JP2001007439A - 広い範囲の波長で同調可能な集積化された半導体装置及び広い範囲の波長で同調可能な半導体装置のための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 広い範囲の波長で同調可能な集積化された半
導体の装置及びレーザのための方法であり、製造が容易
で、広い範囲に同調することができ、レーザ出力の損失
が低いレーザ構造を提供する。 【解決手段】 半導体材料にてなる基板と、上記基板上
の複数のセクション５００，５１０，５３０，５４０と
を備え、すべての上記セクションは互いに接続され、少
なくとも２つの上記セクション５００，５１０は共振器
で、それぞれは導波路システムを含み、関連する波長に
おいて最大の共振を提供する互いに間隔を有する複数の
共振最大点を有し、各セクションの上記共振最大点のう
ちの少なくとも２つの間隔は本質的に等しくなく、上記
共振器である２つのセクション５００，５１０のそれぞ
れの少なくとも１つの上記共振の最大は互いにオーバー
ラップする装置。製造工程が（Ｓ）ＳＧ−ＤＢＲレーザ
と同様であり、出力パワーは長い受動領域を通過しな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分布型の反射又は
透過セクションのいずれかである共振セクションを備え
る、マルチセクションの集積化された半導体装置又はレ
ーザに関する。本発明はまた、広い範囲の波長で同調可
能な半導体装置又はレーザのための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）半
導体レーザの同調は、相対的な同調範囲が同調領域の屈
折率の相対的な変化に限定されるという事実に制限され
る。これは、通常の動作条件のもとで、同調範囲が１０
ｎｍを超えられないことを意味している。これは実質的
に、利得曲線の幅により限定される約１００ｎｍのポテ
ンシャル帯域幅よりも狭い。このような従来のＤＢＲレ
ーザは、１つの中心周波数の周りの帯域幅上に自然放出
により例えば光ビームである放射を発生するための、２
つの側面を持つ活性セクションである第１の部分を備え
るものとして機能的に特徴付けることができる。また上
記第１の部分は、上記放射又は光ビームを導波する。上
記従来のＤＢＲレーザはさらに２つの反射器を有する。
上記反射器は上記２つの側面を持つ活性セクションと境
界を接し、各側面に１つずつ境界を接している。

【０００３】制限された選択性の問題は、ヴォルフ（Wo
lf）他により認識され（ヨーロピアントランザクション
・オン・テレコミュニケーションズ・アンド・リレイテ
ッドテクノロジー、４（１９９３年）、Ｎｏ．６、（Eu
ropean Transactions on Telecommunications and Rela
ted Technology, 4 (1993), No. 6））、グレーティン
グのない２つの平行な導波路を有するレーザ構造が図１
０において図示されている。これら２つの平行な導波路
は共振器として考えることができず、実際にスペクトル
（図１０ｂ及びｃに図示される）はアームＢ及びＡに対
応するくし型のモードスペクトルを示すが、それらはア
ームＡ、利得セクション及び反射器Ｒのくし型のモード
スペクトルか、アームＢ、利得セクション及び反射器Ｒ
のくし型のモードスペクトルかのいずれかである。スペ
クトル線の間の間隔が上記構造の長さにより決定される
ので、上記間隔がさらに極めて小さいと、結果的にさら
に低い選択性と低い同調可能性になることが見受けられ
る。

【０００４】これまでに、拡張された同調範囲を有する
いくつかの進歩したレーザ構造が提案された。たとえ
ば、Ｙ−レーザ（エム．クズネツォフ，ピー．ヴェルラ
ンギエリ，エー．ジー．デンタイ，シー．エイチ．ジョ
イナー，及びシー．エー．ブルス，“広い範囲で同調可
能な半導体３分岐レーザの設計”ジャーナル・ライトウ
ェーブテクノロジー，１９９４年，第１２巻，第１２
号，ｐ．２１００−２１０６， M. Kuznetsov, P. Verl
angieri, A. G. Dentai, C. H. Joyner, and C. A.Burr
us,“Design of widely tunable semiconductor three-
branch lasers,”J. Lightwave Technol., vol.12, no.
12, pp.2100-2106, 1994）、同一の方向に結合されたツ
インガイドレーザ（エム．シー．アマン，及びエス．イ
レク“横断的同調スキームを用いる同調可能なレーザダ
イオード” ジャーナル・ライトウェーブテクノロジ
ー，１９９３年，第１１巻，第７号，ｐ．１１６８−１
１８２， M. -C. Amann, and S. Illek, “Tunable las
er diode utilizing transverse tuning scheme,”J. l
ightwave Technol., vol.11, no.7, pp.1168-1182, 199
3）、標本化されたグレーティングの（ＳＧ）ＤＢＲレ
ーザ（ブイ．ジャヤラマン，ゼッド．エム．チャン，及
びエル．エー．コルドレン，“標本化されたグレーティ
ングを有する拡張された同調範囲の半導体レーザの理
論，設計及び性能”ＩＥＥＥ ジャーナル・クォンタム
エレクトロニクス，１９９３年，第２９巻，第６号，
ｐ．１８２４−１８３４， V. Jayaraman, Z. M. Chuan
g, and L. A. Coldren,“Theory, design and performa
nce of extended tuning range semiconductor lasers
with sampled grating,”IEEE J. Quantum Electron.,
vol.29,no.6, pp.1824-1834, 1993）、超構造グレーテ
ィング（ＳＳＧ）ＤＢＲレーザ（エイチ．イシイ，エイ
チ．タノベ，エフ．カノ，ワイ．トーモリ，ワイ．コン
ドー，及びワイ．ヨシクニ“超構造グレーティング（Ｓ
ＳＧ）ＤＢＲレーザにおける準連続な波長同調”ＩＥＥ
Ｅ ジャーナル・クォンタムエレクトロニクス，１９９
６年，第３２巻，第３号，ｐ．４３３−４４０， H. Is
hii, H. Tanobe, F.Kano, Y. Tohmori, Y. Kondo, and
Y. Yoshikuni,“Quasicontinuous wavelength tuning i
n super-structure-grating (SSG) DBR laseres,” IEE
E J. Quantum Electron., vol.32, no.3, pp.433-440,
1996）、及び背面の標本化された反射器を有するグレー
ティングで援助されたカプラの（ＧＣＳＲ）レーザ（エ
ム．エーベルク，エス．ニルソン，ケー．ストロイベ
ル，エル．ベクボム，及びティー．クリンガ，“背面の
標本化されたグレーティングの反射器を持つＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ垂直グレーティングで援助された同一の方
向のカプラレーザの７４ｎｍの波長同調範囲”ＩＥＥＥ
フォトニクステクノロジーレターズ，１９９３年，第
５巻，第７号，ｐ．７３５−７３８， M. Oberg, S. Ni
lsson, K. Streubel, L. Backbom, and T. Klinga,“74
nm wavelength tuning range of an InGaAsP/InP vert
ical grating assisted codirectional coupler laser
with rearsampled grating reflector,”IEEE Photon.
Technol. Lett., vol.5, no.7, pp.735-738, 1993）が
ある。最初の２つの型の装置では、同調範囲とスペクト
ルの純粋さの間でトレードオフされる必要がある（同調
範囲の広さに対するサイドモード圧縮比（ＳＭＳＲ）の
大きさ）。ゆえに最近では、多数の研究の注意が、
（Ｓ）ＳＧ−ＤＢＲ及びＧＣＳＲレーザに注がれた。

