特許 7397376 光送信器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-05

(45)【発行日】2023-12-13

(54)【発明の名称】光送信器

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/026 20060101AFI20231206BHJP

   H01S 5/50 20060101ALI20231206BHJP

   H04B 10/54 20130101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

H01S5/026 610

H01S5/026 618

H01S5/50 610

H04B10/54

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022532973

(86)(22)【出願日】2020-07-02

(86)【国際出願番号】 JP2020026103

(87)【国際公開番号】W WO2022003925

(87)【国際公開日】2022-01-06

【審査請求日】2022-10-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】陳 明晨

(72)【発明者】

【氏名】進藤 隆彦

(72)【発明者】

【氏名】金澤 慈

【審査官】大西 孝宣

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／２３５２３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－２０６９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７２６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５１３２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２６５９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０００６６５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１０２７７００８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３０８１７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１２５１５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００９０５７６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００ － ５／５０

Ｇ０２Ｂ ６／１２ － ６／１４

Ｈ０４Ｂ １０／００ － １０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００ － １４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

分布帰還型レーザ、電界吸収型光変調器、及び一つ以上の半導体光増幅器が一体的に集積されており、当該分布帰還型レーザで発生した光が当該電界吸収型光変調器、及び当該一つ以上の半導体光増幅器を順番に通過するときに、当該電界吸収型光変調器に加える電界の強さにより当該光の強度が変調されるように、当該電界吸収型光変調器の光の伝搬モードと重なる領域に回折格子が形成されている光送信器であって、
前記一つ以上の半導体光増幅器の出射端面に結合された分布ブラッグ反射器を備える
ことを特徴とする光送信器。

【請求項2】

前記分布帰還型レーザ、前記電界吸収型光変調器、前記一つ以上の半導体光増幅器、及び分布ブラッグ反射器は、基板の一方の主面の上面に設けられた光回路部の内部に一体的に集積され、
前記回折格子と異なる回折格子が、前記分布帰還型レーザの活性層の側と、前記分布ブラッグ反射器の反射層の上面の側と、にそれぞれ形成されており、
前記分布帰還型レーザの前記活性層、前記電界吸収型光変調器の吸収層、前記半導体光増幅器の活性層、及び前記分布ブラッグ反射器の前記反射層が組み合わされて形成された光導波路コア部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の光送信器。

【請求項3】

前記光回路部は、前記分布帰還型レーザの前記活性層、前記電界吸収型光変調器の前記吸収層、及び前記一つ以上の半導体光増幅器の前記活性層を一体的に集積したパッシブ層を有し、
前記光導波路コア部は、前記パッシブ層と前記反射層との突き合わせ結合により形成された
ことを特徴とする請求項２記載の光送信器。

【請求項4】

前記電界吸収型光変調器に形成された前記回折格子における反射波長は、当該電界吸収型光変調器へのバイアス印加がない場合、前記分布ブラッグ反射器の反射波長よりも０．１～１０ｎｍ長い波長側にあり、当該電界吸収型光変調器へのバイアス印加がある場合、当該分布ブラッグ反射器の当該反射波長と同一となるように波長がシフトする
ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の光送信器。

【請求項5】

前記分布ブラッグ反射器に対して電流注入が可能な電極構造を有し、当該電極構造への当該電流注入により当該分布ブラッグ反射器の反射波長が調節可能である
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光送信器。

【請求項6】

前記一つ以上の半導体光増幅器を利得として発振される光の波長は、前記分布帰還型レーザで発振する光の波長とは、異なる
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光送信器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光回路部の内部に分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ：以下、ＤＦＢとする）レーザ、電界吸収型（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：以下、ＥＡとする）光変調器、及び半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＯＰＴＩＣＡＬ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：以下、ＳＯＡとする）を集積した光送信器に関する。

