JP2635649B2 - Distributed feedback semiconductor laser - Google Patents

Distributed feedback semiconductor laser

Info

Publication number
JP2635649B2
JP2635649B2 JP63017388A JP1738888A JP2635649B2 JP 2635649 B2 JP2635649 B2 JP 2635649B2 JP 63017388 A JP63017388 A JP 63017388A JP 1738888 A JP1738888 A JP 1738888A JP 2635649 B2 JP2635649 B2 JP 2635649B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
chirp
wavelength
semiconductor laser
diffraction grating
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63017388A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01194380A (en
Inventor
順一 木下
研司 松本
和則 白石
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.)
Toshiba Corp
Toshiba Development and Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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 Toshiba Corp, Toshiba Electronic Engineering Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP63017388A priority Critical patent/JP2635649B2/en
Publication of JPH01194380A publication Critical patent/JPH01194380A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2635649B2 publication Critical patent/JP2635649B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は光導波路に沿って設けられた回折格子を利用
して光帰還を行う分布帰還型半導体レーザに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a distributed feedback semiconductor laser that performs optical feedback using a diffraction grating provided along an optical waveguide.

(従来の技術) 分布帰還型(DFB:istributed eedback)半導体
レーザは、安定な単一縦モードで発振することが可能で
ある。この性質を利用して、よりコヒーレントな光が要
求される光通信の分野でその光源として地位が安定しつ
つある。特にその劈開端面の反射を無反射(AR:Anti−R
eflection)コート等により抑制し、且つ光導波路中の
回折格子にその位相が不連続な部分(位相シフタ)を設
けた構造は、ブラッグ波長近傍で発振すると同時に、主
モード以外の縦モードを十分に抑制できるため、有望視
されている。
(Prior Art) distributed feedback (DFB: D istributed F eedback) semiconductor laser can be oscillated in a stable single longitudinal mode. Utilizing this property, its position as a light source is being stabilized in the field of optical communication that requires more coherent light. In particular, the reflection at the cleavage end face is non-reflective (AR: Anti-R
eflection) The structure in which the diffraction grating in the optical waveguide is provided with a portion where the phase is discontinuous (phase shifter) is suppressed by a coat or the like, and oscillates near the Bragg wavelength, and at the same time, the longitudinal modes other than the main mode are sufficiently used. Promising because it can be suppressed.

(発明が解決しようとする課題) しかし、この様に優れた特性を有するDFBレーザにお
いても、次の様な問題点が指摘されていた。即ち、例え
ば雙田他,電子情報通信学会,光量子エレクトロニクス
研究会,OQE86−7,pp,49−56,(1986年)で指摘されてい
る、共振器軸方向の空間的ホールバーニングである。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the following problems have been pointed out even in a DFB laser having such excellent characteristics. That is, spatial hole burning in the axial direction of the cavity pointed out by, for example, Souda et al., IEICE, Optoelectronics Research Group, OQE86-7, pp. 49-56 (1986).

これは、共振器中、軸方向における一点(位相シフタ
付DFBレーザの場合は位相シフタの位置)に光強度が集
中し、このためこの部分の注入キャリア密度が減少する
ことである。このキャリア密度の相対的減少は活性層の
屈折率の増加を誘起する。この屈折率の変化によって、
導波光の管内波長が軸方向について空間的に不均一にな
り、DFBレーザの構造を変化させる。従って、DFBレーザ
のしきい値ゲインαth(内部ミラー損に相当)とブラッ
グ条件(位相定数:β)からの位相定数のずれδ(δ
=β−β)が刻々変化していく。この連続的な変化が
副モード抑圧比を小さくする方向に働いた場合、最後に
は副モード抑圧比が零となり、他の縦モードへのモード
ジャンプが起ってしまう。従って、この軸方向ホールバ
ーニング現象はDFBレーザの単一縦モード性を著しく劣
化させるものである。
This is because the light intensity concentrates at one point in the axial direction (the position of the phase shifter in the case of the DFB laser with a phase shifter) in the resonator, and the injected carrier density in this portion decreases. This relative decrease in carrier density causes an increase in the refractive index of the active layer. Due to this change in refractive index,
The guided wavelength of the guided light becomes spatially non-uniform in the axial direction, which changes the structure of the DFB laser. Therefore, the deviation δ (δ) between the threshold gain αth (corresponding to the internal mirror loss) of the DFB laser and the phase constant from the Bragg condition (phase constant: β 0 )
= Β-β 0 ) changes every moment. If this continuous change acts in the direction of reducing the sub-mode suppression ratio, the sub-mode suppression ratio becomes zero at the end, and a mode jump to another vertical mode occurs. Therefore, this axial hole burning phenomenon significantly degrades the single longitudinal mode property of the DFB laser.

ところで、半導体レーザにおいては、高速でパルス変
調した場合に、その発振波長が時間的に変化する現象が
知られている。この現象は波長チャープと呼ばれ、その
時間平均スペクトルは、著しく線幅が広がって観測され
る。この現象もキャリア密度の変化に対する屈折率の変
化、即ちホールバーニングに起因している。通常の劈開
面を用いたファブリペロー型半導体レーザでは利得の飽
和を通してスペクトル上での不均一によって誘発される
ため、スペクトルホールバーニングによる波長チャープ
である。
By the way, in a semiconductor laser, when pulse modulation is performed at a high speed, a phenomenon in which the oscillation wavelength changes with time is known. This phenomenon is called wavelength chirp, and its time-average spectrum is observed with a remarkably wide line width. This phenomenon is also caused by a change in the refractive index with respect to a change in the carrier density, that is, hole burning. In a Fabry-Perot type semiconductor laser using a normal cleavage plane, the wavelength is chirped by spectral hole burning because it is induced by spectral nonuniformity through gain saturation.

これに対し、DFBレーザでは軸方向の空間的ホールバ
ーニングが顕著な影響を与えるため、波長チャーピング
現象はかなり複雑なメカニズムで発生する。すなわち、
DFBレーザの場合はその設計パラメータが多いために、
チャープの程度も千差万別である。そして中にはチャー
プ量の非常に大きいものが得られる場合がある。それら
パラメータとは例えば、両端面の反射率及びその位相、
位相シフタのシフト量とその数および位置、さらに回折
格子による導波光の光帰還量を表す結合係数κと共振器
長Lとの積κL等である。
On the other hand, in DFB lasers, spatial chirping in the axial direction has a significant effect, so the wavelength chirping phenomenon occurs by a rather complicated mechanism. That is,
DFB lasers have many design parameters,
The degree of chirp varies widely. In some cases, an extremely large chirp can be obtained. The parameters are, for example, the reflectivity of both end faces and the phase thereof,
The shift amount of the phase shifter, the number and position thereof, and the product κL of the coupling coefficient κ and the resonator length L representing the optical feedback amount of the guided light by the diffraction grating, and the like.

波長分散を有する光ファイバーで伝送した場合には、
チャープによる発振線幅の等価的な広がりによって、伝
送パルス波形が歪んでしまう。このため、チャープの大
きい素子は長距離高速光通信に大きなペナルティを与え
ていた。
When transmitted through an optical fiber having chromatic dispersion,
The transmission pulse waveform is distorted by the equivalent spread of the oscillation line width due to the chirp. For this reason, an element having a large chirp has given a great penalty to long-distance high-speed optical communication.

本発明は、この様なパルス変調時に起る波長チャープ
を制御し、チャーピングの少ないDFBレーザを提供する
ものである。
The present invention is to provide a DFB laser which controls the wavelength chirp occurring at the time of such pulse modulation and has less chirping.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、内部に作りつけた回折格子によって光帰還
を行う分布帰還型半導体レーザにおいて、パルス変調に
おける緩和振動による波長の赤方偏移チャープを補償す
るように所定の値に設定された反射端面位相若しくは回
折格子の位相不連続を有する分布帰還型半導体レーザで
ある。
[Means for Solving the Problems] The present invention relates to a distributed feedback semiconductor laser in which optical feedback is performed by a diffraction grating built therein, and a red-shifted chirp of wavelength due to relaxation oscillation in pulse modulation. Is a distributed feedback semiconductor laser having a reflection end face phase or a diffraction grating phase discontinuity set to a predetermined value so as to compensate for the following.

(作用) 本発明は、DFBレーザにおける波長チャープのメカニ
ズムの解明に関する鋭意研究の成果を土台としてなされ
たものである。即ち、本発明では、分布帰還型レーザに
おけるチャープの発生機構が2つ以上の要因から成立し
ていることに着目し、それぞれの波長変動が互いにキャ
ンセルする様にDFBレーザのパラメータを設定する。例
えば、要因1による波長チャープが長波長側に移動(レ
ッドシフト)するものであれば、要因2によるチャープ
が短波長側へ移動(ブルーシフト)するように調整す
る。
(Operation) The present invention has been made based on the results of intensive studies on elucidation of the mechanism of wavelength chirp in a DFB laser. That is, in the present invention, attention is paid to the fact that the chirp generation mechanism in the distributed feedback laser is established by two or more factors, and the parameters of the DFB laser are set so that the wavelength fluctuations of the lasers cancel each other. For example, if the wavelength chirp due to the factor 1 moves to the long wavelength side (red shift), the adjustment is made so that the chirp due to the factor 2 moves to the short wavelength side (blue shift).

次に、上述のDFBレーザ特有の波長チャーピング機構
を図面を参照しながら詳細に説明する。
Next, a wavelength chirping mechanism specific to the above-mentioned DFB laser will be described in detail with reference to the drawings.

第5図はチャーピングのメカニズムを示すブロック線
図である。
FIG. 5 is a block diagram showing the mechanism of chirping.

図中経路aは従来のファブリペロー型レーザでみられ
るスペクトルホールバーニングによるチャープの因果関
係を示している。
The path a in the figure indicates the causal relationship of chirp due to spectral hole burning seen in a conventional Fabry-Perot laser.

図中経路bはキャリア密度の空間的分布によって発生
するもの、即ち光子とキャリアの相互作用の減少による
利得飽和によるものである。
The path b in the figure is caused by the spatial distribution of the carrier density, that is, by the gain saturation due to the reduced interaction between photons and carriers.

本発明では、屈折率の軸方向の分布によって生じるチ
ャープが重要である。この経路は2種類あり、しきい値
ゲインαthの変動を介してブラッグ波長自身の変動を誘
発する経路cと、位相条件δを変化させてブラッグ条件
からの波長のずれ(△λ:△λα−δ)を介して直接チ
ャープに寄与する経路dがある。
In the present invention, the chirp caused by the axial distribution of the refractive index is important. There are two types of paths, a path c that induces a change in the Bragg wavelength itself through a change in the threshold gain αth, and a wavelength shift (△ λ: △ λα−) from the Bragg condition by changing the phase condition δ. There is a path d that directly contributes to chirp via δ).

この様にDFB半導体レーザにおいては、a乃至dの4
種類の経路のメカニズムの結果としてチャープが起こ
る。
As described above, in the DFB semiconductor laser, four of a to d are used.
Chirp occurs as a result of different types of pathway mechanisms.

そこで、この経路の1つによる波長の動きが他の経路
の動きと逆の場合は、波長の動きをキャンセルして結果
的に波長の動き(チャープ)を非常に小さくすることが
可能となる。即ち、短波長側へのシフト(ブルーシフ
ト)と長波長側へのシフト(レッドシフト)を互いに補
償することができる。
Therefore, when the movement of the wavelength by one of the paths is opposite to the movement of the other paths, the movement of the wavelength is canceled, and as a result, the movement of the wavelength (chirp) can be extremely reduced. That is, the shift toward the short wavelength side (blue shift) and the shift toward the long wavelength side (red shift) can be compensated for each other.

この様な補償を実現するにはDFBレーザ特有の設計パ
ラメータの組み合せを最適化することにより達成でき
る。なお、DFBレーザ特有の設計パラメータとは前述し
た、両端面の反射率とその位相,位相シフタの数量及び
共振器軸方向での位置,κLの値等である。
Such compensation can be realized by optimizing the combination of design parameters specific to the DFB laser. The design parameters unique to the DFB laser are the above-described reflectivity and phase of both end faces, the number of phase shifters, the position in the resonator axial direction, the value of κL, and the like.

以下、端面の反射が無視できる場合(反射率3%以
下)について、計算結果を用いて説明する。計算は発明
者らの鋭意研究によって導かれた軸方向ホールバーニン
グの影響を考慮したレート方程式を解いて得られたもの
である。
Hereinafter, the case where the reflection of the end face can be ignored (the reflectance is 3% or less) will be described using the calculation results. The calculation was obtained by solving a rate equation in consideration of the influence of axial hole burning derived by the inventor's earnest research.

さて、共振器軸方向における分布帰還型レーザ素子の
模式図を第4図に示す。このレーザ素子は、共振器長さ
L=300μmのBH型GaInAsP/InP系半導体レーザで、発振
波長は1.554μm付近である。InP基板上に回折格子1が
形成され、共振器中央部に回折格子の不連続部(位相シ
フタ)2を形成している。また、両端面3,3′には無反
射(AR)コートを施し、反射率を3%以下に低減してい
る。
FIG. 4 is a schematic diagram of a distributed feedback laser device in the resonator axis direction. This laser device is a BH-type GaInAsP / InP-based semiconductor laser having a cavity length L = 300 μm, and has an oscillation wavelength near 1.554 μm. A diffraction grating 1 is formed on an InP substrate, and a discontinuous portion (phase shifter) 2 of the diffraction grating is formed at the center of the resonator. Also, antireflection (AR) coating is applied to both end surfaces 3, 3 'to reduce the reflectance to 3% or less.

半導体レーザ素子をこの構造に固定した場合、結合係
数κと、共振器長Lとの積κLと、位相シフトの量△θ
が変化させ得る設計パラメータとなる。
When the semiconductor laser device is fixed to this structure, the product κL of the coupling coefficient κ and the cavity length L and the amount of phase shift △ θ
Is a design parameter that can be changed.

ところで、共振器軸方向の光強度分布については、共
振器中央にλ/4(λ:管内波長;即ち△θ=0.5π)の
位相シフタが存在しているときには、κL=1.25で共振
器軸方向の分布が最も平坦になると言われている(雙田
他,前述)。また、共振器中央にλ/8位相シフタ(△θ
=0.25π)若しくは3λ/8位相シフタ(0.75π)がある
ときには、κL=1.35で最も平坦化される。従って、軸
方向の光強度分布はκL〜1.3付近で平坦化されると考
えてよい。
By the way, regarding the light intensity distribution in the resonator axis direction, when a phase shifter of λ / 4 (λ: guide wavelength; that is, △ θ = 0.5π) exists at the center of the resonator, the resonator axis is set to κL = 1.25. It is said that the distribution in the direction becomes the flattest (Sota, et al., Supra). Also, a λ / 8 phase shifter (△ θ
= 0.25π) or 3λ / 8 phase shifter (0.75π), κL = 1.35 is most flattened. Therefore, it can be considered that the light intensity distribution in the axial direction is flattened in the vicinity of κL to 1.3.

この場合は、軸方向の光強度の不均一性が少ないため
に、軸方向の空間的ホールバーニングは殆ど起こらず、
これに起因するチャープは起こらない。即ち、スペクト
ルホールバーニングの影響だけであるため、チャープ量
は比較的小さい。しかし、パルス立上がり時の緩和振動
に伴う(スペクトルホールバーニングの影響と言っても
良い)レッドシフトチャーピングは存在している。逆に
κL〜1.3では、この緩和振動に伴うレッドシフトを除
くことは出来ない。この現象は、利得飽和のパラメータ
(ゲインコンプレッション因子)εの値と関係してお
り、材料に依存しているからである。
In this case, since there is little non-uniformity of the light intensity in the axial direction, spatial hole burning in the axial direction hardly occurs,
No chirp results. That is, the chirp amount is relatively small because of only the effect of spectral hole burning. However, there is red shift chirping (which may be said to be the effect of spectral hole burning) associated with relaxation oscillation at the rise of the pulse. Conversely, at κL〜1.3, the red shift accompanying this relaxation oscillation cannot be excluded. This phenomenon is related to the value of the gain saturation parameter (gain compression factor) ε, and is dependent on the material.

一方、光強度分布は、κL〜1.3付近を境界に小さい
場合は共振器中央で窪み、大きい場合には中央で大きく
凸となることは良く知られている。従って、κL〜1.3
付近を境界として、軸方向ホールバーニングによる屈折
率の相対変化が逆になるため、チャープの傾向もκL〜
1.3付近を境界として逆になる。これらのκLの値が1.3
より大きいか若しくは小さい場合には、κL〜1.3付近
の場合と異なり、位相シフト量を調整して、パルス立上
がり時の緩和振動に伴うレッドシフトを補償し、極めて
小さいチャープに抑えることができる。但し、このシフ
ト量の調整を誤ると、逆にチャープ量が大きくなること
があるため、適正なシフト量とすることが必要となる。
On the other hand, it is well known that the light intensity distribution is depressed at the center of the resonator when the light intensity distribution is small around κL to 1.3, and largely convex at the center when the light intensity distribution is large. Therefore, κL ~ 1.3
Since the relative change in the refractive index due to axial hole burning is reversed around the vicinity, the tendency of chirp is also κL ~
The opposite occurs around 1.3. These κL values are 1.3
If it is larger or smaller, the phase shift amount is adjusted to compensate for the red shift accompanying the relaxation oscillation at the rise of the pulse, unlike in the case where κL is around 1.3, and it is possible to suppress the chirp to an extremely small chirp. However, if the adjustment of the shift amount is erroneously performed, the chirp amount may be increased in reverse. Therefore, it is necessary to set an appropriate shift amount.

第3図にκL=1(<1.3)で、λ/8の位相シフトを
共振器中央に持ち、両端面無反射を仮定した構造の分布
帰還型レーザの波長と光出力の時間変化を計算した一例
を示す。尚、印加パルスは立上り、立ち下りとも100pse
c,幅500psecのものを仮定した。
In FIG. 3, the time change of the wavelength and the optical output of a distributed feedback laser having a structure in which κL = 1 (<1.3), a phase shift of λ / 8 is provided at the center of the resonator, and both ends are assumed to be non-reflective are calculated. An example is shown. The applied pulse is 100pse for both rising and falling.
c, 500psec width is assumed.

同図から分るように、光出力波形(図中a)と波長の
時間変化(チャープ)(図中b)とは、光出力の小さい
とき(領域IおよびIII)はチャープは目立たないとい
う点で関連が深い。つまり、時間的には光出力の大きな
領域IIのチャープが観測され得るものと考えて良い。
As can be seen from the figure, the light output waveform (a in the figure) and the time variation of the wavelength (chirp) (b in the figure) indicate that when the light output is small (regions I and III), the chirp is inconspicuous. Closely related. In other words, it can be considered that a chirp in a region II having a large light output can be observed in time.

同図中、ハッチングで示した領域Aはスペクトルホー
ルバーニングによる利得飽和(第5図aのメカニズム)
に光子とキャリアの相互作用の減少(別なメカニズムに
よる利得飽和:第5図bのメカニズムに対応)を考慮し
た場合の寄与、領域Bはしきい値ゲインαthの変動(第
5図cのメカニズム)による寄与、領域Cは位相定数の
ずれδの変動(第5図dのメカニズム)による寄与を示
している。なお、それぞれの原因のチャープに寄与する
量が分るように描いてある。一番上の曲線Xは全体チャ
ープの合計である。なお、全く空間的ホールバーニング
が無ければ、実際には一番下の曲線Yとなる。
In the figure, the area A indicated by hatching is gain saturation due to spectral hole burning (the mechanism in FIG. 5a).
, The contribution when considering the reduction of the interaction between photons and carriers (gain saturation by another mechanism: corresponding to the mechanism of FIG. 5b), and the region B is the fluctuation of the threshold gain αth (the mechanism of FIG. 5c). ), And the area C shows the contribution due to the variation of the phase constant shift δ (the mechanism in FIG. 5d). It should be noted that the amounts contributing to chirp of each cause are drawn so as to be understood. The top curve X is the sum of the overall chirps. If there is no spatial hole burning, the curve Y is actually the lowest curve.

さて、全く空間的ホールバーニングが無ければ、チャ
ープが顕著に観測できる領域IIにおいて、まず緩和振動
に伴う(スペクトルホールバーニング)レッドシフト
(長波長側へのシフト)(図中H)が起こる。次にその
ままの状態が続いた後、光出力の立下がり時に再びレッ
ドシフト(図中K)が起こる。
By the way, if there is no spatial hole burning, red shift (shift to longer wavelength side) (H in the figure) occurs in the region II where chirp is remarkably observable due to relaxation oscillation (spectral hole burning). Next, after the state continues, a red shift (K in the figure) occurs again when the light output falls.

第3図に示す特性のレーザ素子では、これに対して、
上記全ての要因がブルーシフトを起こす方に作用するた
め、曲線Xに示されるように立上がり時のレッドシフト
は目立たなくなり、またパルスの中央付近でブルーシフ
トを起こす。つまり、緩和振動によるレッドシフトは補
償されるが、ブルーシフト量が大き過ぎ、チャープを小
さくすることが出来ない。
In the laser device having the characteristics shown in FIG.
Since all of the above factors act on the side causing the blue shift, the red shift at the rising edge becomes inconspicuous as shown by the curve X, and the blue shift occurs near the center of the pulse. That is, although the red shift due to the relaxation oscillation is compensated, the amount of the blue shift is too large and the chirp cannot be reduced.

次に、κLの値を変化させ、かつ共振器中央の位相シ
フト量をλ/8,λ/4,3λ/8としたときのチャープの計算
例を第2図に示す。なお、各曲線は第3図の曲線Xに相
当する全体のチャープを示すものである。また曲線aは
光出力を示す。
Next, FIG. 2 shows a calculation example of chirp when the value of κL is changed and the phase shift amount at the center of the resonator is λ / 8, λ / 4, 3λ / 8. Each curve shows the overall chirp corresponding to curve X in FIG. Curve a shows the light output.

まず、κL=1のときは、領域II(光出力の大きい領
域)の時間内で波長の変動量が小さいのは、λ/4(0.5
π)よりも、3λ/8(0.75π)に近い位相シフト量のも
のである。λ/8(0.25π)では前述の様にブルーシフト
が大き過ぎて逆効果である。
First, when κL = 1, the wavelength fluctuation amount is small within λ / 4 (0.5
The phase shift amount is closer to 3λ / 8 (0.75π) than that of (π). At λ / 8 (0.25π), the blue shift is too large as described above, which is an opposite effect.

また、κL=2のときは、λ/8シフト構造ではレッド
シフトが大き過ぎ、やはり3λ/8が変動量が少ない。
When κL = 2, the red shift is too large in the λ / 8 shift structure, and 3λ / 8 also has a small variation.

更に、κL=3ではλ/8シフタでのレッドシフトが極
端に大きくなるため、λ/4より大きく3λ/8より小さい
値で領域IIの波長変動量が少ない。
Further, when κL = 3, the red shift in the λ / 8 shifter becomes extremely large, so that the wavelength variation in the region II is small at a value larger than λ / 4 and smaller than 3λ / 8.

なお、DFBレーザにおいては、位相シフト量△θがλ/
4(nπ+0.5π)から大きく離れてnπとなると、2本
の縦モードで発振し、単一縦モード性が崩れる。しか
し、3λ/8(△θ=nπ+0.75π)では、0.8<κL<
3.0の範囲で△αL〜0.4(△α:主モードと副モードの
しきい値ゲイン差、L;共振器長)となり単一縦モード性
は十分である。なお、△αL>0.2あれば高速変調時で
も単一縦モード性が保障できる。
In the DFB laser, the amount of phase shift △ θ is λ /
When it becomes nπ far apart from 4 (nπ + 0.5π), it oscillates in two longitudinal modes, and the single longitudinal mode characteristic is broken. However, at 3λ / 8 (△ θ = nπ + 0.75π), 0.8 <κL <
In the range of 3.0, △ αL to 0.4 (△ α: threshold gain difference between main mode and submode, L; resonator length), and the single longitudinal mode property is sufficient. If △ αL> 0.2, a single longitudinal mode can be ensured even during high-speed modulation.

以上説明したように両端面の反射が小さい場合(≦3.
0%)には、κLが1.3付近を除いて、0.8<κL<3.0の
範囲で共振器中央部の位相シフト量△θがnπ+0.5π
<△θ<nπ+0.75π、即ちλ/4<△θ<3λ/8)であ
れば、単一縦モード性を損なうことなく、パルス変調時
の波長の変動を最も小さくできる。
As described above, when the reflection at both end faces is small (≦ 3.
0%), the phase shift amount △ θ at the center of the resonator is nπ + 0.5π in the range of 0.8 <κL <3.0 except for the case where κL is around 1.3.
<△ θ <nπ + 0.75π, that is, λ / 4 <△ θ <3λ / 8), it is possible to minimize the fluctuation of the wavelength during pulse modulation without deteriorating the single longitudinal mode.

なお、上記説明は、回折格子に位相の不連続部による
位相シフタを設けたものについて述べたが、端面反射位
相を制御することによっても実現できる。即ち、端面に
反射があると、反射面と回折格子の位相の相対位置関係
により、反射前後の光が回折格子の位相を不連続に変化
して感じることになり、等価的に位相シフタを設けたこ
とと同様の効果を生じる。またその効果は反射前後の光
量の差(反射率)と端面位置と回折格子位相の相対関係
による。
Although the above description has been given of the case where the diffraction grating is provided with the phase shifter due to the discontinuity of the phase, it can also be realized by controlling the end face reflection phase. In other words, if there is reflection at the end face, the light before and after reflection will feel the diffraction grating phase discontinuously changing due to the relative positional relationship between the reflection surface and the diffraction grating, and equivalently a phase shifter is provided. This produces the same effect as the above. The effect depends on the difference between the amount of light before and after reflection (reflectance) and the relative relationship between the end face position and the diffraction grating phase.

[実施例] 共振器長さL=300μmのBH型GaInAsP/InP系半導体レ
ーザで、発振波長は1.554μm付近のものを試作した。I
nP基板上に回折格子が形成され、共振器中央部に回折格
子の不連続部(位相シフタ)を形成している。また、両
端面には無反射コートを施し、反射率を1%以下とし
た。試作したDFBレーザは、κL〜1で3λ/8位相シフ
トを持つものと、λ/8位相シフトを持つものである。
Example A BH-type GaInAsP / InP-based semiconductor laser having a resonator length L = 300 μm and having an oscillation wavelength of about 1.554 μm was prototyped. I
A diffraction grating is formed on the nP substrate, and a discontinuous portion (phase shifter) of the diffraction grating is formed at the center of the resonator. In addition, a non-reflective coating was applied to both end surfaces, and the reflectance was set to 1% or less. The prototype DFB lasers have a 3λ / 8 phase shift at κL〜1 and have a λ / 8 phase shift.

これらの半導体レーザ素子を1.8Gbps,NRZパルスで変
調したときの時間平均スペクトルを第1図に示す。な
お、変調電流は30mAでバイアス電流は28mAである。ま
た、両素子ともしきい値は20mA前後である。
FIG. 1 shows a time-average spectrum when these semiconductor laser elements are modulated by a 1.8 Gbps NRZ pulse. The modulation current is 30 mA and the bias current is 28 mA. The threshold value of both devices is around 20 mA.

同図aから明らかなように本発明の3λ/8シフトレー
ザでは1A以下の半値幅が得られたのに対し、λ/8シフト
レーザでは同図bに示すようにブルーシフトチャープに
より、2A以上の幅の広いスペクトルが得られた。
As is apparent from FIG. 7A, the half-width of 1 A or less was obtained with the 3λ / 8 shift laser of the present invention, whereas the λ / 8 shift laser was changed to 2 A or more by the blue shift chirp as shown in FIG. A broad spectrum was obtained.

なお、この結果は計算結果と良い一致を示した。 This result showed good agreement with the calculation result.

[発明の効果] この様に本発明によれば、波長チャープ量の少ないDF
Bレーザが再現性良く得られた。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the DF having a small wavelength chirp amount is used.
The B laser was obtained with good reproducibility.

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

第1図は本発明のDFBレーザと、本発明を適用していな
いDFBレーザの出力の時間平均スペクトルを示すスペク
トル図、第2図はκLとシフト量を変化させた場合の波
長の時間的変化を示す図、第3図はκL=1のλ/8シフ
ト構造のDFBレーザの波長変化を原因別に示した図、第
4図は位相シフタ付DFBレーザの構造を示す模式断面
図、第5図はDFB半導体レーザ特有の波長チャープの因
果関係を示すブロック線図である。 1……回折格子 2……位相シフタ(回折格子位相不連続部) 3,3′……端面
FIG. 1 is a spectrum diagram showing a time-average spectrum of the output of a DFB laser according to the present invention and a DFB laser to which the present invention is not applied, and FIG. 2 is a temporal change in wavelength when κL and a shift amount are changed. FIG. 3 is a diagram showing the wavelength change of a DFB laser having a λ / 8 shift structure with κL = 1 according to cause. FIG. 4 is a schematic sectional view showing the structure of a DFB laser with a phase shifter. FIG. 3 is a block diagram showing a causal relationship of wavelength chirp unique to a DFB semiconductor laser. 1 ... Diffraction grating 2 ... Phase shifter (Diffraction grating phase discontinuity) 3,3 '... End face

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 和則 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 東芝 電子デバイスエンジニアリング株式会社 内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazunori Shiraishi 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Electronic Device Engineering Co., Ltd.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】内部に作りつけた回折格子によって光帰還
を行う分布帰還型半導体レーザにおいて、パルス変調に
おける緩和振動による波長の赤方偏移チャープを補償す
るように所定の値に設定された反射端面位相若しくは前
記回折格子の位相不連続を有する分布帰還型半導体レー
ザ。
1. A distributed feedback semiconductor laser in which optical feedback is provided by a diffraction grating built therein, a reflection set to a predetermined value so as to compensate for a red-shifted chirp of the wavelength due to relaxation oscillation in pulse modulation. A distributed feedback semiconductor laser having an end face phase or a phase discontinuity of the diffraction grating.
【請求項2】請求項1記載の分布帰還型半導体レーザに
おいて、両反射端の反射率が3%より小さく、且つ前記
回折格子の位相の不連続部が共振器の中央部に位置し、
かつ前記回折格子による光波の結合計数κと前記共振器
の長さLの積κLが1.3付近を除いて、0.8<κL<3.0
の範囲にあり、前記中央部の位相の不連続部の位相シフ
ト量Δθを、nπ+0.5π<Δθ<nπ+0.75πとした
ことを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。
2. The distributed feedback semiconductor laser according to claim 1, wherein the reflectivity at both reflection ends is smaller than 3%, and the discontinuity in the phase of the diffraction grating is located at the center of the resonator.
And 0.8 <κL <3.0, except that the product κL of the coupling count κ of light waves by the diffraction grating and the length L of the resonator is around 1.3.
Wherein the phase shift amount Δθ of the discontinuous portion of the central portion is nπ + 0.5π <Δθ <nπ + 0.75π.
JP63017388A 1988-01-29 1988-01-29 Distributed feedback semiconductor laser Expired - Lifetime JP2635649B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63017388A JP2635649B2 (en) 1988-01-29 1988-01-29 Distributed feedback semiconductor laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63017388A JP2635649B2 (en) 1988-01-29 1988-01-29 Distributed feedback semiconductor laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01194380A JPH01194380A (en) 1989-08-04
JP2635649B2 true JP2635649B2 (en) 1997-07-30

Family

ID=11942616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63017388A Expired - Lifetime JP2635649B2 (en) 1988-01-29 1988-01-29 Distributed feedback semiconductor laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2635649B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6574261B2 (en) 1998-08-27 2003-06-03 Nec Corporation Distributed feedback semiconductor laser
JP3186705B2 (en) 1998-08-27 2001-07-11 日本電気株式会社 Distributed feedback semiconductor laser
JP2011119434A (en) 2009-12-03 2011-06-16 Renesas Electronics Corp Semiconductor laser device and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01194380A (en) 1989-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4720835A (en) Integrated semiconductor light emitting element with oscillation wavelength and phase modulated light output
JP2689698B2 (en) Semiconductor device with inverted α parameter sign
US5978400A (en) Laser
JPS5844785A (en) Semiconductor laser
US9172212B2 (en) Tunable semiconductor laser diode
US6577660B1 (en) Distributed feedback type semiconductor laser device having gradually-changed coupling coefficient
US4743087A (en) Optical external modulation semiconductor element
KR100519922B1 (en) self-mode locked multisection semiconductor laser diode
JP3086767B2 (en) Laser element
US5276702A (en) Gain-coupled distributed-feedback semiconductor laser
JP5310533B2 (en) Optical semiconductor device
JP2635649B2 (en) Distributed feedback semiconductor laser
JP3463740B2 (en) Distributed feedback semiconductor laser
US6825505B2 (en) Phase-shifted distributed feedback type semiconductor laser diode capable of improving wavelength chirping and external reflection return light characteristics
KR100456670B1 (en) Distributed Bragg reflector laser diode having distributed feedback laser diode and optical spot size converter on the same substrate
JP6810671B2 (en) Semiconductor optical integrated device
JPH0290688A (en) Distributed feedback type semiconductor laser
JP3166836B2 (en) Semiconductor laser
JP2763090B2 (en) Semiconductor laser device, manufacturing method thereof, and crystal growth method
JPS63166281A (en) Distributed feedback semiconductor laser
Okai et al. Complex-coupled/spl lambda//4-shifted DFB lasers with a flat FM response
US20090080482A1 (en) Gain-coupled distributed feedback semiconductor laser including first-order and second-order gratings
JPS6232680A (en) Integrated type semiconductor laser
JP2732604B2 (en) Distributed feedback laser
KR100429531B1 (en) Distributed feedback semiconductor laser

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080425

Year of fee payment: 11