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JP7353766B2 - Ring resonator filter and wavelength tunable laser element - Google Patents

Ring resonator filter and wavelength tunable laser element Download PDF

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JP7353766B2 JP2019023289A JP2019023289A JP7353766B2 JP 7353766 B2 JP7353766 B2 JP 7353766B2 JP 2019023289 A JP2019023289 A JP 2019023289A JP 2019023289 A JP2019023289 A JP 2019023289A JP 7353766 B2 JP7353766 B2 JP 7353766B2
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Description

本開示は、リング共振器フィルタおよび波長可変レーザ素子に関するものである。 The present disclosure relates to a ring resonator filter and a wavelength tunable laser device.

従来、波長可変レーザモジュールにおいて、ベンゾシクロブテン(BCB)や二酸化ケイ素等の誘電膜を用いて平坦化した上にヒータ電極を配置する技術が知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, in a wavelength tunable laser module, a technique is known in which a heater electrode is arranged on a flattened dielectric film made of benzocyclobutene (BCB), silicon dioxide, or the like (see, for example, Patent Document 1).

特開2011-247926号公報JP2011-247926A

ところで、曲げ半径の小さいリング共振器フィルタの導波路は、曲げ半径を小さくするため、閉じ込めが大きい導波路が適しており、例えばハイメサ導波路等が適している。このような導波路では、シングルモード性を確保するため、導波路の幅が2um以下程度とする必要がある。また、上記以外の導波路を用いる場合でも、ヒータ電極の熱効率を上げる観点から、導波路周囲をメサ上に加工し、加熱体積を小さくすることが好ましい。しかしながら、このような細いメサ上にヒータ電極を形成することが難しく、メサの周囲をポリイミド等の樹脂材料等で平坦化を行った後、メサ上にヒータ電極を形成している。 By the way, for the waveguide of a ring resonator filter having a small bending radius, in order to reduce the bending radius, a waveguide with large confinement is suitable, such as a high mesa waveguide. In such a waveguide, the width of the waveguide needs to be approximately 2 um or less in order to ensure single mode property. Further, even when using a waveguide other than the above, from the viewpoint of increasing the thermal efficiency of the heater electrode, it is preferable to process the periphery of the waveguide into a mesa shape to reduce the heating volume. However, it is difficult to form a heater electrode on such a thin mesa, and after flattening the periphery of the mesa with a resin material such as polyimide, the heater electrode is formed on the mesa.

しかしながら、従来のリング共振器では、樹脂材料等で平坦化を行ったとしても、メサと樹脂材料との段差による段切れや樹脂材料と半導体の線膨張係数の差による応力がハイメサ導波路に加わることによって、フィルタ特性が変化したりする問題点があった。 However, in conventional ring resonators, even if flattening is performed using a resin material, etc., stress is applied to the high mesa waveguide due to step breakage due to the step difference between the mesa and the resin material, and due to the difference in linear expansion coefficient between the resin material and the semiconductor. There is a problem in that the filter characteristics change as a result.

また、従来のリング共振器フィルタでは、樹脂材料による平坦化を行わずにメサ上にヒーター電極を形成する場合、ヒータ電極幅はメサ幅以下に制限されるため、幅2um以下の曲げ導波路上にフォトリソグラフィで導波路幅以下のパターンをパターニングして、ヒータ電極を形成することは困難であった。さらに、従来のリング共振器フィルタでは、必要な長さのヒータ電極を所望の抵抗値で形成するためには、幅狭で、かつ厚膜の電極となり、ヒータ形成が一層難しかった。 In addition, in conventional ring resonator filters, when forming a heater electrode on a mesa without flattening it with a resin material, the width of the heater electrode is limited to less than the mesa width, so It was difficult to form a heater electrode by patterning a pattern smaller than the width of the waveguide using photolithography. Furthermore, in the conventional ring resonator filter, in order to form a heater electrode of the necessary length and a desired resistance value, the electrode must be narrow and thick, making it even more difficult to form the heater.

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、平坦化を行う樹脂材料を用いることなく、曲げ導波路上にヒータ電極を配置することができるリング共振器フィルタおよび可変半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and provides a ring resonator filter and a tunable semiconductor laser element in which a heater electrode can be placed on a bent waveguide without using a resin material for flattening. The purpose is to

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るリング共振器フィルタは、周回構造を形成する曲げ導波路と、光を入出力する2つの入出力導波路と、前記2つの入出力導波路の各々と前記曲げ導波路と結合する2つの結合器と、を備えるリング共振器フィルタであって、前記曲げ導波路の幅は、前記結合器の端部に接続される入出力導波路の幅よりも太い。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the purpose, a ring resonator filter according to the present disclosure includes a bent waveguide forming a circular structure, two input/output waveguides for inputting and outputting light, and a ring resonator filter according to the present disclosure. A ring resonator filter comprising input/output waveguides and two couplers coupled to the bent waveguides, the width of the bent waveguides being equal to the width of the input/output waveguides connected to the ends of the couplers. Thicker than the width of the waveguide.