【背景技術】

【0002】

光送信器の一例であるＥＡＤＦＢレーザは、直接変調型レーザと比較し、高い消光特性と優れたすぐれたチャープ特性とを有する。尚、チャープ特性は、光搬送波の変調時に発生する微小で動的な波長の変動を示すものである。このため、ＥＡＤＦＢレーザは、これまでにアクセス系ネットワーク用光源を含め、幅広い用途で用いられている。

【0003】

図１は、従来のＥＡＤＦＢレーザ１００Ａの概略構成を示す側面断面図である。図１を参照すれば、ＥＡＤＦＢレーザ１００Ａは、略図するＩｎＰ等の化合物半導体による基板の一方の主面の上面に光導波路コア部を含む光回路部が形成されている。そして、この光回路部の内部において、ＤＦＢレーザ１及びＥＡ光変調器２が集積された構造を有する。

【0004】

ＥＡＤＦＢレーザ１００Ａの各部について、ＤＦＢレーザ１は、アンダークラッド層及びオーバークラッド層の間に多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１１ａを有する。そして、ＤＦＢレーザ１は、活性層１１と対向する上面側に形成された回折格子２１によって単一波長で発振する。ＥＡ光変調器２は、アンダークラッド層及びオーバークラッド層の間にＤＦＢレーザ１とは異なる組成材料の多重量子井戸構造の吸収層１１ｂを有し、電圧制御により光吸収量を変化させることができる。その他、ＤＦＢレーザ１、及びＥＡ光変調器２のオーバークラッド層の上面に形成された電極１２ａ、１２ｂとは、隔てられて配置され、それぞれ個別の電源に接続される。ＥＡ光変調器２の吸収層１１ｂへの電界吸収に加える電界の強さによって、ＥＡ光変調器２では光の強度が変調される。

【0005】

このＥＡＤＦＢレーザ１００Ａでは、活性層１１ａ及び吸収層１１ｂが合わせて光導波路コア部を形成する。そして、ＥＡＤＦＢレーザ１００Ａでは、ＤＦＢレーザ１の活性層１１ａからの出力光をＥＡ光変調器２の吸収層１１ｂで透過・吸収させる条件で駆動する。これにより、光を明滅させ、ＥＡ光変調器２で電気信号を光変調された光信号に変換できる。しかし、このＥＡＤＦＢレーザ１００Ａの場合には、ＥＡ光変調器２が大きな光損失を伴うため、高出力化が困難であるという課題がある。

【0006】

図１に示すＥＡＤＦＢレーザ１００Ａでは、ＥＡ光変調器２が大きな光損失を伴い、出力する光の高出力化が困難となる場合がある。これに対し、非特許文献１には、ＥＡＤＦＢレーザ１００Ａの光出射端に更にＳＯＡを集積したＡＸＥＬ（ＳＯＡ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｒｅａｃｈ ＥＡＤＦＢ Ｌａｓｅｒを示すもので、以下はＡＸＥＬとする）が提案されている。

【0007】

図２は、このＥＡＤＦＢレーザであるＡＸＥＬ１００Ｂの概略構成を示す側面断面図である。図２を参照すれば、ＡＸＥＬ１００Ｂにおいても、化合物半導体による基板の上面に光導波路コア部を含む光回路部が形成されている。そして、この光回路部の内部において、ＤＦＢレーザ１、ＥＡ光変調器２、及びＳＯＡ３が集積された構造を有する。

【0008】

ＡＸＥＬ１００Ｂの各部について、ＤＦＢレーザ１は、アンダークラッド層及びオーバークラッド層の間に多重量子井戸構造の活性層１１ａ－１を有する。そして、ＤＦＢレーザ１は、活性層１１ａ－１と対向する上面側に形成された回折格子２１によって単一波長で発振する。また、ＥＡ光変調器２は、アンダークラッド層及びオーバークラッド層の間にＤＦＢレーザ１とは異なる組成の多重量子井戸構造の吸収層１１ｂを有し、電圧制御により光吸収量を変化させることができる。ＳＯＡ３は、アンダークラッド層及びオーバークラッド層の間にＤＦＢレーザ１と同じ組成材料による多重量子井戸構造の活性層１１ａ－２を有し、ＥＡ光変調器２からの光信号を増幅する。その他、ＤＦＢレーザ１、ＥＡ光変調器２、及びＳＯＡ３のオーバークラッド層の上面に形成された電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃとは、互いに隔てられて配置され、それぞれ個別の電源に接続される。ここでも、ＥＡ光変調器２の吸収層１１ｂへの電界吸収に加える電界の強さによって、ＥＡ光変調器２では光の強度が変調される。

【0009】

このＡＸＥＬ１００Ｂでは、活性層１１ａ－１、吸収層１１ｂ、及び活性層１１ａ－２が合わせて光導波路コア部を形成する。そして、ＡＸＥＬ１００Ｂでは、上記ＥＡＤＦＢレーザ１００Ａの場合と同様にＥＡ光変調器２によって変調された光信号が、更にＳＯＡ３の活性層１１ａ－２で増幅されるため、光出力を向上させることが可能となる。これにより、図１に示したＥＡＤＦＢレーザ１００Ａと比較し、ＡＸＥＬ１００Ｂは、約２倍の高出力特性が得られる。また、ＡＸＥＬ１００Ｂは、ＳＯＡ３の集積効果による高効率動作が可能であるため、ＥＡＤＦＢレーザ１００Ａと同一の光出力が得られる動作条件で駆動した場合、約４割程度の消費電力削減が可能となる。更に、ＡＸＥＬ１００Ｂでは、ＳＯＡ３の活性層１１ａ－２にＤＦＢレーザと同一の多重量子井戸構造を用いている。このため、ＡＸＥＬ１００Ｂは、ＳＯＡ３の集積のための再成長プロセスを追加することなく、ＥＡＤＦＢレーザ１００Ａと同一の製造工程でデバイスを作製することが可能である。

【0010】

ところが、一般的なＳＯＡと同様に上述したＡＸＥＬ１００Ｂの場合、ＳＯＡ３に強い光が入射すると、光の誘導放出によりＳＯＡ３内のキャリア密度が低下する。これにより、ＳＯＡ３の増幅利得が低下し、増幅した光信号の出力レベルが低下することがある。このような現象は、光通信応用分野では、伝送する信号の一定時間内の同一符号の割合によって、その度合いが変化するため、パターン効果と呼ばれる。

【0011】

図３は、ＡＸＥＬ１００ＢのＳＯＡ３でパターン効果を生じた場合のＮＲＺ（Ｎｏｎ－Ｒｅｒｕｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）光信号波形を示したアイパターンの模式図である。尚、図３中には、特性Ｃ０で示すゼロレベルの波形と特性Ｃ１で示す１レベルの波形とを合成したアイパターンを示している。

【0012】

図３を参照すれば、アイパターンでは、パターン効果の発生により、光信号のアイ開口が閉じる傾向になるため、伝送時のビットエラーレートの増大を来す。また、ＳＯＡ３内でのキャリア密度が変動するため、これが屈折率の変化を引き起こす。これにより、キャリア密度が変動した状態で光信号が変調を受けるためチャープ（波長変動）が発生する。チャープが発生すると、光伝搬に用いる光ファイバ内の分散の影響を受け、光信号の波形に歪を生じ、アイ開口が閉じる要因となる。この結果、アイパターンにおいてアイ開口が閉じると、伝送時のビットエラーレートを増大させることになる。即ち、ＡＸＥＬ１００Ｂの場合には、ＳＯＡ３に強い光が入射してＳＯＡ３の内部のキャリア密度が低下すると、光信号波形の品質が劣化し、信号処理に誤動作を来すという問題がある。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0013】

【文献】Ｗａｔａｒｕ Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｍａｓａｋａｚｕ Ａｒｒａｉ，Ｔａｋｅｓｈｉ Ｆｕｊｉｓａｗａ，Ｔｏｍｏｎａｒｉ Ｓａｔｏ，Ｔｏｓｈｉｏ Ｉｔｏ，Ｋｏｉｃｈｉ ｈａｓｅｂｅ，Ｓｈｉｇｅｒｕ Ｋａｎａｚａｗａ，Ｙｕｔａ Ｕｅｄａ，Ｔａｋａｙｕｋｉ Ｙａｍａｎａｋａ，ａｎｄ Ｈｉｒｏａｋｉ Ｓａｎｊｏｈ“Ｎｏｖｅｌ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｃｈｉｒｐ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａ ４０－Ｇｂｉｔ／Ｓ ＥＡＤＦＢ lａｓｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｓｈｏｒｔ ＳＯＡ,”Ｏｐｔ.Ｅｘｐｒｅｓｓ,Ｖｏｌ.２３,Ｎｏ.７,ｐｐ.９５３３-９５４２,Ａｐｒ.２０１５

【発明の概要】

【0014】

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。本発明に係る実施形態の目的は、ＳＯＡに光が入射してもＳＯＡの内部のキャリア密度が低下されず、光信号波形の品質が保持される光送信器を提供することにある。

【0015】

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、ＤＦＢレーザ、ＥＡ光変調器、及び一つ以上のＳＯＡが一体的に集積されており、当該ＤＦＢレーザで発生した光が当該ＥＡ光変調器、及び当該一つ以上のＳＯＡを順番に通過するときに、当該ＥＡ光変調器に加える電界の強さにより当該光の強度が変調されるように、当該ＥＡ光変調器の光の伝搬モードと重なる領域に回折格子が形成されている光送信器であって、一つ以上のＳＯＡの出射端面に結合された分布ブラッグ反射器を備えることを特徴とする。

【0016】

上記一態様の光送信器では、一つ以上のＳＯＡの出射端面に結合されるように分布ブラッグ反射器を備えている。ＥＡ光変調器の電界印加状態とＥＡ光変調器及び分布ブラッグ反射器の反射波長とを適宜設定すれば、ＳＯＡで増幅される光信号のキャリア密度の急激な変化を抑制するように調節できる。そして、キャリア密度の急激な変化を抑制した光信号を分布ブラッグ反射器から光出力できる。この結果、ＳＯＡに光が入射しても、ＳＯＡの内部のキャリア密度が低下されず、光信号波形の品質が保持され、信号処理の誤動作を低減し得るようになる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】従来の光送信器（ＥＡＤＦＢレーザ）の概略構成を示す側面断面図である。

【図2】従来の別な光送信器（ＥＡＤＦＢレーザ）であるＡＸＥＬの概略構成を示す側面断面図である。

【図3】図２に示すＡＸＥＬのＳＯＡでパターン効果を生じた場合のＮＲＺ光信号波形を示したアイパターンの模式図である。

【図4】本発明の実施形態に係る光送信器（ＡＸＥＬ）の概略構成を示す側面断面図である。

【図5】図４に示すＡＸＥＬのＥＡ光変調器にバイアス電圧が印加されていない場合の波長に対する反射，吸収損失の特性を示した図である。

【図6】図４に示すＡＸＥＬのＥＡ光変調器にバイアス電圧が印加された場合の波長に対する反射，吸収損失の特性を示した図である。

【図7】図４に示すＡＸＥＬにおけるＤＦＢレーザのＤＦＢ電流に対する出力パワーの特性を示した図である。

【図8】図４に示すＡＸＥＬにおけるパターン効果の影響を説明するために光信号波形を示したアイパターンの模式図である。（ａ）は、図２に示すＡＸＥＬのパターン効果の発生の様子を示すアイパターンの模式図である。（ｂ）は、図４に示すＡＸＥＬのパターン効果の発生抑制の様子を示すアイパターンの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態に係る光送信器について、図面を参照して詳細に説明する。

