JPH05335691A - 光入力形半導体レーザ - Google Patents
光入力形半導体レーザInfo
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- JPH05335691A JPH05335691A JP16003092A JP16003092A JPH05335691A JP H05335691 A JPH05335691 A JP H05335691A JP 16003092 A JP16003092 A JP 16003092A JP 16003092 A JP16003092 A JP 16003092A JP H05335691 A JPH05335691 A JP H05335691A
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- waveguide
- light
- laser
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- optical signal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入射する光信号との高い光結合率と、入射し
た光信号を単一モード条件のままでの充分な増幅率と、
充分な発振制御領域とを有することを目的とする。 【構成】 制御のための光信号は、テーパ導波路1で単
一モード条件のまま少ない電流注入で充分に増幅され、
可飽和吸収領域3の長さと同じにまでその幅が広げら
れ、可飽和吸収領域3を均一に励起する。
た光信号を単一モード条件のままでの充分な増幅率と、
充分な発振制御領域とを有することを目的とする。 【構成】 制御のための光信号は、テーパ導波路1で単
一モード条件のまま少ない電流注入で充分に増幅され、
可飽和吸収領域3の長さと同じにまでその幅が広げら
れ、可飽和吸収領域3を均一に励起する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光情報処理や光交換
システムに用いられる光信号の閾値処理や一時記憶機能
を有する入力形半導体レーザに関する。
システムに用いられる光信号の閾値処理や一時記憶機能
を有する入力形半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来の光入力形半導体レーザで
ある双安定レーザの構成を示す断面図である。図6にお
いて、601はInPからなる基板、602はn- In
Pからなる第1クラッド層、603はMQW構造の活性
層である共振器導波路、604はp+InGaAsから
なるガイド層、605はp- InPからなる第2クラッ
ド層、606は長さが10〜100μmの発振制御領域
となる可飽和吸収領域、607は可飽和吸収領域606
を制御する電圧を印加するための可飽和吸収領域制御電
極、608は活性層にキャリアを供給するための電流を
注入する活性層電流注入電極、609は可飽和吸収領域
制御電極607と活性層電流注入電極608とを電機的
に分離する電極分離領域、610は基板601の裏面に
形成されたAuからなる電極である。
ある双安定レーザの構成を示す断面図である。図6にお
いて、601はInPからなる基板、602はn- In
Pからなる第1クラッド層、603はMQW構造の活性
層である共振器導波路、604はp+InGaAsから
なるガイド層、605はp- InPからなる第2クラッ
ド層、606は長さが10〜100μmの発振制御領域
となる可飽和吸収領域、607は可飽和吸収領域606
を制御する電圧を印加するための可飽和吸収領域制御電
極、608は活性層にキャリアを供給するための電流を
注入する活性層電流注入電極、609は可飽和吸収領域
制御電極607と活性層電流注入電極608とを電機的
に分離する電極分離領域、610は基板601の裏面に
形成されたAuからなる電極である。
【0003】この、光双安定レーザは、共振器導波路6
05と同軸方向からの光信号を受け、この光信号により
可飽和吸収領域606が励起される。その光信号の充分
な光励起によって可飽和吸収領域606が飽和すると、
図6の双安定レーザの共振器導波路603の利得が吸収
損失を上回り、これによりレーザを発振する。同じ注入
電流量を活性層電流注入電極608より注入してキャリ
アを供給しても、可飽和吸収領域606が吸収損失とし
て働いている状態ではレーザを発振しない。この双安定
レーザは、上記の閾値動作と一旦レーザ発振を始めると
光信号が停止してもレーザ発振を続ける双安定動作との
2つの動作状態が存在し、可飽和吸収領域606を制御
する電圧が低いほど、また、主レーザ導波路である共振
器導波路603に注入する電流が大きいほど双安定動作
になる。この特性を利用して、この双安定レーザは、一
