JP2010225991A - 多波長レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 変調特性の良好な多波長レーザ装置を提供する。
【解決手段】 多波長レーザ装置（１００）は、変調可能な単位レーザ部（２０ａ，２０ｂ）についてはこれを２個だけ搭載しそれら単位レーザ部の出力が１つの出力光軸に光結合されてなる第１半導体レーザチップ（１０ａ）と、２個以下の変調可能な単位レーザ部（２０ｃ，２０ｄ）を搭載しそれら単位レーザ部の出力が１つの出力光軸に光結合されてなる第２半導体レーザチップ（１０ｂ）と、第１および第２半導体レーザチップの出力光軸を合成する光カプラ（３０）と、第１および第２半導体レーザチップの単位レーザ部のそれぞれと接続導体（９１〜９３）によって接続された複数の駆動電流路あるいは信号伝送路（６１〜６３）と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の半導体レーザチップを備えた多波長レーザ装置に関する。

情報通信の高速化に伴い、光ファイバを用いた光通信システムの構築が行われている。光通信システムにおいては、波長多重伝送方式が採用されている。特許文献１には、複数の半導体レーザチップを備えたレーザ装置が開示されている。

特開平１１−５４８４２号公報

特許文献１の技術では、電力あるいは信号を供給するためのワイヤが多くなり、密集することになる。また、半導体レーザチップを小面積で設計することは１枚のウエハあたりの収量増加につながることから、単位レーザ部同士の間隔は縮小される傾向にある。したがって、ワイヤがさらに密集化することになる。この場合、ワイヤの軌道設計の自由度が低下する。それにより、高周波信号の干渉等に起因して、変調特性が劣化するという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑み、変調特性の良好な多波長レーザ装置を提供することを目的とする。

本発明に係る多波長レーザ装置は、変調可能な単位レーザ部についてはこれを２個だけ搭載しそれら単位レーザ部の出力が１つの出力光軸に光結合されてなる第１半導体レーザチップと、２個以下の変調可能な単位レーザ部を搭載しそれら単位レーザ部の出力が１つの出力光軸に光結合されてなる第２半導体レーザチップと、第１および第２半導体レーザチップの出力光軸を合成する光カプラと、第１および第２半導体レーザチップの単位レーザ部のそれぞれと接続導体によって接続された複数の駆動電流路あるいは信号伝送路と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る多波長レーザ装置においては、接続導体の密集化を抑制することができる。それにより、光変調器に接続される接続導体の軌道設計の自由度が向上する。その結果、良好な変調特性を実現することができる。

駆動電流路あるいは信号伝送路は、第１および第２半導体レーザチップの側部１つに対して１つずつ設けられていてもよい。この場合、変調器に接続される接続導体の長さを抑えることができる。それにより、変調特性の劣化を抑制することができる。また、変調器に接続される各接続導体の長さを同じにする設計が可能となる。この場合、各変調器に同じ変調特性で動作させることができる。

第１半導体レーザチップと第２半導体レーザチップとは、別個の温度制御装置上に配置されていてもよい。第１半導体レーザチップと第２半導体レーザチップとは、それぞれの出力光軸が直交する関係で配置されていてもよい。第１半導体レーザチップと第２半導体レーザチップとは、それぞれの出力光軸が平行する関係で配置されていてもよい。第１および第２半導体レーザチップおよび光カプラは、１つのパッケージ内に配置されていてもよい。

本発明によれば、変調特性の良好な多波長レーザ装置を提供することができる。

比較例に係る半導体レーザチップの模式的な平面図である。 実施例１に係る多波長レーザ装置の主要部を表わした模式図である。 多波長レーザ装置の全体構成の概略を示す平面図である。 実施例２に係るレーザ装置の全体構成の概略を示す平面図である。 実施例３に係るレーザ装置の全体構成の概略を示す平面図である。

最初に、比較例となる多波長レーザ装置について説明を行い、後述の実施例が解決しようとする課題を明確にする。

（比較例）
図１（ａ）は、比較例に係る半導体レーザチップ３００の模式的な平面図である。図１（ａ）に示すように、半導体レーザチップ３００は、順に配置された４つの単位レーザ部２０ａ〜２０ｄを備えている。単位レーザ部２０ａ〜２０ｄは、それぞれの長手方向が略平行になるようにアレイ状に配置されている。単位レーザ部２０ａ〜２０ｄは、それぞれ、レーザ部２１ａ〜２１ｄの出力端に光変調器２２ａ〜２２ｄおよびＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）２３ａ〜２３ｄが順に連結された構造を有している。

単位レーザ部２０ａ〜２０ｄから出力された光信号は、それぞれ個別の光軸を形成する光導波路を伝搬する。これらの光導波路は、光合波器２４において１つの出力光軸を形成する光導波路に結合される。それにより、単位レーザ部２０ａ〜２０ｄから出力された光信号は、光合波器２４において合波されて外部に出力される。

