半導体光素子
【課題】半導体レーザ素子のレーザ光スペクトルの線幅を抑えること。
【解決手段】複数のレーザ素子と、複数のレーザ素子のそれぞれに導波路を介して接続され、複数のレーザ素子が出力するレーザ光を合流する光合流器と、光合流器から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、記光合流器及び半導体光増幅器と同一の基板上において、複数のレーザ素子のそれぞれと光合流器との間の経路上にそれぞれ形成された複数の波長選択フィルタとを備える半導体光素子。
【解決手段】複数のレーザ素子と、複数のレーザ素子のそれぞれに導波路を介して接続され、複数のレーザ素子が出力するレーザ光を合流する光合流器と、光合流器から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、記光合流器及び半導体光増幅器と同一の基板上において、複数のレーザ素子のそれぞれと光合流器との間の経路上にそれぞれ形成された複数の波長選択フィルタとを備える半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に集積した集積型半導体光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ等の各種のレーザ光源が知られている。大容量光伝送機器用のレーザ光源としては、高出力で、狭線幅のスペクトルを有するレーザ光源が求められている。
【０００３】
また、半導体レーザ素子、複数のレーザ光を合流させて出力する光合流器、及び半導体光増幅器等の光部品が知られている。これらの光部品を１つの半導体基板に集積させた半導体光素子が知られている。
［特許文献］
特許文献１ 特開２００５−３１７６９５号公報
［非特許文献］
非特許文献１ Ｇｅｅｒｔ Ｍｏｒｔｈｉｅｒ、「Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ Ａｎｄ Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ Ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ Ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、米国、ＩＥＥＥ、２００２年１２月、Ｖｏｌ．１４、Ｎｏ．１２、Ｐ．１６４４−１６４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、光合流器から出射したレーザ光を、半導体光増幅器で増幅して、半導体光素子から出力させようとすると、半導体光増幅器から放出された自然放出光の一部が半導体レーザ素子に入射する。そして、半導体レーザ素子に自然放出光等が入力されると、半導体レーザ素子が出力するレーザ光スペクトルの線幅が広くなる現象が生じた（非特許文献１）。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によると、複数のレーザ素子と、複数のレーザ素子のそれぞれに導波路を介して接続され、複数のレーザ素子が出力するレーザ光を合流する光合流器と、光合流器から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、記光合流器及び半導体光増幅器と同一の基板上において、複数のレーザ素子のそれぞれと光合流器との間の経路上にそれぞれ形成された複数の波長選択フィルタとを備える半導体光素子を提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体光素子の出力光波長を制御する方法を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。
【図４】第２の実施形態に係る半導体光素子の出力光波長を制御する方法を説明するためのブロック図である。
【図５】第２の実施形態の変形例に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。半導体光素子１０は、基板１００、複数のレーザ素子１１０、複数の波長選択フィルタ１２０、光合流器１３０、及び半導体光増幅器１４０を有する。半導体光素子１０は、複数のレーザ素子１１０のうち選択された１つから出射する光を半導体光増幅器１４０の端部から出力する。
【００１０】
基板１００は、面上に複数のレーザ素子１１０、複数の波長選択フィルタ１２０、光合流器１３０、及び半導体光増幅器１４０が形成される、半導体基板等である。
【００１１】
複数のレーザ素子１１０のそれぞれは、互いに異なる波長のレーザ光を出力する。レーザ素子１１０は、第１の実施形態においては、基板１００上に形成された半導体レーザ素子である。例えば、レーザ素子１１０は、分布帰還型レーザ素子又は分布反射型レーザ素子である。レーザ素子１１０は、その温度によって屈折率が変化するので、出力されるレーザの発振波長を周辺温度により制御することができる。それぞれの半導体レーザ素子１１０は、周辺温度を変えることにより３ｎｍ〜４ｎｍの範囲内で発振波長が変化する波長可変光源とすることができる。
【００１２】
例えば、発振帯域の異なる４個の半導体レーザ素子１１０を、発振波長が３ｎｍ〜４ｎｍの間隔で連続して並ぶように設置することで、半導体光素子１０は、出力レーザ光の可変波長帯域を１２ｎｍ〜１６ｎｍにすることができる。このような半導体光素子１０は、同一制御温度範囲で比較した場合、単体の半導体レーザ素子を用いた場合よりも広帯域に連続した波長帯域のレーザ光を出射することができる。
【００１３】
波長選択フィルタ１２０は、光合流器１３０及び半導体光増幅器１４０と同一の基板１００上に形成され、予め定められた通過波長帯域の光を通過させる。波長選択フィルタ１２０は、複数のレーザ素子１１０のそれぞれと光合流器１３０との間の経路上にそれぞれ形成され、対応するレーザ素子１１０が出力するレーザ光の波長を選択的に通過させる。その一方で、複数の波長選択フィルタ１２０のそれぞれは、対応するレーザ素子１１０が出力するレーザ光の波長以外の光を減衰させる。複数の波長選択フィルタ１２０のそれぞれは、通過波長帯域を変えることができる。
【００１４】
波長選択フィルタ１２０は、基板１００上に形成されたリングフィルタである。従って、波長選択フィルタ１２０は、半導体プロセスにより基板１００上に形成することができる。これに代えて、波長選択フィルタ１２０は、多層膜フィルタ又はエタロンフィルタ等のリングフィルタ以外のバンドパスフィルタでもよい。
【００１５】
リングフィルタは、入力導波路、リング導波路、及び出力導波路を有する。入力導波路とリング導波路は光結合され、リング導波路と出力導波路は光結合される。入力導波路はリングフィルタの入力端に接続され、出力導波路はリングフィルタの出力端に接続される。リングフィルタの出力導波路と出力端は、リングフィルタの入力導波路と入力端に対して、基板１００上において光軸に垂直な方向（＋ｘ方向）にリング導波路の直径分オフセットされている。
【００１６】
リングフィルタは、複数の通過波長帯域を有する。具体的には、リングフィルタのリング導波路の光路長ｌと、リングフィルタの通過波長帯域の中心波長λｎには、λｎ＝ｌ／ｎ（ｎは整数）の関係式が成立する。この関係式を満たすλｎは、ｎが増加又は減少するごとに一定波長間隔ごとに周期的に現れる。リングフィルタは、通過波長帯域の間に、光を遮蔽する遮蔽波長帯域を有する。従って、リングフィルタの波長／透過率特性には、ほとんどの光を透過する通過波長帯域と、ほとんどの光を遮断する遮断波長帯域が、一定波長間隔で交互に繰り返し現れる。
【００１７】
波長選択フィルタ１２０は、マイクロヒータ１５０が設けられたリングフィルタであってもよい。マイクロヒータ１５０は、波長選択フィルタ１２０の温度を調節することによって、波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域を調節する。例えば、半導体光素子１０は、マイクロヒータ１５０によりリングフィルタを加熱することで、リング導波路の光路長を伸長させ、リングフィルタの通過波長帯域を長波長方向へと変える。
【００１８】
マイクロヒータ１５０は、対応するレーザ素子１１０の出力レーザの波長と通過波長帯域λｎがほぼ等しくなるように、リング導波路の光路長ｌを制御する。波長選択フィルタ１２０は、マイクロヒータ１５０に供給する電流を制御する目的で、基板１００面上に波長調整用の端子を有してもよい。
【００１９】
波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域は、対応するレーザ素子１１０の可変波長帯域の全域を含む。半導体光素子１０は、波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域が、対応するレーザ素子１１０の可変波長帯域の全域を含むように、各マイクロヒータ１５０に供給する電流を初期調整してもよい。初期調整の後は、半導体光素子１０は、波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域を制御しなくてもよい。
【００２０】
これに代えて、波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域は、対応するレーザ素子１１０の可変波長帯域よりも小さくてもよい。この場合、波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域が、対応するレーザ素子１１０の出力レーザ光の波長を含むように、制御される。
【００２１】
光合流器１３０は、基板１００上に形成され、複数のレーザ素子１１０のそれぞれに導波路を介して接続されている。光合流器１３０は、複数のレーザ素子１１０が出力するレーザ光を合流する。光合流器１３０は、半導体プロセスにより形成できるマルチモード干渉型（ＭＭＩ）光カプラであってよい。
【００２２】
半導体光増幅器１４０は、基板１００上に形成され、光合流器１３０に接続されて光合流器１３０から出力されるレーザ光を増幅する。半導体光増幅器１４０は、外部から電流を注入されることで反転分布を形成し、誘導放出により入力光を増幅する。
【００２３】
次に、第１の実施形態における半導体光素子１０の動作について説明する。まず、半導体光素子１０は、出力すべき波長のレーザ光を出力するレーザ素子１１０を選択して、当該レーザ素子１１０を駆動する。選択されたレーザ素子１１０は、波長選択フィルタ１２０に向けてレーザ光を出射する。波長選択フィルタ１２０は、対応するレーザ素子１１０が出力するレーザ光を選択的に通過させ、それ以外の波長の光を減衰する。
【００２４】
従って、波長選択フィルタ１２０を通過するレーザ光は、ほとんど減衰することなく光合流器１３０に出力される。光合流器１３０に入射したレーザ光は、光合流器１３０を通過して半導体光増幅器１４０へ出力される。半導体光増幅器１４０に入射したレーザ光は、半導体光増幅器１４０で増幅され、半導体光素子１０の端部に設けられた出力端から外部に出力される。
【００２５】
ここで、半導体光増幅器１４０は、半導体光素子１０の出力端へと出射する増幅光である誘導放出光の他に、数１０ｎｍの帯域を持つ自然放出光を発生する。半導体光増幅器１４０の自然放出光は、略等方的に放出されるので、光合流器１３０の方向にも出力される。光合流器１３０に入力された自然放出光は、光合流器１３０によって分岐されて、各レーザ素子１１０へと向かう。この自然放出光がレーザ素子１１０に到達すると、レーザ素子１１０の出力が不安定になり、出力されるレーザ光の波長スペクトルの線幅が増大していた。
【００２６】
これに対して、第１の実施形態に係る半導体光素子１０によれば、自然放出光は、レーザ素子１１０に到達する前に波長選択フィルタ１２０に入射する。ここで、複数の波長選択フィルタ１２０のそれぞれは、自然放出光を、当該レーザ素子１１０が出力するレーザ光の波長以外の遮断波長帯域において減衰させる。このため、波長選択フィルタ１２０は、レーザ素子１１０へ向かう自然放出光を減衰させ、レーザ素子１１０に入射する光パワーを低減することができる。
【００２７】
このように、第１の実施形態に係る半導体光素子１０は、レーザ素子１１０に入射する自然放出光をリングフィルタにより減衰させる。このため、第１の実施形態に係る半導体光素子１０は、自然放出光の影響を低減させて、線幅の狭いスペクトルのレーザ光を出力することができる。
【００２８】
なお、半導体光素子１０は、複数のレーザ素子１１０の代わりに単一のレーザ素子１１０を備えてもよい。単一のレーザ素子を有する場合には、半導体光素子１０は、光合流器を備えなくてもよい。この場合、半導体光素子は、単一のレーザ素子１１０と、半導体光増幅器１４０と、レーザ素子１１０と半導体光増幅器１４０との間の経路上に形成された波長選択フィルタ１２０とを備える。
【００２９】
図２は、第１の実施形態に係る半導体光素子の出力光の波長を制御する方法を説明するためのブロック図である。図２の例では、制御部１６０を用いて、半導体光素子の出力光波長を制御する。
【００３０】
制御部１６０は、複数のレーザ素子１１０と、複数のマイクロヒータ１５０とにそれぞれ電気的に接続される。制御部１６０は、レーザ素子１１０に駆動電流を供給することで、レーザ素子１１０にレーザ光を出力させる。また、制御部１６０は、マイクロヒータ１５０に供給する電流を制御することで、マイクロヒータ１５０の温度を制御する。制御部１６０は、マイクロヒータ１５０の温度を制御することで、マイクロヒータ１５０に対応する波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域を調節する。制御部１６０は、基板１００上の波長調整用の端子を介してマイクロヒータ１５０を制御してもよい。
【００３１】
制御部１６０は、複数のレーザ素子１１０のうち選択した１つに対して駆動電流を供給することによって、半導体光素子１０の出力に用いるレーザ素子１１０を選択する。この場合、制御部１６０は、選択されたレーザ素子１１０に接続された波長選択フィルタ１２０のマイクロヒータ１５０を制御して、当該レーザ素子１１０から出力されたレーザ光を半導体光素子１０から出力させる。この制御方法によれば、選択されなかったレーザ素子１１０及び対応するマイクロヒータ１５０に駆動電流が供給されないので、半導体光素子１０の消費電力を低減することができる。
【００３２】
これに代えて、制御部１６０は、複数のレーザ素子１１０全てにレーザ光を出力させておき、複数の波長選択フィルタ１２０を制御することにより、出力に用いるレーザ光を選択してもよい。この場合、まず、制御部１６０は、出力させるべきレーザ素子１１０に接続された波長選択フィルタ１２０を選択する。そして、選択された波長選択フィルタ１２０が対応するレーザ素子１１０のレーザ光を通過するように、マイクロヒータ１５０を制御する。
【００３３】
同時に、制御部１６０は、選択されなかった波長選択フィルタ１２０が、対応するレーザ素子１１０のレーザ光を通過させないように、マイクロヒータ１５０をそれぞれ制御する。この制御方法によれば、各レーザ素子が常にオン状態を保つので、安定な光出力を半導体光素子１０から出力させることができる。
【００３４】
このように、図２において説明した半導体光素子１０を制御する方法によれば、半導体光素子１０は、制御部１６０により、複数のレーザ素子１１０から出力すべき波長のレーザ光を出力するレーザ素子を選択して、当該レーザ光を出力することができる。また、半導体光素子１０は、波長選択フィルタ１２０を用いることで、選択したレーザ素子が出力するレーザ光を通過させつつ、当該レーザ素子１１０に入射する自然放出光を減少させることができる。
【００３５】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。半導体光素子２０は、基板１００、複数のレーザ素子１１０、光合流器１３０、半導体光増幅器１４０、及び波長選択フィルタ２２４を有する。半導体光素子２０は、複数のレーザ素子１１０のうち選択した１つから出射する光を半導体光増幅器１４０の端部から出力する。
【００３６】
第２の実施形態において、基板１００、複数のレーザ素子１１０、光合流器１３０及び半導体光増幅器１４０は、第１の実施形態と略同一の構成を採るので、説明を省略する。
【００３７】
波長選択フィルタ２２４は、一部の波長帯域の光を通過させる。波長選択フィルタ２２４は、光合流器１３０と半導体光増幅器１４０との間の経路上に形成される。また、波長選択フィルタ２２４は、半導体光増幅器１４０と同一の基板１００上に形成される。
【００３８】
波長選択フィルタ２２４は、複数のレーザ素子１１０のうち選択されたレーザ素子１１０からのレーザ光の波長を選択的に透過させる可変波長選択フィルタであってよい。波長選択フィルタ２２４は、選択されたレーザ素子が出力するレーザ光の波長以外の光を減衰する。
【００３９】
波長選択フィルタ２２４は、直列に接続された第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２を含む。波長選択フィルタ２２４は、第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域をそれぞれ変えることにより、通過波長帯域及び遮蔽波長域を調節する。波長選択フィルタ２２４は、直列に接続された３個以上のリングフィルタを有してもよい。
【００４０】
第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２は、第１の実施形態で説明したものと同様のリングフィルタである。第１リングフィルタ２２０は、第１マイクロヒータ２５０が設けられたリングフィルタであってもよい。また、第２リングフィルタ２２２は、第２マイクロヒータ２５２が設けられたリングフィルタであってもよい。第１マイクロヒータ２５０及び第２マイクロヒータ２５２の電流を制御するため、第１リングフィルタ及び第２リングフィルタは、基板１００上に波長調整用の端子をそれぞれ有していてもよい。
【００４１】
第１リングフィルタ２２０は、光合流器１３０の出力端から受けたレーザ光を、光合流器１３０の出力端に対して基板１００上で光軸と垂直な方向（＋ｘ方向）にリング導波路の直径分オフセットした出力端からレーザ光を出力する。第１リングフィルタ２２０の出力端は、第２リングフィルタ２２２の入力端と接続されている。
【００４２】
第２リングフィルタ２２２は、第１リングフィルタ２２０の出力端から受けた光を、基板１００上において第１リングフィルタ２２０と反対方向（＋ｘ方向）にリング導波路の直径分オフセットした出力端からレーザ光を出力する。つまり、第１リングフィルタの入力端から出力端へのオフセットの方向（＋ｘ方向）は、第２リングフィルタの入力端から出力端へのオフセットの方向（＋ｘ方向）と同じである。
【００４３】
第１リングフィルタ２２０のリング導波路の光路長ｌ１と、第１リングフィルタ２２０の通過波長帯域の中心波長λ１，ｎには、λ１，ｎ＝ｌ１／ｎ（ｎは整数）の関係式が成立する。半導体光素子２０は、選択されたレーザ素子１１０のレーザ光の波長とλ１，ｎが等しくなるように、第１リングフィルタ２２０のリング導波路の光路長ｌ１を制御する。
【００４４】
同様に、第２リングフィルタ２２２のリング導波路の光路長ｌ２と、第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域の中心波長λ２，ｍには、λ２，ｍ＝ｌ２／ｍ（ｍは整数）の関係式が成立する。半導体光素子２０の使用中において、選択されたレーザ素子１１０のレーザ光の波長とλ２，ｍが等しくなるように、第２リングフィルタ２２２のリング導波路の光路長ｌ２は制御される。
【００４５】
例えば、選択されたレーザ素子１１０が出力するレーザ光の波長がλ０である場合は、λ０＝ｌ１／ｎ'＝ｌ２／ｍ'となるように、リング導波路の光路長ｌ１、ｌ２が調節される。第１リングフィルタ２２０は、ｌ１／ｎ'の他にも、中心波長がｌ１／ｎ（ｎは、１以上かつｎ'以外の整数）となる波長帯域の光を通過させる。従って、自然放出光の出力帯域が、これらの通過波長帯域を含む場合、第１リングフィルタ２２０を通過した複数の波長帯域を有する光が、第２リングフィルタ２２２に入射する。
【００４６】
第２リングフィルタ２２２は、ｌ１／ｍ'の他に中心波長が、ｌ１／ｍ（ｍは、１以上かつｍ'以外の整数）となる波長帯域の光を通過させる。従って、第１リングフィルタ２２０を通過した光のうち、第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域に含まれる光が第２リングフィルタ２２２を通過する。
【００４７】
ここで、第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２は、互いに波長帯域における間隔が異なる複数の波長においてレーザ光を通過させる。即ち、第１リングフィルタ２２０のリング導波路の光路長ｌ１と、第２リングフィルタ２２２のリング導波路の光路長ｌ２は異なるように設定される。
【００４８】
光路長ｌ１と光路長ｌ２が異なることにより、第１リングフィルタ２２０と第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域は完全に一致せず、第１リングフィルタ２２０の通過波長帯域の一部は、第２リングフィルタ２２２の遮蔽波長帯域に含まれる。従って、第１リングフィルタ２２０を通過する波長λ０以外の波長の光は、第２リングフィルタ２２２でほとんど遮蔽される。
【００４９】
この様に、第２の実施形態によれば、半導体光素子２０は、第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２を制御して、第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２の両方により、複数のレーザ素子１１０のうち選択されたレーザ素子１１０からのレーザ光を通過させる。
【００５０】
図３においては、波長選択フィルタ２２４は、２個リングフィルタを有するものであった。これに代えて、波長選択フィルタ２２４は、直列に接続され、それぞれのリング導波路の光路長が異なる３個以上のリングフィルタを有してもよい。この場合、半導体光素子２０は、２個以下のリングフィルタを用いた場合よりも、レーザ素子１１０に入射する自然放出光をさらに低減することができる。
【００５１】
次に、第２の実施形態における半導体光素子２０の動作について説明する。まず、レーザ素子１１０は、光合流器１３０に向けてレーザ光を出射する。光合流器１３０に入射したレーザ光は、光合流器１３０を通過して第１リングフィルタ２２０へ出力される。
【００５２】
第１リングフィルタ２２０は、選択されたレーザ素子１１０が出力するレーザ光を選択的に通過させる。従って、第１リングフィルタ２２０を通過するレーザ光は、ほとんど減衰することなく第２リングフィルタ２２２に出力される。
【００５３】
第２リングフィルタ２２２は、選択されたレーザ素子１１０が出力するレーザ光を選択的に通過させる。従って、第２リングフィルタ２２２を通過するレーザ光は、ほとんど減衰することなく半導体光増幅器１４０に出力される。
【００５４】
半導体光増幅器１４０に入射したレーザ光は、半導体光増幅器１４０で増幅され、半導体光素子２０の端部に設けられた出力端から外部に出力される。
【００５５】
ここで、半導体光増幅器１４０は、半導体光素子２０の出力端へと出射する増幅光である誘導放出光の他に、数１０ｎｍの帯域を持つ自然放出光を発生する。半導体光増幅器１４０の自然放出光は、略等方的に放出されるので、第２リングフィルタ２２２の方向にも出力される。
【００５６】
自然放出光は、光合流器１３０に到達する前に第２リングフィルタ２２２に入射する。ここで、第２リングフィルタ２２２の遮断波長帯域の波長を有する自然放出光は、第２リングフィルタ２２２で減衰される。一方で、第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域ｌ１／ｍ（ｍは１以上の整数）の波長を有する自然放出光は、第２リングフィルタ２２２を通過して第１リングフィルタ２２０へ入射する。
【００５７】
第１リングフィルタ２２０に入射する自然放出光は、第１リングフィルタ２２０でほとんど減衰される。即ち、第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域で、かつ第１リングフィルタ２２０の通過波長帯域ｌ１／ｎ（ｎは１以上の整数）の波長を有する自然放出光が、第１リングフィルタ２２０を通過する。ここで、第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域のほとんどは、第１リングフィルタ２２０の遮蔽波長領域に含まれるので、第２リングフィルタ２２２を通過した自然放出光のほとんどは、第１リングフィルタ２２０を通過できず減衰される。
