JP3899996B2 - 光導波路、多波長光源、及び波長可変光源 - Google Patents
光導波路、多波長光源、及び波長可変光源 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3899996B2 JP3899996B2 JP2002122938A JP2002122938A JP3899996B2 JP 3899996 B2 JP3899996 B2 JP 3899996B2 JP 2002122938 A JP2002122938 A JP 2002122938A JP 2002122938 A JP2002122938 A JP 2002122938A JP 3899996 B2 JP3899996 B2 JP 3899996B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- core
- refractive index
- optical waveguide
- cores
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路、及びこれを備えた多波長光源並びに波長可変光源に関する。
【0002】
【従来の技術】
所望の反射特性を有するグレーティングが形成されたコアを備える光導波路は、例えば半導体レーザの外部共振器として好適に利用される。
【0003】
このような従来の光導波路として、例えば「1997年電子情報通信学会総合大会講演論文集,C−3−160,pp.345,“UV誘起グレーティングとスポットサイズ変換LDを用いたハイブリッド4波長レーザ”、田中拓也ら、1997.3」(文献1)には、実効屈折率の等しい複数のコアにそれぞれ異なる周期のグレーティングが形成された光導波路が開示されている。
【0004】
また、例えば「特開平10−90508号公報」(文献2)には、実効屈折率の異なる複数のコアに等しい周期のグレーティングが形成された光導波路が開示されている。
【0005】
これらの光導波路では、複数のコアそれぞれに形成されたグレーティングにより、それぞれ異なるブラッグ波長の光を選択して利用することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した文献1に開示の光導波路では、コアごとに異なる周期のグレーティングを形成するとき、隣接するコアには紫外光(UV光)が照射されないようにマスキングをしつつ、グレーティングの数だけ位相格子を取り替えてUV光の照射を繰り返さなければならなかった。従って、製造効率が悪いばかりか、例えば水素処理を施してグレーティングの形成効率を高めている場合などには、時間と共にコアから水素が急速に抜けていくため、多数のグレーティングを良好に形成することは非常に困難であった。また、各コアが数百μm以下程度に接近している場合には、一のコアへUV光を照射するときに、隣接するコアにUV光が照射されないようにマスキングすることは非常に困難であった。
【0007】
これに対し、上記した文献2に開示の光導波路では、複数のコアに等しい周期のグレーティングを一度に形成することが可能であるため、文献1に開示の光導波路のような製造上の問題は解消し得るものの、複数のコアそれぞれでコア幅(あるいはコア厚さ)のみを変化させる構成であるため、コアの実効屈折率の変化が小さく、複数のコアそれぞれに形成されたグレーティングにおけるブラッグ波長として利用可能な波長範囲が小さかった。
【0008】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、製造が容易で、且つグレーティングのブラック波長として利用可能な波長範囲が大きい光導波路、多波長光源、及び波長可変光源を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光導波路は、複数並設されたコアを備え、コアそれぞれのコア幅と屈折率とが変更されて、コアそれぞれの実効屈折率が異なるように設計されており、コアそれぞれに等しい周期のグレーティングが形成され、コアそれぞれのコア幅と屈折率とは、光導波路がシングルモード条件を満たすように設計されており、コアそれぞれの屈折率の変更は、コアそれぞれが加工されるコア層の成膜時に、Ge添加量の濃度勾配を設けることによってなされていることを特徴とする。
【0010】
この光導波路では、複数のコアそれぞれに等しい周期のグレーティングが形成されているため、異なる周期のグレーティングが形成されている場合と比べて、その製造が容易になる。また、コアそれぞれのコア幅と屈折率とが変更されて、コアそれぞれの実効屈折率が異なるように設計されているため、コア幅のみが変更されて実効屈折率が異なるように設計された場合と比べて、グレーティングのブラック波長として利用可能な波長範囲が大きい。また、コアそれぞれのコア幅と屈折率とは、光導波路がシングルモード条件を満たすように設計されているため、例えば光導波路を半導体レーザの外部共振器として利用する場合、発振波長の安定化が図られ、モードホップが生じるおそれを低減することができる。
【0012】
本発明に係る光導波路は、コアそれぞれのコア幅と屈折率とは、グレーティングそれぞれのブラック波長における反射率を実質的に一定にするように設計されていることを特徴としてもよい。このようにすれば、グレーティングそれぞれのブラック波長における光の反射率が実質的に均一化される。
【0013】
