JPH0321094A - 光学システム - Google Patents
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- JPH0321094A JPH0321094A JP2138673A JP13867390A JPH0321094A JP H0321094 A JPH0321094 A JP H0321094A JP 2138673 A JP2138673 A JP 2138673A JP 13867390 A JP13867390 A JP 13867390A JP H0321094 A JPH0321094 A JP H0321094A
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- H—ELECTRICITY
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- 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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
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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。
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、可変波長半導体レーザーを有する光学システ
ム（例：光ファイバ通信システム）に関する。
ム（例：光ファイバ通信システム）に関する。
（従来技術）
可変波長半導体レーザーは、種々のタイプの光学システ
ムの使用に望ましい。例えば、波長分割多重化（ＷＤＭ
）を用いている光ファイバ通信システムは、異なる波長
の光学信号を発生する複数の光源（例：半導体レーザー
）を有する。さらに、光ファイバを介して通信するＬＡ
Ｎの基地局は、異なる波長のレーザーを放射する半導体
レーザーを採用し、この異なる波長が基地局を識別する
のに役立つ。これらの光学システムに採用された異なる
波長は、異なる伺料組成の活性層を有する半導体レーザ
ーを用いて達成している。しかし、その様なレーザーの
製造は、望ましくない複雑な製造プロセスが必要である
。これとは対照的に、このような複雑さは、組成的には
同一であるが、可変波長の半導体レーザーを用いて、回
避できる。
ムの使用に望ましい。例えば、波長分割多重化（ＷＤＭ
）を用いている光ファイバ通信システムは、異なる波長
の光学信号を発生する複数の光源（例：半導体レーザー
）を有する。さらに、光ファイバを介して通信するＬＡ
Ｎの基地局は、異なる波長のレーザーを放射する半導体
レーザーを採用し、この異なる波長が基地局を識別する
のに役立つ。これらの光学システムに採用された異なる
波長は、異なる伺料組成の活性層を有する半導体レーザ
ーを用いて達成している。しかし、その様なレーザーの
製造は、望ましくない複雑な製造プロセスが必要である
。これとは対照的に、このような複雑さは、組成的には
同一であるが、可変波長の半導体レーザーを用いて、回
避できる。
分布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザーと分布ブラッグリ
フレクタ（Ｄ Ｂ Ｒ）半導体レーザーは、波長可変で
あり、上記の光学システムに利用できる。しかし、最大
可変波長範囲は、報告されている例では、ＤＢＲレーザ
ーでわずか１１６オングストロームである（ボーン ブ
ロバード他、「ＩｎＧａＡｓＰ−１ｎＰの広範囲の波長
可変ブラッグリフレクタ集積レーザー」 （応用物理学
レターズ５２（１６）巻１９８８年４月１８日１２８５
５ １２８７ページ）を参照）。その結果、ＷＤＭ光学シス
テムに採用されている異なる波長信号の数と、異なる波
長信号を放出するＬＡＮの基地局の数は、制限される。
フレクタ（Ｄ Ｂ Ｒ）半導体レーザーは、波長可変で
あり、上記の光学システムに利用できる。しかし、最大
可変波長範囲は、報告されている例では、ＤＢＲレーザ
ーでわずか１１６オングストロームである（ボーン ブ
ロバード他、「ＩｎＧａＡｓＰ−１ｎＰの広範囲の波長
可変ブラッグリフレクタ集積レーザー」 （応用物理学
レターズ５２（１６）巻１９８８年４月１８日１２８５
５ １２８７ページ）を参照）。その結果、ＷＤＭ光学シス
テムに採用されている異なる波長信号の数と、異なる波
長信号を放出するＬＡＮの基地局の数は、制限される。
従って、１１６オングス１・ローム以上の可変波長範囲
を有する波長可変半導体レーザーが望まれている。
を有する波長可変半導体レーザーが望まれている。
波長可変の新たな半導体レーザーは、いわゆるドーピン
グ超格子（ｎ−ｉ−ｐ−ｉ結晶とも称する）からなる活
性層を有する。すなわち、この活性層は、結晶体からな
り、■＝Ｖ族化合物半導体材料（例： ＧａＡｓ）を含
む組成を有する。更に、活性層は、周期的間隔で配置さ
れたｎ型ドーパントシートとｐ型ドーパントのシー１−
（層）を有し、それらは、（活性層の戊長軸方向に）
デルタ関数のドーピンクプロファイルを有し、真性半導
体材料で分離されている。このドーパントシ一トの存在
により、真性半導体材料に関連してサンドイッチ形状に
変調されたエネルギバンド図が得られる。
グ超格子（ｎ−ｉ−ｐ−ｉ結晶とも称する）からなる活
性層を有する。すなわち、この活性層は、結晶体からな
り、■＝Ｖ族化合物半導体材料（例： ＧａＡｓ）を含
む組成を有する。更に、活性層は、周期的間隔で配置さ
れたｎ型ドーパントシートとｐ型ドーパントのシー１−
（層）を有し、それらは、（活性層の戊長軸方向に）
デルタ関数のドーピンクプロファイルを有し、真性半導
体材料で分離されている。このドーパントシ一トの存在
により、真性半導体材料に関連してサンドイッチ形状に
変調されたエネルギバンド図が得られる。
（ドーピング超格子 Ｇ． Ｈ．’Ｄｏｈ １ ｅ
ｒ ｒドピング超格子（ｎ−ｉ−ｐ−ｉ結晶）Ｊ（ＩＥ
６ ＥＥジャーナル量子エレク１・ロニクス ＱＥ−２２巻
第９号 １９８６年９月 １６８２−１６９４ページ
参照） ドーピング超格子活性層を有する半導体レーザーは、周
波数可変自然放射現象を星する。すなわち、この秤のレ
ーザーが（均等に）光学的または電気的にポンピングさ
れる（誘導放射に必要なレベル以下で）と、活性層の真
性半導体利料内に生成される電子一ホール対は、ドーパ
ントシ一ト内のドーパン１・を遮蔽（補償）し、ドーパ
ントシ一トにより生成されるハンドダイアダラムの程度
を減少させると思われていた。さらに、ポンピング励起
が強いほど、遮蔽効果は大きくなる。その結果、ポンピ
ング励起の強度を変えることにより、自然放射の波長を
、簡単に変えることができる。
ｒ ｒドピング超格子（ｎ−ｉ−ｐ−ｉ結晶）Ｊ（ＩＥ
６ ＥＥジャーナル量子エレク１・ロニクス ＱＥ−２２巻
第９号 １９８６年９月 １６８２−１６９４ページ
参照） ドーピング超格子活性層を有する半導体レーザーは、周
波数可変自然放射現象を星する。すなわち、この秤のレ
ーザーが（均等に）光学的または電気的にポンピングさ
れる（誘導放射に必要なレベル以下で）と、活性層の真
性半導体利料内に生成される電子一ホール対は、ドーパ
ントシ一ト内のドーパン１・を遮蔽（補償）し、ドーパ
ントシ一トにより生成されるハンドダイアダラムの程度
を減少させると思われていた。さらに、ポンピング励起
が強いほど、遮蔽効果は大きくなる。その結果、ポンピ
ング励起の強度を変えることにより、自然放射の波長を
、簡単に変えることができる。
しかし、当業者によれば、誘導放射を達成するに必要な
しきい値レベルでは、電子一ホール対の密度は、高くな
り、ドーパントシートにより生成されるバンドダイアグ
ラム変調は消え、すなわち、価原子バンドと伝導バンド
完全に平面になる。
しきい値レベルでは、電子一ホール対の密度は、高くな
り、ドーパントシートにより生成されるバンドダイアグ
ラム変調は消え、すなわち、価原子バンドと伝導バンド
完全に平面になる。
（Ｅ．Ｆ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ他の 「波長λ〉０，９
で放射するＧａＡｓ鋸歯状超格子レーザー」（応用物理
学レターズ４７ （３）１９８５年８月２１９−２２１
ページ） 、Ｂ． Ａ． Ｖｏ ｊａｌｃ他「ＧａＡｓ
ドーピング超格子の光ポンピングレザー動作」 （応用
物理学レターズ４８ （３）１９８６年１月２５１−２
５３ページ）参照）この技術分野の当業者は、１１６オ
ングストロム以上の可変波長範囲を有する半導体レーサ
の開発には成功しなかった。
で放射するＧａＡｓ鋸歯状超格子レーザー」（応用物理
学レターズ４７ （３）１９８５年８月２１９−２２１
ページ） 、Ｂ． Ａ． Ｖｏ ｊａｌｃ他「ＧａＡｓ
ドーピング超格子の光ポンピングレザー動作」 （応用
物理学レターズ４８ （３）１９８６年１月２５１−２
５３ページ）参照）この技術分野の当業者は、１１６オ
ングストロム以上の可変波長範囲を有する半導体レーサ
の開発には成功しなかった。
（発明の概要）
本発明は、この種のドーピング超格子活性層を有するレ
ーザーを電気的または光学的またはその両方で、非均等
にポンピングすることにより、容易にその波長を可変可
能にすることである。すなわち、ポンピングの間、この
種のレーザーの活性層の一領域（その体積は、活性層の
体積の少なくとも１０％以上９０％以下を占有する）は
、その領域で誘導放射するに必要な平均励起レベル以下
までポンピングされる。（まったくポンピングされない
領域は、このカテゴリーには入らない）これとは対照的
に、活性層の別の領域は、上記の励起レベルより少なく
とも１０％高く、レーザー発振する誘導放射するに十分
高い）平均励起レベルまでポンピングされる。（比較的
高い励起レベルまたは、比較的低い励起レベルにさらさ
れる領域の種々の組み合わせ（例：そのような領域の交
互配置）も利用できる。）、例示的には、比較的低い励
起レベルにさらされる領域の体積（上記の体積％の制限
によるその領域の全体積）の変更により、または、これ
らの比較的低い励起レベルの変更により、または、それ
に応じて、他の領域に印加されるポンピング強度の変更
により、あるいは、それら全体の組み合わせにより、放
射レーザー光の波長は、簡単に変化する。
ーザーを電気的または光学的またはその両方で、非均等
にポンピングすることにより、容易にその波長を可変可
能にすることである。すなわち、ポンピングの間、この
種のレーザーの活性層の一領域（その体積は、活性層の
体積の少なくとも１０％以上９０％以下を占有する）は
、その領域で誘導放射するに必要な平均励起レベル以下
までポンピングされる。（まったくポンピングされない
領域は、このカテゴリーには入らない）これとは対照的
に、活性層の別の領域は、上記の励起レベルより少なく
とも１０％高く、レーザー発振する誘導放射するに十分
高い）平均励起レベルまでポンピングされる。（比較的
高い励起レベルまたは、比較的低い励起レベルにさらさ
れる領域の種々の組み合わせ（例：そのような領域の交
互配置）も利用できる。）、例示的には、比較的低い励
起レベルにさらされる領域の体積（上記の体積％の制限
によるその領域の全体積）の変更により、または、これ
らの比較的低い励起レベルの変更により、または、それ
に応じて、他の領域に印加されるポンピング強度の変更
により、あるいは、それら全体の組み合わせにより、放
射レーザー光の波長は、簡単に変化する。
説明のため、比較的低い励起レベルにさらされる領域の
体積が大きくなると、または、これらの比較的低い励起
レベルが低くなると、または、その両方で、レーザーを
発生させる為、他の領域に印加されるべきポンピング強
度は高くなる。そし９ て、その逆もいえる。言い換えると、比較的Ｏ（い励起
レベルにさらされる領域の体積が大きくなると、または
、これらの比較的低い励起レベルが低くなると、または
、その両方で、レーザーを発生させる為、他の領域に形
成、または注入されるべき電子一ホール対のしきい値密
度は、高くなる。
体積が大きくなると、または、これらの比較的低い励起
レベルが低くなると、または、その両方で、レーザーを
発生させる為、他の領域に印加されるべきポンピング強
度は高くなる。そし９ て、その逆もいえる。言い換えると、比較的Ｏ（い励起
レベルにさらされる領域の体積が大きくなると、または
、これらの比較的低い励起レベルが低くなると、または
、その両方で、レーザーを発生させる為、他の領域に形
成、または注入されるべき電子一ホール対のしきい値密
度は、高くなる。
しかし、これらの電子一ホール対は、ドーパントシ−１
・内のドーパントを遮蔽するのに役立ち、ドーパントシ
一トにより形威されるバンドダイアダラムの変調のレベ
ルの程度を減少させる。しかし、本発明の電子一ホール
対のしきい値密度による遮蔽量は、一般的に、価原子バ
ンドと伝導バンドの完全には水平化しない。従って、周
波数可変は、簡単に達或できる。
・内のドーパントを遮蔽するのに役立ち、ドーパントシ
一トにより形威されるバンドダイアダラムの変調のレベ
ルの程度を減少させる。しかし、本発明の電子一ホール
対のしきい値密度による遮蔽量は、一般的に、価原子バ
ンドと伝導バンドの完全には水平化しない。従って、周
波数可変は、簡単に達或できる。
例示的に、真性半導体材料がＧａＡｓで、ドパントシー
トのｎ型ドーパント、ｐ型ドーパントが、それぞれ、シ
リコンと、ベリリュウムである、ドーピング超格子活性
層を有する半導体レーザーの場合、非均等ポンピングは
、１１６オングストローム以上（２００オングストロー
ム以上、更に、１０ ２５０オングストロームほどの）の波長範囲にわたり、
周波数可変である。
トのｎ型ドーパント、ｐ型ドーパントが、それぞれ、シ
リコンと、ベリリュウムである、ドーピング超格子活性
層を有する半導体レーザーの場合、非均等ポンピングは
、１１６オングストローム以上（２００オングストロー
ム以上、更に、１０ ２５０オングストロームほどの）の波長範囲にわたり、
周波数可変である。
（実施例の説明）
第１図において、本発明の光通信システムは、ＷＤＭシ
ステム１０であり、これは、複数の分離配置された半導
体レーザー２０を有し、このレザー２０は、波長λ、、
λ２でレーザー放射を発振する。更に、このシステムは
、複数の光ファイバ３０と、マルチプレクサ４０を有し
、この光ファイバ３０は、レーザー２０から放射される
レーザービームをマルチプレクサ４０へ伝送するもので
、マルチプレクザ４０は、レーザービームを空間的に結
合する。更に、このシステムは、光ファイバ５０を有し
、この光ファイバ、５０は、空間的に結合されたレーザ
ービームをデマルチプレクザ６０へ伝送する。このデマ
ルチプレクサ６０は、レーザービームを空間的に分離す
る。光ファイバ７０は、空間的に分離されたレーザービ
ームを光検知機８０へ伝送する。
ステム１０であり、これは、複数の分離配置された半導
体レーザー２０を有し、このレザー２０は、波長λ、、
λ２でレーザー放射を発振する。更に、このシステムは
、複数の光ファイバ３０と、マルチプレクサ４０を有し
、この光ファイバ３０は、レーザー２０から放射される
レーザービームをマルチプレクサ４０へ伝送するもので
、マルチプレクザ４０は、レーザービームを空間的に結
合する。更に、このシステムは、光ファイバ５０を有し
、この光ファイバ、５０は、空間的に結合されたレーザ
ービームをデマルチプレクザ６０へ伝送する。このデマ
ルチプレクサ６０は、レーザービームを空間的に分離す
る。光ファイバ７０は、空間的に分離されたレーザービ
ームを光検知機８０へ伝送する。
第２図においては、本発明の光通信システムは、１１
？ＡＮシステム１００てあり、複数の基地局１１０と１
４０（複数のコンピューターまたは、コンピュータ一端
末）を有し、これらの県地局は、光ファイバブス１５０
を介して、互いに通信ずる。
４０（複数のコンピューターまたは、コンピュータ一端
末）を有し、これらの県地局は、光ファイバブス１５０
を介して、互いに通信ずる。
各基地局は、波長可変半導体レーザー２０を有し、この
レーザー２０は、基地局を識別する波長（例：λ■、λ
２）でレーザー放射を発振する。各基地局は、光カプラ
ー１２０を有し、この光カプラー１２０は、レーザーに
より光ファイバブス１５０に注入されるレーザー放射の
少なくとも一部を結合する。各基地局は、第２光カプラ
ー１３０、光検知機８０を有し、この光検知機８０は、
光ファイバブスからのレーザー放射を拮合し、それを光
検知機８０に送る。
レーザー２０は、基地局を識別する波長（例：λ■、λ
２）でレーザー放射を発振する。各基地局は、光カプラ
ー１２０を有し、この光カプラー１２０は、レーザーに
より光ファイバブス１５０に注入されるレーザー放射の
少なくとも一部を結合する。各基地局は、第２光カプラ
ー１３０、光検知機８０を有し、この光検知機８０は、
光ファイバブスからのレーザー放射を拮合し、それを光
検知機８０に送る。
第３図におて、本発明の波長可変半導体レーザ２０は、
ドーピング超格子活性層１８０を有し、それらは、好ま
しくは、それらは、低屈折率層１７０，１９０の間に扶
持され、それらは、全て、基板１６０上（例：半絶縁基
板１６０）に戊長される（低屈折率層１７０，１．９０
に比較して化較１２ 的高屈折率ゆえ、光は活性層１８０内に閉じ込められ、
導波される）。レーザーを含む層は、基板１６０上に容
易に、従来技術（例．“分子線エビタキシー（ＭＢＥ）
、有機金属気相戊長法（ＭＯＣＶＤ））を用いて、成長
させることができる。
ドーピング超格子活性層１８０を有し、それらは、好ま
しくは、それらは、低屈折率層１７０，１９０の間に扶
持され、それらは、全て、基板１６０上（例：半絶縁基
板１６０）に戊長される（低屈折率層１７０，１．９０
に比較して化較１２ 的高屈折率ゆえ、光は活性層１８０内に閉じ込められ、
導波される）。レーザーを含む層は、基板１６０上に容
易に、従来技術（例．“分子線エビタキシー（ＭＢＥ）
、有機金属気相戊長法（ＭＯＣＶＤ））を用いて、成長
させることができる。
成長後、層は、へき解され、ミラー状端面２００，２１
０を形成し、この面は、レーザー動作に必要不可欠なも
のである。
０を形成し、この面は、レーザー動作に必要不可欠なも
のである。
活性層１８０の真性半導体材料の組成は、■Ｖ族化合物
半導体材料である。エビタキシャル成長を行うために、
層１７０，１９０の組成と基板の組成は、そのような■
一Ｖ族化合物半導体材料を含む。例えば、成長させ、屈
折率を減らすために、ドーピング超格子活性層（エビタ
キシャル層）１８０の組成がＧａＡｓを含有すると、層
１７０，１９０の組成は、例えば、Ａ１ｘＧａ１。Ａｓ
（０．１≦Ｘ≦１．０）を含み、基板１６０の組成は、
ＧａＡｓを含む。一方、ドーピング超格子活性層（エピ
タキンヤル層）１８０の組成がＩｎＰを含有すると、層
１７０，１９０の組成は、例１３ えば、Ｇ ａ ， Ｉ ｎ １−，Ａ ｓ （ここで、
ｙは例えば、０．４７）を含み、基板１６０の組戊は、
ＩｎＰを含む。
半導体材料である。エビタキシャル成長を行うために、
層１７０，１９０の組成と基板の組成は、そのような■
一Ｖ族化合物半導体材料を含む。例えば、成長させ、屈
折率を減らすために、ドーピング超格子活性層（エビタ
キシャル層）１８０の組成がＧａＡｓを含有すると、層
１７０，１９０の組成は、例えば、Ａ１ｘＧａ１。Ａｓ
（０．１≦Ｘ≦１．０）を含み、基板１６０の組成は、
ＧａＡｓを含む。一方、ドーピング超格子活性層（エピ
タキンヤル層）１８０の組成がＩｎＰを含有すると、層
１７０，１９０の組成は、例１３ えば、Ｇ ａ ， Ｉ ｎ １−，Ａ ｓ （ここで、
ｙは例えば、０．４７）を含み、基板１６０の組戊は、
ＩｎＰを含む。
ドーピング超格子活性層１８０の厚さは、 約２０ナノ
メータ（ｎｍ）から約５００ｎｍの範囲である。２０ｎ
ｍ未満の厚さは好ましくない。その理由は、少なくとも
１つのｎ型ドーパントシ一トと少なくとも１つのｐ型ド
ーパントシ−１・とを活性層に組み込む（これは、レー
ザー動作に必要不可欠なものである）のは困難だからで
ある（その理由は以下に詳述する）。約５００ｎｍ以上
の厚さは、除外するわけではないが、好ましくはない。
メータ（ｎｍ）から約５００ｎｍの範囲である。２０ｎ
ｍ未満の厚さは好ましくない。その理由は、少なくとも
１つのｎ型ドーパントシ一トと少なくとも１つのｐ型ド
ーパントシ−１・とを活性層に組み込む（これは、レー
ザー動作に必要不可欠なものである）のは困難だからで
ある（その理由は以下に詳述する）。約５００ｎｍ以上
の厚さは、除外するわけではないが、好ましくはない。
その理由は、この厚さでは、活性層内では、フォトン（
光子）の密度が薄くなり、レーザーを発振させるために
は、比較的高いポンピング密度が必要だからである。
光子）の密度が薄くなり、レーザーを発振させるために
は、比較的高いポンピング密度が必要だからである。
ドーピング超格子活性層１８０の真性半導体材料がＧ
．ａ Ａ ｓを含有すると、ｎ型ドーパントシ一トのｎ
型ドーパントは、Ｓｉ，Ｓｎ，ＴｅＳｐ型ドーパントシ
−１・のｐ型ドーパンｌ・は、Ｂｅ，Ｚ１４ ｎ，Ｃｄ，Ｃが有益である。活性層のドーパントシ−１
・は、成長の過程で、活性層に組み込まれる。
．ａ Ａ ｓを含有すると、ｎ型ドーパントシ一トのｎ
型ドーパントは、Ｓｉ，Ｓｎ，ＴｅＳｐ型ドーパントシ
−１・のｐ型ドーパンｌ・は、Ｂｅ，Ｚ１４ ｎ，Ｃｄ，Ｃが有益である。活性層のドーパントシ−１
・は、成長の過程で、活性層に組み込まれる。
活性層内の得られたドーピングプロファイルは、活性層
の戊長軸Ｚに沿って、理想的な形として、第３図に描い
てある。ここで、ＮＤ，ＮＡは、それぞれ、ドナーイオ
ンとアクセプターイオンの密度である。ドーパントシ一
トにより生成されたパンドダイアグラム変調も図に記載
されている。
の戊長軸Ｚに沿って、理想的な形として、第３図に描い
てある。ここで、ＮＤ，ＮＡは、それぞれ、ドナーイオ
ンとアクセプターイオンの密度である。ドーパントシ一
トにより生成されたパンドダイアグラム変調も図に記載
されている。
第３図から明らかなように、ドーパントシ一トの存在に
より、パンドダイアグラムの鋸刃形状の変調が形或され
、この変調こそが波長を可変にする。すなわち、非均等
ポンピングの間、活性層内に形威された、又は、注入さ
れた電子は、（変調された）伝導バンドの谷により形成
された量子井戸にトラップされる。さらに、活性層内に
形成された、又は、注入されたホールは、（変調された
）価電子バンドのピークにより形成された量子井戸にト
ラップされる。重要なことに、電子とホールにより占有
されるエネルギーレベル間のエネルギギャップは、バン
ドギャップ以下である。その１５ 結果、電子とホールとが、誘導再結合すると、得られた
誘導放射は、バンドギャップに関連する物より、長くな
る。パンドダイアグラム変調の程度を減らすこと（活性
層内に形成された、又は、注入された電子一ホール対の
数密度を増加することにより達成される）により、誘導
放射の波長は、短くなる。
より、パンドダイアグラムの鋸刃形状の変調が形或され
、この変調こそが波長を可変にする。すなわち、非均等
ポンピングの間、活性層内に形威された、又は、注入さ
れた電子は、（変調された）伝導バンドの谷により形成
された量子井戸にトラップされる。さらに、活性層内に
形成された、又は、注入されたホールは、（変調された
）価電子バンドのピークにより形成された量子井戸にト
ラップされる。重要なことに、電子とホールにより占有
されるエネルギーレベル間のエネルギギャップは、バン
ドギャップ以下である。その１５ 結果、電子とホールとが、誘導再結合すると、得られた
誘導放射は、バンドギャップに関連する物より、長くな
る。パンドダイアグラム変調の程度を減らすこと（活性
層内に形成された、又は、注入された電子一ホール対の
数密度を増加することにより達成される）により、誘導
放射の波長は、短くなる。
伝導バンド内にすくなくとも１つの「谷」と価電子バン
ド内にすくなくとも１つの「山」とを形成するために、
活性ＪＷ １ ８ ０は、少なくとも１つのｎ型ドーパ
ントンートと少なくとも１つのｐ型ドーパントシ一トと
を含む。しかし、 活性層１８０は、２０以上のｎ型ド
ーパン！・シートとｐ型ドーパンｌ・シー１・との対を
含むべきではない。
ド内にすくなくとも１つの「山」とを形成するために、
活性ＪＷ １ ８ ０は、少なくとも１つのｎ型ドーパ
ントンートと少なくとも１つのｐ型ドーパントシ一トと
を含む。しかし、 活性層１８０は、２０以上のｎ型ド
ーパン！・シートとｐ型ドーパンｌ・シー１・との対を
含むべきではない。
その理由は、そのような対の数か多くなると、伝導バン
ドと価電子バンドの小さな「谷」と「山」を形成してし
まうので、好ましくないからである。
ドと価電子バンドの小さな「谷」と「山」を形成してし
まうので、好ましくないからである。
第３図に示すように、ドーパン１・シートは、無限に薄
い厚さを有するよう描かれているが、このシートは、実
際には、有限の厚さを有し、そのド１６ ーピングプロファイルは、ガウス分布形状をしている。
い厚さを有するよう描かれているが、このシートは、実
際には、有限の厚さを有し、そのド１６ ーピングプロファイルは、ガウス分布形状をしている。
この点に関して、このガウス分布の半値全幅は、１
２ｎｍである。更に、ドーパントシトのトーパントイオ
ン間の平均距離ｄは、次式により与えられる。
２ｎｍである。更に、ドーパントシトのトーパントイオ
ン間の平均距離ｄは、次式により与えられる。
ｄ＝１７報Ｅ
ここで、Ｎ２ｄはガウス分布の中心面の単位面積あたり
のドーパントイオンの数を表す。重要なこと２ｄ に、Ｎ が約１ ０ １２ｃ ｍ−２以上であることは
、知れており、それ以下は好ましくはない。その理由は
、価電子バンドと伝導バンドとの変調が小さくなり好ま
しくないからである。その結果、必然的に、ｄは１０ｎ
ｍ以下である。
のドーパントイオンの数を表す。重要なこと２ｄ に、Ｎ が約１ ０ １２ｃ ｍ−２以上であることは
、知れており、それ以下は好ましくはない。その理由は
、価電子バンドと伝導バンドとの変調が小さくなり好ま
しくないからである。その結果、必然的に、ｄは１０ｎ
ｍ以下である。
第３図に描かれたパンドダイアグラムの鋸歯状変調を得
るために、隣接ドーバントシ一トの中心面間のｄ は、
上記のｄ以上で、例えば、１ ０ ｎＳ ｍ以上である。これ以下は、好ましくない。その理由は
、パンドダイアグラムが滑らかに変化するサイン形状を
形成していまい、一般的に、周波数１７ ・可変とはならないからである。
るために、隣接ドーバントシ一トの中心面間のｄ は、
上記のｄ以上で、例えば、１ ０ ｎＳ ｍ以上である。これ以下は、好ましくない。その理由は
、パンドダイアグラムが滑らかに変化するサイン形状を
形成していまい、一般的に、周波数１７ ・可変とはならないからである。
ｎ型ドーパントシート間の間隔とｐ型ドーパントシ一ト
間の間隔は、２０ １００ｎｍの範四である。この間
隔が２０ｎｍ以下では、ｎ型ドーパントシートとｐ型ド
ーパントシ一トの間隔は１０ｎｍ以下となり、上記の理
由で好ましくない。また、この間隔が１００ｎｍ以上で
は、隣接量子井戸（谷と山）間の距離が、電子とホール
にとって、大きくなり過ぎて、その結果、再結合効率が
低くなるので、好ましくない。
間の間隔は、２０ １００ｎｍの範四である。この間
隔が２０ｎｍ以下では、ｎ型ドーパントシートとｐ型ド
ーパントシ一トの間隔は１０ｎｍ以下となり、上記の理
由で好ましくない。また、この間隔が１００ｎｍ以上で
は、隣接量子井戸（谷と山）間の距離が、電子とホール
にとって、大きくなり過ぎて、その結果、再結合効率が
低くなるので、好ましくない。
上述したように、半導体レーザー２０は、非均等に光学
的、電気的またはその両方で、レーザーにポンピングす
ることにより、周波数を可変にてきる。本発明による非
均等ポンピングをするために、レーザー２０の活性層１
８０の少なくとも一領域（活性層の少なくとも１０％を
有する）を平均励起レベル（この領域で誘導放射に到達
するに必要なレベル）までポンピングする（その領域の
体積で全体にわたって平均して）。（因みに、全くポン
ピナグされない領域は、このカテゴリーに１８ は入らない。）この領域は、活性層の約９０％を越えて
はならない。それを越えると、活性層の残りに印加され
るポンピング励起は、大きくなり過ぎ、実際的でない。
的、電気的またはその両方で、レーザーにポンピングす
ることにより、周波数を可変にてきる。本発明による非
均等ポンピングをするために、レーザー２０の活性層１
８０の少なくとも一領域（活性層の少なくとも１０％を
有する）を平均励起レベル（この領域で誘導放射に到達
するに必要なレベル）までポンピングする（その領域の
体積で全体にわたって平均して）。（因みに、全くポン
ピナグされない領域は、このカテゴリーに１８ は入らない。）この領域は、活性層の約９０％を越えて
はならない。それを越えると、活性層の残りに印加され
るポンピング励起は、大きくなり過ぎ、実際的でない。
非均等ポンピングは、また、活性層１８０の他の領域（
活性層の少なくとも１０％を有する）は、平均励起レベ
ル（上記の励起レベルの少なくとも１０％高く、レーザ
ー放射に至る誘導放射を達成するに十分高いレベル）ま
でポンピングする。
活性層の少なくとも１０％を有する）は、平均励起レベ
ル（上記の励起レベルの少なくとも１０％高く、レーザ
ー放射に至る誘導放射を達成するに十分高いレベル）ま
でポンピングする。
本発明の非均等ポンピングには、活性層の３つ以上の領
域を平均励起レベルの種々の組合わせ（例：相対的に、
低励起レベルと高励起レベルと低励起レベル、または、
相対的に、高励起レベルと低励起レベルと高励起レベル
）にさらすことも含まれる。これらの種々の組合わせの
唯一の条件は、相対的低励起レベルの領域の全体積が上
記の条件に合うようにすることであり、相対的高励起レ
ベルの領域の全体積が上記の条件に合うようにすること
である。
域を平均励起レベルの種々の組合わせ（例：相対的に、
低励起レベルと高励起レベルと低励起レベル、または、
相対的に、高励起レベルと低励起レベルと高励起レベル
）にさらすことも含まれる。これらの種々の組合わせの
唯一の条件は、相対的低励起レベルの領域の全体積が上
記の条件に合うようにすることであり、相対的高励起レ
ベルの領域の全体積が上記の条件に合うようにすること
である。
上記の非均等ポンピングは、例えば、ガウスの１９
強度分布を有する光ビームでレーザー２０をポンピング
し、ビームの中心をレーザーの中心からすらずことによ
り、達成できる（第４図）。その桔果、２つの領域が定
義できる。その１つは、比較的低い励起レヘルにさらさ
れ、他の１つは、比較的高い励起レベルにさらされるも
のである。あるいは、非均等ポンピングは、例えば、基
板１６０を（第５図）ｎ＋型導電性に、層］７０をｎ型
導電性に、層１９０をｐ型導電性に、この層１９０上に
ｐ型導電性の追加層２２０ （ｍ−Ｖ族化合物半導体材
料の）を成長させる。その後、複数の電気接点２３０，
２４０を層２２０の表面に、基板１６０の底部表面上に
電気接点２５０を成長させる。比較的低容量の電流が接
点２３０を、比較的高容量の電流が接点２４０を介して
流れ、必要な非均等ポンピングを達或する。
し、ビームの中心をレーザーの中心からすらずことによ
り、達成できる（第４図）。その桔果、２つの領域が定
義できる。その１つは、比較的低い励起レヘルにさらさ
れ、他の１つは、比較的高い励起レベルにさらされるも
のである。あるいは、非均等ポンピングは、例えば、基
板１６０を（第５図）ｎ＋型導電性に、層］７０をｎ型
導電性に、層１９０をｐ型導電性に、この層１９０上に
ｐ型導電性の追加層２２０ （ｍ−Ｖ族化合物半導体材
料の）を成長させる。その後、複数の電気接点２３０，
２４０を層２２０の表面に、基板１６０の底部表面上に
電気接点２５０を成長させる。比較的低容量の電流が接
点２３０を、比較的高容量の電流が接点２４０を介して
流れ、必要な非均等ポンピングを達或する。
半導体レーザー２０は、比較的低励起レベルにさらされ
る活性ＩＷの領域の体枯を変えることにより、または、
比較的低励起レベルのレベルを調整することにより、ま
たは、その両方により、波長２０ を簡単に変えることができる。また、これは、例えば、
ガウス分布ポンピングビーム（第４図）の中心をレーザ
ーの中心に′対して、必要な放射波長が得られるまで変
えることである。あるいは、波長可変は、複数の電極２
３０，２４０ （第５図）を流れる電流量を変えること
により、達成される。
る活性ＩＷの領域の体枯を変えることにより、または、
比較的低励起レベルのレベルを調整することにより、ま
たは、その両方により、波長２０ を簡単に変えることができる。また、これは、例えば、
ガウス分布ポンピングビーム（第４図）の中心をレーザ
ーの中心に′対して、必要な放射波長が得られるまで変
えることである。あるいは、波長可変は、複数の電極２
３０，２４０ （第５図）を流れる電流量を変えること
により、達成される。
重要なことは、活性層１８０の真性半導体材料がＧａＡ
ｓを含み、ドーパントシ一トのｎ型ドーパント、ｐ型ド
ーパントが、それぞれ、ＳｉＳＢｅで、活性層が、５つ
のｎ型、ｐ型ドーパントシ一トの対を有し、それらが３
８ｎｍの周期（ｎ型ドーパントシ一ト間とｐ型ドーパン
トシ一ト間）で配置されると、２００オングストローム
もの波長範囲にわたり、可変であり、さらに、２５０オ
ングストロームまでも可能である。
ｓを含み、ドーパントシ一トのｎ型ドーパント、ｐ型ド
ーパントが、それぞれ、ＳｉＳＢｅで、活性層が、５つ
のｎ型、ｐ型ドーパントシ一トの対を有し、それらが３
８ｎｍの周期（ｎ型ドーパントシ一ト間とｐ型ドーパン
トシ一ト間）で配置されると、２００オングストローム
もの波長範囲にわたり、可変であり、さらに、２５０オ
ングストロームまでも可能である。
上記の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るか、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るか、それらはいずれも本発明の技術的範囲の包含
される。
第１図は、本発明によるＷＤＭ光学システムを表す図、
第２図は、本発明によるＬＡＮ光学システムを表す図、
第３図は、本発明のドーピング超格子活性層を含む半導
体レーザーと、活性層の成長輔Ｚに沿った（理想の）ド
ーピングプロファイルと、その対応バンド図で、 第４図は、第３図の半導体レーザーに非均等光学ポンピ
ングを実施する技術を示す図、第５図は、第３図の゛１
ｔ．導体レーザーに非均′：ＩＪ−７区気ポンピングを
実施する技術を示す図である。 出 願 人：アメリカン テレフォン アンド２１ ２２
体レーザーと、活性層の成長輔Ｚに沿った（理想の）ド
ーピングプロファイルと、その対応バンド図で、 第４図は、第３図の半導体レーザーに非均等光学ポンピ
ングを実施する技術を示す図、第５図は、第３図の゛１
ｔ．導体レーザーに非均′：ＩＪ−７区気ポンピングを
実施する技術を示す図である。 出 願 人：アメリカン テレフォン アンド２１ ２２
Claims (5)
- （１）III−Ｖ族化合物半導体材料からなる活性層と、
この活性層を挟み活性層より低い屈折率を有する第１、
第２の層とからなる半導体レーザーを含む可変波長レー
ザー放射源と、 前記放射源と光通信が可能な光検知機と からなる光学システムにおいて、 前記活性層は、少なくとも１つのｎ型ドーパント層とｐ
型ドーパント層とを含み、 前記放射源は、電気的または光学的またはその両方で、
非均等に活性層をポンピングする手段を有し、 その非均等性レベルは、前記活性層の少なくとも第１領
域の平均励起レベルは、前記活性層の第２領域のそれよ
り少なくとも１０％高く、 第２領域の平均励起レベルは、第２領域で誘導放射する
に必要なしきい値レベル以下であることを特徴とする光
学システム。 - （２）第２領域は、活性層の体積の少なくとも１０％を
占有する ことを特徴とする請求項１記載の光学システム。 - （３）第１領域は、活性層の体積の少なくとも１０％を
占有する ことを特徴とする請求項１記載の光学システム。 - （４）III−Ｖ族化合物半導体材料からなる第１活性層
と、この第１活性層を挟み活性層より低い屈折率を有す
る複数の層とからなる第１半導体レーザーを含む第１可
変波長レーザー放射源と、III−Ｖ族化合物半導体材料
からなる第２活性層と、この第２活性層を挟み活性層よ
り低い屈折率を有する複数の層とからなる第２半導体レ
ーザーを含む第２可変波長レーザー放射源と、 前記放射源と光学通信が可能な少なくとも第１、第２の
光検知機と からなる光学システムにおいて、 前記第１、第２の活性層は、少なくとも１つのｎ型ドー
パント層とｐ型ドーパント層とを含み、前記第１放射源
は、電気的または光学的またはその両方で、非均等に第
１活性層をポンピングする手段を有し、 その非均等性レベルは、前記第１活性層の少なくとも第
１領域の平均励起レベルは、第１領域で励起放射するに
必要なしきい値レベル以下で、第１領域は、第１活性層
の体積の少なくとも１０％を占有し、 前記第２放射源は、電気的または光学的またはその両方
で、非均等に第２活性層をポンピングする手段を有し、 その非均等性レベルは、前記第２活性層の少なくとも第
２領域の平均励起レベルは、第２領域で励起放射するに
必要なしきい値レベル以下で、第２領域は、第２活性層
の体積の少なくとも１０％を占有し、 前記第１、第２領域の体積（％）、前記第１、第２活性
層の体積（％）または／および、前記第１、第２領域の
平均励起レベルは、それぞれ異なることを ことを特徴とする光学システム。 - （５）半導体レーザーと、 電気的または光学的またはその両方で、非均等に前記半
導体レーザーをポンピングする手段とを含む可変波長レ
ーザー放射源と、 前記放射源と光通信が可能な光検知機と からなる光学システムにおいて、 前記放射源は、１１６オングストローム以上の波長範囲
にわたり可変である ことを特徴とする光学システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/358,972 US4980892A (en) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | Optical system including wavelength-tunable semiconductor laser |
| US358972 | 1989-05-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0321094A true JPH0321094A (ja) | 1991-01-29 |
| JPH0695590B2 JPH0695590B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=23411784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2138673A Expired - Fee Related JPH0695590B2 (ja) | 1989-05-30 | 1990-05-30 | 光学システム |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4980892A (ja) |
| EP (1) | EP0400880B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0695590B2 (ja) |
| CA (1) | CA2015482C (ja) |
| DE (1) | DE69023813T2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5390209A (en) * | 1994-01-05 | 1995-02-14 | At&T Corp. | Article comprising a semiconductor laser that is non-degenerate with regard to polarization |
| US6717964B2 (en) * | 2001-07-02 | 2004-04-06 | E20 Communications, Inc. | Method and apparatus for wavelength tuning of optically pumped vertical cavity surface emitting lasers |
| GB2380855B (en) * | 2001-10-11 | 2005-12-14 | Marconi Caswell Ltd | Tunable laser with improved suppression of auger recombination |
| US20050064111A1 (en) * | 2003-09-23 | 2005-03-24 | Hiller Nathan David | Method for forming doping superlattices using standing electromagnetic waves |
| US20050215036A1 (en) * | 2004-03-26 | 2005-09-29 | Hiller Nathan D | Method for forming a doping superlattice using a laser |
| US7483212B2 (en) * | 2006-10-11 | 2009-01-27 | Rensselaer Polytechnic Institute | Optical thin film, semiconductor light emitting device having the same and methods of fabricating the same |
| KR101475093B1 (ko) * | 2007-12-28 | 2014-12-22 | 에이저 시스템즈 엘엘시 | 델타 도핑된 활성 영역을 갖는 도파로 디바이스 |
| US20090283746A1 (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-19 | Palo Alto Research Center Incorporated | Light-emitting devices with modulation doped active layers |
| EP2434594B1 (en) * | 2010-09-27 | 2014-05-14 | Alcatel Lucent | Photonic integrated circuit for wavelength division multiplexing |
| US11349569B2 (en) | 2018-10-26 | 2022-05-31 | Raytheon Company | Methods and apparatus for implementing an optical transceiver using a vapor cell |
| US11307395B2 (en) | 2019-05-23 | 2022-04-19 | Raytheon Company | Methods and apparatus for optical path length equalization in an optical cavity |
| US11290191B2 (en) | 2019-06-20 | 2022-03-29 | Raytheon Company | Methods and apparatus for tracking moving objects using symmetric phase change detection |
| EP3994808A1 (en) | 2019-07-03 | 2022-05-11 | Raytheon Company | Optical receiver comprising a rotatable optical resonator, and method for demodulating an optical signal using said receiver |
| US11199754B2 (en) | 2019-07-15 | 2021-12-14 | Raytheon Company | Demodulator with optical resonator |
| US11431417B2 (en) * | 2019-09-26 | 2022-08-30 | Raytheon Company | Methods and apparatus for reception of low photon density optical signals |
Citations (1)
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Patent Citations (1)
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