JP4161743B2

JP4161743B2 - Light source module

Info

Publication number: JP4161743B2
Application number: JP2003058963A
Authority: JP
Inventors: 智恵福田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JP2004273560A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子と反射手段とを備える光源モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子は、光活性層を挟んで互いに対向する光反射面と光出射面とを有し、光反射面と光出射面とが共振器を構成しており、光活性層で発生した放出光を該共振器で共振させて、レーザ光を光出射面から外部へ出射することができる。しかし、半導体発光素子は、一般に、出射光のスペクトル幅が広く、また、出射光の波長が不安定である。
【０００３】
そこで、半導体発光素子と反射手段（例えば光導波路にブラッググレーティングが形成された光導波路型回折格子素子）とを備える光源モジュールが構成される（例えば特許文献１や特許文献２を参照）。この光源モジュールでは、反射手段は、半導体発光素子の光出射面から出射された光のうち一部を透過させて残部を光出射面へ反射させ、半導体発光素子の光反射面とともに共振器を構成している。そして、半導体発光素子の光反射面と反射手段とからなる共振器により光が共振されて、その共振光の一部が反射手段を透過して出射される。したがって、出射光のスペクトル幅については、反射手段の反射帯域に応じて狭いものとすることができ、また、出射光の波長については、反射手段の反射波長の安定性に応じて比較的安定とすることができる。
【０００４】
また、特許文献２に開示された光源モジュールは、反射波長が互いに異なる複数の反射手段を備え、これら複数の反射手段のうちから何れかの反射手段を選択し、その選択した反射手段と半導体発光素子の光出射面とを光学的に結合することで、出射光の波長を可変とすることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−９７７８４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６７７９１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の波長可変の光源モジュールでは、Ｎ波長の出射光を得るには、反射波長が互いに異なるＮ個の反射手段を備える必要がある。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、反射手段の数より多い出射光の波長数を得ることができる光源モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光源モジュールは、(1) 光を放出する光活性層を挟んで互いに対向する光反射面と光出射面とを有し、光出射面を経て光を入出射し得る半導体発光素子と、(2) 平面基板に形成され複屈折率を有する平面光導波路にブラッググレーティングが形成された光導波路型回折格子素子を含み、半導体発光素子の光出射面から出射されて平面光導波路を導波する光のうち一部をブラッググレーティングで透過させて残部を光出射面へ反射させ、半導体発光素子の光反射面とともに共振器を構成しており、平面光導波路を導波するＴＥ偏波光およびＴＭ偏波光に対してブラッググレーティングにおける反射波長λ _ＴＥ，λ _ＴＭが互いに異なる反射手段と、(3) 半導体発光素子の光出射面と反射手段との間を伝搬する光の偏波面を回転させる偏波面回転手段と、を備えることを特徴とする。さらに、偏波面回転手段による光の偏波面の回転により平面光導波路にＴＥ偏波光およびＴＭ偏波光の何れかを選択的に導波させて、共振器で波長λ _ＴＥ，λ _ＴＭのうち何れかの波長でレーザ発振させることを特徴とする
【０００８】
この光源モジュールでは、反射手段と半導体発光素子の光反射面との間に共振器が構成されていて、反射手段を透過した光が光源モジュールからの出射光となる。この共振器における共振波長は、反射手段の反射波長と一致する。反射手段の反射波長は、光の偏波により異なるから、共振器における共振波長（光源モジュールからの出射光の波長）は、反射手段に入射する光の偏波により異なる。そして、半導体発光素子の光出射面と反射手段との間を伝搬する光の偏波面を回転させる偏波面回転手段が設けられていることにより、反射手段に入射する光の偏波が回転されて、これにより、光源モジュールからの出射光の波長が変更される。
【００１０】
本発明に係る光源モジュールでは、偏波面回転手段は、１／２波長板と、半導体発光素子の光出射面と反射手段との間の光路に１／２波長板を挿入し待避させる手段と、を含むのが好適である。或いは、偏波面回転手段は、光軸を中心として半導体発光素子と反射手段とを相対的に回転させる手段を含むのが好適である。
【００１１】
【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の形態を詳細に説明する。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。
【００１２】
（第１実施形態）
先ず、本発明に係る光源モジュールの第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光源モジュール１の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る光源モジュール１の断面図である。これらの図に示される光源モジュール１は、半導体発光素子としての半導体光増幅素子１０、反射手段としての光導波路型回折格子素子２０、１／２波長板３０およびレンズ４０を備える。なお、図１ではレンズ４０の図示が省略されている。図２は、光軸を含む面で切断したときの光源モジュール１の断面を示す。
【００１３】
半導体光増幅素子１０は、光活性層１１、クラッド層１２およびクラッド層１３が順に積層されたもので、光を放出する光活性層１１を挟んで互いに対向する光反射面１４と光出射面１５とを端面に有している。半導体光増幅素子１０は、クラッド層１２とクラッド層１３との間に電圧が印加されることにより、光活性層１１に反転分布を生じて光を放出する。光反射面１４は、光活性層１１で放出される光に対して高い反射率を有する。光出射面１５は、光活性層１１で放出される光に対して比較的低い反射率を有し、その光を外部へ出射する。すなわち、光出射面１５は、外部との間で光を入出射し得る。
【００１４】
この半導体光増幅素子１０としては、例えば、光活性層１１がＭＱＷ量子井戸構造を有するものが好適に用いられる。また、ＴＥ偏波光およびＴＭ偏波光それぞれの光増幅利得を互いに略一致させるためには、光活性層１１が歪量子井戸構造やバルク型構造を有するものも好適に用いられる。
【００１５】
光導波路型回折格子素子２０は、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射されて一方の端面２６に入射した光のうち、一部を透過させて他方の端面２７から出射させ、残部を光出射面１５へ反射させる。光導波路型回折格子素子２０の断面は図３にも示されている。図３は、光軸に垂直な面で切断したときの光導波路型回折格子素子２０の断面図である。
【００１６】
この光導波路型回折格子素子２０は、平面状の基板２１の上にアンダークラッド層２２、矩形断面のコア２３およびオーバークラッド層２４が順に形成されている。光導波路であるコア２２は、端面２６から端面２７まで設けられていて、複屈折率を有しており、導波光の偏波によって実効屈折率が異なる。このコア２３の長手方向に沿った一定範囲において屈折率変調によるブラッググレーティング２５が形成されている。したがって、ブラッググレーティング２５においてブラッグ条件を満たす反射波長は、導波光の偏波により異なる。
【００１７】
光導波路型回折格子素子２０は、半導体光増幅素子１０の光反射面１４とともに共振器を構成している。すなわち、半導体光増幅素子１０の光活性層１１で放出される光のうち、光導波路型回折格子素子２０のグレーティング２５により反射される波長域の光を、光導波路型回折格子素子２０のグレーティング２５と半導体光増幅素子１０の光反射面１４との間で共振させ、その共振させた光の一部をグレーティング２５を透過させて、端面２７から外部へ出射する。
【００１８】
なお、本実施形態では、半導体光増幅素子１０における各層の積層方向と、光導波路型回折格子素子２０における各層の積層方向とは、互いに平行である。したがって、半導体光増幅素子１０と光導波路型回折格子素子２０との間の光路に１／２波長板３０が挿入されていない状態では、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射された光は、そのままの偏波状態で光導波路型回折格子素子２０の端面２６に入射して、ＴＥ偏波光としてコア２３を導波する。
【００１９】
１／２波長板３０は、半導体光増幅素子１０の光活性層１１で放出される光の偏波面を９０°だけ回転させるものであり、半導体光増幅素子１０の光出射面１５と光導波路型回折格子素子２０の端面２６との間の光路に挿入および待避が自在に設けられる。この１／２波長板３０は、挿入時と待避時とて、該光路を伝搬する光の偏波面を９０°だけ異なるものとする。１／２波長板３０は、例えば、ポリイミドからなり、厚さ１５μｍである。
【００２０】
レンズ４０は、半導体光増幅素子１０の光出射面１５と光導波路型回折格子素子２０の端面２６との間の光路に挿入されている。このレンズ４０は、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から発散して出射される光を、光導波路型回折格子素子２０の端面２６に集光して入射させる。また、このレンズ４０は、光導波路型回折格子素子２０の端面２６から発散して出射される光を、半導体光増幅素子１０の光出射面１５に集光して入射させる。
【００２１】
次に、第１実施形態に係る光源モジュール１に含まれる光導波路型回折格子素子２０について更に詳細に説明する。例えば、基板２１はシリコンからなる基板であり、アンダークラッド層２２は石英ガラス（ＳｉＯ₂）からなり、コア２３はＧｅＯ₂が添加された石英ガラスからなり、また、オーバークラッド層２４は石英ガラスからなる。このように各層が構成されていることにより、コア２２の屈折率は、アンダークラッド層２２の屈折率より高く、また、オーバークラッド層２４の屈折率よりも高くなる。このような光導波路型回折格子素子２０は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）技術、ＦＨＤ（Flame Hydrolysis Deposition）技術、フォトリソグラフィ技術およびＲＩＥ（Reactive Ion Etching）技術などにより製造され得る。
【００２２】
光導波路であるコア２３が複屈折性を有するものとする為に、ＦＨＤ技術によりオーバークラッド層２４が形成される場合には、オーバークラッド層２４にＢ元素またはＰ元素が添加される。すなわち、Ｂ元素またはＰ元素が添加された石英ガラスからなるオーバークラッド層２４は、シリコンからなる基板２１と比較して、熱膨張係数が大きく異なる。このことを利用して、光導波路であるコア２３に加わる残留応力が、基板２１の上面に平行な方位と垂直な方位とで互いに異なるものとされ、これにより、光導波路であるコア２３が複屈折性を有するものとなる。ただし、オーバークラッド層２４に添加されるＢ元素またはＰ元素の量は、オーバークラッド層２４のガラス化が可能である程度であることが必要である。
【００２３】
或いは、光導波路であるコア２３が複屈折性を有するものとする為に、ＣＶＤ技術によりオーバークラッド層２４が形成される場合には、オーバークラッド層２４を形成するときのバイアスパワーが通常より大きくされる。このようにして形成されたオーバークラッド層２４は膜応力が大きくなり、これにより、コア２３が複屈折性を有するものとなる。
【００２４】
このようにして形成されて複屈折性を有するコア２３では、同一波長であっても、ＴＥ偏波光に対する実効屈折率Ｎ_TEと、ＴＭ偏波光に対する実効屈折率Ｎ_TMとは、互いに異なっている。ＴＥ偏波光は、光導波路を伝搬する光のうち、基板２１の上面に平行な電界成分を有する光である。一方、ＴＭ偏波光は、光導波路を伝搬する光のうち、基板２１の上面に平行な磁界成分を有する光である。
【００２５】
また、光導波路であるコア２３は、ＧｅＯ₂が添加された石英ガラスからなることにより、以下のようにしてブラッググレーティング２５が形成され得る。すなわち、光導波路型回折格子素子２０は、ブラッググレーティング２５形成前に高圧水素処理され、その後に、密着配置された位相格子マスクを介して屈折率変化誘起光が照射される。屈折率変化誘起光は、ＧｅＯ₂が添加された石英ガラスの屈折率を上昇せしめる波長の光であり、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光源から出力される波長２４８ｎｍの紫外レーザ光が好適に用いられる。このような屈折率変化誘起光が位相格子マスクを介して照射されると、この位相格子マスクにより屈折率変化誘起光の＋１次回折光と−１次回折光とが生じ、これら＋１次回折光と−１次回折光とが干渉することで、空間的に強度変調された屈折率変化誘起光照射分布が生じる。そして、コア２３において、各位置における屈折率変化誘起光の強度に応じて屈折率が上昇し、これにより、長手方向に沿って屈折率変調によるブラッググレーティング２５が形成される。
【００２６】
ブラッググレーティング２５における屈折率変調周期をΛと表すと、ＴＥ偏波光の反射波長λ_TEは「λ_TE＝２Ｎ_TEΛ」なるブラッグ条件式で表され、ＴＭ偏波光の反射波長λ_TMは「λ_TM＝２Ｎ_TMΛ」なるブラッグ条件式で表される。このように、光導波路型回折格子素子２０のブラッググレーティング２５における反射波長は、導波光の偏波によって異なる。
