JPH04275483A - Semiconductor laser light amplifier - Google Patents
Semiconductor laser light amplifierInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ光アンプに
関するもので、特に光ファイバ通信の中継器として使用
されるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser optical amplifier, and in particular is used as a repeater for optical fiber communications.
【0002】0002
【従来の技術】従来一般に用いられている半導体レーザ
光アンプは図3に示すように、主に半導体レーザ(以下
単にレーザという)(1)と、入射光、出射光を導くフ
ァイバ(2)、(3)と、レーザ(1)と各ファイバ(
2)、(3)間に挿入されるロッドレンズなどの結合用
レンズ(4)、(5)から構成されている。各構成要素
の役割を信号光の伝搬に沿って説明する。ファイバ(2
)のコア中を伝搬してきた微弱信号光はファイバ端(2
a)から出射され、結合用レンズ(4)で集光され、レ
ーザ(1)の活性層(6)へと導かれる。活性層6内の
信号光はレーザ内で光誘導放出を生じせしめ光増幅され
る。従って、入射光信号と同じ波長で高出力の光信号が
レーザ(1)の端面(1a)から出射される。出射され
た信号光は結合用レンズ(5)でファイバ(3)に結合
されてファイバ(3)中を伝搬していく。この際、ファ
イバのコア径はシングルモードファイバの場合、使用波
長にもよるが通常5〜10μmである。一方、レーザ光
の拡がり幅はInP系で3〜8μm程度であり、従って
ファイバとレーザの間の光学系の位置合わせ精度もその
結合効率を考慮すると最低限度2μm程度の精度が必要
であり、光軸合わせに多大な精度を要求される。2. Description of the Related Art A semiconductor laser optical amplifier commonly used in the past, as shown in FIG. (3), laser (1) and each fiber (
It consists of coupling lenses (4) and (5) such as rod lenses inserted between lenses 2) and (3). The role of each component will be explained along the propagation of signal light. Fiber (2
) The weak signal light propagated through the core of the fiber end (2
The light is emitted from a), condensed by a coupling lens (4), and guided to the active layer (6) of the laser (1). The signal light within the active layer 6 causes optically stimulated emission within the laser and is optically amplified. Therefore, a high-output optical signal having the same wavelength as the incident optical signal is emitted from the end face (1a) of the laser (1). The emitted signal light is coupled to the fiber (3) by the coupling lens (5) and propagates through the fiber (3). In this case, in the case of a single mode fiber, the core diameter of the fiber is usually 5 to 10 μm, although it depends on the wavelength used. On the other hand, the spread width of the laser beam is about 3 to 8 μm for InP systems, and therefore, the alignment accuracy of the optical system between the fiber and the laser must be at least about 2 μm when considering the coupling efficiency. A great deal of precision is required for axis alignment.
【0003】0003
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来構成
においては、結合用レンズがレーザ部を含む各構成部品
と分離されているため、レーザに対して数μm程度の精
度で結合用レンズの位置合わせを行い、これを溶接や接
着剤等で固定する必要が生じていた。従って、位置合わ
せ精度が悪いとファイバ(2)およびレーザ(1)間や
レーザ(1)およびファイバ(3)間での光の損失が大
きくなり、光アンプで光を増幅した効果が十分に得られ
なくなるという問題点が生じていた。このため、結合用
レンズの光軸合わせはミクロンオーダの精度で組み上げ
る必要があるが、ミクロンオーダでの位置合わせを行う
のは組み立て精度や再現性の観点より極めて難しい。さ
らに接着剤等で結合用レンズを固定しても温度変化や機
械的振動等に対して不安定であり、品質的にも極めて問
題があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional configuration described above, since the coupling lens is separated from each component including the laser section, the position of the coupling lens with respect to the laser can be determined with an accuracy of several μm. It was necessary to fit them together and fix them with welding, adhesive, etc. Therefore, if the alignment accuracy is poor, the loss of light between the fiber (2) and the laser (1) or between the laser (1) and the fiber (3) will be large, and the effect of amplifying the light with the optical amplifier will not be sufficient. The problem arose that it became impossible to do so. For this reason, it is necessary to assemble the optical axes of the coupling lenses with precision on the order of microns, but alignment on the order of microns is extremely difficult from the standpoint of assembly accuracy and reproducibility. Furthermore, even if the coupling lens is fixed with an adhesive or the like, it is unstable against temperature changes, mechanical vibrations, etc., and there are extremely problems in terms of quality.
【0004】0004
【課題を解決するための手段】この発明は、その表面お
よび裏面にそれぞれグレーティングレンズおよびミラー
を有する平面基板と、その平面基板表面上に、グレーテ
ィングレンズを含んだ入力導波路及び出力導波路を有す
る半導体レーザとを備えてなる半導体レーザ光アンプで
ある。すなわち、この発明は、例えば、図2に示すよう
にInP化合物半導体基板(8)上に、結晶成長を行い
公知の技術を用いてInGaAsP等の活性層(17)
からなるレーザ素子(7)を形成し、その素子(7)の
光軸上と基板表面(8a)にそれぞれグレーティングレ
ンズ(9)(10)、(13)(22)を、フォトファ
ブリケーション技術及び反応性イオンエッチング、プラ
ズマエッチング等の乾式エッチングプロセスを用いて2
〜0.5μm間隔の好ましい幅で形成し、更に上記基板
裏面(8b)に対し、高反射率を有するAu、Ag、C
u、又はAl等の蒸着を行い、基板表面上に形成したレ
ーザ素子の光軸に合わせてミラー用反射膜(15)(2
1)をフォトエッチング技術で形成する。係るプロセス
で一枚の基板上に光学部品を作り込み半導体レーザ増幅
器を構成するため、フォトエッチングの精度で各光学部
品の配置が出来、かつこれら光学部品を一つの基板上に
構成できるため、高精度と高信頼が実現される。同時に
ウェハープロセスの扱いが可能であり、作製工程も極め
て簡易化が可能となるという利点もある。[Means for Solving the Problems] The present invention has a planar substrate having a grating lens and a mirror on its front and back surfaces, respectively, and an input waveguide and an output waveguide including the grating lens on the surface of the planar substrate. This is a semiconductor laser optical amplifier comprising a semiconductor laser. That is, in the present invention, for example, as shown in FIG. 2, crystal growth is performed on an InP compound semiconductor substrate (8), and an active layer (17) of InGaAsP or the like is formed using a known technique.
Grating lenses (9), (10), (13) and (22) are formed on the optical axis of the element (7) and on the substrate surface (8a), respectively, using photofabrication technology and 2 using dry etching processes such as reactive ion etching and plasma etching.
Au, Ag, and C having a high reflectance are formed with a preferable width of ~0.5 μm intervals, and are further coated on the back surface (8b) of the substrate.
A reflective film for a mirror (15) (2) is formed on the substrate surface by vapor deposition of U, Al, etc. in alignment with the optical axis of the laser element formed on the surface of the substrate.
1) is formed by photo-etching technology. In this process, optical components are fabricated on a single substrate to configure a semiconductor laser amplifier, so each optical component can be arranged with the precision of photo-etching, and these optical components can be configured on a single substrate, resulting in high efficiency. Accuracy and high reliability are achieved. At the same time, it has the advantage that it can handle wafer processes and the manufacturing process can be extremely simplified.
【0005】[0005]
【作用】本発明に基づけば、例えばInP等化合物半導
体基板上の表面にInGaAsP等四元系レーザ素子を
エピタキシャル成長を利用して形成し、更にその光軸上
に、グレーティングレンズを形成することにより、ファ
イバからの入射光、及び出射光を平行光線(平面波)ま
たは発散光線(球面波)に変換し、導波路型レーザチッ
プへの光導入、光導出を効率良く行うことができる。基
板に対してレーザ素子のある位置とは反対位置の基板裏
面側には前述の様に反射ミラーが付与されており、ファ
イバからの入射光、またはレーザ素子からの出射光を、
これらの光を有効に導く光導波路をも兼ねるInP等の
化合物半導体基板内に閉じ込める構造を実現している。
従って、IC等で多用されているフォトファブリケーシ
ョン技術を用いて光学部品構成が可能なため、位置合わ
せが高精度で出来、極めて小型となり、1枚のウェハー
で多数個同時形成が可能となるため従来技術に比較して
安価に半導体レーザ光アンプが実現出来る等多くの利点
を有する。[Operation] According to the present invention, for example, a quaternary laser element such as InGaAsP is formed on the surface of a compound semiconductor substrate such as InP using epitaxial growth, and a grating lens is further formed on the optical axis. Incoming light and outgoing light from a fiber can be converted into parallel light beams (plane waves) or diverging light beams (spherical waves), and light can be efficiently introduced into and led out from a waveguide type laser chip. As mentioned above, a reflecting mirror is provided on the back side of the substrate at a position opposite to the position of the laser element on the substrate, and reflects the incident light from the fiber or the emitted light from the laser element.
A structure has been realized in which these lights are confined within a compound semiconductor substrate such as InP, which also serves as an optical waveguide to effectively guide the light. Therefore, it is possible to construct optical components using photofabrication technology, which is often used in ICs, etc., so alignment can be performed with high precision, the size is extremely small, and many parts can be formed simultaneously on one wafer. This method has many advantages over conventional techniques, such as being able to realize a semiconductor laser optical amplifier at a lower cost.
【0006】[0006]
【実施例】図1は本発明の一実施例の半導体レーザ光ア
ンプの斜視図、図2はその光アンプの構成説明図である
。本発明による光アンプは基本的には光を増幅する半導
体レーザ部(7)と、両面にグレーティングやミラー等
を持ったInP化合物半導体基板(8)から構成されて
おり、半導体レーザ部(7)にはグレーティング(9)
、(10)を含んでいる。各部の役割を信号光の伝搬に
沿って説明する。ファイバ(11)を伝搬してきた微弱
信号光は出射光(12)としてファイバ(11)の端面
から出射され、基板(8)の一方面(表面)(8a)に
形成されたグレーティング(13)でコリメートされる
とともに一定の角度を持って基板内に導かれる。
基板内に導かれた信号光(14)は基板(8)の他方面
(裏面)(8b)に形成されたミラー(15)により反
射された後、半導体レーザ部(7)内のグレーティング
(9)により入力導波路(16)を介して半導体レーザ
部(7)の活性層(17)に入る。この際、半導体レー
ザ部(7)の活性層(17)には電流が注入され、反転
分布が形成されている。この状態の活性層(17)に光
信号が伝わると誘導放出により、光信号は増幅される。
増幅された信号光は出力導波路(19)に伝搬され、グ
レーティング(10)により基板(8)に出射される。
基板(8)に出射された光(20)はミラー(21)に
より反射された後、その反射光(24)はグレーティン
グ(22)によってファイバ(23)に集光される集束
光(25)となり、増幅された光信号としてフアイバ(
23)を伝搬する。以下製造方法について説明する。
基板には、InP等化合物半導体を用い、化合物半導体
基板上に結晶成長を行ってレーザ素子を形成し、その素
子の光軸上にグレーティングレンズをフォトファブリケ
ーション技術及び、反応性イオンエッチング、プラズマ
エッチング等乾式エッチングプロセスを用いて目的とす
る2〜0.5μm間隔で作製する。さらに上記基板裏面
に高反射率を有するAu、Ag、Cu又はAl等の蒸着
を行い、表面に形成したレーザ素子の光軸に合わせて、
ミラー用反射膜をフォトエッチング技術で形成する。こ
のようなプロセスで一枚の基板上に光学部品を作り込み
半導体レーザ光アンプを構成するため、フォトエッチン
グの精度で各光学部品を配置できる。また、上記プロセ
スではウェハーでの扱いが可能である。このように本実
施例では半導体レーザ素子をInP等化合物半導体基板
上に作り込み、更にIC技術等で実績のあるフォトファ
ブリケーション技術を用いて、グレーティングレンズ及
び反射ミラーを同一基板上に形成することで、従来の各
単品光学部品を機械的に高精度で位置合わせし、溶接や
接着剤等で固定する方法に較べ、容易にかつ高い位置精
度でこれら光増幅器を実現するものであり、合わせて高
信頼化をも実現できる。なお、光アンプの増幅率が低く
グレーティングレンズでの結合効率を向上させる必要の
ある時にはグレーティングの断面形状をブレーズ化する
ことによって効率を向上させることが可能である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor laser optical amplifier according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of the structure of the optical amplifier. The optical amplifier according to the present invention basically consists of a semiconductor laser section (7) that amplifies light, and an InP compound semiconductor substrate (8) having gratings, mirrors, etc. on both sides. Grating (9)
, (10). The role of each part will be explained along the propagation of signal light. The weak signal light that has propagated through the fiber (11) is emitted from the end face of the fiber (11) as output light (12), and is emitted by the grating (13) formed on one side (front surface) (8a) of the substrate (8). It is collimated and guided into the substrate at a certain angle. The signal light (14) guided into the substrate is reflected by a mirror (15) formed on the other surface (back surface) (8b) of the substrate (8), and then reflected by a grating (9) in the semiconductor laser section (7). ) enters the active layer (17) of the semiconductor laser section (7) via the input waveguide (16). At this time, a current is injected into the active layer (17) of the semiconductor laser section (7), forming a population inversion. When an optical signal is transmitted to the active layer (17) in this state, the optical signal is amplified by stimulated emission. The amplified signal light is propagated to the output waveguide (19) and output to the substrate (8) by the grating (10). After the light (20) emitted to the substrate (8) is reflected by the mirror (21), the reflected light (24) becomes focused light (25) which is focused onto the fiber (23) by the grating (22). , the fiber (
23). The manufacturing method will be explained below. A compound semiconductor such as InP is used for the substrate, a laser element is formed by crystal growth on the compound semiconductor substrate, and a grating lens is placed on the optical axis of the element using photofabrication technology, reactive ion etching, and plasma etching. A desired spacing of 2 to 0.5 μm is created using an iso-dry etching process. Furthermore, Au, Ag, Cu, Al, or the like having high reflectivity is vapor-deposited on the back surface of the substrate, and aligned with the optical axis of the laser element formed on the surface.
A reflective film for the mirror is formed using photo-etching technology. Since optical components are fabricated on a single substrate using this process to configure a semiconductor laser optical amplifier, each optical component can be arranged with the precision of photo-etching. Further, in the above process, it is possible to handle wafers. In this example, a semiconductor laser element is fabricated on a compound semiconductor substrate such as InP, and a grating lens and a reflecting mirror are formed on the same substrate using photofabrication technology that has a proven track record in IC technology. Compared to the conventional method of mechanically aligning individual optical components with high precision and fixing them with welding, adhesive, etc., these optical amplifiers can be realized easily and with high positional precision. High reliability can also be achieved. Note that when the amplification factor of the optical amplifier is low and it is necessary to improve the coupling efficiency in the grating lens, it is possible to improve the efficiency by making the cross-sectional shape of the grating blazed.
【0007】[0007]
【発明の効果】本発明における半導体レーザ光アンプで
は、グレーティング、ミラーという光学部品とレーザを
同一基板上に作製できるため、光学部品とレーザとの位
置合わせを作製後に行う必要はなく、光学系の調整箇所
を減らすことができる。また、光学部品とレーザを同一
基板上に作製することにより熱膨張による位置ずれ、機
械的振動等に対する安定性を向上させ信頼性を向上する
ことができる。更に半導体基板上に多数個の光増幅器を
同時にフォトファブリケーション技術を用いて、形成す
ることが可能なため、小型堅牢かつ安価な半導体レーザ
光アンプの実現が可能となり、その波及効果は極めて大
きい。[Effects of the Invention] In the semiconductor laser optical amplifier of the present invention, optical components such as gratings and mirrors and the laser can be fabricated on the same substrate, so there is no need to align the optical components and the laser after fabrication. The number of adjustment points can be reduced. Furthermore, by manufacturing the optical component and the laser on the same substrate, stability against misalignment due to thermal expansion, mechanical vibration, etc. can be improved, and reliability can be improved. Furthermore, since it is possible to simultaneously form a large number of optical amplifiers on a semiconductor substrate using photofabrication technology, it is possible to realize a small, robust, and inexpensive semiconductor laser optical amplifier, which has an extremely large ripple effect.
【図1】この発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.
【図2】図1におけるA−A線矢視図である。FIG. 2 is a view taken along line A-A in FIG. 1;
【図3】従来例を示す構成説明図である。FIG. 3 is a configuration explanatory diagram showing a conventional example.
7 半導体レーザ
8 基板
9、10、13、22 グレーティングレンズ1
5、21 ミラー
16 入力導波路
19 出力導波路7 Semiconductor laser 8 Substrate 9, 10, 13, 22 Grating lens 1
5, 21 Mirror 16 Input waveguide 19 Output waveguide
Claims (1)
ングレンズおよびミラーを有する平面基板と、その平面
基板表面上に、グレーティングレンズを含んだ入力導波
路及び出力導波路を有する半導体レーザとを備えてなる
半導体レーザ光アンプ。1. A semiconductor comprising a planar substrate having a grating lens and a mirror on its front and back surfaces, respectively, and a semiconductor laser having an input waveguide and an output waveguide including the grating lens on the surface of the planar substrate. Laser light amplifier.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3758491A JPH04275483A (en) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | Semiconductor laser light amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3758491A JPH04275483A (en) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | Semiconductor laser light amplifier |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04275483A true JPH04275483A (en) | 1992-10-01 |
Family
ID=12501590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3758491A Pending JPH04275483A (en) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | Semiconductor laser light amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04275483A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0715095A (en) * | 1993-05-06 | 1995-01-17 | Cselt Spa (Cent Stud E Lab Telecomun) | Horizontally radiated semiconductor laser and connection of such laser to optical waveguide |
JP2019101444A (en) * | 2017-12-06 | 2019-06-24 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Photonic chip with folding of optical path and integrated collimation structure |
JP2020520476A (en) * | 2017-05-17 | 2020-07-09 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Photonic chip with integrated collimation structure |
-
1991
- 1991-03-04 JP JP3758491A patent/JPH04275483A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0715095A (en) * | 1993-05-06 | 1995-01-17 | Cselt Spa (Cent Stud E Lab Telecomun) | Horizontally radiated semiconductor laser and connection of such laser to optical waveguide |
JP2020520476A (en) * | 2017-05-17 | 2020-07-09 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Photonic chip with integrated collimation structure |
US11531171B2 (en) | 2017-05-17 | 2022-12-20 | Commissariat á l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Photonic chip with integrated collimation structure |
JP2019101444A (en) * | 2017-12-06 | 2019-06-24 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | Photonic chip with folding of optical path and integrated collimation structure |
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