JP6452089B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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Description
第1のフォトルミネッセンスピーク波長を有する第1量子ドットと、前記第1のフォトルミネッセンスピーク波長と異なる第2のフォトルミネッセンスピーク波長を有する第2量子ドットを利得媒質とする量子ドット利得素子と、
前記利得媒質の光軸方向の一端面をひとつの反射面とする外部共振器と、
前記外部共振器中に挿入されて特定の周波数の光を選択する光学的フィルタと、
を有し、
前記第1のフォトルミネッセンスピーク波長をλ1、前記第2のフォトルミネッセンスピーク波長をλ2、前記第1量子ドットのフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅をλFWHM1、前記第2量子ドットのフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅をλFWHM2、前記光学的フィルタで決まる周波数間隔をλFSRとすると、
λFSR+C2・(λFWHM1+λFWHM2)/2<λ1−λ2<λFSR+C1・(λFWHM1+λFWHM2) /2
の条件を満たすことを特徴とする。ここで、C1、C2は1より小さい正の定数である。
L1-L2≧2×λFSR (1)
を満たす電流領域が存在する。図5及び図6の例では100mA近傍がその電流領域に該当する。式(1)を別の表現で説明すると、1番目の発振スペクトルと2番目の発振スペクトルの間に、1つ以上の発振スペクトルが等間隔で立つ条件である。これは、半導体レーザ1の利得媒質の隣接するPLピーク波長間の間隔が、エタロンフィルタの波長間隔λFSRよりも広いために生じる現象である。PLピーク波長間の間隔が、エタロンフィルタの波長間隔λFSRよりも狭い場合は注入した電子がエネルギーの低い順位から徐々に詰まっていくため、隣接したチャンネルから順次発振していくが、実施形態では2つの利得領域が存在するために、発振波長に飛びが現れる。
(2)
ここで、C1、C2は定数である。
実施形態では、λFWHM1は38.6nm、λFWHM2は37.4nmであり、λFWHM1≒λFWHM2=λFWHMと近似できる。この場合、図4(A)〜図4(D)の結果を用いて定数を計算すると、C1=0.86、C2=0.50となる。この定数値は、FSR10nm以上、20nm未満(1800GHz<FSR<3600GHz)の範囲にわたって妥当する定数値である。式(2)または式(3)の範囲内で、目的とする発振間隔と、隣接するPLピーク波長間の間隔及び各PLスペクトルの半値全幅を設計することができる。
(付記1)
第1のフォトルミネッセンスピーク波長を有する第1量子ドットと、前記第1のフォトルミネッセンスピーク波長と異なる第2のフォトルミネッセンスピーク波長を有する第2量子ドットを利得媒質とする量子ドット利得素子と、
前記利得媒質の光軸方向の一端面をひとつの反射面とする外部共振器と、
前記外部共振器中に挿入されて特定の周波数の光を選択する光学的フィルタと、
を有し、
前記第1のフォトルミネッセンスピーク波長をλ1、前記第2のフォトルミネッセンスピーク波長をλ2、前記第1量子ドットのフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅をλFWHM1、前記第2量子ドットのフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅をλFWHM2、前記光学的フィルタで決まる周波数間隔をλFSRとすると、
λFSR+C2・(λFWHM1+λFWHM2)/2<λ1−λ2<λFSR+C1・(λFWHM1+λFWHM2)/2
の条件を満たし、C1、C2は1より小さい正の定数であることを特徴とする半導体レーザ装置。
(付記2)
前記条件式で、C1=0.86、C2=0.50であることを特徴とする付記1に記載の半導体レーザ装置。
(付記3)
前記光学的フィルタの自由スペクトルレンジは、800GHzより大きく、3600GHzより小さい範囲で選択されることを特徴とする付記1または2に記載の半導体レーザ装置。
(付記4)
前記第1量子ドットと前記第2量子ドットは、異なる歪状態を有することを特徴とする付記1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
(付記5)
前記第1量子ドットと前記第2量子ドットは異なる積層数でコラム状に積層されたコラムナドットであることを特徴とする付記1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
(付記6)
前記量子ドット利得素子は半導体基板上に搭載され、
前記外部共振器は、前記半導体基板上に形成された光学的反射素子と、前記量子ドット利得素子と前記光学的反射素子の間の前記半導体基板上に形成されて前記特定の周波数の光を透過させる共振器とを含むことを特徴とする付記1〜5のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
(付記7)
前記光学的フィルタは、エタロンフィルタであることを特徴とする付記1〜5の何れかに記載の半導体レーザ装置。
(付記8)
前記利得媒質の利得スペクトルは、前記第1のフォトルミネッセンスピーク波長を中心とする第1の利得領域と、前記第2のフォトルミネッセンスピーク波長を中心とする第2の利得領域と、前記第1の利得領域と前記第2の利得領域に挟まれる非利得領域を有することを特徴とする付記1〜7のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
10 活性層
13 InAs量子ドット(第1量子ドット)
15 InAs量子ドット(第2量子ドット)
20 外部共振器型半導体レーザ(半導体レーザ装置)
21 ミラー(光学的反射素子)
22 エタロンフィルタ(光学的フィルタ)
49a コラムナドット(第1量子ドット)
49b コラムナドット(第2量子ドット)
60 モノリシック型半導体レーザ(半導体レーザ装置)
73 リング共振器(光学的フィルタ)
76 DBRミラー(光学的反射素子)
70 量子ドット利得素子
Claims (5)
- 第1のフォトルミネッセンスピーク波長を有する第1量子ドットと、前記第1のフォトルミネッセンスピーク波長と異なる第2のフォトルミネッセンスピーク波長を有する第2量子ドットを利得媒質とする量子ドット利得素子と、
前記利得媒質の光軸方向の一端面をひとつの反射面とする外部共振器と、
前記外部共振器中に挿入されて特定の周波数の光を選択する光学的フィルタと、
を有し、
前記第1のフォトルミネッセンスピーク波長をλ1、前記第2のフォトルミネッセンスピーク波長をλ2、前記第1量子ドットのフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅をλFWHM1、前記第2量子ドットのフォトルミネッセンススペクトルの半値全幅をλFWHM2、前記光学的フィルタで決まる周波数間隔をλFSRとすると、
λFSR+C2・(λFWHM1+λFWHM2)/2<λ1−λ2<λFSR+C1・(λFWHM1+λFWHM2)/2
の条件を満たし、C1、C2は1より小さい正の定数であることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記条件で、C1=0.86、C2=0.50であることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ装置。
- 前記光学的フィルタの自由スペクトルレンジは、800GHzより大きく、3600GHzより小さい範囲で選択されることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体レーザ装置。
- 前記第1量子ドットと前記第2量子ドットは、異なる歪状態を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
- 前記第1量子ドットと前記第2量子ドットは異なる積層数でコラム状に積層されたコラムナドットであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体レーザ装置。
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