【００２７】
例えば、基板２１をシリコンからなるものとし、アンダークラッド層２２の厚みを２０μｍとし、オーバークラッド層２４の厚みを２５μｍとし、コア２３（光導波路）の高さおよび幅それぞれを６μｍとした。このとき、コア２３の複屈折率は６×１０^-4程度であった。このときブラッググレーティング２５では、ＴＥ偏波光の反射波長λ_TEは１５６５．１８ｎｍ程度であり、ＴＭ偏波光の反射波長λ_TMは１５６５．６３ｎｍ程度であった。
【００２８】
図４は、第１実施形態に係る光源モジュール１の発振スペクトルを示す図である。ここで用いられた光導波路型回折格子素子２０は、上記のようなＴＥ偏波光の反射波長λ_TEが１５６５．１８ｎｍ程度であって、ＴＭ偏波光の反射波長λ_TMが１５６５．６３ｎｍ程度であるものである。また、ここで用いられた半導体光増幅素子１０は、この光導波路型回折格子素子２０の反射波長（λ_TE，λ_TM）を含む波長域で、光活性層１１で光を放出するものである。
【００２９】
１／２波長板３０が挿入されていない状態では、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射された光は、そのままの偏波状態で光導波路型回折格子素子２０の端面２６に入射して、ＴＥ偏波光としてコア２３を導波する。したがって、このＴＥ偏波光に対するブラッググレーティング２５の反射波長はλ_TEであるから、光源モジュール１の中心発振波長はλ_TE（＝１５６５．１８ｎｍ）となる。一方、１／２波長板３０が挿入されている状態では、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射された光は、１／２波長板３０により偏波面が９０°回転されて、光導波路型回折格子素子２０の端面２６に入射して、ＴＭ偏波光としてコア２３を導波する。したがって、このＴＭ偏波光に対するブラッググレーティング２５の反射波長はλ_TMであるから、光源モジュール１の中心発振波長はλ_TM（＝１５６５．６３ｎｍ）となる。
【００３０】
以上のように、第１実施形態に係る光源モジュール１は、反射手段である光導波路型回折格子素子２０に形成されたブラッググレーティング２５が１つだけであっても、１／２波長板３０の挿入・待避により、２波長（λ_TE，λ_TM）の何れかの波長の光を選択的に出射することができる。すなわち、この光源モジュール１は、反射手段の数より多い出射光の波長数を得ることができる。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る光源モジュールの第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係る光源モジュール２の斜視図である。この図に示される光源モジュール２は、半導体発光素子としての半導体光増幅素子１０、反射手段としての光導波路型回折格子素子２０、半導体光増幅素子１０と光導波路型回折格子素子２０との間の光路に挿入されて両者の光結合に用いられるレンズ（図示せず）、および、半導体光増幅素子１０を光軸周りに回転させる手段（図示せず）を備える。
【００３２】
半導体光増幅素子１０は、第１実施形態の場合と同様のものであり、光活性層１１、クラッド層１２およびクラッド層１３が順に積層されたもので、光を放出する光活性層１１を挟んで互いに対向する光反射面１４と光出射面１５とを端面に有しており、光出射面１５を経て光を入出射し得る。
【００３３】
光導波路型回折格子素子２０も、第１実施形態の場合と同様のものであり、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射されて一方の端面２６に入射した光のうち、一部を透過させて他方の端面２７から出射させ、残部を光出射面１５へ反射させる。光導波路であるコア２２は、端面２６から端面２７まで設けられていて、複屈折率を有しており、導波光の偏波によって実効屈折率が異なる。このコア２３の長手方向に沿った一定範囲において屈折率変調によるブラッググレーティング２５が形成されている。したがって、ブラッググレーティング２５においてブラッグ条件を満たす反射波長は、導波光の偏波により異なる。
【００３４】
光導波路型回折格子素子２０は、半導体光増幅素子１０の光反射面１４とともに共振器を構成している。すなわち、半導体光増幅素子１０の光活性層１１で放出される光のうち、光導波路型回折格子素子２０のグレーティング２５により反射される波長域の光を、光導波路型回折格子素子２０のグレーティング２５と半導体光増幅素子１０の光反射面１４との間で共振させ、その共振させた光の一部をグレーティング２５を透過させて、端面２７から外部へ出射する。
【００３５】
また、半導体光増幅素子１０と光導波路型回折格子素子２０との間の光路に挿入されるレンズも、第１実施形態の場合と同様のものであり、半導体光増幅素子１０の光出射面１５と光導波路型回折格子素子２０の端面２６との間の光路に挿入されていて、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から発散して出射される光を光導波路型回折格子素子２０の端面２６に集光して入射させ、また、光導波路型回折格子素子２０の端面２６から発散して出射される光を半導体光増幅素子１０の光出射面１５に集光して入射させる。
【００３６】
半導体光増幅素子１０を光軸周りに回転させる手段として、例えば回転ステージが好適に用いられる。この回転により、半導体光増幅素子１０と光導波路型回折格子素子２０との相対的位置関係は、図５（ａ）に示される第１状態と、図５（ｂ）に示される第２状態との、何れかに選択的に設定される。
【００３７】
第１状態（図５（ａ））では、半導体光増幅素子１０における各層の積層方向と、光導波路型回折格子素子２０における各層の積層方向とは、互いに平行である。したがって、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射された光は、そのままの偏波状態で光導波路型回折格子素子２０の端面２６に入射して、ＴＥ偏波光としてコア２３を導波する。したがって、このときのブラッググレーティング２５の反射波長はＴＥ偏波光の反射波長λ_TEであるから、光源モジュール２の中心発振波長はλ_TEとなる。
【００３８】
第２状態（図５（ｂ））は、第１状態に対して半導体光増幅素子１０が光軸周りに９０°回転した状態である。この第２状態では、半導体光増幅素子１０における各層の積層方向と、光導波路型回折格子素子２０における各層の積層方向とは、互いに垂直である。したがって、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射された光は、光導波路型回折格子素子２０の端面２６に入射してＴＭ偏波光としてコア２３を導波する。したがって、このときのブラッググレーティング２５の反射波長はＴＭ偏波光の反射波長λ_TMであるから、光源モジュール２の中心発振波長はλ_TMとなる。
【００３９】
以上のように、第２実施形態に係る光源モジュール２は、反射手段である光導波路型回折格子素子２０に形成されたブラッググレーティング２５が１つだけであっても、半導体光増幅素子１０を光軸周りに回転させて第１状態および第２状態の何れかに選択的に設定することにより、２波長（λ_TE，λ_TM）の何れかの波長の光を選択的に出射することができる。すなわち、この光源モジュール１は、反射手段の数より多い出射光の波長数を得ることができる。
【００４０】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光の偏波により反射波長が異なる反射手段として、上記実施形態では、平面光導波路にブラッググレーティングが形成された光導波路型回折格子素子を用いたが、偏波保持光ファイバにブラッググレーティングが形成された光導波路型回折格子素子を用いてもよい。偏波保持光ファイバを用いる場合には、この偏波保持光ファイバと他の光ファイバとを接続する際の接続損失が小さい点で好適である。
【００４１】
また、光の偏波により反射波長が異なる反射手段として、各々にブラッググレーティングが形成されていて反射波長が互いに異なるＭ個（Ｍは２以上の整数）の光導波路が並列配置されたものが用いられるのも好適である。この場合には、Ｍ個の光導波路のうちの何れかの光導波路を選択的に半導体光増幅素子に光結合させるとともに、第１実施形態または第２実施形態の如く光導波路を伝搬する光をＴＥ偏波光およびＴＭ偏波光の何れかに選択的に設定することにより、光源モジュールからの出射光の波長数を２Ｍとすることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光源モジュールは、反射手段の数より多い出射光の波長数を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る光源モジュール１の斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る光源モジュール１の断面図である。
【図３】第１実施形態に係る光源モジュール１に含まれる光導波路型回折格子素子２０の断面である。
【図４】第１実施形態に係る光源モジュール１の発振スペクトルを示す図である。
【図５】第２実施形態に係る光源モジュール２の斜視図である。
【符号の説明】
１，２…光源モジュール、１０…半導体光増幅素子（半導体発光素子）、１１…光活性層、１２，１３…クラッド層、１４…光反射面、１５…光出射面、２０…光導波路型回折格子素子（反射手段）、２１…基板、２２…アンダークラッド層、２３…コア、２４…オーバークラッド層、２５…ブラッググレーティング、２６，２７…端面、３０…１／２波長板、４０…レンズ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light source module including a semiconductor light emitting element and reflecting means.
[0002]
[Prior art]
The semiconductor light emitting device has a light reflecting surface and a light emitting surface facing each other with the photoactive layer interposed therebetween, and the light reflecting surface and the light emitting surface constitute a resonator, and emission generated in the photoactive layer Light can be resonated by the resonator, and laser light can be emitted from the light emission surface to the outside. However, the semiconductor light emitting device generally has a wide spectrum width of the emitted light and the wavelength of the emitted light is unstable.
[0003]
Therefore, a light source module including a semiconductor light emitting element and reflecting means (for example, an optical waveguide type diffraction grating element in which a Bragg grating is formed in an optical waveguide) is configured (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2). In this light source module, the reflecting means transmits a part of the light emitted from the light emitting surface of the semiconductor light emitting element and reflects the remaining part to the light emitting surface, and constitutes a resonator together with the light reflecting surface of the semiconductor light emitting element. is doing. Then, the light is resonated by the resonator composed of the light reflecting surface of the semiconductor light emitting element and the reflecting means, and a part of the resonant light is transmitted through the reflecting means and emitted. Therefore, the spectrum width of the emitted light can be narrow according to the reflection band of the reflecting means, and the wavelength of the emitted light is relatively stable according to the stability of the reflected wavelength of the reflecting means. can do.
