JPH027195B2 - - Google Patents
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- JPH027195B2 JPH027195B2 JP59265079A JP26507984A JPH027195B2 JP H027195 B2 JPH027195 B2 JP H027195B2 JP 59265079 A JP59265079 A JP 59265079A JP 26507984 A JP26507984 A JP 26507984A JP H027195 B2 JPH027195 B2 JP H027195B2
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
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- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
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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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/082—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression
-
- 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
-
- 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
- H01S5/1021—Coupled cavities
-
- 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
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜技術分野＞
本発明は発振波長の安定化された内部反射干渉
型の半導体レーザ装置に関する。
型の半導体レーザ装置に関する。
＜従来技術＞
現在量産されている半導体レーザ素子は低閾値
電流での発振が可能となり、また単一横モード、
単一縦モード、寿命等の諸特性についてもかなり
満足し得る値が得られるようになつてきた。しか
しながら、発振波長（縦モード）の安定性の観点
からはまだ解決すべき問題を残している。すなわ
ち、温度変化や電流変化によつて、発振波長は連
続的あるいは不連続に変化し、それと同時に大き
な光出力雑音が発生する。この雑音は外部から光
が照射されたり、出力されたレーザ光が光学部品
等で反射されてレーザ素子へ入射した場合に特に
顕著となる。
電流での発振が可能となり、また単一横モード、
単一縦モード、寿命等の諸特性についてもかなり
満足し得る値が得られるようになつてきた。しか
しながら、発振波長（縦モード）の安定性の観点
からはまだ解決すべき問題を残している。すなわ
ち、温度変化や電流変化によつて、発振波長は連
続的あるいは不連続に変化し、それと同時に大き
な光出力雑音が発生する。この雑音は外部から光
が照射されたり、出力されたレーザ光が光学部品
等で反射されてレーザ素子へ入射した場合に特に
顕著となる。
このような問題を解決するため、従来より、内
部反射干渉型の半導体レーザ装置が提案されてお
り、その一例を第５図に示す。第５図において、
１はＮ型基板、２はＮ型クラツド層、３は活性
層、４はＰ型クラツド層、５はＰ型キヤツプ層で
ある。また、６は電流制限用酸化膜、７は内部反
射部であり、この内部反射部７は共振器方向に対
し、垂直方向に形成した溝部１１により成長時に
活性層３の厚さが変化して、内部反射効果を有す
る部分である。また、８は内部反射部７によつて
分けられた共振器長l1の第１レーザ動作部、９は
共振器長l2の第２レーザ動作部であり、この第
１、第２レーザ動作部８，９の光の干渉効果によ
り安定な発振波長（縦モード）を得ようとしてい
る。
部反射干渉型の半導体レーザ装置が提案されてお
り、その一例を第５図に示す。第５図において、
１はＮ型基板、２はＮ型クラツド層、３は活性
層、４はＰ型クラツド層、５はＰ型キヤツプ層で
ある。また、６は電流制限用酸化膜、７は内部反
射部であり、この内部反射部７は共振器方向に対
し、垂直方向に形成した溝部１１により成長時に
活性層３の厚さが変化して、内部反射効果を有す
る部分である。また、８は内部反射部７によつて
分けられた共振器長l1の第１レーザ動作部、９は
共振器長l2の第２レーザ動作部であり、この第
１、第２レーザ動作部８，９の光の干渉効果によ
り安定な発振波長（縦モード）を得ようとしてい
る。
第１レーザ動作部８の縦モード間隔△λ1はλ2／
２l1に比例し、第２レーザ動作部９の縦モード
間隔△λ2はλ2／２l2に比例する。ここでλは発
振波長、は活性域の屈折率である。そして、第
１、第２レーザ動作部８，９の縦モードの干渉に
より、広い縦モード間隔△＝λ2／２｜l2−l1｜
が発生し、利得分布のピーク近傍の縦モードのみ
が安定に発振することになる。
２l1に比例し、第２レーザ動作部９の縦モード
間隔△λ2はλ2／２l2に比例する。ここでλは発
振波長、は活性域の屈折率である。そして、第
１、第２レーザ動作部８，９の縦モードの干渉に
より、広い縦モード間隔△＝λ2／２｜l2−l1｜
が発生し、利得分布のピーク近傍の縦モードのみ
が安定に発振することになる。
しかしながら、上記従来の内部反射干渉型の半
導体レーザ装置では内部反射部７で強い反射が得
られ難く、かつ波長の選択性が弱いため、広い温
度範囲にわたつて、縦モードを安定させることが
できなく、高々５〜10度の温度範囲でのみ発振波
長を安定化させる効力を有するというのが実情で
ある。また、上記半導体レーザ装置では戻り光に
よつて誘起される縦モードの不安定性も安全に抑
圧することはできない。
導体レーザ装置では内部反射部７で強い反射が得
られ難く、かつ波長の選択性が弱いため、広い温
度範囲にわたつて、縦モードを安定させることが
できなく、高々５〜10度の温度範囲でのみ発振波
長を安定化させる効力を有するというのが実情で
ある。また、上記半導体レーザ装置では戻り光に
よつて誘起される縦モードの不安定性も安全に抑
圧することはできない。
＜発明の目的＞
そこで、本発明の目的は、広い温度範囲及び広
い注入電流範囲にわたつて発振波長が安定で、し
かも、戻り光に起因する縦モードの不安定性が少
ない内部反射干渉型の半導体レーザ装置を提供す
ることにある。
い注入電流範囲にわたつて発振波長が安定で、し
かも、戻り光に起因する縦モードの不安定性が少
ない内部反射干渉型の半導体レーザ装置を提供す
ることにある。
＜発明の構成＞
上記目的を達成するため、本発明は内部反射干
渉型の半導体レーザ装置において、第１レーザ動
作部、第２レーザ動作部それぞれの共振器長及び
両端面の反射率を制御している。より詳しくは、
第１レーザ動作部の共振器長l1と第２レーザ動作
部の共振器長l2がl1＜l2の関係にあるとき、上記
第１レーザ動作部側の端面反射率R1と第２レー
ザ動作部側の端面反射率R2の間にR1＜R2の関係
が成り立つように端面に反射膜を被覆したことを
特徴としている。
渉型の半導体レーザ装置において、第１レーザ動
作部、第２レーザ動作部それぞれの共振器長及び
両端面の反射率を制御している。より詳しくは、
第１レーザ動作部の共振器長l1と第２レーザ動作
部の共振器長l2がl1＜l2の関係にあるとき、上記
第１レーザ動作部側の端面反射率R1と第２レー
ザ動作部側の端面反射率R2の間にR1＜R2の関係
が成り立つように端面に反射膜を被覆したことを
特徴としている。
本発明の理論的根拠は以下の通りである。
第１図に示すような内部反射部７を有する導波
路を考えると、実効的な反射率r2 effはシー・ワン
等により次式で示されている。（Appl.Phys.
Lett.40(7)571、1982） r2 eff＝r1r2（S12 2S11 2）＋（S11r1e-2〓l2＋S22r2
e-2〓l1）………(1) ここでreffは実効的な電界反射率、r1、r2は共振
器端面の電界反射率である。（端面のパワ反射率
（端面反射率）をR1、R2とするとR1＝r1 2、R2＝
r2 2となる。）また、S11は内部反射部７の第１レ
ーザ動作部８側の電界反射率、S22は内部反射部
７の第２レーザ動作部９側の電界反射率で、S11
＝S22とする。また、S12は内部反射部７の電界透
過率、l1、l2は第１、第２レーザ動作部８，９の
導波路の共振器長、Γは伝播定数であり、Γ＝ｇ
＋ｉ（2π／λ）である。そしてｇは内部損失、
ｎは導波路屈折率、λは波長である。
路を考えると、実効的な反射率r2 effはシー・ワン
等により次式で示されている。（Appl.Phys.
Lett.40(7)571、1982） r2 eff＝r1r2（S12 2S11 2）＋（S11r1e-2〓l2＋S22r2
e-2〓l1）………(1) ここでreffは実効的な電界反射率、r1、r2は共振
器端面の電界反射率である。（端面のパワ反射率
（端面反射率）をR1、R2とするとR1＝r1 2、R2＝
r2 2となる。）また、S11は内部反射部７の第１レ
ーザ動作部８側の電界反射率、S22は内部反射部
７の第２レーザ動作部９側の電界反射率で、S11
＝S22とする。また、S12は内部反射部７の電界透
過率、l1、l2は第１、第２レーザ動作部８，９の
導波路の共振器長、Γは伝播定数であり、Γ＝ｇ
＋ｉ（2π／λ）である。そしてｇは内部損失、
ｎは導波路屈折率、λは波長である。
(1)式より、
r2 eff＝√1√2（S12 2−S11 2）＋S11｛√1e-2
gl2cos（4πl2／λ） ＋√2e2gl 1cos（4πl1／λ）｝ ………(2) が導びき出される。波長選択性は(2)式第２項の
l1、l2で決まる周期関数の和によつて生ずる。l2
l2とするとr2 effは第２図ａのようになり、l1≪l2
とするとe-2gl2＜e-2gl1となつて第２図ｂのように
波長の選択性が増す。さらに、端面反射率R1、
R2をR1＜R2とすると、√1e-2gl2≪√2e-2gl1と
なつて、cos（４l1／λ）の係数がcos（4πl2／
λ）の係数より著しく大きくなつて、第２図ｃに
示すように変調度が深くなり、波長選択性が大き
くなり、広い温度範囲で安定な発振波長が得ら
れ、かつ戻り光による光出力雑音が少なくなる。
gl2cos（4πl2／λ） ＋√2e2gl 1cos（4πl1／λ）｝ ………(2) が導びき出される。波長選択性は(2)式第２項の
l1、l2で決まる周期関数の和によつて生ずる。l2
l2とするとr2 effは第２図ａのようになり、l1≪l2
とするとe-2gl2＜e-2gl1となつて第２図ｂのように
波長の選択性が増す。さらに、端面反射率R1、
R2をR1＜R2とすると、√1e-2gl2≪√2e-2gl1と
なつて、cos（４l1／λ）の係数がcos（4πl2／
λ）の係数より著しく大きくなつて、第２図ｃに
示すように変調度が深くなり、波長選択性が大き
くなり、広い温度範囲で安定な発振波長が得ら
れ、かつ戻り光による光出力雑音が少なくなる。
従来、強い内部反射を得るため、内部反射率
S11を大きくする努力がなされていたが、この発
明においては第１、第２レーザ動作部８，９の共
振器長l1、l2をl1＜l2とし、端面反射率R1、R2を
R1＜R2とすることによつて、波長の選択性を増
大して、広い温度範囲にわたつて発振波長を安定
化させるようにしているのである。
S11を大きくする努力がなされていたが、この発
明においては第１、第２レーザ動作部８，９の共
振器長l1、l2をl1＜l2とし、端面反射率R1、R2を
R1＜R2とすることによつて、波長の選択性を増
大して、広い温度範囲にわたつて発振波長を安定
化させるようにしているのである。
また、端面反射率R1、R2の差を端面に反射膜
を被覆することによつて生じさせているので、た
とえば活性層の厚さの違いによつて端面反射率に
差を生じさせるものに比して、大きな端面反射率
差を制御性良く得ることができ、軸モードの安定
化に大きな効果を有する。
を被覆することによつて生じさせているので、た
とえば活性層の厚さの違いによつて端面反射率に
差を生じさせるものに比して、大きな端面反射率
差を制御性良く得ることができ、軸モードの安定
化に大きな効果を有する。
＜実施例＞
以下、この発明を第３図に示す実施例により詳
細に説明する。
細に説明する。
第３図において、１はＮ型基板、２はＮ型クラ
ツド層、３は活性層、４はＰ型クラツド層、５は
Ｐ型キヤツプ層、６は電流制限用酸化膜、７は内
部反射部、８は第１レーザ動作部、９は第２レー
ザ動作部、１１は溝部であつて、これらは第５図
に示す従来例と同様である。
ツド層、３は活性層、４はＰ型クラツド層、５は
Ｐ型キヤツプ層、６は電流制限用酸化膜、７は内
部反射部、８は第１レーザ動作部、９は第２レー
ザ動作部、１１は溝部であつて、これらは第５図
に示す従来例と同様である。
上記第１レーザ動作部８の共振器長l1と第２レ
ーザ動作部９の共振器長l2との関係をl1＜l2とし、
第１レーザ動作部８側の出射前端面１５の端面反
射率R1と第２レーザ動作部９側の後端面１６の
端面反射率R2との関係をR1＜R2とする。上記端
面１５，１６の反射率R1、R2は、例えばα−Si
及びα−Si／Al2O3の誘電体多層膜を被覆するこ
とにより所望の値を得ている。
ーザ動作部９の共振器長l2との関係をl1＜l2とし、
第１レーザ動作部８側の出射前端面１５の端面反
射率R1と第２レーザ動作部９側の後端面１６の
端面反射率R2との関係をR1＜R2とする。上記端
面１５，１６の反射率R1、R2は、例えばα−Si
及びα−Si／Al2O3の誘電体多層膜を被覆するこ
とにより所望の値を得ている。
上記構成の内部反射干渉型の半導体レーザ装置
は動作温度を変えて発振波長を調べると、第４図
に示すように、20度の温度範囲で、スペクトルの
ホツプのない単一性の良い特性が得られ、かつ戻
り光に対して誘起される不安定性を十分抑制する
ことができた。また、活性層３の厚さが上記内部
反射部７でのみ変化し、上記内部反射部７以外の
領域では略同一であるので、導波路の電界分布の
すそ野の領域が受ける損失に変化がなく、横モー
ドの安定性、信頼性に多大な効果がある。また活
性層３の厚さが略一定なので、構造上の容易性も
得られる。また、端面反射率R1、R2を反射膜の
被覆により、R1＜R2としているので、大きな反
射率差を制御性良く得ることができ、軸モードを
安定化できる。
は動作温度を変えて発振波長を調べると、第４図
に示すように、20度の温度範囲で、スペクトルの
ホツプのない単一性の良い特性が得られ、かつ戻
り光に対して誘起される不安定性を十分抑制する
ことができた。また、活性層３の厚さが上記内部
反射部７でのみ変化し、上記内部反射部７以外の
領域では略同一であるので、導波路の電界分布の
すそ野の領域が受ける損失に変化がなく、横モー
ドの安定性、信頼性に多大な効果がある。また活
性層３の厚さが略一定なので、構造上の容易性も
得られる。また、端面反射率R1、R2を反射膜の
被覆により、R1＜R2としているので、大きな反
射率差を制御性良く得ることができ、軸モードを
安定化できる。
上記実施例では、出射前端面１５の端面反射率
R1を後端面１６の端面反射率R2よりも小さくし
ているので、発振波長を安定化できる上に、大き
な光出力を得ることができる。
R1を後端面１６の端面反射率R2よりも小さくし
ているので、発振波長を安定化できる上に、大き
な光出力を得ることができる。
本発明は上記実施例に限らず、たとえば導電型
の全て逆の半導体レーザ装置にも適用できる。
の全て逆の半導体レーザ装置にも適用できる。
＜発明の効果＞
以上より明らかな如く、本発明によれば、共振
器長の長短と端面反射率の大小に正の相関を持た
しているので、広い温度範囲、広い注入電流範囲
にわたつて発振波長を安定化でき、かつ戻り光に
よる雑音を抑制することができる。また、本発明
によれば、端面に反射膜を被覆することによつて
端面反射率に差を生じさせているので、層厚によ
り反射率に差を生じさせるものに比して、大きな
反射率差を制御性良く得ることができて、軸モー
ドを安定化することができる。
器長の長短と端面反射率の大小に正の相関を持た
しているので、広い温度範囲、広い注入電流範囲
にわたつて発振波長を安定化でき、かつ戻り光に
よる雑音を抑制することができる。また、本発明
によれば、端面に反射膜を被覆することによつて
端面反射率に差を生じさせているので、層厚によ
り反射率に差を生じさせるものに比して、大きな
反射率差を制御性良く得ることができて、軸モー
ドを安定化することができる。
また、活性層の厚さが内部反射部のみで変化
し、上記内部反射部以外の領域では略同一である
ようにすれば、導波路の電回分布のすそ野の領域
が受ける損失に変化がなくなり、横モードの安定
性、信頼性に多大な効果があり、製造上の容易さ
も得られる。
し、上記内部反射部以外の領域では略同一である
ようにすれば、導波路の電回分布のすそ野の領域
が受ける損失に変化がなくなり、横モードの安定
性、信頼性に多大な効果があり、製造上の容易さ
も得られる。
第１図は本発明の原理図、第２図ａ，ｂ，ｃは
実効的な反射率r2 effに対する効果を説明する図
で、ａはl1l2、ｂはl1＜l2、ｃはl1＜l2かつR1＜
R2の場合である。第３図は本発明の一実施例の
概略図、第４図は動作温度に対する発振波長の変
化を示す図、第５図は従来例の概略図である。 １……Ｎ型基板、２……Ｎ型クラツド層、３…
…活性層、４……Ｐ型クラツド層、５……Ｐ型キ
ヤツプ層、６……電流制限用酸化膜、７……内部
反射部、８……第１レーザ動作部、９……第２レ
ーザ動作部。
実効的な反射率r2 effに対する効果を説明する図
で、ａはl1l2、ｂはl1＜l2、ｃはl1＜l2かつR1＜
R2の場合である。第３図は本発明の一実施例の
概略図、第４図は動作温度に対する発振波長の変
化を示す図、第５図は従来例の概略図である。 １……Ｎ型基板、２……Ｎ型クラツド層、３…
…活性層、４……Ｐ型クラツド層、５……Ｐ型キ
ヤツプ層、６……電流制限用酸化膜、７……内部
反射部、８……第１レーザ動作部、９……第２レ
ーザ動作部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一方の端面から内部反射部までの第１レーザ
動作部と他方の端面から内部反射部までの第２レ
ーザ動作部を有する半導体レーザ装置において、 上記第１レーザ動作部の共振器長l1と第２レー
ザ動作部の共振器長l1がl1＜l2の関係にあるとき、
上記第１レーザ動作部側の端面反射率R1と第２
レーザ動作部側の端面反射率R2の間にR1＜R2の
関係が成り立つように端面に反射膜を被覆したこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の半導体レーザ
装置において、 活性層の厚さが上記内部反射部でのみ変化し、
上記内部反射部以外の領域では略同一である半導
体レーザ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59265079A JPS61142785A (ja) | 1984-12-15 | 1984-12-15 | 半導体レ−ザ装置 |
| US06/807,867 US4720834A (en) | 1984-12-15 | 1985-12-11 | Internal-reflection-interference semiconductor laser device |
| EP85309030A EP0186387B1 (en) | 1984-12-15 | 1985-12-12 | An internal-reflection-interference semiconductor laser device |
| DE8585309030T DE3582666D1 (de) | 1984-12-15 | 1985-12-12 | Halbleiterlaservorrichtung mit einem inneren reflektor, der interferenz verursacht. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59265079A JPS61142785A (ja) | 1984-12-15 | 1984-12-15 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61142785A JPS61142785A (ja) | 1986-06-30 |
| JPH027195B2 true JPH027195B2 (ja) | 1990-02-15 |
Family
ID=17412303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59265079A Granted JPS61142785A (ja) | 1984-12-15 | 1984-12-15 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4720834A (ja) |
| EP (1) | EP0186387B1 (ja) |
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