JPS6076182A - 出射ビ−ムの偏向スイツチ機能を有する半導体レ−ザ - Google Patents

出射ビ−ムの偏向スイツチ機能を有する半導体レ−ザ

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JPS6076182A
JPS6076182A JP58183445A JP18344583A JPS6076182A JP S6076182 A JPS6076182 A JP S6076182A JP 58183445 A JP58183445 A JP 58183445A JP 18344583 A JP18344583 A JP 18344583A JP S6076182 A JPS6076182 A JP S6076182A
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Hiroyoshi Yajima
矢嶋 弘義
Katsuhiro Suzuki
鈴木 克弘
Akihiro Sone
明弘 曽根
Seiji Mukai
向井 誠二
Shinichiro Uekusa
新一郎 植草
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04256Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06233Controlling other output parameters than intensity or frequency
    • H01S5/0624Controlling other output parameters than intensity or frequency controlling the near- or far field

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  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 木琴φjは注入電流を制御することにより、放射ビーム
の偏向方向をスイッチすることができるようにした半導
体レーザに関する。
半導体レーザは小製化、乱動率化、′高出力を可能とす
る発光素子として光通信用光源に現在使用され出してい
る。光通信用光源には最初気体レーザが用いら九、その
変調には超音波素子、を気光学素子等の外敵変調素子が
これまで用いられてきた。
これに対して半導体レーザでは注入する電流を変調する
ことにより出力光強度を変化させる所謂直接変調が可能
であり、したがってシステム構成の簡素化、信頼性の向
上等が可能となり、実用上極めて有効な手段となり得る
一方、以上のような時間域の変調技術に対して空間域に
おける光の変調技術(ビームの偏向、走査等)もまた、
光が画像等の2次元的情報処理技術を得意とするところ
から応用上極めて重要な技術である。
このような空間的光変調技術についてL従来、ミラーを
回転する方法、超音波偏向素子や電気光学素子を利用す
る方法等が採用さnている。
しかしながらミラーを回転させる方法では高速化を図る
ことができないこと、また超音波偏向素子や電気光学素
子では大きな偏向角を得ることができない等の欠点の他
、いずれの方法においても外部変調方式のため、システ
ム構成が複雑になり、装置の小型化を図ることができな
い等の欠点がある。光の空間的変調が半導体レーザへの
注入電流を制御することにより直接実現できるようにな
ればシステムの小型化、信頼性の大巾な向上が図れるこ
とになり、光情報処理技術の発展に貢献するところ大で
ある。
そこで本願発明者等は、特に注入電流を制御することに
より放射ビームの偏向方向をスイッチすることができる
半導体レーザを開発する目的で鋭意研究の結果、本発明
を完成したものである。
ここで電流注入型半導体レーザの動作原理を行い、次に
本発明の原理について説明する。
第1図社利得導波型と呼はれる半導体レーザの構造例を
示すもので、/はn Gaks基板、n−Ga/ks基
板lに基板屑折率層でおる3−AIXGG、−XA8バ
ッファJfI−1、AJyGcL、−yAs活性屑3、
低屈折率層であるp−AlxGa、−xAsバッファ[
4(、p−GaAs層よ、5iCh絶縁N6が順に積層
され、更に5hot絶縁層6の一側面にはp側電極りが
設けられ、n−Ga人8基板lの一側面には注入電流用
電極であるn側を極tが設けられ、またn側電極Sには
電流注入部9が設けられる。
そして、電流注入1ilyから半導体層へ注入され′f
c′vL流ii、 kl−r Ga、−y As h柱
層3の中心部3αにおいて光エネルギーに変換されるが
、この九り上下の低屈折率層ダ、2に扶まれて活性)@
3に閉じこめられ、桶方向の光分布は注入冗流密度によ
って決定される。
第2図祉注入〜流布肛分布が中心部3αに沿って−Gか
らaまで一様に分布した場合の横方向基本モード(a、
)、1次モード(b)、2次モード(C)の光強度分布
を示す。また、これら導波モードが半導体レーザ端面か
ら放射された時の遠視野像を第6図に示す。
ここで、@軸は半導体レーザ端面から見た放射角度、縦
軸は放射光強度である。基本モードの遠視野像(α)は
中心軸上が最大強度となり、中心軸から周辺へ単詞に減
少する光強度分布を持つのに対し、1次モードの遠視野
像(b)は双峰性を示し、2次モードの遠視野像(C)
 tj:中央のピークが小さく、両端のピークが大きい
双峰性を示す。いす]の場合も遠視野像り中心軸に対し
て対称でおる。
一方、注入電流密度分布が活性部3α内で非一様に分布
すると、各導波モードの放射ビームの角度分布も中心軸
に対して非対称になる。第4図は、注入電流密度が非一
様に分布した場合の各導波モードに対する遠視野像の分
布例を示す。
こルによれは、遠視野像の変化の仕方は基本モードと高
次モードの間では本質的相違がある。
即ち、基本モードの放射ビームパターン(α)は注入電
流密度に勾配を持たせることにより、その最大強匪角匿
が左右いずれかに移動する変化を示す。これに対して1
次モードの放射ビームパターン(b)、2次モードの放
射ビームパターン(C)では双峰性の放射ビーム強度の
ピーク位置は殆んど変化しない代シに、いずれか一方の
ビーク強凌が減少すると、他方のピークが最大強度とな
る変化を示す。
こ11.@−の結果から一般に次のようなことが1える
。即ち、半導体レーザの活性層内で横方向の基本モード
が励振さf’している場合に注入電流密度分布を一様分
布からある勾配をもつ不均一分布に徐々に変化させると
、放射ビーム角度を中心から連続的に左右に変化させる
ことができ、したがって注入電流分布を変化させること
により放射ビームの空間的掃引(走査)が可能となる。
これに対して、活性層内に高次モードが励振されている
場合、注入電流密度分布に勾配を持たせると、遠視野像
としての双峰性ピークのいず庇か一方の強度が増太し、
同時に他方のピーク強度が減少する。
この原理を応用すると、放射ビームの偏向スイッチング
が可能になる。
一方半導体レーザの活性層内に注入電流の不均一分布を
形成する基本的方法は第5図に示すように、注入電流用
電極gを2つの電極ra、ざbに分け、更に′電極gα
、tbの電流注入Mtα、?6を5i02絶縁層6に埋
設しIF:、構造で、この電極gα。
tbからの注入電流比を変化させることにより活性層3
内の電流分布を制御するものである。しかし、この構造
てはpAlzGa+ XAS バッファ層り、7)−G
GA8層3の横方向組成が一様なため、電流が左右に拡
散してしまい、特に活性層中央部3aの亜流密度が減少
しないので基本モード′発振を生じ易い。この構造で基
本モード発振を抑制し、高次モード発振のみを行わせる
ためには、電極間隙を司成り拡ける必要があるが、あま
り間隙を拡けるとυ3次モード間に結合発振を生じ、安
定な偏向スイッチが実現されない。
そこで、本発明では上記原理に基いて出射ビームの安定
な偏向スイッチを実現するために、独立した2つの亀流
注入用絢極を壱する半導体レーザにおいて上記両電極間
を電気的に絶縁するものである。
そして、以上の構成により活性層中央部の雷、流密度を
減、少さぜ、基本モードの発振を抑え、高次モードのみ
を励起させることができる。この状態において上記2つ
の電極へ注入する電流比を変化させることによシ出射ビ
ームの安定な偏向スイッチを実現することができるので
ある。
本発明において独立した2つの電流注入用電極間を電気
的に絶縁する方法としては種々の方法が考えられるが、
以下にこれを例示する。
第6〜第9図は、この実施例を示すもので、第1図、第
5図と共通する部分については符号を共通して説明を省
略する。
第6図の構造は、電流注入部?α、9bの直下に位置す
る半導体Me、z部分に異種材料(例えば、亜鉛)を拡
散またはイオン注入することにより低抵抗層10a、1
06を形成するものである。
以上の構造においては電流注入部9α、9bより注入さ
れfc電流は低抵抗層70α、/θbに集中し易くなり
、電極ざα、tb間の絶縁度が改善される。
その結果活性層の電流分布もまた、双峰性を有するよう
になり、基本モードの発振が抑制され、高次モード発振
が生じ易くなる。
この方法によると、電極間隙を余り拡げる必要がないの
で高次モード間の競合発振も起りにく\なり、安定した
偏向ビームスイツチングが実現できる。
第7図(α)はTll、極Sα2gb間の絶縁度を向上
させるために、電極Sα、gb間に半導体層ダ、3部分
を穿つ溝l/を形成するもので、この構造によっても活
性層中心部3aへの電流注入が妨げられ、高次モードの
みの発振が可能となる。
第7図(b)は、第7図(α)の溝//に替えて電極g
a。
56間の半導体J@II、kにプロトン照射等を行い、
ここに高抵抗#12を形成し、高次モードのみの発振を
可能とする半導体レーザの素子構造の例である。
第8囚(a)は、第7回←)の素子構造において発光領
域外側の半導体層ダ、!rをエツチング等により取除い
友ものであり、これにより注入電流が電流注入部9a、
tb下に効率良く集中し、高次モード発振をよシ効率良
く行うことので、きる半導体レーザの素子構造とするこ
とができる。
第8図(6)は、第7図(6)の素子構造において発光
領域外側の半導体層弘、3をエツチング等により取除い
たものであり、第8図(勾と同様に高次モード発振を効
率良く行うことのできる素子構造の例である。
第9図は、fL−GctAa基板lを用いた以上の実施
例に対してp −GaAa基板ノコを用いた偏向スイッ
チ機能を有する半導体レーザの構成例であシ、この構成
ではp−GaAs基板12と” AlzGa、−zAs
バッファ層−との間にn−G(!AJIMからなる逆バ
イアス層13を設け、電極ga、17)下にあるn−Q
αA8層/J、p−GaA3基板/Jにはエツチング等
にょシ■溝lダα、lダbを形成する。仁の素子構造に
おいて電極Sα、ff6より電流を注入すると、”−G
aksN73、T)−GaAs基板12のP−N接合部
分には逆バイアスが加わることになり、この領域を電流
は通過することができず、電流はV@lダα、 /4(
bから基板/コ側に抜けることになるつしたがって注入
電流はV溝/4!α、 /’IbにM接した活性部分J
b。
3Cのみを通過することになシ、基本モード発振が抑制
され、高次モード発振が可能な半導体レーザが形成さn
る。
次に、以上のように形成される偏向スイッチ機能を有す
る半導体レーザの応用例について述べると、第1θ図は
光ファイバーis、tt、への光信号入力を半導体レー
ザ上の電極tα、ざbへの注入電流を変化させる仁とに
よりスイッチする様子を示すものである。
本孔QImに係る偏向スイッチ機能を有する半導体レー
ザの場合、放射ビームの角度が一定しておシ、シたがっ
て光ファイバー/j、 /Aを所定の位置に設置すれば
、半導体レーザがらの出射光は光ファイバー/j、 /
&のいずnが一方には必ず入凱外部への漏れ光を生ずる
ことがない。
これに対して基本モードが励起されるビームi引レーザ
ては注入II流を便化させると、ビー”;1)i一方の
光ファイバーから他方の光ファイバーへ移動する際、光
がファイバー外に漏れてしまう。
また以上の偏向スイッチではファイバー断面上を光ビー
ムが横切るfcめ、パルス的な信号切換えを行う際のパ
ルス信号波形の立上り、立下がり部分に横断時間分のな
まシを生ずる。これに対して本発明の偏向スイッチ機能
を有する半導体レーザではビーム位置が変化しないため
、注入電流パルス波形そのま\が光パルスとなって光フ
アイバー中を伝送される。このことは将来の超高速光ス
ィッチを実現する上で最も1&要な特長となる。
ま九従来の電気光学結晶を用いた光偏向器の偏向角度が
1〜2℃しかないのに対して、本発明の偏向スイッチ機
能を有する半導体レーザでは、ビーム偏向角度を1次モ
ードで10°的後、2次そ一ドでは14〜15°前後と
tL、その実用上の価値は頗る大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、単−ft極を有する利得導波型半導体レーザ
の原理構成図、第2図(d) 、 (6) 、 (6)
は同上の利得導波型半導体レーザの各発振モードや横方
向光強度分布図、第5図←) 、 (6) 、 (c)
ti、同上の各導波モードがレーザ端面から出射したと
きの遠視野像図の例、第4図(5) 、 (6) 、 
(6)は活性層内の注入電流密度分布が、不均一な場合
の各導波モードに対する出射ビームの遠視野像図の例、
第5図は活性層中に不均一な注入電流分布を生じさせる
ための独立しfc2つの電流注入用電極を有する半導体
レーザの原理M4構成、第6図は同上の両TjjL極間
を電気的に絶縁した本発明の半導体レーザの一実施例を
示す原理構成図、第7図(a) 、 (6)は両電極間
を他の方法で絶縁した本発明の半導体レーザの他の実施
例で、第7図(勾は両電極間に溝を設けて絶縁した例、
wJ1図(6)は高抵抗層を形成することにより絶縁し
た例、第8図(G) 、 (6)は同上の97図(Q)
 、 (6)の改良例で、それぞ肛の半導体層弘、Sの
発光領域外側をエツチングすることによシ高次モード発
振を効率良く行わせるようにした半導体レーザの構成図
、第8図は両電極間を電気的に絶縁するための他の実施
例を示す構成図、第9図は、本発明の半導体レーザの適
用例を示すが1視図である。 図中、ga、gbは2つの独立した電流注入用電極、3
αは活性l1II3の中央部。 第3図 第4図 一コ 0 第8図 匹7 手続補正書(方式) ■事件の表示 昭和58年特許願第183.445号 2発明の名称 出射ビームの偏向スイッチ機能を有する半導体レーザ3
補正をする者 事件との関係 特許出願人 東京都千代田区霞か関1丁目3番1号 114 」ニ 業 技 術 院 長 川 1) 裕 部
4指定代理人 5 補正命令の日付 昭和59年1月31日(発送日−
゛)6補正の対象 明細書中、図面の簡単な説明の欄 7 補正の内容 (1) 明細書中、第14頁14行の「第8図は」を1
第9図は」と訂正する。 (2) 同、第14頁15行の「第9図祉、」を「第1
0図は、」と訂正する。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 独立しfc2つの電、流注入用布極を有し、高
    次モードの発振状態において上記2つの一7極へ注入す
    る電流比を変化させることにより出射ビームの偏向スイ
    ッチを行う半導体レーザにおいて、 上記両電極間を電気的に絶鞘・することによシ、活性層
    中央部の電流密度を減少させ、基本モードの発振を抑え
    、高次モードのみを励起させるようにしたことを%−徴
    とする出射ビームの偏向スイッチ機能を有する半導体レ
    ーザ。
  2. (2) 両1!榛間に溝あるいはイオン打込みにより高
    抵抗層を形成して両電極間を電気的に絶縁した特許請求
    の範囲第1項記載の半導体レーザ。
  3. (3) 半導体層の発光領域外側をエツチングした′%
    詐請求の範囲第2項記載の半導体レーザ。
  4. (4) 両電極の下に低抵抗層を形成して両電極間を電
    気的に絶縁しfC@許紬求の範囲第1項記載の半導体レ
    ーザ。
  5. (5)基板と半導体層の間に逆バイアス層を設け、且つ
    両電極下に当る逆バイアス層及び基板にはV溝を形成し
    て両電極1#3Jを電気的に絶縁した特許請求の範曲詑
    1項記載の半導体レーザ6
JP58183445A 1983-10-01 1983-10-01 出射ビ−ムの偏向スイツチ機能を有する半導体レ−ザ Granted JPS6076182A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62281383A (ja) * 1986-05-29 1987-12-07 Omron Tateisi Electronics Co 半導体レ−ザ
JPS63177490A (ja) * 1987-01-17 1988-07-21 Mitsubishi Electric Corp 半導体レ−ザ装置
JP2007273549A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Anritsu Corp 半導体光素子及び光スイッチングシステム並びに波長可変レーザ
KR20150096315A (ko) * 2014-02-14 2015-08-24 오므론 가부시키가이샤 정전용량형 압력 센서 및 입력 장치

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JP2015152457A (ja) * 2014-02-14 2015-08-24 オムロン株式会社 静電容量型圧力センサ及び入力装置

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