JPH04186690A - Optical integrated type wavelength variable semiconductor laser - Google Patents

Optical integrated type wavelength variable semiconductor laser

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JPH04186690A
JPH04186690A JP31255790A JP31255790A JPH04186690A JP H04186690 A JPH04186690 A JP H04186690A JP 31255790 A JP31255790 A JP 31255790A JP 31255790 A JP31255790 A JP 31255790A JP H04186690 A JPH04186690 A JP H04186690A
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Abstract

PURPOSE:To enable frequency control, making variable the wavelength of semiconductor oscillation light by feed-controlling a frequency fluctuation signal of laser light from a frequency reference device into a semiconductor laser. CONSTITUTION:This device is driven by a constant power source 9 which injects current into an active region 17 having a grating by way of a bias T14. A phase control region 16 having no grating drives with a constant power source 18. The control of this injection current makes it possible to change the oscillation wavelength of a laser 1. A distribution reflector 3 drives with a constant power source 10. The injection current into this distribution reflector is arranged to detect the frequency fluctuation of laser light by changing the central wavelength and oscillating with change in the oscillation wavelength of the laser 1 (This must be carried out by changing the central current into the phase control region 16). A differential signal of a light receiver 5 detects the frequency fluctuation of the laser 1. The light detected with the light receiver 4 monitors the oscillation wavelength of the laser 1, combining the drive current of the distribution reflector 3 with the detection signal of the light receiver 4. On the other hand, a signal of a light receiver 6 detects power fluctuations in the laser light.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は波長可変半導体レーザ装置に間し、特に、光出
力と発振周波数ないし波長を安定化しながら発振波長可
変である光集積型半導体レーザ装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a wavelength tunable semiconductor laser device, and in particular, to an optical integrated semiconductor laser device that can tune the oscillation wavelength while stabilizing the optical output and the oscillation frequency or wavelength. Regarding.

[従来の技術] 従来、単一モード光ファイバを用いた長距離、大容量の
光通信システムにおいて、光周波数多重通信を実現する
伝送方式としてヘテロダイン方式が提案されている。こ
のへテロダイン検波を行なう為には、発信光源であるレ
ーザの発振波長の安定化、発振光のスペクトル純度の向
上が不可欠となる。
[Prior Art] Conventionally, a heterodyne system has been proposed as a transmission system for realizing optical frequency multiplex communication in a long-distance, large-capacity optical communication system using a single mode optical fiber. In order to perform this heterodyne detection, it is essential to stabilize the oscillation wavelength of the laser, which is the oscillation light source, and to improve the spectral purity of the oscillation light.

この為、動的単一モード(DSM)発振を実現した分布
帰還型(DFB)半導体レーザや分布反射型(DBR)
レーザにおいては、従来、周波数の安定化及びスペクト
ル純度の向上の方ン云として次の如き技術が提案されて
いる。
For this reason, distributed feedback (DFB) semiconductor lasers that achieve dynamic single mode (DSM) oscillation and distributed reflection type (DBR)
Conventionally, the following techniques have been proposed for lasers to stabilize frequencies and improve spectral purity.

(1)周波数ないし波長安定化の方法 第1に、レーザへの注入電流、レーザの温度を精密に安
定化する方法がある。
(1) Method of stabilizing frequency or wavelength First, there is a method of precisely stabilizing the current injected into the laser and the temperature of the laser.

次に、外部周波数基準を用いて、レーザへの注入電流に
電気的に負帰還を施す方法がある。詰まり、レーザの発
振光の一部をファブリペローエタロンや分子ガス(Rb
ガス、Csガス、NH3など)のセルに入射し、レーザ
の発振周波数の変動をその透過光の強度の変動に変換し
て受光器で受光し、その受光器の信号を低周波(DC〜
10kHz)でレーザの注入電流に帰還する。即ち、こ
の注入電流にこの低周波の電流を加えてレーザの注入電
流とする。
Next, there is a method of electrically applying negative feedback to the current injected into the laser using an external frequency reference. If the laser becomes clogged, part of the laser oscillation light is transferred to the Fabry-Perot etalon or molecular gas (Rb).
gas, Cs gas, NH3, etc.), and converts fluctuations in the oscillation frequency of the laser into fluctuations in the intensity of the transmitted light, which is received by a receiver, and the signal from the receiver is converted into a low-frequency (DC to
10kHz) and feeds back to the laser injection current. That is, this low frequency current is added to this injection current to obtain the laser injection current.

(2)スペクトル純度向上の方法 第1に、レーザ外部に反射鏡を置いて光学的負帰還を施
す方法がある。この反射鏡としては、回折格子の様な波
長選択性のあるものが使われたり、ファイバ共薇器を用
いてレーザの共振器長を長くしてQ値を高めたりする方
法がある。
(2) Method of Improving Spectral Purity Firstly, there is a method of placing a reflecting mirror outside the laser to provide optical negative feedback. As this reflecting mirror, there is a method of using something with wavelength selectivity such as a diffraction grating, or of increasing the Q value by increasing the resonator length of the laser by using a fiber resonator.

次に、上記周波数安定化の方法と同様に、外部周波数基
準を用いてレーザの注入電流に電気的に高周波(10k
 Hz = 100 M Hz )で負帰還を施す方法
がある。
Next, similar to the frequency stabilization method described above, an external frequency reference is used to electrically increase the laser injection current to a high frequency (10k
There is a method of applying negative feedback at Hz = 100 MHz).

