(57)【要約】【課題】  安定した利得固定特性を有する半導体光増幅器の製作を単純な製作工程で実現する。【解決手段】  利得固定半導体光増幅器であって、内部に入力された光信号を増幅するための利得導波路と、第１の端部に配置された第１の格子を備える格子層と、を備え、利得導波路は、第１の格子と接するように格子層の上に配置される。【選択図】  図４
2005117045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に入力された光信号を増幅するための利得導波路と、
第１の端部に配置された第１の格子を備える格子層と、を備え、
当該利得導波路は、当該第１の格子と接するように当該格子層の上に配置されることを特徴とする利得固定半導体光増幅器。
【請求項２】
前記格子層は、第２の端部に配置された第２の格子をさらに備える請求項１記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項３】
前記利得導波路の上に積層されたクラッドをさらに備える請求項１記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項４】
前記第１及び第２の格子は、相互に異なる反射率を有する請求項２記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項５】
前記利得導波路は、当該導体光増幅器の一端部に形成されたモード変換領域を備え、該モード変換領域は、隣接した端側に行くほど幅が狭くなるか又は広くなる請求項１記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項６】
前記モード変換領域と前記第１の格子とが接触しない請求項５記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項７】
前記モード変換領域は、前記第１の格子の一部と接触する請求項５記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項８】
前記利得導波路は、その両端部に、当該半導体光増幅器のそれぞれの該当端側になるほど、その幅が狭くなるか又は広くなるモード変換領域を備える請求項２記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項９】
前記モード変換領域は、当該第１及び第２の格子と接触しない請求項８記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項１０】
前記各モード変換領域は、隣接した格子の一部と接触する請求項８記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項１１】
互いに異なる２つの部位に配置された無反射層をさらに備える請求項１記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項１２】
互いに異なる２つの部位に配置された無反射層をさらに備える請求項２記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項１３】
当該半導体光増幅器の入出力側の第１の端面に配置された無反射層と、
当該半導体光増幅器の第２の端面に配置された高反射層と、をさらに備える請求項１記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項１４】
内部に入力された光信号を増幅し、当該入力された光信号及び増幅された光信号が当該半導体光増幅器の第１の端面を通じて入出力される利得導波路と、
一の部位に配置された格子を備える格子層と、を備え、 
当該利得導波路は、前記格子と接するように当該格子層の上に配置されること
を特徴とする利得固定半導体光増幅器。
【請求項１５】
前記格子層は、その他の部位に配置された他の格子をさらに備える請求項１４記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項１６】
前記格子と前記他の格子は、相互に異なる反射率を有する請求項１５記載の利得固定半導体光増幅器。
【請求項１７】
