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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024173854
(43)【公開日】2024-12-13
(54)【発明の名称】波長可変レーザ
(51)【国際特許分類】
H01S 5/14 20060101AFI20241205BHJP
H01S 5/026 20060101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
H01S5/14
H01S5/026 610
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023090489
(22)【出願日】2023-05-31
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ研究開発促進事業 委託研究 令和４年度、国立研究開発法人情報通信研究機構「研究開発課題名：Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ 超高速・大容量ネットワークを実現する小型低電力波長変換・フォーマット変換技術の研究開発 研究開発項目１ 小型波長変換・フォーマット変換用低電力デジタル信号処理技術の研究開発 研究開発項目２ 小型波長変換・フォーマット変換用フロントエンド技術の研究開発 副題：大容量光ネットワークの利用効率向上に向けた小型低電力波長変換・フォーマット変換技術の研究開発」産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000004237
【氏名又は名称】日本電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】高橋 森生
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173AB33
5F173AB45
5F173AD30
5F173AR06
5F173AR14
5F173MF12
5F173MF27
(57)【要約】
【課題】レーザ用半導体光増幅器に光増幅用導波路を結合するために光路を分岐する光学素子を備える波長可変レーザを提供する。
【解決手段】半導体で光を増幅する第１の光増幅用導波路の両端が無反射終端端面である同一の素子端面にあるように配置された半導体光増幅素子と、素子端面で第１の光増幅用導波路の両端と接続する２つの光導波路素子と、第１の２×２分岐部と、を備え、２つの光導波路素子は、第１の２×２分岐部の一方の片側２ポートと接続する、波長可変レーザを提供する。
【選択図】図１
【解決手段】半導体で光を増幅する第１の光増幅用導波路の両端が無反射終端端面である同一の素子端面にあるように配置された半導体光増幅素子と、素子端面で第１の光増幅用導波路の両端と接続する２つの光導波路素子と、第１の２×２分岐部と、を備え、２つの光導波路素子は、第１の２×２分岐部の一方の片側２ポートと接続する、波長可変レーザを提供する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体で光を増幅する第１の光増幅用導波路の両端が無反射終端端面である同一の素子端面にあるように配置された半導体光増幅素子と、
前記素子端面で前記第１の光増幅用導波路の両端と接続する２つの光導波路素子と、
第１の２×２分岐部と、を備え、
前記２つの光導波路素子は、前記第１の２×２分岐部の一方の片側２ポートと接続する、波長可変レーザ。
前記素子端面で前記第１の光増幅用導波路の両端と接続する２つの光導波路素子と、
第１の２×２分岐部と、を備え、
前記２つの光導波路素子は、前記第１の２×２分岐部の一方の片側２ポートと接続する、波長可変レーザ。
【請求項2】
前記第１の２×２分岐部の他方の片側２ポートの一方は、反射型波長可変フィルタと接続される、請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項3】
前記第１の２×２分岐部の他方の片側２ポートの他方は、第２の光増幅用導波路の一端と接続されている、請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項4】
前記第１の光増幅用導波路は、レーザ用半導体光増幅器であり、
