JP4022792B2 - 半導体光増幅装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体光増幅装置に関するものであり、特に、波長多重（ＷＤＭ）通信方式に用いる許容入射パワーの調整機構に特徴のある広い波長帯域を有する利得クランプ型の半導体光増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信需要の飛躍的な増大に対して波長の異なる複数の信号光を多重化して一本の光ファイバで同時に伝送させる波長多重通信システムの導入が検討されており、この波長多重通信システムに用いる光増幅装置には広い波長帯域が要求される。
【０００３】
この様な広い波長帯域を有する光増幅装置としては、半導体光増幅装置が知られており、この半導体光増幅装置は小型で低消費電力動作が可能であるため、波長多重通信システム用の光増幅装置として有望視されている。
【０００４】
一般に、光増幅装置においては、信号光を増幅する過程でキャリアが消費されるため、信号光のパワーが大きくなると誘導放出によるキャリア減少が顕著になり、その結果、利得が低下する利得飽和という現象が生ずる。
【０００５】
上述の半導体光増幅装置においては、キャリア寿命が数百ピコ秒と短いため、変調による信号光のパワーの変動に利得飽和が追従できるので、利得変調が起こり信号光が歪む場合があり、特に、多数の信号光が半導体光増幅装置において同時に増幅される状況では、信号光間相互の利得変調でクロストークが発生することもある。
【０００６】
この様な利得変調を抑制するためには、信号光のパワー変化によらずにキャリア密度が一定となる機構を半導体光増幅装置に付加する必要があり、最も有力な方法は、レーザ発振機構を半導体光増幅装置に導入し、キャリア密度が発振しきい値キャリア密度にロックされる現象を利用する方法である。
【０００７】
この場合、信号光のパワーがレーザ発振光のパワーより小さく、レーザ発振が持続する限りにおいて、半導体光増幅装置の利得は一定にクランプされることになる。この利得クランプ型半導体光増幅装置では、信号光に対しては共振せずに進行波型光増幅装置とするために、レーザ発振光の波長を信号光の波長から離して設定し、レーザ発振光の波長に対してのみ高反射率となる波長選択性を有する反射鏡を用いることが広く行われている。
【０００８】
例えば、波長選択性を有する外部反射鏡として、回折格子を用いること（必要ならば、Ｊ．Ｃ．Ｓｉｍｏｎ ｅｔ ａｌ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．３０，ｐｐ．４９−５０，１９９４参照）、或いは、ファイバグレーティング（ファイバ回折格子）を用いること（必要ならば、Ｌ．Ｌａｂｌｏｎｄｅ ｅｔ ａｌ，ＥＣＯＣ’９４，ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐｐ．７１５−７１８，１９９４参照）が提案されている。
【０００９】
また、波長選択性を有する内部反射鏡を用いる例として、モノリシック型のＤＦＢ（分布帰還型）レーザを用いること（必要ならば、Ｐ．Ｄｏｕｓｓｉｅｒｅｅｔ ａｌ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐｐ．１８５−１８６，１９９４参照）、或いは、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射型）レーザを用いること（必要ならば、Ｌ．Ｆ．Ｔｉｅｍｅｉｊｅｒ ｅｔ ａｌ，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｐｐ．２８４−２８６，１９９５参照）が提案されている。
【００１０】
さらに、利得クランプ型半導体光増幅装置を構成する他の方法としては、半導体光増幅媒質以外の領域においてはレーザ発振光と信号光が空間的に分離されるように、２つの２対２型の光合分岐器、即ち、２×２型の光合分岐器からなるマッハツェンダー干渉器の両方のアームに半導体光増幅媒質を設け、入力側光合分岐器の入力ポートの一方と、そのクロス（Ｃｒｏｓｓ）位置にある出力側光合分岐器の出力ポートに多層誘電体膜からなる反射鏡を配置してレーザ共振器を構成して利得クランプ型半導体光増幅装置とすることも提案されている（必要ならば、Ｃｈ Ｈｏｌｔｓｍａｎｎ ｅｔ ａｌ，ＥＣＯＣ’９６，ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ｐｐ．１９９−２０２，１９９６参照）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様な利得クランプ型半導体光増幅装置においては、共振器損失は利得と信号光の許容入射パワーを決める重要なパラメータとなるので、この事情を図１８を参照して説明する。
図１８（ａ）参照
図１８（ａ）は、半導体光増幅装置における利得−光出力特性の共振器損失依存性を示す図であり、利得が１／２（＝１０ｌｏｇ₁₀２≒３．０１≒３ｄＢ）となる飽和光出力パワーを合わせて示している。
アンプ₁ は、非利得クランプ型の通常の半導体光増幅装置の場合を示しており、光出力Ｐの増大と共に、利得Ｇは漸減し光出力Ｐ_s1が飽和光出力パワーとなるが、利得クランプ型半導体光増幅装置においては、レーザ発振が停止するまで利得が一定値にクランプされる。
【００１２】
したがって、共振器損失が大きなレーザ₂ の場合には、発振しきい値キャリア密度が大きいため利得は大きな値Ｇ₂ でクランプされるが、ある注入電流に対するレーザ発振光のパワーが小さくなるので、信号光の許容入射パワーが低くなる。
一方、共振器損失の小さなレーザ₃ の場合には、発振しきい値キャリア密度が小さいため利得は小さな値Ｇ₃ （＜Ｇ₂ ）でクランプされるが、ある注入電流に対するレーザ発振光のパワーが大きくなるので、信号光の許容入射パワーが大きくなり、例えば、飽和光出力パワーで見ると、レーザ₂ →レーザ₃ へと利得がＧ₂ →Ｇ₃ と小さくなるにつれて、飽和光出力パワーはＰ_S2→Ｐ_S3と大きくなり、従って、共振器損失を小さくすることによって適正に増幅することのできる信号光の許容入力パワーを高くすることができるので、この事情を図１８（ｂ）及び（ｃ）を参照して説明する。
【００１３】
図１８（ｂ）及び（ｃ）参照
図１８（ｂ）及び（ｃ）はレーザ₂ 及びレーザ₃ の光出力−電流特性（Ｌ−Ｉ特性）を示す図であり、共振器損失が相対的に大きなレーザ₂ においてはしきい値電流Ｉ_th-2がレーザ₃ のしきい値電流Ｉ_th-3より大きくなり、それによって、ある同じ電流を流した場合の光出力は共振器損失が相対的に小さなレーザ₃ の方が大きくなり、適正に増幅することのできる信号光の許容入力パワーを高くすることができる。
【００１４】
この様な許容入力パワーが共振器損失依存性を有する利得クランプ型半導体光増幅装置を用いて各種の用途（アプリケーション）に用いる場合には、用途に応じて利得クランプ型半導体光増幅装置の特性を最適化する必要があるが、特性を最適化するためには、上述の共振器損失を連続的に任意に制御できることが望ましい。
【００１５】
しかし、従来のモノリシックタイプの半導体光増幅装置においては、共振器損失が固定されてしまうため、共振器損失を用途に応じて可変にすることができないという問題がある。
【００１６】
一方、外部共振器タイプの半導体光増幅装置においては、外部共振器を構成する回折格子やファイバ回折格子を交換すれば共振器損失を変えることはできるものの、これらを連続的に変えて最適化することは困難であり、且つ、モジュール化した場合には、モノリシックタイプと同様に共振器損失が固定されてしまうという問題がある。
【００１７】
したがって、本発明は、利得クランプ型半導体光増幅装置の共振器損失を連続的に制御し、利得クランプ型半導体光増幅装置の特性を用途に応じて最適化することを目的とする。
【００１８】
また、本発明は、簡単な構成により、信号光とレーザ光との分離特性に優れ、且つ、高い飽和光入出力特性を有する利得クランプ型半導体光増幅装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図１は本発明の半導体光増幅装置の概念的構成図である。
図１参照
（１）本発明は、半導体光増幅器２と、この半導体光増幅器２を内部に含むレーザ共振器とで構成した利得クランプ型の半導体光増幅装置１において、信号光７に対する実効的な透過損失量が一定値を維持しながら、レーザ発振光に対する共振器損失量が制御可能である可変光減衰機構を有することを特徴とする。
【００２０】
この様に、レーザ共振器内に、信号光７に対する実効的な透過損失量が一定値を維持しながら、レーザ発振光に対する共振器損失量が制御可能である可変光減衰機構、即ち可変光減衰器３を設けることによって、共振器損失を連続的に任意に制御することができ、それによって、利得クランプ型の半導体光増幅装置１の特性を用途に応じて最適化することができる。
なお、本願明細書においては、「半導体光増幅器」及び「可変光減衰器」とは、単体の「半導体光増幅器」及び「可変光減衰器」を意味するとともに、所定の半導体領域に電極等を設けて光増幅作用或いは光減衰作用を持たせた半導体光増幅領域或いは可変光減衰領域をも意味するものである。
【００２１】
（２）また、本発明は、上記（１）において、レーザ共振器を、少なくとも一方が波長選択性のある反射鏡４によって構成するとともに、レーザ共振器内に可変光減衰機構として、可変光減衰器３を設けたことを特徴とする。
【００２２】
この様に、少なくとも一方が波長選択性のある反射鏡４によってレーザ共振器を構成することによってレーザ発振波長に対してだけフィードバック機構を形成し、それによって、信号光７の波長におけるレーザ発振を抑制することができる。
【００２３】
（３）また、本発明は、上記（２）において、レーザ共振器内に信号光７が通過しない部分を設け、この信号光７が通過しない部分に可変光減衰器３を配置したことを特徴とする。
【００２４】
この様に、レーザ共振器内に信号光７が通過しない部分を設け、この信号光７が通過しない部分に可変光減衰器３を配置することによって、信号光７の可変光減衰器３による減衰を考慮する必要がないので、使用できる可変光減衰器３の自由度を高めることができる。
【００２５】
（４）また、本発明は、上記（３）において、レーザ共振器を波長選択性のある反射鏡４と波長選択性のない反射鏡５からなる外部共振器構造とし、波長選択性のある反射鏡４と半導体光増幅装置１との間にビームスプリッタ６を挿入すると共に、ビームスプリッタ６を介してレーザ共振器に垂直な方向から信号光７を入射させ、波長選択性のある反射鏡４とビームスプリッタ６との間を信号光７が通過しない部分としたことを特徴とする。
【００２６】
この様な構成を採用することによって、ビームスプリッタ６により強度が半分になった信号光７を半導体光増幅器２に入射するので、信号光７が大きな場合にも利得飽和が起きにくく、信号光７の許容入射パワーの上限を２倍にすることができる。
【００２７】
（５）また、本発明は、上記（３）において、レーザ共振器を波長選択性のある反射鏡４と波長選択性のない反射鏡５からなる外部共振器構造とし、波長選択性のある反射鏡４と半導体光増幅装置１との間にビームスプリッタ６を挿入すると共に、ビームスプリッタ６を介してレーザ共振器に垂直な方向から信号光７を出射させ、波長選択性のある反射鏡４とビームスプリッタ６との間を信号光７が通過しない部分としたことを特徴とする。
【００２８】
