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JP5326601B2 - Optical transmitter - Google Patents
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JP5326601B2 - Optical transmitter - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost and low-noise optical transmission device which reduces mode-hopping noise of an external resonator type laser and does not require precise temperature control. <P>SOLUTION: An optical transmission device includes a laser beam generating device having an optical amplifying unit and an optical waveguide unit, including a second core layer provided with a diffraction grating and an optical waveguide that is optically combined with the optical amplifying unit; and an electrical signal source for applying electrical signals to the optical amplifying unit to inject the electric current to the semiconductor layer. The laser beam generating device generates optical signals, by reciprocating between a first state of laser-oscillating in a plurality of resonator modes of the optical resonator, formed by the light reflecting surface and the diffraction grating, and a second state with the luminous intensity smaller than that of the first state in accordance with the electrical signals. Furthermore, the frequency corresponding to the interval of the resonator mode is higher than the frequency that corresponds to the bit rate of the electrical signal. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、光信号を生成し光伝送路に送出する光送信装置に関する。   The present invention relates to an optical transmission apparatus that generates an optical signal and sends it to an optical transmission line.

現在、光通信用の光源としては、単一縦モードで安定にレーザ発振する分布帰還型レーザ(distributed feed back laser;以下、DFBレーザとり略される)が広く用いられている。   At present, as a light source for optical communication, a distributed feedback laser (hereinafter abbreviated as DFB laser) that stably oscillates laser in a single longitudinal mode is widely used.

しかし、DFBレーザの発振波長は、素子温度の変化に対して比較的変動しやすいことが知られている。これは、DFBレーザの発振波長を決めている回折格子が、温度によって屈折率が変化しやすい半導体(InP、GaAs等)によって形成されているためである。このため、従来の光送信装置(光信号を生成し光伝送路に送出する装置)では、光源とするDFBレーザの温度を温度制御装置によって精密に制御して、発振波長を一定に保っている。しかし、このような温度制御装置は高価であり、光送信装置の低価格化を妨げていた。この問題は、発振波長が少しずつ異なる多くの光源を必要とする波長多重(wavelength division multiplexing;以下、WDMと略される)用の光送信装置では、特に顕在化する。   However, it is known that the oscillation wavelength of a DFB laser is relatively susceptible to fluctuations with respect to changes in element temperature. This is because the diffraction grating that determines the oscillation wavelength of the DFB laser is formed of a semiconductor (InP, GaAs, etc.) whose refractive index easily changes depending on the temperature. For this reason, in a conventional optical transmission device (device that generates an optical signal and sends it to an optical transmission line), the temperature of the DFB laser used as a light source is precisely controlled by a temperature control device to keep the oscillation wavelength constant. . However, such a temperature control device is expensive and hinders cost reduction of the optical transmission device. This problem is particularly apparent in an optical transmitter for wavelength division multiplexing (hereinafter abbreviated as WDM) that requires many light sources having slightly different oscillation wavelengths.

そこで、屈折率の温度変化が小さい誘電体で回折格子を形成した外部共振器型レーザ(以下、外部共振器型レーザと呼ばれる)が、提案されている(非特許文献1)。   In view of this, an external resonator type laser (hereinafter referred to as an external resonator type laser) in which a diffraction grating is formed of a dielectric material having a small refractive index temperature change has been proposed (Non-Patent Document 1).

この外部共振器型レーザは、回折格子の形成されたSiO2製の光導波路と、第1の端面に反射防止膜が施され、第2の端面には高反射膜が施された半導体レーザによって形成されている。 This external cavity type laser is composed of a SiO 2 optical waveguide having a diffraction grating and a semiconductor laser in which an antireflection film is applied to the first end face and a high reflection film is applied to the second end face. Is formed.

そして、外部共振器型レーザでは、半導体レーザの第1の端面と光導波路の端面が対向して、半導体レーザと光導波路が光学的に結合している。更に、半導体レーザの第2の端面に施された高反射膜と光導波路に形成された回折格子によって、光共振器(外部共振器)が形成されている。   In the external resonator type laser, the first end face of the semiconductor laser and the end face of the optical waveguide face each other, and the semiconductor laser and the optical waveguide are optically coupled. Further, an optical resonator (external resonator) is formed by a highly reflective film applied to the second end face of the semiconductor laser and a diffraction grating formed in the optical waveguide.

この外部共振器型レーザでは、上記回折格子の反射帯域内の光が、上記半導体レーザによって増幅されてレーザ発振を起こす。   In this external resonator type laser, light within the reflection band of the diffraction grating is amplified by the semiconductor laser to cause laser oscillation.

ところで、SiO2等の誘電体の屈折率の温度変化係数は、半導体の温度変化係数(〜10-4 degree-1)より約一桁小さい。このため、外部共振器型レーザの発振波長の温度依存性は、0.01nm/degreeと、DFBレーザの発振波長の温度依存性(0.1nm/degree)より一桁小さい。 By the way, the temperature change coefficient of the refractive index of a dielectric such as SiO 2 is about an order of magnitude smaller than the temperature change coefficient ( −10 −4 degree −1 ) of the semiconductor. For this reason, the temperature dependence of the oscillation wavelength of the external cavity laser is 0.01 nm / degree, which is an order of magnitude smaller than the temperature dependence of the oscillation wavelength of the DFB laser (0.1 nm / degree).

従って、外部共振器型レーザによって光送信装置を形成すれば、高価な温度制御装置は不要になる。   Therefore, if the optical transmission device is formed by an external resonator type laser, an expensive temperature control device becomes unnecessary.

ELECTRONICS LETTERS, Vol. 32, page1202-1203, 1996年発行.ELECTRONICS LETTERS, Vol. 32, page1202-1203, 1996. 2007年 第4回 IEEE International Conference on Group IV Photonics, ThA2.2007 4th IEEE International Conference on Group IV Photonics, ThA2.

外部共振器レーザは、外部共振器に形成される多数の共振器モード(縦モード)の波長うち、回折格子による反射率が最も高くなる波長でレーザ発振する。   The external resonator laser oscillates at a wavelength at which the reflectance by the diffraction grating is the highest among the wavelengths of a number of resonator modes (longitudinal modes) formed in the external resonator.

上述したように、誘電体(SiO2等)によって回折格子が形成された外部共振器型レーザは、素子温度の変化に対して発振波長は殆ど変化しない。 As described above, the oscillation wavelength of the external resonator laser in which the diffraction grating is formed by the dielectric (SiO 2 or the like) hardly changes with the change of the element temperature.

しかし、素子温度が変化すると、レーザ発振中の縦モードが、ある温度で突如他のモードに変化するモードホップを起きる。このようなモードホップは、回折格子を形成している誘電体の屈折率と、外部共振器の一部を形成している半導体(半導体レーザ)の屈折率の温度変化率の相違によって引き起こされる。   However, when the element temperature changes, the longitudinal mode during laser oscillation causes a mode hop that suddenly changes to another mode at a certain temperature. Such a mode hop is caused by a difference in temperature change rate between the refractive index of the dielectric forming the diffraction grating and the refractive index of the semiconductor (semiconductor laser) forming a part of the external resonator.

モードホップが起きると、レーザ光にノイズが発生する。このようなノイズは、光通信の品質を劣化させる。従って、常に環境温度の変化に曝される光送信装置を、外部共振器型レーザを光源として形成することは困難であった。   When mode hop occurs, noise is generated in the laser beam. Such noise degrades the quality of optical communication. Therefore, it has been difficult to form an optical transmission device that is constantly exposed to changes in environmental temperature using an external resonator laser as a light source.

そこで、本光送信装置の目的は、外部共振器型レーザのモードホップノイズを小さくして、精密な温度制御を必要としない、低価格且つ低ノイズの光送信装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present optical transmitter is to provide a low-cost and low-noise optical transmitter that does not require precise temperature control by reducing the mode hop noise of the external cavity laser.

上記の目的を達成するために、本光送信装置は、注入された電流によって光利得を発生する半導体層を第1のコア層とする光利得を有する導波路(以下、光利得を有する導波路を、利得導波路と呼ぶ)を含み、前記利得導波路の第1の端面に光反射面が形成された光増幅ユニットと、回折格子が設けられた第2のコア層を含み、前記光増幅ユニットの第2の端面に対向する第3の端面が形成され、前記第3の端面で前記光増幅ユニットに光学的に結合した光導波路を備えた光導波路ユニットとを有するレーザ光生成装置と、前記光増幅ユニットに電気信号を印加して、前記電流を前記半導体層に注入する電気信号源を具備し、前記レーザ光生成装置は、前記電気信号に従って、前記光反射面と前記回折格子が形成する光共振器の複数の共振器モードでレーザ発振する第1の状態と、前記第1の状態より発光強度が小さい第2の状態の間を往復して、光信号を発生し、更に、前記共振器モードの間隔に相当する周波数が、前記電気信号のビットレートに対応する周波数より高い。   In order to achieve the above-described object, the present optical transmission device includes a waveguide having an optical gain (hereinafter referred to as a waveguide having an optical gain) having a semiconductor layer that generates optical gain by an injected current as a first core layer. And an optical amplifying unit in which a light reflecting surface is formed on the first end face of the gain waveguide, and a second core layer provided with a diffraction grating. A laser light generating device comprising: an optical waveguide unit including a third end surface facing the second end surface of the unit, and an optical waveguide optically coupled to the optical amplification unit at the third end surface; An electric signal source that applies an electric signal to the optical amplifying unit and injects the current into the semiconductor layer; and the laser light generating device forms the light reflecting surface and the diffraction grating according to the electric signal. Multiple resonators of optical resonator A light signal is generated by reciprocating between a first state in which laser oscillation occurs in a mode and a second state in which the emission intensity is lower than that in the first state, and further corresponds to the interval between the resonator modes. The frequency is higher than the frequency corresponding to the bit rate of the electrical signal.

本光送信装置によれば、モードホップノイズが小さくなるので、精密な温度制御を必要としない、低価格且つ低ノイズの光送信装置を提供することができる。   According to the present optical transmission device, since mode hop noise is reduced, it is possible to provide a low-cost and low-noise optical transmission device that does not require precise temperature control.

外部共振器型レーザ(関連技術)の一例を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining an example of an external resonator type laser (related technology). 外部共振器型レーザ(関連技術)の発振波長がどのように決まるかを、説明する図である。It is a figure explaining how the oscillation wavelength of an external resonator type laser (related technology) is determined. 図2で説明した状態より温度が上昇した状態に於ける、回折格子の反射率及び光共振器の共振器モードを説明する図である。It is a figure explaining the reflectance of a diffraction grating and the resonator mode of an optical resonator in the state where temperature rose from the state demonstrated in FIG. 回折格子の反射率とレーザ発振している複数の共振器モードの関係を説明する図である(実施の形態)。It is a figure explaining the relationship between the reflectance of a diffraction grating, and the several resonator mode which is carrying out laser oscillation (embodiment). 実施例1〜4に従う光送信装置の要部を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the principal part of the optical transmission apparatus according to Examples 1-4. 図5のA−A線に沿った断面及びA−A線に垂直な断面を説明する図である。It is a figure explaining the cross section along the AA line of FIG. 5, and a cross section perpendicular | vertical to the AA line. 実施例1の光導波路ユニットの断面を説明する図である。It is a figure explaining the cross section of the optical waveguide unit of Example 1. FIG. 回折格子の反射率と波長の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the reflectance of a diffraction grating, and a wavelength. 電気信号源が光増幅ユニットに印加する電気信号の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the electric signal which an electric signal source applies to an optical amplification unit. 実施例2の光導波路ユニットの断面を説明する図である。It is a figure explaining the cross section of the optical waveguide unit of Example 2. FIG. 実施例3の光導波路ユニットの断面を説明する図である。It is a figure explaining the cross section of the optical waveguide unit of Example 3. FIG. 実施例4の回折格子が形成された第2のコア層の平面図である。6 is a plan view of a second core layer on which the diffraction grating of Example 4 is formed. FIG. 実施例4の回折格子の結合係数κの分布を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the distribution of the coupling coefficient κ of the diffraction grating of Example 4. 実施例4の回折格子の反射率と波長の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the reflectance of the diffraction grating of Example 4, and a wavelength. 実施例5の光送信装置の要部を説明する斜視図である。FIG. 10 is a perspective view illustrating a main part of an optical transmission apparatus according to a fifth embodiment. 図15のA−A線に沿った断面を矢印の方向から見た図である。It is the figure which looked at the cross section along the AA line of FIG. 15 from the direction of the arrow. 実施例5の回折格子の反射率と波長の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the reflectance of a diffraction grating of Example 5, and a wavelength. 実施例6の光送信装置の要部を説明する斜視図である。FIG. 10 is a perspective view illustrating a main part of an optical transmission apparatus according to a sixth embodiment. 実施例6の光合波器の構成を説明する平面図である。It is a top view explaining the structure of the optical multiplexer of Example 6. FIG. 実施例7光送信装置の要部を説明する斜視図である。Example 7 is a perspective view for explaining a main part of an optical transmission apparatus. 信号光の進行方向に垂直な、光変調器の断面を説明する図である。It is a figure explaining the cross section of an optical modulator perpendicular | vertical to the advancing direction of signal light. 実施例7の回折格子の反射率と波長の関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the reflectance of the diffraction grating of Example 7, and a wavelength. 実施例8に従うWDM用の光送信装置の要部を説明する斜視図である。FIG. 10 is a perspective view illustrating a main part of a WDM optical transmitter according to an eighth embodiment. 実施例8のWDM光送信装置を用いて構築した光LANの概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram of an optical LAN constructed using the WDM optical transmission apparatus according to an eighth embodiment. 光送受信モジュールの概念図である。It is a conceptual diagram of an optical transmission / reception module.

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof.

まず、上述した外部共振器型レーザについて、本発明者独自の知見も交えて少し詳しく説明する。   First, the above-described external cavity laser will be described in some detail with the inventor's unique knowledge.

図1は、外部共振器型レーザ2の一例を説明する斜視図である。本図面も含め、以後同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。   FIG. 1 is a perspective view for explaining an example of the external resonator type laser 2. In the following, including the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図1に示すように、外部共振器型レーザ2は、一端に高反射膜4が形成され、他端に反射防止膜(図示せず)が形成された半導体レーザ6を具備している。この半導体レーザ6は、本来は、両端が反射防止膜で覆われるべき(進行波形)半導体光増幅器の一端を、高反射膜で覆った光素子である。   As shown in FIG. 1, the external cavity laser 2 includes a semiconductor laser 6 having a high reflection film 4 formed at one end and an antireflection film (not shown) formed at the other end. The semiconductor laser 6 is originally an optical element in which one end of a semiconductor optical amplifier that should be covered with an antireflection film at both ends (traveling waveform) is covered with a high reflection film.

このため、半導体レーザ6は、単独ではレーザ発振しない。従って、半導体レーザ6を半導体レーザと呼ぶことは、適当ではない。しかし、非特許文献1との用語の統一を図るため、ここでは、「半導体レーザ」との用語が用いられる。   For this reason, the semiconductor laser 6 does not oscillate alone. Therefore, it is not appropriate to call the semiconductor laser 6 a semiconductor laser. However, in order to unify the terminology with Non-Patent Document 1, the term “semiconductor laser” is used here.

また、外部共振器型レーザ2は、Si基板8の上に積層されたSiO2層10に光導波路12が形成された平面光回路14を備えている。この光導波路12には、回折格子16が形成されている。 The external resonator type laser 2 includes a planar optical circuit 14 in which an optical waveguide 12 is formed on a SiO 2 layer 10 stacked on a Si substrate 8. A diffraction grating 16 is formed in the optical waveguide 12.

そして、半導体レーザ6は、Si基板8に設けられたテラスに固定され、反射防止膜の設けられた端面で光導波路12に光学的に接続している。   The semiconductor laser 6 is fixed to a terrace provided on the Si substrate 8 and is optically connected to the optical waveguide 12 at an end face provided with an antireflection film.

ここで、回折格子16は、分布ブラッグ反射器(distributed-bragg refelctor;以下、DBRと呼ばれる)として機能し、半導体レーザ6の高反射膜4と一体化して、レーザ発振に必要な光共振器5を形成する。一方、半導体レーザ6は、光利得媒体として機能する。   Here, the diffraction grating 16 functions as a distributed-bragg reflector (hereinafter referred to as DBR), and is integrated with the highly reflective film 4 of the semiconductor laser 6 so as to be necessary for laser oscillation. Form. On the other hand, the semiconductor laser 6 functions as an optical gain medium.

図2は、外部共振器型レーザ2の発振波長がどのように決まるかを、説明する図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining how the oscillation wavelength of the external cavity laser 2 is determined.

図2の横軸は、波長である。図2の左縦軸は、回折格子16の反射率(光反射率)18である。一方、図2の右縦軸は、レーザ発振している共振器モード20の光強度である。   The horizontal axis in FIG. 2 is the wavelength. The left vertical axis in FIG. 2 represents the reflectance (light reflectance) 18 of the diffraction grating 16. On the other hand, the right vertical axis in FIG. 2 represents the light intensity of the resonator mode 20 in which laser oscillation is performed.

図2には、高反射膜4と回折格子16が形成する光共振器5に発生する共振器モード(縦モード)22であってレーザ発振していないモードも、破線で示されている。   In FIG. 2, a mode which is a resonator mode (longitudinal mode) 22 generated in the optical resonator 5 formed by the highly reflective film 4 and the diffraction grating 16 and does not oscillate is also indicated by a broken line.

外部共振器レーザ2では、光共振器5がDFBレーザに比べ格段に長くなるので、共振器モード間隔δλは狭くなる。従って、図2に示すように、回折格子16(DBR)が高い反射率を呈する波長帯域24には複数の共振器モードが共存する。   In the external resonator laser 2, the optical resonator 5 is significantly longer than the DFB laser, so that the resonator mode interval δλ is narrowed. Therefore, as shown in FIG. 2, a plurality of resonator modes coexist in the wavelength band 24 where the diffraction grating 16 (DBR) exhibits high reflectance.

図2に示すように回折格子16(DBR)の反射率は、上記波長帯域24内で急峻に変化する。このため、外部共振器型レーザ2は、上記波長帯域24内に共存する複数の共振器モードの内で、反射率が最も高くなる共振器モード20でレーザ発振する。   As shown in FIG. 2, the reflectance of the diffraction grating 16 (DBR) changes sharply within the wavelength band 24. For this reason, the external resonator type laser 2 oscillates in the resonator mode 20 having the highest reflectance among the plurality of resonator modes coexisting in the wavelength band 24.

このようにして波長が決定されたレーザ光は、半導体レーザ6とは反対側の光導波路端面から放射され、光ファイバ17に入射する。尚、光ファイバ17は、SiO2製である(以下の説明でも同じである。)。 The laser light whose wavelength is determined in this way is emitted from the end face of the optical waveguide opposite to the semiconductor laser 6 and enters the optical fiber 17. The optical fiber 17 is made of SiO 2 (the same applies to the following description).

図3には、図2で説明した状態より温度が上昇した状態に於ける、回折格子16の反射率18及び光共振器5の共振器モード22を説明する図である。横軸及び縦軸は、図2と同じである。   FIG. 3 is a diagram for explaining the reflectance 18 of the diffraction grating 16 and the resonator mode 22 of the optical resonator 5 in a state where the temperature is higher than the state described in FIG. The horizontal and vertical axes are the same as in FIG.

回折格子16の反射率18及び光共振器5の共振器モード22の温度変化は、回折格子16及び光共振器5を形成する、夫々の部材の屈折率の温度変化に依存する。   The temperature change of the reflectance 18 of the diffraction grating 16 and the resonator mode 22 of the optical resonator 5 depends on the temperature change of the refractive index of each member forming the diffraction grating 16 and the optical resonator 5.

回折格子16は屈折率の温度変化率が小さい誘電体(SiO2)によって形成されている。このため、回折格子16の反射率18は、温度が変化しても殆ど変化しない。 The diffraction grating 16 is formed of a dielectric (SiO 2 ) having a small refractive index temperature change rate. For this reason, the reflectance 18 of the diffraction grating 16 hardly changes even if the temperature changes.

一方、光共振器5の内部には、屈折率の温度変化率が大きい半導体で形成された半導体レーザ6が存在する。このため、素子温度が上昇すると共振器モード22は、全体として長波長側にシフトする。図3中に示されたδλTは、このような波長シフトを示している。 On the other hand, inside the optical resonator 5, there is a semiconductor laser 6 formed of a semiconductor having a large refractive index temperature change rate. For this reason, when the element temperature rises, the resonator mode 22 is shifted to the long wavelength side as a whole. Δλ T shown in FIG. 3 indicates such a wavelength shift.

この共振器モード22の波長シフトによって、以下に説明するように、モードホップが起きる。   The wavelength shift of the resonator mode 22 causes a mode hop as will be described below.

外部共振器型レーザ2の温度が上昇すると、図2においてレーザ発振していた共振器モード20は、図3に示すように、上記波長帯域24の長波長端の近傍に移動する。一方、図2において上記波長帯域24の短波長端近傍に存在していた共振器モード26が、反射帯域24の中央部に移動する(図3参照)。   When the temperature of the external resonator type laser 2 rises, the resonator mode 20 that oscillated in FIG. 2 moves to the vicinity of the long wavelength end of the wavelength band 24 as shown in FIG. On the other hand, the resonator mode 26 present in the vicinity of the short wavelength end of the wavelength band 24 in FIG. 2 moves to the center of the reflection band 24 (see FIG. 3).

このため、反射率が最大となる共振器モードが、共振器モード20から共振器モード26に変化する。その結果、共振器モード20でのレーザ発振が突然停止し、次数が一つ高い共振器モード26でのレーザ発振が開始する。すなわち、共振器モード20から共振器モード26へのモードホップが起きる。外部共振器型レーザの温度が下がった場合には、逆の過程を経てモードホップが起きる。   For this reason, the resonator mode in which the reflectance is maximum changes from the resonator mode 20 to the resonator mode 26. As a result, laser oscillation in the resonator mode 20 suddenly stops, and laser oscillation in the resonator mode 26 having a higher order starts. That is, a mode hop from the resonator mode 20 to the resonator mode 26 occurs. When the temperature of the external cavity laser decreases, a mode hop occurs through the reverse process.

モードホップ前に発振していた共振器モード20の光強度と、モードホップ後の共振器モード26の光強度は通常一致しない。このため、モードホップが起きると、外部共振器型レーザ2の出力光強度が変動する。この出力光強度の変動が、外部共振器型レーザ2の出力光にノイズを発生させる。   The light intensity of the resonator mode 20 oscillating before the mode hop and the light intensity of the resonator mode 26 after the mode hop usually do not match. For this reason, when a mode hop occurs, the output light intensity of the external cavity laser 2 varies. This fluctuation of the output light intensity generates noise in the output light of the external resonator type laser 2.

