JP2009252905A - 半導体発光素子及び半導体光源 - Google Patents
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Abstract
【課題】波長モニタのための光信号を生成する光学素子及び半導体レーザと他の光学部品との光軸調整を容易にすると共に、組み立て精度に関係無く波長グリットを規定可能な構造の半導体発光素子を提供する。
【解決手段】半導体発光素子11は、半導体レーザ12a及びモニタ素子12bを備える。半導体レーザ12aは光共振器13を含んでおり、光共振器13は回折格子15aを有する。回折格子15aは、レーザ発振波長に関するブラッグ回折条件を満たす周期で変化する屈折率の周期構造を有する。モニタ素子12bは、半導体レーザ12aのからのレーザ光の波長をモニタするために設けられている。モニタ素子12bは、リング共振器19及び光導波路21を含む。リング共振器19は、半導体レーザ12aに光学的に結合されている。回折格子15aは第1の光導波路25に光学的に結合している。
【選択図】図1
【解決手段】半導体発光素子11は、半導体レーザ12a及びモニタ素子12bを備える。半導体レーザ12aは光共振器13を含んでおり、光共振器13は回折格子15aを有する。回折格子15aは、レーザ発振波長に関するブラッグ回折条件を満たす周期で変化する屈折率の周期構造を有する。モニタ素子12bは、半導体レーザ12aのからのレーザ光の波長をモニタするために設けられている。モニタ素子12bは、リング共振器19及び光導波路21を含む。リング共振器19は、半導体レーザ12aに光学的に結合されている。回折格子15aは第1の光導波路25に光学的に結合している。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体発光素子及び半導体光源に関する。
非特許文献1には、波長可変レーザが記載されている。この波長可変レーザは、2個以上のリング共振器を備える。詳しくは、波長可変レーザの構造では、レーザ共振器はチップの両端面からなる。この半導体レーザは、波長可変機能を持たせるために2つの異なる半径のリング共振器を使った波長可変フィルタを共振器内に形成している。これらのリング共振器に流す電流を変えることによりリングの屈折率が変わる。リング共振器への注入電流を変えることにより、リング共振器を透過する光の波長を変更でき、2個のリング共振器は、波長可変フィルタの役割を果たす。半径の異なる2つのリング共振器はそれぞれ異なる透過スペクトル間隔を持ち、2つのリング共振器の透過波長が一致したときに高い透過率が提供される。したがって、リング共振器への少ない注入電流を利用したバーニア効果により、ピーク透過波長の波長位置を大幅に変化させることができる。
特許文献1には、広い範囲の波長で同調可能な集積化された半導体装置が記載されている。この半導体装置では、反射器は、活性セクションと、リング共振器と、サンプルド回折格子(SG)−反射器とを含む。SG−反射器は、不均一回折格子の一種であり、一定周期の複数の回折格子が一定の間隔で配置されたものである。SG−反射器の反射スペクトルは、所定の波長間隔で並んだ多数の反射ピークを含む。この半導体装置における発振波長は、バーニア効果により決定される。
特許文献2には、ファブリペローエタロンを用いてレーザ発振波長を調整ことが記載されている。
IEEE International Semiconductor Laser Conference 2006 TuB2 Widely tunable laser using microring resonators, S.Matsuo et. al. 特開2001−7439号公報
特開2003−101134号公報
IEEE International Semiconductor Laser Conference 2006 TuB2 Widely tunable laser using microring resonators, S.Matsuo et. al.
例えば波長多重(WDM)を行う波長多重光通信では、半導体レーザは、定められた波長間隔(例えば約0.8nm)の波長グリッド上のレーザ光を発生する。特に、波長可変レーザには、波長可変範囲内の各波長グリッドにおいて設定波長からの変位なく安定して発振することが求められる。この発振波長の安定化のために、ファブリーペロー(FP)エタロンを用いる。FPエタロンを透過した光は受光素子により電気信号に変換される。この電気信号に基づいて生成された電気信号を波長可変レーザに印加して発振波長の制御を行う。このフィードバック制御により、発振波長が調整される。
この波長ロッキングでは、半導体レーザ、FPエタロン、受光素子といったその他の光学部品を光軸調整しながら組み立ててレーザモジュールを作製することが必要である。また、このレーザモジュールのサイズの小型化にも限界がある。
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、波長モニタのための光信号を生成するモニタ素子及び半導体レーザと他の光学部品との光軸調整を容易にすると共に、組み立て精度に依存せず波長グリットを規定可能な構造の半導体発光素子を提供することを目的とし、また、この半導体発光素子を用いる半導体光源を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る波長可変の半導体発光素子は、(a)第1の光導波路内に設けられた活性層と、前記第1の光導波路に光学的に結合された回折格子を含む光共振器とを有する半導体レーザと、(b)前記半導体レーザに光学的に結合されたリング共振器と前記リング共振器を介して該半導体レーザからの光を受ける第2の光導波路とを含み、前記半導体レーザのからのレーザ光の波長をモニタするためのモニタ素子とを備える。前記第1の光導波路の一端は当該半導体発光素子の第1の端面に到達しており、前記第2の光導波路は前記リング共振器からの波長モニタ光を提供する出射端を有しており、前記回折格子は、レーザ発振波長に関するブラッグ回折条件を満たすことが可能な周期で変化する屈折率の周期構造を有しており、前記回折格子、前記第1の光導波路、前記リング共振器及び前記第2の光導波路は、半導体基板上に設けられている。
この半導体発光素子によれば、半導体レーザ及びリング共振器が共に半導体基板上設けられており、半導体レーザを作製する半導体製造プロセスを用いてリング共振器が半導体発光素子に作り込まれる。リング共振器は、半導体レーザのからのレーザ光の波長をモニタするために用いられる。半導体レーザとモニタ素子を組立する必要がないので、組み立て精度に依存しない波長モニタ光を提供できる。また、半導体発光素子の第1の端面及び第2の光導波路の出射端から、半導体レーザに係る光を取り出すことができる。故に、モニタ素子以外の他の光学部品と半導体発光素子との光軸調整が容易である。
本発明に係る半導体発光素子では、前記第1の光導波路は、前記リング共振器と光学的に結合する第1の結合部を有しており、前記活性層は、当該半導体発光素子の前記第1の端面と前記第1の光導波路の前記第1の結合部との間に設けられていることができる。