単位レーザ部２０ａ〜２０ｄ、各光導波路、および光合波器２４によって半導体レーザチップ３００が構成される。単位レーザ部２０ａ〜２０ｄのそれぞれが２５Ｇｂ／ｓで動作可能であれば、半導体レーザチップ３００は、最大で１００Ｇｂ／ｓのデータ伝送を可能とする。

図１（ｂ）は、半導体レーザチップ３００と配線基板とを接続するボンディングワイヤの配置を説明するための図である。図１（ｂ）に示すように上記アレイの両側からボンディングワイヤを接続したとしても、２つの単位レーザ部の各部にいずれか一方からワイヤボンディングされることになるため、ワイヤが密集化してしまう。それにより、光変調器に接続される接続導体の軌道設計の自由度が低下する。その結果、良好な変調特性が得られない。また、ワイヤの密集化は、製造工程時の歩留低下の要因にもなる。

また、光変調器２２ａ，２２ｄは上記アレイの外側に配置されることから、光変調器２２ａ，２２ｄに接続されるボンディングワイヤの長さは、必要最小限で済む。しかしながら、光変調器２２ｂ，２２ｃに対しては隣接する光変調器を越えてボンディングワイヤを接続する必要があるため、光変調器２２ｂ，２２ｃに接続されるボンディングワイヤは、光変調器２２ａ，２２ｄに接続されるボンディングワイヤよりも長くなる。この場合、光変調器２２ｂ，２２ｃの変調特性が劣化するおそれがある。また、ワイヤ長が異なる場合に各光変調器に同じ特性で動作させるためには、回路設計が複雑化する。

また、半導体レーザチップ３００内で４つの単位レーザ部を動作させると、単位レーザ部は動作に伴って発熱する。このため、上記アレイの内側に配置された単位レーザ部２０ｂ，２０ｃの温度と単位レーザ部２０ａ，２０ｄの温度との関係が非対称になってしまう。この場合、各単位レーザ部の動作特性が相違してしまう。

図２は、実施例１に係る多波長レーザ装置１００の主要部を表わした模式図である。図２に示すように、多波長レーザ装置１００は、半導体レーザチップ１０ａおよび半導体レーザチップ１０ｂを備える。半導体レーザチップ１０ａには、それぞれの長手方向が略平行になるように単位レーザ部２０ａ，２０ｂが設けられている。半導体レーザチップ１０ｂには、それぞれの長手方向が略平行になるように単位レーザ部２０ｃ，２０ｄが設けられている。

単位レーザ部２０ａ〜２０ｄは、それぞれ、レーザ部２１ａ〜２１ｄの出力端に光変調器２２ａ〜２２ｄおよびＳＯＡ２３ａ〜２３ｄが順に連結された構造を有している。単位レーザ部２０ａにおいては、レーザ部２１ａから出力された光信号は、光変調器２２ａに入力される。光変調器２２ａは、入力された光信号を変調して変調信号をＳＯＡ２３ａに供給する。ＳＯＡ２３ａは、入力された変調信号を増幅して出力する。単位レーザ部２０ｂ〜２０ｄにおいても、同様の過程を経てＳＯＡ２３ｂ〜２３ｄから変調信号が出力される。

ＳＯＡ２３ａ，２３ｂから出力された変調信号は、光導波路内の合波器において合波されて変調信号Ｓ１として出力される。ＳＯＡ２３ｃ，２３ｄから出力された変調信号は、光導波路内の合波器において合波されて変調信号Ｓ２として出力される。本実施例においては、変調信号Ｓ１の光軸と変調信号Ｓ２の光軸とは、直交する。変調信号Ｓ１は、レンズ２５を介して光カプラ３０に入力される。変調信号Ｓ２は、レンズ２６を介して光カプラ３０に入力される。

本実施例においては、光カプラ３０として偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter）を用いる。変調信号Ｓ１および変調信号Ｓ２は、光カプラ３０において合波され、レンズ２７を介して外部に出力される。

この構成によれば、半導体レーザチップ１０ａと半導体レーザチップ１０ｂとを離間させることができる。この場合、ボンディングワイヤの密集化を抑制することができる。それにより、光変調器２２ａ〜２２ｄに接続されるボンディングワイヤの軌道設計の自由度が向上する。その結果、良好な変調特性を実現することができる。また、ワイヤの密集化が抑制されることによって、製造工程時の歩留を向上させることができる。

