JP4378936B2 - Semiconductor laser - Google Patents
Semiconductor laser Download PDFInfo
- Publication number
- JP4378936B2 JP4378936B2 JP2002322730A JP2002322730A JP4378936B2 JP 4378936 B2 JP4378936 B2 JP 4378936B2 JP 2002322730 A JP2002322730 A JP 2002322730A JP 2002322730 A JP2002322730 A JP 2002322730A JP 4378936 B2 JP4378936 B2 JP 4378936B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical waveguide
- grating
- wavelength
- semiconductor laser
- diffraction grating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発振波長が可変である半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の半導体レーザとして、不均一回折格子を有する半導体レーザがある(非特許文献1参照)。かかる半導体レーザは、活性領域とそれを挟む一対のDBR(Distributed Bragg Reflector)反射領域を備える。これら一対のDBR反射領域の反射スペクトルは、それぞれ周期的に現れる多数の反射ピークを有する。そして、反射ピークの間隔はそれぞれのDBR反射領域でわずかに異なるように設計されており、注入電流を調整し一方のDBR反射領域の屈折率を変化させて反射スペクトルをシフトさせることにより、バーニア効果を利用して極めて広い範囲で発振波長を変化させている。
【0003】
【非特許文献1】
小林功郎著、「光集積デバイス」、初版、共立出版株式会社、1999年7月、p106
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の半導体レーザでは、半導体中に微細加工技術を利用して回折格子を形成する必要があったため、その製造が難しいという問題があった。また、かかる半導体レーザは温度安定性が低く、温調が必須であった。
【0005】
本発明は、上記した課題を解決するために為されたものであり、温度安定性が高く製造が容易な発振波長が可変である半導体レーザを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体レーザは、(1)活性領域と活性領域を挟んで対向する第1及び第2の光出射面とを有する半導体光増幅デバイスと、(2)第1の光出射面と光結合されており、石英を主体として形成された光導波領域に、第1の波長間隔で複数の反射ピークを示す多波長回折格子が形成された第1の光導波路デバイスと、(3)第2の光出射面と光結合されており、石英を主体として形成された光導波領域に、第1の波長間隔とは異なる第2の波長間隔で複数の反射ピークを示す多波長回折格子が形成された第2の光導波路デバイスと、(4)第2の光導波路デバイスに設けられた光導波領域の屈折率を調整するための温度調整手段と、を備えることを特徴とする。
【0007】
この半導体レーザは、多波長回折格子が形成された第1及び第2の光導波路デバイスを備えるため、微細加工技術を利用して半導体中に回折格子を形成する従来のレーザと比較して製造が容易となる。また、第2の光導波路デバイスにおいて多波長回折格子が形成された光導波領域は、屈折率の温度依存性が小さい石英を主体として形成されているため、温度調整手段による温度変更により屈折率を調整して多波長回折格子の反射スペクトルを変更することは容易であっても、環境温度の変化程度の温度変更に対しては屈折率は安定であり、温度安定性の高い半導体レーザとすることができる。更に、温度調節手段による温度変更により光導波領域の屈折率を調整するものであるため、注入電流により屈折率を調整する場合と比べて発振波長、及び発振出力の安定が図られる。
【0008】
本発明に係る半導体レーザでは、第2の光導波路デバイスは平面型光導波路であることを特徴としてもよい。このようにすれば、第2の光導波路デバイスへの温度調節手段の形成が容易となり、ひいては半導体レーザの製造が容易となる。
【0009】
本発明に係る半導体レーザでは、第1及び第2の光導波路デバイスは平面型光導波路であり、第1及び第2の光導波路デバイスは同一基板上に設けられていることを特徴としてもよい。このようにすれば、第1及び第2の光導波路デバイスと半導体光増幅デバイスとのアライメントが容易になる。
【0010】
本発明に係る半導体レーザでは、第1の光導波路デバイスは光ファイバであることを特徴としてもよい。
【0011】
本発明に係る半導体レーザでは、第1及び第2の光導波路デバイスの少なくとも一方の多波長回折格子は、等間隔に配置された所定周期の複数のグレーティング部を有することを特徴としてもよい。このようにすれば、多波長回折格子の反射ピークを与える波長は、グレーティング部の所定周期と、等間隔に配置された複数のグレーティング部の間隔とにより規定される。
【0012】