【０００５】標本化されたグレーティングのＤＢＲレー
ザは、異なるサンプリング周期のために互いに間隔を有
するわずかに異なるピークを持つくし型の反射率スペク
トルを示す、２つの標本化されたグレーティングを備え
る。それとは別に他のグレーティングの形を用いること
ができ、これらは一般に「超構造グレーティング」（Ｓ
ＳＧ）と呼ばれる。この型のレーザは、上は約１００ｎ
ｍまでの同調範囲で製造される。２つのＤＢＲセクショ
ンに電流を注入することで、前後の反射率のくし型特性
のピークが望まれる波長に整列されるように、上記装置
を動作させる。位相セクションは縦キャビティモードを
２つの反射器のピークと整列させるために用いられる。
（Ｓ）ＳＧ−ＤＢＲアプローチの不都合な点は、レーザ
からの結合された光は、受動的な又は不活性な長い領域
を通過しなければならず、損失につながることである。
また、２つの反射セクションにおける損失は、それらの
セクションに注入された電流の量に応じて増大し、同調
電流に依存する出力パワーが導かれる。

【０００６】ＳＧ−ＤＢＲレーザ及びＳＳＧ−ＤＢＲレ
ーザは、光の発生のための２つの側面を持つ活性領域
と、活性領域の各側面に１つずつある２つの反射器とを
備えるものとして機能的に特徴づけられ、上記反射器は
複数の反射ピ−クのある反射特性を有する。上記特性
は、関連する波長の最大の反射を提供する、互いに間隔
を有する複数の最大反射点を有する。このような特性
は、くし型特性の反射スペクトルを示す標本化されたグ
レーティングを用いて、又はいわゆるスーパーグレーテ
ィングを用いて得ることができる。上記グレーティング
又はスーパーグレーティングはまた分布型反射器として
特徴付けることができる。

【０００７】標本化されたグレーティングは、ストリッ
プ化されていない領域と交互に配置される短周期でスト
リップ化された領域を含む、周期的に破壊された短周期
構造を有する導波路システムの中の構造として記述でき
る。スーパーグレーティングは、それぞれが一定の長さ
を持ちこれにより変調周期を形成する複数の反復する単
位領域を持つ回折格子と、上記レーザ中の光伝送の方向
に沿った上記反復する単位領域のそれぞれにおけるその
位置によって変化する上記回折格子の光の反射率を決定
する少なくとも１つのパラメータとを有する導波路シス
テムの中の構造として記述でき、上記回折格子は少なく
とも２つの変調周期だけ延在している。分布型の反射器
及び波長同調可能な半導体レーザに関する米国特許第
５，３２５，３９２号の明細書が参照され、ここに参照
文献として含まれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＳＧ−ＤＢＲレーザ及
びＳＳＧ−ＤＢＲレーザは、活性セクションの異なる側
面に設置された反射器の周期的特性の、異なる周期性と
の強め合う干渉を用い、広い範囲の同調可能性を得る。
反射器の複数のピークの配列は、反射器の反射最大点の
間隔が異なっている、又は本質的に等しくないことと、
上記各反射器の上記反射の最大のただ１つが上記発生さ
れた光ビームの波長と対応することとを明示することに
より記述することができる。異なるマルチ−エレメント
ミラーを持つマルチ−セクションの同調可能なレーザに
関する、米国特許第４，８９６，３２５号の明細書が参
照され、ここに参照文献として含まれる。

【０００９】上記反射器の構造は長い不活性セクション
に導かれるので、これはレーザ出力のパワー損失につな
がる。

【００１０】同一の方向のカプラを用いる他のレーザ
は、容易に非常に広い同調領域を有するが、近傍の縦モ
ードの不十分な圧縮が存在する。広範に同調可能である
が選択性の悪い同一の方向のカプラと単一の（Ｓ）ＳＧ
反射器との組み合わせは、広い範囲の同調とよいサイド
モード圧縮の両方を与える。さらに、光出力信号は受動
領域を通過しない。再び、１００ｎｍの同調が達成され
る。残念ながらこのような構造は製造においてやや複雑
で、少なくとも５つの成長段階を必要とする。集積化さ
れた同調可能なフィルタに関する米国特許第５，６２
１，８２８号の明細書が参照され、ここに参照文献とし
て含まれる。

【００１１】欧州特許出願公開第０９２６７８７号公報
は、強い複雑な結合をされたＤＦＢレーザのシリーズを
記述している。開示された構造において、グレーティン
グは活性セクション内に作られる。グレーティングを形
成された活性セクションとして特徴付けられるレーザの
間の実質的な相互作用がシリーズの中で得られないよう
に、上記グレーティングは選択される。開示された構造
は、複数の波長の生成を同時的にさえ可能にするが、選
択性と同調可能性の問題は扱わない。

【００１２】複数の導波路を有する並列構造は、日本国
特許公報要約集，０１３巻，０２６号，１９８９年１月
２０日，特開昭６３−２２９７９６号公報（富士通株式
会社）（PATENT ABSTRACT OF JAPAN, vol.013, no.026,
20 January 1989, JP 63 229796 (Fujitsu ltd.)）に
開示されている。開示された構造は再び複数の波長の放
射を可能にするが、同調可能性の問題を扱わない。光ス
イッチは導波路を選択するために動作され、従って、導
波路の間の同時的な光接続は得られない。

【００１３】本発明の目的は、製造が容易で、広い範囲
に同調可能で、レーザの出力パワーの損失が小さいレー
ザ構造を開示することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明において、（Ｓ）
ＳＧ−ＤＢＲ及びＧＣＳＲレーザと潜在的に同一の同調
性能を有し、その出力パワーは長い受動領域を通過しな
い別のレーザ構造、装置又はデバイスが開示される。

【００１５】半導体の材料にてなる基板と、上記基板上
の２つの側面を持つ活性セクションと、上記基板上の複
数のセクションとを備える、集積化された／半導体の同
調可能なレーザが開示される。上記レーザはマルチ−セ
クションの集積化された半導体レーザと呼ぶことができ
る。上記活性領域は、例えば放射を発生するが、光の放
射の範囲に限定されない。すべての上記セクションは上
記活性セクションの１つの側面に接続される。これは、
それらが上記活性セクションに直接に結合されることを
意味しないということを注意せよ。光放射の場合は、上
記接続は光接続と呼ぶことができる。上記接続のうち少
なくとも２つは導波路システムを含む。上記セクション
のそれぞれは共振器を特徴付ける。

【００１６】これらの共振セクションは、互いに間隔を
あけた複数の最大共振点のあるスペクトルを有する。そ
れらはそれら自身、くし型特性のモードスペクトルを有
するフィルタ又は反射器のいずれかである。

【００１７】本発明において用いられる共振器は、複数
の共振ピークのある共振特性を有する。それに代わっ
て、上記共振器は、関連する波長の最大の共振を提供す
る、互いに間隔を有する複数の共振最大点を有するとい
える。本発明において用いられる透過フィルタは、複数
の透過ピークのある透過特性を有する。それに代わっ
て、上記透過フィルタは、関連する波長の最大の透過を
提供する、互いに間隔を有する複数の透過最大点を有す
るといえる。本発明において用いられる反射器は、複数
の反射ピークのある反射特性を有する。それに代わっ
て、上記反射器は、関連する波長の最大の反射を提供す
る、互いに間隔を有する複数の反射最大点を有するとい
える。

【００１８】上記セクションのうちの少なくとも２つの
透過又は反射最大点に対応する上記共振の最大点の間隔
は、本質的に等しくないか異なるように選択される。ゆ
えに上記レーザは異なる反射又は透過セクションを持つ
集積化された半導体レーザと呼ばれる。上記透過フィル
タ及び反射器の透過及び反射特性は、上記２つのセクシ
ョンのそれぞれの、少なくとも１つの上記透過又は反射
の最大が互いにオーバーラップするように互いに関係を
もって位置される。これは、上記複数のセクションが同
一の第１の周波数において、少なくとも１つの透過又は
反射の最大を有することを意味する。上記透過又は反射
最大点の異なる間隔により、上記透過又は反射特性のう
ちの１つの小さなシフトから、結果的に上記２つのセク
ションのそれぞれの、他の少なくとも１つの透過又は反
射の最大のオーバーラップが得られる。次いで上記複数
のセクションは、上記第１の周波数とは大きく異なって
いることがある、少なくとも１つの第２の周波数を共通
に有する。上記シフトは、上記透過又は反射セクション
への電流の注入に帰すことができる。上記レーザは上記
複数のセクションのいくつかに電流を注入し、結果とし
て上記透過又は反射特性は波長においてシフトされるた
めの手段を備えているといえる。上記オーバーラップす
る最大点は複数のレーザの波長を特徴付ける。少なくと
も１つの共振特性の小さなシフトにより、上記装置は複
数のレーザ波長の第１の集合から複数のレーザ波長の他
の集合にジャンプする。したがって、最大共振点の間隔
は、セクションの長さの代わりにグレーティングにより
本質的に決定される。

【００１９】上記活性セクションは放出により放射又は
光ビームを発生することと、装置は上記複数の透過フィ
ルタ又は反射器の上記オーバーラップする最大に対応す
る上記放出された光ビームの波長を持つ放出されるレー
ザビームを放出することとが言える。このように上記活
性セクションは中心周波数の周りの帯域幅上に自然放出
により放射又は光ビームを発生し、上記放射又は光ビー
ムを導波し、（光）増幅作用を有する。上記放出された
放射又は光ビームは上記複数のセクションを通過しな
い。組み合わされた反射作用を有する上記複数のセクシ
ョンと上記活性セクションの上記（光）増幅作用との組
み合わせは、上記レーザ波長の集合においてレーザ光を
発生させる。共振特性の小さなシフトが結果としてレー
ザ波長の集合において大きな違いになる事実より、広い
範囲の同調可能性を有する光レーザが得られる。ゆえに
上記レーザは広い範囲の波長で同調可能な集積化された
半導体レーザと呼ばれる。

【００２０】本発明の１つの好ましい好ましい実施態様
によれば、活性放射発生セクションは１つの側面を複数
のグレーティングセクションに接続されるが、上記複数
のグレーティングは上記活性セクションに含まれない。
さらに、上記複数のグレーティングは、上記複数のグレ
ーティングのスペクトルの間の実質的な相互作用を用い
ることができるように選択されるが、これは選択性を改
善するために用いられる動作原理だからである。ゆえ
に、２つの上記セクションのそれぞれの、上記共振の最
大の少なくとも１つは、互いにオーバーラップしてい
る。

【００２１】本発明の１つの好ましい実施態様におい
て、上記共振最大点のただ１つがオーバーラップしてい
る。次いで、上記活性セクションは放出により放射又は
光ビームを発生することと、装置は上記複数の透過フィ
ルタ又は複数の反射器の上記オーバーラップする最大に
対応する上記放出された光ビームの波長を持つ放出され
るレーザビームを放出することとが言える。単一の反射
波長を持つ組み合わされた反射作用を有する上記複数の
セクションと、上記活性セクションの上記（光）増幅作
用との組み合わせは、上記オーバーラップする共振最大
点により特徴付けられる上記単一の反射波長において、
レーザ光を発生させる。

【００２２】本発明の１つの好ましい実施態様におい
て、上記複数のセクションの少なくとも１つは不活性で
ある。これは、このような不活性セクションは放出によ
り光ビームを発生していないことを意味する。

【００２３】本発明の１つの好ましい実施態様におい
て、上記複数のセクションの少なくとも１つは活性であ
る。これは、このような活性セクションも放出により光
ビームを発生することを意味する。

【００２４】本発明の１つの好ましい実施態様におい
て、上記導波路システムの少なくとも１つは、ストリッ
プ化されていない領域と交互に配置される短周期でスト
リップ化された領域を含む、周期的に破壊された短周期
構造を有する。このような導波路システムは分布型とも
呼ばれ、ゆえに上記レーザは、分布型の反射又は透過セ
クションを持つ半導体レーザと呼ばれる。本発明におい
て、２つのこのような導波路は活性領域の同一の側面の
上に見出される。

【００２５】本発明の１つの好ましい実施態様におい
て、上記導波路システムの少なくとも１つは、それぞれ
が一定の長さを持ちこれにより変調周期を形成する複数
の反復する単位領域を有する回折格子と、上記レーザ中
の光伝送の方向に沿った上記反復する単位領域のそれぞ
れにおけるその位置によって変化する上記回折格子の光
の反射又は透過を決定する少なくとも１つのパラメータ
とを有し、上記回折格子は少なくとも２つの変調周期だ
け延在している。

【００２６】本発明の１つの好ましい実施態様におい
て、上記導波路システムの少なくとも１つはリング共振
器である。

【００２７】本発明の１つの好ましい実施態様におい
て、レーザは、上記複数のセクションの一部を光学的に
接続し、上記複数のセクションの一部を上記活性セクシ
ョンと接続するために用いられる、複数のパワースプリ
ッタをさらに備える。

【００２８】本発明の１つの好ましい実施態様におい
て、上記レーザは、上記活性セクションと、上記複数の
セクションとの縦続接続である。

【００２９】本発明の１つの好ましい実施態様におい
て、上記レーザは、上記活性セクションの、パワースプ
リッタの１つのシングルポート側への接続であり、及び
複数のセクションの、上記パワースプリッタの他のマル
チポート側への並列接続である。

【００３０】本発明の１つの好ましい実施態様におい
て、上記レーザは、往復キャビティフェーズと、レーザ
のレーザモード波長とを調整するために用いられる位相
セクションを備える。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下の記述において本発明のいく
つかの実施形態が示される。本発明の範囲は請求項によ
り記述されていることを明らかにしておかなければなら
ない。

【００３２】本発明は、潜在的に（Ｓ）ＳＧ−ＤＢＲ及
びＧＣＳＲレーザと同じ性能であり、出力パワーは長い
受動領域を通過しない、他のレーザ構造を開示する。上
記装置において、活性領域の１つの側面のみに受動的又
は不活性な領域が存在する。

【００３３】先行技術の従来型分布ブラッグ反射型（Ｄ
ＢＲ）半導体レーザの原理的なスキームが図７に図示さ
れている。このようなレーザの概要の図が、前部（５０
０）反射器と、後部反射器（５１０）と、ＡＲ（無反射
コーティング）と、活性セクション（５３０）と、位相
セクション（５４０）とを示す図１に図示されている。
上記レーザの同調は、相対的な同調範囲（３６０）が同
調領域の屈折率の相対的な変化に限定されるという事実
により制限される。これは、通常の動作条件下で同調範
囲が、１０ｎｍを超えられないことを意味している。こ
れは実質的に、利得曲線（３５０）の幅に限定される、
約１００ｎｍのポテンシャル帯域幅より狭い。このよう
な従来のＤＢＲレーザは、上記レーザの特性（３４０）
で観察される、ある中心周波数（３７０）の周りの帯域
幅上に、自然放出により光ビーム（３１０）を発生する
ための、２つの側面を持つ活性セクション（３００）で
ある第１の部分を備えるものとして機能的に特徴付ける
ことができる。また上記第１の部分は上記光ビームを導
波する。このような従来のＤＢＲレーザはさらに２つの
反射器（３３０）（３２０）を有する。上記反射器は上
記２つの側面を持つ活性セクション（３００）と境界を
接し、各側面に１つずつ境界を接している。

【００３４】古典的なレーザ構造は、（ｉ）ある中心周
波数の周りの帯域幅上に自然放出により光ビームを発生
し、上記光ビームを導波し、上記活性セクションは光増
幅作用を実行する、２つの側面を持つ活性セクション／
領域と、（ｉｉ）反射器として作用する２つの（不活性
又は受動的）セクション／領域とを備える。上記活性セ
クションは上記２つの反射器に境界を接する。

【００３５】また（不活性又は受動的）反射セクション
／領域に加え、透過特性を有する複数のセクションが存
在する。

【００３６】本発明は、２つの側面を持つ活性セクショ
ン／領域（ちょうど古典的なレーザのように）と、複数
のセクション／領域とを備えるものとして特徴付けるこ
とができる。上記複数のセクション／領域は、セクショ
ン／領域のネットワークを特徴付ける。上記セクション
／領域のネットワークは、活性領域の１つの側面に接続
される。上記ネットワークは、少なくとも２つの共振器
の領域／セクションを備える。上記共振器の領域／セク
ションは、複数の反射器及び透過特性を有する複数の領
域／セクションの各々であることができる。能動素子
（３０）と共振器である複数のセクション（５０）（９
０）（１００）（１１０）とを備え、ゆえに複数の透過
フィルタ又は複数の反射器のいずれかである、本発明に
係るレーザの原理的なスキームが図６に図示されてい
る。

【００３７】本発明は、（ｉ）半導体材料にてなる基板
と、（ｉｉ）上記基板上において２つの側面を持つ活性
セクションとを備え、上記活性セクションはある中心周
波数の周りの帯域幅上に自然放出により放射を発生し、
上記放射を導波し、上記活性セクションは増幅作用を有
し、（ｉｉｉ）上記基板上における複数のセクションを
備え、すべての上記複数のセクションは上記活性セクシ
ョンの１つの側面に接続され、上記複数のセクションの
少なくとも２つは、透過フィルタ又は反射器のいずれか
を特徴付ける導波路システムを含む装置として特徴付け
られる。上記装置は、上記複数の不活性セクションの一
部を相互に接続し、上記複数のセクションの一部を上記
活性セクションと接続するために用いられる複数のパワ
ースプリッタをさらに備えていることができる。上記複
数のセクションは活性又は不活性のいずれかであること
ができる。

【００３８】上記装置が光ビームを発生するとき、上記
ネットワークの上記活性セクションとの上記接続は、光
接続である。次いで上記複数のセクションの上記接続も
光接続である。そこで、上記装置は同調可能な集積化さ
れた／半導体の光レーザと呼ばれる。次いで、上記増幅
は光増幅と呼ばれる。次いで、上記活性セクションはま
た上記光ビームを導波する。

【００３９】本発明において、特定の複数の反射器及び
透過特性を持つ複数のセクションが用いられる。上記反
射器及び透過特性を持つセクションは、一般に共振器と
呼ばれる。上記反射及び透過セクションは、一般に共振
ピークと呼ばれる複数の反射又は透過ピークを持つ反射
又は透過特性を有するものとして機能的に特徴付けられ
る。上記反射又は透過特性は、関連する波長の最大の反
射又は透過を提供する、互いに間隔を有する複数の反射
又は透過最大点を有する。このように、共振特性は複数
のスペクトル応答のピーク、好ましくは狭いスペクトル
応答のピークを有する。上記共振器特性は、その共振周
波数がすべて同一の値により互いに間隔を有することを
意味し、周期性であるレギュラー（規則的）であるか、
又は共振周波数の間に固定された間隔の存在しないこと
を意味する、イレギュラー（不規則的）であるのいずれ
かであることができる。イレギュラーは共振周波数のラ
ンダムなパターンか、ある構造化されたパターンである
ことができる。

【００４０】このような特性は、くし型特性の反射又は
透過スペクトルを示す標本化されたグレーティングを用
いて、又はいわゆるスーパーグレーティングを用いて得
ることができる。上記グレーティング又はスーパーグレ
ーティングは、また分布型の反射器又は透過セクション
として特徴付けることができる。

【００４１】標本化されたグレーティングは、ストリッ
プ化されていない領域と交互に配置される短周期でスト
リップ化された領域を含む、周期的に破壊された短周期
構造を有する、導波路の中の構造として記述できる。ス
ーパーグレーティングは、それぞれが一定の長さを持ち
これにより変調周期を形成する複数の反復する単位領域
を持つ回折格子と、上記レーザ中の光伝送の方向に沿っ
た上記反復する単位領域のそれぞれにおけるその位置に
よって変化する上記回折格子の光の反射又は透過を決定
する少なくとも１つのパラメータとを有する導波路シス
テムの中の構造として記述でき、上記回折格子は少なく
とも２つの変調周期だけ延在している。

【００４２】本発明において、リング共振器に基づく透
過特性を有する別の複数のセクションが用いられる。こ
のようなリング共振器は、くし型の透過特性を有する
（図５）。リング共振器の動作は、古典的なファブリ−
ペロー共振器の動作と同様であり、このことは、リング
中の２つのカプラの交差結合をＦＰ−共振器中の透過ミ
ラーとして考えるならば、容易に理解できる。

【００４３】先行技術において、活性セクションの異な
る側面に位置された異なる周期性をもつ複数の反射器
の、周期的特性の強め合う干渉が、広い範囲の同調可能
性を得るために用いられる。上記反射器の構造が長い不
活性領域に至るとき、これは結果的にレーザ出力のパワ
ー損失になる。

【００４４】本発明において、異なる周期性を持ち、活
性セクションの同一の側面に位置された反射又は透過の
いずれかの複数のセクションの、周期的特性の強め合う
干渉が用いられる。このアプローチで結果的に上記レー
ザの広い範囲の同調可能性が得られる。上記複数の反射
器が構造上では長い不活性セクションであるときでも、
これらが活性セクションの単一の側面のみに位置されて
いるだけのため、このことはレーザの出力パワーに対し
て有害でない。本発明はいかなる時も、低損失の窓にな
る。

【００４５】このように本発明は、それぞれの（不活
性、又は規則的な活性）セクションの、少なくとも２つ
の透過又は反射最大点の間隔が本質的に等しくないか異
なっていることと、上記（不活性、又は規則的な活性）
セクションの透過又は反射の最大の少なくとも１つが上
記発生させられた光ビームの波長と対応することとを明
示することによりさらに特徴付けることができる。この
対応は、オーバーラップ又は一致する少なくとも２つの
セクションの、少なくとも１つの上記共振ピークを有す
ることにより得られる。

【００４６】上記複数のセクションの組み合わせは、組
み合わされた反射作用を有する組み合わされた反射器と
してみなすことができる。上記活性セクションの上記光
増幅作用と、上記組み合わされた反射器の上記組み合わ
せ反射作用とは、上記組み合わされた反射器の少なくと
も１つの反射波長においてレーザ光を発生させる。

【００４７】図６は可能な構成の例を図示するが、本発
明はこれに限定されない。活性セクション（３０）は、
１つの側面において光学的に複数のセクション（１２
０）に接続されていて、上記複数のセクションは透過フ
ィルタ（５０）と３つの反射器（９０）（１００）（１
１０）とを備える。レーザ光（１０）は、活性セクショ
ンの他の側面よりレーザから出る。（２０）は上記活性
セクション（１０）内の増幅作用を示す。上記接続（４
０）、（６０）、（７０）及び（８０）は光の相互接続
性を意味し、物理的接続と考えられるべきではない。

【００４８】本発明において用いられる透過フィルタ
は、複数の透過ピークを持つ透過特性（１５０）を有す
る。それに代わって上記透過フィルタは、関連する波長
の最大の透過を提供する、互いに間隔を有する（間隔
（１３０））複数の透過最大点を有するといえる。本発
明において用いられる反射器は、複数の反射ピークを持
つ反射特性（１６０）を有する。それに代わって上記反
射器は、関連する波長の最大の反射を提供する、互いに
間隔を有する（間隔周期（１４０））複数の反射最大点
を有するといえる。少なくとも２つの上記セクション
の、上記透過又は反射最大点の間隔（１３０）（１４
０）は異なるように選択される。ゆえに上記レーザは、
異なる反射又は透過セクションを持つ、集積化された半
導体レーザと呼ばれる。上記透過フィルタ及び反射器の
透過及び反射特性は、上記各セクションのただ１つの透
過又は反射の最大がオーバーラップするように位置さ
れ、これは同一の周波数で透過又は反射の最大を有する
ことを意図している。上記透過又は反射最大点の異なる
間隔によって、上記透過又は反射最大点のうちの１つの
小さなシフトから広い範囲の同調可能性を有する光レー
ザが得られる。ゆえに上記レーザは広い範囲の波長で同
調可能な集積化された半導体レーザと呼ばれる。上記シ
フトは上記透過又は反射セクションへの電流の注入に帰
することができる。上記レーザは、上記複数のセクショ
ンの一部に電流を注入するための手段を備え、結果とし
て上記透過又は反射特性は波長に関してシフトされると
いうことができる。

【００４９】図６の構成は例えば、セクション（５０）
をセクション（９０）（１００）（１１０）と接続する
ためのパワースプリッタ（２００）を用いることにより
達成される。上記パワースプリッタは、シングルポート
側（（５０）に接続された側）と、３つのポートを持つ
マルチポート側（（９０）（１００）（１１０）に接続
された側）とを有する。

【００５０】先行技術のＧＣＳＲレーザ構造の概略図
が、活性セクション（６００）、カプラセクション（６
１０）、位相セクション（６２０）、及び反射器（６３
０）と、上記セクションの横断面とを表す図２に図示さ
れている。上記カプラセクションと上記反射器セクショ
ンは、本質的に異なる共振特性を有する。上記カプラセ
クションは互いに間隔を有する共振最大点を持たない。

【００５１】第１の実施形態において、活性領域（７０
０）の同一の側面に位置された２つの反射器（７１
０）、（７２０）を持つ、図３におけるようなＹ型構造
が提案される。これら２つの反射器は標本化された又は
超構造のグレーティングを用い、異なる周期を持つ反射
率のくし型特性を提供し、それらの設計は（Ｓ）ＳＧ−
ＤＢＲレーザと同一である。パワースプリッタ（７３
０）は、活性領域から出る／に入る光を分割する／組み
合わせるために用いられる。２つの位相制御セクション
（７４０）、（７５０）が図３に図示されている。１つ
は２つの反射器により反射された信号の間の正確な位相
関係を提供し、それに対し２つ目は組み合わされた反射
信号の全体の位相の制御をする。それに代わる実施形態
によれば、別々の位相制御セクションをＹ型の腕のそれ
ぞれに位置することができる。Ｙ型構造の枝はすべて活
性で能動的であることができ、このように活性で能動的
である導波路から受動的なものへの（技術的にはより複
雑な）遷移を防止する。しかしながら、これは、装置が
より制御することが難しくなるという欠点を有するが、
これはパワー及び波長の制御が混合されることによる。
ゆえにＹ型構造の両枝のための受動的な導波路が好まし
い。

【００５２】第２の実施形態において、図８において上
面図が見える第２の構造が提案される。この構造におい
て、（反射器（４１０，４２０，４３０）を含む）複数
の反射器（４４０）は、活性領域の同一の側面に位置さ
れている。上記反射器の少なくとも２つは、反射率のく
し型特性を提供するために、標本化された又は超構造の
グレーティングを用いる。少なくとも２つの上記反射器
は異なる周期を持つ反射率のくし型特性を有する。上記
反射器の設計は（Ｓ）ＳＧ−ＤＢＲレーザと同一であ
る。パワースプリッタ（４５０）は、活性領域から出る
／に入る光の分割及び組み合わせをするために用いられ
る。位相制御セクションを導入することができる。１つ
の構成において、１つの位相制御セクションは活性領域
と複数の反射器の間に位置され、また１つを除くすべて
の反射器において、位相制御セクションが提供される。
他の構成では、上記複数の反射器の中に位相制御セクシ
ョンのみが提供される。

【００５３】第３の実施形態において、図４に図示され
る第３の構造が提案される。反射器は、活性セクション
（８３０）と、くし型の透過特性（図５）を有するリン
グ共振器（８００）と、潜在的には無反射コーティング
でさえある（８２０）を持つ（Ｓ）ＳＧ−反射器（８１
０）とからなる。リング共振器の動作は、古典的なファ
ブリ−ペロー共振器の動作と同様であり、このことは、
リング中の２つのカプラの交差結合をＦＰ−共振器中の
透過ミラーとして考えるならば、容易に理解できる。再
び同調は、従来の（Ｓ）ＳＧ−ＤＢＲレーザのように
「バーニア（Vernier）」原理に基づく。リング共振器
及び（Ｓ）ＳＧ−反射器は、それらの透過及び反射特性
のそれぞれにおいてわずかに異なるピークの間隔を有す
るように設計され、２つのピークが互いにオーバーラッ
プする波長において、又はその波長の近傍でレーザ光は
発生する。また縦キャビティモードを２つの整列された
ピークに整列させるために用いられる位相セクション
は、この構造に含まれる。それは、活性セクションとリ
ング共振器の間か、リングと（Ｓ）ＳＧ−反射器の間か
のいずれかに位置される。

【００５４】第４の実施形態において、図９に図示され
る第４の構造が提案される。この構造は、フィルタ（９
１０）（９２０）を含む複数の透過フィルタ（９４０）
である複数のセクションの縦続接続と１つの側面におい
て境を接する活性領域（９００）を備え、上記接続は反
射器（９３０）で終わる。透過フィルタ又は反射器のい
ずれかである上記複数のセクションの少なくとも２つ
は、くし型の透過特性を有する。透過フィルタ又は反射
器のいずれかである上記複数のセクションの少なくとも
２つは、それらの特性においてわずかに異なるピークの
間隔を有するように設計される。位相セクションは、上
記複数のセクションの任意のものの間に、及び上記活性
セクションと上記複数のセクションの間に位置すること
ができる。上記透過フィルタは（Ｓ）ＳＧ−透過フィル
タ又はリング共振器のいずれかであることができる。上
記反射器は（Ｓ）ＳＧ−反射器である。

【００５５】提案されたＹ型構造及びリング構造、及び
提案されたＹ型構造及びリング構造に基礎をおく原理の
組み合わせを用いる任意の構造の主要な特徴は、光は活
性領域から直接放出され、受動領域を通過しないという
ことである。このことにより、効率がより高くなること
と、同調時のパワーの変化の度合いがより低くなること
とが期待される。典型的な反射器は、反射ピークの一様
な包絡線を有するように設計することができる。これら
の設計は長い受動的な導波路を必要とし、反射ピークに
おける反射率はきわめて高い。これらの要素の双方は、
２つの側面を持つ反射器構造において、効率を減少させ
る。すべての提案された構造において、出力パワーは反
射器を通過せず、ゆえに高い効率を期待でき、今では高
い反射率は利点となる。ゆえに本発明において、すべて
の上記セクションは、上記活性領域の１つの側面に光学
的に接続されている。

【００５６】反射器は好ましくは受動的であるため、
（第１の実施形態の）Ｙ型構造と第２の実施形態の構造
は、先行技術から知られる、Ｙ型レーザに現れる制御問
題からの害を受けない。

【００５７】同調及び出力パワーに関する性能は、ＧＣ
ＳＲレーザのそれと同様であると期待されるが、製造は
より容易である。工程の数はＳＧ／ＳＳＧと同一である
が、ＧＣＳＲレーザより少ない。マスク設計を除いて、
製造はＳＧ／ＳＳＧ ＤＢＲレーザのそれとほとんど同
一であるが、ファセットのＡＲコーティングは、グレー
ティングが高いピークの反射率になるように設計された
ときは必要でない。それに代わるものとして、ファセッ
トからのすべての所望されない反射を絶つ吸光領域を用
いることができる。

【００５８】Ｙ型レーザのパワースプリッタに関連した
幾分かの放射損失が存在することがあるが、ＧＣＳＲの
同調可能なカプラセクションの放射損失より高いことは
ありそうにない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＳＧ−ＤＢＲレーザの縦方向の横断面であ
る。従来のＤＢＲレーザとは異なり、反射器は異なるサ
ンプリング周期で周期的に変調された（サンプリングさ
れた）２つのグレーティングによって形成される。

【図２】 ＧＣＳＲレーザ構造の概略図である。

【図３】 提案された“Ｙ−ＳＳＧ”レーザの上面図
（概略図）である。

【図４】 リング共振器（Ｓ）ＳＧレーザの概略図であ
る。

【図５】 リング共振器の透過特性である。

【図６】 本発明に係るレーザの原理的なスキームで、
１つの能動素子と、透過フィルタ又は反射器のいずれか
である複数の活性セクションとを備える。

【図７】 先行技術のレーザの原理的なスキームであ
り、１つの能動素子と複数の反射器とを備え、上記能動
素子は上記複数の反射器と境界を接している。

【図８】 本発明の第２の実施形態の原理的なスキーム
であり、１つの能動素子と、互いに並列に接続された複
数のセクションとを備える。

【図９】 本発明の第４の実施形態の原理的なスキーム
であり、１つの能動素子と、端部が反射器である透過フ
ィルタの縦続接続とを備える。

【符号の説明】

１０…レーザ光、 ２０…増幅作用、 ３０…能動素子、 ４０，６０，７０，８０…接続、 ５０…透過フィルタ、 ９０，１００，１１０，３２０，３３０…反射器、 １２０…セクション、 １３０，１４０…間隔、 １５０…透過特性、 １６０…反射特性、 ２００，４５０，７３０…パワースプリッタ、 ３００…２つの側面を有する活性セクション、 ３１０…光ビーム、 ３４０…レーザ特性、 ３５０…利得曲線、 ３６０…同調範囲、 ３７０…中心周波数、 ４１０，４２０，４３０，４４０，６３０，７１０，７
２０，９３０…反射器、 ５００…前面反射器、 ５１０…後面反射器、 ５３０，６００，８３０…活性セクション ５４０，６２０…位相セクション、 ６１０…カプラセクション、 ７００，９００…活性領域、 ７４０，７５０…位相制御セクション、 ８００…リング共振器、 ８１０…（Ｓ）ＳＧ−反射器、 ８２０…無反射コーティング、 ９１０，９２０…フィルタ、 ９４０…透過フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500223486 レイクスウニフェルジテイト・ヘント Ｒｉｊｋｓｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｔ Ｇ ｅｎｔ ベルギー9000ヘント、シント・ピータース ニーウストラート25番 (72)発明者 ヘルト・サーレット ベルギー8000ブルッヘ、ズワルテ・レート ウワース・ストラート28／２番 (72)発明者 イェンス・ビュース イギリス、エヌエヌ７・３イーゼット、ノ ーサンプトンシャー、ゲイトン、ベイカ ー・ストリート、６、ゲイトン・フォトニ ックス (72)発明者 ルール・ベーツ ベルギー9800デインゼ、ハーゼンパルク11 番

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体材料にてなる基板と、上記基板
   （１２０）上の複数のセクションとを備え、すべての上
   記セクションは互いに接続され、少なくとも２つの上記
   セクションは共振器であり、上記各共振器は導波路シス
   テムを含み、関連する波長において最大の共振を提供す
   る互いに間隔を有する複数の共振最大点を有し、各セク
   ションの上記共振最大点のうちの少なくとも２つの間隔
   は本質的に等しくなく、上記共振器である２つのセクシ
   ョンのそれぞれの少なくとも１つの上記共振の最大は互
   いにオーバーラップする装置。
2. 【請求項２】 共振器である上記複数のセクションのそ
   れぞれの、ただ１つの上記共振の最大は互いにオーバー
   ラップする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 上記共振器は、関連する波長において最
   大の透過を提供する、互いに間隔を有する複数の透過最
   大点（１３０）を、共振最大点として有する透過フィル
   タ（５０）と、関連する波長において最大の反射を提供
   する、互いに間隔を有する複数の反射最大点（１４０）
   を、共振最大点として有する反射器（９０）、（１０
   ０）、（１１０）とのいずれかである請求項１又は２記
   載の装置。
4. 【請求項４】 上記基板上に２つの側面を持つ活性放射
   発生セクション（３０）をさらに備え、上記複数のセク
   ションは上記２つの側面を持つ活性セクションの１つの
   側面に接続された先行する任意の請求項に記載の装置。
5. 【請求項５】 上記複数のセクションの少なくとも１つ
   は不活性である先行する任意の請求項に記載の装置。
6. 【請求項６】 上記複数のセクションの少なくとも１つ
   は活性である先行する任意の請求項に記載の装置。
7. 【請求項７】 上記導波路システムの少なくとも１つ
   は、ストリップ化されていない領域と交互に配置され
   る、短周期でストリップ化された領域を含む、周期的に
   破壊された短周期構造を有する先行する任意の請求項に
   記載の装置。
8. 【請求項８】 上記導波路システムの少なくとも１つ
   は、それぞれが一定の長さを有しこれにより変調周期を
   形成する複数の反復する単位領域を持つ回折格子と、上
   記レーザ中の光伝送の方向に沿った上記反復する単位領
   域のそれぞれにおけるその位置によって変化する上記回
   折格子の光の反射又は透過を決定する少なくとも１つの
   パラメータとを有し、上記回折格子は少なくとも２つの
   変調周期だけ延在する、先行する請求項１乃至７の任意
   の請求項に記載の装置。
9. 【請求項９】 上記導波路システムの少なくとも１つは
   リング共振器（８００）である先行する請求項１乃至７
   の任意の請求項に記載の装置。
10. 【請求項１０】 上記活性セクションは、１つの中心周
    波数の周りの帯域幅上に自然放出により光ビームを発生
    し、上記光ビームを導波し、光増幅作用を有する、先行
    する請求項６乃至９の任意の請求項に記載の装置。
11. 【請求項１１】 上記複数のセクションの組み合わせ
    は、上記組み合わせの反射波長の少なくとも１つにおい
    てレーザ光を発生させる、反射作用と上記活性セクショ
    ンの上記光増幅作用とが組み合わされた作用を有する請
    求項１０記載の装置。
12. 【請求項１２】 上記複数のセクションのいくつかを接
    続し、上記活性セクションに接続するために用いられ
    る、複数のパワースプリッタをさらに備えた先行する請
    求項６乃至１１の任意の請求項に記載の装置。
13. 【請求項１３】 上記装置は上記活性セクション（９０
    ０）と複数の上記セクション（９１０）、（９２０）、
    （９３０）との縦続接続である請求項６乃至１２記載の
    装置。
14. 【請求項１４】 上記活性セクション（４００）の接続
    は、上記パワースプリッタの他のマルチポート側への複
    数のセクション（４１０）、（４２０）、（４３０）の
    並列接続を有して、パワースプリッタ（４５０）の１つ
    のシングルポート側に実行される請求項１２記載の装
    置。
15. 【請求項１５】 往復キャビティのフェーズを調整する
    ために用いられる複数の位相セクションをさらに備えた
    先行する任意の請求項に記載の装置。
16. 【請求項１６】 共振器である上記セクションの少なく
    ともいくつかに電流を注入するための手段をさらに備
    え、それにより波長においてシフトされる上記透過又は
    反射特性を有する先行する任意の請求項に記載の装置。
17. 【請求項１７】 半導体材料にてなる基板と、上記基板
    上に接続された複数のセクションとを備え、上記セクシ
    ョンの少なくとも２つは関連する波長において最大の反
    射を提供する互いに間隔を有する複数の共振最大点を有
    する複数の共振器であり、各セクションの上記反射最大
    点のうちの少なくとも２つの間隔は本質的に等しくない
    装置のレーザ周波数を設定するための方法であり、上記
    方法は上記共振器である各セクションの上記複数の共振
    最大点が互いにオーバーラップするように、上記共振器
    の上記共振最大点を位置するステップを備え、上記複数
    は上記レーザ周波数を画定する方法。
18. 【請求項１８】 請求項１記載の装置のレーザ周波数を
    第１の周波数から第２の周波数に変更するための方法で
    あり、上記第２の周波数は上記第１の周波数から第１の
    距離だけ間隔を有し、上記装置は半導体材料にてなる基
    板と、上記装置上に接続された複数のセクションとを備
    え、上記セクションの少なくとも２つは関連する波長に
    おいて最大の反射を提供する互いに間隔を有する複数の
    共振最大点を有する共振器であり、各セクションの上記
    共振最大点のうちの少なくとも２つの間隔は本質的に等
    しくなく、上記方法は、上記共振器の上記共振最大点の
    相対的な位置を、上記第１の距離より実質的に小さい第
    ２の距離を有して変更するステップを備える方法。
19. 【請求項１９】 集積化された／半導体の同調可能な光
    レーザとしての請求項４記載の装置の使用。