発明の詳細な説明【技術分野】 【０００１】 本発明は、混合変調レーザに関する。 続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】 【０００２】 直接変調型の半導体レーザは、インターネット技術の爆発的な進展に伴って、超大容量の光信号を処理することが不可欠となったデータセンターなどに用いられる低コストな高速光信号発生器として不可欠な光源装置である。直接変調半導体レーザの応答帯域は、その緩和振動周波数で制限を受けるため、高速化には応答帯域の増加が必要である。緩和振動周波数ｆ r は、半導体レーザの利得定数Ａ g 、キャリア寿命時間τ s 、および光子寿命時間τ p を用いて、以下の式で表される。 【０００３】 JPEG 2025025671000002.jpg 17 136 【０００４】 このため、半導体レーザの応答速度向上に向けて、活性層を構成する材料の改良による利得定数の増加や共振器長の短尺化による光子寿命時間の低減に主眼が置かれてきた。しかし、利得定数は物性定数のため飛躍的な改善は難しく、また共振器長を短くすることは素子の発熱の問題で制限を受けるため、その応答帯域は４０ＧＨｚ程度に留まっていた（非特許文献１）。 【０００５】 上述した緩和振動周波数による帯域制限を打破する技術として、光子と光子の共鳴現象（光子－光子共鳴、Photon-Photon Resonance；ＰＰＲ）を用いたレーザが提案されている（非特許文献２、非特許文献３）。このレーザは、半導体レーザに外部共振器を設け、設けた外部共振器からの遅延時間を与えられた帰還光とレーザ発振光とのＰＰＲによって、応答特性に第２の共鳴状の感度改善領域を出現させ、帯域拡大を実現している。当該技術を用いることで、１０８ＧＨｚの３ｄＢ帯域を実現した報告がある（非特許文献４）。 【０００６】 上記の光子共鳴効果を用いた高速直接変調レーザでは、図９に示すように半導体レーザの直接変調時の応答感度が高変調周波数領域で変調周波数の自乗に反比例して急激に低減する（図９）。このため、光子共鳴効果による第２の共鳴状の感度改善領域を低変調周波数領域に設定すれば帯域拡大には貢献できる（図１０に示す一点鎖線。図中の矢印は帯域拡大量を表す）。しかしながら、これを高い変調周波数領域に設定すると、中間周波数領域に細い点線で示した規格化感度が－３ｄＢとなる値よりも応答感度が劣化する領域が発生し（図１０に示す実線）、十分な帯域拡大が実現できない。 【０００７】 この問題を解決する技術として、図１１に示すように、レーザ領域３３１と変調領域３３２とを備える混合変調レーザが提案されている（非特許文献５）。この混合変調レーザは、例えばｎ型の化合物半導体からなる基板３０１の上にレーザ領域３３１および変調領域３３２が形成され、レーザ領域３３１は、レーザ用の活性層３０２を備え、共振器内に形成された回折格子３０３によって単一波長で発振する。 【０００８】 変調領域３３２は、光損失変調用の活性層３０４を備える。また、活性層３０２、活性層３０４の上には、ｐ型の化合物半導体からなる半導体層３０５が形成され、レーザ領域３３１、変調領域３３２の各々に、電極３０８，電極３０９が形成されている。また、変調領域３３２の端面には、反射膜３０６が形成され、変調領域３３２を外部共振器としている。活性層３０２への注入電流変調と同時に、外部共振器としても作用する変調領域３３２の活性層３０４への注入電流を変調し、変調領域３３２における光損失を変調している。 【０００９】 変調領域３３２における変調では、高変調周波数領域の応答感度の劣化は変調周波数に反比例し、一般的な半導体レーザの応答特性に比べて劣化が少ない。このため、非特許文献５の混合変調レーザでは、その応答特性は図１２に示す実線のように高変調周波数領域で緩やかに低減する特性を実現でき、帯域拡大が実現できる（図１２に示す矢印）。この混合変調レーザでは、変調領域３３２が外部共振器構造としても作用するので、光子共鳴効果による第２の共鳴状の感度改善領域を出現させることができ、当該レーザ構成を導入することで、図１３の実線に示すような応答特性を有し、矢印で示したように帯域拡大を実現した超高速な直接変調可能な半導体レーザが実現できる。 【先行技術文献】 【非特許文献】 【００１０】 K. Nakahara et al., "112-Gb/s PAM-4 Uncooled (25°C to 85°C) Directly Modulation of 1.3-μm InGaAlAs-MQW DFB BH Lasers with Record High Bandwidth", 45th European Conference on Optical Communication , DOI: 10.1049/cp.2019.1025, ISBN:978-1-83953-185-9, 2019. M. Radziunas et al., "Improving the Modulation Bandwidth in Semiconductor Lasers by Passive Feedback", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 13, no. 1, pp. 136-142, 2007. T. Uusitalo et al., "Analysis of the photon-photon resonance influence on the direct modulation bandwidth of dual-longitudinal-mode distributed feedback lasers", Optical and Quantum Electronics volume, vol. 49, Article number: 46, 2017. S. Yamaoka et al., "239.3-Gbit/s NET RATE PAM-4 TRANSMISSION USING DIRECTLY MODULATED MEMBRANE LASERS ON HIGH-THERMAL-CONDUCTIVITY SiC", 45th European Conference on Optical Communication, DOI: 10.1049/cp.2019.1022, ISBN:978-1-83953-185-9, 2019. M. Kanno et al., "Measurement of Intrinsic Modulation Bandwidth of Hybrid Modulation Laser", IEEE Photonics Technology Letters, vol. 32, no. 13, pp. 839-842, 2020. 【発明の概要】 【発明が解決しようとする課題】 （【００１１】以降は省略されています） この特許をJ-PlatPatで参照する
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