この半導体発光素子によれば、半導体発光素子の第1の端面と第1の光導波路の第1の結合部との間に活性層が設けられるので、第1の端面からの前面レーザ光が波長モニタのために利用されない。前面レーザ光の光出力が波長モニタのために低下することがない。
本発明に係る半導体発光素子では、前記第1の光導波路の他端は当該半導体発光素子の端面に到達していることができる。この半導体発光素子によれば、第1の端面だけでなく第2の端面からも出射光が提供される。第1及び第2の端面のいずれか一方から光出力を得ると共に、第1及び第2の端面のいずれか他方から光を光強度モニタのために利用可能である。第2の光導波路には、リング共振器の出力光が伝搬する。例えば、第1の光導波路の他端および第2の光導波路の出射端は当該半導体発光素子の第2の端面に位置することができる。この半導体発光素子によれば、波長モニタのための光及び光強度モニタのための光が、共に、第2の端面から提供される。また、第2の光導波路の出射端は、第2の端面と異なる別の端面に位置することができる。
本発明に係る半導体発光素子では、前記第1の光導波路は、前記リング共振器と光学的に結合する第1の結合部を有しており、前記第2の光導波路は、前記第1の結合部において前記リング共振器と光学的に結合されており、前記第2の光導波路には、前記リング共振器の透過光が伝播し、前記活性層は、当該半導体発光素子の前記第1の端面と前記第1の光導波路の前記第1の結合部との間に設けられていることができる。この半導体発光素子によれば、第1及び第2の光導波路並びにリング共振器が、第1の結合部において光学的に結合されている。第2の光導波路にはリング共振器の透過光が伝搬し、この透過光の変化により半導体発光素子が制御される。
本発明に係る半導体発光素子では、前記光共振器は別の回折格子を含み、前記別の回折格子は、前記半導体レーザの発振波長に関してブラッグ回折条件を満たすことが可能な周期で変化する屈折率の周期構造を有しており、前記別の回折格子は、前記第1の光導波路に光学的に結合しており、前記別の回折格子は、前記半導体基板上に設けられていることができる。
この半導体発光素子によれば、光共振器で回折格子及び別の回折格子が光反射器として作用する。これらの回折格子を用いて、半導体レーザの発振波長を可変することができる。
本発明に係る半導体発光素子では、前記半導体レーザは別のリング共振器及び第3の光導波路を更に含み、前記第3の光導波路は、前記別のリング共振器を前記リング共振器に光学的に結合しており、前記別のリング共振器は前記半導体基板上に設けられており、前記回折格子は前記第3の光導波路に光学的に結合されており、前記光共振器は、前記半導体発光素子の前記第1の端面を含み、前記第1の光導波路は前記別のリング共振器に光学的に結合されることができる。
この半導体発光素子によれば、光共振器は、半導体発光素子の第1の端面及び回折格子からなる。また、回折格子及び別のリング共振器が波長変更のために利用される。
本発明に係る半導体発光素子では、前記半導体レーザはDBR半導体レーザまたはDFB半導体レーザであることができる。この半導体発光素子によれば、半導体レーザの回折格子が分布帰還のために利用される。
本発明に係る半導体発光素子は、前記リング共振器の透過ピーク波長を変更するための第1の電極を更に備えることができる。この半導体発光素子によれば、リング共振器の透過ピーク波長を変更することによって、波長グリットが変更される。
本発明に係る半導体発光素子は、前記回折格子の回折波長を変更するための第2の電極を更に備えることができる。この半導体発光素子によれば、レーザ発振波長は、回折格子の回折波長は変更されることによって変更される。
本発明の別の側面に係る半導体光源は、(a)上記及び引き続き説明されるいずれかの半導体発光素子と、(b)前記第1の光導波路に光学的に結合された第1の受光素子と、(c)前記第2の光導波路に光学的に結合された第2の受光素子と、(d)前記第1及び第2の受光素子からの第1及び第2のモニタ信号を用いて、前記半導体発光素子の発振波長を制御する制御回路部とを備える。
この半導体光源によれば、第1及び第2の受光素子が、それぞれ、第1及び第2の光導波路に光学的に結合されて、半導体発光素子のレーザ発振の制御のための第1及び第2のモニタ信号を生成する。第1及び第2のモニタ信号を用いて制御回路部が半導体発光素子をフードバック制御する。
本発明に係る半導体光源では、前記第1の受光素子は、前記半導体発光素子の前記第2の端面に光学的に結合されて、前記リング共振器の透過光を受け、前記制御回路部は、前記第1及び第2のモニタ信号の和を用いて、前記半導体レーザの光出力を調整するための制御信号を生成する。
この半導体光源によれば、第1の端面からの前面レーザ光が波長モニタのために利用されないので、前面レーザ光の光出力が波長モニタのために低下することがない。リング共振器のフィルタリングにより、リング共振器の透過光のスペクトルはリング共振器からの出力光のスペクトルと相補的なものになる。第1及び第2の受光素子が、それぞれ、リング共振器の透過光とリング共振器からの出力光とを受けて、強度モニタ及び波長モニタのための制御信号を生成する。この和を利用することにより、リング共振器のフィルタリングの影響が低減される。
本発明に係る半導体光源では、前記半導体発光素子は、上記及び引き続き説明されるいずれかのものであり、前記制御回路部は、前記半導体発光素子の前記リング共振器の透過光から前記半導体発光素子の発振波長を調整するための制御信号を生成することができる。
この半導体光源によれば、リング共振器のフィルタリングにより、リング共振器の透過光のスペクトルはリング共振器からの出力光のスペクトルと相補的なものになる。故に、リング共振器の透過光のスペクトルにも、極小値が周期的に配列されている。透過スペクトルの周期的な窪みを用いて、発振波長の制御を行うことができる。
本発明に係る半導体光源では、前記半導体発光素子は、請求項3に記載されたものであり、前記半導体発光素子は、前記リング共振器の透過ピーク波長を変更するための第1の電極を含み、前記第1の受光素子は、当該半導体発光素子の第2の端面に光学的に結合されており、前記制御回路部は、波長モニタモード及び強度モニタモードを切り換えるモード切り換え回路を含み、前記強度モニタモードにおいて前記第1の電極に印加される信号は、前記波長モニタモードにおいて前記第1の電極に印加される信号と異なり、前記半導体発光素子の発振波長において、前記強度モニタモードおける前記リング共振器の透過光の量は、前記波長モニタモードにおける前記リング共振器の透過光の量よりも大きく、前記強度モニタモードにおける前記第1の受光素子の受光量は、前記波長モニタモードにおける前記第1の受光素子の受光量よりも大きく、前記強度モニタモードにおける前記リング共振器の透過スペクトルは、前記半導体発光素子の発振波長において第1の微分係数を有すると共に、前記波長モニタモードにおける前記リング共振器の透過スペクトルは、前記半導体発光素子の発振波長において第2の微分係数を有し、前記第1の微分係数の絶対値は前記第2の微分係数の絶対値より小さい。