時記憶や閾値増幅などの機能を持つレーザとして用いる
ことができる。
05と同軸方向からの光信号を受け、この光信号により
可飽和吸収領域606が励起される。その光信号の充分
な光励起によって可飽和吸収領域606が飽和すると、
図6の双安定レーザの共振器導波路603の利得が吸収
損失を上回り、これによりレーザを発振する。同じ注入
電流量を活性層電流注入電極608より注入してキャリ
アを供給しても、可飽和吸収領域606が吸収損失とし
て働いている状態ではレーザを発振しない。この双安定
レーザは、上記の閾値動作と一旦レーザ発振を始めると
光信号が停止してもレーザ発振を続ける双安定動作との
2つの動作状態が存在し、可飽和吸収領域606を制御
する電圧が低いほど、また、主レーザ導波路である共振
器導波路603に注入する電流が大きいほど双安定動作
になる。この特性を利用して、この双安定レーザは、一
時記憶や閾値増幅などの機能を持つレーザとして用いる
ことができる。
【0004】しかし、上記の従来の双安定レーザのよう
に、出力光レーザを発振する共振器導波路603に、そ
のレーザが発振するために入射する光信号が注入する構
造では、入射する光信号が共振器導波部603の影響を
受け、その強い波長依存性,偏波依存性などのため、こ
の双安定レーザの動作条件が厳しく制限される。しか
も、各々の条件を独立に制御することができないため、
実用的な動作条件幅が非常にせまいと言う欠点があっ
た。そこで、図7のように、可飽和吸収領域に光レーザ
導波路と直交する向きより入力光を注入するという構造
の双安定レーザが出願されている(特公平3−6618
9号公報参照)。
に、出力光レーザを発振する共振器導波路603に、そ
のレーザが発振するために入射する光信号が注入する構
造では、入射する光信号が共振器導波部603の影響を
受け、その強い波長依存性,偏波依存性などのため、こ
の双安定レーザの動作条件が厳しく制限される。しか
も、各々の条件を独立に制御することができないため、
実用的な動作条件幅が非常にせまいと言う欠点があっ
た。そこで、図7のように、可飽和吸収領域に光レーザ
導波路と直交する向きより入力光を注入するという構造
の双安定レーザが出願されている(特公平3−6618
9号公報参照)。
【0005】図7は、可飽和吸収領域に出力光レーザの
導波路と直交する向きより、制御のための光信号を注入
するという構造の双安定レーザの構成を示す平面図であ
る。図7において、701は入射した光信号を増幅する
光増幅導波路、702は光増幅導波路に直交する主レー
ザ共振器の主レーザ導波路、703は主レーザ導波路7
02の光増幅導波路701との交差点に配置される可飽
和吸収領域、704は可飽和吸収領域703を制御する
電圧を印加するための可飽和吸収領域制御電極、705
は主レーザ導波路702を有する主レーザ共振器にキャ
リアを供給するための電流を注入する電極、706は同
じく光増幅導波路701を有するレーザ共振器にキャリ
アを供給するための電流を注入する電極である。なお光
増幅導波路701の光信号が入射する面には反射防止用
のコーティングがなされている。
導波路と直交する向きより、制御のための光信号を注入
するという構造の双安定レーザの構成を示す平面図であ
る。図7において、701は入射した光信号を増幅する
光増幅導波路、702は光増幅導波路に直交する主レー
ザ共振器の主レーザ導波路、703は主レーザ導波路7
02の光増幅導波路701との交差点に配置される可飽
和吸収領域、704は可飽和吸収領域703を制御する
電圧を印加するための可飽和吸収領域制御電極、705
は主レーザ導波路702を有する主レーザ共振器にキャ
リアを供給するための電流を注入する電極、706は同
じく光増幅導波路701を有するレーザ共振器にキャリ
アを供給するための電流を注入する電極である。なお光
増幅導波路701の光信号が入射する面には反射防止用
のコーティングがなされている。
【0006】この双安定レーザでは、光信号が主レーザ
導波路702に直交する向きより光増幅導波路701に
導かれ、可飽和吸収領域703に達する。入力した光信
号と主レーザ光は、異なる向きの導波路を進むので、お
互いの発振特性にはあまり制限されない。これにより、
少なくとも、入力する光信号は主レーザ導波路702の
主レーザ共振器の電流,閾値,波長依存性の影響を受け
ずに、独立に設定することができる。この素子は、レー
ザ発振部の個体差に起因する不確定条件に制限されず、
安定動作条件を見い出すことが可能なので、論理素子と
して有用であった。
導波路702に直交する向きより光増幅導波路701に
導かれ、可飽和吸収領域703に達する。入力した光信
号と主レーザ光は、異なる向きの導波路を進むので、お
互いの発振特性にはあまり制限されない。これにより、
少なくとも、入力する光信号は主レーザ導波路702の
主レーザ共振器の電流,閾値,波長依存性の影響を受け