また、本開示に係るリング共振器フィルタは、上記開示において、前記曲げ導波路および前記入出力導波路の各々は、互いに同一のコア層を有する。 Further, in the ring resonator filter according to the present disclosure, in the above disclosure, each of the bent waveguide and the input/output waveguide has the same core layer.

また、本開示に係るリング共振器フィルタは、上記開示において、前記曲げ導波路はメサ形状を有する。 Further, in the ring resonator filter according to the present disclosure, in the above disclosure, the bent waveguide has a mesa shape.

また、本開示に係るリング共振器フィルタは、上記開示において、前記曲げ導波路上に設けられた電極をさらに備える。 Moreover, the ring resonator filter according to the present disclosure further includes an electrode provided on the bent waveguide in the above disclosure.

また、本開示に係るリング共振器フィルタは、上記開示において、前記電極は、幅が前記曲げ導波路の幅よりも細い。 Further, in the ring resonator filter according to the present disclosure, in the above disclosure, the width of the electrode is narrower than the width of the bent waveguide.

また、本開示に係るリング共振器フィルタは、上記開示において、前記電極は、当該リング共振器の波長特性を制御する制御電極である。 Further, in the ring resonator filter according to the present disclosure, in the above disclosure, the electrode is a control electrode that controls wavelength characteristics of the ring resonator.

また、本開示に係るリング共振器フィルタは、上記開示において、前記電極は、マイクロヒータである。 Further, in the ring resonator filter according to the present disclosure, in the above disclosure, the electrode is a microheater.

また、本開示に係るリング共振器フィルタは、上記開示において、前記曲げ導波路は、
内径側に光損失部を有する。
Further, in the ring resonator filter according to the present disclosure, in the above disclosure, the bent waveguide is
It has an optical loss part on the inner diameter side.

また、本開示に係る波長可変レーザ素子は、上記のリング共振器フィルタを備える。 Further, a wavelength tunable laser element according to the present disclosure includes the above ring resonator filter.

本開示によれば、平坦化を行う樹脂材料を用いることなく、曲げ導波路上にヒータ電極を配置することができるという効果を奏する。 According to the present disclosure, it is possible to arrange a heater electrode on a curved waveguide without using a resin material for planarization.

図1は、一実施の形態に係る波長可変レーザ素子の模式的な斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a wavelength tunable laser element according to an embodiment. 図2は、一実施の形態に係るリング共振器フィルタの構成を模式的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of a ring resonator filter according to an embodiment. 図3は、入出力導波路と曲げ導波路の光強度分布との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the optical intensity distribution of the input/output waveguide and the bent waveguide. 図4は、互いに幅が異なる曲げ導波路と光強度分布が近い入出力導波路幅との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between bent waveguides having different widths and input/output waveguide widths having similar optical intensity distributions. 図5は、リング共振器フィルタにおける配線を模式的に示す平面図である。FIG. 5 is a plan view schematically showing wiring in a ring resonator filter. 図6は、一実施の形態の変形例に係るリング共振器フィルタの平面を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a plane of a ring resonator filter according to a modification of the embodiment.

以下に、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態により、本開示が限定されるものでない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は、模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。さらにまた、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、図中で適宜xyz座標軸を示し、これにより方向を説明する。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited to this embodiment. Further, in the description of the drawings, the same or corresponding elements are given the same reference numerals as appropriate. Furthermore, it should be noted that the drawings are schematic and the dimensional relationship of each element, the ratio of each element, etc. may differ from the actual drawing. Furthermore, the drawings may include portions with different dimensional relationships and ratios. In addition, xyz coordinate axes are shown as appropriate in the drawings, and directions will be explained using these.

図1は、一実施の形態に係る波長可変レーザ素子の模式的な斜視図である。図1に示す波長可変レーザ素子100は、例えば1.55μm帯でレーザ発振することによってレーザ光を出力する。波長可変レーザ素子100は、共通の基部B上に形成された、第1の導波路部110と、第2の導波路部120と、を備える。 FIG. 1 is a schematic perspective view of a wavelength tunable laser element according to an embodiment. The wavelength tunable laser element 100 shown in FIG. 1 outputs laser light by emitting laser oscillation in the 1.55 μm band, for example. The wavelength tunable laser element 100 includes a first waveguide section 110 and a second waveguide section 120, which are formed on a common base B.

