JPH085849A

JPH085849A - 導波路型光素子

Info

Publication number: JPH085849A
Application number: JP13765994A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shibata; 泰夫柴田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】内部に回折格子を有する導波路型光素子に関
し、回折格子の結合係数κに分布をもたせ、かつ少なく
とも回折格子として働く部分の導波路全体にわたり等価
屈折率ｎ_eqを一定にする。【構成】回折格子と非回折格子領域を交互に配置し、
それらの長さの比を導波路に沿って変化させる。また、
回折格子が形成されたコア層またはカイド層の平均的な
厚さと、非回折格子領域のコア層またはカイド層の厚さ
を等しくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部に回折格子を有す
る導波路型光素子に関する。特に、導波路型の波長フィ
ルタ、あるいは分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレー
ザ）や分布ブラッグ反射型半導体レーザ（ＤＢＲレー
ザ）に適用される導波路型光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の導波路型の波長フィル
タの構成を示す。(a) は斜視図、(b)はＡ−Ａ′断面図
である。図において、InP 構成の基板１１上に、InGaAs
P 構成のコア層１２、断面が凸型に形成されたInP 構成
のクラッド層１３が積層され、導波路構造になってい
る。１４はコア層１２とクラッド層１３の界面に形成さ
れた周期Λ、凹凸の深さｄの回折格子である。

【０００３】この波長フィルタの動作について説明す
る。信号光は素子端面からコア層１２に入射される。こ
こで、光の横方向の閉じ込めはクラッド層１３の厚さの
差により達成される。信号光は、導波路を伝搬するにつ
れてコア層１２とクラッド層１３の界面に形成された回
折格子１４と相互作用する。相互作用する光の波長（ブ
ラッグ波長）λ_Bは、回折格子１４の周期Λおよび次数
ｑ、導波路の等価屈折率ｎ_eqにより決定され、 λ_B＝２ｎ_eqΛ／ｑ …(1) で与えられる。

【０００４】一方、回折格子１４による反射スペクトル
ｇ(s) は、信号光と回折格子１４との相互作用の強さを
表す結合係数κおよび回折格子１４の長さＬにより決定
され、

【０００５】

【数１】

【０００６】で与えられる。この式は、回折格子１４に
よる反射スペクトルの形状が結合係数κのフーリエ変換
で表されることを示している。結合係数κは、コア層１
２とクラッド層１３の屈折率差、回折格子１４の深さｄ
および次数ｑにより決定され、例えば屈折率差を大きく
したとき、あるいは深さｄを深くしたときに結合係数κ
は大きくなる。また、次数ｑを高くすれば結合係数κは
小さくなる。

【０００７】ここで、回折格子１４の深さｄと周期Λが
一定の回折格子では、結合係数κの分布κ(x) は、

【０００８】

【数２】

【０００９】のような矩形関数となる。したがって、反
射スペクトルの形状は、矩形関数のフーリエ変換である
sinc関数となることがわかる。sinc関数は多数の極大値
をもつので、図１２に示すように反射スペクトルの形状
は多数のピークをもつ。なお、ブラッグ波長λ_B以外の
ピークは一般にサイドローブと呼ばれている。このサイ
ドローブは、波長フィルタの消光比を劣化させるので抑
圧が必要である。サイドローブの抑圧は、式(2) より結
合係数κに分布をもたせればよいことがわかる。

【００１０】ところで、均一な結合係数κを有する回折
格子を用いた素子としては、他にＤＦＢレーザがある。
通常、ＤＦＢレーザは単一モード発振の確率を高めるた
めに、共振器の中央近傍に回折格子の位相を反転させる
λ／４シフト部をもつ。この位相シフトＤＦＢレーザが
発振状態にあるときの共振器内における光の電界強度分
布は、λ／４シフト部でピークをもち、そこから離れる
につれて単調に減少し、その最大部と最小部の強度比は
５倍以上に達する。電界強度が高い領域では誘導放出速
度が大きくなり、キャリア密度が低下する。このキャリ
ア分布のくぼみ（ホールバーニング）が生じると、局部
的に利得の小さい領域が生じてレーザ発振が不安定にな
り、発振スペクトル線幅が広がってしまう。これは、コ
ヒーレント光通信におけるＳＮ比の劣化につながる大き
な問題である。

【００１１】一方、従来の位相シフトＤＦＢレーザで
は、３電極構造にしてλ／４シフト部の注入電流を制御
し、ホールバーニングを補償することによって良好な周
波数変調特性が得られている。しかし、光の電界強度分
布が回折格子の結合係数κによって一意的に決まるの
で、周波数変調効率をさらに向上させることは困難であ
った。

