(57)【要約】【課題】伝送速度および伝送距離を考慮し、低コストの光モジュールを提供すること。【解決手段】本発明は、ＧａＡｓからなるベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆いＩｎＧａＡｓからなるカバー層と、を有する量子ドットファブリペロレーザを具備し、前記量子ドットファブリペロレーザの出力光を用い波長が１．３１μｍ帯のシングルモードファイバにビットレートが１．２５Ｇｂ／ｓで２０ｋｍの信号伝送を行う光モジュールである。【選択図】図２
2009117694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓからなるベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆いＩｎＧａＡｓからなるカバー層と、を有する量子ドットファブリペロレーザを具備し、
前記量子ドットファブリペロレーザの出力光を用い波長が１．３１μｍ帯のシングルモードファイバにビットレートが１．２５Ｇｂ／ｓで２０ｋｍの信号伝送を行うことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
ＧａＡｓからなるベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆いＩｎＧａＡｓからなるカバー層と、を有する量子ドットファブリペロレーザを具備し、
前記量子ドットファブリペロレーザの出力光を用い波長が１．３１μｍ帯のシングルモードファイバにビットレートが１０Ｇｂ／ｓで２ｋｍの信号伝送を行うことを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
ＧａＡｓからなるベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆いＩｎＧａＡｓからなるカバー層と、を有する量子ドットファブリペロレーザを具備し、
前記量子ドットファブリペロレーザの出力光を用い波長が１．３１μｍ帯のシングルモードファイバにビットレートが２．５Ｇｂ／ｓで１０ｋｍの信号伝送を行うことを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
ＧａＡｓからなるベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆いＩｎＧａＡｓからなるカバー層と、を有する量子ドットファブリペロレーザを具備し、
前記量子ドットファブリペロレーザの出力光を用い波長が１．３１μｍ帯のシングルモードファイバにビットレートが６２２ＭＧｂ／ｓで４０ｋｍの信号伝送を行うことを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
前記量子ドットファブリペロレーザの動作温度範囲の中心温度での発振波長が前記シングルモードファイバの群速度分散が０となる波長であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の光モジュール。
【請求項６】
前記量子ドットはＩｎＡｓからなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関し、特に量子ドットファブリペロレーザを有する光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＦＴＴＨ（fiber to the home）等の光ファイバを用いた光通信技術が多く用いられている。光通信に用いられる光ファイバとしては、１．３１μｍ帯と１．５５μｍ帯のファイバが用いられる。その中で１．３１μｍ帯のシングルモードファイバは、約１．３１μｍの波長（例えば１．２６〜１．３６μｍ）の光を伝送するファイバである。光通信の分野では、伝送速度（ビットレート）が規格化されており、４０Ｇｂ／ｓ、１０Ｇｂ／ｓ、２．５Ｇｂ／ｓ、１．２５Ｇｂ／ｓ、６２２Ｍｂ／ｓ、１５５Ｍｂ／ｓの伝送速度での伝送が行われる。また、要求される伝送距離も規格化されており、０．３ｋｍ、２ｋｍ、１０ｋｍ、２０ｋｍ、４０ｋｍ、８０ｋｍの伝送距離を保障することが要求される。
【０００３】
近年、特許文献１、非特許文献１のように、量子ドットを有する半導体レーザが開発されている。
【特許文献１】特開２００１−８５６６５号公報
【非特許文献１】Electronics Letters 2007 Vol.43 pp670-672
