(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１多値光位相変調部と、
前記第１多値光位相変調部から出力された第１信号光を増幅する第１半導体光増幅部とを備える光送信装置であって、
前記第１半導体光増幅部は、ｎ−ＩｎＰからなるｎ型半導体層と、一対の光閉じ込め層と、第１活性領域と、ｐ−ＩｎＰからなるｐ型半導体層と、ｎ−ＩｎＰまたはＦｅ添加ＩｎＰからなる電流ブロック層と、ｐ−ＩｎＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層と、ｎ型電極と、ｐ型電極とを含み、前記第１活性領域は、アンドープのＩｎＧａＡｓＰからなる複数の第１井戸層とアンドープのＩｎＧａＡｓＰからなる複数の障壁層とを含む第１多重量子井戸構造を含み、
前記第１活性領域の両側は、前記第１活性領域に接する前記電流ブロック層で埋め込まれており、
前記電流ブロック層は、ｎ−ＩｎＰ層またはＦｅ添加ＩｎＰ層であり、
前記複数の第１井戸層の第１層数をｎ1とし、前記第１活性領域の第１長さをＬ1（μｍ）とすると、
ｎ1＝５、かつ、４００≦Ｌ1≦５６３、または、
ｎ1＝６、かつ、３３６≦Ｌ1≦４７０、または、
ｎ1＝７、かつ、２８０≦Ｌ1≦４３２、または、
ｎ1＝８、かつ、２５２≦Ｌ1≦３９７、または、
ｎ1＝９、かつ、２２４≦Ｌ1≦３５１、または、
ｎ1＝１０、かつ、２００≦Ｌ1≦２９７の条件を満たし、
前記第１半導体光増幅部は、８ｄＢ以上の利得を有し、
前記光送信装置は、１０％以下のエラーベクトル振幅を有する光信号を出力する、光送信装置。
【請求項２】
ｎ1＝５、かつ、５００≦Ｌ1≦５６３、または、
ｎ1＝６、かつ、４２０≦Ｌ1≦４７０、または、
ｎ1＝７、かつ、３５０≦Ｌ1≦４３２、または、
ｎ1＝８、かつ、３１５≦Ｌ1≦３９７、または、
ｎ1＝９、かつ、２８０≦Ｌ1≦３５１、または、
ｎ1＝１０、かつ、２５０≦Ｌ1≦２９７である、請求項１に記載の光送信装置。
【請求項３】
ｎ1＝５、かつ、４００≦Ｌ1≦５００、または、
ｎ1＝６、かつ、３３６≦Ｌ1≦４００、または、
ｎ1＝７、かつ、３００≦Ｌ1≦４００、または、
ｎ1＝８、かつ、３００≦Ｌ1≦３９７である、請求項１に記載の光送信装置。
【請求項４】
前記第１半導体光増幅部は、前記第１半導体光増幅部の利得飽和領域で動作するように制御されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光送信装置。
【請求項５】
前記第１多値光位相変調部へ光を出力する半導体レーザをさらに備え、
前記第１多値光位相変調部、前記第１半導体光増幅部及び前記半導体レーザは、一枚の半導体基板上に形成されている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光送信装置。
【請求項６】
光入力部と、第１光出力部と、第２光出力部とを含む光分波部と、
第２多値光位相変調部と、
前記第２多値光位相変調部から出力された第２信号光を増幅する第２半導体光増幅部とをさらに備え、
前記第１多値光位相変調部は、前記第１光出力部に光学的に接続されており、
前記第２多値光位相変調部は、前記第２光出力部に光学的に接続されており、
前記第２半導体光増幅部は第２活性領域を含み、前記第２活性領域は複数の第２井戸層を含む第２多重量子井戸構造を含み、
前記複数の第２井戸層の第２層数をｎ2とし、前記第２活性領域の第２長さをＬ2（μｍ）とすると、
ｎ2＝５、かつ、４００≦Ｌ2≦５６３、または、
ｎ2＝６、かつ、３３６≦Ｌ2≦４７０、または、
ｎ2＝７、かつ、２８０≦Ｌ2≦４３２、または、
ｎ2＝８、かつ、２５２≦Ｌ2≦３９７、または、
ｎ2＝９、かつ、２２４≦Ｌ2≦３５１、または、
ｎ2＝１０、かつ、２００≦Ｌ2≦２９７である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光送信装置。
【請求項７】
ｎ2＝５、かつ、５００≦Ｌ2≦５６３、または、
ｎ2＝６、かつ、４２０≦Ｌ2≦４７０、または、
ｎ2＝７、かつ、３５０≦Ｌ2≦４３２、または、
ｎ2＝８、かつ、３１５≦Ｌ2≦３９７、または、
ｎ2＝９、かつ、２８０≦Ｌ2≦３５１、または、
ｎ2＝１０、かつ、２５０≦Ｌ2≦２９７である、請求項６に記載の光送信装置。
【請求項８】
ｎ2＝５、かつ、４００≦Ｌ2≦５００、または、
ｎ2＝６、かつ、３３６≦Ｌ2≦４００、または、
ｎ2＝７、かつ、３００≦Ｌ2≦４００、または、
ｎ2＝８、かつ、３００≦Ｌ2≦３９７である、請求項６に記載の光送信装置。
【請求項９】
前記第２層数ｎ2は、前記第１層数ｎ1に等しく、
前記第２長さＬ2（μｍ）は、前記第１長さＬ1（μｍ）に等しい、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の光送信装置。
【請求項１０】
前記第２半導体光増幅部は、前記第２半導体光増幅部の利得飽和領域で動作するように制御されている、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の光送信装置。
【請求項１１】
前記光入力部へ光を出力する半導体レーザをさらに備え、
前記第１多値光位相変調部、前記第１半導体光増幅部、前記光分波部及び前記半導体レーザは、一枚の半導体基板上に形成されている、請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１４−７６４２号公報（特許文献１）は、光Ｉ／Ｑ変調器と、半導体光増幅器（ＳＯＡ）とを備える光送信装置を開示している。半導体光増幅器は、光Ｉ／Ｑ変調器から出力される光信号を増幅する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−７６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された光送信装置では、光Ｉ／Ｑ変調器から出力される光信号を半導体光増幅器（ＳＯＡ）で増幅する際、光Ｉ／Ｑ変調器によって付与された光信号の位相が歪み、光送信装置から出力される光信号の品質が劣化することがあった。本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、向上された品質と強度とを有する光信号を出力し得るとともに消費電力が低減された光送信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の光送信装置は、第１多値光位相変調部と、第１半導体光増幅部とを備える。第１半導体光増幅部は、第１多値光位相変調部から出力された第１信号光を増幅する。第１半導体光増幅部は、第１活性領域を含む。第１活性領域は、複数の第１井戸層を含む第１多重量子井戸構造を含む。複数の第１井戸層の第１層数をｎ1とし、第１活性領域の第１長さをＬ1（μｍ）とすると、（ａ）ｎ1＝５、かつ、４００≦Ｌ1≦５６３、または、（ｂ）ｎ1＝６、かつ、３３６≦Ｌ1≦４７０、または、（ｃ）ｎ1＝７、かつ、２８０≦Ｌ1≦４３２、または、（ｄ）ｎ1＝８、かつ、２５２≦Ｌ1≦３９７、または、（ｅ）ｎ1＝９、かつ、２２４≦Ｌ1≦３５１、または、（ｆ）ｎ1＝１０、かつ、２００≦Ｌ1≦２９７である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の光送信装置は、光送信装置から出力される光信号の品質と強度を向上させることができるとともに、低減された消費電力を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１に係る光送信装置の概略図である。