この半導体光源によれば、第1の電極を用いてリング共振器の透過ピーク波長を変更することによって、強度モニタモードでは、リング共振器において発振波長での透過率を大きくすることができる。これによって、リング共振器のフィルタリングからの背面光への影響が低減される。一方、波長モニタモードでは、リング共振器の櫛形スペクトルを利用して、発振波長の制御を行うことができる。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、波長モニタのための光信号を生成する光学素子及び半導体レーザと他の光学部品との光軸調整を容易にすると共に、組み立て精度に依存せず波長グリットを規定可能な構造の半導体発光素子が提供される。また、本発明の別の側面によれば、この半導体発光素子を含む半導体光源が提供される。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体発光素子、半導体光源、及び半導体発光素子のレーザ光の発振波長及び発振強度を調整する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図1は、本実施の形態に係る半導体発光素子を概略的に示す図面である。半導体発光素子11は、半導体レーザ12a及びモニタ素子12bを備える。半導体レーザ12aは光共振器13を含んでおり、光共振器13は、反射鏡13a、13bを含む。例えば、回折格子15aは反射鏡13aとして働く。回折格子15aは、レーザ発振波長に関するブラッグ回折条件を満たすことが可能な周期で変化する屈折率の周期構造を有する。また、半導体レーザ12aは、キャリアの注入に応答して光を生成する光学利得領域17を含み、この光学利得領域17は活性層22を有している。モニタ素子12bは、半導体レーザ12aのからのレーザ光の波長をモニタするために設けられている。モニタ素子12bは、リング共振器19及び光導波路21を含む。リング共振器19は、半導体レーザ12aに光学的に結合されている。
半導体発光素子11は第1の光導波路25を含み、回折格子15aは第1の光導波路25に光学的に結合している。第1の光導波路25の一端25aは当該半導体発光素子11の第1の端面10aに到達しており、半導体レーザ12a出射光LFを提供する。他端25bは光導波路幅を徐々に狭くして曲げることにより終端されている。これにより、他端25bによる反射が十分に低減される。他端25bは、好適には無反射端である。しかしながら、他端25bが当該半導体発光素子11の第2の端面10bに到達するとき、リング共振器19の透過光からなるモニタ光を他端25bを介して得ることができる。また、第2の光導波路21はリング共振器19からの波長モニタ光を提供する出射端21aを有する。他端21bは終端されており、必要な場合には、この終端は、光導波路幅を徐々に狭くして曲げることにより行われる。
半導体発光素子11では、当該半導体発光素子11からのレーザ光の出射は端面10aから行われる。リング共振器19を介すること無く、半導体発光素子11からのレーザ光が得られる。
リング共振器19では、光導波路は、閉じた曲線に沿って延びている。リング共振器19の直径は、例えば10〜1100μmであり、フォトリソグラフィを用いて作製可能である。リング共振器19の出力スペクトルでは、リング共振器19の光路長に応じて規定されるフリースペクトラルレンジ(FSR)の間隔で透過率のピークが配列されている。
図2を参照しながら、リング共振器19のフィルタ特性を説明する。図2(a)は、リング共振器19、光導波路21、25の接続を示す。リング共振器19は、光結合部27aで光導波路25に光学的に結合されると共に、光結合部27bで光導波路21に光学的に結合される。光導波路21は、光結合部27bを境にして第1及び第2の部分21c、21dに分けられる。光導波路25は、光結合部27aを境にして第1及び第2の部分25c、25dに分けられる。
光導波路25の一端に光LINが入力される。光導波路25の他端からは透過光LTPが出力される。光導波路21の一端からは出力光LMON1が出力される。矢印Rで示される方向に入力光LINがリング共振器19を伝搬する際の多重光干渉によって、透過光LTP及び出力光LMON1が生成される。入力光LINは第1の部分25cを伝搬し、透過光LTPが第2の部分25dを伝搬する。出力光LMON1が第1の部分21cを伝搬し、第2の部分21dは、例えば終端される。
図2(b)は、本実施の形態に係る半導体発光素子におけるリング共振器に入力される一例の入力光のスペクトルを示す図面である。図2(c)は、本実施の形態に係る半導体発光素子におけるリング共振器から提供される一例の出力光のスペクトルを示す図面である。図2(d)は、本実施の形態に係る半導体発光素子におけるリング共振器から提供される一例の透過光のスペクトルを示す図面である。リング共振器19は、図2に示すような特性を持っている。白色光を入力した場合、リングの円周の光路長(屈折率を考慮した光学的な長さ)L及び波長λを用いて、FSR=λ2/Lで定まる波長間隔で透過ピークが配列された櫛型の出力光スペクトルを示す。また、リング共振器において光吸収や散乱が無い場合、
透過光のスペクトル=入力光のスペクトル−出力光のスペクトル
の関係が満たされる。故に、出力光のスペクトルは、FSRの間隔で配置された透過率の極大値の配列を含み、これに対応して、透過光のスペクトルは、FSRの間隔で配置された透過率の極小値の配列を含む。
透過光のスペクトル=入力光のスペクトル−出力光のスペクトル
の関係が満たされる。故に、出力光のスペクトルは、FSRの間隔で配置された透過率の極大値の配列を含み、これに対応して、透過光のスペクトルは、FSRの間隔で配置された透過率の極小値の配列を含む。
半導体発光素子11は、図2(c)に示されるように、波長グリッドλ1〜λ4においてレーザ発振するように制御される。この波長グリッドは、リング共振器19のFSRと出力ピーク波長によって規定される。波長グリッドλ1〜λ4からの発振波長の選択は、例えば光共振器13の回折格子のバーニア効果等を用いて行われる。リング共振器19への電流注入によりリング共振器19の透過(出力)スペクトルのFSRが変わる効果よりも、透過(出力)ピーク波長が変わる効果の方が大きい。この効果を利用することによって、櫛状の透過(出力)スペクトルが注入電流の大きさに応じた波長分だけシフトする。
再び図1を参照すると、本実施の形態では、光反射器13bは、回折格子15bを含むことができる。回折格子15bは第1の光導波路25に光学的に結合している。回折格子15aと回折格子15bとの間に、光学利得領域17及び位相調整器29が設けられている。回折格子15a、15bの各々は、サンプルド回折格子や超構造回折格子などの不均一回折格子、異なる周期の複数の均一な回折格子からなることができる。回折格子15a、15bは、周期的に配列された複数のピークを有する櫛型の出力光スペクトルを有している。また、電流注入といった電気信号の印加によって、回折格子15a、15bのいずれも、回折格子を構成する半導体領域の実効的な屈折率を変えられる。これによってバーニア効果が提供される。半導体レーザ12aは、リング型共振器19を含むモニタ素子12bと光導波路路25を介して光学的に結合されている。光導波路路21、25とリング型共振器19との光結合には、MMI(マルチモード干渉器)等により行われる。