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＦＴＴＨのように各家庭あるいは各事業所と局との間の光通信では、光モジュールは低コストであることが求められる。このため、ＴＥＣ（Thermoelectric Cooler）のような高価な部品を用い半導体レーザの温度制御を行うことは難しい。このように、動作温度を制御しない光モジュールにおいて、どのような伝送速度および伝送距離用の光モジュールに、量子ドットファブリペロレーザを用いるのが有効か知られていなかった。
【０００５】
本発明は、伝送速度および伝送距離を考慮し、低コストの光モジュール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】
【０００６】
本発明は、ＧａＡｓからなるベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆いＩｎＧａＡｓからなるカバー層と、を有する量子ドットファブリペロレーザを具備し、前記量子ドットファブリペロレーザの出力光を用い波長が１．３１μｍ帯のシングルモードファイバにビットレートが１．２５Ｇｂ／ｓで２０ｋｍの信号伝送を行うことを特徴とする光モジュールである。本発明によれは、低コストの光モジュールを提供することができる。
【０００７】
本発明は、ＧａＡｓからなるベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆いＩｎＧａＡｓからなるカバー層と、を有する量子ドットファブリペロレーザを具備し、前記量子ドットファブリペロレーザの出力光を用い波長が１．３１μｍ帯のシングルモードファイバにビットレートが１０Ｇｂ／ｓで２ｋｍの信号伝送を行うことを特徴とする光モジュールである。本発明によれは、低コストの光モジュールを提供することができる。
【０００８】
本発明は、ＧａＡｓからなるベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆いＩｎＧａＡｓからなるカバー層と、を有する量子ドットファブリペロレーザを具備し、前記量子ドットファブリペロレーザの出力光を用い波長が１．３１μｍ帯のシングルモードファイバにビットレートが２．５Ｇｂ／ｓで１０ｋｍの信号伝送を行うことを特徴とする光モジュールである。本発明によれは、低コストの光モジュールを提供することができる。
【０００９】
本発明は、ＧａＡｓからなるベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆いＩｎＧａＡｓからなるカバー層と、を有する量子ドットファブリペロレーザを具備し、前記量子ドットファブリペロレーザの出力光を用い波長が１．３１μｍ帯のシングルモードファイバにビットレートが６２２ＭＧｂ／ｓで４０ｋｍの信号伝送を行うことを特徴とする光モジュールである。本発明によれば、低コストの光モジュールを提供することができる。
【００１０】
上記構成において、前記量子ドットファブリペロレーザの動作温度範囲の中心温度での発振波長が前記シングルモードファイバの群速度分散が０となる波長である構成とすることができる。この構成によれば、動作温度範囲内での伝送時間の幅を低減することができる。
【００１１】
上記構成において、前記量子ドットはＩｎＡｓからなる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれは、低コストの光モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
光通信に用いられる半導体レーザとしては、ファブリペロレーザおよびＤＦＢ（分布帰還型）レーザがある。ファブリペロレーザは低コストであるが発振スペクトル幅が広い、このため、長距離通信には不向きである。一方、ＤＦＢレーザは回折格子を用いるため発振スペクトル幅が狭く、長距離通信に向いている。しかし、回折格子を製造するため高価である。
【００１４】
１．３１μｍ帯のシングルモードファイバにおいては、波長が約１．３１μｍ（例えば１．３１２μｍ)のとき群速度分散が０になる。そこで、発振スペクトルが広いファブリペロレーザであっても、発振波長を約１．３１μｍとすることにより、伝送距離を長くすることが可能となる。
【００１５】
