JPH0218981A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH0218981A JPH0218981A JP16962288A JP16962288A JPH0218981A JP H0218981 A JPH0218981 A JP H0218981A JP 16962288 A JP16962288 A JP 16962288A JP 16962288 A JP16962288 A JP 16962288A JP H0218981 A JPH0218981 A JP H0218981A
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- Japan
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- current
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/125—Distributed Bragg reflector [DBR] lasers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- 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〕
この発明は、半導体レーザに関し、例えば光通信および
光情報処理などにおいて用いられる半導体レーザに関す
るものである。
光情報処理などにおいて用いられる半導体レーザに関す
るものである。
第７図は例えば雑誌（ＩＥＥＥ ＪＯＵＩ（ＮＡＬ Ｏ
Ｆ ＱＵＡＮＴＬＩＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ３、ＶＯ
Ｌ 、 ＱＥ〜１９．ｌ’Ｖ＆１６． ＪＵＮＥ１９８
３、第１０４２Ａ−ジル第１０５１ページ）に掲載され
た従来の半導体レーザを示す断面図である。図において
、Ｑυは回折格子、Ｑｌは光閉じ込め層、（４）は活性
層、シ旧よ基板、（イ）は外部導波路、−は利得領域、
■はブラック反射領域である。
Ｆ ＱＵＡＮＴＬＩＭ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ３、ＶＯ
Ｌ 、 ＱＥ〜１９．ｌ’Ｖ＆１６． ＪＵＮＥ１９８
３、第１０４２Ａ−ジル第１０５１ページ）に掲載され
た従来の半導体レーザを示す断面図である。図において
、Ｑυは回折格子、Ｑｌは光閉じ込め層、（４）は活性
層、シ旧よ基板、（イ）は外部導波路、−は利得領域、
■はブラック反射領域である。
次に動作について説明する。光の強度変調を行うために
利得領域−にはパルス譲渡を注入する。
利得領域−にはパルス譲渡を注入する。
第８図は横軸を時間をした時の利得領域（ハ）に注入す
る電流波形（曲線Ａ）、活性層−におけるキャリア密度
波形（曲線Ｂ）、発振するレーザ光の波長を示す波形（
曲線Ｃ）の関係を示す波形図である。
る電流波形（曲線Ａ）、活性層−におけるキャリア密度
波形（曲線Ｂ）、発振するレーザ光の波長を示す波形（
曲線Ｃ）の関係を示す波形図である。
図に示されるように、電流の変化に応じて活性層（ホ）
のキャリア密度は曲線Ｂのように変動し、点線の丸で囲
んだように、立上がり及び立下がり時にキャリア密度が
安定せずに変動する。これに応じて屈折率も変動し、レ
ーザの等測的な共振器長も変化するので曲線Ｃに示され
るように発振波長は一定とならず時間的Ｉこ変動を有す
るものとなる。
のキャリア密度は曲線Ｂのように変動し、点線の丸で囲
んだように、立上がり及び立下がり時にキャリア密度が
安定せずに変動する。これに応じて屈折率も変動し、レ
ーザの等測的な共振器長も変化するので曲線Ｃに示され
るように発振波長は一定とならず時間的Ｉこ変動を有す
るものとなる。
この現象はチャーピングと呼ばれ、光フアイバ中での分
散が黙視できない波長領域においては、光通信の伝送谷
型あるいは距離を制限しなければならなかった。
散が黙視できない波長領域においては、光通信の伝送谷
型あるいは距離を制限しなければならなかった。
従来の半導体レーザは以上のように構成されているので
、キャリア密度の変動によるチャーピングが生じ、波長
分散のめる光ファイバを用いて上記半導体レーザにより
発振したレーザ光を伝送する場合にはパルス広がりを生
じる。このため、伝送速度や距離を制限しなければなら
ないという問題点があった。
、キャリア密度の変動によるチャーピングが生じ、波長
分散のめる光ファイバを用いて上記半導体レーザにより
発振したレーザ光を伝送する場合にはパルス広がりを生
じる。このため、伝送速度や距離を制限しなければなら
ないという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、チャーピングのきわめて小さな短パルスを発
生させることのできる半導体レーザを得ることを目的と
する。
たもので、チャーピングのきわめて小さな短パルスを発
生させることのできる半導体レーザを得ることを目的と
する。
この発明に係る半導体レーザは、第１電極により第１ｔ
Ｈ流を注入される利得領域と、回折格子を設けたブラッ
ク反射領域と、第２電極により第２電流を注入されて発
振波長を制御する制御領域を備え、第２ｗｌ流が限界電
流以下の時は利得領域をブラック反射領域により共振器
を構成して第１波長のレーザ光を発生し、第２電流が限
界電流以上の時は利得領域、ブラック反射領域、及び制
御領域を含む共振器を構成して第２波長のレーザ光を発
生するようにしたものである。
Ｈ流を注入される利得領域と、回折格子を設けたブラッ
ク反射領域と、第２電極により第２電流を注入されて発
振波長を制御する制御領域を備え、第２ｗｌ流が限界電
流以下の時は利得領域をブラック反射領域により共振器
を構成して第１波長のレーザ光を発生し、第２電流が限
界電流以上の時は利得領域、ブラック反射領域、及び制
御領域を含む共振器を構成して第２波長のレーザ光を発
生するようにしたものである。
さらに、回折格子は２次の回折格子であることを特徴と
するものである。
するものである。
この発明における制御領域は、この領域に注入する電流
が限界電流より小さい時は光の利得は非常に小さいため
共振器を構成せず、限界電流より大きい時は光の増幅が
行なわれるので共振器を構成する。従って２つの波長の
レーザ光を発生することができる。
が限界電流より小さい時は光の利得は非常に小さいため
共振器を構成せず、限界電流より大きい時は光の増幅が
行なわれるので共振器を構成する。従って２つの波長の
レーザ光を発生することができる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、通常、分布反射型（ＤＢＲ）レーザとよばれるも
のの変形であり、図において、（１）は第１電極で例え
ばｐ型の利得領域電極、（２）はｐ−ＧａＡｓ−＋ンタ
クト層、（３）はｐ−ＡｌＧａＡｓ光閉じ込め膚、（４
）ハＧａＡｓ活性層、（５）はｎ−ＡｌＧａＡｓ光閉じ
込め層、（６）はｎ−ＧａＡｓ基板、（７）はｎ型電極
、（８）は利得領域、（９）は利得領域へき開面、Ｏ旧
よブラック反射領域、０υは回折格子、（２）は制御領
域、ｑ４は第２電極、例えばｐ型の制御電極、（１弔は
制御領域へき開面である。
図は、通常、分布反射型（ＤＢＲ）レーザとよばれるも
のの変形であり、図において、（１）は第１電極で例え
ばｐ型の利得領域電極、（２）はｐ−ＧａＡｓ−＋ンタ
クト層、（３）はｐ−ＡｌＧａＡｓ光閉じ込め膚、（４
）ハＧａＡｓ活性層、（５）はｎ−ＡｌＧａＡｓ光閉じ
込め層、（６）はｎ−ＧａＡｓ基板、（７）はｎ型電極
、（８）は利得領域、（９）は利得領域へき開面、Ｏ旧
よブラック反射領域、０υは回折格子、（２）は制御領
域、ｑ４は第２電極、例えばｐ型の制御電極、（１弔は
制御領域へき開面である。
以下、この一実施例の動作を図について説明する。利得
領域電極（１）には一定の第１電流１１を流しておき、
制御電極側には第２電流として制御電流Ｉ２が限界電流
より小さい時は制御領域（ロ）での光の利得は非常に小
さいので、利得領域（８）からブラック反射領域ａＣｔ
を通じて制御領域（６）に入り、後ろのへき開面Ｈによ
り反射されてまた利得領域（８）に戻って来る光の量は
わずかである。従って、レーザ発振は利得領域へき開面
（９）とブラック反射領域αＯで構成される共振器によ
り起こり、その第１波長は回折格子ｑシの周期により決
定される（この波長をＤ Ｂ ｌ＜モードと呼ぶ）。こ
こで、工２を増加させて限界電流より大きくすると、制
御領域（田での光の増幅が行われるために後ろのへき開
面ａ膏が反射鏡となり、このへき開面α弔から反射され
て戻って来る光の１が増大する。従って、レーザ発振は
利得領域へき開面（９）と制御領域へき開面Ｑ４）によ
り構成される共振器により起こる。
領域電極（１）には一定の第１電流１１を流しておき、
制御電極側には第２電流として制御電流Ｉ２が限界電流
より小さい時は制御領域（ロ）での光の利得は非常に小
さいので、利得領域（８）からブラック反射領域ａＣｔ
を通じて制御領域（６）に入り、後ろのへき開面Ｈによ
り反射されてまた利得領域（８）に戻って来る光の量は
わずかである。従って、レーザ発振は利得領域へき開面
（９）とブラック反射領域αＯで構成される共振器によ
り起こり、その第１波長は回折格子ｑシの周期により決
定される（この波長をＤ Ｂ ｌ＜モードと呼ぶ）。こ
こで、工２を増加させて限界電流より大きくすると、制
御領域（田での光の増幅が行われるために後ろのへき開
面ａ膏が反射鏡となり、このへき開面α弔から反射され
て戻って来る光の１が増大する。従って、レーザ発振は
利得領域へき開面（９）と制御領域へき開面Ｑ４）によ
り構成される共振器により起こる。
この発振はいわゆるファプリーペロー発振なので、活性
層（４）での利得ピーク波長付近あるいは波長側で起こ
る。これはブラック反射領域ＱＯに非電流注入の活性層
が残っていると短波長側では光の吸収が大きいために発
振はやや長波長側で起こるためである。この発振による
第２波長をＦ−Ｐモードと呼ぶ。従って、ＤＢＲモード
が活性層（４）の利得ピークよりもやや短波長側になる
様に設定しておけば、制御電流Ｉ２の大小により、第１
波長と第２波長の発振波長を大きく変化させることがで
きる。これは、ＧａＡｓ系の場合には１０−２０１１ｍ
に相当する。第２図には制御電流■、と発振波長の関係
を示す。仁の図に示される様に、ある限界電流ｌ。を境
にして、波長はＤＢＲモードとＦ−Ｐモードの間をスイ
ッチングする。この時、第１［流１１は一定とし、制御
領域（２）に注入する電流の限界電流Ｉ０は、この実施
例の場合は約５ ｏｍＡ程度である。
層（４）での利得ピーク波長付近あるいは波長側で起こ
る。これはブラック反射領域ＱＯに非電流注入の活性層
が残っていると短波長側では光の吸収が大きいために発
振はやや長波長側で起こるためである。この発振による
第２波長をＦ−Ｐモードと呼ぶ。従って、ＤＢＲモード
が活性層（４）の利得ピークよりもやや短波長側になる
様に設定しておけば、制御電流Ｉ２の大小により、第１
波長と第２波長の発振波長を大きく変化させることがで
きる。これは、ＧａＡｓ系の場合には１０−２０１１ｍ
に相当する。第２図には制御電流■、と発振波長の関係
を示す。仁の図に示される様に、ある限界電流ｌ。を境
にして、波長はＤＢＲモードとＦ−Ｐモードの間をスイ
ッチングする。この時、第１［流１１は一定とし、制御
領域（２）に注入する電流の限界電流Ｉ０は、この実施
例の場合は約５ ｏｍＡ程度である。
第３図は時間に対する制御室ｍＩｚの電流波形（曲線Ｄ
）及び発振波長（曲線Ｅ）を示す波形図である。この様
な素子において、Ｉ２にバイアス電流としてＩ。より大
きな電流を流しておき、ある瞬間にはＩ２が１゜以下１
こなるような負の信号電流を加える。
）及び発振波長（曲線Ｅ）を示す波形図である。この様
な素子において、Ｉ２にバイアス電流としてＩ。より大
きな電流を流しておき、ある瞬間にはＩ２が１゜以下１
こなるような負の信号電流を加える。
すると、その瞬間だけ発振波長がＦ−Ｐモードから１）
ＢＲモードに移るが％ Ｅが一定なために利得領域（８
）の屈折率はほぼ一定であり、１）ＢＲモードの波長に
関してはチャーピングはほとんど生じない。従って、一
定の電流を流した利得領域（８）とブラック反射領域（
ＩＧにより構成される共振器ｔこより発生する第１の波
長と、制御領域μｓを含む共振器により発生する第２の
波長の２つの波長を発生することができ、制御領域＠に
流す電流により発振波長をスイッチングさせ、第１の波
長においてはキャリア変動によるチャーピングが生じな
いことを光通信などに利用することができる。
ＢＲモードに移るが％ Ｅが一定なために利得領域（８
）の屈折率はほぼ一定であり、１）ＢＲモードの波長に
関してはチャーピングはほとんど生じない。従って、一
定の電流を流した利得領域（８）とブラック反射領域（
ＩＧにより構成される共振器ｔこより発生する第１の波
長と、制御領域μｓを含む共振器により発生する第２の
波長の２つの波長を発生することができ、制御領域＠に
流す電流により発振波長をスイッチングさせ、第１の波
長においてはキャリア変動によるチャーピングが生じな
いことを光通信などに利用することができる。
また、回折格子Ｑυとして２次の回折格子を用いると、
ＤＢＲモードの光は基板に垂直に出射しＦ−Ｐモードの
光はこれよりも少し傾いた角度に出射する。これにより
、特に外部に波長を分離する素子を設けなくてもＤＢＲ
モードとＦ−Ｐモードは分離して取り出すことができる
。このように、２次の回折格子を用いると２つの波長は
角度分解されて出射するので実際に使用するのに好都合
である。また、第４図に示す様に、Ｄ Ｂ Ｒモード（
ト）のみを通すスリット（１５とこのＤ Ｂ Ｒモード
（Ｆ）のレーザ光を集光するレンズａｏを用いれば、Ｄ
ＢＲモードの光のみを光ファイバ０ηに結合させること
ができ、チャーピングのほとんど無い光通信システムを
作り上げることか可能である。図中、（（１）はＦ−Ｐ
モードのレーザ光を示している。また、この半導体レー
ザを、制御電流Ｉ２によりビームを偏向させることがで
きる素子として用いることもてきる。
ＤＢＲモードの光は基板に垂直に出射しＦ−Ｐモードの
光はこれよりも少し傾いた角度に出射する。これにより
、特に外部に波長を分離する素子を設けなくてもＤＢＲ
モードとＦ−Ｐモードは分離して取り出すことができる
。このように、２次の回折格子を用いると２つの波長は
角度分解されて出射するので実際に使用するのに好都合
である。また、第４図に示す様に、Ｄ Ｂ Ｒモード（
ト）のみを通すスリット（１５とこのＤ Ｂ Ｒモード
（Ｆ）のレーザ光を集光するレンズａｏを用いれば、Ｄ
ＢＲモードの光のみを光ファイバ０ηに結合させること
ができ、チャーピングのほとんど無い光通信システムを
作り上げることか可能である。図中、（（１）はＦ−Ｐ
モードのレーザ光を示している。また、この半導体レー
ザを、制御電流Ｉ２によりビームを偏向させることがで
きる素子として用いることもてきる。
また、活性層（４）に量子井戸構造を用いた場合には、
微分利得の向上によりより高速化が可能であり、またブ
ラック反射領域ＱＱでの吸収損失も少ない。
微分利得の向上によりより高速化が可能であり、またブ
ラック反射領域ＱＱでの吸収損失も少ない。
なお、上記実施例ではＤＢＲモードとＦ−Ｐモードの間
のスイッチングを用いたが、第５図に示す様にブラック
反射領域αＱの回折格子。υとは異なる周期の回折格子
（ト）を制御領域（６）に設けることにより、２つのＤ
ＢＲモード間でスイッチングさせても同様の効果がある
。また、第６図に示される様に互いに異なる周期の回折
格子を持つ２つのブラック反射領域ａす、 （１０’）
間に制御領域（６）を設けても上記実施例と同様の効果
を奏する。
のスイッチングを用いたが、第５図に示す様にブラック
反射領域αＱの回折格子。υとは異なる周期の回折格子
（ト）を制御領域（６）に設けることにより、２つのＤ
ＢＲモード間でスイッチングさせても同様の効果がある
。また、第６図に示される様に互いに異なる周期の回折
格子を持つ２つのブラック反射領域ａす、 （１０’）
間に制御領域（６）を設けても上記実施例と同様の効果
を奏する。
また、上記実施例では、材料としてＧａＡｓ系を例にと
り、ＡｌＧａＡｓ ？ＧａＡｓを用いているが、これに
限るものではなく、また、Ｐ型、ｎ型が逆の構成にして
も可能である。
り、ＡｌＧａＡｓ ？ＧａＡｓを用いているが、これに
限るものではなく、また、Ｐ型、ｎ型が逆の構成にして
も可能である。
以上のように、この発明によれば、第１電極により第１
電流を注入される利得領域と、回折格子を設けたブラッ
ク反射領域と、第２電極により第２電渡を注入されて発
振波長を制御する制御領域を備え、第２電流が限界電流
以下の時は利得領域とブラック反射領域により共振器を
構成して第１波長のレーザ光を発生し、第２電流が限界
電流以上の時は利得領域、ブラック反射領域、及び制御
領域を含む共振器を構成して第２波長のレーザ光を発生
ずるまうにしたことにより、チャーピングによる伝送速
度や距離の制限を大幅に改善できる半導体レーザを得る
ことができる効果がある。
電流を注入される利得領域と、回折格子を設けたブラッ
ク反射領域と、第２電極により第２電渡を注入されて発
振波長を制御する制御領域を備え、第２電流が限界電流
以下の時は利得領域とブラック反射領域により共振器を
構成して第１波長のレーザ光を発生し、第２電流が限界
電流以上の時は利得領域、ブラック反射領域、及び制御
領域を含む共振器を構成して第２波長のレーザ光を発生
ずるまうにしたことにより、チャーピングによる伝送速
度や距離の制限を大幅に改善できる半導体レーザを得る
ことができる効果がある。
さらに、回折格子を２次の回折格子とすることにより、
上記効果に加えて、第１波長と第２波長のレーザ光を分
離して比較的容易に取り出すことができる半導体レーザ
を得ることができる効果がある。
上記効果に加えて、第１波長と第２波長のレーザ光を分
離して比較的容易に取り出すことができる半導体レーザ
を得ることができる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による半導体レーザを示す
断面図、第２図は制御電流Ｉ２と発振波長の関係を示す
波形図、第３図は制御領域の注入電流Ｉ２と発振波長の
関係を時間の関数として示した波形図、第４図はこの半
導体レーザを用いた光通信システムを示す説明図、第５
図、第６図はこの発明の他の実施例による半導体レーザ
を示す断面図、第７図は従来の半導体レーザを示す断面
図、第８図は従来の半導体レーザに係り、電流とキャノ
ア密度と発振波長の関係を時間の関数として示す波形図
である。 （１）は第１ｔ［極、（２）はコンタクト層、（３）は
光閉じ込め層、（４）は活性層、（５）は光閉じ込め層
、（６）は基板、（７）は電極、（８）は利得領域、（
９）は利得領域へき開面、（１０はブラック反射領域、
αυは回折格子、ｑ４は制御領域、曽は第２ｗＬ極、０
．＝ｔ）は制御領域へき開面である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
断面図、第２図は制御電流Ｉ２と発振波長の関係を示す
波形図、第３図は制御領域の注入電流Ｉ２と発振波長の
関係を時間の関数として示した波形図、第４図はこの半
導体レーザを用いた光通信システムを示す説明図、第５
図、第６図はこの発明の他の実施例による半導体レーザ
を示す断面図、第７図は従来の半導体レーザを示す断面
図、第８図は従来の半導体レーザに係り、電流とキャノ
ア密度と発振波長の関係を時間の関数として示す波形図
である。 （１）は第１ｔ［極、（２）はコンタクト層、（３）は
光閉じ込め層、（４）は活性層、（５）は光閉じ込め層
、（６）は基板、（７）は電極、（８）は利得領域、（
９）は利得領域へき開面、（１０はブラック反射領域、
αυは回折格子、ｑ４は制御領域、曽は第２ｗＬ極、０
．＝ｔ）は制御領域へき開面である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (2)
- （１）第１電極により第１電流を注入される利得領域と
、回折格子を設けたブラック反射領域と、第２電極によ
り第２電流を注入されて発振波長を制御する制御領域を
備え、第２電流が限界電流以下の時は上記利得領域と上
記ブラック反射領域により共振器を構成して第１波長の
レーザ光を発生し、第２電流が限界電流以上の時は上記
利得領域、上記ブラック反射領域、及び上記制御領域を
含む共振器を構成して第２波長のレーザ光を発生するよ
うにした半導体レーザ。 - （２）回折格子は２次の回折格子であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16962288A JPH0218981A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16962288A JPH0218981A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0218981A true JPH0218981A (ja) | 1990-01-23 |
Family
ID=15889916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16962288A Pending JPH0218981A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0218981A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6235407B1 (en) | 1997-04-09 | 2001-05-22 | Kawasaki Steel Corporation | Steel plate for highly corrosion-resistant fuel tank |
| KR100420950B1 (ko) * | 2001-12-12 | 2004-03-02 | 한국전자통신연구원 | 파장 가변 레이저 광원 |
| JP2013021213A (ja) * | 2011-07-13 | 2013-01-31 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ素子 |
-
1988
- 1988-07-07 JP JP16962288A patent/JPH0218981A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6235407B1 (en) | 1997-04-09 | 2001-05-22 | Kawasaki Steel Corporation | Steel plate for highly corrosion-resistant fuel tank |
| KR100420950B1 (ko) * | 2001-12-12 | 2004-03-02 | 한국전자통신연구원 | 파장 가변 레이저 광원 |
| JP2013021213A (ja) * | 2011-07-13 | 2013-01-31 | Mitsubishi Electric Corp | レーザ素子 |
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