【００５８】
このように、図３において説明した第２の実施形態によれば、半導体光素子２０は、直列に接続した２個のリングフィルタを相補的に用いて、レーザ素子１１０に入射する自然放出光を効果的に減衰する。従って、第２の実施形態の半導体光素子２０は、自然放出光の影響を低減した、線幅の狭いスペクトルのレーザ光を出力することができる。
【００５９】
図４は、第２の実施形態に係る半導体光素子の出力光波長を制御する方法を説明するためのブロック図である。半導体光素子２０は、制御部２６０を用いて、出力光の波長を制御する。
【００６０】
制御部２６０は、複数のレーザ素子１１０と、第１マイクロヒータ２５０及び第２マイクロヒータ２５２に電気的に接続されている。制御部２６０は、複数のレーザ素子１１０のうち選択した１つに対して駆動電流を供給することによって、半導体光素子１０の出力に用いるレーザ素子１１０を選択する。
【００６１】
制御部２６０は、第１マイクロヒータ２５０及び第２マイクロヒータ２５２に供給する電流を制御する。制御部２６０は、第１マイクロヒータ２５０及び第２マイクロヒータ２５２の温度をそれぞれ制御して、選択されたレーザ素子１１０から出力されたレーザ光を半導体光素子１０から出力させる。
【００６２】
制御部２６０は、第１リングフィルタ２２０の光路長ｌ１と第２リングフィルタ２２２の光路長ｌ２が異なり、かつ両方のリングフィルタが選択されたレーザ素子１１０のレーザ光を通過させるように、第１マイクロヒータ２５０と第２マイクロヒータ２５２をそれぞれ制御する。制御部２６０は、波長調整用の端子を介して、第１マイクロヒータ２５０及び第２マイクロヒータ２５２をそれぞれ制御してもよい。
【００６３】
以上説明したように、図４において説明した半導体光素子２０を制御する方法によれば、半導体光素子２０は、制御部２６０により、出力すべき波長のレーザ光を出力するレーザ素子を選択して、当該レーザ光を出力することができる。また、半導体光素子２０は、２つのリングフィルタの通過波長帯域を制御することで、選択したレーザ素子１１０が出力するレーザ光を通過させつつ、当該レーザ素子１１０に入射する自然放出光の減少させることができる。
【００６４】
図５は、第２の実施形態の変形例に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。本変形例においては、第１リングフィルタ２２０は、光合流器１３０の出力端から受けたレーザ光を、光合流器１３０の出力端に対して基板上で光軸と垂直な方向（＋ｘ方向）にリング導波路の直径分オフセットした出力端からレーザ光を出力する。第１リングフィルタ２２０の出力端は、第２リングフィルタ２２２の入力端と接続されている。
【００６５】
第２リングフィルタ２２２は、第１リングフィルタ２２０の出力端から受けた光を、基板上において第１リングフィルタ２２０側（−ｘ方向）にリング導波路の直径分オフセットした出力端からレーザ光を出力する。つまり、第１リングフィルタ２２０の入力端から出力端へのオフセットの方向（＋ｘ方向）は、第２リングフィルタ２２２の入力端から出力端へのオフセットの方向（−ｘ方向）と反対である。
【００６６】
このように第１リングフィルタ２２０と第２リングフィルタ２２２を配置することで、第２リングフィルタ２２２の出力端に接続される半導体光増幅器１４０を半導体光素子３０の中央付近に配置することができる。さらに、半導体光増幅器１４０から伸びる半導体光素子３０の出力端を半導体光素子３０の中央付近に配置することができる。
【００６７】
以上の第１および第２の実施形態で説明した半導体光素子１０、２０、３０は、基板１００のレーザ素子１１０が形成されていない面の下側には、他の部材を有することができる。例えば、半導体光素子１０、２０、３０は、基板１００のレーザ素子１１０が形成された領域の下に温度調節素子を有する。温度調節素子は、レーザ素子１１０の温度を調節して、出力光の波長を調整することができる。
【００６８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、および手順等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 半導体光素子、２０ 半導体光素子、３０ 半導体光素子、１００ 基板、１１０ レーザ素子、１２０ 波長選択フィルタ、１３０ 光合流器、１４０ 半導体光増幅器、１５０ マイクロヒータ、１６０ 制御部、２２０ 第１リングフィルタ、２２２ 第２リングフィルタ、２２４ 波長選択フィルタ、２５０ 第１マイクロヒータ、２５２ 第２マイクロヒータ、２６０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に集積した集積型半導体光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ等の各種のレーザ光源が知られている。大容量光伝送機器用のレーザ光源としては、高出力で、狭線幅のスペクトルを有するレーザ光源が求められている。
【０００３】
また、半導体レーザ素子、複数のレーザ光を合流させて出力する光合流器、及び半導体光増幅器等の光部品が知られている。これらの光部品を１つの半導体基板に集積させた半導体光素子が知られている。
［特許文献］
特許文献１ 特開２００５−３１７６９５号公報
［非特許文献］
非特許文献１ Ｇｅｅｒｔ Ｍｏｒｔｈｉｅｒ、「Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ Ａｎｄ Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ Ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ Ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、米国、ＩＥＥＥ、２００２年１２月、Ｖｏｌ．１４、Ｎｏ．１２、Ｐ．１６４４−１６４６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、光合流器から出射したレーザ光を、半導体光増幅器で増幅して、半導体光素子から出力させようとすると、半導体光増幅器から放出された自然放出光の一部が半導体レーザ素子に入射する。そして、半導体レーザ素子に自然放出光等が入力されると、半導体レーザ素子が出力するレーザ光スペクトルの線幅が広くなる現象が生じた（非特許文献１）。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によると、複数のレーザ素子と、複数のレーザ素子のそれぞれに導波路を介して接続され、複数のレーザ素子が出力するレーザ光を合流する光合流器と、光合流器から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、記光合流器及び半導体光増幅器と同一の基板上において、複数のレーザ素子のそれぞれと光合流器との間の経路上にそれぞれ形成された複数の波長選択フィルタとを備える半導体光素子を提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体光素子の出力光波長を制御する方法を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。
【図４】第２の実施形態に係る半導体光素子の出力光波長を制御する方法を説明するためのブロック図である。
【図５】第２の実施形態の変形例に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。半導体光素子１０は、基板１００、複数のレーザ素子１１０、複数の波長選択フィルタ１２０、光合流器１３０、及び半導体光増幅器１４０を有する。半導体光素子１０は、複数のレーザ素子１１０のうち選択された１つから出射する光を半導体光増幅器１４０の端部から出力する。
【００１０】
