JPH0567845A - 光増幅器 - Google Patents
光増幅器Info
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- JPH0567845A JPH0567845A JP12880691A JP12880691A JPH0567845A JP H0567845 A JPH0567845 A JP H0567845A JP 12880691 A JP12880691 A JP 12880691A JP 12880691 A JP12880691 A JP 12880691A JP H0567845 A JPH0567845 A JP H0567845A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、単一モード伝搬が可能で、飽和の
影響が少なく、高出力、高効率動作が可能な光増幅器を
構成することを目的としている。 【構成】 基板上に、活性層と、導波路層と、クラッド
層とを積層し、電流注入又は光励起によって増幅を行う
光増幅器において、入力側から出力側に向って導波路幅
又は光活性層幅がテーパー状に広がるように構成された
ことを特徴とする光増幅器および基板上に、活性層と、
導波路層と、クラッド層とを積層し、電流注入または光
励起により増幅を行う光増幅器において、入力側から出
力側に向って導波路層幅、または活性層幅がテーパー状
に広がるように構成された光増幅器と、その出力側に導
波路層幅または活性層幅がテーパー状に狭くなるよう集
積した受動光導波路とを具備してなることを特徴とする
集積型光増幅器。
影響が少なく、高出力、高効率動作が可能な光増幅器を
構成することを目的としている。 【構成】 基板上に、活性層と、導波路層と、クラッド
層とを積層し、電流注入又は光励起によって増幅を行う
光増幅器において、入力側から出力側に向って導波路幅
又は光活性層幅がテーパー状に広がるように構成された
ことを特徴とする光増幅器および基板上に、活性層と、
導波路層と、クラッド層とを積層し、電流注入または光
励起により増幅を行う光増幅器において、入力側から出
力側に向って導波路層幅、または活性層幅がテーパー状
に広がるように構成された光増幅器と、その出力側に導
波路層幅または活性層幅がテーパー状に狭くなるよう集
積した受動光導波路とを具備してなることを特徴とする
集積型光増幅器。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光情報処理分
野において、光信号を増幅する光増幅器の新しい構成法
およびこれに基ずく新しい光増幅器の構造に関するもの
である。
野において、光信号を増幅する光増幅器の新しい構成法
およびこれに基ずく新しい光増幅器の構造に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来の光増幅器においては、入射光を導
波し増幅を行う活性導波路を均一幅で作製し、この部分
に電流注入や光励起をおこない利得を発生させる構造が
用いられてきた。この模式図（上面図）を図８に示す。
基板１の上に斜線で示したものが活性導波路２であっ
て、図示の如く導波路幅が均一なものであった。光増幅
器の飽和効果は、誘導放出による増幅過程において光強
度に比例したキャリア数が減少し、これに伴ない利得が
減少することによる。これによって、最大増幅光出力、
効率が制限を受ける。この飽和効果を減少させるために
は、導波路断面積を拡大し、単位断面積当りの光強度を
低減することが必要である。一方、単一モード伝搬を行
うためには、導波路幅を狭くして高次モード伝搬をなく
す必要があった。
波し増幅を行う活性導波路を均一幅で作製し、この部分
に電流注入や光励起をおこない利得を発生させる構造が
用いられてきた。この模式図（上面図）を図８に示す。
基板１の上に斜線で示したものが活性導波路２であっ
て、図示の如く導波路幅が均一なものであった。光増幅
