ符号を付してある。ただし、いくつかの場合には、１つ以上の１００の整数倍の整数から始まる整数、および他の印刷マーク（’等）を使用している。例えば、異なる図面における１００、２００、２００’、３００、４００は、単一縦モードＤＢＲレーザを示している。
【００３６】
図１Ａは、３セクション単一モード分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザ１００の構造を示す。ＤＢＲレーザ１００は、光利得セクション１０２と、位相制御セクション１０４とを備えている。これらのセクションは、レーザキャビティの中にあり（作動時）、レーザキャビティは、ＤＢＲセクション１０６（第１のレーザキャビティ終端反射器）と広帯域前部ファセット反射器（第２のレーザキャビティ終端反射器）との間に形成されている。利得セクション１０２、位相セクション１０４、およびＤＢＲセクション１０６は、それぞれの制御電極１０２Ａ、１０４Ａ、および１０６Ａを有し、これらの電極は、制御電流Ｉα、ＩΦ、Ｉｒをレーザの光導波路を通して共通接地電極１１８に流すように配置されている。
【００３７】
レーザ１００は、基板１２０を有する半導体チップ上に形成されたレーザダイオード構造をしており、レーザダイオードは、基板１２０と、反対符号にドープされた下部層１２２および上部層１２６と、介在するドープされていない光導波路層１２４とを有する。横方向の光導波は、基板１２０の反対側にある半導体チップの表面にリッジをエッチングすることにより得ることができる。弱導波リッジ導波路に対しては、リッジは、上部層１２６を通して、部分的にエッチして作られる。しかし、光導波層１２４まで貫通してはいない。
【００３８】
ＤＢＲセクション１０６の上部層１２６は、第１の材料１２６Ａを備えている。第１の材料１２６Ａは、エッチングされたパターンを有し、異なる屈折率を有する第２の材料１２６Ｂがその上に過成長され、これにより、分布ブラッグ反射光グレーティング１２８を形成している。
【００３９】
グレーティング１２８は、レーザ１００の光導波路に沿って進行する光とオーバラップしている。この光は、ＤＢＲセクション１０６の中で、光導波層１２４によって導波されている。図１ＡのレーザのＤＢＲセクション１０６の中の光導波路は、一定幅を有している。グレーティング１２８は、ビルトインチャープ（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ  ｃｈｉｒｐ）を有し、グレーティングΛＳからΛＬへと、長さ方向に沿って、単調に、連続して変化する物理グレーティングピッチを有する。図示の実施形態においては、グレーティング１２８のピッチは、ＤＢＲセクション１０６の長さに沿って、均一なグレーティングピッチ変化し、０．５％未満（例えば、０．１５％）だけ変化している。グレーティング１２８は、リソグラフィエッチングプロセスで形成することができ、このリソグラフィエッチングプロセスは、ホログラフで描いたエッチングマスク、または、フォトリソグラフィまたは電子ビームで直接に描いたエッチングマスクを使用する。
【００４０】
理想的には、ＤＢＲセクション１０６のグレーティング１２８のピッチは、作動しているＤＢＲセクション１０６の温度プロファイルによって引き起こされる不均一な屈折率変化を補完（例えば、ＤＢＲセクションの光吸収プロファイルおよび熱漏洩を補完）する形で増加する。光吸収が主要な加熱効果である場合には、光吸収は、大体、指数減衰関数で近似することができる。また、グレーティングのピッチは、利得セクションから離れるに従って、指数成長関数で近似して増加するように選択することができる。しかし、別の考え方として、製造の便利のために、チャープは、グレーティングピッチの線形増大（利得セクションから離れるに従いグレーティングピッチが増大する）関数として近似することができる。この様子は、図１Ａに示されている。光強度は、利得セクションに最も近いＤＢＲセクションの部分の内部において最大であるので、この部分が、レーザの光動作性能に対して最も大きな影響を与える部分である。従って、線形ピッチを選択する場合には、導波路に沿ってのこの部分における光吸収および熱漏洩による加熱の変化の補償に対して、特に大きい重み付けを与えることができる。温度勾配は、利得セクションに最も近いＤＢＲセクションの端部で最大になるように増加するので、ＤＢＲセクションの長さに沿った全チャープは、指数関数形チャープの場合には、線形チャープの場合と比較して、典型的に、大幅に小さくなる（例えば、１／２〜１／３であり、０．０５〜０．１％）と考えられる。更なる代替例として、ピッチを、利得セクションに近づくにつれて、線形で増加させることができる。また、利得セクションから離れた第２の部分では、低い増加率か、またはチャープはないものとすることができる。これは、指数成長関数の光動作性能を近似するグレーティングを与えるものであり、より容易に製造することができる。また、他の挿入部分を設けて、近似を改善することができる。