図1を参照すると、半導体レーザ12aは、活性層22にキャリアを提供して発光を得るための電極30aを含む。反射鏡13aは、光導波路にキャリアを提供して屈折率を変更するための電極30bを含む。また、別の反射鏡13dは、光導波路にキャリアを提供して屈折率を変更するための電極30dを含む。
また、図1に示されるように、半導体発光素子11は、位相調整器29を更に備えることができる。位相調整器29は、位相調整のためのキャリアを注入するための電極30cを含む。例えば、電極30cからの電圧または電流の印加により、光導波路の屈折率を変更して光共振器の光学長を調整する。半導体レーザ12aの位相調整器29は、光共振器のための反射鏡13a、13bの間に位置する。この位相調整器29によれば、レーザ発振波長の可変に伴い位相の調整が可能になる。
半導体発光素子11では、回折格子15a、15b、リング共振器19、並びに光導波路21及び25は、単一の半導体基板33上に設けられている。半導体発光素子11の構成物(例えば、半導体積層、光導波路、電極等)は、例えば、半導体素子を作製するための工程(結晶成長、エッチング、電極形成等)の組み合わせにより作製される。
図1には、半導体発光素子11における例示的な光導波路18が示されている。光導波路18は、高い屈折率の半導体からなるコア領域18aと、コア領域18aよりも低い屈折率の第1導電型半導体(例えばn型)からなる第1クラッド領域18bと、コア領域18aよりも低い屈折率の第2導電型半導体(例えばp型)からなる第2クラッド領域18cとを含むストライプ状の半導体積層からなる。リング共振器19は、光導波路18と同じ構造の光導波路からなることができる。
一例では、利得導波路17は、基板33上に順に形成されたn型クラッド層、光ガイド層、量子井戸構造の活性層、光ガイド層、p型クラッド層およびコンタクト層を含む。利得導波路17では、コンタクト層28a上には電極30aが設けられている。光反射器13a、13bは、基板33上に順に形成されたn型クラッド層、光ガイド層、コア導波路層、光ガイド層、回折格子構造、p型クラッド層およびコンタクト層を含む。光反射器13a、13bでは、それぞれ、コンタクト層28b、28d上に電極30b、30dが設けられている。位相調整器29は、基板33上に順に形成されたn型クラッド層、光ガイド層、コア導波路層、光ガイド層、p型クラッド層およびコンタクト層を含む。位相調整器29では、コンタクト層30c上には電極30cが設けられている。リング共振器19は、基板33上に順に形成されたn型クラッド層、光ガイド層、導波路層、光ガイド層およびp型クラッド層を含み、必要な場合にはコンタクト層を更に含むことができる。
利得導波路17、リング共振器19及び位相調整器29において、縦方向の光閉じ込めはクラッド層により行われる。また、横方向の光閉じ込めはストライプ状の導波路構造と、この導波路構造を埋め込む埋め込み層とによって提供される。例示すれば、利得領域の活性層は、1.25μm〜1.65μm帯に利得を持つGaInAsP/GaInAsP量子井戸構造を有することができる。光導波層は、量子井戸構造のバンドギャップ波長より短い波長のGaInAsP半導体からなることができ、n型およびp型クラッド層はInP半導体からなることができる。コンタクト層は、高濃度ドープされたGaInAs層からなることができる。埋込層としては、半絶縁性InPから成ることができる。
図1を参照すると、半導体光源31が示されている。半導体光源31は、半導体発光素子11、光分岐器35、受光素子37a、37bを含むことができる。光分岐器35は、例えばビームスプリッタであり、半導体発光素子11の一端面10aに光学的に結合されて光導波路25の一端25aからのレーザ光を受ける。光分岐器35は、受けた前方光LFを出射光LOUTとモニタ光LMON2とに分岐する。受光素子37aは、光分岐器35に光学的に結合されており、光分岐器35からのモニタ光LMON2を受ける。受光素子37aは、例えばフォトダイオードを含み、また受光パワーに応じた強度モニタ信号SIMONを生成する。受光素子37bは、半導体発光素子11の端面10bに光学的に結合されており、光導波路21の一端21aからのモニタ光LMON1を受ける。受光素子37bは、例えばフォトダイオードを含み、また受光パワーに応じた波長モニタ信号SRMONを生成する。光学的結合を増強するために、例えば光導波路25の一端25aと光分岐器35の入射面との間に光学レンズ39を設けることができる。
図3は、波長可変の半導体発光素子のリング共振器における出力光のスペクトルの一例を示す。図4は、波長ロックキングといった半導体光源の制御を行う制御部を示すブロック図である。リング共振器の出力光強度−波長の特性曲線は、周期的に現れる複数の極大値を含む。いずれかの極大値の近傍の片側スロープ上の一点における出力光の強度が維持されるように、半導体発光素子を制御する。これによって、リング共振器を用いた波長ロッキングが可能になる。このリング共振器の特性曲線のスペクトルのピーク幅が十分狭ければ、正負いずれのスロープを用いてもロッキングを行うことができる。図3では、出力光のスペクトルSpはピークA、Bを含む。ロック可能な波長λA、λBが示されている。また、図3には、出力光I0に対応する適切なロック点RA,RBが示されている。図3及び図4を参照しながら、波長λAへの波長ロックを説明する。波長λAから(λA+△λ)へレーザ発振波長が変動したとき、半導体発光素子11のモニタ素子12bからのモニタ光LMON1は、図3に示されるように、強度(I0−△I)に減少する。この減少は、受光素子37bにより電気信号SRMONに変換される。受光素子37aは、半導体レーザ12bの光出力に対応した電気信号SIMONを生成する。モニタ用PD素子37からのモニタ信号SRMON、SIMONは、制御回路部41に提供される。上記のように波長の変動が生じた制御信号が生じたとき、回折格子制御回路41aの制御信号SCON1が電極30b、30dへ与えられて、バーニア効果により発振波長を小さくするような調整が行われる。必要な場合には、位相調整制御回路41bからの制御SCON2により光学的な共振器長が調整される。この制御によって、変動した発振波長(λA+△λ)から波長λAへレーザ発振波長が変更された。レーザ光の強度は、モニタ信号SIMONに応じて調整される。
波長λAから(λA−△λ)へレーザ発振波長が変動したとき、半導体発光素子11のモニタ素子12bからのモニタ光LMON1は、図3に示されるように、強度(I0+△I)に増加する。この増加は、受光素子37bにより電気信号SRMONに変換される。受光素子37aは、半導体レーザ12bの光出力に対応した電気信号SIMONを生成するモニタ信号SRMON、SIMONは、制御回路部41に提供される。制御回路部41の制御によって、変動した発振波長(λA+△λ)から波長λAへレーザ発振波長が変更される。レーザ光の強度は、モニタ信号SIMONに応じて調整される。
