JP4469759B2 - Tunable laser - Google Patents

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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1234—Actively induced grating, e.g. acoustically or electrically induced

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Description

本発明は、光通信用の光源として用いられる半導体レーザに関し、特に発振波長を広範囲かつ高速に変化させることができる波長可変レーザに関する。   The present invention relates to a semiconductor laser used as a light source for optical communication, and more particularly to a wavelength tunable laser capable of changing an oscillation wavelength over a wide range and at high speed.

近年の通信需要の飛躍的な増大に伴い、波長の異なる複数の信号光を多重化することによって、一本の光ファイバで大容量伝送を可能とする波長分割多重通信システム（ＷＤＭ通信システム）の開発が進められている。
このような波長分割多重通信システムにおいて、柔軟かつ高度な通信システムを実現するために、広い波長範囲で高速に所望の波長を選択しうる波長可変レーザが強く求められている。 Along with a dramatic increase in communication demand in recent years, a wavelength division multiplexing communication system (WDM communication system) that enables large-capacity transmission over a single optical fiber by multiplexing a plurality of signal lights having different wavelengths. Development is underway.
In such a wavelength division multiplexing communication system, in order to realize a flexible and advanced communication system, a wavelength tunable laser capable of selecting a desired wavelength at high speed in a wide wavelength range is strongly demanded.

例えば、連続的に発振波長を変化させることができる波長可変レーザとして、３電極ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector；分布反射形）レーザやＴＴＧ−ＤＦＢ（Tunable Twin Guide-Distributed Feedback；チューナブルツインガイド分布帰還形）レーザなどが提案されている。
ここで、図１７に示すように、３電極ＤＢＲレーザ１００は、活性層部１０１と、位相制御部１０２と、光導波路に沿って回折格子１０３が形成されているＤＢＲ部１０４とを備え、これらの活性層部１０１，位相制御部１０２及びＤＢＲ部１０４は直列に配置されている。また、活性層部１０１，位相制御部１０２及びＤＢＲ部１０４には、独立して電流注入を行なうことができるように、それぞれ電極１０５，１０６，１０７が設けられている。さらに、これらの電極１０５，１０６，１０７が設けられている面の反対側の面には、接地電位に接続されている共通電極１０８が設けられている。そして、活性層部１０１には電極１０５を介して電流Ｉactが注入され、位相制御部１０２には電極１０６を介
して電流ＩPSが注入され、ＤＢＲ部１０４には電極１０７を介して電流（波長制御電流）ＩDBRが注入されるようになっている。 For example, as a wavelength tunable laser capable of continuously changing the oscillation wavelength, a three-electrode DBR (Distributed Bragg Reflector) laser or a TTG-DFB (Tunable Twin Guide-Distributed Feedback) is used. ) Lasers have been proposed.
Here, as shown in FIG. 17, the three-electrode DBR laser 100 includes an active layer portion 101, a phase control portion 102, and a DBR portion 104 in which a diffraction grating 103 is formed along an optical waveguide. The active layer portion 101, the phase control portion 102, and the DBR portion 104 are arranged in series. The active layer portion 101, the phase control portion 102, and the DBR portion 104 are provided with electrodes 105, 106, and 107, respectively, so that current can be injected independently. Furthermore, a common electrode 108 connected to the ground potential is provided on the surface opposite to the surface on which these electrodes 105, 106, and 107 are provided. Then, the active layer 101 are injected current I act through the electrode 105, current I PS via the electrode 106 is injected into the phase control section 102, the DBR portion 104 through the electrode 107 current ( Wavelength control current) I DBR is injected.

また、図１８に示すように、ＴＴＧ−ＤＦＢレーザ１１０は、電流注入により利得を発生する活性導波路１１１と、電流注入により屈折率が変化して発振波長を変化させる波長制御導波路１１２とを備え、波長制御導波路１１２上に中間層１１３を介して活性導波路１１１が積層された構造になっている。また、これらの活性導波路１１１及び波長制御導波路１１２に沿って、その全長にわたって回折格子１１４が形成されている。さらに、上側の表面には活性導波路１１１に電流Ｉactを注入するための電極１１５が設けられており、下側の表面には波長制御導波路１１２に電流Ｉtuneを注入するための電極１１６が設けられている。また、中間層１１３は接地電位に接続されている。これにより、活性導波路１１１及び波長制御導波路１１２にそれぞれ独立して電流注入を行なえるようになっている。 As shown in FIG. 18, the TTG-DFB laser 110 includes an active waveguide 111 that generates a gain by current injection, and a wavelength control waveguide 112 that changes an oscillation wavelength by changing a refractive index by current injection. The active waveguide 111 is laminated on the wavelength control waveguide 112 through the intermediate layer 113. A diffraction grating 114 is formed along the active waveguide 111 and the wavelength control waveguide 112 over the entire length thereof. Further, an electrode 115 for injecting a current I act into the active waveguide 111 is provided on the upper surface, and an electrode 116 for injecting a current I tune into the wavelength control waveguide 112 is provided on the lower surface. Is provided. The intermediate layer 113 is connected to the ground potential. As a result, current injection can be performed independently for each of the active waveguide 111 and the wavelength control waveguide 112.

また、広帯域な波長可変レーザを実現する手段として、例えば、数ｎｍ〜１０数ｎｍの波長可変範囲を持つ複数の波長可変レーザを、同一基板上に集積したアレイ集積型波長可変レーザも提案されている。
例えば、非特許文献１には、波長可変レーザとしてＤＢＲレーザを集積したものが提案されている。また、特許文献１には、波長可変レーザとしてＴＴＧ−ＤＦＢレーザを集積したものが提案されている。 As a means for realizing a broadband wavelength tunable laser, for example, an array integrated wavelength tunable laser in which a plurality of wavelength tunable lasers having a wavelength tunable range of several nm to several tens nm is integrated on the same substrate has been proposed. Yes.
For example, Non-Patent Document 1 proposes a DBR laser integrated as a wavelength tunable laser. Patent Document 1 proposes an integrated TTG-DFB laser as a wavelength tunable laser.

このようなアレイ集積型波長可変レーザにおいて、広い波長範囲で高速に波長可変動作を行なうためには、集積される個々の波長可変レーザの波長可変範囲を広くし、かつ、波長可変動作を速くすることが要求される。
例えば、波長可変レーザとして、上述の３電極ＤＢＲレーザ１００やＴＴＧ−ＤＦＢレーザ１１０を集積させる場合、３電極ＤＢＲレーザ１００やＴＴＧ−ＤＦＢレーザ１１０は、位相制御部１０２や波長制御導波路１１２への電流注入により発振波長を変化させることができるため、高速（例えば１０ナノ秒以下）で波長を変化させることができる。 In such an array-integrated wavelength tunable laser, in order to perform wavelength tunable operation at a high speed in a wide wavelength range, the wavelength tunable range of each integrated wavelength tunable laser is widened and the wavelength tunable operation is accelerated. Is required.
For example, when the above-described three-electrode DBR laser 100 or TTG-DFB laser 110 is integrated as a wavelength tunable laser, the three-electrode DBR laser 100 or the TTG-DFB laser 110 is connected to the phase control unit 102 or the wavelength control waveguide 112. Since the oscillation wavelength can be changed by current injection, the wavelength can be changed at high speed (for example, 10 nanoseconds or less).

一方、集積される個々の波長可変レーザの波長可変範囲としては、ＤＢＲレーザの場合で１０ｎｍ程度、ＴＴＧ−ＤＦＢレーザの場合で７ｎｍ程度まで波長可変範囲を広くすることができるとの報告がある。この場合、１つのアレイ集積型波長可変レーザに４〜７個の波長可変レーザを集積することによって、ＷＤＭ通信システムにおいて重要な１５３０〜１５６０ｎｍ（Ｃバンド）の範囲で波長可変動作が可能となる。   On the other hand, it has been reported that the wavelength tunable range of individual wavelength tunable lasers integrated can be widened to about 10 nm in the case of DBR laser and about 7 nm in the case of TTG-DFB laser. In this case, by integrating 4 to 7 wavelength tunable lasers in one array integrated wavelength tunable laser, wavelength tunable operation is possible in the range of 1530 to 1560 nm (C band) which is important in the WDM communication system.

ところで、ＤＢＲレーザでは、発振波長を変化させるために電流（波長制御電流）を注入していくと、次第にブラッグ波長と縦モード波長とがずれていき、モード跳び（モードホッピング）が生じてしまうことになる。このため、モード跳びが生じないようにしながら、連続的に発振波長を変化させることができるようにするためには、上述の３電極ＤＢＲレーザ１００のように、回折格子が形成されていない位相制御部１０２を設け、この位相制御部１０２に電流を注入することによってブラッグ波長と縦モード波長とを一致させることが必要になる。   By the way, in the DBR laser, when current (wavelength control current) is injected to change the oscillation wavelength, the Bragg wavelength and the longitudinal mode wavelength gradually shift, and mode jump (mode hopping) occurs. become. Therefore, in order to be able to continuously change the oscillation wavelength while preventing mode jumping, the phase control in which no diffraction grating is formed as in the above-described three-electrode DBR laser 100 is used. It is necessary to match the Bragg wavelength and the longitudinal mode wavelength by providing the unit 102 and injecting a current into the phase control unit 102.

しかしながら、このような３電極ＤＢＲレーザ１００では、ＤＢＲ部１０４における反射波長の制御のほかに、位相制御部１０２における位相制御も必要になるため、制御が複雑になる。
そこで、位相の制御を不要とするための技術として、分布反射領域に電流を注入するための電極の構成や活性導波路や位相を調節するための非活性導波路の長さを工夫することが提案されている（例えば特許文献２参照）。また、活性領域と非活性領域とを光の伝搬方向に沿って交互に周期的に繰り返し配置し、同じ周期で、回折格子が形成された領域と回折格子が形成されていない領域とを配置する構造が提案されている（例えば特許文献４参照）。 However, in such a three-electrode DBR laser 100, in addition to the control of the reflection wavelength in the DBR unit 104, the phase control in the phase control unit 102 is necessary, so that the control becomes complicated.
Therefore, as a technique for making phase control unnecessary, the configuration of the electrode for injecting current into the distributed reflection region, the length of the active waveguide, and the length of the inactive waveguide for adjusting the phase can be devised. It has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In addition, the active region and the non-active region are alternately and periodically arranged along the light propagation direction, and the region where the diffraction grating is formed and the region where the diffraction grating is not formed are arranged with the same cycle. A structure has been proposed (see, for example, Patent Document 4).

なお、電流的に制御を行なうもので、モード跳びを生じることなく、発振波長を連続的に変化させることができる他の波長可変レーザとしては、例えば多電極ＤＦＢ（Distributed Feed Back；分布帰還形）レーザが提案されている（例えば非特許文献２，特許文献３参照）。
特開２００４−２３５６００号公報 特開平９−３６４８０号公報 特開平４−１４７６８６号公報 特開平７−２７３４００号公報 ECOC2003 PROCEEDING vol4. pp 887(Th1.2.4) Electronics Letters 20th July 1989 vol25 No15, pp 990-992 As another wavelength tunable laser that is controlled in terms of current and can continuously change the oscillation wavelength without causing mode jump, for example, a multi-electrode DFB (Distributed Feed Back). Lasers have been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2 and Patent Document 3).
JP 2004-235600 A JP 9-36480 A JP-A-4-147686 JP 7-273400 A ECOC2003 PROCEEDING vol4. Pp 887 (Th1.2.4) Electronics Letters 20th July 1989 vol25 No15, pp 990-992

ところで、上述したように、ＤＢＲレーザでは、モード跳びが生じないようにしながら、連続的に発振波長を変化させることができるようにするために、ＤＢＲ部１０４における反射波長の制御のほかに、位相制御部１０２における位相制御も必要になる。この場合、波長制御のパラメータが２つとなり、制御が複雑である。このため、高速に波長制御を行なうのが困難である。   By the way, as described above, in the DBR laser, in addition to controlling the reflection wavelength in the DBR unit 104 in order to be able to continuously change the oscillation wavelength while preventing mode jumping, the phase is not limited. Phase control in the control unit 102 is also required. In this case, there are two wavelength control parameters, and the control is complicated. For this reason, it is difficult to perform wavelength control at high speed.

また、上述の特許文献２に記載された技術では、分布反射導波路に電流を注入するための櫛形電極と、位相を調節するための非活性導波領域の電極とに同一の電流を注入するだけで、共振縦モード波長とブラッグ波長とを同一の割合で変化させることができるが、最初に共振縦モード波長とブラッグ波長とを一致させるための位相の制御は必要であり、この制御は複雑である。特に、アレイ集積型波長可変レーザでは、レーザ切替時の制御が複雑であり、高速に波長制御を行なうのが難しい。   In the technique described in Patent Document 2 described above, the same current is injected into the comb electrode for injecting current into the distributed reflection waveguide and the electrode in the inactive waveguide region for adjusting the phase. The resonance longitudinal mode wavelength and the Bragg wavelength can be changed at the same rate, but it is necessary to control the phase in order to make the resonance longitudinal mode wavelength and the Bragg wavelength coincide with each other. It is. In particular, in an array integrated wavelength tunable laser, control at the time of laser switching is complicated, and it is difficult to perform wavelength control at high speed.

一方、ＴＴＧ−ＤＦＢレーザでは、モード跳びは起こらないが、上述のように、活性導波路１１１と波長制御導波路１１２とにそれぞれ独立に電流を注入しうるように、活性導波路１１１と波長制御導波路１１２との間に中間層１１３を設け、この中間層１１３を接地電位に接続する必要があるため、素子の作製が通常のレーザに比べて複雑になる。特に、集積化してアレイ集積型波長可変レーザを作製するのは困難である。   On the other hand, in the TTG-DFB laser, mode jump does not occur. However, as described above, the active waveguide 111 and the wavelength control are controlled so that currents can be injected independently into the active waveguide 111 and the wavelength control waveguide 112, respectively. Since it is necessary to provide the intermediate layer 113 between the waveguide 112 and the intermediate layer 113 to be connected to the ground potential, the fabrication of the element becomes complicated as compared with a normal laser. In particular, it is difficult to produce an array integrated wavelength tunable laser by integration.

また、上述の多電極ＤＦＢレーザは、波長可変範囲が２〜３ｎｍ程度であるため、ＷＤＭ通信システムにおいて重要なＣバンドの全てをカバーするのに１０本以上のレーザを集積することが必要であり、素子の歩留まりなどを考慮すると現実的ではない。
また、上述の特許文献４に記載された技術では、回折格子が形成されていない領域の位相状態を素子の作りこみだけで調整するのは困難である。また、位相制御が必要であり、制御が複雑である。 Further, since the above-mentioned multi-electrode DFB laser has a wavelength tunable range of about 2 to 3 nm, it is necessary to integrate 10 or more lasers to cover all the important C bands in the WDM communication system. Considering the yield of the element, it is not realistic.
Further, with the technique described in Patent Document 4 described above, it is difficult to adjust the phase state of the region where the diffraction grating is not formed only by making the element. In addition, phase control is necessary and control is complicated.

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようにした、波長可変レーザを提供することを目的とする。   The present invention was devised in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a wavelength tunable laser that can be easily manufactured and can obtain a relatively wide wavelength tunable range with simple control. .