【００４１】
ＤＢＲセクション１０６のグレーティング１２８の中に設けられたビルトインチャープは、熱的に誘起されるチャープ効果を補償していると理解することができる。熱的に誘起されるチャープ効果は、レーザが典型的な動作電力（レーザ発振閾値より十分に高い）で作動しているときに、ＤＢＲセクション１０６の中における光吸収と、レーザ１００の他のセクション１０２および１０４（また、更には、同一の半導体チップ上にモノリシック集積されて光結合している半導体光増幅器さえも含まれる）からＤＢＲセクションに導入される熱とによって生じる。従って、レーザ発振閾値（典型的な動作電力より十分に低い）では、ビルトインチャープがあるＤＢＲセクションの反射スペクトルにおけるピークは、ビルトインチャープがないＤＢＲセクションの反射スペクトルにおけるピークと比較して、広くなる。
【００４２】
レーザ１００は、レーザの単一縦キャビティモードで作動するように構成されている。この場合、最も大きなサイドモードに対するサイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ）は、２５ｄＢ以上（３５ｄＢ以上であることが望ましい）である。ＤＢＲセクション１０６の反射（強度）スペクトルは、図１Ｂに示されている。図１Ｂには、レーザ発振モード１５０の波長λＢ、およびサイドモード１５２の波長も示されている。反射スペクトルは、単一狭帯域反射ピーク１５４を有し、反射ピーク１５４のピーク帯域幅Δλｐｅａｋ（すなわち、最大半値幅（ＦＷＨＭ：  ｆｕｌｌ  ｗｉｄｔｈ  ｈａｌｆ  ｍａｘｉｍｕｍ）は、縦モード間隔Δλｍｏｄｅの５倍よりは狭い（縦モード間隔の３倍より狭いことが望ましい）。これと対応するレーザ発振モード１５０および出力の中のサイドモード１５２の強度は、図１Ｃに示されている。
【００４３】
反射ピークの幅Δλｐｅａｋは、次式で与えられる。
【数１】
0006356686.tif 000002
ここで、Ｌは、グレーティング長、κは、グレーティング結合係数、ｎｇは、群屈折率、λＢは、ピークの最大値のブラッグ波長である。
【００４４】
ＤＢＲセクションの中のグレーティング１２８の実効浸透長ＬＥｆｆは、次式で与えられる。
【数２】
0006356686.tif 000003
光キャビティ長ＬＴｏｔａｌは、次式で与えられる。
【数３】
0006356686.tif 000004
ここで、ｎＤＢＲは、ＤＢＲセクション１０６の実効（位相）屈折率であり、ｎαＬαは、利得セクション１０２の、実効（位相）屈折率と長さとの積であり、nφLφは、位相制御セクション１０４の、実効（位相）屈折率と長さとの積である。
【００４５】
レーザキャビティの縦モード間隔は次式で与えられる。
【数４】
0006356686.tif 000005
本発明は、ただ１つのＤＢＲセクションを有するＤＢＲレーザ（図１Ａに示す３セクションＤＢＲレーザ参照）ばかりでなく、ＤＢＲセクションによって形成されるキャビティと反射器との両方を有するＤＢＲレーザにも適用することができる。このようなレーザでは、片方または両方のＤＢＲセクションは、１つ以上の狭帯域反射ピーク（すなわち、縦モード間隔の５倍よりも狭いピーク幅）を備える反射スペクトルを有することができる。この反射ピークは、作動時にＤＢＲセクションの長さに沿って不均一に誘起される熱チャープを補償するようになっている。このチャープは、例えば、グレーティングピッチの物理チャープ、または、以下で説明する実効チャープである。
【００４６】
図２Ａおよび図２Ｂは、このような４セクション単一モードＤＢＲレーザ２００を示す。レーザ２００は、第１のＤＢＲセクション２０６と第２のＤＢＲセクション２０８との間に画定されるレーザキャビティ（作動時）の中に、光利得セクション２０２、および位相制御セクション２０４を備えている。
【００４７】
図２Ａに示す第１のＤＢＲセクション２０６の中のグレーティング２２８は、一定の物理グレーティングピッチ（これは、図１Ａに示す可変物理ピッチグレーティングと比較して、製造しやすい）を有する。しかし、グレーティング２２８の物理ピッチは一定であるにもかかわらず、光導波層２２４によって導波される光導波路の中の光は、利得セクションから離れて光導波路に沿って進行する際に、第１のＤＢＲセクションに沿った光導波路の実効屈折率（例えば、導波路に沿って進行する光が経験する局所的屈折率）の変化によって、また、長さに沿った導波路幅ｗの変化（すなわち、光導波路のリッジ２３０の横幅のテーパ）によって、単調に連続的に増加する実効グレーティングピッチ（すなわち、グレーティングの、ビルトイン単調実効チャープ）を有している。ＤＢＲセクション２０６の中の光吸収における不均一性を最も正確に補償するためには、ＤＢＲセクションのリッジ幅２３０は、実質的に、指数成長関数に従って、例えば次式に示すように増加する（利得セクション２０２から離れる方向において）。
【数５】
0006356686.tif 000006
これは、初期値幅がｗＳであり、最終値幅がｗＥである。これは、図２Ｂに示されている。
【００４８】
あるいは、リッジ導波路幅のテーパは、線形増加関数で近似したリッジ導波路幅２３０’で表すことができる。この線形増加関数は、利得セクションから離れると広がって行く。これは、図２Ｃに示されている。このようなテーパ形状とすると、製造が容易となる。図示の実施形態においては、導波路は、弱導波リッジ導波路（例えば、浅くエッチされたリッジであり、エッチは、光導波層まで貫通してはいない）であり、リッジエッチの底部におけるリッジ幅は、テーパ状に変化している。このテーパは、概略、７００μｍにわたって、２．１μｍから２．５μｍに変化するようになっている。図示の実施形態においては、実効（位相）屈折率の変化は、ＤＢＲセクション２０６の長さにわたって、０．５％未満（例えば０．１５％未満）である。図１Ａと同様に、光強度は、利得セクションに最も近いＤＢＲセクションの部分において最大となる。この部分は、グレーティングの実効ピッチがレーザの光特性に最も強く影響する部分であるので、導波路幅として線形テーパを選択する場合には、導波路に沿ってのこの部分における光吸収加熱、および熱漏洩加熱の変化の補償に対して、特に大きな重みを与えることができる。しかし、温度勾配は、利得セクションに最も近いＤＢＲセクションで最大値に増加するので、ＤＢＲセクションに沿った導波路幅の全変化は、指数成長関数に従って変化する導波路幅に対しては、線形関数に従って変化する場合と比較して、大幅に小さな値（例えば、１／２または１／３、例えば、０．０５〜０．１％）になる。更なる実施形態（図示せず）においては、第１のＤＢＲセクションの導波路幅は、指数成長関数に近似することができる。この導波路は、第１のテーパ部分と第２のテーパ部分とを有し、第１のテーパ部分は、利得セクションに最も近い部分を表し、第２のテーパ部分は、ゆっくりと変化するテーパ、または一定幅を有している（また、他の挿入部分を設けて、近似を改善することもできる）。
【００４９】
図２Ａ〜図２Ｃは、広帯域可変ＤＢＲレーザ２００および２００’を示す。これらのレーザにおいては、第１のＤＢＲセクション２０６は、グレーティング２２８を備え、グレーティング２２８は、複数の狭い反射ピーク（最大半値幅は、縦モード間隔の５倍より狭い）を有する反射スペクトルを生成する。第２のＤＢＲセクション２０８は、チャープしたグレーティング２４０（図２Ａに示す物理グレーティングチャープ。ただし、これは、図２Ｂおよび２Ｃには示されていない）を有する。チャープしたグレーティング２４０は、複数のセクションを備え、広帯域の反射スペクトルを有する。グレーティング２４０のそれぞれのセクションは、同調電極２０８Ａｎ、２０８Ａｎ＋１、等によって同調がとられ、相対的に変化して、比較的広帯域な１つの反射ピークを得ることができる。そして、単一モードは、第１のＤＢＲセクションの複数の狭い反射ピークの１つと一致させることにより、第２のＤＢＲセクションの比較的広い反射ピークから選択することができる。これについては、特許文献２に詳細に説明されている。
【００５０】