前記利得導波路は、少なくとも１つのモード変換領域を備える請求項１５記載の利得固定半導体光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を増幅する半導体光増幅器に関し、特に、出力光信号の利得が常に一定の利得固定半導体光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体光増幅器は、利得飽和領域に到達すると、チャンネル間の相互干渉現象が発生するために、増幅器としての機能を遂行することができなくなる。従来より、このような利得飽和現象を抑制するために、半導体光増幅器の内部にレージングを誘導して該光増幅器の利得を固定させる方式が適用されている。
【０００３】
半導体光増幅器の利得を固定させるために使用するレージング方法は、ＤＦＢ(distributed feedback)方式とＤＢＲ(distributed Bragg reflector)方式とに大別されることができる。
【０００４】
図１は、従来のＤＦＢ半導体光増幅器の構成を概略的に示す側断面図である。半導体光増幅器１００は、基板１１０と、格子層１２０と、利得導波路１３０と、クラッド１４０とを備える。
【０００５】
格子層１２０は、基板１１０の上に積層され、全体の長さに対して一定の周期を有する格子１２５を備える。利得導波路１３０は、格子層１２０の上に積層され、その内部に入力された光信号を増幅する。クラッド１４０は、利得導波路１３０の上に積層される。ここで、クラッド１４０及び格子層１２０の屈折率が利得導波路１３０の屈折率よりも低いので、入力された光信号は、利得導波路１３０内に閉じ込められる。
【０００６】
しかしながら、ＤＦＢ半導体光増幅器１００は、電子密度(electric density)と光子密度(photon density)が電流及び光信号の入力に従って変わる利得導波路１３０に接するように格子層１２０が形成されているために、格子１２５の有効格子の周期がこのような外部の要因に従って変わる。格子１２５の有効格子の周期が変わると、格子１２５によるレージングが不安定性を引き起こす。従って、半導体光増幅器１００の利得特性も不安定となるので、固定された利得特性を得ることが難しくなる。
【０００７】
これとは異なる方式として、従来のＤＢＲ方式は、利得導波路に接する受動導波路を形成し、この受動導波路の下に格子を配置する、というものである。すなわち、ＤＢＲ方式では、この受動導波路の下にこの格子を含む格子層が配置される。このＤＢＲ方式は、格子が受動導波路の下に配置されているので、電流印加に従う電子密度の変化を起こさず、これによって、有効格子の周期が容易には変わらなくなる。したがって、これにより安定したレージングを実現することができ、半導体光増幅器の利得特性も安定する長所がある。しかしながら、ＤＢＲ方式では、この利得導波路と受動導波路との構成及び製作が上述したＤＦＢ方式に比べて相対的に難しく、利得導波路と受動導波路との間の光結合損失があるので、半導体光増幅器の特性を低下させる。ＤＢＲ半導体光増幅器で利得導波路に接する受動導波路を形成する代表的な方法としては、バットジョイント方式と二重導波路方式とがある。
【０００８】
図２は、従来のバットジョイント(butt-joint)方式のＤＢＲ半導体光増幅器の構成を概略的に示す側断面図である。この半導体光増幅器２００は、基板２１０と、格子層２２０と、利得導波路２４０と、第１及び第２の受動導波路２３０，２３５と、クラッド２５０と、を備える。
【０００９】
格子層２２０は、基板２１０の上に積層され、第１及び第２の端部に第１及び第２の格子２２２，２２４を備える。利得導波路２４０は、第１及び第２の格子２２２，２２４と接しないように格子層２２０の上に積層され、その内部に入力された光信号を増幅する。第１の受動導波路２３０は、利得導波路２４０の一端と接するように格子層２２０の上に積層され、第２の受動導波路２３５は、利得導波路２４０の他端と接するように格子層２２０の上に積層される。クラッド２５０は、利得導波路２４０と第１及び第２の受動導波路２３０，２３５の上に積層される。クラッド２５０及び格子層２２０は、利得導波路２４０及び受動導波路２３０，２３５の屈折率よりも低い屈折率を有する。
【００１０】
しかしながら、このバットジョイント方式のＤＢＲ半導体光増幅器２００は、製造が難しく、利得導波路２４０と受動導波路２３０，２３５のそれぞれの接合部分での反射の発生を回避することができず、また、光結合の効率も完全ではないので、半導体光増幅器２００の特性を低下させる短所がある。
