波長可変素子
【課題】出力側にグレーティングを備えず、かつ、制御を容易にする。
【解決手段】導波路２０内に、出力部３０、活性部４０、位相制御部７０、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０を、順に備えている。第１グレーティング部は、第１グレーティング部に対して外部からのバイアス電圧が非印加であるオフ状態において、それぞれ異なる非透過波長域を有する、波長可変の複数のサブグレーティング５５ａ〜５５ｄを、備えている。第２グレーティング部６０は、複数の反射波長ピークを有する波長可変グレーティングである。
【解決手段】導波路２０内に、出力部３０、活性部４０、位相制御部７０、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０を、順に備えている。第１グレーティング部は、第１グレーティング部に対して外部からのバイアス電圧が非印加であるオフ状態において、それぞれ異なる非透過波長域を有する、波長可変の複数のサブグレーティング５５ａ〜５５ｄを、備えている。第２グレーティング部６０は、複数の反射波長ピークを有する波長可変グレーティングである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長可変素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長可変素子である波長可変ダイオードレーザを実現する場合に、波長可変機構を半導体レーザチップの外部に設けるか、或いは、半導体レーザチップに集積化するかの２つの形態がある。半導体レーザチップに集積化する形態の素子としては、電気的に波長調整が行える構成のものが多く提案されている。これは、電気的に波長調整を行う素子が可動部を持たないために、動作の信頼性が高いことが主な要因である。電気的に波長調整を行うためには、電気光学効果による屈折率変化を利用する。
【０００３】
しかしながら、電気光学効果による屈折率変化の大きさは、高々１％程度であるため、この屈折率変化を直接利用した波長可変素子では、やはり１％程度の範囲でしか、波長調整が行えない。
【０００４】
１％以上の波長調整を行うための素子として、出力側のフィルタに、サンプルグレーティングあるいは超周期グレーティングを利用した素子がある。しかし、このような素子では、これらのサンプルグレーティングなどでの損失のために、出力光強度が小さくなってしまう。
【０００５】
この問題を解決する一つの方法として、出力側のサンプルグレーティングなどの代わりに、広帯域の波長可変グレーティングを用いる方法がある（例えば、非特許文献１又は２参照）。しかし、波長可変グレーティングを用いる素子は、構造が複雑になるという実用上不利な点がある。
【０００６】
上述の点から、出力光強度を増すために、Ｙ分岐構造を用いることにより、出力側のグレーティングを無くする素子が提案されている（例えば、非特許文献３又は４参照）。
【非特許文献１】岡山秀彰、川原正人著「可変波長素子」発明協会公開技報９３−３２３５６、１９９３年
【非特許文献２】Ｄ．Ｊ．Ｒｏｂｂｉｎｓ他著「Ａ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ、ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｔｕｎｅａｂｌｅ ｌａｓｅｒ ｍｏｄｕｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ＤＳ−ＤＢＲ ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＳＯＡ」Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＯＦＣ）２００４予稿集、ＴｕＥ３
【非特許文献３】岡山秀彰著「波長可変素子」発明協会公開技報９５−１７２５６、１９９５年
【非特許文献４】Ｊａｎ−Ｏｌｏｆ Ｗｅｓｓｔｒｏｍ他著「Ｓｔａｔｅ−ｏｆ−ｔｈｅ−ａｒｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｗｉｄｅｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ Ｙ−ｂｒａｎｃｈ ｌａｓｅｒｓ」ＯＦＣ２００４予稿集、ＴｕＥ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来例のＹ分岐構造を用いた素子は、出力側にフィルタとしてのグレーティングを設けない構成であるものの、Ｙ分岐された枝のそれぞれがサンプルグレーティングを備えているため、２つのサンプルグレーティングの制御を行う必要がある。そのため、波長可変の制御が複雑となる欠点を有している。
【０００８】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、出力側にグレーティングを備えず、かつ、制御が容易な波長可変素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、この発明の波長可変素子は、導波路内に、出力部、活性部、位相制御部、第１グレーティング部及び第２グレーティング部を、順に備えている。
【００１０】
第１グレーティング部は、第１グレーティング部に対して外部からのバイアス電圧が非印加であるオフ状態において、それぞれ異なる非透過波長域を有する、波長可変のサブグレーティングを、複数備えている。第２グレーティング部は、複数の反射波長ピークを有する、波長可変グレーティングである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の波長可変素子によれば、導波路の出力側にグレーティングを設けない構造なので、高出力化が図られる。また、出力する波長を、第１グレーティング部が備える各サブグレーティングに印加する電気信号のオン状態とオフ状態の切換という簡単な制御で選択することが可能となり、その結果、制御が容易となる。
【００１２】
さらに、この波長可変素子によれば、第２グレーティング部の波長可変範囲をΔλとすると、第１グレーティング部が備えるサブグレーティングの個数Ｎに応じて、ＮΔλで与えられる波長範囲が、波長可変範囲になる。従って、容易に広帯域の波長可変素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の構成および配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の組成（材質）および数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００１４】
（第１実施形態）
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）を参照して、第１実施形態の波長可変素子について説明する。
【００１５】
図１（Ａ）は、第１実施形態の波長可変素子の構成例を説明するための概略平面図である。
【００１６】
波長可変素子を構成する基板１０に、直線状の導波路２０が形成されている。例えば、基板１０の材質として、ＩｎＰを用いて、導波路２０の材質として、ＩｎＧａＡｓＰを用いる。この場合の波長可変素子は、１．５５μｍの通信波長域で使用可能になる。
【００１７】
導波路２０内には、出力部３０の側から、その伝播軸（図中、符号２５を付した点線）が示す伝播方向に沿って、活性部４０、位相制御部７０、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０が、この順に、備えられている。活性部４０、位相制御部７０、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０は、それぞれ、組成比が異なっている。活性部４０は、バンドギャップ波長を発振波長λeとして発光する。また、位相制御部７０、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０は、各部での光吸収を小さくするために、バンドギャップ波長を発振波長λeよりも短波長側にずらして形成してある。
【００１８】
基板１０に、活性部４０、位相制御部７０、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０を備える導波路２０を形成する方法は、任意好適な周知の方法を用いることができ、例えば、以下の手順で形成される。
【００１９】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した波長可変素子の伝播軸２５に沿った面で取った概略断面図である。また、図１（Ｃ）は、第１実施形態の波長可変素子の概略側面図である。先ず、ＩｎＰの基板１０上に、下クラッド層８０、導波路２０をエピタキシャル成長した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、導波路２０にグレーティングを形成する。この結果、グレーティングは通常、導波路２０の上に凹凸構造として形成されることになる。次に、グレーティングを形成した導波路２０上に、上クラッド層８５、キャップ層９０をエピタキシャル成長して多層構造体を形成する。その後、ドライエッチング又はウェットエッチングでリッジ構造を形成した後、側面を屈折率の低い材料で埋め込む。次に、電極として、下部電極１００と、上部電極１０５ａ〜１０５ｄ、１１０及び１２０を形成する。なお、図１（Ａ）の概略平面図においては、上クラッド層、キャップ層及び上部電極の図示を省略している。
【００２０】
第１グレーティング部５０は、それぞれ波長可変のサブグレーティングを複数、ここでは、第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄの４つを備えている。なお、サブグレーティングの個数は設計に応じて選択可能であり、何らこの例に限定されるものではない。第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄとして、グレーティング面を導波路２０の伝播軸２２に対して斜めに形成する。ここで、グレーティング面とは、例えば、サブグレーティングが、第２ドメインの等価屈折率が、第１ドメインの等価屈折率と異なる値になるように形成された、周期的ドメイン反転構造の場合は、第１ドメインと第２ドメインとの境界面である。
【００２１】
第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄについて、第１サブグレーティング５５ａを例にとって説明する。
【００２２】
図１（Ｄ）は、第１サブグレーティング５５ａを説明するための概略構成図である。
【００２３】
第１サブグレーティング５５ａのグレーティング周期をｄとし、及び、導波路２０の伝播軸２５に対して傾けて形成されているグレーティング面５９の傾きの大きさを示す角度をΘbとして、これら、ｄ及びΘbを、ブラッグ条件の２ｄｃｏｓΘb＝ｍλaを満たすように設定すると、波長λ0の光がグレーティング面５９で反射する。ここで、ｍは整数である。また、導波路２０の伝播軸２５の、第１サブグレーティング５５ａのグレーティング面５９に対する角度Θbが０のとき、グレーティング面５９は、導波路２０の伝播軸２５に対して直角になるものとする。
【００２４】
導波路２０を伝播する波長λaの光は、グレーティング面５９での反射により導波路外に導き出され、非透過になる。なお、グレーティング面５９の角度Θbは、グレーティング面５９で反射された光が、導波路２０とクラッドの境界面で反射されて、再び導波路２０内に戻ってこないために充分な角度に、設定する必要がある。具体的には、ｃｏｓΘb＝１−（１−ｂ）Δｎ／ｎcoreを満たす角度以上にするのが良い。ここで、ｂは規格化伝播定数、Δｎは、コアとクラッドの屈折率差、及び、ｎcoreはコアの屈折率である。規格化伝播定数ｂは、導波路伝播光の等価屈折率ｎeff、クラッドの屈折率ｎcl、コアの屈折率ｎcoreを用いて、ｂ＝（ｎeff2−ｎcl2）／（ｎcore2−ｎcl2）で与えられる。例えば、規格化伝播定数ｂが０．６、コアとクラッドの屈折率差Δｎが０．１、及び、コアの屈折率ｎcoreが３．５のとき、伝播軸２５に対するグレーティング面５９の角度Θbは９度以上が目安となる。なお、ここで説明した構成例では、コアの屈折率ｎcoreは、導波路の材質であるＩｎＧａＡｓＰの屈折率であり、クラッドの屈折率Ｎclは、クラッドの材質であるＩｎＰの屈折率である。なお、高次の伝播モードでレーザ発振が抑制できる状態であれば、導波路外に放射できなくても良い。
【００２５】
第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄは、それぞれ上部電極１０５ａ〜１０５ｄを備えていて、上部電極１０５ａ〜１０５ｄと下部電極１００との間に電圧を印加することによって、第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄに対して外部からバイアス電圧を印加することができる。第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄに、順バイアス印加することによって電流が注入され、その結果、電荷が増減し、この電荷の増減に基づいて屈折率変化が生じる。また、第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄでは、逆バイアス印加によって電界が発生し、その結果、電気光学効果で屈折率変化が生じる。ここで、第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄに対して、順又は逆バイアスを印加した状態をオン状態と称し、また、順又は逆バイアスが非印加である状態をオフ状態と称する。第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄは、オン状態及びオフ状態の切換によって、屈折率変化が生じる。
【００２６】
第１サブグレーティング５５ａは、オン状態及びオフ状態の切換によって屈折率変化が生じるので、ブラッグ条件を満たす波長が変化する。オフ状態では波長λaの光が非透過であったのに対し、オン状態では波長λaと異なる波長λbの光が非透過になる。
【００２７】
第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄは、オフ状態において、それぞれ異なる非透過波長域を有している、すなわち、それぞれ異なる波長域に対してブラッグ条件を満たすように設定されている。第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄの非透過波長域を異なる波長域に設定するためには、グレーティング周期ｄ、及びグレーティング面と導波路の伝播軸との角度Θbの組み合わせを異なるものにすればよい。ここでは、第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄの４つのサブグレーティングは、隣接する波長域を非透過波長域に設定されている。例えば、第１サブグレーティング５５ａは、波長λ1以上、λ2未満の波長域が非透過波長域である。同様に、第２サブグレーティング５５ｂは、波長λ2以上、λ3未満の波長域が非透過波長域であり、第３サブグレーティング５５ｃは、波長λ3以上、λ4未満の波長域が非透過波長域であり、及び、第４サブグレーティング５５ｄは、波長λ4以上、λ5未満の波長域が非透過波長域である。このように第１グレーティング部５０は複数のサブグレーティング５５ａ〜５５ｄにより、波長λ1以上、λ5未満の広い波長域の光を反射させ、すなわち、非透過にしている。