また本発明に係る光導波路は、一のコアを備え、コアは、コアの延伸方向に沿ってコア幅と屈折率とが変更されて、実効屈折率が異なるように設計された複数のコアセグメント部を有し、コアセグメント部それぞれに等しい周期のグレーティングが形成され、コアセグメント部それぞれのコア幅と屈折率とは、光導波路がシングルモード条件を満たすように設計されており、コアセグメント部それぞれの屈折率の変更は、コアセグメント部それぞれが加工されるコア層の成膜時に、Ge添加量の濃度勾配を設けることによってなされていることを特徴とする。
【0014】
この光導波路では、複数のコアセグメント部それぞれに等しい周期のグレーティングが形成されているため、異なる周期のグレーティングが形成されている場合と比べて、その製造が容易になる。また、コアの延伸方向に沿ってコア幅と屈折率とが変更されて、実効屈折率が異なるように設計されているため、コア幅のみが変更されて実効屈折率が異なるように設計される場合と比べて、グレーティングのブラック波長として利用可能な波長範囲が大きい。また、コアそれぞれのコア幅と屈折率とは、光導波路がシングルモード条件を満たすように設計されているため、例えば光導波路を半導体レーザの外部共振器として利用する場合、発振波長の安定化が図られ、モードホップが生じるおそれを低減することができる。
【0016】
本発明に係る光導波路では、コアセグメント部それぞれのコア幅と屈折率とは、グレーティングそれぞれのブラック波長における反射率を実質的に一定にするように設計されていることを特徴としてもよい。このようにすれば、グレーティングそれぞれのブラック波長における光の反射率が実質的に均一化される。
【0017】
本発明に係る多波長光源は、上記した光導波路と、光導波路が備える複数のコアに光学的に結合される半導体光増幅デバイスと、光導波路が備える複数のコア内を伝搬する光を合波する合波器と、を備えることを特徴とする。
【0018】
このように、本発明に係る光導波路を用いて、複数波長の光を含む光を出射可能な多波長光源を好適に構成することができる。
【0019】
本発明に係る波長可変光源は、上記した第1及び第2の光導波路と、第1及び第2の光導波路の間に設けられる半導体光増幅デバイスと、第1の光導波路が備えるコアの温度を制御するための温度制御手段と、を備えることを特徴とする。このように、本発明に係る光導波路を用いて、複数の波長の光を選択的に出射可能な波長可変光源を好適に構成することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致していない。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る多波長光源の構成を示す図である。図1に示すように、多波長光源10は、同一基板12上に設けられた、本実施形態に係る光導波路14と、合波器16と、半導体光増幅器アレイ(半導体光増幅デバイス)18と、モニタ用の受光器アレイ20と、を備えている。
【0021】
光導波路14は、積層型の平面導波路であり、図1に示すように、基板12の上方に並設された複数のコア22a〜22dを有している。コア22a〜22dは、その延伸方向に沿って光を伝搬させるための導波経路であって、その周囲がコア22a〜22dよりも屈折率の低いクラッド24により覆われている。これらのコア22a〜22dは、例えば、石英(SiO2)中にゲルマニウム(Ge)を添加して形成されており、石英(SiO2)のみからなるクラッド24に対し高屈折率とされている。
【0022】
これらのコア22a〜22dは、各コアでコア幅Wと屈折率nとが変更されて、コア22a〜22dそれぞれの実効屈折率neffが異なるように設計されている。そして、コア22a〜22dそれぞれに等しい周期のグレーティング26a〜26dが形成されている。これらのグレーティング26a〜26dは、光導波路14の入射端14a側から所定距離だけ内側に設けられている。
【0023】
ここで本実施形態に係る光導波路14では、コア22a〜22dそれぞれのコア幅Wと屈折率nとは、グレーティング26a〜26dそれぞれのブラック波長における反射率を実質的に一定にするように設計されている。すなわち、図2に示す関係に従って、各コア22a〜22dのコア幅Wと屈折率nとが共に変更されて、グレーティング26a〜26dそれぞれのブラック波長λBにおける反射率が実質的に一定になるように設計されている。従って、図3において実線で示すように、グレーティング26a〜26dそれぞれの光の反射率は、利用する波長範囲内におけるブラック波長λBの変化に対して変化が小さく、実質的に均一化されている。なお、図3において破線で示すように、コア幅Wのみを変更して実効屈折率neffを変化させた場合は、ブラック波長λBの変化に伴う反射率の変化を抑制することができず、反射率の均一化を図ることができない。
【0024】
本実施形態に係る光導波路10では、各コア22a〜22dに形成されたグレーティング26a〜26dにおけるブラッグ波長(光の回折波長)λBは、
λB=2・neff・Λ ・・・ (1)
で与えられる。
【0025】
ここで、neffはグレーティングにおける実効屈折率を表し、Λはグレーティングの周期(形成ピッチ)を表している。上記(1)式に示すように、グレーティングのブラッグ波長λBは、コアの実効屈折率neffに依存して変動する。
【0026】
図4は、図2に示す関係に従って各コア22a〜22dのコア幅Wと屈折率nとを共に変更し、コア22a〜22dそれぞれの実効屈折率neffを変化させたときの、上記(1)式で求められるブラッグ波長λBとコア幅Wとの関係を示すグラフである。本実施形態に係る光導波路10では、各コア22a〜22dでコア幅Wと屈折率nとが変更されて、コア22a〜22dそれぞれの実効屈折率neffが異なるように設計されているため、グレーティング26a〜26dそれぞれの反射特性はそれぞれ異なり、異なるブラッグ波長λBの光を反射させる。
