(57)【要約】【課題】反射率ピークの波長依存性が小さい回折格子デバイスを提供する。【解決手段】回折格子デバイス１ａでは、回折格子構造９は、光導波路コア７と基板３との間に設けられている。第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５は、回折格子のための接合１０ａを形成する。積層構造５は第３の層１１ａを含み、第３の層１１ａは、光導波路コア７と回折格子構造９との間に位置する。また、第３の層１１ａは第２のエリア３ｃ上において回折格子構造９上に設けられている。第３の層１１ａは、領域１５の屈折率と異なる第３の屈折率ｎ３を有する。第２の部分５ｃでは第３の層１１ａが光導波路コア７と第１のクラッド領域１７ａの間にあり、第１の部分５ｂでは光導波路コア７は回折格子構造９の領域１５に隣接している。このため、第３の層１１ａの屈折率及び光導波路コア７の屈折率からなる周期的な屈折率変化が光導波路コア７に沿って形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸の方向に交互に周期的に配置された第１及び第２のエリアを有する主面を含む基板と、
前記主面の前記第１及び第２のエリア上にそれぞれ配置された第１及び第２の部分を有する積層構造と
を備え、
前記第１及び第２の部分は光導波路コア及び回折格子構造を含み、
前記光導波路コア及び回折格子構造は前記所定の軸の方向に延在し、
前記回折格子構造の周期は、前記所定の軸の方向に取られた座標軸上の座標に対してチャープド回折格子の単調に変化する周期を提供する関数によって規定され、
前記光導波路コアは前記回折格子構造と光学的に結合しており、
前記第１の部分における前記回折格子構造の結合係数κ１は前記第２の部分における前記回折格子構造の結合係数κ２と異なる、ことを特徴とする回折格子デバイス。
【請求項２】
前記結合係数κ２は前記結合係数κ１より大きく、
各第１の部分は、前記所定の軸の方向に規定された第１の長さを有しており、
各第２の部分は、前記所定の軸の方向に規定された第２の長さを有しており、
前記第１の長さは前記第２の長さよりも長い、ことを特徴とする請求項１に記載された回折格子デバイス。
【請求項３】
前記回折格子構造は、第１の屈折率を有する第１の層と、第２の屈折率を有する第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との接合とを含み、
前記積層構造は、前記回折格子構造及び前記光導波路コアと光学的に結合されており前記第１及び第２のエリアのいずれか一方上に設けられた第３の層を含み、
前記第３の層は、第３の屈折率を有する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された回折格子デバイス。
【請求項４】
前記回折格子構造は、前記光導波路コアと前記基板との間に設けられ、
前記第３の層は、前記光導波路コアと前記回折格子構造との間に位置する、ことを特徴とする請求項３に記載された回折格子デバイス。
【請求項５】
前記光導波路コアは、前記回折格子構造と前記基板との間に設けられ、
前記第３の層は、前記光導波路コアと前記回折格子構造との間に位置する、ことを特徴とする請求項３に記載された回折格子デバイス。
【請求項６】
前記光導波路コアは、前記回折格子構造と前記基板との間に設けられ、
前記第３の層は、前記基板と前記光導波路コアとの間に位置する、ことを特徴とする請求項３に記載された回折格子デバイス。
【請求項７】
前記積層構造は、前記所定の軸の方向に延びる半導体メサを成し、
前記積層構造の前記第１の部分のメサ幅は前記積層構造の前記第２の部分のメサ幅より大きい、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された回折格子デバイス。
【請求項８】
前記回折格子構造は、第１の屈折率を有する第１の層と、第２の屈折率を有する第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との接合とを含み、
前記接合と前記光導波路コアとの間隔は前記第１の部分において前記所定の軸の方向に連続的に変化しており、
前記間隔は前記第２の部分において前記所定の軸の方向に連続的に変化しており、
前記間隔は前記第１のエリアと前記第２のエリアとの境界において不連続的に変化する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された回折格子デバイス。
【請求項９】
前記光導波路コア及び前記回折格子構造の各々はIII−V化合物半導体からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された回折格子デバイス。
【請求項１０】
前記光導波路コア及び前記回折格子構造の各々はシリコン酸化物からなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された回折格子デバイス。
【請求項１１】
前記回折格子構造上に設けられた電極を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された回折格子デバイス。
【請求項１２】
レーザ共振器のための第１の光反射器と、
前記レーザ共振器のための第２の光反射器と、
キャリアの注入に応答した光学利得を有する光学利得領域と
を備え、
前記レーザ共振器は前記基板上に設けられており、
前記第１の光反射器は、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された回折格子デバイスを含み、
前記光学利得領域は、前記基板上において前記レーザ共振器内に設けられている、ことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１３】
前記第２の光反射器は、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された回折格子デバイスを含む、ことを特徴とする請求項１２に記載された半導体レーザ。
【請求項１４】
前記レーザ共振器のための第３の光反射器と、
前記第１及び第２の光反射器を前記光学利得領域と光学的に結合する光結合器を更に備え、
前記第３の光反射器は当該半導体レーザの端面を含む、ことを特徴とする請求項１２に記載された半導体レーザ。
【請求項１５】
前記第２の光反射器は当該半導体レーザの端面を含み、
当該半導体レーザは、前記レーザ共振器内に設けられており前記基板上に位置するリング共振器を更に備え、
前記リング共振器及び前記光学利得領域は半導体光源を構成し、
前記半導体光源において、前記リング共振器は前記光学利得領域に直列に光学的に結合されている、ことを特徴とする請求項１２に記載された半導体レーザ。
【請求項１６】
前記レーザ共振器内に設けられた光導波路の位相調整のための信号を印加するための電極を含む位相調整器を更に備え、
前記光導波路は前記基板上に設けられている、ことを特徴とする請求項１２〜請求項１５のいずれか一項に記載された半導体レーザ。
【請求項１７】
波長可変フィルタであって、
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された回折格子デバイスと、
前記回折格子デバイスの前記回折格子構造上に設けられ波長可変のための信号を受ける電極と
を備える、ことを特徴とする波長可変フィルタ。
【請求項１８】
前記回折格子デバイスに直列して光学的に結合された光学素子を更に備え、
前記光学素子は、前記リング共振器および前記ファブリペローエタロンのいずれか一方である、ことを特徴とする請求項１７に記載された波長可変フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折格子デバイス、半導体レーザ及び波長可変フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、複数の反射スペクトルピークをもつ一対の不均一回折格子を有する波長可変レーザが記載されている。一対の不均一回折格子の間には、利得領域（活性層）が設けられている。この波長可変レーザでは、バーニア効果を利用して、各不均一回折格子への少ない注入電流でレーザ発振波長を大きく変化させている。不均一回折格子の構造としては、サンプルド回折格子（Sampled Grating）および超構造回折格子（SuperStructure Grating）が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】光集積デバイス、小林功郎、共立出版、1999年、116頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に記載された波長可変レーザの不均一回折格子がサンプルド回折格子であるとき、サンプルド回折格子の反射スペクトルは複数のピーク波長において極大値を有しており、これら極大反射率の波長依存性が大きい。この大きな波長依存性に起因して、波長可変レーザのレーザ光出力値は、レーザ発振波長に対して大きく変化する。したがって、非特許文献１の波長可変レーザでは、波長可変レーザの光出力は大きな波長依存性を示す。
【０００５】
非特許文献１に記載された波長可変レーザの不均一回折格子が超構造回折格子であるとき、超構造回折格子の反射スペクトルは複数のピーク波長において均一な反射率を得ようとすると、回折格子の構造が複雑になる。また、作製誤差の影響で反射率が変動する。
【０００６】
本発明は、上記の事情を鑑み為されたものであり、反射率ピークの波長依存性が小さい回折格子デバイスを提供することを目的とし、またこの回折格子デバイスを用いる半導体レーザ及び波長可変フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、回折格子デバイスは、（ａ）所定の軸の方向に交互に周期的に配置された第１及び第２のエリアを有する主面を含む基板と、（ｂ）前記主面の前記第１及び第２のエリア上にそれぞれ配置された第１及び第２の部分を有する積層構造とを備える。前記第１及び第２の部分は光導波路コア及び回折格子構造を含む。前記光導波路コア及び回折格子構造は前記所定の軸の方向に延在し、前記回折格子構造の周期は、前記所定の軸の方向に取られた座標軸上の座標に対して単調に変化するチャープド回折格子の周期を提供する関数によって規定され、前記光導波路コアは前記回折格子構造と光学的に結合しており、前記第１の部分における前記回折格子構造の結合係数κ１は前記第２の部分における前記回折格子構造の結合係数κ２と異なる。
【０００８】
この回折格子デバイスによれば、前記第１の部分における前記回折格子構造の結合係数κ１は前記第２の部分における前記回折格子構造の結合係数κ２と異なると共に、回折格子構造の周期がチャープド回折格子の周期を提供する関数によって規定されるので、回折格子構造の光学スペクトルは複数の反射率ピークを有することに加えて、これら反射率ピークの波長依存性が小さい。
【０００９】
本発明に係る回折格子デバイスでは、前記結合係数κ２は前記結合係数κ１より大きく、各第１の部分は、前記所定の軸の方向に規定された第１の長さを有しており、各第２の部分は、前記所定の軸の方向に規定された第２の長さを有しており、前記第１の長さは前記第２の長さよりも長い。
【００１０】
この回折格子デバイスによれば、第１及び第２の部分の長さの和によって、複数の反射率ピークの間隔が規定される。また、第２の部分の長さを第１の部分の長さより短くすると、各反射率ピークにおけるスペクトルの半値全幅を狭くできる。
【００１１】
本発明に係る回折格子デバイスでは、前記回折格子構造は、第１の屈折率を有する第１の層と、第２の屈折率を有する第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との接合とを含み、前記積層構造は、前記回折格子構造及び前記光導波路コアと光学的に結合されており前記第１及び第２のエリアのいずれか一方上に設けられた第３の層を含み、前記第３の層は、第３の屈折率を有することができる。
【００１２】
この回折格子デバイスによれば、第３の層が第１又は第２のエリア上に設けられるので、回折格子構造の第１の部分の結合係数κ１は第２の部分の結合係数κ２と異なるものにできる。
【００１３】
本発明に係る回折格子デバイスでは、前記回折格子構造は、前記光導波路コアと前記基板との間に設けられ、前記第３の層は、前記光導波路コアと前記回折格子構造との間に位置することができる。
【００１４】
この回折格子デバイスによれば、光導波路コアと回折格子構造とが互いに光学的結合を成している。第３の層が光導波路コアと回折格子構造との間に位置するので、第３の層によって、第２の部分における結合係数が第１の部分における結合係数と異なるものにされる。
【００１５】
また、本発明に係る回折格子デバイスでは、前記光導波路コアは、前記回折格子構造と前記基板との間に設けられ、前記第３の層は、前記光導波路コアと前記回折格子構造との間に位置することができる。
【００１６】
この回折格子デバイスによれば、光導波路コアと回折格子構造とが互いに光学的結合を成している。第３の層が光導波路コアと回折格子構造との間に位置するので、第３の層によって、第２の部分における結合係数が第１の部分における結合係数と異なるものにされる。
【００１７】
さらに、本発明に係る回折格子デバイスでは、前記光導波路コアは、前記回折格子構造と前記基板との間に設けられ、前記第３の層は、前記基板と前記光導波路コアとの間に位置することができる。この回折格子デバイスによれば、第１又は第２のエリアにおける第３の層によって、光導波路コアと回折格子構造との間の光学的結合に変調が加えられる。
【００１８】
本発明に係る回折格子デバイスでは、前記積層構造は、前記所定の軸の方向に延びる半導体メサを成し、前記積層構造の前記第１の部分のメサ幅は前記積層構造の前記第２の部分のメサ幅より大きいことができる。この回折格子デバイスによれば、光導波路コアと回折格子構造とが互いに光学的結合を成している。メサ幅の違いによって、第２の部分における結合係数が第１の部分における結合係数と異なるものにされる。
【００１９】
本発明に係る回折格子デバイスでは、前記回折格子構造は、第１の屈折率を有する第１の層と、第２の屈折率を有する第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との接合とを含み、前記接合と前記光導波路コアとの間隔は前記第１の部分において前記所定の軸の方向に連続的に変化しており、前記間隔は前記第２の部分において前記所定の軸の方向に連続的に変化しており、前記間隔は前記第１のエリアと前記第２のエリアとの境界において不連続的に変化する。
【００２０】
この回折格子デバイスによれば、光導波路コアと接合との間隔が所定の軸の方向に周期的に不連続な変化が位置するので、第２の部分における結合係数が第１の部分における結合係数と異なるものにされる。
【００２１】
本発明に係る回折格子デバイスでは、前記光導波路コア及び前記回折格子構造の各々はIII−V化合物半導体からなることができる。上記の回折格子デバイスは、半導体デバイスとして作製されることができる。
【００２２】
本発明に係る回折格子デバイスでは、前記光導波路コア及び前記回折格子構造の各々はシリコン酸化物からなることができる。上記の回折格子デバイスは、シリコン酸化物の屈折率を利用して作製されることができる。
【００２３】
本発明に係る回折格子デバイスは、前記回折格子構造上に設けられた電極を更に備えることができる。この回折格子デバイスによれば、電極からの電流または電圧の印加或いは電極による加熱が可能になる。
【００２４】
上記の回折格子デバイスは、半導体レーザ及び波長可変フィルタといったデバイスに適用可能である。
【００２５】
本発明の別の側面に係る半導体レーザは、レーザ共振器のための第１の光反射器と、前記レーザ共振器のための第２の光反射器と、キャリアの注入に応答した光学利得を有する光学利得領域とを備える。前記レーザ共振器は前記基板上に設けられており、前記第１の光反射器は、上記の回折格子デバイスを含む。光学利得領域は、前記基板上において前記レーザ共振器内に設けられている。
【００２６】
この半導体レーザによれば、回折格子デバイスの光学スペクトルでは、反射率ピークの波長依存性が小さい。このため、波長可変の半導体レーザの光出力の波長依存性が小さい。
【００２７】
本発明に係る半導体レーザでは、前記第２の光反射器は、上記の回折格子デバイスを含むことができる。
【００２８】
この半導体レーザによれば、２つの回折格子デバイスの間に光学利得領域が位置する。このため、第１及び第２の光反射器を用いたバーニア効果によりレーザ発振波長を変更できる。この変更において、波長可変の半導体レーザの光出力の波長依存性が小さい。
【００２９】
本発明に係る半導体レーザは、前記レーザ共振器のための第３の光反射器と、前記第１及び第２の光反射器を前記光学利得領域と光学的に結合する光結合器とを更に備えることができる。前記第３の光反射器は当該半導体レーザの端面を含み、前記第１及び第２の光反射器は、上記の回折格子デバイスを含む。
【００３０】
この半導体レーザによれば、第１及び第２の光反射器の各々が光結合器により光学利得領域と結合される。このため、第１及び第２の光反射器を用いたバーニア効果によりレーザ発振波長を変更できる。この変更において、波長可変の半導体レーザの光出力の波長依存性が小さい。
【００３１】
本発明に係る半導体レーザでは、前記第２の光反射器は当該半導体レーザの端面を含む。当該半導体レーザは、前記レーザ共振器内に設けられており前記基板上に位置するリング共振器を更に備えることができる。前記リング共振器及び前記光学利得領域は半導体光源を構成し、前記半導体光源において、前記リング共振器は前記光学利得領域に直列に光学的に結合されている。
【００３２】
この半導体レーザによれば、リング共振器はファブリペロー型透過スペクトルを有すると共に、回折格子デバイスの光学スペクトルでは、反射率ピークの波長依存性が小さい。このため、回折格子デバイス及びリング共振器を用いたバーニア効果によりレーザ発振波長を変更できる。この変更において、波長可変の半導体レーザの光出力の波長依存性が小さい。
【００３３】
本発明に係る半導体レーザは、前記レーザ共振器内に設けられた光導波路の位相調整のための信号を印加するための電極を含む位相調整器を更に備えることができる。前記光導波路は前記基板上に設けられている。
【００３４】
この半導体レーザによれば、位相調整器を用いて、波長可変の際の位相整合が容易になる。
【００３５】
本発明の更なる別の側面に係る波長可変フィルタは、上記の回折格子デバイスと、前記回折格子デバイスの前記回折格子構造上に設けられ波長可変のための信号を受ける電極とを備える。
【００３６】
この波長可変フィルタによれば、回折格子デバイスの光学スペクトルは複数の反射率ピークを有することに加えて、これら反射率ピークの波長依存性が小さい。このため、波長可変フィルタの反射率の波長依存性を小さくできる。
【００３７】
本発明の波長可変フィルタは、前記回折格子デバイスに直列して光学的に結合された光学素子を更に備えることができる。前記光学素子は、前記リング共振器および前記ファブリペローエタロンのいずれか一方である。
【００３８】
この波長可変フィルタによれば、リング共振器又はファブリペローエタロンと回折格子デバイスとの組み合わせによるバーニア効果を利用して、小さい波長依存性の反射率を有する波長可変フィルタを提供できる。
【００３９】
以上、説明された回折格子デバイス、半導体レーザおよび波長可変フィルタを、例えば半導体基板上に作製することができる。或いは、これらのデバイスを、例えば石英基板あるいはＳｉ基板上の光導波路に作製することもできる。また、これらのデバイスは利得導波路を有する半導体デバイスとの光結合も可能である。バーニア効果を利用する際には、反射スペクトルを温度変化による屈折率によって制御することも可能である。
【００４０】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００４１】
以上説明したように、本発明によれば、反射率ピークの波長依存性が小さい回折格子デバイスが提供される。また、本発明によれば、この回折格子デバイスを用いる半導体レーザ及び波長可変フィルタが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本実施の形態に係る回折格子デバイスの構造を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、シミュレーションによって提供される光学スペクトルを示す図面である。
【図３】図３はサンプルド回折格子の反射スペクトルの一例を示す図面である。
【図４】図４は、電極を用いた光学スペクトルの調整の一例を示す図面である。
【図５】図５は、回折格子デバイスの構造の一例を示す図面である。
【図６】図６は、回折格子デバイスの構造の別の例を示す図面である。
【図７】図７は、回折格子デバイスの構造の更なる一例を示す図面である。
【図８】図８は、回折格子デバイスの構造の更なる別の例を示す図面である。
【図９】図９は、回折格子デバイスの構造の更なるまた別の例一例を示す図面である。
【図１０】図１０（ａ）は、本実施の形態に係る半導体レーザの構造を示す図面である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示されたI−I線に沿って取られた半導体レーザの縦断面を模式的に示す図面である。
【図１１】図１１は本実施の形態に係る半導体レーザの構造を示す図面である。
【図１２】図１２は本実施の形態に係る半導体レーザの構造を示す図面である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、本実施の形態に係る波長可変フィルタの構造を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の回折格子デバイス、半導体レーザ及び波長可変フィルタに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００４４】
図１は、本実施の形態に係る回折格子デバイスの構造を模式的に示す図面である。図１を参照すると、直交座標系Ｓが示されている。回折格子デバイス１は、基板３及び積層構造５を備える。基板３は主面３ａを有しており、その主面３ａは、所定の軸（例えばＸ軸）の方向に交互に周期的に配置された第１のエリア３ｂ及び第２のエリア３ｃを有する。積層構造５は第１の部分５ｂ及び第２の部分５ｃを有する。第１及び第２の部分５ｂ、５ｃは、それぞれ、主面３ａの第１及び第２のエリア３ｂ、３ｃ上に配置されており、積層構造５は光導波路コア７及び回折格子構造９を含む。回折格子構造９の周期Λgは関数ｆ（Ｘ）の零点によって規定される。関数ｆ（Ｘ）は、図１（ｂ）に示されるように、所定の軸の方向に取られた座標軸（例えばＸ軸）上の座標に関して、チャープド回折格子１０の単調に変化する形状を提供する。光導波路コア７は回折格子構造９と光学的に結合しており、第１の部分５ｂにおける回折格子構造９の結合係数κ１は第２の部分５ｃにおける回折格子構造９の結合係数κ２と異なる。
【００４５】
この回折格子デバイス１によれば、積層構造５は、第１の部分５ｂおよび第２の部分５ｃを有し、第１の部分５ｂおよび第２の部分５ｃからなる回折格子部分５ａが、所定の軸の方向に周期的に配置される。また、第１の部分５ｂにおける結合係数κ１が第２の部分５ｃにおる結合係数κ２と異なる。さらに、回折格子構造９の周期がチャープド回折格子１０の周期Λgを提供する関数ｆ（Ｘ）によって規定されるので、回折格子構造９の光学スペクトルは複数の反射率ピークを有することに加えて、これら反射率ピークの波長依存性が小さい。
【００４６】
さらに詳細に述べると、第１及び第２の部分５ｂ、５ｃは回折格子部分５ａを構成する。回折格子部分５ａは長さ（周期）ΛＳを有する。第１の部分５ｂは長さΛＳ１を有しており、第２の部分５ｃは長さΛＳ２を有している。これらの間には、ΛＳ＝ΛＳ１＋ΛＳ２という関係がある。関数ｆ（Ｘ）は複数のピークを有している。関数ｆ（Ｘ）の隣接するピークとピークとの間隔が単調に変化しており、好ましくは、当該間隔が単調に減少する。隣り合う２つの回折格子部分５ａについては、一方の回折格子部分５ｃにおける最大周期は、他方の回折格子部分５ｂにおける最小周期よりも小さい。
【００４７】
この回折格子デバイス１は、例えば図２に示される光学スペクトルを示す。図２は、シミュレーションによって提供される光学スペクトルを示す図面である。この回折格子デバイス１によれば、回折格子構造９の回折格子部分５ａは周期ΛＳで所定の軸方向に周期的に配置されると共に、回折格子部分５ａの各々におけるチャープされた周期は関数ｆ（Ｘ）によって規定されるので、回折格子構造９の光学スペクトルは、図２に示される複数の反射率ピークを有することに加えて、これら反射率ピークの波長依存性が小さい。
【００４８】
図２に示された結果のためのシミュレーションモデルでは、周期ΛＳは５０μｍであり、長さΛＳ１は７μｍであり、回折格子構造は、第１〜第１０の回折格子部分、つまり１０周期分の回折格子部分を含む。チャープされた周期は、０．２０４７μｍ〜０．２２２４μｍの範囲で変化している。各回折格子部分では、結合係数κで前進波と後進波が光結合しており、第１の部分の結合係数はκ１＝２００ｃｍ−１であり、第２の部分の結合係数はκ２＝４０ｃｍ−１である。図２を参照すると、１．５５μｍ波長帯における反射スペクトルが示されている。この反射スペクトルでは、多数の反射率ピークの波長依存性が小さい。
【００４９】
周期ΛＳは複数の反射率ピークの間隔を規定しており、長さΛＳ１と長さΛＳ２との比率は各反射率ピークのスペクトル幅に関連している。スペクトル幅を狭くするためには、ΛＳ２＞ΛＳ１であることが好ましい。すなわち回折格子の大きな結合係数の領域の長さが他方の領域に比べて短いことが好ましい。
【００５０】
一例の回折格子デバイスでは、チャープド回折格子が全長Ｌを有するとき、周期ΛＳは、Ｌ／１００からＬ／５程度の長さの範囲であり、例えば１０μｍ〜１００μｍ程度の範囲である。ΛＳ２の長さは、例えば５μｍから５０μｍ程度である。
【００５１】
図３は、サンプルド回折格子の反射スペクトルの一例を示す。図２及び図３の比較により、回折格子デバイス１の反射スペクトルは、反射率ピークの波長依存性が小さい光学スペクトルを有することが理解される。回折格子構造９が、周期的に配列された回折格子部分５ａを含むと共に、回折格子部分５ａの周期が回折格子構造９全体にわたって関数ｆ（Ｘ）によって規定されるので、図２に示された光学スペクトルは、図３に示された光学スペクトル（サンプルド回折格子および超構造回折格子の光学スペクトル）と異なる。
【００５２】
再び図１を参照すると、回折格子デバイス１は、第１のクラッド領域１７ａおよび第２のクラッド領域１７ｂを更に備えることができる。光導波路コア７は、第１のクラッド領域１７ａと第２のクラッド領域１７ｂとの間に設けられている。光導波路コア７の平均屈折率は、第１のクラッド領域１７ａ及び第２のクラッド領域１７ｂの屈折率よりも大きく、光導波路を伝搬する光は光導波路コア７に閉じ込められる。回折格子部分５ａの各々における周期形状は、本実施例では、クラッド領域１７ａと領域１５によって提供されており、領域１５の屈折率は第１のクラッド領域１７ａの屈折率と異なっている。
【００５３】
この回折格子デバイス１によれば、第１の部分５ｂ及び第２の部分５ｃを交互に配列することによって、異なる結合係数（κ）を有する第１の部分５ｂ及び第２の部分５ｃが所定の軸に沿って周期的に配列される。回折格子部分５ａの各々は、光導波路コア７の第１の部分５ｂおよび第２の部分５ｃと光学的に異なる光結合状態で、結合しており、またチャープド回折格子とは別の回折格子が提供される。尚、図面では、光導波路コア７と基板３との間に回折格子部分５ａが形成されているが、本実施の形態はこれに限定されることない。
【００５４】
回折格子デバイスの好適な一実施例では、光導波路コア７、第１のクラッド領域１７ａ及び第２のクラッド領域１７ｂが、それぞれ、第１〜第３のIII−V化合物半導体からなるとき、この実施例の回折格子デバイス１は、半導体素子の製造プロセスを適用して作製される。回折格子デバイス１を他の半導体素子と集積して半導体集積光素子を提供できる。例えば、光導波路コア７はＧａＩｎＡｓＰからなり、第１のクラッド領域１７ａ及び第２のクラッド領域１７ｂはＩｎＰからなり、回折格子構造９のための領域１５はＧａＩｎＡｓＰからなることができる。光導波路コア７のＧａＩｎＡｓＰのバンドギャップは、領域１５のＧａＩｎＡｓＰのバンドギャップに等しい、或いはこれ未満であることが好ましい。光導波路コア７、第１のクラッド領域１７ａ及び第２のクラッド領域１７ｂは、導電性ＩｎＰ基板といった基板３上に堆積された導電性の半導体層から形成される。必要な場合には、基板３がクラッド領域１７ａを含むことができる。
