JP2002134833A - Temperature independent laser - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光導波路中のグラッググレーティングと半導
体LDで構成される外部共振器型の周波数安定化レーザ
において、モードホッピングが抑制されているのみなら
ず、発振周波数が環境温度に依存しない温度無依存型レ
ーザの提供。
【解決手段】 このレーザは、基板16上に形成された
コア13とクラッド14とから成る光導波路と、半導体
LD11と、ブラッググレーティング15と、半導体L
Dとグレーティングの間に配置された光導波路のコア部
分を半導体LDと逆符号の屈折率温度係数を有する材料
12で置換した部分とを有し、基板16の下面あるいは
クラッド14の上面のうちの少なくとも片面に2種の金
属からなるバイメタル板51を接着している。バイメタ
ル板は温度上昇に伴ってグレーティングのピッチを狭く
するように作用し、グレーティングの温度依存性をキャ
ンセルする。
(57) [Summary] [PROBLEMS] In an external resonator type frequency-stabilized laser composed of a Gragg grating in an optical waveguide and a semiconductor LD, not only mode hopping is suppressed, but also the oscillation frequency becomes lower than the ambient temperature. Provide a temperature-independent laser that does not depend on it. SOLUTION: This laser comprises an optical waveguide composed of a core 13 and a clad 14 formed on a substrate 16, a semiconductor LD 11, a Bragg grating 15, and a semiconductor L.
D and a portion where the core portion of the optical waveguide disposed between the grating and the semiconductor LD is replaced with a material 12 having a temperature coefficient of refraction index opposite to that of the semiconductor LD. A bimetal plate 51 made of two kinds of metals is bonded to at least one surface. The bimetal plate acts to narrow the pitch of the grating as the temperature rises, thereby canceling the temperature dependence of the grating.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路中のグラ
ッググレーティングと半導体LDで構成される外部共振
器型の周波数安定化レーザにおいて、特にモードホッピ
ングが抑制されているのみならず、発振周波数が環境温
度に依存しない温度無依存型レーザに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an external resonator type frequency-stabilized laser comprising a Gragg grating in an optical waveguide and a semiconductor LD, in which not only mode hopping is suppressed but also the oscillation frequency is reduced. The present invention relates to a temperature-independent laser that does not depend on the ambient temperature.
【0002】[0002]
【従来の技術】温度に依存するモードホッピングを抑制
するように構成した周波数安定化レーザが提案されてい
る。この周波数安定化レーザは、石英系導波路中のブラ
ッググレーティングと半導体LDの間にシリコーン樹脂
を挿入した構成のものであり、そのグレーティングの周
波数選択性を利用して単一モード発振をすることがで
き、温度係数が半導体レーザに比較して低く、温度を変
えてもモードホッピングをしない、発振周波数の制御が
容易である等の特長を有するので、光通信、光情報処
理、光計測、分光用光源として様々な応用が期待されて
いる(参考文献:T.Tanaka, et al., Electron.
Lett., vol.35,no.13,149,(199
9)、及び田中他1999年電子情報通信学会総合大会
講演論文集、C−3−7を参照)。2. Description of the Related Art A frequency-stabilized laser configured to suppress temperature-dependent mode hopping has been proposed. This frequency-stabilized laser has a configuration in which silicone resin is inserted between a Bragg grating in a silica-based waveguide and a semiconductor LD, and can perform single-mode oscillation using the frequency selectivity of the grating. It has characteristics such as low temperature coefficient compared to semiconductor lasers, no mode hopping even if the temperature is changed, and easy control of oscillation frequency. Various applications are expected as light sources (Reference: T. Tanaka, et al., Electron.
Lett., Vol. 35, no. 13, 149, (199
9), and Tanaka et al., Proceedings of the 1999 IEICE General Conference, C-3-7).
【0003】上記ブラッググレーティングには、光誘起
グレーティングが用いられていることが多く、光誘起グ
レーティングの作製技術については、ケニース・オー・
ヒル等により発明されている(参考文献:特開平7−1
40311号公報参照)。以後の説明では、ブラッググ
レーティング及び光誘起グレーティングを名称の簡略化
のために単にグレーティングと言い換える。[0003] In many cases, photo-induced gratings are used for the Bragg gratings.
Hill, et al. (Reference: JP-A-7-17-1)
No. 40311). In the following description, the Bragg grating and the light-induced grating will be simply referred to as a grating for simplification of names.
【0004】図14は従来の技術を用いて作製した上記
の構成の周波数安定化レーザを斜め上から観察した模式
図である。同図において、11は半導体LD(レーザダ
イオード)であり、12は石英導波路に交差するように
設けた溝中に搭載した温度係数調整材料であり、13は
石英導波路を構成し光を伝播する屈折率の高いコアであ
り、14は石英導波路を構成しそのコアの周囲の屈折率
の低いクラッドである。15はその石英導波路(光導波
路)の所定位置に形成されたグレーティング(ブラック
グレーティング)であり、16はこれら部材を搭載する
Siの基板(平面基板)である。18は半導体LD11
を搭載するために石英ガラスを取り除いた部分でシリコ
ンテラスと呼ばれている。温度係数調整材料12は共振
器を構成する半導体LD11とグレーティング15間の
石英導波路の一部を置換するように配置される。FIG. 14 is a schematic view of a frequency-stabilized laser having the above-mentioned structure manufactured by using a conventional technique, which is observed obliquely from above. In the figure, reference numeral 11 denotes a semiconductor LD (laser diode), reference numeral 12 denotes a temperature coefficient adjusting material mounted in a groove provided so as to intersect with the quartz waveguide, and reference numeral 13 denotes a quartz waveguide which transmits light. And a cladding 14 having a low refractive index around the core constituting the quartz waveguide. Reference numeral 15 denotes a grating (black grating) formed at a predetermined position of the quartz waveguide (optical waveguide), and reference numeral 16 denotes a Si substrate (plane substrate) on which these members are mounted. 18 is a semiconductor LD11
This is called the silicon terrace where the quartz glass is removed in order to mount it. The temperature coefficient adjusting material 12 is disposed so as to replace a part of the quartz waveguide between the semiconductor LD 11 and the grating 15 that constitute the resonator.
【0005】石英系導波路中のグレーティング15と半
導体LD11で構成される周波数安定化レーザの発振モ
ードを以下に説明する。半導体LD11に注入電流を流
して発光させると、グレーティング15の反射スペクト
ルに対応した周波数の光のみがグレーティング15で反
射される。従って、半導体LD11の後端面からグレー
ティング15までの区間をレーザキャビティとして発振
する。The oscillation mode of the frequency-stabilized laser constituted by the grating 15 and the semiconductor LD 11 in the quartz-based waveguide will be described below. When an injection current is applied to the semiconductor LD 11 to emit light, only light having a frequency corresponding to the reflection spectrum of the grating 15 is reflected by the grating 15. Therefore, the section from the rear end face of the semiconductor LD 11 to the grating 15 oscillates as a laser cavity.
【0006】そして、グレーティング15および半導体
LD11の後端面以外からの半導体LD11への反射戻
り光が無いように、半導体LDの出力面には空気との界
面に対する反射防止膜(図示しない)が施され、半導体
LD側の石英導波路の端面はコア13の近傍部がコア1
3の光軸に直交する方向に対して傾いている(参考文
献:特開平6−230237号公報参照)。An output surface of the semiconductor LD is provided with an antireflection film (not shown) for an interface with air so that there is no reflected light returning to the semiconductor LD 11 from portions other than the grating 15 and the rear end face of the semiconductor LD 11. The end face of the quartz waveguide on the semiconductor LD side has a core 1 near the core 13.
3 is inclined with respect to the direction orthogonal to the optical axis (see Reference: JP-A-6-230237).
【0007】一般に、グレーティング15の反射周波数
の帯域は50GHz程度である。一方、上記のレーザキ
ャビティ長が0.5cm程度であるので、縦モードの周
波数間隔は20GHz程度となり、縦モードが3本程度
存在し得る。したがって、この中でグレーティング15
の反射中心周波数に最も近いものだけが選択されて発振
する。この発振光はグレーティング15の後端面側のコ
ア13から外部に出射される。In general, the reflection frequency band of the grating 15 is about 50 GHz. On the other hand, since the laser cavity length is about 0.5 cm, the frequency interval of the longitudinal mode is about 20 GHz, and about three longitudinal modes can exist. Therefore, the grating 15
Only the one closest to the reflection center frequency is selected and oscillates. This oscillation light is emitted to the outside from the core 13 on the rear end face side of the grating 15.
【0008】また、その発振周波数は、温度変化に対し
てモードホッピングを起こさない。その理由は、以下の
ようになっている。グレーティング15の中心周波数の
温度係数と縦モードの温度係数が以下で説明するように
同じ値になっているため、グレーティング15の反射中
心周波数と縦モード周波数の間隔は変化しない。すなわ
ち、温度変化が生じても常に同じ縦モードが選択されて
おり、モードから別の縦モードに変化する「モードホッ
ピング」が生じることはない。In addition, the oscillation frequency does not cause mode hopping in response to a temperature change. The reason is as follows. Since the temperature coefficient of the center frequency of the grating 15 and the temperature coefficient of the longitudinal mode have the same value as described below, the interval between the reflection center frequency of the grating 15 and the longitudinal mode frequency does not change. That is, even when a temperature change occurs, the same vertical mode is always selected, and "mode hopping" that changes from one mode to another vertical mode does not occur.
【0009】以下、グレーティング15の反射中心周波
数の温度係数と縦モードの温度係数が等しい理由を説明
する。グレーティング15の中心周波数の温度係数は石
英ガラスの温度係数、すなわちで石英ガラスで作製した
共振器の共振周波数の温度係数である。また、図14に
示したように、温度係数調整材料12を半導体LD11
とグレーティング15の間に挿入してあるので、縦モー
ドの温度係数は、石英ガラス(13、14)の温度係数
と温度係数調整材料12の温度係数と半導体LD11の
温度係数にそれぞれの光路長をかけあわせた重み平均の
値になっている。半導体LD11の温度係数は、石英ガ
ラス(13、14)の温度係数と同符号で、その大きさ
が石英ガラスの温度係数の10倍程度である。ここで、
半導体LD11と逆の温度係数の温度係数調整材料12
を用いて半導体LD11の温度係数を打ち消して、外部
共振器レーザ全体の縦モードの温度係数を石英ガラス
(13、14)の温度係数、すなわちグレーティング1
5の中心周波数の温度係数に一致させることができる。The reason why the temperature coefficient of the reflection center frequency of the grating 15 is equal to the temperature coefficient of the longitudinal mode will be described below. The temperature coefficient of the center frequency of the grating 15 is the temperature coefficient of quartz glass, that is, the temperature coefficient of the resonance frequency of a resonator made of quartz glass. Further, as shown in FIG. 14, the temperature coefficient adjusting material 12 is
And the grating 15, the temperature coefficient of the longitudinal mode is determined by adding the respective optical path lengths to the temperature coefficient of the quartz glass (13, 14), the temperature coefficient of the temperature coefficient adjusting material 12, and the temperature coefficient of the semiconductor LD 11. It is the value of the weighted average multiplied. The temperature coefficient of the semiconductor LD 11 has the same sign as the temperature coefficient of the quartz glass (13, 14), and its size is about 10 times the temperature coefficient of the quartz glass. here,
Temperature coefficient adjusting material 12 having a temperature coefficient opposite to that of semiconductor LD 11
Is used to cancel the temperature coefficient of the semiconductor LD11, and the temperature coefficient of the longitudinal mode of the entire external cavity laser is reduced to the temperature coefficient of the quartz glass (13, 14), that is, the grating 1
5 can be matched with the temperature coefficient of the center frequency.
