(57)【要約】【課題】  ある波長範囲で異なる多数の波長のレーザ光を同時に出力し、また波長可変幅を広げることを実現する。【解決手段】  第１の半導体基板上に形成された第１の光学多層膜と、第２の半導体基板に形成された第２の光学多層膜とを活性層を介して対向させることにより、前記第１の光学多層膜と前記第２の光学多層膜により光共振器を形成する波長可変レーザにおいて、第１の半導体基板と、この第１の半導体基板の表面に複数設けられた第１の光学多層膜と、この第１の光学多層膜に対応するように複数設けられた第２の半導体基板と、この第２の半導体基板に設けられた第２の光学多層膜及び活性層とを有し、前記第１の半導体基板上に複数の光共振器が形成されることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体基板上に形成された第１の光学多層膜と、第２の半導体基板に形成された第２の光学多層膜とを活性層を介して対向させることにより、前記第１の光学多層膜と前記第２の光学多層膜により光共振器を形成する波長可変レーザにおいて、
第１の半導体基板と、
この第１の半導体基板の表面に複数設けられた第１の光学多層膜と、
この第１の光学多層膜に対応するように複数設けられた第２の半導体基板と、
この第２の半導体基板に設けられた第２の光学多層膜及び活性層と
を有し、
前記第１の半導体基板上に複数の光共振器が形成されることを特徴とする波長可変レーザ。
【請求項２】
前記複数の光共振器のうち少なくとも１つの光共振器の波長範囲は、他の光共振器の波長範囲と異なることを特徴とする請求項１記載の波長可変レーザ。
【請求項３】
前記光共振器は、前記第１の半導体基板上に２次元状に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の波長可変レーザ。
【請求項４】
前記光共振器から出射される光は、先端が先球レンズに加工されている光ファイバーで受光されることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の波長可変レーザ。
【請求項５】
前記光共振器から出射される光は、平面光導波路に形成されている光の導波路で受光されることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の波長可変レーザ。
【請求項６】
前記平面光導波路は、光カップラの機能を有することを特徴とする請求項５記載の波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変レーザに関し、詳しくは、ＭＥＭＳ可動ミラーを用いた波長可変レーザアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の波長可変レーザの一例を示す構成断面図である。
ＩｎＰ基板２の上にはミラー層３が形成され、ミラー層３の上には活性層４が形成される。活性層４の上には電極９が形成され、電極９の上方には一定距離をおいてＳＯＩ基板６が形成される。また、活性層４とＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板６の間に光学膜５が形成されている。
ＩｎＰ基板２の裏面には電極８が形成され、ＳＯＩ基板６の上部には電極１０が形成されている。ＳＯＩ基板６には四角錐状の貫通口が設けられ、その貫通口にボールレンズ７がのせられる。この貫通口の一方の開口部はボールレンズ７の直径より大きく、他方の開口部はボールレンズ７の直径より小さくなっている。
また、光ファイバー１、光学膜５、ボールレンズ７は出射光（レーザ光）の光軸の中心線上に並ぶように配置される。ミラー層３ 、活性層４及び光学膜５は光共振器を構成している。
【０００３】
次に、動作を説明する。電極８と電極９に電圧を印加することで活性層４に電流が注入され、活性層４に含まれる電子が励起状態になり、光が出射される。この光がミラー層３と光学膜５の間を反射してレーザ発振を行う。すなわち、電流注入による励起方式を採っている。そして、出射光はボールレンズ７を経由して光ファイバー１に入射される。
出射されるレーザ光の発振波長はミラー層３と光学膜５の間の距離で決定される。電極９と電極１０に電圧を印加することにより、静電気力で光学膜５が動くので、ミラー層３との間の距離が変化し、波長を変えている。
また、ＳＯＩ基板６に四角錐状の貫通口を設け、その貫通口にボールレンズ７を配置することにより、光ファイバー１に効率良くレーザ光を取り入れている。
