JP7269185B2 - 波長可変レーザおよび光モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、波長可変レーザおよび光モジュールに関するものである。
従来、波長選択性のあるフィルタを複数組み合わせて構成された波長可変レーザが知られている。例えば、波長に対して周期的な反射率（反射コム）を有する２つの反射ミラー（反射型フィルタ）を、利得部を挟んで配置すると、両方の反射ミラーが高い反射率を有する波長（たとえば反射ピーク波長）でレーザ共振器が構成され、レーザ発振が起こる。このとき、２つの反射ミラーの波長特性を調整すると、２つの反射ミラーの反射ピークが一致する波長が変わるので、発振波長を幅広く変化させることができる。このような波長可変レーザの設計は、バーニア効果を利用した方式として知られている。バーニア効果以外にも、波長選択性があり、その波長選択性が調整可能な反射ミラーを組み合わせる波長可変レーザの方式が知られている。
波長選択性のあるフィルタとしては、ＳＧ－ＤＢＲなどの周期的な反射率を有する反射型フィルタのほか、リング共振器などの透過型フィルタがある。リング共振器は周期的な透過率を有するので、それを２つ組み合わせることでバーニア効果を利用することができる。透過型フィルタを用いる場合には、別途反射帯域が広い反射ミラーを用意し、これと組み合わせる必要がある。この観点では、反射型フィルタはフィルタ機能とミラー機能とを一つに統合した要素と考えることができる。
複数のフィルタを利用した波長可変レーザは、一般化すると、レーザ共振器を構成する２つの反射ミラー、波長選択性を調整可能な複数（２つ以上）のフィルタ、レーザ共振器におけるレーザ発振するキャビティ（共振器）モードを選択するための位相調整部、および、２つのミラーの間に配置され、レーザ発振のための光増幅を行う利得部、からなる。なお上述したように、反射ミラーとフィルタとは一体に構成することが可能である。同様に、反射ミラーと位相調整部とは一体に構成することが可能である。
このような波長可変レーザでは、高い光出力を得るために、レーザチップ内に半導体光増幅器（ＳＯＡ）を集積することがよく行われる。ＳＯＡを集積する場合には、波長可変レーザを構成する反射ミラーの一方（レーザ光の出力側の反射ミラーとする）の、利得部とは反対側に配置する。このＳＯＡの配置位置は、波長可変レーザのレーザ共振器の外側に相当する。なお、波長可変レーザとＳＯＡとが集積されたものも、波長可変レーザと呼ばれる。また、一般的には、波長可変レーザはパッケージに収容されて波長可変レーザモジュールとして使用される。
米国特許第９３１２６６２号明細書 米国特許第９２０９６０１号明細書
近年、光送受信機にはこれまで以上に小型化が要求されている。その理由は、小型化によってシステムの密度を高くすることが可能であるためである。従来、レーザモジュールの小型化はモジュールの構成の工夫によって行われてきた。すなわち、レーザチップからの出力を光ファイバに導入するバルク光学系や、出力ビームを分岐してモニタする波長ロッカなどの要素を小型化することによってレーザモジュールを小型化してきた。ところが、モジュールの小型化が進むと、それらの要素が占める面積が小さくなり、これ以上の改善が難しくなってきた。逆に、モジュールの中でレーザチップ自体が占める面積が相対的に大きくなり、さらなる小型化のためにはレーザチップを小さくすることが必要になるという新たな課題が生じた。
特に、フィルタを複数組み合わせて構成された波長可変レーザは、波長可変レーザを含むレーザチップの構成要素が多いためにレーザチップが長くなりやすかった。特に、波長可変レーザにＳＯＡを集積する場合には、ＳＯＡも波長可変レーザの構成要素となるために、さらにレーザチップが長くなりやすかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化に適する波長可変レーザおよびこれを用いた光モジュールを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る波長可変レーザは、半導体基板上に形成された導波路型の波長可変レーザであって、レーザ光が出力される第１反射部と、前記第１反射部とともにレーザ共振器を構成する第２反射部と、 前記第１反射部と前記第２反射部との間に設けられた利得部と、波長特性を調整可能であり、前記レーザ光の波長を調整する少なくとも２つの波長フィルタと、前記レーザ共振器内の光路長を調整する位相調整部と、を備え、前記第１反射部と前記第２反射部との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有することを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記折り返し部は、曲げ導波路によって構成されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記折り返し部は、リング共振器と該リング共振器に光学的に接続している２つのアーム導波路とを備えるリングフィルタによって構成されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記半導体基板上において前記第１反射部のレーザ光出力側に設けられた半導体光増幅器を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、半導体基板上に形成された導波路型の波長可変レーザであって、レーザ光が出力される第１反射部と、前記第１反射部とともにレーザ共振器を構成する第２反射部と、前記第１反射部と前記第２反射部との間に設けられた利得部と、波長特性を調整可能であり、前記レーザ光の波長を調整する少なくとも２つの波長フィルタと、前記レーザ共振器内の光路長を調整する位相調整部と、前記第１反射部のレーザ光出力側に設けられた半導体光増幅器と、を備え、前記第１反射部と前記半導体光増幅器との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有することを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記折り返し部は、曲げ導波路によって構成されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記第１反射部と前記第２反射部との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有することを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記折り返し部が複数含まれることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記第１反射部または前記第２反射部と前記波長フィルタのいずれか一つとが一体に構成されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記第１反射部または前記第２反射部と