【図２】実施の形態１及び実施の形態３に係る光送信装置の、図１、図１３、図１４及び図１７に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図である。
【図３】シミュレーションによって得られた、第１半導体光増幅部に１００ｍＡの電流を流した場合に第１半導体光増幅部の利得が１１ｄＢとなる第１層数ｎ1と第１長さＬ1との関係と、第１半導体光増幅部に１００ｍＡの電流を流した場合に第１半導体光増幅部の利得が８．８ｄＢとなる第１層数ｎ1と第１長さＬ1との関係とを示すグラフである。
【図４】シミュレーションによって得られた、第１層数ｎ1が５であり、かつ、第１半導体光増幅部に流す電流が１００ｍＡである場合における、第１長さＬ1と光送信装置から出力される信号光のＥＶＭとの関係を示すグラフである。
【図５】シミュレーションによって得られた、第１層数ｎ1が６であり、かつ、第１半導体光増幅部に流す電流が１００ｍＡである場合における、第１長さＬ1と光送信装置から出力される信号光のＥＶＭとの関係を示すグラフである。
【図６】シミュレーションによって得られた、第１層数ｎ1が７であり、かつ、第１半導体光増幅部に流す電流が１００ｍＡである場合における、第１長さＬ1と光送信装置から出力される信号光のＥＶＭとの関係を示すグラフである。
【図７】シミュレーションによって得られた、第１層数ｎ1が８であり、かつ、第１半導体光増幅部に流す電流が１００ｍＡである場合における、第１長さＬ1と光送信装置から出力される信号光のＥＶＭとの関係を示すグラフである。
【図８】シミュレーションによって得られた、第１層数ｎ1が９であり、かつ、第１半導体光増幅部に流す電流が１００ｍＡである場合における、第１長さＬ1と光送信装置から出力される信号光のＥＶＭとの関係を示すグラフである。
【図９】シミュレーションによって得られた、第１層数ｎ1が１０であり、かつ、第１半導体光増幅部に流す電流が１００ｍＡである場合における、第１長さＬ1と光送信装置から出力される信号光のＥＶＭとの関係を示すグラフである。
【図１０】実施の形態１の実施例１から実施例３及び比較例並びに実施の形態３における、第１半導体光増幅部の第１活性領域の第１井戸層の第１層数ｎ1と第１活性領域の第１長さＬ1との間の関係を示すグラフである。
【図１１】実施の形態１の実施例１から実施例３並びに比較例における、第１半導体光増幅部の利得及び光送信装置のエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）を示す表である。
【図１２】実施の形態１の実施例１から実施例３並びに比較例における、第１半導体光増幅部の注入電流と利得との間の関係を示すグラフである。
【図１３】実施の形態２に係る光送信装置の概略図である。
【図１４】実施の形態３に係る光送信装置の概略図である。
【図１５】実施の形態３に係る光送信装置の、図１４及び図１７に示す断面線ＸＶ−ＸＶにおける概略断面図である。
【図１６】実施の形態３における、第２半導体光増幅部の第２活性領域の第２井戸層の第２層数ｎ2と第２活性領域の第２長さＬ2との間の関係を示すグラフである。
【図１７】実施の形態４に係る光送信装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【０００９】
実施の形態１．
図１を参照して、実施の形態１の光送信装置１の構成を説明する。光送信装置１は、第１多値光位相変調部１０と、第１半導体光増幅部３０とを主に備える。光送信装置１は、レーザ光源３をさらに備える。第１多値光位相変調部１０及び第１半導体光増幅部３０は、一枚の半導体基板８上に形成されてもよい。半導体基板８は、例えば、Ｆｅ添加ＩｎＰ基板のような半絶縁性半導体基板、または、ｎ型ＩｎＰ基板のようなｎ型半導体基板である。
【００１０】
レーザ光源３は、第１多値光位相変調部１０に向けて、ＣＷ（Continuous  Wave）光４を出力する。レーザ光源３は、例えば、半導体レーザ、または、波長可変半導体レーザである。本明細書において、多値光位相変調部は、四値以上の多値光信号を出力する光変調部を意味する。多値光位相変調部は、例えば、四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）、偏波多重四位相偏移変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ）、４ＱＡＭ、８ＱＡＭまたは１６ＱＡＭのような直交位相振幅変調（ＱＡＭ）、偏波多重直交位相振幅変調（ＤＰ−ＱＡＭ）である。本実施の形態では、光送信装置１（第１多値光位相変調部１０）は、１６ＱＡＭ変調器の機能を有している。
【００１１】
第１多値光位相変調部１０は、第１光分波部１１と、第１マッハツェンダ型光位相変調部１２と、第２マッハツェンダ型光位相変調部１３と、第１位相調整部１８と、第１光合波部１４とを含む。
【００１２】
第１光分波部１１は、レーザ光源３から出力されたＣＷ光４を２つのＣＷ光４に分ける光分波器である。第１光分波部１１は、例えば、１入力２出力（１×２）の多モード干渉（ＭＭＩ）光導波路、または、Ｙ分岐光導波路である。第１光分波部１１は、半導体光導波路である。第１光分波部１１の一方の光出力部は、第１マッハツェンダ型光位相変調部１２に光学的に接続されている。第１光分波部１１の他方の光出力部は、第２マッハツェンダ型光位相変調部１３に光学的に接続されている。ＣＷ光４は、第１光分波部１１を通って、第１マッハツェンダ型光位相変調部１２と、第２マッハツェンダ型光位相変調部１３とに入射する。
【００１３】
第１マッハツェンダ型光位相変調部１２は、半導体マッハツェンダ型光位相変調器である。第１マッハツェンダ型光位相変調部１２は、一対の第１電極１２ａ，１２ｂを含む。一対の第１電極１２ａ，１２ｂには、変調信号出力器２０から、第１変調信号が印加される。第１マッハツェンダ型光位相変調部１２は、単相駆動されてもよいし、差動駆動されてもよい。単相駆動は、一対の電極の一方（例えば、第１電極１２ａ）にＲＦ電圧を印加し、一対の電極の他方（例えば、第１電極１２ｂ）を接地する駆動方式である。差動駆動は、一対の電極（例えば、一対の第１電極１２ａ，１２ｂ）にそれぞれ互いに逆位相の差動ＲＦ電圧を印加する駆動方式である。変調信号出力器２０から出力される第１変調信号は、第１電気アンプ２１によって増幅される。変調信号出力器２０は、例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等のプロセッサで構成される。
