特表 2025-503084 外部光注入同期レーザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-01-30

(54)【発明の名称】外部光注入同期レーザ

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/14 20060101AFI20250123BHJP

【ＦＩ】

H01S5/14

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024543318

(86)(22)【出願日】2022-10-19

(85)【翻訳文提出日】2024-07-22

(86)【国際出願番号】 CN2022126129

(87)【国際公開番号】W WO2023173738

(87)【国際公開日】2023-09-21

(31)【優先権主張番号】202210260097.4

(32)【優先日】2022-03-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515206126

【氏名又は名称】中国科学院蘇州納米技術与納米倣生研究所

【氏名又は名称原語表記】ＳＵＺＨＯＵ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＮＡＮＯ－ＴＥＣＨ ＡＮＤ ＮＡＮＯ－ＢＩＯＮＩＣＳ（ＳＩＮＡＮＯ），ＣＨＩＮＥＳＥ ＡＣＡＤＥＭＹ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥＳ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ ３９８， Ｒｕｏｓｈｕｉ Ｒｏａｄ， ＳＥＩＤ， ＳＩＰ Ｓｕｚｈｏｕ， Ｊｉａｎｇｓｕ ２１５１２５ （ＣＮ）

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100113170

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 和久

(72)【発明者】

【氏名】張 瑞英

(72)【発明者】

【氏名】張 犇

【テーマコード（参考）】

5F173

【Ｆターム（参考）】

5F173AB33

5F173AB49

5F173AH02

5F173AH14

5F173AR94

(57)【要約】

同一基板（９）の上に形成されるマスタレーザ（１）、入出力導波路（３）、及びスレーブレーザ（２）を備える外部光注入同期レーザであって、マスタレーザ（１）は、レーザ光を入出力導波路（３）に発するように構成され、入出力導波路（３）は、マスタレーザ（１）から発せられたレーザ光を方向性結合の方式でスレーブレーザ（２）に注入し、マスタレーザ（１）及びスレーブレーザ（２）から発せられたレーザ光を出力するように構成され、スレーブレーザ（２）は、導波路共振空胴を備え、スレーブレーザ（２）は、自身が発生したレーザ光を、マスタレーザ（１）から注入されたレーザ光とコヒーレントにさせた後にレーザ光を発するように構成され、且つスレーブレーザ（２）から発せられたレーザ光は、マスタレーザ（１）により同期される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

同一の基板の上に形成されるマスタレーザ、入出力導波路、及びスレーブレーザを備え、
前記マスタレーザは、レーザ光を前記入出力導波路に発するように構成され、
前記入出力導波路は、前記マスタレーザから発せられたレーザ光を前記入出力導波路により前記スレーブレーザに注入するように構成され、
前記スレーブレーザは、導波路共振空胴を備え、前記マスタレーザから発せられたレーザ光が注入された場合に、前記マスタレーザにより同期されるレーザ光を発するように構成される、
外部光注入同期レーザ。

【請求項2】

前記導波路共振空胴は、複数の第１全反射ミラー及び複数の第１直線導波路を備える多角形閉構造を呈し、前記第１全反射ミラーは、隣り合う２つの第１直線導波路の間に位置する、
請求項１に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項3】

前記導波路共振空胴は、円環構造又はレーストラック型の構造を呈する、
請求項１に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項4】

前記導波路共振空胴は、三角形、四角形、又は六角形を呈する、
請求項２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項5】

前記入出力導波路は、第１導波路部及び第２導波路部を備え、
前記基板に垂直な投影にあって、前記入出力導波路の延伸方向に垂直な方向において、前記第１導波路部は、前記第１直線導波路と重なり合い、前記第２導波路部は、前記第１全反射ミラーと重なり合い、
前記基板に垂直な投影にあって、前記入出力導波路の延伸方向に垂直な方向において、前記第１導波路部と前記導波路共振空胴との間の距離は、前記第２導波路部と前記導波路共振空胴との間の距離よりも小さい、
請求項２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項6】

前記導波路共振空胴及び前記入出力導波路は、同じ層に設けられ、又は、前記基板に垂直な方向において、前記入出力導波路は、前記基板と前記導波路共振空胴との間に位置する、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項7】

前記入出力導波路との距離が最も近い第１直線導波路は、結合直線導波路であり、前記結合直線導波路と前記入出力導波路とは、同じ材料及び構造を採用する、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項8】

前記スレーブレーザの数は、少なくとも２つであり、少なくとも２つのスレーブレーザは、第１スレーブレーザ及び第２スレーブレーザを含み、
前記基板に垂直な投影において、前記第１スレーブレーザと前記第２スレーブレーザとは、前記入出力導波路の両側に位置する、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項9】

前記スレーブレーザの数は、少なくとも２つであり、少なくとも２つのスレーブレーザは、第１スレーブレーザ及び第２スレーブレーザを含み、
前記基板に垂直な投影において、前記第１スレーブレーザ及び前記第２スレーブレーザは、前記入出力導波路の同一側に位置する、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項10】

前記スレーブレーザは、数が少なくとも２つの前記スレーブレーザを備え、少なくとも２つの前記スレーブレーザは、第１スレーブレーザ、第２スレーブレーザ、及び第３スレーブレーザを含み、
前記基板に垂直な投影において、前記第１スレーブレーザ及び前記第２スレーブレーザは、前記入出力導波路の同一側に位置し、前記第１スレーブレーザと前記第３スレーブレーザとは、前記入出力導波路の両側に位置する、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項11】

前記入出力導波路の伝送経路に位置し、且つ前記マスタレーザと前記スレーブレーザとの間に位置する光アイソレータをさらに備える、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項12】

前記入出力導波路は、複数の第２全反射ミラー及び複数の第２直線導波路を備え、前記第２全反射ミラーは、隣り合う２つの第２直線導波路の間に位置する、
請求項２に記載の外部光注入同期レーザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本願は、２０２２年０３月１６日に中国専利局に出願された、出願番号が２０２２１０２６００９７．４である中国特許出願に基づいて優先権を主張し、該出願の全ての内容は引用により本願に組み込まれている。