[0004]
In addition, the light source module disclosed in Patent Document 2 includes a plurality of reflecting units having different reflection wavelengths, and selects any one of the plurality of reflecting units, and the selected reflecting unit and the semiconductor light emitting device. The wavelength of the emitted light can be made variable by optically coupling the light emitting surface of the element.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-97784 [Patent Document 2]
JP-A-10-267791 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to obtain N-wavelength emitted light, the above-described wavelength-tunable light source module needs to include N reflecting means having different reflection wavelengths. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a light source module capable of obtaining a greater number of wavelengths of emitted light than the number of reflecting means.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A light source module according to the present invention includes: (1) a semiconductor light emitting device having a light reflecting surface and a light emitting surface facing each other with a photoactive layer that emits light therebetween, and capable of entering and exiting light through the light emitting surface And (2) an optical waveguide type diffraction grating element in which a Bragg grating is formed on a planar optical waveguide formed on a planar substrate and having a birefringence, and is emitted from the light emitting surface of the semiconductor light emitting element to guide the planar optical waveguide. a part of the wave light by transmitting at the Bragg grating to reflect the balance to the light exit surface, with the light reflecting surface of the semiconductor light emitting device constitutes a resonator, TE polarized light guided through the planar optical waveguide and a reflecting means for reflecting wavelength lambda _TE, lambda _TM are different from each other in a Bragg grating for the TM polarized light, polarized for rotating the plane of polarization of light propagating between the reflecting means and the light emitting surface of the (3) semiconductor light emitting element wave Characterized in that it comprises a rotating means. Further, either the TE polarized light or the TM polarized light is selectively guided to the planar optical waveguide by the rotation of the polarization plane of the light by the polarization plane rotating means, and any one of the wavelengths λ _TE and λ _TM is generated by the resonator. And lasing at a wavelength of
In this light source module, a resonator is formed between the reflecting means and the light reflecting surface of the semiconductor light emitting element, and light transmitted through the reflecting means becomes light emitted from the light source module. The resonance wavelength in this resonator coincides with the reflection wavelength of the reflecting means. Since the reflection wavelength of the reflection means varies depending on the polarization of light, the resonance wavelength in the resonator (the wavelength of light emitted from the light source module) varies depending on the polarization of light incident on the reflection means. The polarization plane rotating means for rotating the polarization plane of the light propagating between the light emitting surface of the semiconductor light emitting element and the reflecting means is provided, so that the polarization of the light incident on the reflecting means is rotated. Thereby, the wavelength of the emitted light from the light source module is changed.
[0010]
In the light source module according to the present invention, the polarization plane rotating means includes a half-wave plate, a means for inserting the half-wave plate into the optical path between the light emitting surface of the semiconductor light-emitting element and the reflecting means, and retracting, Is preferably included. Alternatively, the polarization plane rotating means preferably includes means for relatively rotating the semiconductor light emitting element and the reflecting means about the optical axis.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0012]
(First embodiment)
First, a first embodiment of a light source module according to the present invention will be described. FIG. 1 is a perspective view of a light source module 1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the light source module 1 according to the first embodiment. The light source module 1 shown in these drawings includes a semiconductor optical amplifying element 10 as a semiconductor light emitting element, an optical waveguide type diffraction grating element 20 as a reflecting means, a half-wave plate 30 and a lens 40. In addition, illustration of the lens 40 is abbreviate | omitted in FIG. FIG. 2 shows a cross section of the light source module 1 when cut along a plane including the optical axis.
[0013]
The semiconductor optical amplifying element 10 includes a photoactive layer 11, a clad layer 12, and a clad layer 13 stacked in order, and a light reflecting surface 14 and a light emitting surface 15 that face each other with the photoactive layer 11 that emits light interposed therebetween. On the end face. The semiconductor optical amplifying element 10 emits light by generating an inversion distribution in the photoactive layer 11 when a voltage is applied between the cladding layer 12 and the cladding layer 13. The light reflecting surface 14 has a high reflectance with respect to the light emitted from the photoactive layer 11. The light emitting surface 15 has a relatively low reflectance with respect to the light emitted from the photoactive layer 11, and emits the light to the outside. That is, the light exit surface 15 can enter and exit light from the outside.
[0014]
As this semiconductor optical amplifying element 10, for example, one in which the photoactive layer 11 has an MQW quantum well structure is preferably used. In order to make the optical amplification gains of TE polarized light and TM polarized light substantially coincide with each other, it is also preferable that the photoactive layer 11 has a strained quantum well structure or a bulk type structure.
[0015]
The optical waveguide type diffraction grating element 20 transmits a part of the light emitted from the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10 and incident on one end face 26, and emits it from the other end face 27, and the remaining part. Reflected to the light exit surface 15. A cross section of the optical waveguide type diffraction grating element 20 is also shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical waveguide type diffraction grating element 20 taken along a plane perpendicular to the optical axis.
[0016]
In this optical waveguide type diffraction grating element 20, an under cladding layer 22, a rectangular core 23 and an over cladding layer 24 are formed in this order on a planar substrate 21. The core 22, which is an optical waveguide, is provided from the end face 26 to the end face 27, has a birefringence, and the effective refractive index varies depending on the polarization of the guided light. A Bragg grating 25 by refractive index modulation is formed in a certain range along the longitudinal direction of the core 23. Therefore, the reflection wavelength that satisfies the Bragg condition in the Bragg grating 25 differs depending on the polarization of the guided light.
[0017]
The optical waveguide type diffraction grating element 20 constitutes a resonator together with the light reflecting surface 14 of the semiconductor optical amplifying element 10. That is, of the light emitted from the photoactive layer 11 of the semiconductor optical amplifying element 10, the light in the wavelength region reflected by the grating 25 of the optical waveguide type diffraction grating element 20 is used as the grating 25 of the optical waveguide type diffraction grating element 20. And the light reflecting surface 14 of the semiconductor optical amplifying element 10, and part of the resonated light is transmitted through the grating 25 and emitted from the end face 27 to the outside.
