JP2007158057A - 集積レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、波長切り替えの際に発生する不要光を遮断し、所望の波長のレーザ光のみを出力するコンパクトな波長可変光源を提供する。
【解決手段】本発明によれば、基板上の所定領域において発したレーザ光が少なくとも２つの光導波路に分岐され、その少なくとも一つの光導波路に、外部信号に基づいて動作する光ゲート機能を具備し、また他の光導波路は光の通過または増幅機能を具備することで、前者を通過した光を信号光として用い、また後者を通過する光を波長モニタに導くことにより、波長切り替え時において波長モニタを動作させながら不要信号光を遮断することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、集積レーザ装置に関し、特に、波長多重伝送装置において、高速波長切り替え時に発生する不要光の防止を図った、コンパクトな波長可変光源を有する集積レーザ装置に関する。

情報通信サービスの利用拡大に伴って、これを支える光通信システムにおいて信号変調速度の高速化や、空間、時間、波長の多重化による伝送容量の拡大が進められてきた。波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式は一本の光ファイバ中に波長の異なる信号光を複数用いて情報を伝送する方式であり、光ファイバ増幅器の採用によって一括した信号増幅が可能であることから、コストを抑えながら通信容量を劇的に改善できるという利点を有しており、特に中長距離伝送システムにおいて広く適用されている。

波長可変光源は上記のＷＤＭ伝送装置においてレーザ装置が故障した場合に備えるバックアップ光源、あるいはＩＴＵ規格に定められた波長グリッド毎にレーザ光源を準備する必要をなくすための在庫削減を当面の主たる適用目的としており、その開発例は、２００１年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会、講演番号Ｃ−４−３（非特許文献１）や、電子工学論文、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．５（１９９９年）、９１８−９２３頁（非特許文献２）等に記載されている。

波長可変光源を上記のバックアップ用の光源として用いる場合には、切り替え途中における不要光が伝送システムに導入されないような仕組みが必要である。その一例として、光送受信モジュールの外部に光ゲートを設けることが特許公開２００４−６２１０５号に記載されている。また、２００５年光ファイバ通信会議における電子工学論文、講演番号ＯｔｕＥ３（非特許文献３）では、波長切り替え時に波長制御が可能な程度までレーザ光出力を低下させることによって、システムへの不要光放出レベルを抑えながら６ミリ秒程度で波長切り替えを実現することが報告されている。

特開２００４−６２０１５号公報 「２００１年電子情報通信学会エレクトロニクス・ソサイエティ大会」、講演番号Ｃ−４−３ 「アイ・イー・イー・イー ジャーナル オブ ライトウエーブ テクノロジー（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、 Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．５（１９９９年）、ｐ．９１８−９２３ 「２００５ オプティカル ファイバー コミュニケーションズ コンファレンス（２００５ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）」，Ｐａｐｅｒ ＯｔｕＥ３

光ファイバケーブルの敷設が進むとともに、特定の２ノード間を結ぶ光伝送を対象にするのではなくて、多ノード間を結ぶ光ネットワークという概念でのシステム設計がなされるようになってきた。ここにおいてノードは光信号の送受信だけではなくて、ルート設定が重要な機能である。全ての光信号を電気信号に変換してからルート設定し、再び光信号に変換して送出するのではなくて、光信号のままでその波長の切り替えを用いる。これにより、簡易な経路切り替え処理が可能となり、増加の一途にある情報量を処理可能となる。

信号パケットの集合体であるバーストあるいは、パケット単位に波長切り替えようとするとマイクロ秒、あるいはナノ秒程度の高速で波長を切り替えるとともに、波長の切り替え途中において不要光を発しないように、これに同期した光ゲート動作を有する波長可変光源が必要である。波長切り替えにあたっては目標とする波長に合わせこむため、波長モニタには波長弁別のために十分な光入力値を確保しなければならない。

また、光弁別機能を有する光回路と波長可変光源の組み合わせにより、ルート処理が実現できる。ノンブロッキングなルート処理を実現するには、使用する波長数と同数の波長可変光源が必要なため、装置の小型化を実現する上で波長可変光源の小型化が必要である。

