JPH042192A - 周波数変調用ハイブリッドレーザ装置 - Google Patents
周波数変調用ハイブリッドレーザ装置Info
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- JPH042192A JPH042192A JP2411249A JP41124990A JPH042192A JP H042192 A JPH042192 A JP H042192A JP 2411249 A JP2411249 A JP 2411249A JP 41124990 A JP41124990 A JP 41124990A JP H042192 A JPH042192 A JP H042192A
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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
- H01S5/14—External cavity lasers
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- 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
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- H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
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- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１］
本発明は、周波数変調（ＦＭ）用半導体レーザ装置に関
し、特に、コヒーレント通信及び検知用途に適する、狭
い線幅と比較的均一なＦＭ応答との両方を有するハイブ
リッド半導体レーザ装置に関する。 ［０００２］
し、特に、コヒーレント通信及び検知用途に適する、狭
い線幅と比較的均一なＦＭ応答との両方を有するハイブ
リッド半導体レーザ装置に関する。 ［０００２］
光通信及び検知システムの分野における進歩は、現在の
ところ、ＦＭレーザ送信機、単一モード光ファイバ、及
び光ヘテロダイン（又はホモヘテロダイン）受信機を用
いるコヒーレントシステムの方向に向けられている。こ
のようなコヒーレントシステムにおける最も重要な要件
を二つ挙げると、レーザ線幅が狭いこと（受信機の低雑
音ミクシングに必要）と、できるだけ広い周波数範囲に
わたってＦＭ応答が均一なこと（すなわち同一位相での
変化が最小）である。 ［０００３］ 狭い線幅については、シリコン上にガラスを配した分布
形ブラッグ反射器に結合した通常の半導体レーザを含む
装置によって得られている。詳しくは、この分布型ブラ
ッグ反射器は、ＳｉＯで被覆したＳｉ３Ｎ４のコアを有
し、最上部被覆表面に一次の回折格子を配した、長さ約
３ｍｍのリッジ導波路からなる。この構成において、分
布型ブラッグ反射器の反射帯は幅約６オングストローム
（以下Ａと書く）である。レーザと反射器とは、レーザ
の空洞部を導波路に心合わせした上で、突き合わせて結
合する。 ［０００４］ このようなハイブリッドレーザ装置について測定した結
果、線幅（△υ）は２゜０ｋＨｚより狭く、最小値は１
１０ｋＨｚであった。このハイブリッドレーザ装置の完
璧な説明カミアッカーマン（Ｄ、 Ａ、 Ａｃｋｅｒｍ
ａｎ）はがの論文７１１０ｋＨｚの線幅を有するコンタ
クトシリコンチッフ・ブラッグ反射器ハイブリッドレー
ザ」（ＩＥＥＥ第１１回半導ｘ−ザｒｚａ会議会報（１
９８８年８月） ２００〜２０１ページ）に記載されて
いる。 ［０００５］
ところ、ＦＭレーザ送信機、単一モード光ファイバ、及
び光ヘテロダイン（又はホモヘテロダイン）受信機を用
いるコヒーレントシステムの方向に向けられている。こ
のようなコヒーレントシステムにおける最も重要な要件
を二つ挙げると、レーザ線幅が狭いこと（受信機の低雑
音ミクシングに必要）と、できるだけ広い周波数範囲に
わたってＦＭ応答が均一なこと（すなわち同一位相での
変化が最小）である。 ［０００３］ 狭い線幅については、シリコン上にガラスを配した分布
形ブラッグ反射器に結合した通常の半導体レーザを含む
装置によって得られている。詳しくは、この分布型ブラ
ッグ反射器は、ＳｉＯで被覆したＳｉ３Ｎ４のコアを有
し、最上部被覆表面に一次の回折格子を配した、長さ約
３ｍｍのリッジ導波路からなる。この構成において、分
布型ブラッグ反射器の反射帯は幅約６オングストローム
（以下Ａと書く）である。レーザと反射器とは、レーザ
の空洞部を導波路に心合わせした上で、突き合わせて結
合する。 ［０００４］ このようなハイブリッドレーザ装置について測定した結
果、線幅（△υ）は２゜０ｋＨｚより狭く、最小値は１
１０ｋＨｚであった。このハイブリッドレーザ装置の完
璧な説明カミアッカーマン（Ｄ、 Ａ、 Ａｃｋｅｒｍ
ａｎ）はがの論文７１１０ｋＨｚの線幅を有するコンタ
クトシリコンチッフ・ブラッグ反射器ハイブリッドレー
ザ」（ＩＥＥＥ第１１回半導ｘ−ザｒｚａ会議会報（１
９８８年８月） ２００〜２０１ページ）に記載されて
いる。 ［０００５］
上に引用した装置は成る用途には使用可能であるが、Ｆ
Ｍ応答の均一性も重要要件テアリ、上記アッカーマン他
のハイブリッドレーザ装置はこの点ニついテハ述べてい
ない。しかし実際には、特に、ＦＭ応答における位相反
転が発生してシステムの性能を甚だしく低下させるよう
な場合が数多くある。例えば、位相ロック・ループにお
いてＦＭ応答の位相反転すると、好ましくない誤差信号
が発生しシステムの性能が阻害されるようになる。広帯
域（すなわち数百ＭＨｚ）と均一なＦＭ応答とは、例え
ば多数電極レーザ構造を利用することによって得られる
［０００６］ このような構造を作る可能性カミニルノン（０，Ｎｉ
１ｓｓｏｎ） はがの論文「不均質な線幅増大の因子
を有する半導体レーザの小信号応答：平坦な担体誘導Ｆ
Ｍ応答の可能性」 （応用物理レター第４６巻第３号（
１９８５年２月）２２３〜２２５ページ）に述べられて
いる。この論文で著者らは、異なる媒介変数αの値（し
たがって、異なる利得値）を有する２つの領域を含む装
置（デバイス）を作ることによって、線幅増大因子αに
不均質性を取り入れ、これによって、位相反転のない比
較的平坦なＦＭ応答が得られることを示す一連の関係に
ついて展開している。しかし、この論文は比較的狭い線
幅を得る問題については扱っていない。 ［０００７］ したがって、従来技術に欠落し、必要とされているのは
、比較的狭いレーザ線幅（例えばｋＨｚ台）と、比較的
広い周波数範囲にわたって実質上均一なＦＭ応答との両
方を同時に示すようなハイブリッドレーザ装置である。 ［０００８］ 本発明は上記問題点を解決し、必要とされる装置を提供
することを目的とする。すなわち、本発明は、周波数変
調（ＦＭ）用半導体レーザ装置に関し、より詳しくは、
コヒーレント通信及び検知用途に適する、狭い線幅と比
較的均一なＦＭ応答性との両方を有するハイブリッド半
導体レーザ装置に関するものである。 ［０００９］
Ｍ応答の均一性も重要要件テアリ、上記アッカーマン他
のハイブリッドレーザ装置はこの点ニついテハ述べてい
ない。しかし実際には、特に、ＦＭ応答における位相反
転が発生してシステムの性能を甚だしく低下させるよう
な場合が数多くある。例えば、位相ロック・ループにお
いてＦＭ応答の位相反転すると、好ましくない誤差信号
が発生しシステムの性能が阻害されるようになる。広帯
域（すなわち数百ＭＨｚ）と均一なＦＭ応答とは、例え
ば多数電極レーザ構造を利用することによって得られる
［０００６］ このような構造を作る可能性カミニルノン（０，Ｎｉ
１ｓｓｏｎ） はがの論文「不均質な線幅増大の因子
を有する半導体レーザの小信号応答：平坦な担体誘導Ｆ
Ｍ応答の可能性」 （応用物理レター第４６巻第３号（
１９８５年２月）２２３〜２２５ページ）に述べられて
いる。この論文で著者らは、異なる媒介変数αの値（し
たがって、異なる利得値）を有する２つの領域を含む装
置（デバイス）を作ることによって、線幅増大因子αに
不均質性を取り入れ、これによって、位相反転のない比
較的平坦なＦＭ応答が得られることを示す一連の関係に
ついて展開している。しかし、この論文は比較的狭い線
幅を得る問題については扱っていない。 ［０００７］ したがって、従来技術に欠落し、必要とされているのは
、比較的狭いレーザ線幅（例えばｋＨｚ台）と、比較的
広い周波数範囲にわたって実質上均一なＦＭ応答との両
方を同時に示すようなハイブリッドレーザ装置である。 ［０００８］ 本発明は上記問題点を解決し、必要とされる装置を提供
することを目的とする。すなわち、本発明は、周波数変
調（ＦＭ）用半導体レーザ装置に関し、より詳しくは、
コヒーレント通信及び検知用途に適する、狭い線幅と比
較的均一なＦＭ応答性との両方を有するハイブリッド半
導体レーザ装置に関するものである。 ［０００９］
本発明は、その一実施例によれば、２つの別個の利得部
を有し狭帯域光共振反射器に結合されたファブリ・ペロ
ー形半導体レーザからなるハイブリッドレーザ装置であ
る。 ［００１０］
を有し狭帯域光共振反射器に結合されたファブリ・ペロ
ー形半導体レーザからなるハイブリッドレーザ装置であ
る。 ［００１０］
このファブリ・ペロー形半導体レーザの２つの利得部に
は、一方の利得部（通常反射器に結合された方の利得部
）の注入電流が他方の利得部（少なくとも、しきい値で
バイアスを加える必要がある）の注入電流よりも少ない
値に維持されるようにバイアスを加え、これにより、こ
れら２つの利得部間に不均質線幅増大因子（α）を生成
するようにする。均一なＦＭ応答は、非均−な電流注入
によって生成されるこの不均質線幅増大因子から得られ
る。 ［００１１］ ファブリ・ペロー形半導体レーザの１小平面を出た光は
狭帯域光共振反射器（ＲＯＲ）の導波路部に結合され、
ここにおいて、反射器内へ通過しファブリ・ペロー形半
導体レーザに再進入する信号は、比較的狭い線幅を有す
ることになる。このようにして、このハイブリッドレー
ザ装置の出力は、ファブリ・ペロー形半導体レーザの、
ＲＯＲに対して反対側の小平面から出る信号として得ら
れる。 ［００１２］ 本発明の利点は、上記利得部の一方のバイアス電流に重
ねて、特定のメツセージ信号に関連して変調電流■□。 ６を加えることによりＦＭ通信が行えることである。成
る好ましい実施例では、変調電流■ を低い方の注入
電流（通常Ｉｂ）ｏｄ に重ねて加える。 ［００１３３ 本発明のその他の利点については、以下図面を引用した
詳細説明で明らかになろう。 ［００１４］
は、一方の利得部（通常反射器に結合された方の利得部
）の注入電流が他方の利得部（少なくとも、しきい値で
バイアスを加える必要がある）の注入電流よりも少ない
値に維持されるようにバイアスを加え、これにより、こ
れら２つの利得部間に不均質線幅増大因子（α）を生成
するようにする。均一なＦＭ応答は、非均−な電流注入
によって生成されるこの不均質線幅増大因子から得られ
る。 ［００１１］ ファブリ・ペロー形半導体レーザの１小平面を出た光は
狭帯域光共振反射器（ＲＯＲ）の導波路部に結合され、
ここにおいて、反射器内へ通過しファブリ・ペロー形半
導体レーザに再進入する信号は、比較的狭い線幅を有す
ることになる。このようにして、このハイブリッドレー
ザ装置の出力は、ファブリ・ペロー形半導体レーザの、
ＲＯＲに対して反対側の小平面から出る信号として得ら
れる。 ［００１２］ 本発明の利点は、上記利得部の一方のバイアス電流に重
ねて、特定のメツセージ信号に関連して変調電流■□。 ６を加えることによりＦＭ通信が行えることである。成
る好ましい実施例では、変調電流■ を低い方の注入
電流（通常Ｉｂ）ｏｄ に重ねて加える。 ［００１３３ 本発明のその他の利点については、以下図面を引用した
詳細説明で明らかになろう。 ［００１４］
図１は、本発明のハイブリッドレーザ装置１０の実施例
である。図示のようにハイブリッドレーザ装置１０は、
第１利得部１４と第２利得部１６とこれらの間に設けた
予め定めた電気絶縁量（一般に２００Ωよりも大きい）
を有する電気絶縁部Ｒとを含む２電極式ファブリ・ペロ
ー形半導体レーザー２からなる。別の実施例では、２電
極式ファブリ・ペロー形半導体レーザー２を、電流が比
較的狭い領域内を流れるように制約を加えることができ
る、ストライプ形状（図示しない）の、ＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ埋込二重へテロ構造レーザからなるようにして
いる。ストライプ形状は技術的に周知であり、ここでは
説明しない。 ［００１５］ 図１において、絶縁部Ｒは利得部１４と１６との間に溝
１１を形成して設けている。絶縁部Ｒを設けるには、利
得部１４と１６との間に絶縁領域（例えば５ｉ０２層）
又は電流阻止領域（例えばＦｅを不純物添加したＩｎＰ
からなる）を形成してもよい。上記及びこれ以外の種々
の絶縁部形成手段は、本発明の範囲に含まれるものであ
り、ファブリ・ペロー形半導体レーザ構成部間の電気絶
縁を得る目的に適する。 ［００１６］ 以下の説明において、上記の「第１利得部１４」及び「
第２利得部１６」は、それぞれ「前部１４」及び「後部
１６」とも称することとする。これらはそれぞれ同義語
である。 ［００１７］ 互いに別個のバイアス電流■ 及び■５を電極１７及び
１９を経て前部１４及び後部１６にそれぞれ加える。図
１に示すように、後部１６は小表面１８に沿って狭帯域
光共振反射器（ＲＯＲ）２０に光学的に結合されている
。好ましい実施例においでは、小表面１８は反射防止被
膜で被覆して、レーザ１２とＲＯＲとの内部で信号が何
度も往復移動しないようにする。 ［００１８］ ハイブリッドレーザ装置１０の作動に際しては、変調電
流信号−８６を■、又はＩｂのいずれかに重ねて加える
。大抵の場合、■、。ｄは後部のバイアス電流Ｉｂに加
えることになる。図１に示すように、装置１０の出力は
、第１利得部１４の小表面２２から外部へ出る。 ［００１９］ 本発明の原理によれば、注入電流工、と■５とが等しく
ない場合に均一なＦＭ応答が得られる。すなわち、上記
のように、これらの電流が等しくないと、結果として不
均質線幅増大因子（α）が得られる。そして、下記に詳
述するように、この不均質性から比較的均一なＦＭ応答
が得られるのである。詳しくは、後部１６への注入電流
工、を、前部１４への注入電流■ｆよりも小さい値に維
持する。 ［００２０］ 代わりに、注入電流■、をＩｂよりも小さい値に維持し
てもよい。しかし、出力電力は注入電流に直接比例する
ので、出力信号取り出し側となる利得部（例えば図１の
前部１４）の注入電流を他方の利得部の注入電流値より
も高くすることが望ましい。ここでの説明用にはＩ、＞
Ｉ、と仮定する。しがし、逆の条件（すなわちＩ、＜Ｉ
、を用いる場合も本発明の範囲に含まれる。 ［００２１］ ＦＭ応答の注入電流への依存現象は２つの別個の物理的
過程からもたらされる。その第１の過程は、各利得部１
４及び１６それぞれの導波路を通して長平方向に不均質
な線幅増大因子（α）に関連する電荷担体誘導ＦＭであ
る。この因子（α）は、■、〉Ｉｂ（又は代わりにＩ
、＜ Ｉ 、）の関係を維持することによって得られる
。 ［００２２］ その第２の過程は、電流変調する間にレーザが温度変調
されることに関連する、比較的変化のない熱誘導ＦＭで
ある。詳しくは、非均−にバイアスをかけた、２つの部
分からなるファブリ・ペロー形半導体レーザのＦＭ応答
は、次の数式の数１で表現できる。 ［００２３］ ［数１］ Δω＝Δω＋Δω （１）ｔ ［００２４］ 上記の数１において、Δω は担体誘導ＦＭ応答を、Δ
ωゎは熱誘導ＦＭ応答をそれぞれ意味する。応答の熱誘
導ＦＭ部分を単一の因子で定めることはできないが、こ
の項は、次の数式の数２で表現できる。 ［００２５］
である。図示のようにハイブリッドレーザ装置１０は、
第１利得部１４と第２利得部１６とこれらの間に設けた
予め定めた電気絶縁量（一般に２００Ωよりも大きい）
を有する電気絶縁部Ｒとを含む２電極式ファブリ・ペロ
ー形半導体レーザー２からなる。別の実施例では、２電
極式ファブリ・ペロー形半導体レーザー２を、電流が比
較的狭い領域内を流れるように制約を加えることができ
る、ストライプ形状（図示しない）の、ＩｎＰ／ＩｎＧ
ａＡｓＰ埋込二重へテロ構造レーザからなるようにして
いる。ストライプ形状は技術的に周知であり、ここでは
説明しない。 ［００１５］ 図１において、絶縁部Ｒは利得部１４と１６との間に溝
１１を形成して設けている。絶縁部Ｒを設けるには、利
得部１４と１６との間に絶縁領域（例えば５ｉ０２層）
又は電流阻止領域（例えばＦｅを不純物添加したＩｎＰ
からなる）を形成してもよい。上記及びこれ以外の種々
の絶縁部形成手段は、本発明の範囲に含まれるものであ
り、ファブリ・ペロー形半導体レーザ構成部間の電気絶
縁を得る目的に適する。 ［００１６］ 以下の説明において、上記の「第１利得部１４」及び「
第２利得部１６」は、それぞれ「前部１４」及び「後部
１６」とも称することとする。これらはそれぞれ同義語
である。 ［００１７］ 互いに別個のバイアス電流■ 及び■５を電極１７及び
１９を経て前部１４及び後部１６にそれぞれ加える。図
１に示すように、後部１６は小表面１８に沿って狭帯域
光共振反射器（ＲＯＲ）２０に光学的に結合されている
。好ましい実施例においでは、小表面１８は反射防止被
膜で被覆して、レーザ１２とＲＯＲとの内部で信号が何
度も往復移動しないようにする。 ［００１８］ ハイブリッドレーザ装置１０の作動に際しては、変調電
流信号−８６を■、又はＩｂのいずれかに重ねて加える
。大抵の場合、■、。ｄは後部のバイアス電流Ｉｂに加
えることになる。図１に示すように、装置１０の出力は
、第１利得部１４の小表面２２から外部へ出る。 ［００１９］ 本発明の原理によれば、注入電流工、と■５とが等しく
ない場合に均一なＦＭ応答が得られる。すなわち、上記
のように、これらの電流が等しくないと、結果として不
均質線幅増大因子（α）が得られる。そして、下記に詳
述するように、この不均質性から比較的均一なＦＭ応答
が得られるのである。詳しくは、後部１６への注入電流
工、を、前部１４への注入電流■ｆよりも小さい値に維
持する。 ［００２０］ 代わりに、注入電流■、をＩｂよりも小さい値に維持し
てもよい。しかし、出力電力は注入電流に直接比例する
ので、出力信号取り出し側となる利得部（例えば図１の
前部１４）の注入電流を他方の利得部の注入電流値より
も高くすることが望ましい。ここでの説明用にはＩ、＞
Ｉ、と仮定する。しがし、逆の条件（すなわちＩ、＜Ｉ
、を用いる場合も本発明の範囲に含まれる。 ［００２１］ ＦＭ応答の注入電流への依存現象は２つの別個の物理的
過程からもたらされる。その第１の過程は、各利得部１
４及び１６それぞれの導波路を通して長平方向に不均質
な線幅増大因子（α）に関連する電荷担体誘導ＦＭであ
る。この因子（α）は、■、〉Ｉｂ（又は代わりにＩ
、＜ Ｉ 、）の関係を維持することによって得られる
。 ［００２２］ その第２の過程は、電流変調する間にレーザが温度変調
されることに関連する、比較的変化のない熱誘導ＦＭで
ある。詳しくは、非均−にバイアスをかけた、２つの部
分からなるファブリ・ペロー形半導体レーザのＦＭ応答
は、次の数式の数１で表現できる。 ［００２３］ ［数１］ Δω＝Δω＋Δω （１）ｔ ［００２４］ 上記の数１において、Δω は担体誘導ＦＭ応答を、Δ
ωゎは熱誘導ＦＭ応答をそれぞれ意味する。応答の熱誘
導ＦＭ部分を単一の因子で定めることはできないが、こ
の項は、次の数式の数２で表現できる。 ［００２５］
【数２】
［００２６］
上記の数２において、Ｋはレーザ結合部における熱荷重
に応じた周波数偏移に関連する定数、Ωは変調周波数、
Ωゎは特性周波数（約ＩＭＨｚ、）である。担体誘導項
Δω は文献に定義されており（上記ニルノンはかの文
献２２３ページ参照） それによれば、この項は次の数
式の数３で表現される。 ［００２７］
に応じた周波数偏移に関連する定数、Ωは変調周波数、
Ωゎは特性周波数（約ＩＭＨｚ、）である。担体誘導項
Δω は文献に定義されており（上記ニルノンはかの文
献２２３ページ参照） それによれば、この項は次の数
式の数３で表現される。 ［００２７］
【数３】
［００２８］
上記の数３において、ｎはレーザにおける光量子の総数
、Δｎは強度変調に伴う子、τ、は前部における担体の
自発的寿命、Ωは変調周波数である。利得飽和因子ε＝
ｎδＡ／δｎは通常、負の値である。 ［００２９］ 上記の数３の第１項は、バイアス電流（Ｉ、、Ｉ、）を
互いに異なる値に維持することの結果として線幅増大因
子（α）に差異を生じる効果、に関連する。もしこの項
が負（すなわちα、〉αｂ）ならば、レーザは担体変調
によって誘導され、歩方偏移を示す。第１項の分母によ
って、（１＋Ｂ τ）／τ、の周波数（一般ｆ に数百ＭＨｚ）においてＦＭ応答にロールオフが生じる
。 ［００３０］ 上記の数３の第２項は、周波数が増加するとその大きさ
が増すが、第１項に比較すると小さい値にとどまる。し
たがって、低い周波数においてΔω はΔωＬと動きが
同期しており、ＦＭ応答の全体値は単に数２と数３との
代数和である。更に、もしΔω の大きさがΔωゎの大
きさよりも大きい場合は、ＦＭ応答の全体値はΔω に
よって支配される。 ［００３１］ 線幅増大因子間の差異が減少すると（すなわち■５が■
、に近づくと）Δω。 の影響は減少し、数３の第２項がＦＭ応答の全体値を支
配するようになる。詳しくは、もしＩ ＝Ｉ なら
数３の第１項は消滅する。更に、もし■５が■、よりｆ も大きくなれば、数３の第１項は正となり、熱誘導ＦＭ
に対しては同期しないＦＭ応答を示すこととなる。この
場合、Δω とΔωゎとのベクトル和は、数２及び数３
における種々の項の値及び位相に関連して予め定めた周
波数において、大きさが最小値になる（ＦＭ値の落込み
と位相反転が現れる）。 ［００３２］ 上に述べたように、ＦＭ応答に位相反転が現れることは
多くの光検知システムにおいては許容できない。例えば
、光位相ロックループの用途においては、位相の大きな
変化は補償不可能である。したがって、本発明の原理に
よれば、ハイブリッドレーザ装置１０の後部１６に加え
るバイアス電流■５は前部１４に加えるバイアス電流工
、とは異なる値に維持しなければならない。前部１４か
ら得られる出力を最大にしたいときは、大抵の場合、Ｉ
ｂを■、より小さくすることになる［００３３］ ハイブリッドレーザ装置１０において線幅を狭くするに
は、ファブリ・ペロー形半導体レーザ１２の後部１６を
狭帯域光共振反射器２０に結合すればよい。狭帯域光共
振反射器の一例についての詳細説明が、ヘンリー（Ｃ，
Ｈ，Ｈｅｎｒｙ） ほかの論文「狭帯域５ｉ３Ｎ４−
８ｉＯ２光共振反射器Ｊ （ＩＥＥＥ量子エレクトロ
ニクスジャーナル、第ＱＥ−２３巻第９号（１９８７年
９月）１４２６〜１４２８ページ）に記載されており、
ここに引用文献とする。 ［００３４］ 概して、狭帯域光共振反射器２０は、入力導波路を高Ｑ
共振器に隣接配置して構成される外部空洞と定義できる
。この共振器は、相互に波長の１／４偏移した１対のブ
ラッグ反射器からなる。図１においては、ファブリ・ペ
ロー形半導体レーザ１２を後側の小平面１８においてＲ
ＯＲに結合し、共振反射が得られるようにする。Ｑ値が
共振器内部での格子散乱によって決まるようなパターン
で作動させＲ２０をファブリ・ペロー形半導体レーザと
組み合わせると、約２．０ｃｍ−’／ｎｍの線幅狭幅化
（ｄｇｔｈ／ｄλ）が得られることが知られている。こ
れによりて、線幅削減因子として約１０００の値をか達
成することができ、１０ｋＨｚより狭い線幅が得られる
。 ［００３５］ したがって、ファブリ・ペロー形半導体レーザ２０の放
射出口である後側の小平面１８をＲＯＲ２０に結合する
ことによりきわめて狭い線幅の共振反射がファブリ・ペ
ロー形半導体レーザへ向けて戻って来ることになる。結
果として得られる狭い線幅の放射光は図１に示すように
、前側の小平面２２から外部へ出る。 ［００３６］ 図２は、ファブリ・ペロー形半導体レーザの後部１４へ
のバイアス電流電流を約４０ｍＡに固定した場合の、出
力線幅Δυと、後部（被変調部）１６に加えたバイアス
電流工 との関係を示す線図である。図のように、バイ
アス電流■５が＝４０ｍＡにおける約１００ｋＨ２（最
小値）まで低下する。この線幅減少は、波長の関数とし
てのしきい利得値減少率に起因する。高い方のバイアス
電流レベルで線幅が僅かに増加するのは、増加するバイ
アス電流の関数としてのレーザ出力のモードホッピング
現象が起ころうとしているため、と説明できる。 ［００３７］ 図３は、ハイブリッドレーザ装置１０のＦＭ応答の測定
値をバイアス電流Ｉｂの関数として示す線図である。２
つの部分の注入電流レベルが平衡していない（■５く工
ｆ）ために非均質な線幅増大が生じるので、ＦＭ応答は
、バイアス電流の関数として、感度と帯域形状との両方
に変化が生じる。 ［００３８］ 例えば、■５＝２０ｍＡにおいて、ＦＭ応答は直流（Ｄ
Ｃ）から少なくとも２００ＭＨｚまで均一である。全周
波数範囲にわたって位相変化はみられない。これは、Ｆ
Ｍ応答の全体値が少なくとも２００ＭＨｚまで歩方偏移
されていることを意味する。Ｉ ｂ ＝２０ ｍＡにお
いては、ＦＭ応答感度はＤＣで約５ｄＢ減少し、引き続
いて周波数が増加するとともに徐々に減少して、結局１
０ＭＨｚまでに更に少なくとも５ｄＢ減少する。このバ
イアス電流レベルでは、ＦＭ応答は歩方偏移されたまま
である。 ［００３９］ しかし、■わが３０ｍＡを超えて増加すると、ＦＭ応答
特性は急激に変化する。 図示のように、Ｉｂ＝３０ｍＡにおいて、ＦＭ応答は約
２０ＭＨｚの周波数で急落する。これは、この周波数で
位相反転があることを示すものである。このことは、２
０ＭＨｚ以下の周波数ではＦＭ応答は歩方偏移され、２
０ＭＨｚ以上では前方偏移となることを示している。■
わが更に増加すると、ＦＭ応答曲線の急落点は低い方の
周波数に移り、これに伴ってＦＭ応答の前方偏移が増加
し、感度が更に急落する。 ［００４０］ 以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含
される。 尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は発明の容易な
理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈され
るべきではない。 ［００４１］
、Δｎは強度変調に伴う子、τ、は前部における担体の
自発的寿命、Ωは変調周波数である。利得飽和因子ε＝
ｎδＡ／δｎは通常、負の値である。 ［００２９］ 上記の数３の第１項は、バイアス電流（Ｉ、、Ｉ、）を
互いに異なる値に維持することの結果として線幅増大因
子（α）に差異を生じる効果、に関連する。もしこの項
が負（すなわちα、〉αｂ）ならば、レーザは担体変調
によって誘導され、歩方偏移を示す。第１項の分母によ
って、（１＋Ｂ τ）／τ、の周波数（一般ｆ に数百ＭＨｚ）においてＦＭ応答にロールオフが生じる
。 ［００３０］ 上記の数３の第２項は、周波数が増加するとその大きさ
が増すが、第１項に比較すると小さい値にとどまる。し
たがって、低い周波数においてΔω はΔωＬと動きが
同期しており、ＦＭ応答の全体値は単に数２と数３との
代数和である。更に、もしΔω の大きさがΔωゎの大
きさよりも大きい場合は、ＦＭ応答の全体値はΔω に
よって支配される。 ［００３１］ 線幅増大因子間の差異が減少すると（すなわち■５が■
、に近づくと）Δω。 の影響は減少し、数３の第２項がＦＭ応答の全体値を支
配するようになる。詳しくは、もしＩ ＝Ｉ なら
数３の第１項は消滅する。更に、もし■５が■、よりｆ も大きくなれば、数３の第１項は正となり、熱誘導ＦＭ
に対しては同期しないＦＭ応答を示すこととなる。この
場合、Δω とΔωゎとのベクトル和は、数２及び数３
における種々の項の値及び位相に関連して予め定めた周
波数において、大きさが最小値になる（ＦＭ値の落込み
と位相反転が現れる）。 ［００３２］ 上に述べたように、ＦＭ応答に位相反転が現れることは
多くの光検知システムにおいては許容できない。例えば
、光位相ロックループの用途においては、位相の大きな
変化は補償不可能である。したがって、本発明の原理に
よれば、ハイブリッドレーザ装置１０の後部１６に加え
るバイアス電流■５は前部１４に加えるバイアス電流工
、とは異なる値に維持しなければならない。前部１４か
ら得られる出力を最大にしたいときは、大抵の場合、Ｉ
ｂを■、より小さくすることになる［００３３］ ハイブリッドレーザ装置１０において線幅を狭くするに
は、ファブリ・ペロー形半導体レーザ１２の後部１６を
狭帯域光共振反射器２０に結合すればよい。狭帯域光共
振反射器の一例についての詳細説明が、ヘンリー（Ｃ，
Ｈ，Ｈｅｎｒｙ） ほかの論文「狭帯域５ｉ３Ｎ４−
８ｉＯ２光共振反射器Ｊ （ＩＥＥＥ量子エレクトロ
ニクスジャーナル、第ＱＥ−２３巻第９号（１９８７年
９月）１４２６〜１４２８ページ）に記載されており、
ここに引用文献とする。 ［００３４］ 概して、狭帯域光共振反射器２０は、入力導波路を高Ｑ
共振器に隣接配置して構成される外部空洞と定義できる
。この共振器は、相互に波長の１／４偏移した１対のブ
ラッグ反射器からなる。図１においては、ファブリ・ペ
ロー形半導体レーザ１２を後側の小平面１８においてＲ
ＯＲに結合し、共振反射が得られるようにする。Ｑ値が
共振器内部での格子散乱によって決まるようなパターン
で作動させＲ２０をファブリ・ペロー形半導体レーザと
組み合わせると、約２．０ｃｍ−’／ｎｍの線幅狭幅化
（ｄｇｔｈ／ｄλ）が得られることが知られている。こ
れによりて、線幅削減因子として約１０００の値をか達
成することができ、１０ｋＨｚより狭い線幅が得られる
。 ［００３５］ したがって、ファブリ・ペロー形半導体レーザ２０の放
射出口である後側の小平面１８をＲＯＲ２０に結合する
ことによりきわめて狭い線幅の共振反射がファブリ・ペ
ロー形半導体レーザへ向けて戻って来ることになる。結
果として得られる狭い線幅の放射光は図１に示すように
、前側の小平面２２から外部へ出る。 ［００３６］ 図２は、ファブリ・ペロー形半導体レーザの後部１４へ
のバイアス電流電流を約４０ｍＡに固定した場合の、出
力線幅Δυと、後部（被変調部）１６に加えたバイアス
電流工 との関係を示す線図である。図のように、バイ
アス電流■５が＝４０ｍＡにおける約１００ｋＨ２（最
小値）まで低下する。この線幅減少は、波長の関数とし
てのしきい利得値減少率に起因する。高い方のバイアス
電流レベルで線幅が僅かに増加するのは、増加するバイ
アス電流の関数としてのレーザ出力のモードホッピング
現象が起ころうとしているため、と説明できる。 ［００３７］ 図３は、ハイブリッドレーザ装置１０のＦＭ応答の測定
値をバイアス電流Ｉｂの関数として示す線図である。２
つの部分の注入電流レベルが平衡していない（■５く工
ｆ）ために非均質な線幅増大が生じるので、ＦＭ応答は
、バイアス電流の関数として、感度と帯域形状との両方
に変化が生じる。 ［００３８］ 例えば、■５＝２０ｍＡにおいて、ＦＭ応答は直流（Ｄ
Ｃ）から少なくとも２００ＭＨｚまで均一である。全周
波数範囲にわたって位相変化はみられない。これは、Ｆ
Ｍ応答の全体値が少なくとも２００ＭＨｚまで歩方偏移
されていることを意味する。Ｉ ｂ ＝２０ ｍＡにお
いては、ＦＭ応答感度はＤＣで約５ｄＢ減少し、引き続
いて周波数が増加するとともに徐々に減少して、結局１
０ＭＨｚまでに更に少なくとも５ｄＢ減少する。このバ
イアス電流レベルでは、ＦＭ応答は歩方偏移されたまま
である。 ［００３９］ しかし、■わが３０ｍＡを超えて増加すると、ＦＭ応答
特性は急激に変化する。 図示のように、Ｉｂ＝３０ｍＡにおいて、ＦＭ応答は約
２０ＭＨｚの周波数で急落する。これは、この周波数で
位相反転があることを示すものである。このことは、２
０ＭＨｚ以下の周波数ではＦＭ応答は歩方偏移され、２
０ＭＨｚ以上では前方偏移となることを示している。■
わが更に増加すると、ＦＭ応答曲線の急落点は低い方の
周波数に移り、これに伴ってＦＭ応答の前方偏移が増加
し、感度が更に急落する。 ［００４０］ 以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含
される。 尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は発明の容易な
理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈され
るべきではない。 ［００４１］
以上述べたごとく、本発明によれば、２つの別個の利得
部１４．１６を有する２電極式ファブリ・ペロー形半導
体レーザ１２を狭帯域光共振反射器２０に結合してハイ
ブリッドレーザ装置を構成したので、半導体レーザ１２
を狭帯域光共振反射器２０に結合することで極めて狭い
線幅の信号が得られる。又、２つの利得部に加えるバイ
アス電流を制御して非均質な線幅増大を誘導することに
より、均一なＦＭ応答が得られる。したがって、本発明
によれば、均一なＦＭ応答及び比較的狭い線幅の信号が
得られて周波数変調（ＦＭ）用途に適するハイブリッド
レーザ装置を提供できる。
部１４．１６を有する２電極式ファブリ・ペロー形半導
体レーザ１２を狭帯域光共振反射器２０に結合してハイ
ブリッドレーザ装置を構成したので、半導体レーザ１２
を狭帯域光共振反射器２０に結合することで極めて狭い
線幅の信号が得られる。又、２つの利得部に加えるバイ
アス電流を制御して非均質な線幅増大を誘導することに
より、均一なＦＭ応答が得られる。したがって、本発明
によれば、均一なＦＭ応答及び比較的狭い線幅の信号が
得られて周波数変調（ＦＭ）用途に適するハイブリッド
レーザ装置を提供できる。
【図１】
本発明のハイブリッドレーザ装置の実施例の概略を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】
本発明のハイブリッドレーザ装置の実施例のレーザの線
幅を、ファブリ・ペロー形半導体レーザの変調部に加え
たバイアス電流の関数として示す線図である。
幅を、ファブリ・ペロー形半導体レーザの変調部に加え
たバイアス電流の関数として示す線図である。
【図３】
本発明のハイブリッドレーザ装置の実施例のＦＭ応答を
、変調部に加えたバイアス電流の関数として示す線図で
ある。
、変調部に加えたバイアス電流の関数として示す線図で
ある。
１０ ハイブリッドレーザ装置
１１溝
１２ ファブリ・ペロー形半導体レーザ１４ 第１利得
部（前部） １６ 第２利得部（後部） １７ 電極 １８ 小平面 電極 狭帯域光共振反射器（ＲＯＲ） 小平面
部（前部） １６ 第２利得部（後部） １７ 電極 １８ 小平面 電極 狭帯域光共振反射器（ＲＯＲ） 小平面
【図１】
図面
【図２】
【図３】
Ｖｕｊ、’？Ｈｋへ０ＯＬ
ｖ＝；ＺＨｔＡＪＯＩ。
Claims (10)
- 【請求項１】第１利得部（１４）と第２利得部（１６）
とそれらの中間の電気絶縁部とを含みこの第１利得部（
１４）には予め定めた第１電流レベルＩ＿ｆにより又こ
の第２利得部（１４）にはＩ＿ｆとは等しくない予め定
めた第２電流レベルＩ＿ｂによりそれぞれバイアス付加
が可能なようにしたファブリ・ペロー形半導体レーザ（
１２）からなる、周波数変調用ハイブリッドレーザ装置
であって、更に、前記第２利得部（１６）に結合された
狭帯域光共振反射器（２０）からなるようにしたことを
特徴とする周波数変調用ハイブリッドレーザ装置。 - 【請求項２】前記Ｉ＿ｆを前記Ｉ＿ｂよりも大きくした
ことを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項３】前記Ｉ＿ｂを前記Ｉ＿ｆよりも大きくした
ことを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項４】前記第２利得部（１６）には、前記ファブ
リ・ペロー形半導体レーザ（１２）及び前記狭帯域光共
振反射器（２０）から出る信号の小平面での反射を抑制
するように前記第２利得部（１６）と前記狭帯域光共振
反射器（２０）との間に反射防止被膜を設けるようにし
たことを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項５】前記電気絶縁部は、前記ファブリ・ペロー
形半導体レーザ（１２）内の、前記第１利得部（１４）
と前記第２利得部（１６）との間に形成した溝（１１）
からなるようにしたことを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項６】前記電気絶縁部は、前記第１利得部（１４
）と前記第２利得部（１６）との間に設けた誘電材料か
らなるようにしたことを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項７】前記誘電材料は、ＳｉＯ＿２からなるよう
にしたことを特徴とする請求項６の装置。 - 【請求項８】前記電気絶縁部は、前記第１利得部（１４
）と前記第２利得部（１６）との間に設けた電流阻止層
からなるようにしたことを特徴とする請求項１の装置。 - 【請求項９】前記電流阻止層は、Ｆｅを不純物添加した
ＩｎＰからなるようにしたことを特徴とする請求項８の
装置。 - 【請求項１０】前記ファブリ・ペロー形半導体レーザは
、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰダブルヘテロ構造レーザから
なるようにしたことを特徴とする請求項１の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US456991 | 1989-12-26 | ||
| US07/456,991 US5001720A (en) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | Hybrid narrow linewidth semiconductor laser with uniform FM response |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042192A true JPH042192A (ja) | 1992-01-07 |
| JP2588489B2 JP2588489B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=23814982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2411249A Expired - Fee Related JP2588489B2 (ja) | 1989-12-26 | 1990-12-18 | 周波数変調用ハイブリッドレーザ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5001720A (ja) |
| EP (1) | EP0435453A3 (ja) |
| JP (1) | JP2588489B2 (ja) |
| CA (1) | CA2029170C (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5077816A (en) * | 1989-12-26 | 1991-12-31 | United Technologies Corporation | Fiber embedded grating frequency standard optical communication devices |
| US5717708A (en) * | 1995-11-09 | 1998-02-10 | Mells; Bradley | Method and apparatus of stabilizing a semiconductor laser |
| US6795472B2 (en) * | 2002-02-05 | 2004-09-21 | Lucent Technologies Inc. | Laser with a resonant optical reflector |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51122388A (en) * | 1975-03-29 | 1976-10-26 | Licentia Gmbh | Method of generating pure mode coherent light modulated by high bit transmission velocity |
| JPS60165782A (ja) * | 1984-02-08 | 1985-08-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ |
| JPS61164289A (ja) * | 1985-01-16 | 1986-07-24 | Nec Corp | 集積型半導体レ−ザ |
| JPH01278788A (ja) * | 1988-05-02 | 1989-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光帰還型発光装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4564946A (en) * | 1983-02-25 | 1986-01-14 | At&T Bell Laboratories | Optical communications system using frequency shift keying |
| JPS6155981A (ja) * | 1984-08-27 | 1986-03-20 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 半導体発光素子 |
| US4748630A (en) * | 1985-01-17 | 1988-05-31 | Nec Corporation | Optical memory device comprising a semiconductor laser having bistability and two injection current sources for individually controlling the bistability |
| JPS621296A (ja) * | 1985-06-26 | 1987-01-07 | Sharp Corp | 多端子型半導体レ−ザ素子 |
| US4730327A (en) * | 1985-12-16 | 1988-03-08 | Lytel Incorporated | Dual channel fabry-perot laser |
| EP0276071B1 (en) * | 1987-01-21 | 1992-11-11 | AT&T Corp. | Hybrid laser for optical communications |
-
1989
- 1989-12-26 US US07/456,991 patent/US5001720A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-11-01 CA CA002029170A patent/CA2029170C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-11-23 EP EP19900312799 patent/EP0435453A3/en not_active Withdrawn
- 1990-12-18 JP JP2411249A patent/JP2588489B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51122388A (en) * | 1975-03-29 | 1976-10-26 | Licentia Gmbh | Method of generating pure mode coherent light modulated by high bit transmission velocity |
| JPS60165782A (ja) * | 1984-02-08 | 1985-08-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ |
| JPS61164289A (ja) * | 1985-01-16 | 1986-07-24 | Nec Corp | 集積型半導体レ−ザ |
| JPH01278788A (ja) * | 1988-05-02 | 1989-11-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光帰還型発光装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2029170C (en) | 1995-01-17 |
| US5001720A (en) | 1991-03-19 |
| EP0435453A2 (en) | 1991-07-03 |
| JP2588489B2 (ja) | 1997-03-05 |
| EP0435453A3 (en) | 1992-01-29 |
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