ずに、独立に設定することができる。この素子は、レー
ザ発振部の個体差に起因する不確定条件に制限されず、
安定動作条件を見い出すことが可能なので、論理素子と
して有用であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の光入力形半導体
レーザは以上のように構成されてるので、以下のような
制約がある。まず、可飽和吸収領域703は、それが光
非線形応答を引き出すのに充分な長さとしてバルク材料
で20〜100μm、超格子結晶を用いても5〜10μ
mという大きな長さを必要とする。一方、可飽和吸収領
域703に入力する光信号は直角方向から導かれるた
め、可飽和吸収領域703の長さの中にその光信号が一
様に導かれないと有効かつ十分な光制御を行うことがで
きない。以上のことにより、可飽和吸収領域703に直
交して光信号を導いてくる光増幅導波路701は、その
幅が可飽和吸収領域703の長さと同一でなくてはなら
ず、その値が10μm程度以上としなくてはならい。
レーザは以上のように構成されてるので、以下のような
制約がある。まず、可飽和吸収領域703は、それが光
非線形応答を引き出すのに充分な長さとしてバルク材料
で20〜100μm、超格子結晶を用いても5〜10μ
mという大きな長さを必要とする。一方、可飽和吸収領
域703に入力する光信号は直角方向から導かれるた
め、可飽和吸収領域703の長さの中にその光信号が一
様に導かれないと有効かつ十分な光制御を行うことがで
きない。以上のことにより、可飽和吸収領域703に直
交して光信号を導いてくる光増幅導波路701は、その
幅が可飽和吸収領域703の長さと同一でなくてはなら
ず、その値が10μm程度以上としなくてはならい。
【0008】このため、以下の問題点があった。まず入
力する光信号には大きなパワーを必要とする。次に、光
増幅導波路が導波路としては幅広のため、その形状が幅
広の多モード条件となり、外部より入力する光信号をそ
の光増幅導波路に導入する光ファイバーなどとの空間フ
ィールドが合致せず、光結合効率が著しく悪い。また、
やはり光増幅導波路が単一光モードの光信号の導波路と
しては幅が広すぎ、光増幅導波路は多モードであるた
め、空間に光信号の励起の不均一が生じる。そして、光
増幅導波路の面積が大きいため、多量の電流注入をして
も光増幅のための注入キャリア密度が上がらず、光増幅
の飽和が低いレベルで起こってしまう。
力する光信号には大きなパワーを必要とする。次に、光
増幅導波路が導波路としては幅広のため、その形状が幅
広の多モード条件となり、外部より入力する光信号をそ
の光増幅導波路に導入する光ファイバーなどとの空間フ
ィールドが合致せず、光結合効率が著しく悪い。また、
やはり光増幅導波路が単一光モードの光信号の導波路と
しては幅が広すぎ、光増幅導波路は多モードであるた
め、空間に光信号の励起の不均一が生じる。そして、光
増幅導波路の面積が大きいため、多量の電流注入をして
も光増幅のための注入キャリア密度が上がらず、光増幅
の飽和が低いレベルで起こってしまう。
【0009】
【課題を解決するための手段】以上のような問題点を解
消するために、この発明の光入力形半導体レーザは、レ
ーザを発振する主レーザ共振器と、主レーザ共振器の導
波路中に配置する発振制御領域と、信号光が入射する部
分より信号光を出射する部分が広くなっている形状で主
レーザ共振器のレーザ発振方向とは異なる向きからの信
号光を発振制御領域に導入するテーパ型光増幅導波路と
を有する。
消するために、この発明の光入力形半導体レーザは、レ
ーザを発振する主レーザ共振器と、主レーザ共振器の導
波路中に配置する発振制御領域と、信号光が入射する部
分より信号光を出射する部分が広くなっている形状で主
レーザ共振器のレーザ発振方向とは異なる向きからの信
号光を発振制御領域に導入するテーパ型光増幅導波路と
を有する。
【0010】
【作用】入力した信号光は、テーパ型光増幅導波路で、
単一光モードのまま充分に増幅されて、かつ幅を広げら
れて発振制御領域に入射する。
単一光モードのまま充分に増幅されて、かつ幅を広げら
れて発振制御領域に入射する。
【0011】
【実施例】以下、この発明の1実施例を図を参照して説
明する。まず、この発明の1実施例の概念を図1を用い
て説明する。図1は、この発明の光入力形半導体レーザ
の概念を示す平面図である。図1において、1は制御用
の光信号を導入して増幅するテーパ形状のテーパ導波
路、2は制御する主レーザ共振器の主レーザ導波路、3
は入力した光信号により主レーザを発振する主レーザ共
振器の可飽和吸収領域、4は可飽和吸収領域3を制御す
る電圧を印加する可飽和吸収領域制御電極、5は主レー
ザ共振器にキャリアを与えるための電流を注入する電流
注入電極、6はテーパ導波路1にキャリアを与えるため