本発明に係る半導体レーザでは、第1及び第2の光導波路デバイスの少なくとも一方の多波長回折格子は、第1の屈折率を有する複数の第1グレーティング部と、第2の屈折率を有する複数の第2グレーティング部とを有し、第1グレーティング部と第2グレーティング部とは交互に連続して配置されていることを特徴としてもよい。このようにすれば、多波長回折格子の反射ピークを与える波長は、第1グレーティング部および第2グレーティング部が有する周期と、第1グレーティング部および第2グレーティング部の繰り返し周期とにより規定される。
【0013】
本発明に係る半導体レーザでは、第1及び第2の光導波路デバイスの少なくとも一方の多波長回折格子は、等間隔に配置されたチャープされた複数のグレーティング部を有することを特徴としてもよい。このようにすれば、多波長回折格子の反射ピークを与える波長は、チャープされたグレーティング部に含まれる周期と、等間隔に配置された複数のグレーティング部の間隔とにより規定される。
【0014】
本発明に係る半導体レーザでは、第1及び第2の光導波路デバイスの少なくとも一方の多波長回折格子は、それぞれ異なる周期の複数のグレーティング部を有し、各々のグレーティング部は空間的に重ねて配置されていることを特徴としてもよい。このようにすれば、多波長回折格子の反射ピークを与える波長は、複数のグレーティング部のそれぞれ異なる周期により規定される。そして、各々のグレーティング部は空間的に重ねて配置されているため、超周期グレーティングの長さを短くすることができる。なお、各波長のグレーティング部を書き込むとき、アポタイズをかけることにより重ね書きの際の干渉を抑えることができる。
【0015】
本発明に係る半導体レーザでは、第1及び第2の光導波路デバイスの少なくとも一方は平面型光導波路であり、多波長回折格子は光導波領域に光導波方向に沿って形成された凹凸部を含むことを特徴としてもよい。このようにすれば、複雑なパターンの回折格子を形成することが可能となる。
【0016】
本発明に係る半導体レーザでは、半導体光増幅デバイスの活性領域は、スポットサイズ変換部を有することを特徴としてもよい。このようにすれば、第1及び第2の光導波路デバイスと半導体光増幅デバイスとの結合効率の向上が図られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る半導体レーザの実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0018】
図1は、本実施形態に係る半導体レーザの構成を示す斜視図であり、また図2は、図1に示す半導体レーザの構成を示す平面図である。
【0019】
図1及び図2に示すように、半導体レーザ10は半導体光増幅デバイス12と、第1及び第2の光導波路デバイス14,16と、温度調整手段18と、を備える。
【0020】
半導体光増幅デバイス12は、活性領域20と、この活性領域20を挟んで対向する第1及び第2の光出射面22,24とを有する。活性領域20は、図示しない電極を介してキャリアが注入されると光を発生する。第1及び第2の光出射面22,24は反射防止膜を含み、端面での光反射が低減されている。
【0021】
図3は、図2に示す半導体レーザ10をIII−III線に沿って切断したときの、半導体光増幅デバイス12の断面構造を示す図である。図3に示すように、半導体光増幅デバイス12は、対向する第1及び第2の光出射面22,24とを有し、活性領域20は第1の光出射面22から第2の光出射面24に向かって延びている。そして、活性領域20は、第1及び第2の光出射面22,24付近の両端部に、スポットサイズ変換部26を有する。すなわち、図4に示すように、活性領域20の両端部は水平方向若しくは垂直方向にテーパが付けられており、活性領域20の厚み若しくは幅が極端に狭められている。これにより、活性領域20を伝搬する光が外方に大きく染み出すこととなり、出射光のスポットサイズの大型化が図られている。これにより、半導体光増幅デバイス12と第1及び第2の光導波路デバイス14,16との結合効率の向上が図られている。
【0022】
第1の光導波路デバイス14は、平面型光導波路(PLC)として設けられている。この第1の光導波路デバイス14は、石英を主体として形成された光導波領域28を有する。そして、この光導波領域28には、第1の波長間隔で複数の反射ピークを示す多波長回折格子30が形成されている。この第1の光導波路デバイス14は、半導体光増幅デバイス12の第1の光出射面22と光結合されている。
【0023】
第2の光導波路デバイス16は、平面型光導波路(PLC)として設けられている。この第2の光導波路デバイス16は、石英を主体として形成された光導波領域32を有する。そして、この光導波領域32には、第1の波長間隔とは異なる第2の波長間隔で複数の反射ピークを示す多波長回折格子34が形成されている。この第2の光導波路デバイス16は、半導体光増幅デバイス12の第2の光出射面24と光結合されている。
【0024】
これら第1及び第2の光導波路デバイス14,16は、同一基板上に設けられている。そして、半導体光増幅デバイス12は、第1及び第2の光導波路デバイス14,16の間に設けられた段差部36上に搭載されている。このように、第1及び第2の光導波路デバイス14,16が同一基板上に設けられていることで、第1及び第2の光導波路デバイス14,16と半導体光増幅デバイス12とのアライメントが容易になる。特に、本実施形態において第1及び第2の光導波路デバイス14,16は、一の平面型光導波路を用意し、その中央部分に段差部36が生じるように、中央部分を光導波領域の延伸方向と直交する方向に研削して、一の平面型光導波路を二の平面型光導波路に分けるようにして形成されている。これにより、第1の光導波路デバイス14と第2の光導波路デバイス16とのアライメントは不要となり、半導体光増幅デバイス12を段差部36に搭載して、これを光導波領域28,32の延伸方向と直交する方向にずらすことで、一軸方向のアライメントのみで位置決めを行うことができる。