しかしながら、ファブリペロレーザの発振波長は、温度とともに長波長側にシフトしてしまう。本発明においては、非特許文献１に記載されたレーザと同様な量子ドットファブリペロレーザを用いる。すなわち、ＧａＡｓからなるベース層上に形成された量子ドットと、量子ドットを覆いＩｎＧａＡｓからなるベース層に対し格子歪みが生じるカバー層と、を有する量子ドットファブリペロレーザを用いる。これにより発振波長の温度依存性を抑制することができる。低コストのファブリペロレーザを伝送距離の長い光通信用光モジュールに用いることにより、ＤＦＢレーザが不要となり、光モジュールの低コスト化が可能となる。
【００１６】
以下、量子ドットファブリペロレーザを用いることが有効な光モジュールについて検討する。長さＬ（ｋｍ）の光ファイバにおいて、波長の広がり（スペクトル幅）Δλ（ｎｍ）に起因する伝送時間の幅Δｔ（ｐｓ）は次式で与えられる。
Δｔ＝Δλ・Ｌ・Ｄ
ここで、Ｄ（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）は群速度分散であり、１．３１μｍ帯用の石英シングルモードファイバにおいては、次式で与えられる。
Ｄ＝０．８７（λ（Ｔ）−１３１２）
ここで、λ（Ｔ）（ｎｍ）は温度Ｔ（℃）におけるレーザの波長である。
また、フェブリペロレーザのスペクトル幅Δλは、
Δλ＝３ｎｍ
である。
レーザの温度が０℃から７０℃まで変化したときの波長の変化は、
ｄλ（Ｔ）／ｄＴ×７０
となる。
【００１７】
以下、従来のＩｎＰ系半導体を用いたファブリペロレーザおよび非特許文献１に記載されたレーザと同様の量子ドットファブリペロレーザにおける各伝送距離Ｌに対する伝送時間幅Δｔを計算した。従来のファブリペロレーザの発振波長の温度係数として、
ｄλ（Ｔ）／ｄＴ＝０．４（ｎｍ／Ｋ）
を用い、量子ドットファブリペロレーザの発振波長の温度係数として、
ｄλ（Ｔ）／ｄＴ＝０．１１（ｎｍ／Ｋ）
を用いた。
【００１８】
図１および図２はそれぞれ従来のファブリペロレーザおよび量子ドットファブリペロレーザの伝送距離に対する伝送時間幅Δｔを示した図である。図１および図２における左側３列は、それぞれ伝送速度、時間幅／ビット、許容時間幅／ビットを示している。伝送速度は４０Ｇｂ／ｓ、１０Ｇｂ／ｓ、２．５Ｇｂ／ｓ、１．２５Ｇｂ／ｓ、６２２Ｍｂ／ｓ、１５５Ｍｂ／ｓとし、それぞれの１ビット当たりの時間幅である時間幅／ビット、許容される１ビット当たりの時間幅である許容時間幅／ビットを計算した。許容時間幅／ビットは、一般に用いられるように時間幅／ビットの１０％とした。
【００１９】
図１および図２の右側６列は、伝送距離が０．３ｋｍ、２ｋｍ、１０ｋｍ、２０ｋｍ、４０ｋｍ、８０ｋｍのときのファブリペロレーザの伝送時間幅Δｔを計算した結果である。伝送時間幅Δｔが許容時間幅／ビット以下であれば、ファブリペロレーザを用いることができる。
【００２０】
図１の２重線の範囲においては、伝送時間幅Δｔが許容時間幅／ビット以下であり従来のファブリペロレーザを用いることができる。図２の太線の範囲においては、従来のファブリペロレーザにおいては、伝送時間幅Δｔが許容時間幅／ビット以上である。このため、従来のファブリペロレーザを光モジュールに用いることはできない。一方、量子ドットファブリペロレーザにおいては、伝送時間幅Δｔが許容時間幅／ビット以下であり、量子ドットファブリペロレーザを光モジュールに用いることができる。このように、図２の太線の範囲においては、従来、ファブリペロレーザを用いることができず、高価なＤＦＢレーザを用いることとなる。本発明においては、これらの範囲の光モジュールに量子ドットファブリペロレーザを用いることにより、低コスト化することができる。
【００２１】
伝送速度が１０Ｇｂ／ｓで伝送距離が２ｋｍ用の光モジュールは、例えば、ＳＤＨ／Ｓｏｎｅｔ  ＳＲに用いることができる。伝送速度が２．５Ｇｂ／ｓで伝送距離が１０ｋｍ用の光モジュールは、例えば、ＳＤＨ／Ｓｏｎｅｔ  ＩＲ１に用いることができる。伝送速度が１．２５Ｇｂ／ｓで伝送距離が２０ｋｍ用の光モジュールは、例えば、ＰＸ２０  ＦＴＴＨ  ＧＥ−ＰＯＮ  ＯＮＵに用いることができる。伝送速度が６２２Ｍｂ／ｓで伝送距離が４０ｋｍ用の光モジュールは、例えば、ＳＤＨ／Ｓｏｎｅｔ  ＬＲ１に用いることができる。
【実施例１】
【００２２】
図３は、実施例１に係る光モジュールの模式図である。図３を参照に、光モジュールは、筐体４０、量子ドットファブリペロレーザ５０、レンズ４２を有している。筐体４０には量子ドットファブリペロレーザ５０、レンズ４２およびシングルモードファイバ４４が固定されている。量子ドットファブリペロレーザ５０から出力されたレーザ光４６はレンズによりファイバ４４の先端に光結合されている。これによれにより、量子ドットファブリペロレーザ５０から出力されたレーザ光４６はシングルモードファイバ４４に入射される。
