JPH01231387A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH01231387A JPH01231387A JP5611688A JP5611688A JPH01231387A JP H01231387 A JPH01231387 A JP H01231387A JP 5611688 A JP5611688 A JP 5611688A JP 5611688 A JP5611688 A JP 5611688A JP H01231387 A JPH01231387 A JP H01231387A
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- light
- reflection film
- lens
- single mode
- light emitting
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- Pending
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 19
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 5
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 16
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
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
- H01S5/10—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
- H01S5/14—External cavity lasers
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
半導体発光素子の発光機構、特にその発振波長の波長ｉ
ｊ＜ ＪＲ機構に関し、 従来のレーザダイオード（ＬＤ）の外部に共振器を設け
ることにより、発振波長を単一モード化させる半導体発
光素子を提供することを目的とし、半導体レーザダイオ
ードに面するレンズの片端面は凹型に加工され、当該面
に該レーザダイオードの出光面の第１の反射膜よりもよ
り高い反射率の第２の反射膜を付加して半導体レーザダ
イオードの外部共振器を構成し半導体レーザダイオード
の出力光を単一波長の光となし、該単一波長光をレンズ
にて集光して単一モード光ファイバに入射する構成とし
たことを特徴とする半導体発光素子を含み構成する。
ｊ＜ ＪＲ機構に関し、 従来のレーザダイオード（ＬＤ）の外部に共振器を設け
ることにより、発振波長を単一モード化させる半導体発
光素子を提供することを目的とし、半導体レーザダイオ
ードに面するレンズの片端面は凹型に加工され、当該面
に該レーザダイオードの出光面の第１の反射膜よりもよ
り高い反射率の第２の反射膜を付加して半導体レーザダ
イオードの外部共振器を構成し半導体レーザダイオード
の出力光を単一波長の光となし、該単一波長光をレンズ
にて集光して単一モード光ファイバに入射する構成とし
たことを特徴とする半導体発光素子を含み構成する。
本発明は、半導体発光素子の発光機構、特にその発振波
長の波長選択機構に関する。
長の波長選択機構に関する。
従来の半導体レーザダイオード（以下単にＬＤと略記す
る）とその発光パターンは第３図に示され、図中、３１
はＬＤチップ、３２はヒートシンク、３３は出力光であ
る。光伝送用光源としてＬＤは単一モードで発振される
ことが望ましく、そのために横モード制御と軸モード制
御について研究がなされている。レーザを発振器として
ｍノかせるためには光の帰還作用を可能とする機構が必
要で、光発振器として２枚の鏡を向かい合わせたファブ
リペロ共振器、さらには２枚の凹面反射鏡を用いるレー
ザ共振器が開発され、かかる共振器内の共振モードおよ
び共振器から放出される光ビームの電界強度分布の分析
がなされ、このような光ビームはガウシアンビームと呼
ばれている。
る）とその発光パターンは第３図に示され、図中、３１
はＬＤチップ、３２はヒートシンク、３３は出力光であ
る。光伝送用光源としてＬＤは単一モードで発振される
ことが望ましく、そのために横モード制御と軸モード制
御について研究がなされている。レーザを発振器として
ｍノかせるためには光の帰還作用を可能とする機構が必
要で、光発振器として２枚の鏡を向かい合わせたファブ
リペロ共振器、さらには２枚の凹面反射鏡を用いるレー
ザ共振器が開発され、かかる共振器内の共振モードおよ
び共振器から放出される光ビームの電界強度分布の分析
