JP4048635B2

JP4048635B2 - 波長分割多重通信システム及び光源

Info

Publication number: JP4048635B2
Application number: JP04460099A
Authority: JP
Inventors: 吾朗佐々木
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-02-23
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: JP2000244458A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の波長の光を同時に光伝送路に導入し伝送する波長分割多重（ＷＤＭ）システム、及びこのＷＤＭシステムに好適な光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＷＤＭシステムは、１．５５μｍ帯、例えば１．５３μｍ〜１．５６μｍでは、波長間隔０．８ｎｍ間隔の光信号を発生する複数の光源と、各光源が発生する光をそれそれ受けるＮ個の光受信器と、を光ファイバを用いて接続している。このようなＷＤＭシステムでは、光源が発生するＮ個の光を多重化した後に、一本の光ファイバを伝送させる。伝送されてきた光は、各光波長毎に光受信器で受光され各チャネル毎の信号として処理される。
【０００３】
ＷＤＭシステムに用いられる光源は、このように極めて狭い間隔の光を発生し送出しなければならない。このような光源には、従来、屈折率が周期的に変化した波長選択部を光共振器の内側に有し、これによって光のスペクトル幅を非常に狭くしたデバイス、例えばＤＦＢレーザ或いはＤＢＲレーザが利用されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光共振器の内部に波長選択部を設けたレーザ素子、例えば半導体レーザにおいては、レーザ発振波長の決定がレーザ素子の作製工程において決定されてしまうので、この素子が完成した後にはレーザ発振波長の選択がほとんど不可能である。ＷＤＭシステムにおいては、０．８ｎｍ間隔で使用波長が厳密に規定されているので、５桁の精度でレーザ出射光の波長の制御しなければならない。これは相当の困難をともなう。
【０００５】
ファイバグレーティングレーザ（ＦＧＬ）は、ＷＤＭシステム用の光源として適用できる。ＦＧＬモジュールは、ＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザにおける内部回折格子を光ファイバ中に外部回折格子（ファイバグレーティング、ＦＧ）として設けて、この回折格子と発光素子とによって光共振器を構成するように組み合わた光モジュールである。この光モジュールでは、出射波長はＦＧの反射波長によってほぼ決定され、そのスペクトル幅もＤＦＢ、ＤＢＲレーザと同等程度まで狭くできる。さらにＦＧの回折格子波長は、発光素子の製造プロセスとは別個に決定されるので、発光素子の完成後においても、出射光波長を調整することができる。
【０００６】
ところが、このようなＦＧＬでは、光共振器長が、ＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザ等に比較して長くなる。このため、光モジュールに高速信号を導入し発光素子を高周波で駆動する場合に、光モジュールは、出射光のスペクトルが広がってしまうという特性を示す。すなわち、変調周波数が高くなると、注入されるキャリアの位相と出射光の位相とには次第にずれが生じ、その結果、過剰なキャリアの変化によって屈折率の時間的変化が誘起されて、等価的に光共振器の長さが変化しているようになる。このことは、光モジュールの発振スペクトルの幅の増大、つまりチャープ現象を招いている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、発振波長の設定が容易で、狭スペクトルであり、チャーピング現象が低減された光源を用いたＷＤＭシステム及びその光源を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発明は、波長分割多重（ＷＤＭ）通信システムであって、この波長分割多重システムは、ＷＤＭ通信のための複数の光源と、ＷＤＭ通信のための複数の光受信器と、複数の光源と複数の光受信器との間に設けられた光伝送路と、を備える。複数の光源は、それぞれ異なる波長の光を発生する。複数の光受信器は、複数の光源によって発生された光の波長の各々に対応した光を受ける。光伝送路は、複数の光源と合波器を介して光学的に結合された第１の端部及び複数の光受信器と分波器を介して光学的に結合された第２の端部を有する。
【０００９】
このようなシステムにおける光源は、半導体光増幅器、波長選択性光反射手段、および変調手段を有する。半導体光増幅器は、電流を受けると所定波長の光を発生する。波長選択性光反射手段は、特定波長の光を選択的に反射する。変調手段は、半導体光増幅器で発生された所定波長の光を電気信号に応じて変調する。半導体光増幅器および波長選択性光反射手段は光共振器を形成するように設けられている。変調手段は、電気信号に応じて引き起こされた電界吸収を利用して所定波長の光を吸収することによって所定波長の光を変調する電界吸収素子を有しており、波長選択性光反射手段はファイバグレーティングを有し、電界吸収素子は、この電界吸収素子への入射光の光強度を変調し、電界吸収素子は、半導体光増幅器と一体であり、電界吸収素子は、光共振器内にある。
【００１０】
このように、半導体光増幅器および波長選択性光反射手段が光共振器を形成するようにしたので、レーザ発振波長は波長選択性光反射手段によって決定される。このため、半導体光増幅器とは別個に設定され、この波長が半導体光増幅器の作製中に決定されることはない。また、異なる波長の光を反射する波長選択性光反射手段を用いれば、レーザ発振波長を変更することができる。更に、波長選択性光反射手段の反射スペクトルに応じた発振波長スペクトルが実現される。
【００１１】
本発明に係わる波長分割多重システムでは、変調手段は、電気信号に応じて引き起こされた電界吸収を利用して前記所定波長の光を吸収し変調する電界吸収素子を有することが好ましい。また、このような電界吸収素子は、光発生素子と同一基板上に一体に形成されることが好ましい。このような電界吸収素子は光を吸収可能な吸収層を有し、光発生素子は、光を発生可能な活性層を有する。
【００１２】
このような光源は、波長選択性光反射手段としてファイバグレーティングが形成された光ファイバを有する。光ファイバの一端部は、半導体光増幅器の光放出面と光学的に結合しているので、半導体光増幅器の光反射面とファイバグレーティングとから光共振器が形成される。また、半導体光増幅器は、光発生素子と、光変調素子として電界吸収素子とを同一基板上に有するので、電界吸収素子に加えられる変調信号が、活性層に存在するキャリア密度へ与える影響を避けることができる。このため、変調信号によるキャリア密度の変化に基づく屈折率の変動が活性層において低減されるので、チャーピングは低減される。
【００１３】
このようなシステムにおける光源は、波長分割多重（ＷＤＭ）通信システムのための光源であって、電流を受けると所定波長の光を発生する半導体光増幅器、前記所定波長の光を電気信号に応じて変調するための変調手段、及び波長選択的に光を反射するための波長選択性光反射手段を有し、前記半導体光増幅器および前記波長選択性光反射手段は光共振器を形成するように設けられており、前記変調手段は、電気光学結晶基板に設けられた導波路を通過する光を前記電気信号に応じて変調する導波路変調素子を有しており、前記波長選択性光反射手段は前記電気光学結晶基板に設けられた導波路上の回折格子を有しており、前記導波路変調素子および前記回折格子は前記電気光学結晶基板に設けられており、前記導波路変調素子は、この導波路変調素子への入射光の光強度を変調し、前記導波路変調素子は前記光共振器内にある。
【００１４】