【0027】
また本実施形態に係る光導波路10では、コア22a〜22dそれぞれのコア幅Wと屈折率nとは、シングルモード条件を満たすように設計されている。ここでシングルモード条件とは、導波路に基本モードしか伝搬しない条件のことであり、導波路のVパラメータが、1次モードのカットオフV値Vcよりも小さくなる条件をいう。導波路のVパラメータは、以下の式で表される。
ここで、a=w/2(コア半幅)であり、Δ=n+ncladである。ncladは、クラッドの屈折率である。
【0028】
従って、このコア22a〜22d内に形成されたグレーティング26a〜26dを半導体レーザの外部共振器として利用した場合、図5のラインL1〜L4に示すように、いずれの発振波長についても発振波長の安定化が図られ、モードホップが生じるおそれが低減される。
【0029】
合波器16は、光導波路10の出射端14b側に連続して設けられている。この合波器16は、共通導波路28とこの共通導波路28から分岐する複数の分岐路30a〜30dとを含む合波回路を有している。この合波器16は、複数の分岐路30a〜30dが、光導波路14の複数のコア22a〜22dと光学的に結合されており、これらコア22a〜22d内を伝搬する光を合波して共通導波路28内を伝搬させる。
【0030】
半導体光増幅器アレイ18は、光増幅機能を有する半導体活性層を含む半導体光増幅器をアレイ状に設けたものである。この半導体光増幅器アレイ18の光出射面18aには非反射コート(ARコート)が施されており、この光出射面18aと対向する光反射面18bには反射コートが施されている。この半導体光増幅器アレイ18は、光出射面18aが光導波路14の光入射面14aと対面するように溝32内の基板12上に配置され、複数のコア22a〜22dそれぞれと光学的な結合が図られている。なお、本実施形態に係る多波長光源10では、半導体光増幅器アレイ18の光反射面18bと光導波路14の各コア22a〜22dに設けられたグレーティング26a〜26dとにより、半導体レーザの共振器が構成されている。
【0031】
モニタ用の受光器アレイ20は、フォトダイオード等の受光器をアレイ状に設けたものである。この受光器アレイ20は、半導体光増幅器アレイ18の光反射面18bから出射される光を受光してモニタする。この受光器アレイ20は、受光面20aが半導体光増幅器アレイ18の光反射面18bと対面するように溝32内の基板12上に配置され、半導体光増幅器アレイ18と光学的な結合が図られている。
【0032】
次に、上記した構成の多波長光源の製造方法について説明する。
【0033】
まず、基板(例えばシリコン基板)上に、化学的気相成長法(CVD)あるいは火炎加水分解法(FHD)により、アンダークラッド層を成膜し、さらにその上にコア層を成膜する。コア層の成膜時には、基板面内でGe添加量の濃度勾配を設け、屈折率の勾配をつける。Ge添加量の濃度勾配は、FHD法ではスス堆積時のバーナのトラバースとGeCl4投入量との関係を調整したり、あるいはスス堆積時の基板温度に傾斜を付けたりすることで実現できる。CVD法では、コア層の成膜時にGe添加量の濃度勾配を付けたい部分をチャンバの中央から離れた位置に置くなどすることで実現できる。
【0034】
次に、フォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング(RIE)とにより、複数のコアと合波回路を加工する。このとき、使用するフォトマスクには、予め設計されたコア幅の複数のコア及び合波回路のパターンが書き込まれている。そして、これらの上に、CVDあるいはFHDにより、オーバークラッド層を成膜する。
【0035】
次に、上記の処理が施された基板上に高圧水素処理を施す。そして、位相格子を介して紫外光を照射し、複数のコアそれぞれに等しい周期のグレーティングを形成する。光源としては、コアに照射したときに屈折率を上昇させる紫外光を射出するものを用いる。例えば、コアの添加物(ここでは、Ge)を反応させる紫外光を出射するエキシマレーザなどを用いればよい。また、位相格子としては均一のパターン周期を有するものを用いる。このようにしてグレーティングを形成すれば、並設される複数のコアに対して紫外光を一度に照射することで、各コアに反射特性の異なるグレーティングを一括して形成することができる。従って、各コアに対して異なる干渉パターンの紫外光を個々に照射する必要がなくなり、製造の効率化が図られ生産性を向上させることができる。
【0036】
次に、複数のコアの延伸方向と交差する方向に沿って、基板上の素子搭載領域に相当する部分にエッチングを施し、その領域のコア及びクラッドを取り除いて溝を形成する。そして、その溝内に半導体光増幅器アレイ及び受光器アレイを実装し、半導体光増幅器アレイと光導波路との間、及び半導体光増幅器アレイと受光器アレイとの間の光学的な結合を図る。
【0037】
次に、本実施形態に係る光導波路14、及びこれを備える多波長光源10の作用及び効果について説明する。
【0038】
本実施形態に係る多波長光源10では、半導体光増幅器アレイ18を駆動させると、半導体光増幅器アレイ18の光反射面18bと光導波路14の複数のコア22a〜22dに形成されたグレーティング26a〜26dとを共振器として、所定のブラッグ波長λBでレーザ発振が起こる。それぞれ異なるブラッグ波長で発振された光は、光導波路14の各コア22a〜22d内を伝搬し、合波器16により合波されて、合波器16の出射端16a側から出射される。出射される光パワーは、受光器アレイ20によりモニタすることで調整することができる。
【0039】
このような構成の多波長光源10が備える光導波路14では、複数のコア22a〜22dそれぞれに等しい周期のグレーティング26a〜26dが形成されているため、異なる周期のグレーティングが形成されている場合と比べて、その製造が容易になり、生産性の向上を図ることが可能となる。また、コア22a〜22dそれぞれのコア幅Wと屈折率nとが変更されて、コア22a〜22dそれぞれの実効屈折率neffが異なるように設計されているため、コア幅Wのみが変更されて実効屈折率neffが異なるように設計された場合と比べて、グレーティング26a〜26dのブラック波長λBとして利用可能な波長範囲を大きくすることができる。
【0040】
図6は、コアの屈折率nを種々に変更したときの、コア幅Wと実効屈折率neffとの関係を示すグラフである。図6において、丸はコアの屈折率が1.445のとき、四角はコアの屈折率が1.45のとき、三角はコアの屈折率が1.455のとき、星はコアの屈折率が1.46のときをそれぞれ示している。図6に示すように、コアのコア幅Wが大きいほど実効屈折率neffは大きくなるが、その変動幅は小さい。これに対し、コア幅Wのみならずコアの屈折率nをも大きくすれば、実効屈折率neffの変動幅は大きくなり、グレーティングのブラック波長として利用可能な波長範囲を大きくすることができる。
【0041】
また、この光導波路14では、コア22a〜22dそれぞれのコア幅Wと屈折率nとは、シングルモード条件を満たすように設計されているため、半導体光増幅器アレイ18の光反射面18bとコア22a〜22d内のグレーティング26a〜26dとを共振器とする半導体レーザからの出射光は、図5に示すように、いずれの発振波長においても発振波長が安定しており、モードホップが生じるおそれを低減することができる。
【0042】
また、この光導波路14では、コア22a〜22dそれぞれのコア幅Wと屈折率nとは、グレーティング26a〜26dそれぞれのブラック波長λBにおける反射率を実質的に一定にするように設計されているため、グレーティング26a〜26dそれぞれのブラック波長λBにおける光の反射率が実質的に均一化される。その結果、光の出射パワー、光の注入電力依存性をほぼ一定にすることが可能となる。
【0043】
また、上記のような作用効果を奏しうる光導波路14を用いて、複数波長の光を含む光を出射可能な多波長光源10を、シンプルな構成で好適に構成することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、図2〜図6は、第2実施形態においても利用可能であるため、これらも参照して説明する。
【0044】
図7は、本実施形態に係る波長可変光源50の構成を示す図である。図7に示すように、波長可変光源50は、同一基板52上に設けられた、本実施形態に係る第1及び第2の光導波路54,56と、半導体光増幅器(半導体光増幅デバイス)58と、温度制御手段61と、を備えている。
【0045】
第1及び第2の光導波路54,56は、積層型の平面導波路であり、図7に示すように、基板12の上方に設けられた一のコア60,62を有している。コア60,62は、その延伸方向に沿って光を伝搬させるための導波経路であって、その周囲がコア60,62よりも屈折率の低いクラッド64,66により覆われている。これらのコア60,62は、例えば、石英(SiO2)中にゲルマニウム(Ge)を添加して形成されており、石英(SiO2)のみからなるクラッド64,66に対し高屈折率とされている。
【0046】
第1及び第2の光導波路54,56のコア60,62は、コア60,62の延伸方向に沿ってコア幅Wと屈折率nとがステップ状に変更されて、実効屈折率neffが異なるように設計された複数のコアセグメント部60a〜60d,62a〜62dを有している。そして、コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dそれぞれに等しい周期のグレーティング68a〜68d,70a〜70dが形成されている。
【0047】
ここで本実施形態に係る光導波路54,56では、コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dそれぞれのコア幅Wと屈折率nとは、グレーティング68a〜68d,70a〜70dそれぞれのブラック波長λBにおける反射率を実質的に一定にするように設計されている。すなわち、図2に示す関係に従って、各コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dのコア幅Wと屈折率nとが共に変更されて、グレーティング68a〜68d,70a〜70dそれぞれのブラック波長λBにおける反射率が実質的に一定になるように設計されている。従って、図3において実線で示すように、グレーティングそれぞれの光の反射率は、利用する波長範囲内におけるブラック波長の変化に対して変化が小さく、実質的に均一化されている。なお、図3において破線で示すように、コア幅Wのみを変更して実効屈折率neffを変化させた場合は、ブラック波長の変化に伴う反射率の変化を抑制することができず、反射率の均一化を図ることができない。
【0048】
本実施形態に係る光導波路54では、各コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dに形成されたグレーティング68a〜68d,70a〜70dにおけるブラッグ波長(光の回折波長)λBは、第1の実施形態で説明したのと同様に(1)式で与えられ、コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dの実効屈折率neffに依存して変動する。