【0025】
温度調整手段18は、第2の光導波路デバイス16が有する光導波領域32の多波長回折格子34が形成された部分の直上に設けられている。この温度調節手段18は、この部分の光導波領域32の屈折率を調整する。温度調節手段18としては、いわゆるマイクロヒータと呼ばれるものを用いることができる。かかるマイクロヒータは、例えばW、Cr、TaSi、TaN等を、蒸着あるいはスパッタリングして形成することができる。
【0026】
図5は、第1及び第2の光導波路デバイス14,16の光導波領域28,32に設けられた多波長回折格子30,34を説明するための説明図である。なお、図5においては、第1及び第2の光導波路デバイス14,16から光導波領域28,32を取り出して図示している。図5に示す通り、多波長回折格子30,34は、周期Λaのグレーティング部38が周期Λbで等間隔に配置されて構成されている。この多波長回折格子30,34は、次のようにして形成することができる。
【0027】
まず、光導波路デバイスの光導波領域の側面に所望の位相格子マスクを置き、このマスクにスペクトルの鋭い紫外線(通常はエキシマレーザを用いる)を照射する。そして、位相格子マスクを通過した光の干渉効果を利用し、周期Λaに相当するビームの強弱によってグレーティング部38を作製する。これを間隔Λbで繰り返していくことで、図5に示される多波長回折格子30,34が形成される。
【0028】
図6は、かかる多波長回折格子30,34の反射スペクトルを示す図である。図6において個々の反射ピークは、周期Λaに起因するピークである。そして、隣接する反射ピークの間隔Δλは周期Λbによって規定され、
Δλ = λ0 2/2nΛb
で表される。ここで、λ0は周期Λaの回折格子によるブラッグ回折波長、つまりλ0=2nΛaであり、nは光導波領域28,32中を伝搬するモードの実効屈折率である。
【0029】
ここで、第1及び第2の光導波路デバイス14,16のそれぞれでは、多波長回折格子の周期Λa及び周期Λbがそれぞれ調節され、隣接する反射ピークの間隔Δλが異なるものとされている。本実施形態では、第1の光導波路デバイス14の多波長回折格子30の反射ピークの間隔(第1の波長間隔)は、第2の光導波路デバイス16の多波長回折格子34の反射ピークの間隔(第2の波長間隔)よりも狭くなっている。
【0030】
また図7は、多波長回折格子30,34の他の例を説明するための説明図であり、図8はこの多波長回折格子30,34の屈折率分布を示す図である。この多波長回折格子30,34は、第1の屈折率を有する複数の第1グレーティング部40aと、第1の屈折率と比べて低い第2の屈折率を有する複数の第2グレーティング部40bとを有している。そして、第1グレーティング部40aと第2グレーティング部40bとは交互に連続して配置されている。これら第1グレーティング部40aおよび第2グレーティング部40bは、それぞれ一定の周期Λaで形成されており、また第1グレーティング部40aと第2グレーティング部40bとは周期Λbで交互に配置されている。この多波長回折格子30,34は次のようにして形成することができる。
【0031】
まず、光導波路デバイスの光導波領域の側面に所望の位相格子マスクを置き、このマスクにスペクトルの鋭い紫外線(通常はエキシマレーザを用いる)を照射する。そして、位相格子マスクを通過した光の干渉効果を利用し、周期Λaに相当するビームの強弱により均一周期Λaのグレーティングを所望の長さ分だけ書き込む。次に、周期Λbの屈折率変調を行うため、第1グレーティング部40aを形成すべき領域にのみ追加光を照射し、第2グレーティング部40bを形成すべき領域には追加光を照射しない。これを間隔Λbごとに繰り返すことで、図7に示される多波長回折格子30,34が形成される。かかる多波長回折格子30,34においても、図6に示される反射スペクトルと同様の反射スペクトルを得ることができる。
【0032】
また図8は、多波長回折格子30,34の他の例を説明するための説明図である。この多波長回折格子30,34は、図5に示す多波長回折格子の周期Λaの部分を同一周期にせず、周期をΛs〜Λeに変化させたチャープ構造を有する。そしてかかる多波長回折格子30,34の反射スペクトルを図10に示す。図10において、反射スペクトルの個々の反射ピークは、それぞれ周期Λs〜Λeに起因するピークであり、波長λs(=2nΛs)〜λe(=2nΛe)の間に反射ピーク列が形成される。
【0033】
更に、多波長回折格子30,34の他の例を図10において説明する。この多波長回折格子30,34は、Λs〜Λeのそれぞれ異なる周期の複数のグレーティング部38を有し、各々のグレーティング部38は図5に示すような周期Λbの繰り返し周期を有している。そして、これら各々のグレーティング部38は空間的に重ねて配置されている。この場合、隣接する回折波長スペクトルに影響が出ないように、重ね書きする個々のグレーティング部38にガウシアンアポタイズを施し、サイドローブを下げるようにすると好ましい。このようにグレーティング部38を空間的に重ねて配置すれば、多波長回折格子30,34の長さ、ひいてはトータルの光導波路デバイス14,16の長さを短くすることができる。なお、かかる多波長回折格子30,34においても、図9に示される反射スペクトルと同様の反射スペクトルを得ることができる。