【００１１】
図３は、従来の二重導波路方式のＤＢＲ半導体光増幅器の構成を概略的に示す側断面図である。この半導体光増幅器３００は、基板３１０と、格子層３２０と、受動導波路３３０と、利得導波路３４０と、クラッド３５０と、を備える。
【００１２】
格子層３２０は、基板３１０の上に積層され、その両端部に第１及び第２の格子３２２，３２４を備える。受動導波路３３０は、格子層３２０の上に積層される。利得導波路３４０は、受動導波路３３０よりも短い長さで受動導波路３３０の中心部の上に積層され、その内部に入力された光信号を増幅する。クラッド３５０は、利得導波路３４０を囲むように積層される。格子層３２０及びクラッド３５０は、利得導波路３４０及び受動導波路３３０の屈折率よりも低い屈折率を有する。受動導波路３３０の一端に入力された光信号は、その内部を進行している途中で、利得導波路３４０へ転移して利得を得、さらに受動導波路３３０へ転移してその他端を通じて出力される。
【００１３】
しかしながら、この二重導波路方式のＤＢＲ半導体光増幅器３００は、利得導波路３４０と受動導波路３３０との間の光結合の効率に限界があるので、半導体光増幅器３００の特性を低下させる短所がある。
【００１４】
このように、半導体光増幅器の分野では、その技術的な改善が要求されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、利得導波路と受動導波路を別途に構成せず、１つの利得導波路のみで構成しつつも、安定したレージングを実現できる半導体光増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような目的を達成するために、本発明に従う利得固定半導体光増幅器は、内部に入力された光信号を増幅するための利得導波路と、第１の端部に配置された第１の格子を備える格子層と、を備え、当該利得導波路は、当該第１の格子と接するように当該格子層の上に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、利得導波路の両端部又は一端部にのみ格子を形成することによって、この半導体光増幅器の利得固定に必要なレージングを安定して実現することが可能となり、また、受動導波路を必要としないので、受動導波路を別途に製作するのに従う追加工程が不要となる。さらに、利得導波路と受動導波路との間の光結合効率の低下による半導体光増幅器の特性の低下の要因もなくなる。従って、単純な製作工程で、安定した利得固定特性を有する半導体光増幅器を製作することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一の構成要素及び部分には、可能な限り同一の符号及び番号を共通使用するものとする。
【００１９】
図４は、本発明の好適な第１の実施の形態に従う利得固定半導体光増幅器４００の構成を示す側断面図である。半導体光増幅器４００は、基板４１０と、格子層４２０と、利得導波路４３０と、クラッド４４０と、第１及び第２の無反射層４５０，４５５と、を備える。
【００２０】
格子層４２０は、基板４１０の上に積層され、その両端部に第１及び第２の格子４２２，４２４を備える。利得導波路４３０は、第１及び第２の格子４２２，４２４と接するように格子層４２０の上に積層され、その内部に入力された光信号を増幅する。クラッド４４０は、利得導波路４３０の上に積層される。クラッド４４０の屈折率は、利得導波路４３０の屈折率よりも低い。第１の無反射層４５０は、半導体光増幅器４００の第１の端面にコーティングされ、第２の無反射層４５５は、半導体光増幅器４００の第２の端面にコーティングされる。
【００２１】
利得導波路４３０は、ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｌＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，及びＩｎＡｌＡｓなどの、化合物半導体レーザーに使用される多様な物質で構成されることができる。利得導波路４３０は、他の化合物半導体レーザーと同様に、ＤＨ(Double Hetero)構造、ＳＣＨ(Seperate Confinement Hetero)構造、及び多重量子井戸構造などを有することができる。クラッド４４０は、利得導波路４３０に従って、利得導波路４３０上でエピタキシャル(epitaxial)成長によって形成されることが可能であり、屈折率がさらに低いＩｎＰやＧａＡｓのような物質で構成されることができる。格子層４２０は、クラッド４４０とは異なる屈折率を有する物質の周期的な配列、或いは、クラッド４４０とは異なる屈折率を周期的に誘導する構造で構成されることができる。
