JP2804838B2 - 波長可変半導体レーザ - Google Patents
波長可変半導体レーザInfo
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- JP2804838B2 JP2804838B2 JP2270522A JP27052290A JP2804838B2 JP 2804838 B2 JP2804838 B2 JP 2804838B2 JP 2270522 A JP2270522 A JP 2270522A JP 27052290 A JP27052290 A JP 27052290A JP 2804838 B2 JP2804838 B2 JP 2804838B2
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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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、広い波長範囲にわたり発振波長が可変で、
かつ狭発振線幅特性が得られる波長可変の半導体レーザ
に関するものである。
かつ狭発振線幅特性が得られる波長可変の半導体レーザ
に関するものである。
（従来技術） 従来の発振波長のチューナブル化と発振線幅の低減を
目指した波長可変半導体レーザとして、第３図に示すよ
うな三電極の共振器DFB半導体レーザが検討され、最大
連続可変幅1.9nm、最小線幅550kHzが報告されている
（「TUNABLE NARROW−LINEWIDTH AND HIGH−POWER λ/4
−SHIFTED DFB LASER」 ELECTRONICS LETTERS 20th Ju
ly 1989 Vol. 25 No.15,pp990〜992）。
目指した波長可変半導体レーザとして、第３図に示すよ
うな三電極の共振器DFB半導体レーザが検討され、最大
連続可変幅1.9nm、最小線幅550kHzが報告されている
（「TUNABLE NARROW−LINEWIDTH AND HIGH−POWER λ/4
−SHIFTED DFB LASER」 ELECTRONICS LETTERS 20th Ju
ly 1989 Vol. 25 No.15,pp990〜992）。
この構造は、中央部に流れる電流Icと両端に流れる電
流Isの比を制御することにより、ホールバーニング効果
を制御して、閾値キャリア密度を変化させることにより
波長可変を実現している。
流Isの比を制御することにより、ホールバーニング効果
を制御して、閾値キャリア密度を変化させることにより
波長可変を実現している。
（発明が解決しようとする課題） 従来の伝送方式に比べ、中継器間隔の長延化や回線容
量の増大が期待できるコヒーレント伝送方式において
は、送信側の光源及び受信側の局部発振器としての光源
の発振線幅が狭いこと及び発振波長が可変であることが
不可欠であり、波長が変化しても発振線幅が狭いままで
あることが要求される。
量の増大が期待できるコヒーレント伝送方式において
は、送信側の光源及び受信側の局部発振器としての光源
の発振線幅が狭いこと及び発振波長が可変であることが
不可欠であり、波長が変化しても発振線幅が狭いままで
あることが要求される。
しかし従来技術の第３図に示すような中央部分のホー
ルバーニング効果を制御して動作させる波長可変半導体
レーザにおいては、ホールバーニング効果の抑制による
キャリア密度の変化量に限界があるので、波長可変の範
囲は求めるほど広くはならない。また、波長可変の範囲
をその限界近くまで大きくする為には、中央部と両端部
の電流比を大きく変化させる必要がある。しかし中央部
と両端部の電流比を大きく変化させると、レーザ内部の
キャリア密度や屈折率分布が光の進行方向に沿ってかな
り不均一になり、発振線幅が広くなる。従って、必要か
つ十分に、大きな波長可変幅を有し、しかも狭い発振線
幅を有する波長可変半導体レーザを得ることができな
い。
ルバーニング効果を制御して動作させる波長可変半導体
レーザにおいては、ホールバーニング効果の抑制による
キャリア密度の変化量に限界があるので、波長可変の範
囲は求めるほど広くはならない。また、波長可変の範囲
をその限界近くまで大きくする為には、中央部と両端部
の電流比を大きく変化させる必要がある。しかし中央部
と両端部の電流比を大きく変化させると、レーザ内部の
キャリア密度や屈折率分布が光の進行方向に沿ってかな
り不均一になり、発振線幅が広くなる。従って、必要か
つ十分に、大きな波長可変幅を有し、しかも狭い発振線
幅を有する波長可変半導体レーザを得ることができな
い。
本発明は、従来のものより大きな波長可変幅を有し、
かつ狭い発振線幅を有する波長可変半導体レーザの提供
を目的とする。
かつ狭い発振線幅を有する波長可変半導体レーザの提供
を目的とする。
（課題を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明の波長可変半導体
レーザは、活性層もしくは該活性層に近接する層のうち
少なくとも一方に光の進行方向に沿って周期的な凹凸を
有する回折格子が形成された分布帰還形半導体レーザに
おいて、片面の該電極が共振器方向に４個以上に分離さ
れ、該電極は隣接しないものどうしが電気的に接続され
２つの電極グループを構成し、第一の該電極グループに
対応する第一の領域の総領域長が第二の該電極グループ
に対応する第二の領域の総領域長よりも大となってお
り、該第一の電極グループへの電流注入の変化で該第一
の領域の屈折率変化を生じさせて発振波長を可変させる
と共に、該第二の電極グループへの電流注入の変化で第
二の領域の利得を調整することにより、一定の出力でか
つ波長の可変な単一波長の発振出力光を取り出すように
構成されている。
レーザは、活性層もしくは該活性層に近接する層のうち
少なくとも一方に光の進行方向に沿って周期的な凹凸を
有する回折格子が形成された分布帰還形半導体レーザに
おいて、片面の該電極が共振器方向に４個以上に分離さ
れ、該電極は隣接しないものどうしが電気的に接続され
２つの電極グループを構成し、第一の該電極グループに
対応する第一の領域の総領域長が第二の該電極グループ
に対応する第二の領域の総領域長よりも大となってお
り、該第一の電極グループへの電流注入の変化で該第一
の領域の屈折率変化を生じさせて発振波長を可変させる
と共に、該第二の電極グループへの電流注入の変化で第
二の領域の利得を調整することにより、一定の出力でか
つ波長の可変な単一波長の発振出力光を取り出すように
構成されている。
すなわち、本発明では、高速変調時においても良好な
単一波長発振特性が期待できる分布帰還形半導体レーザ
（DFBレーザ）において、電流注入のための電極が共振
器方向に４個以上の複数に分けられ、該電極は隣接しな
いもの同士が電気的に接続され２つの電極グループを構
成し、各電極の対応する領域の活性層への電流注入をそ
れぞれの電極で行えるようにしてある。これらの領域
は、二つの電極グループに対応して波長調整領域と利得
調整領域という二つのグループに分けられ、両領域は交
互に配列されている。このとき波長調整領域の総領域長
が利得調整領域よりも大きくなるように各電極・各領域
長が設定されている。波長調整領域と利得調整領域の総
領域長の比は5:1から5:4が適当である。波長調整領域へ
の注入電流の変化で同領域の屈折率変化を生じさせて発
振波長を可変させると共に、利得調整領域への注入電流
を調整して全体の利得を一定に保つことにより、一定の
出力で且つ波長可変の単一波長発振出力光を得ることが
できる。
単一波長発振特性が期待できる分布帰還形半導体レーザ
（DFBレーザ）において、電流注入のための電極が共振
器方向に４個以上の複数に分けられ、該電極は隣接しな
いもの同士が電気的に接続され２つの電極グループを構
成し、各電極の対応する領域の活性層への電流注入をそ
れぞれの電極で行えるようにしてある。これらの領域
は、二つの電極グループに対応して波長調整領域と利得
調整領域という二つのグループに分けられ、両領域は交
互に配列されている。このとき波長調整領域の総領域長
が利得調整領域よりも大きくなるように各電極・各領域
長が設定されている。波長調整領域と利得調整領域の総
領域長の比は5:1から5:4が適当である。波長調整領域へ
の注入電流の変化で同領域の屈折率変化を生じさせて発
振波長を可変させると共に、利得調整領域への注入電流
を調整して全体の利得を一定に保つことにより、一定の
出力で且つ波長可変の単一波長発振出力光を得ることが
できる。
（作用） DFBレーザに均一に電流を注入したとき、回折格子の
周期をΛ、発光層の屈折率をｎとすると、λ０＝２Λｎ
で与えられる発振波長λ０の出力光が得られる。屈折率
ｎはプラズマ効果を用いて発光層内部のキャリア密度に
応じて変化させることができるので、この変化に伴って
発振波長が変化することがわかる。
周期をΛ、発光層の屈折率をｎとすると、λ０＝２Λｎ
で与えられる発振波長λ０の出力光が得られる。屈折率
ｎはプラズマ効果を用いて発光層内部のキャリア密度に
応じて変化させることができるので、この変化に伴って
発振波長が変化することがわかる。
前述の構造において、波長調整領域に注入する電流を
変化させ、該領域の屈折率をｎ′にした時、利得調整領
域より波長調整領域の領域長を長くしているため、波長
調整領域の屈折率変化が全体の発振波長を支配すること
になり、発振波長はλ′＝２Λｎ′で与えられる波長
λ′に変化する。一方、出力光強度もこれに伴って変化
するが、利得調整域への注入電流を波長調整領域の電流
の増減に対して逆方向に変化させて調整することによ
り、全体の利得を一定に保つことができる。
変化させ、該領域の屈折率をｎ′にした時、利得調整領
域より波長調整領域の領域長を長くしているため、波長
調整領域の屈折率変化が全体の発振波長を支配すること
になり、発振波長はλ′＝２Λｎ′で与えられる波長
λ′に変化する。一方、出力光強度もこれに伴って変化
するが、利得調整域への注入電流を波長調整領域の電流
の増減に対して逆方向に変化させて調整することによ
り、全体の利得を一定に保つことができる。
更に波長調整領域と利得調整領域は、レーザの共振器
全体にわたって分散して配置されているため、発振波長
の変化に対しても共振器内の屈折率，利得などのパラメ
ータの不均一が効果的に抑圧されているため、発振線幅
の劣化がより少ない。
全体にわたって分散して配置されているため、発振波長
の変化に対しても共振器内の屈折率，利得などのパラメ
ータの不均一が効果的に抑圧されているため、発振線幅
の劣化がより少ない。
（実施例１） 本発明による第１の実施例を第１図に示す。第１図に
おいて１はｎ型InP基板、２はｎ型InGaAsP導波層、３は
InGaAsP活性層、４はInGaAsPバッファ層、５は中央部に
４分の１波長位相シフト６を持つ回折格子である。活性
層３は光の進行方向に沿って５つの領域7,8,9,10,11に
分離され、各領域には電極12,13,14,15,16が形成されて
いる。電極12,14,16は電気的に相互に接続され第１の電
極グループを構成し、電極13,15は電気的に相互に接続
されて第２の電極グループを構成している。領域7,8,9,
10,11の長さはそれぞれ225μm,100μm,150μm,100μm,2
25μｍで、総共振器長は800μｍである。17,18,19,20,
は各領域7,8,9,10,11を順次電気的に分離するための高
抵抗領域であり、プロトンの打ち込み等で実現すること
ができる。21はｎ側の電極である。また両端面近傍に
は、端面からの反射を防ぐために、窓構造22,23をそれ
ぞれ設けている。
おいて１はｎ型InP基板、２はｎ型InGaAsP導波層、３は
InGaAsP活性層、４はInGaAsPバッファ層、５は中央部に
４分の１波長位相シフト６を持つ回折格子である。活性
層３は光の進行方向に沿って５つの領域7,8,9,10,11に
分離され、各領域には電極12,13,14,15,16が形成されて
いる。電極12,14,16は電気的に相互に接続され第１の電
極グループを構成し、電極13,15は電気的に相互に接続
されて第２の電極グループを構成している。領域7,8,9,
10,11の長さはそれぞれ225μm,100μm,150μm,100μm,2
25μｍで、総共振器長は800μｍである。17,18,19,20,
は各領域7,8,9,10,11を順次電気的に分離するための高
抵抗領域であり、プロトンの打ち込み等で実現すること
ができる。21はｎ側の電極である。また両端面近傍に
は、端面からの反射を防ぐために、窓構造22,23をそれ
ぞれ設けている。
本実施例では、領域7,9,11を波長調整領域、領域8,10
を利得調整領域とした。両領域長の比はおよそ3:1であ
る。前述したように、波長調整領域に注入する電流I1の
変化で発振波長を変化させ、利得調整領域への注入電流
I2を調整することにより全体の利得を一定に保つことが
できる。
を利得調整領域とした。両領域長の比はおよそ3:1であ
る。前述したように、波長調整領域に注入する電流I1の
変化で発振波長を変化させ、利得調整領域への注入電流
I2を調整することにより全体の利得を一定に保つことが
できる。
（実施例２） 本発明による第２の実施例を第２図に示す。本実施例
は利得調整領域に回折格子がないことを除いて実施例１
と同一の構造であり、波長可変、利得調整のメカニズム
も実施例１と同様である。利得調整のために利得調整領
域の注入電流を変化させた時、該領域の屈折率も変化す
るが、本構造では該領域に回折格子がないため、該屈折
率変化が発振波長に対して擾乱を与えない。従って、よ
り安定な単一波長動作及び大きな波長可変域を期待する
ことができる。
は利得調整領域に回折格子がないことを除いて実施例１
と同一の構造であり、波長可変、利得調整のメカニズム
も実施例１と同様である。利得調整のために利得調整領
域の注入電流を変化させた時、該領域の屈折率も変化す
るが、本構造では該領域に回折格子がないため、該屈折
率変化が発振波長に対して擾乱を与えない。従って、よ
り安定な単一波長動作及び大きな波長可変域を期待する
ことができる。
また、発振波長をλから大きくずらせれば注入電流量
のアンバランスが大きくなるが、共振器内の屈折率等の
パラメータがより均質化するように、例えば一領域当た
りの長さを更に小さくし領域数を増やす等の構造をとれ
ば、実効的な共振器長をほぼ一定とすることができるた
め、発振線幅の劣化を防ぐことができる。従って、上記
実施例では、電極（領域）数が５個の場合について示し
たが、少なくとも４個以上、更に多ければ多いほど、屈
折率や利得などのパラメータの共振器内均質性は向上す
るため、より効果的である。
のアンバランスが大きくなるが、共振器内の屈折率等の
パラメータがより均質化するように、例えば一領域当た
りの長さを更に小さくし領域数を増やす等の構造をとれ
ば、実効的な共振器長をほぼ一定とすることができるた
め、発振線幅の劣化を防ぐことができる。従って、上記
実施例では、電極（領域）数が５個の場合について示し
たが、少なくとも４個以上、更に多ければ多いほど、屈
折率や利得などのパラメータの共振器内均質性は向上す
るため、より効果的である。
発振線幅をより狭くしたい場合は、全体の共振器長を
更に長くすれば良い。
更に長くすれば良い。
また、MQW等の量子効果を発光層に導入することによ
り、線幅の狭いデバイスが得られる。
り、線幅の狭いデバイスが得られる。
尚、以上の実施例では特に触れなかったが、光導波構
造については、埋め込み構造を始め、あらゆる導波構造
が適用可能である。また、半導体材料については、上述
の説明に用いたInGaAsP/InP系の他、InAlGaAs/InP系、A
lGaAs/GaAs系等の他の半導体材料にも適用することがで
きる。
造については、埋め込み構造を始め、あらゆる導波構造
が適用可能である。また、半導体材料については、上述
の説明に用いたInGaAsP/InP系の他、InAlGaAs/InP系、A
lGaAs/GaAs系等の他の半導体材料にも適用することがで
きる。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、発振波長を波長
飛びがなく連続的に変化することができ、波長可変幅が
広く、波長可変域全体にわたって一様に線幅の狭い、単
一波長光源として用いられる半導体レーザを実現するこ
とができる。
飛びがなく連続的に変化することができ、波長可変幅が
広く、波長可変域全体にわたって一様に線幅の狭い、単
一波長光源として用いられる半導体レーザを実現するこ
とができる。
請求項１の波長可変半導体レーザでは、理論計算によ
ると5nm以上の連続波長可変と、５百kHz程度以下の発振
線幅が得られることを期待することができる。
ると5nm以上の連続波長可変と、５百kHz程度以下の発振
線幅が得られることを期待することができる。
また、請求項２の波長可変半導体レーザは、より安定
な単一波長動作及びより大きな波長可変域が期待でき
る。
な単一波長動作及びより大きな波長可変域が期待でき
る。
本発明による半導体レーザは、コヒーレント伝送、そ
の他光計測用光源として極めて有望であり、その効果は
極めて大きい。
の他光計測用光源として極めて有望であり、その効果は
極めて大きい。
第１図は本発明による実施例１の半導体レーザの断面
図、第２図は本発明による実施例２の半導体レーザの断
面図、第３図は従来の狭線幅波長可変半導体レーザの断
面図である。 １……ｎ型InP基板、２……ｎ型InGaAsP導波層、３……
InGaAsP活性層、４……InGaAsPバッファ層、５……回折
格子、６……λ/4位相シフト、7,9,11……波長調整領
域、8,10……利得補償領域、12,13,14,15,16,21……電
極、17,18,19,20……高抵抗領域、22,23……窓領域。
図、第２図は本発明による実施例２の半導体レーザの断
面図、第３図は従来の狭線幅波長可変半導体レーザの断
面図である。 １……ｎ型InP基板、２……ｎ型InGaAsP導波層、３……
InGaAsP活性層、４……InGaAsPバッファ層、５……回折
格子、６……λ/4位相シフト、7,9,11……波長調整領
域、8,10……利得補償領域、12,13,14,15,16,21……電
極、17,18,19,20……高抵抗領域、22,23……窓領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−231390（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−181491（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−199487（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−14988（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−125992（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−114093（ＪＰ，Ａ) 電子情報通信学会春季全国大会 （1989）Ｃ−394 Ｐ．４−183 電子情報通信学会春季全国大会 （1989）Ｃ−402 Ｐ．４−191 電子情報通信学会秋季全国大会 （1990）Ｃ−99 Ｐ．４−141 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18
Claims (2)
- 【請求項１】活性層もしくは該活性層に近接する層のう
ち少なくとも一方に光の進行方向に沿って周期的な凹凸
を有する回折格子が形成された分布帰還形半導体レーザ
において、 片面の該電極が共振器方向に４個以上に分離され、該電
極は隣接しないものどうしが電気的に接続され２つの電
極グループを構成し、第１の該電極グループに対応する
第１の領域の総領域長が第二の該電極グループに対応す
る第二の領域の総領域長よりも大となっており、該第一
の電極グループへの電流注入の変化で該第一の領域の屈
折率変化を生じさせて発振波長を可変させると共に、該
第二の電極グループへの電流注入の変化で第二の領域の
利得を調整することにより、一定の出力でかつ波長の可
変な単一波長の発振出力光を取り出すように構成された
ことを特徴とする波長可変半導体レーザ。 - 【請求項２】前記第２の領域の活性層並びに活性層に近
接する層のいずれにも周期的な凹凸が形成されていない
ことを特徴とする請求項（１）記載の波長可変半導体レ
ーザ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2270522A JP2804838B2 (ja) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | 波長可変半導体レーザ |
| US07/770,170 US5187717A (en) | 1990-10-11 | 1991-10-02 | Tunable semiconductor laser |
| EP91309258A EP0480697B1 (en) | 1990-10-11 | 1991-10-09 | Tunable semiconductor laser |
| DE69102240T DE69102240T2 (de) | 1990-10-11 | 1991-10-09 | Abstimmbarer Halbleiterlaser. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2270522A JP2804838B2 (ja) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | 波長可変半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04147686A JPH04147686A (ja) | 1992-05-21 |
| JP2804838B2 true JP2804838B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=17487396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2270522A Expired - Fee Related JP2804838B2 (ja) | 1990-10-11 | 1990-10-11 | 波長可変半導体レーザ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5187717A (ja) |
| EP (1) | EP0480697B1 (ja) |
| JP (1) | JP2804838B2 (ja) |
| DE (1) | DE69102240T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007258592A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Fujitsu Ltd | 波長可変レーザ |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5247536A (en) * | 1990-07-25 | 1993-09-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser distributed feedback laser including mode interrupt means |
| US5325392A (en) * | 1992-03-06 | 1994-06-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Distributed reflector and wavelength-tunable semiconductor laser |
| DE4310578C2 (de) * | 1992-03-31 | 1997-11-20 | Toshiba Kawasaki Kk | Wellenlängenabstimmbarer Halbleiterlaser |
| DE4301830A1 (de) * | 1993-01-23 | 1994-07-28 | Ant Nachrichtentech | 3-Sektions-DFB-Halbleiterlaser mit erweitertem Wellenlängen-Durchstimmungsbereich |
| JP2770714B2 (ja) * | 1993-09-10 | 1998-07-02 | 日本電気株式会社 | 分布帰還型半導体レーザおよびその電流注入方法 |
| US6728290B1 (en) * | 2000-09-13 | 2004-04-27 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Current biased dual DBR grating semiconductor laser |
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