器の飽和効果は、誘導放出による増幅過程において光強
度に比例したキャリア数が減少し、これに伴ない利得が
減少することによる。これによって、最大増幅光出力、
効率が制限を受ける。この飽和効果を減少させるために
は、導波路断面積を拡大し、単位断面積当りの光強度を
低減することが必要である。一方、単一モード伝搬を行
うためには、導波路幅を狭くして高次モード伝搬をなく
す必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このため、導波路幅が
均一な従来法の光増幅器では、単一モード伝搬のために
導波路断面積は拡大できず、また、伝搬するにつれて増
大する光強度によって出力側で飽和が生じ、最大光出力
が制限されること、これにともない光増幅器の効率が低
下するという問題があった。
均一な従来法の光増幅器では、単一モード伝搬のために
導波路断面積は拡大できず、また、伝搬するにつれて増
大する光強度によって出力側で飽和が生じ、最大光出力
が制限されること、これにともない光増幅器の効率が低
下するという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、単一モード伝
搬が可能で、飽和の影響が少なく、高出力、高効率動作
が可能な光増幅器を構成することを目的としている。
搬が可能で、飽和の影響が少なく、高出力、高効率動作
が可能な光増幅器を構成することを目的としている。
【０００５】本発明は下記の点を特徴とする。 第１発明 基板上に、活性層と、導波路層と、クラッド層とを積層
し、その上下に金属電極をつけて基板の一端より電流注
入によって増幅を行う光増幅器において、入力側から出
力側に向って導波路幅又は光活性層幅がテーパー状に広
がるように構成されたことを特徴とする光増幅器。 第２発明 基板上に、活性層と、導波路層と、クラッド層とを積層
し、導波路の入力側から励起光を導入し光励起により増
幅を行う光増幅器において、入力側から出力側に向って
導波路層幅または活性層幅がテーパー状に広がるよう構
成されたことを特徴とする光増幅器。 第３発明 基板上に、活性層と、導波路層と、クラッド層とを積層
し、電流注入または光励起により増幅を行う光増幅器に
おいて、入力側から出力側に向って導波路層幅、または
活性層幅がテーパー状に広がるように構成された光増幅
器と、その出力側に導波路層幅または活性層幅がテーパ
ー状に狭くなるよう集積した受動光導波路とを具備して
なることを特徴とする集積型光増幅器。 第４発明 基板上に、活性層と、導波路層と、クラッド層とを積層
し、電流注入または光励起により増幅を行う光増幅器に
おいて、入力側から出力側に向って導波路層幅がテーパ
ー状に広がるように光増幅器を構成し、この光増幅器と
共振器とからレーザ構造を構成したことを特徴とする光
増幅器。 第５発明 基板は半導体基板および誘電体基板より選択された何れ
かである請求項１ないし４記載の光増幅器。
し、その上下に金属電極をつけて基板の一端より電流注
入によって増幅を行う光増幅器において、入力側から出
力側に向って導波路幅又は光活性層幅がテーパー状に広
がるように構成されたことを特徴とする光増幅器。 第２発明 基板上に、活性層と、導波路層と、クラッド層とを積層
し、導波路の入力側から励起光を導入し光励起により増
幅を行う光増幅器において、入力側から出力側に向って
導波路層幅または活性層幅がテーパー状に広がるよう構
成されたことを特徴とする光増幅器。 第３発明 基板上に、活性層と、導波路層と、クラッド層とを積層
し、電流注入または光励起により増幅を行う光増幅器に
おいて、入力側から出力側に向って導波路層幅、または
活性層幅がテーパー状に広がるように構成された光増幅
器と、その出力側に導波路層幅または活性層幅がテーパ
ー状に狭くなるよう集積した受動光導波路とを具備して
なることを特徴とする集積型光増幅器。 第４発明 基板上に、活性層と、導波路層と、クラッド層とを積層
