JP2007158057A

JP2007158057A - Integrated laser device

Info

Publication number: JP2007158057A
Application number: JP2005351745A
Authority: JP
Inventors: Shinji Tsuji; 伸二辻; Hideo Arimoto; 英生有本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2007-06-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact variable wavelength light source which cuts off unnecessary light generated during wavelength switching, and outputs only laser light having a desired wavelength. <P>SOLUTION: Laser light emitted in a specified region on a substrate is branched to at least two optical waveguides; and at least one of the optical waveguide has an optical gate function of operation based upon an external signal, and the other optical waveguide has a passing or amplifying function for light. Consequently, light having passed through the former is used as signal light, and light passing through the latter is guided to a wavelength monitor, so that, while the wavelength monitor is placed in operation during wavelength switching, unnecessary signal light can be cut off. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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。 The present invention relates to an integrated laser device, and more particularly, to an integrated laser device having a compact wavelength tunable light source that prevents unnecessary light generated at the time of high-speed wavelength switching in a wavelength division multiplexing transmission device.

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：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｏｍａｉｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）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。 With the expansion of use of information communication services, the transmission capacity has been increased by increasing the signal modulation rate and multiplexing the space, time, and wavelength in the optical communication system that supports this. The wavelength division multiplexing (WDM) method is a method of transmitting information using a plurality of signal lights having different wavelengths in one optical fiber, and it is possible to perform signal amplification collectively by adopting an optical fiber amplifier. Therefore, it has an advantage that the communication capacity can be dramatically improved while suppressing the cost, and it is widely applied particularly to a medium-long distance transmission system.

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、ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．１７、Ｎｏ．５（１９９９年）、９１８−９２３頁（非特許文献２）等に記載されている。 The wavelength tunable light source is a backup light source provided in the event of a laser device failure in the above WDM transmission apparatus, or a main application purpose for the time being to reduce inventory to eliminate the need to prepare a laser light source for each wavelength grid defined in the ITU standard Examples of the development include the 2001 IEICE Electronics Society Conference, lecture number C-4-3 (Non-Patent Document 1), the electronic engineering paper, IEEE Journal of Lightwave Technology Vol. 17, no. 5 (1999), pages 918-923 (non-patent document 2) and the like.

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。 When a wavelength tunable light source is used as the backup light source, a mechanism is required so that unnecessary light during switching is not introduced into the transmission system. As an example, Japanese Patent Application Publication No. 2004-62105 describes that an optical gate is provided outside the optical transceiver module. Also, in the electronic paper at the 2005 Optical Fiber Communication Conference, lecture number OtuE3 (Non-Patent Document 3), the level of unnecessary light emission to the system is reduced by reducing the laser light output to the extent that wavelength control is possible at the time of wavelength switching. It has been reported that wavelength switching can be realized in about 6 milliseconds while suppressing this.

特開２００４−６２０１５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-62015 「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"2001 IEICE Electronics Society Conference", lecture number 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（ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．５（１９９９年）、ｐ．９１８−９２３"IE Journal of Lightwave Technology", Vol. 17, no. 5 (1999), 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（２００５ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）」，ＰａｐｅｒＯｔｕＥ３"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。 As the installation of optical fiber cables has progressed, system design based on the concept of an optical network that connects multiple nodes has been made instead of targeting optical transmission that connects two specific nodes. Here, not only transmission / reception of optical signals, but also node setting is an important function for nodes. Rather than converting all optical signals to electrical signals and then setting a route, converting the signals again into optical signals and sending them out, switching the wavelength of the optical signals is used. As a result, a simple route switching process can be performed, and an ever-increasing amount of information can be processed.

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。 When switching wavelengths in bursts or packet units, which are aggregates of signal packets, the wavelength is switched at a high speed of about microseconds or nanoseconds, and it is synchronized with this so that unnecessary light is not emitted during wavelength switching. There is a need for a wavelength tunable light source having an optical gate operation. In order to adjust the wavelength to the target wavelength when switching the wavelength, it is necessary to ensure a sufficient optical input value for wavelength discrimination in the wavelength monitor.