【００２２】
半導体光増幅器４００は、ＤＢＲ方式に従うが、従来の二重導波路又はバットジョイント方式とは異なり、利得導波路４３０が第１及び第２の格子４２２，４２４と接しているので、電流及び光信号の入力に従う有効屈折率の変化が、ＤＦＢ方式に比べて相対的に少ない。有効屈折率の変化に従ってレージングモードが変わる場合にも、ストップバンド(stop band)を有するＤＦＢ方式のように急激に変わらないので、半導体光増幅器４００の利得特性にも急激な変化を与えない。そして、この半導体光増幅器４００では、受動導波路を必要としないので、利得導波路と受動導波路との間の光結合の過程で発生する損失及び反射がない。
【００２３】
なお、第１及び第２の格子４２２，４２４につき、必ずしも対称的に形成される必要はない。また、第１の格子４２２と第２の格子４２４との反射率を異ならせると、光信号に対する入力側と出力側で光子密度及び電荷密度を異ならせることが可能であり、所望の出力特性を得るためにこれを調節することができる。例えば、第１の格子４２２の反射率を第２の格子４２４に比べてさらに大きくすれば、利得導波路４３０内の光子密度は出力側でさらに高くなり、電荷密度は入力側でさらに高くなる。このように入力側で電荷密度が高い場合には、入力側によってさらに大きい影響を受ける半導体光増幅器の雑音特性を改善することが望ましい。同一の理由から、入力側の場合には、第１の格子４２２が半導体光増幅器４００の第１の端面に近接して形成されることがさらに望ましい。この第１の端面から少し離隔して第１の格子４２２を形成すると、この第１の端面と第１の格子４２２との間の区間で電荷密度が減少するからである。
【００２４】
本発明の実施形態において、利得導波路は、その内部に進行するモードを幅方向に閉じ込める方法に従って分類される、ＳＩＧ(Strongly Index-Guiding)方式とＷＩＧ(Weakly Index-Guiding)方式にて適用されることができる。ＳＩＧ方式は、利得導波路を一定の範囲の幅で製作し、幅方向に利得導波路をさらに低い屈折率を有するクラッドで囲んでモードを閉じ込める方式である。このような方式に従う構造は、利得導波路がクラッドで囲まれているので、ＢＨ(Buried Hetero)構造とも呼ばれる。
【００２５】
図５は、ＳＩＧ方式に従うＢＨ構造を有する半導体光増幅器５００を説明するための正断面図である。半導体光増幅器５００は、基板５１０と、格子層５２０と、利得導波路５３０と、第１及び第２の電流遮断層５６２，５６４と、クラッド５４０と、を備える。
【００２６】
ここで、格子層５２０は、基板５１０の上に積層され、その両端部に第１及び第２の格子(図示せず)が形成される。利得導波路５３０は、この第１及び第２の格子と接するように格子層５２０の中心部の上に積層され、その内部に入力された光信号を増幅する。第１及び第２の電流遮断層５６２，５６４は、利得導波路５３０の両側面に接するように格子層５２０の上に積層される。クラッド５４０は、第１及び第２の電流遮断層５６２，５６４と利得導波路５３０との上に積層される。第１及び第２の電流遮断層５６２，５６４は、利得導波路５３０を囲むクラッドとして機能し、また、同時に印加された電流を利得導波路５３０に集中させる機能を担う。クラッド５４０と、第１及び第２の電流遮断層５６２，５６４の屈折率は、利得導波路５３０の屈折率よりも低い。
【００２７】
ＷＩＧ方式は、利得導波路を一定の範囲の幅を有する導波路で加工せず、層構造で保持するが、格子層又は利得導波路でモードが通る部分の厚さを調整することによって、有効屈折率の差異を誘導してこのモードを閉じ込める方式である。このようなＷＩＧ方式に従う構造は、リッジ(ridge)構造とリブ(rib)構造とに大別される。
【００２８】
図６は、ＷＩＧ方式に従うリッジ構造を有する半導体光増幅器６００を説明するための正断面図である。半導体光増幅器６００は、基板６１０と、格子層６２０と、利得導波路６３０と、クラッド６４０とを備える。
【００２９】