前記第２の光増幅用導波路は、光出力用半導体光増幅器である、請求項３に記載の波長可変レーザ。
前記第２の光増幅用導波路は、光出力用半導体光増幅器である、請求項３に記載の波長可変レーザ。
【請求項5】
前記第１の光増幅用導波路は、前記第２の光増幅用導波路と同一の半導体チップに形成されている、請求項３に記載の波長可変レーザ。
【請求項6】
前記第２の光増幅用導波路の他端は、前記半導体チップの無反射終端端面と接続される、請求項５に記載の波長可変レーザ。
【請求項7】
前記第１の２×２分岐部は、５０％で分岐しない、請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項8】
前記第１の２×２分岐部は、方向性結合器である、請求項１に記載の波長可変レーザ。
【請求項9】
前記半導体チップは、第３の光増幅用導波路と、第４の光増幅用導波路と、を備え、
前記第３の光増幅用導波路は、両端が第２の２×２分岐部の一方の片側２ポートと接続され、
前記第４の光増幅用導波路の一端は、前記第２の２×２分岐部の他方の片側２ポートの他方と接続されている、請求項５に記載の波長可変レーザ。
前記第３の光増幅用導波路は、両端が第２の２×２分岐部の一方の片側２ポートと接続され、
前記第４の光増幅用導波路の一端は、前記第２の２×２分岐部の他方の片側２ポートの他方と接続されている、請求項５に記載の波長可変レーザ。
【請求項10】
前記第２の２×２分岐部の他方の片側２ポートの一方は、反射型波長可変フィルタと接続される、請求項９に記載の波長可変レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は波長可変レーザに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体チップ上に形成された導波路型の波長可変レーザが開発されている。特許文献１は、レーザが出力される第１反射部と、第１反射部とともにレーザ共振器を構成する第２反射部と、第１反射部と第２反射部との間に設けられた利得部と、を備える導波路型の波長可変レーザが開示されている。波長可変レーザは、第１反射部と第２反射部との間で、光路が実質的に１８０度の角度で折り返しをするように導波路が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０１９／１５６２２６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記波長可変レーザの光出力強度をさらに強めるため、あるいは光出力強度を所望の値に調整するために、上記波長可変レーザをさらなる光増幅用導波路と接続することは開示されていない。したがって、本開示の目的は、導波路型波長可変レーザに光増幅用導波路を結合するために光路を分岐する光学素子を備える波長可変レーザを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の波長可変レーザは、
半導体で光を増幅する第１の光増幅用導波路の両端が無反射終端面である同一の素子端面にあるように配置された半導体光増幅素子と、
前記素子端面で前記第１の光増幅用導波路の両端と接続する２つの光導波路素子と、を備え、
前記２つの光導波路素子は、第１の２×２分岐の一方の片側２ポートと接続する、波長可変レーザである。
半導体で光を増幅する第１の光増幅用導波路の両端が無反射終端面である同一の素子端面にあるように配置された半導体光増幅素子と、
前記素子端面で前記第１の光増幅用導波路の両端と接続する２つの光導波路素子と、を備え、
前記２つの光導波路素子は、第１の２×２分岐の一方の片側２ポートと接続する、波長可変レーザである。
【発明の効果】
【0006】
本開示により、レーザ用半導体光増幅器に光増幅用導波路を結合するために光路を分岐する光学素子を備える波長可変レーザが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施の形態１にかかる波長可変レーザの構成を示すブロック図である。
【図2】実施の形態１にかかる波長可変レーザの構成を示す概略図である。