半導体レーザの光出力が変動したとき、利得制御回路41cからの制御信号SCON3によって、光学利得領域17へのキャリア(つまり、電流)の供給が調整される。また、図5に示されるように、半導体光源31aの半導体発光素子11aでは、リング共振器19の光導波路上に電極が設けられるとき、この電極に印加される信号に応じて、リング共振器19の透過ピーク波長は変更可能である。例えば、信号の印加としては、電圧の印加または電流印加が行われる。リング共振器制御回路43から電極32へ制御信号SCON4を与えて、リング共振器19の透過ピーク波長を変更できる。これによって、波長グリットの変更、発振波長におけるリング共振器19の透過率の変更等が可能になる。
半導体光源31では、半導体レーザ12a及びモニタ素子12bが半導体製造プロセスにより半導体発光素子11に作り込まれると共に、モニタ素子12bの光学特性も半導体発光素子11に作り込まれる。光分岐器35及び光学レンズ39及び半導体発光素子11の光導波路端25aが、所定の軸Axに沿って光学的に調芯される。また、受光素子37aが、光分岐器35に対して位置合わせされる。また、半導体発光素子11の光導波路端21aに調芯される。
図1に示されるように、半導体発光素子11によれば、半導体レーザ12a及びリング共振器19が半導体基板33上に設けられており、半導体レーザ12aを作製する半導体製造プロセスを用いてリング共振器19が半導体発光素子11に作り込まれる。リング共振器19は、半導体レーザ12aのからのレーザ光の波長をモニタするために用いられる。半導体レーザ12aとモニタ素子12bを組立する必要がないので、組み立て精度に依存しない波長モニタ光を提供できる。また、半導体発光素子11の第1の端面10a及び第2の光導波路21の出射端21aから、半導体レーザ12aに係る光を取り出すことができる。モニタ素子12b以外の他の光学部品と半導体発光素子11との光軸調整が容易である。
また、波長グリットが光学的な調芯により規定されない。半導体光源31を作製するために、フォトダイオードといった他の光学部品37a、37b、35が半導体発光素子11に対して調芯される。波長グリットを得るためにFPエタロンを波長選択フィルタとして用いるとき、波長グリットの規定は複雑な光学的調芯を必要とする。例えば、FPエタロンへのレーザビーム入射角度や反射率の調整が難しい。一方、実施の形態では、波長選択フィルタを含むモニタ素子が半導体レーザと同じ基板上に形成されるので、波長グリットを得るための光軸調整が不要になる。また、FPエタロンを用いないので、半導体光源のサイズも小さくできる。また、リング共振器の光出力スペクトルはシャープなローレンツ型に近い形状に形成できるので、波長変化に対するPDモニタ電流の変化を大きくでき、波長ロッキングの精度を高めることができる。
図6は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す図面である。半導体光源31bの半導体発光素子11bでは、光共振器13は、光反射器13bと光反射器13cを含んでおり、光反射器13cは半導体発光素子11bの端面10aを含む。また、半導体基板上にはリング共振器14が設けられている。リング共振器14は、リング共振器19と同様に、櫛型の出力光スペクトルを有している。半導体発光素子11bの発振波長を変更するために、リング共振器14は光反射器13bと共に用いられる。この変更には、例えばバーニア効果を利用できる。
リング共振器19は、光導波路42を介してリング共振器14に光学的に結合されている。光導波路42は光結合部27aにおいてリング共振器19に接続されており、また光結合部27cにおいてリング共振器14に接続されている。また、リング共振器14は、光結合部27dにおいて光導波路25に接続されている。光導波路42の一端42a、他端42bは、光導波路の幅を徐々に狭くして曲げることによって終端される。なお、必要があれば、一端42aを端面に設けて、リング共振器19の透過光を取り出すことができる。
半導体光源31において、半導体発光素子11aに替えて半導体発光素子11bを用いることができる。受光素子37aは、光分岐器35からのモニタ光LMON2を受ける。受光素子37bは、半導体発光素子11bの端面10bに光学的に結合されており、光導波路21の一端25aからのモニタ光LMON1を受ける。受光素子37a、37bからのモニタ信号SIMON、SRMONを用いて、波長のロックを行うことができる。
図7は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す図面である。半導体発光素子11cでは、軸Axに沿って延びる光導波路25の端部25bは半導体発光素子11cの第2の端面10bに位置することができる。第1及び第2の端面10a、10bのいずれか一方(本実施例では、例えば端面10a)から光出力LOUTを得ると共に、他方(本実施例では、例えば端面10b)から光を光強度モニタのために利用可能である。また、光導波路21は屈曲することなく、その出射端21aは半導体発光素子11cの第3の端面10cに位置する。
半導体光源31cでは、リング共振器19が、端面10bと光反射器13bとの間の結合部27aにおいて光導波路25に光学的に結合しているので、第1の端面10aからは出射光LOUTが提供され、第2の端面10bからはリング共振器19の透過光が光強度モニタ光LMON2として提供される。第3の端面10cからはリング共振器19の出力光が光波長モニタ光LMON1として提供される。出射端21aが第3の端面10cに現れており、第3の端面10c上には低反射膜20aが設けられることが好ましい。本実施例の形態では、第1の光導波路25の他端25bからの放出光は、半導体レーザ12aの背面光がリング共振器19によってフィルタリングされた透過光(リング共振器19の透過光)である。
既に説明したように、リング共振器19は、波長ロックのために利用可能である。電極32は、リング共振器19の光導波路の実効的な屈折率を変更するために用いられる。リング共振器19の透過ピーク波長は変更されることによって、波長グリットが変更される。
半導体発光素子11cにおけるモニタ期間は、波長ロックのための波長モニタ期間と光パワー安定化のための強度モニタ期間を含む。波長モニタ期間では半導体発光素子11cは波長モニタモードにあり、強度モニタ期間では半導体発光素子11cは強度モニタモードにある、制御回路部41は、波長モニタモード及び強度モニタモードを切り換えるモード切り換え回路41dを含む。図8(a)も示されるように、波長モニタ期間では、リング共振器19は波長ロックのための櫛形スペクトルを有する。ロック波長λAの近傍おける櫛形スペクトルの傾斜(つまり、ロック波長λAにおける接線の傾き)を用いて、発振波長λAに波長ロックを行う。強度モニタモードにおいて電極32に印加される信号は波長モニタモードにおいて電極32に印加される信号と異なる。強度モニタ期間では、別の電気信号を電極32に加えて、図8(b)に示されるように、透過光スペクトル波長をシフトする。図8(b)には、比較のために、強度モニタモードにおける透過スペクトルTP1及び出力スペクトルSPの両方が示されている。強度モニタ期間では、リング共振器19の透過光スペクトルは、発振波長λAにおいて上記の傾斜より小さい別の傾斜を有しており、実質的に平坦な領域を有する。この平坦な領域にける光透過率は、波長ロックのための櫛形スペクトルにおける光透過率より大きい。このため、十分な大きさの強度モニタ光を得ることができる。図8(c)には、波長モニタモードにおける透過スペクトルTP2及び強度モニタモードにおける透過スペクトルTP1の両方が比較のために示されている。透過スペクトルTP2は、電極32によって印加される信号に応じて波長の方向に透過スペクトルTP1からシフトしている。