【0010】従来の周波数安定化レーザの設計を説明す
る。従来の周波数安定化レーザの縦モードの温度係数m
は、近似的に次式(1)に示される。すなわち、縦モー
ドの温度係数mが、石英導波路の温度係数mWGに等しく
なるように周波数安定化レーザの構造が設計されてい
る。The design of a conventional frequency stabilized laser will be described. Temperature coefficient m of longitudinal mode of conventional frequency stabilized laser
Is approximately expressed by the following equation (1). That is, the temperature coefficient m of the longitudinal mode, frequency-stabilized laser structure to be equal to the temperature coefficient m WG of the silica waveguide is designed.
【0011】[0011]
【数1】 (Equation 1)
【0012】ただし、mLD ,mWG ,mm は、それぞれ半
導体LD11の共振器の共振周波数の温度係数、石英導
波路部分を共振器とした場合の共振周波数の温度係数、
温度係数調整材料12の温度係数である。また、nLD ,
nWG ,nm は、それぞれ半導体LD11の導波層の実効
屈折率、半導体LD11とグレーティング15の間の石
英導波路の実効屈折率、温度係数調整材料12の屈折率
である。さらにまた、LLD ,Lm , LWGは、それぞれ半
導体LD11の共振器長、温度係数調整材料12が搭載
された部分の光路方向の長さ、半導体LD11の出射端
からグレーティング15の中心までの(温度係数調整材
料12が封入された領域を除く)石英導波路部分の長さ
を表す。[0012] However, m LD, m WG, m m , the temperature coefficient of the resonance frequency in the case where the temperature coefficient of the resonant frequency of the resonator of the semiconductor LD 11, a quartz waveguide portion and the resonator, respectively,
This is the temperature coefficient of the temperature coefficient adjusting material 12. Also, n LD ,
n WG and nm are the effective refractive index of the waveguide layer of the semiconductor LD 11, the effective refractive index of the quartz waveguide between the semiconductor LD 11 and the grating 15, and the refractive index of the temperature coefficient adjusting material 12, respectively. Further, L LD , L m , and L WG are respectively the resonator length of the semiconductor LD 11 , the length in the optical path of the portion where the temperature coefficient adjusting material 12 is mounted, and the distance from the emission end of the semiconductor LD 11 to the center of the grating 15. It represents the length of the quartz waveguide portion (excluding the region where the temperature coefficient adjusting material 12 is sealed).
【0013】上式(1)に示したように、縦モードの温
度係数mが石英導波路の温度係数m WGに等しくなるよう
に温度係数調整材料12を搭載する部分の長さLWGを調
節してある。As shown in the above equation (1), the temperature in the vertical mode
The temperature coefficient m is the temperature coefficient m of the quartz waveguide. WGTo be equal to
Of the part on which the temperature coefficient adjusting material 12 is mountedWGTones
It has been set.
【0014】上式(1)の各パラメータの具体的な値は
以下のようになる。石英導波路の等価屈折率n=nWG=
1.45、温度係数調整材料12の屈折率n=nm=
1.39、半導体LD11の導波層の等価屈折率n
LD3.5である。また、半導体LD11の長さLLDは
0.60mmである。半導体LD11の出射端面からグ
レーティング15の手前までの長さは1.5mmであ
り、グレーティング15の長さは3.0mmである。従
って、半導体LD11の出射端からグレーティング15
の中心までの(温度係数調整材料12が封入された領域
を除く)石英導波路部分の長さLWGは、(3.0−
Lm)mmである。The specific values of each parameter in the above equation (1) are as follows. Equivalent refractive index of quartz waveguide n = n WG =
1.45, refractive index n = nm = of temperature coefficient adjusting material 12
1.39, equivalent refractive index n of waveguide layer of semiconductor LD11
LD 3.5. The length L LD of the semiconductor LD 11 is 0.60 mm. The length from the emission end face of the semiconductor LD 11 to a position short of the grating 15 is 1.5 mm, and the length of the grating 15 is 3.0 mm. Therefore, the grating 15 is connected from the emission end of the semiconductor LD 11.
The length L WG of the quartz waveguide portion (excluding the region where the temperature coefficient adjusting material 12 is sealed) up to the center of (3.0-
L m ) mm.
【0015】また、温度係数の値は以下のようになる。
半導体LD11の導波層の温度係数mLD=−12.9
(GHz/K)、石英導波路の温度係数mWG=−1.4
(GHz/K)、温度係数調整材料12の温度係数mm
=54(GHz/K)である。温度係数調整材料12と
してはシリコーン樹脂を用いている。The value of the temperature coefficient is as follows.
Temperature coefficient m LD of the waveguide layer of the semiconductor LD 11 = −12.9
(GHz / K), temperature coefficient of quartz waveguide m WG = -1.4
(GHz / K), the temperature coefficient of the temperature coefficient adjusting material 12 m m
= 54 (GHz / K). As the temperature coefficient adjusting material 12, a silicone resin is used.
【0016】上記のパラメータを(1)式を代入する
と、 Lm=300μm が得られる。従来の周波数安定化レーザでは、温度係数
調整材料の部分の長さL mは、上記のように(1)式に
基づいて設計されている。なお、この点に関してのより
詳しい計算については、特開平11−97784号公報
中に記載されている。The above parameters are substituted into equation (1).
And Lm= 300 μm. In conventional frequency-stabilized lasers, the temperature coefficient
Length L of adjustment material mIs, as described above, in equation (1)
Designed based on In this connection,
For the detailed calculation, see JP-A-11-97784.
It is described in.
【0017】なお、一般にグレーティング15の反射率
は40〜99%、半導体LD11と石英系導波路との光
の結合損失は4dB±1.5dB程度、温度係数調整材
料12での損失は1dBになっている。In general, the reflectance of the grating 15 is 40 to 99%, the coupling loss of light between the semiconductor LD 11 and the silica-based waveguide is about 4 dB ± 1.5 dB, and the loss of the temperature coefficient adjusting material 12 is 1 dB. ing.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の周波数安定化レーザでは、選択されてい
る縦モードの周波数の温度係数は石英導波路の温度係数
に等しい。また、その発振周波数は選択されている縦モ
ード周波数であるから、発振周波数が、モードホッピン
グなしに石英導波路の温度係数で温度変化と共に変化す
る。この温度係数は、mWG=−1.4(GHz/K)で
ある。However, in the above-mentioned conventional frequency-stabilized laser, the temperature coefficient of the selected longitudinal mode frequency is equal to the temperature coefficient of the quartz waveguide. Further, since the oscillation frequency is the selected longitudinal mode frequency, the oscillation frequency changes with the temperature coefficient at the temperature coefficient of the quartz waveguide without mode hopping. This temperature coefficient is m WG = −1.4 (GHz / K).
【0019】周波数安定化レーザを温度コントローラな
しで用いることは、温度コントロールの複雑な制御系が
不要になり、コスト削減の面からも通信システムにとっ
て大変魅力的なことである。The use of a frequency-stabilized laser without a temperature controller eliminates the need for a complicated control system for temperature control, and is very attractive for communication systems in terms of cost reduction.
【0020】しかし、従来の周波数安定化レーザを温度
コントローラを用いずに通信に用いた場合、30℃の温
度変化で発振周波数が42GHz程度ずれてしまう。こ
こで、WDM(wavelength division multiplex;波長
分割多重方式)伝送の光源は、周波数間隔の±20%以
内に発振波長がITU(International Telecommunicat
ions Union;国際電気通信連合)グリッドに制御されて
いなければならない。すなわち、100GHz間隔のW
DM伝送の場合、発振周波数の許容値は±20GHzで
ある。したがって、温度コントローラなしで室温が30
℃以上変化する環境では、上記のような従来の周波数安
定化レーザを使用することができない。However, when a conventional frequency-stabilized laser is used for communication without using a temperature controller, the oscillation frequency is shifted by about 42 GHz due to a temperature change of 30 ° C. Here, a light source of WDM (wavelength division multiplex) transmission has an oscillation wavelength within ± 20% of a frequency interval and an ITU (International Telecommunication).
It must be controlled by the ions Union (International Telecommunication Union) grid. That is, W at 100 GHz intervals
In the case of DM transmission, the allowable value of the oscillation frequency is ± 20 GHz. Therefore, room temperature of 30 without temperature controller
In an environment where the temperature changes by more than ° C., the conventional frequency stabilized laser as described above cannot be used.
【0021】そこで、温度コントローラなしで室温が大
きく(例えば30℃以上)変化する環境で使える周波数
安定化レーザが望まれていた。すなわち、モードホッピ
ングが抑制されているのみならず、発振周波数が環境温
度に依存しない温度無依存型レーザが望まれていた。Therefore, there has been a demand for a frequency-stabilized laser that can be used in an environment where the room temperature changes greatly (for example, 30 ° C. or more) without a temperature controller. In other words, a temperature-independent laser whose oscillation frequency does not depend on the environmental temperature as well as mode hopping is desired.
