JPH10135565A - モード同期半導体レーザ及び繰返し周波数の可変方法 - Google Patents
モード同期半導体レーザ及び繰返し周波数の可変方法Info
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- JPH10135565A JPH10135565A JP28999296A JP28999296A JPH10135565A JP H10135565 A JPH10135565 A JP H10135565A JP 28999296 A JP28999296 A JP 28999296A JP 28999296 A JP28999296 A JP 28999296A JP H10135565 A JPH10135565 A JP H10135565A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 モード同期半導体レーザの発生する光パルス
列の繰返し周波数を容易に変化させる。 【解決手段】 p−InPクラッド層16、受動導波路
(i−InGaAsP)12およびn−InPクラッド
層10で以てダブルヘテロ構造の受動導波路領域26を
構成しており、この受動導波路領域26の等価屈折率
が、印加される逆バイアス電圧に応じて変化することに
より、モード同期光の繰返し周波数を変化させる。
列の繰返し周波数を容易に変化させる。 【解決手段】 p−InPクラッド層16、受動導波路
(i−InGaAsP)12およびn−InPクラッド
層10で以てダブルヘテロ構造の受動導波路領域26を
構成しており、この受動導波路領域26の等価屈折率
が、印加される逆バイアス電圧に応じて変化することに
より、モード同期光の繰返し周波数を変化させる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、光計測や光通信
用の光源として用いられ、超短光パルス列を発生するモ
ード同期半導体レーザに関する。
用の光源として用いられ、超短光パルス列を発生するモ
ード同期半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、超短光パルス列を発生させるレー
ザ発振方法のひとつとして、モード同期法がある。モー
ド同期法は、縦多モード発振している各レーザ光の位相
を同期させることにより光パルス列を得る方法である。
各縦モード発振しているレーザ光の位相を同期させてモ
ード同期を行わせしめるには、共振器内を伝播する光の
利得あるいは損失を、縦モード間隔と一致した周波数
(以下、周回周波数と称する。)またはこの整数倍の周
波数で変調する必要がある。
ザ発振方法のひとつとして、モード同期法がある。モー
ド同期法は、縦多モード発振している各レーザ光の位相
を同期させることにより光パルス列を得る方法である。
各縦モード発振しているレーザ光の位相を同期させてモ
ード同期を行わせしめるには、共振器内を伝播する光の
利得あるいは損失を、縦モード間隔と一致した周波数
(以下、周回周波数と称する。)またはこの整数倍の周
波数で変調する必要がある。
【0003】モード同期法を大別した場合、能動モード
同期法と受動モード同期法とに分類される。能動モード
同期法は、レーザ共振器内を伝播する光の利得あるいは
損失を、周回周波数またはこの整数倍の周波数で外部か
ら変調する方法である。従来、この能動モード同期法を
用いた半導体レーザとして、文献1「IEEE Photon.Tech
nol.Lett.4,215(1992)」に開示されている例がある。
同期法と受動モード同期法とに分類される。能動モード
同期法は、レーザ共振器内を伝播する光の利得あるいは
損失を、周回周波数またはこの整数倍の周波数で外部か
ら変調する方法である。従来、この能動モード同期法を
用いた半導体レーザとして、文献1「IEEE Photon.Tech
nol.Lett.4,215(1992)」に開示されている例がある。
【0004】また、受動モード同期法は、共振器内に可
飽和吸収体を挿入することにより外部からの変調を必要
とせずに周回周波数と一致した周波数の光パルス列を発
生させる方法である。可飽和吸収体は、強度の強い光に
対しては透明体であり、強度の弱い光に対しては吸収体
として働くという性質を具えており、共振器内の伝播損
失が自発的に変調を受けることになり、モード同期を生
じさせる。この受動モード同期法の場合、発生するモー
ド同期光の光パルス幅が小さく、変換リミットの光パル
スが得られ易いといった利点を有している。例えば、文
献2「IEEE Photon.Technol.Lett.5,1362(1993) 」に開
示されている受動モード同期法を用いた半導体レーザの
場合には、繰返し周波数が40.8GHz、パルス幅
3.5psの変換リミットパルスを得ている。
飽和吸収体を挿入することにより外部からの変調を必要
とせずに周回周波数と一致した周波数の光パルス列を発
生させる方法である。可飽和吸収体は、強度の強い光に
対しては透明体であり、強度の弱い光に対しては吸収体
として働くという性質を具えており、共振器内の伝播損
失が自発的に変調を受けることになり、モード同期を生
じさせる。この受動モード同期法の場合、発生するモー
ド同期光の光パルス幅が小さく、変換リミットの光パル
スが得られ易いといった利点を有している。例えば、文
献2「IEEE Photon.Technol.Lett.5,1362(1993) 」に開
示されている受動モード同期法を用いた半導体レーザの
場合には、繰返し周波数が40.8GHz、パルス幅
3.5psの変換リミットパルスを得ている。
【0005】以上説明したように、モード同期法によっ
て、数ピコ秒オーダーのパルス幅の光パルスを得ること
が可能である。
て、数ピコ秒オーダーのパルス幅の光パルスを得ること
が可能である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モード
同期レーザの場合、発生する光パルス列(以下、モード
同期光または出射光と称する場合がある。)の繰返し周
波数は周回周波数によって決められてしまい、この繰返
し周波数を変えるには共振器の長さを変える必要があっ
た。このため、従来、モード同期半導体レーザの出射光
の繰返し周波数を変化させるには、外部共振器を設けた
構成(例えば、文献3「abstracts of FST'95,p.51,199
5 」に開示されている。)にしなくてはならず、この外
部共振器の長さ(共振器長)を変える度に光軸の調整を
行わなければならないので、非常に手間がかかってい
た。
同期レーザの場合、発生する光パルス列(以下、モード
同期光または出射光と称する場合がある。)の繰返し周
波数は周回周波数によって決められてしまい、この繰返
し周波数を変えるには共振器の長さを変える必要があっ
た。このため、従来、モード同期半導体レーザの出射光
の繰返し周波数を変化させるには、外部共振器を設けた
構成(例えば、文献3「abstracts of FST'95,p.51,199
5 」に開示されている。)にしなくてはならず、この外
部共振器の長さ(共振器長)を変える度に光軸の調整を
行わなければならないので、非常に手間がかかってい
た。
【0007】従って、従来より、発生する光パルス列の
繰返し周波数を容易に変えることができるモード同期半
導体レーザ及び繰返し周波数の可変方法の出現が望まれ
ていた。
繰返し周波数を容易に変えることができるモード同期半
導体レーザ及び繰返し周波数の可変方法の出現が望まれ
ていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明のモード同期半
導体レーザによれば、単一の半導体基板内で利得領域お
よび受動導波路領域を集積化した構造を具えており、モ
ード同期光を発生するモード同期半導体レーザにおい
て、前記受動導波路領域に、逆バイアス電圧に応じて等
価屈折率が変化することにより前記モード同期光の繰返
し周波数が変化する、ダブルヘテロ構造を具えることを
特徴とする。
導体レーザによれば、単一の半導体基板内で利得領域お
よび受動導波路領域を集積化した構造を具えており、モ
ード同期光を発生するモード同期半導体レーザにおい
て、前記受動導波路領域に、逆バイアス電圧に応じて等
価屈折率が変化することにより前記モード同期光の繰返
し周波数が変化する、ダブルヘテロ構造を具えることを
特徴とする。
【0009】このように、印加された逆バイアス電圧に
応じて等価屈折率が変化する受動導波路領域を共振器の
一部として設けることにより、この逆バイアス電圧にし
たがい共振器の実効的な長さ(光学距離)を変化させる
ことができ、従って、発生するモード同期光の繰返し周
波数を容易に変化させることができる。ここで、等価屈
折率とは、光導波路内を伝搬する光の伝搬定数と波数の
関係を規格化して表した数値のことである(規格化伝搬
定数ともいう。)。ここでは、受動導波路領域中を伝播
する光の群速度を決める量であり、受動導波路領域を構
成するコアおよびクラッド層の両材料の屈折率と導波路
構造によって決まる量である。
応じて等価屈折率が変化する受動導波路領域を共振器の
一部として設けることにより、この逆バイアス電圧にし
たがい共振器の実効的な長さ(光学距離)を変化させる
ことができ、従って、発生するモード同期光の繰返し周
波数を容易に変化させることができる。ここで、等価屈
折率とは、光導波路内を伝搬する光の伝搬定数と波数の
関係を規格化して表した数値のことである(規格化伝搬
定数ともいう。)。ここでは、受動導波路領域中を伝播
する光の群速度を決める量であり、受動導波路領域を構
成するコアおよびクラッド層の両材料の屈折率と導波路
構造によって決まる量である。
【0010】また、この発明の繰返し周波数の可変方法
によれば、単一の半導体基板内で利得領域および受動導
波路領域を集積化した構造を具えており、モード同期光
を発生するモード同期半導体レーザのこのモード同期光
の繰返し周波数を変化させるに当たり、前記受動導波路
領域に逆バイアス電圧を印加し該受動導波路領域の等価
屈折率を変化させることにより前記モード同期光の繰返
し周波数を変化させることを特徴とする。
によれば、単一の半導体基板内で利得領域および受動導
波路領域を集積化した構造を具えており、モード同期光
を発生するモード同期半導体レーザのこのモード同期光
の繰返し周波数を変化させるに当たり、前記受動導波路
領域に逆バイアス電圧を印加し該受動導波路領域の等価
屈折率を変化させることにより前記モード同期光の繰返
し周波数を変化させることを特徴とする。
【0011】このように、共振器を構成する受動導波路
領域に逆バイアス電圧を印加することにより、この受動
導波路領域の等価屈折率が変化し、よって共振器の長さ
が実効的に変化し、発生するモード同期光の繰返し周波
数を容易に変化させることができる。
領域に逆バイアス電圧を印加することにより、この受動
導波路領域の等価屈折率が変化し、よって共振器の長さ
が実効的に変化し、発生するモード同期光の繰返し周波
数を容易に変化させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
き図を参照して説明する。尚、図は、この発明の大き
さ、形状および配置関係が理解できる程度に概略的であ
り、また、以下に記載される数値条件等は単なる一例で
あり、従ってこの発明は、この実施の形態に何ら限定さ
れることはない。
き図を参照して説明する。尚、図は、この発明の大き
さ、形状および配置関係が理解できる程度に概略的であ
り、また、以下に記載される数値条件等は単なる一例で
あり、従ってこの発明は、この実施の形態に何ら限定さ
