JPH02148784A - Optically bistable type semiconductor laser - Google Patents

Optically bistable type semiconductor laser

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JPH02148784A
JPH02148784A JP30162288A JP30162288A JPH02148784A JP H02148784 A JPH02148784 A JP H02148784A JP 30162288 A JP30162288 A JP 30162288A JP 30162288 A JP30162288 A JP 30162288A JP H02148784 A JPH02148784 A JP H02148784A
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JP
Japan
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layer
laser
oscillation
semiconductor laser
active layer
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Pending
Application number
JP30162288A
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Japanese (ja)
Inventor
Kentaro Kondo
賢太郎 近藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (概 要〕 本発明は外部光の入力によって発振闇値が変化する双安
定型の半導体レーザに関し、 より低い光入力レベルによっても発振闇値を変化せしめ
得る、高感度の光双安定レーザを実現することを目的と
し、 半導体レーザの活性層に対し光の滲み出し距離以内に近
接した位置に、活性層の全長にわたって可飽和吸収層を
設けた構成とする。
[Detailed Description of the Invention] (Summary) The present invention relates to a bistable semiconductor laser whose oscillation darkness value changes depending on the input of external light. The purpose of this invention is to realize an optical bistable laser with a structure in which a saturable absorption layer is provided over the entire length of the active layer of a semiconductor laser at a position close to the active layer within the light seepage distance.

可飽和吸収層が活性層に対して密に結合しているため、
可飽和吸収層への入射光が低レベルであっても、レーザ
の発振闇値を変移させることが出来、高感度の光双安定
特性が実現する。
Because the saturable absorbing layer is tightly coupled to the active layer,
Even if the level of light incident on the saturable absorption layer is low, the oscillation darkness value of the laser can be shifted, achieving highly sensitive optical bistability.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は外部光の入力によって発振闇値が変移する双安
定型の半導体レーザに関わるものである。
The present invention relates to a bistable semiconductor laser whose oscillation darkness value changes depending on the input of external light.

電流注入で生じた電子/正孔対の再結合により発生する
光を、屈折率の差を利用して構成したガイド層中で共振
させてレーザ発振せしめる半導体レーザでは、成る電流
値に対する光出力は一元的に定まるのが通常であるが、
特殊な構造を採ることにより、注入電流に対する光出力
特性にヒステリシスを持たせることが可能である。
In a semiconductor laser, the light generated by the recombination of electron/hole pairs generated by current injection is resonated in a guide layer constructed by utilizing the difference in refractive index, resulting in laser oscillation.The optical output for a given current value is Although it is usually determined centrally,
By adopting a special structure, it is possible to provide hysteresis in the optical output characteristics with respect to the injected current.

そのような半導体レーザの一例が第4図に示されている
。同図(a)はレーザのガイド層の長さ方向に合わせて
垂直に切断した断面を示す模式図であって、同図ら)に
示されているように、X−7面で切断された図である。
An example of such a semiconductor laser is shown in FIG. Figure (a) is a schematic diagram showing a cross section cut perpendicularly to the length direction of the laser guide layer, and as shown in Figure 3), it is a diagram cut along the X-7 plane. It is.

第4図のレーザが通常のものと異なる点はアノード電極
が2個設けられている点であり、これ等の電極から相互
に独立した電流1.、 r、を注入することが出来る。
The laser shown in FIG. 4 differs from the usual one in that it has two anode electrodes, and these electrodes generate mutually independent currents. , r, can be injected.

また、該画電極の間の活性層3には励起電流が注入され
ない部分があり、この部分は可飽和吸収領域として機能
する。
Further, there is a portion of the active layer 3 between the picture electrodes into which no excitation current is injected, and this portion functions as a saturable absorption region.

上記構造のレーザは次のように動作する。先ず電流I、
、I2によるレーザ発振の開始と終止の関係は第5図(
a)のようなものである。11或いはI2を増加させて
ゆくと、境界線T1を越えたところでレーザ発振を開始
するが、その後電流を減少させてゆくと、T1以下にな
っても発振状態は持続され、T2以下になったところで
発振が停止する。
The laser with the above structure operates as follows. First, the current I,
, The relationship between the start and end of laser oscillation due to I2 is shown in Figure 5 (
It is like a). 11 or when I2 is increased, laser oscillation starts when the current exceeds the boundary line T1, but when the current is then decreased, the oscillation state is maintained even when the current becomes below T1, and becomes below T2. However, the oscillation stops.

より具体的に言うと、例えば同図(a)中の直線Bの如
(、I2を一定に保ち、I1を変化させる場合を考える
と、同図(b)のように、It を0から次第に増加さ
せれば、電流がIllを越えるとレーザ発振が起こり、
電流を減少させてIt2以下にすると発振が停止する。
To be more specific, for example, if we consider the case of keeping I2 constant and changing I1, as shown in straight line B in Figure (a), we can gradually change It from 0 as shown in Figure (b). If the current is increased, laser oscillation occurs when the current exceeds Ill,
When the current is reduced to below It2, oscillation stops.

換言すれば、励起電流と光出力との関係を示す線図には
ヒステリシス・ループが存在する。
In other words, a hysteresis loop exists in the diagram showing the relationship between excitation current and light output.

該レーザは更に、外部からの光入力によっても発振特性
が変移す盃。例えば、電流条件を第5図(a)のP点に
固定し、活性層端面から光入力を与えた場合、光入力レ
ベルと発振光の出力レベルの関係は同図(C)に示され
るようなものとなる。即ち、光入力がO或いは微弱な場
合は非発振状態であるが、光入力レベルが上がり、LL
を越えると発振状態に転じて光出力が現れる。−旦発振
状態になると、光入力が解除されても発振状態は維持さ
れる。
The laser also has oscillation characteristics that change depending on external light input. For example, if the current condition is fixed at point P in Figure 5(a) and light is input from the end face of the active layer, the relationship between the optical input level and the output level of the oscillated light is as shown in Figure 5(C). Become something. That is, when the optical input is O or weak, it is in a non-oscillating state, but as the optical input level increases, LL
When the value exceeds 1, the state changes to oscillation and optical output appears. - Once in the oscillation state, the oscillation state is maintained even if the optical input is removed.

このように、光入力によってレーザを非発振/発振に切
り替えることが出来、−旦発振状態になれば光入力が解
除されても発振状態は維持されることから、この種のレ
ーザは光双安定レーザと呼ばれる。
In this way, the laser can be switched between non-oscillation and oscillation by optical input, and once it enters the oscillating state, it remains in the oscillating state even if the optical input is removed, making this type of laser optically bistable. It's called a laser.

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕従来、光
双安定レーザとして知られている第4図の構造のレーザ
では、発振状態に遷移せしめる光入力レベルを低くする
ためには、即ち高感度化するためには、可飽和吸収領域
をより長い構造とすることが必要である。
[Prior art and problems to be solved by the invention] In the laser with the structure shown in FIG. 4, which is conventionally known as an optical bistable laser, in order to lower the optical input level for transitioning to the oscillation state, it is necessary to In order to increase the sensitivity, it is necessary to make the saturable absorption region longer.

ところが、第4図の構造で単に可飽和吸収領域のみを長
くしたのでは、素子のヒステリシスの幅が広くなり、レ
ーザとしての光出力特性が劣化する。更に活性層は光共
振器としても機能するものであるから、その全長を極端
に長くすることも不都合である。
However, if only the saturable absorption region in the structure shown in FIG. 4 is lengthened, the width of the hysteresis of the device becomes wide, and the optical output characteristics as a laser deteriorate. Furthermore, since the active layer also functions as an optical resonator, it is also disadvantageous to make its total length extremely long.

このような事情のため、発振状態に遷移させるための光
入力は数百μWを必要とするのが現状である。
Due to these circumstances, the current situation is that several hundred microwatts of optical input is required for transitioning to the oscillation state.

本発明の目的は、素子構造を改善することにより、光入
力感度のより優れた双安定レーザを提供することである
An object of the present invention is to provide a bistable laser with improved optical input sensitivity by improving the element structure.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するため、本発明の光双安定型半導体レ
ーザでは 活性層の光共振方向の全長にわたり、 光の滲み出し距離以内に前記活性層に近接させて、 前記活性層から独立した可飽和吸収層が設けられている
In order to achieve the above object, the optically bistable semiconductor laser of the present invention has a saturable structure that is independent of the active layer by being close to the active layer within the light seepage distance over the entire length of the active layer in the optical resonance direction. An absorbent layer is provided.

〔作 用〕[For production]

第1図は本発明の半導体レーザの構成を原理的に示す模
式図である。バンファ層を含む基板1とクラッド層4の
間に活性層3が設けられている点は通常の半導体レーザ
と同じであるが、本発明のレーザではクラッド層4を挟
み、活性層3から光滲み出し距離内の位置に可飽和吸収
層5が設けられている。図の他の部分では、6はクラッ
ド層、8はp電極、9はn電極である。外部光は可飽和
吸収層5に入力される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of the structure of the semiconductor laser of the present invention. The point that an active layer 3 is provided between a substrate 1 including a bumper layer and a cladding layer 4 is the same as in a normal semiconductor laser, but in the laser of the present invention, a cladding layer 4 is sandwiched between the active layer 3 and light leakage from the active layer 3. A saturable absorption layer 5 is provided at a position within the extension distance. In other parts of the figure, 6 is a cladding layer, 8 is a p-electrode, and 9 is an n-electrode. External light is input into the saturable absorption layer 5.

図示のように可飽和吸収層が設けられていると、その長
さが大であることから外部入力光が可飽和吸収層に有効
に吸収され、活性層のレーザ発振に与える効果が大であ
る。この点は次のように理解される。
When a saturable absorption layer is provided as shown in the figure, the external input light is effectively absorbed by the saturable absorption layer due to its long length, which has a large effect on the laser oscillation of the active layer. . This point can be understood as follows.

先ず、光入力レベルに対して可飽和吸収層の吸収率は第
2図に示されるように変化する。レーザ発振に及ぼす効
果は吸収率の変化量と可飽和吸収層の体積の積で効くこ
とから、可飽和吸収層の体積が大である方が、より少な
い吸収率変化で同等の効果を示すことになる。
First, the absorption rate of the saturable absorption layer changes with respect to the optical input level as shown in FIG. Since the effect on laser oscillation is the product of the amount of change in absorption rate and the volume of the saturable absorbing layer, a larger volume of the saturable absorbing layer will show the same effect with a smaller change in absorption rate. become.

即ち、より大きい可飽和吸収層を設けた場合には、例え
ば同図19点まで吸収率を変化させるだけの光入力でレ
ーザ発振を開始するのに対し、可飽和吸収層がより小で
ある場合は、例えば22点まで吸収率を変化させる光入
力を必要とすることになる。なお、第1図のような構造
で可飽和吸収層が活性層に対し効果を示すには、両者は
光滲み出し距離内に近接していることが必要である。
That is, when a larger saturable absorption layer is provided, laser oscillation is started with an optical input that changes the absorption rate up to, for example, point 19 in the same figure, whereas when the saturable absorption layer is smaller, laser oscillation is started. would require an optical input that changes the absorption rate up to, for example, 22 points. Note that in order for the saturable absorption layer to exhibit an effect on the active layer in the structure shown in FIG. 1, it is necessary that the two be close to each other within the light seepage distance.

〔実施例〕〔Example〕

第3図は本発明の一実施例の素子の構造を示す断面模式
図である。以下、形成方法の例示を含めて該構造を説明
する。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an element according to an embodiment of the present invention. The structure will be described below, including an example of the formation method.

n−TnPの基板1上に同じ<n−InPであるバッフ
ァ層2を2μmエピタキシャル成長させ、更にI nc
aAs Pの活性層3を0.15μmエピタキシャル成
長させる。該4元化合物の組成は波長換算で1.55μ
mである。以下の説明で取り上げられる化合物半導体層
も全てエピタキシャル成長により形成される。
A buffer layer 2 of the same <n-InP is epitaxially grown to a thickness of 2 μm on the n-TnP substrate 1, and further Inc
An active layer 3 of aAsP is epitaxially grown to a thickness of 0.15 μm. The composition of the quaternary compound is 1.55μ in terms of wavelength.
It is m. All of the compound semiconductor layers discussed in the following description are also formed by epitaxial growth.

活性層上にp−InPであるクラッド層4を1゜5μm
成長させ、その上に可飽和吸収層5を0.15μmの厚
さに成長させる。該可飽和吸収層は活性層と同じで、波
長換算1655μmのl nGaAsPであり、p型不
純物がドープされている。
A cladding layer 4 made of p-InP is formed on the active layer with a thickness of 1°5 μm.
A saturable absorption layer 5 is grown thereon to a thickness of 0.15 μm. The saturable absorption layer is the same as the active layer, and is made of lnGaAsP with a converted wavelength of 1655 μm, and is doped with p-type impurities.

可飽和吸収層上にp−1nPのクランド層6を1.5u
m形成し、p”−1nGaAsPのコンタクト層を堆積
してP電極8を設ける。また、基板側にはn電極9が設
けられる。
1.5u of p-1nP ground layer 6 on the saturable absorption layer
A contact layer of p''-1n GaAsP is deposited to provide a P electrode 8. Further, an n electrode 9 is provided on the substrate side.

実施例の素子は以上の構造を有するが、その動作は作用
の項で説明した通りである。
The device of the embodiment has the above structure, and its operation is as explained in the operation section.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明の光双安定型半導体レーザは
、レーザとしての特性を犠牲にすることなく、光入力に
対する感度が高められており、2状態間を高速に遷移さ
せることが可能となっている。
As explained above, the optical bistable semiconductor laser of the present invention has increased sensitivity to optical input without sacrificing its laser characteristics, and can rapidly transition between two states. ing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の素子の基本的構造を示す模式第2図は
可飽和吸収層の作用を説明する図、第3図は実施例の素
子の構造を示す断面模式図、第4図は従来の光双安定レ
ーザの構造を示す断面模式図、 第5図は光双安定レーザの動作を説明する図であって、 図に於いて ■は基板(n−1nP)、 2はバッファ層(n−1nP)、 3は活性層(InGaAsP)、 4はクラッド層(p−1nP)、 5は可飽和吸収層(p−1nGaASP)、6はクラシ
ト層(p−1nP)、 7はコンタクト層(p″InGaAsP)、8はp電極
、 9はn電極 である。 本発明の素子の基本的構造を示す模式図筒 図 光 入 力 可飽和吸収層の作用を説明する図 第 図 実施例の素子の構造を示す断面模式図 第 図 従来の光双安定レーザの構造を示す断面模式図第 図
FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic structure of the device of the present invention. FIG. 2 is a diagram explaining the action of the saturable absorption layer. FIG. 3 is a schematic cross-sectional diagram showing the structure of the device of the embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional schematic diagram showing the structure of a conventional optical bistable laser. In the figure, ■ is a substrate (n-1nP), and 2 is a buffer layer ( 3 is an active layer (InGaAsP), 4 is a cladding layer (p-1nP), 5 is a saturable absorption layer (p-1nGaASP), 6 is a cracito layer (p-1nP), 7 is a contact layer ( 8 is a p-electrode, and 9 is an n-electrode. A schematic diagram showing the basic structure of the device of the present invention. A diagram explaining the action of the optical input saturable absorption layer. Schematic cross-sectional diagram showing the structure Figure 1 Schematic cross-sectional diagram showing the structure of a conventional optical bistable laser

Claims (1)

【特許請求の範囲】 電流注入によりレーザ発振が行われる領域である活性層
を備え、 前記活性層から光の滲み出し距離以内に近接した位置に
、前記活性層の光共振方向の全長にわたって、可飽和吸
収層が設けられて成ることを特徴とする光双安定型半導
体レーザ。
[Scope of Claims] An active layer is provided as a region in which laser oscillation is performed by current injection; An optical bistable semiconductor laser characterized by being provided with a saturated absorption layer.
JP30162288A 1988-11-29 1988-11-29 Optically bistable type semiconductor laser Pending JPH02148784A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6184891A (en) * 1984-10-02 1986-04-30 Toshiba Corp Semiconductor laser element

Patent Citations (1)

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JPS6184891A (en) * 1984-10-02 1986-04-30 Toshiba Corp Semiconductor laser element

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