モードホップに起因するノイズは、光通信に用いられるビットレート(数百MHz〜数十GHz)より低周波側に大きな雑音成分すなわちRIN(relative intensity noise)を有している。   Noise caused by mode hop has a large noise component, that is, RIN (relative intensity noise) on the lower frequency side than the bit rate (several hundred MHz to several tens GHz) used for optical communication.

同様に、通信に用いられる光信号も、ビットレートより低周波側に多くの周波数成分を有している。しかも、光信号の検出には、ビットレートより低周波側の信号成分が重要である。従って、光電変換後の信号処理(フィルター回路によるノイズ除去等)によって、モードホップに起因するノイズ(以下、モードホップノイズと呼ばれる)だけを取り除くことは困難である。このため、モードホップノイズが発生すると、伝送信号のエラー・レート(符号誤率)が増大する。   Similarly, the optical signal used for communication also has many frequency components on the lower frequency side than the bit rate. Moreover, the signal component on the lower frequency side than the bit rate is important for the detection of the optical signal. Therefore, it is difficult to remove only noise caused by mode hopping (hereinafter referred to as mode hopping noise) by signal processing after photoelectric conversion (such as noise removal by a filter circuit). For this reason, when mode hop noise occurs, the error rate (code error rate) of the transmission signal increases.

故に、外部共振器型レーザでは、モードホップノイズを抑制することが重要である。   Therefore, it is important to suppress mode hop noise in the external cavity laser.

そのための対策としては、外部共振器型レーザ2の温度を精密に制御して、モードホップが起きないようにすることが考えられる。しかし、そのような対処法は、精密な温度制御を必要としない外部共振器型レーザの利点を損なうものである。   As a countermeasure for this, it is conceivable that the temperature of the external cavity laser 2 is precisely controlled so that mode hops do not occur. However, such a measure detracts from the advantages of an external cavity laser that does not require precise temperature control.

更に付言するならば、モードホップが起きる温度は素子毎に異なっている。従って、モードホップが起きる温度は、素子毎に特定しなければならない。このような作業は、極めて煩雑であり、コスト高の原因になる。   In addition, the temperature at which mode hop occurs varies from device to device. Therefore, the temperature at which the mode hop occurs must be specified for each element. Such an operation is extremely complicated and causes high costs.

そこで、本実施の形態の光送信装置では、複数の共振器モードで同時にレーザ発振が起きるようにして、モードホップが起きても出力光全体の強度変動が小さくなるようにしている。   Therefore, in the optical transmission apparatus according to the present embodiment, laser oscillation occurs simultaneously in a plurality of resonator modes so that the intensity fluctuation of the entire output light is reduced even if a mode hop occurs.

図4は、本実施の形態のレーザ光生成装置(外部共振器型レーザ)を形成する回折格子の反射率27と、レーザ発振中の共振器モード28の関係を模式的に説明する図である。横軸及ぶ縦軸は、図2と同じである。   FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the relationship between the reflectance 27 of the diffraction grating forming the laser beam generation apparatus (external resonator type laser) of this embodiment and the resonator mode 28 during laser oscillation. . The horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG.

図4に示すように、本実施の形態で使用する回折格子の反射率27は、その最大値の近傍で略平坦である。このため、複数の共振器モードに対して反射率が略一定になる。従って、複数の共振器モードで、同時にレーザ発振が起きる。   As shown in FIG. 4, the reflectance 27 of the diffraction grating used in the present embodiment is substantially flat in the vicinity of the maximum value. For this reason, the reflectance is substantially constant for a plurality of resonator modes. Therefore, laser oscillation occurs simultaneously in a plurality of resonator modes.

図4に示した例では、6本の共振器モード28で同時にレーザ発振が起きている。しかも、夫々の共振器モードで発振しているレーザ光の光強度は略等しい。例えば、最大の発光強度で発振している共振器モードの光強度から3dB以内の光強度で、6本の共振器モードが同時にレーザ発振している。   In the example shown in FIG. 4, laser oscillation occurs simultaneously in the six resonator modes 28. Moreover, the light intensities of the laser beams oscillating in the respective resonator modes are substantially equal. For example, six resonator modes simultaneously oscillate at a light intensity within 3 dB from the light intensity of the resonator mode oscillating at the maximum emission intensity.

このような状態で素子温度が上昇(或いは、降下)すると、レーザ発振している共振器モード28のうち最も長波長側(或いは、最も短波長側)に位置する共振器モードが、ある温度でレーザ発振を停止し、代わりに短波長側(或いは、長波長側)に、レーザ発振する共振器モードが新たに出現する。すなわち、レーザ発振している複数の共振器モードの一つが、レーザ発振していなかった共振器モードの一つと入れ替わるモードホップが起きる。   When the element temperature rises (or falls) in such a state, the resonator mode located on the longest wavelength side (or the shortest wavelength side) among the resonator modes 28 that are oscillating laser is at a certain temperature. The laser oscillation is stopped, and a resonator mode for laser oscillation appears on the short wavelength side (or long wavelength side) instead. That is, a mode hop occurs in which one of a plurality of resonator modes that are lasing is replaced with one of the resonator modes that are not lasing.

このようなモードホップでは、入れ替わる共振器モード間にレーザ発振強度の相違があっても、レーザ光全体の光強度の変化は僅かである。一方、単一の共振器モードでレーザ発振する従来の外部共振器型レーザでモードホップが起きると、レーザ光強度は大きく変動する。   In such a mode hop, even if there is a difference in laser oscillation intensity between the changing resonator modes, the change in the light intensity of the entire laser light is slight. On the other hand, when mode hopping occurs in a conventional external cavity laser that oscillates in a single cavity mode, the laser light intensity varies greatly.

すなわち、本実施の形態のレーザ光生成装置が発生するモードホップノイズは、単一の共振器モードでレーザ発振する外部共振器型レーザが発生するモードホップノイズより小さくなる。   That is, the mode hop noise generated by the laser light generation apparatus of the present embodiment is smaller than the mode hop noise generated by an external resonator type laser that oscillates in a single resonator mode.

ところで、図4に示すように複数の共振器モードを含むレーザ光(光信号)が受信側の光検出器に入力すると、共振器モード間隔δλに相当する周波数(以後、共振器モード間隔δfと呼ばれる;後述する式(2)参照)で振動する周波数成分が、光検出器が出力する電気信号に発生する。   By the way, as shown in FIG. 4, when laser light (optical signal) including a plurality of resonator modes is input to the photodetector on the receiving side, a frequency corresponding to the resonator mode interval δλ (hereinafter referred to as resonator mode interval δf). The frequency component that is vibrated by the equation (2) described later) is generated in the electrical signal output from the photodetector.

良く知られているように、光検出器の出力は、入力光の電界強度の2乗に比例する。このため、波長の異なる2つの光信号が光検出器に入射すると、両光信号の周波数(=光速/λ)の差すなわち差周波で振動するビートノイズが発生する。   As is well known, the output of the photodetector is proportional to the square of the electric field strength of the input light. For this reason, when two optical signals having different wavelengths are incident on the photodetector, a frequency difference between the two optical signals (= light speed / λ), that is, beat noise that vibrates at the difference frequency is generated.

DFBレーザのビートノイズの周波数は、通常、数百GHzである。この周波数は、光信号を光電変換する受信機(光検出器と増幅器等によって形成される回路)の周波数帯域を大きく超えている。従って、DFBレーザのビートノイズが検出されることはない。   The frequency of beat noise of the DFB laser is usually several hundred GHz. This frequency greatly exceeds the frequency band of a receiver (a circuit formed by a photodetector and an amplifier) that photoelectrically converts an optical signal. Therefore, the beat noise of the DFB laser is not detected.

しかし、外部共振器型レーザの場合、共振器モード間隔δfが、光信号のビットレートに相当する周波数(以後、変調周波数と呼ぶ)以下になる場合がある。受信機の周波数帯域は、当然、光信号の変調周波数より高い。従って、このような場合、ビートノイズは受信機の出力に現れる。   However, in the case of an external resonator type laser, the resonator mode interval δf may be less than or equal to the frequency corresponding to the bit rate of the optical signal (hereinafter referred to as the modulation frequency). The frequency band of the receiver is naturally higher than the modulation frequency of the optical signal. Therefore, in such a case, beat noise appears at the output of the receiver.

尚、ビットレートに相当する周波数とは、ビットレートと同じ数値を持つ周波数である。例えば、10Gbit/sのビットレートに相当する周波数は、10GHzである。   The frequency corresponding to the bit rate is a frequency having the same numerical value as the bit rate. For example, the frequency corresponding to a bit rate of 10 Gbit / s is 10 GHz.

例えば、非特許文献1に記載された例では、共振器モード間隔は8GHzである。従って、8Gbit/s以上のビットレートで光伝送を実行する場合には、光信号の変調周波数が、共振器モード間隔δfを超えてしまう。   For example, in the example described in Non-Patent Document 1, the resonator mode interval is 8 GHz. Therefore, when optical transmission is performed at a bit rate of 8 Gbit / s or more, the modulation frequency of the optical signal exceeds the resonator mode interval δf.

このような場合には、ビート信号が受信信号(光受信機の出力)に混入してしまう。一方、受信信号は、変調周波数以下の周波数成分を含んでいる。しかも、このような周波数成分が、情報の伝達には重要である。従って、フィルタ回路等によって、受信信号からビートノイズだけを除去することもできない。   In such a case, the beat signal is mixed into the received signal (output of the optical receiver). On the other hand, the received signal includes a frequency component equal to or lower than the modulation frequency. Moreover, such frequency components are important for information transmission. Therefore, it is not possible to remove only beat noise from the received signal by a filter circuit or the like.

故に、図4を参照して説明したレーザ光生成装置を光源として、例えば10Gbit/s以上の高速光伝送を実行した場合、受信信号にビートノイズが発生し、エラー・レイト(符号誤率)を増大させてしまう。   Therefore, when high-speed optical transmission of, for example, 10 Gbit / s or more is executed using the laser light generation apparatus described with reference to FIG. 4 as a light source, beat noise occurs in the received signal, and error rate (code error rate) is It will increase.

そこで、本実施の形態では、反射鏡4と回折格子16が形成する光共振器5の長さを短くして、共振器モード間隔δfを光信号の変調周波数より高くしている。このようにすれば、フィルター回路等によって、受信信号からビートノイズを取り除くことができるので、エラー・レイトの増加を防止することができる。   Therefore, in this embodiment, the length of the optical resonator 5 formed by the reflecting mirror 4 and the diffraction grating 16 is shortened so that the resonator mode interval δf is higher than the modulation frequency of the optical signal. In this way, beat noise can be removed from the received signal by a filter circuit or the like, so that an increase in error rate can be prevented.

尚、共振器モード間隔δfは、光信号の変調周波数fmより高いほど好ましい。例えば、共振器モード間隔δfは、光信号の変調周波数fmの2倍より高いことが好ましく、3倍より高いことが更に好ましく、4倍より高いことが最も好ましい。 Incidentally, the resonator mode interval δf is higher than the modulation frequency f m of the optical signal preferred. For example, the resonator mode interval δf is preferably higher than twice the modulation frequency f m of the optical signal, further preferably higher than 3-fold, and most preferably greater than four times.

但し、共振器モード間隔δfが広くなり過ぎると、回折格子の高反射帯域内に複数の共振器モードが存在し得なくなるので、共振器モード間隔δfは、例えば、変調周波数fm(例えば、10GHz)の10倍(例えば、100GHz)以下が好ましく、8倍以下が更に好ましく、6倍以下が最も好ましい。 However, if the resonator mode interval δf becomes too wide, a plurality of resonator modes cannot exist in the high reflection band of the diffraction grating. Therefore, the resonator mode interval δf is, for example, the modulation frequency f m (for example, 10 GHz). 10 times (for example, 100 GHz) or less, more preferably 8 times or less, and most preferably 6 times or less.

図5は、本実施例に従う光送信装置30の要部を説明する斜視図である。図6(a)は、図5のA−A線に沿った断面を矢印の方向から見た図である。図6(b)は、A−A線に垂直な断面を説明する図である。   FIG. 5 is a perspective view illustrating a main part of the optical transmission device 30 according to the present embodiment. Fig.6 (a) is the figure which looked at the cross section along the AA of FIG. 5 from the direction of the arrow. FIG. 6B illustrates a cross section perpendicular to the AA line.

本実施例の光送信装置30は、レーザ光生成装置32と電気信号源34を具備している。   The optical transmission device 30 of the present embodiment includes a laser light generation device 32 and an electric signal source 34.

(1)レーザ光生成装置
(i)光増幅ユニット
本レーザ光生成装置32は、注入された電流によって光利得を発生する半導体層(活性層36)を第1のコア層37とする利得導波路38を含み、利得導波路38の第1の端面40に光反射面42が形成された光増幅ユニット44を具備している(図5及び図6参照)。
(1) Laser Light Generation Device (i) Optical Amplification Unit This laser light generation device 32 is a gain waveguide in which a semiconductor layer (active layer 36) that generates optical gain by an injected current is a first core layer 37. , And an optical amplification unit 44 having a light reflection surface 42 formed on the first end face 40 of the gain waveguide 38 (see FIGS. 5 and 6).

ここで、光増幅ユニット44は、半導体光増幅器(semiconductor optical amplifier ; SOA)の両端面に施される反射防止膜の一方を高光反射膜で置き換えた光増幅素子である。   Here, the optical amplifying unit 44 is an optical amplifying element in which one of antireflection films applied to both end faces of a semiconductor optical amplifier (SOA) is replaced with a high light reflecting film.

光増幅ユニット44は、例えば図6(b)のように、半導体基板46の上に、下部クラッド層48と、活性層36と、上部クラッド層50と、電極層52が順次積層された半導体積層構造を有している。   For example, as shown in FIG. 6B, the optical amplification unit 44 is a semiconductor laminate in which a lower clad layer 48, an active layer 36, an upper clad layer 50, and an electrode layer 52 are sequentially laminated on a semiconductor substrate 46. It has a structure.

ここで、半導体基板46は、例えば、n型InP製である。また、下部クラッド層48は、n型InP製である。また、活性層36は、InGaAsP製(又は、AlGaInAs製)の多重量子井戸で形成されている。また、上部クラッド層50は、p型InP製である。また、電極層52は、p型InGaAsP製である。   Here, the semiconductor substrate 46 is made of, for example, n-type InP. The lower cladding layer 48 is made of n-type InP. The active layer 36 is formed of a multiple quantum well made of InGaAsP (or AlGaInAs). The upper cladding layer 50 is made of p-type InP. The electrode layer 52 is made of p-type InGaAsP.

また、光増幅ユニット44は、直線状の活性層36の両脇を囲む、p型InP54とn型InP56が積層された電流ブロック層58を有している。この電流ブロック層58は、活性層36の両脇を囲むクラッド層としても機能する。   The optical amplifying unit 44 has a current blocking layer 58 in which p-type InP 54 and n-type InP 56 are stacked so as to surround both sides of the linear active layer 36. This current blocking layer 58 also functions as a cladding layer surrounding both sides of the active layer 36.

これらの半導体層すなわち下部クラッド層48、活性層36、上部クラッド50、及び電流ブロック層58は、利得導波路38を形成する。   These semiconductor layers, that is, the lower cladding layer 48, the active layer 36, the upper cladding 50, and the current blocking layer 58 form the gain waveguide 38.

また、光増幅ユニット44は、基板46の裏面に形成されたn電極60と、電極層52の上に形成されたp電極62を有している。   The optical amplification unit 44 includes an n electrode 60 formed on the back surface of the substrate 46 and a p electrode 62 formed on the electrode layer 52.

そして、利得導波路38の第1の端面40には、光反射面42となる高反射(high-reflection:HR)膜が形成されている。また、利得導波路38の第2の端面66には、反射防止(Anti-Reflection;AR)膜68が形成されている。尚、高反射膜の反射率は、例えば99%〜100%である。また、反射防止膜の反射率は、例えば0%〜1%である。   A high-reflection (HR) film that forms the light reflecting surface 42 is formed on the first end face 40 of the gain waveguide 38. In addition, an anti-reflection (AR) film 68 is formed on the second end face 66 of the gain waveguide 38. Note that the reflectance of the highly reflective film is, for example, 99% to 100%. The reflectance of the antireflection film is, for example, 0% to 1%.

このような構成を有するので、光増幅ユニット44は、第2の端面66から入射した光を、利得導波路38によって増幅する。次に、光増幅ユニット44は、増幅された入射光を、光反射面42(高反射膜64)によって、略全て反射する。次に、光増幅ユニット44は、光反射面42で反射した光を、利得導波路38で再び増幅して、第2の端面から出射する。すなわち、光増幅ユニット44は、第2の端面66から入射した光を増幅し、再び第2の端面66から出射する機能を有する。   With this configuration, the optical amplification unit 44 amplifies the light incident from the second end face 66 by the gain waveguide 38. Next, the light amplification unit 44 reflects substantially all of the amplified incident light by the light reflection surface 42 (high reflection film 64). Next, the light amplification unit 44 amplifies the light reflected by the light reflection surface 42 again by the gain waveguide 38 and emits the light from the second end surface. That is, the optical amplification unit 44 has a function of amplifying the light incident from the second end face 66 and emitting the light from the second end face 66 again.

尚、本実施例では、光増幅ユニット44の光利得は、1.3μm近傍で利得が最も高くなる。また、光増幅ユニット44の光の導波方向に沿った長さは、400μmである。   In the present embodiment, the optical gain of the optical amplifying unit 44 becomes the highest in the vicinity of 1.3 μm. The length of the light amplification unit 44 along the light guiding direction is 400 μm.

(ii)光導波路ユニット
レーザ光生成装置32は、更に、光導波路78を含む光導波路ユニット80を有している(図5参照)。
(Ii) Optical Waveguide Unit The laser light generator 32 further has an optical waveguide unit 80 including an optical waveguide 78 (see FIG. 5).

図7は、光導波路ユニット80の断面を説明する図である。図7(a)は、光導波路78の光軸に沿った断面を、回折格子70が設けられた領域88で見た図である。一方、図7(b)は、光導波路78の光軸に垂直な断面を、回折格子70が設けられていない領域82で見た図である。   FIG. 7 is a view for explaining a cross section of the optical waveguide unit 80. FIG. 7A is a view of a cross section along the optical axis of the optical waveguide 78 as viewed in a region 88 provided with the diffraction grating 70. On the other hand, FIG. 7B is a view of a cross section perpendicular to the optical axis of the optical waveguide 78 as seen in a region 82 where the diffraction grating 70 is not provided.

光導波路ユニット80は、図5及び図7に示すように、回折格子70が設けられた第2のコア層74を含む光導波路78を備えている。ここで、第2のコア層74は、その周囲を囲むクラッド層75と共に、光導波路78を形成している。尚、図5では、図面が複雑にならないように、光導波路の中心をなす第2のコア層に対して、光導波路を表す符合(78)が付されている。   As shown in FIGS. 5 and 7, the optical waveguide unit 80 includes an optical waveguide 78 including a second core layer 74 provided with a diffraction grating 70. Here, the second core layer 74 forms an optical waveguide 78 together with a clad layer 75 surrounding the second core layer 74. In FIG. 5, a reference numeral (78) representing the optical waveguide is attached to the second core layer forming the center of the optical waveguide so that the drawing is not complicated.

また、光導波路78には、図6(a)に示すように、光増幅ユニット44の第2の端面66に対向する第3の端面76が形成されている。そして、光導波路78は、第3の端面76で光増幅ユニット44に光学的に結合している。ここで、光増幅ユニット44の利得導波路38と光導波路78の光軸は、略一致するように調整されている。   Further, as shown in FIG. 6A, the optical waveguide 78 is formed with a third end face 76 that faces the second end face 66 of the optical amplification unit 44. The optical waveguide 78 is optically coupled to the optical amplification unit 44 at the third end face 76. Here, the optical axes of the gain waveguide 38 and the optical waveguide 78 of the optical amplification unit 44 are adjusted so as to substantially coincide.

更に、光導波路78は、図5に示すように、第3の端面76とは反対側に設けられた第4の端面84で光ファイバ17に光学的に結合している。光送信装置30で生成された光信号は、この第4の端面84から出力され、光ファイバ17に送出される。   Further, as shown in FIG. 5, the optical waveguide 78 is optically coupled to the optical fiber 17 at a fourth end face 84 provided on the side opposite to the third end face 76. The optical signal generated by the optical transmitter 30 is output from the fourth end face 84 and sent to the optical fiber 17.

尚、図5に示す例では、回折格子70と第3の端面76の間の領域82では、光導波路78に回折格子が形成されていない。このように、回折格子70と第3の端面76は離隔していてもよいが、回折格子70が第3の端面76に接していてもよい。   In the example shown in FIG. 5, no diffraction grating is formed in the optical waveguide 78 in the region 82 between the diffraction grating 70 and the third end face 76. As described above, the diffraction grating 70 and the third end face 76 may be separated from each other, but the diffraction grating 70 may be in contact with the third end face 76.

次に、光導波路ユニット80の具体的構成及びその特性を詳しく説明する。   Next, a specific configuration and characteristics of the optical waveguide unit 80 will be described in detail.

図7に示すように、光導波路ユニット80は、Si製の基板85と、この基板上に形成されたSiO2製の誘電体層86と、この誘電体層86に周囲を埋め込まれたSiO1-xx(xは、0.55乃至0.65)製の誘電体層72を有している(図7参照)。 As shown in FIG. 7, the optical waveguide unit 80 includes a Si substrate 85, a SiO 2 dielectric layer 86 formed on the substrate, and a SiO 1 embedded in the periphery of the dielectric layer 86. -x N x (x is 0.55 to 0.65) has made of the dielectric layer 72 (see FIG. 7).

ここで、SiO1-xx製の誘電体層72の屈折率は1.76であり、誘電体層72を埋め込むSiO2製の誘電体層86の屈折率は1.45である。従って、屈折率の高い誘電体層72はコア層として機能し、屈折率の低い誘電体層86はクラッド層として機能する。そして、誘電体層72及び誘電体層86は、等価屈折率1.54の光導波路78を形成する。 Here, the refractive index of the dielectric layer 72 made of SiO 1-x N x is 1.76, and the refractive index of the dielectric layer 86 made of SiO 2 embedding the dielectric layer 72 is 1.45. Therefore, the dielectric layer 72 having a high refractive index functions as a core layer, and the dielectric layer 86 having a low refractive index functions as a cladding layer. The dielectric layer 72 and the dielectric layer 86 form an optical waveguide 78 having an equivalent refractive index of 1.54.

また、誘電体層72(第2のコア層74)は、幅1.2μmの平板状の部材であり、第3の端面76から第4の端面84に延在している。   The dielectric layer 72 (second core layer 74) is a flat plate member having a width of 1.2 μm and extends from the third end surface 76 to the fourth end surface 84.

誘電体層72は、図7(b)に示すように、幅が1.2μm高さ0.4μmの略矩形の断面構造を有している。誘電体層72は、上面に何も形成されていない第1の領域82と上面に回折格子70が形成された第2の領域88に分かれている。   As shown in FIG. 7B, the dielectric layer 72 has a substantially rectangular cross-sectional structure with a width of 1.2 μm and a height of 0.4 μm. The dielectric layer 72 is divided into a first region 82 in which nothing is formed on the upper surface and a second region 88 in which the diffraction grating 70 is formed on the upper surface.