この様な構成を採用することによって、信号光７は入口側ではロスすることなく半導体光増幅器２に入射するので、信号光７が微弱な場合にも適正な増幅信号を得ることができ、許容入射パワーの下限を半分にすることができる。
【００２９】
（６）また、本発明は、上記（３）において、レーザ共振器を一対の波長選択性のある反射鏡４からなる外部共振器構造とし、半導体光増幅器２と両方の波長選択性のある反射鏡４との間に各々ビームスプリッタ６を挿入すると共に、ビームスプリッタ６を介してレーザ共振器に垂直な方向から信号光７を入出射させ、一対の波長選択性のある反射鏡４とビームスプリッタ６との間の二箇所の領域を信号光７が通過しない部分としたことを特徴とする。
【００３０】
この様な構成を採用することによって、信号光７のロスは大きくなるものの、光ファイバの入出射端面を反射鏡の一部として利用する必要はないので、光ファイバの入出射端面における不所望な反射による信号光７の戻り光を防止することができる。
【００３１】
（７）また、本発明は、上記（２）において、レーザ共振器内に信号光７が通過しない部分を設けずに、可変光減衰器３としてレーザ発振波長に対しては光減衰量を変えられるが、信号光７は実効的に減衰しない可変光減衰器３を配置したことを特徴とする。
【００３２】
この様に、レーザ共振器内に信号光７が通過しない部分を設けないことによって、ビームスプリッタ６によるロスが無くなるので信号光７を効率的に用いることができ、且つ、部品点数を低減することができるが、信号光７は可変光減衰器３を通過するので、信号光７が実効的に減衰されないように可変光減衰器３の減衰特性を考慮する必要がある。
なお、本願において「信号光７が実効的に減衰されない」ということは、減衰が生じることは意図せず、且つ、不可避的に生ずる減衰があってもそれを減衰されたと見なさないことを意味する。
【００３３】
（８）また、本発明は、上記（７）において、波長選択性のある反射鏡４によりレーザ発振波長を信号光７の波長よりも短波長に設定するとともに、可変光減衰器３としてレーザ発振波長より短波長側に吸収端波長がある電界吸収型光変調器を用いたことを特徴とする。
【００３４】
この様に、信号光７を実効的に減衰せず、且つ、レーザ発振光のみを選択的に減衰させる可変光減衰器３としては、レーザ発振波長より短波長側に吸収端波長がある電界吸収型光変調器が好適である。
【００３５】
（９）また、本発明は、上記（８）において、半導体光増幅器２と電界吸収型光変調器からなる可変光減衰器３とをモノリシックに集積化したことを特徴とする。
【００３６】
電界吸収型光変調器は、半導体を用いてｐｉｎ構造で形成することができるので、モノリシック化に好適であり、モノリシックに集積化することによって半導体光増幅器２と可変光減衰器３との位置合わせが不要になり、また、レンズが不要になるので部品点数を低減することができるとともに、装置全体を小型化することができる。
【００３７】
（１０）また、本発明は、上記（７）乃至（９）のいずれかにおいて、波長選択性のある反射鏡４として、ファイバグレーティングを用いたことを特徴とする。
【００３８】
この様に、レーザ共振器内に信号光７が通過しない部分を設けない場合には、波長選択性のある反射鏡４としてファイバグレーティング、即ち、ファイバ回折格子を用いることによって、波長選択性のあるレーザ共振器構造を簡素化することができる。
【００３９】
（１１）また、本発明は、上記（９）において、波長選択性のある反射鏡４として分布ブラッグ反射器を用い、この分布ブラッグ反射器を半導体光増幅器２と電界吸収型光変調器からなる可変光減衰器にモノリシックに一体化したことを特徴とする。
【００４０】
この様に、波長選択性のある反射鏡４として分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を用いた場合には、この分布グラッグ反射器を半導体光増幅器２と電界吸収型光変調器からなる可変光減衰器３にモノリシックに一体化することによって、装置の主要構成部分を半導体製造プロセスのみによって形成することができる。
【００４１】
（１２）また、本発明は、上記（１）において、上記半導体光増幅器２を２つの２×２型光合分岐器からなるマッハツェンダー干渉器の２つのアームに設けるとともに、レーザ共振器を入力側の光合分岐器の入力ポートの一方と、その入力ポートに対してクロス位置にある出力側の光合分岐器の出力ポートに配置した反射鏡によって構成し、可変光減衰機構としての可変光減衰器をレーザ共振器内の光合分岐器と反射鏡との間に設けたことを特徴とする。
【００４２】
この様に、２つの２×２型光合分岐器からなるマッハツェンダー干渉器を用いることによって、ビームスプリッタ等の使用に起因する信号光のロスをなくして増幅することができ、装置構成が簡素化されるとともに、半導体光増幅器以外の領域においてはレーザ発振光と信号光を空間的に分離しているので、レーザ共振器に波長選択性を持たせなくともレーザ共振器において信号光の共振が生ずることがない。
【００４３】
（１３）また、本発明は、上記（１２）において、２×２型光合分岐器として、方向性結合器を用いたことを特徴とする。
【００４４】
この様に、２×２型光合分岐器として、方向性結合器を用いることによって、マッハツェンダー干渉器を小型に構成することができる。
【００４５】
（１４）また、本発明は、上記（１２）において、２×２型光合分岐器として、マルチモード干渉器を用いたことを特徴とする。
【００４６】
この様に、２×２型光合分岐器としてマルチモード結合器を用いることによって、２×２型光合分岐器として方向性結合器を用いた場合より製作トレランスを向上することができる。
【００４７】
（１５）また、本発明は、上記（１２）乃至（１４）において、反射鏡の内の少なくとも一方を波長選択性のある反射鏡で構成したことを特徴とする。
【００４８】
この様に、レーザ共振器を構成する反射鏡の内の少なくとも一方を波長選択性のある反射鏡で構成することによって、レーザ発振波長を安定化して信号光の波長とレーザ発振波長との差を安定して維持することができ、それによって、信号光とレーザ光との不所望な相互作用による非線型効果、例えば、４光波混合による位相共役波等が生ずることがなく、増幅された信号光のみを出力ポートから出力することができる。
【００４９】
（１６）また、本発明は、上記（１２）乃至（１５）において、可変光減衰器として、電界吸収型光変調器を用いたことを特徴とする。
【００５０】
上述のように、マッハツェンダー干渉器を用いた場合には、信号光は可変光減衰器を通過しないので、可変光減衰器として電界吸収型光変調器を用いる必要は必ずしもないが、電界吸収型光変調器を用いても良いものであり、特に、モノリシックに集積化する場合には、ｐｉｎ構造によって形成することのできる電界吸収型光変調器を用いることが好適である。
【００５１】
（１７）また、本発明は、上記（１２）乃至（１６）において、半導体光増幅器、２つの２×２型光合分岐器、可変光減衰器３、及び、反射鏡をモノリシックに集積化したことを特徴とする。
【００５２】
この様に、半導体光増幅器２、２つの２×２型光合分岐器、可変光減衰器、及び、反射鏡をモノリシックに集積化することによって全体構成が小型化されるとともに、２×２型光合分岐器と可変光減衰器との間のレンズ系が不要になる。
【００５３】
（１８）また、本発明は、半導体光増幅器２と、この半導体光増幅器２を内部に含むレーザ共振器とで構成した利得クランプ型の半導体光増幅装置１において、半導体光増幅器２をサニャック型光干渉計のアームに設けるとともに、このサニャック型光干渉計の一方の入出力ポートにつながる光導波路に反射鏡を配置してレーザ共振器を構成し、且つ、該光導波路内に可変光減衰器３を配置し、他方の入出力ポートにつながる光導波路を信号光７に対する入出力用光導波路としたことを特徴とする。
【００５４】
この様に、サニャック型光干渉計を用いた場合には、半導体光増幅器２は一つだけで良いので、一対の半導体光増幅器２を用いた対称構造の利得クランプ型の半導体光増幅装置１に比べて半導体光増幅器２に要求される対称動作性に関する要件が不要になるので、レーザ発振光と信号光７が混ざる可能性がより低減され、安定した光増幅動作が可能になる。
また、レーザ共振器を構成する光導波路内に可変光減衰器３を配置することにより、共振器損失を連続的に任意に制御することができ、それによって、利得クランプ型の半導体光増幅装置１の特性を用途に応じて最適化することができる。
【００５５】
（１９）また、本発明は、上記（１８）において、反射鏡として、波長選択性のある反射鏡を用いたことを特徴とする。
【００５６】
サニャック型光干渉計を用いた場合には、レーザ発振光と信号光７とが空間的に分離されるので、レーザ共振器に波長選択性を持たせなくともレーザ共振器において信号光７の共振が生ずることがないが、レーザ発振波長を安定化して信号光７の波長とレーザ発振波長との差を安定して維持するためには、反射鏡として、波長選択性のある反射鏡を用いることが望ましく、それによって、信号光７とレーザ光との不所望な相互作用による非線型効果、例えば、４光波混合による位相共役波等が生ずることがなく、増幅された信号光７のみを入出力用光導波路につながる他方の入出力ポートから出力することができる。
【００５７】
（２０）また、本発明は、上記（１８）または（１９）において、サニャック型光干渉計における、半導体光増幅器２以外の光導波路部及び光カップラー部分を光ファイバによって構成することを特徴とする。
【００５８】
この様に、サニャック型光干渉計における半導体光増幅器２以外の光導波路部及び光カップラー部分を光ファイバによって構成することによって、特別の微細加工技術を要することなく、利得クランプ型の半導体光増幅装置１を簡単に構成することができる。
【００５９】
（２１）また、本発明は、上記（１８）または（１９）において、サニャック型光干渉計における、半導体光増幅器２以外の光導波路部及び光カップラー部分をプレーナ型誘電体光回路によって構成することを特徴とする。
【００６０】
この様に、サニャック型光干渉計における、半導体光増幅器２以外の光導波路部及び光カップラー部分をプレーナ型誘電体光回路（ＰＬＣ）によって構成することによって、光ファイバを用いた場合より利得クランプ型の半導体光増幅装置１を小型化することができる。
【００６１】
（２２）また、本発明は、上記（１８）または（１９）において、サニャック型光干渉計を構成する光導波路、光カップラー部分、アーム、及び、半導体光増幅器２を半導体によりモノリシックに一体化したことを特徴とする。
【００６２】
この様に、サニャック型光干渉計を構成する光導波路、光カップラー部分、アーム、及び、半導体光増幅器２を半導体によりモノリシックに一体化することによって、利得クランプ型の半導体光増幅装置１をより小型化することができ、且つ、半導体光増幅器２のハイブリッド実装が不要になるので、半導体光増幅器２とアームとの光軸合わせ等の精度に伴う問題が解消される。
【００６３】
（２３）また、本発明は、上記（２２）において、サニャック型光干渉計を構成する光導波路、光カップラー部分、及び、アームも半導体光増幅領域としたことを特徴とする。
【００６４】
この様に、サニャック型光干渉計を構成する光導波路、光カップラー部分、及び、アームも半導体光増幅領域とすることにより、光導波路、光カップラー部分、及び、アームにおけるレーザ発振光及び信号光７の減衰を防止することができ、また、製造工程も大幅に簡素化される。
【００６７】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図７を参照して、本発明の第１乃至第６の実施の形態を説明するが、まず、図２を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。
図２参照
図２は、本発明の第１の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、信号光である光入力１１を入射するための光ファイバ１２、光ファイバ１２からの光入力１１を平行光束に変換するレンズ１３、変換された光入力１１の１／２を透過し、残りの１／２を反射するビームスプリッタ１４、反射された光入力１１を集束するレンズ１５、集束された光入力１１を増幅する半導体光増幅器１６、半導体光増幅器１６において増幅され、且つ、拡がって出射された光入力１１を集束して光ファイバ１９へ導く一対のレンズ１７，１８、及び、光ファイバ１９によって信号光の光増幅系が構成され、増幅された信号光は光ファイバ１９から光出力２０として出射される。
【００６８】
また、この利得クランプ型半導体光増幅装置は、可変光減衰器２１及び回折格子２２を備えており、回折格子２２と光ファイバ１９の入射側を劈開して形成した劈開端面によって半導体光増幅器１６に対する波長選択性のあるレーザ共振器を構成するとともに、ビームスプリッタ１４と回折格子２２との間の信号光が通過しない部分に可変光減衰器２１を配置し、レーザ共振器の共振器損失を制御する。
【００６９】
なお、この場合の「信号光が通過しない部分」とは、信号光として有効に利用される光入力１１が通過しない領域という意味であり、光入力１１は光ファイバ１９の劈開端面で反射して可変光減衰器２１を通過して回折格子２２に到達することになるが、回折格子２２に波長選択性があるので、反射した光入力１１が信号光として再び半導体光増幅器側へ向かうことはないので、この様な信号光として有効に利用される光入力１１が通過しない領域を「信号光が通過しない部分」と定義するものである。
【００７０】
また、この場合の半導体光増幅器１６は、入出射端面において反射が生じないように多層誘電体膜からなる無反射コーティング（ＡＲコーティング）を施したものを用い、また、活性層の光軸に垂直な断面形状を正方形にするか、或いは、引張歪を有する歪ＭＱＷ（多重量子井戸）構造を用いることによって利得に偏波依存性が生じないように構成することが望ましい。
【００７１】
また、この半導体光増幅器１６は、長距離光通信に用いる光ファイバにおける減衰特性の観点からは、活性層の材質及び構造を考慮することによって発振波長が１．５μｍ帯（１．５〜１．６μｍ）になるように設定することが望ましく、１．５μｍ帯のある設定発振波長に対してのみレーザ共振器を構成するように回折格子２２の光軸に対する傾きを制御する。
【００７２】
また、可変光減衰器２１としては、市販の各種の可変光減衰器を用いるものであり、信号光として有効に利用される光入力１１は可変光減衰器２１を通過しないので可変光減衰器２１の減衰特性としては、レーザ発振波長、例えば、１．５１μｍの波長の光を減衰できるものであればどの様な構成の可変光減衰器を用いても良いものであり、減衰量を任意に制御するものである。
【００７３】
この第１の実施の形態においては、半導体増幅器１６によって増幅する前にビームスプリッタ１４によって信号光は１／２に減衰されて半導体増幅器１６に入射するので、光ファイバ１２からみた系の実効的な飽和入力パワーが大きくなり、光ファイバ１２に入射する段階における信号光としての光入力１１の許容入射パワーの上限を２倍にすることができる。
したがって、この構成は、信号光のパワーが大きな時に向いている。
【００７４】
また、回折格子２２と光ファイバ１９の劈開端面によって構成される外部共振器は回折格子２２の傾斜角度に依存した波長依存性を有しているので、半導体光増幅器１６の活性層の材質及び構造によって規定される波長に対してのみレーザ共振器として作用し、信号光の波長におけるレーザ発振を生ずることないので、キャリア密度を共振器損失で決定される発振しきい値キャリア密度にロックすることができ、それによって、利得を所定の値にクランプすることができる。
【００７５】
また、この第１の実施の形態においては、外部共振器内に可変光減衰器２１を設けているので、この可変光減衰器２１の減衰量によって共振器損失を任意の値に連続的に制御することができ、それによって、半導体光増幅装置の特性を各種の用途に応じて最適な値に設定することができる。
【００７６】
次に、図３を参照して本発明の第２の実施の形態を説明するが、この第２の実施の形態は、上記の第１の実施の形態の入力側と出力側を反対にしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と全く同様である。
図３参照
図３は、本発明の第２の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、半導体光増幅器１６の光軸と平行な信号光となる光入力１１を入射するための光ファイバ１９、光ファイバ１９からの光入力１１を集束する一対のレンズ１８，１７、集束された光入力１１を増幅する半導体光増幅器１６、半導体光増幅器１６において増幅され、且つ、拡がって出射された光入力１１を平行光束に変換するレンズ１５、変換された光入力１１の１／２を透過し、残りの１／２を垂直方向に反射するビームスプリッタ１４、反射された光入力１１を集束して光ファイバ１２へ導くレンズ１３、及び、光ファイバ１２によって信号光の増幅系が構成され、増幅された信号光は光ファイバ１２から光出力２０として出射される。
【００７７】
また、この利得クランプ型半導体光増幅装置も、可変光減衰器２１及び回折格子２２を備えており、回折格子２２と光ファイバ１９の出射側を劈開して形成した劈開端面によって半導体光増幅器１６に対する波長選択性のあるレーザ共振器を構成するとともに、ビームスプリッタ１４と回折格子２２との間の信号光が通過しない部分に可変光減衰器２１を配置し、レーザ共振器の共振器損失を制御する。
【００７８】
なお、この場合にビームスプリッタ１４と回折格子２２との間の領域にも増幅された光入力１１の１／２が通過するが、回折格子２２に波長選択性があるので、この増幅された１／２の光入力１１が反射して再び信号光として有効に利用されることはないので、この第２の実施の形態においてもビームスプリッタ１４と回折格子２２との間の領域を「信号光が通過しない部分」と定義するものである。
【００７９】
この第２の実施の形態においては、信号光は半導体増幅器１６によって増幅された後にビームスプリッタ１４によって１／２に減衰されるので光入力１１の許容入射パワーを大きくすることはできないが、１／２に減衰される前に増幅するので、信号光としての光入力１１が微弱な場合にも適正に増幅することができる。
【００８０】
また、この第２の実施の形態においても、外部共振器内に可変光減衰器２１を設けているので、この可変光減衰器２１の減衰量によって共振器損失を任意の値に連続的に制御することができ、半導体光増幅装置の特性を各種の用途に応じて最適な値に設定することができる。
【００８１】
また、この場合も、可変光減衰器２１は、ビームスプリッタ１４と回折格子２２との間の信号光が通過しない部分に配置しているので、使用できる可変光減衰器２１の減衰特性の自由度を大きくすることができる。
【００８２】
次に、図４を参照して本発明の第３の実施の形態を説明するが、この第３の実施の形態においては、光入力１１をビームスプリッタ１４を介して入射するとともに、光出力２０をビームスプリッタ２３を介して取り出すようにしたものであり、その他の構成は上記の第１の実施の形態と全く同様である。
図４参照
図４は、本発明の第３の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、信号光である光入力１１を入射するための光ファイバ１２、光ファイバ１２からの光入力１１を平行光束に変換するレンズ１３、変換された光入力１１の１／２を透過し、残りの１／２を反射するビームスプリッタ１４、反射された光入力１１を集束するレンズ１５、集束された光入力１１を増幅する半導体光増幅器１６、半導体光増幅器１６において増幅され、且つ、拡がって出射された光入力１１を平行光束に変換するレンズ１７、変換された光入力１１の１／２を透過し、残りの１／２を反射するビームスプリッタ２３、反射された光入力１１を集束して光ファイバ１９へ導く一対のレンズ２４、及び、光ファイバ１９によって信号光の増幅系が構成され、増幅された信号光は光ファイバ１９から光出力２０として出射される。
【００８３】
この第３の実施の形態においては、一対の回折格子２２，２５及び可変光減衰器２１を備えており、この一対の回折格子２２，２５によって波長選択性のある外部共振器を構成するとともに、ビームスプリッタ２３と回折格子２２との間の信号光が通過しない部分に可変光減衰器２１を配置し、レーザ共振器の共振器損失を用途に応じて任意に連続的に制御することができる。
【００８４】
また、増幅前後で信号光の１／２はビームスプリッタ１４，２３においてロスとなるので損失が大きくなるが、光ファイバ１２或いは光ファイバ１９を外部共振器の構成要素として用いていないので、入出力端となる光ファイバ１２及び光ファイバ１９の入力端面或いは出射端面を劈開端面とする必要がなく、したがって、無反射面或いは低反射面にすることができるので、入出力端における反射損失が低減する。
【００８５】
また、この第３の実施の形態においても、可変光減衰器２１は、ビームスプリッタ２３と回折格子２２との間の信号光が通過しない部分に配置しているので、使用できる可変光減衰器２１の減衰特性の自由度を大きくすることができる。
なお、この可変光減衰器２１は、反対側のビームスプリッタ１４と回折格子２５との間の信号光が通過しない部分に配置しても良い。
【００８６】
次に、図５を参照して本発明の第４の実施の形態を説明するが、この第４の実施の形態においては、ビームスプリッタを用いることなく信号光を入出力するものであり、したがって、レーザ共振器内に信号光が通過しない部分が存在しないものである。
図５参照
図５は、本発明の第４の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、信号光である光入力１１を入射し、且つ、出射端側に外部共振器を構成するための回折格子を設けたファイバグレーティング、即ち、ファイバ回折格子２６、ファイバ回折格子２６からの光入力１１を集束する一対のレンズ１３，１５、集束された光入力１１を減衰せずに透過し、且つ、レーザ発振光を任意に減衰する可変光減衰器２１、可変光減衰器２１を透過した光入力１１を集束する一対のレンズ１８，１７、集束された光入力１１を増幅する半導体光増幅器１６、半導体光増幅器１６において増幅され、且つ、拡がって出射された光入力１１を集束して入射端側に外部共振器を構成するための回折格子を設けたファイバ回折格子２９へ導く一対のレンズ２７，２８、及び、ファイバ回折格子２９によって構成され、増幅された信号光はファイバ回折格子２９から光出力２０として出射される。
【００８７】
この場合の外部共振器は、入射端面側或いは出射端面側に屈折率分布を設けて回折格子とした一対のファイバ回折格子２６，２９との間で構成されており、通常の回折格子を用いていないので構成が簡素化されるが、この外部共振器の波長依存性はファイバ回折格子２６，２９に設けた回折格子の周期によって決定されるので、ファイバ回折格子２６，２９を交換しない限り固定されることになる。
但し、通常は、半導体光増幅器１６のレーザ発振波長は素子設計の際に決定されているので問題はない。
