專利名稱：可調(diào)諧激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如在WDM(Wavelength Division Mutiplexing)傳輸系統(tǒng)等使用的可調(diào)諧激光器。
背景技術(shù)：
迎接寬帶時(shí)代、面向光纖正確有效率地使用、通過(guò)一臺(tái)可進(jìn)行多個(gè)光波長(zhǎng)的通信的WDM傳輸系統(tǒng)的引進(jìn)正在進(jìn)行。最近，將數(shù)十個(gè)光波長(zhǎng)復(fù)用、使更高速的傳輸成為可能的DWDM裝置(高密度波長(zhǎng)分割復(fù)用裝置)的實(shí)際應(yīng)用也正在擴(kuò)大。與此相伴，在各WDM傳輸系統(tǒng)中還需要與每個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光源，與高復(fù)用相伴，其需要數(shù)量正在急劇增加。而且，最近，以商用為目的，正在研討在各節(jié)點(diǎn)對(duì)任意波長(zhǎng)進(jìn)行Add/Drop的ROADM(Reconfigurable optical add/dropmultiplexers)。如果引進(jìn)該ROADM系統(tǒng)，則除了波長(zhǎng)復(fù)用引起的傳輸容量的擴(kuò)大之外，改變波長(zhǎng)引起的光程切換成為可能，因此光網(wǎng)絡(luò)的自由度飛躍性地提高。
以前，單軸模式振蕩的DFB-LD(Distributed feedback laserdiode分布反饋激光二極管)因?yàn)槠湟子靡约翱煽啃愿叨恢北粡V泛使用。DFB-LD在諧振器全域形成深度30nm程度的衍射光柵，通過(guò)對(duì)應(yīng)于衍射光柵周期和等價(jià)折射率的2倍的積的波長(zhǎng)得到穩(wěn)定的單軸模式振蕩。但是，使用DFB-LD，不可能進(jìn)行遍及振蕩波長(zhǎng)的大范圍的調(diào)諧，因此，使用每個(gè)ITU柵極僅波長(zhǎng)不同的制品，構(gòu)成WDM傳輸系統(tǒng)。為此，因?yàn)樾枰褂妹總€(gè)波長(zhǎng)不同的制品，所以或管理每波長(zhǎng)的制品的成本上升，或需要用于故障處置的剩余庫(kù)存。而且，在根據(jù)波長(zhǎng)切換光程的ROADM中，如果使用了通常的DFB-LD，則波長(zhǎng)范圍的可變幅度就限制在因溫度變化而得以改變的3nm程度。因此，有效利用積極使用波長(zhǎng)資源的ROADM的特長(zhǎng)的光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成就變得困難。
克服這些現(xiàn)有的DFB-LD具有的問(wèn)題，必須在寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)單軸模式振蕩，傾力進(jìn)行可調(diào)諧激光器的研究。以下，從詳細(xì)描述于下述非專利文獻(xiàn)1中列舉幾個(gè)例子，以對(duì)現(xiàn)有的可調(diào)諧激光器進(jìn)行說(shuō)明。
可調(diào)諧激光器，大致分為2類在激光組件內(nèi)設(shè)置有波長(zhǎng)可調(diào)諧機(jī)械裝置的類型，和在激光組件外設(shè)置有可波長(zhǎng)調(diào)諧機(jī)械裝置的類型。
在前者的情況下，提出了在同一激光組件內(nèi)形成有產(chǎn)生效益的活性區(qū)域和產(chǎn)生依靠衍射光柵的反射的DBR區(qū)的DBR-LD(DistributedBragg reflector laser diode)。該DBR-LD的可調(diào)諧范圍最高是10nm程度。另外，提出了在同一激光組件內(nèi)形成有產(chǎn)生效益的活性區(qū)域和在前方和后方將其夾住的DBR區(qū)域、使用了不均勻衍射光柵的DBR-LD。前方和后方的DBR區(qū)域，由于不均勻衍射光柵產(chǎn)生許多反射峰值，而且，反射峰值的間隔在前方和后方稍微偏離。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭色@得所謂“游標(biāo)效果”，所以變得可進(jìn)行很寬范圍的調(diào)諧。使用了該不均勻衍射光柵的DBR-LD，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)100nm的調(diào)諧動(dòng)作以及40nm的準(zhǔn)連續(xù)調(diào)諧動(dòng)作。
在后者的情況下，提出了讓設(shè)置于激光組件外的衍射光柵旋轉(zhuǎn)，使特定波長(zhǎng)光返回激光組件的可調(diào)諧激光器。
非專利文獻(xiàn)1小林功郎著，“光集成裝置”，第1版第2次印刷，共立出版株式會(huì)社，2000年12月，p.104-122.
但是，在現(xiàn)有的可調(diào)諧激光器中，雖然以前提出了很多結(jié)構(gòu)，但是因?yàn)橛刑５陌l(fā)生、復(fù)雜的波長(zhǎng)控制方法、弱的振蕩耐受性、組件增大引起的高價(jià)格化等缺點(diǎn)，所以實(shí)際應(yīng)用困難的狀況仍在繼續(xù)。
DBR-LD中，通過(guò)進(jìn)行向DBR區(qū)域進(jìn)行載流子注入，使在該部分的折射率變化，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧動(dòng)作。為此，如果由于電流注入而增加了結(jié)晶缺陷，則因?yàn)閷?duì)應(yīng)電流注入的折射率變化的比例顯著變動(dòng)，所以很難長(zhǎng)期維持用固定波長(zhǎng)的激光振蕩。而且，在現(xiàn)有的化合物半導(dǎo)體的工序技術(shù)中，2英寸以上的英寸升級(jí)是不可能的。因此，復(fù)雜化、大尺寸的激光組件，超過(guò)目前的價(jià)格降低是很困難的。
另外，在激光組件外設(shè)置了可調(diào)諧機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)橛捎谡袷幦菀装l(fā)生模式跳躍，所以需要用于避免模式跳躍的大規(guī)模的耐振裝置。因此，導(dǎo)致模塊尺寸的大型化和價(jià)格的上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種高可靠性、高性能而且廉價(jià)的可調(diào)諧激光器，克服實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在問(wèn)題的現(xiàn)有可調(diào)諧激光器的缺點(diǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的可調(diào)諧激光器其特征在于，包括多重環(huán)形諧振器，將由彼此具有不同光程長(zhǎng)的環(huán)形波導(dǎo)構(gòu)成的環(huán)形諧振器通過(guò)光學(xué)藕合單元連接；LD側(cè)波導(dǎo)，一端通過(guò)光學(xué)藕合單元連接于上述多個(gè)環(huán)形諧振器中的一個(gè)；反射側(cè)波導(dǎo)，一端通過(guò)光學(xué)藕合單元連接于上述多個(gè)環(huán)形諧振器中的另一個(gè)；一個(gè)基板，形成有上述環(huán)形諧振器、上述LD側(cè)波導(dǎo)以及上述反射側(cè)波導(dǎo)；反射膜，被設(shè)置于上述反射側(cè)波導(dǎo)的另一端；激光二極管芯片(Laser Diode Chip；以下叫做LD芯片)，在對(duì)置的兩個(gè)發(fā)光端面的一邊形成低反射膜，通過(guò)該低反射膜光藕合于上述LD側(cè)波導(dǎo)；以及，可調(diào)諧單元，使上述多重環(huán)形諧振器的諧振波長(zhǎng)變化。再者，作為光學(xué)藕合單元，也可使用定向藕合器。另外作為光學(xué)單元，也可使用透鏡。
由LD芯片射出的光，經(jīng)過(guò)低反射膜→LD側(cè)波導(dǎo)→多重環(huán)形諧振器→反射側(cè)波導(dǎo)→反射膜→反射側(cè)波導(dǎo)→多重環(huán)形諧振器→LD側(cè)波導(dǎo)→低反射膜的路徑返回。該返回光的波長(zhǎng)，是多重環(huán)形諧振器的諧振波長(zhǎng)。其理由是，因?yàn)闃?gòu)成多重環(huán)形諧振器的各環(huán)形諧振器僅FSR(Freespectral Range)不同，所以在由各環(huán)形諧振器產(chǎn)生的反射(透過(guò))的周期性變化一致的波長(zhǎng)(諧振波長(zhǎng))中，產(chǎn)生更大的反射。而且，周期一致的波長(zhǎng)根據(jù)各環(huán)形諧振器的圓周長(zhǎng)和波導(dǎo)折射率變化而改變很大，所以可得到效率良好的可調(diào)諧動(dòng)作。該波導(dǎo)折射率可通過(guò)熱光效應(yīng)而改變。所謂熱光效應(yīng)是指，由于熱而使材料的折射率增加的現(xiàn)象，通常任何材料都具有。即，利用環(huán)形諧振器的溫度特性，可以使多重環(huán)形諧振器的諧振波長(zhǎng)發(fā)生變化?？烧{(diào)諧單元，即可以加熱環(huán)形諧振器也可冷卻。這樣，本發(fā)明中，將圓周稍微不同的環(huán)形諧振器多個(gè)串聯(lián)連接，構(gòu)成多重環(huán)形諧振器，籍此巧妙利用產(chǎn)生的游標(biāo)效果。
上述多重環(huán)形諧振器，至少包含2個(gè)以上的上述環(huán)形諧振器。如果用2個(gè)環(huán)形諧振器構(gòu)成多重環(huán)形諧振器，則成為最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且，通過(guò)控制兩個(gè)環(huán)形諧振器的溫度，能夠很容易地改變二重諧振器的諧振波長(zhǎng)。另外，多重環(huán)形諧振器，如果環(huán)形諧振器的數(shù)目是N，則以N個(gè)環(huán)形諧振器的諧振波長(zhǎng)全部一致后的波長(zhǎng)諧振。即，因?yàn)榭刂芅個(gè)環(huán)形諧振器的溫度，所以增加了這種方法N越增加，越改變多重環(huán)形諧振器的諧振波長(zhǎng)。
可以將上述激光二極管芯片的低反射膜和上述LD側(cè)波導(dǎo)進(jìn)行對(duì)接光藕合，或者也可以將上述激光二極管芯片的低反射膜和上述LD側(cè)波導(dǎo)通過(guò)光學(xué)單元進(jìn)行光藕合。這樣，根據(jù)情況可以選擇將上述激光二極管芯片的低反射膜和上述LD側(cè)波導(dǎo)進(jìn)行光藕合的結(jié)構(gòu)。上述多個(gè)環(huán)形諧振器，其結(jié)構(gòu)變?yōu)?，設(shè)定上述環(huán)形波導(dǎo)的直徑以使周期性出現(xiàn)的反射峰值的間隔不同，在反射峰值的會(huì)合點(diǎn)引起諧振?？烧{(diào)諧單元，使上述環(huán)形諧振器的環(huán)形波導(dǎo)的折射率變化，并使諧振波長(zhǎng)變化。具體地，上述可調(diào)諧單元利用上述環(huán)形波導(dǎo)的溫度特性使上述環(huán)形波導(dǎo)的折射率變化。
因此，通過(guò)不使用迄今的外腔的簡(jiǎn)便結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)用固定波長(zhǎng)的DFB-LD不能得到的在寬的波長(zhǎng)范圍的可調(diào)諧動(dòng)作。而且，和通常的外腔型可調(diào)諧激光器不同，因?yàn)椴淮嬖诨顒?dòng)部，所以除了高的可靠性之外，能夠?qū)崿F(xiàn)高的振動(dòng)沖擊特性。除此之外，因?yàn)槭褂铆h(huán)形波導(dǎo)的溫度特性使環(huán)形波導(dǎo)折射率變化，所以與將電流注入到半導(dǎo)體波導(dǎo)的方式相比，波長(zhǎng)調(diào)諧極少發(fā)生特性的老化。
而且，本發(fā)明具有檢測(cè)上述多重環(huán)形諧振器的諧振波長(zhǎng)的波長(zhǎng)檢測(cè)單元。上述波長(zhǎng)檢測(cè)單元，僅使一定范圍的波長(zhǎng)的光通過(guò)，也可以檢測(cè)上述波長(zhǎng)。通過(guò)該波長(zhǎng)檢測(cè)單元，可知道多重環(huán)形諧振器的諧振波長(zhǎng)。
在上述多重環(huán)形諧振器和上述激光二極管芯片之間的上述LD側(cè)波導(dǎo)中、在上述多重環(huán)形諧振器和上述高反射膜之間的上述反射側(cè)波導(dǎo)中、或在環(huán)形諧振器間的至少一個(gè)位置，也可以插入僅使一定范圍的波長(zhǎng)的光通過(guò)的濾光器。也可在上述LD側(cè)波導(dǎo)一端的被延長(zhǎng)的端面或在上述反射側(cè)波導(dǎo)一端的被延長(zhǎng)的端面設(shè)置受光元件。此時(shí)，可做到僅一定范圍的波長(zhǎng)的光通過(guò)濾光器，由受光元件檢測(cè)。通過(guò)該受光元件，可監(jiān)控從LD芯片射出的激光的強(qiáng)度。另外，通過(guò)濾光器可使一定范圍的波長(zhǎng)的激光通過(guò)。
本發(fā)明也可包括控制單元，基于通過(guò)上述波長(zhǎng)檢測(cè)單元檢測(cè)的諧振波長(zhǎng)信息，反饋控制上述多重環(huán)形諧振器的諧振。籍此，可施行反饋控制，以使諧振波長(zhǎng)變?yōu)楣潭ā?br> 也可以設(shè)置漫射光抑制部，抑制從上述LD側(cè)波導(dǎo)一端的被延長(zhǎng)的端面或上述反射側(cè)波導(dǎo)一端的被延長(zhǎng)的端面射出的漫射光的影響。籍此，可抑制漫射光的影響。
也可以利用被動(dòng)對(duì)光技術(shù)在上述基板上安裝上述激光二極管芯片。也可以利用被動(dòng)對(duì)光技術(shù)在上述基板上安裝上述受光元件。如果使用本工作方法，則不監(jiān)控光輸出而僅使用對(duì)位標(biāo)記安裝各芯片，籍此可簡(jiǎn)化制造工序。
根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)諧激光器，在形成有多重環(huán)形諧振器的基板上安裝LD芯片，利用多重環(huán)形諧振器的溫度使諧振波長(zhǎng)變化，籍此，可得到極寬范圍的波長(zhǎng)的激光器。另外，因?yàn)槲词褂孟虬雽?dǎo)體激光器的電流注入或機(jī)械性的可動(dòng)部件，因此可靠性靠。而且，因?yàn)槭莾H在基板上安裝了LD芯片的結(jié)構(gòu)，所以制造容易而廉價(jià)。
另外，通過(guò)使用本發(fā)明的激光器結(jié)構(gòu)，由于不使用迄今的外腔而簡(jiǎn)便的結(jié)構(gòu)，所以可實(shí)現(xiàn)用通常的DFB-LD不能得到的寬的波長(zhǎng)范圍。而且，因?yàn)楹屯ǔ５耐馇恍偷目烧{(diào)諧激光器不同，不存在可動(dòng)部，所以除了高可靠性之外，能實(shí)現(xiàn)高的振動(dòng)沖擊特性。除此之外，波長(zhǎng)調(diào)諧器，因?yàn)槭弓h(huán)形諧振器的環(huán)形波導(dǎo)的折射率變化，所以與將電流注入到半導(dǎo)體波導(dǎo)的方式相比，極少發(fā)生特性的老化。本發(fā)明的可調(diào)諧激光器，和現(xiàn)有的可調(diào)諧激光器相比，在很多地方優(yōu)秀，可以更低的價(jià)格生產(chǎn)，所以實(shí)際使用上是極有效的結(jié)構(gòu)。


圖1是表示光本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第1實(shí)施方式平面圖；圖2表示圖1的可調(diào)諧激光器的可調(diào)諧動(dòng)作，圖2[1]是表示直徑小的環(huán)形諧振器的反射光譜的圖表，圖2[2]是表示直徑大的環(huán)形諧振器的反射光譜的圖表，圖2[3]是表示二重環(huán)形諧振器的反射光譜的圖表；圖3表示圖1的可調(diào)諧激光器中的二重環(huán)形諧振器的反射光譜的圖表，圖3[1]是兩個(gè)環(huán)形諧振器間的相位差φ＝0.44π|的情況，圖3[2]是兩個(gè)環(huán)形諧振器間的相位差φ＝1.76π|的情況。
圖4是表示光本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第2實(shí)施方式平面圖；圖5是表示光本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第3實(shí)施方式平面圖；圖6是表示光本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第4實(shí)施方式平面圖；
圖7是表示光本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的笫5實(shí)施方式平面圖；圖8是表示光本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第6實(shí)施方式平面圖；圖9是表示光本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第7實(shí)施方式平面圖；圖10是表示光本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第8實(shí)施方式平面圖；圖11是表示光本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第9實(shí)施方式平面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，基于圖示說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是表示本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的笫1實(shí)施方式的平面圖。以下，基于該圖示進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施方式的可調(diào)諧激光器10包括二重環(huán)形諧振器11，由彼此具有不同光程的環(huán)形波導(dǎo)組成的環(huán)形諧振器111、112，通過(guò)定向藕合器122連接；LD側(cè)波導(dǎo)13，通過(guò)定向藕合器122，一端131與環(huán)形諧振器111連接；反射側(cè)波導(dǎo)14，通過(guò)定向耦合器123，一端141被連接于環(huán)形諧振器112；一個(gè)PLC基板15，形成有環(huán)形諧振器111、112、LD側(cè)波導(dǎo)13以及反射側(cè)波導(dǎo)14；高反射膜16，被設(shè)置于反射側(cè)波導(dǎo)14的另一端142；LD芯片17，被設(shè)置于PLC基板15上，并且在對(duì)置的二個(gè)發(fā)光端面171、172的一邊(發(fā)光端面171)上形成低反射膜18，LD側(cè)波導(dǎo)13的另一端132對(duì)接光藕合于低反射膜18；以及，膜狀加熱器191～194，利用環(huán)形諧振器111、112的溫度特性，使二重環(huán)形諧振器11的諧振波長(zhǎng)變化。另外，作為上述波導(dǎo)，可使用石英玻璃等。
PLC基板15，例如在硅基板上，使用CVD、光刻法以及RIE等微細(xì)加工技術(shù)，形成了由波導(dǎo)構(gòu)成的核層和波導(dǎo)以外的金屬包層。作為基板也可使用PLC基板15以外的基板。另外，作為核層和金屬包層的材料，二氧化硅材料之外，也可使用聚合物、光導(dǎo)體等其他的材料。高反射膜16，由電介質(zhì)多層膜或金等金屬膜構(gòu)成，被成膜于PLC基板15的側(cè)面。再有，高反射膜16，如果具有充分反射激光的特性，則也可以是任何反射膜。作為L(zhǎng)D芯片17，使用通常的激光二極管芯片。低反射膜18，例如是電介質(zhì)多層膜。膜狀加熱器191～194，例如是鉑、鉻等金屬膜。另外，在膜狀加熱其器191～194中，未圖示，附設(shè)有由接于膜狀發(fā)熱器191～194的兩端的金屬膜組成的配線，給這些配線通電的電源，控制該電源的輸出電壓或輸出電流的控制器等。作為可調(diào)諧單元，使用了利用環(huán)形諧振器111、112的環(huán)形波導(dǎo)的溫度特性，使環(huán)形波導(dǎo)的折射率變化的膜狀加熱器191～194，但不限于此。代替膜狀加熱器191～194，也可以是通過(guò)加熱/冷卻，利用環(huán)形諧振器111、112的環(huán)形波導(dǎo)的溫度特性使環(huán)形波導(dǎo)的折射率變化的結(jié)構(gòu)。重要的是，如果是使環(huán)形諧振器111、112的環(huán)形波導(dǎo)的折射率變化，是諧振波長(zhǎng)變化的，則哪個(gè)都可以。再有，作為可調(diào)諧單元，如果使用被設(shè)置于基板上的膜狀加熱器，則通過(guò)在基板上形成金屬模，可簡(jiǎn)單得到可調(diào)諧單元，因此制造容易。
LD芯片17，依靠被動(dòng)對(duì)光技術(shù)，在PLC基板15上直接安裝。所謂被動(dòng)對(duì)光技術(shù)，是使用形成于PLC基板15面的標(biāo)志圖案和LD芯片17的標(biāo)志圖案，進(jìn)行定位的技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)，因?yàn)榭刹恍枰两裨诠饽ぶ圃鞎r(shí)進(jìn)行的光軸調(diào)芯，因此，能大大改善膜制作的成本以及準(zhǔn)備時(shí)間。
從LD芯片17射出的光L1，經(jīng)過(guò)低反射膜18→LD側(cè)波導(dǎo)13→二重環(huán)形諧振器11→反射側(cè)波導(dǎo)14→高反射膜16→反射側(cè)波導(dǎo)14→二重環(huán)形諧振器11→LD側(cè)波導(dǎo)13→低反射膜18的路徑返回，從發(fā)光端面172作為激光L2射出。該返回光L2的波長(zhǎng)是二重環(huán)形諧振器11的諧振波長(zhǎng)。
圖2表示可調(diào)諧激光器10的可調(diào)諧動(dòng)作，圖2[1]是表示環(huán)形波導(dǎo)的直徑小的一方的環(huán)形諧振器112的反射光譜的圖表，圖2[2]是表示環(huán)形波導(dǎo)直徑大的一方的環(huán)形諧振器111的反射光譜的圖表，圖2[3]是表示二重環(huán)形諧振器11的反射光譜的圖表。下面，基于圖1和圖2對(duì)可調(diào)諧激光器10的作用以及效果進(jìn)行說(shuō)明。
環(huán)形諧振器111、112如下構(gòu)成設(shè)定環(huán)形波導(dǎo)的直徑以使周期性出現(xiàn)的反射峰值的間隔不同，在反射峰值的會(huì)合點(diǎn)引起諧振。具體地，如圖2[1][2]所示，環(huán)形諧振器111、112，其直徑R1、R2設(shè)定為，周期性出現(xiàn)的多數(shù)反射峰值的間隔稍微不同。因此，用實(shí)線表示的環(huán)形諧振器112的反射峰值間隔比諧振器111的反射峰值間隔還窄，而且用波長(zhǎng)λ1使環(huán)形諧振器111、112的反射峰值一致。此時(shí)，二重環(huán)形諧振器11如圖2[3]所示，用波長(zhǎng)λ1引起諧振。
從以某通電量加熱了膜狀加熱器191、192的狀態(tài)，通過(guò)使其通電量減少，使環(huán)形諧振器111的溫度下降。于是，通過(guò)降低其環(huán)形波導(dǎo)的折射率，如圖2[2]虛線所示，環(huán)形諧振器111的反射光譜整體向短波長(zhǎng)側(cè)稍稍移動(dòng)。其結(jié)果是，通過(guò)用波長(zhǎng)λ2使環(huán)形諧振器111、112的反射峰值一致，如圖2[3]虛線所示，二重環(huán)形諧振器11用波長(zhǎng)λ2引起諧振。這樣，通過(guò)圖2[2]中用Δλ所示的反射峰值波長(zhǎng)變化，可引起從λ1向λ2的波長(zhǎng)變化。例如，通過(guò)環(huán)形諧振器111、112，如果兩者的反射峰值的間隔偏離10％，則折射率變化引起的二重環(huán)形諧振器11的反射峰值的變化，出現(xiàn)10倍的諧振波長(zhǎng)變化。通過(guò)不斷反復(fù)，雖然斷斷續(xù)續(xù)，但是可得到極寬的可調(diào)諧范圍。這和在游標(biāo)或改變過(guò)去的通信機(jī)的頻率的轉(zhuǎn)盤(pán)上采用的微調(diào)刻度盤(pán)是相同原理。除此之外，控制膜狀加熱器193、194的通電量，也可使另外的環(huán)形諧振器112的反射光譜移動(dòng)，籍此可在很寬的范圍連續(xù)改變波長(zhǎng)。
圖3表示二重環(huán)形諧振器11的反射光譜的圖表，圖3[1]是環(huán)形諧振器111、112之間的相位差φ＝0.44π|的情況，圖3[2]是環(huán)形諧振器間111、112之間的相位差φ＝1.76π|的情況。以下，基于圖1以及圖3，對(duì)可調(diào)諧激光器10的波長(zhǎng)選擇裝置以及可調(diào)諧裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
首先，二重環(huán)形諧振器11的光傳遞函數(shù)由下式給出。
數(shù)1H(λ)=A1-B-C+D|]]>其中，A=κ1κ2κ3]]>B=1-κ11-κ2ej2πλnΔL1|]]>C=1-κ21-κ3ej2πλnΔL1+jφ]]>D=1-κ11-κ3ej2πλn(ΔL1+ΔL2)+jφ|]]>這里，分別地，к1，к2，к3|表示設(shè)置于二重環(huán)形諧振器11中的定向藕合器121、122、123的分支比，λ表示波長(zhǎng)，n表示波導(dǎo)等效折射率，ΔL1是環(huán)形諧振器112的圓周長(zhǎng)，ΔL2是環(huán)形諧振器111的圓周長(zhǎng)，φ是環(huán)形諧振器111、112間的相位差。設(shè)к1＝к3＝0.1296，к2＝0.0081，ΔL1＝2000μm，ΔL2＝2040μm，在圖3中表示從高反射膜16返回光的情況下的反射光譜的計(jì)算結(jié)果。
如圖3[1]所示，設(shè)φ＝0.44π，則在1.56μm附近出現(xiàn)反射峰值。另一方面，如圖3[2]所示，設(shè)φ＝1.76π，則反射峰值在1.53μm附近出現(xiàn)。因此，幾乎根據(jù)π的位相變化，反射峰值可在遍及C帶全域(1.53μm～1.56μm)范圍移動(dòng)。如此，之所以用π的位相變化可進(jìn)行遍及寬范圍的調(diào)諧動(dòng)作，是因?yàn)閷H圓周長(zhǎng)即直徑R1、R2不同的環(huán)形諧振器111、112兩個(gè)串聯(lián)連接，巧妙利用了由此產(chǎn)生的游標(biāo)效果。這是因?yàn)?，由于僅僅串聯(lián)連接的環(huán)形諧振器111、112的FSR不同，所以在由環(huán)形諧振器111、112產(chǎn)生的反射(透過(guò))的周期性變化一致的波長(zhǎng)(諧振波長(zhǎng))中，更大的反射發(fā)生。因此，周期一致的波長(zhǎng)由于環(huán)形諧振器111、112的圓周長(zhǎng)和波導(dǎo)折射率變化而發(fā)生大變化，所以可期待效率良好的可調(diào)諧動(dòng)作。如以前計(jì)算所示，即使在進(jìn)行C帶全域的調(diào)諧動(dòng)作時(shí)，在此需要的位相變化是π程度。在二氧化硅波導(dǎo)的情況下，這是通過(guò)由80℃程度的加熱通電引起的溫度變化可實(shí)現(xiàn)的值。
本實(shí)施方式中，作為L(zhǎng)D的波長(zhǎng)選擇裝置使用這里敘述的二重環(huán)形諧振器11的反射特性，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧動(dòng)作。具體地，通過(guò)向安裝于構(gòu)成環(huán)形諧振器111、112的環(huán)形波導(dǎo)正上方的膜狀加熱器191～194通電，使溫度局部性上升。而且，通過(guò)控制該溫度，可使由期望的波長(zhǎng)引起的反射量增加，實(shí)現(xiàn)由相同波長(zhǎng)引起的激光諧振。如以前所述，如果是本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，則通過(guò)向膜狀加熱器191～194通電可使反射峰值波長(zhǎng)遍及C帶全域或L帶全域(1.56μm～1.59μm)移位，籍此，可在寬范圍的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行可調(diào)諧動(dòng)作。
圖4是表示本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第2實(shí)施方式的平面圖。下面，基于該圖進(jìn)行說(shuō)明。不過(guò)，和圖1相同的部分，通過(guò)賦予相同符號(hào)而省略說(shuō)明。
本實(shí)施方式的可調(diào)諧激光器20，在LD側(cè)波導(dǎo)13的一端131以及反射側(cè)波導(dǎo)14的一端141，形成使那些被延長(zhǎng)的端面133、143朝向一定的方向的彎曲部134、144。因此，可使由端面133、143射出的漫射光導(dǎo)向影響小的一方。
再者，在圖4中，作為漫射光控制部使用了彎曲部134、144，但不限于此。如果是控制由LD側(cè)波導(dǎo)一端的延長(zhǎng)的端面或者上述反射側(cè)波導(dǎo)一端的延長(zhǎng)的端面射出的漫射光造成的影響，也可使用任何漫射光控制部。
圖5是表示本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第3實(shí)施方式的平面圖。下面基于該圖進(jìn)行說(shuō)明。不過(guò)，和圖1相同的部分，通過(guò)賦予相同符號(hào)，省略說(shuō)明。
本實(shí)施方式的可調(diào)諧激光器30，在LD側(cè)波導(dǎo)13一端131的延長(zhǎng)的端面133，設(shè)置了受光元件31。通過(guò)該受光元件31，可監(jiān)控由LD芯片17射出的激光L2的強(qiáng)度。受光元件31，例如是光電二極管，通過(guò)被動(dòng)對(duì)光技術(shù)，被直接安裝在LD芯片17以及PLC基板15上。另外，受光元件31也可設(shè)置于反射側(cè)波導(dǎo)142的一端141的被延長(zhǎng)的端面143。
圖6是表示本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第4實(shí)施方式的平面圖。下面基于該圖進(jìn)行說(shuō)明。不過(guò)，和圖1以及圖5相同的部分，通過(guò)賦予相同符號(hào)，省略說(shuō)明。
本實(shí)施方式的可調(diào)諧激光器40，進(jìn)一步包括受光元件31，被設(shè)置于LD側(cè)波導(dǎo)13一端131的被延長(zhǎng)的端面133；非對(duì)稱麻克-真德干涉儀41，插入到受光元件31和二重環(huán)形諧振器11之間的LD側(cè)波導(dǎo)13中，僅使一定范圍的波長(zhǎng)的光通過(guò)；控制單元42，為使受光元件31檢測(cè)的光強(qiáng)度一定，控制向膜狀加熱器191～194的通電。
非對(duì)稱麻克-真德干涉儀41其結(jié)構(gòu)是，通過(guò)定向耦合器413、414并聯(lián)連接短波導(dǎo)411和長(zhǎng)波導(dǎo)412，作為利用了基于波導(dǎo)411、412之間的光程差的干涉的濾光器而起作用。另外，非對(duì)稱麻克-真德干涉儀41可被形成于其他波導(dǎo)同時(shí)PLC基板15?？刂茊卧?2是由例如DSP等微型計(jì)算機(jī)、AD變換器、DA變換器以及增幅器等構(gòu)成的一般的單元。
非對(duì)稱麻克-真德干涉儀41以及受光以及31，使一定范圍的波長(zhǎng)的光通過(guò)，作為檢查2重環(huán)形諧振器11的諧振波長(zhǎng)的波長(zhǎng)檢查單元而起作用。另外，非對(duì)稱麻克-真德干涉儀41以及受光元件31，也可被設(shè)置于反射側(cè)波導(dǎo)14。
在本實(shí)施方式中，控制單元42，基于波長(zhǎng)檢測(cè)單元(31，41)檢查出的諧振波長(zhǎng)信息，反饋控制2重環(huán)形諧振器11的諧振。
圖7是表示本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第5實(shí)施方式的平面圖。下面基于該圖進(jìn)行說(shuō)明。不過(guò)，和圖1和圖6相同的部分，通過(guò)賦予相同符號(hào)，省略說(shuō)明。
本實(shí)施方式的可調(diào)諧激光器50，在二充環(huán)形諧振器11和高反射膜16之間的反射側(cè)波導(dǎo)14中，插入非對(duì)稱麻克-真德干涉儀41。非對(duì)稱麻克-真德干涉儀41，作為僅使一定范圍的波長(zhǎng)的光通過(guò)的濾光器而起作用。通過(guò)該濾光器功能，來(lái)自2重環(huán)形諧振器11的光中，僅一定范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的光通過(guò)非對(duì)稱麻克-真德干涉儀41。該光的波長(zhǎng)相當(dāng)于2充環(huán)形諧振器11的諧振波長(zhǎng)。非對(duì)稱麻克-真德干涉儀41，也可被插入到環(huán)形諧振器間等光往復(fù)的任何地方。
圖8是表示本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第6實(shí)施方式的平面圖。下面基于該圖進(jìn)行說(shuō)明。不過(guò)，和圖1相同的部分，通過(guò)賦予相同符號(hào)，省略說(shuō)明。
本實(shí)施方式的可調(diào)諧激光器60，包括三重環(huán)形諧振器61，由具有彼此不同光程長(zhǎng)的環(huán)形波導(dǎo)構(gòu)成的環(huán)形諧振器111、112、113，通過(guò)定向耦合器122、123而連接；LD側(cè)波導(dǎo)13，通過(guò)定向耦合器121一端131連接于環(huán)形諧振器111；反射側(cè)波導(dǎo)14，通過(guò)定向耦合器124一端141連接于環(huán)形諧振器113；一個(gè)PLC基板15，形成有環(huán)形諧振器111、112、113、LD側(cè)波導(dǎo)13以及反射側(cè)波導(dǎo)14；高反射膜16，被設(shè)置于反射側(cè)波導(dǎo)14的另一端142；LD芯片17，被設(shè)置于PLC基板15上，在對(duì)置的兩個(gè)發(fā)光端面171、172的一邊(發(fā)光端面171)形成低反射膜18，LD側(cè)波導(dǎo)13的另一端132被連接于低反射膜18；以及，膜狀加熱器191～194，利用環(huán)形諧振器111、112、113的溫度特性，使三重環(huán)形諧振器61的諧振波長(zhǎng)變化。另外，作為波導(dǎo)，可使用石英玻璃等。
本實(shí)施方式中，多重環(huán)形諧振器變?yōu)槿丨h(huán)形諧振器61.三重環(huán)形諧振器61，用三個(gè)環(huán)形諧振器111、112、113的諧振波長(zhǎng)全部一致的波長(zhǎng)諧振。即，因?yàn)榭煽刂迫齻€(gè)環(huán)形諧振器111、112、113的溫度，所以改變?nèi)丨h(huán)形諧振器61的諧振波長(zhǎng)的方法變得多樣。
圖9是表示本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第7實(shí)施方式的平面圖。下面基于該圖進(jìn)行說(shuō)明。不過(guò)，和圖1相同的部分，通過(guò)賦予相同符號(hào)，省略說(shuō)明。
本實(shí)施方式的可調(diào)諧激光器70，包括二重環(huán)形諧振器11，由具有彼此不同光程長(zhǎng)的環(huán)形波導(dǎo)構(gòu)成的環(huán)形諧振器111、112，通過(guò)定向耦合器122a、123b以及定向耦合器122c而連接；LD側(cè)波導(dǎo)13，通過(guò)定向耦合器121，一端131連接于環(huán)形諧振器111；反射側(cè)波導(dǎo)14，通過(guò)定向耦合器123，一端141連接于環(huán)形諧振器112；一個(gè)PLC基板15，形成有環(huán)形諧振器111、112、LD側(cè)波導(dǎo)13以及反射側(cè)波導(dǎo)14；高反射膜16，被設(shè)置于反射側(cè)波導(dǎo)14的另一端142；LD芯片17，被設(shè)置于PLC基板15上，在對(duì)置的兩個(gè)發(fā)光端面171、172的一邊(發(fā)光端面171)形成低反射膜18，LD側(cè)波導(dǎo)13的另一端132被連接于低反射膜18；以及，膜狀加熱器191～194，利用環(huán)形諧振器111、112的溫度特性，使二重環(huán)形諧振器11的諧振波長(zhǎng)變化。另外，作為波導(dǎo)，可使用石英玻璃等。
在本實(shí)施方式中，作為連接環(huán)形諧振器111、112的光藕合單元，代替定向耦合器思好用直線波導(dǎo)122c。主要的，作為連接多個(gè)環(huán)形諧振器11、12的光藕合單元，也可使用定向耦合器或者波導(dǎo)的任何一個(gè)。
圖10是表示本發(fā)明的可調(diào)諧激光器的第8實(shí)施方式的平面圖。下面基于該圖進(jìn)行說(shuō)明。不過(guò)，和圖1和圖9相同的部分，通過(guò)賦予相同符號(hào)，省略說(shuō)明。
在以上說(shuō)明的圖1、圖4～圖9所示的實(shí)施方式中，就在基板15上安裝了LD芯片17的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但并不限于此。如圖10以及圖11所示，也可以設(shè)計(jì)從基板上割開(kāi)LD芯片17。
圖10所示的實(shí)施方式，設(shè)計(jì)從基板15割開(kāi)LD芯片17。而且，LD芯片17的低反射膜18和LD側(cè)波導(dǎo)13對(duì)接光藕合。LD芯片17的低反射膜18和LD側(cè)波導(dǎo)13的間隔，以小于等于30μm的距離進(jìn)行精密安裝。另外，也可以使LD芯片17的低反射膜18和LD側(cè)波導(dǎo)13粘合進(jìn)行光藕合。
根據(jù)圖10所示的實(shí)施方式，LD芯片17在安裝于其他基板的情況等也有效。而且，因?yàn)閷?duì)接LD芯片17的低反射膜18和LD側(cè)波導(dǎo)13進(jìn)行光藕合，所以可縮短其間的尺寸。
圖11所示的實(shí)施方式，如圖10的實(shí)施方式那樣，設(shè)計(jì)從基板15割開(kāi)LD芯片17。而且，通過(guò)透鏡等光藕合單元80使LD芯片17的低反射膜18和LD側(cè)波導(dǎo)13光藕合。通過(guò)該光藕合單元80，使LD芯片17的低反射膜18和LD側(cè)波導(dǎo)13的光點(diǎn)尺寸的整合變得可能。
根據(jù)圖11所示的實(shí)施方式，和圖10的實(shí)施方式相同，LD芯片17安裝于另外基板等的情況下有效，不僅如此，可使LD芯片17的低反射膜18和LD側(cè)波導(dǎo)13的在光藕合部的光藕合損失減小。
以上的說(shuō)明中，獨(dú)立說(shuō)明了各個(gè)實(shí)施方式，但也可以是適當(dāng)組合這些實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)諧激光器，其特征在于，包括多重環(huán)形諧振器，其通過(guò)光藕合單元，將由彼此具有不同光程長(zhǎng)的環(huán)形波導(dǎo)構(gòu)成的多個(gè)環(huán)形諧振器進(jìn)行連接；LD側(cè)波導(dǎo)，其一端通過(guò)光藕合單元連接于所述多個(gè)環(huán)形諧振器中的一個(gè)；反射側(cè)波導(dǎo)，其一端通過(guò)光藕合單元連接于所述多個(gè)環(huán)形諧振器的中的另一個(gè)；一個(gè)基板，其上形成有所述環(huán)形諧振器、所述LD側(cè)波導(dǎo)以及所述反射側(cè)波導(dǎo)；反射膜，其設(shè)置于所述反射側(cè)波導(dǎo)的另一端；激光二極管芯片，其在對(duì)置的二個(gè)發(fā)光端面的一邊形成低反射膜，并通過(guò)該低反射膜光藕合于所述LD側(cè)波導(dǎo)；以及，可調(diào)諧單元，其使所述多重環(huán)形諧振器的諧振波長(zhǎng)變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述多重環(huán)形諧振器至少包含2個(gè)以上的所述環(huán)諧振器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述激光二極管芯片的低反射膜和所述LD側(cè)波導(dǎo)對(duì)接進(jìn)行光藕合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述激光二極管芯片的低反射膜和所述LD側(cè)波導(dǎo)通過(guò)光單元進(jìn)行光藕合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，作為所述光學(xué)單元，使用了透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述多個(gè)環(huán)形諧振器，設(shè)定上述環(huán)形波導(dǎo)的直徑以使周期性出現(xiàn)的反射峰值的間隔不同，并在反射峰值的會(huì)合點(diǎn)引起諧振。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，作為所述光藕合單元，使用了定向耦合器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述可調(diào)諧單元，使所述環(huán)形諧振器的環(huán)形波導(dǎo)的折射率變化，并使諧振波長(zhǎng)變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述可調(diào)諧單元利用所述環(huán)形波導(dǎo)的溫度特性，使所述環(huán)形波導(dǎo)的折射率變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，還包括波長(zhǎng)檢測(cè)單元，檢測(cè)所述多重環(huán)形諧振器的諧振波長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述波長(zhǎng)檢測(cè)單元，僅使一定范圍的波長(zhǎng)的光通過(guò)或屏蔽，來(lái)檢測(cè)所述波長(zhǎng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，包括控制單元，基于由所述波長(zhǎng)檢測(cè)單元檢測(cè)到的諧振波長(zhǎng)信息，反饋控制所述多重環(huán)形諧振器的諧振。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，設(shè)置了漫射光抑制部，抑制由從所述LD側(cè)波導(dǎo)一端的被延長(zhǎng)的端面或所述反射側(cè)波導(dǎo)一端的被延長(zhǎng)的端面射出的漫射光造成的影響。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，在所述多重環(huán)形諧振器和所述激光二極管芯片之間的所述LD側(cè)波導(dǎo)中、在所述多重環(huán)形諧振器和所述高反射膜之間的所述反射側(cè)波導(dǎo)中、或在環(huán)形諧振器之間中的至少一個(gè)位置，插入了僅使一定范圍的波長(zhǎng)的光通過(guò)的濾光器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，在所述LD側(cè)波導(dǎo)一端的被延長(zhǎng)的端面或所述反射側(cè)波導(dǎo)一端的被延長(zhǎng)的端面設(shè)置了受光元件。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，通過(guò)被動(dòng)對(duì)光技術(shù)，在所述基板上安裝所述激光二極管芯片。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的可調(diào)諧激光器，其特征在于，通過(guò)被動(dòng)對(duì)光技術(shù)，在所述基板上安裝所述受光元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高可靠性、高性能并且低價(jià)格的可調(diào)諧激光器，該可調(diào)諧激光器(10)包括通過(guò)定向耦合器(122)連接大小不同的環(huán)形諧振器(111、112)的二重環(huán)形諧振器(11)；通過(guò)定向耦合器(121)，一端(131)連接于環(huán)形諧振器(111)的LD側(cè)波導(dǎo)(13)；通過(guò)定向耦合器(123)，一端(141)連接于環(huán)形諧振器(112)的反射側(cè)波導(dǎo)(14)；形成有環(huán)形諧振器(111)等的PLC基板(15)；被設(shè)置于反射側(cè)波導(dǎo)(14)的另一端(142)的高反射膜(16)；在對(duì)置的兩個(gè)發(fā)光端面(171、172)的一邊形成低反射膜(18)，LD側(cè)波導(dǎo)(13)的另一端(132)被光耦合于低反射膜(18)的LD芯片(17)；以及，使二重環(huán)形諧振器(11)的諧振波長(zhǎng)變化的膜狀加熱器(191～194)。
文檔編號(hào)H01S5/10GK1938917SQ20058001039
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者山崎裕幸 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社