JP7062358B2 - Semiconductor laser module - Google Patents
Semiconductor laser module Download PDFInfo
- Publication number
- JP7062358B2 JP7062358B2 JP2016252953A JP2016252953A JP7062358B2 JP 7062358 B2 JP7062358 B2 JP 7062358B2 JP 2016252953 A JP2016252953 A JP 2016252953A JP 2016252953 A JP2016252953 A JP 2016252953A JP 7062358 B2 JP7062358 B2 JP 7062358B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- optical amplifier
- waveguide
- semiconductor laser
- semiconductor optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明は、半導体レーザモジュールに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser module.
近年、光通信では通信速度を上げるために多値変調方式が検討されている。多値変調方式としては、位相シフトキーイング(PSK)を主としたコヒーレント通信方式が用いられる。このようなコヒーレント通信では、送信側の信号光源、及び局所発振光源に波長可変半導体レーザモジュール(例えば、μTOSA(Transmitter Optical Sub-Assembly)/μITLA(Integrable Tunable Laser Assembly)等)が必要である。 In recent years, in optical communication, a multi-value modulation method has been studied in order to increase the communication speed. As the multi-value modulation method, a coherent communication method mainly composed of phase shift keying (PSK) is used. In such coherent communication, a tunable semiconductor laser module (for example, μTOSA (Transmitter Optical Sub-Assembly) / μITLA (Integrable Tunable Laser Assembly)) is required for the signal light source on the transmitting side and the local oscillation light source.
コヒーレント通信では光の位相に情報を載せるため、信号光源及び局所発振光源には位相揺らぎが小さい(すなわち、スペクトル線幅が小さい)ことが求められる。また、通信システムの構成が複雑になるにつれて半導体レーザモジュールにも高出力・低消費電力化がよりいっそう求められる。 In coherent communication, since information is placed on the phase of light, the signal light source and the local oscillation light source are required to have a small phase fluctuation (that is, a small spectral line width). Further, as the configuration of the communication system becomes more complicated, the semiconductor laser module is further required to have high output and low power consumption.
このように低スペクトル線幅のレーザ光を出力する半導体レーザモジュールを得る方法として、半導体レーザ素子のチップと半導体光増幅器(Semiconductor Optical Amplifier:SOA)のチップとを別々のチップとして作製し、半導体レーザモジュール内において、レンズ等を用いて2つのチップを光学的に結合させる方法が、特許文献1に開示されている。
As a method for obtaining a semiconductor laser module that outputs a laser beam having a low spectral line width in this way, a semiconductor laser element chip and a semiconductor optical amplifier (SOA) chip are manufactured as separate chips, and a semiconductor laser is manufactured.
しかしながら、半導体レーザ素子と半導体光増幅器とは互いに異なるモードフィールドを有している場合が多いので、単にレンズで光学結合させるだけでは半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率が高くない場合がある。結合効率を高める方法として、半導体レーザ素子や半導体光増幅器にモードフィールドを変換する要素であるSSC(Spot Size Converter)などを設ける構造が検討されている。しかしながら、SSCは、それ自体の光学的な損失が大きい場合があり、結合効率を高められない場合がある。そのため、波長可変レーザモジュールの重要な特性である高出力化・低消費電力化が困難であった。 However, since the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier often have different mode fields, the coupling efficiency between the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier may not be high simply by optically coupling with a lens. .. As a method for increasing the coupling efficiency, a structure in which an SSC (Spot Size Converter), which is an element for converting a mode field, is provided in a semiconductor laser element or a semiconductor optical amplifier is being studied. However, the SSC may have a large optical loss of its own and may not be able to increase the coupling efficiency. Therefore, it has been difficult to increase the output and power consumption, which are important characteristics of the tunable laser module.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率が高い半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser module having high coupling efficiency between a semiconductor laser device and a semiconductor optical amplifier.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、前記レーザ光が入力側から入力され、該レーザ光を増幅して出力側から出力する半導体光増幅器と、前記半導体レーザ素子から出力された前記レーザ光を前記半導体光増幅器に光学的に結合させる光学結合器と、を備え、前記半導体光増幅器の活性コア層は、均一なコア厚さを有するとともに、前記入力側のコア幅が、長手方向における少なくとも中央部でのコア幅とは異なることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the semiconductor laser module according to one aspect of the present invention has a semiconductor laser element that outputs a laser beam and the laser beam is input from the input side to receive the laser beam. It comprises a semiconductor optical amplifier that amplifies and outputs from the output side, and an optical coupler that optically couples the laser beam output from the semiconductor laser element to the semiconductor optical amplifier, and is an active core of the semiconductor optical amplifier. The layer is characterized in that it has a uniform core thickness and the core width on the input side is different from the core width at least in the central portion in the longitudinal direction.
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記入力側のコア幅が、前記中央部でのコア幅よりも広く、前記入力側から前記中央部に向かってコア幅が狭くなる領域を、前記中央部よりも前記入力側に近い位置に備えることを特徴とする。 In the semiconductor laser module according to one aspect of the present invention, in the active core layer of the semiconductor optical amplifier, the core width on the input side is wider than the core width in the central portion, and the core width is directed from the input side toward the central portion. It is characterized in that a region where the core width is narrowed is provided at a position closer to the input side than the central portion.
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記領域の長手方向における長さが10μm以上200μm以下であることを特徴とする。 The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the length of the region in the longitudinal direction is 10 μm or more and 200 μm or less.
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザ素子は、前記レーザ光の出力側にパッシブ導波路部が集積された構成を有することを特徴とする。 The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the semiconductor laser element has a configuration in which a passive waveguide portion is integrated on the output side of the laser beam.
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記パッシブ導波路部は、曲げ導波路を含むことを特徴とする。 The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the passive waveguide portion includes a bending waveguide.
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記パッシブ導波路部は、スラブ出射型アレイ導波路回折格子を含むことを特徴とする。 The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the passive waveguide section includes a slab emission type array waveguide diffraction grating.
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体レーザ素子は、複数のレーザ発振部が集積された構成を有することを特徴とする。 The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the semiconductor laser element has a configuration in which a plurality of laser oscillation units are integrated.
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体光増幅器をジャンクションダウンの状態で搭載する基台を備えることを特徴とする。 The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized by including a base on which the semiconductor optical amplifier is mounted in a junction-down state.
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記半導体光増幅器の入力側において、前記入力側の端面に対して傾斜していることを特徴とする。 The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the active core layer of the semiconductor optical amplifier is inclined with respect to the end face of the input side on the input side of the semiconductor optical amplifier.
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記半導体光増幅器の出力側において、前記出力側の端面に対して傾斜していることを特徴とする。 The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the active core layer of the semiconductor optical amplifier is inclined with respect to the end face of the output side on the output side of the semiconductor optical amplifier.
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記半導体光増幅器の活性コア層は、前記出力側のコア幅が、光導波方向における少なくとも中央部でのコア幅とは異なることを特徴とする。 The semiconductor laser module according to one aspect of the present invention is characterized in that the active core layer of the semiconductor optical amplifier has a core width on the output side different from a core width at least in the central portion in the optical waveguide direction.
本発明によれば、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率が高い半導体レーザモジュールを実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that a semiconductor laser module having high coupling efficiency between a semiconductor laser device and a semiconductor optical amplifier can be realized.
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. Further, in the description of the drawings, the same or corresponding elements are appropriately designated by the same reference numerals. In addition, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the dimensions of each element, the ratio of each element, etc. may differ from the reality. Even between the drawings, there may be parts where the relationship and ratio of the dimensions are different from each other.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る半導体レーザモジュールの構成を示す模式図である。図1に示すように、半導体レーザモジュール1000は、筐体1001、基台1002、1003、半導体レーザ素子100、コリメータレンズ1004、ビームスプリッタ1005、1007、集光レンズ1006、1011、フォトダイオード(PD)1008、1010、エタロンフィルタ1009、光ファイバ1012、及び半導体光増幅器200を備えている。また、半導体レーザモジュール1000は制御器に接続している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the semiconductor laser module according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the
基台1002、1003は、それぞれ、筐体1001内で不図示の温度調節素子に載置されている。基台1002は、半導体レーザ素子100を搭載している。基台1003は、半導体光増幅器200を搭載している。集光レンズ1011、光ファイバ1012は筐体1001の取付部1001aに取り付けられている。
The
温度調節素子は、例えばペルチェ素子である。各温度調節素子は、駆動電流が供給されることによって半導体レーザ素子100及び半導体光増幅器200のそれぞれを冷却、場合によっては加熱してその温度を調節することができる。
The temperature control element is, for example, a Pelche element. Each temperature control element can control the temperature of the
基台1002、1003は、例えば熱伝導率が170W/m・Kと高い窒化アルミニウム(AlN)からなるが、AlNに限らず、CuW、炭化ケイ素(SiC)、ダイヤモンドなどの熱伝導率が高い材料でもよい。
The
半導体レーザ素子100は、制御器から駆動電流を供給されて、レーザ光L1を出力する。レーザ光L1の波長は光通信用に用いられる波長帯(例えば1520nm~1620nm)内の波長である。
The
コリメータレンズ1004は、半導体レーザ素子100のレーザ光L1を出力する側である前方側に配置されている。コリメータレンズ1004は、半導体レーザ素子100から出力されたレーザ光L1を平行光に変換する。
The
ビームスプリッタ1005は、レーザ光L1の大部分を透過して集光レンズ1006に出力するとともに、レーザ光L1の一部(レーザ光L3)を分岐し、ビームスプリッタ1007に向けて反射させる。
The
集光レンズ1006は、ビームスプリッタ1005から出力されたレーザ光L1を集光して半導体光増幅器200に入力させる。すなわち、集光レンズ1006は、半導体レーザ素子100から出力されたレーザ光L1を半導体光増幅器200に光学的に結合させる光学結合器である。
The
半導体光増幅器200は、その入力側から入力されたレーザ光L1を増幅して、レーザ光L2として出力側から出力する。集光レンズ1011は、レーザ光L2を集光して光ファイバ1012に入力させる。光ファイバ1012はレーザ光L2を所定の装置等まで伝送する。
The semiconductor
一方、ビームスプリッタ1007は、レーザ光L3を二分岐し、一方を透過してPD1008に出力するとともに、他方をエタロンフィルタ1009に向けて反射させる。PD1008は、ビームスプリッタ1007から入力されたレーザ光の強度を検出し、検出された強度に応じた電流を制御器に出力する。
On the other hand, the
エタロンフィルタ1009は、光の周波数的に周期的な透過特性を有し、その透過特性に応じた透過率で、ビームスプリッタ1007が反射したレーザ光を選択的に透過して波長モニタ用のPD1010に入力する。PD1010は、エタロンフィルタ1009を透過したレーザ光の強度を検出し、検出された強度に応じた値の電流を制御器に出力する。
The
PD1008、1010によって検出されたレーザ光の強度は、制御器による波長ロック制御(レーザ光L1を所望の波長及び強度にするための制御)に用いられる。 The intensity of the laser beam detected by PD1008, 1010 is used for wavelength lock control (control for adjusting the laser beam L1 to a desired wavelength and intensity) by the controller.
つぎに、半導体光増幅器200について具体的に説明する。図2は、半導体光増幅器200の構成を示す模式図である。図3は、図2のA-A線断面図である。
Next, the semiconductor
半導体光増幅器200は、幅が約0.4mm、長さが約2mmであり、活性コア層201を備えている。活性コア層201は、半導体光増幅器200の入力側202から出力側203まで延伸しており、その長さは半導体光増幅器200と同じ約2mmである。活性コア層201は、入力側202から入力されたレーザ光L1を長手方向(光導波方向)に導波しながら増幅して、レーザ光L2として出力側203から出力する。なお、入力側202及び出力側203の両端面には、無反射膜がコーティングされている。
The semiconductor
また、図3に示すように、半導体光増幅器200は、活性コア層201に沿った断面において、例えばAuGeNiを含んで構成されるn側電極200aと、n型InPからなり、基板を含むn型半導体層200bと、活性コア層201と、p型InPからなるp型半導体層200cと、コンタクト層200dと、例えばAuZnを含んで構成されるp側電極200eとがこの順番で積層した構造を有している。活性コア層201は、交互に積層された複数の井戸層と複数のバリア層を含んで構成された多重量子井戸構造と、多重量子井戸構造を上下から挟む下部及び上部光閉じ込め層とを有している。活性コア層201の多重量子井戸構造を構成する井戸層及びバリア層は各々組成が異なるInGaAsPからなり、井戸層の発光波長帯は、本実施形態1では1.55μm帯である。下部光閉じ込め層はn型InGaAsPからなる。上部光閉じ込め層はp型InGaAsPからなる。コンタクト層200dはp型InGaAsからなる。
Further, as shown in FIG. 3, the semiconductor
なお、半導体光増幅器200は、基台1003に、p型半導体層200cが基台1003側に位置し、成長基板を含むn型半導体層200bが基台1003とは反対側に位置する状態、すなわちジャンクションダウンの状態で搭載されていてもよい。これにより、半導体光増幅器200の活性コア層201で発生する熱が基台1003を通じて放熱しやすくなる。
In the semiconductor
ここで、図3に示すように、半導体光増幅器200の活性コア層201は、半導体光増幅器200内において、均一なコア厚さ160nmを有する。また、図2に示すように、活性コア層201は、主導波部201a、入力側等幅部201b、及びテーパ部201cを備えている。これらの部分は、入力側202から出力側203にかけて、入力側等幅部201b、テーパ部201c、主導波部201aの順で配置されている。
Here, as shown in FIG. 3, the
主導波部201aは、活性コア層201の長手方向における中央部201aaを含み、コア幅が一定の部分である。中央部201aaは、入力側202及び出力側203のそれぞれから約1mmの位置にある領域である。主導波部201aのコア幅W1は、1.55μm帯の光をシングルモードで導波できる値であり、本実施形態1では2μmである。
The
入力側等幅部201bは、入力側202に位置し、光導波方向における長さが約20μmであり、コア幅が一定の部分である。入力側等幅部201bのコア幅W2は本実施形態1では3μmであり、主導波部201aのコア幅W1よりも1μmだけ広い。すなわち、活性コア層201の入力側202でのコア幅W2は、中央部201aaでのコア幅W1とは異なり、広くなっている。また、入力側等幅部201bの長さが約20μmとある程度長いため、半導体光増幅器200を半導体ウエハに形成して個々のチップにカッティングするときに、カッティング精度に依存した位置ずれが長手方向において発生したとしても、入力側等幅部201bが全てカットされてしまうことを防止できる。
The input
テーパ部201cは、入力側202から中央部201aaに向かってコア幅が徐々に狭くなる領域であり、その長さは約100μmである。テーパ部201cは、中央部201aaよりも入力側202に近い位置にある。テーパ部201cは、光導波方向における長さが10μm以上200μm以下であることが好ましい。テーパ部201cの長さが10μm以上であれば、テーパ角が過度に大きくならないので、コア幅の急激な変化による損失の増加を抑制することができる。また、テーパ部201cではコア幅が大きいために注入電流量に対する発光効率が低くなるが、その長さが200μm以下であれば、テーパ部201cにおける発光効率の低下が、半導体光増幅器200全体での発光効率に対して問題にならない程度となる。
The tapered
また、図1に示す半導体光増幅器200は、活性コア層201の長手方向に垂直な断面においては、図4に示す構造を有する。すなわち、半導体光増幅器200において、ストライプメサ構造の活性コア層201の両脇(紙面左右方向)は、p型InP埋め込み層200f及びn型InP電流ブロッキング層200gからなる電流ブロッキング構造を有した埋込み構造となっている。さらに、コンタクト層200d上にはSiNx保護膜200hが形成されている。p側電極200eはSiNx保護膜200hの開口部200haを介してコンタクト層200dとオーミック接触している。
Further, the semiconductor
半導体レーザモジュール1000では、半導体光増幅器200の活性コア層201が、半導体光増幅器200内において均一なコア厚さを有するとともに、入力側202でのコア幅W2が中央部201aaでのコア幅W1よりも広くなっていることにより、半導体レーザ素子100と半導体光増幅器200との結合効率が高くなっている。
In the
以下、具体的に説明する。半導体レーザモジュール内で半導体レーザ素子からのレーザ光を半導体光増幅器に光学的に結合させる際、レンズを介して結合させる場合、レンズの像倍率を変えることで半導体光増幅器への結合効率を高めることは一般的な手法である。 Hereinafter, a specific description will be given. When the laser light from the semiconductor laser element is optically coupled to the semiconductor optical amplifier in the semiconductor laser module, when the laser light is coupled via the lens, the coupling efficiency to the semiconductor optical amplifier is increased by changing the image magnification of the lens. Is a common technique.
