JPH0330488A - 半導体光源のファセット反射能低減方法および装置 - Google Patents
半導体光源のファセット反射能低減方法および装置Info
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- JPH0330488A JPH0330488A JP2154171A JP15417190A JPH0330488A JP H0330488 A JPH0330488 A JP H0330488A JP 2154171 A JP2154171 A JP 2154171A JP 15417190 A JP15417190 A JP 15417190A JP H0330488 A JPH0330488 A JP H0330488A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野〕
本発明は、オプトエレクトロニクス部品に関し、特定す
ると半導体レーザ増幅器およびスーパールミネッセンス
発光ダイオードのような導波管構造を採用するオプトエ
レクトロニクス部品のファセット反射能を減するための
新規な方法に関する。
ると半導体レーザ増幅器およびスーパールミネッセンス
発光ダイオードのような導波管構造を採用するオプトエ
レクトロニクス部品のファセット反射能を減するための
新規な方法に関する。
[従来技術8発明の課題ル
−ザ増幅器は、伝送および交換システムにおける損失を
克服し、受信機感度を増すことを含め、将来の光フアイ
バ通信システムにおいて多くの可能な応用を有する。非
常に低いファセット反射能を達成することが困難である
ことは分かっているが、これは高品質半導体レーザ増幅
器を製造する上で、非常に重要である。
克服し、受信機感度を増すことを含め、将来の光フアイ
バ通信システムにおいて多くの可能な応用を有する。非
常に低いファセット反射能を達成することが困難である
ことは分かっているが、これは高品質半導体レーザ増幅
器を製造する上で、非常に重要である。
半導体レーザ増幅器に関する現在の研究の努力は、特定
の主要な増幅器特性の性能の向上に起因してファセット
反射能の低減に絞られている。理想的な進行波増幅器に
おいては、到来光は増幅器の一側に入り、伝搬中に利得
を得て、他剤から損失なく送出される。残念ながら、増
幅器から得られる利得は制約される。これは、増幅器が
、レーザ動作に必要な正の光フィードバックを避けねば
ならず、さらに詳しく言うと、レーザ動作中に示される
Fabry−Perot共鳴を回避しなければならない
からである。このような共鳴は、利得を強く波長依存性
にするからである。フィードバック機構は、デバイスフ
ァセットに存する反射能の程度ににより影響を受けるか
ら、低ファセット反射能は、Fabry−Perot共
鳴を抑制しかつ高品質の増幅器性能を得る上において非
常に重要である。さらに、増幅器の雑音性能は、ファセ
ット反射能の減少とともに改善される。
の主要な増幅器特性の性能の向上に起因してファセット
反射能の低減に絞られている。理想的な進行波増幅器に
おいては、到来光は増幅器の一側に入り、伝搬中に利得
を得て、他剤から損失なく送出される。残念ながら、増
幅器から得られる利得は制約される。これは、増幅器が
、レーザ動作に必要な正の光フィードバックを避けねば
ならず、さらに詳しく言うと、レーザ動作中に示される
Fabry−Perot共鳴を回避しなければならない
からである。このような共鳴は、利得を強く波長依存性
にするからである。フィードバック機構は、デバイスフ
ァセットに存する反射能の程度ににより影響を受けるか
ら、低ファセット反射能は、Fabry−Perot共
鳴を抑制しかつ高品質の増幅器性能を得る上において非
常に重要である。さらに、増幅器の雑音性能は、ファセ
ット反射能の減少とともに改善される。
従来2つの形式のアプローチが、半導体増幅器ファセッ
トの反射能を減するのに使用された。すなわち、反射防
止材料によるファセットの被覆とファセットの傾斜であ
る。 Electronics Letters198
7、において、Zah等は、増幅器導波管に帰還結合さ
れる反射光の量を低減することによって、Fabry−
Perot共鳴を抑制する傾斜ファセットを有する二重
チャンネルリッジ導波管進行波増幅器fTWA)を開示
している。この増幅器は、傾斜ファセット構造で約2X
lO−’の残留モデル反射能を達成し、他方1%反射防
止被覆を両ファセット面に被着したときには、10−4
の値への反射能の−1の低減が生じた。傾斜ファセット
および反射防止被覆の組合せは、Electronic
s Letters、 1988.におけるZah当に
より開示されたGaInAsP近進行波(NTV)レー
ザ増幅器にも現われれるが、これは実験的に5.8 X
IO”’の低ファセット反射能を実験的に示している。
トの反射能を減するのに使用された。すなわち、反射防
止材料によるファセットの被覆とファセットの傾斜であ
る。 Electronics Letters198
7、において、Zah等は、増幅器導波管に帰還結合さ
れる反射光の量を低減することによって、Fabry−
Perot共鳴を抑制する傾斜ファセットを有する二重
チャンネルリッジ導波管進行波増幅器fTWA)を開示
している。この増幅器は、傾斜ファセット構造で約2X
lO−’の残留モデル反射能を達成し、他方1%反射防
