(57)【要約】【課題】半導体基板上に集積されるレーザ装置を提供することによりパッケージングを容易にし、波長可変を行うことができるレーザ装置を提供する。【解決手段】本発明による波長可変形レーザ装置は、半導体基板２１０と、半導体基板上に形成され、複数の縦モードを有するファブリ−ペローレーザ２２０と、半導体基板上に形成され、導波路２６０及び導波路を取り囲むクラッド２５０を含み、導波路の一部に多重反射スペクトルを有する格子２６５が刻まれた平面光波回路２４０とを備え、ファブリ−ペローレーザから出力された光が導波路に結合され、格子は相異なる波長を有する複数の光を反射し、ファブリ−ペローレーザは格子から反射された光中一つにより波長ロックされる。これにより、反射波長が複数個になっても大きさの増加なしで集積化を成すことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、複数の縦モードを有するファブリ−ペローレーザと、
前記半導体基板上に形成され、前記ファブリ−ペローレーザから出力された光が結合される導波路及び該導波路を取り囲むクラッドを含み、前記導波路の一部に多重反射スペクトルを有する格子が刻まれた平面光波回路とを備え、
前記格子は相異なる波長を有する複数の光を反射し、前記ファブリ−ペローレーザはその反射された光の中一つにより波長ロックされることを特徴とする波長可変形レーザ装置。
【請求項２】
格子は、位相マスクと振幅マスクとを共に使用して製作されるサンプリングされた格子である請求項１に記載の波長可変形レーザ装置。
【請求項３】
格子は、相異なる周期を有する格子を重畳されるように形成した多重重畳格子である請求項１に記載の波長可変形レーザ装置。
【請求項４】
ファブリ−ペローレーザは、半導体基板の長手方向一端部に配置され、平面光波回路は、該ファブリ−ペローレーザから前記半導体基板の他端部まで配置される請求項１に記載の波長可変形レーザ装置。
【請求項５】
ファブリ−ペローレーザは、光学装置を介さず直接的に平面光波回路の導波路と光学的に整列される請求項４に記載の波長可変形レーザ装置。
【請求項６】
ファブリ−ペローレーザは、光学装置を介さず直接的に平面光波回路の導波路と光学的に整列される請求項１に記載の波長可変形レーザ装置。
【請求項７】
ファブリ−ペローレーザに外部からの高周波信号を印加するため半導体基板上に形成されたボンディングパッドを備える請求項１に記載の波長可変形レーザ装置。
【請求項８】
ボンディングパッドとファブリ−ペローレーザはワイヤボンディングされる請求項７に記載の波長可変形レーザ装置。
【請求項９】
格子は、位相マスクと振幅マスクとを共に使用して製作されるサンプリングされた格子である請求項８に記載の波長可変形レーザ装置。
【請求項１０】
格子は、相異なる周期の格子を重畳して形成される多重重畳格子である請求項８に記載の波長可変形レーザ装置。
【請求項１１】
波長可変形レーザ装置の製造方法において、
半導体基板を提供する過程と、
前記半導体基板上に多数の縦モードを有するファブリ−ペローレーザを形成する過程と、
前記半導体基板上に、前記ファブリ−ペローレーザから出力された光が結合される導波路及び該導波路を取り囲むクラッドを含み、前記導波路の一部に多重反射スペクトルを有する格子が刻まれており、該格子は相異なる波長を有する複数の光を反射し、該反射光の一つにより前記ファブリ−ペローレーザを波長ロックさせる平面光波回路を形成する過程とを含むことを特徴とする波長可変形レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
平面光波回路を形成する過程は、位相マスクと振幅マスクとを共に使用して格子をサンプリングされた格子に形成する過程を含む請求項１１に記載の波長可変形レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
平面光波回路を形成する過程は、相異なる周期を有する格子を重畳されるように形成して格子を多重重畳格子に形成する過程を含む請求項１１に記載の波長可変形レーザ装置の製造方法。
【請求項１４】
ファブリ−ペローレーザは、半導体基板の長手方向一端部に配置され、平面光波回路は、該ファブリ−ペローレーザから前記半導体基板の他端部まで配置される請求項１１に記載の波長可変形レーザ装置の製造方法。
【請求項１５】
ファブリ−ペローレーザと平面光波回路とは、前記ファブリ−ペローレーザが光学装置を介さず直接的に導波路と光学的に整列されるように配置される請求項１４に記載の波長可変形レーザ装置の製造方法。
