JPH06125138A - レーザ装置 - Google Patents
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- JPH06125138A JPH06125138A JP4297971A JP29797192A JPH06125138A JP H06125138 A JPH06125138 A JP H06125138A JP 4297971 A JP4297971 A JP 4297971A JP 29797192 A JP29797192 A JP 29797192A JP H06125138 A JPH06125138 A JP H06125138A
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- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
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- H01S5/4087—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar emitting more than one wavelength
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Abstract
(57)【要約】
【目的】広帯域の波長可変特性を有し、出力が大きく、
かつ単一モード選択性の高いレーザ装置を得ることを目
的とする。 【構成】複数の分布型反射器４ａ、４ｂと出力端部２０
とが結合器を介して共振器を構成し、共振モードを制御
する位相制御手段１７ａ、１７ｂを設けた。
かつ単一モード選択性の高いレーザ装置を得ることを目
的とする。 【構成】複数の分布型反射器４ａ、４ｂと出力端部２０
とが結合器を介して共振器を構成し、共振モードを制御
する位相制御手段１７ａ、１７ｂを設けた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コヒーレント光伝送お
よび光計測の光源として有用な、広帯域波長可変機能を
有する高出力単一モード発振半導体レーザに関する。
よび光計測の光源として有用な、広帯域波長可変機能を
有する高出力単一モード発振半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信網の拡大、細分、高集積化
にむけて、コヒーレント光伝送方式の実用化が待ち望ま
れている。光を周波数レベルで制御するこの新しい技術
のキーデバイスとなる、コヒーレント光源としての半導
体レーザには非常に大きな期待が寄せられているが、今
後解決していかなければならない課題もいまだ山積して
いるのが現状である。コヒーレント光伝送方式の一つと
して有望視されている光ヘテロダイン方式では、送信側
の信号光と受信側の局発光とを干渉させその干渉成分か
ら信号を取出すことから、１本のファイバで周波数の異
なった複数の信号を同時に転送することが可能である。
そこで、光源として使用されるレーザには高出力の単一
縦モード発振を行えること、周波数チューニングを十分
高速で行えること、１つのチャンネルで送られる信号が
より正確且つ高密度となるようにスペクトル線幅ができ
るだけ狭いこと、１つの光源で送信できるチャンネルが
多数確保できるように波長の可変幅ができるだけ広いこ
と等の要求がある。これらの要求は、半導体レーザが光
計測用の光源として用いられる場合でも、分解能、測定
帯域、測定速度といった名目に置換えられるだけで、同
様に求められることには変りはない。
にむけて、コヒーレント光伝送方式の実用化が待ち望ま
れている。光を周波数レベルで制御するこの新しい技術
のキーデバイスとなる、コヒーレント光源としての半導
体レーザには非常に大きな期待が寄せられているが、今
後解決していかなければならない課題もいまだ山積して
いるのが現状である。コヒーレント光伝送方式の一つと
して有望視されている光ヘテロダイン方式では、送信側
の信号光と受信側の局発光とを干渉させその干渉成分か
ら信号を取出すことから、１本のファイバで周波数の異
なった複数の信号を同時に転送することが可能である。
そこで、光源として使用されるレーザには高出力の単一
縦モード発振を行えること、周波数チューニングを十分
高速で行えること、１つのチャンネルで送られる信号が
より正確且つ高密度となるようにスペクトル線幅ができ
るだけ狭いこと、１つの光源で送信できるチャンネルが
多数確保できるように波長の可変幅ができるだけ広いこ
と等の要求がある。これらの要求は、半導体レーザが光
計測用の光源として用いられる場合でも、分解能、測定
帯域、測定速度といった名目に置換えられるだけで、同
様に求められることには変りはない。
【０００３】（従来技術１）以下、従来から知られてい
る半導体レーザを述べる。波長可変単一縦モード発振レ
ーザとしてよく知られているものに、発光領域と結合さ
れた波長制御領域に一様ピッチΛの回折格子が設けられ
た分布ブラッグ反射型レーザ（以下、ＤＢＲレーザとい
う。）がある。ピッチΛの回折格子はλ＝２ｎΛ（ｎは
導波路の等価屈折率）の波長のみを反射するので、これ
を利用して単一縦モード発振を得ることができ、さらに
波長制御領域にキャリアを注入してプラズマ効果によっ