このため、本発明の波長可変レーザは、利得を発生しうる利得導波路部と、電流注入又は電圧印加によって発振波長を制御しうる波長制御導波路部とを光軸方向に交互に有する光導波路と、光導波路の全長にわたって光導波路に沿って設けられる回折格子とを備え、回折格子が、利得導波路部に対応する位置に設けられる利得用回折格子と、波長制御導波路部に対応する位置に設けられる波長制御用回折格子とを有し、波長制御導波路部及び波長制御用回折格子を含むものとして波長制御領域が構成され、利得導波路部及び利得用回折格子を含むものとして利得領域が構成され、波長制御導波路部に電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域のブラッグ波長が、利得領域のブラッグ波長に対して長波長側になるように構成され、利得用回折格子の周期と、波長制御用回折格子の周期とが異なるように構成され、利得領域と波長制御領域との間に境界領域を備え、境界領域の長さが、利得用回折格子の周期と波長制御用回折格子の周期の平均値の±１０％以内、又は、平均値の±１０％以内の値に平均値を整数倍した値を足した値になっていることを特徴としている。 For this reason, the wavelength tunable laser according to the present invention has an optical waveguide having alternately a gain waveguide section capable of generating gain and a wavelength control waveguide section capable of controlling the oscillation wavelength by current injection or voltage application in the optical axis direction. And a diffraction grating provided along the optical waveguide over the entire length of the optical waveguide, and the diffraction grating is provided at a position corresponding to the gain waveguide section, and a position corresponding to the wavelength control waveguide section. The wavelength control region is configured to include the wavelength control waveguide portion and the wavelength control diffraction grating, and the gain region includes the gain waveguide portion and the gain diffraction grating. Configured so that the Bragg wavelength in the wavelength control region is longer than the Bragg wavelength in the gain region when no current injection or voltage is applied to the wavelength control waveguide. Is the period of the gain diffraction grating, a period of the wavelength controlling diffraction grating is configured differently, with a boundary region between the gain region and the wavelength control region, the length of the boundary region, the diffraction gain The average value of the period of the grating and the period of the diffraction grating for wavelength control is within ± 10%, or a value obtained by adding an integer multiple of the average value to a value within ± 10% of the average value. It is said.

本発明のアレイ集積型波長可変レーザは、同一基板上に、異なる波長可変範囲を持つ複数の波長可変レーザを備えるアレイ集積型波長可変レーザであって、複数の波長可変レーザが、いずれも、上記の波長可変レーザであることを特徴としている。   The array integrated wavelength tunable laser of the present invention is an array integrated wavelength tunable laser comprising a plurality of wavelength tunable lasers having different wavelength tunable ranges on the same substrate, and each of the plurality of wavelength tunable lasers is the above-mentioned This is a tunable laser.

したがって、本発明の波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。
特に、アレイ集積型波長可変レーザの作製が容易になる。また、レーザ切替時の制御が簡単になり、高速に波長制御を行なえるようになる。 Therefore, according to the wavelength tunable laser of the present invention, there is an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed.
In particular, fabrication of an array integrated wavelength tunable laser is facilitated. In addition, control at the time of laser switching is simplified, and wavelength control can be performed at high speed.

以下、図面により、本発明の実施形態にかかる波長可変レーザについて、図１〜図１６を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザについて、図１〜図１０を参照しながら説明する。 Hereinafter, a wavelength tunable laser according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[First Embodiment]
First, a wavelength tunable laser according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかる波長可変レーザ（電流制御型波長可変レーザ）は、図１に示すように、電流注入によって利得を発生しうる利得導波路部１Ａ及び電流注入による屈折率変化によって発振波長を制御しうる波長制御導波路部１Ｂを有する光導波路（光導波路層）１と、光導波路１の近傍に設けられた回折格子（回折格子層）２とを備えるものとして構成される。そして、本波長可変レーザでは、利得導波路部１Ａに電流（利得制御電流）Ｉactを注入することによって、回折格子２の周期に応じた波長で発振するようになっている［ＴＤＡ−ＤＦＢ（Tunable Distributed Amplification-Distributed Feedback）レーザ］。また、波長制御導波路部１Ｂに電流（波長制御電流）Ｉtuneを注入することによって発振波長を制御しうるようになっている。 As shown in FIG. 1, the wavelength tunable laser according to the present embodiment (current control type wavelength tunable laser) controls the oscillation wavelength by a gain waveguide section 1A capable of generating a gain by current injection and a refractive index change by current injection. An optical waveguide (optical waveguide layer) 1 having a wavelength control waveguide portion 1B that can be used, and a diffraction grating (diffraction grating layer) 2 provided in the vicinity of the optical waveguide 1 are configured. In this wavelength tunable laser, a current (gain control current) I act is injected into the gain waveguide section 1A to oscillate at a wavelength corresponding to the period of the diffraction grating 2 [TDA-DFB ( Tunable Distributed Amplification-Distributed Feedback) Laser]. The oscillation wavelength can be controlled by injecting a current (wavelength control current) I tune into the wavelength control waveguide section 1B.

ここで、光導波路１は、図１に示すように、利得導波路部（活性導波路部）１Ａと波長制御導波路部１Ｂとを光軸方向に交互に有するものとして構成される。つまり、光導波路１は、複数の利得導波路部１Ａと、複数の波長制御導波路部１Ｂとを備え、これらの利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１Ｂとが同一平面上で周期的に交互に直列配置された構成になっている。なお、利得導波路部１Ａ及び波長制御導波路部１Ｂの具体的な構成例については後述する。   Here, as shown in FIG. 1, the optical waveguide 1 is configured so as to alternately have gain waveguide portions (active waveguide portions) 1A and wavelength control waveguide portions 1B in the optical axis direction. That is, the optical waveguide 1 includes a plurality of gain waveguide portions 1A and a plurality of wavelength control waveguide portions 1B, and these gain waveguide portions 1A and wavelength control waveguide portions 1B are periodically arranged on the same plane. Are alternately arranged in series. A specific configuration example of the gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B will be described later.

回折格子２は、図１に示すように、光導波路１の下方に、光導波路１の全長にわたって、光導波路１に沿って平行に設けられている。つまり、利得導波路部１Ａに対応する位置にも、波長制御導波路部１Ｂに対応する位置にも、連続的に回折格子２が設けられている。なお、図１に示すように、利得導波路部１Ａに対応する位置に形成されている回折格子２を利得用回折格子２Ａといい、波長制御導波路部１Ｂに対応する位置に形成されている回折格子２を波長制御用回折格子２Ｂという。   As shown in FIG. 1, the diffraction grating 2 is provided below the optical waveguide 1 in parallel along the optical waveguide 1 over the entire length of the optical waveguide 1. That is, the diffraction grating 2 is continuously provided at a position corresponding to the gain waveguide section 1A and at a position corresponding to the wavelength control waveguide section 1B. As shown in FIG. 1, the diffraction grating 2 formed at a position corresponding to the gain waveguide section 1A is called a gain diffraction grating 2A, and is formed at a position corresponding to the wavelength control waveguide section 1B. The diffraction grating 2 is referred to as a wavelength control diffraction grating 2B.

このように、本波長可変レーザでは、ＴＴＧ−ＤＦＢレーザとは異なり、図１に示すように、利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１Ｂとが同一平面上に並べられているため、一般的な素子作製技術を用いることができ、素子の作製が容易である。例えば、後述の第６実施形態のように、集積化してアレイ集積型波長可変レーザを作製する場合にも、容易に集積化することができる。   Thus, unlike the TTG-DFB laser, in this variable wavelength laser, as shown in FIG. 1, the gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B are arranged on the same plane. Therefore, the device can be easily manufactured. For example, as in a sixth embodiment described later, even when an array integrated wavelength tunable laser is manufactured by integration, it can be easily integrated.

また、本波長可変レーザは、一般的なＤＦＢレーザと同様の構成になっており、ＤＦＢレーザの一種であるため、ＤＢＲレーザのように波長可変制御時に位相制御を行なう必要がなく、波長制御電流Ｉtuneのみによる単純な波長制御が可能である。なお、本波長可変レーザでは、回折格子２が光導波路１の全長にわたって設けられているため、初期位相の制御も不要である。 In addition, this wavelength tunable laser has the same configuration as a general DFB laser, and is a type of DFB laser. Therefore, unlike the DBR laser, it is not necessary to perform phase control during wavelength tunable control, and the wavelength control current Simple wavelength control by only I tune is possible. In the wavelength tunable laser, since the diffraction grating 2 is provided over the entire length of the optical waveguide 1, it is not necessary to control the initial phase.

本波長可変レーザでは、図１に示すように、光導波路１の利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１Ｂとに独立に電流注入を行なえるように、それぞれの領域に対して独立に電極３Ａ，３Ｂが設けられている。
つまり、図１に示すように、光導波路１の利得導波路部１Ａの上面にはコンタクト層８Ａを介して利得電極（Ｐ側電極）３Ａが形成されており、下方には共通電極（Ｎ側電極）３Ｃが形成されており、利得導波路部１Ａの活性層（利得層，導波路コア層）６に電流Ｉactを注入しうるようになっている。また、光導波路１の波長制御導波路部１Ｂの上面にはコンタクト層８Ｂを介して波長制御電極（Ｐ側電極）３Ｂが形成されており、下方には共通電極（Ｎ側電極）３Ｃが形成されており、波長制御導波路部１Ｂの波長制御層（導波路コア層，位相制御層）９に電流Ｉtuneを注入しうるようになっている。 In this wavelength tunable laser, as shown in FIG. 1, electrodes are independently provided for each region so that current can be injected independently into the gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B of the optical waveguide 1. 3A and 3B are provided.
That is, as shown in FIG. 1, a gain electrode (P-side electrode) 3A is formed on the upper surface of the gain waveguide portion 1A of the optical waveguide 1 via a contact layer 8A, and a common electrode (N-side) is formed below. Electrode) 3C is formed, and a current I act can be injected into the active layer (gain layer, waveguide core layer) 6 of the gain waveguide section 1A. A wavelength control electrode (P-side electrode) 3B is formed on the upper surface of the wavelength control waveguide portion 1B of the optical waveguide 1 via a contact layer 8B, and a common electrode (N-side electrode) 3C is formed below. The current I tune can be injected into the wavelength control layer (waveguide core layer, phase control layer) 9 of the wavelength control waveguide section 1B.

ここでは、利得電極３Ａ及び波長制御電極３Ｂは、図２に示すように、いずれもくし型電極として構成されている。
なお、利得導波路部１Ａ、利得用回折格子２Ａ、利得電極３Ａ、共通電極３Ｃからなる領域を利得領域１１Ａといい、波長制御導波路部１Ｂ、波長制御用回折格子２Ｂ、波長制御電極３Ｂ、共通電極３Ｃからなる領域を波長制御領域１１Ｂという。 Here, the gain electrode 3A and the wavelength control electrode 3B are both configured as comb-shaped electrodes as shown in FIG.
Note that a region including the gain waveguide portion 1A, the gain diffraction grating 2A, the gain electrode 3A, and the common electrode 3C is referred to as a gain region 11A, and includes a wavelength control waveguide portion 1B, a wavelength control diffraction grating 2B, a wavelength control electrode 3B, A region composed of the common electrode 3C is referred to as a wavelength control region 11B.

また、図１に示すように、コンタクト層８Ａ，８Ｂ、波長制御電極（Ｐ側電極）３Ｂ及び利得電極（Ｐ側電極）３Ａが形成されていない領域には、ＳｉＯ2膜（パッシベーション膜）１０が形成されている。つまり、コンタクト層８Ａ，８Ｂを形成した後、全面にＳｉＯ2膜１０を形成し、コンタクト層８Ａ，８Ｂ上のＳｉＯ2膜１０のみを除去し、コンタクト層８Ａ，８Ｂ上にＰ側電極３Ａ，３Ｂを形成することで、コンタクト層８Ａ，８Ｂ、Ｐ側電極３Ａ，３Ｂが形成されていない領域にＳｉＯ2膜１０を形成している。 Further, as shown in FIG. 1, a SiO 2 film (passivation film) 10 is formed in a region where the contact layers 8A and 8B, the wavelength control electrode (P side electrode) 3B and the gain electrode (P side electrode) 3A are not formed. Is formed. That is, after the contact layers 8A and 8B are formed, the SiO 2 film 10 is formed on the entire surface, only the SiO 2 film 10 on the contact layers 8A and 8B is removed, and the P-side electrodes 3A and 8B are formed on the contact layers 8A and 8B. By forming 3B, the SiO 2 film 10 is formed in a region where the contact layers 8A and 8B and the P-side electrodes 3A and 3B are not formed.

特に、図１，図２に示すように、利得領域１１Ａと波長制御領域１１Ｂとを電気的に分離するため、利得電極３Ａと波長制御電極３Ｂとの間には分離領域（分離部）１１Ｃを設けている。つまり、利得領域１１Ａと波長制御領域１１Ｂとの接合界面近傍の上方の領域には、波長制御電極（Ｐ側電極）３Ｂ及び利得電極（Ｐ側電極）３Ａ及びコンタクト層８Ａ，８Ｂを形成しないようにすることで分離部１１Ｃを形成している。   In particular, as shown in FIGS. 1 and 2, in order to electrically isolate the gain region 11A and the wavelength control region 11B, a separation region (separation part) 11C is provided between the gain electrode 3A and the wavelength control electrode 3B. Provided. That is, the wavelength control electrode (P-side electrode) 3B, the gain electrode (P-side electrode) 3A, and the contact layers 8A and 8B are not formed in the upper region near the junction interface between the gain region 11A and the wavelength control region 11B. Thus, the separation part 11C is formed.

なお、ここでは、波長制御導波路部１Ｂに電流注入を行なうことによって発振波長を制御しているが、これに限られるものではなく、例えば波長制御導波路部１Ｂに波長制御電極３Ｂを介して電圧印加を行なうことによって発振波長の制御を行なうように構成しても良い。
ところで、本波長可変レーザでは、利得領域１１Ａのブラッグ波長は一定にし、波長制御領域１１Ｂの波長制御導波路部１Ｂのコア層の屈折率を変化させ、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長を変えることによって波長可変動作を行なう。 Here, the oscillation wavelength is controlled by injecting current into the wavelength control waveguide section 1B. However, the present invention is not limited to this. For example, the wavelength control waveguide section 1B is connected to the wavelength control waveguide section 1B via the wavelength control electrode 3B. The oscillation wavelength may be controlled by applying a voltage.
By the way, in this variable wavelength laser, the Bragg wavelength of the gain region 11A is made constant, the refractive index of the core layer of the wavelength control waveguide portion 1B of the wavelength control region 11B is changed, and the Bragg wavelength of the wavelength control region 11B is changed. Performs variable wavelength operation.

例えば、利得導波路部１Ａの長さと波長制御導波路部１Ｂの長さを１：１にした場合、本波長可変レーザの発振波長は、利得領域１１Ａのブラッグ波長と波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長の平均値となる。
このため、波長制御導波路部１Ｂのコア層の屈折率を変化させた場合の本波長可変レーザのブラッグ波長（発振波長）λBraggは、利得領域１１Ａのブラッグ波長をλaとし、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長をλtとし、屈折率を変化させる前（電流注入前）の波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長をλt0とし、波長制御導波路部１Ｂの等価屈折率の変化量をΔｎtとし、屈折率を変化させる前（電流注入前）の波長制御導波路部１Ｂの等価屈折率をｎtとして、次式（１）により表すことができる。 For example, when the length of the gain waveguide section 1A and the length of the wavelength control waveguide section 1B are 1: 1, the oscillation wavelength of the wavelength tunable laser is the Bragg wavelength of the gain region 11A and the Bragg wavelength of the wavelength control region 11B. The average value of
For this reason, the Bragg wavelength (oscillation wavelength) λ Bragg of the tunable laser when the refractive index of the core layer of the wavelength control waveguide section 1B is changed is set to λ a as the Bragg wavelength of the gain region 11A. the Bragg wavelength of 11B as a lambda t, the Bragg wavelength of the wavelength control region 11B of the front (current injection before) to change the refractive index and lambda t0, the amount of change in equivalent refractive index of the wavelength controlling waveguide portion 1B and [Delta] n t The equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1B before changing the refractive index (before current injection) can be expressed by the following equation (1), where n t is the equivalent refractive index.

