JPH038386A - Coupling distributed-feedback type semiconductor laser - Google Patents
Coupling distributed-feedback type semiconductor laserInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、結合分布帰還型半導体レーザに関し、特に1
発振周波数が安定しており、スペクトル幅の狭い半導体
レーザに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a coupled distributed feedback semiconductor laser, and particularly to a coupled distributed feedback semiconductor laser.
This invention relates to a semiconductor laser with a stable oscillation frequency and a narrow spectrum width.
発振周波数が安定している分布帰還型半導体レーザ(D
F Bレーザ)では、スペクトル幅を狭くするために
共振器長を長くすると、空間的ホールバーニングを生じ
モードが不安定になる。これを改善するためには、第4
図に示す結合位相シフトDFB構造が有効である。Distributed feedback semiconductor laser (D
In FB lasers, when the resonator length is lengthened to narrow the spectral width, spatial hole burning occurs and the mode becomes unstable. In order to improve this, the fourth
The combined phase shift DFB structure shown in the figure is effective.
また、第4図の改良型として、第5図に示すように、3
箇所の位相シフト量φをλ/4からずらせる構造が提案
されている。In addition, as an improved version of Fig. 4, as shown in Fig. 5, 3
A structure has been proposed in which the phase shift amount φ at a location is shifted from λ/4.
更に、第5図の改良型として、第6図に示すように、3
箇所の位相シフトをλ(1+ q)/4 、λ/4、λ
(1−(1)/4、但し−1< q < 1とし、この
位相シフトで4分割された各部分の長さを、L(1+d
)/4.L(1−d)/4.L(1−d)/4゜L(1
+d)/4とする構造が提案されている。Furthermore, as an improved version of Fig. 5, as shown in Fig. 6, 3
The phase shift of the point is λ(1+q)/4, λ/4, λ
(1-(1)/4, where -1< q < 1, and the length of each portion divided into four by this phase shift is L(1+d
)/4. L(1-d)/4. L(1-d)/4゜L(1
+d)/4 has been proposed.
なお、第4図、第5図及び第6図において、1はクラッ
ド層、2は活性層である。In addition, in FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6, 1 is a cladding layer and 2 is an active layer.
しかしながら、第4図の構造では1発振周波数とブラッ
グ周波数の差δがOのモードは、最低次モードとならず
、δ≠0の2モードが最低次となるため、この最低次モ
ードを抑圧する方法でレーザ動作をさせなければならな
いという問題があっまた、第5図の構造では、δ≠Oで
あるため発振周波数がDFBフィードバック強さにに依
存することになる。このにを決めるグレーティングの溝
の深さは、正確にコントロールしにくいための。However, in the structure shown in Fig. 4, the mode in which the difference δ between the first oscillation frequency and the Bragg frequency is O is not the lowest order mode, but the two modes with δ≠0 are the lowest order, so this lowest order mode is suppressed. There is a problem that the laser must be operated in a certain manner, and in the structure shown in FIG. 5, since δ≠O, the oscillation frequency depends on the DFB feedback strength. This determines the groove depth of the grating, which is difficult to control precisely.
この構造では発振周波数がサンプル毎にばらつくという
問題があった。This structure has a problem in that the oscillation frequency varies from sample to sample.
また、第6図の構造では、各部分の位相シフト量を個々
に正確にコントロールしなければならないという問題が
あった。Further, the structure shown in FIG. 6 has a problem in that the amount of phase shift of each part must be individually and precisely controlled.
なお、前記第4図乃至第6図において、λはレーザ光の
波長、Lは半導体レーザの全長、−1くd<1であり、
d=oを含む。In addition, in FIGS. 4 to 6, λ is the wavelength of the laser beam, L is the total length of the semiconductor laser, and -1×d<1,
Including d=o.
本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
ある。The present invention has been made to solve the above problems.
本発明の目的は、発振周波数とブラッグ周波数の差δ=
0のモードが最低次で存在し、空間的ホールバーニング
によるモード不安定性が生じにくい結合分布帰還型半導
体レーザを提供することにある。The purpose of the present invention is that the difference between the oscillation frequency and the Bragg frequency δ=
The object of the present invention is to provide a coupled distributed feedback semiconductor laser in which the zero mode exists at the lowest order and mode instability due to spatial hole burning is less likely to occur.
本発明の他の目的は、結合分布帰還型半導体レーザの製
造が容易であるような構造を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a structure that allows easy manufacture of a coupled distributed feedback semiconductor laser.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
前記目的を達成するために、本発明では、3箇所の位相
シフト部位を有する結合分布帰還型半導体レーザであっ
て、その位相シフト量が全て等しくλ/4であり、かつ
、この3箇所の位相シフトにより4分割された各部分の
長さが、端から順にL(1+d)/4.L(1+d)/
4.L(1−d)/4゜L(1−d)/4であり、dは
−1とlとOを除く−1と1の間の数であることを最も
主要な特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a coupled distributed feedback semiconductor laser having three phase shift sites, the phase shift amounts of which are all equal to λ/4, and the phase shift portions of the three locations are equal. The length of each portion divided into four by the shift is L(1+d)/4. L(1+d)/
4. The most important feature is that L(1-d)/4°L(1-d)/4, where d is a number between -1 and 1 excluding -1, l, and O.
また、前記dを0.25以上に設定したことを特徴とす
る。Further, the above-mentioned d is set to 0.25 or more.
前述の手段によれば、3箇所の位相シフト部位を有し、
その位相シフト量が全て等しくλ/4であり、かつ、こ
の3箇所の位相シフトにより4分割された各部分の長さ
が、端から順にL(1+d)/4.L(1+d)/4.
L(1−d)/4.L(1−d)/4である構造により
、δ=0のモードで発振するので、結合分布帰還型レー
ザが変る毎による特性のバラツキをなくすることができ
る。According to the above-mentioned means, there are three phase shift parts,
The amount of phase shift is equal to λ/4, and the length of each portion divided into four by the phase shift at these three locations is L(1+d)/4. L(1+d)/4.
L(1-d)/4. With the structure of L(1-d)/4, the laser oscillates in the mode of δ=0, so it is possible to eliminate variations in characteristics caused by changes in the coupled distributed feedback laser.
また、Δαが大きくなるので、狭いスペクトル幅の結合
分布帰還型レーザを得ることができる。Furthermore, since Δα becomes large, a coupled distributed feedback laser with a narrow spectrum width can be obtained.
また、3位相シフト量を全て等しくした構造であるので
、結合分布帰還型レーザの製造を容易にすることができ
る。Further, since the structure has the same three phase shift amounts, it is possible to easily manufacture a coupled distributed feedback laser.
また、前記結合分布帰還型レーザを光伝送システムや光
センサシステムなどに用いる際、発振特性のばらつきが
小さくなり、システム全体の安定性を向上することがで
きる。Further, when the coupled distributed feedback laser is used in an optical transmission system, an optical sensor system, etc., variations in oscillation characteristics are reduced, and the stability of the entire system can be improved.
以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明す
る。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be specifically described using the drawings.
なお、実施例を説明するための全回において。In addition, in all the times for explaining the example.
同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返し
の説明は省略する。Components having the same function are given the same reference numerals, and repeated explanations thereof will be omitted.
第1図は、本発明の一実施例の結合位相シフトDFBレ
ーザの概略構成を説明するための主要部分の断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view of the main parts for explaining the schematic configuration of a coupled phase-shifted DFB laser according to an embodiment of the present invention.
本実施例の結合位相シフトDFBレーザは、第1図に示
すように、2箇のクラッド層1の間に活性層2が設けら
れている。そして、3箇所の位相シフト部は、その位相
シフト量が全て等しくλ/4であり、これにより分割さ
れた4つの部分の長さが、L(1+d)/4.L(1+
d)/4.L(1−d)/4.L(1−d)/4となっ
ている。In the coupled phase-shifted DFB laser of this embodiment, as shown in FIG. 1, an active layer 2 is provided between two cladding layers 1. The phase shift portions at three locations all have the same phase shift amount of λ/4, and the lengths of the four divided portions are L(1+d)/4. L(1+
d)/4. L(1-d)/4. It is L(1-d)/4.
但し、λはレーザ光の波長、Lは半導体レーザの全長、
dは−1と1とOを除く−1と1の間の数である。However, λ is the wavelength of the laser beam, L is the total length of the semiconductor laser,
d is a number between -1 and 1 excluding -1, 1 and O.
一般に、DFBレーザの空間的ホールバーニング効果に
よるモード不安定性は、モードパターンが平担であるほ
ど、そして、次モードとのしきい値ゲインαの差が大き
いほど小さくなる。Generally, the mode instability due to the spatial hole burning effect of a DFB laser becomes smaller as the mode pattern becomes flatter and as the difference in threshold gain α from the next mode becomes larger.