【0049】
図4は、図2に示す関係に従って各コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dのコア幅Wと屈折率nとを共に変更し、コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dそれぞれの実効屈折率neffを変化させたときの、上記(1)式で求められるブラッグ波長λBとコア幅Wとの関係を示すグラフである。本実施形態に係る光導波路54,56では、各コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dでコア幅Wと屈折率nとが変更されて、コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dそれぞれの実効屈折率neffが異なるように設計されているため、グレーティング68a〜68d,70a〜70dそれぞれの反射特性はそれぞれ異なり、異なるブラッグ波長λBの光を反射させる。このコア幅Wと屈折率nとは、第1の光導波路54と第2の光導波路56との間でも変更されている。
【0050】
従って、第1の光導波路54の各コアセグメント部60a〜60dに形成されたグレーティング68a〜68dは、図8において実線で示すように、所定温度(例えば室温)において波長λ1a、λ2a、λ3a、λ4aで反射ピークを持つ。また第2の光導波路56の各コアセグメント部62a〜62dに形成されたグレーティング70a〜70dは、図8において破線で示すように、所定温度(例えば室温)において波長λ1b、λ2b、λ3b、λ4bで反射ピークを持つ。なお、波長幅Δλ1(=λ1b−λ1a)、Δλ2(=λ2b−λ2a)、Δλ3(=λ3b−λ3a)、及びΔλ4(=λ4b−λ4a)は、それぞれ異なるものとされている。
【0051】
また本実施形態に係る光導波路54,56では、コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dそれぞれのコア幅Wと屈折率nとは、シングルモード条件を満たすように設計されている。ここでシングルモード条件とは、導波路に基本モードしか伝搬しない条件のことであり、導波路のVパラメータが、1次モードのカットオフV値Vcよりも小さくなる条件をいう。従って、このコアセグメント部60a〜60d,62a〜62d内に形成されたグレーティング68a〜68d,70a〜70dを半導体レーザの外部共振器として利用した場合、図5のラインL1〜L4に示すように、いずれの発振波長においても発振波長の安定化が図られ、モードホップが生じるおそれが低減される。
【0052】
半導体光増幅器58は、光増幅機能を有する半導体活性層(図示しない)を含む。この半導体光増幅器58の一対の光出射面58a,58bには非反射コート(ARコート)が施されている。この半導体光増幅器58は、一対の光出射面58a,58bそれぞれが第1及び第2の光導波路54,56の光入射面54a,56aと対面するように、溝68内の基板52上において第1及び第2の光導波路54,56の間に配置され、第1及び第2の光導波路54,56のコア60,62と光学的な結合が図られている。なお、本実施形態に係る波長可変光源50では、第1の光導波路54のグレーティング68a〜68dのいずれかと、第2の光導波路56のグレーティング70a〜70dのいずれかとにより、半導体レーザの共振器が構成されている。
【0053】
温度制御手段61は、図7に示すように、第1の光導波路54上に設けられている。この温度制御手段61は、第1の光導波路54が備えるコア60の温度を制御する。温度制御手段61としては、例えばペルチエ素子、光導波路のオーバークラッド上に直接形成した薄膜ヒーターなどを用いることができる。この温度制御手段61を利用してコア60の温度を変更させることで、コア60の実効屈折率neffが変更されるため、各コアセグメント部60a〜60dのグレーティング68a〜68dの光反射特性を変更させることができる。例えば、温度制御手段61により第1の光導波路54のコア60の温度を上昇させることで、図8に示すように、グレーティング68a〜68dの光反射特性を矢印Aの方向にシフトさせることができる。
【0054】
次に、上記した構成の波長可変光源50の製造方法について説明する。
【0055】
まず、基板(例えばシリコン基板)上に、化学的気相成長法(CVD)あるいは火炎加水分解法(FHD)により、アンダークラッド層を成膜し、さらにその上にコア層を成膜する。コア層の成膜時には、基板面内でGe添加量の濃度勾配を設け、屈折率の勾配をつける。
【0056】
次に、フォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング(RIE)とにより、第1及び第2の光導波路それぞれのコアを加工する。このとき、使用するフォトマスクには、予め設計されたコア幅の複数のコアセグメント部のパターンが書き込まれている。そして、これらの上に、CVDあるいはFHDにより、オーバークラッド層を成膜する。
【0057】
次に、上記の処理が施された基板上に高圧水素処理を施す。そして、位相格子を介して紫外光を照射し、第1及び第2の光導波路の複数のコアセグメント部それぞれに等しい周期のグレーティングを形成する。このようにしてグレーティングを形成すれば、複数のコアセグメント部に対して紫外光を一度に照射することで、各コアセグメント部に反射特性の異なるグレーティングを一括して形成することができる。従って、各コアセグメント部に対して異なる干渉パターンの紫外光を個々に照射する必要がなくなり、製造の効率化が図られ生産性を向上させることができる。