このような光源において、光発生素子は、キャリアが注入されると光を発生する活性層を有し、電界吸収素子は、活性層に光学的に結合され、所定値の電圧が印加されると光を吸収することによって活性層からの光を変調する吸収層を有することができる。例えば、このような光源において好適な光発生素子は、活性層と、基板上に設けられた第１導電型半導体層と、基板上に設けられ第１導電型と異なる導電型の第２導電型半導体層と、を有する。活性層は、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に設けられ、第１導電型半導体層および第２導電型半導体層の各々からキャリアが注入されると光を発生することができる。このような光源において好適な電界吸収素子は、第１導電型半導体層および第２導電型半導体層の各々に電圧を加えるための一対の電極を有することができる。吸収層は、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に設けられている。このように、光発生素子の活性層および電界吸収素子の吸収層の各々を共通の半導体層によって挟むようにすれば、活性層と吸収層との光学的な結合を強めることが可能である。また、このような光源において好適な電界吸収素子は、基板上に設けられた第３導電型半導体層と、基板上に設けられ第３導電型と異なる導電型の第４導電型半導体層と、第３導電型半導体層および第４導電型半導体層の各々に電圧を加えるための一対の電極とを有する。吸収層は、第３導電型半導体層と第４導電型半導体層との間に設けられている。第４導電型半導体層は、第１導電型半導体層と電気的に絶縁されていることができる。
【００１５】
また、本発明に係わる波長分割多重システムでは、変調手段は、電気光学結晶基板に設けられた導波路を通過する光を電気信号に応じて変調する導波路変調器を有することが好ましい。
【００１６】
このような変調素子として好適な構成は、電気光学結晶基板上に形成された平面導波路を挟む二つの電極の間に、所定の電圧を印加しこの導波路部分の屈折率を変えることによって導波路内を通過する光量を変調する平面導波路変調素子を用いることができる。さらに、この平面導波路中に回折格子を設ければ、これを波長選択性光反射器として用いることができる。このようにすれば、波長選択性反射器と平面導波路変調素子と電気光学結晶上に一体に集積することができる。
【００１７】
電気光学結晶に電界を印加すると、その屈折率が変化し、導波される光の位相も変わる。入射光をＹ分岐カプラで２分岐した後、一方を導波路に電界を印加し光の位相を１８０゜変え、その後に再度合波すると、電界を印加した際には、一方の導波路からの光と、他方の導波路からの光は位相が互いに１８０゜異なっているので、相互に打ち消し合う。電界を印加しない場合には、単に入射光を二分し、再び両方の光を合波しただけなので、損失がないと仮定すれば入射光強度を保持した状態となる。したがって、電界の有無に応じて出射光を変調することが可能になる。また、印加される電界強度に応じて位相の変化量も変えることができる。
【００１８】
この場合において、変調器に印加する信号は光発生素子と全く独立な信号を印加できる。光発生素子は完全に直流動作できるので、光発生素子内の余剰キャリアに基づく屈折率の変化は全く誘起しない。このため、このような光源において、余剰キャリアに基づく出射光のチャープ減少は生じない。さらに、波長選択性光反射器をとして平面導波路内に形成された回折格子を用いることができる。これを平面導波路変調器と同一の電気光学結晶基板に一体に形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明に係わる波長多重分割（ＷＤＭ）通信システムの構成図である。図１を参照すると、ＷＤＭ通信システムは、複数の光源１と、複数の光受信器２と、光伝送路４とを備える。引き続く説明では、光源１の数は、光受信器２の数と同じ場合について行う。
【００２１】
このようなシステムにおける複数の光源１は、それぞれ異なる波長の光を発生する。光源１は、電流を受けると所定波長の光を発生するための光発生手段ＯＡ、外部からの電気信号（ＣＨ１〜ＣＨｎのいずれか）に応じて光を変調するための変調手段ＯＭ、および波長選択性光反射手段ＦＧを有する。光発生手段ＯＡとしては、例えば、半導体光増幅器があり、半導体光増幅器は、電流を受けると所定波長の光を発生する。波長選択性光反射手段は、特定波長の光を選択的に反射する。変調手段は、半導体光増幅器で発生された所定波長の光を電気信号に応じて変調する。各光源１は、光伝送路５を介して合波器７へ光学的に結合される。複数の光受信器２は、複数の光源１によって発生された光の各々に対応した波長の光を受ける。光受信器２は、フォトダイオードといった光電変換を行う受光素子ＰＤと、このフォトダイオードからの電流を増幅し電気信号（ＯＵＴ１〜ＯＵＴｎ）を出力する前置増幅器ＰｒｅＡＭＰを有する。各受信器２は、光伝送路６を介して分波器９に光学的に結合されている。光伝送路４は、複数の光源１と光合波器７を介して光学的に結合された第１の端部及び複数の光受信器２と分波器９を介して光学的に結合された第２の端部を有する。光伝送路２、４、６としては、光ファイバがある。
【００２２】
光発生手段ＯＡおよび波長選択性光反射手段ＦＧは、光共振器を形成するように設けられている。レーザ発振波長は、波長選択性光反射手段ＦＧによってほぼ決定されるので、半導体光増幅器ＯＡとは別個に設定される。故に、この波長が半導体光増幅器ＯＡの作製中に決定されることはない。また、異なる波長の光を反射する波長選択性光反射手段ＦＧを用いれば、レーザ発振波長を変更することができる。このため、ＷＤＭ通信システムに好適である。発振波長スペクトルは、波長選択性光反射手段ＦＧの反射スペクトルに応じて決定される。
【００２３】
図２（ａ）は、分波器の構成図である。分波器９１は、アレー導波路回折格子である。分波器９１は、ｎ個の入力ポート（入力１〜入力ｎ）９２ａ〜９２ｃと、ｎ個の出力ポート（出力１〜出力ｎ）９３ａ〜９３ｃと、入力側および出力側のスラブ導波路領域９４、９５と、これらの導波路領域９４、４９を結ぶｎ本の光導波路９６ａ〜９６ｃとを備える。光分波器９１の一入力のみが、光伝送路４に光学的に結合している。光分波器９１のｎ本の出力の各々が、光伝送路６に光学的に結合している。このような光分波器９１は、シリコン基板上の石英導波路として実現される。
【００２４】
光伝送路４から光分波器９１の一入力ポートに導入された光は、スラブ導波路領域９４に導入される。この光は、スラブ導波路領域９４からｎ本の光導波路９６ａ〜９６ｃに均等に分割される。このｎ本の光導波路９６ａ〜９６ｃは、互いに導波路長が△Ｌだけ異なっている。各光導波路９６ａ〜９６ｃに均等に割り振られた光は、スラブ導波路９５において再び出会う。このとき、それぞれの光導波路９６ａ〜９６ｃからの長さが△Ｌだけ異なるので、スラブ導波路領域９５において回折を生じる。回折の結果、各光の回折角度に対応した位置に設けられた出力ポートは、特定の波長の光のみが出力される。したがって、単一の入力ポートから導入された異なる波長の複数の光が分光される。
【００２５】
図２（ｂ）は、合波器の構成図である。合波器７３は、複数の入力７６ａ〜７６ｄと、単一の出力７７とを有する。複数の入力７６ａ〜７６ｄは、それぞれ複数の光源１への光伝送路５に光学的に結合している。出力７７は、光伝送路４に光学的に結合している。入力７６ａ〜７６ｄおよび出力７７を光学的に結合するために、ＩｎＰ半導体基板７４上には、ＩｎＧａＡｓＰ半導体の光導波路７５ａ〜７５ｄが設けられている。この光導波路７５ａ〜７５ｄは、半導体基板７４上において合流しているので、光導波路７５ａ〜７５ｄに沿って進む光は合流されて出力に到達する。
【００２６】
図３および図４を用いて、本発明の実施の形態の光源について説明する。この光源は、ファイバグレーティング光モジュールの構成を有する。図３は、ファイバグレーティング光モジュールの斜視図であり、その内部の様子が明らかになるように一部破断図になっている。図４は、ファイバグレーティングレーザの主要部を表し図３のＩ−Ｉ断面における断面図である。