一般に、高周波ケーブルを伝播する電磁波の伝播速度ｖは、光速をｃ、全誘電率をεとすればｖ＝ｃ/√εで与えられる。通常εは２程度であるため、伝播速度ｖは、ナノ秒あたり２０センチメートルとなる。従って、ナノ秒での波長切り替えで同期させるには、信号間のケーブル長差が１センチメートル以下とする必要がある。

レーザの波長を可変にするには、レーザ共振器内に外部信号によって通過もしくは反射波長が変化し得る波長フィルタもしくは、共振器長を変化させる必要がある。これらの作用点と光ゲートの作用点とを同一の基板上に集積することによって、モジュール内のケーブル長差を数ミリメートル以下とすることが可能となる。これにより、特別な位相調整機構を設けることなしに、ナノ秒を十分に下回る位相差で同期が達成される。

さらに、レーザ共振器からのレーザ光を分岐し、主たるレーザ光はゲートを介して光ファイバに導き、副のレーザ光を波長モニタに導くことによって、ゲートが閉じた状況においても継続的な波長モニタ動作が可能となって波長チューニングできる。また、波長モニタにパワモニタ機能を付加することによって、光出力レベルも調整される。

本発明によれば、高速波長切り替えの途中において不要光の発生を防止した、コンパクトな波長可変レーザ装置を提供することができる。

以下に、実施の形態を図を用いて詳細に述べる。
＜実施の形態１＞
本発明の第一の実施例は、半導体光増幅器を光ゲートに用いた波長１．５５μｍ帯の波長可変集積レーザ素子である。図１は、本発明の第一の実施例について見た上面図である。本実施例の装置は、波長可変レーザ発振器１１、１２、１３、１４と多モード干渉型（以下、ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅと記載）光結合器４１０と光増幅器３１が集積された構造である。各レーザ発振器１１、１２、１３、１４は、各光導波路４０１、４０２、４０３、４０４によって光結合器の一辺に接続されている。光結合器の他辺に接続した光導波路４２１は光増幅器３１を介して、他方の光導波路４２２は各々の光出力部７１、７２に接続されている。なお、本実施例においては、光出力端７２を有する光導波路は端面の垂直方向に対して他の出力端側に傾けた構造とした。光出力端７１からの光放射は端面に垂直である一方、光出力端７２からの光はスネルの法則にしたがって、より光出力７１側に傾いて光を放射することになる。

さらに、レーザ発振器１１、１２、１３、１４は、活性領域とこれを前後に挟む２つのブラッグ反射鏡（以下、ＤＢＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒと記載）領域から形成され、それぞれ、活性部電極２１１、２１２、２１３、２１４と両ＤＢＲ領域を電気的に接続したＤＢＲ部電極２２１、２２２、２２３、２２４が独立に形成されている。また、光増幅器３１にも独立した電極２３１が形成されており、これら活性部とＤＢＲ部、また光増幅器の間は電気的に分離されている。

図２は、光軸に沿った素子の断面図であり、図２（ａ）は、その代表例として、レーザ発振器１１から光導波路４０１、ＭＭＩ光結合器４１０、光導波路４２１、光増幅器３１を経て光出力部７１に沿う断面図、図２（ｂ）はレーザ発振器１１から光導波路４０１、ＭＭＩ光結合器４１０、光導波路４２２を経て光出力部７２に沿う断面図である。異なるレーザ発振器１２、１３、１４に対しても光導波路４０２、４０３、４０４を経る点は異なるが、断面構造としての差はない。

以下に、本実施例の装置の製造工程を説明する。この層構造はｎ型ＩｎＰ基板１００上に、レーザ共振器の活性層１１１、回折格子１２６を含むＤＢＲ層１２１、光増幅器の活性層１３１ならびに光導波路層１４０を形成した後、ｐ型クラッド層１５０、コンタクト層１６０を例えば有機金属気相成長（以下ＭＯＶＰＥ法と記載）を用い、積層して形成される。光軸方向にパタン化された構造は、いわゆるバットジョイント成長を２回繰り返し用いて形成する。

ここで、バットジョイント成長とは、複数の導波路を突き合せて形成する結晶成長方法である。通例、第一の導波路構造の結晶成長、メサ形成工程、第二の導波路の結晶成長の３段階で構成される。第一の結晶成長工程では、半導体基板上に、第一の積層構造を形成する。第二段階では、第一の領域のみ前述の積層構造を残し、その他の領域をエッチングにより選択的に除去する。この後、第二の結晶成長工程において、所望の積層構造を成長させる。これにより、同一半導体基板上に、第一の領域と第二領域の積層構造が突き合せて形成される。