第1の領域82は、第3の端面76から第2の領域88まで、377μm延在している。   The first region 82 extends from the third end surface 76 to the second region 88 by 377 μm.

第2の領域88は、第1の領域82の端から第4の端面84まで、約155μm延在している。第2の領域88では、誘電体層72の上面に深さ32nmの溝が周期的に形成されて、回折格子70となっている。この溝のピッチ(回折格子70のピッチ)は、約421nmである。また、溝が形成されている部分の割合(duty)は、50%である。   The second region 88 extends from the end of the first region 82 to the fourth end face 84 by about 155 μm. In the second region 88, grooves having a depth of 32 nm are periodically formed on the upper surface of the dielectric layer 72 to form the diffraction grating 70. The pitch of the grooves (the pitch of the diffraction grating 70) is about 421 nm. The ratio of the portion where the groove is formed is 50%.

ここで、回折格子70の結合係数は、約125/cmである。また、回折格子70のブラッグ波長は、1.30μm(=2×1.54×421nm)である。   Here, the coupling coefficient of the diffraction grating 70 is about 125 / cm. The Bragg wavelength of the diffraction grating 70 is 1.30 μm (= 2 × 1.54 × 421 nm).

尚、図5では、光導波路78の幅が第2の領域88で周期的に変化するように描かれているが、実際には光導波路78の幅は一定であり、その高さが周期的に変化している。   In FIG. 5, the width of the optical waveguide 78 is drawn so as to periodically change in the second region 88. However, in practice, the width of the optical waveguide 78 is constant, and its height is periodic. Has changed.

次に、光ファイバ17とは反対側で、光導波路78を形成するクラッド層(誘電体層86)及びコア層(誘電体層72)が取り除かれて、Si基板85上にテラスが形成されている(図5及び図6参照)。このテラスの上には、金属製のパッド90が形成されている。そして、このパッド90の上には、光増幅ユニット44が載置され、光増幅ユニット44のn電極60がこのパッド90に電気的に接続されている。ここで、光増幅ユニット44は、パッド90に半田付されている。   Next, on the side opposite to the optical fiber 17, the cladding layer (dielectric layer 86) and the core layer (dielectric layer 72) that form the optical waveguide 78 are removed, and a terrace is formed on the Si substrate 85. (See FIGS. 5 and 6). A metal pad 90 is formed on the terrace. The optical amplification unit 44 is placed on the pad 90, and the n-electrode 60 of the optical amplification unit 44 is electrically connected to the pad 90. Here, the optical amplification unit 44 is soldered to the pad 90.

このように、本レーザ光生成装置32では、Si基板85の上に、光増幅ユニット44と光導波路78が、ハイブリッド実装されている。   As described above, in the present laser light generation device 32, the optical amplification unit 44 and the optical waveguide 78 are hybridly mounted on the Si substrate 85.

尚、光増幅ユニット44の第2の端面66と光導波路78の間には、10μmのギャップ96が設けられている(図6(a)参照)。また、光増幅ユニット44は、利得導波路(活性層)38の光軸が、光導波路ユニット80の第3の端面76の垂線に対して少し(数度)傾くように、パッド90の上に載置されている。従って、光増幅ユニット44から出射し、光導波路78には入射せずに第3の端面76で反射された光が、光増幅ユニット44には再入射することは殆どない。すなわち、光増幅ユニット44への戻り光は、殆どない。   A 10 μm gap 96 is provided between the second end face 66 of the optical amplification unit 44 and the optical waveguide 78 (see FIG. 6A). Further, the optical amplifying unit 44 is placed on the pad 90 so that the optical axis of the gain waveguide (active layer) 38 is slightly inclined (several degrees) with respect to the normal of the third end face 76 of the optical waveguide unit 80. It is placed. Accordingly, the light that is emitted from the optical amplification unit 44 and is not incident on the optical waveguide 78 and is reflected by the third end face 76 hardly enters the optical amplification unit 44 again. That is, there is almost no return light to the optical amplification unit 44.

ところで、回折格子70のように、光導波路のコア層の屈折率を周期的に変化させた回折格子は、分布ブラッグ反射器(distributed-bragg refelecur; DBR)と呼ばれている。分布ブラッグ反射器(DBR)には、その内部に実効的な反射端を定義することができる。そして、分布ブラッグ反射器からの反射光は、この実効的な反射端で反射されたものとして取り扱うことができることが知られている。   By the way, a diffraction grating in which the refractive index of the core layer of the optical waveguide is periodically changed like the diffraction grating 70 is called a distributed Bragg reflector (DBR). A distributed Bragg reflector (DBR) can have an effective reflection end defined therein. It is known that the reflected light from the distributed Bragg reflector can be handled as being reflected by this effective reflection end.

故に、光増幅ユニット44の光反射面42と回折格子70は、光共振器94を形成する。光共振器94には、実効的な反射端92と(光増幅ユニット44の)光反射面42の間の光学長に対応する共振器モードが発生する。一方、DBRは、ブラッグ波長を中心とする特定の波長範囲(反射帯域)内の光を強く反射する。このため、このような波長選択性を有するDBRによって光共振器94の一端が形成されたレーザ光生成装置32は、DBRの反射帯域内の共振器モードでレーザ発振する。   Therefore, the light reflecting surface 42 and the diffraction grating 70 of the optical amplification unit 44 form an optical resonator 94. In the optical resonator 94, a resonator mode corresponding to the optical length between the effective reflection end 92 and the light reflecting surface 42 (of the optical amplification unit 44) is generated. On the other hand, the DBR strongly reflects light within a specific wavelength range (reflection band) centered on the Bragg wavelength. For this reason, the laser light generation device 32 in which one end of the optical resonator 94 is formed by DBR having such wavelength selectivity performs laser oscillation in the resonator mode within the reflection band of the DBR.

図8は、回折格子70の反射率と波長の関係を説明する図である。   FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the reflectance of the diffraction grating 70 and the wavelength.

図8の縦軸は反射率であり、横軸は波長である。一方、縦軸は、対数表示となっている。   The vertical axis in FIG. 8 is the reflectance, and the horizontal axis is the wavelength. On the other hand, the vertical axis is a logarithmic display.

図8に示すように、回折格子70の反射率は、ブラッグ波長1.3μmで最大なる。この波長に於ける反射率すなわち反射率の最大値は、90%である。   As shown in FIG. 8, the reflectance of the diffraction grating 70 becomes maximum at a Bragg wavelength of 1.3 μm. The reflectance at this wavelength, that is, the maximum value of the reflectance is 90%.

この最大値から0.1dB以内(反射率89.8%以内)に反射率が存在する波長範囲98(高反射帯域と呼ばれる)の幅は2nmである。本発明者が種々検討したところ、このような高反射帯域に含まれる共振器モードは同時にレーザ発振し、且つ最も強くレーザ発振する共振器モードの発光強度の3dB以内の発光強度でレーザ発振する。   The width of the wavelength range 98 (referred to as a high reflection band) in which the reflectance exists within 0.1 dB (within a reflectance of 89.8%) from the maximum value is 2 nm. As a result of various studies by the present inventor, the resonator modes included in such a high reflection band simultaneously oscillate and oscillate at an emission intensity within 3 dB of the emission intensity of the resonator mode in which laser oscillation is the strongest.

ところで、光共振器の共振器モードの間隔は、次式で表すことができる。   By the way, the interval between the resonator modes of the optical resonator can be expressed by the following equation.

Figure 0005326601
Figure 0005326601

Figure 0005326601
ここで、式(1)は、共振器モード間隔δλを波長で表示した式である。一方、式(2)は、共振器モード間隔δfを周波数で表示した式である。
Figure 0005326601
Here, the expression (1) is an expression in which the resonator mode interval δλ is expressed by a wavelength. On the other hand, Expression (2) is an expression in which the resonator mode interval δf is expressed by frequency.

λcは中心波長である。cは光速である。iは、光共振器94に含まれる屈折率の異なる領域を区別するための添え字である。例えば、i=1は利得導波路38を表し、i=2はギャップ96を表す。そして、Li及びNiは、夫々の領域の長さ及び実効屈折率である。 λ c is the center wavelength. c is the speed of light. i is a subscript for distinguishing regions having different refractive indexes included in the optical resonator 94. For example, i = 1 represents the gain waveguide 38 and i = 2 represents the gap 96. L i and N i are the length and effective refractive index of each region.

ここで、実効屈折率Niは、下記式(3)で表すことができる。 Here, the effective refractive index N i can be represented by the following formula (3).

Figure 0005326601
尚、niは夫々の領域の等価屈折率である。また、λは波長である。
Figure 0005326601
Note that n i is the equivalent refractive index of each region. Λ is a wavelength.

ここで、利得導波路38(光増幅ユニット44)及び光導波路78(光導波路ユニット80)の等価屈折率は、夫々3.3及び1.54である。これらの値と上述した各領域の長さを式(1)に代入すると、共振器モード間隔0.393nmが得られる。   Here, the equivalent refractive indexes of the gain waveguide 38 (optical amplification unit 44) and the optical waveguide 78 (optical waveguide unit 80) are 3.3 and 1.54, respectively. By substituting these values and the lengths of the above-described regions into the formula (1), a resonator mode interval of 0.393 nm is obtained.

尚、本実施例では回折格子70の実効的な反射端92は、回折格子70の光ファイバ17側の端に位置している。また、実効屈折率Nは、等価屈折率に等しいとする。以下の実施例においても、特に断らない限り同じである。   In this embodiment, the effective reflection end 92 of the diffraction grating 70 is located at the end of the diffraction grating 70 on the optical fiber 17 side. The effective refractive index N is assumed to be equal to the equivalent refractive index. This also applies to the following examples unless otherwise specified.

従って、上記波長範囲内には少なくても5本(=2nm/0.393nm)の共振器モードが存在する。そして、各共振器モードは同時にレーザ発振し、しかも最も強く発光している共振器モードの光強度の3dB以内の光強度でレーザ発振する。   Accordingly, there are at least five (= 2 nm / 0.393 nm) resonator modes in the wavelength range. Each resonator mode simultaneously oscillates and oscillates at a light intensity within 3 dB of the light intensity of the resonator mode that emits the strongest light.

すなわち、本レーザ光生成装置32は、光反射面42と回折格子70が形成する光共振器94の複数の共振器モードでレーザ発振する。   In other words, the laser light generating device 32 oscillates in a plurality of resonator modes of the optical resonator 94 formed by the light reflecting surface 42 and the diffraction grating 70.

尚、回折格子70は屈折率の温度変化率が小さい誘電体で形成されているので、光送信装置30の信号光の中心波長は、環境温度が変わっても殆ど変化しない。従って、本実施例の光送信装置では、温度制御は行われない。すなわち、本光送信装置は、温度制御装置を必要としない。或いは、本光送信装置で温度制御を実施するとしても、簡易な温度制御で十分である。   Since the diffraction grating 70 is formed of a dielectric having a small temperature change rate of the refractive index, the center wavelength of the signal light of the optical transmission device 30 hardly changes even if the environmental temperature changes. Therefore, temperature control is not performed in the optical transmission apparatus of this embodiment. That is, this optical transmission device does not require a temperature control device. Alternatively, even if the temperature control is performed by the present optical transmission device, simple temperature control is sufficient.

(2)電気信号源
電気信号源34は、光増幅ユニット44に電気的に接続されている。具体的には、電気信号源34の正極は、光増幅ユニット44のp電極62に接続されている。一方、電気信号源34の負極は、光増幅ユニット44のn電極60が半田付けされたパッド90に接続されている。
(2) Electric signal source The electric signal source 34 is electrically connected to the optical amplification unit 44. Specifically, the positive electrode of the electrical signal source 34 is connected to the p-electrode 62 of the optical amplification unit 44. On the other hand, the negative electrode of the electrical signal source 34 is connected to a pad 90 to which the n-electrode 60 of the optical amplification unit 44 is soldered.

電気信号源34は、送信すべき情報に対応した電気信号を光増幅ユニット44に印加して、上記情報に対応した電流を半導体層(活性層36)に注入する。注入された電流は、活性層に光利得を発生させる。   The electrical signal source 34 applies an electrical signal corresponding to information to be transmitted to the optical amplification unit 44 and injects a current corresponding to the information into the semiconductor layer (active layer 36). The injected current generates an optical gain in the active layer.

図9は、電気信号源34が、光増幅ユニット44に印加する電気信号100の一例を説明する図である。図9の左上には、光増幅ユニット44の活性層36に注入する電流(注入電流)とレーザ光生成装置32の光出力の関係を説明する図が示されている。縦軸は光出力(出力光の光強度)であり、横軸は注入電流である。ここで、縦軸に付されたIthは、レーザ光生成装置32の閾値電流を表している。一方、Ibは、電気信号100に重畳されるバイアス電流を表している。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the electrical signal 100 that the electrical signal source 34 applies to the optical amplification unit 44. In the upper left of FIG. 9, a diagram for explaining the relationship between the current (injection current) injected into the active layer 36 of the optical amplification unit 44 and the optical output of the laser light generation device 32 is shown. The vertical axis represents light output (light intensity of output light), and the horizontal axis represents injection current. Here, I th on the vertical axis represents the threshold current of the laser beam generator 32. On the other hand, I b represents a bias current superimposed on the electric signal 100.

図9の下半分には、電気信号源34が光増幅ユニット44に印加する電気信号100の時間変化を説明する図が示されている。この図では、上から下に向かって時間が経過するように、電気信号100の時間変化が図示されている。また、電気信号100の水平方向の位置は、左上の図の横軸(注入電流)に対向している。同図中に示されたビット列(・・101・・)は、電気信号100の原信号を表している。尚、電気信号100は、RZ(retuen to zero)信号である。   In the lower half of FIG. 9, a diagram for explaining a time change of the electric signal 100 applied by the electric signal source 34 to the optical amplification unit 44 is shown. In this figure, the time change of the electric signal 100 is illustrated so that time passes from the top to the bottom. The horizontal position of the electrical signal 100 is opposed to the horizontal axis (injection current) in the upper left diagram. The bit string (... 101...) Shown in the figure represents the original signal of the electrical signal 100. The electrical signal 100 is an RZ (retuen to zero) signal.

図9の右上には、レーザ光生成装置32の光出力(光信号102)の時間変化を説明する図が示されている。この図には、左から右に向かって時間が経過するように、光出力102の時間変化が図示されている。また、光出力102の垂直方向の位置は、左上の図の縦軸(光出力)に対応している。   In the upper right of FIG. 9, a diagram for explaining the temporal change of the optical output (optical signal 102) of the laser light generation device 32 is shown. In this figure, the time change of the optical output 102 is illustrated so that time passes from the left to the right. The vertical position of the light output 102 corresponds to the vertical axis (light output) in the upper left diagram.

図9の下半分の図に示すように、電気信号源34が活性層に注入する電流には、レーザ光生成装置32の閾値電流Ithより僅かに大きなバイアス電流Ibが重畳されている。電気信号100の強度が原信号“1”に対応する期間の前半、電気信号源34は、光増幅ユニット44の活性層36に電流Ib+Ipを注入する。一方、電気信号100の強度が原信号“1”に対応する期間の後半、電気信号源34は、光増幅ユニット44の活性層36に電流Ibを注入する。更に、電気信号100の強度が原信号“0”に対応する全期間中、電気信号源34は、活性層36に電流Ibを注入する。 As shown in the lower half of FIG. 9, a bias current I b slightly larger than the threshold current I th of the laser light generation device 32 is superimposed on the current injected by the electric signal source 34 into the active layer. In the first half of the period in which the intensity of the electric signal 100 corresponds to the original signal “1”, the electric signal source 34 injects a current I b + I p into the active layer 36 of the optical amplification unit 44. On the other hand, in the second half of the period in which the intensity of the electric signal 100 corresponds to the original signal “1”, the electric signal source 34 injects a current I b into the active layer 36 of the optical amplification unit 44. Further, the electric signal source 34 injects the current I b into the active layer 36 during the entire period in which the intensity of the electric signal 100 corresponds to the original signal “0”.

そして、レーザ光生成装置32は、図9の右上の図に示すように、電気信号100に従って、光出力(発光強度)の大きな第1の状態104と、第1の状態より発光強度が小さい第2の状態106の間を往復して、光信号102を発生する。   Then, as shown in the upper right diagram of FIG. 9, the laser light generation device 32 has a first state 104 with a large light output (light emission intensity) and a light emission intensity lower than that in the first state in accordance with the electric signal 100. The light signal 102 is generated by reciprocating between the two states 106.

尚、バイアス電流Ibは、閾値電流以下でもよい。或いは、バイアス電流Ibは、電気信号100に重畳されなくてもよい。これらの場合には、第2の状態106ではレーザ発振は起きない。 Note that the bias current I b may be equal to or less than the threshold current. Alternatively, the bias current I b may not be superimposed on the electric signal 100. In these cases, no laser oscillation occurs in the second state 106.

本実施例の電気信号源34が生成する電気信号100のビットレートは、10Gbit/sである。一方、レーザ光生成装置32の共振器モード間隔δfは、70GHzである。   The bit rate of the electrical signal 100 generated by the electrical signal source 34 of this embodiment is 10 Gbit / s. On the other hand, the resonator mode interval δf of the laser light generation device 32 is 70 GHz.

すなわち、レーザ光生成装置32の共振器モードの間隔に相当する周波数(70GHz)は、電気信号100のビットレート(10Gbit/s)に対応する周波数(10GHz)より高くなっている。   That is, the frequency (70 GHz) corresponding to the resonator mode interval of the laser light generation device 32 is higher than the frequency (10 GHz) corresponding to the bit rate (10 Gbit / s) of the electrical signal 100.

ところで、電気信号100がNRZ(non retuen to zero)信号の場合には、電気信号100が最も頻繁にON−OFFしても、電気信号100の周波数(例えば、5GHz)はビットレート(例えば、10GHz)の1/2にしかならない。この場合、共振器モード間隔δfは、電気信号100の周波数の2倍以上になるので、ビートノイズはより小さくなる。   By the way, when the electrical signal 100 is a non-retuen to zero (NRZ) signal, even if the electrical signal 100 is most frequently turned on and off, the frequency (for example, 5 GHz) of the electrical signal 100 is a bit rate (for example, 10 GHz). ) Is only 1/2. In this case, since the resonator mode interval δf is twice or more the frequency of the electric signal 100, the beat noise becomes smaller.

(3)動 作
先ず、電気信号源34が、電流(Ib+Ip)を活性層に注入する。電流が注入されると、活性層36は光利得を発生する。この時、活性層36は、同時に光(自然放出光)を発生する。この光は、反射率が略0%の反射防止膜68が形成された第2の端面66から出射して、ギャップ96を伝播した後、光導波路78に入射する(図6(a)参照)。
(3) Operation First, the electric signal source 34 injects a current (I b + I p ) into the active layer. When current is injected, the active layer 36 generates optical gain. At this time, the active layer 36 simultaneously generates light (spontaneous emission light). This light is emitted from the second end surface 66 on which the antireflection film 68 having a reflectance of approximately 0% is formed, propagates through the gap 96, and then enters the optical waveguide 78 (see FIG. 6A). .

光導波路78に入射した光は、光導波路78を伝播し、回折格子70に入射する(図5参照)。回折格子70に入射した光は、図8を参照して説明した反射率特性に従って、回折格子70で反射され、光導波路78を逆行して活性層36に再入射する。   The light incident on the optical waveguide 78 propagates through the optical waveguide 78 and enters the diffraction grating 70 (see FIG. 5). The light incident on the diffraction grating 70 is reflected by the diffraction grating 70 in accordance with the reflectance characteristics described with reference to FIG. 8, travels back through the optical waveguide 78, and reenters the active layer 36.

活性層36に再入射した光は、反射率が略100%の光反射面42(高反射膜64)によって反射され、進行方向を逆転して再び光導波路78に入射する(図6(a)参照)。この間、光は活性層36によって増幅される。   The light re-entering the active layer 36 is reflected by the light reflecting surface 42 (high reflection film 64) having a reflectance of approximately 100%, and reverses the traveling direction and enters the optical waveguide 78 again (FIG. 6A). reference). During this time, light is amplified by the active layer 36.

その後、上記光は、光共振器94の中を何度も往復して、レーザ光に成長する。但し、レーザ光に成長しうる光は、光共振器94を一往復する間の位相変化が2πの整数に等しい光(共振器モード)だけである。更に、このような光のうち、回折格子70における反射率が十分に大きな光だけが、活性層36から受ける利得が活性層36の吸収損失やミラー損失等を上回って、レーザ光となる。   Thereafter, the light reciprocates many times in the optical resonator 94 and grows into laser light. However, light that can grow into laser light is only light (resonator mode) in which the phase change during one round trip of the optical resonator 94 is equal to an integer of 2π. Further, of such light, only light having a sufficiently high reflectivity at the diffraction grating 70 becomes laser light because the gain received from the active layer 36 exceeds the absorption loss or mirror loss of the active layer 36.

例えば、本実施例のレーザ光生成装置32では、上述したように、1.3μmを中心波長とする高反射帯域98内で5本の共振器モードが同時に発振する(図8参照)。しかも、高反射帯域98内では反射率に差が殆どないのいで、これら5本の共振器モードで発光するレーザ光の光強度比は、3dB以内(0dB〜−3dB)にある(ここで、「レーザ光の光強度比」とは、最も強く発光している共振器モードの発光強度に対する、各共振器モードの発光強度の比のことである。)。尚、図8には、最大反射率から5dB以内の反射率を呈する波長の範囲152が示されている。以後、「反射帯域」という用語は、このような波長範囲を意味するものとする。   For example, in the laser light generation device 32 of the present embodiment, as described above, five resonator modes oscillate simultaneously within the high reflection band 98 having a central wavelength of 1.3 μm (see FIG. 8). Moreover, since there is almost no difference in reflectance within the high reflection band 98, the light intensity ratio of the laser light emitted in these five resonator modes is within 3 dB (0 dB to −3 dB) (here, “The laser light intensity ratio” is the ratio of the light emission intensity of each resonator mode to the light emission intensity of the resonator mode emitting the strongest light. FIG. 8 shows a wavelength range 152 exhibiting a reflectance within 5 dB from the maximum reflectance. Hereinafter, the term “reflection band” shall mean such a wavelength range.