前記位相調整部とが一体に構成されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記第１反射部と前記第２反射部との間の折り返し部と前記位相調整部とが一体に構成されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記利得部と前記半導体光増幅器とが前記折り返し部を挟んだ両側に配置されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記２つの波長フィルタおよび前記位相調整部の少なくともいずれか一つは、ヒータによって屈折率を調整されるものであり、前記半導体光増幅器から、前記半導体基板の厚さよりも大きい距離だけ離間して配置されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る波長可変レーザは、前記第１反射部と前記半導体光増幅器との間に設けられ、前記第１反射部から前記半導体光増幅器に出力される前記レーザ光の一部を分岐し、分岐した前記レーザ光の一部を導波する導波路が、前記レーザ光が出力される端面以外の端面に達している光分岐部を備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係る光モジュールは、上記の波長可変レーザを備えることを特徴とする。
本発明によれば、小型化に適する波長可変レーザおよび光モジュールを実現できるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係る波長可変レーザ素子の模式図である。 図２Ａは、図１に示す波長可変レーザ素子の要素の模式的断面図である。 図２Ｂは、図１に示す波長可変レーザ素子の要素の模式的断面図である。 図３は、実施形態２に係る波長可変レーザ素子の模式図である。 図４は、実施形態３に係る波長可変レーザ素子の模式図である。 図５は、実施形態４に係る波長可変レーザ素子の模式図である。 図６は、実施形態５に係る波長可変レーザ素子の模式図である。 図７は、実施形態６に係る波長可変レーザ素子の模式図である。 図８は、実施形態７に係る波長可変レーザ素子の模式図である。 図９は、実施形態８に係る波長可変レーザ素子の模式図である。 図１０は、実施形態９に係る光モジュールの模式図である。
以下に、図面を参照して実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、以下の実施形態１～８に係る波長可変レーザ素子は、いずれも半導体基板上に形成された導波路型の波長可変レーザのレーザチップである。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る波長可変レーザ素子の模式図である。波長可変レーザ素子１００は、波長フィルタである公知のＳＧ－ＤＢＲ（Sampled Grating Distributed Bragg Reflector）１と、利得部２と、曲げ導波路３と、ＳＧ－ＤＢＲ４と、ＳＯＡ５と、がこの順番で接続されて構成されている。
ＳＧ－ＤＢＲ１は、第２反射部と波長フィルタとが一体に構成されたものである。ＳＧ－ＤＢＲ４は、レーザ光が出力される第１反射部と波長フィルタとが一体に構成されたものである。ＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４とがレーザ共振器を構成している。ＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４とは、波長特性として、互いに波長間隔が異なる周期的な反射ピークを有している。また、ＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４とは、それぞれ、上面に不図示のヒータが設けられており、波長特性を調整可能である。
利得部２は、ＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４との間に設けられており、駆動電流を供給されることによって光増幅機能を発揮する。
曲げ導波路３は、ＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４との間に設けられており、Ｕ字状に曲がった導波路である。曲げ導波路３は、上面に不図示のヒータが設けられており、レーザ共振器内の光路長を調整し、レーザ発振するキャビティモードを選択する位相調整部として機能する。
ＳＯＡ５は、半導体基板上において、ＳＧ－ＤＢＲ４のレーザ光出力側に設けられている。ＳＯＡ５は、駆動電流が供給されることによって、ＳＧ－ＤＢＲ４から出力されたレーザ光を増幅して、波長可変レーザ素子１００の端面１００ａから高出力のレーザ光Ｌとして出力させる。レーザ光Ｌの波長はたとえば１．５５μｍ波長帯の範囲にある。
なお、端面反射を抑制するために、端面１００ａにはＡＲ（Anti-Reflection）コートが施されていることが好ましい。波長可変レーザ素子１００では、一方の端面１００ａのみにＡＲコートを施せばよいので、コーティング工程の回数が少なくなる。また、端面反射を一層抑制するためには、ＳＯＡ５の導波路が端面１００ａ付近で端面１００ａの法線に対して数度（典型的には７度）傾斜していることが好ましい。
波長可変レーザ素子１００では、ヒータでＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４との波長特性を調整することで、レーザ光Ｌの波長を調整することができ、バーニア型の波長可変レーザとして機能する。
ここで、波長可変レーザ素子１００では、曲げ導波路３によって、ＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有するので、レーザチップの長さを短くでき、小型化が可能である。すなわち、曲げ導波路３は、ＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４との間の折り返し部と位相調整部とが一体に構成されたものである。
なお、曲げ導波路３を設けない場合、ＳＧ－ＤＢＲ１、利得部２、直線導波路、ＳＧ－ＤＢＲ４、およびＳＯＡ５を直線的に順に並べることになるため、レーザチップの長さが長くなり、典型的な値を例示すると３ｍｍとなる。一方、波長可変レーザ素子１００のように曲げ導波路３によって折り返しの配置にすると、長さをおよそ半分にすることができる。たとえば波長可変レーザ素子１００の長さは１．８ｍｍであり、直線的に並べる場合に比べて１ｍｍ以上短くできる。
従来の波長可変レーザモジュールでは１ｍｍという差は重要ではなかったが、昨今の超小型波長可変レーザモジュールでは１ｍｍの差は全く無視できず、長さを短くして小型化する効果がきわめて大きい。一方、波長可変レーザチップの幅は、折り返し配置をしない場合に比べて大きくなる場合がある。典型的な幅を例示すると、折り返し配置をしない場合に０．３５ｍｍであるのに比べて、波長可変レーザ素子１００のように曲げ導波路３によって折り返しの配置にすると、たとえば０．５ｍｍである。しかし、この幅は光アイソレータなどの波長可変レーザモジュールを構成する他の部品に比べて十分に小さく、無視することができる程度である。