の電流を注入するテーパ導波路注入電極である。なお、
テーパ導波路1の光信号導入面には光の反射を抑える無
反射コーティングがなされていて、その入口のところよ
り0.3mmのところまでは幅が約1μmで、そこより
徐々に幅が広がっていき、可飽和吸収領域3と接合する
部分は、可飽和吸収領域3の長さと同じ幅の約10μm
となっている。
明する。まず、この発明の1実施例の概念を図1を用い
て説明する。図1は、この発明の光入力形半導体レーザ
の概念を示す平面図である。図1において、1は制御用
の光信号を導入して増幅するテーパ形状のテーパ導波
路、2は制御する主レーザ共振器の主レーザ導波路、3
は入力した光信号により主レーザを発振する主レーザ共
振器の可飽和吸収領域、4は可飽和吸収領域3を制御す
る電圧を印加する可飽和吸収領域制御電極、5は主レー
ザ共振器にキャリアを与えるための電流を注入する電流
注入電極、6はテーパ導波路1にキャリアを与えるため
の電流を注入するテーパ導波路注入電極である。なお、
テーパ導波路1の光信号導入面には光の反射を抑える無
反射コーティングがなされていて、その入口のところよ
り0.3mmのところまでは幅が約1μmで、そこより
徐々に幅が広がっていき、可飽和吸収領域3と接合する
部分は、可飽和吸収領域3の長さと同じ幅の約10μm
となっている。
【0012】次にこの光入力形半導体レーザの動作を説
明する。コア径8μmの単一モード条件の光ファイバー
からの波長1.5μmの光信号を、例えば入口部が幅
1.5μm厚さ1.2μmの単一モード条件のテーパ導
波路1に導入する場合、この損失は1dB程度の高効率
で結合する。テーパ導波路1中に入った光信号は、この
テーパ導波路1に注入されたキャリアによって増幅され
て光強度を強めながらテーパ導波路1の中を進む。光増
幅限界は、導波路中のキャリア密度と光子密度で決まる
が、このテーパ導波路1の場合は、導入した光信号がそ
の中を進行していくうちにその幅が徐々に広がっていく
ので、光子密度の限界に達する前に、光子密度の限界以
下を保持しながらテーパ導波路1は断面積を広げて行く
ことになり、光子密度の総和は増していく。
明する。コア径8μmの単一モード条件の光ファイバー
からの波長1.5μmの光信号を、例えば入口部が幅
1.5μm厚さ1.2μmの単一モード条件のテーパ導
波路1に導入する場合、この損失は1dB程度の高効率
で結合する。テーパ導波路1中に入った光信号は、この
テーパ導波路1に注入されたキャリアによって増幅され
て光強度を強めながらテーパ導波路1の中を進む。光増
幅限界は、導波路中のキャリア密度と光子密度で決まる
が、このテーパ導波路1の場合は、導入した光信号がそ
の中を進行していくうちにその幅が徐々に広がっていく
ので、光子密度の限界に達する前に、光子密度の限界以
下を保持しながらテーパ導波路1は断面積を広げて行く
ことになり、光子密度の総和は増していく。
【0013】ところで、図7の従来の幅広の光増幅導波
路701では、幅10μmの可飽和吸収領域702に光
を導入するために、幅10μm長さ0.6mm以上の導
波路が必要であり、この光増幅導波路701に10dB
増幅のために必要な十分なキャリア密度10kA/cm
3 を得るためには、面積0.06mm3 当たりに600
mAの電流を注入する必要がある。このように大量の電
流を1つの素子に注入すると、発熱の影響で発振閾値は
著しく高くなり、実効的な機能は果たせなくなる。一
方、光増幅導波路の幅を1μm程度とすれば、60mA
程度で同様のキャリア密度を得ることができるが、これ
に合わせて可飽和吸収領域の長さを1μmとすると、こ
れでは双安定動作をするのには不十分である。
路701では、幅10μmの可飽和吸収領域702に光
を導入するために、幅10μm長さ0.6mm以上の導
波路が必要であり、この光増幅導波路701に10dB
増幅のために必要な十分なキャリア密度10kA/cm
3 を得るためには、面積0.06mm3 当たりに600
mAの電流を注入する必要がある。このように大量の電
流を1つの素子に注入すると、発熱の影響で発振閾値は
著しく高くなり、実効的な機能は果たせなくなる。一
方、光増幅導波路の幅を1μm程度とすれば、60mA
程度で同様のキャリア密度を得ることができるが、これ
に合わせて可飽和吸収領域の長さを1μmとすると、こ
れでは双安定動作をするのには不十分である。
【0014】この発明では、テーパ構造のテーパ導波路
1を用いているので、この導波路の総面積はあまり大き
くならず、少ない注入電流で所望のキャリア密度を得る
ことができる。この実施例の場合、必要とする電流総量
は110mAで、入射した光信号は単一モード条件を満
たしたまま可飽和吸収領域3に達するので、入射増幅光
の到達点である10μm幅の可飽和吸収領域3を均一に
励起させることもでき、効果が大きい。しかし、光増幅