[0018]
In the present embodiment, the stacking direction of each layer in the semiconductor optical amplifying element 10 and the stacking direction of each layer in the optical waveguide type diffraction grating element 20 are parallel to each other. Therefore, in a state where the half-wave plate 30 is not inserted in the optical path between the semiconductor optical amplification element 10 and the optical waveguide type diffraction grating element 20, the light emitted from the light emission surface 15 of the semiconductor optical amplification element 10 Enters the end face 26 of the optical waveguide type diffraction grating element 20 in the polarization state as it is, and guides the core 23 as TE polarized light.
[0019]
The half-wave plate 30 rotates the polarization plane of the light emitted from the photoactive layer 11 of the semiconductor optical amplifying element 10 by 90 °. The light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10 and the optical waveguide type are rotated. The optical path between the diffraction grating element 20 and the end face 26 is freely inserted and retracted. This half-wave plate 30 differs in the plane of polarization of light propagating through the optical path by 90 ° when inserted and when retracted. The half-wave plate 30 is made of polyimide, for example, and has a thickness of 15 μm.
[0020]
The lens 40 is inserted in the optical path between the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplification element 10 and the end face 26 of the optical waveguide type diffraction grating element 20. The lens 40 condenses and enters the light emitted and emitted from the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10 onto the end face 26 of the optical waveguide type diffraction grating element 20. In addition, the lens 40 condenses and enters the light emitted from the end face 26 of the optical waveguide type diffraction grating element 20 onto the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10.
[0021]
Next, the optical waveguide type diffraction grating element 20 included in the light source module 1 according to the first embodiment will be described in more detail. For example, the substrate 21 is a substrate made of silicon, the under cladding layer 22 is made of quartz glass (SiO ₂ ), the core 23 is made of quartz glass to which GeO ₂ is added, and the over cladding layer 24 is made of quartz glass. Become. By configuring each layer in this way, the refractive index of the core 22 is higher than the refractive index of the under cladding layer 22 and higher than the refractive index of the over cladding layer 24. Such an optical waveguide type diffraction grating element 20 can be manufactured by CVD (Chemical Vapor Deposition) technology, FHD (Flame Hydrolysis Deposition) technology, photolithography technology, RIE (Reactive Ion Etching) technology, and the like.
[0022]
In order to make the core 23, which is an optical waveguide, have birefringence, when the over clad layer 24 is formed by the FHD technique, a B element or a P element is added to the over clad layer 24. That is, the over-cladding layer 24 made of quartz glass to which B element or P element is added has a significantly different thermal expansion coefficient than the substrate 21 made of silicon. By utilizing this fact, the residual stress applied to the core 23 that is the optical waveguide is made different between the direction parallel to the upper surface of the substrate 21 and the direction perpendicular to the upper surface of the substrate 21. It has a refractive property. However, the amount of the B element or the P element added to the over clad layer 24 needs to be a certain level so that the over clad layer 24 can be vitrified.
[0023]
Alternatively, when the over clad layer 24 is formed by the CVD technique so that the core 23 which is an optical waveguide has birefringence, the bias power when the over clad layer 24 is formed is larger than usual. Is done. The over clad layer 24 formed in this way has a large film stress, and the core 23 has birefringence.
[0024]
In the core 23 having birefringence this manner is formed, even in the same wavelength, the effective refractive index N _TE for TE polarized light, the effective refractive index N _TM for TM polarized light are different from each other . The TE polarized light is light having an electric field component parallel to the upper surface of the substrate 21 among the light propagating through the optical waveguide. On the other hand, TM polarized light is light having a magnetic field component parallel to the upper surface of the substrate 21 among light propagating through the optical waveguide.
[0025]
Moreover, the core 23 which is an optical waveguide is made of quartz glass to which GeO ₂ is added, so that the Bragg grating 25 can be formed as follows. In other words, the optical waveguide type diffraction grating element 20 is subjected to high-pressure hydrogen treatment before the Bragg grating 25 is formed, and then irradiated with refractive index change inducing light through a closely arranged phase grating mask. The refractive index change inducing light is light having a wavelength that increases the refractive index of quartz glass to which GeO ₂ is added. For example, ultraviolet laser light having a wavelength of 248 nm output from a KrF excimer laser light source is preferably used. When such refractive index change inducing light is irradiated through the phase grating mask, this phase grating mask generates + 1st order diffracted light and −1st order diffracted light, and these + 1st order diffracted light and −1. Interference with the next diffracted light produces a refractive index change induced light irradiation distribution that is spatially intensity modulated. In the core 23, the refractive index increases according to the intensity of the refractive index change inducing light at each position, thereby forming a Bragg grating 25 by refractive index modulation along the longitudinal direction.
[0026]
When the refractive index modulation period in the Bragg grating 25 is represented by Λ, the reflected wavelength λ _TE of TE polarized light is represented by the Bragg conditional expression “λ _TE = 2N _TE Λ”, and the reflected wavelength λ _TM of TM polarized light is “λ It is expressed by the Bragg conditional expression “ _TM = 2N _TM Λ”. Thus, the reflection wavelength at the Bragg grating 25 of the optical waveguide type diffraction grating element 20 differs depending on the polarization of the guided light.
[0027]
For example, the substrate 21 is made of silicon, the thickness of the under cladding layer 22 is 20 μm, the thickness of the over cladding layer 24 is 25 μm, and the height and width of the core 23 (optical waveguide) are each 6 μm. At this time, the birefringence of the core 23 was about 6 × 10 ⁻⁴ . At this time, in the Bragg grating 25, the reflected wavelength λ _TE of the TE polarized light was about 1565.18 nm, and the reflected wavelength λ _TM of the TM polarized light was about 1565.63 nm.
[0028]
FIG. 4 is a diagram illustrating an oscillation spectrum of the light source module 1 according to the first embodiment. The optical waveguide type diffraction grating element 20 used here has a reflection wavelength λ _TE of TE polarized light as described above of about 1565.18 nm and a reflection wavelength λ _TM of TM polarized light of about 1565.63 nm. Is. The semiconductor optical amplifying element 10 used here emits light from the photoactive layer 11 in a wavelength range including the reflection wavelength (λ _TE , λ _TM ) of the optical waveguide type diffraction grating element 20. .
[0029]
In the state where the half-wave plate 30 is not inserted, the light emitted from the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10 is incident on the end face 26 of the optical waveguide type diffraction grating element 20 in the polarization state as it is. Then, the light is guided through the core 23 as TE polarized light. Accordingly, since the reflection wavelength of the Bragg grating 25 with respect to the TE polarized light is λ _TE , the central oscillation wavelength of the light source module 1 is λ _TE (= 1565.18 nm). On the other hand, in the state in which the half-wave plate 30 is inserted, the light emitted from the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10 has its plane of polarization rotated by 90 ° by the half-wave plate 30, The light enters the end face 26 of the waveguide type diffraction grating element 20 and is guided through the core 23 as TM polarized light. Therefore, since the reflection wavelength of the Bragg grating 25 with respect to the TM polarized light is λ _TM , the central oscillation wavelength of the light source module 1 is λ _TM (= 1565.63 nm).
[0030]
As described above, in the light source module 1 according to the first embodiment, even if there is only one Bragg grating 25 formed on the optical waveguide type diffraction grating element 20 that is a reflecting means, By insertion / retraction, light having one of two wavelengths (λ _TE , λ _TM ) can be selectively emitted. That is, the light source module 1 can obtain a greater number of wavelengths of emitted light than the number of reflecting means.
[0031]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the light source module according to the present invention will be described. FIG. 5 is a perspective view of the light source module 2 according to the second embodiment. The light source module 2 shown in this figure includes a semiconductor optical amplifying element 10 as a semiconductor light emitting element, an optical waveguide type diffraction grating element 20 as a reflecting means, and between the semiconductor optical amplification element 10 and the optical waveguide type diffraction grating element 20. A lens (not shown) inserted into the optical path and used for optical coupling between the two and means (not shown) for rotating the semiconductor optical amplifying element 10 around the optical axis are provided.
[0032]
The semiconductor optical amplifying element 10 is the same as in the case of the first embodiment, in which a photoactive layer 11, a clad layer 12, and a clad layer 13 are laminated in order, and sandwich the photoactive layer 11 that emits light. The light reflecting surface 14 and the light emitting surface 15 that face each other are provided at the end surfaces, and light can enter and exit through the light emitting surface 15.
[0033]
The optical waveguide type diffraction grating element 20 is also the same as that in the first embodiment, and a part of the light emitted from the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10 and incident on one end face 26 is used. The light is transmitted and emitted from the other end surface 27, and the remaining part is reflected to the light emitting surface 15. The core 22, which is an optical waveguide, is provided from the end face 26 to the end face 27, has a birefringence, and the effective refractive index varies depending on the polarization of the guided light. A Bragg grating 25 by refractive index modulation is formed in a certain range along the longitudinal direction of the core 23. Therefore, the reflection wavelength that satisfies the Bragg condition in the Bragg grating 25 differs depending on the polarization of the guided light.
[0034]
The optical waveguide type diffraction grating element 20 constitutes a resonator together with the light reflecting surface 14 of the semiconductor optical amplifying element 10. That is, of the light emitted from the photoactive layer 11 of the semiconductor optical amplifying element 10, the light in the wavelength region reflected by the grating 25 of the optical waveguide type diffraction grating element 20 is used as the grating 25 of the optical waveguide type diffraction grating element 20. And the light reflecting surface 14 of the semiconductor optical amplifying element 10, and part of the resonated light is transmitted through the grating 25 and emitted from the end face 27 to the outside.
[0035]
The lens inserted in the optical path between the semiconductor optical amplification element 10 and the optical waveguide type diffraction grating element 20 is also the same as in the first embodiment, and the light emission surface 15 of the semiconductor optical amplification element 10 is the same. Is inserted into the optical path between the optical waveguide type diffraction grating element 20 and the light exiting from the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10. The light emitted from the end face 26 of the optical waveguide type diffraction grating element 20 is condensed and made incident on the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10.
[0036]
As a means for rotating the semiconductor optical amplifying element 10 around the optical axis, for example, a rotary stage is preferably used. By this rotation, the relative positional relationship between the semiconductor optical amplification element 10 and the optical waveguide type diffraction grating element 20 is as follows: the first state shown in FIG. 5A and the second state shown in FIG. Is selectively set.
[0037]
In the first state (FIG. 5A), the stacking direction of each layer in the semiconductor optical amplifying element 10 and the stacking direction of each layer in the optical waveguide type diffraction grating element 20 are parallel to each other. Therefore, the light emitted from the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10 enters the end face 26 of the optical waveguide type diffraction grating element 20 in the state of polarization as it is, and is guided through the core 23 as TE polarized light. . Accordingly, since the reflection wavelength of the Bragg grating 25 at this time is the reflection wavelength λ _TE of the TE polarized light, the central oscillation wavelength of the light source module 2 is λ _TE .
[0038]
The second state (FIG. 5B) is a state in which the semiconductor optical amplifying element 10 is rotated 90 ° around the optical axis with respect to the first state. In this second state, the stacking direction of each layer in the semiconductor optical amplifier element 10 and the stacking direction of each layer in the optical waveguide type diffraction grating element 20 are perpendicular to each other. Therefore, the light emitted from the light emitting surface 15 of the semiconductor optical amplifying element 10 enters the end face 26 of the optical waveguide type diffraction grating element 20 and is guided through the core 23 as TM polarized light. Therefore, since the reflection wavelength of the Bragg grating 25 at this time is the reflection wavelength λ _TM of the TM polarized light, the central oscillation wavelength of the light source module 2 is λ _TM .