【0034】
また図11は、多波長回折格子30,34の他の例を説明するための説明図である。図11に示す通り、多波長回折格子30,34は、周期Λaの凹凸部41が周期Λbで等間隔に配置されて構成されている。この多波長回折格子30,34は、次のようにして形成することができる。
【0035】
まず、基板(例えばシリコン基板)上に、化学的気相成長法(CVD)によりSiO2からなるアンダークラッド層を成膜し、さらにその上にGeがドープされたSiO2からなるコア層を成膜する。次に、フォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング(RIE)とにより、光導波領域としてのコアを加工する。更に、フォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング(RIE)とにより、加工したコアに対し光導波方向に沿って所定周期で凹凸部を形成する。そして、これらの上に、CVDによりオーバークラッド層を成膜する。このように、光導波領域に設けられた凹凸部により回折格子を構成することで、複雑なパターンの回折格子を容易に形成することが可能となる。なお、かかる多波長回折格子30,34においても、図6に示される反射スペクトルと同様の反射スペクトルを得ることができる。
【0036】
本実施形態に係る半導体レーザ10では、第1及び第2の光導波路デバイス14,16の光導波領域28,32中に形成された上記した構成の多波長回折格子30,34により、特定の波長の光が選択的に反射され、これによって半導体レーザ10の一対の反射器が構成されている。
【0037】
次に、上記した構成の半導体レーザ10において発振波長が可変となる原理、すなわち半導体レーザ10の作用について図12を参照しながら説明する。
【0038】
図12(a)は、第1の光導波路デバイス14の多波長回折格子30が有する第1の温度(例えば室温)T1での反射スペクトルを示す。また、図12(b)は、第2の光導波路デバイス16の多波長回折格子34が有する第1の温度(例えば室温)T1での反射スペクトルを示す。さらに、図12(c)は、第2の光導波路デバイス16の多波長回折格子34が有する第2の温度(第1の温度T1より所定温度ΔTだけ高温)T2での反射スペクトルを示す。
【0039】
レーザ発振は、第1の光導波路デバイス14の多波長回折格子30の反射率と、第2の光導波路デバイス16の多波長回折格子34の反射率との積が最大となる縦モード波長で起こり得る。従って、図12(b)に示す状態では、第1の光導波路デバイス14の多波長回折格子30の反射ピーク波長と、第2の光導波路デバイス16の多波長回折格子34の反射ピーク波長とが一致する波長λ1においてレーザ発振が起こる。
【0040】
次に、温度調節手段18により第2の光導波路デバイス16の光導波領域32の温度を第2の温度T2に変更し、光導波領域32の屈折率を変化させると、図12(c)に示すように、第2の光導波路デバイス16の多波長回折格子34が有する反射スペクトルの波長依存性が変化する。すなわち反射スペクトルは、図12(b)において示される波形をほぼ保った状態で、δλだけ長波長側へシフトする。このとき、第1の光導波路デバイス14の多波長回折格子30の反射ピークと、第2の光導波路デバイス16の多波長回折格子34の反射ピークとの積は、波長λ2において最大となるため、レーザ発振はこの波長λ2で起こり得る。
【0041】
このように、温度調節手段18を介して第2の光導波路デバイス16の光導波領域32の屈折率を変化させることで、レーザ発振する波長を変化させることが可能となる。
【0042】
この場合、第1の光導波路デバイス14の反射ピーク波長幅Δλ1と第2の光導波路デバイスの反射ピーク波長幅Δλ2との差δλを適当に選ぶことで、バーニア効果により大きな波長可変幅を得ることが可能となる。
【0043】
以上、本実施形態の半導体レーザ10は、多波長回折格子30,34が形成された第1及び第2の光導波路デバイス14,16としての平面型光導波路を備えるため、微細加工技術を利用して半導体中に回折格子を形成する従来のレーザと比較して製造が容易となる。また、第2の光導波路デバイス16において多波長回折格子34が形成された光導波領域32は、屈折率の温度依存性が小さい石英を主体として形成されているため、温度調整手段18による温度変更により屈折率を調整して多波長回折格子34の反射スペクトルを変更することは容易であっても、環境温度の変化程度の温度変更に対しては屈折率は安定であり、温調を必須とすることなく温度安定性の高い半導体レーザとすることができる。更に、温度調節手段18による温度変更により光導波領域32の屈折率を調整するものであるため、注入電流により屈折率を調整する場合と比べて発振波長、及び発振出力の安定が図られる。
【0044】
図13は、本実施形態に係る半導体レーザ10(図13中において白丸で示す)と従来の分布帰還型(DFB)半導体レーザ(図13中において白三角で示す)とについて、発振波長の温度依存性を示すグラフである。図13に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ10では、発振波長の温度依存性は11.7pm/℃である一方、従来のDFBレーザでは、発振波長の温度依存性は103.9pm/℃である。このように、本実施形態に係る半導体レーザ10では、従来のものと比べて温度依存性が一桁異なり、温度安定性に優れていることが分かる。