格子層６２０は、基板６１０の上に積層され、その両端部に第１及び第２の格子(図示せず)が形成される。利得導波路６３０は、この第１及び第２の格子と接するように格子層６２０の中心部の上に積層され、その内部に入力された光を増幅する。クラッド６４０は、利得導波路６３０の上に積層され、モードが通る中心部分から上方に突出したリッジ６４５を備える。クラッド６４０の屈折率は、利得導波路６３０の屈折率よりも低い。
【００３０】
図７は、ＷＩＧ方式に従うリブ構造を有する半導体光増幅器７００を説明するための正断面図である。半導体光増幅器７００は、基板７１０と、格子層７２０と、利得導波路７３０と、クラッド７４０とを備える。
【００３１】
格子層７２０は、基板７１０の上に積層され、その両端部には第１及び第２の格子(図示せず)が形成される。利得導波路７３０は、この第１及び第２の格子と接するように格子層７２０の中心部の上に積層され、モードが通る中心部分から上方に突出したリブ７３５を備える。利得導波路７３０は、その内部に入力された光信号を増幅する。クラッド７４０は、利得導波路７３０の上に積層される。クラッド７４０の屈折率は、利得導波路７３０の屈折率よりも低い。
【００３２】
ＷＩＧ方式は、利得導波路をエッチングし、再成長する過程を経ないので、エッチング及び再成長の工程が難しいＡｌ系化合物半導体に好適に使用することができる。
【００３３】
半導体光増幅器の安定した利得特性を得るためには、第１及び第２の端面での反射による利得リップル(gain ripple)を減少させることが重要である。この第１及び第２の端面での反射を減らすために、第１及び第２の端面の無反射コーティング処理を行うことができる。反射を減少させるための追加的な手段としては、利得導波路をこの第１及び第２の端面の共通法線と一定の角度をなすように傾斜する構成とすることができる。また、反射を減少させるための他の手段としては、第１及び第２の端面と利得導波路をわずかに離隔させることができる。かかる構成とすることにより、この利得導波路を外れた光信号がこの第１又は第２の端面で反射されて、この利得導波路へ再び戻る比率が減少する。
【００３４】
通常、半導体光増幅器は、単一モード光ファイバと光学的に結合された第１の端面を通じて内部に入力された光信号を増幅した後に、さらに第２の端面と光学的に結合された単一モード光ファイバにこの光信号を伝達しなければならないので、単一モード光ファイバとの結合効率を改善することが重要である。このためには、通常は、単一モード光ファイバよりも小さいモードサイズを有し半導体光増幅器のモードサイズを大きくするモード変換領域を、この利得導波路の両端部に形成することが望ましい。他方では、モード変換領域を備えなくとも、この利得導波路の幅を大きくし、厚さを非常に薄くすれば、モードを効果的に拡張することができ、モード変換領域の設置に従う格子層の配置を考慮しなくともよい。
【００３５】
格子層の有効格子の周期は、格子の反射によるレーザー発振波長を決定する。通常、格子の周期は、半導体光増幅器の最大利得波長よりも１０〜８０ｎｍ短い波長範囲で使用する光信号の波長範囲を避けて決定される。格子の形成される長さは、厚さ、構成物質、或いは構成方式に応じて変更することができる。第１及び第２の格子を相互に異なる長さで形成する場合には、この第１の格子の長さを利得層の全体の長さの３〜５０％程度で決定することができ、この第２の格子の長さを０からこの第１の格子の長さまで所望する特性に従って決定することができる。
【００３６】
図８Ａは、本発明の好適な第２の実施の形態に従う利得固定半導体光増幅器８００の構成を示す側断面図であり、図８Ｂは、図８Ａに示した半導体光増幅器８００の平面図であり、図９は、図８Ａに示した半導体光増幅器８００のレージングモードを示すグラフである。本実施形態の半導体光増幅器８００は、基板８１０と、格子層８２０と、利得導波路８３０と、クラッド８４０と、を備える。
【００３７】
格子層８２０は、基板８１０の上に積層され、その両端部に配置された第１及び第２の格子８２２，８２４を備える。第１の格子８２２は、半導体光増幅器８００の第１の端面と離隔しており、第２の格子８２４は、半導体光増幅器８００の第２の端面と離隔している。利得導波路８３０は、第１及び第２の格子８２２，８２４と接するように格子層８２０の上に積層され、その内部に入力された光信号を増幅する。利得導波路８３０は、その両端部に第１及び第２のモード変換領域８３２，８３４を備える。第１のモード変換領域８３２で、利得導波路８３０は、半導体光増幅器８００の第１の端面側に進行する（近づく）ほどその幅が狭くなる。また、第２のモード変換領域８３４で、利得導波路８３０は、半導体光増幅器８００の第２の端面側に進行する（近づく）ほどその幅が狭くなる。第１及び第２の格子８２２，８２４は、第１及び第２のモード変換領域８３２，８３４と重畳しない。クラッド８４０は、利得導波路８３０の上に積層される。クラッド８４０の屈折率は、利得導波路８３０の屈折率よりも低い。