〔第1の導波路部の構成〕
まず、第1の導波路部110について説明する。
第1の導波路部110は、導波路部111と、半導体積層部112と、p側電極113と、マイクロヒータ114と、を備える。第1の導波路部110は、第1の導波路構造としての埋込み導波路構造を有する。
[Configuration of first waveguide section]
First, the first waveguide section 110 will be explained.
The first waveguide section 110 includes a waveguide section 111, a semiconductor laminated section 112, a p-side electrode 113, and a microheater 114. The first waveguide section 110 has a buried waveguide structure as a first waveguide structure.

導波路部111は、半導体積層部112内にz方向に延伸するように形成されている。また、導波路部111は、半導体積層部112内に配置された利得部111aとDBR型の回折格子層111bと、を有する。 The waveguide section 111 is formed within the semiconductor laminated section 112 so as to extend in the z direction. Further, the waveguide section 111 includes a gain section 111a and a DBR type diffraction grating layer 111b arranged within the semiconductor laminated section 112.

利得部111aは、交互に積層された複数の井戸層と複数のバリア層を含んで構成された多重量子井戸構造と、多重量子井戸構造を上下から下部および上部光閉じ込め層と、を有しており、電流注入により発光する。この利得部111aの多重量子井戸構造を構成する井戸層およびバリア層は、各々の組成が異なるInGaAsPからなる。実施の形態1では、利得部111aからの発光波長帯域が1.55μm帯である。また、下部光閉じ込め層は、n型InGaAsPからなる。上部光閉じ込め層は、p型InGaAsPからなる。下部光閉じ込め層および上部光閉じ込め層のバンドギャップ波長は、利得部111aのバンドギャップ波長より短い波長に設定されている。 The gain section 111a has a multiple quantum well structure including a plurality of well layers and a plurality of barrier layers stacked alternately, and a lower and upper optical confinement layer of the multiple quantum well structure from above and below. It emits light when current is injected. The well layers and barrier layers constituting the multi-quantum well structure of this gain section 111a are made of InGaAsP having different compositions. In the first embodiment, the wavelength band of light emitted from the gain section 111a is a 1.55 μm band. Further, the lower optical confinement layer is made of n-type InGaAsP. The upper optical confinement layer is made of p-type InGaAsP. The bandgap wavelengths of the lower optical confinement layer and the upper optical confinement layer are set to be shorter than the bandgap wavelength of the gain section 111a.

回折格子層111bは、p型InGaAsP層にz方向に沿って標本化回折格子が形成され、回折格子の溝はInPで埋め込まれた構成を有する。回折格子層111bは、回折格子の格子間隔が一定であるが標本化されており、これにより波長に対し略周期的な反射応答を示す。回折格子層111bのp型InGaAsP層のバンドギャップ波長は、利得部111aのバンドギャップ波長より短いことが好ましく、たとえば1.2μmである。 The diffraction grating layer 111b has a configuration in which a sampling diffraction grating is formed in a p-type InGaAsP layer along the z direction, and the grooves of the diffraction grating are filled with InP. The diffraction grating layer 111b has a constant grating interval but is sampled, and thus exhibits a substantially periodic reflection response with respect to wavelength. The bandgap wavelength of the p-type InGaAsP layer of the diffraction grating layer 111b is preferably shorter than the bandgap wavelength of the gain section 111a, and is, for example, 1.2 μm.

半導体積層部112は、半導体層が積層して構成されている。半導体積層部112は、導波路部111に対して、クラッド部の機能等を有する。半導体積層部112は、利得部111aが含まれる部分においては、利得部111aが含まれる部分と同様の材料、構造からなるが、p型InGaAsP層がp型InP層に置き換えられる点と、y方向において利得部111aを挟んでp型半導体層とn型半導体層との位置が逆転した積層構造を有する点とで異なる。また、半導体積層部112は、回折格子層111bが含まれる部分においては、InGaAsPからなる光導波層に置き換えられる点と、y方向において回折格子層111bを挟んでp型半導体層とn型半導体層との位置が逆転した積層構造を有する点とで異なる。また、半導体積層部112には、SiN保護膜が形成されており、 The semiconductor laminated portion 112 is configured by laminating semiconductor layers. The semiconductor laminated portion 112 has a function such as a cladding portion for the waveguide portion 111 . The semiconductor laminated part 112 has the same material and structure as the part including the gain part 111a, except that the p-type InGaAsP layer is replaced with a p-type InP layer, and the y-direction It differs in that it has a stacked structure in which the positions of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are reversed with the gain section 111a in between. In addition, the semiconductor laminated portion 112 has the following points: a portion including the diffraction grating layer 111b is replaced with an optical waveguide layer made of InGaAsP, and a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are sandwiched between the diffraction grating layer 111b in the y direction. It differs in that it has a laminated structure with the positions reversed. In addition, a SiN protective film is formed on the semiconductor laminated portion 112.

p側電極113は、半導体積層部112上において、利得部111aに沿うように配置されている。p側電極113は、半導体積層部112のSiN保護膜に形成された開口部を介して半導体積層部112に接触している。また、半導体積層部112のp側電極113が形成された面と反対側の面には、不図示のn側電極が形成されている。 The p-side electrode 113 is arranged on the semiconductor stack 112 along the gain section 111a. The p-side electrode 113 is in contact with the semiconductor stack 112 through an opening formed in the SiN protective film of the semiconductor stack 112 . Further, an n-side electrode (not shown) is formed on the surface of the semiconductor laminated portion 112 opposite to the surface on which the p-side electrode 113 is formed.