【0022】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、その目的は、グレーティングの
反射中心周波数の温度依存性を無くし、さらに縦モード
周波数の温度依存性を無くして両者を一致させることに
より、モードホッピングが抑圧され、かつ発振周波数の
温度依存性がない温度無依存型レーザを提供することに
ある。The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to eliminate the temperature dependence of the reflection center frequency of the grating and the temperature dependence of the longitudinal mode frequency. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a temperature-independent laser in which mode hopping is suppressed and the oscillation frequency does not depend on temperature.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の温度無依存型レーザの発明は、平面基板
上に形成され光を伝播する屈折率の高いコアとそのコア
の周囲の屈折率の低いクラッドとから成る光導波路と、
前記平面基板と同一の基板上に搭載された半導体LD
と、前記光導波路の所定位置に形成されたブラッググレ
ーティングと、前記半導体LDと前記グレーティングの
間に配置された前記光導波路の前記コア部分を該半導体
LDと逆符号の屈折率温度係数を有する材料で置換した
温度係数調整用部分とを有する周波数安定化レーザであ
って、前記平面基板の下面あるいは前記クラッドの上面
のうちの少なくとも片面に2種の金属からなるバイメタ
ル板を接着したことを特徴とする。In order to achieve the above object, a temperature-independent laser according to the first aspect of the present invention comprises a core formed on a planar substrate and having a high refractive index for transmitting light and a core surrounding the core. An optical waveguide composed of a clad having a low refractive index;
Semiconductor LD mounted on the same substrate as the flat substrate
A Bragg grating formed at a predetermined position of the optical waveguide, and a material having a refractive index temperature coefficient opposite to that of the semiconductor LD by forming the core portion of the optical waveguide disposed between the semiconductor LD and the grating. A frequency stabilized laser having a temperature coefficient adjusting portion replaced with a bimetal plate made of two kinds of metals is adhered to at least one of the lower surface of the planar substrate or the upper surface of the clad. I do.
【0024】また、請求項2の温度無依存型レーザの発
明は、上記と同様の周波数安定化レーザであって、前記
平面基板の下面に少なくとも前記半導体LDから前記ブ
ラッググレーティングまで2種の金属からなるバイメタ
ル板を接着したことを特徴とする。A temperature-independent laser according to a second aspect of the present invention is the same frequency-stabilized laser as described above, wherein at least the semiconductor LD to the Bragg grating are formed on the lower surface of the planar substrate by using two kinds of metals. Characterized in that a bimetal plate is bonded.
【0025】ここで、前記光導波路が石英系ガラスで構
成されていることを特徴とすることができる。Here, the optical waveguide may be made of quartz glass.
【0026】また、前記温度係数調整用部分が前記光導
波路をほぼ82度の角度で横切っていることを特徴とす
ることができる。Further, the temperature coefficient adjusting portion may cross the optical waveguide at an angle of about 82 degrees.
【0027】また、前記温度係数調整用部分が複数本に
分かれていることを特徴とすることができる。Further, the temperature coefficient adjusting portion may be divided into a plurality of portions.
【0028】また、前記半導体LDが高温特性LDであ
ることを特徴とすることができる。Further, the semiconductor LD may be characterized by having a high temperature characteristic LD.
【0029】また、前記温度無依存型レーザを同一基板
上に複数集積してレーザアレイを構成したことを特徴と
することができる。Also, a plurality of the temperature-independent lasers may be integrated on the same substrate to form a laser array.
【0030】また、前記レーザアレイを構成する各前記
温度無依存型レーザの前記温度係数調整用部分が連続に
繋がり、液だめに連続していることを特徴とすることが
できる。The temperature coefficient adjusting portion of each of the temperature-independent lasers constituting the laser array may be continuously connected to each other, and may be continuously connected to a reservoir.
【0031】また、各前記温度無依存型レーザの前記グ
レーティングの後端部に接続するアレー格子型1×N波
長分波器または1×Nカプラを集積して多波長レーザを
構成したことを特徴とすることができる。Further, a multi-wavelength laser is formed by integrating an array grating type 1 × N wavelength demultiplexer or a 1 × N coupler connected to the rear end of the grating of each of the temperature-independent lasers. It can be.
【0032】(作用)本発明では、上記構成により、以
下のようにモードホッピングを抑制できる。(Operation) In the present invention, mode hopping can be suppressed by the above configuration as follows.
【0033】まず、従来技術と同様に、屈折率温度係数
が半導体LDと逆の材料をグレーティングとLDの間に
搭載することで、周波数安定化レーザのレーザキャビテ
ィ中において温度変化による半導体LDの光路長変化お
よび光導波路の光路長変化を打ち消すことができる。屈
折率温度係数が半導体LDと逆の材料を搭載する領域
(温度係数調整用部分)の大きさを適切に設計すること
により、その結果レーザキャビティの共振周波数(縦モ
ード周波数)の温度係数を0[GHz/℃]にすること
ができる。First, similarly to the prior art, by mounting a material having a refractive index temperature coefficient opposite to that of the semiconductor LD between the grating and the LD, the optical path of the semiconductor LD due to a temperature change in the laser cavity of the frequency stabilized laser. The change in length and the change in optical path length of the optical waveguide can be canceled. By appropriately designing the size of the region (temperature coefficient adjusting portion) in which the material having the refractive index temperature coefficient opposite to that of the semiconductor LD is mounted, the temperature coefficient of the resonance frequency (longitudinal mode frequency) of the laser cavity is reduced to 0. [GHz / ° C.].
【0034】そして、本発明では、グレーティングを有
するPLC型レーザのクラッド面または基板面またはそ
の両方に2種の金属からなるバイメタル板を接着してい
る。バイメタル板は温度に依存して凹型や凸型に湾曲
し、光導波路に刻まれたグレーティングのピッチを変化
させる。グレーティングのピッチは温度が上昇すると広
がるという温度依存性を持つので(参考文献:日比野他
「温度無依存光波回路方デバイス」特願平11−191
373号参照)、バイメタル板を温度が上昇した時に凹
型に湾曲するように設計すれば、バイメタル板は温度上
昇に伴ってグレーティングのピッチを狭くするように作
用し、グレーティングの温度依存性をキャンセルするこ
とが可能となり、グレーティングの反射中心周波数の温
度係数を0[GHz/℃]にすることができる。In the present invention, a bimetal plate made of two kinds of metals is bonded to the cladding surface or the substrate surface or both of the PLC type laser having the grating. The bimetal plate bends in a concave or convex shape depending on the temperature, and changes the pitch of the grating carved in the optical waveguide. Since the pitch of the grating has a temperature dependence of expanding as the temperature rises (Reference: Hibino et al., “Temperature-Independent Lightwave Circuit Device”, Japanese Patent Application No. 11-191)
If the bimetal plate is designed to be concavely curved when the temperature rises, the bimetal plate acts to narrow the pitch of the grating as the temperature rises, thereby canceling the temperature dependency of the grating. The temperature coefficient of the reflection center frequency of the grating can be set to 0 [GHz / ° C.].
【0035】従って、本発明では、縦モードの温度係数
をグレーティングの反射中心周波数に一致させ、両者の
温度係数を0[GHz/℃]にすることができる。つま
り、温度変化に対してモードホッピングが抑圧され、か
つ発振周波数が変化しない温度無依存型レーザを実現す
ることができる。Therefore, according to the present invention, the temperature coefficient of the longitudinal mode can be made equal to the reflection center frequency of the grating, and both temperature coefficients can be set to 0 [GHz / ° C.]. That is, it is possible to realize a temperature-independent laser in which mode hopping is suppressed in response to a temperature change and the oscillation frequency does not change.
【0036】なお、以後、屈折率温度係数が半導体LD
と逆の材料を、温度係数調整材料と記載する。Hereinafter, the temperature coefficient of the refractive index of the semiconductor LD
The material opposite to the above is referred to as a temperature coefficient adjusting material.
【0037】[0037]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0038】なお、本発明の実施形態を説明するための
全図において、同一機能を有するものは同一符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。In all the drawings for describing the embodiments of the present invention, components having the same functions are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted.
【0039】(第1の実施形態)本発明の第1の実施形
態として、光導波路が石英系ガラスで構成された温度無
依存型レーザを例に挙げて説明する。(First Embodiment) As a first embodiment of the present invention, a temperature-independent laser in which an optical waveguide is made of silica glass will be described as an example.
【0040】図1、図2に本発明の第1の実施形態の構
成を示す。図1は、レーザの断面図であり、図2は、レ
ーザの上面図である。ここで、11はレーザ光を出射す
る半導体LD、12は溝中に搭載した温度係数調整材
料、13は光が伝播する石英導波路の屈折率の高いコ
ア、14はコアよりも屈折率の低いコアの周囲の石英導
波路のクラッド、15は石英導波路に形成されたグレー
ティング、16はこれらを搭載する平面基板であるSi
の基板、18は半導体LD11を搭載するために石英ガ
ラスを取り除いた部分であるシリコンテラス、および5
1は本発明の特徴構成要素であるバイメタル板である。
バイメタル板51は本例ではSi基板16の下面に接着
されている。FIGS. 1 and 2 show the configuration of the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view of the laser, and FIG. 2 is a top view of the laser. Here, 11 is a semiconductor LD that emits laser light, 12 is a temperature coefficient adjusting material mounted in the groove, 13 is a core having a high refractive index of a quartz waveguide through which light propagates, and 14 is a refractive index lower than the core. A quartz waveguide clad around the core, 15 is a grating formed on the quartz waveguide, and 16 is a planar substrate Si on which these are mounted.
The substrate 18 is a silicon terrace from which quartz glass is removed for mounting the semiconductor LD 11, and 5
Reference numeral 1 denotes a bimetal plate which is a characteristic component of the present invention.
The bimetal plate 51 is bonded to the lower surface of the Si substrate 16 in this example.
【0041】半導体LDの波長は1.55μmである。
従って、温度無依存型レーザのおおよその光の周波数は
次式(2)で表される。The wavelength of the semiconductor LD is 1.55 μm.
Therefore, the approximate light frequency of the temperature-independent laser is expressed by the following equation (2).
【0042】 ν=193(THz) (2) 図1に示す温度無依存型レーザのグレーティング15の
反射中心周波数の温度依存性について説明する。Ν = 193 (THz) (2) The temperature dependence of the reflection center frequency of the grating 15 of the temperature-independent laser shown in FIG. 1 will be described.
【0043】グレーティング15の反射中心周波数f
Braggは、反射中心波長λBraggを用いて次式式(3)で
表わされる。ここで、cは光の速さを表し、c=3.0
×10 8(m/s)である。The reflection center frequency f of the grating 15
BraggIs the reflection center wavelength λBraggAnd using the following equation (3)
Is represented. Here, c represents the speed of light, and c = 3.0.
× 10 8(M / s).
【0044】[0044]
【数2】 (Equation 2)
【0045】ここで、反射中心波長λBraggは、石英導
波路の実効屈折率nWGとグレーティング15のピッチΛ
を用いて次式(4)のように表わされる。Here, the reflection center wavelength λ Bragg is defined by the effective refractive index n WG of the quartz waveguide and the pitch Λ of the grating 15.
Is represented by the following equation (4).
【0046】 λBragg=2nWGΛ (4) 従って、図1に示す温度無依存型レーザのグレーティン
グ15の反射中心周波数fBraggの温度係数は、上式
(3)、(4)から求めることができるが、Si基板1
6の下部にバイメタル板51を図1に示すように接着す
ることで、その反射中心周波数の温度依存性を無くして
いる。Λ Bragg = 2n WG Λ (4) Therefore, the temperature coefficient of the reflection center frequency f Bragg of the grating 15 of the temperature-independent laser shown in FIG. 1 can be obtained from the above equations (3) and (4). Yes, but Si substrate 1
As shown in FIG. 1, a bimetal plate 51 is adhered to the lower part of 6, thereby eliminating the temperature dependence of the reflection center frequency.