なお、ファイバ回折格子２６，２９の一方を端面を劈開した通常の光ファイバに置き換えて、ファイバ回折格子と通常の光ファイバの組合せにしても良い。
【００８８】
この場合には、信号光が通過する部分に可変光減衰器２１を設けているので、この可変光減衰器２１において信号光が減衰されないように、可変光減衰器２１の減衰特性を正確に設定する必要がある。
例えば、この様な可変光減衰器２１としてｐｉｎ構造の電界吸収型光変調器を用い、この電界吸収型光変調器の吸収端波長がレーザ発振波長より短波長側になり、且つ、電界を印加した場合に吸収端波長が長波長側に移動することによってレーザ発振光を吸収するように正確に設定する必要があり、且つ、信号光の波長を、電界印加によっても吸収されないようにレーザ発振波長より長波長側に設定する必要がある。
【００８９】
また、この第４の実施の形態において用いている半導体光増幅器１６の構成は上記の第１の実施の形態の場合と全く同様であり、端面において反射が生じないように多層誘電体膜からなる無反射コーティングを施したものを用い、また、活性層の光軸に垂直な断面形状を正方形にするか、或いは、引張歪を有する歪ＭＱＷ（多重量子井戸）構造を用いることによって利得に偏波依存性が生じないように構成することが望ましく、さらには、長距離光通信に用いる光ファイバにおける減衰特性の観点からは、活性層の材質及び構造を考慮することによって利得波長が１．５μｍ帯になるように設定することが望ましい。
【００９０】
この様に、第４の実施の形態においてはビームスプリッタを用いていないので、ビームスプリッタに起因する光損失、即ち、透過光損失をなくすことができ、また、通常の回折格子を用いていないので装置の全体構成が簡素化・小型化され、さらに、ファイバ回折格子２６，２９の入出射端面自体は外部共振器を構成しないので、劈開端面である必要はなく、したがって、端面をテーパにしてレンズ機能を持たせたり、また、入出射端面を無反射或いは低反射とすることによって信号光の反射損失や不所望な戻り光を防止することができる。
【００９１】
次に、図６を参照して本発明の第５の実施の形態を説明するが、この第５の実施の形態においては、半導体光増幅器と可変光減衰器をモノリシックに集積化したものであり、その他の構成は上記の第４の実施の形態と全く同様である。
図６参照
図６は、本発明の第５の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、信号光である光入力１１を入射し、且つ、出射端側に外部共振器を構成するための回折格子を設けたファイバ回折格子２６、ファイバ回折格子２６からの光入力１１を集束する一対のレンズ１３，１５、集束された光入力１１を減衰せずに透過し、且つ、レーザ発振光を任意に減衰する可変光減衰器、即ち、可変光減衰領域３３と、光入力１１を増幅する半導体光増幅器、即ち、半導体光増幅領域３２とを半導体基板３１上にモノリシックに集積化したモノリシック光半導体装置３０、半導体光増幅領域３２において増幅され、且つ、拡がって出射された光入力１１を集束して入射端側に外部共振器を構成するための回折格子を設けたファイバ回折格子２９へ導く一対のレンズ１７，１８、及び、ファイバ回折格子２９によって構成され、増幅された信号光はファイバ回折格子２９から光出力２０として出射される。
なお、この場合も、ファイバ回折格子２６，２９の一方を端面を劈開した通常の光ファイバに置き換えて、ファイバ回折格子と通常の光ファイバの組合せにしても良い。
【００９２】
この場合のモノリシック光半導体装置３０は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板３１上に、通常のエピタキシャル成長法によってＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のダブルヘテロ接合構造を形成し一方の領域を半導体光増幅領域３２とし、他方の領域をｐｉｎ構造の電界吸収型光変調器からなる可変光減衰領域３３とするものである。
【００９３】
例えば、この半導体光増幅領域３２におけるレーザ発振波長は、例えば、１．５１μｍになるように光ファイバ回折格子２６，２９の周期を設定するとともに、利得の偏波依存性をなくすために活性層の光軸に垂直な断面形状を正方形にするか、或いは、引張歪を有する歪ＭＱＷ（多重量子井戸）構造とする。
【００９４】
一方、可変光減衰領域３３における信号光の減衰を防止し、且つ、電界を印加しない場合におけるレーザ発振光の減衰を防止するために、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ光吸収層の組成を１．４８μｍ組成になるようにし、半導体光増幅領域３２の一部を除去した部分に再成長により可変光減衰領域３３を形成すれば良いので、可変光減衰領域の減衰特性を素子設計段階で正確に決定することができる。
なお、この場合にも、モノリシック光半導体装置３０の入出射端面において反射が生じないように多層誘電体膜からなる無反射コーティングを施す。
【００９５】
この様に、第５の実施の形態においてもビームスプリッタを用いていないので、ビームスプリッタに起因する光損失をなくすことができ、また、半導体光増幅器と可変光減衰器をモノリシックに集積化しているので、可変光減衰器を小型化することができ、さらに、半導体光増幅器と可変光減衰器の間に設ける一対のレンズが不要になるので、装置の全体構成を簡素化・小型化することができる。
【００９６】
また、この場合にも、ファイバ回折格子２６，２９の入出射端面自体は外部共振器を構成しないので、劈開端面である必要はなく、したがって、入出射端面を無反射或いは低反射とすることによって、信号光の反射損失や不所望な戻り光を防止することができる。
【００９７】
次に、図７を参照して本発明の第６の実施の形態を説明するが、この第６の実施の形態においては、半導体光増幅器及び可変光減衰器に対しレーザ共振器を構成する反射鏡をＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）領域としてモノリシックに集積化したものである。
図７参照
図７は、本発明の第６の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、信号光である光入力１１を入射する光ファイバ１２、光ファイバ１２からの光入力１１を集束する一対のレンズ１３，１５、集束された光入力１１を減衰せずに透過し、且つ、レーザ発振光を任意に減衰する可変光減衰領域３３と、光入力１１を増幅する半導体光増幅領域３２とを半導体基板３５上にモノリシックに集積化するとともに、その入出力端面側にレーザ共振器を構成するための一対のＤＢＲ領域３６，３７を集積化したモノリシック光半導体装置３４、半導体光増幅領域３２において増幅され、且つ、ＤＢＲ領域３７から拡がって出射された光入力１１を集束して入射端側に外部共振器を構成するための回折格子を設けた光ファイバ１９へ導く一対のレンズ１７，１８、及び、光ファイバ１９によって構成され、増幅された信号光は光ファイバ１９から光出力２０として出射される。
【００９８】
この場合のモノリシック光半導体装置３４は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板３１上に、通常のエピタキシャル成長法によってＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のダブルヘテロ接合構造を形成し一方の領域を半導体光増幅領域３２とし、他方の領域をｐｉｎ構造の電界吸収型光変調器からなる可変光減衰領域３３とすると共に、両端面側に周期的凹凸を設けて回折格子を形成しＤＢＲ領域３６，３７としたものである。
【００９９】
この半導体光増幅領域３２におけるレーザ発振波長も、例えば、１．５１μｍになるようにＤＢＲ領域３６，３７の回折格子の周期を設定するとともに、利得に偏波依存性が生じないように活性層の光軸に垂直な断面形状を正方形にするか、或いは、引張歪を有する歪ＭＱＷ（多重量子井戸）構造とし、また、可変光減衰領域３３における信号光の減衰を防止し、且つ、電界を印加しない場合におけるレーザ発振光の減衰を防止するために可変光減衰領域３３を構成するＩｎＧａＡｓＰ光吸収層の組成を１．４８μｍ組成になるように設定することが望ましい。
【０１００】
一方、ＤＢＲ領域３６，３７においてレーザ発振光の吸収が生じないように、ＤＢＲ領域３６，３７の光導波用コア層の組成をレーザ発振波長より短波長側に、例えば、１．３０μｍ組成になるように設定し、この光導波用コア層の近傍に周期的凹凸を形成すれば良い。
【０１０１】
この様に、第６の実施の形態においてもビームスプリッタを用いていないので、ビームスプリッタによる光損失をなくすことができ、また、半導体光増幅器１６と可変光減衰器２１、及び、ＤＢＲ領域３６，３７をモノリシックに集積化しているので、レーザ共振器構造をはじめとする装置の全体構成を簡素化、小型化することができる。
【０１０２】
また、この場合には、レーザ共振器は一対のＤＢＲ領域３６，３７によって構成されるので、ファイバ回折格子等を用いて外部共振器を構成する必要はなく、したがって、入出力用光ファイバとしては通常の光ファイバ１２，１９を用いれば良く、且つ、光ファイバ１２，１９の入出射端面を無反射或いは低反射とすることによって信号光の反射損失や不所望な戻り光を防止することができる。
【０１０３】
次に、図８乃至図１２を参照して、本発明の第７乃至第１１の実施の形態のマッハツェンダー干渉器を用いた利得クランプ型半導体光増幅装置を説明する。
図８参照
図８は、本発明の第７の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、この利得クランプ型半導体光増幅装置の基本構成部となるマッハツェンダー干渉器４０は、半導体基板４５上に形成された２つの方向性結合器４６，４７を２つの２×２（２対２）型光合分岐器として用い、２つの方向性結合器４６，４７の間の一対のアームの双方に半導体光増幅器４８，４９を設けたものであり、先端にレンズが設けられた集束光ファイバ４２から前段の方向性結合器４６の一方の入力ポートへ入力された信号光としての光入力４１は、方向性結合器４６の結合部において１／２づつに分岐されて半導体光増幅器４８，４９において増幅されたのち、後段の方向性結合器４７の結合部において結合され、信号光が入力した入力ポートとクロス（Ｃｒｏｓｓ）位置の出力ポートから集束光ファイバ４３を介して光出力４４として出力される。
【０１０４】
一方、レーザ共振器は、後段の方向性結合器４７の他方の出力ポートの劈開端面に設けられた多層誘電体膜からなる高反射膜５０と、可変光減衰器５２の外側の端面に設けた多層誘電体膜からなる高反射膜５３によって形成され、このレーザ共振器内にレンズ対５１を介して可変光減衰器５２を挿入し、可変光減衰器５２によって共振器損失を任意に連続的に制御することができる。
【０１０５】
この場合のマッハツェンダー干渉器４０は、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板４５上に、例えば、活性層が１．５５μｍ波長組成の歪ＭＱＷ構造となるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のダブルヘテロ接合構造を積層させて半導体光増幅器４８，４９を形成するための積層構造を形成し、半導体光増幅器４８，４９を形成するための領域以外を除去したのち、除去部に波長組成が、例えば、１．３０μｍとなる光導波コア層を備えたダブルヘテロ接合構造を積層させ、図に示すような形状にメサエッチングすることによって、２つの２×２型の方向性結合器４６，４７とその間に挟まれた半導体光増幅器４８，４９を形成したものである。
【０１０６】
この第７の実施の形態においては、レーザ発振光と信号光が増幅領域以外に領域においては空間的に分離されるので、レーザ共振器に波長依存性を持たせる必要はなく、通常の劈開面自体や劈開面に設けた高反射率の多層誘電体膜等で反射鏡を構成することができるので共振器構造が簡素化され、また、キャリア密度を共振器損失で決定される発振しきい値キャリア密度にロックすることができ、それによって、利得を所定の値にクランプすることができる。
【０１０７】
また、可変光減衰器５２は、信号光の通過しない部分に設けられているので、可変光減衰器５２としては、レーザ発振光に対する減衰特性のみを考慮すれば良いので使用し得る可変光減衰器５２の自由度が大きくなり、市販されている各種の光減衰器を用いることができる。
【０１０８】
また、この第７の実施の形態においては、ビームスプリッタを用いていないので、ビームスプリッタに起因する光損失をなくすことができるとともに装置全体の構成が簡素化される。
なお、入出力のための光ファイバとして集束性光ファイバ４２，４３を用いているが、集束性光ファイバに限られるものではなく、上記の第６の実施の形態と同様に一対のレンズと通常の光ファイバとの組合せを用いても良いものである。
【０１０９】
次に、図９を参照して本発明の第８の実施の形態を説明するが、この第８の実施の形態においては、２×２型光合分岐器として３ｄＢのマルチモード干渉器を用いたものであり、その他の構成は上記の第７の実施の形態と全く同様である。
図９参照
図９は、本発明の第８の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、この利得クランプ型半導体光増幅装置の基本構成部となるマッハツェンダー干渉器６０は、半導体基板６５上に形成された２つの３ｄＢのマルチモード干渉器６６，６７を２つの２×２型光合分岐器として用い、２つのマルチモード干渉器６６，６７の間の一対のアームの双方に半導体光増幅器６８，６９を設けたものであり、先端にレンズが設けられた集束光ファイバ６２から前段のマルチモード干渉器６６の一方の入力ポートへ入力された信号光としての光入力６１は、マルチモード干渉器６６の干渉部において１／２づつに分岐されて半導体光増幅器６８，６９において増幅されたのち、後段のマルチモード干渉器６７の干渉部において結合され、信号光が入力した入力ポートとクロス位置の出力ポートから集束光ファイバ６３を介して光出力６４として出力される。
【０１１０】
この場合のレーザ共振器も、後段のマルチモード干渉器６７の他方の出力ポートの劈開端面に設けられた多層誘電体膜からなる高反射膜７０と、可変光減衰器７２の外側の端面に設けた多層誘電体膜からなる高反射膜７３によって形成され、このレーザ共振器内にレンズ対７１を介して可変光減衰器７２を挿入し、可変光減衰器７２によって共振器損失を任意に連続的に制御することができる。
【０１１１】
この場合のマッハツェンダー干渉器６０は、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板６５上に、例えば、活性層が１．５５μｍ波長組成の歪ＭＱＷ構造となるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のダブルヘテロ接合構造を積層させて半導体光増幅器６８，６９を形成するための積層構造を形成し、半導体光増幅器６８，６９を形成するための領域以外を除去したのち、除去部に波長組成が、例えば、１．３０μｍとなる光導波コア層を備えたダブルヘテロ接合構造を積層させ、図に示すような形状にメサエッチングすることによって、２つの２×２型のマルチモード干渉器６６，６７とその間に挟まれた半導体光増幅器６８，６９を形成したものである。
【０１１２】
この第８の実施の形態においては、２×２型光合分岐器として３ｄＢのマルチモード干渉器６６，６８を用いているので、上記の第７の実施の形態のように２×２型光合分岐器として方向性結合器４６，４７を用いた場合より２×２型光合分岐器の製作トレランスを大きく、即ち、寸法精度の許容度を大きくすることができ、それによって半導体光増幅装置を高歩留りで製造することができる。
【０１１３】
また、この第８の実施の形態においても、レーザ発振光と信号光が増幅領域以外に領域においては空間的に分離されるので、レーザ共振器に波長依存性を持たせる必要はないので、通常の劈開面自体や劈開面に設けた高反射率の多層誘電体膜等で反射鏡を構成することができるので共振器構造が簡素化され、さらに、ビームスプリッタを用いていないので、ビームスプリッタに起因する光損失をなくすことができるので、装置全体の構成をさらに簡素化することができる。
なお、この場合も、入出力のための光ファイバとして集束性光ファイバ４２，４３を用いているが、集束性光ファイバに限られるものではなく、上記の第６の実施の形態と同様に一対のレンズと通常の光ファイバとの組合せを用いても良いものである。
【０１１４】
また、可変光減衰器７２は、信号光の通過しない部分に設けられているので、可変光減衰器７２としては、レーザ発振光に対する減衰特性のみを考慮すれば良いので使用し得る可変光減衰器７２の自由度が大きくなる、市販されている各種の光減衰器を用いることができる。
【０１１５】
次に、図１０を参照して本発明の第９の実施の形態を説明するが、この第９の実施の形態においては、ファイバ回折格子を用いてレーザ共振器に波長選択性を持たせたものであり、その他の構成は上記の第８の実施の形態と全く同様である。
図１０参照
図１０は、本発明の第９の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、この利得クランプ型半導体光増幅装置の基本構成部となるマッハツェンダー干渉器６０は、上記の第８の実施の形態と全く同様に、半導体基板６５上に形成された２つの３ｄＢのマルチモード干渉器６６，６７を２つの２×２型光合分岐器として用い、２つのマルチモード干渉器６６，６７の間の一対のアームの双方に半導体光増幅器６８，６９を設けたものであり、先端にレンズが設けられた集束光ファイバ６２から前段のマルチモード干渉器６６の一方の入力ポートへ入力された信号光としての光入力６１は、マルチモード干渉器６６の干渉部において１／２づつに分岐されて半導体光増幅器６８，６９において増幅されたのち、後段のマルチモード干渉器６７の干渉部において結合され、信号光が入力した入力ポートとクロス位置の出力ポートから集束光ファイバ６３を介して光出力６４として出力される。
【０１１６】
一方、この場合のレーザ共振器は、後段のマルチモード干渉器６７の他方の出力ポートの端面に設けられた多層誘電体膜からなる高反射膜７０と、可変光減衰器７２の外側に配置されたファイバ回折格子７４によって構成され、この共振器内にレンズ対７１を介して可変光減衰器７２が挿入された構成となり、可変光減衰器７２によって共振器損失を任意に連続的に制御することができる。
【０１１７】
この第９の実施の形態においては、ファイバ回折格子７４によってレーザ共振器に波長選択性を持たせているので、レーザ発振波長が安定し、信号光との不所望な非線型相互作用が生ずることがなく、安定した信号光の増幅が可能になる。例えば、レーザ発振波長が不安定な場合、レーザ発振波長が所期の波長より長波長側に遷移すると、信号光との波長差λ₁ −λ₂ 小さくなって４光混合による位相共役波が発生し、出力ポートより信号光と一緒に光出力６４として出射されるので、光通信を安定に行うためには位相共役波を分離・除去するためのフィルタ等を設ける必要が生ずるが、この第９の実施の形態においては、その様な問題は発生しない。
【０１１８】
また、この第９の実施の形態においても、２×２型光合分岐器として３ｄＢのマルチモード干渉器６６，６７を用いているので、上記の第７の実施の形態のように２×２型光合分岐器として方向性結合器４６，４７を用いた場合より２×２型光合分岐器の製作トレランスを大きくすることができ、それによって半導体光増幅装置を高歩留りで製造することができる。
なお、その他の作用効果、特性等は上記の第８の実施の形態と同様である。
【０１１９】
次に、図１１を参照して本発明の第１０の実施の形態を説明するが、この第１０の実施の形態においては、一対のファイバ回折格子を用いてレーザ共振器に波長選択性を持たせると共に、可変光減衰器をマッハツェンダー干渉器６０内に電界吸収型光変調器としてモノリシックに一体に組み込んだものであり、その他の構成は上記の第９の実施の形態と全く同様である。
図１１参照
図１１は、本発明の第１０の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、この利得クランプ型半導体光増幅装置の基本構成部となるマッハツェンダー干渉器６０は、上記の第８の実施の形態と同様に、半導体基板６５上に形成された２つの３ｄＢのマルチモード干渉器６６，６７を２つの２×２型光合分岐器として用い、２つのマルチモード干渉器６６，６７の間の一対のアームの双方に半導体光増幅器６８，６９を設けたものであり、先端にレンズが設けられた集束光ファイバ６２から前段のマルチモード干渉器６６の一方の入力ポートへ入力された信号光としての光入力６１は、マルチモード干渉器６６の干渉部において１／２づつに分岐されて半導体光増幅器６８，６９において増幅されたのち、後段のマルチモード干渉器６７の干渉器において結合され、信号光が入力した入力ポートとクロス位置の出力ポートから集束光ファイバ６３を介して光出力６４として出力される。
【０１２０】
一方、この場合のレーザ共振器は、後段のマルチモード干渉器６７の他方の出力ポートの端面側に設けられた光ファイバ回折格子７６と、前段のマルチモード干渉器６６の他方の入力ポートの端面側に設けられた光ファイバ回折格子７４によって構成され、また、この第１０の実施の形態おいては、可変光減衰器を電界吸収型光変調器７５として、前段のマルチモード干渉器６６の他方の入力ポート側にモノリシックに一体に設けたものである。
【０１２１】
この場合のマッハツェンダー干渉器６０は、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板６５上に、例えば、活性層が１．５５μｍ波長組成の歪ＭＱＷ構造となるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のダブルヘテロ接合構造を積層させて半導体光増幅器６８，６９を形成するための積層構造を形成し、半導体光増幅器６８，６９を形成するための領域以外を除去したのち、除去部に波長組成が、例えば、１．３０μｍとなる光導波コア層を備えたダブルヘテロ接合構造を積層させ、次いで、前段のマルチモード干渉器６６を形成する領域の近傍の積層構造の一部を除去したのち、吸収層として波長組成が１．４８μｍのＩｎＧａＡｓＰ層からなる電界吸収型光変調器を形成するためのｐｉｎ構造を積層させ、図に示すような形状にメサエッチングすることによって、２つの２×２型のマルチモード干渉器６６，６７とその間に挟まれた半導体光増幅器６８，６９、及び、電界吸収型光変調器７５を形成したものであり、この電界吸収型光変調器７５によって共振器損失を任意に連続的に制御することができる。
【０１２２】
この様に、可変光減衰器として集積化した電界吸収型光変調器７５を用いることによって可変光減衰器を小型化することができ、さらに、電界吸収型光変調器７５と前段のマルチモード干渉器６６との間のレンズ対７１も不要になるので、半導体光増幅装置をより小型化することができる。