し、電流注入または光励起により増幅を行う光増幅器に
おいて、入力側から出力側に向って導波路層幅がテーパ
ー状に広がるように光増幅器を構成し、この光増幅器と
共振器とからレーザ構造を構成したことを特徴とする光
増幅器。 第５発明 基板は半導体基板および誘電体基板より選択された何れ
かである請求項１ないし４記載の光増幅器。
【０００６】
【作用】本発明の光増幅器は本発明者らが行ってなって
きた長波長帯半導体光増幅器の研究、および集積型半導
体レーザの研究を通じて得られた知見を基に発明された
ものである。従来の半導体光増幅器は、単一モード導波
条件を満たすために、狭い導波路幅の活性層に光を導波
し、増幅を行うものであった。この構造では増幅するに
つれて導波路内での光強度が大きくなり、これに伴ない
出力側の導波路において利得が飽和し、これによって半
導体光増幅器の最高出力の制限、効率の低下、雑音特性
の劣化等の問題が生じていた。
きた長波長帯半導体光増幅器の研究、および集積型半導
体レーザの研究を通じて得られた知見を基に発明された
ものである。従来の半導体光増幅器は、単一モード導波
条件を満たすために、狭い導波路幅の活性層に光を導波
し、増幅を行うものであった。この構造では増幅するに
つれて導波路内での光強度が大きくなり、これに伴ない
出力側の導波路において利得が飽和し、これによって半
導体光増幅器の最高出力の制限、効率の低下、雑音特性
の劣化等の問題が生じていた。
【０００７】本発明者らは、半導体光導波路において、
単一モード条件を満たす狭い入力側の導波路から出力側
の導波路へ導波路幅をテーパー状に緩やかに拡大するこ
とで、単一幅導波路では横多モードとなるような広い幅
まで導波路を拡大しても単一横モード導波が可能である
ことを理論的に明らかとすると共に、テーパー状に導波
路を拡大することで導波路内の光強度を伝搬方向に対し
てほぼ一定にでき、光増幅器の飽和光強度が大幅に増大
できることから、半導体光増幅器の最高出力の拡大、効
率の向上が可能であることを見い出した。そこで、導波
路幅を入力側から出力側にわたって適切にテーパー状に
拡大することで、高い飽和光出力、高効率の動作が可能
な光増幅器の構成法を考えたものである。
単一モード条件を満たす狭い入力側の導波路から出力側
の導波路へ導波路幅をテーパー状に緩やかに拡大するこ
とで、単一幅導波路では横多モードとなるような広い幅
まで導波路を拡大しても単一横モード導波が可能である
ことを理論的に明らかとすると共に、テーパー状に導波
路を拡大することで導波路内の光強度を伝搬方向に対し
てほぼ一定にでき、光増幅器の飽和光強度が大幅に増大
できることから、半導体光増幅器の最高出力の拡大、効
率の向上が可能であることを見い出した。そこで、導波
路幅を入力側から出力側にわたって適切にテーパー状に
拡大することで、高い飽和光出力、高効率の動作が可能
な光増幅器の構成法を考えたものである。
【０００８】従来の光増幅器が単一モード伝搬のための
狭い活性導波路に導波した光を増幅するために、軸方向
の光分布が不均一となり出力側で飽和の問題が生じてい
たのに対して、本発明の光増幅器は、入力側のみを単一
モード条件を満たす導波路構造とし、出力側へゆるやか
にテーパー状に導波路幅を拡大することで導波路幅の自
由度を増やし、単一モード伝搬を維持したまま伝搬方向
の光強度分布を一定化できることが大きな特長となって
いる。また、この構造は半導体光増幅器のみならず他の
各種の光増幅器に応用が可能である。
狭い活性導波路に導波した光を増幅するために、軸方向
の光分布が不均一となり出力側で飽和の問題が生じてい
たのに対して、本発明の光増幅器は、入力側のみを単一
モード条件を満たす導波路構造とし、出力側へゆるやか
にテーパー状に導波路幅を拡大することで導波路幅の自
由度を増やし、単一モード伝搬を維持したまま伝搬方向
の光強度分布を一定化できることが大きな特長となって
いる。また、この構造は半導体光増幅器のみならず他の
