JPH02189529A

JPH02189529A - 光双安定半導体レーザ装置

Info

Publication number: JPH02189529A
Application number: JP860289A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mutsukawa; 六川　裕幸
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-01-19
Filing date: 1989-01-19
Publication date: 1990-07-25

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔概　　　要〕光交換や光演算等の光信号処理システムに適用される光
双安定半導体レーザ装置に関し、光双安定半導体レー・
ザのバイアス電流や温度にフィードバックをかけて光出
力や発振波長を制御するための構成を、比較的単純なプ
ロセスで実現し、しかも通常の半導体レーザの場合と同
様の簡単な光学系で光ファイバに光結合できるようにす
ることを目的とし、可飽和吸収型光双安定半導体レーザの過飽和吸収領域の
活性層上部に回折格子を設け、該回折格子から光出力の
一部を前記半導体レーザの基板と垂直もしくはほぼ垂直
に取り出し、この取り出された光を、前記半導体レーザ
とは独立に設けられた受光部で検出し、その検出結果に
基づき制御部によりバイアス電流にフィードバックをか
けて光出力を制御するように構成する。

（産業上の利用分野）本発明は、光交換や光演算等の光信号処理システムに適
用される光双安定半導体レーザ装置に関する。

上記光信号処理システムを構成する際、光双安定半導体
レーザは、光メモリや光スィッチ等として作用する光機
能素子として有望視されている。

そのため、このようにシステム内に光双安定半導体レー
ザを適用する場合、その素子特性、すなわち光出力や発
振波長等を精度良く制御することが重要になる。

〔従来の技術〕

従来、光双安定半導体レーザの出力光の一部を電気信号
に変換し増幅して、レーザ電極にフィードバックさせる
ことにより、発振を安定化させるための手段としては、
例えば特開昭５９−１２４２１号公報に記載されている
ような構成がある。

すなわち、レーザ素子からの出力光の一部をハーフミラ
−で分離し、これを受光素子で電気信号に変換して、電
極にフィードバックするようにしたものである。

その他には、例えば特開昭６０−１４５６９０号公報や
特開昭６０−１６５７７７号公報に記載されているよう
に、光双安定半導体レーザと受光素子とを集積化した形
で、゛フィードバックをかけるようにしたものも提案さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した前者の装置では、レーザ素子の外部にハーフミ
ラ−を配置する必要があるため、光ファイバと光結合を
とるような場合、その光結合のための部品の点数が多く
なり、レーザ素子外部の光学系が複雑になってしまう。

そのため、装置全体の小型化が困難となり、光結合の工
程そのものも煩雑になるという問題点があった。

また、後者の装置では、光学系の複雑さという問題はな
くなるが、半導体レーザと受光素子とを集積化する必要
があるため、その作成工程が複雑になり、歩留りが悪く
なるという問題点があった。

本発明は、光双安定半導体レーザのバイアス電流や温度
にフィードバックをかけて光出力や発振波長を制御する
ための構成を、比較的単純なプロセスで実現し、しかも
通常の半導体レーザの場合と同様の簡単な光学系で光フ
ァイバに光結合できるようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の原理構成図である。

同図において、過飽和吸収型の光双安定半導体レーザ１
は、その一部に、電極を持たない可飽和吸収領域１ａを
備え、光出力にヒステリシス特性を有している（この光
出力の基本特性については、「久野他、昭和６２年、春
応物、２９ｐ−ＺＨ−７」参照）。本発明では、可飽和
吸収領域１ａの活性ＪＷ１ｂ上部に回折格子２を設ける
ことにより、活性１１ｂに閉じ込められた光出力の一部
を、活性Ｊｉｉ１ｂと垂直もしくはほぼ垂直な方向へ取
り出す。そして、この回折格子２から取り出された光を
、半導体レーザｌとは独立に設けられた受光部３で検出
して、電気信号に変換する。このようにして受光部３で
得られた半導体レーザｌの光出力に関する情報に基づき
、制御部４により、半導体レーザｌのバイアス電流にフ
ィードバックをかけて、光出力を制御する（或いは、半
導体レーザ１の温度にフィードバックをかけて、発振波
長を制御する）。

〔作　　　用〕

光双安定半導体レーザ１の活性層１ｂに閉じ込められた
光電力の一部を、回折格子２によ、って外部に取り出す
ことができるのは、第２図に示すような原理による（末
松編、「半導体レーザと光集積回路Ｊｌ１章、オーム社
、１９８４年　参照）。

すなわち、同図において、回折格子Ｄ（第１図では回折
格子２に相当）の各格子から漏れる光線■と光線■は、
以下の式を満足する時に互いに位相が一致し、導波路Ｗ
（第１図では活性層１ｂに相当）の導波モードの一部が
角度θの方向に放射される。

ｎ１ｃＯ５θ＝ｎｅＱＱ　　（λ／Ａ）こごで、ｑは整
数、ｎ６９は導波路Ｗの等側屈折率、λは光波長、Ａは
回折格子りの周期である。

このことから、第１図において、活性層１ｂと回折格子
２のそれぞれの屈折率、及び回折格子２の周期へを制御
することによって、波長λの光を選択的に活性層１ｂの
外へ取り出すことが可能となる。

このようにして外部に取り出された光電力は、活性層１
ｂの両側端面から放射される光出力に比例、もしくは一
対一に対応する。従って、受光部３で検出された光電流
に対応して、制御部４により、半導体レーザ１のバイア
ス電流にフィードバックをかけてやれば、光出力を安定
に制御することができる。また、同様にして、半導体レ
ーザ１の温度にフィードバックをかけてやれば、発振波
長を安定に制御することができる。

本発明では、上述したフィードバックのための構成とし
て、半導体レーザｌの光出力端側の外部にハーフミラ−
等の光学素子を必要としないので、光ファイバに光結合
する場合、通常の半導体レーザの場合と同様な簡単な光
学系を使用するだけで済む。また、従来のように半導体
レーザと受光素子を集積化するような複雑な工程を必要
としないので、比較的単純なプロセスで作成できる。

［実　　施　　例］以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第３図は、本発明の第１の実施例を示す構成図である。

本実施例は、光メモリとして構成したものである。

同図において、半導体レーザ１は、第１図に示したもの
と同様な可飽和吸収型の光双安定半導体レーザであり、
その一部に電極を持たない部分、すなわち互いに分離さ
れた２つの電極１ｃ、１４間に挟まれた溝の部分を可飽
和吸収領域１ａとして備えている。上記の電極１ｃ、１
ｄには、２つの電流源１１．１２から、それぞれ独立に
バイアス電流！、、ｉｚが供給される。そして、電流源
１２と電極１ｄの間には、リセット電流パルスを出力す
るためのリセット回路Ｉ３が設けられている。また、半
導体レーザ１の活性１１ｂの光入力端側には、光送信部
から送られたセット光パルスを伝搬して活性層１ｂへ入
射させるための光ファイバ１４が集光用のレンズ１５を
介して配置されており、一方、活性層１ｂの光出力端側
には、出力光を光受信部へ伝搬するための光ファイバ１
６が集光用のレンズ１７を介して配置されている。

上記構成において、半導体レーザ１のバイアス電流ＩＩ
、１２を電流源１１．１２で適切に調整しておけば、光
ファイバ１４及びレンズ１５を介して充分なパワーのセ
ット光パルスが入射した時に、半導体レーザ１は発振を
開始する。一方、半導体レーザ１が発振状態にある時に
、リセット回路１３からリセット電流パルスを出力して
バイアス電流ｒ２をご（短時間切ってやると、発振が停
止する。よって、上記のセット光パルスとリセット電流
パルスとの間隔を変えることによって、任意の時間だけ
光信号の「０」もしくはｒｌＪを保持する光メモリとし
て作用することになる（光メモリとしての動作について
は、例えばＵ小田切他昭５９信学総全大、ＳＪ、７−１
５Ｊ等を参照）。

また、第３図において、半導体レーザ１の可飽和吸収領
域１ａの活性層１ｂ上部には、回折格子２が設けられて
いる。この回折格子２からは、第２図に示した原理に基
づき、活性層１ｂに閉じ込められた光出力の一部が、活
性層１ｂと垂直もし７くはほぼ垂直な方向−・取り出さ
れる。回折格子２の上方にはフォトダイオード１８が配
置され、このフォトダイオード１８で回折格子２から取
り出された光をモニタして、光出力に関する情報を含ん
だ電気信号を制御回路１９に与える。制御回路１９は、
例えば通常の半導体レーザの光出力安定のために用いら
れる自動出力制御回路（ＡＰＣ）等であり、これにより
、上記フォトダイオード１８から送られた電気信号に基
づき、電流源１１を介してバイアス電流１１にフィード
バックをかけ、光出力を制御する。

本実施例によれば、光出力安定化のための電流フィード
バックの構成として、従来のように出力光の一部をハー
フミラ−等の光学素子で分離するという構成をとってい
ないので、光ファイバ１６に対して光結合を行う場合で
あっても、通常の半導体レーザの場合と同様に、レンズ
１７等の簡単な光学系を設けるだけで済む。このように
半導体レーザ１外部の光学系が簡単で済むことから、装
置全体の小型化が容易であり、光結合の工程そのものも
簡単になる。

また、従来のように半導体レーザと受光素子とを集積化
するものでないため、作成工程が単純で、歩留りも向上
する。

次に、第４図は、本発明の第２の実施例を示す構成図で
ある。前述した実施例では、バイアス電流にフィードバ
ックをかけて光出力を安定化するようにしたが、本実施
例は、半導体レーザ１自体の温度にフィードバックをか
けて発振波長を安定化するようにしたものである。

すなわち、第４図において、第２図に示した原理に基づ
き回折格子２に波長選択性を持たせ、特定の波長λ。の
光出力だけをフォトダイオード１８でモニタするように
する。すると、半導体レーザｌの発振波長の変動を、波
長λ０の光出力の形でモニタすることが可能になる。そ
こで、このモニタ結果に基づき、制御回路２０により、
温度制御系２１を介し温度調整手段２２を用いて、半導
体レーザ１の温度にフィードバックをかけ、発振波長を
制御する９例えば、発振波長が１．３μｍである場合に
おいて、温度を±ｌ′Ｃ変化させたとすると、発振波長
を±１人変化させることができる。なお、上記温度調整
手段２２としては、例えば温度センサとペルチェ素子の
ような、既存の技術を使用することができる。

本実施例によれば、発振波長を一定に保つことができる
と共に、その発振波長の光出力をも一定に保つことがで
きる。そして、前記第１の実施例と同様に、光ファイバ
と光結合を行う場合に必要な外部の光学系も簡単で済み
、また、作成工程も単純であるという利点が得られる。

なお、上記の各実施例では、半導体レーザｌとフォトダ
イオード１８とが空間的に分離しているが、これらを、
例えば第５図に示すようにフリップチップボンディング
技術を用いてハイブリッドに集積化してもよい。このよ
うにすれば、装置全体を一段と小型化することができ、
しかも、従来のように半導体レーザと受光素子を１つの
チップ内で集積化する構造のものと比べ、歩留りに関す
る問題を非常に少なくできる。

また、本発明の光双安定半導体レーザ装置は、第３図に
示したような光メモリ以外にも、各種の光機能素子とし
て構成することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、これを光信号処
理のシステムに適用した場合、光出力や波長に対する制
御性を向上させ、極めて安定に動作させることが可能に
なる。そしてこの場合、上記の光出力や波長の安定化の
ための構成を、比較的単純なプロセスで実現でき、しか
も通常の半導体レーザの場合と同様の簡単な光学系で光
ファ、イバに光結合することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、第２図は第１図中の回折格子２の作用を説明するための
図、第３図は本発明の第１の実施例を示す構成図、第４図は
本発明の第２の実施例を示す構成図、第５図は本発明の
更に他の実施例の要部を示す構成図である。ｌ・・・光双安定半導体レーザ、１ａ・・・可飽和吸収領域、１　ｂ　・２　・　・３　・　・４　・　・１１．１８　・１９　・２０　・２１　・２２　・・・活性層、・回折格子、・受光部、・制御部、１２・・・電流源、・・フォトダイオ− 制御回路、・・制御回路、・温度制御系、・温度調整手段。ド、

Claims

【特許請求の範囲】１）可飽和吸収型光双安定半導体レーザ（１）の可飽和
吸収領域（１ａ）の活性層（１ｂ）上部に回折格子（２
）を設け、該回折格子から光出力の一部を前記半導体レ
ーザの基板と垂直もしくはほぼ垂直に取り出し、この取
り出された光を、前記半導体レーザとは独立に設けられ
た受光部（３）で検出し、その検出結果に基づき制御部
（４）によりバイアス電流にフィードバックをかけて光
出力を制御することを特徴とする光双安定半導体レーザ
装置。２）可飽和吸収型光双安定半導体レーザ（１）の可飽和
吸収領域（１ａ）の活性層（１ｂ）上部に回折格子（２
）を設け、該回折格子から光出力の一部を前記半導体レ
ーザの基板と垂直もしくはほぼ垂直に取り出し、この取
り出された光を、前記半導体レーザとは独立に設けられ
た受光部（３）で検出し、その検出結果に基づき制御部
（４）により前記半導体レーザの温度にフィードバック
をかけて発振波長を制御することを特徴とする光双安定
半導体レーザ装置。