JP6465822B2 - チューナブルレーザ、及びレーザをチューニングする方法 - Google Patents

Description

本発明は、チューナブルレーザ、及びレーザをチューニングする方法に関する。

ここしばらく、チューナブルレーザが関心を持たれている。応用は、広帯域センサから光ファイバ通信ネットワーク用の光源にまで及んでいる。光ファイバ通信ネットワークにおいて、単一の光ファイバ上で搬送される情報の量は、波長分割多重（ＷＤＭ）を用いて異なる波長上に異なる光信号を多重化することによって増大され得る。ＷＤＭ−ＰＯＮ（パッシブ光ネットワーク）において、例えば、単一の幹線ファイバが、光分岐点へ及びから、複数のチャネル波長で複数の光信号を搬送し、光分岐点が、個々の加入者へ及びからの異なる波長の信号を案内することによって、単純なルーティング機能を提供する。各加入者位置にて、光ネットワーク端末は、光信号を送信及び／又は受信するために、チャネル波長のうちの１つ以上を割り当てられる。明らかなように、チューナブルレーザのいっそう大きいチューニング範囲は、いっそう多数の取り得るチャネル波長、ひいては、単一の光ファイバ上で伝送され得るいっそう多量の情報に対応する。故に、広範囲にわたってチューニング可能なレーザ、すなわち、大きい波長可変範囲を持つレーザが望まれる。

本発明の１つの目的は、広範囲にわたってチューニング可能なレーザを提供することである。

この目的は、独立請求項の要旨によって達成される。更なる実装形態が、従属請求項、明細書及び図面にて提供される。

第１の態様によれば、本発明は、第１の導波路と、第２の導波路と、第１の導波路を第２の導波路から離隔するように配置された半導体層とを有するチューナブルレーザに関する。第１の導波路は、第１のカップリング部と、レーザ信号を生成する活性部とを有する。第２の導波路は、第２のカップリング部と、レーザ信号の波長を調節するチューニング部とを有する。第１のカップリング部及び第２のカップリング部は、半導体層を介して第１の導波路と第２の導波路との間でレーザ信号を結合させるように構成される。斯くして、広範囲にわたってチューニング可能なレーザが提供される。

このようなチューナブルレーザにおいて、第１の能動導波路と第２の受動導波路との間の物理的な離隔による、活性部又は活性領域とチューニング部又はチューニング領域との間の物理的な離隔は、例えば熱、電流、電圧、応力、及びこれらに類するものによるチューニングなどのチューニングが第１の導波路の活性部の動作に対して有し得る何らかの悪影響を抑制する。

第１の態様に従ったチューナブルレーザの第１の取り得る実装形態において、第１の導波路又は第２の導波路の少なくとも一方は、上記半導体層の中に埋め込まれる。

このようなチューナブルレーザにおいて、第１の導波路と第２の導波路との間の物理的な離隔は、第１の導波路及び／又は第２の導波路を半導体材料の層に埋め込むことによってもたらされる。

第１の態様それ自体又は第１の態様の第１の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第２の取り得る実装形態において、チューナブルレーザは更に、レーザ信号の波長を熱的に調節するためにチューニング部を加熱する少なくとも１つの加熱素子を有する。

熱的なチューニングでは、第１の導波路の活性部と第２の導波路のチューニング部との間の物理的な離隔は、特に有利である。というのは、第１の導波路の活性部における電流注入を損ねることなく、第２の導波路のチューニング部のアンドープ若しくは低ｎドープの材料に熱的チューニングを行うことができるからである。

第１の態様それ自体又は第１の態様の第１若しくは第２の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第３の取り得る実装形態において、第１のカップリング部と第２のカップリング部とが平行に配置される。

第１の能動導波路の第１のカップリング部と第２の受動導波路の第２のカップリング部とを平行に方向付けることは、第１のカップリング部と第２のカップリング部との間の効率的な光カップリングを提供する。

第１の態様それ自体又は第１の態様の第１乃至第３の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第４の取り得る実装形態において、第１のカップリング部は少なくとも部分的に第２のカップリング部の上に位置する。

第１の能動導波路の第１のカップリング部の第２の受動導波路の第２のカップリング部に対する重ね合わせ配置は、第１のカップリング部と第２のカップリング部との間の効率的な光カップリングを提供する。

第１の態様それ自体又は第１の態様の第１乃至第４の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第５の取り得る実装形態において、第１のカップリング部及び／又は第２のカップリング部は、幅が先細にされた部分を有する。

第１のカップリング部及び／又は第２のカップリング部がテーパー状幅部分を持つことは、第１の能動導波路の第１のカップリング部と第２の受動導波路の第２のカップリング部との間の効率的な光カップリングを提供する。

第１の態様それ自体又は第１の態様の第１乃至第５の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第６の取り得る実装形態において、第１の導波路はリッジ導波路である。

リッジ導波路の形態の第１の能動導波路を有するチューナブルレーザは、有利な光学特性を持つとともに、製造するのが容易である。

第１の態様それ自体又は第１の態様の第１乃至第６の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第７の取り得る実装形態において、チューナブルレーザは、第１の導波路を形成する第１の半導体層と、第２の導波路を形成する第２の半導体層とを有し、第１の導波路を第２の導波路から離隔する半導体層は、第１の半導体層と第２の半導体層とを支持する半導体基板層である。

このようなチューナブル半導体レーザは、製造するのが容易である。

第１の態様それ自体又は第１の態様の第１乃至第７の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第８の取り得る実装形態において、第２の導波路は、第１のアーム及び第２のアームを有するＹ字形状の形態を有し、第２のカップリング部は、Ｙ字形状の第２の導波路の基部の少なくとも一部を形成し、第１のアーム及び第２のアームは、Ｙ字形状の第２の導波路のそれぞれのアーム部を形成する。

第２の受動導波路のこのような構成は、チューナブルレーザがＭＧ−Ｙ型レーザ（変調格子Ｙ型レーザ）として構成されることを可能にする。第２のカップリング部は、例えば１×２ＭＭＩユニットなどの光スプリッタによって、第２の導波路の第１及び第２のアームに接続されることができる。

第１の態様の第８の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第９の取り得る実装形態において、第１のアームは第１の波長選択素子を有し、第２のアームは第２の波長選択素子を有し、第１の波長選択素子は、櫛形スペクトルを持つ第１の反射レーザ信号を供するように構成され、第２の波長選択素子は、櫛形スペクトルを持つ第２の反射レーザ信号を供するように構成され、第１の反射レーザ信号の櫛形スペクトルの連続したピーク間の間隔は、第２の反射レーザ信号の櫛形スペクトルの連続したピーク間の間隔とは異なる。

この実装形態は、バーニア効果、すなわち、櫛形スペクトルを持つ第１の反射レーザ信号の、櫛形スペクトルを持つ第２の反射レーザ信号との、特定の可変波長での建設的干渉、によるレーザ信号のチューニングを可能にする。

第１の態様の第９の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第１０の取り得る実装形態において、第１の波長選択素子又は第２の波長選択素子は、サンプリングされた格子型の分布ブラッグ反射器又は超構造格子型の分布ブラッグ反射器として形成される。

チューナブル半導体レーザにおいて、サンプリングされた格子型の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）又は超構造格子型のＤＢＲは、製造するのが容易である。

第１の態様の第９の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第１１の取り得る実装形態において、第１の波長選択素子は、第１のアームの幅が変化する部分によって形成され、又は、第２の波長選択素子は、第２のアームの幅が変化する部分によって形成される。

チューナブル半導体レーザにおいて、第１及び／又は第２の波長選択素子のこの実装は、第１及び／又は第２の波長選択素子及び第２の導波路を同じ半導体層の上に設けることを可能にし、それがひいては、より少ないエピタキシー段階を用いてチューナブル半導体レーザを製造することを可能にする。

第１の態様の第９乃至１１の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第１２の取り得る実装形態において、第２の導波路は更に、第１の反射レーザ信号の第１の位相を、第２の反射レーザ信号の第２の位相と揃える位相調節器を有する。

ＭＧ−Ｙ型レーザとして実装されるチューナブルレーザにおいて、位相調節器は、第１の反射レーザ信号及び第２の反射レーザ信号を同相で足し合わせることを可能にする。この位相調節器は、第２の導波路の第１のアーム又は第２のアームの一部を加熱するための少なくとも１つの加熱素子を有することができる。

第１の態様の第８乃至１２の取り得る実装形態に従ったチューナブルレーザの第１３の取り得る実装形態において、チューナブルレーザは更に、第２の導波路の第１のアームと第２のアームとの間に熱絶縁を提供するように、第１の導波路を第２の導波路から離隔する半導体層内に設けられた断熱溝を有する。