以下に、バットジョイント成長の具体的な工程を記載する。ＩｎＰ結晶１００上にレーザ活性層１１１および光増幅器活性層１３１となる多層構造を形成する。多層構造は多重量子井戸構造をなし、厚さ６ｎｍのＩｎＧａＡｓＰウエル層、厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰバリア層を７対が周期的に積層されており、レーザならびに光増幅器として充分な特性を実現できるよう設計されたものである。また、活性層のバンドギャップ波長は１５５０ｎｍに設定した。

その結晶層の上部にチッ化珪素（以下ＳｉＮと略記）からなる薄膜を形成し、レーザ発振器および光増幅器の活性層部分が残るようにパタン化し、これをマスクとして、活性領域の多層構造をエッチング除去する。ＩｎＧａＡｓＰを選択的にエッチングするような気体もしくは溶液を用いることにより、ｎ型ＩｎＰ基板上で選択的に停止させることが可能である。エッチングには、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）等のドライエッチング、又は、燐酸又は硫酸を主成分とする溶液を用いた選択性ウエットエッチング、さらには両者の併用、いずれの手法でもよい。

引き続き、露出したｎ型ＩｎＰ基板１００の上に、ＤＢＲ領域の多層構造を形成する。バンドギャップ波長が１．４０μｍから１．４３μｍ程度のＩｎＧａＡｓＰ層１２１上に、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１２５、例えばバンドギャップ波長１．１５μｍのＩｎＧａＡｓＰ回折格子１２６層を形成する。ＤＢＲ領域で所望の反射率を得るため、回折格子に用いる層１２６のバンドギャップ波長は、１．１５μｍに設定した。

さらに、第三の結晶成長工程で、再びバットジョイント法を用いてＩｎＧａＡｓＰ光導波路層１４０を形成する。ＳｉＮマスクを剥離した後、再び全面にＳｉＮを形成して活性部ならびにＤＢＲ部を残すようにパタン化し、これをエッチングのマスクに用いる。光導波路層の結晶組成は、湾曲した光導波路４０１、４０２、４０３、４０４、４２１、４２２からの放射損失をできるだけ少なくしつつ、レーザ光の吸収損失が生じない程度の組成に選ぶ。例えば１．１５μｍのバンドギャップ波長を有するＩｎＧａＡｓＰを用いることができる。

光導波路層１４０を形成した後、描画技術とエッチング技術を適用し、回折格子に用いる層１２６を回折格子（ｇｒａｔｉｎｇ）構造に加工する。回折格子の周期は、室温（２５℃）でのブラッグ（Ｂｒａｇｇ）波長がレーザ１１、１２、１３、１４に対してそれぞれ１５４０、１５４５、１５５０、１５５５ｎｍとなるよう調整した。本実施例では、電子線描画とドライエッチングによる形成手法を用いた。ＤＢＲ領域の回折格子を形成した後、第四の結晶成長工程で、ｐ−ＩｎＰクラッド層１５０と、ｐ−ＩｎＧａＡｓオーミックコンタクト層１６０を形成する。

第四の結晶成長工程に引き続き、図１の破線に示す光導波路を残すように、埋め込みヘテロ（ＢＨ：Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）型の構造を形成する。形成した構造の光軸と垂直方向に相当する横断面図をレーザ、ＭＭＩ光結合器、光増幅器のそれぞれについて図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。これらの構造は一括して形成される。

まず、メタン系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いて、ＩｎＰ結晶基板１００に至る深さのメサ構造を形成する。ドライエッチングで生じる結晶表面のダメージを除去するためエッチング表面を臭化水素（ＨＢｒ）と臭素とを主成分とする溶液でわずかに処理した後、鉄（Ｆｅ）をドープした高抵抗ＩｎＰ結晶１７０で活性層および光導波路層を埋め込んだ。以上の工程を経て埋め込みヘテロ（ＢＨ：Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造は完成する。

