JP2907931B2 - 表面出射型グレーティング付光増幅器 - Google Patents
表面出射型グレーティング付光増幅器Info
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- JP2907931B2 JP2907931B2 JP2069912A JP6991290A JP2907931B2 JP 2907931 B2 JP2907931 B2 JP 2907931B2 JP 2069912 A JP2069912 A JP 2069912A JP 6991290 A JP6991290 A JP 6991290A JP 2907931 B2 JP2907931 B2 JP 2907931B2
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction 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
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- H01S5/185—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL]
- H01S5/187—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光増幅器と表面出射型グレーティングを使
用する半導体光学素子に関する。
用する半導体光学素子に関する。
重要なものは、本発明の譲渡人にすべて譲渡された、
以下の特許出願中の発明である。1988年10月27日に出願
されたシリアルナンバー263464のG.エバンスその他によ
る「グレーティングが結合された表面出射型発光素
子」、1988年８月９日に出願されたシリアルナンバー23
0105のD.8.カーリンによる「出力が結合された表面出射
型半導体レーザ装置」、1987年４月20日に出願されたシ
リアルナンバー040977のG.A.アルフォンスその他による
「発光ダイオード」、1987年４月20日に出願されたシリ
アルナンバー040979のG.A.アルフォンスその他による
「発光ダイオード」、1987年４月20日に出願されたシリ
アルナンバー040978のG.A.アルフォンスその他による
「反射手段を有する低コヒーレンス性の光学系」、1987
年４月20日に出願されたシリアルナンバー040976のM.ト
ダその他による「光学結合システム」、およびシリアル
ナンバーRD17820PのS.L.パルフレイその他による「モー
ド選択用のグレーティングを有する光学素子」があっ
た。
以下の特許出願中の発明である。1988年10月27日に出願
されたシリアルナンバー263464のG.エバンスその他によ
る「グレーティングが結合された表面出射型発光素
子」、1988年８月９日に出願されたシリアルナンバー23
0105のD.8.カーリンによる「出力が結合された表面出射
型半導体レーザ装置」、1987年４月20日に出願されたシ
リアルナンバー040977のG.A.アルフォンスその他による
「発光ダイオード」、1987年４月20日に出願されたシリ
アルナンバー040979のG.A.アルフォンスその他による
「発光ダイオード」、1987年４月20日に出願されたシリ
アルナンバー040978のG.A.アルフォンスその他による
「反射手段を有する低コヒーレンス性の光学系」、1987
年４月20日に出願されたシリアルナンバー040976のM.ト
ダその他による「光学結合システム」、およびシリアル
ナンバーRD17820PのS.L.パルフレイその他による「モー
ド選択用のグレーティングを有する光学素子」があっ
た。
半導体光増幅素子は、光学回路系中の様々な回路要素
を結合するために使用される光ビームを処理するための
光導波路とともに使用される。そのような光学回路系
は、例えば、ビームが様々な間隔を置いて配置された成
分に投射される光コンピュータを含む。主要な導波路
は、光源から目標部分に光ビームを伝播する。光増幅器
（以下増幅器と記す）は、光を増幅させるための導波路
に光学的に結合されており、そうでなければ光の増幅は
光学回路系中の様々な結合により大幅に減衰される。増
幅器は、増幅および増幅された光の他の回路成分への伝
達のために、発光素子、すなわちグレーティングに結合
されている。
を結合するために使用される光ビームを処理するための
光導波路とともに使用される。そのような光学回路系
は、例えば、ビームが様々な間隔を置いて配置された成
分に投射される光コンピュータを含む。主要な導波路
は、光源から目標部分に光ビームを伝播する。光増幅器
（以下増幅器と記す）は、光を増幅させるための導波路
に光学的に結合されており、そうでなければ光の増幅は
光学回路系中の様々な結合により大幅に減衰される。増
幅器は、増幅および増幅された光の他の回路成分への伝
達のために、発光素子、すなわちグレーティングに結合
されている。
半導体レーザ中の表面出射器は、しばしば分布帰還型
（DFB）および分布反射型（DBR）の表面出射型グレーテ
ィングを使用している。２次の分布反射型グレーティン
グは、１次の光を結合し、２次のレーザフィードバック
を行なう。1986年８月11日付けのアプライド フィズィ
ックスレター（Applied Physics Letter）49（６）p314
〜315のG.A.エバンスその他による論文「動的波長の安
定性および0.25°のファーフィールドアングルを有する
表面出射型の２次分布反射型反射器」では、前記レーザ
装置が4mWまでのピークグレーティング結合出力を有す
ることを述べている。レーザ装置とともに使用するため
のその他の分布反射型および分布帰還型グレーティング
も公知である。それらのグレーティングは、フィードバ
ックが最適であるレーザ装置とともに使用する場合に有
利である。
（DFB）および分布反射型（DBR）の表面出射型グレーテ
ィングを使用している。２次の分布反射型グレーティン
グは、１次の光を結合し、２次のレーザフィードバック
を行なう。1986年８月11日付けのアプライド フィズィ
ックスレター（Applied Physics Letter）49（６）p314
〜315のG.A.エバンスその他による論文「動的波長の安
定性および0.25°のファーフィールドアングルを有する
表面出射型の２次分布反射型反射器」では、前記レーザ
装置が4mWまでのピークグレーティング結合出力を有す
ることを述べている。レーザ装置とともに使用するため
のその他の分布反射型および分布帰還型グレーティング
も公知である。それらのグレーティングは、フィードバ
ックが最適であるレーザ装置とともに使用する場合に有
利である。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、光学回路中に利用される種類の増幅器におい
て、レーザおよび前記出願中の特許のいくつかで論じら
れている発行ダイオードに使用されるものと同じ増幅原
理が使用されてはいるが、分布反射型および分布帰還型
グレーティングにより生ずる反射は望ましいものではな
い。反射により増幅器中に発振が生じ、一度発振が生じ
ると増幅器の利得が制限されるためである。表面出射型
グレーティングを使用する利点は、エバンスその他によ
る前記論文で論じられているが、通常の分布帰還型およ
び分布反射型グレーティングからのフィードバックで生
ずる発振に起因する欠点があるので、光学回路中の増幅
器で前記グレーティングを使用することは望ましくな
い。本発明者は、表面出射型グレーティングを利用する
のと同時に、反射ならびにそれによる発振とそれに伴う
利得および直線性の減少とを抑制する、比較的高い利得
および直線性を有する増幅器の必要性を認めている。
て、レーザおよび前記出願中の特許のいくつかで論じら
れている発行ダイオードに使用されるものと同じ増幅原
理が使用されてはいるが、分布反射型および分布帰還型
グレーティングにより生ずる反射は望ましいものではな
い。反射により増幅器中に発振が生じ、一度発振が生じ
ると増幅器の利得が制限されるためである。表面出射型
グレーティングを使用する利点は、エバンスその他によ
る前記論文で論じられているが、通常の分布帰還型およ
び分布反射型グレーティングからのフィードバックで生
ずる発振に起因する欠点があるので、光学回路中の増幅
器で前記グレーティングを使用することは望ましくな
い。本発明者は、表面出射型グレーティングを利用する
のと同時に、反射ならびにそれによる発振とそれに伴う
利得および直線性の減少とを抑制する、比較的高い利得
および直線性を有する増幅器の必要性を認めている。
［課題を解決するための手段］ 本発明による光学素子は、向かい合う増幅器の末端と
交わる光学軸を有する半導体光増幅器を含む。装置はさ
らに、増幅器の出力端で増幅器に光学的に結合された複
数の要素を含む表面出射型グレーティングを含む。増幅
器のグレーティングおよび入力端は、増幅器中の光の発
振を抑制するために増幅器の入力端およびグレーティン
グの少なくとも一方が第１の角度で光学軸に非垂直にな
るように、光学軸に関して配置されている。
交わる光学軸を有する半導体光増幅器を含む。装置はさ
らに、増幅器の出力端で増幅器に光学的に結合された複
数の要素を含む表面出射型グレーティングを含む。増幅
器のグレーティングおよび入力端は、増幅器中の光の発
振を抑制するために増幅器の入力端およびグレーティン
グの少なくとも一方が第１の角度で光学軸に非垂直にな
るように、光学軸に関して配置されている。
さらに別の改良において、増幅器の入力端とグレーテ
ィングのどちらかは、第２の角度で光学軸に非垂直に配
置されている。グレーティングの角度は、光がグレーテ
ィングから増幅器中まで光学軸に非平行に反射されるよ
うな数値である。入力端の角度は、反射光が、入力端か
ら増幅器の末端間の境界に、前記境界が増幅器の外に光
を伝達するための臨界角よりも大きな角度で反射される
ような数値である。
ィングのどちらかは、第２の角度で光学軸に非垂直に配
置されている。グレーティングの角度は、光がグレーテ
ィングから増幅器中まで光学軸に非平行に反射されるよ
うな数値である。入力端の角度は、反射光が、入力端か
ら増幅器の末端間の境界に、前記境界が増幅器の外に光
を伝達するための臨界角よりも大きな角度で反射される
ような数値である。
［実施例］ 次に本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は、本発明の１つの実施例による、各々が結合
された表面出射型グレーティングを有する増幅器の列の
一部を示す平面図、第２図は、第１図の実施例の線２−
２に沿って取られた断面の立面図、第３図は、第１図の
実施例の線３−３に沿って取られた部分的立面図、第４
図は、第１図の実施例で生ずる様々な光ビームを示す、
本発明の原理のいくつかの説明図、第５図は、本発明の
原理のいくつかをさらに説明する目的で、第１図の実施
例に使用されているグレーティングに関して光の波面を
図式的に示した図、第６図は、第５図の実施例のグレー
ティングと同様のグレーティングから反射された光ビー
ムの位相関係を示すベクトル図、第７図は、本発明のあ
る補助的な原理を説明するために、増幅素子の１つにお
ける第１図の実施例の示す増幅部分を図式的に示す図、
第８図は、本発明による装置の第２の実施例を示す平面
図、第９図は、第８図の装置の線９−９に沿って取られ
た側面図である。
された表面出射型グレーティングを有する増幅器の列の
一部を示す平面図、第２図は、第１図の実施例の線２−
２に沿って取られた断面の立面図、第３図は、第１図の
実施例の線３−３に沿って取られた部分的立面図、第４
図は、第１図の実施例で生ずる様々な光ビームを示す、
本発明の原理のいくつかの説明図、第５図は、本発明の
原理のいくつかをさらに説明する目的で、第１図の実施
例に使用されているグレーティングに関して光の波面を
図式的に示した図、第６図は、第５図の実施例のグレー
ティングと同様のグレーティングから反射された光ビー
ムの位相関係を示すベクトル図、第７図は、本発明のあ
る補助的な原理を説明するために、増幅素子の１つにお
ける第１図の実施例の示す増幅部分を図式的に示す図、
第８図は、本発明による装置の第２の実施例を示す平面
図、第９図は、第８図の装置の線９−９に沿って取られ
た側面図である。
第１図において、素子10は、例えば約10個の光学素子
の配列15を構成する複数の素子12、14その他のうちの１
つである。設計によっては、10個の素子10、12、14その
他よりも多いかまたは少ない素子が一定の列に並べられ
ている場合もあるが、第１図の素子10が、列としてより
も一定の手段により単独で使用されることも、他の方法
として考えられる。配列15中の素子は、受けた光を増幅
させるために、導波路16に光学的に結合されている。各
素子は、例えば素子10がグレーティング18を有し、素子
14がグレーティング20有するなど、表面出射型グレーテ
ィングを有する。素子10はグレーティング18からビーム
22を出射し、素子14はグレーティング20からビーム24を
出射する。列15を構成するすべての素子からのビーム2
2、24その他は、光学回路、例えば光コンピュータ（図
示せず）の光コミュニケーションに使用するための、比
較的高密度の合成ビームを形成する。
の配列15を構成する複数の素子12、14その他のうちの１
つである。設計によっては、10個の素子10、12、14その
他よりも多いかまたは少ない素子が一定の列に並べられ
ている場合もあるが、第１図の素子10が、列としてより
も一定の手段により単独で使用されることも、他の方法
として考えられる。配列15中の素子は、受けた光を増幅
させるために、導波路16に光学的に結合されている。各
素子は、例えば素子10がグレーティング18を有し、素子
14がグレーティング20有するなど、表面出射型グレーテ
ィングを有する。素子10はグレーティング18からビーム
22を出射し、素子14はグレーティング20からビーム24を
出射する。列15を構成するすべての素子からのビーム2
2、24その他は、光学回路、例えば光コンピュータ（図
示せず）の光コミュニケーションに使用するための、比
較的高密度の合成ビームを形成する。
配列15は、導波路16により伝達されたビーム26を増幅
するために一定の基板上に設けられた複数の列の１つで
ある。導波路16は、より大きな光学系中のより大きな導
波路の一部である。導波路には導波路16の部分により伝
達されるビーム26′が内在している。配列15はビーム2
6′の入口部を形成している。光の部分の前記接続は、
ビーム26′を減衰させるので、下流のビーム26の光度の
数値が上流のビーム26′の数値よりも低くなる。ビーム
26は、配列15を含む基板上に存在する他の回路中の動作
のために、導波路16の残り（図示せず）に伝達されるこ
とが必要であるが、前記他の回路の各々はさらにビーム
26を減衰させる。
するために一定の基板上に設けられた複数の列の１つで
ある。導波路16は、より大きな光学系中のより大きな導
波路の一部である。導波路には導波路16の部分により伝
達されるビーム26′が内在している。配列15はビーム2
6′の入口部を形成している。光の部分の前記接続は、
ビーム26′を減衰させるので、下流のビーム26の光度の
数値が上流のビーム26′の数値よりも低くなる。ビーム
26は、配列15を含む基板上に存在する他の回路中の動作
のために、導波路16の残り（図示せず）に伝達されるこ
とが必要であるが、前記他の回路の各々はさらにビーム
26を減衰させる。
配列15の各素子は、ビーム22、24その他の発生に先立
って、導波路16から受けた減衰されたビーム26′を増幅
する。素子10のような素子の増幅部は、レーザとは区別
される。レーザにおいて発振が望ましいのと違い、増幅
器中での光の発振は増幅を抑制するからである。
って、導波路16から受けた減衰されたビーム26′を増幅
する。素子10のような素子の増幅部は、レーザとは区別
される。レーザにおいて発振が望ましいのと違い、増幅
器中での光の発振は増幅を抑制するからである。
表面出射型の分布反射型グレーティングを利用するレ
ーザ装置の例は、1986年８月11日付けのアプライドフィ
ズィックスレター（Applied Physics Letter）49 Vol.6
pp.314-315に示されている。それにはレーザ装置の光学
軸に垂直に配置されている平行なグレーティング要素を
有する表面出射型の２次分布反射型（DBR）レーザが示
されているが、この場合のグレーティングは、素子に光
を反射させる他にビームを外部に出射する増幅領域の外
側に配置されている。表面出射型の分布帰還型（DFB）
グレーティングも同様に動作するが、グレーティングは
活性領域の上方に設けられている。内部反射がレーザの
発振において重要な役割を有するのに比べて、分布反射
型または分布帰還型グレーティングからの反射は、増幅
器の有害な動作を引き起こす。
ーザ装置の例は、1986年８月11日付けのアプライドフィ
ズィックスレター（Applied Physics Letter）49 Vol.6
pp.314-315に示されている。それにはレーザ装置の光学
軸に垂直に配置されている平行なグレーティング要素を
有する表面出射型の２次分布反射型（DBR）レーザが示
されているが、この場合のグレーティングは、素子に光
を反射させる他にビームを外部に出射する増幅領域の外
側に配置されている。表面出射型の分布帰還型（DFB）
グレーティングも同様に動作するが、グレーティングは
活性領域の上方に設けられている。内部反射がレーザの
発振において重要な役割を有するのに比べて、分布反射
型または分布帰還型グレーティングからの反射は、増幅
器の有害な動作を引き起こす。
発振の抑制を助けるために、代表的な素子10のグレー
ティング18は、素子10の光学軸28に関して角度θで傾斜
している。配列15を構成するその他の素子のグレーティ
ングも同様に傾斜している。角度θは、素子10の増幅部
の外に屈折されるように光学軸28に非平行な方向に反射
するような数値を有する。ビーム22は、グレーティング
18の平面の垂線のできるだけ近くに出射される。角度８
を比較的大きくすると、ビーム22はグレーティング18の
平面により平行な方向に傾斜されるが、それにより構造
設計、すなわち受光素子の配置がより難しくなる傾向が
あるので、望ましくない。そのため、ビーム22はグレー
ティング18の平面に垂直であることが望ましい。ビーム
22を垂直にすることによって、グレーティング18のグレ
ーィング要素を光学軸28に垂直にすることも必要にな
る。従って、グレーティングの傾斜には前記２つの相反
する要因が考慮に入れられ、傾斜角θは２つの要因を歩
み寄らせたものとなる。
ティング18は、素子10の光学軸28に関して角度θで傾斜
している。配列15を構成するその他の素子のグレーティ
ングも同様に傾斜している。角度θは、素子10の増幅部
の外に屈折されるように光学軸28に非平行な方向に反射
するような数値を有する。ビーム22は、グレーティング
18の平面の垂線のできるだけ近くに出射される。角度８
を比較的大きくすると、ビーム22はグレーティング18の
平面により平行な方向に傾斜されるが、それにより構造
設計、すなわち受光素子の配置がより難しくなる傾向が
あるので、望ましくない。そのため、ビーム22はグレー
ティング18の平面に垂直であることが望ましい。ビーム
22を垂直にすることによって、グレーティング18のグレ
ーィング要素を光学軸28に垂直にすることも必要にな
る。従って、グレーティングの傾斜には前記２つの相反
する要因が考慮に入れられ、傾斜角θは２つの要因を歩
み寄らせたものとなる。
ビーム22の傾斜状態をグレーティング18の要素が平面
に対して、より平行になるようにするために、素子10の
光学軸28は、導波路16との結合部分で導波路16の光学軸
30に非垂直になるように角度θ１で傾斜される。角度θ
およびθ１の組み合わせは、以下のことを考慮して決め
られる。グレーティング18から反射された光は、素子10
の境界32に入射し、反射され、導波路16に隣接する素子
10の光波入力端34により再び反射される。入力端34から
反射された光線は再び境界32上に入射し、素子10の外に
屈折される。従って、グレーティング18からの光の反射
により生ずる増幅領域中の光線の発振が抑制され、増幅
機能が最大限に発揮される。
に対して、より平行になるようにするために、素子10の
光学軸28は、導波路16との結合部分で導波路16の光学軸
30に非垂直になるように角度θ１で傾斜される。角度θ
およびθ１の組み合わせは、以下のことを考慮して決め
られる。グレーティング18から反射された光は、素子10
の境界32に入射し、反射され、導波路16に隣接する素子
10の光波入力端34により再び反射される。入力端34から
反射された光線は再び境界32上に入射し、素子10の外に
屈折される。従って、グレーティング18からの光の反射
により生ずる増幅領域中の光線の発振が抑制され、増幅
機能が最大限に発揮される。
第２図においては、代表的な素子10が、導波路16に結
合された配列15の残りの素子12、14その他が同様に構成
されていることを理解したうえで説明されている。素子
10は、基板38の一方の広い平な表面37上に配置されてい
る、焼結されたNi/Ge/Ti/AuのようなＮ型接触層36を含
む。基板38はＮ電導型のGaAsで、厚さ約200μ（ミクロ
ン）である。基板38の別の平な広い表面39上にはＮ電導
型の第１のクラッド層40がある。クラッド層40はAlxGa
1-xAsを含み、ｘは好適には約0.3である。クラッド層40
は厚さ約0.5μである。クラッド層40上には厚さが0.2
μ、横幅L3が２μの導波路16が重なっている。導波路16
はAlyGa1-yAsを含み、ｙは好適には約0.15である。
合された配列15の残りの素子12、14その他が同様に構成
されていることを理解したうえで説明されている。素子
10は、基板38の一方の広い平な表面37上に配置されてい
る、焼結されたNi/Ge/Ti/AuのようなＮ型接触層36を含
む。基板38はＮ電導型のGaAsで、厚さ約200μ（ミクロ
ン）である。基板38の別の平な広い表面39上にはＮ電導
型の第１のクラッド層40がある。クラッド層40はAlxGa
1-xAsを含み、ｘは好適には約0.3である。クラッド層40
は厚さ約0.5μである。クラッド層40上には厚さが0.2
μ、横幅L3が２μの導波路16が重なっている。導波路16
はAlyGa1-yAsを含み、ｙは好適には約0.15である。
第１図の導波路16は、光学軸28に沿って素子10に光を
出射するためにコルゲーション42で形成された波形エッ
ジを有する。コルゲーション42は、出射される光が光学
軸28に平行になるように構成されている。コルゲーショ
ン42は、ディメンションL4である素子10の幅に沿って光
学的に結合されるのに十分な距離を導波路16の光学軸30
に平行な方向に延びている。ディメンションL4の数値は
約100μである。コルゲーション42のピークは、素子10
の末端34から一般に約0.1μである距離L5の間隔を置い
て配置されている。
出射するためにコルゲーション42で形成された波形エッ
ジを有する。コルゲーション42は、出射される光が光学
軸28に平行になるように構成されている。コルゲーショ
ン42は、ディメンションL4である素子10の幅に沿って光
学的に結合されるのに十分な距離を導波路16の光学軸30
に平行な方向に延びている。ディメンションL4の数値は
約100μである。コルゲーション42のピークは、素子10
の末端34から一般に約0.1μである距離L5の間隔を置い
て配置されている。
第２図において、導波路16から距離L5の間隔を置いて
クラッド層40に重なっているのは、活性層44である。活
性層44は厚さ約0.2μのドープされていないGaAsを含
む。活性層44は一般に約200乃至500μの長さL1を有す
る。前記長さL1は、光学軸28の法線に対する活性層44の
各端部34および48の角度θおよびθ１により、幅のディ
メンションL4内の場所によって異なる。従って、活性層
の長さL1は名目上の数値である。導波層50は、活性層44
の端部48に隣接し、かつ光学的に結合され、クラッド層
40に重なっている。導波層50は活性層48と同じ厚さで、
横幅がディメンションL4と同じである。導波層50は、導
波路16と同じ素材からなる。第１のクラッド層40、導波
路16および活性層44に重なっているのは第２のクラッド
層52である。クラッド層52はＰ電導型で、AlxGa1-xAsを
含む。グレーティング部分の近くのＰ型クラッド層は、
トランジション領域60で薄くなる。それにより活性領域
から導波領域への結合が効率的になる。グレーティング
18は、導波層50の表面上に直接的に配置されている。グ
レーティング18は、活性層44の光学軸28に関して角度θ
（第１図）で配置されている。グレーティング18の要素
は直線かつ平行である。
クラッド層40に重なっているのは、活性層44である。活
性層44は厚さ約0.2μのドープされていないGaAsを含
む。活性層44は一般に約200乃至500μの長さL1を有す
る。前記長さL1は、光学軸28の法線に対する活性層44の
各端部34および48の角度θおよびθ１により、幅のディ
メンションL4内の場所によって異なる。従って、活性層
の長さL1は名目上の数値である。導波層50は、活性層44
の端部48に隣接し、かつ光学的に結合され、クラッド層
40に重なっている。導波層50は活性層48と同じ厚さで、
横幅がディメンションL4と同じである。導波層50は、導
波路16と同じ素材からなる。第１のクラッド層40、導波
路16および活性層44に重なっているのは第２のクラッド
層52である。クラッド層52はＰ電導型で、AlxGa1-xAsを
含む。グレーティング部分の近くのＰ型クラッド層は、
トランジション領域60で薄くなる。それにより活性領域
から導波領域への結合が効率的になる。グレーティング
18は、導波層50の表面上に直接的に配置されている。グ
レーティング18は、活性層44の光学軸28に関して角度θ
（第１図）で配置されている。グレーティング18の要素
は直線かつ平行である。
キャップ層56は、活性層44の領域でクラッド層52上に
配置されている。キャップ層56はＰ電導型GaAsである。
Ｐ型接触層58はキャップ層56上に重なっている。Ｐ型接
触層58はTi/Pt/Auの連続的な層を含み、Ti層はキャップ
層56の隣に配置されている。グレーティングの縦のディ
メンションL2（第２図）は約50−100μである。グレー
ティング18の頂部から最低位置までの距離は約0.05μで
ある。
配置されている。キャップ層56はＰ電導型GaAsである。
Ｐ型接触層58はキャップ層56上に重なっている。Ｐ型接
触層58はTi/Pt/Auの連続的な層を含み、Ti層はキャップ
層56の隣に配置されている。グレーティングの縦のディ
メンションL2（第２図）は約50−100μである。グレー
ティング18の頂部から最低位置までの距離は約0.05μで
ある。
本実施例の素子は、適切な試薬およびドーピングを用
いたエピタキシャル法により製造される。グレーティン
グ18は、導波層50をエッチングすることにより形成され
る。
いたエピタキシャル法により製造される。グレーティン
グ18は、導波層50をエッチングすることにより形成され
る。
第３図においては、素子10から出射されるビーム22は
光学軸62を有する．光学軸62は、光学軸28に関するグレ
ーティングの傾斜角θの関数である角度Φだけ傾いてい
る。角度θとΦとの関係は第４図、第５図および第６図
を参照しつつ以下で論ずる。第５図の光学軸502に垂直
な（θ＝０の場合）グレーティング要素を有する従来の
グレーティングラジエータにおいて、グレーティングの
周期性Λは、放射エネルギーが表面に垂直に出射される
ように導波された光の波長と同じになっている。導波さ
れた光の大部分も、ブラグ条件が満たされているので、
再び導波層に反射される。したがって、コルゲーション
が伝播波面に平行なグレーティングは、前記のように発
振とその作用のため、増幅器の出力または入力結合器と
して使用することはできない。前記種類のグレーティン
グは、グレーティングから活性領域への強力な反射を要
するので、表面出射型の分布反射型レーザのために使用
される。
光学軸62を有する．光学軸62は、光学軸28に関するグレ
ーティングの傾斜角θの関数である角度Φだけ傾いてい
る。角度θとΦとの関係は第４図、第５図および第６図
を参照しつつ以下で論ずる。第５図の光学軸502に垂直
な（θ＝０の場合）グレーティング要素を有する従来の
グレーティングラジエータにおいて、グレーティングの
周期性Λは、放射エネルギーが表面に垂直に出射される
ように導波された光の波長と同じになっている。導波さ
れた光の大部分も、ブラグ条件が満たされているので、
再び導波層に反射される。したがって、コルゲーション
が伝播波面に平行なグレーティングは、前記のように発
振とその作用のため、増幅器の出力または入力結合器と
して使用することはできない。前記種類のグレーティン
グは、グレーティングから活性領域への強力な反射を要
するので、表面出射型の分布反射型レーザのために使用
される。
しかし、非傾斜型のグレーティングの周期性が前記条
件とはわずかに異なる、すなわち波長λのものと等しく
ない場合、ブラグ反射はかなり減少される傾向にある。
ただ、グレーティングがクラッド層からエッチングされ
ているために、グレーティングが形成されている場所の
層の平均の厚さよりも、グレーティングのないクラッド
層52（第１図）の残りの部分の厚さの方が薄いので、グ
レーティング領域からの反射が存在する。反射はブラグ
反射よりも弱いが、例えば10％の反射が存在し、その反
射率が増幅器の利得を制限する。
件とはわずかに異なる、すなわち波長λのものと等しく
ない場合、ブラグ反射はかなり減少される傾向にある。
ただ、グレーティングがクラッド層からエッチングされ
ているために、グレーティングが形成されている場所の
層の平均の厚さよりも、グレーティングのないクラッド
層52（第１図）の残りの部分の厚さの方が薄いので、グ
レーティング領域からの反射が存在する。反射はブラグ
反射よりも弱いが、例えば10％の反射が存在し、その反
射率が増幅器の利得を制限する。
第５図において、線形の平行なグレーティング要素e0
-enを有するグレーティング500は、光伝播軸502の垂直
面に関して角度θで傾斜している。θの数値は、ブラグ
条件を満たさない、より弱い反射を示す。反射は、反射
角度γがあるため、光伝播軸502に平行にならずに増幅
領域508中に反射する。グレーティング500のグレーティ
ング要素に垂直な方向の周期性はΛ⊥で、光波伝播方向
の周期性は、Λ⊥/cosθでありΛ⊥よりも大きいΛであ
る。利得領域中の波長λの光波507は光学軸に平行に伝
播し、Λに等しくなるように選択される。各グレーティ
ング要素e0-enから反射光503、504、505、506‥‥の位
相はベクトルで表わされ、各反射信号は次のように示さ
れる。
-enを有するグレーティング500は、光伝播軸502の垂直
面に関して角度θで傾斜している。θの数値は、ブラグ
条件を満たさない、より弱い反射を示す。反射は、反射
角度γがあるため、光伝播軸502に平行にならずに増幅
領域508中に反射する。グレーティング500のグレーティ
ング要素に垂直な方向の周期性はΛ⊥で、光波伝播方向
の周期性は、Λ⊥/cosθでありΛ⊥よりも大きいΛであ
る。利得領域中の波長λの光波507は光学軸に平行に伝
播し、Λに等しくなるように選択される。各グレーティ
ング要素e0-enから反射光503、504、505、506‥‥の位
相はベクトルで表わされ、各反射信号は次のように示さ
れる。
最初のグレーティング要素e0において、 r0＝sin（ωｔ−Φ） （１） 要素e1において、 r1＝sin（ωｔ−（Φ＋２π＋２πcos2θ）） （２） 要素e2において、 r2＝sin（ωｔ−（Φ＋２・２π＋２・２πcos2θ）） （３） 要素eNにおいて、 rN＝sin（ωｔ−（Φ＋2Nπ＋2Nπcos2θ）） （４） ここで、2Nπは光波が反射される前のグレーティング
領域中の行路の長さで、2Nπcos2θは直線Ａまでの行路
の長さである。隣接するベクトル（rNおよびrN-1または
rNおよびrN+1）の各項は、第６図において半径方向に同
じ角度２πcos2θの間隔をおいて配置されている。
領域中の行路の長さで、2Nπcos2θは直線Ａまでの行路
の長さである。隣接するベクトル（rNおよびrN-1または
rNおよびrN+1）の各項は、第６図において半径方向に同
じ角度２πcos2θの間隔をおいて配置されている。
の合計は、ブラグ反射が生ずるθ＝45°の場合を除い
て、いかなる数値の傾斜角θの場合も０となる。
て、いかなる数値の傾斜角θの場合も０となる。
傾斜したグレーティングから反射された放射の角度
は、光波のベクトルを利用することによって計算するこ
とができる。第４図からわかるように、光学軸502（第
５図）に平行な入射する光波のベクトルKi（＝２π／
λ）およびグレーティングの線に垂直なグレーティング
のベクトルKg（＝２π／Λ⊥）（第５図）は、kgcos2θ
＝kiを満たし、合成ベクトルKtはkg-kiに等しい。Kt＜k
o（koは第１図のビーム22に対応する外部空間への光波
のベクトル）の場合、外気中への放射が生じるので、角
度ΦはkosinΦ＝kitanθの関係から得られる。
は、光波のベクトルを利用することによって計算するこ
とができる。第４図からわかるように、光学軸502（第
５図）に平行な入射する光波のベクトルKi（＝２π／
λ）およびグレーティングの線に垂直なグレーティング
のベクトルKg（＝２π／Λ⊥）（第５図）は、kgcos2θ
＝kiを満たし、合成ベクトルKtはkg-kiに等しい。Kt＜k
o（koは第１図のビーム22に対応する外部空間への光波
のベクトル）の場合、外気中への放射が生じるので、角
度ΦはkosinΦ＝kitanθの関係から得られる。
単一空間モードストライプレーザに大量の駆動電流が
印加されると、素子やキャリアの温度が上昇し、それに
よりダブルヘテロ構造のエネルギーバリヤからキャリア
の漏れが生ずる。その他の種類の問題としては、接合部
内の欠陥または暗い線が形成されること、あるいはレー
ザ面上にひどい損傷を受けることがあげられる。それら
の問題はすべて、高出力レベルにおける高エネルギー密
度によって生ずる。出力密度を減少させるためにストラ
イプの幅を広くすると、レーザは単一モード条件で動作
することができなくなる。
印加されると、素子やキャリアの温度が上昇し、それに
よりダブルヘテロ構造のエネルギーバリヤからキャリア
の漏れが生ずる。その他の種類の問題としては、接合部
内の欠陥または暗い線が形成されること、あるいはレー
ザ面上にひどい損傷を受けることがあげられる。それら
の問題はすべて、高出力レベルにおける高エネルギー密
度によって生ずる。出力密度を減少させるためにストラ
イプの幅を広くすると、レーザは単一モード条件で動作
することができなくなる。
増幅器の場合、励振が単一空間モードで行なわれる
と、幅の広い（第１図のディメンションL4）増幅領域が
マルチモード動作を生じさせることはないが、単一空間
モードレーザから幅の広い増幅器への適切な結合法が必
要である。それは、発散ビームをレーザから表面導波路
上の平行なビームに変換するインテグレーティドレンズ
（図示せず）を使用することによって行なわれるか、あ
るいは位相アレイレーザ（図示せず）が幅の広い増幅器
に直接結合されることによって行なわれる。好適な配置
は、コルゲーション42（第１図）のような位相グレーテ
ィングを導波路16（第１図）のような幅の狭い導波路の
側面に設けることで、それにより狭い導波路16中に伝播
する光波は、例により示す狭い導波路に関して傾斜して
いる比較的幅の広い増幅領域中に放射する。
と、幅の広い（第１図のディメンションL4）増幅領域が
マルチモード動作を生じさせることはないが、単一空間
モードレーザから幅の広い増幅器への適切な結合法が必
要である。それは、発散ビームをレーザから表面導波路
上の平行なビームに変換するインテグレーティドレンズ
（図示せず）を使用することによって行なわれるか、あ
るいは位相アレイレーザ（図示せず）が幅の広い増幅器
に直接結合されることによって行なわれる。好適な配置
は、コルゲーション42（第１図）のような位相グレーテ
ィングを導波路16（第１図）のような幅の狭い導波路の
側面に設けることで、それにより狭い導波路16中に伝播
する光波は、例により示す狭い導波路に関して傾斜して
いる比較的幅の広い増幅領域中に放射する。
第７図においては、角度θを最小限にするために、光
学軸28は、導波路16からビームを受ける素子の末端34の
法線に関して角度θ１で配置されている。活性層44と、
他の残りの半導体素材、例えばＰ型クラッド層52との間
の境界面32からの光の反射を利用することにより、光は
グレーティング領域から端部48の光線700を経て境界面3
2に反射され、境界面32から端部34の光線702に反射され
る。
学軸28は、導波路16からビームを受ける素子の末端34の
法線に関して角度θ１で配置されている。活性層44と、
他の残りの半導体素材、例えばＰ型クラッド層52との間
の境界面32からの光の反射を利用することにより、光は
グレーティング領域から端部48の光線700を経て境界面3
2に反射され、境界面32から端部34の光線702に反射され
る。
光線702が端部34から反射される時、全反射のための
臨界角θｃよりも大きい角度αで境界面32に入射し、境
界面32において屈折される光線704を生じることが示さ
れている。角度θをグレーティングからの反射の入射
角、例えば光線700が角度θｃよりも大きい数値で境界
面32上に入射するように、一定の数値以上とする。この
場合は、グレーティング18が角度Φにより、ビーム22の
光線が望ましい以上に、すなわち受け入れ難いほど傾斜
しているような、大きな角度で傾斜していると考えられ
る。グレーティングから反射された光線700の角度２θ
が角度θｃ、よりも小さければ、光線700は境界面32か
ら完全に反射し、端部34に入射する。前記光線は次に角
度δで端部34から反射され、角度αで境界面32に入射す
る。角度αを臨界角θｃよりも幾分大きくすることによ
り、端部34から境界面32に入射する光線704は、活性層4
4の外に屈折される。この作用により、増幅器中で内部
発振が生ずる可能性が少なくなる傾向がある。
臨界角θｃよりも大きい角度αで境界面32に入射し、境
界面32において屈折される光線704を生じることが示さ
れている。角度θをグレーティングからの反射の入射
角、例えば光線700が角度θｃよりも大きい数値で境界
面32上に入射するように、一定の数値以上とする。この
場合は、グレーティング18が角度Φにより、ビーム22の
光線が望ましい以上に、すなわち受け入れ難いほど傾斜
しているような、大きな角度で傾斜していると考えられ
る。グレーティングから反射された光線700の角度２θ
が角度θｃ、よりも小さければ、光線700は境界面32か
ら完全に反射し、端部34に入射する。前記光線は次に角
度δで端部34から反射され、角度αで境界面32に入射す
る。角度αを臨界角θｃよりも幾分大きくすることによ
り、端部34から境界面32に入射する光線704は、活性層4
4の外に屈折される。この作用により、増幅器中で内部
発振が生ずる可能性が少なくなる傾向がある。
臨界角θｃよりも小さい角度で様々な屈折率の素材の
境界に入射する光は、内部に全反射される。臨界角より
も大きい数値で境界に入射する光の多くは境界中に伝達
されるが、境界中への伝達は、臨界角よりも大きい入射
角の増加に比例して相対的に増加する。角度θｃは、ク
ラッド層52である境界素材の有効な屈折率に対する活性
層44の有効な屈折率によって決まる。活性層の有効な屈
折率は、活性層および境界の外部素材の厚さの関数であ
る。有効な屈折率の差は、放射を素子の活性層44内に留
める傾向のある境界となり、本発明の増幅器には望まし
くない内部の全反射が生ずる。従って、活性層44中への
反射を防ぐために、角度θおよび角度θ１は、αが臨界
角θｃよりも大きく、その結果、２θよりも大きくなる
ように組み合わせられた数値を有する。臨界角θは以下
のように決められる。
境界に入射する光は、内部に全反射される。臨界角より
も大きい数値で境界に入射する光の多くは境界中に伝達
されるが、境界中への伝達は、臨界角よりも大きい入射
角の増加に比例して相対的に増加する。角度θｃは、ク
ラッド層52である境界素材の有効な屈折率に対する活性
層44の有効な屈折率によって決まる。活性層の有効な屈
折率は、活性層および境界の外部素材の厚さの関数であ
る。有効な屈折率の差は、放射を素子の活性層44内に留
める傾向のある境界となり、本発明の増幅器には望まし
くない内部の全反射が生ずる。従って、活性層44中への
反射を防ぐために、角度θおよび角度θ１は、αが臨界
角θｃよりも大きく、その結果、２θよりも大きくなる
ように組み合わせられた数値を有する。臨界角θは以下
のように決められる。
θｃ＝cos-1（n2／n1） （５） n1は厚さ0.2μのGaAsの活性層44の有効な屈折率で、
一般的には3.496であり、n2はAl0.3・Ga0.7・Asで一般
的には3.4である隣接するクラッド層52の有効な屈折率
である．θｃ＝13.5°である。角度２θまたはαはθｃ
よりも大きくなければならない。２θ＝θｃ′の場合、
放射の傾斜角度Φは24.3°である。
一般的には3.496であり、n2はAl0.3・Ga0.7・Asで一般
的には3.4である隣接するクラッド層52の有効な屈折率
である．θｃ＝13.5°である。角度２θまたはαはθｃ
よりも大きくなければならない。２θ＝θｃ′の場合、
放射の傾斜角度Φは24.3°である。
第２図の動作においては、正電圧がＰ型電極58に印加
され、負電圧がＮ型電極36に印加される。Ｐ型電極58か
ら活性層44中にはホールが注入され、一方、クラッド層
40はホールがさらに移動しないためのバリヤを有する。
同様に、Ｎ型電極36から活性層44中に電子が注入され
る。しきい値電流において、分布反転が生じ、それによ
り入射光ビームは光子の誘導放出により増幅される。活
性層44中に生じた光子は導波層50に放出され、２次のグ
レーティング18に入射する。光子は、導波層50に非垂直
なビーム22として放出される。
され、負電圧がＮ型電極36に印加される。Ｐ型電極58か
ら活性層44中にはホールが注入され、一方、クラッド層
40はホールがさらに移動しないためのバリヤを有する。
同様に、Ｎ型電極36から活性層44中に電子が注入され
る。しきい値電流において、分布反転が生じ、それによ
り入射光ビームは光子の誘導放出により増幅される。活
性層44中に生じた光子は導波層50に放出され、２次のグ
レーティング18に入射する。光子は、導波層50に非垂直
なビーム22として放出される。
第７図に関して先に述べた実施上の不利な条件下では
反射が減少するので、素子10は増幅器として作動する。
若しビーム22がグレーティング18の平面に平行により近
くなれば、角度θは、２θの数値が臨界角θｃよりも大
きくなるような数値となる。この場合、端部34に対し
て、または端部34からごくわずかな反射があるだけなの
で、前記内容から、端部34は光学軸28に対して90°未満
の角度θ１となる必要はない。しかし通常光コンピュー
タ中の隣接する光学素子にとっては、例えばグレーティ
ングからの出力がグレーティングの表面に対してできる
だけ垂直に近くなければならない。従って、この目的で
角度θはできるだけ小さく保たれなければならない。そ
のため一般に角度θは約10°である。
反射が減少するので、素子10は増幅器として作動する。
若しビーム22がグレーティング18の平面に平行により近
くなれば、角度θは、２θの数値が臨界角θｃよりも大
きくなるような数値となる。この場合、端部34に対し
て、または端部34からごくわずかな反射があるだけなの
で、前記内容から、端部34は光学軸28に対して90°未満
の角度θ１となる必要はない。しかし通常光コンピュー
タ中の隣接する光学素子にとっては、例えばグレーティ
ングからの出力がグレーティングの表面に対してできる
だけ垂直に近くなければならない。従って、この目的で
角度θはできるだけ小さく保たれなければならない。そ
のため一般に角度θは約10°である。
θ１＜90°である場合に、別の利点もある。グレーテ
ィング18から放射された光はレンズのような光学構成要
素を通過し、最後にディテクターに送られる。前記構成
要素から外部反射がグレーティング18に帰還し、増幅器
に結合される場合もある。前記外部に生じた反射光が光
学軸28（θ１＝０）に垂直である端部34に達すると、端
部34からの反射が増幅され、増幅器中で光が発振する。
増幅器の利得が十分に高ければ、前記種類の反射は不要
発振を生じさせる。このように端部34の傾斜角（θ１＜
90）は第２の機能を有する。
ィング18から放射された光はレンズのような光学構成要
素を通過し、最後にディテクターに送られる。前記構成
要素から外部反射がグレーティング18に帰還し、増幅器
に結合される場合もある。前記外部に生じた反射光が光
学軸28（θ１＝０）に垂直である端部34に達すると、端
部34からの反射が増幅され、増幅器中で光が発振する。
増幅器の利得が十分に高ければ、前記種類の反射は不要
発振を生じさせる。このように端部34の傾斜角（θ１＜
90）は第２の機能を有する。
第８図は本発明の第２の実施例を示す。導波路の増幅
器中の単一モードファイバー間の結合は、結合効率およ
びレーザファイバー結合の調整公差と同じ問題を有す
る。第８図の素子は前記結合問題を扱っている。素子80
0は半導体ボディー802中に配置されている増幅器804を
含む。増幅器804は第１図および第２図の素子10と同様
に構成されている。増幅器の活性領域は、第２図のクラ
ッド層40および52に対応する２つのクラッド領域間に挟
まれている。前記積層構造は図示されていないが、導波
層、活性層、グレーティング層およびクラッド層の構成
は、第８図および第９図の実施例中においても同様に再
生される。
器中の単一モードファイバー間の結合は、結合効率およ
びレーザファイバー結合の調整公差と同じ問題を有す
る。第８図の素子は前記結合問題を扱っている。素子80
0は半導体ボディー802中に配置されている増幅器804を
含む。増幅器804は第１図および第２図の素子10と同様
に構成されている。増幅器の活性領域は、第２図のクラ
ッド層40および52に対応する２つのクラッド領域間に挟
まれている。前記積層構造は図示されていないが、導波
層、活性層、グレーティング層およびクラッド層の構成
は、第８図および第９図の実施例中においても同様に再
生される。
増幅器804は一定の望ましい長さであり、導波路804の
向かい合う端部にグレーティング806および808を有す
る。グレーティング806および808は第２図の実施例に関
して先に論じたように導波層50上に直接に形成されてい
る。グレーティング806および808のグレーティング要素
は、光学軸28に対するグレーティング18の傾斜と同様
に、光学軸810に関して傾斜されている。傾斜角は、第
７図に関して先に論じたように角度θである。
向かい合う端部にグレーティング806および808を有す
る。グレーティング806および808は第２図の実施例に関
して先に論じたように導波層50上に直接に形成されてい
る。グレーティング806および808のグレーティング要素
は、光学軸28に対するグレーティング18の傾斜と同様
に、光学軸810に関して傾斜されている。傾斜角は、第
７図に関して先に論じたように角度θである。
素子800は、さらに２つの光ファイバー812および81
2′を含む。ファイバー812はコア814を有し、ファイバ
ー812′はコア814′を有する。コア814はグレーティン
グ808上に配置されてそこに結合され、コア814′はグレ
ーティング806上に配置されてそこに結合されている。
ファイバー812は例えば素子800への光信号の入力装置と
なり、ファイバー812′は素子800によりグレーティング
808からグレーティング806へ矢印816の方向に伝達され
る素子信号の出力装置となる。増幅器804の端部818およ
び820は、導波路804の光学軸810に対して垂直にならな
いように傾斜されている。端部818および820の傾斜角
は、両グレーティングが平行で、ファイバーの角度も両
者に関して同じになるように、同じ数値とする。それに
より構造の生産が簡単になる。光学軸810に対するグレ
ーティング818および820の角度は、導波路804と隣接す
る素材ボディー（クラッド）との間の中間面における反
射が臨界角θｃよりも大きい角度となるような数値を有
する。傾斜角は、傾斜角の２倍が臨界角θｃよりもいく
らか大きい数値となるような角度である。グレーティン
グの角度θにより、出射グレーティング806から出射さ
れるビームおよび受光グレーティング808により受けら
れるビームが、グレーティング表面の平面に対する垂線
から傾斜した角度となる。前記傾斜、すなわち第９図の
角度Φ′は、第３図および第４図の角度Φと全く同様に
評価される。光ファイバー812およびそのコア814も、ビ
ームをグレーティング808に伝達するために、角度Φ′
で傾斜している。
2′を含む。ファイバー812はコア814を有し、ファイバ
ー812′はコア814′を有する。コア814はグレーティン
グ808上に配置されてそこに結合され、コア814′はグレ
ーティング806上に配置されてそこに結合されている。
ファイバー812は例えば素子800への光信号の入力装置と
なり、ファイバー812′は素子800によりグレーティング
808からグレーティング806へ矢印816の方向に伝達され
る素子信号の出力装置となる。増幅器804の端部818およ
び820は、導波路804の光学軸810に対して垂直にならな
いように傾斜されている。端部818および820の傾斜角
は、両グレーティングが平行で、ファイバーの角度も両
者に関して同じになるように、同じ数値とする。それに
より構造の生産が簡単になる。光学軸810に対するグレ
ーティング818および820の角度は、導波路804と隣接す
る素材ボディー（クラッド）との間の中間面における反
射が臨界角θｃよりも大きい角度となるような数値を有
する。傾斜角は、傾斜角の２倍が臨界角θｃよりもいく
らか大きい数値となるような角度である。グレーティン
グの角度θにより、出射グレーティング806から出射さ
れるビームおよび受光グレーティング808により受けら
れるビームが、グレーティング表面の平面に対する垂線
から傾斜した角度となる。前記傾斜、すなわち第９図の
角度Φ′は、第３図および第４図の角度Φと全く同様に
評価される。光ファイバー812およびそのコア814も、ビ
ームをグレーティング808に伝達するために、角度Φ′
で傾斜している。
代表的なファイバー812はファイバー812の光学軸815
に対して角度Φ′で研磨されている、第９図の端面822
を有する。ファイバー812の光の伝播軸815は、矢印824
の方向のグレーティング808に対するビームの受光（ま
たは発光）軸に平行である。グレーティング領域中の光
の伝播は、グレーティングの効果によって放射に変換さ
れる。
に対して角度Φ′で研磨されている、第９図の端面822
を有する。ファイバー812の光の伝播軸815は、矢印824
の方向のグレーティング808に対するビームの受光（ま
たは発光）軸に平行である。グレーティング領域中の光
の伝播は、グレーティングの効果によって放射に変換さ
れる。
増幅器および結合領域の幅は、単一モードファイバー
コアのサイズに等しく、結合領域の長さは、ファイバー
コアの直径に関し、それにより角度ポリッシュトファイ
バーまたはクリーブドファイバーがレンズを用いずに直
接結合することができる。直接結合による結合効率は、
レンズファイバーよりも高い。発光器およびファイバー
の近視野像が一致すれば、結合効率は重畳積分法から10
0％になる。
コアのサイズに等しく、結合領域の長さは、ファイバー
コアの直径に関し、それにより角度ポリッシュトファイ
バーまたはクリーブドファイバーがレンズを用いずに直
接結合することができる。直接結合による結合効率は、
レンズファイバーよりも高い。発光器およびファイバー
の近視野像が一致すれば、結合効率は重畳積分法から10
0％になる。
導波路804に沿ったグレーティング806と808との間の
反射は、結合された入射または出射ビームの許容できる
傾斜範囲内で、できるだけ多く減少される。したがっ
て、角度θは、先に論じたように、反射をなくす、ある
いは最小限にするために重要になる。必要ならば、端部
818および820は、すでに論じたように、許容できるファ
イバーの傾斜で、互いに異なる角度にすることができ
る。さらに、グレーティング806および808は一般的な傾
斜角θを有するものとして論じられているが、実施にお
いては、出射および入射グレーティングにおける反射特
性および結合されたファイバーにより、異なる傾斜角を
有することが認められる。考慮すべき重要なことは、増
幅器を含む導波路中の内部反射が、増幅器の利得を最大
限にするために、最小限にされるということである。
反射は、結合された入射または出射ビームの許容できる
傾斜範囲内で、できるだけ多く減少される。したがっ
て、角度θは、先に論じたように、反射をなくす、ある
いは最小限にするために重要になる。必要ならば、端部
818および820は、すでに論じたように、許容できるファ
イバーの傾斜で、互いに異なる角度にすることができ
る。さらに、グレーティング806および808は一般的な傾
斜角θを有するものとして論じられているが、実施にお
いては、出射および入射グレーティングにおける反射特
性および結合されたファイバーにより、異なる傾斜角を
有することが認められる。考慮すべき重要なことは、増
幅器を含む導波路中の内部反射が、増幅器の利得を最大
限にするために、最小限にされるということである。
第１図は、本発明の１つの実施例による、各々が結合さ
れた表面出射型グレーティングを有する増幅器の一部を
示す平面図、第２図は、第１図の実施例の線２−２に沿
って取られた断面の立面図、第３図は、第１図の実施例
の線３−３に沿って取られた部分的立面図、第４図は、
第１図の実施例で生ずる様々な光ビームを示す、本発明
の原理のいくつかの説明図、第５図は、本発明の原理の
いくつかをさらに説明する目的で、第１図の実施例に使
用されているグレーティングに関して光の波面を図式的
に示した図、第６図は、第５図の実施例のグレーティン
グと同様のグレーティングから反射された光ビームの位
相関係を示すベクトル図、第７図は、本発明のある補助
的な原理を説明するために、増幅素子の１つにおける第
１図の実施例の示す増幅部分を図式的に示す図、第８図
は、本発明による装置の第２の実施例を示す平面図、第
９図は、第８図の装置の線９−９に沿って取られた側面
図である。 10、12、14……光学素子、15……配列、16……導波路、
18、20……グレーティング、22、24……ビーム、26、2
6′……ビーム、28、30……光学軸、32……境界面、34
……端部、36……Ｎ型電極、37……表面、38……基板、
39……表面、40……クラッド層、42……コルゲーショ
ン、44……活性層、48……活性層端部、50……導波層、
52……Ｐ型クラッド層、56……キャップ層、58……Ｐ型
電極、60……トランジション領域、62……光学軸、500
……グレーティング、502……光伝播軸、503、504、50
5、506……反射光、507……光波、508……増幅領域、70
0、702、704……光線、800……光学素子、802……半導
体ボディ、804……導波路、806、808……グレーティン
グ、810、815……光学軸、812、812′……光ファイバ、
814、814′……コア、816、824……矢印、818、820……
グレーティング、822……端面。
れた表面出射型グレーティングを有する増幅器の一部を
示す平面図、第２図は、第１図の実施例の線２−２に沿
って取られた断面の立面図、第３図は、第１図の実施例
の線３−３に沿って取られた部分的立面図、第４図は、
第１図の実施例で生ずる様々な光ビームを示す、本発明
の原理のいくつかの説明図、第５図は、本発明の原理の
いくつかをさらに説明する目的で、第１図の実施例に使
用されているグレーティングに関して光の波面を図式的
に示した図、第６図は、第５図の実施例のグレーティン
グと同様のグレーティングから反射された光ビームの位
相関係を示すベクトル図、第７図は、本発明のある補助
的な原理を説明するために、増幅素子の１つにおける第
１図の実施例の示す増幅部分を図式的に示す図、第８図
は、本発明による装置の第２の実施例を示す平面図、第
９図は、第８図の装置の線９−９に沿って取られた側面
図である。 10、12、14……光学素子、15……配列、16……導波路、
18、20……グレーティング、22、24……ビーム、26、2
6′……ビーム、28、30……光学軸、32……境界面、34
……端部、36……Ｎ型電極、37……表面、38……基板、
39……表面、40……クラッド層、42……コルゲーショ
ン、44……活性層、48……活性層端部、50……導波層、
52……Ｐ型クラッド層、56……キャップ層、58……Ｐ型
電極、60……トランジション領域、62……光学軸、500
……グレーティング、502……光伝播軸、503、504、50
5、506……反射光、507……光波、508……増幅領域、70
0、702、704……光線、800……光学素子、802……半導
体ボディ、804……導波路、806、808……グレーティン
グ、810、815……光学軸、812、812′……光ファイバ、
814、814′……コア、816、824……矢印、818、820……
グレーティング、822……端面。
Claims (14)
- 【請求項１】光学軸が、対向する両端部において交差す
る半導体光増幅器と、 前記両端部の内の一方の端部で前記光増幅器に光学的に
結合された複数の回折格子であるグレーティングの要素
を含む表面出射型グレーティングとを有し、 前記グレーティングは、予め決められている第１の角度
で前記光学軸に垂直でなく配置されたグレーティング要
素を有し、前記光増幅器と前記グレーティングの配置の
第１の角度とは、グレーティングを反射した光が前記光
増幅器の外に出射されるように調整されている表面出射
型グレーティング付増幅器。 - 【請求項２】前記グレーティング要素が前記光学軸にほ
ぼ平行な平面上に配列して設けられている請求項１記載
の表面出射型グレーティング付光増幅器。 - 【請求項３】前記光増幅器が半導体ボディ中に形成さ
れ、前記グレーティングが前記光増幅器に接して前記ボ
ディー中に形成されている請求項１記載の表面出射型グ
レーティング付光増幅器。 - 【請求項４】前記光増幅器の一方の端部に対向する他方
の端部が第２の角度で前記光学軸に垂直にならないよう
に形成されており、前記第１の角度は、前記グレーティ
ングから光増幅器中を光学軸に平行には反射しないよう
な数値を有し、前記第２の角度は、前記一方の端部から
両端部間の光学素子境界面で反射して他方の端部に入射
し、該他方の端部より反射された光が屈折して光増幅器
の外へ出射されるように臨界角より大きい角度で前記両
端部間の光増幅器境界面に入射する数値を有する請求項
１記載の表面出射型グレーティング付光増幅器。 - 【請求項５】前記第１の角度が、前記グレーティングに
より反射されて前記光増幅器中に戻った光増幅器からの
光が臨界角よりも大きい角度で前記両端部間にわたる隣
接する素材との光増幅器の前記光素子境界面入射するよ
うな数値である、請求項１記載の表面出射型グレーティ
ング付光増幅器。 - 【請求項６】前記表面出射型グレーティング付光増幅器
である光学素子が半導体素材のボディー中に形成され、
前記素材が間隔を置いて設けられた複数の前記素子の配
列を含む、請求項１記載の表面出射型グレーティング付
光増幅器。 - 【請求項７】効率的に単一ビームを形成するように、前
記光学素子が平行に間隔を置いて配置されている、請求
項６記載の表面出射型グレーティング付光増幅器。 - 【請求項８】さらに、前記光増幅器の前記一方の端部に
対向する他方の端部に隣接する光導波路と、該光導波路
から前記光増幅器に光を出射する手段とを含む、請求項
１記載の表面出射型グレーティング付光増幅器。 - 【請求項９】前記光を出射する手段が、前記光学軸に平
行な光を出射する手段を含む、請求項８記載の表面出射
型グレーティング付光増幅器。 - 【請求項１０】前記光を出射する手段が光増幅部に光学
的に結合された波状の領域を含む、請求項８記載の表面
出射型グレーティング付光増幅器。 - 【請求項１１】前記グレーティングが、相互にほぼ平行
な配列構成に並べられているグレーティング要素を有す
る請求項10記載の表面出射型グレーティング付光増幅
器。 - 【請求項１２】表面出射型グレーティング付光増幅器で
あって、 広い表面と該表面に平行な光学軸を有し、該光学軸に沿
って伝播する入射光の受光に適し、かつ、前記光学軸に
沿って入射された光波を第２の角度で受光する受光端を
有する増幅領域と、該増幅領域において入射光を増幅す
る増幅手段とを有する半導体ボディと、 前記ボディの表面から、増幅された光波を出射するため
に前記ボディに固定された回折格子であるグレーティン
グとからなり、該グレーティングは前記光学軸に平行な
平面上に配列された複数のグレーティング要素からな
り、 該グレーティング要素は入射光を増幅領域へ反射する機
能を有し、また、前記光学軸に対して第１の角度で配列
されて、増幅光の相当部分をその表面から屈折して出射
し、かつ、一部を前記増幅域に反射し、 前記第１と第２の角度が前記増幅領域において前記グレ
ーティング要素からの反射による発振を抑制する値を有
する表面出射型グレーティング付光増幅器。 - 【請求項１３】前記第１と第２の角度の数値が、前記増
幅領域および隣接する他の半導体ボディの両境界面の少
なくとも一方に入射する内部反射光の角度が、光波が該
境界面から増幅領域の外へ出射される臨界角よりも大き
い角度になるような数値を有する請求項12記載の表面出
射型グレーティング付光増幅器。 - 【請求項１４】前記第１と第２の角度の数値が、前記増
幅領域および隣接する他の半導体ボディの両境界面の少
なくとも一方に入射する内部反射光の角度が、光波が該
境界面から増幅領域の外へ出射される臨界角よりも小さ
い角度で前記グレーティング要素から前記少なくとも１
つの境界面に反射され、その後、前記受光端部から反射
された後、前記臨界角よりも大きい角度で前記境界面に
入射する、請求項12記載の表面出射型グレーティング付
光増幅器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/326,714 US4942366A (en) | 1989-03-21 | 1989-03-21 | Amplifier device with coupled surface emitting grating |
| US326,714 | 1989-03-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH037918A JPH037918A (ja) | 1991-01-16 |
| JP2907931B2 true JP2907931B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=23273365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2069912A Expired - Lifetime JP2907931B2 (ja) | 1989-03-21 | 1990-03-22 | 表面出射型グレーティング付光増幅器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4942366A (ja) |
| JP (1) | JP2907931B2 (ja) |
| CA (1) | CA2012229C (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5019787A (en) * | 1989-10-30 | 1991-05-28 | David Sarnoff Research Center, Inc. | Optical amplifier |
| US5048913A (en) * | 1989-12-26 | 1991-09-17 | United Technologies Corporation | Optical waveguide embedded transverse spatial mode discrimination filter |
| JP2808562B2 (ja) * | 1990-02-27 | 1998-10-08 | キヤノン株式会社 | 半導体光増幅素子 |
| JP2873856B2 (ja) * | 1990-04-03 | 1999-03-24 | キヤノン株式会社 | 光増幅器 |
| US5131001A (en) * | 1990-12-21 | 1992-07-14 | David Sarnoff Research Center, Inc. | Monolithic semiconductor light emitter and amplifier |
| US5159603A (en) * | 1991-06-05 | 1992-10-27 | United States Of America As Represented By The Administrator, National Aeronautics And Space Administration | Quantum well, beam deflecting surface emitting lasers |
| US5347533A (en) * | 1991-09-17 | 1994-09-13 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device, method of producing the optical semiconductor device, and laser device using optical semiconductor devices |
| US5260822A (en) * | 1992-01-31 | 1993-11-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Tapered semiconductor laser gain structure with cavity spoiling grooves |
| US5555544A (en) * | 1992-01-31 | 1996-09-10 | Massachusetts Institute Of Technology | Tapered semiconductor laser oscillator |
| JP2830591B2 (ja) * | 1992-03-12 | 1998-12-02 | 日本電気株式会社 | 半導体光機能素子 |
| JPH0667046A (ja) * | 1992-08-21 | 1994-03-11 | Sharp Corp | 光集積回路 |
| US5436759A (en) * | 1994-06-14 | 1995-07-25 | The Regents Of The University Of California | Cross-talk free, low-noise optical amplifier |
| US5457569A (en) * | 1994-06-30 | 1995-10-10 | At&T Ipm Corp. | Semiconductor amplifier or laser having integrated lens |
| FR2738068B1 (fr) * | 1995-08-24 | 1997-09-19 | Alcatel Nv | Amplificateur optique a faible diaphonie et composant incluant cet amplificateur |
| US6122299A (en) * | 1997-12-31 | 2000-09-19 | Sdl, Inc. | Angled distributed reflector optical device with enhanced light confinement |
| RU2134007C1 (ru) * | 1998-03-12 | 1999-07-27 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Полупроводниковый оптический усилитель |
| US6456429B1 (en) * | 2000-11-15 | 2002-09-24 | Onetta, Inc. | Double-pass optical amplifier |
| EP1221629B1 (en) * | 2001-01-08 | 2003-03-26 | Alcatel | Fiber grating optical waveguide device and method of producing the device |
| WO2002078143A1 (en) * | 2001-03-22 | 2002-10-03 | Infinite Photonics, Inc. | Laser-to-fiber coupling |
| US7194016B2 (en) | 2002-03-22 | 2007-03-20 | The Research Foundation Of The University Of Central Florida | Laser-to-fiber coupling |
| US20040114642A1 (en) * | 2002-03-22 | 2004-06-17 | Bullington Jeff A. | Laser diode with output fiber feedback |
| US20070110379A1 (en) * | 2005-11-14 | 2007-05-17 | Applied Materials, Inc. Legal Department | Pinch waveguide |
| WO2007059129A2 (en) * | 2005-11-14 | 2007-05-24 | Applied Materials, Inc. | Pinch waveguide |
| US20080018988A1 (en) * | 2006-07-24 | 2008-01-24 | Andrew Davidson | Light source with tailored output spectrum |
| JP2015050221A (ja) * | 2013-08-30 | 2015-03-16 | セイコーエプソン株式会社 | 発光装置およびプロジェクター |
| JP7408924B2 (ja) * | 2018-06-19 | 2024-01-09 | 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 | 半導体光増幅器、光出力装置、および距離計測装置 |
| DE102019106805A1 (de) | 2019-03-18 | 2020-09-24 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Strahlungsemittierender halbleiterchip und strahlungsemittierendes halbleiterbauelement |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62128587A (ja) * | 1985-11-29 | 1987-06-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ |
| US4719635A (en) * | 1986-02-10 | 1988-01-12 | Rockwell International Corporation | Frequency and phase locking method for laser array |
| US4730325A (en) * | 1986-03-17 | 1988-03-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Two-dimensional phase locked semiconductor laser array |
| NL8602204A (nl) * | 1986-09-01 | 1988-04-05 | Philips Nv | Dfb laser met anti-reflectielaag. |
| US4789881A (en) * | 1987-04-20 | 1988-12-06 | General Electric Company | Low coherence optical system having reflective means |
| US4821277A (en) * | 1987-04-20 | 1989-04-11 | General Electric Company | Super-luminescent diode |
| US4821276A (en) * | 1987-04-20 | 1989-04-11 | General Electric Company | Super-luminescent diode |
| US4793679A (en) * | 1987-04-20 | 1988-12-27 | General Electric Company | Optical coupling system |
-
1989
- 1989-03-21 US US07/326,714 patent/US4942366A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-03-15 CA CA002012229A patent/CA2012229C/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-22 JP JP2069912A patent/JP2907931B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH037918A (ja) | 1991-01-16 |
| US4942366A (en) | 1990-07-17 |
| CA2012229A1 (en) | 1990-09-21 |
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