JP2672710B2 - Optical amplifier and optical integrated circuit - Google Patents

Optical amplifier and optical integrated circuit

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JP2672710B2
JP2672710B2 JP33402790A JP33402790A JP2672710B2 JP 2672710 B2 JP2672710 B2 JP 2672710B2 JP 33402790 A JP33402790 A JP 33402790A JP 33402790 A JP33402790 A JP 33402790A JP 2672710 B2 JP2672710 B2 JP 2672710B2
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optical amplifier
optical
output
stripe
light
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浩樹 内藤
裕一 清水
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松下電子工業株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光情報処理,光通信等に用いられる光増幅
器およびその光集積回路に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical amplifier used for optical information processing, optical communication and the like, and an optical integrated circuit thereof.

従来の技術 光増幅器の性能として、短い素子長で大きな増幅利得
を有する光増幅器が、近年、要望されている。従来例と
しては、第2図に示すように、ジグザグ状の導波路を用
いて、利得を大きくする方法がある。すなわち、入力光
は端面で、何度も反射を繰り返して、増幅されるので、
短い素子長で大きな利得が得られる。この場合、屈曲部
において、レーザ光は全反射されるように、導波路中を
進行するレーザ光の端面に対する入射角は、臨界角より
大きくなっている。
2. Description of the Related Art As an optical amplifier performance, an optical amplifier having a short element length and a large amplification gain has been recently demanded. As a conventional example, there is a method of increasing the gain by using a zigzag waveguide as shown in FIG. That is, the input light is repeatedly reflected at the end face and is amplified,
A large gain can be obtained with a short element length. In this case, the incident angle of the laser light traveling in the waveguide with respect to the end face is larger than the critical angle so that the laser light is totally reflected at the bent portion.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような光増幅器では、出力光は、
最終の1つのスポットからしか、取り出せない。光増幅
器として、よく使われるGaAlAs系の材料では、端面での
光密度によって光出力が制限されるので、従来の構成で
は、ジグザグ状の導波路の数を増やしても、その破壊レ
ベル以上の光出力は取り出せない。また、素子後向に、
出力光が全く出ないので、モニタ光を取り出すことも不
可能である。
SUMMARY OF THE INVENTION However, in such an optical amplifier, the output light is
Only one final spot is available. With GaAlAs-based materials that are often used as optical amplifiers, the optical output is limited by the optical density at the end face.Therefore, even if the number of zigzag waveguides is increased in the conventional configuration, the light output above the destruction level No output is available. Also, in the backward direction of the element,
Since no output light is emitted, it is also impossible to extract monitor light.

課題を解決するための手段 上記欠点に鑑み、本発明の光増幅器は、導波路中を進
行するレーザ光の端面に対する入射角が、臨界角より小
さい構成になっている。
Means for Solving the Problems In view of the above drawbacks, the optical amplifier of the present invention is configured such that the incident angle of the laser light traveling in the waveguide with respect to the end face is smaller than the critical angle.

第1図に本発明の光増幅器の原理図を示す。すなわ
ち、この光増幅器は導波路中を進行するレーザ光が複数
の端面から出力される。
FIG. 1 shows the principle of the optical amplifier of the present invention. That is, in this optical amplifier, laser light traveling in the waveguide is output from a plurality of end faces.

作用 上記構成により、導波路中を進行するレーザ光は、端
面において、全反射することがない。このため、前方か
らは、複数のスポットから光出力を取り出すことができ
るので、従来に比べて高出力が得られる。また、後方か
らも光出力が取り出せるので、モニタ光を得ることも可
能となる。
Action With the above configuration, the laser light traveling in the waveguide is not totally reflected at the end face. Therefore, from the front side, the light output can be extracted from a plurality of spots, so that a higher output can be obtained as compared with the conventional one. Further, since the light output can be taken out from the rear side, it is possible to obtain the monitor light.

実施例 第2図に、本発明の一実施例における光増幅器の構造
図を示す。上図は、上面から見た図で、内部のジグザグ
状のストライプ部が見えるように破線で示している。下
図は、出力側から見た正面図である。p−GaAs基板1、
上にジグザグ状に、基板1に達するストライプ部7を有
するn−GaAs電流ブロック層2があり、その上に、p−
GaAlAsクラッド層3,GaAlAs層4,n−GaAlAs層クラッド層
5,n−GaAsコンタクト層6が形成されている。
Embodiment FIG. 2 shows a structural diagram of an optical amplifier in an embodiment of the present invention. The above figure is a top view and is shown by broken lines so that the internal zigzag stripe portion can be seen. The following figure is a front view seen from the output side. p-GaAs substrate 1,
There is an n-GaAs current blocking layer 2 having a stripe portion 7 reaching the substrate 1 in a zigzag shape, and p-
GaAlAs clad layer 3, GaAlAs layer 4, n-GaAlAs layer clad layer
5, n-GaAs contact layer 6 is formed.

電流は、ストライプ部7にのみ注入され、その上の活
性層4で光増幅が生じる。ストライプ部は、上図に示す
ように、ジグザグ状に形成されており、入力側の1つの
ストライプ部にレーザ光が入力されると、この経路にそ
って光増幅が生じ、出力側の複数のストライプから増幅
された光出力が取り出される。各ストライプ幅は6μm
である。この光増幅は進行波型の増幅となるため、各ス
トライプからの光は全て同位相となり、出力端からは、
単一モードの光出力が得られる。ジグザグ状の各ストラ
イプが端面となす角度は、ストライプ内の光が、端面部
で全反射しない角度、すなわち臨界角17゜以下となって
いる。本実施例では、5゜とした。
The current is injected only into the stripe portion 7, and optical amplification occurs in the active layer 4 above it. As shown in the above figure, the stripe portion is formed in a zigzag shape, and when laser light is input to one stripe portion on the input side, optical amplification occurs along this path, and a plurality of stripes on the output side are generated. The amplified light output is extracted from the stripe. Each stripe width is 6 μm
It is. Since this optical amplification is traveling wave type amplification, all the light from each stripe has the same phase, and from the output end,
A single mode light output is obtained. The angle formed by each zigzag stripe with the end face is an angle at which light in the stripe does not undergo total internal reflection at the end face, that is, a critical angle of 17 ° or less. In this embodiment, the angle is 5 °.

この場合、出射ビーム方向は、スネルの法則より、出
射端正面より15゜傾いた方向になる。また、第2図にお
いて、入力側の1つのストライプの端面だけを入力しや
すいように、ストライプと直交させるように形成してい
るが、入力光が入力端において、全反射しない角度で、
入力光がストライプ内でストライプと平行に入れば、何
度でもかまわない。
In this case, the outgoing beam direction is inclined by 15 ° from the front of the outgoing end according to Snell's law. Further, in FIG. 2, only the end face of one stripe on the input side is formed so as to be orthogonal to the stripe so that it is easy to input, but at an angle at which the input light does not totally reflect at the input end,
It does not matter as long as the input light enters the stripe parallel to the stripe.

第3図に、本発明の一実施例における光増幅器を半導
体レーザと同一基板上に形成した図を示す。第3図に示
した光増幅器の入力側に半導体レーザを、分離溝8を介
して同一の基板上に形成している。同一基板上に、フォ
トリソグラフィ技術により各ストライプを形成している
ので、半導体レーザの出力端と光増幅器の入力端の位
置、角度は正確に制御でき、個別に位置合せして組立て
る必要はない。また、分離溝8は、半導体レーザと光増
幅器を電気的に分離し、各素子は独立に駆動できるの
で、光増幅器に流す電流により、光出力を、半導体レー
ザに流す電流により、波長を制御することができる。
FIG. 3 shows a diagram in which an optical amplifier according to an embodiment of the present invention is formed on the same substrate as a semiconductor laser. A semiconductor laser is formed on the same substrate on the input side of the optical amplifier shown in FIG. Since each stripe is formed on the same substrate by the photolithography technique, the positions and angles of the output end of the semiconductor laser and the input end of the optical amplifier can be accurately controlled, and it is not necessary to assemble and align them individually. The separation groove 8 electrically separates the semiconductor laser and the optical amplifier, and each element can be independently driven. Therefore, the wavelength is controlled by the current flowing through the optical amplifier and the optical output by the current flowing through the semiconductor laser. be able to.

また、半導体レーザ,光増幅器のストライプ幅を単一
横モードを保つ程度に狭く、6μmとしており、かつ、
光増幅器は進行波型の増幅をするので、光増幅器からの
光出力も、単一モード光となる。
Further, the stripe width of the semiconductor laser and the optical amplifier is narrow enough to maintain a single transverse mode, 6 μm, and
Since the optical amplifier performs traveling wave type amplification, the optical output from the optical amplifier is also single mode light.

以上の構成により、単一横モードで高出力の光源が、
1つのチップで得られる。
With the above configuration, a light source with high output in a single transverse mode
Obtained with one chip.

本発明の一実施例における光増幅器と半導体レーザと
の光集積素子の作成プロセスを第4図に示す。第4図
(a)のようにp−GaAs基板1上に、n−GaAs2を結晶
成長し、その上に、フォトリソグラフィ技術を用いて、
電流注入部となるジグザグ状のストライプを第4図
(b)のように、エッチングにより形成する。その上
に、液相成長法により、ダブルヘテロp−n接合を第4
図(c)のように形成し、再びフォトリソグラフィ技術
を用いて、基板1に達する分離溝8をエッチングにより
形成する(第4図(d))。このエッチングは、半導体
レーザと光増幅器の端面が、ダブルヘテロp−n接合部
において、基板面と垂直になるように行なう。最後に、
再び、フォトリソグラフィ技術を用いて半導体レーザ部
と光増幅器部に電極の形成を行ない、基板側にも電極を
形成する。
FIG. 4 shows a process of manufacturing an optical integrated device including an optical amplifier and a semiconductor laser in one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4 (a), n-GaAs2 is crystal-grown on the p-GaAs substrate 1, and a photolithography technique is used to grow it.
A zigzag stripe to be a current injection portion is formed by etching as shown in FIG. On top of that, a double hetero pn junction is formed into a fourth layer by liquid phase epitaxy.
After being formed as shown in FIG. 4C, the separation groove 8 reaching the substrate 1 is formed by etching again using the photolithography technique (FIG. 4D). This etching is performed so that the end faces of the semiconductor laser and the optical amplifier are perpendicular to the substrate face at the double hetero pn junction. Finally,
Again, the electrodes are formed on the semiconductor laser section and the optical amplifier section by using the photolithography technique, and the electrodes are also formed on the substrate side.

なお、本実施例において、光増幅器の出射部における
ストライプ部の数は3としたが、何本でも構わない。
In this embodiment, the number of stripes in the emission part of the optical amplifier is three, but any number may be used.

第5図に、本発明の光増幅器の入出力特性を示す。光
増幅器に、一定の電流を流しておき、半導体レーザの入
力を変化させたときの結果である。光増幅器の素子長が
200μmと短いときでも出力200mW以上、入力に対してリ
ニアな特性が得られた。従来型の増幅器(第8図)の場
合に比べて高出力が得られていることがわかる。ダブル
ヘテロ接合に水平方向の遠視野像,縦モード特性を、第
6,7図に示す。単一な横モード,縦モードで発振してい
ることがわかる。光増幅器からの出射ビーム方向は、出
射端に対して、スネルの法則に従う角度をもって出射し
ており、この角度は、ジグザグ状のストライプと出射端
の位置関係,形状,屈折率によって決定され、任意に制
御できる。本実施例の場合、θ=5゜(第2図)とした
ので、出射ビームの方向は、出射端に対して16゜の傾き
をもっている。
FIG. 5 shows the input / output characteristics of the optical amplifier of the present invention. This is the result when a constant current is supplied to the optical amplifier and the input of the semiconductor laser is changed. The element length of the optical amplifier
Even when it was as short as 200 μm, the output was over 200 mW, and linear characteristics were obtained with respect to the input. It can be seen that a high output is obtained as compared with the case of the conventional amplifier (FIG. 8). A horizontal far-field image and a longitudinal mode characteristic are
Shown in Figs. It can be seen that oscillation is in a single transverse mode and vertical mode. The output beam direction from the optical amplifier is output at an angle according to Snell's law with respect to the output end, and this angle is determined by the positional relationship between the zigzag stripe and the output end, the shape, and the refractive index. Can be controlled. In the case of this embodiment, since θ = 5 ° (FIG. 2), the direction of the outgoing beam has an inclination of 16 ° with respect to the outgoing end.

発明の効果 本発明により、短い素子長で、高出力な光増幅器が実
現でき、また、本発明の光集積回路により、1つのチッ
プで、単一横モードの高出力レーザ光を得ることが可能
となる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, an optical amplifier with a short element length and high output can be realized, and with the optical integrated circuit of the present invention, a single transverse mode high output laser beam can be obtained with one chip. Becomes

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の光増幅器の原理図、第2図は本発明の
一実施例の光増幅器の構造図、第3図は本発明の一実施
例における光増幅器を半導体レーザと同一基板上に作製
した図、第4図は実施例の作製プロセスを示す図、第5
図は入出力特性図、第6図は遠視野像図、第7図は縦モ
ード特性を示す図、第8図は従来の光増幅器の原理(模
式)図である。 1……p−GaAs基板、2……n−GaAs層、3……p−Ga
AlAs層、4……GaAlAs活性層、5……n−GaAlAs層、6
……n−GaAs層、7……ストライプ部、8……分離溝。
FIG. 1 is a principle diagram of an optical amplifier of the present invention, FIG. 2 is a structural diagram of an optical amplifier of one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an optical amplifier of one embodiment of the present invention on the same substrate as a semiconductor laser. FIG. 4 is a view showing the manufacturing process of the embodiment, FIG.
FIG. 6 is an input / output characteristic diagram, FIG. 6 is a far field image diagram, FIG. 7 is a diagram showing longitudinal mode characteristic, and FIG. 8 is a principle (schematic) diagram of a conventional optical amplifier. 1 ... p-GaAs substrate, 2 ... n-GaAs layer, 3 ... p-Ga
AlAs layer, 4 ... GaAlAs active layer, 5 ... n-GaAlAs layer, 6
... n-GaAs layer, 7 ... stripe portion, 8 ... separation groove.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】活性層に対して垂直な端面があり、かつ前
記端面で少なくとも、1回以上屈曲する導波路があり、
かつ前記導波路中を進行するレーザ光の前記端面に対す
る入射角が、臨界角より小さいことを特徴とする光増幅
器。
1. A waveguide having an end face perpendicular to the active layer, and having a waveguide bent at least once at the end face,
An optical amplifier characterized in that an incident angle of the laser light traveling in the waveguide with respect to the end face is smaller than a critical angle.
【請求項2】第1項記載の光増幅器を半導体レーザと同
一基板上に形成した光集積回路。
2. An optical integrated circuit in which the optical amplifier according to claim 1 is formed on the same substrate as a semiconductor laser.
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JP5551928B2 (en) * 2009-12-11 2014-07-16 日本オクラロ株式会社 Semiconductor optical device and manufacturing method of semiconductor optical device
JP5799538B2 (en) * 2011-03-18 2015-10-28 セイコーエプソン株式会社 Terahertz wave generator, camera, imaging device, measuring device, and light source device
JP2013104804A (en) * 2011-11-15 2013-05-30 Seiko Epson Corp Semiconductor short pulse generating device, terahertz-wave generating device, camera, imaging device, and measuring device

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