JPH042190A - Mode-locked semiconductor laser - Google Patents
Mode-locked semiconductor laserInfo
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- JPH042190A JPH042190A JP10245590A JP10245590A JPH042190A JP H042190 A JPH042190 A JP H042190A JP 10245590 A JP10245590 A JP 10245590A JP 10245590 A JP10245590 A JP 10245590A JP H042190 A JPH042190 A JP H042190A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、光通信、光計測、光情報処理に用いられるモ
ノリシック集積型モード同期半導体レーザに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a monolithically integrated mode-locked semiconductor laser used in optical communication, optical measurement, and optical information processing.
(従来の技術)
モード同期半導体レーザは、比較的容易に数Lops以
下の超短光パルスを発生できる小型の光源として、将来
の超高速光通信や光計測の分野において重要である。モ
ード同期半導体レーザは、通常、活性領域であるレーザ
チップと外部に置かれた反射鏡およびレンズなどによっ
てレーザ共振器が構成される。そして光の共振器往復時
間にほぼ等しい時間周期で活性領域の駆動電流が変調さ
れることで、強制モード同期が行われ、光パルスが発生
する。しかしながら、このようなハイブリツド構成のモ
ード同期半導体レーザは機械的な安定性の点で実用的な
光源とは言えない。(Prior Art) Mode-locked semiconductor lasers are important in the future fields of ultrahigh-speed optical communication and optical measurement as compact light sources that can relatively easily generate ultrashort optical pulses of several Lops or less. In a mode-locked semiconductor laser, a laser resonator usually includes a laser chip as an active region, a reflecting mirror and a lens placed outside, and the like. By modulating the drive current of the active region with a time period approximately equal to the round trip time of light to the resonator, forced mode locking is performed and a light pulse is generated. However, such a hybrid configuration mode-locked semiconductor laser cannot be said to be a practical light source in terms of mechanical stability.
そこで、活性領域と反射鏡とそれらを光学的に結合する
ための光導波路とを一つの半導体基板上にモノリシック
集積することが試みられている。Therefore, attempts have been made to monolithically integrate an active region, a reflecting mirror, and an optical waveguide for optically coupling them onto a single semiconductor substrate.
このようなモノリシック集積型モード同期半導体レーザ
の例として、第7図に示すようなR,S、タッカ−らに
よって報告されたレーザがある(R,S。An example of such a monolithically integrated mode-locked semiconductor laser is the laser reported by R,S, Tucker et al. as shown in FIG.
Tucker et、 al、、エレクトロニクスレタ
ーズElectron。Tucker et al., Electronics Letters Electron.
Lett、 vol、 25 pp、 621−623
(1989))。このレーザはInP基板10の上に活
性領域100と光導波路領域200とが集積化されてい
る。反射鏡310は結晶のへき開面を利用している。こ
のレーザでは活性領域100と光導波路領域200はレ
ーザ光に対して透明な共通の光ガイド層20を通して光
学的に結合している。このレーザでは時間幅4ps、繰
り返し40GHzの光パルスが得られている。この他の
モノリシック集積型モード同期半導体レーザの例として
は、P、 A、モートンらにより報告されたような、光
導波路の一部に過飽和吸収領域を加えて光パルス幅を狭
くしたレーザがある(P、 A、 Marton et
、 al、、アブライドフイジンクスレターズApp1
. Phys、 Lett、 vol、 56 pp、
111−11.3 (1990))。Lett, vol, 25 pp, 621-623
(1989)). This laser has an active region 100 and an optical waveguide region 200 integrated on an InP substrate 10. The reflecting mirror 310 utilizes the cleavage plane of the crystal. In this laser, the active region 100 and the optical waveguide region 200 are optically coupled through a common optical guide layer 20 that is transparent to the laser light. With this laser, optical pulses with a time width of 4 ps and a repetition rate of 40 GHz are obtained. Another example of a monolithically integrated mode-locked semiconductor laser is a laser in which a supersaturated absorption region is added to a part of the optical waveguide to narrow the optical pulse width, as reported by P. A. Morton et al. P., A., Marton et al.
, al, , Abride Physics Letters App1
.. Phys, Lett, vol, 56 pp,
111-11.3 (1990)).
(発明が解決しようとする課題)
上述した従来例には以下のような問題点がある。まずレ
ーザ光のスペクトル幅を制御する機能がない点である。(Problems to be Solved by the Invention) The conventional example described above has the following problems. First, there is no function to control the spectral width of laser light.
そのために変調時にスペクトル幅が必要以上に広がって
しまい、トランスフオームリミットに近い、狭いスペク
トル幅を持った光パルスが得られない。よく知られてい
るように、スペクトル幅の広がりは、光パルスを分散の
ある光ファイバーで伝送する場合に大きな障害となる。As a result, the spectral width becomes wider than necessary during modulation, making it impossible to obtain an optical pulse with a narrow spectral width close to the transform limit. As is well known, spectral width broadening is a major obstacle when transmitting optical pulses through dispersive optical fibers.
したがって必要とする光パルスの時間幅に対して最小の
スペクトル幅となように、スペクトル幅を制御すること
が重要である。また逆に光パルスの時間幅を制御するこ
とも応用上重要な機能である。これはスペクトル幅を制
御することで実現できる。Therefore, it is important to control the spectral width so that it is the minimum spectral width for the required time width of the optical pulse. Conversely, controlling the time width of the optical pulse is also an important function for applications. This can be achieved by controlling the spectral width.
第2の問題点は、共振器周波数を制御する機能がない点
である。一般に強制モード同期レーザでは、超短光パル
スを発生させるために、光の共振器往復時間の逆数であ
る共振器周波数と極めて近い周波数(0,1%程度以下
の差)で変調を行う必要がある。一方、光通信において
は、通信システムのクロック周波数はあらかじめ厳密に
決まっている。The second problem is that there is no function to control the resonator frequency. Generally, in forced mode-locked lasers, in order to generate ultrashort optical pulses, it is necessary to perform modulation at a frequency that is extremely close to the resonator frequency (with a difference of about 0.1% or less), which is the reciprocal of the round trip time of light to the resonator. be. On the other hand, in optical communications, the clock frequency of the communication system is strictly determined in advance.
したがってモード同期レーザを光通信に用いる場合には
、レーザの共振器周波数をクロック周波数に厳密に合わ
せる必要がある。モノリシック集積化を行っても、製作
時に0,1%以下の精度で実際の共振器長を制御するこ
とは非常に困難である。したがって、なんらかの方法で
共振器周波数、つまり共振器長を制御する機能が重要に
なる。Therefore, when a mode-locked laser is used for optical communication, it is necessary to precisely match the laser resonator frequency to the clock frequency. Even with monolithic integration, it is extremely difficult to control the actual resonator length with an accuracy of 0.1% or less during manufacturing. Therefore, the ability to control the resonator frequency, that is, the resonator length, in some way is important.
以上、モード同期半導体レーザのスペクトル幅の制御と
共振器周波数の制御の必要性について述べた。モード同
期半導体レーザを光フアイバ通信に使用する場合、それ
ら以外の有効な機能として、波長チャープの制御がある
。光パルスの波長チャープとは、光パルスの中で中心波
長が時間的に変化することである。一般に光パルスを光
ファイバで伝送するときは、光ファイバの波長分散によ
り光パルスの時間幅の広がりが生じ伝送特性が劣化する
。このため伝送可能な距離が制限される。そこであらか
じめ光パルスに分散を打ち消すような波長チャープを与
えておけば、分散の影響が低減し伝送距離を拡大するこ
とができる。波長チャープの制御とは、モード同期半導
体レーザの光パルスに分散の影響を打ち消す様な波長チ
ャープを与える機能のことである。このような機能を持
ったモード同期半導体レーザはこれまでに報告されてい
ない。The necessity of controlling the spectral width and resonator frequency of a mode-locked semiconductor laser has been described above. When a mode-locked semiconductor laser is used for optical fiber communication, another effective function is wavelength chirp control. The wavelength chirp of a light pulse is a temporal change in the center wavelength of the light pulse. Generally, when optical pulses are transmitted through an optical fiber, the time width of the optical pulses is broadened due to wavelength dispersion of the optical fibers, resulting in deterioration of transmission characteristics. This limits the distance that can be transmitted. Therefore, if a wavelength chirp is applied to the optical pulse in advance to cancel out the dispersion, the influence of dispersion can be reduced and the transmission distance can be extended. Wavelength chirp control is a function that applies a wavelength chirp to the optical pulse of a mode-locked semiconductor laser that cancels out the effects of dispersion. A mode-locked semiconductor laser with such a function has not been reported so far.
本発明の目的は、上述の従来例における問題点を解決し
、スペクトル幅や共振器周波数または波長チャープを制
御する機能を有する、モノリシック集積型モード同期半
導体レーザを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a monolithically integrated mode-locked semiconductor laser that solves the problems in the conventional example described above and has a function of controlling the spectral width, resonator frequency, or wavelength chirp.
(課題を解決するための手段)
本発明のモード同期半導体レーザは、
(1)一つの半導体基板上に、利得を有する活性領域と
、発振光に対して透明な光導波路領域と、回折格子を有
する反射領域とが、光学的に結合して配置されており、
前記反射領域の反射波長幅が可変できることを特徴とす
る。(Means for Solving the Problems) The mode-locked semiconductor laser of the present invention has the following features: (1) An active region having a gain, an optical waveguide region transparent to oscillation light, and a diffraction grating are provided on one semiconductor substrate. and a reflective region having
It is characterized in that the reflection wavelength width of the reflection region can be varied.
(2)一つの半導体基板上に、利得を有する活性領域と
、発振光に対して透明な光導波路領域と、回折格子を有
する反射領域とが、光学的に結合して配置されており、
前記光導波路領域の光学長が可変であることを特徴とす
る。(2) An active region having a gain, an optical waveguide region transparent to oscillated light, and a reflection region having a diffraction grating are optically coupled and arranged on one semiconductor substrate,
It is characterized in that the optical length of the optical waveguide region is variable.
(3)一つの半導体基板上に、利得を有する活性領域と
、発振光に対して透明な光導波路領域と、回折格子を有
する反射領域と、発振光の強度によって屈折率の変化す
る非線形領域とが、゛光学的に結合して配置されている
ことを特徴とする。(3) On one semiconductor substrate, an active region having a gain, an optical waveguide region transparent to the oscillated light, a reflective region having a diffraction grating, and a nonlinear region whose refractive index changes depending on the intensity of the oscillated light. are characterized in that they are arranged in an optically coupled manner.
(実施例) 次に、本発明について図面を参照して説明する。(Example) Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.
第1図(a)は本発明のモード同期半導体レーザの第1
の実施例を表す斜視図、第1図(b)は(a)のAA’
線での構造断面図である。第1の実施例は、特許請求の
範囲第1項に記された反射波長幅を制御できるモード同
期半導体レーザであり、発振光のスペクトル幅を制御す
る機能を持っている。このレーザは利得を有する活性領
域100、光導波路領域200、回折格子90を有する
反射領域300とから構成されている。いわゆる分布ブ
ラッグ反射型レーザを基本とした構造になっている。レ
ーザ共振器は2つの反射器、つまり反射領域300の分
布ブラッグ反射器と活性領域100のへき開端面を含む
。構造上の特徴は、(1)反射領域300に電極80が
設けられており、反射領域300にある光ガイド層20
に電流を注入することができること、(2)活性領域1
00と光導波路領域200と合わせた共振器長に対応す
る共振器周波数が、必要とするモード同期光パルスの周
期に一致していることである。回折格子90は、ブラッ
グ波長を中心としたある反射波長幅の光だけを選択的に
反射する。このためレーザ光のスペクトル幅は、この反
射波長幅程度になる。反射波長幅は回折格子90の長さ
や結合効率、あるいは導波路損失(または利得)などの
パラメータによって変化する。したがって、これらのい
ずれかのパラメータを制御することでスペクトル幅を制
御することができる。またスペクトル幅を変化させるこ
とで光パルスの時間幅を制御できる。第1の実施例にお
いては、反射領域300の光ガイド層20を注入する電
流を制御することで導波路損失を変化させ、反射波長幅
を制御している。この様子を第2図に模式的に示した。FIG. 1(a) shows the first mode-locked semiconductor laser of the present invention.
FIG. 1(b) is a perspective view showing an embodiment of AA' in (a).
FIG. The first embodiment is a mode-locked semiconductor laser that can control the reflection wavelength width as set forth in claim 1, and has a function of controlling the spectral width of oscillated light. This laser is composed of an active region 100 having a gain, an optical waveguide region 200, and a reflection region 300 having a diffraction grating 90. The structure is based on a so-called distributed Bragg reflection laser. The laser cavity includes two reflectors, a distributed Bragg reflector in the reflective region 300 and a cleaved end face in the active region 100. Structural features include (1) an electrode 80 is provided in the reflective area 300, and the light guide layer 20 in the reflective area 300 is provided with an electrode 80;
(2) a current can be injected into the active region 1;
The resonator frequency corresponding to the resonator length including the optical waveguide region 200 and the optical waveguide region 200 matches the period of the required mode-locking optical pulse. The diffraction grating 90 selectively reflects only light having a certain reflection wavelength width centered around the Bragg wavelength. Therefore, the spectral width of the laser beam is approximately equal to this reflection wavelength width. The reflected wavelength width changes depending on parameters such as the length of the diffraction grating 90, coupling efficiency, or waveguide loss (or gain). Therefore, the spectral width can be controlled by controlling any one of these parameters. Furthermore, the time width of the optical pulse can be controlled by changing the spectral width. In the first embodiment, the waveguide loss is changed by controlling the current injected into the light guide layer 20 of the reflection region 300, and the reflection wavelength width is controlled. This situation is schematically shown in FIG.
以下、製造手順を追いながら第1の実施例について詳し
く説明する。まずn型InP基板10の一部に周期24
0nmの回折格子90を形成する。次に1回目の結晶成
長によって、この基板10の上に、n型InGaAsP
(λg=1.3pm)光ガイド層20、n型InPスト
ップ層30、InGaAsP(λg=1.55pm)活
性層40、p型InPクラッド層50を順次形成する。The first embodiment will be described in detail below while following the manufacturing procedure. First, a part of the n-type InP substrate 10 has a period of 24
A 0 nm diffraction grating 90 is formed. Next, by the first crystal growth, n-type InGaAsP is formed on this substrate 10.
(λg=1.3 pm) optical guide layer 20, n-type InP stop layer 30, InGaAsP (λg=1.55 pm) active layer 40, and p-type InP cladding layer 50 are formed in this order.
次に、光導波路領域200と反射領域300の活性層4
0を選択的に除去した後、2回目の結晶成長によってp
型InPクラッド層51、p型InGaAsキャップ層
60を順次形成する。横モードを制御するために、ここ
では埋め込み構造を適用する。すなわち、レーザの光軸
に沿ってメサ型のエツチングを行った後、3回目の結晶
成長で、InP高抵抗層70を形成する。結晶成長はす
べて有機金属気相成長法を用いる。最後に、活性領域1
00と反射領域300に電極80を形成する。活性領域
100と反射領域300との電気的な分離のために、光
導波路領域200のキャップ層を除去している。活性領
域100、光導波路領域200、反射領域300の長さ
はそれぞれ250pm、1800pm、500pmであ
る。このモード同期半導体レーザは活性領域100の駆
動電流を変調することで20GHzの繰り返しの光パル
スを発生する。反対領域300の注入電流を制御するこ
とで、スペクトル幅を0.5nmから2nmまで制御す
る。Next, the active layer 4 of the optical waveguide region 200 and the reflective region 300 is
After selectively removing 0, p
A type InP cladding layer 51 and a p-type InGaAs cap layer 60 are sequentially formed. In order to control the transverse mode, an embedded structure is applied here. That is, after mesa-shaped etching is performed along the optical axis of the laser, the InP high resistance layer 70 is formed by the third crystal growth. All crystal growth uses organometallic vapor phase epitaxy. Finally, active area 1
An electrode 80 is formed on the reflective region 300 and the reflective region 300. In order to electrically isolate the active region 100 and the reflective region 300, the cap layer of the optical waveguide region 200 is removed. The lengths of the active region 100, optical waveguide region 200, and reflection region 300 are 250 pm, 1800 pm, and 500 pm, respectively. This mode-locked semiconductor laser generates repetitive optical pulses of 20 GHz by modulating the drive current of the active region 100. By controlling the injection current in the opposite region 300, the spectral width is controlled from 0.5 nm to 2 nm.
これにともなって光パルスの時間幅はLopsがら3p
sまで変化する。発振光の中心波長は1.55pmであ
る。Along with this, the time width of the optical pulse has changed from Lops to 3p.
It changes up to s. The center wavelength of the oscillated light is 1.55 pm.
次に、第2の実施例について説明する。上述のように、
反射波長軸は反射領域の長さを変えることによっても制
御できる。第2の実施例は、反射領域の長さを実効的に
制御するモード同期半導体レーザであり、第1の実施例
と同様に、発振光のスペクトル幅を制御する機能を持っ
ている。第3図は、第2の実施例を示す断面図である。Next, a second example will be described. As mentioned above,
The reflection wavelength axis can also be controlled by changing the length of the reflection region. The second embodiment is a mode-locked semiconductor laser that effectively controls the length of the reflection region, and similarly to the first embodiment, has the function of controlling the spectral width of the oscillated light. FIG. 3 is a sectional view showing the second embodiment.
構造上、第1の実施例と異なるのは、反射領域300に
も活性領域100と同様に活性層40があることと、反
射領域300の電極80が共振器軸方向に沿って複数に
分かれていることである。第3図の例では反射領域30
0を3つに分けている。他は第1の実施例とほとんど同
じである。実効的に反射領域300の長さを制御する方
法は次の通りである。反射領域300には活性層40が
あるため、反射領域300にまったく電流を流さない場
合は、活性領域100で発光した光は反射領域300で
すべて吸収されてしまうために、実効的な反射領域30
0の長さはゼロとみなすことができる。そこで第3図に
おいて、反射領域300の電極1だけに電流を流して、
この部分の利得と損失が等しいようにして、はぼ透明な
光導波路と見なせるようにした場合、実効的な反射領域
300の長さはLlとなる。同様に、電極1と電極2と
に電流を流した場合、実効的な反射領域300の長さは
Ll + L2となる。このようにして、複数に分割し
た電極80に部分的に電流を流すことで、実効的な反射
領域300の長さを制御することができる。反射領域3
00の長さが変化すると反射波長幅が変化する。この様
子を第4図に模式的に示した。製造方法については第1
の実施例とほぼ同じであるため、ここでは繰り返さない
。反射領域300の活性層40を残す点が主な違いであ
る。第2の実施例においても、第1の実施例とほぼ同様
の特性が得られる。Structurally, the difference from the first embodiment is that the reflective region 300 also has an active layer 40 like the active region 100, and that the electrode 80 of the reflective region 300 is divided into a plurality of parts along the resonator axis direction. It is that you are. In the example of FIG.
0 is divided into three parts. The rest is almost the same as the first embodiment. A method for effectively controlling the length of the reflective region 300 is as follows. Since the reflective region 300 includes the active layer 40, if no current is passed through the reflective region 300, all the light emitted from the active region 100 will be absorbed by the reflective region 300, so that the effective reflective region 30
A length of 0 can be considered zero. Therefore, in FIG. 3, a current is applied only to the electrode 1 in the reflective region 300,
When the gain and loss of this portion are made equal so that it can be regarded as a nearly transparent optical waveguide, the effective length of the reflection region 300 is Ll. Similarly, when a current is passed through electrode 1 and electrode 2, the effective length of reflection region 300 is Ll + L2. In this way, by partially passing current through the electrode 80 divided into a plurality of parts, the effective length of the reflective region 300 can be controlled. Reflection area 3
When the length of 00 changes, the reflected wavelength width changes. This situation is schematically shown in FIG. For the manufacturing method, see Part 1.
Since it is almost the same as the embodiment, it will not be repeated here. The main difference is that the active layer 40 in the reflective region 300 is left. In the second embodiment, almost the same characteristics as in the first embodiment can be obtained.
次に、第3の実施例について説明する。この実施例は、
特許請求の範囲第2項に記された、光導波路領域200
の光学長を制御するモード同期半導体レーザであり、レ
ーザの共振器周波数を制御する機能を持っている。課題
のところで述べたように、モード同期半導体レーザを光
通信に用いる場合、共振器周波数をクロック周波数に極
めて厳密(0,1%程度以内)にあわせる必要がある。Next, a third example will be described. This example is
Optical waveguide region 200 described in claim 2
It is a mode-locked semiconductor laser that controls the optical length of the laser, and has the function of controlling the laser cavity frequency. As mentioned in the topic section, when a mode-locked semiconductor laser is used for optical communication, it is necessary to match the resonator frequency extremely closely (within about 0.1%) to the clock frequency.
第5図は、第3の実施例を示す断面図である。構造の上
で第1の実施例と異なるのは、光導波路領域200に活
性領域の電極とは分離した電極80が設けられているこ
とである。他の点では第1の実施例とほぼ同じである。FIG. 5 is a sectional view showing the third embodiment. The difference in structure from the first embodiment is that an electrode 80 is provided in the optical waveguide region 200, which is separate from the electrode in the active region. In other respects, this embodiment is almost the same as the first embodiment.
光導波路領域200の光ガイド層20へ電流を注入する
ことで、光ガイド層20の屈折率を変え、光導波路領域
200の光学長を制御することができる。電流注入によ
る屈折率変化は1%程度であるため、実効的な共振器長
をやはり1%程度変化させることができる。それによっ
て共振器周波数を制御できる。製造方法についても第1
の実施例とほぼ同じである。By injecting a current into the optical guide layer 20 of the optical waveguide region 200, the refractive index of the optical guide layer 20 can be changed and the optical length of the optical waveguide region 200 can be controlled. Since the refractive index change due to current injection is about 1%, the effective resonator length can also be changed by about 1%. This allows the resonator frequency to be controlled. Regarding the manufacturing method, the first
This is almost the same as the embodiment.
光導波路領域300への電極80の形成が主な違いであ
る。各領域の長さを第1の実施例と同じにした場合、ク
ロック周波数20GHz±0.1GHzの範囲でモード
同期光パルスを発生させることが可能である。The main difference is the formation of the electrode 80 in the optical waveguide region 300. If the length of each region is the same as in the first embodiment, it is possible to generate mode-locked optical pulses within a clock frequency range of 20 GHz±0.1 GHz.
なお、第3の実施例は第1または第2の実施例と組み合
せることも可能である。この場合の構造と製造方法は、
これまでの説明から容易に実現できる。Note that the third embodiment can also be combined with the first or second embodiment. The structure and manufacturing method in this case are
This can be easily realized based on the explanation so far.
次に、第4の実施例について説明する。この実施例は、
特許請求の範囲第3項に記された、発振光の強度によっ
て屈折率の変化する非線形領域200を有するモード同
期半導体レーザであり、波長チャープを制御する機能を
持っている。第6図は、第4の実施例を示す断面図であ
る。構造上、第1の実施例と異なるのは、非線形領域4
00と第2反射領域310が加わっている点である。こ
こでは非線形領域400の端面は無反射コート膜が形成
されている。この非線形領域400はいわゆる進行波型
の半導体光アンプと同じである。半導体光アンプに強い
光パルスを注入すると、自己位相変調が生じて、光パル
スの波長が長波長側から短波長側に時間的にシフトする
。この波長チャープの大きさを、光パルスの時間幅に応
じて制御することで、光パルスを光ファイバで伝送する
ときに、分散による光パルスの時間幅の広がりの影響を
低減することができる。波長チャープの大きさは、非線
形領域400に注入する電流によって制御できる。半導
体光アンプにおける自己位相変調についてはG、 P、
アグロワルらが詳しく報告している。(G、 P、 A
grawal et、 al、、アイイーイーイージャ
ーナルオブカンタムエレクトロニクスIEEE J、
Quantum Electron、 vol、 25
. pp、 2297−2306(1989))。第2
反射領域310は反射領域300と同じ層構造をしてい
る。しかし、この領域は、これまで述べた実施例におけ
る活性領域100側のへき開端面と同じで、レーザ共振
器の一方の反射器の機能を果たしているだけである。第
2反射領域310での反射率は10−20%程度に低く
しであるために、この領域の反射波長幅はあまりスペク
トル幅に影響しない。第4の実施例の製造方法は、第1
の実施例とほぼ同じである。非線形領域400と第2反
射領域310を形成すること、第2反射領域310にも
回折格子90を作ること、無反射コート膜95を形成す
ることなどが異なる。各領域の長さは、非線形領域40
0が200pm、第2反射領域310が10011m、
活性領域100が250pm、光導波路領域200か3
90011m、反射領域300が500pmである。こ
のモード同期半導体レーザは活性領域100の駆動電流
を変調することで時間幅Lops、繰ゆ返し10GHz
の光パルスを発生する。非線形領域400の注入電流を
制御することで、波長チャーブを制御できる。非線形領
域400がない場合と比べて、光パルスを伝送できる距
離を1.5倍以上拡大できる。なお、第4の実施例は第
1または第2、および第3の実施例と組み合せることも
可能である。Next, a fourth example will be described. This example is
This is a mode-locked semiconductor laser that has a nonlinear region 200 whose refractive index changes depending on the intensity of oscillated light, as set forth in claim 3, and has a function of controlling wavelength chirp. FIG. 6 is a sectional view showing the fourth embodiment. Structurally, the difference from the first embodiment is that the nonlinear region 4
00 and the second reflective area 310 are added. Here, a non-reflection coating film is formed on the end face of the nonlinear region 400. This nonlinear region 400 is the same as a so-called traveling wave type semiconductor optical amplifier. When a strong optical pulse is injected into a semiconductor optical amplifier, self-phase modulation occurs, and the wavelength of the optical pulse shifts temporally from the long wavelength side to the short wavelength side. By controlling the magnitude of this wavelength chirp according to the time width of the optical pulse, it is possible to reduce the influence of the spread of the time width of the optical pulse due to dispersion when transmitting the optical pulse through an optical fiber. The magnitude of the wavelength chirp can be controlled by the current injected into the nonlinear region 400. Regarding self-phase modulation in semiconductor optical amplifiers, G, P,
Agrawal et al. have reported in detail. (G, P, A
Grawal et al., IEEE Journal of Quantum Electronics IEEE J.
Quantum Electron, vol, 25
.. pp. 2297-2306 (1989)). Second
The reflective region 310 has the same layer structure as the reflective region 300. However, this region is the same as the cleavage end face on the active region 100 side in the embodiments described above, and only functions as one reflector of the laser resonator. Since the reflectance in the second reflective region 310 is as low as about 10-20%, the reflected wavelength width of this region does not significantly affect the spectral width. The manufacturing method of the fourth embodiment includes the first
This is almost the same as the embodiment. The difference is that a nonlinear region 400 and a second reflective region 310 are formed, a diffraction grating 90 is also formed in the second reflective region 310, and a non-reflection coating film 95 is formed. The length of each region is the nonlinear region 40
0 is 200 pm, the second reflective area 310 is 10011 m,
Active region 100 is 250 pm, optical waveguide region 200 or 3
90011 m, and the reflective area 300 is 500 pm. This mode-locked semiconductor laser has a time width of Lops and a repetition rate of 10 GHz by modulating the drive current of the active region 100.
generates a light pulse of By controlling the injection current in the nonlinear region 400, the wavelength chirp can be controlled. Compared to the case without the nonlinear region 400, the distance over which optical pulses can be transmitted can be expanded by 1.5 times or more. Note that the fourth embodiment can also be combined with the first, second, and third embodiments.
以下、上述の4つの実施例について若干の補足説明をす
る。これらの実施例は、いずれも発振波長が1.55p
m帯のInGaAsP系のモード同期半導体レーザにつ
いてであるが、他の波長帯、例えば0.8μm帯のAl
GaAs系のレーザについても、同様の効果が得られる
。レーザの横モード制御構造については、例えばリッジ
導波路型のような別の構造を適用することも可能である
。また製造工程については、例えば、光導波路領域20
0の光力イト層20を選択的に結晶成長する方法もある
。この場合には、活性領域100の光ガイド層20は必
ずしも必要でない。Hereinafter, some supplementary explanations will be given regarding the above-mentioned four embodiments. In all of these examples, the oscillation wavelength is 1.55p.
Although this is an InGaAsP mode-locked semiconductor laser in the m-band, other wavelength bands, such as 0.8 μm band Al
A similar effect can be obtained with a GaAs-based laser. As for the transverse mode control structure of the laser, it is also possible to apply another structure such as a ridge waveguide type, for example. Regarding the manufacturing process, for example, the optical waveguide region 20
There is also a method of selectively growing crystals of the 0 photoactive layer 20. In this case, the light guide layer 20 in the active region 100 is not necessarily required.
(発明の効果)
以上説明したように本発明によれば、スペクトル幅や共
振器周波数あるいは波長チャープが制御できるモノリシ
ック集積型モード同期半導体レーザが実現できる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a monolithically integrated mode-locked semiconductor laser in which the spectral width, resonator frequency, or wavelength chirp can be controlled can be realized.
第1図(a)は本発明のモード同期半導体レーザの第1
の実施例を表す斜視図、第1図(b)は(a)のAA’
線での断面図、第2図と第4図は反射領域の反射率特性
を説明するための図、第3図は第2の実施例の素子の断
面図、第5図は第3の実施例の素子の断面図、第6図は
第4の実施例の素子の断面図、第7図は従来例の素子の
断面図である。図において、100は活性領域、200
は光導波路領域、300は反射領域、310は第2反射
領域、400は非線形領域、10は半導体基板、20は
光ガイド層、30はエツチングストップ層、40は活性
層、50.51はクラッド層、60はキャップ層、70
は高低抗層、80は電極、90は回折格子、95は無反
射コート膜、1.2.3は電極である。FIG. 1(a) shows the first mode-locked semiconductor laser of the present invention.
FIG. 1(b) is a perspective view showing an embodiment of AA' in (a).
2 and 4 are diagrams for explaining the reflectance characteristics of the reflective region, FIG. 3 is a sectional view of the element of the second embodiment, and FIG. 5 is a diagram of the third embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view of the element of the fourth embodiment, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the conventional element. In the figure, 100 is an active region, 200
3 is an optical waveguide region, 300 is a reflective region, 310 is a second reflective region, 400 is a nonlinear region, 10 is a semiconductor substrate, 20 is an optical guide layer, 30 is an etching stop layer, 40 is an active layer, and 50.51 is a cladding layer. , 60 is the cap layer, 70
80 is an electrode, 90 is a diffraction grating, 95 is a non-reflective coating film, and 1.2.3 is an electrode.
Claims (3)
、発振光に対して透明な光導波路領域と、回折格子を有
する反射領域とが、光学的に結合して配置されており、
前記反射領域の反射波長幅が可変であることを特徴とす
る、モード同期半導体レーザ。(1) An active region having a gain, an optical waveguide region transparent to oscillated light, and a reflection region having a diffraction grating are optically coupled and arranged on one semiconductor substrate,
A mode-locked semiconductor laser characterized in that the reflection wavelength width of the reflection region is variable.
、発振光に対して透明な光導波路領域と、回折格子を有
する反射領域とが、光学的に結合して配置されており、
前記光導波路領域の光学長が可変であることを特徴とす
る、モード同期半導体レーザ。(2) An active region having a gain, an optical waveguide region transparent to oscillated light, and a reflection region having a diffraction grating are optically coupled and arranged on one semiconductor substrate,
A mode-locked semiconductor laser characterized in that the optical length of the optical waveguide region is variable.
、発振光に対して透明な光導波路領域と、回折格子を有
する反射領域と、発振光の強度によって屈折率の変化す
る非線形領域とが、光学的に結合して配置されているこ
とを特徴とする、モード同期半導体レーザ。(3) On one semiconductor substrate, an active region having a gain, an optical waveguide region transparent to the oscillated light, a reflective region having a diffraction grating, and a nonlinear region whose refractive index changes depending on the intensity of the oscillated light. A mode-locked semiconductor laser characterized in that these are arranged in an optically coupled manner.
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|---|---|---|---|
| JP10245590A JP3227701B2 (en) | 1990-04-18 | 1990-04-18 | Mode-locked semiconductor laser |
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| JP (1) | JP3227701B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6129860A (en) * | 1984-07-23 | 1986-02-10 | Fuji Xerox Co Ltd | Transfer device for color electrophotographic copying machine |
| JP2006237152A (en) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | Wavelength variable semiconductor laser |
| WO2015039273A1 (en) * | 2013-09-17 | 2015-03-26 | 华为技术有限公司 | Laser device, optical signal modulation method and optical network system |
| WO2016042888A1 (en) * | 2014-09-18 | 2016-03-24 | ソニー株式会社 | Optical semiconductor element and laser device assembly |
-
1990
- 1990-04-18 JP JP10245590A patent/JP3227701B2/en not_active Expired - Lifetime
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