ＭＧ−Ｙ型レーザとして実装されるチューナブルレーザにおいて、断熱溝は、第２の導波路の第１のアームと第２のアームとの間での熱的なクロストークを最小化することを可能にし、故に、より高品質のレーザ信号を提供する。

第２の態様によれば、本発明は、レーザをチューニングする方法に関し、当該方法は、第１の導波路の活性領域によって、レーザ信号を生成するステップと、第１の導波路によって、第１の導波路の第１のカップリング部へとレーザ信号を導くステップと、第１の導波路の第１のカップリング部から、第２の導波路の第２のカップリング部へと、レーザ信号を光カップリングするステップであり、第１の導波路は、半導体層によって第２の導波路から離隔されている、ステップと、第２の導波路によって、第２の導波路のチューニング部へとレーザ信号を導くステップと、第２の導波路のチューニング部によって、レーザ信号の波長を調節するステップとを有する。

この方法は、第１の態様に従ったチューナブルレーザによって実行され得る。第２の態様に従った更なる特徴は、第１の態様に従ったチューナブルレーザの構成及び機能から直接的に得られる。

本発明の更なる実施形態が、以下の図に関して説明される。
一実施形態に従ったチューナブルレーザの模式的な上面図を示している。 図１に示した直線Ａに沿った模式的な断面を示している。 図１に示した直線Ｂに沿った模式的な断面を示している。 図１に示した直線Ｃに沿った模式的な断面を示している。 図１に示した直線Ｄに沿った模式的な断面を示している。 図１に示した直線Ｅに沿った模式的な断面を示している。 一実施形態に従ったチューナブルレーザの模式的な上面図を示している。 図２に示した直線Ａに沿った模式的な断面を示している。 図２に示した直線Ｂに沿った模式的な断面を示している。 図２に示した直線Ｃに沿った模式的な断面を示している。 図２に示した直線Ｄに沿った模式的な断面を示している。 図２に示した直線Ｅに沿った模式的な断面を示している。 一実施形態に従ったレーザをチューニングする方法の模式図を示している。

以下の詳細な説明においては、開示の一部を形成するとともに開示が実践され得る具体的態様を例示として示すものである添付の図面を参照する。理解されることには、本開示の範囲を逸脱することなく、その他の態様が使用されることができ、また、構造的あるいは論理的な変更が為され得る。従って、以下の詳細な説明は限定的な意味でとらえられるべきでなく、本開示の範囲は添付の請求項によって定められる。

理解されることには、記載される方法に関連する開示はまた、その方法を実行するように構成される対応する装置又はシステムにも当てはまり、その逆もまた然りである。例えば、特定の方法ステップが記載される場合、対応する装置は、たとえ、記載されるその方法ステップを実行するユニットが明示的に記載されたり図面に示されたりしていなくても、そのようなユニットを含み得る。また、理解されることには、ここに記載される様々な例示的態様の特徴は、特に具体的な断りのない限り、互いに組み合わされてもよい。

ここに記載される装置及び方法は、チューナブルレーザ、及びレーザをチューニングする方法に基づき得る。チューナブルレーザとは、その動作波長が、制御された様態で変更されることができるレーザである。あらゆるレーザ利得媒体も出力波長の小さいシフトを可能にするが、ほんの数種類のレーザのみが、かなりの波長範囲にわたる連続したチューニングを可能にする。例えば、広範囲にわたってチューニング可能なレーザは、Ｃバンドの相当な部分にわたる連続したチューニングを可能にすることができる。光ファイバ通信は典型的に、異なる“テレコム・ウィンドウ”に対応する波長領域内で動作する。Ｃバンドは、およそ１．５μｍ（１５３０−１５６５ｎｍ）の波長を使用する非常に広範に使用されている１つのそのようなウィンドウを記述するものである。石英ファイバの損失はこの領域内で最も低く、また、非常に高い性能を提供するエルビウムドープファイバ増幅器及びレーザダイオードが利用可能である。

ここに記載される装置及び方法は、集積光チップを作り出すように実装され得る。記載される装置及びシステムは、集積回路を含むことができ、また、様々な技術に従って製造され得る。例えば、その回路は、ロジック集積回路、アナログ集積回路、混合信号集積回路、光回路、及び／又はメモリ回路を含み得る。