λBragg＝（λa＋λt）／２＝｛λa＋λt0（１＋Δｎt／ｎt）｝／２・・・（１）
したがって、本波長可変レーザのブラッグ波長（発振波長）の変化量ΔλBraggは、次式（２）により表すことができる。
ΔλBragg＝λt0・（Δｎt／ｎt）／２・・・（２）
一方、共振縦モード波長（共振縦モードの位置）の変化の割合は、全共振器長に対する全波長制御導波路部１Ｂの長さ（複数の波長制御導波路部１Ｂの合計長さ）の割合分だけ（ここでは１／２）、波長制御導波路部１Ｂの等価屈折率の変化の割合よりも小さくなる。 λ Bragg = (λ a + λ t ) / 2 = {λ a + λ t0 (1 + Δn t / n t )} / 2 (1)
Therefore, the change amount Δλ Bragg of the Bragg wavelength (oscillation wavelength) of the present tunable laser can be expressed by the following equation (2).
Δλ Bragg = λ t0 · (Δn t / n t ) / 2 (2)
On the other hand, the ratio of the change in the resonance longitudinal mode wavelength (the position of the resonance longitudinal mode) is the ratio of the length of the total wavelength control waveguide section 1B to the total resonator length (the total length of the plurality of wavelength control waveguide sections 1B). Therefore, it becomes smaller than the rate of change in the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1B by 1/2 (here, 1/2).

このため、共振縦モード波長の変化量Δλlは、屈折率を変化させる前（電流注入前）の共振縦モード波長（発振波長）をλ0として、次式（３）により表すことができる。
Δλl＝λ0・（Δｎt／ｎt）／２・・・（３）
したがって、上記式（２），（３）から、λt0とλ0がほぼ同一になるように設定すれば、ブラッグ波長の変化量ΔλBraggが共振縦モード波長の変化量Δλlに一致することが分かる。このため、λt0とλ0がほぼ同一になるように設定すれば、波長制御導波路部１Ｂの屈折率を変化させるだけで（即ち、位相制御を行なうことなく、波長可変制御を行なうだけで）、モード跳びが生じないようにしながら、連続的に発振波長を変化させることが可能になる。なお、λt0とλ0は、通常、ほぼ一致しているが、完全に一致させたい場合はλ／４位相シフト部２Ｃ（図５参照）を設ければ良い。 Therefore, the amount of change Δλ l of the resonance longitudinal mode wavelength can be expressed by the following equation (3), where λ 0 is the resonance longitudinal mode wavelength (oscillation wavelength) before changing the refractive index (before current injection).
Δλ l = λ 0 · (Δn t / n t ) / 2 (3)
Therefore, from the above equations (2) and (3), if λ t0 and λ 0 are set to be substantially the same, the change amount Δλ Bragg of the Bragg wavelength matches the change amount Δλ l of the resonance longitudinal mode wavelength. I understand. Therefore, if λ t0 and λ 0 are set to be substantially the same, only the refractive index of the wavelength control waveguide section 1B is changed (that is, only the wavelength variable control is performed without performing the phase control). ), The oscillation wavelength can be continuously changed while preventing the mode jump. Note that λ t0 and λ 0 generally match substantially, but if it is desired to match completely, a λ / 4 phase shift unit 2C (see FIG. 5) may be provided.

ところで、本波長可変レーザでは、波長可変制御時に、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長と、利得領域１１Ａのブラッグ波長との差が大きくなりすぎると、モード跳びが生じてしまい、連続波長可変動作ができなくなる。
つまり、まず、利得導波路部１Ａに電流を注入し、波長制御導波路部１Ｂに電流を注入していない状態で、波長制御領域１１Ｂの回折格子２による反射スペクトルのピーク（中心波長；ブラッグ波長）が、図３（Ａ）中、符号Ａで示すように、利得領域１１Ａの回折格子２による反射スペクトルのピーク（中心波長；ブラッグ波長）と一致する場合、波長制御領域１１Ｂの回折格子２による反射スペクトルと利得領域１１Ａの回折格子２による反射スペクトルとを足し合わせた合計反射スペクトルは、図３（Ｂ）中、符号Ａ′で示すようになり、その中心波長（ピーク；ブラッグ波長）が本波長可変レーザの発振波長となる。 By the way, in this wavelength tunable laser, when the difference between the Bragg wavelength in the wavelength control region 11B and the Bragg wavelength in the gain region 11A becomes too large during wavelength tunable control, mode jump occurs, and continuous wavelength tunable operation can be performed. Disappear.
That is, first, when a current is injected into the gain waveguide section 1A and no current is injected into the wavelength control waveguide section 1B, the peak (center wavelength; Bragg wavelength) of the reflection spectrum by the diffraction grating 2 in the wavelength control region 11B. ) Coincides with the peak (center wavelength; Bragg wavelength) of the reflection spectrum by the diffraction grating 2 in the gain region 11A, as indicated by the symbol A in FIG. 3A, by the diffraction grating 2 in the wavelength control region 11B. The total reflection spectrum obtained by adding the reflection spectrum and the reflection spectrum by the diffraction grating 2 in the gain region 11A is as shown by reference numeral A 'in FIG. 3B, and the center wavelength (peak; Bragg wavelength) is This is the oscillation wavelength of the tunable laser.

この状態から、波長制御導波路部１Ｂに電流を注入していくと、図３（Ａ）に示すように、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長が短波長側にシフトしていく。そして、図３（Ａ）中、符号Ｂで示すように、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長と利得領域１１Ａのブラッグ波長との差が大きくなると、合計反射スペクトルは、図３（Ｂ）中、符号Ｂ′で示すように、反射スペクトルの幅が広がってしまい、２つのピークを持つものとなる。   From this state, when current is injected into the wavelength control waveguide section 1B, the Bragg wavelength in the wavelength control region 11B shifts to the short wavelength side as shown in FIG. 3A, when the difference between the Bragg wavelength of the wavelength control region 11B and the Bragg wavelength of the gain region 11A increases, the total reflection spectrum is represented by the reference symbol in FIG. As indicated by B ', the width of the reflection spectrum is widened and has two peaks.

このように、それぞれの領域の回折格子２による反射スペクトルが分離してしまうと、その中心波長での発振を維持することができなくなり、モード跳びが生じてしまい、連続波長可変動作ができなくなる。
一方、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長を、利得領域１１Ａのブラッグ波長に対して短波長側にずらしていった場合に、モード跳びが生じることなく、連続的に単一モード発振が可能な連続波長可変領域が存在することがわかる。 As described above, if the reflection spectrum of the diffraction grating 2 in each region is separated, oscillation at the center wavelength cannot be maintained, mode jump occurs, and continuous wavelength variable operation cannot be performed.
On the other hand, when the Bragg wavelength of the wavelength control region 11B is shifted to the short wavelength side with respect to the Bragg wavelength of the gain region 11A, a continuous wavelength capable of continuous single-mode oscillation without causing mode jumping. It can be seen that there is a variable region.

しかしながら、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長を、利得領域１１Ａのブラッグ波長に対して長波長側にずらす場合にも、同様に、モード跳びが生じることなく、連続的に単一モード発振が可能な連続波長可変領域が存在する。
このため、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長と、利得領域１１Ａのブラッグ波長とが一致するようにしたのでは、本波長可変レーザの全連続波長可変領域のうち半分しか利用していないことになる。 However, when the Bragg wavelength in the wavelength control region 11B is shifted to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength in the gain region 11A, similarly, continuous single-mode oscillation is possible without causing mode jump. There is a wavelength tunable region.
For this reason, if the Bragg wavelength of the wavelength control region 11B and the Bragg wavelength of the gain region 11A coincide with each other when no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1B, this wavelength variable Only half of the total continuous wavelength variable region of the laser is used.

そこで、本実施形態では、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtが、利得領域１１Ａのブラッグ波長
λaに対して長波長側になるように構成している。
ここでは、利得領域１１Ａ及び波長制御領域１１Ｂが、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、隣接する一対の利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１Ｂの合計長さ（一周期の長さ）をＬ（μｍ）とし、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λt（ｎｍ）と利得領域１１Ａのブラッグ波長λa（ｎｍ）との差をΔλ（＝λt−λa）（ｎｍ）として、次式（４）を満たすように構成している。 Therefore, in this embodiment, in the state wherein current injection is not carried out or voltage applied to the wavelength control waveguide portion 1B, the Bragg wavelength lambda t of the wavelength controlling region 11B is, long wavelength relative to the Bragg wavelength lambda a of the gain region 11A It is configured to be on the side.
Here, in a state where the gain region 11A and the wavelength control region 11B are not performing current injection or voltage application to the wavelength control waveguide portion 1B, the total of the pair of adjacent gain waveguide portions 1A and the wavelength control waveguide portion 1B. length (length of one cycle) and L ([mu] m), the difference between the Bragg wavelength lambda a (nm) of the Bragg wavelength lambda t (nm) and the gain region 11A of the wavelength controlling region 11B Δλ (= λ t - λ a ) (nm) is configured to satisfy the following equation (4).

０＜Δλ／λa≦３０／Ｌ（％）・・・（４）
つまり、利得領域１１Ａ及び波長制御領域１１Ｂを、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtと利得領域１１Ａのブラッグ波長λaとの差Δλの利得領域１１Ａのブラッグ波長λa（基準波長λrf）に対する割合（以下、ブラッグ波長差の割合という）Δλ／λa（Δλ／λrf）が、０よりも大きく、３０／Ｌ（％）以下になるように構成している。 0 <Δλ / λ a ≦ 30 / L (%) (4)
That is, the gain region 11A and the wavelength control region 11B are set to the Bragg wavelength λ a (reference wavelength λ rf ) of the gain region 11A having a difference Δλ between the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B and the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A. The ratio (hereinafter referred to as the ratio of the Bragg wavelength difference) Δλ / λ a (Δλ / λ rf ) is configured to be greater than 0 and equal to or less than 30 / L (%).

なお、ここでは、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaを基準波長λrfとしているが、これに限られるものではなく、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを基準波長λrfとしても良い。
このように、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、意図的に長波長側にずらすことによって、本波長可変レーザにおける連続波長可変領域を有効に使うことができるようになる。また、この場合に、利得領域１１Ａ及び波長制御領域１１Ｂが、上記式（４）を満たすように構成することで、モード跳びが生じないようにし、安定した単一モード発振を維持しながら、本波長可変レーザにおける連続波長可変領域を有効に使うことができるようになる。以下、詳細に説明する。 Here, the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A is set as the reference wavelength λ rf , but the present invention is not limited to this, and the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B may be set as the reference wavelength λ rf .
Thus, the continuous wavelength tunable region in the present tunable laser is effectively made by intentionally shifting the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B to the long wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A. You can use it. In this case, the gain region 11A and the wavelength control region 11B are configured to satisfy the above formula (4), so that no mode jump occurs and the stable single mode oscillation is maintained. The continuous wavelength tunable region in the wavelength tunable laser can be used effectively. Details will be described below.

ここで、図４は、一対の利得導波路部１Ａ及び波長制御導波路部１Ｂ（長さは１：１）からなる１周期の長さを６０μｍとした場合のブラッグ波長差の割合Δλ／λaと、発振波長特性及びモード間利得差との関係を示す図である。
なお、図４中、発振波長λ１は実線Ａで示し、モード間利得差Δαは実線Ｂで示している。また、ブラッグ波長差Δλの割合Δλ／λaの値がプラスの値である場合は、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtが、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側にずれていることを意味し、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaの値がマイナスの値である場合は、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtが、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、短波長側にずれていることを意味する。 Here, FIG. 4 shows the ratio Δλ / λ of the Bragg wavelength difference when the length of one period consisting of a pair of gain waveguide section 1A and wavelength control waveguide section 1B (length is 1: 1) is 60 μm. It is a figure which shows the relationship between a and an oscillation wavelength characteristic and the gain difference between modes.
In FIG. 4, the oscillation wavelength λ1 is indicated by a solid line A, and the inter-mode gain difference Δα is indicated by a solid line B. When the value of the ratio [Delta] [lambda] / lambda a Bragg wavelength difference [Delta] [lambda] is a positive value, the Bragg wavelength lambda t of the wavelength controlling region 11B is for the Bragg wavelength lambda a of the gain region 11A, the long-wavelength side means that are offset, when the value of the ratio [Delta] [lambda] / lambda a Bragg wavelength difference is negative value, the Bragg wavelength lambda t of the wavelength controlling region 11B is for the Bragg wavelength lambda a of the gain region 11A It means that it is shifted to the short wavelength side.

本波長可変レーザでは、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaに対する発振波長特性は、図４中、実線Ａで示すよう、所定の範囲内で線形になり、その範囲（連続波長可変領域）を超えてブラッグ波長差の割合Δλ／λaの絶対値が大きくなると、モード跳びが生じてし
まい、レーザ発振が不安定になることがわかった。つまり、本波長可変レーザでは、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して長波長側にずらした位置から短波長側にずらした位置まで変化させる場合、発振波長λ１は、図４中、実線Ａで示すように、所定の範囲内で連続的に短波長側に変化していくことがわかった。 In this wavelength tunable laser, the oscillation wavelength characteristic with respect to the ratio Δλ / λ a of the Bragg wavelength difference is linear within a predetermined range as shown by a solid line A in FIG. 4 and exceeds the range (continuous wavelength tunable region). If the absolute value of the ratio [Delta] [lambda] / lambda a Bragg wavelength difference is large Te, mode hopping is will occur, it was found that laser oscillation becomes unstable. That is, in the present tunable laser, when the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is changed from the position shifted from the long wavelength side to the position shifted to the short wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A, It has been found that the oscillation wavelength λ1 continuously changes to the short wavelength side within a predetermined range, as indicated by a solid line A in FIG.

このため、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、発振波長特性が線形になる所定の範囲内で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して長波長側へずらしておき、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なうことで、波長制御導波路部１Ｂの等価屈折率を減少させ、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを短波長側へずらすようにすれば、連続波長可変領域を有効に使えることになる。なお、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtは電流流注入によってほぼ１．０％くらいまでの範囲内で短波長側へずらすことができる。 For this reason, the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is set to the gain region 11A within a predetermined range in which the oscillation wavelength characteristic is linear in a state where current injection or voltage application is not performed to the wavelength control waveguide portion 1B. By shifting to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a and performing current injection or voltage application to the wavelength control waveguide section 1B, the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1B is reduced, and the wavelength control region 11B If the Bragg wavelength λ t is shifted to the short wavelength side, the continuous wavelength variable region can be used effectively. The Bragg wavelength λ t in the wavelength control region 11B can be shifted to the short wavelength side within a range of approximately 1.0% by current flow injection.

また、本波長可変レーザでは、図４中、実線Ｂで示すように、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaの絶対値が大きくなると、モード間利得差が小さくなるため、モード跳びが生じてしまうおそれがあり、レーザ発振が不安定になることがわかった。
このため、安定した単一モード発振を維持しながら、波長可変動作を行なうためには、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaを所定範囲内［１周期の長さを６０μｍとした場合には、例えば±０．５％以内（−０．５＜Δλ／λa＜＋０．５）；安定発振領域内］にする必要がある。 Further, in this wavelength tunable laser, as indicated by the solid line B in FIG. 4, when the absolute value of the ratio Δλ / λ a of the Bragg wavelength difference is increased, the gain difference between modes is reduced, and thus mode jump occurs. There was a possibility that laser oscillation would become unstable.
Therefore, in order to perform the wavelength variable operation while maintaining stable single mode oscillation, the ratio Δλ / λ a of the Bragg wavelength difference is within a predetermined range [when the length of one period is 60 μm, For example, it must be within ± 0.5% (−0.5 <Δλ / λ a <+0.5); within the stable oscillation region].