【００３８】
この半導体光増幅器８００は、ＢＨ構造を有している。ＢＨ構造では、第１及び第２のモード変換領域８３２，８３４の利得導波路８３０は、図８Bに示すように、半導体光増幅器８００の該当端に進行するほど減少するか、または広くなることができ、幅の代わりに利得導波路８３０の厚さが変化されることもできる。図９に示すように、半導体光増幅器８００は、ＳＭＳＲが高いレージングモードを出力する。この例では、入力電流は２００ｍＡであり、分解能は０．１ｎｍで、ＳＭＳＲは３８ｄＢである。
【００３９】
ＷＩＧ方式のリブ構造又はリッジ構造でも同様に、リブ又はリッジの幅及び／又は厚さを変化させてモード変換領域を構成する。いずれの場合でも、モード変換領域で利得導波路のサイズが変わるので、有効屈折率も変わるようになる。格子がモード変換領域と少なくとも部分的に重畳するようになれば、モード変換領域で有効格子の周期は一定ではなく、有効屈折率の変化に従って変わるようになる。これをチャープ格子(chirped grating)であると称する。格子によるレージングモードは、有効格子の周期が一定の場合には、この周期に該当するモードが主に発振するのに比べて、チャープ格子では、一定の範囲の有効格子の周期に該当する複数のモードが同時に発振するので、ＳＭＳＲ(Side Mode Suppression Ratio)が悪くなる。ＳＭＳＲが良くない場合には、半導体光増幅器の主レージングモードと隣接したレージングモードとの間の干渉でＦＷＭ(Four Wave Mixing)が発生するので、この半導体光増幅器の特性が低下しうる。このようなチャープ効果によるＦＷＭのような効果を避けるために、格子をモード変換領域と重畳しないようにモード変換領域に隣接して形成すると、ＳＭＳＲが高い安定したレージングモードを得ることができ、ＦＷＭを抑制することができる。
【００４０】
図１０Ａは、本発明の好適な第３の実施の形態に従う利得固定半導体光増幅器９００の構成を示す側断面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに示した半導体光増幅器９００の平面図であり、図１１は、図１０Ａに示した半導体光増幅器９００のレージングモードを示すグラフである。この半導体光増幅器９００は、基板９１０と、格子層９２０と、利得導波路９３０と、クラッド９４０と、を備える。
【００４１】
格子層９２０は、基板９１０の上に積層され、その両端部に配置された第１及び第２の格子９２２，９２４を備える。第１の格子９２２は、半導体光増幅器９００の第１の端面と離隔しており、第２の格子９２４は、半導体光増幅器９００の第２の端面と離隔している。利得導波路９３０は、第１及び第２の格子９２２，９２４と接するように格子層９２０の上に積層され、その内部に入力された光信号を増幅する。利得導波路９３０は、その両端部に第１及び第２のモード変換領域９３２，９３４を備える。
【００４２】
第１のモード変換領域９３２で、利得導波路９３０は、半導体光増幅器９００の第１の端面側に行く（近付く）ほどその幅が狭くなる。また、第２のモード変換領域９３４で、利得導波路９３０は、半導体光増幅器９００の第２の端面側に行く（近付く）ほどその幅が狭くなる。第１の格子９２２は、第１のモード変換領域９３２と部分的に重なっており、第２の格子９２４は、第２のモード変換領域９３４と部分的に重なっている。クラッド９４０は、利得導波路９３０の上に積層される。クラッド９４０の屈折率は、利得導波路９３０の屈折率よりも低い。
【００４３】
図１１に示すように、半導体光増幅器９００は、ＳＭＳＲが悪化したレージングモードを出力する。すなわち、この半導体光増幅器９００では、第１及び第２のモード変換領域９３２，９３４と該当格子９２２，９２４とが重なっているので、チャープ効果が発生する。これによって、レージングモードのＳＭＳＲが悪化し、ＦＷＭ現象が深化する。この例では、入力電流は２００ｍＡであり、分解能は０．１ｎｍ、ＳＭＳＲは１３dＢである。
【００４４】
しかしながら、このような場合には、類似したサイズのレージングモードが相互に競合するから、たとえ利得導波路９３０の内部の電荷密度の変化によって有効格子の周期が変化しても、レージングモードは急激には変化しない。したがって、これは、半導体光増幅器９００の利得特性の安定化に寄与することができる。例えば、半導体光増幅器９００に入力される光信号の強度が大きくなって飽和領域の辺りに到達すると、利得導波路９３０の内の光子密度が増加して電荷が消耗されるＳＨＢ(spatial hole burning)効果が現れる。このときに、主に、レージングモードの変化が発生するが、ＳＭＳＲが大きい場合には、このレージングモードが急激に変化する。従って、出力光信号に従う利得特性を描いてみると、飽和領域の辺りで利得の変動が激しくなる。ＳＭＳＲが小さい場合には、このレージングモードが急激に変化しないので、相対的に利得の変動が緩慢である。
【００４５】
上述したように、格子をモード変換領域を避けて設けるか、またはオーバーラップを許容するかの問題は、ＦＷＭ及び利得特性の安定化に関連して相互に補償関係にある。従って、所望する半導体光増幅器の特性に従って、格子とモード変換領域とのオーバーラップを避けて設けるか、または格子とモード変換領域とのオーバーラップの程度を調整する必要がある。
【００４６】
図１２は、本発明の好適な第４の実施の形態に従う利得固定半導体光増幅器１０００の構成を示す側断面図である。図１３は、図１２に示した半導体光増幅器１０００のレージングモードを示すグラフであり、図１４は、図１２に示した半導体光増幅器１０００の利得特性を示すグラフである。この半導体光増幅器１０００は、基板１０１０と、格子層１０２０と、利得導波路１０３０と、クラッド１０４０と、第１及び第２の無反射層１０５０，１０５５と、を備える。
【００４７】
格子層１０２０は、基板１０１０の上に積層され、その一端部に配置された格子１０２５を備える。利得導波路１０３０は、格子１０２５と接するように格子層１０２０の上に積層され、その内部に入力された光信号を増幅する。クラッド１０４０は、利得導波路１０３０の上に積層される。クラッド１０４０の屈折率は、利得導波路１０３０の屈折率よりも低い。第１の無反射層１０５０は、半導体光増幅器１０００の第１の端面にコーティングされ、第２の無反射層１０５５は、半導体光増幅器１０００の第２の端面にコーティングされる。
【００４８】
図１３は、半導体光増幅器１０００に２００ｍＡの電流を印加した場合のレージングモードを示すグラフである。図１４は、半導体光増幅器１０００に２００ｍＡの電流を印加し、１５５０ｎｍの波長を有する光信号を入力させた場合の利得特性を示すグラフである。
【００４９】
半導体光増幅器１０００は、入力側と出力側の反射率の差異を最大限にすることにより、入力側の電荷密度の分布を最大化することができるので、雑音特性を格段に向上させることができる。また、半導体光増幅器１０００は、上述した他の実施の形態と同様に、入力側と出力側に形成したモード変換領域を持つことができる。
【００５０】
図１５は、本発明の好適な第５の実施の形態に従う利得固定半導体光増幅器１１００の構成を示す側断面図である。この半導体光増幅器１１００は、基板１１１０と、格子層１１２０と、利得導波路１１３０と、クラッド１１４０と、無反射層１１５０と、高反射層１１５５と、を備える。
【００５１】
格子層１１２０は、基板１１１０の上に積層され、半導体光増幅器１１００の第１の端面に接した一端部に配置された格子１１２５を備える。利得導波路１１３０は、格子１１２５と接するように格子層１１２０の上に積層され、その内部に入力された光信号を増幅する。クラッド１１４０は、利得導波路１１３０の上に積層される。クラッド１１４０の屈折率は、利得導波路１１３０の屈折率よりも低い。無反射層１１５０は、半導体光増幅器１１００の第１の端面にコーティングされ、高反射層１１５５は、半導体光増幅器１１００の第２の端面にコーティングされる。半導体光増幅器１１００の第１の端面は、光信号に対する入／出力側になる。すなわち、半導体光増幅器１１００の第１の端面に入力された光信号は、さらにこの第１の端面から出力される。
【００５２】