【0058】
次に、コアの延伸方向と交差する方向に沿って、基板上の素子搭載領域に相当する部分にエッチングを施し、その領域のコア及びクラッドを取り除いて溝を形成する。そして、その溝内に半導体光増幅器を実装し、半導体光増幅器と第1及び第2の光導波路の各コアとの光学的な結合を図る。その後、第1の光導波路上に温度制御手段を搭載する。
【0059】
次に、本実施形態に係る光導波路54,56、及びこれを備える波長可変光源50の作用及び効果について説明する。
【0060】
本実施形態に係る波長可変光源50では、半導体光増幅器58を駆動させると、まず第1の光導波路54のグレーティング68aによるブラッグ波長λ1aと第2の光導波路56のグレーティング70aによるブラッグ波長λ1bが一致しているため、この波長λ1bでレーザ発振が起こる。
【0061】
次に、温度制御手段61により、第1の光導波路54のコア60の温度を上昇させると、図8に示すように、各グレーティング68a〜68dの光反射特性は矢印Aの方向にシフトする。そして、波長シフト量がΔλ2となり、第1の光導波路54のグレーティング68bによるブラッグ波長λ2aと第2の光導波路56のグレーティング70bによるブラッグ波長λ2bとが一致したとき、この波長λ2bでレーザ発振が起こる。
【0062】
更に、温度制御手段61により、第1の光導波路54のコア60の温度を上昇させると、各グレーティング68a〜68dの光反射特性は矢印Aの方向に更にシフトし、波長シフト量がΔλ3となって、第1の光導波路54のグレーティング68cによるブラッグ波長λ3aと第2の光導波路56のグレーティング70cによるブラッグ波長λ3aとが一致したとき、この波長λ3bでレーザ発振が起こり、波長シフト量がΔλ4となって、第1の光導波路54のグレーティング68dによるブラッグ波長λ4aと第2の光導波路56のグレーティング70dによるブラッグ波長λ4bとが一致したとき、この波長λ4bでレーザ発振が起こる。このように、温度制御手段61により第1の光導波路54のコア60の温度を制御することで、図9に示すように、広い波長範囲で発振波長を変更することができる。なお、波長シフト量Δλ1、Δλ2、Δλ3、及びΔλ4はそれぞれ異なっているため、波長λ1b、λ2b、λ3b、及びλ4bの光が同時に発振(多モード発振)するおそれはない。
【0063】
このような構成の波長可変光源50が備える光導波路54,56では、複数のコアセグメント部60a〜60d,62a〜62dそれぞれに等しい周期のグレーティング68a〜68d,70a〜70dが形成されているため、異なる周期のグレーティングが形成されている場合と比べて、その製造が容易になり、生産性の向上を図ることが可能となる。また、コア60,62の延伸方向に沿ってコア幅Wと屈折率nとが変更されて、実効屈折率neffが異なるように設計されているため、コア幅Wのみが変更されて実効屈折率neffが異なるように設計される場合と比べて、グレーティング68a〜68d,70a〜70dのブラック波長として利用可能な波長範囲を大きくすることができる。
【0064】
またこの光導波路54,56では、コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dそれぞれのコア幅Wと屈折率nとは、シングルモード条件を満たすように設計されているため、第1及び第2の光導波路54,56のコアセグメント部60a〜60d,62a〜62d内のグレーティング68a〜68d,70a〜70dを共振器とする半導体レーザからの出射光は、図5に示すように、いずれの発振波長においても発振波長が安定しており、モードホップが生じるおそれを低減することができる。
【0065】
また、本実施形態に係る光導波路54,56では、コアセグメント部60a〜60d,62a〜62dそれぞれのコア幅Wと屈折率nとは、グレーティング68a〜68d,70a〜70dそれぞれのブラック波長における反射率を実質的に一定にするように設計されているため、グレーティング68a〜68d,70a〜70dそれぞれのブラック波長における光の反射率が実質的に均一化される。その結果、この光導波路54,56を備える波長可変光源50によれば、いずれの発振波長の光でもパワーを略一定にすることが可能となる。
【0066】
また、上記のような作用効果を奏しうる光導波路54,56を用いて、複数の波長の光を選択的に出射可能な波長可変光源50を、シンプルな構成で好適に構成することができる。特に、石英系光導波路は、実効屈折率neffの温度依存性が小さいため、ブラッグ波長の温度依存性はdλB/dT〜0.01nm/℃であるが、この波長可変光源50では上記のようにバーニア効果を利用しているため、変更できる波長の範囲が広い。
【0067】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。
【0068】
例えば、上記した第1実施形態に係る光導波路14では、図1に示すように並設された四本のコアを備えていたが、コアの数は複数であればその本数が三本以下または五本以上であってもよい。
【0069】
また、上記した第2実施形態にかかる光導波路54,56では、図7に示すように、コアセグメント部の数を四つとしていたが、コアセグメント部の数は複数であればその数が三つ以下または五つ以上であってもよい。
【0070】
【発明の効果】
本発明によれば、製造が容易で、且つグレーティングのブラック波長として利用可能な波長範囲が大きい光導波路、多波長光源、及び波長可変光源が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る光導波路を備える多波長光源の構成を示す図である。
【図2】グレーティングそれぞれのブラック波長における反射率を実質的に一定にするためのコア幅と屈折率との関係を示すグラフである。
【図3】実線は、コア幅と屈折率とを変更させたときのブラッグ波長と反射率との関係を示すグラフである。破線は、コア幅のみを変更させたときのブラッグ波長と反射率との関係を示すグラフである。
【図4】図2に示す関係に従って、コア幅と屈折率とを変更させたときのコア幅とブラッグ波長との関係を示すグラフである。
【図5】注入する電流と発振波長との関係を示すグラフである。
【図6】コアの屈折率を種々に変更したときの、コア幅と実効屈折率neffとの関係を示すグラフである。
【図7】第2実施形態に係る光導波路を備える波長可変光源の構成を示す図である。
【図8】波長と出射される光のパワーとの関係を示すグラフである。
【図9】温度と発振波長との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
10…多波長光源、14…光導波路、16…合波器、18…半導体光増幅器アレイ、22a〜22d…コア、26a〜26d…グレーティング、50…波長可変光源、54…第1の光導波路、56…第2の光導波路、58…半導体光増幅器、60,62…コア、60a〜60d,62a〜62d…コアセグメント部、61…温度制御手段、68a〜68d,70a〜70d…グレーティング。
Claims (6)
- 複数並設されたコアを備え、
前記コアそれぞれのコア幅と屈折率とが変更されて、該コアそれぞれの実効屈折率が異なるように設計されており、
前記コアそれぞれに等しい周期のグレーティングが形成され、
前記コアそれぞれのコア幅と屈折率とは、光導波路がシングルモード条件を満たすように設計されており、
前記コアそれぞれの前記屈折率の変更は、前記コアそれぞれが加工されるコア層の成膜時に、Ge添加量の濃度勾配を設けることによってなされていることを特徴とする光導波路。 - 前記コアそれぞれのコア幅と屈折率とは、前記グレーティングそれぞれのブラック波長における反射率を実質的に一定にするように設計されていることを特徴とする請求項1に記載の光導波路。
- 一のコアを備え、
前記コアは、該コアの延伸方向に沿ってコア幅と屈折率とが変更されて、実効屈折率が異なるように設計された複数のコアセグメント部を有し、
前記コアセグメント部それぞれに等しい周期のグレーティングが形成され、
前記コアセグメント部それぞれのコア幅と屈折率とは、光導波路がシングルモード条件を満たすように設計されており、
前記コアセグメント部それぞれの前記屈折率の変更は、前記コアセグメント部それぞれが加工されるコア層の成膜時に、Ge添加量の濃度勾配を設けることによってなされていることを特徴とする光導波路。 - 前記コアセグメント部それぞれのコア幅と屈折率とは、前記グレーティングそれぞれのブラック波長における反射率を実質的に一定にするように設計されていることを特徴とする請求項3に記載の光導波路。
- 請求項1に記載の光導波路と、
前記光導波路が備える前記複数のコアに光学的に結合される半導体光増幅デバイスと、
前記光導波路が備える前記複数のコア内を伝搬する光を合波する合波器と、
を備えることを特徴とする多波長光源。 - 請求項3に記載の第1及び第2の光導波路と、
前記第1及び第2の光導波路の間に設けられる半導体光増幅デバイスと、
前記第1の光導波路が備える前記コアの温度を制御するための温度制御手段と、
を備えることを特徴とする波長可変光源。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002122938A JP3899996B2 (ja) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | 光導波路、多波長光源、及び波長可変光源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002122938A JP3899996B2 (ja) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | 光導波路、多波長光源、及び波長可変光源 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003315581A JP2003315581A (ja) | 2003-11-06 |
JP3899996B2 true JP3899996B2 (ja) | 2007-03-28 |
Family
ID=29538410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002122938A Expired - Fee Related JP3899996B2 (ja) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | 光導波路、多波長光源、及び波長可変光源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3899996B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4855065B2 (ja) * | 2005-12-26 | 2012-01-18 | 克己 中津原 | 光フィルタ及び光フィルタの製造方法 |
GB0611807D0 (en) * | 2006-06-14 | 2006-07-26 | Univ Huddersfield | A near common-path optical fibre interferometer for potentially fast on-line micro/nano scale surface measurement |
