面発光レーザ集積アレイの波長エンジニアリング

本研究は,面発光レーザにマイクロマシン構造を集積することで,外部環境温度に依存せず絶対波長が安定化される絶対波長安定化(アサーマル)動作や,さらに波長掃引機能を付加した,すなわちアサーマル波長面発光レーザを実現するとともに,表面サブ波長回折格子を高反射率反射鏡として用いた高精度な多波長集積レーザアレイ実現など,面発光半導体レーザの波長を自在に制御・集積する「波長エンジニアリング」を確立することを目的とする.通常の半導体レーザでは不可欠の温度制御機構(電子冷却素子)を排除することで低消費電力化と小型化を可能とし,空間多重化に加えて波長領域での多重化により,既存の電気配線の1000倍以上の大容量光配線技術を確立することを目指し,以下の研究成果を得た.1) マイクロマシン構造を集積したGaAs系面発光レーザを製作し,半導体レーザとしては初めて負の波長温度係数から,従来素子に比べて約10倍の巨大温度係数を実現した.また,プロセス終了後のドライプロセスで波長の調整を行うトリミング技術の提案と実証に成功した.2) 中空導波路を用いた多波長面発光レーザ用光合波を提案・試作し,16チャンネル規模の小型合波器の可能性を実証した.3) 面発光レーザとスローライト光導波路の新しい結合方法を提案し,スローライトを用いた光帰還を用いることで,面発光レーザの直接変調帯域の増大手法を考案し,理論解析によりその有効性を示した.

本研究は,面発光レーザにマイクロマシン構造を集積することで,外部環境温度に依存せず絶対波長が安定化される絶対波長安定化(アサーマル)動作や,さらに波長掃引機能を付加した,すなわちアサーマル波長面発光レーザを実現するとともに,表面サブ波長回折格子を高反射率反射鏡として用いた高精度な多波長集積レーザアレイ実現など,面発光半導体レーザの波長を自在に制御・集積する「波長エンジニアリング」を確立することを目的とする.通常の半導体レーザでは不可欠の温度制御機構(電子冷却素子)を排除することで低消費電力化と小型化を可能とし,空間多重化に加えて波長領域での多重化により,既存の電気配線の1000倍以上の大容量光配線技術を確立することを目指し,以下の研究成果を得た.1) マイクロマシン構造を集積したGaAs系面発光レーザを製作し,半導体レーザとしては初めて負の波長温度係数から,従来素子に比べて約10倍の巨大温度係数を実現した.また,プロセス終了後のドライプロセスで波長の調整を行うトリミング技術の提案と実証に成功した.2) 中空導波路を用いた多波長面発光レーザ用光合波を提案・試作し,16チャンネル規模の小型合波器の可能性を実証した.3) 面発光レーザとスローライト光導波路の新しい結合方法を提案し,スローライトを用いた光帰還を用いることで,面発光レーザの直接変調帯域の増大手法を考案し,理論解析によりその有効性を示した.