JPH06175169A - 光周波数変換素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い範囲で光周波数変換光の波長を掃引でき
る光周波数変換素子を提供すること。 【構成】 利得領域１１及び可飽和吸収領域１２からな
る活性領域１０の片側に、超周期回折格子３２を有する
光導波路領域１４、及びこの光導波路領域１４とは周期
を若干異ならさせた超周期回折格子３２を有する光導波
路領域１５を形成すると共に、各領域に個別にバイアス
電流を印加できる電極を形成してＤＢＲレーザ構造を有
する光周波数変換素子を構成する。 【効果】 １つの光導波路領域１５へ電流注入を行うこ
とにより広い波長範囲にわたり回折格子導波路の最も反
射率の高い波長を掃引することが可能となり、光周波数
変換素子の変換光波長を広い範囲で掃引することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、広い変換光波長掃引幅
を有する半導体材料からなる光周波数変換素子に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、変換光波長を掃引できる波長変換
素子（光周波数変換素子）としては、図２に示すよう
な、可飽和吸収領域１２及び利得領域１１を有する活性
領域１０に、均一ピッチの回折格子３１を有する回折格
子型光導波路領域（ＤＢＲ領域）１３を集積した分布反
射型（ＤＢＲ型）レーザ構造を有するもの（例えば、S.
Yamakoshi et al., Postdeadline Papers of OFC'88, P
D-10(1988)) 、及び図３に示すような、素子上部に３分
割された電極２１，２２及び均一ピッチの回折格子３１
を有し、電流をそれぞれの部分に独立に注入できる構造
とした分布帰還型（ＤＦＢ型）レーザ構造を有し、電極
２１には電流を印加せず可飽和吸収領域１２としたもの
（例えば、H.Kawaguchi et al., Journal of Quantum E
lectronics,vol. 24, No.11, pp.2153-2159, 1988）が
知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示すＤＢＲレーザ構造を有する光周波数変換素子におい
ては、変換光の波長掃引は、回折格子型光導波路領域１
３への電流注入による屈折率変化にともなうブラッグ波
長変化により行われており、波長掃引幅として３ｎｍ程
度しか取れなかった。また、図３に示す多電極ＤＦＢレ
ーザ構造素子においては、２つの利得領域１１へ注入す
る電流の比を変化させ、変換光波長掃引を実現している
が、波長掃引幅としては０．５ｎｍ程度の値しか実現さ
れていなかった。そこで、さらに広い範囲で光周波数変
換光の波長を掃引できる光周波数変換素子の実現が期待
されている。

【０００４】本発明の目的は上記の問題点に鑑み、広い
範囲で光周波数変換光の波長を掃引できる光周波数変換
素子を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、請求項１では、活性領域中に可飽和吸収
領域を有する光周波数変換素子において、一方の光出力
側に、ピッチを徐々に変化させた回折格子が周期的に設
けられた分布反射鏡を有する光周波数変換素子を提案す
る。

【０００６】また、請求項２では、請求項１記載の光周
波数変換素子において、前記分布反射鏡は、前記ピッチ
を徐々に変化させた回折格子の設置周期が異なる、少な
くとも２つ以上の領域を有すると共に、その全ての領域
に独立にバイアス電流を印加できる構造を有する光周波
数変換素子を提案する。

【０００７】さらに、請求項３では、請求項２記載の光
周波数変換素子において、位相調整領域を有する光周波
数変換素子を提案する。

【０００８】

【作用】本発明の請求項１によれば、一方の光出力側に
備わる分布反射鏡には、ピッチを徐々に変化させた回折
格子が周期的に設けられ、該回折格子によって回折され
ると周期的に反射率の高い波長が現れ、これら反射率の
高い複数の波長の光が出力される。

【０００９】また、請求項２によれば、徐々に回折格子
のピッチを変化させた領域（以下、超回折格子領域と称
する）を有する光導波路の反射率の波長依存性には、周
期的に反射率の高い波長が現れる。例えば２つの超周期
回折格子領域を設け、該超周期回折格子領域のぞれぞれ
における前記回折格子の設置周期を異ならせることによ
り、前記周期的に反射率の高い波長が現れる周期を僅か
にずらしておくと、前記超周期回折格子領域の一つに電
流を注入して、屈折率を変化させた際に回折格子領域の
最も反射率の高い波長が広い波長範囲に亙って掃引され
る。

【００１０】さらに、請求項３によれば、位相調整領域
が設けられ、該位相調整領域に電流が注入されるとキャ
リア密度が増加し、屈折率が低下される。これにより、
光が感じるキャビティの長さが変えられる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す構成図
である。図において、前述した従来例と同一構成部分は
同一符号をもって表す。即ち、１１は利得領域、１２は
過飽和吸収領域、１４，１５は徐々に回折格子のピッチ
を変化させた領域を周期的に配置してなる超周期回折格
子３２を有する光導波路領域である。利得領域１１及び
可飽和吸収領域１２からなる活性領域１０の片側に、光
導波路領域１４、及びこの光導波路領域１４とは周期を
若干異ならさせた超周期回折格子３２を有する光導波路
領域１５が形成され、これらが集積されてＤＢＲレーザ
構造を有する光周波数変換素子が構成されている。さら
に、これらの各領域１１，１２，１４，１５には電極２
１，２２，２４，２５，２７によって個別にバイアス電
流を印加できるようになっている。

【００１２】前述の構成よりなる第１の実施例による光
周波数の変換動作原理は、従来素子と同様に、可飽和吸
収領域１２の光吸収損失を外部注入光により減少させる
ことにより、素子を発振にいたらしめることにより光周
波数の変換を行っている。即ち、活性領域１０中に存在
する利得領域１１にはバイアス電流を注入することによ
り、利得領域１１はある程度の利得を持つが、しかし可
飽和吸収領域１２中での光に対する吸収損失のために素
子が発振しない状態に設定しておく。この状態の素子に
外部から信号光を注入し、可飽和吸収領域１２の吸収損
失を低減することにより素子内部での全損失が活性領域
における利得と釣り合う状態になり素子が発振を開始す
るのである。（例えば、H. Kawaguchi et al., Jourana
l of Quantum Electronics, vol. 24. No.11, pp.2153-
2159,1988)また、本発明による光周波数変換素子の変換
光波長掃引の動作原理は、次に説明する通りである。即
ち、光導波路領域１４，１５に形成された超周期回折格
子のピッチ変化の様子は図４に示すものであり、回折格
子のピッチがΛb からΛaまで連続に変化する領域が周
期Λで周期的に存在している。図において、横軸は距離
を表し、縦軸は回折格子のグレーティングピッチを表し
ている。

【００１３】ここで、図４に示すように回折格子のピッ
チを変化させた超周期回折格子構造を設置した光導波路
領域１４，１５の反射率の波長依存性を模式的に示すと
図５のようになる。図において、横軸は波長を、また縦
軸は反射率をそれぞれ表すと共に、図５の(a) は、例え
ば光導波路領域１４の超周期回折格子領域の反射率の波
長依存性を示し、図５の(b) は光導波路領域１５の超周
期回折格子領域の反射率の波長依存性を示している。こ
のように、２つの光導波路領域１４，１５で、高反射率
を示す波長の周期をわずかにずらしておく。例えば、光
導波路領域１５での高反射率波長周期は９．５ｎｍに設
定され、光導波路領域１４の高反射率波長周期１０ｎｍ
と若干異なるように設定されている。

【００１４】また、図中のＷは電流注入で屈折率を変化
させたときに変化させることのできる最大波長変化範囲
を示している。ここでは、例えば、電流注入は図５(b)
に示す光導波路領域１５に行うものとする。まず、光導
波路領域１５に電流を注入しない場合には、最も長波側
にある反射率ピークの波長が光導波路領域１４の反射率
ピーク波長と一致し、この波長での反射率が最大とな
り、結果としてこの波長で変換光が発振することとな
る。次に、光導波路領域１５に電流を注入することによ
り、光導波路領域１５の屈折率は減少し、結果として反
射率ピーク波長は周期をほぼ一定に保ったまま短波長側
へシフトする。このため、まず、光導波路領域１５の最
も長波側に存在していた高反射率ピーク波長と一致し、
この波長で変換光が発振を行うようになる。

【００１５】光導波路領域１５への電流注入量を増加す
るに従って、光導波路領域１４と光導波路領域１５で高
反射率変化に起因する波長変化量Ｗに比べ、飛躍的に広
い範囲で反射率の最も高くなる波長を掃引することが可
能となる。

【００１６】このように、２個以上の超周期回折格子領
域をＤＢＲレーザ構造光周波数変換素子の回折格子領域
に形成し、その１つの超周期回折格子領域へ電流注入を
行うことにより広い波長範囲にわたり回折格子導波路の
最も反射率の高い波長を掃引することが可能となり、光
周波数変換素子の変換光波長を広い範囲で掃引すること
ができる。

【００１７】光導波路領域１５に電流を注入した場合の
結果を図６に示す。図において、横軸は注入電流を表
し、縦軸は変換光波長を表している。この場合、波長の
とびを伴いながら、変換光の全波長掃引幅として１００
ｎｍの値を得ることができ、従来素子の波長掃引幅３ｎ
ｍに比べて飛躍的に広い範囲で変換光波長を掃引するこ
とが可能となった。

【００１８】図７は、本発明による光周波数変換素子の
第２の実施例を示す構成図である。図において、前述し
た第１の実施例と同一構成部分は同一符号を持って表し
その説明を省略する。また、第１の実施例と第２の実施
例との相違点は、第２の実施例においは第１の実施例の
可飽和吸収領域１２と光導波路領域１４との間に位相調
整領域１６を設けた点にある。この位相調整領域１６
は、電流を注入してキャリヤ密度を増加させることによ
って屈折率を下げ、そのために光の感ずるキャビティの
長さを変化させる作用を有するものである。この位相調
整領域１６へ電流を注入することにより、第１の実施例
に示した光周波数変換素子からの変換光波長をさらに微
調整することができ、図８に示すように、第１の実施例
では変換光波長のとびを示していた波長領域において、
変換光波長の若干の波長掃引が可能となった。

【００１９】尚、第１及び第２の実施例では、超周期回
折格子を有する光導波路領域を２つ並べたが、これに限
定されることはなく、３つ以上設けても同様の効果を得
ることができることは言うまでもないことである。

【００２０】また、超周期回折格子を有する光導波路領
域を１つだけ設けた場合には、入力された信号光の波長
を同時に複数種の波長に変換して出力できることは容易
に理解できるであろう。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
よれば、一方の光出力側に備わる分布反射鏡には、ピッ
チを徐々に変化させた回折格子が周期的に設けられてい
るため、周期的に反射率の高い波長が現れ、これら反射
率の高い複数の波長の光が出力されるので、広い範囲で
光周波数変換光の波長を掃引できると共に、入力光の波
長を同時に複数種の波長に変換して出力することができ
る。

【００２２】また、請求項２によれば、徐々に回折格子
のピッチを変化させた領域を周期的に配置した超周期回
折格子領域を少なくとも２つ以上形成し、その領域にお
いては互いの周期構造の周期をわずかにずらした構造と
しているため、超周期回折格子領域の一つに電流を注入
することにより屈折率を変化させた際に回折格子領域の
最も反射率の高い波長が広い波長範囲に亙って掃引され
るので、光周波数変換素子からの変換光の波長を従来型
素子に比べて、飛躍的に広い波長範囲に亙って掃引する
ことができる。

【００２３】さらに、請求項３によれば、上記の効果に
加えて、位相調整領域に電流が注入されるとキャリア密
度が増加し、屈折率が低下されるため、光が感じるキャ
ビティの長さが変えられるので、変換光波長のとびを示
していた波長領域においても、変換光波長の若干の波長
掃引が可能となり、変換光波長をさらに微調整すること
ができるという非常に優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による光周波数変換素子
を示す構成図

【図２】ＤＢＲレーザ構造を有する従来の光周波数変換
素子を示す構成図

【図３】多電極ＤＦＢレーザ構造を有する従来の光周波
数変換素子を示す構成図

【図４】超周期回折格子のピッチを表す図

【図５】超周期回折格子光導波路の反射率の波長依存性
を示す図

【図６】本発明の第１の実施例による光周波数変換素子
の変換光波長掃引特性を示す図

【図７】本発明の第２の実施例による光周波数変換素子
を示す構成図

【図８】本発明の第２の実施例による光周波数変換素子
の変換光波長掃引特性を示す図

【符号の説明】

１０…活性領域、１１…利得領域、１２…可飽和吸収領
域、１３…回折格子型光導波路領域（ＤＢＲ領域）、１
４，１５…光導波路領域、１６…位相調整領域、２１…
利得領域電流注入電極、２２…可飽和吸収領域電流注入
電極、２３…ＤＢＲ領域電流注入電極、２４，２５…光
導波路領域電流注入電極、２６…位相調整領域電流注入
電極、２７…基盤側電極、３１…回折格子、３２…超周
期回折格子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉国 裕三 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性領域中に可飽和吸収領域を有する光
   周波数変換素子において、 一方の光出力側に、ピッチを徐々に変化させた回折格子
   が周期的に設けられた分布反射鏡を有する、 ことを特徴とする光周波数変換素子。
2. 【請求項２】 前記分布反射鏡は、前記ピッチを徐々に
   変化させた回折格子の設置周期が異なる、少なくとも２
   つ以上の領域を有すると共に、その全ての領域に独立に
   バイアス電流を印加できる構造を有することを特徴とす
   る請求項１記載の光周波数変換素子。
3. 【請求項３】 位相調整領域を有することを特徴とする
   請求項２記載の光周波数変換素子。