第１のＤＢＲセクション２０６のグレーティング２２８は、特許文献１の図１で開示されている位相変化グレーティングと同様の位相変化グレーティングである。この位相変化グレーティングは、均一物理ピッチを有し、例えばπだけの位相差を有するグレーティングセクションの繰り返しパターンを備えている。あるいは、このグレーティングは、サンプルグレーティングと同様のものであってもよい。これは、複数の狭い反射ピークを生成するグレーティングとして、更に公知の例である。この複数の狭い反射ピークは、グレーティングと介在ギャップとの周期バーストを備えている。しかし、従来技術でこれらのグレーティングを使用するのと対照的に、本発明における対応するＤＢＲセクションでは、それらは、作動時にＤＢＲセクションの長さに沿って不均一に誘起される熱チャープを補償するようになっている。このような構成は、ビルトインチャープ（例えば、物理グレーティングピッチが単調かつ連続的に変化することにより得られるビルトイン物理チャープ、および／または導波路の（位相）屈折率が単調かつ連続的に変化することによって誘導されるビルトイン実効チャープ）によって、または不均一加熱素子または不均一冷却素子を設けることによって実現することができる。ビルトインチャープの場合には、物理グレーティングピッチの単調変化によって得ることができる（図１Ａに示す実施形態におけるＤＢＲセクション１０６の中のグレーティング１０８と同様）。または、導波路寸法を変化させることによりビルトイン実効チャープを得ることができる。これについては、図２Ａ〜３を参照して、後に述べる。
【００５１】
図２Ａ〜図２Ｃは、広帯域強化反射ピークを得るための１つの構造を示す。この構造では、第２のＤＢＲセクション２０８の複数のセクションの選択的スペクトル同調によって、１つの広帯域強化反射ピークが生成される。レーザ発振モードは、第１のＤＢＲセクション２０６の反射スペクトルによって生成される複数の反射ピークを有する１つのコム（櫛）の中の１つの狭帯域反射ピークによって選択される。これについては、特許文献２に記載されている。
【００５２】
あるいは、両方のＤＢＲセクションは、異なる間隔の反射ピークのコムを備える反射スペクトルを有することができ、これにより、バーニア同調構成の波長可変レーザを得ることができる。このＤＢＲレーザは、一対のバーニア同調可能な位相変化グレーティングを有する。これは、特許文献１の図８に示されている。あるいは、ＤＢＲセクションは、サンプルグレーティングを備えることができる。この場合には、１つまたは両方のＤＢＲセクションの反射ピークは、狭帯域反射ピーク（最大半値幅がモード間隔の５倍よりも狭く、望ましくは３倍よりも狭い）であり、作動時には、それらＤＢＲセクションの長さに沿って不均一に誘導される熱チャープを補償するようになっている。
【００５３】
図３は、１つの代替的手法を示す。この手法では、単一モードＤＢＲレーザ３００の第１のＤＢＲセクション３０６の中にビルトイン実効チャープが導入される。図２Ａおよび図２Ｂに示すレーザ２００とは異なり、レーザ３００のセクション３０６は、一定幅の光導波路３３０を有する。第１のＤＢＲセクション３０６の中の光導波路３３０を湾曲させることにより、グレーティング３２８の実効チャープが誘導され、これにより、導波路に沿って進行する光は、利得セクション３０２から離れて光導波路を進行するにつれて、単調にかつ連続的に増加する実効グレーティングピッチを経験する（グレーティング線は、並行のままであり、光導波路に従って丸く湾曲はしていない）。図示の実施形態においては、光導波路の実効グレーティングピッチの変化は、ＤＢＲセクション３０６の長さに沿って０．５％未満である。
【００５４】
図４は、４セクションＤＢＲレーザ４００の第１のＤＢＲセクション３０６の中における不均一な光吸収を補償するための更なる手法を示す。この単一モードＤＢＲレーザ４００においては、電気抵抗加熱素子４３２が、リッジ導波路４３０に隣接して設けられている（電気抵抗加熱素子４３２は、２つの部分で示され、それらは、リッジ導波路４３０の両側に配置されている）。抵抗素子４３２は、単位長あたりの熱放散を伴う熱を生成し、この熱は、利得セクション４０２から離れるにつれて、長さに沿って単調にかつ連続的に増加するようになっている。作動時には、抵抗素子４３２は、駆動されて、リッジ導波路の中で熱を発生し、熱放散プロファイルは、不均一な光吸収および熱漏洩から由来する熱を補償する。図示の実施形態においては、抵抗素子４３２は、ＤＢＲセクション４０６の長さに沿う、光導波路の実効グレーティングピッチの０．５％未満の変化に相当した熱放散をするようになっている。抵抗素子を駆動することによって得られる熱平衡のレベルは、レーザの動作条件に従って調整できると有利である。
【００５５】