【０１２３】
この第１０の実施の形態においては、レーザ共振器を１対のファイバ回折格子７４，７６で構成しているので、レーザ発振波長がより安定し、信号光との不所望な非線型相互作用が生ずることがなく、安定した信号光の増幅が可能になるものであり、その他の作用効果、特性等は上記の第８の実施の形態と同様である。
【０１２４】
なお、この第１０の実施の形態においては、可変光減衰器として集積化が容易な電界吸収型光変調器７５を用いているが、この場合にはマッハツェンダー干渉器６０を用いているので信号光とレーザ発振光が増幅領域以外の領域においては空間的に分離され、したがって、電界吸収型光変調器７５に特別な光吸収特性が要求されないので、他の構成の可変光減衰器、例えば、電流注入型の半導体光吸収素子等を用いても良いものである。
【０１２５】
次に、図１２を参照して本発明の第１１の実施の形態を説明するが、この第１１の実施の形態においては、レーザ共振器として波長選択性を有する反射鏡となるＤＢＲ領域をマルチモード干渉器の入出力ポート側にモノリシックに一体に組み込んだものであり、その他の構成は上記の第１０の実施の形態と全く同様である。
図１２参照
図１２は、本発明の第１１の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、この利得クランプ型半導体光増幅装置の基本構成部となるマッハツェンダー干渉器６０は、上記の第８の実施の形態と同様に、半導体基板６５上に形成された２つの３ｄＢのマルチモード干渉器６６，６７を２つの２×２型光合分岐器として用い、２つのマルチモード干渉器６６，６７の間の一対のアームの双方に半導体光増幅器６８，６９を設けたものであり、先端にレンズが設けられた集束光ファイバ６２から前段のマルチモード干渉器６６の一方の入力ポートへ入力された信号光としての光入力６１は、マルチモード干渉器６６の干渉部において１／２づつに分岐されて半導体光増幅器６８，６９において増幅されたのち、後段のマルチモード干渉器６７の干渉部において結合され、信号光が入力した入力ポートとクロス位置の出力ポートから集束光ファイバ６３を介して光出力６４として出力される。
【０１２６】
一方、この場合のレーザ共振器は、後段のマルチモード干渉器６７の他方の出力ポート側に設けられたＤＢＲ領域７７と、前段のマルチモード干渉器６６の他方の入力ポート側に設けられたＤＢＲ領域７８によって構成され、また、この第１１の実施の形態おいては、可変光減衰器７９として、電界吸収型光変調器を前段のマルチモード干渉器６６の他方の入力ポート側にモノリシックに一体に設けたものである。
【０１２７】
この場合のマッハツェンダー干渉器６０も、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板６５上に、例えば、活性層が１．５５μｍ波長組成の歪ＭＱＷ構造となるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のダブルヘテロ接合構造を積層させて半導体光増幅器６８，６９を形成するための積層構造を形成し、半導体光増幅器６８，６９を形成するための領域以外を除去したのち、除去部に波長組成がレーザ発振波長より短波長側に、例えば、１．３０μｍとなる光導波コア層を備えたダブルヘテロ接合構造を積層させ、次いで、前段のマルチモード干渉器６６を形成する領域近傍の積層構造の一部を除去したのち、吸収層として波長組成が１．４８μｍのＩｎＧａＡｓＰ層からなる電界吸収型光変調器を形成するためのｐｉｎ構造を積層させ、図に示すような形状にメサエッチングすることによって、２つの２×２型のマルチモード干渉器６６，６７とその間に挟まれた半導体光増幅器６８，６９、可変光減衰器７９、及び、ＤＢＲ領域７７，７８を形成したものであり、この可変光減衰器７９によって共振器損失を任意に連続的に制御することができる。
なお、ＤＢＲ領域７７，７８は、光導波用コア層を成長したのち、或いは、光導波用コア層の成長前に、光導波用コア層の近傍に周期的凹凸を形成して回折格子を形成し、その後、所定の層構造を積層させて形成する。
【０１２８】
この様に、レーザ共振器をＤＢＲ領域７７，７８を用いて内部共振器として形成しているので、装置構成が簡素化されるので装置の組立が容易になり、また、可変光減衰器７９も集積化しているので可変光減衰器７９も小型化することができ、それによって、半導体光増幅装置をより小型化することができる。
【０１２９】
この第１１の実施の形態においては、レーザ共振器を１対のＤＢＲ領域７７，７８で構成しているので、レーザ共振器の波長選択性を素子設計段階及び製造段階で設定しているので、外部共振器を用いる場合に様な波長選択性に関する注意が軽減されるものであり、その他の作用効果、特性等は上記の第１０の実施の形態と同様である。
【０１３０】
なお、この第１１の実施の形態においては、可変光減衰器７９として集積化が容易な電界吸収型光変調器を用いているが、この場合にも可変光減衰器７９に特別な光吸収特性は要求されないので、他の構成の可変光減衰器、例えば、電流注入型の半導体光吸収素子等を用いても良いものである。
【０１３１】
次に、図１３乃至図１７を参照して、本発明の第１２乃至第１６の実施の形態のサニャック型干渉計を用いた利得クランプ型半導体光増幅装置を説明する。
図１３参照
図１３は、本発明の第１２の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、この利得クランプ型半導体光増幅装置を構成するサニャック型干渉計８０は、光ファイバで構成された信号光に対する入出力側光導波路８２、同じく光ファイバで構成された方向性結合器８３、アーム８４，８６、アーム８４，８６の中間に配置された半導体光増幅器８５、同じく光ファイバで構成されレーザ共振器を構成するレーザ側光導波路８８、及び、多層誘電体膜からなる高反射膜８９によって構成される。
【０１３２】
この場合、レーザ共振器は、高反射膜８９、レーザ側光導波路８８、方向性結合器、アーム８４，８５、及び、半導体光増幅器８５によって構成され、半導体光増幅器８５で発生したレーザ発振光は、高反射膜８９によって反射され、再びアーム側に向かい、その際、光カップラーを構成する方向性結合器８３において右回りのレーザ発振光と、左回りのレーザ発振光とに２等分されるが、方向性結合器８３においてクロス側に伝搬される左回りのレーザ発振光の位相はπ／２だけずれることになり、一方、右回りのレーザ発振光もアーム８４から方向性結合８３においてクロス側のレーザ側光導波路８８に帰還する際に、位相がπ／２だけずれるので、レーザ側光導波路８８においては左回りのレーザ発振光も右回りのレーザ発振光も同じ位相になり、干渉によって消滅することがない。
【０１３３】
一方、右回りのレーザ発振光の内、アーム８４から方向性結合器８３を介して入出力側光導波路８２に向かう成分の位相に変化はないものの、左回りのレーザ発振光の内、アーム８６から方向性結合器８３を介してクロス側の入出力側光導波路８２に向かう成分は、方向性結合器８３を二度クロスするのでその位相は（π／２）×２＝πだけずれるので、入出力側光導波路８２において右回りのレーザ発振光と左回りのレーザ発振光とが逆位相になり、干渉して消滅するので、入出力側光導波路８２からレーザ発振光が出力されることがない。
【０１３４】
また、信号光についても同様であり、入出力側光導波路８２に入力される光入力８１は、半導体光増幅器８５で増幅され、環状のアーム８４，８６を伝搬したのち、再び、入出力側光導波路８２から増幅された光出力８７として出力され、レーザ側光導波路８８を伝搬することがない。
【０１３５】
したがって、このサニャック型光干渉計８０においては、レーザ発振光と信号光とが完全に空間的に分離されることになるので、レーザ共振器に波長依存性を持たせる必要はなく、通常の光ファイバの劈開面自体や劈開面に設けた高反射率の多層誘電体膜等で反射鏡を構成することができるので共振器構造が簡素化される。
【０１３６】
この第１２の実施の形態においては、サニャック型光干渉計８０を用いているので、半導体光増幅器８５は一つだけで良く、一対の半導体光増幅器を用いる上記の第７乃至第１１の実施の形態に比べて、半導体光増幅器８５に要求される対称動作に関する要件をなくすことができ、したがって、より安定にレーザ発振光と信号光を空間的に分離することができる。
【０１３７】
また、この第１２の実施の形態においては、サニャック型光干渉計８０の光増幅器８５以外の部分を光ファイバを用いて構成しているので、特別の微細加工技術を必要とすることなく安定動作が可能な利得クランプ型の半導体光増幅装置を構成することができる。
【０１３８】
次に、図１４を参照して本発明の第１３の実施の形態を説明するが、この第１３の実施の形態においては、上記の第１２の実施の形態における高反射膜８９の代わりにレーザ側光導波路８８の端部に回折格子９０を設けたものであり、即ち、レーザ側光導波路８８をファイバ回折格子で構成したものであり、その他の構成は上記の第１２の実施の形態と全く同様であるので、説明は簡単にする。
図１４参照
図１４は、本発明の第１３の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、この利得クランプ型半導体光増幅装置を構成するサニャック型干渉計８０は、光ファイバで構成された信号光に対する入出力側光導波路８２、同じく光ファイバで構成された方向性結合器８３、アーム８４，８６、アーム８４，８６の中間に配置された半導体光増幅器８５、同じく光ファイバで構成されレーザ共振器を構成するレーザ側光導波路８８、及び、レーザ側光導波路８８の一端に形成した回折格子９０によって構成される。
【０１３９】
この場合の動作原理及び主要な特徴点は、上記の第１２の実施の形態と同様であるが、この第１３の実施の形態においては、レーザ側光導波路８８の一端に回折格子９０を形成して、波長選択性を有する反射鏡としているので、レーザ発振光の発振波長が安定化し、信号光の波長とレーザ発振光の波長との差を安定して維持することができ、それによって、信号光とレーザ発振光との不所望な相互作用による非線型効果等の発生を防止することができる。
【０１４０】
次に、図１５を参照して本発明の第１４の実施の形態を説明するが、この第１４の実施の形態においては、半導体光増幅器以外の部分を誘電体を用いたプレーナ光回路（ＰＬＣ）によって構成したものである。
図１５参照
図１５は、本発明の第１４の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、この利得クランプ型半導体光増幅装置を構成するサニャック型干渉計１００は、石英基板等のＰＬＣ基板１０２に設けられた信号光に対する入出力側光導波路１０３、方向性結合器１０４、アーム１０５，１０７、アーム１０５，１０７の中間にハイブリッド的に設けられた半導体光増幅器１０６、レーザ共振器を構成するレーザ側光導波路１０９、及び、レーザ側光導波路１０９の一端に形成した回折格子１１０によって構成される。
【０１４１】
この場合のサニャック型干渉計１００は、例えば、石英基板等のＰＬＣ基板１０２上にＣＶＤ法を用いてＳｉＯ₂ 膜からなる下部クラッド層及びＧｅＯ₂ をドープして屈折率を高くしたＳｉＯ₂ 膜からなるコア層を堆積させたのち、反応性イオンエッチングによって、入出力側光導波路１０３、方向性結合器１０４、アーム１０５，１０７、レーザ側光導波路１０９を構成する「Ω」状のパターンにコア層をエッチングする。
【０１４２】