【０００４】
図７は、ＭＥＭＳ可動ミラーに印加する電圧に対する発振波長を示すグラフである。
印加電圧が０〜７８Ｖでは発振せず、印加電圧が７８〜１７２Ｖの範囲で波長１５２５〜１５８０ｎｍまで発振し、印加電圧が１７２Ｖ以上では発振していない。つまり、発振波長幅がＩｎＰ基板の特性で決まっており、ミラーの可動範囲を大きくしても波長可変幅は広くならない。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７３５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような波長可変レーザには、次のような問題点があった。
【０００７】
ある波長範囲で異なる多数の波長のレーザ光を同時に出力することができないという問題がある。
また、波長可変幅がＩｎＰ基板の特性、つまり活性層の利得波長幅とミラー層の反射波長幅で決まり、ＭＥＭＳ可動ミラーの可動範囲を大きくしても波長可変幅が広くならないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような従来技術の欠点をなくし、ある波長範囲で異なる多数の波長のレーザ光を同時に出力し、また波長可変幅を広げることを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、第１の半導体基板上に形成された第１の光学多層膜と、第２の半導体基板に形成された第２の光学多層膜とを活性層を介して対向させることにより、前記第１の光学多層膜と前記第２の光学多層膜により光共振器を形成する波長可変レーザにおいて、第１の半導体基板と、この第１の半導体基板の表面に複数設けられた第１の光学多層膜と、この第１の光学多層膜に対応するように複数設けられた第２の半導体基板と、この第２の半導体基板に設けられた第２の光学多層膜及び活性層とを有し、前記第１の半導体基板上に複数の光共振器が形成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２では、請求項１の波長可変レーザにおいて、前記複数の光共振器のうち少なくとも１つの光共振器の波長範囲は、他の光共振器の波長範囲と異なることを特徴とする。
【００１１】
請求項３では、請求項１または２の波長可変レーザにおいて、前記光共振器は、前記第１の半導体基板上に２次元状に配置されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４では、請求項１乃至３いずれかの波長可変レーザにおいて、前記光共振器から出射される光は、先端が先球レンズに加工されている光ファイバーで受光されることを特徴とする。
【００１３】
請求項５では、請求項１乃至３いずれかの波長可変レーザにおいて、前記光共振器から出射される光は、平面光導波路に形成されている光の導波路で受光されることを特徴とする。
【００１４】
請求項６では、請求項５の波長可変レーザにおいて、前記平面光導波路は、光カップラの機能を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を説明すれば下記の通りである。
【００１６】
面発光型の波長可変レーザアレイ素子をパッケージングすることにより、ある波長範囲で異なる多数の波長のレーザ光を同時に出力することができ、また波長可変幅を広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を用いて、本発明の波長可変レーザを説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の一実施例を示す構成図である。図１（Ａ）は側面図、図２（Ｂ）は上面図である。
【００１９】
第１の半導体基板（以下、シリコン基板２０とする。）の表面に第１の光学多層膜（以下、可動ミラー２２とする。）を複数設け、この可動ミラー２２に対応するように第２の光学多層膜（以下、半導体多層ミラー２３とする。）および活性層２４を有した第２の半導体基板（以下、ＩｎＰ基板２１とする。）を複数設けることにより、シリコン基板２０の上に複数の光共振器が形成される。また、半導体多層ミラー２３、活性層２４および可動ミラー２２は光共振器を構成している。
【００２０】
つまり、シリコン基板２０の上に３個の可動ミラー２２がアレイ状に形成され、各可動ミラー２２に発振波長の異なるＩｎＰ基板２１がボンディングされて構成されている。
【００２１】
また、活性層２４の上には、電極２６が形成され、電極２６の下方には一定距離をおいてシリコン基板２０が形成される。
シリコン基板２０の上面に電極２７が形成され、裏面に電極２８が形成される。電極２６と電極２７は電気的にも接続されている。ＩｎＰ基板２１の上部には電極２９が形成される。ＩｎＰ基板２１には四角錐状の貫通孔が設けられている。
また、各可動ミラー２２の電極２７、２８の間は絶縁膜２５で絶縁され、各可動ミラー２２に印加する電圧を独立に制御することができる。
【００２２】
ここで、図１に示す実施例の動作を説明する。電極２７と電極２９に電圧を印加することにより、電極２６を介し活性層２４に電流が注入され、活性層２４から光が出射される。この光が可動ミラー２２と半導体多層ミラー２３の間を反射することにより、レーザ発振を行なう。また、電極２８と電極２７に電圧を印加することにより、可動ミラー２２が動くようになる。
【００２３】
つまり、複数の半導体多層ミラー２３および活性層２４を有したＩｎＰ基板２１を設けた中で、任意の発振波長範囲のＩｎＰ基板を選択し、このＩｎＰ基板のみに電圧を印加することにより、任意の発振波長を出射することができる。
【００２４】
例えば、シリコン基板２０の上に設けるＩｎＰ基板２１の波長範囲を全て１４７５ｎｍ〜１５３０ｎｍにし、その中から１つのＩｎＰ基板を選択する場合、このＩｎＰ基板のみに電圧を印加することにより、任意の発振波長を例えば１４９０ｎｍとすると、この１４９０ｎｍの発振波長のみを出射することができる。
【００２５】
また、シリコン基板２０の上に設けるＩｎＰ基板２１の波長範囲を全て１４７５ｎｍ〜１５３０ｎｍにし、波長１４７５ｎｍ〜１５３０ｎｍの範囲で任意の発振波長として例えば異なる１４９０ｎｍ、１５１０ｎｍ、１５３０ｎｍとなるように各可動ミラー２２の位置を調整し、各ＩｎＰ基板２１毎に電圧に印加することにより、これらの１４９０ｎｍ、１５１０ｎｍ、１５３０ｎｍの発振波長のレーザ光を同時に出射することができる。
【００２６】
さらに、複数の光共振器のうち少なくとも１つの光共振器の波長範囲が他の光共振器の波長範囲と異なるように設計する場合、シリコン基板２０の上に１種類のＩｎＰ基板、つまり全て同じ発振波長範囲のＩｎＰ基板を設けた場合よりも発振波長範囲を広くすることができる。
【００２７】
例えば、シリコン基板２０の上に設ける３つのＩｎＰ基板２１の発振波長範囲を１つ目のＩｎＰ基板２１は１４７５ｎｍ〜１５３０ｎｍ、２つ目のＩｎＰ基板２１は１５２５ｎｍ〜１５８０ｎｍ、３つ目のＩｎＰ基板２１は１５７５ｎｍ〜１６３０ｎｍとし、その中から１つ目のＩｎＰ基板２１を選択する場合、このＩｎＰ基板のみに電圧を印加することにより、任意の発振波長を例えば１５００ｎｍとすると、この１５００ｎｍの発振波長のみを出射することができ、次に２つ目のＩｎＰ基板２１を選択する場合、このＩｎＰ基板のみに電圧を印加することにより、任意の発振波長を例えば１５６０ｎｍとすると、この１５６０ｎｍの発振波長のみを出射することができ、さらに３つ目のＩｎＰ基板２１を選択する場合、このＩｎＰ基板のみに電圧を印加することにより、任意の発振波長を例えば１６２０ｎｍとすると、この１６２０ｎｍの発振波長のみを出射することができる。
【００２８】
また、各ＩｎＰ基板２１の半導体多層ミラー２３と活性層２４がそれぞれの波長範囲で発振可能なように設計されている。
さらに、シリコン基板２０の上に設けるＩｎＰ基板２１の各発振波長範囲は、実施例では５ｎｍ重なるように設計してあるが、重ならなくても良い。
【００２９】
なお、シリコン基板２０の材料はシリコンが採用され、ＩｎＰ基板２１の材料はＩｎＰが採用されているが他の材料を採用しても良い。
【実施例２】
【００３０】
図２は、本発明の一実施例を示す構成図である。図２（Ａ）は側面図、図２（Ｂ）は上面図である。また、図において、前記図１と同様のものは同一符号を付して示す。
【００３１】
第２の半導体基板（以下、ＩｎＰ基板２１とする。）に形成されている第２の光学多層膜（以下、半導体多層ミラー２３とする。）および活性層２４と、第１の半導体基板（以下、シリコン基板２０とする。）の表面に形成されている第１の光学多層膜（以下、可動ミラー２２とする。）により光共振器が構成されている。また、半導体多層ミラー２３、活性層２４および可動ミラー２２により構成されている光共振器は、シリコン基板２０の上に２次元状に配置されている。
【００３２】
ＩｎＰ基板２１に形成されている半導体多層ミラー２３と活性層２４がそれぞれの波長範囲で発振可能なように設計することができる。
また、シリコン基板２０の上に２次元状に光共振器を配置することができることにより、小型化にすることができ、かつ複数の光共振器、つまりシリコン基板２０の上に複数のＩｎＰ基板２１を設けることができるので、１個のＩｎＰ基板２１よりも発振波長範囲を広げることができる。
【実施例３】
【００３３】
図３は、本発明の一実施例を示す構成図である。また、図において、前記図１と同様のものは同一符号を付して示す。
【００３４】
第２の半導体基板（以下、ＩｎＰ基板２１とする。）に形成されている第２の光学多層膜（以下、半導体多層ミラー２３とする。）および活性層２４と、第１の半導体基板（以下、シリコン基板２０とする。）の表面に形成されている第１の光学多層膜（以下、可動ミラー２２とする。）により光共振器が構成されている。
【００３５】
この光共振器と先端が先球レンズに加工されている光ファイバー３０の間隔が同じになるように構成されている。つまり、光共振器から出射される光が、先端が先球レンズに加工されている光ファイバー３０で受光できるように構成されている。
【００３６】
また、光共振器と先端が先球レンズに加工されている光ファイバー３０の間隔が同じになるように構成し、光学的に結合してレーザモジュールを作製している。
【実施例４】
【００３７】
図４は、本発明の一実施例を示す構成図である。また、図において、前記図１と同様のものは同一符号を付して示す。
【００３８】
第２の半導体基板（以下、ＩｎＰ基板２１とする。）に形成されている第２の光学多層膜（以下、半導体多層ミラー２３とする。）および活性層２４と、第１の半導体基板（以下、シリコン基板２０とする。）の表面に形成されている第１の光学多層膜（以下、可動ミラー２２とする。）により光共振器が構成されている。
【００３９】
この光共振器とＶ溝が形成されている直角折り返しミラー３１で固定している光ファイバー３０の間隔が同じになるように構成されている。
また、光ファイバー３０をＶ溝が形成されている直角折り返しミラー３１で固定し、電極２７と電極２９に電圧を印加することにより、電極２６を介し活性層２４に電流が注入され、活性層２４から光が出射され、この光が可動ミラー２２と半導体多層ミラー２３の間を反射することにより、レーザ発振を行なう。このレーザ発振は、直角折り返しミラー３１に当たり、当たった角度から９０度の方向にある光ファイバー３０に入射する。
つまり、光ファイバー３０を固定することにより、正確に光共振器から出射される光を光ファイバー３０で受光することができる。
【実施例５】
【００４０】
図５は、本発明の一実施例を示す構成図である。また、図において、前記図１と同様のものは同一符号を付して示す。
【００４１】
第２の半導体基板（以下、ＩｎＰ基板２１とする。）に形成されている第２の光学多層膜（以下、半導体多層ミラー２３とする。）および活性層２４と、第１の半導体基板（以下、シリコン基板２０とする。）の表面に形成されている第１の光学多層膜（以下、可動ミラー２２とする。）により光共振器が構成されている。
【００４２】
この光共振器とレンズ３２および平面光導波路３３に形成されている光の導波路の間隔が同じになるように構成されている。つまり、光共振器から出射される光は、レンズ３２を通して、平面光導波路３３に形成されている光の導波路で受光される。
また、平面光導波路３３は、光カップラ３４の機能を有している。光カップラ３４の機能を有することにより、例えば、受光した光を合成し、出射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図６】従来の一例を示す構成図である。
【図７】従来の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１  光ファイバー
２  ＩｎＰ基板
３  ミラー層
４  活性層
５  光学膜
６  ＳＯＩ基板
７  ボールレンズ
８、９、１０  電極
２０  シリコン基板
２１  ＩｎＰ基板
２２  可動ミラー
２３  半導体多層ミラー
２４  活性層
２５  絶縁膜
２６、２７、２８、２９  電極
３０  光ファイバー
３１  直角折り返しミラー
３２  レンズ
３３  平面光導波路
３４  光カップラ
【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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