【００２７】
図３及び図４を参照すると、ファイバグレーティング光モジュール１は、ハウジング１２と、ファイバグレーティング光モジュールの主要部１０とを備える。
【００２８】
ハウジング１２は、図３に示された実施例では、バタフライ型パッケージである。ファイバグレーティング光モジュールの主要部１０が、ハウジング１２内の底面上に配置されている。ファイバグレーティング光モジュールの主要部１０は、不活性ガス、例えば窒素ガス、が封入された状態でパッケージ１２内に封止されている。ハウジング１２は、ファイバグレーティングレーザモジュールの主要部１０を収納している本体部１２ａ、光ファイバ１４を主要部１０に導く筒状部１２ｂ、および複数のリードピン１２ｃを備える。筒状部１２ｂの先端からは光ファイバ１４が導入される。光ファイバ１４は、筒状部１２ｂの内部を通過してファイバグレーティングレーザモジュールの主要部１０に至る。
【００２９】
ファイバグレーティング光モジュールの主要部１０は、半導体光学素子１６、１８を搭載する搭載部材２２、２４、２６と、光ファイバ１４を半導体光増幅器１６に光学的に結合させるために位置合わせ機構部３０とを備える。位置合わせ機構部３０は、フェルール３２、第１の支持部材３４、第２の支持部材３６、及び第３の支持部材３８を備える。
【００３０】
第１の支持部材３４は、接触平面３４ａから対向面３４ｂに向けて貫通する孔３４ａを有し、この孔３４ａには、光ファイバ１４が挿入されたフェルール３２が支持される。第２の支持部材３６は、第１の支持部材３４から所定の長さ離れた位置においてフェルール３２と固定されている。第２の支持部材３６の孔３６ａには、フェルール３２が支持されている。第３の支持部材は、底面３８ａの中央部に貫通孔３８ｂを有する円筒部３８ｃを有するカップ形状である。所定の長さを確保するために、第３の支持部材３８が、第１の支持部材３４と第２の支持部材３６との間に挟まれている。
【００３１】
また、光モジュールの主要部１０は、光ファイバ１４と、半導体光増幅器１６とを備える。半導体光増幅器１６は、光ファイバ１４と光学的に結合するように、チップキャリア２２上に搭載されている。半導体光増幅器２２の動作中に発生した熱は、チップキャリア２２を伝導してペルチェ素子２８に到達する。ペルチェ素子２８は、電流が流れると冷却素子として作動する。
【００３２】
半導体光増幅器１６は、光反射手段１６ｂ、光発生素子（図５（ｂ）の４０）および光変調素子（図５（ｂ）の４２）を備える。光ファイバ１４は、この半導体光増幅器１６からの光の波長を選択して反射するファイバグレーティング１４ａを有する。ファイバグレーティング光モジュールにおいて発生される光の光路内において、光反射手段１６ｂと、ファイバグレーティング（回折格子）１４ａとの間に光発生素子および光変調素子が配置され、光反射手段１６ｂとファイバグレーティング１４ａは光共振器を形成する。半導体光増幅器１６については、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて後に詳細に説明する。
【００３３】
フォトダイオードといった受光素子１８は、チップキャリア２６上に搭載されている。チップキャリア２６は、半導体光増幅器１６の端面１６ｂと対面する位置にフォトダイオード１８が配置されるように、搭載部材２４上に設けられている。このフォトダイオード１８は、半導体光増幅器１６の発光状態を監視するためのモニタ用フォトダイオードとして作動する。
【００３４】
搭載部材２４は、基体部２４ａおよび壁部２４ｂを有するＬ字形状の部材であって、壁部２４ｂが基体部２４ａの搭載面２４ｃ上に設けられている。チップキャリア２２、２６は、基体部２４ｂの搭載面２４ｄ上に搭載されている。搭載部材２４は、設置面２４ｄをペルチェ素子２８に対面させて、ペルチェ素子２８上に設置されている。
【００３５】
光ファイバ１４、半導体光増幅器１６、および受光素子１８は、所定の軸２０の沿って配置されている。光ファイバ１４は、ファイバグレーティング１４ａ、および２個の端部１４ｂ、１４ｃを有する。これらの端部の一方１４ｂは、半導体光増幅器１６の第１の端面１６ａと対面している。この端部１４ｂと第１の端面１６ａが光学的に結合可能な位置に光ファイバ１４が配置されている。第１の端面１６ａと光学的に結合している端部１４ｂは、半導体光増幅器１６の第１の端面１６ａから出射された光を集光可能なように先球加工されたレンズ形状を有している。このため、半導体光増幅器１６と光ファイバ１４との間に別個のレンズを設ける必要がないので、光学的な結合を直接行うことが可能になる。これによって、共振器長が短縮可能であるので、ファイバグレーティングレーザの高周波特性が向上される。
【００３６】
光ファイバ１４には、レンズ形状を有する一端部１４ｂから所定の距離だけ離れたコア部内の位置に回折格子（ファイバグレーティング）１４ａが設けられている。ファイバグレーティングは、本願の整列に使用する波長領域において反射スペクトルを有するように設計される。
【００３７】
光ファイバ１４は、フェルール３２の一端部から他端部に延びる貫通孔に、一端から挿入されて、光ファイバの先端部１４ｂはフェルール３２の他端部から所定の長さだけ突出している。フェルール３２は、光ファイバの先端部１４ｂが突出する端部から所定の距離だけ離れた位置にて第１の支持部材３４に固定されている。フェルール３２は、また、光ファイバ１４が挿入された一端部から所定の距離だけ離れた位置にて第２の支持部材３６に固定されている。第１の支持部材３４および第２の支持部材３６は、第３の支持部材３８よってに空間的に離れた位置に配置される。第３の支持部材３８は、第１の支持部材３４から離間された位置に第２の支持部材３６が配置されることを可能にする。図５（ａ）は、光発生素子および光変調素子を備える半導体光増幅器の斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面における断面図である。
【００３８】
図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照すると、半導体光増幅器１６では、光発生素子４０および光変調素子４２が一体に形成されている。
【００３９】
光発生素子４０は、キャリアが注入されると光を発生し増幅する活性層５４と、活性層５４を挟み活性層５４よりも低い屈折率であるクラッド層５０、５８とを基板上に備える。光発生素子４０は、両側のクラッド層５０、５８から活性層５４にキャリアを注入し反転分布を形成することによって誘導放出光を発生させる発光素子である。
【００４０】
光変調素子４２は、活性層５４と光学的に結合し所定値の電圧が印加されると活性層５４からの光を吸収する吸収層５６を有する。光変調素子４２は、吸収層５６に所定値の電圧を印加することによって活性層５４からの光を変調する。
【００４１】
半導体光増幅器１６は、第１の端面１６ａと、第２の端面１６ｂとを有する。第１の端面１６ａの光反射率は第２の端面の光反射率に比べて小さい。これを実現するために、第１の端面１６ａには低反射膜を形成し、１〜０．１％程度の反射率を達成しているので、ほとんどの光は透過する。一方、第２の端面１６ｂには高反射膜を形成し、８５％以上の反射率を達成している。このため、第１の端面１６ａは光放出面となり、第２の端面１６ｂは光反射面となる。なお、各面は、必要に応じて光反射面および光放出面のいずれかとして形成でき、またこの両者を選択することができる。
【００４２】
半導体光増幅器１６が備える光発生素子４０および光変調素子４２は、引き続いて説明するような構成を含む。光発生素子４０および光変調素子４２は、共に、同一の半導体基板４８上に設けられている。半導体基板４８としては、例えばｎ型ＩｎＰ半導体基板（以下、ｎ−ＩｎＰ基板と記す）を使用することができる。半導体光増幅器１６は、ｎ−ＩｎＰ基板上にｎ型ＩｎＰ半導体バッファ層（図示せず）を備えることもできるけれども、以下、バッファ層を備えないｎ−ＩｎＰ基板を使用する場合について、半導体光増幅器１６の製造方法を説明しながら、光発生素子４０および光変調素子４２の構造について説明する。
【００４３】
半導体光増幅器１６は、ｎ−ＩｎＰ基板上にわたってｎ−ＩｎＰ半導体層をエピタキシャル成長する。ｎ−ＩｎＰ半導体層は、第１のクラッド層５０となる。
【００４４】
引き続いて、第１のクラッド層５０上に活性層及び吸収層を選択的に形成するための絶縁膜マスクをフォトリソグラフィック技術を用いて形成する。
【００４５】
図６には、半導体光増幅器の活性層および吸収層を選択成長によって形成する際に使用されるマスク材６２の平面パターンを示す平面図である。図６を参照すると、活性層及び吸収層が形成されるべき一定の幅の部分（ストライプ部）６２ａが、軸６１に沿って形成されている。この部分６２ａは、絶縁膜が除去された部分である。軸６１は、半導体基板４８の一端面４４から他端面４６に向けて伸びる直線であることができる。図６では、軸６１が一端面４４及び他端面４６と略直交している場合を例示しているけれども、軸６１は一端面４４及び他端面４６と所定の角度にて交差することもできる。
【００４６】
図６に示されたパターンによれば、活性層及び吸収層の形成部分６２ａの両側に隣接して、絶縁層が残される部分（マスク領域）６２ｂがそれぞれ軸６１に沿って延びている。絶縁膜が残存された部分６２ｂの各々に隣接して、絶縁膜が除去された部分６２ｃが設けられている。マスク領域６２ｂの幅を軸６１の方向に直交する方向に関する幅として規定すると、光発生素子４０が形成されるべき部分における幅ｄ1は、光変調素子４２が形成されるべき部分における幅ｄ2より大きくなっている。両素子４１，４２に挟まされた間の領域では、幅はｄ1からｄ2へ連続的に変化している。また、この領域おける組成は、活性層の組成からも吸収層の組成へ緩やかに変化し、バンドギャップも緩やかに変化していく。
【００４７】
このようなマスクを形成して後に、活性層５４及び吸収層５６の形成を同一工程にて行う。活性層５４及び吸収層５６としては、ＯＭＶＰＥ法を用いてアンドープＧａＩｎＡｓＰ半導体を成長する。上記のマスクを用いてＧａＩｎＡｓＰ半導体の成長を行うと、マスク領域の幅が広い方の光発生素子部、及び、マスク領域の幅が狭い方の光変調素子部においては、それぞれ成長されるＧａＩｎＡｓＰ半導体の組成が異なる。このため、一回の成長工程において、バンドギャップＥ1の活性層およびバンドギャップＥ2の吸収層を形成することができる。図６のマスク形状を採用した結果として、活性層５４の部分のバンドギャップＥ1は、吸収層５６の部分のバンドギャップＥ2に比べて小さい。
【００４８】
このように単一の成長工程にて、活性層５４及び吸収層５６の形成を行うようにすれば、それぞれの部分に位置ズレおよび厚みの差が生じることがないので、活性層５４と吸収層５６との光学的な結合を高い効率で再現性よく実現できる。また、光発生素子４０の活性層５４および光変調素子４２の吸収層５６の各々を挟むクラッド層５０、５８を同一の半導体層によって形成するようにすれば、活性層５４と吸収層５６との光学的な結合をさらに強めることが可能である。
【００４９】
次いで、マスク６２を残した状態で、ｐ−ＩｎＰ半導体層を形成する。ｐ−ＩｎＰ半導体層は、マスクの開口部分にのみ選択的に形成される。ｐ−ＩｎＰ半導体層は第２のクラッド層５８になる。第２のクラッド層５８は、第１のクラッド層５０と一緒になって活性層５４及び吸収層５６を挟んでいる。第１のクラッド層５０および第２のクラッド層５８は、活性層５４及び吸収層５６の屈折率に比べてそれぞれ屈折率が小さいので、活性層５４及び吸収層５６に光を閉じ込めるように作用する。第１のクラッド層５０はｎ型半導体から形成され、且つ第２のクラッド層５８はｐ型半導体層から形成されるので、活性層５４を挟んでＰＮダイオードまたはＰＮ接合が形成され、同様に吸収層５６を挟んでＰＮダイオードまたはＰＮ接合が形成される。第１及び第２のクラッド層５０、５８の導電型は、半導体基板４８の導電型と対応して決定される。
【００５０】
続いて、マスク６２を残した状態で、ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ半導体を成長する。ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓ半導体層は、低抵抗のコンタクト層６０となる。このコンタクト層６０は、光発生素子４０および光変調素子４２の境界部分において除去されて、別個のコンタクト部６０ａ、６０ｂとなる。このため、光発生素子４０と光変調素子４２とが、低抵抗な半導体層を介して接続されることが防止される。
【００５１】
この後に、基板４８上にわたって、絶縁膜、例えばＳｉＯ₂膜を形成する。フォトリソグラフィック技術を用いて、コンタクト部６０ａ、６０ｂに対する電気的な接続が成されるべき部分に開口部を有する絶縁膜膜６２を形成する。
【００５２】
引き続いて、この絶縁膜６２上にわたって、電極、例えばＴｉ／Ａｕ電極を形成する。電極は、光発生素子４０に対する電極６４、及び光変調素子４２に対する電極６６からなる。これらの電極６４、６６は、例えばリフトオフ法を用いて形成することができる。
【００５３】
また、基板４８の裏面にわたって、裏面電極６８、例えばＴｉ／Ａｕ電極を形成する。電極は、光発生素子４０に対する電極６４及び光変調素子４２に対して共通の電極として形成することができる。
【００５４】
このように基板４８上に多数の半導体光増幅器が完成された。これをチップに分離すると、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示されたような形状の半導体光増幅器が得られる。
【００５５】
なお、活性層５４および吸収層５６をそれぞれ別個の成長工程において形成することもできる。例えば、活性層５４および吸収層５６の一方の組成の半導体層を成長した後にこれを部分的に除去し、続いて、活性層５４および吸収層５６の他方の組成の半導体層を成長した後に所定部分を残して除去する。このような２回の成長工程を用いることができる。この場合においても、活性層５４の材料となる半導体のバンドギャップＥ1は、吸収層５６の材料となる半導体のバンドギャップＥ2に比べて小さい。
【００５６】
このように単一の成長工程で活性層５４及び吸収層５６を形成しない場合には、それぞれの部分５４、５６の位置ズレおよび厚みの差が生じることがある。両層の接続部部分では結晶学的な境界において屈折および反射は生じるので、この境界を通過する光は広がる傾向を示す。このため、活性層５４及び吸収層５６の光学的な結合が弱まることが考えられる。しかしながら、活性層５４と吸収層５６よりも低い屈折率でありそれぞれ一体に形成されたクラッド層５０、５８によって光発生素子４０および光変調素子４２の各々を挟むようにすれば、活性層５４および吸収層５６の光学的な結合を強めることが可能である。また、活性層５４と吸収層５６との光学的な高い結合を再現性よく実現できる。
【００５７】
このような半導体光増幅器１６の主要部分の厚さを示すと、例えば、
第１のクラッド層：１．０μｍ
活性層：０．２μｍ
吸収層：０．２μｍ
第２のクラッド層：２．０μｍ
となる。
【００５８】
図５（ｂ）を参照しながら、半導体光増幅器１６と、ファイバグレーティングを有する光ファイバ１４とを備える光モジュールの動作について説明する。
【００５９】
光発生素子４０の電極６４には電源７０の正極が接続され、電極６８には電源７０の負極が接続されている。電源７０は、光モジュールにおいてレーザ発振を引き起こすために必要とされる電流を光発生素子４０に加えるための電源である。電源７０は、光発生素子４０の活性層５４を挟むＰＮダイオード部またはＰＮ接合部を順方向にバイアスするので、活性層５４にはそれぞれのクラッド層５０、５８からキャリアが注入される。光発生素子４０は、第１のクラッド層５０および第２のクラッド層５８からキャリアが注入されると、活性層５４において光を発生し増幅する。
【００６０】