基板１００は、面上に複数のレーザ素子１１０、複数の波長選択フィルタ１２０、光合流器１３０、及び半導体光増幅器１４０が形成される、半導体基板等である。
【００１１】
複数のレーザ素子１１０のそれぞれは、互いに異なる波長のレーザ光を出力する。レーザ素子１１０は、第１の実施形態においては、基板１００上に形成された半導体レーザ素子である。例えば、レーザ素子１１０は、分布帰還型レーザ素子又は分布反射型レーザ素子である。レーザ素子１１０は、その温度によって屈折率が変化するので、出力されるレーザの発振波長を周辺温度により制御することができる。それぞれの半導体レーザ素子１１０は、周辺温度を変えることにより３ｎｍ〜４ｎｍの範囲内で発振波長が変化する波長可変光源とすることができる。
【００１２】
例えば、発振帯域の異なる４個の半導体レーザ素子１１０を、発振波長が３ｎｍ〜４ｎｍの間隔で連続して並ぶように設置することで、半導体光素子１０は、出力レーザ光の可変波長帯域を１２ｎｍ〜１６ｎｍにすることができる。このような半導体光素子１０は、同一制御温度範囲で比較した場合、単体の半導体レーザ素子を用いた場合よりも広帯域に連続した波長帯域のレーザ光を出射することができる。
【００１３】
波長選択フィルタ１２０は、光合流器１３０及び半導体光増幅器１４０と同一の基板１００上に形成され、予め定められた通過波長帯域の光を通過させる。波長選択フィルタ１２０は、複数のレーザ素子１１０のそれぞれと光合流器１３０との間の経路上にそれぞれ形成され、対応するレーザ素子１１０が出力するレーザ光の波長を選択的に通過させる。その一方で、複数の波長選択フィルタ１２０のそれぞれは、対応するレーザ素子１１０が出力するレーザ光の波長以外の光を減衰させる。複数の波長選択フィルタ１２０のそれぞれは、通過波長帯域を変えることができる。
【００１４】
波長選択フィルタ１２０は、基板１００上に形成されたリングフィルタである。従って、波長選択フィルタ１２０は、半導体プロセスにより基板１００上に形成することができる。これに代えて、波長選択フィルタ１２０は、多層膜フィルタ又はエタロンフィルタ等のリングフィルタ以外のバンドパスフィルタでもよい。
【００１５】
リングフィルタは、入力導波路、リング導波路、及び出力導波路を有する。入力導波路とリング導波路は光結合され、リング導波路と出力導波路は光結合される。入力導波路はリングフィルタの入力端に接続され、出力導波路はリングフィルタの出力端に接続される。リングフィルタの出力導波路と出力端は、リングフィルタの入力導波路と入力端に対して、基板１００上において光軸に垂直な方向（＋ｘ方向）にリング導波路の直径分オフセットされている。
【００１６】
リングフィルタは、複数の通過波長帯域を有する。具体的には、リングフィルタのリング導波路の光路長ｌと、リングフィルタの通過波長帯域の中心波長λｎには、λｎ＝ｌ／ｎ（ｎは整数）の関係式が成立する。この関係式を満たすλｎは、ｎが増加又は減少するごとに一定波長間隔ごとに周期的に現れる。リングフィルタは、通過波長帯域の間に、光を遮蔽する遮蔽波長帯域を有する。従って、リングフィルタの波長／透過率特性には、ほとんどの光を透過する通過波長帯域と、ほとんどの光を遮断する遮断波長帯域が、一定波長間隔で交互に繰り返し現れる。
【００１７】
波長選択フィルタ１２０は、マイクロヒータ１５０が設けられたリングフィルタであってもよい。マイクロヒータ１５０は、波長選択フィルタ１２０の温度を調節することによって、波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域を調節する。例えば、半導体光素子１０は、マイクロヒータ１５０によりリングフィルタを加熱することで、リング導波路の光路長を伸長させ、リングフィルタの通過波長帯域を長波長方向へと変える。
【００１８】
マイクロヒータ１５０は、対応するレーザ素子１１０の出力レーザの波長と通過波長帯域λｎがほぼ等しくなるように、リング導波路の光路長ｌを制御する。波長選択フィルタ１２０は、マイクロヒータ１５０に供給する電流を制御する目的で、基板１００面上に波長調整用の端子を有してもよい。
【００１９】
波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域は、対応するレーザ素子１１０の可変波長帯域の全域を含む。半導体光素子１０は、波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域が、対応するレーザ素子１１０の可変波長帯域の全域を含むように、各マイクロヒータ１５０に供給する電流を初期調整してもよい。初期調整の後は、半導体光素子１０は、波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域を制御しなくてもよい。
【００２０】
これに代えて、波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域は、対応するレーザ素子１１０の可変波長帯域よりも小さくてもよい。この場合、波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域が、対応するレーザ素子１１０の出力レーザ光の波長を含むように、制御される。
【００２１】
光合流器１３０は、基板１００上に形成され、複数のレーザ素子１１０のそれぞれに導波路を介して接続されている。光合流器１３０は、複数のレーザ素子１１０が出力するレーザ光を合流する。光合流器１３０は、半導体プロセスにより形成できるマルチモード干渉型（ＭＭＩ）光カプラであってよい。
【００２２】
半導体光増幅器１４０は、基板１００上に形成され、光合流器１３０に接続されて光合流器１３０から出力されるレーザ光を増幅する。半導体光増幅器１４０は、外部から電流を注入されることで反転分布を形成し、誘導放出により入力光を増幅する。
【００２３】
次に、第１の実施形態における半導体光素子１０の動作について説明する。まず、半導体光素子１０は、出力すべき波長のレーザ光を出力するレーザ素子１１０を選択して、当該レーザ素子１１０を駆動する。選択されたレーザ素子１１０は、波長選択フィルタ１２０に向けてレーザ光を出射する。波長選択フィルタ１２０は、対応するレーザ素子１１０が出力するレーザ光を選択的に通過させ、それ以外の波長の光を減衰する。
【００２４】
従って、波長選択フィルタ１２０を通過するレーザ光は、ほとんど減衰することなく光合流器１３０に出力される。光合流器１３０に入射したレーザ光は、光合流器１３０を通過して半導体光増幅器１４０へ出力される。半導体光増幅器１４０に入射したレーザ光は、半導体光増幅器１４０で増幅され、半導体光素子１０の端部に設けられた出力端から外部に出力される。
【００２５】
ここで、半導体光増幅器１４０は、半導体光素子１０の出力端へと出射する増幅光である誘導放出光の他に、数１０ｎｍの帯域を持つ自然放出光を発生する。半導体光増幅器１４０の自然放出光は、略等方的に放出されるので、光合流器１３０の方向にも出力される。光合流器１３０に入力された自然放出光は、光合流器１３０によって分岐されて、各レーザ素子１１０へと向かう。この自然放出光がレーザ素子１１０に到達すると、レーザ素子１１０の出力が不安定になり、出力されるレーザ光の波長スペクトルの線幅が増大していた。
【００２６】
これに対して、第１の実施形態に係る半導体光素子１０によれば、自然放出光は、レーザ素子１１０に到達する前に波長選択フィルタ１２０に入射する。ここで、複数の波長選択フィルタ１２０のそれぞれは、自然放出光を、当該レーザ素子１１０が出力するレーザ光の波長以外の遮断波長帯域において減衰させる。このため、波長選択フィルタ１２０は、レーザ素子１１０へ向かう自然放出光を減衰させ、レーザ素子１１０に入射する光パワーを低減することができる。
【００２７】
このように、第１の実施形態に係る半導体光素子１０は、レーザ素子１１０に入射する自然放出光をリングフィルタにより減衰させる。このため、第１の実施形態に係る半導体光素子１０は、自然放出光の影響を低減させて、線幅の狭いスペクトルのレーザ光を出力することができる。
【００２８】
なお、半導体光素子１０は、複数のレーザ素子１１０の代わりに単一のレーザ素子１１０を備えてもよい。単一のレーザ素子を有する場合には、半導体光素子１０は、光合流器を備えなくてもよい。この場合、半導体光素子は、単一のレーザ素子１１０と、半導体光増幅器１４０と、レーザ素子１１０と半導体光増幅器１４０との間の経路上に形成された波長選択フィルタ１２０とを備える。
【００２９】
図２は、第１の実施形態に係る半導体光素子の出力光の波長を制御する方法を説明するためのブロック図である。図２の例では、制御部１６０を用いて、半導体光素子の出力光波長を制御する。
【００３０】
制御部１６０は、複数のレーザ素子１１０と、複数のマイクロヒータ１５０とにそれぞれ電気的に接続される。制御部１６０は、レーザ素子１１０に駆動電流を供給することで、レーザ素子１１０にレーザ光を出力させる。また、制御部１６０は、マイクロヒータ１５０に供給する電流を制御することで、マイクロヒータ１５０の温度を制御する。制御部１６０は、マイクロヒータ１５０の温度を制御することで、マイクロヒータ１５０に対応する波長選択フィルタ１２０の通過波長帯域を調節する。制御部１６０は、基板１００上の波長調整用の端子を介してマイクロヒータ１５０を制御してもよい。
【００３１】
制御部１６０は、複数のレーザ素子１１０のうち選択した１つに対して駆動電流を供給することによって、半導体光素子１０の出力に用いるレーザ素子１１０を選択する。この場合、制御部１６０は、選択されたレーザ素子１１０に接続された波長選択フィルタ１２０のマイクロヒータ１５０を制御して、当該レーザ素子１１０から出力されたレーザ光を半導体光素子１０から出力させる。この制御方法によれば、選択されなかったレーザ素子１１０及び対応するマイクロヒータ１５０に駆動電流が供給されないので、半導体光素子１０の消費電力を低減することができる。
【００３２】
これに代えて、制御部１６０は、複数のレーザ素子１１０全てにレーザ光を出力させておき、複数の波長選択フィルタ１２０を制御することにより、出力に用いるレーザ光を選択してもよい。この場合、まず、制御部１６０は、出力させるべきレーザ素子１１０に接続された波長選択フィルタ１２０を選択する。そして、選択された波長選択フィルタ１２０が対応するレーザ素子１１０のレーザ光を通過するように、マイクロヒータ１５０を制御する。
【００３３】
同時に、制御部１６０は、選択されなかった波長選択フィルタ１２０が、対応するレーザ素子１１０のレーザ光を通過させないように、マイクロヒータ１５０をそれぞれ制御する。この制御方法によれば、各レーザ素子が常にオン状態を保つので、安定な光出力を半導体光素子１０から出力させることができる。
【００３４】
このように、図２において説明した半導体光素子１０を制御する方法によれば、半導体光素子１０は、制御部１６０により、複数のレーザ素子１１０から出力すべき波長のレーザ光を出力するレーザ素子を選択して、当該レーザ光を出力することができる。また、半導体光素子１０は、波長選択フィルタ１２０を用いることで、選択したレーザ素子が出力するレーザ光を通過させつつ、当該レーザ素子１１０に入射する自然放出光を減少させることができる。
【００３５】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。半導体光素子２０は、基板１００、複数のレーザ素子１１０、光合流器１３０、半導体光増幅器１４０、及び波長選択フィルタ２２４を有する。半導体光素子２０は、複数のレーザ素子１１０のうち選択した１つから出射する光を半導体光増幅器１４０の端部から出力する。
【００３６】
第２の実施形態において、基板１００、複数のレーザ素子１１０、光合流器１３０及び半導体光増幅器１４０は、第１の実施形態と略同一の構成を採るので、説明を省略する。
【００３７】
波長選択フィルタ２２４は、一部の波長帯域の光を通過させる。波長選択フィルタ２２４は、光合流器１３０と半導体光増幅器１４０との間の経路上に形成される。また、波長選択フィルタ２２４は、半導体光増幅器１４０と同一の基板１００上に形成される。
【００３８】
波長選択フィルタ２２４は、複数のレーザ素子１１０のうち選択されたレーザ素子１１０からのレーザ光の波長を選択的に透過させる可変波長選択フィルタであってよい。波長選択フィルタ２２４は、選択されたレーザ素子が出力するレーザ光の波長以外の光を減衰する。
【００３９】
波長選択フィルタ２２４は、直列に接続された第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２を含む。波長選択フィルタ２２４は、第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域をそれぞれ変えることにより、通過波長帯域及び遮蔽波長域を調節する。波長選択フィルタ２２４は、直列に接続された３個以上のリングフィルタを有してもよい。
【００４０】
第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２は、第１の実施形態で説明したものと同様のリングフィルタである。第１リングフィルタ２２０は、第１マイクロヒータ２５０が設けられたリングフィルタであってもよい。また、第２リングフィルタ２２２は、第２マイクロヒータ２５２が設けられたリングフィルタであってもよい。第１マイクロヒータ２５０及び第２マイクロヒータ２５２の電流を制御するため、第１リングフィルタ及び第２リングフィルタは、基板１００上に波長調整用の端子をそれぞれ有していてもよい。
【００４１】
第１リングフィルタ２２０は、光合流器１３０の出力端から受けたレーザ光を、光合流器１３０の出力端に対して基板１００上で光軸と垂直な方向（＋ｘ方向）にリング導波路の直径分オフセットした出力端からレーザ光を出力する。第１リングフィルタ２２０の出力端は、第２リングフィルタ２２２の入力端と接続されている。
【００４２】
第２リングフィルタ２２２は、第１リングフィルタ２２０の出力端から受けた光を、基板１００上において第１リングフィルタ２２０と反対方向（＋ｘ方向）にリング導波路の直径分オフセットした出力端からレーザ光を出力する。つまり、第１リングフィルタの入力端から出力端へのオフセットの方向（＋ｘ方向）は、第２リングフィルタの入力端から出力端へのオフセットの方向（＋ｘ方向）と同じである。
【００４３】
第１リングフィルタ２２０のリング導波路の光路長ｌ１と、第１リングフィルタ２２０の通過波長帯域の中心波長λ１，ｎには、λ１，ｎ＝ｌ１／ｎ（ｎは整数）の関係式が成立する。半導体光素子２０は、選択されたレーザ素子１１０のレーザ光の波長とλ１，ｎが等しくなるように、第１リングフィルタ２２０のリング導波路の光路長ｌ１を制御する。
【００４４】
同様に、第２リングフィルタ２２２のリング導波路の光路長ｌ２と、第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域の中心波長λ２，ｍには、λ２，ｍ＝ｌ２／ｍ（ｍは整数）の関係式が成立する。半導体光素子２０の使用中において、選択されたレーザ素子１１０のレーザ光の波長とλ２，ｍが等しくなるように、第２リングフィルタ２２２のリング導波路の光路長ｌ２は制御される。
【００４５】
例えば、選択されたレーザ素子１１０が出力するレーザ光の波長がλ０である場合は、λ０＝ｌ１／ｎ'＝ｌ２／ｍ'となるように、リング導波路の光路長ｌ１、ｌ２が調節される。第１リングフィルタ２２０は、ｌ１／ｎ'の他にも、中心波長がｌ１／ｎ（ｎは、１以上かつｎ'以外の整数）となる波長帯域の光を通過させる。従って、自然放出光の出力帯域が、これらの通過波長帯域を含む場合、第１リングフィルタ２２０を通過した複数の波長帯域を有する光が、第２リングフィルタ２２２に入射する。
【００４６】
第２リングフィルタ２２２は、ｌ１／ｍ'の他に中心波長が、ｌ１／ｍ（ｍは、１以上かつｍ'以外の整数）となる波長帯域の光を通過させる。従って、第１リングフィルタ２２０を通過した光のうち、第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域に含まれる光が第２リングフィルタ２２２を通過する。
【００４７】
ここで、第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２は、互いに波長帯域における間隔が異なる複数の波長においてレーザ光を通過させる。即ち、第１リングフィルタ２２０のリング導波路の光路長ｌ１と、第２リングフィルタ２２２のリング導波路の光路長ｌ２は異なるように設定される。
【００４８】
光路長ｌ１と光路長ｌ２が異なることにより、第１リングフィルタ２２０と第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域は完全に一致せず、第１リングフィルタ２２０の通過波長帯域の一部は、第２リングフィルタ２２２の遮蔽波長帯域に含まれる。従って、第１リングフィルタ２２０を通過する波長λ０以外の波長の光は、第２リングフィルタ２２２でほとんど遮蔽される。
【００４９】
この様に、第２の実施形態によれば、半導体光素子２０は、第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２を制御して、第１リングフィルタ２２０及び第２リングフィルタ２２２の両方により、複数のレーザ素子１１０のうち選択されたレーザ素子１１０からのレーザ光を通過させる。
【００５０】
図３においては、波長選択フィルタ２２４は、２個リングフィルタを有するものであった。これに代えて、波長選択フィルタ２２４は、直列に接続され、それぞれのリング導波路の光路長が異なる３個以上のリングフィルタを有してもよい。この場合、半導体光素子２０は、２個以下のリングフィルタを用いた場合よりも、レーザ素子１１０に入射する自然放出光をさらに低減することができる。
【００５１】
次に、第２の実施形態における半導体光素子２０の動作について説明する。まず、レーザ素子１１０は、光合流器１３０に向けてレーザ光を出射する。光合流器１３０に入射したレーザ光は、光合流器１３０を通過して第１リングフィルタ２２０へ出力される。
【００５２】
第１リングフィルタ２２０は、選択されたレーザ素子１１０が出力するレーザ光を選択的に通過させる。従って、第１リングフィルタ２２０を通過するレーザ光は、ほとんど減衰することなく第２リングフィルタ２２２に出力される。
【００５３】
第２リングフィルタ２２２は、選択されたレーザ素子１１０が出力するレーザ光を選択的に通過させる。従って、第２リングフィルタ２２２を通過するレーザ光は、ほとんど減衰することなく半導体光増幅器１４０に出力される。
【００５４】
半導体光増幅器１４０に入射したレーザ光は、半導体光増幅器１４０で増幅され、半導体光素子２０の端部に設けられた出力端から外部に出力される。
【００５５】
ここで、半導体光増幅器１４０は、半導体光素子２０の出力端へと出射する増幅光である誘導放出光の他に、数１０ｎｍの帯域を持つ自然放出光を発生する。半導体光増幅器１４０の自然放出光は、略等方的に放出されるので、第２リングフィルタ２２２の方向にも出力される。
【００５６】
自然放出光は、光合流器１３０に到達する前に第２リングフィルタ２２２に入射する。ここで、第２リングフィルタ２２２の遮断波長帯域の波長を有する自然放出光は、第２リングフィルタ２２２で減衰される。一方で、第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域ｌ１／ｍ（ｍは１以上の整数）の波長を有する自然放出光は、第２リングフィルタ２２２を通過して第１リングフィルタ２２０へ入射する。
【００５７】
第１リングフィルタ２２０に入射する自然放出光は、第１リングフィルタ２２０でほとんど減衰される。即ち、第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域で、かつ第１リングフィルタ２２０の通過波長帯域ｌ１／ｎ（ｎは１以上の整数）の波長を有する自然放出光が、第１リングフィルタ２２０を通過する。ここで、第２リングフィルタ２２２の通過波長帯域のほとんどは、第１リングフィルタ２２０の遮蔽波長領域に含まれるので、第２リングフィルタ２２２を通過した自然放出光のほとんどは、第１リングフィルタ２２０を通過できず減衰される。
【００５８】
このように、図３において説明した第２の実施形態によれば、半導体光素子２０は、直列に接続した２個のリングフィルタを相補的に用いて、レーザ素子１１０に入射する自然放出光を効果的に減衰する。従って、第２の実施形態の半導体光素子２０は、自然放出光の影響を低減した、線幅の狭いスペクトルのレーザ光を出力することができる。
【００５９】
図４は、第２の実施形態に係る半導体光素子の出力光波長を制御する方法を説明するためのブロック図である。半導体光素子２０は、制御部２６０を用いて、出力光の波長を制御する。
【００６０】
制御部２６０は、複数のレーザ素子１１０と、第１マイクロヒータ２５０及び第２マイクロヒータ２５２に電気的に接続されている。制御部２６０は、複数のレーザ素子１１０のうち選択した１つに対して駆動電流を供給することによって、半導体光素子１０の出力に用いるレーザ素子１１０を選択する。
【００６１】
制御部２６０は、第１マイクロヒータ２５０及び第２マイクロヒータ２５２に供給する電流を制御する。制御部２６０は、第１マイクロヒータ２５０及び第２マイクロヒータ２５２の温度をそれぞれ制御して、選択されたレーザ素子１１０から出力されたレーザ光を半導体光素子１０から出力させる。
【００６２】
制御部２６０は、第１リングフィルタ２２０の光路長ｌ１と第２リングフィルタ２２２の光路長ｌ２が異なり、かつ両方のリングフィルタが選択されたレーザ素子１１０のレーザ光を通過させるように、第１マイクロヒータ２５０と第２マイクロヒータ２５２をそれぞれ制御する。制御部２６０は、波長調整用の端子を介して、第１マイクロヒータ２５０及び第２マイクロヒータ２５２をそれぞれ制御してもよい。
【００６３】
以上説明したように、図４において説明した半導体光素子２０を制御する方法によれば、半導体光素子２０は、制御部２６０により、出力すべき波長のレーザ光を出力するレーザ素子を選択して、当該レーザ光を出力することができる。また、半導体光素子２０は、２つのリングフィルタの通過波長帯域を制御することで、選択したレーザ素子１１０が出力するレーザ光を通過させつつ、当該レーザ素子１１０に入射する自然放出光の減少させることができる。
【００６４】
図５は、第２の実施形態の変形例に係る半導体光素子を上面から見た平面図である。本変形例においては、第１リングフィルタ２２０は、光合流器１３０の出力端から受けたレーザ光を、光合流器１３０の出力端に対して基板上で光軸と垂直な方向（＋ｘ方向）にリング導波路の直径分オフセットした出力端からレーザ光を出力する。第１リングフィルタ２２０の出力端は、第２リングフィルタ２２２の入力端と接続されている。
【００６５】
第２リングフィルタ２２２は、第１リングフィルタ２２０の出力端から受けた光を、基板上において第１リングフィルタ２２０側（−ｘ方向）にリング導波路の直径分オフセットした出力端からレーザ光を出力する。つまり、第１リングフィルタ２２０の入力端から出力端へのオフセットの方向（＋ｘ方向）は、第２リングフィルタ２２２の入力端から出力端へのオフセットの方向（−ｘ方向）と反対である。
【００６６】
このように第１リングフィルタ２２０と第２リングフィルタ２２２を配置することで、第２リングフィルタ２２２の出力端に接続される半導体光増幅器１４０を半導体光素子３０の中央付近に配置することができる。さらに、半導体光増幅器１４０から伸びる半導体光素子３０の出力端を半導体光素子３０の中央付近に配置することができる。
【００６７】
以上の第１および第２の実施形態で説明した半導体光素子１０、２０、３０は、基板１００のレーザ素子１１０が形成されていない面の下側には、他の部材を有することができる。例えば、半導体光素子１０、２０、３０は、基板１００のレーザ素子１１０が形成された領域の下に温度調節素子を有する。温度調節素子は、レーザ素子１１０の温度を調節して、出力光の波長を調整することができる。
【００６８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００６９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、および手順等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 半導体光素子、２０ 半導体光素子、３０ 半導体光素子、１００ 基板、１１０ レーザ素子、１２０ 波長選択フィルタ、１３０ 光合流器、１４０ 半導体光増幅器、１５０ マイクロヒータ、１６０ 制御部、２２０ 第１リングフィルタ、２２２ 第２リングフィルタ、２２４ 波長選択フィルタ、２５０ 第１マイクロヒータ、２５２ 第２マイクロヒータ、２６０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザ素子と、