次に、電気信号源34が電流Ibを活性層に注入したとする。この場合も、電流(Ib+Ip)を活性層に注入した時と同様に、レーザ光生成装置32では、
高反射帯域98の内側で5本の共振器モードが同時にレーザ発振する(但し、Ib>Ithの場合)。且つ、これら5本の共振器モードで発振するレーザ光の光強度比も、3dB以内にある。但し、この時(第2の状態106)の発光強度は、最初の状態(活性層にIb+Ipを注入した状態;第1の状態104)より発光強度が弱い(図9参照)。尚、第2の状態106は、活性層に注入される電流が閾値電流Ib以下の非レーザ発振状態であってもよい。
Next, it is assumed that the electric signal source 34 injects the current Ib into the active layer. Also in this case, in the same manner as when the current (I b + I p ) is injected into the active layer, the laser light generating device 32
Five resonator modes simultaneously oscillate inside the high reflection band 98 (provided that I b > I th ). In addition, the light intensity ratio of laser light oscillating in these five resonator modes is also within 3 dB. However, the light emission intensity at this time (second state 106) is lower than that in the first state (the state where I b + I p is injected into the active layer; the first state 104) (see FIG. 9). The second state 106 may be a non-lasing state of the current injected into the active layer is less than the threshold current I b.

良く知られているように、複数の共振器モードでレーザ発振するファブリペロー型レーザは、注入電流が少ないほど、より多くの共振器モードで発振する。本実施例のレーザ光生成装置32も、ファブリペロー型レーザと同じように、注入電流が少ないほどより多くの共振器モードで発振しやすくなる。従って、注入電流の少ない第2の状態106は、第1の状態104より多くの共振器モードで発振しやすい状態である。従って、第1の状態104に於いて5本の共振器モードでレーザ発振している本実施例では、第2の状態106でも少なくても5本の共振器モード(且つ、3dB以内の光強度比)でレーザ発振する。   As is well known, a Fabry-Perot laser that oscillates in a plurality of resonator modes oscillates in more resonator modes as the injection current decreases. Similarly to the Fabry-Perot laser, the laser light generation device 32 of the present embodiment also tends to oscillate in more resonator modes as the injection current decreases. Therefore, the second state 106 with a small injection current is a state in which oscillation is more likely in more resonator modes than the first state 104. Therefore, in this embodiment in which laser oscillation is performed in five resonator modes in the first state 104, at least five resonator modes (and light intensity within 3 dB in the second state 106). Ratio).

以上説明したように、本レーザ光生成装置32は、光反射面42と回折格子70が形成する光共振器94の複数の共振器モードでレーザ発振する。   As described above, the laser beam generating apparatus 32 oscillates in a plurality of resonator modes of the optical resonator 94 formed by the light reflecting surface 42 and the diffraction grating 70.

更に、本レーザ光生成装置32は、電気信号100に従って、最も強く発光している共振器モードの3dB以内の光強度で発光(レーザ発振)する他の共振器モードが存在する第1の状態と、第1の状態より発光強度が小さい第2の状態の間を往復して、光信号104を発生する。   Further, according to the electrical signal 100, the laser light generating device 32 has a first state in which there is another resonator mode that emits light (laser oscillation) with a light intensity within 3 dB of the resonator mode that emits the strongest light. The optical signal 104 is generated by reciprocating between the second states where the emission intensity is lower than that in the first state.

従って、本光送信装置30では、レーザ発振している複数の共振器モードの内の1本だけがモードホップを起こすので、モードホップノイズは小さい。更に、モードホップに関与する共振器モード(モードホップ前後の共振器モード)の発光強度の変化も小さいので、モードホップノイズはより小さくなる。   Therefore, in the present optical transmission device 30, only one of the plurality of resonator modes that are performing laser oscillation causes mode hopping, so that mode hop noise is small. Furthermore, since the change in the light emission intensity of the resonator mode (resonator mode before and after the mode hop) related to the mode hop is small, the mode hop noise becomes smaller.

また、上記「(2)電気信号源」で説明したように、共振器モード間隔δf(70GHz)が電気信号100の変調周波数(10GHz)より高いので、共振器モード間の差周波に基づくビートノイズが、光信号のエラー・レートを増大させることもない。   Further, as described in “(2) Electric signal source” above, since the resonator mode interval δf (70 GHz) is higher than the modulation frequency (10 GHz) of the electric signal 100, beat noise based on the difference frequency between the resonator modes. However, it does not increase the error rate of the optical signal.

更に、本実施例では、回折格子70及び回折格子を囲むクラッド層75は、半導体に比べ屈折率の温度変化が一桁程度小さい誘電体によって形成されている。従って、回折格子70のブラッグ波長等は、素子温度が変化しても殆ど変化しな。故に、レーザ光生成装置32の発振波長は、光送信装置30が設置された環境の温度(環境温度)が変化しても、殆ど変化しない。故に、本光送信装置30は、十分な冷却能力を備えた熱電変換素子や複雑な温度制御回路等を用いる、精密な温度制御を必要としない。   Furthermore, in the present embodiment, the diffraction grating 70 and the cladding layer 75 surrounding the diffraction grating are formed of a dielectric whose temperature change in refractive index is about one digit smaller than that of a semiconductor. Accordingly, the Bragg wavelength of the diffraction grating 70 hardly changes even if the element temperature changes. Therefore, the oscillation wavelength of the laser light generation device 32 hardly changes even if the temperature of the environment where the optical transmission device 30 is installed (environment temperature) changes. Therefore, the optical transmission device 30 does not require precise temperature control using a thermoelectric conversion element having a sufficient cooling capacity, a complicated temperature control circuit, or the like.

尚、レーザ光生成装置32の温度が著しく変化すると、高反射帯域内で発振する共振器モードの数や光強度比等が変わることがある。この場合には、光送信装置30の使用温度範囲内で、上記条件(発光光強度比が3dB以内の共振器モードが同時に複数レーザ発振する)が満たされればよい。   Note that when the temperature of the laser light generation device 32 changes significantly, the number of resonator modes oscillating within the high reflection band, the light intensity ratio, and the like may change. In this case, it is only necessary that the above condition (a plurality of resonator modes having a light emission intensity ratio of 3 dB or less simultaneously oscillate) within the operating temperature range of the optical transmitter 30 is satisfied.

更に、上述した例では、同時にレーザ発振する共振器モードの発光強度比(レーザ光の光強度比)を、3dBを以内に制限した。その理由は、発光強度比が小さいほど、モードホップノイズの抑制効果が大きくなるからである。従って、発光強度比は小さいほど好ましい。例えば、共振器モードの発光強度比は、3dB以内が好ましく、更に好ましくは2dB以内であり、最も好ましくは1dB以内である。但し、このような制限を設けなくても、本光送信装置30は、モードホップノイズを低減するという効果を発揮する。   Further, in the above-described example, the emission intensity ratio (laser light intensity ratio) of the resonator mode in which laser oscillation is simultaneously performed is limited to 3 dB. The reason is that the smaller the emission intensity ratio, the greater the effect of suppressing mode hop noise. Therefore, the smaller the emission intensity ratio, the better. For example, the emission intensity ratio in the resonator mode is preferably within 3 dB, more preferably within 2 dB, and most preferably within 1 dB. However, even if such a restriction is not provided, the present optical transmission device 30 exhibits the effect of reducing mode hop noise.

上述したように、同時にレーザ発振する共振器モードの数は、複数であればよい。但し、モードホップノイズを効果的に抑制するためには、共振器モードの数は多いほど好ましい。例えば、同時にレーザ発振する共振器モードの数は、3本以上が好ましく、更に好ましくは5本以上であり、最も好ましくは10本以上である。   As described above, the number of resonator modes that simultaneously perform laser oscillation may be plural. However, in order to effectively suppress the mode hop noise, the larger the number of resonator modes, the better. For example, the number of resonator modes that simultaneously oscillate is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, and most preferably 10 or more.

しかし、同時にレーザ発振する共振器モードの数が増え過ぎると、レーザ光生成装置32の出力光のスペクトル幅が広くなり過ぎる。このような光送信装置をWDMに使用しようとすると、1波長チャネル当たり波長幅が広くなり過ぎて、設定可能な波長チャネル数が減少してしまう。従って、同時にレーザ発振する共振器モードの数は、例えば、35本(=共振器モード間隔δf/変調周波数)=355GHz/10GHz)以下が好ましい。この共振器モードの数としては、30本以下が更に好まく、20本以下が最も好ましい。   However, if the number of resonator modes that cause laser oscillation simultaneously increases, the spectral width of the output light of the laser light generation device 32 becomes too wide. If such an optical transmission device is used for WDM, the wavelength width per wavelength channel becomes too wide, and the number of wavelength channels that can be set decreases. Therefore, the number of resonator modes in which laser oscillation occurs simultaneously is preferably, for example, 35 (= resonator mode interval δf / modulation frequency) = 355 GHz / 10 GHz) or less. The number of resonator modes is more preferably 30 or less, and most preferably 20 or less.

(4)製造方法
まず、Si製の基板85の上に、化学気相成長 (Chemical Vapor Deposition)によって、厚さ3μmのSiO2層が堆積される。
(4) Manufacturing Method First, a 3 μm thick SiO 2 layer is deposited on the Si substrate 85 by chemical vapor deposition.

次に、このSiO2層の上に、PCVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)によって、厚さ0.4μmのSiO1-xx(xは、0.55乃至0.65)膜が堆積される。 Next, a SiO 1-x N x (x is 0.55 to 0.65) film having a thickness of 0.4 μm is deposited on the SiO 2 layer by PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition).

次に、このSiO1-xx膜が、フォトリソグラフィ技術とRIE法(Reactive Ion Etching)によって、幅1.2μmの細長い平板に加工される。細長い平板は、最終的には、第2のコア層74になる。 Next, the SiO 1-x N x film is processed into an elongated flat plate having a width of 1.2 μm by photolithography and RIE (Reactive Ion Etching). The elongated flat plate eventually becomes the second core layer 74.

次に、このSiO1-xx膜の回折格子70の形成予定位置に、電子線露光技術とRIE法によって、421nmの周期で繰り返される溝が形成される。この溝の深さは32nmであり、溝が形成されない部分の割合(duty)は50%である。このようにSiO1-xx膜に溝が周期的に形成されて、回折格子70となる。 Next, a groove that repeats with a period of 421 nm is formed at a position where the diffraction grating 70 of the SiO 1-x N x film is to be formed by the electron beam exposure technique and the RIE method. The depth of the groove is 32 nm, and the ratio (duty) of the portion where the groove is not formed is 50%. In this way, grooves are periodically formed in the SiO 1-x N x film to form the diffraction grating 70.

次に、回折格子70が形成されたSiO1-xx膜とSiO2層の上に、更に厚さ3μmのSiO2が、CVD法によって堆積される。 Next, SiO 2 having a thickness of 3 μm is further deposited by CVD on the SiO 1-x N x film and the SiO 2 layer on which the diffraction grating 70 is formed.

次に、光増幅ユニット44の搭載予定位置で、堆積したSiO2層及びSiO1-xx層をエッチングして、Si基板85の表面を露出される。このSi基板85の露出部が、テラスである。 Next, the deposited SiO 2 layer and SiO 1-x N x layer are etched at the planned mounting position of the optical amplification unit 44 to expose the surface of the Si substrate 85. The exposed portion of the Si substrate 85 is a terrace.

次に、このテラスに、金属製のパッド90が、金属膜の蒸着とリフトオフによって形成される。   Next, a metal pad 90 is formed on the terrace by vapor deposition and lift-off of a metal film.

最後に、光増幅ユニット44がパッド90に半田付けされる。この際、光増幅ユニット44の利得導波路(活性層)38の光軸が、光導波路ユニット80の第3の端面76の垂線に対して少し(数度)傾くようにする。   Finally, the optical amplification unit 44 is soldered to the pad 90. At this time, the optical axis of the gain waveguide (active layer) 38 of the optical amplification unit 44 is inclined slightly (several degrees) with respect to the normal of the third end face 76 of the optical waveguide unit 80.

本実施例の光送信装置107では、光導波路ユニット108の第2のコア層74を埋め込む誘電体層の上半分が紫外線硬化型のエポキシ樹脂(以下、エポキシ樹脂と呼ばれる)によって形成されている(図5参照)。その他の構成及び動作は、実施例1の光送信装置30と略同じである。従って、共通する部分に関する説明は省略される。   In the optical transmission device 107 of this embodiment, the upper half of the dielectric layer that embeds the second core layer 74 of the optical waveguide unit 108 is formed of an ultraviolet curable epoxy resin (hereinafter referred to as an epoxy resin) ( (See FIG. 5). Other configurations and operations are substantially the same as those of the optical transmission device 30 according to the first embodiment. Therefore, the description regarding a common part is abbreviate | omitted.

図10は、本実施例の光導波路ユニット108の断面を説明する図である。図10(a)は、光導波路111の光軸に沿った断面を、回折格子70が設けられた領域88で見た図である。一方、図10(b)は、光導波路108の光軸に垂直な断面を、回折格子70が設けられていない領域82で見た図である。   FIG. 10 is a diagram for explaining a cross section of the optical waveguide unit 108 of the present embodiment. FIG. 10A is a view of a cross section along the optical axis of the optical waveguide 111 as seen in a region 88 where the diffraction grating 70 is provided. On the other hand, FIG. 10B is a view of a cross section perpendicular to the optical axis of the optical waveguide 108 as viewed in a region 82 where the diffraction grating 70 is not provided.

本実施例では、Si基板85の上に積層された厚さが3μmの第1のSiO2層110の上に、厚さが0.4μmで幅が1.2μmの第2のコア層74が形成されている。更に、この第2のコア層74及び第1のSiO2層110を、厚さ0.1μmの第2のSiO2層112が被覆している。 In this embodiment, a second core layer 74 having a thickness of 0.4 μm and a width of 1.2 μm is formed on the first SiO 2 layer 110 having a thickness of 3 μm laminated on the Si substrate 85. Is formed. Furthermore, the second core layer 74 and the first SiO 2 layer 110 are covered with a second SiO 2 layer 112 having a thickness of 0.1 μm.

そして、この第2のSiO2層112の上に、厚さが1.5μm以上のエポキシ樹脂114が積層されている。すなわち、本実施例では、第2のコア層74を囲むクラッド層が、第1のSiO2層110、第2のSiO2層112、及びエポキシ樹脂114によって形成されている。 An epoxy resin 114 having a thickness of 1.5 μm or more is laminated on the second SiO 2 layer 112. In other words, in this embodiment, the cladding layer surrounding the second core layer 74 is formed of the first SiO 2 layer 110, the second SiO 2 layer 112, and the epoxy resin 114.

本実施例で使用するエポキシ樹脂114の屈折率は、SiO2と同じ1.45である。エポキシ樹脂114等の高分子材料は、温度上昇に対して屈折率が低下する(屈折率の温度変化係数が負となる)材料である。一方、SiO2等の誘電体は、温度上昇に対して屈折率が増加する(屈折率の温度変化係数が正となる)材料である。 The refractive index of the epoxy resin 114 used in this embodiment is 1.45, which is the same as that of SiO 2 . The polymer material such as the epoxy resin 114 is a material whose refractive index decreases (temperature change coefficient of the refractive index becomes negative) with increasing temperature. On the other hand, a dielectric such as SiO 2 is a material whose refractive index increases with increasing temperature (the temperature change coefficient of the refractive index becomes positive).

すなわち、本実施例では、第2のコア層74を囲むクラッド層の一部(上半分)が、温度上昇に対して屈折率が低下する材料(エポキシ樹脂)で形成されている。   That is, in the present embodiment, a part (upper half) of the cladding layer surrounding the second core layer 74 is formed of a material (epoxy resin) whose refractive index decreases with increasing temperature.

上述したように、エポキシ樹脂114とSiO2の屈折率は、略同じである。更に、回折格子70の構造(ピッチ、溝の深さ、及びDuty)も含めて、第2のコア層74の構造は、実施例1の第2のコア層と同じである。 As described above, the refractive indexes of the epoxy resin 114 and SiO 2 are substantially the same. Further, the structure of the second core layer 74 including the structure of the diffraction grating 70 (pitch, groove depth, and duty) is the same as that of the second core layer of the first embodiment.

従って、本実施例の導波路ユニット108の光学的特性は、実施例1の導波路ユニット80の光学的特性と同じである。例えば、回折格子70の反射率の波長依存性(反射率特性)は、図8を参照して説明した実施例1の回折格子と同じである。また、共振器モード間隔も、実施例1と略同じ0.39nmである。従って、レーザ光生成装置109は、実施例1と同様に、高反射帯域98に属する5本の共振器モードでレーザ発振する。これら5本の共振器モードで発光するレーザ光の光強度比も、実施例1と同じように3dB以内である。更に、レーザ光生成装置109の共振器モード間隔δf(70GHz)も、実施例1と同様に、電気信号100の変調周波数(10GHz)より高い。   Accordingly, the optical characteristics of the waveguide unit 108 of the present embodiment are the same as the optical characteristics of the waveguide unit 80 of the first embodiment. For example, the wavelength dependency (reflectance characteristic) of the reflectance of the diffraction grating 70 is the same as that of the diffraction grating of Example 1 described with reference to FIG. The resonator mode interval is also 0.39 nm, which is substantially the same as in the first embodiment. Accordingly, the laser beam generator 109 oscillates in the five resonator modes belonging to the high reflection band 98 as in the first embodiment. The light intensity ratio of laser light emitted in these five resonator modes is also within 3 dB as in the first embodiment. Further, the resonator mode interval δf (70 GHz) of the laser light generation device 109 is also higher than the modulation frequency (10 GHz) of the electric signal 100 as in the first embodiment.

故に、本実施例の光送信装置107は、実施例1の光送信装置30と同様の効果を発揮する。加えて、本光送信装置107が送出する信号光の波長の温度変化率は、以下に説明するように、実施例1の光送信装置30が送出する信号光の波長の温度変化率より一桁程度小さい。   Therefore, the optical transmission device 107 according to the present embodiment exhibits the same effect as the optical transmission device 30 according to the first embodiment. In addition, the temperature change rate of the wavelength of the signal light transmitted from the optical transmission device 107 is one digit greater than the temperature change rate of the wavelength of the signal light transmitted from the optical transmission device 30 of the first embodiment, as will be described below. About small.

第2のコア層74及びクラッド層の下半分は、誘電体によって形成されている。誘電体の屈折率nは、温度が上昇すると増加する。誘電体の屈折率nの温度係数dn/dT(degree-1)は、+10-5程度である。 The lower half of the second core layer 74 and the cladding layer is formed of a dielectric. The refractive index n of the dielectric increases with increasing temperature. The temperature coefficient dn / dT (degree −1 ) of the refractive index n of the dielectric is about +10 −5 .

一方、エポキシ樹脂のような高分子材料(ポリマー)の屈折率nは、温度が上昇すると低下する。例えば、エポキシ樹脂の屈折率nの温度係数dn/dT(degree-1)は、−10-4程度である。 On the other hand, the refractive index n of a polymer material (polymer) such as an epoxy resin decreases as the temperature increases. For example, the temperature coefficient dn / dT (degree −1 ) of the refractive index n of the epoxy resin is about −10 −4 .

ところで、本実施例の光導波路111では、導波光は殆ど第2のコア層74に閉じ込められ、エポキシ樹脂製のクラッド層の上半分に漏れ出る導波光の割合は10%程度である。   By the way, in the optical waveguide 111 of this embodiment, most of the guided light is confined in the second core layer 74, and the ratio of the guided light leaking to the upper half of the epoxy resin clad layer is about 10%.

このため、第2のコア層74及びクラッド層の下半分を形成する誘電体の屈折率変化(+10-5程度)を、クラッド層の上半分を形成するエポキシ樹脂の屈折率変化(−10-4程度)が打ち消すので、光導波路111の等価屈折率の温度変化は、実施例1より一桁程度小さくなる。 Therefore, the refractive index change of the dielectric body forming the lower half of the second core layer 74 and the cladding layer (+10 about -5), the refractive index change of the epoxy resin forming the upper half of the clad layer (-10 - since about 4) cancels, the temperature change of the equivalent refractive index of the optical waveguide 111 is approximately one digit than that of example 1 becomes smaller.

従って、回折格子70のブラッグ波長の温度変化も実施例1より一桁程度小さい。よって、本実施例では、レーザ光生成装置109が生成するレーザ光の発振波長(光信号の波長)は、実施例1のレーザ光生成装置32の発振波長(光信号の波長)より、温度変化率が一桁程度小さくなる。   Therefore, the temperature change of the Bragg wavelength of the diffraction grating 70 is also about one order of magnitude smaller than that of the first embodiment. Therefore, in this embodiment, the oscillation wavelength of the laser beam (wavelength of the optical signal) generated by the laser beam generation device 109 changes with temperature from the oscillation wavelength (wavelength of the optical signal) of the laser beam generation device 32 of the first embodiment. The rate is reduced by about an order of magnitude.

本実施例の光導波路ユニット108の製造方法は、以下の通りである。   The manufacturing method of the optical waveguide unit 108 of the present embodiment is as follows.

まず、実施例1の光導波路ユニット80の製造方法と同様に、Si基板85の上にSiO2製の下部クラッド層(クラッド層の下半分)と、回折格子70が設けられた第2のコア層74が形成される。 First, similarly to the method of manufacturing the optical waveguide unit 80 of the first embodiment, the second core in which the lower clad layer made of SiO 2 (the lower half of the clad layer) and the diffraction grating 70 are provided on the Si substrate 85. Layer 74 is formed.

次に、この下部クラッド層及び第2のコア層74の上に、紫外線硬化エポキシ樹脂が塗布される。次に、溶剤を気化させるためのエポキシ樹脂の加熱処理と、エポキシ樹脂への紫外線照射が行われる。この紫外線照射によって、エポキシ樹脂が硬化する。   Next, an ultraviolet curable epoxy resin is applied on the lower cladding layer and the second core layer 74. Next, heat treatment of the epoxy resin for vaporizing the solvent and ultraviolet irradiation to the epoxy resin are performed. The epoxy resin is cured by this ultraviolet irradiation.

その後は、実施例1の製造方法と同様に、Si基板85表面の露出と、この露出面(テラス)へのパッド90の形成が行われる。更に、このパッド90に光増幅ユニット44が半田付されて、光導波路ユニット108が完成する。   Thereafter, similar to the manufacturing method of the first embodiment, the surface of the Si substrate 85 is exposed and the pad 90 is formed on the exposed surface (terrace). Further, the optical amplification unit 44 is soldered to the pad 90, and the optical waveguide unit 108 is completed.

本実施例では、高分子材料(ポリマー)として紫外線硬化型のエポキシ樹脂が用いられているが、その他の高分子材料、例えば紫外線硬化型のアクリレート、フッ素化ポリイミド、ベンゾシクロブテン、重水素化シリコーン、重水素化PMMA(ポリメチルメタクリレート)等が用いられてもよい。   In this embodiment, an ultraviolet curable epoxy resin is used as the polymer material (polymer), but other polymer materials such as an ultraviolet curable acrylate, a fluorinated polyimide, a benzocyclobutene, and a deuterated silicone are used. Deuterated PMMA (polymethyl methacrylate) or the like may be used.

また、上半分だけでなく、クラッド層全体が、高分子材料(ポリマー)で形成されてもよい。   Further, not only the upper half, but the entire cladding layer may be formed of a polymer material (polymer).

