多波長面発光レーザアレイ

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13026208
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小山 二三夫 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (30178397)
• キーワード: 半導体レーザ / 面発光レーザ / 波長多重 / 光通信 / 波長可変レーザ / アレイ光源

研究概要

将来の大容量光通信ネットワークのために,発振波長の絶対値を安定化した半導体レーザの実現や大規模な多波長一括生成技術が望まれている.波長の安定化された多波長光源が集積できれば,大容量の光LANやクロスコネクトなどへの展開が期待できる.本研究は,微小共振器面発光レーザとマイクロマシン(MEMS)/ナノマシン(NEMS)技術を融合して,波長温度無依存の半導体レーザや,数百波規模の多波長一括生成技術,広範囲の波長可変動作などを実現するための学術的基盤と基礎技術を確立することを目指して,研究を進めた.具体的な研究成果は,以下の通りである.
凹凸パターン基板上多波長面発光レーザアレイの高精度波長制御のために,境界層内の気相拡散モデルを用いてパターン基板上の多波長集積アレイの設計を行った.GaAsパターン基板上の単膜の膜厚分布測定と顕微PLマッピングから拡散係数などのパラメータを推定することにより,任意の凹凸基板上の多波長面発光レーザの波長シフト量を理論的に予測できるようになった.約200nmの広い波長スパンにわたり波長シフト量を理論的に見積もることができた.さらに,多波長アレイの波長等間隔化を可能とするパターンの形状を理論的に求め,150nmの広い波長域にわたりほぼ線形な傾斜で波長を変化させることを示した.実際に,このような設計に基づき,1次元多波長面発光レーザアレイの波長等間隔化を試み,波長間隔約20nmの多波長アレイを初めて実現した.
波長集積の高密度化には,空間的な高密度面発光レーザアレイの構成が必要とされる.今回,新たなトレンチ構造の提案により,ピッチ20umまでの高密度集積面発光レーザアレイの試作に初めて成功し,通常の構造では困難な高密度集積化が可能となった.

研究成果

• [文献書誌] Akihiro Onomura, Masakazu Arai, Takashi Kondo, Akihiro Matsutani, Tomoyuki Miyamoto, Fumio Koyama: "Densely integrated multiple-wavelength vertical-cavity surface-emitting laser array"Jpn.J.Appl.Phys.. vol.42 no.5B. L529-L531 (2003)
• [文献書誌] Wiganes Janto, Takeru Amano, Fumio Koyama, Akihiro Matsutani, Takashi Kondo, Masakazu Arai: "Design and fabrication of double-cavity tunable filter using micromachined structure"Jpn.J.Appl.Phys.. vol.42 no.7B. L828-L830 (2003)
• [文献書誌] Takeru Amano, Fumio Koyama, Masakazu Arai, Akihiro Matsutani: "Micromachined GaAs/AlGaAs resonant-cavity light emitter with small temperature dependence of emission wavelength"Jpn.J.Appl.Phys.. vol.42,no.11B. L1377-L1379 (2003)
• [文献書誌] Yutaka Onishi, Fumio Koyama: "Design of long-wavelength vertical-cavity surface-emitting lasers with resonant optical pumping"Optical Review. vol.10 no.4. 179-181 (2003)
• [文献書誌] Masakazu Arai, Takashi Kondo, Akihiro Onumura, Akihiro Matsutani, Tomoyuki Miyamoto, Fumio Koyama: "Multiple-Wavelength GalnAs/GaAs Vertical Cavity Surface Emitting Laser Array With Extended Wavelength Span"IEEE J Slected Topics in Quantum Electronics. Vol.19 no.5. 1367-1373 (2004)
• [文献書誌] Takashi Kondo, Masakazu Arai, Akihiro Matsutani, Tomoyuki Miyamoto, Fumio Koyama: "Isolator-free 10 Gb/s single-mode fiber data transmission using 1.1 um GalnAs/GaAs vertical cavity surface emitting laser"Electron.Lett.. Vol.40,no.1. 65-66 (2004)