これに引き続き、ウエハ表面を酸化珪素（以下、ＳｉＯ_２と略記する）１８０により結晶表面の絶縁化処理する。通電のため、電極部分の絶縁膜を除去し、活性領域用のｐ側電極２１１、２１２、２１３、２１４、ＤＢＲ用のｐ側電極２２１、２２２、２２３、２２４、および光増幅器用のp側電極２３１を形成した。これらｐ電極の形成に引き続き、ウエハを１００μｍ程度に薄く研磨加工し、ＩｎＰ基板の裏面にｎ側電極２５０を形成する。ｎ側電極の形成後、個別の半導体レーザ装置毎に所望の長さにへき開、分離する。半導体レーザ装置の前後端面にはそれぞれ低反射膜１８１、１８２を形成した。

本実施の構造は、波長可変レーザの波長調整時に半導体増幅器３１への順方向電流を低下または遮断、もしくは逆バイアス電圧を印加することにより、光出力点７１からの光出力を抑圧し、一方で光出力端７２からの光出力を保ち、これを波長設定用に使用することが可能となるという効果がある。これによって波長可変途中における不要光の放出を防止しつつ、適正な波長への設定が可能となる。

次に、第一の実施例の変形例を図４に示す。本実施例は、光増幅器を２分割し、電極２３１と２３２に分離した例である。この構造によって、光増幅器の増幅機能とゲート機能を独立に制御可能になる。この構造は第一の実施例と同様の製造工程により作製される。

さらに、第一の実施例の他の変形例を図５に示す。光導波路４２２に対しても光増幅器を設けることで、波長モニタ光の光強度を増幅する。これによって光導波路４２１への光強度の分配率を高めることが可能である。本実施例においては、4つのレーザ発振器からの出力をＭＭＩ光結合器にて光導波路４２１にまとめた後、光導波路４２２を光導波路４２１に接近させて構成した方向性結合方式の光結合器４１１により、波長モニタ光を取り出した。このタンデム型の電極構成では、電極２３１、２３２、２３３に流す電流値を一定にすることが可能なため、ゲート動作による素子の温度変化をなくすことができるという利点もある。

またさらに、第一の実施例の更なる変形例を図６に示す。光出力を３箇所となるようにＭＭＩ光結合器４１０の長さを調整し、両側の光導波路はそれぞれ光増幅器３１、３３に接続し、他のＭＭＩ光結合器４１２で合波して光出力端７１に接続し、ＭＭＩ光結合器４１０の中央の出力端を光出力端７２に接続した構成である。この構成では、電極２３１と電極２３３の電流量を調整することによって、光増幅量ならびに光位相を調整できる。ｍを整数として光位相が（２ｍ＋１）πずれると、それぞれの光が打ち消しあうために、光出力端７１からの光出力量は極小化する。２ｍπずらすと、逆に極大化する。このように位相変化による強度変調動作を用いることにより、上記と同様のゲート動作が実現できた。

次に、上記実施例のうち、図１に示した集積レーザ素子８１０を用いた光モジュールの光学系の構成例を図７に示す。光出力端７１からのレーザ光は第一レンズ８２１によりコリメートされた後、第二レンズで光ファイバ８６０に集光され、光ファイバの他の端から出力される。第二レンズ８２３と光ファイバの間にアイソレータ８５０を設けて、外部からの反射光によってレーザの不安定動作が生じないよう工夫されている。ここで、第一レンズ８２１を通過したレーザ光のうち、５から１０％程度は部分反射鏡８３１で反射し、フォトダイオード８８１に導かれている
また、光出力端７２からのレーザ光は第一レンズ８２１により３度から７度程度の角度をもってコリメートされた後、部分反射鏡８３１、８３２で反射され、エタロン８７０を介してフォトダイオード８８３に導かれ、また一部の光はエタロン８７０を介さずにフォトダイオード８８２に導かれる。エタロン８７０は石英ガラスの両端面を研磨し、両面に高反射膜を蒸着して作られるが、その長さを適切に設定することにより、フリースペクトル領域が国際電気通信連合（ＩＴＵ）で定められた周波数間隔である５０ＧＨｚあるいは１００ＧＨｚといった周波数間隔で周期的な透過特性が得られた。また、エタロンの反射率を選ぶことによって、適切な波長選択の鋭さを持つ透過特性が得られた。エタロンをペルチエクーラで温度制御することによって、透過特性をＩＴＵの定める通信波長にあわせている。フォトダイオード８８２、８８３の出力比を計測し、その点でレーザ波長を固定されるよう、レーザの波長は調整される。