前記複数のレーザ素子のそれぞれに導波路を介して接続され、前記複数のレーザ素子が出力するレーザ光を合流する光合流器と、
前記光合流器から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、
前記光合流器及び前記半導体光増幅器と同一の基板上において、前記複数のレーザ素子のそれぞれと前記光合流器との間の経路上にそれぞれ形成された複数の波長選択フィルタと、
を備える半導体光素子。
【請求項２】
前記複数のレーザ素子のそれぞれは、互いに異なる波長のレーザ光を出力し、
前記複数の波長選択フィルタのそれぞれは、対応するレーザ素子が出力するレーザ光を選択的に通過させる
請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記複数の波長選択フィルタのそれぞれは、前記半導体光増幅器により発生され、前記光合流器から対応するレーザ素子へと向かう自然放出光を、当該レーザ素子が出力するレーザ光の波長以外の遮断波長帯域において減衰させる請求項１または２に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記複数の波長選択フィルタのそれぞれは、前記基板上に形成されたリングフィルタである請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記複数の波長選択フィルタのそれぞれは、通過させる波長帯域が可変である請求項４に記載の半導体光素子。
【請求項６】
複数のレーザ素子と、
前記複数のレーザ素子のそれぞれに導波路を介して接続され、前記複数のレーザ素子が出力するレーザ光を合流する光合流器と、
前記光合流器から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器と同一の基板上において、前記光合流器と前記半導体光増幅器との間の経路上に形成された波長選択フィルタと、
を備える半導体光素子。
【請求項７】
前記複数のレーザ素子のそれぞれは、互いに異なる波長のレーザ光を出力し、
前記波長選択フィルタは、前記複数のレーザ素子のうち選択されたレーザ素子からのレーザ光の波長を選択的に透過させる可変波長選択フィルタである
請求項６に記載の半導体光素子。
【請求項８】
前記波長選択フィルタは、直列に接続された第１リングフィルタおよび第２リングフィルタを含む請求項７に記載の半導体光素子。
【請求項９】
前記第１リングフィルタおよび前記第２リングフィルタは、互いに波長帯域における間隔が異なる複数の波長においてレーザ光を通過させ、
前記第１リングフィルタおよび前記第２リングフィルタを制御して、前記第１リングフィルタおよび前記第２リングフィルタの両方により、前記複数のレーザ素子のうち選択されたレーザ素子からのレーザ光を通過させる
請求項８に記載の半導体光素子。
【請求項１０】
前記第１リングフィルタは、前記光合流器の出力端から受けたレーザ光を、前記光合流器の出力端に対して前記基板上でオフセットした出力端からレーザ光を出力し、
前記第２リングフィルタは、前記第１リングフィルタの出力端から受けた光を、前記基板上において前記第１リングフィルタと反対方向にオフセットした出力端からレーザ光を出力する
請求項８または９に記載の半導体光素子。
【請求項１１】
レーザ素子と、
前記レーザ素子から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器と同一の基板上において、前記レーザ素子と前記半導体光増幅器との間の経路上に形成された波長選択フィルタと、
を備える半導体光素子。
【請求項１】
複数のレーザ素子と、
前記複数のレーザ素子のそれぞれに導波路を介して接続され、前記複数のレーザ素子が出力するレーザ光を合流する光合流器と、
前記光合流器から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、
前記光合流器及び前記半導体光増幅器と同一の基板上において、前記複数のレーザ素子のそれぞれと前記光合流器との間の経路上にそれぞれ形成された複数の波長選択フィルタと、
を備える半導体光素子。
【請求項２】
前記複数のレーザ素子のそれぞれは、互いに異なる波長のレーザ光を出力し、
前記複数の波長選択フィルタのそれぞれは、対応するレーザ素子が出力するレーザ光を選択的に通過させる
請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記複数の波長選択フィルタのそれぞれは、前記半導体光増幅器により発生され、前記光合流器から対応するレーザ素子へと向かう自然放出光を、当該レーザ素子が出力するレーザ光の波長以外の遮断波長帯域において減衰させる請求項１または２に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記複数の波長選択フィルタのそれぞれは、前記基板上に形成されたリングフィルタである請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記複数の波長選択フィルタのそれぞれは、通過させる波長帯域が可変である請求項４に記載の半導体光素子。
【請求項６】
複数のレーザ素子と、
前記複数のレーザ素子のそれぞれに導波路を介して接続され、前記複数のレーザ素子が出力するレーザ光を合流する光合流器と、
前記光合流器から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器と同一の基板上において、前記光合流器と前記半導体光増幅器との間の経路上に形成された波長選択フィルタと、
を備える半導体光素子。
【請求項７】
前記複数のレーザ素子のそれぞれは、互いに異なる波長のレーザ光を出力し、
前記波長選択フィルタは、前記複数のレーザ素子のうち選択されたレーザ素子からのレーザ光の波長を選択的に透過させる可変波長選択フィルタである
請求項６に記載の半導体光素子。
【請求項８】
前記波長選択フィルタは、直列に接続された第１リングフィルタおよび第２リングフィルタを含む請求項７に記載の半導体光素子。
【請求項９】
前記第１リングフィルタおよび前記第２リングフィルタは、互いに波長帯域における間隔が異なる複数の波長においてレーザ光を通過させ、
前記第１リングフィルタおよび前記第２リングフィルタを制御して、前記第１リングフィルタおよび前記第２リングフィルタの両方により、前記複数のレーザ素子のうち選択されたレーザ素子からのレーザ光を通過させる
請求項８に記載の半導体光素子。
【請求項１０】
前記第１リングフィルタは、前記光合流器の出力端から受けたレーザ光を、前記光合流器の出力端に対して前記基板上でオフセットした出力端からレーザ光を出力し、
前記第２リングフィルタは、前記第１リングフィルタの出力端から受けた光を、前記基板上において前記第１リングフィルタと反対方向にオフセットした出力端からレーザ光を出力する
請求項８または９に記載の半導体光素子。
【請求項１１】
レーザ素子と、
前記レーザ素子から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器と同一の基板上において、前記レーザ素子と前記半導体光増幅器との間の経路上に形成された波長選択フィルタと、
を備える半導体光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２６５４３（Ｐ２０１３−２６５４３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６１８７４（Ｐ２０１１−１６１８７４）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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