更に、通常のレーザの共振器長は300μm程度である
が、これを1mm程度まで長くしてQ値を高める方法も
ある。
Further, although the resonator length of a normal laser is about 300 μm, there is also a method of increasing the Q value by increasing this length to about 1 mm.

こららの方法で、スペクトル線幅として、数10kH2
〜数100kHz程度のものが現在得られている。
With these methods, the spectral linewidth can be reduced to several tens of kilohertz
Currently, a frequency of about 100 kHz is available.

一方、発振波長を変化できる光源として、ブラッグ波長
制御器付きBIG−DBR型DSMレーザが提案されて
いる(1986春季 第33回応用物理学関係連合講演
会 予稿集1p−に一8堅照)。
On the other hand, a BIG-DBR type DSM laser with a Bragg wavelength controller has been proposed as a light source whose oscillation wavelength can be changed (1986 Spring 33rd Applied Physics Conference Proceedings 1st page 18).

この発光素子は、利得を持つ活性層と、これに結合され
た導波路の伝搬定数が変化することによりブラッグ波長
を制御できる可変分布反射器とを有する。即ち、第7図
にこの発光素子の光軸上の縦断面図を示す様に、ブラッ
グ波長近(労に利得を持つ活性J!’40と、その両側
にブラッグ波長を制御できる可変分布反射器41を備え
る。可変分布反射器41は、コラゲーション42が形成
された半導体導波路層43から成り、ここに電流を注入
しキャリア密度を変化させることにより、導波路層43
のバンド間吸収とプラズマ吸収の分散の為に媒質の屈折
率が変化し、導波路の伝搬定数が変化して、ブラッグ波
長を制御できる。第7図において、44は、可変分布反
射器41のブラッグ波長を電気的に制御する為の電極で
あり、45は。
This light emitting device has an active layer having a gain and a variable distributed reflector that can control the Bragg wavelength by changing the propagation constant of a waveguide coupled to the active layer. That is, as shown in FIG. 7, which is a vertical cross-sectional view of this light emitting device on the optical axis, there is an active J! 41. The variable distribution reflector 41 is composed of a semiconductor waveguide layer 43 on which a collagen 42 is formed, and by injecting a current into the semiconductor waveguide layer 43 to change the carrier density, the waveguide layer 43
Due to interband absorption and dispersion of plasma absorption, the refractive index of the medium changes, the propagation constant of the waveguide changes, and the Bragg wavelength can be controlled. In FIG. 7, 44 is an electrode for electrically controlling the Bragg wavelength of the variable distribution reflector 41, and 45 is an electrode.

活性層40に電流を通電する電極である。This is an electrode that applies current to the active layer 40.

このブラッグ波長制御器付きBIG−DBR型DSM半
導体レーザは、可変分布反躬器用電極44に電流を注入
することにより、発振波長を電気的に制御でき、高精度
の波長制御を必要とするヘテロダイン方式、波長多重方
式には好適である。
This BIG-DBR type DSM semiconductor laser with a Bragg wavelength controller can electrically control the oscillation wavelength by injecting a current into the variable distribution reflector electrode 44, and uses a heterodyne method that requires highly accurate wavelength control. , suitable for wavelength multiplexing.

更に、これに対し、システム全体の小型化を図ったブラ
ッグ波長制御器付きDBR型D S Mレーザが捉冥さ
れている(特開昭6316Q39i参照)。
Furthermore, in response to this, a DBR type DSM laser with a Bragg wavelength controller, which is designed to reduce the size of the entire system, has been developed (see Japanese Patent Laid-Open No. 6316Q39i).

この素子は、第8区に示す様に、ブラッグ波長の僅かに
異なる(即ち、ピッチの異なる)2つの分布反射器51
.52を具備し、利得領域48と可変分布反射器46.
49と位相調整領域47から成るレーザ発光部からのレ
ーザ光がこれらの分布反射器5工、52を透過した後の
夫々の光強度を光検出器53.54で検出して、その差
の信号を引算器56で求めてレーザ発光部に帰還するこ
とで発振光の波長制御を実現している。第8図において
、55は加算器、57は光出力制御回路、58は位相制
御回路、59は上記差信号が入力される波長制御回路で
ある。
As shown in the 8th section, this element has two distributed reflectors 51 with slightly different Bragg wavelengths (that is, different pitches).
.. 52 , comprising a gain region 48 and a variable distributed reflector 46 .
After the laser light emitted from the laser emitting section consisting of 49 and phase adjustment region 47 passes through these distributed reflectors 5 and 52, the respective light intensities are detected by photodetectors 53 and 54, and a signal of the difference is detected. is calculated by the subtractor 56 and fed back to the laser emitting section, thereby realizing wavelength control of the oscillated light. In FIG. 8, 55 is an adder, 57 is an optical output control circuit, 58 is a phase control circuit, and 59 is a wavelength control circuit into which the difference signal is input.

[発明が解決しようとする課題) しかしながら、従来の波長可変半導体レーザの発振波長
を検出して波長制御を正確に行なう為には、上記周波数
安定化の従来例と同じ方法で外部周波数基準などを用い
なければならず、システム全体が大型化する欠点がある
のみならず、従来の方法で周波数ないし波長側wJ(I
lliT変波長の安定化、スペクトル純度の向上)する
場合、次の様な間琶点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in order to accurately control the wavelength by detecting the oscillation wavelength of a conventional wavelength tunable semiconductor laser, it is necessary to use an external frequency reference etc. using the same method as in the conventional frequency stabilization example described above. Not only does this have the disadvantage of increasing the size of the entire system, but the conventional method also
In the case of stabilizing the lliT variable wavelength and improving spectral purity, there are the following points.