【0002】

本願は、半導体の光電子技術に関し、例えば外部光注入同期レーザに関する。

【背景技術】

【0003】

光注入同期（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｏｃｋｅｄ、ＯＩＬ）の技術は、レーザの線幅を狭め、変調帯域幅を広げ、チャープを低減させ、信号の選択及び増幅をすることができ、コヒーレント検波、レーザレーダ、レーザ測距、高速直接変調レーザ、光増幅器、位相感応増幅器、高密度波長分割多重技術、無線周波数の波形の生成、光波形の合成等に使用可能であり、現代の光電子デバイスの性能を向上させる主な手段の１つであり、国防及び国民経済建設で重要な役割を果たしており、外部光注入同期は、上記の性能を実現する主な手段の１つである。外部光注入には一方向の注入が必要となるため、光アイソレータは、システムに必須のデバイスであり、外部光注入同期を実現する方法には、主に、（１）個別光ファイバシステムの注入同期分布式帰還（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ、ＤＦＢ）レーザと、（２）個別光ファイバシステムの注入同期リング空胴レーザと、の２種の態様があり、上記態様は、いずれも個別部品に基づいて注入同期の機能を実現し、いずれも光ファイバに基づいて個別部品を接続し、エルビウム添加光ファイバ増幅器、偏波コントローラ、一体式光アイソレータ等の体積が大きいデバイスを使用して関連性能の実現を確保しているため、外部光注入同期システム全体の構造がばらつき、体積が大きく、エネルギー消費が高く、且つ量産できず、高性能の光電子デバイスの応用分野における小さい体積、低い消費電力及び低いコスト、大規模市場の応用に対するニーズを満たすことが困難である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願は、構造がコンパクトで、体積が小さく、デバイスが安定して信頼性が良く、過酷な環境に耐える能力が強く、デバイスの一致性が良好でコストが低いことを実現するためのチップスケール外部光注入同期レーザを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本願は、
同一基板の上に形成されるマスタレーザ、入出力導波路及びスレーブレーザを備え、
前記マスタレーザは、レーザ光を前記入出力導波路に発するように構成され、
前記入出力導波路は、前記マスタレーザから発せられたレーザ光を前記スレーブレーザに注入するように構成され、
前記スレーブレーザは、導波路共振空胴を備え、前記マスタレーザから発せられたレーザ光が注入された場合に、前記マスタレーザにより同期されるレーザ光を発するように構成される、
外部光注入同期レーザを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本願の実施例に係る外部光注入同期レーザの平面図

【図2】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図3】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図4】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図5】図４におけるＡＡ’に沿った断面構造の模式図

【図6】本願の実施例に係る外部光注入同期レーザの断面図

【図7】本願の実施例に係る第１全反射ミラーの構造模式図

【図8】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図9】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図10】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図11】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図12】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図13】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図14】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図15】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図16】本願の実施例に係る矩形空胴レーザの共振空胴の長さ及び全反射ミラーの鏡面反射率に伴う内部損失の変化関係図

【図17】本願の実施例に係るリングレーザの共振空胴の長さ及び内部損失に伴う変調帯域幅の変化関係図

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面及び実施例を参照しながら本願を説明する。ここで説明される具体的な実施例は、本願を解釈するためのものに過ぎない。説明を容易にするために、図面には、本願に関連する部分のみが示されている。

【0008】

図１は、本願の実施例に係る外部光注入同期レーザの平面図であり、図１を参照し、外部光注入同期レーザは、同一基板（図１に図示せず）の上に形成されるマスタレーザ１、入出力導波路３及びスレーブレーザ２を備える。マスタレーザ１は、レーザ光を入出力導波路３に発するように構成され、入出力導波路３は、マスタレーザ１から発せられたレーザ光をスレーブレーザ２に注入するように構成され、スレーブレーザ２は、導波路共振空胴を備え、スレーブレーザ２は、マスタレーザ１から発せられたレーザ光が注入された場合に、マスタレーザ１により同期されるレーザ光を発するように構成される。例えば、入出力導波路３は、マスタレーザ１から発せられたレーザ光を方向性結合の方式でスレーブレーザ２に注入し、マスタレーザ１及びスレーブレーザ２から発せられたレーザ光を出力するように構成され、スレーブレーザ２は、自身が発生したレーザ光を、マスタレーザ１から注入されたレーザ光とコヒーレントにさせた後にレーザ光を発するように構成され、且つスレーブレーザ２から発せられたレーザ光は、マスタレーザ１により同期される。マスタレーザ１から発せられたレーザ光が入出力導波路３によりスレーブレーザ２に注入され、これにより、スレーブレーザ２から発せられたレーザ光がマスタレーザ１により同期され、スレーブレーザ２及びマスタレーザ１のレーザ発振波長を一致させ、スレーブレーザ２から出力されたレーザ光とマスタレーザ１から発せられたレーザ光とは、入出力導波路３により結合された後に出力される。

【0009】

一実施例において、スレーブレーザ２は、多角形閉構造の導波路共振空胴を備え、導波路共振空胴は、複数の第１全反射ミラー４及び複数の第１直線導波路５を備え、第１全反射ミラー４は、隣り合う２つの第１直線導波路５の間に位置する。複数の第１全反射ミラー４と複数の第１直線導波路５とからなる導波路共振空胴が多角形閉構造であるため、第１直線導波路５は、隣り合う２つの第１全反射ミラー４の間に位置する。第１全反射ミラー４は、１つの第１直線導波路５で伝送されるレーザ光を他の１つの第１直線導波路５に反射するように構成される。

【0010】

一実施例において、導波路共振空胴は、円環構造又はレーストラック型の構造を呈してもよい。

【0011】

本願の実施例は、マスタレーザ１、入出力導波路３、及びスレーブレーザ２が同一の基板に設けられた外部光注入同期レーザを提供し、個別外部光注入同期レーザシステムと比べ、該チップスケールレーザは、（１）構造がコンパクトで、体積が小さく、（２）同じ種類の材質で、熱学的及び機械的性能が一致しているため、デバイスが安定して信頼性が良好で、過酷な環境に耐える能力が強く、（３）統一的に設計されて製造され、デバイスの一致性が良好で、コストが低いという利点を有する。また、多角形共振空胴のスレーブレーザ２について、第１直線導波路５の損失は、サイズと関係がなく、第１全反射ミラー４の損失は、周長に反比例し、これにより、スレーブレーザ２の導波路共振空胴の損失を大幅に減少させて、導波路共振空胴のサイズに対する損失の依存性を大幅に低減させ、それと同時に、該多角形導波路共振空胴は、リング空胴の進行波の伝送特性を有し、光アイソレータが必要とされず、一方向の注入同期を可能にし、これにより、チップスケール外部光注入同期レーザの実現が可能となり、それが確実に高速直接変調レーザ、狭線幅レーザ、信号選択及び増幅等の分野に応用されるための基礎を築き上げた。

【0012】

マスタレーザ１は、単一縦モード半導体レーザであり、マスタレーザ１は、スレーブレーザ２における反時計回り（Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｃｌｏｃｋ Ｗｉｓｅ、ＣＣＷ）光モードを一方向に注入同期する。マスタレーザ１は、ＤＦＢレーザ又は分布ブラッグ反射（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）レーザであってもよく、又は受動的にループ結合されたレーザであってもよく、そのレーザ発振モードが単一縦モード、基本横モードのレーザであればよい。

【0013】

図１を参照し、導波路共振空胴は、四角形を呈し、マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、入出力導波路３に投射され、入出力導波路３により結合されてスレーブレーザ２に入り、図１に示す矢印方向に沿って、反時計回りに導波路共振空胴の４本の第１直線導波路５を順次通過し、入出力導波路３に結合され、入出力導波路３に沿って伝播し続ける。

【0014】

他の実施形態において、導波路共振空胴は、他の形状の多角形であってもよく、以下、三角形及び六角形を例にとっているが、これらに限られない。導波路共振空胴が呈する多角形の辺数は、実際のニーズに応じて決まってもよい。

【0015】

図２は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図２を参照し、導波路共振空胴は、三角形を呈する。マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、入出力導波路３に投射され、入出力導波路３により結合されてスレーブレーザ２に入り、図２に示す矢印方向に沿って、反時計回りに導波路共振空胴の３本の第１直線導波路５を順次通過し、入出力導波路３に結合され、入出力導波路３に沿って伝播し続ける。

【0016】

図３は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図３を参照し、導波路共振空胴は、六角形を呈する。マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、入出力導波路３に投射され、入出力導波路３により結合されてスレーブレーザ２に入り、図３に示す矢印方向に沿って、反時計回りに導波路共振空胴の６本の第１直線導波路５を順次通過し、入出力導波路３に結合され、入出力導波路３に沿って伝播し続ける。

【0017】

例示的には、図１～図３を参照し、スレーブレーザ２の１本の第１直線導波路５は、入出力導波路３と結合する。

【0018】

一実施形態において、スレーブレーザ２の複数本の第１直線導波路５は、入出力導波路３と結合する。

【0019】

図４は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図５は、図４におけるＡＡ’に沿った断面構造の模式図であり、入出力導波路３は、第１導波路部３１１及び第２導波路部３１２を備える。入出力導波路３は、Ｘ方向に沿って延伸する。基板に垂直な（即ちＺ方向に沿う）投影にあって、入出力導波路３の延伸方向に垂直な方向において（即ち、Ｙ方向に沿って）、第１導波路部３１１は、第１直線導波路５と重なり合い、第２導波路部３１２は、第１全反射ミラー４と重なり合う。つまり、基板に垂直な投影において、第１導波路部３１１は、第１直線導波路５に対応し、第２導波路部３１２は、第１全反射ミラー４に対応する。基板に垂直な投影にあって、入出力導波路３の延伸方向に垂直な方向において、第１導波路部３１１と導波路共振空胴との間の距離は、第２導波路部３１２と導波路共振空胴との間の距離よりも小さい。本願の実施例において、スレーブレーザ２の１本の第１直線導波路５の部分は、入出力導波路３と結合する。入出力導波路３は、湾曲導波路であり、スレーブレーザ２に近い位置では、スレーブレーザ２に向かう凸起が形成される。これにより、第１導波路部３１１と、それに対応する第１直線導波路５との距離は近く、第２導波路部３１２と、それに対応する第１全反射ミラー４との距離は遠く、第１全反射ミラー４のディープエッチング面を迂回するように、湾曲した入出力導波路３を採用し、より大きい結合係数を実現すると同時に、第１全反射ミラー４が高い反射率を得ることを保証する。

【0020】

垂直結合構造において、第１導波路部３１１（及び第２導波路部３１２）と第１直線導波路５とは、異なる膜層に位置し、且つ第１全反射ミラー４は、基板に垂直な平面である。第１導波路部３１１と第１直線導波路５とは、基板に垂直な方向（即ちＺ方向）において重なり合う。並行結合構造において、第１導波路部３１１と第１直線導波路５とは、基板に垂直な方向において重なり合わない。図４に示すような第１導波路部３１１と第１直線導波路５との重なり合いは、Ｙ方向に沿った重なり合いであり、第２導波路部３１２と第１全反射ミラー４との重なり合いも、Ｙ方向に沿った重なり合いである。第１導波路部３１１と第１直線導波路５との対応関係は、両者のＸ－Ｙ平面内においてＹ方向に沿った対応関係を指し、第２導波路部３１２と第１全反射ミラー４との対応関係も、両者のＸ－Ｙ平面内においてＹ方向に沿った対応関係を指す。

【0021】

一実施形態において、導波路共振空胴の幾何学的中心を距離の計算の起点としてもよい。別の実施形態において、導波路共振空胴における入出力導波路３との距離が最も近い第１直線導波路５を距離の計算の起点としてもよい。

【0022】

一実施例において、第１導波路部３１１及び第２導波路部３１２は、いずれも隣り合う２つの第１全反射ミラー４の間の第１直線導波路５の長さ範囲内に位置する。

【0023】

図４及び図５を参照し、外部光注入同期レーザは、順次積層して設けられる基板９、バッファ層１０、非活性導波路層１１（又は活性導波路層１３）、被覆層１４、及び接触層１５を備える。導波路共振空胴の活性導波路層１３及び入出力導波路３の非活性導波路層１１は、同じ層に設けられる。第１直線導波路５は、バッファ層１０、活性導波路層１３及び被覆層１４を備え、入出力導波路３は、バッファ層１０、非活性導波路層１１及び被覆層１４を備え、非活性導波路層１１及び活性導波路層１３は、同じ層に設けられ、第１直線導波路５及び入出力導波路３は、同じ層に設けられ、スレーブレーザ２と入出力導波路３とは、並行に結合する。

【0024】

図６は、本願の実施例に係る外部光注入同期レーザの断面図であり、図６を参照し、外部光注入同期レーザは、順次積層して設けられる基板９、バッファ層１０、非活性導波路層１１、隔離層１２、活性導波路層１３、被覆層１４、及び接触層１５を備える。基板に垂直な方向において、入出力導波路３は、基板９と第１直線導波路５との間に位置する。第１直線導波路５は、一部の隔離層１２、活性導波路層１３、及び被覆層１４を備え、入出力導波路３は、バッファ層１０、非活性導波路層１１、及び一部の隔離層１２を備え、非活性導波路層１１及び活性導波路層１３は、積層して設けられ、第１直線導波路５及び入出力導波路３は、積層して設けられ、Ｚ方向に沿って、第１直線導波路５と入出力導波路３とは重なり合い、スレーブレーザ２の１つの第１直線導波路５と入出力導波路３とは垂直結合する。

【0025】

導波路共振空胴は、多角形閉構造を呈し、複数本の第１直線導波路５を備える。全ての第１直線導波路５は、同様の膜層構造を備える。一実施形態において、図４に示すように、全ての第１直線導波路５は、いずれも一部の隔離層１２、活性導波路層１３、及び被覆層１４を備え、全ての第１直線導波路５は、同じ材料を採用する。

【0026】

例示的には、図５及び図６を参照し、基板９は、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ、Ｓｉ）、リン化インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ、ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｄｅ、ＧａＡｓ）、又は窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ、ＧａＮ）を含む。ＩｎＰ、ＧａＡｓ、及びＧａＮを基板とするレーザは、通常、モノリシック集積型外部光注入同期レーザである。集積技術によれば、Ｓｉを基板とするレーザは、通常、ヘテロ集積型又はバット結合型等のハイブリッドに集積された外部光注入同期レーザである。

【0027】

例示的には、図５及び図６を参照し、活性導波路層１３は、量子井戸構造、量子ドット構造、ｎ型変調ドープ量子井戸構造、ｎ型変調ドープ量子ドット構造、ｐ型変調ドープ量子井戸構造、又はｐ型変調ドープ量子ドット構造である。

【0028】

例示的には、本願の実施例に係るマスタレーザ及びスレーブレーザの材料及び構造は、レーザの用途に応じて波長を決定し、必要な波長に応じて基板及び材料、構造を決定し、例えば、光ファイバ通信用高速直接変調レーザを実現するために、ＩｎＰ基板を採用し、モノリシック集積の外部光注入レーザを実現してもよく、且つその活性導波路層は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｌＡｓの量子井戸構造を採用しており、相応する量子ドット構造、又はｐ型変調ドープ量子井戸（量子ドット）構造、ｎ型変調ドープ量子井戸（量子ドット）構造であってもよく、量子井戸及び量子ドットがドープされていないものであってもよく、本願は、これについて要求しないし、特に限定しない。

【0029】

図７は、本願の実施例に係る第１全反射ミラーの構造模式図であり、図７を参照し、第１全反射ミラー４は、形成されたエッチング切断面であり、そのエッチング切断面は第１直線導波路５の延伸方向と鋭角（例えば４５°角）を呈する。基板に垂直な方向において、非活性導波路層１１における第１全反射ミラー４と重なり合う位置にディープエッチングを行い、凹溝を形成する。