【0045】
なお、図12を参照して、第1及び第2の光導波路デバイス14,16で反射ピーク波長の波長間隔の差δλが0.4nmであるとすると、本実施形態に係る半導体レーザ10の発振波長の温度依存性が11.7pm/℃であるとき、発振波長をλ1からλ2に変更するのに約34℃の温度上昇が必要であり、発振波長をλ1からλ4に変更するのには約102℃の温度上昇が必要となる。
【0046】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。
【0047】
例えば、上記した実施形態では、第1及び第2の光導波路デバイス14,16を平面型光導波路として構成したが、図14に示すように、第1の光導波路デバイス14は、光導波領域(コア領域)28に多波長回折格子30が形成された光ファイバにより構成してもよい。この場合、第2の光導波路デバイス14としての光ファイバは、基板上に設けられたV溝42内に挿入固定するようにすると位置決めが容易且つ確実となって好ましい。
【0048】
あるいは、図15に示すように、第1及び第2の光導波路デバイス14,16の双方を、光導波領域(コア領域)28,32に多波長回折格子30,34が形成された光ファイバにより構成してもよい。この場合、第1及び第2の光導波路デバイス14,16としての光ファイバは、基板上にそれぞれ設けられたV溝42内に挿入固定するようにすると位置決めが容易且つ確実となって好ましい。
【0049】
【発明の効果】
本発明によれば、温度安定性が高く製造が容易な発振波長が可変である半導体レーザが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る半導体レーザの構成を示す斜視図である。
【図2】図1に示す半導体レーザの構成を示す平面図である。
【図3】図2に示す半導体レーザをIII−III線に沿って切断したときの、半導体光増幅デバイスの断面構造を示す図である。
【図4】活性領域の端部に設けられたスポットサイズ変換部を説明するための図である。
【図5】多波長回折格子の構成の一例を示す図である。
【図6】図5に示す多波長回折格子の反射スペクトルを示す図である。
【図7】図7(a)は、多波長回折格子の他の構成例を示す図である。図7(b)は、図7(a)に示す多波長回折格子の屈折率分布を示す図である。
【図8】多波長回折格子の他の構成例を示す図である。
【図9】図8に示す多波長回折格子の反射スペクトルを示す図である。
【図10】多波長回折格子の他の構成例を示す図である。
【図11】多波長回折格子の他の構成例を示す図である。
【図12】本実施形態に係る半導体レーザにおいて発振波長が可変となる原理を説明するための図である。
【図13】本実施形態に係る半導体レーザ(図13中において白丸で示す)と従来の分布帰還型(DFB)半導体レーザ(図13中において白三角で示す)とについて、発振波長の温度依存性を示すグラフである。
【図14】本実施形態に係る半導体レーザの変形例を示す平面図である。
【図15】本実施形態に係る半導体レーザの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
10…半導体レーザ、12…半導体光増幅デバイス、14…第1の光導波路デバイス、16…第2の光導波路デバイス、18…温度調節手段、20…活性領域、22…第1の光出射面、24…第2の光出射面、26…スポットサイズ変換部、28,32…光導波領域、30,34…多波長回折格子、38…グレーティング部、40a…第1グレーティング部、40b…第2グレーティング部、41…凹凸部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser whose oscillation wavelength is variable.
[0002]
[Prior art]
As this type of semiconductor laser, there is a semiconductor laser having a non-uniform diffraction grating (see Non-Patent Document 1). Such a semiconductor laser includes an active region and a pair of DBR (Distributed Bragg Reflector) reflection regions sandwiching the active region. The reflection spectrum of the pair of DBR reflection regions has a large number of reflection peaks that appear periodically. The interval between the reflection peaks is designed to be slightly different in each DBR reflection region. By adjusting the injection current and changing the refractive index of one of the DBR reflection regions, the vernier effect is shifted. Is used to vary the oscillation wavelength over a very wide range.
[0003]
[Non-Patent Document 1]
Isao Kobayashi, “Optical Integrated Device”, first edition, Kyoritsu Publishing Co., Ltd., July 1999, p106
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional semiconductor laser described above has a problem that it is difficult to manufacture the semiconductor laser because it is necessary to form a diffraction grating in the semiconductor using a microfabrication technique. Further, such a semiconductor laser has low temperature stability and temperature control is essential.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a variable oscillation wavelength that has high temperature stability and is easy to manufacture.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor laser according to the present invention includes (1) a semiconductor optical amplification device having an active region and first and second light emitting surfaces facing each other across the active region, and (2) a first light emitting surface and light. A first optical waveguide device in which a multiwavelength diffraction grating showing a plurality of reflection peaks at a first wavelength interval is formed in an optical waveguide region that is coupled and formed mainly of quartz; and (3) a second A multiwavelength diffraction grating having a plurality of reflection peaks at a second wavelength interval different from the first wavelength interval is formed in an optical waveguide region formed mainly of quartz. And (4) temperature adjusting means for adjusting the refractive index of the optical waveguide region provided in the second optical waveguide device.
[0007]
Since this semiconductor laser includes the first and second optical waveguide devices in which a multi-wavelength diffraction grating is formed, the semiconductor laser is manufactured in comparison with a conventional laser that uses a microfabrication technique to form a diffraction grating in a semiconductor. It becomes easy. In addition, since the optical waveguide region in which the multi-wavelength diffraction grating is formed in the second optical waveguide device is mainly made of quartz whose refractive index has a small temperature dependence, the refractive index is changed by changing the temperature by the temperature adjusting means. Even if it is easy to adjust and change the reflection spectrum of the multi-wavelength diffraction grating, the refractive index is stable with respect to temperature changes such as changes in environmental temperature, and a semiconductor laser with high temperature stability should be used. Can do. Furthermore, since the refractive index of the optical waveguide region is adjusted by changing the temperature by the temperature adjusting means, the oscillation wavelength and the oscillation output can be stabilized as compared with the case where the refractive index is adjusted by the injection current.
[0008]
In the semiconductor laser according to the present invention, the second optical waveguide device may be a planar optical waveguide. In this way, it becomes easy to form the temperature adjusting means on the second optical waveguide device, and as a result, the manufacture of the semiconductor laser becomes easy.
[0009]
In the semiconductor laser according to the present invention, the first and second optical waveguide devices may be planar optical waveguides, and the first and second optical waveguide devices may be provided on the same substrate. This facilitates alignment between the first and second optical waveguide devices and the semiconductor optical amplification device.
[0010]
In the semiconductor laser according to the present invention, the first optical waveguide device may be an optical fiber.
[0011]
In the semiconductor laser according to the present invention, at least one multi-wavelength diffraction grating of the first and second optical waveguide devices may include a plurality of grating portions with a predetermined period arranged at equal intervals. In this way, the wavelength that gives the reflection peak of the multi-wavelength diffraction grating is defined by the predetermined period of the grating part and the intervals of the plurality of grating parts arranged at equal intervals.
[0012]
In the semiconductor laser according to the present invention, at least one multiwavelength diffraction grating of the first and second optical waveguide devices includes a plurality of first grating portions having a first refractive index and a plurality having a second refractive index. The second grating part may be provided, and the first grating part and the second grating part may be alternately and continuously arranged. In this way, the wavelength giving the reflection peak of the multi-wavelength diffraction grating is defined by the period of the first grating part and the second grating part and the repetition period of the first grating part and the second grating part.
[0013]
In the semiconductor laser according to the present invention, at least one multiwavelength diffraction grating of the first and second optical waveguide devices may include a plurality of chirped grating portions arranged at equal intervals. In this way, the wavelength giving the reflection peak of the multi-wavelength diffraction grating is defined by the period included in the chirped grating portion and the intervals between the plurality of grating portions arranged at equal intervals.
[0014]
In the semiconductor laser according to the present invention, at least one multiwavelength diffraction grating of the first and second optical waveguide devices has a plurality of grating portions each having a different period, and each grating portion is spatially arranged. It is good also as being characterized. In this way, the wavelength giving the reflection peak of the multi-wavelength diffraction grating is defined by different periods of the plurality of grating portions. And since each grating part is arrange | positioned spatially, the length of a super period grating can be shortened. In addition, when writing the grating part of each wavelength, interference at the time of overwriting can be suppressed by applying an apodization.
[0015]
In the semiconductor laser according to the present invention, at least one of the first and second optical waveguide devices is a planar optical waveguide, and the multi-wavelength diffraction grating includes an uneven portion formed in the optical waveguide region along the optical waveguide direction. This may be a feature. In this way, it is possible to form a diffraction grating with a complicated pattern.
[0016]
In the semiconductor laser according to the present invention, the active region of the semiconductor optical amplifier device may include a spot size conversion unit. In this way, the coupling efficiency between the first and second optical waveguide devices and the semiconductor optical amplification device can be improved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a semiconductor laser according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0018]
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor laser according to the present embodiment, and FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the semiconductor laser shown in FIG.
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0020]
The semiconductor
[0021]
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor
[0022]
The first
[0023]
The second
[0024]
The first and second
[0025]
The temperature adjusting means 18 is provided immediately above the portion where the
[0026]
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the
[0027]
First, a desired phase grating mask is placed on the side surface of the optical waveguide region of the optical waveguide device, and this mask is irradiated with ultraviolet rays having a sharp spectrum (usually using an excimer laser). Then, utilizing the interference effect of light passing through the phase grating mask, to produce a grating 38 with the intensity of the beam corresponding to the period lambda a. This By is repeated at intervals lambda b,
[0028]
FIG. 6 is a diagram showing the reflection spectra of the
Δλ = λ 0 2 / 2nΛ b
It is represented by Here, λ 0 is a Bragg diffraction wavelength by a diffraction grating having a period Λ a , that is, λ 0 = 2nΛ a , and n is an effective refractive index of a mode propagating in the
[0029]
Here, in each of the first and second
[0030]
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining another example of the
[0031]
First, a desired phase grating mask is placed on the side surface of the optical waveguide region of the optical waveguide device, and this mask is irradiated with ultraviolet rays having a sharp spectrum (usually using an excimer laser). Then, utilizing the interference effect of light passing through the phase grating mask, writes the grating of a uniform period lambda a by intensity of the beam corresponding to the period lambda a only desired length min. Next, in order to perform the refractive index modulation of the periodic lambda b, only the region for forming a first
[0032]
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining another example of the
[0033]
Further, another example of the
[0034]
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining another example of the
[0035]
First, an under clad layer made of SiO 2 is formed on a substrate (for example, a silicon substrate) by chemical vapor deposition (CVD), and a core layer made of SiO 2 doped with Ge is formed thereon. Film. Next, the core as the optical waveguide region is processed by photolithography and reactive ion etching (RIE). Further, by using a photolithography technique and reactive ion etching (RIE), an uneven portion is formed with a predetermined period along the optical waveguide direction with respect to the processed core. Then, an over clad layer is formed on these by CVD. As described above, a diffraction grating having a complicated pattern can be easily formed by configuring the diffraction grating with the uneven portions provided in the optical waveguide region. In addition, also in such
[0036]
In the
[0037]
Next, the principle that the oscillation wavelength is variable in the
[0038]
FIG. 12A shows a reflection spectrum at a first temperature (for example, room temperature) T 1 of the
[0039]
Laser oscillation occurs at a longitudinal mode wavelength at which the product of the reflectivity of the
[0040]
Then, the temperature of the
[0041]
In this way, by changing the refractive index of the
[0042]
In this case, by selecting the difference δλ between the reflection peak wavelength width [Delta] [lambda] 2 of the reflection peak wavelength width [Delta] [lambda] 1 of the first
[0043]
As described above, the
[0044]
FIG. 13 shows the temperature dependence of the oscillation wavelength of the
[0045]
Referring to FIG. 12, when the difference δλ between the reflection peak wavelengths in the first and second
[0046]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
[0047]
For example, in the above-described embodiment, the first and second
[0048]
Alternatively, as shown in FIG. 15, both the first and second
[0049]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a semiconductor laser having a variable oscillation wavelength that has high temperature stability and is easy to manufacture.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor laser according to an embodiment.
2 is a plan view showing a configuration of the semiconductor laser shown in FIG. 1. FIG.
3 is a diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor optical amplification device when the semiconductor laser shown in FIG. 2 is cut along the line III-III. FIG.
FIG. 4 is a diagram for explaining a spot size conversion unit provided at an end of an active region.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a multiwavelength diffraction grating.
6 is a diagram showing a reflection spectrum of the multi-wavelength diffraction grating shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7A is a diagram showing another configuration example of the multi-wavelength diffraction grating. FIG. 7B is a diagram showing the refractive index distribution of the multiwavelength diffraction grating shown in FIG.
FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of a multiwavelength diffraction grating.
9 is a diagram showing a reflection spectrum of the multi-wavelength diffraction grating shown in FIG. 8. FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating another configuration example of a multiwavelength diffraction grating.
FIG. 11 is a diagram showing another configuration example of a multiwavelength diffraction grating.
FIG. 12 is a diagram for explaining the principle that the oscillation wavelength is variable in the semiconductor laser according to the present embodiment.
13 shows the temperature dependence of the oscillation wavelength of the semiconductor laser according to the present embodiment (indicated by white circles in FIG. 13) and the conventional distributed feedback (DFB) semiconductor laser (indicated by white triangles in FIG. 13). It is a graph which shows.
FIG. 14 is a plan view showing a modification of the semiconductor laser according to the present embodiment.