第5図、第6図に示す従来の構造は、モード分布を平担
にしてモード不安定性を除去しようとするものであるが
、本実施例の構造は、次モードとのしきい値ゲインαの
差を大きくしてモード不安定性を除去したものである。The conventional structure shown in FIGS. 5 and 6 attempts to eliminate mode instability by flattening the mode distribution, but the structure of this embodiment has a threshold gain α of the next mode. The mode instability is removed by increasing the difference between the two.
位相シフト部分を有する結合位相シフトDFB構造のモ
ードは、次の結合モード方程式を解くことで決定される
。The modes of a coupled phase-shifted DFB structure with a phase-shifted portion are determined by solving the following coupled mode equation.
ここで、R,Sは右進行、左進行の光の波動関数、には
光帰還の強さを表わすパラメータであり、結合分布帰還
構造の溝の深さに比例する量である。Here, R and S are wave functions of light traveling to the right and left, and are parameters representing the strength of optical feedback, and are quantities proportional to the depth of the groove of the coupled distributed feedback structure.
各モードのαとδの関係は、前記式(1)と式(2)を
境界条件のもとで解くことで求まる。The relationship between α and δ of each mode is determined by solving the above equations (1) and (2) under boundary conditions.
第2図は、にL=2.0の場合のαとδの関係(図では
αとδをLで規格化している)の計算結果を、dをパラ
メータとして表したものである。FIG. 2 shows the calculation result of the relationship between α and δ (α and δ are normalized by L in the figure) when L=2.0, with d as a parameter.
第2図によれば、この構造ではδ=0に必ずモードが存
在している。According to FIG. 2, in this structure, a mode always exists at δ=0.
一般に、第1図に示す本実施例の構造においては、dの
値にかかわらず必ずδ=Oにモードが存在することを発
明者は見出した。Generally, the inventor found that in the structure of this embodiment shown in FIG. 1, a mode always exists at δ=O regardless of the value of d.
第2図の様なαとδの関係から最低次モードと次のモー
ドのαの差、つまりΔαL(Δαをして規格化した量で
ある)求めることができる。また、各モードの平担さは
、次の関数Fで定義できる。From the relationship between α and δ as shown in FIG. 2, the difference in α between the lowest mode and the next mode, that is, ΔαL (an amount normalized by Δα) can be determined. Further, the flatness of each mode can be defined by the following function F.
F=f (工(z)−■。)2dZ・・・・・・・・(
3)但し1強度I (Z)=IRI”+ISl”であり
、I。F=f (Work(z)−■.)2dZ・・・・・・・・・(
3) However, 1 intensity I (Z)=IRI"+ISl", and I.
は強度I(Z)の平均値である。is the average value of intensity I(Z).
第1図に示す本実施例の構造において、にを最適にした
時のΔαL及びFのパラメータd依存性を第3図に示す
。d=1は位相シフト部分が1箇所の従来型の単一位相
シフトDFBレーザ、d=Oは第4図の構造の従来型の
結合分布帰還型レーザに対応する。In the structure of this embodiment shown in FIG. 1, FIG. 3 shows the dependence of ΔαL and F on the parameter d when ΔαL and F are optimized. d=1 corresponds to a conventional single phase-shifted DFB laser with one phase shift portion, and d=O corresponds to a conventional coupled distributed feedback laser having the structure shown in FIG.
第3図によると、モードパターンの平担さFは、dに対
して単調関数であるが、ΔαLは、dが0゜75付近で
最大となっている。この時のΔαLの値は1.35であ
り、これは従来型であるd=1のものに比べて約1.9
倍である。According to FIG. 3, the flatness F of the mode pattern is a monotonous function with respect to d, but ΔαL is maximum when d is around 0°75. The value of ΔαL at this time is 1.35, which is about 1.9 compared to the conventional type with d=1.
It's double.
また、dが0.25以上1以下の範囲でΔαLは正にな
っている。Moreover, ΔαL is positive in the range of d from 0.25 to 1.
ΔαLを大きくできる本発明の構造では、空間的ホール
バーニングの影響を小さくでき、長井振器にしても安定
に動作させることができる。With the structure of the present invention that can increase ΔαL, the influence of spatial hole burning can be reduced, and even a Nagai shaker can be stably operated.
この構造でレーザ動作させた時のスペクトル幅は、長井
振器効果により、単一位相シフトの場合と比較して1/
3となる。Due to the Nagai shaker effect, the spectral width when operating a laser with this structure is 1/1 compared to the case of a single phase shift.
It becomes 3.
以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。The present invention has been specifically explained above based on examples, but
It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified in various ways without departing from the spirit thereof.
以上、説明したように、本発明によれば、δ=0のモー
ドで発振するので、結合分布帰還型レーザが変る毎によ
る特性のバラツキをなくすることができる。As described above, according to the present invention, since the laser oscillates in the δ=0 mode, it is possible to eliminate variations in characteristics caused by changes in the coupled distributed feedback laser.
また、Δαが大きくなるので、狭いスペクトル幅の結合
分布帰還型レーザを得ることができる。Furthermore, since Δα becomes large, a coupled distributed feedback laser with a narrow spectrum width can be obtained.
また、3位相シフトを同じた構造であるので、結合分布
帰還型レーザの製造を容易にすることができる。Further, since the structure has the same three phase shifts, it is possible to easily manufacture a coupled distributed feedback laser.
また、前記結合分布帰還型レーザを光伝送システムや光
センサシステムなどに用いる際、発振特性のばらつきが
小さくなり、システム全体の安定性を向上することがで
きる。Further, when the coupled distributed feedback laser is used in an optical transmission system, an optical sensor system, etc., variations in oscillation characteristics are reduced, and the stability of the entire system can be improved.
第1図は、本発明の一実施例の結合位相シフトDFBレ
ーザの概略構成を説明するための主要部分の断面図、
第2図は、第1図の構造でにL=2.0の場合でパラメ
ータdを変化させた時のαLとδLの関係を表す図、
第3図は、第1図の構造でにLを最適にした時のΔαL
及びFの構造パラメータd依存性を示す図。
第4図。
第5図。
第6図は、
それぞれ従来の結
合分布帰還型半導体レーザの問題点を説明するための断
面図である。
図中、
1・・・クラッド層、
2・・・活性層。FIG. 1 is a sectional view of the main parts for explaining the schematic configuration of a coupled phase-shifted DFB laser according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a case in which L=2.0 with the structure shown in FIG. 1. Figure 3 shows the relationship between αL and δL when the parameter d is changed. Figure 3 shows ΔαL when L is optimized for the structure in Figure 1
A diagram showing the dependence of F and F on the structural parameter d. Figure 4. Figure 5. FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the problems of conventional coupled distributed feedback semiconductor lasers. In the figure, 1... cladding layer, 2... active layer.
Claims (2)
3箇所有する結合分布帰還型半導体レーザであって、前
記3箇所の位相シフトにより4分割された各部分の長さ
が、端から順にL(1+d)/4、L(1+d)/4、
L(1−d)/4、L(1−d)/4であり、但し、λ
はレーザ光の波長、Lは半導体レーザの全長、dは−1
と1と0を除く−1と1の間の数であることを特徴とす
る結合分布帰還型半導体レーザ。(1) A coupled distributed feedback semiconductor laser having three phase shift portions with a phase shift amount of λ/4, wherein the length of each portion divided into four by the phase shift at the three portions is from the end. In order: L(1+d)/4, L(1+d)/4,
L(1-d)/4, L(1-d)/4, where λ
is the wavelength of the laser beam, L is the total length of the semiconductor laser, and d is -1
A coupled distributed feedback semiconductor laser characterized in that the number is between -1 and 1 excluding 1 and 0.
.25以上に設定したことを特徴とする結合分布帰還型
半導体レーザ。(2) In the statement of claim (1), the d is 0.
.. A coupled distributed feedback semiconductor laser characterized in that the value is set to 25 or more.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14367789A JPH0724321B2 (en) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Coupled distributed feedback semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
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JP14367789A JPH0724321B2 (en) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Coupled distributed feedback semiconductor laser |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH038386A true JPH038386A (en) | 1991-01-16 |
JPH0724321B2 JPH0724321B2 (en) | 1995-03-15 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP14367789A Expired - Fee Related JPH0724321B2 (en) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Coupled distributed feedback semiconductor laser |
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JP (1) | JPH0724321B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014150145A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Japan Oclaro Inc | Semiconductor laser element and optical semiconductor device |
JP2017152724A (en) * | 2017-04-24 | 2017-08-31 | 日本オクラロ株式会社 | Semiconductor laser element, and optical semiconductor device |
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1989
- 1989-06-05 JP JP14367789A patent/JPH0724321B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014150145A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Japan Oclaro Inc | Semiconductor laser element and optical semiconductor device |
JP2017152724A (en) * | 2017-04-24 | 2017-08-31 | 日本オクラロ株式会社 | Semiconductor laser element, and optical semiconductor device |
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JPH0724321B2 (en) | 1995-03-15 |
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