半導体光増幅器１１００のような構造を有する素子は、反射型利得固定半導体光増幅器と称されており、一本の光ファイバから光信号を受信して増幅した後に、同一の光ファイバに光信号を出力する。すなわち、半導体光増幅器１１００の第１の端面を通じて光信号が入出力される。このようにすると、入力光信号と出力光信号との伝達を一本の光ファイバが担当するので、光ファイバの使用量を半分に減らすことができる。また、光ファイバと半導体光増幅器１１００との整列を一回のみ行えば良いので、素子を作る時間と費用を節減することができる。無反射層１１５０は、入力光信号と出力光信号との反射を減少させる機能を有する。
【００５３】
この反射を減少させるための追加的な方法によれば、利得導波路１１３０をこの第１の端面の法線に対して一定の角度で傾斜することができる。また、この反射を減少させるための他の方法によれば、この第１の端面と一定の距離だけ離隔したところで、利得導波路１１３０が設けられるように構成されることができる。さらに、半導体光増幅器１１００の第２の端面は、反射を高めなければならないので、高反射層１１５５がコーティングされ、これと接した利得導波路１１３０の端部をこの第２の端面と直角をなすように形成することが望ましい。光ファイバとの結合効率は入出力側でのみ考慮されるので、結合効率を改善するためのモード変換領域は、半導体光増幅器１１００の第１の端面に接した利得導波路１１３０の端部にのみ形成することが望ましい。すなわち、この光ファイバと結合しない半導体光増幅器１１００の第２の端面に接した利得導波路１１３０の端部には、モード変換領域を形成する必要がない。
【００５４】
以上、本発明の詳細について具体的な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施の形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載及び該範囲と均等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来のＤＦＢ半導体光増幅器の構成を概略的に示す側断面図である。
【図２】従来のバットジョイント方式のＤＢＲ半導体光増幅器の構成を概略的に示す側断面図である。
【図３】従来の二重導波路方式のＤＢＲ半導体光増幅器の構成を概略的に示す側断面図である。
【図４】本発明の好適な第１の実施の形態に従う利得固定半導体光増幅器の構成を示す側断面図である。
【図５】ＳＩＧ方式に従うＢＨ構造を有する半導体光増幅器を説明するための正断面図である。
【図６】ＷＩＧ方式に従うリッジ構造を有する半導体光増幅器を説明するための正断面図である。
【図７】ＷＩＧ方式に従うリブ構造を有する半導体光増幅器を説明するための正断面図である。
【図８Ａ】本発明の好適な第２の実施の形態に従う利得固定半導体光増幅器の構成を示す側断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示した半導体光増幅器の平面図である。
【図９】図８Ａに示した半導体光増幅器のレージングモードを示すグラフである。
【図１０Ａ】本発明の好適な第３の実施の形態に従う利得固定半導体光増幅器の構成を示す側断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示した半導体光増幅器の平面図である。
【図１１】図１０Ａに示した半導体光増幅器のレージングモードを示すグラフである。
【図１２】本発明の好適な第４の実施の形態に従う利得固定半導体光増幅器の構成を示す側断面図である。
【図１３】図１２に示した半導体光増幅器のレージングモードを示すグラフである。
【図１４】図１２に示した半導体光増幅器の利得特性を示すグラフである。
【図１５】本発明の好適な第５の実施の形態に従う利得固定半導体光増幅器の構成を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
４００  利得固定半導体光増幅器
４２０  格子層
４２２  第１の格子
４２４  第２の格子
４３０  利得導波路
４４０  クラッド
【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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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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