図8(c)に示されるように、リング共振器19は、強度モニタモードおいて透過光スペクトルTP1を示すと共に、波長モニタモードにおいて透過光スペクトルTP2を示す。半導体発光素子11cの発振波長λAにおいて、強度モニタモードおけるリング共振器19の透過光の量IM2は、波長モニタモードにおけるリング共振器19の透過光の量IM1よりも大きい。そして、強度モニタモードにおける第2の受光素子37aの受光量を波長モニタモードにおける第1の受光素子37bの受光量よりも大きくできる。強度モニタモードにおけるリング共振器19の透過光スペクトルは、半導体発光素子11cの発振波長λAにおいて第1の微分係数DF1(モニタ強度の波長の微少変化に対する透過光スペクトルの微少変化)を有すると共に、波長モニタモードにおけるリング共振器19の透過光スペクトルは半導体発光素子11の発振波長λAにおいて第2の微分係数DF2(モニタ強度の波長の微少変化に対する透過光スペクトルの微少変化)を有する。第1の微分係数DF1の絶対値は第2の微分係数DF2の絶対値より小さい。
尚、図7に示された光源では、リング共振器19の透過光を光出力モニタのために用い、リング共振器19の出力光を波長モニタのために用いている。しかしながら、端面25bから出るリング共振器19の透過光のみを1個の受光素子を用いて、強度モニタと波長モニタの両方を行うことができる。このとき、強度モニタモードでは、リング共振器19の透過光スペクトルが平坦(微分係数DF1)である波長領域を用い、波長モニタモードでは、リング共振器19の透過光スペクトルがスロープ(微分係数DF2)を持つ波長領域を用いる。微分係数DF2の絶対値は微分係数DF1の絶対値より大きい。この光源では、一個の受光素子を用いて強度モニタ及び波長モニタを行うことができる。
半導体発光素子11cによれば、電極32を用いてリング共振器19の各ピーク波長をシフトを変更することによって、強度モニタモードでは、リング共振器19の透過率を発振波長において大きくできる。これによって、リング共振器19のフィルタリングからの背面光への影響が低減される。一方、波長モニタモードでは、リング共振器19の櫛形スペクトルを利用して、受光素子37bからのモニタ信号を用いて発振波長の制御を行うことができる。なお、電極32を利用してリング共振器19のスペクトルを変更することによって、半導体レーザ12bの背面光の透過量を調整することは、背面光及び電極32の利用が可能な他の実施例にも適用される。
再び図7を参照すると、光学利得領域17は、波長可変のDFB半導体レーザであり、このDFB半導体レーザのための回折格子15cに光学的に結合される。半導体レーザの回折格子15cが分布帰還を実現するために利用される。回折格子15cは、例えば活性層22とp型クラッド層24a又はn型クラッド層24bと(本実施例では、クラッド層24a)との間に設けられることができる。活性層22は光ガイド層26a、26bによって挟まれている。回折格子上の電極とコンタクト層は2分割されている。この2つの電極(一群の電極30a)に注入する電流をそれぞれI1、I2とすると、全電流(I1+I2)を一定にして、I1とI2との比(I1/I2)を変えることにより発振波長を変えることができる。尚、分割電極数を2個以上にしても良い。
図9は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す図面である。半導体発光素子11dでは、光導波路25は、半導体発光素子11dの端面10aに到達した端部25aと、リング共振器19に光学的に結合された端部25bとを有する。光導波路21は、半導体発光素子11dの端面10bに到達した端部25aと、リング共振器19に光学的に結合された端部25bとを有する。光導波路21、25の端部21b、25bは、リング共振器19と結合部27cで結合されている。光導波路21、25は、所定の軸Axに沿って延びている。
半導体光源31dの半導体発光素子11dでは、光導波路21には、リング共振器19からの透過光LFが伝搬し、受光素子37bは、光導波路21の端部21aからの出射光を受ける。
図10は、リング共振器19の透過スペクトルを示す図面である。リング共振器の透過光強度−波長の特性曲線は、周期的に現れる複数の極小値を含む。いずれかの極小値の片側スロープ上の一点で示される出力光スペクトル強度が維持されるように半導体発光素子11dを制御することによって、リング共振器19を用いた波長ロッキングが提供される。このリング共振器19の特性曲線のスペクトルの極小値を頂点に有するピーク幅が十分狭ければ、正負いずれのスロープを用いても波長ロッキングを行うことができる。図10では、透過光のスペクトルTpは極小値A、Bを含む。ロック可能な波長λA、λBが示されている。図10を参照しながら、波長λAへの波長ロックを説明する。波長λAから(λA+△λ)へレーザ発振波長が変動したとき、半導体発光素子11のモニタ素子12bからのモニタ光LMON1は、図10に示されるように、強度(I0−△I)に減少する。この減少は、受光素子37bにより電気信号SRMONに変換される。受光素子37aは、半導体レーザ12bの光出力に対応した電気信号SIMONを生成する。モニタ用PD素子37からのモニタ信号SRMON、SIMONは、図4に示されるように、制御回路部41に提供される。モニタ信号が、上記のように波長の変動を示すとき、回折格子制御回路41aの制御信号SCON1が電極30b、30dへ与えられて、バーニア効果により発振波長を小さくするような調整が行われる。必要な場合には、位相調整制御回路41bからの制御SCON2により光学的な共振器長が調整される。この制御によって、変動した発振波長(λA+△λ)から波長λAへレーザ発振波長が変更された。
波長λAから(λA−△λ)へレーザ発振波長が変動したとき、半導体発光素子11のモニタ素子12bからのモニタ光LMON1は、図10に示されるように、強度(I0+△I)に増加する。この増加は、受光素子37bにより電気信号SRMONに変換される。受光素子37aは、半導体レーザ12bの光出力に対応した電気信号SIMONを生成する。モニタ信号SRMON、SIMONは、図4に示されるように、制御回路部41に提供される。制御回路部41の制御によって、変動した発振波長(λA−△λ)から波長λAへレーザ発振波長が変更される。
