DE69023813T2 - Optisches System unter Verwendung eines Halbleiterlasers mit abstimmbarer Wellenlänge. - Google Patents

Optisches System unter Verwendung eines Halbleiterlasers mit abstimmbarer Wellenlänge.

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Description

    Hintergrund der Erfindung 1. Erfindungsgebiet
  • Die Erfindung betrifft allgemein optische Systeme, zum Beispiel faseroptische Kommunikationssysteme, die eine oder mehrere Halbleiterlaser mit abstimmbarer Wellenlänge enthalten.
  • 2. Stand der Technik
  • Halbleiterlaser mit abstimmbarer Wellenlänge werden als wünschenswert bei Verwendung in einer Anzahl unterschiedlicher Arten von optischen Systemen angesehen. Beispielsweise enthalten faseroptische Kommunikationssysteme mit Wellenlängenmultiplex (WDM - wavelength division multiplexing) notwendigerweise eine Mehrzahl von Lichtquellen, typischerweise Halbleiterlaser, die optische Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen abgeben. Zusätzlich ist vorgeschlagen worden, daß die Arbeitsplätze von über faseroptische Busse miteinander kommunizierenden Ortsnetzen (LAN - local area networks) Halbleiterlaser einsetzen, die Laserstrahlung mit unterschiedlicher Wellenlänge abgeben, wobei die unterschiedlichen Wellenlängen zur Kennzeichnung der Arbeitsplätze dienen. Die bei diesen optischen Systemen genutzten unterschiedlichen Wellenlängen können beispielsweise unter Verwendung von Halbleiterlasern mit Aktivschichten mit unterschiedlichen Materialzusammensetzungen erreicht werden. Die Herstellung solcher Laser führt jedoch unerwünschte Kompliziertheit in den Herstellungsvorgang ein. Demgegenüber wird eine solche Kompliziertheit durch Verwendung von Halbleiterlasern vermieden, die in der Zusammensetzung identisch sind, aber deren Wellenlänge abstimmbar ist, woraus sich der Wunsch nach abstimmbaren Lasern ergibt.
  • Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung (DFB - distributed feedback) und mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR - distributed Bragg reflector) sind in der Wellenlänge abstimmbar und daher bei den oben beschriebenen optischen Systemen nützlich. Der maximale berichtete Abstimmbereich von beispielsweise DBR-Halbleiterlasern beträgt jedoch nur 116 Ångström. (Siehe Bjorn Brobert et al., "Widely Tunable Bragg Reflector Integrated Lasers in InGaAsP-InP" [Weit abstimmbare integrierte Laser mit Bragg-Reflektor in InGaAsP-InP], Applied Physics Letters, 52(16), 18. April 1988, Seiten 1285-1287.) Die Anzahl von Signalen mit unterschiedlicher Wellenlänge, die in einem WDM-Optiksystem eingesetzt werden können, sowie die Anzahl von Arbeitsplätzen in einem Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen abgebenden LAN ist infolgedessen begrenzt. Man hat daher nach abstimmbaren Halbleiterlasern mit größeren Abstimmbereichen als 116 Ångström gesucht.
  • Ein neuer Halbleiterlaser, von dem man hoffte, daß er in seiner Wellenlänge abstimmbar sein würde, enthält eine Aktivschicht, die aus einem sogenannten Dotier-Supergitter besteht, das auch als n-i-p-i-Kristall bezeichnet wird. Das heißt, die Aktivschicht ist kristallförmig in ihrer Beschaffenheit und weist eine Zusammensetzung auf, die typischerweise Halbleitermaterial mit einer A&sub3;B&sub5;-Verbindung enthält, beispielsweise GaAs. Zusätzlich enthält die Aktivschicht periodisch beabstandete Lagen (Schichten) von n- und p- Dotiermittel mit Deltafunktions-ähnlichen Dotierprofilen (in der Richtung der Wachstumsachse der Aktivschicht), die durch Eigenhalbleitermaterial voneinander getrennt sind. Die Gegenwart der Dotiermittellagen erzeugt eine sägezahnförmige Modulation des mit dem Eigenhalbleitermaterial verbundenen Energiebänderdiagramms. (Hinsichtlich der Dotier-Supergitter sehe man beispielsweise G.H. Dohler, "Doping Superlattices ("n-i-p-i Crystals")" [Dotier-Supergitter ("n-i-p-i-Kristalle")], IEEE Journal of Quantum Electronics, Band QE-22, Nr. 9, September 1986, Seiten 1682-1694.)
  • Bedeutenderweise weisen Halbleiterlaser mit Dotier-Supergitter-Aktivschichten abstimmbare spontane Emission auf. Das heißt, wenn ein solcher Laser (gleichförmig) optisch oder elektrisch gepumpt wird auf Niveaus, die unter den zum Erreichen einer stimulierten Emission benötigten liegen, glaubt man, daß die im Eigenhalbleitermaterial der Aktivschicht erzeugten resultierenden Elektronen-Loch-Paare zum Sichten (Kompensieren) der Dotiermittel in den Dotiermittellagen dienen und als Ergebnis den Grad der durch die Dotiermittellagen erzeugten Bänderdiagramm-Modulation reduzieren. Darüberhinaus gilt, daß je größer die Intensität der Pumpanregung, desto größer die Sichtungswirkung. Infolgedessen wird durch Veränderung der Intensität der Pumpanregung leicht die Wellenlänge der spontanen Emission geändert. Auf diesem Gebiet arbeitende Techniker haben jedoch angegeben, daß bei den zum Erreichen einer stimulierten Emission benö-tigten Schwellwerten die Dichte von Elektronen-Loch-Paaren so hoch wird, daß die von den Dotiermittellagen erzeugte Bänderdiagramm-Modulation vollständig eliminiert wird, d.h. die Valenz- und Leitungsbänder vollständig flach sind. Es ist daraus geschlossen worden, daß die Wellenlänge der stimulierten Emission nicht abstimmbar ist. (Siehe E.F. Schubert et al., "GaAs Sawtooth Super-lattice Laser Emitting at Wavelengths λ > 0.9 um" [GaAs-Sägezahn-Supergitter-Laser mit Emission bei Wellenlängen λ > 0,9 um), Applied Physics Letters, 47(3), 1. August 1985, Seiten 219-221; und B.A. Vojak et al., "Photopumped Laser Operation of GaAs Doping Superlattices" [Lichtge-pumpter Laserbetrieb von GaAs- Dotier-Supergittern], Applied Physics Letters, Band 48, Nr. 3, 20. Januar 1986, Seiten 251-253.)
  • Diejenigen, die sich mit der Entwicklung von optischen Systemen mit in der Wellenlänge abstimmbaren Halbleiterlasern beschäftigen, haben daher bislang erfolglos nach abstimmbaren Halbleiterlasern mit einem größeren Wellenlängenabstimmbereich als 116 Ångström (11,6 nm) gesucht.
  • Darstellung der Erfindung
  • Im Anspruch 1 ist ein erfindungsgemäßes optisches System dargelegt.
  • Zu der Erfindung gehört der Befund, daß Halbleiterlaser, die Dotier-Supergitter-Aktivschichten enthalten, leicht durch nichtgleichförmiges optisches und/oder elektrisches Pumpen dieser Laser abstimmbar sind. Das heißt, während des Pumpens sollte mindestens ein Gebiet der Aktivschicht eines solchen Lasers mit einem Volumenanteil von mindestens zehn Prozent, aber nicht mehr als neunzig Prozent dessen der Aktivschicht auf ein durchschnittliches Anregungsniveau gepumpt werden, das unter dem zum Erreichen einer stimulierten Emission im Gebiet benötigten liegt. (In diese Kategorie fällt ein Gebiet, das überhaupt nicht gepumpt wird.) Im Gegensatz dazu sollte ein anderes Gebiet der Aktivschicht, ebenfalls mit einem Volumenanteil von mindestens zehn Prozent dessen der Aktivschicht, auf ein durchschnittliches Anregungsniveau gepumpt werden, das mindestens zehn Prozent höher als das obige Anregungsniveau liegt und hoch genug ist, um zur Erzeugung von Laserstrahlung ausreichende stimulierte Emission zu erreichen. (Verschiedene Kombinationen von Gebieten, die relativ hohen und relativ niedrigen durch-schnittlichen Anregungsniveaus ausgesetzt sind, d.h. miteinander verzahnte derartige Gebiete sind ebenfalls nützlich.) Bedeutenderweise läßt sich die Wellenlänge des abgegebenen Laserlichts leicht durch Verändern des Volumens des (der) relativ niedrigen durchschnittlichen Anregungsniveaus ausgesetzten Gebiets (bzw. Gebiete) (wobei das Gesamtvolumen des Gebiets bzw. der Gebiete durch die oben angegebenen Volumenanteilgrenzen beschränkt ist) und/oder durch Verändern dieser relativ niedrigen durchschnittlichen Anregüngsniveaus und durch entsprechendes Verändern der an die anderen Gebiete angelegten Pumpintensitäten verändern.
  • Die Erklärung ist, daß je größer das Volumen des Gebiets (bzw. der Gebiete), das (die) einem relativ niedrigen Anregungsniveau ausgesetzt ist (bzw. sind), und/oder je niedriger die Höhe des relativ niedrigen Anregungsniveaus, desto höher die Pumpintensität, die zum Erreichen einer Laserabstrahlung an das andere Gebiet (bzw. die anderen Gebiete) angelegt werden muß, und umgekehrt. Anders gesagt, je größer das Volumen des vorigen Gebiets (bzw. der vorigen Gebiete) und/oder je niedriger die Höhe des relativ niedrigen Anregungsniveaus, desto höher die Schwellenanzahldichte von Elektronen-Loch-Paaren, die zum Erreichen einer Laserabstrahlung in dem letzteren Gebiet (bzw. den letzteren Gebieten) gebildet werden müssen oder darin eingekoppelt werden müssen. Diese Elektronen-Loch-Paare dienen jedoch zum Sichten der Dotiermittel in den Dotierlagen und reduzieren damit den Grad der durch die Dotierlagen erzeugten Bänderdiagramm-Modulation. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die von der Schwellenanzahldichte von Elektronen-Loch-Paaren nach der vorliegenden Erfindung erzeugte Sichtungshöhe im allgemeinen keine vollständige Abflachung der Valenz- und Leitungsbänder bewirkt. Abstimmbarkeit ist infolgedessen leicht erreichbar.
  • Bedeutenderweise hat sich im Fall eines Halbleiterlasers mit einer Dotier-Supergitter-Aktivschicht, bei dem das Eigenhalbleitermaterial GaAs ist und die n- und p-Dotiermittel in den Dotiermittellagen Silizium bzw. Beryllium sind, herausgestellt, daß nichtgleichförmiges Pumpen Abstimmbarkeit über einen größeren Wellenlängenbereich als 116 Ångström und sogar mehr als 200 Ångström und sogar so groß wie 250 Ångström erlaubt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
  • Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt/zeigen:
  • Figuren 1 und 2 schematisch ein optisches WDM- System bzw. ein LAN nach der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 3 eine perspektivische Zeichnung eines Halbleiterlasers mit einer Dotier-Supergitter-Aktivschicht nach der vorliegenden Erfindung und Skizzen des (idealisierten) Dotierprofils entlang der Wachstumsachse Z der Aktivschicht und das entsprechende Bänderdiagramm;
  • Figur 4 ein Verfahren zum Erreichen eines nichtgleichförmigen optischen Pumpens des in der Figur 3 gezeigten Halbleiterlasers;
  • Figur 5 ein Verfahren zum Erreichen eines nichtgleichförmigen elektrischen Pumpens des in der Figur 3 dargestellten Halbleiterlasers.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die Erfindung umfaßt optische Systeme, z. B. faseroptische Kommunikationssysteme, die jeweils mindestens eine bestimmte Art eines unten beschriebenen, in der Wellenlänge abstimmbaren Halbleiterlasers und mindestens einen der optischen Kommunikation mit dem Laser fähigen Photodetektor enthält. Zusätzlich umfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Übermitteln von Informationen über das erfindungsgemäße optische System, wobei dieses Verfahren ein Verfahren zum Abstimmen des Lasers enthält.
  • Bezugnehmend auf Figur 1 ist ein optisches Kommunikationssystem nach der vorliegenden Erfindung ein WDM- System 10 mit zwei oder mehr räumlich beabstandeten (unten beschriebenen) in der Wellenlänge abstimmbaren Halbleiterlasern 20, die im Betrieb Laserstrahlung mit Wellenlängen λ&sub1; bzw. λ&sub2; abgeben. Das System 10 enthält auch zwei oder mehr Glasfasern 30 und einen Multiplexer 40, wobei die Fasern 30 zur Ubermittlung der von den Lasern 20 abgegebenen Laserstrahlen zum Multiplexer 40 dienen, der die Laserstrahlen räumlich kombiniert. Das System 10 enthält weiterhin eine Glasfaser 50, die die räumlich kombinierten Laserstrahlen zu einem Demultiplexer 60 übermittelt, der die beiden Laserstrahlen räumlich trennt. Glasfasern 70 dienen zur Übermittlung der räumlich getrennten Laserstrahlen zu Photodetektoren 80.
  • Bezugnehmend auf Figur 2 ist ein zweites optisches Kommunikationssystem nach der vorliegenden Erfindung ein LAN 100 mit zwei oder mehr Arbeitsplätzen 110 und 140, z.B. zwei oder mehr Computern oder Computer Terminals, die miteinander über einen Glasfaserbus 150 verkehren. Jeder Arbeitsplatz enthält einen in der Wellenlänge abstimmbaren Halbleiterlaser 20, der im Betrieb Laserstrahlung mit einer eindeutigen, den Arbeitsplatz kennzeichnenden Wellenlänge, z.B. λ&sub1; oder λ&sub2; abgibt. Jeder Arbeitsplatz enthält auch einen Optikkoppler 120, der zum Einkoppeln mindestens eines Teils der vom entsprechenden Laser abgegebenen Laserstrahlung in den Glasfaserbus 150 dient. Jeder Arbeitsplatz enthält weiterhin einen zweiten Optikkoppler 130 und einen Photodetektor 80, wobei der Koppler 130 sowohl zum Auskoppeln der Laserstrahlung aus dem Glasfaserbus und zum Übermitteln derselben zum Detektor 80 dient.
  • Bezugnehmend auf Figur 3 enthält der in den erfindungsgemäßen optischen Systemen eingesetzte, in der Wellenlänge abstimmbare Halbleiterlaser 20 eine Dotier- Supergitter-Aktivschicht 180, die vorzugsweise zwischen die Schichten 170 und 190 mit niedrigerer Brechzahl zwischengeschichtet ist, die alle auf einem Substrat 160, z.B. einem halbisolierenden Substrat 160 gezüchtet wurden. (Auf Grund ihrer relativ hohen Brechzahl im Vergleich zu der der Schichten 170 und 190 ist das Licht auf die Aktivschicht 180 begrenzt und wird von ihr geführt.) Die den Laser bildenden Schichten werden leicht unter Verwendung gebräuchlicher Verfahren wie beispielsweise Molekularstrahlepitaxie- (MBE - molecular beam epitaxy) oder metallorganische chemische Aufdampfungs(MOCVD - metal organic chemical vapor deposition) Verfahren auf dem Substrat 160 epitaxial gezüchtet. Nach ihrem Wachstum werden die Schichten gespaltet, um die spiegelgleichen Endflächen 200 und 210 zu bilden, die von wesentlicher Bedeutung für die richtige Funktionsweise des Lasers sind.
  • Das Eigenhalbleitermaterial der Aktivschicht 180 weist eine Zusammensetzung auf, die Halbleitermaterial mit einer A&sub3;B&sub5;-Verbindung enthält. Um epitaxiales Wachstum zu erreichen, enthalten die Zusammensetzungen der Schichten 170 und 190 und auch die des Substrats 160 derartiges Material. Wenn beispielsweise die Zusammensetzung der Schicht 180 GaAs enthält, dann enthalten, um epitaxiales Wachstum und eine verringerte Brechzahl zu erreichen, die Zusammensetzungen der Schichten 170 und 190 beispielsweise AlxGa1-xAs (0,1 ≤ x ≤ 1,0) und die des Substrats 160 enthält GaAs. Andererseits enthalten, wenn die Zusam-mensetzung der Schicht 180 InP enthält, diejenigen der Schichten 170 und 190 beispielsweise GayIn1-yAs (wobei y beispielsweise 0,47 beträgt) und die des Substrats 160 enthält InP.
  • Die Stärke der Dotier-Supergitter-Aktivschicht 180 reicht von ca. 20 Nanometern (nm) bis ca. 500 nm. Geringere Stärken als ca. 20 nm sind unerwünscht, da diese Stärken es schwierig machen, mindestens eine Lage von n-Dotiermittel und mindestens eine Lage von p-Dotiermittel in die Aktivschicht einzubauen, was für die richtige Funktionsweise des Lasers 20 von wesentlicher Bedeutung ist (wie noch ausführlicher unten besprochen wird). Größere Stärken als ca. 500 nm, obwohl nicht ausgeschlossen, sind unerwünscht, da diese Stärken relativ niedrige Photonendichten in der Aktivschicht ergeben und daher es notwendig machen, relativ hohe Pumpintensitäten zu benutzen, um Laserstrahlung zu erreichen.
  • Wenn beispielsweise das Eigenhalbleitermaterial der Dotier-Supergitter-Aktivschicht 180 GaAs enthält, dann gehören zu n-Dotiermitteln, die in den n-Dotiermittellagen nützlich sind, Si, Sn und Te. Zu den in den p- Dotiermittellagen nützlichen p-Dotiermitteln gehören Be, Zn, Cd und C.
  • Die Dotiermittellagen der Aktivschicht 180 werden selbstverständlich während des Wachstumsvorgangs in die Aktivschicht eingebaut. Das sich ergebende Dotierprofil in der Aktivschicht entlang der Wachstumsachse Z der Aktivschicht ist in Figur 3 auf idealisierte Weise dargestellt, wobei ND und NA die numerische Dichte von Donatorionen bzw. Akzeptorionen bezeichnen. Die durch die Gegenwart der Dotiermittellagen erzeugte entsprechende Bänderdiagramm-Modulation ist ebenfalls in der Figur dargestellt.
  • Wie aus der Figur 3 ersichtlich ist, erzeugt die Gegenwart der Dotiermittellagen eine sägezahnförmige Modulation des Bänderdiagramms, und es ist diese Modulation, die die Abstimmbarkeit möglich macht. Das heißt, während des unten beschriebenen nichtgleichförmigen Pumpens werden die resultierenden Elektronen, die in der Aktivschicht gebildet werden oder in diese eingekoppelt werden, in den durch die Täler im (modulierten) Leitungsband gebildeten Quantenmulden eingefangen. Zusätzlich werden die Löcher, die in der Aktivschicht gebildet oder in diese eingekoppelt werden, in den von den Spitzen im (modulierten) Valenzband gebildeten Quantenmulden eingefangen. Bedeutsamerweise ist der Energieabstand zwischen den von diesen Elektronen und Löchern belegten Energieniveaus geringer als der Bandabstand. Infolgedessen ist, wenn diese Elektronen und Löcher stimulierte Rekombination erfahren, die Wellenlänge der sich ergebenden stimulierten Emission länger als die mit dem Bandabstand verbundene. Durch Verringern des Grades an Bänderdiagramm-Modulation (was durch Erhöhen der numerischen Dichte von in der Aktivschicht gebildeten oder in diese eingekoppelten Elektronen-Loch-Paaren erreicht wird) wird die Wellenlänge der stimulierten Emission ebenfalls verringert.
  • Um mindestens ein "Tal" im Leitungsband und mindestens eine "Spitze" im Valenzband zu erreichen, sollte die Aktivschicht 180 mindestens eine n-Dotiermittellage und mindestens eine p-Dotiermittellage enthalten. Andererseits enthält die Aktivschicht 180 vorzugsweise nicht mehr als zwanzig Paare von n- und p-Dotiermittellagen, da eine größere Anzahl solcher Paare unerwünscht kleine "Täler" und "Spitzen" in den Leitungs- und Valenzbändern erzeugt.
  • Nach der Figur 3 sind die Dotiermittellagen als mit unendlich geringen Stärken als Idealzustand dargestellt. In Wirklichkeit weisen die Lagen endliche Stärken auf und die Dotierprofile sind typischerweise Gaußscher Form. In dieser Hinsicht betragen die Halbwertsbreiten dieser Gaußschen Verteilungen typischerweise 1-2 nm. Darüberhinaus wird der mittlere Abstand d zwischen Dotiermittelionen in einer Dotiermittellage annähernd durch
  • d=1/ [N2d],
  • gegeben, wobei N2d die Anzahl von Dotiermittelionen pro Bereichseinheit in den mittleren Ebenen der Gaußschen Verteilungen bedeutet. Bedeutsamerweise hat sich herausgestellt, daß N2d gleich oder größer als 10¹² cm&supmin;² sein sollte. Werte von N2d von weniger als ca. 10¹² cm&supmin;² sind unerwünscht, da sie eine unerwünscht geringe Modulation der Valenz- und Leitungsbänder ergeben. Infolgedessen ist d notwendigerweise gleich oder weniger als ca. 10 nm.
  • Um die in der Figur 3 dargestellte sägezahnförmige Modulation des Bänderdiagramms zu erreichen, sollte der Abstand ds zwischen den mittleren Ebenen benachbarter Dotiermittellagen größer als d und damit beispielsweise größer als ca. 10 nm sein. Werte von ds von weniger als ca. 10 nm sind weniger wünschenswert, da sie relativ schwache, sich gleichmäßig ändernde sinusförmige Modulationen des Bänderdiagramms ergeben, die im allgemeinen eine Abstimmbarkeit ausschließen.
  • Der periodische Abstand zwischen den n-Dotiermittellagen und zwischen den p-Dotiermittellagen reicht von ca. 20 nm bis ca. 100 nm. periodische Abstände von weniger als ca. 20 nm bedeuten, daß der Abstand ds zwischen benachbarten n- und p-Dotiermittellagen weniger als ca. 10 nm beträgt, was aus den obigen Gründen unerwünscht ist. Periodische Abstände von größer als ca. 100 nm sind unerwünscht, da die Entfernung zwischen benachbarten Quantenmulden (den "Tälern" und "Spitzen") für Elektronen und Löcher unerwünscht groß ist, woraus sich ein unerwünscht niedriger Rekombinationswirkungsgrad ergibt.
  • Wie oben besprochen hat sich herausgestellt, daß der Halbleiterlaser 20 leicht durch nichtgleichförmiges, optisches und/oder elektrisches Pumpen des Lasers abstimmbar ist. Um das erfindungsgemäße nichtgleichförmige Pumpen zu erreichen, sollte mindestens ein Gebiet der Aktivschicht 180 des Lasers 20, das ein Volumen aufweist, das mindestens zehn Prozent dessen der Aktivschicht beträgt, auf ein Durchschnitts-Anregungsniveau (über das Volumen des Gebiets gemittelt) gepumpt werden, was unterhalb dessen liegt, was zum Erreichen einer stimulierten Emission in diesem Gebiet benötigt wird. (In diese Kategorie fällt ein Gebiet, das überhaupt nicht gepumpt wird). Das Volumen dieses Gebiets sollte nicht mehr als ca. neunzig Prozent dessen der Aktivschicht betragen, da sonst die an den Rest der Aktivschicht anzulegende Pumpanregung sinnlos groß wird.
  • Nichtgleichförmiges Pumpen bedeutet auch, daß mindestens ein anderes Gebiet der Aktivschicht 180, das ebenfalls ein Volumen aufweist, das mindestens zehn Prozent dessen der Aktivschicht beträgt, auf ein Durchschnitts-Anregungsniveau gepumpt werden sollte, das mindestens zehn Prozent höher ist als das obige Anregungsniveau und hoch genug ist, um für Laserstrahlung ausreichende stimu-lierte Emission zu erreichen.
  • Es ist zu bemerken, daß zu dem erfindungsgemäßen nichtgleichförmigen Pumpen auch gehört, drei oder mehr Gebiete der Aktivschicht mehreren Kombinationen von Durchschnitts-Anregungsniveaus auszusetzen, z.B. relativ niedrigen, gefolgt von relativ hohen, gefolgt von relativ niedrigen Anregungsniveaus oder relativ hohen, gefolgt von relativ niedrigen, gefolgt von relativ hohen Anregungsniveaus. Die einzige Beschränkung dieser verschiedenen Kombinationen ist, daß das Gesamtvolumen der einem relativ niedrigen Anregungsniveau ausgesetzten Gebiete innerhalb der oben angegebenen Grenzen fällt, und daß das Gesamtvolumen der einem relativ hohen Anregungsniveau ausgesetzten Gebiete der oben gegebenen Bedingung entspricht.
  • Das oben beschriebene nichtgleichförmige Pumpen wird leicht dadurch erreicht, indem beispielsweise der Laser 20 mit einem Lichtstrahl mit einer Gaußschen Intensitätsverteilung gepumpt wird und die Strahlmitte von der Lasermitte wie in Figur 4 dargestellt versetzt wird. Als Folge dessen werden zwei Gebiete definiert, von denen eines einem relativ niedrigen Durchschnitts-Anregungsniveau ausgesetzt ist und von denen das andere einem relativ hohen Durchschnitts-Anregungsniveau ausgesetzt ist. Als Alternative wird nichtgleichförmiges Pumpen beispielsweise dadurch erreicht, daß das Substrat 160 (siehe Figur 5) so ausgebildet ist, daß es eine n&spplus;- Leitfähigkeit aufweist, die Schicht 170 mit einer n- Leitfähigkeit ausgebildet ist, die Schicht 190 mit einer p-Leitfähigkeit ausgebildet ist und eine Zusatzschicht 220 (aus A&sub3;B&sub5;-Verbindungs-Halbleitermaterial) mit p- Leitfähigkeit auf der Schicht 190 gezüchtet wird. Dann wird durch Bilden von zwei (oder mehr) elektrischen Kontakten 230 und 240 auf der Oberfläche der Schicht 220 sowie eines elektrischen Kontakts 250 auf der unteren Oberfläche des Substrats 160 eine relativ niedrige Strommenge leicht durch beispielsweise den Kontakt 230 fließen gelassen und eine relativ große Strommenge durch den Kontakt 240 fließen gelassen, um das gewünschte nichtgleichförmige Pumpen zu erreichen.
  • Wie oben bemerkt ist der Halbleiterlaser 20 leicht durch Einstellen des Volumens des Gebiets (oder der Gebiete) der Aktivschicht, das einem relativ niedrigen Anregungsniveau ausgesetzt ist, und/oder durch Einstellen der Höhe des relativ niedrigen Anregungsniveaus abstimmbar. Dies wird leicht dadurch erreicht, indem beispielsweise die Mitte des in der Figur 4 dargestellten Gaußschen Pumpstrahls relativ zur Lasermitte verschoben wird, bis die gewünschte Emissionswellenlänge erhalten wird. Als Alternative wird Abstimmung durch Einstellen der Größen der die zwei oder mehr Elektroden 230 und 240 durchfließenden Ströme nach der Figur 5 erreicht.
  • Bedeutsamerweise hat sich herausgestellt, daß wenn das Eigenhalbleitermaterial in der Aktivschicht 180 GaAs enthält, wenn die n- und p-Dotiermittel in den Dotierlagen Si bzw. Be sind, wenn die Aktivschicht fünf Paare von n- und p-Dotiermittellagen mit einem periodischen Abstand (zwischen n-Dotiermittellagen und p-Dotiermittellagen) von 38 nm enthält, der Laser 20 über einen so großen Wellenlängenbereich wie 200 Ångström und sogar bis zu 250 Ångström abstimmbar ist.

Claims (3)

1. Optisches System mit:
mindestens einer Quelle von Laserstrahlung mit abstimmbarer Wellenlänge, mit einem Halbleiterlaser (20) mit einer zwischen ersten und zweiten Schichten von Material (170, 190) mit einer niedrigeren Brechzahl als der der Aktivschicht zwischengelagerten Aktivschicht (180) mit einer Zusammensetzung, die Halbleitermaterial mit einer A&sub3;B&sub5;-Verbindung enthält; und
mindestens einem Photodetektor (80) zur optischen Kommunikation mit der besagten Quelle, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Aktivschicht mindestens eine Schicht von n-Dotiermittel und mindestens eine Schicht von p-Dotiermittel enthält und die besagte Quelle weiterhin Mittel zum optischen und/oder elektrischen nichtgleichförmigen Pumpen der besagten Aktivschicht durch Pumpen eines ersten Volumenanteils der besagten Aktivschicht, der mindestens zehn Prozent, aber nicht mehr als neunzig Prozent des Volumens der besagten Aktivschicht beträgt, auf ein erstes Durchschnitts-Anregungsniveau, das unterhalb des zum Erreichen stimulierter Emission im besagten ersten Volumenanteil benötigten Niveaus liegt und durch Pumpen eines zweiten Volumenanteils des besagten Aktivgebiets, der mindestens zehn Prozent dessen der besagten Aktivschicht beträgt, auf ein zweites Durchschnitts-Anregungsniveau, das mindestens zehn Prozent höher als das besagte erste Durchschnitts- Anregungsniveau liegt und das hoch genug ist, um eine ausreichende stimulierte Emission zu erzielen, um Laserabstrahlung zu bewirken, enthält.
2. Optisches System nach Anspruch 1 mit mindestens ersten und zweiten Strahlungscuellen (20) mit abstimmbarer Wellenlänge und ersten und zweiten Photodetektoren (80).
3. Optisches System nach Anspruch 1, wobei besagte Quelle (20) mit abstimmbarer Wellenlänge über einen größeren Wellenlängenbereich als 11,6 nm (116 Ångström) abstimmbar ist.
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