JPH0613714A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0613714A JPH0613714A JP3259657A JP25965791A JPH0613714A JP H0613714 A JPH0613714 A JP H0613714A JP 3259657 A JP3259657 A JP 3259657A JP 25965791 A JP25965791 A JP 25965791A JP H0613714 A JPH0613714 A JP H0613714A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は２本の平行導波路を有するツイン
ストライプレーザに関し、特に一方の導波路から他方へ
の光の結合により、両端面における出力光分布が互いに
鏡像となる交差モードを発生し、しかも交差モード間で
双安定となるという、希な発振の仕方をする半導体レー
ザに関するものである。従来は、かなり限られた範囲の
光出力においてのみ交差モードが発生するとされてい
た。本発明では、この理由が単一共鳴モードのみを考慮
していたためであることを指摘し、２つの共鳴モードの
同時発振を考慮して計算を行った。 【構成】 ２モード発振の考慮により、単一交差モード
を発生する光出力を下限とする任意の光出力（上限は無
い）において、交差モード双安定性の発生が可能となる
ことが示された。
ストライプレーザに関し、特に一方の導波路から他方へ
の光の結合により、両端面における出力光分布が互いに
鏡像となる交差モードを発生し、しかも交差モード間で
双安定となるという、希な発振の仕方をする半導体レー
ザに関するものである。従来は、かなり限られた範囲の
光出力においてのみ交差モードが発生するとされてい
た。本発明では、この理由が単一共鳴モードのみを考慮
していたためであることを指摘し、２つの共鳴モードの
同時発振を考慮して計算を行った。 【構成】 ２モード発振の考慮により、単一交差モード
を発生する光出力を下限とする任意の光出力（上限は無
い）において、交差モード双安定性の発生が可能となる
ことが示された。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は２本の平行導波路を有
するツインストライプレーザに関し、特に一方の導波路
から他方への光の結合により、両端面における出力光分
布が互いに鏡像となる交差モードを発生するという、希
な発振の仕方をする半導体レーザに関するものである。
するツインストライプレーザに関し、特に一方の導波路
から他方への光の結合により、両端面における出力光分
布が互いに鏡像となる交差モードを発生するという、希
な発振の仕方をする半導体レーザに関するものである。
【０００２】この半導体レーザは交差モードを発生する
条件においては、それのほぼ対称な光分布を持つ交差モ
ードとの間で双安定となるため、光メモリ，光スイッ
チ，光論理素子として使用し得る。
条件においては、それのほぼ対称な光分布を持つ交差モ
ードとの間で双安定となるため、光メモリ，光スイッ
チ，光論理素子として使用し得る。
【０００３】
【従来の技術】通常の半導体レーザは、左右対称な注入
電流分布の場合、左右対称な光を出射する。これに対
し、２本の平行陽極を持つツインストライプレーザ（陰
極は広いものが一つである）において、左右対称な注入
電流にも係わらず出射光分布が非対象で、かつ両端面に
おける分布が互いに鏡像になる発振形態がある。これは
一方の導波路から他方の導波路へ交差して移って行くと
いう意味で、交差モードと名付けられている。この逆
に、一つの陽極と２本の陰極でも全く構わない。しか
し、２電極と呼ぶと、１陽極１陰極の通常のレーザとの
混同の恐れがあるので、本特許では便宜上２本の方を陽
極としておく。実際のレーザでは正孔の方が拡散が遅い
ため、陽極の方を２本にすることが普通である。
電流分布の場合、左右対称な光を出射する。これに対
し、２本の平行陽極を持つツインストライプレーザ（陰
極は広いものが一つである）において、左右対称な注入
電流にも係わらず出射光分布が非対象で、かつ両端面に
おける分布が互いに鏡像になる発振形態がある。これは
一方の導波路から他方の導波路へ交差して移って行くと
いう意味で、交差モードと名付けられている。この逆
に、一つの陽極と２本の陰極でも全く構わない。しか
し、２電極と呼ぶと、１陽極１陰極の通常のレーザとの
混同の恐れがあるので、本特許では便宜上２本の方を陽
極としておく。実際のレーザでは正孔の方が拡散が遅い
ため、陽極の方を２本にすることが普通である。
【０００４】このモードは最初、不完全な形ではある
が、１９８３年ＷｈｉｔｅとＣａｒｒｏｌｌによって実
験的に発見された。その発生メカニズムは長らく不明で
あったが、７年後に、渡辺らにより理論的に明らかにさ
れ、双安定となることも示された（文献［１，２］）。
が、１９８３年ＷｈｉｔｅとＣａｒｒｏｌｌによって実
験的に発見された。その発生メカニズムは長らく不明で
あったが、７年後に、渡辺らにより理論的に明らかにさ
れ、双安定となることも示された（文献［１，２］）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らによる先の
出願、特願平２−７８４１５号（文献［１］）に開示さ
れた理論では、交差モードおよび双安定性が現われるの
は、非常に狭い範囲の光出力の場合に限られていた。本
発明は、この点を大幅に改善するものである。
出願、特願平２−７８４１５号（文献［１］）に開示さ
れた理論では、交差モードおよび双安定性が現われるの
は、非常に狭い範囲の光出力の場合に限られていた。本
発明は、この点を大幅に改善するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は２本の平行導波
路を有し、２つの共鳴モードの同時発振によって、両端
面における出射光分布が互いに鏡像となる交差モードを
発生し、かつ交差モード間で双安定性を有することを特
徴とする。
路を有し、２つの共鳴モードの同時発振によって、両端
面における出射光分布が互いに鏡像となる交差モードを
発生し、かつ交差モード間で双安定性を有することを特
徴とする。
【０００７】
【作用】本発明ではまず、特願平２−７８４１５号にお
ける限界の理由が、奇類似または偶類似共鳴モードの一
方のみの発振しか考慮されていなかったためであること
を示し、両モードの同時発振を考慮して計算を行う。そ
の結果、従来の理論では存在しなかった安定解を見いだ
し、広い範囲の光出力に対して交差モード発生が可能な
ことを示す。
ける限界の理由が、奇類似または偶類似共鳴モードの一
方のみの発振しか考慮されていなかったためであること
を示し、両モードの同時発振を考慮して計算を行う。そ
の結果、従来の理論では存在しなかった安定解を見いだ
し、広い範囲の光出力に対して交差モード発生が可能な
ことを示す。
【０００８】理論的考察および計算機シミュレーション
によって、従来安定解の存在しなかった領域では２モー
ド同時発振が起こること、非常に広い範囲の光出力、す
なわち、特願平２−７８４１５号で求めた条件よりも強
い、任意の光出力において交差モードおよび双安定性が
現われることが示される。
によって、従来安定解の存在しなかった領域では２モー
ド同時発振が起こること、非常に広い範囲の光出力、す
なわち、特願平２−７８４１５号で求めた条件よりも強
い、任意の光出力において交差モードおよび双安定性が
現われることが示される。
【０００９】
【実施例】ここでは奇類似モードが主たる役割を果たす
先の出願のモデルをもとにして例を示す。偶類似モード
が主たる役割を果たすモデルに基づく場合も、理論の筋
道は全く同じであり、ただ奇類似モードと偶類似モード
の役割が入れ替わるだけである。
先の出願のモデルをもとにして例を示す。偶類似モード
が主たる役割を果たすモデルに基づく場合も、理論の筋
道は全く同じであり、ただ奇類似モードと偶類似モード
の役割が入れ替わるだけである。
【００１０】（１）モデル 図１に計算モデルのレーザ構造模式図を示す。特願平２
−７８４１５号と同じなので、簡単に説明を行う。図１
（ａ）はレーザの上面図で、活性導波路の領域を４つに
区分してＷＧ1 〜ＷＧ4 、それぞれのキャリア密度をＮ
1 〜Ｎ4 と名付け、Ｎ1 ＝Ｎ4 かつＮ2 ＝Ｎ3 の場合を
調べた。Ｎ0 は平均キャリア密度であり、Δｃは（Ｎ1
−Ｎ2 ）／Ｎ0 で定義される、左右のキャリア密度差を
表わすパラメータである。Ｐ1 〜Ｐ4 はそれぞれＷＧ1
〜ＷＧ4 から出てくるパワーであり、キャリアが上記の
ように斜めの分布をもっていると、両端面から出射され
る光パターンが互いに鏡像となる（Ｐ1 ＝Ｐ4 ，Ｐ2 ＝
Ｐ3 ）。電極も同様に４つに区分して考え、ＷＧ1 〜Ｗ
Ｇ4 に注入される電流をそれぞれＣｕ1 〜Ｃｕ4 とす
る。注入電流は光パワーに比例する誘導再結合項と、キ
ャリア密度のみに依存する自然再結合項との和で表され
るので、Ｃｕ1 ＝Ｃｕ4 ，Ｃｕ2 ＝Ｃｕ3 が成り立つ。
−７８４１５号と同じなので、簡単に説明を行う。図１
（ａ）はレーザの上面図で、活性導波路の領域を４つに
区分してＷＧ1 〜ＷＧ4 、それぞれのキャリア密度をＮ
1 〜Ｎ4 と名付け、Ｎ1 ＝Ｎ4 かつＮ2 ＝Ｎ3 の場合を
調べた。Ｎ0 は平均キャリア密度であり、Δｃは（Ｎ1
−Ｎ2 ）／Ｎ0 で定義される、左右のキャリア密度差を
表わすパラメータである。Ｐ1 〜Ｐ4 はそれぞれＷＧ1
〜ＷＧ4 から出てくるパワーであり、キャリアが上記の
ように斜めの分布をもっていると、両端面から出射され
る光パターンが互いに鏡像となる（Ｐ1 ＝Ｐ4 ，Ｐ2 ＝
Ｐ3 ）。電極も同様に４つに区分して考え、ＷＧ1 〜Ｗ
Ｇ4 に注入される電流をそれぞれＣｕ1 〜Ｃｕ4 とす
る。注入電流は光パワーに比例する誘導再結合項と、キ
ャリア密度のみに依存する自然再結合項との和で表され
るので、Ｃｕ1 ＝Ｃｕ4 ，Ｃｕ2 ＝Ｃｕ3 が成り立つ。
【００１１】図１（ｂ）は断面図である。活性導波路は
上下だけでなく横方向にも作り付けの屈折率閉じ込め構
造をもつものとする（埋め込みダブルヘテロ構造と呼ば
れる）。εa ，ε1 ，εt はそれぞれ活性（ａｃｔｉｖ
ｅ）導波路，横方向（ｘ方向；ｌａｔｅｒａｌ ｄｉｒ
ｅｃｔｉｏｎ）クラッド，縦方向（ｙ方向；ｔｒａｎｓ
ｖｅｒｓｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）クラッドの誘電率
で、Ｒｅ（εa ）＞Ｒｅ（ε1 ）≫Ｒｅ（εt ）なる関
係をもたせてある。この条件を満たすためにはＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓ材料の場合、Ｇａに対するＡｌの割合を示す
