JPS60501829A - 結合変調器を有する半導体レ−ザ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 結合変調器を有する半導体レーザ 主念囲旦分国 本発明はレーザの出力を変調するための手段に結合された半導体レーザに係る。

オλ凱坏と１東 光通信システムにおいて、二値レベル光パルスの形の変調された光波エネルギー が、レーザ光源から光ファイバを通し、遠方の光受信機に、伝送さｎ、る。周知 のように、光フアイバ中の分散損のため、そのようなシステムの最適動作は、光 パルスが華−縦モード、すなわち単一周波数である時、得られ°る。

最近、ダブリュ、ザンク　（ｌｆ、Ｔｓａｎｇ　）　らは、アプライド　フィジ イクス　レクーズ（紅鮭憇（Ｐｈｙｓｉｃｓ　１、ｅｔｔｅｒｓ　）　、第４２ 巻、６５０−６５２頁（１９８３年４月）に発表された“へき開結合空洞半導体 レーザにおける大同調速度及び周４数変化幅を有する高速直接増−周波数変調゛ と題する論文において、典型的な場合、約１．５ミクロンの光波長のへき開結合 空胴レーザ源について、述べている。この光源は一対の分離された光学的に結合 され、相互に電気的に分離された同様のへテロ接合ダイオードにより、形成さ乙 、た。そのようなレーザ光源は、ダイオードに流す電流を、適切に調整ずろこと により、周波数を調節することができる。優れた卓−縦モード動作が得られる。

典型的な場合、データ伝送の目的には、ダイオードの一つＧこ、定常（ｄｃ）電 流バイアスが加えられ、他方のダイオードには、別の定常電流バイアスに重畳さ れた相互に等しい電圧パルス列が加えられる。この列は、伝送すべき１及び０の ディジタルな列に対応する。そのような変調技術は、“内部”変調とよばれる。

しかし、そのような内部変調レーザに伴う問題は、光パルス列により生じる熱効 果のため、与えられたパルスのパヮーレヘルが、信号のパターンに依存すること である。すなわち、それにより先のいくつかの時間間隔中の、実際の信号（１対 Ｏ）に依存する。

従って、異なるパルスのパワーレヘルは変化する可能性があり、特にディジタル “１”信号の列が続（と、好ましくないほど劣化する。パワーレヘルのこの劣化 の１：め、伝送路己こ沿ったより近接した間隔の信号再生器が必要となる。

従って、電流パルスに応答し、より信軒性よく、再現性のある早−周波数におい て、隼−モートで動作し、従来技術のデバイスより、連続した電流パルスの同し パヮーレヘルの再現性の高いレーザ光源を実現することが望ましい。

本発明の緊絢 里−モード変調レーザ光源は、隼−モート連続波（Ｃ＼■）を発生するための２ つの空間的に分離され、光学的に結合された光空田を含む半導体へテロ接合レー ザ、レーザにより発生した放射を変調するための、半導体へテロ接合光変言周器 がら成る。変調器及びレーザのへテロ接合は、相互うこ光学的に結合され、相互 に空間的に近接している。変調光信号は反対防止層を形成し、た変調器の“前面 ”から、出る。

動作中、ＣＷレーザ発振はこのレーザで得られる。変調器の前面にある反射防止 層によって、変調器に入ろレーザからの光放射は、レーザ中に逆に再反射はされ ない。従って、レーザのＣＷ動作は、変調器中で生しる変調によっては乱されず 、独立である。

そのため、変調器はレーザに対し、“外部゛にあると言われる。

このように、レーザにより発ケする届−モートＣＷ放射は、変調器に印力Ｕされ る電気信号乙こ従い、変調器により変調される。従って、変調された放射は、反 射防止層を通って、光ファイバのような光検出手段中に入る。

Ａ皿凹皿里斐脱皿 第１図及び第２図は本発明に従う２個の半導体レーザ構造の側面凹である。

耗批象証逃 第１図に示されるように、レーザー変調結合構造１００は、光フアイバガイド６ ０中に出力光波５０を生成するための、第１、第２及び第３の半導体へテロ構造 部分１０．２０及び３０を含む。

レーザ部分１０．２０及び３０は、機械的な支持、共通の電気的接地及び熱冷却 となる基板４０−ヒに、配置される。こ臼、らの部分１０．２０及び３０は、屈 折率ガイド半導体接合レーザ構造の形をとることができる。たとえば、プレーナ メサ埋め込みへテロ構造又はアール、ニー　ローガン（Ｒ，へ几ｏｇａｎ　）ら により、エレクトロニクス　レタース（月１ｅｃｔ、ｒ世−９−鞠土迫り□）、 第１８巻、９５−９６頁（１９８２）に述へられているような埋め込みクレセン ト・ヘテロ構造のいずれかである。いずれの場合も、部分１０．２０及び３０は そンＬそれ相互に位置合わせされた導波領域１０．５．２０５．３０５を有し、 それに沿って、典型的な場合、】、０ないし１．６ミクロン範囲の光モートか、 三つの部分により保持され、回折で決まるパターン５１で放射され、光ファイハ ロ０のコア領域６１中に出力波５０を形成する。

第１及び第２及び第３の部分は、二つの位置でへき閲され、二つの間隙を作るよ うにしたモノリシック半導体へテロ接合導波路構造から、すべて導くのが有利で ある。すなわち、第１及び第２の部分の間隙及び第２及び第３の部分間の間隙か でさる。第１０部分］０の右側のファセット】２は、第２の部分２０の左側のフ ァセット２１に、光学的に結合され、あらかじめ決められ１こ距離だけ近接して いる。その距離は約４ミクロンζこ等しいか、それ以下が有利で、好ましくは約 ２ミクロン以下が好ましい。しかし、いずれの場合も、第１の部分１０及び第２ の部分２０間の所望の反射を起させるため、約０１又は０．２ミクロン以上（す なわち波長の約０．１倍以上）にする。第１の部分１０の左側のファセノＩ□］ １は、反射を増すために４、木質約６こ完全に反射させる被膜５３て被覆するの が好ましい（しかし、必す把、要といらことではない）。

すなわち、被膜５３・：ま典型的な場合入射光強度の、少なくとも約４０パーセ ントを反射し、ファセｙ　ｌ−１１のフレスふル反射率それ自身は、典型的な場 合、約３５パーセンＩ・である。同様に、第２の部分２０の右側のファセｙ　ｈ 　２２は、第３の部分３０の左側のファセット３１に近接（典型的な場合、約２ ミクロン又はそれ以下の間隙であるが、約０．１ないし０２ミクロン以上）し、 比較的良好な光結合関係にｄ）っ。第１３の部かＪＯの右側のファＺノ≧３２は 、大質的に無損失反射防止被膜５２て′Ｐ＄、覆されろ。すなわち、入射光ビー ム強度の約１７１０パーセント以下を反射する誘電体被膜５２で、被覆される。

光ファイハロ０）：ｉ：当業者には周知のように、遠方の受信機（図示されてい ない）に、光波５０を１云参させるために、反射防止被覆をしたファセット３２ に、直接光学的に結合されている。たとえば、反射防止被覆ファセノｈ３２に近 接したファイバガイド６０の端部は、適当なレンズの形をとることができる。そ の目的は、第３の部分３０の右側のファセット３２から放出された光ビームのエ ネルギーを集め、このビームをファイバガイドのコア領域中に、焦点を合わせる ことである。あるいは、ファイハロ０は反射防ｌ−被膜５２　Ｑｉｍ　直接物理 的に接触している。

第２の部分２０及び第３の部分３０間より、第１の部分】０及び第２の部分２０ 間では、幾分大きな回折損及び小量の結合が、許容される。従って、第２の部分 ２０及び第３の部分３０間の間隙の距離の所望の一ト限は、第１の部分１０及び 第２の部分２０間の間隔の距離の所望の上限より、通常幾分小さい。いずれの場 合も、第１及び第２の部分間と第２及び第３の部分間で、所望の反射率を得るた め、半波長の整数倍に等しい間隔の距離が、望ましい。

部分１０．２０及び３０のそれぞれの最上部表面上に、好ましくはそｎ、とオー ム性接触をなして、第１、第２及び第３の独立の電極１３．２３及び３３が配置 され、それぞれは導電体１５．２５及び３５を１ｉｔｌ　Ｌ、て、電源７５．８ ５及び９５に、それぞれ接続されている。電源９５は電圧を供給し、それは伝送 される信号乙こ従って変調される。電＋Ｉ＋！７５及び８５は、ｄｃ雷電流供給 するもので、以下で十分説明する。

動作中、定常順方向ｄｃバイアス電流が、ｄｃ電圧＃７５及び８５乙こより、そ れぞれ第り及び第２の部分１０及び２０に供給さ７１、る。′比較的定常゛とい うのは、このような光学的に結合された第１及び第２の部分１０及び２０中に、 安定なシングルモードＣＷ　Ｌ−−ザ動作を誘発するのに十分狭い限界内にある 定数を意味する。ここでは１０及び２０のような二つの部分を含むレーザデバイ スが示され、そのようなデバイスを動作させる手段は周知である。レーザ動作は 、左側のファセット１１における反射被膜５３により得られる増強された光反射 によって、（必要に応じて）補助される。同時に、大発明に従うと、変調電圧が 、第３の部分３０に加えられる。この電圧は、出力ビーム５０により伝送すべき 所望の光信号に従う時間の間数として、変調されろ。従って、出力ビーム上で低 又は“０”信号を伝送するのが望ましい時、第３の部分３０６＝加えられる電圧 −は、゛ヘテコ構造３０の逆バイアス接合、方向に、十分な大きさにされ、その 中での光損失を十分にし、出力ヒ”−ム５０の強度を、所望の低又は“０”レベ ル、典型的な場合、高又は１”レベルの光パワーレベルの約１０パーセントまで 下る。しかし、出力ビームとして、高文ば１”信号を伝送したい時は、第３部分 乙こ印加される電圧は、出力波５０の強度を、所望の高又は′］°゛レヘルまで 高めるｆこめ、順バイアス方向に十分な大きさく又は逆バイアス方向に不十分な 大きさ）にされる。

従って、時間の間数としての出力波５０は、同しシングルモートで、比較的長い 時間間隙に渡り、第３の端子３５に加えられる信号列を表す。

大発明の目的のためには、こｎ以上の外部又は内部光空胴形成手段（鏡面及び同 様のもの）は、構造１００中で必要なく、好ましくない。

部分１０及び２Ｑ４こ供給される比較的定常のｄｃハイアズ電流の瞬時の大きさ を制御する１こめの、通常の帰還回路は、温変ドリフト、劣化現象及び他の乱れ が存在する中で、ＣＷ比出力安定性を保つために望ましいことがある。

本発明において、第３の部分３０を変調器として用いると、レーザ空胴から物理 的に分離された変調器が必要でなくなり、１ノ４−て、位置合わせ、機械的不安 定性、変調器中の好ましくない光）員失が除かれる。加えて、半導体変調器を用 いることにより、好ましくないほどの高電圧と変調器中のパワー損が避けられる 。これらは、はとんどのりＬ部変調器の場合のように、複屈折の現象にＷづくり ξ部変調器を用いることから生じる。

第２図に示さり、るように、第１の部分１０は光ファイハフ０ｍ’装置きかえる ことができ、その右側の端部７２は、第２の部分２゜の左側の端２１に光学約５ こ結合され、第２の部分２ｏの左側の端部７１は、光学的な反射層５３で被覆さ れている。ファイバは第２の部分２０から右側の端部７２に入る光放射が、反射 Ｎ７上に焦点を合わせるように、傾斜屈折率を有すると有利である。あるイハ、 ファイハフｏは一様な屈折率を有することができ、ファイハロ０の左側の端部と 同様に、レンズを被覆する形の右側端部を有ずろ。たとえば、ファイハフ０の右 ４ｑの端部は、第２の部分２０の左側Ｉ端部２！か狙約１０ないし２ｏミイ′ロ ンの距離たけ離ね５でいろ。一方、その左側端部７１がらその右側端部７２まて Ｊ１１定しムコファイバの長さは、キ勺７００ミクロンないじそ２１以上である 。

Ｆｉｇ、　ｆ ＦＩ６．２ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　シングルモードＣＷ光放射を発生するための第１の半導体へテロ接合部分 （２０）を含む半導体レーザ及び変調器において、ＣＷ光放射を変調するための 第２の半導体へテロ接合部分（３０）を含み、第１及び第２の部分は、木質的に 同一のへテロ接合断面を有し　第１及び第２の部分の端部ファセノ１−（２２， ３１）の最も近接した部分でそれぞれ相互に光学的に結合さｎ、るが、空間的に は接近して分離され、 光学的な反射防止１ｉＪ（５２）が第２の部分のもう一方の他の端部ファセノ１ （ＩＩ）に、光学的に結合されることにより第１の部分で発生した光放射は、第 ２の部分により変調さ力１、反射防止層を透過することを特徴とする半導体レー ザ及び変調器。 ２、　請求の範囲第１項に記載されたレーザー変調器において、前記ファセット は、−１き開表面であることを特徴とするレーザー変調器。 ３　請求の範囲第１項に記載さｎ、たレーザー変調器において、第１の部分は、 第２の部分の断面・と本質的に同一のへテロ接合断面を有する第１（１０）及び 第２（２０）の半導体へテロ接合領域を含み、第１及び′ｖｊ２の部分は向いあ った端部ファセノ）−（１２，２１）を通して、相互に光学的に結合され、空間 的に相互に接近して分離されていることを特徴とするレーザー変調器。 ４、請求の範囲第３項に記載されたレーザー′変調器において、前記端部ファセ ットは、へき開面であることを特徴するレーザー変調器。 ５、請求の範囲第１項に記載されたレーザー変調器（第２図）において、 第１の部分（２０）の端部ファセット（２１）に光学的に結合された端面（７２ ）を有する光ファイノ＼（７０）力く含才ネ、ることヲ特徴とするレーザー変調 器。 ６、請求の範囲第５項に記載されたレーザー変δ周２１Ｇこおしｓで、ファイバ のもう一つの相対する端面に配置さね、た光反射手段（５３）が含まれることを 特徴とするレーザー変調２器。 ７、　請求の範囲第２工μに記載されたレーザー変調器もこおし１−で、前記第 １及び第２の領域及び第２の部分Ｇよ半導体接合クイオートを含み、 第１及び第２の領域に、その中でＣＷレーザ動作を起させるのに十分な順方向電 流）＜イアスを供給する手段及びで第２の部分中の光損失を変調し、それにより 単一周波数光ビームが、信号に従って強度を変調され、第２の部分の０肖Ｂｌ１ 層力・ら方々射されるように、信号に従って、第２の部分（３０）ａこ可変電圧 を印加する手段（９５）が含まれることを特徴とするレーザー変調器。