【００２３】
光モジュール１００は、１０００ＢＡＳＥ  ＰＸ２０  ＦＴＴＨ  ＧＥ−ＰＯＮ  ＯＮＵ用の光モジュールであり、１．２５Ｇｂ／ｓの伝送速度で、伝送距離が２０ｋｍであることを保障した光モジュールである。シングルモードファイバ４４は、１．３１μｍ帯のファイバであり、波長が１．３１２μｍの光に対し群速度分散が０である。量子ドットファブリペロレーザ５０の発振波長は室温（約２０℃）で約１．３１０μｍである。また、発振波長の温度依存ｄλ（Ｔ）／ｄＴは約０．１１ｎｍ／Ｋである。
【００２４】
図４は、量子ドットファブリペロレーザ５０の動作温度に対する発振波長を示す図である。動作温度が０℃から７０℃の範囲の場合、発振波長は、１．３０８μｍから１．３１６μｍの範囲となる。このように、量子ドットファブリペロレーザ５０の動作温度範囲の中心温度（上記例では３５℃）の発振波長がシングルモードファイバ４４の群速度分布が０となる波長（上記例では１．３１２μｍ）となるように設定する。これにより、動作温度範囲内での伝送時間の幅Δｔを低減することができる。
【００２５】
図５は量子ドットファブリペロレーザ５０の断面模式図である。図５を参照に、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０上にＧａＡｓベース層１２および量子ドット活性層２０が５層積層されている。ベース層１２上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４が形成されている。ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４は孤立しており、量子ドットファブリペロレーザ５０はリッジ構造を有している。ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１４上にはｎ電極１６、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１０下にはｐ電極１８が形成されている。
【００２６】
図６は、量子ドット活性層２０およびベース層１２を拡大した図である。膜厚が約５０ｎｍのＧａＡｓベース層１２上に、膜厚が約２ｎｍの第１ＩｎＧａＡｓ層２２が形成されている。第１ＩｎＧａＡｓ層２２上にＩｎＡｓからなる複数の量子ドット３０が形成されている。量子ドット３０を覆うように、膜厚が２ｎｍの第２ＩｎＧａＡｓ層２４、膜厚が２ｎｍの第３ＩｎＧａＡｓ層２６および膜厚が２ｎｍの第４ＩｎＧａＡｓ層２８が形成されている。第１ＩｎＧａＡｓ層２２、第２ＩｎＧａＡｓ層２４、第３ＩｎＧａＡｓ層２６および第４ＩｎＧａＡｓ層２８のＩｎ組成比は、それぞれ０．１５、０．２２、０．１５および０．０８である。第４ＩｎＧａＡｓ層２８上にＧａＡｓベース層１２が形成されている。
【００２７】
このように、量子ドットファブリペロレーザ５０は、ＧａＡｓからなるベース層１２上に形成された量子ドット３０と、量子ドット３０を覆いＩｎＧａＡｓからなるカバー層２０と、を有している。これにより、非特許文献１と同様に、発振波長の温度依存ｄλ（Ｔ）／ｄＴを約０．１ｎｍ／Ｋ程度とすることができる。
【００２８】
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、ファブリペロレーザを用いた場合の伝送距離に対する伝送時間幅を示す図である。
【図２】図２は、量子ドットファブリペロレーザを用いた場合の伝送距離に対する伝送時間幅を示す図である。
【図３】図３は、実施例１に係る光モジュールの模式図である。
【図４】図４は、動作温度に対する発振波長を示した図である。
【図５】図５は、実施例１の量子ドットファブリペロレーザの断面図である。
【図６】図６は、実施例１の量子ドットファブリペロレーザの量子ドット付近の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０          ｐ型クラッド層
１２          ベース層
１４          ｎ型クラッド層
２０          カバー層
３０          量子ドット
４０          筐体
４２          レンズ
４４          シングルモードファイバ
５０          量子ドットファブリペロレーザ
【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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