(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたエピタキシャル構造と、
出力を生成する前記エピタキシャル構造に形成され、第１及び第２の反射器と、該第１及び第２の反射器の間に各々位置決めされた利得区域及び位相区域とを含む同調可能レーザ共振器と、
を含み、
前記出力の波長は、いずれか一方の区域のインデックス同調によって達成可能なものよりも広い波長範囲にわたって同調可能であり、該より広い波長範囲は、Δλ／λ＞Δｎ／ｎによって表され、
前記エピタキシャル構造において前記同調可能レーザ共振器の外側で形成された少なくとも第１の区域及び第２の区域を有する変調器、
を更に含み、
前記変調器の前記第１及び第２の区域に対して、該変調器の該第１及び第２の区域における電界を変化させる逆バイアスを印加することによって前記同調可能レーザ共振器からの前記出力の振幅及び位相応答を制御するように構成された別々の電気接続が設けられ、前記変調器からの出力を受け取り、該変調器に戻る反射を低減し、かつ該変調器の該出力を次に来る光学アセンブリに結合するように位置決めされて構成された、前記エピタキシャル構造に形成されたカプラ、
を更に含むことを特徴とするダイオードレーザアセンブリ。
【請求項２】
前記カプラは、該カプラの出力ファセットにおけるモード反射率を低減することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記カプラは、前記同調可能レーザ共振器の出力モード形状を変更することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記カプラは、光導波路を含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記カプラは、第１の光導波路と、該第１の光導波路の下に重なる第２の光導波路とを含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記光導波路の少なくとも一方は、テーパ付きであることを特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記光導波路の少なくとも一方は、非線形的にテーパが付いていることを特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記光導波路の少なくとも一方は、前記同調可能レーザ共振器の光軸に対して実質的に平行な方向にテーパが付いていることを特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記光導波路の少なくとも一方は、前記同調可能レーザ共振器の光軸に対して実質的に垂直な方向にテーパが付いていることを特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記光導波路の少なくとも一方は、前記エピタキシャル構造の結晶軸に沿って配向されていることを特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
前記変調器は、電気吸収変調器であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記変調器は、複数の電気吸収変調器を含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記変調器は、前記同調可能レーザ共振器内の前方ミラーと同じバンドギャップを有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記変調器は、前記同調可能レーザ共振器内の前方ミラーとは異なるバンドギャップを有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記変調器区域は、異なるバンドギャップを有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
前記変調器は、該変調器の材料のキャリア寿命を短縮するために非放射性キャリアトラップを含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項１７】
前記変調器は、前記電気吸収変調器の出力を受信するように構成された光増幅器を含むことを特徴とする請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１８】
前記変調器は、前記電気吸収変調器に入射する出力を生み出すように構成された光増幅器を含むことを特徴とする請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項１９】
前記変調器は、第１及び第２光増幅器の間に位置決めされた電気吸収変調器を含むことを特徴とする請求項１１に記載のアセンブリ。
【請求項２０】
異なるバンドギャップの領域を備えた共通エピタキシャル構造を有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項２１】
前記同調可能レーザ共振器は、モード選択要素を含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項２２】