がなされ、このような光ビームはガウシアンビームと呼
ばれている。
半導体発光素子は、大容量光伝送システムの光源として
、高速直接変調時にも動的単一モード性が要求されてい
るが、従来のＬＤは多モード発振であるという問題点が
あった。
、高速直接変調時にも動的単一モード性が要求されてい
るが、従来のＬＤは多モード発振であるという問題点が
あった。
半導体レーザは、第４図に示すように軸方向多モード発
振するのが普通であり、同図（８）は横方向基本モード
で発振している場合、同図（ｂｌは横方向高次モードも
発振している場合を示す。光ファイバには分散があって
波長によって伝搬速度が違うので、波長の異なった光が
信号に含まれていると受信端で信号が拡がる。そして高
ビツトレイトの信号を送る場合、受信端で信号が重なり
合って識別できなくなる。そこで高速変人容量の光伝達
では軸方向単一モードで発振するレーザが必要である。
振するのが普通であり、同図（８）は横方向基本モード
で発振している場合、同図（ｂｌは横方向高次モードも
発振している場合を示す。光ファイバには分散があって
波長によって伝搬速度が違うので、波長の異なった光が
信号に含まれていると受信端で信号が拡がる。そして高
ビツトレイトの信号を送る場合、受信端で信号が重なり
合って識別できなくなる。そこで高速変人容量の光伝達
では軸方向単一モードで発振するレーザが必要である。
通常のス（・ライブ形レーザで単一モード発振するよう
なレーザは現在稀にしか得られない。
なレーザは現在稀にしか得られない。
そこで本発明は、従来のレーザダイオード（ＬＤ）外部
に共振器を設けることにより、発振波長を単一モード化
させる半導体発光素子を提供することを目的とする。
に共振器を設けることにより、発振波長を単一モード化
させる半導体発光素子を提供することを目的とする。
上記課題は、半導体レーザダイオードに面するレンズの
片端面は凹型に加工され、当該面に該レーザダイオード
の出光面の第１の反射膜よりもより高い反射率の第２の
反射膜を付加して半導体レーザダイオードの外部共振器
を構成し半導体レーザダイオードの出力光を単一波長の
光となし、該単一波長光をレンズにて築光して単一モー
ド光ファイバに入射する構成としたことを特徴とする半
導体発光素子によって解決される。
片端面は凹型に加工され、当該面に該レーザダイオード
の出光面の第１の反射膜よりもより高い反射率の第２の
反射膜を付加して半導体レーザダイオードの外部共振器
を構成し半導体レーザダイオードの出力光を単一波長の
光となし、該単一波長光をレンズにて築光して単一モー
ド光ファイバに入射する構成としたことを特徴とする半
導体発光素子によって解決される。
従来の問題点はＬＤが多モード発振することにある。
この問題点は発振波長を単一波長にすることにより解決
できる。その方法は本発明ＬＤの発振原理図に示され、
共振器１ （第２図のＬＤヂンプ１１）および２ （第
２図に外部共振器長１９で示す。）にはそれぞれ単独で
発振可能な波長が図に示す点で存在しているが、共振器
１および２を組み合せたときに、その損失曲線は図のよ
うになる。このとき発振可能な利得中、損失の最も小さ
くなる波長は１点のみとなり、単一モード発振が起きる
ことになる。
できる。その方法は本発明ＬＤの発振原理図に示され、
共振器１ （第２図のＬＤヂンプ１１）および２ （第
２図に外部共振器長１９で示す。）にはそれぞれ単独で
発振可能な波長が図に示す点で存在しているが、共振器
１および２を組み合せたときに、その損失曲線は図のよ
うになる。このとき発振可能な利得中、損失の最も小さ
くなる波長は１点のみとなり、単一モード発振が起きる
ことになる。
以下、本発明を図示の実施例により具体的に説明する。
第２図に本発明Ｌｌｌの構造図および発光パターンを示
し、図中、１１はＬＤチップ（例えばファブリペロ・レ
ーザ）、Ｉ２はヒートシンク、１３は反射膜、１４は低
反射膜、１５は出力光、１６はレンズ（例えばセルフメ
ックレンズ）、１７は高反射膜、１８はＬＤの共振器長
、１９は外部共振器長、２０は単一モードファイバ、２
１はヒートシンク１２とレンズ１６が固定されたステム
である。
し、図中、１１はＬＤチップ（例えばファブリペロ・レ
ーザ）、Ｉ２はヒートシンク、１３は反射膜、１４は低
反射膜、１５は出力光、１６はレンズ（例えばセルフメ
ックレンズ）、１７は高反射膜、１８はＬＤの共振器長
、１９は外部共振器長、２０は単一モードファイバ、２
１はヒートシンク１２とレンズ１６が固定されたステム
である。
本発明実施例においては、従来構造のＬＤの発光端面に
第２図に示すように高反射膜１３および低反射膜１４を
設け、さらに凹型面に高反射膜１７をもつレンズ１６を
設置することにより、このＬＤは２つの共振器を有する
ことになる。すなわち、ＬＩＪチンブ１１の発振する光
は該チップ内で高反射膜１３と低反射膜１４の間で共振
し、低反射膜１４から発光する光１５は、高反射膜１７
を介しレンズ１６によって築光されて単一モードファイ
バ２０に入射される。ＬＤＯ共振器長は例えば３００μ
ｍと定められたものであるから、その共振器長、反射１
１Ｑ１３．１４．１７の反射率を調整することによって
外部共振器長１９を計算し、第１図に示される如くに損
失カーブの最も低いところが利得カーブと接触し、単一
モードの光が出力されるようにする。
第２図に示すように高反射膜１３および低反射膜１４を
設け、さらに凹型面に高反射膜１７をもつレンズ１６を
設置することにより、このＬＤは２つの共振器を有する
ことになる。すなわち、ＬＩＪチンブ１１の発振する光
は該チップ内で高反射膜１３と低反射膜１４の間で共振
し、低反射膜１４から発光する光１５は、高反射膜１７
を介しレンズ１６によって築光されて単一モードファイ
バ２０に入射される。ＬＤＯ共振器長は例えば３００μ
ｍと定められたものであるから、その共振器長、反射１
１Ｑ１３．１４．１７の反射率を調整することによって
外部共振器長１９を計算し、第１図に示される如くに損
失カーブの最も低いところが利得カーブと接触し、単一
モードの光が出力されるようにする。
外部共振器長を求めるには、
λ＝２ηＬ ／ｍ 、、、、、、、、 （１まただし、
λ＝発振波長 り一共振器長 ｍ一定在波数 η−屈折率 の関係により、 Ｌ＝ｍλ／２η 、、、、、、、、 ＋２１が得られる
。
λ＝発振波長 り一共振器長 ｍ一定在波数 η−屈折率 の関係により、 Ｌ＝ｍλ／２η 、、、、、、、、 ＋２１が得られる
。
ここで、発振波長を１．３μｍ、定在波数を１３８４、
外部共振器の屈折率を１．３とすると、Ｌ＝ｍλ／２η −（１３８４ｘ１．３ Ｘｌ０−６） ／ （２ｘ１．
３）＝６９２（μｍ） それ故に、外部共振器長−６９２μｍ が得られる。但し、外部の反射膜１７の反射率は６０〜
７０％とした。
外部共振器の屈折率を１．３とすると、Ｌ＝ｍλ／２η −（１３８４ｘ１．３ Ｘｌ０−６） ／ （２ｘ１．
３）＝６９２（μｍ） それ故に、外部共振器長−６９２μｍ が得られる。但し、外部の反射膜１７の反射率は６０〜
７０％とした。
なお、第２図に示される実施例に代えて、図示のステム
２１のＬＤチップ１１に面する側に例えばフィルタを配
置し、そのフィルタのＬＤチップ１１に対向する面に高
反射膜１７を配置することが提案された。
２１のＬＤチップ１１に面する側に例えばフィルタを配
置し、そのフィルタのＬＤチップ１１に対向する面に高
反射膜１７を配置することが提案された。
しかし、その構造では、反射膜１３と１７の間に構成さ
れる外部共振器において、本発明の例では反射膜１７に
照射された光はすべて反射膜Ｉ３に向けて反射されるの
に対し、提案される例では平らな反射膜に照射された光
の一部しか反射１漠１３に向けて反射されないので、結
果的にファイバ２０に入射される光の借が本発明の場合
に比べてきわめて小であり、実用的でないことが確認さ
れた。
れる外部共振器において、本発明の例では反射膜１７に
照射された光はすべて反射膜Ｉ３に向けて反射されるの
に対し、提案される例では平らな反射膜に照射された光
の一部しか反射１漠１３に向けて反射されないので、結
果的にファイバ２０に入射される光の借が本発明の場合
に比べてきわめて小であり、実用的でないことが確認さ
れた。
以上のように、本発明ＬＤの出力光は２つの共振器を有
することにより、単一モード発振となる。
することにより、単一モード発振となる。
外部共振器のミラーにレンズを用いることによりミラー
効果に加えてレンズ効果を一素子により満たすことがで
き、多モード発振のＬＤは単一モード発振レーザに比べ
て著しく安価であるので、本発明によると既存のＬＤを
用い低コストで単一モード発振可能な発光素子が得られ
る効果がある。
効果に加えてレンズ効果を一素子により満たすことがで
き、多モード発振のＬＤは単一モード発振レーザに比べ
て著しく安価であるので、本発明によると既存のＬＤを
用い低コストで単一モード発振可能な発光素子が得られ
る効果がある。
第１図は本発明１．Ｄの発振ノ５ｉτ理図、第２図は本
発明ＬＤの構造図、 第３図は従来のＬＤの構造図、 第４図は半導体レーザの発振スペクトルの図である。 第２図において、 １１はＬＤチップ、 １２はヒートシンク、 １３は高反射膜、 １４は低反射膜、 １５は出力光、 １６はレンズ、 １７は高反射膜、 １８はＬＤの共振器長、 １９は外部共振器−長、 ２０は単一モード光ファイバ、 ２１はステム を示す。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 久木元 彰 九＝１ 本発明ＬＤの発ルん４理コ 第 １図 遺長久
発明ＬＤの構造図、 第３図は従来のＬＤの構造図、 第４図は半導体レーザの発振スペクトルの図である。 第２図において、 １１はＬＤチップ、 １２はヒートシンク、 １３は高反射膜、 １４は低反射膜、 １５は出力光、 １６はレンズ、 １７は高反射膜、 １８はＬＤの共振器長、 １９は外部共振器−長、 ２０は単一モード光ファイバ、 ２１はステム を示す。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 久木元 彰 九＝１ 本発明ＬＤの発ルん４理コ 第 １図 遺長久
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体レーザダイオード（１１）に面するレンズ（１６
）の片端面は凹型に加工され、 当該面に該レーザダイオードの出光面の第１の反射膜（
１４）よりもより高い反射率の第２の反射膜（１７）を
付加して外部共振器を構成し半導体レーザダイオードの
出力光（１５）を単一波長の光となし、 該単一波長光をレンズにて集光して単一モード光ファイ
バ（２０）に入射する構成としたことを特徴とする半導
体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5611688A JPH01231387A (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5611688A JPH01231387A (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01231387A true JPH01231387A (ja) | 1989-09-14 |
Family
ID=13018101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5611688A Pending JPH01231387A (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01231387A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0456293A (ja) * | 1990-06-25 | 1992-02-24 | Matsushita Electron Corp | 超短パルスレーザ光発生装置 |
| EP1053577A1 (en) * | 1998-01-28 | 2000-11-22 | The University Of Utah Research Foundation | Gaussian profile promoting cavity for semiconductor laser |
| FR2828960A1 (fr) * | 2001-08-23 | 2003-02-28 | Teem Photonics | Source laser en optique guidee |
-
1988
- 1988-03-11 JP JP5611688A patent/JPH01231387A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0456293A (ja) * | 1990-06-25 | 1992-02-24 | Matsushita Electron Corp | 超短パルスレーザ光発生装置 |
| EP1053577A1 (en) * | 1998-01-28 | 2000-11-22 | The University Of Utah Research Foundation | Gaussian profile promoting cavity for semiconductor laser |
| EP1053577A4 (en) * | 1998-01-28 | 2006-11-08 | Univ Utah Res Found | CAVITE PROMOTING A GAUSSIAN PROFILE FOR SEMICONDUCTOR LASER |
| FR2828960A1 (fr) * | 2001-08-23 | 2003-02-28 | Teem Photonics | Source laser en optique guidee |
| WO2003019737A3 (fr) * | 2001-08-23 | 2003-11-06 | Teem Photonics | Source laser en optique guidee |
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