導波路が約1μmと狭い場合では、光信号がその導波路
を通って光子密度を増すにつれて増幅に必要なキャリア
密度が増すため、増幅による一定以上の光強度は得られ
ない。ところがこの発明の構造では、入力した光信号の
光強度が増すにつれて導波路幅が広がり、光子密度はそ
の限界以下に保たれ、飽和光強度は制限されずに大きな
総光強度を得ることができるという効果もある。
1を用いているので、この導波路の総面積はあまり大き
くならず、少ない注入電流で所望のキャリア密度を得る
ことができる。この実施例の場合、必要とする電流総量
は110mAで、入射した光信号は単一モード条件を満
たしたまま可飽和吸収領域3に達するので、入射増幅光
の到達点である10μm幅の可飽和吸収領域3を均一に
励起させることもでき、効果が大きい。しかし、光増幅
導波路が約1μmと狭い場合では、光信号がその導波路
を通って光子密度を増すにつれて増幅に必要なキャリア
密度が増すため、増幅による一定以上の光強度は得られ
ない。ところがこの発明の構造では、入力した光信号の
光強度が増すにつれて導波路幅が広がり、光子密度はそ
の限界以下に保たれ、飽和光強度は制限されずに大きな
総光強度を得ることができるという効果もある。
【0015】図3は、光増幅導波路が狭い場合と広い場
合とテーパ形状をしている場合との、光信号の増幅特性
の比較を示す特性図である。光増幅導波路が幅の広い場
合は、その他の導波路と同じ光増幅率を得るためには多
くの注入電流が必要で、一方、光増幅導波路が幅の狭い
場合は光増幅率が途中で減少し光総量が早く飽和する。
他方、この発明の光増幅導波路がテーパ形状の場合で
は、狭い幅の光増幅導波路と同じ少ないキャリア密度で
光増幅し、光増幅率が減少することが無い。
合とテーパ形状をしている場合との、光信号の増幅特性
の比較を示す特性図である。光増幅導波路が幅の広い場
合は、その他の導波路と同じ光増幅率を得るためには多
くの注入電流が必要で、一方、光増幅導波路が幅の狭い
場合は光増幅率が途中で減少し光総量が早く飽和する。
他方、この発明の光増幅導波路がテーパ形状の場合で
は、狭い幅の光増幅導波路と同じ少ないキャリア密度で
光増幅し、光増幅率が減少することが無い。
【0016】このようにテーパ導波路1で増幅され広げ
られた光信号は出射側に接続されている可飽和吸収領域
3を励起し、主レーザ導波路2の損失を減らし、これに
より主レーザ導波路2による主レーザ共振器はレーザの
発振にいたる。光信号は主レーザ共振器のレーザ発振方
向とは異なる方向から入射するため、この光信号は主レ
ーザ共振器の波長依存性や主レーザ導波路2の利得や損
失に依存しない。また、光信号の入射側のテーパ導波路
1の先端部は、縦横の規格が標準的な単一モード状態の
導波路で、他の光部品との光結合率が良い一方、可飽和
吸収領域3との交差点では幅が広く、長さのある可飽和
吸領域3を大きな光信号強度で一様に励起することがで
きる。
られた光信号は出射側に接続されている可飽和吸収領域
3を励起し、主レーザ導波路2の損失を減らし、これに
より主レーザ導波路2による主レーザ共振器はレーザの
発振にいたる。光信号は主レーザ共振器のレーザ発振方
向とは異なる方向から入射するため、この光信号は主レ
ーザ共振器の波長依存性や主レーザ導波路2の利得や損
失に依存しない。また、光信号の入射側のテーパ導波路
1の先端部は、縦横の規格が標準的な単一モード状態の
導波路で、他の光部品との光結合率が良い一方、可飽和
吸収領域3との交差点では幅が広く、長さのある可飽和
吸領域3を大きな光信号強度で一様に励起することがで
きる。
【0017】次に、この発明の構造を有する素子の1実
施例を示す。図2はこの発明の1実施例であるリッジ構
造の光入力形半導体レーザの構造を示す斜視図である。
図2において、201はn+ InPからなる基板、20
2は厚さ1.2μmのn- InPからなる第1クラッド
層、203は厚さ0.1μmのInGaAs/InPの
超格子7層からなるMQW構造の活性層、204は0.
2μmのInGaAsPからなるガイド層、205は厚
さ1.4μmのInPからなる第2クラッド層、206
は金属電極207と接続するための厚さ0.1μmのI
nGaAsからなるコンタクト層である。208は光信
号の入射部に反射防止のための無反射コーティングがな
されているテーパ導波路部、209は主レーザ導波路
部、210は珪素酸化物からなる絶縁層、211はテー
パ導波路部208と主レーザ導波路部209とを電気的
に分離する電極分離溝である。
施例を示す。図2はこの発明の1実施例であるリッジ構
造の光入力形半導体レーザの構造を示す斜視図である。
図2において、201はn+ InPからなる基板、20
2は厚さ1.2μmのn- InPからなる第1クラッド
層、203は厚さ0.1μmのInGaAs/InPの
超格子7層からなるMQW構造の活性層、204は0.