前記モード選択要素は、横方向モード選択要素であることを特徴とする請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２３】
前記モード選択要素は、長手方向モード選択要素であることを特徴とする請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２４】
前記モード選択要素は、制御可能な位相シフト要素であることを特徴とする請求項２１に記載のアセンブリ。
【請求項２５】
前記第１及び第２の反射器は、レーザ空洞を形成し、該第１及び第２の反射器の少なくとも一方は、同調可能であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項２６】
前記第１及び第２の反射器の少なくとも一方は、分散型ブラッグ反射器であることを特徴とする請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２７】
前記第１及び第２の反射器の両方は、分散型ブラッグ反射器であることを特徴とする請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２８】
前記同調可能レーザ共振器の最大反射率の波長は、調節可能であることを特徴とする請求項２５に記載のアセンブリ。
【請求項２９】
前記同調可能レーザ共振器は、多重活性領域の利得媒体を有することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３０】
前記より広い波長範囲は、１５ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３１】
前記光導波路は、前記同調可能レーザ共振器の光軸と平行にならないように前記基板の平面において湾曲していることを特徴とする請求項４に記載のアセンブリ。
【請求項３２】
前記光導波路の少なくとも一方は、前記同調可能レーザ共振器の光軸と平行にならないように前記基板の平面において湾曲していることを特徴とする請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項３３】
前記異なるバンドギャップの領域は、再成長の前にオフセット量子井戸を取り除くことによって形成されることを特徴とする請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項３４】
前記異なるバンドギャップの領域は、隣接する導波路の突き合わせ接合成長によって形成されることを特徴とする請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項３５】
前記異なるバンドギャップの領域は、選択的領域成長によって形成されることを特徴とする請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項３６】
前記異なるバンドギャップの領域は、量子井戸相互混合によって形成されることを特徴とする請求項２０に記載のアセンブリ。
【請求項３７】
前記量子井戸相互混合は、前記エピタキシャル構造の選択された部分にイオンで衝撃を与え、かつ該エピタキシャル構造の選択された領域の不純物及び空孔を拡散して該領域の光学特性を判断するために該エピタキシャル構造を焼なましすることによって達成されることを特徴とする請求項３６に記載のアセンブリ。
【請求項３８】
前記次に来る光学アセンブリは、前記基板から分離していることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般的にレーザアセンブリに関し、より特定的には、集積変調器を有する広範囲に同調可能なレーザアセンブリに関する。
【０００２】
（背景技術）
光ファイバネットワークのためのレーザ発信機は、低いチャープと光ファイバ内に発射される適切な出力を用いて目標とする速度で変調された、ある与えられた安定波長での信号を供給しなくてはならない。現在のネットワークは、最大１００個もの波長チャンネルを有しており、各チャンネルに対して、各々が１つの外部変調器を有する専用レーザが充てられている。チップに含まれたレーザ発信機と変調器とを用いて、相当大きな効率を実現することができると思われ、その場合には、変調されたレーザをシステムの全てのチャンネルを網羅するように同調可能であろう。当業技術において十分に認識されているように、チップ上にレーザ発信機を準備するために、光子集積化技術を使うことができる。図１は、これを達成するのに使用できる構造のブロック図を示している。光子集積化は、当業技術でよく知られているが、従来技術の努力は、広範囲に同調可能でないレーザの集積化に集中されてきた。１９９９年８月にＩＥＥＥ（米国電気電子工学会）から発行のＩＥＥＥ光通信技術レター、第１１巻、（第１１号）、１０３９〜１０４１頁に掲載の、Ｎ・コバヤシ、Ａ・ノダ、Ｔ・ワタナベ、Ｓ・ミウラ、Ｔ・オダガワ、及び、Ｓ・オギタによる「４分の１波長シフト波形を有する電気吸収変調器集積型ＤＦＢレーザの２．５−Ｇｂ／ｓ−１２００−キロメートル送信」、及び、１９９７年７月にＩＥＥＥから発行のＩＥＥＥ光通信技術レター、第９巻、第７号、８９８〜９００頁に掲載のＤ．Ｄｅｌｐｒａｔ、Ａ．Ｒａｍｄａｎｅ、Ｌ．Ｓｉｌｖｅｓｔｒｅ、Ａ．Ｏｕｇａｚｚａｄｅｎ、Ｆ．Ｄｅｌｏｒｍｅ、及び、Ｓ．Ｓｌｅｍｐｋｅｓによる「１．５５ミクロンＷＤＭ（波長分割多重方式）用途のための選択領域成長による２０−Ｇｂ／ｓ集積型ＤＢＲレーザＥＡ変調器」を参照されたい。大きな同調範囲は、従来技術一般、特に、狭い範囲で同調可能な装置に関連した従来技術の教示に対して、機能ブロックの妥当な性能の達成を不明瞭にする。必要とされているのは、集積型変調器を含む広範囲に同調可能なレーザ装置を構成するための光子集積化技術である。
【０００３】
（発明の開示）
したがって、本発明は、ダイオードレーザアセンブリに向けられる。本発明に係るダイオードレーザアセンブリは、基板と、該基板上に形成されたエピタキシャル構造と、出力を生成するエピタキシャル構造に形成された同調可能レーザ共振器と、を具備する。同調可能レーザ共振器は、第１及び第２の反射器、利得区域及び位相区域を含み、利得区域及び位相区域は、第１の反射器と第２の反射器との間に各々配置されており、出力の波長は、いずれか一方の区域のインデックス同調によって達成可能なものよりも広い波長範囲にわたって同調可能であり、該より広い波長範囲は、Δλ／λ＞Δｎ／ｎによって表される。
本発明に係るヂアオードレーザアセンブリは、エピタキシャル構造において同調可能レーザ共振器の外側で形成された少なくとも第１の区域及び第２の区域を有する変調器を更に具備し、変調器の第１及び第２の区域に対して、該変調器の該第１及び第２の区域における電界を変化させる逆バイアスを印加することによって同調可能レーザ共振器からの出力の振幅及び位相応答を制御するように構成された別々の電気接続が設けられている。
本発明に係るダイオードレーザアセンブリは、変調器からの出力を受け取り、該変調器に戻る反射を低減し、かつ、該変調器の該出力を次に来る光学アセンブリに結合するように位置決めされて構成された、エピタキシャル構造に形成されたカプラを更に具備する。
【０００７】
（発明を実施するための最良の形態）
図２を参照すると、本発明の一実施形態は、基板上に形成されたエピタキシャル構造を有する広範囲に同調可能なレーザアセンブリ１０である。本明細書の目的のために、この広範囲同調可能レーザとは、従来のインデックス同調、すなわち、Δλ／λ＞Δｎ／ｎによって達成可能な範囲よりも広い波長範囲に亘って出力波長が同調可能であり、波長選択的素子が同じ光導波路内にある、すなわち、ＤＦＢレーザの平行アレーではないレーザとして定義される。
【０００８】
レーザ素子１２と変調器素子１４とは、エピタキシャル構造によって形成される。同じくエピタキシャル構造で形成されるのは、変調器１４からの受信出力を受け取って調節するように置かれた出力カプラ素子１６である。様々な素子は、一般的な処理段階により作製される。
レーザ１２は、分散型ブラッグ反射器（「ＤＢＲ」）とすることができる前方ミラー１８と後方ミラー２０とを含む。レーザ１２には、利得セクション２２と、同じくモード選択セクション２４とが配置される。モード選択セクション２４には、横方向モード選択素子、長手方向モード選択素子、及び、制御可能位相シフト素子などが可能である。
変調器１４は、半導体光増幅器２６（「ＳＯＡ２６」）、第１の電気吸収変調器（「ＥＡＭ２８」）、及び、第２のＥＡＭ３０を含むことができる。
【０００９】
レーザ１２は、ＷＤＭ光通信システムで使用するためには、例えば線幅、ＳＭＳＲ，及び、波長などの目標とするスペクトル特性を有するレーザ放出を波長帯域全体に亘って、又は、少なくともそのかなりの部分に亘って生み出すために広範囲で同調可能であるのが好ましい。一実施形態においては、関連する波長帯域は、１３００〜１６００ナノメートルの範囲内にあって、普通は光ファイバ増幅器の利得特性によって決まる帯域幅を有する。
【００１０】
一実施形態においては、レーザ１２は、２つのＳＧ／ＳＳＧ−ＤＢＲミラー１８及び２０、利得セクション２２、及び、位相セクション２４を含むＳＧ／ＳＳＧ−ＤＢＲレーザである。１９９３年６月発行のＩＥＥＥ量子エレクトロニクス学会誌、第２９巻、（第６号）、１８２４〜１８３４頁に掲載のＶ．Ｊａｙａｒａｍａｎ、Ｚ．Ｍ．Ｃｈｕａｎｇ、及び、Ｌ．Ａ．Ｃｏｌｄｒｅｎによる「標本格子を備えた同調範囲拡張型半導体レーザの理論、設計、及び、性能」を参照されたい。この実施形態においては、利得セクション２２のバンドギャップは、当該波長帯域に亘って利得をもたらすように選択される。ＳＧ／ＳＳＧ−ＤＢＲミラー１８及び２０と位相セクション２４とのバンドギャップは、最小の損失と同調電流とで目標とする波長帯域に亘って波長のカバレージをもたらすように選択される。
【００１１】
レーザ１２のために使用できる別の実施形態は、以下に限定されないが、出力がＳＧ／ＳＳＧ−ＤＢＲミラー側から取り出されて、図１に示すように他の素子の集積化を可能にするＧＣＳＲレーザを含む。１９９３年７月発行のＩＥＥＥ光通信技術レター、第５巻、（第７号）、７３５〜７３７頁に掲載のＭ．Ｏｂｅｒｇ、Ｓ．Ｎｉｌｓｓｏｎ、Ｋ．Ｓｔｒｅｕｂｅｌ、Ｊ．Ｗａｌｌｉｎ、Ｌ．Ｂａｃｋｂｏｒｎ、及び、Ｔ．Ｋｌｉｎｇａによる「後方標本格子反射器を備えたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ垂直格子支援共方向カプラレーザの７４ナノメートル波長同調範囲」を参照されたい。広範囲同調可能レーザ１２のための別の実施形態は、直列接続の利得結合ＤＦＢレーザである。１９９９年５月発行のＩＥＥＥ光通信技術レター、第１１巻、（第５号）、５１５〜５１７頁に掲載のＪ．Ｈｏｎｇ、Ｈ．Ｋｉｍ、Ｆ．Ｓｈｅｐｈｅｒｄ、Ｃ．Ｒｏｇｅｒｓ、Ｂ．Ｂａｕｌｃｏｍｂ、及び、Ｓ．Ｃｌｅｍｅｎｔｓによる「３４ナノメートル連続波長同調範囲を有するマトリックス格子強力利得結合（ＭＣ−ＳＧＣ）ＤＦＢレーザ」を参照されたい。これらの実施形態のどちらも図２の他の素子と共に集積化することができる。
【００１２】
変調器１４は、広範囲同調可能レーザ１２によって生み出された光学キャリア上にデータを符号化する。目標とする変調特性は、適切なオンオフ比、チャープなどの瞬間的波長の制御、低い駆動電圧、及び、高い飽和出力である。アナログ変調に対しては、非常に直線的な応答性を有することが同様に必要である。
変調器１４は、電気吸収変調器であることができ、複数の電気吸収変調器を含むことができる。一実施形態においては、変調器１４は、フロントミラーセクション１８と同じバンドギャップを有する。別の実施形態においては、変調器１４は、フロントミラーセクション１８とは異なるバンドギャップを有する。別の実施形態においては、変調器は、異なるバンドギャップを有する複数の変調器セクションを含む。変調器１４は、変調器材料のキャリア寿命を減らすために、非放射キャリアトラップを含むことができる。更に、変調器１４は、電気吸収変調器の出力を受け取るように形成された光増幅器を含むこともできる。別の実施形態においては、変調器１４は、電気吸収変調器に入射する出力を生み出すように形成された光増幅器を含む。電気吸収変調器は、第１及び第２光増幅器の間に置くことができる。
レーザアセンブリ１０の後方に置かれ、非限定的に光ファイバ又はその前に置かれるレンズを含むいかなる光学アセンブリに対しても、結合効率と位置調整許容範囲とを増大させるために出力カプラ１６が使用される。出力カプラ１６は、その出力ファセットにおけるモード反射率を低下させて、レーザ１２の出力モード形状を変更する。
【００１３】
図２の構造を達成する上で重要な態様は、それらの専門タスクを達成する異なるバンドギャップを有する領域を使用することである。このバンドギャップを指定する方法は、これらの領域から放出された光ルミネセンスの波長のピークを与えることである。レーザ１２の利得セクションとＳＯＡ２６とは、レーザ１２が作動することになる波長範囲に亘って利得をもたらすように選択されたバンドギャップを有する。前方ミラー１８と後方ミラー２０とは、全波長範囲に亘って標本格子ミラーの隣り合うピーク間のレーザ波長を同調するのに必要なインデックス変化を、最小の光学損失でもたらすように選ばれたバンドギャップを有する。変調器１４のバンドギャップ及び長さは、ある与えられた変調速度に対して容易に得ることのできる逆バイアスで、レーザ波長の必要な消光を与えるように選択される。
【００１４】
レーザアセンブリ１０の光学的に相違する素子のモノリシック集積化は、選ばれた領域の光学特性を目標とする電気光学的機能へ調整する製造方法によって達成される。バンドギャップを含む光学特性を調整することにより、共通のエピタキシャル層構造から始まる共通のウェーハ上に、光学的に活性な領域と不活性な領域とがもたらされる。更に、装置の素子の形成に必要とされる一般的な製造処理段階は、今日光波関連産業において使用されている光通信装置製造方法と矛盾しない。すなわち、本発明の装置は、容易に製造することができる。
【００１５】
特定の実施形態においては、ウェーハ領域のバンドギャップを選択的に調整する製造法は、ウェーハ表面に近い選ばれたウェーハ領域の一部分に、例えば約２００ｅＶ未満の低エネルギーイオンによって不純物を注入する段階を含む。次に、ウェーハは、焼なましされる。この焼きなましは、ウェーハ表面近くに注入された不純物と間隙とを選ばれた領域全体に拡散させて、その領域のバンドギャップを目標とする電気光学的機能に調整する。
【００１６】
例えば、レーザアセンブリ１０の位相シフトセクションとミラーセクションとの不活性な導波路の領域においては、有効バンドギャップは、利得セクション２２の活性層の有効バンドギャップよりもほんの僅かに大きい（普通、約０．０１〜０．０５ｅＶ）作動光波エネルギーよりも幾分大きい（例えば、＞０．１ｅＶ）ことが必要である。集積された外部変調器素子１４は、他の不活性領域と同様のより大きなバンドギャップを備えたセクションを有するか、又は、チャープ低減又は改善された直線性といった何らかの目標とする機能性のために、活性及び不活性セクションのバンドギャップの中間のバンドギャップを備えたセクションを有してもよい。また、集積された外部増幅器素子は、活性利得セクションと同じバンドギャップを有するか、又は、変調器と増幅器との組合せの改善されたチャープ又は増大された飽和出力といった機能性のために、僅かに変更されたバンドギャップを有してもよい。
【００１７】
多くの実施形態において、不活性領域は、ミラー領域における格子形成のような他の処理段階が実施されているのと同じ順序で、活性領域の利得の原因である最低バンドギャップ層を選択的に除去することによって作り出される。これらの場合、イオン注入処理は必要ではないが、集積された変調器素子及び／又は増幅器素子などの他の領域を一層良く調整するのに利用することができる。この処理の流れに、光導波路の頂上部分に対して必要な上部被覆層の再成長が続く。
【００１８】
異なるバンドギャップを有する領域の集積化を可能にする当業者によく知られた幾つかの層構造が存在する。
図３（ａ）から図３（ｄ）は、これらの構造のうちの幾つかを示している。最も単純な手法は、図３（ａ）に示すように、不活性導波路層３２の上に混合量子井戸（「ＭＱＷ３０」）利得セクションを成長させることである。
図３（ａ）の実施形態の利点は、単純であることに加えて、各セクションのバンドギャップと幾何学形状とを、その与えられた領域が実行することになるタスクに対していくらか最適化することができることである。
【００１９】
図３（ｂ）に示す別の実施形態においては、ＭＱＷ３０が突き合わせ接合成長によって形成される。この実施形態は、異なるバンドギャップ領域の完全に独立した最適化を可能にする。突き合わせ接合成長は、装置の１つの領域の層をエッチングで除去し、目標とするバンドギャップを有する層を選択的に再成長させることを伴う。１９９２年１１月発行の結晶成長学会誌、第１２４巻、第１−４号、７４１〜７４６頁に掲載のＪ．Ｗａｌｌｉｎ、Ｇ．Ｌａｎｄｇｒｅｎ、Ｋ．Ｓｔｒｕｂｅｌ、Ｓ．Ｎｉｌｓｓｏｎ、及び、Ｍ．Ｏｂｅｒｇによる「マルチセクションＤＢＲレーザにおける突き合わせ結合導波路の選択領域再成長」を参照されたい。
【００２０】
図３（ｃ）及び図３（ｄ）には、多数のバンドギャップ領域を達成するための一層高度な構造が示されている。図３（ｃ）において、選択領域成長（「ＳＡＧ」）は、誘電体マスクで模様を付けた基板上に目標とする層構造を形成することを伴う。１９９４年１０月発行の「日本のエレクトロニクスと通信」、第２部（エレクトロニクス）、第７７巻、（第１０号）、３３〜４４頁に掲載のＭ．アオキ、Ｍ．スズキ、Ｈ．サノ、Ｔ．タニワタリ、Ｔ．ツツイ、及び、Ｔ．カワノによる「選択領域ＭＯＣＶＤによる多重量子井戸構造の量子エネルギー制御及びその光子集積回路装置への応用」を参照されたい。マスクの存在は成長を乱し、マスク付近での成長速度を速める。異なるバンドギャップを有するＭＱＷ領域３０は、その後、異なる厚さを有する量子井戸を成長させるために、異なる幅のマスクを使用して成長させることができる。図３（ｄ）において、ＭＱＷ領域３０は、目標とするバンドギャップの最低のものを有するように成長する。量子井戸と障壁とを混合することにより、この構造のバンドギャップは、ブルーシフトされる。１９９８年７〜８月にＩＥＥＥ発行の「量子エレクトロニクスの選ばれた話題に関するＩＥＥＥ学会誌」、第４巻、第４号、７９４〜８０２頁に掲載のＤ．Ｈｏｆｓｔｅｔｔｅｒ、Ｂ．Ｍａｉｓｅｎｈｏｌｄｅｒ、及び、Ｈ．Ｐ．Ｚａｐｐｅによる「レーザ及び光子集積回路を製造するための量子井戸混合」を参照されたい。このブルーシフトの量は、井戸及び障壁の初期組成と混合量とによって決まる。混合量を空間的に制御することにより、異なるバンドギャップを有する幾つかの領域を作り出すことができる。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態の１つの材料システムは、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰであるが、ここで格子に適合する特定合金のバンドギャップを引用すれば、必要な全体材料と共に、引用したバンドギャップにそのＰＬピークが対応する量子井戸材料を得るのに必要な合金を指定する。目標とする特性はまた、指定されたバンドギャップを有するＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰシステムの合金を使用することによっても達成することができる。
【００２２】
これらの実施形態に対して異なるバンドギャップが選択されたか又は指定された場合、アセンブリ１０の全ての素子に対して指定されたバンドギャップを作り出すために、図３（ａ）から図３（ｄ）に示す技術のうちの１つ又はそれ以上が適切に使用されたことを意味する。これらの技術及びそれらの組合せは、当業者には周知であって、以下の全ての実施形態の仕様を達成することができる。１９９７年７月にＩＥＥＥから発行のＩＥＥＥ光通信技術レター、第９巻、第７号、８９８〜９００頁に掲載のＤ．Ｄｅｌｐｒａｔ、Ａ．Ｒａｍｄａｎｅ、Ｌ．Ｓｉｌｖｅｓｔｒｅ、Ａ．Ｏｕｇａｚｚａｄｅｎ、Ｆ．Ｄｅｌｏｒｍｅ、及び、Ｓ．Ｓｌｅｍｐｋｅｓによる「１．５５ミクロンＷＤＭ用途のための選択領域成長による２０−Ｇｂ／ｓ集積型ＤＢＲレーザＥＡ変調器」、１９９５年２月発行の光波技術学会誌、第１３巻、（第２号）、２９７〜３０１頁に掲載のＰ．Ｂ．Ｈａｎｓｅｎ、Ｇ．Ｒａｙｂｏｎ、Ｕ．Ｋｏｒｅｎ、Ｂ．Ｉ．Ｍｉｌｌｅｒ、Ｍ．Ｇ．Ｙｏｕｎｇ、Ｍ．Ａ．Ｎｅｗｋｉｒｋ、Ｍ．Ｄ．Ｃｈｉｅｎ、Ｂ．Ｔｅｌｌ、及び、Ｃ．Ａ．Ｂｕｒｒｕｓによる「モノリシック半導体ソリトン発信機」、１９９２年１１月発行の結晶成長学会誌、第１２４巻、第１−４号、７４１〜７４６頁に掲載のＪ．Ｗａｌｌｉｎ、Ｇ．Ｌａｎｄｇｒｅｎ、Ｋ．Ｓｔｒｕｂｅｌ、Ｓ．Ｎｉｌｓｓｏｎ、及び、Ｍ．Ｏｂｅｒｇによる「マルチセクションＤＢＲレーザにおける突き合わせ結合導波路の選択領域再成長」、１９９４年１０月発行の「日本のエレクトロニクスと通信」、第２部（エレクトロニクス）、第７７巻、（第１０号）、３３〜４４頁に掲載のＭ．アオキ、Ｍ．スズキ、Ｈ．サノ、Ｔ．タニワタリ、Ｔ．ツツイ、及び、Ｔ．カワノによる「選択領域ＭＯＣＶＤによる多重量子井戸構造の量子エネルギー制御及びその光子集積回路装置への応用」、及び、１９９８年７〜８月にＩＥＥＥ発行の「量子エレクトロニクスの選ばれた話題に関するＩＥＥＥ学会誌」、第４巻、第４号、７９４〜８０２頁に掲載のＤ．Ｈｏｆｓｔｅｔｔｅｒ、Ｂ．Ｍａｉｓｅｎｈｏｌｄｅｒ、及び、Ｈ．Ｐ．Ｚａｐｐｅによる「レーザ及び光子集積回路を製造するための量子井戸混合」を参照されたい。これらの技術のうちのあるものは、バンドギャップ同調を可能にするのに量子井戸領域を必要とすることが当業者には知られている。これらの実施形態の指定されたバンドギャップは、それらが大量であるか又は量子井戸であるかにかかわりなく、全てのバンドギャップ同調のための作業の後に、セクションのＰＬピークを参照する。