以上説明したように、波長可変レーザ素子１００は、小型化が可能である。
ここで、波長可変レーザ素子１００の要素の断面構造の例を、図２Ａ、２Ｂを参照して説明する。図２Ａは、利得部２を導波路と垂直な面で切断した断面図である。利得部２では、ｎ－ＩｎＰからなり、下部クラッド層を兼ねる基板１０１上に、ＧａＩｎＡｓＰからなる多重量子井戸構造の導波路である活性コア層１０２とｐ－ＩｎＰからなるスペーサ層１０５とが形成されている。活性コア層１０２は波長可変レーザ素子１００のレーザ発振波長で発光するように組成が調整されている。基板１０１と活性コア層１０２とスペーサ層１０５とはメサ構造を有しており、その両側がｐ－ＩｎＰからなる下部電流ブロック層１０３とｎ－ＩｎＰからなる上部電流ブロック層１０４とで埋め込まれている。すなわち、利得部２は埋め込みヘテロ（ＢＨ）構造を有しており、高い電流効率を実現できる。その上には、ｐ－ＩｎＰからなる上部クラッド層１０６、ｐ－ＧａＩｎＡｓＰからなるエッチストップ層１０７、ｐ－ＩｎＰからなる上部クラッド層１０８、ｐ－ＧａＩｎＡｓからなるコンタクト層１０９が順次形成されている。コンタクト層１０９の上にはｐ側電極１１０が形成されている。
活性コア層１０２の両側の離間した位置には、コンタクト層１０９から上部電流ブロック層１０４の深さまでトレンチが形成されており、所望領域以外への電流の回り込みを防いでいる。さらに、ＳｉＮｘなどの絶縁材料からなるパシベーション膜１１１が形成されている。パシベーション膜１１１の一部が開口し、その開口にｐ側電極１１０と電気的に接続するように、ｐ側電極１１０に電流を供給する電極１１２、１１３が順次形成されている。また、基板１０１の裏面にはｎ側電極１１４が形成されている。
図２Ｂは、曲げ導波路３の断面図である。曲げ導波路３では、基板１０１上に、ＧａＩｎＡｓＰからなる導波路コア層１２０と上部クラッド層１０６とエッチストップ層１０７とが順次形成されている。導波路コア層１２０は波長可変レーザ素子１００のレーザ発振波長で光を吸収しないようにその組成が調整されている。
基板１０１の上部からからエッチストップ層１０７まではハイメサ構造となっており、ハイメサ構造はパシベーション膜１１１で覆われている。さらに、ハイメサ構造の両側は上面の平坦化などのために、ポリイミドなどの樹脂材料１２１で埋め込まれている。また、ハイメサ構造の上部にはヒータ１２２が形成されている。曲げ導波路３では、位相調整部としても機能するので、ヒータによる温度変化を効率化するために、熱抵抗を大きくしやすいハイメサ構造を採用している。また、ハイメサ構造は比較的曲げ径が小さくても曲げ損失が発生し難いので、曲げ導波路の構成として適する。
なお、ＳＯＡ５は利得部２と同様の断面構造を有する。ＳＧ－ＤＢＲ１、４は曲げ導波路３と同様の断面構造を有する。ただし、ＳＧ－ＤＢＲ１、４では導波路コア層が回折格子を形成するように光導波方向で不連続に配置されている。
また、たとえば利得部２と曲げ導波路３とは導波路構造が異なるため、これらの接続部に導波路変換領域を設けて、接続損失を低減するように構成してもよい。
また、波長可変レーザ素子１００では、利得部２とＳＯＡ５とが折り返し部を挟んだ両側に配置されている。ここで、半導体光素子は、単結晶の材料で作製される。このため、結晶の方位を前提として設計する必要がある。特に、ＢＨ構造のように結晶の再成長を必要とする構造では、導波路の向きが特定の結晶方位の範囲内になるように設計することが必要である。したがって、波長可変レーザ素子１００におけるＳＯＡ５と利得部２の導波路は、そのような結晶方位に沿った角度となるように形成されることが好ましい。
また、ＳＧ－ＤＢＲ１、４の回折格子は、電子線描画などでパターン形成される。電子線描画では、特定の直交座標上のグリッドに沿って電子線がスキャンされて高精細なパターンが作製される。この座標軸に沿ったパターンは安定的に形成できるが、そこから傾いたパターンは安定的に形成することが難しい。したがって、ＳＧ－ＤＢＲ１、４は、互いに異なる方向にすることは難しい。
これらの制約を満たしてレーザチップを小型化するために、波長可変レーザ素子１００では導波路を１８０度折り返している。これにより、ＳＧ－ＤＢＲ１、４が同一の方向に延伸し、利得部２とＳＯＡ５とが同一の方向に延伸することとなる。
ここで折り返しの角度は、多少であれば１８０度とは異なっていても効果を発揮する。例えば、ＢＨ構造の導波路を良好に埋め込むために＜０１１＞方位の導波路が好ましいとして、そこからの差が１０度以内であれば特性の変化は小さいし、電流注入特性の多少の低下を許容するならば３５度程度の差があっても結晶成長で埋め込むことは可能である。このように、特性の低下を許容できる範囲で１８０度からずれていても、本実施形態１の効果上は実質的に１８０度の曲げであるとみなすことができる。
さらに、１８０度の折り返しにおいて、その折り返し部がいくつかに分割されたものであってもよい。例えば、２回の９０°の曲げの間に直線導波路が挿入されたものであってもよいし、３回の６０°の曲げを接続し、折り返したものであってもよい。
波長可変レーザ素子１００では、折り返しの曲げ導波路３を第１反射部であるＳＧ－ＤＢＲ４と利得部２の間に設けている。これにより、利得部２とＳＯＡ５とは曲げによる折り返し部を挟んだ両側に配置されている。この構成は、折り返し部を挟んだ両側の要素の長さを均等にすることにより、長さを有効に使った配置となるために、チップ長さを小さくするのに好適である。
波長可変レーザ素子１００では、折り返しの曲げ導波路３を位相調整部として用いている。すなわち、曲げ導波路３をハイメサ導波路として、ヒータ１２２を形成している。曲げ導波路３は、既に述べた電流注入を行うＢＨ導波路や、回折格子パターンを電子線描画で形成するＤＢＲのような方向的な制約がなく、どの方向の導波路でも用いることができる。ハイメサ導波路は熱抵抗が高いだけでなく、曲げ導波路に適しているという特性もあるので、折り返しの曲げ導波路３をハイメサ導波路とすることは好適である。このため、曲げ導波路３を位相調整部として用いることが好適であり、これによって位相調整部と曲げ導波路を別に設ける必要がなくなるので、レーザチップのさらなる小型化に寄与している。複数の波長フィルタを用いる波長可変レーザでは、レーザ共振器を構成する２つのミラー間の距離が大きくなりすぎるとキャビティモードの波長間隔が小さくなるために位相調整をより精密にする必要が生じ制御の難度が上がるという課題がある。しかし、曲げ導波路と位相調整部を一体のものとして長さを節約することはこの観点でも有利である。