以下の説明では、光導波路を用いる装置及び方法が記述される。光導波路とは、光スペクトル内の電磁波をガイドする物理構造である。一般的なタイプの光導波路は、光ファイバ及び矩形導波路を含む。光導波路は、例えば平面導波路、ストリップ導波路若しくはファイバ導波路としてのそれらの幾何学構成に従って、例えばシングルモード若しくはマルチモードとしてのモード構造に従って、例えば階段状若しくは傾斜状の屈折率分布といった屈折率分布に従って、そして、例えばガラス、ポリマー若しくは半導体といった材料に従って分類され得る。

以下の詳細な説明では、格子を用いる装置及び方法、並びにサンプリングされた又は構造化された格子が記述される。サンプリングされた又は構造化された格子とは、除かれていない領域と交互にされた短周期の除かれた領域を含む周期的に中断された短周期構造を有した、導波路システム内の構造として記述され得る。超格子は、各々が一定の長さを有してそれ故に或る変調周期を形成する複数の繰り返し単位領域を持つ回折格子と、レーザ内の光伝送方向に沿った繰り返し単位領域の各々内でのその位置に応じて変化する該回折格子の光反射率若しくは透過率を決定する少なくとも１つのパラメータとを有した、導波路システム内の構造として記述されることができ、この回折格子は、少なくとも２つの変調周期によって延在する。

図１は、一実施形態に従ったチューナブルレーザ１００の模式的な上面図を示している。図１Ａ−１Ｅは、図１に示した直線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥに沿ったそれぞれの模式的な断面を示している。一実施形態において、チューナブルレーザ１００は、モノリシック半導体レーザとして実装される。

チューナブルレーザ１００は、第１の能動導波路１０１及び第２の受動導波路１０３を有している。第１の導波路１０１は、活性層１１９の頂部に配置されている。一実施形態において、第１の導波路１０１は、活性層１１９の頂部上のリッジ導波路の形態で実装されることができる。そして、活性層１１９は、半導体基板層１１７の頂部に配置されている。第２の導波路１０３は、半導体基板層１１７の中に埋め込まれており、故に、第１の導波路１０１から物理的に離隔されている。

第１の導波路１０１の下に位置する活性層１１９は、第１の導波路１０１の活性部を定める。活性部は、レーザ信号を生成するのに必要な光利得を提供する。活性層１１９は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造として実装され得る。

一実施形態において、活性層１１９は、インジウムガリウムアルミニウム砒素層を有するＭＱＷ構造として実装される。更なる一実施形態において、活性層１１９は、インジウムガリウム砒素燐層を有するＭＱＷ構造として実装される。

一実施形態において、半導体基板層１１７は、ｎドープされたインジウム燐基板層を有する。一実施形態において、第１の導波路１０１は、ｐドープされたインジウム燐材料を有する。一実施形態において、第２の導波路１０３は、活性層１１９よりも短波長のバンドギャップを有するインジウムガリウム砒素燐材料を有する。

一実施形態において、パッシベーション層１２１が、部分的に活性層１１９の頂部上、及び部分的に半導体基板層１１７の頂部上に配置される。一実施形態において、パッシベーション層１２１は、二酸化シリコンすなわちシリカ、又は窒化シリコンを有する。

一実施形態において、ｐ側コンタクトメタル層１２３が、部分的にパッシベーション層１２１の頂部上、及び部分的に第１の導波路１０１の頂部上に配置される。一実施形態において、ｐ側コンタクトメタル層１２３は、チタン、白金、及び／又は金を有する。

第１の導波路１０１は、第１のカップリング部１０１ａを有している。第１の導波路１０１の第１のカップリング部１０１ａは、半導体基板層１１７の中に埋め込まれた第２の導波路１０３の第２のカップリング部１０３ａの上に位置している。第１の能動導波路１０１の第１のカップリング部１０１ａ及び第２の受動導波路１０３の第２のカップリング部１０３ａは、レーザ信号の形態の光放射が、半導体基板層１１７を介して、第１のカップリング部１０１ａから第２のカップリング部１０３ａに、及びその逆に、カップリングするように位置付けられる。一実施形態において、第１のカップリング部１０１ａ及び第２のカップリング部１０３ａは、実質的に平行に配置されることができる。一実施形態において、第１のカップリング部１０１ａ及び／又は第２のカップリング部１０３ａは、テーパー状幅部分、すなわち、一定の高さと先細の幅とを有する部分を有して、第１の導波路１０１から第２の導波路１０３への、及びその逆での、非常に効率的なモード伝達を提供し得る。