一般にエタロンは、構造的には二面の部分反射コーティングされた並行平板によって構成され、干渉効果によって波長選択する素子であり、波長選択性がビーム径やその強度分布にほとんどよらない。並行平板間の距離をｄ、屈折率がｎであるエタロンに光がほぼ垂直入射する場合には、透過率Tと波長λは、並行平板の反射率をＲとして、
Ｔ＝（１−Ｒ）＾２/｛（１−Ｒ）＾２＋４Ｒｓｉｎ＾２（２πｎｄ／λ）｝
であらわされる。透過ピーク間の幅、すなわちフリースペクトル領域はδλ＝λ＾２／２ｄであり、波長と、並行平板の間隔で定まり、本実施例ではこれをＩＴＵで定められた周波数間隔にあわせた。また、波長選択能の鋭さをあらわすフィネスＦは、フリースペクトル領域と透過率曲線の半値幅Δλの比率で表され、特にＲが１００％に近い場合には、Ｆ＝π√(Ｒ／（１−Ｒ）)となり、反射率Ｒで定まる。

図１に示したように、光出力端７２に接続した光導波路を斜め配置した。これによって、光出力端７２からの光はＳｎｅｌｌの法則に従い、角度をもって放射され、光出力端７１からの出力光と交差する。交差角度と出力端間の距離、対物レンズ８２１の焦点距離を適切に選ぶことにより、コリメートすることが可能である。例えば、光出力端７１からの光出力方向を端面に垂直とし、これこれから６５ミクロン程度の距離の離れた光出力端７２からの光出力方向を垂直方向から５度光出力端７１側に水平面内において傾けた。そこで、焦点距離が０．７５ミリメートル程度の小型非球面レンズを用いることにより、光出力端７１、７２からの２つの出力光がレンズの中心で交差し、それぞれが同時にコリメートされる。

上記の条件では、レンズの中心から１５から２０ミリ後方において、２つのコリメート光の中心軸が１．３から１．７５ミリメートル分離され、二光束の空間的な分離が可能となる。したがって、その位置に部分反射鏡８３１を設ける場合には、光モニタ光学系（光弁別機能を有する光回路）８９０に導く光に対してのみ部分反射鏡８３１の反射率を高め、これによってフォトダイオード８８２、８８３の信号レベルを高めることも可能である。

レーザモジュールの作製においては、まず集積レーザ素子８１０を搭載して電気配線を済ませた後、光出力端７１、７２からの出力光が平行光になるようにレンズ８２１を調芯し、固定する。レンズ８２１は金属枠に収納されており、枠をハンダで固定した。ついで部分反射鏡８３１、８３２を順次固定した後、エタロン８７０を光軸に対して平行になるよう取り付けた。その後、フォトダイオード８８１、８８２、８８３を固定した。固定に当たっては、光集積素子からレーザ光が出力されるようにした。次いで、レンズ８２３をモジュールの枠に取り付けた後、アイソレータ８５０をモジュール出力部に固定した。次に光出力が最大になるようファイバ８６０を調芯し、ＹＡＧレーザを用いたポイント溶接を用いて固定した。最後にレーザモジュールの上面にＹＡＧレーザを用いたシーム溶接によって金属蓋を取り付け、電気的なシールドと気密を確保した。

図８に図１に示した集積レーザ素子を図７に示した光学配置の光ゲート付き波長可変光源モジュールの波長切り替え動作を示す。図８（ａ）は制御信号、図８（ｂ）は波長可変レーザの波長可変特性、図８（ｃ）に光出力特性を示す。図８（ａ）に示すように、ゲート信号は、波長制御信号の微分信号をトリガとして動作する。ゲート遮蔽時間は、波長可変光源の波長変化速度に応じ、０．１から数十ナノ秒程度に調整して用いた。図８（ｂ）に示すように、波長の切り替え時は所望としない波長の光が発生し、○で示した波長グリッドの光を含むことになる。しかしながら、図８（ｃ）に示すように、ゲート作用によって波長切り替え途中の不要光がファイバに入力されない状況で波長モニタを常に動作させ、所望の波長への調整が可能であった。
＜実施の形態２＞
本発明の第二の実施例は電界吸収型光変調器を光ゲートに用いた波長１．５５μｍ帯の波長可変レーザ装置である。素子構造の上面図ならびに光軸に沿った断面図を９図（ａ）ならびに（ｂ）に示す。本例の装置は、波長可変レーザ発振器１１、１２、１３、１４と多モード干渉型（以下、ＭＭＩ：Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅと記載）光結合器４１０、４１２と光増幅器３１、光ゲート４１、光変調器４２、フォトデテクタ４３が集積された構造である。各レーザ発振器１１、１２、１３、１４は、各光導波路４０１、４０２、４０３、４０４によって光結合器の一辺に接続されている。光結合器の他辺は光導波路を介して光増幅器３１に接続され、その出力は光結合器４１２で二分岐された後、一方は、光ゲート４１と光変調器４２を介して光出力端７１に接続され、他方は導波路型フォトデテクタ４３を介して光出力端７２に接続された構造である。

この構造は、バットジョイント結晶成長法によって作成した。異なる点は、光ゲート４１、光変調器４２、フォトデテクタ４３のために新たな光吸収層１４１、１４２、１４３を設けた点にある。これらは同一の結晶構造であり、第一の実施例に加えて、光吸収層をバットジョイント成長することで図９（ｂ）に示すような断面構造を得た。

レーザ部から出力されたレーザ光は、光増幅器で増幅された後、光ゲート１４１を通過する。光ゲートの光吸収層のバンドギャップ波長をレーザ波長より５０から１００ナノメートル程度短波長側にセットすると、光ゲートに逆バイアスを印加した場合にのみ光吸収を生じさせることができて、電圧のオンオフによって、光ゲート作用が生じる。光変調器も同様に動作し、ゲート長を短縮して、低容量化することによって、電極２４２に加えた電気信号に従って、１０ギガビット毎秒程度の高速光変調信号を発生することができた。また、電極２４３に逆方向の低電圧を印加することにより、わずかな光吸収が発生するため、これをパワモニタとして用いた。

図１０は第二の実施例に用いたモジュールの光学系の配置を示す。パワモニタが集積レーザ素子８１０上に構成したため、光モニタ光学系８９０が簡素化できた。なお、光出力端７１、７２に対応するよう、平板ガラス８２２表面上に、二次元的な凹凸を形成してフレネルレンズを設け、第一の実施例と同様に光ファイバ８６０への結合光学系とモニタ光学系に分離したコリメート光を発生させた。

なお、上記のレーザ集積素子において、これらを構成する材料や素子の導波路構造についても、本発明の対象は、本実施例の材料系や構造に限定するものではない。活性領域、ＤＢＲ領域を構成する材料系について言えば、本実施例ではＩｎＧａＡｓＰ系材料を取り上げているが、前記活性領域やＤＢＲ領域の一部又は全体にＩｎＡｌＡｓ系材料やＩｎＧａＡｌＡｓ系材料等を用いることも可能である。導波路構造については、本実施例で示した埋め込みヘテロ構造以外にもリッジ導波路型構造にも適用可能である。
＜従来技術との比較検討＞
従来技術は、ミリ秒程度の波長可変光源における不要光の発生を防止することを対象としており、光伝送モジュールの外部に光ゲートを設けることを想定していた。本発明は、光パケットスイッチに要求されるナノ秒程度の波長切り替えに対しても、無調整での光ゲート機能を実現するため、波長調整機能を損なうことなく、レーザ集積素子上に光ゲートを設ける方式を提案したものである。さらに、光学系の工夫によって、コンパクトな光モジュールを実現したものである。

本発明の第一の実施例に示す波長可変集積レーザ素子の上面図である。 本発明の第一の実施例に示す波長可変集積レーザ素子の断面図であり、（ａ）はレーザ部から第１の光出力部に到る光軸に沿った素子の断面図、（ｂ）はレーザ部から第２の光出力部に到る光軸に沿った素子の断面図である。 第一の実施例に示す波長可変集積レーザ素子の共振器方向に垂直な断面図であり、（ａ）はレーザ活性部を通る断面図、（ｂ）は光結合部を通る断面図、（ｃ）はゲートとなる光増幅部を通る断面図である。 本発明の実施例に示す波長可変集積レーザ素子の図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はレーザ部から第一の光出力部に到る光軸に沿った素子の断面図である。 本発明の実施例に示す波長可変集積レーザ素子の上面図である。 本発明の実施例に示す波長可変集積レーザ素子の上面図である。 本発明の第一の実施例における光モジュールの光学系の構成図である。 本発明の動作に示す波長可変集積レーザ素子の図であり、（ａ）は制御信号、（ｂ）はレーザの波長可変動作、（ｃ）は光出力動作を示す図である。 本発明の第二の実施例に示す波長可変集積レーザ素子の図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はレーザ部から第一の光出力部に到る光軸に沿った素子の断面図である。 本発明の第二の実施例における光モジュールの光学系の構成図である。

符号の説明

３１…光増幅器、７１,７２…光出力部、
１１,１２,１３,１４…波長可変レーザ共振器、２１１,２１２,２１３,２１４…活性層電極、２２１,２２２,２２３,２２４…波長制御電極、２３１,２３２,２３３…光増幅器電極、２４１…光ゲート電極、２４２…光変調器電極、２４３…フォトデテクタ電極、３１,３２,３３…光増幅器、４１０,４１１,４１２…光結合器、４０１,４０２,４０３,４０４,４２１,４２２…光導波路、７１,７２…光出力端、１００…ｎ型ＩｎＰ基板、１１１,１１２,１１３,１１４…レーザ活性層、１２１,１２２,１２３,１２４…ＤＢＲ層、１２５…スペーサ層、１２６…回折格子、１３１,１３２…光増幅器活性層、１４０…光導波層、１４１,１４２,１４３…光吸収層、１５０…ｐ型ＩｎＰクラッド層、１６０…ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１７０…高抵抗ＩｎＰ埋め込み層、１８０…ＳｉＮ保護膜、１８１,１８２…無反射膜、８１０…集積レーザ素子、８２１…非球面レンズ、８２２…フレネルレンズ、８２３…レンズ、８３１,８３２…部分反射鏡、８５０…アイソレータ、８６０…光ファイバ、８７０…エタロン、８８１,８８２,８８３…フォトデテクタ、８９０…光モニタ光学系（光弁別機能を有する光回路）。

Claims (9)

1. 複数の互いに異なる波長を発振する少なくとも一つのレーザ共振器と、前記レーザ共振器に光学的に接続された第１の光導波路と、前記レーザ共振器から発せられた光が前記第１の光導波路を介して導入される光結合器と、前記光結合器から出力される光を伝播する第２の光導波路とが集積された基板を有し、
   前記第２の光導波路は、前記光結合器から出力される光を少なくとも二つに分岐し、前記分岐した光を前記基板の外部に出力する光出力点を有し、
   前記分岐した第２の光導波路の少なくとも一つを伝播する光に対して、電気信号に基づいて光強度変化を生じせしめる手段を具備する集積レーザ装置。
2. 前記光強度変化を生じせしめる手段が、光増幅器もしくは吸収層を有する素子である請求項１に記載の集積レーザ装置。
3. 前記光強度変化を生じせしめる手段が、前記光結合器から分岐した少なくとも二つの第２の光導波路が対峙するように配置され、それぞれの第２の光導波路上に光干渉機能を有する光結合器が設けられた請求項１に記載の集積レーザ装置。
4. 前記レーザ共振器のうち少なくとも一つは、その出力光の波長が外部信号に従って可変である請求項１に記載の集積レーザ装置。
5. 前記第２の光導波路は、前記基板の端面において、互いに位置を異にする少なくとも二つの光出力点を有する請求項１記載の集積レーザ装置。
6. 前記少なくとも二つの光出力点から出力される光のそれぞれの光軸方向が互いに異なる請求項５記載の集積レーザ装置。
7. 少なくとも一つの前記光出力点から発せられた出力光が、光学系を介して導入される波長弁別機能を有する光回路を具備する請求項6に記載の集積レーザ装置。
8. 前記光出力点からの出力光の一つが前記光学系を介して光ファイバに伝送される請求項７に記載の集積レーザ装置。
9. 前記光出力点から出力される複数の出力光が、一つのレンズを介して異なる光学系に導かれる請求項７に記載の集積レーザ装置。
   

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