JP5191692B2 (ja) * | 2006-06-22 | 2013-05-08 | パナソニック株式会社 | レーザ光源装置及び画像表示装置 |
WO2008107975A1 (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-12 | Fujitsu Limited | 半導体集積素子 |
-
2002
- 2002-04-24 JP JP2002122938A patent/JP3899996B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003315581A (ja) | 2003-11-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6636678B1 (en) | Method and apparatus for waveguide optics and devices | |
JP5772989B2 (ja) | レーザ素子 | |
US6459829B1 (en) | Multiple wavelength excitation optical multiplexing device, multiple wavelength excitation light source incorporating aforementioned device, and optical amplifier | |
JPH09508713A (ja) | 光格子 | |
JP2011253930A (ja) | 半導体光装置 | |
JP2007201425A (ja) | レーザ装置、レーザモジュール、半導体レーザおよびその製造方法 | |
US5832154A (en) | Optical device formed with grating therein, add/drop filter using same, and method of fabricating same | |
JP6618664B2 (ja) | レーザ装置 | |
JPH1184152A (ja) | 位相マスクを用いた短周期反射ブラッグ回析格子の書き込み法 | |
JP3899996B2 (ja) | 光導波路、多波長光源、及び波長可変光源 | |
JP2003510822A (ja) | 多波長レーザーシステム | |
JP2011086714A (ja) | 波長可変レーザ | |
JP3867453B2 (ja) | 光損失フィルタおよびその製造方法 | |
JPH1184117A (ja) | 反射型光導波路グレーティング | |
JP3529275B2 (ja) | 波長多重光源 | |
JP2001267684A (ja) | 平面光波回路型外部共振器レーザ | |
JP4378936B2 (ja) | 半導体レーザ | |
JPH1090535A (ja) | 平面導波路 | |
JPH07261038A (ja) | 光導波路および光伝送システム | |
KR100562942B1 (ko) | 편광도가 높은 반도체 레이저 장치 | |
JP3600785B2 (ja) | 導波路型レーザ | |
JP3814495B2 (ja) | 波長可変モード同期レーザ | |
JP4161743B2 (ja) | 光源モジュール | |
JPH10242591A (ja) | 多波長レーザ | |
JPH11326666A (ja) | 光制御素子及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050203 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060814 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060829 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061025 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061205 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061218 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110112 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110112 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120112 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120112 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130112 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130112 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140112 Year of fee payment: 7 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |