JPH03145179A - 進行波発振型半導体レーザー - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は進行波発振型半導体レーザーに関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来の半導体レーザーでは直接変調でＬＯＧ８２程度ま
での高速変調が可能であるが、さらに高速化を図る場合
には利得の非線形性により生じるダンピングの効果が大
きな障壁となってくる。即ち、ダンピング効果は半導体
レーザーの変調帯域を決めている緩和振動周波数の飽和
を招き、この効果が著しい場合には半導体レーザーの高
速応答特性が悪くなる。この利得の非線形性が生じる物
理的メカニズムは実のところまだよく分ってはいないが
、Ｃｈｉｎ　Ｂ　Ｓｕは雑誌アプライド　フィジックス
　レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ　Ｖｏｌ。

５３ρ９５０（１９８８））の中で、半導体レーザー共
振器内部に生じる光の定在波が原因であると主張してい
る。

従来の半導体レーザーではファブリ・ベロ型あるいは分
布帰還（ＤＦＢ）型２分布反射（ＤＢＲ〉型の光共振器
の中を光が何度も往復しながら発振するもので、共振器
内部には光の定在波が存在している。この光の定在波に
より生じている媒質の誘電率（屈折率）のグレーティン
グと発振モードの光の電界とが結合することによって利
得の非線形性が生じているものと考えている。従って、
共振器内部の光の電界が強くなると定在波による屈折率
のグレーティングとの結合も強くなり、大きなダンピン
グ効果が現れて緩和振動周波数が飽和してしまう。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的はこのような従来の半導体レーザーの欠点
を除去せしめて、半導体媒質内での定在波が生じない半
導体レーザーを実現することによりダンピングの効果を
抑制し、超高速光通信に十分対応できる半導体レーザー
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による２つの半導体レーザー、すなわち、半導体
光アンプの一方の端面ともう片方の端面を、光学系を用
いて光学的に結合したリング状の光共振器を有し、前記
リング状の光共振器の途中に光アイソレーターを挿入し
た構成からなることを特徴とする進行波発振型半導体レ
ーザー、あるいは、光学利得を有し、光の損失が時計回
りと反時計回りとで異なるリング状の光導波路を有する
ことを特徴とする進行波発振型半導体レーザーによって
上記の課題を解決できる。

〔作用〕

第１図、第２図を用いて本発明の進行波発振型半導体レ
ーザーの原理について説明する。

半導体レーザーの共振器内で第１図（ｂ）に示すような
光の定在波が生じる原因としては、第１図（ａ）に示す
ように、共振器内を前向きくどちらか一方を前と定義す
る）に進む前進波と逆向きに進む後進波が同時に存在す
るためで、第１図（ｃ）に示すように、もし共振器内の
光に交通規制を施して一方通行にすれば、第１図（ｄ）
の如く、定在波は生じなくなる。そこで光の一方通行を
実現する方法として以下に示す様な方法を考えた。

その１つは、通常の半導体レーザーの両端面の光の反射
を無くした構造の半導体アンプの外部に光学系を組んで
、半導体光アンプの出力端から出た光の一部を半導体光
アンプの入力端に再び戻すリング型の光共振器を構成し
、この共振器内に光アイソレーターを配置してやれば光
は共振器内を一方向にしか回れなくなり、一方向に回り
ながら半導体アンプ内で増幅を繰り返して発振する。こ
の様な進行波発振型の半導体レーザーでは共振器内を一
方向に回る光しか存在しないので、光増幅部の半導体媒
質内部には定在波は存在しない。

２つ目は、第２図（ａ）に示す様に、リング型の半導体
レーザーで、光学利得を有するリング状の活性導波路２
０に光学的に結合した導波路ブランチ２１を何本か設け
ることにより実現できる。

但し、この導波路ブランチは、活性導波路を時計回りに
回る光２２と反時計回りに回る光２３とで結合度が異な
る様に設けられている。従って時計回りと反時計回りと
で、導波路ブランチと結合の強いどちらか一方の光に対
しては損失が大となる。集２図（ａ）は時計回りの光の
方が導波路ブランチとの結合が強い例である。この様な
リングレーザ−では導波路損失の低い方向に回る光に対
してのみ発振が生じる。従ってリング状の活性導波路内
に定在波は生じない。

この様な特徴を有するリング状光導波路としては、他に
も第２図（ｂ）〜（ｄ）に示すような様々な形状が考え
られる。

〔実施例〕

第３図、第４図を用いて本発明の実施例について説明す
る。第３図は半導体光アンプと光学系を用いて構成した
例である。半導体光アンプ３１の半導体媒質としては車
らが電子情報通信学会の電子情報通信学会技術研究報告
Ｖｏ　ｌ　、０ＱＥ８９−１７（１９８９）に報告して
いる両端面窓構造の光アンプを使用した。リング型の光
共振器は図に示す様にコリメーターレンズ３６とハーフ
ミラ−３４とマイクロミラー３５を用いた光学系で構成
し、さらにリング状の光帰還途中に小型の光アイソレー
タ−３２を挿入している。この構成に加えて、帰還路途
中に、沼居らが雑誌Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　
Ｌｅｔｔｅｒｓ　Ｖｏｌ。

５４　ｐ１８５９（１９８９）に報告している光フィル
ター３３を挿入すればリング共振器に波長選択性を持た
せることができるため、より安定な発振が得られる。光
出力は光アンプの出口側のハーフミラ−３４とすること
により得られる。

第４図（ａ）、（ｂ）はリング状の活性導波路を用いた
例で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。半導体
基板４７としてはＳｎドープＩｎＰ基板を用いた。製作
工程はまず最初に、基板上にＬＰＥ法を用いて厚さ０．
５μｍのｎ−ＩｎＰクラッド層、厚さ０．１μｍのノン
ドープＩｎＧａＡｓ活性層４９．厚さ１μｍのｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層、厚さ０．２μｍのＩ　ｎＧａＡｓＰキヤ
”ｙプ層を順次成長させてダブルへテロ構造体を作製す
る。次にｐ側電極４６のＡ　ｕ　／　Ｔ　ｉをキャップ
層全面にスパッタ蒸着する。このｐ側電極上のマスク密
着露光により第２図に示す様な導波路ブランチ４１．４
２を有するリング状のパターンの５ｉ０２マスクを形式
する。このマスクパターンの部分を残すようにウェット
エツチングにより電極を除去した後、引き続いてドライ
エツチングで基板の深さまで成長層をエツチングする。

最後に基板を１５０μｍ程度の厚さに研磨し、基板裏面
にｎ側電極４８を蒸着した後、導波路ブランチ４１．４
２の端面に無反射コーティングを施すことにより半導体
レーザーを作製できる。この半導体レーザーはＳｔヒー
トシンク上にマウントできる。導波路ブランチ４２の光
出力端面への光ファイバー４５の結合は、マイクロレン
ズ４３を介して行う。この場合光フアイバ一端面からの
光の反射を抑えるためにマイクロレンズ４３と光ファイ
バー４５との間にアイソレーター４４を入れた方が好ま
しい。

本発明の進行波発振型半導体レーザーでは、従来の半導
体レーザーと同様に直接変調を行うことができる。ネッ
トワークアナライザーを用いて本発明の進行波発振型半
導体レーザーの小信号振幅変調の周波数応答を調べれば
、１８ＧＨｚ程度の値が期待される。またこのレーザー
の共振器には波長選択性が無いので、もし波長可変の光
フィルターを用いれば進行波発振型波長可変レーザーを
実現することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明の進行波発振型半導体レーザーは１８ＧＨｚもの
広い変調帯域を有するので、高速光通信の光源として用
いれば伝送容量の飛躍的な改善を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の進行波発振型半導体レーザー
の原理を示す図で、第３図、第４図は本発明の実施例を
示す図である。 図において、 ３１・・・半導体光アンプ、３２・・・光アイソレータ
−，３３・・・光フイルタ−３４・・・ハーフミラ−１
３５・・・ミラー、３６・・・レンズ、４１・・・時計
回り発振モード抑制用ブランチ、４２・・・反時計回り
発振光取り出し用ブランチ、４３・・・レンズ、４４・
・・光アイソレータ−，４５・・・光ファイバー、４６
・・・ｐ側電極、４７・・・ｎ−ＩｎＰ基板、４８・・
・ｎ側電極、４９・・・活性層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体光アンプの一方の端面ともう片方の端面を
   、光学系を用いて光学的に結合してリング状の光共振器
   を構成し、前記リング状の光共振器の途中に光アイソレ
   ーターを挿入したことを特徴とする進行波発振型半導体
   レーザー。
2. （２）光学利得を有し、光の損失が時計回りと反時計回
   りとで異なるリング状の光導波路を少くとも有すること
   を特徴とする進行波発振型半導体レーザー。