波長可変レーザ素子１００は、所望の波長のレーザ光を得た上で、光出力を可変にして使用する。特にある波長での使用開始時には、波長可変レーザ素子１００の外部への光出力なしの状態で所望のレーザ発振波長に調整した上で、徐々に光出力を上げていく動作が求められる。ＳＯＡ５が集積された波長可変レーザ素子１００では、ＳＯＡ５をオフ動作（開放、短絡または逆バイアス）にした上でレーザ発振波長に調整し、その後ＳＯＡ５の電流値を徐々に上昇させることによりこの動作を達成する。この動作中に、ＳＯＡ５の発熱量が徐々に増えることになる。一方で、波長フィルタ（ＳＧ－ＤＢＲ１、４）は温度によって波長応答が変わるので、ＳＯＡ５の発熱による温度変化がＳＧ－ＤＢＲ１、４に影響すると発振波長が不安定になるという問題がある。
そこで、ＳＯＡ５とＳＧ－ＤＢＲ１、４の距離が一定以上となるように設計することが好ましい。光導波路を曲げずに各要素を直線的に並べる場合、ＳＯＡ５とＳＧ－ＤＢＲ１、４は長手方向に離間される。一方、波長可変レーザ素子１００のように導波路を折り返し配置すると、長手方向には同一の位置（つまり幅方向に隣接した位置）にＳＧ－ＤＢＲ１または４とＳＯＡ５が配置される場合がある。このようなときには、所定の距離を担保するように幅方向の配置を適切に設計する必要がある。レーザチップ上の排熱はレーザチップの基板１０１側に行われるため、基板１０１の厚さに対して充分に大きい（例えば２倍以上）距離だけＳＧ－ＤＢＲ１および４とＳＯＡ５を離間させることが望ましい。波長可変レーザ素子１００の場合、基板１０１の厚さはたとえば１２０μｍであり、ＳＯＡ５とＳＧ－ＤＢＲ１との幅方向の距離は３００μｍである。
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る波長可変レーザ素子の模式図である。波長可変レーザ素子２００は、ＳＧ－ＤＢＲ１と、利得部２と、位相調整部６と、ＤＳ－ＤＢＲ７と、曲げ導波路８と、ＳＯＡ５と、がこの順番で接続されて構成されている。
ＳＧ－ＤＢＲ１は、第２反射部と波長フィルタとが一体に構成されたものである。波長フィルタである公知のＤＳ－ＤＢＲ（Digital Supermode Distributed Bragg Reflector）７は、レーザ光が出力される第１反射部と波長フィルタとが一体に構成されたものである。ＳＧ－ＤＢＲ１とＤＳ－ＤＢＲ７とがレーザ共振器を構成している。ＳＧ－ＤＢＲ１とＤＳ－ＤＢＲ７は、上面に不図示のヒータが設けられており、波長特性を調整可能である。ＤＳ－ＤＢＲ７は、ヒータの加熱によって一部を選択的に屈折率変化させることで、ある波長帯域の反射率を上昇させることができる。ＳＧ－ＤＢＲ１の周期的な反射ピークの内、ＤＳ－ＤＢＲ７の反射率を上昇させた波長帯域に重なる反射ピークの波長でレーザ発振が起こる。そのため、波長可変レーザ素子２００は、バーニア効果とは異なる動作原理によって波長可変動作が可能である。
位相調整部６は、利得部２とＤＳ－ＤＢＲ７との間に設けられ、上面に不図示のヒータが設けられている。曲げ導波路８は、ＤＳ－ＤＢＲ７とＳＯＡ５との間に設けられており、Ｕ字状に曲がった導波路である。ＤＳ－ＤＢＲ７、位相調整部６および曲げ導波路８はハイメサ構造であることが好ましい。
波長可変レーザ素子２００では、ＤＳ－ＤＢＲ７とＳＯＡ５とを曲げ導波路８が接続しており、曲げ導波路８を挟んで導波路が折り返している。すなわち、曲げ導波路８によって、レーザ光を出力する第１反射部であるＤＳ－ＤＢＲ７とＳＯＡ５との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有する。
ＳＯＡ５は、ＤＳ－ＤＢＲ７から出力されたレーザ光を増幅して、波長可変レーザ素子２００の端面２００ａから高出力のレーザ光Ｌとして出力させる。端面２００ａにはＡＲコートが施されていることが好ましい。
波長可変レーザ素子２００では、波長可変レーザ素子１００と同様にレーザチップの長さを短くでき、小型化が可能である。また、ＳＯＡ５を長くすることができ、ＳＯＡ５の増幅率を大きく、電気抵抗を小さくできる。このため、波長可変レーザ素子２００は、高出力が求められる用途に適している。このようなＳＯＡ５を長くする設計では、折り返し部の無い配置では全体の長さが特に長くなるため、折り返し配置によって長さを小さくする効果が大きく得られる。また、波長可変レーザ素子１００と同様に、実質的に１８０度となる折り返しであり、利得部２とＳＯＡ５とが折り返し部を挟んだ両側に配置されているので、ＳＯＡ５と利得部２との延伸方向を結晶方位に対して揃えることができる。
（実施形態３）
図４は、実施形態３に係る波長可変レーザ素子の模式図である。波長可変レーザ素子３００は、利得部２と、位相調整部６と、リングフィルタ９と、ＳＧ－ＤＢＲ４と、曲げ導波路８と、ＳＯＡ５と、がこの順番で接続されて構成されている。
波長可変レーザ素子３００は、対向する端面３００ａ、３００ｂを有している。端面３００ａにはＡＲコートが施されており、端面３００ｂには高反射（ＨＲ）膜３００ｃが形成されている。
高反射膜３００ｃは第２反射部である。ＳＧ－ＤＢＲ４は、レーザ光が出力される第１反射部と波長フィルタとが一体に構成されたものである。高反射膜３００ｃとＳＧ－ＤＢＲ４とがレーザ共振器を構成している。
位相調整部６は、利得部２とリングフィルタ９との間に設けられ、上面に不図示のヒータが設けられている。
リングフィルタ９は、導波路で構成されたリング共振器９ａと、リング共振器９ａに光学的に接続している２つのアーム導波路９ｂ、９ｃとを備える。アーム導波路９ｂは位相調整部６に接続されており、アーム導波路９ｃはＳＧ－ＤＢＲ４に接続されている。
リングフィルタ９は、ＳＧ－ＤＢＲ４の周期的な反射ピークとは波長間隔が異なる周期的な透過ピークを有する透過型の波長フィルタである。リング共振器９ａの上面には不図示のヒータが設けられており、波長特性を調整可能である。リングフィルタ９はハイメサ構造であることが好ましい。
波長可変レーザ素子３００では、高反射膜３００ｃとＳＧ－ＤＢＲ４とがレーザ共振器を構成しており、ヒータでリングフィルタ９とＳＧ－ＤＢＲ４との波長特性を調整することで、レーザ光Ｌの波長を調整することができ、バーニア型の波長可変レーザとして機能する。
レーザ光Ｌは、好ましくはＡＲコートが施された端面３００ａ側においてＳＯＡ５から出力される。一方、高反射膜３００ｃが形成された端面３００ｂ側においては、利得部２からレーザ光Ｌ１が出力される。このレーザ光Ｌ１はレーザ光Ｌの光出力をモニタするためのモニタ光として使用できる。
波長可変レーザ素子３００では、リングフィルタ９の入力と出力とで光の進行方向が１８０度切り替わることを利用して、高反射膜３００ｃとＳＧ－ＤＢＲ４と間の１８０度の折り返しが実現されている。さらに、レーザ光の出力側の第１反射部であるＳＧ－ＤＢＲ４からＳＯＡ５に到る導波路が曲げ導波路８であり、これにより、さらに１８０度の折り返しが実現されている。これにより、波長可変レーザ素子３００は、より一層レーザチップの長さを短くでき、さらなる小型化が可能である。
また、波長可変レーザ素子３００では、レーザ共振器内に透過型の波長フィルタであるリングフィルタ９が配置されているが、リングフィルタは透過ピーク以外の波長の光を透過しないので、レーザ発振とは無関係な波長におけるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光がＳＯＡ５に入力されたり、レーザ光Ｌとともに出力されることを抑制することができる。