したがって、１周期の長さを６０μｍとした場合には、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へ０．５％の範囲内（０＜Δλ／λa＜＋０．５）でずらしておけば、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 Therefore, when the length of one period is set to 60 μm, the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is set to the Bragg wavelength of the gain region 11A in a state where no current injection or voltage is applied to the wavelength control waveguide portion 1B. If the wavelength λ a is shifted within 0.5% (0 <Δλ / λ a <+0.5) to the long wavelength side, the continuous wavelength can be varied while maintaining stable single mode oscillation. The area can be used effectively.

一方、本発明者の検討の結果、連続波長可変領域は１周期の長さにほぼ反比例することがわかった。
これに基づいて、一般化すると、安定した単一モード発振を維持しながら、波長可変動作を行なうためには、１周期の長さをＬ（μｍ）とした場合、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaを±３０／Ｌ（％）以内（−３０／Ｌ≦Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）にすれば良いことになる。 On the other hand, as a result of examination by the present inventor, it was found that the continuous wavelength variable region is almost inversely proportional to the length of one cycle.
Based on this, in order to perform wavelength tunable operation while maintaining stable single mode oscillation, when the length of one cycle is L (μm), the ratio of the Bragg wavelength difference Δλ / λ a may be within ± 30 / L (%) (−30 / L ≦ Δλ / λ a ≦ + 30 / L).

そして、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらしておけば、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 The Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30 / in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1B. L), if the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is shifted to the long wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A, the continuous wavelength can be varied while maintaining stable single mode oscillation. The area can be used effectively.

ところで、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長及び利得領域１１Ａのブラッグ波長の調整は、それぞれの領域の回折格子２の周期、又は、それぞれの領域の導波路部の等価屈折率を調整することによって行なうことができる。また、等価屈折率の調整は、それぞれの領域の導波路部のコア層の組成、厚さ、幅を調整することによって行なうことができる。
本実施形態では、図１に示すように、利得用回折格子２Ａの周期と、波長制御用回折格子２Ｂの周期とが異なるように構成している。 By the way, the adjustment of the Bragg wavelength of the wavelength control region 11B and the Bragg wavelength of the gain region 11A is performed by adjusting the period of the diffraction grating 2 in each region or the equivalent refractive index of the waveguide portion in each region. Can do. The equivalent refractive index can be adjusted by adjusting the composition, thickness, and width of the core layer of the waveguide portion in each region.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the period of the gain diffraction grating 2A is different from the period of the wavelength control diffraction grating 2B.

具体的には、波長制御用回折格子２Ｂの周期が、利得用回折格子２Ａの周期よりも長くなるようにしている。つまり、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）で、波長制御用回折格子２Ｂの周期が、利得用回折格子２Ａの周期に対して、長くなるようにしている。
これにより、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 Specifically, the period of the wavelength control diffraction grating 2B is set to be longer than the period of the gain diffraction grating 2A. That is, when the ratio Δλ / λ a of the Bragg wavelength difference is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30 / L), the period of the wavelength controlling diffraction grating 2B is the gain diffraction grating 2A. It is made longer with respect to the period.
As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30) when no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1B. / L), the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B can be shifted to the long wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A, and a continuous wavelength is maintained while maintaining a stable single mode oscillation. The variable area can be used effectively.

以下、具体的な構成例について説明する。
まず、利得領域（活性領域）１１Ａは、例えばｎ型ＩｎＰ基板（半導体基板）上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層、ｎ型ＩｎＰバッファ層、バンドギャップ波長が１．５５μｍ帯になるように設計した１．５５μｍ帯歪ＭＱＷ層（Multiple Quantum Well；多重量子井戸層）＋ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure；分離閉じ込めヘテロ構造）層、ｐ型ＩｎＰクラッド層、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を順に積層した層構造になっている。 Hereinafter, a specific configuration example will be described.
First, the gain region (active region) 11A includes, for example, an n-type InP buffer layer, an n-type InGaAsP diffraction grating layer, an n-type InP buffer layer, and a band gap wavelength of 1.55 μm on an n-type InP substrate (semiconductor substrate). 1.55 μm-band strained MQW layer (Multiple Quantum Well) + SCH (Separate Confinement Heterostructure) layer, p-type InP cladding layer, p-type InGaAsP contact layer, p-type It has a layer structure in which InGaAs contact layers are sequentially stacked.

つまり、利得領域１１Ａは、図１に示すように、ｎ−ＩｎＰ層（ｎ型ＩｎＰ基板，ｎ型ＩｎＰバッファ層）４、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層２、ｎ型ＩｎＰ層５、ＭＱＷ活性層（１．５５μｍ帯歪ＭＱＷ層＋ＳＣＨ層）６、ｐ−ＩｎＰ層（ｐ型ＩｎＰクラッド層）７、コンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層，ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層）８Ａを順に積層した層構造になっている。   That is, as shown in FIG. 1, the gain region 11A includes an n-InP layer (n-type InP substrate, n-type InP buffer layer) 4, an n-type InGaAsP diffraction grating layer 2, an n-type InP layer 5, an MQW active layer ( 1.55 μm-band strained MQW layer + SCH layer) 6, p-InP layer (p-type InP clad layer) 7, and contact layer (p-type InGaAsP contact layer, p-type InGaAs contact layer) 8A are sequentially laminated. Yes.

また、利得導波路部（活性導波路部）１Ａは、ｎ型ＩｎＰ層５、ＭＱＷ活性層（導波路コア層）６、ｐ−ＩｎＰ層７から構成される。
ここで、ＭＱＷ活性層６を構成する１．５５μｍ帯歪ＭＱＷ層は、例えば、井戸層を、０．８％の圧縮ひずみを有する厚さ５．１ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ層とし、バリア層を、バンドギャップ波長が１．３０μｍになるように設計された厚さ１０ｎｍの無ひずみのＩｎＧａＡｓＰ層とし、井戸層の数を６層としている。なお、井戸層としてのＩｎＧａＡｓＰ層の組成は、ＭＱＷ層の発光波長が１．５５μｍ帯になるように調整している。 The gain waveguide portion (active waveguide portion) 1A includes an n-type InP layer 5, an MQW active layer (waveguide core layer) 6, and a p-InP layer 7.
Here, in the 1.55 μm band strain MQW layer constituting the MQW active layer 6, for example, the well layer is a 5.1 nm thick InGaAsP layer having a compressive strain of 0.8%, and the barrier layer is a band gap. The strain-free InGaAsP layer is designed to have a wavelength of 1.30 μm and has a thickness of 10 nm, and the number of well layers is six. The composition of the InGaAsP layer as the well layer is adjusted so that the emission wavelength of the MQW layer is in the 1.55 μm band.

ＭＱＷ活性層６を構成するＳＣＨ層としては、歪ＭＱＷ層の上下にバンドギャップが１．１５μｍとなるように設計された厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ層を用いている。
また、歪ＭＱＷ層及びＳＣＨ層を含むＭＱＷ活性層６の厚さは、およそ２００ｎｍとしている。また、ＭＱＷ活性層６の幅は１．６μｍとしている。
一方、波長制御領域１１Ｂは、例えばｎ型ＩｎＰ基板上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層、ｎ型ＩｎＰバッファ層、１．３０μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層（導波路コア層）、ｐ型ＩｎＰクラッド層、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を順に積層した層構造になっている。 As the SCH layer constituting the MQW active layer 6, an InGaAsP layer having a thickness of 50 nm designed to have a band gap of 1.15 μm above and below the strained MQW layer is used.
The thickness of the MQW active layer 6 including the strained MQW layer and the SCH layer is about 200 nm. The width of the MQW active layer 6 is 1.6 μm.
On the other hand, the wavelength control region 11B includes, for example, an n-type InP buffer layer, an n-type InGaAsP diffraction grating layer, an n-type InP buffer layer, a 1.30 μm composition InGaAsP layer (waveguide core layer), a p-type on an n-type InP substrate. It has a layer structure in which an InP clad layer, a p-type InGaAsP contact layer, and a p-type InGaAs contact layer are sequentially stacked.

つまり、波長制御領域１１Ｂは、図１に示すように、ｎ−ＩｎＰ層（ｎ型ＩｎＰ基板，ｎ型ＩｎＰバッファ層）４、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ回折格子層２、ｎ型ＩｎＰ層５、波長制御層（位相制御層）９、ｐ−ＩｎＰ層（ｐ型ＩｎＰクラッド層）７、コンタクト層（ｐ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層，ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層）８を順に積層した層構造になっている。   That is, as shown in FIG. 1, the wavelength control region 11B includes an n-InP layer (n-type InP substrate, n-type InP buffer layer) 4, an n-type InGaAsP diffraction grating layer 2, an n-type InP layer 5, and a wavelength control layer. (Phase control layer) 9, p-InP layer (p-type InP clad layer) 7, and contact layer (p-type InGaAsP contact layer, p-type InGaAs contact layer) 8 are laminated in this order.

また、波長制御導波路部１Ｂは、ｎ型ＩｎＰ層５、波長制御層（導波路コア層）９、ｐ−ＩｎＰ層７から構成される。
ここで、波長制御層９としては、バンドギャップが１．３０μｍになるように設計された厚さ２００ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ層（１．３０μｍ組成ＩｎＧａＡｓＰ層）を用いている。また、波長制御層９の幅は、１．６μｍとしている。 The wavelength control waveguide portion 1B includes an n-type InP layer 5, a wavelength control layer (waveguide core layer) 9, and a p-InP layer 7.
Here, as the wavelength control layer 9, an InGaAsP layer (1.30 μm composition InGaAsP layer) having a thickness of 200 nm designed to have a band gap of 1.30 μm is used. The width of the wavelength control layer 9 is 1.6 μm.

このように導波路を設計すると、利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１Ｂとで等価屈折率がほぼ一致する。
なお、回折格子層２は、ｎ−ＩｎＰ層４上に回折格子層２を形成する材料からなる層を積層した後、この層を例えばドライエッチングなどの方法を用いて周期的に除去し、その上にｎ−ＩｎＰ層５を成長させることによって形成される。 When the waveguide is designed in this manner, the equivalent refractive indexes of the gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B are substantially the same.
The diffraction grating layer 2 is formed by laminating a layer made of a material for forming the diffraction grating layer 2 on the n-InP layer 4, and then periodically removing the layer using a method such as dry etching. It is formed by growing an n-InP layer 5 thereon.

また、ＭＱＷ活性層６及び波長制御層９への電流狭窄構造としては、例えばｐｎ−ＢＨ構造（Buried Heterostructure；埋込ヘテロ構造）を用いれば良い。
特に、利得導波路部１Ａ及び波長制御導波路部１Ｂの長さは、いずれも３０μｍとし、１周期の長さを６０μｍとしている。なお、素子長は例えば５７０μｍとしている。ここでは、利得導波路部１Ａが素子端面側に配置されるようにして、光出力が低下しないようにしている。但し、波長制御導波路部１Ｂを素子端面側に配置しても良い。 As the current confinement structure to the MQW active layer 6 and the wavelength control layer 9, for example, a pn-BH structure (Buried Heterostructure) may be used.
In particular, the lengths of the gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B are both 30 μm, and the length of one period is 60 μm. The element length is, for example, 570 μm. Here, the gain waveguide portion 1A is arranged on the element end face side so that the optical output does not decrease. However, the wavelength control waveguide portion 1B may be disposed on the element end face side.

回折格子２の周期は、例えば、利得用回折格子２Ａを２４０ｎｍとし、波長制御用回折格子２Ｂを２４１．２ｎｍ（利得用回折格子の１００．５％）としている。
このように、本実施形態では、利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１Ｂとで等価屈折率が同じになるようにし、利得用回折格子２Ａの周期と、波長制御用回折格子２Ｂの周期とが異なるようにしている。つまり、波長制御用回折格子２Ｂの周期が、利得用回折格子２Ａの周期よりも長くなるようにしている。 The period of the diffraction grating 2 is, for example, 240 nm for the gain diffraction grating 2A and 241.2 nm for the wavelength control diffraction grating 2B (100.5% of the gain diffraction grating).
As described above, in this embodiment, the gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B have the same equivalent refractive index, and the period of the gain diffraction grating 2A and the period of the wavelength control diffraction grating 2B. And make it different. That is, the period of the wavelength control diffraction grating 2B is set to be longer than the period of the gain diffraction grating 2A.

これにより、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へ０．５％（ここでは、１周期の長さを６０μｍであるため）ずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 Accordingly, the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is set to 0 toward the long wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A in a state where current injection or voltage application is not performed to the wavelength control waveguide portion 1B. .5% (here, the length of one cycle is 60 μm), and the continuous wavelength variable region can be used effectively while maintaining stable single mode oscillation.

なお、図５に示すように、回折格子２を、長手方向中央位置にλ／４位相シフト部２Ｃを備えるものとして構成するのが好ましい。つまり、回折格子２の長手方向中央位置で、図５に示すように、回折格子２の周期の半分（ブラッグ波長の１／４）だけシフト（位相シフト）させるようにするのが好ましい。
λ／４位相シフト部２Ｃを設けないと、図６（Ａ）に示すように、回折格子２による反射スペクトル［波長可変レーザの利得スペクトル；図６（Ａ）中、実線Ａで示す］の中心波長（ピーク；ブラッグ波長）で発振せず、その近傍の２つのモード［共振縦モード波長；図６（Ａ）中、実線Ｂで示す］で発振する可能性がある。この場合、２つのモードのうち、長波側のモードで発振するか、短波側のモードで発振するかが分からないため、不安定になる。 As shown in FIG. 5, the diffraction grating 2 is preferably configured to include a λ / 4 phase shift unit 2C at the longitudinal center position. That is, it is preferable to shift (phase shift) by half the period of the diffraction grating 2 (1/4 of the Bragg wavelength) at the center position in the longitudinal direction of the diffraction grating 2 as shown in FIG.
If the λ / 4 phase shift unit 2C is not provided, as shown in FIG. 6A, the center of the reflection spectrum by the diffraction grating 2 [the gain spectrum of the wavelength tunable laser; indicated by the solid line A in FIG. 6A] There is a possibility that it does not oscillate at the wavelength (peak; Bragg wavelength), but oscillates in the two neighboring modes [resonance longitudinal mode wavelength; indicated by the solid line B in FIG. 6 (A)]. In this case, it becomes unstable because it is not known whether oscillation occurs in the long wave side mode or the short wave side mode of the two modes.

これに対し、λ／４位相シフト部２Ｃを設けると、一般的なＤＦＢレーザと同様に、図６（Ｂ）に示すように、回折格子２による反射スペクトル［波長可変レーザの利得スペクトル；図６（Ｂ）中、実線Ａで示す］の中心波長（ピーク；ブラッグ波長）と共振縦モード波長［図６（Ｂ）中、実線Ｂで示す］の１つとが一致し、中心波長で発振するようになるため、安定した単一モード発振が可能となる。   On the other hand, when the λ / 4 phase shift unit 2C is provided, as in a general DFB laser, as shown in FIG. 6B, the reflection spectrum by the diffraction grating 2 [the gain spectrum of the wavelength tunable laser; The center wavelength (peak: Bragg wavelength) of [shown as a solid line A] in (B) matches one of the resonance longitudinal mode wavelengths [shown by the solid line B in FIG. 6 (B)] so that oscillation occurs at the center wavelength. Therefore, stable single mode oscillation is possible.

但し、λ／４位相シフト部２Ｃを設けなかったとしても、通常は、２つのモードのうち、いずれか一方のモードで発振することになる。
したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。特に、電流制御型波長可変レーザであるため、高速応答性に優れている。 However, even if the λ / 4 phase shift unit 2C is not provided, it normally oscillates in one of the two modes.
Therefore, the wavelength tunable laser according to the present embodiment has an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed. In particular, since it is a current-controlled tunable laser, it has excellent high-speed response.

ところで、上述の実施形態のように、利得用回折格子２Ａの周期と、波長制御用回折格子２Ｂの周期とが異なるように構成する場合（即ち、全て同じ周期の回折格子を設けるのではなく、１つの素子内で異なる周期の回折格子を設ける場合）、それぞれの回折格子での反射光の位相が合わない場合がある。この場合、これらの反射光の位相の状態によっては、発振が非常に不安定になる。この結果、光通信用の光源として用いることができない場合もある。   By the way, as in the above-described embodiment, when the gain diffraction grating 2A has a different period from the wavelength control diffraction grating 2B (that is, all diffraction gratings having the same period are not provided, When diffraction gratings having different periods are provided in one element), the phases of the reflected light from the respective diffraction gratings may not match. In this case, the oscillation becomes very unstable depending on the phase state of the reflected light. As a result, it may not be used as a light source for optical communication.

ここで、図７中、実線Ａは、異なる周期を持った回折格子での反射光の位相が合っていない場合の発振スペクトルの計算結果を示している。
図７中、実線Ａで示すように、それぞれの回折格子での反射光の位相が合っていない場合には、発振スペクトルに複数のピークが見られ、発振が非常に不安定になっていることが分かる。 Here, the solid line A in FIG. 7 shows the calculation result of the oscillation spectrum when the phases of the reflected light at the diffraction gratings having different periods are not matched.
In FIG. 7, as indicated by the solid line A, when the phases of the reflected light from the respective diffraction gratings are not matched, a plurality of peaks are observed in the oscillation spectrum, and the oscillation is very unstable. I understand.

また、それぞれの回折格子での反射光の位相が合ってないと、ＴＤＡ−ＤＦＢレーザの実際の発振波長が、原理的な発振波長の設計値からずれてしまい、発振波長の精度も悪くなってしまう。
このような点を考慮すると、異なる周期を持った回折格子での反射光の位相が合うように、異なる周期を持った回折格子は、連続して設けずに所定の間隔をあけて設けるのが好ましい。つまり、例えば図９（又は図１０）に示すように、隣り合う利得用回折格子２Ａと波長制御用回折格子２Ｂにおいて、利得用回折格子２Ａと波長制御用回折格子２Ｂとの間に境界領域３０（又は３０Ａ）が形成されるように、利得用回折格子２Ａに対して波長制御用回折格子２Ｂを所定間隔だけシフト（位相シフト）させて設けるのが好ましい。 Also, if the reflected light at each diffraction grating is out of phase, the actual oscillation wavelength of the TDA-DFB laser will deviate from the theoretical design value of the oscillation wavelength, and the accuracy of the oscillation wavelength will also deteriorate. End up.
Considering these points, diffraction gratings with different periods should not be provided continuously but at a predetermined interval so that the phases of the reflected light from the diffraction gratings with different periods match. preferable. That is, for example, as shown in FIG. 9 (or FIG. 10), in the adjacent gain diffraction grating 2A and the wavelength control diffraction grating 2B, the boundary region 30 between the gain diffraction grating 2A and the wavelength control diffraction grating 2B. Preferably, the wavelength control diffraction grating 2B is shifted (phase shifted) by a predetermined interval with respect to the gain diffraction grating 2A so that (or 30A) is formed.

ここで、図７中、実線Ｂは、異なる周期を持った回折格子での反射光の位相が合っている場合（ここでは、異なる周期を持った回折格子の間に位相シフトが入っている場合）の発振スペクトルの計算結果を示している。
図７中、実線Ｂで示すように、それぞれの回折格子での反射光の位相が合っている場合には、主な発振スペクトルのピークは１つだけであり、安定した単一モード発振が得られることが分かる。 Here, in FIG. 7, the solid line B represents a case where the phases of the reflected light from the diffraction gratings having different periods are in phase (here, a phase shift is included between the diffraction gratings having different periods). ) Shows the calculation result of the oscillation spectrum.
As shown by the solid line B in FIG. 7, when the reflected light from each diffraction grating is in phase, there is only one main oscillation spectrum peak, and stable single mode oscillation is obtained. You can see that

ここで、図８は、異なる周期を持った回折格子間の位相シフト量（境界領域の長さ；異なる周期を持った回折格子間の間隔の大きさ）と、単一モード発振の安定性を示すモード間利得差の関係（計算結果）を示している。
なお、図８中、横軸は位相シフト量を示しており、一方の回折格子に対して他方の回折格子を１周期分だけ位相シフトさせた場合（即ち、異なる周期を持った回折格子間で位相がπだけずれている場合）を位相シフト量１．００として、横軸で示されている位置シフト量を最大値として、それぞれの境界領域にランダムに位相シフトが入っている条件で計算を行なった。 Here, FIG. 8 shows the phase shift amount between the diffraction gratings having different periods (the length of the boundary region; the size of the interval between the diffraction gratings having different periods) and the stability of the single mode oscillation. The relationship (calculation result) of the gain difference between modes shown is shown.
In FIG. 8, the horizontal axis indicates the phase shift amount, and when one diffraction grating is phase-shifted by one period with respect to one diffraction grating (that is, between diffraction gratings having different periods). When the phase is shifted by π), the phase shift amount is 1.00, and the position shift amount shown on the horizontal axis is the maximum value. I did it.

図８に示すように、位相シフト量が０．１０（０．１０π）以上になると、それぞれの反射光の位相の状態によっては、モード間利得差が０．３程度に著しく減少してしまうことが分かる。
このことから、安定した単一モード発振を得るためには、それぞれの境界領域の位相シフト量を０．１０（０．１０π）以下にする必要がある。 As shown in FIG. 8, when the phase shift amount is 0.10 (0.10π) or more, the gain difference between modes is remarkably reduced to about 0.3 depending on the phase state of each reflected light. I understand.
Thus, in order to obtain stable single mode oscillation, the phase shift amount of each boundary region needs to be 0.10 (0.10π) or less.

そして、各境界領域の位相シフト量を０．１０（０．１０π）以下にするためには、図９に示すように、異なる周期を持った回折格子２Ａ，２Ｂの境界領域（境界部）３０の長さを、それぞれの周期の平均値から±１０％以内にすれば良い。なお、異なる周期を持った回折格子間での反射光の位相ずれが生じない場合には、境界領域を設けなくても良い。
つまり、上述の実施形態のように、利得用回折格子２Ａの周期と、波長制御用回折格子２Ｂの周期とが異なるように構成する場合、図９に示すように、利得用回折格子２Ａを含む利得領域１１Ａと波長制御用回折格子２Ｂを含む波長制御領域１１Ｂとの間に、利得用回折格子２Ａの周期と波長制御用回折格子２Ｂの周期の平均値の±１０％以内の長さを有する境界領域３０を設けるのが好ましい。なお、上述の実施形態では、利得領域１１Ａと波長制御領域１１Ｂとを交互に設けるようにしているため、平均値の±１０％以内の長さを有する境界領域を複数設けることになる。 In order to set the phase shift amount of each boundary region to 0.10 (0.10π) or less, as shown in FIG. 9, boundary regions (boundary portions) 30 of the diffraction gratings 2A and 2B having different periods are used. May be within ± 10% of the average value of each period. Note that the boundary region need not be provided if there is no phase shift of reflected light between diffraction gratings having different periods.
That is, when the gain diffraction grating 2A and the wavelength control diffraction grating 2B are configured to have different periods as in the above-described embodiment, the gain diffraction grating 2A is included as shown in FIG. Between the gain region 11A and the wavelength control region 11B including the wavelength control diffraction grating 2B, the length is within ± 10% of the average value of the period of the gain diffraction grating 2A and the period of the wavelength control diffraction grating 2B. A boundary region 30 is preferably provided. In the above-described embodiment, since the gain regions 11A and the wavelength control regions 11B are alternately provided, a plurality of boundary regions having a length within ± 10% of the average value are provided.

なお、図９では、回折格子の凸部分（山の部分）の右側を基準として周期を定義しているが、これに限られるものではなく、どこを基準として周期を定義しても良い。例えば、回折格子の凸部分の左側や中央を基準として周期を定義しても良い。
例えば、利得領域１１Ａに形成されている利得用回折格子２Ａの周期が２４０．００ｎｍであり、波長制御領域１１Ｂに形成されている波長制御用回折格子２Ｂの周期が２４０．１２ｎｍである場合、利得領域１１Ａと波長制御領域１１Ｂとの間に設けられる境界領域３０の長さは、利得用回折格子２Ａの周期と波長制御用回折格子２Ｂの周期の平均値である２４０.０６ｎｍの±１０％以内、即ち、２１６．０５〜２６４．０７ｎｍの範囲内になるようにするのが好ましい。これにより、境界領域３０での位相シフト量が±０．１０π以下に抑えられ、位相が十分に合うようになり、安定した発振が可能となる。 In FIG. 9, the period is defined with reference to the right side of the convex part (mountain part) of the diffraction grating. However, the period is not limited to this, and the period may be defined with any reference. For example, the period may be defined with reference to the left side or the center of the convex portion of the diffraction grating.
For example, when the period of the gain diffraction grating 2A formed in the gain region 11A is 240.00 nm and the period of the wavelength control diffraction grating 2B formed in the wavelength control region 11B is 240.12 nm, the gain The length of the boundary region 30 provided between the region 11A and the wavelength control region 11B is within ± 10% of 240.06 nm, which is the average value of the period of the gain diffraction grating 2A and the period of the wavelength control diffraction grating 2B. That is, it is preferable to be within the range of 216.05 to 264.07 nm. As a result, the amount of phase shift in the boundary region 30 is suppressed to ± 0.10π or less, the phases are sufficiently matched, and stable oscillation is possible.

ここで、境界領域３０の長さ、即ち、２つの異なる周期を持つ回折格子２Ａ，２Ｂ間の長さを調整するには、例えば、電子線（ＥＢ；electron beam）描画装置を用いて、意図的に利得領域１１Ａの利得用回折格子２Ａと波長制御領域１１Ｂの波長制御用回折格子２Ｂとの間に位相シフトを入れるようにすれば良い。
なお、ここでは、境界領域３０の長さが、利得用回折格子２Ａの周期と波長制御用回折格子２Ｂの周期の平均値の±１０％以内になるようにしているが、これに限られるものではない。例えば図１０に示すように、境界領域３０Ａの長さが、利得用回折格子２Ａの周期と波長制御用回折格子２Ｂの周期の平均値の±１０％以内の値に、利得用回折格子２Ａの周期と波長制御用回折格子２Ｂの周期の平均値を整数倍した値を足した値になるようにしても良い。 Here, in order to adjust the length of the boundary region 30, that is, the length between the diffraction gratings 2A and 2B having two different periods, for example, using an electron beam (EB) drawing device, Specifically, a phase shift may be inserted between the gain diffraction grating 2A in the gain region 11A and the wavelength control diffraction grating 2B in the wavelength control region 11B.
Here, the length of the boundary region 30 is set to be within ± 10% of the average value of the period of the gain diffraction grating 2A and the period of the wavelength control diffraction grating 2B. is not. For example, as shown in FIG. 10, the length of the boundary region 30A is within ± 10% of the average value of the period of the gain diffraction grating 2A and the period of the wavelength control diffraction grating 2B. You may make it the value which added the value which multiplied the integer of the period and the average value of the period of the diffraction grating 2B for wavelength control.

例えば図１０に示すように、利得領域１１Ａに形成されている利得用回折格子２Ａの周期が２４０．００ｎｍであり、波長制御領域１１Ｂに形成されている波長制御用回折格子２Ｂの周期が２４０．１２ｎｍである場合、利得領域１１Ａと波長制御領域１１Ｂとの間に設けられる境界領域３０Ａの長さを、利得用回折格子２Ａの周期と波長制御用回折格子２Ｂの周期の平均値である２４０.０６ｎｍの±１０％以内、即ち、２１６．０５〜２６４．０７ｎｍの範囲内の値に、平均値である２４０.０６ｎｍを整数倍した値［２４０.０６×Ｎ（整数）（ｎｍ）］を足した値［２１６．０５〜２６４．０７＋２４０.０６×Ｎ（整数）（ｎｍ）］になるようにするのが好ましい。   For example, as shown in FIG. 10, the period of the gain diffraction grating 2A formed in the gain region 11A is 240.00 nm, and the period of the wavelength control diffraction grating 2B formed in the wavelength control region 11B is 240.nm. In the case of 12 nm, the length of the boundary region 30A provided between the gain region 11A and the wavelength control region 11B is the average value of the period of the gain diffraction grating 2A and the period of the wavelength control diffraction grating 2B 240. The value [240.06 × N (integer) (nm)] obtained by multiplying an average value of 240.06 nm by an integer is added to a value within ± 10% of 06 nm, that is, within a range of 216.5 to 264.07 nm. It is preferable that the calculated value is [216.05-264.07 + 240.06 × N (integer) (nm)].

なお、図１０では、回折格子の凸部分（山の部分）の右側を基準として周期を定義しているが、これに限られるものではなく、どこを基準として周期を定義しても良い。例えば、回折格子の凸部分の左側や中央を基準として周期を定義しても良い。
この場合、平均値である２４０.０６ｎｍは１周期π分に相当する長さであり、位相シフトがないのと等価であるため、上述の境界領域３０の長さが平均値の±１０％以内になるようにする場合と同様に、境界領域３０Ａでの位相シフト量が±０．１０π以下に抑えられ、位相が十分に合うようになり、安定した発振が可能となる。 In FIG. 10, the period is defined with reference to the right side of the convex portion (mountain portion) of the diffraction grating. However, the period is not limited to this, and the period may be defined with reference to any position. For example, the period may be defined with reference to the left side or the center of the convex portion of the diffraction grating.
In this case, the average value of 240.06 nm is a length corresponding to one period π, which is equivalent to no phase shift, so that the length of the boundary region 30 is within ± 10% of the average value. As in the case of the above, the phase shift amount in the boundary region 30A is suppressed to ± 0.10π or less, the phases are sufficiently matched, and stable oscillation is possible.

ところで、上述のように、境界領域３０，３０Ａは、異なる周期の回折格子（ここでは利得用回折格子２Ａと波長制御用回折格子２Ｂ）を接続するための領域である。
ここでは、異なる周期を持った回折格子２Ａ，２Ｂを連続して設けずに、所定の間隔をあけて設けることで（位相シフトさせることで）、利得領域１１Ａと波長制御領域１１Ｂとの間に、回折格子が設けられていない境界領域３０，３０Ａを形成している。 As described above, the boundary regions 30 and 30A are regions for connecting diffraction gratings with different periods (here, the gain diffraction grating 2A and the wavelength control diffraction grating 2B).
Here, the diffraction gratings 2A and 2B having different periods are not provided continuously, but are provided at a predetermined interval (by phase shifting), so that the gain region 11A and the wavelength control region 11B are provided. The boundary regions 30 and 30A where the diffraction grating is not provided are formed.