【0047】以下、その原理を詳しく説明する。バイメ
タル板51は、熱膨張係数の異なる2種類のメタル層か
らなり、温度に依存してそり量が変化する。したがっ
て、温度が上昇するとバイメタル板51は湾曲し、バイ
メタル板51は基板16に接着されているので、温度上
昇に対して基板16を湾曲させることができる。温度上
昇に伴って基板16を湾曲させることにより、上式
(4)で表わされるグレーティング15のピッチΛを変
化させ、反射中心波長λBragg(反射中心周波数
fBra gg)、を制御することができる。Hereinafter, the principle will be described in detail. The bimetal plate 51 is composed of two types of metal layers having different coefficients of thermal expansion, and the amount of warpage changes depending on the temperature. Therefore, when the temperature rises, the bimetal plate 51 bends, and the bimetal plate 51 is adhered to the substrate 16, so that the substrate 16 can be bent in response to the temperature rise. By bending the substrate 16 as the temperature increases, by changing the pitch Λ of the grating 15, represented by the above formula (4), the reflection center wavelength lambda Bragg (reflection center frequency f Bra gg), it is possible to control the .
【0048】特に、温度上昇に伴って図3で示す凹型の
方向に基板16が湾曲する場合、グレーティング15の
ピッチΛが狭まり、反射中心波長λBraggを短波側にシ
フトさせることができる。In particular, when the substrate 16 bends in the concave direction shown in FIG. 3 as the temperature rises, the pitch Λ of the grating 15 is narrowed, and the reflection center wavelength λ Bragg can be shifted to the short wave side.
【0049】これに対し、バイメタル板51を装着して
いない通常の石英導波路に形成されたグレーティング1
5の場合には、その反射中心波長λBraggは温度係数
0,11nm/℃で長波長側にシフトする。したがっ
て、本実施形態では、バイメタル板51を基板16の下
面側に装着することにより、この長波長側へのシフト量
を補償して、グレーティング15の反射中心波長λ
Braggの温度係数を0[nm/℃]にすることができ
る。このとき、グレーティング15の反射中心周波数f
Br aggの温度係数は0[GHz/℃]である。On the other hand, the grating 1 formed on a normal quartz waveguide without the bimetal plate 51 mounted thereon
In the case of 5, the reflection center wavelength λ Bragg shifts to the longer wavelength side with a temperature coefficient of 0.11 nm / ° C. Therefore, in the present embodiment, by mounting the bimetal plate 51 on the lower surface side of the substrate 16, the shift amount to the longer wavelength side is compensated, and the reflection center wavelength λ of the grating 15 is
The Bragg temperature coefficient can be set to 0 [nm / ° C]. At this time, the reflection center frequency f of the grating 15
Temperature coefficient of br agg is 0 [GHz / ℃].
【0050】以下、グレーティング15の温度無依存化
のパラメータについて述べる。Hereinafter, parameters for making the grating 15 temperature independent will be described.
【0051】本例では、参考文献の特願平11−191
373号、及びHibino, et al, “Temperature-insens
itive UV-induced Bragg gratings in silica-based pl
anarlightwave circuits on Si ”,Electron. Lett.,
vol.,1999,35,no,21,pp.1844−1
845の記載に従い、厚さ1.5mmのバイメタル板5
1をSi基板16の下面に装着することにより、グレー
ティング15の中心周波数の温度係数を0[GHz/
℃]にしている。このとき用いた石英導波路チップの大
きさは、長さ30mm、幅10mm、厚さ1mmであ
り、その内グレーティング15の真下を覆う10mmの
領域にバイメタル板51を装着している。In this example, reference is made to Japanese Patent Application No. 11-191.
No. 373, and Hibino, et al, “Temperature-insens
itive UV-induced Bragg gratings in silica-based pl
anarlightwave circuits on Si ", Electron. Lett.,
vol., 1999, 35, no, 21, pp. 1844-1
845, a bimetal plate 5 having a thickness of 1.5 mm
1 is mounted on the lower surface of the Si substrate 16 so that the temperature coefficient of the center frequency of the grating 15 is 0 [GHz /
° C]. The size of the quartz waveguide chip used at this time is 30 mm in length, 10 mm in width, and 1 mm in thickness, and the bimetal plate 51 is mounted in a 10 mm area covering directly below the grating 15.
【0052】次に、図1に示す温度無依存型レーザの縦
モードの温度係数について説明する。Next, the temperature coefficient of the longitudinal mode of the temperature-independent laser shown in FIG. 1 will be described.
【0053】縦モードの温度係数mは近似的に式(5)
で表される。The temperature coefficient m of the longitudinal mode is approximately calculated by the following equation (5).
It is represented by
【0054】[0054]
【数3】 (Equation 3)
【0055】ただし、mLD,mWG,mmは、それぞれ半
導体LD11の共振器の共振周波数の温度係数、石英導
波路部分を共振器とした場合の共振周波数の温度係数、
温度係数調整材料12の温度係数である。nLD,nWG,
nmは、それぞれ半導体LD11の導波層の実効屈折
率、半導体LD11とグレーティング15の間の石英導
波路の実効屈折率、温度係数調整材料12の屈折率であ
る。[0055] However, m LD, m WG, m m , the temperature coefficient of the resonance frequency in the case where the temperature coefficient of the resonant frequency of the resonator of the semiconductor LD 11, a quartz waveguide portion and the resonator, respectively,
This is the temperature coefficient of the temperature coefficient adjusting material 12. n LD , n WG ,
nm is the effective refractive index of the waveguide layer of the semiconductor LD 11, the effective refractive index of the quartz waveguide between the semiconductor LD 11 and the grating 15, and the refractive index of the temperature coefficient adjusting material 12, respectively.
【0056】また、LLD,Lm,LWGは、図2に示すよ
うに、それぞれ半導体LD11の共振器長、温度係数調
整材料12が搭載された部分の長さ、半導体LD11の
出射端からグレーティング15中心までの(温度係数調
整材料12が封入された領域を除く)石英導波路部分の
長さを表す。As shown in FIG. 2, L LD , L m , and L WG are the resonator length of the semiconductor LD 11 , the length of the portion on which the temperature coefficient adjusting material 12 is mounted, and the emission length of the semiconductor LD 11 , respectively. It represents the length of the quartz waveguide portion up to the center of the grating 15 (excluding the region where the temperature coefficient adjusting material 12 is sealed).
【0057】上式(5)で表される縦モードの温度係数
mが m=0[GHz/℃] (6) のとき、縦モード周波数は温度が変化しても一定のまま
である。また、グレーティング15の反射中心周波数f
Braggの温度係数が上述のように0[GHz/℃]とな
っているので、グレーティング15の反射中心周波数f
Braggも温度が変化しても一定のままである。ここで、
この周波数安定化レーザでは、グレーティング15の反
射中心周波数に最も近い周波数の縦モードが選択されて
発振する。両者の周波数は温度に依存しないので、温度
が変化しても常に同じ縦モードが選択されて発振してい
る。つまり、温度に依存したモードホッピングが抑制さ
れている。従って、温度無依存、かつ温度に依存したモ
ードホッピングが抑制された温度無依存型レーザが実現
されていることが分かる。When the temperature coefficient m of the longitudinal mode represented by the above equation (5) is m = 0 [GHz / ° C.] (6), the longitudinal mode frequency remains constant even when the temperature changes. Also, the reflection center frequency f of the grating 15
Since the Bragg temperature coefficient is 0 [GHz / ° C.] as described above, the reflection center frequency f
Bragg also remains constant with changes in temperature. here,
In this frequency stabilized laser, the longitudinal mode having the frequency closest to the reflection center frequency of the grating 15 is selected and oscillates. Since the frequencies of the two do not depend on the temperature, the same longitudinal mode is always selected and oscillates even when the temperature changes. That is, mode hopping depending on temperature is suppressed. Accordingly, it can be seen that a temperature-independent laser that is temperature-independent and that suppresses temperature-dependent mode hopping is realized.
【0058】以下、本発明の第1の実施形態において、
縦モード周波数の温度係数が0[GHz/℃]となるた
めの温度補償材料12の封入領域の全長Lmを求める。Hereinafter, in the first embodiment of the present invention,
Temperature coefficient of longitudinal mode frequencies 0 Request [GHz / ° C.] to become the total length L m of the containment zone of the temperature compensation material 12 for.
【0059】上記の式(5)と式(6)により、温度無
依存型レーザの条件は次式(7)で与えられる。From the above equations (5) and (6), the condition of the temperature-independent laser is given by the following equation (7).
【0060】[0060]
【数4】 (Equation 4)
【0061】以下、(7)式を満たす温度補償材料12
の封入領域の全長Lmを求める。ここで温度係数調整材
料12としてシリコーン樹脂を用いた。このシリコーン
樹脂12が封入された領域を除く石英導波路部分の温度
係数mWGの値は、次式(8)のように表わされる。Hereinafter, the temperature compensation material 12 satisfying the expression (7)
Determining the total length L m of the containment zone. Here, a silicone resin was used as the temperature coefficient adjusting material 12. The value of the temperature coefficient mWG of the quartz waveguide portion excluding the region where the silicone resin 12 is sealed is expressed by the following equation (8).
【0062】[0062]
【数5】 (Equation 5)
【0063】シリコーン樹脂12の搭載部分の温度係数
mmは次式(9)で表される。[0063] The temperature coefficient m m of the mounting portion of the silicone resin 12 is expressed by the following equation (9).
【0064】 mm=54(GHz/K) (9)[0064] m m = 54 (GHz / K ) (9)
【0065】式(8)および式(9)の導出方法は、特
開平11−97784号公報に詳しく述べられている。The method of deriving the equations (8) and (9) is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-97784.
【0066】また、半導体LD11の長さLLDは0.6
0mm、半導体LD11の導波層の等価屈折率nLDは
3.5、石英導波路の等価屈折率nWGは1.45であ
る。シリコーン樹脂12の屈折率nmは1.39であ
る。半導体LD11の出射端面からグレーティング15
の手前までの長さは5.0mmであり、グレーティング
15の長さは3.0mmである。従って、半導体LD1
1の出射端面からグレーティング15の中心までの(温
度係数調整材料12が封入された領域を除く)石英導波
路部分の長さLWGは、(6.5−Lm)mmである。ま
た、半導体LD11の温度係数はmLD=−12.9(G
Hz/K)である。The length L LD of the semiconductor LD 11 is 0.6.