【0019】

（実施形態）
図４は、本発明の実施形態に係る光送信器（ＡＸＥＬ１００Ｃ）の概略構成を示す側面図である。図４を参照すれば、ＡＸＥＬ１００Ｃは、ＩｎＰ等の化合物半導体による基板の一方の主面の上面に光導波路コア部を含む光回路部５０が形成されている。後の工程で光回路５０と対向する基板の面は研磨され、残された基板の一部はアンダークラッド１１５として機能し、その面上に電極１１３が形成される。また、この光回路部５０の内部において、ＤＦＢレーザ１、ＥＡ光変調器２、少なくとも一つ以上のＳＯＡ３、及び分布ブラッグ反射器４が一体的（モノシリック）に集積された構造を有する。尚、分布ブラッグ反射器４は、一般にＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲとして知られる。

【0020】

このＡＸＥＬ１００Ｃでは、ＤＦＢレーザ１の活性層１０９、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０、及びＳＯＡの出射端面に結合されるように分布ブラッグ反射器を備えている。パッシブ層１０８において、ＤＦＢレーザ１の活性層１０９に対向するオーバークラッド層１１４の側、及びＥＡ光変調器２の吸収層１１０に対向するオーバークラッド層１１４の側には、回折格子２１、２２が形成されている。また、分布ブラッグ反射器４の反射層１１２の上面の側にも、回折格子２３が形成されている。これらの回折格子２１、２２、２３の周期構造によって、各周期に対応する波長の光が反射される仕組みとなっている。

【0021】

ＡＸＥＬ１００Ｃの各部について、ＤＦＢレーザ１は、アンダークラッド層１１５及びオーバークラッド層１１４の間に活性層１０９を有する。そして、ＤＦＢレーザ１は、対向する上面側に形成された回折格子２１の波長選択性によって決められた波長λ１で発振する。また、ＥＡ光変調器２は、アンダークラッド層１１５及びオーバークラッド層１１４の間に形成された吸収層１１０により光吸収を司り、電圧制御により光吸収量を変化させることができる。そして、ＥＡ光変調器２は、吸収層１１０に対向する上面側に形成された回折格子２２の波長選択性によって、ＳＯＡ３で増幅される光信号のキャリア密度を調節することができる。ＳＯＡ３は、アンダークラッド層１１５及びオーバークラッド層１１４の間に活性層１１１を有し、ＥＡ光変調器２からの光信号を増幅する。

【0022】

尚、ＤＦＢレーザ１の活性層１０９と、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０、及びＳＯＡ３の活性層１１１は、パッシブ層１０８の内部で隔てられて配置される。活性層１０９の端面の一方側は、光回路部５０の端面と一致するが、活性層１１１の端面の他方側は、パッシブ層１０８と反射層１１２との結合面からは隔てられて配置されている。分布ブラッグ反射器４は、アンダークラッド層１１５及びオーバークラッド層１１４の間に反射層１１２を有する。そして、分布ブラッグ反射器４は、反射層１１２の上面側に形成された回折格子２３の波長選択性によってＳＯＡ３からの増幅された光信号の反射波長を調節して光出力する。

【0023】

ＤＦＢレーザ１、ＥＡ光変調器２、ＳＯＡ３のオーバークラッド層１１４の上面には、活性層１０９、吸収層１１０、及び活性層１１１と対向する位置に上部電極１０１、１０２、１０３が互いに隔てられて形成されている。また、分布ブラッグ反射器４のオーバークラッド層１１４の上面には、反射層１１２と対向する位置に上部電極１０４が形成されている。これに対し、アンダークラッド層１１５の下面全体には下部電極１１３が形成されている。これらの上部電極１０１、１０２、１０３、１０４及び下部電極１１３も同一の電源に接続される。ここでも、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０への電界吸収に加える電界の強さによって、ＥＡ光変調器２では光の強度が変調される。

【0024】

このため、ＤＦＢレーザ１の活性層１０９と対向する上面側に形成された回折格子２１は、ＥＡ光変調器２の光の伝搬モードと重なる領域に形成されている。また、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０と対向する上面側に形成された回折格子２２と、分布ブラッグ反射器４の反射層１１２の上面の側に形成された回折格子２３と、についても光の伝搬モードと重なる領域に形成されている。

【0025】

細部機能を説明すれば、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０の吸収波長は、電界無印加時には波長λ１よりも数ｎｍから数１０ｎｍ短波長側にあり、ＤＦＢレーザ１からの光の吸収が殆ど行われない。これに対し、数Ｖの負電圧を電極１０２より印加すれば吸収波長が長波長にシフトし、光吸収が行われる。これにより、電圧を正弦波、又は、或る矩形波パターンで変調すれば、光の強度変調が可能である。このとき、光のエネルギーは電子を伝導帯に励起し、正孔電子ペアが生じる。この結果、ＥＡ光変調器２のコア部の吸収層１１０では、キャリア密度が上昇する。

【0026】

キャリア密度の上昇は、プラズマ効果により屈折率の変化を伴うため、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０では屈折率が低下する。従って、回折格子２２の周期は実行的に短くなるため、後段の分布ブラッグ反射器４の反射帯域は短波長にシフトする。回折格子２２のキャリアがない状態の反射波長をλ２とし、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０で光吸収があるときの回折格子２２の反射波長をλ３とするとき、後段のＳＯＡ３の活性層１１１は十分に広い利得帯域を有する。このため、ＳＯＡ３では、波長λ１、λ２、λ３のそれぞれの波長で光を増幅する。分布ブラッグ反射器４の反射１１２層には活性層がなく、パッシブ層１０８に繋がるパッシブ領域に回折格子２３が形成されている。

【0027】

分布ブラッグ反射器４の回折格子２３の反射波長λ４は、光吸収があるときのＥＡ光変調器２の吸収層１１０の回折格子２２の反射波長λ３と同じである。即ち、λ３＝λ４の関係が成り立つ。これにより、光吸収が起こると、回折格子２２、２３によりＳＯＡ３の活性層１１１を挟んで共振器が形成される。この結果、ＳＯＡ３はレーザ発振し、ＳＯＡ３の活性層１１１の内部ではキャリアが消費された状態となる。逆に、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０は、負のバイアス電圧が印加されずに光吸収がない場合、回折格子２２、２３の反射波長はλ２及びλ４とは異なるため、共振器が形成されない。この結果、ＳＯＡ３の活性層１１１の内部ではキャリアが消費されていない状態となる。一方でこのとき、ＤＦＢレーザ１から入力される光があるため、ＳＯＡ３の活性層１１１の利得は、ＳＯＡ３での光増幅に消費される。

【0028】

このため、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０における駆動状態、即ち、ＤＦＢレーザ１から入力される光の有無に拘らず、ＳＯＡ３の活性層１１１の内部ではキャリアが消費された状態を実現することができる。この結果、急激なキャリア密度変化を抑制することができる。

【0029】

このような効果を実証するため、波長１．５５μｍ用の光送信器（ＡＸＥＬ１００Ｃ）を作製した。この光送信器は、ＩｎＰによる基板の上面に結晶成長させたＩｎＧａＡｓＰによる活性層１０９、１１１と吸収層１１０とを有している。第１の結晶成長ではＤＦＢレーザ１、及びＳＯＡ３における活性層１０９、１１１を形成し、次にバットジョイント再成長によりＥＡ光変調器２の吸収層１１０を形成した。各光デバイス間を接続する光導波路と分布ブラッグ反射器４の反射層１１２とはパッシブバットジョイントにより形成した。更に、活性層１０９、１１１と吸収層１１０との上側にパッシブ層１０８を形成し、光導波路コア部の大部分を形成した。このパッシブ層１０８と反射層１１２とにおいて、エッチング加工により回折格子２１、２２、２３を形成し、光導波路コア部を仕上げ形成した。

【0030】

ＤＦＢレーザ１の活性層１０９、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０、ＳＯＡ３の活性層１１１、及び分布ブラッグ反射器４の反射層１１２の長さは、それぞれ３００μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、８０μｍとした。また、光回路部５０における各光デバイス間を接続するパッシブ光導波路の長さは、全て２０μｍとした、その他、光回路部５０の出力側はＡＲ（反射膜）コーティング、反対側の端面はＨＲ（増反射膜）コーティングが施されている。

【0031】

図５は、ＡＸＥＬ１００ＣのＥＡ光変調器２にバイアス電圧が印加されていない場合の波長に対する反射，吸収損失の特性を示した図である。尚、反射スペクトルは、ピークで規格化されている。

【0032】

図５を参照すれば、ＤＦＢレーザ１の発振波長λ１は、回折格子２１の反射波長で決定されるため、発振波長λ１が１５５０ｎｍである場合を例示できる。また、ＥＡ光変調器２の回折格子２２の反射波長λ２は１５３０ｎｍとした。ＥＡ光変調器２でバイアス電圧を印加しないときの吸収層１１０の吸収波長は、１５００ｎｍであり、逆バイアス電圧を印加することで１５５０ｎｍでの光吸収が増加する。例えば、－２Ｖのバイアス電圧をＥＡ光変調器２の吸収層１１０に印加したときの光吸収は約－１２ｄＢであり、電流は約２０ｍＡ程度流れる。このときのＥＡ光変調器２の回折格子２２の反射波長λ３は１５２７ｎｍとなった。これに対し、分布ブラッグ反射器４の反射層１１２の反射波長λ４は、例えば１５２７ｎｍに設計されている場合を例示できる。こうした場合には共振器が形成される。いずれにしても、ＳＯＡ３において、利得として発振される光の波長は、ＤＦＢレーザ１から光の発振波長λ１とは、異なっている。

【0033】

図６は、ＡＸＥＬ１００ＣのＥＡ光変調器２にバイアス電圧が印加されている場合の波長に対する反射，吸収損失の特性を示した図である。尚、ここでも反射スペクトルは、ピークで規格化されている。

【0034】

図６を参照すれば、ＥＡ光変調器２に－２Ｖのバイアス電圧を印加した場合を表わしており、吸収層１１０の吸収損失は長波長側にシフトし、強い光を吸収するため、吸収層１１０の内部には光吸収によるキャリアが生成される。これにより屈折率が低下するため、回折格子２２の反射波長λ３は短波長側にシフトし、反射帯域が分布ブラッグ反射器４の反射層１１２と重なるためＳＯＡ３の活性層１１１が発振する。回折格子２２、２３の反射は、いずれも９０％以上となるように設計されている。また、回折格子２２の反射は、回折格子２３より低い反射とすることができる。更に、回折格子２２、２３の反射を非常に高くすることで、これらの回折格子２２、２３で構成される共振器から出力される光パワーを低くすることが可能である。

【0035】

尚、本実施形態では、回折格子２２、２３の反射波長λ３、λ４は、ＤＦＢレーザ１の発振波長λ１よりも短波長としたが、これらは長波長側となるように代替しても構わない。いずれにしても、ＳＯＡ３において、利得として発振される光の波長は、ＤＦＢレーザ１から光の発振波長λ１とは、異なっている。

【0036】

図７は、ＡＸＥＬ１００ＣにおけるＤＦＢレーザ１のＤＦＢ電流［ｍＡ］に対する出力パワー［ｍＷ］の特性を示した図である。ここでは、ＤＦＢレーザ１への駆動電流が０－１５０ｍＡ、ＥＡ光変調器２についてはオープン、ＳＯＡ３の駆動電流が１００ｍＡである場合の条件を想定している。

【0037】

図７を参照すれば、ＡＸＥＬ１００Ｃにおける出力パワーは、ＤＦＢ電流を増大させるとそれに伴って段々と上昇し、約８０ｍＡを超える付近で徐々に上昇する傾向を示すことが判る。

【0038】

図８は、ＡＸＥＬ１００Ｃにおけるパターン効果の影響を説明するために光信号波形を示したアイパターンの模式図である。図８（ａ）は、図２に示すＡＸＥＬ１００Ｂのパターン効果の発生の様子を示すアイパターンの模式図である。図８（ｂ）は、図４に示すＡＸＥＬ１００Ｃのパターン効果の発生抑制の様子を示すアイパターンの模式図である。尚、図８（ａ）及び図８（ｂ）では、ＤＦＢレーザ１の駆動電流を１５０ｍＡ、ＥＡ光変調器２へのバイアス電圧を－１Ｖとしている。そして、図８（ａ）及び図８（ｂ）では、ＥＡ光変調器２での変調振幅を１．５Ｖｐｐ、変調速度を１０Ｇｂｉｔ／ｓとし、ＳＯＡ３を駆動電流１００ｍＡで増幅させた条件下でのアイパターンを示している。また、これらのアイパターンは、図３で説明したようにゼロレベルの波形と１レベルの波形とを合成した様子を示している。

【0039】

図８（ａ）のアイパターンを参照すれば、信号にオーバーシュートが見られ、パターン効果の影響を受けている様子が判る。これに対し、図８（ｂ）のアイパターンを参照すれば、信号のオーバーシュートが抑制されており、パターン効果が抑制されている様子が判る。

【0040】

上述したＡＸＥＬ１００Ｃの構成上の特色は、光回路部５０の内部に、ＤＦＢレーザ１、ＥＡ光変調器３、及びＳＯＡ３以外に、ＳＯＡ３の出射端面に結合される分布ブラッグ反射器４を備えた点である。また、光回路部５０の内部では、ＥＡ光変調器２の吸収層１１０に対向する上面側に形成された回折格子２２と分布ブラッグ反射器４の反射層１１２の上面側に形成された回折格子２３とが波長選択性を有している。そこで、ＥＡ光変調器２の電界印加状態とＥＡ光変調器２及び分布ブラッグ反射器４の回折格子２２、２３の反射波長の波長選択性とを適宜設定すれば良い。これにより、ＳＯＡ３で増幅される光信号のキャリア密度の急激な変化を抑制するように調節し、キャリア密度の急激な変化が抑制された光信号を分布ブラッグ反射器４から光出力できる。

【0041】

要するに、ＥＡ光変調器３がオフで消光しないときには、ＤＦＢレーザ１の発振波長λ１のみがＳＯＡ３で増幅され、ＥＡ光変調器３がオンで消光するときには、ＳＯＡ３が発振して反射波長λ３＝λ４の光がＳＯＡ３で増幅される。即ち、常にＳＯＡ３は、光増幅するため、キャリアが消費された状態を継続でき、これによってキャリア変動が抑制される。この結果、ＳＯＡ３に光が入射しても、ＳＯＡ３内のキャリア密度が低下されず、光信号波形の品質が保持され、信号処理の誤動作を低減し得るようになる。

【0042】

尚、上述したＥＡ光変調器２の回折格子２２における反射波長λ３は、ＥＡ光変調器２へのバイアス印加がない場合、分布ブラッグ反射器４の反射波長λ４よりも０．１～１０ｎｍ長い波長側にある。また、ＥＡ光変調器２の回折格子２２における反射波長λ３は、ＥＡ光変調器２へのバイアス印加がある場合、分布ブラッグ反射器４の反射波長λ４と同一となるように波長がシフトする。更に、分布ブラッグ反射器４は、電流注入が可能な電極構造を有し、電極構造への電流注入により分布ブラッグ反射器４の反射波長λ４が調節可能となっている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】