特許 7485304 狭線幅レーザ

(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】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】狭線幅レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/0687 20060101AFI20240509BHJP

【ＦＩ】

H01S5/0687

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021104641

(22)【出願日】2021-06-24

(65)【公開番号】P2023003521

(43)【公開日】2023-01-17

【審査請求日】2023-09-29

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100153006

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 勇三

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(74)【代理人】

【識別番号】100121669

【弁理士】

【氏名又は名称】本山 泰

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 具就

(72)【発明者】

【氏名】八坂 洋

(72)【発明者】

【氏名】横田 信英

【審査官】皆藤 彰吾

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０５６４７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２３２３７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／０６８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体レーザと、
半導体光増幅器と、
光フィルタと
を備え、
前記半導体レーザの出力光が、前記半導体光増幅器と前記光フィルタとを介して、当該半導体レーザに帰還光として入力し、
前記半導体レーザの光発振周波数が変動するときに、前記光フィルタが、前記光発振周波数の変動に伴い、前記帰還光の強度を変動させ、
前記帰還光が、前記光発振周波数の変動と逆方向に前記光発振周波数を変化させ、
前記半導体光増幅器が、前記半導体レーザの出力光と前記帰還光とを増幅する
ことを特徴とする狭線幅レーザ。

【請求項2】

レンズを、前記半導体光増幅器と前記光フィルタとの間に備え、
前記光フィルタが、ファブリペロエタロンである
ことを特徴とする請求項１に記載の狭線幅レーザ。

【請求項3】

前記光フィルタが、入出力光導波路と、前記入出力光導波路に接続するループ導波路と、前記ループ導波路と結合するリング共振器と
を備える請求項１に記載の狭線幅レーザ。

【請求項4】

前記光フィルタにおける前記入出力光導波路と、前記ループ導波路と、前記リング共振器との少なくともいずれかに、前記半導体光増幅器
を備える請求項３に記載の狭線幅レーザ。

【請求項5】

前記光フィルタにおける前記入出力光導波路と、前記ループ導波路との少なくともいずれかに配置される前記半導体光増幅器と、
前記光フィルタにおける前記リング共振器に配置される他の半導体光増幅器と
を備える請求項３に記載の狭線幅レーザ。

【請求項6】

前記半導体レーザと、前記光フィルタとの間に配置される前記半導体光増幅器と、
前記光フィルタにおける前記リング共振器に配置される他の半導体光増幅器と
を備える請求項３に記載の狭線幅レーザ。

【請求項7】

前記光フィルタが、同一基板上に形成される
ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の狭線幅レーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体レーザのスペクトル線幅を低減する狭線幅レーザに関する。

【背景技術】

【0002】

狭線幅レーザは、光の位相情報を信号として取り扱い、光通信の伝送容量増大を実現するデジタル光コヒーレントシステムや、飛躍的に精度を向上した光計測システムを実現する上で必要不可欠な装置である。

【0003】

半導体レーザのスペクトル線幅はレーザ共振器の共振特性に大きく依存するために、共振器構造を工夫することでその発振スペクトル線幅を低減する試みがなされてきた。レーザ共振器の長尺化により共振特性を改善して、スペクトル線幅を低減する試みが開示されている（非特許文献１）。しかしながら、共振器が長くなるとレーザを実装する際に素子に歪みが導入されスペクトル線幅が広がる等の問題があった。

【0004】

また、半導体レーザの外部に反射ミラー、回折格子、光ファイバ等を配置して外部共振器を付与した半導体レーザにより共振器長を長尺化し、自身の光に発振光を引き込むことで発振スペクトル線幅を低減する試みが開示されている（例えば、非特許文献２、３）。しかしながら、本手法ではスペクトル線幅の低減はできる一方、共振器内の光の往復時間に関連した周波数領域に周波数雑音が発生するので、システムへの応用において問題となっていた。

【0005】

さらに、半導体光増幅媒体として半導体光増幅器を用いて、共振器として外部に光フィルタを結合することで狭線幅半導体レーザを実現する試みが開示されている（例えば、非特許文献４）。しかしながら、本手法ではレーザの共振器長を長尺化するので、光源（レーザ）が大きくなり小型化が困難であった。このように、半導体レーザの発振スペクトル線幅と光源サイズにはトレードオフの関係があった。

【0006】

狭線幅半導体レーザの小型化を実現する技術として、光負帰還法が開発されその有効性が実証されてきた（非特許文献５、６）。本技術では、単一モード半導体レーザと光フィルタのみで狭線幅半導体レーザを構成することができるので、狭線幅化と光源の小型化とを実現できる。基本原理は、光フィルタで半導体レーザの周波数揺らぎを光電界振幅変動に変換して、その光を半導体レーザへ帰還することで周波数変調を誘起し、逆方向へ発振周波数を変調して負帰還動作を実現するものである。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【文献】H. Ishii, K. Kasaya, and H. Oohashi, "Narrow spectral linewidth operation (<160 kHz) in widely tunable distributed feedback laser array," Electron. Lett. 46(10), 714-715 (2010).

【文献】S. Saito, O. Nilsson and Y. Yamamoto, "Oscillation center frequency tuning, quantum FM noise, and direct frequency modulation characteristics in external grating loaded semiconductor lasers," IEEE J. Quantum Electronics, vol. QE-18, no. 6, pp. 961-970, June 1982.

【文献】M. F. Ferreira, J. F. Rocha, and J. L. Pinto, "Noise and modulation performance of Fabry-Perot and DFB semiconductor lasers with arbitrary external optical feedback, " IEE Proceedings, vol.137, Pt. J, No. 6, pp. 361-369, 1990.

【文献】T. Kita, R. Tang, and H. Yamada, "Narrow Spectral Linewidth Silicon Photonic Wavelength Tunable Laser Diode for Digital Coherent Communication System, " IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., vol. 22, No. 6, 1500612, 2016.

【文献】K. Aoyama, N. Yokota, and H. Yasaka, "3-kHz Spectral Linewidth Laser Assembly with Coherent Optical Negative Feedback, "IEEE Photonics Technology Letters, vol. 30, No. 3, pp. 277-280, 2018. (Feb.) / DOI 10.1109/LPT.2017.2783365

【文献】S. Sato, G. Aizawa, N. Yokota, and H. Yasaka, "Performance Improvement of Optical Negative Feedback Laser by Reducing Feedback Loop Length, " IEICE Electronics Express, vol. 17, No. 4, 20190750, 2020. (Feb.) / DOI 10.1587/elex.17.20190750

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、発振スペクトル線幅を最大限に狭窄化するには、単一モード半導体レーザと光フィルタの結合効率を向上する必要がある。

【0009】

また、光フィルタでの発振光周波数変動から帰還光電界振幅変動への変換において、周波数弁別効率を向上するために多重干渉効果を導入するが、光フィルタを形成する材料の伝搬損失により周波数弁別効率が低下する。そこで、光フィルタの周波数弁別機能を向上することが必要である。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上述したような課題を解決するために、本発明に係る狭線幅レーザは、半導体レーザと、半導体光増幅器と、光フィルタとを備え、前記半導体レーザの出力光が、前記半導体光増幅器と前記光フィルタとを介して、当該半導体レーザに帰還光として入力し、前記半導体レーザの光発振周波数が変動するときに、前記フィルタが、前記光発振周波数の変動に伴い、前記帰還光の強度を変動させ、前記帰還光が、前記光発振周波数の変動と逆方向に前記光発振周波数を変化させ、前記半導体光増幅器が、前記半導体レーザの出力光と前記帰還光とを増幅することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、半導体レーザのスペクトル線幅を低減する小型の狭線幅レーザを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る狭線幅レーザの構成を示す図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る狭線幅レーザの効果を説明するための図である。

【図3】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る狭線幅レーザの構成を示す図である。

【図4】図４は、本発明の第２の実施の形態に係る狭線幅レーザの効果を説明するための図である。

【図5】図５は、本発明の第３の実施の形態に係る狭線幅レーザの構成を示す図である。

【図6】図６は、本発明の第３の実施の形態に係る狭線幅レーザの効果を説明するための図である。

【図7】図７は、本発明の第４の実施の形態に係る狭線幅レーザの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係る狭線幅レーザについて、図１、図２を参照して説明する。

【0014】

＜狭線幅レーザの構成＞
本実施の形態に係る狭線幅レーザ１０は、図１に示すように、半導体レーザ１と、第１のレンズ２＿１と、第２のレンズ２＿２と、光フィルタ３と、半導体光増幅器４とを備える。

【0015】

狭線幅レーザ１０において、半導体レーザ１と、第２のレンズ２＿２と、半導体光増幅器４と、第１のレンズ２＿１と、光フィルタ３とが、順に配置される。

【0016】

半導体レーザ１の出力光が、第２のレンズ２＿２を介して、半導体光増幅器４で増幅され、第１のレンズ２＿１を介して、光フィルタ３に入力する。光フィルタ３の出力光（反射光）は、第１のレンズ２＿１を介して、半導体光増幅器４で増幅され、第２のレンズ２＿２を介して、半導体レーザ１に帰還する（入力する）。

【0017】

半導体レーザ１は、共振器長が３５０μｍの分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ、ＤＦＢ）単一モード半導体レーザである。

【0018】

光フィルタ３は、厚さ４ｍｍの光学ガラス製ファブリペロエタロンである。光フィルタ３は、対向する端面に反射膜を有し、反射膜の間隔と光の波長で決まる光周波数間隔に応じて、透過光強度や反射光強度を周期的に変化させる。

【0019】

半導体光増幅器４は、素子長１５０μｍの半導体光増幅器である。

【0020】

＜狭線幅レーザの動作＞
本実施の形態に係る狭線幅レーザ１０の動作を説明する。

【0021】

まず、狭線幅レーザ１０の動作における負帰還作用を説明する。例えば、狭線幅レーザ１０における光フィルタ３の動作点が、半導体レーザ１の光発振周波数が増加に伴い、反射光の強度が増加するように設定される。この設定において、半導体レーザ１の光発振周波数が増加し、光フィルタ３に入力する光の光発振周波数が増加すると、反射光の強度が増加する。

【0022】

このように、半導体レーザ１に帰還する光（反射光）の強度が増加し、半導体利得媒質中の光が誘導放出により増幅される。このとき、半導体レーザ１の半導体利得媒質中のキャリア（電子、正孔）が消費され、キャリア密度が減少する。

【0023】

その結果、キャリア・プラズマ効果により、半導体利得媒質の屈折率が増加し、半導体レーザ１の光共振器の光学的実効長が増加するので、発振波長が増加し、光発振周波数は減少する。このように、半導体レーザ１の光発振周波数の変動（増加）に対して、逆の変化（減少）が生じる。すなわち、光発振周波数の変動（増加）が抑制される。

【0024】

ここで、半導体レーザ１の出力光は、半導体光増幅器４で増幅され光フィルタ３に入力する。そこで、入力光の強度の増加により、光フィルタ３の反射光の強度は増加する。

【0025】

また、光フィルタ３から半導体レーザ１に帰還する光（帰還光）は半導体光増幅器４により増幅される。

【0026】

このように、半導体光増幅器４により、半導体レーザ１と光フィルタ３との間の結合損失は補償され、結合効率は向上する。

【0027】

その結果、従来の狭線幅レーザに比べて、キャリア・プラズマ効果により半導体レーザ１の光発振周波数の変動（例えば、増加）に対して生じる逆の変化（例えば、減少）が増加する。したがって、従来の狭線幅レーザより効果的に光発振周波数の変動（増加）を抑制できる。

【0028】

一方、半導体レーザ１の光発振周波数が減少する場合には、上述と逆の作用により、光発振周波数が増加し、従来の狭線幅レーザより効果的に光発振周波数の変動（減少）が抑制される。

【0029】

このように、光フィルタから半導体光増幅器を介して帰還する光が、半導体レーザにおける光発振周波数の変動と逆方向にこの光発振周波数を変化させる。

【0030】

以上のように、半導体レーザ１の光発振周波数が変動する場合に、光フィルタ３からの反射光による光の負帰還作用が生じ、光発振周波数の変動がより効果的に抑制される。したがって、半導体レーザ１のスペクトルをより効果的に狭線幅化できる。

【0031】

＜狭線幅レーザの効果＞
図２に、狭線幅レーザ１０の発振スペクトル線幅の半導体光増幅器４へのバイアス電流依存性を示す。

【0032】

比較として、半導体レーザ１の単体での発振スペクトル線幅は１０ＭＨｚである。また、半導体レーザとレンズと光フィルタからなる従来構造（半導体増幅器を有さない構造）における発振スペクトル線幅は３ｋＨｚである。

【0033】

図２より、狭線幅レーザ１０において、バイアス電流が０ｍＡのとき、発振スペクトル線幅は１０ＭＨｚである。このとき、光が半導体光増幅器４を透過しないので、半導体レーザ１の単体での発振スペクトル線幅に相当する。

【0034】

バイアス電流を６ｍＡ以上に増加するとスペクトル線幅が減少し、バイアス電流を１３ｍＡとしたときに５００Ｈｚ以下に低減できる。

【0035】

ここで、半導体レーザ１とファブリペロエタロン３との光学的な結合効率は、従来構造において０．４程度であり、狭線幅レーザ１０において１以上に増加される。

【0036】

このように、本実施の形態に係る狭線幅レーザによれば、半導体レーザと光フィルタとの光学的な結合を向上でき、半導体レーザのスペクトルをより効果的に狭線幅化できる。

【0037】

＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態に係る狭線幅レーザについて、図３、図４を参照して説明する。

【0038】

＜狭線幅レーザの構成＞
本実施の形態に係る狭線幅レーザ２０は、図３に示すように、半導体レーザ１と、第１のレンズ２＿１と、光フィルタ３と、半導体光増幅器４とを備える。

【0039】

狭線幅レーザ２０において、半導体レーザ１と半導体光増幅器４とがモノリシック集積され、第１のレンズ２＿１と、光フィルタ３とが、順に配置される。

【0040】

このように、狭線幅レーザ２０は、第１の実施の形態と、半導体レーザ１と半導体光増幅器４とがモノリシック集積され、第２のレンズ２＿２を備えない点で異なり、他の点で略同様である。

【0041】

また、本実施の形態に係る狭線幅レーザ２０は、第１の実施の形態と同様に動作する。

【0042】

＜狭線幅レーザの効果＞
図４に、狭線幅レーザ２０の発振スペクトル線幅の半導体光増幅器４へのバイアス電流依存性を示す。

【0043】

バイアス電流が０ｍＡのときのスペクトル線幅は１０ＭＨｚである。バイアス電流を２ｍＡ以上に増加するとスペクトル線幅が減少し、バイアス電流を９ｍＡとしたときに５００Ｈｚ程度に低減できる。

【0044】

このように、本実施の形態に係る狭線幅レーザによれば、半導体レーザと光フィルタとの光学的な結合を向上でき、半導体レーザのスペクトルをより効果的に狭線幅化できる。

【0045】

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態に係る狭線幅レーザについて、図５、図６を参照して説明する。

【0046】

＜狭線幅レーザの構成＞
本実施の形態に係る狭線幅レーザ３０は、図５に示すように、半導体レーザ１と光フィルタ３１とを備える。半導体レーザ１と光フィルタ３１とが、ハイブリッド集積される。

【0047】

半導体レーザ１は、共振器長３５０μｍの分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ， ＤＦＢ）単一モード半導体レーザである。

【0048】

光フィルタ３１は、入出力光導波路３２と、ループ導波路３３と、ループ導波路３３と結合するリング共振器３４と、第１の半導体光増幅器４＿１と、第２の半導体光増幅器４＿２とを備える。

【0049】

光フィルタ３１には、例えばＳｉコアとＳｉＯ２クラッドからなるＳｉ導波路を用いる。Ｓｉ導波路はコアとクラッドの屈折率差が大きいため急峻な曲げを可能とし、小型、高集積に適している。光フィルタ３１に用いる導波路構造の幅は４００ｎｍであり、導波路コアの層厚は２２０ｎｍである。

【0050】

光フィルタ３１におけるループ導波路３３は、半導体レーザ１から入射した光が、リング共振器３４と結合して、半導体レーザ１に帰還する構成であればよく、その構成の上面形状が角が湾曲する多角形でもよい。または、上面形状は円や楕円でもよい。ループ導波路３３は、上面形状が円形であれば、半径が２０μｍ程度の大きさである。

【0051】

光フィルタ３１におけるリング共振器３４は、ループ導波路３３から結合して入射した光が周回する構造であればよく、図５に示すように、上面形状が円形でもよい。または、上面形状は楕円や多角形でもよい。リング共振器３４は、上面形状が円形であれば、半径が２１０μｍ程度の大きさである。

【0052】

ループ導波路３３とリング共振器３４との間の空隙は、５０μｍであり、光結合できる長さであればよい。

【0053】

半導体レーザ１と光フィルタ３１はバットカップリング（突合結合）される。

【0054】

第１の半導体光増幅器４＿１が、光フィルタ３１の特性を向上させるために、リング共振器３４に集積される（後述）。第１の半導体光増幅器４＿１の素子長は１００μｍである。

【0055】

また、第２の半導体光増幅器４＿２は、このバットカップリングによる結合損失を補償するために、入出力光導波路３２に集積される。第２の半導体光増幅器４＿２の素子長は１００μｍである。

【0056】

半導体レーザ１から光フィルタ３１に入力した光は、Ｓｉリング光導波路１１へ結合し、多重干渉した後に再度Ｓｉ入出力光導波路１２へ結合して単一モード半導体レーザ１へ帰還される。

【0057】

本実施の形態に係る狭線幅レーザ３０の動作原理は、第１の実施の形態と同様である。

【0058】

例えば、半導体レーザ１の発振周波数が増加する場合は、リング共振器３４によって振幅の増加に変化し、帰還光（反射光）の振幅を増加させる。帰還光（反射光）が増加すると、半導体レーザ１のキャリア密度が減少するので、キャリア・プラズマ効果により、光発振周波数は減少し、光発振周波数の変動（増加）が抑制される。

【0059】

ここで、第１の半導体光増幅器４＿１により、リング共振器３４における伝搬損失を低減して光フィルタ３１の特性を向上させて、帰還光の電界振幅を増加できる。

【0060】

また、第２の半導体光増幅器４＿２により、半導体レーザ１と光フィルタ３１との結合効率が向上する。その結果、半導体レーザ１への帰還光が増幅される。

【0061】

このように、半導体レーザ１の光発振周波数が変動する場合に、光フィルタ３１からの反射光による光の負帰還作用が生じ、光発振周波数の変動がより効果的に抑制される。したがって、半導体レーザ１のスペクトルをより効果的に狭線幅化できる。

【0062】

＜狭線幅レーザの効果＞
図６に、狭線幅レーザ３０における光フィルタ３１の周波数弁別特性の伝搬損失量依存性を示す。ここで、周波数弁別特性は、光周波数変化によって電界反射係数（帰還光電界振幅）が変化する特性である。また、フリースペクトルレンジ（ｆｒｅｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）は５０ＧＨｚである。

【0063】

周波数弁別効率は、伝搬損失量の増加に伴い減少する。したがって、リング光導波路１１の伝搬損失を低減することにより、周波数弁別効率を増加でき、すなわち帰還光の電界振幅を増加できるので、発振スペクトル線幅を低減できる。

【0064】

第１の半導体光増幅器４＿１をリング共振器３４内に配置することにより、この伝搬損失を補償できる。ここで、半導体光増幅器を有さないリング共振器３４に結合した光は、Ｓｉリング光導波路内で多重干渉するが、導波路伝搬損失により減衰し、フィルタ特性が劣化する。ここで、光導波路の伝搬損失は０．８３［１／ｃｍ］程度である。一方、第１の半導体光増幅器４＿１を有するリング共振器３４の伝搬損失は、０．０５［１／ｃｍ］である。

【0065】

図６より、第１の半導体光増幅器４＿１により伝搬損失を０．８３［１／ｃｍ］から０．０５［１／ｃｍ］に低減することにより、周波数弁別効率が０．２［１／ＧＨｚ］から３．８［１／ＧＨｚ］まで１６倍程度に増加できる。

【0066】

このように、第１の半導体光増幅器４＿１により、リング共振器３４における伝搬損失を低減して光フィルタ３１の特性を向上できる。

【0067】

その結果、この第１の半導体光増幅器４＿１による光フィルタ３１の特性の向上に加えて、第２の半導体光増幅器４＿２による半導体レーザ１と光フィルタ３１との結合効率の向上により、半導体レーザ１の発振スペクトル線幅を低減できる。従来の構成の半導体レーザ（単一モード半導体レーザ１単体）の発振スペクトル線幅１０ＭＨｚである。一方、狭線幅レーザ３０によれば、発振スペクトル線幅を１ｋＨｚに低減できる。

【0068】

本実施の形態に係る狭線幅レーザによれば、半導体レーザのスペクトルをより効果的に狭線幅化できるとともに、第１の実施の形態および第２の実施の形態による狭線幅レーザに比べて素子を小型化できる。

【0069】

本実施の形態では、第２の半導体光増幅器を入出力光導波路に配置する例を示したが、第２の半導体光増幅器をループ導波路に配置してもよい。

【0070】

＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態に係る狭線幅レーザについて、図７を参照して説明する。

【0071】

＜狭線幅レーザの構成＞
本実施の形態に係る狭線幅レーザ４０は、図７に示すように、半導体レーザ１と半導体光増幅器４と光フィルタ４１とを備える。半導体レーザ１と半導体光増幅器４と光フィルタ４１とが、ハイブリッド集積される。

【0072】

半導体レーザ１は、共振器長３５０μｍの分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ， ＤＦＢ）単一モード半導体レーザである。

【0073】

光フィルタ４１は、入出力光導波路３２と、ループ導波路３３と、ループ導波路３３と結合するリング共振器３４と、第１の半導体光増幅器４＿１とを備える。光フィルタ４１は、第３の実施の形態と、第２の半導体光増幅器４＿２を備えない点が異なり、他の構成は同様である。

【0074】

本実施の形態に係る狭線幅レーザ４０の動作原理は、第３の実施の形態と略同様である。

【0075】

また、狭線幅レーザ４０において、第３の実施の形態における第２の半導体光増幅器４＿２に代えて、半導体光増幅器４を配置することにより、第３の実施の形態と同様の効果を奏する。

【0076】

本実施の形態に係る狭線幅レーザによれば、半導体レーザのスペクトルをより効果的に狭線幅化できるとともに、第１の実施の形態および第２の実施の形態による狭線幅レーザに比べて素子を小型化できる。

【0077】

第３および第４の実施の形態では、第１の半導体光増幅器と、第２の半導体光増幅器とを用いる例を示したが、第１の半導体光増幅器と第２の半導体光増幅器とのいずれか一方を用いても半導体レーザの光発振周波数の変動を抑制でき、半導体レーザのスペクトルを効果的に狭線幅化できる。

【0078】

また、複数の半導体光増幅器を、光フィルタにおける入出力光導波路と、ループ導波路と、リング共振器との少なくともいずれかに配置してもよい。

【0079】

第３および第４の実施の形態では光導波路を構成する材料をＳｉとしたが、ＳｉＮ、あるいはＩｎＰやＧａＡｓ等の半導体材料を用いることで構成できることは自明である。また、光導波路を構成する材料としてＩｎＰを用い、ＩｎＰ系化合物半導体を材料とする単一モード半導体レーザとモノリシック集積した光源構成でも本光源が実現できることも自明である。

【0080】

第３および第４の実施の形態では、光フィルタにおける入出力光導波路と、ループ導波路と、リング共振器と、半導体光増幅器がＳｉを基板として同一基板上に集積される例を示したが、基板はＳｉに限らず、ＩｎＰやＧａＡｓ等の半導体基板やガラス基板でもよい。ＩｎＰ基板を用いれば、上述の光フィルタの構成を同一基板上にモノリシック集積でき、半導体レーザもモノリシック集積できる。

【0081】

本発明の実施の形態では、半導体レーザに分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ， ＤＦＢ）レーザを用いる例を示したが、これに限らず、分布反射型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ： ＤＢＲ ）レーザなどを用いてもよく、単一モード半導体レーザであればよい。また、材料にはＩｎＰ系化合物半導体を用いることができ、発振波長に応じて、ＩｎＰ系、ＧａＮ系化合物半導体などの他の材料を用いてもよい。

【0082】

本発明の実施の形態では、半導体光増幅器の材料にＩｎＰ系化合物半導体を用いることができ、発振波長に応じて、ＩｎＰ系、ＧａＮ系化合物半導体などの他の材料を用いてもよい。また、希土類ドープされたＳｉを用いることもできる。

【0083】

本発明の実施の形態では、狭線幅レーザの構成などにおいて、各構成部の構造、寸法、材料等の一例を示したが、これに限らない。狭線幅レーザの機能を発揮し効果を奏するものであればよい。

【産業上の利用可能性】

【0084】

本発明は、光通信システム、デジタル光コヒーレントシステムや、光計測システムに適用することができる。

【符号の説明】

【0085】

１ 半導体レーザ
２＿１、２＿２ レンズ
３ 光フィルタ
４ 半導体光増幅器
１０ 狭線幅レーザ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】