抵抗素子４３２は、利得セクション４０２から離れるにつれて、幅は、その長さ方向に単調に増大する。図示の実施形態においては、抵抗素子４３２の各部に幅は、指数成長関数に従って大となっている。あるいは、抵抗素子を、直線的にテーパ状に変化させることもできる。または、他の指数成長関数に近似することもできる。この指数成長関数は、第１のテーパ部分と第２の部分とを備え、第２の部分は、テーパが小さいか、または一定幅である（他の挿入セクションを設けて、更によりよい近似とすることもできる）。更なる代替案として、抵抗素子４３２の厚さまたは組成を、長さに応じて変化させることもできる。
【００５６】
ＤＢＲグレーティングにチャープを与えるために、各実施形態で採用している異なる手法を組み合わせることもできる。特に、熱的にチャープを誘導する抵抗素子を、ビルトインチャープとを組み合わせて、更なる補正を行うこともできる。
【００５７】
本明細書に付属している図面は、例示の目的のためのものであって、寸法的に正確なものではない。
【００５８】
本明細書の説明、および請求項の全体を通して、用語「備える」および「含む」、および、これらの用語の変形は、「含むが、限定されない」を意味しており、他の部分、添加物、構成成分、完全体、またはステップを排除しようとするものではない（また、排除しない）。本明細書の説明および請求項の全体を通して、単数形は、特に文脈上他の意味に解釈されるべき場合を除いて、複数形を包含している。特に、不定冠詞を用いている場合には、本明細書は、文脈上他の意味に解釈されるべき場合を除いて、単数形と複数形を含むものである。
【００５９】
本発明の特定の態様、実施形態、または実施例に関して説明した、特徴物、完全体、特性、化合物、化学成分、またはグループは、本明細書で説明した、他の態様、実施形態、または実施例と、互いに不適合でない限り、これらの任意のものに対して適用可能である。本明細書（添付の、請求項、要約、および図面を含む）で開示されている全ての特徴、および／または、ここに同様に開示されている、いずれの方法または工程の全てのステップは、これらの特徴、および／またはステップの少なくともいくつかが互いに排他的で相容れないものでない限り、任意の要領で組み合わせることができる。本発明は、本明細書（添付の、いずれの請求項、要約、および図面を含む）で開示している特徴物の、新しい任意のもの、または新しい任意の組み合わせ、または、ここに開示している、いずれかの方法、いずれかの新しいステップ、またいずれかの新しい組み合わせに対して、拡張することができる。
【００６０】
本明細書と同時に提出された、またはそれ以前に提出された、本発明に関連する全ての論文および文書は、本明細書とともに、公衆が閲覧しうるもので、これら全ての論文および文書の内容は、参考資料として、本明細書に組み込まれるものとする。
【符号の説明】
【００６１】
１００  ３セクション単一モード分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザ
１０２  光利得セクション
１０２Ａ、１０４Ａ、１０６Ａ  制御電極  
１０４  位相制御セクション
１０６  ＤＢＲセクション
１１０  前部ファセット反射器
１１８  共通接地電極
１２０  基板
１２２  下部層
１２４  光導波路層
１２６  上部層
１２６Ａ  第１の材料
１２６Ｂ  第２の材料
１２８  分布ブラッグ反射光グレーティング
１５０  レーザ発振モード
１５２  サイドモード
１５４  単一狭帯域反射ピーク
２００  ４セクション単一モードＤＢＲレーザ
２００’  ４セクション単一モードＤＢＲレーザ
２０２  光利得セクション  
２０４  位相制御セクション  
２０６  第１のＤＢＲセクション  
２０８  第２のＤＢＲセクション
２０８Ａｎ、２０８Ａｎ＋１  同調電極
２２４  光導波層
２２８、２２８'   グレーティング
２３０  リッジ導波路
２４０  チャープしたグレーティング
３００  単一モードＤＢＲレーザ
３０２  利得セクション
３０６  第１のＤＢＲセクション
３２８  グレーティング
３３０  光導波路
４００  ４セクションＤＢＲレーザ
４０２  利得セクション
４０６  ＤＢＲセクション
４３０  リッジ導波路
４３２  電気抵抗加熱素子
Ｉα、ＩΦ、Ｉｒ  制御電流
【図１Ａ】
0006356686.tif 000007
【図１Ｂ】
0006356686.tif 000008
【図１Ｃ】
0006356686.tif 000009
【図２Ａ】
0006356686.tif 000010
【図２Ｂ】
0006356686.tif 000011
【図２Ｃ】
0006356686.tif 000012
【図３】
0006356686.tif 000013
【図４】
0006356686.tif 000014