各種の光増幅器に応用が可能である。
【０００９】
【実施例】以下図面について、本発明の実施例について
詳細に説明する。本発明は、単一モード導波を満たす狭
い幅の入力側の導波路から、導波路幅が出力側に向って
テーパー状に拡大している導波路構造を有する光増幅器
に関するものであり、その概念図を図１に示す。
詳細に説明する。本発明は、単一モード導波を満たす狭
い幅の入力側の導波路から、導波路幅が出力側に向って
テーパー状に拡大している導波路構造を有する光増幅器
に関するものであり、その概念図を図１に示す。
【００１０】図１は本発明の光増幅器の構成を模式的に
示した模式図である。図１において、１は半導体基板
で、２はこの半導体基板１の上に設けた入力側から出力
側に向って導波路幅が広がるテーパー状の導波路であ
る。Ｗｉは導波路２の入口側の幅、Ｗ（ｚ）は導波路２
の入力側から長さｚのところの幅、Ｗｏは導波路２の出
口側の幅を示し、Ｌは導波路２の長さを示す。図１で半
導体基板１の中央に斜線で示したものがテーパー状に拡
大している構造をもった導波路２でこの中に利得を生じ
る活性層がある。外側の部分は光を閉じ込めるためのク
ラッドで中央の導波路に比べて低屈折率の材料で構成さ
れる。
示した模式図である。図１において、１は半導体基板
で、２はこの半導体基板１の上に設けた入力側から出力
側に向って導波路幅が広がるテーパー状の導波路であ
る。Ｗｉは導波路２の入口側の幅、Ｗ（ｚ）は導波路２
の入力側から長さｚのところの幅、Ｗｏは導波路２の出
口側の幅を示し、Ｌは導波路２の長さを示す。図１で半
導体基板１の中央に斜線で示したものがテーパー状に拡
大している構造をもった導波路２でこの中に利得を生じ
る活性層がある。外側の部分は光を閉じ込めるためのク
ラッドで中央の導波路に比べて低屈折率の材料で構成さ
れる。
【００１１】この構造において入射された光波は出力側
に向って伝搬するにつれて増幅され、パワーは指数関数
で増加する。このとき、導波路の断面積を伝搬方向に沿
って指数関数状に拡大することにより単位断面積当りの
光り強度は一定に保たれる。導波路幅を厳密に指数関数
状に拡大したテーパ構造でなくても、例えば直線的ある
いはｎ乗曲線に従って拡大したテーパーでもある程度の
高出力、高効率動作が望める。
に向って伝搬するにつれて増幅され、パワーは指数関数
で増加する。このとき、導波路の断面積を伝搬方向に沿
って指数関数状に拡大することにより単位断面積当りの
光り強度は一定に保たれる。導波路幅を厳密に指数関数
状に拡大したテーパ構造でなくても、例えば直線的ある
いはｎ乗曲線に従って拡大したテーパーでもある程度の
高出力、高効率動作が望める。
【００１２】図２（ａ），（ｂ）は、本発明の光増幅器
の実施例である。光導波路は、半導体基板１の上に設け
た入力側から出力側に向って導波路幅が広がるテーパー
状の導波路２と、その中の電流注入によって光利得を有
する活性層３と、その外側で光を閉じ込めるクラッド層
４とから構成されている。活性層３を含めた導波路２
は、外側のクラッド層４よりも高屈折率となっており、
主にこの屈折率差による屈折率導波によって入射光は伝
搬する。また、この光増幅器の導波路２の入射面２Ａお
よび出射面２Ｂは無反射コート等によって反射を極めて
小さく抑えており、進行波型の光増幅器（ＴＷＡ）に構
成してある。活性層３の部分は、通常のバルク構造の
他、量子井戸構造も導入が可能な構造としてある。
の実施例である。光導波路は、半導体基板１の上に設け
た入力側から出力側に向って導波路幅が広がるテーパー
状の導波路２と、その中の電流注入によって光利得を有
する活性層３と、その外側で光を閉じ込めるクラッド層
４とから構成されている。活性層３を含めた導波路２
は、外側のクラッド層４よりも高屈折率となっており、
主にこの屈折率差による屈折率導波によって入射光は伝
搬する。また、この光増幅器の導波路２の入射面２Ａお
よび出射面２Ｂは無反射コート等によって反射を極めて