マイクロヒータ114は、半導体積層部112のSiN保護膜上において、回折格子層111bに沿うように配置されている。マイクロヒータ114は、第1の屈折率変化器として機能し、電流が供給されることによって発熱し、回折格子層111bを加熱する。即ち、マイクロヒータ114は、供給される電流量が変化させることによって回折格子層111bの温度が変化し、回折格子層111bの屈折率を変化させる。 The microheater 114 is arranged on the SiN protective film of the semiconductor laminated portion 112 along the diffraction grating layer 111b. The microheater 114 functions as a first refractive index changer, generates heat when supplied with electric current, and heats the diffraction grating layer 111b. That is, the microheater 114 changes the temperature of the diffraction grating layer 111b by changing the amount of current supplied, and changes the refractive index of the diffraction grating layer 111b.

〔第2の導波路部の構成〕
次に、第2の導波路部120について説明する。
第2の導波路部120は、メサ形状を有する2分岐部121と、メサ形状を有し、2つの直線導波路として機能するアーム部122およびアーム部123と、メサ形状を有するリング状の曲げ導波路124と、Tiからなるマイクロヒータ125と、を備える。
[Configuration of second waveguide section]
Next, the second waveguide section 120 will be explained.
The second waveguide section 120 includes a two-branch section 121 having a mesa shape, an arm section 122 and an arm section 123 having a mesa shape and functioning as two straight waveguides, and a ring-shaped bent part having a mesa shape. It includes a waveguide 124 and a microheater 125 made of Ti.

2分岐部121は、1×2型の多モード干渉型(MMI)導波路121aを含む1×2型の分岐型導波路で構成され、2ポート側がアーム部122およびアーム部123の各々に接続されるとともに、1ポート側が第1の導波路部110側に接続される。2分岐部121により、アーム部122およびアーム部123の各々は、その一端が統合され、利得部111aと光学的に結合される。 The 2-branch section 121 is composed of a 1×2 type branch waveguide including a 1×2 type multimode interference type (MMI) waveguide 121a, and the 2-port side is connected to each of the arm portion 122 and the arm portion 123. At the same time, the 1 port side is connected to the first waveguide section 110 side. By the two-branch section 121, one end of each of the arm section 122 and the arm section 123 is integrated and optically coupled to the gain section 111a.

アーム部122およびアーム部123の各々は、いずれもz方向に延伸し、曲げ導波路124を挟むように配置されている。アーム部122およびアーム部123は、曲げ導波路124と近接し、いずれも同一の結合係数κで曲げ導波路124と光学的に結合している。κの値は、例えば0.2である。アーム部122、アーム部123および曲げ導波路124は、リング共振器フィルタRF1を構成している。また、リング共振器フィルタRF1と2分岐部121とは、反射ミラーM1を構成している。第2の屈折率変化器としてのマイクロヒータ125は、リング状であり、曲げ導波路124を覆うように形成されたSiN保護膜上に配置されている。 Each of the arm portion 122 and the arm portion 123 extends in the z direction and is arranged to sandwich the bent waveguide 124 therebetween. The arm portion 122 and the arm portion 123 are close to the bent waveguide 124, and both are optically coupled to the bent waveguide 124 with the same coupling coefficient κ. The value of κ is, for example, 0.2. The arm portion 122, the arm portion 123, and the bent waveguide 124 constitute a ring resonator filter RF1. Furthermore, the ring resonator filter RF1 and the two-branch section 121 constitute a reflection mirror M1. The microheater 125 as a second refractive index changer has a ring shape and is arranged on a SiN protective film formed to cover the bent waveguide 124.

このように、第1の導波路部110および第2の導波路部120は、互いに光学的に接続された回折格子層111bと反射ミラーM1とにより構成されるレーザ共振器C1を構成している。利得部111aは、レーザ共振器C1内に配置される。 In this way, the first waveguide section 110 and the second waveguide section 120 constitute a laser resonator C1 constituted by the diffraction grating layer 111b and the reflection mirror M1 that are optically connected to each other. . Gain section 111a is arranged within laser resonator C1.