ｘを導波路では小さく、横方向クラッドではやや大き
く、縦方向クラッドではさらにもっと大きくなるように
すればよい。本実施例ではキャリアのないときの誘電率
をεa ＝１３．１−０．０２３ｉ（ＧａＡｓバルクの
値），ε1 ＝１２．９，εt ＝１１．４，活性層幅０．
１μｍ，導波路幅２μｍ，導波路間隔１μｍとした例に
ついて計算した。計算を複雑にしないため、まずキャリ
ア分布固定の条件で電界分布を求め、次にこれらを保持
するに必要な電流分布を求めるという順序を取る。電流
分布は、光パワーに比例する項と、キャリア密度のみに
依存する項の和になる。詳しい計算方法は文献［１，
２］に述べられている。
上下だけでなく横方向にも作り付けの屈折率閉じ込め構
造をもつものとする（埋め込みダブルヘテロ構造と呼ば
れる）。εa ，ε1 ，εt はそれぞれ活性（ａｃｔｉｖ
ｅ）導波路，横方向（ｘ方向；ｌａｔｅｒａｌ ｄｉｒ
ｅｃｔｉｏｎ）クラッド，縦方向（ｙ方向；ｔｒａｎｓ
ｖｅｒｓｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）クラッドの誘電率
で、Ｒｅ（εa ）＞Ｒｅ（ε1 ）≫Ｒｅ（εt ）なる関
係をもたせてある。この条件を満たすためにはＡｌx Ｇ
ａ1-x Ａｓ材料の場合、Ｇａに対するＡｌの割合を示す
ｘを導波路では小さく、横方向クラッドではやや大き
く、縦方向クラッドではさらにもっと大きくなるように
すればよい。本実施例ではキャリアのないときの誘電率
をεa ＝１３．１−０．０２３ｉ（ＧａＡｓバルクの
値），ε1 ＝１２．９，εt ＝１１．４，活性層幅０．
１μｍ，導波路幅２μｍ，導波路間隔１μｍとした例に
ついて計算した。計算を複雑にしないため、まずキャリ
ア分布固定の条件で電界分布を求め、次にこれらを保持
するに必要な電流分布を求めるという順序を取る。電流
分布は、光パワーに比例する項と、キャリア密度のみに
依存する項の和になる。詳しい計算方法は文献［１，
２］に述べられている。
【００１２】（２）共鳴モード 対称電流注入において、ある時、両端面の光出力が互い
に鏡像となるような非対称光出力が発生したとすると、
誘導再結合によって、光の強い部分のキャリアが少なく
なる（図１参照）。これによって一時的に非対称なキャ
リア分布が発生したとしても、通常は次の瞬間に、キャ
リアの多いところの光を強め、キャリアの少ないところ
を弱める作用が起こり、元の対称なパターンに戻ってし
まう。しかしながらこれとは逆に、図１のような非対称
なキャリア分布が、キャリアの少ない部分に強いパワー
を持つ光分布を支持する条件であれば、これらの非対称
な光分布と非対称なキャリア分布は互いに支え合って、
対称注入電流の下で共存できる。
に鏡像となるような非対称光出力が発生したとすると、
誘導再結合によって、光の強い部分のキャリアが少なく
なる（図１参照）。これによって一時的に非対称なキャ
リア分布が発生したとしても、通常は次の瞬間に、キャ
リアの多いところの光を強め、キャリアの少ないところ
を弱める作用が起こり、元の対称なパターンに戻ってし
まう。しかしながらこれとは逆に、図１のような非対称
なキャリア分布が、キャリアの少ない部分に強いパワー
を持つ光分布を支持する条件であれば、これらの非対称
な光分布と非対称なキャリア分布は互いに支え合って、
対称注入電流の下で共存できる。
【００１３】上記のことから、交差モード発生の条件
は、図１のような斜めのキャリア分布があったときに、
キャリアの少ない導波路に大きなピークを持つモードが
最大利得を持つことであることがわかる。文献［１，
２］に示されているように、実際にそのような条件は存
在する。利得の低いところに強い光が現われる理由は複
雑なので、キャリアの存在が利得を上げると同時に屈折
率を下げることに関連するということを述べておくにと
どめる。
は、図１のような斜めのキャリア分布があったときに、
キャリアの少ない導波路に大きなピークを持つモードが
最大利得を持つことであることがわかる。文献［１，
２］に示されているように、実際にそのような条件は存
在する。利得の低いところに強い光が現われる理由は複
雑なので、キャリアの存在が利得を上げると同時に屈折
率を下げることに関連するということを述べておくにと
どめる。
【００１４】このようにキャリアが斜めの分布を持つと
きには、一往復しても形の変わらない共鳴横モードの光
の分布も、図２のように斜めの分布を持つ。これはＬ＝
０．９５Ｌｃ（＜Ｌｃ），Δｃ＝０．０２４の場合の例
である。２つの共鳴モードの形は屈折率分布でほぼ決定
され、利得分布によって、このモードのどちら（あるい
は両方）が選ばれるかが決定される。（ａ）は導波路間
で光強度がほぼ零になる場所があるので奇類似モード、
（ｂ）はそのような場所が無いので偶類似共鳴モードと
呼ぶ。±ｚ方向に伝搬する光のパワーを足し合わせてあ
る。このように、Ｌ＜Ｌｃでは奇類似モードがキャリア
の少ない側の導波路に、偶類似モードがキャリアの多い
側の導波路に大きいピークを持っている。これがＬ＜Ｌ
ｃの時にはちょうど逆になり、偶類似モードがキャリア
の少ない側に、奇類似モードがキャリアの多い側に大き
いピークを持つ。
きには、一往復しても形の変わらない共鳴横モードの光
の分布も、図２のように斜めの分布を持つ。これはＬ＝
０．９５Ｌｃ（＜Ｌｃ），Δｃ＝０．０２４の場合の例
である。２つの共鳴モードの形は屈折率分布でほぼ決定