【0030】

図８は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図８を参照し、入出力導波路３との距離が最も近い第１直線導波路５は、結合直線導波路５１であり、結合直線導波路５１及び入出力導波路３は同じ材料及び構造を採用する。本願の実施例において、導波路共振空胴の第１直線導波路５のうち、結合直線導波路５１は、非活性導波路構造を採用して製作され、残りの第１直線導波路５は、活性導波路構造を採用して製作され、結合直線導波路５１及び入出力導波路３が同じ材料及び構造を採用しているため、結合直線導波路５１及び入出力導波路３は高結合効率を実現し、製作しやすく且つ大きな吸収損失が生じない。

【0031】

一実施形態において、図８に示すように、外部光注入同期レーザは、１つのスレーブレーザ２を備える。他の実施例の形態において、外部光注入同期レーザは、複数のスレーブレーザ２を備えてもよく、これにより、その全体的なデバイス性能を向上させる。そのうち、変調特性を改善する面では、低周波数ロールオフ効果を有効に弱め、変調帯域幅を大幅に広げることができる。

【0032】

図９は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図９を参照し、外部光注入同期レーザは、少なくとも２つのスレーブレーザ２を備え、少なくとも２つのスレーブレーザ２は、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７を含む。基板に垂直な投影において、第１スレーブレーザ６と第２スレーブレーザ７とは、入出力導波路３の両側に位置する。本願の実施例において、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７は、並列構造を形成する。

【0033】

例示的には、図９を参照し、入出力導波路３は、第１サブ導波路３２１及び第２サブ導波路３２２を備え、基板に垂直な投影において、第１スレーブレーザ６と第２スレーブレーザ７とは、第１サブ導波路３２１の両側に位置する。第２サブ導波路３２２は、第２スレーブレーザ７の、第１サブ導波路３２１から遠い一側に位置する。マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、第１サブ導波路３２１に投射され、第１サブ導波路３２１により結合されて第１スレーブレーザ６に入り、第１スレーブレーザ６により再び結合されて第１サブ導波路３２１に入る。第１サブ導波路３２１により結合されて第２スレーブレーザ７に入り、第２スレーブレーザ７により結合されて第２サブ導波路３２２に入り、第２サブ導波路３２２で伝播し続ける。

【0034】

図１０は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１０を参照し、入出力導波路３は、第１サブ導波路３２１及び第２サブ導波路３２２を備え、基板に垂直な投影において、第１スレーブレーザ６は、第１サブ導波路３２１に対応する。第２サブ導波路３２２は、第２スレーブレーザ７に対応する。マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、第１サブ導波路３２１に投射され、第１サブ導波路３２１により結合されて第１スレーブレーザ６に入り、第１スレーブレーザ６により再び結合されて第１サブ導波路３２１に入る。第１サブ導波路３２１により第２サブ導波路３２２に伝送されてから、結合されて第２スレーブレーザ７に入り、第２スレーブレーザ７により結合されて第２サブ導波路３２２に入り、第２サブ導波路３２２で伝播し続ける。

【0035】

図１１は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１１を参照し、外部光注入同期レーザは、少なくとも２つのスレーブレーザ２を備え、少なくとも２つのスレーブレーザ２は、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７を含む。基板に垂直な投影において、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７は、入出力導波路３の同一側に位置する。本願の実施例において、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７は、直列構造を形成する。

【0036】

図１２は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１２を参照し、外部光注入同期レーザは、少なくとも２つのスレーブレーザ２を備え、少なくとも２つのスレーブレーザ２は、第１スレーブレーザ６、第２スレーブレーザ７、及び第３スレーブレーザ１７を含む。基板に垂直な投影において、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７は、入出力導波路３の同一側に位置し、第１スレーブレーザ６と第３スレーブレーザ１７とは、入出力導波路３の両側に位置し、第２スレーブレーザ７と第３スレーブレーザ１７とは、入出力導波路３の両側に位置する。本願の実施例において、第１スレーブレーザ６、第２スレーブレーザ７、及び第３スレーブレーザ１７は、直並列構造を形成する。

【0037】

図１３は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１３を参照し、外部光注入同期レーザは、光アイソレータ８をさらに備え、光アイソレータ８は、入出力導波路３の伝送経路に位置し、且つ光アイソレータ８は、マスタレーザ１とスレーブレーザ２との間に位置する。本願の実施例において、光アイソレータ８を設けることにより、外部光注入同期レーザの裏面反射（散乱）光の干渉を回避し、外部光注入同期レーザの性能を向上させる。

【0038】

図１４は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１４を参照し、入出力導波路３は、複数の第２全反射ミラー１６及び複数の第２直線導波路３３を備え、第２全反射ミラー１６は、隣り合う２つの第２直線導波路３３の間に位置し、第２全反射ミラー１６は、１つの第２直線導波路３３におけるレーザ光を他の１つの第２直線導波路３３に反射するように構成される。

【0039】

例示的には、図１４を参照し、複数の第２直線導波路３３は、第１入出力サブ導波路３３１、第２入出力サブ導波路３３２、及び第３入出力サブ導波路３３３を備える。第１入出力サブ導波路３３１及び第３入出力サブ導波路３３３は、Ｘ方向に沿って延伸し、平行に配列される。第２入出力サブ導波路３３２は、Ｙ方向に沿って延伸し、第２入出力サブ導波路３３２の一端は、第１入出力サブ導波路３３１に接続され、第２入出力サブ導波路３３２の他端は、第３入出力サブ導波路３３３に接続される。第３入出力サブ導波路３３３に投射されたレーザ光は、第２全反射ミラー１６で反射された後、第２入出力サブ導波路３３２に入り、再び第２全反射ミラー１６で反射された後、第１入出力サブ導波路３３１に入り、第１入出力サブ導波路３３１によりスレーブレーザ２の第１直線導波路５に結合され、そして、スレーブレーザ２の第１直線導波路５により再び第１入出力サブ導波路３３１に結合され、第１入出力サブ導波路３３１の末端において再び第２全反射ミラー１６で反射されて第２入出力サブ導波路３３２に入り、且つ該第２入出力サブ導波路３３２で伝送された後、再び第２全反射ミラー１６で第３入出力サブ導波路３３３に反射されて伝播し続ける。且つ全反射ミラーの製作品質を向上させて全反射ミラーの損失を低減させるために、第２全反射ミラー１６と第１全反射ミラー４とは、位置がずれるように設計されて製造される。

【0040】

図１５は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１５を参照し、複数の第２直線導波路３３は、第１入出力サブ導波路３３１及び第２入出力サブ導波路３３２を備え、第１入出力サブ導波路３３１と第２入出力サブ導波路３３２とは接続される。第１入出力サブ導波路３３１は、Ｘ方向に沿って延伸し、第２入出力サブ導波路３３２は、Ｙ方向に沿って延伸する。本願の実施例において、マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、直接、第２入出力サブ導波路３３２に投射され、第２全反射ミラー１６で反射された後、第１入出力サブ導波路３３１に入り、第１入出力サブ導波路３３１によりスレーブレーザ２の第１直線導波路５に結合されてから、スレーブレーザ２の第１直線導波路５により再び第１入出力サブ導波路３３１に結合され、第１入出力サブ導波路３３１の末端において第２全反射ミラー１６で第２入出力サブ導波路３３２に反射されて伝播し続ける。本願の実施例において数少ない第２全反射ミラー１６及び第２直線導波路３３が設けられているため、全反射ミラーによる損失が減少される。