The equivalent refractive index n LD of the waveguide layer of the semiconductor LD 11 is 0 mm, and the equivalent refractive index n WG of the quartz waveguide is 1.45. Refractive index n m of the silicone resin 12 is 1.39. From the output end face of the semiconductor LD 11 to the grating 15
Is 5.0 mm, and the length of the grating 15 is 3.0 mm. Therefore, the semiconductor LD1
The length L WG of the quartz waveguide portion from the exit end face of the first to the center of the grating 15 (excluding the region where the temperature coefficient adjusting material 12 is sealed) is (6.5-L m ) mm. Further, the temperature coefficient of the semiconductor LD 11 is m LD = −12.9 (G
Hz / K).
【0067】そこで、第1の実施形態の設計において
は、上記の式(7)において上記のパラメータと式
(8)、式(9)とに基づき、全長Lmを0.52mm
と設計した。[0067] Therefore, in the design of the first embodiment, the above parameters and equation (8) In the above formula (7), based on the equation (9), 0.52 mm and the total length L m
And designed.
【0068】図1、図2の温度無依存型レーザを上記の
パラメータに従って設計し、実際に作製を行った。この
作製工程を図4に示す。この作製工程は、図4に示すよ
うに、以下の8工程からなる。 (1)エッチングにより段差のあるSi基板16を作
る。 (2)光ファイバの作製技術を応用した火炎堆積法とL
SI(大規模集積回路)の作製に用いられるフォトリソ
グラフィー技術を用いて、石英導波路をSi基板16上
に形成する。13は石英導波路のコア、14は石英導波
路のクラッドを示す。 (3)フォトリソグラフィー及び反応性イオンエッチン
グを用い、石英層を一部エッチングして半導体レーザ搭
載部(Siテラス)18及び溝21を作製する。 (4)Siテラス18上に半導体レーザ搭載用の半田パ
ターン19を形成する。 (5)エキシマレーザ光(あるいはアルゴンレーザの第
2高調波)31をフェイズマスク30を通して導波路に
照射することにより、グレーティング15をコア13の
位置に作製する。 (6)半導体レーザ(半導体LD)11をシリコンテラ
ス18を覆う半田パターン19の上に位置合わせ後、固
定する。 (7)上記溝21にシリコーン樹脂12を充填し、加熱
してシリコーン樹脂を硬化させる。 (8)Si基板16の下面のグレーティング15の真下
にバイメタル板51を接着する。The temperature-independent laser shown in FIGS. 1 and 2 was designed in accordance with the above parameters, and actually manufactured. This manufacturing process is shown in FIG. This manufacturing process includes the following eight steps as shown in FIG. (1) A Si substrate 16 having a step is formed by etching. (2) Flame deposition method using optical fiber fabrication technology and L
A quartz waveguide is formed on a Si substrate 16 by using a photolithography technique used for manufacturing an SI (Large Scale Integrated Circuit). Reference numeral 13 denotes a quartz waveguide core, and 14 denotes a quartz waveguide clad. (3) The quartz layer is partially etched using photolithography and reactive ion etching to form the semiconductor laser mounting portion (Si terrace) 18 and the groove 21. (4) A solder pattern 19 for mounting a semiconductor laser is formed on the Si terrace 18. (5) The grating 15 is formed at the position of the core 13 by irradiating the waveguide with the excimer laser light (or the second harmonic of the argon laser) 31 through the phase mask 30. (6) The semiconductor laser (semiconductor LD) 11 is positioned and fixed on the solder pattern 19 covering the silicon terrace 18. (7) The groove 21 is filled with the silicone resin 12 and heated to cure the silicone resin. (8) The bimetal plate 51 is bonded directly below the grating 15 on the lower surface of the Si substrate 16.
【0069】図5の特性図は本発明の第1の実施形態に
おける温度無依存型レーザの発振周波数の温度依存性の
測定結果を示す。測定の結果、−15℃から65℃まで
の範囲で発振周波数が一定で、かつモードホッピングの
抑制が確認できた。また、25℃における発振のための
しきい値電流は200mAであった。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a measurement result of the temperature dependence of the oscillation frequency of the temperature-independent laser according to the first embodiment of the present invention. As a result of the measurement, it was confirmed that the oscillation frequency was constant in a range from -15 ° C. to 65 ° C. and that mode hopping was suppressed. The threshold current for oscillation at 25 ° C. was 200 mA.
【0070】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態について説明する。図6は本発明の第2の実施
形態の温度無依存型レーザの断面構成を示す。上述の第
1の実施形態との相違点は、本第2の実施形態におい
て、バイメタル板51をSi基板16の裏面全体に取り
付けている点である。バイメタル板51をSi基板16
の裏面(下面)全体に取り付けることにより、グレーテ
ィング15から半導体LD11までの石英導波路部分の
光路長を温度無依存化することができる。したがって、
本実施形態では、温度係数調整材料12で補償する部分
は半導体LD11のみである。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a cross-sectional configuration of a temperature-independent laser according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the bimetal plate 51 is attached to the entire back surface of the Si substrate 16 in the second embodiment. The bimetal plate 51 is connected to the Si substrate 16
The optical path length of the quartz waveguide portion from the grating 15 to the semiconductor LD 11 can be made temperature-independent by attaching to the entire back surface (lower surface). Therefore,
In the present embodiment, the part to be compensated by the temperature coefficient adjusting material 12 is only the semiconductor LD 11.
【0071】以下、具体的な数値例を示す。貼り付ける
バイメタル板51の厚さは第1の実施形態と同様に1.
5mmであり、用いた石英導波路チップの大きさは、第
1の実施形態と同様に、長さ30mm、幅10mm、厚
さ1mmであり、その長さ30mmの部分全部にバイメ
タル板51を接着により装着している。これにより、第
1の実施形態と同様に、グレーティング15の中心周波
数の温度無依存化が実現され、さらにグレーティング1
5から半導体LD11までの石英導波路部分の光路長も
温度無依存化されている。Hereinafter, specific numerical examples will be shown. The thickness of the bimetal plate 51 to be affixed is 1. as in the first embodiment.
5 mm, and the size of the quartz waveguide chip used was 30 mm in length, 10 mm in width, and 1 mm in thickness, as in the first embodiment, and the bimetal plate 51 was bonded to the entire 30 mm length portion. It is installed by. Thus, as in the first embodiment, the center frequency of the grating 15 can be made temperature-independent, and the grating 1
The optical path length of the quartz waveguide portion from 5 to the semiconductor LD 11 is also made temperature-independent.
【0072】以下、縦モード周波数mが0[GHz/
℃]となるために、温度係数調整材料12を挿入する溝
幅Lmを計算する。上記のように、グレーティング15
から半導体LD11までの石英導波路部分の光路長が温
度無依存化されているので、上記の式(7)の分子の第
2項は0[GHz・mm/℃]である。従って、式
(7)より、温度無依存型レーザの条件は次式(10)
で与えられる。Hereinafter, when the longitudinal mode frequency m is 0 [GHz /
The ℃], and therefore, to calculate the groove width L m of inserting the temperature coefficient adjusting material 12. As described above, grating 15
Since the optical path length of the quartz waveguide portion from to the semiconductor LD 11 is made temperature-independent, the second term of the numerator of the above equation (7) is 0 [GHz · mm / ° C.]. Therefore, from the equation (7), the condition of the temperature-independent laser is given by the following equation (10).
Given by
【0073】 mLDnLDLLD+mmnmLm=0 (10)M LD n LD L LD + m nm nm L m = 0 (10)
【0074】上述した第1の実施形態と同様に計算する
と、全長Lmは0.36[mm]となった。[0074] When calculated in the same way as the first embodiment described above, the overall length L m becomes 0.36 [mm].
【0075】この溝幅Lmの長さは第1の実施形態の半
分近い長さである(第1の実施形態ではLmは0.52
mm)。溝の長さが半分近くなったことで、溝を透過す
る光のエネルギーが2倍近くまで増加している。[0075] The length of the groove width L m is L m in a nearly half the length of (the first embodiment of the first embodiment 0.52
mm). Since the length of the groove is reduced to almost half, the energy of light transmitted through the groove is increased to almost twice.
【0076】以下、溝による透過損失について説明す
る。Hereinafter, the transmission loss due to the groove will be described.
【0077】導波路中に溝21(図4の(3)を参照)
を作製し、導波路構成材料と別の材料12をこの溝21
に搭載すると、導波路を透過する光の導波モードが変化
し、溝21がない場合に比較して透過損失が生じる。A groove 21 in the waveguide (see (3) in FIG. 4)
And a material 12 different from the waveguide constituting material is formed in the groove 21.
, The waveguide mode of light transmitted through the waveguide changes, and transmission loss occurs as compared with the case where the groove 21 is not provided.
【0078】モード径ω、波長λの光が溝幅dの溝を透
過する場合の透過率ηは、次式(11)で表わされる。The transmittance η when light having a mode diameter ω and a wavelength λ passes through a groove having a groove width d is represented by the following equation (11).
【0079】[0079]
【数6】 (Equation 6)
【0080】ここで、λは波長でλ=1.55μmであ
り、nはシリコーン樹脂12の屈折率であって、n=n
m=1.39であり、ωは導波路中のモードフィールド
径(半径)であって、ω=4〜4.5μmである。Here, λ is a wavelength and λ = 1.55 μm, n is a refractive index of the silicone resin 12, and n = n
m = 1.39, ω is the mode field diameter (radius) in the waveguide, and ω = 4 to 4.5 μm.
【0081】上記の式(11)から、透過率ηは、溝幅
dが増加するとともに急激に減少することがわかる。From the above equation (11), it can be seen that the transmittance η sharply decreases as the groove width d increases.
【0082】上記の数値を式(11)に代入すると、溝
幅dを減少させた本第2の実施形態においては、前述の
第1の実施形態に比較して、溝による透過率を2倍程度
にできることがわかる。その結果、レーザキャビティ中
の損失が減少し、温度無依存型レーザのしきい値電流が
減少している。By substituting the above values into the equation (11), the second embodiment in which the groove width d is reduced has twice the transmittance by the groove as compared with the first embodiment. It can be seen that it can be done to the extent. As a result, the loss in the laser cavity is reduced and the threshold current of the temperature independent laser is reduced.
【0083】図7は本第2の実施形態における温度無依
存型レーザの発振周波数の温度依存性の測定結果を示
す。第1の実施形態1と同様に、−15℃から65℃の
範囲で発振周波数が一定で、かつモードホッピングの抑
制が確認できた。25℃におけるしきい値電流は100
mAであった。FIG. 7 shows a measurement result of the temperature dependence of the oscillation frequency of the temperature-independent laser according to the second embodiment. As in the case of the first embodiment, it was confirmed that the oscillation frequency was constant in the range of −15 ° C. to 65 ° C. and mode hopping was suppressed. The threshold current at 25 ° C. is 100
mA.