【００５５】
回折格子デバイスの好適な別の実施例では、光導波路コア７、第１のクラッド領域１７ａ及び第２のクラッド領域１７ｂは、第１〜第３のシリコン酸化物からなるとき、この実施例の回折格子デバイス１は、平面導波路の製造プロセスを適用して作製される。また、回折格子デバイス１を導波路素子と集積して集積光素子を提供できる。光導波路コア７はＧｅ添加のＳｉＯ２からなり、第１のクラッド領域１７ａ及び第２のクラッド領域１７ｂはアンドープのＳｉＯ２からなり、領域１５はＧｅ添加のＳｉＯ２からなることができる。光導波路コア７のＧｅ濃度は、領域１５のＧｅ濃度に等しい、或いはこれを越えることが好ましい。光導波路コア７、第１のクラッド領域１７ａ及び第２のクラッド領域１７ｂは、Ｓｉ基板といった基板３上に堆積されたシリコン化合物層から形成される。
【００５６】
例えば、光導波路コア７の材料が領域１５の材料と同じであることができる。この構造は、光導波路コア７がクラッド領域１７ａに隣接して設けられている。回折格子構造９の回折格子部分５ａにおける周期構造がクラッド領域１７ａの表面形状（接合の形状）によって提供される。回折格子構造９はクラッド領域１７ａ及び光導波路コア７の形状として提供される。この構造では回折格子の結合係数κを大きくできるという利点がある。
【００５７】
回折格子デバイス１は、回折格子構造９上に設けられた電極１９ａを更に備える。この電極１９ａを用いて回折格子構造９の屈折率を調整できる。
【００５８】
回折格子デバイス１が半導体材料で形成されるとき、該半導体は導電性の半導体層で形成することができる。導電性の基板３の裏面上に設けられた電極１９ｂ及び電極１９ａの一方から他方へ電流を流すことによって回折格子構造９にキャリアを注入して、回折格子構造９の屈折率を変更できる。電流の注入により、回折格子構造９の屈折率が低下する。或いは、電極１９ａによって印加される電界を利用して、回折格子構造９の屈折率を変更できる。
【００５９】
回折格子デバイス１が平面光導波路の製造プロセスを適用してシリコン酸化物で形成されるとき、電極１９ａへの電気信号の印加による発熱を利用して、回折格子構造９の屈折率を変更できる。つまり、電極１９ａはヒータのために設けられている。
【００６０】
図４は、電極を用いた光学スペクトルの調整の一例を示す図面である。特性線Ａ１は、電流５ｍＡを電極１９ａから注入したときの反射スペクトルであり、特性線Ａ０は、電極１９ａから電気信号がないときの反射スペクトルである。電気信号の印加により、光学スペクトルの各ピーク波長の位置を調整できる。
【００６１】
以上説明したように、回折格子構造９が周期的に配列された回折格子部分５ａを含むと共に、回折格子部分５ａの周期が回折格子構造９の周期が全体にわたって関数ｆ（ｘ）によって規定されるので、回折格子デバイス１の反射スペクトルでは、反射率ピークの波長依存性が小さく、また光学スペクトルの各ピーク波長位置を電気的に調整可能である。
【００６２】
回折格子デバイス１では、回折格子構造９では、第１及び第２の層は、それぞれ第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５からなり、第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５は、互いに異なる第１及び第２の屈折率ｎ１、ｎ２を有する。第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５は、回折格子のための接合を形成する。積層構造５は、所定の軸に沿って周期ΛＳで配列された第３の層を含み、第３の層は第１のエリア３ｂ又は第２のエリア３ｃ上に設けられている。第３の層は回折格子構造９及び光導波路コア７と光学的に結合されている。第３の層は、光導波路コア７及び領域１５の屈折率と異なる第３の屈折率ｎ３を有する。この回折格子デバイスによれば、第３の層が第１のエリア３ｂ又は第２のエリア３ｃ上に設けられるので、光導波路コア７に沿って周期的な屈折率の変化が形成される。この屈折率の変化は、光導波路コア７を通過する光の伝搬に影響を与え、回折格子構造９の第１の部分５ｂの結合係数κ１が第２の部分５ｃの結合係数κ２と異なるものにできる。
【００６３】
引き続き図５〜図９を参照しながら、本実施の形態における例示的な構造を説明する。
【００６４】
図５は、回折格子デバイスの構造の一例を示す図面である。回折格子デバイス１ａでは、回折格子構造９は、光導波路コア７と基板３との間に設けられている。回折格子構造９では、上記の第１及び第２の層は、それぞれ第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５からなり、第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５は、互いに異なる第１及び第２の屈折率ｎ１、ｎ２を有する。第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５は、チャープド回折格子のための接合１０ａを形成する。積層構造５は第３の層１１ａを含み、第３の層１１ａは、光導波路コア７と回折格子構造９との間に位置する。また、第３の層１１ａは第２のエリア３ｃ上において回折格子構造９上に設けられている。第３の層１１ａは、回折格子構造９及び光導波路コア７と光学的に結合されている。第３の層１１ａは、領域１５の屈折率と異なる第３の屈折率ｎ３を有しており、例えば、第３の屈折率ｎ３は領域１５の屈折率よりも小さい。この回折格子デバイス１ａによれば、積層構造５が第２のエリア３ｃ上に設けられた第３の層１１ａを含む。第２の部分５ｃでは第３の層１１ａが光導波路コア７と第１のクラッド領域１７ａとの間にある一方で、第１の部分５ｂでは光導波路コア７は回折格子構造９の領域１５に隣接している。このため、第３の層１１ａの屈折率及び光導波路コア７の屈折率からなる周期的な屈折率変化が光導波路コア７に沿って形成される。この屈折率の変化は、光導波路コア７を通過する光の伝搬に影響を与え、回折格子構造９の第１の部分５ｂの結合係数κ１が第２の部分５ｃの結合係数κ２と異なるものにできる。光導波路コア７の近くに第３の層１１ａがあるので、回折格子構造９の第１の部分５ｂの結合係数κ１と第２の部分５ｃの結合係数κ２との差を大きくとることができる。このため反射率ピークの帯域を広くすることができる。
【００６５】
図６は、回折格子デバイスの構造の一例を示す図面である。回折格子デバイス１ｂでは、光導波路コア７は回折格子構造９と基板３との間に設けられている。回折格子構造９では、上記の第１及び第２の層は、それぞれ第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５からなる。第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５は、回折格子のための接合１０ａを形成する。積層構造５は第３の層１１ｂを含み、第３の層１１ｂは、光導波路コア７と回折格子構造９との間に位置する。また、第３の層１１ｂは第２のエリア３ｃ上に設けられている。第３の層１１ｂは、回折格子構造９及び光導波路コア７と光学的に結合されている。第３の層１１ｂは、領域１５の屈折率と異なる第３の屈折率ｎ３を有しており、例えば、第３の屈折率ｎ３は領域１５の屈折率よりも小さい。この回折格子デバイス１ｂによれば、積層構造５が第２のエリア３ｃ上に設けられた第３の層１１ｂを含む。第２の部分５ｃでは光導波路コア７と第１のクラッド領域１７ａとの間に第３の層１１ｂがある一方で、第１の部分５ｂでは光導波路コア７は回折格子構造９の領域１５に隣接する。このため、第３の層１１ｂの屈折率及び領域１５の屈折率からなる周期的な屈折率変化が光導波路コア７に沿って形成される。この屈折率変化は、光導波路コア７を通過する光の伝搬に影響を与え、回折格子構造９の第１の部分５ｂの結合係数κ１が第２の部分５ｃの結合係数κ２と異なるものにできる。活性層の結晶成長後に、第３の層１１ｂと回折格子構造９が作製されるので、コア層の平坦性が良く光ロスが小さくなる。
【００６６】
図７は、回折格子デバイスの構造の一例を示す図面である。回折格子デバイス１ｃでは、光導波路コア７は回折格子構造９と基板３との間に設けられている。回折格子構造９では、第１及び第２の層は、それぞれ第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５からなる。第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５は、回折格子のための接合１０ａを形成する。積層構造５は第３の層１１ｃを含み、第３の層１１ｃは、光導波路コア７と基板３との間に位置する。また、第３の層１１ｃは第1のエリア３ｂ上に設けられている。第３の層１１ｃは、回折格子構造９及び光導波路コア７と光学的に結合されている。第３の層１１ｃは、第２のクラッド領域１７ｂの屈折率と異なる第３の屈折率ｎ３を有しており、例えば、第３の屈折率ｎ３は第２のクラッド領域１７ｂの屈折率よりも大きい。この回折格子デバイス1ｃによれば、積層構造５が第1のエリア３ｂ上に設けられた第３の層１１ｃを含む。第１の部分５ｂでは第３の層１１ｃは光導波路コア７と基板３との間にある一方で、第２の部分５ｃでは光導波路コア７は回折格子構造９の領域１５に隣接する。このため、第３の層１１ｃの屈折率及び第２のクラッド領域１７ｂの屈折率からなる周期的な屈折率変化が光導波路コア７に沿って形成される。この屈折率変化は、光導波路コア７を通過する光の伝搬に影響を与え、回折格子構造９の第１の部分５ｂの結合係数κ１が第２の部分５ｃの結合係数κ２と異なるものにできる。光導波路コア７を挟んで、回折格子構造９の反対側に第３の層１１ｃがあるので、回折格子構造９での結合係数を落とさずに、第３の層１１ｃの屈折率及び第２のクラッド領域１７ｂの屈折率からなる周期的な屈折率変化を生じさせることができる。
【００６７】
図８は、回折格子デバイスの構造の一例を示す図面である。回折格子デバイス１ｄでは、光導波路コア７は回折格子構造９と基板３との間に設けられている。回折格子構造９では、第１及び第２の層は、それぞれ第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５からなる。第１のクラッド領域１７ａ及び領域１５は、回折格子のための接合１０ａを形成する。回折格子構造９の周期は、接合１０ａと光導波路コア７との間隔が所定の軸上において不連続に変化することによって提供される。この間隔は第１の部分５ｂにおいて連続的に変化しており、上記の間隔は第２の部分５ｃにおいて連続的に変化している。ところが、該間隔は第１のエリア３ｂと第２のエリア３ｃとの境界Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５において不連続的に変化している。境界Ｂ１、Ｂ３、Ｂ５、・・・は周期的に配置されており、また境界Ｂ２、Ｂ４、・・・は周期的に配列されている。例えば、第１の部分５ｂにおける領域１５の厚みは、第２の部分５ｃにおける領域１５の厚みを所定の膜厚だけ削ったものである。膜厚は不連続に変化するけれども、回折格子構造９の周期は既に説明されたチャープド関数によって規定されている。このため、第２の部分５ｃにおける接合１０ａと光導波路コア７との平均距離は、第１の部分5ｂにおける接合１０ａと光導波路コア７との平均距離より大きい。
【００６８】
この回折格子デバイス１ｄによれば、光導波路コアと接合との間隔が所定の軸の方向に周期的に不連続に変化する。このため、領域１５の屈折率及び第１のクラッド領域１７ａの屈折率からなる周期的な屈折率変化が光導波路コア７に沿って形成される。この屈折率変化は、光導波路コア７を通過する光の伝搬に影響を与え、回折格子構造９の第１の部分５ｂの結合係数κ１が第２の部分５ｃの結合係数κ２と異なるものにできる。回折格子構造９の第１の部分５ｂの結合係数κ１と第２の部分５ｃの結合係数κ２との差を大きくとることができるので、反射率ピークの帯域を広くすることができる。
【００６９】
図９は、回折格子デバイスの構造の一例を示す図面である。回折格子デバイス１ｅでは、回折格子構造９は光導波路コア７と基板３との間に設けられている。積層構造５は、所定の軸の方向に延びる半導体メサ１２を成す。半導体メサ１２は、埋込領域１４によって埋め込まれている。本実施例では、積層構造５の第１の部分５ｂのメサ幅ＨＭ１（例えば１．２μｍ）は第２の部分５ｃのメサ幅ＨＭ２（例えば０．７μｍ）より大きい。この回折格子デバイス１ｅによれば、光導波路コア７と回折格子構造９とが互いに光学的結合を成している。メサ幅の違いが、光導波路コア７を通過する光の伝搬に影響を与え、回折格子構造９の第１の部分５ｂの結合係数κ１が第２の部分５ｃの結合係数κ２と異なるものにできる。第１の部分５ｂの結合係数κ１と第２の部分５ｃの結合係数κ２との差を大きくとることができるので、反射率ピークの帯域を広くすることができる。
【００７０】
引き続き、この回折格子デバイスを用いた半導体レーザ及び波長可変フィルタを説明する。
【００７１】
図１０（ａ）は、本実施の形態に係る半導体レーザの構造を示す図面である。半導体レーザ２１は、第１の光反射器２３ａと、第２の光反射器２３ｂと、光学利得領域２７とを備える。第１及び第２の光反射器２３ａ、２３ｂはレーザ共振器を構成するように設けられており、このレーザ共振器は基板３１上に設けられている。光学利得領域２７は、基板３１上においてレーザ共振器内に設けられており、電極３３からのキャリアの注入に応答した光学利得を有する。この光学利得のために、光学利得領域２７は、利得導波路３５を含む。第１の光反射器２３ａは、回折格子デバイス１と同等の構造を含む。
【００７２】
この半導体レーザ２１によれば、回折格子デバイス１の櫛形の光学スペクトルの特徴により、反射率ピークの波長依存性が小さい。このため、半導体レーザ２１の光出力の波長依存性が小さい。
【００７３】
第２の光反射器２３ｂは、例えば櫛型の光学スペクトルを有する回折格子（例えばサンプルド回折格子や超構造回折格子）を含むことができ、或いは半導体レーザ２１の端面であることができる。第１の光反射器２３ａは、電極３７ａ及び光導波路３９ａを含む。光導波路３９ａは、図１に示されるような光導波路コア７及び回折格子構造９を含む。このため、第１の光反射器２３ａの反射スペクトルの反射率ピークの波長依存性が小さい。電極３７ａを用いたバーニア効果により波長の変更が可能である。
【００７４】
或いは、第２の光反射器２３ｂは、回折格子デバイス１と同等の構造を含むことができる。また、第２の光反射器２３ｂは、電極３７ｂ及び光導波路３９ｂを含む。光導波路３９ｂは、図１に示されるような光導波路コア７及び回折格子構造９を含む。このため、第２の光反射器２３ｂに関しても、反射スペクトルの反射率ピークの波長依存性が小さい。
【００７５】
この半導体レーザ２１では、２つの光反射器２３ａ、２３ｂは回折格子デバイス１を含み、また光学利得領域が光反射器２３ａ、２３ｂ間に位置する。このため、光反射器２３ａ、２３ｂを用いたバーニア効果によりレーザ発振波長を変更できる。この波長可変において、波長可変の半導体レーザ２１の光出力の波長依存性が小さい。
【００７６】
半導体レーザ２１は、レーザ共振器内に設けられた位相調整器４１を更に備えることができる。位相調整器４１は、基板３１上に設けられた光導波路４３と、この光導波路４３の位相調整のための信号を印加するための電極４５とを含む。位相調整器４１を用いて、波長可変の際の位相整合が容易になる。
【００７７】
半導体レーザ２１では、光反射器２３ａ、２３ｂ、光学利得領域２７および位相調整器４１は、単一の基板３１上に形成される。半導体レーザ２１の構成物（例えば、半導体積層、光導波路、電極等）は、例えば半導体素子を作製するための工程（結晶成長、エッチング、電極形成等）の組み合わせにより作製される。
【００７８】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示されたI−I線に沿って取られた半導体レーザの縦断面を模式的に示す図面である。光学利得領域２７は、基板３１上に順に形成されたｎ型クラッド層６１、光ガイド層６３、量子井戸構造の活性層６５ａ、光ガイド層６７ａ、ｐ型クラッド層６９およびコンタクト層７１ａを含んでおり、キャリアの注入に応答して光を発生する。光学利得領域２７では、コンタクト層７１ａ上には電極３３が設けられている。光反射器２３ａは、基板３１上に順に形成されたｎ型クラッド層６１、光ガイド層６３、光導波路コア６５ｂ、回折格子構造６８ａ、光ガイド層６７ｂ、ｐ型クラッド層６９及びコンタクト層７１ｂを含む。光反射器２３ａでは、コンタクト層７１ｂ上には電極３７ａが設けられている。回折格子構造６８ａは、光ガイド層６７ｂの表面に設けられた周期構造から構成される。位相調整器４１は、基板３１上に順に形成されたｎ型クラッド層６１、光ガイド層６３、光導波路コア６５ｃ、光ガイド層６７ｃ、ｐ型クラッド層６９およびコンタクト層７１ｃを含む。位相調整器４１では、コンタクト層７１ｃ上には電極４５が設けられている。光反射器２３ｂは、基板３１上に順に形成されたｎ型クラッド層６１、光ガイド層６３、光導波路コア６５ｄ、回折格子構造６８ｂ、光ガイド層６７ｄ、ｐ型クラッド層６９及びコンタクト層７１ｄを含む。光反射器２３ｂでは、コンタクト層７１ｄ上には電極３７ｂが設けられている。回折格子構造６８ｂは、光ガイド層６７ｄの表面に設けられた周期構造から構成される。基板３１の裏面には共有電極７３が設けられている。
【００７９】
回折格子構造６８ｂにおける回折格子部分の周期は回折格子構造６８ａにおける回折格子部分の周期と異なる。これにより、例えば同一の環境温度において、回折格子構造６８ｂによるＦＳＲは、回折格子構造６８ａのＦＳＲと異なる。また、回折格子構造６８ｂおける反射率は回折格子構造６８ａにおける反射率と異なっている。大きいレーザ光ＬＯＵＴを得るために、回折格子構造６８ｂの反射率は回折格子構造６８ａの反射率よりも小さい。
【００８０】
縦方向の光閉じ込めはクラッド層６１、６９により行われる。また、横方向の光閉じ込めはストライプ状の導波路構造と、この導波路構造を埋め込む埋込層とによって提供される。例示すれば、利得領域の活性層は、１．２５μｍ〜１．６５μｍ（マイクロメートル）帯に利得を持つＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰ量子井戸構造を有することができる。光ガイド層６３，６７ａ，６７ｂ、６７ｃおよび６７ｄは、量子井戸構造のバンドギャップ波長より短い波長のＧａＩｎＡｓＰ半導体からなることができ、ｎ型およびｐ型クラッド層はＩｎＰ半導体からなることができる。コンタクト層は、高濃度ドープされたＧａＩｎＡｓ層からなることができる。埋込層としては、半絶縁性ＩｎＰから成ることができる。光反射器２３ａ、２３ｂを用いたバーニア効果により、小さな注入電流により、広い波長範囲にわたって波長の変更ができる。レーザ端面は、例えば無反射コートされており、レーザ光ＬＯＵＴがレーザ端面から出力される。
【００８１】
図１１は、本実施の形態に係る半導体レーザの構造を示す図面である。半導体レーザ２１ａは、第１の光反射器２３ｃと、第２の光反射器２３ｄと、第３の光反射器２４ａと、光学利得領域２７と、光結合領域４７とを備える。第１の光反射器２３ｃ及び第２の光反射器２３ｄの各々は、回折格子部分の周期が異なり、本実施の形態に示された回折格子デバイス１を含む。例えば、第１の光反射器２３ｃ及び第２の光反射器２３ｄは、それぞれ、半導体レーザ２１における光反射器２３ａ、２３ｂと類似の半導体層構造を含むことができる。第１〜第３の光反射器２３ｃ、２３ｄ、２４ａは、レーザ共振器のために基板上に設けられている。第３の光反射器２４ａは当該半導体レーザ２１ａの端面を含み、このレーザ端面は反射膜を有する。この端面には、例えば１％から３０％の範囲において所望の反射率を提供するように誘電体多層膜が形成される。光結合領域４７は、第１及び第２の光反射器２３ｃ、２３ｄを光学利得領域２７と光学的に結合する。光共振器は基板３１上に形成されている。光結合領域４７は、例えばＭＭＩ（Multi Mode Interferometer）結合器である。
【００８２】
この半導体レーザ２１ａによれば、第１及び第２の光反射器２３ｃ、２３ｄの各々が光結合領域４７により光学利得領域２７と結合されるので、光反射器２３ｃ、２３ｄを用いたバーニア効果によりレーザ発振波長を変更できる。このレーザ発振波長の変更において、波長可変の半導体レーザの光出力の波長依存性が小さい。光反射器２３ｃは光導波路４９ａを介して光結合領域４７のポート４７ａに光学的に結合されており、光反射器２３ｄは光導波路４９ｂを介して光結合領域４７のポート４７ｂに光学的に結合されている。光学利得領域２７は、位相調整領域４１及び光導波路４９ｃを介して光結合領域４７のポート４７ｃに光学的に結合されている。レーザ共振器は、光反射器２３ｃと光反射器２３ｄで形成される反射器と、光反射器２４ａとの間に形成される。光反射器（レーザ端面）２４ａからは、バーニア効果により選択された波長のレーザ光ＬＯＵＴが提供される。