され、利得分布によって、このモードのどちら（あるい
は両方）が選ばれるかが決定される。（ａ）は導波路間
で光強度がほぼ零になる場所があるので奇類似モード、
（ｂ）はそのような場所が無いので偶類似共鳴モードと
呼ぶ。±ｚ方向に伝搬する光のパワーを足し合わせてあ
る。このように、Ｌ＜Ｌｃでは奇類似モードがキャリア
の少ない側の導波路に、偶類似モードがキャリアの多い
側の導波路に大きいピークを持っている。これがＬ＜Ｌ
ｃの時にはちょうど逆になり、偶類似モードがキャリア
の少ない側に、奇類似モードがキャリアの多い側に大き
いピークを持つ。
【００１５】（３）２モード発振を考慮した計算結果 図３に、Ｌ／Ｌｃ＝０．９５の場合の、Ｐ1 ／Ｐ2 とＣ
ｕ1 ／Ｃｕ2 の関係を、−０．０２６≦Δｃ≦０．０２
６の範囲について計算した結果を示す。実線は単一モー
ド安定解、点線は単一モード不安定解、破線は２モード
安定解である。図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｅ）の
単一モード解は、既出力の特願平２−７８４１５号に示
してあるものとする。
ｕ1 ／Ｃｕ2 の関係を、−０．０２６≦Δｃ≦０．０２
６の範囲について計算した結果を示す。実線は単一モー
ド安定解、点線は単一モード不安定解、破線は２モード
安定解である。図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｅ）の
単一モード解は、既出力の特願平２−７８４１５号に示
してあるものとする。
【００１６】注入電流は、光パワーに比例する誘導再結
合項と、キャリア密度のみに依存する自然再結合項との
和でほぼ表される。出力光電力が零である図３（ａ）に
おいては、電流分布はキャリア分布のみによって決ま
り、Δｃに対して電流比Ｃｕ1／Ｃｕ2 は単調に増え
る。光パワー比Ｐ1 ／Ｐ2 はΔｃが０から０．０２４ま
で増加する間は単調に減少する。これは、奇類似モード
の方が高い利得をもち、そのパワーがＷＧ2 （およびＷ
Ｇ3 ）に偏って行くからである。この間、利得の低い
（従って現われない）偶類似モードのパワーはＷＧ1
（およびＷＧ4 ）に偏って行く。Δｃ＝０．０２４にお
いて、Ｐ1 ／Ｐ2 は不連続に１より大きい値に変化す
る。これは、Δｃ＝０．０２４を境として、奇類似モー
ド（図２（ａ））よりも偶類似モード（図２（ｃ））の
利得の方が高くなり、後者へスイッチするためのであ
る。したがって出力光が非常に小さいとき、Ｃｕ1 ／Ｃ
ｕ2 ＝１．０５付近における僅かな電流比変化が、共鳴
モードのスイッチとそれによる大きな光電力比変化をも
たらす。
合項と、キャリア密度のみに依存する自然再結合項との
和でほぼ表される。出力光電力が零である図３（ａ）に
おいては、電流分布はキャリア分布のみによって決ま
り、Δｃに対して電流比Ｃｕ1／Ｃｕ2 は単調に増え
る。光パワー比Ｐ1 ／Ｐ2 はΔｃが０から０．０２４ま
で増加する間は単調に減少する。これは、奇類似モード
の方が高い利得をもち、そのパワーがＷＧ2 （およびＷ
Ｇ3 ）に偏って行くからである。この間、利得の低い
（従って現われない）偶類似モードのパワーはＷＧ1
（およびＷＧ4 ）に偏って行く。Δｃ＝０．０２４にお
いて、Ｐ1 ／Ｐ2 は不連続に１より大きい値に変化す
る。これは、Δｃ＝０．０２４を境として、奇類似モー
ド（図２（ａ））よりも偶類似モード（図２（ｃ））の
利得の方が高くなり、後者へスイッチするためのであ
る。したがって出力光が非常に小さいとき、Ｃｕ1 ／Ｃ
ｕ2 ＝１．０５付近における僅かな電流比変化が、共鳴
モードのスイッチとそれによる大きな光電力比変化をも
たらす。
【００１７】光の存在が上記のグラフに与える影響を調
べてみよう。次の図３（ｂ）はＰo＝０．２２ｍＷの場
合である。光電力が大きいほど誘導再結合の効果は大き
い。したがって、Ｐ1 ／Ｐ2 ＞１である上半分は右へ、
Ｐ1 ／Ｐ2 ＜１である下半分は左へ、Ｐ1 ／Ｐ2 が１よ
り離れている点ほど大きく移動する。その結果、どちら
の共鳴モードも単独では光電力比を与えない電流比の領
域（図３（ｂ）においては１．０３＜｜Ｃｕ1 ／Ｃｕ2
｜＜１．０７）が現われる。従来は、この領域での解が
得られておらず、これを求めるのが本発明の主題であ
る。
べてみよう。次の図３（ｂ）はＰo＝０．２２ｍＷの場
合である。光電力が大きいほど誘導再結合の効果は大き
い。したがって、Ｐ1 ／Ｐ2 ＞１である上半分は右へ、
Ｐ1 ／Ｐ2 ＜１である下半分は左へ、Ｐ1 ／Ｐ2 が１よ
り離れている点ほど大きく移動する。その結果、どちら
の共鳴モードも単独では光電力比を与えない電流比の領
域（図３（ｂ）においては１．０３＜｜Ｃｕ1 ／Ｃｕ2
｜＜１．０７）が現われる。従来は、この領域での解が
得られておらず、これを求めるのが本発明の主題であ
る。
【００１８】不連続になるΔｃ＝０．０２４においては
２つの共鳴モードの利得は等しいため、２モードが共存
する可能性がある。しかし従来、この可能性は考慮の外
に置かれていた。その理由は、光の周波数を固定（２つ
の共鳴モードの周波数が同じ）して考えており、２つの
共鳴モードの電界を重ねたものは、干渉によって一往復
後に形が変化し、安定な発振状態になるとは理解されな
かったためである。
２つの共鳴モードの利得は等しいため、２モードが共存
する可能性がある。しかし従来、この可能性は考慮の外
