(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の波長の光を発光する多波長光源であって、
第１端部及び第２端部を有するキャリアと；
前記キャリアの表面に搭載された、概略同一の発振波長を有する複数のレーザダイオードを集積したレーザダイオードアレイとを具備し；
前記レーザダイオードアレイは、前記第１端部から前記第２端部にかけて前記複数のレーザダイオードが配置されるように、前記キャリアの表面に搭載され、
前記キャリアはシリコン基板から形成され、前記シリコン基板の一部の表面にはシリコン酸化膜が形成され、前記レーザダイオードアレイの搭載面の近傍の前記シリコン基板表面は前記シリコン酸化膜が形成されずに露出し、その露出した前記シリコン基板の幅が前記レーザダイオードアレイの前記複数のレーザダイオードの並び方向において、前記第１端部から前記第２端部にかけて徐々に広くなるように、前記シリコン酸化膜が形成され、前記キャリアに前記第１端部から前記第２端部に渡る線形の温度勾配を形成することにより、前記複数のレーザダイオードを所定の波長間隔で発振させることを特徴とする多波長光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多数の波長の光を発光する多波長光源に関する。
近年、光通信システムにおいて、高密度の波長分割多重化により、通信容量の増大化が図られている。高密度の波長分割多重光通信では、１ｎｍ以下という非常に狭い波長間隔で配置された多波長の光を出射する多波長光源が必要とされ、そのため非常に正確な波長精度が要求されている。
【０００２】
現在、波長分割多重光通信用の光源に対して小型化が要求されている。本発明はレーザダイオードアレイモジュールにおいて、正確な波長配置での発振を実現し、小型の多波長光源を実現するための技術である。
【０００３】
【従来の技術】
従来は一般的に、異なる発振波長を有する多数の光源を用いて多波長光源を実現していた。しかし、このように多数の光源を用いる構成では、非常に大きな設置スペースを必要とすると共に、各光源を個別に温度制御する必要があり、多波長光源の規模が非常に大きくなる。
【０００４】
また、最近ＤＦＢ（デストリビューティド・フィードバック）レーザダイオードアレイ又はＤＢＲ（デストリビューティド・ブラッグ・リフレクタ）レーザダイオードアレイの各グレーティングの屈折率及び周期を変化させ、アレイを構成する各レーザダイオードを異なる波長で発振させる多波長光源も研究されている。更に、米国特許第５，０２９，１７６号には、異なる波長で発振するレーザを集積した多波長面発光レーザアレイが開示されている。
【０００５】
面発光レーザの発振波長は垂直共振器の共振波長によって決まり、共振波長は共振器長によって決定されるので、面発光レーザを構成する各層の層厚を面内方向に傾斜させることによって、発振波長の異なるレーザを同時に形成することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＦＢレーザダイオードアレイ又はＤＢＲレーザダイオードアレイの各グレーティングの屈折率及び周期を変化させて得られる多波長光源は小型ではあるが、その波長間隔が製造時の屈折率分布に影響されるため、製造性に問題がある。
【０００７】
また、米国特許第５，０２９，１７６号に開示されている多波長面発光レーザアレイも、面発光レーザそのものが製造困難であるため、製造性に問題がある。よって、本発明の目的は、小型で波長精度の高い多波長光源を提供することである。
【０００８】
本発明によると、多数の波長の光を発光する多波長光源であって、第１端部及び第２端部を有するキャリアと；前記キャリアの表面に搭載された、概略同一の発振波長を有する複数のレーザダイオードを集積したレーザダイオードアレイとを具備し；前記レーザダイオードアレイは、前記第１端部から前記第２端部にかけて前記複数のレーザダイオードが配置されるように、前記キャリアの表面に搭載され、前記キャリアはシリコン基板から形成され、前記シリコン基板の一部の表面にはシリコン酸化膜が形成され、前記レーザダイオードアレイの搭載面の近傍の前記シリコン基板表面は前記シリコン酸化膜が形成されずに露出し、その露出した前記シリコン基板の幅が前記レーザダイオードアレイの前記複数のレーザダイオードの並び方向において、前記第１端部から前記第２端部にかけて徐々に広くなるように、前記シリコン酸化膜が形成され、前記キャリアに前記第１端部から前記第２端部に渡る線形の温度勾配を形成することにより、前記複数のレーザダイオードを所定の波長間隔で発振させることを特徴とする多波長光源が提供される。
【００１１】
このレーザダイオードアレイに第１及び第２温度制御素子により温度勾配を与えると、温度変化による波長シフトが加わるため、波長間隔を拡大もしくは縮小することができる。第１及び第２温度制御素子により温度勾配を調整することにより、波長間隔を制御することができ、所望の波長間隔を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、図１及び図２を参照して、本発明の原理を説明する。キャリア２上には概略同一の発振波長を有する複数のレーザダイオード６を集積したレーザダイオードアレイ４が搭載されている。更に、キャリア２はその第１端部が第１温度制御素子８上に搭載され、その第２端部が第２温度制御素子１０上に搭載されている。
【００１４】
第１温度制御素子８はコントローラ１２により第１の温度に制御され、第２温度制御素子１０はコントローラ１２により第１の温度より高い第２の温度に制御される。
【００１５】
レーザダイオードの発振波長は温度変化に比例してシフトするため、各レーザダイオードはその温度に従った波長で発振し、アレイの一端から他端にかけて徐々に発振波長が変化するレーザダイオードアレイを実現できる。
【００１６】
キャリア２がその全長に渡り一定の放熱特性を有するとすると、キャリア２の温度勾配は線形とはならず、図２（Ａ）に示すようにある曲線に沿って変化する。
【００１７】
よって、図２（Ｂ）に示すようにこの温度変化を定義する関数と逆関数の放熱特性を有するキャリア２を使用すると、図２（Ｃ）に示すようにキャリア２の温度勾配を線形とすることができ、レーザダイオードアレイ４の波長間隔を等間隔とすることができる。
【００１８】
レーザダイオードアレイ４は異なる発振波長を有する複数のレーザダイオードを集積したものであってもよい。例えば、ＤＦＢレーザダイオードアレイの各グレーティング部の屈折率及び周期を変化させることで、アレイの一端から他端にかけて徐々に変化する波長で発振するレーザダイオードアレイを実現できる。
【００１９】
この場合の波長間隔は、各グレーティング部の屈折率分布の製造偏差によりばらつく。このレーザダイオードアレイに温度分布を与えると、温度変化による波長シフトが加わるため、波長間隔を拡大もしくは縮小することができる。キャリアの温度勾配、即ちレーザダイオードアレイの温度勾配を調整することにより、波長間隔を制御することができ、所望の波長間隔を得ることができる。
【００２０】
レーザダイオードアレイの各レーザダイオードが異なる波長で発振する場合には、キャリア２両端の第１及び第２温度制御素子８，１０の温度差を小さくすることができる。
【００２１】
図３（Ａ）は本発明第１実施形態のレーザダイオードアレイモジュール１５Ａの概略正面図を示しており、図３（Ｂ）はその側面図を示している。各実施形態の説明において、実質上同一構成部分については同一符号を付して説明する。
【００２２】
キャリア１４上には複数のＶ溝１６が形成されている。キャリア１４上には概略同一の発振波長を有する複数のレーザダイオード２０ａ−２０ｆ（図３参照）を集積したレーザダイオードアレイ１８が搭載されている。
【００２３】
キャリア１４の各Ｖ溝１６中には光ファイバ２２が収容されており、各光ファイバ２２の一端はレーザダイオード２０ａ−２０ｆに光結合されている。キャリア１４はその両端部でペルチェ素子２４，２６上に搭載されている。
【００２４】
コントローラ２８でペルチェ素子２４のキャリア１４との接触部の温度を第１の温度に制御し、ペルチェ素子素子２６のキャリア１４との接触部の温度第１の温度より高い第２の温度に制御する。
【００２５】
これにより、キャリア１４の放熱特性がその全長に渡り一様であるとすると、キャリア１４の一端から他端にかけて図２（Ａ）に示すような温度勾配が発生し、レーザダイオードアレイ１８にも同様な温度勾配が発生する。
【００２６】
レーザダイオードの発振波長は温度変化に比例してシフトするため、各レーザダイオード２０ａ−２０ｆはその温度に従った波長で発振し、アレイ１８の一端から他端にかけて徐々に発振波長が変化するレーザダイオードアレイ１８を提供できる。
【００２７】
好ましくは、キャリア１４は、例えばシリコン（Ｓｉ）又はセラミックスから形成される。よって、図２（Ｂ）に示すような放熱特性を有するキャリアを使用すると、図２（Ｃ）に示すようにキャリア１４が線形の温度勾配を有するようになり、レーザダイオードアレイ１８の波長間隔を等間隔とすることができる。
【００２８】
これを実現するためのキャリア１４′が図５に示されている。即ち、キャリア１４′を例えばシリコンから形成し、一端１４ａから他端１４ｂにかけてその厚さを徐々に厚くする。
【００２９】
このようなキャリア１４′によると、厚さの薄い１４ａ部分では熱容量が小さいため、大きな放熱特性を有しており、厚さの厚い１４ｂ部分では熱容量が大きいため、小さな放熱特性を有していることになり、図２（Ｂ）に示すような放熱特性を実現することができる。
【００３０】
図６を参照すると、レーザ発振波長の温度依存性が示されている。よって、図４に示したレーザダイオードアレイ１８の各レーザダイオード２０ａ−２０ｆをそれぞれ４４°Ｃ，４５°Ｃ，４６°Ｃ，４７°Ｃ，４８°Ｃ及び４９°Ｃに加熱すると、各レーザダイオード２０ａ−２０ｆの発振波長はそれぞれ１５５９．１２ｎｍ，１５５９．２０ｎｍ，１５５９．２８ｎｍ，１５５９．３６ｎｍ，１５５９．４５ｎｍ及び１５５９．５４ｎｍとなる。
【００３１】
図７（Ａ）は本発明第２実施形態のレーザダイオードアレイモジュール１５Ｂの概略正面図を、図７（Ｂ）はその側面図を示している。本実施形態は等間隔で配置された複数のペルチェ素子素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ上に均一な放熱特性を有するキャリア１４を搭載したものである。
【００３２】
本実施形態によると、コントローラ２８により各ペルチェ素子３０ａ−３０ｄとキャリア１４との接触部の温度を線形の温度勾配を有するように制御できるため、均一な放熱特性を有するキャリア１４でも、線形の温度勾配を与えることができる。
【００３３】
よって、レーザダイオードアレイ１８の温度勾配を線形とすることができ、その結果各レーザダイオード２０ａ−２０ｆの発振波長間隔を等間隔とすることができる。
【００３４】
図８（Ａ）は本発明第３実施形態のレーザダイオードアレイモジュール１５Ｃの概略正面図を示しており、図８（Ｂ）はその側面図を示している。本実施形態はペルチェ素子アレイ３２上に均一な放熱特性を有するキャリア１４を搭載したものである。
【００３５】
ペルチェ素子アレイ３２は複数のペルチェ素子をアレイ状に集積したものであり、コントローラ２８により各ペルチェ素子を制御することにより、キャリア１４に線形の温度勾配を与えることができる。よって、第２実施形態と同様に、レーザダイオードアレイ１８の各レーザダイオード２０ａ−２０ｆの発振波長を等間隔とすることができる。
【００３６】
第２及び第３実施形態の変形例として、キャリア１４上に異なる発振波長を有する複数のレーザダイオードを集積したレーザダイオードアレイを搭載してもよい。
【００３７】
この場合には、コントローラ２８でキャリア１４が所定の温度勾配を有するようにペルチェ素子３０ａ−３０ｄ又はペルチェ素子アレイ３２を制御し、各レーザダイオードの発振波長間隔を等間隔にする。
【００３８】
図９を参照すると、ペルチェ素子を省略した本発明第４実施形態のレーザダイオードアレイモジュール１５Ｄの斜視図が示されている。キャリア３４はＳｉ基板３６から形成されており、Ｓｉ基板３６上にはＳｉＯ2 層３８が形成されている。
【００３９】
ＳｉＯ2 層３８中には６本の光導波路４０が形成されている。Ｓｉ基板３６上には、各レーザダイオード２０ａ−２０ｆが光導波路４０に光結合するように位置決めされてレーザダイオードアレイ１８が搭載されている。
【００４０】
Ｓｉ基板３６上には各レーザダイオード２０ａ−２０ｆに対応した複数の電極４２と、接地電極４４が形成されている。更に、露出したＳｉ基板３６の幅が一端から他端にかけて徐々に広くなるようにＳｉＯ2 層３８を形成している。
【００４１】
露出したＳｉ基板３６の幅が狭いと熱容量が相対的に大きく、幅が広いと熱容量が相対的に小さいので、キャリア３４に図２（Ｂ）に示すような放熱特性の分布を持たせることができる。
【００４２】
よって、Ｓｉ基板３６の放熱特性が一様であっても、キャリア３４に図２（Ｃ）に示すような線形の温度勾配を与えることができ、レーザダイオードアレイ１８の各レーザダイオード２０ａ−２０ｆの発振波長を等間隔とすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように構成したので、小型で波長精度の高い多波長光源を安価に提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示す図である。
【図２】図２（Ａ）はキャリアの放熱特性が一様な場合のキャリアの位置と温度との関係を示す図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の曲線を定義する関数の逆関数となるようにキャリアの放熱特性を変化させた図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）に示す放熱特性を有するキャリアを使用した場合のキャリアの温度勾配を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は本発明第１実施形態のレーザダイオードアレイモジュールの概略正面図、図２（Ｂ）はその側面図である。
【図４】レーザダイオードアレイの概略図である。
【図５】放熱特性分布を有するキャリアを示す図である。
【図６】レーザ発振波長の温度依存性を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は本発明第２実施形態のレーザダイオードアレイモジュールの概略正面図、図７（Ｂ）はその側面図である。
【図８】図８（Ａ）は本発明第３実施形態のレーザダイオードアレイモジュールの概略正面図、図８（Ｂ）はその側面図である。
【図９】本発明第４実施形態のレーザダイオードアレイモジュールの概略斜視図である。
【符号の説明】
２  キャリア
４  レーザダイオードアレイ
６  レーザダイオード
８，１０  温度制御素子
１４  キャリア
１８  レーザダイオードアレイ
２２  光ファイバ
２４，２６，３０−３０ｄ  ペルチェ素子
【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８】
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【図９】
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