しかしながら、レンズで像倍率変換を行うだけでは、半導体レーザ素子からのレーザ光のモードフィールドの縦横比(アスペクト比)を変えることができない。そのため、半導体レーザ素子と半導体光増幅器とでモードフィールドが異なる場合、レーザ光を半導体光増幅器に十分に結合させることができない場合がある。特に、半導体レーザ素子がアクティブ領域とパッシブ導波路部を有しており、レーザ光がパッシブ導波路部を通じて出力されるような場合は、パッシブ導波路部において縦方向(半導体層の積層方向)の光閉じ込めが横方向(半導体層の面方向)の光閉じ込めと比較して強いため、半導体レーザ素子から出力されたレーザ光は、縦方向に長軸を有する扁平率が高い楕円形状のモードフィールドになる。この場合、レンズで半導体光増幅器に結像されるレーザ光は、横方向に長軸を有する扁平率が高い楕円形状のモードフィールドになりやすい。このようなレーザ光をレンズの像倍率変更だけで半導体光増幅器に十分に結合させることは難しい。また、モードフィールド変換素子やモードフィールド変換部品をレンズと合わせて使用することなども考えられるが、組立性の悪化や、変換素子・変換部品での光損失などが問題となる。 However, it is not possible to change the aspect ratio of the mode field of the laser beam from the semiconductor laser device only by performing image magnification conversion with the lens. Therefore, when the mode fields are different between the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier, it may not be possible to sufficiently couple the laser light to the semiconductor optical amplifier. In particular, when the semiconductor laser element has an active region and a passive waveguide section and the laser light is output through the passive waveguide section, the passive waveguide section is in the vertical direction (semiconductor layer stacking direction). Since the light confinement is stronger than the light confinement in the horizontal direction (plane direction of the semiconductor layer), the laser beam output from the semiconductor laser element is in an elliptical mode field having a long axis in the vertical direction and a high flatness. Become. In this case, the laser beam imaged on the semiconductor optical amplifier by the lens tends to be an elliptical mode field having a long axis in the lateral direction and a high flatness. It is difficult to sufficiently couple such a laser beam to a semiconductor optical amplifier only by changing the image magnification of the lens. Further, it is conceivable to use a mode field conversion element or a mode field conversion component together with a lens, but there are problems such as deterioration of assembling property and optical loss in the conversion element / conversion component.
一方、半導体レーザ素子の出力側や半導体光増幅器の入力側に、コア層の幅と厚さの両方を変えることでモードフィールドを変える、公知のSSC構造を用いて半導体光増幅器への結合を高めることが考えられる。しかしながら、SSC構造を作製するには、MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)装置などの結晶成長装置を用いた半導体の再成長工程が必要であり、作製に要する時間が長くなることで歩留などの面で不利である。またさらに、SSC構造の作製に際しては、上記のように再成長を実施するため、少なからず再成長界面での光損失が発生する。そのため、レーザ光のモードフィールドのアスペクト比をSSC構造によって変更して半導体光増幅器のモードフィールドと同様にしても、再成長界面での光損失によってアスペクト比の変更による結合効率の向上の効果が減殺されてしまう場合がある。 On the other hand, on the output side of the semiconductor laser device and the input side of the semiconductor optical amplifier, the mode field is changed by changing both the width and the thickness of the core layer, and the coupling to the semiconductor optical amplifier is enhanced by using a known SSC structure. Can be considered. However, in order to fabricate the SSC structure, a semiconductor regrowth step using a crystal growth apparatus such as a MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus is required, and the time required for the fabrication becomes long, so that the yield and the like are increased. It is disadvantageous in terms of. Furthermore, when the SSC structure is produced, regrowth is carried out as described above, so that light loss occurs at the regrowth interface to a considerable extent. Therefore, even if the aspect ratio of the mode field of the laser beam is changed by the SSC structure to be the same as the mode field of the semiconductor optical amplifier, the effect of improving the coupling efficiency by changing the aspect ratio is diminished by the optical loss at the regrowth interface. It may be done.
これに対して、半導体レーザモジュール1000では、半導体光増幅器200の活性コア層201が、半導体光増幅器200内において均一なコア厚さを有するとともに、入力側202でのコア幅W2が中央部201aaでのコア幅W1よりも広くなっている。これにより、レンズ1004、1006により結像したレーザ光L1のモードフィールドのアスペクト比にモードフィールドを近づけた半導体光増幅器200を実現できる。しかも、半導体光増幅器200の作製時に、光損失を発生させるような再成長界面を形成する必要が無い。これらの結果として、半導体レーザ素子100と半導体光増幅器200との結合効率を高めることができるのである。
On the other hand, in the
なお、本実施形態1では、入力側等幅部201bのコア幅W2は3μmであるが、コア幅W2は、半導体レーザ素子100の特性、レーザ光L1の特性、コリメータレンズ1004及び集光レンズ1006の特性に応じて、半導体レーザ素子100と半導体光増幅器200との結合効率が高くなるように適宜設定すればよい。
In the first embodiment, the core width W2 of the input side
半導体光増幅器200の製造方法の一例を説明する。まず、n型InP基板上に、MOCVD結晶成長装置等の結晶成長装置を用いて、n型InP-クラッド層を成長してn型半導体層200bを形成し、さらに活性コア層201となる半導体層、p型半導体層200cの一部、コンタクト層200dを成長する。つづいて、CVD法によってp型半導体層200c上にSiNxからなるマスクを形成する。つづいて、レジストとフォトマスクを用いて、活性コア層201のパターンをレジスト転写する。このとき、活性コア層201のパターンにしたフォトマスクを用いる。これにより、簡便に半導体光増幅器200の活性コア層201の形状を実現することができる。つづいて、レジスト転写したウエハに対して、反応イオンエッチングによりSiNxのエッチングを実施する。つづいて、SiNxをエッチングマスクとしてウェットエッチングでメサストライプ形状を作製する。つづいて、MOCVD装置を用いて電流ブロッキング構造を形成し、埋め込み構造とする。さらに、MOCVD装置を用いてp型半導体層200cの残りの部分と、コンタクト層200dを形成する。つづいて、SiNx保護膜200h、p側電極200eを形成し、ウエハの裏面を研磨し、n側電極200aを形成する。これにより、ウエハが完成する。さらに、完成したウエハを適切な長さのバー素子にカッティングし、バー素子の両端面に無反射膜をコーティングし、さらにバー素子を半導体光増幅器200にカッティングする。これにより、半導体光増幅器200を作製することができる。
An example of a manufacturing method of the semiconductor
(実施例1~3、比較例1-1~1-3、2-1~2-3)
実施例1~3、比較例1-1~1-3、2-1~2-3の半導体レーザモジュールを作製した。実施例1~3の半導体レーザモジュールは、実施形態1と同様の構成を有する。半導体レーザ素子としては、後に述べる半導体レーザ素子の構成例1のものを用いた。なお、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との間に配置されたコリメータレンズ(焦点距離f1)及び集光レンズ(焦点距離f2)によるレーザ光の像倍率mは、実施例1、2、3に対して、それぞれ1、1.4、2に設定した。
(Examples 1 to 3, Comparative Examples 1-1 to 1-3, 2-1 to 2-3)
Semiconductor laser modules of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1-1 to 1-3 and 2-1 to 2-3 were produced. The semiconductor laser modules of Examples 1 to 3 have the same configuration as that of the first embodiment. As the semiconductor laser device, the one of the configuration example 1 of the semiconductor laser device described later was used. The image magnification m of the laser beam by the collimeter lens (focal distance f1) and the condenser lens (focal distance f2) arranged between the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier is the same as that of Examples 1, 2 and 3. It was set to 1, 1.4, and 2, respectively.