また、波長可変レーザ素子100では、その構成により、図1の光路OPで示すように、レーザ共振器C1内の光帰還は、回折格子層111bから、2分岐部121、リング共振器フィルタRF1のアーム部122、アーム部123のうちの一方、曲げ導波路124、アーム部122、アーム部123のうちの他方、2分岐部121を順に経由して回折格子層111bに帰還する経路で行われ、かつ1回の光帰還中に曲げ導波路124内を周回する。なお、光帰還の光路として、時計周りの光路と反時計周りの光路の2つが存在する。これにより、光帰還長が長くなるので、実効的な共振器長を長くでき、レーザ光L1の狭線幅化を実現できる。 In addition, in the wavelength tunable laser element 100, due to its configuration, as shown by the optical path OP in FIG. This is performed in a route that returns to the diffraction grating layer 111b via one of the arm portions 122 and 123, the bent waveguide 124, the other of the arm portions 122 and 123, and the two-branch portion 121 in this order, And it circulates within the bent waveguide 124 during one optical feedback. Note that there are two optical paths for optical feedback: a clockwise optical path and a counterclockwise optical path. This increases the optical feedback length, making it possible to increase the effective resonator length and narrowing the linewidth of the laser beam L1.

〔リング共振器フィルタRF1の構成〕
図2は、リング共振器フィルタRF1の構成を模式的に示す平面図である。
[Configuration of ring resonator filter RF1]
FIG. 2 is a plan view schematically showing the configuration of the ring resonator filter RF1.

図2に示すように、リング共振器フィルタRF1は、周回構造を形成する曲げ導波路124と、リング共振器フィルタRF1に光を入出力する入出力導波路として機能する2つのアーム部122およびアーム部123と、アーム部122、アーム部123および曲げ導波路124を結合する結合器131および結合器132と、を備える。さらに、曲げ導波路124の幅D1は、結合器131の端部に接続される入出力導波路の幅D2よりも太い(D1>D2)。具体的には、曲げ導波路の幅D1は、2~3umの幅で形成され、アーム部122およびアーム部123の幅D2は、1.1umの幅で形成される。 As shown in FIG. 2, the ring resonator filter RF1 includes a bent waveguide 124 forming a circular structure, and two arm portions 122 and an arm that function as input/output waveguides for inputting and outputting light to and from the ring resonator filter RF1. 123, and a coupler 131 and a coupler 132 that couple the arm part 122, the arm part 123, and the bent waveguide 124. Furthermore, the width D1 of the bent waveguide 124 is thicker than the width D2 of the input/output waveguide connected to the end of the coupler 131 (D1>D2). Specifically, the bent waveguide has a width D1 of 2 to 3 um, and the arm portions 122 and 123 have a width D2 of 1.1 um.

図3は、入出力導波路と曲げ導波路の基本モードの光強度分布を示す図である。図4は、互いに幅が異なる曲げ導波路と直線導波路において、基本モード同士の光の結合が最も大きくなる導波路幅の関係を示す図である。図3において、横軸が導波路内の幅方向の位置(um)を示し、縦軸が光強度分布を示す。図3において、横軸0が導波路中心を示し、曲線L10に対しては横軸正の方向が曲げの外側に定義している。さらに、図3において、曲線Lが幅1.1umの直線導波路の基本モードの光強度分布を示し、曲線L10が幅1.1um曲げ半径10umの曲げ導波路における基本モードの光強度分布を示す。また、図4において、横軸が曲げ導波路124の幅(um)を示し、縦幅が基本モードの光強度分布が最も近い(導波路中心位置を適切にずらした時に結合率が最も大きい)直線導波路幅(um)を示す。さらに、図4において、曲線L10が曲げ半径10umの曲げ導波路を示し、曲線L15が曲げ半径15umの曲げ導波路を示し、曲線L20が曲げ半径20umの曲げ導波路を示し、曲線L25が曲げ半径25umの曲げ導波路を示す。 FIG. 3 is a diagram showing the light intensity distribution of the fundamental mode of the input/output waveguide and the bent waveguide. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the waveguide widths in which the coupling of light between fundamental modes is maximized in a curved waveguide and a straight waveguide that have different widths. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the position (um) in the width direction within the waveguide, and the vertical axis indicates the light intensity distribution. In FIG. 3, the horizontal axis 0 indicates the center of the waveguide, and with respect to the curve L10, the positive direction of the horizontal axis is defined on the outside of the bend. Furthermore, in FIG. 3, curve L1 shows the light intensity distribution of the fundamental mode in a straight waveguide with a width of 1.1 um, and curve L10 shows the light intensity distribution of the fundamental mode in a bent waveguide with a width of 1.1 um and a bending radius of 10 um. shows. In addition, in FIG. 4, the horizontal axis indicates the width (um) of the bent waveguide 124, and the vertical width indicates the light intensity distribution of the fundamental mode is closest (the coupling rate is highest when the waveguide center position is appropriately shifted). The straight waveguide width (um) is shown. Further, in FIG. 4, a curve L10 represents a bent waveguide with a bending radius of 10 um, a curve L15 represents a bent waveguide with a bending radius of 15 um, a curve L20 represents a bent waveguide with a bending radius of 20 um, and a curve L20 represents a bent waveguide with a bending radius of 20 um. 25 indicates a bent waveguide with a bending radius of 25 um.

