JP3227701B2 - Mode-locked semiconductor laser - Google Patents

Mode-locked semiconductor laser

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JP3227701B2
JP3227701B2 JP10245590A JP10245590A JP3227701B2 JP 3227701 B2 JP3227701 B2 JP 3227701B2 JP 10245590 A JP10245590 A JP 10245590A JP 10245590 A JP10245590 A JP 10245590A JP 3227701 B2 JP3227701 B2 JP 3227701B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光通信、光計測、光情報処理に用いられる
モノリシック集積型モード同期半導体レーザに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a monolithically integrated mode-locked semiconductor laser used for optical communication, optical measurement, and optical information processing.

(従来の技術) モード同期半導体レーザは、比較的容易に数10ps以下
の超短光パルスを発生できる小型の光源として、将来の
超高速光通信や光計測の分野において重要である。モー
ド同期半導体レーザは、通常、活性領域であるレーザチ
ップと外部に置かれた反射鏡およびレンズなどによって
レーザ共振器が構成される。そして光の共振器往復時間
にほぼ等しい時間周期で活性領域の駆動電流が変調され
ることで、強制モード同期が行われ、光パルスが発生す
る。しかしながら、このようなハイブリッド構成のモー
ド同期半導体レーザな機械的な安定性の点で実用的な光
源とは言えない。
(Prior Art) Mode-locked semiconductor lasers are important in future ultrahigh-speed optical communication and optical measurement fields as small light sources capable of relatively easily generating ultrashort light pulses of several tens of ps or less. In a mode-locked semiconductor laser, a laser resonator is generally constituted by a laser chip serving as an active region, a reflecting mirror and a lens placed outside, and the like. Then, the drive current in the active region is modulated at a time period substantially equal to the round-trip time of the optical resonator, whereby forced mode locking is performed and an optical pulse is generated. However, such a mode-locked semiconductor laser having a hybrid configuration is not a practical light source in terms of mechanical stability.

そこで、活性領域と反射鏡とそれらを光学的に結合す
るための光導波路とを一つの半導体基板上にモノリシッ
ク集積することが試みられている。このようなモノリシ
ック集積型モード同期半導体レーザの例として、第7図
に示すようなR.S.タッカーらによって報告されたレーザ
がある(R.S.Tucker et.al.,エレクトロニクスレターズ
Electron.Lett.vol.25pp.621−623(1989))。このレ
ーザはInP基板10の上に活性領域100と光導波路領域200
とが集積化されている。反射鏡310は結晶のへき開面を
利用している。このレーザでは活性領域100と光導波路
領域200はレーザ光に対して透明な共通の光ガイド層20
を通して光学的に結合している。このレーザでは時間幅
4ps、繰り返し40GHzの光パルスが得られている。この他
のモノリシック集積型モード同期半導体レーザの例とし
ては、P.A.モートンらにより報告されたような、光導波
路の一部に過飽和吸収領域を加えて光パルス幅を狭くし
たレーザがある(P.A.Morton et.al.,アプライドフィジ
ックスレターズAppl.Phys.Lett.vol.56pp.111−113(19
90))。
Therefore, an attempt has been made to monolithically integrate an active region, a reflecting mirror, and an optical waveguide for optically coupling them into one semiconductor substrate. An example of such a monolithically integrated mode-locked semiconductor laser is the laser reported by RS Tucker et al. As shown in FIG. 7 (RSTucker et.al., Electronics Letters).
Electron. Lett. Vol. 25 pp. 621-623 (1989)). This laser has an active region 100 and an optical waveguide region 200 on an InP substrate 10.
Are integrated. The reflecting mirror 310 uses a cleavage plane of a crystal. In this laser, the active region 100 and the optical waveguide region 200 are a common light guide layer 20 transparent to laser light.
Optically coupled through The time width of this laser
An optical pulse of 4 ps and 40 GHz is obtained repeatedly. Another example of a monolithically integrated mode-locked semiconductor laser is the laser reported by PA Morton et al., In which a light pulse width is reduced by adding a saturable absorption region to a part of an optical waveguide (PAMorton et. al., Applied Physics Letters Appl. Phys. Lett. vol. 56 pp. 111-113 (19
90)).

(発明が解決しようとする課題) 上述した従来例には以下のような問題点がある。まず
レーザ光のスペクトル幅を制御する機能がない点であ
る。そのために変調時にスペクトル幅が必要以上に広が
ってしまい、トランスフォームリミットに近い、狭いス
ペクトル幅を持った光パルスが得られない。よく知られ
ているように、スペクトル幅の広がりは、光パルスを分
散のある光ファイバーで伝送する場合に大きな障害とな
る。したがって必要とする光パルスの時間幅に対して最
小のスペクトル幅となように、スペクトル幅を制御する
ことが重要である。また逆に光パルスの時間幅を制御す
ることも応用上重要な機能である。これはスペクトル幅
を制御することで実現できる。
(Problem to be Solved by the Invention) The above-described conventional example has the following problems. First, there is no function of controlling the spectrum width of the laser beam. Therefore, the spectrum width is unnecessarily widened at the time of modulation, and an optical pulse having a narrow spectrum width close to the transform limit cannot be obtained. As is well known, the spread of the spectral width is a major obstacle when transmitting an optical pulse through an optical fiber having dispersion. Therefore, it is important to control the spectrum width so that the spectrum width is the minimum with respect to the required time width of the light pulse. Conversely, controlling the time width of the light pulse is also an important function in application. This can be realized by controlling the spectrum width.

第2の問題点は、共振器周波数を制御する機能がない
点である。一般に強制モード同期レーザでは、超短光パ
ルスを発生させるために、光の共振器往復時間の逆数で
ある共振器周波数と極めて近い周波数(0.1%程度以下
の差)で変調を行う必要がある。一方、光通信において
は、通信システムのクロック周波数はあらかじめ厳密に
決まっている。したがってモード同期レーザを光通信に
用いる場合には、レーザの共振器周波数をクロック周波
数に厳密に合わせる必要がある。モノリシック集積化を
行っても、製作時に0.1%以下の精度での実際の共振器
長を制御することは非常に困難である。したがって、な
んらかの方法で共振器周波数、つまり共振器長を制御す
る機能が重要になる。
The second problem is that there is no function to control the resonator frequency. In general, in a forced mode-locked laser, in order to generate an ultrashort optical pulse, it is necessary to perform modulation at a frequency very close to a resonator frequency (difference of about 0.1% or less) which is a reciprocal of a light round-trip time. On the other hand, in optical communication, the clock frequency of the communication system is strictly predetermined. Therefore, when using a mode-locked laser for optical communication, it is necessary to strictly adjust the resonator frequency of the laser to the clock frequency. Even with monolithic integration, it is very difficult to control the actual resonator length with an accuracy of 0.1% or less during fabrication. Therefore, the function of controlling the resonator frequency, that is, the resonator length by some method becomes important.

以上、モード同期半導体レーザのスペクトル幅の制御
と共振器周波数の制御の必要性について述べた。モード
同期半導体レーザを光ファイバ通信に使用する場合、そ
れら以外の有効な機能として、波長チャープの制御があ
る。光パルスの波長チャープとは、光パルスの中で中心
波長が時間的に変化することである。一般に光パルスを
光ファイバで伝送するときは、光ファイバの波長分散に
より光パルスの時間幅の広がりが生じ伝送特性が劣化す
る。このため伝送可能な距離が制限される。そこであら
かじめ光パルスに分散を打ち消すような波長チャープを
与えておけば、分散の影響が低減し伝送距離を拡大する
ことができる。波長チャープの制御とは、モード同期半
導体レーザの光パルスに分散の影響を打ち消す様な波長
チャープを与える機能のことである。このような機能を
持ったモード同期半導体レーザはこれまでに報告されて
いない。
The necessity of controlling the spectrum width of the mode-locked semiconductor laser and controlling the resonator frequency has been described above. When a mode-locked semiconductor laser is used for optical fiber communication, another effective function is control of wavelength chirp. The wavelength chirp of an optical pulse means that the central wavelength changes with time in the optical pulse. Generally, when an optical pulse is transmitted through an optical fiber, the time width of the optical pulse is widened due to the chromatic dispersion of the optical fiber, and the transmission characteristics deteriorate. This limits the distance over which transmission is possible. Therefore, if a wavelength chirp that cancels the dispersion is given to the optical pulse in advance, the influence of the dispersion is reduced and the transmission distance can be extended. The control of the wavelength chirp is a function of giving a wavelength chirp to the optical pulse of the mode-locked semiconductor laser so as to cancel the influence of dispersion. A mode-locked semiconductor laser having such a function has not been reported so far.

本発明の目的は、上述の従来例における問題点を解決
し、スペクトル幅や共振器周波数または波長チャープを
制御する機能を有する、モノリシック集積型モード同期
半導体レーザを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a monolithically integrated mode-locked semiconductor laser having a function of controlling a spectrum width, a resonator frequency or a wavelength chirp, which solves the above-mentioned problems in the conventional example.

(課題を解決するための手段) 本発明のモード同期半導体レーザは、 (1)一つの半導体基板上に、利得を有する活性領域
と、発振光に対して透明な光導波路領域と、回折格子を
有する反射領域とが、光学的に結合して配置されてお
り、前記反射領域の反射波長幅が可変できることを特徴
とする。
(Means for Solving the Problems) A mode-locked semiconductor laser according to the present invention comprises: (1) an active region having a gain, an optical waveguide region transparent to oscillation light, and a diffraction grating on one semiconductor substrate. And the reflection region is optically coupled to the reflection region, and the reflection wavelength width of the reflection region is variable.

(2)一つの半導体基板上に、利得を有する活性領域
と、発振光に対して透明な光導波路領域と、回折格子を
有する反射領域とが、光学的に結合して配置されてお
り、前記光導波路領域の光学長が可変であることを特徴
とする。
(2) An active region having a gain, an optical waveguide region transparent to oscillating light, and a reflection region having a diffraction grating are optically coupled and arranged on one semiconductor substrate. The optical length of the optical waveguide region is variable.

(3)一つの半導体基板上に、利得を有する活性領域
と、発振光に対して透明な光導波路領域と、回折格子を
有する反射領域と、発振光の強度によって屈折率の変化
する非線形領域とが、光学的に結合して配置されている
ことを特徴とする。
(3) An active region having a gain, an optical waveguide region transparent to oscillating light, a reflective region having a diffraction grating, and a non-linear region whose refractive index changes according to the intensity of oscillating light on one semiconductor substrate. Are optically coupled to each other.

(実施例) 次に、本発明について図面を参照して説明する。(Example) Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(a)は本発明のモード同期半導体レーザの第
1の実施例を表す斜視図、第1図(b)は(a)のAA′
線での構造断面図である。第1の実施例は、特許請求の
範囲第1項に記された反射波長幅を制御できるモード同
期半導体レーザであり、発振光のスペクトル幅を制御す
る機能を持っている。このレーザは利得を有する活性領
域100、光導波路領域200、回折格子90を有する反射領域
300とから構成されている。いわゆる分布ブラッグ反射
型レーザを基本とした構造になっている。レーザ共振器
は2つの反射器、つまり反射領域300の分布ブラッグ反
射器と活性領域100のへき開端面を含む。構造上の特徴
は、(1)反射領域300に電極80が設けられており、反
射領域300にある光ガイド層20に電流を注入することが
できること、(2)活性領域100と光導波路領域200と合
わせた共振器長に対応する共振器周波数が、必要とする
モード同期光パルスの周期に一致していることである。
回折格子90は、ブラッグ波長を中心としたある反射波長
幅の光だけを選択的に反射する。このためレーザ光のス
ペクトル幅は、この反射波長幅程度になる。反射波長幅
は回折格子90の長さや結合効率、あるいは導波路損失
(または利得)などのパラメータによって変化する。し
たがって、これらのいずれかのパラメータを制御するこ
とでスペクトル幅を制御することができる。またスペク
トル幅を変化させることで光パルスの時間幅を制御でき
る。第1の実施例においては、反射領域300の光ガイド
層20を注入する電流を制御することで導波路損失を変化
させ、反射波長幅を制御している。この様子を第2図に
模式的に示した。
FIG. 1 (a) is a perspective view showing a first embodiment of a mode-locked semiconductor laser according to the present invention, and FIG. 1 (b) is AA 'in FIG. 1 (a).
FIG. 3 is a structural sectional view taken along a line. The first embodiment is a mode-locked semiconductor laser capable of controlling the reflection wavelength width described in claim 1, and has a function of controlling the spectrum width of oscillation light. The laser has a gain active region 100, an optical waveguide region 200, and a reflective region having a diffraction grating 90.
It is made up of 300. The structure is based on a so-called distributed Bragg reflection laser. The laser cavity includes two reflectors, a distributed Bragg reflector in the reflective region 300 and a cleaved end face in the active region 100. The structural features are (1) that the electrode 80 is provided in the reflection region 300 and current can be injected into the light guide layer 20 in the reflection region 300; (2) the active region 100 and the optical waveguide region 200 That is, the resonator frequency corresponding to the combined resonator length matches the required period of the mode-locked optical pulse.
The diffraction grating 90 selectively reflects only light having a certain reflection wavelength width around the Bragg wavelength. For this reason, the spectrum width of the laser light is about this reflection wavelength width. The reflection wavelength width changes depending on parameters such as the length of the diffraction grating 90, coupling efficiency, and waveguide loss (or gain). Therefore, the spectrum width can be controlled by controlling any of these parameters. Also, the time width of the light pulse can be controlled by changing the spectrum width. In the first embodiment, the current injected into the light guide layer 20 in the reflection region 300 is controlled to change the waveguide loss and control the reflection wavelength width. This is schematically shown in FIG.

以下、製造手順を追いながら第1の実施例について詳
しく説明する。まずn型InP基板10の一部に周期240nmの
回折格子90を形成する。次に1回目の結晶成長によっ
て、この基板10の上に、n型InGaAsP(λg=1.3μm)
光ガイド層20、n型InPストップ層30、InGaAsP(λg=
1.55μm)活性層40、p型InPクラッド層50を順次形成
する。次に、光導波路領域200と反射領域300の活性層40
を選択的に除去した後、2回目の結晶成長によってp型
InPクラッド層51、p型InGaAsキャップ層60を順次形成
する。横モードを制御するために、ここでは埋め込み構
造を適用する。すなわち、レーザの光軸に沿ってメサ型
のエッチングを行った後、3回目の結晶成長で、InP高
抵抗層70を形成する。結晶成長はすべて有機金属気相成
長法を用いる。最後に、活性領域100と反射領域300に電
極80を形成する。活性領域100と反射領域300との電気的
な分離のために、光導波路領域200のキャップ層を除去
している。活性領域100、光導波路領域200、反射領域30
0の長さはそれぞれ250μm、1800μm、500μmであ
る。このモード同期半導体レーザは活性領域100の駆動
電流を変調することで20GHzの繰り返しの光パルスを発
生する。反対領域300の注入電流を制御することで、ス
ペクトル幅を0.5nmから2nmまで制御する。これにともな
って光パルスの時間幅は10psから3psまで変化する。発
振光の中心波長は1.55μmである。
Hereinafter, the first embodiment will be described in detail while following the manufacturing procedure. First, a diffraction grating 90 having a period of 240 nm is formed on a part of the n-type InP substrate 10. Next, an n-type InGaAsP (λg = 1.3 μm) is formed on the substrate 10 by the first crystal growth.
Light guide layer 20, n-type InP stop layer 30, InGaAsP (λg =
1.55 μm) An active layer 40 and a p-type InP cladding layer 50 are sequentially formed. Next, the active layer 40 of the optical waveguide region 200 and the reflection region 300
Is selectively removed, and p-type is formed by the second crystal growth.
An InP cladding layer 51 and a p-type InGaAs cap layer 60 are sequentially formed. In order to control the transverse mode, an embedding structure is applied here. That is, after performing mesa-type etching along the optical axis of the laser, the InP high-resistance layer 70 is formed by the third crystal growth. All of the crystal growth uses the metal organic chemical vapor deposition method. Finally, the electrodes 80 are formed on the active region 100 and the reflection region 300. In order to electrically separate the active region 100 and the reflection region 300, the cap layer of the optical waveguide region 200 is removed. Active region 100, optical waveguide region 200, reflection region 30
The lengths of 0 are 250 μm, 1800 μm, and 500 μm, respectively. This mode-locked semiconductor laser generates a repetitive optical pulse of 20 GHz by modulating the drive current of the active region 100. By controlling the injection current in the opposite region 300, the spectrum width is controlled from 0.5 nm to 2 nm. Accordingly, the time width of the light pulse changes from 10 ps to 3 ps. The center wavelength of the oscillation light is 1.55 μm.

次に、第2の実施例について説明する。上述のよう
に、反射波長軸は反射領域の長さを変えることによって
も制御できる。第2の実施例は、反射領域の長さを実効
的に制御するモード同期半導体レーザであり、第1の実
施例と同様に、発振光のスペクトル幅を制御する機能を
持っている。第3図は、第2の実施例を示す断面図であ
る。構造上、第1の実施例と異なるのは、反射領域300
にも活性領域100と同様に活性層40があることと、反射
領域300の電極80が共振器軸方向に沿って複数に分けれ
ていることである。第3図の例では反射領域300を3つ
に分けている。他は第1の実施例とほとんど同じであ
る。実効的に反射領域300の長さを制御する方法は次の
通りである。反射領域300には活性層40があるため、反
射領域300にまったく電流を流さない場合は、活性領域1
00で発光した光は反射領域300ですべて吸収されてしま
うために、実効的な反射領域300の長さはゼロとみなす
ことができる。そこで第3図において、反射領域300の
電極1だけに電流を流して、この部分の利得と損失が等
しいようにして、ほぼ透明な光導波路と見なせるように
した場合、実効的な反射領域300の長さはL1となる。同
様に、電極1と電極2とに電流を流した場合、実効的な
反射領域300の長さはL1+L2となる。このようにして、
複数に分割した電極80に部分的に電流を流すことで、実
効的な反射領域300の長さを制御することができる。反
射領域300の長さが変化すると反射波長幅が変化する。
この様子を第4図に模式的に示した。製造方法について
は第1の実施例とほぼ同じであるため、ここでは繰り返
さない。反射領域300の活性層40を残す点が主な違いで
ある。第2の実施例においても、第1の実施例とほぼ同
様の特性が得られる。
Next, a second embodiment will be described. As described above, the reflection wavelength axis can also be controlled by changing the length of the reflection area. The second embodiment is a mode-locked semiconductor laser that effectively controls the length of the reflection region, and has a function of controlling the spectrum width of the oscillating light, as in the first embodiment. FIG. 3 is a sectional view showing the second embodiment. The structure differs from the first embodiment in that the reflection region 300
In this case, the active layer 40 is provided similarly to the active region 100, and the electrode 80 of the reflection region 300 is divided into a plurality along the resonator axis direction. In the example of FIG. 3, the reflection area 300 is divided into three. Others are almost the same as the first embodiment. The method of effectively controlling the length of the reflection region 300 is as follows. Since there is an active layer 40 in the reflection region 300, if no current flows through the reflection region 300, the active region 1
Since the light emitted in 00 is completely absorbed in the reflection region 300, the effective length of the reflection region 300 can be regarded as zero. Therefore, in FIG. 3, when an electric current is applied only to the electrode 1 of the reflection region 300 so that the gain and the loss of this portion are equal to each other and it can be regarded as an almost transparent optical waveguide, the effective reflection region 300 The length is L1. Similarly, when a current flows through the electrode 1 and the electrode 2, the effective length of the reflection region 300 is L1 + L2. In this way,
By passing a current partially through the plurality of divided electrodes 80, the effective length of the reflection region 300 can be controlled. When the length of the reflection area 300 changes, the reflection wavelength width changes.
This is schematically shown in FIG. Since the manufacturing method is almost the same as that of the first embodiment, it will not be repeated here. The main difference is that the active layer 40 in the reflection area 300 is left. In the second embodiment, substantially the same characteristics as in the first embodiment can be obtained.

次に、第3の実施例について説明する。この実施例
は、特許請求の範囲第2項に記された、光導波路領域20
0の光学長を制御するモード同期半導体レーザであり、
レーザの共振器周波数を制御する機能を持っている。課
題のところで述べたように、モード同期半導体レーザを
光通信に用いる場合、共振器周波数をクロック周波数に
極めて厳密(0.1%程度以内)にあわせる必要がある。
第5図は、第3の実施例を示す断面図である。構造の上
で第1の実施例と異なるのは、光導波路領域200に活性
領域の電極とは分離した電極80が設けられていることで
ある。他の点では第1の実施例とほぼ同じである。光導
波路領域200の光ガイド層20へ電流を注入することで、
光ガイド層20の屈折率を変え、光導波路領域200の光学
長を制御することができる。電流注入による屈折率変化
は1%程度であるため、実効的な共振器長をやはり1%
程度変化させることができる。それによって共振器周波
数を制御できる。製造方法についても第1の実施例とほ
ぼ同じである。光導波路領域300への電極80の形成が主
な違いである。各領域の長さを第1の実施例と同じにし
た場合、クロック周波数20GHz±0.1GHzの範囲でモード
同期光パルスを発生させることが可能である。なお、第
3の実施例は第1または第2の実施例と組み合せること
も可能である。この場合の構造と製造方法は、これまで
の説明から容易に実現できる。
Next, a third embodiment will be described. This embodiment is similar to the optical waveguide region 20 described in claim 2.
A mode-locked semiconductor laser that controls the optical length of 0,
It has the function of controlling the laser cavity frequency. As described above, when a mode-locked semiconductor laser is used for optical communication, it is necessary to adjust the resonator frequency to the clock frequency extremely strictly (within about 0.1%).
FIG. 5 is a sectional view showing the third embodiment. The structure differs from that of the first embodiment in that the optical waveguide region 200 is provided with an electrode 80 separated from the electrode in the active region. The other points are almost the same as those of the first embodiment. By injecting a current into the light guide layer 20 of the optical waveguide region 200,
The optical length of the optical waveguide region 200 can be controlled by changing the refractive index of the light guide layer 20. Since the change in the refractive index due to current injection is about 1%, the effective resonator length is also set to 1%.
The degree can be changed. Thereby, the resonator frequency can be controlled. The manufacturing method is almost the same as in the first embodiment. The main difference is the formation of the electrode 80 in the optical waveguide region 300. When the length of each region is the same as that of the first embodiment, it is possible to generate a mode-locked optical pulse in a clock frequency range of 20 GHz ± 0.1 GHz. Note that the third embodiment can be combined with the first or second embodiment. The structure and manufacturing method in this case can be easily realized from the above description.

次に、第4の実施例について説明する。この実施例
は、特許請求の範囲第3項に記された、発振光の強度に
よって屈折率の変化する非線形領域200を有するモード
同期半導体レーザであり、波長チャープを制御する機能
を持っている。第6図は、第4の実施例を示す断面図で
ある。構造上、第1の実施例と異なるのは、非線形領域
400と第2反射領域310が加わっている点である。ここで
は非線形領域400の端面は無反射コート膜が形成されて
いる。この非線形領域400はいわゆる進行波型の半導体
光アンプと同じである。半導体光アンプに強い光パルス
を注入すると、自己位相変調が生じて、光パルスの波長
が長波長側から短波長側に時間的にシフトする。この波
長チャープの大きさを、光パルスの時間幅に応じて制御
することで、光パルスを光ファイバで伝送するときに、
分散による光パルスの時間幅の広がりの影響を低減する
ことができる。波長チャープの大きさは、非線形領域40
0に注入する電流によって制御できる。半導体光アンプ
における自己位相変調についてはG.P.アグロワルらが詳
しく報告している。(G.P.Agrawal et.al.,アイイーイ
ーイージャーナルオブカンタムエレクトロニクスIEEE
J.Quantum Electron.vol.25,pp.2297−2306(198
9))。第2反射領域310は反射領域300と同じ層構造を
している。しかし、この領域は、これまで述べた実施例
における活性領域100側のへき開端面と同じで、レーザ
共振器の一方の反射器の機能を果たしているだけであ
る。第2反射領域310での反射率は10−20%程度に低く
してあるために、この領域の反射波長幅はあまりスペク
トル幅に影響しない。第4の実施例の製造方法は、第1
の実施例とほぼ同じである。非線形領域400と第2反射
領域310を形成すること、第2反射領域310にも回折格子
90を作ること、無反射コート膜95を形成することなどが
異なる。各領域の長さは、非線形領域400が200μm、第
2反射領域310が100μm、活性領域100が250μm、光導
波路領域200か3900μm、反射領域300が500μmであ
る。このモード同期半導体レーザは活性領域100の駆動
電流を変調することで時間幅10ps、繰り返し10GHzの光
パルスを発生する。非線形領域400の注入電流を制御す
ることで、波長チャープを制御できる。非線形領域400
がない場合と比べて、光パルスを伝送できる距離を1.5
倍以上拡大できる。なお、第4の実施例は第1または第
2、および第3の実施例と組み合せることも可能であ
る。
Next, a fourth embodiment will be described. This embodiment is a mode-locked semiconductor laser having a nonlinear region 200 in which the refractive index changes according to the intensity of the oscillating light, and has a function of controlling the wavelength chirp. FIG. 6 is a sectional view showing a fourth embodiment. The difference from the first embodiment in terms of structure is that the nonlinear region
This is the point where 400 and the second reflection area 310 are added. Here, a non-reflective coating film is formed on the end face of the nonlinear region 400. This nonlinear region 400 is the same as a so-called traveling wave type semiconductor optical amplifier. When a strong optical pulse is injected into a semiconductor optical amplifier, self-phase modulation occurs, and the wavelength of the optical pulse is temporally shifted from a long wavelength side to a short wavelength side. By controlling the size of this wavelength chirp according to the time width of the optical pulse, when transmitting the optical pulse through an optical fiber,
The effect of the spread of the time width of the light pulse due to dispersion can be reduced. The magnitude of the wavelength chirp is in the nonlinear region 40
It can be controlled by the current injected to zero. GP Agrowal et al. Have reported in detail about self-phase modulation in semiconductor optical amplifiers. (GPAgrawal et.al., IEE Journal of Quantum Electronics IEEE
J. Quantum Electron. Vol. 25, pp. 2297-2306 (198
9)). The second reflection area 310 has the same layer structure as the reflection area 300. However, this region is the same as the cleaved end face on the active region 100 side in the above-described embodiments, and only functions as one reflector of the laser resonator. Since the reflectance in the second reflection area 310 is set to be as low as about 10-20%, the reflection wavelength width of this area does not affect the spectrum width much. The manufacturing method of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment.
This is almost the same as the embodiment. Forming the non-linear region 400 and the second reflection region 310, the diffraction grating also in the second reflection region 310
The difference is that 90 is formed, and the anti-reflection coating film 95 is formed. The length of each region is 200 μm for the nonlinear region 400, 100 μm for the second reflection region 310, 250 μm for the active region 100, 3900 μm for the optical waveguide region 200 or 3900 μm, and 500 μm for the reflection region 300. This mode-locked semiconductor laser modulates the driving current of the active region 100 to repeatedly generate an optical pulse having a time width of 10 ps and a frequency of 10 GHz. By controlling the injection current in the nonlinear region 400, the wavelength chirp can be controlled. Non-linear region 400
The distance over which light pulses can be transmitted is 1.5
Can be expanded more than twice. Note that the fourth embodiment can be combined with the first, second, and third embodiments.

以下、上述の4つの実施例について若干の補足説明を
する。これらの実施例は、いずれも発振波長が1.55μm
帯のInGaAsP系のモード同期半導体レーザについてであ
るが、他の波長帯、例えば0.8μm帯のAlGaAs系のレー
ザについても、同様の効果が得られる。レーザの横モー
ド制御構造については、例えばリッジ導波路型のような
別の構造を適用することも可能である。また製造工程に
ついては、例えば、光導波路領域200の光カイド層20を
選択的に結晶成長する方法もある。この場合には、活性
領域100の光ガイド層20は必ずしも必要でない。
Hereinafter, some supplementary explanations of the above four embodiments will be given. In each of these examples, the oscillation wavelength is 1.55 μm.
In the case of the InGaAsP-based mode-locked semiconductor laser in the band, the same effect can be obtained with an AlGaAs-based laser in another wavelength band, for example, the 0.8 μm band. As the transverse mode control structure of the laser, another structure such as a ridge waveguide type can be applied. As for the manufacturing process, for example, there is a method in which the optical guide layer 20 in the optical waveguide region 200 is selectively crystal-grown. In this case, the light guide layer 20 of the active region 100 is not always necessary.

(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、スペクトル幅や
共振器周波数あるいは波長チャープが制御できるモノリ
シック集積型モード同期半導体レーザが実現できる。
(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, a monolithic integrated mode-locked semiconductor laser capable of controlling the spectrum width, the resonator frequency, or the wavelength chirp can be realized.

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

第1図(a)は本発明のモード同期半導体レーザの第1
の実施例を表す斜視図、第1図(b)は(a)のAA′線
での断面図、第2図と第4図は反射領域の反射率特性を
説明するための図、第3図は第2の実施例の素子の断面
図、第5図は第3の実施例の素子の断面図、第6図は第
4の実施例の素子の断面図、第7図は従来例の素子の断
面図である。図において、100は活性領域、200は光導波
路領域、300は反射領域、310は第2反射領域、400は非
線形領域、10は半導体基板、20は光ガイド層、30はエッ
チングストップ層、40は活性層、50、51はクラッド層、
60はキャップ層、70は高抵抗層、80は電極、90は回折格
子、95は無反射コート膜、1、2、3は電極である。
FIG. 1A shows a first embodiment of a mode-locked semiconductor laser according to the present invention.
1 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG. 1 (a), FIGS. 2 and 4 are diagrams for explaining the reflectance characteristics of the reflection region, and FIG. FIG. 5 is a sectional view of the element of the second embodiment, FIG. 5 is a sectional view of the element of the third embodiment, FIG. 6 is a sectional view of the element of the fourth embodiment, and FIG. It is sectional drawing of an element. In the figure, 100 is an active region, 200 is an optical waveguide region, 300 is a reflection region, 310 is a second reflection region, 400 is a non-linear region, 10 is a semiconductor substrate, 20 is a light guide layer, 30 is an etching stop layer, and 40 is Active layer, 50 and 51 are cladding layers,
Reference numeral 60 denotes a cap layer, 70 denotes a high-resistance layer, 80 denotes an electrode, 90 denotes a diffraction grating, 95 denotes a non-reflection coating film, and 1, 2, and 3 denote electrodes.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】1つの半導体基板上に、利得を有する活性
領域と、発振光に対して透明な光導波路領域と、回折格
子を有する反射領域とが、光学的に結合して配置されて
おり、前記反射領域に複数に分割された電極が設けられ
ていることを特徴とするモード同期半導体レーザ。
An active region having a gain, an optical waveguide region transparent to oscillating light, and a reflection region having a diffraction grating are optically coupled and arranged on one semiconductor substrate. A mode-locked semiconductor laser, wherein a plurality of divided electrodes are provided in the reflection region.
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