小さく抑えており、進行波型の光増幅器（ＴＷＡ）に構
成してある。活性層３の部分は、通常のバルク構造の
他、量子井戸構造も導入が可能な構造としてある。
【００１３】図３（ａ），（ｂ）は、この光増幅器中の
モード伝搬特性の解析例を示したものである。図３
（ａ）において、Ｗｉは導波路の入力側の幅、Ｗｏは導
波路の出力側の幅、導波路の入力を（ＴＥ００）ＩＮ、
導波路の出力を（ＴＥ００）ＯＵＴとし、 Δ
ｎｅｑを 半導体基板と導波路との屈折率差 ｎｅｑ１を 半導体基板の屈折率 ｎｅｑ２を 導波路の屈折率 とすると、 が成立する。導波路の入出力のパワー比（ＴＥ００パワ
ー比）（％）は で示される。
モード伝搬特性の解析例を示したものである。図３
（ａ）において、Ｗｉは導波路の入力側の幅、Ｗｏは導
波路の出力側の幅、導波路の入力を（ＴＥ００）ＩＮ、
導波路の出力を（ＴＥ００）ＯＵＴとし、 Δ
ｎｅｑを 半導体基板と導波路との屈折率差 ｎｅｑ１を 半導体基板の屈折率 ｎｅｑ２を 導波路の屈折率 とすると、 が成立する。導波路の入出力のパワー比（ＴＥ００パワ
ー比）（％）は で示される。
【００１４】図３（ｂ）は導波路の 長さＬ＝５００μ
ｍ、１０００μｍ、１５００μｍ、導波路の入力側の幅
Ｗｉ＝１μｍとし、導波路の出力側の幅Ｗｏを０〜４０
μｍに変えたときの屈折率差Δｎｅｑが０．６〜３μｍ
のときの導波路の出力パワー比（％）を示す。点線は屈
折率差Δｎｅｑ＝０．６％のもの、実線は屈折率差Δｎ
ｅｑ＝３％のものを示す。図３（ｂ）より明らかなよう
に、屈折率差が０．６〜３％、入力導波路の幅Ｗｉが１
μｍの場合、出力導波路の幅Ｗｏを２０μｍまで拡大し
ても９０％近くのパワーが基本モードに結合することが
明らかとなった。このことから、本発明の如く、緩やか
なテーパー状導波路を用いることで、単一横モード伝搬
を満たしながら導波路幅の拡大が可能であることが判明
した。
ｍ、１０００μｍ、１５００μｍ、導波路の入力側の幅
Ｗｉ＝１μｍとし、導波路の出力側の幅Ｗｏを０〜４０
μｍに変えたときの屈折率差Δｎｅｑが０．６〜３μｍ
のときの導波路の出力パワー比（％）を示す。点線は屈
折率差Δｎｅｑ＝０．６％のもの、実線は屈折率差Δｎ
ｅｑ＝３％のものを示す。図３（ｂ）より明らかなよう
に、屈折率差が０．６〜３％、入力導波路の幅Ｗｉが１
μｍの場合、出力導波路の幅Ｗｏを２０μｍまで拡大し
ても９０％近くのパワーが基本モードに結合することが
明らかとなった。このことから、本発明の如く、緩やか
なテーパー状導波路を用いることで、単一横モード伝搬
を満たしながら導波路幅の拡大が可能であることが判明
した。
【００１５】図４は、出力導波路幅Ｗｏに対する、飽和
光出力光強度（飽和によって利得が３ｄＢ減少する出力
光強度）と光増幅器の光増幅効率ηＡＭＰを示す。光増
幅器の光増幅効率ηＡＭＰは で示される。図４において実線はΔｎｅｑ＝３％、点線
はΔｎｅｑ＝０．６％の場合の光増幅効率ηＡＭＰを示
す。入力導波路幅Ｗｉを１μｍとした場合、従来型の導
波路幅一様の光増幅器では飽和出力光強度が１４ｄＢｍ
程度であるのに対して、本発明の増幅器では、出力導波
路幅Ｗｏを２０μｍとすることで２２ｄＢｍと８ｄＢｍ
の飽和光強度の増加が得られ、また、効率についても従
来型のものに比べ１．５倍に増加できることが明らかと
なった。
光出力光強度（飽和によって利得が３ｄＢ減少する出力
光強度）と光増幅器の光増幅効率ηＡＭＰを示す。光増
幅器の光増幅効率ηＡＭＰは で示される。図４において実線はΔｎｅｑ＝３％、点線
はΔｎｅｑ＝０．６％の場合の光増幅効率ηＡＭＰを示
す。入力導波路幅Ｗｉを１μｍとした場合、従来型の導
波路幅一様の光増幅器では飽和出力光強度が１４ｄＢｍ
程度であるのに対して、本発明の増幅器では、出力導波
路幅Ｗｏを２０μｍとすることで２２ｄＢｍと８ｄＢｍ
の飽和光強度の増加が得られ、また、効率についても従
来型のものに比べ１．５倍に増加できることが明らかと
なった。
【００１６】図４の試験に使用した半導体材料は１．５
μｍバルクのＧａＩｎＡｓＰ−ＢＨの半導体よりなる。 Ｇｏ＝２０ｄＢ Ｊ ＝１５ｋＡ／ｃｍ２ ｄ ニ５０ｎｍ Ｗｉ＝１μｍ ξｙ＝０．０７ ｎｅｑ２＝３．２７で Ｌ＝１．３７〜１．１７ｍｍ（実線） Ｌ＝２〜１．３７ｍｍ（点線） の場合を示す。
μｍバルクのＧａＩｎＡｓＰ−ＢＨの半導体よりなる。 Ｇｏ＝２０ｄＢ Ｊ ＝１５ｋＡ／ｃｍ２ ｄ ニ５０ｎｍ Ｗｉ＝１μｍ ξｙ＝０．０７ ｎｅｑ２＝３．２７で Ｌ＝１．３７〜１．１７ｍｍ（実線） Ｌ＝２〜１．３７ｍｍ（点線） の場合を示す。
【００１７】図５は、本発明の光増幅器の他の実施例を
示すものである。図５中、１は半導体基板、２は導波
路、３は活性層、４はクラッド層、５は金属電極、６は
テーパーした増幅路、８，９は５０μｍ幅の窓を示す。
本発明において、７のＤＦＢレーザ等の集積型の半導体
レーザ素子と入力側から出力側に向って導波路幅がテー
パー状に広がる光増幅器を一体化した光源である。前述
したように、光増幅器が高飽和特性を有するため、半導
体レーザの直後においてブースター増幅器として用いる
ことが可能となることを示す。
示すものである。図５中、１は半導体基板、２は導波
路、３は活性層、４はクラッド層、５は金属電極、６は
テーパーした増幅路、８，９は５０μｍ幅の窓を示す。
本発明において、７のＤＦＢレーザ等の集積型の半導体
レーザ素子と入力側から出力側に向って導波路幅がテー
パー状に広がる光増幅器を一体化した光源である。前述
したように、光増幅器が高飽和特性を有するため、半導
体レーザの直後においてブースター増幅器として用いる
ことが可能となることを示す。
【００１８】図６は本発明の光増幅器の更に他の実施例
である。図６において、ＰＩＮは光入力、ＰＯＵＴは光
出力、Ｌは能動領域の長さ、Ｗｉは光導波路の入口側の
幅、Ｗｏは能動領域と受動領域との境界領域の幅、Ｗｌ
は受動領域の出口側の幅を示す。ｎｅｑ１は基板の屈折
率、ｎｅｑ２は能動領域の屈折率、ｎｅｑ３は受動領域
の屈折率を示す。 拡大率 Ｗ（ｚ）＝Ｗｉ ｅｘｐ（αｔａｐ ｚ） 縮小率 Ｗ（ｚ）＝Ｗｏ ｅｘｐ（−αｔａｐ ｚ） を示す。入力側から出力側に向って導波路幅または活性
層幅がテーパー状に広がるように構成された光増幅器の
出力側に、今度は導波路幅がテーパー状に狭くなる低損
失の受動光導波路を集積した集積型光増幅器である。こ
のように構成することでビーム径を変えることなく高光
出力、高効率動作を行うことが可能となる。
である。図６において、ＰＩＮは光入力、ＰＯＵＴは光
出力、Ｌは能動領域の長さ、Ｗｉは光導波路の入口側の
幅、Ｗｏは能動領域と受動領域との境界領域の幅、Ｗｌ
は受動領域の出口側の幅を示す。ｎｅｑ１は基板の屈折
率、ｎｅｑ２は能動領域の屈折率、ｎｅｑ３は受動領域
の屈折率を示す。 拡大率 Ｗ（ｚ）＝Ｗｉ ｅｘｐ（αｔａｐ ｚ） 縮小率 Ｗ（ｚ）＝Ｗｏ ｅｘｐ（−αｔａｐ ｚ） を示す。入力側から出力側に向って導波路幅または活性
層幅がテーパー状に広がるように構成された光増幅器の
出力側に、今度は導波路幅がテーパー状に狭くなる低損
失の受動光導波路を集積した集積型光増幅器である。こ
のように構成することでビーム径を変えることなく高光
出力、高効率動作を行うことが可能となる。
【００１９】図７は本発明の光増幅器の更に他の実施例
で、導波路幅が入力側から出力側にわたってテーパー状
に拡大している導波路構造を有する光増幅器と共振器か
らなるレーザ素子である。図７において、１は半導体基
板、２は光導波路、９，１０は光導波路の入口側と出口
側とにそれぞれ設けた金属層を示す。Ｗｉは光導波路の
入口側の幅、Ｗｏは光導波路の出口側の幅を示し、ｎｅ
ｑ１は半導体基板の屈折率、ｎｅｑ２は光導波路の屈折
率を示す。光導波路の拡大率はＷ（ｚ）＝Ｗｉｅｘｐ
（αｔａｐ ｚ ）で表される。
で、導波路幅が入力側から出力側にわたってテーパー状
に拡大している導波路構造を有する光増幅器と共振器か
らなるレーザ素子である。図７において、１は半導体基
板、２は光導波路、９，１０は光導波路の入口側と出口
側とにそれぞれ設けた金属層を示す。Ｗｉは光導波路の
入口側の幅、Ｗｏは光導波路の出口側の幅を示し、ｎｅ
ｑ１は半導体基板の屈折率、ｎｅｑ２は光導波路の屈折
率を示す。光導波路の拡大率はＷ（ｚ）＝Ｗｉｅｘｐ
（αｔａｐ ｚ ）で表される。
【００２０】本発明においては、図５に示すように、集
積型（ＤＦＢ）のレーザ７の直後に導波路幅が入力側か
ら出力側に向ってテーパー状に拡大している導波路構造
を有する光増幅器６を集積化した増幅器一体型光源とし
ていると、光強度の飽和が生ぜず、光増幅器の効率が増
大する。
積型（ＤＦＢ）のレーザ７の直後に導波路幅が入力側か
ら出力側に向ってテーパー状に拡大している導波路構造
を有する光増幅器６を集積化した増幅器一体型光源とし
ていると、光強度の飽和が生ぜず、光増幅器の効率が増
大する。
【００２１】本発明においては、図６に示すように導波
路幅が入力側から出力側に向ってテーパー状に拡大して
いる導波路構造を有する光増幅器の直後に入力側から出
力側にかけて導波路幅がテーパー状に減少している受動
光導波路を集積化した光増幅器を構成していると、ビー
ム径を変えることなく、また光強度の飽和が生ぜず光増
幅器の効率が増大する。
路幅が入力側から出力側に向ってテーパー状に拡大して
いる導波路構造を有する光増幅器の直後に入力側から出
力側にかけて導波路幅がテーパー状に減少している受動
光導波路を集積化した光増幅器を構成していると、ビー
ム径を変えることなく、また光強度の飽和が生ぜず光増
幅器の効率が増大する。
【００２２】本発明は図７に示すように、導波路幅が入
力側から出力側にわたってテーパー状に拡大している導
波路構造を有する光増幅路２と共振器とからなるレーザ
構造をもった光増幅器を構成していると、光強度の飽和
が生ぜずレーザの効率が増大する。
力側から出力側にわたってテーパー状に拡大している導
波路構造を有する光増幅路２と共振器とからなるレーザ
構造をもった光増幅器を構成していると、光強度の飽和
が生ぜずレーザの効率が増大する。
【００２３】
【発明の効果】本発明は、単一モード導波を満たす狭い
幅の入力側の導波路から、導波路幅が入力側より出力側
にわってテーパー状に拡大している導波路構造を利用す
るものであり、単一横モード伝搬が可能であると同時
に、光増幅器中の光強度が一定に保たれることによって
高飽和、高効率、低雑音動作の光増幅器が実現可能とな
り、その応用として半導体レーザを直後に結合した高出
力のブースター増幅器や、光直接中継用増幅器として高
効率、低雑音の光増幅器を提供することが可能となる工
業上大なる利点がある。
幅の入力側の導波路から、導波路幅が入力側より出力側
にわってテーパー状に拡大している導波路構造を利用す
るものであり、単一横モード伝搬が可能であると同時
に、光増幅器中の光強度が一定に保たれることによって
高飽和、高効率、低雑音動作の光増幅器が実現可能とな
り、その応用として半導体レーザを直後に結合した高出
力のブースター増幅器や、光直接中継用増幅器として高
効率、低雑音の光増幅器を提供することが可能となる工
業上大なる利点がある。
【図１】図１は本発明の光増幅器の模式図である。
【図２】図２は本発明の半導体光増幅器の構造図であ
る。
る。
【図３】図３は本発明の半導体光増幅器の横モード伝搬
特性図である。
特性図である。
【図４】図４は本発明の半導体光増幅器の飽和出力特性
図である。
図である。
【図５】図５は本発明の半導体光増幅器の一例を示す斜
視図である。
視図である。
【図６】図６は本発明の半導体光増幅器の構造の一例を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図７】図７は本発明の半導体光増幅器の構造の一例を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図８】図８は従来の光増幅器の模式図である。
１ 半導体基板 ２ テーパー状導波路 ２Ａ 導波路の入射面 ２Ｂ 導波路出射面 ３ 活性層 ４ クラッド層 ５Ａ，５Ｂ 金属電極 ６ テーパー状増幅器 ７ ＤＦＢレーザ領域 ８，９ 窓 １０ テーパー状導波路 Ｗｉ 導波路の入口側の幅 Ｗｚ 導波路の入口から長さｚのところの幅 Ｗｏ 導波路の出口側の幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/094
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に、活性層と、導波路層と、クラ
ッド層とを積層し、その上下に金属電極をつけて基板の
一端より電流注入によって増幅を行う光増幅器におい
て、入力側から出力側に向って導波路幅又は光活性層幅
がテーパー状に広がるように構成されたことを特徴とす
る光増幅器。 - 【請求項２】 基板上に、活性層と、導波路層と、クラ
ッド層とを積層し、導波路の入力側から励起光を導入し
光励起により増幅を行う光増幅器において、入力側から
出力側に向って導波路層幅または活性層幅がテーパー状
に広がるよう構成されたことを特徴とする光増幅器。 - 【請求項３】 基板上に、活性層と、導波路層と、クラ
ッド層とを積層し、電流注入または光励起により増幅を
行う光増幅器において、入力側から出力側に向って導波
路層幅、または活性層幅がテーパー状に広がるように構
成された光増幅器と、その出力側に導波路層幅または活
性層幅がテーパー状に狭くなるよう集積した受動光導波
路とを具備してなることを特徴とする集積型光増幅器。 - 【請求項４】 基板上に、活性層と、導波路層と、クラ
ッド層とを積層し、電流注入または光励起により増幅を
行う光増幅器において、入力側から出力側に向って導波
路層幅がテーパー状に広がるように光増幅器を構成し、
この光増幅器と共振器とからレーザ構造を構成したこと
を特徴とする光増幅器。 - 【請求項５】 基板は半導体基板および誘電体基板より
選択された何れかである請求項１ないし４記載の光増幅
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3128806A JP2545719B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 積層型光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3128806A JP2545719B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 積層型光増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0567845A true JPH0567845A (ja) | 1993-03-19 |
| JP2545719B2 JP2545719B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=14993887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3128806A Expired - Lifetime JP2545719B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 積層型光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2545719B2 (ja) |
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| JP2545719B2 (ja) | 1996-10-23 |
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