JPH0357288A - 半導体レーザーを有するデバイスおよびその使用方法 - Google Patents

半導体レーザーを有するデバイスおよびその使用方法

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JPH0357288A
JPH0357288A JP2184422A JP18442290A JPH0357288A JP H0357288 A JPH0357288 A JP H0357288A JP 2184422 A JP2184422 A JP 2184422A JP 18442290 A JP18442290 A JP 18442290A JP H0357288 A JPH0357288 A JP H0357288A
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optical
laser
waveguide
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Robert Schimpe
ローベルト、シンペ
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学的に帰還された増幅器としてのＤＦＢレー
ザーのデバイスに関するものである。
〔従来の技術〕
ＤＦＢレーザーへの光学的入射により（正）帰還が達威
されるデバイスは、カワグチ：″光学的にトリガ可能な
マルチ電極分布帰還レーザーダイオードを使用する同調
可能な波長変換”、米国電気電子学会雑誌量子エレクト
ロニクス１２４、２１５３〜２１５９　（１９８８）に
記載されている。
この論文には、レーザーしきいの下側で作動するＤＦＢ
レーザーが入射された光により能動化され得るようにす
る飽和可能な吸収器を有するＤＦＢレーザーが記載され
ている．さらに、このデバイスは波長同調のために予定
されている。
ヨフロッパ特許第０１７４７２９号明細書には、光学的
信号を増幅するための方法として、ドライバ電流が流れ
る半導体構造の能動層のなかへの増幅すべき光学的信号
の入射結合を有する方法が記載さ？ている。その際に増
幅された信号は能動層から放射され、またその際にこの
方法では光学的入力パワの下側パワ限界に対するこのド
ライバ電流における増幅率最大の波長λイと、光学的入
カバヮの下側パワ限界に対するドライバ電流における零
増幅率における２つの波長の長いほうの波長λＬ．ｐ−
ｒと、増幅すべき光学的信号の波長λとが下記の関係を
有する： λＩ＋■．，〉λ〉λエ 半導体レーザーのなかへの光学的入射により一定の光学
的増幅が達威されるデバイスは、ダプリュー．エフ．コ
ソノッキイ（Ｗ．Ｆ．Ｋｏｓｏｎｏｃｋｙ）ほか：”Ｇ
ａＡｓ増幅器”、米国電気電子学会雑誌量子エレクトロ
ニクス編４、１２５〜１３１（１９８６）に記載されて
いる。この論文には、増幅すべき光がレーザー光の伝播
方向に対して垂直に入射されるファブリー−ペロ共振器
を有する半導体レーザーが記載されている． 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明の課題は、なかんずく簡単な仕方で一定の光学的
増幅を達威し得る半導体レーザーを有するデバイスを提
供することである。
〔課題を解決するための手段〕
この課題は請求項１によるデバイスにより解決される。
請求項２ないし９には特に有利な実施例があげられてい
る。請求項１０ないし１７にはこのデバイスの特に有利
な応用があげられている．〔実施例〕 以下、第１図ないし第６図により本発明を説明する． 先ず第１図により本発明を説明する。本発明によるデバ
イスは、レーザー放射の発生が選択された波長λＬにお
いて可能にされるように、少なくとも１つの（随意に同
調可能な）狭い帯状のフィルタと少なくとも１つの光学
的増幅媒体とを有する半導体レーザー２から成っている
。この選択された波長λＬは、好ましくは、レーザー作
動の際の増幅媒体の最大利得の波長λＬ＋　（以下では
卓越した波長λイと呼ばれる）から異なっている。波長
フィルタはたとえば、場合によっては位相シフトされた
格子４または電子的に同調可能な位相シフターゾーンを
有する導波路−ブラッグ反射器であってよい。たとえば
１つのブラッグ反射器の帯域幅は Δλ一λＬ　”　Ｋ／　（＋ｒ　ｎ，　Ｒ＋／ｚ　）で
あり、ここでＲはフィルタの帯域幅の外側のフィルタの
許容される強度残留反射、λＬは既に定義された選択さ
れた波長、Ｋは格子の１８０゜反射に対するブラッグ反
射器・格子の結合係数、またｎ，は導波路の有効群屈折
率である。
強度残留反射Ｒはたかだかｌに等しくなり得るので、Δ
λは少なくとも導波路−ブラッグ反射器の遮断帯域Δλ
Ｌ一λＬ”Ｋ／（πｎ，）に等しい．波長により大きい
範囲を掃過し得るように、結合係数はできるかぎり小さ
くなければならない。
たとえば結合係数Ｋ＝１０ｃｍ−’、波長λＭ＝１５５
０ｎｍおよび有効群屈折率ｎ，−４に対して遮断帯域Δ
λｓ−０．１９ｎｍが生ずる．Ｒく１％の強度残留反射
を要求すると、入射された光はレーザー波長λＬの前後
に約２ｎｍ幅の波長範囲Δλを避けるべきである．この
波長範囲内の光学的入射にとって特徴的なことは、波長
フィルタ内の共振効果に基づいて波長λがＩｎｎの何分
の１かに精密に選定されなければならないことである．
波長λの相応の選定の際には反射さえも入射された光の
透過の代わりに生し得る．この波長範囲Δλの外側では
波長λは自由に選択可能である．しかしながら、その際
に、波長λが卓越した波長λイの近傍にあることは特に
有利である． 反射防止層５に基づいて波長フィルタの前記帯域幅Δλ
の外側の波長λを有する放射１１はほぼ妨げられずに共
振器を通り抜ける．また入射された光１１の一部は共振
器から増幅されて後方反射され得る．光学的増幅媒体は
たとえばｐｎ接合を有するＡＩＧａＡｓ又はＩ　ｎＧａ
Ａｓ　Ｐ二重へテロ構造から戒っている．半導体層に対
して平行な光学的導波はたとえばＭＣＲＷ構造（金属ク
ラフドリッジ導波路）またはＢＨ構造（埋め込まれたヘ
テロ）により行われ得る。また増幅媒体は電位ウエルを
含んでいてよい。光学的増幅を発生するためには、増幅
媒体のなかの電気的キャリアの密度がたとえばｐｎ接合
のフロー極性での電流■１の注入により、または光学的
ボンピングにより高められる。
さらにデバイスには、たとえば半導体レーザー２のなか
に導波路Ｎ３として構威されていてよい増幅媒体への光
学的入射のため、また増幅された放射の出射結合のため
の装置が属している．入射される放射１１の波長λは好
ましくは卓越した波長λＭの近傍にあり、また好ましく
は波長フィルタの前記の帯域幅Δλの外側にある。放射
ｌ１の入射および出射結合のための装置はたとえばファ
イバ導波路１、ｌＯおよび場合によってはレンズ９のな
かに含まれていてよい。
１つの代替的な実施例では、半導体レーザー２のなかに
、好ましくは選択された波長λＬにおける放射によりボ
ンピングされる光学的に飽和可能な吸収器が組み込まれ
ていてよい．第１図中の構或は、その場合、破線で記入
されている囲いにより与えられている。すなわち導波路
層３の平面内に吸収器が吸収器の材料から或る隔てられ
た層３０により形成されている。示されているように、
格子４は増幅媒体の上側の範囲内にのみ形成されていて
もよい．第１図中には付属の電極、すなわち作動電流■
９に対する第１の電極６、吸収器電流■，に対する第２
の電極７および共通の第３の電極８が記入されている。
選択的に、位相ソフト電流Ｉ９に対する第４の電極２０
も記入されている．飽和可能な吸収を有する媒体はたと
えばｐｎ接合を有するＡＩＧａＡｓ又は［ｎＧａＡｓＰ
二重へテロ構造から戒っている。吸収媒体は電位ウェル
を含んでいてもよい。
吸収を高めるためにｐｎ接合は逆方向の極性とされ得る
。光入射の際に、その場合、電流■６が流れる．応用目
的に応して、吸収媒体の電子的エネルギー帯ギャノプＥ
Ａは増幅媒体の電子的工矛ルギー帯ギャップＥ，と等し
くてもよいし、異なっていてもよい。吸収する媒体は好
ましくは共振器のなかに位置している． 第２図には、共振器のしきい利得Ｃｔ、レーザ一作動中
の増幅媒体の利得Ｇｍおよび吸収媒体の（主として負の
）利得Ｇａが波長を横軸にとって示されている．同じく
増幅および吸収媒体の電子的エネルギー帯ギャップＥｖ
およびＥ．も示されている．波長λイにおいて増幅媒体
の利得Ｇｍは最大である．選択された波長ＪＬは組み込
まれた波長フィルタにより決定されている．この波長フ
ィルタ、たとえば１つの格子４の構戒および寸法は、共
振器のしきい利得Ｇｔおよび増幅媒体の利得Ｃｍとの間
の差が波長λＬの場合には波長λ８の場合よりも小さい
ように選定されていなければならない．それによって、
作動ｔｍＩｖの上昇の際に増幅媒体の利得Ｇｍの曲線が
第２図中に示されている位置を占めることが達威される
。半導体レーザー２は、その場合、波長λＬにおいて放
射する．増幅媒体の利得Ｇｍの曲線の最大は共振器のし
きい利得Ｇｔの下側の個所λ８に位置しているので、半
導体レーザー２はこの卓越した波長八により放射せず、
この波長では半導体レーザー２は波長フィルタなしにビ
ルドアンプするであろう．点λＬでの共振器のしきい利
得Ｃｔの曲線の十分に低い最小は波長フィルタの相応の
構或により得られる．格子４はこの目的で低い結合度お
よび大きい長さを有していなければならない．従って、
Ｋ＝１０ｃｍ−’を有する前記のプラッグ格子は少なく
とも約１０００μｍの長さを有するべきであろう． 第３図にはレーザー放射の強度と入射された放射の強度
との関係が作動ｔ流１ｖに関係して示されている．電気
的ボンピングの役割をする作動電流ｌｖがより大きくな
ると、曲線は矢印方向にシフトする． 増幅媒体の高い光学的利得の波長λ、すなわち卓越した
波長八の近傍のλにおける入射により、高い光学的放射
バワＰ＋ｘが能動媒体中に生ずる．波長λにおける光学
的放射パワＰＩＮの増大と共に、得られる電気的キャリ
アの数が低下し、従って波長λ１におけるレーザーパワ
ＰＬ０−が相応に減少する。第３図には１２８０ｎｍに
等しい波長λ１におけるＩｎＧａＡｓＰ−ＤＦＢレーザ
ーのレーザー放射の光学的コントロールが示されている
．レーザー作動中の光学的利得の最大の波長λ一ｌ３０
０ｎｍにおけるレーザーパワの何分の１かの入射により
波長λＬにおけるレーザー放射は遮断され得る。その際
に、十分なレーザーパヮが波長λＬにおいて存在してい
るならば、レーザー振動の波長λＬの前後の比較的広い
波長範囲内の光学的利得が維持される．波長λＬにおけ
るレーザーバワによるこの光学的帰還は半導体レーザー
増幅器においてピコ秒までの調節時間の短縮を達成し得
る．出力信号として波長λの光を使用するか波長λＬの
光を使用するかに応して、デハイスは光学的に帰還され
た増幅器として、または（随意に同調可能な）波長変換
器として動作する。波長λＬが入射された波長λよりも
小さいならば、帰還された増幅器の光学的利得は特に安
定であり、または波長変換は特に効率的である． 十分に強い入力信号によりレーザー放射は完全に消去さ
れる（光学的インバータとしての機能）．レーザーパワ
の光学的コントロールは多くの入力信号によっても、ま
た場合によっては種々の波長においても行われ得る（光
学的ノアゲートとしての機能）．レーザーパワと入力信
号との関係は、光学的に飽和可能な吸収を有する媒体が
放射経路または共振器中に位置しているならば、非直線
である．非直線性は、吸収媒体の電子的エネルギー帯ギ
ャップＥ，が増幅媒体の電子的エネルギー帯ギャップＥ
ｖに等しくまたはそれよりも大きいならば、特に際立っ
ている．吸収は、その場合、好ましくは波長λＬにおけ
る光により影響可能である． 入射によりレーザーバワは低められるが、結果として共
振器中の吸収も低められる。この光学的非直線特性によ
り、入射されたバワの特定のしきい値の上側でレーザー
振動が中断し、従って信号反転を有する光学的パルス再
生が達威される。
共振器のなかに追加的に、好ましくは増幅媒体の電子的
ヱネルギ一帯ギャップＥ，に等しくまたはそれよりも大
きい電子的エネルギー帯ギャップＥ，を有する光学的に
飽和可能な吸収器が位置していると、デバイスおよび作
動の仕方の相応の選択により、波長λ１における光学的
パルス列が発生され得る．波長λにおける入射により、
このパルス列の強度および繰り返しレートが影響され得
る． 波長λＬにおけるレーザー放射の強度が波長における前
記の光学的入射により、または増幅媒体のポンピングレ
ートの変調により変更されると、増幅媒体の屈折率も変
調される．屈折率のこの変調は入射された信号波の位相
または周波数の変調のために利用され得る． 第４図には、光の入射結合のために備えられている装置
がファイバ増幅器として構成されたファイバ導波路のな
かに存在する本発明によるデバイスが示されている．半
導体レーザー２がエルビウムでドーブされたファイバ増
幅器２０の出力端に位置しており、その際に半導体レー
ザー２から放射されたレーザー光１２のλ＝１５００ｎ
ｍの前後の波長範囲内の波長λＬは増幅媒体の利得の最
大の卓越した波長λ、よりも短い。波長ＡＬのレーザー
光ｌ２は次いでファイバ増幅器２０の光学的ポンビング
のために使用される。ファイバ増幅器２０により増幅さ
れたλＬよりも大きい波長λの信号光１１は波長に応じ
てその後の光学的増幅のもとに、またはほぼ増幅されず
に、半導体レーザー２を通過する． 第５図には、本発明による第４図によるデバイスの１つ
の代替的なｌｍ或が示されており、この場合は表面放射
する半導体レーザーが使用される。
このような表面放射する半導体レーザーは、選択された
波長λＬのレーザー光が、半導体レーザーの能動層が戒
長している基板２の表面に対して垂直に出射結合される
ことにより特徴付けられている。第５図によるデバイス
は簡単な仕方でファイバ増幅器２０への波長λＬのボン
ピング光の入射結合をファイバ増幅器からの波長λの信
号光ｌ１の出射結合と組み合わせる．半導体レーザーの
出力端には半導体レーザーの入力端における反射よりも
高い反射を有するブラソグ反射器１３が位置している。
従って、ボンピング光はファイバ増幅器の方向にのみ出
射結合される。半導体レーザーの他の端からは、増幅器
された信号光１ｌのみが出る． 第４図に相応するデバイスは、変形された形態でチノブ
ーファイバ結合に対する調節のために使用され得る．第
６図によれば、その際に、表面放射せずにエッジ放射し
、またオブトエレクトロ二ック集積回路（ＯＢＩＣ）の
部分である半導体レーザー２が使用される。ＯＥｒＣ１
５上の光学的信号処理のために、波長λの増幅された信
号１１は平らな導波路および分岐器を介してたとえば変
調器、光検出器および光学的論理ゲートのような別の構
戒要素に導かれ得る。相応のデバイスでは簡単な仕方で
ガラスファイバとＯＥＩＣとの間の結合損失がファイバ
増幅器のなかでの光学的前置増幅器により補償される． このようなデバイスでは、信号光の能動的に調節される
増幅が予定されていてよい．調節モジュール１４のなか
で半導体レーザー２の自発性放射の一部または増幅され
た信号光の一部が検出され、才たこれから半導体レーザ
ーに対する操作電流ｌ９が導き出される。このｔＮ　ｆ
ｆｆｆによりＯＥ＋Ｃは信号光のファイバの出射結合度
の変動に無関係に、またファイバ中の信号光のレベルの
変動に無関係に、定められたレベルにおいて動作し得る
．半導体レーザー中にブラッグ格子が省略されると、半
導体基板上に進行波増幅器が生ずる．信号光のレベルの
調節は、その場合、光学的増幅なしにガラスファイバに
よっても実現され得る．
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるデバイスの断面図、第２図は波長
を横袖にとって共振器のしきい利得Ｃｔ、増幅媒体の利
得Ｇｍおよびレーザー作動中の吸収媒体の利得Ｇａを示
す図、第３図は入射された光のパヮを横軸にとり、また
作動電流をパラメータとしてレーザーの放射パワを示す
図、第４図はファイバ増幅器として機能する本発明によ
るデバイスを示す図、第５図は第４図のデバイスの１つ
の代替例を示す図、第６図はＯＥＩＣの部分としての本
発明によるデバイスを示す図である．１、１０・・・フ
ァイバ導波路 ２・・・半導体レーザー ３・・・導波路層 ４・・・格子 ５・・・反射防止層 ６〜８・・・電極 ９・・・レンズ １１・・・信号光 ｌ２・・・放射されたレーザー光 １３・・・プラッグ反射器 １４・・・調節モジュール １５−ＯＥｒＣ ２０・・・ファイバ増幅器 ６１１Ｒ）　ｌｌ−．″ａＡＩｒ１ｌ１＠′・て村 滉７・； ＦＩＧ　５ 手 続 辛甫 正 書

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも１つの波長フィルタ、少なくとも１つの
    光学的増幅媒体および１つの共振器を有する半導体レー
    ザー（２）を有するデバイスであって、第１の波長フィ
    ルタがレーザー作動のために予定されている波長（λ＿
    Ｌ）を選択し、また増幅媒体がレーザー作動の際に増幅
    媒体の利得が最大である卓越した波長（λ＿Ｍ）を有す
    るデバイスにおいて、 波長フィルタが、共振器のしきい利得とレ ーザー作動中の増幅媒体の利得との間の差が選択された
    波長（λ＿Ｌ）の場合には卓越した波長（λ＿Ｍ）の場
    合よりも小さく、また 少なくとも１つの波長における増幅媒体へ の光学的入射のための装置が存在していることを特徴と
    する半導体レーザーを有するデバイス。 ２）波長フィルタが格子（４）であることを特徴とする
    請求項１記載のデバイス。 ３）半導体レーザーが導波路（３）を集積された構成部
    分として有し、また 光学的入射のための装置がこの導波路（３）に連結され
    た外部導波路であることを特徴とする請求項１または２
    記載のデバイス。 ４）外部導波路がファイバ導波路であることを特徴とす
    る請求項３記載のデバイス。 ５）半導体レーザー（２）の存在する共振器端面が反射
    防止層（５）を設けられていることを特徴とする請求項
    １ないし４の１つに記載のデバイス。 ６）半導体レーザー（２）からの放射の出射結合のため
    の装置が存在していることを特徴とする請求項１ないし
    ５の１つに記載のデバイス。 ７）半導体レーザー（２）が光学的に飽和可能な吸収器
    を含んでいることを特徴とする請求項１ないし６の１つ
    に記載のデバイス。 ８）選択された波長（λ＿Ｌ）が少なくとも、卓越した
    波長（λ＿Ｍ）に対して波長フィルタが透過性であるほ
    どに、卓越した波長（λ＿Ｍ）から異なっていることを
    特徴とする請求項１ないし７の１つに記載のデバイス。 ９）入射された波長λが選択された波長（λ＿Ｌ）だけ
    、波長フィルタが主として反射性である波長範囲の外側
    であることを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載
    のデバイス。 １０）請求項１ないし９の１つに記載のデバイスの使用
    方法において、デバイスは光学的に帰還された増幅器と
    して使用され、その際に与えられる作動電流（Ｉ＿Ｖ）
    の強さが、半導体レーザー（２）が選択された波長（λ
    ＿Ｌ）において放射するように設定され、 またその際に入射された光が、波長フィル タが透過性である波長を有することを特徴とする半導体
    レーザーを有するデバイスの使用方法。 １１）請求項１ないし９の１つに記載のデバイスの使用
    方法であって、請求項１０による光学的に帰還された増
    幅器としての使用において、入射された光の波長がほぼ
    卓越する波長（ λ＿Ｍ）に相当することを特徴とする半導体レーザーを
    有するデバイスの使用方法。 １２）請求項１ないし９の１つに記載のデバイスの使用
    方法において、同調可能な光学的波長変換器として使用
    され、その際に選択された波長（λ＿Ｌ）が出力信号と
    して使用されることを特徴とする半導体レーザーを有す
    るデバイスの使用方法。 １３）請求項１ないし９の１つに記載のデバイスの使用
    方法において、光学的論理ゲートとして使用され、その
    際に入射された光強度が、選択された波長（λ＿Ｌ）の
    レーザー放射が完全に消去されるように高められること
    を特徴とする半導体レーザーを有するデバイスの使用方
    法。 １４）請求項１ないし９の１つに記載のデバイスの使用
    方法において、光学的パルス再生器として使用されるこ
    とを特徴とする半導体レーザーを有するデバイスの使用
    方法。 １５）請求項７記載のデバイスの使用方法において、光
    学的に制御可能なパルス発生器として使用されることを
    特徴とする半導体レーザーを有するデバイスの使用方法
    。 １６）請求項１ないし９の１つに記載のデバイスの使用
    方法において、電気的ポンピングレートの変更および光
    学的入射の強度の変更による増幅媒体の屈折率の変更に
    より位相変調器として使用されることを特徴とする半導
    体レーザーを有するデバイスの使用方法。 １７）請求項４記載のデバイスの使用方法において、フ
    ァイバ導波路がエルビウムでドープされたファイバ増幅
    器であり、また半導体レーザー（２）から放射された選
    択された波長（λ＿Ｌ）の放射がこのファイバ増幅器の
    光学的ポンピングのために使用されることを特徴とする
    半導体レーザーを有するデバイスの使用方法。
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