次いで、再び、ＣＶＤ法によってＳｉＯ₂ 膜からなる上部クラッド層を堆積させたのち、レーザ側光導波路１０９の一端に干渉露光法を用いて回折格子１１０を形成したのち、アーム１０５，１０７を構成する環状部の光導波路の中央部に半導体光増幅器１０６をハイブリッド実装するためのＰＬＣ基板１０２に達する凹部を形成し、最後に、この凹部に半導体光増幅器１０６をアーム１０５，１０７に対して光軸合わせした状態でハイブリッド実装する。
なお、この場合の半導体光増幅器１０６としては、例えば、活性層が１．５５μｍ波長組成の歪ＭＱＷ構造となるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系半導体光増幅器を用いれば良い。
【０１４３】
この第１４の実施の形態においては、サニャック型干渉計１００の半導体光増幅器以外の部分を誘電体を用いたプレーナ光回路（ＰＬＣ）によって形成しているので、光ファイバを用いた上記第１２及び第１３の実施の形態に比べて装置構成を大幅に簡素化・小型化することができる。
なお、動作原理及び主要な特徴点は、上記の第１３の実施の形態と同様であり、光入力１０１は半導体光増幅器１０６で増幅されたのち光出力１０８として入出力側光導波路１０３から出力される。
【０１４４】
なお、この第１４の実施の形態においては、ＰＬＣの材料構成及び製造方法は、上記の材料構成及び製造方法に限られるものではなく、例えば、クラッド層及びコア層の成膜方法は、通常の常圧ＣＶＤ法に限られるものではなく、プラズマＣＶＤ法或いは減圧ＣＶＤ法を用いても良いものであり、さらには、火炎堆積法を用いても良いものである。
【０１４５】
また、コア層を構成するためにＳｉＯ₂ にドープするドーパントは、ＧｅＯ₂ に限られるものではなく、ＴｉＯ₂ 或いはＰ₂ Ｏ₅ 等をドープしても良いものであり、さらには、コア層をＳｉＯ_x Ｎ_y Ｈ_z 等の別の材料系を用いて構成しても良いものである。
【０１４６】
次に、図１６を参照して本発明の第１５の実施の形態を説明するが、この第１５の実施の形態においては、サニャック型光干渉計全体を半導体を用いてモノリシックに構成したものである。
図１６参照
図１６は、本発明の第１５の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、この利得クランプ型半導体光増幅装置を構成するサニャック型干渉計１２０は、半導体基板１２２に設けられた信号光に対する入出力側光導波路１２３、方向性結合器１２４、アーム１２５，１２７、アーム１２５，１２７の中間に設けられた半導体光増幅器１２６、レーザ共振器を構成するレーザ側光導波路１２９、及び、レーザ側光導波路１２９の一端に形成した回折格子１３０によって構成される。
【０１４７】
この場合のサニャック型干渉計１２０は、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板１２２上に、例えば、活性層が１．５５μｍ波長組成の歪ＭＱＷ構造となるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のダブルヘテロ接合構造を積層させて半導体光増幅器１２６を形成するための積層構造を形成し、半導体光増幅器１２６を構成するための領域以外を除去したのち、除去部に波長組成がレーザ発振波長より短波長側に、例えば、１．３０μｍとなる光導波コア層を備えたダブルヘテロ接合構造を積層させ、次いで、「Ω」状にメサエッチングすることによって入出力側光導波路１２３、方向性結合器１２４、アーム１２５，１２７、及び、レーザ側光導波路１２９を形成したものである。
なお、回折格子１３０、即ち、ＤＢＲ領域は、光導波用コア層を成長したのち、或いは、光導波用コア層の成長前に、光導波用コア層の近傍に周期的凹凸を形成して回折格子を形成し、その後、前述の所定の層構造を積層させて形成するものである。
【０１４８】
この様に、本発明の第１５の実施の形態においては、サニャック型干渉計１２０の全体構成を半導体を用いてモノリシックに形成しているので、全体構成をさらに小型化することができ、また、上記の第１４の実施の形態の様なハイブリッド実装が必要ではないので、実装の際の光軸合わせが不要になり、光軸合わせの精度に依存する光学特性の劣化等が発生することがない。
なお、動作原理及び主要な特徴点は、上記の第１４の実施の形態と同様であり、光入力１２１は半導体光増幅器１２６で増幅されたのち光出力１２８として入出力側光導波路１２３から出力される。
【０１４９】
次に、図１７を参照して本発明の第１６の実施の形態を説明するが、この第１６の実施の形態においては、上記の第１５の実施の形態のサニャック型光干渉計に可変光減衰器として電界吸収型光変調器をモノリシックに組み込んだものである。
図１７参照
図１７は、本発明の第１６の実施の形態の利得クランプ型半導体光増幅装置の概念的構成図であり、この利得クランプ型半導体光増幅装置を構成するサニャック型干渉計１２０は、半導体基板１２２に設けられた信号光に対する入出力側光導波路１２３、方向性結合器１２４、アーム１２５，１２７、アーム１２５，１２７の中間に設けられた半導体光増幅器１２６、レーザ共振器を構成するレーザ側光導波路１２９、レーザ側光導波路１２９の中間部に設けられた電界吸収型光変調器１３１、及び、レーザ側光導波路１２９の一端に設けられた回折格子１３０によって構成される。
【０１５０】
この場合のサニャック型干渉計１２０も、例えば、ｎ型ＩｎＰからなる半導体基板１２２上に、例えば、活性層が１．５５μｍ波長組成の歪ＭＱＷ構造となるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系のダブルヘテロ接合構造を積層させて半導体光増幅器１２６を形成するための積層構造を形成し、半導体光増幅器１２６を構成するための領域以外を除去したのち、除去部に波長組成がレーザ発振波長より短波長側に、例えば、１．３０μｍとなる光導波コア層を備えたダブルヘテロ接合構造を積層させ、次いで、レーザ側光導波路１２９を構成する領域の中間部の積層構造の一部を除去したのち、吸収層として波長組成が１．４８μｍのＩｎＧａＡｓＰ層からなる電界吸収型光変調器１３１を形成するためのｐｉｎ構造を積層させ、次いで、「Ω」状にメサエッチングすることによって入出力側光導波路１２３、方向性結合器１２４、アーム１２５，１２７、レーザ側光導波路１２９、及び、電界吸収型光変調器１３１を形成したものである。
なお、回折格子１３０、即ち、ＤＢＲ領域は、光導波用コア層を成長したのち、或いは、光導波用コア層の成長前に、光導波用コア層の近傍に周期的凹凸を形成して回折格子を形成し、その後、前述の所定の層構造を積層させて形成するものである。
【０１５１】
この様に、本発明の第１６の実施の形態においては、サニャック型干渉計１２０の全体構成を半導体を用いてモノリシックに形成する際に、可変光減衰器となる電界吸収型光変調器１３１もモノリシックに組み込んでいるので、上記の第１乃至第１１の実施の形態と同様に、電界吸収型光変調器１３１の減衰量によって共振器損失を任意の値に連続的に制御することができ、半導体光増幅装置の特性を各種の用途に応じて最適な値に設定することができる。
なお、動作原理及び主要な特徴点は、上記の第１５の実施の形態と同様であり、光入力１２１は半導体光増幅器１２６で増幅されたのち光出力１２８として入出力側光導波路１２３から出力される。
【０１５２】
また、この第１６の実施の形態においては、可変光減衰器として集積化が容易な電界吸収型光変調器１３１を用いているが、この場合にも可変光減衰器に特別な光吸収特性は要求されないので、他の構成の可変光減衰器、例えば、電流注入型の半導体光吸収素子等を用いても良いものである。
【０１５３】
以上、本発明の各実施の形態を説明してきたが、本発明は各実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、半導体光増幅器を光長距離通信用ファイバにおける減衰が少ないように、その活性層を１．５５μｍ波長組成としているが、１．３μｍ波長組成等の他の組成のものでも良く、その場合には、活性層の波長組成に応じて可変光減衰器における吸収端波長等の減衰特性、或いは、２×２型光合分岐器、サニャック型光干渉計、或いは、ＤＢＲ領域等を構成する光導波用コア層の組成を変更すれば良い。
【０１５４】
さらには、本発明は、半導体光増幅器、可変光減衰器、光導波路、或いは、光カップラー等を半導体で構成する場合には、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系に限られるものではなく、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系等の他の化合物半導体を用いて形成しても良いものである。
【０１５５】
また、上記の第９乃至１１の実施の形態における第８の実施の形態に対する変更点、即ち、ファイバ回折格子等の波長選択性を有する反射鏡を用いる点、可変光減衰器をモノリシックに集積化する点、及び、ＤＢＲ領域をモノリシックに集積化する点は、上記の第７の実施の形態に対してもそのまま適用されるものである。
【０１５６】
また、上記の第７乃至１１の実施の形態においては、入力側の２×２型光合分岐器の入力ポート側に可変光減衰器を設けているが、出力側の２×２型光合分岐器の出力ポート側に可変光減衰器を設けても良いものである。
【０１５７】
また、上記の第７乃至１１の実施の形態の説明においては、レーザ発振光の不所望な吸収を防止するために、ＤＢＲ領域或いは２×２型光合分岐器の光導波用コア層の波長組成を半導体光増幅器の活性層の波長組成より短波長側に設定しているが、半導体光増幅器と同じ構造としても良いものであり、その場合には、吸収損失を相殺するようにＤＢＲ領域或いは２×２型光合分岐器を順バイアスすれば良い。
【０１５８】
また、上記の第１２乃至第１４の実施の形態の説明においては、サニャック型光干渉計を用いた利得クランプ型半導体光増幅装置自体が新規なものであることを前提としているため、可変光減衰器を設けていないが、上記の第１６の実施の形態と同様に、レーザ側光導波路の中間に可変光減衰器を設けても良いものであり、それによって、共振器損失を任意の値に連続的に制御して半導体光増幅装置の特性を各種の用途に応じて最適な値に設定することができる。
【０１５９】
また、可変光減衰器としては、市販の各種の可変光減衰器を用いるものであり、信号光として有効に利用される光入力は可変光減衰器を通過しないので可変光減衰器の減衰特性としては、レーザ発振波長、例えば、１．５１μｍの波長の光を減衰できるものであればどの様な構成の可変光減衰器を用いても良いものであり、この様な可変光減衰器をハイブリッド実装することによって、減衰量を任意に制御することができる。
【０１６０】
また、上記の第１５及び１６の実施の形態の説明においても、レーザ発振光の不所望な吸収を防止するために、入出力側光導波路、方向性結合器、アーム、レーザ側光導波路、及び、ＤＢＲ領域の光導波用コア層の波長組成を半導体光増幅器の活性層の波長組成より短波長側に設定しているが、半導体光増幅器と同じ構造としても良いものであり、全体を同じ構成にすることによって、製造工程を大幅に簡素化することができる。
なお、その場合には、吸収損失を相殺するように各領域を順バイアスする必要がある。
【０１６１】
また、上記の第１３乃至第１６の実施の形態の説明においては、レーザ側光導波路に回折格子を設けて波長選択性を持たせているが、上記の第１２の実施の形態と同様にレーザ側光導波路の端面に高反射膜を設けただけでも良く、或いは、誘電体或いは半導体の劈開面を利用しても良いものである。
【０１６２】
【発明の効果】
本発明によれば、利得と信号光の許容入射パワーの連続的な調整が可能となり、一つの構造によってアプリケーションの要求ごとに特性を最適化することのできる利得クランプ型半導体光増幅装置を実現することができ、波長多重光通信システムの実用化に寄与するところが大きい。
【０１６３】
また、サニャック型光干渉計を用いて利得クランプ型半導体光増幅装置を構成することによって、半導体光増幅器の対称動作特性が不要になるので、レーザ発振光と信号光とを確実に空間的に分離することができ、且つ、装置の全体構成をより小型化することができるので、この点からも波長多重光通信システムの実用化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の概念的構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の概念的構成図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の概念的構成図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の概念的構成図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態の概念的構成図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態の概念的構成図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態の概念的構成図である。
【図９】本発明の第８の実施の形態の概念的構成図である。
【図１０】本発明の第９の実施の形態の概念的構成図である。
【図１１】本発明の第１０の実施の形態の概念的構成図である。
【図１２】本発明の第１１の実施の形態の概念的構成図である。
【図１３】本発明の第１２の実施の形態の概念的構成図である。
【図１４】本発明の第１３の実施の形態の概念的構成図である。
【図１５】本発明の第１４の実施の形態の概念的構成図である。
【図１６】本発明の第１５の実施の形態の概念的構成図である。
【図１７】本発明の第１６の実施の形態の概念的構成図である。
【図１８】半導体光増幅装置の利得−光出力特性の共振器損失依存性の説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体光増幅装置
２ 半導体光増幅器
３ 可変光減衰器
４ 波長選択性のある反射鏡
５ 波長選択性のない反射鏡
６ ビームスプリッタ
７ 信号光
１１ 光入力
１２ 光ファイバ
１３ レンズ
１４ ビームスプリッタ
１５ レンズ
１６ 半導体光増幅器
１７ レンズ
１８ レンズ
１９ 光ファイバ
２０ 光出力
２１ 可変光減衰器
２２ 回折格子
２３ ビームスプリッタ
２４ レンズ
２５ 回折格子
２６ ファイバ回折格子
２７ レンズ
２８ レンズ
２９ ファイバ回折格子
３０ モノリシック光半導体装置
３１ 半導体基板
３２ 半導体光増幅領域
３３ 可変光減衰領域
３４ モノリシック光半導体装置
３５ 半導体基板
３６ ＤＢＲ領域
３７ ＤＢＲ領域
４０ マッハツェンダー干渉器
４１ 光入力
４２ 集束光ファイバ
４３ 集束光ファイバ
４４ 光出力
４５ 半導体基板
４６ 方向性結合器
４７ 方向性結合器
４８ 半導体光増幅器
４９ 半導体光増幅器
５０ 高反射膜
５１ レンズ対
５２ 可変光減衰器
５３ 高反射膜
６０ マッハツェンダー干渉器
６１ 光入力
６２ 集束光ファイバ
６３ 集束光ファイバ
６４ 光出力
６５ 半導体基板
６６ マルチモード干渉器
６７ マルチモード干渉器
６８ 半導体光増幅器
６９ 半導体光増幅器
７０ 高反射膜
７１ レンズ対
７２ 可変光減衰器
７３ 高反射膜
７４ ファイバ回折格子
７５ 電界吸収型光変調器
７６ ファイバ回折格子
７７ ＤＢＲ領域
７８ ＤＢＲ領域
７９ 可変光減衰器
８０ サニャック型光干渉計
８１ 光入力
８２ 入出力側光導波路
８３ 方向性結合器
８４ アーム
８５ 半導体光増幅器
８６ アーム
８７ 光出力
８８ レーザ側光導波路
８９ 高反射膜
９０ 回折格子
１００ サニャック型光干渉計
１０１ 光入力
１０２ ＰＬＣ基板
１０３ 入出力側光導波路
１０４ 方向性結合器
１０５ アーム
１０６ 半導体光増幅器
１０７ アーム
１０８ 光出力
１０９ レーザ側光導波路
１１０ 回折格子
１２０ サニャック型光干渉計
１２１ 光入力
１２２ 半導体基板
１２３ 入出力側光導波路
１２４ 方向性結合器
１２５ アーム
１２６ 半導体光増幅器
１２７ アーム
１２８ 光出力
１２９ レーザ側光導波路
１３０ 回折格子
１３１ 電界吸収型光変調器

Claims (23)

1. 半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器を内部に含むレーザ共振器とで構成した利得クランプ型の半導体光増幅装置において、信号光に対する実効的な透過損失量が一定値を維持しながら、レーザ発振光に対する共振器損失量が制御可能である可変光減衰機構を有することを特徴とする半導体光増幅装置。
2. 上記レーザ共振器を少なくとも一方が波長選択性のある反射鏡によって構成するとともに、上記可変光減衰機構として前記レーザ共振器内に可変光減衰器を設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体光増幅装置。
3. 上記レーザ共振器内に信号光が通過しない部分を設け、前記信号光が通過しない部分に上記可変光減衰器を配置したことを特徴とする請求項２記載の半導体光増幅装置。
4. 上記レーザ共振器を波長選択性のある反射鏡と波長選択性のない反射鏡からなる外部共振器構造とし、前記波長選択性のある反射鏡と上記半導体光増幅装置との間にビームスプリッタを挿入すると共に、前記ビームスプリッタを介してレーザ共振器に垂直な方向から信号光を入射させ、前記波長選択性のある反射鏡とビームスプリッタとの間を上記信号光が通過しない部分としたことを特徴とする請求項３記載の半導体光増幅装置。
5. 上記レーザ共振器を波長選択性のある反射鏡と波長選択性のない反射鏡からなる外部共振器構造とし、前記波長選択性のある反射鏡と上記半導体光増幅装置との間にビームスプリッタを挿入すると共に、前記ビームスプリッタを介してレーザ共振器に垂直な方向から信号光を出射させ、前記波長選択性のある反射鏡とビームスプリッタとの間を上記信号光が通過しない部分としたことを特徴とする請求項３記載の半導体光増幅装置。
6. 上記レーザ共振器を一対の波長選択性のある反射鏡からなる外部共振器構造とし、上記半導体光増幅器と前記両方の波長選択性のある反射鏡との間に各々ビームスプリッタを挿入すると共に、前記ビームスプリッタを介してレーザ共振器に垂直な方向から信号光を入出射させ、前記一対の波長選択性のある反射鏡とビームスプリッタとの間の二箇所の領域を上記信号光が通過しない部分としたことを特徴とする請求項３記載の半導体光増幅装置。
7. 上記レーザ共振器内に信号光が通過しない部分を設けずに、上記可変減衰器としてレーザ発振波長に対しては光減衰量を変えられるが、前記信号光は実効的に減衰しない可変光減衰器を配置したことを特徴とする請求項２記載の半導体光増幅装置。
8. 上記波長選択性のある反射鏡によりレーザ発振波長を信号光の波長よりも短波長に設定するとともに、上記可変光減衰器として前記レーザ発振波長より短波長側に吸収端波長がある電界吸収型光変調器を用いたことを特徴とする請求項７記載の半導体光増幅装置。
9. 上記半導体光増幅器と上記電界吸収型光変調器からなる可変光減衰器とをモノリシックに集積化したことを特徴とする請求項８記載の半導体光増幅装置。
10. 上記波長選択性のある反射鏡として、ファイバグレーティングを用いたことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の半導体光増幅装置。
11. 上記波長選択性のある反射鏡として分布ブラッグ反射器を用い、この分布ブラッグ反射器を上記半導体光増幅器と上記電界吸収型光変調器からなる可変光減衰器にモノリシックに一体化したことを特徴とする請求項９記載の半導体光増幅装置。
12. 上記半導体光増幅器を２つの２×２型光合分岐器からなるマッハツェンダー干渉器の２つのアームに設けると共に、上記レーザ共振器を入力側の前記光合分岐器の入力ポートの一方と、前記入力ポートに対してクロス位置にある出力側の前記光合分岐器の出力ポートに配置した反射鏡によって構成し、上記可変光減衰機構としての可変光減衰器を前記レーザ共振器内の前記光合分岐器と前記反射鏡との間に設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体光増幅装置。
13. 上記２×２型光合分岐器として、方向性結合器を用いたことを特徴とする請求項１２記載の半導体光増幅装置。
14. 上記２×２型光合分岐器として、マルチモード干渉器を用いたことを特徴とする請求項１２記載の半導体光増幅装置。
15. 上記反射鏡の内の少なくとも一方を、波長選択性のある反射鏡で構成したことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の半導体光増幅装置。
16. 上記可変光減衰器として、電界吸収型光変調器を用いたことを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の半導体光増幅装置。
17. 上記半導体光増幅器、上記２つの２×２型光合分岐器、上記可変光減衰器、及び、上記反射鏡をモノリシックに集積化したことを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の半導体光増幅装置。
18. 半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器を内部に含むレーザ共振器とで構成した利得クランプ型の半導体光増幅装置において、前記半導体光増幅器をサニャック型光干渉計のアームに設けるとともに、前記サニャック型光干渉計の一方の入出力ポートにつながる光導波路に反射鏡を配置してレーザ共振器を構成し、且つ、該光導波路内に可変光減衰器を配置し、他方の入出力ポートにつながる光導波路を信号光に対する入出力用光導波路としたことを特徴とする半導体光増幅装置。
19. 上記反射鏡として、波長選択性のある反射鏡を用いたことを特徴とする請求項１８記載の半導体光増幅装置。
20. 上記サニャック型光干渉計における、半導体光増幅器以外の光導波路部及び光カップラー部分を、光ファイバによって構成することを特徴とする請求項１８または１９に記載の半導体光増幅装置。
21. 上記サニャック型光干渉計における、上記半導体光増幅器以外の光導波路部及び光カップラー部分を、プレーナ型誘電体光回路によって構成することを特徴とする請求項１８または１９に記載の半導体光増幅装置。
22. 上記サニャック型光干渉計を構成する光導波路、光カップラー部分、アーム、及び、半導体光増幅器を、半導体によりモノリシックに一体化したことを特徴とする請求項１８または１９に記載の半導体光増幅装置。
23. 上記サニャック型光干渉計を構成する光導波路、光カップラー部分、及び、アームも、半導体光増幅領域としたことを特徴とする請求項２２記載の半導体光増幅装置。

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