に置かれていた。その理由は、光の周波数を固定（２つ
の共鳴モードの周波数が同じ）して考えており、２つの
共鳴モードの電界を重ねたものは、干渉によって一往復
後に形が変化し、安定な発振状態になるとは理解されな
かったためである。
【００１９】今回さらに理論的検討を行った結果、２つ
の共鳴モードに対して異なる周波数を許すことにより、
次に述べるように、２モード共存が可能であることが判
明した。すなわち、従来解のなかった電流領域における
光パワー比を、破線のように求めることができた。ある
電磁界が共鳴モードとなるためには、一往復後に形が変
わらないのみでなく、位相も変わらないことが必要であ
る。現実には後者の条件によって、ある横モードに対す
る周波数が決定される。したがって異なる横モードに対
する周波数は一般にはわずかではあるが、異なる。
の共鳴モードに対して異なる周波数を許すことにより、
次に述べるように、２モード共存が可能であることが判
明した。すなわち、従来解のなかった電流領域における
光パワー比を、破線のように求めることができた。ある
電磁界が共鳴モードとなるためには、一往復後に形が変
わらないのみでなく、位相も変わらないことが必要であ
る。現実には後者の条件によって、ある横モードに対す
る周波数が決定される。したがって異なる横モードに対
する周波数は一般にはわずかではあるが、異なる。
【００２０】これに対し、横モードに関する理論解析に
おいては、通常、周波数をまず与えるため、位相条件は
満たされない。ただし、横モードが１つの場合には、わ
ずかな周波数の修正によって位相ずれが補償されるの
で、ほぼ気にする必要がない。ところで、横モードが２
つ以上存在するときは、それぞれに対して周波数が異な
ることを考慮にいれる必要がある。これを考慮すると、
２つの共鳴モードの間には干渉がないため、共存状態の
光分布は、単純にパワーを重ね合わせたものとなり、安
定な発振状態となり得る。このような理論的検討に基づ
いて、計算されたのが、図３中の破線の部分である。
おいては、通常、周波数をまず与えるため、位相条件は
満たされない。ただし、横モードが１つの場合には、わ
ずかな周波数の修正によって位相ずれが補償されるの
で、ほぼ気にする必要がない。ところで、横モードが２
つ以上存在するときは、それぞれに対して周波数が異な
ることを考慮にいれる必要がある。これを考慮すると、
２つの共鳴モードの間には干渉がないため、共存状態の
光分布は、単純にパワーを重ね合わせたものとなり、安
定な発振状態となり得る。このような理論的検討に基づ
いて、計算されたのが、図３中の破線の部分である。
【００２１】これらの動作点においてはΔｃの増加（減
少）に対して、その状態を保持するに必要なＣｕ1 ／Ｃ
ｕ2 は増加（減少）するので安定である。以上の考慮に
よって、任意のＣｕ1 ／Ｃｕ2 に対してＰ1 ／Ｐ2 が得
られる。
少）に対して、その状態を保持するに必要なＣｕ1 ／Ｃ
ｕ2 は増加（減少）するので安定である。以上の考慮に
よって、任意のＣｕ1 ／Ｃｕ2 に対してＰ1 ／Ｐ2 が得
られる。
【００２２】図３（ｃ）はＰｏ＝０．５５ｍＷの場合で
ある。単一モード解の一部は不安定になり、点線で示し
てある。この図は非常に狭い双安定領域（０．９９７＜
Ｃｕ1 ／Ｃｕ2 ＜１．００３）を持つ。特に、もし注入
電流が一様（Ｃｕ1 ＝Ｃｕ2）であったとしても、Ｐ1
／Ｐ2 ＝３または１／３という非対称な光出力が現われ
る。このときキャリア分布も非対称である。したがっ
て、これらの存在によって起こる自然再結合と誘導再結
合によるキャリアの減少を補うために必要な、それぞれ
の電流もまた非対称である。しかしながら、キャリアと
光の最大ピークは互いに反対側の導波路にあるため、こ
の２つの電流の総和は対称になり得るのである。単一奇
類似モードによるこのような双安定性が得られる条件
は、電流比のみでなく光出力も狭い範囲に限られている
（０．５ｍＷ＜Ｐｏ＜０．７ｍＷ）。
ある。単一モード解の一部は不安定になり、点線で示し
てある。この図は非常に狭い双安定領域（０．９９７＜
Ｃｕ1 ／Ｃｕ2 ＜１．００３）を持つ。特に、もし注入
電流が一様（Ｃｕ1 ＝Ｃｕ2）であったとしても、Ｐ1
／Ｐ2 ＝３または１／３という非対称な光出力が現われ
る。このときキャリア分布も非対称である。したがっ
て、これらの存在によって起こる自然再結合と誘導再結
合によるキャリアの減少を補うために必要な、それぞれ
の電流もまた非対称である。しかしながら、キャリアと
光の最大ピークは互いに反対側の導波路にあるため、こ
の２つの電流の総和は対称になり得るのである。単一奇
類似モードによるこのような双安定性が得られる条件
は、電流比のみでなく光出力も狭い範囲に限られている
（０．５ｍＷ＜Ｐｏ＜０．７ｍＷ）。
【００２３】図３（ｄ）にＰｏ＝０．８８ｍＷの場合の
結果を示す。光出力がこれくらい大きいと、Ｃｕ1 ／Ｃ
ｕ2 ＝１における安定単一モード解は消失する。その代
わり、それぞれの安定状態が２つの共鳴モードよりなる
双安定性が現われる。この２モード双安定性は、Ｐｏ＞
０．７ｍＷ（上限は無い）において現われる。
結果を示す。光出力がこれくらい大きいと、Ｃｕ1 ／Ｃ
ｕ2 ＝１における安定単一モード解は消失する。その代
わり、それぞれの安定状態が２つの共鳴モードよりなる
双安定性が現われる。この２モード双安定性は、Ｐｏ＞
０．７ｍＷ（上限は無い）において現われる。