【００８３】
図１２は、本実施の形態に係る半導体レーザの構造を示す図面である。半導体レーザ２１ｂは、光反射器２３ｅと、別の光反射器２４ｂと、光学利得領域２７と、リング共振器５１ａとを備える。光反射器２３ｅは、本実施の形態に示された回折格子デバイス１を含む。この回折格子デバイス１は、リング共振器５１ａのＦＳＲ（フリースペクトラルレンジ）とは異なる反射ピーク波長の周期を持つ。例えば、光反射器２３ｅは、半導体レーザ２１における光反射器２３ａと類似の半導体層構造を含むことができる。光反射器２３ｅ、２４ｂはレーザ共振器のために設けられている。光反射器２４ｂは当該半導体レーザ２１ｂの端面を含み、このレーザ端面には、光反射器２４ｂのための反射膜、例えば誘電体多層膜が形成される。半導体レーザ２１ｂは基板３１上に形成されている。
【００８４】
リング共振器５１ａは、レーザ共振器内に設けられており、基板３１上に位置する。リング共振器５１ａは、閉じた光導波路５３ａと、光導波路５３ａ上に設けられた電極５５ａとを含む。リング共振器５１ａ及び光学利得領域２７は半導体光源５７を構成し、半導体光源５７において、リング共振器５１ａは光学利得領域２７に直列に光学的に結合されている。リング共振器のＦＳＲは、例えば２５ＧＨｚ〜８００ＧＨｚ程度である。
【００８５】
この半導体レーザ２１ｂによれば、リング共振器５１ａはファブリペロー型透過スペクトルを有すると共に、回折格子デバイス１の光学スペクトルでは、反射率ピークの波長依存性が小さい。このため、回折格子デバイス１及びリング共振器５１ａを用いたバーニア効果によりレーザ発振波長を変更できる。この変更において、波長可変の半導体レーザ２１ｂの光出力の波長依存性が小さい。リング共振器５１ａの櫛形の透過スペクトルを光反射器２３ｅの櫛形の反射スペクトルと組み合わせることによって、波長可変時にレーザ光出力の波長依存性をより少なくできるという利点がある。
【００８６】
リング共振器５１ａの光導波路５３ａは、光結合器５８ａ及び光導波路５９ａを介して光学利得領域２７に結合されている。また、リング共振器５１ａの光導波路５３ａは、光結合器５８ｂ及び光導波路５９ｂを介して光反射器２３ｅに結合されている。光結合器５８ａ、５８ｂは、例えばＭＭＩ結合器である。
【００８７】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、本実施の形態に係る波長可変フィルタの構造を示す図面である。波長可変フィルタ２２ａは、本実施の形態に係る回折格子デバイス１と、回折格子デバイス１の回折格子構造５上に設けられ波長可変のための信号を受ける電極３とを備える。回折格子デバイス１は、基板３１上に作製されている。この波長可変フィルタ２２ａによれば、回折格子デバイス１の光学スペクトルは複数の反射率ピークを有することに加えて、これら反射率ピークの波長依存性が小さい。このため、波長可変フィルタ２２ａの反射率の波長依存性を小さくできる。
【００８８】
また、波長可変フィルタ２２ｂ、２２ｃは、回折格子デバイス１に直列して光学的に結合されておりファブリペロー型の櫛型の透過スペクトルを有する光学素子（例えば、リング共振器５１ｃまたはファブリペローエタロン５１ｂ）を更に備えることができる。この波長可変フィルタ２２ｂ、２２ｃによれば、リング共振器５１ｃ又はファブリペローエタロン５１ｂと回折格子デバイス１との組み合わせによるバーニア効果を利用して、小さい波長依存性の反射率を有する波長可変フィルタを提供できる。回折格子デバイス１は、リング共振器５１ｃ及びファブリペローエタロン５１ｂのＦＳＲと異なる反射ピーク波長の周期を持つ。
【００８９】
波長可変フィルタ２２ｂは、ファブリペローエタロン５１ｂと波長可変フィルタ２２ａの端面２６ａとの間に設けられたレンズ６０を含む。端面２６ａは、回折格子デバイス１に光学的に結合されている。また、波長可変フィルタ２２ｃでは、リング共振器５１ｃの光導波路５３ｃは、光結合器５８ｃ及び光導波路５９ｃを介して回折格子デバイス１に結合されている。また、リング共振器５１ｃの光導波路５３ｃは、光結合器５８ｄ及び光導波路５９ｄを介して波長可変フィルタ２２ｃの端面２６ｂに結合されている。端面２６ｂには、フィルタリング前の光ＬＩＮが入力され、またフィルタリング後の光ＬＦが出力される。光結合器５８ｃ、５８ｄは、例えばＭＭＩ結合器である。端面２６ａ、２６ｂは、無反射コートが設けられている。上記の波長可変フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、例えば、半導体製造プロセスを利用して作製される。
【００９０】
複数の波長成分を含む入射光ＬＩＮが入射され、この入射光の波長成分のうち、リング共振器と回折格子デバイスで選択された特定の一波長のフィルタ光ＬＦが出力される。リング共振器フィルタの櫛状の透過スペクトルピーク波長と回折格子の櫛状の反射スペクトルピーク波長のバーニア効果により、所望の波長を有する光成分を選択する。
【００９１】
上記の波長可変フィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、半導体基板上への作製に限定されることなく、例えば、石英基板やシリコン（Ｓｉ）基板上の光導波路を利用して作製されることもでき、これらは利得導波路を有する半導体デバイスとの光結合も可能である。バーニア効果を利用するための反射スペクトルの制御は、温度変化により屈折率を変えることで行える。
【００９２】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００９３】
１…回折格子デバイス、３…基板、３ａ…基板主面、３ｂ、３ｃ…基板主面のエリア、５…積層構造、５ｂ、５ｃ…積層構造の第１及び第２の部分、７…光導波路コア、９…回折格子構造、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…第３の層、１５…領域、１７ａ、１７ｂ…クラッド領域、１９ａ…電極、ΛＳ…回折格子構造の周期、ｆ（Ｘ）…関数、κ１、κ２…結合係数、ΛＳ１…第１の部分の長さ、ΛＳ２…第２の部分の長さ、２１、２１ａ、２１ｂ…半導体レーザ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…波長可変フィルタ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ…光反射器、２４ａ、２４ｂ…別の光反射器、２６ａ、２６ｂ…端面、２７…光学利得領域、３３…電極、３５…利得導波路、３７ａ、３７ｂ…電極、３９ａ、３９ｂ…光導波路、４１…位相調整器、４３…光導波路、４５…電極、４７…光結合領域、５１ａ…リング共振器、５１ｂ…ファブリペローエタロン、５１ｃ…リング共振器、５３ａ…閉じた光導波路、５３ａ…光導波路、５３ｃ…光導波路、５５ａ、５５ｃ…電極、５９ｃ、５９ｄ…光導波路、６０…レンズ
【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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