DE69507347T2

DE69507347T2 - Polarisationsselektiver Halbleiterlaser, Lichtsender, und optisches Kommunikationssystem unter Verwendung dieses Lasers

Info

Publication number: DE69507347T2
Application number: DE69507347T
Authority: DE
Inventors: Jun C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo Nitta
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1995-02-16
Publication date: 1999-07-15
Anticipated expiration: 2015-02-17
Also published as: JPH07231134A; US5790581A; EP0668642B1; EP0668642A1; DE69507347D1; JP3226073B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser, dessen Schwingungspolarisationsmode durch eine externe Steuerung verändert werden kann und der beispielsweise zur Verwendung als Lichtquellenvorrichtung in dem Gebiet der optischen Übertragungstechnik geeignet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein optisches Übertragungssystem und eine Lichtsendeeinrichtung, die jeweils den vorstehend erwähnten Halbleiterlaser verwenden.

Verwandter Stand der Technik

Die JP-A-2 159 781 offenbart als eine bekannte Einrichtung einen Laser mit verteilter Rückkopplung ("distributed feedback laser" -DFB-Laser), dessen Schwingungspolarisationsmode durch eine externe Steuerung verändert werden kann. Dieser DFB-Laser ist mit drei Elektroden versehen, und die Ladungsträgerinjektion in eine Elektrode zur Phaseneinstellung und zur Ausbildung der Besetzungsinversion verursachen eine Phasenänderung des internen Lichts. Daher tritt die Schwingung entweder in der transversal elektrischen (TE) oder in der transversal magnetischen (TM) Mode auf, deren Schwellenwertverstärkung niedriger ist. Genauer wird eine Änderung der Ladungsträgerdichte durch einen durch eine Elektrode injizierten Strom verursacht, und das Gittergrundmaß an einem strominjizierten Abschnitt wird aufgrund eines dort veränderten Brechungsindexes optisch verändert. Folglich werden die Schwellenwertverstärkungen bei den phasenangepaßten Wellenlängen für die TE- und TM-Moden verändert und daher kann man wahlweise eine Lichtabstrahlung in der TE- oder TM-Mode erhalten.
Bei der vorstehend beschriebenen Einrichtung wird jedoch der Brechungsindex an einem Phaseneinstellungsbereich durch die in diesen injizierten Ladungsträger verändert, Wellenlängen, bei denen die Phasenbedingungen für TE- oder TM-Moden erfüllt sind, werden verändert, und die Schwingungspolarisationsmode ihrer Abstrahlung wird durch die Veränderung der Schwellenwertverstärkung für die TE- und TM-Moden ausgewählt.
Wenn die Polarisationsmode der Lichtschwingung zwischen der einen und der anderen Mode umgeschaltet wird, gibt es daher einen Übergangsbereich, in dem sich die Intensität der Lichtschwingung allmählich verändert. In diesem Übergangsbereich verändern sich die die Phasenbedingungen für TE- und TM-Moden erfüllenden Wellenlängen, bis die Schwellenwertverstärkung von Licht in einer nicht vorhandenen Schwingungspolarisationsmode kleiner wird als die Schwellenwertverstärkung von Licht in einer vorliegenden Schwingungspolarisationsmode. Mit anderen Worten, die Schwellenwertverstärkungen der TE- und TM-Moden verändern sich wie die Änderungen der Wellenlängen, bei denen die Phasenbedingungen für TE- und TM-Moden erfüllt sind, und daher verändert sich die Intensität des schwingenden Lichts ebenfalls allmählich.
Überdies offenbart die WO 92/14 174 einen polarisierten Halbleiterlaser mit zwei seriell angeordneten Laserbereichen. In den zwei Laserbereichen ist jeweils ein Verstärkungsspektrum der TE- oder TM-Polarisationsmode vorherrschend. Bei der Einrichtung gemäß dieser Druckschrift werden die verschiedenen Polarisationsmoden durch eine in die aktiven Schichten eingebrachte Zug- oder Druckverspannung verursacht. Zusätzlich wird die erforderliche Rückkopplung zum Erzielen des Laserns in jedem Laserabschnitt durch Gitter 114 und 116 mit einer λ/4-Phasenverschiebung in ihrer Mitte bereitgestellt. Weiterhin wird ein Zwischenisolationsbereich 118 zwischen den Laserabschnitten 110 und 112 bereitgestellt. Der Zwischenisolationsbereich wird durch eine gesonderte Elektrode 120 auf Massepotential gehalten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen schwingungspolarisationsmodenselektiven Halbleiterlaser bereitzustellen, dessen Schwingungspolarisationsmode durch einen injizierten Strom verändert werden kann, und der das vorstehende Problem löst, sowie ein Ansteuerungsverfahren für diesen Halbleiterlaser anzugeben, eine diesen Halbleiter beinhaltende Lichtsendeeinrichtung oder -sende/empfangseinrichtung und ein diesen Halbleiterlaser verwendendes optisches Übertragungssystem.
Die vorstehenden Aufgaben werden erfindungsgemäß jeweils durch den schwingungspolarisationsmodenselektiven Halbleiterlaser nach Anspruch 1, die Ansteuerungsverfahren nach den Ansprüchen 9 und 11, die Lichtsendeeinrichtung nach Anspruch 12 und das optische Übertragungssystem nach Anspruch 13 gelöst.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Phasenverschiebungsbereich eine verspannte Quantentopfstruktur, in der sich die Beträge einer Veränderung im Brechungsindex aufgrund einer Strominjektion in die Quantentopfstruktur für verschiedene Polarisationsmoden (beispielsweise TE- und TM-Moden) unterscheiden. Daher kann die Polarisationsmode eines abgestrahlten Lichts durch einen Strom verändert werden, dessen Betrag kleiner als der bei einer bekannten Einrichtung ist. Weiterhin können Schwankungen in der Ausgangsintensität während eines Übergangs- oder Ände rungsvorgangs in der Polarisationsmode unterdrückt werden, da eine Änderung im Brechungsindex für eine Polarisationsmode kleiner ist als eine Änderung im Brechungsindex für die andere Polarisationsmode.
Diese und andere Vorteile werden in Verbindung mit der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung besser verständlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der schematischen Struktur eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß aufgebauten Halbleiterlasers.
Fig. 2 veranschaulicht das Bänderdiagramm eines aktiven Bereichs bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 veranschaulicht das Bänderdiagramm eines Phaseneinstellungsbereichs bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 4 zeigt eine Querschnittansicht zur Veranschaulichung eines Ansteuerungsverfahrens bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 5 zeigt einen Funktionsverlauf zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels.
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung der schematischen Struktur eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß aufgebauten Halbleiterlasers.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittansicht von Fig. 6 entlang der Linie 6A-6A'.
Fig. 8 zeigt eine Querschnittansicht zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäß aufgebauten Halbleiterlasers.
Fig. 9 zeigt eine Querschnittansicht zur Veranschaulichung eines Ansteuerungsverfahrens des dritten Ausführungsbeispiels.
Fig. 10 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels einer den erfindungsgemäß aufgebauten Halbleiterlaser verwendenden Lichtsendeeinrichtung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben, die einen Halbleiterlaser mit einer erfindungsgemäß aufgebauten Struktur zur verteilten Rückkopplung (distributed feedback) zeigen. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein n-dotiertes GaAs-Substrat. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine erste Mantelschicht aus n-dotiertem Al0,5Ga0,5As. Die Bezugszeichen 31a und 31b bezeichnen jeweils aktive Schichten, in denen aufgrund eines in diese injizierten Stroms angeregte Abstrahlung auftritt. Das Bezugszeichen 32 bezeichnet einen Phasenverschiebungsbereich oder eine Phaseneinstellungsschicht. Das Bezugszeichen 33 bezeichnet eine undotierte Ladungsträgereinschlußschicht aus Al0,3Ga0,7As zum Einschluß von Ladungsträgern auf die aktiven Schichten 31a und 31b. Die Bezugszeichen 34 und 35 bezeichnen jeweils Heterostrukturschichten zum gesonderten Einschluß (seperate confinement heterostructure - SCH) aus undotiertem Al0,4Ga0,6As. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine zweite Mantelschicht aus p-dotiertem Al0,5Ga0,5As. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Abdeckschicht aus p-dotiertem GaAs. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Isolationsschicht. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine auf der unteren Oberfläche des Substrats 1 ausgebildete erste Elektrode und die Bezugszahlen 8, 9 und 10 bezeichnen jeweils auf der Abdeckschicht 5 ausgebildete zweite, dritte und vierte Elektroden. Die Bezugszeichen 11a und 11b bezeichnen jeweils trennende Vertiefungen zur elektrischen Trennung der Elektroden 8, 9 und 10 voneinander.
Fig. 2 veranschaulicht Bandlücken der Schichten nahe (und einschließlich) der aktiven Schichten 31a und 31b und eines Gitters g, wobei nur die Energieniveaus des Leitungsbandes dargestellt sind. Das Gitter g ist an der Grenze zwischen der Ladungsträgereinschlußschicht 33 und der SCH-Schicht 34 ausgebildet. Die aktiven Schichten 31a und 31b bestehen jeweils aus drei Quantentöpfen. Die Topfschicht ist eine GaAs-Schicht mit einer Dicke von 6 nm (60 Å), und die Barrierenschicht ist eine Al0,3Ga0,7As-Schicht mit einer Dicke von 10 nm (100 Å).
Fig. 3 veranschaulicht Bandlücken der Schichten nahe (und einschließlich) dem Phasenverschiebungsbereich 32, wobei nur die Energieniveaus des Leitungsbandes dargestellt sind. Der Phasenverschiebungsbereich 32 ist gegenüber dem in den aktiven Schichten 31a und 31b erzeugten Licht durchlässig, und der Brechungsindex des Phasenverschiebungsbereichs 32 wird durch einen in diesen injizierten Strom verändert. Dabei besteht der Phasenverschiebungsbereich 32 aus drei Quantentöpfen. Die Topfschicht ist eine GaAs0,9P0,1-Schicht mit einer Dicke von 6 nm (60 Å) und einer kleineren Gitterkonstante als das Substrat 1 (es ist beispielsweise eine Zugverspannung eingebracht), und die Barrierenschicht ist eine Al0,3Ga0,7AS-Schicht mit einer Dicke von 10 nm (100 Å).
Es wird nun ein Laseransteuerungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Fig. 4 und 5 beschrieben. In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 201-1 einen erfindungsgemäß aufgebauten Halbleiterlaser. Das Bezugszeichen 202 bezeichnet eine elektrische Quelle, wobei die Quelle 202 durch die zweite und vierte Elektrode 8 und 10 einen Strom Ia in die aktiven Schichten 31a und 31b injiziert. Das Bezugszeichen 203 bezeichnet eine weitere elektrische Quelle, wobei die Quelle 203 durch die dritte Elektrode 9 einen Strom Ip in den Phasenverschiebungsbereich 32 injiziert. Das Bezugszeichen 206 bezeichnet von dem Halbleiterlaser 201-1 ausgegebenes Licht. Bei diesem Halbleiterlaser 201-1 ist, anders als bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, ein Gitter unter den aktiven Schichten 31a und 31b ausgebildet.
Fig. 5 veranschaulicht Wellenlängenabhängigkeiten von Schwellenwertverstärkungen für Licht in TE- und TM-Moden. Die Abszisse gibt die Größe der Abweichung des Lichts in der TE-Mode von der Bragg-wellenlänge an. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schwellenwertverstärkung für Licht in der TM-Mode bei deren Bragg-Wellenlänge derart festgelegt, daß sie kleiner als die Schwellenwertverstärkung für Licht in der TE-Mode bei deren Bragg-Wellenlänge sein kann. Weiterhin wird in einem Anfangszustand ein Strom derart in den Phasenverschiebungsbereich 32 injiziert, daß die Phasenbedingung für Licht in der TE-Mode bei der Bragg-Wellenlänge erfüllt ist, und die dazugehörige Schwellenwertverstärkung einen minimalen Wert annimmt. Gleichzeitig ist die Phasenbedingung für die TM-Mode bei einer von der Bragg-Wellenlänge für Licht in der TM-Mode leicht abweichenden Wellenlänge erfüllt, und die dazugehörige Schwellenwertverstärkung ist größer als die Schwellenwertverstärkung für Licht in der TE-Mode bei deren Bragg-Wellenlänge.
In diesem Zustand schwankt die phasenangepaßte Wellen länge für Licht in der TM-Mode und die Schwellenwertverstärkung für Licht in der TM-Mode verringert sich allmählich, während die phasenangepaßte Wellenlänge für Licht in der TE-Mode nur ein bißchen schwankt, wenn der in den Phasenverschiebungsbereich 32 injizierte Strom ansteigt, da der Phasenverschiebungsbereich 32 die vorstehend beschriebene verspannte Quantentopfstruktur umfaßt. Daher wird die Schwellenwertverstärkung für Licht in der TM- Mode kleiner als die Schwellenwertverstärkung für Licht in der TE-Mode, und es startet die Abstrahlung von Licht in der TM-Mode. Da sich die Wellenlänge des phasenangepaßten Lichts in der TE-Mode kaum verändert, ist die Intensitätsschwankung eines Ausgangs während dieses Übergangszustands bis zur Oszillation in der TM-Mode viel kleiner als die einer bekannten Vorrichtung. In Fig. 5 ist das Verhalten dieses Ausführungsbeispiels durch Kreise O angegeben, und das einer bekannten Vorrichtung ist durch Dreiecke Δ angegeben.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 beschrieben, die einen unter Verwendung von Materialien längerer Wellenlängenbereiche aufgebauten Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung (distributed feedback laser - DFB-Laser) zeigen. In den Fig. 6 und 7 bezeichnet das Bezugszeichen 101 ein Halbleitersubstrat aus n-dotiertem InP. Das Bezugszeichen 102 bezeichnet eine n-dotierte erste Mantelschicht. Das Bezugszeichen 103 bezeichnet eine undotierte Ladungsträgersperrschicht aus In0,71Ga0,29As0,62P0,35 mit einer Dicke von etwa 0,2 um. Die Bezugszeichen 104a und 104b bezeichnen jeweils undotierte aktive Schichten aus InGaAsP, deren durch ihre Bandlücke bestimmte Wellenlänge 1,5 um beträgt. Das Bezugszeichen 105 bezeichnet eine p-dotierte zweite Mantelschicht aus InP mit einer Dicke von etwa 1,5 um. Das Bezugszeichen 106 bezeichnet eine p-dotierte Abdeckschicht aus In0,59Ga0,41AS0,9P0,1. Die Bezugszeichen 107a und 107b bezeichnen jeweils hochohmige vergrabene Schichten aus InP. Das Bezugszeichen 108 bezeichnet eine Metallelektrode aus AuGeNi/Au. Die Bezugszeichen 109a, 109b und 109c bezeichnen jeweils Metallelektroden aus Cr/AuZnNi/Au. Die Bezugszeichen 110a und 110b sind trennende Vertiefungen zur Trennung der Elektroden 109a, 109b und 109c voneinander. An der Grenze zwischen der ersten Mantelschicht 102 und der Ladungsträgersperrschicht 103 ist ein Gitter g ausgebildet.
Fig. 7 veranschaulicht einen Querschnitt der Vorrichtung entlang einer Linie 6A-6A'. In Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 111 einen Phasenverschiebungsbereich mit einer verspannten Quantentopfstruktur. Der Phasenverschiebungsbereich besteht aus einer mehrfach- (dreifach-) Quantentopfstruktur, in die eine Zugverspannung eingebracht ist. Die Topfschicht ist eine Schicht aus In0,4Ga0,6As mit einer Zugverspannung von 0, 9% und einer Dicke von 5 nm, und die Barrierenschicht ist eine Schicht aus InGaAsP mit einer 1,1 um-Zusammensetzung und einer Dicke von 10 nm.
Ein Laseransteuerungsverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen das gleiche wie das des ersten Ausführungsbeispiels. Dieses Ausführungsbeispiel kann außerdem dieselben Effekte wie die vorstehend beschriebene Vorrichtung aus GaAs-Zusammensetzungen erzielen.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben, die einen Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung (DFB-Laser) zeigt. In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen 151 ein n-dotiertes Halbleitersubstrat aus InP. Das Bezugszeichen 152 bezeichnet eine n-dotierte erste Mantelschicht. Das Bezugszeichen 153 bezeichnet eine undotierte Ladungsträgersperrschicht aus In0,71Ga0,29As0,62P0,38 mit einer Dicke von etwa 0,2 um. Die Bezugszeichen 154a und 154b bezeichnen jeweils undotierte aktive Schichten aus InGaAsP, deren Bandlückenwellenlängen 1,5 um sind. Das Bezugszeichen 155 bezeichnet eine p-dotierte zweite Mantelschicht aus InP mit einer Dicke von etwa 1,5 um. Das Bezugszeichen 156 bezeichnet eine p-dotierte Abdeckschicht aus In0,59Ga0,41As0,9P0,1. Das Bezugszeichen 158 bezeichnet eine auf der unteren Oberfläche des Substrats 151 ausgebildete erste Metallelektrode aus AuGeNi/Au. Die Bezugszeichen 159a, 159b, 159c und 159d bezeichnen jeweils die zweite, dritte, vierte und fünfte Metallelektrode aus Cr/AuZnNi/Au. An der Grenze zwischen der ersten Mantelschicht 152 und der Ladungsträgersperrschicht 153 ist ein Gitter ausgebildet. In dem dritten Ausführungsbeispiel gibt es erste und zweite Phasenverschiebungsbereiche 161 und 162. Der erste Phasenverschiebungsbereich 161 ist in derselben Weise wie der Phasenverschiebungsbereich 111 des zweiten Ausführungsbeispiels aufgebaut. Der zweite Phasenverschiebungsbereich 162 umfaßt eine Quantentopfstruktur, in die eine Druckverspannung eingebracht ist. In der druckverspannten Quantentopfstruktur ist ein Wechsel im Brechungsindex aufgrund von Ladungsträgerinjektion für die TE-Mode größer als für die TM-Mode, im Gegensatz zu den in den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen verwendeten zugverspannten Quantentopfstrukturen.
Ein Laseransteuerungsverfahren für das dritte Ausführungsbeispiel wird nachstehend mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben. In Fig. 9 bezeichnet das Bezugszeichen 201-2 einen Halbleiterlaser des dritten Ausführungsbeispiels. Die Bezugszeichen 212, 213 und 217 sind jeweils elektrische Quellen, und die Quelle 212 injiziert durch die zweite und fünfte Elektrode 159a und 159d einen Strom Ia in die aktiven Schichten 154a und 154b. Die Quelle 213 injiziert durch die vierte Elektrode 159c einen Strom Ip1 in den ersten Phasenverschiebungsbereich 161. Die Quelle 217 injiziert durch die dritte Elektrode 159b einen Strom Ip2 in den zweiten Phasenverschiebungsbereich 162. Das Bezugszeichen 216 bezeichnet einen Lichtausgang des Halbleiterlasers 201-2.
In dem dritten Ausführungsbeispiel wird der Laser anfänglich in einen Zustand versetzt, in dem das Licht in der TE-Mode oszilliert. Die Polarisationsmode einer Lichtausgabe kann von der TE-Mode zur TM-Mode durch Injektion von Ladungsträgern in den ersten Phasenverschiebungsbereich 161 verändert werden. Wenn die Menge der in den zweiten Phasenverschiebungsbereich 162 injizierten Ladungsträger gesteuert wird, kann zu diesem Zeitpunkt die Schwankung der Ausgangsintensität des TE-Lichts während des Wechsels von TE-Licht zu TM-Licht weiter reduziert werden. In diesem Fall sollte die Phase einer in den zweiten Phasenverschiebungsbereich 162 injizierten schwankenden Ladungsträgermenge gegenphasig (um 180º gedreht) mit der Phase einer in den ersten Phasenverschiebungsbereich 161 injizierten schwankenden Ladungsträgermenge sein. Weiterhin sollte im Anfangszustand eine nicht verschwindende Stromstärke in den ersten und zweiten Phasenverschiebungsbereich 161 und 162 injiziert werden, wobei die Brechungsindices der ersten und zweiten Phasenverschiebungsbereiche 161 und 162 jeweils durch Steuerung der in den ersten und zweiten Phasenverschiebungsbereiche 161 und 162 injizierten Ladungsträgermengen in die positive oder negative Richtung verändert werden müssen.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird ein DFB- Laser verwendet, die Erfindung kann aber auch auf einen Laser mit verteilter Braggreflektion (distributed Bragg reflector laser - DBR-Laser) angewendet werden. In dem DBR-Laser wird beispielsweise der vorstehend beschriebene Phasenverschiebungsbereich als Phaseneinstellungsbereich verwendet.

Viertes Ausführungsbeispiel

In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel einer einen erfindungsgemäßen Halbleiterlaser beinhaltende Lichtsendeeinrichtung veranschaulicht. In Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen 402 eine Steuerungsschaltung. Das Bezugszeichen 403 bezeichnet einen erfindungsgemäß aufgebauten Halbleiterlaser. Das Bezugszeichen 404 bezeichnet einen Polarisator. Das Bezugszeichen 405 bezeichnet eine optische Kopplungseinrichtung zur Einkopplung des abgestrahlten Lichts in eine optische Faser 406. Das Bezugszeichen 410 bezeichnet ein von einem (nicht gezeigten) Anschluß erhaltenes elektrisches Signal. Das Bezugszeichen 411 bezeichnet ein von der Steuerungsschaltung 402 zur Ansteuerung des Halbleiterlaser 403 erhaltenes Ansteuerungssignal oder -signale. Das Bezugszeichen 412 bezeichnet ein von dem Halbleiterlaser 403 abgestrahltes Lichtsignal, das von dem Ansteuerungssignal oder -signalen 411 angesteuert wird. Das Bezugszeichen 413 bezeichnet ein durch den Polarisator 404 geführtes Lichtsignal, das derart eingestellt ist, daß eine der zwei Bestandteile des optischen Signals 412 mit zueinander senkrechten Polarisationsmoden ausgewählt werden kann. Das Bezugszeichen 414 bezeichnet ein durch die optische Faser 406 übertragenes optisches Signal. Das Bezugszeichen 401 bezeichnet eine den erfindungsgemäßen Halbleiterlaser 403 verwendende Lichtsendeeinrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Sendeeinrichtung 401 eine Steuerschaltung 402, einen Halbleiterlaser 403, einen Polarisator 404, eine optische Kopplungseinrichtung 405, eine optische Faser 406 und so fort.
Die Übertragungsarbeitsweise der Lichtsendeeinrichtung 401 dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend beschrieben. Wenn das elektrische Signal 410 der Steuerungsschaltung 402 von dem Anschluß zugeführt wird, wird das Ansteuerungssignal oder -signale 411 in Übereinstimmung mit dem in den Fig. 4 und 5 oder 9 veranschaulichten Modulationsverfahren dem Halbleiterlaser 403 zugeführt.
Der Halbleiterlaser 403 gibt das Lichtsignal 412 aus, dessen Polarisationszustand sich in Abhängigkeit des Ansteuerungssignals 411 ändert. Das Lichtsignal 412 wird durch den Polarisator 404 in das Lichtsignal 413 in einem der zwei Polarisationsmoden umgewandelt und durch die optische Kopplungseinrichtung 405 in die optische Faser 406 eingekoppelt. Das derart intensitätsmodulierte Lichtsignal 414 wird durch die optische Faser 406 zur optischen Nachrichtenübertragung übertragen.
Da das Lichtsignal 414 intensitätsmoduliert ist, kann in diesem Fall ein bekannter zur Verwendung in intensitätsmodulierten Systemen gebauter optischer Empfänger zum Empfang des über die optische Faser 406 übertragenen Lichtsignals 414 verwendet werden. Die Lichtsendeeinrichtung 401 kann außerdem in einem Wellenlängenmultiplexübertragungssystem angewandt werden. In diesem Fall kann ein Wellenlängenfilter vor einem Photodetektor auf der Empfängerseite angeordnet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als Lichtsendeeinrichtung aufgebaut, aber die Einrichtung kann auch als Sendeabschnitt in einem Lichtsender/Empfänger verwendet werden.
Die Verwendung der derart aufgebauten Sendeeinrichtung ist nicht auf ein einfaches optisches Übertragungssystem begrenzt, bei der die Übertragung zwischen zwei Punkten stattfindet. Mit anderen Worten, die Sendeeinrichtung kann in einem beliebigen optischen Übertragungssystem verwendet werden, das intensitätsmodulierte Signale verarbeitet, wie optisches Kabelfernsehen (CATV) und optische lokale Netzwerke (LAN) einer beliebigen Topologie (beispielsweise Bus-, Stern-, Schleifentyp und so fort).
Wie vorstehend beschrieben, ist erfindungsgemäß ein Abschnitt, dessen Brechungsindex verändert werden soll, in einem Phaseneinstellungs- oder -steuerungsbereich mit einer verspannten Quantentopfstruktur in einem Halbleiterlaser aufgebaut, wobei die Phaseneinstellung durch eine äußere elektrische Steuerung erfolgt. Daher kann die Polarisationsmode einer Lichtausgabe durch einen Strom verändert werden, dessen Stärke kleiner als die einer bekannten Einrichtung ist, und Schwankungen in der Ausgangsintensität können während eines Umwandlungsvorgangs der Polarisationsmode unterdrückt werden.
Außer hier anders offenbart sind die zahlreichen in den Figuren in Umrißzeichnung oder Blockdarstellung gezeigten Bestandteile jeweils in der Halbleiter- und optischen Übertragungstechnik gut bekannt, wobei deren innerer Aufbau und Arbeitsweise weder in der Herstellung noch bei der Verwendung der Erfindung oder der Beschreibung der besten Umsetzung der Erfindung kritisch sind.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf das beschrieben wurde, was derzeit als bevorzugte Ausführungsbeispiele betrachtet wird, darf die Erfindung nicht als auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt verstanden werden. Die Erfindung ist zur Abdeckung vieler innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche beinhalteten Veränderungen und gleichwertiger Anordnungen vorgesehen.

Claims

1. Schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser zur selektiven Ausführung einer von Schwingungen verschiedener Polarisationsmoden, die eine erste und zweite Polarisationsmode aufweisen, wobei der Laser (201-1; 201-2; 403)

ein Substrat (1; 101; 151),

eine auf dem Substrat ausgebildete Laserstruktur, wobei die Laserstruktur einen aktiven Bereich (31a, 31b; 104a, 104b; 154a, 154b) aufweist, in dem Besetzungsinversion aufgrund eines in diesen injizierten Stroms vorliegt, und

einen in der Laserstruktur ausgebildeten Phasenverschiebungsbereich (32; 111; 161; 162) aufweist; wobei zumindest ein Abschnitt des Phasenverschiebungsbereichs eine verspannte Quantentopfstruktur aufweist, in der sich Ausmaße einer Brechungsindexänderung für intern erzeugtes Laserlicht in verschiedenen Polarisationsmoden aufgrund einer Strominjektion in die Quantentopfstruktur voneinander unterscheiden, dabei ist die Quantentopfstruktur derart, daß sich die phasenangepaßte Wellenlänge für die erste oder die zweite Polarisationslasermode mit wachsender Strominjektion in den Phasenverschiebungsbereich kaum verändert, so daß die Schwankungen der Intensität des abstrahlenden Laserlichts während des Übergangs von der einen Lasermode in die andere Polarisationslasermode dann reduziert werden, wenn ihre Schwellenwertverstärkung niedriger als die der vorherigen Polarisationslasermode wird, wobei der Phasenverschiebungsbereich durch den in ihn injizierten Strom steuerbar ist, damit zwischen den ersten und zweiten Polarisationsmoden umgeschaltet werden kann und die Strominjektion unabhängig von einer Strominjektion in den aktiven Bereich ist.

2. Schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1, wobei der Phaseneinstellungsbereich (32; 111; 161; 162) zwischen einem Paar aktiver Bereiche (31a, 31b; 104a, 104b; 154a, 154b) entlang einer Resonanzrichtung des Halbleiterlasers geschichtet ist.

3. Schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei jeder Bereich aus dem Paar aktiver Bereiche (31a, 31b; 104a, 104b; 154a, 154b) wie auch der Phaseneinstellungsbereich eine gesonderte Elektrode (8, 9, 10; 109a, 109b, 109c; 159a, 159b, 159c, 159d) zur Injizierung eines Stromes in sie aufweist.

4. Schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Halbleiterlaser als Laser mit verteilter Rückkopplung (201-1; 201-2) aufgebaut ist.

5. Schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die verspannte Quantentopfstruktur eine verspannte Quantentopfstruktur aufweist, in die eine Zugverspannung eingebracht ist.

6. Schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die verspannte Quantentopfstruktur eine verspannte Quantentopfstruktur aufweist, in die eine Druckverspannung eingebracht ist.

7. Schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die verspannte Quantentopfstruktur eine erste verspannte Quantentopfstruktur mit einer eingebrachten Zugverspannung und eine zweite verspannte Quantentopfstruktur mit einer eingebrachten Druckverspannung aufweist, dabei sind die ersten und zweiten verspannten Quantentopfstrukturen unabhängig voneinander elektrisch steuerbar.

8. Schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei sich die Ausmaße einer Brechungsindexänderung voneinander unterscheiden, so daß die Brechungsindexänderung für internes Licht in einem der verschiedenen Polarisationsmoden kleiner als die Brechungsindexänderung für internes Licht in der anderen der verschiedenen Polarisationsmoden ist.

9. Ansteuerungsverfahren zur Ansteuerung eines schwingungspolarisationsmodenselektiven Halbleiterlasers zur selektiven Ausführung einer von Schwingungen verschiedener Polarisationsmoden, die eine erste und zweite Polarisationsmode aufweisen, wobei der Laser (201-1; 201-2; 403) ein Substrat (1; 101; 151),

einen in der Laserstruktur ausgebildeten Phasenverschiebungsbereich (32; 111; 161; 162) aufweist; wobei zumindest ein Abschnitt des Phasenverschiebungsbereichs eine verspannte Quantentopfstruktur aufweist, in der sich Ausmaße einer Brechungsindexänderung für intern erzeugtes Laserlicht in verschiedenen Polarisationsmoden aufgrund einer Strominjektion in die Quantentopfstruktur voneinander unterscheiden, dabei ist die Quantentopfstruktur derart, daß sich die phasenangepaßte Wellenlänge für die erste oder zweite Polarisationslasermode mit wachsender Strominjektion in den Phasenverschiebungsbereich kaum verändert, so daß die Schwankungen der Intensität des abstrahlenden Laserlichts während des Übergangs von der einen Lasermode in die andere Polarisationslasermode dann reduziert werden, wenn ihre Schwellenwertverstärkung niedriger als die der vorherigen Polarisationslasermode wird, wobei der Strom unabhängig von einem in den aktiven Bereich injizierten Strom injiziert wird,

wobei das Ansteuerungsverfahren

einen Schritt Injizieren eines direkten Stroms (Ia) einer konstanten Intensität in den aktiven Bereich, und einen Schritt Injizieren eines modulierten Stroms (Ip; Ip1, Ip2) mit einer Modulationsfrequenz in den Phasenverschiebungsbereich beinhaltet, wodurch zwischen der ersten und zweiten Polarisationsmode umgeschaltet wird.

10. Ansteuerungsverfahren zur Ansteuerung eines schwingungspolarisationsmodenselektiven Halbleiterlasers nach Anspruch 9, wobei die Ausmaße einer Brechungsindexänderung voneinander verschieden sind, so daß die Brechungsindexänderung für internes Licht in einer der verschiedenen Polarisationsmoden kleiner als die Brechungsindexänderung für internes Licht in der anderen der verschiedenen Polarisationsmoden ist.

11. Ansteuerungsverfahren zur Ansteuerung eines schwingungspolarisationsmodenselektiven Halbleiterlasers zur selektiven Ausführung einer von Schwingungen verschiedener Polarisationsmoden, die eine erste und zweite Polarisationsmode aufweisen, wobei der Laser (201-2)

ein Substrat (151),

eine auf dem Substrat ausgebildete Laserstruktur, wobei die Laserstruktur einen aktiven Bereich (154a, 154b) aufweist, in dem Besetzungsinversion aufgrund eines in diesen injizierten Stroms vorliegt, und

einen in der Laserstruktur ausgebildeten Phasenver schiebungsbereich (161; 162) aufweist; wobei zumindest ein Abschnitt des Phasenverschiebungsbereichs eine erste verspannte Quantentopfstruktur mit einer eingebrachten Zugverspannung und eine zweite verspannte Quantentopfstruktur mit einer eingebrachten Druckverspannung aufweist, in denen zumindest ein Abschnitt des Phasenverschiebungsbereichs die verspannten Quantentopfstrukturen aufweist, in der sich die Ausmaße einer Brechungsindexänderung für intern erzeugtes Laserlicht in verschiedenen Polarisationsmoden aufgrund einer Strominjektion in die Quantentopfstruktur voneinander unterscheiden, dabei sind die ersten und zweiten verspannten Quantentopfstrukturen unabhängig voneinander elektrisch steuerbar,

wobei das Ansteuerungsverfahren die Schritte

Injizieren eines direkten Stroms (Ia) einer konstanten Intensität in den aktiven Bereich, und

Injizieren eines ersten modulierten Stroms (Ip1) mit einer Modulationsfrequenz in die erste oder zweite verspannte Quantentopfstruktur, wodurch zwischen der ersten und zweiten Polarisationsmode umgeschaltet wird, wobei die Quantentopfstruktur derart ausgeführt ist, daß sich die phasenangepaßte Wellenlänge für eine der ersten und zweiten Polarisationslasermoden mit wachsender Strominjektion in die Quantentopfstruktur kaum verändert, so daß die Schwankungen der Intensität des abstrahlenden Laserlichts während des Übergangs von der einen Lasermode in die andere Polarisationslasermode dann reduziert wird, wenn ihre Schwellenwertverstärkung niedriger als die der vorherigen Polarisationslasermode wird,

sowie Injizieren eines zweiten modulierten Stroms (Ip2) mit einer Modulationsfrequenz gegenphasig zur Modulationsfrequenz des ersten modulierten Stroms in die andere der ersten oder zweiten verspannten Quantentopfstruktur beinhaltet.

12. Lichtsendeeinrichtung, mit einem schwingungspolarisationsmodenselektiven Halb leiterlaser (403) zur selektiven Ausführung einer von Schwingungen verschiedener Polarisationsmoden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,

Steuereinrichtungen (402) zur Modulation des von dem Halbleiterlaser abgestrahlten Lichts (412) in seiner Polarisationsmode in Übereinstimmung mit einem in die Steuereinrichtung eingegebenen Eingangssignal (410) und

eine polarisationsmodenselektive Einrichtung (404) zur ausschließlichen Durchleitung von Licht (413) des Halbleiterlasers in einer der verschiedenen Polarisationsmoden.

13. Optisches Übertragungssystem, mit

(a) einer Lichtsendeeinrichtung (401) gemäß Anspruch 12,

(b) Übermittlungseinrichtungen (406) zur Übermittlung des durch die polarisationsmodenselektive Einrichtung selektierten Lichts, und

(c) einer Empfangseinrichtung zum Empfang des von den Übertragungseinrichtungen übertragenen Lichts.

14. Optisches Übertragungsssystem nach Anspruch 13, wobei das System als Wellenlängenmultiplexübertragungssystem aufgebaut ist.