【図3】実施の形態２にかかる波長可変レーザの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施の形態に限定するものではない。また、実施の形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施の形態に限定するものではない。また、実施の形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【0009】
（実施の形態１にかかる波長可変レーザの説明）
図１は、実施の形態１にかかる波長可変レーザの構成を示すブロック図である。図２は、実施の形態１にかかる波長可変レーザの構成を示す概略図である。図１及び２を参照しながら、実施の形態１にかかる波長可変レーザを説明する。波長可変レーザ１００は、波長を変えることができる半導体レーザである。
図１は、実施の形態１にかかる波長可変レーザの構成を示すブロック図である。図２は、実施の形態１にかかる波長可変レーザの構成を示す概略図である。図１及び２を参照しながら、実施の形態１にかかる波長可変レーザを説明する。波長可変レーザ１００は、波長を変えることができる半導体レーザである。
【0010】
図１及び２に示されるように、波長可変レーザ１００は、第１の光増幅用導波路１０１を備える半導体光増幅素子と、２つの光導波路素子１０２と、第１の２×２分岐部１０３と、を備える。図２に示されるように、波長可変レーザ１００は、さらに反射型波長可変フィルタ１０４と、第２の光増幅用導波路１０５とを備える。
【0011】
第１の光増幅用導波路１０１は、半導体チップ１０６に形成された、レーザ光を発振するためのレーザ用半導体光増幅器である。レーザ光は、例えば波長が１５００ｎｍ程度の赤外光である。第１の光増幅用導波路１０１は、Ｕ字型をして両端が半導体チップ１０６の同一の素子端面にあるように配置される。素子端面は、無反射終端端面（ＡＲ（Anti-Reflection））である。
【0012】
２つの光導波路素子１０２は、素子端面で第１の光増幅用導波路１０１の両端と接続される。２つの光導波路素子１０２は、第１の光増幅用導波路１０１に入射するまたは第１の光増幅用導波路１０１から出射するレーザ光を通す。
【0013】
第１の２×２分岐部１０３は、片側２ポートが両端に配置された分岐部である。第１の２×２分岐部１０３の一方の片側２ポートは、２つの光導波路素子１０２と接続される。
【0014】
このような構成により、レーザ用半導体光増幅器に光増幅用導波路を結合するために光路を分岐する光学素子を備える波長可変レーザが提供される。また、レーザ用半導体光増幅器がＵ字型に結合されているので、構成上の過剰な光損失なくレーザ光を増幅できる。
【0015】
さらに、第１の２×２分岐部１０３の他方の片側２ポートの一方は、反射型波長可変フィルタ１０４と接続される。反射型波長可変フィルタ１０４は、入射してきたレーザ光の波長を選択して反射する。したがって、Ｕ字型の第１の光増幅用導波路１０１と反射型波長可変フィルタ１０４の間をレーザ光が往復し、増幅される。
【0016】
このとき、第１の２×２分岐部１０３は、５０％で分岐しない。５０％で分岐すると、レーザ共振器内部の全部の光が反射型波長可変フィルタ１０４に入射してしまうため、レーザ光をレーザ共振器外部に取り出せないからである。したがって、この第１の２×２分岐部１０３は、分岐比を５０％以外に調整できる方向性結合器であることが好ましい。
【0017】
第１の２×２分岐部１０３の他方の片側２ポートの他方は、第２の光増幅用導波路１０５と接続される。第２の光増幅用導波路１０５は、半導体を用いてレーザ光を増幅する光出力用半導体光増幅器である。第２の光増幅用導波路１０５の両端は、無反射終端端面が形成される。そのため、第２の光増幅用導波路１０５の一方から入射したレーザ光は、第２の光増幅用導波路１０５で増幅されて第２の光増幅用導波路１０５の他方から出射される。
【0018】
半導体チップ１０６は、例えばＩｎＰなどの半導体材料を基板として、ＧａＡｓおよび所望の不純物（ＡｌやＰなど）などを用いて形成された、電流注入により光利得を発現する光増幅用導波路などで構成される。第２の光増幅用導波路１０５は、第１の光増幅用導波路１０１と同一の半導体チップ１０６に形成される。第２の光増幅用導波路１０５が第１の光増幅用導波路１０１と同一の半導体チップ１０６に形成されることで、波長可変レーザを小型化することができる。また、第２の光増幅用導波路１０５が第１の光増幅用導波路１０１と同一の半導体チップ１０６に形成されることで、同一の波長の光の増幅を効率よく行える。
【0019】