【0041】

モノリシック集積の外部光注入同期高速直接変調半導体レーザのシミュレーション性能を例にして、本願に係る技術態様の応用価値を証明する。図１６から分かるように、矩形空胴レーザについては、電力反射率が８９．３％以上である第１全反射ミラー４が製造されれば、その内部損失が３８．２ｃｍ－^１よりも低くなり、円環状レーザよりも遥かに小さい。図１７から分かるように、リングレーザの内部損失の増大及びその共振空胴の伸長に伴い、レーザの変調帯域幅は徐々に減少するが、内部損失を３８．２ｃｍ－^１よりも小さく制御すれば、最低の変調帯域幅は、依然として２５ＧＨｚを超える。レーザの現行の高速変調及びデータ通信の使用を完全に満たすことができ、光通信分野の望ましい光源である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-22

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

同一の基板の上に形成されるマスタレーザ、入出力導波路、及びスレーブレーザを備え、
前記マスタレーザは、レーザ光を前記入出力導波路に発するように構成され、
前記入出力導波路は、前記マスタレーザから発せられたレーザ光を前記入出力導波路により前記スレーブレーザに注入するように構成され、
前記スレーブレーザは、導波路共振空胴を備え、前記マスタレーザから発せられたレーザ光が注入された場合に、前記マスタレーザにより同期されるレーザ光を発するように構成される、
外部光注入同期レーザ。

【請求項2】

前記導波路共振空胴は、複数の第１全反射ミラー及び複数の第１直線導波路を備える多角形閉構造を呈し、前記第１全反射ミラーは、隣り合う２つの第１直線導波路の間に位置する、
請求項１に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項3】

前記導波路共振空胴は、円環構造又はレーストラック型の構造を呈する、
請求項１に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項4】

前記導波路共振空胴は、三角形、四角形、又は六角形を呈する、
請求項２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項5】

前記入出力導波路は、第１導波路部及び第２導波路部を備え、
前記基板が所在する平面の投影にあって、前記入出力導波路の延伸方向に垂直な方向において、前記第１導波路部は、前記第１直線導波路と重なり合い、前記第２導波路部は、前記第１全反射ミラーと重なり合い、
前記基板が所在する平面の投影にあって、前記入出力導波路の延伸方向に垂直な方向において、前記第１導波路部と前記導波路共振空胴との間の距離は、前記第２導波路部と前記導波路共振空胴との間の距離よりも小さい、
請求項２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項6】

前記導波路共振空胴及び前記入出力導波路は、同じ層に設けられ、又は、前記基板に垂直な方向において、前記入出力導波路は、前記基板と前記導波路共振空胴との間に位置する、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項7】

前記入出力導波路との距離が最も近い第１直線導波路は、結合直線導波路であり、前記結合直線導波路と前記入出力導波路とは、同じ材料及び構造を採用する、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項8】

前記スレーブレーザの数は、少なくとも２つであり、少なくとも２つの前記スレーブレーザは、第１スレーブレーザ及び第２スレーブレーザを含み、
前記基板が所在する平面の投影において、前記第１スレーブレーザと前記第２スレーブレーザとは、前記入出力導波路の両側に位置する、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項9】

前記スレーブレーザの数は、少なくとも２つであり、少なくとも２つの前記スレーブレーザは、第１スレーブレーザ及び第２スレーブレーザを含み、
前記基板が所在する平面の投影において、前記第１スレーブレーザ及び前記第２スレーブレーザは、前記入出力導波路の同一側に位置する、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項10】

前記スレーブレーザは、数が少なくとも２つの前記スレーブレーザを備え、少なくとも２つの前記スレーブレーザは、第１スレーブレーザ、第２スレーブレーザ、及び第３スレーブレーザを含み、
前記基板が所在する平面の投影において、前記第１スレーブレーザ及び前記第２スレーブレーザは、前記入出力導波路の同一側に位置し、前記第１スレーブレーザと前記第３スレーブレーザとは、前記入出力導波路の両側に位置する、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項11】

前記入出力導波路の伝送経路に位置し、且つ前記マスタレーザと前記スレーブレーザとの間に位置する光アイソレータをさらに備える、
請求項１又は２に記載の外部光注入同期レーザ。

【請求項12】

前記入出力導波路は、複数の第２全反射ミラー及び複数の第２直線導波路を備え、前記第２全反射ミラーは、隣り合う２つの第２直線導波路の間に位置する、
請求項２に記載の外部光注入同期レーザ。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本願は、２０２２年０３月１６日に中国専利局に出願された、出願番号が２０２２１０２６００９７．４である中国特許出願に基づいて優先権を主張し、該出願の全ての内容は引用により本願に組み込まれている。

【0002】

本願は、半導体の光電子技術に関し、例えば外部光注入同期レーザに関する。

【背景技術】

【0003】

光注入同期（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｏｃｋｉｎｇ、ＯＩＬ）の技術は、レーザの線幅を狭め、変調帯域幅を広げ、チャープを低減させ、信号の選択及び増幅をすることができ、コヒーレント検波、レーザレーダ、レーザ測距、高速直接変調レーザ、光増幅器、位相感応増幅器、高密度波長分割多重技術、無線周波数の波形の生成、光波形の合成等に使用可能であり、現代の光電子デバイスの性能を向上させる主な手段の１つであり、国防及び国民経済建設で重要な役割を果たしており、外部光注入同期は、上記の性能を実現する主な手段の１つである。外部光注入には一方向の注入が必要となるため、光アイソレータは、システムに必須のデバイスであり、外部光注入同期を実現する方法には、主に、（１）個別光ファイバシステムの注入同期分布式帰還（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ、ＤＦＢ）レーザと、（２）個別光ファイバシステムの注入同期リング空胴レーザと、の２種の態様があり、上記態様は、いずれも個別部品に基づいて注入同期の機能を実現し、いずれも光ファイバに基づいて個別部品を接続し、エルビウム添加光ファイバ増幅器、偏波コントローラ、一体式光アイソレータ等の体積が大きいデバイスを使用して関連性能の実現を確保しているため、外部光注入同期システム全体の構造がばらつき、体積が大きく、エネルギー消費が高く、且つ量産できず、高性能の光電子デバイスの応用分野における小さい体積、低い消費電力及び低いコスト、大規模市場の応用に対するニーズを満たすことが困難である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願は、構造がコンパクトで、体積が小さく、デバイスが安定して信頼性が良く、過酷な環境に耐える能力が強く、デバイスの一致性が良好でコストが低いことを実現するためのチップスケール外部光注入同期レーザを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本願は、
同一基板の上に形成されるマスタレーザ、入出力導波路及びスレーブレーザを備え、
前記マスタレーザは、レーザ光を前記入出力導波路に発するように構成され、
前記入出力導波路は、前記マスタレーザから発せられたレーザ光を前記スレーブレーザに注入するように構成され、
前記スレーブレーザは、導波路共振空胴を備え、前記マスタレーザから発せられたレーザ光が注入された場合に、前記マスタレーザにより同期されるレーザ光を発するように構成される、
外部光注入同期レーザを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本願の実施例に係る外部光注入同期レーザの平面図

【図2】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図3】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図4】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図5】図４におけるＡＡ’に沿った断面構造の模式図

【図6】本願の実施例に係る外部光注入同期レーザの断面図

【図7】本願の実施例に係る第１全反射ミラーの構造模式図

【図8】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図9】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図10】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図11】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図12】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図13】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図14】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図15】本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図

【図16】本願の実施例に係る矩形空胴レーザの共振空胴の長さ及び全反射ミラーの鏡面反射率に伴う内部損失の変化関係図

【図17】本願の実施例に係るリングレーザの共振空胴の長さ及び内部損失に伴う変調帯域幅の変化関係図

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面及び実施例を参照しながら本願を説明する。ここで説明される具体的な実施例は、本願を解釈するためのものに過ぎない。説明を容易にするために、図面には、本願に関連する部分のみが示されている。

【0008】

図１は、本願の実施例に係る外部光注入同期レーザの平面図であり、図１を参照し、外部光注入同期レーザは、同一基板（図１に図示せず）の上に形成されるマスタレーザ１、入出力導波路３及びスレーブレーザ２を備える。マスタレーザ１は、レーザ光を入出力導波路３に発するように構成され、入出力導波路３は、マスタレーザ１から発せられたレーザ光をスレーブレーザ２に注入するように構成され、スレーブレーザ２は、導波路共振空胴を備え、スレーブレーザ２は、マスタレーザ１から発せられたレーザ光が注入された場合に、マスタレーザ１により同期されるレーザ光を発するように構成される。例えば、入出力導波路３は、マスタレーザ１から発せられたレーザ光を方向性結合の方式でスレーブレーザ２に注入し、マスタレーザ１及びスレーブレーザ２から発せられたレーザ光を出力するように構成され、スレーブレーザ２は、自身が発生したレーザ光を、マスタレーザ１から注入されたレーザ光とコヒーレントにさせた後にレーザ光を発するように構成され、且つスレーブレーザ２から発せられたレーザ光は、マスタレーザ１により同期される。マスタレーザ１から発せられたレーザ光が入出力導波路３によりスレーブレーザ２に注入され、これにより、スレーブレーザ２から発せられたレーザ光がマスタレーザ１により同期され、スレーブレーザ２及びマスタレーザ１のレーザ発振波長を一致させ、スレーブレーザ２から出力されたレーザ光とマスタレーザ１から発せられたレーザ光とは、入出力導波路３により結合された後に出力される。

【0009】

一実施例において、スレーブレーザ２は、多角形閉構造の導波路共振空胴を備え、導波路共振空胴は、複数の第１全反射ミラー４及び複数の第１直線導波路５を備え、第１全反射ミラー４は、隣り合う２つの第１直線導波路５の間に位置する。複数の第１全反射ミラー４と複数の第１直線導波路５とからなる導波路共振空胴が多角形閉構造であるため、第１直線導波路５は、隣り合う２つの第１全反射ミラー４の間に位置する。第１全反射ミラー４は、１つの第１直線導波路５で伝送されるレーザ光を他の１つの第１直線導波路５に反射するように構成される。

【0010】

一実施例において、導波路共振空胴は、円環構造又はレーストラック型の構造を呈してもよい。

【0011】

本願の実施例は、マスタレーザ１、入出力導波路３、及びスレーブレーザ２が同一の基板に設けられた外部光注入同期レーザを提供し、個別外部光注入同期レーザシステムと比べ、該チップスケールレーザは、（１）構造がコンパクトで、体積が小さく、（２）同じ種類の材質で、熱学的及び機械的性能が一致しているため、デバイスが安定して信頼性が良好で、過酷な環境に耐える能力が強く、（３）統一的に設計されて製造され、デバイスの一致性が良好で、コストが低いという利点を有する。また、多角形共振空胴のスレーブレーザ２について、第１直線導波路５の損失は、サイズと関係がなく、第１全反射ミラー４の損失は、周長に反比例し、これにより、スレーブレーザ２の導波路共振空胴の損失を大幅に減少させて、導波路共振空胴のサイズに対する損失の依存性を大幅に低減させ、それと同時に、該多角形導波路共振空胴は、リング空胴の進行波の伝送特性を有し、光アイソレータが必要とされず、一方向の注入同期を可能にし、これにより、チップスケール外部光注入同期レーザの実現が可能となり、それが確実に高速直接変調レーザ、狭線幅レーザ、信号選択及び増幅等の分野に応用されるための基礎を築き上げた。

【0012】

マスタレーザ１は、単一縦モード半導体レーザであり、マスタレーザ１は、スレーブレーザ２における反時計回り（Ｃｏｕｎｔｅｒ Ｃｌｏｃｋ Ｗｉｓｅ、ＣＣＷ）光モードを一方向に注入同期する。マスタレーザ１は、ＤＦＢレーザ又は分布ブラッグ反射（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）レーザであってもよく、又は受動的にループ結合されたレーザであってもよく、そのレーザ発振モードが単一縦モード、基本横モードのレーザであればよい。

【0013】

図１を参照し、導波路共振空胴は、四角形を呈し、マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、入出力導波路３に投射され、入出力導波路３により結合されてスレーブレーザ２に入り、図１に示す矢印方向に沿って、反時計回りに導波路共振空胴の４本の第１直線導波路５を順次通過し、入出力導波路３に結合され、入出力導波路３に沿って伝播し続ける。

【0014】

他の実施形態において、導波路共振空胴は、他の形状の多角形であってもよく、以下、三角形及び六角形を例にとっているが、これらに限られない。導波路共振空胴が呈する多角形の辺数は、実際のニーズに応じて決まってもよい。

【0015】

図２は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図２を参照し、導波路共振空胴は、三角形を呈する。マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、入出力導波路３に投射され、入出力導波路３により結合されてスレーブレーザ２に入り、図２に示す矢印方向に沿って、反時計回りに導波路共振空胴の３本の第１直線導波路５を順次通過し、入出力導波路３に結合され、入出力導波路３に沿って伝播し続ける。

【0016】

図３は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図３を参照し、導波路共振空胴は、六角形を呈する。マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、入出力導波路３に投射され、入出力導波路３により結合されてスレーブレーザ２に入り、図３に示す矢印方向に沿って、反時計回りに導波路共振空胴の６本の第１直線導波路５を順次通過し、入出力導波路３に結合され、入出力導波路３に沿って伝播し続ける。

【0017】

例示的には、図１～図３を参照し、スレーブレーザ２の１本の第１直線導波路５は、入出力導波路３と結合する。

【0018】

一実施形態において、スレーブレーザ２の複数本の第１直線導波路５は、入出力導波路３と結合する。

【0019】

図４は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図５は、図４におけるＡＡ’に沿った断面構造の模式図であり、入出力導波路３は、第１導波路部３１１及び第２導波路部３１２を備える。入出力導波路３は、Ｘ方向に沿って延伸する。基板に垂直な（即ちＺ方向に沿う）投影にあって、入出力導波路３の延伸方向に垂直な方向において（即ち、Ｙ方向に沿って）、第１導波路部３１１は、第１直線導波路５と重なり合い、第２導波路部３１２は、第１全反射ミラー４と重なり合う。つまり、基板に垂直な投影において、第１導波路部３１１は、第１直線導波路５に対応し、第２導波路部３１２は、第１全反射ミラー４に対応する。基板に垂直な投影にあって、入出力導波路３の延伸方向に垂直な方向において、第１導波路部３１１と導波路共振空胴との間の距離は、第２導波路部３１２と導波路共振空胴との間の距離よりも小さい。本願の実施例において、スレーブレーザ２の１本の第１直線導波路５の部分は、入出力導波路３と結合する。入出力導波路３は、湾曲導波路であり、スレーブレーザ２に近い位置では、スレーブレーザ２に向かう凸起が形成される。これにより、第１導波路部３１１と、それに対応する第１直線導波路５との距離は近く、第２導波路部３１２と、それに対応する第１全反射ミラー４との距離は遠く、第１全反射ミラー４のディープエッチング面を迂回するように、湾曲した入出力導波路３を採用し、より大きい結合係数を実現すると同時に、第１全反射ミラー４が高い反射率を得ることを保証する。

【0020】

垂直結合構造において、第１導波路部３１１（及び第２導波路部３１２）と第１直線導波路５とは、異なる膜層に位置し、且つ第１全反射ミラー４は、基板に垂直な平面である。第１導波路部３１１と第１直線導波路５とは、基板に垂直な方向（即ちＺ方向）において重なり合う。並行結合構造において、第１導波路部３１１と第１直線導波路５とは、基板に垂直な方向において重なり合わない。図４に示すような第１導波路部３１１と第１直線導波路５との重なり合いは、Ｙ方向に沿った重なり合いであり、第２導波路部３１２と第１全反射ミラー４との重なり合いも、Ｙ方向に沿った重なり合いである。第１導波路部３１１と第１直線導波路５との対応関係は、両者のＸ－Ｙ平面内においてＹ方向に沿った対応関係を指し、第２導波路部３１２と第１全反射ミラー４との対応関係も、両者のＸ－Ｙ平面内においてＹ方向に沿った対応関係を指す。

【0021】

一実施形態において、導波路共振空胴の幾何学的中心を距離の計算の起点としてもよい。別の実施形態において、導波路共振空胴における入出力導波路３との距離が最も近い第１直線導波路５を距離の計算の起点としてもよい。

【0022】

一実施例において、第１導波路部３１１及び第２導波路部３１２の長さの和は、隣り合う２つの第１全反射ミラー４の間の第１直線導波路５の長さよりも小さい。

【0023】

図４及び図５を参照し、外部光注入同期レーザは、順次積層して設けられる基板９、バッファ層１０、非活性導波路層１１（又は活性導波路層１３）、被覆層１４、及び接触層１５を備える。導波路共振空胴の活性導波路層１３及び入出力導波路３の非活性導波路層１１は、同じ層に設けられる。第１直線導波路５は、バッファ層１０、活性導波路層１３及び被覆層１４を備え、入出力導波路３は、バッファ層１０、非活性導波路層１１及び被覆層１４を備え、非活性導波路層１１及び活性導波路層１３は、同じ層に設けられ、第１直線導波路５及び入出力導波路３は、同じ層に設けられ、スレーブレーザ２と入出力導波路３とは、並行に結合する。

【0024】

図６は、本願の実施例に係る外部光注入同期レーザの断面図であり、図６を参照し、外部光注入同期レーザは、順次積層して設けられる基板９、バッファ層１０、非活性導波路層１１、隔離層１２、活性導波路層１３、被覆層１４、及び接触層１５を備える。基板に垂直な方向において、入出力導波路３は、基板９と第１直線導波路５との間に位置する。第１直線導波路５は、一部の隔離層１２、活性導波路層１３、及び被覆層１４を備え、入出力導波路３は、バッファ層１０、非活性導波路層１１、及び一部の隔離層１２を備え、非活性導波路層１１及び活性導波路層１３は、積層して設けられ、第１直線導波路５及び入出力導波路３は、積層して設けられ、Ｚ方向に沿って、第１直線導波路５と入出力導波路３とは重なり合い、スレーブレーザ２の１つの第１直線導波路５と入出力導波路３とは垂直結合する。

【0025】

導波路共振空胴は、多角形閉構造を呈し、複数本の第１直線導波路５を備える。全ての第１直線導波路５は、同様の膜層構造を備える。一実施形態において、全ての第１直線導波路５は、いずれも一部の隔離層１２、活性導波路層１３、及び被覆層１４を備え、全ての第１直線導波路５は、同じ材料を採用する。

【0026】

例示的には、図５及び図６を参照し、基板９は、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ、Ｓｉ）、リン化インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ、ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｄｅ、ＧａＡｓ）、又は窒化ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ、ＧａＮ）を含む。ＩｎＰ、ＧａＡｓ、及びＧａＮを基板とするレーザは、通常、モノリシック集積型外部光注入同期レーザである。集積技術によれば、Ｓｉを基板とするレーザは、通常、ヘテロ集積型又はバット結合型等のハイブリッドに集積された外部光注入同期レーザである。

【0027】

例示的には、図５及び図６を参照し、活性導波路層１３は、量子井戸構造、量子ドット構造、ｎ型変調ドープ量子井戸構造、ｎ型変調ドープ量子ドット構造、ｐ型変調ドープ量子井戸構造、又はｐ型変調ドープ量子ドット構造である。

【0028】

例示的には、本願の実施例に係るマスタレーザ及びスレーブレーザの材料及び構造は、レーザの用途に応じて決定され、必要な波長に応じて基板及び材料、構造を決定し、例えば、光ファイバ通信用高速直接変調レーザを実現するために、ＩｎＰ基板を採用し、モノリシック集積の外部光注入レーザを実現してもよく、且つその活性導波路層は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＧａＡｌＡｓの量子井戸構造を採用しており、相応する量子ドット構造、又はｐ型変調ドープ量子井戸（量子ドット）構造、ｎ型変調ドープ量子井戸（量子ドット）構造であってもよく、量子井戸及び量子ドットがドープされていないものであってもよく、本願は、これについて要求しないし、特に限定しない。

【0029】

図７は、本願の実施例に係る第１全反射ミラーの構造模式図であり、図７を参照し、第１全反射ミラー４は、形成されたエッチング切断面であり、そのエッチング切断面は第１直線導波路５の延伸方向と鋭角（例えば４５°角）を呈する。基板に垂直な方向において、非活性導波路層１１における第１全反射ミラー４と重なり合う位置にディープエッチングを行い、凹溝を形成する。

【0030】

図８は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図８を参照し、入出力導波路３との距離が最も近い第１直線導波路５は、結合直線導波路５１であり、結合直線導波路５１及び入出力導波路３は同じ材料及び構造を採用する。本願の実施例において、導波路共振空胴の第１直線導波路５のうち、結合直線導波路５１は、非活性導波路構造を採用して製作され、残りの第１直線導波路５は、活性導波路構造を採用して製作され、結合直線導波路５１及び入出力導波路３が同じ材料及び構造を採用しているため、結合直線導波路５１及び入出力導波路３は高結合効率を実現し、製作しやすく且つ大きな吸収損失が生じない。

【0031】

一実施形態において、図８に示すように、外部光注入同期レーザは、１つのスレーブレーザ２を備える。他の実施例の形態において、外部光注入同期レーザは、複数のスレーブレーザ２を備えてもよく、これにより、その全体的なデバイス性能を向上させる。そのうち、変調特性を改善する面では、低周波数ロールオフ効果を有効に弱め、変調帯域幅を大幅に広げることができる。

【0032】

図９は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図９を参照し、外部光注入同期レーザは、少なくとも２つのスレーブレーザ２を備え、少なくとも２つのスレーブレーザ２は、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７を含む。基板に垂直な投影において、第１スレーブレーザ６と第２スレーブレーザ７とは、入出力導波路３の両側に位置する。本願の実施例において、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７は、並列構造を形成する。

【0033】

例示的には、図９を参照し、入出力導波路３は、第１サブ導波路３２１及び第２サブ導波路３２２を備え、基板に垂直な投影において、第１スレーブレーザ６と第２スレーブレーザ７とは、第１サブ導波路３２１の両側に位置する。第２サブ導波路３２２は、第２スレーブレーザ７の、第１サブ導波路３２１から遠い一側に位置する。マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、第１サブ導波路３２１に投射され、第１サブ導波路３２１により結合されて第１スレーブレーザ６に入り、第１スレーブレーザ６により再び結合されて第１サブ導波路３２１に入る。第１サブ導波路３２１により結合されて第２スレーブレーザ７に入り、第２スレーブレーザ７により結合されて第２サブ導波路３２２に入り、第２サブ導波路３２２で伝播し続ける。

【0034】

図１０は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１０を参照し、入出力導波路３は、第１サブ導波路３２１及び第２サブ導波路３２２を備え、基板に垂直な投影において、第１スレーブレーザ６は、第１サブ導波路３２１に対応する。第２サブ導波路３２２は、第２スレーブレーザ７に対応する。マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、第１サブ導波路３２１に投射され、第１サブ導波路３２１により結合されて第１スレーブレーザ６に入り、第１スレーブレーザ６により再び結合されて第１サブ導波路３２１に入る。第１サブ導波路３２１により第２サブ導波路３２２に伝送されてから、結合されて第２スレーブレーザ７に入り、第２スレーブレーザ７により結合されて第２サブ導波路３２２に入り、第２サブ導波路３２２で伝播し続ける。

【0035】

図１１は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１１を参照し、外部光注入同期レーザは、少なくとも２つのスレーブレーザ２を備え、少なくとも２つのスレーブレーザ２は、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７を含む。基板に垂直な投影において、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７は、入出力導波路３の同一側に位置する。本願の実施例において、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７は、直列構造を形成する。

【0036】

図１２は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１２を参照し、外部光注入同期レーザは、少なくとも２つのスレーブレーザ２を備え、少なくとも２つのスレーブレーザ２は、第１スレーブレーザ６、第２スレーブレーザ７、及び第３スレーブレーザ１７を含む。基板に垂直な投影において、第１スレーブレーザ６及び第２スレーブレーザ７は、入出力導波路３の同一側に位置し、第１スレーブレーザ６と第３スレーブレーザ１７とは、入出力導波路３の両側に位置し、第２スレーブレーザ７と第３スレーブレーザ１７とは、入出力導波路３の両側に位置する。本願の実施例において、第１スレーブレーザ６、第２スレーブレーザ７、及び第３スレーブレーザ１７は、直並列構造を形成する。

【0037】

図１３は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１３を参照し、外部光注入同期レーザは、光アイソレータ８をさらに備え、光アイソレータ８は、入出力導波路３の伝送経路に位置し、且つ光アイソレータ８は、マスタレーザ１とスレーブレーザ２との間に位置する。本願の実施例において、光アイソレータ８を設けることにより、外部光注入同期レーザの裏面反射（散乱）光の干渉を回避し、外部光注入同期レーザの性能を向上させる。

【0038】

図１４は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１４を参照し、入出力導波路３は、複数の第２全反射ミラー１６及び複数の第２直線導波路３３を備え、第２全反射ミラー１６は、隣り合う２つの第２直線導波路３３の間に位置し、第２全反射ミラー１６は、１つの第２直線導波路３３におけるレーザ光を他の１つの第２直線導波路３３に反射するように構成される。

【0039】

例示的には、図１４を参照し、複数の第２直線導波路３３は、第１入出力サブ導波路３３１、第２入出力サブ導波路３３２、及び第３入出力サブ導波路３３３を備える。第１入出力サブ導波路３３１及び第３入出力サブ導波路３３３は、Ｘ方向に沿って延伸し、平行に配列される。第２入出力サブ導波路３３２は、Ｙ方向に沿って延伸し、第２入出力サブ導波路３３２の一端は、第１入出力サブ導波路３３１に接続され、第２入出力サブ導波路３３２の他端は、第３入出力サブ導波路３３３に接続される。第３入出力サブ導波路３３３に投射されたレーザ光は、第２全反射ミラー１６で反射された後、第２入出力サブ導波路３３２に入り、再び第２全反射ミラー１６で反射された後、第１入出力サブ導波路３３１に入り、第１入出力サブ導波路３３１によりスレーブレーザ２の第１直線導波路５に結合され、そして、スレーブレーザ２の第１直線導波路５により再び第１入出力サブ導波路３３１に結合され、第１入出力サブ導波路３３１の末端において再び第２全反射ミラー１６で反射されて第２入出力サブ導波路３３２に入り、且つ該第２入出力サブ導波路３３２で伝送された後、再び第２全反射ミラー１６で第３入出力サブ導波路３３３に反射されて伝播し続ける。且つ全反射ミラーの製作品質を向上させて全反射ミラーの損失を低減させるために、第２全反射ミラー１６と第１全反射ミラー４とは、位置がずれるように設計されて製造される。

【0040】

図１５は、本願の実施例に係る別の外部光注入同期レーザの平面図であり、図１５を参照し、複数の第２直線導波路３３は、第１入出力サブ導波路３３１及び第２入出力サブ導波路３３２を備え、第１入出力サブ導波路３３１と第２入出力サブ導波路３３２とは接続される。第１入出力サブ導波路３３１は、Ｘ方向に沿って延伸し、第２入出力サブ導波路３３２は、Ｙ方向に沿って延伸する。本願の実施例において、マスタレーザ１から発射されたレーザ光は、直接、第２入出力サブ導波路３３２に投射され、第２全反射ミラー１６で反射された後、第１入出力サブ導波路３３１に入り、第１入出力サブ導波路３３１によりスレーブレーザ２の第１直線導波路５に結合されてから、スレーブレーザ２の第１直線導波路５により再び第１入出力サブ導波路３３１に結合され、第１入出力サブ導波路３３１の末端において第２全反射ミラー１６で第２入出力サブ導波路３３２に反射されて伝播し続ける。本願の実施例において数少ない第２全反射ミラー１６及び第２直線導波路３３が設けられているため、全反射ミラーによる損失が減少される。

【0041】

モノリシック集積の外部光注入同期高速直接変調半導体レーザのシミュレーション性能を例にして、本願に係る技術態様の応用価値を証明する。図１６から分かるように、矩形空胴レーザについては、電力反射率が８９．３％以上である第１全反射ミラー４が製造されれば、その内部損失が３８．２ｃｍ－１よりも低くなり、円環状レーザよりも遥かに小さい。図１７から分かるように、リングレーザの内部損失の増大及びその共振空胴の伸長に伴い、レーザの変調帯域幅は徐々に減少するが、内部損失を３８．２ｃｍ－１よりも小さく制御すれば、最低の変調帯域幅は、依然として２５ＧＨｚを超える。レーザの現行の高速変調及びデータ通信の使用を完全に満たすことができ、光通信分野の望ましい光源である。

【国際調査報告】