図3およびの曲線L10に示すように、光分布は、曲げ導波路124の外側にピークが移動する。さらに、図4の曲線L10に示すように、曲げ半径が10umでは、幅が2umと広くても、基本モードの光強度分布の広がりは、幅1.1umの直線導波路と同程度となる。例えば図2に示す曲線L10に示すように、曲げ導波路124の幅D1を広くした場合であっても、幅D2=1.1umの直線導波路であるアーム部122,123と幅D1の曲げ導波路124を結合器131および結合器132を介して低損失で光学的に結合することができる。 As shown in curve L10 in FIGS. 3 and 3, the peak of the light distribution shifts to the outside of the curved waveguide 124. Furthermore, as shown in curve L10 in Fig. 4, when the bending radius is 10 um, even if the width is as wide as 2 um, the spread of the light intensity distribution of the fundamental mode is comparable to that of a straight waveguide with a width of 1.1 um. . For example, as shown in curve L10 shown in FIG. 2, even if the width D1 of the bent waveguide 124 is increased, the arm portions 122, 123, which are straight waveguides with a width D2=1.1 um, and the width D1 The bent waveguide 124 can be optically coupled through the coupler 131 and the coupler 132 with low loss.

〔リング共振器フィルタの配線〕
次に、上述したリング共振器フィルタRF1における配線について説明する。図5は、リング共振器フィルタRF1における配線を模式的に示す平面図である。
[Wiring of ring resonator filter]
Next, the wiring in the ring resonator filter RF1 mentioned above will be explained. FIG. 5 is a plan view schematically showing the wiring in the ring resonator filter RF1.

図5に示すように、リング共振器フィルタRF1は、曲げ導波路124の内側に形成された島状のメサ140と、曲げ導波路124上に設けられた電極141と、結合器131上に設けられた電極142と、を有する。曲げ導波路124と島状のメサ140とは橋渡し部を介して繋がった、一連の半導体メサとして形成されている。電極141の幅D10は、曲げ導波路124の幅D1(メサ幅)よりも細く形成される。電極141および電極142は、電気的に接続される。電極141および電極142は、リング共振器フィルタRF1の波長特性を制御する制御電極である。具体的には、電極141は、電力が供給されることによって発熱するマイクロヒータ125(図1を参照)であり、電極142は、電極パッドとマイクロヒータ125とを電気的に接続する配線電極である。また、電極142は、結合器131のメサを乗り越えて形成されている。電極142が結合器131を乗り越える周辺をポリイミド等の樹脂材料を用いて平坦化することで、電極142の断線を防ぐ構成としても良い。このような構成でも、マイクロヒータ125の加熱部から離れたところに位置するため、樹脂材料の加熱が小さく線膨張係数差による応力の影響を少なくすることができる。 As shown in FIG. 5, the ring resonator filter RF1 includes an island-shaped mesa 140 formed inside the bent waveguide 124, an electrode 141 provided on the bent waveguide 124, and an electrode 141 provided on the coupler 131. and an electrode 142. The bent waveguide 124 and the island-shaped mesa 140 are formed as a series of semiconductor mesas connected via a bridging portion. The width D10 of the electrode 141 is formed smaller than the width D1 (mesa width) of the bent waveguide 124. Electrode 141 and electrode 142 are electrically connected. Electrode 141 and electrode 142 are control electrodes that control the wavelength characteristics of ring resonator filter RF1. Specifically, the electrode 141 is a microheater 125 (see FIG. 1) that generates heat when power is supplied, and the electrode 142 is a wiring electrode that electrically connects the electrode pad and the microheater 125. be. Further, the electrode 142 is formed to cross over the mesa of the coupler 131. A configuration may also be adopted in which disconnection of the electrode 142 is prevented by flattening the area around where the electrode 142 crosses the coupler 131 using a resin material such as polyimide. Even in this configuration, since the resin material is located away from the heating section of the microheater 125, the heating of the resin material is small and the influence of stress due to the difference in linear expansion coefficient can be reduced.