【0084】(第3の実施形態)本発明の第3の実施形
態として、第2の実施形態と同様な断面構造であって、
石英導波路がなす角度を82度にした温度無依存型レー
ザの例を図8に示す。図8は温度無依存型レーザの上面
図を示している。(Third Embodiment) As a third embodiment of the present invention, a sectional structure similar to that of the second embodiment will be described.
FIG. 8 shows an example of a temperature-independent laser in which the angle formed by the quartz waveguide is 82 degrees. FIG. 8 shows a top view of a temperature-independent laser.
【0085】シリコーン樹脂12を収納する溝と、コア
13およびクラッド14からなる石英導波路13とがな
す角度を82度にした理由を以下に記載する。石英導波
路との屈折率差が、シリコーン樹脂12に比較して大き
な温度係数調整用材料を用いる場合は、屈折率差が大き
いため石英導波路と温度係数調整用材料の界面で光の反
射が大きくなる。大量の反射光が半導体LD11に戻っ
た場合、温度無依存型レーザの発振が不安定になる。し
たがって、温度係数調整用材料の種類によっては、温度
変化に対するモードホッピングの抑制を困難にする場合
が生じる。The reason why the angle formed between the groove for accommodating the silicone resin 12 and the quartz waveguide 13 composed of the core 13 and the clad 14 is 82 degrees will be described below. When a temperature coefficient adjusting material having a refractive index difference between the quartz waveguide and the silicone resin 12 is larger than that of the silicone resin 12, a large refractive index difference causes light reflection at the interface between the quartz waveguide and the temperature coefficient adjusting material. growing. When a large amount of reflected light returns to the semiconductor LD 11, the oscillation of the temperature-independent laser becomes unstable. Therefore, depending on the type of the temperature coefficient adjusting material, it may be difficult to suppress the mode hopping with respect to the temperature change.
【0086】ところが、溝と石英導波路がなす角度を8
2度にすれば、反射光は導波路のコア13からクラッド
14に抜けることで半導体LD11に戻らず、温度無依
存型レーザの発振は安定になる。すなわち、温度無依存
型レーザのモードホッピングの抑制に石英導波路との屈
折率差が大きな温度係数調整用材料も用いることができ
るようになる。However, the angle between the groove and the quartz waveguide is set to 8
If it is twice, the reflected light does not return to the semiconductor LD 11 by passing from the core 13 to the cladding 14 of the waveguide, and the oscillation of the temperature-independent laser becomes stable. That is, a temperature coefficient adjusting material having a large refractive index difference from the quartz waveguide can be used for suppressing mode hopping of the temperature-independent laser.
【0087】本第3の実施形態の場合も、第1の実施形
態と同様に、−15℃から65℃の範囲で発振周波数が
一定でかつモードホッピングの抑制が確認できた。25
℃におけるしきい値電流は100mAであった。Also in the case of the third embodiment, as in the first embodiment, it was confirmed that the oscillation frequency was constant and the mode hopping was suppressed in the range of −15 ° C. to 65 ° C. 25
The threshold current at 100 ° C. was 100 mA.
【0088】(第4の実施形態)本発明の第4の実施形
態として、上記第3の実施形態における上記溝を複数本
にした温度無依存型レーザの例を図9及び図10に示
す。図9にその温度無依存型レーザの断面図、図10に
その温度無依存型レーザの上面図を示す。図9及び図1
0においては、0.36mmの溝を複数本の狭い溝に分
割していることを特徴としている。具体的には、幅15
μmの溝を24本作製している。この24本の溝のそれ
ぞれににシリコーン樹脂12を充填している。測定の結
果、モードホッピングの抑制が−15℃から65℃まで
確認され、25℃におけるしきい値電流は、実施形態3
に比較して1桁低い10mAが得られた。(Fourth Embodiment) As a fourth embodiment of the present invention, an example of a temperature-independent laser having a plurality of the grooves in the third embodiment is shown in FIGS. FIG. 9 is a sectional view of the temperature-independent laser, and FIG. 10 is a top view of the temperature-independent laser. 9 and 1
0 is characterized in that a 0.36 mm groove is divided into a plurality of narrow grooves. Specifically, width 15
24 μm grooves are produced. Each of the 24 grooves is filled with the silicone resin 12. As a result of the measurement, suppression of mode hopping was confirmed from −15 ° C. to 65 ° C., and the threshold current at 25 ° C.
10 mA was obtained, which is an order of magnitude lower than that of.
【0089】以下、狭い複数個の溝を作製して低しきい
値電流が得られた理由を記載する。The reason why a low threshold current was obtained by forming a plurality of narrow grooves will be described below.
【0090】溝幅に対する透過損失の依存性は上記の式
(11)に表わされている。式(11)から溝の導波路
方向の全長が長くなればなるほど、その透過損失が急速
に増加することがわかる。したがって、一つの太い溝に
一括して上記温度係数調整材料を搭載する場合に比較し
て、複数個の細い溝に分けて上記温度係数調整材料を搭
載する場合の方が、透過光のロスが少なくなる。よっ
て、図7、図8に示すような単一溝を用いる前者の場合
に比較して、図9、図10に示すような複数溝を用いた
後者の方がレーザキャビティ中の損失を減少させ、温度
無依存型レーザのしきい値電流を減少させることができ
る。The dependence of the transmission loss on the groove width is expressed by the above equation (11). From equation (11), it can be seen that the longer the total length of the groove in the waveguide direction, the more the transmission loss increases. Therefore, compared to the case where the temperature coefficient adjusting material is mounted collectively in one thick groove, the loss of transmitted light is better when the temperature coefficient adjusting material is mounted in a plurality of narrow grooves. Less. Therefore, compared to the former case using a single groove as shown in FIGS. 7 and 8, the latter using a plurality of grooves as shown in FIGS. 9 and 10 reduces the loss in the laser cavity. In addition, the threshold current of the temperature-independent laser can be reduced.
【0091】(第5の実施形態)本発明の第5の実施形
態として、上記の第4の実施形態の構成であって、高温
特性の優れた半導体LDを搭載した温度無依存型レーザ
の例を図11に示す。図11にこの温度無依存型レーザ
の断面図を示す。ここで、52は、高温特性の優れた半
導体LDである。本例では、温度無依存型レーザが高温
特性の優れた半導体LD52を搭載している点を特徴と
する。すなわち、半導体LD52が、前端面がコーティ
ングなし後端面95%程度の高反射コーティングの状態
において、85℃程度の高温領域においても、しきい値
電流が15mAであり、かつ(注入電流60mAにおけ
る)出力が25℃における出力の3/4程度もある半導
体LDである点である。(Fifth Embodiment) As a fifth embodiment of the present invention, an example of a temperature-independent laser having a configuration of the above-described fourth embodiment and mounting a semiconductor LD having excellent high-temperature characteristics is provided. Is shown in FIG. FIG. 11 shows a cross-sectional view of this temperature-independent laser. Here, 52 is a semiconductor LD having excellent high-temperature characteristics. The present embodiment is characterized in that a temperature-independent laser is mounted with a semiconductor LD 52 having excellent high-temperature characteristics. That is, the semiconductor LD 52 has a threshold current of 15 mA and an output (at an injection current of 60 mA) even in a high-temperature region of about 85 ° C. in a state where the front end face has a high reflection coating of about 95% of the rear end face without coating. Is a semiconductor LD having about 出力 of the output at 25 ° C.
【0092】本第5の実施形態の場合、−15℃から6
5℃の温度範囲で発振波長は、温度無依存であり、しき
い値電流は、25℃において10mAが得られた。しき
い値電流は65℃においても15mAであった。出力変
動は−15℃から65℃の温度範囲で3dB程度であっ
た。以上のように、高温特性の優れた半導体LDを用い
ることで、発振周波数が温度に依存しないだけでなく、
しきい値電流および光出力の温度依存性が少ない温度無
依存型レーザを実現することができた。In the case of the fifth embodiment, the temperature ranges from −15 ° C. to 6 ° C.
The oscillation wavelength was temperature-independent in the temperature range of 5 ° C., and the threshold current was 10 mA at 25 ° C. The threshold current was 15 mA even at 65 ° C. The output fluctuation was about 3 dB in a temperature range from -15 ° C to 65 ° C. As described above, by using a semiconductor LD having excellent high-temperature characteristics, not only does the oscillation frequency not depend on temperature, but also
A temperature-independent laser with low temperature dependence of threshold current and optical output was realized.
【0093】この結果は、温度に対して、前端面がコー
ティングなし後端面95%程度の高反射コーティングの
状態において、しきい値電流および出力の変動が少ない
半導体LD52を用いて温度無依存型レーザを作製して
いるため、本温度無依存型レーザのしきい値電流変動お
よび出力変動も抑制されているを示している。The results show that, in the state of high reflection coating in which the front end face has no coating and the rear end face is about 95% with respect to the temperature, the temperature independent laser is used by using the semiconductor LD 52 with small fluctuation of the threshold current and the output. This indicates that the fluctuation of the threshold current and the fluctuation of the output of the present temperature-independent laser are also suppressed.
【0094】(他の実施形態)上述した本発明の第1〜
第5の実施形態では、、温度係数調整材料12としてシ
リコーン樹脂を用いたが、本発明はこれに限定されるこ
とはない。(Other Embodiments) The first to the fourth embodiments of the present invention described above.
In the fifth embodiment, a silicone resin is used as the temperature coefficient adjusting material 12, but the present invention is not limited to this.
【0095】また、本発明の第1の実施形態おいては、
長さ520μmの溝を1本作製し、第2〜第5の実施形
態においては合計で長さ360μmの溝を作製し長さ3
60μmの溝を1本または幅15μmの溝を24本作製
した。しかし、溝の間隔と本数の設計はこれに限定され
ることはない。幅5〜50μmの溝を複数本作製し、合
計の長さが第1の実施形態の形態であれば、500μm
±80μm、合計の長さが第2〜第5の実施形態の形態
であれば360±50μmとなるようにすれば、本発明
の第1の実施形態1及び第2〜第5の実施形態の結果と
同様に、発振周波数が温度に無依存となり、また温度に
依存したモードホッピングが抑制される。Further, in the first embodiment of the present invention,
One groove having a length of 520 μm was prepared, and in the second to fifth embodiments, a groove having a total length of 360 μm was prepared and a groove having a length of 3 μm was formed.
One groove of 60 μm or 24 grooves of 15 μm width was produced. However, the design of the interval and the number of grooves is not limited to this. A plurality of grooves having a width of 5 to 50 μm are formed, and if the total length is the form of the first embodiment, 500 μm
± 80 μm, if the total length is 360 ± 50 μm in the case of the second to fifth embodiments, the first embodiment and the second to fifth embodiments of the present invention will be described. Similarly to the result, the oscillation frequency is independent of the temperature, and the mode hopping depending on the temperature is suppressed.