光変調素子４２の電極６６には電源７２の負極が接続され、電極６８には電源７２の正極が接続されている。電源７２は、光変調素子４２にパルス電圧を加えるための電源である。電源７２は、光変調素子の吸収層５６を挟むＰＮダイオード部またはＰＮ接合部を逆方向にバイアスするので、第１のクラッド層５０および第２のクラッド層５８から電圧が加えられる吸収層５６は空乏化する。空乏化した吸収層５６には、印加された電圧に応じた電界が生じる。吸収層５６に所定の電界が生じると、フランツ−ケルディシュ（Frantz-Keldysh）効果によって吸収層５６の基礎吸収端スペクトルが変化する。この効果は吸収層５６に１０⁺⁴Ｖ／ｃｍ程度の電界が生じると、顕著に観測されるようになる。このため、例えば厚さ１μｍの吸収層に対しては、１０Ｖの電圧を加えることによって実現され、１００ｎｍ程度の吸収層では、数ボルト程度の電圧で足りる。このような電圧値は、光モジュールにおいて取扱い可能な電圧値である。なお、この程度の電圧でれば、第２のクラッド層５８を介して電源７０と電源７２との間に電流が流れるけれども、半導体増幅器１６の動作する上でその影響は小さいと考えられる。
【００６１】
また、半導体レーザ、または半導体光増幅器を数ＧＨｚの周波数で直接に変調する場合には、通常、数ｍＡ程度の大きな電流を変調信号に応じて切り替える必要がある。ところが、光変調素子４２は、光発生素子４０にような電流を消費することはない。このため、電源７２からの電流は非常に小さい値である。光変調素子４２は電流を殆ど消費しないので、電流の切り替えに伴う電磁誘導雑音も低減される。さらに、上記のような数ｍＡ程度の大きな電流の切り替えを考慮する必要がないので、配線基板および半導体基板上の導電層のパターンに課される制約も少なくできる。
【００６２】
図７は、電界が印加されたときの吸収層５６における光吸収率とエネルギとの関係を示す特性図である。図７を参照すると、横軸のエネルギ値Ｅg1から立ち上がる実線は、電界が存在しない場合の吸収特性であり、エネルギ値Ｅg2から立ち上がる破線は、電界が存在する場合の吸収特性（電界吸収特性）である。
【００６３】
このように、フランツ−ケルディシュ効果によって吸収層５６の基礎吸収端スペクトルが変化するので、このスペクトル変化の範囲内に活性層５４から受ける光の波長λ0が含まれるようにすれば、活性層５４からの光は、電源７２から所定の電圧が印加されると吸収層５６において吸収される。つまり、電界を印加することによって吸収層５６のバンドギャップ値を活性層５４のバンドギャップの値より小さくすれば、活性層５４からの光は、吸収層５６の電界吸収による基礎吸収端の変化に応じて変調される。このような電界吸収による吸収率は１０^-2〜１０^-3程度の値であるけれども、吸収層５６の長さを十分にとれば所望の吸収特性が実現される。
【００６４】
以上、説明したような構成を有するファイバグレーティング光モジュールは、活性層５４を有する光発生素子４０、活性層５４と光学的に結合する吸収層５６を有する光変調素子４２、を同一基板４８に有する半導体光増幅器１６と、半導体光増幅器１６の光放出面４４と光学的に結合する第１の端部１４ｂ、ファイバグレーティング１４ａ、を有する光ファイバ１４とを備え、半導体光増幅器１６の光反射面４６およびファイバグレーティング１４ａは、光共振器を形成している。
【００６５】
図５（ｂ）を参照しながら、この光モジュールの動作について説明する。光発生素子４０に電圧が印加され活性層５４にキャリアが注入されると、活性層５４において光Ａ、Ｃが発生される。光Ａは光反射面４６に向かい反射光Ｂとなり、伝搬光Ｃと同様に活性層５４を伝搬して吸収層５６に達する。
【００６６】
吸収層５６に電圧が印加されていないため電界が発生していないときは、伝搬光Ｂ、Ｃは、吸収層５６を伝搬して光放出面４４に達し、光放出面４４から放出され放出光Ｄとなる。放出光Ｄは光ファイバ１４の先端１４ａに達すると、光Ｅとしてコア部に導入される。光Ｅは、ファイバグレーティング１４ａに達すると、一部は反射光Ｆとなる残りは透過光Ｇとなる。反射光Ｆは、光ファイバ１４の先端１４ｂからの放出光Ｈとなり、光放出面４４に到達すると吸収層５６を導入され伝搬する光Ｉとなる。伝搬光Ｉは、活性層５４に到達すると、活性層５４において光を誘導放出させる。このようにして光モジュールにおいてレーザ光が発生される。
【００６７】
一方、吸収層５６に十分な強度の電界（１０⁺⁴Ｖ／ｃｍ）が印加されていると、吸収層５６に到達した光は、吸収層５６を伝搬するにつれて電界吸収によって減衰する。この光は、十分な長さの吸収層５６を伝搬するうちに実質的に消失してしまう。
【００６８】
このようなファイバグレーティング光モジュールでは、半導体光増幅器１６が光発生素子４０および光変調素子４２を同一基板上に有するので、光発生素子４０の活性層５４に存在するキャリア密度は光変調素子４２に加えられる変調信号に依存しない。このため、変調信号に依存したキャリア密度の変化に基づく屈折率の変動が活性層５４に生じないので、この変調に基づくチャーピングは低減される。
【００６９】
詳述すれば、半導体層の屈折率は、そのキャリア数に依存する。キャリア数が増加すれば屈折率は低下するので、光共振器は等価的に短くなって、光モジュールの発光波長は、短波長へシフトする。周波数の低い変調動作においては、キャリア数が光共振器長を実効的に変化させるほど変化させることはない。これは、半導体レーザに閾値以上の電流（キャリア）を加えたとしても、変調周波数に比べて十分に短い時間で光に変換されてしまうからである。
【００７０】
一方、ファイバグレーティングを有する光モジュールでは、光共振器長が、例えば半導体レーザの光共振器長に比べて長くなるので、光共振器内に発生された光がこの共振器間を伝搬して位相条件が揃うまでの時間は長くなる。故に、この位相条件が揃うまでの間に注入電流が変化してしまうと、位相条件が揃う程度の時間で電流が変化する。これはキャリア数の変化を意味する。したがって、このような変化は、発光スペクトルにチャーピングを引き起こす。
【００７１】
しかしながら、本発明においては、光発生素子では、キャリア数の変化はない。また、光変調素子でも吸収層には逆バイアスが印加されているので、キャリア数の変化はない。したがって、半導体光増幅器が備えるいずれの素子も、発光スペクトルにおけるチャーピングを生じないように作用する。図８は、半導体光増幅器１６に加えられる入力Ｖ1、Ｖ2と、半導体光増幅器１６から発生される光出力Ｉ0との関係を示す特性図である。
【００７２】
図８を参照すると、光発生素子４０には、時刻ｔ1において電圧Ｖ1ボルトが加えられ、一定値が保たれるので、光発生素子４０の活性層では光が発生される。時刻ｔ1からｔ2の期間には、変調信号ロウ（Ｌ）が与えられるので、光変調素子４２には電圧０ボルトが加えられる。このため、光変調素子４２の吸収層では、活性層から入力された光の吸収は起こらないので、変調光出力には、光強度Ｉ0が得られる。
【００７３】
時刻ｔ2からｔ3の期間には、変調信号ハイ（Ｈ）が与えられるので、光変調素子４２には電圧Ｖ２ボルトが加えられる。このため、光変調素子４２の吸収層では、活性層から入力された光の吸収が生じるので、変調光出力には、光強度Ｉ0より弱いＩ1が得られる。吸収層において十分な量の光吸収が生じれば、Ｉ1は実質的にゼロになる。
【００７４】
時刻ｔ4において、光発生素子に加えられている電圧が切断されて０ボルトになると、変調光出力の強度もゼロになる。この後には、時刻ｔ5からｔ6の期間には、変調信号ハイ（Ｈ）が与えられて、光変調素子４２には電圧Ｖ２ボルトが加えられ吸収層は光を吸収可能であるけれども、光発生素子４０から光が入力されない。時刻ｔ6からｔ7の期間には、変調信号ロウ（Ｌ）が与えられて、光変調素子４２には電圧０ボルトが加えられ吸収層は光を透過可能であるけれども、光発生素子４０から光が入力されないので、変調光出力はゼロになる。
【００７５】
このように、時刻ｔ1からｔ4の期間において変調光出力は、光変調素子への入力に応じて変更されるけれども、光発生素子に加えられている電圧は一定であるので、活性層のキャリア密度に変化はない。このため、すでに説明したように、変調光出力にチャーピングは生じない。
【００７６】
図９は、別の構造を備える半導体光増幅器の、図５（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面に相当する断面図である。図９を参照すると、図５と比べると、コンタクト層６０ａ、６０ｂのみではなく第２のクラッド層も光発生素子４０と光変調素子４２とのそれぞれに対して別個に形成されている。
【００７７】
吸収層５６は、第１のクラッド層５０および第２のクラッド層５９ａによって挟まれている。活性層５４は、第１のクラッド層５０および第３のクラッド層５９ｂによって挟まれている。第１のクラッド層５０、第２のクラッド層５９ａおよび第３のクラッド層５９ｂの屈折率は、活性層５４及び吸収層５６の屈折率に比べてそれぞれ小さいので、これらのクラッド層５０、５９ａ、５９ｂは、活性層５４及び吸収層５６に光を閉じ込めるように作用する。第１のクラッド層５０はｎ型半導体から形成され、且つ第２のクラッド層５９ａおよび第３のクラッド５９ｂはｐ型半導体層から形成されるので、活性層５４を挟んでＰ型およびＮ型半導体層が対面し、同様に吸収層５６を挟んでＰ型およびＮ型半導体層が対面している。本実施の形態では、ＰＮ接合ダイオードのアノードは電気的に絶縁されているが、カソードを絶縁することもできる。
【００７８】
このように、第２のクラッド層５９ａが第３のクラッド層５９ｂと電気的に絶縁されているので、光変調素子４２に加えられる電圧が光発生素子４０に与える影響をさらに低減することができる。
【００７９】
この後に、基板４８上にわたって、絶縁膜、例えばＳｉＯ₂膜を形成する。絶縁膜上にはレジスト材が塗布され、フォトリソグラフィック技術を用いて、コンタクト部６０ａ、６０ｂに対する電気的な接続が成されるべき部分に開口部を有するパターンをレジスト材に転写した後に、レジストが除去された部分の絶縁膜を除去して、絶縁膜６２を形成する。絶縁膜６２は、コンタクト層６０及びｐ−ＩｎＰ半導体層５９を２種の素子の間で分離することによって現れたコンタクト部６０ａ、６０ｂの側面、第２のクラッド層５９ａおよび第３のクラッド層５９ｂの側面、並びに活性層５４及び吸収層５６の接続部、を覆っている。
【００８０】
なお、半導体光増幅器が、それぞれ別個に形成された活性層５４および吸収層５６上に設けられる半導体層として、分離されたクラッド層５９ａ、５９ｂを備えるようにすることもできる。
【００８１】
以上説明したように、実施の形態において示した光源は、光ファイバ１４と、半導体光増幅器１６とを備える。半導体光増幅器１６は、キャリアが注入されると光を発生する活性層を有する光発生素子、活性層に光学的に結合され所定値の電圧が印加されると光を吸収し活性層からの光を変調する吸収層を有する光変調素子、を同一基板に有し、且つ活性層からの光を反射する光反射面および吸収層からの光を放出する光放出面を有する。光ファイバは、光放出面と光学的に結合する第１の端部、この第１の端部から所定の距離に設けられたファイバグレーティング、を有する。
【００８２】
このようなファイバグレーティング光モジュールでは、ファイバグレーティングを有する光ファイバの一端部が半導体光増幅器の光放出面と光学的に結合しているので、半導体光増幅器の光反射面とファイバグレーティングとから光共振器が形成される。また、半導体光増幅器が別個の光発生素子および光変調素子を同一基板上に有するので、光発生素子の活性層に存在するキャリア密度は光変調素子に加えられる変調信号に依存しない。
【００８３】
このため、変調信号に依存したキャリア密度の変化に基づく屈折率の変動が活性層に生じないので、キャリア密度の変調に基づくチャーピングは低減される。
【００８４】
したがって、信号による変調によって引き起こされるチャーピングが低減されたファイバグレーティング光モジュールを提供される。
【００８５】
図１０（ａ）〜図１３（ｂ）は、様々な構成の光モジュールを示す模式図である。このような構成の光モジュールが備えるハウジングおよびチップキャリア等については、図３および図４に示されたものと同一または類似のものが使用できるので、詳細な説明は省略する。図１０（ａ）〜図１３（ｂ）に示された矢印は、図５（ｂ）と同様に光の進行、反射および透過を示す。
【００８６】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、既に詳細に説明した光源（ファイバグレーティング光モジュール１）の構成を示した模式図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照すると、光源は、所定の軸２０に沿って、半導体光増幅器１６と、半導体光増幅器１６の光放出面１６ａと光学的に結合する一端部１４ｂを有する光ファイバ１４とを有する。半導体光増幅器１６の光反射面１６ｂと、光ファイバ１４が有する回折格子１４ａとが光共振器を構成する。半導体光増幅器１６は、光発生素子４０および光変調素子４２を備える。図１０（ａ）および図１０（ｂ）の構成上の差は、光共振器内における光変調素子４２の位置である。レーザ発振した光は、光ファイバ１４を介して取り出される。
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、本発明に係わるＷＤＭ通信システムに好適な別の光源の構成を示した模式図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）を参照すると、光源は、所定の軸２０に沿って、回折格子１５ａを有する光ファイバ１５と、光ファイバ１５の一端部１５ｂと光学的に結合する光放出面１６ａを有する半導体光増幅器１６と、を有する。レーザ発振した光は、半導体光増幅器１６の光半透過面１６ｃを介して取り出すことができる。ＷＤＭ通信システム用の光源は、光半透過面１６ｃと光学的に結合する端部１９ａを有する光ファイバ１９を更に備えることが好適である。光共振器は、半導体光増幅器１６の光半透過面１６ｃと、光ファイバ１５が有する回折格子１５ａとから構成される。光半透過面１６ｃは、受けた光の一部を反射し残りを透過する特性を有する。図１１（ａ）および図１１（ｂ）の構成上の差は、光共振器内における光変調素子４２の位置である。半導体光増幅器１６と光ファイバ１９との間には、光を一方向（図中の矢印の方向）のみに通過できる光アイソレータ２１を設けることできる。このようにすると、戻り光を遮断できる。なお、光半透過膜１６ｃは、半導体光増幅器１６が発生した光の一部を透過できる。光半透過膜１６ｃの光反射率は、光放出面１６ａより大きく、光反射面１６ｂより小さい。
【００８７】
図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、本発明に係わるＷＤＭ通信システムに好適な光源の構成を示した模式図である。図１２（ａ）を参照すると、光源は、所定の軸２０に沿って、回折格子１５ａを有する光ファイバ１５と、光ファイバ１５の一端部１５ｂと光学的に結合する光放出面１７ａを有する半導体光増幅器１７と、半導体光増幅器１７の光半透過面１７ｃと光学的に結合する平面導波路変調素子８０と、を有する。光共振器は、半導体光増幅器１７の光半透過面１７ｃと、光ファイバ１５が有する回折格子１５ａとから構成される。レーザ発振した光は、平面導波路変調素子８０の出力を介して取り出すことができる。このようなＷＤＭ通信システム用の光源は、平面導波路変調素子８０の出力と光学的に結合する端部１９ａを有する光ファイバ１９を更に備えることが好適である。半導体光増幅器１７と平面導波路変調素子８０との間、および平面導波路変調素子８０と光ファイバ１９との間、のいずれかに、戻り光を遮断するために光アイソレータ２１を設けることできる。
【００８８】
図１２（ｂ）を参照すると、光源は、所定の軸２０に沿って、回折格子１５ａを有する光ファイバ１５と、光ファイバ１５の一端部１５ｂと光学的に結合する平面導波路変調素子８０と、平面導波路変調素子８０と光学的に結合する光放出面１７ａを有する半導体光増幅器１７と、を有する。光共振器は、半導体光増幅器１７の光半透過面１７ｃと、光ファイバ１５が有する回折格子１５ａとから構成される。レーザ発振した光は、半導体光増幅器１７の光半透過面１７ｃを介して取り出すことができる。このようなＷＤＭ通信システム用の光源は、半導体光増幅器１７の光半透過面１７ｃと光学的に結合する端部１９ａを有する光ファイバ１９を更に備えることが好適である。
【００８９】
図１２（ｃ）を参照すると、光源は、所定の軸２０に沿って、光反射面１７ｂを有する半導体光増幅器１６と、半導体光増幅器１７の光放出面１７ａと光学的に結合する端部２３ｂおよび回折格子２３ａを有する光ファイバ２３と、光ファイバ２３の一端部２３ｃと光学的に結合する平面導波路変調素子８０と、を有する。光共振器は、半導体光増幅器１７の光反射面１７ｂと、光ファイバ２３が有する回折格子２３ａとから構成される。レーザ発振した光は、平面導波路変調素子８０の出力を介して取り出すことができる。このようなＷＤＭ通信システム用の光源は、平面導波路変調素子８０の出力と光学的に結合する端部１９ａを有する光ファイバ１９を更に備えることが好適である。光ファイバ２３と平面導波路変調素子８０との間、及び平面導波路変調素子８０と光ファイバ１９との間、のいずれかに、戻り光を遮断するための光アイソレータ２１を設けることできる。
【００９０】
図１２（ｄ）を参照すると、光源は、所定の軸２０に沿って、光反射面１７ｂを有する半導体光増幅器１７と、半導体光増幅器１７の光放出面１７ａと光学的に結合する平面導波路変調素子８０と、回折格子１４ａを有し平面導波路変調素子８０と光学的に結合する光ファイバ１４と、を有する。光共振器は、半導体光増幅器１７の光反射面１７ｂと、光ファイバ１４が有する回折格子１４ａとから構成される。レーザ発振した光は、光ファイバ１４を介して取り出すことができる。
【００９１】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、ＷＤＭ通信システムに好適な光源の構成を示した模式図である。図１３（ａ）および図１３（ｂ）を参照すると、光源は、所定の軸２０に沿って、光反射面１７ｂを有する半導体光増幅器１７と、半導体光増幅器１７の光放出面１７ａと光学的に結合し回折格子８８を有する波長選択性光反射器９０と、を有する。光共振器は、半導体光増幅器１７の光反射面１７ｂと、波長選択性光反射器９０の回折格子８８とから構成される。このようなＷＤＭ通信システム用の光源は、波長選択性光反射器９０の出力と光学的に結合する端部１９ａを有する光ファイバ１９を更に備えることが好適である。レーザ発振した光は、光ファイバ１９を介して取り出すことができる。図１３（ｂ）では、光共振器内に変調素子８０が設けられている。一方、図１３（ａ）では、光共振器の外側に、変調素子８０が設けられている。変調素子８０は、図１４（ｃ）に示すように波長選択性光反射器９０に設けられている。
【００９２】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１２（ａ）、図１２（ｃ）、図１３（ａ）、および図１３（ｂ）に示された光源は、光共振器を構成するための反射手段を備えた２つの光学デバイスから光共振器が形成されるので、光共振器長を短くできる。また、このような光源は、半導体光増幅器１６、１７の発光状態を監視するためのモニタ用フォトダイオードを備えることができる。なお、半導体光増幅器１６、１７、平面導波路変調素子８０、および波長選択性光反射器９０と光学的に結合する光ファイバ端部１５ｂ、１９ａは、光ファイバ１４の端部１４ｂと同様に、必要に応じて先球加工されレンズ化端部を有することができる。
【００９３】
半導体光増幅器１６、１７、平面導波路変調素子８０、波長選択性光反射器９０、光ファイバ１９、ファイバグレーティングが設けられた光ファイバ１４、１５，２３、およびアイソレータ２１は、図３および図４に示された搭載部材２４上に配置され、または取り付けられることが可能である。このとき、光ファイバ１４，１５，１９、２３は、必要に応じてフェルール等の支持部材を介して固定されることができる。
【００９４】
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、平面導波路変調素子８０、波長選択性光反射器９０を示す斜視図である。これらの平面導波路変調素子８０、波長選択性光反射器９０は、マッハツエンダ型変調器である。
【００９５】
図１４（ａ）を参照すると、平面導波路変調素子８０は、平面導波路８２と、平面導波路８２の両端に設けられた入力８２ａおよび出力８２ｂと、平面導波路８２ｃを挟む二つの電極８３ａ、８３ｂとを備える。平面導波路８２は、ＬｉＮｂＯ₃といった電気光学結晶基板８１上にＴｉを導入することによって形成される。平面導波路変調素子８０は、この電極間８３ａ、８３ｂに所定の電圧φを印加し、この導波路部分の屈折率を変えることによって導波路内を通過する光量を変調する。
【００９６】
平面導波路への入射光をＹ分岐カプラで２分岐８２ｃ、８２ｄする。この後、一方を導波路８２ｃのみ電界を印加し光の位相を１８０゜変え、その後に再度合波する。電界が印加されたときは、一方の導波路８２ｃからの光と、他方の導波路８２ｄからの光は位相が互いに１８０゜異なっているので相互に打ち消し合う。電界が印加されない場合には、単に入射光を二分岐させ、再び両方の光を合波しただけなので、損失がないと仮定すれば入射光強度を保持した状態となる。このように電気光学結晶に電界を印加すると、その屈折率が変化する。この電界が導波路間に加えられると、導波される光の位相を変えることができる。したがって、電界の有無に応じて出射光を変調することが可能になる。また、印加される電界強度に応じて位相の変化量も変えることができる。
【００９７】
図１４（ｂ）を参照すると、平面導波路への入射光をＹ分岐カプラで２分岐８２ｃ、８２ｄする。この後、一方の導波路８２ｃに電極８５ａ、８５ｂから電源φ1によって電界を印加する。他方の導波路８２ｄに電極８５ｂ、８５ｃから電源φ2によって電界を印加する。電源φ1、φ2の位相および振幅を調整して、両導波路の光の位相が相対的に１８０゜変わるようにする。その後に再度合波すると、電界が印加されたときは、一方の導波路８２ｃからの光と他方の導波路８２ｄからの光とは位相が互いに１８０゜異なっているので相互に打ち消し合い、また、電界が印加されない場合には、単に入射光を二分岐させ、再び両方の光を合波しただけなので、入射光強度を保持する。
【００９８】
この場合において、変調器に印加する信号は光発生素子と全く独立な信号を印加できる。光発生素子は完全に直流動作できるので、光発生素子内の余剰キャリアに基づく屈折率の変化は全く誘起しない。このため、このような光源において、余剰キャリアに基づく出射光のチャープ現象は生じない。図１４（ｃ）は、波長選択性光反射器９０を示す斜視図である。図１４（ｃ）を参照すると、波長選択性光反射器９０は、平面導波路変調素子８０に加えて、導波路８２に沿って設けられた回折格子８８を同一基板８１に備える。このように、平面導波路８２中に回折格子８８を設ければ、回折格子８８と平面導波路変調素子８０と同一の電気光学結晶上に一体に集積できる。故に、小型の波長選択性光反射器９０が得られる。このような回折格子８８としては、基板表面にエッチングによって形成されたレリーフ型グレーティングとして、またＴｉ濃度を空間的に変調することによって形成される屈折率変調部が設けられた屈折率変調型グレーティングとして、それぞれ実現できる。
【００９９】
図１５は、光発生素子４０を備える半導体光増幅器１７の断面図であり、図５（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面に相当する。図１５の半導体光増幅器１７は、半導体光増幅器１７が光増幅素子４０のみを有する点を除いて、図５（ｂ）に示された半導体光増幅器１６と同じである。このため、図１５において、図５（ｂ）の対応する部分には同一の符号を付している。
【０１００】
【発明の効果】
以上、図面を参照しながら詳細に説明したように、本発明に係わるＷＤＭ通信システムでは、半導体光増幅器および波長選択性光反射手段が光共振器を形成するようにしたので、レーザ発振波長は波長選択性光反射手段によって決定される。このため、光共振器は、半導体光増幅器とは別個に設定され、この波長が半導体光増幅器の作製中に決定されることはない。また、異なる波長の光を反射する波長選択性光反射手段を用いれば、レーザ発振波長を変更することができる。更に、波長選択性光反射手段の反射スペクトルに応じた発振波長スペクトルが実現される。
【０１０１】
したがって、発振波長の設定が容易で、狭スペクトルであり、チャーピング現象が低減された光源を用いたＷＤＭ通信システム及びその光源が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、波長多重分割（ＷＤＭ）通信システムの構成図である。
【図２】図２（ａ）は光分波器の構成図であり、図２（ｂ）は光合波器の構成図である。
【図３】図３は、ファイバグレーティング光モジュールの斜視図であり、その内部の様子が明らかになるように一部破断図になっている。
【図４】図４は、図３のＩ−Ｉ断面における断面図である。
【図５】図５（ａ）は光発生素子および光変調素子を備える半導体光増幅器の斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面における断面図である。
【図６】図６は、半導体光増幅器の活性層および吸収層を選択成長によって形成する際に使用される平面パターンを示す平面図である。
【図７】図７は、電界が印加されたときの吸収層における光吸収率と光のエネルギとの関係を示す特性図である。
【図８】図８は、半導体光増幅器に加えられる入力と、半導体光増幅器から発生される光出力との関係を示す特性図である。
【図９】図９は、別の構造を備える半導体光増幅器の、図５（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面に相当する断面図である。
【図１０】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、既に詳細に説明した光源の構成を示した模式図である。
【図１１】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、ＷＤＭ通信システムに好適な別の光源の構成を示した模式図である。
【図１２】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、ＷＤＭ通信システムに好適な光源の構成を示した模式図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、ＷＤＭ通信システムに好適な光源の構成を示した模式図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は、平面導波路変調素子及び波長選択性光反射器を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、光発生素子を備える半導体光増幅器の断面図であり、図５（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面に相当する。
【符号の説明】
１…光源、２…光受信器、４…光伝送路、７…合波器、９…分波器、１４、１５、１９、２３…光ファイバ、１６、１７…半導体光増幅器、２１…光アイソレータ、４０…光発生素子、４２…光変調素子、４８…半導体基板、５０…第１のクラッド層、５４…活性層、５６…吸収層、５８…第２のクラッド層、５９…第２のクラッド層、６０…コンタクト層、６２…マスク材、６０ａ、６０ｂ…コンタクト部、６２…絶縁膜、６４、６６、６８…電極、７０、７２…電源、８０…平面導波路変調素子、９０…波長選択性光反射器

Claims

波長分割多重（ＷＤＭ）通信システムであって、
ＷＤＭ通信のためのそれぞれ異なる波長の光を発生する複数の光源と、前記複数の光源によって発生された光の各々に対応した波長の光を受けるＷＤＭ通信のための複数の光受信器と、前記複数の光源と合波器を介して光学的に結合された第１の端部及び前記複数の光受信器と分波器を介して光学的に結合された第２の端部を有する光伝送路と、を備え、
前記複数の光源の各々は、電流を受けると所定波長の光を発生する半導体光増幅器と、波長選択的に光を反射するための波長選択性光反射手段、および前記半導体光増幅器で発生された所定波長の光を電気信号に応じて変調するための変調手段、を有し、前記半導体光増幅器および前記波長選択性光反射手段は光共振器を形成するように設けられており、
前記変調手段は、前記電気信号に応じて引き起こされた電界吸収を利用して前記所定波長の光を吸収することによって前記所定波長の光を変調する電界吸収素子を有しており、
前記電界吸収素子は、この電界吸収素子への入射光の光強度を変調し、
前記電界吸収素子は、前記半導体光増幅器と一体であり、
前記波長選択性光反射手段はファイバグレーティングを有し、
前記電界吸収素子は、前記光共振器内にある、ことを特徴とする波長分割多重通信システム。
波長分割多重（ＷＤＭ）通信システムであって、
ＷＤＭ通信のためのそれぞれ異なる波長の光を発生する複数の光源と、前記複数の光源によって発生された光の各々に対応した波長の光を受けるＷＤＭ通信のための複数の光受信器と、前記複数の光源と合波器を介して光学的に結合された第１の端部及び前記複数の光受信器と分波器を介して光学的に結合された第２の端部を有する光伝送路と、を備え、
前記複数の光源の各々は、電流を受けると所定波長の光を発生する半導体光増幅器と、波長選択的に光を反射するための波長選択性光反射手段、および前記半導体光増幅器で発生された所定波長の光を電気信号に応じて変調するための変調手段、を有し、前記半導体光増幅器および前記波長選択性光反射手段は光共振器を形成するように設けられており、
前記変調手段は、電気光学結晶基板に設けられた導波路を通過する光を前記電気信号に応じて変調する導波路変調素子を有し、
前記波長選択性光反射手段は前記電気光学結晶基板に設けられた導波路に形成された回折格子を有し、
前記導波路変調素子および前記回折格子は前記電気光学結晶基板に設けられており、
前記導波路変調素子は、この導波路変調素子への入射光の光強度を変調し、
前記導波路変調素子は前記光共振器内にある、ことを特徴とする波長分割多重通信システム。
波長分割多重（ＷＤＭ）通信システムのための光源であって、
電流を受けると所定波長の光を発生する半導体光増幅器、前記所定波長の光を電気信号に応じて変調するための変調手段、及び波長選択的に光を反射するための波長選択性光反射手段を有し、前記半導体光増幅器および前記波長選択性光反射手段は光共振器を形成するように設けられており、
前記変調手段は、前記電気信号に応じて引き起こされた電界吸収を利用して前記所定波長の光を吸収することによって前記所定波長の光を変調する電界吸収素子を有し、
前記電界吸収素子は、この電界吸収素子への入射光の光強度を変調し、
前記電界吸収素子は、前記半導体光増幅器と一体であり、
前記波長選択性光反射手段はファイバグレーティングを有し、
前記電界吸収素子は前記光共振器内にある、ことを特徴とする光源。
波長分割多重（ＷＤＭ）通信システムのための光源であって、
電流を受けると所定波長の光を発生する半導体光増幅器、前記所定波長の光を電気信号に応じて変調するための変調手段、及び波長選択的に光を反射するための波長選択性光反射手段を有し、前記半導体光増幅器および前記波長選択性光反射手段は光共振器を形成するように設けられており、
前記変調手段は、電気光学結晶基板に設けられた導波路を通過する光を前記電気信号に応じて変調する導波路変調素子を有しており、
前記波長選択性光反射手段は前記電気光学結晶基板に設けられた導波路上の回折格子を有しており、
前記導波路変調素子および前記回折格子は前記電気光学結晶基板に設けられており、
前記導波路変調素子は、この導波路変調素子への入射光の光強度を変調し、
前記導波路変調素子は前記光共振器内にある、ことを特徴とする光源。