JPH03191304A - 複合形光共振器及び半導体レーザとその制御方法及び光フィルタ - 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】 〔概　要〕 異なる光路長を有し互いに結合された複数の光共振器か
ら成る複合形光共振器に関し。

従来よりも広い縦モード間隔を有する光共振器を提供可
能とすることを目的とし。

互いに平行且つ不等間隔に配置された複数の第１の光共
振器と、隣接する二つの該第１の光共振器の一方が有す
る二つの反射面の一つと該第１の光共振器の他方が有す
る二つの反射面の一つとを共有し且つ該二つの該光共振
器を結合する先導波路から成る第２の光共振器とを備え
るように構成する。

広い波長多重幅の中から、特定の波長の光を分離するた
めのフィルタが必要である。このようなフィルタとして
は、プリズムを用いるもの、干渉膜を用いるもの５回折
格子を用いるもの等の他に。

光共振器を用いるものがある。光共振器を用いるとすれ
ば、共振波長が一つだけの単一モードが望ましい。また
ファブリペロ−共振器のように、共振波長が複数存在す
る場合には、ｒ４モード間隔ができるだけ広いことが特
定波長だけを選択する上で有利である。

〔産業上の利用分野〕 本発明は、異なる光路長を有し互いに結合された複数の
光共振器から成る複合形光共振器に関する。

〔従来の技術〕

一本の光フアイバ中に複数の波長の光を同時に送ること
により大容量の情報伝送を可能とする波長多重通信の開
発が進められている。このために。

〔発明が解決しようとする課題〕

通常の半導体レーザにおけるファブリ・ペロー形の光共
振器において縦モード間隔を拡げるためには、共振器の
長さを短くすることが必要であるが、このための加工精
度上の限界に達している。

また、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａ
ｃｋ）型レーザやＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｔｂｕｔｅｄ　Ｂ
ｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）型レーザの共振器は
、単一モードでの共振が可能であるが、コルゲーション
を形成するための工程が複雑である。

これに対して、異なる光路長を有し互いに結合された複
数の光導波路から成る複合形光共振器が提案されている
。これには、第７図に示すようなＯＥＭＩ（ｏｐｅｎ　
ｅｎｄｅｄ　Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｏ
ｍｅｔｅｒ）型共振器（１，Ｈ，Ａ、　Ｆａｔｔａｈ　
ａｔ　ａｌ、、”Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｉｎｔｅ
ｒｆｅｒｏａ＋ｅｔｒｉｃ　１ａｓｅｒ　、　Ａｐｐｌ
、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　４１（２）、　１５．　
Ｊｕｌｙ　１９８２．　ｐｐ、１１２−１１４参照）や
、第８図に示すＣ３（Ｃ１ｅａｖｅｄ−Ｃｏｕｐｌｅｄ
　Ｃａｖｉｔｙ　Ｌａ５ｅｒ：　Ｗ。

Ｔ、　Ｔｓａｎｇ　ｅｔ　ａｌ、、”０ｐｔｏｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃ　Ｌｏｇｉｃ　０ｐｅｒａ−ｔｉｏｎｓ　
ｂｙ　Ｃ１ｅａｖｅｄ−Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｃａｖｉｔｙ
　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃ−ｔｏｒ　　Ｌａ５ｅｒｓ　　
、　　ＩＥＥＥ　　Ｊｏｕｒ＋　ｏｆ　　Ｑｕａｎｔｕ
ｍ　　ｆ！Ｉｅｃｔｒｏｎ−ｉｃｓ　ＱＥ−１９，Ｎｏ
、１１　Ｎｏｖ、　１９８９．　ｐｐ、１６２１−１６
２５参照）のような光共振器がある。しかし、　ＯＦ！
Ｍｌ型は。

基板にＹ分岐した先導波路を形成したもので、劈開面を
三つ形成する必要があり、数／１抛霧角程度の半導体結
晶を、このように襞間することが難しい。また　Ｃ３構
造は、一つの光導波路が形成された基板を襞間して、狭
い空気ギャップで結合された二つの光共振器を形成する
ものであり、所望の特性を有する共振特性を再現性よく
得ることが困難である。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
上記のような加工上の困難性を伴わないで縦モード間隔
の広い複合形光共振器を提供可能とすることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、互いに平行且つ不等間隔に配置された複数
の第１の光共振器と、隣接する二つの該第１の光共振器
の一方が有する二つの反射面の一つと該第１の光共振器
の他方が有する二つの反射面の一つとを共有し且つ該二
つの該光共振器を結合する先導波路から成る第２の光共
振器とを備えたことを特徴とする複合形光共振器、該光
共振器が半導体結晶から形成されていることを特徴とす
る請求項（１）記載の複合形光共振器、前記複合形光共
振器を構成する活性層を有することを特徴とする半導体
レーザ、前記半導体レーザにおける該第１の光共振器と
第２の光共振器のそれぞれに、少なくとも一方が該第１
および第２の光共振器ごとに電気的に分離され且つ該活
性層を介して対向する一対の電極を設け、該第２の光共
振器を構成する該活性層に注入される電流を該第１の光
共振器を構成する該活性層に注入される電流より増大さ
せることを特徴とする半導体レーザの制御方法。

および、前記複合光共振器が有する一方の端面から該光
共振器固有の共振波長の光を含む入力光が入射され、他
方の端面から該共振波長の出力光が選択的に射出される
ことを特徴とする光フィルタによって達成される。

すなわち１本発明の原理を示す第１図において例えば屈
折率ｎ　、　ＩｎＰから成る基板ｌには、屈折率ｎｚ　
（ただしｎ、＞ｎ、）のＡｌＧａ１ｎＰから成る互いに
平行な複数の光導波路２．１２□、２．が形成されてい
る。

光導波路２Ｉ、２□、２．のそれぞれは、基板１の互い
に平行な劈開面ＩＩおよび１□を反射面とする光共振器
を構成している。しかし、光導波路２８，２□、２゜は
、光導波路２．と２□および先導波路２□と２３のそれ
ぞれの間隔ａ、およびａ２が異なるように形成されてい
る。

さらに、光導波路２１と２□問および光導波路２□と２
３間には、それぞれの間を結ぶ別の光導波路３１および
３ｚが形成されている。光導波路３．および３！は光導
波路２＋、：ｈ、２３と同じ屈折率ｎ２のＡＩＧａＩｎ
Ｐから成っている。一般には、上記における互いに平行
かつ不等間隔の光導波路は２．１２□、２３．・・・２
７の０本であり、これらの間を結ぶ光導波路は３７，３
□、３１．・・・１　３１％−１のｎ−１本である。

〔作　用〕

第１図の構造においては、劈開面１．および１□を反射
面とする複数の光共振器が構成されることになる。これ
を、第２図を参照して説明する。

すなわち、劈開面工、−１□間には、光導波路２１゜２
□、２３．・・・と光導波路３１，３□、３８．・・・
のそれぞれ、および、これらが結合されて成る種々の共
振光路が存在する。劈開面Ｌ　　ｌｘ間の距離をｄとし
たときの、これら光共振器の光路の例と。

それらの幾何学的長さ（以下共振器長と呼ぶ）を次表に
示す。

反鼾血　　　　共五石玉、　　　　　■Ａ、−Ｂ、　　
　　　　ｄ　　　　　　　第２図（ａ）Ａ、−Ｂｚ　　
　　（ｄ”＋ａ、”）””　　　第２図（１））Ａ、−
８３（ｄ”　＋ａ、”）　””　　　第２図（Ｃ）Ａ３
−Ｂ４　　　　（ｄ”＋ａ３”ν″　　第２図（ｄ）上
記のように多数の共振モードが存在し、これらが鏡面を
共有しながら結合している複合形光共振器を構成してい
る。このような複合形光共振器においては、各々の共振
器長のすべてに対して共振する波長の光のみが存在でき
ることになる。

上記従来のｃｆｆ構造やＯＥ旧型では、多数の共振モー
ドを有する複合形光共振器を形成することが困難であっ
たのに対して１本発明によれば、容易に多数の共振モー
ドを有する構造を実現可能となり、縦モード間隔が大幅
に拡大可能となる。

なお、上記本発明の構造においては、光導波路２１．２
□、２，１　　・・・の端面のうちの任意の二つを光入
射口および光射出口として用いればよく、その他の端面
には１反射率を高めるためのコーティングが施される。

上記本発明の構造は、互いに平行な光導波路を有する点
で１周知のフェーズド・アレイ半導体レーザ（Ｗ、　５
ｔｒｅｉｆｅｒ　ｅｔ　ａｌ、＋”Ｙ−ｊｕｎｃｔｉｏ
ｎ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｌａ５ｅｒ　Ａｒｒ
ａｙｓ：　Ｐａｒｔ　　Ｉ　−Ｔｈｅｏｒｙ”　ＩＥＥ
ＥＪｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｑｕａｎｔｕｎ＋　　Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　　ＱＥ−２３＋　　Ｎｏ、６＋
Ｊｕｎｅ　１９８７．　ｐｐ、７４４−７５１）に類似
しているが、このフェーズド・アレイは、高出力を目的
として複数の光導波路を設けたものであり、これら光導
波路は等しい共振器長を有することが必要であるために
２等間隔で配置される点で１本発明の構造とは異なる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第３図は本発明の一実施例を説明するための斜視図であ
る。本実施例は、光導波路が高抵抗層に埋め込まれた半
導体レーザに本発明を適用した場合である。

すなわち、第３図（ａ）に示すように１例えばｎ型のＩ
ｎＰ基板４上にエピタキシャル成長した。吸収波長端が
１．３μ−の１ｎＧａＡｓＰから成る活性層５とｐ型の
ＩｎＰから成るクラッド層６とをメサエッチングして、
互いに平行かつ不等間隔の光導波路２＋。

２！、　２３と、これらの間を結ぶ光導波路３Ｉおよび
３□が形成されており、これら光導波路の間は、高抵抗
のＩｎＰから成る埋め込み層７により埋め込まれている
。光導波路２＋、　２ｇ＋　２３の端面間の距ｌｉｄは
３００μｍ、光導波路２Ｉと２□の中心間隔ａ１および
光導波路２□と２．の中心間隔ａ！は、それぞれ、１１
１　μ■および１８０μ−である。なお、同図（ロ）に
、上記メサエッチング後の形状を参考までに示す。

先導波路２２．２！、２３と光導波路３１および３□の
上表面には、　ＡｕＺｎ／ＡｕまたはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ
から成るｐ側電極８が、　ＩｎＰ基板４の背面には、＾
ｕＧｅ／Ａｕから成るｎ側電極９が形成されて、半導体
レーザが構成されている。

上記半導体レーザは、前述の理由により、Ｎモード間隔
が広くなるため、レーザ発振する場合には単一モードの
発振光が出力される。ただし、互いに平行に設けられた
先導波路は９反射面が光軸に垂直であるため、これらの
間を結合する反射面が光軸から傾斜している光導波路に
比べ、波長選択性が強い。したがって、後者の先導波路
によって選択されない光を射出してしまうおそれがある
。

この問題は、これらの光導波路に対応する電極の一方の
側を、各々の先導波路ごとに分離して設け。

後者の光導波路における活性層に対する注入電流が相対
的に大きくなるように制御して、この先導波路における
発振を強めることによって、すべての先導波路の波長選
択性を等しい強さにすることができる。

上記構造を発振しない範囲で用いれば、波長が異なる多
数の光の中から、各共振長において共振し得る特定の波
長の光のみを取り出すためのフィルタとなる。

第４図は本発明の別の実施例を説明するための平面図で
ある０本実施例は、第３図の構造を波長選択フィルタに
応用した例である。

すなわち、光導波路２１，２□、２３と光導波路３Ｉお
よび３□上に形成されたｎ側電極８を９例えば、各々の
中央付近で切断した構造とする。符号１１は電極８の切
断部を示す。これにより、ｐ側電極８は６つの部分に分
割されることになる。これらの部分には１図示しないリ
ード線が接続されている。

また、光導波路２ｔの両端面を光入射口および光射出口
として用いる例が示されており、先導波路２゜と２３の
それぞれの両端面には、　Ａｕ等の薄膜から成る反射膜
１２が形成されている。

所望の分割電極と前記ｎ側電極９（図示省略）との間に
電圧を印加すると、その間の活性層を横切って電流が流
れ、活性層およびクラッド層の屈折率が僅かに変化する
。その結果、この活性層を含む光導波路の光路長、すな
わち、実効的な共振器長が変化する。このように、上記
分割電極を選択して電流を制御することにより、複合形
光共振器の共振波長を微調整することができる。

なお、切断部１１の位置は、必ずしも９図示のように、
先導波路２１，２□、２．と光導波路３．および３！の
各々の中央部付近に一列に配列する必要はなく。

ｐ側電極８ごとに異なってもよく、また、光導波路２１
．２．、２．上の電極と光導波路３Ｉおよび３！上の電
極とが分割された構造としてもよい。

第５図は本発明のさらに別の実施例の説明図である０本
実施例は、第４図と同様な構造において。

光導波層の屈折率のみを変化させる構造とされている。

すなわち、ｎ型のＩｎＰ基板４上に、吸収波長端が１．
５μ−のＩｎＧａＡｓＰから成る光導波層１４と吸収波
長端が１．３ｔｌ鋼の１ｎＧａＡｓＰから成る活性層５
とをエピタキシャル成長させ、符号１６で示した位相制
？ｉｌ　９Ｎ域における活性層５を選択的にエツチング
して除去したのち、利得領域１７における活性層５上お
よび位相制御領域１６に表出する先導波層１４上に、ｐ
型のＩｎＰから成るクラッド層６をエピタキシャル成長
させる。

そして、クラッド層６．活性層５．光導波層１４とｌ　
ＩｎＰ　ｉ板４の一部をメサエッチングして、第３図と
同様の、互いに平行かつ不等間隔の光導波路２□２ｚ、
　２３と、これらの間を結ぶ先導波路３Ｉおよび３□を
形成したのち、これら光導波路の間に。

高抵抗のＩｎＰから成る埋め込み層７を埋め込む。

光導波路２１，２□、２．と光導波路３１および３！の
上表面に、　Ｔｉ／ＰＬ／Ａｕから成るｐ側電極８を形
成する。

ｐ側電極８は１位相制御領域１６の部分が、利得領域１
７の部分とは分離されている。すなわち５位相制御領域
１６には、光導波路２１．２ｇ＋　２３に対応するｎ側
電極８４，８□、８３が形成されている。ＩｎＰ基板４
の背面には、　ＡｕＧｅ／Ａｕから成るｎ側電極９が形
成されている。

利得領域１７のＰ側電極８および位相制御領域１６にお
けるｐ側電極８１，８□、８．のそれぞれには１図示し
ないリード線が接続されている。また１光導波路２．の
両端面を光入射口および光射出口として用いる例が示さ
れており、光導波路２Ｉと２．のそれぞれの両端面には
、　Ａｕ等の薄膜から成る反射膜１２が形成されている
。

第５図の構造において１選択されたＰ側電極８．。

８□、８．とｎ側電極９との間に電圧を印加すると。

先導波層１４を横切って電流が流れ、光導波層１４の屈
折率が変化する。これにより複合形光共振器の共振波長
がシフトする。本実施例の複合形光共振器は単に波長選
択フィルタとして利用できるばかりでなく２位相制御領
域１６におけるｐ側電極８とｎ側電極９との間に電流を
流し、パッシブ（増幅作用なし）あるいはアクティブ（
増幅作用あり）のいずれの光共振器として動作させるこ
ともできる。この光共振器の共振波長は、ｐ側電極８Ｉ
、８□。

８３を選択して電流を流すことにより調節される。

上記の各実施例において、光導波路２１，２□、２゜と
これらの間を結合する光導波路３１および３□との接続
形状は、第６図（ａ）に示すような、互いに平行かつ不
等間隔に配置された光導波路２１，２□、２．に光導波
路３Ｉおよび３□が漸近する形状、あるいは。

第６図（ｂ）に示すように、光導波路２＋、２！、２３
の途中に光導波路３．および３□が接続された形状とし
てもよい。

なお、上記における光導波路２□２□、２．が個別の基
板に形成された先導波路であり、これらを単一の支持体
に配置するとともに、この支持体上にこれらの間を結合
する光導波路３Ｉおよび３．を形成した構造としても同
様の効果を得ることができる。

また１以上の説明は、半導体を用いて成る光導波路につ
いて説明を行ったが、その他にもＬｉ−Ｎｂ酸化物系の
誘電体を用いて成る光導波路によって本発明の複合形光
共振器を構成することも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば９通常のりソゲラフ技術を用いて半導体
結晶を加工するのみで、広い縦モード間隔を有する複合
形光共振器を作製可能となる。また１本発明の構造は、
　ＤＦＢ型あるいはＤＢＲ型の共振器のようなコルゲー
ションを必要とせず、加工が容易であり、また（、ｌ構
造やＯＥ旧型の複合形光共振器のような製造上の困難さ
や低再現性を伴わず、複合形光共振器を安定して作製可
能である。

したがって１本発明は、高品質の複合形光共振器を低コ
ストで提供可能とする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構造説明図。 第２図は本発明の構造の作用説明図。 第３図乃至第６図は本発明の詳細な説明図。 第７図および第８図は従来の複合形光共振器の概要構造
図 である。 図において。 ■と４は基板、工、と１□は劈開面 ２と３は光導波路２　５は活性層。 ６はクラッド層、　　７は埋め込み層。 ８はｐ側電極、　　９は基板側電極。 １１は電極切断部、１２は反射膜。 １４は光導波層、　　１６は位相制御領域。 １７は利得領域 である。 あ １ 図 第 図 第８図 本発明の詳細な説明図（鯰の１） 第 ■ （ｃＬ） （ｂ） （Ｃ） （ｄ） 本発明の槙直の作用説Ｆ３Ａ図 第２図 本発明の実施例説明図（（の２〕 第 ＋ 図 （ａ） （ｂ） 本発明の詳細な説明囚（での４） 第 凶

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに平行且つ不等間隔に配置された複数の第１
   の光共振器と、 隣接する二つの該第１の光共振器の一方が有する二つの
   反射面の一つと該第１の光共振器の他方が有する二つの
   反射面の一つとを共有し且つ該二つの該光共振器を結合
   する光導波路から成る第２の光共振器 とを備えたことを特徴とする複合形光共振器。
2. （２）該光共振器が半導体結晶から形成されていること
   を特徴とする請求項（１）記載の複合形光共振器。
3. （３）各々の該光共振器が有する反射面は該半導体結晶
   の劈開面であって且つ一部の該光共振器の該反射面を成
   す該劈開面には高反射膜が形成されていることを特徴と
   する請求項（２）記載の複合形光共振器。
4. （４）請求項（１）記載の複合形光共振器を構成する活
   性層を有することを特徴とする半導体レーザ。
5. （５）請求項（４）記載の半導体レーザにおける該第１
   の光共振器と第２の光共振器のそれぞれに、少なくとも
   一方が該第１および第２の光共振器ごとに電気的に分離
   され且つ該活性層を介して対向する一対の電極を設け、
   該第２の光共振器を構成する該活性層に注入される電流
   を該第１の光共振器を構成する該活性層に注入される電
   流より増大させることを特徴とする半導体レーザの制御
   方法。
6. （６）請求項（１）記載の複合光共振器が有する一方の
   端面から該光共振器固有の共振波長の光を含む入力光が
   入射され、他方の端面から該共振波長の出力光が選択的
   に射出されることを特徴とする光フィルタ。