【００２４】光出力をさらに２．２ｍＷまで増加する
と、図３（ｅ）に示したように、Ｃｕ1 ／Ｃｕ2 ＝１付
近の単一モード解は全て不安定になる。この場合の２モ
ード双安定の電流比範囲は０．９＜Ｃｕ1 ／Ｃｕ2 ＜
１．１であり、単一モード双安定の場合よりもはるかに
広い。Ｐｏの増加とともにこの電流範囲は広くなるが、
光電力比が１に近づいてしまうという欠点も生ずる。
と、図３（ｅ）に示したように、Ｃｕ1 ／Ｃｕ2 ＝１付
近の単一モード解は全て不安定になる。この場合の２モ
ード双安定の電流比範囲は０．９＜Ｃｕ1 ／Ｃｕ2 ＜
１．１であり、単一モード双安定の場合よりもはるかに
広い。Ｐｏの増加とともにこの電流範囲は広くなるが、
光電力比が１に近づいてしまうという欠点も生ずる。
【００２５】図４にＣｕ1 ／Ｃｕ2 ＝１の時の、一端面
における近視野像を示す。図４（ａ）はＰｏ＜０．５ｍ
Ｗの場合、図４（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれＰｏ＝０．５
５，０．８８，２．２ｍＷの双安定状態の一方を示して
いる。他方はこれらの左右を入れ替えた鏡像である。
（ｃ）と（ｄ）の光パワー分布（実線）は奇類似モード
（破線）と偶類似モード（点線）の両方で構成されてい
る。
における近視野像を示す。図４（ａ）はＰｏ＜０．５ｍ
Ｗの場合、図４（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれＰｏ＝０．５
５，０．８８，２．２ｍＷの双安定状態の一方を示して
いる。他方はこれらの左右を入れ替えた鏡像である。
（ｃ）と（ｄ）の光パワー分布（実線）は奇類似モード
（破線）と偶類似モード（点線）の両方で構成されてい
る。
【００２６】従来の単一モード双安定性を与える出力光
電力の値は、２モードも含めた双安定条件の下限になっ
ており、これ以上の光出力ならば交差モードが得られる
ことが明らかになった。
電力の値は、２モードも含めた双安定条件の下限になっ
ており、これ以上の光出力ならば交差モードが得られる
ことが明らかになった。
【００２７】本例の場合、従来は光出力が０．５〜０．
７ｍＷという狭い領域でのみ、交差モード双安定性が得
られると考えられていたが、今回の発明により、それよ
りも大きな任意の光出力（全体の電流レベルを上げるこ
とにより得られる）において、交差モード双安定性が得
られることが明らかになった。
７ｍＷという狭い領域でのみ、交差モード双安定性が得
られると考えられていたが、今回の発明により、それよ
りも大きな任意の光出力（全体の電流レベルを上げるこ
とにより得られる）において、交差モード双安定性が得
られることが明らかになった。
【００２８】図５にフリップ・フロップとしての応用例
を示す。交差モード発生状態にあるツインストライプレ
ーザは、単体で電子回路におけるセット・リセット・フ
リップ・フロップに類似なものになっている。図５は、
電流注入が一様（Ｃｕ1 ／Ｃｕ2 ＝１）でＰｏ＝０．５
５ｍＷの場合（単一奇類似モード双安定状態）の例を示
している。下側の導波路端面“１”と“２”をそれぞれ
セットおよびリセット信号の入り口、上側の導波路端面
と“４”と“３”をそれぞれ出力と補出力の出口と定義
する。最初、共鳴モードの最大ピークは実線で示したよ
うに“２”と“３”にあるとする。この状態は出力Ｑが
小さいのでオフ状態である。小さな光信号（セットパル
ス）を“１”に入射すると、光の分布は破線で示したも
う一方の安定状態（Ｑが大きいオン状態）にスイッチす
ることが期待される。この状態はリセットパルスが
“２”に入射されるまでは保持される。このようにし
て、電子回路の場合と同様に補出力をもつ光フリップ・
フロップが、ただ一つのツインストライプレーザによっ
て実現される。
を示す。交差モード発生状態にあるツインストライプレ
ーザは、単体で電子回路におけるセット・リセット・フ
リップ・フロップに類似なものになっている。図５は、
電流注入が一様（Ｃｕ1 ／Ｃｕ2 ＝１）でＰｏ＝０．５
５ｍＷの場合（単一奇類似モード双安定状態）の例を示
している。下側の導波路端面“１”と“２”をそれぞれ
セットおよびリセット信号の入り口、上側の導波路端面
と“４”と“３”をそれぞれ出力と補出力の出口と定義
する。最初、共鳴モードの最大ピークは実線で示したよ
うに“２”と“３”にあるとする。この状態は出力Ｑが
小さいのでオフ状態である。小さな光信号（セットパル
ス）を“１”に入射すると、光の分布は破線で示したも
う一方の安定状態（Ｑが大きいオン状態）にスイッチす
ることが期待される。この状態はリセットパルスが
“２”に入射されるまでは保持される。このようにし
て、電子回路の場合と同様に補出力をもつ光フリップ・
フロップが、ただ一つのツインストライプレーザによっ
て実現される。
【００２９】このスイッチは図３（ａ）のＣｕ1 ／Ｃｕ
2 〜１．０５付近における、電流比を微小に変化させる
ことによる、奇類似モードと偶類似モードとの間のスイ
ッチ（双安定ではない）とは違うことに注意が必要であ
る。図５の双安定スイッチでは全ての最初の量はその鏡
像に変化する。すなわち、電流比は１に固定されたまで
あり、一時的な（パルスの）光入力による双安定スイッ
チであり、Δｃは０．０１６から−０．０１６に変化
し、実線と破線の光分布はどちらも奇類似モードであ
る。
2 〜１．０５付近における、電流比を微小に変化させる
ことによる、奇類似モードと偶類似モードとの間のスイ
ッチ（双安定ではない）とは違うことに注意が必要であ
る。図５の双安定スイッチでは全ての最初の量はその鏡
像に変化する。すなわち、電流比は１に固定されたまで
あり、一時的な（パルスの）光入力による双安定スイッ
チであり、Δｃは０．０１６から−０．０１６に変化
し、実線と破線の光分布はどちらも奇類似モードであ
る。
【００３０】光出力をＰｏ＞０．７ｍＷにして２モード
にした場合も、同様な機能を得る。本発明により、この
ような有用な機能が、広い光出力範囲において可能とな
る。
にした場合も、同様な機能を得る。本発明により、この
ような有用な機能が、広い光出力範囲において可能とな
る。
【００３１】［参考文献］ ［１］渡辺正信，Ｉ．Ｈ．Ｗｈｉｔｅ，Ｊ．Ｅ．Ｃａｒ
ｒｏｌｌ、「半導体レーザ」、平成２年特願第７８４１
５号 ［２］Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｉ．Ｈ．Ｗｈｉｔｅ，ａ
ｎｄ Ｊ．Ｅ．Ｃａｒｒｏｌｌ，“Ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｌａｔｅ
ｒａｌ ｍｏｄｅ ｉｎ ａ ｔｗｉｎ−ｓｔｒｉｐｅ
ｆｏｕｒ−ｃｏｎｔａｃｔ ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ
ｄｉａｇｏｎａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｊｅｃｔｉｏ
ｎ”，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ，ｖｏｌ．２６，ｐｐ．１９４２−１９５３，１９９
０．
ｒｏｌｌ、「半導体レーザ」、平成２年特願第７８４１
５号 ［２］Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｉ．Ｈ．Ｗｈｉｔｅ，ａ
ｎｄ Ｊ．Ｅ．Ｃａｒｒｏｌｌ，“Ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｌａｔｅ
ｒａｌ ｍｏｄｅ ｉｎ ａ ｔｗｉｎ−ｓｔｒｉｐｅ
ｆｏｕｒ−ｃｏｎｔａｃｔ ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ
ｄｉａｇｏｎａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｊｅｃｔｉｏ
ｎ”，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ，ｖｏｌ．２６，ｐｐ．１９４２−１９５３，１９９
０．
【００３２】
【発明の効果】２モード発振の考慮により、単一交差モ
ードを発生する光出力を下限とする任意の光出力（上限
は無い）において、交差モード双安定性の発生が可能と
なった。
ードを発生する光出力を下限とする任意の光出力（上限
は無い）において、交差モード双安定性の発生が可能と
なった。
【図１】本発明実施例の計算モデルを示す図である。
【図２】Ｌ＝０．９５Ｌｃ（＜Ｌｃ），Δｃ＝０．０２
４とした場合の、共鳴横モードの光パワー分布の例を示
す図である。（ａ）は奇類似モード、（ｂ）は偶類似モ
ードで、±ｚ方向に伝搬する光のパワーを足し合わせて
ある。
４とした場合の、共鳴横モードの光パワー分布の例を示
す図である。（ａ）は奇類似モード、（ｂ）は偶類似モ
ードで、±ｚ方向に伝搬する光のパワーを足し合わせて
ある。
【図３】Ｌ／Ｌｃ＝０．９５の時の、−０．０２６≦Δ
ｃ≦０．０２６における光パワー比と電流比の関係を示
す図である。各グラフの光出力は（ａ）０ｍＷ，（ｂ）
０．２２ｍＷ，（ｃ）０．５５ｍＷ，（ｄ）０．８８ｍ
Ｗ，（ｅ）２．２ｍＷである。実線は単一モード安定
解、点線は単一モード不安定解、破線は２モード安定解
を示す。
ｃ≦０．０２６における光パワー比と電流比の関係を示
す図である。各グラフの光出力は（ａ）０ｍＷ，（ｂ）
０．２２ｍＷ，（ｃ）０．５５ｍＷ，（ｄ）０．８８ｍ
Ｗ，（ｅ）２．２ｍＷである。実線は単一モード安定
解、点線は単一モード不安定解、破線は２モード安定解
を示す。
【図４】Ｃｕ1 ／Ｃｕ2 ＝１の場合の、一端面における
出力光分布を示す図である。各グラフの光出力は（ａ）
０．５ｍＷ以下，（ｂ）０．５５ｍＷ，（ｃ）０．８８
ｍＷ，（ｄ）２．２ｍＷである。（ｂ）〜（ｄ）では双
安定解の一方を示しており、他方はその鏡像になる。実
線が出力光分布で、（ｃ）と（ｄ）における破線と実線
は奇類似および偶類似モード成分である。
出力光分布を示す図である。各グラフの光出力は（ａ）
０．５ｍＷ以下，（ｂ）０．５５ｍＷ，（ｃ）０．８８
ｍＷ，（ｄ）２．２ｍＷである。（ｂ）〜（ｄ）では双
安定解の一方を示しており、他方はその鏡像になる。実
線が出力光分布で、（ｃ）と（ｄ）における破線と実線
は奇類似および偶類似モード成分である。
【図５】セット・リセット光フリップ・フロップとして
の働きの説明図である。
の働きの説明図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 ２本の平行導波路を有し、２つの共鳴モ
ードの同時発振によって、両端面における出射光分布が
互いに鏡像となる交差モードを発生し、かつ交差モード
間で双安定性を有することを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3259657A JPH0770787B2 (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3259657A JPH0770787B2 (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0613714A true JPH0613714A (ja) | 1994-01-21 |
| JPH0770787B2 JPH0770787B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=17337094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3259657A Expired - Lifetime JPH0770787B2 (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770787B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6026824A (en) * | 1997-02-21 | 2000-02-22 | L'oreal | Device for applying a make-up product for keratinous fibers, in particular eyelashes, and a packaging and application unit using such a device |
| US6073634A (en) * | 1997-02-21 | 2000-06-13 | L'oreal | Unit for the packaging and application of a make-up product for keratinous fibers |
| US6341912B1 (en) | 1994-07-12 | 2002-01-29 | L'oreal | Applicator for applying a liquid product and make-up assembly provided with such an applicator |
| WO2003025665A1 (fr) * | 2001-09-13 | 2003-03-27 | Japan Science And Technology Agency | Bascule tout optique |
| US7077592B2 (en) | 2002-02-19 | 2006-07-18 | L'oreal S.A. | Applicator including an applicator element configured to apply substance to skin |
-
1991
- 1991-09-11 JP JP3259657A patent/JPH0770787B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6341912B1 (en) | 1994-07-12 | 2002-01-29 | L'oreal | Applicator for applying a liquid product and make-up assembly provided with such an applicator |
| US6026824A (en) * | 1997-02-21 | 2000-02-22 | L'oreal | Device for applying a make-up product for keratinous fibers, in particular eyelashes, and a packaging and application unit using such a device |
| US6073634A (en) * | 1997-02-21 | 2000-06-13 | L'oreal | Unit for the packaging and application of a make-up product for keratinous fibers |
| WO2003025665A1 (fr) * | 2001-09-13 | 2003-03-27 | Japan Science And Technology Agency | Bascule tout optique |
| US7292746B2 (en) | 2001-09-13 | 2007-11-06 | Japan Science And Technology Agency | All-optical flip-flop |
| US7077592B2 (en) | 2002-02-19 | 2006-07-18 | L'oreal S.A. | Applicator including an applicator element configured to apply substance to skin |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0770787B2 (ja) | 1995-07-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |