JPH02504569A - リング状に導かれた光線による光増幅器、特にリングレーザダイオード - Google Patents

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】 リング状に導かれた光線による光増幅器、特にリングレーザダイオード この発明は光増幅器特にリングレーザダイオードに関する。

従来の技術から（ポンピングされない）リング状の光導波路又は光リング形発振 器（特開昭第５９−１５４０８６号公報及び「アプライド　フィジックス　レタ ーズ（Ａｐｐｌ、　Ｐｂｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　）　Ｊ　、第４７巻（１９８５年 ）、第４３９〜４４０ページ参照）が知られている。光によりポンピングするリ ングレーザは「アプライド　フィジックス　レターズ（Ａｐｐｌ、　Ｐｂｒｓ、 　Ｌｅｔｔ、　）　Ｊ　、第２９巻（１９７６年）、第５０２〜５０４ページ、 及び同第４３巻（１９８３年）、第３２〜３４ページに記載されている。電流注 入によりポンピングするリング状のレーザ装置いわゆるリングレーザダイオード に対し特に関心が持たれ、その際誘導放出のために必要な反転分布を半導体基体 のｐｎ接合を通る電流によりもたらすというこの原理は、既にドイツ連邦共和国 特許出願公告第１２９８２１８号公報から知られている。

「日本応用物理学会誌」、第１６巻（１９７７年）、第２２８１〜２２８２ペー ジ、及び同第１６巻（１９７７年）、第１３９５〜１３９８ページ、及び［アプ ライド　フィジックス　レターズ（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　）　 Ｊ　、第３６巻（１９８０年）、第８０１〜８０３ページ、及び同第３６巻（１ ９８０年）、第３５３〜３５５ページ、及び「ジャーナル　オブ　アプライド　 フィジックス（Ｊｏｕｒ、＾ｐｐ１．Ｐｈｙｓ、　）　Ｊ　、第５２巻（１９８ １年）、第４４５７〜４４６１ページ、及び特開昭第５８−１１８１８３号公報 、及び特開昭第ＢＯ−１４８１８５号公報にはリングレーザダイオードが記載さ れている。これらは半導体材料又は半導体基体がこの種のリング状領域に沿って 又はその範囲内においてしかるべく調整されているレーザダイオードである。こ の種の調整の目的は、例えて言えばレーザダイオードのレーザ光線の直線的な屈 折率導波に対して知ら、れているように、リング状に形成された屈折率導波部を 作ることである。念のために述べれば、直線的な光線伝播によるレーザダイオー ドに対しては利得導波の原理も存在し、そこでは主として局部的に集中された電 流密度分布により直線状の領域又はリング状の領域内で必要なレーザ条件がこの 領域に対して作られる。

リングレーザダイオードを目的として半導体基体を調整することは費用がかかる 。このことは、リングレーザが光線を直線的に伝播するレーザダイオードに対し 必要であるような少なくとも成る反射率を有する鏡又は面を必要としないので有 利であるにもかかわらず、公知の限りのリングレーザダイオードがこれまで実用 に供されていないという理由であろう。

この発明の課題は、技術的に比較的簡単に特にせいぜい比較的少ない調整費用に より作ることができ、かつ有利にプルプレクサ／デマルチプレクサとして構成又 は使用することができる光増幅器、特にリングレーザダイオードを提供すること にある。この課題は請求項１に記載の特徴により解決され、また実施態様は請求 項２以下に記載されている。

この発明の根拠は、リング状のしかも損失の無い導波のために従来用いられたこ とがなく特にリングレーザダイオードに適した光線位相導波の原理である。

（少なくともほぼ）平行光線として（等方性の媒体の中を）伝搬する光線は一定 の位相の平らな波面を有する。この波面は直線的な放射方向の場合に相互に平行 に並んでいる。しかしながらかかる光線が弧に沿って走ると、平らな波面は更に 光線方向に対し垂直にすなわちそれぞれ弧に接する接線に垂直になる。しかしこ のことはこの種の弧に沿った波面がもはや相互に平行に整列していないというこ とを意味する。従って弧状に曲げられた光の断面にわたって異なる位相速度が存 在する。弧の外側での位相速度はこの光の中心における位相速度より大きい。

光を伝播する媒体の屈折率が光の断面又はそれぞれの面にわたって一定ならば、 このことは弧の外側領域の位相速度が媒体に対し妥当な位相伝搬速度を超え、外 に向かってエネルギー放出（チェレンコフ放射）が生じるということをもたらす 。

光断面の弧に関して外側部分における位相速度が媒体の位相伝搬速度ｖｎ　＝Ｖ ｏ　／ｎ　（ｖｏ　Ｗ−真空中の光速度、ｎ＝伝搬媒体の中の光線に対し局部的 に有効な屈折率）を超えないように配慮されるときには、この放射損失を避ける ことができる。このことは光断面の外側部分で媒体の屈折率を低下するように取 り計らうことにより達成することができる０曲率半径の方向に屈折率の低減を関 数１：Ｈに応じて次式、 ｄｎ（ｆ）／ｄＲ＝−ｎ／Ｒ（１） に示すように行うときに、弧の曲率半径Ｅに対してこの「チェレンコフ放射」の 発生を防止することができる。前記の式は、かかる放出の無い場合における半径 Ｒを備えた弧の半径方向の屈折率分布に対する数学的表現である。この表現に応 じて位相屈折率が分布する（円の）リング状弧の中では、光又はレーザ光線はチ ェレンコフ放射を生じないで導かれる。この種の導波に対してここでは用語「位 相導波」が用いられ、これは屈折率導波及び利得導波と並んで第３の原理であり 、この原理は単独に又は屈折率導波及び／又は利得導波に組み合わせても（非線 形導波の場合に）用いることができる。

この１：Ｒの条件がリング全体に対して満たされるならば、それゆえに放射損失 の荒いかつ共振鏡を必要としないリング形共振器が得られる。かかる円リングに 沿って又はその中を伝搬する光線は、他のリングレーザに対して原理的に既に知 られているようにそれ自体へ帰還されている。

原子物理学からいわゆるローレンツの線に対し次のローレンツの式が知られてい る。

この式は、材料のスペクトル放射又は吸収つまり光学的共振特性が、この材料の 相応のスペクトル屈折率変化ｎｏ　±Δｎに伴なって変わるということを表現す る。「ジャーナル　オグ　アプライド　７４ジツクス（Ｊ、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈ ｙｓ、）　Ｊ　、第５２巻（１９８１年）、第４４５７〜６１　（４４５９）ペ ージの第４図はこの種の変化を示す。

式（２）において ｆｏ　　：　（共振）線の共振周波数又は中心周波数ｎｏ＝この共振効果により 影響されない（分散している）屈折率の値であり、この値はまた周波数ｆｏに対 しても成立する。

ｆ：値ｎＱ　＋Δｎが成立する周波数（Δｎは負であってもよい）Δｆ：線の半 値（帯域）輻 Ｉ／Ｉｏ　　：強度比、レーザの場合は飽和強度に対する現在の放射強度の比 λ：例えば発生したレーザ光線の波長 ｇｏ：中心周波数に対する増＠（又は吸収）率である。

増＠（又は吸収）率ｇは線の内部で周波数に関係し、かつレーザの場合は個所（ ｘ、ｙ）によって一定でないポンピングと共に（例えばキャリヤ注入の局所的に 異なる電流密度と共に）個所に関係して変わる。

それぞれの平均のリング半径Ｒｅを備えた後述するようなリング形導波路又はレ ーザに対しては、このリングの外側の個所が（Ｒｏ＋ΔＲ）により示され、半径 の内側の個所が（Ｒｏ−ΔＲ）により示される０個所ＲＯはキャリヤ注入又は光 ポンピングの中心又は最大個所に相当する。

第１図は、ｐｎ接合１１を備えた半導体基体ｌＯを有するリングレーザの断面図 を示す、この半導体基体の表面１２上には例えば二酸化シリコンから成る絶縁層 １３が設けられている。矢印ＲはＲｅによりこのリングレーザのリング状軌道の 半径を示す、符号１４により電極を示し、符号１１４により半導体基体１０の表 面１２と反対側の表面上の対向電極を示す、半径Ｒｅの個所では電極１４が比較 的狭い輻Ｂを備えたリング帯２１４として半導体基体ｌＯの表面１２上に接触し ている。リング帯２１４の範囲では半導体基体１０の材料との電気的接触が存在 する。そこでは少なくともほぼオーム性のできるだけ低抵抗の金属・半導体接触 が行われる。半導体材料の表面上の所定の領域だけに接触ししかしながら横方向 には絶縁！１３により絶縁されているこの種の金属接触の形成は、利得導波形レ ーザダイオードに対してよく知られている。絶縁層１３による電気的絶縁の代わ りに、リング帯２１４の外側のこの領域において金属・半導体接触が、できる限 りほぼ絶縁性のシ、ットキー接触の特性を有するように計画することができる。

この種の構成は例えばＭＣＲＷ形レーザダイオードとして知られている。

半導体基体１０の構成の詳細に関しては公知文献を参照されたい、更にｐｎ接合 １１の面に平行に上下にこの面に隣接して延びる屈折率導波層を有する二重へテ ロ層構造を用いるのが有利である。これらの暦はこの面に垂直な（Ｒに対し垂直 な）方向に導波性をもたらすことができる。

第１図に湾曲した矢印により示された半導体基体ｌＯ中の電流分布又は拡散が第 ２図にグラフで示されている。符号１５により、半導体基体ｌＯの重要なｐｎ接 合１１の領域内にこの接合１１とリング帯２１４との間の距離りの場合に生じる ような電流分布形状ｊ（±ΔＲ）が示され、その際このリング帯２１４に対する 比較的又はできる限り狭い輻Ｂが用いられている。対向電極１１４は第１図と同 一である８図から分かるように形状ｊ（±ΔＲ）は量り及びＢに関係する。Ｂに 対し１〜１０ＩＬｍの値が、また深さＤに対し１１−１Ｏ７ｚの値が合目的であ る。

公知のように電流によりボンピングされるレーザダイオードの増幅率はそれぞれ の電流密度に関係する。リングＲｏの範囲で少なくとも一般的に最高の増幅率ｇ ｏを、しかも光共振器の中心周波数に相当する周波数ｆｏに対して決定すること ができる。

第３図は１周波数について記入されたグラフで増幅率ｇを示す、　ｇ　（Ｒｏ　 ）により示した曲線はＲＤを備えたリング上で得られる増幅率ｇを示し、この曲 線は図示のように中心周波数ｆＯから一層小さい周波数及び一層大きい周波数ｆ に向かって低下する。第３図には更に、リング１１＋の外部に置かれ半径（Ｒｅ ±ａ）及び（Ｒｏｆｂ）を備えたリング軌道に対する相応の曲線も示されている 。第２図にはＲ１±ａ又は＝±ｂだけ外れた直径が示されている。リングＲｏ± ａ及びＲｏ±ｂ上では、電流注入による励起が第１図に示す電流分布に応じてそ れぞれ比較的小さい。

ここで付言すれば、光によりボンピングされるリングレーザに対し同様な分布ｇ 　（ｆ、Ｒ）が生じる。このためにリング帯状領域に対して、入射されるボンピ ング光の半径Ｒに関係する相応の強度分布が選ばれる。

第４図は、符号４１により例えばＮｄＡ　１３　ＣＢＯｓ　）４のようなレーザ 活性材料から成る基体を示す、符号４２によりこの基体４１の中のレーザ光線の ためのリング状軌道を示す、光ボンピングはこの軌道４２の領域において、集束 されたボンピング光４３を有する相応のリング状照射により行われる。符号４４ は集束レンズを示す・ 第５図は、第３図に示すパラメータｇ　（Ｒ）に対し生じる屈折率変化と発生さ れたレーザ光線の周波数との関係をグラフで示す、パラメータ値ｇ　（Ｒｏ　） 　、　ｇ　（Ｒｏ±ａ）及びｇ　（Ｒｏ　ｆｂ）に応じて第５図に示す曲線が得 られる。これらの曲線は周波数ｆＯの際に値Δｎｘｏを通る。このゼロ点の外側 に極小値と極大値とを有し直径Ｒｅを備えたリングに対してΔｎの最高値を示す 曲線形が存在する。第５図には二つの周波数値ｆｌ　、ｆ２が強調されている。

第５図から第６図のグラフが導出でき、このグラフはリング直径ＲＤをもとにし て量ΔＲに関係して屈折率変化Δｎを示す。

第５図のグラフから、円軌道Ｒｏ±ｂ上の周波数ｆ１及び増幅率ｇに対する符号 ２１で示された値Δｎを第６図へ転記することができる。直径Ｒｏ−ｂ及びＲ＠ ＋ｂに対して第５図からの値−Δｎを有する両値１２１．２２１が得られる。同 じような方法でこの周波数ｆ１及びパラメータｇ　ＣＲｏ　±ａ）に対して、第 ５図の偏２２から第６図で値１２２％２２２が得られる。パラメータｇ　（Ｒｅ 　）の周波数ｆ１　に対する相応の値２３は第６図において値１２３へ転記され 、この値は周波数ｆ１に対して（負の）屈折率変化Δｎの最高値である。

同じ趣旨で第６図において１Ｍ波数ｆ２及びパラメータ値ｇ　ＣＲｏ±ｂ）に対 する値１３１，２３１が得られる。同様に第５図の値３２及び３３を第６図の相 応の値１３２，２３２及び１３３へ転記することができる。

第６図に示すように、レーザ周波数ｆ】に対して半径に関係する屈折率変化が生 じ、この変化は第３象限における曲線形１２１．１２２．１２３に相応する。こ の曲線形１２５は、ｆ。

より小さい周波数ｆ１に対して屈折率ｎが値ＲＯ未満では直径Ｒの増加と共に小 さくなるということを示す、ｆｏより大きい周波数ｆ２に対しては第１象限にお ける曲線形１３５が、値Ｒｏを超える半径Ｈの増加に対して同様に屈折率ｎの低 下する特性が存在するということを示す、この特性は、レーザ光線の位相導波さ れた循環が、リングの有限な寸法を有する断面を越えてチェレンコフ放射の生じ ない光線伝搬が行われるようなリング状軌道を持つための、前記の必要条件（式 （１）参照）である、第２図、第３図及び第５図から分かるように、第６図に示 された依存関係Δｎ（ΔＲ）が得られ、これにより第３象限及び第１象限におい て一１／Ｒに相応する屈折率曲線形の少なくともほぼ近似的な依存関係を達成す ることができ、すなわちその特性は前記の式％式％ 第１図に示す電極１４の構成によりあらかじめ定められる曲率半径Ｒを備えたこ の発明に基づくリングレーザに対する周波数同調の計算のために、次式（３）が 利用される。

−ｎ　　　　４π！＋（１◆Ｉ／Ｉｏ）　１φφ２Ｒ−−＝−□・□　　　　　 　　　　　　（３）ｄｎ／ｄＲ入（ｄｇ／ｄＲ）　　　　φこの式の適用可能性 に対しては１強度比Ｉ／Ｉｏ（式（２）参照）が非常に小さい、すなわち運転が 飽和強度ＩＯの値を著しく下回る放射強度で行われるということが前提となる。

量φは周波数ｆＯに対する周波数ｆの周波数差を尺度単位Δｆ／２で表現したも のである０次式が成立する。

ｆ＝ｆｏ◆　φ　（Δｆ／２） 前記構造に応じて更に次式が成立する。

ｄｇ／ｄＲ−１Ｇ・了 量φは、実際の周波数ｆがレーザダイオードの中心周波数ｆＯからどれくらい離 れているかを示す、係数Ｇは半導体基体１０の表面１２からｐｎ接合までの距離 りと、電極１４の半導体表面１２上に接触するリング帯２１４の輻Ｂと、半導体 材料の導電率とに関係する形状係数である。係数Ｇが望ましくはほぼ一定（Ｒに ほぼ無関係か又は僅かに集束する）であり次式で表現できることが知られている 。

Ｇ”Ｇｏ−β・Ｒただしβ〉Ｏ 量Ｇに対しては第７図に示すように、適合した電流密度分布１１５が半導体基体 の不均一な導電率分布によって生ぜしめられるという方法でも影響を与えること ができる。第７図で半導体基体１１０の符号ｉで示した半導体領域は高抵抗に作 られている。

この実施例の場合には、リング状に循環するレーザ光線のこの発明に基づく発生 は領域−ΔＲ上に制限されている。

量子は全注入電流に比例する平均の電流密度である０次式から次式 が得られる。量φ、ηに対して次の対の値を示すことができる。

ｆ＝ｆｏに対してすなわちφ＝Ｏに対して周波数変化が無いということが達成で きる。なぜならば第２図、第３図、第５図及び第６図に示すようにｆＯに対して 値Δｎ＝ｏだからである。しかしながら値ｆ＝ｆｏ　±Δｆ／２すなわちφ＝± １の場合には最小の半径が生じる。明らかにそれから大きな感度又は同調可能性 の大きな領域が生じる。

ｎ　（ｆ）の極値の領域では値ηがほぼｌであり、すなわちδｆ／ＣΔｆ／２） はほぼδ丁／了に等しい、このことから周波数変化の量が半分の帯域幅（Δｆ／ ２）と相対的な電流変化との積にほぼ等しいことが分かる。このことは当業者に 対し彼が用いることができる同調可能性を示す。

次にこの発明の理論とその利用法とを一例により補って説明する。

この発明に基づくリングレーザの帯域幅は数百ｃｍｉのところにある０例えばほ ぼ２７Ｈｚに等しいΔｆ／２の（半）帯域幅と、ＧＨｚ域（例えば２．４Ｇｂ／ ｓ）の伝送チャネルの２０ＧＨｚの帯域幅とに対し、かかる伝送チャネルの帯域 幅を注入電流の１にの変化により完全に同調させることができる。この同調の際 にこのリングレーザの曲率半径は、レーザダイオードのリング状の接触部２１４ に相応して強固に設定されたままである。従って前記例の場合に半径は強固に維 持されたままであり、注入電流の大きさの変化により、発生するレーザ光線の周 波数を相応の示された債域内で変更することができる。

逆に注入電流が一定に保たれる場合には、この発明に基づく装置へ入射された光 線が（相応の帯域幅内にある）種々の周波数に応じて半導体材料の異なる大きさ の（円）弧状を走るということが達成できる。第８図は、半導体基体２１０の一 個所で方向２１１へ入射された光線がその周波数に応じて、電流注入によりボン ピングされた半導体材料２１０の中の相応に異なる大きさの弧２１６，２１７， ２１８上を走り、この半導体基体の周波数に関係して異なる個所で再び出射する ことを示す、こうして種々のチャネルの光線の空間的な分離が可能である０例え ば個々のチャネル相互に１％の間隔を有する周波数多重伝送を行う場合に、半導 体材料の中の光線経路の円弧の扇状展開部が得られ、この展開部はそれぞれ１％ ずつ異なる曲率半径をチャネルごとに有する。

そしてチャネルごとの空間的分離がそれぞれ０．０２Ｈの距離に相当する。

第９図はこの発明の着想の一変形例又は別の構成を示し、この構成ではレーザ光 線を発生するリングの活性直径又はリング状ないし少なくとも弧状のレーザ光線 発生部の位置が調節可能である。

第９図には、符号１４’　及び１４ＴＩにより相互に同心に配置されたリング状 の二つの電極を示す、これらの電極は同心のリングの弧状の（扇形）部分とする こともできる０個々にはこれらの電極は第１図の電極１４に相応する。これらの 電極は幅寸法Ｂ′　及びＢｌｌを有するリング帯２１４を又は２１４ＴＩにより 半導体基体１０の表面１２との電気的接触を有する。Ｄは両リング帯相互の距離 である。符号１３により第１図に示すような（リング状に複数回中断された）絶 縁層１３を示す、符号１１１によりここでは補助的に設けられた（ｐ’の）接触 域を示し、この接触域は半導体材料の中で帯状領域２１４１，２１４＋１での電 極１４’。

１４″との良好なオーム性接触をもたらす。

電極１４’、１４１１には相互に分離して電流を供給することができる。電流（ 電流密度ｊ′　とｊ″）相互の比によりパラメータとしてのｆ３Ｔ　、　ＢＴＩ 　、　Ｄに関係して、結果として生じた電流密度分布２１５がこの「二重リング 構造Ｊ　１４’　、１４”のｐｎ接合１１の平面上で得られる。第１Ｏ図はこの 分布を示す、破線１２１５は関連する直径領域に対して成立する電流（１度）分 布２１５の直線近似である。この近似からこの発明の実現のために必要であるよ うな屈折率の制御可能な１／Ｒ低下が生じる。それにより（別のパラメータを考 慮しながら）適合するリングの大きさＲｏ　Ｉ、調節又は設定することができる 。電流の値の調節により増幅率を調節することができる。

前記原理に相応するこの発明の構成は、この種の同心に配置された二つを超える 電極又はこのような電極の弧状部分を有することもできる。

相応の構造は光ボンピングに対しても使用することができる。

ここでは電極１４’、１４”の代わりとなるのはレーザ活性材料の表面のほぼ同 一形の場合によっては等面積の表面領域であり、この領域の中へこの材料がポン ピング光線を供給される。そして電流又は電流密度の代わりとなるのはリング状 又は弧状領域の制御可能に調整すべき照射強度である。

例えばポンピングされた半導体材料の中の光線のこの発明に基づくチェレンコフ 放射の無い弧状経路に加えて光線経路の中に。

更に集束しない従って減衰する部分５１及び／又は集束し従って増幅する要素５ ２を、循環リング全体の部分としてこのリングの中に挿入することができる。第 １１図は、挿入された二つの部分５１と二つの要素５２とを備えたこの種の循環 リングを示す、光線循環の軌道５３は第１１図に破線で示されている。要素５２ には半導体材料の表面上の電極帯である各一つの変調電極５４を付加することが できる。要素５２の範囲ではこの電極５４はリング状の電極１４又はその接触帯 ２１４に並んで配置されている０図に示すように集束されていない減衰性の部分 は、さもなければリング状の閉じられるべき注入電極１４の一部分を欠いている 。電極５４を用いた変調電流注入により循環する光線を強度変調することができ る。

第１２図及び第１３図は、この発明の第８図に相応する適用例に対する別の構成 を示す、第８図に示す装置の場合に生じる扇状展開部の大きさは、個々のチャネ ルの光線の周波数選択的な空間分離の範囲において、半導体表面上に接触する電 極帯２１４の幅を任意の大きさとすることができないという享情のもとで限界を 有する。なぜならばもしそうでなければ、この発明に基づき影響を与えられる屈 折率がこの発明のために十分な１７Ｒ低下をｐｎ接合の領域に持つことができな いからである。大まかに言えば接触するリング状領域２１４の許容幅は量りとＤ ／２との間にあり、ここでＤは接触された半導体表面１２からｐｎ接合までの第 １図に示された距離である。別の構成では、接触領域２１４が第１２図に示すよ うな弧の内側にぎざぎざを付けた又は歯を付けた形を備える。符号２１６〜２１ ８により第８図に示す経路に相応する弧状の経路を示す、符号Ｈにより弧の半径 を示し、ここでＲは前記の意味を有する。「歯のピッチＺ」とそのほかの寸法と は、特に良好な効果を得るために少なくともほぼ次式により選択半導体材料の屈 折率ｎ＝２、Ｚ＝１０ｐｍ、Δｎ＝０．０２及び角度α＝９０°を有する数値例 に対しては１例えば弧の直径Ｒ＝５００μｍが得られる。

説明を補うために＄１２図に示す構造の断面図を示す第１３図を用いる。符号６ ４により電気絶縁性材料から成る暦を示す、電極帯１０１４は歯形部分２２１４ だけにより半導体基体２１０の半導体材料の表面上に接触するのが有利である。

厳密に言えば光線経路２１６．２１７．２１８は正確に弧状ではなく、歯２２１ ４の間にはほぼ直線的な部分が存在する。それに応じて一つの歯から隣りの歯ま で光線の偏向角εが存在し、この角度は次式 ％式％ で表され０．０４ｔｇα１２より小さい。

この発明の適用のためのこの実施例の別の構成では、歯２２１４の歯面に僅かな 湾曲を与えられ、それにより有利な光集束を達成することができる。

前記数値例に更に注釈を加えるならば、値Δｎをもたらす電子密度効果のために 、この発明の適用のこの実施例を光線が線中央を走るような半導体レーザに対し ても用いることができる。

！＄１４図は、この発明の適用に基づく光線経路のための分岐の構造を示す、符 号８１により第１図で説明したような帯状電極２１４が従属する弧状片を示す、 符号Ｒによりこの発明に基づく光線経路の軌道８２の半径を示す、符号８３と８ ４とにより第１４図に示すように軌道８２の両側に並べて配置されている部分電 極を示す０部分電極８３．８４上への電流注入の分配により、これらの両部分電 極８３と８４との間の軌道８２の位置に制御可能に影響を与えることができる。

符号８５により補助電極を示す、電極８３．８４．８５により軌道８２をそれぞ れ別の軌道部分８６又は８７へ制御可能に移動することができる。これらの軌道 ８６．８７は例えばここでも同じ曲率半径Ｒを有するが、しかし軌道８６．８７ の曲率半径は相互に異なる方向に向いている、軌道８６．８７上では光線はこの 発明に基づく方法で走る。

半径Ｒは例えば１５０μｍであり、電極８５の長さは１０ｐｍまたその幅は２ル ｍである９部分電極８３．８４は電極８５とほぼ同じ大きさの寸法を有し相互の 間隔は約１２４ｍである。

第１５図はこの発明の一適用例と、この発明に基づき発生させられた光線の入出 力結合のためのその中での構造とを示す。

第１５図は、第１図で詳細に述べたようなリング状電極１４を有する半導体基体 の平面図を示す、このリングレーザの全リングは！ｓ１５図に示す実施例では符 号９１が付けられている。このリング９１は、電流注入の制御により光線増幅の 制御又は変調をリング９１の中で行うことができる部分１９１を備える。符号９ ２によりこの発明に基づき位相導波されて循環する光線の従属軌道を示す。

符号９３．９４により入力又は出力結合軌道の部分を示す、直線的光線伝播によ るレーザダイオード装置に対し既に知られているように、これらの部分はリング ９１と交差し入力又は出力結合作用を備える。軌道９３及び／又は９４に対する 電流注入の変調により、入力及び／又は出力結合の制御又は変調を実施すること ができる。

多重運転のために複数のリング状軌道９１．９４・−・をこの種の半導体基体上 に設けることができる。それぞれの個々のリングに対してそれぞれのリングの中 で発生したレーザ光線の周波数をそれぞれの注入電流により微細同調することが できる。

この種の軌道片９３．９４及び／又はリング９１又はその部分リング１９１を、 レーザダイオードのリングの中に発生した光線の送信器セグメント又は検出器セ グメントとして用いることもできる。

この発明に基づくリングレーザダイオードはその半導体構造に基づき、付随する 信号処理を行うＩＣ回路に集積するのに適している。

光線のこの発明に基づく位相導波によるすべての実施例及び適用例の場合に、レ ーザダイオードに対してよく知られているような二重へテロ層構造の方式で設け られた層系列により屈折率導波を補助的に行うこともできる。

国際調査報告 ″″１□１λ１□１λテ／ｆ１０ｆ’ｌ鳥ＯＲ国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザ活性材料（１０）の中に有限幅を有し弧状又はりング状に位相導波さ れる光線軌道を備え、この軌道では局部的な軌道方向（軌道接線）に垂直に設け られた屈折率ｎの傾斜Δｎ（第６図考照）に基づきチェレンコフ放射による放出 が避けられ、その際屈折率のこの傾斜Δｎがポンピング作用の傾斜（第１図及び 第２図参照）を作ることにより得られ、この傾斜Δｎが少なくともほぼ−１／Ｒ となるように選ばれ，ここでＲはポンピング作用の局部的分布（第１図参照）の 最大値の局部的曲率半径であり、その際このポンピング作用が光線軌道（Ｒ）に 適合した帯（２１４）上に制限され、それにより周波数ｆｏ■ｄｆを備えた光線 のために局部的な曲率半径Ｒ■ΔＲを備え放射損失の無い軌道が生じ、ここでｆ ｏは本来存在する中心周波数であり、またこの軌道ではこの条件がポンピングレ ベルの選択によりそれぞれの局部的曲率半径に同調して調節されることを特徴と する光増幅器。
2. ２．レーザ活性材料への光ポンピングが弧状の照射帯状域に沿って行われること を特徴とする請求項１記載の光増幅器。
3. ３．レーザ活性材料の表面に同心に置かれたリング状又は少なくとも弧状の二つ の照射域を備えることを特徴とする請求項２記載の光増幅器。
4. ４．半導体材料（１０）への電流注入（ｊ）が電極（２１４）として構成された 帯に沿って行われ、その際ポンピングレベルが注入電流（ｊ）により選択又は制 御されることを特徴とする請求項１記載の光増幅器。
5. ５．円形（弧状）の光線軌道（Ｒ＝局部的に一定）を備えることを特徴とする請 求項１ないし３の一つに記載の光増幅器。
6. ６．分離された給電のために同心に配置されリング状又は少なくとも弧状の二つ の電極（１４′、１４′′）を備えることを特徴徴する請求項４又は５記載の光 増幅器（第９図及び第１０図参照）。
7. ７．歯を付けられた注入電極（１０１４、２２１４、第１０図）を備えることを 特徴とする請求項４ないし６の一つに記載の光増幅器。
8. ８．制御電子回路、変調電子回路及び／又は評価電子回路と共に集積することを 特徴とする請求項４ないし７の一つに記載の光増幅器の集積された半導体構造。
9. ９．マルチプレクサ及び／又はデマルチプレクサとして用いることを特徴とする 請求項１ないし８の一つに記載の光増幅器の適用（第８図、第９図、第１２図及 び第１５図参照）。
10. １０．軌道方向の制御のために及び／又は軌道方向のための分岐として用いるこ とを特徴とする請求項１ないレ８の一つに記載の光増幅器の原理の適用（第８図 、第９図、第１２図及び第１４図参照）。