FIG. 15 is a plan view showing a modification of the semiconductor laser according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1の光出射面と光結合されており、石英を主体として形成された光導波領域に、第1の波長間隔で複数の反射ピークを示す多波長回折格子が形成された第1の光導波路デバイスと、
前記第2の光出射面と光結合されており、石英を主体として形成された光導波領域に、前記第1の波長間隔とは異なる第2の波長間隔で複数の反射ピークを示す多波長回折格子が形成された第2の光導波路デバイスと、
前記第2の光導波路デバイスに設けられた前記光導波領域の屈折率を調整するための温度調整手段と、を備え、
前記第1及び第2の光導波路デバイスは平面型光導波路であり、該第1及び第2の光導波路デバイスは、同一基板上に設けられ前記多波長回折格子が形成された一の平面型光導波路を二つに分けて形成されたものであり、前記第1及び第2の光導波路デバイスの間には段差部が設けられており、
前記半導体光増幅デバイスを前記段差部に搭載し、多波長回折格子が形成された前記第1及び第2の光導波路デバイスと前記半導体光増幅デバイスとを光結合することで一対の反射器を構成したことを特徴とする半導体レーザ。A semiconductor optical amplifying device having an active region and first and second light emitting surfaces facing each other across the active region;
A first light beam optically coupled to the first light exit surface and having a multi-wavelength diffraction grating having a plurality of reflection peaks at first wavelength intervals formed in an optical waveguide region formed mainly of quartz. A waveguide device;
Multi-wavelength diffraction that is optically coupled to the second light exit surface and exhibits a plurality of reflection peaks at a second wavelength interval different from the first wavelength interval in an optical waveguide region formed mainly of quartz. A second optical waveguide device having a grating formed thereon;
Temperature adjusting means for adjusting the refractive index of the optical waveguide region provided in the second optical waveguide device,
The first and second optical waveguide devices are planar optical waveguides, and the first and second optical waveguide devices are one planar optical device provided on the same substrate and formed with the multi-wavelength diffraction grating. It is formed by dividing the waveguide into two, a stepped portion is provided between the first and second optical waveguide devices,
A pair of reflectors is formed by mounting the semiconductor optical amplifying device on the stepped portion and optically coupling the first and second optical waveguide devices formed with a multi-wavelength diffraction grating and the semiconductor optical amplifying device. A semiconductor laser characterized by that.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002322730A JP4378936B2 (en) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002322730A JP4378936B2 (en) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | Semiconductor laser |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004158636A JP2004158636A (en) | 2004-06-03 |
JP4378936B2 true JP4378936B2 (en) | 2009-12-09 |
Family
ID=32802831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002322730A Expired - Fee Related JP4378936B2 (en) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4378936B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5191692B2 (en) * | 2006-06-22 | 2013-05-08 | パナソニック株式会社 | Laser light source device and image display device |
WO2014115330A1 (en) * | 2013-01-28 | 2014-07-31 | 富士通株式会社 | Laser device, optical modulation device, and optical semiconductor element |
-
2002
- 2002-11-06 JP JP2002322730A patent/JP4378936B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004158636A (en) | 2004-06-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6621960B2 (en) | Method of fabricating multiple superimposed fiber Bragg gratings | |
JP4629022B2 (en) | LASER DEVICE, LASER MODULE, AND SEMICONDUCTOR LASER | |
KR100837126B1 (en) | Tunable laser | |
US20060193553A1 (en) | Multiple wavelength optical source | |
US7106920B2 (en) | Laser array for generating stable multi-wavelength laser outputs | |
WO2017092094A1 (en) | Wavelength tunable semiconductor laser | |
WO2010106939A1 (en) | Tunable laser and method of producing same | |
JP4785327B2 (en) | Laser resonator for semiconductor laser and method for manufacturing laser resonator | |
JP4180140B2 (en) | Multi-wavelength light source | |
US20070133649A1 (en) | Wavelength tunable light source | |
JP4378936B2 (en) | Semiconductor laser | |
JP2001320127A (en) | Semiconductor laser | |
JP2011086714A (en) | Wavelength tunable laser | |
US7215852B2 (en) | Method and apparatus for mode conversion | |
JP3899996B2 (en) | Optical waveguide, multi-wavelength light source, and tunable light source | |
JPS622478B2 (en) | ||
JPH1184117A (en) | Reflection type optical waveguide grating | |
JP3529275B2 (en) | WDM light source | |
KR100765470B1 (en) | Self-pulsating multi-section dfb laser diode and method for fabricating the same | |
JP2002214455A (en) | Phase grating mask, method for manufacturing optical waveguide type diffraction grating element, and optical waveguide type diffraction grating element | |
JP3505123B2 (en) | Fabrication method of photo-induced waveguide type diffraction grating | |
JPH07261038A (en) | Optical waveguide and optical transmission system | |
JP3600785B2 (en) | Waveguide type laser | |
JP4284718B2 (en) | Laser equipment | |
JP2007248901A (en) | Optical transceiver |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050428 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080122 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080321 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080916 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081117 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090825 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090907 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131002 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |