(57)【要約】【課題】装置内に存在する反射点で反射されて半導体レーザに戻ってくる反射光によるスペクトル線幅の増大を抑制できる光半導体装置を得る。【解決手段】合波部３は複数の半導体レーザ２の出力光を合波する。光増幅部４は合波部３の出力光を増幅する。光導波路５ｂは複数の半導体レーザ２と合波部３をそれぞれ光学的に接続する。光導波路５ｃは合波部３と光増幅部４を光学的に接続する。光導波路５ｄは光増幅部４の出力に光学的に接続されている。位相調整部６は光導波路５ｄに設けられている。制御部７は、複数の半導体レーザ２の出力光の線幅が小さくなるように位相調整部６に反射光の位相を調整させる。【選択図】図１
2013168500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザの出力光を合波する合波部と、
前記合波部の出力光を増幅する光増幅部と、
前記複数の半導体レーザと前記合波部をそれぞれ光学的に接続する第１の光導波路と、
前記合波部と前記光増幅部を光学的に接続する第２の光導波路と、
前記光増幅部の出力に光学的に接続された第３の光導波路と、
前記第１、第２、第３の光導波路の少なくとも１つに設けられ、装置内に存在する反射点で反射されて前記複数の半導体レーザに戻ってくる反射光の位相を調整する位相調整部とを備え、
前記位相調整部は、前記複数の半導体レーザの出力光の線幅が小さくなるように前記反射光の位相を調整することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記位相調整部に印加するバイアスを調整して、前記複数の半導体レーザの出力光の線幅が小さくなるように前記位相調整部に前記反射光の位相を調整させる制御部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
複数の半導体レーザと、
前記複数の半導体レーザの光出力を合波する合波部と、
前記合波部の光出力を増幅する光増幅部と、
前記複数の半導体レーザと前記合波部をそれぞれ光学的に接続する光導波路と、
前記光導波路に設けられ、装置内に存在する反射点で反射されて前記複数の半導体レーザに戻ってくる反射光の光量を低減させる光量低減部とを備え、
前記光量低減部は、前記複数の半導体レーザの出力光の線幅が小さくなるように前記反射光の光量を低減させることを特徴とする光半導体装置。
【請求項４】
前記光量低減部に印加するバイアスを調整して、前記複数の半導体レーザの出力光の線幅が小さくなるように前記光量低減部に前記反射光の光量を低減させる制御部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記光増幅部の出力に光学的に接続された光変調器を更に備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いられる波長可変な光半導体装置に関し、特に装置内に存在する反射点で反射されて半導体レーザに戻ってくる反射光によるスペクトル線幅の増大を抑制できる光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光増幅器による中継を用いた長距離光通信システムでは、光ファイバ１本当りの伝送容量を増やすために高密度波長多重（DWDM: Dense Wavelength Division Multiplexing）方式が用いられている。この方式では、１本のファイバに異なる８０波長程度の光信号を多重化する。現在では、使用する波長帯の中から任意の波長で発振できる波長可変レーザの開発が進み、長距離用の光トランシーバの光源の主流となっている。
【０００３】
変復調方式として、信号速度が１０Ｇｂｉｔ／ｓまでのシステムでは、強度変調・直接検波（IM-DD: Intensity Modulation-Direct Detection）方式が用いられてきた。近年普及し始めている４０Ｇｂｉｔ／ｓシステムでは位相変調・差動検波方式が用いられ、次世代の１００Ｇｂｉｔ／ｓシステムで採用されるデジタルコヒーレント方式では位相変調方式が用いられる。受信側では、ローカル光と信号光をミキシングして信号光の強度・位相情報を検出するコヒーレント検波方式が用いられる。
【０００４】
従来のＩＭ−ＤＤ方式では光の位相情報を用いていないため、光源が単一波長で発振していればよく、位相ノイズは問題とはならない。しかし、デジタルコヒーレント方式では、信号光源及びローカル光源の位相ノイズが信号品質劣化の要因となる。光源の位相ノイズの大きさを示す指標としてスペクトル線幅が用いられるが、位相ノイズ低減にはスペクトル線幅を狭線幅化することが必要である。
【０００５】
波長可変光源を実現する一つの方法として、複数の半導体レーザと光増幅部を集積した光半導体装置が報告されている。並列に配置された複数の半導体レーザの何れか１つを発光させ、その出力光を合波部を介して１本の導波路から出力する。その出力光を光増幅部で増幅することで、所望の波長の光を所望の光パワーで出力させる。
【０００６】
スペクトル線幅ｖ０は一般的に以下の数式１の関係を有する。
【数１】
2013168500.tif 000003
狭線幅化を実現するためには、レーザ長ＬＤＦＢを長く取ることが望ましい。上述の半導体レーザと光増幅部を集積した光半導体装置においても、レーザ長を長く取ることにより１ＭＨｚ以下の低線幅が実現されることが報告されているが、スペクトル線幅を劣化させる要因が存在する。前端面に有限な反射率が存在する場合、前端面によって反射された光が再び光増幅部によって増幅され、その光が半導体レーザに戻って悪影響を与える。
【０００７】
前端面の反射率をＲ０としたときに、反射によるフィードバックを受けた時のスペクトル線幅Δνは以下の数式２で表される（例えば、非特許文献１参照）。
【数２】
2013168500.tif 000004
ただし、以下の数式３，４の関係を有する。
【数３】
2013168500.tif 000005
【数４】
2013168500.tif 000006
ここで、ν０はＣ＝０すなわちＲ＝０のときの線幅、τはＬＤ外部の共振器の一往復に要する時間である。
【０００８】
数式２より、反射によるフィードバックが有るとスペクトル線幅は周期的に変化し、Ｃｓｉｎ｛ωτ＋φｃ＋ａｒｃｔａｎ（α）｝＝−１に近い時に最大となる。以下の数式５のようにレーザに印加する電流値に対する角周波数の変化を近似すると、非特許文献１のＦｉｇ．３（ａ）のように半導体レーザに印加する電流値によって線幅が周期的に変化する。