図11は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構造を示す図面である。半導体光源31eの半導体発光素子11eでは、光導波路25の端部25bは半導体発光素子11eの第2の端面10bに位置することができる。光導波路21の出射端21aは、半導体発光素子11cの第2の端面10bに位置しており、リング共振器19の出力光をモニタ光LMON1として提供できる。リング共振器19が、端面10bと光反射器13bとの間の結合部27aにおいて光導波路25に光学的に結合しているので、第1の端面10aからは出射光LOUTが提供され、第2の端面10bからはリング共振器19の透過光がモニタ光LMON2として提供される。光導波路21の出射端21aが第2の端面10bに到達している。本実施例の形態では、光導波路21の出射端21aは、リング共振器19の出力光を提供する。第2の端面10b上には低反射膜20bが設けられることが好ましい。
図12は、リング共振器19の出力光を受ける受光素子(PD1)及びリング共振器19の透過光を受ける受光素子(PD2)の出力電流と、半導体発光素子からの光の波長との関係を示す図面である。波長がロッキング点LOCKからずれると、受光素子PD1の電流は受光素子PD2の電流と互いに逆方向に変化する。一方、半導体発光素子11eの光出力の増減はPD1、PD2の増減と一致する。受光素子PD1への入射光及び受光素子PD2への入射光は、それぞれ、リング共振器の透過光と出力光と対応している。リング共振器の透過光と出力光は、半導体レーザ12aの背面光をリング共振器19を用いてフィルタリングしたものである。したがって、受光素子PD1の電流は受光素子PD2の電流の和は、半導体発光素子の発振波長によらず一定になるので、この電流の和を光出力の制御に用いることができる。制御回路部41は、受光素子PD1の電流は受光素子PD2の電流の和を生成する和信号生成回路41eを含むことができる。光波長の制御は、受光素子PD1の電流及び受光素子PD2の電流のいずれかを用いることができる。この電流の差を光出力の制御に用いることができる。さらに、制御回路部41は、受光素子PD1の電流と受光素子PD2の電流の差を生成する差信号生成回路41fを含むことができる。なお、制御回路部41の構成に応じて、リング共振器19上に電極を追加して、半導体光源31cの波長及び強度の制御が、半導体光源31eにおける制御と同様に行われることができる。
尚、図11に示された光源では、リング共振器19の透過光を光出力モニタのために用い、リング共振器19の出力光を波長モニタのために用いている。しかしながら、端面25bから出るリング共振器19の透過光のみを1個の受光素子を用いて、強度モニタと波長モニタの両方を行うことができる。このとき、強度モニタモードでは、リング共振器19の透過光スペクトルが平坦(微分係数DF1)である波長領域を用い、波長モニタモードでは、リング共振器19の透過光スペクトルがスロープ(微分係数DF2)を持つ波長領域を用いる。微分係数DF2の絶対値は微分係数DF1の絶対値より大きい。この光源では、一個の受光素子を用いて強度モニタ及び波長モニタを行うことができる。
既に説明したように、リング共振器19は、波長ロックのために利用可能である。電極32は、リング共振器19の光導波路の実効的な屈折率を変更するために用いられる。なお、制御回路部41の構成に応じて、半導体光源31eの波長及び強度の制御が、半導体光源31cにおける制御と同様に行われることができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、半導体発光素子及び半導体光源が提供される。半導体発光素子及び半導体光源は、波長モニタのための光信号を生成するモニタ素子及び半導体レーザと他の光学部品との光軸調整を容易にすると共に、半導体光源の組み立て精度に依存せずに波長グリットを規定可能になる。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
本発明の実施の形態において複数の図面を参照しながら、半導体レーザ及びモニタ素子を含む半導体発光素子を説明した。半導体レーザはモニタ素子に光学的に結合される。レーザ共振器の背面光を波長モニタのために用いる。一実施例では、半導体発光素子の半導体レーザの前面光(レーザ光)を2つに分岐して、リング共振器を用いて分岐光の一つを波長モニタのために使用できる。
本実施の形態に係る半導体発光素子の半導体レーザでは、回折格子が光導波路に形成されている。回折格子は、半導体レーザの発振波長に対してBraggの回折条件を満たすことが可能な周期で変化する屈折率変化部分を含む分布帰還あるいは分布反射を行うものである。光共振器は、光導波路に形成された回折格子部を含む。光導波路は、光共振器内に位置する内部部分と、光共振器内に位置する延長部分とを有する。また、波長モニタ用のリング共振器が同じ半導体基板上に形成されており、このリング共振器が光導波路の延長部分に光学的に結合している。この半導体発光素子では、リング共振器をレーザ発振波長弁別器として用いることができる。
光導波路の一端が半導体発光素子の一端面に設けられる。光導波路の一端と延長部分との間に回折格子がある。半導体レーザの前面からのレーザ出力光を減らさないように、半導体レーザの背面光をモニタのために使用できる。また、波長モニタ用リング共振器には、活性層を含む光導波路とは別の光導波路が光学的に結合されている。波長モニタ用のリング共振器の出力光がモニタ光として別の光導波路を介して取り出される。さらに、波長モニタ用リング共振器は、電流注入及び電界印加のいずれかを行うための電極を備えるので、波長モニタ用リング共振器の出力光スペクトル及び透過光スペクトルに周期的に現れる櫛状ピーク波長の間隔を変更できる。
光導波路若しくは別の光導波路の少なくともいずれかを導波した光をフォトダイオードによってモニタすることによって、レーザの発振波長あるいは光出力を制御できる。また、例えば、光導波路を導波した光出力をフォトダイオードでモニタを行い、別の光導波路を導波した光出力を別のフォトダイオードでモニタを行うことができる。フォトダイオードとフォトダイオードの信号の和によって、半導体レーザの光出力を制御できる。さらに、波長モニタ用リング共振器に印加する電流又は電界と、波長モニタ用リング共振器の透過ピーク波長との関係をあらかじめ測定により決めて制御装置に記憶させておくことができる。
上記の半導体発光素子及び半導体光源は、例えばWDM通信に好適に提供される。