また、比較例1-1~1-3の半導体レーザモジュールは、半導体光増幅器の入力側等幅部及びテーパ部が形成された部分をSSC構造に置き換えた構造とした以外は、実施例1~3の半導体レーザモジュールとそれぞれ同じ構成とした。図5は、比較例1-1~1-3のSSC構造を備える半導体光増幅器の構成を示す模式図である。この半導体光増幅器1200は、半導体光増幅部1200Aと、SSC構造部1200Bとが集積した構造を有する。半導体光増幅部1200Aは、活性コア層1201Aに沿った断面において、n側電極1200aと、n型InPからなるn型半導体層1200bと、活性コア層1201Aと、p型InPからなるp型半導体層1200cと、コンタクト層1200dと、p側電極1200eとがこの順番で積層した構造を有している。SSC構造部1200Bも同様の積層構造を有するが、活性コア層1201Aは導波路コア層1201Bに置き換えられ、p型コンタクト層1200d及びp側電極1200eは備えていない積層構造になっている。
Further, the semiconductor laser modules of Comparative Examples 1-1 to 1-3 have a structure in which the input side equal width portion and the tapered portion of the semiconductor optical amplifier are replaced with an SSC structure, except that the semiconductor laser modules are of Examples 1 to 1. It has the same configuration as that of the semiconductor laser module of 3. FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a semiconductor optical amplifier having the SSC structure of Comparative Examples 1-1 to 1-3. The semiconductor
半導体光増幅部1200Aの活性コア層1201Aは、コア幅が一定で2μmであり、コア厚さも一定である。SSC構造部1200Bの導波路コア層1201Bは、コア幅とコア厚さとの両方が長手方向で変化している。具体的には、入力側(紙面左側)から半導体光増幅部1200A側に向かって、そのコア厚さが90nmから160nmまで、そのコア幅が3μmから2μmまで、それぞれテーパ状に変化している。導波路コア層1201Bはバンドギャップ波長が1.2μmのInGaAsPからなる。
The active core layer 1201A of the semiconductor
また、比較例2-1~2-3の半導体レーザモジュールは、半導体光増幅器の入力側等幅部及びテーパ部を主導波部と同じ一定のコア幅とした以外は、実施例1~3の半導体レーザモジュールとそれぞれ同じ構成とした。 Further, in the semiconductor laser modules of Comparative Examples 2-1 to 2-3, the core widths of the input side equal width portion and the tapered portion of the semiconductor optical amplifier are the same as those of the main waveguide portion, except that the core width is the same as that of the main waveguide portion. It has the same configuration as the semiconductor laser module.
そして、各実施例、比較例の半導体レーザモジュールの半導体レーザ素子からレーザ光を出力させながら、半導体光増幅器に逆バイアス電圧を印加し、半導体光増幅器に流れる電流を測定した。 Then, while outputting the laser light from the semiconductor laser element of the semiconductor laser module of each Example and Comparative Example, a reverse bias voltage was applied to the semiconductor optical amplifier, and the current flowing through the semiconductor optical amplifier was measured.
図6は、比較例1-1~1-3、2-1~2-3、実施例1~3の特性を説明する図である。横軸は像倍率mを示し、縦軸は半導体光増幅器に流れる電流Isoaを示している。電流Isoaは半導体光増幅器に結合されたレーザ光のパワーに比例するので、Isoaの値が大きい程、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率が高いことを意味している。 FIG. 6 is a diagram illustrating the characteristics of Comparative Examples 1-1 to 1-3, 2-1 to 2-3, and Examples 1 to 3. The horizontal axis shows the image magnification m, and the vertical axis shows the current Isoa flowing through the semiconductor optical amplifier. Since the current Isoa is proportional to the power of the laser beam coupled to the semiconductor optical amplifier, the larger the value of Isoa, the higher the coupling efficiency between the semiconductor laser element and the semiconductor optical amplifier.
図6に示すように、実施例1~3のいずれの場合も、比較例1-1~1-3、2-1~2-3のいずれよりもIsoaが大きく、比較例2-1~2-3に対して同じ像倍率で約20%程度結合効率を高くできることが確認された。 As shown in FIG. 6, in any of Examples 1 to 3, Isoa is larger than that of Comparative Examples 1-1 to 1-3 and 2-1 to 2-3, and Comparative Examples 2-1 to 2 It was confirmed that the binding efficiency can be increased by about 20% with the same image magnification with respect to -3.
(実施例4、5、比較例3、4)
実施例4、比較例3として、それぞれ実施例1、比較例1-1と同様の構成であるが、半導体光増幅器の素子長を1400μmとした半導体レーザモジュールを作製し、光ファイバから出力されるレーザ光のパワーを100mWにするための半導体光増幅器の動作電流を比較したところ、実施例4の場合は比較例3の場合よりも動作電流を約4%低減することができた。また、実施例5、比較例4として、それぞれ実施例4、比較例3と同様の構成であるが、半導体光増幅器の素子長を1700μmとした半導体レーザモジュールを作製し、光ファイバから出力されるレーザ光のパワーを100mWにするための半導体光増幅器の動作電流を比較したところ、実施例5の場合は比較例4の場合よりも動作電流を約3%低減することができた。
(Examples 4 and 5, Comparative Examples 3 and 4)
As Example 4 and Comparative Example 3, a semiconductor laser module having the same configuration as that of Example 1 and Comparative Example 1-1 but having a semiconductor optical amplifier element length of 1400 μm is manufactured and output from an optical fiber. When the operating currents of the semiconductor optical amplifiers for making the power of the laser light 100 mW were compared, the operating current of Example 4 could be reduced by about 4% as compared with the case of Comparative Example 3. Further, as Example 5 and Comparative Example 4, a semiconductor laser module having the same configuration as that of Example 4 and Comparative Example 3 but having a semiconductor optical amplifier element length of 1700 μm is manufactured and output from an optical fiber. When the operating currents of the semiconductor optical amplifiers for making the power of the laser light 100 mW were compared, the operating current of Example 5 could be reduced by about 3% as compared with the case of Comparative Example 4.
