DE69702322T2

DE69702322T2 - Mehrfachwellenlängen-Laser-Emissionsbauelement

Info

Publication number: DE69702322T2
Application number: DE69702322T
Authority: DE
Inventors: Louis Menigaux
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Oclaro North America Inc
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: EP0786843A1; FR2744292B1; DE69702322D1; FR2744292A1; JPH09214067A; US5930278A; EP0786843B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bauelement für die Emission von Mehrfachwellenlängen-Lasern.
Sie wird besonders vorteilhaft für den Multiplexbetrieb von Wellenlängen für die optische Telekommunikation eingesetzt.
Seit einigen Jahren sind bereits Laser-Emissionsquellen bekannt, die auf Wellenlängen einstellbar sind, und zwar insbesondere Laserquellen mit verteilten Bragg-Reflektoren (die der Fachmann nach dem angelsächsischen Sprachgebrauch allgemein als DBR-Laser bezeichnet).
In diesem Zusammenhang wird zum Beispiel auf folgende Veröffentlichungen Bezug genommen:
[1] "High performance tunable 1,5 um InGaAS/InGaAsP multiple quantum well distributed Bragg reflector lasers" - T. L. Koch, U. Koren und B. I. Miller - Applied Physics Letters 53 (12), 1988, Seite 1036, sowie
[2] "Focused ion beam lithography of multiperiod gratings for a wavelengthdivision-multiplexed transmitter laser array", I. M. Templeton et al., Journal of Vacuum Science and Technology, Part B, vol. 13, Nr. 6, November 1995, Seiten 2722-2724.
Die Herstellung dieser Bauelemente erfordert jedoch mehrere Wiederholungen der Epitaxie und ist daher kompliziert.
Außerdem sind insbesondere aus der US 4 993 036 Bauelemente für die Emission von Laserstrahlen bekannt, bei denen auf einem einzigen Substrat eine Vielzahl von Quellen für die Emission von Laserstrahlen integriert ist, die Bragg-Gitter mit einer unterschiedlichen Taktdauer haben.
Die Herstellung im mikrometrischen Maßstab einer Vielzahl von Netzen mit unterschiedlichen Kanalabständen, die Seite an Seite angeordnet sind, ist technologisch schwierig.
Genauer gesagt wurde insbesondere in der Veröffentlichung:
[3] "Control of lasing wavelength in distributed feedback lasers by angling the active stripe with respect to the grating" - W. T. Tsang, R. M. Kapre, R. A. Logan and T. Tanbun-Ek - IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS - Vol. 5, Nr. 9, 1993, Seiten 978-980, ein Bauelement beschrieben, das auf einem einzigen Substrat einerseits ein Bragg-Gitter mit konstantem Kanalabstand und andererseits eine Vielzahl von eingebetteten Anpassungsstreifen enthält, die aktive Schichten für die Emission von Laserstrahlen bilden, wobei diese verschiedenen Anpassungsstreifen in verschiedenen Winkeln gegenüber dem Beugungsgitter geneigt angeordnet sind.
Die Wellenlänge der Emission der so hergestellten verschiedenen Quellen schwankt mit dem Neigungswinkel zwischen ihrem die aktive Schicht bildenden Anpassungsstreifen und dem Beugungsgitter.
Bei diesen Bauelementen treten jedoch Probleme in Bezug auf den Faserverlauf auf.
Die für ihre Herstellung verwendeten Materialien haben einen Refraktionsindex in der Größenordnung von 3,5. Da die verschiedenen die aktiven Schichten bildenden Anpassungsstreifen eine unterschiedliche Neigung gegenüber der Ebene der Schichtspaltung des Substrats haben, bewirkt die Refraktion starke Schwankungen des Ausgangswinkels in die Luft der Strahlenbündel, welche rechtwinklig zur Fläche der Schichtspaltung des Bauelements abgegeben werden.
Es ist daher notwendig, für jede ausgestrahlte Wellenlänge eine bestimmte Neigung des Faserverlaufs vorzusehen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bauelement für die Emission von Laserstrahlen mit Mehrfachwellenlängen vorzuschlagen, das es ermöglicht, diese verschiedenen Nachteile auszuschalten.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel mit Hilfe eines Bauelements für die Emission von Mehrfachwellenlängen-Lasern mit einer Vielzahl von Emissionsquellen für Laserstrahlen mit einem Bragg-Gitter erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Bragg-Gitter dieser Emissionsquellen einem Beugungsgitter entsprechen, das die verschiedenen Emissionsquellen gemeinsam haben und deren Kanalabstand zwischen den einzelnen Quellen kontinuierlich variiert.
Ein solches Bauelement enthält nur ein einziges Beugungsgitter. Es hat einen einfachen Aufbau. Außerdem hat es einen unkomplizierten Faserverlauf.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung. Diese Beschreibung ist als rein illustrativ und nicht einschränkend anzusehen. Sie wird in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen durchgeführt, in denen folgendes dargestellt ist:
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Oberseite eines Bauelementes für die Emission von Laserstrahlen nach einer möglichen Ausführungsart der vorliegenden Erfindung;
Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schwenkung des in der Fig. 1 dargestellten Bauelements.
Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Bauelement besitzt eine Vielzahl von Quellen S&sub1;, S&sub2;, ...., Sn für die Emission von Laserstrahlen mit verteilter Gegenreaktion (DFB oder Distributed Feedback nach dem allgemein verwendeten angelsächsischen Sprachgebrauch), die ein gemeinsames Beugungsgitter R besitzen, dessen Kanalabstand zwischen den einzelnen Quellen kontinuierlich variiert.
In der besonders vorteilhaften Ausführungsart, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist dieses gemeinsame Beugungsgitter fächerförmig ausgebildet.
In der Fig. 1 sind die Linien L dieses gemeinsamen Beugungsgitters R, sowie die verschiedenen Richtungen der Emission E&sub1;, E&sub2;, ..., En der Quellen S&sub1;, S&sub2;, ..., Sn dargestellt.
Diese verschiedenen Linien L des Beugungsgitters R sind so verteilt, dass sie auf der Ebene der einzelnen Quellen S&sub1;, S&sub2;, ..., Sn ein periodisches Gitter bilden.
In der Tat kann man feststellen, dass bei Anwendung des Thales'schen Theorems, wenn in der Richtung der Emission einer der Quellen zwei sukzessive Linien L durch einen konstanten Abstand voneinander getrennt sind, dies auch in der Richtung der Emission der anderen Quellen der Fall ist, wenn die verschiedenen Richtungen der Emission E&sub1;, E&sub2;, ..., En der Quellen S&sub1;, S&sub2;, ..., Sn des Bauelementes untereinander parallel angeordnet sind. In der Fig. 1 sind zwei sukzessive Linien des Gitters in der Richtung der Emission E&sub1; in einem konstanten Abstand a voneinander angeordnet. Folglich ist in der Richtung der Emission En, die parallel zu der Richtung E&sub1; liegt, der Abstand zwischen zwei sukzessiven Linien ebenfalls konstant.
Der Kanalabstand Δ der periodischen Beugungsgitter, der auf diese Weise durch das gemeinsame Gitter R an den einzelnen Quellen S&sub1;, S&sub2;, ..., Sn definiert wird, ist selbstverständlich zwischen den einzelnen Quellen unterschiedlich.
Der Winkelabstand zwischen zwei sukzessiven Linien des Gitters R, sowie die Richtungen der Emission E&sub1;, E&sub2;, ..., En werden entsprechend den Bragg'schen Wellenlängen λb1, λb2, ..., λbn gewählt, die für die verschiedenen Quellen des Bauelementes gewünscht werden.
Es wird daran erinnert, dass die Bragg'sche Wellenlänge λb einer Emissionsquelle eines DFB-Lasers mit dem Kanalabstand Δ seines periodischen Gitters durch folgende Gleichung verbunden ist:
λb = 2neffΔ / m
darin ist neff der effektive Index des Wellenleiters und m ist die Größenordnung der Beugung des Gitters.
Für eine bestimmte Quelle kann die Gegenreaktion nach der Wellenlänge in der Nähe ihrer Bragg'schen Wellenlänge gewählt werden.
Als Beispiel für seine Herstellung kann das erfindungsgemäße Bauelement ein Teil von der Art sein, wie es in der US-4 993 036 beschrieben ist, dessen verschiedene Bragg'sche Gitter aus einem gemeinsamen Bragg'schen Gitter von der Art des vorstehend beschriebenen Gitters R bestehen.
Ein Bauelement dieser Art ist in der Fig. 2 dargestellt.
Es enthält ein Substrat 1 aus einem n+-gedopten GaAs mit einer Dicke in der Größenordnung von 100 um, auf das eine Sicherungsschicht 2 aus Al0,5Ga0,5As, eine aktive Schicht 3 mit einer Dicke von 0,1 um, sowie eine Leitschicht 4 aufgetragen sind, die ebenfalls eine Dicke von 0,1 um hat.
Das fächerförmige Beugungsgitter R wird durch Lichtbestrahlung der gesamten Oberfläche der Schicht 4 hergestellt, wobei als Richtpunkt für die Linien des Gitters die Spaltflächen (0, 1, -1) und (0, 1, 1) des Substrats 1 in Betracht gezogen werden, wenn es in der Fläche (1, 0, 0) ausgerichtet ist (siehe Fig. 1).
Das Gitter wird zum Beispiel in einzelnen Linien graviert, wobei das Muster der einzelnen Linien unter einem Lichtstrahl verschoben wird. Zu diesem Zweck wird das Muster auf einem Träger befestigt, der einerseits unter dem Lichtstrahl seitlich verschoben werden kann, und andererseits um den Verbindungspunkt der verschiedenen Linien des Gitters gedreht werden kann.
Bei jeder Gravur einer Linie ist der Musterträger drehfest verbunden und bewegt sich unter dem Lichtstrahl. Nach Abschluss einer Gravur wird der Musterträger winklig in die Position bewegt, welche die Gravur der nächsten Linie ermöglicht, und so fort.
Auf die so hergestellte Leitschicht 4 wird eine weitere Sicherungsschicht 5 aus Al0,5Ga0,5As aufgetragen (Sicherung vom Typ p), und anschließend wird eine sogenannte Kontaktschicht 6 aus GaAs vom Typ p aufgetragen. Die Stapelung der Schichten 5 und 6 wird bis zu dem Gitter in Form eines Streifens beschnitten. Eine elektrisch isolierende Schicht 7 wird auf die beiden Seiten dieses Streifens aufgetragen. Schließlich wird jeder der Streifen mit einer Elektrode 8&sub1;, 8&sub2;, ..., 8n ausgestattet: diese Elektroden werden untereinander elektrisch isoliert.
Auf dem Schleifstück wird ein ohmscher Kontakt 9 hergestellt. Nach der Spaltung in der rechtwinkligen Ebene der Streifen werden die Polbrücken der Dioden hergestellt.
Die auf diese Weise definierten Emissionsstreifen sind jeweils parallel angeordnet, und zum Beispiel rechtwinklig zu einer der Spaltflächen des Substrats liegen (Fläche 0, 1, 1) in der Fig. 1.
Selbstverständlich ist die Lehre der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses besondere Bauelement begrenzt, sondern sie kann ganz allgemein für Polbrücken von Mehrfachwellenlängen angewendet werden, deren Quellen aus einem Bragg'schen Gitter bestehen.

Claims

1. Bauelement für die Emission von Mehrfachwellenlängen-Lasern mit einer Vielzahl von Emissionsquellen für Laserstrahlen (S&sub1;, S&sub2;, ...., Sn) mit einem Bragg-Gitter, dadurch gekennzeichnet, daß die Bragg-Gitter dieser Emissionsquellen einem Beugungsgitter (R) entsprechen, das die verschiedenen Emissionsquellen (S&sub1;, S&sub2;, ...., Sn) gemeinsam haben und deren Kanalabstand zwischen den einzelnen Quellen kontinuierlich variiert.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (R) fächerförmig konzipiert ist, und die Richtungen der Emission (E&sub1;, E&sub2;, ...., En) der verschiedenen Quellen untereinander parallel verlaufen und die Linien (L) des Beugungsgitters schneiden.

3. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Emissionsquellen (S&sub1;, S&sub2;, ...., Sn) von der Art einer verteilten Rückkopplung sind.

4. Verwendung des Bauelementes nach einem der vorausgegangenen Ansprüche für den Multiplexbetrieb im Wellenlängenbereich für die optische Telekommunikation.