レーザ１２、変調器１４、及び、出力カプラ１６は、そのうちの１つの作動が図２の素子内又は素子間のいかなる隣接セクションにも電気的に干渉することのないように、互いに電気的に絶縁されている。
【００２３】
図４（ａ）から図４（ｄ）は、変調を作り出すのに電気吸収が用いられている、変調器１４の幾つかの実施形態を示す。図４（ａ）において、ＥＡＭセクション２８は、ＳＧ／ＳＳＧ−ＤＢＲ１８と同じバンドギャップ材料を使用している。変調特性を最適化するために、レーザ１２によって生み出されるそれぞれの波長に対して、直流バイアスを調節することができる。目標とするバンドギャップを生み出すために図３（ａ）から図３（ｄ）の実施形態のうちの１つが使用されるＥＡＭセクション２８及びＳＧ／ＳＳＧ−ＤＢＲ１８に対して、バンドギャップの別々の最適化が必要な場合がある。その結果は、図４（ｃ）に示されている。
【００２４】
レーザ１２が広範囲に同調可能な性質を持っているために、単一の変調器セクションを使用して、全ての波長における上に掲げた全てのパラメータに対する最適な光学的性能を達成することは難しい。図４（ｂ）に示すように、第１及び第２ＥＡＭセクション２８及び３０との接触を１回又はそれ以上に分割することにより、同一の変調又はＥＡＭセクション２８及び３０間での位相／振幅シフトによる変調を用いて、ＥＡＭ２８及び３０の各々に別々のバイアスを加えることが可能である。この直列変調方式は、チャープを制御して一層高い直線性を達成するのに有利である。
【００２５】
図４（ｂ）に示す実施形態は、図４（ｄ）に示すように、各変調器セクションのバンドギャップもまた調節することによって、更に拡張することができる。各ＥＡＭセクション２８及び３０のバンドギャップは、その吸収が同調されてレーザ１２が放出する範囲内の波長の部分集合に対して適切なオン／オフ比、駆動電圧、及び、チャープをもたらすように選択される。各ＥＡＭセクション２８及び３０に適切にバイアスをかけることにより、複合変調器１４は、レーザ１２の波長範囲全体に亘りこれらの最適特性を生み出すことができる。更に、ただ１つのＥＡＭセクションの変調を通して達成できるものに比べてチャープ又は直線性を更に高めるために、位相／振幅シフトを伴い又は伴うことなく、１つ又はそれ以上のＥＡＭセクション２８及び３０に対して変調を適切に加えることも可能である。
【００２６】
より高い飽和出力を達成するために、変調器１４を構成する材料のキャリア寿命が低減される。この目的を達成するために、短縮されたキャリア寿命を有する適切な量子井戸構造を使用することができる。１９９４年５月２６日発行のエレクトロニクスレター、第３０巻、（第１１号）、９００〜９０１頁に掲載のＩ．Ｋ．Ｃｚａｊｋｏｗｓｋｉ、Ｍ．Ａ．Ｇｉｂｂｏｎ、Ｇ．Ｈ．Ｂ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ、Ｐ．Ｄ．Ｇｒｅｅｎｅ、Ａ．Ｄ．Ｓｍｉｔｈ、及び、Ｍ．Ｓｉｌｖｅｒによる「増大した光出力処理のための歪み補償型ＭＱＷ電気吸収変調器」を参照されたい。これらの量子井戸構造は、全てのバンドギャップ同調段階の後で達成されるということが重要である。代替的に、非放射処理を通してキャリア寿命を短縮するために、例えば注入段階を通じてトラップを導入することができる。１９９４年１２月発行のＩＥＥＥ量子エレクトロニクス学会誌、第３０巻、（第１２号）、２８５４〜２８６５頁に掲載のＴ．Ｋ．Ｗｏｏｄｗａｒｄ、Ｗ．Ｈ．Ｋｎｏｘ、Ｂ．Ｔｅｌｌ、Ａ．Ｖｉｎａｔｔｉｅｒｉ、及び、Ｍ．Ｔ．Ａｓｏｍによる「低光電流応用のための陽子注入されたＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸変調器の実験的研究」を参照されたい。ＥＡＭセクション２８及び３０で被る挿入損失のために、必要というわけではないが、変調器１４素子にＳＯＡ２６により増幅を加えることが有利な場合がある。
【００２７】
図５（ａ）から図５（ｃ）は、増幅を含む変調器１４の幾つかの実施形態を示す。図４（ｄ）には変調／増幅素子の変調部に対する１つの実施形態のみが示されているが、図４（ａ）から図４（ｃ）のいずれの実施形態も同じく使用できることが理解されるであろう。
図５（ａ）は、変調器１４の後にＳＯＡ２６が続く実施形態を示している。この実施形態は、与えられたＳＯＡ２６の特定の飽和出力に対して最高出力電力を生み出すのに有利である。更なる利点は、ＥＡＭセクション２８における正のチャープを補償するために、ＳＯＡ２６の非線形性を使う能力があるということである。１９９４年１２月発行のＩＥＥＥ量子エレクトロニクス学会誌、第３０巻、（第１２号）、２８５４〜２８６５頁に掲載のＴ．Ｋ．Ｗｏｏｄｗａｒｄ、Ｗ．Ｈ．Ｋｎｏｘ、Ｂ．Ｔｅｌｌ、Ａ．Ｖｉｎａｔｔｉｅｒｉ、及び、Ｍ．Ｔ．Ａｓｏｍによる「低光電流応用のための陽子注入されたＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸変調器の実験的研究」、及び、１９９８年７月ＩＥＥＥ発行のＩＥＥＥ光通信技術レター、第１０巻、（第７号）、１０２７〜１０２９頁に掲載のＴ．ワタナベ、Ｎ．サカイダ、Ｈ．ヤサカ、及び、Ｍ．コガによる「半導体光増幅器における位相変調を用いた光信号のチャープ制御」を参照されたい。
【００２８】
図５（ｂ）は、ＳＯＡ２６が変調器１４の前に置かれた実施形態を示す。この実施形態は、変調器１４の消光比を保持し、変調されていないＡＳＥがネットワーク内に導入されるのを防ぐのに有利である。この実施形態の欠点は、ＳＯＡ２６の飽和とＥＡＭ２８の挿入損失とのために、達成可能な出力電力が低下するということである。また、ＥＡＭセクション２８においてＳＯＡ２６により生じることがあるいかなる正のチャープも最早補償することは不可能である。
【００２９】
図５（ｃ）は、ＳＯＡ２６及びＳＯＡ３４の両方が、各々、ＥＡＭセクション３０の前に先行及び後に続く実施形態を示す。この実施形態は、単にＳＯＡ２６の前に先行する図５（ｂ）の実施形態に比べて達成可能な最大出力電力を増大させ、単にＳＯＡ２６の後に続く図５（ａ）の場合よりもノイズ及び消光比劣化がより少ない。それに加えて、この実施形態はまた、ＥＡＭセクション２８の正のチャープを補償するためにＳＯＡ２６の非線形性を使用する。
【００３０】
更に、複合増幅器のノイズ及び利得飽和特性を独立して制御するために別々のバイアスが分割接触増幅器に加えられる直列増幅方式を使用するのが有利であり得る。図５（ａ）、図５（ｂ）、及び、図５（ｃ）に示す実施形態の全ては、このような直列増幅方式を使用して実施することができる。
ＳＯＡの飽和出力電力を制御する別の方法は、より高い光出力のためにキャリア寿命を増加させる目的で、その幅及び／又は利得材料のバンドギャップを調節することである。光遷移損失を確実に低くするために、この幅のいかなる調節も断熱的に行なわれる。
【００３１】
図６（ａ）は、出力カプラ導波路３６を備えた出力カプラ１６の一実施形態を示す。この実施形態においては、下位層３８が出力モードを形成し得るように、出力カプラ導波路３６の厚みにテーパが付けてある。図２の実施形態の他のあらゆる素子内で使用される光学モード、すなわち、光子回路（「ＰＩＣ」モード）を、ファイバに適合（「ＦＭ」モード）し、レンズ付き光ファイバの光学モードにより密接に適合する、より大きな光学モードに変換することにより、結合効率及び位置調整許容範囲は同時に増大される。
【００３２】
モードの大きさを変える方法は、当業者にはよく知られており、ＰＩＣ光学モードを決めるコアの断熱的テーパ付けを伴うのが普通である。このテーパ付けは、コアの幅にテーパ付けするなどして横方向に、又は、コアの厚さにテーパ付けすることにより垂直方向に実行することができる。１９９７年４月ＩＥＥＥ発行のＩＥＥＥ光通信技術、第９巻、（第４号）、４２８〜４３０頁に掲載のＫ．カワノ、Ｍ．コートク、Ｈ．オカモト，Ｙ．イタヤ、及び、Ｍ．ナガヌマによる「１．３ミクロン波長領域における幾つかのスポットサイズ変換器集積レーザダイオードの結合特性の比較」を参照されたい。これらのテーパは、テーパの長さをより短くするためにモード変更損失を低減する非線形方式で実行されるのが好ましい。１９８９年発行のＩＥＥ（連合王国電気学会）紀要Ｊ（オプトエレクトロニクス）、第１３６巻、２２５〜２２８頁に掲載のＪ．Ｄ．Ｌｏｖｅによる「光導波路及び光装置への低損失判断基準の適用」を参照されたい。
【００３３】
下位導波路層３８は、ＦＭモードを形成するために使用することができる。これは有利であって、その理由は、ＦＭモード形状がこれを形成するのに使用されるテーパ付ＰＩＣ導波路コアの寸法に非常に敏感であり、目標とするＦＭモード形状を複製可能に製造することを困難にするからである。下位導波路層３８を含むことにより、ＰＩＣ導波路コアを完全に除去することができ、下位導波路層３８のみがＦＭモードを決めるようにすることができる。更に、下位導波路層３８の屈折率は、層３８の存在がＰＩＣモード形状に影響を与えず、また、ＦＭモード形状が下位層の寸法に対して一層許容されるように弱められる。
【００３４】
出力カプラ導波路３６は、非線形的にテーパを付けること、レーザ１２の光軸と実質的に平行な方向にテーパを付けること、又は、レーザ１２の光軸と実質的に直角な方向にテーパを付けることができる。出力カプラ導波路３６にテーパを付けることは、導波路の断面積「Ｘ」が導波路３６に沿って変化することを意味する。出力カプラ導波路３６は、アセンブリ１０のエピタキシャル構造の結晶軸に沿って配向することができる。
出力カプラ１６の別の用途は、出力ファセット４０におけるモード反射率を１０-5未満に低下させることである。これを達成するために、当業者によく知られた幾つかの方法がある。１つの実施形態においては、この反射率を達成する誘電体ＡＲ被覆４２を堆積させることによりこれが達成される。
【００３５】
