JPH02185084A - 半導体レーザ型光増幅器 - Google Patents
半導体レーザ型光増幅器Info
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- JPH02185084A JPH02185084A JP516489A JP516489A JPH02185084A JP H02185084 A JPH02185084 A JP H02185084A JP 516489 A JP516489 A JP 516489A JP 516489 A JP516489 A JP 516489A JP H02185084 A JPH02185084 A JP H02185084A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光信号を増幅するための半導体レーザ型光増幅
器に関するものである。
器に関するものである。
従来、光増幅器は光通信の長距離化、大容量化、光交換
システムの大規模化等の目的のために不可欠なデバイス
である。かかる光増幅器としては、光フアイバ内の非線
形散乱を利用したものも可能であるが、小型、高効率、
他の半導体光デバイスと集積化可能性等の利点から半導
体レーザ(LD)型が用いられている。このLD型光増
幅器は内部利得として20〜30dB、入出力端に光フ
ァイバを接続した状態での光ファイバ間利得でも20d
B程度の値が得られている。また、近年、入出射端面へ
の無反射(AR)コート技術の進歩により、飽和光出力
、利得波長帯域も大幅に拡大され、実用に近いデバイス
となっている。
システムの大規模化等の目的のために不可欠なデバイス
である。かかる光増幅器としては、光フアイバ内の非線
形散乱を利用したものも可能であるが、小型、高効率、
他の半導体光デバイスと集積化可能性等の利点から半導
体レーザ(LD)型が用いられている。このLD型光増
幅器は内部利得として20〜30dB、入出力端に光フ
ァイバを接続した状態での光ファイバ間利得でも20d
B程度の値が得られている。また、近年、入出射端面へ
の無反射(AR)コート技術の進歩により、飽和光出力
、利得波長帯域も大幅に拡大され、実用に近いデバイス
となっている。
しかしながら、従来のLD光増幅器ではその特性が入射
光の偏光状態に大きく依存するという問題がある。すな
わち、通常の使用状態における長距離単一モード光ファ
イバ(SMF)では、入射光の偏光状態が保存されず、
しかも外部の温度や圧力等により伝搬光の偏光状態は大
きく変化する。従って、LD光増幅器をSMFの途中に
挿入する場合には、何らかの偏光制御手段を併用しない
と、出力光強度が大きく変動してしまう。
光の偏光状態に大きく依存するという問題がある。すな
わち、通常の使用状態における長距離単一モード光ファ
イバ(SMF)では、入射光の偏光状態が保存されず、
しかも外部の温度や圧力等により伝搬光の偏光状態は大
きく変化する。従って、LD光増幅器をSMFの途中に
挿入する場合には、何らかの偏光制御手段を併用しない
と、出力光強度が大きく変動してしまう。
かかるLD光増幅器の特性が入射偏光依存性を有する原
因としては、次の3つが考えられる。
因としては、次の3つが考えられる。
(1)利得自体の偏光依存性
(2)活性層への閉じ込め係数の偏光による違い(3)
端面反射率の偏光依存性 通常の二重ヘテロ構造のLD光増幅器において、(1)
のような利得自体には偏光依存性は生じない、また、原
理的には活性層の導波路構造の等方化、端面反射率の低
減により、(2) 、 (3)の問題を解決可能である
。しかしながら、かかる問題は、例えば1986年7月
東京で開催された第1回オプト・エレクトロニクス・コ
ンファレンス< First 0pto−electr
onics Conference)における「ボスト
−デッドライン・ベーパズ・テクニカル・ダイジェスト
」(Post Deadline PapersTec
hnical Digest) B 11−2. 12
−13頁にも記載されており、この掲載論文によれば、
導波路構造を等方化した埋込みヘテロ構造のLDの両端
面に、反射率R=0.04%という極めて良質なARコ
ートを施した進行波型LD光増幅器に於ても、水平偏波
(TE)および垂直偏波(TM>の両偏光の間で最大1
0dB以上の利得差が観測されている。
端面反射率の偏光依存性 通常の二重ヘテロ構造のLD光増幅器において、(1)
のような利得自体には偏光依存性は生じない、また、原
理的には活性層の導波路構造の等方化、端面反射率の低
減により、(2) 、 (3)の問題を解決可能である
。しかしながら、かかる問題は、例えば1986年7月
東京で開催された第1回オプト・エレクトロニクス・コ
ンファレンス< First 0pto−electr
onics Conference)における「ボスト
−デッドライン・ベーパズ・テクニカル・ダイジェスト
」(Post Deadline PapersTec
hnical Digest) B 11−2. 12
−13頁にも記載されており、この掲載論文によれば、
導波路構造を等方化した埋込みヘテロ構造のLDの両端
面に、反射率R=0.04%という極めて良質なARコ
ートを施した進行波型LD光増幅器に於ても、水平偏波
(TE)および垂直偏波(TM>の両偏光の間で最大1
0dB以上の利得差が観測されている。
第4図は上述した通常の進行波型LD光増幅器のTE、
7MM偏光に対する利得特性図である。
7MM偏光に対する利得特性図である。
第4図に示すように、従来のLD光増幅器の信号利得は
TBがTMよりも最大で10dB以上も高くなっている
。
TBがTMよりも最大で10dB以上も高くなっている
。
すなわち、端面反射率の低減だけではLD光増幅器の特
性の偏光依存性を低減することは困難である。
性の偏光依存性を低減することは困難である。
活性層の導波路構造についてみると、活性層厚は注入キ
ャリア数に対してキャリア密度が高くなるようにするた
め、一般に0.2μm程度以下にとっている。一方活性
層幅はエツチング技術、埋込み成長技術により制限され
、1μm以下とすることは難しい、従って完全に活性層
導波路断面形状を等方とすることはできない。
ャリア数に対してキャリア密度が高くなるようにするた
め、一般に0.2μm程度以下にとっている。一方活性
層幅はエツチング技術、埋込み成長技術により制限され
、1μm以下とすることは難しい、従って完全に活性層
導波路断面形状を等方とすることはできない。
また雑誌「エレクトロニクス・レターズ(Electr
onics Letters) J第23巻、1987
年第1387〜1388頁に記載されているように2つ
の半導体レーザ光増幅器を用い、TE、TM酸成分独立
に増幅する方式も考えられるが、構成が複雑になるとい
う課題があった。
onics Letters) J第23巻、1987
年第1387〜1388頁に記載されているように2つ
の半導体レーザ光増幅器を用い、TE、TM酸成分独立
に増幅する方式も考えられるが、構成が複雑になるとい
う課題があった。
本発明の目的は上述の問題点を除き、現状のデバイス製
作技術を用いて実現可能な唯一のデバイスを用い、利得
の入射偏光依存性の小さな半導体レーザ型光増幅器を提
供することにある。
作技術を用いて実現可能な唯一のデバイスを用い、利得
の入射偏光依存性の小さな半導体レーザ型光増幅器を提
供することにある。
本発明による半導体レーザ型光増幅器は、第1の半導体
材料から成る活性層を、前記第1の半導体材料よりバン
ドキャップの広い、互いに導電型の異なる第2.第3の
半導体材料から成る2つのクラッド層で挟んだ二重ヘテ
ロ構造と、前記活性層に電流を注入する手段と、前記活
性層に入出力光信号を結合するための入出射端面とを少
くとも有する半導体レーザ型光増幅器に於て、前記第1
の半導体材料と、前記第2.第3の半導体材料の間のバ
ンドキャップエネルギーの差を0.2〜0.3eVとし
たことを特徴とするものである。
材料から成る活性層を、前記第1の半導体材料よりバン
ドキャップの広い、互いに導電型の異なる第2.第3の
半導体材料から成る2つのクラッド層で挟んだ二重ヘテ
ロ構造と、前記活性層に電流を注入する手段と、前記活
性層に入出力光信号を結合するための入出射端面とを少
くとも有する半導体レーザ型光増幅器に於て、前記第1
の半導体材料と、前記第2.第3の半導体材料の間のバ
ンドキャップエネルギーの差を0.2〜0.3eVとし
たことを特徴とするものである。
本発明は光導波路に於ける屈折率と閉じ込め係数の関係
を基にしたものである。第3図は3層スラブ光導波路に
於けるTE、TM波の活性層への光閉じ込め係数r T
tl r TMと光導波層厚の関係を計算した結果であ
る。ただし光の波長は1.55μm、また光導波層、ク
ラッド層の屈折率をnl+n2として(nt I n3
)が■(3,5,3,2) 、■(3,5,3,4)
の2つの場合について計算した0図から明らかなように
■(3,5,3,4)の場合の方がr tit r 7
Mの差は小さくなっている。つまり、光導波層(活性層
)とクラッド層の間の屈折率差を小さくすれば、活性層
の光閉じ込め係数の偏光依存性は低減できる0通常の長
波長帯、例えば1,55μm用の半導体レーザ型光増幅
器では活性層の組成をバンドギャップ波長〜1.6μm
のInGaAsPとし、クラッド層をInPで形成して
いる。従って屈折率の関係はほぼ■の状態に近い。半導
体レーザ型光増幅器の場合、活性層の組成は、増幅すべ
き光の波長に対応して決定されるので、活性層とクラッ
ド層の間の屈折率差を小さくするためには、クラッド層
の屈折率を高くしてやればよい、半導体の場合、屈折率
はバンドギャップ・エネルギと関係しており屈折率を高
くすることはバンドギャップを狭くしていくことに対応
する活性層中へキャリアを有効に閉じ込めるためには活
性層とクラッド層のバンドギャップ・エネルギーの差Δ
Eは通常で0.3eV、最低限のリミットとして0.2
eV程度必要である。活性層のバンドギャップ波長を1
.6μm、ΔEを0.2evとすると、クラッド層のバ
ンドギャップ波長は〜1.27μmとなる。この時、波
長、1.55μmに於ける活性層、クラッド層の屈折率
はそれぞれ3.5,3.4となり、第3図で示しな■の
場合がこれに相当する。つまりクラッド層の組成をIn
Pからバンドギャップ波長1.27μmのI nGaA
sPに変更することにより、第3図に見られるような閉
じ込め係数の偏光依存性の低減が実現できる。第3図で
の計算結果のように、この効果はスラブ光導波路状態で
得られるものであり、横方向の光閉じ込めの構造にはよ
らない。
を基にしたものである。第3図は3層スラブ光導波路に
於けるTE、TM波の活性層への光閉じ込め係数r T
tl r TMと光導波層厚の関係を計算した結果であ
る。ただし光の波長は1.55μm、また光導波層、ク
ラッド層の屈折率をnl+n2として(nt I n3
)が■(3,5,3,2) 、■(3,5,3,4)
の2つの場合について計算した0図から明らかなように
■(3,5,3,4)の場合の方がr tit r 7
Mの差は小さくなっている。つまり、光導波層(活性層
)とクラッド層の間の屈折率差を小さくすれば、活性層
の光閉じ込め係数の偏光依存性は低減できる0通常の長
波長帯、例えば1,55μm用の半導体レーザ型光増幅
器では活性層の組成をバンドギャップ波長〜1.6μm
のInGaAsPとし、クラッド層をInPで形成して
いる。従って屈折率の関係はほぼ■の状態に近い。半導
体レーザ型光増幅器の場合、活性層の組成は、増幅すべ
き光の波長に対応して決定されるので、活性層とクラッ
ド層の間の屈折率差を小さくするためには、クラッド層
の屈折率を高くしてやればよい、半導体の場合、屈折率
はバンドギャップ・エネルギと関係しており屈折率を高
くすることはバンドギャップを狭くしていくことに対応
する活性層中へキャリアを有効に閉じ込めるためには活
性層とクラッド層のバンドギャップ・エネルギーの差Δ
Eは通常で0.3eV、最低限のリミットとして0.2
eV程度必要である。活性層のバンドギャップ波長を1
.6μm、ΔEを0.2evとすると、クラッド層のバ
ンドギャップ波長は〜1.27μmとなる。この時、波
長、1.55μmに於ける活性層、クラッド層の屈折率
はそれぞれ3.5,3.4となり、第3図で示しな■の
場合がこれに相当する。つまりクラッド層の組成をIn
Pからバンドギャップ波長1.27μmのI nGaA
sPに変更することにより、第3図に見られるような閉
じ込め係数の偏光依存性の低減が実現できる。第3図で
の計算結果のように、この効果はスラブ光導波路状態で
得られるものであり、横方向の光閉じ込めの構造にはよ
らない。
つまり、どのような横方向の光閉じ込め構造(埋め込み
構造、リッジ構造等)をとってもクラッド層をInGa
AsP(λg=1.27.czm)とすることにより、
InPクラッド層の場合に比べ偏光依存性の低減が可能
となる。横方向の光閉じ込め構造を導入することにより
、更に偏光依存性の低減が可能であことは言う迄もない
。
構造、リッジ構造等)をとってもクラッド層をInGa
AsP(λg=1.27.czm)とすることにより、
InPクラッド層の場合に比べ偏光依存性の低減が可能
となる。横方向の光閉じ込め構造を導入することにより
、更に偏光依存性の低減が可能であことは言う迄もない
。
次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を説明するための光増幅器の
斜視図である。
斜視図である。
尚、本実施例ではInGaAsP/InP系材料による
1、55系材帯LD光増幅器を例にとり、本実施例の光
増幅器の構造について説明する。このLD槽構造活性層
を含むメサストライプをpおよびn型半導体で埋込んだ
二重チャンネル・ブレーナ・埋込みヘテロ(DC−PB
H)構造を基本にしている。この構造の製作のためには
、まず、液相もしくは気相成長法により、n −InP
基板10. (100方位)の上にn型クラッド層11
.ノンドープのInGaAsP活性層12、p型クラッ
ド層13を順次連続成長して二重ヘテロ(DH)構造ウ
ェーハを製作する。この時、n型クラッド111及びp
型りラッッド層13の組成を、バンドギャップ波長1.
27μmのInGaAsPとするところが本発明のポイ
ントである。また活性71112の厚みは0.2μmと
した。
1、55系材帯LD光増幅器を例にとり、本実施例の光
増幅器の構造について説明する。このLD槽構造活性層
を含むメサストライプをpおよびn型半導体で埋込んだ
二重チャンネル・ブレーナ・埋込みヘテロ(DC−PB
H)構造を基本にしている。この構造の製作のためには
、まず、液相もしくは気相成長法により、n −InP
基板10. (100方位)の上にn型クラッド層11
.ノンドープのInGaAsP活性層12、p型クラッ
ド層13を順次連続成長して二重ヘテロ(DH)構造ウ
ェーハを製作する。この時、n型クラッド111及びp
型りラッッド層13の組成を、バンドギャップ波長1.
27μmのInGaAsPとするところが本発明のポイ
ントである。また活性71112の厚みは0.2μmと
した。
次に、ホトリソグラフィ法及び化学エツチングにより、
DHウェーハをn−InP基板1oの途中迄除去するこ
とにより近接した平行な2本の直線状の溝を形成する。
DHウェーハをn−InP基板1oの途中迄除去するこ
とにより近接した平行な2本の直線状の溝を形成する。
このエツチングにより形成された中央部分のメサストラ
イプ31がこのLD光増幅器の活性導波路の部分となる
。ここではこのメサストライプ31の幅は1.5μmと
しな。
イプ31がこのLD光増幅器の活性導波路の部分となる
。ここではこのメサストライプ31の幅は1.5μmと
しな。
この程度の幅のメサストライプは容易に形成可能である
。次に、このウェーハ上に液相成長法によりp型の第1
の電流ブロック層14.n型の第2の電流ブロック層1
5.p−InP埋込み層16゜p−InGaAsPキャ
ップ層17を順次成長させる。この際n型の第2の電流
ブロック層15はメサストライプ31上には成長しない
ように制御される。
。次に、このウェーハ上に液相成長法によりp型の第1
の電流ブロック層14.n型の第2の電流ブロック層1
5.p−InP埋込み層16゜p−InGaAsPキャ
ップ層17を順次成長させる。この際n型の第2の電流
ブロック層15はメサストライプ31上には成長しない
ように制御される。
この、第1.第2の電流ブロック層14.15の組成も
バンドギャップ波長1.27μmのInGaAsPであ
る。
バンドギャップ波長1.27μmのInGaAsPであ
る。
次に、このようにして形成したウェーハにオーム性コン
タクトをとるために電極としてキャップ層17にAuZ
n18を蒸着する。
タクトをとるために電極としてキャップ層17にAuZ
n18を蒸着する。
次に、n−InP基板基板lへき開が容易なように研磨
により150μm程度に薄くした後、n側のオーム性電
極19を形成し、ウェーハをへき開する。このへき開に
より入出射端面20を出した後、入出射端面20にスパ
ッタ法により5iNxARコート膜を成膜して第1図の
LD光増幅器が完成する。素子長としては300〜50
0μm程度が適当である。なお、第1図では簡単のなめ
ARコート膜は図示していない。
により150μm程度に薄くした後、n側のオーム性電
極19を形成し、ウェーハをへき開する。このへき開に
より入出射端面20を出した後、入出射端面20にスパ
ッタ法により5iNxARコート膜を成膜して第1図の
LD光増幅器が完成する。素子長としては300〜50
0μm程度が適当である。なお、第1図では簡単のなめ
ARコート膜は図示していない。
第2図は、本実施例の動作を説明するための図であり、
第1図に示した実施例の光軸に沿い、かつ基板に垂直な
面での断面図を示している。第2図にはARコート膜2
0a、20bを示した。この実施例では、ARコート膜
を形成する前と形成後の発振しきい値はそれぞれ20m
A、100mA以上であった。活性層12に入射光を結
合するため、および光信号を取り出すため先球ファイバ
21a、21bを用いている。電極18.19間に原バ
イアスを印加し、しきい値電流未満の電流注入を行なう
と、活性層中の利得が上昇し増幅機能が得られる。この
時、活性層12と周囲の媒質との間の屈折率差を小さく
とっているので、TE、TM 1ikeな基本モード
の光閉じ込め係数差が小さくなる。従って利得の入射偏
光依存性が低減されることになる。
第1図に示した実施例の光軸に沿い、かつ基板に垂直な
面での断面図を示している。第2図にはARコート膜2
0a、20bを示した。この実施例では、ARコート膜
を形成する前と形成後の発振しきい値はそれぞれ20m
A、100mA以上であった。活性層12に入射光を結
合するため、および光信号を取り出すため先球ファイバ
21a、21bを用いている。電極18.19間に原バ
イアスを印加し、しきい値電流未満の電流注入を行なう
と、活性層中の利得が上昇し増幅機能が得られる。この
時、活性層12と周囲の媒質との間の屈折率差を小さく
とっているので、TE、TM 1ikeな基本モード
の光閉じ込め係数差が小さくなる。従って利得の入射偏
光依存性が低減されることになる。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように本発明によれば利得の入射偏
光依存性が非常に小さくかつ現状の技術で容易に実現可
能な半導体レーザ型光増幅器が得られる。
光依存性が非常に小さくかつ現状の技術で容易に実現可
能な半導体レーザ型光増幅器が得られる。
第1図は本発明による半導体レーザ型光増幅器の一実施
例の斜視図、第2図は本発明による半導体レーザ型光増
幅器の動作を説明するための図、第3図は活性層の光閉
じ込め係数の計算結果を説明するための図、第4図は従
来の半導体レーザ型光増幅器の利得の入射偏光依存性を
示す図である。 図に於て、10,11,12,13,14.15.16
.17は半導体、18.19は電極、20は端面、20
a、20bはARコート膜、21a、21bは先球ファ
イバ、31はメサストライプである。
例の斜視図、第2図は本発明による半導体レーザ型光増
幅器の動作を説明するための図、第3図は活性層の光閉
じ込め係数の計算結果を説明するための図、第4図は従
来の半導体レーザ型光増幅器の利得の入射偏光依存性を
示す図である。 図に於て、10,11,12,13,14.15.16
.17は半導体、18.19は電極、20は端面、20
a、20bはARコート膜、21a、21bは先球ファ
イバ、31はメサストライプである。
Claims (1)
- 第1の半導体材料から成る活性層を、前記第1の半導体
材料よりバンドキャップの広い、互いに導電型の異なる
第2、第3の半導体材料から成る2つのクラッド層で挟
んだ二重ヘテロ構造と、前記活性層に電流を注入する手
段と、前記活性層に入出力光信号を結合するための入出
射端面とを少くとも有する半導体レーザ型光増幅器に於
て、前記第1の半導体材料と、前記第2、第3の半導体
材料の間のバンドキャップエネルギーの差を0.2〜0
.3eVとしたことを特徴とする半導体レーザ型光増幅
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP516489A JPH02185084A (ja) | 1989-01-11 | 1989-01-11 | 半導体レーザ型光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP516489A JPH02185084A (ja) | 1989-01-11 | 1989-01-11 | 半導体レーザ型光増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02185084A true JPH02185084A (ja) | 1990-07-19 |
Family
ID=11603598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP516489A Pending JPH02185084A (ja) | 1989-01-11 | 1989-01-11 | 半導体レーザ型光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02185084A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0312982A (ja) * | 1989-06-12 | 1991-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 進行波型半導体レーザ増幅器 |
| KR100286009B1 (ko) * | 1999-06-03 | 2001-03-15 | 윤종용 | 반도체 광 증폭기 및 그 제작 방법 |
-
1989
- 1989-01-11 JP JP516489A patent/JPH02185084A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0312982A (ja) * | 1989-06-12 | 1991-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 進行波型半導体レーザ増幅器 |
| KR100286009B1 (ko) * | 1999-06-03 | 2001-03-15 | 윤종용 | 반도체 광 증폭기 및 그 제작 방법 |
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