以上説明した一実施の形態によれば、曲げ導波路124の幅D1が結合器131の端部に接続される入出力導波路として機能するアーム部122およびアーム部123の各々の幅D2よりも太いので、平坦化を行う樹脂材料を(ヒータ加熱部に)用いることなく、曲げ導波路124上にマイクロヒータ125を配置することができる。 According to the embodiment described above, the width D1 of the bent waveguide 124 is larger than the width D2 of each of the arm portions 122 and 123 that function as input/output waveguides connected to the end of the coupler 131. Since it is thick, the micro-heater 125 can be placed on the bent waveguide 124 without using a flattening resin material (for the heater heating section).

また、一実施の形態によれば、曲げ導波路124および入出力導波路として機能するアーム部122およびアーム部123の各々を互いに同一のコア層を有するハイメサ導波路によって構成したので、一度の結晶成長、一度の半導体エッチングにより形成でき、製造工程を簡易にすることができる。 Further, according to one embodiment, each of the bent waveguide 124 and the arm portions 122 and 123 functioning as input/output waveguides is formed of a high mesa waveguide having the same core layer, so that one crystallization is possible. It can be formed by growth and one-time semiconductor etching, and the manufacturing process can be simplified.

(変形例)
次に、一実施の形態の変形例について説明する。図6は、一実施の形態の変形例に係るリング共振器フィルタの平面を模式的に示す図である。
(Modified example)
Next, a modification of the embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram schematically showing a plane of a ring resonator filter according to a modification of the embodiment.

図6に示すリング共振器フィルタRF1Aは、曲げ導波路124Aの内径側に光損失部400を有する。光損失部400は、曲げ導波路124Aの内径側に凹凸に形成される。曲げ導波路の高次モードは、基本モードよりも内径側に光強度を有する分布となるため、光損失部400により、高次モードの光伝搬損失を選択的に大きくすることができる。リング共振器フィルタRF1Aでは、リングを周回する光が単一のモードでなく、高次モードが含まれてしまうと、フィルタの波長特性が乱れてしまう。 The ring resonator filter RF1A shown in FIG. 6 has an optical loss section 400 on the inner diameter side of the bent waveguide 124A. The optical loss section 400 is formed in an uneven manner on the inner diameter side of the bent waveguide 124A. Since the higher-order modes of the bent waveguide have a distribution in which the optical intensity is closer to the inner diameter than the fundamental mode, the optical loss section 400 can selectively increase the optical propagation loss of the higher-order modes. In the ring resonator filter RF1A, if the light circulating around the ring is not in a single mode but includes a higher-order mode, the wavelength characteristics of the filter will be disturbed.

以上説明した一実施の形態の変形例によれば、曲げ導波路124Aの内径側に光損失部400を設けることによって、導波路形状を荒らすことで高次モードの散乱損を増加させることができるので、曲げ導波路124Aを太くした場合であっても、高次モードの伝搬を抑制し、フィルタの波長特性を安定化することができる。 According to the modification of the embodiment described above, by providing the optical loss portion 400 on the inner diameter side of the bent waveguide 124A, it is possible to increase the scattering loss of higher-order modes by roughening the waveguide shape. Therefore, even if the curved waveguide 124A is made thicker, propagation of higher-order modes can be suppressed and the wavelength characteristics of the filter can be stabilized.

なお、上述した一実施の形態の変形例では、高次モードの伝搬を抑制する手法として、散乱損を増加させる構成を開示したが、イオン打ち込みや吸収層により、内径側の吸収損を増加させる構成も変更可能である。 Note that in the modification of the embodiment described above, a configuration is disclosed in which the scattering loss is increased as a method of suppressing the propagation of higher-order modes, but it is also possible to increase the absorption loss on the inner diameter side by ion implantation or an absorption layer. The configuration can also be changed.

(その他の実施の形態)
なお、上記した一実施の形態により本開示が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本開示に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本開示のより広範な態様は、上記の一実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
(Other embodiments)
Note that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment. The present disclosure also includes configurations in which the above-mentioned components are appropriately combined. Moreover, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, broader aspects of the present disclosure are not limited to the one embodiment described above, and various modifications are possible.

以上、本願の一実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、本開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本開示を実施することが可能である。 As mentioned above, some embodiments of the present application have been described in detail based on the drawings, but these are merely examples, and various modifications may be made based on the knowledge of those skilled in the art, including the embodiments described in the section of the present disclosure. However, it is possible to implement the present disclosure in other forms with improvements.

100 波長可変レーザ素子
110 第1の導波路部
111 導波路部
111a 利得部
111b 回折格子層
112 半導体積層部
113 n側電極
114,125,126 マイクロヒータ
120 第2の導波路部
121a MMI導波路
122,123 アーム部
124,124A 曲げ導波路
128 オーバークラッド層
131,132 結合器
140 ハイメサ導波路
141,142 電極
400 光損失部
C1 レーザ共振器
L1 :レーザ光
M1 反射ミラー
OP 光路
RF1,RF1A リング共振器フィルタ
100 Tunable wavelength laser element 110 First waveguide section 111 Waveguide section 111a Gain section 111b Diffraction grating layer 112 Semiconductor laminated section 113 N-side electrode 114, 125, 126 Micro heater 120 Second waveguide section 121a MMI waveguide 122 , 123 Arm part 124, 124A Bent waveguide 128 Over cladding layer 131, 132 Coupler 140 High mesa waveguide 141, 142 Electrode 400 Optical loss part C1 Laser resonator L1: Laser light M1 Reflection mirror OP Optical path RF1, RF1A Ring resonator filter

Claims (9)

周回構造を形成する曲げ導波路と、光を入出力する2つの入出力導波路と、前記2つの入出力導波路の各々と前記曲げ導波路とを機械的に結合する2つの結合器と、を備えるリング共振器フィルタであって、
前記曲げ導波路の幅は、前記結合器の端部に接続される入出力導波路の幅よりも太く、
前記曲げ導波路は、前記結合器の箇所で当該曲げ導波路の幅の一部が狭い幅となり、該狭い幅の部分が前記結合器の端部に接続される、
ことを特徴とするリング共振器フィルタ。
A bent waveguide forming a circular structure, two input/output waveguides for inputting and outputting light, and two couplers for mechanically coupling each of the two input/output waveguides to the bent waveguide. A ring resonator filter comprising:
The width of the bent waveguide is wider than the width of the input/output waveguide connected to the end of the coupler,
In the bent waveguide, a part of the width of the bent waveguide becomes narrow at the location of the coupler, and the narrow width part is connected to an end of the coupler.
A ring resonator filter characterized by:
請求項1に記載のリング共振器フィルタであって、
前記曲げ導波路および前記入出力導波路の各々は、互いに同一のコア層を有する、
ことを特徴とするリング共振器フィルタ。
The ring resonator filter according to claim 1,
each of the bent waveguide and the input/output waveguide has the same core layer;
A ring resonator filter characterized by:
請求項1または2に記載のリング共振器フィルタであって、
前記曲げ導波路はメサ形状を有する、
ことを特徴とするリング共振器フィルタ。
The ring resonator filter according to claim 1 or 2,
the bent waveguide has a mesa shape;
A ring resonator filter characterized by:
請求項1~3のいずれか一つに記載のリング共振器フィルタであって、
前記曲げ導波路上に設けられた電極をさらに備える、
ことを特徴とするリング共振器フィルタ。
The ring resonator filter according to any one of claims 1 to 3,
further comprising an electrode provided on the bent waveguide;
A ring resonator filter characterized by:
請求項4に記載のリング共振器フィルタであって、
前記電極は、
幅が前記曲げ導波路の幅よりも細い、
ことを特徴とするリング共振器フィルタ。
The ring resonator filter according to claim 4,
The electrode is
the width is narrower than the width of the bent waveguide;
A ring resonator filter characterized by:
請求項5に記載のリング共振器フィルタであって、
前記電極は、
当該リング共振器の波長特性を制御する制御電極である、
ことを特徴とするリング共振器フィルタ。
The ring resonator filter according to claim 5,
The electrode is
a control electrode that controls the wavelength characteristics of the ring resonator;
A ring resonator filter characterized by:
請求項6に記載のリング共振器フィルタであって、
前記電極は、
マイクロヒータである、
ことを特徴とするリング共振器フィルタ。
The ring resonator filter according to claim 6,
The electrode is
It is a micro heater.
A ring resonator filter characterized by:
周回構造を形成する曲げ導波路と、光を入出力する2つの入出力導波路と、前記2つの入出力導波路の各々と前記曲げ導波路とを機械的に結合または近接することで結合する2つの結合器と、を備えるリング共振器フィルタであって、
前記曲げ導波路の幅は、
前記結合器の端部に接続される入出力導波路の幅よりも太く、
前記曲げ導波路は、
内径側に光損失部を有する、
ことを特徴とするリング共振器フィルタ。
A bent waveguide forming a circular structure, two input/output waveguides for inputting and outputting light, and each of the two input/output waveguides and the bent waveguide are coupled mechanically or by being brought close to each other. A ring resonator filter comprising two couplers,
The width of the bent waveguide is
thicker than the width of the input/output waveguide connected to the end of the coupler,
The bent waveguide is
Has an optical loss part on the inner diameter side,
A ring resonator filter characterized by:
請求項1~8のいずれか一つに記載のリング共振器フィルタを備える、
波長可変レーザ素子。
comprising a ring resonator filter according to any one of claims 1 to 8,
Tunable wavelength laser element.
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