本実施例の光送信装置115では、実施例2と同様に、光導波路ユニットのクラッド層の上半分が、ポリマー(エポキシ樹脂等)によって形成されている。更に、本実施例では、光導波路ユニット116の第2のコア層がシリコン(Si)で形成されている。その他の構成は、実施例1の光送信装置と略同じである。従って、実施例1と共通する部分に関する説明は行われない。   In the optical transmission device 115 of the present embodiment, the upper half of the clad layer of the optical waveguide unit is formed of a polymer (epoxy resin or the like) as in the second embodiment. Furthermore, in this embodiment, the second core layer of the optical waveguide unit 116 is formed of silicon (Si). Other configurations are substantially the same as those of the optical transmission apparatus according to the first embodiment. Therefore, the description regarding the part common to Example 1 is not performed.

図11は、本実施例の光導波路ユニット116の断面を説明する図である。図11(a)は、本光導波路122の光軸に沿った断面を、回折格子118が設けられた領域88で見た図である。一方、図11(b)は、光導波路122の光軸に垂直な断面を、同じく、回折格子118が設けられた領域88で見た図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating a cross section of the optical waveguide unit 116 of the present embodiment. FIG. 11A is a view of a cross section along the optical axis of the optical waveguide 122 as viewed in a region 88 where the diffraction grating 118 is provided. On the other hand, FIG. 11B is a view of a cross section perpendicular to the optical axis of the optical waveguide 122 as seen in the region 88 where the diffraction grating 118 is provided.

本実施例では、Si基板85の上に厚さ3μmの第1のSiO2層110が積層され、更にその上にSi製の第2のコア層117が形成されている。尚、Siの屈折率は、3.44である。 In the present embodiment, a first SiO 2 layer 110 having a thickness of 3 μm is laminated on a Si substrate 85, and a second core layer 117 made of Si is further formed thereon. Note that the refractive index of Si is 3.44.

回折格子118が形成されている領域88では、第2のコア層117の幅及び厚さは、夫々0.28μm及び0.24μmである。そして、第2のコア層117の上には、SiN膜が287nmの周期(ピッチ)で形成されている。SiN膜の厚さは15nmであり、幅は第2のコア層117と同じ0.28μmである。一方、SiN膜120の光軸方向の長さは、SiN膜の形成周期の半分の144nmである。   In the region 88 where the diffraction grating 118 is formed, the width and thickness of the second core layer 117 are 0.28 μm and 0.24 μm, respectively. On the second core layer 117, SiN films are formed with a period (pitch) of 287 nm. The thickness of the SiN film is 15 nm, and the width is 0.28 μm, which is the same as that of the second core layer 117. On the other hand, the length of the SiN film 120 in the optical axis direction is 144 nm, which is half of the formation period of the SiN film.

一方、回折格子118が形成されていない領域82では、第2のコア層117の幅は、0.4〜0.5μmである。一方、第2のコア層117の厚さは、回折格子118が形成されている領域88と同じ0.24μmである。   On the other hand, in the region 82 where the diffraction grating 118 is not formed, the width of the second core layer 117 is 0.4 to 0.5 μm. On the other hand, the thickness of the second core layer 117 is 0.24 μm, which is the same as the region 88 where the diffraction grating 118 is formed.

回折格子118が形成されていない領域82の長さは、215μmである。一方、回折格子118が形成されている領域88の長さは、実施例1と同じ155μmである。   The length of the region 82 where the diffraction grating 118 is not formed is 215 μm. On the other hand, the length of the region 88 where the diffraction grating 118 is formed is 155 μm, which is the same as in the first embodiment.

そして、第1のSiO2層110及び第2のコア層117の上には、実施例2と同様、厚さが1.5μm以上のエポキシ樹脂114が積層されている。 Then, an epoxy resin 114 having a thickness of 1.5 μm or more is laminated on the first SiO 2 layer 110 and the second core layer 117 as in the second embodiment.

このように、第1のSiO2層110及びエポキシ樹脂114が、第2のコア層117を囲むクラッド層を形成している。 Thus, the first SiO 2 layer 110 and the epoxy resin 114 form a clad layer surrounding the second core layer 117.

本実施例では、第2のコア層117が、温度上昇すると屈折率が増加する半導体(Si)で形成されている。また、第2のコア層を囲むクラッド層117の上半分が、温度が上昇すると屈折率が低下する材料(エポキシ樹脂)で形成されている。   In this embodiment, the second core layer 117 is formed of a semiconductor (Si) whose refractive index increases as the temperature rises. Further, the upper half of the clad layer 117 surrounding the second core layer is formed of a material (epoxy resin) whose refractive index decreases as the temperature rises.

ところで、回折格子118が形成されている領域88の等価屈折率の平均値は2.26である。従って、回折格子118のブラック波長は、実施例1と同じ1.3μm(=2×2.26×287nm)である。また、回折格子118の結合係数κも、実施例1と略同じ124/cmである。   Incidentally, the average value of the equivalent refractive index of the region 88 where the diffraction grating 118 is formed is 2.26. Therefore, the black wavelength of the diffraction grating 118 is 1.3 μm (= 2 × 2.26 × 287 nm), which is the same as that in the first embodiment. Further, the coupling coefficient κ of the diffraction grating 118 is also substantially the same as that of the first embodiment, which is 124 / cm.

このように、本実施例の回折格子118のブラッグ波長、結合係数κ、及び回折格子118の長さLBは、実施例1と略同じである。このため、回折格子118の反射率の特性は、図8を参照して説明した実施例1の回折格子70の特性と略同じである。また、共振器モード間隔も、実施例1と略同じ0.39nmである。 As described above, the Bragg wavelength, the coupling coefficient κ, and the length L B of the diffraction grating 118 of the diffraction grating 118 of this embodiment are substantially the same as those of the first embodiment. For this reason, the characteristic of the reflectance of the diffraction grating 118 is substantially the same as the characteristic of the diffraction grating 70 of Example 1 demonstrated with reference to FIG. The resonator mode interval is also 0.39 nm, which is substantially the same as in the first embodiment.

よって、レーザ光生成装置123は、実施例例1と同じように、高反射帯域98に属する5本の共振器モード(発光強度比は3dB以内)でレーザ発振する。更に、レーザ光生成装置109の共振器モードの間隔δf(69GHz)も、実施例例1と同じように、電気信号100の変調周波数(10GHz)より高い。これら5本の共振器モードで発光するレーザ光の光強度比も、実施例1と同じように3dB以内である。   Therefore, the laser light generator 123 oscillates in the five resonator modes (the emission intensity ratio is within 3 dB) belonging to the high reflection band 98 as in the first embodiment. Further, the resonator mode interval δf (69 GHz) of the laser light generation device 109 is also higher than the modulation frequency (10 GHz) of the electric signal 100 as in the first embodiment. The light intensity ratio of laser light emitted in these five resonator modes is also within 3 dB as in the first embodiment.

故に、本実施例の光送信装置115は、実施例1の光送信装置30と同様の効果を発揮する。加えて、本光送信装置115が送出する信号光の波長の温度変化率は、実施例1の光送信装置30の信号光の波長の温度変化率より一桁程度小さい。   Therefore, the optical transmission device 115 of the present embodiment exhibits the same effect as the optical transmission device 30 of the first embodiment. In addition, the temperature change rate of the wavelength of the signal light transmitted by the optical transmission device 115 is about an order of magnitude smaller than the temperature change rate of the wavelength of the signal light of the optical transmission device 30 of the first embodiment.

第2のコア層117を形成する半導体(Si)の屈折率nは、温度が上昇すると増加する。上述したように、半導体の屈折率の温度係数dn/dT(degree-1)は、+10-4程度である。 The refractive index n of the semiconductor (Si) forming the second core layer 117 increases as the temperature rises. As described above, the temperature coefficient dn / dT (degree −1 ) of the refractive index of the semiconductor is about +10 −4 .

一方、エポキシ樹脂のような高分子材料(ポリマー)の屈折率nは、温度が上昇すると低下する。例えば、エポキシ樹脂の屈折率の温度係数dn/dT(degree-1)は、−10-4程度である。 On the other hand, the refractive index n of a polymer material (polymer) such as an epoxy resin decreases as the temperature increases. For example, the temperature coefficient dn / dT (degree −1 ) of the refractive index of the epoxy resin is about −10 −4 .

ところで、第2のコア層117の厚さ及び幅が共に1μm以下なので、導波光の50%程度が第2のコア層117を囲むクラッド層に滲み出す。このため、第2のコア層117を形成するSiと、クラッド層の上半分を形成するエポキシ樹脂の屈折率の温度変化が相殺して、光導波路122の等価屈折の温度変化が小さくなる。   By the way, since the thickness and width of the second core layer 117 are both 1 μm or less, about 50% of the guided light oozes out into the cladding layer surrounding the second core layer 117. For this reason, the temperature change of the refractive index of Si forming the second core layer 117 and the refractive index of the epoxy resin forming the upper half of the cladding layer cancel each other, and the temperature change of the equivalent refraction of the optical waveguide 122 becomes small.

このため、本光送信装置115が送出する信号光の波長の温度変化率は、実施例1の光送信装置30の信号光の波長の温度変化率より一桁程度小さくなる。   For this reason, the temperature change rate of the wavelength of the signal light transmitted from the optical transmission device 115 is about one digit smaller than the temperature change rate of the wavelength of the signal light of the optical transmission device 30 of the first embodiment.

上述したよう、第2のコア層117の厚さ及び幅は共に1μm以下である。このようなコア層を有する光導波路122を曲げた場合、曲率半径は数μmになる。従って、後述する実施例6で説明するような、曲がり光導波路を有する光導波路ユニットに、本実施例の光導波路を適用すれば、光導波路ユニットのサイズを小さくすることができる。   As described above, the thickness and width of the second core layer 117 are both 1 μm or less. When the optical waveguide 122 having such a core layer is bent, the radius of curvature becomes several μm. Therefore, if the optical waveguide of this embodiment is applied to an optical waveguide unit having a bent optical waveguide as described in Example 6 described later, the size of the optical waveguide unit can be reduced.

ところで、実施例1乃至3では、回折格子は光導波路ユニットに形成され、半導体製の光増幅ユニットから分離している。このような構造では、回折格子が形成される光導波路の材料を適宜選択することにより、回折格子のブラッグ波長の温度変化率を小さくすることができる。従って、装置の環境温度が変化しても、光信号発生装置の信号光の波長が殆ど変化しないようにすることができる。故に、精密な温度制御を必要としない光送信装置を実現することができる。   In the first to third embodiments, the diffraction grating is formed in the optical waveguide unit and separated from the semiconductor optical amplification unit. In such a structure, the temperature change rate of the Bragg wavelength of the diffraction grating can be reduced by appropriately selecting the material of the optical waveguide on which the diffraction grating is formed. Therefore, even if the environmental temperature of the apparatus changes, the wavelength of the signal light of the optical signal generator can be hardly changed. Therefore, an optical transmitter that does not require precise temperature control can be realized.

次の説明は、光導波路ユニット116の製造方法に関する。   The following description relates to a method for manufacturing the optical waveguide unit 116.

まず、Si基板上に、SiO2膜とSi(単結晶)膜が順次積層されたSOI(silicon on insulator)基板が用意される。 First, an SOI (silicon on insulator) substrate in which an SiO 2 film and an Si (single crystal) film are sequentially laminated on an Si substrate is prepared.

次に、このSi膜の上に、PCVD法によってSiN膜が堆積される。次に、このSiN膜が電子線露光技術とRIEによって加工され、回折格子の形成予定位置に、周期的に配置されたSiN膜を形成される。   Next, a SiN film is deposited on the Si film by a PCVD method. Next, this SiN film is processed by an electron beam exposure technique and RIE to form a SiN film periodically arranged at a position where a diffraction grating is to be formed.

更に、電子線露光技術とRIEによって、Si膜が加工されて第2のコア層が形成される。   Further, the Si film is processed by the electron beam exposure technique and RIE to form the second core layer.

その後、第2のコア層及びSiO2膜の上に、クラッド層の上半分となるエポキシ樹脂層が形成される。 Thereafter, an epoxy resin layer serving as the upper half of the cladding layer is formed on the second core layer and the SiO 2 film.

その後の製造方法は、実施例2の製造方法と同じである。   The subsequent manufacturing method is the same as the manufacturing method of Example 2.

本実施例は、回折格子の反射率特性を単峰性にすることにより、レーザ発振に寄与しない自然放出光(特に、増幅された自然放出光)によるノイズを抑制した光送信装置に関する。本実施例では、第2のコア層に形成される回折格子の形態が特殊である。その他の構成及び動作は、実施例1の光送信装置30と略同じである。従って、共通する部分に関する説明は行われない。   The present embodiment relates to an optical transmitter that suppresses noise caused by spontaneous emission light (particularly amplified spontaneous emission light) that does not contribute to laser oscillation by making the reflectance characteristics of the diffraction grating unimodal. In this embodiment, the form of the diffraction grating formed in the second core layer is special. Other configurations and operations are substantially the same as those of the optical transmission device 30 according to the first embodiment. Therefore, the description regarding a common part is not performed.

図12は、回折格子126が形成された第2のコア層128の平面図である。図12に示すように、本実施例では第2のコア層128の幅が、周期的に増減を繰り返している。しかも、第2のコア層128の幅の振幅は、図12に示すように、回折格子126の中央から両端に向かって漸減し、両端ではゼロとなっている。一方、第2のコア層128には、実施例1のような溝は形成されない。   FIG. 12 is a plan view of the second core layer 128 on which the diffraction grating 126 is formed. As shown in FIG. 12, in this embodiment, the width of the second core layer 128 repeats increasing and decreasing periodically. Moreover, as shown in FIG. 12, the amplitude of the width of the second core layer 128 gradually decreases from the center of the diffraction grating 126 toward both ends, and becomes zero at both ends. On the other hand, the groove as in the first embodiment is not formed in the second core layer 128.

第2のコア層128の幅が増減する周期131は、412nmである。幅が広くなっている部分129の、幅の増減周期131に対する割合(duty)は、50%である。コア層の幅の最大値130は、1.5μmである。一方、コア層の幅の最小値133は、1.2μmである。また、回折格子128の長さは、257μmである。   A period 131 in which the width of the second core layer 128 increases or decreases is 412 nm. A ratio (duty) of the widened portion 129 to the width increase / decrease period 131 is 50%. The maximum value 130 of the width of the core layer is 1.5 μm. On the other hand, the minimum value 133 of the core layer width is 1.2 μm. The length of the diffraction grating 128 is 257 μm.

クラッド層の材質(SiO2)及び構成は、実施例1と同じである。また、第2のコア層128の材質(SiO1-xx)、厚さ(0.4μm)、回折格子128の形成されていない領域82に於ける幅(1.2μm)も、実施例1と同じである。従って、光導波路134の等価屈折は、実施例1と同じ1.54である。 The material (SiO 2 ) and configuration of the cladding layer are the same as those in the first embodiment. Further, the material (SiO 1-x N x ), thickness (0.4 μm) of the second core layer 128, and the width (1.2 μm) in the region 82 where the diffraction grating 128 is not formed are also described in the example. Same as 1. Therefore, the equivalent refraction of the optical waveguide 134 is 1.54, which is the same as that in the first embodiment.

図13は、本回折格子126の結合係数κの分布を説明する図である。縦軸は結合係数κである。横軸は、光軸に沿った位置座標である。   FIG. 13 is a diagram for explaining the distribution of the coupling coefficient κ of the diffraction grating 126. The vertical axis represents the coupling coefficient κ. The horizontal axis is the position coordinate along the optical axis.

図13に示しように、結合係数κは、回折格子の中央部で最も強く、170/cmである。結合係数κは、回折格子の両端に向かって漸減し0/cmになる。図12に示すように、第2のコア層128の幅は、回折格子の中央部で最大になる。従って、結合係数κも回折格子の中央で最大になる。一方、幅130の振幅が最少になる回折格子の両端で、結合係数κが最少になる。   As shown in FIG. 13, the coupling coefficient κ is the strongest at the center of the diffraction grating and is 170 / cm. The coupling coefficient κ gradually decreases toward both ends of the diffraction grating and becomes 0 / cm. As shown in FIG. 12, the width of the second core layer 128 is maximized at the center of the diffraction grating. Accordingly, the coupling coefficient κ is also maximized at the center of the diffraction grating. On the other hand, the coupling coefficient κ is minimized at both ends of the diffraction grating where the amplitude of the width 130 is minimized.

図14は、回折格子126の反射率と波長の関係を説明する図である。   FIG. 14 is a diagram for explaining the relationship between the reflectance of the diffraction grating 126 and the wavelength.

図14の縦軸は反射率であり、横軸は波長である。尚、縦軸は対数表示となっている。   The vertical axis in FIG. 14 is the reflectance, and the horizontal axis is the wavelength. The vertical axis is logarithmic.

図14に示すように、回折格子126の反射率は、実施例1の回折格子70と同じく、波長1.3μmで最大値となる。また、反射率の最大値も、実施例1と同じ90%である。また、反射率の最大値(90%)から0.1dB以内(反射率89.8%以内)に反射率が存在する高反射帯域98の幅も、実施例1と同じ2nmである。   As shown in FIG. 14, the reflectance of the diffraction grating 126 becomes a maximum value at a wavelength of 1.3 μm, like the diffraction grating 70 of the first embodiment. Further, the maximum value of the reflectance is 90% as in the first embodiment. Further, the width of the high reflection band 98 where the reflectance is within 0.1 dB (within the reflectance of 89.8%) from the maximum reflectance (90%) is also 2 nm as in the first embodiment.

更に、光共振器136の共振器モード間隔も、実施例1と同じ0.393nm(70GHz)である。よって、レーザ光生成装置141の共振器モード間隔δf(70GHz)は、電気信号源34の変調周波数(10GHz)より高くなる。   Further, the resonator mode interval of the optical resonator 136 is also 0.393 nm (70 GHz) as in the first embodiment. Therefore, the resonator mode interval δf (70 GHz) of the laser light generation device 141 is higher than the modulation frequency (10 GHz) of the electric signal source 34.

故に、本光送信装置121は、実施例1の光送信装置30と同様の効果を発揮する。加えて、本光送信装置121は、以下に説明するように、レーザ発振に寄与しない自然放出光(特に、増幅された自然放出光)によるノイズを抑制することができる。   Therefore, this optical transmission device 121 exhibits the same effect as the optical transmission device 30 of the first embodiment. In addition, as will be described below, the present optical transmitter 121 can suppress noise due to spontaneously emitted light (particularly amplified spontaneously emitted light) that does not contribute to laser oscillation.

図8に示すように、実施例1の回折格子の反射率と波長の関係(反射率特性)には、主反射帯138に付随してサイドローブ140が発生する。このようなサイドローブ140内の共振器モードでは、レーザ発振は起きないが、増幅された自然放出光、所謂ASE(Amplified Spontaneous Emission)が発生する。よく知られているように、ASEは、レーザ光のノイズ源となる。   As shown in FIG. 8, in the relationship between the reflectance and wavelength (reflectance characteristics) of the diffraction grating of Example 1, a side lobe 140 is generated accompanying the main reflection band 138. In such a resonator mode in the side lobe 140, laser oscillation does not occur, but amplified spontaneous emission light, so-called ASE (Amplified Spontaneous Emission) is generated. As is well known, ASE is a noise source of laser light.

本実施例の回折格子の反射率特性には、図14に示しように、このようなサイドローブは存在しない。従って、本実施例では、サイドローブ内に発生するASEに起因するノイズを防止することができる。   Such a side lobe does not exist in the reflectance characteristics of the diffraction grating of the present embodiment as shown in FIG. Therefore, in the present embodiment, it is possible to prevent noise caused by ASE generated in the side lobe.

次の説明は、光導波路ユニット124の製造方法に関する。   The following description relates to a method for manufacturing the optical waveguide unit 124.

本光導波路ユニット124の製造方法は、実施例1の光導波路ユニット80の製造方法と略同じである。但し、本実施例では、第2のコア層128となるSiO1-xx膜が、回折格子の形成予定領域で幅が周期的に増減するように加工される(図12参照)。SiO1-xx膜の加工は、電子線露光技術とRIEを用いて行われる。本工程以外の製造方法は、実施例1の製造方法と略同じである。 The manufacturing method of the optical waveguide unit 124 is substantially the same as the manufacturing method of the optical waveguide unit 80 of the first embodiment. However, in this embodiment, the SiO 1-x N x film to be the second core layer 128 is processed so that the width periodically increases and decreases in the region where the diffraction grating is to be formed (see FIG. 12). The processing of the SiO 1-x N x film is performed using an electron beam exposure technique and RIE. The manufacturing method other than this step is substantially the same as the manufacturing method of Example 1.

図15は、本実施例に従う光送信装置142の要部を説明する斜視図である。図16は、図15のA−A線に沿った断面を矢印の方向から見た図である。本光送信装置142の構成及び動作は、実施例1の光送信装置30と共通する部分が多い。従って、共通する部分については、説明を省略する。   FIG. 15 is a perspective view illustrating a main part of the optical transmission device 142 according to the present embodiment. 16 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 15 as seen from the direction of the arrow. The configuration and operation of the optical transmission device 142 have many parts in common with the optical transmission device 30 of the first embodiment. Therefore, description of common parts is omitted.

本実施例では、光導波路ユニット143を形成する回折格子144の反射率の最大値が、略100%である。一方、図16に示しように、光増幅ユニット146の第1の端面40(光導波路ユニット143とは反対側の端面)には、実施例1とは異なり、高反射膜は形成されていない。   In this embodiment, the maximum reflectance of the diffraction grating 144 forming the optical waveguide unit 143 is approximately 100%. On the other hand, as shown in FIG. 16, unlike the first embodiment, a highly reflective film is not formed on the first end surface 40 of the optical amplification unit 146 (the end surface opposite to the optical waveguide unit 143).

本実施例では、第1の端面40は、へき開された状態のままである。よって、第1の端面40は、反射率約30%の光反射面42として機能する。   In the present embodiment, the first end face 40 remains cleaved. Therefore, the first end surface 40 functions as a light reflecting surface 42 having a reflectance of about 30%.

光増幅ユニット146の第1のコア37(活性層36)は、このヘキ開面で、光ファイバ17に光学的に結合している(図16参照)。すなわち、本光送信装置142は、第1の端面40(光反射面42)から光信号を出力する。尚、光増幅ユニット146の長さは、300μmである。   The first core 37 (active layer 36) of the optical amplification unit 146 is optically coupled to the optical fiber 17 at this cleavage plane (see FIG. 16). That is, the optical transmitter 142 outputs an optical signal from the first end face 40 (light reflecting face 42). The length of the optical amplification unit 146 is 300 μm.

本実施例の回折格子144は、実施例1と同様、SiO1-xx(0≦x≦1)製の第2のコア層145に溝が周期的に形成された光学部材である(図16参照)。また、回折格子144は、実施例1と同様、SiO2製のクラッド層75に囲まれている。 The diffraction grating 144 of the present embodiment is an optical member in which grooves are periodically formed in the second core layer 145 made of SiO 1-x N x (0 ≦ x ≦ 1) as in the first embodiment ( (See FIG. 16). The diffraction grating 144 is surrounded by a cladding layer 75 made of SiO 2 as in the first embodiment.

