JP2001352123A - Semiconductor short-pulse light source - Google Patents

Semiconductor short-pulse light source

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JP2001352123A
JP2001352123A JP2000173188A JP2000173188A JP2001352123A JP 2001352123 A JP2001352123 A JP 2001352123A JP 2000173188 A JP2000173188 A JP 2000173188A JP 2000173188 A JP2000173188 A JP 2000173188A JP 2001352123 A JP2001352123 A JP 2001352123A
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JP
Japan
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mode
waveguide
light source
gain
resonator
Prior art date
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Application number
JP2000173188A
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Japanese (ja)
Inventor
Minefumi Shimoyama
峰史 下山
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To expand a longitudinal mode interval and to achieve the high repetition of [THz] class in the length of a resonator for obtaining a sufficient gain for stable oscillation in a mode synchronous type laser in resonator structure using SSG regarding a semiconductor short-pulse light source. SOLUTION: This semiconductor short-pulse light source is provided with a mode synchronous type laser that allows SSG2A, a saturable absorption waveguide 4B, a gain waveguide 4A, and SSG2B to be arranged in series in a described order where SSG2A and 2B existing at both ends have structure where the directions and periods of a phase change match.

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、光通信用の光源と
して好適な半導体短パルス光源の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a semiconductor short pulse light source suitable as a light source for optical communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、インターネット利用者数は急激に
増加しつつあり、その為、光通信システムの整備も急ピ
ッチで進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, the number of Internet users has been rapidly increasing, and as a result, optical communication systems have been developed at a rapid pace.

【0003】現在、幹線通信では10〔Gビット/秒〕
程度の信号が用いられているが、動画等の大規模データ
を任意の時点に遠隔地から受け取ることができるような
新しいサービスに対する要求が高まっているので、通信
量を更に飛躍的に増大する技術が必要になっている。
[0003] At present, 10 [G bits / second] is used for trunk communication.
However, the demand for new services that can receive large-scale data such as moving images from a remote location at any time is increasing, so technology to further increase communication volume dramatically Is needed.

【0004】光時分割多重通信(optical ti
me−division multiplexing:
OTDM)は、従来の電子回路に依る時分割多重化とは
異なり、複数の超短パルス光源と全光多重化システムと
を用いて1〔THz〕に迫る多重化を行おうとするもの
であり、これを実現するには、半導体を用いた超短パル
ス光源が必須である。
[0004] Optical time division multiplexing (optical ti)
me-division multiplexing:
OTDM) is different from time-division multiplexing based on conventional electronic circuits in that multiplexing approaching 1 [THz] is performed using a plurality of ultrashort pulse light sources and an all-optical multiplexing system. To achieve this, an ultrashort pulse light source using a semiconductor is essential.

【0005】また、この超短パルス光源自体が高繰り返
し特性をもつことで、従来の時分割多重通信を活かした
大容量化の道も開けてくる。
[0005] In addition, since the ultrashort pulse light source itself has a high repetition characteristic, a path for increasing capacity utilizing conventional time division multiplex communication is opened.

【0006】半導体を利用した短パルス光源としては、
利得導波路と可飽和吸収導波路とを直列に集積し、導波
路端面の反射に依るファブリ・ペロー型共振モードを利
用したモード同期レーザが知られ、また、超周期回折格
子反射鏡、即ち、SSG(super structu
re grating)反射鏡を利用したモード同期レ
ーザも提案されている(要すれば、「特開平10−33
5733号公報」、を参照)。
As a short pulse light source using a semiconductor,
A mode-locked laser that integrates a gain waveguide and a saturable absorption waveguide in series and uses a Fabry-Perot type resonance mode due to reflection of the waveguide end face is known. SSG (super structure)
A mode-locked laser using a re-grating reflector has also been proposed.
No. 5733).

【0007】モード同期レーザの繰り返し周波数は、共
振器構造に依って決定される縦モードに於ける相隣るモ
ード間隔で決まる。
[0007] The repetition frequency of a mode-locked laser is determined by adjacent mode intervals in the longitudinal mode determined by the resonator structure.

【0008】共振器長Lのファブリ・ペロー型共振器に
於いて、モード間隔はΔω=πc/nL(c:光速、
n:屈折率)で表され、この時の繰り返し周波数はf=
Δω/2π=c/2nLとなる。
In a Fabry-Perot resonator having a resonator length L, the mode interval is Δω = πc / nL (c: speed of light,
n: refractive index), and the repetition frequency at this time is f =
Δω / 2π = c / 2nL.

【0009】従って、ファブリ・ペロー型で高繰り返し
を実現するには、共振器長を小さくしなければならない
が、その場合、発振に充分な利得を得ることが困難にな
り、例えば、屈折率3.5程度の標準的な半導体導波路
を仮定すると、1〔THz〕の繰り返しを得る為の共振
器長は43〔μm〕である。
Therefore, in order to realize a high repetition in the Fabry-Perot type, the length of the resonator must be reduced. In this case, however, it is difficult to obtain a sufficient gain for oscillation. Assuming a standard semiconductor waveguide of about 0.5, the resonator length for obtaining a repetition of 1 [THz] is 43 [μm].

【0010】また、個々のパルスがもつ時間幅は、モー
ドの同期に寄与する各縦モード発振光の強度比によって
制限される。即ち、ファブリ・ペロー型に於いては、利
得導波路に於ける利得の波長依存性に依って制限を受
け、充分な超短パルスを得ることが難しい。
Further, the time width of each pulse is limited by the intensity ratio of each longitudinal mode oscillation light that contributes to mode synchronization. That is, the Fabry-Perot type is limited by the wavelength dependence of the gain in the gain waveguide, and it is difficult to obtain a sufficiently short pulse.

【0011】前記した特開平−335733号公報に
は、反射鏡としてSSGを用いた構造が提案され、その
発明では、個々のモードの光が共振器内を周回するのに
要する時間を揃えることまでは考慮されていないので、
モード周期の実現は困難であろうことが容易に想像でき
る。
The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 335733/1991 proposes a structure using SSG as a reflecting mirror. In the invention, the time required for the light of each mode to circulate in the resonator is adjusted. Is not taken into account,
It can be easily imagined that the realization of the mode period would be difficult.

【0012】ところで、本発明に依る短パルス光源を構
成するレーザは、一見した場合、前記既提案の発明に係
わるレーザと類似するかの如く認識されるおそれがある
為、その従来のレーザについて、更に詳細に説明してお
くことは、本発明の新規性を明確化する上で有益と思わ
れる。
By the way, at first glance, the laser constituting the short pulse light source according to the present invention may be recognized as being similar to the laser according to the above-mentioned proposed invention. A more detailed description may be helpful in clarifying the novelty of the present invention.

【0013】前記公報に開示された発明では、SSG構
造をレーザの片側端面の反射鏡として用い、そして、反
対側端面は通常の、即ち、反射率が波長に依存しない高
反射膜を用い、モード同期レーザとし作用させている。
In the invention disclosed in the above publication, the SSG structure is used as a reflecting mirror on one end face of the laser, and the other end face is made of a normal, that is, a highly reflective film whose reflectivity does not depend on the wavelength. It works as a synchronous laser.

【0014】然しながら、SSG構造に於いては、波長
の違いに依って実効的な反射点が異なるので、これを単
独で用いた場合、共振器長が波長に依って変化すること
となり、各モードを同期させるのは困難である。
However, in the SSG structure, since the effective reflection point differs depending on the wavelength, if this is used alone, the cavity length changes depending on the wavelength, and each mode Is difficult to synchronize.

【0015】各モードを同期させるには、導波路の群速
度分散を適切に設計し、各モードの共振器周回時間を揃
えなければならず、この群速度分散は電流注入量の関数
となるので、前記公報開示のレーザに於いて、モード同
期を実現する動作条件に対するトレランスは非常に小さ
いものとなる。
In order to synchronize the modes, the group velocity dispersion of the waveguide must be appropriately designed and the resonator circulating time of each mode must be uniform. This group velocity dispersion is a function of the current injection amount. In the laser disclosed in the above publication, the tolerance for the operating condition for realizing the mode locking is very small.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、SSG反
射鏡を用いた共振器構造のモード同期を利用するのであ
るが、安定に発振させるのに充分な利得が得られる共振
器長に於いて、縦モード間隔を拡げ、〔THz〕級の高
繰り返しを実現する手段を提供しようとする。
In the present invention, the mode locking of the resonator structure using the SSG mirror is used. However, the resonator length at which a sufficient gain for stably oscillating is obtained is obtained. The present invention seeks to provide means for increasing the vertical mode interval and realizing [THz] class high repetition.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】一般に、SSG構造を用
いた場合、ファブリ・ペロー型の場合には共振器長で決
定される縦モード間隔に対し、その整数倍(m倍とす
る)の周波数間隔で高反射率を有する反射鏡を作成する
ことが可能である。
In general, when the SSG structure is used, in the case of the Fabry-Perot type, the frequency is an integral multiple (m times) of the longitudinal mode interval determined by the resonator length. It is possible to create reflectors with high reflectivity at intervals.

【0018】図1は本発明に依る半導体短パルス光源の
原理を説明する為のモード同期レーザを表す要部切断側
面図であり、図に於いて、1は基板、2A及び2Bは共
振器両端に形成されたSSG、3はクラッド層、4Aは
利得導波路、4Bは可飽和吸収性導波路、5はクラッド
層、6は電極をそれぞれ示している。
FIG. 1 is a cutaway side view showing a principal part of a mode-locked laser for explaining the principle of a semiconductor short pulse light source according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a substrate, 2A and 2B denote resonator ends. SSG 3 is a cladding layer, 4A is a gain waveguide, 4B is a saturable absorbing waveguide, 5 is a cladding layer, and 6 is an electrode.

【0019】本発明では、SSG2A及び2Bを共振器
両端に反射鏡として配置し、共振器長に依って決まる縦
モード間隔のm倍のモード間隔をもつ共振器構造として
動作させ、その共振器の一部に可飽和吸収性導波路4B
を設けて受動モード同期を起こし、モード間隔の拡がり
に対応してm倍の高繰り返しパルス列を得ている。
In the present invention, the SSGs 2A and 2B are arranged as reflectors at both ends of the resonator, and are operated as a resonator structure having a mode interval m times the longitudinal mode interval determined by the length of the resonator. Partially saturable absorbing waveguide 4B
Is provided to cause passive mode locking, and an m-times high repetition pulse train is obtained corresponding to the expansion of the mode interval.

【0020】図2はモード間隔と繰り返し周波数との関
係を表す線図であり、(A)は本発明の場合、(B)は
ファブリ・ペロー型共振器の場合である。尚、前記した
ように、Δωはモード間隔である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing the relationship between the mode interval and the repetition frequency. FIG. 2A shows the case of the present invention, and FIG. 2B shows the case of a Fabry-Perot resonator. As described above, Δω is a mode interval.

【0021】本発明に於いて、共振器両端に配置された
SSG2A及び2Bは、位相変化の周期・方向を揃える
ことで、モード同期を実現する動作条件に対するトレラ
ンスを広くしている。
In the present invention, the SSGs 2A and 2B disposed at both ends of the resonator extend the tolerance to the operating conditions for realizing mode locking by aligning the period and direction of the phase change.

【0022】即ち、ある波長の光は、一方の側に形成さ
れたSSGの作用で端面の近傍で反射され、そして、他
方の側に形成されたSSGの作用で利得導波路の近傍で
反射される。
That is, light of a certain wavelength is reflected near the end face by the action of the SSG formed on one side, and is reflected near the gain waveguide by the action of the SSG formed on the other side. You.

【0023】別の波長の光は、前記とは逆に、一方の側
に形成されたSSGの作用で可飽和吸収性導波路の近傍
で反射され、そして、他方の側に形成されたSSGの作
用で端面の近傍で反射されるようにすることができ、従
って、波長に依らず共振器長を揃える機能をもっている
ので、容易にモード同期が実現される。
Contrary to the above, light of another wavelength is reflected near the saturable absorbing waveguide by the action of the SSG formed on one side, and is reflected by the SSG formed on the other side. The light can be reflected in the vicinity of the end face by the action, and therefore, it has a function of making the resonator length uniform regardless of the wavelength, so that mode locking can be easily realized.

【0024】図3は波長を異にする光の反射について説
明する為のレーザを表す要部説明図であり、(A)は本
発明の場合、(B)は比較の為に掲示した従来例の場合
であり、図1に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。
FIGS. 3A and 3B are main part explanatory views showing a laser for explaining reflection of light having different wavelengths. FIG. 3A is a diagram showing a conventional example and FIG. 3B is a diagram showing a conventional example shown for comparison. In this case, the same symbols as those used in FIG. 1 represent the same parts or have the same meaning.

【0025】図からすると、本発明に依るレーザでは、
波長が相違する光に対して共振器長が揃うこと、そし
て、従来のレーザでは、それが不可能であることが明瞭
に看取されよう。
As can be seen, in the laser according to the invention,
It will be clearly seen that the cavity lengths are aligned for light of different wavelengths, and that this is not possible with conventional lasers.

【0026】また、本発明に依れば、SSGの特性を活
かし、個々のパルスに於ける時間幅を従来技術に依った
場合に比較して短縮することが可能である。
Further, according to the present invention, the time width of each pulse can be shortened as compared with the case of using the conventional technique, by utilizing the characteristics of SSG.

【0027】図4はSSGの設計に依る各モードの発振
光強度の平坦化について説明する為の線図であり、
(A)は利得スペクトルを、(B)はSSG反射特性
を、(C)は発振スペクトルをそれぞれ示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the flattening of the oscillating light intensity of each mode due to the design of the SSG.
(A) shows the gain spectrum, (B) shows the SSG reflection characteristic, and (C) shows the oscillation spectrum.

【0028】一般に、SSGは、適切に設計することで
反射率の波長依存性を制御することが可能であり、例え
ば図1に示した本発明のレーザにおいて、一方の側のS
SG2A及び他方の側のSSG2Bに対し、利得導波路
4Aに於ける利得の波長依存性を打ち消す反射特性をも
たせることは容易であり、そのようにすることに依っ
て、図4に見られるように、個々の縦モードの光強度を
揃えれば、理想的なモード同期に依って、パルスの時間
幅を従来のレーザに比較して短縮することができる。
In general, the SSG can control the wavelength dependence of the reflectance by appropriately designing it. For example, in the laser of the present invention shown in FIG.
It is easy for the SG 2A and the SSG 2B on the other side to have a reflection characteristic that cancels out the wavelength dependence of the gain in the gain waveguide 4A, and by doing so, as shown in FIG. If the light intensities of the individual longitudinal modes are made uniform, the pulse time width can be shortened as compared with the conventional laser by ideal mode locking.

【0029】図5は各縦モード光の強度分布と同期パル
スの時間波形を表す線図であり、図示されたパルスの時
間波形を表す図に見られる実線は本発明に依った場合の
波形を、また、破線は従来技術に依った場合の波形をそ
れぞれ示している。
FIG. 5 is a diagram showing the intensity distribution of each longitudinal mode light and the time waveform of the synchronizing pulse. The solid line in the diagram showing the time waveform of the illustrated pulse shows the waveform according to the present invention. Also, broken lines indicate waveforms according to the conventional technique.

【0030】前記した通り、モード同期レーザに於ける
繰り返し周波数fは周波数軸(或いは波長軸)で見た場
合の隣り合う縦モード間隔Δωに依って決定され、f=
Δω/2πであり、従って、高繰り返しを実現するに
は、この縦モード間隔を拡げることが必須である。
As described above, the repetition frequency f in the mode-locked laser is determined by the interval Δω between adjacent longitudinal modes when viewed on the frequency axis (or the wavelength axis).
Δω / 2π, and therefore, in order to realize high repetition, it is essential to increase the vertical mode interval.

【0031】通常、ファブリ・ペロー型共振器を利用し
たモード同期レーザでは、縦モード間隔は共振器長に依
って決定され、モード同期が起こった場合、異なるモー
ドの複数の光の干渉に依って、共振器内を唯一つの光パ
ルスが移動しているような状況であり、共振器を光が周
回する時間が繰り返しの周期となる。
Normally, in a mode-locked laser using a Fabry-Perot resonator, the longitudinal mode interval is determined by the length of the resonator, and when mode locking occurs, it depends on the interference of a plurality of light beams of different modes. In such a situation, only one light pulse is moving in the resonator, and the time that light circulates around the resonator is a repetition period.

【0032】これに対し、共振器長で決まる縦モード間
隔の整数倍の間隔の波長の光のみを同期させた場合、共
振器内を複数の光パルスの列が移動するような状況が実
現され、これに依って、共振器を短小化することなく高
い繰り返しのパルス列を得ることが可能となる。
On the other hand, when only light having a wavelength of an integer multiple of the longitudinal mode interval determined by the length of the resonator is synchronized, a situation in which a train of a plurality of optical pulses moves in the resonator is realized. This makes it possible to obtain a high repetition pulse train without shortening the resonator.

【0033】本発明では、前記波長選択の為の機構とし
てSSG構造を用いているものであって、通常、SSG
は、ピッチを徐々に変化させた回折格子を周期的に形成
したものであって、基本的な回折格子構造がもつ周期性
に加え、更に大きな周期(超周期)性をもたせること
で、複数波長に対する高反射率を実現している(要すれ
ば、「H.Ishii,et.al,IEEE J.Q
E−32,No.3.pp433(1996))、を参
照)。
In the present invention, an SSG structure is used as a mechanism for selecting the wavelength.
Is a pattern in which a diffraction grating with a gradually changed pitch is periodically formed. In addition to the periodicity of the basic diffraction grating structure, a larger period (super period) is provided, so that a plurality of wavelengths can be obtained. (Refer to “H. Ishii, et. Al, IEEE J.Q., if necessary.)
E-32. 3. pp 433 (1996)).

【0034】この高反射波長をファブリ・ペロー型モー
ドの整数倍間隔に設定することは容易であり、これに依
って、高繰り返しのモード同期レーザを実現することが
できるのである。
It is easy to set the high reflection wavelength at an integer multiple interval of the Fabry-Perot mode, whereby a highly repetitive mode-locked laser can be realized.

【0035】ここで、留意しなければならないことは、
SSG構造を用いた場合、波長に依って実効的な反射点
が分布する点であり、従って、レーザに於ける両端面の
一方側にのみSSGを設置した場合には、各縦モード間
の共振器長が相違することになる。
Here, it should be noted that:
When the SSG structure is used, the effective reflection point is distributed depending on the wavelength. Therefore, when the SSG is provided only on one side of both end faces in the laser, the resonance between the longitudinal modes is caused. The captain will be different.

【0036】一般に、モード同期では、各モード光の周
回時間の一致が不可欠であるから、前記の場合、即ち、
一方側にのみSSGを設置した場合には、導波路全体の
群速度分散の微妙な調整が必要となり、この群速度分散
は導波路の構造と注入電流量とで決定されるので、この
構造でモード同期させるには、ある決まった電流量に於
いてのみ実現される。
In general, in mode synchronization, it is essential to match the orbiting times of the respective mode lights.
When the SSG is provided only on one side, fine adjustment of the group velocity dispersion of the entire waveguide is required, and this group velocity dispersion is determined by the structure of the waveguide and the amount of injected current. Mode synchronization is realized only at a certain fixed amount of current.

【0037】また、前記同期条件トレランスの厳しさに
加え、決まった強度の光出力しか取り出せない構造にな
ってしまう。
Further, in addition to the strict tolerance of the synchronization condition, a structure is obtained in which only a light output of a predetermined intensity can be extracted.

【0038】然しながら、本発明の短パルス光源をなす
レーザでは、両端面に位相が揃ったSSGを配設してあ
ることから、各モードの実効的な共振器長は揃ってい
て、従って、周回時間も揃うので、前記のような問題は
全て解消されるのである。
However, in the laser constituting the short pulse light source of the present invention, since the SSGs having the same phase are provided on both end faces, the effective resonator lengths of the respective modes are uniform, and therefore, the circulating laser is not required. Since the time is ready, all of the above problems are eliminated.

【0039】しかも、モード同期に依って発生するパル
スの時間幅は、各モードの光強度の比に依って変化し、
全モードの光強度が一致している場合に最短となること
が知られている。
Further, the time width of the pulse generated by the mode locking changes depending on the ratio of the light intensity of each mode.
It is known that the shortest is obtained when the light intensities of all the modes match.

【0040】ファブリ・ペロー型に於いて多用されてい
る高反射膜は、同期に寄与するモードの波長拡がりに対
して依存性をもたず、この為、各モードの光強度比は利
得導波路に於ける利得の波長依存性に依って決定され、
そして、半導体の利得は、波長に対してガウス型の分布
をもつから、理想的なモード同期条件を満たすことはで
きない。
The highly reflective film, which is frequently used in the Fabry-Perot type, does not depend on the wavelength spread of the mode contributing to the synchronization. Therefore, the light intensity ratio of each mode is determined by the gain waveguide. Is determined by the wavelength dependence of the gain at
Since the gain of the semiconductor has a Gaussian distribution with respect to the wavelength, it cannot satisfy the ideal mode-locking condition.

【0041】SSGでは、反射率の波長依存性を自由に
設計することが可能であり(要すれば、「狩野文良、電
子情報通信学会第4回フォトニックスイッチング研究会
PS96−9(1996)」、を参照)、利得を打ち消
すような反射率をもたせることができるから、これに依
って各縦モードの光強度を揃えることで、理想的なモー
ド同期条件を実現し、フーリエ変換限界までの超短パル
スを発生させることができる。
In the SSG, it is possible to freely design the wavelength dependence of the reflectance (if necessary, “Kumino Fumiyoshi, IEICE 4th Photonic Switching Study Group PS96-9 (1996)”) ), It is possible to provide a reflectivity that cancels the gain, so that the light intensity of each longitudinal mode can be made uniform to realize ideal mode-locking conditions, and to achieve the ultra-high Fourier transform limit. Short pulses can be generated.

【0042】以上説明した本発明に於ける基本原理に依
れば、安定して〔THz〕級の高繰り返し短パルス列を
発生するモード同期レーザを容易に実現することがで
き、また、個々のパルスに於ける時間幅をフーリエ変換
限界までの超短パルスとすることができる。
According to the basic principle of the present invention described above, a mode-locked laser stably generating a [THz] class high repetition short pulse train can be easily realized. Can be an ultrashort pulse up to the Fourier transform limit.

【0043】[0043]

【発明の実施の形態】図6乃至図10は本発明の実施の
形態である半導体短パルス光源を構成するモード同期レ
ーザを製造する場合の工程を説明する為の要部説明図で
あり、図中、(A)或いは表示がないものは要部切断側
面、(B)は要部平面をそれぞれ示している。
FIG. 6 to FIG. 10 are main part explanatory views for explaining steps in the case of manufacturing a mode-locked laser constituting a semiconductor short pulse light source according to an embodiment of the present invention. Among them, (A) or the one without display shows the cut surface of the main part, and (B) shows the plane of the main part.

【0044】図6参照 6−(1) リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセスを適用す
ることに依り、n−InP基板11上にレジスト層を形
成してから電子ビーム露光装置を用いてSSG形成予定
部分に縞状パターンの露光を行い、その後、現像を行
う。尚、この場合の縞状パターンは、周期的にピッチを
変化させたパターンにする。
FIG. 6 6- (1) By applying a resist process in the lithography technique, a resist layer is formed on the n-InP substrate 11, and then an SSG is to be formed using an electron beam exposure apparatus. The portion is exposed to a striped pattern, and then developed. The stripe pattern in this case is a pattern in which the pitch is periodically changed.

【0045】6−(2) エッチング・ガスをエタン系ガスとするドライ・エッチ
ング法を適用することに依り、前記のレジスト層をマス
クとしてInP基板11のエッチングを行ってSSG1
2A及びSSG12Bを形成する。
6- (2) The InP substrate 11 is etched using the above-mentioned resist layer as a mask by applying a dry etching method using an etching gas
2A and SSG12B are formed.

【0046】前記SSG12A及び12Bは、この後に
形成する共振器構造の実効屈折率をneff 、共振器長を
Lとしたとき、Δω=2πc/nLの周期で高反射率を
もつように設計してある。
The SSGs 12A and 12B are designed to have a high reflectance with a period of Δω = 2πc / nL, where n eff is the effective refractive index of the resonator structure formed thereafter and L is the length of the resonator. It is.

【0047】図7参照 7−(1) MOCVD(metalorganic chemic
al vapourdeposition)法を適用す
ることに依り、クラッド層13、SCH層14、多重量
子井戸層15、SCH層16、クラッド層17、コンタ
クト層18を成長させる。
FIG. 7 7- (1) MOCVD (metalorganic chemical)
The clad layer 13, the SCH layer 14, the multiple quantum well layer 15, the SCH layer 16, the clad layer 17, and the contact layer 18 are grown by applying an al deposition method.

【0048】上記成長させた各半導体層に関する主要な
データを例示すると次の通りである。 (1) クラッド層13 材料:n−InGaAsP バンドギャップ波長λg :1.23〔μm〕 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 厚さ:70〔nm〕 (2) SCH層14 材料:n−InGaAsP バンドギャップ波長λg :1.15〔μm〕 不純物濃度:1×1014〔cm-3〕 厚さ:30〔nm〕 (3) 多重量子井戸層15 バリヤ層 材料:i−InGaAsP バンドギャップ波長λg :1.3〔μm〕 厚さ:10〔nm〕 井戸層 材料:i−InGaAsP バンドギャップ波長λg :1.78〔μm〕 厚さ:5〔nm〕 周期:10 (4) SCH層16 材料:p−InGaAsP バンドギャップ波長λg :1.15〔μm〕 不純物濃度:1×1014〔cm-3〕 厚さ:100〔nm〕 (5) クラッド層17 材料:p−InP 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 厚さ:50〔nm〕 (6) コンタクト層18 材料:p−InGaAsP バンドギャップ波長λg :1.3〔μm〕 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 厚さ:50〔nm〕
The following is an example of main data relating to each of the grown semiconductor layers. (1) cladding layer 13 material: n-InGaAsP bandgap wavelength lambda g: 1.23 [μm] impurity concentration: 5 × 10 17 [cm -3] Thickness: 70 [nm] (2) SCH layer 14 material: n-InGaAsP band gap wavelength λ g : 1.15 [μm] Impurity concentration: 1 × 10 14 [cm -3 ] Thickness: 30 [nm] (3) Multiple quantum well layer 15 barrier layer Material: i-InGaAsP band gap wavelength lambda g: 1.3 [μm] thickness: 10 [nm] well layer material: i-InGaAsP bandgap wavelength lambda g: 1.78 [μm] thickness: 5 nm, period: 10 (4) SCH layer 16 material: p-InGaAsP bandgap wavelength lambda g: 1.15 [μm] impurity concentration: 1 × 10 14 [cm -3] thickness: 100 [nm] (5) cladding layer 17 material: p-InP Impurity concentration: 5 × 10 17 [cm −3 ] Thickness: 50 [nm] (6) Contact layer 18 Material: p-InGaAsP Band gap wavelength λ g : 1.3 [μm] Impurity concentration: 5 × 10 17 [cm −3 ] Thickness: 50 [nm]

【0049】図8参照 8−(1) リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセスを適用す
ることに依り、コンタクト層18の表面に於ける長手方
向の略中央を幅約1.5〔μm〕程度でSSG12A及
び12Bなどの凹凸に直交する方向に延在するストライ
プのレジスト膜を形成する。尚、図8(A)は、図8
(B)に於ける中央のストライプを外れたところの縦断
側面である。
8- (1) By applying a resist process in the lithography technique, the center of the surface of the contact layer 18 in the longitudinal direction is approximately 1.5 [μm] wide. A stripe resist film extending in a direction perpendicular to the irregularities such as SSGs 12A and 12B is formed. Note that FIG.
This is a vertical side surface at a position off the central stripe in FIG.

【0050】8−(2) エッチング・ガスをエタン系ガスとするドライ・エッチ
ング法を適用することに依り、前記ストライプのレジス
ト膜をマスクとしてコンタクト層18の表面からクラッ
ド層13の表面に達するエッチングを行なってストライ
プのリッジを形成する。
8- (2) Etching from the surface of the contact layer 18 to the surface of the cladding layer 13 using the stripe resist film as a mask by applying a dry etching method using an ethane-based etching gas. To form a stripe ridge.

【0051】8−(3) MOCVD法を適用することに依り、前記リッジ以外の
部分に鉄(Fe)をドープしたInPからなる高抵抗層
19を形成して平坦化する。
8- (3) By applying the MOCVD method, a high-resistance layer 19 made of InP doped with iron (Fe) is formed in a portion other than the ridge and flattened.

【0052】図9参照 9−(1) リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、
エッチング・ガスをエタン系ガスとするドライ・エッチ
ング法を適用することに依り、コンタクト層18をスト
ライプと直交する方向に切断して、SSG12A対応部
分、可飽和吸収性導波路対応部分、利得導波路対応部
分、SSG12B対応部分のそれぞれに抵抗分離(空気
分離)する。
9- (1) Resist process in lithography technology and
By applying a dry etching method using an ethane-based etching gas, the contact layer 18 is cut in a direction perpendicular to the stripe, and a portion corresponding to the SSG 12A, a portion corresponding to the saturable absorbing waveguide, and a gain waveguide. Resistance separation (air separation) is performed for each of the corresponding portion and the SSG12B corresponding portion.

【0053】図10参照 10−(1) 真空蒸着法及びリソグラフィ技術を適用することに依
り、p側にTi/Pt/Au膜からなるp側電極21、
そして、n側にAu・Ge/Au膜を形成してn側電極
22とする。
10- (1) The p-side electrode 21 made of a Ti / Pt / Au film is formed on the p-side by applying the vacuum evaporation method and the lithography technique.
Then, an Au.Ge/Au film is formed on the n-side to form an n-side electrode 22.

【0054】前記のようにして作成したレーザに於い
て、利得導波路に電流を注入すると、可飽和吸収性導波
路での飽和吸収に依って自励振動が加速され、受動同期
に依る短パルス列を発生させることができる。
In the laser fabricated as described above, when a current is injected into the gain waveguide, self-excited oscillation is accelerated by saturation absorption in the saturable absorbing waveguide, and a short pulse train is formed by passive synchronization. Can be generated.

【0055】本発明に於いては、前記説明した実施の形
態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、そ
れを付記として例示する。
The present invention can be embodied in many forms, including the above-described embodiment.

【0056】(付記1)超周期回折格子(例えばSSG
2A:図1、以下同様)、可飽和吸収性導波路(例えば
可飽和吸収領域4B)、利得導波路(例えば利得導波路
4A)、超周期回折格子(例えばSSG2B)が前記順
序で直列に配設され、且つ、両端に在る超周期回折格子
は位相変化の向き及び周期が一致した構造をもつモード
同期型レーザを備えてなることを特徴とする半導体短パ
ルス光源。(1)
(Supplementary Note 1) Super-periodic diffraction grating (for example, SSG
2A: FIG. 1, the same applies hereinafter), a saturable absorbing waveguide (for example, saturable absorbing region 4B), a gain waveguide (for example, gain waveguide 4A), and a super-periodic diffraction grating (for example, SSG2B) are arranged in series in the above order. The semiconductor short pulse light source is provided, wherein the super-periodic diffraction gratings provided at both ends are provided with a mode-locked laser having a structure in which the directions and the periods of the phase changes match. (1)

【0057】(付記2)(付記1)に於いて、利得導波
路が量子井戸構造導波路であることを特徴とする半導体
短パルス光源。(2)
(Supplementary note 2) The semiconductor short pulse light source according to (Supplementary note 1), wherein the gain waveguide is a quantum well structure waveguide. (2)

【0058】(付記3)(付記1)に於いて、利得導波
路が量子箱構造導波路であることを特徴とする半導体短
パルス光源。
(Supplementary note 3) The semiconductor short pulse light source according to (Supplementary note 1), wherein the gain waveguide is a quantum box structure waveguide.

【0059】(付記4)(付記1)に於いて、超周期回
折格子に於ける反射率の波長依存性と利得導波路に於け
る利得の波長依存性とが相反するものであることを特徴
とする半導体短パルス光源。(3)
(Supplementary Note 4) In (Supplementary note 1), the wavelength dependence of the reflectance in the super-periodic diffraction grating and the wavelength dependence of the gain in the gain waveguide are contradictory. Semiconductor short pulse light source. (3)

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明の半導体短パルス光源に於いて
は、超周期回折格子、可飽和吸収性導波路、利得導波
路、超周期回折格子が前記順序で直列に配設され、且
つ、両端に在る超周期回折格子は位相変化の向き及び周
期が一致した構造をもつモード同期型レーザを備える。
According to the semiconductor short pulse light source of the present invention, a super-periodic diffraction grating, a saturable absorbing waveguide, a gain waveguide, and a super-periodic diffraction grating are arranged in series in the above-described order. The super-period diffraction grating includes a mode-locked laser having a structure in which the direction and the period of the phase change match.

【0061】前記構成に依れば、安定して〔THz〕級
の高繰り返し短パルス列を発生するモード同期レーザを
容易に実現することができ、また、個々のパルスに於け
る時間幅をフーリエ変換限界までの超短パルスとするこ
とができる。
According to the above configuration, a mode-locked laser stably generating a [THz] class high repetition short pulse train can be easily realized, and the time width of each pulse can be Fourier transformed. Ultrashort pulses up to the limit can be obtained.

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

【図1】本発明に依る半導体短パルス光源の原理を説明
する為のモード同期レーザを表す要部切断側面図であ
る。
FIG. 1 is a cutaway side view showing a main part of a mode-locked laser for explaining the principle of a semiconductor short pulse light source according to the present invention.

【図2】モード間隔と繰り返し周波数との関係を表す線
図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a mode interval and a repetition frequency.

【図3】波長を異にする光の反射について説明する為の
レーザを表す要部説明図である。
FIG. 3 is an explanatory view of a main part of a laser for describing reflection of light having different wavelengths.

【図4】SSGの設計に依る各モードの発振光強度の平
坦化について説明する為の線図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining flattening of the oscillation light intensity of each mode due to the design of the SSG.

【図5】各縦モード光の強度分布と同期パルスの時間波
形を表す線図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an intensity distribution of each longitudinal mode light and a time waveform of a synchronization pulse.

【図6】本発明の実施の形態である半導体短パルス光源
を構成するモード同期レーザを製造する場合の工程を説
明する為の要部説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view of a main part for describing a process in the case of manufacturing a mode-locked laser constituting a semiconductor short pulse light source according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態である半導体短パルス光源
を構成するモード同期レーザを製造する場合の工程を説
明する為の要部説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view of a principal part for describing a step of manufacturing a mode-locked laser constituting a semiconductor short pulse light source according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態である半導体短パルス光源
を構成するモード同期レーザを製造する場合の工程を説
明する為の要部説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view of a main part for describing a step of manufacturing a mode-locked laser constituting a semiconductor short pulse light source according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態である半導体短パルス光源
を構成するモード同期レーザを製造する場合の工程を説
明する為の要部説明図である。
FIG. 9 is an explanatory view of a main part for describing a step of manufacturing a mode-locked laser constituting a semiconductor short pulse light source according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態である半導体短パルス光
源を構成するモード同期レーザを製造する場合の工程を
説明する為の要部説明図である。
FIG. 10 is an explanatory view of a main part for describing a process in the case of manufacturing a mode-locked laser constituting a semiconductor short pulse light source according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 n−InP基板 12A及び12B SSG 13 クラッド層 14 SCH層 15 多重量子井戸層 16 SCH層 17 クラッド層 18 コンタクト層 19 高抵抗層 21 p側電極 22 n側電極 Reference Signs List 11 n-InP substrate 12A and 12B SSG 13 clad layer 14 SCH layer 15 multiple quantum well layer 16 SCH layer 17 clad layer 18 contact layer 19 high resistance layer 21 p-side electrode 22 n-side electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】超周期回折格子、可飽和吸収性導波路、利
得導波路、超周期回折格子が前記順序で直列に配設さ
れ、且つ、両端に在る超周期回折格子は位相変化の向き
及び周期が一致した構造をもつモード同期型レーザを備
えてなることを特徴とする半導体短パルス光源。
1. A super-period diffraction grating, a saturable absorbing waveguide, a gain waveguide, and a super-period diffraction grating are arranged in series in the above order, and the super-period diffraction gratings at both ends are directed in the direction of phase change. And a mode-locked laser having a structure in which the periods coincide with each other.
【請求項2】半導体利得導波路が量子井戸構造導波路で
あることを特徴とする請求項1記載の半導体短パルス光
源。
2. The semiconductor short pulse light source according to claim 1, wherein the semiconductor gain waveguide is a quantum well structure waveguide.
【請求項3】超周期回折格子に於ける反射率の波長依存
性と利得導波路に於ける利得の波長依存性とが相反する
ものであることを特徴とする請求項1記載の半導体短パ
ルス光源。
3. The semiconductor short pulse according to claim 1, wherein the wavelength dependence of the reflectance in the super-periodic diffraction grating and the wavelength dependence of the gain in the gain waveguide are contradictory. light source.
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Cited By (4)

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