【００２８】
第２グレーティング部６０は、複数の反射波長ピークを有する波長可変グレーティングである。第２グレーティング部６０は、サンプルグレーティングあるいは超周期グレーティングで構成される。ここで、サンプルグレーティングとは、均一の短周期Λで形成されたグレーティングからなる１単位のグレーティングを、周期Ｘ（Ｘ＞Λ）の長周期で繰り返し備えた構成である。また、超周期グレーティングは、グレーティングの周期を例えばΛ1〜Λnまで長周期的に変調させた構造である。
【００２９】
第２グレーティング部６０がサンプルグレーティングあるいは超周期グレーティング構造をとることによって、第２グレーティング部６０は複数の反射ピークを備えることになる。この複数の反射ピークは、サンプルグレーティングあるいは超周期グレーティングの長周期に対応する波長間隔で隔てられた位置に生じる。
【００３０】
第２グレーティング部６０は、サブグレーティング５５ａ〜５５ｄと同様に、上部電極１１０を備えていて、上部電極１１０と下部電極１００との間に電圧を印加することによって、第２グレーティング部６０に対して外部からバイアス電圧を印加することができる。第２グレーティング部６０に、順バイアス印加することによって電流が注入され、その結果、電荷が増減し、この電荷の増減に基づいて屈折率変化が生じる。また、第２グレーティング部６０では、逆バイアス印加によって電界が発生し、その結果、電気光学効果で屈折率変化が生じる。第２グレーティング部６０は、アナログ的に電荷の注入量又は電界の大きさを調整することによって、反射波長を制御する。
【００３１】
この波長可変素子では、第２グレーティング部６０と出力部３０の端面での反射により、共振器が形成される。ここで、共振器の共振波長は、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０で設定される反射波長により、決められる。なお、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０での波長を設定する方法については、後述する。
【００３２】
位相制御部７０は、第１及び第２グレーティング部５０及び６０と同様に上部電極１２０を備えていて、電流注入あるいは電気光学効果によって、屈折率変化を生じさせて、位相を制御する。活性部４０で誘導放出された光は、第２グレーティング部６０で反射された後、出力部３０の端面で反射されて再び活性部４０に戻ってくる。位相制御部７０は、この戻ってきた光の位相が、共振波長で合うように調整する。
【００３３】
（第１実施形態の動作）
図２（Ａ）〜（Ｅ）は、第１実施形態の波長可変素子の動作を説明するための図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、横軸に導波路２０を伝播する波長をとり、縦軸に第１グレーティング部５０を透過する光強度（光パワー）の割合Ｔを、任意単位で示している。
【００３４】
図２（Ａ）は、第１グレーティング部５０の各サブグレーティング部５５ａ〜５５ｄが、何れもオフ状態である場合の光強度の割合を示している。波長λ1以上、λ2未満の光が、第１サブグレーティング５５ａで反射されて非透過になる。また、波長λ2以上、λ3未満の光が、第２サブグレーティング５５ｂで反射されて非透過になり、波長λ3以上、λ4未満の光が、第３サブグレーティング５５ｃで反射されて非透過になり、波長λ4以上、λ5未満の光が、第４サブグレーティング５５ｄで反射されて非透過になる。
【００３５】
従って、第１グレーティング部５０に入った光は、各サブグレーティング５５ａ〜５５ｄにおいて、対応する波長の光が導波路２０外に導かれ、波長λ1以上、λ5未満の光が非透過になる。
【００３６】
ここで、第１グレーティング部５０が備えるサブグレーティングの１つをオン状態とする。図２（Ｂ）は、第２サブグレーティング５５ｂをオン状態として、第２サブグレーティング５５ｂでの、反射波長域を波長λ3以上、λ4未満、すなわち、第３サブグレーティング５５ｃの反射波長域に一致するように変化させた例を示している。第２サブグレーティング５５ｂをオン状態にすることにより、波長λ3以上、λ4未満の波長域の光を反射させるようにすると、第２サブグレーティング５５ｂがオフ状態であるときの非透過波長域に属する、波長λ2以上、λ3未満の波長域の光は、第２サブグレーティング５５ｂを通過できるようになり、すなわち、第１グレーティング部５０を通過できる。
【００３７】
図２（Ｃ）は、第２グレーティング部６０の反射量を示している。図２（Ｃ）の横軸は、波長を示し、縦軸は、第２グレーティング部６０での反射量Ｒを任意単位で示している。第２グレーティング部６０は、サンプルグレーティング又は超周期グレーティングで構成されるので、周期的な複数の反射波長のピークを有している。
【００３８】
図２（Ｄ）及び（Ｅ）は、第１グレーティング部５０と第２グレーティング部６０を組み合わせた反射量を示している。図２（Ｄ）及び（Ｅ）の横軸は、波長を示し、縦軸は、第１及び第２グレーティング部５０及び６０を組み合わせた反射量を示している。
【００３９】
第２グレーティング部６０は、図２（Ｃ）に示したように、複数の反射波長のピークを有しているが、第１グレーティング部５０の透過波長域内の反射波長のみが、第１グレーティング部５０と第２グレーティング部６０の組み合わせとして高い反射率を得ることになる。
【００４０】
図２（Ｄ）は、第１グレーティング部５０の全てのサブグレーティング５５ａ〜５５ｄがオフ状態の場合を示している。この場合、図２（Ａ）及び図２（Ｃ）に示すように、第２グレーティング部６０の反射波長の各ピークが、第１グレーティング部５０の透過波長域内にないので、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０の組み合わせとしての反射率は全体として低くなる。
【００４１】
図２（Ｅ）は、第２サブグレーティング５５ｂに電界を印加して、第２サブグレーティング５５ｂでの反射波長域を、波長λ3以上、λ4未満の波長域、すなわち、オフ状態での第３サブグレーティング５５ｃの反射波長域に一致するように変化させた例を示している。この場合、図２（Ｂ）を参照して説明したように、オフ状態での第２サブグレーティング５５ｂの非透過波長域が、第１グレーティング部５０の透過波長域になる。従って、第２グレーティング部６０の反射波長のうち、第１グレーティング部５０の透過波長域である、波長λ2以上、λ3未満の波長域に属するものは、高い反射率が得られる。
【００４２】
ここで、第２グレーティング部６０の波長可変範囲としては、第１グレーティング部５０の各サブグレーティング５５ａ〜５５ｄの反射波長域程度の波長範囲でよい。また、第１グレーティング部５０の、各サブグレーティング５５ａ〜５５ｄの波長可変範囲は、非透過波長域が、隣のサブグレーティングの反射波長域に移る程度で良いため、第２グレーティング部６０と同じ程度の可変域があれば良い。
【００４３】
第１実施形態の波長可変素子によれば、出力ポート側にグレーティングを設けない構造なので、高出力化が図られる。また、透過波長を、第２グレーティング部６０のアナログ的な調整と、第１グレーティング部５０の各サブグレーティングに印加する電気信号のオン状態とオフ状態の切換という簡単な制御で選択することが可能となる。その結果、制御が容易となる。
【００４４】
さらに、この波長可変素子によれば、第２グレーティング部６０の波長可変範囲をΔλとすると、第１グレーティング部５０が備えるサブグレーティングの個数Ｎに応じて、ＮΔλで与えられる波長範囲が、使用可能になる。従って、容易に広帯域の波長可変素子が得られる。
【００４５】
ここでは、第１グレーティング部５０が備えるサブグレーティングとして、伝播軸に対してグレーティング面を傾けたグレーティングを用いたが、グレーティングの周期が、導波路外への放射光と位相整合する周期であれば、伝播軸に対してグレーティング面を傾けない構成としても良い。この場合のグレーティングの周期Λは、ｎeff＋ｎclｃｏｓΘr＝ｎeffλ／Λの関係を満足する。ここで、Θrは、導波路外を伝播する導波路外伝播光の伝播方向である。
【００４６】
（第２実施形態）
図３を参照して、第２実施形態の波長可変素子について説明する。第２実施形態の波長可変素子は、第１グレーティング部５２の部分の導波路２２ｂを他の部分の導波路２２ａ及び２２ｃから傾けて形成している。第１グレーティング部５２が備える複数のサブグレーティング、ここでは、第１〜３サブグレーティング５７ａ〜５７ｃのグレーティング面は、第２グレーティング部６０のグレーティング面と平行に形成される。第１グレーティング部５２では、サブグレーティング５７ａ〜５７ｃの各部分毎に、導波路２２ｂの向きを変えて、各サブグレーティング５７ａ〜５７ｃでの反射波長を変えている。
【００４７】
導波路２２の向きは、第１グレーティング部５２における、導波路２２ｂの伝播軸に対する、第１〜３サブグレーティング５７ａ〜５７ｃのグレーティング面の傾きの大きさを示す角度をΘbとして、この角度Θb及びグレーティングの周期ｄを、ブラッグ条件の２ｄｃｏｓΘb＝ｍλaを満たすように設定すると、波長λaの光がグレーティング面で反射する。ここで、ｍは整数である。また、導波路２２ｂの伝播軸の、第１サブグレーティング５７ａのグレーティング面に対する角度Θbが０のとき、グレーティング面は導波路２２ｂの伝播軸に対して直角になるものとする。
【００４８】
導波路２２を伝播してきた光が、第１グレーティング部５２で、導波路外に導き出されて、非透過になる点は、第１実施形態と同様である。また、第１グレーティング部５２が備える第１〜３サブグレーティング５７ａ〜５７ｃでのオン状態及びオフ状態の切換により、透過波長を選択する点も第１実施形態と同じなので、動作についての説明を省略する。
【００４９】
第２実施形態の波長可変素子によれば、第１グレーティング部５２が備える第１〜３サブグレーティング５７ａ〜５７ｃのグレーティング面の方向と、第２グレーティング部６０のグレーティング面の方向とが等しくなるので、グレーティングの製造が容易になる。
【００５０】
（第３実施形態）
図４を参照して、第３実施形態の波長可変素子について説明する。図４は、第３実施形態の波長可変素子の概略平面図である。第３実施形態の波長可変素子は、第１グレーティング部５１の構造を除いて、第１実施形態の波長可変素子と同じである。従って、ここでは、第１グレーティング部５１の構造について説明し、それ以外の部分の説明を省略する。
【００５１】
第１グレーティング部５１は、複数のサブグレーティング、ここでは、第１〜４サブグレーティング５６ａ〜５６ｄを備えている。第１〜４サブグレーティング５６ａ〜５６ｄは、それぞれ導波路の伝播軸を基準に互い違いの構造を備えている。第１〜４サブグレーティング５６ａ〜５６ｄでは、導波路２１を、伝播軸に平行な面で２つの領域に二分し、一方の領域のグレーティング面の位置を、他方の領域のグレーティング面の位置に対して、グレーティング周期の２分の１だけずらしてある。例えば、第１サブグレーティング５６ａは、第１領域５６ａａ及び第２領域５６ａｂを並置して設けてあり、しかも、第１サブグレーティング５６ａの第１領域５６ａａのグレーティング面と第２領域５６ａｂのグレーティング面は、互いにグレーティング周期の２分の１だけ位置がシフトされて設けられている。
【００５２】
第１〜４サブグレーティング５６ａ〜５６ｄの周期Λは、非透過波長域の波長λに応じて、Λ＝λ／［２ｎcl＋Δｎ（ｂ0＋ｂ1）］で与えられる。ここで、ｂ0、ｂ1は０次、及び１次の規格化伝播係数である。この周期Λのグレーティングのグレーティング面を、伝播軸を平行な面でΛ／２だけずらしてある。
【００５３】
０次モードと１次モードでは、光界分布が反対称であるため、グレーティング面をずらして形成することで、上述の関係を満たす波長の光が、０次の基本モードから、高次モードである１次モードへと変換される。高次モードの光は導波路内での閉じ込めが弱いため、高次モードの光は活性部４０でのゲインがかせげない。従って、高次モードの光に変換された波長域の光は、透過率が低いのと等価になるので、各サブグレーティングでの非透過波長域は、サブグレーティング毎に設定された、０次モードから１次モードへの変換される波長域とすることができる。
【００５４】
ここでは、例えば、第１サブグレーティング５６ａは、波長λ1以上、λ2未満の波長域が非透過波長域である。同様に、第２サブグレーティング５６ｂは、波長λ2以上、λ3未満の波長域が非透過波長域であり、第３サブグレーティング５６ｃは、波長λ3以上、λ4未満の波長域が非透過波長域であり、及び、第４サブグレーティング５６ｄは、波長λ4以上、λ5未満の波長域が非透過波長域である。このように第１グレーティング部５１は複数のサブグレーティング５６ａ〜５６ｄにより、波長λ1以上、λ5未満の広い波長域の光の伝播モードを０次モードから１次モードへ変換、すなわち、非透過にしている。
【００５５】
第３実施形態の動作は、第１グレーティング部において、伝播モードを高次にすることによって、非透過に設定することを除いて、図２を参照して説明した第１実施形態と同様なので説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１実施形態の波長可変素子の概略図である。
【図２】第１実施形態の波長可変素子の動作を説明するための図である。
【図３】第２実施形態の波長可変素子の概略平面図である。
【図４】第３実施形態の波長可変素子の概略平面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 基板
２０、２１、２２ａ〜２２ｃ 導波路
２５ 伝播軸
３０ 出力部
４０ 活性部
５０、５１、５２ 第１グレーティング部
５５ａ〜５５ｄ、５６ａ〜５６ｄ、５７ａ〜５７ｃ サブグレーティング
５６ａａ 第１領域
５６ａｂ 第２領域
５９ グレーティング面
６０ 第２グレーティング部
７０ 位相制御部
８０ 下クラッド層
８５ 上クラッド層
９０ キャップ層
１００ 下部電極
１０５ａ〜１０５ｄ、１１０、１２０ 上部電極
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長可変素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長可変素子である波長可変ダイオードレーザを実現する場合に、波長可変機構を半導体レーザチップの外部に設けるか、或いは、半導体レーザチップに集積化するかの２つの形態がある。半導体レーザチップに集積化する形態の素子としては、電気的に波長調整が行える構成のものが多く提案されている。これは、電気的に波長調整を行う素子が可動部を持たないために、動作の信頼性が高いことが主な要因である。電気的に波長調整を行うためには、電気光学効果による屈折率変化を利用する。
【０００３】
しかしながら、電気光学効果による屈折率変化の大きさは、高々１％程度であるため、この屈折率変化を直接利用した波長可変素子では、やはり１％程度の範囲でしか、波長調整が行えない。
【０００４】
１％以上の波長調整を行うための素子として、出力側のフィルタに、サンプルグレーティングあるいは超周期グレーティングを利用した素子がある。しかし、このような素子では、これらのサンプルグレーティングなどでの損失のために、出力光強度が小さくなってしまう。
【０００５】
この問題を解決する一つの方法として、出力側のサンプルグレーティングなどの代わりに、広帯域の波長可変グレーティングを用いる方法がある（例えば、非特許文献１又は２参照）。しかし、波長可変グレーティングを用いる素子は、構造が複雑になるという実用上不利な点がある。
【０００６】
上述の点から、出力光強度を増すために、Ｙ分岐構造を用いることにより、出力側のグレーティングを無くする素子が提案されている（例えば、非特許文献３又は４参照）。
【非特許文献１】岡山秀彰、川原正人著「可変波長素子」発明協会公開技報９３−３２３５６、１９９３年
【非特許文献２】Ｄ．Ｊ．Ｒｏｂｂｉｎｓ他著「Ａ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ、ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｔｕｎｅａｂｌｅ ｌａｓｅｒ ｍｏｄｕｌｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ＤＳ−ＤＢＲ ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＳＯＡ」Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＯＦＣ）２００４予稿集、ＴｕＥ３
【非特許文献３】岡山秀彰著「波長可変素子」発明協会公開技報９５−１７２５６、１９９５年
【非特許文献４】Ｊａｎ−Ｏｌｏｆ Ｗｅｓｓｔｒｏｍ他著「Ｓｔａｔｅ−ｏｆ−ｔｈｅ−ａｒｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｗｉｄｅｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｇｒａｔｉｎｇ Ｙ−ｂｒａｎｃｈ ｌａｓｅｒｓ」ＯＦＣ２００４予稿集、ＴｕＥ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来例のＹ分岐構造を用いた素子は、出力側にフィルタとしてのグレーティングを設けない構成であるものの、Ｙ分岐された枝のそれぞれがサンプルグレーティングを備えているため、２つのサンプルグレーティングの制御を行う必要がある。そのため、波長可変の制御が複雑となる欠点を有している。
【０００８】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、出力側にグレーティングを備えず、かつ、制御が容易な波長可変素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、この発明の波長可変素子は、導波路内に、出力部、活性部、位相制御部、第１グレーティング部及び第２グレーティング部を、順に備えている。
【００１０】
第１グレーティング部は、第１グレーティング部に対して外部からのバイアス電圧が非印加であるオフ状態において、それぞれ異なる非透過波長域を有する、波長可変のサブグレーティングを、複数備えている。第２グレーティング部は、複数の反射波長ピークを有する、波長可変グレーティングである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の波長可変素子によれば、導波路の出力側にグレーティングを設けない構造なので、高出力化が図られる。また、出力する波長を、第１グレーティング部が備える各サブグレーティングに印加する電気信号のオン状態とオフ状態の切換という簡単な制御で選択することが可能となり、その結果、制御が容易となる。
【００１２】
さらに、この波長可変素子によれば、第２グレーティング部の波長可変範囲をΔλとすると、第１グレーティング部が備えるサブグレーティングの個数Ｎに応じて、ＮΔλで与えられる波長範囲が、波長可変範囲になる。従って、容易に広帯域の波長可変素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の構成および配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の組成（材質）および数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００１４】
（第１実施形態）
図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）を参照して、第１実施形態の波長可変素子について説明する。
【００１５】
図１（Ａ）は、第１実施形態の波長可変素子の構成例を説明するための概略平面図である。
【００１６】
波長可変素子を構成する基板１０に、直線状の導波路２０が形成されている。例えば、基板１０の材質として、ＩｎＰを用いて、導波路２０の材質として、ＩｎＧａＡｓＰを用いる。この場合の波長可変素子は、１．５５μｍの通信波長域で使用可能になる。
【００１７】
導波路２０内には、出力部３０の側から、その伝播軸（図中、符号２５を付した点線）が示す伝播方向に沿って、活性部４０、位相制御部７０、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０が、この順に、備えられている。活性部４０、位相制御部７０、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０は、それぞれ、組成比が異なっている。活性部４０は、バンドギャップ波長を発振波長λeとして発光する。また、位相制御部７０、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０は、各部での光吸収を小さくするために、バンドギャップ波長を発振波長λeよりも短波長側にずらして形成してある。
【００１８】
基板１０に、活性部４０、位相制御部７０、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０を備える導波路２０を形成する方法は、任意好適な周知の方法を用いることができ、例えば、以下の手順で形成される。
【００１９】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した波長可変素子の伝播軸２５に沿った面で取った概略断面図である。また、図１（Ｃ）は、第１実施形態の波長可変素子の概略側面図である。先ず、ＩｎＰの基板１０上に、下クラッド層８０、導波路２０をエピタキシャル成長した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、導波路２０にグレーティングを形成する。この結果、グレーティングは通常、導波路２０の上に凹凸構造として形成されることになる。次に、グレーティングを形成した導波路２０上に、上クラッド層８５、キャップ層９０をエピタキシャル成長して多層構造体を形成する。その後、ドライエッチング又はウェットエッチングでリッジ構造を形成した後、側面を屈折率の低い材料で埋め込む。次に、電極として、下部電極１００と、上部電極１０５ａ〜１０５ｄ、１１０及び１２０を形成する。なお、図１（Ａ）の概略平面図においては、上クラッド層、キャップ層及び上部電極の図示を省略している。
【００２０】
第１グレーティング部５０は、それぞれ波長可変のサブグレーティングを複数、ここでは、第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄの４つを備えている。なお、サブグレーティングの個数は設計に応じて選択可能であり、何らこの例に限定されるものではない。第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄとして、グレーティング面を導波路２０の伝播軸２２に対して斜めに形成する。ここで、グレーティング面とは、例えば、サブグレーティングが、第２ドメインの等価屈折率が、第１ドメインの等価屈折率と異なる値になるように形成された、周期的ドメイン反転構造の場合は、第１ドメインと第２ドメインとの境界面である。
【００２１】
第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄについて、第１サブグレーティング５５ａを例にとって説明する。
【００２２】
図１（Ｄ）は、第１サブグレーティング５５ａを説明するための概略構成図である。
【００２３】
第１サブグレーティング５５ａのグレーティング周期をｄとし、及び、導波路２０の伝播軸２５に対して傾けて形成されているグレーティング面５９の傾きの大きさを示す角度をΘbとして、これら、ｄ及びΘbを、ブラッグ条件の２ｄｃｏｓΘb＝ｍλaを満たすように設定すると、波長λ0の光がグレーティング面５９で反射する。ここで、ｍは整数である。また、導波路２０の伝播軸２５の、第１サブグレーティング５５ａのグレーティング面５９に対する角度Θbが０のとき、グレーティング面５９は、導波路２０の伝播軸２５に対して直角になるものとする。
【００２４】
導波路２０を伝播する波長λaの光は、グレーティング面５９での反射により導波路外に導き出され、非透過になる。なお、グレーティング面５９の角度Θbは、グレーティング面５９で反射された光が、導波路２０とクラッドの境界面で反射されて、再び導波路２０内に戻ってこないために充分な角度に、設定する必要がある。具体的には、ｃｏｓΘb＝１−（１−ｂ）Δｎ／ｎcoreを満たす角度以上にするのが良い。ここで、ｂは規格化伝播定数、Δｎは、コアとクラッドの屈折率差、及び、ｎcoreはコアの屈折率である。規格化伝播定数ｂは、導波路伝播光の等価屈折率ｎeff、クラッドの屈折率ｎcl、コアの屈折率ｎcoreを用いて、ｂ＝（ｎeff2−ｎcl2）／（ｎcore2−ｎcl2）で与えられる。例えば、規格化伝播定数ｂが０．６、コアとクラッドの屈折率差Δｎが０．１、及び、コアの屈折率ｎcoreが３．５のとき、伝播軸２５に対するグレーティング面５９の角度Θbは９度以上が目安となる。なお、ここで説明した構成例では、コアの屈折率ｎcoreは、導波路の材質であるＩｎＧａＡｓＰの屈折率であり、クラッドの屈折率Ｎclは、クラッドの材質であるＩｎＰの屈折率である。なお、高次の伝播モードでレーザ発振が抑制できる状態であれば、導波路外に放射できなくても良い。
【００２５】
第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄは、それぞれ上部電極１０５ａ〜１０５ｄを備えていて、上部電極１０５ａ〜１０５ｄと下部電極１００との間に電圧を印加することによって、第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄに対して外部からバイアス電圧を印加することができる。第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄに、順バイアス印加することによって電流が注入され、その結果、電荷が増減し、この電荷の増減に基づいて屈折率変化が生じる。また、第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄでは、逆バイアス印加によって電界が発生し、その結果、電気光学効果で屈折率変化が生じる。ここで、第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄに対して、順又は逆バイアスを印加した状態をオン状態と称し、また、順又は逆バイアスが非印加である状態をオフ状態と称する。第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄは、オン状態及びオフ状態の切換によって、屈折率変化が生じる。
【００２６】
第１サブグレーティング５５ａは、オン状態及びオフ状態の切換によって屈折率変化が生じるので、ブラッグ条件を満たす波長が変化する。オフ状態では波長λaの光が非透過であったのに対し、オン状態では波長λaと異なる波長λbの光が非透過になる。
【００２７】
第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄは、オフ状態において、それぞれ異なる非透過波長域を有している、すなわち、それぞれ異なる波長域に対してブラッグ条件を満たすように設定されている。第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄの非透過波長域を異なる波長域に設定するためには、グレーティング周期ｄ、及びグレーティング面と導波路の伝播軸との角度Θbの組み合わせを異なるものにすればよい。ここでは、第１〜４サブグレーティング５５ａ〜５５ｄの４つのサブグレーティングは、隣接する波長域を非透過波長域に設定されている。例えば、第１サブグレーティング５５ａは、波長λ1以上、λ2未満の波長域が非透過波長域である。同様に、第２サブグレーティング５５ｂは、波長λ2以上、λ3未満の波長域が非透過波長域であり、第３サブグレーティング５５ｃは、波長λ3以上、λ4未満の波長域が非透過波長域であり、及び、第４サブグレーティング５５ｄは、波長λ4以上、λ5未満の波長域が非透過波長域である。このように第１グレーティング部５０は複数のサブグレーティング５５ａ〜５５ｄにより、波長λ1以上、λ5未満の広い波長域の光を反射させ、すなわち、非透過にしている。
【００２８】
第２グレーティング部６０は、複数の反射波長ピークを有する波長可変グレーティングである。第２グレーティング部６０は、サンプルグレーティングあるいは超周期グレーティングで構成される。ここで、サンプルグレーティングとは、均一の短周期Λで形成されたグレーティングからなる１単位のグレーティングを、周期Ｘ（Ｘ＞Λ）の長周期で繰り返し備えた構成である。また、超周期グレーティングは、グレーティングの周期を例えばΛ1〜Λnまで長周期的に変調させた構造である。
【００２９】
第２グレーティング部６０がサンプルグレーティングあるいは超周期グレーティング構造をとることによって、第２グレーティング部６０は複数の反射ピークを備えることになる。この複数の反射ピークは、サンプルグレーティングあるいは超周期グレーティングの長周期に対応する波長間隔で隔てられた位置に生じる。
【００３０】
第２グレーティング部６０は、サブグレーティング５５ａ〜５５ｄと同様に、上部電極１１０を備えていて、上部電極１１０と下部電極１００との間に電圧を印加することによって、第２グレーティング部６０に対して外部からバイアス電圧を印加することができる。第２グレーティング部６０に、順バイアス印加することによって電流が注入され、その結果、電荷が増減し、この電荷の増減に基づいて屈折率変化が生じる。また、第２グレーティング部６０では、逆バイアス印加によって電界が発生し、その結果、電気光学効果で屈折率変化が生じる。第２グレーティング部６０は、アナログ的に電荷の注入量又は電界の大きさを調整することによって、反射波長を制御する。
【００３１】
この波長可変素子では、第２グレーティング部６０と出力部３０の端面での反射により、共振器が形成される。ここで、共振器の共振波長は、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０で設定される反射波長により、決められる。なお、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０での波長を設定する方法については、後述する。
【００３２】
位相制御部７０は、第１及び第２グレーティング部５０及び６０と同様に上部電極１２０を備えていて、電流注入あるいは電気光学効果によって、屈折率変化を生じさせて、位相を制御する。活性部４０で誘導放出された光は、第２グレーティング部６０で反射された後、出力部３０の端面で反射されて再び活性部４０に戻ってくる。位相制御部７０は、この戻ってきた光の位相が、共振波長で合うように調整する。
【００３３】
（第１実施形態の動作）
図２（Ａ）〜（Ｅ）は、第１実施形態の波長可変素子の動作を説明するための図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、横軸に導波路２０を伝播する波長をとり、縦軸に第１グレーティング部５０を透過する光強度（光パワー）の割合Ｔを、任意単位で示している。
【００３４】
図２（Ａ）は、第１グレーティング部５０の各サブグレーティング部５５ａ〜５５ｄが、何れもオフ状態である場合の光強度の割合を示している。波長λ1以上、λ2未満の光が、第１サブグレーティング５５ａで反射されて非透過になる。また、波長λ2以上、λ3未満の光が、第２サブグレーティング５５ｂで反射されて非透過になり、波長λ3以上、λ4未満の光が、第３サブグレーティング５５ｃで反射されて非透過になり、波長λ4以上、λ5未満の光が、第４サブグレーティング５５ｄで反射されて非透過になる。
【００３５】
従って、第１グレーティング部５０に入った光は、各サブグレーティング５５ａ〜５５ｄにおいて、対応する波長の光が導波路２０外に導かれ、波長λ1以上、λ5未満の光が非透過になる。
【００３６】
ここで、第１グレーティング部５０が備えるサブグレーティングの１つをオン状態とする。図２（Ｂ）は、第２サブグレーティング５５ｂをオン状態として、第２サブグレーティング５５ｂでの、反射波長域を波長λ3以上、λ4未満、すなわち、第３サブグレーティング５５ｃの反射波長域に一致するように変化させた例を示している。第２サブグレーティング５５ｂをオン状態にすることにより、波長λ3以上、λ4未満の波長域の光を反射させるようにすると、第２サブグレーティング５５ｂがオフ状態であるときの非透過波長域に属する、波長λ2以上、λ3未満の波長域の光は、第２サブグレーティング５５ｂを通過できるようになり、すなわち、第１グレーティング部５０を通過できる。
【００３７】
図２（Ｃ）は、第２グレーティング部６０の反射量を示している。図２（Ｃ）の横軸は、波長を示し、縦軸は、第２グレーティング部６０での反射量Ｒを任意単位で示している。第２グレーティング部６０は、サンプルグレーティング又は超周期グレーティングで構成されるので、周期的な複数の反射波長のピークを有している。
【００３８】
図２（Ｄ）及び（Ｅ）は、第１グレーティング部５０と第２グレーティング部６０を組み合わせた反射量を示している。図２（Ｄ）及び（Ｅ）の横軸は、波長を示し、縦軸は、第１及び第２グレーティング部５０及び６０を組み合わせた反射量を示している。
【００３９】
第２グレーティング部６０は、図２（Ｃ）に示したように、複数の反射波長のピークを有しているが、第１グレーティング部５０の透過波長域内の反射波長のみが、第１グレーティング部５０と第２グレーティング部６０の組み合わせとして高い反射率を得ることになる。
【００４０】
図２（Ｄ）は、第１グレーティング部５０の全てのサブグレーティング５５ａ〜５５ｄがオフ状態の場合を示している。この場合、図２（Ａ）及び図２（Ｃ）に示すように、第２グレーティング部６０の反射波長の各ピークが、第１グレーティング部５０の透過波長域内にないので、第１グレーティング部５０及び第２グレーティング部６０の組み合わせとしての反射率は全体として低くなる。
【００４１】
図２（Ｅ）は、第２サブグレーティング５５ｂに電界を印加して、第２サブグレーティング５５ｂでの反射波長域を、波長λ3以上、λ4未満の波長域、すなわち、オフ状態での第３サブグレーティング５５ｃの反射波長域に一致するように変化させた例を示している。この場合、図２（Ｂ）を参照して説明したように、オフ状態での第２サブグレーティング５５ｂの非透過波長域が、第１グレーティング部５０の透過波長域になる。従って、第２グレーティング部６０の反射波長のうち、第１グレーティング部５０の透過波長域である、波長λ2以上、λ3未満の波長域に属するものは、高い反射率が得られる。
【００４２】
ここで、第２グレーティング部６０の波長可変範囲としては、第１グレーティング部５０の各サブグレーティング５５ａ〜５５ｄの反射波長域程度の波長範囲でよい。また、第１グレーティング部５０の、各サブグレーティング５５ａ〜５５ｄの波長可変範囲は、非透過波長域が、隣のサブグレーティングの反射波長域に移る程度で良いため、第２グレーティング部６０と同じ程度の可変域があれば良い。
【００４３】
第１実施形態の波長可変素子によれば、出力ポート側にグレーティングを設けない構造なので、高出力化が図られる。また、透過波長を、第２グレーティング部６０のアナログ的な調整と、第１グレーティング部５０の各サブグレーティングに印加する電気信号のオン状態とオフ状態の切換という簡単な制御で選択することが可能となる。その結果、制御が容易となる。
【００４４】
さらに、この波長可変素子によれば、第２グレーティング部６０の波長可変範囲をΔλとすると、第１グレーティング部５０が備えるサブグレーティングの個数Ｎに応じて、ＮΔλで与えられる波長範囲が、使用可能になる。従って、容易に広帯域の波長可変素子が得られる。
【００４５】
ここでは、第１グレーティング部５０が備えるサブグレーティングとして、伝播軸に対してグレーティング面を傾けたグレーティングを用いたが、グレーティングの周期が、導波路外への放射光と位相整合する周期であれば、伝播軸に対してグレーティング面を傾けない構成としても良い。この場合のグレーティングの周期Λは、ｎeff＋ｎclｃｏｓΘr＝ｎeffλ／Λの関係を満足する。ここで、Θrは、導波路外を伝播する導波路外伝播光の伝播方向である。
【００４６】
（第２実施形態）
図３を参照して、第２実施形態の波長可変素子について説明する。第２実施形態の波長可変素子は、第１グレーティング部５２の部分の導波路２２ｂを他の部分の導波路２２ａ及び２２ｃから傾けて形成している。第１グレーティング部５２が備える複数のサブグレーティング、ここでは、第１〜３サブグレーティング５７ａ〜５７ｃのグレーティング面は、第２グレーティング部６０のグレーティング面と平行に形成される。第１グレーティング部５２では、サブグレーティング５７ａ〜５７ｃの各部分毎に、導波路２２ｂの向きを変えて、各サブグレーティング５７ａ〜５７ｃでの反射波長を変えている。
【００４７】
導波路２２の向きは、第１グレーティング部５２における、導波路２２ｂの伝播軸に対する、第１〜３サブグレーティング５７ａ〜５７ｃのグレーティング面の傾きの大きさを示す角度をΘbとして、この角度Θb及びグレーティングの周期ｄを、ブラッグ条件の２ｄｃｏｓΘb＝ｍλaを満たすように設定すると、波長λaの光がグレーティング面で反射する。ここで、ｍは整数である。また、導波路２２ｂの伝播軸の、第１サブグレーティング５７ａのグレーティング面に対する角度Θbが０のとき、グレーティング面は導波路２２ｂの伝播軸に対して直角になるものとする。
【００４８】
導波路２２を伝播してきた光が、第１グレーティング部５２で、導波路外に導き出されて、非透過になる点は、第１実施形態と同様である。また、第１グレーティング部５２が備える第１〜３サブグレーティング５７ａ〜５７ｃでのオン状態及びオフ状態の切換により、透過波長を選択する点も第１実施形態と同じなので、動作についての説明を省略する。
【００４９】
第２実施形態の波長可変素子によれば、第１グレーティング部５２が備える第１〜３サブグレーティング５７ａ〜５７ｃのグレーティング面の方向と、第２グレーティング部６０のグレーティング面の方向とが等しくなるので、グレーティングの製造が容易になる。
【００５０】
（第３実施形態）
図４を参照して、第３実施形態の波長可変素子について説明する。図４は、第３実施形態の波長可変素子の概略平面図である。第３実施形態の波長可変素子は、第１グレーティング部５１の構造を除いて、第１実施形態の波長可変素子と同じである。従って、ここでは、第１グレーティング部５１の構造について説明し、それ以外の部分の説明を省略する。
【００５１】
第１グレーティング部５１は、複数のサブグレーティング、ここでは、第１〜４サブグレーティング５６ａ〜５６ｄを備えている。第１〜４サブグレーティング５６ａ〜５６ｄは、それぞれ導波路の伝播軸を基準に互い違いの構造を備えている。第１〜４サブグレーティング５６ａ〜５６ｄでは、導波路２１を、伝播軸に平行な面で２つの領域に二分し、一方の領域のグレーティング面の位置を、他方の領域のグレーティング面の位置に対して、グレーティング周期の２分の１だけずらしてある。例えば、第１サブグレーティング５６ａは、第１領域５６ａａ及び第２領域５６ａｂを並置して設けてあり、しかも、第１サブグレーティング５６ａの第１領域５６ａａのグレーティング面と第２領域５６ａｂのグレーティング面は、互いにグレーティング周期の２分の１だけ位置がシフトされて設けられている。
【００５２】
第１〜４サブグレーティング５６ａ〜５６ｄの周期Λは、非透過波長域の波長λに応じて、Λ＝λ／［２ｎcl＋Δｎ（ｂ0＋ｂ1）］で与えられる。ここで、ｂ0、ｂ1は０次、及び１次の規格化伝播係数である。この周期Λのグレーティングのグレーティング面を、伝播軸を平行な面でΛ／２だけずらしてある。
【００５３】
０次モードと１次モードでは、光界分布が反対称であるため、グレーティング面をずらして形成することで、上述の関係を満たす波長の光が、０次の基本モードから、高次モードである１次モードへと変換される。高次モードの光は導波路内での閉じ込めが弱いため、高次モードの光は活性部４０でのゲインがかせげない。従って、高次モードの光に変換された波長域の光は、透過率が低いのと等価になるので、各サブグレーティングでの非透過波長域は、サブグレーティング毎に設定された、０次モードから１次モードへの変換される波長域とすることができる。
【００５４】
ここでは、例えば、第１サブグレーティング５６ａは、波長λ1以上、λ2未満の波長域が非透過波長域である。同様に、第２サブグレーティング５６ｂは、波長λ2以上、λ3未満の波長域が非透過波長域であり、第３サブグレーティング５６ｃは、波長λ3以上、λ4未満の波長域が非透過波長域であり、及び、第４サブグレーティング５６ｄは、波長λ4以上、λ5未満の波長域が非透過波長域である。このように第１グレーティング部５１は複数のサブグレーティング５６ａ〜５６ｄにより、波長λ1以上、λ5未満の広い波長域の光の伝播モードを０次モードから１次モードへ変換、すなわち、非透過にしている。
【００５５】
第３実施形態の動作は、第１グレーティング部において、伝播モードを高次にすることによって、非透過に設定することを除いて、図２を参照して説明した第１実施形態と同様なので説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１実施形態の波長可変素子の概略図である。
【図２】第１実施形態の波長可変素子の動作を説明するための図である。
【図３】第２実施形態の波長可変素子の概略平面図である。
【図４】第３実施形態の波長可変素子の概略平面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 基板
２０、２１、２２ａ〜２２ｃ 導波路
２５ 伝播軸
３０ 出力部
４０ 活性部
５０、５１、５２ 第１グレーティング部
５５ａ〜５５ｄ、５６ａ〜５６ｄ、５７ａ〜５７ｃ サブグレーティング
５６ａａ 第１領域
５６ａｂ 第２領域
５９ グレーティング面
６０ 第２グレーティング部
７０ 位相制御部
８０ 下クラッド層
８５ 上クラッド層
９０ キャップ層
１００ 下部電極
１０５ａ〜１０５ｄ、１１０、１２０ 上部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路内に、出力部、活性部、位相制御部、第１グレーティング部及び第２グレーティング部を、順に備える波長可変素子であって、
前記第１グレーティング部は、該第１グレーティング部に対して外部からのバイアス電圧が非印加であるオフ状態において、それぞれ異なる非透過波長域を有する、波長可変のサブグレーティングを、複数備え、
前記第２グレーティング部は、複数の反射波長ピークを有する、波長可変グレーティングを備えている
ことを特徴とする波長可変素子。
【請求項２】
前記第２グレーティング部の波長可変グレーティングが、サンプルグレーティング及び超周期グレーティングのいずれか一方として形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の波長可変素子。
【請求項３】
前記サブグレーティングのグレーティング面が、導波路の伝播軸に対してブラッグ反射条件を満たす角度に傾けて形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長可変素子。
【請求項４】
前記複数のサブグレーティングでは、前記導波路を、伝播軸に平行な面で２つの領域に二分し、一方の領域のグレーティング面の位置を、他方の領域のグレーティング面の位置に対して、グレーティング周期の２分の１だけずらしてある
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長可変素子。
【請求項１】
導波路内に、出力部、活性部、位相制御部、第１グレーティング部及び第２グレーティング部を、順に備える波長可変素子であって、
前記第１グレーティング部は、該第１グレーティング部に対して外部からのバイアス電圧が非印加であるオフ状態において、それぞれ異なる非透過波長域を有する、波長可変のサブグレーティングを、複数備え、
前記第２グレーティング部は、複数の反射波長ピークを有する、波長可変グレーティングを備えている
ことを特徴とする波長可変素子。
【請求項２】
前記第２グレーティング部の波長可変グレーティングが、サンプルグレーティング及び超周期グレーティングのいずれか一方として形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の波長可変素子。
【請求項３】
前記サブグレーティングのグレーティング面が、導波路の伝播軸に対してブラッグ反射条件を満たす角度に傾けて形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長可変素子。
【請求項４】
前記複数のサブグレーティングでは、前記導波路を、伝播軸に平行な面で２つの領域に二分し、一方の領域のグレーティング面の位置を、他方の領域のグレーティング面の位置に対して、グレーティング周期の２分の１だけずらしてある
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長可変素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２０８６９９（Ｐ２００６−２０８６９９Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２００２２（Ｐ２００５−２００２２）
【出願日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]