【数５】
2013168500.tif 000007
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 15, NO.3, MAY/JUNE 2009 pp.514-520
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
現実には端面反射率を０にすることはできず、必ず有限の反射率を持つことになる。このため、半導体レーザと光増幅部を集積した従来の光半導体装置のスペクトル線幅は、半導体レーザの電流値に依存して周期的に変化し、時にシステム上問題になるような増大を生じる場合がある。また、更に変調器などを集積した場合には、変調器を構成する各パーツなどからの反射が生じる可能性も有り、同様にスペクトル線幅の増大を招く。
【００１１】
このような有限な前端面反射率又は装置内に反射点が存在する限りは、反射光が光増幅部で増幅された後に半導体レーザに戻ってくる。従って、半導体レーザの駆動電流条件によっては、スペクトル線幅の増大を招くという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は装置内に存在する反射点で反射されて半導体レーザに戻ってくる反射光によるスペクトル線幅の増大を抑制できる光半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る光半導体装置は、複数の半導体レーザと、前記複数の半導体レーザの出力光を合波する合波部と、前記合波部の出力光を増幅する光増幅部と、前記複数の半導体レーザと前記合波部をそれぞれ光学的に接続する第１の光導波路と、前記合波部と前記光増幅部を光学的に接続する第２の光導波路と、前記光増幅部の出力に光学的に接続された第３の光導波路と、前記第１、第２、第３の光導波路の少なくとも１つに設けられ、装置内に存在する反射点で反射されて前記複数の半導体レーザに戻ってくる反射光の位相を調整する位相調整部と、前記位相調整部にバイアスを印加する制御部とを備え、前記制御部は、前記位相調整部に印加するバイアスを調整して、前記複数の半導体レーザの出力光の線幅が小さくなるように前記位相調整部に前記反射光の位相を調整させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、装置内に存在する反射点で反射されて半導体レーザに戻ってくる反射光によるスペクトル線幅の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光半導体装置を示す上面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の変形例１を示す上面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の変形例２を示す上面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る光半導体装置を示す上面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る光半導体装置の変形例を示す上面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る光半導体装置を示す上面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る光半導体装置の変形例を示す上面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る光半導体装置を示す上面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る光半導体装置の変形例を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係る光半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光半導体装置を示す上面図である。ＩｎＰ基板１上に、複数の半導体レーザ２、合波部３、光増幅部４、光導波路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、及び位相調整部６が集積されている。複数の半導体レーザ２はＤＦＢ−ＬＤ（Distributed Feed back Laser Diode）アレイである。合波部３はＭＭＩカプラ（Multi-Mode Interference）である。光増幅部４はＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）である。制御部７は、位相調整部６に印加するバイアスを調整して位相調整部６を制御する。
【００１８】
合波部３は複数の半導体レーザ２の出力光を合波する。光増幅部４は合波部３の出力光を増幅する。光導波路５ａは半導体レーザ２の入力側に光学的に接続されている。複数の光導波路５ｂは複数の半導体レーザ２と合波部３をそれぞれ光学的に接続する。光導波路５ｃは合波部３と光増幅部４を光学的に接続する。光導波路５ｄは光増幅部４の出力に光学的に接続されている。位相調整部６は、光導波路５ｄに設けられ、具体的には光導波路５ｄの上部にバイアスが印加される電極が設けられたものである。この位相調整部６は、装置内に存在する反射点で反射されて複数の半導体レーザ２に戻ってくる反射光の位相を調整する。
【００１９】
制御部７が位相調整部６に順バイアス又は逆バイアスを印加すると、順バイアス印加時にはキャリアプラズマ効果、逆バイアス印加時には量子閉じ込めシュタルク効果などにより、光導波路５ｄの屈折率が変化し、光路長が変化する。従って、数式２中のτが変化することになり、数式２中のｓｉｎの項を最適化する（ｓｉｎ｛ωτ＋φｃ＋ａｒｃｔａｎ（α）｝＝１とする）ことができる。このように位相調整部６に印加するバイアスを調整することにより、スペクトル線幅Δνを最小化することができる。なお、数式２では、反射点としては前端面を仮定しているが、前端面以外の反射点からのフィードバックに対しても、数式４のＲ０をその反射点の反射率と置きかえることで、同様の数式で表現することができる。
【００２０】
そこで、制御部７は、位相調整部６に印加するバイアスを調整して、複数の半導体レーザ２の出力光の線幅が小さくなるように位相調整部６に反射光の位相を調整させる。これにより、反射光によるスペクトル線幅の増大を抑制できる。
【００２１】
図２は本発明の実施の形態１に係る光半導体装置の変形例１を示す上面図であり、図３は変形例２を示す上面図である。実施の形態１の構成に加えて、光変調器８が光増幅部４の出力に光学的に接続されている。変形例１では光増幅部４と光変調器８の間に位相調整部６が設けられ、変形例２では光変調器８の出力側の光導波路５ｅに位相調整部６が設けられている。これらの場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
なお、光導波路５ａを省略してもよい。光導波路５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの層構造は、半導体レーザ２や光増幅部４と同じでもよく、異なる構造・組成の導波路がバットジョイント結合されたものであってもよい。光変調器８は複数の光変調器が直列に接続されたものでもよい。
【００２３】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る光半導体装置を示す上面図である。位相調整部６が光導波路５ｃに設けられている。この場合でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
図５は、本発明の実施の形態２に係る光半導体装置の変形例を示す上面図である。実施の形態２の構成に加えて、光変調器８が光増幅部４の出力に光学的に接続されている。この場合でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る光半導体装置を示す上面図である。複数の位相調整部６が複数の光導波路５ｂにそれぞれ設けられている。この場合でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
図７は、本発明の実施の形態３に係る光半導体装置の変形例を示す上面図である。実施の形態３の構成に加えて、光変調器８が光増幅部４の出力に光学的に接続されている。この場合でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、実施の形態１〜３では位相調整部６がそれぞれ光導波路５ｄ，５ｃ，５ｂに設けられているが、これに限らず位相調整部６が光導波路５ｂ，５ｃ，５ｄの少なくとも１つに設けられていればよい。
【００２８】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る光半導体装置を示す上面図である。反射光の位相を調整する位相調整部６の代わりに、反射光の光量を低減させる光量低減部９が光導波路５ｂに設けられている。
【００２９】
光量低減部９の層構成は位相調整部６と同じである。制御部７は、位相調整部６より大きな逆バイアスを光量低減部９に与え、積極的に光吸収を発生させる。光量低減部９において光吸収が発生すると、半導体レーザ２から光増幅部４に入力される光の光量が低減される。しかし、光増幅部４では、入力がある一定値以上となると利得の飽和が発生する。この性質を利用し、光量低減部９を通過した後の光のパワーが光増幅部４の利得飽和の領域内となるように半導体レーザ２への電流値を調整することで、光量低減部９による損失の影響を無視することができる。
【００３０】
一方、前端面又は光増幅部４より前端面側のデバイス内の反射点からの反射光は光増幅部４で増幅されて、半導体レーザ２に戻ってくる。その前に光量低減部９が反射光の光量を低減させる。このため、反射光の半導体レーザ２への影響が緩和され、複数の半導体レーザ２の出力光の線幅が小さくなる。そこで、制御部７は、光量低減部９に印加するバイアスを調整して、複数の半導体レーザ２の出力光の線幅が小さくなるように光量低減部９に反射光の光量を低減させる。これにより、反射光によるスペクトル線幅の増大を抑制できる。
【００３１】
なお、光量低減部９に逆バイアスをかけることで、反射光の損失が発生すると同時に、位相の変化も発生する。従って、実施の形態３の効果も得られるため、数式２で見られる線幅の周期的な変化が生じる。バイアス点としては、上記の吸収による効果と合わせて、位相の点でも最適となるバイアス点を探す必要がある。また、光導波路５ａや光変調器８を省略してもよい。
【００３２】
図９は、本発明の実施の形態４に係る光半導体装置の変形例を示す上面図である。実施の形態４の構成に加えて、光導波路５ｃ，５ｄ，５ｅにそれぞれ位相調整部６が設けられている。なお、光導波路５ｃ，５ｄ，５ｅの１つ又は２つのみに位相調整部６を設けてもよい。制御部７は、これらの位相調整部６に印加するバイアスを調整して、複数の半導体レーザ２の出力光の線幅が小さくなるように位相調整部６に反射光の位相を調整させる。
【００３３】
なお、実施の形態１〜４において、位相調整部６又は光量低減部９の電極上に電気的な抵抗体を設けて、その抵抗体をヒーターとして発熱させてもよい。即ち、位相調整部６及び光量低減部９に順／逆バイアスを印加して屈折率を変化させるのではなく、それらの温度を変化させて屈折率を変化させる。この場合でも、上記の実施の形態１〜４と同じ効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
２  半導体レーザ
３  合波部
４  光増幅部
５ｂ  光導波路（第１の光導波路）
５ｃ  光導波路（第２の光導波路）
５ｄ，５ｅ  光導波路（第３の光導波路）
６  位相調整部
７  制御部
８  光変調器
９  光量低減部
【図１】
2013168500.tif 000008
【図２】
2013168500.tif 000009
【図３】
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【図４】
2013168500.tif 000011
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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