【００１２】図１３は、結合係数κに分布をもたせた位
相シフトＤＦＢレーザの断面構造を示す。これは、1992
年応用物理学会春季全国大会予稿集30a-SF-8に発表され
たものである。

【００１３】図において、ｎ型InP 基板２１上に、InGa
AsP のガイド層２２、InGaAs／InGaAsP 多重量子井戸構
造の活性層２３、InGaAsP のガイド層２４、ｐ型InP の
クラッド層２５、ｐ型InGaAsP のコンタクト層２６を積
層し、両面にｎ電極２７とｐ電極２８ａ，２８ｂ，２８
ｃが形成される。２９ａ，２９ｂ，２９ｃはガイド層２
４とクラッド層２５との界面に形成された回折格子であ
り、共振器の中央部にλ／４シフト部３０が形成されて
いる。また、中央の回折格子２９ｂを深く、両端の回折
格子２９ａ，２９ｃを浅くしている。これにより、中央
部で強いホールバーニングが生じ、電極２８ｂから注入
する電流によってホールバーニングを効率よく制御する
ことができるので、周波数変調効率の改善が可能になっ
ている。

【００１４】しかし、この回折格子の深さｄを変える構
造は、結合係数κに分布ができると同時に、ブラッグ波
長にも分布が生じる。これは、回折格子の深さｄを変化
させたことによりガイド層２４の平均膜厚が変化し、そ
の結果、導波路の等価屈折率ｎ_eqが変化したためであ
る。導波路の等価屈折率ｎ_eqが変化すると、式(1) より
明らかなようにブラッグ波長λ_Bにも分布が生じる。

【００１５】このような結合係数κとブラッグ波長λ_B
が同時に変化する導波路を波長フィルタとして用いる
と、その反射スペクトルは図１４に示すようになる。す
なわち、サイドローブが−７dBあり、図１２に示した均
一な結合係数κを有する回折格子を用いた波長フィルタ
の反射スペクトルと大差はない。したがって、結合係数
κとブラッグ波長λ_Bが同時に変化する構造では、位相
シフトＤＦＢレーザの周波数変調効率の改善には効果が
あるものの、波長フィルタとしての特性の改善にはまっ
たく効果がないことがかわる。

【００１６】この位相シフトＤＦＢレーザの場合には、
回折格子の深さｄを変えることにより結合係数κに分布
をもたせた構成になっている。この他にも、結合係数κ
に分布をもたせる方法が種々提案されている。例えば、
導波路に沿って回折格子の次数を変化させる構成（特
開平2-28984 号公報，特開平3-76291 号の公報）、導
波路に沿って回折格子の周期を変化させる構成（特開平
3-150890号公報）、導波路に沿って回折格子の山と谷
の比および深さを変化させる構成（特開平3-110884号公
報，特開平3-110885号の公報）、コア層とクラッド層
の間にあるガイド層の屈折率を変化させる構成（特開平
3-6876号公報，特開平3-174503号公報）がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来の回折格子を有す
る導波路型光素子は、結合係数κに分布をもたせると、
同時に導波路の等価屈折率ｎ_eqにも分布が生じていた。
それは、回折格子の次数，周期，深さが変化することに
より、コア層あるいはガイド層の平均膜厚が変化するた
めであった。導波路の等価屈折率ｎ_eqが変化すると、式
(1) によりブラッグ波長λ_Bが変化し、信号光の波長選
択性が悪化する原因となる。

【００１８】本発明は、回折格子の結合係数κに分布を
もたせ、かつ少なくとも回折格子として働く部分の導波
路全体にわたり等価屈折率ｎ_eqを一定にすることができ
る導波路型光素子を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の導波路型光素子
は、次の構成により結合係数κに分布をもたせる。回折格子と非回折格子領域を交互に配置し、それら
の長さの比を導波路に沿って変化させる（請求項１，請
求項２）。

【００２０】互いに周期が異なる第１の回折格子と
第２の回折格子を交互に形成し、それらの長さの比を導
波路に沿って変化させる（請求項３，４）。なお、第１
の回折格子は信号光と相互作用する周期を有し、第２の
回折格子は信号光と相互作用しない周期を有する構成と
する（請求項５）。また、第１の回折格子は信号光に対
して１次の次数を有し、第２の回折格子は信号光に対し
て２次以上の次数を有する構成とする（請求項６）。

【００２１】少なくとも３つの回折格子を連続して
形成し、各回折格子の周期を導波路に沿って変化させる
（請求項７，８）。また、各回折格子の次数が導波路に
沿って変化する構成とする（請求項９）。

【００２２】また、本発明の導波路型光素子は、次の構
成により導波路の等価屈折率ｎ_eqを一定にする。回折格子が形成されたコア層またはカイド層の平均
的な厚さと、非回折格子領域のコア層またはカイド層の
厚さを等しくする（請求項１，請求項２）。

【００２３】第１の回折格子と第２の回折格子が形
成された各コア層または各ガイド層の平均的な厚さを等
しくする（請求項３，請求項４）。連続する各回折格子が形成された各コア層または各
ガイド層の平均的な厚さを等しくする（請求項７，請求
項８）。

【００２４】本発明の導波路型光素子は、上記の，
，をそれぞれ組み合わせることにより、導波路全体
にわたり等価屈折率ｎ_eqを一定にしたままで、所定の結
合係数κの分布を設ける。

【００２５】

【作用】の構成では、回折格子が形成されたコア層ま
たはカイド層の平均的な厚さと、非回折格子領域のコア
層またはカイド層の厚さを等しくすることにより、導波
路全体にわたって等価屈折率ｎ_eqを一定にすることがで
きる。また、隣接する回折格子と非回折格子領域の長さ
の比を変えることにより、実効的な結合係数が変化して
結合係数κの分布を設けることができる。

【００２６】の構成では、第１の回折格子と第２の回
折格子が形成された各コア層または各ガイド層の平均的
な厚さを等しくすることにより、導波路全体にわたって
等価屈折率ｎ_eqを一定にすることができる。また、周期
（次数）が異なる第１の回折格子と第２の回折格子の長
さの比を変えることにより結合係数κの分布を設けるこ
とができる。

【００２７】ここで、第１の回折格子の周期を信号光と
相互作用する周期とし、第２の回折格子の周期を例えば
第１の回折格子の周期の 0.9倍程度とすれば、第２の回
折格子では信号光と相互作用しないか、無視できる程度
の相互作用しか起こらない。相互作用しない回折格子の
結合係数κは、回折格子がない場合と同じでゼロであ
る。したがって、の構成の場合と同様に結合係数κの
分布が生じる。

【００２８】また、第１の回折格子を１次とし、第２の
回折格子を２次以上とすると、第２の回折格子の結合係
数κは第１の回折格子の次数分の１となり、同様に結合
係数κの分布が生じる。

【００２９】の構成では、連続する各回折格子が形成
された各コア層または各ガイド層の平均的な厚さを等し
くすることにより、導波路全体にわたって等価屈折率ｎ
_eqを一定にすることができる。また、少なくとも３つの
連続する回折格子の周期（次数）を変えることにより、
各周期（次数）に応じて結合係数κが変化して結合係数
κの分布を設けることができる。

【００３０】

【実施例】

（第１実施例：請求項１に対応）図１は、本発明の第１
実施例の構成を示す。なお、本実施例は回折格子を有す
る波長フィルタの断面構造を示し、図１１のＡ−Ａ′断
面に対応する。

【００３１】図において、１１はInP 構成の基板、１２
はIn_0.72Ga_0.28As_0.59P_0.41構成のコア層、１３はInP
構成のクラッド層である。１５ａ〜１５ｅは、コア層１
２とクラッド層１３の界面に形成され、周期0.24μｍで
ブラッグ波長1.55μｍに対応する１次の回折格子であ
り、それぞれの間に回折格子を形成しない非回折格子領
域１８ａ〜１８ｄが配置される。

【００３２】本実施例の特徴は、回折格子１５ａ〜１５
ｅが形成されたコア層１２の平均の厚さと、非回折格子
領域１８ａ〜１８ｅのコア層１２の厚さを等しくしたと
ころにある。その厚さは例えば 0.3μｍであり、回折格
子１５ａ〜１５ｅの深さは例えば0.15μｍである。これ
により、回折格子１５ａから回折格子１５ｅまでの導波
路の等価屈折率ｎ_eqが一定になる。なお、回折格子１５
ａ，１５ｅの外側のコア層１２の厚さは、必ずしもその
内側のコア層１２の平均の厚さに一致させる必要はな
い。

【００３３】また、本実施例の特徴は、隣接する回折格
子と非回折格子領域の長さの比を変化させている。回折
格子１５ａ〜１５ｅの長さは例えば２μｍ，５μｍ，60
μｍ，５μｍ，２μｍであり、非回折格子領域１８ａ〜
１８ｄの長さは例えば８μｍ，５μｍ，５μｍ，８μｍ
である。いま、信号光を左から入射すると、信号光の伝
搬方向に沿って、回折格子と非回折格子領域の比が２／
８，５／８，５／５，60／５，60／５，５／５，５／
８，２／８と変化する。なお、この比の変化は信号光の
入射端および出射端近傍では小さく、中央部では大きく
なっている。本実施例の結合係数κの分布κ(x) を図３
(a) に示す。なお、回折格子１５ａ〜１５ｅの結合係数
κ₀は 500ｃｍ^-1とした。

【００３４】信号光の伝搬方向に沿った結合係数κの分
布κ(x) の移動平均は、

【００３５】

【数３】

【００３６】により求めることができる。ただし、ｘ₀
は移動平均をとる領域長であり、10μｍとした。この式
(4) により得られた移動平均をとった結合係数κの分布
κ(x)を図３(b) に示す。この図は、信号光が感じる結
合係数κが場所により等価的に変化していることを示し
ている。しかも、その変化の様子は、信号光の入射端お
よび出射端近傍で小さく中央部で大きくなっている。こ
れにより、式(2) より求まる結合係数κの空間分布のフ
ーリエ成分はブラッグ波長λ_Bに集中し、サイドローブ
が抑圧された反射スペクトルが得られることになる。な
お、本構成は、後述する回折格子の次数を変化させる場
合に比べて、結合係数κを連続的に変化させることがで
きる特徴がある。

【００３７】図２は、本実施例の構造により得られる反
射スペクトルの形状を示す。図１２に示す従来のものに
比べて、本実施例の構造によりサイドローブが抑圧され
ていることがわかる。これは、結合係数κに分布を設け
たことに加えて、回折格子１５ａ〜１５ｅが形成された
コア層１２の平均の厚さと、非回折格子領域１８ａ〜１
８ｄのコア層１２の厚さを等しくし、導波路全体にわた
り等価屈折率ｎ_eqを一定としたことによる。

【００３８】ここで、本実施例の波長フィルタの製作工
程について説明する。まず、InP 基板１１上にＭＯＶＰ
Ｅ法によりＩn_0.72Ｇa_0.28Ａs_0.59Ｐ_0.41 構成のコア層
１２を成長する。次に、コア層１２に電子ビーム露光法
を用いてフォトレジストによる回折格子のマスクを形成
する。次に、飽和臭素酸水溶液を用いてレジストマスク
をコア層１２に転写し、回折格子１５ａ〜１５ｅを形成
する。次に、回折格子１５ａ〜１５ｅをレジストで保護
しながら、非回折格子領域１８ａ〜１８ｄのコア層１２
をエッチングし、その厚さを回折格子１５ａ〜１５ｅが
形成されたコア層１２の平均の厚さと等しくする。これ
により、導波路全体の等価膜厚が一定に保たれ、ブラッ
グ波長も均一となる。以下、従来の回折格子作製プロセ
スと同様にレジストマスクを除去し、ＭＯＶＰＥ法によ
りInP 構成のクラッド層１３を再成長させる。このよう
な従来工程とほぼ同様の製作工程により、等価屈折率ｎ
_eq（ブラッグ波長λ_B）を一定に保ったまま、結合係数
κを信号光の伝搬方向に沿って変化させた波長フィルタ
を実現することができる。すなわち、製作コストを上げ
ることなくフィルタ特性を改善することができる。

【００３９】なお、ここでは導波路の形状が装荷型の場
合について示したが、埋め込み型、ハイメサ型、その他
どのような形状の導波路にも本発明の適用が可能であ
る。以下の実施例においても同様である。

【００４０】また、本実施例に示した回折格子１５の数
（５個）にかかわらず、隣接する回折格子１５と非回折
格子領域１８の長さの比を中央部で大きく両端部で小さ
くする構造であれば、同様のフィルタ特性を実現するこ
とができる。また、隣接する回折格子１５と非回折格子
領域１８の長さの比が中央部からみて対称としなくて
も、その比の変化に応じたフィルタ特性を実現すること
ができる。

【００４１】（第２実施例：請求項２に対応）図４は、
本発明の第２実施例の構成を示す。なお、本実施例は回
折格子を有する波長フィルタの断面構造を示し、図１１
のＡ−Ａ′断面に対応する。

【００４２】本実施例は、第１実施例におけるコア層１
２とクラッド層１３との間にガイド層１９を形成し、こ
のガイド層１９に回折格子１５ａ〜１５ｅを形成する。
そして、回折格子１５ａ〜１５ｅが形成されたガイド層
１９の平均の厚さと、非回折格子領域１８ａ〜１８ｅの
ガイド層１９の厚さを等しくし、回折格子１５ａから回
折格子１５ｅまでの導波路全体にわたって等価屈折率ｎ
_eqを一定にする。また、隣接する回折格子と非回折格子
領域の長さの比を中央部で大きく両端部で小さくするこ
とにより、図３(a),(b) と同様の結合係数κの分布を設
けることができる。ただし、回折格子１５ａ〜１５ｅの
結合係数κ₀の値は異なる。これにより、第１実施例と
同様に反射スペクトルのサイドローブを抑圧したフィル
タ特性を実現することができる。

【００４３】（第３実施例：請求項３，４，５に対応）
第１実施例および第２実施例の構造において、非回折格
子領域１８ａ〜１８ｄの部分に信号光と相互作用しない
周期を有する回折格子を形成しても、実質的に同等の結
合係数κの分布を実現することができる。この場合に
は、回折格子１５ａ〜１５ｅの周期と、非回折格子領域
１８ａ〜１８ｄに形成される回折格子の周期が異なる
が、その深さを一定にすることができ、１回のエッチン
グ工程で作製することができる。第１実施例および第２
実施例において、回折格子１５ａ〜１５ｅが形成された
コア層１２またはガイド層１９の平均の厚さと、非回折
格子領域１８ａ〜１８ｄのコア層１２またはガイド層１
９の厚さを一致させるために、２回のエッチング工程が
必要であったのに比べると作製が容易になる。

【００４４】ところで、信号光に対するブラッグ波長λ
_Bを与える回折格子１５ａ〜１５ｅの周期をΛ，等価屈
折率をｎ₁，長さをＬ₁とし、非回折格子領域１８ａ〜
１８ｄの部分の等価屈折率をｎ₂，長さをＬ₂とする
と、信号光の位相が揃う条件は、Ｌ₁＝ｍ₁・λ_B／ｎ₁／２＝ｍ₁・Λ …(5) Ｌ₂＝ｍ₂・Λ・ｎ₁／ｎ₂ …(6) である。ただし、ｍ₁，ｍ₂は整数である。式(5) は、
周期Λの回折格子を電子ビーム露光器でｍ₁本形成する
ことにより満足される。

【００４５】ここで、等価屈折率を一定にすると（ｎ₁
＝ｎ₂）、Ｌ₂＝ｍ₂・Λ …(7) となる。このとき、非回折格子領域１８ａ〜１８ｄの部
分に、信号光に対してほとんど相互作用しない例えば
0.9Λの周期を有する回折格子を形成すると、Ｌ₂＝ｍ₃・0.9Λ …(8) となり、ｍ₂＝ｍ₃・0.9 …(9) が得られる。式(9) は、周期 0.9Λの回折格子を電子ビ
ーム露光器で10本単位のｍ₃本形成することにより満足
される。

【００４６】このように、回折格子１５ａ〜１５ｅと非
回折格子領域１８ａ〜１８ｅの部分に形成する回折格子
の本数を設定するだけで、周期Λの回折格子と周期 0.9
Λの回折格子を形成することができる。この周期 0.9Λ
の回折格子は信号光に対してほとんど相互作用せず、結
合係数κはほぼゼロとみなすことができる。したがっ
て、このような周期を有する回折格子を第１実施例およ
び第２実施例の非回折格子領域１８ａ〜１８ｅの部分に
形成すれば、同等の結合係数κの分布が得られ、同様の
フィルタ特性を実現することができる。

【００４７】（第４実施例：請求項３，６に対応）図５
は、本発明の第４実施例の構成を示す。なお、本実施例
は回折格子を有する波長フィルタの断面構造を示し、図
１１のＡ−Ａ′断面に対応する。

【００４８】本実施例は、第１実施例の非回折格子領域
１８ａ〜１８ｄの部分に、回折格子１５ａ〜１５ｅの周
期の２倍（または３倍以上）の回折格子１６ａ〜１６ｄ
を形成したものである。すなわち、回折格子１５ａ〜１
５ｅを信号光に対する１次の回折格子とすると、回折格
子１６ａ〜１６ｄは２次（または３次以上）の回折格子
となり、結合係数κは１次の回折格子の１／２（または
１／３以下）となる。このようにすると、結合係数κが
高い回折格子と低い回折格子が交互に配置されることに
なる。さらに、結合係数κが高い回折格子と低い回折格
子の長さの比を中央部で大きく両端部で小さくすること
により、図２(a),(b) と同様の結合係数κの分布を設け
ることができる。

【００４９】また、回折格子１５ａ〜１５ｅが形成され
たコア層１２の平均の厚さと、回折格子１６ａ〜１６ｄ
が形成されたコア層１２の平均の厚さを等しくし、導波
路全体にわたって等価屈折率ｎ_eqを一定にする。これに
より、第１実施例と同様に反射スペクトルのサイドロー
ブを抑圧したフィルタ特性を実現することができる。な
お、本実施例は、図４に示すガイド層１９を有する第２
実施例の構成にも同様に適用することができる（請求項
４，６）。

【００５０】（第５実施例：請求項７，９に対応）図６
は、本発明の第５実施例の構成を示す。なお、本実施例
は回折格子を有する波長フィルタの断面構造を示し、図
１１のＡ−Ａ′断面に対応する。

【００５１】図において、１１はInP 構成の基板、１２
はIn_0.72Ga_0.28As_0.59P_0.41構成のコア層、１３はInP
構成のクラッド層である。本実施例では、コア層１２と
クラッド層１３の界面にブラッグ波長1.55μｍに対応す
る１次の回折格子１５と、その両側に２次の回折格子１
６ａ，１６ｂと、さらにその両側に３次の回折格子１７
ａ，１７ｂが形成される。

【００５２】１次の回折格子１５は、周期Λ₁が0.24μ
ｍ、長さＬ₁が70μｍであり、２次の回折格子１６ａ，
１６ｂが、周期Λ₂が0.48μｍ、長さＬ₂が10μｍであ
り、３次の回折格子１７ａ，１７ｂが、周期Λ₃が0.72
μｍ、長さＬ₃が５μｍである。各回折格子の深さｄは
0.15μｍで、導波路全体にわたり一定である。各回折格
子が形成されたコア層１２の平均の厚さは 0.3μｍであ
り、導波路全体にわたって一定である。また、１次の回
折格子１５の結合係数κ₁は 500ｃｍ^-1、２次の回折格
子１６ａ，１６ｂの結合係数κ₂は 250ｃｍ^-1、３次の
回折格子１７ａ，１７ｂの結合係数κ₃は 167ｃｍ^-1と
なる。すなわち、本実施例の回折格子の結合係数κの分
布κ(x) は、

【００５３】

【数４】

【００５４】と表され、中央部で大きく、両端部で小さ
くなっている。本実施例の波長フィルタの反射スペクト
ルは式(10)を式(2) に代入することにより求められ、そ
の形状は図７に示すようになる。このように、回折格子
を５領域に分割し、中央部の回折格子から両端部に向け
て次数を１次，２次，３次と高くし、さらに各回折格子
の深さｄおよびそのコア層の平均の厚さを一定とするこ
とにより、ブラッグ波長λ_Bを一定に保ちながら結合係
数κを中央部で大きく両端部で小さくすることができ
る。これにより、図７に示す反射スペクトルのように、
サイドローブを抑圧したフィルタ特性を実現することが
できる。

【００５５】なお、本実施例では１次，２次，３次の回
折格子を用いたが、中央部から両端部に向けて回折格子
の次数が徐々に高くなる構成であれば、それぞれの回折
格子の次数によらずに同様のフィルタ特性を実現するこ
とができる。また、回折格子の次数の配置を対称としな
くても、その配列に応じたフィルタ特性を実現すること
ができる。

【００５６】（第６実施例：請求項８，９に対応）図８
は、本発明の第６実施例の構成を示す。なお、本実施例
は回折格子を有する波長フィルタの断面構造を示し、図
１１のＡ−Ａ′断面に対応する。

【００５７】本実施例は、第５実施例におけるコア層１
２とクラッド層１３との間にガイド層１９を形成し、こ
のガイド層１９に１次の回折格子１５、２次の回折格子
１６ａ，１６ｂ、３次の回折格子１７ａ，１７ｂを形成
する。そして、各回折格子が形成されたガイド層１９の
平均の厚さを等しくし、導波路全体の等価屈折率ｎ_eqを
一定にする。これにより、第５実施例と同様に反射スペ
クトルのサイドローブを抑圧したフィルタ特性を実現す
ることができる。

【００５８】（第７実施例：請求項２に対応）図９は、
本発明の第７実施例の構成を示す。なお、本実施例は位
相シフトＤＦＢレーザの断面構造を示す。

【００５９】図において、ｎ型InP 構成の基板２１上
に、In_0.72Ga_0.28As_0.59P_0.41構成のガイド層２２、In
GaAs／InGaAsP 多重量子井戸構造（厚さ６ｎｍのInGaAs
井戸層と厚さ10ｎｍのInGaAsP 障壁層を６周期積層した
構造）の活性層２３、InGaAsP構成のガイド層２４、ｐ
型InP 構成のクラッド層２５、ｐ型InGaAsP 構成のコン
タクト層２６を積層し、両面にｎ電極２７とｐ電極２８
ａ，２８ｂ，２８ｃが形成される。回折格子１４ａ〜１
４ｅと非回折格子領域１８ａ〜１８ｄは、図４に示す第
２実施例と同様に、ガイド層２４とクラッド層２５との
界面に形成される。すなわち、回折格子１５ａ〜１５ｅ
が形成されたガイド層２４の平均の厚さと、非回折格子
領域１８ａ〜１８ｅのガイド層２４の厚さを等しくし、
導波路全体の等価屈折率ｎ_eqを一定にする。また、隣接
する回折格子と非回折格子領域の長さの比を中央部で大
きく両端部で小さくし、図２(a),(b) と同様の結合係数
κの分布を設ける。さらに、回折格子１５ｃの中央部に
はλ／４シフト部３０が形成される。

【００６０】これにより、ブラッグ波長λ_Bを一定に保
ったまま、結合係数κを信号光の伝搬方向に沿って変化
させ、かつ光の電界強度を共振器の中央部に集中させる
ことができる。したがって、電極２８ｂから注入する電
流によって発振周波数を効率よく制御することができ、
周波数変調効率を大幅に改善できる。

【００６１】（第８実施例：請求項２に対応）図１０
は、本発明の第８実施例の構成を示す。なお、本実施例
は位相シフトＤＦＢレーザの断面構造を示す。

【００６２】本実施例は、第７実施例とは逆に、隣接す
る回折格子と非回折格子領域の長さの比を中央部で小さ
く両端部で大きくしたものである。発振状態にある位相
シフトＤＦＢレーザの共振器内の光の電界強度分布は、
λ／４シフト部３０でピークをもち、そこから離れるに
つれて単調に減少する。従来の均一な結合係数κをもつ
回折格子を用いた位相シフトＤＦＢレーザでは、光の電
界強度の最大部と最小部の強度比は５倍以上に達する。
これに対して、本実施例の構成では結合係数κが中央部
で小さく両端部で大きくなるので、反射率も中央部で小
さく両端部で大きくなる。その結果、共振器内における
光の電界強度の最大部と最小部の強度比は 1.1倍程度ま
で圧縮できる。これにより、局部的に利得が減少するホ
ールバーニングを抑圧し、レーザの発振スペクトル線幅
を大幅に狭めることができる。

【００６３】なお、第７実施例および第８実施例では、
ＳＣＨ構造の半導体レーザについて説明したが、本発明
の回折格子を有するものであれば、どのような構造の半
導体レーザにも適用することができる。また、波長フィ
ルタの場合と同様に等価屈折率ｎ_eqを一定にすることに
よりブラッグ波長λ_Bを一定にできるので、信号光の波
長選択性の悪化を防ぐことができる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の回折格子
を有する導波路型光素子は、導波路に沿って等価屈折率
を一定に保ったまま、結合係数κの分布を設けることが
できる。

【００６５】したがって、本発明の導波路型光素子を波
長フィルタとして用いると、反射スペクトルのサイドロ
ーブを抑圧でき、良好なフィルタ特性を実現することが
できる。

【００６６】また、本発明の導波路型光素子を位相シフ
トＤＦＢレーザに応用すると、スペクトル線幅を狭くす
ることができ、あるいは周波数変調効率を向上させるこ
とができる。すなわち、コヒーレント光伝送用光源とし
てのみならず、波長多重システムの光源としても用いる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例（波長フィルタ）の構成を
示す図。

【図２】第１実施例の反射スペクトルを示す図。

【図３】第１実施例の結合係数の分布とその移動平均を
示す図。

【図４】本発明の第２実施例（波長フィルタ）の構成を
示す図。

【図５】本発明の第４実施例（波長フィルタ）の構成を
示す図。

【図６】本発明の第５実施例（波長フィルタ）の構成を
示す図。

【図７】第５実施例の反射スペクトルを示す図。

【図８】本発明の第６実施例（波長フィルタ）の構成を
示す図。

【図９】本発明の第７実施例（位相シフトＤＦＢレー
ザ）の構成を示す図。

【図１０】本発明の第８実施例（位相シフトＤＦＢレー
ザ）の構成を示す図。

【図１１】従来の導波路型の波長フィルタの構成を示す
図。

【図１２】従来の波長フィルタの反射スペクトルを示す
図。

【図１３】結合係数κに分布をもたせた位相シフトＤＦ
Ｂレーザの断面構造を示す図。

【図１４】従来の位相シフトＤＦＢレーザにおける回折
格子の反射スペクトルを示す図。

【符号の説明】

１１基板１２コア層１３クラッド層１４回折格子１５回折格子（１次）１６回折格子（２次）１７回折格子（３次）１８非回折格子領域１９ガイド層２１基板２２，２４ガイド層２３活性層２５クラッド層２６コンタクト層２７ｎ電極２８ｐ電極２９回折格子３０ λ／４シフト部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コア層と、コア層の上下に形成されたク
ラッド層と、コア層と一方のクラッド層との界面に形成
された回折格子とを備えた導波路型光素子において、前記回折格子と回折格子が形成されていない非回折格子
領域が交互に配置され、隣接する回折格子と非回折格子
領域の長さの比が導波路に沿って変化し、回折格子が形
成されたコア層の平均的な厚さと非回折格子領域のコア
層の厚さが等しい構成であることを特徴とする導波路型
光素子。
【請求項２】コア層と、コア層の一面に配されたガイ
ド層と、コア層とガイド層の上下に形成されたクラッド
層と、ガイド層と一方のクラッド層との界面に形成され
た回折格子とを備えた導波路型光素子において、前記回折格子と回折格子が形成されていない非回折格子
領域が交互に配置され、隣接する回折格子と非回折格子
領域の長さの比が導波路に沿って変化し、回折格子が形
成されたガイド層の平均的な厚さと非回折格子領域のガ
イド層の厚さが等しい構成であることを特徴とする導波
路型光素子。
【請求項３】コア層と、コア層の上下に形成されたク
ラッド層と、コア層と一方のクラッド層との界面に形成
された回折格子とを備えた導波路型光素子において、互いに周期が異なる第１の回折格子と第２の回折格子が
交互に配置され、隣接する第１の回折格子と第２の回折
格子の長さの比が導波路に沿って変化し、第１の回折格
子と第２の回折格子が形成された各コア層の平均的な厚
さが等しい構成であることを特徴とする導波路型光素
子。
【請求項４】コア層と、コア層の一面に配されたガイ
ド層と、コア層とガイド層の上下に形成されたクラッド
層と、ガイド層と一方のクラッド層との界面に形成され
た回折格子とを備えた導波路型光素子において、互いに周期が異なる第１の回折格子と第２の回折格子が
交互に形成され、隣接する第１の回折格子と第２の回折
格子の長さの比が導波路に沿って変化し、第１の回折格
子と第２の回折格子が形成された各ガイド層の平均的な
厚さが等しい構成であることを特徴とする導波路型光素
子。
【請求項５】請求項３または請求項４に記載の導波路
型光素子において、第１の回折格子は信号光と相互作用する周期を有し、第
２の回折格子は信号光と相互作用しない周期を有する構
成であることを特徴とする導波路型光素子。
【請求項６】請求項３または請求項４に記載の導波路
型光素子において、第１の回折格子は信号光に対して１次の次数を有し、第
２の回折格子は信号光に対して２次以上の次数を有する
構成であることを特徴とする導波路型光素子。
【請求項７】コア層と、コア層の上下に形成されたク
ラッド層と、コア層と一方のクラッド層との界面に形成
された回折格子とを備えた導波路型光素子において、少なくとも３つの回折格子が連続して形成され、各回折
格子の周期が導波路に沿って変化し、各回折格子が形成
された各コア層の平均的な厚さが等しい構成であること
を特徴とする導波路型光素子。
【請求項８】コア層と、コア層の一面に配されたガイ
ド層と、コア層とガイド層の上下に形成されたクラッド
層と、ガイド層と一方のクラッド層との界面に形成され
た回折格子とを備えた導波路型光素子において、少なくとも３つの回折格子が連続して形成され、各回折
格子の周期が導波路に沿って変化し、各回折格子が形成
された各ガイド層の平均的な厚さが等しい構成であるこ
とを特徴とする導波路型光素子。
【請求項９】請求項７または請求項８に記載の導波路
型光素子において、各回折格子の次数が導波路に沿って変化する構成である
ことを特徴とする導波路型光素子。