図６（ｂ）は、出力ファセット４０での出力カプラ導波路３６の入射角がモード反射率を１０-4まで低下させるように選択され、１０-5の反射率に到達するためにより単純な広帯域幅のＡＲ被覆の使用を可能にする実施形態が示されている。出力カプラ導波路３６は、目標とする角度に達するまで屈げられる。この曲率は、より高次のモードがあまり顕著に励起されないように抑制される。目標とする角度に達するように導波路３６を曲げることは、導波路３６がアセンブリ１０の残余部分で結晶軸に沿って方向付けされるのを可能にする。これは、アセンブリ１０の製造に必要な多くの処理段階での当業者によく知られた結晶の性質を考えると有利である。それに加えて、アセンブリ１０の大きな長さのために、アセンブリ１０の全長に沿って導波路３６を曲げることは、この処理に使用されるダイス型を過度に広くさせる場合がある。
【００３６】
１つの実施形態においては、出力カプラ１６は、少なくとも１つの活性領域と少なくとも１つの不活性領域とを含む。活性領域と不活性領域との間のインタフェースは、出力カプラ導波路３６の中心線に対して実質的に垂直か、又は、斜めであることができる。活性セクションと不活性セクションとの間のインタフェースにおける反射は、断熱的にテーパ付けされた出力カプラ導波路３６によって減少させることができる。出力カプラ導波路３６のテーパ付けされたセクションは、不活性セクションか、又は、活性セクションにあることができる。出力カプラ導波路３６は、活性領域と不活性領域とを通って伸び、出力カプラ１６の出力ファセットに到達する前に先端を切ることができる。それに加えて、出力カプラ導波路３６の一端は、出力カプラ１６の出力ファセットに対して斜めの角度で終端させることができる。
別の実施形態においては、出力カプラ１６は、２つ又はそれ以上の活性領域と１つの不活性領域とを含むことができる。これらの活性領域は、独立して制御可能であって、１つの不活性領域によって分離することができる。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態に関する以上の記述は、例証と説明の目的で呈示されたものである。それは、網羅的であったり、又は、本発明を開示された通りの形態に限定するように意図したものではない。疑いなく、当業者にとって多くの変更や変形が明白であろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びそれらの同等事項よって規定されるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  レーザアセンブリの異なる機能的要素を示すレーザアセンブリのブロック図である。
【図２】  本発明の広範囲同調可能レーザアセンブリの一実施形態の断面図である。
【図３（ａ）】  幾つかの層構造とオフセット量子井戸技術による２つの異なるバンドギャップ材料の集積化とを説明する、図２のアセンブリの断面図である。
【図３（ｂ）】  幾つかの層構造と突き合わせ接合再成長による２つの異なるバンドギャップ材料の集積化とを説明する、図２のアセンブリの断面図である。
【図３（ｃ）】  選択領域成長（ＳＡＧ）による幾つかの異なるバンドギャップ材料の集積化のための一実施形態を説明する、図２のアセンブリの断面図である。
【図３（ｄ）】  量子井戸混合による幾つかの異なるバンドギャップ材料の集積化のための一実施形態を説明する、図２のアセンブリの断面図である。
【図４（ａ）】  前方ミラーと同じバンドギャップ材料を使用する単一セクション変調器を備えた図２の変調器素子の一実施形態を説明する図である。
【図４（ｂ）】  より良いチャープと直線的性能とを与えるために、前方ミラーと同じバンドギャップ材料を使用する図２の変調器素子のタンデム型実施形態を説明する図である。
【図４（ｃ）】  特定の波長範囲に亘って最良のチャープ、駆動電圧、及び、オン／オフ比を与えるために選ばれたバンドギャップ材料を使用する図２の変調器素子の単一セクション変調器実施形態を説明する図である。
【図４（ｄ）】  単一変調器セクションによって達成可能な範囲よりも広い波長範囲に亘り、複合変調器に対して最良のチャープ、駆動電圧、及び、オン／オフ比性能を与えるように選ばれたバンドギャップ材料を有する図２の変調器素子の直列型変調器実施形態を説明する図である。
【図５（ａ）】  ＡＳＥに起因する消光低下という犠牲を払って、最高出力電力を供給するために単一セクション増幅器を用いるＥＡＭ（電気吸収変調器）後の増幅を含む図２の変調器素子の一実施形態の断面図である。
【図５（ｂ）】  変調器挿入損失に起因する出力電力低下という犠牲を払って、消光比劣化を防止するためにＥＡＭに先行する増幅器を有する図２の変調器素子の一実施形態の断面図である。
【図５（ｃ）】  最小の消光比劣化で最高出力電力を達成するために、前段及び後段増幅の組合せを使用する図２の変調器素子の一実施形態の断面図である。
【図６（ａ）】  出力モードが下層の導波路層によって形成されるように導波路の厚みにテーパをつけた図２の出力カプラ素子の一実施形態の断面図である。
【図６（ｂ）】  導波路の幅とファセットに対する入射角とが高い結合効率と低いモード反射率とを促進するように変えられたことを示す、図２の出力カプラ素子の一実施形態の平面図である。
【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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