例えば、境界領域３０，３０Ａは、全て凹部分（谷の部分）として構成しても良いし、全て凸部分（山の部分）として構成しても良い。つまり、境界領域３０，３０Ａは、回折格子の凹部分が連続したものとして構成しても良いし、回折格子の凸部分が連続したものとして構成しても良い。
なお、ここでは、境界領域３０，３０Ａを、回折格子を有しない領域として構成しているが、これに限られるものではなく、回折格子を有する領域として構成しても良い。例えば、利得用回折格子２Ａ及び波長制御用回折格子２Ｂのどちらとも異なる周期の回折格子を境界領域３０，３０Ａに設けても良い。この場合、境界領域３０，３０Ａの一部が凹部分となり、一部が凸部分となる。また、利得用回折格子２Ａの周期から波長制御用回折格子２Ｂの周期へと回折格子の周期が段階的に変わっていくように、境界領域３０，３０Ａに回折格子を設けても良い。 For example, the boundary regions 30 and 30A may all be configured as a concave portion (valley portion) or may be configured as a convex portion (mountain portion). That is, the boundary regions 30 and 30A may be configured such that the concave portions of the diffraction grating are continuous, or may be configured such that the convex portions of the diffraction grating are continuous.
Here, the boundary regions 30 and 30A are configured as regions having no diffraction grating. However, the present invention is not limited to this and may be configured as regions having a diffraction grating. For example, a diffraction grating having a different period from either the gain diffraction grating 2A or the wavelength control diffraction grating 2B may be provided in the boundary regions 30 and 30A. In this case, a part of the boundary regions 30 and 30A becomes a concave part and a part becomes a convex part. Further, a diffraction grating may be provided in the boundary regions 30 and 30A so that the period of the diffraction grating gradually changes from the period of the gain diffraction grating 2A to the period of the wavelength control diffraction grating 2B.

このように、異なる周期を持った回折格子２Ａ，２Ｂの間に境界領域３０，３０Ａを設けることで、周期が異なり、かつ、隣り合う回折格子間での反射光の位相が合うようになり、安定した発振状態が得られるようになる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態にかかる波長可変レーザについて，図１１を参照しながら説明する。 As described above, by providing the boundary regions 30 and 30A between the diffraction gratings 2A and 2B having different periods, the periods are different and the phases of the reflected light between the adjacent diffraction gratings are matched. A stable oscillation state can be obtained.
[Second Embodiment]
Next, a wavelength tunable laser according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態にかかる波長可変レーザは、上述の第１実施形態のものと、波長制御領域のブラッグ波長λtを、利得領域のブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすための構成が異なる。
つまり、本実施形態では、図１１に示すように、利得導波路部１Ａのコア層の材料又は組成を調整することで、利得導波路部１Ａの等価屈折率と、波長制御導波路部１ＢＡの等価屈折率とが異なるようにしている。具体的には、波長制御導波路部１ＢＡのコア層の屈折率が利得導波路部１Ａのコア層の屈折率よりも大きくなるように、波長制御導波路部１ＢＡのコア層の組成を調整している。なお、図１１では、図１に示すものと同じものには同一の符号を付している。 The wavelength tunable laser according to the present embodiment has a configuration for shifting the Bragg wavelength λ t in the wavelength control region to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a in the gain region, as in the first embodiment described above. Different.
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 11, by adjusting the material or composition of the core layer of the gain waveguide section 1A, the equivalent refractive index of the gain waveguide section 1A and the wavelength control waveguide section 1BA are adjusted. The equivalent refractive index is made different. Specifically, the composition of the core layer of the wavelength control waveguide section 1BA is adjusted so that the refractive index of the core layer of the wavelength control waveguide section 1BA is larger than the refractive index of the core layer of the gain waveguide section 1A. ing. In FIG. 11, the same components as those shown in FIG.

これにより、波長制御導波路部１ＢＡに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすようにしている。
具体的には、波長制御層９Ａとして、バンドギャップ波長が１．４０μｍになるように設計されたＩｎＧａＡｓＰ層を用いている。なお、厚さや幅は上述の第１実施形態のものと同じにしている。これにより、波長制御導波路部１ＢＡの等価屈折率を、利得導波路部１Ａの等価屈折率に対して、０．５％程度大きくすることができる。 As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within a range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30) in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1BA. / L), the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is shifted to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A.
Specifically, an InGaAsP layer designed to have a band gap wavelength of 1.40 μm is used as the wavelength control layer 9A. The thickness and width are the same as those in the first embodiment described above. Thereby, the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1BA can be increased by about 0.5% with respect to the equivalent refractive index of the gain waveguide section 1A.

また、回折格子２の周期は、図１１に示すように、光導波路１の全長にわたって同じにし、例えば２４０ｎｍとしている。つまり、利得用回折格子２Ａと波長制御用回折格子２ＢＡとを同一周期にしている。
なお、その他の構成は、上述の第１実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。 Further, as shown in FIG. 11, the period of the diffraction grating 2 is the same over the entire length of the optical waveguide 1, for example, 240 nm. That is, the gain diffraction grating 2A and the wavelength control diffraction grating 2BA have the same period.
Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted here.

このように、本実施形態では、利得用回折格子２Ａの周期と、波長制御用回折格子２ＢＡの周期とが同じになるようにし、波長制御導波路部１ＢＡの組成を調整して等価屈折率が異なるようにしている。つまり、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）（１周期の長さを６０μｍである場合は０．５％）で、波長制御導波路部１ＢＡのコア層の屈折率を、利得導波路部１Ａのコア層の屈折率に対して、大きくするようにしている。 Thus, in the present embodiment, the period of the gain diffraction grating 2A and the period of the wavelength control diffraction grating 2BA are made the same, and the composition of the wavelength control waveguide section 1BA is adjusted to obtain an equivalent refractive index. To be different. That is, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30 / L) (0.5% when the length of one cycle is 60 μm) Thus, the refractive index of the core layer of the wavelength control waveguide section 1BA is made larger than the refractive index of the core layer of the gain waveguide section 1A.

これにより、波長制御導波路部１ＢＡに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）（１周期の長さを６０μｍである場合は０．５％）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within a range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30) in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1BA. / L) (0.5% when the length of one period is 60 μm), the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is shifted to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A. Therefore, the continuous wavelength variable region can be effectively used while maintaining stable single mode oscillation.

したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。特に、電流制御型波長可変レーザであるため、高速応答性に優れている。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態にかかる波長可変レーザについて、図１２を参照しながら説明する。 Therefore, the wavelength tunable laser according to the present embodiment has an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed. In particular, since it is a current-controlled tunable laser, it has excellent high-speed response.
[Third Embodiment]
Next, a wavelength tunable laser according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態にかかる波長可変レーザは、上述の第１実施形態のものと、波長制御領域のブラッグ波長λtを、利得領域のブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすための構成が異なる。
つまり、本実施形態では、図１２に示すように、利得導波路部１Ａのコア層の厚さと、波長制御導波路部１ＢＢのコア層の厚さとが異なるように構成することで、利得導波路部１Ａの等価屈折率と、波長制御導波路部１ＢＢの等価屈折率とが異なるようにしている。具体的には、波長制御導波路部１ＢＢの等価屈折率が利得導波路部１Ａの等価屈折率よりも大きくなるように、波長制御導波路部１ＢＢのコア層の厚さを厚くしている。なお、図１２では、図１，図１１に示すものと同じものには同一の符号を付している。 The wavelength tunable laser according to the present embodiment has a configuration for shifting the Bragg wavelength λ t in the wavelength control region to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a in the gain region, as in the first embodiment described above. Different.
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 12, the gain waveguide is configured such that the thickness of the core layer of the gain waveguide section 1A is different from the thickness of the core layer of the wavelength control waveguide section 1BB. The equivalent refractive index of the part 1A and the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide part 1BB are made different. Specifically, the thickness of the core layer of the wavelength control waveguide section 1BB is increased so that the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1BB is larger than the equivalent refractive index of the gain waveguide section 1A. In FIG. 12, the same components as those shown in FIGS. 1 and 11 are denoted by the same reference numerals.

これにより、波長制御導波路部１ＢＢに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa＜＋３０／Ｌ）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすようにしている。
具体的には、波長制御層９Ｂとして、厚さ２６０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ層を用いている。なお、バンドギャップ波長や幅は上述の第１実施形態のものと同じにしている。これにより、波長制御導波路部１ＢＢの等価屈折率を、利得導波路部１Ａの等価屈折率に対して、０．５％程度大きくすることができる。 As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a <+30) in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1BB. / L), the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is shifted to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A.
Specifically, an InGaAsP layer having a thickness of 260 nm is used as the wavelength control layer 9B. Note that the band gap wavelength and width are the same as those in the first embodiment. Thereby, the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1BB can be increased by about 0.5% with respect to the equivalent refractive index of the gain waveguide section 1A.

また、回折格子２の周期は、図１２に示すように、光導波路１の全長にわたって同じにし、例えば２４０ｎｍとしている。つまり、利得用回折格子２Ａと波長制御用回折格子２ＢＡとを同一周期にしている。
なお、その他の構成は、上述の第１実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。 The period of the diffraction grating 2 is the same over the entire length of the optical waveguide 1 as shown in FIG. 12, for example, 240 nm. That is, the gain diffraction grating 2A and the wavelength control diffraction grating 2BA have the same period.
Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted here.

このように、本実施形態では、利得用回折格子２Ａの周期と、波長制御用回折格子２ＢＡの周期とが同じになるようにし、利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１ＢＢとでコア層の厚さを変えることで、等価屈折率が異なるようにしている。つまり、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）（１周期の長さを６０μｍである場合は０．５％）で、波長制御導波路部１ＢＢの等価屈折率を、利得導波路部１Ａの等価屈折率に対して、大きくするようにしている。 As described above, in this embodiment, the gain diffraction grating 2A and the wavelength control diffraction grating 2BA have the same period, and the gain waveguide section 1A and the wavelength control waveguide section 1BB have a core layer. The equivalent refractive index is made different by changing the thickness. That is, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30 / L) (0.5% when the length of one cycle is 60 μm) Thus, the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1BB is made larger than the equivalent refractive index of the gain waveguide section 1A.

これにより、波長制御導波路部１ＢＢに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）（１周期の長さを６０μｍである場合は０．５％）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30) when no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide 1BB. / L) (0.5% when the length of one period is 60 μm), the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is shifted to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A. Therefore, the continuous wavelength variable region can be effectively used while maintaining stable single mode oscillation.

したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。特に、電流制御型波長可変レーザであるため、高速応答性に優れている。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態にかかる波長可変レーザについて、図１３，図１４を参照しながら説明する。 Therefore, the wavelength tunable laser according to the present embodiment has an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed. In particular, since it is a current-controlled tunable laser, it has excellent high-speed response.
[Fourth Embodiment]
Next, a wavelength tunable laser according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかる波長可変レーザは、上述の第１実施形態のものと、波長制御領域のブラッグ波長λtを、利得領域のブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすための構成が異なる。
つまり、本実施形態では、図１３，図１４に示すように、利得導波路部１Ａのコア層の幅及び厚さと、波長制御導波路部１ＢＣのコア層の幅及び厚さとが異なるように構成することで、利得導波路部１Ａの等価屈折率と、波長制御導波路部１ＢＣの等価屈折率とが異なるようにしている。具体的には、波長制御導波路部１ＢＣの等価屈折率が、利得導波路部１Ａの等価屈折率よりも大きくなるようにしている。なお、図１３，図１４では、図１，図１１に示すものと同じものには同一の符号を付している。 The wavelength tunable laser according to the present embodiment has a configuration for shifting the Bragg wavelength λ t in the wavelength control region to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a in the gain region, as in the first embodiment described above. Different.
That is, in this embodiment, as shown in FIGS. 13 and 14, the width and thickness of the core layer of the gain waveguide section 1A are different from the width and thickness of the core layer of the wavelength control waveguide section 1BC. Thus, the equivalent refractive index of the gain waveguide portion 1A and the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide portion 1BC are made different. Specifically, the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1BC is made larger than the equivalent refractive index of the gain waveguide section 1A. 13 and 14, the same components as those shown in FIGS. 1 and 11 are denoted by the same reference numerals.

これにより、波長制御導波路部１ＢＣに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa＜＋３０／Ｌ）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすようにしている。
具体的には、波長制御層９Ｃとして、幅１．８μｍ、厚さ２５０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰ層を用いている。なお、バンドギャップ波長は上述の第１実施形態のものと同じにしている。これにより、波長制御導波路部１ＢＣの等価屈折率を、利得導波路部１Ａの等価屈折率に対して、０．５％程度大きくすることができる。 As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a <+30) in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1BC. / L), the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is shifted to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A.
Specifically, an InGaAsP layer having a width of 1.8 μm and a thickness of 250 nm is used as the wavelength control layer 9C. The band gap wavelength is the same as that of the first embodiment. Thereby, the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1BC can be increased by about 0.5% with respect to the equivalent refractive index of the gain waveguide section 1A.

また、回折格子２の周期は、図１２に示すように、光導波路１の全長にわたって同じにし、例えば２４０ｎｍとしている。つまり、利得用回折格子２Ａと波長制御用回折格子２ＢＡとを同一周期にしている。
なお、その他の構成は、上述の第１実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。 The period of the diffraction grating 2 is the same over the entire length of the optical waveguide 1 as shown in FIG. 12, for example, 240 nm. That is, the gain diffraction grating 2A and the wavelength control diffraction grating 2BA have the same period.
Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted here.

このように、本実施形態では、利得用回折格子２Ａの周期と、波長制御用回折格子２ＢＡの周期とが同じになるようにし、利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１ＢＣとでコア層の厚さ、幅を変えることで、等価屈折率が異なるようにしている。つまり、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）（１周期の長さを６０μｍである場合は０．５％）で、波長制御導波路部１ＢＣの等価屈折率を、利得導波路部１Ａの等価屈折率に対して、大きくするようにしている。 As described above, in this embodiment, the gain diffraction grating 2A has the same period as the wavelength control diffraction grating 2BA, and the gain waveguide section 1A and the wavelength control waveguide section 1BC have the core layer. By changing the thickness and width, the equivalent refractive index is made different. That is, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30 / L) (0.5% when the length of one cycle is 60 μm) Thus, the equivalent refractive index of the wavelength control waveguide section 1BC is made larger than the equivalent refractive index of the gain waveguide section 1A.

これにより、波長制御導波路部１ＢＣに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）（１周期の長さを６０μｍである場合は０．５％）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 As a result, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30 in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1BC. / L) (0.5% when the length of one period is 60 μm), the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is shifted to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A. Therefore, the continuous wavelength variable region can be effectively used while maintaining stable single mode oscillation.

したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。特に、電流制御型波長可変レーザであるため、高速応答性に優れている。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態にかかる波長可変レーザについて、図１５を参照しながら説明する。 Therefore, the wavelength tunable laser according to the present embodiment has an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed. In particular, since it is a current-controlled tunable laser, it has excellent high-speed response.
[Fifth Embodiment]
Next, a wavelength tunable laser according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態にかかる波長可変レーザは、上述の第１実施形態のものと、回折格子が設けられている位置が異なる。つまり、上述の第１実施形態では、回折格子２が光導波路１の下側に設けられているのに対し、本実施形態では、図１５に示すように、回折格子２が光導波路１の上側に設けられている。なお、図１５では、図１に示すものと同じものには同一の符号を付している。   The wavelength tunable laser according to this embodiment is different from that of the first embodiment described above in the position where the diffraction grating is provided. That is, in the first embodiment described above, the diffraction grating 2 is provided on the lower side of the optical waveguide 1, whereas in this embodiment, the diffraction grating 2 is located on the upper side of the optical waveguide 1 as shown in FIG. Is provided. In FIG. 15, the same components as those shown in FIG.

このように、回折格子２を光導波路１の上側に設けることで、光導波路１を形成し、その光導波路１の組成、コア層の厚さ、幅を評価し、その評価結果を元に回折格子２の周期を調整できるようになる。
例えば、上述の第１実施形態の構成例において、実際に形成した波長制御導波路部１Ｂのコア層の厚さが、設計値の２００ｎｍから２１０ｎｍにずれてしまった場合、等価屈折率は設計値よりも０．１％程度大きくなってしまうことになる。 Thus, by providing the diffraction grating 2 on the upper side of the optical waveguide 1, the optical waveguide 1 is formed, the composition of the optical waveguide 1, the thickness and width of the core layer are evaluated, and diffraction is performed based on the evaluation result. The period of the grating 2 can be adjusted.
For example, in the configuration example of the first embodiment described above, when the thickness of the core layer of the actually formed wavelength control waveguide portion 1B is shifted from the design value of 200 nm to 210 nm, the equivalent refractive index is the design value. Will be larger by about 0.1%.

この場合、波長制御用回折格子２Ｂの周期を、逆に、設計値の２４１．２ｎｍから０．１％小さい２４０．９６ｎｍに設定すれば、波長制御領域１１Ｂと利得領域１１Ａとで、等価屈折率と回折格子２の周期の積（ブラッグ波長はこの積に比例する）の差を、設計値の０．５％に設定することができる。
この結果、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へ０．５％ずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 In this case, conversely, if the period of the wavelength controlling diffraction grating 2B is set to 240.96 nm, which is 0.1% smaller than the designed value of 241.2 nm, the equivalent refractive index in the wavelength controlling region 11B and the gain region 11A. And the product of the periods of the diffraction grating 2 (Bragg wavelength is proportional to this product) can be set to 0.5% of the design value.
As a result, the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B can be shifted by 0.5% toward the long wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A, and while maintaining stable single mode oscillation, The continuous wavelength variable region can be used effectively.

つまり、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３０／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３０／Ｌ）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらすことができ、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 That is, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within a range of 30 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 30 / in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1B. L), the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B can be shifted to the long wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A, and the continuous wavelength can be varied while maintaining stable single mode oscillation. The area can be used effectively.

なお、その他の構成は、上述の第１実施形態のものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる波長可変レーザによれば、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点がある。また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになる。特に、電流制御型波長可変レーザであるため、高速応答性に優れている。
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態にかかる波長可変レーザについて、図１６を参照しながら説明する。 Since other configurations are the same as those of the first embodiment described above, description thereof is omitted here.
Therefore, the wavelength tunable laser according to the present embodiment has an advantage that it can be easily manufactured and a relatively wide wavelength tunable range can be obtained with simple control. In addition, since control is simple, wavelength control can be performed at high speed. In particular, since it is a current-controlled tunable laser, it has excellent high-speed response.
[Sixth Embodiment]
Next, a wavelength tunable laser according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

本実施形態にかかる波長可変レーザは、図１６に示すように、アレイ集積型波長可変レーザであり、上述の各実施形態の波長可変レーザを、１つの素子内に複数集積したものである。
つまり、本波長可変レーザは、図１６に示すように、同一基板上に、異なる波長可変範囲を持つ複数（ここでは８つ）の波長可変レーザ２０Ａ〜２０Ｈと、複数（ここでは８つ）の曲がり導波路２１Ａ〜２１Ｈと、光合流器２２と、光増幅器（半導体光増幅器）２３とを備えるものとして構成される。 As shown in FIG. 16, the wavelength tunable laser according to the present embodiment is an array integrated wavelength tunable laser, in which a plurality of wavelength tunable lasers of the above-described embodiments are integrated in one element.
That is, as shown in FIG. 16, the present wavelength tunable laser includes a plurality (eight here) of wavelength tunable lasers 20A to 20H having a different wavelength tunable range and a plurality (eight here). The curved waveguides 21 </ b> A to 21 </ b> H, an optical combiner 22, and an optical amplifier (semiconductor optical amplifier) 23 are provided.

ここで、各波長可変レーザ２０Ａ〜２０Ｈは、それぞれ、例えば６ｎｍ以上の所定の連続波長可変範囲を持つものとして構成されている。これにより、１つの素子で４０ｎｍの波長可変範囲を持つ波長可変レーザを実現することができる。この結果、ＷＤＭ通信システムにおいて重要な１５３０〜１５６０ｎｍ（Ｃバンド）の範囲の全体をカバーしうる波長可変レーザを実現できることになる。   Here, each of the wavelength variable lasers 20A to 20H is configured to have a predetermined continuous wavelength variable range of, for example, 6 nm or more. Thereby, a wavelength tunable laser having a wavelength tunable range of 40 nm can be realized with one element. As a result, a wavelength tunable laser capable of covering the entire range of 1530 to 1560 nm (C band) important in the WDM communication system can be realized.

また、各波長可変レーザ２０Ａ〜２０Ｈは、波長制御導波路部に電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、発振波長が例えば５ｎｍずつ異なるように構成されている。
これらの波長可変レーザ２０Ａ〜２０Ｈは、それぞれ、複数の曲がり導波路２１Ａ〜２１Ｈ及び光合流器２２を介して光増幅器２３に接続されている。
なお、複数の曲がり導波路２１Ａ〜２１Ｈ及び光合流器２２は、波長可変レーザ２０Ａ〜２０Ｈの波長制御領域と同様の層構造（上述の各実施形態参照）を持つものとして構成される。また、光増幅器２３は、波長可変レーザ２０Ａ〜２０Ｈの利得領域と同様の層構造（上述の各実施形態参照）を持つものとして構成される。 Each of the wavelength tunable lasers 20A to 20H is configured such that the oscillation wavelength is different by, for example, 5 nm in a state where no current injection or voltage is applied to the wavelength control waveguide portion.
These wavelength tunable lasers 20 </ b> A to 20 </ b> H are connected to an optical amplifier 23 via a plurality of bent waveguides 21 </ b> A to 21 </ b> H and an optical combiner 22, respectively.
The plurality of bent waveguides 21A to 21H and the optical combiner 22 are configured to have the same layer structure as the wavelength control region of the wavelength tunable lasers 20A to 20H (see the above-described embodiments). The optical amplifier 23 is configured to have the same layer structure (see the above-described embodiments) as the gain region of the wavelength tunable lasers 20A to 20H.

したがって、本実施形態にかかるアレイ集積型波長可変レーザに集積される波長可変レーザは、上述の各実施形態の波長可変レーザであるため、容易に作製でき、簡単な制御で、比較的広い波長可変範囲が得られるようになるという利点があり、また、制御が簡単なため、高速に波長制御を行なえるようになるという利点もある。このため、本実施形態のアレイ集積型波長可変レーザを作製するのは容易であるという利点がある。また、レーザ切替時の制御が簡単になり、高速に波長制御を行なえるようになるという利点もある。
［その他］
上述の各実施形態では、利得導波路部１Ａの長さと波長制御導波路部１Ｂの長さの比率を１：１にした場合を例に説明したが、利得導波路部１Ａの長さと波長制御導波路部１Ｂの長さの比率は、これに限られるものではない。 Therefore, the wavelength tunable laser integrated in the array integrated wavelength tunable laser according to the present embodiment is the wavelength tunable laser according to each of the above-described embodiments. There is an advantage that a range can be obtained, and since control is simple, there is also an advantage that wavelength control can be performed at high speed. Therefore, there is an advantage that it is easy to manufacture the array integrated wavelength tunable laser of this embodiment. In addition, there is an advantage that the control at the time of laser switching becomes simple and wavelength control can be performed at high speed.
[Others]
In each of the above-described embodiments, the case where the ratio of the length of the gain waveguide portion 1A to the length of the wavelength control waveguide portion 1B is 1: 1 has been described as an example. However, the length of the gain waveguide portion 1A and the wavelength control are described. The ratio of the length of the waveguide portion 1B is not limited to this.

但し、利得導波路部１Ａの長さと波長制御導波路部１Ｂの長さの比率が１：１以外の場合には、上述の各実施形態のものに対し、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａの
ブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらす場合の上限値が異なるものとなる。
具体的には、波長制御導波路部１Ｂの占める割合が大きくなるほど、連続波長可変幅は増えるため、長波長側へずらす場合の上限値を大きくすることができる。逆に、波長制御導波路部１Ｂの占める割合が小さくなるほど、連続波長可変幅は減るため、長波長側へずらす場合の上限値を小さくすることができる。 However, when the ratio of the length of the gain waveguide section 1A and the length of the wavelength control waveguide section 1B is other than 1: 1, current injection into the wavelength control waveguide section 1B is performed with respect to those of the above-described embodiments. Alternatively, the upper limit value when the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is shifted to the longer wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A in a state where no voltage is applied is different.
Specifically, as the ratio occupied by the wavelength control waveguide section 1B increases, the continuous wavelength variable width increases, so that the upper limit value when shifting to the long wavelength side can be increased. On the contrary, as the ratio occupied by the wavelength control waveguide portion 1B decreases, the continuous wavelength variable width decreases. Therefore, the upper limit value when shifting to the long wavelength side can be reduced.

例えば、利得導波路部１Ａの長さと波長制御導波路部１Ｂの長さの比率を４：６にした場合、波長制御導波路１Ｂの占める割合が大きくなり、連続波長可変幅が増えるため、連続波長可変動作を行なうためには、隣接する一対の利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１Ｂの合計長さ（一周期の長さ）をＬ（μｍ）とした場合、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaを−３５／Ｌ≦Δλ／λa≦＋３５／Ｌにすれば良い。したがって、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが３５／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋３５／Ｌ）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらしておけば、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 For example, when the ratio of the length of the gain waveguide section 1A and the length of the wavelength control waveguide section 1B is 4: 6, the ratio occupied by the wavelength control waveguide 1B increases, and the continuous wavelength variable width increases. In order to perform the wavelength variable operation, when the total length (length of one cycle) of the pair of adjacent gain waveguide portions 1A and wavelength control waveguide portions 1B is L (μm), the ratio of the Bragg wavelength difference Δλ / λ a may be set to −35 / L ≦ Δλ / λ a ≦ + 35 / L. Therefore, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is in the range of 35 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 35 / when no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1B. L), if the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is shifted to the long wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A, the continuous wavelength can be varied while maintaining stable single mode oscillation. The area can be used effectively.

逆に、利得導波路部１Ａの長さと波長制御導波路部１Ｂの長さの比率を６：４にした場合、波長制御導波路１Ｂの占める割合が小さくなり、連続波長可変幅が減るため、連続波長可変動作を行なうためには、隣接する一対の利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１Ｂの合計長さ（一周期の長さ）をＬ（μｍ）とした場合、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaを−２８／Ｌ≦Δλ／λa≦＋２８／Ｌにすれば良い。したがって、波長制御導波路部１Ｂに電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが２８／Ｌ（％）の範囲内（０＜Δλ／λa≦＋２８／Ｌ）で、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらしておけば、安定した単一モード発振を維持しながら、連続波長可変領域を有効に使えることになる。 Conversely, when the ratio of the length of the gain waveguide section 1A and the length of the wavelength control waveguide section 1B is 6: 4, the ratio occupied by the wavelength control waveguide 1B is reduced, and the continuous wavelength tunable width is reduced. In order to perform continuous wavelength variable operation, when the total length (length of one cycle) of a pair of adjacent gain waveguide portions 1A and wavelength control waveguide portions 1B is L (μm), the Bragg wavelength difference The ratio Δλ / λ a may be set to −28 / L ≦ Δλ / λ a ≦ + 28 / L. Therefore, the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is within the range of 28 / L (%) (0 <Δλ / λ a ≦ + 28 / in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion 1B. L), if the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is shifted to the long wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A, the continuous wavelength can be varied while maintaining stable single mode oscillation. The area can be used effectively.

要するに、利得導波路部１Ａの長さと波長制御導波路部１Ｂの長さの比率が変わった場合には、連続波長可変幅が変わるため、利得導波路部１Ａの長さと波長制御導波路部１Ｂの長さの比率に応じて、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaの範囲を設定し、波長制御領域１１Ｂのブラッグ波長λtを、利得領域１１Ａのブラッグ波長λaに対して、長波長側へずらす場合の上限値を設定すれば良い。 In short, when the ratio of the length of the gain waveguide section 1A and the length of the wavelength control waveguide section 1B is changed, the continuous wavelength variable width is changed, so that the length of the gain waveguide section 1A and the wavelength control waveguide section 1B are changed. The range of the Bragg wavelength difference ratio Δλ / λ a is set in accordance with the length ratio of the wavelength, and the Bragg wavelength λ t of the wavelength control region 11B is set to the long wavelength side with respect to the Bragg wavelength λ a of the gain region 11A. What is necessary is just to set the upper limit in the case of shifting.

また、上述の各実施形態では、複数の利得導波路部１Ａのそれぞれの長さ、及び、複数の波長制御導波路部１Ｂのそれぞれの長さを全て同一にして、それぞれの周期の長さを全て同一にしているが、これに限られるものではなく、最も長い周期の長さ（最も周期が長くなる利得導波路部１Ａと波長制御導波路部１Ｂとの合計長さ）が、上述の条件を満たすようにすれば良い。   In each of the above-described embodiments, the lengths of the plurality of gain waveguide sections 1A and the lengths of the plurality of wavelength control waveguide sections 1B are all the same, and the lengths of the respective periods are set. Although all are the same, the length is not limited to this, and the length of the longest cycle (the total length of the gain waveguide portion 1A and the wavelength control waveguide portion 1B having the longest cycle) is the above-described condition. It should be satisfied.

また、上述の各実施形態では、発振波長帯が１．５５μｍ帯の波長可変レーザを前提に説明しているが、これに限られるものではない。例えば１．３μｍ帯などの他の発振波長帯の波長可変レーザにも、本発明を適用することができる。
また、上述の各実施形態では、それぞれ、波長制御領域と利得領域とで、回折格子の周期、光導波路のコア層の組成、厚さ、あるいは厚さ及び幅を変えることによって、利得領域のブラッグ波長と波長制御領域のブラッグ波長の調整を行なっているが、もちろん、これらの実施形態のものを任意に組み合わせてブラッグ波長の調整を行なうこともできる。ブラッグ波長は、光導波路の等価屈折率と回折格子の周期の積に比例するので、この積が、ブラッグ波長差の割合Δλ／λaが所定の範囲内で、波長制御領域の方が利得領域よりも大きくなるようにすれば良い。 In each of the above-described embodiments, the description has been made on the assumption that the wavelength tunable laser has an oscillation wavelength band of 1.55 μm. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to a wavelength tunable laser in another oscillation wavelength band such as a 1.3 μm band.
In each of the above embodiments, the Bragg of the gain region is changed by changing the period of the diffraction grating, the composition, thickness, or thickness and width of the core layer of the optical waveguide in the wavelength control region and the gain region, respectively. Although the adjustment of the wavelength and the Bragg wavelength in the wavelength control region is performed, of course, the Bragg wavelength can also be adjusted by arbitrarily combining the embodiments. Since the Bragg wavelength is proportional to the product of the equivalent refractive index of the optical waveguide and the period of the diffraction grating, this product is such that the ratio of the Bragg wavelength difference Δλ / λa is within a predetermined range, and the wavelength control region is the gain region. It is sufficient to make it larger.

また、上述の各実施形態では、ＩｎＧａＡｓＰ系材料を用いるものとして説明しているが、これに限られるものではなく、例えば、ＩｎＧａＡｌＡｓ系、ＧａＩｎＮＡｓ系等の他の半導体材料を用いることもでき、この場合にも同様の効果が得られる。
なお、本発明は、上述した各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。 In each of the above-described embodiments, the InGaAsP-based material is described. However, the present invention is not limited to this. For example, other semiconductor materials such as InGaAlAs-based and GaInNAs-based materials can be used. In this case, the same effect can be obtained.
In addition, this invention is not limited to the structure described in each embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention.

（付記１）
利得を発生しうる利得導波路部と、電流注入又は電圧印加によって発振波長を制御しうる波長制御導波路部とを光軸方向に交互に有する光導波路と、
前記光導波路の全長にわたって前記光導波路に沿って設けられる回折格子とを備え、
前記回折格子が、前記利得導波路部に対応する位置に設けられる利得用回折格子と、前記波長制御導波路に対応する位置に設けられる波長制御用回折格子とを有し、
前記波長制御導波路部及び前記波長制御用回折格子を含むものとして波長制御領域が構成され、
前記利得導波路及び前記利得用回折格子を含むものとして利得領域が構成され、
前記波長制御導波路部に電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、前記波長制御領域のブラッグ波長が、前記利得領域のブラッグ波長に対して長波長側になるように構成されることを特徴とする、波長可変レーザ。 (Appendix 1)
An optical waveguide having alternately a gain waveguide section capable of generating gain and a wavelength control waveguide section capable of controlling the oscillation wavelength by current injection or voltage application;
A diffraction grating provided along the optical waveguide over the entire length of the optical waveguide;
The diffraction grating has a gain diffraction grating provided at a position corresponding to the gain waveguide portion, and a wavelength control diffraction grating provided at a position corresponding to the wavelength control waveguide,
A wavelength control region is configured as including the wavelength control waveguide portion and the wavelength control diffraction grating,
A gain region is configured as including the gain waveguide and the gain diffraction grating,
The Bragg wavelength of the wavelength control region is configured to be longer than the Bragg wavelength of the gain region in a state where no current injection or voltage application is performed to the wavelength control waveguide portion. A tunable laser.

（付記２）
前記利得用回折格子の周期と、前記波長制御用回折格子の周期とが異なるように構成されることを特徴とする、付記１記載の波長可変レーザ。
（付記３）
前記利得領域と前記波長制御領域との間に境界領域を備え、
前記境界領域の長さが、前記利得用回折格子の周期と前記波長制御用回折格子の周期の平均値の±１０％以内、又は、前記平均値の±１０％以内の値に前記平均値を整数倍した値を足した値になっていることを特徴とする、付記２記載の波長可変レーザ。 (Appendix 2)
2. The wavelength tunable laser according to appendix 1, wherein a period of the gain diffraction grating and a period of the wavelength control diffraction grating are different from each other.
(Appendix 3)
A boundary region is provided between the gain region and the wavelength control region,
The length of the boundary region is within ± 10% of the average value of the period of the gain diffraction grating and the period of the wavelength control diffraction grating, or the average value is within ± 10% of the average value. The wavelength tunable laser according to appendix 2, wherein a value obtained by adding an integer multiple is added.

（付記４）
前記利得導波路部の等価屈折率と、前記波長制御導波路部の等価屈折率とが異なるように構成されることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
（付記５）
前記利得導波路部のコア層の材料又は組成と、前記波長制御導波路部のコア層の材料又は組成とが異なるように構成されることを特徴とする、付記４記載の波長可変レーザ。 (Appendix 4)
4. The wavelength tunable laser according to claim 1, wherein an equivalent refractive index of the gain waveguide portion and an equivalent refractive index of the wavelength control waveguide portion are different from each other. .
(Appendix 5)
The wavelength tunable laser according to appendix 4, wherein the material or composition of the core layer of the gain waveguide portion is different from the material or composition of the core layer of the wavelength control waveguide portion.

（付記６）
前記利得導波路部のコア層の厚さと、前記波長制御導波路部のコア層の厚さとが異なるように構成されることを特徴とする、付記４記載の波長可変レーザ。
（付記７）
前記利得導波路部のコア層の幅と、前記波長制御導波路部のコア層の幅とが異なるように構成されることを特徴とする、付記４記載の波長可変レーザ。 (Appendix 6)
The wavelength tunable laser according to appendix 4, wherein the thickness of the core layer of the gain waveguide portion and the thickness of the core layer of the wavelength control waveguide portion are different from each other.
(Appendix 7)
The wavelength tunable laser according to appendix 4, wherein a width of the core layer of the gain waveguide portion is different from a width of the core layer of the wavelength control waveguide portion.

（付記８）
前記回折格子が、長手方向中心位置にλ／４位相シフト部を備えることを特徴とする、付記１〜７のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。
（付記９）
前記回折格子が、前記光導波路の上側に形成されていることを特徴とする、付記１〜８のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。 (Appendix 8)
The wavelength tunable laser according to any one of appendices 1 to 7, wherein the diffraction grating includes a λ / 4 phase shift unit at a longitudinal center position.
(Appendix 9)
The wavelength tunable laser according to any one of appendices 1 to 8, wherein the diffraction grating is formed on an upper side of the optical waveguide.

（付記１０）
前記利得導波路部に電流注入を行なうための利得電極と、
前記波長制御導波路部に電流注入又は電圧印加を行なうための波長制御電極と、
前記利得電極と前記波長制御電極とが、それぞれ独立に設けられていることを特徴とする、付記１〜９のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。 (Appendix 10)
A gain electrode for injecting current into the gain waveguide portion;
A wavelength control electrode for performing current injection or voltage application to the wavelength control waveguide section;
The wavelength variable laser according to any one of appendices 1 to 9, wherein the gain electrode and the wavelength control electrode are provided independently of each other.

（付記１１）
前記利得電極と前記波長制御電極とが、いずれもくし型電極であることを特徴とする、付記１０記載の波長可変レーザ。
（付記１２）
同一基板上に、異なる波長可変範囲を持つ複数の波長可変レーザを備えるアレイ集積型波長可変レーザであって、
前記複数の波長可変レーザが、いずれも、付記１〜１１のいずれか１項に記載の波長可変レーザであることを特徴とする、アレイ集積型波長可変レーザ。 (Appendix 11)
11. The wavelength tunable laser according to appendix 10, wherein the gain electrode and the wavelength control electrode are both comb-type electrodes.
(Appendix 12)
An array integrated wavelength tunable laser comprising a plurality of wavelength tunable lasers having different wavelength tunable ranges on the same substrate,
12. The array-integrated wavelength tunable laser, wherein each of the plurality of wavelength tunable lasers is the wavelength tunable laser according to any one of appendices 1 to 11.

本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザの構成を示す模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a wavelength tunable laser according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザの電極の構成を説明するための模式的平面図である。It is a typical top view for demonstrating the structure of the electrode of the wavelength variable laser concerning 1st Embodiment of this invention. 図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザの発振波長の変化の様子を説明するための図である。FIGS. 3A and 3B are views for explaining a change in the oscillation wavelength of the wavelength tunable laser according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザのブラッグ波長差の割合と発振波長及びモード間利得差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of the Bragg wavelength difference of the wavelength variable laser concerning 1st Embodiment of this invention, an oscillation wavelength, and the gain difference between modes. 本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザにおいてλ／４位相シフト部を設ける場合の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure in the case of providing a (lambda) / 4 phase shift part in the wavelength tunable laser concerning 1st Embodiment of this invention. 図６（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザにおいてλ／４位相シフト部を設けるのが好ましい理由を説明するための図である。6A and 6B are diagrams for explaining the reason why it is preferable to provide the λ / 4 phase shift unit in the wavelength tunable laser according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザにおいて異なる周期の回折格子での反射光の位相が合っている場合と位相が合っていない場合の発振スペクトルの計算結果を示す図である。It is a figure which shows the calculation result of the oscillation spectrum in the case where the phase of the reflected light in the diffraction grating of a different period and the phase do not match in the wavelength tunable laser concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザにおける位相シフト量とモード間利得差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the phase shift amount and gain difference between modes in the wavelength variable laser concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザにおいて境界領域を設ける場合の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example in the case of providing a boundary area | region in the wavelength variable laser concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態にかかる波長可変レーザにおいて境界領域を設ける場合の他の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other structural example in the case of providing a boundary area | region in the wavelength variable laser concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態にかかる波長可変レーザの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the wavelength tunable laser concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態にかかる波長可変レーザの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the wavelength variable laser concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態にかかる波長可変レーザの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the wavelength variable laser concerning 4th Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態にかかる波長可変レーザの電極及び波長制御導波路の構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the electrode and wavelength control waveguide of a wavelength tunable laser concerning 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５実施形態にかかる波長可変レーザの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the wavelength variable laser concerning 5th Embodiment of this invention. 本発明の第６実施形態にかかるアレイ集積型波長可変レーザの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the array integrated wavelength variable laser concerning 6th Embodiment of this invention. 従来の３電極ＤＢＲレーザの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the conventional 3 electrode DBR laser. 従来のＴＴＧ−ＤＦＢレーザの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the conventional TTG-DFB laser.

符号の説明Explanation of symbols

１ 光導波路
１Ａ 利得導波路（活性導波路）
１Ｂ，１ＢＡ，１ＢＢ，１ＢＣ 波長制御導波路
２ 回折格子（回折格子層）
２Ａ 利得用回折格子
２Ｂ，２ＢＡ 波長制御用回折格子
２Ｃ λ／４位相シフト部
３Ａ 利得電極（Ｐ側電極）
３Ｂ 波長制御電極（Ｐ側電極）
３Ｃ 共通電極（Ｎ側電極）
４ ｎ−ＩｎＰ層
５ ｎ−ＩｎＰ層
６ ＭＱＷ活性層（利得層，活性層，導波路コア層）
７ ｐ−ＩｎＰ層
８Ａ，８Ｂ コンタクト層
９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 波長制御層（位相制御層）
１０ ＳｉＯ2膜
１１Ａ 利得領域（活性領域）
１１Ｂ 波長制御領域
１１Ｃ 分離領域
２０Ａ〜２０Ｈ 波長可変レーザ
２１Ａ〜２１Ｈ 曲がり導波路
２２ 光合流器
２３ 光増幅器 1 Optical Waveguide 1A Gain Waveguide (Active Waveguide)
1B, 1BA, 1BB, 1BC Wavelength control waveguide 2 Diffraction grating (diffraction grating layer)
2A Gain diffraction grating 2B, 2BA Wavelength control diffraction grating 2C λ / 4 phase shift unit 3A Gain electrode (P-side electrode)
3B Wavelength control electrode (P side electrode)
3C common electrode (N side electrode)
4 n-InP layer 5 n-InP layer 6 MQW active layer (gain layer, active layer, waveguide core layer)
7 p-InP layer 8A, 8B Contact layer 9, 9A, 9B, 9C Wavelength control layer (phase control layer)
10 SiO 2 film 11A Gain region (active region)
11B Wavelength control region 11C Separation region 20A-20H Tunable laser 21A-21H Curved waveguide 22 Optical combiner 23 Optical amplifier

Claims (8)

利得を発生しうる利得導波路部と、電流注入又は電圧印加によって発振波長を制御しうる波長制御導波路部とを光軸方向に交互に有する光導波路と、
前記光導波路の全長にわたって前記光導波路に沿って設けられる回折格子とを備え、
前記回折格子が、前記利得導波路部に対応する位置に設けられる利得用回折格子と、前記波長制御導波路部に対応する位置に設けられる波長制御用回折格子とを有し、
前記波長制御導波路部及び前記波長制御用回折格子を含むものとして波長制御領域が構成され、
前記利得導波路部及び前記利得用回折格子を含むものとして利得領域が構成され、
前記波長制御導波路部に電流注入又は電圧印加を行なっていない状態で、前記波長制御領域のブラッグ波長が、前記利得領域のブラッグ波長に対して長波長側になるように構成され、
前記利得用回折格子の周期と、前記波長制御用回折格子の周期とが異なるように構成され、
前記利得領域と前記波長制御領域との間に境界領域を備え、
前記境界領域の長さが、前記利得用回折格子の周期と前記波長制御用回折格子の周期の平均値の±１０％以内、又は、前記平均値の±１０％以内の値に前記平均値を整数倍した値を足した値になっていることを特徴とする、波長可変レーザ。 An optical waveguide having alternately a gain waveguide section capable of generating gain and a wavelength control waveguide section capable of controlling the oscillation wavelength by current injection or voltage application;
A diffraction grating provided along the optical waveguide over the entire length of the optical waveguide;
The diffraction grating has a gain diffraction grating provided at a position corresponding to the gain waveguide section, and a wavelength control diffraction grating provided at a position corresponding to the wavelength control waveguide section ,
A wavelength control region is configured as including the wavelength control waveguide portion and the wavelength control diffraction grating,
A gain region is configured as including the gain waveguide portion and the gain diffraction grating,
The Bragg wavelength of the wavelength control region is configured to be longer than the Bragg wavelength of the gain region in a state where current injection or voltage application is not performed in the wavelength control waveguide portion ,
The gain diffraction grating and the wavelength control diffraction grating have different periods,
A boundary region is provided between the gain region and the wavelength control region,
The length of the boundary region is within ± 10% of the average value of the period of the gain diffraction grating and the period of the wavelength control diffraction grating, or the average value is within ± 10% of the average value. A wavelength tunable laser characterized by being a value obtained by adding a value obtained by multiplying an integer . 前記利得導波路部のコア層の等価屈折率と、前記波長制御導波路部のコア層の等価屈折率とが異なるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の波長可変レーザ。 And the equivalent refractive index of the core layer of the gain waveguide section, wherein the equivalent refractive index of the core layer of the wavelength controlling waveguide section is configured differently, the wavelength tunable laser according to claim 1 . 前記利得導波路部のコア層の材料又は組成と、前記波長制御導波路部のコア層の材料又は組成とが異なるように構成されることを特徴とする、請求項２に記載の波長可変レーザ。 The wavelength tunable laser according to claim 2 , wherein the material or composition of the core layer of the gain waveguide section and the material or composition of the core layer of the wavelength control waveguide section are different from each other. . 前記利得導波路部のコア層の厚さと、前記波長制御導波路部のコア層の厚さとが異なるように構成されることを特徴とする、請求項２に記載の波長可変レーザ。 The wavelength tunable laser according to claim 2 , wherein the thickness of the core layer of the gain waveguide portion is different from the thickness of the core layer of the wavelength control waveguide portion. 前記利得導波路部のコア層の幅と、前記波長制御導波路部のコア層の幅とが異なるように構成されることを特徴とする、請求項２に記載の波長可変レーザ。 3. The wavelength tunable laser according to claim 2 , wherein a width of the core layer of the gain waveguide section is configured to be different from a width of the core layer of the wavelength control waveguide section. 前記回折格子が、長手方向中心位置にλ／４位相シフト部を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。 The diffraction grating, characterized in that the longitudinal central position provided with a lambda / 4 phase shift portion, the wavelength tunable laser according to any one of claims 1-5. 前記回折格子が、前記光導波路の上側に形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長可変レーザ。 The diffraction grating, characterized in that it is formed on the upper side of the optical waveguide, the wavelength tunable laser according to any one of claims 1-6. 同一基板上に、異なる波長可変範囲を持つ複数の波長可変レーザを備えるアレイ集積型波長可変レーザであって、
前記複数の波長可変レーザが、いずれも、請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長可変レーザであることを特徴とする、アレイ集積型波長可変レーザ。 An array integrated wavelength tunable laser comprising a plurality of wavelength tunable lasers having different wavelength tunable ranges on the same substrate,
The array-integrated wavelength tunable laser, wherein each of the plurality of wavelength tunable lasers is the wavelength tunable laser according to any one of claims 1 to 7 .
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