JPH0440875B2 - - Google Patents
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- JPH0440875B2 JPH0440875B2 JP61238237A JP23823786A JPH0440875B2 JP H0440875 B2 JPH0440875 B2 JP H0440875B2 JP 61238237 A JP61238237 A JP 61238237A JP 23823786 A JP23823786 A JP 23823786A JP H0440875 B2 JPH0440875 B2 JP H0440875B2
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Classifications
-
- 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
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4068—Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
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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アレイ装置に関し、特
に、複数の半導体レーザを平行に配置したような
半導体レーザアレイ装置の構造に関する。
に、複数の半導体レーザを平行に配置したような
半導体レーザアレイ装置の構造に関する。
[従来の技術]
半導体レーザ装置を高出力で動作させる場合、
単体の半導体レーザでは実用性を考慮すると、出
力が80mW程度が限界である。そこで、複数本の
半導体レーザを同一基板上に並べて高出力化を図
る半導体レーザアレイ装置の研究が行なわれてい
る。
単体の半導体レーザでは実用性を考慮すると、出
力が80mW程度が限界である。そこで、複数本の
半導体レーザを同一基板上に並べて高出力化を図
る半導体レーザアレイ装置の研究が行なわれてい
る。
半導体レーザアレイ装置の導波路構造は、半導
体レーザの活性導波路を平行に並べて構成され
る。そして、各導波路間を光学的に結合した状態
で、導波路に均一な利得を与えたとき、アレイの
導波モードは、各導波光の位相が同位相で同期す
る状態(0度位相モード)より、位相が180度反
転する状態(180度位相モード)の方が発振しや
すい。これは、180度位相モードの方が0度位相
モードよりも光の強度分布が利得分布とよく一致
し、発振に要する利得が少なくて済むためであ
る。
体レーザの活性導波路を平行に並べて構成され
る。そして、各導波路間を光学的に結合した状態
で、導波路に均一な利得を与えたとき、アレイの
導波モードは、各導波光の位相が同位相で同期す
る状態(0度位相モード)より、位相が180度反
転する状態(180度位相モード)の方が発振しや
すい。これは、180度位相モードの方が0度位相
モードよりも光の強度分布が利得分布とよく一致
し、発振に要する利得が少なくて済むためであ
る。
一方、半導体レーザアレイ装置から放射される
レーザ光の放射パターン、すなわち遠視野像は、
0度位相モードでは単峰性のピークであり、レン
ズで単一のスポツトに集光することができるが、
180度位相モードでは、複峰性のピークになり、
レンズで単一のスポツトに集光することができな
いので、光デイスクの光源としては不向きにな
る。したがつて、半導体レーザアレイ装置では、
0度位相モードで安定に発振させることが重要な
課題になつている。
レーザ光の放射パターン、すなわち遠視野像は、
0度位相モードでは単峰性のピークであり、レン
ズで単一のスポツトに集光することができるが、
180度位相モードでは、複峰性のピークになり、
レンズで単一のスポツトに集光することができな
いので、光デイスクの光源としては不向きにな
る。したがつて、半導体レーザアレイ装置では、
0度位相モードで安定に発振させることが重要な
課題になつている。
そこで、半導体レーザアレイ装置が0度位相モ
ードで選択的に発振するように、導波路構造に対
称分岐導波路(Symmetrical Branching
Waveguide:SBW)を有する半導体レーザアレ
イ装置が特願昭60−67448(特開昭61−225887号公
報参照)において提案されている。また、実験的
に0度位相モードの選択発振を実証したものとし
て、たとえばM.Taneya,M.Matsumoto et al.,
Appl.Phys.Lett.47(4),1985において示されて
いる。
ードで選択的に発振するように、導波路構造に対
称分岐導波路(Symmetrical Branching
Waveguide:SBW)を有する半導体レーザアレ
イ装置が特願昭60−67448(特開昭61−225887号公
報参照)において提案されている。また、実験的
に0度位相モードの選択発振を実証したものとし
て、たとえばM.Taneya,M.Matsumoto et al.,
Appl.Phys.Lett.47(4),1985において示されて
いる。
[発明が解決しようとする問題点]
第4図は上述の半導体レーザアレイ装置におけ
る導波路構造の一例を示す平面図である。
る導波路構造の一例を示す平面図である。
第4図において、奇数本からなる平行活性導波
路31はそれぞれ一定の間隔を有して配置され、
この平行活性導波路31に対向して、偶数本の平
行活性導波路32が配置されていて、これらの平
行活性導波路31,32は対称分岐部30によつ
て結合されている。そして、アレイの導波光が対
称分岐部30を通過して伝搬するとき、0度位相
モードでは、同じ0度位相モードに変換され、そ
のとき損失をほとんど受けない。
路31はそれぞれ一定の間隔を有して配置され、
この平行活性導波路31に対向して、偶数本の平
行活性導波路32が配置されていて、これらの平
行活性導波路31,32は対称分岐部30によつ
て結合されている。そして、アレイの導波光が対
称分岐部30を通過して伝搬するとき、0度位相
モードでは、同じ0度位相モードに変換され、そ
のとき損失をほとんど受けない。
しかしながら、180度位相モードでは、放射モ
ードに変換されるために、大きな損失を受ける。
したがつて、SBWアレイでは、0度位相モード
で選択的に発振する。0度位相モードの出射端面
における光強度分布は、第4図に示す分布33,
34に示すようになる。すなわち、平行光導波路
31,32内における光強度のピークは、中央の
導波路から端部に向かうに従つて、正弦的に減少
するような分布を示す。このとき、光強度のピー
クは、中央の導波路で最大となるため、高出力駆
動時に中央の導波路を中心として、素子の劣化が
起こりやすくなる。そこで、0度位相モードの光
強度分布を各導波路内の光強度のピークが一定に
なるような分布にすれば、さらに高出力まで劣化
することなく素子を駆動することができる。
ードに変換されるために、大きな損失を受ける。
したがつて、SBWアレイでは、0度位相モード
で選択的に発振する。0度位相モードの出射端面
における光強度分布は、第4図に示す分布33,
34に示すようになる。すなわち、平行光導波路
31,32内における光強度のピークは、中央の
導波路から端部に向かうに従つて、正弦的に減少
するような分布を示す。このとき、光強度のピー
クは、中央の導波路で最大となるため、高出力駆
動時に中央の導波路を中心として、素子の劣化が
起こりやすくなる。そこで、0度位相モードの光
強度分布を各導波路内の光強度のピークが一定に
なるような分布にすれば、さらに高出力まで劣化
することなく素子を駆動することができる。
それゆえに、この発明の主たる目的は、出射端
面で複数本の活性導波路の光強度のピークが各導
波路で一定となるような光強度分布を有し、各導
波路が同相で位相同期して安定に発振し得る半導
体レーザアレイ装置を提供することである。
面で複数本の活性導波路の光強度のピークが各導
波路で一定となるような光強度分布を有し、各導
波路が同相で位相同期して安定に発振し得る半導
体レーザアレイ装置を提供することである。
[問題点を解決するための手段]
この発明にかかる半導体レーザアレイ装置は、
それぞれが光学的に結合され、それぞれの間隔が
一定であつてかつそれぞれの幅が中央部から端部
に向かうに従つて徐々に拡がるように形成された
n本(n≧3の奇数)の第1の平行活性導波路
と、(n−1)本の第2の平行活性導波路と、第
1および第2の平行活性導波路のそれぞれを、テ
ーパ部を介して対称に分岐結合する分岐結合部と
によつて構成したものである。
それぞれが光学的に結合され、それぞれの間隔が
一定であつてかつそれぞれの幅が中央部から端部
に向かうに従つて徐々に拡がるように形成された
n本(n≧3の奇数)の第1の平行活性導波路
と、(n−1)本の第2の平行活性導波路と、第
1および第2の平行活性導波路のそれぞれを、テ
ーパ部を介して対称に分岐結合する分岐結合部と
によつて構成したものである。
[作用]
この発明にかかる半導体レーザアレイ装置は、
第1および第2の平行活性導波路の幅が中央部か
ら端部に向かうに従つて徐々に拡がるように形成
したので、導波路の実効的な屈折率は中央部から
端部に向かうに従つて徐々に大きくなり、0度位
相モードでは屈折率の大きい部分に光が集まる傾
向があるので、各活性導波路の光強度のピークを
一定にすることができる。
第1および第2の平行活性導波路の幅が中央部か
ら端部に向かうに従つて徐々に拡がるように形成
したので、導波路の実効的な屈折率は中央部から
端部に向かうに従つて徐々に大きくなり、0度位
相モードでは屈折率の大きい部分に光が集まる傾
向があるので、各活性導波路の光強度のピークを
一定にすることができる。
[発明の実施例]
第1図はこの発明の一実施例の導波路構造を示
す平面図である。
す平面図である。
まず、第1図を参照して、この発明の一実施例
の導波路構造について説明する。第1図におい
て、第1の平行活性導波路21は、n本(n≧3
の奇数)の導波路が光学的に結合され、各導波路
の間隔が一定であつて、それぞれの幅が中央部か
ら端部に向かうに従つて徐々に拡がるように形成
される。これらの第1の平行活性導波路21に対
向するように、(n−1)本の第2の平行活性導
波路22が配置される。この第2の平行活性導波
路22も第1の平行活性導波路21と同様にし
て、各導波路が光学的に結合され、かつそれぞれ
の間隔が一定であつてそれぞれの幅が中央から端
部に向かうに従つて拡がるように形成される。そ
して、第1および第2の平行活性導波路21,2
2はテーパ部23,24を介して対称分岐結合部
20によつて対称に結合される。
の導波路構造について説明する。第1図におい
て、第1の平行活性導波路21は、n本(n≧3
の奇数)の導波路が光学的に結合され、各導波路
の間隔が一定であつて、それぞれの幅が中央部か
ら端部に向かうに従つて徐々に拡がるように形成
される。これらの第1の平行活性導波路21に対
向するように、(n−1)本の第2の平行活性導
波路22が配置される。この第2の平行活性導波
路22も第1の平行活性導波路21と同様にし
て、各導波路が光学的に結合され、かつそれぞれ
の間隔が一定であつてそれぞれの幅が中央から端
部に向かうに従つて拡がるように形成される。そ
して、第1および第2の平行活性導波路21,2
2はテーパ部23,24を介して対称分岐結合部
20によつて対称に結合される。
上述のごとく構成することによつて、第1およ
び第2の平行活性導波路21,22の各導波路の
実効的な屈折率は、幅が広くなるにしたがつて大
きくなる。したがつて、各導波路の幅が中央部か
ら端部に向かうに従つて拡がつているため、導波
路の実効的な屈折率が中央部から端部に向かうに
従つて徐々に大きくなる。そして、基本モードで
ある0度位相モードでは、屈折率の大きい部分に
光が集まる傾向があるので、第1および第2の平
行活性導波路21,22の導波路幅を適当に選ぶ
ことにより、各導波路内の光強度のピークが一定
である光強度分布25,26を有する0度位相モ
ードでの発振が可能になる。また、0度位相モー
ドの選択発振は、SBWアレイと同様にして、対
称分岐部20を通過することにより受ける損失の
違いで起こる。
び第2の平行活性導波路21,22の各導波路の
実効的な屈折率は、幅が広くなるにしたがつて大
きくなる。したがつて、各導波路の幅が中央部か
ら端部に向かうに従つて拡がつているため、導波
路の実効的な屈折率が中央部から端部に向かうに
従つて徐々に大きくなる。そして、基本モードで
ある0度位相モードでは、屈折率の大きい部分に
光が集まる傾向があるので、第1および第2の平
行活性導波路21,22の導波路幅を適当に選ぶ
ことにより、各導波路内の光強度のピークが一定
である光強度分布25,26を有する0度位相モ
ードでの発振が可能になる。また、0度位相モー
ドの選択発振は、SBWアレイと同様にして、対
称分岐部20を通過することにより受ける損失の
違いで起こる。
第2図はこの発明の一実施例の断面図であり、
第3図はこの発明の一実施例における発光特性を
示す図である。
第3図はこの発明の一実施例における発光特性を
示す図である。
次に、第2図を参照して、この発明の一実施例
の製造方法について説明する。P−GaAs基板1
0上に、LPE(液層エピタキシヤル)法、MO(有
機金属)CVD法あるいはMBE(分子線ビームエ
ピタキシヤル)法などの結晶成長法によつて、p
−AlyGa1-yAs第1クラツド層11、nまたはp
−AlxGa1-xAs活性層12およびn−AlyGa1-yAs
第2クラツド層13を順次成長させる。但し、x
<yである。
の製造方法について説明する。P−GaAs基板1
0上に、LPE(液層エピタキシヤル)法、MO(有
機金属)CVD法あるいはMBE(分子線ビームエ
ピタキシヤル)法などの結晶成長法によつて、p
−AlyGa1-yAs第1クラツド層11、nまたはp
−AlxGa1-xAs活性層12およびn−AlyGa1-yAs
第2クラツド層13を順次成長させる。但し、x
<yである。
さらに、その上に、前述の第1図に示した導波
路パターンをフオトリソグラフイ法により、フオ
トレジスト上にパターン化してマスクとし、
RIBE(反応性イオンビームエツチング)法など
のエツチング法により、マスク以外の部分を所定
の深さまでエツチングする。その結果、第2図に
示すように、導波路パターンはエツチングされず
にリツジ(Ridge)として残る。次に、この
Ridge型導波路パターン14の上に、n側電極1
5を選択的に形成し、さらにRidge型導波路パタ
ーン14以外の部分には、絶縁用の酸化膜16を
選択的に形成する。そして、その上に全体をn側
電極17で覆う。また、反対側のp−GaAs基板
10の表面にはp型電極18を形成する。さら
に、共振器長が200〜300μmとなるように、
Ridge型導波路パターン14と垂直方向に壁開し
て、レーザミラーを形成し、端面には半波長厚の
Al2O3膜をコーテイングし、Cuブロツク上にn側
電極17を下にしてマウントする。
路パターンをフオトリソグラフイ法により、フオ
トレジスト上にパターン化してマスクとし、
RIBE(反応性イオンビームエツチング)法など
のエツチング法により、マスク以外の部分を所定
の深さまでエツチングする。その結果、第2図に
示すように、導波路パターンはエツチングされず
にリツジ(Ridge)として残る。次に、この
Ridge型導波路パターン14の上に、n側電極1
5を選択的に形成し、さらにRidge型導波路パタ
ーン14以外の部分には、絶縁用の酸化膜16を
選択的に形成する。そして、その上に全体をn側
電極17で覆う。また、反対側のp−GaAs基板
10の表面にはp型電極18を形成する。さら
に、共振器長が200〜300μmとなるように、
Ridge型導波路パターン14と垂直方向に壁開し
て、レーザミラーを形成し、端面には半波長厚の
Al2O3膜をコーテイングし、Cuブロツク上にn側
電極17を下にしてマウントする。
上述のごとく半導体レーザアレイ装置を構成
し、Ridge型導波路パターン14のRidge内と外
での横方向屈折率差Δnを7〜8×10-3に設定し
たとき、第1図に示した導波路パターンの平行活
性導波路21の導波路間隔を1μmとし、幅を端部
から順に4.9,4.6,4.3,4.0,4.3,4.6,4.9μmと
し、さらに平行活性導波路22においても、間隔
を1μmとし、幅を4.6,4.3,4.0,4.0,4.3,4.6μm
とすると、直流電圧駆動での発振しきい値を
250mAとすることができ、端面における光強度
分布は各導波路の光強度のピーク値をほぼ一定に
することができた。
し、Ridge型導波路パターン14のRidge内と外
での横方向屈折率差Δnを7〜8×10-3に設定し
たとき、第1図に示した導波路パターンの平行活
性導波路21の導波路間隔を1μmとし、幅を端部
から順に4.9,4.6,4.3,4.0,4.3,4.6,4.9μmと
し、さらに平行活性導波路22においても、間隔
を1μmとし、幅を4.6,4.3,4.0,4.0,4.3,4.6μm
とすると、直流電圧駆動での発振しきい値を
250mAとすることができ、端面における光強度
分布は各導波路の光強度のピーク値をほぼ一定に
することができた。
このときの遠視野像は第3図に示すように、回
折限界に近い単峰性ピークを得ることができた。
そして、注入電流を増加しても、電流−光出力特
性にキンクがなく、安定な発振を得ることができ
た。このとき、平行活性導波路を構成する7本の
アレイでの破壊出力レベルは250mWであり、均
一な導波路幅を有するSBWアレイに比べて、破
壊レベルを1.5倍以上に上昇することができた。
折限界に近い単峰性ピークを得ることができた。
そして、注入電流を増加しても、電流−光出力特
性にキンクがなく、安定な発振を得ることができ
た。このとき、平行活性導波路を構成する7本の
アレイでの破壊出力レベルは250mWであり、均
一な導波路幅を有するSBWアレイに比べて、破
壊レベルを1.5倍以上に上昇することができた。
なお、上述の実施例では、この発明をGaAs−
AlGaAs系について説明したが、これに限定され
ることなく、Inp−InGaAsP系やその他の種々の
材料にも適用できる。また、導波路構造は、
Ridge型以外の他の構造であつても利用すること
ができる。
AlGaAs系について説明したが、これに限定され
ることなく、Inp−InGaAsP系やその他の種々の
材料にも適用できる。また、導波路構造は、
Ridge型以外の他の構造であつても利用すること
ができる。
[発明の効果]
以上のように、この発明によれば、第1および
第2の平行活性導波路のそれぞれの間隔を一定に
し、それぞれの幅が中央部から端部に向かうに従
つて徐々に拡がるように形成し、分岐結合部によ
つて第1および第2の平行活性導波路を結合する
ようにしたので、出射端面における複数本の活性
導波路の光強度ピークを各導波路で一定にするこ
とができ、同位相で位相同期し、高出力まで安定
に発振させることができる。
第2の平行活性導波路のそれぞれの間隔を一定に
し、それぞれの幅が中央部から端部に向かうに従
つて徐々に拡がるように形成し、分岐結合部によ
つて第1および第2の平行活性導波路を結合する
ようにしたので、出射端面における複数本の活性
導波路の光強度ピークを各導波路で一定にするこ
とができ、同位相で位相同期し、高出力まで安定
に発振させることができる。
第1図はこの発明の一実施例における平行活性
導波路の平面図である。第2図はこの発明の一実
施例の断面図である。第3図はこの発明の一実施
例における光強度特性を示す図である。第4図は
従来の半導体レーザアレイ装置における活性導波
路の平面図である。 図において、10はp−GaAs基板、11はp
−AlyGa1-yAs第1クラツド層、12はnまたは
p−AlxGa1-xAs活性層、13はn−AlyGa1-yAs
第2クラツド層、14はRidge型導波路パター
ン、15,17はn側電極、16は酸化膜、18
はp型電極、20は対称分岐結合部、21は第1
の平行活性導波路、22は第2の平行活性導波
路、23,24はテーパ部を示す。
導波路の平面図である。第2図はこの発明の一実
施例の断面図である。第3図はこの発明の一実施
例における光強度特性を示す図である。第4図は
従来の半導体レーザアレイ装置における活性導波
路の平面図である。 図において、10はp−GaAs基板、11はp
−AlyGa1-yAs第1クラツド層、12はnまたは
p−AlxGa1-xAs活性層、13はn−AlyGa1-yAs
第2クラツド層、14はRidge型導波路パター
ン、15,17はn側電極、16は酸化膜、18
はp型電極、20は対称分岐結合部、21は第1
の平行活性導波路、22は第2の平行活性導波
路、23,24はテーパ部を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 それぞれが光学的に結合され、それぞれの間
隔が一定であつてかつそれぞれの幅が中央部から
端部に向かうに従つて徐々に拡がるように形成さ
れたn本(n≧3の奇数)の第1の平行活性導波
路と、 前記第1の平行活性導波路に対向して設けら
れ、それぞれが光学的に結合され、それぞれの間
隔が一定であつてかつそれぞれの幅が中央部から
端部に向かうに従つて拡がるように形成された
(n−1)本の第2の平行活性導波路と、 前記第1および第2の平行活性導波路のそれぞ
れを、テーパ部を介して対称に分岐結合する分岐
結合部とを備えた、半導体レーザアレイ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61238237A JPS6392080A (ja) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
| US07/105,638 US4815088A (en) | 1986-10-07 | 1987-10-05 | Semiconductor laser array device |
| GB8723396A GB2198582B (en) | 1986-10-07 | 1987-10-06 | A semiconductor laser array device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61238237A JPS6392080A (ja) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6392080A JPS6392080A (ja) | 1988-04-22 |
| JPH0440875B2 true JPH0440875B2 (ja) | 1992-07-06 |
Family
ID=17027181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61238237A Granted JPS6392080A (ja) | 1986-10-07 | 1986-10-07 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4815088A (ja) |
| JP (1) | JPS6392080A (ja) |
| GB (1) | GB2198582B (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2011155C (en) * | 1989-03-06 | 1994-04-19 | Misuzu Sagawa | Semiconductor laser device |
| US5050180A (en) * | 1989-10-10 | 1991-09-17 | Trw Inc. | Phase-locked arrays of coupled X-junctions |
| GB2317744B (en) * | 1996-09-27 | 2001-11-21 | Marconi Gec Ltd | Improvements in and relating to lasers |
| RU2147152C1 (ru) * | 1999-03-19 | 2000-03-27 | Безотосный Виктор Владимирович | Полупроводниковый лазер |
| RU2178610C1 (ru) * | 2000-06-27 | 2002-01-20 | Пенкин Станислав Петрович | Устройство для преобразования некогерентного излучения в пространственно-когерентное излучение |
| US9425917B1 (en) * | 2006-03-15 | 2016-08-23 | Neophotonics Corporation | High data rate long reach transceiver using wavelength multiplexed architecture |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPS60130184A (ja) * | 1983-12-17 | 1985-07-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザアレイ装置 |
-
1986
- 1986-10-07 JP JP61238237A patent/JPS6392080A/ja active Granted
-
1987
- 1987-10-05 US US07/105,638 patent/US4815088A/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-10-06 GB GB8723396A patent/GB2198582B/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2198582A (en) | 1988-06-15 |
| GB8723396D0 (en) | 1987-11-11 |
| US4815088A (en) | 1989-03-21 |
| GB2198582B (en) | 1990-05-02 |
| JPS6392080A (ja) | 1988-04-22 |
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