2μmのInGaAsPからなるガイド層、205は厚
さ1.4μmのInPからなる第2クラッド層、206
は金属電極207と接続するための厚さ0.1μmのI
nGaAsからなるコンタクト層である。208は光信
号の入射部に反射防止のための無反射コーティングがな
されているテーパ導波路部、209は主レーザ導波路
部、210は珪素酸化物からなる絶縁層、211はテー
パ導波路部208と主レーザ導波路部209とを電気的
に分離する電極分離溝である。
【0018】この素子は、まず基板201上に第1クラ
ッド層202,活性層203,ガイド層204,第2ク
ラッド層205,コンタクト層206を順次形成し、テ
ーパ導波路部208と主レーザ導波路部209になる部
分を残して他の分をエッチングにより除去する。次に、
エッチングにより除去した領域に絶縁層210を蒸着に
より形成し、次いで、テーパ導波路部208と主レーザ
導波路部209とその交差部とを電機的に分離するため
にコンタクト層206を除去して電極分離溝211を形
成する。
ッド層202,活性層203,ガイド層204,第2ク
ラッド層205,コンタクト層206を順次形成し、テ
ーパ導波路部208と主レーザ導波路部209になる部
分を残して他の分をエッチングにより除去する。次に、
エッチングにより除去した領域に絶縁層210を蒸着に
より形成し、次いで、テーパ導波路部208と主レーザ
導波路部209とその交差部とを電機的に分離するため
にコンタクト層206を除去して電極分離溝211を形
成する。
【0019】そして、電極分離溝211により分離され
た各部分に金属電極207を形成し、テーパ導波路部2
08に電流IAMP 、主レーザ導波路部209に電流
ILD、テーパ導波路部208と主レーザ導波路部209
の交差点の可飽和吸収領域に電圧VC をそれぞれ加え
て、テーパ導波路部208に入射する光信号により主レ
ーザ導波路部209で出力する主レーザの発振,非発振
を制御する。以上、リッジ構造のレーザの場合に付いて
述べたが、埋め込み構造のレーザに付いても同様の効果
が得られ、また、InAlAs/InGaAs,AlG
aAs/GaAs,InGaAs/InGaAsPなど
のMQW構造の素子や歪超格子、また、バルクの半導体
結晶を用いた半導体レーザにおいても同様の効果が得ら
れる。
た各部分に金属電極207を形成し、テーパ導波路部2
08に電流IAMP 、主レーザ導波路部209に電流
ILD、テーパ導波路部208と主レーザ導波路部209
の交差点の可飽和吸収領域に電圧VC をそれぞれ加え
て、テーパ導波路部208に入射する光信号により主レ
ーザ導波路部209で出力する主レーザの発振,非発振
を制御する。以上、リッジ構造のレーザの場合に付いて
述べたが、埋め込み構造のレーザに付いても同様の効果
が得られ、また、InAlAs/InGaAs,AlG
aAs/GaAs,InGaAs/InGaAsPなど
のMQW構造の素子や歪超格子、また、バルクの半導体
結晶を用いた半導体レーザにおいても同様の効果が得ら
れる。
【0020】つぎに、この発明の素子の動作特性に付い
て説明する。図2において、光信号がテーパ導波路部2
08に入射すると、電流IAMP が注入されているテーパ
導波路部208の前半部の細い部分で、その光信号は単
一モード条件で光増幅される。増幅された光信号は、飽
和光密度に達する前にテーパ導波路部208の後半部で
単一モードのまま広げられ、この後半部ではテーパ導波
路部208の幅が広くなって行くので、その光信号は光
増幅が飽和してしまう光子密度に達すること無く大きな
光強度となり、最終的に10μm程度のビーム幅とな
る。この増幅されてその幅を広げられた光信号は、主レ
ーザ導波路部209のテーパ導波路部208との交差点
の電圧VC で制御されている可飽和吸収領域(図2には
示していない)を励起する。この可飽和吸収領域が、増
幅された光信号により充分に光励起されて飽和すると、
電流ILDが注入されている主レーザ導波路部209のレ
ーザ共振器内の利得が吸収損失を上回り、これにより主
レーザ導波路部209はレーザを出射する。主レーザ導
波路部209への注入電流が同じ状態でも、可飽和吸収
領域が吸収損失として働いている状態では、主レーザ導
波路部209のレーザ共振器はレーザを発振しない。以
上の特性を利用して、この光入力形半導体レーザは、一
時記憶,閾値増幅などの機能を持つレーザとして用いる
ことができる。
て説明する。図2において、光信号がテーパ導波路部2
08に入射すると、電流IAMP が注入されているテーパ
導波路部208の前半部の細い部分で、その光信号は単
一モード条件で光増幅される。増幅された光信号は、飽
和光密度に達する前にテーパ導波路部208の後半部で
単一モードのまま広げられ、この後半部ではテーパ導波
路部208の幅が広くなって行くので、その光信号は光
増幅が飽和してしまう光子密度に達すること無く大きな
光強度となり、最終的に10μm程度のビーム幅とな
る。この増幅されてその幅を広げられた光信号は、主レ
ーザ導波路部209のテーパ導波路部208との交差点
の電圧VC で制御されている可飽和吸収領域(図2には
示していない)を励起する。この可飽和吸収領域が、増
幅された光信号により充分に光励起されて飽和すると、
電流ILDが注入されている主レーザ導波路部209のレ
ーザ共振器内の利得が吸収損失を上回り、これにより主
レーザ導波路部209はレーザを出射する。主レーザ導
波路部209への注入電流が同じ状態でも、可飽和吸収
領域が吸収損失として働いている状態では、主レーザ導
波路部209のレーザ共振器はレーザを発振しない。以
上の特性を利用して、この光入力形半導体レーザは、一
時記憶,閾値増幅などの機能を持つレーザとして用いる
ことができる。
【0021】図4に、この光入力形半導体レーザの閾値
動作と双安定動作の光入出力特性を示す。この発明の光
入力形半導体レーザは双安定レーザであり、図2に示す
VC とILDにより閾値動作と双安定動作の2つの動作状
態が存在する。可飽和吸収領域を制御する電圧VC は低
いほど、また、主レーザ導波路部209に注入する電流
ILDは大きいほど双安定動作になり、例えばVC が0.
6VでILDが40mAでは閾値動作をし、VC が0.5
2VでILDが47mAの場合は双安定動作となる。
動作と双安定動作の光入出力特性を示す。この発明の光
入力形半導体レーザは双安定レーザであり、図2に示す
VC とILDにより閾値動作と双安定動作の2つの動作状
態が存在する。可飽和吸収領域を制御する電圧VC は低
いほど、また、主レーザ導波路部209に注入する電流
ILDは大きいほど双安定動作になり、例えばVC が0.
6VでILDが40mAでは閾値動作をし、VC が0.5
2VでILDが47mAの場合は双安定動作となる。
【0022】まず、閾値動作に付いては、図4(a)に
示すように、入力する信号光が一定値を越えると可飽和
吸収領域が透明になり、その吸収損失に比べて利得が上
回りレーザを発振するようになるが、可飽和吸収領域へ
の光信号の入射が途切れるとその吸収損失が再び増加し
てレーザの発振は停止する。この発明の光入力形半導体
レーザでは、その入力する光信号の強度が数μWとごく
弱いところを境にして、出力するレーザの強度が2値に
レベル分けされていることが判る。一方、双安定動作の
条件の場合は、図4(b)に示すように、一旦レーザの
発振が始まると自身のレーザ導波路内の光により可飽和
吸収領域は常に光励起された状態であり、入力する光信
号が途切れてもレーザ発振を続ける。そのため、入力す
る光信号の強度が弱い領域においてもレーザの発振と非
発振の2値の安定状態が存在する。この2つの動作は、
光信号レベル再生や、光信号一時記憶などに利用でき
る。
示すように、入力する信号光が一定値を越えると可飽和
吸収領域が透明になり、その吸収損失に比べて利得が上
回りレーザを発振するようになるが、可飽和吸収領域へ
の光信号の入射が途切れるとその吸収損失が再び増加し
てレーザの発振は停止する。この発明の光入力形半導体
レーザでは、その入力する光信号の強度が数μWとごく
弱いところを境にして、出力するレーザの強度が2値に
レベル分けされていることが判る。一方、双安定動作の
条件の場合は、図4(b)に示すように、一旦レーザの
発振が始まると自身のレーザ導波路内の光により可飽和
吸収領域は常に光励起された状態であり、入力する光信
号が途切れてもレーザ発振を続ける。そのため、入力す
る光信号の強度が弱い領域においてもレーザの発振と非
発振の2値の安定状態が存在する。この2つの動作は、
光信号レベル再生や、光信号一時記憶などに利用でき
る。
【0023】図5は主レーザ発振は長を0とする光信号
の相対波長とスイッチング閾値パワーとの関係の光応答
特性を示す図であり、従来の図7に示すような幅拡の光
増幅導波路をもつ双安定レーザと、この発明の入力形半
導体レーザとの特性を対比して示している。どちらの場
合でも、広い範囲の波長の光信号に対して、スイッチン
グの閾値パワーはなめらかな特性を持っているが、この
発明の入力形半導体レーザの方が数段感度が良く、入力
した光信号を増幅するために必要とする注入電流も少な
くて済むことが判る。
の相対波長とスイッチング閾値パワーとの関係の光応答
特性を示す図であり、従来の図7に示すような幅拡の光
増幅導波路をもつ双安定レーザと、この発明の入力形半
導体レーザとの特性を対比して示している。どちらの場
合でも、広い範囲の波長の光信号に対して、スイッチン
グの閾値パワーはなめらかな特性を持っているが、この
発明の入力形半導体レーザの方が数段感度が良く、入力
した光信号を増幅するために必要とする注入電流も少な
くて済むことが判る。
【0024】なお、テーパ導波路部の平面形状は上記実
施例のように、入力した光信号の進行につれて、単一モ
ード条件を保ちながら、指数関数的にその幅を広げてい
くことが効果的であるが、これに限るものではなく、単
純に直線的に広がる形状や、ローレンツ形状や階段状に
広がる形状でも良い。また、以上では発振制御領域とし
て可飽和吸収領域の例を示したが、これに限るものでは
なく、可飽和吸収領域と逆の動作をする、光信号の入射
によりレーザ発振が停止する利得抑圧領域に対する光信
号の導入となる光増幅導波路においても同様の効果を奏
することは言うまでもない。
施例のように、入力した光信号の進行につれて、単一モ
ード条件を保ちながら、指数関数的にその幅を広げてい
くことが効果的であるが、これに限るものではなく、単
純に直線的に広がる形状や、ローレンツ形状や階段状に
広がる形状でも良い。また、以上では発振制御領域とし
て可飽和吸収領域の例を示したが、これに限るものでは
なく、可飽和吸収領域と逆の動作をする、光信号の入射
によりレーザ発振が停止する利得抑圧領域に対する光信
号の導入となる光増幅導波路においても同様の効果を奏
することは言うまでもない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、この発明により、
制御するための光信号を導入する光ファイバなどとの光
結合効率が極めて良いという効果がある。また、導入し
た光信号を増幅する導波路が単一モードとなっているの
で、空間的に可飽和吸収領域の励起の不均一が解消さ
れ、可飽和吸収領域の長さも光信号の導波路との結合条
件や光強度に制限されずに設計できるという効果があ
る。そして、光信号を増幅する導波路は、光強度の増加
につれて広がるため、そこの注入する単位面積当たりの
キャリア密度は、一定で一様の電流注入でも光増幅の飽
和光強度は総量として大きくなる。したがって、波長制
限の緩い微弱な光信号でも光非線形効果を有する動作が
可能となると言う効果がある。
制御するための光信号を導入する光ファイバなどとの光
結合効率が極めて良いという効果がある。また、導入し
た光信号を増幅する導波路が単一モードとなっているの
で、空間的に可飽和吸収領域の励起の不均一が解消さ
れ、可飽和吸収領域の長さも光信号の導波路との結合条
件や光強度に制限されずに設計できるという効果があ
る。そして、光信号を増幅する導波路は、光強度の増加
につれて広がるため、そこの注入する単位面積当たりの
キャリア密度は、一定で一様の電流注入でも光増幅の飽
和光強度は総量として大きくなる。したがって、波長制
限の緩い微弱な光信号でも光非線形効果を有する動作が
可能となると言う効果がある。
【図1】この発明の光入力形半導体レーザの概念を示す
平面図である。
平面図である。
【図2】この発明の1実施例であるリッジ構造の光入力
形半導体レーザの構造を示す斜視図である。
形半導体レーザの構造を示す斜視図である。
【図3】従来の幅の狭い光増幅導波路603(図6)と
幅の広い光増幅導波路701(図7)とテーパ導波路1
(図1)との増幅特性の比較を示す特性図である。
幅の広い光増幅導波路701(図7)とテーパ導波路1
(図1)との増幅特性の比較を示す特性図である。
【図4】この発明の光入力形半導体レーザの閾値動作と
双安定動作の光入出力特性を示す特性図である。
双安定動作の光入出力特性を示す特性図である。
【図5】従来の幅拡の光増幅導波路をもつ双安定レーザ
と、この発明の入力形半導体レーザの入力する光信号に
対する応答特性を示す特性図である。
と、この発明の入力形半導体レーザの入力する光信号に
対する応答特性を示す特性図である。
【図6】従来の光入力形半導体レーザである双安定レー
ザの構成を示す断面図である。
ザの構成を示す断面図である。
【図7】可飽和吸収領域に光レーザ導波路と直交する向
きより入力光を注入するという構造の従来の双安定レー
ザの構成を示す平面図である。
きより入力光を注入するという構造の従来の双安定レー
ザの構成を示す平面図である。
1 テーパ光増幅導波路部 2 主レーザ導波路部 3 可飽和吸収領域 4 可飽和吸収領域制御電極 5 電流注入電極 6 テーパ導波路注入電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩村 英俊 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内
Claims (1)
- 【請求項1】 入力した光信号により出力するレーザ光
を制御する光入力形半導体レーザにおいて、 レーザを発振する主レーザ共振器と、 前記主レーザ共振器の導波路中に配置する発振制御領域
と、 信号光が入射する部分より信号光を出射する部分が広く
なっている形状で前記主レーザ共振器のレーザ発振方向
とは異なる向きからの信号光を前記発振制御領域に導入
するテーパ型光増幅導波路とを有することを特徴とする
光入力形半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16003092A JPH05335691A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 光入力形半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16003092A JPH05335691A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 光入力形半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05335691A true JPH05335691A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15706442
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16003092A Pending JPH05335691A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 光入力形半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05335691A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6323983B1 (en) | 1998-03-13 | 2001-11-27 | Nec Corporation | Optical switch |
CN102315590A (zh) * | 2010-06-30 | 2012-01-11 | 索尼公司 | 半导体光放大器 |
US8615027B2 (en) * | 2008-07-23 | 2013-12-24 | Sony Corporation | Laser diode, optical disk device and optical pickup |
-
1992
- 1992-05-28 JP JP16003092A patent/JPH05335691A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6323983B1 (en) | 1998-03-13 | 2001-11-27 | Nec Corporation | Optical switch |
US8615027B2 (en) * | 2008-07-23 | 2013-12-24 | Sony Corporation | Laser diode, optical disk device and optical pickup |
CN102315590A (zh) * | 2010-06-30 | 2012-01-11 | 索尼公司 | 半导体光放大器 |
JP2012015266A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Sony Corp | 半導体光増幅器 |
US8786941B2 (en) | 2010-06-30 | 2014-07-22 | Sony Corporation | Semiconductor optical amplifier |
CN102315590B (zh) * | 2010-06-30 | 2015-07-29 | 索尼公司 | 半导体光放大器 |
USRE45973E1 (en) | 2010-06-30 | 2016-04-12 | Sony Corporation | Semiconductor optical amplifier |
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