概して、第２の導波路１０３は、第１のアーム１０３−１及び第２のアーム１０３−２を有するＹ字状の形態を有している。第２のカップリング部１０３ａは、Ｙ字形状の第２の導波路１０３の基部の一部を形成し、第１のアーム１０３−１及び第２のアーム１０３−２は、Ｙ字形状の第２の導波路１０３の基部のそれぞれの分岐を形成している。

第１の導波路１０１の活性部内の活性層１１９によって生成される放射は、第１の導波路１０１の第１のカップリング部１０１ａ及び第２の導波路１０３の第２のカップリング部１０３ａを介して第２の導波路１０３に結合することができる。この放射は、第２の導波路１０３に沿って導かれて、光スプリッタ１０５によって２つのビームへと分離される。一実施形態において、光スプリッタ１０５は、１×２のＭＭＩ光カップラの形態で実装され得る。

光スプリッタ１０５から、光放射は、第１のビームとして第２の光導波路１０３の第１のアーム１０３−１に沿って導かれるとともに、第２のビームとして第２の光導波路１０３の第２のアーム１０３−２に沿って導かれる。第２の導波路１０３の第１のアーム１０３−１と第２のアーム１０３−２との間での熱的なクロストークを最小化するために、第１及び第２のアーム１０３−１、１０３−２は可能な限り広く離間され得る。この目的のため、第１のアーム１０３−１は第１の導波路湾曲１０７−１を有することができ、第２のアーム１０３−２は第２の導波路湾曲１０７−２を有することができる。また、第１のアーム１０３−１と第２のアーム１０３−２との間の領域において、チューナブルレーザ１００は、第１のアーム１０３−１を第２のアーム１０３−２から熱的に絶縁するための断熱溝１１５を有することができる。一実施形態において、断熱溝１１５は、半導体基板層１１７内にエッチングされた凹部の形態で設けられ得る。

第２の導波路１０３の第１のアーム１０３−１及び第２のアーム１０３−２のそれぞれの端部に、第１の波長選択素子１１１−１及び第２の波長選択素子１１１−２が設けられている。第１の波長選択素子１１１−１は、第２の導波路１０３の第１のアーム１０３−１に沿って導かれてくる放射に応答して、櫛形のスペクトルを持つ第１の反射レーザ信号すなわち反射放射を提供するように構成される。同様に、第２の波長選択素子１１１−２は、第２の導波路１０３の第１のアーム１０３−２に沿って導かれてくる放射に応答して、櫛形のスペクトルを持つ第２の反射レーザ信号すなわち反射放射を提供するように構成される。

一実施形態において、第１の波長選択素子１１１−１又は第２の波長選択素子１１１−２は、サンプリングされた格子型の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）又は超構造格子型の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）として実装され得る。一実施形態において、第１の波長選択素子１１１−１が、第２の導波路１０３の第１のアーム１０３−１の幅が変化する部分によって形成され、又は、第２の波長選択素子１１１−２が、第２の導波路１０３の第２のアーム１０３−２の幅が変化する部分によって形成される。

第１及び第２の波長選択素子１１１−１及び１１１−２は、第１の反射レーザ信号の櫛形スペクトルの一連のピーク間の間隔が、第２の反射レーザ信号の櫛形スペクトルの一連のピーク間の間隔とは異なるように構成される。第１の反射レーザ信号の櫛形スペクトル及び第２の反射レーザ信号の櫛形スペクトルにおける、この異なるピーク間隔により、第１の反射レーザ信号及び第２の反射レーザ信号は、特定の支配的な波長で建設的に干渉することになる。レーザ１００によって放射されるレーザ信号は、この特定の波長を主に有することになる。

一実施形態において、第２の導波路１０３のチューニング部が、２つの加熱素子１０９−１及び１０９−２の形態で実装される。加熱素子１０９−１及び１０９−２は、それぞれ、第１の波長選択素子１１１−１及び第２の波長選択素子１１１−２を独立に加熱するように構成及び配置される。一実施形態において、加熱素子１０９−１及び１０９−２は、半導体基板層１１７の頂部上の矩形の薄膜ヒータの形態で、例えば、図１Ｅに示すように、半導体基板層１１７の中に埋め込まれた第１の波長選択素子１１１−１及び第２の波長選択素子１１１−２の上にこれらヒータが位置するように、これらヒータと半導体基板層１１７との間にパッシベーション層１２１を配置して実装されることができる。

加熱素子１０９−１及び／又は１０９−２によって第１の波長選択素子１１１−１及び／又は第２の波長選択素子１１１−２を加熱することは、それぞれの櫛形反射スペクトルが変更されることになるという効果を有する。波長選択素子１１１−１及び１１１−２が実装される形態に依存して、加熱素子１０９−１及び／又は加熱素子１０９−２によって引き起こされる温度変化は通常、第１の反射レーザ信号及び／又は第２の反射レーザ信号の櫛形スペクトルの一定の波長シフトをもたらす。これは主として、波長選択素子を成している材料の屈折率が通常、温度に依存するからである。

第１の反射レーザ信号の櫛形スペクトル及び／又は第２の反射レーザ信号の櫛形スペクトルの一定の波長シフトは概して、第１の反射レーザ信号及び第２の反射レーザ信号が異なる支配的な波長で建設的に干渉するという効果を持つことになる。故に、波長選択素子１１１−１及び／又は波長選択素子１１１−２を加熱することにより、レーザ１００によって生成されるレーザ信号の主波長を調節することができる。波長選択素子のうちの例えば波長選択素子１１１−１である一方のみを加熱しながら、例えば波長選択素子１１１−２である他方の波長選択素子によって生成される反射レーザ信号の櫛形スペクトルを固定したまま保つことは、得られるレーザ信号の主波長の不連続なチューニングを可能にする。そのような適用に関しては、波長選択素子１１１−１及び１１１−２のうちの一方のみのための加熱素子を設ければ十分であろう。図１に示した２つの独立制御可能な加熱素子１０９−１及び１０９−２を用いると、波長選択素子１１１−１及び１１１−２を独立に加熱すること、及び最終的なレーザ信号の主波長を連続的にチューニングすることが可能である。故に、波長選択素子１１１−１及び１１１−２が、第２の導波路１０３のチューニング部を定める。

一実施形態において、波長選択素子１１１−１及び１１１−２は、熱的なチューニング以外の手段によって、反射レーザ信号の櫛形スペクトルの一定の波長シフトを生成するように構成される。例えば、一実施形態において、波長選択素子１１１−１及び１１１−２は、それらの屈折率が電流注入、電圧、又は応力によって変更されるように構成され得る。

一実施形態において、第２の導波路１０３は、第１の反射レーザ信号と第２の反射レーザ信号との間の位相差をオフセットするように構成された位相調節器を有する。位相調節器は、第２の導波路１０３の第１のアーム１０３−１の一部及び第２のアーム１０３−２の一部の上にそれぞれ位置する２つの独立制御可能な加熱素子１１３−１及び１１３−２の形態で実装され得る。

図２は、一実施形態に従ったチューナブルレーザ２００の模式的な上面図を示している。図２Ａ−２Ｅは、図２に示した直線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥに沿ったそれぞれの模式的な断面を示している。一実施形態において、チューナブルレーザ２００は、モノリシック半導体レーザとして実装される。

不要な繰り返しを避けるため、図２及び図２Ａ−２Ｅの実施形態の以下の説明は、図１及び図１Ａ−１Ｅの実施形態に対する違いに焦点を当てることとする。図２及び図２Ａ−２Ｅと図１及び図１Ａ−１Ｅとに示される同じ要素は、同様の参照符号によって識別されている。これら同じ要素の詳細な説明については、上での記述が参照される。例えば、レーザ２００の以下の要素は、レーザ１００の対応する要素に等しい：活性層１１９及び２１９、位相調節器加熱素子１１３−１、１１３−２及び２１３、パッシベーション層１２１及び２２１、並びにｐ側コンタクトメタル層１２３及び２２３。

概して、図２Ａ及び図２Ａ−２Ｅに示されるチューナブルレーザ２００の実施形態は、サンプリングされた格子型又は超構造格子型のＤＢＲレーザである。図１及び図１Ａ−１Ｅに示したＭＧ−Ｙ型レーザの形態のチューナブルレーザ１００の実施形態に対する主な違いは、第２の受動導波路の構成である。