(1)外部周波数基準を用いて電気的負帰還を行なう場
合 レーザ発振光の一部を受けるフアブリペロー干渉計、分
子セルなどがある為、上記の如くシステム全体の小型化
が困難であると共に、高周波の負帰還を施す場合には、
この帰還ループの光行路が長いので光の位相遅れから制
御帯域に制限が生じるという問題がある。例えば、フィ
ードバックループの全長が30cmであるとすれば、1
00MHz程度(波長は60cm程度)の帯域で位相遅
れが180度程度となって負帰還ではなく正帰還になる
などして発振してしまう。従って、スペクトル純度の向
上が難しくなる。
(1) When performing electrical negative feedback using an external frequency reference, there are Fabry-Perot interferometers, molecular cells, etc. that receive part of the laser oscillation light, so it is difficult to miniaturize the entire system as described above, and the high frequency When giving negative feedback,
Since the optical path of this feedback loop is long, there is a problem in that the control band is limited due to the phase delay of the light. For example, if the total length of the feedback loop is 30 cm, then 1
In a band of about 00 MHz (wavelength is about 60 cm), the phase delay becomes about 180 degrees, resulting in positive feedback instead of negative feedback, resulting in oscillation. Therefore, it becomes difficult to improve spectral purity.

(2)外部に回折格子、ファイバ共振器などを置く場合 これらは機械的振動などに弱く、必ずしも安定に制御す
ることが出来ない。また、この方法ではスペクトル純度
の向上は出来ても中心周波数を安定化することが出来な
い。更に、波長可変レーザにおいて発振波長を変化させ
る場合の外部鏡の制御が難しくなる。
(2) When a diffraction grating, fiber resonator, etc. are placed externally, these are susceptible to mechanical vibrations and cannot necessarily be controlled stably. Further, although this method can improve the spectral purity, it cannot stabilize the center frequency. Furthermore, it becomes difficult to control the external mirror when changing the oscillation wavelength in a wavelength tunable laser.

また、第7図に示す如きブラッグ波長制御器付きDBR
型DSMレーザの場合、コラゲーションなどのピッチの
制御が難しく、スペクトル純度の向上を図るには、上記
の如き従来例の方法を採用せねばならず、結局、システ
ムが大型化してしまう。
In addition, a DBR with a Bragg wavelength controller as shown in FIG.
In the case of a type DSM laser, it is difficult to control the pitch of collation, etc., and in order to improve the spectral purity, it is necessary to adopt the conventional method as described above, which results in an increase in the size of the system.

従って、本発明の目的は、上記のycBに鑑み、光出力
、発振周波数が安定しスペクトル線幅の狭い小型に出来
つる構成を有する波長可変半導体レーザ装置を提供する
ことにある。
Therefore, in view of the above-mentioned ycB, it is an object of the present invention to provide a wavelength tunable semiconductor laser device which has a stable optical output and oscillation frequency, has a narrow spectral linewidth, and can be made compact.

[課窟を解決する為の手段〕 上記目的を達成する本発明においては、3を種型の分布
帰還型レーザなどの波長可変半導体レーザとこれに光が
結合された周波数基準となり得る光素子である周波数基
準装置がモノリシックに集積化され、この周波数基準装
置が上記半導体レーザの発振波長と同期して通釈波長可
変な様に構成され、周波数基$装置からのレーザ光の周
波数変動信号を該半導体レーザに負帰還制御することに
よって、半導体レーザの発振光を波長可変しながら周波
散開!20(周波数安定化とスペクトル純度の向上の少
なくとも一方)できる様に構成されている。これにより
、レーザ光の周波数の安定化、スペクトル純度向上を安
定に行なう為の電気的負帰還を広帯域に施しながら発振
波長を変化できる様にしている。
[Means for solving the problems] In the present invention that achieves the above object, 3 is a wavelength tunable semiconductor laser such as a seed-type distributed feedback laser and an optical element to which light is coupled and which can serve as a frequency reference. A certain frequency reference device is monolithically integrated, and this frequency reference device is configured to be variable in translation wavelength in synchronization with the oscillation wavelength of the semiconductor laser, and is configured to adjust the frequency fluctuation signal of the laser light from the frequency reference device. By controlling the semiconductor laser with negative feedback, the wavelength of the oscillated light from the semiconductor laser can be varied and the frequency spread out! 20 (at least one of frequency stabilization and spectral purity improvement). This makes it possible to change the oscillation wavelength while applying electrical negative feedback over a wide band to stably stabilize the frequency of the laser beam and improve the spectral purity.

より具体的には、周波数基準としては光の進行方向に選
択波長の可変なグレーティングを有する導波路を設け、
波長可変レーザの片端から出射される発振光を、基板上
に形成された光導波路を導波させてこのグレーティング
領域に入射さす、グレーティング〜は波長選択性を有す
るのでレーザ発振光の波長の変化はグレーティングの透
過光或は反射光の強度の変化に変換され、この信号を同
じ基板上に形成された受光器で検出し、これを増幅器で
増幅して波長可変レーザの注入を流に@還する。こうし
た構成であるので、フィードバックループの長さが非常
に短くなって、光の位相遅れが問題にならなくなり、広
帯域の制御が可能となる。この場合、周波数基準となる
グレーティング領域の波長選択領域はii電流注入どに
より変化することが出来る。そこで、波長可変レーザの
発振波長を変化させるのに同期して、グレーティング領
域の選択波長を変化させれば、簡単に波長可変できて周
波数安定化、スペクトル純度の向上が可能な小型の光集
積型波長可変半導体レーザ装置が実現できる。
More specifically, as a frequency reference, a waveguide with a variable selection wavelength grating is provided in the direction of propagation of light.
The oscillation light emitted from one end of the wavelength tunable laser is guided through an optical waveguide formed on the substrate and is incident on this grating region.Since the grating ~ has wavelength selectivity, the change in the wavelength of the laser oscillation light is The transmitted light or reflected light from the grating is converted into a change in intensity, and this signal is detected by a photoreceiver formed on the same substrate, and amplified by an amplifier to return the injection of the wavelength tunable laser to the flow. . With such a configuration, the length of the feedback loop becomes extremely short, so that optical phase delay does not become a problem, and wideband control becomes possible. In this case, the wavelength selection region of the grating region serving as a frequency reference can be changed by current injection or the like. Therefore, by changing the selected wavelength of the grating region in synchronization with changing the oscillation wavelength of the wavelength tunable laser, it is possible to easily tune the wavelength, stabilize the frequency, and improve the spectral purity. A wavelength tunable semiconductor laser device can be realized.

[実施例] 第1図は本発明の実施例の構成を示す図である。同図に
おいて、1は動的単一モード発振し、位相調整領域16
とその両側にある活性領域L7を持つ344極タイプの
分岐帰還型(DFB)半導体レーザであり、左端面から
先出力を取り出す様になっている。この半導体レーザ1
は両…11の活性部域L7にのみグレーティングを飄備
し、位相調整領域16にはクレーティングはない。この
半導体レーザ1は右端面からもレーザ光を射出し、この
レーザ光は基板(不図示)上に構成された光導波路8に
結合して光アイソレータ2に入射する。光アイソレータ
2は光を第1図左から右の方向へのみ導波せしめ、右か
ら左への光は導波しない様にな−)ている。
[Embodiment] FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. In the figure, 1 oscillates in a dynamic single mode, and the phase adjustment region 16
This is a 344-pole type branch feedback (DFB) semiconductor laser having active regions L7 on both sides thereof, and the first output is taken out from the left end facet. This semiconductor laser 1
is equipped with a grating only in the active region L7 of both . . . 11, and the phase adjustment region 16 does not have a grating. This semiconductor laser 1 also emits laser light from the right end surface, and this laser light is coupled to an optical waveguide 8 formed on a substrate (not shown) and enters the optical isolator 2. The optical isolator 2 guides light only from left to right in FIG. 1, and does not guide light from right to left.

レーザ1から大針し光アイソレータ2を透過した光は集
積カップラ7に入射して2つに分割され、そのうち透過
して直進する成分は導波路s中を導波して、光の進行方
向に沿ってグレーティングを有する分布反射器3に入射
する。この入射した光のうち、成る波長(ブラッグ波長
以外の波長)の光は分布反射器3をそのまま透過し、成
る波長(ブラッグ波長)の光は反射されて集積カップラ
7に戻ってここで反射されて、受光器4で受光される。
The light from the laser 1 that passes through the optical isolator 2 enters the integrated coupler 7 and is split into two parts, of which the component that passes through and travels straight is guided through the waveguide s and is split in the direction of light travel. It is incident on a distributed reflector 3 having a grating along it. Of this incident light, the light with the wavelength (wavelength other than the Bragg wavelength) passes through the distributed reflector 3 as it is, and the light with the wavelength (Bragg wavelength) is reflected and returns to the integrated coupler 7, where it is reflected. Then, the light is received by the light receiver 4.

よって、レーザ発振光の波長とブラッグ波長との関係に
より、各受光器4.5で受光される光量が決定される。
Therefore, the amount of light received by each light receiver 4.5 is determined by the relationship between the wavelength of the laser oscillation light and the Bragg wavelength.

このときの分布反射器3の波長特性を第2図、第3図に
示す。即ち、第2区は分布反射器3の反射光強度(受光
器4で受光されるもの)の波長依存性を示し、第3図は
透過光強度(受光器5で受光されるもの)の波長依存性
を示している。
The wavelength characteristics of the distributed reflector 3 at this time are shown in FIGS. 2 and 3. That is, the second section shows the wavelength dependence of the reflected light intensity of the distributed reflector 3 (received by the light receiver 4), and FIG. 3 shows the wavelength dependence of the transmitted light intensity (received by the light receiver 5). Indicates dependence.

また、アイソレータ2から集積カップラ7に入射してこ
こで反射されたもう一方の分割光は受光器6で受光され
る。よって、この受光器6にはレーザ発振光の出力に応
じた光量が入ることになる次に1本実施例の駆動方法に
ついて説明する。
The other split light that enters the integrated coupler 7 from the isolator 2 and is reflected there is received by the light receiver 6. Therefore, a light amount corresponding to the output of the laser oscillation light enters the light receiver 6.Next, a driving method of this embodiment will be explained.

上記構成の波長可変分布帰還型半導体レーザ1は、グレ
ーティングのある活性領域17にバイアスT’14を通
じて電流注入する定電流源9で駆動する。グレーティン
グのない位相調整領域16は、定電流#18で駆動する
が、この注入電流の制御によってレーザ1の発振波長を
変化できる。第5図には、利得領域17への注入電流1
.と位相調整領域16への注入電流I5との比(正確に
は工。/x、+I。)とレーザlの発振波長の関係が示
され、これに往って必要な時は発振波長えを変化させれ
ばよい。
The wavelength tunable distributed feedback semiconductor laser 1 having the above configuration is driven by a constant current source 9 that injects current into the active region 17 where the grating is provided through the bias T'14. The phase adjustment region 16 without a grating is driven by a constant current #18, and the oscillation wavelength of the laser 1 can be changed by controlling this injection current. In FIG. 5, an injection current 1 into the gain region 17 is shown.
.. The relationship between the ratio of the current I5 injected into the phase adjustment region 16 (to be precise, /x, +I) and the oscillation wavelength of the laser I is shown, and when necessary, the oscillation wavelength can be changed. Just change it.

また、分布反射器3は定電流源1oで駆動する。この分
布反射器3への注入電流により、第2図、第3図に示し
た中心波長^、を変化せしめ、レーザ1の発振波長の変
化(これは位相調整領域16への注入電流工ゎを変えて
行なう)と同期させて、レーザ光の周波数変動を検出で
きる様にする第1図の実施例では、分布反射器3の透過
光(受光器5で受ける。第3図参照)を周波数基準とし
て用いる。第3図に示す受光器5で受光する光の波長依
存性の曲線の微分波形(微分器19で得られる)は第4
図の様になるので、受光器5で検出した信号を微分器1
9を通して利用し、第4図の波長え、のどころにレーザ
光の発振波長の中心を固定する様にレーザ1の活性領域
17に負帰還を施せば周波数の安定化、スペクトル純度
の向上が図れる。即ち、レーザ1の光種波長の中心が第
2区、第3図の中心波長え、に一致すればする程、受光
器5で受ける光量は減り受光器4で受ける光量は増すの
で、この信号(いずれでもよい)を用いて上記負帰還を
施す。
Further, the distributed reflector 3 is driven by a constant current source 1o. This current injected into the distributed reflector 3 changes the center wavelength shown in FIGS. In the embodiment shown in Fig. 1, the transmitted light of the distributed reflector 3 (received by the light receiver 5, see Fig. 3) is used as the frequency reference. used as The differential waveform (obtained by the differentiator 19) of the wavelength-dependent curve of the light received by the light receiver 5 shown in FIG.
As shown in the figure, the signal detected by the light receiver 5 is transferred to the differentiator 1.
If negative feedback is applied to the active region 17 of the laser 1 so as to fix the center of the oscillation wavelength of the laser beam at the wavelength shown in FIG. 4, the frequency can be stabilized and the spectral purity can be improved. . That is, the more the center of the wavelength of the light species of the laser 1 matches the center wavelength in the second section and FIG. The above negative feedback is performed using (any one is fine).

分布反射器3の選択波長え、をレーザ発振波長と同期さ
せるに当たっては、受光器5の噴出信号の微分波形(1
1分器19で得られる)のDC成分を定電流源10に帰
還して、このDC成分の信号がOになる様に分布反射器
3を制御すればよい。
To synchronize the selected wavelength of the distributed reflector 3 with the laser oscillation wavelength, the differential waveform (1
The DC component (obtained by the 1 divider 19) may be fed back to the constant current source 10, and the distributed reflector 3 may be controlled so that the signal of this DC component becomes O.

すなわち11選択波長え、がレーザ発振波長と一致すれ
ば、上記微分波形は第4図のえ、を中心として点対称に
なってDC成分が0となるので、上記の様に帰還をかけ
ればよいのである。
In other words, if the selected wavelength 11, E, matches the laser oscillation wavelength, the above differential waveform will be point symmetrical with respect to E in Figure 4, and the DC component will be 0, so feedback can be applied as described above. It is.

レーザ1の周波散開!ll(波長安定、スペクトル純度
向上)について更に具体的に説明する。
Frequency spread of laser 1! ll (wavelength stability, spectral purity improvement) will be explained in more detail.

受光器5の微分信号は、レーザ1の周波数変動を検出し
たものなので、これを増幅器12で増幅して、適当な帰
還率によって、バイアスTL4を通じてレーザ1の活性
領域17に負帰還する。増幅器12の帯域は発振光の中
心波長を安定化するならば、DC〜10kHz程度とし
、スペクトル純度の向上の為にはl0K)(z〜100
MHz程度とする。増幅器を多段にして両方を同時に制
御することも出来る。
Since the differential signal from the photodetector 5 detects the frequency fluctuation of the laser 1, it is amplified by the amplifier 12 and negatively fed back to the active region 17 of the laser 1 through the bias TL4 at an appropriate feedback rate. The band of the amplifier 12 should be about DC ~ 10 kHz to stabilize the center wavelength of the oscillation light, and about 10K) (z ~ 100 kHz to improve the spectral purity).
The frequency should be approximately MHz. It is also possible to control both at the same time by using multiple stages of amplifiers.

受光器4で検出する光は、第2図に示す如き波長依存性
を持つので、分布反射器3の駆動電流(これで第2図の
え、が決まる)と受光器4の検出信号を合わせてレーザ
1の発振波長をモニタすることができる。
Since the light detected by the light receiver 4 has wavelength dependence as shown in Figure 2, the drive current of the distributed reflector 3 (this determines the angle in Figure 2) and the detection signal of the light receiver 4 must be matched. The oscillation wavelength of the laser 1 can be monitored.

一方、受光器6の信号はレーザ光のパワー変動を検出し
たものなので、同様に、増幅器1工、バイアスT14を
通じてレーザ1の活性領域17に負帰還を施せば、光出
力の安定化が同時に行える以上の方法により、小型(受
光器、分布反射器等がレーザ発光部と集積化されている
から)で且つ光出力安定化(受光器6の信号を負帰還さ
せているから)、周波数安定化(受光器5の信号な負帰
還させているから)を達成した波長可変分布帰還型レー
ザが実現でき、波長可変幅として約20m、スペクトル
線幅としては数100kHzのものが得られた。
On the other hand, since the signal from the photoreceiver 6 is obtained by detecting the power fluctuation of the laser beam, the optical output can be stabilized at the same time by providing negative feedback to the active region 17 of the laser 1 through the amplifier 1 and bias T14. By the above method, it is possible to achieve compactness (because the light receiver, distributed reflector, etc. are integrated with the laser emitting part), stabilize optical output (because the signal from the light receiver 6 is fed back negatively), and stabilize the frequency. A wavelength tunable distributed feedback laser was realized that achieved this (because the signal of the photoreceiver 5 was negatively fed back), and a wavelength tunable width of about 20 m and a spectral linewidth of several 100 kHz were obtained.

次に、第6図を参解して本貫施例の製造工程を説明する
。この実施例では、GaAs系リッジレーザ構造を採用
している。第6図(a)において、GaAs基板20の
上に、AlGaAsの下部クラッド121、活性層22
、光ガイド層23、上部クラッド層24、キャップ層2
5の順にエピタキシャル成長し、フォトレジストのバタ
ーニングとエツチングにより、レーザ1、受光部4.5
.6となる部分のみ残して該エピタキシャル層を除去す
る。
Next, the manufacturing process of the main part embodiment will be explained with reference to FIG. This embodiment employs a GaAs-based ridge laser structure. In FIG. 6(a), a lower cladding 121 of AlGaAs and an active layer 22 are placed on a GaAs substrate 20.
, light guide layer 23, upper cladding layer 24, cap layer 2
By patterning and etching the photoresist, laser 1 and light receiving part 4.5 are formed by epitaxial growth in the order of 5.
.. The epitaxial layer is removed leaving only the portion numbered 6.

次に、第6図Cb )において、除去された部分に、下
部クラッド層、光ガイド層、上部クラッド層、キャップ
層の順にエピタキシャル成長し、再成長領域26を形成
し、分布帰還型レーザlの活性領域17及び分布反射器
3に対する部分のみ光ガイド層までエツチングしてから
所定のピッチのグレーティング27を形成する。このと
き2つの領域のグレーティングピッチは同じにする。
Next, in FIG. 6Cb), the lower cladding layer, the optical guide layer, the upper cladding layer, and the cap layer are epitaxially grown in this order on the removed portion to form a regrowth region 26 and activate the distributed feedback laser l. Only the region 17 and the portion corresponding to the distributed reflector 3 are etched down to the light guide layer, and then a grating 27 with a predetermined pitch is formed. At this time, the grating pitches of the two regions are made the same.

第6図(C)において、グレーティング27上に上部ク
ラッド層、キャップ層を再成長し領域28を汗三成する
。続いて、第6図(d)において、アイソレータ2に対
する位置のみ基板2oまでエツチングして、CdTeク
ラッド層29、CdTe / Cd M n T e多
重量子井戸CMQW)導波路30、CdTeクラッドM
31の順に成長する。
In FIG. 6C, the upper cladding layer and the cap layer are regrown on the grating 27 to form the region 28. Subsequently, in FIG. 6(d), only the position relative to the isolator 2 is etched down to the substrate 2o to form a CdTe cladding layer 29, a CdTe/CdMnTe multiple quantum well (CMQW) waveguide 30, and a CdTe cladding M.
It grows in the order of 31.

次に、第6図(e )において、リッジ構造にメサエッ
チングを、上部クラッド層24を僅かに残して行ない、
FIB (集束イオンビーム)によりエツチングして集
積カップラ32(45度ミラーを形成した部分)を形成
し、S i 02膜を成膜する。この後、リッジ上部の
S i Otを除去し、電極を蒸着して更に電極の分離
を行なって第1図の構造が完成する。
Next, in FIG. 6(e), mesa etching is performed on the ridge structure, leaving a small portion of the upper cladding layer 24,
Etching is performed using FIB (focused ion beam) to form an integrated coupler 32 (portion in which a 45-degree mirror is formed), and a Si 02 film is formed. Thereafter, the SiOt on the upper part of the ridge is removed, electrodes are deposited, and the electrodes are further separated to complete the structure shown in FIG.

上記の構造に第1区の回路を接続すればよいが、使用に
際して磁気光学効果を利用する光アイソレータの機能を
発揮する為、マグネットが必要となる。
The circuit of the first section may be connected to the above structure, but a magnet is required to perform the function of an optical isolator that utilizes the magneto-optic effect during use.

第1図の実施例は、レーザ1への帰還制御を外付けの電
子回路によって行なっていたが、受光器5.6の後段に
増幅器を集積化してもよい。この増幅器は、GaAs系
のFETなどが適しているこの様に増幅器も集積化する
ことで、フィードバックループの長さが更に短(なり、
レーザ1への帰還制御を更に広帯域にできる。また、シ
ステム全体を更に小型化することが巴来る。
In the embodiment shown in FIG. 1, feedback control to the laser 1 is performed by an external electronic circuit, but an amplifier may be integrated after the photoreceiver 5.6. This amplifier is suitable for GaAs-based FETs, etc. By integrating the amplifier in this way, the length of the feedback loop can be further shortened.
Feedback control to the laser 1 can be made more broadband. Moreover, it will be possible to further downsize the entire system.

ところで、以上の実施例は、GaAs/AlGaAs系
リッジ型波長可変半導体レーザについて説明したが、他
の導波路構造(埋め込み型、リブ型等)やInP系等の
半導体を用いた半導体レーザにも本発明は適用できる。
By the way, although the above embodiments have been explained for GaAs/AlGaAs-based ridge type wavelength tunable semiconductor lasers, the present invention also applies to semiconductor lasers using other waveguide structures (buried type, rib type, etc.) and InP-based semiconductors. The invention is applicable.

、  また、周波数基準の分布反射器3は、電流を注入
してプラズマ効果により選択波長を変化させたが、その
他の方法(逆バイアス印加による量子閉じ込めシュタル
ク効果(QCS E)等を利用する方法)でもよい。
, In addition, although the frequency-based distributed reflector 3 changes the selected wavelength by injecting a current and using a plasma effect, other methods (methods that utilize the quantum confined Stark effect (QCSE) by applying a reverse bias, etc.) But that's fine.

更に、波長可変レーザの方式も、fi!!の方法、例え
ば、活性領域のみを持つ2電極型分布帰還型レーザ、活
性領域にグレーティングがな(グレーティング開城で伝
搬定数を変化せしめる分布反射型レーザなとでもよい。
Furthermore, the wavelength tunable laser method is also fi! ! For example, a two-electrode distributed feedback laser having only an active region, or a distributed reflection laser without a grating in the active region (the propagation constant is changed by grating opening) may be used.

[発明の効果] 上記に説明した如く、本発明によれば、簡単な電子回路
で駆動するだけで周波数が安定しスペクトル線幅が狭く
更には光出力も安定させられ得る小型の光集積型波長可
変レーザ装置が実現されるシステム全体が小型化されて
いるので、光の位相遅れから帰還制御の制御帯域に制限
が生じてレーザ発振光の周波数制御が十分に行なえない
ということがなくなり、コヒーレント光通信などに連用
できる波長可変半導体レーザが提供できる。
[Effects of the Invention] As explained above, the present invention provides a compact optical integrated wavelength device that can stabilize the frequency, have a narrow spectral linewidth, and stabilize the optical output simply by driving with a simple electronic circuit. Since the entire system that implements the tunable laser device has been miniaturized, the control band of feedback control is no longer limited due to the phase delay of the light, and the frequency of the laser oscillation light cannot be sufficiently controlled. A wavelength tunable semiconductor laser that can be used for communication, etc. can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による光集積型波長可変半導体レーザ装
置の構造と駆動システムを示す図、第2図は分布反射器
の反射光の波長依存性を示す図、第3図は分布反射器の
透過光の波長依存性を示す図、第4図は第3図の微分波
形を示す図、第5図は波長可変レーザの注入電流と発振
波長の関係を示す図、第6図(a )〜(b)は本発明
による波長可変半導体レーザ装置の製造工程を示す図、
第7図と第8図は従来例を示す図である。 1・・・・分布帰還型レーザ、2・・・・光アイソレー
タ、3・・・・分布反射器、4.5.6・・・・受光器
、7・・・・集積カップラ、8・・・・先導波路、9・
・・・レーザ駆動用定電流源、10・・・・分布反射器
駆動用定電流源、11・・・・光出力安定用増幅器、1
2・・・・周波数制御用増幅器、14・・・・バイアス
T、16・・・・分布帰還型レーザの位相調整領域、1
7・・・・分布帰還型レーザの活性領域、18・・・・
位相調整領域駆動用定電流源、19・・・・微分器、2
0・・・・GaAs基板、21・・・・AlGaAsク
ラッド層、22・・・・AlGaAs活性層、23・・
・−AIGaAs光ガイド層、24・・・・A I G
 a A sクラッド層、25・・・・GaAsキャッ
プ層、26・・・・クラッド層、光ガイド層、クラッド
層の順に再成長した領域、27・・・・グレ−ティング
、28・・・・グレーティング上にクラッド層、キャッ
プ層を再成長した領域、29・・・・CdTeクラッド
層、30 ・・・・CdMnTe/CdTeMQW、3
1−−− ・CdTeクラッド層、32・・・・45度
ミラーを形成した部分
FIG. 1 is a diagram showing the structure and drive system of an optically integrated wavelength tunable semiconductor laser device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the wavelength dependence of reflected light from a distributed reflector, and FIG. 3 is a diagram showing the wavelength dependence of reflected light from a distributed reflector. Figure 4 shows the wavelength dependence of transmitted light. Figure 4 shows the differential waveform of Figure 3. Figure 5 shows the relationship between injection current and oscillation wavelength of a wavelength tunable laser. Figure 6 (a) - (b) is a diagram showing the manufacturing process of the wavelength tunable semiconductor laser device according to the present invention,
FIGS. 7 and 8 are diagrams showing conventional examples. 1... Distributed feedback laser, 2... Optical isolator, 3... Distributed reflector, 4.5.6... Light receiver, 7... Integrated coupler, 8...・Leading wave path, 9・
. . . Constant current source for laser driving, 10. . . Constant current source for driving distributed reflector, 11. . . Amplifier for stabilizing optical output, 1
2... Frequency control amplifier, 14... Bias T, 16... Phase adjustment region of distributed feedback laser, 1
7... Active region of distributed feedback laser, 18...
Constant current source for driving phase adjustment region, 19...Differentiator, 2
0...GaAs substrate, 21...AlGaAs cladding layer, 22...AlGaAs active layer, 23...
・-AIGaAs light guide layer, 24...A I G
a As cladding layer, 25... GaAs cap layer, 26... cladding layer, optical guide layer, region regrown in this order, 27... grating, 28... Region where cladding layer and cap layer are regrown on grating, 29...CdTe cladding layer, 30...CdMnTe/CdTeMQW, 3
1---- ・CdTe cladding layer, 32...45 degree mirror formed part

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、波長可変半導体レーザと、該半導体レーザに光が結
合された周波数基準装置がモノリシックに集積化され、
該周波数基準装置が該半導体レーザの発振波長と同期し
て選択波長可変な様に構成され、該周波数基準装置から
のレーザ光の周波数変動信号を該半導体レーザに負帰還
制御することによって、該半導体レーザの発振光を波長
可変しながら周波数制御出来る様に構成されていること
を特徴とする光集積型波長可変半導体レーザ装置。 2、上記負帰還制御は、電気的に低周波で負帰還を施し
て前記半導体レーザの発振波長の周波数安定化を行なう
請求項1記載のレーザ装置。 3、上記負帰還制御は、電気的に高周波で負帰還を施し
て前記半導体レーザのスペクトル純度の向上を行なう請
求項1記載のレーザ装置。 4、集積カップラを用いてレーザ光と分岐させ、分岐光
の一方を受光する前記周波数基準装置によるレーザ光の
周波数変動の検出と共に分岐光の他方を受光する受光器
によるレーザ光の光出力の変動の検出も同時に行い、周
波数制御と光出力安定化を同時に行う様に構成された請
求項1記載のレーザ装置。 5、前記分岐光の他方を受光する受光器もモノリシック
に集積化されている請求項4記載のレーザ装置。 6、前記周波数基準装置からの信号により前記半導体レ
ーザの発振波長がモニタできる様に構成されている請求
項1記載のレーザ装置。 7、前記波長可変半導体レーザが3電極型の分布帰還型
レーザである請求項1記載のレーザ装置。 8、前記周波数基準装置が分布反射器であり、その透過
光または反射光をレーザ光の周波数変動信号として用い
る請求項1記載のレーザ装置。 9、上記周波数変動信号を前記半導体レーザに負帰還す
る為の集積化された増幅器が設けられている請求項1記
載のレーザ装置。 10、前記周波数基準装置からの戻り光を前記半導体レ
ーザに帰還させない為に光アイソレータが集積化されて
設けられている請求項1記載のレーザ装置。
[Claims] 1. A wavelength tunable semiconductor laser and a frequency reference device to which light is coupled to the semiconductor laser are monolithically integrated,
The frequency reference device is configured to be selectively variable in wavelength in synchronization with the oscillation wavelength of the semiconductor laser, and the frequency fluctuation signal of the laser light from the frequency reference device is controlled by negative feedback to the semiconductor laser. An optically integrated wavelength tunable semiconductor laser device characterized in that it is configured to be able to control the frequency of laser oscillation light while changing its wavelength. 2. The laser device according to claim 1, wherein the negative feedback control stabilizes the frequency of the oscillation wavelength of the semiconductor laser by electrically applying negative feedback at a low frequency. 3. The laser device according to claim 1, wherein the negative feedback control improves the spectral purity of the semiconductor laser by applying negative feedback electrically at high frequency. 4. The integrated coupler is used to split the laser light, and the frequency reference device that receives one of the split lights detects the frequency fluctuation of the laser light, and the light receiver that receives the other of the split lights changes the optical output of the laser light. 2. The laser device according to claim 1, wherein the laser device is configured to simultaneously perform frequency control and optical output stabilization. 5. The laser device according to claim 4, wherein the light receiver for receiving the other of the branched lights is also monolithically integrated. 6. The laser device according to claim 1, wherein the laser device is configured so that the oscillation wavelength of the semiconductor laser can be monitored by a signal from the frequency reference device. 7. The laser device according to claim 1, wherein the wavelength tunable semiconductor laser is a three-electrode distributed feedback laser. 8. The laser device according to claim 1, wherein the frequency reference device is a distributed reflector, and its transmitted light or reflected light is used as a frequency fluctuation signal of the laser beam. 9. The laser device according to claim 1, further comprising an integrated amplifier for negative feedback of the frequency fluctuation signal to the semiconductor laser. 10. The laser device according to claim 1, further comprising an integrated optical isolator to prevent the return light from the frequency reference device from returning to the semiconductor laser.
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