止被覆を両ファセット面に被着したときには、10−4
の値への反射能の−1の低減が生じた。傾斜ファセット
および反射防止被覆の組合せは、Electronic
s Letters、 1988.におけるZah当に
より開示されたGaInAsP近進行波(NTV)レー
ザ増幅器にも現われれるが、これは実験的に5.8 X
IO”’の低ファセット反射能を実験的に示している。
しかしながら、この値は、多数の理由のため再現的に達
成するのが困難であった。
成するのが困難であった。
1つの理由は、厚さおよび屈折率の誤差に対するファセ
ットの感性に関係し、そしてこの場合最良の結果は、フ
ァセット出力のその場での監視を使用して各ファセット
を個々に被覆するという高価なプロセスによって得られ
た。さらに、ファセット被覆の反射能は、周囲の影響に
起因して時間とともに劣化する可能性がある。加えて、
傾斜ファセットは、活動寸法の非常に正確な制御で初め
て、その反射能を小さく作ることができ、そしてこれは
やはり、従来技術では小収量の低反射能デバイスしか得
られないことを示している。
ットの感性に関係し、そしてこの場合最良の結果は、フ
ァセット出力のその場での監視を使用して各ファセット
を個々に被覆するという高価なプロセスによって得られ
た。さらに、ファセット被覆の反射能は、周囲の影響に
起因して時間とともに劣化する可能性がある。加えて、
傾斜ファセットは、活動寸法の非常に正確な制御で初め
て、その反射能を小さく作ることができ、そしてこれは
やはり、従来技術では小収量の低反射能デバイスしか得
られないことを示している。
最近、3XIO−11程度の低い反射能を達成し得る新
しい改良された光増幅器構造が、E 1ectroni
csLetters、 1989 にCha等により
開示された。この進行波光増幅器は、出力光信号が現わ
れ光ファイバに結合される増幅器ファセット面に隣接す
る窓ファセット領域の存在によって上述の従来形式の増
幅器から区別される0反射防止被覆が、窓の外部ファセ
ットの窓−空気界面に被着される。不都合なことに、増
幅器は、反射防止被覆の被着と関連する上述の製造の問
題に加えて、窓ファセットーファイバ界面に大きな結合
損失8dbの大きな結合損失を受ける。
しい改良された光増幅器構造が、E 1ectroni
csLetters、 1989 にCha等により
開示された。この進行波光増幅器は、出力光信号が現わ
れ光ファイバに結合される増幅器ファセット面に隣接す
る窓ファセット領域の存在によって上述の従来形式の増
幅器から区別される0反射防止被覆が、窓の外部ファセ
ットの窓−空気界面に被着される。不都合なことに、増
幅器は、反射防止被覆の被着と関連する上述の製造の問
題に加えて、窓ファセットーファイバ界面に大きな結合
損失8dbの大きな結合損失を受ける。
本発明の主たる目的は、従来技術の上述およびその他の
不利な点を排除することである。
不利な点を排除することである。
本発明の特定の目的は、反射防止物質を被着することな
く導波管構造に基づくオブトエ1/クトロニクス部品の
ファセット反射能を減するための新規な方法を提供する
ことである。
く導波管構造に基づくオブトエ1/クトロニクス部品の
ファセット反射能を減するための新規な方法を提供する
ことである。
本発明の他の特定の目的は、デバイスのファセットに屈
折率整合端部キャップ領域を有しかつ傾斜線幾何形態を
有し、追加の結合損失を導入することなく超低反射能を
達成する光増幅器を提供することである。
折率整合端部キャップ領域を有しかつ傾斜線幾何形態を
有し、追加の結合損失を導入することなく超低反射能を
達成する光増幅器を提供することである。
本発明のさらに特定の目的は、再現性をもって得られる
超低反射能を可能にし、それにより多量生産を実現可能
にする光増幅器を提供することである。
超低反射能を可能にし、それにより多量生産を実現可能
にする光増幅器を提供することである。
[発明の概要コ
本発明の一側面に従えば、2つの相対する主ファセット
面および傾斜導波管構造を有する半導体物質本体が、半
導体レーザ増幅器のようなオプトエレクトロニクスデバ
イスを形成するように製造される。主ファセット面の各
々に隣接して再成長端部キャップ領域が形成されるが、
この各再成長端部キャップ領域は、導波管構造体の実効
屈折率に概等しい屈折率を有する誘電体物質より成る。
面および傾斜導波管構造を有する半導体物質本体が、半
導体レーザ増幅器のようなオプトエレクトロニクスデバ
イスを形成するように製造される。主ファセット面の各
々に隣接して再成長端部キャップ領域が形成されるが、
この各再成長端部キャップ領域は、導波管構造体の実効
屈折率に概等しい屈折率を有する誘電体物質より成る。
この屈折率整合の特徴は、各主ファセット面と対応して
隣接する端部キャップ領域との間の界面における反射を
最小にする。端部キャップ領域は非導波管性であるから
、それぞれの端部キャップ領域の外側ファセット面およ
び空気間の界面において反射される光の非常に少量の光
しか、導波管に帰還結合されず、増幅器の実効ファセッ
ト反射能を大幅に減する。さらに、導波管は外側ファセ
ット面に関して傾斜されているから、反射光は導波管か
らずらされ、実効ファセット反射能をさらに減する。
隣接する端部キャップ領域との間の界面における反射を
最小にする。端部キャップ領域は非導波管性であるから
、それぞれの端部キャップ領域の外側ファセット面およ
び空気間の界面において反射される光の非常に少量の光
しか、導波管に帰還結合されず、増幅器の実効ファセッ
ト反射能を大幅に減する。さらに、導波管は外側ファセ
ット面に関して傾斜されているから、反射光は導波管か
らずらされ、実効ファセット反射能をさらに減する。
上述のオプトエレクトロニクスデバイスは、ファセット
反射能を低減する対応する方法により製造され、したが
って 2つの相対する主ファセット面および傾斜導波
管構造体を有する半導体物質の本体を提供する段階を備
える。形成段階は、第1主ファセット面に隣接して第1
の再成長端部キャップを配置し、第2主ファセット表面
に隣接して第2の再成長キャップ領域を配置する。上記
の端部キャップ領域は、両者とも導波管構造体の実効屈
折率に概等しい屈折率を有し、それにより各主ファセッ
ト面とそれぞれの端部キャップ領域との界面における反
射を最小にする。導波管は外側ファセット面に関して傾
斜されているから、反射光は導波管からずらされず、し
たがって導波性構造体中に帰還結合され、それにより低
実効ファセット反射能をもたらす。
反射能を低減する対応する方法により製造され、したが
って 2つの相対する主ファセット面および傾斜導波
管構造体を有する半導体物質の本体を提供する段階を備
える。形成段階は、第1主ファセット面に隣接して第1
の再成長端部キャップを配置し、第2主ファセット表面
に隣接して第2の再成長キャップ領域を配置する。上記
の端部キャップ領域は、両者とも導波管構造体の実効屈
折率に概等しい屈折率を有し、それにより各主ファセッ
ト面とそれぞれの端部キャップ領域との界面における反
射を最小にする。導波管は外側ファセット面に関して傾
斜されているから、反射光は導波管からずらされず、し
たがって導波性構造体中に帰還結合され、それにより低
実効ファセット反射能をもたらす。
[実施例]
本発明は、導波管構造体を採用するオプトエレクトロニ
クスデバイスのファセット反射能を減する方法に関し、
半導体レーザ増幅器として第1図に例示されている。レ
ーザ増幅器が例示の目的で示されているが、スーパール
ミネセンス発光ダイオードのような他の半導体デバイス
も、本明細書に記述される方法を合体し得、本発明の技
術思想内にあることは斯界に精通したものには明らかで
ある。
クスデバイスのファセット反射能を減する方法に関し、
半導体レーザ増幅器として第1図に例示されている。レ
ーザ増幅器が例示の目的で示されているが、スーパール
ミネセンス発光ダイオードのような他の半導体デバイス
も、本明細書に記述される方法を合体し得、本発明の技
術思想内にあることは斯界に精通したものには明らかで
ある。
増幅器16は、二重チャンネルリッジ導波管光増幅器を
形成するように半導電性領域15を横切って長手方向に
形成されるリッジ導波管構造体12を有する半導体物質
本体15より成る。本発明にしたがって反射能を低減す
る方法の1側面においては、導波管は、半導電性本体1
5の長手方向軸線から予定された角度にて配向される。
形成するように半導電性領域15を横切って長手方向に
形成されるリッジ導波管構造体12を有する半導体物質
本体15より成る。本発明にしたがって反射能を低減す
る方法の1側面においては、導波管は、半導電性本体1
5の長手方向軸線から予定された角度にて配向される。
この種の増幅器を製造する技術は、技術的に周知である
。
。
この傾斜導波管増幅器構造体の反射能は、反射能を低減
するための新規な方法の他の側面に関して後述されるよ
うにさらに低減される。
するための新規な方法の他の側面に関して後述されるよ
うにさらに低減される。
増幅器16の入力端部13には、増幅器16のファセッ
ト17にバルク(非導波管性)物質が再成長され、第1
の端部キャップ領域lOを形成する。同様に、出力端部
14には、ファセット18に非導波管性物質が再成長さ
れ、第2の端部キャップ領域11を形成している。明瞭
にするため、増幅器16のファセット17および18は
、以後増幅器一端部キャップ界面として言及する。何故
ならば、両ファセットは、増幅器のそれぞれの端部およ
び対応する再成長端部キャップ領域間の境界として作用
するからである。端部キャップ領域は、その領域におけ
る光信号の実質的な吸収を防ぐため、導波管のバンドギ
ャップよりも十分に高いバンドギャップを有する物質よ
り成る。さらに、各端部キャップ領域におけるバルク物
質は、導波管の実効屈折率に非常に近い屈折率を有する
。この結果、光が端部キャップ10から導波管12に入
るときには増幅器一端部キャップ界面17から、また導
波管12から端部キャップ11に入るときには増幅器一
端部キャップ界面18から非常に小さい反射しか生じな
い、これは、界面17を打つ相当量の自然放出が導波管
12中にすm還反射されるのを防ぎ、増幅器の品質劣化
を避けるから、界面17において重要である。さらに、
傾斜された幾何形態は、導波管12から端部キャツブ領
域ll中に現われる光を、ある角度で界面19を打たせ
、領域11中に伝搬する反射光が、導波管12から十分
い変位された点にて界面18を打つようにし、それによ
り導波管中へ最小の反射結合しか許容しない。
ト17にバルク(非導波管性)物質が再成長され、第1
の端部キャップ領域lOを形成する。同様に、出力端部
14には、ファセット18に非導波管性物質が再成長さ
れ、第2の端部キャップ領域11を形成している。明瞭
にするため、増幅器16のファセット17および18は
、以後増幅器一端部キャップ界面として言及する。何故
ならば、両ファセットは、増幅器のそれぞれの端部およ
び対応する再成長端部キャップ領域間の境界として作用
するからである。端部キャップ領域は、その領域におけ
る光信号の実質的な吸収を防ぐため、導波管のバンドギ
ャップよりも十分に高いバンドギャップを有する物質よ
り成る。さらに、各端部キャップ領域におけるバルク物
質は、導波管の実効屈折率に非常に近い屈折率を有する
。この結果、光が端部キャップ10から導波管12に入
るときには増幅器一端部キャップ界面17から、また導
波管12から端部キャップ11に入るときには増幅器一
端部キャップ界面18から非常に小さい反射しか生じな
い、これは、界面17を打つ相当量の自然放出が導波管
12中にすm還反射されるのを防ぎ、増幅器の品質劣化
を避けるから、界面17において重要である。さらに、
傾斜された幾何形態は、導波管12から端部キャツブ領
域ll中に現われる光を、ある角度で界面19を打たせ
、領域11中に伝搬する反射光が、導波管12から十分
い変位された点にて界面18を打つようにし、それによ
り導波管中へ最小の反射結合しか許容しない。
レーザが動作中、光入力信号は端部キャップ領域10に
入り、導波管12に実質的に結合される前に、増幅器一
端部キャップ界面17中を通過する。導波管12中を伝
搬し光利得を得た後、増幅された信号は、増幅器一端部
キャップ界面18に遭遇するが、導波管12に対する端
部キャップ領域11の屈折率整合に起因してやはり非常
に小さい反射しか生じない。非反射光は端部キャップ領
域11中を伝搬し、端部キャップ−空気界面19にて強
く反射される。しかしながら、端部キャップ領域ll内
の光は導波されず、導波管および外側ファセット間の角
度だけ導波管から変位されているから、反射波のうちの
非常に僅かしか増幅器に帰還結合されず、かくして実効
ファセット反射能は大幅に減ぜられる。開示された増幅
器のファセット反射能に関する性能は、反射が生じ得る
上述の2面、すなわち増幅器一端部キャップ界面および
端部キャップ−空気界面における光の挙動の分析を必要
とする。したがって、端部キャップ11に対して両反射
源の分析について論述されるが、これは端部キャップ領
域10にも適用し得る。
入り、導波管12に実質的に結合される前に、増幅器一
端部キャップ界面17中を通過する。導波管12中を伝
搬し光利得を得た後、増幅された信号は、増幅器一端部
キャップ界面18に遭遇するが、導波管12に対する端
部キャップ領域11の屈折率整合に起因してやはり非常
に小さい反射しか生じない。非反射光は端部キャップ領
域11中を伝搬し、端部キャップ−空気界面19にて強
く反射される。しかしながら、端部キャップ領域ll内
の光は導波されず、導波管および外側ファセット間の角
度だけ導波管から変位されているから、反射波のうちの
非常に僅かしか増幅器に帰還結合されず、かくして実効
ファセット反射能は大幅に減ぜられる。開示された増幅
器のファセット反射能に関する性能は、反射が生じ得る
上述の2面、すなわち増幅器一端部キャップ界面および
端部キャップ−空気界面における光の挙動の分析を必要
とする。したがって、端部キャップ11に対して両反射
源の分析について論述されるが、これは端部キャップ領
域10にも適用し得る。
第2a図は、光信号が増幅器一端部キャップ界面18に
て導波管12から現われ、その後端部キャップ−空気界
面19から強く反射されるときの光信号の経路を例示す
るのに使用される端部キャップ領域11の斜視図である
。指示されるように、光信号の代表的サンプルは、増幅
器一端部キャップ界面18を打ち、ビームスポットを形
成する。このスポットは、端部キャップ11と導波管1
2との屈折率整合のため最小にしか反射されない、端部
キャップ領域11の非導波管性特性のため、光のウェー
ブフロント25は、端部キャップ11中を伝搬するとき
分散せしめられ、端部キャップ−空気界面19にてビー
ムスポット22と成る。反射されたウェーブフロント2
3は、端部キャップ11中を増幅器に向かって逆伝撤す
るとき分散し、界面18に達するときビームスポット2
4を形成する。導波管は外側ファセット面19に関して
傾斜されているから、反射ウェーブフロント23は導波
管から横方向に変位された点にてファセット18を打つ
。導波管12およびビームスポット24間のこの非整合
は、反射されたウェーブフロントが導波管に帰還結合さ
れるのを防ぐから重要である。第2b図に関する以下の
論述は、計算された反射能測定値を示すグラフとともに
、両界面18および19における反射のさらに詳細な分
析を提示するものである。
て導波管12から現われ、その後端部キャップ−空気界
面19から強く反射されるときの光信号の経路を例示す
るのに使用される端部キャップ領域11の斜視図である
。指示されるように、光信号の代表的サンプルは、増幅
器一端部キャップ界面18を打ち、ビームスポットを形
成する。このスポットは、端部キャップ11と導波管1
2との屈折率整合のため最小にしか反射されない、端部
キャップ領域11の非導波管性特性のため、光のウェー
ブフロント25は、端部キャップ11中を伝搬するとき
分散せしめられ、端部キャップ−空気界面19にてビー
ムスポット22と成る。反射されたウェーブフロント2
3は、端部キャップ11中を増幅器に向かって逆伝撤す
るとき分散し、界面18に達するときビームスポット2
4を形成する。導波管は外側ファセット面19に関して
傾斜されているから、反射ウェーブフロント23は導波
管から横方向に変位された点にてファセット18を打つ
。導波管12およびビームスポット24間のこの非整合
は、反射されたウェーブフロントが導波管に帰還結合さ
れるのを防ぐから重要である。第2b図に関する以下の
論述は、計算された反射能測定値を示すグラフとともに
、両界面18および19における反射のさらに詳細な分
析を提示するものである。
第2b図に示されるように、端部キャップ−空気界面1
9から増幅器16へ反射されるウェーブフロント23の
・帰還結合は、距離2D、ここでDは端部キャップ領域
11の厚さである、により分離される2つの導波管の結
合に等価である。しかして2つの導波管は、2θRmg
の角度的非整合を有し、 20sinθR0,の横方向
非整合を有する。上に論述し第2b図に図示されるよう
に、反射されたウェブフロント23の、界面18に沿う
導波管12からの20sinθ8.8の変位は、最小量
の反射光しか導波管に帰還結合せしめない0反射の分析
は、端部キャップ−空気界面からのフレネルの反射に起
因する追加の損失環を含む、この分析は、第3図により
補足される。しかして、この図は、代表的増幅器導波管
の実効屈折率が3.35そしてモード半径が0.5ミク
ロンの場合において、ガウスのビーム理論を使用してl
Oo(曲線31)および15” (曲線32)の波長傾
斜角に対する反射能対りのグラフを示すものである。
9から増幅器16へ反射されるウェーブフロント23の
・帰還結合は、距離2D、ここでDは端部キャップ領域
11の厚さである、により分離される2つの導波管の結
合に等価である。しかして2つの導波管は、2θRmg
の角度的非整合を有し、 20sinθR0,の横方向
非整合を有する。上に論述し第2b図に図示されるよう
に、反射されたウェブフロント23の、界面18に沿う
導波管12からの20sinθ8.8の変位は、最小量
の反射光しか導波管に帰還結合せしめない0反射の分析
は、端部キャップ−空気界面からのフレネルの反射に起
因する追加の損失環を含む、この分析は、第3図により
補足される。しかして、この図は、代表的増幅器導波管
の実効屈折率が3.35そしてモード半径が0.5ミク
ロンの場合において、ガウスのビーム理論を使用してl
Oo(曲線31)および15” (曲線32)の波長傾
斜角に対する反射能対りのグラフを示すものである。
第3図は、端部キャップ−空気界面により惹起される反
射能が、再成長領域の厚さ(D)の増大とともに非常に
急速に落下することを明瞭に示している。lOoの傾斜
ファセットに対して、反射をlX+0”’以下に減する
ためには、9ミクロンの再成長物質が必要とされ、他方
15°の傾斜ファセットに対しては、3ミクロンの再成
長物質しか必要とされない。端部キャップ領域の厚さは
、端部キサップ11中を伝搬する光ビームが分散するの
を防ぐように上限を有する。分散すると、光学的ビーム
が再成長領域の面に達し、それにより散乱損失を引き起
こし、出力ファイバへの結合を非常に難しくする程度に
もなるので、それを防ぐような上限を有する。代りに、
端部キャップ領域の厚さは、端部キャップ−空気界面に
て反射される光を適当に変位し、最小量の光しか導波管
中に帰還結合されないようにするに十分厚くしなければ
ならない。
射能が、再成長領域の厚さ(D)の増大とともに非常に
急速に落下することを明瞭に示している。lOoの傾斜
ファセットに対して、反射をlX+0”’以下に減する
ためには、9ミクロンの再成長物質が必要とされ、他方
15°の傾斜ファセットに対しては、3ミクロンの再成
長物質しか必要とされない。端部キャップ領域の厚さは
、端部キサップ11中を伝搬する光ビームが分散するの
を防ぐように上限を有する。分散すると、光学的ビーム
が再成長領域の面に達し、それにより散乱損失を引き起
こし、出力ファイバへの結合を非常に難しくする程度に
もなるので、それを防ぐような上限を有する。代りに、
端部キャップ領域の厚さは、端部キャップ−空気界面に
て反射される光を適当に変位し、最小量の光しか導波管
中に帰還結合されないようにするに十分厚くしなければ
ならない。
上述の分析は、実際には、端部キャップ−空気界面の反
射能が、再成長領域の厚さを制御することによって任意
に小さくできることを示している。したがって、再成長
端部キャップをもつレーザ増幅器の反射能は、以下に論
述されるように、増幅器一端部キャップ界面の反射能に
主として依存することになろう。
射能が、再成長領域の厚さを制御することによって任意
に小さくできることを示している。したがって、再成長
端部キャップをもつレーザ増幅器の反射能は、以下に論
述されるように、増幅器一端部キャップ界面の反射能に
主として依存することになろう。
第2b図を再度参照すると、角度θAmpにおけるファ
セットの反射能は、やはりファセット界面からのフレネ
ル反射の余分の損失項を含めて、角度2θAaPの2つ
のスラブ導波管としてそれをモデル化することによって
計算される。このモデルは、Journal of L
ight Technology、 Vol、 No、
21989年2月発行、の’Reflection L
oss of LeserMode From Ti1
ted End Mirror」と題するDMarcu
seの論文に記述されている。代表的導波管ファセット
の場合、この追加のフレネル損失はたった0、3に過ぎ
ないが、本発明における増幅器−端部キャップ界面の場
合、この損失は、はぼ5x10−Sへとほとんど4桁の
大きさ増加する。こねは、再成長端部キャップ領域を有
する1ノ一ザ増幅器の再現可能な超低反射能における重
要な要素である。
セットの反射能は、やはりファセット界面からのフレネ
ル反射の余分の損失項を含めて、角度2θAaPの2つ
のスラブ導波管としてそれをモデル化することによって
計算される。このモデルは、Journal of L
ight Technology、 Vol、 No、
21989年2月発行、の’Reflection L
oss of LeserMode From Ti1
ted End Mirror」と題するDMarcu
seの論文に記述されている。代表的導波管ファセット
の場合、この追加のフレネル損失はたった0、3に過ぎ
ないが、本発明における増幅器−端部キャップ界面の場
合、この損失は、はぼ5x10−Sへとほとんど4桁の
大きさ増加する。こねは、再成長端部キャップ領域を有
する1ノ一ザ増幅器の再現可能な超低反射能における重
要な要素である。
第1図の増幅器に関連して、増幅器一端部キャップ界面
の反射能が、lOo(曲線41)および15″(曲線4
2)の傾斜角に対して増幅器活動幅の関数として第4図
に示されているが、ここて代表的導波管の実効屈折率が
3.35で再成長領域の屈折率が3.31と仮定される
。指示されるように、lO″′の傾斜角を有するファセ
ットの反射率は、適当に広い活動領域の場合つねにlX
l0−8以下となろう。
の反射能が、lOo(曲線41)および15″(曲線4
2)の傾斜角に対して増幅器活動幅の関数として第4図
に示されているが、ここて代表的導波管の実効屈折率が
3.35で再成長領域の屈折率が3.31と仮定される
。指示されるように、lO″′の傾斜角を有するファセ
ットの反射率は、適当に広い活動領域の場合つねにlX
l0−8以下となろう。
反射能を低減するための開示された方法および第1図の
付随の実施例の非常に望まし特徴は、再成長端部キャッ
プをもつレーザ増幅器への単一モードファイバの結合が
、従来形式のレーザ増幅器と全く同様であるということ
である。ビームは、−変可成長領域11から現われると
、通、常のレーザ外界と同じ角度に屈折するから、従来
のレーザ増幅器に対して使用されたのと同様のテイバお
よびレンズ付きファイバが、再成長端部キャップを有す
るレーザ増幅器に結合するのに使用できよう。
付随の実施例の非常に望まし特徴は、再成長端部キャッ
プをもつレーザ増幅器への単一モードファイバの結合が
、従来形式のレーザ増幅器と全く同様であるということ
である。ビームは、−変可成長領域11から現われると
、通、常のレーザ外界と同じ角度に屈折するから、従来
のレーザ増幅器に対して使用されたのと同様のテイバお
よびレンズ付きファイバが、再成長端部キャップを有す
るレーザ増幅器に結合するのに使用できよう。
本明細書において図示説明されたものは、下記の特徴を
有するように増幅器を製造することによって光増幅器の
ファセット反射能を減する新規な方法である。すなわち
、(1)増幅器の主ファセット面の両方に形成されたバ
ルク再成長端部キャップ領域、(2)傾斜導波管幾何形
態および(3)端部キャップ領域の導波管への屈折率整
合の特徴である。この新規な方法で製造された増幅器は
、従来形式のデバイスに存する問題のある薄膜反射防止
被覆技術の使用を回避しつつ、極度に低いファセット反
射能(<1.0−’)を達成し得る。本発明は主として
半導体レーザ増幅器の製潰に関係するが、バルク再成長
端部キャップ領域の使用は、低反射能ファセットを必要
とする他の半導体デバイスに等しく適用される。
有するように増幅器を製造することによって光増幅器の
ファセット反射能を減する新規な方法である。すなわち
、(1)増幅器の主ファセット面の両方に形成されたバ
ルク再成長端部キャップ領域、(2)傾斜導波管幾何形
態および(3)端部キャップ領域の導波管への屈折率整
合の特徴である。この新規な方法で製造された増幅器は
、従来形式のデバイスに存する問題のある薄膜反射防止
被覆技術の使用を回避しつつ、極度に低いファセット反
射能(<1.0−’)を達成し得る。本発明は主として
半導体レーザ増幅器の製潰に関係するが、バルク再成長
端部キャップ領域の使用は、低反射能ファセットを必要
とする他の半導体デバイスに等しく適用される。
[効果]
要約すると、ファセット反射能を低減するこの方法は、
すべての他の方法に優る下記の重要な利点を有する。
すべての他の方法に優る下記の重要な利点を有する。
1)超低反射能(’< IX 1.0”’)が再現性を
もって得られる。
もって得られる。
2)開示された方法を採用するデバイスは、多■生産に
向いている。
向いている。
3)ファセシト被覆段階が必要とされない。
4)ファセット反射能が、波長および分極に不感知であ
る。これは、反射防止被覆を使用する増幅器ではそうで
はない。
る。これは、反射防止被覆を使用する増幅器ではそうで
はない。
5)非常に安定な反射能が示された。
6)従来形式のレーザ増幅器に比して、追加の結合損失
が起こらない。
が起こらない。
上に上げた最後の点は、本明細書において先に論述され
たCha等により開示された従来形式の増幅器の結合能
力に関して重要である。Ch a等は、Ga1nAsP
の活性領域を有する従来の様式で製造された半導体光増
幅器に隣接してInPの50ミクロン長の窓領域を形成
し、それにより伝搬する光ビームをデバイスの表面から
散乱せしめるが、これが増幅器により示される8dBの
容認し難い結合損失の一因となった。これに対比して、
本願発明の増幅器は、傾斜導波管を作り、端部キャップ
をより短くすることによって、より良好な結合性能をも
たらす。
たCha等により開示された従来形式の増幅器の結合能
力に関して重要である。Ch a等は、Ga1nAsP
の活性領域を有する従来の様式で製造された半導体光増
幅器に隣接してInPの50ミクロン長の窓領域を形成
し、それにより伝搬する光ビームをデバイスの表面から
散乱せしめるが、これが増幅器により示される8dBの
容認し難い結合損失の一因となった。これに対比して、
本願発明の増幅器は、傾斜導波管を作り、端部キャップ
をより短くすることによって、より良好な結合性能をも
たらす。
以上本発明を好ましい実施例について説明したが、当技
術に精通したものであれば、本発明の技術思想から逸脱
することなく種々の変化変更をなし得ることは明らかで
あろう。
術に精通したものであれば、本発明の技術思想から逸脱
することなく種々の変化変更をなし得ることは明らかで
あろう。
第1図は本発明に従う再成長端部キャップ領域を有する
レーザ増幅器の斜視図、第2a図は端部キャップ領域の
ファセットの一ファセットから反射される光路を示す第
1図のレーザ増幅器の正面図5第2b図は第2a図に例
示される反射光路イf示す第1図のレーザ増幅器の上面
図、第3図は第1図の1ノ一ザ増幅器に対する異なる導
波管領斜角における再成長領域の厚さに対する端部キャ
ップ−空気界面の反射能の比較を示すグラフ、第4図は
第1図のレーザ増幅器に対する異なる導波管領斜角度に
おける再成長領域の厚さに対する増幅器一端部キャップ
界面の反射能の比較を示すグラフである。 O 1 2 3 4 5 第1端部キャップ領域 第2端部キャップ領域 導波管 入力端部 出力端部 半導電性領域 6 z 7 8 土曽幅器 増幅器一端部キャップ界面 (又はファセット) 増幅器一端部キャップ界面 (又はファセット) 13−ン/ r二 同 風間弘志 14 f、/ ’ Iρit)、i。 F″ice 2a。 F皇ic1.2b。 D(3・口/) F″1−cl、 3゜ 佑転喝、′S−コ、) F”icl、 4゜
レーザ増幅器の斜視図、第2a図は端部キャップ領域の
ファセットの一ファセットから反射される光路を示す第
1図のレーザ増幅器の正面図5第2b図は第2a図に例
示される反射光路イf示す第1図のレーザ増幅器の上面
図、第3図は第1図の1ノ一ザ増幅器に対する異なる導
波管領斜角における再成長領域の厚さに対する端部キャ
ップ−空気界面の反射能の比較を示すグラフ、第4図は
第1図のレーザ増幅器に対する異なる導波管領斜角度に
おける再成長領域の厚さに対する増幅器一端部キャップ
界面の反射能の比較を示すグラフである。 O 1 2 3 4 5 第1端部キャップ領域 第2端部キャップ領域 導波管 入力端部 出力端部 半導電性領域 6 z 7 8 土曽幅器 増幅器一端部キャップ界面 (又はファセット) 増幅器一端部キャップ界面 (又はファセット) 13−ン/ r二 同 風間弘志 14 f、/ ’ Iρit)、i。 F″ice 2a。 F皇ic1.2b。 D(3・口/) F″1−cl、 3゜ 佑転喝、′S−コ、) F”icl、 4゜
Claims (7)
- (1)第1および第2の対向する主ファセット面を有す
る半導体物質本体と、前記第1主ファセット面に隣接す
る第1の最成長端部キャップ領域と、前記第2主ファセ
ット面に隣接する第2の再成長端部キャップ領域とを備
え、前記半導体物質本体が、前記第1および第2主ファ
セット面に垂直に配向された前記本体の長手方向軸線に
関して傾斜されかつ入力光信号がその中を伝搬する導波
管構造体を含み、前記第1端部キャップ領域および前記
第1主ファセット面間の境界が、内側端部キャップファ
セット界面であり、前記第1端部キャップ領域が、前記
の関連する内側端部キャップファセット界面に相対した
外側端部キャップファセットを有し、前記第2端部キャ
ップ領域および前記第2主ファセット面間の境界が、内
側端部キャップファセット界面であり、前記第2端部キ
ャップ領域が、前記の関連する内側端部キャップファセ
ット界面に相対する外側端部キャップファセットを有し
ており、前記第1および第2端部キャップ領域が、前記
導波管構造体の実効屈折率に概等しい屈折率を有し、そ
れにより前記第1再成長端部キャップ領域の内側端部キ
ャップファセット界面および前記第2再成長端部キャッ
プ領域の内側端部キャップファセット界面の両者に低減
されたファセット反射能を提供し、前記第1および第2
再成長端部キャップ領域が、該端部キャップ領域におけ
る光信号の実質的な吸収を防止するため、導波管構造体
のバンドキャップエネルギより十分に高いバンドギャッ
プエネルギを有する非導波管性物質から製造され、そし
て前記傾斜された導波管が、前記外側端部キャップファ
セットの一ファセットから前記のそれぞれの端部キャッ
プ領域内に反射され得る前記光信号の一部が、一度前記
端部キャップファセットの1つを打つたら、前記導波管
構造体と十分に非整合にせしめ、前記の反射された信号
の最少量しか、前記導波管構造体に帰還結合されず、そ
れによりオプトエレクトロニクスデバイスの実効ファセ
ット反射能を低減するようにしたことを特徴とするオプ
トエレクトロニクスデバイス。 - (2)前記半導体物質本体が、半導体レーザ増幅器を形
成する特許請求の範囲第1項記載のオプトエレクトロニ
クスデバイス。 - (3)前記半導体物質本体がスーパールミネセンス発光
ダイオードを形成する特許請求の範囲第1項記載のオプ
トエレクトロニクスデバイス。 - (4)前記再成長端部キャップ領域の一方の領域の外側
端部キャップファセットに結合され、前記導波管構造体
を介して伝搬される出力光信号を受信するための単一モ
ードファイバを備える特許請求の範囲第1項記載のオプ
トエレクトロニクスデバイス。 - (5)前記内側端部キャップファセット界面のおよびが
反射防止被覆を有している特許請求の範囲第1項記載の
オプトエレクトロニクスデバイス。 - (6)第1および第2の対向する主ファセット面を有す
る半導体物質本体を提供し、前記第1主ファセット面に
隣接して第1の再成長端部キャップ領域を形成し、前記
第2主ファセット面に隣接して第2の再成長端部キャッ
プ領域を形成する諸段階を備え、前記半導体物質本体が
、前記第1および第2主ファセット面に垂直に配向され
た前記本体の長手方向軸線に関して傾斜されかつ入力光
信号がその中を伝搬する導波管構造体を含み、前記第1
端部キャップ領域および前記第1主ファセット面間の境
界が、内側端部キャップファセット界面であり、前記第
1端部キャップ領域が、前記の関連する内側端部キャッ
プファセット界面に相対した外側端部キャップファセッ
トを有し、前記第2端部キャップ領域および前記第2主
ファセット面間の境界が、内側端部キャップファセット
界面であり、前記第2端部キャップ領域が、前記の関連
する内側端部キャップファセット界面に相対する外側端
部キャップファセットを有しており、前記第1および第
2端部キャップ領域が、前記導波管構造体の実効屈折率
に概等しい屈折率を有しており、それにより前記第1再
成長端部キャップ領域の内側端部キャップファセット界
面および前記第2再成長端部キャップ領域の内側端部キ
ャップファセット界面の両者に低減されたファセット反
射能を提供し、前記第1および第2再成長端部キャップ
領域が、該端部キャップ領域における光信号の実質的な
吸収を防止するため、導波管構造体のバンドキャップエ
ネルギより十分に高いバンドギャップエネルギを有する
非導波管性物質から製造され、そして前記傾斜された導
波管が、前記外側端部キャップファセットの一ファセッ
トから前記のそれぞれの端部キャップ領域内に反射され
得る前記光信号の一部が、一度前記端部キャップファセ
ットの1つを打ったら、前記導波管構造体から十分に変
位せしめられ、前記の反射された信号の最少量しか、前
記導波管構造体に帰還結合されず、それによりオプトエ
レクトロニクスデバイスの実効ファセット反射能を低減
することを特徴とするオプトエレクトロニクスデバイス
のファセット反射能低減方法。 - (7)反射防止物質のフィルムを前記各主ファセット面
に被着することを含む特許請求の範囲第6項記載のファ
セット反射能低減方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/367,399 US4872180A (en) | 1989-06-16 | 1989-06-16 | Method for reducing facet reflectivities of semiconductor light sources and device thereof |
| US367399 | 1989-06-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0330488A true JPH0330488A (ja) | 1991-02-08 |
Family
ID=23447013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2154171A Pending JPH0330488A (ja) | 1989-06-16 | 1990-06-14 | 半導体光源のファセット反射能低減方法および装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4872180A (ja) |
| EP (1) | EP0403308A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0330488A (ja) |
| CA (1) | CA2017732A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03163891A (ja) * | 1989-11-21 | 1991-07-15 | Mitsubishi Electric Corp | 光増幅器,スーパールミネッセントダイオード,光集積回路およびこれらの製造方法 |
| JP2010080707A (ja) * | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Oki Semiconductor Co Ltd | 半導体光機能デバイス |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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