10a、10b、10c…半導体発光素子の端面、11、11a、11b、11c、11d、11e…半導体発光素子、12a…半導体レーザ、12b…モニタ素子、13…光共振器、13a、13b…反射鏡、15a、15b…回折格子、17…光学利得領域、19…リング共振器、18…光導波路、18a…コア領域、18b、18c…クラッド領域、21、25…光導波路、22…活性層、27a、27b…光結合部、28a、28b、28c、28d…コンタクト層、29…位相調整器、30a、30b、30c、30d…電極、33…半導体基板、31…半導体光源、32…電極、35…光分岐器、39…光学レンズ、37…モニタ用PD素子、37a、37b…受光素子、41…制御回路部、41a…回折格子制御回路、41b…位相調整制御回路、41c…利得制御回路、41d…モード切り換え回路、41e…和信号生成回路、41f…差信号生成回路、42…光導波路、43…リング共振器制御回路、LF…半導体レーザの出射光、LIN…入力光、LTP…透過光、LMON1…出力光、λ1〜λ4…波長グリッド、LOUT…出射光、LMON2…モニタ光、SIMON…強度モニタ信号、SRMON…波長モニタ信号、SCON1、SCON2、SCON3、SCON4…制御信号
Claims (13)
- 波長可変の半導体発光素子であって、
第1の光導波路内に設けられた活性層と、前記第1の光導波路に光学的に結合された回折格子を含む光共振器とを有する半導体レーザと、
前記半導体レーザに光学的に結合されたリング共振器と前記リング共振器を介して該半導体レーザからの光を受ける第2の光導波路とを含み、前記半導体レーザのからのレーザ光の波長をモニタするためのモニタ素子と
を備え、
前記第1の光導波路の一端は当該半導体発光素子の第1の端面に到達しており、
前記第2の光導波路は前記リング共振器からの波長モニタ光を提供する出射端を有しており、
前記回折格子は、レーザ発振波長に関するブラッグ回折条件を満たすことが可能な周期で変化する屈折率の周期構造を有しており、
前記回折格子、前記第1の光導波路、前記リング共振器及び前記第2の光導波路は、半導体基板上に設けられている、ことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第1の光導波路は、前記リング共振器と光学的に結合する第1の結合部を有しており、
前記活性層は、当該半導体発光素子の前記第1の端面と前記第1の光導波路の前記第1の結合部との間に設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載された半導体発光素子。 - 前記第1の光導波路の他端は当該半導体発光素子の端面に到達しており、
前記第1の光導波路の前記他端からは、前記リング共振器の透過光が出射される、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された半導体発光素子。 - 前記第1の光導波路は、前記リング共振器と光学的に結合する第1の結合部を有しており、
前記第2の光導波路は、前記第1の結合部において前記リング共振器と光学的に結合されており、
前記第2の光導波路には、前記リング共振器の透過光が伝播し、
前記活性層は、当該半導体発光素子の前記第1の端面と前記第1の光導波路の前記第1の結合部との間に設けられている、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された半導体発光素子。 - 前記光共振器は別の回折格子を含み、
前記別の回折格子は、前記半導体レーザの発振波長に関してブラッグ回折条件を満たすことが可能な周期で変化する屈折率の周期構造を有しており、
前記別の回折格子は、前記第1の光導波路に光学的に結合しており、
前記別の回折格子は、前記半導体基板上に設けられている、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された半導体発光素子。 - 前記半導体レーザは別のリング共振器及び第3の光導波路を更に含み、
前記第3の光導波路は、前記別のリング共振器を前記リング共振器に光学的に結合しており、
前記別のリング共振器は前記半導体基板上に設けられており、
前記回折格子は前記第3の光導波路に光学的に結合されており、
前記光共振器は、前記半導体発光素子の前記第1の端面を含み、
前記第1の光導波路は前記別のリング共振器に光学的に結合されている、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された半導体発光素子。 - 前記半導体レーザはDBR半導体レーザまたはDFB半導体レーザである、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
- 前記リング共振器の透過ピーク波長を変更するための第1の電極を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
- 前記回折格子の回折波長を変更するための第2の電極を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載された半導体発光素子。
- 請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載された半導体発光素子と、
前記第1の光導波路に光学的に結合された第1の受光素子と、
前記第2の光導波路に光学的に結合された第2の受光素子と、
前記第1及び第2の受光素子からの第1及び第2のモニタ信号を用いて、前記半導体発光素子の発振波長を制御する制御回路部と
を備える、ことを特徴とする半導体光源。 - 前記半導体発光素子は、請求項3に記載されたものであり、
前記第1の受光素子は、前記半導体発光素子の前記端面に光学的に結合されて、前記リング共振器の透過光を受け、
前記制御回路部は、前記第1及び第2のモニタ信号の和を用いて、前記半導体レーザの光出力を調整するための制御信号を生成する、ことを特徴とする請求項10に記載された半導体光源。 - 前記半導体発光素子は、請求項4に記載されたものであり、
前記制御回路部は、前記半導体発光素子の前記リング共振器の透過光から前記半導体発光素子の発振波長を調整するための制御信号を生成する、ことを特徴とする請求項10に記載された半導体光源。 - 前記半導体発光素子は、請求項3に記載されたものであり、
前記半導体発光素子は、前記リング共振器の透過ピーク波長を変更するための第1の電極を含み、
前記第1の受光素子は、当該半導体発光素子の前記端面に光学的に結合されており、
前記制御回路部は、波長モニタモード及び強度モニタモードを切り換えるモード切り換え回路を含み、
前記強度モニタモードにおいて前記第1の電極に印加される信号は、前記波長モニタモードにおいて前記第1の電極に印加される信号と異なり、
前記半導体発光素子の発振波長において、前記強度モニタモードおける前記リング共振器の透過光の量は、前記波長モニタモードにおける前記リング共振器の透過光の量よりも大きく、前記強度モニタモードにおける前記第1の受光素子の受光量は、前記波長モニタモードにおける前記第1の受光素子の受光量よりも大きく、
前記強度モニタモードにおける前記リング共振器の透過スペクトルは、前記半導体発光素子の発振波長において第1の微分係数を有すると共に、前記波長モニタモードにおける前記リング共振器の透過スペクトルは、前記半導体発光素子の発振波長において第2の微分係数を有し、前記第1の微分係数の絶対値は前記第2の微分係数の絶対値より小さい、ことを特徴とする請求項10に記載された半導体光源。
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