また、本実施例に係る光カプラ３０は偏光ビームスプリッタであることから、光カプラ３０における合波損を回避することができる。

図３は、多波長レーザ装置１００の全体構成の概略を示す平面図である。図３に示すように、多波長レーザ装置１００は、図２で示した主要部がパッケージ４０に収容された構造を有する。また、パッケージ４０内には、温度制御装置５０ａ，５０ｂ、配線基板６０ａ〜６０ｄ、ドライバＩＣ７０ａ〜７０ｄ、および外部接続端子８０ａ，８０ｂが設けられている。パッケージ４０の側壁部には、光コネクタ２８が設けられている。

半導体レーザチップ１０ａおよびレンズ２５は、温度制御装置５０ａ上に配置されている。半導体レーザチップ１０ｂおよびレンズ２６は、温度制御装置５０ｂ上に配置されている。

本実施例においては、単位レーザ部２０ａ，２０ｂの出力光軸と単位レーザ部２０ｃ，２０ｄの出力光軸とは、異なる方向に伸びる。この場合、単位レーザ部２０ａ，２０ｂと単位レーザ部２０ｃ，２０ｄとを離間させて配置することができる。それにより、単位レーザ部２０ａ〜２０ｄのそれぞれに隣接して配線基板６０ａ〜６０ｄを配置することができる。なお、図３においては、単位レーザ部２０ａ〜２０ｄの各部の符号を省略してある。

配線基板６０ａは、温度制御装置５０ａの単位レーザ部２０ａ側に配置されている。配線基板６０ａには、駆動電流路あるいは信号伝送路として機能するメタル配線６１ａ〜６３ａが設けられている。メタル配線６１ａの一端とレーザ部２１ａとは、ボンディングワイヤ９１ａによって接続されている。メタル配線６２ａの一端と光変調器２２ａとは、ボンディングワイヤ９２ａによって接続されている。メタル配線６３ａとＳＯＡ２３ａとは、ボンディングワイヤ９３ａによって接続されている。ボンディングワイヤ９１ａ〜９３ａは、接続導体として機能する。

メタル配線６１ａ〜６３ａの他端は、ドライバＩＣ７０ａに接続されている。それにより、メタル配線６１ａを介してレーザ部２１ａにレーザ駆動電流が供給され、メタル配線６２ａを介して光変調器２２ａに変調信号が供給され、メタル配線６３ａを介してＳＯＡ２３ａにＳＯＡ駆動電流が供給される。

配線基板６０ｂは、温度制御装置５０ａの単位レーザ部２０ｂ側に配置されている。したがって、配線基板６０ｂは、単位レーザ部２０ａと反対側に配置されている。配線基板６０ｂには、メタル配線６１ｂ〜６３ｂが設けられている。メタル配線６１ｂの一端とレーザ部２１ｂとは、ボンディングワイヤ９１ｂによって接続されている。メタル配線６２ｂの一端と光変調器２２ｂとは、ボンディングワイヤ９２ｂによって接続されている。メタル配線６３ｂとＳＯＡ２３ｂとは、ボンディングワイヤ９３ｂによって接続されている。

メタル配線６１ｂ〜６３ｂの他端は、ドライバＩＣ７０ｂに接続されている。それにより、メタル配線６１ｂを介してレーザ部２１ｂにレーザ駆動電流が供給され、メタル配線６２ｂを介して光変調器２２ｂに変調信号が供給され、メタル配線６３ｂを介してＳＯＡ２３ｂにＳＯＡ駆動電流が供給される。

この構成によれば、単位レーザ部２０ａの各部とメタル配線６１ａ〜６３ａとの距離を最小限に抑えることができるとともに、単位レーザ部２０ｂの各部とメタル配線６１ｂ〜６３ｂとの距離を最小限に抑えることができる。それにより、変調特性の劣化を抑制することができる。また、光変調器２２ａおよびメタル配線６２ａを接続するボンディングワイヤ９２ａの長さと、光変調器２２ｂおよびメタル配線６２ｂを接続するボンディングワイヤ９２ｂの長さと、が同じになる設計が可能である。この場合、光変調器２２ａ，２２ｂに、同じ変調特性で動作させることができる。

同様に、配線基板６０ｃは温度制御装置５０ｂの単位レーザ部２０ｃ側に配置されており、配線基板６０ｄは温度制御装置５０ｂの単位レーザ部２０ｄ側に配置されている。この場合、単位レーザ部２０ｃの各部と配線基板６０ｃのメタル配線との距離を最小限に抑えることができるとともに、単位レーザ部２０ｄの各部と配線基板６０ｄのメタル配線の距離を最小限に抑えることができる。それにより、半導体レーザチップ２０ｂにおける変調特性の劣化を抑制することができる。また、光変調器２２ｃおよびメタル配線を接続するボンディングワイヤの長さと、光変調器２２ｄおよびメタル配線を接続するボンディングワイヤの長さと、が同じになる設計が可能である。この場合、光変調器２２ｃ，２２ｄに、同じ変調特性で動作させることができる。なお、単位レーザ部に対してＳＯＡと光変調器とを、この順に配置してもよい。

また、単位レーザ部２０ａ，２０ｂは、温度制御装置５０ａ上において対称配置されていることから、単位レーザ部２０ａと単位レーザ部２０ｂとの間には温度差が生じにくい。同様に、単位レーザ部２０ｃと単位レーザ部２０ｄとの間にも温度差が生じにくい。それにより、各単位レーザ部の動作特性の相違を抑制することができる。

なお、半導体レーザチップ１０ａから出力された光信号および半導体レーザチップ１０ｂから出力された光信号は、光カプラ３０において合波され、レンズ２６を介して光コネクタ２８から外部に出力される。偏波を抑制する観点から、半導体レーザチップ１０ａおよび半導体レーザチップ１０ｂは、出力光軸に対して回転させて配置されていてもよい。

図４は、実施例２に係る多波長レーザ装置１００ａの全体構成の概略を示す平面図である。図４に示すように、多波長レーザ装置１００ａが図３の多波長レーザ装置１００と異なる点は、半導体レーザチップ１０ａ，１０ｂが、それぞれの出力光軸が互いに略平行になるように配置されている点である。本実施例においては、光カプラ３０として、プレーナ光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）、ＷＤＭ（Wavelength Division Duplexing）カプラ等を用いることができる。

本実施例においても、半導体レーザチップ１０ａ，１０ｂ内の単位レーザ部の数を２以下に設定していることから、半導体レーザチップ１０ａと半導体レーザチップ１０ｂとを離間させて配置することができる。それにより、ボンディングワイヤの密集化を抑制することができる。また、各単位レーザ部に半導体レーザチップ１０ａ，１０ｂのそれぞれの両側に配線基板を配置することができる。それにより、光変調器２２ａ〜２２ｄに接続されるボンディングワイヤの長さを最小限に抑えかつ同じにする設計が可能である。

光カプラ３０は、パッケージ４０の外部に配置されていてもよい。図５は、実施例３に係る多波長レーザ装置１００ｂの全体構成の概略を示す平面図である。図５に示すように、多波長レーザ装置１００ｂが図４の多波長レーザ装置１００ａと異なる点は、光カプラ３０がパッケージ４０の外側に配置されている点である。これに伴い、半導体レーザチップ１０ａの出力光はパッケージ４０の側壁部に設けられた光コネクタ２８ａを介して光カプラ３０に入力され、半導体レーザチップ１０ｂの出力光はパッケージ４０の側壁部に設けられた光コネクタ２８ｂを介して光カプラ３０に入力される。

なお、上記各実施例においては単位レーザ部を２つ備える半導体レーザチップが２つ設けられていたが、それに限られない。一方の半導体レーザチップには、単位レーザ部が１つ設けられていてもよい。

１０ 半導体レーザチップ
２０ 単位レーザ部
２１ レーザ部
２２ 変調器部
２３ ＳＯＡ
３０ 光カプラ
４０ パッケージ
５０ 温度制御装置
６０ 配線基板
６１〜６３ メタル配線
７０ ＩＣドライバ
９１〜９３ ボンディングワイヤ
１００ 多波長レーザ装置

Claims (6)

1. 変調可能な単位レーザ部については、これを２個だけ搭載し、それら単位レーザ部の出力が１つの出力光軸に光結合されてなる第１半導体レーザチップと、
   ２個以下の変調可能な単位レーザ部を搭載し、それら単位レーザ部の出力が１つの出力光軸に光結合されてなる第２半導体レーザチップと、
   前記第１および第２半導体レーザチップの出力光軸を合成する光カプラと、
   前記第１および第２半導体レーザチップの単位レーザ部のそれぞれと接続導体によって接続された複数の駆動電流路あるいは信号伝送路と、を備えることを特徴とする多波長レーザ装置。
2. 前記駆動電流路あるいは信号伝送路は、前記第１および第２半導体レーザチップの側部１つに対して１つずつ設けられていることを特徴とする請求項１記載の多波長レーザ装置。
3. 前記第１半導体レーザチップと前記第２半導体レーザチップとは、別個の温度制御装置上に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の多波長レーザ装置。
4. 前記第１半導体レーザチップと前記第２半導体レーザチップとは、それぞれの出力光軸が直交する関係で配置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多波長レーザ装置。
5. 前記第１半導体レーザチップと前記第２半導体レーザチップとは、それぞれの出力光軸が平行する関係で配置されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多波長レーザ装置。
6. 前記第１および第２半導体レーザチップおよび前記光カプラは、１つのパッケージ内に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多波長レーザ装置。

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