【請求項１６】
ファブリ−ペローレーザと平面光波回路とは、前記ファブリ−ペローレーザが光学装置を介さず直接的に導波路と光学的に整列されるように配置される請求項１１に記載の波長可変形レーザ装置の製造方法。
【請求項１７】
ファブリ−ペローレーザに外部からの高周波信号を印加するため半導体基板上にボンディングパッドを形成する過程をさらに含む請求項１１に記載の波長可変形レーザ装置の製造方法。
【請求項１８】
ボンディングパッドとファブリ−ペローレーザをワイヤボンディングする過程をさらに含む請求項１７に記載の波長可変形レーザ装置の製造方法。
【請求項１９】
平面光波回路を形成する過程は、位相マスクと振幅マスクとを共に使用して格子をサンプリングされた格子に形成する過程を含む請求項１８に記載の波長可変形レーザ装置の製造方法。
【請求項２０】
平面光波回路を形成する過程は、相異なる周期の格子を重畳して格子を多重重畳格子に形成する過程を含む請求項１８に記載の波長可変形レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信用光源に関するものであり、特に波長可変形レーザ装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重方式（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ）受動型光加入者網（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）は各加入者に付与された固有の波長を用いて超高速広帯域通信サービスを提供する。波長分割多重方式受動型光加入者網（ＷＤＭ−ＰＯＮ）の具現のためには経済的な波長分割多重方式光源の開発が必須的である。低価の光源用に提案された波長ロックファブリ−ペローレーザ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｌｏｃｋｅｄ  Ｆａｂｒｉ−Ｐｅｒｏｔ  ｌａｓｅｒ）は、低価のファブリ−ペローレーザ（ＦＰ  ｌａｓｅｒ）に一定出力以上の光を入力して該入力された光と一致する波長の光のみ出力されるため、周波数安定化を成すことができ、同時にサイドモード抑圧比（ＳＭＳＲ：Ｓｉｄｅ  Ｍｏｄｅ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）を増加させて伝送性能を向上させる。サイドモード抑圧比は増幅されて出力された光と抑制されて出力された光との強度比を示し、詳細な内容は後述する。ＦＰレーザに波長ロック現象を誘導するために外部反射型回折格子（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｇｒａｔｉｎｇ）、光ファイバブラック格子（ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ）、ＦＰフィルタ等が用いられる。
【０００３】
図１は従来における外部反射型回折格子を用いたレーザ装置の構成を示す図面である。レーザ装置１００は、ファブリ−ペローレーザ１１０と、高周波源（ＲＦ  ｓｏｕｒｃｅ）１２０と、第１及び第２レンズ１３０，１３５と、光結合器（ｃｏｕｐｌｅｒ）１５０と、回折格子１６０とを含む。
【０００４】
ファブリ−ペローレーザ１１０は高周波源１２０から入力された電気信号に応じて変調された光を出力する。第１レンズ１３０はファブリ−ペローレーザ１１０から出力された光を第１光ファイバ１４１に結合させる。第１光ファイバ１４１は光結合器１５０の一端に連結され、光結合器１５０の他端には第２及び第３光ファイバ１４２，１４３が連結されている。光結合器１５０は第１光ファイバ１４１を通じて入力された光を第２及び第３光ファイバ１４２，１４３に伝送する。第２光ファイバ１４２から出力された光は第２レンズ１３５により視準化（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ）されて回折格子１６０に入射され、回折格子１６０は既定の波長の光を反射させる。反射された光は第２レンズ１３５により第２光ファイバ１４２に結合される。光結合器１５０は第２光ファイバ１４２を通じて入力された反射光を第１光ファイバ１４１に伝送し、第１光ファイバ１４１から出力された反射光は第１レンズ１３０によりレーザ１１０に結合される。レーザ１１０は反射光により波長ロックされ、波長ロック光を出力する。波長ロック光は第１レンズ１３０及び光結合器１５０を経て第３光ファイバ１４３に伝送される。レーザ装置１００は回折格子１６０の反射波長を調節してレーザ１１０から出力される光の波長を可変することができる。
【０００５】
しかし、前述したような外部反射型回折格子を用いたレーザ装置の場合、回折格子の嵩が大きいだけではなく、精密なパッケージング技術が要求されるという問題点がある。又、従来による光ファイバブラック格子を用いたレーザ装置の場合、波長可変のため付加的に光ファイバブラック格子に熱、ストレイン（ｓｔｒａｉｎ）等を加えるための装置を備えねばならず、可変波長領域も数ｎｍで制限されるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は半導体基板上に集積されるレーザ装置を提供することによりパッケージングを容易にし、容易に波長可変を行うことができるレーザ装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために本発明による波長可変形レーザ装置は、半導体基板と、該半導体基板上に形成され、複数の縦モードを有するファブリ−ペローレーザと、同じく半導体基板上に形成され、ファブリ−ペローレーザから出力された光が結合される導波路及び該導波路を取り囲むクラッドを含み、その導波路の一部に多重反射スペクトルを有する格子が刻まれた平面光波回路と、を備え、その格子は相異なる波長を有する複数の光を反射し、ファブリ−ペローレーザはその反射された光の中一つにより波長ロックされることを特徴とする。このような格子は、位相マスクと振幅マスクとを共に使用して製作されるサンプリングされた格子、あるいは、相異なる周期を有する格子を重畳されるように形成した多重重畳格子とすることができる。ファブリ−ペローレーザは、半導体基板の長手方向一端部に配置され、平面光波回路は、該ファブリ−ペローレーザから半導体基板の他端部まで配置されるようにする。また、ファブリ−ペローレーザは、光学装置を介さず直接的に平面光波回路の導波路と光学的に整列されるのがよい。さらに、ファブリ−ペローレーザに外部からの高周波信号を印加するため半導体基板上に形成されたボンディングパッドを備えるようにし、これらボンディングパッドとファブリ−ペローレーザはワイヤボンディングで接続することが可能である。
【０００８】
本発明によれば、このような波長可変形レーザ装置の製造方法として、半導体基板を提供する過程と、半導体基板上に多数の縦モードを有するファブリ−ペローレーザを形成する過程と、半導体基板上に、ファブリ−ペローレーザから出力された光が結合される導波路及び該導波路を取り囲むクラッドを含み、その導波路の一部に多重反射スペクトルを有する格子が刻まれており、該格子は相異なる波長を有する複数の光を反射し、該反射光の一つによりファブリ−ペローレーザを波長ロックさせる平面光波回路を形成する過程とを含むことを特徴とする。その平面光波回路を形成する過程は、位相マスクと振幅マスクとを共に使用して格子をサンプリングされた格子に形成する過程、あるいは、相異なる周期を有する格子を重畳されるように形成して格子を多重重畳格子に形成する過程を含むことができる。ファブリ−ペローレーザは、半導体基板の長手方向一端部に配置され、平面光波回路は、該ファブリ−ペローレーザから半導体基板の他端部まで配置されるように形成する。また、ファブリ−ペローレーザと平面光波回路とは、ファブリ−ペローレーザが光学装置を介さず直接的に導波路と光学的に整列されるように配置するのがよい  さらに、ファブリ−ペローレーザに外部からの高周波信号を印加するため半導体基板上にボンディングパッドを形成する過程、そのボンディングパッドとファブリ−ペローレーザをワイヤボンディングする過程を含むこともできる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る格子製作方式は、導波路の同一位置に複数の格子を形成することにより、反射波長が複数個になっても大きさの増加なしで集積化を成すことができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下では添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明を説明することにおいて、関連された公知機能や構成に対する具体的な説明は本発明の要旨を曖昧ではないため省略する。
【００１１】
図２は本発明の望ましい実施形態による波長可変形レーザ装置の構成を示す図面である。レーザ装置２００は半導体基板（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）２１０と、ファブリ−ペローレーザ２２０と、平面光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）２４０とを含む。
【００１２】
ファブリ−ペローレーザ２２０は半導体基板２１０上の一方の側に形成され、ファブリ−ペローレーザ２２０に外部からの高周波信号を印加するためのボンディングパッド（ｂｏｎｄｉｎｇ  ｐａｄ）２３０が隣接して基板２１０上に形成される。ボンディングパッド２３０とファブリ−ペローレーザ２２０はワイヤ２３５でボンディングされる。ファブリ−ペローレーザ２２０は製作物質の利得特性によりピーク値を有する一つの縦モード（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｍｏｄｅ）を中心に一定した波長間隔に位置する複数の縦モードを有する。
【００１３】
平面光波回路２４０は半導体基板２１０上の他方の側に形成され、導波路（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）２６０と、該導波路２６０を取り囲むクラッド（ｃｌａｄ）２５０とを含み、導波路２６０の一部に格子２６５が刻まれている。ファブリ−ペローレーザ２２０は基板２１０の長手方向一端部に配置され、平面光波回路２４０はこれから基板の他端まで配置される。望ましくは、直接光学的に整列されて基板２１０上に配置されるファブリ−ペローレーザ２２０と導波路２６０との間に他の光学装置は介在させないほうがよい。格子２６５は相異なる波長を有する複数の光を反射させ、格子２６５はサンプリングされた格子（ｓａｍｐｌｅｄ  Ｂｒａｇｇ  ｇｒａｔｉｎｇ）であるか、或いは多重重畳格子（ｍｏｉｒｅ  ｇｒａｔｉｎｇ）であり得る。先ず、格子２６５がサンプリングされた格子（ブラッグ格子）である場合の製作方法は下記の通りである。
【００１４】
図３はサンプリングされた格子を形成する方法を説明するための図面であり、図４はサンプリングされた格子の反射スペクトラムを示す図面である。図３には、半導体基板３１０と、半導体基板３１０上に順次に積層された下部クラッド（ｌｏｗｅｒ  ｃｌａｄ）３２０、導波路３３０、上部クラッド（ｕｐｐｅｒ  ｃｌａｄ）３４０を含む平面光波回路３００と、平面光波回路３００上に整列された位相マスク（ｐｈａｓｅ  ｍａｓｋ）３５０と、位相マスク３５０上に整列された振幅マスク（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍａｓｋ）３６０とが示されている。振幅マスク３６０に紫外線を照射すれば，振幅マスク３６０のスリット（ｓｌｉｔ）を通過した紫外線が位相マスク３５０に入射される。位相マスク３５０は入射された光を回折させ、こうした回折光の干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）パターンが導波路３３０に形成される。導波路３３０は紫外線敏感性を有していて、干渉パターンと一致するサンプリングされた格子３３５が導波路３３０上に形成される。格子３３５は振幅マスク３６０により周期的に振幅変調されるが、こうした場合に（又は位相が周期的に変調される場合に）式１のような波長間隔を有する多重反射スペクトラムが図４のように示される。
【００１５】
【数１】
2005026685.tif 000003
【００１６】
式１で、Δλは多重反射スペクトラムの波長間隔、λＢは格子３３５の中心波長、ｎeffは有効屈折率、Ｐは格子３３５の変調周期を示す。
【００１７】
格子３３５の反射波長別反射率は格子振幅のフーリェ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）変換に現れるので、全体的にｓｉｎｃ関数の形を有しており、各反射光の帯域幅は全体格子３３５の長さにより左右される。
【００１８】
次いで、図２に示された格子２６５が多重重畳格子である場合の製作方法は下記の通りである。この方法は相異なる周期（ｐｅｒｉｏｄ）を有する格子を重畳されるように形成する方法であって、例えば第１周期を有する第１回折格子を用いて導波路に第１格子を形成し、第２周期を有する第２回折格子を用いて第１格子と重畳されるように導波路に第２格子を形成する方式である。この際、形成される格子の中心波長はそれぞれの格子形成に使用される位相マスクにより左右されるため、位相マスクの周期を有し、反射波長の間隔を調節することができる。
【００１９】
図５は図２に示されたファブリ−ペローレーザ２２０の波長ロック現象を説明するための図面である。図５の（ａ）は波長ロック以前の時点でファブリ−ペローレーザ２２０のモードスペクトルを示す。レーザ２２０は製作物質の利得特性によりピーク値を有する一つの縦モードを中心に一定した波長間隔に位置する複数の縦モードを有する。図５の（ｂ）はレーザ２２０に入力される特定波長の光に対するスペクトルを示す。図５の（ｃ）は波長ロックされたファブリ−ペローレーザ２２０の光スペクトルを示す。こうした場合に入力光の波長と一致しない波長は抑制され、一致する波長の光のみが増幅されて出力される。増幅されて出力された光と抑制されて出力された光との強度比をサイドモード抑圧比と言い、サイドモード抑圧比が増加する程、レーザ２２０から発生するモード分割雑音及び光ファイバの色分散効果（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｅｆｆｅｃｔ）による伝送性能低下が減少される。波長ロックされたファブリ−ペローレーザ２２０を直接変調することにより、経済的に高速のデータを長距離伝送することができる。
【００２０】
図６は図２に示されたファブリ−ペローレーザ２２０の波長可変方法を説明するための図面である。図６の（ｄ）は動作温度変化によるファブリ−ペローレーザ２２０の縦モード移動を示す。実線は温度変化以前の縦モードを示し、点線は温度変化後の縦モードを示す。この際、縦モードは一定した波長間隔ｘに配置されている。図６の（ｅ）はレーザ２２０に入力される反射光のスペクトルを示す。この際、相異なる波長を有する反射光は一定した波長間隔ｘ´に配置されている。図６の（ｆ）は動作温度変化による波長ロックファブリ−ペローレーザ２２０の光スペクトル変化を示す。実線は温度変化以前の光スペクトルを示し、点線は温度変化後の光スペクトルを示す。この際、レーザ２２０のモード間隔ｘと格子２６５により反射される光の波長間隔ｘ´とに数ＧＨｚ程度差異が発生すれば、格子２６５で複数の光が反射されても重複される波長は一つのみ存在して単一モード発振が可能である。そして、レーザ２２０の動作温度を変化させれば、レーザ２２０内に位相変化が発生して縦モードが移動される。モードの移動が発生すれば、始めに重複された波長ではない他の波長と重複される現象が発生して発振波長が変化し、こうした方式に波長可変レーザを具現することができる。したがって、格子２６５により反射される光の波長間隔をＷＤＭ伝送で規定される１００ＧＨｚ、２００ＧＨｚ等に製作すれば波長可変が成される同時にチャンネルスイッチングが可能となる。ファブリ−ペローレーザ２２０の動作温度を調節するため、波長可変形レーザ装置２００は温度制御用素子である熱電冷却素子（ＴＥＣ：ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｏｌｅｒ）の上面に搭載されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来による外部反射型回折格子を用いたレーザ装置の構成を示す図面。
【図２】本発明の望ましい実施形態による波長可変形レーザ装置の構成を示す図面。
【図３】サンプリングされたブラッグ格子を形成する方法を説明するための図面。
【図４】格子の反射スペクトルを示す図面。
【図５】図２に示されたファブリ−ペローレーザの波長ロック現象を説明するための図面。
【図６】図２に示されたファブリ−ペローレーザの波長可変方法を説明するための図面。
【符号の説明】
【００２２】
２００    レーザ装置
２１０    半導体基板
２２０    ファブリ−ペローレーザ
２３０    ボンディングパッド
２３５    ワイヤ
２４０    平面光波回路
２５０    クラッド
２６０    導波路
２６５    格子
【図１】
2005026685.tif 000004
【図２】
2005026685.tif 000005
【図３】
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【図４】
2005026685.tif 000007
【図５】
2005026685.tif 000008
【図６】
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