JP3246703B2 - 偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式 - Google Patents
偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速変調時などにおい
ても動的波長変動を抑え、安定に高密度の波長分割多重
光通信等を実現する為の半導体レーザに関するものであ
り、特に、直交する偏波モードの発振制御を可能とする
偏波変調可能な半導体レーザ及びこれを用いた光通信方
式に関するものである。
ても動的波長変動を抑え、安定に高密度の波長分割多重
光通信等を実現する為の半導体レーザに関するものであ
り、特に、直交する偏波モードの発振制御を可能とする
偏波変調可能な半導体レーザ及びこれを用いた光通信方
式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信分野において伝送容量を拡
大することが望まれており、複数の波長あるいは光周波
数を１本の光ファイバに多重させた波長多重（ＷＤＭ）
伝送の開発が行なわれている。伝送容量をなるべく多く
する為には、波長間隔を狭くすることが重要である。そ
の為には、波長フィルタあるいは分波器の選択帯域幅が
小さく、光源となるレーザの占有周波数帯域あるいはス
ペクトル線幅が小さいことが望ましい。例えば、波長可
変幅３ｎｍの半導体ＤＦＢフィルタでは、透過帯域幅
０．０３ｎｍ程度である為、理想的には１００チャネル
の多重が可能である。しかし、この場合、光源のスペク
トル線幅が０．０３ｎｍ以下であることが要求される。
現状では、動的単一モード発振する半導体レーザとして
知られるＤＦＢレーザでさえも、直接ＡＳＫ変調を行な
うと動的波長変動が起きてスペクトル線幅が０．３ｎｍ
程度まで広がってしまい、このような波長多重伝送には
向かない。
大することが望まれており、複数の波長あるいは光周波
数を１本の光ファイバに多重させた波長多重（ＷＤＭ）
伝送の開発が行なわれている。伝送容量をなるべく多く
する為には、波長間隔を狭くすることが重要である。そ
の為には、波長フィルタあるいは分波器の選択帯域幅が
小さく、光源となるレーザの占有周波数帯域あるいはス
ペクトル線幅が小さいことが望ましい。例えば、波長可
変幅３ｎｍの半導体ＤＦＢフィルタでは、透過帯域幅
０．０３ｎｍ程度である為、理想的には１００チャネル
の多重が可能である。しかし、この場合、光源のスペク
トル線幅が０．０３ｎｍ以下であることが要求される。
現状では、動的単一モード発振する半導体レーザとして
知られるＤＦＢレーザでさえも、直接ＡＳＫ変調を行な
うと動的波長変動が起きてスペクトル線幅が０．３ｎｍ
程度まで広がってしまい、このような波長多重伝送には
向かない。
【０００３】そこで、このような波長変動を抑える為、
外部強度変調器を用いたり（例えば、鈴木他， “λ／
４シフトＤＦＢレーザ／吸収型光変調器集積光源”，
電子情報通信学会研究会予稿集， ＯＱＥ９０−４５，
ｐ．９９， １９９０）、直接ＦＳＫ変調方式（例え
ば、Ｍ．Ｊ．Ｃｈａｗｓｋｉ ｅｔ ａｌ． “１．５
Ｇｂｉｔ／ｓ ＦＳＫ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓ
ｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｔｗｏ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
ＤＦＢ ｌａｓｅｒ ａｓ ａ ｔｕｎａｂｌｅ Ｆ
ＳＫ ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ／ｐｈｏｔｏｄｅｔ
ｅｃｔｏｒ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． ｖｏ
ｌ．２６， Ｎｏ．１５， ｐ．１１４６， １９９
０）、直接偏波変調方式（特開平２−１５９７８１号明
細書）などが考案されている。
外部強度変調器を用いたり（例えば、鈴木他， “λ／
４シフトＤＦＢレーザ／吸収型光変調器集積光源”，
電子情報通信学会研究会予稿集， ＯＱＥ９０−４５，
ｐ．９９， １９９０）、直接ＦＳＫ変調方式（例え
ば、Ｍ．Ｊ．Ｃｈａｗｓｋｉ ｅｔ ａｌ． “１．５
Ｇｂｉｔ／ｓ ＦＳＫ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓ
ｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｔｗｏ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
ＤＦＢ ｌａｓｅｒ ａｓ ａ ｔｕｎａｂｌｅ Ｆ
ＳＫ ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ／ｐｈｏｔｏｄｅｔ
ｅｃｔｏｒ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． ｖｏ
ｌ．２６， Ｎｏ．１５， ｐ．１１４６， １９９
０）、直接偏波変調方式（特開平２−１５９７８１号明
細書）などが考案されている。
【０００４】上記３つの例を比較してみる。外部変調器
の場合、波長変動が０．０３ｎｍ程度あり、仕様に対し
てぎりぎりの性能であり、装置の点数も増える為コスト
などの面で好ましくない。また、ＦＳＫの場合、受信側
のフィルタを波長弁別装置として機能させる必要があ
り、複雑な制御技術を必要とする。一方、偏波変調は、
通常のＤＦＢレーザを多電極化するだけで装置点数は増
えず、波長変動が外部変調方式に比べてさらに小さく、
伝送信号はＡＳＫの為、受信側のフィルタ等の負荷が小
さいという利点がある。
の場合、波長変動が０．０３ｎｍ程度あり、仕様に対し
てぎりぎりの性能であり、装置の点数も増える為コスト
などの面で好ましくない。また、ＦＳＫの場合、受信側
のフィルタを波長弁別装置として機能させる必要があ
り、複雑な制御技術を必要とする。一方、偏波変調は、
通常のＤＦＢレーザを多電極化するだけで装置点数は増
えず、波長変動が外部変調方式に比べてさらに小さく、
伝送信号はＡＳＫの為、受信側のフィルタ等の負荷が小
さいという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】以上の様に偏波変
調は、波長多重伝送等に好適の変調方式であるが、従来
の提案では、偏波の制御を可能とする為の積極的手段を
有していない。その為、再現性の高いデバイスの実現が
困難であり、また、作製後の調整が必要で歩留まりが悪
いなどの問題点があった。よって、本発明の目的は、上
記問題点を解決した偏波変調可能な半導体レーザおよび
これを用いた光通信方式を提供することにある。
調は、波長多重伝送等に好適の変調方式であるが、従来
の提案では、偏波の制御を可能とする為の積極的手段を
有していない。その為、再現性の高いデバイスの実現が
困難であり、また、作製後の調整が必要で歩留まりが悪
いなどの問題点があった。よって、本発明の目的は、上
記問題点を解決した偏波変調可能な半導体レーザおよび
これを用いた光通信方式を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】本発明は、典型的には、実
用的な偏波変調方式を提供する為に、活性領域を持つ分
布帰還グレーティングと方向性結合器と反射器（典型的
には、反射端面）とで１つの共振器を構成した半導体レ
ーザを用い、該半導体レーザは直交する２つの偏波モー
ドで発振が可能で、その偏波モードの選択は該方向性結
合器の結合帯域を制御することにより行なう。
用的な偏波変調方式を提供する為に、活性領域を持つ分
布帰還グレーティングと方向性結合器と反射器（典型的
には、反射端面）とで１つの共振器を構成した半導体レ
ーザを用い、該半導体レーザは直交する２つの偏波モー
ドで発振が可能で、その偏波モードの選択は該方向性結
合器の結合帯域を制御することにより行なう。
【０００７】詳細には、本発明の偏波変調可能な半導体
レーザは、分布帰還グレーティングと方向性結合器と反
射手段とで１つの共振器を構成した半導体レーザであっ
て、該半導体レーザは直交する２つの偏波モードのいず
れでも発振が可能なように構成され、該方向性結合器の
結合波長と該分布帰還グレーティングの反射結合波長と
を夫々制御する手段（例えば、複数の電極）を備え、発
振する偏波モードの選択は、該方向性結合器の結合波長
と該分布帰還グレーティングの反射結合波長とを、該制
御手段により、該２つの偏波モードのいずれかの偏波モ
ードにおいて合わせることにより行なわれることを特徴
とする。
レーザは、分布帰還グレーティングと方向性結合器と反
射手段とで１つの共振器を構成した半導体レーザであっ
て、該半導体レーザは直交する２つの偏波モードのいず
れでも発振が可能なように構成され、該方向性結合器の
結合波長と該分布帰還グレーティングの反射結合波長と
を夫々制御する手段（例えば、複数の電極）を備え、発
振する偏波モードの選択は、該方向性結合器の結合波長
と該分布帰還グレーティングの反射結合波長とを、該制
御手段により、該２つの偏波モードのいずれかの偏波モ
ードにおいて合わせることにより行なわれることを特徴
とする。
【０００８】具体的には、以下の形態を取ることが可能
である。反射手段は反射端面である。分布帰還グレーテ
ィングは活性層を含む。方向性結合器は１対の非対称導
波路から構成される。方向性結合器におけるモード間の
結合が、グレーティングの補助で行われる。方向性結合
器を構成する導波路のうち少なくとも一方の導波路が、
コア層の周囲に半導体レーザ全体のクラッド層よりも屈
折率の低いクラッド層で囲まれたＷ型導波路で構成され
る。制御手段により分布帰還グレーティングに注入する
電流を制御することでその発振波長が可変である。２つ
の偏波モードにおける共振器内利得が、該分布帰還グレ
ーティングの帰還波長付近において、ほぼ等しくなるよ
うに構成されている。活性層が、引っ張り歪が導入され
た多重量子井戸で構成され、ホールの準位であるヘビー
ホール準位Ｅhh0とライトホール準位Ｅlh0がほぼ等しく
なる様に構成される。
である。反射手段は反射端面である。分布帰還グレーテ
ィングは活性層を含む。方向性結合器は１対の非対称導
波路から構成される。方向性結合器におけるモード間の
結合が、グレーティングの補助で行われる。方向性結合
器を構成する導波路のうち少なくとも一方の導波路が、
コア層の周囲に半導体レーザ全体のクラッド層よりも屈
折率の低いクラッド層で囲まれたＷ型導波路で構成され
る。制御手段により分布帰還グレーティングに注入する
電流を制御することでその発振波長が可変である。２つ
の偏波モードにおける共振器内利得が、該分布帰還グレ
ーティングの帰還波長付近において、ほぼ等しくなるよ
うに構成されている。活性層が、引っ張り歪が導入され
た多重量子井戸で構成され、ホールの準位であるヘビー
ホール準位Ｅhh0とライトホール準位Ｅlh0がほぼ等しく
なる様に構成される。
【０００９】また、本発明の光通信方式は、上記偏波変
調可能な半導体レーザを直接偏波変調して、その出力光
を偏光子もしくは偏波ビームスプリッタを通すことによ
り、振幅変調された信号光として、光ファイバで伝送し
光受信器で検波することを特徴とする。また、上記偏波
変調可能な半導体レーザの分布帰還グレーティングに注
入する電流を制御することでその発振波長が可変になる
ように該半導体レーザを使用して振幅変調された信号光
を得ることを特徴とする。
調可能な半導体レーザを直接偏波変調して、その出力光
を偏光子もしくは偏波ビームスプリッタを通すことによ
り、振幅変調された信号光として、光ファイバで伝送し
光受信器で検波することを特徴とする。また、上記偏波
変調可能な半導体レーザの分布帰還グレーティングに注
入する電流を制御することでその発振波長が可変になる
ように該半導体レーザを使用して振幅変調された信号光
を得ることを特徴とする。
【００１０】更に、本発明の光通信方式は、上記偏波変
調可能な半導体レーザを複数接続し、複数の波長の光を
夫々変調して伝送させ、光フィルタもしくは分波器を備
えた光受信器により所望の波長の光にのせた信号のみを
取り出す様に、波長分割多重通信することを特徴とす
る。
調可能な半導体レーザを複数接続し、複数の波長の光を
夫々変調して伝送させ、光フィルタもしくは分波器を備
えた光受信器により所望の波長の光にのせた信号のみを
取り出す様に、波長分割多重通信することを特徴とす
る。
【００１１】
【第１実施例】具体的に、図１をもとに本発明の原理を
説明する。分布帰還グレーティング領域１１と方向性結
合領域１２の２領域からなる半導体レーザにおいて、分
布帰還グレーティング領域１１では、特定の波長のみが
反射される様、活性層１３が積層され、モード３のモー
ドフィールドが重なる位置に細かい周期のグレーティン
グ１４が形成されている。モード３の実効屈折率をＮ
eff、グレーティング１４の周期をΛDFBとすれば、分布
帰還波長λDFBはλDFB＝２ＮeffΛDFBで表される。電極
１５、１６に流す電流で波長λDFBを変化させる。方向
性結合領域１２では、導波路１７、１８が積層されてい
て、夫々の導波路１７、１８に中心強度を有する２つの
モードが成立する。モード１とモード２のモードフィー
ルドが重なる位置には比較的荒い周期のグレーティング
１９が形成されている。方向性結合領域１２の導波路層
１７の右端は、反射しない様に斜めカット若しくは光吸
収が強くなるよう不純物がドーピングされている。モー
ド１は分布帰還グレーティング領域１１のモード３と強
く結合し、モード２はこの比較的荒い周期のグレーティ
ング１９のブラッグ条件を満足する波長以外ではモード
３とは殆ど結合しない。モード１とモード２の実効屈折
率を夫々Ｎ(1) eff、Ｎ(2) eff、比較的荒いグレーティン
グ１９の周期をΛDCとすれば、結合波長λDCはλDC＝｜
Ｎ(1) eff−Ｎ(2) eff ｜ΛDCで表される。
説明する。分布帰還グレーティング領域１１と方向性結
合領域１２の２領域からなる半導体レーザにおいて、分
布帰還グレーティング領域１１では、特定の波長のみが
反射される様、活性層１３が積層され、モード３のモー
ドフィールドが重なる位置に細かい周期のグレーティン
グ１４が形成されている。モード３の実効屈折率をＮ
eff、グレーティング１４の周期をΛDFBとすれば、分布
帰還波長λDFBはλDFB＝２ＮeffΛDFBで表される。電極
１５、１６に流す電流で波長λDFBを変化させる。方向
性結合領域１２では、導波路１７、１８が積層されてい
て、夫々の導波路１７、１８に中心強度を有する２つの
モードが成立する。モード１とモード２のモードフィー
ルドが重なる位置には比較的荒い周期のグレーティング
１９が形成されている。方向性結合領域１２の導波路層
１７の右端は、反射しない様に斜めカット若しくは光吸
収が強くなるよう不純物がドーピングされている。モー
ド１は分布帰還グレーティング領域１１のモード３と強
く結合し、モード２はこの比較的荒い周期のグレーティ
ング１９のブラッグ条件を満足する波長以外ではモード
３とは殆ど結合しない。モード１とモード２の実効屈折
率を夫々Ｎ(1) eff、Ｎ(2) eff、比較的荒いグレーティン
グ１９の周期をΛDCとすれば、結合波長λDCはλDC＝｜
Ｎ(1) eff−Ｎ(2) eff ｜ΛDCで表される。
【００１２】以上の説明では、モードは直線偏波を取り
あげて説明したが、半導体レーザのような縦横非対称な
構造では、電界が基板面に平行なＴＥモードとそれと直
交するＴＭモードが存在する。直交する２つの偏波モー
ドに対して、この結合波長λDCは異なった値となる。方
向性結合領域１２の電極１１０に注入する電流を制御す
ることにより、結合波長λDCを変化させ、或る時はＴＥ
モードのλDC、或る時はＴＭモードのλDCに切換ができ
る。一方、分布帰還グレーティング領域１１で帰還され
る波長λDFBも偏波モードに依存し多少異なるがその差
は僅かである。分布帰還グレーティング領域１１に電流
を注入すると、活性層１３の利得が上昇する。この状態
で、方向性結合領域１２で結合する偏波モード（ＴＥ若
しくはＴＭモード）を切り換えることにより（結合する
偏波モードの結合波長λDCを帰還波長λDFBに合わせ
る）、導波路１７、１８間移行した光のみが、導波路層
１８の端面１０６で反射され、分布帰還グレーティング
領域１１にフィードバックされてレーザ発振光となる。
上部導波路１７の方向性結合領域１２側の端面は、斜め
カットなどが施されている為、モード１が反射されて分
布帰還グレーティング領域１１に戻ることはない。
あげて説明したが、半導体レーザのような縦横非対称な
構造では、電界が基板面に平行なＴＥモードとそれと直
交するＴＭモードが存在する。直交する２つの偏波モー
ドに対して、この結合波長λDCは異なった値となる。方
向性結合領域１２の電極１１０に注入する電流を制御す
ることにより、結合波長λDCを変化させ、或る時はＴＥ
モードのλDC、或る時はＴＭモードのλDCに切換ができ
る。一方、分布帰還グレーティング領域１１で帰還され
る波長λDFBも偏波モードに依存し多少異なるがその差
は僅かである。分布帰還グレーティング領域１１に電流
を注入すると、活性層１３の利得が上昇する。この状態
で、方向性結合領域１２で結合する偏波モード（ＴＥ若
しくはＴＭモード）を切り換えることにより（結合する
偏波モードの結合波長λDCを帰還波長λDFBに合わせ
る）、導波路１７、１８間移行した光のみが、導波路層
１８の端面１０６で反射され、分布帰還グレーティング
領域１１にフィードバックされてレーザ発振光となる。
上部導波路１７の方向性結合領域１２側の端面は、斜め
カットなどが施されている為、モード１が反射されて分
布帰還グレーティング領域１１に戻ることはない。
【００１３】以上の様な構成により、発振波長は分布帰
還グレーティング領域１１で、また、偏波の切り換えは
方向性結合領域１２でと夫々独立に制御出来る為、波長
チューニング時にも安定な偏波変調を行うことができ
る。
還グレーティング領域１１で、また、偏波の切り換えは
方向性結合領域１２でと夫々独立に制御出来る為、波長
チューニング時にも安定な偏波変調を行うことができ
る。
【００１４】本発明による第１実施例を詳細に説明す
る。図１は本実施例による半導体レーザの断面図で、１
００は基板となるｎ−ＩｎＰ、１０１はクラッドとなる
ｎ−ＩｎＰ層、１８は方向性結合器を形成するｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰからなる上述した下部導波路層、１９は方向
性結合器をアシストする上述したグレーティング、１７
はアンドープＩｎＧａＡｓＰからなる２領域共通の上述
した導波路層、１３はアンドープのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａ
ｓ（厚さ５ｎｍ）／Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（厚さ５ｎ
ｍ）１０層からなる歪超格子構造の上述した活性層、１
４は逆方向の分布結合を行う上述した細かいグレーティ
ング、１０２はｐ−ＩｎＰクラッド層、１０３はｐ−Ｉ
ｎ0.59Ｇａ0.41Ａｓ0.9Ｐ0.1コンタクト層、１５、１
６、１１０はコンタクト層１０３が除去された分離溝で
分離された上述した電極Ｃｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、
１０４は基板１００側電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ
層、１０５は反射防止層、１０６は反射器となる高反射
層である。ここで、活性層１３は引っ張り歪をもつ多重
量子井戸層になっており、Ｅlh0−Ｅe0とＥhh0−Ｅ
e0（すぐ下で説明）の遷移エネルギを等しく設計してあ
る為、通常の半導体レーザに比べるとＴＭ偏波での発振
しきい値が低く、効率よく偏波切り換えできる構成にな
っている。
る。図１は本実施例による半導体レーザの断面図で、１
００は基板となるｎ−ＩｎＰ、１０１はクラッドとなる
ｎ−ＩｎＰ層、１８は方向性結合器を形成するｎ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰからなる上述した下部導波路層、１９は方向
性結合器をアシストする上述したグレーティング、１７
はアンドープＩｎＧａＡｓＰからなる２領域共通の上述
した導波路層、１３はアンドープのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａ
ｓ（厚さ５ｎｍ）／Ｉｎ0.28Ｇａ0.72Ａｓ（厚さ５ｎ
ｍ）１０層からなる歪超格子構造の上述した活性層、１
４は逆方向の分布結合を行う上述した細かいグレーティ
ング、１０２はｐ−ＩｎＰクラッド層、１０３はｐ−Ｉ
ｎ0.59Ｇａ0.41Ａｓ0.9Ｐ0.1コンタクト層、１５、１
６、１１０はコンタクト層１０３が除去された分離溝で
分離された上述した電極Ｃｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ層、
１０４は基板１００側電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ
層、１０５は反射防止層、１０６は反射器となる高反射
層である。ここで、活性層１３は引っ張り歪をもつ多重
量子井戸層になっており、Ｅlh0−Ｅe0とＥhh0−Ｅ
e0（すぐ下で説明）の遷移エネルギを等しく設計してあ
る為、通常の半導体レーザに比べるとＴＭ偏波での発振
しきい値が低く、効率よく偏波切り換えできる構成にな
っている。
【００１５】上記構成では、ライトホールと電子の基底
準位遷移エネルギ（Ｅlh0−Ｅe0）に対応する波長は
１．５６μｍ（ＴＭモード）、ヘビーホールと電子の基
底準位遷移エネルギ（Ｅhh0−Ｅe0）に対応する波長も
１．５６μｍ（ＴＥモード）となる。また、ＴＥモード
とＴＭモードの発光スペクトルはほぼ重なるが、グレー
ティング１４による分布帰還波長は利得の中心波長とほ
ぼ重なるようグレーティング１４のピッチを０．２４μ
ｍに設定している。ＴＥモードとＴＭモードの分布帰還
グレーティング領域１１における帰還波長２１及び２２
（図２参照）は、いずれも波長１．５６μｍ付近である
が、導波路１７の横閉じ込め構造や層組成などデバイス
の構造に依存し多少ずれる。しかし、通常３−６ｎｍ程
度である。
準位遷移エネルギ（Ｅlh0−Ｅe0）に対応する波長は
１．５６μｍ（ＴＭモード）、ヘビーホールと電子の基
底準位遷移エネルギ（Ｅhh0−Ｅe0）に対応する波長も
１．５６μｍ（ＴＥモード）となる。また、ＴＥモード
とＴＭモードの発光スペクトルはほぼ重なるが、グレー
ティング１４による分布帰還波長は利得の中心波長とほ
ぼ重なるようグレーティング１４のピッチを０．２４μ
ｍに設定している。ＴＥモードとＴＭモードの分布帰還
グレーティング領域１１における帰還波長２１及び２２
（図２参照）は、いずれも波長１．５６μｍ付近である
が、導波路１７の横閉じ込め構造や層組成などデバイス
の構造に依存し多少ずれる。しかし、通常３−６ｎｍ程
度である。
【００１６】ここで、粗いグレーティング１９による方
向性結合器の結合波長は、偏波依存性が強くＴＥモード
とＴＭモードに対して通常３０ｎｍ程度異なる値を持
つ。したがって、図２（ａ）に示すように活性方向性結
合領域１２のＴＥモードの結合波長２３が、分布帰還グ
レーティング領域１１の帰還波長２１（ここでは１．５
６μｍ）を含むように電極１１０に電流を注入して同調
を行なえば、必然的にＴＭモードの結合波長２４は１．
５３μｍ付近となる。
向性結合器の結合波長は、偏波依存性が強くＴＥモード
とＴＭモードに対して通常３０ｎｍ程度異なる値を持
つ。したがって、図２（ａ）に示すように活性方向性結
合領域１２のＴＥモードの結合波長２３が、分布帰還グ
レーティング領域１１の帰還波長２１（ここでは１．５
６μｍ）を含むように電極１１０に電流を注入して同調
を行なえば、必然的にＴＭモードの結合波長２４は１．
５３μｍ付近となる。
【００１７】ここで、電極１５、１６に電流を流すこと
により、活性層１３が励起され自然放出光が生じる。方
向性結合領域１２ではＴＥモードのみが選択結合される
ため、自然放出光のうちＴＥモードのみが高反射端１０
６で反射されて分布帰還グレーティング領域１１に帰還
される。分布帰還グレーティング領域１１では、帰還波
長で強い反射が生じ、結局、分布帰還グレーティング領
域１１で決定される帰還波長での発振がＴＥモードで生
じる。次に、方向性結合領域１２への注入電流を変化
し、図２（ｂ）に示すように分布帰還グレーティング領
域１１の帰還波長に対して、ＴＭモードが結合するよう
に制御すれば、同様の機構により、ＴＭモードでのレー
ザ発振が起こる。このようにして、電極１１０への電流
制御によりＴＥ／ＴＭモードのスイッチングが起こる。
により、活性層１３が励起され自然放出光が生じる。方
向性結合領域１２ではＴＥモードのみが選択結合される
ため、自然放出光のうちＴＥモードのみが高反射端１０
６で反射されて分布帰還グレーティング領域１１に帰還
される。分布帰還グレーティング領域１１では、帰還波
長で強い反射が生じ、結局、分布帰還グレーティング領
域１１で決定される帰還波長での発振がＴＥモードで生
じる。次に、方向性結合領域１２への注入電流を変化
し、図２（ｂ）に示すように分布帰還グレーティング領
域１１の帰還波長に対して、ＴＭモードが結合するよう
に制御すれば、同様の機構により、ＴＭモードでのレー
ザ発振が起こる。このようにして、電極１１０への電流
制御によりＴＥ／ＴＭモードのスイッチングが起こる。
【００１８】本実施例では、分布帰還グレーティング領
域１１の下部導波路１８は削除されているが、グレーテ
ィング１９が形成されていなければ、導波路１７、１８
間の結合は生じないので、グレーティング１９の形成を
方向性結合領域１２に限れば、分布帰還グレーティング
領域１１に下部導波路を残しても構わない。
域１１の下部導波路１８は削除されているが、グレーテ
ィング１９が形成されていなければ、導波路１７、１８
間の結合は生じないので、グレーティング１９の形成を
方向性結合領域１２に限れば、分布帰還グレーティング
領域１１に下部導波路を残しても構わない。
【００１９】図３に本発明の半導体レーザを用いて強度
変調信号を伝送し、受信する光伝送系のブロック図を示
した。半導体レーザ３１からの光出力を図３に示したよ
うに偏光子３２に通してＴＥ偏波（もしくはＴＭ偏波）
のみを取り出すことにより、高い消光比の強度振幅信号
が得られる。この際、ＴＥ／ＴＭのモード変化は生じる
が、レーザ出力光の強度自体の変動はほとんどない為
（Ｅlh0−Ｅe0とＥhh0−Ｅe0の遷移エネルギを等しく設
計してあるので）、活性層１３のキャリア変動によるチ
ャーピングが極めて小さくなる。偏光子３２によって選
択されたＴＥ光は、アイソレータ３３を通して光ファイ
バ３４に結合させて伝送する。伝送された光は光検出器
３５にて検出される。このとき、ＴＥとＴＭの消光比は
２０ｄＢ以上得られ、したがって、この消光比をもつＡ
ＳＫ伝送が可能である。
変調信号を伝送し、受信する光伝送系のブロック図を示
した。半導体レーザ３１からの光出力を図３に示したよ
うに偏光子３２に通してＴＥ偏波（もしくはＴＭ偏波）
のみを取り出すことにより、高い消光比の強度振幅信号
が得られる。この際、ＴＥ／ＴＭのモード変化は生じる
が、レーザ出力光の強度自体の変動はほとんどない為
（Ｅlh0−Ｅe0とＥhh0−Ｅe0の遷移エネルギを等しく設
計してあるので）、活性層１３のキャリア変動によるチ
ャーピングが極めて小さくなる。偏光子３２によって選
択されたＴＥ光は、アイソレータ３３を通して光ファイ
バ３４に結合させて伝送する。伝送された光は光検出器
３５にて検出される。このとき、ＴＥとＴＭの消光比は
２０ｄＢ以上得られ、したがって、この消光比をもつＡ
ＳＫ伝送が可能である。
【００２０】本発明の半導体レーザの偏波変調時にチャ
ーピングは極めて小さく、ＴＥモード出力のみを観測し
たところ波長変動は０．０３ｎｍ以下であることが確か
められた。また、偏波変調の変調帯域も１ＧＨｚ以上で
あることが示された。
ーピングは極めて小さく、ＴＥモード出力のみを観測し
たところ波長変動は０．０３ｎｍ以下であることが確か
められた。また、偏波変調の変調帯域も１ＧＨｚ以上で
あることが示された。
【００２１】本発明による半導体レーザを用いて光伝送
を行なった実施例を図４に沿って説明する。図４におい
て、４１は本発明によって波長制御及び消光比が安定に
制御され偏波変調されている半導体レーザである。この
半導体レーザ４１では、波長間隔６ＧＨｚ（約０．０５
ｎｍ）程度で、３ｎｍの範囲で波長を変えられる（図１
の電極１５、１６への電流を制御して行う）。また、偏
波変調では、通常の直接強度変調で問題になるようなチ
ャーピングと呼ばれる動的波長変動が２ＧＨｚ以下と非
常に小さい為、波長多重する場合に６ＧＨｚ間隔で並べ
ても隣のチャンネルにクロストークを与えることはな
い。従って、この半導体レーザを用いた場合、３／０．
０５＝６０チャネル程度の波長多重が可能である。この
半導体レーザ４１は偏光ビームスプリッタ４２と一体化
して光送信装値４０を構成している。この光送信装置４
０から出射された光を光ファイバ４３に結合させ伝送す
る。ファイバカップラ４４を伝送した信号光は、光受信
装置４５において、光フィルタ４６により所望の波長チ
ャネルの光が選択分波され、光検出器４７により信号検
波される。ここでは、光フィルタ４６としてＤＦＢレー
ザと同じ構造のものを、しきい値以下に電流をバイアス
して使用している。２電極の電流比率を変えることで、
透過利得を２０ｄＢ一定で透過波長を３ｎｍの範囲で変
えることができる。また、このフィルタ４６の１０ｄＢ
ダウンの透過幅は０．０３であり、０．０５ｎｍの間隔
で波長多重するのに十分な特性を持つている。光フィル
タ４６として、同様の波長透過幅を持つもの、例えば、
マハツェンダ型、ファブリペロ型などを用いてもよい
を行なった実施例を図４に沿って説明する。図４におい
て、４１は本発明によって波長制御及び消光比が安定に
制御され偏波変調されている半導体レーザである。この
半導体レーザ４１では、波長間隔６ＧＨｚ（約０．０５
ｎｍ）程度で、３ｎｍの範囲で波長を変えられる（図１
の電極１５、１６への電流を制御して行う）。また、偏
波変調では、通常の直接強度変調で問題になるようなチ
ャーピングと呼ばれる動的波長変動が２ＧＨｚ以下と非
常に小さい為、波長多重する場合に６ＧＨｚ間隔で並べ
ても隣のチャンネルにクロストークを与えることはな
い。従って、この半導体レーザを用いた場合、３／０．
０５＝６０チャネル程度の波長多重が可能である。この
半導体レーザ４１は偏光ビームスプリッタ４２と一体化
して光送信装値４０を構成している。この光送信装置４
０から出射された光を光ファイバ４３に結合させ伝送す
る。ファイバカップラ４４を伝送した信号光は、光受信
装置４５において、光フィルタ４６により所望の波長チ
ャネルの光が選択分波され、光検出器４７により信号検
波される。ここでは、光フィルタ４６としてＤＦＢレー
ザと同じ構造のものを、しきい値以下に電流をバイアス
して使用している。２電極の電流比率を変えることで、
透過利得を２０ｄＢ一定で透過波長を３ｎｍの範囲で変
えることができる。また、このフィルタ４６の１０ｄＢ
ダウンの透過幅は０．０３であり、０．０５ｎｍの間隔
で波長多重するのに十分な特性を持つている。光フィル
タ４６として、同様の波長透過幅を持つもの、例えば、
マハツェンダ型、ファブリペロ型などを用いてもよい
【００２２】
【第２実施例】本発明による第２の実施例を図５に沿っ
て説明する。分布帰還グレーティング領域１１の構造は
ほぼ第１実施例と同様であるが、方向性結合領域１２に
はグレーティングが存在しない。波長選択性（偏波モー
ド選択性）を持たせる為、下部導波路層はＷ型導波路と
なっている。Ｗ型導波路は、通常のステップ型導波路
（例えば、導波路１７も相当）と異なり、コア５１の周
囲のクラッド５２が半導体レーザの全体クラッド５４よ
り低い屈折率となっている。そのため、導波モード２の
波長分散がステップ型と大きく異なり、モード１とモー
ド２が同期する波長が限定され、強い波長選択性を示
す。この構造では、結合波長バンド幅（図２の結合波長
２３、２４を参照）の自由度は第１実施例で示したグレ
ーティングアシスト型と比較して低いが、グレーティン
グに起因する放射損失がなく、高効率である特徴を有す
る。動作原理に関しては上記実施例と同様である。
て説明する。分布帰還グレーティング領域１１の構造は
ほぼ第１実施例と同様であるが、方向性結合領域１２に
はグレーティングが存在しない。波長選択性（偏波モー
ド選択性）を持たせる為、下部導波路層はＷ型導波路と
なっている。Ｗ型導波路は、通常のステップ型導波路
（例えば、導波路１７も相当）と異なり、コア５１の周
囲のクラッド５２が半導体レーザの全体クラッド５４よ
り低い屈折率となっている。そのため、導波モード２の
波長分散がステップ型と大きく異なり、モード１とモー
ド２が同期する波長が限定され、強い波長選択性を示
す。この構造では、結合波長バンド幅（図２の結合波長
２３、２４を参照）の自由度は第１実施例で示したグレ
ーティングアシスト型と比較して低いが、グレーティン
グに起因する放射損失がなく、高効率である特徴を有す
る。動作原理に関しては上記実施例と同様である。
【００２３】分布帰還グレーティング領域１１のグレー
ティング層１４及び２領域共通の導波路層１７は第１実
施例と同様であるが、活性層、下部導波路層、クラッド
層については異なる。即ち、活性層５５は縦横対称とし
たＩｎＧａＡｓからなり、ＴＥモード及びＴＭモードに
対して同様の利得を持つ。また、層５１はＷ型導波路を
構成するｎ−ＩｎＧａＡｓＰコア層、層５２は層５３、
５４より低屈折率なｎ−ＩｎＰクラッド層、層５３はｐ
−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、層５４はｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰクラッド層である。また、下部導波路層は分布帰還
グレーティング領域１１で結合を起こさないように方向
性結合領域１２のみに形成されている。分布帰還グレー
ティング領域１１のグレーティング１４の周期等は第１
実施例と同じである。２領域１１、１２の注入電流を制
御することにより、上記実施例と同様にＴＥ／ＴＭモー
ドの偏波スイッチング及び波長制御を行うことができ
た。第２実施例も、第１実施例と同様に、図３、図４の
如き光通信方式に使用できる。
ティング層１４及び２領域共通の導波路層１７は第１実
施例と同様であるが、活性層、下部導波路層、クラッド
層については異なる。即ち、活性層５５は縦横対称とし
たＩｎＧａＡｓからなり、ＴＥモード及びＴＭモードに
対して同様の利得を持つ。また、層５１はＷ型導波路を
構成するｎ−ＩｎＧａＡｓＰコア層、層５２は層５３、
５４より低屈折率なｎ−ＩｎＰクラッド層、層５３はｐ
−ＩｎＧａＡｓＰクラッド層、層５４はｎ−ＩｎＧａＡ
ｓＰクラッド層である。また、下部導波路層は分布帰還
グレーティング領域１１で結合を起こさないように方向
性結合領域１２のみに形成されている。分布帰還グレー
ティング領域１１のグレーティング１４の周期等は第１
実施例と同じである。２領域１１、１２の注入電流を制
御することにより、上記実施例と同様にＴＥ／ＴＭモー
ドの偏波スイッチング及び波長制御を行うことができ
た。第２実施例も、第１実施例と同様に、図３、図４の
如き光通信方式に使用できる。
【００２４】
【発明の効果】本発明により、動的波長変動の極めて小
さい偏波変調可能な半導体レーザが実現でき、これを使
用した直接偏波変調方式を用いて、高密度波長多重光通
信システム等を構築できる
さい偏波変調可能な半導体レーザが実現でき、これを使
用した直接偏波変調方式を用いて、高密度波長多重光通
信システム等を構築できる
【図１】本発明による半導体レーザの構造を説明する
図。
図。
【図２】本発明による半導体レーザの動作原理を表わす
図。
図。
【図３】本発明による半導体レーザを用いた光通信方式
を説明する図。
を説明する図。
【図４】本発明による半導体レーザを用いた他の光通信
方式を説明する図。
方式を説明する図。
【図５】本発明による他の半導体レーザの構造を示す
図。
図。
１１ 分布帰還グレーティング領域 １２ 方向性結合領域 １３、５５ 活性層 １４ 分布帰還を起こすグレーティング １５、１６、１１０、１０４ 電極 １７、１８ 導波路 １９ 方向性結合を起こすグレーティング ２１、２２ 分布帰還グレーティング領域における夫
々ＴＥモード、ＴＭモードの帰還波長 ２３、２４ 方向性結合領域における夫々ＴＥモー
ド、ＴＭモードの結合波長 ３１、４１ 半導体レーザ ３２、４２ 偏光子もしくは偏光ビームスプリッタ ３３ 光アイソレータ ３４、４３ 光ファイバ ３５、４７ 光検出器 ４０ 光送信装置 ４４ ファイバカップラ ４５ 光受信装置 ４６ 光フィルタ ５３、５４、１０１、１０２、 クラッド層 １００ 基板 １０３ コンタクト層 １０５ 反射防止膜 １０６ 高反射膜
々ＴＥモード、ＴＭモードの帰還波長 ２３、２４ 方向性結合領域における夫々ＴＥモー
ド、ＴＭモードの結合波長 ３１、４１ 半導体レーザ ３２、４２ 偏光子もしくは偏光ビームスプリッタ ３３ 光アイソレータ ３４、４３ 光ファイバ ３５、４７ 光検出器 ４０ 光送信装置 ４４ ファイバカップラ ４５ 光受信装置 ４６ 光フィルタ ５３、５４、１０１、１０２、 クラッド層 １００ 基板 １０３ コンタクト層 １０５ 反射防止膜 １０６ 高反射膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 G02B 6/12 - 6/14 H04B 10/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (12)
- 【請求項１】 分布帰還グレーティングと方向性結合器
と反射手段とで１つの共振器を構成した半導体レーザで
あって、該半導体レーザは直交する２つの偏波モードの
いずれでも発振が可能なように構成され、該方向性結合
器の結合波長と該分布帰還グレーティングの反射結合波
長とを夫々制御する手段を備え、発振する偏波モードの
選択は、該方向性結合器の結合波長と該分布帰還グレー
ティングの反射結合波長とを、該制御手段により、該２
つの偏波モードのいずれかの偏波モードにおいて合わせ
ることにより行なわれることを特徴とする偏波変調可能
な半導体レーザ。 - 【請求項２】 該反射手段は反射端面であることを特徴
とする請求項１記載の偏波変調可能な半導体レーザ。 - 【請求項３】 該分布帰還グレーティングは活性層を含
むことを特徴とする請求項１記載の偏波変調可能な半導
体レーザ。 - 【請求項４】 該方向性結合器は１対の非対称導波路か
ら構成されることを特徴とする請求項１記載の偏波変調
可能な半導体レーザ。 - 【請求項５】 該方向性結合器におけるモード間の結合
が、グレーティングの補助で行われることを特徴とする
請求項１記載の偏波変調可能な半導体レーザ。 - 【請求項６】 該方向性結合器を構成する導波路のうち
少なくとも一方の導波路が、コア層の周囲に半導体レー
ザ全体のクラッド層よりも屈折率の低いクラッド層で囲
まれたＷ型導波路で構成されることを特徴とする請求項
１記載の偏波変調可能な半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記制御手段により分布帰還グレーティ
ングに注入する電流を制御することでその発振波長が可
変であることを特徴とする請求項１記載の偏波変調可能
な半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記２つの偏波モードにおける共振器内
利得が、該分布帰還グレーティングの帰還波長付近にお
いて、ほぼ等しくなるように構成されていることを特徴
とする請求項１乃至７のいずれかに記載の偏波変調可能
な半導体レーザ。 - 【請求項９】 前記活性層が、引っ張り歪が導入された
多重量子井戸で構成され、ホールの準位であるヘビーホ
ール準位Ｅhh0とライトホール準位Ｅlh0がほぼ等しくな
る様に構成されたことを特徴とする請求項１乃至７のい
ずれかに記載の偏波変調可能な半導体レーザ。 - 【請求項１０】 請求項１乃至８のいずれかに記載の偏
波変調可能な半導体レーザを直接偏波変調して、その出
力光を偏光子もしくは偏波ビームスプリッタを通すこと
により、振幅変調された信号光として、光ファイバで伝
送し光受信器で検波することを特徴とする光通信方式。 - 【請求項１１】 請求項１乃至８のいずれかに記載の偏
波変調可能な半導体レーザの分布帰還グレーティングに
注入する電流を制御することでその発振波長が可変にな
るように該半導体レーザを使用して振幅変調された信号
光を得ることを特徴とする光通信方式。 - 【請求項１２】 請求項１乃至８のいずれかに記載の偏
波変調可能な半導体レーザを複数接続し、複数の波長の
光を夫々変調して伝送させ、光フィルタもしくは分波器
を備えた光受信器により所望の波長の光にのせた信号の
みを取り出す様に、波長分割多重通信することを特徴と
する光通信方式。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01554095A JP3246703B2 (ja) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | 偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式 |
| US08/579,730 US5648978A (en) | 1995-01-04 | 1995-12-28 | Oscillation polarization mode selective semiconductor laser, modulation method therefor and optical communication system using the same |
| DE69607493T DE69607493T2 (de) | 1995-01-04 | 1996-01-03 | Polarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser, Modulationsverfahren und optisches Kommunikationssystem unter Verwendung dieses Lasers |
| EP96100050A EP0721240B1 (en) | 1995-01-04 | 1996-01-03 | Oscillation polarization mode selective semiconductor laser, modulation method therefor and optical communication system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01554095A JP3246703B2 (ja) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | 偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08186313A JPH08186313A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3246703B2 true JP3246703B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=11891639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01554095A Expired - Fee Related JP3246703B2 (ja) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | 偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246703B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0936762B9 (en) | 1997-05-02 | 2005-10-05 | Seiko Epson Corporation | Polarized light communication device |
| JP2005303077A (ja) | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Fujitsu Ltd | 波長可変レーザ装置 |
| JP4648647B2 (ja) * | 2004-05-13 | 2011-03-09 | 日本電信電話株式会社 | 波長可変半導体レーザ |
| JP5272859B2 (ja) * | 2009-04-03 | 2013-08-28 | 住友電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| WO2023223450A1 (ja) * | 2022-05-18 | 2023-11-23 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光集積デバイス |
-
1995
- 1995-01-04 JP JP01554095A patent/JP3246703B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08186313A (ja) | 1996-07-16 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |