JP3266497B2 - レーザー装置 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—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
- H01S5/1028—Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
- H01S5/1032—Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回折格子を使用せず
に、結合導波路構成において単一周波数レーザー動作を
獲得する方法に関する。
に、結合導波路構成において単一周波数レーザー動作を
獲得する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多くのアプリケーションにおいて、単一
周波数ソリッド・ステート・レーザー源が必要とされ
る。例えば、高速信号を長距離に渡り光学的に伝送する
ファイバ通信では異なるレーザー・モードが異なる速度
でファイバを伝播し（分散（dispersion））、従って多
くの波長を含む単一パルスが時間と共に広がり、チャネ
ルの帯域幅を制限する。短い距離ではモードにおける相
対強度が変動し、過度な雑音を引き起こす。
周波数ソリッド・ステート・レーザー源が必要とされ
る。例えば、高速信号を長距離に渡り光学的に伝送する
ファイバ通信では異なるレーザー・モードが異なる速度
でファイバを伝播し（分散（dispersion））、従って多
くの波長を含む単一パルスが時間と共に広がり、チャネ
ルの帯域幅を制限する。短い距離ではモードにおける相
対強度が変動し、過度な雑音を引き起こす。
【０００３】通常のファブリ−ペロ（Fabry-Perotまた
はＦ−Ｐ）レーザーは、多重モード・スペクトルを有す
るので、多くの通信アプリケーションにおいて不十分で
ある。これらの導波路の長さは通常約３００μｍであ
り、数オングストローム毎にファブリ−ペロ・モードを
有する。唯一の周波数依存パラメータは、材料の利得曲
線のスペクトル形状である。利得は多くの縦モード（lo
ngitudinal mode）に渡り比較的平坦であるので、これ
らのＦ−Ｐレーザーは、通常多くのモードにおいて同時
に放射する。単一周波数レーザーが存在するが、これら
は製造がより困難であり、従って高価である。これらの
分布帰還形（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザー
は構造内に回折格子を含み、格子により反射される波長
だけを放射する。ＤＦＢレーザーは、通常、２工程成長
及びホログラフィック・リソグラフィまたは電子ビーム
・リソグラフィにより生成される。しかしながら、こう
したレーザーの多大な複雑性によりこれらの素子は製造
が困難であり、単純なＦ−Ｐレーザーよりも高価であ
る。従って、精密な格子及び成長の中断を要求すること
無しに、レーザーの出力スペクトルを安定化する単純な
プロセスが必要とされる。
はＦ−Ｐ）レーザーは、多重モード・スペクトルを有す
るので、多くの通信アプリケーションにおいて不十分で
ある。これらの導波路の長さは通常約３００μｍであ
り、数オングストローム毎にファブリ−ペロ・モードを
有する。唯一の周波数依存パラメータは、材料の利得曲
線のスペクトル形状である。利得は多くの縦モード（lo
ngitudinal mode）に渡り比較的平坦であるので、これ
らのＦ−Ｐレーザーは、通常多くのモードにおいて同時
に放射する。単一周波数レーザーが存在するが、これら
は製造がより困難であり、従って高価である。これらの
分布帰還形（ＤＦＢ：Distributed Feedback）レーザー
は構造内に回折格子を含み、格子により反射される波長
だけを放射する。ＤＦＢレーザーは、通常、２工程成長
及びホログラフィック・リソグラフィまたは電子ビーム
・リソグラフィにより生成される。しかしながら、こう
したレーザーの多大な複雑性によりこれらの素子は製造
が困難であり、単純なＦ−Ｐレーザーよりも高価であ
る。従って、精密な格子及び成長の中断を要求すること
無しに、レーザーの出力スペクトルを安定化する単純な
プロセスが必要とされる。
【０００４】更に、こうしたレーザーにより生成された
光は、容易には光ファイバに結合することができない。
半導体の高い屈折率及び導波領域の非対称の断面によ
り、レーザーにより生成される光が楕円状となり、しば
しば非点収差（astigmatic）を生じる。光ファイバへの
良好な結合を獲得するために、円柱レンズ及びプリズム
対などの光学コンポーネントによりビームを修正する必
要があり、更にコストを押し上げる結果となる。しばし
ば好ましくないビーム形状が修正されないまま維持され
て、高い挿入損失を生じる。信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）
はファイバ内の光の量により決定されるので、効率の悪
い結合は大きな制約となり得る。
光は、容易には光ファイバに結合することができない。
半導体の高い屈折率及び導波領域の非対称の断面によ
り、レーザーにより生成される光が楕円状となり、しば
しば非点収差（astigmatic）を生じる。光ファイバへの
良好な結合を獲得するために、円柱レンズ及びプリズム
対などの光学コンポーネントによりビームを修正する必
要があり、更にコストを押し上げる結果となる。しばし
ば好ましくないビーム形状が修正されないまま維持され
て、高い挿入損失を生じる。信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）
はファイバ内の光の量により決定されるので、効率の悪
い結合は大きな制約となり得る。
【０００５】最近、低コストで単一周波数を有する新種
のレーザーが発明されたが、これは不十分な光強度しか
生成しないために通信には不適当である。これらの垂直
キャビティ面放射レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、新たなト
レードオフのセットを導入した。これらの構造では、光
はエピタキシャル層に垂直に伝播し、多くの１／４波長
の厚さの層から形成される多層ミラーから反射される。
これらは単一モードで動作し得るが、これは分布ミラー
の波長選択性によるというよりもキャビティ長が極めて
短いことによる。このために半導体の利得帯域幅内に
は、１つの縦モードだけが存在する。こうした分布ミラ
ーは、導波路ＤＦＢレーザー内のリソグラフィック格子
よりもはるかに製造が容易である。エピタキシャル成長
法は、垂直層構造に渡り原子層の精度で容易に制御する
ことができる。更にこれらの１／４波長ミラーは、成長
の中断及び再成長を要求しない。
のレーザーが発明されたが、これは不十分な光強度しか
生成しないために通信には不適当である。これらの垂直
キャビティ面放射レーザー（ＶＣＳＥＬ）は、新たなト
レードオフのセットを導入した。これらの構造では、光
はエピタキシャル層に垂直に伝播し、多くの１／４波長
の厚さの層から形成される多層ミラーから反射される。
これらは単一モードで動作し得るが、これは分布ミラー
の波長選択性によるというよりもキャビティ長が極めて
短いことによる。このために半導体の利得帯域幅内に
は、１つの縦モードだけが存在する。こうした分布ミラ
ーは、導波路ＤＦＢレーザー内のリソグラフィック格子
よりもはるかに製造が容易である。エピタキシャル成長
法は、垂直層構造に渡り原子層の精度で容易に制御する
ことができる。更にこれらの１／４波長ミラーは、成長
の中断及び再成長を要求しない。
【０００６】ＶＣＳＥＬにおける単一モード動作に導く
同一の短キャビティ及び高反射率ミラーは、素子からの
光強度をも制限する。短キャビティを通じる往復利得
（round-trip gain）は約１％であり、従ってミラー反
射率は非常に高くなければならない。実際上、これらの
素子は１ミリワット乃至２ミリワットの単一モード出力
を提供できるに過ぎず、多くのアプリケーションにとっ
て不十分である。光強度は素子の直径または駆動電流に
伴って増加するが、これら両者は横モード（lateral mo
de）を励起し、出力を劣化させる傾向がある。ＶＣＳＥ
Ｌの実質的な１つの利点は比較的大きな円形アパーチャ
であり、これは光ファイバへの結合を単純化する。
同一の短キャビティ及び高反射率ミラーは、素子からの
光強度をも制限する。短キャビティを通じる往復利得
（round-trip gain）は約１％であり、従ってミラー反
射率は非常に高くなければならない。実際上、これらの
素子は１ミリワット乃至２ミリワットの単一モード出力
を提供できるに過ぎず、多くのアプリケーションにとっ
て不十分である。光強度は素子の直径または駆動電流に
伴って増加するが、これら両者は横モード（lateral mo
de）を励起し、出力を劣化させる傾向がある。ＶＣＳＥ
Ｌの実質的な１つの利点は比較的大きな円形アパーチャ
であり、これは光ファイバへの結合を単純化する。
【０００７】B．Broberg、B．S．Lindgren、M．G．Ober
g及びH．Jiangによる"A novel integrated optics filt
er in InGaAsP-InP"、J．Lightwave Technology、vol．
LT-4、p．196、1986は、非対称導波路間の結合にもとづ
き動作する周波数選択フィルタについて述べている。
g及びH．Jiangによる"A novel integrated optics filt
er in InGaAsP-InP"、J．Lightwave Technology、vol．
LT-4、p．196、1986は、非対称導波路間の結合にもとづ
き動作する周波数選択フィルタについて述べている。
【０００８】E．Yablonovich、T．J．Gmitter、J．P．H
arbison及びR.BhatによるApplied Physics Letter、vo
l．51、p．2222（1987）は、半導体の薄層が基板から除
去され、代わりの材料上に配置される技術について教示
している。
arbison及びR.BhatによるApplied Physics Letter、vo
l．51、p．2222（1987）は、半導体の薄層が基板から除
去され、代わりの材料上に配置される技術について教示
している。
【０００９】M．H．MacDougal、P．D．Dapkus、V．Pudi
kov、H．Zhao及びG．M．Yangによる"Ultralow threshol
d vertical-cavity surface-emitting lasers with AlA
s Oxide-GaAs distributed bragg reflectors"、IEEE P
hotonics Technology Letters、Vol．7（3）、p．229
（1995）は、酸化絶縁層が活性半導体材料の下方に形成
される技術について教示している。
kov、H．Zhao及びG．M．Yangによる"Ultralow threshol
d vertical-cavity surface-emitting lasers with AlA
s Oxide-GaAs distributed bragg reflectors"、IEEE P
hotonics Technology Letters、Vol．7（3）、p．229
（1995）は、酸化絶縁層が活性半導体材料の下方に形成
される技術について教示している。
【００１０】米国特許第４７１５６７２号は、反共振層
により導波路内に光を閉じ込めるタイプの導波路を開示
している。
により導波路内に光を閉じ込めるタイプの導波路を開示
している。
【００１１】米国特許第５３４３５４２号は、非対称結
合器構成内で反共振導波路を使用する多重波長光学デマ
ルチプレクサについて教示している。
合器構成内で反共振導波路を使用する多重波長光学デマ
ルチプレクサについて教示している。
【００１２】J．K．Kash、D．W．Kisker、B．Pezeshki
及びF．Tongによる米国特許出願番号第１４５２５９号"
Tapered Fabry-Perot multi-wavelength optical sourc
e"（１９９３年１０月２０日出願）は、光源として構成
される装置について述べている。
及びF．Tongによる米国特許出願番号第１４５２５９号"
Tapered Fabry-Perot multi-wavelength optical sourc
e"（１９９３年１０月２０日出願）は、光源として構成
される装置について述べている。
【００１３】B．Pezeshki、F．Tong、J．A．Kash及び
D．W．Kiskerによる"Vertical cavitydevices as wavel
ength selective elements"、Journal of Lightwave Te
chnology、vol．12（4）、p．1791、（1994）は、反共
振反射層を用いる異類の導波路における波長選択結合の
数学モデルを提供している。
D．W．Kiskerによる"Vertical cavitydevices as wavel
ength selective elements"、Journal of Lightwave Te
chnology、vol．12（4）、p．1791、（1994）は、反共
振反射層を用いる異類の導波路における波長選択結合の
数学モデルを提供している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、回折格子、再成長、または他の精密さを要するリソ
グラフィック・プロセスを使用すること無しに、半導体
レーザー内で単一周波数動作を獲得する単純な方法を提
供することである。本発明は、従来の単一周波数レーザ
ーに比較して、製造がはるかに単純であり、従ってコス
ト的に安価である利点を有する。更に、本発明の素子は
低屈折率材料から、高強度かつ光ファイバのモードに適
合する十分に対称的なビームを放射する。
は、回折格子、再成長、または他の精密さを要するリソ
グラフィック・プロセスを使用すること無しに、半導体
レーザー内で単一周波数動作を獲得する単純な方法を提
供することである。本発明は、従来の単一周波数レーザ
ーに比較して、製造がはるかに単純であり、従ってコス
ト的に安価である利点を有する。更に、本発明の素子は
低屈折率材料から、高強度かつ光ファイバのモードに適
合する十分に対称的なビームを放射する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、低屈折率クラ
ッド層（cladding layers）または反共振反射層の使用
により、レーザー構造内に、縦ファブリ−ペロ・モード
間の区別を可能にする十分に高い波長分解能を有する、
高度に非対称の導波路結合器を形成する。適切なポンピ
ング構造（すなわち励起構造）が、２つの導波路間を結
合するモードだけが利得を得るように、従って放射する
ようにする。構造全体は絶縁体から形成される不動（pa
ssive）低屈折率導波路から成り、これは２つの導波路
間に配置されるミラーにより活性半導体導波路に結合さ
れる。導波路の長さに関しては、導波路間の周波数選択
結合が異なる縦モードの波長間の区別を可能にするよう
に定められる。半導体は一方の側が励起されて利得を提
供し、他方の側は損失状態を維持される。活性半導体か
ら低絶縁体導波路へ結合し得る波長だけが損失領域を回
避し、レーザー放射に携わる。要求されるフィードバッ
ク（帰還）のために、両方の端部にエンド・ミラーが提
供される。
ッド層（cladding layers）または反共振反射層の使用
により、レーザー構造内に、縦ファブリ−ペロ・モード
間の区別を可能にする十分に高い波長分解能を有する、
高度に非対称の導波路結合器を形成する。適切なポンピ
ング構造（すなわち励起構造）が、２つの導波路間を結
合するモードだけが利得を得るように、従って放射する
ようにする。構造全体は絶縁体から形成される不動（pa
ssive）低屈折率導波路から成り、これは２つの導波路
間に配置されるミラーにより活性半導体導波路に結合さ
れる。導波路の長さに関しては、導波路間の周波数選択
結合が異なる縦モードの波長間の区別を可能にするよう
に定められる。半導体は一方の側が励起されて利得を提
供し、他方の側は損失状態を維持される。活性半導体か
ら低絶縁体導波路へ結合し得る波長だけが損失領域を回
避し、レーザー放射に携わる。要求されるフィードバッ
ク（帰還）のために、両方の端部にエンド・ミラーが提
供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】垂直方向に結合される単一周波数
レーザーが図１に示され、半導体及び絶縁層から成る。
このレーザー構造の半導体部分は、分子ビーム・エピタ
キシ（ＭＢＥ）または有機金属化学蒸着（ＯＭＣＶＤ）
などの技術により形成され得る一方、絶縁材料はそれほ
ど要求の厳しくない様々なプロセスにより付着され得
る。レーザー構造は主に２つの導波路を含み、一方は活
性半導体材料から成り、他方は不動絶縁体またはポリマ
から成る。下方の半導体導波路１００は、２つのミラー
により閉じ込められる。下部ミラー１０２は基板１０４
内への光の損失を阻止し、中央ミラー１０６は半導体導
波路１００と上部絶縁体導波路１０８間の結合を決定す
る。絶縁体導波路１０８上の上部ミラー１１０も、上部
導波路内に光を閉じ込めるために必要である。ミラー
（１０２、１０６、１１０）は、光がミラー内で消失
し、従って全内部反射により反射するように、低屈折率
の材料から形成されるか、或いは多層反共振層から形成
され得る。ミラーが反共振性であれば、製造がより単純
となり得る。なぜなら現状では、非常に長い低屈折率材
料を半導体導波路の下方に設ける単純な方法が存在しな
いからである（しかしながら、下記の参考文献２及び３
は、これを実現する方法を示している）。更に、中央ミ
ラー１０６が反共振タイプであれば上部導波路が高次の
モードに対して損失的となり、材料と大気間の界面がミ
ラー１１０として十分機能し、単一モード動作を維持す
るために追加の層を必要としない。レーザー放射用キャ
ビティを形成するために構造の両端にミラーが提供さ
れ、ミラー１１２は上部導波路１０８の右側に、ミラー
１１４は下部導波路１００の左側に設けられる。これら
のミラーは単に壁開面（cleaved facet）であったり、
反射率向上のための追加のコーティングを有し得る。こ
の結合導波路構造は、半導体導波路１００の左領域１１
６において利得を示し、同一導波路の右領域１１８にお
いて損失を示すように励起される。従って、２つの導波
路間を結合する光学場１２０だけが利得領域に遭遇し、
損失領域を回避してレーザー放射に寄与する。電気的に
は、中央ミラー１０６はｐ形に添加され、下部ミラー１
０２はｎ形に添加され、そして半導体導波路コア１００
は真性に維持される。量子井戸などの光利得を得ること
ができる材料が、次に導波路コア１００内に配置され
る。ｐ側及びｎ側からの電流の注入が、利得に必要な電
子及び正孔を提供する。
レーザーが図１に示され、半導体及び絶縁層から成る。
このレーザー構造の半導体部分は、分子ビーム・エピタ
キシ（ＭＢＥ）または有機金属化学蒸着（ＯＭＣＶＤ）
などの技術により形成され得る一方、絶縁材料はそれほ
ど要求の厳しくない様々なプロセスにより付着され得
る。レーザー構造は主に２つの導波路を含み、一方は活
性半導体材料から成り、他方は不動絶縁体またはポリマ
から成る。下方の半導体導波路１００は、２つのミラー
により閉じ込められる。下部ミラー１０２は基板１０４
内への光の損失を阻止し、中央ミラー１０６は半導体導
波路１００と上部絶縁体導波路１０８間の結合を決定す
る。絶縁体導波路１０８上の上部ミラー１１０も、上部
導波路内に光を閉じ込めるために必要である。ミラー
（１０２、１０６、１１０）は、光がミラー内で消失
し、従って全内部反射により反射するように、低屈折率
の材料から形成されるか、或いは多層反共振層から形成
され得る。ミラーが反共振性であれば、製造がより単純
となり得る。なぜなら現状では、非常に長い低屈折率材
料を半導体導波路の下方に設ける単純な方法が存在しな
いからである（しかしながら、下記の参考文献２及び３
は、これを実現する方法を示している）。更に、中央ミ
ラー１０６が反共振タイプであれば上部導波路が高次の
モードに対して損失的となり、材料と大気間の界面がミ
ラー１１０として十分機能し、単一モード動作を維持す
るために追加の層を必要としない。レーザー放射用キャ
ビティを形成するために構造の両端にミラーが提供さ
れ、ミラー１１２は上部導波路１０８の右側に、ミラー
１１４は下部導波路１００の左側に設けられる。これら
のミラーは単に壁開面（cleaved facet）であったり、
反射率向上のための追加のコーティングを有し得る。こ
の結合導波路構造は、半導体導波路１００の左領域１１
６において利得を示し、同一導波路の右領域１１８にお
いて損失を示すように励起される。従って、２つの導波
路間を結合する光学場１２０だけが利得領域に遭遇し、
損失領域を回避してレーザー放射に寄与する。電気的に
は、中央ミラー１０６はｐ形に添加され、下部ミラー１
０２はｎ形に添加され、そして半導体導波路コア１００
は真性に維持される。量子井戸などの光利得を得ること
ができる材料が、次に導波路コア１００内に配置され
る。ｐ側及びｎ側からの電流の注入が、利得に必要な電
子及び正孔を提供する。
【００１７】必要となる励起方法及び横方向の閉じ込め
が図２に示される。中央ミラー１０６は、横方向の屈折
率変化を提供するための狭い５μｍ乃至１０μｍのスト
ライプを除き僅かにエッチングされる。低屈折率導波路
１０８が非エッチング領域の上部に形成され、素子長の
一部に電流を注入するために金属コンタクト・パッド２
００が導波路の片側に配置される。この励起領域１１６
が利得を提供し、非励起領域１１８が損失的となる。電
気的絶縁及びキャリア注入（carrier funneling）のた
めに、陽子打込み、ポリイミドなどの電気的絶縁層２０
２、またはメサ・エッチング（mesa etching）などの様
々な技術が使用され得る。これら全ての技術は既知であ
り、導波路レーザー及び面放射レーザーの両方において
使用される。全ての層が一様な厚さであれば、素子の長
さは１つの結合長にほぼ等しいはずである。素子が余り
に長いと光が半導体導波路内に再結合し始め、一方余り
に短いと導波路間の伝達が不完全となる。代わりに、例
えばコア導波路領域１０８の厚さまたは幅をテーパ状に
することにより、素子にテーパを付けてもよい。この様
子が図２に示される。
が図２に示される。中央ミラー１０６は、横方向の屈折
率変化を提供するための狭い５μｍ乃至１０μｍのスト
ライプを除き僅かにエッチングされる。低屈折率導波路
１０８が非エッチング領域の上部に形成され、素子長の
一部に電流を注入するために金属コンタクト・パッド２
００が導波路の片側に配置される。この励起領域１１６
が利得を提供し、非励起領域１１８が損失的となる。電
気的絶縁及びキャリア注入（carrier funneling）のた
めに、陽子打込み、ポリイミドなどの電気的絶縁層２０
２、またはメサ・エッチング（mesa etching）などの様
々な技術が使用され得る。これら全ての技術は既知であ
り、導波路レーザー及び面放射レーザーの両方において
使用される。全ての層が一様な厚さであれば、素子の長
さは１つの結合長にほぼ等しいはずである。素子が余り
に長いと光が半導体導波路内に再結合し始め、一方余り
に短いと導波路間の伝達が不完全となる。代わりに、例
えばコア導波路領域１０８の厚さまたは幅をテーパ状に
することにより、素子にテーパを付けてもよい。この様
子が図２に示される。
【００１８】素子上に別個の導波路１０８を形成するの
ではなく、図３に示されるような変形光ファイバ３００
を使用してもよい。ファイバ・コアがＤ字の平坦側に近
接するＤ字形ファイバが販売されている。こうしたファ
イバを半導体の上部に直接配置すると、光が既に光ファ
イバ・モード状態の結合導波路形状を実現し得る。端部
彫面ミラー（end facet mirror）１１２を形成するため
に、ＵＶ（紫外線）書込みブラッグ・ミラー（UV-writt
en Bragg mirror）、部分エッチング、または単にファ
イバを壁開することによるなど、様々な既知の技術を使
用することができる。
ではなく、図３に示されるような変形光ファイバ３００
を使用してもよい。ファイバ・コアがＤ字の平坦側に近
接するＤ字形ファイバが販売されている。こうしたファ
イバを半導体の上部に直接配置すると、光が既に光ファ
イバ・モード状態の結合導波路形状を実現し得る。端部
彫面ミラー（end facet mirror）１１２を形成するため
に、ＵＶ（紫外線）書込みブラッグ・ミラー（UV-writt
en Bragg mirror）、部分エッチング、または単にファ
イバを壁開することによるなど、様々な既知の技術を使
用することができる。
【００１９】下記の参考文献１は、同調可能（tunabl
e）フィルタとして使用される結合導波路構造について
述べており、そこでは周波数選択結合が異類の導波路間
で獲得される。参考文献１は両方の導波路に対応して半
導体を使用するので、周波数の選択性が制限されるとい
うことを示している。この周波数選択性は、素子長及び
非対称性の度合いに従い増加する。導波路を非常に非対
称に形成することにより短い素子長と高い選択性との共
存が可能になり、それにより縦ファブリ−ペロ・モード
間の区別を可能にする。レーザー構造では、このことが
単一周波数動作を可能にする。
e）フィルタとして使用される結合導波路構造について
述べており、そこでは周波数選択結合が異類の導波路間
で獲得される。参考文献１は両方の導波路に対応して半
導体を使用するので、周波数の選択性が制限されるとい
うことを示している。この周波数選択性は、素子長及び
非対称性の度合いに従い増加する。導波路を非常に非対
称に形成することにより短い素子長と高い選択性との共
存が可能になり、それにより縦ファブリ−ペロ・モード
間の区別を可能にする。レーザー構造では、このことが
単一周波数動作を可能にする。
【００２０】導波路間でこうした高度な非対称を獲得す
るために、異なる材料系が使用されなければならない。
例えば、一方の導波路が硝子などの絶縁体から成り、他
方が半導体から成る。クラッド領域（cladding region
s）または導波路（１００及び１０８）間及び両側のミ
ラー（それぞれ１０２、１０６及び１１２、１１４）
が、両方の導波路コアよりも低い屈折率を有する材料に
より、または多層反共振ミラーにより形成されなければ
ならない。導波路が高度に非対称であると、かなり低い
屈折率を有する絶縁層をクラッド層またはミラー層とし
て使用することが困難になる。その主な理由は、こうし
たミラーが半導体導波路１００の下方に配置されなけれ
ばならないからである。こうした埋込みクラッド領域を
形成するために、エピタキシャル・リフトオフ（参考文
献２参照）またはエピタキシャル層の選択的酸化（参考
文献３参照）を使用することが可能であるが、下記の好
適な態様で述べるように、ミラーの形成のために多層反
共振層を使用することの方が容易であろう。これらの多
層ミラーはビームを反射し、光を導波路内に閉じ込め
る。ＡＲＲＯＷ（anti-resonant reflecting optical w
aveguide：反共振反射光導波路）として知られるよう
に、こうしたミラーは従来、集積光学アプリケーション
においてクラッド領域を形成するために使用されてきた
（参考文献４参照）。垂直キャビティ・レーザーと異な
り、本発明は長い相互作用長のために高強度なエッジ放
射素子である。光が低屈折率導波路１０８の中から外に
結合されるので、モードが光ファイバにぴったり適合
し、結合が単純となるはずである。最も重要な点は、多
層が全てエピタキシャル成長プロセスにより形成される
ことにより、素子内に格子を形成するために複雑なリソ
グラフィが要求されないことである。
るために、異なる材料系が使用されなければならない。
例えば、一方の導波路が硝子などの絶縁体から成り、他
方が半導体から成る。クラッド領域（cladding region
s）または導波路（１００及び１０８）間及び両側のミ
ラー（それぞれ１０２、１０６及び１１２、１１４）
が、両方の導波路コアよりも低い屈折率を有する材料に
より、または多層反共振ミラーにより形成されなければ
ならない。導波路が高度に非対称であると、かなり低い
屈折率を有する絶縁層をクラッド層またはミラー層とし
て使用することが困難になる。その主な理由は、こうし
たミラーが半導体導波路１００の下方に配置されなけれ
ばならないからである。こうした埋込みクラッド領域を
形成するために、エピタキシャル・リフトオフ（参考文
献２参照）またはエピタキシャル層の選択的酸化（参考
文献３参照）を使用することが可能であるが、下記の好
適な態様で述べるように、ミラーの形成のために多層反
共振層を使用することの方が容易であろう。これらの多
層ミラーはビームを反射し、光を導波路内に閉じ込め
る。ＡＲＲＯＷ（anti-resonant reflecting optical w
aveguide：反共振反射光導波路）として知られるよう
に、こうしたミラーは従来、集積光学アプリケーション
においてクラッド領域を形成するために使用されてきた
（参考文献４参照）。垂直キャビティ・レーザーと異な
り、本発明は長い相互作用長のために高強度なエッジ放
射素子である。光が低屈折率導波路１０８の中から外に
結合されるので、モードが光ファイバにぴったり適合
し、結合が単純となるはずである。最も重要な点は、多
層が全てエピタキシャル成長プロセスにより形成される
ことにより、素子内に格子を形成するために複雑なリソ
グラフィが要求されないことである。
【００２１】指向性結合器構造は、一般に２つの同一の
導波路を互いに近接して形成することにより作られる。
厚さ及び屈折率が同一であるので、任意の導波路の光は
一方の導波路から隣の導波路へと結合し得る。２つの導
波路が異類で、層の厚さが異なる屈折率を補正するよう
に形成されるならば、位相マッチングは特定の導波路に
おいて発生し得る。この補正は特定の導波路においての
み発生するので、素子は周波数選択的となる。２つの導
波路がより異類になるにつれて、素子の分解能はより鋭
くなる。この原理が従来、同調可能フィルタにおいて使
用されてきた訳である（参考文献１参照）。一般に、こ
うした非対称結合器の波長分解能は、各導波路の１次モ
ードを用いて次のように書き表すことができる（参考文
献５及び７参照）。
導波路を互いに近接して形成することにより作られる。
厚さ及び屈折率が同一であるので、任意の導波路の光は
一方の導波路から隣の導波路へと結合し得る。２つの導
波路が異類で、層の厚さが異なる屈折率を補正するよう
に形成されるならば、位相マッチングは特定の導波路に
おいて発生し得る。この補正は特定の導波路においての
み発生するので、素子は周波数選択的となる。２つの導
波路がより異類になるにつれて、素子の分解能はより鋭
くなる。この原理が従来、同調可能フィルタにおいて使
用されてきた訳である（参考文献１参照）。一般に、こ
うした非対称結合器の波長分解能は、各導波路の１次モ
ードを用いて次のように書き表すことができる（参考文
献５及び７参照）。
【数１】 Δλres＝５βλ3／４π2（ｎ2 2−ｎ1 2）Ｌc （１）
【００２２】ここでβは光の伝播モードであり、λは波
長であり、ｎ1及びｎ2はそれぞれ２つの導波路の屈折率
であり、Ｌcは結合長である。単一縦モードだけを拾う
レーザー構造のために、この波長分解能は縦モード間隔
Δλlongに匹敵しなければならない。材料内での分散
（dispersion）を無視すると、これらのファブリ−ペロ
縦モード間の間隔は次のように書き表せる。
長であり、ｎ1及びｎ2はそれぞれ２つの導波路の屈折率
であり、Ｌcは結合長である。単一縦モードだけを拾う
レーザー構造のために、この波長分解能は縦モード間隔
Δλlongに匹敵しなければならない。材料内での分散
（dispersion）を無視すると、これらのファブリ−ペロ
縦モード間の間隔は次のように書き表せる。
【数２】Δλlong＝πλ／２βＬ （２）
【００２３】従って、Δλlong≧Δλresと設定する
と、素子長Ｌは結合長Ｌcに等しくなり、有効屈折率が
上部導波路に適合すると仮定すると、導波路間の非対称
度は次のようでなければならない。
と、素子長Ｌは結合長Ｌcに等しくなり、有効屈折率が
上部導波路に適合すると仮定すると、導波路間の非対称
度は次のようでなければならない。
【数３】ｎ2≧１．６ｎ1 （３）
【００２４】全ての半導体材料において式（３）を満足
することは非常に困難であるが、第１の材料が絶縁体で
あり、第２の材料が半導体であればこれは可能となる。
こうした素子では、結合の波長分解能が縦ファブリ−ペ
ロ・モード間の区別を十分に可能にし、結果的に単一モ
ード・レーザーを生成する。こうした結合導波路構造が
図１に示される。
することは非常に困難であるが、第１の材料が絶縁体で
あり、第２の材料が半導体であればこれは可能となる。
こうした素子では、結合の波長分解能が縦ファブリ−ペ
ロ・モード間の区別を十分に可能にし、結果的に単一モ
ード・レーザーを生成する。こうした結合導波路構造が
図１に示される。
【００２５】垂直キャビティ共振器及び結合導波路の両
者に関して物理学的に説明することができる。反共振ミ
ラーを有することにより、構造は垂直キャビティ共振器
と類似するが、自由空間内の層に垂直なβ＝０モードへ
の結合の代わりに、本発明では上部層上の導波路モード
の低いβ値に結合する。上部導波路が半導体層と非常に
異なる限り、高い波長選択性が獲得される。構造はまた
指向性結合器にも類似し、半導体共振器及び絶縁体が２
つの導波路を形成する。
者に関して物理学的に説明することができる。反共振ミ
ラーを有することにより、構造は垂直キャビティ共振器
と類似するが、自由空間内の層に垂直なβ＝０モードへ
の結合の代わりに、本発明では上部層上の導波路モード
の低いβ値に結合する。上部導波路が半導体層と非常に
異なる限り、高い波長選択性が獲得される。構造はまた
指向性結合器にも類似し、半導体共振器及び絶縁体が２
つの導波路を形成する。
【００２６】参考文献７は、多重波長素子の指向性結合
器構造における結合の周波数選択性について述べてい
る。半導体における屈折率３．５及びポリマにおける屈
折率１．６を用いて、約１００μｍの結合長において
０．５ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width Half Ma
ximum）分解能を獲得できる。これらの共振キャビティ
内での伝播は、結合長に渡り１ｄＢ以下の損失を有し得
る。一方の導波路から隣の導波路への伝達過程は１００
％に近い効率を有する。こうしたレーザー構造に必要な
全てのコンポーネントは、これまで独立に検証されてき
た。
器構造における結合の周波数選択性について述べてい
る。半導体における屈折率３．５及びポリマにおける屈
折率１．６を用いて、約１００μｍの結合長において
０．５ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width Half Ma
ximum）分解能を獲得できる。これらの共振キャビティ
内での伝播は、結合長に渡り１ｄＢ以下の損失を有し得
る。一方の導波路から隣の導波路への伝達過程は１００
％に近い効率を有する。こうしたレーザー構造に必要な
全てのコンポーネントは、これまで独立に検証されてき
た。
【００２７】２つの導波路間の効率的な結合を保証する
ために、素子長を結合長に調整するか、或いは構造内に
テーパを生成することができる。一様な層では、光が半
導体から上部導波路に１つの結合長において伝達する。
或いは、より長い構造及び導波路内のテーパの使用によ
り、単方向結合を保証することができる。これは半導体
層内のテーパにより、または上部導波路の幅をリソグラ
フィによりテーパ状に形成することにより達成し得る。
ために、素子長を結合長に調整するか、或いは構造内に
テーパを生成することができる。一様な層では、光が半
導体から上部導波路に１つの結合長において伝達する。
或いは、より長い構造及び導波路内のテーパの使用によ
り、単方向結合を保証することができる。これは半導体
層内のテーパにより、または上部導波路の幅をリソグラ
フィによりテーパ状に形成することにより達成し得る。
【００２８】理想的には、半導体導波路が横方向におい
て単一モードで作用することが望ましい。従来のレーザ
ーにおいてリッジ（ridge）導波路が形成されるのと同
様に、上部導波路を付着する以前に半導体層をエッチン
グすると、単一モード導波路に対して要求される僅かな
横方向屈折率変調が形成される。上部導波路も横方向屈
折率変化を用いて、単一モードとされ得る。参考文献７
の従来のデマルチプレクサでは横方向の閉じ込めが、Ｕ
Ｖ露光によりポリマ内の屈折率を変更することにより達
成された。コアをクラッド法（cladding）またはドーパ
ント拡散により埋め込むなどの、他の技術も有効であろ
う。
て単一モードで作用することが望ましい。従来のレーザ
ーにおいてリッジ（ridge）導波路が形成されるのと同
様に、上部導波路を付着する以前に半導体層をエッチン
グすると、単一モード導波路に対して要求される僅かな
横方向屈折率変調が形成される。上部導波路も横方向屈
折率変化を用いて、単一モードとされ得る。参考文献７
の従来のデマルチプレクサでは横方向の閉じ込めが、Ｕ
Ｖ露光によりポリマ内の屈折率を変更することにより達
成された。コアをクラッド法（cladding）またはドーパ
ント拡散により埋め込むなどの、他の技術も有効であろ
う。
【００２９】下部半導体導波路１００内の利得材料を電
気的に励起するために、図２に示されるようにｐ-ｉ-ｎ
構造を形成するように材料が添加され、コンタクト・パ
ッドが素子の片側に配置される。金属コンタクト・パッ
ドを分離し、導波路内だけへの注入を保証するために、
陽子打込みまたは絶縁材料が使用され得る。必要に応じ
て、ＶＣＳＥＬ構造において例証されるように埋込み型
打込み（buried implants）がキャリアを直接、活性領
域に注入し得る。
気的に励起するために、図２に示されるようにｐ-ｉ-ｎ
構造を形成するように材料が添加され、コンタクト・パ
ッドが素子の片側に配置される。金属コンタクト・パッ
ドを分離し、導波路内だけへの注入を保証するために、
陽子打込みまたは絶縁材料が使用され得る。必要に応じ
て、ＶＣＳＥＬ構造において例証されるように埋込み型
打込み（buried implants）がキャリアを直接、活性領
域に注入し得る。
【００３０】本発明の構造は、集積光学アプリケーショ
ンにおいて非常に有用である。例えば、上部絶縁体は非
線形光学特性を有することができたり、或いはレーザー
・ビームを走査するために音響光学（ＡＯ：Acousto-Op
tic）要素を含むことができる。或いは、導波路を光フ
ァイバに結合する代わりに、図３に示されるように素子
の上部にＤ字形ファイバを使用することができる。この
時、出力端ミラーは光ファイバ内の誘導ミラーであって
よい。モードが正確にファイバに適合するだけでなく、
ファイバと素子との位置合わせのためのコストが大幅に
低減される。
ンにおいて非常に有用である。例えば、上部絶縁体は非
線形光学特性を有することができたり、或いはレーザー
・ビームを走査するために音響光学（ＡＯ：Acousto-Op
tic）要素を含むことができる。或いは、導波路を光フ
ァイバに結合する代わりに、図３に示されるように素子
の上部にＤ字形ファイバを使用することができる。この
時、出力端ミラーは光ファイバ内の誘導ミラーであって
よい。モードが正確にファイバに適合するだけでなく、
ファイバと素子との位置合わせのためのコストが大幅に
低減される。
【００３１】こうした異類の材料を素子内に一緒に配置
するために、エピタキシャル・リフトオフまたは埋込み
層の選択的酸化などの新規なプロセス技術、或いは反共
振ミラーの使用が必要とされる。多重波長素子におい
て、絶縁体導波路を半導体共振器と結合するために反共
振ミラーを使用することについては既に述べた。一方の
導波路の厚さ内にテーパを含むことにより、異なる波長
がファイバの異なる位置において内から外に結合される
（参考文献５参照）。活性素子では、同一フィルタ特性
を用いて素子から峡帯域放射を生成し得る（参考文献６
参照）。本願では、この技術がＤＦＢレーザーの代用と
なる低コストの単一周波数レーザーを形成するために使
用される方法について説明する。
するために、エピタキシャル・リフトオフまたは埋込み
層の選択的酸化などの新規なプロセス技術、或いは反共
振ミラーの使用が必要とされる。多重波長素子におい
て、絶縁体導波路を半導体共振器と結合するために反共
振ミラーを使用することについては既に述べた。一方の
導波路の厚さ内にテーパを含むことにより、異なる波長
がファイバの異なる位置において内から外に結合される
（参考文献５参照）。活性素子では、同一フィルタ特性
を用いて素子から峡帯域放射を生成し得る（参考文献６
参照）。本願では、この技術がＤＦＢレーザーの代用と
なる低コストの単一周波数レーザーを形成するために使
用される方法について説明する。
【００３２】こうしたレーザーの厳密な設計は極めて直
接的である。構造の様々な性能パラメータが、上記の参
考文献７で示されるのと同一の式を用いて計算される。
コンタクト、分離、及びレーザー動作のためのフィード
バックが上述の単純なデマルチプレクサに追加されねば
ならない。これらの技術については既知である。
接的である。構造の様々な性能パラメータが、上記の参
考文献７で示されるのと同一の式を用いて計算される。
コンタクト、分離、及びレーザー動作のためのフィード
バックが上述の単純なデマルチプレクサに追加されねば
ならない。これらの技術については既知である。
【００３３】上部導波路１０８については、導波路モー
ド角を厚さ及び屈折率から計算することができる。我々
の実験では、低屈折率のポリマを上部導波路１０８とし
て使用した。通常、こうしたポリマは約１．６の屈折率
を有し、５μｍの厚さが光ファイバ・モードとの近いマ
ッチングを提供する。０．８５μｍの波長ではモード角
は法線から約８７゜である。半導体層（１００、１１６
及び１１８）内の角度が次にスネルの法則（Snell's la
w）から計算され、各層内で適切なモード角において１
／４波長を提供するように層の厚さが適切に調整され
る。ＡｌＡｓ（ｎ＝３．０）ではモード角が３２゜であ
り、それに対応する厚さが８１．７ｎｍである。Ａｌ
0.3Ｇａ0.7Ａｓでは、モード角は２３゜であり、それに
対応する厚さは６７．８ｎｍである。１波長低いＡｌ
0.2Ｇａ0.8Ａｓの導波路またはキャビティ１００は、２
６６ｎｍの厚さを要求する。ＡｌＡｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓの６周期中央ミラー１０６は０．９９の反射率、２
００μｍの結合長、及び１ｎｍよりも優れた波長分解能
を有する。３０．５周期の下部ミラー１０２は９９．９
９％の反射率を有する。下部半導体導波路１００の中央
の７．５ｎｍの３つのＧａＡｓ量子井戸は各横断におい
て約３％の利得を提供すべきであり、これはα＝６００
ｃｍ-1の利得に対応する（ミラー内への侵入深度（pene
tration depth、入射光強度が１／ｅになる深さ）を含
む有効キャビティ長は約９３０ｎｍであり、モードは法
線に対して約３０゜で伝達する）。中央ミラー１０６は
ｐ形に、下部ミラー１０２はｎ形にそれぞれ約３×１０
18／ｃｍ3に添加される。この添加は、界面における散
乱（scattering）と一緒に特定の光学損失を引き起こ
し、それらにはエンド・ミラー（１１２及び１１４）に
おける損失、並びに上部導波路（１０８）損失が含まれ
る。実験的には、２００μｍの素子において、３つのＱ
Ｗ（量子井戸）からの利得によりこれらの損失を十分に
克服できることが判明した。上部導波路内での横方向の
閉じ込めは、リッジ構造においてポリマをエッチングす
ることにより実現され得る。通常の導波路方程式を用い
て、１０μｍ幅及び５μｍ厚の導波路はエッチングの深
さが約１μｍであれば単一モードに留まる。半導体内に
おける横方向閉じ込めについても、中央ミラー１０６を
僅かにエッチングすることにより実現され得る。５ｎｍ
のエッチングは０．０１５の有効屈折率の差を生成し、
これは過度な閉じ込めを提供する。
ド角を厚さ及び屈折率から計算することができる。我々
の実験では、低屈折率のポリマを上部導波路１０８とし
て使用した。通常、こうしたポリマは約１．６の屈折率
を有し、５μｍの厚さが光ファイバ・モードとの近いマ
ッチングを提供する。０．８５μｍの波長ではモード角
は法線から約８７゜である。半導体層（１００、１１６
及び１１８）内の角度が次にスネルの法則（Snell's la
w）から計算され、各層内で適切なモード角において１
／４波長を提供するように層の厚さが適切に調整され
る。ＡｌＡｓ（ｎ＝３．０）ではモード角が３２゜であ
り、それに対応する厚さが８１．７ｎｍである。Ａｌ
0.3Ｇａ0.7Ａｓでは、モード角は２３゜であり、それに
対応する厚さは６７．８ｎｍである。１波長低いＡｌ
0.2Ｇａ0.8Ａｓの導波路またはキャビティ１００は、２
６６ｎｍの厚さを要求する。ＡｌＡｓ／Ａｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓの６周期中央ミラー１０６は０．９９の反射率、２
００μｍの結合長、及び１ｎｍよりも優れた波長分解能
を有する。３０．５周期の下部ミラー１０２は９９．９
９％の反射率を有する。下部半導体導波路１００の中央
の７．５ｎｍの３つのＧａＡｓ量子井戸は各横断におい
て約３％の利得を提供すべきであり、これはα＝６００
ｃｍ-1の利得に対応する（ミラー内への侵入深度（pene
tration depth、入射光強度が１／ｅになる深さ）を含
む有効キャビティ長は約９３０ｎｍであり、モードは法
線に対して約３０゜で伝達する）。中央ミラー１０６は
ｐ形に、下部ミラー１０２はｎ形にそれぞれ約３×１０
18／ｃｍ3に添加される。この添加は、界面における散
乱（scattering）と一緒に特定の光学損失を引き起こ
し、それらにはエンド・ミラー（１１２及び１１４）に
おける損失、並びに上部導波路（１０８）損失が含まれ
る。実験的には、２００μｍの素子において、３つのＱ
Ｗ（量子井戸）からの利得によりこれらの損失を十分に
克服できることが判明した。上部導波路内での横方向の
閉じ込めは、リッジ構造においてポリマをエッチングす
ることにより実現され得る。通常の導波路方程式を用い
て、１０μｍ幅及び５μｍ厚の導波路はエッチングの深
さが約１μｍであれば単一モードに留まる。半導体内に
おける横方向閉じ込めについても、中央ミラー１０６を
僅かにエッチングすることにより実現され得る。５ｎｍ
のエッチングは０．０１５の有効屈折率の差を生成し、
これは過度な閉じ込めを提供する。
【００３４】素子の加工は、面放射レーザーにおける既
知の技術の変更である。深い陽子打込みは、上部導波路
の下方の半導体層内を除く至る所で電流の流れを制限す
る。一方、浅い陽子打込みは素子の分離を提供する。上
部導波路の片側のコンタクトは上部ｐ形ミラーを通じる
電流注入を提供し、また基板の裏側へのオーミック・コ
ンタクトはｎ形側へのコンタクトを提供する。電流は２
００μｍの素子の１／２乃至３／４に沿って注入され、
素子の残りの部分は損失性を維持する。素子の両側の壁
開は出力結合器として機能する。必要に応じてポリマ反
射物が被覆され、素子のしきい値を低減する。
知の技術の変更である。深い陽子打込みは、上部導波路
の下方の半導体層内を除く至る所で電流の流れを制限す
る。一方、浅い陽子打込みは素子の分離を提供する。上
部導波路の片側のコンタクトは上部ｐ形ミラーを通じる
電流注入を提供し、また基板の裏側へのオーミック・コ
ンタクトはｎ形側へのコンタクトを提供する。電流は２
００μｍの素子の１／２乃至３／４に沿って注入され、
素子の残りの部分は損失性を維持する。素子の両側の壁
開は出力結合器として機能する。必要に応じてポリマ反
射物が被覆され、素子のしきい値を低減する。
【００３５】要するに、単一モード動作を保証するキャ
ビティ内周波数選択要素を有する新規のレーザー構造に
ついて述べた。こうした垂直格子は、ＤＦＢまたはＤＢ
Ｒレーザーにおいて使用されるリソグラフィック格子に
比較してはるかに単純に製造することができる。更に、
光出力が厚い対称導波路から放射するので、光ファイバ
への結合損失または集積光学アプリケーションにおける
結合損失が低減する。
ビティ内周波数選択要素を有する新規のレーザー構造に
ついて述べた。こうした垂直格子は、ＤＦＢまたはＤＢ
Ｒレーザーにおいて使用されるリソグラフィック格子に
比較してはるかに単純に製造することができる。更に、
光出力が厚い対称導波路から放射するので、光ファイバ
への結合損失または集積光学アプリケーションにおける
結合損失が低減する。
【００３６】参考文献： １ B.Broberg、B.S.Lindgren、M.G.Oberg、及びH.Jian
gによる"A novel integrated optics filter in InGaAs
P-InP"、J.Lightwave Technology、vol.LT-4、p.196、1
986。 ２ E.Yablonovich、T.J.Gmitter、J.P.Harbison、及び
R.BhatによるApplied Physics Letter、vol.51、p.2222
（1987）。 ３ M.H.MacDougal、P.D.Dapkus、V.Pudikov、H.Zhao、
及びG.M.Yangによる"Ultralow threshold vertical-cav
ity surface-emitting lasers with AlAs Oxide-GaAs d
istributed bragg reflectors"、IEEE Photonics Techn
ology Letters、Vol.7(3)、p.229(1995)。 ４ M.A.Duguay、T.L.Koch、Y.Kokubun、及びL.Pfeiffe
rによる米国特許第４７１５６７２号"Optical waveguid
e utilizing an antiresonant layered structure"、De
c.29、1987。 ５ J.A.Kash、B.Pezeshki、及びF.Tongによる米国特許
第５３４３５４２号"Tapered Fabry-Perot waveguide o
ptical demultiplexer"、Aug.30、1994。 ６ J.A.Kash、D.W.Kisker、B.Pezeshki、及びF.Tongに
よる"Tapered Fabry-Perot multi-wavelength optical
source"、Patent filed YO993-102、SN 08/145259、Oct
ober 29、1993。 ７ B.Pezeshki、F.Tong、J.A.Kash、及びD.W.Kiskerに
よる"Vertical cavity devices as wavelength selecti
ve elements"、Journal of Lightwave Technology、vo
l.12（4）、p.1791（1994）。
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rによる米国特許第４７１５６７２号"Optical waveguid
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第５３４３５４２号"Tapered Fabry-Perot waveguide o
ptical demultiplexer"、Aug.30、1994。 ６ J.A.Kash、D.W.Kisker、B.Pezeshki、及びF.Tongに
よる"Tapered Fabry-Perot multi-wavelength optical
source"、Patent filed YO993-102、SN 08/145259、Oct
ober 29、1993。 ７ B.Pezeshki、F.Tong、J.A.Kash、及びD.W.Kiskerに
よる"Vertical cavity devices as wavelength selecti
ve elements"、Journal of Lightwave Technology、vo
l.12（4）、p.1791（1994）。
【００３７】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００３８】（１）単一縦モードで光を発振するレーザ
ー装置であって、互いに共線的な１対の結合形で異類の
導波路であって、上記導波路間の周波数選択結合が異な
る縦モードに対応する波長間の区別を可能にするよう
に、上記導波路の長さが定められる上記導波路と、上記
導波路対に接触し、上記導波路対を分離するミラーであ
って、上記導波路対間で結合される上記光だけがネット
の光利得を獲得する上記ミラーと、を含む、レーザー装
置。 （２）上記導波路の両側に１対のエンド・ミラーを含
む、上記（１）記載の装置。 （３）上記導波路対を分離する上記ミラーが反共振層を
有する多層ミラーである、上記（１）記載の装置。 （４）上記導波路の一方の全長の一部分を励起する手段
であって、上記一方の導波路内の上記一部分の外側で光
損失が発生する上記励起手段を含む、上記（１）記載の
装置。 （５）上記導波路の一方が光ファイバである、上記
（１）記載の装置。 （６）少なくとも上記導波路の一方の全長に沿ってテー
パを有し、上記テーパが光の伝播定数を上記一方の導波
路の全長に沿って空間的に変化させる、上記（１）記載
の装置。 （７）上記導波路の一方が非線形光学材料である、上記
（１）記載の装置。
ー装置であって、互いに共線的な１対の結合形で異類の
導波路であって、上記導波路間の周波数選択結合が異な
る縦モードに対応する波長間の区別を可能にするよう
に、上記導波路の長さが定められる上記導波路と、上記
導波路対に接触し、上記導波路対を分離するミラーであ
って、上記導波路対間で結合される上記光だけがネット
の光利得を獲得する上記ミラーと、を含む、レーザー装
置。 （２）上記導波路の両側に１対のエンド・ミラーを含
む、上記（１）記載の装置。 （３）上記導波路対を分離する上記ミラーが反共振層を
有する多層ミラーである、上記（１）記載の装置。 （４）上記導波路の一方の全長の一部分を励起する手段
であって、上記一方の導波路内の上記一部分の外側で光
損失が発生する上記励起手段を含む、上記（１）記載の
装置。 （５）上記導波路の一方が光ファイバである、上記
（１）記載の装置。 （６）少なくとも上記導波路の一方の全長に沿ってテー
パを有し、上記テーパが光の伝播定数を上記一方の導波
路の全長に沿って空間的に変化させる、上記（１）記載
の装置。 （７）上記導波路の一方が非線形光学材料である、上記
（１）記載の装置。
【図１】２つの導波路、結合を制御するミラー、エンド
・ミラー、及び光フィードバック・パスを示す図であ
る。
・ミラー、及び光フィードバック・パスを示す図であ
る。
【図２】こうしたレーザーにおいて要求されるポンピン
グ構造を示す図である。
グ構造を示す図である。
【図３】本発明の素子がＤ字形光ファイバと共に使用さ
れる様子を示す図である。
れる様子を示す図である。
１００ 半導体導波路 １０２ 下部ミラー １０４ 基板 １０６ 中央ミラー １０８ 絶縁体導波路 １１０ 上部ミラー １１２、１１４ エンド・ミラー １１６ 利得領域 １１８ 損失領域 １２０ 光学場 ２００ 金属コンタクト・パッド ２０２ ポリイミド ３００ 変形光ファイバ
フロントページの続き (72)発明者 バーディア・ペゼスキ アメリカ合衆国、コネチカット州スタン フォード、チャトフィールド・ストリー ト 27 (72)発明者 フランクリン・フ−カイ・トン アメリカ合衆国06907、コネチカット州 スタンフォード、パリー・ロード 108 (56)参考文献 特開 平７−22700（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−239209（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−63012（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−162085（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−25420（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01S 3/00 - 3/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (7)
- 【請求項１】単一縦モードで光を発振するレーザー装置
であって、結合形で互いに共線的である異類の１対の導波路であっ
て、 上記導波路間の周波数選択結合が異なる縦モードに
対応する波長間の区別を可能にするように、上記導波路
の長さが定められる上記導波路と、 上記導波路対に接触し、上記導波路対を分離するミラー
であって、上記導波路対間で結合される上記光だけがネ
ットの光利得を獲得する上記ミラーと、 を含む、レーザー装置。 - 【請求項２】上記１対の導波路の第１の導波路は、第１
の端部に第１のエンドミラーを有し、上記１対の導波路
の第２の導波路は、前記第１の端部とは反対側の第２の
端部に第２のエンドミラーを有する、請求項１に記載の
装置。 - 【請求項３】上記導波路対を分離する上記ミラーが反共
振層を有する多層ミラーである、請求項１記載の装置。 - 【請求項４】上記導波路の一方の全長の一部分を励起す
る手段であって、上記一方の導波路内の上記一部分の外
側で光損失が発生する上記励起手段を含む、請求項１記
載の装置。 - 【請求項５】上記導波路の一方が光ファイバである、請
求項１記載の装置。 - 【請求項６】少なくとも上記導波路の一方の全長に沿っ
てテーパを有し、上記テーパが光の伝播定数を上記一方
の導波路の全長に沿って空間的に変化させる、請求項１
記載の装置。 - 【請求項７】上記導波路の一方が非線形光学材料であ
る、請求項１記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/427,537 US5528616A (en) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | Asymmetric dual waveguide laser |
| US427537 | 1995-04-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08298355A JPH08298355A (ja) | 1996-11-12 |
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ID=23695292
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08132296A Expired - Fee Related JP3266497B2 (ja) | 1995-04-24 | 1996-04-03 | レーザー装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5528616A (ja) |
| EP (1) | EP0742618B1 (ja) |
| JP (1) | JP3266497B2 (ja) |
| KR (1) | KR100216959B1 (ja) |
| DE (1) | DE69601388T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| CA2165119C (en) * | 1995-12-13 | 2006-10-03 | Vincent Delisle | Antiresonant waveguide apparatus for periodically selecting a series of at least one optical wavelength from an incoming light signal |
| US5694412A (en) * | 1996-04-08 | 1997-12-02 | He Holdings Inc. | Epitaxial visible-light-emitting devices with light extracted through the substrate and method of making same |
| DE19640005A1 (de) * | 1996-09-27 | 1998-04-02 | Siemens Ag | Halbleitervorrichtung und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US6236773B1 (en) | 1998-12-15 | 2001-05-22 | Texas Instruments Incorporated | Single wavelength semiconductor laser with grating-assisted dielectric waveguide coupler |
| DE10046580A1 (de) * | 2000-09-20 | 2002-04-04 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiter-Laser |
| US7649916B2 (en) * | 2004-06-30 | 2010-01-19 | Finisar Corporation | Semiconductor laser with side mode suppression |
| DE102007058950A1 (de) * | 2007-09-28 | 2009-04-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Kantenemittierender Halbleiterlaser mit einem Wellenleiter |
| GB0723893D0 (en) * | 2007-12-06 | 2008-01-16 | Univ Cardiff | Analysis device and analysis techniques |
| US9557484B1 (en) * | 2014-02-06 | 2017-01-31 | Aurrion, Inc. | High-efficiency optical waveguide transitions |
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|---|---|---|---|---|
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| US4639922A (en) * | 1984-09-28 | 1987-01-27 | Bell Communications Research, Inc. | Single mode injection laser structure |
| US4730327A (en) * | 1985-12-16 | 1988-03-08 | Lytel Incorporated | Dual channel fabry-perot laser |
| US4715672A (en) * | 1986-01-06 | 1987-12-29 | American Telephone And Telegraph Company | Optical waveguide utilizing an antiresonant layered structure |
| US5343542A (en) * | 1993-04-22 | 1994-08-30 | International Business Machines Corporation | Tapered fabry-perot waveguide optical demultiplexer |
| US5422898A (en) * | 1993-10-29 | 1995-06-06 | International Business Machines Corporation | Tapered Fabry-Perot multi-wavelength optical source |
-
1995
- 1995-04-24 US US08/427,537 patent/US5528616A/en not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-04-03 JP JP08132296A patent/JP3266497B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1996-04-09 EP EP96105534A patent/EP0742618B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-09 DE DE69601388T patent/DE69601388T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-19 KR KR1019960012018A patent/KR100216959B1/ko not_active IP Right Cessation
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| DE69601388T2 (de) | 1999-09-02 |
| DE69601388D1 (de) | 1999-03-04 |
| JPH08298355A (ja) | 1996-11-12 |
| EP0742618B1 (en) | 1999-01-20 |
| US5528616A (en) | 1996-06-18 |
| EP0742618A2 (en) | 1996-11-13 |
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