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。 Further, route processing can be realized by a combination of an optical circuit having a light discrimination function and a wavelength variable light source. In order to realize non-blocking route processing, the same number of wavelength variable light sources as the number of wavelengths to be used are required. Therefore, in order to reduce the size of the apparatus, it is necessary to reduce the wavelength variable light source.

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。 In general, the propagation speed v of an electromagnetic wave propagating through a high-frequency cable is given by v = c / √ε, where c is the speed of light and ε is the total dielectric constant. Since ε is usually about 2, the propagation velocity v is 20 centimeters per nanosecond. Therefore, in order to synchronize by wavelength switching in nanoseconds, the cable length difference between signals needs to be 1 centimeter or less.

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。 In order to make the wavelength of the laser variable, it is necessary to change the wavelength filter or the resonator length in which the passing or reflection wavelength can be changed by an external signal in the laser resonator. By integrating these action points and the action points of the optical gate on the same substrate, the cable length difference in the module can be made to be several millimeters or less. This achieves synchronization with a phase difference well below nanoseconds without providing a special phase adjustment mechanism.

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。 Furthermore, the laser light from the laser resonator is branched, the main laser light is guided to the optical fiber through the gate, and the secondary laser light is guided to the wavelength monitor, so that continuous wavelength monitoring is possible even when the gate is closed. Operation becomes possible and wavelength tuning is possible. Moreover, the optical output level is also adjusted by adding a power monitor function to the wavelength monitor.

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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the compact wavelength variable laser apparatus which prevented generation | occurrence | production of unnecessary light in the middle of high-speed wavelength switching can be provided.

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：ＭｕｌｔｉＭｏｄｅＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ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。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
<Embodiment 1>
The first embodiment of the present invention is a wavelength tunable integrated laser device having a wavelength of 1.55 μm using a semiconductor optical amplifier as an optical gate. FIG. 1 is a top view of the first embodiment of the present invention. The apparatus of this embodiment has a structure in which the wavelength tunable laser oscillators 11, 12, 13, and 14, a multimode interference type (hereinafter referred to as MMI: Multi Mode Interference) optical coupler 410 and an optical amplifier 31 are integrated. The laser oscillators 11, 12, 13, and 14 are connected to one side of the optical coupler by optical waveguides 401, 402, 403, and 404, respectively. The optical waveguide 421 connected to the other side of the optical coupler is connected to the optical output units 71 and 72 through the optical amplifier 31 and the other optical waveguide 422 is connected. In this embodiment, the optical waveguide having the light output end 72 is inclined to the other output end side with respect to the vertical direction of the end face. The light emission from the light output end 71 is perpendicular to the end face, while the light from the light output end 72 emits light more inclined to the light output 71 side according to Snell's law.

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：ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇＲｅｆｌｅｃｔｏｒ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。 Further, the laser oscillators 11, 12, 13, and 14 are formed of an active region and two Bragg reflector (hereinafter referred to as DBR: Distributed Bragg Reflector) regions sandwiching the active region, and active portion electrodes 211 and 212, respectively. , 213 and 214 and DBR portion electrodes 221, 222, 223, and 224 that electrically connect both DBR regions are formed independently. An independent electrode 231 is also formed in the optical amplifier 31, and the active portion and the DBR portion and the optical amplifier are electrically separated.

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。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the element along the optical axis. FIG. 2A shows, as a representative example, an optical waveguide 401, an MMI optical coupler 410, an optical waveguide 421, and an optical amplifier 31 from the laser oscillator 11. 2B is a cross-sectional view along the light output unit 72 from the laser oscillator 11 through the optical waveguide 401, the MMI optical coupler 410, and the optical waveguide 422. FIG. The different laser oscillators 12, 13, and 14 are different in that they pass through the optical waveguides 402, 403, and 404, but there is no difference in cross-sectional structure.

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。 Below, the manufacturing process of the apparatus of a present Example is demonstrated. In this layer structure, an active layer 111 of a laser resonator, a DBR layer 121 including a diffraction grating 126, an active layer 131 of an optical amplifier, and an optical waveguide layer 140 are formed on an n-type InP substrate 100, and then a p-type cladding layer 150 is formed. The contact layer 160 is formed by laminating using, for example, metal organic vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as MOVPE method). The structure patterned in the optical axis direction is formed by repeating so-called butt joint growth twice.

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。 Here, the butt joint growth is a crystal growth method in which a plurality of waveguides are formed to face each other. Typically, it is composed of three stages: crystal growth of the first waveguide structure, mesa formation process, and crystal growth of the second waveguide. In the first crystal growth step, a first stacked structure is formed on a semiconductor substrate. In the second stage, the above-mentioned laminated structure is left only in the first region, and other regions are selectively removed by etching. Thereafter, a desired laminated structure is grown in the second crystal growth step. As a result, the stacked structure of the first region and the second region is formed on the same semiconductor substrate.

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。 Below, the specific process of butt joint growth is described. A multilayer structure is formed on the InP crystal 100 to become the laser active layer 111 and the optical amplifier active layer 131. The multi-layer structure is a multiple quantum well structure, and 7 pairs of InGaAsP well layers with a thickness of 6 nm and InGaAsP barrier layers with a thickness of 10 nm are periodically stacked, and designed to realize sufficient characteristics as a laser and an optical amplifier. It has been done. The band gap wavelength of the active layer was set to 1550 nm.

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：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）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。 A thin film made of silicon nitride (hereinafter abbreviated as SiN) is formed on top of the crystal layer and patterned so that the active layer portion of the laser oscillator and optical amplifier remains. Using this as a mask, the multilayer structure of the active region is etched. Remove. By using a gas or a solution that selectively etches InGaAsP, it can be selectively stopped on the n-type InP substrate. Etching includes, for example, dry etching such as reactive ion etching (RIE), selective wet etching using a solution containing phosphoric acid or sulfuric acid as a main component, or a combination of both methods. But you can.

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。 Subsequently, a multilayer structure of the DBR region is formed on the exposed n-type InP substrate 100. A p-InP spacer layer 125, for example, an InGaAsP diffraction grating 126 layer having a band gap wavelength of 1.15 μm, is formed on the InGaAsP layer 121 having a band gap wavelength of about 1.40 μm to 1.43 μm. In order to obtain a desired reflectance in the DBR region, the band gap wavelength of the layer 126 used for the diffraction grating was set to 1.15 μm.

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。 Further, in the third crystal growth step, the InGaAsP optical waveguide layer 140 is formed again by using the butt joint method. After the SiN mask is peeled off, SiN is formed again on the entire surface and patterned so as to leave the active part and the DBR part, and this is used as an etching mask. The crystal composition of the optical waveguide layer is selected so as to reduce the radiation loss from the curved optical waveguides 401, 402, 403, 404, 421, and 422 as much as possible while preventing the absorption loss of laser light. For example, InGaAsP having a band gap wavelength of 1.15 μm can be used.

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。 After the optical waveguide layer 140 is formed, a drawing technique and an etching technique are applied to process the layer 126 used for the diffraction grating into a diffraction grating structure. The period of the diffraction grating was adjusted so that the Bragg wavelength at room temperature (25 ° C.) was 1540, 1545, 1550, and 1555 nm with respect to the lasers 11, 12, 13, and 14, respectively. In this embodiment, a forming method using electron beam drawing and dry etching was used. After forming the diffraction grating in the DBR region, the p-InP cladding layer 150 and the p-InGaAs ohmic contact layer 160 are formed in the fourth crystal growth step.

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：ＢｕｒｉｅｄＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）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。 Subsequent to the fourth crystal growth step, a buried heterostructure (BH) structure is formed so as to leave the optical waveguide shown by the broken line in FIG. FIGS. 3A, 3B, and 3C show cross-sectional views corresponding to the direction perpendicular to the optical axis of the formed structure for the laser, the MMI optical coupler, and the optical amplifier, respectively. These structures are formed together.

まず、メタン系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）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：ＢｕｒｉｅｄＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造は完成する。 First, a mesa structure having a depth reaching the InP crystal substrate 100 is formed by reactive ion etching (RIE) using methane-based gas. In order to remove damage to the crystal surface caused by dry etching, the etching surface is slightly treated with a solution containing hydrogen bromide (HBr) and bromine as main components, and then a high resistance InP crystal 170 doped with iron (Fe) is used. An active layer and an optical waveguide layer were embedded. Through the above steps, a buried heterostructure (BH) structure is completed.

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。 Subsequently, the surface of the crystal is insulated with silicon oxide (hereinafter abbreviated as SiO ₂ ) 180. For energization, the insulating film of the electrode part is removed, the p-side electrodes 211, 212, 213, 214 for the active region, the p-side electrodes 221, 222, 223, 224 for the DBR, and the p-side electrode for the optical amplifier 231 was formed. Subsequent to the formation of these p-electrodes, the wafer is polished and thinned to about 100 μm, and an n-side electrode 250 is formed on the back surface of the InP substrate. After forming the n-side electrode, each individual semiconductor laser device is cleaved and separated to a desired length. Low reflection films 181 and 182 were formed on the front and rear end faces of the semiconductor laser device, respectively.

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。 In the present embodiment, the optical output from the optical output point 71 is suppressed by reducing or blocking the forward current to the semiconductor amplifier 31 or applying a reverse bias voltage when adjusting the wavelength of the tunable laser. There is an effect that the light output from the light output end 72 can be maintained and used for wavelength setting. Thus, it is possible to set to an appropriate wavelength while preventing unnecessary light from being emitted in the middle of wavelength tuning.

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。 Next, a modification of the first embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the optical amplifier is divided into two and separated into electrodes 231 and 232. This structure makes it possible to independently control the amplification function and the gate function of the optical amplifier. This structure is manufactured by the same manufacturing process as in the first embodiment.

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。 Furthermore, another modification of the first embodiment is shown in FIG. By providing an optical amplifier also to the optical waveguide 422, the light intensity of the wavelength monitor light is amplified. As a result, the distribution ratio of the light intensity to the optical waveguide 421 can be increased. In this embodiment, outputs from four laser oscillators are combined into an optical waveguide 421 using an MMI optical coupler, and then the optical waveguide 422 is brought close to the optical waveguide 421 so as to be a directional coupling optical coupler 411. Thus, the wavelength monitor light was extracted. This tandem-type electrode configuration has an advantage that the temperature value of the element due to the gate operation can be eliminated because the current value flowing through the electrodes 231, 232 and 233 can be made constant.

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。 Furthermore, the further modification of a 1st Example is shown in FIG. The length of the MMI optical coupler 410 is adjusted so that the optical output becomes three places, the optical waveguides on both sides are connected to the optical amplifiers 31 and 33, respectively, and are multiplexed by the other MMI optical coupler 412 to output the light. In this configuration, the central output end of the MMI optical coupler 410 is connected to the optical output end 72. In this configuration, the amount of optical amplification and the optical phase can be adjusted by adjusting the current amount of the electrode 231 and the electrode 233. When m is an integer and the optical phase is shifted by (2m + 1) π, the respective lights cancel each other, so that the amount of light output from the light output end 71 is minimized. If it is shifted by 2 mπ, the maximum is achieved. By using the intensity modulation operation based on the phase change in this way, a gate operation similar to the above can be realized.

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。 Next, among the above-described embodiments, a configuration example of an optical system of an optical module using the integrated laser device 810 shown in FIG. 1 is shown in FIG. The laser light from the light output end 71 is collimated by the first lens 821, then condensed on the optical fiber 860 by the second lens, and output from the other end of the optical fiber. An isolator 850 is provided between the second lens 823 and the optical fiber so that the unstable operation of the laser does not occur due to reflected light from the outside. Here, about 5 to 10% of the laser light that has passed through the first lens 821 is reflected by the partial reflection mirror 831 and guided to the photodiode 881. Also, the laser light from the light output end 72 is the first. After being collimated by the lens 821 at an angle of about 3 to 7 degrees, it is reflected by the partial reflecting mirrors 831 and 832 and guided to the photodiode 883 through the etalon 870, and some light does not pass through the etalon 870. To the photodiode 882. The etalon 870 is made by polishing both ends of quartz glass and depositing highly reflective films on both sides. By setting the length appropriately, the free spectrum region is defined by the International Telecommunications Union (ITU). Periodic transmission characteristics were obtained at a frequency interval of 50 GHz or 100 GHz, which was the same frequency interval. Also, by selecting the etalon reflectivity, transmission characteristics with appropriate wavelength selection sharpness were obtained. By controlling the temperature of the etalon with a peltier, the transmission characteristics are adjusted to the communication wavelength defined by the ITU. The output ratio of the photodiodes 882 and 883 is measured, and the laser wavelength is adjusted so that the laser wavelength is fixed at that point.

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。 In general, an etalon is an element that is constituted by parallel flat plates with two-sided partially reflecting coatings and that selects a wavelength by an interference effect. The wavelength selectivity hardly depends on the beam diameter or its intensity distribution. In the case where light is substantially perpendicularly incident on an etalon having a distance between parallel plates of d and a refractive index of n, the transmittance T and the wavelength λ are represented by R as the reflectivity of the parallel plates.
T = (1-R) ^ 2 / {(1-R) ^ 2 + 4Rsin ^ 2 (2πnd / λ)}
It is expressed. The width between the transmission peaks, that is, the free spectral region is δλ = λ ^ 2 / 2d, which is determined by the wavelength and the interval between the parallel plates. In the present embodiment, this is adjusted to the frequency interval determined by the ITU. The finesse F representing the sharpness of the wavelength selectivity is represented by the ratio between the free spectral region and the half-value width Δλ of the transmittance curve, and particularly when R is close to 100%, F = π√ (R / (1 -R)) and is determined by the reflectance R.

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。 As shown in FIG. 1, the optical waveguide connected to the light output end 72 is disposed obliquely. Accordingly, the light from the light output end 72 is emitted with an angle in accordance with Snell's law, and intersects with the output light from the light output end 71. Collimation can be performed by appropriately selecting the intersection angle, the distance between the output ends, and the focal length of the objective lens 821. For example, the light output direction from the light output end 71 is set to be perpendicular to the end face, and the light output direction from the light output end 72 at a distance of about 65 microns is set within the horizontal plane from the vertical direction to the light output end 71 side by 5 degrees. Tilted in. Therefore, by using a small aspherical lens having a focal length of about 0.75 mm, two output lights from the light output ends 71 and 72 intersect at the center of the lens, and each is collimated simultaneously.

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。 Under the above conditions, the center axis of the two collimated lights is separated from 1.3 to 1.75 millimeters 15 to 20 mm behind the center of the lens, so that the two beams can be separated spatially. Therefore, when the partial reflecting mirror 831 is provided at that position, the reflectance of the partial reflecting mirror 831 is increased only for the light guided to the optical monitor optical system (optical circuit having a light discrimination function) 890, and thereby the photodiode It is also possible to increase the signal levels of 882 and 883.

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。 In manufacturing the laser module, first, the integrated laser element 810 is mounted and electrical wiring is completed, and then the lens 821 is aligned and fixed so that the output light from the light output ends 71 and 72 becomes parallel light. The lens 821 is housed in a metal frame, and the frame is fixed with solder. Next, the partial reflecting mirrors 831 and 832 were sequentially fixed, and the etalon 870 was attached so as to be parallel to the optical axis. Thereafter, the photodiodes 881, 882, 883 were fixed. In fixing, laser light is output from the optical integrated device. Next, after attaching the lens 823 to the frame of the module, the isolator 850 was fixed to the module output section. Next, the fiber 860 was aligned so as to maximize the light output, and fixed using point welding using a YAG laser. Finally, a metal lid was attached to the upper surface of the laser module by seam welding using a YAG laser to ensure electrical shielding and airtightness.

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：ＭｕｌｔｉＭｏｄｅＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ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。 FIG. 8 shows the wavelength switching operation of the wavelength tunable light source module with the optical gate shown in FIG. 7 for the integrated laser device shown in FIG. 8A shows the control signal, FIG. 8B shows the wavelength variable characteristic of the wavelength variable laser, and FIG. 8C shows the light output characteristic. As shown in FIG. 8A, the gate signal operates using a differential signal of the wavelength control signal as a trigger. The gate shielding time was adjusted to about 0.1 to several tens of nanoseconds according to the wavelength change rate of the wavelength tunable light source. As shown in FIG. 8B, light of an undesired wavelength is generated at the time of wavelength switching, and includes light of a wavelength grid indicated by ◯. However, as shown in FIG. 8C, the wavelength monitor is always operated in a situation where unnecessary light in the middle of wavelength switching is not input to the fiber by the gate action, and adjustment to a desired wavelength is possible.
<Embodiment 2>
The second embodiment of the present invention is a wavelength tunable laser device having a wavelength of 1.55 μm using an electroabsorption optical modulator as an optical gate. 9A and 9B show a top view of the element structure and a cross-sectional view along the optical axis. The apparatus of this example includes a tunable laser oscillator 11, 12, 13, 14 and a multimode interference type (hereinafter referred to as MMI: Multi Mode Interference) optical coupler 410, 412, an optical amplifier 31, an optical gate 41, and an optical modulation. The device 42 and the photo detector 43 are integrated. The laser oscillators 11, 12, 13, and 14 are connected to one side of the optical coupler by optical waveguides 401, 402, 403, and 404, respectively. The other side of the optical coupler is connected to the optical amplifier 31 via an optical waveguide. The output of the optical coupler is branched into two by an optical coupler 412, and one of the optical couplers is connected to an optical output terminal via an optical gate 41 and an optical modulator 42. The other is connected to the light output end 72 via the waveguide type photo detector 43.

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。 This structure was created by a butt joint crystal growth method. The difference is that new light absorption layers 141, 142, and 143 are provided for the optical gate 41, the optical modulator 42, and the photodetector 43. These have the same crystal structure, and in addition to the first embodiment, a cross-sectional structure as shown in FIG.

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。 The laser beam output from the laser unit is amplified by the optical amplifier and then passes through the optical gate 141. If the band gap wavelength of the light absorption layer of the optical gate is set to a wavelength shorter than the laser wavelength by about 50 to 100 nanometers, light absorption can be caused only when a reverse bias is applied to the optical gate, On and off causes an optical gating effect. The optical modulator operates in the same manner, and the high-speed optical modulation signal of about 10 gigabits per second can be generated according to the electric signal applied to the electrode 242 by reducing the gate length and reducing the capacity. Further, application of a low voltage in the reverse direction to the electrode 243 causes slight light absorption, and this was used as a power monitor.

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。 FIG. 10 shows the arrangement of the optical system of the module used in the second embodiment. Since the power monitor is configured on the integrated laser element 810, the optical monitor optical system 890 can be simplified. Incidentally, a two-dimensional unevenness is formed on the surface of the flat glass 822 so as to correspond to the light output ends 71 and 72, and a Fresnel lens is provided. Similarly to the first embodiment, a coupling optical system to the optical fiber 860 is provided. And collimated light was generated in the monitor optical system.

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。 In the above-described laser integrated device, the material constituting these and the waveguide structure of the device are not limited to the material system and structure of this embodiment. In the present embodiment, the InGaAsP-based material is taken up as a material system constituting the active region and the DBR region. However, an InAlAs-based material, an InGaAlAs-based material, or the like is used for a part or the whole of the active region or the DBR region. Is also possible. The waveguide structure can be applied to a ridge waveguide type structure in addition to the buried hetero structure shown in this embodiment.
<Comparison with conventional technology>
The prior art is aimed at preventing the generation of unnecessary light in a wavelength tunable light source of about milliseconds, and has assumed that an optical gate is provided outside the optical transmission module. The present invention realizes an optical gate function without adjustment even for wavelength switching of about nanoseconds required for an optical packet switch. Therefore, an optical gate is formed on a laser integrated element without impairing the wavelength adjustment function. This is a proposed method. Furthermore, a compact optical module is realized by devising the optical system.

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。It is a top view of the wavelength tunable integrated laser device shown in the first embodiment of the present invention. 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。It is sectional drawing of the wavelength tunable integrated laser element shown in the 1st Example of this invention, (a) is sectional drawing of the element along the optical axis from a laser part to a 1st optical output part, (b) FIG. 5 is a cross-sectional view of the element along the optical axis from the laser unit to the second light output unit. 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。It is sectional drawing perpendicular | vertical to the resonator direction of the wavelength variable integrated laser element shown in a 1st Example, (a) is sectional drawing which passes along a laser active part, (b) is sectional drawing which passes along an optical coupling part, (c) ) Is a cross-sectional view passing through an optical amplifying unit serving as a gate. 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。It is a figure of the wavelength variable integrated laser element shown in the Example of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing of the element along the optical axis from a laser part to a 1st optical output part. is there. 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。It is a top view of the wavelength tunable integrated laser device shown in the embodiment of the present invention. 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。It is a top view of the wavelength tunable integrated laser device shown in the embodiment of the present invention. 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。It is a block diagram of the optical system of the optical module in the 1st Example of this invention. 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。It is a figure of a wavelength tunable integrated laser device shown in operation of the present invention, (a) is a control signal, (b) is a laser wavelength variable operation, (c) is a diagram showing a light output operation. 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。It is a figure of the wavelength variable integrated laser element shown in the 2nd Example of this invention, (a) is a top view, (b) is an element along the optical axis from a laser part to a 1st optical output part. It is sectional drawing. 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。It is a block diagram of the optical system of the optical module in the 2nd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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）。 31: Optical amplifier, 71, 72: Optical output unit,
11, 12, 13, 14 ... wavelength tunable laser resonators 211, 212, 213, 214 ... active layer electrodes, 221, 222, 223, 224 ... wavelength control electrodes, 231, 232, 233 ... optical amplifier electrodes, 241 ... Optical gate electrode, 242 ... Optical modulator electrode, 243 ... Photo detector electrode, 31, 32, 33 ... Optical amplifier, 410, 411, 412 ... Optical coupler, 401, 402, 403, 404, 421, 422 ... Optical waveguide , 71, 72 ... optical output end, 100 ... n-type InP substrate, 111, 112, 113, 114 ... laser active layer, 121, 122, 123, 124 ... DBR layer, 125 ... spacer layer, 126 ... diffraction grating, 131 , 132 ... optical amplifier active layer, 140 ... optical waveguide layer, 141, 142, 143 ... light absorption layer, 150 ... p-type InP cladding layer, 160 ... p-type InGaAs contact layer, 170 ... high resistance I P buried layer, 180 ... SiN protective film, 181, 182 ... non-reflective film, 810 ... integrated laser element, 821 ... aspherical lens, 822 ... Fresnel lens, 823 ... lens, 831,832 ... partial reflecting mirror, 850 ... isolator 860 ... Optical fiber, 870 ... Etalon, 881, 882, 883 ... Photo detector, 890 ... Optical monitor optical system (optical circuit having optical discrimination function).

Claims

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。 At least one laser resonator that oscillates a plurality of different wavelengths, a first optical waveguide optically connected to the laser resonator, and light emitted from the laser resonator is the first optical waveguide. And a substrate on which an optical coupler introduced through the optical coupler and a second optical waveguide for propagating light output from the optical coupler are integrated,
The second optical waveguide has a light output point for branching light output from the optical coupler into at least two and outputting the branched light to the outside of the substrate,
An integrated laser device comprising means for causing a light intensity change based on an electrical signal with respect to light propagating through at least one of the branched second optical waveguides.

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。 2. The integrated laser device according to claim 1, wherein the means for causing the light intensity change is an element having an optical amplifier or an absorption layer.

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。 The optical coupler in which the means for causing the light intensity change is arranged so that at least two second optical waveguides branched from the optical coupler are opposed to each other, and has an optical interference function on each second optical waveguide. The integrated laser device according to claim 1, further comprising:

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。 The integrated laser device according to claim 1, wherein the wavelength of the output light of at least one of the laser resonators is variable according to an external signal.

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。 2. The integrated laser device according to claim 1, wherein the second optical waveguide has at least two light output points whose positions are different from each other on an end surface of the substrate.

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。 The integrated laser device according to claim 5, wherein respective optical axis directions of light output from the at least two light output points are different from each other.

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。 7. The integrated laser device according to claim 6, further comprising an optical circuit having a wavelength discrimination function in which output light emitted from at least one of the light output points is introduced through an optical system.

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。 8. The integrated laser device according to claim 7, wherein one of the output lights from the light output point is transmitted to an optical fiber through the optical system.

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。
The integrated laser device according to claim 7, wherein a plurality of output lights output from the light output point are guided to different optical systems via one lens.