但し、本回折格子144は、実施例1の回折格子70とは異なり、光導波路ユニット143側の第3の端面76(光増幅ユニット143側の端面)に直接接続している(図15及び図16参照)。   However, unlike the diffraction grating 70 of the first embodiment, the present diffraction grating 144 is directly connected to the third end face 76 on the optical waveguide unit 143 side (end face on the optical amplification unit 143 side) (FIGS. 15 and 15). 16).

本回折格子144のピッチ及びジュティー(duty)は、412nm及び50%である。これらは、実施例1の回折格子70のピッチ及びジュティーと同じである。一方、本回折格子144の溝の深さは、25nmである。この深さは、実施例1の溝の深さ(32nm)より浅い。また、回折格子144の結合係数κは、80/cmである。この結合係数は、実施例1の結合係数(125/cm)より小さい。   The pitch and duty of the diffraction grating 144 are 412 nm and 50%. These are the same as the pitch and the juty of the diffraction grating 70 of the first embodiment. On the other hand, the depth of the groove of the diffraction grating 144 is 25 nm. This depth is shallower than the depth (32 nm) of the groove of Example 1. The coupling coefficient κ of the diffraction grating 144 is 80 / cm. This coupling coefficient is smaller than the coupling coefficient of Example 1 (125 / cm).

一方、回折格子144の長さLは、725μmである。この長さは、実施例例1の回折格子の長さ(155μm)より長い。   On the other hand, the length L of the diffraction grating 144 is 725 μm. This length is longer than the length of the diffraction grating of Example 1 (155 μm).

従って、本回折格子のκ・Lは、5.8である。一方、実施例1の回折格子70のκ・Lは、1.9である。このように、本回折格子のκ・Lは、実施例1の回折格子70のκ・Lより格段に大きい。このため、本回折格子144の反射率の最大値は、略100%になる。一方、本回折格子144では、結合係数κが小さいので、反射帯域の幅が狭くなる。   Therefore, κ · L of the diffraction grating is 5.8. On the other hand, κ · L of the diffraction grating 70 of Example 1 is 1.9. Thus, κ · L of the diffraction grating is much larger than κ · L of the diffraction grating 70 of the first embodiment. For this reason, the maximum value of the reflectance of the diffraction grating 144 is approximately 100%. On the other hand, in this diffraction grating 144, since the coupling coefficient κ is small, the width of the reflection band is narrowed.

図17は、回折格子144の反射率と波長の関係を説明する図である。縦軸(対数表示)は反射率であり、横軸は波長である。   FIG. 17 is a diagram for explaining the relationship between the reflectance of the diffraction grating 144 and the wavelength. The vertical axis (logarithmic display) is the reflectance, and the horizontal axis is the wavelength.

図17に示すように、回折格子144の反射率の最大値は略100%である(図17参照)。この高い反射率により、後述する本実施例に特有の効果が発揮される。   As shown in FIG. 17, the maximum value of the reflectance of the diffraction grating 144 is approximately 100% (see FIG. 17). Due to this high reflectivity, an effect peculiar to this embodiment described later is exhibited.

一方、反射率が、最大値(略100%)から0.1dB以内(反射率が99.8%以内)になる高反射帯域150の幅は、実施例1と同じ2nmである。また、共振器モード間隔も、実施例1と略同じ0.40nm(71GHz)である。   On the other hand, the width of the high reflection band 150 where the reflectance is within 0.1 dB (the reflectance is within 99.8%) from the maximum value (approximately 100%) is 2 nm as in the first embodiment. The resonator mode interval is also approximately 0.40 nm (71 GHz) as in the first embodiment.

従って、実施例1と同じように、本実施例でも、高反射帯域150内に5本(=2nm/0.4nm)の共振器モードが形成される。更に、レーザ光生成装置148の共振器モードの間隔δf(71GHz)も、実施例1と同じように、電気信号源34の変調周波数(10GHz)より高い。故に、本実施例の光送信装置142も、実施例1の光送信装置30と同様の効果を発揮する。   Therefore, as in the first embodiment, in this embodiment, five (= 2 nm / 0.4 nm) resonator modes are formed in the high reflection band 150. Further, the resonator mode interval δf (71 GHz) of the laser light generation device 148 is also higher than the modulation frequency (10 GHz) of the electric signal source 34 as in the first embodiment. Therefore, the optical transmission device 142 of the present embodiment also exhibits the same effect as the optical transmission device 30 of the first embodiment.

加えて、本光送信装置142は、複数の共振器モードで安定にレーザ発振するとい効果を発揮する。   In addition, the present optical transmission device 142 exhibits an effect of stable laser oscillation in a plurality of resonator modes.

本実施例の回折格子144では、図17に示すように、波長と反射率の関係を示す曲線が、最大反射率(略100%)の近傍で略平坦(フラットトップ)になっている。このような場合、レーザ光生成装置148は、複数の共振器モードで安定にレーザ発振する。よって、本光送信装置142は、複数の共振器モードで安定にレーザ発振する。   In the diffraction grating 144 of the present embodiment, as shown in FIG. 17, the curve indicating the relationship between the wavelength and the reflectance is substantially flat (flat top) in the vicinity of the maximum reflectance (approximately 100%). In such a case, the laser light generation device 148 stably oscillates in a plurality of resonator modes. Therefore, the optical transmitter 142 stably oscillates in a plurality of resonator modes.

更に、本光送信装置142をWDM用の光送信装置(以下、WDM光送信装置と呼ばれる)に適用した場合、多数の波長チャネルが設定可能になるという効果を、本光送信装置142は発揮する。   Further, when the present optical transmission device 142 is applied to a WDM optical transmission device (hereinafter referred to as a WDM optical transmission device), the present optical transmission device 142 exhibits the effect that a large number of wavelength channels can be set. .

上述したように、高反射帯域150の内部では、複数の共振器モードが確実にレーザ発振する。しかし、高反射帯域150の外側でも、レーザ発振が起きる場合がある。   As described above, a plurality of resonator modes reliably oscillate inside the high reflection band 150. However, laser oscillation may occur even outside the high reflection band 150.

このため、光送信装置142をWDMに適用する場合、隣接する波長チャネルに光が漏れないように、波長チャネルの幅は高反射帯150の幅より広く設定しなければならない。波長チャネルの幅としては、例えば、反射率の最大値(略100%)の5dB以内に反射率が存在する波長範囲すなわち波長帯域152が好ましい。   For this reason, when the optical transmitter 142 is applied to WDM, the width of the wavelength channel must be set wider than the width of the high reflection band 150 so that light does not leak into the adjacent wavelength channel. As the width of the wavelength channel, for example, a wavelength range in which the reflectance exists within 5 dB of the maximum reflectance (approximately 100%), that is, the wavelength band 152 is preferable.

ところで、波長帯域152の幅は、回折格子の結合係数κに比例する。従って、結合係数κを小さくすれば、反射帯域152を狭くすることができる。しかし、反射率と波長の関係を示す反射率曲線がフラットトップでないと、反射帯域内に占める高反射帯域の割合が小さくなる。このような場合、反射帯域を狭くすると、高反射帯域が狭くなり過ぎてしまう。その結果、高反射帯域内で安定にレーザ発振する共振器モードの数が減少し、モードホップノイズが増加してしまう。   By the way, the width of the wavelength band 152 is proportional to the coupling coefficient κ of the diffraction grating. Therefore, if the coupling coefficient κ is reduced, the reflection band 152 can be narrowed. However, if the reflectance curve indicating the relationship between reflectance and wavelength is not a flat top, the proportion of the high reflection band in the reflection band is small. In such a case, if the reflection band is narrowed, the high reflection band becomes too narrow. As a result, the number of resonator modes that stably oscillate within the high reflection band decreases, and mode hop noise increases.

一方、本実施例の回折格子144では、反射率曲線がフラトトップなので、反射帯域152内に占める高反射帯域150の割合は大きい。従って、本実施例の回折格子144によれば、必要な高反射帯域150の幅を確保しつつ、反射帯域152の幅を狭くすることができる。   On the other hand, in the diffraction grating 144 of the present embodiment, since the reflectance curve is a flat top, the ratio of the high reflection band 150 in the reflection band 152 is large. Therefore, according to the diffraction grating 144 of the present embodiment, the width of the reflection band 152 can be narrowed while ensuring the necessary width of the high reflection band 150.

例えば、実施例1の回折格子では、幅2nmの高反射帯域98を確保するために、幅9nmの反射帯域152が設けられている(図8参照)。一方、本実施例によれば、3nm幅の反射帯域152を設けるだけで、実施例1と同じ幅(2nm)の高反射帯域150を確保することができる(図17参照)。   For example, in the diffraction grating of Example 1, in order to ensure a high reflection band 98 with a width of 2 nm, a reflection band 152 with a width of 9 nm is provided (see FIG. 8). On the other hand, according to the present embodiment, the high reflection band 150 having the same width (2 nm) as that of the first embodiment can be ensured only by providing the reflection band 152 having a width of 3 nm (see FIG. 17).

故に、本光送信装置142をWDM光送信装置に適用した場合、1波長チャネル当たりの波長範囲が狭くなるので、多数の波長チャネルの設定が可能になる。   Therefore, when the present optical transmission device 142 is applied to a WDM optical transmission device, the wavelength range per wavelength channel is narrowed, so that a large number of wavelength channels can be set.

尚、反射率曲線が完全なフラトトップでなくても、本光送信装置142は、このような効果を発揮する。このような効果が発揮されるためには、回折格子の反射率の最大値が90%より高いことが好ましく、反射率の最大値が95%より高いことが更に好ましく、反射率の最大値が98%より高いことが最も好ましい。   Even if the reflectance curve is not a perfect flat top, the present optical transmission device 142 exhibits such an effect. In order to exert such an effect, the maximum value of the reflectance of the diffraction grating is preferably higher than 90%, the maximum value of the reflectance is more preferably higher than 95%, and the maximum value of the reflectance is Most preferably, it is higher than 98%.

図18は、本実施例の光送信装置154の要部を説明する斜視図である。本光送信装置154の構成及び動作は、実施例5の光送信装置142の構成及び動作と共通するが部分がある。従って、共通する部分についての説明は行われない。   FIG. 18 is a perspective view illustrating a main part of the optical transmission device 154 according to the present embodiment. The configuration and operation of the optical transmission device 15 4 are the same as the configuration and operation of the optical transmission device 142 of the fifth embodiment, but there are parts. Therefore, the description about a common part is not performed.

光増幅ユニット156の構成は、実施例1の光増幅ユニット44と略同じである。但し、光増幅ユニット156の素子長は、300μmである(実施例5と同じ)。   The configuration of the optical amplification unit 156 is substantially the same as that of the optical amplification unit 44 of the first embodiment. However, the element length of the optical amplification unit 156 is 300 μm (the same as in Example 5).

また、電気信号源34の構成は、実施例1の電気信号源34と同じである。   The configuration of the electrical signal source 34 is the same as that of the electrical signal source 34 of the first embodiment.

光導波路ユニット158は、光合波器(カプラ)160を具備している。   The optical waveguide unit 158 includes an optical multiplexer (coupler) 160.

図19は、光合波器160の構成を説明する平面図である。   FIG. 19 is a plan view illustrating the configuration of the optical multiplexer 160.

光合波器(カプラ)160は、光導波路ユニット158の第3の端面76と回折格子161の間、すなわち光導波路78の中間に設けられている(図18参照)。また、光合波器(カプラ)160は、第3の端面76に光学的に接続された第1の光入力口162、第2の光入力口164、回折格子161に光学的に接続された第1の光出力口166、及び第2の光出力口168を有している。光合波器160は、図18及び図19から明らかなように、2入力2出力の多モード干渉(multi-mode interference ; MMI)結合器である。尚、MMI等の光結合器は、光出力口に光が入力しても光結合器として機能する。すなわち、光入力口及び光出力口との名称は、便宜的なものである。   The optical multiplexer (coupler) 160 is provided between the third end face 76 of the optical waveguide unit 158 and the diffraction grating 161, that is, in the middle of the optical waveguide 78 (see FIG. 18). The optical multiplexer (coupler) 160 is optically connected to the first optical input port 162, the second optical input port 164, and the diffraction grating 161 optically connected to the third end face 76. One light output port 166 and a second light output port 168 are provided. As is apparent from FIGS. 18 and 19, the optical multiplexer 160 is a multi-mode interference (MMI) coupler having two inputs and two outputs. Note that an optical coupler such as an MMI functions as an optical coupler even if light is input to the optical output port. That is, the names of the light input port and the light output port are convenient.

また、光導波路ユニット158は、回折格子161と同一構造の他の回折格子170が形成され、光合波器(カプラ)160の第2の光出力口168に光学的に接続された他の光導波路172を具備している(図18参照)。   Further, the optical waveguide unit 158 is formed with another diffraction grating 170 having the same structure as that of the diffraction grating 161, and another optical waveguide optically connected to the second optical output port 168 of the optical multiplexer (coupler) 160. 172 (see FIG. 18).

ここで、回折格子161及び他の回折格子170の構成は、実施例5の回折格子144と同じである。すなわち、回折格子161及び他の回折格子170の反射率の最高値は、略100%である。従って、回折格子161及び他の回折格子170の反射率曲線は、フラットトップになっている。   Here, the configurations of the diffraction grating 161 and the other diffraction gratings 170 are the same as those of the diffraction grating 144 of the fifth embodiment. That is, the maximum reflectance of the diffraction grating 161 and the other diffraction grating 170 is approximately 100%. Therefore, the reflectance curves of the diffraction grating 161 and the other diffraction grating 170 are flat top.

また、光導波路ユニット158は、光合波器(カプラ)160第2の光入力口164に光学的に接続され、光信号を出力する出力導波路174を具備している。   The optical waveguide unit 158 includes an output waveguide 174 that is optically connected to the second optical input port 164 of the optical multiplexer (coupler) 160 and outputs an optical signal.

ここで、出力導波路174は屈曲部176を有している。出力導波路174は、この屈曲部176で180°方向を転換した後、光増幅ユニット156とは反対側に延在し、第5の端面184に到達する。そして、出力導波路174は、この第5の端面184で、光ファイバ17に光学的に結合している。   Here, the output waveguide 174 has a bent portion 176. The output waveguide 174 changes the direction of 180 ° at the bent portion 176, then extends to the opposite side of the optical amplification unit 156, and reaches the fifth end surface 184. The output waveguide 174 is optically coupled to the optical fiber 17 at the fifth end face 184.

そして、光導波路ユニット158では、回折格子161から光結合器(カプラ)160の第1の光出力口166に至る第1の光路180の光学長と、他の回折格子170から第2の光出力口168に至る第2の光路182の光学長が一致しない。更に、両光学長の差が、光送信装置154が出力する光信号の波長λを整数倍して4で除した値(0, 0.25λ, 0.5λ, 0.75λ, 1.0λ,・・・)には一致しないように光導波路が形成されている。   In the optical waveguide unit 158, the optical length of the first optical path 180 from the diffraction grating 161 to the first optical output port 166 of the optical coupler (coupler) 160, and the second optical output from the other diffraction grating 170. The optical lengths of the second optical paths 182 reaching the mouth 168 do not match. Further, the difference between both optical lengths is a value obtained by multiplying the wavelength λ of the optical signal output from the optical transmitter 154 by an integer and dividing by 4 (0, 0.25λ, 0.5λ, 0.75λ, 1.0λ, ..) Are formed so as not to coincide with each other.

本実施例では、この光路長の差は、228nmである。228nmは、光送信装置154が生成する信号光の波長(1.3μm)の略1/6である。尚、各光路の物理的長さの差は、148nm(=228nm/1.54)である。   In this embodiment, the difference in optical path length is 228 nm. 228 nm is approximately 1/6 of the wavelength (1.3 μm) of the signal light generated by the optical transmitter 154. The difference in the physical length of each optical path is 148 nm (= 228 nm / 1.54).

ここで、回折格子161及び他の回折格子170に加え、光合波器160、他の光導波路172、及び出力導波路174は、実施例5の回折格子144と同様に、SiO1-xx膜をRIEで加工して形成されている。また、回折格子161等を囲むクラッド層も、実施例5と同様にSiO2で形成されている。 Here, in addition to the diffraction grating 161 and the other diffraction grating 170, the optical multiplexer 160, the other optical waveguide 172, and the output waveguide 174 are similar to the diffraction grating 144 of the fifth embodiment in the form of SiO 1-x N x. The film is processed by RIE. The cladding layer surrounding the diffraction grating 161 and the like is also made of SiO 2 as in the fifth embodiment.

以上の説明から明らかなように、本実施例の光導波路ユニット158には、回折格子161,170と合波器160によって反射型のマッハ・ツェンダ干渉計が形成されている。尚、光導波路ユニット158第3の端面76から、回折格子161に至る光路に沿った長さは、200μmである。   As is clear from the above description, a reflection type Mach-Zehnder interferometer is formed by the diffraction gratings 161 and 170 and the multiplexer 160 in the optical waveguide unit 158 of the present embodiment. The length along the optical path from the third end face 76 of the optical waveguide unit 158 to the diffraction grating 161 is 200 μm.

以下の説明は、レーザ光生成装置178の動作に関する。   The following description relates to the operation of the laser beam generator 178.

電気信号源34から電流が光増幅ユニット156に注入されると、光増幅ユニット156の活性層36は光利得を形成すると共に自然放出光を発生する(図6参照)。活性層36で発生した光(自然放出光)は、第2の端面66から出射して、光導波路ユニット158の光導波路78に入射する。   When a current is injected from the electric signal source 34 into the optical amplification unit 156, the active layer 36 of the optical amplification unit 156 forms an optical gain and generates spontaneous emission light (see FIG. 6). Light (spontaneously emitted light) generated in the active layer 36 is emitted from the second end face 66 and is incident on the optical waveguide 78 of the optical waveguide unit 158.

光導波路78に入射した光は、光合波器(MMIカプラ)160によって等しく分割され、第1の光出力口166及び第2の光入力口168に出力される。光合波器160によって分割された光は夫々、回折格子161及び他の回折格子170に入射し、図17を参照して説明した反射特性に従って反射される。図17に示すように、高反射帯域150内の光は略100%反射される。   The light incident on the optical waveguide 78 is equally divided by the optical multiplexer (MMI coupler) 160 and output to the first optical output port 166 and the second optical input port 168. The lights divided by the optical multiplexer 160 enter the diffraction grating 161 and the other diffraction grating 170, respectively, and are reflected according to the reflection characteristics described with reference to FIG. As shown in FIG. 17, the light in the high reflection band 150 is reflected approximately 100%.

夫々の回折格子161,170で反射された光は、進んできた光路を逆行して、光合波器(MMIカプラ)160の第1の光出力口166及び第2の光出力口168に夫々再入射する。光合波器(MMIカプラ)160に再入射した光は合波されて干渉し、第1の光入力口162及び第2の光入力口164から出射される。   The light reflected by the respective diffraction gratings 161 and 170 travels back along the optical path that has traveled, and re-enters the first optical output port 166 and the second optical output port 168 of the optical multiplexer (MMI coupler) 160, respectively. Incident. The light re-entering the optical multiplexer (MMI coupler) 160 is combined and interferes, and is emitted from the first optical input port 162 and the second optical input port 164.

この時、回折格子161から光合波器160の第1の光出力口166に至る第1の光路180の光学長と、他の回折格子170から光合波器160の第2の光出力口168に至る第2の光路182の光学長の差Δによって、光合波器(MMIカプラ)160の出力が変化する。光学長の差Δがゼロの場合には、光合波器160に再入射した光は、全て第2の光入力口164から出射される。一方、光学長の差Δが1/4λの場合には、光は全て第1の光入力口162から出射される。   At this time, the optical length of the first optical path 180 from the diffraction grating 161 to the first optical output port 166 of the optical multiplexer 160 and the second optical output port 168 of the optical multiplexer 160 from the other diffraction grating 170. The output of the optical multiplexer (MMI coupler) 160 changes depending on the difference Δ of the optical length of the second optical path 182 to reach. When the optical length difference Δ is zero, all the light re-entering the optical multiplexer 160 is emitted from the second optical input port 164. On the other hand, when the optical length difference Δ is 1 / 4λ, all light is emitted from the first light input port 162.

本実施例のレーザ光生成装置178では、光学長の差Δが略λ/6に設定されている。この場合、光増幅ユニット156に接続された第1の光入力口162には、合波された光の80%が出射される。一方、第2の光入力口168からは、残りの20%の光が出射される。   In the laser beam generator 178 of this embodiment, the optical length difference Δ is set to approximately λ / 6. In this case, 80% of the combined light is emitted to the first light input port 162 connected to the light amplification unit 156. On the other hand, the remaining 20% of light is emitted from the second light input port 168.

第1の光入力口162から出射された光は、光増幅ユニット156の活性層36に再入射する。再入射した光は、反射率が略100%の光反射面42(高反射膜64)によって反射され、進行方向を逆転して再び光導波路78に入射する(図6参照)。この間、光は活性層36によって増幅される。   The light emitted from the first light input port 162 is incident on the active layer 36 of the light amplification unit 156 again. The re-incident light is reflected by the light reflection surface 42 (high reflection film 64) having a reflectivity of approximately 100%, reverses the traveling direction, and enters the optical waveguide 78 again (see FIG. 6). During this time, light is amplified by the active layer 36.

その後、上記光は、回折格子161,170と光反射面42(高反射膜64)によって形成される光共振器の間を往復して、レーザ光に成長する。そして、生成されたレーザ光の一部が出力導波路174に分岐されて、光ファイバ17に出力される。   Thereafter, the light reciprocates between the optical resonators formed by the diffraction gratings 161 and 170 and the light reflection surface 42 (high reflection film 64), and grows into laser light. A part of the generated laser light is branched to the output waveguide 174 and output to the optical fiber 17.

ここで、回折格子161,170のブラッグ波長は1.3μmである。また、共振器モード間隔は、0.35nm(62GHz)である。また、高反射率帯150の幅は、2nmである。   Here, the Bragg wavelength of the diffraction gratings 161 and 170 is 1.3 μm. The resonator mode interval is 0.35 nm (62 GHz). The width of the high reflectance band 150 is 2 nm.

従って、レーザ光生成装置178は、実施例5のレーザ光生成装置148と同じように、1.3μmを中心として、光強度比が3dB以内の5本の共振器モードでレーザ発振する。また、レーザ光生成装置178の共振器モードの間隔δf(62GHz)は、実施例5と同じように、電気信号源34の変調周波数(10GHz)より高い。   Accordingly, similarly to the laser light generation device 148 of the fifth embodiment, the laser light generation device 178 oscillates in five resonator modes with a light intensity ratio of 3 dB or less around 1.3 μm. Further, the resonator mode interval δf (62 GHz) of the laser light generation device 178 is higher than the modulation frequency (10 GHz) of the electric signal source 34 as in the fifth embodiment.

更に、回折格子161,170の反射率の最高値は略100%である。   Further, the maximum reflectance of the diffraction gratings 161 and 170 is approximately 100%.

故に、本実施例の光送信装置154は、実施例5の光送信装置142と同様の効果を発揮する。加えて、本光送信装置154は、以下に説明するように、誘電体製の出力導波路174で光ファイバ17に光学的に結合しているので、光ファイバへの結合が容易になる。   Therefore, the optical transmission device 154 of the present embodiment exhibits the same effect as the optical transmission device 142 of the fifth embodiment. In addition, since the optical transmission device 154 is optically coupled to the optical fiber 17 by a dielectric output waveguide 174 as described below, coupling to the optical fiber is facilitated.

光導波路間の結合は、双方の等価屈折率が近いほど容易である。実施例5では、光増幅ユニット146と(SiO2製の)光ファイバ17が光学的に結合している(図15参照)。ここで、光増幅ユニット146は半導体製であり、光ファイバ17は誘電体製である。半導体と誘電体は屈折率が大きく異なるので、光増幅ユニット146と光ファイバ17を高い結合率で光結合することは容易ではない。 Coupling between optical waveguides is easier as the equivalent refractive indexes of both are closer. In the fifth embodiment, the optical amplification unit 146 and the optical fiber 17 (made of SiO 2 ) are optically coupled (see FIG. 15). Here, the optical amplification unit 146 is made of a semiconductor, and the optical fiber 17 is made of a dielectric. Since the refractive index of the semiconductor and that of the dielectric are greatly different, it is not easy to optically couple the optical amplification unit 146 and the optical fiber 17 with a high coupling rate.

本実施例では、出力導波路174及び(SiO2製の)光ファイバ17の双方とも誘電体で形成されているので、両者の光結合率を高くすることは容易である。従って、位置合わせも容易である。すなわち、本光送信装置154と光ファイバ17の光結合は容易である。 In this embodiment, since both the output waveguide 174 and the optical fiber 17 (made of SiO 2 ) are made of a dielectric, it is easy to increase the optical coupling ratio between them. Therefore, alignment is easy. That is, the optical coupling between the optical transmitter 154 and the optical fiber 17 is easy.

ところで、WDM光送信装置では、アレイ導波路回折格子(Arrayed-Waveguide Grating ;AWG)合波器によって、信号光が波長多重化されて出力される。   By the way, in the WDM optical transmission apparatus, signal light is wavelength-multiplexed and output by an arrayed-waveguide grating (AWG) multiplexer.

本光送信機154の出力導波路174の断面構造は、このアレイ導波路回折格子と同じである。従って、本光送信装置154とAWG合波器を、同一基板上に集積化することはが容易である。   The cross-sectional structure of the output waveguide 174 of the present optical transmitter 154 is the same as this arrayed waveguide diffraction grating. Therefore, it is easy to integrate the optical transmission device 154 and the AWG multiplexer on the same substrate.

図20は、本実施例の光送信装置186の要部を説明する斜視図である。   FIG. 20 is a perspective view illustrating a main part of the optical transmission device 186 according to the present embodiment.

本光送信装置186の構成は、実施例1の光送信装置30の構成と一部共通する。従って、共通する部分については、説明を省略する。   The configuration of the optical transmission device 186 is partially in common with the configuration of the optical transmission device 30 of the first embodiment. Therefore, description of common parts is omitted.

図20に示すように、本実施例の光送信装置186は、光増幅ユニット198を具備している。   As shown in FIG. 20, the optical transmission device 186 of this embodiment includes an optical amplification unit 198.

光増幅ユニット198の構造は、図6を参照して説明した実施例1の光増幅ユニット44と略同じ構造である。但し、素子長が1000μmであり、実施例1の光増幅ユニット44より長い。尚、実施例1の光増幅ユニット44の素子長は、400μmである。   The structure of the optical amplification unit 198 is substantially the same as that of the optical amplification unit 44 of the first embodiment described with reference to FIG. However, the element length is 1000 μm, which is longer than the optical amplification unit 44 of the first embodiment. The element length of the optical amplification unit 44 of Example 1 is 400 μm.

更に、本実施例の光送信装置186は、回折格子202の形成された光導波路204と光変調器190を有する光導波路ユニット188を具備している。   Further, the optical transmission device 186 of this embodiment includes an optical waveguide unit 188 having an optical waveguide 204 on which the diffraction grating 202 is formed and an optical modulator 190.

光導波路204の構成は、実施例1の光導波路78と略同じである。但し、回折格子202の結合係数κが51/cmであり、実施例1の回折格子70の結合係数κ(125/cm)より小さい。また、回折格子202の長さは379μmである。また、光増幅ユニット198側の第3の端面76と回折格子202の間の距離は、153μmである。   The configuration of the optical waveguide 204 is substantially the same as the optical waveguide 78 of the first embodiment. However, the coupling coefficient κ of the diffraction grating 202 is 51 / cm, which is smaller than the coupling coefficient κ (125 / cm) of the diffraction grating 70 of the first embodiment. The length of the diffraction grating 202 is 379 μm. The distance between the third end face 76 on the optical amplification unit 198 side and the diffraction grating 202 is 153 μm.

光変調器190には、(光増幅ユニット198に対向する)第3の端面76とは異なる端部で光導波路204が光学的に結合している。すなわち、光変調器190の入力端192は、回折格子202に接続されている。一方、光変調器190の出力端194は、出力導波路196に接続されている。そして、出力導波路196は、光ファイバ17に光学的に接続されている。   An optical waveguide 204 is optically coupled to the optical modulator 190 at an end different from the third end surface 76 (opposing the optical amplification unit 198). That is, the input end 192 of the optical modulator 190 is connected to the diffraction grating 202. On the other hand, the output end 194 of the optical modulator 190 is connected to the output waveguide 196. The output waveguide 196 is optically connected to the optical fiber 17.

図20から明らかなように、光変調器190は、マッハ・ツェンダ型の光変調器である。図20に示すように、光変調器190を形成する光導波路は、一旦分岐して平行な一対の光導波路になった後、合流して再び1本の光導波路になる。本実施例の光変調器190は、分岐した一対の光導波路の一方(又は双方)に電流が注入されて、その屈折率が変化するように形成されている。この屈折率変化によって導波光の位相が変化して、入射光が変調される。   As is apparent from FIG. 20, the optical modulator 190 is a Mach-Zehnder type optical modulator. As shown in FIG. 20, the optical waveguides forming the optical modulator 190 are once branched into a pair of parallel optical waveguides, and then merged to become one optical waveguide again. The optical modulator 190 of this embodiment is formed such that a current is injected into one (or both) of a pair of branched optical waveguides, and the refractive index thereof changes. Due to this refractive index change, the phase of the guided light changes, and the incident light is modulated.

図21は、信号光の進行方向に垂直な光変調器190の断面を説明する図である(非特許文献2)。図21には、上記一対の光導波路の一方の断面が図示されている。   FIG. 21 is a diagram illustrating a cross section of the optical modulator 190 perpendicular to the traveling direction of the signal light (Non-Patent Document 2). FIG. 21 shows one section of the pair of optical waveguides.

光変調器190では、Si製のコア層206がSiO2製のクラッド層208によって囲まれている。コア層206を形成するSiは、ノンドープである。一方、コア層206の両側には、コア層206より薄いSi層210,212が延在している。一方のSi層210はn型であり、他方のSi層212はp型である。すなわち、n型Si層210及びp型Si層212は、コア層206を挟んでpn接合を形成している。 In the optical modulator 190, the Si core layer 206 is surrounded by the SiO 2 cladding layer 208. Si forming the core layer 206 is non-doped. On the other hand, Si layers 210 and 212 thinner than the core layer 206 extend on both sides of the core layer 206. One Si layer 210 is n-type, and the other Si layer 212 is p-type. That is, the n-type Si layer 210 and the p-type Si layer 212 form a pn junction with the core layer 206 interposed therebetween.

クラッド層208には、ビアホール214が形成されている。ビアホール214には金属が充填され、この金属によって、n型Si層210及びp型Si層121が、それぞれクラッド層208の表面に形成された電極216に接続されている。   A via hole 214 is formed in the cladding layer 208. The via hole 214 is filled with a metal, and the n-type Si layer 210 and the p-type Si layer 121 are connected to the electrodes 216 formed on the surface of the cladding layer 208 by the metal.

また、本光送信装置186は、電気信号を印加して、光変調器190を駆動する電気信号源218を具備している。この電気信号によって上記pn接合が順バイアスされると、コア層206に電流が注入される。注入された電流はコア層206の屈折率を低下させる。このため、電気信号が印加された一方の光導波路と、電気信号が印加されなかった他方の光導波路の間で光路長に差が生じ、光信号が変調される。   In addition, the optical transmission device 186 includes an electric signal source 218 that drives the optical modulator 190 by applying an electric signal. When the pn junction is forward-biased by this electrical signal, current is injected into the core layer 206. The injected current reduces the refractive index of the core layer 206. For this reason, a difference occurs in the optical path length between one optical waveguide to which the electrical signal is applied and the other optical waveguide to which the electrical signal is not applied, and the optical signal is modulated.

また、本光送信装置186は、光増幅ユニット198の利得導波路に直流電流を供給する電流供給源220を具備している。   In addition, the optical transmission device 186 includes a current supply source 220 that supplies a direct current to the gain waveguide of the optical amplification unit 198.

本実施例では、回折格子202が形成された光導波路204と光増幅ユニット198の光反射面42によって、光共振器220が形成されている。従って、光共振器220の一部を形成する光増幅ユニット198に電流供給源220から直流電流が供給されると、光共振器220で連続レーザ発振が起きて、直流レーザ光が生成される。   In this embodiment, an optical resonator 220 is formed by the optical waveguide 204 on which the diffraction grating 202 is formed and the light reflecting surface 42 of the optical amplification unit 198. Therefore, when a direct current is supplied from the current supply source 220 to the optical amplification unit 198 that forms a part of the optical resonator 220, continuous laser oscillation occurs in the optical resonator 220, and a direct current laser beam is generated.

このレーザ光は、入力端192から変調器190に入射する。変調器190は、電気信号源218によって印加される電気信号に従って、入射したレーザ光を変調する。変調されたレーザ光は、出力端194から出射され出力導波路196に入射する。レーザは出力導波路196によってレーザ光生成装置200の端部まで導かれ、光ファイバ17に入射する。   This laser light enters the modulator 190 from the input end 192. The modulator 190 modulates the incident laser light in accordance with the electrical signal applied by the electrical signal source 218. The modulated laser light is emitted from the output end 194 and enters the output waveguide 196. The laser is guided to the end of the laser light generation device 200 by the output waveguide 196 and enters the optical fiber 17.

図22は、回折格子202の反射率と波長の関係を説明する図である。図22の縦軸は反射率であり、横軸は波長である。   FIG. 22 is a diagram for explaining the relationship between the reflectance of the diffraction grating 202 and the wavelength. In FIG. 22, the vertical axis represents the reflectance, and the horizontal axis represents the wavelength.

図22に示すように、回折格子202の反射率は、波長1.3μmで最大値となる。この反射率の最大値は、実施例1と同じ90%である。ここで、回折格子202の高反射帯域98(最大値反射率の0.1dB以内に反射率が存在する波長範囲)の幅は1nmである。また、上記光共振器220の共振器モード間隔は0.2nm(36GHz)である。   As shown in FIG. 22, the reflectance of the diffraction grating 202 becomes a maximum value at a wavelength of 1.3 μm. The maximum value of this reflectance is 90%, which is the same as in Example 1. Here, the width of the high reflection band 98 of the diffraction grating 202 (the wavelength range in which the reflectivity is within 0.1 dB of the maximum reflectivity) is 1 nm. The resonator mode interval of the optical resonator 220 is 0.2 nm (36 GHz).

従って、高反射帯域98内には、5本の共振器モードが存在する。また、共振器モード間隔(36GHz)は、電気信号源218の変調周波数(10GHz)より十分に高い。   Therefore, there are five resonator modes in the high reflection band 98. The resonator mode interval (36 GHz) is sufficiently higher than the modulation frequency (10 GHz) of the electric signal source 218.

故に、本実施例の光送信装置186は、実施例1の光送信装置30と同様の効果を発揮する。加えて、本実施例の光送信装置186によってWDM光送信装置の各波長チャネルが形成された場合、WDM光送信装置の波長チャネル数が増加するという効果が発揮される。   Therefore, the optical transmission device 186 of the present embodiment exhibits the same effect as the optical transmission device 30 of the first embodiment. In addition, when each wavelength channel of the WDM optical transmission apparatus is formed by the optical transmission apparatus 186 of the present embodiment, an effect of increasing the number of wavelength channels of the WDM optical transmission apparatus is exhibited.

WDM光送信装置の各波長チャネルが本光送信装置186によって形成された場合、以下に説明するように、波長チャネルの幅を、回折格子202の反射帯域幅に等しい1nmに設定することできる。一方、実施例1の光送信装置30によってWDM光送信装置を構築した場合、設定可能な波長チャネルの幅は、回折格子70の反射帯域幅に等しい2nmである。従って、本実施例の光送信装置186によってWDM光送信装置を構築すれば、波長チャネル数が2倍になる。   When each wavelength channel of the WDM optical transmission apparatus is formed by the present optical transmission apparatus 186, the width of the wavelength channel can be set to 1 nm equal to the reflection bandwidth of the diffraction grating 202 as described below. On the other hand, when the WDM optical transmission apparatus is constructed by the optical transmission apparatus 30 according to the first embodiment, the settable wavelength channel width is 2 nm, which is equal to the reflection bandwidth of the diffraction grating 70. Therefore, if the WDM optical transmission apparatus is constructed by the optical transmission apparatus 186 of the present embodiment, the number of wavelength channels is doubled.

このように1波長チャネルの幅を狭く設定可能な理由は、回折格子202の反射帯域152(最大値反射率の5dB以内に反射率が存在する波長範囲)の幅が1nmと、実施例1の回折格子の半分であることに起因する(図22及び図8参照)。   The reason why the width of one wavelength channel can be set narrow in this way is that the width of the reflection band 152 of the diffraction grating 202 (the wavelength range in which the reflectance is within 5 dB of the maximum reflectance) is 1 nm. This is because it is half of the diffraction grating (see FIGS. 22 and 8).

図22に示すように、本実施例の回折格子202の反射率曲線は、実施例1の回折格子70と反射率曲線と同じように、フラットトップではない。このため、反射帯域152を狭くすると、同時に高反射帯域98の幅も狭くなり、高反射帯域内98に存在する共振器モードの数が減ってしまう。このような共振器モードの減少は、モードホップノイズの増加をもたらす。   As shown in FIG. 22, the reflectance curve of the diffraction grating 202 of the present embodiment is not a flat top like the diffraction grating 70 and the reflectance curve of the first embodiment. For this reason, when the reflection band 152 is narrowed, the width of the high reflection band 98 is also narrowed, and the number of resonator modes existing in the high reflection band 98 is reduced. Such a decrease in resonator mode results in an increase in mode hop noise.

そこで、本実施例では光共振器220の光学長(共振器長)を長くして、共振器モード間隔を狭くしている。   Therefore, in this embodiment, the optical length (resonator length) of the optical resonator 220 is increased, and the resonator mode interval is decreased.

しかし、共振器長が長くなるとミラー損失が減少し、光共振器内に発生する光子の寿命が長くなる。その結果、レーザ光生成装置200の緩和振動数が増大する。このため、レーザ光生成装置(レーザ発振器)を直接変調して信号光を生成する、実施例1乃至実施例6の光送信装置では、共振器モード間隔をあまり狭くすることはできない。ところで、反射帯域152には、モードホップノイズの低減のため、複数の共振器モードを収容することが要求される。従って、反射帯域152の幅も、あまり狭くすることができない。   However, as the resonator length increases, the mirror loss decreases and the lifetime of photons generated in the optical resonator increases. As a result, the relaxation frequency of the laser light generation apparatus 200 increases. For this reason, in the optical transmitters according to the first to sixth embodiments that directly modulate the laser beam generator (laser oscillator) to generate the signal light, the resonator mode interval cannot be made very narrow. By the way, the reflection band 152 is required to accommodate a plurality of resonator modes in order to reduce mode hop noise. Therefore, the width of the reflection band 152 cannot be made too narrow.

一方、本実施例の光送信装置186では、光増幅ユニット198と光共振器220によって生成した連続レーザ光(CW光)を光変調器190で変調して、信号光を形成する。従って、本光送信装置186の変調帯域は、レーザ光生成装置200の緩和振動数によって制限されない。   On the other hand, in the optical transmitter 186 of this embodiment, the continuous laser light (CW light) generated by the optical amplification unit 198 and the optical resonator 220 is modulated by the optical modulator 190 to form signal light. Therefore, the modulation band of the present optical transmitter 186 is not limited by the relaxation frequency of the laser light generator 200.

故に、本光送信装置186の変調帯域は、光共振器220を長くして共振器モード間隔を狭くしても、狭くはならない。従って、本光送信装置186では、共振器モード間隔を狭くして、高反射帯域98内に、必要な数だけ共振器モードを確保することができる。   Therefore, even if the optical resonator 220 is lengthened and the resonator mode interval is narrowed, the modulation band of the optical transmitter 186 is not narrowed. Therefore, in the present optical transmitter 186, the resonator mode interval can be narrowed, and the required number of resonator modes can be secured in the high reflection band 98.

よって、本伝送装置186をWDM光送信装置に適用した場合、波長チャネルの幅を必要なだけ狭くすることが可能なので、波長チャネル数を多くすることができる。   Therefore, when this transmission apparatus 186 is applied to a WDM optical transmission apparatus, the width of the wavelength channel can be reduced as much as necessary, so that the number of wavelength channels can be increased.

更に、本光送信装置186の光増幅ユニット198には、レーザ光を変調するための電気信号が印加されない。このため、光増幅ユニット198の電気容量が増加しても、光送信装置186の変調帯域が狭くなることはない。故に、本実施例の光送信装置186では、光増幅ユニット198を長くすることが可能になっている。光増幅ユニット198を長くすることには、以下のような利点がある。   Further, an electrical signal for modulating the laser beam is not applied to the optical amplification unit 198 of the optical transmitter 186. For this reason, even if the electric capacity of the optical amplification unit 198 increases, the modulation band of the optical transmission device 186 does not narrow. Therefore, in the optical transmission device 186 of the present embodiment, the optical amplification unit 198 can be lengthened. Prolonging the optical amplification unit 198 has the following advantages.

本実施例では、光導波路204でなく等価屈折率が大きい光増幅ユニット198を長くして、共振器モード間隔を狭くしている。従って、レーザ光発生装置200全体の長さの増加が抑制されている。   In the present embodiment, not the optical waveguide 204 but the optical amplification unit 198 having a large equivalent refractive index is lengthened to narrow the resonator mode interval. Therefore, an increase in the length of the entire laser beam generator 200 is suppressed.

更に、本実施例では、利得媒体として機能する光増幅ユニット198が長くなっているので、光送信装置186の最大出力が大きくなっている。   Furthermore, in this embodiment, the optical amplifier unit 198 that functions as a gain medium is long, so that the maximum output of the optical transmitter 186 is large.

図23は、本実施例に従うWDM光送信装置222の要部を説明する斜視図である。   FIG. 23 is a perspective view for explaining a main part of the WDM optical transmitter 222 according to the present embodiment.

WDM光送信装置222は、Si製の基板224の上に集積化された4つの光送信装置226を具備している。光送信装置226の構成は、実施例1で説明した光送信装置30と略同じである。但し、回折格子70のピッチは、実施例1の光送信装置30とは異なっている。   The WDM optical transmitter 222 includes four optical transmitters 226 integrated on a Si substrate 224. The configuration of the optical transmission device 226 is substantially the same as that of the optical transmission device 30 described in the first embodiment. However, the pitch of the diffraction grating 70 is different from that of the optical transmitter 30 of the first embodiment.

光送信装置226の回折格子70のピッチは、光送信装置ごとに異なっている。各光送信装置226の回折格子70のピッチは、短い方から順に418.07nm、420.01nm、421.96nm、及び423.90nmである。これらのピッチに対応して、各回折格子のブラッグ波長も夫々異なっている。各回折格子のブラッグ波長は、短い方から順に、1291nm、1297nm、1303nm、及び1309nmである。   The pitch of the diffraction grating 70 of the optical transmission device 226 is different for each optical transmission device. The pitch of the diffraction grating 70 of each optical transmission device 226 is 418.07 nm, 420.01 nm, 421.96 nm, and 423.90 nm in order from the shortest. Corresponding to these pitches, the Bragg wavelength of each diffraction grating is also different. The Bragg wavelength of each diffraction grating is 1291 nm, 1297 nm, 1303 nm, and 1309 nm in order from the shortest.

また、WDM光送信装置222は、複数の光送信装置226が出力する光信号を波長多重化する波長多重ユニット(λ―MUX)228を具備している。波長多重ユニット228は、図23に示すように、複数の光送信装置226と共に同一基板224の上に集積化されている。波長多重ユニット228は、例えばAWG合波器である。   Further, the WDM optical transmission apparatus 222 includes a wavelength multiplexing unit (λ-MUX) 228 that wavelength-multiplexes the optical signals output from the plurality of optical transmission apparatuses 226. As shown in FIG. 23, the wavelength division multiplexing unit 228 is integrated on the same substrate 224 together with a plurality of optical transmission devices 226. The wavelength multiplexing unit 228 is, for example, an AWG multiplexer.

波長多重ユニット228の複数の入力部230は、夫々、各光送信装置226の出力端(回折格子70の端部)に接続されている。一方、波長多重ユニット228の出力部は、光ファイバ17に光学的に接続している。   The plurality of input units 230 of the wavelength multiplexing unit 228 are connected to output ends (end portions of the diffraction grating 70) of the respective optical transmission devices 226, respectively. On the other hand, the output section of the wavelength multiplexing unit 228 is optically connected to the optical fiber 17.

尚、図23中に示された破線は、WDM光送信装置222を機能別に区切った境界を示している。この破線は、WDM光送信装置222の物理的な境界を示してはいない。   Note that the broken lines shown in FIG. 23 indicate boundaries where the WDM optical transmitter 222 is divided by function. This broken line does not indicate the physical boundary of the WDM optical transmitter 222.

各光送信装置226は、実施例1で説明した動作に従って光信号を生成する。従って、各光送信装置226は、夫々の回折格子70のブラッグ波長を中心とする複数の共振器モードで発振する。   Each optical transmission device 226 generates an optical signal according to the operation described in the first embodiment. Accordingly, each optical transmission device 226 oscillates in a plurality of resonator modes centered on the Bragg wavelength of each diffraction grating 70.

故に、各光送信装置226が生成する光信号の中心波長は、短い方から順番に、1291nm、1297nm、1303nm、及び1309nmである。各波長の間隔は、6nmである。   Therefore, the center wavelengths of the optical signals generated by the respective optical transmission devices 226 are 1291 nm, 1297 nm, 1303 nm, and 1309 nm in order from the shortest. The interval between the wavelengths is 6 nm.

これらの光信号は、夫々、波長多重ユニット228の入力部230に入射する。波長多重ユニット228は、入射した光信号を一つにまとめて、出力部232から光ファイバ17に出射する。以上の説明から明らかなように、本WDM光送信装置222の波長チャネル数は4つであり、波長チャネル幅は6nmである。   These optical signals are incident on the input unit 230 of the wavelength multiplexing unit 228, respectively. The wavelength multiplexing unit 228 collects incident optical signals into one and outputs them to the optical fiber 17 from the output unit 232. As is clear from the above description, the number of wavelength channels in the WDM optical transmitter 222 is four, and the wavelength channel width is 6 nm.

ここで、光送信装置226が生成する光信号は、その回折格子70の高反射帯域98内で安定にレーザ発振する複数の共振器モードによって形成されている(図8参照)。しかし、実施例7で説明したように、この高反射帯域外の共振器モードでレーザ発振が起きる場合がある。   Here, the optical signal generated by the optical transmitter 226 is formed by a plurality of resonator modes that stably oscillate within the high reflection band 98 of the diffraction grating 70 (see FIG. 8). However, as described in the seventh embodiment, laser oscillation may occur in the resonator mode outside this high reflection band.

一方、反射帯域152の外側の共振器モードで、レーザ発振が起きる場合は極めて少ない。また、このような共振器モードでレーザ発振が起きたとしても、その発光強度は極めて弱い。   On the other hand, there are very few cases where laser oscillation occurs in the resonator mode outside the reflection band 152. Even if laser oscillation occurs in such a resonator mode, the emission intensity is extremely weak.

従って、各光送信装置226が生成する光信号は、実質上、反射帯域152の内部に存在する共振器モードのみによって形成されている。   Therefore, the optical signal generated by each optical transmission device 226 is substantially formed only by the resonator mode existing inside the reflection band 152.

本実施例では、WDM光送信装置222の波長チャネル幅が、この反射帯域152の幅に一致している。故に、各光送信装置226が生成する光信号は、波長多重ユニット228によって多重化されても、WDM信号の受信側で容易に分離することが可能である。   In this embodiment, the wavelength channel width of the WDM optical transmission device 222 matches the width of the reflection band 152. Therefore, even if the optical signal generated by each optical transmission device 226 is multiplexed by the wavelength multiplexing unit 228, it can be easily separated on the receiving side of the WDM signal.

本WDM光送信装置222は、実施例1の光送信装置と同様の効果を発揮する。加えて、本WDM光送信装置222は、各波長チャネルの中心波長の設定精度が、DFBレーザを光源とするWDM光送信装置より高いという効果を発揮する。   The WDM optical transmission apparatus 222 exhibits the same effect as the optical transmission apparatus according to the first embodiment. In addition, the WDM optical transmission device 222 exhibits an effect that the setting accuracy of the center wavelength of each wavelength channel is higher than that of the WDM optical transmission device using a DFB laser as a light source.

一般的に、等価屈折率の制御は、半導体光導波路より誘電体光導波路の方が容易である。故に、ブラッグ波長の制御も、DFBレーザより、回折格子が誘電体製の光導波路で形成された本実施例の光送信装置226の方が容易である。よって、本WDM光送信装置222の各波長チャネルの中心波長の設定精度は、DFBレーザを光源とするWDM光送信装置より高い。   In general, the control of the equivalent refractive index is easier in the dielectric optical waveguide than in the semiconductor optical waveguide. Therefore, the Bragg wavelength control is also easier with the optical transmission device 226 of this embodiment in which the diffraction grating is formed of a dielectric optical waveguide than the DFB laser. Therefore, the setting accuracy of the center wavelength of each wavelength channel of the WDM optical transmitter 222 is higher than that of the WDM optical transmitter using the DFB laser as a light source.

実施例1乃至8で説明した光送信装置が生成する光信号は、複数の共振器モードによって形成されている。従って、実施例1乃至8で説明した光送信装置は、長距離光通信よりは短距離光通信に適している。具体的には、チップ間光通信、ボード間光通信、及び光LAN等、1cm〜1kmの距離で光信号を送受信する短距離光通信に適している。   The optical signal generated by the optical transmission device described in the first to eighth embodiments is formed by a plurality of resonator modes. Therefore, the optical transmission devices described in the first to eighth embodiments are more suitable for short-distance optical communication than long-distance optical communication. Specifically, it is suitable for short-distance optical communication for transmitting and receiving optical signals at a distance of 1 cm to 1 km, such as optical communication between chips, optical communication between boards, and optical LAN.

図24は、実施例8のWDM光送信装置222を用いて構築した光LAN234(optical local network)の概念図である。本光LAN234は、サーバやPC(personal computer)等の情報処理装置236と、これら情報処理装置236に接続され、ある情報処理装置236から出力された信号を受信し他の情報処理装置236に送信するハブ238によって形成されている。尚、上記信号の送受信は、ハブ238,239の間でも行われる。   FIG. 24 is a conceptual diagram of an optical LAN 234 (optical local network) constructed using the WDM optical transmission apparatus 222 of the eighth embodiment. This optical LAN 234 is connected to an information processing device 236 such as a server or a PC (personal computer) and these information processing devices 236, receives signals output from one information processing device 236, and transmits them to other information processing devices 236. Formed by the hub 238. The signal transmission / reception is also performed between the hubs 238 and 239.

夫々の情報処理装置236及びハブ238,239には、構内等の短距離(1m〜100m)で装置間を光信号で接続する光送受信モジュール240(光トランシーバ)が搭載されている。   Each information processing device 236 and hubs 238 and 239 are equipped with an optical transmission / reception module 240 (optical transceiver) for connecting the devices with optical signals at a short distance (1 m to 100 m) such as a premises.

図24に示すように、情報処理装置236には、少なくても一つの光送受信モジュール240が搭載され、ハブ238に搭載された複数の光送受信モジュール240と光ファイバ対242によって接続されている。   As shown in FIG. 24, at least one optical transmission / reception module 240 is mounted on the information processing device 236 and is connected to a plurality of optical transmission / reception modules 240 mounted on the hub 238 by optical fiber pairs 242.

図25は、光送受信モジュール240の概念図である。光送受信モジュール240は、実施例8で説明したWDM光送信装置222と、波長多重化された光信号を分離して検出するWDM受信装置246によって形成されている。   FIG. 25 is a conceptual diagram of the optical transceiver module 240. The optical transceiver module 240 is formed by the WDM optical transmitter 222 described in the eighth embodiment and the WDM receiver 246 that separates and detects the wavelength-multiplexed optical signal.

光送受信モジュール240では、電気信号248によって供給される情報を、WDM光送信装置222が光信号に変換し、更に波長多重してWDM光信号250として光ファイバ対242の一方に出力する。一方、WDM受信装置246は、光ファイバ対246の他方を伝播してきたWDM光信号252を受信して、波長多重されたWDM光信号を個々の光信号に分離した後、光電変換して電気信号235として出力する。   In the optical transmission / reception module 240, the information supplied by the electrical signal 248 is converted into an optical signal by the WDM optical transmission device 222, further wavelength-multiplexed and output to one of the optical fiber pair 242 as a WDM optical signal 250. On the other hand, the WDM receiver 246 receives the WDM optical signal 252 propagating through the other of the optical fiber pair 246, separates the wavelength-multiplexed WDM optical signal into individual optical signals, and then photoelectrically converts them into electrical signals. It outputs as 235.

本光LAN234では、ハブ238,239と情報処理装置240(又は他のハブ239)の間の通信が、光送受信モジュール240で生成されたWDM光信号によって行われる。従って、高速大容量の通信が可能になる。   In the present optical LAN 234, communication between the hubs 238 and 239 and the information processing apparatus 240 (or another hub 239) is performed by a WDM optical signal generated by the optical transmission / reception module 240. Therefore, high-speed and large-capacity communication is possible.

そして、光送受信モジュール240の光送信部は、精密な温度制御を必要とせず、且つ実施例8で説明した低ノイズのWDM光送信装置222で形成されている。従って、本実施例によれば、低価格且つ低ノイズの光LANを構築することができる。   The optical transmitter of the optical transceiver module 240 does not require precise temperature control, and is formed by the low noise WDM optical transmitter 222 described in the eighth embodiment. Therefore, according to the present embodiment, a low-cost and low-noise optical LAN can be constructed.

2・・・外部共振器型レーザ 4・・・高反射膜
5・・・光共振器 6・・・半導体レーザ 8・・・Si基板
10・・・SiO2層 12・・・光導波路
14・・・平面光回路 16・・・回折格子 17・・・光ファイバ
18・・・回折格子(DBR)の反射率
20・・・レーザ発振している共振器モード
22・・・共振器モード 24・・・(DBRが高い反射率を呈する)波長帯域
26・・・モードホップ後の共振器モード
27・・・回折格子の反射率(実施の形態)
28・・・レーザ発振している共振器モード 30・・・光送信装置(実施例1)
32・・・レーザ光生成装置 34・・・電気信号源
36・・・活性層 37・・・第1のコア
38・・・利得導波路
40・・・第1の端面 42・・・光反射面
44・・・光増幅ユニット 46・・・半導体基板
48・・・下部クラッド層 50・・・上部クラッド層
52・・・電極層 54・・・p型InP
56・・・n型InP 58・・・電流ブロック層
60・・・n型電極 62・・・p電極
64・・・高反射膜 66・・・第2の端面
68・・・反射防止膜 70・・・回折格子
72・・・誘電体層 74・・・第2のコア層
75・・・クラッド層 76・・・第3の端面 78・・・光導波路
80・・・光導波路ユニット(実施例1)
82・・・(回折格子の設けられていない)第1の領域
84・・・第4の端面 85・・・Si基板
86・・・(Si基板上に形成された)誘電体層
88・・・(回折格子の設けられた)第2の領域
90・・・パッド 92・・・実効的な反射端
94・・・光共振器 96・・・ギャップ
98・・・高反射帯域 100・・・電気信号
102・・・光信号 104・・・第1の状態
106・・・第2の状態 107・・・光送信装置(実施例2)
108・・・光導波路ユニット(実施例2)
109・・・レーザ光生成装置(実施例2)
110・・・第1のSiO2層 111・・・光導波路(実施例2)
112・・・第2のSiO2層 114・・・エポキシ樹脂
115・・・光送信装置(実施例3)
116・・・光導波路ユニット(実施例3)
117・・・第2のコア層(実施例3)
118・・・回折格子(実施例3) 120・・・SiN膜
122・・・光導波路(実施例3) 121・・・光送信装置(実施例4)
123・・・レーザ光生成装置(実施例3)
124・・・光導波路ユニット(実施例4)
126・・・回折格子(実施例4) 128・・・第2のコア層(実施例4)
129・・・幅が広くなっている部分 130・・・コア層の幅の最大値(実施例4)
131・・・コア層幅の増減周期 132・・・幅が狭くなっている部分
133・・・コア層の幅の最小値(実施例4)
134・・・光導波路(実施例4)
136・・・光共振器(実施例4) 138・・・主反射帯
140・・・サイドローブ 141・・・レーザ光生成装置(実施例4)
142・・・光送信装置(実施例5)
143・・・光導波路ユニット(実施例5) 144・・・回折格子(実施例5)
145・・・第2のコア層(実施例5) 146・・・光増幅ユニット(実施例5)
148・・・レーザ光生成装置(実施例5) 150・・・高反射帯域(実施例5)
152・・・反射帯域 154・・・光送信装置(実施例6)
156・・・光増幅ユニット(実施例6)
158・・・光導波路ユニット(実施例6) 160・・・光合波器(カプラ)
161・・・回折格子(実施例6) 162・・・第1の光入力口
164・・・第2の光入力口 166・・・第1の光出力口
168・・・第2の光出力口 170・・・他の回折格子
172・・・他の光導波路 174・・・出力導波路
176・・・屈曲部 178・・・レーザ光生成装置(実施例6)
180・・・第1の光路 182・・・第2の光路
184・・・第5の端面 186・・・光送信装置(実施例7)
188・・・光導波路ユニット(実施例7)
190・・・光変調器 192・・・(光変調器の)入力端
194・・・(光変調器の)出力端 196・・・出力導波路
198・・・光増幅ユニット(実施例7)
200・・・レーザ光生成装置(実施例7)
202・・・回折格子(実施例7) 204・・・光導波路(実施例7)
206・・・コア層 208・・・クラッド層
210,212・・・Si層 214・・・ビアホール
216・・・電極 218・・・電気信号源(実施例7)
220・・・光共振器 222・・・WDM光送信装置(実施例8)
224・・・基板(実施例8) 226・・・光送信装置(実施例8)
228・・・波長多重ユニット 230・・・波長多重ユニットの入力部
232・・・波長多重ユニットの出力部 234・・・光LAN
235,248・・・電気信号 236・・・情報処理装置
238,239・・・ハブ 240・・・光送受信モジュール
242・・・光ファイバ対 246・・・WDM受信装置
250,252・・・WDM光信号
2 ... external cavity laser 4 ... high reflection film 5 ... optical resonator 6 ... semiconductor laser 8 ... Si substrate 10 ... SiO 2 layer 12 ... optical waveguide 14, Planar optical circuit 16 ... Diffraction grating 17 ... Optical fiber 18 ... Diffraction grating (DBR) reflectivity 20 ... Laser oscillation mode 22 ... Resonator mode 24 ..Waveband 26 (DBR exhibits high reflectivity) ... resonator mode 27 after mode hop ... reflectance of diffraction grating (embodiment)
28... Resonator mode in which laser oscillation occurs 30... Optical transmitter (Example 1)
32 ... Laser light generation device 34 ... Electric signal source 36 ... Active layer 37 ... First core 38 ... Gain waveguide 40 ... First end face 42 ... Light reflection Surface 44 ... Optical amplification unit 46 ... Semiconductor substrate 48 ... Lower cladding layer 50 ... Upper cladding layer 52 ... Electrode layer 54 ... p-type InP
56 ... n-type InP 58 ... current blocking layer 60 ... n-type electrode 62 ... p-electrode 64 ... high reflection film 66 ... second end face 68 ... antireflection film 70 ... Diffraction grating 72 ... Dielectric layer 74 ... Second core layer 75 ... Clad layer 76 ... Third end face 78 ... Optical waveguide 80 ... Optical waveguide unit (implementation) Example 1)
82 ... first region 84 (without diffraction grating) ... fourth end face 85 ... Si substrate 86 ... dielectric layer 88 (formed on the Si substrate) Second region 90 (provided with a diffraction grating) ... Pad 92 ... Effective reflection end 94 ... Optical resonator 96 ... Gap 98 ... High reflection band 100 ... Electrical signal 102 ... Optical signal 104 ... First state 106 ... Second state 107 ... Optical transmitter (Example 2)
108: Optical waveguide unit (Example 2)
109... Laser light generator (Example 2)
110: First SiO 2 layer 111: Optical waveguide (Example 2)
112 ... Second SiO 2 layer 114 ... Epoxy resin 115 ... Optical transmitter (Example 3)
116: Optical waveguide unit (Example 3)
117... Second core layer (Example 3)
118: diffraction grating (Example 3) 120 ... SiN film 122 ... optical waveguide (Example 3) 121 ... optical transmitter (Example 4)
123... Laser light generator (Example 3)
124: Optical waveguide unit (Example 4)
126 ... Diffraction grating (Example 4) 128 ... Second core layer (Example 4)
129... Widened portion 130... Maximum value of core layer width (Example 4)
131: Increasing / decreasing period of the core layer width 132 ... A portion 133 where the width is narrowed ... The minimum value of the width of the core layer (Example 4)
134: Optical waveguide (Example 4)
136 ... Optical resonator (Example 4) 138 ... Main reflection band 140 ... Side lobe 141 ... Laser beam generator (Example 4)
142... Optical transmitter (Example 5)
143 ... Optical waveguide unit (Example 5) 144 ... Diffraction grating (Example 5)
145: Second core layer (Example 5) 146: Optical amplification unit (Example 5)
148... Laser light generation device (Example 5) 150... High reflection band (Example 5)
152 ... reflection band 154 ... optical transmitter (Example 6)
156... Optical amplification unit (Example 6)
158 ... Optical waveguide unit (Example 6) 160 ... Optical multiplexer (coupler)
161 ... Diffraction grating (Example 6) 162 ... First light input port 164 ... Second light input port 166 ... First light output port 168 ... Second light output Mouth 170... Other diffraction grating 172... Other optical waveguide 174... Output waveguide 176 .. Bending portion 178.
180: first optical path 182: second optical path 184: fifth end face 186: optical transmitter (Example 7)
188 ... Optical waveguide unit (Example 7)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 190 ... Optical modulator 192 ... Input end 194 (of an optical modulator) ... Output end of an optical modulator 196 ... Output waveguide 198 ... Optical amplification unit (Example 7)
200... Laser light generator (Example 7)
202: Diffraction grating (Example 7) 204: Optical waveguide (Example 7)
206 ... Core layer 208 ... Cladding layer 210, 212 ... Si layer 214 ... Via hole 216 ... Electrode 218 ... Electric signal source (Example 7)
220... Optical resonator 222... WDM optical transmitter (Embodiment 8)
224 ... Substrate (Embodiment 8) 226 ... Optical transmitter (Embodiment 8)
228 ... Wavelength division unit 230 ... Wavelength division unit input unit 232 ... Wavelength division unit output unit 234 ... Optical LAN
235, 248 ... Electric signal 236 ... Information processing device 238, 239 ... Hub 240 ... Optical transceiver module 242 ... Optical fiber pair 246 ... WDM receiver 250, 252 ... WDM Optical signal

Claims (4)

注入された電流によって光利得を発生する半導体層を第1のコア層とする利得導波路を含み、前記利得導波路の第1の端面に光反射面が形成された光増幅ユニットと、
回折格子が設けられた第2のコア層を含み、前記光増幅ユニットの第2の端面に対向する第3の端面が形成され、前記第3の端面で前記光増幅ユニットに光学的に結合した光導波路を備えた光導波路ユニットとを有するレーザ光生成装置と、
前記光増幅ユニットに電気信号を印加して、前記電流を前記半導体層に注入する電気信号源を具備し、
前記レーザ光生成装置は、前記電気信号に従って、前記光反射面と前記回折格子が形成する光共振器の複数の共振器モードでレーザ発振する第1の状態と、前記第1の状態より発光強度が小さい第2の状態の間を往復して、光信号を発生し、
更に、前記共振器モードの間隔に相当する周波数が、前記電気信号のビットレートに対応する周波数より高い、
光送信装置。
An optical amplification unit including a gain waveguide having a semiconductor layer that generates optical gain by injected current as a first core layer, and having a light reflecting surface formed on a first end face of the gain waveguide;
A third end face that includes a second core layer provided with a diffraction grating and is opposite to the second end face of the optical amplification unit, and is optically coupled to the optical amplification unit at the third end face; A laser light generation device having an optical waveguide unit including an optical waveguide;
An electrical signal source that applies an electrical signal to the optical amplification unit and injects the current into the semiconductor layer;
The laser light generation device includes a first state in which laser oscillation is performed in a plurality of resonator modes of an optical resonator formed by the light reflecting surface and the diffraction grating according to the electrical signal, and emission intensity from the first state. Reciprocates between the second states where is small to generate an optical signal,
Furthermore, the frequency corresponding to the interval of the resonator mode is higher than the frequency corresponding to the bit rate of the electrical signal,
Optical transmitter.
請求項1の光送信装置において、
前記回折格子の反射率の最大値が90%より高いことを、
特徴とする光送信装置。
The optical transmission device according to claim 1,
And this is higher than 90% the maximum value of the reflectance of the diffraction grating,
An optical transmission device.
請求項1又は2に記載の光送信装置において、
前記光導波路ユニットが、
前記第3の端面と前記回折格子の間に設けられ、前記第3の端面に光学的に接続された第1の光入力口、第2の光入力口、前記回折格子に光学的に接続された第1の光出力口、及び第2の光出力口を有する光合波器と、
前記回折格子と同一構造の他の回折格子が形成され、前記第2の光出力口に光学的に接続された他の光導波路と、
前記第2の光入力口に光学的に接続され前記光信号を出力する出力導波路を具備し、
前記回折格子から前記第1の光出力口に至る第1の光路の第1の光学長と、前記他の回折格子から前記第2の光出力口に至る第2の光路の第2の光学長との間に前記回折格子のブラッグ波長を整数倍し4で除した波長と異なっている光路差を有していることを、
特徴とする光送信装置。
The optical transmission device according to claim 1 or 2,
The optical waveguide unit is
A first light input port provided between the third end face and the diffraction grating and optically connected to the third end face, a second light input opening, and optically connected to the diffraction grating. An optical multiplexer having a first optical output port and a second optical output port;
Another diffraction grating having the same structure as the diffraction grating is formed, and is optically connected to the second light output port; and
An output waveguide that is optically connected to the second optical input port and outputs the optical signal;
A first optical length of a first optical path from the diffraction grating to the first light output port, and a second optical length of a second optical path from the other diffraction grating to the second light output port. And having an optical path difference that is different from the wavelength obtained by multiplying the Bragg wavelength of the diffraction grating by an integer and dividing by 4.
An optical transmission device.
注入された電流によって光利得を発生する半導体層を第1のコア層とする利得導波路を含み、前記利得導波路の第1の端面に光反射面が形成された光増幅ユニットと、
回折格子が設けられた第2のコア層を含み、前記光増幅ユニットの第2の端面に対向する第3の端面が形成され、前記第3の端面で前記光増幅ユニットに光学的に結合した光導波路と、前記第3の端面とは異なる端部で前記光導波路が光学的に結合する光変調器を含む光導波路ユニットとを有するレーザ光生成装置と、
電気信号を印加して、前記光変調器を駆動する電気信号源と、
前記利得導波路に、直流状態の前記電流を供給する電流供給源を具備し、
前記レーザ光生成装置は、前記光反射面と前記回折格子が形成する光共振器の複数の共振器モードでレーザ発振し、
更に、前記共振器モードの間隔に相当する周波数が、前記電気信号のビットレートに対応する周波数より高い、
光送信装置。
An optical amplification unit including a gain waveguide having a semiconductor layer that generates optical gain by injected current as a first core layer, and having a light reflecting surface formed on a first end face of the gain waveguide;
A third end face that includes a second core layer provided with a diffraction grating and is opposite to the second end face of the optical amplification unit, and is optically coupled to the optical amplification unit at the third end face; A laser light generation device having an optical waveguide and an optical waveguide unit including an optical modulator to which the optical waveguide is optically coupled at an end different from the third end surface;
An electric signal source for applying the electric signal to drive the optical modulator;
A current supply source for supplying the current in a DC state to the gain waveguide;
The laser beam generator oscillates in a plurality of resonator modes of an optical resonator formed by the light reflecting surface and the diffraction grating,
Furthermore, the frequency corresponding to the interval of the resonator mode is higher than the frequency corresponding to the bit rate of the electrical signal,
Optical transmitter.
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