JP2001185806A - Wavelength switching semiconductor laser - Google Patents

Wavelength switching semiconductor laser

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JP2001185806A
JP2001185806A JP36880799A JP36880799A JP2001185806A JP 2001185806 A JP2001185806 A JP 2001185806A JP 36880799 A JP36880799 A JP 36880799A JP 36880799 A JP36880799 A JP 36880799A JP 2001185806 A JP2001185806 A JP 2001185806A
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JP
Japan
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active layer
layer
semiconductor laser
wavelength
switching semiconductor
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JP36880799A
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Inventor
Takeshi Inoue
武史 井上
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength switching semiconductor laser capable of suitably selecting and using two oscillation wavelengths by switching modes of both sides of a stop band by using a gain coupling DFB. SOLUTION: The semiconductor laser has a structure for obtaining a distributed feedback by providing periodic recesses and protrusions on an active layer. In the laser, a clad layer is formed on the active layer. Two or more electrodes are formed in the direction of a resonator on the clad layer. Thus, an oscillation mode of the long wavelength side and the short wavelength side of the stop band can be selected by changing the current injection amount of any electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
し、特に単一モードで発振する半導体レーザにおいて2
つの発振波長を切換えて使用できる半導体レーザに関す
るものである。
The present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly to a semiconductor laser oscillating in a single mode.
The present invention relates to a semiconductor laser that can be used by switching between two oscillation wavelengths.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、可変波長半導体レーザとして
は、単一モードレーザの発振波長をキャリア効果あるい
は熱効果によりシフトさせるいわゆる可変波長レーザが
よく用いられてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a so-called variable wavelength laser which shifts the oscillation wavelength of a single mode laser by a carrier effect or a thermal effect has been often used as a variable wavelength semiconductor laser.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、熱効果によ
るものは、比較的大きな可変幅(数nm)が得られる
が、応答が遅いという欠点がある。他方、キャリア効果
によるものは、応答は速いが、図5に示すような簡単な
構造では可変幅がごく僅か(1〜2nm)であり、SM
SR(Side Mode Suppression Ratio:主モードに対
する副モードの抑圧比)も大きくとれないという問題が
あった。
In the case of the thermal effect, a relatively large variable width (several nm) can be obtained, but the response is slow. On the other hand, the response due to the carrier effect is fast, but the variable width is very small (1-2 nm) in the simple structure as shown in FIG.
There is a problem that the SR (Side Mode Suppression Ratio: the suppression ratio of the sub mode to the main mode) cannot be made large.

【0004】大きな可変幅を得るには、TTG(Tunabl
e Twin Guide)レーザやSSG(Super Structure
Grating)レーザなどのかなり複雑な製造工程の構造が
必要となる。これらは、波長可変幅を拡大するために制
御電流に対する波長変化量を上げている。したがって、
特定の波長にスイッチしてこれを固定するには、制御電
流を精密に制御する必要がある。
In order to obtain a large variable width, TTG (Tunabl
e Twin Guide) laser and SSG (Super Structure)
Grating) A rather complicated manufacturing process structure such as a laser is required. These increase the wavelength change amount with respect to the control current in order to expand the wavelength variable width. Therefore,
To switch to a specific wavelength and fix it, the control current must be precisely controlled.

【0005】要するに、従来は波長を変化させるために
熱効果あるいはキャリア効果で導波路の屈折率を変化さ
せていたが、それには上記のような限界があった。特に
DFB(Distributed Feedback)構造では、均一回折
格子を用いるとストップバンドの両側に2つのモードが
存在し、このモードの選択性が無いためにモード競合を
起こして不安定になるという問題があり、高いSMSR
を得ることも難しい。
In short, in the past, the refractive index of a waveguide was changed by a thermal effect or a carrier effect in order to change the wavelength, but there were the above-mentioned limitations. In particular, in the case of a DFB (Distributed Feedback) structure, when a uniform diffraction grating is used, there are two modes on both sides of the stop band, and there is no selectivity of these modes, so that there is a problem that mode competition occurs to cause instability. High SMSR
It is also difficult to get.

【0006】この2つのモード競合を解消し高いSMS
Rを得る方法として利得結合DFBが提案され実証され
てきたが、発振波長を変化させる観点では今まで議論さ
れて来なかった。
[0006] A high SMS that eliminates the conflict between these two modes
A gain-coupling DFB has been proposed and demonstrated as a method of obtaining R, but has not been discussed so far from the viewpoint of changing the oscillation wavelength.

【0007】本発明の目的は、このような課題を解消す
るもので、利得結合DFBを用い、ストップバンドの両
側のモードを切換えて2つの発振波長を適宜に選択し使
用することのできる波長切換半導体レーザを提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve such a problem and to use a gain coupling DFB to switch between modes on both sides of a stop band and to appropriately select and use two oscillation wavelengths. It is to provide a semiconductor laser.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項1の発明では、活性層に周期的凹凸を
設け分布帰還を得る構造の半導体レーザにおいて、前記
活性層の上にクラッド層が形成され、そのクラッド層の
上に共振器方向に2つ以上の電極が形成され、このいず
れかの電極の電流注入量を変化させることによりストッ
プバンドの長波長側と短波長側の発振モードが選択でき
るように構成されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a semiconductor laser having a structure in which an active layer is provided with periodic unevenness to obtain a distributed feedback. A cladding layer is formed, and two or more electrodes are formed on the cladding layer in the resonator direction. By changing the current injection amount of any one of the electrodes, the stop band on the long wavelength side and the short wavelength side is stopped. The oscillation mode is configured to be selectable.

【0009】このような構成によれば、発振波長の切換
えがストップバンドの長波長側と短波長側で行われ、2
つの波長間隔は構造によって決まり安定である。しかも
数nmの波長間隔を得ることもできる。そして、このよ
うなレーザは波長多重(WDM)ネットワーク用の光源
に適用して好適である。
According to such a configuration, the switching of the oscillation wavelength is performed on the long wavelength side and the short wavelength side of the stop band.
The two wavelength intervals are determined by the structure and are stable. Moreover, a wavelength interval of several nm can be obtained. Such a laser is suitable for use as a light source for a wavelength division multiplexing (WDM) network.

【0010】この場合、請求項2のように、活性層の周
期的凹凸は活性層の上面または下面のいずれに加工され
ていてもよい。また、この場合、請求項3のように、活
性層の周期的凹凸の凸部または凹部に対応して等価屈折
率が高くなるように活性層周辺の層の組成が選択され
る。
In this case, the periodic irregularities of the active layer may be formed on either the upper surface or the lower surface of the active layer. In this case, the composition of the layer around the active layer is selected such that the equivalent refractive index is increased corresponding to the convex or concave portions of the periodic unevenness of the active layer.

【0011】また、本発明は、請求項4のように、活性
層の周期的凹凸が活性層の下面に加工され、その下面に
低屈折層を挟んでパターン供給層が形成され、そのパタ
ーン供給層には活性層の周期的凹凸に相補的な周期的凹
凸が形成された構成にすることもでき、このような構成
によっても請求項1ないし3のものと同様な発振波長の
切換えができる。
According to a fourth aspect of the present invention, a pattern supply layer is formed on the lower surface of the active layer with periodic irregularities formed on the lower surface of the active layer with a low refractive layer interposed therebetween. The layer may have a configuration in which periodic irregularities complementary to the periodic irregularities of the active layer are formed. With such a configuration, it is possible to switch the oscillation wavelength as in the first to third aspects.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を詳しく
説明する。図1は本発明に係る波長切換半導体レーザの
一実施例を示す断面構造図である。図はストライプに沿
った断面構造を簡単に示したもので、クラッド層1の上
に活性層2とクラッド層3が積層され、この活性層2の
上面に周期的な凹凸が設けられ分布帰還を得る構造に形
成されている。この場合、凹凸の凸部に対応して等価屈
折率が高くなるように活性層周辺の層の組成が選ばれ
る。なお、凹凸の凹部に対応して等価屈折率が高くなる
ように活性層周辺の層の組成を選ぶこともできる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional structural view showing one embodiment of a wavelength switching semiconductor laser according to the present invention. The figure simply shows a cross-sectional structure along a stripe. An active layer 2 and a clad layer 3 are stacked on a clad layer 1, and periodic unevenness is provided on an upper surface of the active layer 2 to provide distributed feedback. It is formed in a structure to obtain. In this case, the composition of the layer around the active layer is selected so that the equivalent refractive index becomes higher in accordance with the projections of the unevenness. The composition of the layer around the active layer can be selected so that the equivalent refractive index becomes higher corresponding to the concave and convex portions.

【0013】クラッド層1の下面にはコモン電極6が取
り付けられ、またクラッド層3の上面の共振器方向に、
分離した2つの電極4,5が取り付けられている。
A common electrode 6 is attached to the lower surface of the cladding layer 1.
Two separate electrodes 4, 5 are attached.

【0014】このような構成において、電極4,5の両
方に電流を注入すると、利得が活性層2の凹凸に対応し
て周期性を持ち(厚い所の利得が高い)、利得結合DF
Bレーザとして作用する。
In such a configuration, when a current is injected into both the electrodes 4 and 5, the gain has a periodicity corresponding to the unevenness of the active layer 2 (the gain at a thick portion is high) and the gain coupling DF
Acts as a B laser.

【0015】ここで、活性層2の凹凸がクラッド層3の
ように活性層より低い屈折率の層で埋められたときに
は、利得の分布と屈折率の分布が図2(a)に示すよう
に同相となり、図2(b)のスペクトラムに見られるよ
うにストップバンドの長波長側が優先的に発振する。
Here, when the unevenness of the active layer 2 is filled with a layer having a lower refractive index than the active layer like the cladding layer 3, the distribution of the gain and the distribution of the refractive index become as shown in FIG. In phase, the longer wavelength side of the stop band oscillates preferentially, as seen in the spectrum of FIG.

【0016】次に、電極5への注入電流を減少させるか
逆バイアスにすると、電極5の下部では活性層2は吸収
を持つことになる。この吸収は凹凸の厚い所の方が大き
くなるため、吸収の分布と屈折率の分布が同相、つまり
利得の分布と屈折率の分布としてみれば図3(a)に示
すように逆相となり、図3(b)のスペクトラムに見ら
れるようにストップバンドの短波長側が発振し易くな
る。
Next, when the injection current to the electrode 5 is reduced or reverse biased, the active layer 2 has an absorption below the electrode 5. Since the absorption becomes larger at the place where the unevenness is thicker, the distribution of the absorption and the distribution of the refractive index are in the same phase, that is, when viewed as the distribution of the gain and the distribution of the refractive index, the distribution becomes opposite as shown in FIG. As can be seen from the spectrum of FIG. 3B, the short wavelength side of the stop band easily oscillates.

【0017】つまり、電極4側で発振を維持し、電極5
側の活性層が吸収とならないような電流値を流せばスト
ップバンドの長波長側で発振させることができ、電極5
側を非注入あるいは逆バイアスにすればストップバンド
の短波長側で発振させることができ、このようにして発
振波長の切換えが実現できる。
That is, the oscillation is maintained on the electrode 4 side and the electrode 5
If a current value is applied so that the active layer on the side does not absorb light, oscillation can be performed on the longer wavelength side of the stop band.
If the non-injection side or the reverse bias is used, the oscillation can be performed on the short wavelength side of the stop band, and thus the oscillation wavelength can be switched.

【0018】図4は凹凸活性層の周囲の層構造を変えた
本発明の他の実施例図である。クラッド層7と活性層1
0の間にパターン供給層8と低屈折率層9が形成された
部分が図1の構造と異なる。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention in which the layer structure around the uneven active layer is changed. Cladding layer 7 and active layer 1
The portion where the pattern supply layer 8 and the low refractive index layer 9 are formed between 0 is different from the structure of FIG.

【0019】この場合、活性層10の下面に凹凸が設け
られ(加工され)、その下に低屈折率層9を挟んでパタ
ーン供給層8が設けられている。パターン供給層8は、
中間屈折率の層であり、その上面に活性層10の凹凸と
相補的な凹凸が形成されている。これにより、活性層1
0の凹凸と屈折率の関係が前記実施例とは逆にできる。
In this case, irregularities are provided (processed) on the lower surface of the active layer 10, and a pattern supply layer 8 is provided thereunder with a low refractive index layer 9 interposed therebetween. The pattern supply layer 8
This is a layer having an intermediate refractive index, and unevenness complementary to that of the active layer 10 is formed on the upper surface thereof. Thereby, the active layer 1
The relationship between the unevenness of 0 and the refractive index can be reversed from that in the above embodiment.

【0020】本実施例では、両方の電極に電流注入した
場合は利得と屈折率の分布が逆相となって(図3(a)
参照)ストップバンドの短波長側が発振し(図3(b)
参照)、一方の電極を電流非注入あるいは逆バイアスに
するとストップバンドの長波長側が発振する(図2
(b)参照)。
In this embodiment, when current is injected into both electrodes, the distributions of the gain and the refractive index become opposite phases (FIG. 3A).
(See FIG. 3 (b))
If one electrode is not injected with current or reverse biased, the longer wavelength side of the stop band oscillates (see FIG. 2).
(B)).

【0021】以上のような実施例においては、発振波長
の切換えがストップバンドの長波長側と短波長側で行な
われるため、2つの波長間隔は構造によって決まり安定
であり、しかも数nmの波長間隔を得ることもできる。
また、利得結合性を使用しているため各モードとも高い
SMSRが得られ、戻り光にも強い。
In the embodiment described above, the switching of the oscillation wavelength is performed on the long wavelength side and the short wavelength side of the stop band, so that the interval between the two wavelengths is determined by the structure and is stable. You can also get
Further, since the gain coupling property is used, a high SMSR is obtained in each mode, and the mode is strong against return light.

【0022】なお、以上の説明は、本発明の説明および
例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎな
い。したがって本発明は、上記実施例に限定されること
なく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、
変形をも含むものである。例えば、クラッド層3あるい
は11の上面に取り付けた電極は2つに限らず、2つ以
上形成してもよい。
It should be noted that the foregoing description has been directed to specific preferred embodiments for the purpose of illustration and illustration of the invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many more modifications without departing from the spirit thereof.
This includes deformation. For example, the number of electrodes attached to the upper surface of the cladding layer 3 or 11 is not limited to two, and two or more electrodes may be formed.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発振波長の切換えがストップバンドの長波長側と短波長
側で行なわれるため、2つの波長間隔は構造によって決
まり安定であり、しかも数nmの波長間隔を得ることも
できるという効果がある。また、利得結合性を使用して
いるため各モードとも高いSMSRが得られ、戻り光に
も強いという効果もある。
As described above, according to the present invention,
Since the switching of the oscillation wavelength is performed on the long wavelength side and the short wavelength side of the stop band, the two wavelength intervals are determined by the structure and are stable, and there is an effect that a wavelength interval of several nm can be obtained. Further, since the gain coupling property is used, a high SMSR is obtained in each mode, and there is an effect that the mode is strong against return light.

【0024】なお、熱効果あるいはキャリア効果により
従来の2電極DFBと同様の波長チューニングも可能で
あり、モード間の波長スイッチと組み合わせて使用する
ことも可能である。
The same wavelength tuning as that of the conventional two-electrode DFB can be performed by a thermal effect or a carrier effect, and it can be used in combination with a wavelength switch between modes.

【0025】そして、このような本発明の半導体レーザ
は波長多重(WDM)ネットワーク用の光源に用いて好
適である。
The semiconductor laser of the present invention is suitable for use as a light source for a wavelength division multiplexing (WDM) network.

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

【図1】本発明に係る波長切換半導体レーザの一実施例
を示す断面構造図である。
FIG. 1 is a sectional structural view showing one embodiment of a wavelength switching semiconductor laser according to the present invention.

【図2】動作説明用の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an operation.

【図3】動作説明用の他の説明図である。FIG. 3 is another explanatory diagram for explaining the operation.

【図4】本発明の他の実施例図である。FIG. 4 is another embodiment of the present invention.

【図5】従来の簡単な構造の半導体レーザの一例を示す
構造図である。
FIG. 5 is a structural diagram showing an example of a conventional semiconductor laser having a simple structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,7 クラッド層 2,10 活性層 3,11 クラッド層 4,5,12,13 電極 6,14 コモン電極 8 パターン供給層 9 低屈折率層 1,7 clad layer 2,10 active layer 3,11 clad layer 4,5,12,13 electrode 6,14 common electrode 8 pattern supply layer 9 low refractive index layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】活性層に周期的凹凸を設け分布帰還を得る
構造の半導体レーザにおいて、 前記活性層の上にクラッド層が形成され、そのクラッド
層の上に共振器方向に2つ以上の電極が形成され、この
いずれかの電極の電流注入量を変化させることによりス
トップバンドの長波長側と短波長側の発振モードが選択
できるように構成されたことを特徴とする波長切換半導
体レーザ。
1. A semiconductor laser having a structure in which periodic unevenness is provided in an active layer to obtain distributed feedback, wherein a cladding layer is formed on the active layer, and two or more electrodes are formed on the cladding layer in a resonator direction. The wavelength switching semiconductor laser is characterized in that the oscillation mode on the long wavelength side and the short wavelength side of the stop band can be selected by changing the current injection amount of any one of the electrodes.
【請求項2】前記活性層は、その周期的凹凸が活性層の
上面または下面に加工されてなることを特徴とする請求
項1記載の波長切換半導体レーザ。
2. The wavelength switching semiconductor laser according to claim 1, wherein said active layer is formed by processing periodic irregularities on an upper surface or a lower surface of said active layer.
【請求項3】前記活性層の周期的凹凸の凸部または凹部
に対応して等価屈折率が高くなるように該活性層周辺の
層の組成が選択されてなることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の波長切換半導体レーザ。
3. The composition of a layer around the active layer is selected so that the equivalent refractive index becomes higher corresponding to the convex or concave portion of the periodic unevenness of the active layer. Or the wavelength switching semiconductor laser according to 2.
【請求項4】前記活性層の周期的凹凸が活性層の下面に
加工され、その下面には低屈折層を挟んでパターン供給
層が形成され、そのパターン供給層には前記活性層の周
期的凹凸に相補的な周期的凹凸が形成されてなることを
特徴とする請求項1ないし3記載の波長切換半導体レー
ザ。
4. The periodic unevenness of the active layer is processed on a lower surface of the active layer, and a pattern supply layer is formed on a lower surface of the active layer with a low refractive layer interposed therebetween. 4. The wavelength switching semiconductor laser according to claim 1, wherein periodic irregularities complementary to the irregularities are formed.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008544238A (en) * 2005-06-14 2008-12-04 フォーチュンベラブンド ベルリン イー ブイ Method and apparatus for generating and detecting Raman spectra

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