れることはない。
【0013】図1は、実施の形態の構造を示す断面図で
ある。この構成例は受動モード同期半導体レーザの例で
あり、利得領域および受動導波路領域に加えて可飽和吸
収領域を単一の半導体基板内で集積化したものである。
この構成例は、n−InPクラッド層10を半導体基板
として設けており、このn−InPクラッド層10の上
側に、受動導波路12および活性導波路14を光の導波
方向(図の矢印aで示される方向。)に沿って設けてい
る。これら受動導波路12および活性導波路14の上側
にはp−InPクラッド層16が設けられ、受動導波路
12および活性導波路14の両側方には図には示されて
いないブロック層が設けられている。そして、受動導波
路12および活性導波路14は、このブロック層と、n
−InPクラッド層10と、p−InPクラッド層16
とによって囲まれて、共振器38を構成している。尚、
n−InPクラッド層10の膜厚を150μm、p−I
nPクラッド層16の膜厚を2μmとして形成してい
る。
ある。この構成例は受動モード同期半導体レーザの例で
あり、利得領域および受動導波路領域に加えて可飽和吸
収領域を単一の半導体基板内で集積化したものである。
この構成例は、n−InPクラッド層10を半導体基板
として設けており、このn−InPクラッド層10の上
側に、受動導波路12および活性導波路14を光の導波
方向(図の矢印aで示される方向。)に沿って設けてい
る。これら受動導波路12および活性導波路14の上側
にはp−InPクラッド層16が設けられ、受動導波路
12および活性導波路14の両側方には図には示されて
いないブロック層が設けられている。そして、受動導波
路12および活性導波路14は、このブロック層と、n
−InPクラッド層10と、p−InPクラッド層16
とによって囲まれて、共振器38を構成している。尚、
n−InPクラッド層10の膜厚を150μm、p−I
nPクラッド層16の膜厚を2μmとして形成してい
る。
【0014】n−InPクラッド層10の下側の全面に
はn側電極18が設けてあり、また、p−InPクラッ
ド層16の上面には3つのp側電極20、22および2
4が設けてある。p側電極20は、n側電極18との間
にある受動導波路12に電圧を印加できるようにp−I
nPクラッド層16の上面の位置に設けられている。p
側電極22および24はそれぞれn側電極18との間に
ある活性導波路14に対して電流の注入および電圧の印
加を行えるようにp−InPクラッド層16の上面の位
置に設けられている。
はn側電極18が設けてあり、また、p−InPクラッ
ド層16の上面には3つのp側電極20、22および2
4が設けてある。p側電極20は、n側電極18との間
にある受動導波路12に電圧を印加できるようにp−I
nPクラッド層16の上面の位置に設けられている。p
側電極22および24はそれぞれn側電極18との間に
ある活性導波路14に対して電流の注入および電圧の印
加を行えるようにp−InPクラッド層16の上面の位
置に設けられている。
【0015】ここで、p側電極20およびn側電極18
間には逆バイアス電圧を印加するための逆バイアス電圧
源33が接続されており、電圧が印加される領域を受動
導波路領域26と称している。また、p側電極22とn
側電極18との間には、順方向に電流を注入できるよう
に順バイアス電流源34が接続されていて、電流が注入
される領域が利得領域28である。この利得領域28は
電流が注入されることで利得媒体として働き、光の発生
および発生した光に対してレーザ発振に必要な増幅作用
を及ぼす領域である。
間には逆バイアス電圧を印加するための逆バイアス電圧
源33が接続されており、電圧が印加される領域を受動
導波路領域26と称している。また、p側電極22とn
側電極18との間には、順方向に電流を注入できるよう
に順バイアス電流源34が接続されていて、電流が注入
される領域が利得領域28である。この利得領域28は
電流が注入されることで利得媒体として働き、光の発生
および発生した光に対してレーザ発振に必要な増幅作用
を及ぼす領域である。
【0016】p側電極24とn側電極18との間には逆
バイアス電圧が印加されるようにして逆バイアス電圧源
36が接続されている。この逆バイアス電圧が印加され
る領域は可飽和吸収領域30である。この可飽和吸収領
域30は、逆バイアス電圧が印加されることで共振器3
0内を導波されている光に対して光スイッチとして働く
領域である。
バイアス電圧が印加されるようにして逆バイアス電圧源
36が接続されている。この逆バイアス電圧が印加され
る領域は可飽和吸収領域30である。この可飽和吸収領
域30は、逆バイアス電圧が印加されることで共振器3
0内を導波されている光に対して光スイッチとして働く
領域である。
【0017】この実施の形態では、n側電極18、p側
電極20、22および24をオーミック電極として形成
している。p側電極20、22および24は、Auをp
−InPクラッド層16の上側の全面に蒸着して化学エ
ッチングで分離部分を形成することにより得た。
電極20、22および24をオーミック電極として形成
している。p側電極20、22および24は、Auをp
−InPクラッド層16の上側の全面に蒸着して化学エ
ッチングで分離部分を形成することにより得た。
【0018】受動導波路12は、バンドギャップ波長が
1.2μmのi−InGaAsP層で構成されており、
上下に設けられているn−InPクラッド層10および
p−InPクラッド層16と相俟ってダブルヘテロ構造
の受動導波路領域26を構成している。
1.2μmのi−InGaAsP層で構成されており、
上下に設けられているn−InPクラッド層10および
p−InPクラッド層16と相俟ってダブルヘテロ構造
の受動導波路領域26を構成している。
【0019】活性導波路14は、InGaAsPガイド
層40とInGaAsPガイド層42との間にバンドギ
ャップ波長が1.56μm近傍の半導体量子井戸構造4
4を有した構造となっている。この半導体量子井戸構造
44は、ウエルが膜厚7nmのInGaAs(バンドギ
ャップ波長1.67μm)であり、バリアが膜厚14n
mのInGaAsP(バンドギャップ波長1.2μm)
であり、これらを3層づつ交互に積層することにより、
全6層から構成されている。尚、半導体量子井戸構造4
4の上側に設けられているInGaAsPガイド層40
の膜厚は120nmとし、半導体量子井戸構造44の下
側に設けられているInGaAsPガイド層42の膜厚
は60nmとしている。
層40とInGaAsPガイド層42との間にバンドギ
ャップ波長が1.56μm近傍の半導体量子井戸構造4
4を有した構造となっている。この半導体量子井戸構造
44は、ウエルが膜厚7nmのInGaAs(バンドギ
ャップ波長1.67μm)であり、バリアが膜厚14n
mのInGaAsP(バンドギャップ波長1.2μm)
であり、これらを3層づつ交互に積層することにより、
全6層から構成されている。尚、半導体量子井戸構造4
4の上側に設けられているInGaAsPガイド層40
の膜厚は120nmとし、半導体量子井戸構造44の下
側に設けられているInGaAsPガイド層42の膜厚
は60nmとしている。
【0020】また、この実施の形態の共振器38の導波
方向に沿った長さ(共振器長)は2.45mmである。
この共振器38を構成する各領域の導波方向に沿った長
さは、受動導波路領域26の長さが1460μm、利得
領域28の長さが940μm、および可飽和吸収領域3
0の長さが50μmとして構成してある。
方向に沿った長さ(共振器長)は2.45mmである。
この共振器38を構成する各領域の導波方向に沿った長
さは、受動導波路領域26の長さが1460μm、利得
領域28の長さが940μm、および可飽和吸収領域3
0の長さが50μmとして構成してある。
【0021】このように、この実施の形態のモード同期
半導体レーザを構成している受動導波路12は、活性導
波路14のバンドギャップ波長よりも十分に短いバンド
ギャップ波長を示す材料で以て構成されており、また、
活性導波路14内で発生した光を低い伝播損失で伝播す
る材料が用いられている。さらに、後述するように、受
動導波路12の材料は、逆バイアスの印加に応じて屈折
率が変化する材料でもある。
半導体レーザを構成している受動導波路12は、活性導
波路14のバンドギャップ波長よりも十分に短いバンド
ギャップ波長を示す材料で以て構成されており、また、
活性導波路14内で発生した光を低い伝播損失で伝播す
る材料が用いられている。さらに、後述するように、受
動導波路12の材料は、逆バイアスの印加に応じて屈折
率が変化する材料でもある。
【0022】また、上述の各領域(受動導波路領域2
6、利得領域28および可飽和吸収領域30)間は電気
的なアイソレーションが保たれており、電気的な干渉効
果が十分に抑えられている。
6、利得領域28および可飽和吸収領域30)間は電気
的なアイソレーションが保たれており、電気的な干渉効
果が十分に抑えられている。
【0023】次に、この実施の形態のモード同期半導体
レーザの動作につき説明する。先ず、受動モード同期に
ついて説明する。受動モード同期は、前述した可飽和吸
収領域30による光スイッチ作用と、利得領域28の光
増幅作用とが相俟って機能することにより発生する。可
飽和吸収領域30の光吸収係数は入射光強度に応じて変
化し、光強度の増加に対しては吸収係数が減少するよう
な特性を示す。従って、可飽和吸収領域30は、入力さ
れる光信号のうちの光強度が比較的大きい光のみを選択
的に透過させて、光強度が比較的小さい光は透過させな
い、といった自発的なスイッチとして働く。このスイッ
チ作用が、共振器38内を導波される光に対して繰り返
して働くから、光信号は急峻化(波形のパルス化)され
て受動モード同期が発生する。以上説明した動作過程に
おいて、利得領域28は、共振器38内の伝播損失を補
い、レーザ発振を実現するための利得を与える機能を果
たしている。
レーザの動作につき説明する。先ず、受動モード同期に
ついて説明する。受動モード同期は、前述した可飽和吸
収領域30による光スイッチ作用と、利得領域28の光
増幅作用とが相俟って機能することにより発生する。可
飽和吸収領域30の光吸収係数は入射光強度に応じて変
化し、光強度の増加に対しては吸収係数が減少するよう
な特性を示す。従って、可飽和吸収領域30は、入力さ
れる光信号のうちの光強度が比較的大きい光のみを選択
的に透過させて、光強度が比較的小さい光は透過させな
い、といった自発的なスイッチとして働く。このスイッ
チ作用が、共振器38内を導波される光に対して繰り返
して働くから、光信号は急峻化(波形のパルス化)され
て受動モード同期が発生する。以上説明した動作過程に
おいて、利得領域28は、共振器38内の伝播損失を補
い、レーザ発振を実現するための利得を与える機能を果
たしている。
【0024】この受動モード同期作用においては、受動
導波路領域26は本質的には寄与していない。受動導波
路領域26は、共振器38の共振器長を決定し、発生す
る光パルス列の繰返し周波数を決定する役割を果たして
いる。次に、この繰返し周波数および共振器長の関係に
つき説明する。
導波路領域26は本質的には寄与していない。受動導波
路領域26は、共振器38の共振器長を決定し、発生す
る光パルス列の繰返し周波数を決定する役割を果たして
いる。次に、この繰返し周波数および共振器長の関係に
つき説明する。
【0025】発生する光パルス列(モード同期光)の繰
返し周波数frtは実効的な共振器長によって決まり、お
おむね次式(1)と一致する。
返し周波数frtは実効的な共振器長によって決まり、お
おむね次式(1)と一致する。
【0026】 frt=c/{2(nalLal+npcLpc)} ・・・(1) ここで、cは真空中での光速、nalは利得領域28およ
び可飽和吸収領域30の等価屈折率を表しており、npc
は受動導波路領域26の等価屈折率を表す。また、Lal
は利得領域28および可飽和吸収領域30の光導波方向
aに沿う方向の長さであり、Lpcは受動導波路領域26
の光導波方向aに沿う方向の長さである。LalとLpcと
の和が共振器38の実際の長さであり、長さ(nalLal
+npcLpc)は媒質の屈折率を考慮した共振器の実効的
な長さである。
び可飽和吸収領域30の等価屈折率を表しており、npc
は受動導波路領域26の等価屈折率を表す。また、Lal
は利得領域28および可飽和吸収領域30の光導波方向
aに沿う方向の長さであり、Lpcは受動導波路領域26
の光導波方向aに沿う方向の長さである。LalとLpcと
の和が共振器38の実際の長さであり、長さ(nalLal
+npcLpc)は媒質の屈折率を考慮した共振器の実効的
な長さである。
【0027】このように、実質的な受動導波路領域26
の長さを表すnpcLpcを変化させれば、共振器38の実
質的な長さを変化させることになり、繰返し周波数frt
の可変特性が得られることが理解される。このような方
法によれば、電気的な手段のみにより繰返し周波数を変
化させることができ、煩雑な手段を必要としないことが
理解される。
の長さを表すnpcLpcを変化させれば、共振器38の実
質的な長さを変化させることになり、繰返し周波数frt
の可変特性が得られることが理解される。このような方
法によれば、電気的な手段のみにより繰返し周波数を変
化させることができ、煩雑な手段を必要としないことが
理解される。
【0028】この実施の形態のモード同期半導体レーザ
は、受動導波路領域26に、印加される逆バイアス電圧
に応じて等価屈折率npcが変化することによりモード同
期光(出射光)の繰返し周波数frtが変化する、ダブル
ヘテロ構造を具えている。前述したようにこの受動導波
路領域26は、n−InPクラッド層10、受動導波路
(i−InGaAsP層)12およびp−InPクラッ
ド層16で以てダブルヘテロ構造を形成している。この
ダブルヘテロ構造に逆バイアス電圧を印加すると、ポッ
ケルス効果によりi−InGaAsP層の屈折率が変化
し、その結果、受動導波路領域26の等価屈折率npcが
変化する。
は、受動導波路領域26に、印加される逆バイアス電圧
に応じて等価屈折率npcが変化することによりモード同
期光(出射光)の繰返し周波数frtが変化する、ダブル
ヘテロ構造を具えている。前述したようにこの受動導波
路領域26は、n−InPクラッド層10、受動導波路
(i−InGaAsP層)12およびp−InPクラッ
ド層16で以てダブルヘテロ構造を形成している。この
ダブルヘテロ構造に逆バイアス電圧を印加すると、ポッ
ケルス効果によりi−InGaAsP層の屈折率が変化
し、その結果、受動導波路領域26の等価屈折率npcが
変化する。
【0029】このように、受動導波路領域26の等価屈
折率npcは印加電圧の増加に応じて増大し、結果とし
て、繰返し周波数frtを連続的に変化させることが可能
になる(繰返し周波数frtは印加電圧の増加に応じて減
少する)。従って、この実施の形態のモード同期半導体
レーザは、繰返し周波数を逆バイアス電圧の大きさを変
えるだけで簡単に調節することができ、また、この繰返
し周波数を変化させるに当たっては電気的な手段のみを
用いるから、他の電気回路との集積化を行って用いるこ
とも可能である。
折率npcは印加電圧の増加に応じて増大し、結果とし
て、繰返し周波数frtを連続的に変化させることが可能
になる(繰返し周波数frtは印加電圧の増加に応じて減
少する)。従って、この実施の形態のモード同期半導体
レーザは、繰返し周波数を逆バイアス電圧の大きさを変
えるだけで簡単に調節することができ、また、この繰返
し周波数を変化させるに当たっては電気的な手段のみを
用いるから、他の電気回路との集積化を行って用いるこ
とも可能である。
【0030】次に、この実施の形態の特性の実測結果に
つき説明する。先ず、作成した素子(この実施の形態の
モード同期半導体レーザ)の可飽和吸収領域30と利得
領域28とに対して、電流を均一に注入した場合の素子
のしきい値は20mA程度であった。そして、可飽和吸
収領域30に約0.3Vの逆バイアス電圧を加えて、利
得領域28に約100mAの電流を注入したところ、光
パルス列が発生することが確認された。
つき説明する。先ず、作成した素子(この実施の形態の
モード同期半導体レーザ)の可飽和吸収領域30と利得
領域28とに対して、電流を均一に注入した場合の素子
のしきい値は20mA程度であった。そして、可飽和吸
収領域30に約0.3Vの逆バイアス電圧を加えて、利
得領域28に約100mAの電流を注入したところ、光
パルス列が発生することが確認された。
【0031】図2は、この実施の形態のSHG自己相関
波形の実測結果を示すグラフである。横軸に遅延時間を
8.47psごとに目盛って取り、縦軸にSHG強度を
任意強度(a.u.)で取って示した。この測定された
パルス波形の包絡線としてsech(一般的にはsechx
=2/(ex +e-x)で与えられる)の2乗型の曲線を
仮定して解析した結果、パルス幅は2.7psと見積も
られた。また、マイクロ波スペクトラムアナライザで調
べた結果、パルス繰返し周波数は17.67264GH
zであり、共振器長が2.45mmである場合の周回周
波数と良好な一致を示している。従って、受動モード同
期によって光パルス列が発生していることが確認され
た。
波形の実測結果を示すグラフである。横軸に遅延時間を
8.47psごとに目盛って取り、縦軸にSHG強度を
任意強度(a.u.)で取って示した。この測定された
パルス波形の包絡線としてsech(一般的にはsechx
=2/(ex +e-x)で与えられる)の2乗型の曲線を
仮定して解析した結果、パルス幅は2.7psと見積も
られた。また、マイクロ波スペクトラムアナライザで調
べた結果、パルス繰返し周波数は17.67264GH
zであり、共振器長が2.45mmである場合の周回周
波数と良好な一致を示している。従って、受動モード同
期によって光パルス列が発生していることが確認され
た。
【0032】図3は、この実施の形態の受動導波路領域
26に印加した逆バイアス電圧と、発生する光のパルス
繰返し周波数との関係の実測結果を示すグラフである。
同図において、横軸は逆バイアス電圧を示しており(順
バイアス方向を正としている)、また、縦軸はパルス繰
返し周波数を示している。測定は、逆バイアス電圧を−
2.8Vから0.4Vごとに0Vまで変えて行った。逆
バイアス電圧に対する繰返し周波数の測定データは黒丸
でグラフ上に示されている。同図から明らかなように、
逆バイアス電圧を−2.8Vから0Vまで増加させたと
き、モード同期光の繰返し周波数が約17.68GHz
から約17.6726GHzまで減少することが分か
る。このように、約7.4MHzの繰返し周波数の変化
量(チューニング帯域幅)が得られた。また、このとき
のパルス幅の変化は、ほとんどなかった。
26に印加した逆バイアス電圧と、発生する光のパルス
繰返し周波数との関係の実測結果を示すグラフである。
同図において、横軸は逆バイアス電圧を示しており(順
バイアス方向を正としている)、また、縦軸はパルス繰
返し周波数を示している。測定は、逆バイアス電圧を−
2.8Vから0.4Vごとに0Vまで変えて行った。逆
バイアス電圧に対する繰返し周波数の測定データは黒丸
でグラフ上に示されている。同図から明らかなように、
逆バイアス電圧を−2.8Vから0Vまで増加させたと
き、モード同期光の繰返し周波数が約17.68GHz
から約17.6726GHzまで減少することが分か
る。このように、約7.4MHzの繰返し周波数の変化
量(チューニング帯域幅)が得られた。また、このとき
のパルス幅の変化は、ほとんどなかった。
【0033】この実施の形態に係るモード同期半導体レ
ーザによれば、上述のように、逆バイアス電圧を印加し
てポッケルス効果を生じさせることにより受動導波路領
域26の等価屈折率npcを変化させることとしたので、
繰り返し周波数のチューニングを行なう際に受動導波路
12の伝播損失に伴って可飽和吸収領域30の機能が低
下することがないという長所を有している。
ーザによれば、上述のように、逆バイアス電圧を印加し
てポッケルス効果を生じさせることにより受動導波路領
域26の等価屈折率npcを変化させることとしたので、
繰り返し周波数のチューニングを行なう際に受動導波路
12の伝播損失に伴って可飽和吸収領域30の機能が低
下することがないという長所を有している。
【0034】すなわち、受動導波路領域26の等価屈折
率npcを変化させることは、この受動導波路領域26に
対する順電流の注入によりプラズマ効果を生じさせるこ
とによっても可能であるが、この場合には、注入電流の
増大に伴って受動導波路12の伝播損失が大きくなるた
めにモード同期を起こすことができなくなるという欠点
を生じる。これは、注入電流量が大きいと、キャリア密
度の増加に伴って受動導波路12内の自由キャリアによ
る光の吸収が増加し、これに伴って共振器38内での光
強度が減衰するために可飽和吸収領域30を透明化する
ために必要な光強度を得ることができなくなり、したが
って可飽和吸収領域30が光スイッチ機能を果たさなく
なるためである。
率npcを変化させることは、この受動導波路領域26に
対する順電流の注入によりプラズマ効果を生じさせるこ
とによっても可能であるが、この場合には、注入電流の
増大に伴って受動導波路12の伝播損失が大きくなるた
めにモード同期を起こすことができなくなるという欠点
を生じる。これは、注入電流量が大きいと、キャリア密
度の増加に伴って受動導波路12内の自由キャリアによ
る光の吸収が増加し、これに伴って共振器38内での光
強度が減衰するために可飽和吸収領域30を透明化する
ために必要な光強度を得ることができなくなり、したが
って可飽和吸収領域30が光スイッチ機能を果たさなく
なるためである。
【0035】受動導波路12での伝播損失の変化は、出
射光のスペクトル純度の変化を測定することによって知
ることができる。ここで、スペクトル純度とは、設定周
波数に対する発振周波数のばらつきを示している。すな
わち、設定周波数からずれた周波数の発振成分(バック
グラウンド成分)の光強度が大きいほど、スペクトル純
度が低下する。そして、伝播損失が増加すると、Q値が
下がり、スペクトル純度が劣化する。すなわち、スペク
トル純度の値が小さくなることは、伝播損失が増加する
ことを示している。
射光のスペクトル純度の変化を測定することによって知
ることができる。ここで、スペクトル純度とは、設定周
波数に対する発振周波数のばらつきを示している。すな
わち、設定周波数からずれた周波数の発振成分(バック
グラウンド成分)の光強度が大きいほど、スペクトル純
度が低下する。そして、伝播損失が増加すると、Q値が
下がり、スペクトル純度が劣化する。すなわち、スペク
トル純度の値が小さくなることは、伝播損失が増加する
ことを示している。
【0036】図4(A)は、受動導波路12への注入電
流とスペクトル純度との関係を示すグラフである。同図
からわかるように、順電流の注入により等価屈折率npc
を変化させる場合には、電流注入量を大きくするほどス
ペクトル純度が低下する(したがって伝播損失が増加す
る)。これは、共振器38内での光強度の減少に伴って
可飽和吸収領域30の光スイッチ動作が劣化して、レー
ザの各縦モード間の結合が弱くなるためであると考えら
れ、上述のようなモード同期機能の低下を示唆するもの
である。
流とスペクトル純度との関係を示すグラフである。同図
からわかるように、順電流の注入により等価屈折率npc
を変化させる場合には、電流注入量を大きくするほどス
ペクトル純度が低下する(したがって伝播損失が増加す
る)。これは、共振器38内での光強度の減少に伴って
可飽和吸収領域30の光スイッチ動作が劣化して、レー
ザの各縦モード間の結合が弱くなるためであると考えら
れ、上述のようなモード同期機能の低下を示唆するもの
である。
【0037】一方、図4(B)は、この実施の形態に係
るモード同期半導体レーザにおける、受動導波路12へ
印加される逆バイアス電圧の値とスペクトル純度との関
係を示すグラフである。この図からわかるように、逆バ
イアス電圧の値を変化させてもスペクトル純度は変動し
ない。このことは共振器38のQ値が変化しないことを
示しており、したがって逆バイアス電圧の値を変化させ
ても受動導波路12の伝播損失が変化しない。
るモード同期半導体レーザにおける、受動導波路12へ
印加される逆バイアス電圧の値とスペクトル純度との関
係を示すグラフである。この図からわかるように、逆バ
イアス電圧の値を変化させてもスペクトル純度は変動し
ない。このことは共振器38のQ値が変化しないことを
示しており、したがって逆バイアス電圧の値を変化させ
ても受動導波路12の伝播損失が変化しない。
【0038】このように、逆バイアス電圧を印加して等
価屈折率npcを変化させる場合には、逆バイアス電圧の
印加量を変化させても受動導波路12の伝播損失は実質
的に変化しないので、パルス発生特性を劣化させること
なく繰り返し周波数を変化させることができる。
価屈折率npcを変化させる場合には、逆バイアス電圧の
印加量を変化させても受動導波路12の伝播損失は実質
的に変化しないので、パルス発生特性を劣化させること
なく繰り返し周波数を変化させることができる。
【0039】なお、逆バイアス電圧を印加する場合の伝
播損失が増加する原因としては、フランツケルディッシ
ュ効果によるバンド端のシフトに起因するものが考えら
れるが、この実施の形態に係るモード同期半導体レーザ
のように受動導波路12のバンドギャップがレーザ発振
波長と比較して十分短い波長側にある場合にはフランツ
ケルディッシュ効果によるバンド端のシフトの影響は無
視できる。
播損失が増加する原因としては、フランツケルディッシ
ュ効果によるバンド端のシフトに起因するものが考えら
れるが、この実施の形態に係るモード同期半導体レーザ
のように受動導波路12のバンドギャップがレーザ発振
波長と比較して十分短い波長側にある場合にはフランツ
ケルディッシュ効果によるバンド端のシフトの影響は無
視できる。
【0040】以上の説明から明らかなように、この実施
の形態のモード同期半導体レーザ及び繰返し周波数の可
変方法によれば、受動導波路に印加する逆バイアス電圧
の値を変化させることによって繰返し周波数を変化させ
ることが可能である。
の形態のモード同期半導体レーザ及び繰返し周波数の可
変方法によれば、受動導波路に印加する逆バイアス電圧
の値を変化させることによって繰返し周波数を変化させ
ることが可能である。
【0041】また、繰り返し周波数を、受動導波路に印
加する逆バイアス電圧によって制御することとしたの
で、周波数の変更に伴ってパルス発生特性を変化させる
ことがない。
加する逆バイアス電圧によって制御することとしたの
で、周波数の変更に伴ってパルス発生特性を変化させる
ことがない。
【0042】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明の
モード同期半導体レーザによれば、逆バイアス電圧に応
じて等価屈折率が変化する受動導波路領域を共振器の一
部として設けることにより、このモード同期半導体レー
ザが出力する光パルス列の繰返し周波数を印加電圧にし
たがい変化させることができる。そして、このように印
加電圧を変化させるという電気的手段だけで繰返し周波
数を変化させることができるので、光軸の調整等の煩雑
な手順が必要ない。また、繰返し周波数を変化させるた
めの手段としては電気的手段のみであるから、他の電気
回路と集積化して用いることも可能である。さらに、繰
り返し周波数を逆バイアス電圧で制御することとしたの
で、周波数の変更に伴ってパルス発生特性を変化させる
ことがない。
モード同期半導体レーザによれば、逆バイアス電圧に応
じて等価屈折率が変化する受動導波路領域を共振器の一
部として設けることにより、このモード同期半導体レー
ザが出力する光パルス列の繰返し周波数を印加電圧にし
たがい変化させることができる。そして、このように印
加電圧を変化させるという電気的手段だけで繰返し周波
数を変化させることができるので、光軸の調整等の煩雑
な手順が必要ない。また、繰返し周波数を変化させるた
めの手段としては電気的手段のみであるから、他の電気
回路と集積化して用いることも可能である。さらに、繰
り返し周波数を逆バイアス電圧で制御することとしたの
で、周波数の変更に伴ってパルス発生特性を変化させる
ことがない。
【0043】また、この発明の繰返し周波数の可変方法
によれば、印加電圧に応じて受動導波路の等価屈折率を
変化させることによって光パルス列の繰返し周波数を変
化させることができるので、繰返し周波数の変化を、パ
ルス発生特性を変化させることなく容易に行うことが可
能になる。
によれば、印加電圧に応じて受動導波路の等価屈折率を
変化させることによって光パルス列の繰返し周波数を変
化させることができるので、繰返し周波数の変化を、パ
ルス発生特性を変化させることなく容易に行うことが可
能になる。
【図1】実施の形態の構成を示す概念図である。
【図2】実施の形態のSHG自己相関波形を示すグラフ
である。
である。
【図3】実施の形態の逆バイアス電圧と繰返し周波数と
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図4】(A)は受動導波路への注入電流とスペクトル
純度との関係を示すグラフであり、(B)は受動導波路
に印加される逆バイアス電圧とスペクトル純度との関係
を示すグラフである。
純度との関係を示すグラフであり、(B)は受動導波路
に印加される逆バイアス電圧とスペクトル純度との関係
を示すグラフである。
10:n−InPクラッド層 12:受動導波路 14:活性導波路 16:p−InPクラッド層 18:n側電極 20、22、24:p側電極 26:受動導波路領域 28:利得領域 30:可飽和吸収領域 33、36:逆バイアス電圧源 34:順バイアス電流源 38:共振器 40、42:InGaAsPガイド層 44:半導体量子井戸構造
Claims (6)
- 【請求項1】 単一の半導体基板内で利得領域および受
動導波路領域を集積化した構造を具えており、モード同
期光を発生するモード同期半導体レーザにおいて、 前記受動導波路領域に、逆バイアス電圧に応じて等価屈
折率が変化することにより前記モード同期光の繰返し周
波数が変化する、ダブルヘテロ構造を具えることを特徴
とするモード同期半導体レーザ。 - 【請求項2】 前記受動導波路領域の前記ダブルヘテロ
構造が、逆バイアスを印加することで生じるポッケルス
効果によって等価屈折率が変化するように構成されたこ
とを特徴とする請求項1に記載のモード同期半導体レー
ザ。 - 【請求項3】 前記受動導波路領域の前記ダブルヘテロ
構造が、p−InP層、i−InGaAsP層およびn
−InP層で構成されたことを特徴とする請求項1また
は2に記載のモード同期半導体レーザ。 - 【請求項4】 単一の半導体基板内で利得領域および受
動導波路領域を集積化した構造を具えており、モード同
期光を発生するモード同期半導体レーザの該モード同期
光の繰返し周波数を変化させるに当たり、 前記受動導波路領域に逆バイアス電圧を印加して該受動
導波路領域の等価屈折率を変化させることにより前記モ
ード同期光の繰返し周波数を変化させることを特徴とす
る繰返し周波数の可変方法。 - 【請求項5】 前記受動導波路領域の前記ダブルヘテロ
構造に逆バイアス電圧を印加することで生じるポッケル
ス効果によって等価屈折率を変化させることを特徴とす
る請求項4に記載の繰返し周波数の可変方法。 - 【請求項6】 p−InP層、i−InGaAsP層お
よびn−InP層の前記ダブルヘテロ構造で構成された
前記受動導波路領域に逆バイアス電圧を印加することに
よって等価屈折率を変化させることを特徴とする請求項
4または5に記載の繰返し周波数の可変方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28999296A JPH10135565A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | モード同期半導体レーザ及び繰返し周波数の可変方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28999296A JPH10135565A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | モード同期半導体レーザ及び繰返し周波数の可変方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10135565A true JPH10135565A (ja) | 1998-05-22 |
Family
ID=17750385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28999296A Withdrawn JPH10135565A (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | モード同期半導体レーザ及び繰返し周波数の可変方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10135565A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010003930A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Technische Univ Berlin | データ伝送光電子装置 |
| CN120999401A (zh) * | 2025-10-22 | 2025-11-21 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种重频可调谐的高阶碰撞锁模激光器和光学频率梳 |
-
1996
- 1996-10-31 JP JP28999296A patent/JPH10135565A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010003930A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Technische Univ Berlin | データ伝送光電子装置 |
| CN120999401A (zh) * | 2025-10-22 | 2025-11-21 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种重频可调谐的高阶碰撞锁模激光器和光学频率梳 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040106 |