JP2011253977A - Dbr laser - Google Patents

Dbr laser Download PDF

Info

Publication number
JP2011253977A
JP2011253977A JP2010127536A JP2010127536A JP2011253977A JP 2011253977 A JP2011253977 A JP 2011253977A JP 2010127536 A JP2010127536 A JP 2010127536A JP 2010127536 A JP2010127536 A JP 2010127536A JP 2011253977 A JP2011253977 A JP 2011253977A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
dbr
active
length
active region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010127536A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsunobu Gotoda
光伸 後藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2010127536A priority Critical patent/JP2011253977A/en
Publication of JP2011253977A publication Critical patent/JP2011253977A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DBR laser having a narrow oscillation line width, capable of stably performing a single mode oscillation operation even under a high output state.SOLUTION: A DBR laser of the present invention includes an active region having an active waveguide layer, and a DBR mirror region having a passive waveguide layer provided adjacent to the active region on an extension of the active waveguide layer. A plurality of modulation regions to modulate a refraction factor of light or a gain of a mode are provided on a region away from the light output side end of a region in an effective cavity length, by a distance of the effective cavity length, which is the sum of an immersion length of light to the DBR mirror region and an active region length, divided by the integer, within the active region.

Description

この発明は、光ファイバ通信、とりわけコヒーレント光通信での使用に適した発振線幅の狭い単一モード半導体レーザに関するものである。   The present invention relates to a single-mode semiconductor laser having a narrow oscillation line width suitable for use in optical fiber communication, particularly coherent optical communication.

現在、多くの光ファイバ通信システムでは、送信側でレーザ光の強度変調を行い、受信側で直接検波する強度変調・直接検波方式を採用している。本方式は、送受信装置が簡便な構成で済む反面、受信感度や周波数利用効率の面で改善の余地がある。そこで近年では、システムの大容量化や伝送速度の増大に適したDPSK(Differential Phase Shift Keying)等の位相変調を用いた光通信システムの採用が始まっている。それに伴い、光の周波数および位相情報を用いる通信方式であるコヒーレント光通信技術が再び注目されるに至っている。   Currently, many optical fiber communication systems employ an intensity modulation / direct detection method in which laser beam intensity modulation is performed on the transmission side and direct detection is performed on the reception side. Although this method requires a simple configuration of the transmission / reception device, there is room for improvement in terms of reception sensitivity and frequency utilization efficiency. Therefore, in recent years, the adoption of optical communication systems using phase modulation such as DPSK (Differential Phase Shift Keying) suitable for increasing the capacity of the system and increasing the transmission speed has begun. Accordingly, coherent optical communication technology, which is a communication method that uses light frequency and phase information, has been attracting attention again.

コヒーレント光通信では、ヘテロダイン又はホモダイン検波方式の採用により、受信感度と周波数利用効率を高めることが出来るため、1980年代を中心に多くの研究開発がなされた。本方式の実用化に必須なデバイスは、受信側の局部発振光源として用いられる安定に単一縦モード発振が可能で、発振線幅が1MHz以下と狭い半導体レーザ光源である。   In coherent optical communication, reception sensitivity and frequency utilization efficiency can be increased by adopting a heterodyne or homodyne detection method, and therefore, much research and development has been made mainly in the 1980s. A device indispensable for the practical use of this system is a semiconductor laser light source that is used as a local oscillation light source on the receiving side and can stably oscillate in a single longitudinal mode and has a narrow oscillation line width of 1 MHz or less.

従来の単一モード半導体レーザとしては、活性層又は受動導波層の近傍に回折格子を設け、その周期に対応する特定の波長で発振する分布帰還型(DFB:Distributed Feedback)半導体レーザや、分布ブラッグ反射型(DBR:Distributed Bragg Reflector)半導体レーザなどが代表的である。これらのレーザは、30dB以上のサイドモード抑圧比(SMSR:Side Mode Suppression Ratio)が容易に得られるため、コヒーレント通信用の単一縦モード光源として期待されている。   As a conventional single mode semiconductor laser, a distributed feedback type (DFB) semiconductor laser in which a diffraction grating is provided in the vicinity of an active layer or a passive waveguide layer and oscillates at a specific wavelength corresponding to the period thereof, or a distribution is provided. A typical example is a Bragg reflection type (DBR: Distributed Bragg Reflector) semiconductor laser. Since these lasers can easily obtain a side mode suppression ratio (SMSR) of 30 dB or more, they are expected as single longitudinal mode light sources for coherent communication.

このような従来の単一モード半導体レーザでは、数10mA以下の低い電流注入レベルにおいて安定な単一モード発振が可能である。また単一モード半導体レーザの発振線幅Δfは、   Such a conventional single mode semiconductor laser can perform stable single mode oscillation at a low current injection level of several tens of mA or less. The oscillation line width Δf of the single mode semiconductor laser is

Figure 2011253977
Figure 2011253977

で与えられる(非特許文献1参照)。ここで、Rは自然放出レート、Iは光出力、αはキャリア密度の変化量に対する屈折率の実部と虚部の変化量の比を表すαパラメータである。この式から半導体レーザの発振線幅は、理想的には光出力に逆比例して狭くなる。 (See Non-Patent Document 1). Here, R is the spontaneous emission rate, I is the optical output, and α is an α parameter that represents the ratio of the change amount of the real part and the imaginary part of the refractive index to the change amount of the carrier density. From this equation, the oscillation line width of the semiconductor laser is ideally reduced in inverse proportion to the optical output.

チャールズ・H・ヘンリー(C.H.Henry)著, "半導体レーザの線幅理論(Theory of the Linewidth of Semiconductor Lasers)", IEEE Journal of Quantum Electronics,(米国), Vol.18, No.2, 1982, pp.259-264.Charles H. Henry, "Theory of the Linewidth of Semiconductor Lasers", IEEE Journal of Quantum Electronics, (USA), Vol.18, No.2, 1982, pp .259-264.

しかしながら、従来のλ/4シフトDFBレーザでは、位相シフト領域で光子密度が高くなり、キャリア密度が低くなる。この傾向は活性層への電流注入レベルが高くなるとさらに顕著になり、その結果、共振器の長手方向にキャリア密度分布(すなわち屈折率分布)が出来る。このような空間的ホールバーニング効果の影響により、発振モードが不安定になるという問題点がある。   However, in the conventional λ / 4 shift DFB laser, the photon density increases in the phase shift region, and the carrier density decreases. This tendency becomes more prominent when the current injection level into the active layer becomes higher. As a result, a carrier density distribution (that is, a refractive index distribution) is formed in the longitudinal direction of the resonator. There is a problem that the oscillation mode becomes unstable due to the influence of the spatial hole burning effect.

また、DBRレーザにおいても同様に活性層への電流注入レベルが高くなると、活性領域の温度上昇等により、活性層の利得ピーク位置がシフトしたり、利得スペクトル形状に変化が生じ、発振している縦モードとDBR反射ピークとの波長位置がずれる。その結果、隣接する縦モードとの競合が起こってSMSRが劣化するため、発振線幅が増大する。従って、SMSRの変化をモニタしながら位相電流を調整する複雑で高コストのフィードバック制御機構が必要になる。さらに、高出力化のために活性層領域長を増大させると、縦モード間隔が狭まるため、安定した単一モード発振が困難になるという問題がある。   Similarly, in the DBR laser, when the current injection level into the active layer increases, the gain peak position of the active layer shifts or the gain spectrum shape changes due to the temperature rise of the active region, etc., and oscillates. The wavelength positions of the longitudinal mode and the DBR reflection peak are shifted. As a result, contention with the adjacent longitudinal mode occurs and the SMSR deteriorates, so that the oscillation line width increases. Therefore, a complicated and high-cost feedback control mechanism that adjusts the phase current while monitoring the change in the SMSR is required. Furthermore, when the active layer region length is increased for higher output, the longitudinal mode interval is narrowed, which makes it difficult to achieve stable single mode oscillation.

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、高出力状態でも安定して単一モード発振動作が可能で、かつ狭発振線幅を有するDBRレーザの提供を目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a DBR laser that can stably operate in a single mode even in a high output state and has a narrow oscillation line width.

本発明のDBRレーザは、活性導波層を有する活性領域と、活性領域に隣接して設けられ、活性導波層の延長上に受動導波層を有するDBRミラー領域とを備えたDBRレーザであって、DBRミラー領域への光の侵入長と前記活性領域長との和である実効共振器長の整数分の一だけ、実効共振器長の領域の光出力側の端部から離れた活性領域中の領域に、光の屈折率又はモードの利得を変調する変調領域を複数備えることを特徴とする。   The DBR laser of the present invention is a DBR laser including an active region having an active waveguide layer and a DBR mirror region provided adjacent to the active region and having a passive waveguide layer on an extension of the active waveguide layer. The active resonator is separated from the light output side end of the effective resonator length region by an integral fraction of the effective resonator length, which is the sum of the light penetration length into the DBR mirror region and the active region length. A plurality of modulation regions for modulating the refractive index of light or the gain of a mode are provided in a region in the region.

本発明のDBRレーザは、DBRミラー領域への光の侵入長と前記活性領域長との和である実効共振器長の整数分の一だけ、実効共振器長の領域の光出力側の端部から離れた活性領域中の領域に、光の屈折率又はモードの利得を変調する変調領域を複数備えることにより、実効共振器長が長く発振モード間隔が狭まる場合でも、安定して単一モード発振が可能である。   The DBR laser of the present invention has an optical output side end portion of an effective resonator length region by an integral fraction of an effective resonator length, which is the sum of the penetration depth of light into the DBR mirror region and the active region length. Even if the effective resonator length is long and the oscillation mode interval is narrowed by providing multiple modulation regions that modulate the refractive index or mode gain of light in the active region away from Is possible.

実施の形態1のDBRレーザの構造を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a structure of a DBR laser according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2のDBRレーザの構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a structure of a DBR laser according to a second embodiment. 実施の形態3のDBRレーザの構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of a DBR laser according to a third embodiment. 従来のDBRレーザの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the conventional DBR laser. 本発明のDBRレーザの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the DBR laser of this invention. 従来のλ/4シフトDFBレーザの動作を示す断面図である。It is sectional drawing which shows operation | movement of the conventional (lambda) / 4 shift DFB laser. 従来のDBRレーザの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional DBR laser. 従来の単一モード半導体レーザの発振線幅と光出力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the oscillation line width of a conventional single mode semiconductor laser, and optical output.

<前提技術>
図6に、本発明の前提技術に係る単一モード半導体レーザとしてλ/4位相シフトDFBレーザの素子構造の断面図を示す。λ/4位相シフトDFBレーザは、DFBレーザの中でも狭発振線幅動作に適するとされる。図6(a)は、前方光出力側からみた正面図であり、図6(b)は図6(a)のA−A’断面図である。簡単のため、上下の電極やコンタクト層、配線は図示を省略している。
<Prerequisite technology>
FIG. 6 shows a cross-sectional view of the element structure of a λ / 4 phase shift DFB laser as a single mode semiconductor laser according to the prerequisite technology of the present invention. The λ / 4 phase shift DFB laser is suitable for narrow linewidth operation among DFB lasers. 6A is a front view seen from the front light output side, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. For simplicity, upper and lower electrodes, contact layers, and wiring are not shown.

λ/4位相シフトDFBレーザは、活性層1と活性層1の上下に配設された光閉じ込め層2で構成される活性導波路7を備えている。活性導波路7は、上クラッド層4および下クラッド層5で挟まれており、側面は電流ブロック層6で覆われている。長波帯通信用素子の場合、クラッド層4,5および電流ブロック層6はInP、活性層1はInGaAsP多重量子井戸、光閉じ込め層2はバルクのInGaAsPで構成されるのが一般的である。活性層1を含む活性導波路7は、素子の長手方向全体(長さL)に存在し、その両端面には無反射コート8が施されている。また活性導波路7に近接して、所望の波長に対応した回折格子9が設けられ、さらにその中央部に半導体中の1/4波長相当の位相シフト領域10が設けられている。   The λ / 4 phase shift DFB laser includes an active waveguide 7 composed of an active layer 1 and an optical confinement layer 2 disposed above and below the active layer 1. The active waveguide 7 is sandwiched between the upper cladding layer 4 and the lower cladding layer 5, and the side surfaces are covered with the current blocking layer 6. In the case of a long-wave band communication element, the cladding layers 4 and 5 and the current blocking layer 6 are generally composed of InP, the active layer 1 is composed of InGaAsP multiple quantum wells, and the optical confinement layer 2 is composed of bulk InGaAsP. The active waveguide 7 including the active layer 1 exists in the entire longitudinal direction (length L) of the element, and antireflection coating 8 is applied to both end faces thereof. In addition, a diffraction grating 9 corresponding to a desired wavelength is provided in the vicinity of the active waveguide 7, and a phase shift region 10 corresponding to a quarter wavelength in the semiconductor is further provided in the center thereof.

活性層1への電流注入によってレーザ発振が起こると、前方および後方端面から等量の出力光11が出射する(後方出力光は図示を省略)。   When laser oscillation occurs due to current injection into the active layer 1, an equal amount of output light 11 is emitted from the front and rear end faces (the rear output light is not shown).

次に、図7にDBRレーザの構成の一例を示す。前方出力側から見た正面図は図6(a)と同様であるため省略しており、図7は図6(b)と同様の長手方向断面図である。図6と同様に簡単のため、上下の電極やコンタクト層、配線は図示を省略しており、図6と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。DFBレーザと異なり、活性導波路7は素子の前方出力側の活性領域にのみ存在している。活性領域の後方には、位相調整領域とDBRミラー領域が設けられ、これらは共に受動導波路15から成る。素子の前方端面は劈開端面であり、後方端面には無反射コート8が施されている。DBRミラー領域の近傍には回折格子9が設けられ、DBR反射鏡を構成している。   Next, FIG. 7 shows an example of the configuration of the DBR laser. A front view seen from the front output side is omitted because it is the same as FIG. 6A, and FIG. 7 is a longitudinal sectional view similar to FIG. 6B. For simplicity, the upper and lower electrodes, the contact layer, and the wiring are not shown in FIG. 6, and the same reference numerals are given to the same components as those in FIG. Unlike the DFB laser, the active waveguide 7 exists only in the active region on the front output side of the device. Behind the active region, a phase adjustment region and a DBR mirror region are provided, both of which consist of a passive waveguide 15. The front end face of the element is a cleavage end face, and a non-reflective coating 8 is applied to the rear end face. A diffraction grating 9 is provided in the vicinity of the DBR mirror region to constitute a DBR reflecting mirror.

DBRレーザは、基本的には劈開端面とDBR反射鏡で構成されるファブリ・ペロー共振器型半導体レーザであり、活性層1への電流注入によってレーザ発振が起こる。DBRミラー領域に入った導波光の大半は、侵入長Lpenと呼ばれる距離で反射され、活性領域、位相調整領域、Lpenを合わせた長さが実効共振器長Leffになる。ファブリ・ペロー共振器型半導体レーザではneffを実効屈折率として、波長間隔Δλ= λ2/(2×neff×Leff)の縦モード18が多数存在するが、回折格子のブラッグ波長で決まるDBR反射スペクトル19のピーク近傍の縦モードのみが選択される。DBR反射スペクトル19のピーク幅や高さ(反射率)およびLpenは、回折格子の結合係数κとDBRミラー領域長の積できまる。DBR反射鏡の反射率が高ければ、大半の出力光11が前方から出射するが、反射率を高めるほどピーク幅も広がるため、適切な値に設定する必要がある。位相調整領域への注入電流を制御して位相調整を行う事により、一つの縦モードを選択的に発振させる事ができ、DFBレーザと同程度の発振線幅が得られる。さらに、DBRミラー領域に電流注入を行うと、バンドフィリング効果による屈折率の低下が生じ、位相調整電流の調整と組み合わせる事により、発振波長を最大で数nm短波長側にシフトさせる事も可能である。 The DBR laser is basically a Fabry-Perot resonator type semiconductor laser composed of a cleaved end face and a DBR reflecting mirror, and laser oscillation occurs when current is injected into the active layer 1. Most of the guided light that has entered the DBR mirror region is reflected at a distance called the penetration length L pen, and the combined length of the active region, the phase adjustment region, and L pen becomes the effective resonator length L eff . In a Fabry-Perot resonator type semiconductor laser, there are many longitudinal modes 18 with a wavelength interval Δλ = λ 2 / (2 × n eff × L eff ), where n eff is an effective refractive index, but it is determined by the Bragg wavelength of the diffraction grating. Only the longitudinal mode near the peak of the DBR reflection spectrum 19 is selected. The peak width and height (reflectance) and L pen of the DBR reflection spectrum 19 are the product of the coupling coefficient κ of the diffraction grating and the DBR mirror region length. If the reflectivity of the DBR reflector is high, most of the output light 11 is emitted from the front, but the peak width increases as the reflectivity is increased, so it is necessary to set an appropriate value. By controlling the injection current to the phase adjustment region and performing phase adjustment, one longitudinal mode can be selectively oscillated, and an oscillation line width comparable to that of the DFB laser can be obtained. In addition, when current is injected into the DBR mirror region, the refractive index is lowered due to the band filling effect. By combining with the adjustment of the phase adjustment current, the oscillation wavelength can be shifted to the short wavelength side by several nm at the maximum. is there.

このような単一モード半導体レーザでは、(1)式から、理想的には半導体レーザの発振線幅が光出力に逆比例して狭くなることが期待される。   In such a single mode semiconductor laser, it is expected from the equation (1) that the oscillation line width of the semiconductor laser is ideally narrowed in inverse proportion to the optical output.

しかしながら、従来のλ/4シフトDFBレーザでは、図6に示すように位相シフト領域で光子密度が高くなり、キャリア密度が低くなる。この傾向は活性層への電流注入レベルが高くなるとさらに顕著になり、その結果、共振器の長手方向にキャリア密度分布(すなわち屈折率分布)が出来る。このような空間的ホールバーニング効果の影響により、発振モードが不安定になる。   However, in the conventional λ / 4 shift DFB laser, as shown in FIG. 6, the photon density increases in the phase shift region, and the carrier density decreases. This tendency becomes more prominent when the current injection level into the active layer becomes higher. As a result, a carrier density distribution (that is, a refractive index distribution) is formed in the longitudinal direction of the resonator. The oscillation mode becomes unstable due to the influence of the spatial hole burning effect.

また、DBRレーザでも、高出力化のために活性層領域長を増大させると、縦モード間隔が狭まるため、安定した単一モード発振が困難になるという問題がある。   Even in the DBR laser, when the active layer region length is increased to increase the output, the longitudinal mode interval is narrowed, and thus there is a problem that stable single mode oscillation becomes difficult.

以上の効果により、従来の単一モード半導体レーザでは、図7に示すように光出力レベルが上昇すると共に発振線幅は狭くなるが、ある出力レベルを超えると発振線幅は再び上昇する傾向を示し、1MHz以下の最小線幅を得ることが困難であった。   Due to the above effects, in the conventional single mode semiconductor laser, as shown in FIG. 7, the optical output level increases and the oscillation line width becomes narrower. However, when the output level exceeds a certain output level, the oscillation line width tends to increase again. It was difficult to obtain a minimum line width of 1 MHz or less.

そこで、本発明では以下に示すように、DBRレーザにおいて活性領域に変調領域を形成することにより、高出力時にも安定して単一モード発振でき、発振線幅を狭くした。   Therefore, in the present invention, as shown below, by forming a modulation region in the active region in a DBR laser, single mode oscillation can be stably performed even at high output, and the oscillation line width is narrowed.

(実施の形態1)
<構成>
図1は、実施の形態1のDBRレーザの素子構造を簡略的に示したものである。図1(a)は、素子前方の出力側からみた正面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A’断面図である。簡単のため、上下の電極は図示を省略している。材料系としては、長波光通信で一般的に用いられる、InP基板の上にInGaAsP導波層を形成した場合において以下の説明を行う。
(Embodiment 1)
<Configuration>
FIG. 1 schematically shows the element structure of the DBR laser according to the first embodiment. FIG. 1A is a front view seen from the output side in front of the element, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. For simplicity, the upper and lower electrodes are not shown. As a material system, the following description will be given in the case where an InGaAsP waveguide layer is formed on an InP substrate, which is generally used in long wave optical communication.

DBRレーザは、活性領域と、その後方にDBRミラー領域を備える。DBRレーザは、活性領域においてInGaAsPからなる活性導波層7と、活性導波層7を上下から挟み込むp−InPからなる上クラッド層4およびn−InPからなる下クラッド層5と、活性導波層7の側面を覆うp−InP及びn−InPの堆積構造である電流ブロック層6を備える。活性導波層7は、活性層1と活性層1の上下に配設される光閉じ込め層2を備える。   The DBR laser includes an active region and a DBR mirror region behind the active region. The DBR laser has an active waveguide layer 7 made of InGaAsP in the active region, an upper cladding layer 4 made of p-InP and an lower cladding layer 5 made of n-InP that sandwich the active waveguide layer 7 from above and below, and an active waveguide. A current blocking layer 6 having a deposited structure of p-InP and n-InP covering the side surface of the layer 7 is provided. The active waveguide layer 7 includes an active layer 1 and an optical confinement layer 2 disposed above and below the active layer 1.

また、DBRレーザは、DBRミラー領域において、活性導波層の延長上に配設される受動導波層15と、受動導波層15の上部近傍に配設される回折格子9とを備える。受動導波層15の周囲の構成は活性領域と同様で、受動導波層15の上下を上クラッド層4および下クラッド層5で挟み込み、側面を電流ブロック層6が覆っている。   The DBR laser includes a passive waveguide layer 15 disposed on the extension of the active waveguide layer and a diffraction grating 9 disposed near the upper portion of the passive waveguide layer 15 in the DBR mirror region. The configuration around the passive waveguide layer 15 is the same as that of the active region. The upper and lower layers of the passive waveguide layer 15 are sandwiched between the upper cladding layer 4 and the lower cladding layer 5, and the current blocking layer 6 covers the side surfaces.

発振光を出力する素子前方の端面は劈開端面であり、後方のDBRミラー領域端面は無反射コート8が施される。回折格子9で形成されたDBRミラーと劈開端面によってファブリ・ペロー共振器が構成され、DBRミラー領域への導波光の侵入長Lpenと活性領域を合わせた長さが実効共振器長Leffになる。 An end face in front of the element that outputs oscillation light is a cleavage end face, and a non-reflective coating 8 is applied to the end face of the rear DBR mirror region. A Fabry-Perot resonator is constituted by the DBR mirror formed by the diffraction grating 9 and the cleavage end face, and the combined length of penetrating light L pen into the DBR mirror region and the active region is the effective resonator length L eff . Become.

活性層1へ電流注入することによってレーザ発振が生じるが、前方から出射する出力光の強度を高めるため、DBRミラーの反射率が90%以上になるように回折格子9の結合係数κとDBRミラー領域長が選ばれる。このときDBR反射スペクトル19のピーク幅は、最大で3〜5nm程度まで広がる。   Although laser oscillation occurs when current is injected into the active layer 1, the coupling coefficient κ of the diffraction grating 9 and the DBR mirror are set so that the reflectivity of the DBR mirror becomes 90% or more in order to increase the intensity of output light emitted from the front. The region length is chosen. At this time, the peak width of the DBR reflection spectrum 19 widens up to about 3 to 5 nm.

一方、DBRレーザの最大出力を高めるためには、導波モードを保ったままで活性層体積を大きくする事が有効であり、具体的には活性領域長を数100μm以上と長くする必要がある。このときLeffも長くなるので、縦モード18の間隔Δλも狭くなる。従って図7に示した従来のDBRレーザに比べ、反射スペクトル19のピーク幅の内側にさらに多数の縦モードが存在する状況になる。 On the other hand, in order to increase the maximum output of the DBR laser, it is effective to increase the volume of the active layer while maintaining the waveguide mode. Specifically, it is necessary to increase the active region length to several hundred μm or more. At this time, L eff also becomes long, so that the interval Δλ of the longitudinal mode 18 also becomes narrow. Therefore, as compared with the conventional DBR laser shown in FIG. 7, there are more longitudinal modes inside the peak width of the reflection spectrum 19.

そこで本実施の形態のDBRレーザは、活性領域中の劈開端面からLeff/N(N:整数)離れた変調位置に、活性導波層7とはInP層を介して近接し、InGaAsPから成る屈折率を変調する変調領域22を設ける。あるいは、変調領域は縦モードの利得を変調する領域としても良いが、以下では屈折率を変調する屈折率変調領域22として説明する。 Therefore, the DBR laser according to the present embodiment is made of InGaAsP and close to the active waveguide layer 7 via the InP layer at a modulation position that is L eff / N (N: integer) away from the cleaved end face in the active region. A modulation region 22 for modulating the refractive index is provided. Alternatively, the modulation region may be a region that modulates the gain of the longitudinal mode, but will be described below as the refractive index modulation region 22 that modulates the refractive index.

屈折率変調領域22は、InGaAsP層をフォトリソグラフィによるパターニングとドライエッチングを終えた後、InPで埋め込み成長する作製プロセスで形成できる。各屈折率変調領域22の長さは10μm以下、例えば5μmに選べばよい。   The refractive index modulation region 22 can be formed by a manufacturing process in which an InGaAsP layer is subjected to patterning by photolithography and dry etching, and then is embedded and grown with InP. The length of each refractive index modulation region 22 may be selected to be 10 μm or less, for example, 5 μm.

すなわち、本実施の形態のDBRレーザは、活性導波層7を有する活性領域と、活性領域に隣接して設けられ、活性導波層7の延長上に受動導波層15を有するDBRミラー領域とを備えたDBRレーザであって、DBRミラー領域への光の侵入長Lpenと活性領域長の和である実効共振器長Leffの整数分の一だけ、実効共振器長の領域の光出力側の端部から離れた活性領域中の領域に、光の屈折率又はモードの利得を変調する変調領域22を複数備えることにより、高い光出力まで安定に単一モード発振し、狭い発振線幅を得るものである。 That is, the DBR laser of the present embodiment includes an active region having an active waveguide layer 7 and a DBR mirror region provided adjacent to the active region and having a passive waveguide layer 15 on the extension of the active waveguide layer 7. The light in the region of the effective resonator length is an integral fraction of the effective resonator length L eff which is the sum of the light penetration length L pen and the active region length into the DBR mirror region. By providing a plurality of modulation regions 22 for modulating the refractive index or mode gain of light in a region in the active region away from the end on the output side, single mode oscillation is stably performed up to a high light output, and a narrow oscillation line Get the width.

<動作>
次に、縦モード選択動作について説明する。図4、図5は、屈折率変調領域22による発振モードの変調効果の説明図である。例えば実効共振器長をLeff=600μmとすると、長波帯での縦モード間隔は約0.5nmであり、図4(a)のようになる。DBR反射スペクトル19のピーク幅が3.5nmとすれば、図4(a)に示した縦モードのうち、計7本がフィルタリングにより選択される(図4(b))。
<Operation>
Next, the vertical mode selection operation will be described. 4 and 5 are explanatory diagrams of the modulation effect of the oscillation mode by the refractive index modulation region 22. For example, if the effective resonator length is L eff = 600 μm, the longitudinal mode interval in the long wave band is about 0.5 nm, as shown in FIG. If the peak width of the DBR reflection spectrum 19 is 3.5 nm, a total of seven of the longitudinal modes shown in FIG. 4A are selected by filtering (FIG. 4B).

ここで、活性領域中に屈折率変調領域22を設けると、導波モードにわずかな反射が生じるため、共振器中での反射を繰り返す間に対応する波長位置の縦モードの利得がその他の縦モードに比べて大きくなり、モード利得変調を受ける。例えば、中心位置が劈開端面からLeff/5の位置にある屈折率変調領域22により変調された縦モードは図5(a)のようになり、元の縦モード間隔の5倍にモード利得が変調される。同様に、中心位置が劈開端面からLeff/2の位置にある屈折率変調領域22により変調された縦モードは図5(b)のようになり、元の縦モード間隔の2倍にモード利得が変調される。そこで、これら中心位置がLeff/5、Leff/2の屈折率変調領域22を二つ組み合わせた場合には、基準波長に対してこれらの効果を足し合わされ、同図(c)に示すような変調スペクトルが得られる。こうした屈折率変調領域22の作用による縦モード選択機構を、前述のDBRフィルタと組み合わせる事により、特定の縦モードのみを選択でき、従来のDBRレーザのように位相調整電流制御を行うことなく、高出力時でも単一縦モード発振させる事が可能になる。 Here, when the refractive index modulation region 22 is provided in the active region, slight reflection occurs in the waveguide mode. Therefore, the gain of the longitudinal mode at the corresponding wavelength position is changed to other longitudinal modes while the reflection in the resonator is repeated. It is larger than the mode and undergoes mode gain modulation. For example, the longitudinal mode modulated by the refractive index modulation region 22 whose center position is L eff / 5 from the cleavage end face is as shown in FIG. 5A, and the mode gain is 5 times the original longitudinal mode interval. Modulated. Similarly, the longitudinal mode modulated by the refractive index modulation region 22 whose center position is located at L eff / 2 from the cleavage end face is as shown in FIG. 5B, and the mode gain is twice the original longitudinal mode interval. Is modulated. Therefore, when two refractive index modulation regions 22 having these center positions L eff / 5 and L eff / 2 are combined, these effects are added to the reference wavelength, as shown in FIG. A simple modulation spectrum can be obtained. By combining the longitudinal mode selection mechanism based on the action of the refractive index modulation region 22 with the above-described DBR filter, only a specific longitudinal mode can be selected, and phase adjustment current control is not performed as in the conventional DBR laser. It is possible to oscillate a single longitudinal mode even during output.

このように本発明によれば、従来のλ/4シフトDFBレーザやDBRレーザと比べ、高い光出力まで安定に単一モード発振する事が可能となり、狭い発振線幅が得られる。   As described above, according to the present invention, single mode oscillation can be stably performed up to a high optical output, and a narrow oscillation line width can be obtained as compared with the conventional λ / 4 shift DFB laser and DBR laser.

<効果>
本実施の形態のDBRレーザによれば、既に述べた通り以下の効果を奏する。すなわち、実施の形態1のDBRレーザは、活性導波層7を有する活性領域と、活性領域に隣接して設けられ、活性導波層7の延長上に受動導波層15を有するDBRミラー領域とを備えたDBRレーザであって、DBRミラー領域への光の侵入長Lpenと活性領域長の和である実効共振器長Leffの整数分の一だけ、実効共振器長の領域の光出力側の端部から離れた活性領域中の領域に、光の屈折率又はモードの利得を変調する変調領域22を複数備える。これにより、高出力を実現すべく実効共振器長さLeffを長くして縦モード間隔が狭まった状態でも、安定に単一モード発振し、狭い発振線幅を得ることが可能である。
<Effect>
According to the DBR laser of the present embodiment, the following effects can be obtained as described above. That is, the DBR laser of the first embodiment includes an active region having an active waveguide layer 7 and a DBR mirror region that is provided adjacent to the active region and has a passive waveguide layer 15 on the extension of the active waveguide layer 7. The light in the region of the effective resonator length is an integral fraction of the effective resonator length L eff which is the sum of the light penetration length L pen and the active region length into the DBR mirror region. A plurality of modulation regions 22 that modulate the refractive index of light or the gain of the mode are provided in a region in the active region far from the output side end. As a result, even when the effective resonator length L eff is increased to achieve high output and the longitudinal mode interval is narrowed, single mode oscillation can be stably performed and a narrow oscillation line width can be obtained.

また、DBRミラー領域は、活性領域の一端側にのみ設けられ、活性領域の他端は劈開端面である。このような構成によっても、高出力時まで安定に単一モード発振し、狭い発振線幅を得ることが可能である。   The DBR mirror region is provided only on one end side of the active region, and the other end of the active region is a cleavage end surface. Even with such a configuration, it is possible to stably oscillate a single mode until a high output and obtain a narrow oscillation line width.

(実施の形態2)
実施の形態1では、活性領域の後方にのみDBRミラー領域を設けることとしたが、実施の形態2では図2に示すように、活性領域の前方と後方にDBRミラー領域を設けることとする。それ以外の構成は実施の形態1と同様であるため説明を省略する。図1に示した実施の形態1と同一の構成要素には同一の参照符号を付している。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the DBR mirror region is provided only behind the active region. However, in the second embodiment, the DBR mirror region is provided in front of and behind the active region as shown in FIG. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted. The same components as those in the first embodiment shown in FIG.

この場合、実効共振器長Leffは、前方DBRの侵入長と、活性領域長と、後方DBRの侵入長を合わせたものになる。従って、図2に示すように、中心位置が実効共振器領域の前方端部からそれぞれLeff/5、Leff/2の位置に屈折率変調領域22を設けることにより、実施の形態1と同様に、高出力時まで単一縦モード発振させる事が可能になり、狭い発振線幅が得られる。 In this case, the effective resonator length L eff is the sum of the penetration length of the front DBR, the active region length, and the penetration length of the rear DBR. Therefore, as shown in FIG. 2, the refractive index modulation region 22 is provided at the center positions L eff / 5 and L eff / 2, respectively, from the front end of the effective resonator region, so that the same as in the first embodiment. In addition, it is possible to oscillate a single longitudinal mode until high output, and a narrow oscillation line width can be obtained.

<効果>
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。すなわち、DBRミラー領域は、活性領域の両端に隣接してそれぞれ形成されるものとする。このような構成によっても、高出力時まで単一縦モード発振させる事が可能になり、狭い発振線幅が得られる。
<Effect>
According to the present embodiment, the following effects can be obtained. That is, the DBR mirror region is formed adjacent to both ends of the active region. Even with such a configuration, it is possible to oscillate a single longitudinal mode until high output, and a narrow oscillation line width can be obtained.

(実施の形態3)
図3に、本実施の形態のDBRレーザの構成を示す。実施の形態3のDBRレーザは、実施の形態1の構成に加えて、DBRミラー領域を加熱する薄膜ヒータ23を設けたものである。これ以外の構成については実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 3 shows the configuration of the DBR laser according to the present embodiment. The DBR laser of the third embodiment is provided with a thin film heater 23 for heating the DBR mirror region in addition to the configuration of the first embodiment. Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

薄膜ヒータ23を通電加熱することにより、DBRミラー領域に電流注入を行うことなくDBR反射スペクトル19のピーク波長を可変制御することができる。DBRミラー領域の損失が増大せず、DBRミラー領域のピーク反射率やLeffが変化しないため、より安定に単一モード発振を維持することが可能となる。 By energizing and heating the thin film heater 23, the peak wavelength of the DBR reflection spectrum 19 can be variably controlled without injecting current into the DBR mirror region. Since the loss of the DBR mirror region does not increase and the peak reflectance and L eff of the DBR mirror region do not change, it becomes possible to maintain single mode oscillation more stably.

<効果>
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。すなわち、実施の形態3のDBRレーザは、実施の形態1の構成に加えてDBRミラー領域を加熱する薄膜ヒータ23を備えることにより、DBRミラー領域に電流注入を行うことなくDBR反射スペクトル19のピーク波長を可変制御することができる。そのため、DBRミラー領域の損失が増大せず、DBRミラー領域のピーク反射率やLeffが変化しないため、より安定に単一モード発振を維持することが可能となる。
<Effect>
According to the present embodiment, the following effects can be obtained. That is, the DBR laser of the third embodiment includes the thin film heater 23 for heating the DBR mirror region in addition to the configuration of the first embodiment, so that the peak of the DBR reflection spectrum 19 can be obtained without injecting current into the DBR mirror region. The wavelength can be variably controlled. For this reason, the loss of the DBR mirror region does not increase, and the peak reflectance and L eff of the DBR mirror region do not change, so that it is possible to maintain single mode oscillation more stably.

1 活性層、2 光閉じ込め層、4 上クラッド層、5 下クラッド層、6 電流ブロック層、8 無反射コート、9 回折格子、10 位相シフト領域、15 受動導波層、18 発振縦モード、19 DBR反射スペクトル、22 変調領域、23 薄膜ヒータ。   1 active layer, 2 optical confinement layer, 4 upper cladding layer, 5 lower cladding layer, 6 current blocking layer, 8 anti-reflection coating, 9 diffraction grating, 10 phase shift region, 15 passive waveguide layer, 18 oscillation longitudinal mode, 19 DBR reflection spectrum, 22 modulation region, 23 thin film heater.

Claims (4)

活性導波層を有する活性領域と、
前記活性領域に隣接して設けられ、前記活性導波層の延長上に受動導波層を有するDBRミラー領域とを備えたDBRレーザであって、
前記DBRミラー領域への光の侵入長と前記活性領域長との和である実効共振器長の整数分の一だけ、前記実効共振器長の領域の光出力側の端部から離れた前記活性領域中の領域に、光の屈折率又はモードの利得を変調する変調領域を複数備えることを特徴とする、DBRレーザ。
An active region having an active waveguide layer;
A DBR laser comprising a DBR mirror region provided adjacent to the active region and having a passive waveguide layer on an extension of the active waveguide layer;
The active part separated from the light output side end of the effective resonator length region by an integral fraction of the effective resonator length, which is the sum of the light penetration length into the DBR mirror region and the active region length. A DBR laser comprising a plurality of modulation regions for modulating the refractive index of light or the gain of a mode in a region in the region.
前記DBRミラー領域は、前記活性領域の一端にのみ設けられ、
前記活性領域の他端は劈開端面である、請求項1に記載のDBRレーザ。
The DBR mirror region is provided only at one end of the active region,
The DBR laser according to claim 1, wherein the other end of the active region is a cleavage end face.
前記DBRミラー領域は、前記活性領域の両端に隣接してそれぞれ形成されることを特徴とする、請求項1に記載のDBRレーザ。   The DBR laser according to claim 1, wherein the DBR mirror region is formed adjacent to both ends of the active region. 前記DBRミラー領域を加熱するヒータをさらに備える、請求項1〜3のいずれかに記載のDBRレーザ。   The DBR laser according to claim 1, further comprising a heater that heats the DBR mirror region.
JP2010127536A 2010-06-03 2010-06-03 Dbr laser Pending JP2011253977A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010127536A JP2011253977A (en) 2010-06-03 2010-06-03 Dbr laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010127536A JP2011253977A (en) 2010-06-03 2010-06-03 Dbr laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011253977A true JP2011253977A (en) 2011-12-15

Family

ID=45417667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010127536A Pending JP2011253977A (en) 2010-06-03 2010-06-03 Dbr laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011253977A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219192A (en) * 2012-04-09 2013-10-24 Fujitsu Ltd Semiconductor laser
JP2016111118A (en) * 2014-12-04 2016-06-20 住友電気工業株式会社 Semiconductor laser and semiconductor laser array
JPWO2021001964A1 (en) * 2019-07-03 2021-01-07

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6195592A (en) * 1984-10-16 1986-05-14 Nec Corp Integrated distribution bragg's reflection type semiconductor laser
WO2001022543A1 (en) * 1999-09-23 2001-03-29 The Provost, Fellows And Scholars Of The College Of The Holy And Undivided Trinity Of Queen Elizabeth Near Dublin An optical waveguide and a method for providing an optical waveguide
JP2008507128A (en) * 2004-07-16 2008-03-06 ユニバーシティ・カレッジ・コークーナショナル・ユニバーシティ・オブ・アイルランド,コーク Semiconductor laser having reflective characteristic structure in cavity, design method and manufacturing method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6195592A (en) * 1984-10-16 1986-05-14 Nec Corp Integrated distribution bragg's reflection type semiconductor laser
WO2001022543A1 (en) * 1999-09-23 2001-03-29 The Provost, Fellows And Scholars Of The College Of The Holy And Undivided Trinity Of Queen Elizabeth Near Dublin An optical waveguide and a method for providing an optical waveguide
JP2008507128A (en) * 2004-07-16 2008-03-06 ユニバーシティ・カレッジ・コークーナショナル・ユニバーシティ・オブ・アイルランド,コーク Semiconductor laser having reflective characteristic structure in cavity, design method and manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6013052806; KOZLOWSKI D. A. et al.: Electronics Letters Vol.31 No.8, 19950413, p.648-650 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013219192A (en) * 2012-04-09 2013-10-24 Fujitsu Ltd Semiconductor laser
JP2016111118A (en) * 2014-12-04 2016-06-20 住友電気工業株式会社 Semiconductor laser and semiconductor laser array
JPWO2021001964A1 (en) * 2019-07-03 2021-01-07
JP7248119B2 (en) 2019-07-03 2023-03-29 日本電信電話株式会社 Tunable laser and its control method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8184671B2 (en) Semiconductor optical element, semiconductor laser using the semiconductor optical element, and optical transponder using the semiconductor laser
JP6588859B2 (en) Semiconductor laser
US7542503B2 (en) Distributed feedback laser with improved optical field uniformity and mode stability
JP2016072608A (en) Semiconductor laser and optical integrated light source
US7382817B2 (en) V-coupled-cavity semiconductor laser
JP5001239B2 (en) Semiconductor tunable laser
JP5310533B2 (en) Optical semiconductor device
JP2011253977A (en) Dbr laser
JP6588858B2 (en) Semiconductor laser
RU2540233C1 (en) Injection laser having multiwave modulated emission
JP6927153B2 (en) Semiconductor laser
JP2013168513A (en) Semiconductor laser and optical semiconductor device
CN110376766B (en) Reflecting device and tunable laser
JP7265198B2 (en) Tunable DBR semiconductor laser
JP5058087B2 (en) Tunable semiconductor laser
JP4074534B2 (en) Semiconductor laser
JP4309636B2 (en) Semiconductor laser and optical communication device
JPS63299291A (en) Semiconductor laser
JPH08274406A (en) Distributed feedback semiconductor laser and its manufacture
WO2022130622A1 (en) Optical device
Oh et al. Fabrication of Butt‐Coupled SGDBR Laser Integrated with Semiconductor Optical Amplifier Having a Lateral Tapered Waveguide
JP2000223774A (en) Wavelength-variable light source
US20240113504A1 (en) Extended-cavity diode laser component and method for producing same
JPH11317564A (en) Distributed feedback semiconductor laser and single mode light source
JP2008530814A (en) Quantum well laser diode with broadband gain

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121002

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131029

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140304