[0039]
As described above, in the light source module 2 according to the second embodiment, the semiconductor optical amplifying element 10 can be used as a light source even if only one Bragg grating 25 is formed in the optical waveguide type diffraction grating element 20 that is a reflecting means. By rotating around the axis and selectively setting to either the first state or the second state, it is possible to selectively emit light of any two wavelengths (λ _TE , λ _TM ). . That is, the light source module 1 can obtain a greater number of wavelengths of emitted light than the number of reflecting means.
[0040]
(Modification)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, an optical waveguide type diffraction grating element in which a Bragg grating is formed in a planar optical waveguide is used as a reflecting means whose reflection wavelength differs depending on the polarization of light, but a Bragg grating is used in a polarization maintaining optical fiber. The formed optical waveguide type diffraction grating element may be used. When a polarization maintaining optical fiber is used, it is preferable in that the connection loss when connecting the polarization maintaining optical fiber and another optical fiber is small.
[0041]
In addition, as a reflecting means having different reflection wavelengths depending on the polarization of light, one having M (M is an integer of 2 or more) optical waveguides each having a Bragg grating and having different reflection wavelengths is arranged in parallel. Is also suitable. In this case, any one of the M optical waveguides is selectively optically coupled to the semiconductor optical amplifying element, and light propagating through the optical waveguide as in the first or second embodiment is used. By selectively setting either TE polarized light or TM polarized light, the number of wavelengths of light emitted from the light source module can be set to 2M.
[0042]
【The invention's effect】
As described above in detail, the light source module according to the present invention can obtain a greater number of wavelengths of emitted light than the number of reflecting means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a light source module 1 according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the light source module 1 according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross section of an optical waveguide type diffraction grating element 20 included in the light source module 1 according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing an oscillation spectrum of the light source module 1 according to the first embodiment.
FIG. 5 is a perspective view of a light source module 2 according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Light source module, 10 ... Semiconductor optical amplification element (semiconductor light emitting element), 11 ... Photoactive layer, 12, 13 ... Cladding layer, 14 ... Light reflection surface, 15 ... Light emission surface, 20 ... Optical waveguide type diffraction Lattice element (reflecting means), 21 ... substrate, 22 ... under clad layer, 23 ... core, 24 ... over clad layer, 25 ... Bragg grating, 26, 27 ... end face, 30 ... half-wave plate, 40 ... lens.

Claims

光を放出する光活性層を挟んで互いに対向する光反射面と光出射面とを有し、前記光出射面を経て光を入出射し得る半導体発光素子と、
平面基板に形成され複屈折率を有する平面光導波路にブラッググレーティングが形成された光導波路型回折格子素子を含み、前記半導体発光素子の前記光出射面から出射されて前記平面光導波路を導波する光のうち一部を前記ブラッググレーティングで透過させて残部を前記光出射面へ反射させ、前記半導体発光素子の前記光反射面とともに共振器を構成しており、前記平面光導波路を導波するＴＥ偏波光およびＴＭ偏波光に対して前記ブラッググレーティングにおける反射波長λ _ＴＥ，λ _ＴＭが互いに異なる反射手段と、
前記半導体発光素子の前記光出射面と前記反射手段との間を伝搬する光の偏波面を回転させる偏波面回転手段と、
を備え、
前記偏波面回転手段による光の偏波面の回転により前記平面光導波路にＴＥ偏波光およびＴＭ偏波光の何れかを選択的に導波させて、前記共振器で前記波長λ _ＴＥ，λ _ＴＭのうち何れかの波長でレーザ発振させる、
ことを特徴とする光源モジュール。A semiconductor light emitting device having a light reflecting surface and a light emitting surface facing each other across a photoactive layer that emits light, and capable of entering and exiting light through the light emitting surface;
An optical waveguide type diffraction grating element formed on a planar substrate and having a birefringence and having a Bragg grating formed thereon; A part of the light is transmitted by the Bragg grating, and the remaining part is reflected to the light emitting surface, and a resonator is formed together with the light reflecting surface of the semiconductor light emitting device, and TE that guides the planar optical waveguide. reflection wavelength lambda _TE in the Bragg grating with respect to polarized light and the TM polarized _light, a different reflection means lambda _TM each other,
A polarization plane rotating means for rotating a polarization plane of light propagating between the light emitting surface of the semiconductor light emitting element and the reflecting means;
Bei to give a,
One of TE polarized light and TM polarized light is selectively guided to the planar optical waveguide by rotation of the polarization plane of the light by the polarization plane rotating means, and the resonator uses the wavelengths λ _TE and λ _TM . Laser oscillation at any wavelength,
A light source module characterized by that.

前記偏波面回転手段が、１／２波長板と、前記半導体発光素子の前記光出射面と前記反射手段との間の光路に前記１／２波長板を挿入し待避させる手段と、を含むことを特徴とする請求項１記載の光源モジュール。 The polarization plane rotating means includes a half-wave plate, and means for inserting and retracting the half-wave plate in an optical path between the light emitting surface of the semiconductor light emitting element and the reflecting means. The light source module according to claim 1.

前記偏波面回転手段が光軸を中心として前記半導体発光素子と前記反射手段とを相対的に回転させる手段を含むことを特徴とする請求項１記載の光源モジュール。 2. The light source module according to claim 1, wherein the polarization plane rotating means includes means for relatively rotating the semiconductor light emitting element and the reflecting means about an optical axis.