【００１４】
一対の第１電極１２ａ，１２ｂには、バイアス電圧コントローラ２３から、第１バイアス電圧が印加される。バイアス電圧コントローラ２３から出力される第１バイアス電圧は、第２電気アンプ２４によって増幅される。第１変調信号及び第１バイアス電圧は、第１マッハツェンダ型光位相変調部１２を伝搬するＣＷ光４の位相を変化させる。第１マッハツェンダ型光位相変調部１２は、第１位相変調光を出力する。第１位相変調光は、信号光５の実数部であるＩｃｈ（In-phase  channel）光信号である。
【００１５】
第２マッハツェンダ型光位相変調部１３は、半導体マッハツェンダ型光位相変調器である。第２マッハツェンダ型光位相変調部１３は、一対の第２電極１３ａ，１３ｂを含む。一対の第２電極１３ａ，１３ｂには、変調信号出力器２０から、第２変調信号が印加される。第２マッハツェンダ型光位相変調部１３は、単相駆動されてもよいし、差動駆動されてもよい。変調信号出力器２０から出力される第２変調信号は、第１電気アンプ２１によって増幅される。
【００１６】
一対の第２電極１３ａ，１３ｂには、バイアス電圧コントローラ２３から、第２バイアス電圧が印加される。バイアス電圧コントローラ２３から出力される第２バイアス電圧は、第２電気アンプ２４によって増幅される。第２変調信号及び第２バイアス電圧は、第２マッハツェンダ型光位相変調部１３を伝搬するＣＷ光４の位相を変化させる。第２マッハツェンダ型光位相変調部１３は、第２位相変調光を出力する。第２位相変調光は、信号光５の虚数部であるＱｃｈ（Quadrature-phase  channel）光信号である。
【００１７】
第１位相調整部１８は、第２マッハツェンダ型光位相変調部１３と第１光合波部１４との間に配置されている。第１位相調整部１８は、第１位相変調光と第２位相変調光との間に位相差（例えば、π／２）を与える光位相調整器である。第１位相調整部１８には、位相調整電圧コントローラ２６から、位相調整電圧が印加される。本実施の形態では、第１位相調整部１８は、第２マッハツェンダ型光位相変調部１３と第１光合波部１４との間に設けられているが、第１位相調整部１８は、第１マッハツェンダ型光位相変調部１２と第１光合波部１４との間に設けられてもよいし、第１マッハツェンダ型光位相変調部１２と第１光合波部１４との間と第２マッハツェンダ型光位相変調部１３と第１光合波部１４との間とに設けられてもよい。
【００１８】
第１光合波部１４は、第１位相変調光と第２位相変調光とを合波する光合波器である。第１光合波部１４は、例えば、２入力１出力（２×１）の多モード干渉（ＭＭＩ）光導波路、または、Ｙ合波光導波路である。第１マッハツェンダ型光位相変調部１２は、第１光合波部１４の一方の光入力部に接続されている。第２マッハツェンダ型光位相変調部１３は、第１光合波部１４の他方の光入力部に接続されている。第１光合波部１４は、第１位相変調光と、第１位相調整部１８で位相が調整された第２位相変調光とを合波して、信号光５を出力する。第１光合波部１４は、半導体光導波路である。
【００１９】
第１半導体光増幅部３０は、信号光５を増幅する半導体光アンプである。こうして、光送信装置１は、光信号である信号光５を出力する。光学利得コントローラ４０は、第１半導体光増幅部３０に注入される電流の大きさを制御して、第１半導体光増幅部３０の利得を制御する。光学利得コントローラ４０は、第１半導体光増幅部３０を、例えば、第１半導体光増幅部３０の利得飽和領域で動作させてもよい。本明細書において、利得飽和領域は、半導体光増幅部に注入する電流を増加させたときに、半導体光増幅部の利得が飽和する電流領域を意味する。利得飽和領域は、半導体光増幅部に注入する電流を増加させた時の半導体光増幅部の利得の最大値の９０％以上の利得を生じさせる電流領域を意味する。
【００２０】
図２を参照して、第１半導体光増幅部３０は、例えば、ｎ型半導体層３１と、一対の光閉じ込め層３３ａ，３３ｂと、第１活性領域３２と、ｐ型半導体層３５ａ，３５ｂと、電流ブロック層３６ａと、ｐ型コンタクト層３７と、ｎ型電極３８と、ｐ型電極３９とを含む。ｎ型半導体層３１は、半導体基板８の一部であってもよい。ｎ型半導体層３１は、例えば、ｎ−ＩｎＰ層である。ｎ型半導体層３１は、リッジ部３１ｒを含む。
【００２１】
光閉じ込め層３３ａは、リッジ部３１ｒ上に設けられている。第１活性領域３２は、光閉じ込め層３３ａ上に設けられている。光閉じ込め層３３ｂは、第１活性領域３２上に設けられている。第１活性領域３２は、一対の光閉じ込め層３３ａ，３３ｂによって挟まれている。一対の光閉じ込め層３３ａ，３３ｂは、第１半導体光増幅部３０を伝搬する信号光５を、主に、一対の光閉じ込め層３３ａ，３３ｂ及び第１活性領域３２に閉じ込める。
【００２２】
ｐ型半導体層３５ｂは、光閉じ込め層３３ｂ上に設けられている。ｎ型半導体層３１に近位するリッジ部３１ｒの一部の両側は、ｐ型半導体層３５ａによって埋め込まれている。ｐ型半導体層３５ａ，３５ｂは、例えば、ｐ−ＩｎＰ層である。電流ブロック層３６ａは、ｐ型半導体層３５ａ上に設けられている。リッジ部３１ｒの残部、一対の光閉じ込め層３３ａ，３３ｂ、第１活性領域３２及びｐ型半導体層３５ｂの一部の両側は、電流ブロック層３６ａによって埋め込まれている。電流ブロック層３６ａは、ｎ型電極３８とｐ型電極３９との間を流れる電流を、第１活性領域３２に集中させる。電流ブロック層３６ａは、ｎ−ＩｎＰ層またはＦｅ添加ＩｎＰ層である。
【００２３】
ｐ型半導体層３５ｂは、電流ブロック層３６ａ上にも設けられている。ｐ型コンタクト層３７は、ｐ型半導体層３５ｂ上に設けられている。ｐ型コンタクト層３７は、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層である。ｎ型電極３８は、ｎ型半導体層３１の裏面（第１活性領域３２から遠位するｎ型半導体層３１上の表面）上に設けられている。ｐ型電極３９は、ｐ型コンタクト層３７上に設けられている。ｐ型電極３９は、ｐ型コンタクト層３７にオーミック接触している。
【００２４】
第１活性領域３２は、信号光５が伝搬する方向に沿って、第１長さＬ1（図１を参照）を有する。第１活性領域３２の第１長さＬ1は、例えば、信号光５が伝搬する方向に沿う第１半導体光増幅部３０の長さに等しい。第１活性領域３２は、第１多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を含む。第１多重量子井戸構造は、複数の第１井戸層３２ａと、複数の第１障壁層３２ｂとを含む。第１井戸層３２ａの材料は、例えば、アンドープのＩｎＧａＡｓＰである。第１障壁層３２ｂの材料は、例えば、アンドープのＩｎＧａＡｓＰである。第１井戸層３２ａのバンドギャップエネルギーは、第１障壁層３２ｂのバンドギャップエネルギーよりも小さい。
【００２５】
光送信装置１から出力される信号光５の品質は、エラーベクトル振幅（ＥＶＭ）で評価される。例えば、１６ＱＡＭ変調では、光送信装置１から出力される信号光５のＥＶＭが１０％以下であるとき、光送信装置１から出力される信号光５の品質は良好であると評価される。光送信装置１から出力される信号光５の光強度は、第１半導体光増幅部３０の利得に依存する。光送信装置１から出力される信号光５の品質及び光強度は、第１半導体光増幅部３０の複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1と第１活性領域３２の第１長さＬ1（μｍ）とに依存する。
【００２６】
図３に、第１半導体光増幅部３０に１００ｍＡの電流を流した場合に第１半導体光増幅部３０の利得が１１ｄＢとなる第１層数ｎ1と第１長さＬ1との関係と、第１半導体光増幅部３０に１００ｍＡの電流を流した場合に第１半導体光増幅部３０の利得が８．８ｄＢとなる第１層数ｎ1と第１長さＬ1との関係とを示す。この関係は、第１半導体光増幅部３０の第１層数ｎ1と第１長さＬ1とに応じた第１半導体光増幅部３０の内部損失、注入電流に対する第１半導体光増幅部３０の利得、並びに、光信号（例えば１６ＱＡＭ信号）の入力に対する第１半導体光増幅部３０の利得の過渡応答を考慮したシミュレーションによって得られた。一般に、第１層数ｎ1が増加するにつれて、第１半導体光増幅部３０の利得が増加する。一般に、第１長さＬ1が増加するにつれて、第１半導体光増幅部３０の利得が増加する。図３に示されるように、第１層数ｎ1が増加するにつれて、第１半導体光増幅部３０が一定の利得を得るために必要な第１長さＬ1は短くなる。
【００２７】
実際には、第１層数ｎ1が１０よりも大きくなると、第１半導体光増幅部３０に注入されたキャリアが第１活性領域３２の厚さ方向に不均一に分布して、第１半導体光増幅部３０における光損失が大きくなる。そのため、第１層数ｎ1は５以上１０以下が望ましい。
【００２８】
図４から図９に、第１層数ｎ1が５から１０の各々について、第１半導体光増幅部３０に１００ｍＡの電流を流した場合における、第１長さＬ1と光送信装置１から出力される信号光５のＥＶＭとの関係を示す。これらの関係は、第１半導体光増幅部３０の第１層数ｎ1と第１長さＬ1とに応じた第１半導体光増幅部３０の内部損失、注入電流に対する第１半導体光増幅部３０の利得、並びに、光信号（例えば１６ＱＡＭ信号）の入力に対する第１半導体光増幅部３０の利得の過渡応答を考慮したシミュレーションによって得られた。
【００２９】
図４から図９より、光送信装置１から出力される信号光５のＥＶＭが１０％となる第１層数ｎ1と第１長さＬ1との組み合わせは以下のとおりである。図４より、第１層数ｎ1が５の場合、第１長さＬ1は３２０μｍ以上５６３μｍ以下である。図５より、第１層数ｎ1が６の場合、第１長さＬ1は４７０μｍ以下である。図６より、第１層数ｎ1が７の場合、第１長さＬ1は４３２μｍ以下である。図７より、第１層数ｎ1が８の場合、第１長さＬ1は３９７μｍ以下である。図８より、第１層数ｎ1が９の場合、第１長さＬ1は３５１μｍ以下である。図９より、第１層数ｎ1が１０の場合、第１長さＬ1は２９７μｍ以下である。
【００３０】
図３から図９より、向上された品質と強度とを有する光信号を出力し得る第１層数ｎ1と第１長さＬ1との組み合わせは、図１０に示されるバーの上限とバーの下限とによって規定される範囲によって与えられる。バーの上限は、第１半導体光増幅部３０から出力される信号光５の、１０％のＥＶＭによって規定され、バーの下限は８．８ｄＢの第１半導体光増幅部３０の利得によって規定される。
【００３１】
向上された品質と強度とを有する光信号を出力し得る第１層数ｎ1と第１長さＬ1との組み合わせは、具体的には、（ａ）ｎ1＝５、かつ、４００≦Ｌ1≦５６３、または、（ｂ）ｎ1＝６、かつ、３３６≦Ｌ1≦４７０、または、（ｃ）ｎ1＝７、かつ、２８０≦Ｌ1≦４３２、または、（ｄ）ｎ1＝８、かつ、２５２≦Ｌ1≦３９７、または、（ｅ）ｎ1＝９、かつ、２２４≦Ｌ1≦３５１、または、（ｆ）ｎ1＝１０、かつ、２００≦Ｌ1≦２９７である。
【００３２】
特定的には、第１層数ｎ1と第１長さＬ1との組み合わせは、図１１に示されるバーの上限と黒点とによって規定される範囲によって与えられる。バーの上限は、第１半導体光増幅部３０から出力される信号光５の、１０％のＥＶＭによって規定され、黒点は１１ｄＢの第１半導体光増幅部３０の利得によって規定される。具体的には、（ｇ）ｎ1＝５、かつ、５００≦Ｌ1≦５６３、または、（ｈ）ｎ1＝６、かつ、４２０≦Ｌ1≦４７０、または、（ｉ）ｎ1＝７、かつ、３５０≦Ｌ1≦４３２、または、（ｊ）ｎ1＝８、かつ、３１５≦Ｌ1≦３９７、または、（ｋ）ｎ1＝９、かつ、２８０≦Ｌ1≦３５１、または、（ｌ）ｎ1＝１０、かつ、２５０≦Ｌ1≦２９７である。
【００３３】
第１層数ｎ1と第１長さＬ1との組み合わせは、ｎ1＝５、かつ、４００≦Ｌ1≦５００であってもよい。第１層数ｎ1と第１長さＬ1との組み合わせは、ｎ1＝６、かつ、３３６≦Ｌ1≦４００であってもよいし、ｎ1＝６、かつ、３５０≦Ｌ1≦４００であってもよい。第１層数ｎ1と第１長さＬ1との組み合わせは、ｎ1＝７、かつ、３００≦Ｌ1≦４００であってもよい。第１層数ｎ1と第１長さＬ1との組み合わせは、ｎ1＝８、かつ、３００≦Ｌ1≦３９７であってもよい。
【００３４】
図１０から図１２を参照して、比較例と対比しながら、本実施の形態の実施例１から実施例３を説明して、本実施の形態の光送信装置１の作用を説明する。実施例１から実施例３及び比較例は、第１半導体光増幅部３０における第１活性領域３２の第１長さＬ1と、第１半導体光増幅部３０における複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1とが異なる。
【００３５】
具体的には、図１１に示されるように、実施例１の光送信装置１では、第１半導体光増幅部３０は、７層の複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1と、３５０μｍの第１活性領域３２の第１長さＬ1と有している。実施例２の光送信装置１では、第１半導体光増幅部３０は、６層の複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1と、３５０μｍの第１活性領域３２の第１長さＬ1と有している。実施例３の光送信装置１では、第１半導体光増幅部３０は、５層の複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1と、５００μｍの第１活性領域３２の第１長さＬ1と有している。比較例の光送信装置では、第１半導体光増幅部３０は、６層の複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1と、５００μｍの第１活性領域３２の第１長さＬ1と有している。
【００３６】
実施例１から実施例３及び比較例では、第１半導体光増幅部３０に１００ｍＡの電流を流した。図１２に示されるように、実施例１から実施例３及び比較例では、第１半導体光増幅部３０は、利得飽和領域で動作している。実施例１から実施例３及び比較例では、第１半導体光増幅部３０は、約８ｄＢ以上の大きな利得を有している。
【００３７】
エラーベクトル振幅（ＥＶＭ）を用いて、実施例１から実施例３の光送信装置１及び比較例の光送信装置から出力される信号光５の品質を評価した。なお、第１多値光位相変調部１０から出力される信号光５（すなわち、第１半導体光増幅部３０で増幅される前の信号光５）は、９．５％のＥＶＭを有している。
【００３８】
図１１に示されるように、実施例１の光送信装置１から出力される信号光５は９．６％のＥＶＭを有している。実施例１では、第１半導体光増幅部３０において、ＥＶＭが０．１％だけしか劣化していない。実施例２の光送信装置１から出力される信号光５は９．８％のＥＶＭを有している。実施例２では、第１半導体光増幅部３０において、ＥＶＭが０．３％だけしか劣化していない。実施例３の光送信装置１から出力される信号光５は９．６％のＥＶＭを有している。実施例３では、第１半導体光増幅部３０において、ＥＶＭが０．１％だけしか劣化していない。このように、実施例１から実施例３の光送信装置１は、相対的に低いエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）を有している。
【００３９】
これに対し、比較例の光送信装置から出力される信号光５は１１．６％のＥＶＭを有している。比較例では、第１半導体光増幅部３０において、ＥＶＭが２．１％も劣化している。比較例の光送信装置は、相対的に高いＥＶＭを有している。
【００４０】
実施例１から実施例３及び比較例の上記結果は、図１０に示されるシミュレーション結果と整合している。すなわち、複数の第１井戸層３２ａの第１層数をｎ1とし、第１活性領域３２の第１長さをＬ1（μｍ）とすると、（ａ）ｎ1＝５、かつ、４００≦Ｌ1≦５６３、または、（ｂ）ｎ1＝６、かつ、３３６≦Ｌ1≦４７０、または、（ｃ）ｎ1＝７、かつ、２８０≦Ｌ1≦４３２、または、（ｄ）ｎ1＝８、かつ、２５２≦Ｌ1≦３９７、または、（ｅ）ｎ1＝９、かつ、２２４≦Ｌ1≦３５１、または、（ｆ）ｎ1＝１０、かつ、２００≦Ｌ1≦２９７である場合、光送信装置１は、向上された品質と強度とを有する光信号を出力することができる。
【００４１】
本実施の形態の光送信装置１の効果を説明する。
本実施の形態の光送信装置１は、第１多値光位相変調部１０と、第１半導体光増幅部３０とを備える。第１半導体光増幅部３０は、第１多値光位相変調部１０から出力された第１信号光（信号光５）を増幅する。第１半導体光増幅部３０は、第１活性領域３２を含む。第１活性領域３２は、複数の第１井戸層３２ａを含む第１多重量子井戸構造を含む。複数の第１井戸層３２ａの第１層数をｎ1とし、第１活性領域３２の第１長さをＬ1（μｍ）とすると、（ａ）ｎ1＝５、かつ、４００≦Ｌ1≦５６３、または、（ｂ）ｎ1＝６、かつ、３３６≦Ｌ1≦４７０、または、（ｃ）ｎ1＝７、かつ、２８０≦Ｌ1≦４３２、または、（ｄ）ｎ1＝８、かつ、２５２≦Ｌ1≦３９７、または、（ｅ）ｎ1＝９、かつ、２２４≦Ｌ1≦３５１、または、（ｆ）ｎ1＝１０、かつ、２００≦Ｌ1≦２９７である。そのため、光送信装置１から出力される光信号の品質と強度を向上させることができる。
【００４２】
第１活性領域３２の第１長さＬ1が５６３μｍ以下であるため、光送信装置１を小型化することができる。光送信装置１は低コストで製造され得る。また、第１活性領域３２の第１長さＬ1の減少に伴う第１半導体光増幅部３０の消費電力の減少の程度は、第１半導体光増幅部３０の複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1の減少に伴う第１半導体光増幅部３０の消費電力の減少の程度よりも大きい。本実施の形態では、第１半導体光増幅部３０は、例えば１ｍｍの活性領域長さ及び４層の井戸層を有する従来の半導体光増幅器に比べて、第１活性領域３２の第１長さＬ1が短く、かつ、第１半導体光増幅部３０の複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1は多い。そのため、光送信装置１の消費電力は低減され得る。
【００４３】
複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1が１０層以下であるため、第１半導体光増幅部３０へ注入されたキャリアを第１多重量子井戸構造の全体に伝搬させることができ、これらキャリアが熱として消費されることが防止される。そのため、光送信装置１の消費電力を低減させつつ、第１半導体光増幅部３０における利得を向上させることができる。本実施の形態の光送信装置１は、４００Ｇｂｉｔ／ｓのデータレートで動作可能なデータセンタ向けの光トランシーバの規格であるＯＩＦ（Optical  Internetworking  Forum）−４００ＺＲに適合した光トランシーバに適用され得る。
【００４４】
本実施の形態の光送信装置１では、（ｇ）ｎ1＝５、かつ、５００≦Ｌ1≦５６３、または、（ｈ）ｎ1＝６、かつ、４２０≦Ｌ1≦４７０、または、（ｉ）ｎ1＝７、かつ、３５０≦Ｌ1≦４３２、または、（ｊ）ｎ1＝８、かつ、３１５≦Ｌ1≦３９７、または、（ｋ）ｎ1＝９、かつ、２８０≦Ｌ1≦３５１、または、（ｌ）ｎ1＝１０、かつ、２５０≦Ｌ1≦２９７である。そのため、光送信装置１から出力される光信号の強度をさらに向上させることができる。光送信装置１を小型化することができる。光送信装置１は低コストで製造され得る。光送信装置１の消費電力は低減され得る。
【００４５】
実施の形態２．
図１３を参照して、実施の形態２に係る光送信装置１ｂを説明する。本実施の形態の光送信装置１ｂは、実施の形態１の光送信装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。本実施の形態では、第１多値光位相変調部１０及び第１半導体光増幅部３０に加えて、半導体レーザであるレーザ光源３も、一枚の半導体基板８上に形成されている。
【００４６】
本実施の形態の光送信装置１ｂは、実施の形態１の光送信装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。本実施の形態では、第１多値光位相変調部１０、第１半導体光増幅部３０及び半導体レーザ（レーザ光源３）は、一枚の半導体基板８上に形成されている。そのため、光送信装置１ｂは小型化され得る。光送信装置１ｂは低コストで製造され得る。光送信装置１ｂの消費電力は低減され得る。
【００４７】
実施の形態３．
図１４を参照して、実施の形態３に係る光送信装置１ｃを説明する。本実施の形態の光送信装置１ｃは、実施の形態１の光送信装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
【００４８】
光送信装置１ｃは、第２多値光位相変調部５０と、第２半導体光増幅部６０と、第３光分波部４５と、偏波回転部７１と、第３光合波部７２とをさらに備える。第１多値光位相変調部１０と、第２多値光位相変調部５０と、第１半導体光増幅部３０と、第２半導体光増幅部６０と、第３光分波部４５とは、一枚の半導体基板８上に形成されてもよい。本実施の形態では、光送信装置１ｃは、ＤＰ−ＱＡＭ変調器の機能を有している。
【００４９】
第３光分波部４５は、レーザ光源３から出力されたＣＷ光４を２つのＣＷ光４に分ける光分波器である。第３光分波部４５は、光入力部４６と、第１光出力部４７と、第２光出力部４８とを含む。第３光分波部４５は、例えば、１入力２出力（１×２）の多モード干渉（ＭＭＩ）光導波路、または、Ｙ分岐光導波路である。第３光分波部４５は、半導体光導波路である。レーザ光源３から出力されたＣＷ光４は、第３光分波部４５の光入力部４６に入射する。第１多値光位相変調部１０は、第１光出力部４７に光学的に接続されている。第２多値光位相変調部５０は、第２光出力部４８に光学的に接続されている。ＣＷ光４は、第３光分波部４５を通って、第１多値光位相変調部１０と、第２多値光位相変調部５０とに入射する。
【００５０】
第１多値光位相変調部１０の第１光分波部１１は、第３光分波部４５から出力されたＣＷ光４をさらに２つのＣＷ光４に分ける。ＣＷ光４は、第１光分波部１１を通って、第１マッハツェンダ型光位相変調部１２と、第２マッハツェンダ型光位相変調部１３とに入射する。
【００５１】
第１マッハツェンダ型光位相変調部１２は、第１位相変調光を出力する。第１位相変調光は、Ｘ偏波の第１信号光５ａの実数部であるＩｃｈ光信号である。第２マッハツェンダ型光位相変調部１３は、第２位相変調光を出力する。第２位相変調光は、Ｘ偏波の第１信号光５ａの虚数部であるＱｃｈ光信号である。第１光合波部１４は、第１位相変調光と、第１位相調整部１８で位相が調整された第２位相変調光とを合波して、Ｘ偏波の第１信号光５ａを出力する。第１半導体光増幅部３０は、第１信号光５ａを増幅する。
【００５２】
第２多値光位相変調部５０は、第２光分波部５１と、第３マッハツェンダ型光位相変調部５２と、第４マッハツェンダ型光位相変調部５３と、第２位相調整部５８と、第２光合波部５４とを含む。
【００５３】
第２光分波部５１は、第３光分波部４５から出力されたＣＷ光４をさらに２つのＣＷ光４に分ける光分波器である。第２光分波部５１は、例えば、１入力２出力（１×２）の多モード干渉（ＭＭＩ）光導波路、または、Ｙ分岐光導波路である。第２光分波部５１は、半導体光導波路である。ＣＷ光４は、第２光分波部５１を通って、第３マッハツェンダ型光位相変調部５２と、第４マッハツェンダ型光位相変調部５３とに入射する。
【００５４】
第３マッハツェンダ型光位相変調部５２は、第２光分波部５１の一方の光出力部に接続されている。第３マッハツェンダ型光位相変調部５２は、半導体マッハツェンダ型光位相変調器である。第３マッハツェンダ型光位相変調部５２は、一対の第３電極５２ａ，５２ｂを含む。一対の第３電極５２ａ，５２ｂには、変調信号出力器２０から、第３変調信号が印加される。第３マッハツェンダ型光位相変調部５２は、単相駆動されてもよいし、差動駆動されてもよい。変調信号出力器２０から出力される第３変調信号は、第１電気アンプ２１によって増幅される。
【００５５】
一対の第３電極５２ａ，５２ｂには、バイアス電圧コントローラ２３から、第３バイアス電圧が印加される。バイアス電圧コントローラ２３から出力される第３バイアス電圧は、第２電気アンプ２４によって増幅される。第３変調信号及び第３バイアス電圧は、第３マッハツェンダ型光位相変調部５２を伝搬するＣＷ光４の位相を変化させる。第３マッハツェンダ型光位相変調部５２は、第３位相変調光を出力する。第３位相変調光は、Ｙ偏波の第２信号光５ｂの実数部であるＩｃｈ光信号である。Ｙ偏波は、Ｘ偏波と、偏波方向が９０度異なっている。
【００５６】
第４マッハツェンダ型光位相変調部５３は、第２光分波部５１の他方の光出力部に接続されている。第４マッハツェンダ型光位相変調部５３は、半導体マッハツェンダ型光位相変調器である。第４マッハツェンダ型光位相変調部５３は、一対の第４電極５３ａ，５３ｂを含む。一対の第４電極５３ａ，５３ｂには、変調信号出力器２０から、第４変調信号が印加される。第４マッハツェンダ型光位相変調部５３は、単相駆動されてもよいし、差動駆動されてもよい。変調信号出力器２０から出力される第４変調信号は、第１電気アンプ２１によって増幅される。
【００５７】
一対の第４電極５３ａ，５３ｂには、バイアス電圧コントローラ２３から、第４バイアス電圧が印加される。バイアス電圧コントローラ２３から出力される第４バイアス電圧は、第２電気アンプ２４によって増幅される。第４変調信号及び第４バイアス電圧は、第４マッハツェンダ型光位相変調部５３を伝搬するＣＷ光４の位相を変化させる。第４マッハツェンダ型光位相変調部５３は、第４位相変調光を出力する。第４位相変調光は、Ｙ偏波の第２信号光５ｂの虚数部であるＱｃｈ光信号である。
【００５８】
第２位相調整部５８は、第４マッハツェンダ型光位相変調部５３と第２光合波部５４との間に配置されている。第２位相調整部５８は、第３位相変調光と第４位相変調光との間に位相差（例えば、π／２）を与える光位相調整器である。第２位相調整部５８には、位相調整電圧コントローラ２６から、位相調整電圧が印加される。本実施の形態では、第２位相調整部５８は、第４マッハツェンダ型光位相変調部５３と第２光合波部５４との間に設けられているが、第２位相調整部５８は、第３マッハツェンダ型光位相変調部５２と第２光合波部５４との間に設けられてもよいし、第２位相調整部５８は、第３マッハツェンダ型光位相変調部５２と第２光合波部５４との間と第４マッハツェンダ型光位相変調部５３と第２光合波部５４との間とに設けられてもよい。
【００５９】
第２光合波部５４は、第３位相変調光と第４位相変調光とを合波する光合波器である。第２光合波部５４は、例えば、２入力１出力（２×１）の多モード干渉（ＭＭＩ）光導波路、または、Ｙ合波光導波路である。第３マッハツェンダ型光位相変調部５２は、第２光合波部５４の一方の光入力部に接続されている。第４マッハツェンダ型光位相変調部５３は、第２光合波部５４の他方の光入力部に接続されている。第２光合波部５４は、第３位相変調光と、第２位相調整部５８で位相が調整された第４位相変調光とを合波して、Ｙ偏波の第２信号光５ｂを出力する。第２光合波部５４は、半導体光導波路である。
【００６０】
第２半導体光増幅部６０は、第２信号光５ｂを増幅する半導体光アンプである。光学利得コントローラ４０は、第２半導体光増幅部６０に注入される電流の大きさを制御して、第２半導体光増幅部６０の利得を制御する。光学利得コントローラ４０は、第２半導体光増幅部６０を、例えば、第２半導体光増幅部６０の利得飽和領域で動作させてもよい。
【００６１】
図１５を参照して、第２半導体光増幅部６０は、第１半導体光増幅部３０と同様の構成を有している。第２半導体光増幅部６０は、例えば、ｎ型半導体層３１と、一対の光閉じ込め層６３ａ，６３ｂと、第２活性領域６２と、ｐ型半導体層６５ａ，６５ｂと、電流ブロック層６６ａと、ｐ型コンタクト層６７と、ｎ型電極６８と、ｐ型電極６９とを含む。ｎ型半導体層３１は、半導体基板８の一部であってもよい。ｎ型半導体層３１は、例えば、ｎ−ＩｎＰ層である。ｎ型半導体層３１は、リッジ部６１ｒを含む。
【００６２】
光閉じ込め層６３ａは、リッジ部６１ｒ上に設けられている。第２活性領域６２は、光閉じ込め層６３ａ上に設けられている。光閉じ込め層６３ｂは、第２活性領域６２上に設けられている。第２活性領域６２は、一対の光閉じ込め層６３ａ，６３ｂによって挟まれている。一対の光閉じ込め層６３ａ，６３ｂは、第２半導体光増幅部６０を伝搬する第２信号光５ｂを、主に、一対の光閉じ込め層６３ａ，６３ｂ及び第２活性領域６２に閉じ込める。
【００６３】
ｐ型半導体層６５ｂは、光閉じ込め層６３ｂ上に設けられている。ｎ型半導体層３１に近位するリッジ部６１ｒの一部の両側は、ｐ型半導体層６５ａによって埋め込まれている。ｐ型半導体層６５ａ，６５ｂは、例えば、ｐ−ＩｎＰ層である。電流ブロック層６６ａは、ｐ型半導体層６５ａ上に設けられている。リッジ部６１ｒの残部、一対の光閉じ込め層６３ａ，６３ｂ、第２活性領域６２及びｐ型半導体層６５ｂの一部の両側は、電流ブロック層６６ａによって埋め込まれている。電流ブロック層６６ａは、ｎ型電極６８とｐ型電極６９との間を流れる電流を、第２活性領域６２に集中させる。電流ブロック層６６ａは、ｎ−ＩｎＰ層またはＦｅ添加ＩｎＰ層である。
【００６４】
ｐ型半導体層６５ｂは、電流ブロック層６６ａ上にも設けられている。ｐ型コンタクト層６７は、ｐ型半導体層６５ｂ上に設けられている。ｐ型コンタクト層６７は、ｐ−ＩｎＧａＡｓ層である。ｎ型電極６８は、ｎ型半導体層３１の裏面（第２活性領域６２から遠位するｎ型半導体層３１上の表面）上に設けられている。ｐ型電極６９は、ｐ型コンタクト層６７上に設けられている。ｐ型電極６９は、ｐ型コンタクト層６７にオーミック接触している。
【００６５】
第２活性領域６２は、第２信号光５ｂが伝搬する方向に沿って、第２長さＬ2（図１４を参照）を有する。第２活性領域６２の第２長さＬ2は、例えば、第２信号光５ｂが伝搬する方向に沿う第２半導体光増幅部６０の長さに等しい。第２活性領域６２は、第２多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を含む。第２多重量子井戸構造は、複数の第２井戸層６２ａと、複数の第２障壁層６２ｂとを含む。第２井戸層６２ａの材料は、例えば、アンドープのＩｎＧａＡｓＰである。第２障壁層６２ｂの材料は、例えば、アンドープのＩｎＧａＡｓＰである。第２井戸層６２ａのバンドギャップエネルギーは、第２障壁層６２ｂのバンドギャップエネルギーよりも小さい。
【００６６】
光送信装置１ｃから出力される信号光５の品質及び光強度は、第２半導体光増幅部６０の複数の第２井戸層６２ａの第２層数ｎ2と第２活性領域６２の第２長さＬ2（μｍ）とにも依存する。向上された品質と強度とを有する光信号を出力し得る第２層数ｎ2と第２長さＬ2との組み合わせは、図１６に示されるバーの上限とバーの下限とによって規定される範囲によって与えられる。バーの上限は、第２半導体光増幅部６０から出力される第２信号光５ｂの、１０％のＥＶＭによって規定され、バーの下限は８．８ｄＢの第２半導体光増幅部６０の利得によって規定される。
【００６７】
向上された品質と強度とを有する光信号を出力し得る第２層数ｎ2と第２長さＬ2との組み合わせは、具体的には、（ｍ）ｎ2＝５、かつ、４００≦Ｌ2≦５６３、または、（ｎ）ｎ2＝６、かつ、３３６≦Ｌ2≦４７０、または、（ｏ）ｎ2＝７、かつ、２８０≦Ｌ2≦４３２、または、（ｐ）ｎ2＝８、かつ、２５２≦Ｌ2≦３９７、または、（ｑ）ｎ2＝９、かつ、２２４≦Ｌ2≦３５１、または、（ｒ）ｎ2＝１０、かつ、２００≦Ｌ2≦２９７である。
【００６８】
特定的には、第２層数ｎ2と第２長さＬ2との組み合わせは、図１６に示されるバーの上限と黒点とによって規定される範囲によって与えられる。バーの上限は、第２半導体光増幅部６０から出力される第２信号光５ｂの、１０％のＥＶＭによって規定され、黒点は１１ｄＢの第２半導体光増幅部６０の利得によって規定される。具体的には、（ｓ）ｎ2＝５、かつ、５００≦Ｌ2≦５６３、または、（ｔ）ｎ2＝６、かつ、４２０≦Ｌ2≦４７０、または、（ｕ）ｎ2＝７、かつ、３５０≦Ｌ2≦４３２、または、（ｖ）ｎ2＝８、かつ、３１５≦Ｌ2≦３９７、または、（ｗ）ｎ2＝９、かつ、２８０≦Ｌ2≦３５１、または、（ｘ）ｎ2＝１０、かつ、２５０≦Ｌ2≦２９７である。
【００６９】
第２層数ｎ2と第２長さＬ2との組み合わせは、ｎ2＝５、かつ、４００≦Ｌ2≦５００であってもよい。第２層数ｎ2と第２長さＬ2との組み合わせは、ｎ2＝６、かつ、３３６≦Ｌ2≦４００であってもよいし、ｎ2＝６、かつ、３５０≦Ｌ2≦４００であってもよい。第２層数ｎ2と第２長さＬ2との組み合わせは、ｎ2＝７、かつ、３００≦Ｌ2≦４００であってもよい。第２層数ｎ2と第２長さＬ2との組み合わせは、ｎ2＝８、かつ、３００≦Ｌ2≦３９７であってもよい。
【００７０】
第２半導体光増幅部６０の複数の第２井戸層６２ａの第２層数ｎ2は、第１半導体光増幅部３０の複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1に等しく、かつ、第２半導体光増幅部６０の第２活性領域６２の第２長さＬ2（μｍ）は、第１半導体光増幅部３０の第１活性領域３２の第１長さＬ1（μｍ）に等しくてもよい。第２半導体光増幅部６０の複数の第２井戸層６２ａの第２層数ｎ2は、第１半導体光増幅部３０の複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1と異なっていてもよい。第２半導体光増幅部６０の第２活性領域６２の第２長さＬ2（μｍ）は、第１半導体光増幅部３０の第１活性領域３２の第１長さＬ1（μｍ）と異なっていてもよい。
【００７１】
偏波回転部７１は、第２半導体光増幅部６０で増幅された第２信号光５ｂの偏波方向を、９０度回転させる。偏波回転部７１は、例えば、二分の一波長板である。第３光合波部７２は、第１信号光５ａと第２信号光５ｂとを合波して、信号光５を出力する。こうして、光送信装置１ｃは、光信号である信号光５を出力する。
【００７２】
本実施の形態の光送信装置１ｃは、実施の形態１の光送信装置１の効果に加えて以下の効果を奏する。
【００７３】
本実施の形態の光送信装置１ｃは、光分波部（第３光分波部４５）と、第２多値光位相変調部５０と、第２半導体光増幅部６０とをさらに備える。光分波部（第３光分波部４５）は、光入力部４６と、第１光出力部４７と、第２光出力部４８とを含む。第２半導体光増幅部６０は、第２多値光位相変調部５０から出力された第２信号光５ｂを増幅する。第１多値光位相変調部１０は、第１光出力部４７に光学的に接続されている。第２多値光位相変調部５０は、第２光出力部４８に光学的に接続されている。第２半導体光増幅部６０は、第２活性領域６２を含む。第２活性領域６２は、複数の第２井戸層６２ａを含む第２多重量子井戸構造を含む。複数の第２井戸層６２ａの第２層数をｎ2とし、第２活性領域６２の第２長さをＬ2（μｍ）とすると、（ｍ）ｎ2＝５、かつ、４００≦Ｌ2≦５６３、または、（ｎ）ｎ2＝６、かつ、３３６≦Ｌ2≦４７０、または、（ｏ）ｎ2＝７、かつ、２８０≦Ｌ2≦４３２、または、（ｐ）ｎ2＝８、かつ、２５２≦Ｌ2≦３９７、または、（ｑ）ｎ2＝９、かつ、２２４≦Ｌ2≦３５１、または、（ｒ）ｎ2＝１０、かつ、２００≦Ｌ2≦２９７である。そのため、光送信装置１ｃから出力される光信号の品質と強度を向上させることができる。
【００７４】
第２活性領域６２の第２長さＬ2が５６３μｍ以下であるため、光送信装置１ｃを小型化することができる。光送信装置１ｃは低コストで製造され得る。また、第２活性領域６２の第２長さＬ2の減少に伴う第２半導体光増幅部６０の消費電力の減少の程度は、第２半導体光増幅部６０の複数の第２井戸層６２ａの第２層数ｎ2の減少に伴う第２半導体光増幅部６０の消費電力の減少の程度よりも大きい。本実施の形態では、第２半導体光増幅部６０は、例えば１ｍｍの活性領域長さ及び４層の井戸層を有する従来の半導体光増幅器に比べて、第２活性領域６２の第２長さＬ2が短く、かつ、第２半導体光増幅部６０の複数の第２井戸層６２ａの第２層数ｎ2は多い。そのため、光送信装置１ｃの消費電力は低減され得る。
【００７５】
複数の第２井戸層６２ａの第２層数ｎ2が１０層以下であるため、第２半導体光増幅部６０へ注入されたキャリアを第２多重量子井戸構造の全体に伝搬させることができ、これらキャリアが熱として消費されることが防止される。そのため、光送信装置１ｃの消費電力を低減させつつ、第２半導体光増幅部６０における利得を向上させることができる。光送信装置１ｃは、光信号の多値度を上げることができる。本実施の形態の光送信装置１ｃは、４００Ｇｂｉｔ／ｓのデータレートで動作可能なデータセンタ向けの光トランシーバの規格であるＯＩＦ（Optical  Internetworking  Forum）−４００ＺＲに適合した光トランシーバに適用され得る。
【００７６】
本実施の形態の光送信装置１ｃでは、（ｓ）ｎ2＝５、かつ、５００≦Ｌ2≦５６３、または、（ｔ）ｎ2＝６、かつ、４２０≦Ｌ2≦４７０、または、（ｕ）ｎ2＝７、かつ、３５０≦Ｌ2≦４３２、または、（ｖ）ｎ2＝８、かつ、３１５≦Ｌ2≦３９７、または、（ｗ）ｎ2＝９、かつ、２８０≦Ｌ2≦３５１、または、（ｘ）ｎ2＝１０、かつ、２５０≦Ｌ2≦２９７である。そのため、光送信装置１ｃから出力される光信号の強度をさらに向上させることができる。光送信装置１ｃを小型化することができる。光送信装置１ｃは低コストで製造され得る。光送信装置１ｃの消費電力は低減され得る。
【００７７】
本実施の形態の光送信装置１ｃでは、第２半導体光増幅部６０の複数の第２井戸層６２ａの第２層数ｎ2は、第１半導体光増幅部３０の複数の第１井戸層３２ａの第１層数ｎ1に等しく、かつ、第２半導体光増幅部６０の第２活性領域６２の第２長さＬ2（μｍ）は、第１半導体光増幅部３０の第１活性領域３２の第１長さＬ1（μｍ）に等しくてもよい。そのため、第１半導体光増幅部３０の第１の光増幅特性と第２半導体光増幅部６０の第２の光増幅特性とを揃えることができる。光学利得コントローラ４０を用いた第１半導体光増幅部３０及び第２半導体光増幅部６０の制御が簡素化され得る。また、第１半導体光増幅部３０と第２半導体光増幅部６０とは同一工程で形成され得る。光送信装置１ｃの製造コストが低減され得る。
【００７８】
実施の形態４．
図１７を参照して、実施の形態４に係る光送信装置１ｄを説明する。本実施の形態の光送信装置１ｄは、実施の形態３の光送信装置１ｃと同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。本実施の形態では、第１多値光位相変調部１０、第２多値光位相変調部５０、第１半導体光増幅部３０及び第２半導体光増幅部６０に加えて、半導体レーザであるレーザ光源３も、一枚の半導体基板８上に形成されている。
【００７９】
本実施の形態の光送信装置１ｄは、実施の形態３の光送信装置１ｃの効果に加えて、以下の効果を奏する。本実施の形態では、第１多値光位相変調部１０、第２多値光位相変調部５０、第１半導体光増幅部３０、第２半導体光増幅部６０及び半導体レーザ（レーザ光源３）は、一枚の半導体基板８上に形成されている。そのため、光送信装置１ｄは小型化され得る。光送信装置１ｄは低コストで製造され得る。光送信装置１ｄの消費電力は低減され得る。
【００８０】
今回開示された実施の形態１−４はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。
【符号の説明】
【００８１】
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ  光送信装置、３  レーザ光源、４  ＣＷ光、５  信号光、５ａ  第１信号光、５ｂ  第２信号光、８  半導体基板、１０  第１多値光位相変調部、１１  第１光分波部、１２  第１マッハツェンダ型光位相変調部、１２ａ，１２ｂ  第１電極、１３  第２マッハツェンダ型光位相変調部、１３ａ，１３ｂ  第２電極、１４  第１光合波部、１８  第１位相調整部、２０  変調信号出力器、２１  第１電気アンプ、２３  バイアス電圧コントローラ、２４  第２電気アンプ、２６  位相調整電圧コントローラ、３０  第１半導体光増幅部、３１  ｎ型半導体層、３１ｒ，６１ｒ  リッジ部、３２  第１活性領域、３２ａ  第１井戸層、３２ｂ  第１障壁層、３３ａ，３３ｂ，６３ａ，６３ｂ  光閉じ込め層、３５ａ，３５ｂ，６５ａ，６５ｂ  ｐ型半導体層、３６ａ，６６ａ  電流ブロック層、３７，６７  ｐ型コンタクト層、３８，６８  ｎ型電極、３９，６９  ｐ型電極、４０  光学利得コントローラ、４１，４２，７６，７７  領域、４５  第３光分波部、４６  光入力部、４７  第１光出力部、４８  第２光出力部、５０  第２多値光位相変調部、５１  第２光分波部、５２  第３マッハツェンダ型光位相変調部、５２ａ，５２ｂ  第３電極、５３  第４マッハツェンダ型光位相変調部、５３ａ，５３ｂ  第４電極、５４  第２光合波部、５８  第２位相調整部、６０  第２半導体光増幅部、６２  第２活性領域、６２ａ  第２井戸層、６２ｂ  第２障壁層、７１  偏波回転部、７２  第３光合波部。
【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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【図１０】
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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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【図１６】
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【図１７】
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