JPH037918A - 表面出射型グレーティング付光増幅器 - 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、光増幅器と表面出射型グレーティングを使用
する半導体光学素子に関する。

重要なものは、本発明の譲渡人にすべて譲渡された、以
下の特許出願中の発明である。１９８８年１０月２７日
に出願されたシリアルナンバー２６３４６４のＧ、エバ
ンスその他による「グレーティングが結合された表面出
射型発光素子」、１９８８年８月９日に出願されたシリ
アルナンバー２３０１０５のり、Ｂ、カーリンによる「
出力が結合された表面出射型半導体レーザ装置」、１９
８７年４月２０日に出願されたシリアルナンバー０４０
９７７のＧ、Ａ、アルフォンスその他による「発光ダイ
オードＪ、１９８７年４月２０日に出願されたシリアル
ナンバー０４０９７９のＧ、Ａ、アルフォンスその他に
よる「発光ダイオード」、１９８７年４月２０日に出願
されたシリアルナンバー０４０９７８のＧ、Ａ、フルフ
ォンスその他による「反射手段を有する低コヒーレンス
性の光学系Ｊ、、１９８７年４月２０日に出願されたシ
リアルナンバー０４０９７６のＭ　トダその他による「
光学結合システム」、およびシリアルナンバーＲＤ　１
７８２０ＰのＳ、Ｌ、パルフレイその他による「モード
選択用のグレーティングを有する光学素子」があった。

半導体光増幅素子は、光学回路系中の様々な回路要素を
結合するために使用される光ビームを処理するための光
導波路とともに使用される。そのような光学回路系は、
例えば、ビームが様々な間隔を置いて配置された成分に
投射される光コンピュータを含む、主要な導波路は、光
源から目標部分に光ビームを伝播する。光増幅器（以下
増幅器と記す）は、光を増幅させるための導波路に光学
的に結合されており、そうでなければ光の増幅は光学回
路系中の様々な結合により大幅に減衰される。増幅器は
、増幅および増幅された光の他の回路成分への伝達のた
めに、発光素子、すなわちグレーティングに結合されて
いる。

半導体レーザ中の表面出射器は、しばしば分布帰還型（
ＤＦＢ）および分布反射型（ＤＢＲ）の表面出射型グレ
ーティングを使用している。２次の分布反射型グレーテ
ィングは、１次の光を結合し、２次のレーザフィードバ
ックを行なう、　１９８６年８月１１日イ寸けの７プラ
イド　フィズイックスレター（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒ　）　４９　（６）ｐ３１４
〜３１５のＧ、Ａ、エバンスその他による論文［動的波
長の安定性および０．２５“のファーフィールドアング
ルを有する表面出射型の２次分布反射型反射器］では、
前記レーザ装置が４ｍＷまでのピークグレーティング結
合出力を有することを述べている。レーザ装置とともに
使用するためのその他の分布反射型および分布帰還型グ
レーティングも公知である。それらのグレーティングは
、フィードバックが最適であるレーザ装置とともに使用
する場合に有利である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、光学回路中に利用される種類の増幅器において
、レーザおよび前記出願中の特許のいくつかで論じられ
ている発行ダイオードに使用されるものと同じ増幅原理
が使用されてはいるが、分布反射型および分布帰還型グ
レーティングにより生ずる反射は望ましいものではない
０反射により増幅器中に発振が生じ、−度発振が生じる
と増幅器の利得が制限されるためである０表面出射型グ
レーティングを使用する利点は、エバンスその他による
前記論文で論じられているが、通常の分布帰還型および
分布反射型グレーティングからのフィードバックで生ず
る発振に起因する欠点があるので、光学回路中の増幅器
で前記グレーティングを使用することは望ましくない０
本発明者は、表面出射型グレーティングを利用するのと
同時に、反射ならびにそれによる発振とそれに伴う利得
および直線性の減少とを抑制する、比較的高い利得およ
び直線性を有する増幅器の必要性を認めている。

［課題を解決するための手段］ 本発明による光学素子は、向かい合う増幅器の末端と交
わる光学軸を有する半導体光増幅器を含む、装置はさら
に、増幅器の出力端で増幅器に光学的に結合された複数
の要素を含む表面出射型グレーティングを含む、増幅器
のグレーティングおよび入力端は、増幅器中の光の発振
を抑制するために増幅器の入力端およびグレーティング
の少なくとも一方が第１の角度で光学軸に非垂直になる
ように、光学軸に関して配置されている。

さらに別の改良において、増幅器の入力端とグレーティ
ングのどちらかは、第２の角度で光学軸に非垂直に配置
されている。グレーティングの角度は、光がグレーティ
ングから増幅器中まで光学軸に非平行に反射されるよう
な数値である。入力端の角度は、反射光が、入力端から
増幅器の末端間の境界に、前記境界が増幅器の外に光を
伝達するための臨界角よりも大きな角度で反射されるよ
うな数値である。

［実施例］ 次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の１つの実施例による、各々が結合さ
れた表面出射型グレーティングを有する増幅器の列の一
部を示す平面図、第２図は、第１図の実施例の線２−２
に沿って取られた断面の立面図、第３図は、第１図の実
施例の線３−３に沿って取られた部分的立面図、第４図
は、第１図の実施例で生ずる様々な光ビームを示す、本
発明の原理のいくつかの説明図、第５図は、本発明の原
理のいくつかをさらに説明する目的で、第１図の実施例
に使用されているグレーティングに関して光の波面を図
式的に示した図、第６図は、第５図の実施例のグレーテ
ィングと同様のグレーティングから反射された光ビーム
の位相関係を示すベクトル図、第７図は、本発明のある
補助的な原理を説明するために、増幅素子の１つにおけ
る第１図の実施例の示す増幅部分を図式的に示す図、第
８図は、本発明による装置の第２の実施例を示す平面図
、第９図は、第８図の装置の線９−９に沿って取られた
側面図である。

第１図において、素子１０は、例えば約１０個の光学素
子の配列１５を構成する複数の素子１２．１４その他の
うちの１つである。設計によっては、１０個の素子１０
．１２．１４その他よりも多いかまたは少ない素子が一
定の列に並べられている場合もあるが、第１図の素子１
０が、列としてよりも一定の手段により単独で使用され
ることも、他の方法として考えられる。配列１５中の素
子は、受けた光を増幅させるために、導波路１６に光学
的に結合されている。各素子は、例えば素子１０がグレ
ーティング１８を有し、素子１４がグレーティング２０
有するなど、表面出射型グレーティングを有する。素子
１０はグレーティング１８からビーム２２を出射し、素
子１４はグレーティング２０からビーム２４を出射する
。

列１５を構成するすべての素子からのビーム２２．２４
その他は、光学回路、例えば光コンビエータ（図示せず
）の光コミュニケーションに使用するための、比較的高
密度の合成ビームを形成する。

配列１５は、導波路１６により伝達されたビーム２６を
増幅するために一定の基板上に設けられた複数の列の１
つである。導波路１６は、より大きな光学系中のより大
きな導波路の一部である。

導波路には導波路１６の部分により伝達されるビーム２
６′が内在している。配列１５はビーム２６′の入口部
を形成している。光の部分の前記接続は、ビーム２６′
を減衰させるので、下流のビーム２６の光度の数値が上
流のビーム２６′の数値よりも低くなる。ビーム２６は
、配列１５を含む基板上に存在する他の回路中の動作の
ために、導波路１６の残り（図示せず）に伝達されるこ
とが必要であるが、前記他の回路の各々はさらにビーム
２６を減衰させる。

配列１５の各素子は、ビーム２２．２４その他の発生に
先立って、導波路１６から受けた減衰されたビーム２６
′を増幅する。素子ｌＯのような素子の増幅部は、レー
ザとは区別される。レーザにおいて発振が望ましいのと
違い、増幅器中での光の発振は増幅を抑制するからであ
る。

表面出射型の分布反射型グレーティングを利用するレー
ザ装置の例は、１９８６年８月１１日付けのアプライド
　フィズイツクス　レター（Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒ　）　４９　　Ｖｏｌ、６ｐ
ｐ、　　３１４−３１５に示されている。それにはレー
ザ装置の光学軸に垂直に配置されている平行なグレーテ
ィング要素を有する表面出射型の２次分布反射型（ＤＢ
Ｒ）レーザが示されているが、この場合のグレーティン
グは、素子に光を反射させる他にビームを外部に出射す
る増幅領域の外側に配置されている０表面出射型の分布
帰還型（ＤＦＢ）グレーティングも同様に動作するが、
グレーティングは活性領域の上方に設けられている。内
部反射がレーザの発振において重要な役割を有するのに
比べて、分布反射型または分布帰還型グレーティングか
らの反射は、増幅器の有害な動作を引き起こす。

発振の抑制を助けるために、代表的な素子１０のグレー
ティング１８は、素子１０の光学軸２８に関して角度θ
で傾斜している。配列１５を構成するその他の素子のグ
レーティングも同様に傾斜している。角度θは、素子１
０の増幅部の外に屈折されるように光学軸２８に非平行
な方向に反射するような数値を有する。ビーム２２は、
グレーティング１８の平面の垂線のできるだけ近くに出
射される。角度θを比較的大きくすると、ビーム２２は
グレーティング１８の平面により平行な方向に傾斜され
るが、それにより構造設計、すなわち受光素子の配置が
より難しくなる傾向があるので、望ましくない、そのた
め、ビーム２２はグレーティング１８の平面に垂直であ
ることが望ましい、ビーム２２を垂直にすることによっ
て、グレーティング１８のグレーティング要素を光学軸
２８に垂直にすることも必要になる。従って、グレーテ
ィングの傾斜には前記２つの相反する要因が考慮に入れ
られ、傾斜角θは２つの要因を歩み寄らせたものとなる
。

ビーム２２の傾斜状態をグレーティング１８の要素の平
面により平行になるようにするために、素子１０の光学
軸２８は、導波路１６との結合部分で導波路１６の光学
軸３０に垂直になるように角度θ、で傾斜される。角度
θおよびθ、の組み合わせは、以下のことを考慮して決
められる。グレーティング１８から反射された光は、素
子ｌＯの境界３２に入射し、反射され、導波路１６に隣
接する素子１０の光波入力端３４により再び反射される
。入力端３４から反射された光線は再び境界３２上に入
射し、素子ｌＯの外に屈折される。

従って、グレーティング１８からの光の反射により生ず
る増幅領域中の光線の発振が抑制され、増幅機能が最大
限に発揮される。

第２図においては、代表的な素子ｌＯが、導波路１６に
結合された配列１５の残りの素子１２．１４その他が同
様に構成されていることを理解したうえで説明されてい
る。素子１０は、基板３８の一方の広い平な表面３７上
に配置されている、焼結されたＮｉ／　Ｇｅ／　Ｔｉ／
　ＡｕのようなＮ型接触Ｍ３６を含む、基板３８はＮ電
導型のＧａＡｓで、厚さ約２００μ（ミクロン）である
、基板３８の別の平な広い表面３９上にはＮ電導型の第
１のクラッドＨ４０がある。クラッド層４０はＡ　１．
Ｇａ　ｌ　−ｘＡｓを含み、Ｘは好適には約０．３であ
る。クラッド層４０は厚さ約０５μである。クラッド層
４０上には厚さがＯ１？μ、横幅り、が２μの導波路１
６が重なっている。導波路１６は＾ｌ、Ｇａ＋−ｙＡｓ
を含み、ｙは好適には約０．１５である。

第１図の導波路１６は、光学軸２８に沿って素子１０に
光を出射するためにコルゲーション４２で形成された波
形エツジを有する。コルゲーション４２は、出射される
光が光学軸２８に平行になるように構成されている。コ
ルゲーション４２は、ディメンションＬ４である素子１
０の幅に沿って光学的に結合されるのに十分な距離を導
波路１６の光学軸３ｏに平行な方向に延びている。ディ
メンションＬ４の数値は約１００μである。コルゲーシ
ョン４２のピークは、素子１０の末端３４から一般に約
０．１μである距離り、の間隔を置いて配置されている
。

第２図において、導波路１６から距離り、の間隔を置い
てクラッド層４０に重なっているのは、活性層４４であ
る。活性層４４は厚さ約０．２μのドープされていない
ＧａＡｓを含む、活性層４４は一般に約２００乃至５０
０μの長さＬｌを有する。前記長さし、は、光学軸２８
の法線に対する活性層４４の各端部３４および４８の角
度θおよびθ１により、幅のディメンション上４内の場
所によって異なる。従って、活性層の長さＬｌは名目上
の数値である。導波層５０は、活性層４４の端部４８に
隣接し、かつ光学的に結合され、クラッド層４０に重な
っている。導波Ｎ５０は活性層４８と同じ厚さで、横幅
がディメンションＬ４と同じである。導波Ｎ５０は、導
波路１６と同じ素材からなる。第１のクラッド層４０、
導波路１６および活性層４４に重なっているのは第２の
クラッドＮ５２である。クラッド層５２はＰ電導型で、
ＡｌｘＧａ、□Ａｓを含む、グレーティング部分の近く
のＰ型りラッド層は、トランジション領域６Ｑで薄くな
る。それにより活性領域から導波領域への結合が効率的
になる。グレーティング１８は、導波［５０の表面上に
直接的に配置されている。

グレーティング１８は、活性Ｎ４４の光学軸２８に関し
て角度θ（第１図）で配置されている。グレーティング
１８の要素は直線かつ平行である。

キャップＲ５６は、活性層４４の領域でタラッドＭ５２
上に配置されている。キャップ層５６はＰ電導型ＧａＡ
ｓである。Ｐ型接触層５８はキャップ層５６上に重なっ
ている。Ｐ型接触層５８はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの連続的な
層を含み、Ｔｉ層はキャップ層５６の隣に配置されてい
る。グレーティングの縦のディメンションＬｍ　　（第
２図）は約５０−１００μである。グレーティング１８
の頂部から最低位置までの距離は約０．０５μである。

本実施例の素子は、適切な試薬およびドーピングを用い
たエピタキシャル法により製造される。

グレーティング１８は、導波［５０をエツチングするこ
とにより形成される。

第３図においては、素子１０から出射されるビーム２２
は光学軸６２を有する。光学軸６２は、光学軸２８に関
するグレーティングの傾斜角θの関数である角度Φだけ
傾いている。角度θとΦとの関係は第４図、第５図およ
び第６図を参照しつつ以下で論する。第５図の光学軸５
０２に垂直な（θ＝０の場合）グレーティング要素を有
する従来のグレーティングラジェータにおいて、グレー
ティングの周期性Δは、放射エネルギーが表面に垂直に
出射されるように導波された光の波長と同じになってい
る。導波された光の大部分も、プラグ条件が満たされて
いるので、再び導波層に反射される。したがって、コル
ゲーションが伝播波面に平行なグレーティングは、前記
のように発振とその作用のため、増幅器の出力または入
力結合器として使用することはできない、前記種類のグ
レーティングは、グレーティングから活性領域への強力
な反射を要するので、表面出射型の分布反射型レーザの
ために使用される。

しかし、非傾斜型のグレーティングの周期性が前記条件
とはわずかに異なる、すなわち波長λのものと等しくな
い場合、プラグ反射はかなり減少される傾向にある。た
だ、グレーティングがクラッド層からエツチングされて
いるために、グレーティングが形成されている場所の層
の平均の厚さよりも、グレーティングのないクラッド層
５２（第１図）の残りの部分の厚さの方が薄いので、グ
レーティング領域からの反射が存在する０反射はプラグ
反射よりも弱いが、例えば１０％の反射が存在し、その
反射率が増幅器の利得を制限する。

第５図において、線形の平行なグレーティング要素ｅ　
ａ　−ｅ　ｎを有するグレーティング５００は、光伝播
軸５０２の垂直面に関して角度θで傾斜している。θの
数値は、プラグ条件を満たさない、より弱い反射を示す
０反射は、反射角度γがあるため、光伝播軸５０２に平
行にならずに増幅領域５０日中に反射する。グレーティ
ング５００のグレーティング要素に垂直な方向の周期性
はΔ工で、光波伝播方向の周期性は、△□／　ｃ　ｏ　
ｓθでありΔ工よりも大きいΔである。利得領域中の波
長λの光波５０７は光学軸に平行に伝播し、Δに等しく
なるように選択される。各グレーティング要素ｅ　ｏ　
’−ｅ　ｎから反射光５０３．５０４．５０５．５０６
・・・・の位相はベクトルで表わされ、各反射信号は次
のように示される。

最初のグレーティング要素ｅ０において、ｒｏ＝ｓｉｎ
（ωｔ−Φ）　　　　　　　　　（１）要素ｅｌにおい
て、 ｒｔ　＝ｓ　ｉｎ　（ωｔ　−（Φ＋２π十２πｃｏｓ
２θ））（２） 要素ｅオにおいて、 ｒｚ＝ｓｉｎ（ω１−（Φ＋２・２π ＋２・２πｃｏｓ２θ））（３） 要素ｅｍにおいて、 ｒＮ　：ｓｉ　ｎ　（ωｔ　−（Φ＋２Ｎｘ＋２Ｎｉｃ
ｏｓ２θ））（４） ここで、２Ｎπは光波が反射される前のグレーティング
領域中の行路の長さで、２Ｎ７ＣＣＯ８２θは直線Ａま
での行路の長さである。隣接するベクトル（ｒ、４およ
びｒｓ−＋またはｒＨおよびｒｓ＊＋）の各項は、第６
図において半径方向に同じ角度２πｃｏｓ２θの間隔を
置いて配置されている。

Ｏ ｒＮ　　Σｒｓ Ｎ＝０ の合計は、プラグ反射が生ずるθ：４５°の場合を除い
て、いかなる数値の傾斜角θの場合も０となる。

傾斜したグレ−ティングから反射された放射の角度は、
光波のベクトルを利用することによって計算することが
できる。第４図かられかるように、光学軸５０２（第５
図）に平行な入射する光波のベクトルに、（＝２π／λ
）およびグレーティングの線に垂直なグレーティングの
ベクトルＫｇ（＝：２ｒｃ／Δ工）（第５図）は、ｋ、
ｃｏｓ２θ＝ｋｌを満たし、合成ベクトルＫｔはに、−
ｋｌに等しい、に、＜ｋ、（ｋ、は第１図のビーム２２
に対応する外部空間への光波のベクトル）の場合、外気
中への放射が生じるので、角度Φはに、ｓｉｎΦ＝に＋
ｔａｎθの関係から得られる。

単一空間モードストライプレーザに大量の駆動電流が印
加されると、素子やキャリアの温度が上昇し、それによ
りダブルへテロ構造のエネルギーバリヤからキャリアの
漏れが生ずる。その他の種類の問題としては、接合部内
の欠陥または暗い線が形成されること、あるいはレーザ
面上にひどい損傷を受けることがあげられる。それらの
問題はすべて、高出力レベルにおける高エネルギー密度
によって生ずる。出力密度を減少させるためにストライ
プの幅を広くすると、レーザは単一モード条件で動作す
ることができなくなる。

増幅器の場合、励振が単一空間モードで行なわれると、
幅の広い（第１図のディメンションＬ４）増幅領域がマ
ルチモード動作を生じさせることはないが、単一空間モ
ードレーザから幅の広い増幅器への適切な結合法が必要
である。それは、発散ビームをレーザから表面導波路上
の平行なビームに変換するインチグレーティドレンズ（
図示せず）を使用することによって行なわれるか、ある
いは位相アレイレーザ（図示せず）が幅の広い増幅器に
直接結合されることによって行なわれる。

好適な配置は、コルゲーション４２（第１図）のような
位相グレーティングを導波路１．６（第１図）のような
幅の狭い導波路の側面に設けることで、それにより狭い
導波路１６中に伝播する光波は、例により示す狭い導波
路に関して傾斜している比較的幅の広い増幅領域中に放
射する。

第７図においては、角度θを最小限にするために、光学
軸２８は、導波路１６からビームを受ける素子の末端３
４の法線に関して角度θ１で配置されている。活性層４
４と、他の残りの半導体素材、例えばＰ型りラッド層５
２との間の境界面３２からの光の反射を利用することに
より、光はグレーティング領域から端部４８の光線７０
０を経て境界面３２に反射され、境界面３２から端部３
４の光線７０２に反射される。

光線７０２が端部３４から反射される時、全反射のため
の臨界角θ６よりも大きい角度αで境界面３２に入射し
、境界面３２から屈折される光線７０４を生じることが
示されている。角度θは、グレーティングからの反射の
入射角、例えば光線７００が角度θ６よりも大きい数値
で境界面３２上に入射するように、一定の数値以上とな
る。この場合は、グレーティング１８が角度Φにより、
ビーム２２の光線が望ましい以上に、すなわち受は入れ
難いほど傾斜しているような、大きな角度で傾斜してい
ると考えられる。グレーティングから反射された光線７
００の角度２θが角度θ６よりも小さければ、光線７０
０は境界面３２から完全に反射し、端部３４に入射する
。前記光線は次に角度δで端部３４から反射され、角度
αで境界面３２に入射する。角度αを臨界角θ。′より
も幾分大きくすることにより、端部３４から境界面３２
に入射する光線７０４は、活性層４４の外に屈折される
。この作用により、増幅器中で内部発振が生ずる可能性
が少なくなる傾向がある。

臨界角θ。よりも小さい角度で様々な屈折率の素材の境
界に入射する光は、内部に全反射される。臨界角よりも
大きい数値で境界に入射する光の多くは境界中に伝達さ
れるが、境界中への伝達は、臨界角よりも大きい入射角
の増加に比例して相対的に増加する。角度θ。は、クラ
ッドＷＩ５２である境界素材の有効な屈折率に対する活
性層４４の有効な屈折率によって決まる。活性層の有効
な屈折率は、活性層および境界の外部素材の厚さの関数
である。有効な屈折率の差は、放射を素子の活性層４４
内に留める傾向のある境界となり、本発明の増幅器には
望ましくない内部の全反射が生ずる。従って、活性Ｊｌ
ｉ４４中への反射を防ぐために、角度θおよび角度θ、
は、αが臨界角θ、よりも大きく、その結果、２θより
も大きくなるように組み合わせられた数値を有する。臨
界角θは以下のように決められる。

θｃ　＝ｃｏｒ”　（ｎｚ　／ｎ、）　　　　　　（５
）ｎｌは厚さ０．２μのＧａＡｇの活性層４４の有効な
屈折率で、一般的には３．４９６であり、ｎ２は八β。

、、・Ｇａｏ、　７・Ａｓ　　で一般的には３．４であ
る隣接するクラッド層５２の有効な屈折率である。

θ、＝１３．５＠である。角度２θまたはαはθ０より
も大きくなければならない、２θ＝０６の場合、放射の
傾斜角度Φは２４．３”である。

第２図の動作においては、正電圧がＰ型電極５８に印加
され、負電圧がＮ型電極３６に印加される。Ｐ型電極５
８から活性層４４中にはホールが注入され、一方、クラ
ッド層４０はホールがさらに移動しないためのバリヤを
有する。同様に、Ｎ型電極３６から活性層４４中に電子
が注入される。しきい値電流において、分布反転が生じ
、それにより入射光ビームは光子の誘導放出により増幅
される。活性層４４中に生じた光子は導波層５０に放出
され、２次のグレーティング１８に入射する。光子は、
導波層５０に非垂直なビーム２２として放出される。

第７図に関して先に述べた実施上の不利な条件下では反
射が減少するので、素子１０は増幅器として作動する。

若しビーム２２がグレーティング１８の平面に平行によ
り近くなれば、角度θは、２θの数値が臨海角θ９より
も大きくなるような数値となる。この場合、端部３４に
対して、または端部３４からごくわずかな反射があるだ
けなので、前記内容から、端部３４は光学軸２８に対し
て９０°未溝の角度θ１となる必要はない、しかし通常
光コンピュータ中の隣接する光学素子にとっては、例え
ばグレーティングからの出力がグレーティングの表面に
対してできるだけ垂直に近くなければならない、従って
、この目的で角度θはできるだけ小さく保たれなければ
ならない、そのため一般に角度θは約１０゛である。

θ１く９０°である別の利点もある。グレーティング１
８から放射された光はレンズのような光学構成要素を通
過し、最後にディテクターに送られる。前記構成要素か
ら外部反射がグレーティング１８に帰還し、増幅器に結
合される場合もある。前記外部に生じた反射光が光学軸
２８（θ１＝０）に垂直である端部３４に達すると、端
部３４からの反射が増幅され、増幅器中で光が発振する
。増幅器の利得が十分に高ければ、前記種類の反射は不
要発振を生じさせる。このように端部３４の傾斜角（θ
、＜９０）は第２の機能を有する。

第８図は本発明の第２の実施例を示す。導波路の増幅器
中の単一モードファイバー間の結合は、結合効率および
レーザファイバー結合の調整公差と同じ問題を有する。

第８図の素子は前記結合問題を扱っている。素子８００
は半導体ボディー８ｏ２中に配置されている増幅器８０
４を含む、増幅器８０４は第１図および第２図の素子１
０と同様に構成されている。増幅器の活性領域は、第２
図のクラッド層４０および５２に対応する２つのクラッ
ド領域間に挟まれている。前記積Ｎ構造は図示されてい
ないが、導波層、活性層、グレーテイング層およびクラ
ッド層の構成は、第８図および第９図の実施例中におい
ても同様に再生される。

増幅器８０４は一定の望ましい長さであり、導波路８０
４の向かい合う端部にグレーティング８０６および８０
８を有する。グレーティング８０６および８０８は第２
図の実施例に関して先に論じたように導波層５０上に直
接に形成されている。グレーティング８０６および８０
８のグレーティング要素は、光学軸２８に対するグレー
ティング１８の傾斜と同様に、光学軸８１０に関して傾
斜されている。傾斜角は、第７図に関して先に論じたよ
うに角度θである。

素子８００は、さらに２つの光ファイバー８ｌ２および
８１２′を含む、ファイバー８１２はコア８１４を有し
、ファイバー８１２′はコア８１４′を有する。コア８
１４はグレーティング８０８上に配置されてそこに結合
され、コア８１４′はグレーティング８０６上に配置さ
れてそこに結合されている。ファイバー８１２は例えば
素子８００への光信号の入力装置となり、ファイバー８
１２′は素子８００によりグレーティング８０８からグ
レーティング８０６へ矢印８１６の方向に伝達される素
子信号の出力装置となる。

増幅器８０４の端部８１８および８２０は、導波路８０
４の光学軸８１ｏに対して垂直にならないように傾斜さ
れている。端部８１８および８２０の傾斜角は、両グレ
ーティングが平行で、ファイバーの角度も両者に関して
同じになるように、同じ数値とする。それにより構造の
生産が簡単になる。光学軸８１０に対するグレーティン
グ８１８および８２０の角度は、導波路８０４と隣接す
る素材ボディー（クラッド）との間の中間面における反
射が臨界角θ。よりも大きい角度となるような数値を有
する。傾斜角は、傾斜角の２倍が臨界角θゎよりもいく
らか大きい数値となるような角度である。グレーティン
グの角度θにより、出射グレーティング８０６から出射
されるビームおよび受光グレーティング８０８により受
けられるビームが、グレーティング表面の平面に対する
垂線から傾斜した角度となる。前記傾斜、すなわち第９
図の角度Φ′は、第３図および第４図の角度Φと全く同
様に評価される。光ファイバー８１２およびそのコア８
１４も、ビームをグレーティング８０８に伝達するため
に、角度Φ′で傾斜している。

代表的なファイバー８１２はファイバー８１２の光学軸
８１５に対して角度Φ′で研磨されている、第９図の端
面８２２を有する。ファイバー８１２の光の伝播軸８１
５は、矢印８２４の方向のグレーティング８０８に対す
るビームの受光（または発光）軸に平行である。グレー
ティング領域中の光の伝播は、グレーティングの効果に
よって放射に変換される。

増幅器および結合領域の幅は、単一モードファイバーコ
アのサイズに等しく、結合領域の長さは、ファイバーコ
アの直径に関し、それにより角度ポリッシュトファイバ
ーまたはクリ−ブトファイバーがレンズを用いずに直接
結合することができる。直接結合による結合効率は、レ
ンズファイバーよりも高い０発光器およびファイバーの
近視野像が一致すれば、結合効率は重畳積分法から１０
０％になる。

導波路８０４に沿ったグレーティング８０６と８０８と
の間の反射は、結合された入射または出射ビームの許容
できる傾斜範囲内で、できるだけ多く減少される。した
がって、角度θは、先に論じたように、反射をなくす、
あるいは最小限にするために重要になる。必要ならば、
端部８１８および８２０は、すでに論じたように、許容
できるファイバーの傾斜で、互いに異なる角度にするこ
とができる。さらに、グレーティング８０６および８０
８は一般的な傾斜角θを有するものとして論じられてい
るが、実施においては、出射および入射グレーティング
における反射特性および結合されたファイバーにより、
異なる傾斜角を有することが認められる。考慮すべき重
要なことは、増幅器を含む導波路中の内部反射が、増幅
器の利得を最大限にするために、最小限にされるという
ことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１つの実施例による、各々が結合さ
れた表面出射型グレーティングを有する増幅器の一部を
示す平面図、第２図は、第１図の実施例の線２−２に沿
って取られた断面の立面図、第３図は、第１図の実施例
の線３−３に沿って取られた部分的立面図、第４図は、
第１図の実施例で生ずる様々な光ビームを示す、本発明
の原理のいくつかの説明図、第５図は、本発明の原理の
いくつかをさらに説明する目的で、第１図の実施例に使
用されているグレーティングに関して光の波面を図式的
に示した図、第６図は、第５図の実施例のグレーティン
グと同様のグレーティングから反射された光ビームの位
相関係を示すベクトル図、第７図は、本発明のある補助
的な原理を説明するために、増幅素子の１つにおける第
１図の実施例の示す増幅部分を図式的に示す図、第８図
は、本発明による装置の第２の実施例を示す平面図、第
９図は、第８図の装置の線９−９に沿って取られた側面
図である。 １Ｏ１１２，１４・・・光学素子、 １５・・・配列、 １６・・・導波路、 １８．２０・・・グレーティング、 ２２．２４・・・ビーム、 ２６．２６′　・　・　・ビーム、 ２８．３０・・・光学軸、 ３２・・・境界面、 ３４・・・端部、 ３６・・・Ｎ型電極、 ３７・・・表面、 ３８・・・基板、 ３９・・・表面、 ４０・・・クラシト暦、 ４２　・　・ ４４　・　・ ４８　・　・ ５０　・　・ ５２　・　・ ５６　・　・ ５８　・　・ ６０　・　・ ６２　・　・ ５００　・ ５０２　・ ５０３． ５０７　　・ ５０８　・ ００１ ８００　・ ８０２　・ ８０４　・ ８０６． ８１０、 ・コルゲーション、 ・活性層、 ・活性層端部、 ・導波層、 ・Ｐ型クラッド層、 ・キャップ暦、 ・Ｐ型電極、 ・トランジション領域、 ・光学軸、 ・・グレーティング、 ・・光伝播軸、 ５０４．５０５．５０６・・・反射光、・・光波、 ・・増幅領域、 ７０２．７０４・・・光線、 ・・光学素子、 ・・半導体ボディ、 ・・導波路、 ８０Ｂ・・・グレーティング、 ８１５・・・光学軸、 ８１２． ８１４． ８１６． ８１８． ８２２　・ ８１２″　・ ８１４　　　　・ ８２４　・　・ ８２０　　・　・ ・・端面。 ・・光ファイバ、 ・・コア、 ・矢印、 ・グレーティング５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学軸が一方の端部に交差する半導体光増幅器と、 前記端部で前記光増幅器に光学的に結合された複数のグ
   レーティング要素を含む表面出射型グレーティングを有
   し、 該グレーティングのグレーティング要素は予めきめられ
   ている第１の角度で前記光学軸に垂直でなく配置されて
   おり、前記光増幅器と前記グレーティングの配置の角度
   が前記光増幅器の外に光を反射するように調整されてい
   る表面出射型グレーティング付光増幅器。 ２、前記グレーティング要素が前記光学軸にほぼ平行な
   平面上に配列して設けられている、請求項１記載の表面
   出射型グレーティング付光増幅器。 ３、前記光増幅器が半導体ボディー中に形成され、前記
   グレーティングが前記光増幅器に接して前記ボディー中
   に形成されている、請求項１記載の表面出射型グレーテ
   ィング付光増幅器。 ４、前記光増幅器の他方の端部が第２の角度で前記光学
   軸に垂直にならないように形成されており、前記第１の
   角度は、前記グレーティングから光増幅器中を光学軸に
   平行には反射しないような数値を有し、前記第２の角度
   は、前記他方の端部からの入射光を前記両端部間の光増
   幅器境界面から光増幅器の外へ屈折して出射する臨界角
   より大きい角度で、前記反射光を前記他方の端部から前
   記境界面へ入射させる数値を有する、請求項１記載の表
   面出射型グレーティング付光増幅器。 ５、前記第１の角度が、前記グレーティングにより反射
   されて前記光増幅器中に戻った光増幅器からの光が、臨
   界角よりも大きい角度で前記両端部間にわたる隣接する
   素材との光増幅器の前記境界面に入射するような数値で
   ある、請求項１記載の表面出射型グレーティング付光増
   幅器。 ６、前記表面出射型グレーティング付光増幅器である光
   学素子が半導体素材のボディー中に形成され、前記素材
   が間隔を置いて設けられた複数の前記素子の配列を含む
   、請求項１記載の表面出射型グレーティング付光増幅器
   。 ７、前記表面出射型グレーティング付光増幅器が形成さ
   れた光学素子が、効率的に単一ビームを形成するために
   、平行に間隔を置いて配置されている、請求項６記載の
   表面出射型グレーティング付光増幅器。 ８、さらに、前記一方の端部に向かい合う光増幅器の他
   方の端部に隣接する光導波路、ならびに該光導波路から
   前記光増幅器に光を出射するための手段を含む、請求項
   １記載の表面出射型グレーティング付光増幅器。 ９、光を出射するための前記手段が前記光学軸に平行な
   光を出射するための手段を含む、請求項８記載の表面出
   射型グレーティング付光増幅器。 １０、さらに、前記他方の端部において光増幅器に光学
   的に結合された波状の領域を含む、請求項１記載の表面
   出射型グレーティング付光増幅器。 １１、前記グレーティングがほぼ平行な配列になってい
   るグレーティング要素を有する、請求項１０記載の表面
   出射型グレーティング付光増幅器。 １２、グレーティングがほぼ平行なグレーティング要素
   を有する、請求項１０記載の表面出射型グレーティング
   付光増幅器。 １３、広い表面と該表面に平行な光学軸を有し、該光学
   軸に沿つて伝播する光波の入射に適する半導体のボディ
   と、前記光学軸に前記第１の角度で設定されている光波
   の入射端部を有する前記ボディの増幅領域に前記光学軸
   に沿って入射された光波を増幅する手段と、前記ボディ
   の表面から、増幅された光波を出射するために前記ボデ
   ィに固定されたグレーティングとからなり、該グレーテ
   ィグは、前記光学軸に平行な平面上に配列された複数の
   グレーティング要素からなり、 該グレーティング要素は入射光を増幅領域へ反射する機
   能を有し、また前記光学軸に対して第２の角度で配列さ
   れ、かつ、増幅光の相当部分をその表面から屈折して出
   射し、残りの増幅光を増幅領域に反射し、 前記第１と第２の角度が前記増幅領域において前記グレ
   ーティング要素からの反射による発信を抑制する値にな
   っている表面出射型グレーティング付光増幅器。 １４、前記第１と第２の角度の少なくとも一方は、前記
   増幅領域と隣接する他の半導体ボディとの境界面の少な
   くとも１つに入射する内部反射光の角度が、光波が該境
   界面から増幅領域の外へ伝達される入射光の臨界角より
   も大きい角度になるような数値を有する請求項１１記載
   の表面出射型グレーティング付光増幅器。 １５、前記第１と第２の角度の数値が、光波が前記臨界
   角よりも小さい角度で前記要素から前記少なくとも１つ
   の境界面に反射され、その後、前記受光端部から反射さ
   れ、さらに該反射光が前記受光端部から反射された後、
   前記臨界角よりも大きい角度で前記境界面に入射する、
   請求項１４記載の表面出射型グレーティング付光増幅器
   。