て波長を変化させることができる。しかし、一様のピッ
チの回折格子によって生じる反射では回折波長は１つの
値だけに限られてしまい、プラズマ効果による等価屈折
率の変化量も高々数％であることから、波長の可変幅は
最大でも１０ｎｍ程度とされている。
る半導体レーザを述べる。波長可変単一縦モード発振レ
ーザとしてよく知られているものに、発光領域と結合さ
れた波長制御領域に一様ピッチΛの回折格子が設けられ
た分布ブラッグ反射型レーザ（以下、ＤＢＲレーザとい
う。）がある。ピッチΛの回折格子はλ＝２ｎΛ（ｎは
導波路の等価屈折率）の波長のみを反射するので、これ
を利用して単一縦モード発振を得ることができ、さらに
波長制御領域にキャリアを注入してプラズマ効果によっ
て波長を変化させることができる。しかし、一様のピッ
チの回折格子によって生じる反射では回折波長は１つの
値だけに限られてしまい、プラズマ効果による等価屈折
率の変化量も高々数％であることから、波長の可変幅は
最大でも１０ｎｍ程度とされている。
【０００４】（従来技術２）一方、回折格子を用いずに
単一モード選択を行う方法として、図７に上面図を示す
Ｙ字型の導波路を有するいわゆる複合共振器レーザがあ
る。このレーザは１つの発光領域３の導波路で発せられ
た光を結合器１６を経由して波長制御領域２１の２つの
導波路へと導き、２つの共振手段を形成するものであ
る。２つの共振手段により２種類のファブリペローモー
ドを得て、それらのモードうちで波長が重なるモードだ
けが発振するようにしたものである。波長の変化は、波
長制御領域２１中の導波路に電流を流し、それぞれの実
効共振器長を変化させてモードの重なる波長を変えるこ
とで行うことができる。このレーザによれば広い範囲の
モード選択が可能でかつ十分な出力が得られるが、ファ
ブリペローモードの隣接モード間隔は極めて小さく（通
常では数オングストローム程度である。）、複数のモー
ドで同時に発振してしまうことが多い。
単一モード選択を行う方法として、図７に上面図を示す
Ｙ字型の導波路を有するいわゆる複合共振器レーザがあ
る。このレーザは１つの発光領域３の導波路で発せられ
た光を結合器１６を経由して波長制御領域２１の２つの
導波路へと導き、２つの共振手段を形成するものであ
る。２つの共振手段により２種類のファブリペローモー
ドを得て、それらのモードうちで波長が重なるモードだ
けが発振するようにしたものである。波長の変化は、波
長制御領域２１中の導波路に電流を流し、それぞれの実
効共振器長を変化させてモードの重なる波長を変えるこ
とで行うことができる。このレーザによれば広い範囲の
モード選択が可能でかつ十分な出力が得られるが、ファ
ブリペローモードの隣接モード間隔は極めて小さく（通
常では数オングストローム程度である。）、複数のモー
ドで同時に発振してしまうことが多い。
【０００５】（従来技術３）そこで、回折格子による単
一波長選択性を備えながら、広い範囲でのモード選択を
得る方法として、分布型反射器に、回折格子のピッチを
一様とせず、ピッチをピッチΛａからピッチΛｂまでチ
ャープ状に変化させ、それが超周期Λｓで繰返す超周期
構造回折格子２２（以下、ＳＳＧという。）を使用する
ＳＳＧ−ＤＢＲレーザがある。これは図８に斜視図を示
すように互いに超周期の異なる２種類のＳＳＧを発光領
域３の両側に結合したもので、各々のＳＳＧ内部には、
最大ピッチΛａに対応する発振モード波長λａから最小
ピッチΛｂに対応する発振モード波長λｂまでの間に複
数の反射モードが拮抗する反射率で存在する。反射モー
ド間隔は超周期Λｓの逆数に比例して決るので、２種類
のＳＳＧの超周期Λｓを変えておくことで、ただ１つの
モードだけが一致して発振に至る。さらに、ＳＳＧに電
流を注入して実効ピッチを一様に変化させると、今度は
別のモードが一致して発振波長が変化する。この方式に
よれば半導体レーザの通常の利得帯域である１００ｎｍ
のほぼ全域にわたる波長掃引が可能だとされている。し
かし、２つのＳＳＧが発光領域の両側にあって１つの共
振器を構成する構造では、レーザ光の出射は２つのＳＳ
Ｇのうちのいずれか一方をとおして行われるため、ＳＳ
Ｇの高い反射率によって出力は抑えられてしまい、数ｍ
Ｗが限界となっている。
一波長選択性を備えながら、広い範囲でのモード選択を
得る方法として、分布型反射器に、回折格子のピッチを
一様とせず、ピッチをピッチΛａからピッチΛｂまでチ
ャープ状に変化させ、それが超周期Λｓで繰返す超周期
構造回折格子２２（以下、ＳＳＧという。）を使用する
ＳＳＧ−ＤＢＲレーザがある。これは図８に斜視図を示
すように互いに超周期の異なる２種類のＳＳＧを発光領
域３の両側に結合したもので、各々のＳＳＧ内部には、
最大ピッチΛａに対応する発振モード波長λａから最小
ピッチΛｂに対応する発振モード波長λｂまでの間に複
数の反射モードが拮抗する反射率で存在する。反射モー
ド間隔は超周期Λｓの逆数に比例して決るので、２種類
のＳＳＧの超周期Λｓを変えておくことで、ただ１つの
モードだけが一致して発振に至る。さらに、ＳＳＧに電
流を注入して実効ピッチを一様に変化させると、今度は
別のモードが一致して発振波長が変化する。この方式に
よれば半導体レーザの通常の利得帯域である１００ｎｍ
のほぼ全域にわたる波長掃引が可能だとされている。し
かし、２つのＳＳＧが発光領域の両側にあって１つの共
振器を構成する構造では、レーザ光の出射は２つのＳＳ
Ｇのうちのいずれか一方をとおして行われるため、ＳＳ
Ｇの高い反射率によって出力は抑えられてしまい、数ｍ
Ｗが限界となっている。
【０００６】（従来技術４）ＳＳＧ−ＤＢＲほど広い帯
域での波長掃引は望めないものの、ほぼ同様の効果が得
られる反射器として、サンプルドグレーティングを使用
したＤＢＲレーザも考えられる。しかし、この場合もレ
ーザとしての構造は図８のＳＳＧを用いたＤＢＲレーザ
とほぼ同じで、分布ブラッグ反射器がＳＳＧからサンプ
ルドグレーティングに置き代わっただけであり、光は反
射器を経由して出射されるためやはり出力が小さいとい
う欠点は免れない。
域での波長掃引は望めないものの、ほぼ同様の効果が得
られる反射器として、サンプルドグレーティングを使用
したＤＢＲレーザも考えられる。しかし、この場合もレ
ーザとしての構造は図８のＳＳＧを用いたＤＢＲレーザ
とほぼ同じで、分布ブラッグ反射器がＳＳＧからサンプ
ルドグレーティングに置き代わっただけであり、光は反
射器を経由して出射されるためやはり出力が小さいとい
う欠点は免れない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術１で述べ
た、単一の反射ピークしか持たない分布型反射器を利用
した分布反射型レーザでは、出力は大きく、単一モード
性も良好であるが、波長変化量は屈折率変化量に比例す
るだけなので、数１０ｎｍにおよぶような広帯域可変は
期待できない。また、従来の技術２で述べた、回折格子
を持たないＹ字型の導波路を有するいわゆる複合共振器
レーザでは、広帯域波長変化が可能で出力も大きいもの
の、単一モード選択性は不十分である。さらに、従来の
技術３及び４で述べた、ＳＳＧまたはサンプルドグレー
ティングを反射器として発光領域の両側に備えたＤＢＲ
レーザでは、広い波長可変範囲にわたってサイドモード
抑圧比の大きい単一モード発振を得ることができるが、
光の出射が反射器を透過する形で行われるため出力が不
十分である、という問題がある。すなわち、広帯域の波
長可変特性を有し、出力が大きく、かつ単一モード選択
性の高いレーザを得ることが本発明の目的である。
た、単一の反射ピークしか持たない分布型反射器を利用
した分布反射型レーザでは、出力は大きく、単一モード
性も良好であるが、波長変化量は屈折率変化量に比例す
るだけなので、数１０ｎｍにおよぶような広帯域可変は
期待できない。また、従来の技術２で述べた、回折格子
を持たないＹ字型の導波路を有するいわゆる複合共振器
レーザでは、広帯域波長変化が可能で出力も大きいもの
の、単一モード選択性は不十分である。さらに、従来の
技術３及び４で述べた、ＳＳＧまたはサンプルドグレー
ティングを反射器として発光領域の両側に備えたＤＢＲ
レーザでは、広い波長可変範囲にわたってサイドモード
抑圧比の大きい単一モード発振を得ることができるが、
光の出射が反射器を透過する形で行われるため出力が不
十分である、という問題がある。すなわち、広帯域の波
長可変特性を有し、出力が大きく、かつ単一モード選択
性の高いレーザを得ることが本発明の目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以下、上記課題を解決す
るための手段を述べる。
るための手段を述べる。
【０００９】請求項１に記載した発明では、単一モード
の選択性を向上させるため、二つのモードを発生する共
振手段を、出力端部２０と回折格子５ａ、５ｂを備えた
二つの分布型反射器４ａ、４ｂとで構成する。出力端部
２０は素子の一方の端面に存し、別の端面側には分布型
反射器があり、二つの分布型反射器４ａ、４ｂは並列に
配置される。これら分布型反射器と出力端部で構成され
る共振手段により発生する二つの共振モードを内部で結
合させるため、Ｙ分岐を作る結合器１６を備える。さら
にそれら２つの共振モードを一致させるために、結合器
と２つの分布型反射器との間にそれぞれ位相制御手段１
７ａ、１７ｂを並列して配し、位相を調整する。
の選択性を向上させるため、二つのモードを発生する共
振手段を、出力端部２０と回折格子５ａ、５ｂを備えた
二つの分布型反射器４ａ、４ｂとで構成する。出力端部
２０は素子の一方の端面に存し、別の端面側には分布型
反射器があり、二つの分布型反射器４ａ、４ｂは並列に
配置される。これら分布型反射器と出力端部で構成され
る共振手段により発生する二つの共振モードを内部で結
合させるため、Ｙ分岐を作る結合器１６を備える。さら
にそれら２つの共振モードを一致させるために、結合器
と２つの分布型反射器との間にそれぞれ位相制御手段１
７ａ、１７ｂを並列して配し、位相を調整する。
【００１０】請求項２に記載した発明では、請求項１に
記載した２つの分布型反射器４ａ、４ｂにおいて、それ
ぞれが適当な間隔を持って複数の回折波長を有するよう
に、それぞれの分布型反射器の導波路にそれぞれ異なっ
た周期を有し、かつその周期が２回以上繰り返される温
度分布を生成させる手段を備えた。
記載した２つの分布型反射器４ａ、４ｂにおいて、それ
ぞれが適当な間隔を持って複数の回折波長を有するよう
に、それぞれの分布型反射器の導波路にそれぞれ異なっ
た周期を有し、かつその周期が２回以上繰り返される温
度分布を生成させる手段を備えた。
【００１１】請求項３に記載した発明では、請求項１に
記載した２つの分布型反射器４ａ、４ｂにおいて、それ
ぞれが適当な間隔を持って複数の回折波長を有するよう
に、分布型反射器の回折格子がそれぞれ異なった周期を
持って繰り返すチャープ状のピッチを有する。
記載した２つの分布型反射器４ａ、４ｂにおいて、それ
ぞれが適当な間隔を持って複数の回折波長を有するよう
に、分布型反射器の回折格子がそれぞれ異なった周期を
持って繰り返すチャープ状のピッチを有する。
【００１２】請求項４に記載した発明では、請求項１に
記載した２つの分布型反射器において、それぞれが適当
な間隔を持って複数の回折波長を有するように、分布型
反射器が、回折格子の存在する導波路部分と存在しない
導波路部分とがそれぞれ異なった周期をもって２回以上
繰り返される構造を有する。
記載した２つの分布型反射器において、それぞれが適当
な間隔を持って複数の回折波長を有するように、分布型
反射器が、回折格子の存在する導波路部分と存在しない
導波路部分とがそれぞれ異なった周期をもって２回以上
繰り返される構造を有する。
【００１３】請求項５に記載した発明では、位相を制御
する位相制御手段と分布型反射器の屈折率を変化させる
波長制御手段に加熱手段を用いた。
する位相制御手段と分布型反射器の屈折率を変化させる
波長制御手段に加熱手段を用いた。
【００１４】
【作用】以下、請求項ごとに作用を述べる。請求項１の
発明では、発光領域に注入される電流によって発した光
は、結合器によって２つに分岐され、それぞれが第１お
よび第２の分布型反射器によってそれぞれ特定のモード
を選択されて回折され、さらに結合器を通過することで
再び１つの光に結合される。このとき、第１および第２
の分布型反射器の回折光のなかから、両者の波長が一致
する波長でレーザ発振が起る。各分布型反射器の屈折率
をそれぞれの波長制御手段によって適当に変化させる
と、各分布型反射器の回折波長がシフトし、先程とは異
なる波長で一致が生じて発振波長が変化する。ただし、
コヒーレントな光の結合に際しては、２つの共振器での
ファブリペローモードの一致が必要であるが、これはそ
れぞれの位相制御領域に第１及び第２の分布型反射器に
より回折される光の位相をそれぞれ制御するための第１
及び第２の位相制御手段を備えることで調整している。
発明では、発光領域に注入される電流によって発した光
は、結合器によって２つに分岐され、それぞれが第１お
よび第２の分布型反射器によってそれぞれ特定のモード
を選択されて回折され、さらに結合器を通過することで
再び１つの光に結合される。このとき、第１および第２
の分布型反射器の回折光のなかから、両者の波長が一致
する波長でレーザ発振が起る。各分布型反射器の屈折率
をそれぞれの波長制御手段によって適当に変化させる
と、各分布型反射器の回折波長がシフトし、先程とは異
なる波長で一致が生じて発振波長が変化する。ただし、
コヒーレントな光の結合に際しては、２つの共振器での
ファブリペローモードの一致が必要であるが、これはそ
れぞれの位相制御領域に第１及び第２の分布型反射器に
より回折される光の位相をそれぞれ制御するための第１
及び第２の位相制御手段を備えることで調整している。
【００１５】請求項２に記載の発明では、一様なピッチ
をもつ回折格子を有する分布型反射器を加熱手段により
加熱し、導波路内に周期的な温度分布をつくり、回折格
子の実効的周期を変調させて、１つの反射器に適当な間
隔をもつ複数の回折波長を持たせることができる。ピッ
チΛの回折格子のブラッグ波長はλ＝２ｎΛであり、等
価屈折率ｎが温度により変化するので、それぞれの回折
格子のブラッグ波長は温度分布中の最大温度Ｔａに対応
するλａから最小温度Ｔｂに対応するλｂまでの帯域に
複数のピークとして分布する。温度分布がΛｓの周期を
持っているとすれば、回折格子の有する回折のピークは
Δλ＝λ０2 ／２ｎΛｓの間隔で分布することになる。
２つの反射器の回折ピークが同時に２つ以上一致してし
まうと単一モード発振にならないので、２つの反射器の
Λｓは異なる大きさでなければならない。
をもつ回折格子を有する分布型反射器を加熱手段により
加熱し、導波路内に周期的な温度分布をつくり、回折格
子の実効的周期を変調させて、１つの反射器に適当な間
隔をもつ複数の回折波長を持たせることができる。ピッ
チΛの回折格子のブラッグ波長はλ＝２ｎΛであり、等
価屈折率ｎが温度により変化するので、それぞれの回折
格子のブラッグ波長は温度分布中の最大温度Ｔａに対応
するλａから最小温度Ｔｂに対応するλｂまでの帯域に
複数のピークとして分布する。温度分布がΛｓの周期を
持っているとすれば、回折格子の有する回折のピークは
Δλ＝λ０2 ／２ｎΛｓの間隔で分布することになる。
２つの反射器の回折ピークが同時に２つ以上一致してし
まうと単一モード発振にならないので、２つの反射器の
Λｓは異なる大きさでなければならない。
【００１６】請求項３に記載の発明では、分布型反射器
４ａ、４ｂの内部の回折格子自体がチャープ構造を持つ
ことによって複数の回折波長を有し、かつチャープの周
期（超周期）Λｓが第１の分布型反射器と第２の分布型
反射器とで互いに異なるため、双方の複数の反射モード
のなかで波長の一致するモードのみで発振が起きる。さ
らに波長制御手段を駆使してこの波長の一致するモード
を変えてやることで、発振波長は大きく変化する。
４ａ、４ｂの内部の回折格子自体がチャープ構造を持つ
ことによって複数の回折波長を有し、かつチャープの周
期（超周期）Λｓが第１の分布型反射器と第２の分布型
反射器とで互いに異なるため、双方の複数の反射モード
のなかで波長の一致するモードのみで発振が起きる。さ
らに波長制御手段を駆使してこの波長の一致するモード
を変えてやることで、発振波長は大きく変化する。
【００１７】請求項４に記載の発明では、分布型反射器
４ａ、４ｂの内部に、回折格子のある領域とない領域と
が一定の周期Λｓを持って交互に連続し、かつ第１の分
布ブラッグ反射器内部のΛｓと第２の分布ブラッグ反射
器内部のΛｓとが異なる値を持つことで、請求項２の発
明と同様の作用を有する。
４ａ、４ｂの内部に、回折格子のある領域とない領域と
が一定の周期Λｓを持って交互に連続し、かつ第１の分
布ブラッグ反射器内部のΛｓと第２の分布ブラッグ反射
器内部のΛｓとが異なる値を持つことで、請求項２の発
明と同様の作用を有する。
【００１８】請求項５に記載の発明では、分布型反射器
４ａ、４ｂと位相制御領域１１ａ、１１ｂの導波路の屈
折率を加熱することによりおこなっているので、プラズ
マ効果を利用した方式では不可避な損失の低下やスペク
トル線幅の劣化は生じない。
４ａ、４ｂと位相制御領域１１ａ、１１ｂの導波路の屈
折率を加熱することによりおこなっているので、プラズ
マ効果を利用した方式では不可避な損失の低下やスペク
トル線幅の劣化は生じない。
【００１９】上記いずれの発明においても、このレーザ
装置は部分透過・部分反射特性を有する出力端部２０を
有しているので、出射光は充分な強度を持って出射され
る。
装置は部分透過・部分反射特性を有する出力端部２０を
有しているので、出射光は充分な強度を持って出射され
る。
【００２０】
（実施例１）本発明の請求項１および請求項３の発明の
実施例を図１および図２を用いて説明する。図１（Ａ）
は上面図、図１（Ｂ）はイ−ロでの断面図である。ま
ず、製造方法を述べる。ｐ型ＩｎＰの基板１上に、１．
５５μｍのエネルギーギャップをもつＩｎＧａＡｓＰの
活性層２（図示せず。）を成長し、これをエッチングに
よって発光領域３の導波路部分を残してすべて除去す
る。続いて、分布型反射器４ａとなる部分にピッチが６
７．５μm周期で２４６０Åから２３８０Åまでチャー
プする回折格子５ａを、分布型反射器４ｂとなる部分に
ピッチが７５μｍ周期で２４６０Åから２３８０Åまで
チャープする回折格子５ｂを、ともに電子ビーム描画法
を用いて形成し、先程の活性層２を除去した部分に１．
３μｍ帯のエネルギーギャップを持つＩｎＧａＡｓＰの
ガイド層６を成長したあと全面にＩｎＰのクラッド層７
を成長する。
実施例を図１および図２を用いて説明する。図１（Ａ）
は上面図、図１（Ｂ）はイ−ロでの断面図である。ま
ず、製造方法を述べる。ｐ型ＩｎＰの基板１上に、１．
５５μｍのエネルギーギャップをもつＩｎＧａＡｓＰの
活性層２（図示せず。）を成長し、これをエッチングに
よって発光領域３の導波路部分を残してすべて除去す
る。続いて、分布型反射器４ａとなる部分にピッチが６
７．５μm周期で２４６０Åから２３８０Åまでチャー
プする回折格子５ａを、分布型反射器４ｂとなる部分に
ピッチが７５μｍ周期で２４６０Åから２３８０Åまで
チャープする回折格子５ｂを、ともに電子ビーム描画法
を用いて形成し、先程の活性層２を除去した部分に１．
３μｍ帯のエネルギーギャップを持つＩｎＧａＡｓＰの
ガイド層６を成長したあと全面にＩｎＰのクラッド層７
を成長する。
【００２１】この回折格子の構造（超周期構造という）
を模式的に表したのが図２である。超周期構造回折格子
は、最大ピッチΛａに対応する回折波長λａから最小ピ
ッチΛｂに対応する回折波長Λｂまでの間の波長領域
に、Λｓに反比例する間隔で複数の回折波長を有する。
その後、メサエッチングによって結合部１６によって結
合されたＹ字型導波路を形成し、この導波路をｎ型Ｉｎ
Ｐの電流阻止層およびｐ型の電流阻止層（図示せず。）
によって埋め込み、電流狭窄と光の横方向閉じ込めを行
う。さらに、発光領域３に電流を注入するためのｎ型の
電極１０ａと、分布型反射器４ａ、４ｂ及び位相制御領
域１１ａ、１１ｂの屈折率を変化させる波長制御手段１
８ａ、１８ｂ、位相制御手段１７ａ、１７ｂのための電
流を流すために必要なｎ型の電極１０ｂ、１０ｃをそれ
ぞれのクラッド層上面に蒸着によって形成する。このあ
と基板を厚さ１００μｍまで研磨し、研磨面にｐ型の電
極１０ｄを蒸着およびアロイングによって形成する。分
布型反射器４ａ、４ｂを共振器の片側の反射面とし、出
力端部２０を反対側の反射面とする共振手段の場合、共
振手段の実効的な光学長は分布型反射器４ａ、４ｂの反
射効率によって異なるため、分布型反射器を２つ使用し
て共振手段を複数形成する場合には、２つの共振手段に
固有のファブリペローモードを一致させる必要がある。
この実施例では、位相制御領域の導波路の上面に電極を
設け、位相制御手段１７ａ、１７ｂとして電流を注入し
て位相制御領域１１ａ、１１ｂの導波路の屈折率を変化
させているが、後述する請求項５に記載の発明のように
Ａｕ薄膜抵抗により加熱して位相制御領域１１ａ、１１
ｂの導波路の屈折率を変えることもできる。
を模式的に表したのが図２である。超周期構造回折格子
は、最大ピッチΛａに対応する回折波長λａから最小ピ
ッチΛｂに対応する回折波長Λｂまでの間の波長領域
に、Λｓに反比例する間隔で複数の回折波長を有する。
その後、メサエッチングによって結合部１６によって結
合されたＹ字型導波路を形成し、この導波路をｎ型Ｉｎ
Ｐの電流阻止層およびｐ型の電流阻止層（図示せず。）
によって埋め込み、電流狭窄と光の横方向閉じ込めを行
う。さらに、発光領域３に電流を注入するためのｎ型の
電極１０ａと、分布型反射器４ａ、４ｂ及び位相制御領
域１１ａ、１１ｂの屈折率を変化させる波長制御手段１
８ａ、１８ｂ、位相制御手段１７ａ、１７ｂのための電
流を流すために必要なｎ型の電極１０ｂ、１０ｃをそれ
ぞれのクラッド層上面に蒸着によって形成する。このあ
と基板を厚さ１００μｍまで研磨し、研磨面にｐ型の電
極１０ｄを蒸着およびアロイングによって形成する。分
布型反射器４ａ、４ｂを共振器の片側の反射面とし、出
力端部２０を反対側の反射面とする共振手段の場合、共
振手段の実効的な光学長は分布型反射器４ａ、４ｂの反
射効率によって異なるため、分布型反射器を２つ使用し
て共振手段を複数形成する場合には、２つの共振手段に
固有のファブリペローモードを一致させる必要がある。
この実施例では、位相制御領域の導波路の上面に電極を
設け、位相制御手段１７ａ、１７ｂとして電流を注入し
て位相制御領域１１ａ、１１ｂの導波路の屈折率を変化
させているが、後述する請求項５に記載の発明のように
Ａｕ薄膜抵抗により加熱して位相制御領域１１ａ、１１
ｂの導波路の屈折率を変えることもできる。
【００２２】（実施例２）次に、請求項１および請求項
２の発明の実施例を図３を用いて説明する。図３（Ａ）
は上面図、図３（Ｂ）はイ−ロでの断面図である。請求
項１に記載の発明の分布型反射器４ａ、４ｂはそれぞれ
一様ピッチΛの回折格子を有するとし、これらの導波路
にそれぞれ異なった周期を有し、且つその周期が２回以
上繰り返される温度分布を生成するため、分布型反射器
４ａ、４ｂの上面に、それぞれ波長制御手段１８ａ、１
８ｂのための電極１０ｃおよび絶縁のためのＳｉＯ２の
絶縁膜１２を介して、Ａｕ薄膜抵抗１３を形成する。Ａ
ｕ薄膜抵抗１３は、電流を流すためのワイアを結線する
ための２つのパッド部と発熱するストライプ部分とから
なる。ただし、第１の分布型反射器４ａと第２の分布型
反射器４ｂでは、生成される温度分布の周期が異なるよ
うに、Ａｕ薄膜抵抗１３の発熱量分布の周期を変えてお
く必要がある。ここに図示した例では、多数のＡｕ薄膜
抵抗１３をそれぞれ異なる間隔で配置することで、発熱
量分布を異なる間隔にしている。
２の発明の実施例を図３を用いて説明する。図３（Ａ）
は上面図、図３（Ｂ）はイ−ロでの断面図である。請求
項１に記載の発明の分布型反射器４ａ、４ｂはそれぞれ
一様ピッチΛの回折格子を有するとし、これらの導波路
にそれぞれ異なった周期を有し、且つその周期が２回以
上繰り返される温度分布を生成するため、分布型反射器
４ａ、４ｂの上面に、それぞれ波長制御手段１８ａ、１
８ｂのための電極１０ｃおよび絶縁のためのＳｉＯ２の
絶縁膜１２を介して、Ａｕ薄膜抵抗１３を形成する。Ａ
ｕ薄膜抵抗１３は、電流を流すためのワイアを結線する
ための２つのパッド部と発熱するストライプ部分とから
なる。ただし、第１の分布型反射器４ａと第２の分布型
反射器４ｂでは、生成される温度分布の周期が異なるよ
うに、Ａｕ薄膜抵抗１３の発熱量分布の周期を変えてお
く必要がある。ここに図示した例では、多数のＡｕ薄膜
抵抗１３をそれぞれ異なる間隔で配置することで、発熱
量分布を異なる間隔にしている。
【００２３】図４には請求項２の発明の実施例における
分布型反射器４ａ、４ｂの導波路の温度分布の一例とし
て、Ａｕ薄膜抵抗１３を厚さ１０００Å、ストライプ幅
１０μｍ、長さ１００μｍとして、それぞれ０．２Ｗま
たは０．４Ｗずつ電力を与えたときの数値解析によるシ
ミュレーション結果を示す。横軸の座標は相対的位置を
示す。温度差が１０℃あると、実効ブラッグ反射波長は
約１．１ｎｍ異なる。
分布型反射器４ａ、４ｂの導波路の温度分布の一例とし
て、Ａｕ薄膜抵抗１３を厚さ１０００Å、ストライプ幅
１０μｍ、長さ１００μｍとして、それぞれ０．２Ｗま
たは０．４Ｗずつ電力を与えたときの数値解析によるシ
ミュレーション結果を示す。横軸の座標は相対的位置を
示す。温度差が１０℃あると、実効ブラッグ反射波長は
約１．１ｎｍ異なる。
【００２４】（実施例３）次に、請求項４の発明の実施
例を図５を用いて説明する。分布型反射器の内部の回折
格子を図５（Ａ）に模式図を示すサンプルドグレーティ
ングとして形成することでも、請求項２に記載の発明と
同様の機能が得られる。図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示す
サンプルドグレーティングにおいてΛ＝２３５０Å、等
価屈折率ｎ＝３．６８７５、Λｓ＝４５μｍ、Ｚ＝５μ
ｍ、分布型反射器の領域長を５００μｍとしたときの分
布型反射器の反射特性の計算値を示した図である。１．
５５μｍを中心として全体で約６０ｎｍのモード選択が
可能であることを示している。この回折格子の超周期Λ
ｓを互いに変えた第１および第２の分布型反射器を形成
する。
例を図５を用いて説明する。分布型反射器の内部の回折
格子を図５（Ａ）に模式図を示すサンプルドグレーティ
ングとして形成することでも、請求項２に記載の発明と
同様の機能が得られる。図５（Ｂ）は図５（Ａ）に示す
サンプルドグレーティングにおいてΛ＝２３５０Å、等
価屈折率ｎ＝３．６８７５、Λｓ＝４５μｍ、Ｚ＝５μ
ｍ、分布型反射器の領域長を５００μｍとしたときの分
布型反射器の反射特性の計算値を示した図である。１．
５５μｍを中心として全体で約６０ｎｍのモード選択が
可能であることを示している。この回折格子の超周期Λ
ｓを互いに変えた第１および第２の分布型反射器を形成
する。
【００２５】（実施例４）次に、請求項１、請求項２お
よび請求項５の発明の実施例を図６を用いて説明する。
図６（Ａ）は分布型反射器と位相制御領域の上面図、図
６（Ｂ）はイ−ロでの断面図である。分布型反射器４ｂ
の上部は見やすくするため、Ａｕ薄膜抵抗１３は記載し
ていない。以上述べてきた実施例では、分布型反射器４
ａ、４ｂと位相制御領域１１ａ、１１ｂの導波路の屈折
率を制御するため、電流注入用の電極を導波路の上部に
形成し、電流を注入することにより行なってきた。しか
し、この場合、損失の増大や屈折率の揺らぎによるスペ
クトル線幅の劣化という問題が残る。そこで、位相制御
領域１１ａ、１１ｂおよび分布型反射器４ａ、４ｂの上
面には、絶縁のためのＳｉＯ２膜の絶縁膜１２を介して
加熱手段１４としてＡｕ薄膜抵抗１４ａ、１４ｂを形成
する。この実施例では実施例２と同様に、ＳｉＯ２の絶
縁膜１２を介してさらにＡｕ薄膜抵抗１３を設け、加熱
して、導波路に温度分布を生成している。Ａｕ薄膜抵抗
１４ａは、分布型反射器の屈折率を変えて波長を制御す
る分布型反射器の屈折率を変えて波長を制御する波長制
御手段１８ａ、１８ｂとなる。また、Ａｕ薄膜抵抗１４
ｂは、分布型反射器により回折される光の位相をそれぞ
れ制御するための位相制御手段１７ａ、１７ｂとなる。
その結果、実際に作製した素子では、しきい値電流１５
ｍＡ、１００ｍＡ時で１０ｍＷの高出力が得られ、可変
幅も４０ｎｍ以上が確保された。しかも熱による屈折率
変化は導波路の損失がほとんど増大しないため、定出力
動作での波長掃引においても、駆動電流の増大は高々２
割程度に抑えられた。また、サイドモード抑圧比も常に
３０ｄＢ以上であり、良好な単一モード特性が得られ
た。以上、いずれの図においてもスケールは明記してい
ない限りは任意であり、導波路の幅、回折格子の形状、
薄膜抵抗のストライプ幅など微細な部分は強調して描い
ている。また複合共振器の形成方法は、Ｙ字型結合器に
よらずとも、結晶面を利用するなどして半導体基板上に
反射面を形成して結合させる方法や、ハイブリッド方式
にする方法なども、本発明の請求項の範疇に含まれるも
のとする。
よび請求項５の発明の実施例を図６を用いて説明する。
図６（Ａ）は分布型反射器と位相制御領域の上面図、図
６（Ｂ）はイ−ロでの断面図である。分布型反射器４ｂ
の上部は見やすくするため、Ａｕ薄膜抵抗１３は記載し
ていない。以上述べてきた実施例では、分布型反射器４
ａ、４ｂと位相制御領域１１ａ、１１ｂの導波路の屈折
率を制御するため、電流注入用の電極を導波路の上部に
形成し、電流を注入することにより行なってきた。しか
し、この場合、損失の増大や屈折率の揺らぎによるスペ
クトル線幅の劣化という問題が残る。そこで、位相制御
領域１１ａ、１１ｂおよび分布型反射器４ａ、４ｂの上
面には、絶縁のためのＳｉＯ２膜の絶縁膜１２を介して
加熱手段１４としてＡｕ薄膜抵抗１４ａ、１４ｂを形成
する。この実施例では実施例２と同様に、ＳｉＯ２の絶
縁膜１２を介してさらにＡｕ薄膜抵抗１３を設け、加熱
して、導波路に温度分布を生成している。Ａｕ薄膜抵抗
１４ａは、分布型反射器の屈折率を変えて波長を制御す
る分布型反射器の屈折率を変えて波長を制御する波長制
御手段１８ａ、１８ｂとなる。また、Ａｕ薄膜抵抗１４
ｂは、分布型反射器により回折される光の位相をそれぞ
れ制御するための位相制御手段１７ａ、１７ｂとなる。
その結果、実際に作製した素子では、しきい値電流１５
ｍＡ、１００ｍＡ時で１０ｍＷの高出力が得られ、可変
幅も４０ｎｍ以上が確保された。しかも熱による屈折率
変化は導波路の損失がほとんど増大しないため、定出力
動作での波長掃引においても、駆動電流の増大は高々２
割程度に抑えられた。また、サイドモード抑圧比も常に
３０ｄＢ以上であり、良好な単一モード特性が得られ
た。以上、いずれの図においてもスケールは明記してい
ない限りは任意であり、導波路の幅、回折格子の形状、
薄膜抵抗のストライプ幅など微細な部分は強調して描い
ている。また複合共振器の形成方法は、Ｙ字型結合器に
よらずとも、結晶面を利用するなどして半導体基板上に
反射面を形成して結合させる方法や、ハイブリッド方式
にする方法なども、本発明の請求項の範疇に含まれるも
のとする。
【００２６】
【効果】請求項１、請求項２、請求項３及び請求項４に
記載の発明では、半導体レーザの利得帯域全体に匹敵す
る広帯域発振波長モード選択が可能となるうえ、出力も
通常の半導体レーザと遜色のない高出力が得られる。請
求項５に記載の発明では、波長制御手段、位相制御手段
として加熱手段を用いたので、損失の増大やスペクトル
線幅の劣化といった問題は生じない。
記載の発明では、半導体レーザの利得帯域全体に匹敵す
る広帯域発振波長モード選択が可能となるうえ、出力も
通常の半導体レーザと遜色のない高出力が得られる。請
求項５に記載の発明では、波長制御手段、位相制御手段
として加熱手段を用いたので、損失の増大やスペクトル
線幅の劣化といった問題は生じない。
【図１】 本発明の請求項１および請求項３の実施例の
上面図及び断面図である。
上面図及び断面図である。
【図２】 本発明の請求項１および請求項３の回折格子
構造を説明する模式図である。
構造を説明する模式図である。
【図３】 本発明の請求項１および請求項２の実施例の
上面図、及び断面図である。
上面図、及び断面図である。
【図４】 加熱手段によって生成される導波路内温度分
布のシミュレーション結果の一例である。
布のシミュレーション結果の一例である。
【図５】 本発明の請求項１および請求項４の実施例の
模式図、及び計算値を示した図である。
模式図、及び計算値を示した図である。
【図６】 本発明の請求項１、請求項２及び請求項５の
実施例の上面図、及び断面図である。
実施例の上面図、及び断面図である。
【図７】 従来の技術を説明した図である。
【図８】 従来の技術を説明した図である。
１ 基板 ２ 活性層 ３ 発光領域 ４ａ 分布型反射器 ４ｂ 分布型反射器 ５ａ 回折格子 ５ｂ 回折格子 ６ ガイド層 ７ クラッド層 １０ａ 電極 １０ｂ 電極 １０ｃ 電極 １０ｄ 電極 １１ａ 位相制御領域 １１ａ 位相制御領域 １２ 絶縁膜 １３ Ａｕ薄膜抵抗 １４ 加熱手段 １４ａ Ａｕ薄膜抵抗 １４ｂ Ａｕ薄膜抵抗 １６ 結合器。 １７ａ 位相制御手段 １７ｂ 位相制御手段 １８ａ 波長制御手段 １８ｂ 波長制御手段 ２０ 出力端部 ２１ 波長制御領域 ２２ 超周期構造回折格子。
Claims (5)
- 【請求項１】発光領域から発せられた光を共振手段を介
して出射するレーザ装置において、部分透過・部分反射
特性を有する出力端部（２０）と；第１のモードの光を
共振する共振手段を前記出力端部とともに構成する第１
の回折格子を備えた第１の分布型反射器（４ａ）と；第
２のモードの光を共振する共振手段を前記出力端部とと
もに構成する第２の回折格子を備えた第２の分布型反射
器（４ｂ）と；前記第１及び第２のモードの光を結合す
るための結合器（１６）と；前記第１及び第２の分布型
反射器により回折される光の位相をそれぞれ制御するた
めの第１及び第２の位相制御手段（１７ａ、１７ｂ）
と；前記第１及び第２の分布型反射器の屈折率を変えて
波長を制御する波長制御手段（１８ａ、１８ｂ）とを有
することを特徴とするレーザ装置。 - 【請求項２】第１の分布型反射器が導波路上に第１の周
期を有し、かつ該周期が２回以上繰り返される温度分布
を生成する手段を備え、第２の分布型反射器が導波路上
に第２の周期を有し、かつ該周期が２回以上繰り返され
る温度分布を生成する手段を備えたことを特徴とする請
求項１記載のレーザ装置。 - 【請求項３】第１の回折格子が第１の周期を持って繰り
返すチャープ状のピッチを有し、第２の回折格子が第２
の周期を持って繰り返すチャープ状のピッチを有するこ
とを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 - 【請求項４】第１の分布型反射器が回折格子の存在する
導波路部分と存在しない導波路部分とが第１の周期をも
って２回以上繰り返される構造を有し、第２の分布型反
射器が回折格子の存在する導波路部分と存在しない導波
路部分とが第２の周期をもって２回以上繰り返される構
造を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ装
置。 - 【請求項５】請求項１、請求項２、請求項３または請求
項４に記載の発明において、前記位相制御手段と前記波
長制御手段に加熱手段を用いたことを特徴とするレーザ
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29797192A JP3220259B2 (ja) | 1992-10-10 | 1992-10-10 | レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29797192A JP3220259B2 (ja) | 1992-10-10 | 1992-10-10 | レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06125138A true JPH06125138A (ja) | 1994-05-06 |
| JP3220259B2 JP3220259B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=17853466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29797192A Expired - Lifetime JP3220259B2 (ja) | 1992-10-10 | 1992-10-10 | レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3220259B2 (ja) |
Cited By (10)
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|---|---|---|---|---|
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| WO1998038710A1 (de) * | 1997-02-27 | 1998-09-03 | Deutsche Telekom Ag | Optoelektronisches bauelement |
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