【0020】
図３に示されるように、波長可変レーザ３００は、第１の光増幅用導波路３０１を備える半導体光増幅素子と、２つの光導波路素子３０２と、第１の２×２分岐部３０３と、を備える。波長可変レーザ３００は、さらに反射型波長可変フィルタ３０４と、第２の光増幅用導波路３０５とを備える。
【0021】
波長可変レーザ３００は、さらに第３の光増幅用導波路３０６を備える半導体光増幅素子と、２つの光導波路素子３０７と、第２の２×２分岐部３０８と、を備える。波長可変レーザ３００は、さらに反射型波長可変フィルタ３０９と、第４の光増幅用導波路３１０とを備える。
【0022】
波長可変レーザ３００の第１の光増幅用導波路３０１、２つの光導波路素子３０２と、第１の２×２分岐部３０３は、それぞれ波長可変レーザ１００の第１の光増幅用導波路１０１、２つの光導波路素子１０２と、第１の２×２分岐部１０３と同じ光学素子である。また、波長可変レーザ３００の反射型波長可変フィルタ３０４と第２の光増幅用導波路３０５は、波長可変レーザ１００の反射型波長可変フィルタ１０４と、第２の光増幅用導波路１０５と同じである。したがって、説明を省略する。
【0023】
第３の光増幅用導波路３０６は、第１の光増幅用導波路１０１と同じレーザ用半導体光増幅器である。また、第２の２×２分岐部３０８は、第１の２×２分岐部１０３と同じ分岐部である。第２の２×２分岐部３０８は、５０％で分岐しない。第２の２×２分岐部３０８は、分岐比を５０％以外に調整できる方向性結合器であることが好ましい。第３の光増幅用導波路３０６の両端は、第２の２×２分岐部３０８の一方の片側２ポートと２つの光導波路素子３０７を介して接続される。
【0024】
第４の光増幅用導波路３１０は、第２の光増幅用導波路１０５と同じ光出力用半導体光増幅器である。したがって、第４の光増幅用導波路３１０の一端は、第２の２×２分岐部３０８の他方の片側２ポートの他方と接続される。また、第４の光増幅用導波路３１０の他端は、無反射終端端面と接続される。そのため、第４の光増幅用導波路３１０の一端から入射されたレーザ光は、第４の光増幅用導波路３１０で増幅され、第４の光増幅用導波路３１０の他端から出射される。
【0025】
反射型波長可変フィルタ３０９は、反射型波長可変フィルタ１０４と同じ反射型波長可変フィルタである。したがって、第２の２×２分岐部の他方の片側２ポートの一方は、反射型波長可変フィルタ３０９と接続される。
【0026】
第３の光増幅用導波路３０６及び第４の光増幅用導波路３１０は、第１の光増幅用導波路３０１及び第２の光増幅用導波路３０５と同一の半導体チップ３１１に形成される。このような構成により、マルチチャネルの波長可変レーザ３００を同一の半導体チップ３１１に形成できる。そのため波長可変レーザ３００を小型化できる。
【0027】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態２を構成する光学素子の接続が、実施の形態１を構成する光学素子の接続と同じであれば、本開示の範囲にあるものとする。
【0028】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のように記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
半導体で光を増幅する第１の光増幅用導波路の両端が無反射終端端面である同一の素子端面にあるように配置された半導体光増幅素子と、
前記素子端面で前記第１の光増幅用導波路の両端と接続する２つの光導波路素子と、
第１の２×２分岐部と、を備え、
前記２つの光導波路素子は、前記第１の２×２分岐部の一方の片側２ポートと接続する、波長可変レーザ。
（付記２）
前記第１の２×２分岐部の他方の片側２ポートの一方は、反射型波長可変フィルタと接続される、付記１に記載の波長可変レーザ。
（付記３）
前記第１の２×２分岐部の他方の片側２ポートの他方は、第２の光増幅用導波路の一端と接続されている、付記１に記載の波長可変レーザ。
（付記４）
前記第１の光増幅用導波路は、レーザ用半導体光増幅器であり、
前記第２の光増幅用導波路は、光出力用半導体光増幅器である、付記３に記載の波長可変レーザ。
（付記５）
前記第１の光増幅用導波路は、前記第２の光増幅用導波路と同一の半導体チップに形成されている、付記３に記載の波長可変レーザ。
（付記６）
前記第２の光増幅用導波路の他端は、前記半導体チップの無反射終端端面と接続される、付記５に記載の波長可変レーザ。
（付記７）
前記第１の２×２分岐部は、５０％で分岐しない、付記１に記載の波長可変レーザ。
（付記８）
前記第１の２×２分岐部は、方向性結合器である、付記１に記載の波長可変レーザ。
（付記９）
前記半導体チップは、第３の光増幅用導波路と、第４の光増幅用導波路と、を備え、
前記第３の光増幅用導波路は、両端が第２の２×２分岐部の一方の片側２ポートと接続され、
前記第４の光増幅用導波路の一端は、前記第２の２×２分岐部の他方の片側２ポートの他方と接続されている、付記５に記載の波長可変レーザ。
（付記１０）
前記第２の２×２分岐部の他方の片側２ポートの一方は、反射型波長可変フィルタと接続される、付記９に記載の波長可変レーザ。
（付記１１）
前記第３の光増幅用導波路は、レーザ用半導体光増幅器であり、
前記第４の光増幅用導波路は、光出力用半導体光増幅器である、付記９に記載の波長可変レーザ。
（付記１２）
前記第３の光増幅用導波路の他端は、前記半導体チップの前記無反射終端端面と接続される、付記９に記載の波長可変レーザ。
（付記１３）
前記第２の２×２分岐部は、５０％で分岐しない、付記９に記載の波長可変レーザ。
（付記１４）
前記第２の２×２分岐部は、方向性結合器である、付記９に記載の波長可変レーザ。
（付記１）
半導体で光を増幅する第１の光増幅用導波路の両端が無反射終端端面である同一の素子端面にあるように配置された半導体光増幅素子と、
前記素子端面で前記第１の光増幅用導波路の両端と接続する２つの光導波路素子と、
第１の２×２分岐部と、を備え、
前記２つの光導波路素子は、前記第１の２×２分岐部の一方の片側２ポートと接続する、波長可変レーザ。
（付記２）
前記第１の２×２分岐部の他方の片側２ポートの一方は、反射型波長可変フィルタと接続される、付記１に記載の波長可変レーザ。
（付記３）
前記第１の２×２分岐部の他方の片側２ポートの他方は、第２の光増幅用導波路の一端と接続されている、付記１に記載の波長可変レーザ。
（付記４）
前記第１の光増幅用導波路は、レーザ用半導体光増幅器であり、
前記第２の光増幅用導波路は、光出力用半導体光増幅器である、付記３に記載の波長可変レーザ。
（付記５）
前記第１の光増幅用導波路は、前記第２の光増幅用導波路と同一の半導体チップに形成されている、付記３に記載の波長可変レーザ。
（付記６）
前記第２の光増幅用導波路の他端は、前記半導体チップの無反射終端端面と接続される、付記５に記載の波長可変レーザ。
（付記７）
前記第１の２×２分岐部は、５０％で分岐しない、付記１に記載の波長可変レーザ。
（付記８）
前記第１の２×２分岐部は、方向性結合器である、付記１に記載の波長可変レーザ。
（付記９）
前記半導体チップは、第３の光増幅用導波路と、第４の光増幅用導波路と、を備え、
前記第３の光増幅用導波路は、両端が第２の２×２分岐部の一方の片側２ポートと接続され、
前記第４の光増幅用導波路の一端は、前記第２の２×２分岐部の他方の片側２ポートの他方と接続されている、付記５に記載の波長可変レーザ。
（付記１０）
前記第２の２×２分岐部の他方の片側２ポートの一方は、反射型波長可変フィルタと接続される、付記９に記載の波長可変レーザ。
（付記１１）
前記第３の光増幅用導波路は、レーザ用半導体光増幅器であり、
前記第４の光増幅用導波路は、光出力用半導体光増幅器である、付記９に記載の波長可変レーザ。
（付記１２）
前記第３の光増幅用導波路の他端は、前記半導体チップの前記無反射終端端面と接続される、付記９に記載の波長可変レーザ。
（付記１３）
前記第２の２×２分岐部は、５０％で分岐しない、付記９に記載の波長可変レーザ。
（付記１４）
前記第２の２×２分岐部は、方向性結合器である、付記９に記載の波長可変レーザ。
【符号の説明】
【0029】
１００ 波長可変レーザ、１０１ 第１の光増幅用導波路、１０２ ２つの光導波路素子、１０３ 第１の２×２分岐部、１０４ 反射型波長可変フィルタ、１０５ 第２の光増幅用導波路、３００ 波長可変レーザ、３０１ 第１の光増幅用導波路、３０２ ２つの光導波路素子、３０３ 第１の２×２分岐部、３０４ 反射型波長可変フィルタ、３０５ 第２の光増幅用導波路、３０６ 第３の光増幅用導波路、３０７ ２つの光導波路素子、３０８ 第２の２×２分岐部、３０９ 反射型波長可変フィルタ、３１０ 第４の光増幅用導波路
【図1】
【図2】
【図3】