チューナブルレーザ１００において、第２の受動導波路１０３は、第１のアーム１０３−１と第２のアーム１０３−２とを持つＹ字形状であったが、チューナブルレーザ２００の第２の受動導波路は、第１の能動導波路２０１の相異なる側に延在する２つの部分２０３−１及び２０３−２で構成されている。この目的のため、第１の導波路２０１は、２つのカップリング部２０１ａ及び２０１ｂを有している。第１の導波路２０１の２つのカップリング部２０１ａ及び２０１ｂは各々、テーパー状幅部分を有することができる。第１の導波路２０１の２つのカップリング部２０１ａ及び２０１ｂの各々が、第１の導波路２０１の活性部内で生成されたレーザ信号を、半導体層２１７を介して、第２の導波路の第１の部分２０３−１及び第２の部分２０３−２のそれぞれのカップリング部２０３−１ａ及び２０３−２ａにカップリングするように構成される。第２の導波路の第１の部分２０３−１のカップリング部２０３−１ａ、及び第２の導波路の第２の部分２０３−２のカップリング部２０３−２ａは、テーパー状幅部分を有することができる。

波長選択素子２１１−１、２１１−２、及びヒータ素子２０９−１、２０９−２の機能は、波長選択素子１１１−１、１１１−２、及びヒータ素子１０９−１、１０９−２の機能と同じであるので、これらの素子がどのように構成されるか、及びレーザ２００によって生成されるレーザ信号の波長を調節することをこれらの素子がどのように可能にするかについて、上での記述が参照される。

図３は、一実施形態に従ったレーザをチューニングする方法３００の模式図を示している。方法３００の第１のステップ３０１にて、第１の導波路の活性領域によってレーザ信号が生成される。方法３００の第２のステップ３０３にて、レーザ信号が、第１の導波路によって、第１の導波路の第１のカップリング部へと導かれる。方法３００の第３のステップ３０５にて、レーザ信号が、第１の導波路の第１のカップリング部から第２の導波路の第２のカップリング部へと光カップリングされる。第１の導波路は、半導体層によって第２の導波路から離隔されている。方法３００の第４のステップ３０７にて、レーザ信号が、第２の導波路によって、第２の導波路のチューニング部へと導かれる。方法３００の第５のステップ３０９にて、レーザ信号の波長が、第２の導波路のチューニング部によって調節される。

ここに記載された方法、システム及び装置は、チップ又は集積回路若しくは特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内の光回路として実装され得る。本発明は、デジタル及び／又はアナログの電子・光回路にて実装されることができる。

本開示の特定の特徴又は態様が、幾つもある実装又は実装形態のうちのほんの１つに関して開示されているかもしれないが、それらの特徴又は態様は、所与の又は特定の用途に望ましくて有利であり得るように、その他の実装又は実施形態の１つ以上のその他の特徴又は態様と組み合わされ得る。また、用語“含む”、“持つ”、“備える”、又はこれらのその他の変形が、詳細な説明又は請求項の何れかで使用される範囲において、それらの用語は、用語“有する”と同様な様態で包含的であることを意図したものである。また、用語“例示的な”、“例えば”、及び“例として”は、最良又は最適というよりも、単に例としての意味である。用語“結合され”及び“接続され”、並びに派生形が使用されることがある。理解されるべきことには、これらの用語は、２つの要素が、それらが互いに物理的若しくは電気的に直に接触しているのか、あるいは互いに接触していないのかにかかわらず、互いに協働あるいは相互作用することを指し示すために使用され得る。

具体的な態様をここに図示して説明してきたが、当業者によって理解されるように、本開示の範囲を逸脱することなく、それら具体的な態様に代えて多様な代替的及び／又は均等的な実装が使用され得る。本願は、ここに開示された具体的な態様の如何なる適応又は変形にも及ぶことが意図される。

以下の請求項中の要素が、対応する符号付けを伴って特定の順序で記載されているとしても、請求項の記載がそれらの要素の一部又は全てを実行する特定の順序を特段に意味していない限り、それらの要素は必ずしも、その特定の順序で実行されることに限定されるように意図されない。

以上の教示に照らして、数多くの代替、変更及び変形が当業者に明らかになる。当然ながら、当業者が直ちに認識するように、ここに記載されたものではない本発明の数多くの用途が存在する。本発明は１つ以上の特定の実施形態を参照して説明されているが、当業者が認識するように、本発明の範囲を逸脱することなく、それらには数多くの変形が為され得る。故に、理解されるべきことには、添付の請求項の範囲及びそれらの均等範囲の中で、本発明は、ここに具体的に開示されたものとは異なるように実施され得る。

Claims (13)