【0096】また、本発明の第1〜第5の実施形態にお
いては、単体の温度無依存型レーザを説明したが、本発
明の効果が単体の温度無依存型レーザに限定されること
はない。温度無依存型レーザを同一基板上に複数個集積
した構成のレーザにも本発明の効果は有効である。以
下、(#1)〜(#6)に詳しく具体例を記載する。In the first to fifth embodiments of the present invention, a single temperature-independent laser has been described. However, the effects of the present invention are not limited to a single temperature-independent laser. . The effect of the present invention is also effective for a laser having a configuration in which a plurality of temperature-independent lasers are integrated on the same substrate. Hereinafter, specific examples will be described in detail in (# 1) to (# 6).
【0097】(#1)温度無依存型レーザを複数個集積
することで作製したレーザアレイにおいても本発明の効
果が有効である。図12は本発明の温度無依存型レーザ
を集積したレーザアレイの模式的上面図を示す。ここ
で、レーザアレイの出力数は8に限定されるものでな
く、複数であればよい。また、同図において溝(12の
位置)は連結されており、液だめ(42の位置)へとつ
ながっている。注入したシリコン樹脂12は液体である
ので、その液だめに注入することにより、一括して効率
的に各溝に適量の上記シリコン樹脂12を注入すること
ができる。41は連結用溝の中の温度係数調整用材料、
42は液だめの中の温度係数調整用材料を表わしてい
る。この液だめは、溝への注入時に注入する材料が液体
である材料であれば、すべての温度係数調整材料に適用
できる。(# 1) The effect of the present invention is also effective in a laser array manufactured by integrating a plurality of temperature-independent lasers. FIG. 12 is a schematic top view of a laser array in which a temperature-independent laser of the present invention is integrated. Here, the number of outputs of the laser array is not limited to eight, but may be any number as long as it is plural. In the same figure, the groove (position 12) is connected, and is connected to the reservoir (position 42). Since the injected silicon resin 12 is a liquid, the appropriate amount of the silicon resin 12 can be efficiently and collectively injected into each groove by injecting the liquid into the reservoir. 41 is a temperature coefficient adjusting material in the connecting groove,
Reference numeral 42 denotes a temperature coefficient adjusting material in the reservoir. This reservoir can be applied to all temperature coefficient adjusting materials as long as the material to be injected at the time of injection into the groove is a liquid.
【0098】(#2)また、上記の(#1)の構成にお
いて、グレーティング15の各々の反射中心周波数(波
長)を制御し、アレイ格子型1×N波長合分波器又は1
×Nカプラを集積した多波長レーザにおいても、本発明
の効果は有効である。図13はこの場合の本発明の温度
無依存型レーザを集積した多波長レーザの模式的上面図
を示す。同図において、20はグレーティング15の各
々の出力側と接続するアレイ格子型1×N波長合分波器
又は1×Nカプラを示す。ここで、この多波長レーザの
波長多重数は8に限定されるものでなく複数であればよ
い。なお、この構成では、周波数を決定すると同時に波
長が決定されるので、周波数および波長の安定化、ない
し制御は同じ意味で用いることができる。要するに、温
度無依存型レーザと波長安定化レーザとは同義で用いる
ことができる。(# 2) In the configuration of the above (# 1), the reflection center frequency (wavelength) of each of the gratings 15 is controlled, and an array grating type 1 × N wavelength multiplexer / demultiplexer or 1
The effect of the present invention is effective even in a multi-wavelength laser in which a × N coupler is integrated. FIG. 13 is a schematic top view of a multi-wavelength laser in which the temperature-independent laser of the present invention is integrated in this case. In the figure, reference numeral 20 denotes an array grating type 1 × N wavelength multiplexer / demultiplexer or a 1 × N coupler connected to each output side of the grating 15. Here, the number of wavelength multiplexes of the multi-wavelength laser is not limited to eight, but may be any number as long as it is plural. In this configuration, since the wavelength is determined simultaneously with the determination of the frequency, the stabilization or control of the frequency and the wavelength can be used in the same meaning. In short, a temperature-independent laser and a wavelength-stabilized laser can be used interchangeably.
【0099】(#3)また、上記の(#2)の構成にお
いて、反射中心波長が異なるグレーティング15を一括
して作製するために、これらグレーティング15が形成
されている部分の導波路のコア幅をそれら導波路ごとに
異ならせ、またはこれらグレーティング15が形成され
ている部分の導波路の光軸とグレーティングベクトルが
なす角度がそれら導波路ごとに異なるように形成した多
波長レーザ(参考文献:特開平10−242591号公
報参照)においても、本発明の効果は有効である。(# 3) In the configuration of the above (# 2), in order to collectively manufacture the gratings 15 having different reflection center wavelengths, the core width of the waveguide in the portion where these gratings 15 are formed is provided. Or a multi-wavelength laser formed such that the angle formed by the grating vector and the optical axis of the waveguide in the portion where the grating 15 is formed is different for each of the waveguides. The effect of the present invention is also effective in Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-242591).
【0100】(#4)さらに、上記(#2)または上記
(#3)の構成において、合波した出力光を増幅するた
めに、半導体光増幅器(アンプ)が集積されていること
を特徴とする多波長レーザにおいても、本発明の効果は
有効である。(# 4) Further, in the configuration of (# 2) or (# 3), a semiconductor optical amplifier (amplifier) is integrated to amplify the combined output light. The effect of the present invention is also effective in a multi-wavelength laser.
【0101】(#5)また、上記(#2)または上記
(#3)または上記(#4)の構成において、各波長出
力を高速に変調するため、各半導体LD11にEA(電
界吸収型;Electro-Absorption)変調器が集積されてい
ることを特徴とする多波長レーザにおいても、本発明の
効果は有効である。(# 5) In the configuration of (# 2), (# 3) or (# 4), each semiconductor LD 11 is provided with an EA (electroabsorption type) in order to modulate each wavelength output at high speed. The effect of the present invention is also effective in a multi-wavelength laser characterized by integrating an electro-absorption modulator.
【0102】(#6)また、上記(#2)または上記
(#3)または上記(#4)の構成において、各波長出
力を高速に変調するため、LiNbO3 変調器またはE
A変調器が集積されていることを特徴とする多波長レー
ザにおいても、本発明の効果は有効である。(# 6) In the configuration of (# 2), (# 3) or (# 4), in order to modulate each wavelength output at high speed, a LiNbO 3 modulator or E
The effects of the present invention are also effective in a multi-wavelength laser characterized by integrating an A modulator.
【0103】さらに、本発明の第1の実施形態では、平
面基板16の裏面にバイメタル板516を接着したが、
バイメタル板51を接着する面がクラッド14の上面で
あっても、基板裏面とクラッド上面の両方であっても、
温度変化に対して適切な方向に基板16をそらすように
接着すれば、同様な効果が得られることは言うまでもな
い。Further, in the first embodiment of the present invention, the bimetal plate 516 is bonded to the back surface of the flat substrate 16,
Even if the surface to which the bimetal plate 51 is bonded is the upper surface of the clad 14, or both the substrate back surface and the clad upper surface,
It goes without saying that a similar effect can be obtained if the substrate 16 is adhered so as to deflect the substrate 16 in an appropriate direction with respect to a temperature change.
【0104】さらにまた、本発明の第1〜第5の実施形
態では、基板上に搭載する半導体LDを発振波長1.5
5μmの半導体LDとしたが、一般的には他の発振波長
の半導体LDを用いても、バイメタル板の形状やバイメ
タル板を接着する領域を適切に設計し、光導波路のサイ
ズや、温度係数調整材料の搭載領域の全長を適切に設計
することで、発振周波数の温度無依存化及びモードホッ
ピングの抑制が可能であることは言うまでもない。Further, in the first to fifth embodiments of the present invention, the semiconductor LD mounted on the substrate has an oscillation wavelength of 1.5.
Although a semiconductor LD of 5 μm was used, in general, even if a semiconductor LD of another oscillation wavelength is used, the shape of the bimetal plate and the region to which the bimetal plate is bonded are appropriately designed to adjust the size of the optical waveguide and the temperature coefficient. Needless to say, by appropriately designing the entire length of the material mounting region, the oscillation frequency can be made temperature-independent and mode hopping can be suppressed.
【0105】また、半導体LDを搭載したデバイスを実
用化するにあたり、半導体LDを樹脂で封止することに
より、つまり半導体LDを湿気にさらさないようにする
ことで、長期的信頼性を確保することが一般的に行われ
ている。従って、本発明の第1〜第5の本実施形態で述
べた温度係数調整材料12が樹脂封止材料を兼ねる材料
である場合には、この温度係数調整材料を搭載するため
の溝から半導体LDまでおおう全領域に、この温度係数
調整材料を一括して搭載することにより、モードホッピ
ングの抑制と半導体LDの信頼性確保が同時に可能にな
ることは言うまでもない。ただし、この場合、この温度
係数調整材料は半導体LDと石英導波路の間の僅かな隙
間にも搭載されているので、半導体LDの前端面の反射
防止膜はその温度係数調整材料の屈折率に対して設計さ
れていることが必要である。In putting a semiconductor LD mounted device to practical use, long-term reliability should be ensured by sealing the semiconductor LD with a resin, that is, by not exposing the semiconductor LD to moisture. Is commonly done. Therefore, when the temperature coefficient adjusting material 12 described in the first to fifth embodiments of the present invention is a material also serving as a resin sealing material, the semiconductor LD is removed from the groove for mounting the temperature coefficient adjusting material. Needless to say, by mounting the temperature coefficient adjusting material all over the entire area covered by the above, it is possible to suppress mode hopping and to ensure the reliability of the semiconductor LD at the same time. However, in this case, since this temperature coefficient adjusting material is also mounted in a slight gap between the semiconductor LD and the quartz waveguide, the antireflection film on the front end face of the semiconductor LD has a refractive index that is lower than the refractive index of the temperature coefficient adjusting material. It must be designed for
【0106】例えば、上記構成において、温度係数調整
材料の屈折率が石英導波路の屈折率n=1.45に等し
い場合には、半導体LD側の石英導波路端面と温度係数
調整材料との間で光の反射が生じない。したがって、こ
の場合は、半導体LD側の石英導波路端面はコアの近傍
部がコアの光軸に対して直交してもよい。For example, in the above configuration, when the refractive index of the temperature coefficient adjusting material is equal to the refractive index n = 1.45 of the quartz waveguide, the distance between the end face of the quartz waveguide on the semiconductor LD side and the temperature coefficient adjusting material is changed. Does not cause light reflection. Therefore, in this case, the quartz waveguide end face on the semiconductor LD side may have a portion near the core orthogonal to the optical axis of the core.
【0107】[0107]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板下面あるいはクラッド上面のうち少なくとも片面に
2種の金属からなるバイメタル板を接着し、上部クラッ
ドとコアを除去した溝部分、または上部クラッドとコア
と下部クラッドを除去した溝部分に、温度係数調整材料
を封入するという簡便な方法を用いることにより、縦モ
ードの温度係数とグレーティングの反射中心波長の温度
係数を共に0[GHz/℃]に一致させ、従来解決すべ
き課題となっていた発振周波数の温度依存性を無くし、
同時にモードホッピング抑制することが容易にできると
いう効果を奏する。As described above, according to the present invention,
Attach a bimetal plate made of two metals to at least one of the lower surface of the substrate and the upper surface of the clad, and adjust the temperature coefficient to the groove where the upper clad and core are removed or the groove where the upper clad, core and lower clad are removed By using a simple method of enclosing the material, the temperature coefficient of the longitudinal mode and the temperature coefficient of the reflection center wavelength of the grating are both made equal to 0 [GHz / ° C.], and the oscillation frequency, which has been a problem to be solved conventionally, is The temperature dependence of
At the same time, there is an effect that mode hopping can be easily suppressed.
【0108】従って、本発明を用いれば、低コストで、
温度依存性が無い安定した単一モードレーザの実現が可
能となり、光通信等レーザを用いる分野において多大な
効果が期待される。Therefore, according to the present invention, at low cost,
A stable single mode laser without temperature dependency can be realized, and a great effect is expected in a field using a laser such as optical communication.
【図1】本発明の第1実施形態の温度無依存型レーザの
構造を示す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a temperature-independent laser according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1実施形態の温度無依存型レーザの
構造を示す模式的上面図である。FIG. 2 is a schematic top view showing the structure of the temperature-independent laser according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1実施形態において温度上昇ととも
に基板がそる様子を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a state in which the substrate is warped as the temperature rises in the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1実施形態の温度無依存型レーザの
作製工程を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing a manufacturing process of the temperature-independent laser according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第1実施形態における温度無依存型レ
ーザの発振周波数の温度依存性の測定結果を示す特性図
である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a measurement result of the temperature dependence of the oscillation frequency of the temperature-independent laser according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第2実施形態の温度無依存型レーザの
構造を示す模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a temperature-independent laser according to a second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第2実施形態における温度無依存型レ
ーザの発振周波数の温度依存性の測定結果を示す特性図
である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a measurement result of a temperature dependence of an oscillation frequency of a temperature-independent laser according to a second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第3実施形態において、溝と導波路の
なす角を82度にした温度無依存型レーザの構造を示す
模式的上面図である。FIG. 8 is a schematic top view showing the structure of a temperature-independent laser in which the angle between a groove and a waveguide is 82 degrees in a third embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第4実施形態において、溝を細溝に分
割した温度無依存型レーザの構造を示す模式的断面図で
ある。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a temperature-independent laser in which a groove is divided into fine grooves in a fourth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第4実施形態において、溝を細溝に
分割した温度無依存型レーザの構造を示す模式的上面図
である。FIG. 10 is a schematic top view showing a structure of a temperature-independent laser in which a groove is divided into fine grooves in a fourth embodiment of the present invention.
【図11】本発明の第5実施形態において、高温特性の
優れた半導体LDを搭載した温度無依存型レーザの構造
を示す模式的断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of a temperature-independent laser mounted with a semiconductor LD having excellent high-temperature characteristics in a fifth embodiment of the present invention.
【図12】本発明のその他の実施形態として、上記本発
明の実施形態の温度無依存型レーザを集積して作製した
レーザアレイの構造を示す模式的上面図である。FIG. 12 is a schematic top view showing the structure of a laser array manufactured by integrating the temperature-independent lasers according to the embodiment of the present invention as another embodiment of the present invention.
【図13】本発明のさらに他の実施形態として、上記本
発明の実施形態の温度無依存型レーザを集積して作製し
た多波長レーザの構造を示す模式的上面図である。FIG. 13 is a schematic top view showing a structure of a multi-wavelength laser manufactured by integrating the temperature-independent laser according to the embodiment of the present invention as still another embodiment of the present invention.
【図14】従来のグレーティングを用いた周波数安定化
レーザをななめ上方から観察した模式的斜視図である。FIG. 14 is a schematic perspective view of a frequency-stabilized laser using a conventional grating, which is observed from above the lick.
11 半導体LD 12 温度係数調整用材料(シリコーン樹脂) 13 石英導波路のコア層 14 石英導波路のクラッド層 15 グレーティング 16 Si基板 18 シリコンテラス 19 半導体レーザ搭載用の半田パターン 20 アレー格子型1×N波長合分波器あるいは1×N
カプラ 21 溝 30 フェイスマスク 31 エキシマレーザ光あるいはアルゴンレーザの第2
高周波 41 連結用溝の中の温度係数調整用材料 42 液だめの中の温度係数調整用材料 51 バイメタル板 52 高温特性の優れた半導体LDReference Signs List 11 semiconductor LD 12 temperature coefficient adjusting material (silicone resin) 13 core layer of quartz waveguide 14 cladding layer of quartz waveguide 15 grating 16 Si substrate 18 silicon terrace 19 solder pattern for mounting semiconductor laser 20 array lattice type 1 × N Wavelength multiplexer / demultiplexer or 1 × N
Coupler 21 Groove 30 Face mask 31 Second excimer laser beam or argon laser
High frequency 41 Material for adjusting temperature coefficient in connection groove 42 Material for adjusting temperature coefficient in liquid reservoir 51 Bimetal plate 52 Semiconductor LD with excellent high temperature characteristics
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01S 5/026 G02B 6/12 A H (72)発明者 大庭 直樹 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 阿部 淳 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2H037 BA02 CA00 CA02 CA33 CA37 DA37 2H041 AA21 AB10 AB38 AC01 AZ01 AZ05 2H047 LA03 LA19 MA07 NA10 TA00 5F073 AA65 AA67 AB02 AB25 BA02 EA03 FA06 FA13 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01S 5/026 G02B 6/12 A H (72) Inventor Naoki Ohba 2-3 Otemachi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo No. 1 Within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Atsushi Abe Inventor 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term within Nippon Telegraph and Telephone Corporation (reference) 2H037 BA02 CA00 CA02 CA33 CA37 DA37 2H041 AA21 AB10 AB38 AC01 AZ01 AZ05 2H047 LA03 LA19 MA07 NA10 TA00 5F073 AA65 AA67 AB02 AB25 BA02 EA03 FA06 FA13
Claims (9)
率の高いコアとそのコアの周囲の屈折率の低いクラッド
とから成る光導波路と、 前記平面基板と同一の基板上に搭載された半導体LD
と、 前記光導波路の所定位置に形成されたブラッググレーテ
ィングと、 前記半導体LDと前記グレーティングの間に配置された
前記光導波路の前記コア部分を該半導体LDと逆符号の
屈折率温度係数を有する材料で置換した温度係数調整用
部分とを有する周波数安定化レーザであって、 前記平面基板の下面あるいは前記クラッドの上面のうち
の少なくとも片面に2種の金属からなるバイメタル板を
接着したことを特徴とする温度無依存型レーザ。An optical waveguide formed on a planar substrate and having a high refractive index core for transmitting light and a low refractive index clad around the core; and an optical waveguide mounted on the same substrate as the planar substrate. Semiconductor LD
A Bragg grating formed at a predetermined position of the optical waveguide; and a material having a temperature coefficient of a refractive index opposite to that of the semiconductor LD by changing the core portion of the optical waveguide disposed between the semiconductor LD and the grating. A frequency stabilized laser having a temperature coefficient adjusting portion replaced by: a bimetal plate made of two kinds of metals bonded to at least one of the lower surface of the planar substrate or the upper surface of the clad. Temperature independent laser.
率の高いコアとそのコアの周囲の屈折率の低いクラッド
とから成る光導波路と、 前記平面基板と同一の基板上に搭載された半導体LD
と、 前記光導波路の所定位置に形成されたブラッググレーテ
ィングと、 前記半導体LDと前記グレーティングの間に配置された
前記光導波路の前記コアの一部分を該半導体LDと逆符
号の屈折率温度係数を有する材料で置換した温度係数調
整用部分とを有する周波数安定化レーザであって、 前記平面基板の下面に少なくとも前記半導体LDから前
記ブラッググレーティングまで2種の金属からなるバイ
メタル板を接着したことを特徴とする温度無依存型レー
ザ。2. An optical waveguide comprising a core formed on a planar substrate and having a high refractive index for transmitting light, and a clad having a low refractive index around the core, and mounted on the same substrate as the planar substrate. Semiconductor LD
A Bragg grating formed at a predetermined position of the optical waveguide; and a part of the core of the optical waveguide disposed between the semiconductor LD and the grating has a refractive index temperature coefficient opposite to that of the semiconductor LD. A frequency-stabilized laser having a temperature coefficient adjusting portion replaced with a material, wherein a bimetal plate made of two kinds of metals from at least the semiconductor LD to the Bragg grating is bonded to a lower surface of the planar substrate. Temperature independent laser.
ていることを特徴とする請求項1または2に記載の温度
無依存型レーザ。3. The temperature-independent laser according to claim 1, wherein said optical waveguide is made of silica-based glass.
をほぼ82度の角度で横切っていることを特徴とする請
求項1ないし3のいずれかに記載の温度無依存型レー
ザ。4. The temperature-independent laser according to claim 1, wherein said temperature coefficient adjusting portion crosses said optical waveguide at an angle of approximately 82 degrees.
れていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか
に記載の温度無依存型レーザ。5. The temperature-independent laser according to claim 1, wherein the temperature coefficient adjusting portion is divided into a plurality of portions.
とを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の温
度無依存型レーザ。6. The temperature-independent laser according to claim 1, wherein said semiconductor LD has a high-temperature characteristic LD.
複数集積してレーザアレイを構成したことを特徴とする
請求項1ないし6のいずれかに記載の温度無依存型レー
ザ。7. The temperature-independent laser according to claim 1, wherein a plurality of said temperature-independent lasers are integrated on the same substrate to form a laser array.
無依存型レーザの前記温度係数調整用部分が連続に繋が
り、液だめに連続していることを特徴とする請求項7に
記載の温度無依存型レーザ。8. The temperatureless laser according to claim 7, wherein the temperature coefficient adjusting portions of the respective temperature-independent lasers constituting the laser array are continuously connected to each other and are connected to a reservoir. Dependent laser.
ティングの後端部に接続するアレー格子型1×N波長分
波器または1×Nカプラを集積して多波長レーザを構成
したことを特徴とする請求項7または8に記載の温度無
依存型レーザ。9. A multi-wavelength laser is constructed by integrating an array grating type 1 × N wavelength demultiplexer or a 1 × N coupler connected to the rear end of the grating of each of the temperature-independent lasers. 9. The temperature-independent laser according to claim 7, wherein:
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