（実施形態４）
図５は、実施形態４に係る波長可変レーザ素子の模式図である。波長可変レーザ素子４００は、ループミラー１０と、利得部２と、位相調整部としても機能する曲げ導波路３と、ＳＧ－ＤＢＲ４と、ＳＯＡ５と、がこの順番で接続されて構成されている。
ループミラー１０は、導波路で構成されたリング共振器１０ａと、リング共振器１０ａに光学的に接続している２つのアーム導波路１０ｂ、１０ｃと、１×２の光合分波器１０ｄとを備えている。光合分波器１０ｄはたとえばＭＭＩカプラで構成されている導波路であり、１ポート側が利得部２に接続され、２ポート側が２つのアーム導波路１０ｂ、１０ｃに接続されている。
ループミラー１０は、ＳＧ－ＤＢＲ４の周期的な反射ピークとは波長間隔が異なる周期的な反射ピークを有する反射型の波長フィルタである。リング共振器１０ａの上面には不図示のヒータが設けられており、波長特性を調整可能である。このように、ループミラー１０は、反射部と波長フィルタが一体に構成されたものである。なお、ループミラー１０はハイメサ構造であることが好ましい。
波長可変レーザ素子４００では、ループミラー１０とＳＧ－ＤＢＲ４とがレーザ共振器を構成しており、ヒータでループミラー１０とＳＧ－ＤＢＲ４との波長特性を調整することで、レーザ光Ｌの波長を調整することができ、バーニア型の波長可変レーザとして機能する。レーザ光Ｌは、好ましくはＡＲコートが施された端面４００ａ側においてＳＯＡ５から出力される。
波長可変レーザ素子４００では、曲げ導波路３によって、ループミラー１０とＳＧ－ＤＢＲ４との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有するので、レーザチップの長さを短くでき、小型化が可能である。また、レーザ発振とは無関係な波長におけるＡＳＥ光がＳＯＡ５に入力されたり、レーザ光Ｌとともに出力されることを抑制することができる。
（実施形態５）
図６は、実施形態５に係る波長可変レーザ素子の模式図である。波長可変レーザ素子５００は、ループミラー１１と、利得部２と、透過型の波長フィルタであるリングフィルタ９と、公知のＣＧ－ＤＢＲ（Chirped Grating Distributed Bragg Reflector）１２と、ＳＯＡ５と、がこの順番で接続されて構成されている。
ループミラー１１は、導波路で構成されたリング共振器１１ａと、リング共振器１１ａに光学的に接続している２つのアーム導波路１１ｂ、１１ｃと、２つのアーム導波路１１ｂ、１１ｃのそれぞれに接続している導波路である２つの位相調整部１１ｄ、１１ｅと、１×２の光合分波器１１ｆとを備えている。光合分波器１１ｆはたとえばＭＭＩカプラで構成されている導波路であり、１ポート側が利得部２に接続され、２ポート側が２つの位相調整部１１ｄ、１１ｅに接続されている。
ループミラー１１は、リングフィルタ９の周期的な透過ピークとは波長間隔が異なる周期的な反射ピークを有する反射型の波長フィルタである。リング共振器１１ａの上面には不図示のヒータが設けられており、波長特性を調整可能である。また、位相調整部１１ｄ、１１ｅは、上面に不図示のヒータが設けられている。このように、ループミラー１１は、反射部と波長フィルタと位相調整部とが一体に構成されたものである。なお、ループミラー１１はハイメサ構造であることが好ましい。
ＣＧ－ＤＢＲ１２は、レーザ光を出力する第１反射部であり、比較的広い反射帯域を有する。波長可変レーザ素子５００では、ループミラー１１とＣＧ－ＤＢＲ１２とがレーザ共振器を構成しており、ヒータでループミラー１１とリングフィルタ９との波長特性を調整することで、レーザ光Ｌの波長を調整することができ、バーニア型の波長可変レーザとして機能する。レーザ光Ｌは、好ましくはＡＲコートが施された端面５００ａ側においてＳＯＡ５から出力される。
波長可変レーザ素子５００では、リングフィルタ９を利用して、ループミラー１１とＣＧ－ＤＢＲ１２と間の１８０度の折り返しが実現されているので、レーザチップの長さを短くでき、小型化が可能である。また、レーザ発振とは無関係な波長におけるＡＳＥ光がＳＯＡ５に入力されたり、レーザ光Ｌとともに出力されることを抑制することができる。
（実施形態６）
図７は、実施形態６に係る波長可変レーザ素子の模式図である。波長可変レーザ素子６００は、図６に示す波長可変レーザ素子５００のリングフィルタ９をリングフィルタ１３に置き換えたものである。レーザ光Ｌは、好ましくはＡＲコートが施された端面６００ａ側においてＳＯＡ５から出力される。
リングフィルタ１３は、導波路で構成されたリング共振器１３ａと、リング共振器１３ａに光学的に接続している２つのアーム導波路１３ｂ、１３ｃとを備える。リングフィルタ１３は、リングフィルタ９とは、アーム導波路１３ｂ、１３ｃがＳ字形の導波路である点で異なる。
実施形態１の説明で述べたように、熱による動作の干渉を防止するためにＳＯＡ５と波長フィルタとの距離は一定以上となるように設計することが必要である。レーザチップ上の排熱はレーザチップの基板側に行われるため、基板の厚さに対して充分に大きい（例えば２倍以上）距離だけ波長フィルタとＳＯＡ５を離間させることが望ましい。そこで、波長可変レーザ素子６００では、アーム導波路１３ｂ、１３ｃをＳ字型とすることで、ループミラー１１とＳＯＡ５との距離を大きくしており、好適である。
（実施形態７）
図８は、実施形態７に係る波長可変レーザ素子の模式図である。波長可変レーザ素子７００は、ループミラー１１と、利得部２と、ＳＧ－ＤＢＲ４と、光分岐部としての光合分波器１４と、ＳＯＡ５と、がこの順番で接続されて構成されている。
波長可変レーザ素子７００は、対向する端面７００ａ、７００ｂを有している。端面７００ａ、７００ｂにはＡＲコートが施されている。
光合分波器１４は、ＳＧ－ＤＢＲ４とＳＯＡ５との間に設けられた１×２の光合分波器であり、１ポート側がＳＧ－ＤＢＲ４と接続している。２ポート側の一方は曲げ導波路１４ａとなってＳＯＡ５と接続している。２ポート側の他方は端面７００ｂに達するモニタ導波路１４ｂになっている。
波長可変レーザ素子７００では、ループミラー１１とＳＧ－ＤＢＲ４とがレーザ共振器を構成しており、ヒータでループミラー１１とＳＧ－ＤＢＲ４との波長特性を調整することで、レーザ光Ｌの波長を調整することができ、バーニア型の波長可変レーザとして機能する。レーザ光Ｌは、好ましくはＡＲコートが施された端面７００ａ側においてＳＯＡ５から出力される。
波長可変レーザ素子７００では、光合分波器１４の曲げ導波路１４ａによって、ＳＧ－ＤＢＲ４とＳＯＡ５との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有するので、レーザチップの長さを短くでき、小型化が可能である。また、ＳＯＡ５を長くすることができ、ＳＯＡ５の増幅率を大きく、電気抵抗を小さくできる。このようなＳＯＡ５を長くする設計では、折り返し部の無い配置では全体の長さが特に長くなるため、折り返し配置によって長さを小さくする効果が大きく得られる。さらに、光合分波器１４が、ＳＧ－ＤＢＲ４からＳＯＡ５に出力されるレーザ光の一部を分岐し、そのレーザ光の一部はレーザ光Ｌ１としてモニタ導波路１４ｂを導波し、端面７００ｂから出力される。これにより、レーザ光Ｌ１をレーザ光Ｌの光出力をモニタするためのモニタ光として使用できる。
（実施形態８）
図９は、実施形態８に係る波長可変レーザ素子の模式図である。波長可変レーザ素子８００は、ＳＧ－ＤＢＲ１と、位相調整部としても機能する曲げ導波路３と、利得部２と、曲げ導波路８と、ＳＧ－ＤＢＲ４と、曲げ導波路８と、ＳＯＡ５と、がこの順番で接続されて構成されている。
波長可変レーザ素子８００では、ＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４とがレーザ共振器を構成しており、ヒータでＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４との波長特性を調整することで、レーザ光Ｌの波長を調整することができ、バーニア型の波長可変レーザとして機能する。レーザ光Ｌは、好ましくはＡＲコートが施された端面８００ａ側においてＳＯＡ５から出力される。
波長可変レーザ素子８００では、曲げ導波路３と、利得部２とＳＧ－ＤＢＲ４との間の曲げ導波路８とによって、ＳＧ－ＤＢＲ１とＳＧ－ＤＢＲ４との間で、光路が実質的に１８０度の角度で２回の折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有する。さらに、ＳＧ－ＤＢＲ４とＳＯＡ５との間の曲げ導波路８によって、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有する。すなわち、波長可変レーザ素子８００は、３回の折り返しを含むので、レーザチップの長さをきわめて短くでき、より一層の小型化が可能である。
（実施形態９）
図１０は、実施形態９に係る光モジュールの模式図である。この光モジュール１０００は、レーザモジュールであって、パッケージ１００１と、サブマウント１００２と、実施形態３に係る波長可変レーザ素子３００と、コリメートレンズ１００３と、ビームスプリッタ１００４と、光アイソレータ１００５と、レンズ収容部１００６と、集光レンズ１００７と、光ファイバ１００８と、受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）１００９と、結合レンズ１０１０と、波長検出部１０１１と、ＰＤ１０１２と、ＰＤ１０１３と、を備えている。なお、サブマウント１００２とパッケージ１００１との間にはペルチェ素子等の温度調節器が設けられている。制御器は、温度調節器に駆動電流を供給することで、波長可変レーザ素子３００の温度を調節する。
サブマウント１００２、波長可変レーザ素子３００、コリメートレンズ１００３、ビームスプリッタ１００４、ＰＤ１００９、結合レンズ１０１０、波長検出部１０１１、およびＰＤ１０１２、１０１３はパッケージ１００１内に収容されている。なお、パッケージ１００１は上蓋を備えているが、内部構造の説明のために上蓋を取り外した状態で図示されている。また、光アイソレータ１００５はパッケージ１００１の外部に取り付けられている。レンズ収容部１００６は光アイソレータ１００５に取り付けられている。集光レンズ１００７はレンズ収容部１００６に収容されている。光ファイバ１００８はレンズ収容部１００６に取り付けられている。
サブマウント１００２は、パッケージ１００１内にて波長可変レーザ素子３００を搭載する。波長可変レーザ素子３００は、不図示の制御器から駆動電流を供給されて、レーザ光Ｌとレーザ光Ｌ１とを出力する。コリメートレンズ１００３は、レーザ光Ｌをコリメートする。ビームスプリッタ１００４は、コリメートされたレーザ光Ｌの一部をレーザ光Ｌ２として分岐し、残りを透過する。光アイソレータ１００５は、ビームスプリッタ１００４を透過したレーザ光Ｌを集光レンズ１００７側に透過させ、集光レンズ１００７側から入力された光を遮断する。集光レンズ１００７は、光アイソレータ１００５を透過したレーザ光Ｌを集光し、光ファイバ１００８に結合させる。光ファイバ１００８は、結合されたレーザ光Ｌを伝搬する。
ＰＤ１００９は、ビームスプリッタ１００４が分岐したレーザ光Ｌ２を受光し、その受光パワーに応じた電流信号を制御器に出力する。制御器は、この電流信号に基づいて、波長可変レーザ素子３００へ供給する駆動電流を制御する。たとえば、電流信号が一定値になるように駆動電流を制御することで、光出力一定制御を実現できる。
一方、結合レンズ１０１０は、レーザ光Ｌ１を波長検出部１０１１に結合させる。波長検出部１０１１は、少なくとも光分岐部とフィルタ部とを備えている。波長検出部１０１１において、光分岐部は、レーザ光Ｌ１を２分岐し、一方のレーザ光をＰＤ１０１２に入力させる。また、フィルタ部は、光の周波数的に周期的な透過特性を有しており、２分岐した他方のレーザ光を通過させた後にＰＤ１０１３に入力させる。ＰＤ１０１２、１０１３は、それぞれ入力されたレーザ光を受光し、その受光パワーに応じた電流信号を制御器に出力する。制御器は、これらの電流信号に基づいて、温度調節器へ供給する駆動電流を制御して波長可変レーザ素子３００の温度を調節し、レーザ光Ｌの波長を制御する。このような制御は、波長ロックと呼ばれる公知の技術である。波長検出部１０１１は、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）などの光導波路素子や、空間結合系により実現できる。フィルタ部は、たとえリングフィルタやエタロンフィルタにより実現できる。
光モジュール１０００は、幅５ｍｍ、長さ８ｍｍという非常に小型のパッケージ１００１に、各光部品が収容されるように構成されており、そのためにたとえば光アイソレータ１００５等はパッケージ１００１の外部に取り付けられている。
光モジュール１０００の構成においてパッケージ１００１内の各部品の面積を削減した結果、パッケージ１００１内の面積のうちで、波長可変レーザ素子３００の面積（特には長さ）によって占有される割合は大きくなる。しかしながら、波長可変レーザ素子３００は小型であるので、全体として小型の光モジュール１０００が実現されている。
なお、光モジュール１０００において、波長可変レーザ素子３００の代わりに、実施形態７に係る波長可変レーザ素子７００を用いてもよい。また、その他の実施形態に係る波長可変レーザ素子１００、２００、４００～６００、８００に、レーザ光Ｌとは反対側にモニタ用のレーザ光を出力するように変更を施して、波長可変レーザ素子３００の代わりに用いてもよい。
また、レーザモジュールである光モジュール１０００の他に、実施形態１～８に係る波長可変レーザ素子を局発光源とする変調器内蔵型の光モジュールを構成することもできる。
なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
以上のように、本発明に係る波長可変レーザおよび光モジュールは、光通信に適用して好適なものである。
１、４ ＳＧ－ＤＢＲ
２ 利得部
３、８、１４ａ 曲げ導波路
５ ＳＯＡ
６、１１ｄ、１１ｅ 位相調整部
７ ＤＳ－ＤＢＲ
９、１３ リングフィルタ
９ａ、１０ａ、１１ａ、１３ａ リング共振器
９ｂ、９ｃ、１０ｂ、１０ｃ、１１ｂ、１１ｃ、１３ｂ、１３ｃ アーム導波路
１０、１１ ループミラー
１０ｄ、１１ｆ、１４ 光合分波器
１２ ＣＧ－ＤＢＲ
１４ｂ モニタ導波路
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 波長可変レーザ素子
１００ａ、２００ａ、３００ａ、３００ｂ、４００ａ、５００ａ、６００ａ、７００ａ、７００ｂ、８００ａ 端面
１０１ 基板
１０２ 活性コア層
１０３ 下部電流ブロック層
１０４ 上部電流ブロック層
１０５ スペーサ層
１０６、１０８ 上部クラッド層
１０７ エッチストップ層
１０９ コンタクト層
１１０ ｐ側電極
１１１ パシベーション膜
１１２、１１３ 電極
１１４ ｎ側電極
１２０ 導波路コア層
１２１ 樹脂材料
１２２ ヒータ
３００ｃ 高反射膜
１０００ 光モジュール
１００１ パッケージ
１００２ サブマウント
１００３ コリメートレンズ
１００４ ビームスプリッタ
１００５ 光アイソレータ
１００６ レンズ収容部
１００７ 集光レンズ
１００８ 光ファイバ
１００９、１０１２、１０１３ フォトダイオード
１０１０ 結合レンズ
１０１１ 波長検出部

Claims (14)

  1. 半導体基板上に形成された導波路型の波長可変レーザであって、
    レーザ光が出力される第１反射部と、
    前記第１反射部とともにレーザ共振器を構成する第２反射部と、
    前記第１反射部と前記第２反射部との間に設けられた利得部と、
    波長特性を調整可能であり、前記レーザ光の波長を調整する少なくとも２つの波長フィルタと、
    前記レーザ共振器内の光路長を調整する位相調整部と、
    前記半導体基板上において前記第１反射部のレーザ光出力側に設けられた半導体光増幅器と、
    を備え、前記第１反射部と前記第２反射部との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有し、
    前記２つの波長フィルタおよび前記位相調整部の少なくともいずれか一つは、ヒータによって屈折率を調整されるものであり、前記半導体光増幅器とは、前記半導体基板の長手方向と直交する幅方向に隣接しており、かつ、前記半導体光増幅器から、前記半導体基板の厚さよりも大きい距離だけ離間して配置され、
    前記波長可変レーザ上の排熱は前記半導体基板側に行われる
    ことを特徴とする波長可変レーザ。
  2. 前記折り返し部は、曲げ導波路によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
  3. 前記折り返し部は、リング共振器と該リング共振器に光学的に接続している２つのアーム導波路とを備えるリングフィルタによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波長可変レーザ。
  4. 半導体基板上に形成された導波路型の波長可変レーザであって、
    レーザ光が出力される第１反射部と、
    前記第１反射部とともにレーザ共振器を構成する第２反射部と、
    前記第１反射部と前記第２反射部との間に設けられた利得部と、
    波長特性を調整可能であり、前記レーザ光の波長を調整する少なくとも２つの波長フィルタと、
    前記レーザ共振器内の光路長を調整する位相調整部と、
    前記半導体基板上において前記第１反射部のレーザ光出力側に設けられた半導体光増幅器と、
    を備え、前記第１反射部と前記半導体光増幅器との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有し、
    前記２つの波長フィルタおよび前記位相調整部の少なくともいずれか一つは、ヒータによって屈折率を調整されるものであり、前記半導体光増幅器とは、前記半導体基板の長手方向と直交する幅方向に隣接しており、かつ、前記半導体光増幅器から、前記半導体基板の厚さよりも大きい距離だけ離間して配置され、
    前記波長可変レーザ上の排熱は前記半導体基板側に行われる
    ことを特徴とする波長可変レーザ。
  5. 前記折り返し部は、曲げ導波路によって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の波長可変レーザ。
  6. 前記第１反射部と前記第２反射部との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをする導波路で構成されている折り返し部を有することを特徴とする請求項４または５に記載の波長可変レーザ。
  7. 前記折り返し部が複数含まれることを特徴とする請求項１～３、６のいずれか一つに記載の波長可変レーザ。
  8. 前記第１反射部または前記第２反射部と前記波長フィルタのいずれか一つとが一体に構成されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の波長可変レーザ。
  9. 前記第１反射部または前記第２反射部と前記位相調整部とが一体に構成されていることを特徴とする請求項１～８のいずれか一つに記載の波長可変レーザ。
  10. 前記第１反射部と前記第２反射部との間の折り返し部と前記位相調整部とが一体に構成されていることを特徴とする請求項１～３、６、７のいずれか一つに記載の波長可変レーザ。
  11. 前記利得部と前記半導体光増幅器とが前記折り返し部を挟んだ両側に配置されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の波長可変レーザ。
  12. 前記第１反射部と前記半導体光増幅器との間に設けられ、前記第１反射部から前記半導体光増幅器に出力される前記レーザ光の一部を分岐し、分岐した前記レーザ光の一部を導波する導波路が、前記レーザ光が出力される端面以外の端面に達している光分岐部を備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の波長可変レーザ。
  13. 前記距離は前記半導体基板の厚さの２倍以上であることを特徴とする請求項１～１２のいずれか一つに記載の波長可変レーザ。
  14. 請求項１～１３のいずれか一つに記載の波長可変レーザを備えることを特徴とする光モジュール。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11728622B2 (en) * 2019-03-01 2023-08-15 Cisco Technology, Inc. Single-facet, variable-confinement optical waveguide amplifier

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004273993A (ja) 2003-03-12 2004-09-30 Hitachi Ltd 波長可変分布反射型半導体レーザ装置
JP2005327881A (ja) 2004-05-13 2005-11-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 波長可変半導体レーザ
JP2008066318A (ja) 2006-09-04 2008-03-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体波長可変レーザ
JP2008294371A (ja) 2007-05-28 2008-12-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体発光素子
JP2011109048A (ja) 2009-11-20 2011-06-02 Furukawa Electric Co Ltd:The 波長可変光フィルタ、波長可変レーザ、および波長可変レーザアレイ
JP2015012093A (ja) 2013-06-27 2015-01-19 住友電気工業株式会社 光半導体素子
JP2016178283A (ja) 2015-03-20 2016-10-06 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ素子およびレーザモジュール
JP2017142348A (ja) 2016-02-10 2017-08-17 古河電気工業株式会社 光導波路構造、光集積素子、および光導波路構造の製造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI251393B (en) * 2004-03-31 2006-03-11 Nec Corp Tunable laser
US7480425B2 (en) * 2004-06-09 2009-01-20 Oewaves, Inc. Integrated opto-electronic oscillators
JP2006278769A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Nec Corp 波長可変レーザ
JP2006278770A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Nec Corp 波長可変レーザ
US8368995B2 (en) * 2009-10-13 2013-02-05 Skorpios Technologies, Inc. Method and system for hybrid integration of an opto-electronic integrated circuit
US20120189025A1 (en) * 2010-11-23 2012-07-26 Oracle International Corporation Monolithic laser source using ring-resonator reflectors
US8467122B2 (en) * 2011-07-13 2013-06-18 Oracle America, Inc. Hybrid laser source with ring-resonator reflector
CN103718398B (zh) * 2011-08-10 2015-11-25 富士通株式会社 外部谐振器型半导体激光元件以及光元件
US9209601B2 (en) 2011-08-26 2015-12-08 Oclaro Technology Ltd Monolithically integrated tunable semiconductor laser
GB2522410A (en) * 2014-01-20 2015-07-29 Rockley Photonics Ltd Tunable SOI laser
US9252564B2 (en) * 2014-03-07 2016-02-02 Skorpios Technologies, Inc. Tunable laser with directional coupler
JP6327342B2 (ja) * 2014-06-18 2018-05-23 富士通株式会社 レーザ装置
DE112015003234T5 (de) * 2014-07-11 2017-04-20 Acacia Communications, Inc. Integrierter abstimmbarer Hochleistungslaser mit einstellbaren Ausgängen
US9312662B1 (en) * 2014-09-30 2016-04-12 Lumentum Operations Llc Tunable laser source
US9509119B2 (en) * 2015-01-13 2016-11-29 Futurewei Technologies, Inc. Tunable laser with a cascaded filter and comb reflector
JP6876383B2 (ja) * 2016-06-07 2021-05-26 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 波長可変光源

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004273993A (ja) 2003-03-12 2004-09-30 Hitachi Ltd 波長可変分布反射型半導体レーザ装置
JP2005327881A (ja) 2004-05-13 2005-11-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 波長可変半導体レーザ
JP2008066318A (ja) 2006-09-04 2008-03-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体波長可変レーザ
JP2008294371A (ja) 2007-05-28 2008-12-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体発光素子
JP2011109048A (ja) 2009-11-20 2011-06-02 Furukawa Electric Co Ltd:The 波長可変光フィルタ、波長可変レーザ、および波長可変レーザアレイ
JP2015012093A (ja) 2013-06-27 2015-01-19 住友電気工業株式会社 光半導体素子
JP2016178283A (ja) 2015-03-20 2016-10-06 古河電気工業株式会社 波長可変レーザ素子およびレーザモジュール
JP2017142348A (ja) 2016-02-10 2017-08-17 古河電気工業株式会社 光導波路構造、光集積素子、および光導波路構造の製造方法

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