1. 半導体層と、
   前記半導体層の頂面の少なくとも一部を覆う活性層と、
   前記活性層の頂面の一部分上に配置された第１の導波路であり、下に位置する前記活性層の前記部分とともにレーザ信号を生成するとともに、当該第１の導波路の第１のカップリング部へと前記レーザ信号を導くように構成された第１の導波路と、
   前記半導体層の中に埋め込まれた第２の導波路であり、第２のカップリング部と前記レーザ信号の波長を調節するチューニング部とを有する第２の導波路と
   を有し、
   前記第１のカップリング部及び前記第２のカップリング部は、前記半導体層及び前記活性層を介して前記第１の導波路と前記第２の導波路との間で前記レーザ信号を結合させるように構成されている、
   チューナブルレーザ。
2. 前記レーザ信号の波長を熱的に調節するために前記チューニング部を加熱する加熱素子、を更に有する請求項１に記載のチューナブルレーザ。
3. 前記第１のカップリング部と前記第２のカップリング部とが平行に配置されている、請求項１又は２に記載のチューナブルレーザ。
4. 前記第１のカップリング部は少なくとも部分的に前記第２のカップリング部の上に位置している、請求項１乃至３の何れか一項に記載のチューナブルレーザ。
5. 前記第１のカップリング部又は前記第２のカップリング部は、幅が先細にされた部分を有する、請求項１乃至４の何れか一項に記載のチューナブルレーザ。
6. 前記第１の導波路はリッジ導波路である、請求項１乃至５の何れか一項に記載のチューナブルレーザ。
7. 当該チューナブルレーザは更に、前記第１の導波路を形成する第１の半導体層と、前記第２の導波路を形成する第２の半導体層とを有し、前記第１の導波路を前記第２の導波路から離隔する前記半導体層は、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層とを支持する半導体基板層である、請求項１乃至６の何れか一項に記載のチューナブルレーザ。
8. 前記第２の導波路は、第１のアーム及び第２のアームを有するＹ字形状の形態を有し、前記第２のカップリング部は、前記Ｙ字形状の第２の導波路の基部の少なくとも一部を形成し、前記第１のアーム及び前記第２のアームは、前記Ｙ字形状の第２の導波路のそれぞれのアーム部を形成している、請求項１乃至７の何れか一項に記載のチューナブルレーザ。
9. 前記第１のアームは第１の波長選択素子を有し、前記第２のアームは第２の波長選択素子を有し、前記第１の波長選択素子は、櫛形スペクトルを持つ第１の反射レーザ信号を供するように構成され、前記第２の波長選択素子は、櫛形スペクトルを持つ第２の反射レーザ信号を供するように構成され、前記第１の反射レーザ信号の前記櫛形スペクトルの連続したピーク間の間隔は、前記第２の反射レーザ信号の前記櫛形スペクトルの連続したピーク間の間隔とは異なる、請求項８に記載のチューナブルレーザ。
10. 前記第１の波長選択素子又は前記第２の波長選択素子は、サンプリングされた格子型の分布ブラッグ反射器又は超構造格子型の分布ブラッグ反射器として形成されている、請求項９に記載のチューナブルレーザ。
11. 前記第２の導波路は更に、前記第１の反射レーザ信号の第１の位相を、前記第２の反射レーザ信号の第２の位相と揃える位相調節器を有する、請求項９又は１０に記載のチューナブルレーザ。
12. 前記第２の導波路の前記第１のアームと前記第２のアームとの間に熱絶縁を提供するように、前記第１の導波路を前記第２の導波路から離隔する前記半導体層内に設けられた断熱溝、を有する請求項８乃至１１の何れか一項に記載のチューナブルレーザ。
13. レーザをチューニングする方法であって、
    活性層の頂面の一部分上に配置された第１の導波路によって、レーザ信号を生成するステップであり、前記活性層は、半導体層の頂面の少なくとも一部を覆っている、ステップと、
    前記第１の導波路によって、前記第１の導波路の第１のカップリング部へと前記レーザ信号を導くステップと、
    前記第１の導波路の前記第１のカップリング部から、前記半導体層に埋め込まれた第２の導波路の第２のカップリング部へと、前記半導体層及び前記活性層を介して、前記レーザ信号を光カップリングするステップと、
    前記第２の導波路によって、前記第２の導波路のチューニング部へと前記レーザ信号を導くステップと、
    前記第２の導波路の前記チューニング部によって、前記レーザ信号の波長を調節するステップと、
    を有する方法。

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