(半導体レーザ素子の構成例1)
つぎに、半導体レーザ素子の構成例1について説明する。本構成例1に係る半導体レーザ素子は、レーザ光の出力側にパッシブ導波路部が集積された構成を有する波長可変レーザ素子である。
(Semiconductor Laser Device Configuration Example 1)
Next, a configuration example 1 of the semiconductor laser device will be described. The semiconductor laser device according to the first configuration example 1 is a tunable laser device having a structure in which a passive waveguide portion is integrated on the output side of the laser beam.
図7は、構成例1に係る半導体レーザ素子の模式図である。図7に示すように、半導体レーザ素子100Aは、埋め込み型導波路によって導波路が形成された埋め込み型導波構造領域110と、スラブ導波路によって導波路が形成されたスラブ導波構造領域120a、120bと、ハイメサ型導波路によって導波路が形成されたハイメサ型導波構造領域130とを有する。
FIG. 7 is a schematic diagram of the semiconductor laser device according to the configuration example 1. As shown in FIG. 7, the
埋め込み型導波構造領域110は、発振波長の異なる複数の分布帰還型(DFB:Distributed Feed-Back)レーザ素子1111~11112が集積された構造を有し、かつ曲げ導波路である入力導波路113を備えている。スラブ導波構造領域120aは、入力側スラブ導波路141を備え、スラブ導波構造領域120bは、出力側スラブ導波路142を備え、ハイメサ型導波構造領域130は、曲げ導波路であるアレイ導波路143を備えている。入力側スラブ導波路141、出力側スラブ導波路142、及び曲げ導波路であるアレイ導波路143は、一体としてアレイ導波路回折格子(Arrayed Waveguide Grating:AWG)140を構成している。また、入力導波路113及びAWG140がパッシブ導波路部を構成している。なお、ここでは発振波長の異なる12個のDFBレーザ素子1111~11112を備える半導体レーザ素子100Aを用いて本構成例1を説明するが、本構成例1はDFBレーザ素子の個数によって限定されるものではない。
The embedded
レーザ発振部であるDFBレーザ素子1111~11112は、半導体レーザ素子の一形態であり、例えば1.55μm波長帯域において各DFBレーザ素子1111~11112の発振波長が3.5nmずつ異なるように設計されている。DFBレーザ素子1111~11112は温度を変更することによって発振波長が変化するという特性を有する。半導体レーザ素子100Aでは、複数のDFBレーザ素子1111~11112のうち一つを選択することによって、出力波長の粗調を行い、温度変更によって出力波長の微調を行う。結果、半導体レーザ素子100A全体として、連続的な波長範囲でのレーザ発振を行う波長可変光源として動作する。なお、DFBレーザ素子1111~11112はそれぞれDR(Distributed Reflector)レーザ素子に置き換えてもよい。
The DFB laser elements 111 1 to 111 12 which are laser oscillation units are one form of a semiconductor laser element, and for example, the oscillation wavelengths of the DFB laser elements 111 1 to 111 12 are different by 3.5 nm in the 1.55 μm wavelength band. Is designed for. The DFB laser elements 111 1 to 111 12 have a characteristic that the oscillation wavelength changes by changing the temperature. In the
DFBレーザ素子1111~11112から出射されたレーザ光は、入力導波路113を介して入力側スラブ導波路141へ導波される。入力側スラブ導波路141は、基板と平行な方向に関して光の閉じ込めがない導波路であり、入力導波路113から入力されたレーザ光を基板と平行方向に回折させながら、アレイ導波路143へレーザ光を導波する。
The laser light emitted from the DFB laser elements 111 1 to 111 12 is guided to the input
アレイ導波路143は、経路が曲げられて構成された多数の導波路から構成されており、波長に依存した光路長差が設けられている。したがって、この波長に依存した光路長差に対応させて入力側スラブ導波路141に対するレーザ光の入力位置を変えると、出力側スラブ導波路142の出力端では、すべての波長のレーザ光が同一位置に結合することになる。
The
本構成例1では、AWG140はスラブ出射型のAWGであり、出力側スラブ導波路142の出力端142aから直接レーザ光が出射され、半導体レーザ素子100Aの出力端を兼ねている。
In the present configuration example 1, the
ここで、本実施形態に係るAWG140の具体的構成例について開示する。
Here, a specific configuration example of the
アレイ導波路143を構成するハイメサ型導波路の群屈折率ngは3.54であり、等価屈折率neffは3.19である。また、アレイ導波路143を構成する導波路における隣接する導波路間の光路長差ΔLは16.3μmである。AWG140の焦点距離Lfは480μmである。入力側スラブ導波路141の入力端面141bにおけるアレイ導波路143の導波路間隔は3.5μmである。また、入力側スラブ導波路141の入力端面141aにおける入力導波路113の導波路間隔は5μmである。
The group refractive index ng of the high-mesa-type waveguide constituting the
図8(a)、(b)、(c)は、それぞれ、図7のE-E線断面、F-F線断面、G-G線断面を示す図である。図8(a)は、E-E線断面に含まれる入力導波路113のうちの一つについて図示してある。入力導波路113は、n側電極110aと、n型InPからなり、成長基板を含むn型半導体層110bと、バンドギャップ波長が1.3μmのInGaAsPからなる、厚さ約200nmの導波路コア層110cと、p型InPからなるスペーサ層110jと、p型InPからなるp型半導体層110dと、p型InGaAsからなるコンタクト層110eと、SiNx保護膜110iとがこの順番で積層した構造を有している。導波路コア層110c及びスペーサ層110jは、1.55μm帯の光をシングルモードで光導波するのに適した幅(例えば2.0~2.5μm)にされたストライプメサ構造とされている。ストライプメサ構造の両脇(紙面左右方向)は、p型InP埋め込み層110g及びn型InP電流ブロッキング層110hからなる電流ブロッキング構造を有した埋込み構造となっている。なお、他の入力導波路113も図8(a)に示す構造を有している。
8 (a), (b), and (c) are views showing the EE line cross section, the FF line cross section, and the GG line cross section of FIG. 7, respectively. FIG. 8A illustrates one of the
図8(b)は、F-F線断面に含まれる入力側スラブ導波路141について図示してある。入力側スラブ導波路141は、n側電極110aと、n型半導体層110bと、導波路コア層110cと、p型半導体層110dと、コンタクト層110eと、SiNx保護膜110iとがこの順番で積層した構造を有している。なお、出力側スラブ導波路142も図8(b)に示す構造を有している。
FIG. 8B illustrates the input
図8(c)は、G-G線断面に含まれるアレイ導波路143のうちの一つについて図示してある。アレイ導波路143は、n側電極110aと、n型半導体層110bと、導波路コア層110cと、p型半導体層110dと、コンタクト層110eとがこの順番で積層した構造を有している。そして、n型半導体層110bの上部からコンタクト層110eまでが、1.55μm帯の光をシングルモードで光導波するのに適した幅(例えば2.0~2.5μm)にされたハイメサ構造となっており、その表面がSiNx保護膜110iによって覆われている。
FIG. 8 (c) illustrates one of the array waveguide 143s included in the GG line cross section. The
半導体レーザ素子100Aのように、レーザ光の出力側にパッシブ導波路部が集積された半導体レーザ素子は、出力されたレーザ光が、縦方向に長軸を有する扁平率が高い楕円形状のモードフィールドになりやすい。特に、パッシブ導波路部が曲げ導波路を含む場合は、曲げ損失を抑制するためにパッシブ導波路部における導波路の比屈折率差を高く設定するため、モードフィールドの扁平率がより高くなる傾向にある。したがって、このような半導体レーザ素子は半導体光増幅器200と組み合わせて結合効率を高めることが好適である。なお、レーザ光の出力側にパッシブ導波路部が集積された半導体レーザ素子の他の例としては、半導体レーザ素子100Aの構成において、AWG140に換えてMMI(Multi-Mode Interferometer)素子を備える構成の波長可変レーザ素子などがある。
In a semiconductor laser element such as the
(実施形態2)
図9は、実施形態2に係る半導体レーザモジュールの構成を示す模式図である。図9に示すように、半導体レーザモジュール1000Aは、図1に示す半導体レーザモジュール1000の構成において、半導体レーザ素子100を半導体レーザ素子100Bに置き換え、半導体光増幅器200を半導体光増幅器200Aに置き換え、基台1013及び光アイソレータ1014を追加した構成を有する。また、半導体レーザモジュール1000Aは制御器に接続している。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the semiconductor laser module according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, the
以下、半導体レーザモジュール1000Aの半導体レーザモジュール1000との相違点について説明する。半導体レーザ素子100Bは、半導体レーザ素子100と同様に、制御器から駆動電流を供給されて、レーザ光L1を出力する。なお、半導体レーザ素子100の光出力端面100Baにレーザ光L1を導波する導波路の中心軸は、光出力端面100Baの法線に対して7°だけ傾斜している。その結果、レーザ光L1は、半導体レーザ素子100Bの光出力端面100Baの法線に対して23°を成す方向に出力する。これにより、光出力端面100Baにおいて発生する反射光が半導体レーザ素子100B内に戻り、レーザ特性が不安定になるということが抑制される。このようにレーザ光L1が傾斜した方向に出力するため、基台1002はレーザ光L1の進行方向に対して傾斜して配置されている。なお、半導体レーザ素子100Cは、図7に示すような構成の波長可変レーザ素子であってもよい。
Hereinafter, the differences between the
基台1013は、筐体1001内で基台1003、ビームスプリッタ1005、1007、集光レンズ1006、PD1008、1010、エタロンフィルタ1009、及び光アイソレータ1014を載置している。基台1013は、例えば熱伝導率が170W/m・Kと高いAlNからなるが、AlNに限らず、CuW、SiC、ダイヤモンドなどの熱伝導率が高い材料でもよい。
The
光アイソレータ1014は、コリメータレンズ1004とビームスプリッタ1005との間に配置されている。光アイソレータ1014は、レーザ光L1をコリメータレンズ1004側からビームスプリッタ1005側に通過させるとともに、ビームスプリッタ1005側から進行してきた光を遮断し、当該光が半導体レーザ素子100Bに入力されることを防止する。
The
つぎに、半導体光増幅器200Aについて具体的に説明する。図10は、半導体光増幅器200Aの構成を示す模式図である。
Next, the semiconductor
半導体光増幅器200Aは、幅が約0.4mm、長さが約2mmであり、活性コア層201Aを備えている。活性コア層201Aは、半導体光増幅器200Aの入力側202Aから出力側203Aまで延伸しており、その長さは約2mmである。活性コア層201Aは、入力側202Aから入力されたレーザ光L1を長手方向(光導波方向)に導波しながら増幅して、レーザ光L2として出力側203Aから出力する。なお、半導体光増幅器200Aの、活性コア層201Aに沿った断面及び活性コア層201Aの長手方向に垂直な断面構造は、半導体光増幅器200の対応する断面構造と同様である。
The semiconductor
半導体光増幅器200Aの活性コア層201Aは、半導体光増幅器200A内において、均一なコア厚さ160nmを有する。また、図10に示すように、活性コア層201Aは、主導波部201Aa、入力側等幅部201Ab、テーパ部201Ac、及び曲がり導波部201Adを備えている。図10では明確には記載されていないが、曲がり導波部201Adは、テーパ部201Acと主導波部201Aaとを接続する、緩やかかつ連続的に曲がった導波路である。この曲がり導波路部201Adは、テーパ部201Acと一体として、幅の変化と曲がりを同時に有するものとすることも可能である。主導波部201Aaは、入力側主導波部201Aaa、出力側主導波部201Aab、及び曲がり導波部201Aeを備えている。図10では明確には記載されていないが、曲がり導波部201Aeは、入力側主導波部201Aaaと出力側主導波部201Aabとを接続する、緩やかかつ連続的に曲がった導波路である。
The
主導波部201Aaは、活性コア層201Aの長手方向における中央部201Aacを含み、コア幅が一定の部分である。中央部201Aacは、入力側202A及び出力側203Aのそれぞれから約1mmの位置を含む領域である。主導波部201Aaのコア幅W3は、1.55μm帯の光をシングルモードで導波できる値であり、本実施形態2では2μmである。また、主導波部201Aaの出力側主導波部201Aabの中心軸X1は、半導体光増幅器200Aの光出力端面204Aの法線N1に対して角度θ1=7°だけ傾斜している。
The main waveguide section 201Aa includes a central portion 201Aac in the longitudinal direction of the
入力側等幅部201Abは、入力側202Aに位置し、中心軸X2における長さが約20μmであり、コア幅が一定の部分である。入力側等幅部201Abのコア幅W4は本実施形態2では3μmであり、中央部201Aacでのコア幅W3とは異なり、広くなっている。また、入力側等幅部201Abの中心軸X2は、半導体光増幅器200Aの光入力端面205Aの法線N2に対して角度θ2=7°だけ傾斜している。したがって、出力側主導波部201Aabと入力側等幅部201Abとは平行になっている。また、半導体レーザ素子100Cから出力されたレーザ光L1は、半導体光増幅器200Aの光入力端面205Aの法線N2に対して23°を成す方向から半導体光増幅器200Aに入力する。また、レーザ光L2は、半導体光増幅器200Aから、光出力端面204Aの法線N1に対して23°を成す方向に出力する。
The input-side monospaced portion 201Ab is located on the input-
テーパ部201Acは、入力側202Aから中央部201Aacに向かってコア幅が徐々に狭くなる領域であり、その長さは約100μmである。テーパ部201Acは、中央部201Aacよりも入力側202Aに近い位置にある。テーパ部201Acは、光導波方向における長さが10μm以上200μm以下であることが好ましい。
The tapered portion 201Ac is a region in which the core width gradually narrows from the
半導体レーザモジュール1000Aでは、半導体光増幅器200Aの活性コア層201Aが、半導体光増幅器200A内において均一なコア厚さを有するとともに、入力側202Aでのコア幅W4が中央部201Aacでのコア幅W3よりも広くなっていることにより、半導体レーザ素子100Bと半導体光増幅器200Aとの結合効率が高くなっている。
In the
また、活性コア層201Aは、半導体光増幅器200Aの入力側202Aと出力側203Aとにおいて、それぞれ光入力端面205A、光出力端面204Aに対して傾斜している。これにより、各端面において発生する反射光が活性コア層201Aに結合し、動作が不安定になるということが抑制される。
Further, the
(半導体光増幅器のその他の構成例)
図11は、半導体光増幅器のその他の構成例を示す模式図である。図11(a)に示す半導体光増幅器200Bは、活性コア層201Bにおいて、主導波部201Baに対して入力側202Bに入力側等幅部201Bbとテーパ部201Bcとを備えるとともに、出力側203Bにも出力側等幅部201Bfとテーパ部201Bgとを備える。入力側等幅部201Bb及び出力側等幅部201Bfの長さ及び幅は、半導体光増幅器200の活性コア層201の入力側等幅部201bの長さ及び幅と同じであってもよい。テーパ部201Bcの長さと幅は、活性コア層201のテーパ部201cの長さ及び幅と同じであってもよい。活性コア層201Bは、出力側203Bのコア幅が、光導波方向における中央部でのコア幅とは異なり、広くなっている。これにより、出力側等幅部201Bfおよびテーパ部201Bgにおいて、電流注入する際の抵抗が下がるので、電力効率が向上する。テーパ部201Bgの長さは、テーパ部201Bcの長さに比べて長くすることにより、抵抗を下げる効果を大きくすることができる。すなわち、テーパ部201Bcの長さはコア幅の急激な変化による損失の増加を抑制することができる範囲でなるべく小さくなるように選ばれるが、テーパ部201Bgの長さはそれよりも長く、例えば500μm程度とすることによって効率が向上する。
(Other configuration examples of semiconductor optical amplifiers)
FIG. 11 is a schematic diagram showing another configuration example of the semiconductor optical amplifier. The semiconductor
図11(b)に示す半導体光増幅器200Cは、活性コア層201Cにおいて、主導波部201Caに対して入力側202Cに入力側等幅部201Cbとテーパ部201Ccと曲がり導波部201Cdとを備えるとともに、出力側203Cにも出力側等幅部201Cfとテーパ部201Cgと曲がり導波部201Chとを備える。図11では明確には記載されていないが、曲がり導波部201Cd、201Chは、緩やかかつ連続的に曲がっている。入力側等幅部201Cb及び出力側等幅部201Cfの長さ及び幅は、半導体光増幅器200Aの活性コア層201Aの入力側等幅部201Abの長さ及び幅と同じであってもよい。テーパ部201Ccの長さと幅は、活性コア層201Aのテーパ部201Acの長さ及び幅と同じであってもよい。曲がり導波部201Cdの形状は、活性コア層201Aの曲がり導波部201Adの形状と同じであってもよい。曲がり導波路部201Cdは、テーパ部201Ccと一体として、幅の変化と曲がりを同時に有するものとしてもよい。曲がり導波路部201Chは、テーパ部201Cgと一体として、幅の変化と曲がりを同時に有するものとしてもよい。活性コア層201Cは、出力側203Cのコア幅が、光導波方向における中央部でのコア幅とは異なり、広くなっている。これにより、出力側等幅部201Cfおよびテーパ部201Cgにおいて、電流注入する際の抵抗が下がるので、電力効率が向上する。テーパ部201Cgの長さは、テーパ部201Ccの長さに比べて長くしてもよい。
In the
なお、上記実施形態では、半導体光増幅器の活性コア層が、入力側でのコア幅が中央部でのコア幅よりも広くなっている形状を有する。しかし、半導体レーザ素子の特性によっては、入力側でのコア幅が中央部でのコア幅よりも狭くなっている形状とすることにより、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率を高めるようにしてもよい。また、入力側等幅部は長さが実質的にゼロでもよいし、テーパ部は必須の構成ではない。すなわち、活性コア層の入力側のコア幅が、長手方向における少なくとも中央部でのコア幅とは異なることにより、半導体レーザ素子と半導体光増幅器との結合効率を高めることができればよい。また、活性コア層の出力側のコア幅が、光導波方向における中央部でのコア幅とは異なり、狭くなっていてもよい。 In the above embodiment, the active core layer of the semiconductor optical amplifier has a shape in which the core width on the input side is wider than the core width in the central portion. However, depending on the characteristics of the semiconductor laser device, the core width on the input side may be narrower than the core width at the center to improve the coupling efficiency between the semiconductor laser device and the semiconductor optical amplifier. You may. Further, the length of the monospaced portion on the input side may be substantially zero, and the tapered portion is not an essential configuration. That is, it is sufficient that the core width on the input side of the active core layer is different from the core width at least in the central portion in the longitudinal direction, so that the coupling efficiency between the semiconductor laser device and the semiconductor optical amplifier can be improved. Further, the core width on the output side of the active core layer may be narrower than the core width at the central portion in the optical waveguide direction.
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。例えば、図1に示す半導体レーザモジュール1000において、コリメータレンズ1004とビームスプリッタ1005との間に光アイソレータを配置してもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
Further, the present invention is not limited to the above embodiments. The present invention also includes a configuration in which the above-mentioned components are appropriately combined. For example, in the
201、201A、201B、201C 活性コア層
110b、200b n型半導体層
110j スペーサ層
110g、200f p型InP埋め込み層
110h、200g n型InP電流ブロッキング層
110d、200c p型半導体層
110e、200d コンタクト層
200e p側電極
110i、200h SiNx保護膜
200ha 開口部
110a、200a n側電極
100、100A、100B 半導体レーザ素子
100Ca 光出力端面
110 埋め込み型導波構造領域
110c 導波路コア層
113 入力導波路
120a、120b スラブ導波構造領域
130 ハイメサ型導波構造領域
141 入力側スラブ導波路
141a、141b 入力端面
142 出力側スラブ導波路
142a 出力端
143 アレイ導波路
200、200A、200B、200C 半導体光増幅器
201a、201Aa、201Ba、201Ca 主導波部
201Aaa 入力側主導波部
201Aab 出力側主導波部
201aa、201Aac 中央部
201b、201Ab、201Bb、201BCb、201Cb 入力側等幅部
201c、201Ac、201Bc、201Bg、201Cc、201Cg テーパ部
201Ad、201Ae、201Cd、201Ch 曲がり導波部
201Bf、201Cf 出力側等幅部
202、202A、202B、202C 入力側
203、203A、203B、203C 出力側
204A 光出力端面
205A 光入力端面
1000、1000A 半導体レーザモジュール
1001 筐体
1001a 取付部
1002、1003、1013 基台
1004 コリメータレンズ
1005、1007 ビームスプリッタ
1006、1011 集光レンズ
1009 エタロンフィルタ
1008、1010 PD
1012 光ファイバ
1014 光アイソレータ
1111~11112 DFBレーザ素子
L1、L2、L3 レーザ光
N1、N2 法線
X1、X2 中心軸
201, 201A, 201B, 201C Active core layer 110b, 200b n type semiconductor layer 110j Spacer layer 110g, 200fp type InP embedded layer 110h, 200g n type InP current blocking layer 110d, 200c p type semiconductor layer 110e, 200d contact layer 200e p-side electrode 110i, 200h SiNx protective film 200ha Opening 110a, 200an-side electrode 100, 100A, 100B Semiconductor laser element 100Ca Optical output end face 110 Embedded waveguide structure region 110c waveguide core layer 113 Input waveguide 120a, 120b Slab Waveguide structure region 130 High-mess type waveguide structure region 141 Input side slab waveguide 141a, 141b Input end face 142 Output side slab waveguide 142a Output end 143 Array waveguide 200, 200A, 200B, 200C Semiconductor optical amplifier 201a, 201Aa, 201Ba , 201Ca Main waveguide section 201Aaa Input side main waveguide section 201Aab Output side main waveguide section 201aa, 201Aac Central section 201b, 201Ab, 201Bb, 201BCb, 201Cb Input side equal width section 201c, 201Ac, 201Bc, 201Bg, 201Cc, 201Cg Tapered section 201Ad , 201Ae, 201Cd, 201Ch Curved waveguide 201Bf, 201Cf Output side equal width part 202, 202A, 202B, 202C Input side 203, 203A, 203B, 203C Output side 204A Optical output end surface 205A Optical input end surface 1000, 1000A Semiconductor laser module 1001 Housing 1001a Mounting part 1002, 1003, 1013 Base 1004 Collimeter lens 1005, 1007 Beam splitter 1006, 1011 Condensing lens 1009 Etalon filter 1008, 1010 PD
1012
Claims (9)
前記レーザ光が入力側から入力され、該レーザ光を増幅して出力側から出力する半導体光増幅器と、
前記半導体レーザ素子から出力された前記レーザ光を前記半導体光増幅器に光学的に結合させる光学結合器と、
を備え、
前記半導体光増幅器は、半導体の再成長界面を備えず、
前記半導体光増幅器の活性コア層は、
積層方向において2つの半導体層の間に介在し、
前記半導体光増幅器の前記入力側から前記出力側に延伸し、前記入力側から等幅部、テーパ部、主導波部を有しており、
前記積層方向の厚さであるコア厚さが均一なコア厚さを有するとともに、前記積層方向から見て前記延伸の方向と直交する方向の幅であるコア幅は、前記主導波部より前記入力側のコア幅が、前記主導波部にあって前記延伸の方向である長手方向における少なくとも中央を含む中央部でのコア幅とは異なり、前記中央部でのコア幅よりも広く、前記入力側から前記中央部に向かってコア幅が狭くなる領域を、前記中央部を含む前記主導波部よりも前記入力側に近い位置に前記テーパ部として備え、前記等幅部は、前記テーパ部よりも前記入力側にあって前記コア幅が一定であり、
前記領域の長手方向における長さが10μm以上200μm以下であり、
前記光学結合器は、レンズであり、
前記光学結合器により前記半導体光増幅器に結合される前記レーザ光は、前記半導体層の面方向に長軸を有する楕円形状のモードフィールドであることを特徴とする半導体レーザモジュール。 A semiconductor laser device that outputs laser light and
A semiconductor optical amplifier in which the laser beam is input from the input side, the laser beam is amplified and output from the output side, and the like.
An optical coupler that optically couples the laser beam output from the semiconductor laser element to the semiconductor optical amplifier.
Equipped with
The semiconductor optical amplifier does not have a semiconductor regrowth interface.
The active core layer of the semiconductor optical amplifier is
Intervening between two semiconductor layers in the stacking direction,
It extends from the input side of the semiconductor optical amplifier to the output side, and has a monospaced portion, a tapered portion, and a main waveguide portion from the input side.
The core thickness, which is the thickness in the stacking direction, has a uniform core thickness, and the core width, which is the width in the direction orthogonal to the stretching direction when viewed from the stacking direction, is input from the main waveguide . The core width on the side is wider than the core width in the central portion, unlike the core width in the central portion including at least the center in the longitudinal direction which is the direction of the stretching in the main waveguide portion, and is wider on the input side. A region in which the core width narrows toward the central portion is provided as the tapered portion at a position closer to the input side than the main waveguide including the central portion, and the equal width portion is larger than the tapered portion. On the input side, the core width is constant,
The length of the region in the longitudinal direction is 10 μm or more and 200 μm or less .
The optical coupler is a lens.
A semiconductor laser module characterized in that the laser light coupled to the semiconductor optical amplifier by the optical coupler is an elliptical mode field having a long axis in the plane direction of the semiconductor layer .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016252953A JP7062358B2 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Semiconductor laser module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016252953A JP7062358B2 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Semiconductor laser module |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018107310A JP2018107310A (en) | 2018-07-05 |
JP7062358B2 true JP7062358B2 (en) | 2022-05-06 |
Family
ID=62784788
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016252953A Active JP7062358B2 (en) | 2016-12-27 | 2016-12-27 | Semiconductor laser module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7062358B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7147356B2 (en) * | 2018-08-14 | 2022-10-05 | 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 | semiconductor optical amplifier |
JP7339563B2 (en) * | 2019-09-26 | 2023-09-06 | 日本電信電話株式会社 | optical transmitter |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001111177A (en) | 1999-10-04 | 2001-04-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor optical amplifier and method of fabrication thereof |
CN1423163A (en) | 2001-12-07 | 2003-06-11 | 中国科学院半导体研究所 | Method for preparing polarization-insensitive semiconductor optical amplifier |
JP2012248745A (en) | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sony Corp | Light source device, optical pickup, and recording device |
JP2013118315A (en) | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor laser device and semiconductor laser module |
WO2013180291A1 (en) | 2012-05-31 | 2013-12-05 | 古河電気工業株式会社 | Semiconductor laser module |
JP2014187299A (en) | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Sony Corp | Optical amplifier and optical amplification method |
WO2016129664A1 (en) | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 古河電気工業株式会社 | Semiconductor laser device |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3070016B2 (en) * | 1990-12-07 | 2000-07-24 | 日本電信電話株式会社 | Optical waveguide device |
JPH08211342A (en) * | 1995-02-03 | 1996-08-20 | Hitachi Ltd | Semiconductor optical function element |
JPH0923036A (en) * | 1995-07-05 | 1997-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor laser |
-
2016
- 2016-12-27 JP JP2016252953A patent/JP7062358B2/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001111177A (en) | 1999-10-04 | 2001-04-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor optical amplifier and method of fabrication thereof |
CN1423163A (en) | 2001-12-07 | 2003-06-11 | 中国科学院半导体研究所 | Method for preparing polarization-insensitive semiconductor optical amplifier |
JP2012248745A (en) | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Sony Corp | Light source device, optical pickup, and recording device |
JP2013118315A (en) | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Semiconductor laser device and semiconductor laser module |
WO2013180291A1 (en) | 2012-05-31 | 2013-12-05 | 古河電気工業株式会社 | Semiconductor laser module |
JP2014187299A (en) | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Sony Corp | Optical amplifier and optical amplification method |
WO2016129664A1 (en) | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 古河電気工業株式会社 | Semiconductor laser device |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Toshihito Suzuki, et al.,"Tunable DFB Laser Array Combined by Monolithically Integrated AWG Coupler",2016 International Semiconductor Laser Conference (ISLC),2016年09月12日,TuC3 |
Yasumasa Suzaki, et al.,"High-Gain Array of Semiconductor Optical Amplifier Integrated with Bent Spot-Size Converter (BEND SS-SOA)",Journal of Lightwave Technology,2001年11月,Vol.19,No.11,p.1745-1750 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018107310A (en) | 2018-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5692387B2 (en) | Semiconductor optical device | |
CN104937791B (en) | Laser aid, optic modulating device and optical semiconductor | |
US20070223552A1 (en) | High Efficiency, Wavelength Stabilized Laser Diode Using AWG's And Architecture For Combining Same With Brightness Conservation | |
JP4652995B2 (en) | Integrated semiconductor laser device and semiconductor laser module | |
JP6598804B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP2017219668A (en) | Wavelength variable light source | |
JP2013251394A (en) | Semiconductor laser device | |
JP5100881B1 (en) | Integrated semiconductor laser device | |
CN108603980B (en) | Photonic integrated device with dielectric structure | |
JP2011003591A (en) | Wavelength locker integrated type semiconductor laser element | |
JP2010140967A (en) | Optical module | |
JP2011233829A (en) | Integrated semiconductor optical element and integrated semiconductor optical element module | |
JP2003014963A (en) | Semiconductor optical integrated element and its manufacturing method and module for optical communication | |
JP2019083351A (en) | Semiconductor optical amplifier, semiconductor laser module, and wavelength-variable laser assembly | |
US7949020B2 (en) | Semiconductor laser and optical integrated semiconductor device | |
JP2017204601A (en) | Semiconductor laser | |
JP7062358B2 (en) | Semiconductor laser module | |
JP2011049317A (en) | Semiconductor laser device | |
US20020186730A1 (en) | Integrated multiple wavelength pump laser module | |
US20030064537A1 (en) | Semiconductor laser device and method for effectively reducing facet reflectivity | |
JP6610834B2 (en) | Tunable laser device | |
JP2002164615A (en) | Optical semiconductor device and optical semiconductor module | |
JP2010003883A (en) | Semiconductor laser device, optical module, and optical transceiver | |
JP6513412B2 (en) | Semiconductor optical integrated device | |
JP2004095975A (en) | Transmission apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191122 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20201014 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201208 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210205 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210907 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211022 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220322 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220420 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7062358 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |