JPH0629622A - レーザ装置 - Google Patents
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- JPH0629622A JPH0629622A JP4330471A JP33047192A JPH0629622A JP H0629622 A JPH0629622 A JP H0629622A JP 4330471 A JP4330471 A JP 4330471A JP 33047192 A JP33047192 A JP 33047192A JP H0629622 A JPH0629622 A JP H0629622A
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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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- H01S5/124—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts
- H01S5/1243—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers incorporating phase shifts by other means than a jump in the grating period, e.g. bent waveguides
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 スペースホールバーニングの問題を減少させ
て、単一モードで狭いライン幅のコヒーレント光を活性
媒体から発生させ得るレーザ装置を得る。 【構成】 活性媒体１２は第１、第２の表面１４，１６
と、２つの縁１８，２０を有するストライプ形状をな
し、このストライプは２つの端部と、これらと幅の異な
る大きな中央部を有する。そして活性媒体１２を用いた
レーザ装置は、活性媒体より高いバンド幅エネルギを持
つ少なくとも１つのＰ型案内層と少なくとも１つのＮ型
案内層３０を有する。Ｐ型案内層とＮ型案内層３０は活
性媒体１２の反対面に設けられ、Ｎ型案内層３０、Ｐ型
案内層、活性媒体１２を通して注入された電流は、単一
モードで狭いライン幅のコヒーレント光を活性媒体から
発生させる。
て、単一モードで狭いライン幅のコヒーレント光を活性
媒体から発生させ得るレーザ装置を得る。 【構成】 活性媒体１２は第１、第２の表面１４，１６
と、２つの縁１８，２０を有するストライプ形状をな
し、このストライプは２つの端部と、これらと幅の異な
る大きな中央部を有する。そして活性媒体１２を用いた
レーザ装置は、活性媒体より高いバンド幅エネルギを持
つ少なくとも１つのＰ型案内層と少なくとも１つのＮ型
案内層３０を有する。Ｐ型案内層とＮ型案内層３０は活
性媒体１２の反対面に設けられ、Ｎ型案内層３０、Ｐ型
案内層、活性媒体１２を通して注入された電流は、単一
モードで狭いライン幅のコヒーレント光を活性媒体から
発生させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体レーザ装置に
係り、特に位相シフトが分布した半導体レーザに関する
ものである。
係り、特に位相シフトが分布した半導体レーザに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザは、典型的には半導体材料
の本体を有し、この本体は薄い活性媒体と、この活性媒
体を両側より間に挟んで電極を形成する逆導電性のクラ
ッド領域とを有する。出力電力を増すために、活性層と
クラッド層の中間の屈折率を有する案内層は、１つのク
ラッド領域と活性領域との間に置かれる。活性媒体内で
生じた光りは、活性層と案内層の両方を伝潘し、これに
よって、材料の発光面でビームを形成する。活性媒体、
又は案内層と活性媒体の組み合わせを含む空洞領域は、
基本光学モードに対し、垂直方向、即ち層の面に垂直な
方向の振動を制限する。
の本体を有し、この本体は薄い活性媒体と、この活性媒
体を両側より間に挟んで電極を形成する逆導電性のクラ
ッド領域とを有する。出力電力を増すために、活性層と
クラッド層の中間の屈折率を有する案内層は、１つのク
ラッド領域と活性領域との間に置かれる。活性媒体内で
生じた光りは、活性層と案内層の両方を伝潘し、これに
よって、材料の発光面でビームを形成する。活性媒体、
又は案内層と活性媒体の組み合わせを含む空洞領域は、
基本光学モードに対し、垂直方向、即ち層の面に垂直な
方向の振動を制限する。
【０００３】しかしながら、このような装置は、幾つか
の出力周波数やモードを生じ、これは好ましくない所望
の単一周波数振動を得るために、周波数を選択できる格
子要素がレーザ内に集積され得る。デストリビューテッ
ドフィードバック（ＤＦＢ）レーザにおいて、格子要素
は活性層に隣接する導波層に作られる。一様に構成され
た回折格子を有する従来のＤＦＢ半導体レーザにおいて
は、２つの縦モードがあり、これら縦モードは主に、ブ
ラッグ波長の両側のシュレッショルドゲインに等しい。
実際、このようなＤＦＢ半導体レーザが２つのレーザモ
ード、いわゆるモードーホッピングノイズで動作するこ
とはよくあることである。この欠点を克服し、単一の縦
モードで振動する効果を得るために、π／２だけ位相シ
フトされた格子構造を有するＤＦＢレーザが作られてい
る。単一の周波数レーザを得るために、π／２の位相シ
フトがレーザ空洞の中央の格子要素内に取り入れられ
る。
の出力周波数やモードを生じ、これは好ましくない所望
の単一周波数振動を得るために、周波数を選択できる格
子要素がレーザ内に集積され得る。デストリビューテッ
ドフィードバック（ＤＦＢ）レーザにおいて、格子要素
は活性層に隣接する導波層に作られる。一様に構成され
た回折格子を有する従来のＤＦＢ半導体レーザにおいて
は、２つの縦モードがあり、これら縦モードは主に、ブ
ラッグ波長の両側のシュレッショルドゲインに等しい。
実際、このようなＤＦＢ半導体レーザが２つのレーザモ
ード、いわゆるモードーホッピングノイズで動作するこ
とはよくあることである。この欠点を克服し、単一の縦
モードで振動する効果を得るために、π／２だけ位相シ
フトされた格子構造を有するＤＦＢレーザが作られてい
る。単一の周波数レーザを得るために、π／２の位相シ
フトがレーザ空洞の中央の格子要素内に取り入れられ
る。
【０００４】上述したタイプのレーザ現象を説明する物
理学は、当業界でよく知られており、ここで更に述べる
必要はない。一般的に半導体レーザを記述する方程式を
含む更に優れた議論については、アイイーイーイーの会
報（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ）
第７９巻ナンバー３（１９９１年３月）２５３〜２７６
ページに掲載されたリー（Ｌｅｅ）著の論文、“光りフ
ァイバー通信の為の長波長半導体レーザの今日における
発展（Ｒｅｃｅｎｔ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｌｏｎ
ｇ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ Ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅ
ｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ），”を参照された
い。
理学は、当業界でよく知られており、ここで更に述べる
必要はない。一般的に半導体レーザを記述する方程式を
含む更に優れた議論については、アイイーイーイーの会
報（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ）
第７９巻ナンバー３（１９９１年３月）２５３〜２７６
ページに掲載されたリー（Ｌｅｅ）著の論文、“光りフ
ァイバー通信の為の長波長半導体レーザの今日における
発展（Ｒｅｃｅｎｔ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｌｏｎ
ｇ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ Ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅ
ｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ），”を参照された
い。
【０００５】たいていのＤＦＢレーザが直接高周波電流
変調の下で動作するので、スペースホールバーニング効
果（ｓｐａｔｉａｌ ｈｏｌｅ ｂｕｒｎｉｎｇ ｅｆ
ｆｅｃｔ）として知られている問題が考慮されなければ
ならない。スペースホールバーニングは、局在化された
モードパターンのピークによって引き起こされた小さな
局在化された活性媒体の特性変化である。局在ピークは
占められた伝導体状態と空の価電子帯状態の数を局部的
に削減する結果となる。半導体材料への注入キャリアの
易動度に制限があるので、局部的に強く活性化された放
射を引き起こす、局部的に大きなオプチカルフィールド
が、不均一な空間的キャリア分布を生じさせる。不均一
な分布が活性媒体のゲインと屈折率の概要を変化させ、
そして局部的なブラッグ周波数の変化をもたらす。スペ
ースホールバーニング効果は、特に、ＤＦＢレーザが強
い電流変調の下で動作されたとき、単一のモードでの動
作を破壊する。
変調の下で動作するので、スペースホールバーニング効
果（ｓｐａｔｉａｌ ｈｏｌｅ ｂｕｒｎｉｎｇ ｅｆ
ｆｅｃｔ）として知られている問題が考慮されなければ
ならない。スペースホールバーニングは、局在化された
モードパターンのピークによって引き起こされた小さな
局在化された活性媒体の特性変化である。局在ピークは
占められた伝導体状態と空の価電子帯状態の数を局部的
に削減する結果となる。半導体材料への注入キャリアの
易動度に制限があるので、局部的に強く活性化された放
射を引き起こす、局部的に大きなオプチカルフィールド
が、不均一な空間的キャリア分布を生じさせる。不均一
な分布が活性媒体のゲインと屈折率の概要を変化させ、
そして局部的なブラッグ周波数の変化をもたらす。スペ
ースホールバーニング効果は、特に、ＤＦＢレーザが強
い電流変調の下で動作されたとき、単一のモードでの動
作を破壊する。
【０００６】スペースホールバーニング効果は、又ＤＦ
Ｂレーザのカップリング強度ｋＬと共に増大する（ｋは
カップリング係数、Ｌはレーザの全長）。現代の光通信
システムは単一のモード、即ち狭いスペクトラル帯域幅
のレーザを必要としている。この帯域幅はレーザの長さ
に反比例するので、レーザを長くすれば、帯域幅を狭め
ることとなる。しかしながら、レーザを長くすること
は、カップリング強度を増大させると共に、これによっ
て、スペースホールバーニング効果を増大させる。スペ
ースホールバーニングは、単一のモードのＤＦＢレーザ
の取り得る長さを制限する主因であることが知られてい
る。
Ｂレーザのカップリング強度ｋＬと共に増大する（ｋは
カップリング係数、Ｌはレーザの全長）。現代の光通信
システムは単一のモード、即ち狭いスペクトラル帯域幅
のレーザを必要としている。この帯域幅はレーザの長さ
に反比例するので、レーザを長くすれば、帯域幅を狭め
ることとなる。しかしながら、レーザを長くすること
は、カップリング強度を増大させると共に、これによっ
て、スペースホールバーニング効果を増大させる。スペ
ースホールバーニングは、単一のモードのＤＦＢレーザ
の取り得る長さを制限する主因であることが知られてい
る。
【０００７】位相がシフトされた格子構造を使用する代
りに、局在化された同等屈折率の位相シフト構造が採用
される。活性媒体の中央シフト部分は一般的に活性媒体
の端部とは異なる幅を有する。そして、こうして等価な
位相シフトが成し遂げられる。
りに、局在化された同等屈折率の位相シフト構造が採用
される。活性媒体の中央シフト部分は一般的に活性媒体
の端部とは異なる幅を有する。そして、こうして等価な
位相シフトが成し遂げられる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】しかしながら、未だ構造
の理解が不足しているため、レーザ状態は、シフトされ
た格子構造に使用される自己持続発振から複製されてい
る。中央部の長さは、レーザの全長との比較において、
いつも小さいものが選ばれている。こうして、中央部は
小さな領域に位相シフトが集中する活性媒体の全長の５
分の１又は１０分の１より小さくなる。結果として、こ
のようなＤＦＢレーザは、カップリング強度が３以上の
時に、特に厳しいスペースホールバーニング効果を被
る。
の理解が不足しているため、レーザ状態は、シフトされ
た格子構造に使用される自己持続発振から複製されてい
る。中央部の長さは、レーザの全長との比較において、
いつも小さいものが選ばれている。こうして、中央部は
小さな領域に位相シフトが集中する活性媒体の全長の５
分の１又は１０分の１より小さくなる。結果として、こ
のようなＤＦＢレーザは、カップリング強度が３以上の
時に、特に厳しいスペースホールバーニング効果を被
る。
【０００９】このような現象を記述する数学を含む、ス
ペースホールバーニング効果の物理学上の議論は、例え
ばアイイーイーイー・ジャーナル・オブ・クオンタム・
エレクトロニクス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ），第２５巻
第４号（１９８９年４月）６７８〜６８３ページに掲載
された木村（Ｋｉｍｕｒａ）著の論文、“狭いライン幅
動作のための結合された位相シフトディストリビューテ
ッドーフィードバック半導体レーザ（Ｃｏｕｐｌｅｄ
Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｄｉｓｔｏｒｉｂｕｔｅｄ−
Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａ
ｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｎａｒｒｏｗ Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ
Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）”を参照されたい。
ペースホールバーニング効果の物理学上の議論は、例え
ばアイイーイーイー・ジャーナル・オブ・クオンタム・
エレクトロニクス（ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ），第２５巻
第４号（１９８９年４月）６７８〜６８３ページに掲載
された木村（Ｋｉｍｕｒａ）著の論文、“狭いライン幅
動作のための結合された位相シフトディストリビューテ
ッドーフィードバック半導体レーザ（Ｃｏｕｐｌｅｄ
Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｄｉｓｔｏｒｉｂｕｔｅｄ−
Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａ
ｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｎａｒｒｏｗ Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ
Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）”を参照されたい。
【００１０】それゆえ、必要とされるものは、狭いライ
ン幅、即ち単一モードで大きなゲインマージンを維持す
る間、スペースホールバーニング効果を削減することが
できるＤＦＢレーザである。付け加えて、その構造は、
フィードバック格子のピッチより大きくなるように設計
され、しかも、こうしたレーザの製造に用いられるリゾ
グラフィ法に余分な要件が課されないよう設計されるべ
きである。
ン幅、即ち単一モードで大きなゲインマージンを維持す
る間、スペースホールバーニング効果を削減することが
できるＤＦＢレーザである。付け加えて、その構造は、
フィードバック格子のピッチより大きくなるように設計
され、しかも、こうしたレーザの製造に用いられるリゾ
グラフィ法に余分な要件が課されないよう設計されるべ
きである。
【００１１】この発明は、これらの必要性を満たすべく
なされたものである。
なされたものである。
【００１２】
【発明の概要】３つの部分を有する活性媒体を使用する
レーザ装置が開示されている。この活性媒体は一般的に
第１と第２の表面と縁に出力面を有するストライプ形状
をなしている。この活性媒体は中央部と２つの端部とを
含み、そして中央部は２つの端部とは異なる幅を有す
る。中央部は好ましくは端部より広く、活性媒体の全長
のおよそ５分の１から５分の４程度が好ましい。これ
は、位相シフトを広い領域に分布させ、且つ中央部の光
子強度を減じる。光子強度の減少は、更にスペースホー
ルバーニングの問題をも減少させる。
レーザ装置が開示されている。この活性媒体は一般的に
第１と第２の表面と縁に出力面を有するストライプ形状
をなしている。この活性媒体は中央部と２つの端部とを
含み、そして中央部は２つの端部とは異なる幅を有す
る。中央部は好ましくは端部より広く、活性媒体の全長
のおよそ５分の１から５分の４程度が好ましい。これ
は、位相シフトを広い領域に分布させ、且つ中央部の光
子強度を減じる。光子強度の減少は、更にスペースホー
ルバーニングの問題をも減少させる。
【００１３】活性媒体を利用した半導体レーザ装置は、
好ましくはストライプの表面に隣接した２つの電極を含
んでいる。この電極は、好ましくは少なくとも１つのＰ
型案内層と、少なくとも１つのＮ型案内層であり、これ
らは共に活性媒体より高いバンドギャップエネルギを有
する。このＰ型案内層とＮ型案内層はストライプの対抗
両面に設けられる。この活性媒体、Ｐ型案内層、Ｎ型案
内層は全て半導体材料で作られている。Ｎ型案内層、Ｐ
型案内層及び活性媒体を通して注入された電流は、活性
媒体からレーザ発振を励起させる。
好ましくはストライプの表面に隣接した２つの電極を含
んでいる。この電極は、好ましくは少なくとも１つのＰ
型案内層と、少なくとも１つのＮ型案内層であり、これ
らは共に活性媒体より高いバンドギャップエネルギを有
する。このＰ型案内層とＮ型案内層はストライプの対抗
両面に設けられる。この活性媒体、Ｐ型案内層、Ｎ型案
内層は全て半導体材料で作られている。Ｎ型案内層、Ｐ
型案内層及び活性媒体を通して注入された電流は、活性
媒体からレーザ発振を励起させる。
【００１４】
【実施例】実施例１．図１（Ａ）は埋込型ヘテロ構造の
半導体レーザ形態であって、この発明に係る位相シフト
が分布した左右対称なＤＦＢレーザ１０の構造を示す。
好ましい実施例においては、活性媒体１２は、２つの表
面１４，１６と、縁１８，２０における２つの出力面と
を有するストライプの形態をした半導体材料である。図
５から一番よく分かるように、少なくとも１つのＮ型案
内層３０と少なくとも１つのＰ型案内層３２は、活性媒
体１２を挟んでレーザ動作を行うための電極として作用
する。Ｎ型案内層３０とＰ型案内層３２は活性媒体１２
より高いバンドギャップエネルギを有する。レーザ動作
はまた、所望ならば、光学的ポンピングによって起こさ
れることができる。
半導体レーザ形態であって、この発明に係る位相シフト
が分布した左右対称なＤＦＢレーザ１０の構造を示す。
好ましい実施例においては、活性媒体１２は、２つの表
面１４，１６と、縁１８，２０における２つの出力面と
を有するストライプの形態をした半導体材料である。図
５から一番よく分かるように、少なくとも１つのＮ型案
内層３０と少なくとも１つのＰ型案内層３２は、活性媒
体１２を挟んでレーザ動作を行うための電極として作用
する。Ｎ型案内層３０とＰ型案内層３２は活性媒体１２
より高いバンドギャップエネルギを有する。レーザ動作
はまた、所望ならば、光学的ポンピングによって起こさ
れることができる。
【００１５】図１（Ｂ）において、活性媒体１２は２つ
の端部２２，２４を有し、各端部２２、２４は好ましく
は、第１の長さＬ１と、第１の幅ｗ１とを有する。レー
ザ１０の活性媒体１２はまた、第２の長さＬ２と、第２
の幅ｗ２とを有する中央部２６を含んでいる。こうし
て、レーザ１０の全長は、Ｌ＝２Ｌ１＋Ｌ２となる。
の端部２２，２４を有し、各端部２２、２４は好ましく
は、第１の長さＬ１と、第１の幅ｗ１とを有する。レー
ザ１０の活性媒体１２はまた、第２の長さＬ２と、第２
の幅ｗ２とを有する中央部２６を含んでいる。こうし
て、レーザ１０の全長は、Ｌ＝２Ｌ１＋Ｌ２となる。
【００１６】ここで述べられた好ましい実施例は左右対
称な構造であり、２つの端部２２，２４は長さと幅が等
しい構造である。しかしながら、長さが異なる端部２
２，２４を有する非対称な構造も可能である。しかしな
がら、異なる長さは、一般的に性能を低下させる。異な
る幅は、利用される製造技術と所望の性能によってのみ
制限を受ける。
称な構造であり、２つの端部２２，２４は長さと幅が等
しい構造である。しかしながら、長さが異なる端部２
２，２４を有する非対称な構造も可能である。しかしな
がら、異なる長さは、一般的に性能を低下させる。異な
る幅は、利用される製造技術と所望の性能によってのみ
制限を受ける。
【００１７】好ましい実施例は、Ｎ型案内層３０又はＰ
型案内層３２のいずれか一方の上で連続し、レーザ１０
内で同じゲインを提供するフィードバック格子要素２８
を含んでいる。好ましい実施例のレーザ１０は、各縁１
８，２０で２つの面を有し、これら縁１８，２０はそれ
ぞれ電界の反射係数ｐ１とｐ２を有する。
型案内層３２のいずれか一方の上で連続し、レーザ１０
内で同じゲインを提供するフィードバック格子要素２８
を含んでいる。好ましい実施例のレーザ１０は、各縁１
８，２０で２つの面を有し、これら縁１８，２０はそれ
ぞれ電界の反射係数ｐ１とｐ２を有する。
【００１８】格子要素２８は反対方向から伝播してくる
２つの進行波を結合させる屈折率を周期的に変化させ
る。格子要素２８は例えば、その長さに沿って、同じ格
子空間を維持するよう一様化されることが好ましい。Ｄ
ＦＢ構造が所有するモードは、空洞に沿った前方への進
行波Ｒ（ｚ）と後方への進行波Ｓ（ｚ）のための結合さ
れた波動方程式を使うことによって分析される。
２つの進行波を結合させる屈折率を周期的に変化させ
る。格子要素２８は例えば、その長さに沿って、同じ格
子空間を維持するよう一様化されることが好ましい。Ｄ
ＦＢ構造が所有するモードは、空洞に沿った前方への進
行波Ｒ（ｚ）と後方への進行波Ｓ（ｚ）のための結合さ
れた波動方程式を使うことによって分析される。
【００１９】結合は、格子の周期に関連するブラッグ波
長に近い波長において最大となる。反射面を持たない理
想化された構造では、縦方向のモードはブラッグ波長の
周辺で空間的に対称である。
長に近い波長において最大となる。反射面を持たない理
想化された構造では、縦方向のモードはブラッグ波長の
周辺で空間的に対称である。
【００２０】格子要素２８による周期的な屈折率の変化
のため、この周期的な構造を通しての伝達が零となり、
且つ反射が最大となる、停止帯域として知られる波長帯
域がある。通常、最も低い次数モード（ｍ＝０）のみが
停止帯域内に見いだされ、そして、これら２つの波長で
の発振のみが生じることができる。構造の対称性のた
め、これら２つの最も低い次数モードは、同じスレッシ
ョルドゲインを有し、且つ同時にレーザ発振を行う。２
次格子は、製造し易く、且つある損失係数が１つのモー
ド動作を支持すべく、取り扱われることができるので少
し好ましいものである。アイイーイーイー・ジャーナル
・オブ・クオンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥＥ
Ｊ．ｏｆ Ｑｕａｎ．Ｅｌｅｃ．）、ＱＥ−２３，ナン
バー６、８４９（１９８７）に掲載されたジェイ．グリ
ンスキ（Ｊ．Ｇｌｉｎｓｋｉ）とティ．マキノ（Ｔ．Ｍ
ａｋｉｎｏ）共著の論文“２次ＤＳＭ ＤＦＢレーザの
イールドアナリシスとデザインのためのインプリケイシ
ョン（Ｙｉｅｌｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｅｃｏ
ｎｄ−Ｏｒｄｅｒ ＤＳＭ ＤＦＢ Ｌａｓｅｒｓ ａ
ｎｄ Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｄｅｓｉｇ
ｎ）”を参照されたい。
のため、この周期的な構造を通しての伝達が零となり、
且つ反射が最大となる、停止帯域として知られる波長帯
域がある。通常、最も低い次数モード（ｍ＝０）のみが
停止帯域内に見いだされ、そして、これら２つの波長で
の発振のみが生じることができる。構造の対称性のた
め、これら２つの最も低い次数モードは、同じスレッシ
ョルドゲインを有し、且つ同時にレーザ発振を行う。２
次格子は、製造し易く、且つある損失係数が１つのモー
ド動作を支持すべく、取り扱われることができるので少
し好ましいものである。アイイーイーイー・ジャーナル
・オブ・クオンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥＥ
Ｊ．ｏｆ Ｑｕａｎ．Ｅｌｅｃ．）、ＱＥ−２３，ナン
バー６、８４９（１９８７）に掲載されたジェイ．グリ
ンスキ（Ｊ．Ｇｌｉｎｓｋｉ）とティ．マキノ（Ｔ．Ｍ
ａｋｉｎｏ）共著の論文“２次ＤＳＭ ＤＦＢレーザの
イールドアナリシスとデザインのためのインプリケイシ
ョン（Ｙｉｅｌｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｅｃｏ
ｎｄ−Ｏｒｄｅｒ ＤＳＭ ＤＦＢ Ｌａｓｅｒｓ ａ
ｎｄ Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｄｅｓｉｇ
ｎ）”を参照されたい。
【００２１】しかしながら、中央部２６が常にレーザ１
０の全長の５分の１又は１０分の１より短くなるよう設
計され、又は、急峻な格子シフト構造が位相シフタとし
て使用されている従来の位相シフトＤＦＢレーザと異な
って、この発明のレーザ装置は、位相シフトを分散させ
るためにより大きな中央部２６を意図的に使用してい
る。それゆえ、中央部２６の内側における光波の振る舞
いが考慮されなければならない。
０の全長の５分の１又は１０分の１より短くなるよう設
計され、又は、急峻な格子シフト構造が位相シフタとし
て使用されている従来の位相シフトＤＦＢレーザと異な
って、この発明のレーザ装置は、位相シフトを分散させ
るためにより大きな中央部２６を意図的に使用してい
る。それゆえ、中央部２６の内側における光波の振る舞
いが考慮されなければならない。
【００２２】この発明において、中央部２６は好ましく
は、活性媒体１２の全長の５分の１から５分の４の間の
長さを有し、そして更に好ましくは、活性媒体１２の全
長の３分の１から３分の２の間の長さを有する。この考
えは、位相シフトが行われるより大きな領域を生みだ
し、これにより活性媒体１２の中央における光子強度を
減少させる。こうして活性媒体１２の中央におけるスペ
ースホールバーニング効果を本質的に減じさせる。光子
強度のかかる減少は、以下により詳細に説明する。
は、活性媒体１２の全長の５分の１から５分の４の間の
長さを有し、そして更に好ましくは、活性媒体１２の全
長の３分の１から３分の２の間の長さを有する。この考
えは、位相シフトが行われるより大きな領域を生みだ
し、これにより活性媒体１２の中央における光子強度を
減少させる。こうして活性媒体１２の中央におけるスペ
ースホールバーニング効果を本質的に減じさせる。光子
強度のかかる減少は、以下により詳細に説明する。
【００２３】レーザ１０において、前方または後方へ伝
播する波は、次の結合された波動方程式によって定めら
れる。
播する波は、次の結合された波動方程式によって定めら
れる。
【００２４】 −ｄＲ（ｚ）／ｄｚ＋（α／２−ｊδ）Ｒ（ｚ）＝ｊｋＳ（ｚ） ｄＳ（ｚ）／ｄｚ＋（α／２−ｊδ）Ｓ（ｚ）＝ｊｋＲ（ｚ） δ＝βｚ−β0
【００２５】ここで、αは活性媒体１２の正味のゲイン
であり、δはブラッグ波長から離調するモードであり、
ｊは複素数であり、ｋはカップリング係数である。レー
ザ１０において、δは前方への波Ｒと後方への波Ｓとの
間の位相を決定する。例えば、アイイーイーイー・ジャ
ーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥ
Ｅ Ｊ．ｏｆ Ｑｕａｎ．Ｅｌｅｃ．）、ＱＥ−１２，
ナンバー７、４２２（１９７６）に掲載されたダブル．
ストライファ（Ｗ．Ｓｔｒｅｉｆｅｒ）、ディ．アー
ル．シフレス（Ｄ．Ｒ．Ｓｃｉｆｒｅｓ）と、アール．
ディー．バーンハム（Ｒ．Ｄ．Ｂｕｒｎｈａｍ）共著の
論文“ＧａＡｓ：ＧａＡｌＡｓレーザと導波管における
格子結合放射の分析（Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｇｒａ
ｔｉｎｇ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ
ＧａＡｓ：ＧａＡｌＡｓ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｗ
ａｖｅｇｕｉｄｅｓ），”と、アイイーイーイー・ジャ
ーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥ
Ｅ Ｊ．ｏｆ Ｑｕａｎ．Ｅｌｅｃ．）、ＱＥー１３、
ナンバー４、１３４（１９７７）に掲載された、ダブ
ル．ストライァ（Ｗ．Ｓｔｒｅｉｆｅｒ）、ディ．アー
ル．シフレス（Ｄ．Ｒ．Ｓｃｉｆｒｅｓ）とアール．デ
ィー．バーンハム（Ｒ．Ｄ．Ｂｕｒｎｈａｍ）共著の論
文“ＤＦＢとＤＢＲレーザの結合波分析（Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＤＦＢ ａｎ
ｄ ＤＢＲ Ｌａｓｅｒｓ）”を参照されたい。
であり、δはブラッグ波長から離調するモードであり、
ｊは複素数であり、ｋはカップリング係数である。レー
ザ１０において、δは前方への波Ｒと後方への波Ｓとの
間の位相を決定する。例えば、アイイーイーイー・ジャ
ーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥ
Ｅ Ｊ．ｏｆ Ｑｕａｎ．Ｅｌｅｃ．）、ＱＥ−１２，
ナンバー７、４２２（１９７６）に掲載されたダブル．
ストライファ（Ｗ．Ｓｔｒｅｉｆｅｒ）、ディ．アー
ル．シフレス（Ｄ．Ｒ．Ｓｃｉｆｒｅｓ）と、アール．
ディー．バーンハム（Ｒ．Ｄ．Ｂｕｒｎｈａｍ）共著の
論文“ＧａＡｓ：ＧａＡｌＡｓレーザと導波管における
格子結合放射の分析（Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｇｒａ
ｔｉｎｇ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ
ＧａＡｓ：ＧａＡｌＡｓ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｗ
ａｖｅｇｕｉｄｅｓ），”と、アイイーイーイー・ジャ
ーナル・オブ・クオンタム・エレクトロニクス（ＩＥＥ
Ｅ Ｊ．ｏｆ Ｑｕａｎ．Ｅｌｅｃ．）、ＱＥー１３、
ナンバー４、１３４（１９７７）に掲載された、ダブ
ル．ストライァ（Ｗ．Ｓｔｒｅｉｆｅｒ）、ディ．アー
ル．シフレス（Ｄ．Ｒ．Ｓｃｉｆｒｅｓ）とアール．デ
ィー．バーンハム（Ｒ．Ｄ．Ｂｕｒｎｈａｍ）共著の論
文“ＤＦＢとＤＢＲレーザの結合波分析（Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＤＦＢ ａｎ
ｄ ＤＢＲ Ｌａｓｅｒｓ）”を参照されたい。
【００２６】この発明において、光波のｚ方向の伝播定
数は、２つの端部２２、２４におけるβｚである。ｗ２
がｗ１よりわずかに大きく設計されるので、伝播定数は
中央部２６においてβz＋ｄβzとなる。
数は、２つの端部２２、２４におけるβｚである。ｗ２
がｗ１よりわずかに大きく設計されるので、伝播定数は
中央部２６においてβz＋ｄβzとなる。
【００２７】ｄβｚはそれぞれ端部２２，２４と中央部
２６の伝播定数の差である。ｄβｚはレーザ１０の活性
媒体１２を通してカップリング係数ｋを同じに維持する
ためにβｚよりはるかに小さく設計される。カップリン
グ強度ｋＬはレーザの全長Ｌをカップリング係数ｋに乗
じたものである。ｄβｚ／βｚの割合は、０．００２よ
り小さいことが好ましい。それゆえ、この発明のレーザ
装置において、ｚ方向の伝播定数差はｄβｚのため、中
央部２６におけるＲとＳの位相関係は端部２２，２４に
おけるそれらと異なる。
２６の伝播定数の差である。ｄβｚはレーザ１０の活性
媒体１２を通してカップリング係数ｋを同じに維持する
ためにβｚよりはるかに小さく設計される。カップリン
グ強度ｋＬはレーザの全長Ｌをカップリング係数ｋに乗
じたものである。ｄβｚ／βｚの割合は、０．００２よ
り小さいことが好ましい。それゆえ、この発明のレーザ
装置において、ｚ方向の伝播定数差はｄβｚのため、中
央部２６におけるＲとＳの位相関係は端部２２，２４に
おけるそれらと異なる。
【００２８】異なる振動モードのためのスレッショルド
ゲイン状態を得るために、このレーザ装置はレーザ１０
の各部において、結合された波動方程式の一般解を用
い、且つ適当な境界条件を用いている。レーザ状態は、
各部においてＲとＳの零でない解を必要とする。この解
はこのレーザ装置の特性方程式を導く。この特性方程式
を数値的に解くと一連となった解のペアが得られる：
（αｉ，δｉ；ｉ＝１，２．．．）。各解のペアは、各
振動モードのために必要な正味のスレッショルドゲイン
αｉとモード離調δｉを表している。
ゲイン状態を得るために、このレーザ装置はレーザ１０
の各部において、結合された波動方程式の一般解を用
い、且つ適当な境界条件を用いている。レーザ状態は、
各部においてＲとＳの零でない解を必要とする。この解
はこのレーザ装置の特性方程式を導く。この特性方程式
を数値的に解くと一連となった解のペアが得られる：
（αｉ，δｉ；ｉ＝１，２．．．）。各解のペアは、各
振動モードのために必要な正味のスレッショルドゲイン
αｉとモード離調δｉを表している。
【００２９】位相シフトが分布したレーザ１０におい
て、境界条件は２つの反射面の状態と、ｚ＝−Ｌ２／２
とｚ＝Ｌ２／２における４つの電界の連続性である。こ
れらを明確に書き表すと、：
て、境界条件は２つの反射面の状態と、ｚ＝−Ｌ２／２
とｚ＝Ｌ２／２における４つの電界の連続性である。こ
れらを明確に書き表すと、：
【００３０】 Ｒ１（−Ｌ１−Ｌ２／２）＝ｐ１Ｓ１（−Ｌ１−Ｌ２／
２）； Ｓ３（Ｌ１＋Ｌ２／２）＝ｐ２Ｒ３（Ｌ１＋Ｌ２／２） Ｒ１（−Ｌ２／２）＝Ｒ２（−Ｌ２／２）； Ｓ１（Ｌ２／２）＝Ｓ２（−Ｌ２／２） Ｒ２（Ｌ２／２）＝Ｒ３（Ｌ２／２） Ｓ２（Ｌ２／２）＝Ｓ３（Ｌ２／２）
２）； Ｓ３（Ｌ１＋Ｌ２／２）＝ｐ２Ｒ３（Ｌ１＋Ｌ２／２） Ｒ１（−Ｌ２／２）＝Ｒ２（−Ｌ２／２）； Ｓ１（Ｌ２／２）＝Ｓ２（−Ｌ２／２） Ｒ２（Ｌ２／２）＝Ｒ３（Ｌ２／２） Ｓ２（Ｌ２／２）＝Ｓ３（Ｌ２／２）
【００３１】ここで、Ｒ１、Ｓ１、Ｒ２、Ｓ２とＲ３、
Ｓ３は、図１に示されるような各部において前方及び後
方へ進む波である。ｄβｚはＲ２とＳ２の一般解に含ま
れる。特別のモードのレーザ状態（α、δ）を知ること
により、次のようにレーザ１０内における光子強度分布
Ｉ（ｚ）を計算することができる。
Ｓ３は、図１に示されるような各部において前方及び後
方へ進む波である。ｄβｚはＲ２とＳ２の一般解に含ま
れる。特別のモードのレーザ状態（α、δ）を知ること
により、次のようにレーザ１０内における光子強度分布
Ｉ（ｚ）を計算することができる。
【００３２】Ｉ（ｚ）＝｜Ｒ（ｚ）｜2＋｜Ｓ（ｚ）｜2
【００３３】図２と図３は、それぞれ２又は３のカップ
リング強度を有する位相シフトが分布したレーザ１０の
内側における光子強度分布を示している。レーザ１０の
面状態はｐ１＝ｐ２＝０（反射がない場合）であり、こ
れは、反射防止コーティングするか又は面を粗くするこ
とによって達成できる。垂直軸は面出力に対して規格化
された光子強度を表し、水平軸は、レーザ１０の全長Ｌ
に対して規格化されたレーザ１０の内側の位置を表して
いる。種々の曲線は、種々の値のシフトを受けた領域長
さＬ２を表し、そして、それはＬ２／Ｌとして示されて
いる。即ち、ｄβｚＬ２は総ての場合においてπ／２に
対して設計されている。
リング強度を有する位相シフトが分布したレーザ１０の
内側における光子強度分布を示している。レーザ１０の
面状態はｐ１＝ｐ２＝０（反射がない場合）であり、こ
れは、反射防止コーティングするか又は面を粗くするこ
とによって達成できる。垂直軸は面出力に対して規格化
された光子強度を表し、水平軸は、レーザ１０の全長Ｌ
に対して規格化されたレーザ１０の内側の位置を表して
いる。種々の曲線は、種々の値のシフトを受けた領域長
さＬ２を表し、そして、それはＬ２／Ｌとして示されて
いる。即ち、ｄβｚＬ２は総ての場合においてπ／２に
対して設計されている。
【００３４】図２は２のカップリング強度を有する活性
媒体１２中の中央部２６の種々の長さＬ２に対する３つ
のグラフを示している。Ｌ２／Ｌ＝０の曲線は、活性媒
体１２がその長さに沿って一様な幅を有し、シフトされ
た格子構造が使用された従来の位相シフトＤＦＢレーザ
を表している。このような位相がシフトされたＤＦＢレ
ーザにおいて、光子強度分布はレーザ内で高くて不統一
である。そして位相がシフトされた位置（ｚ＝０）での
強度は出力面のそれよりほとんど３倍以上高い。それゆ
え、強烈なスペースホールバーニングが生じることが予
想される。光子強度は、レーザの全長の５分の１より短
い中央部を有する局在化された同等な屈折率の位相シフ
ト構造が使用された場合でも出力面より２．５倍以上大
きいものとなる。
媒体１２中の中央部２６の種々の長さＬ２に対する３つ
のグラフを示している。Ｌ２／Ｌ＝０の曲線は、活性媒
体１２がその長さに沿って一様な幅を有し、シフトされ
た格子構造が使用された従来の位相シフトＤＦＢレーザ
を表している。このような位相がシフトされたＤＦＢレ
ーザにおいて、光子強度分布はレーザ内で高くて不統一
である。そして位相がシフトされた位置（ｚ＝０）での
強度は出力面のそれよりほとんど３倍以上高い。それゆ
え、強烈なスペースホールバーニングが生じることが予
想される。光子強度は、レーザの全長の５分の１より短
い中央部を有する局在化された同等な屈折率の位相シフ
ト構造が使用された場合でも出力面より２．５倍以上大
きいものとなる。
【００３５】図３は、３のカップリング強度を有する活
性媒体１２に対する同様のグラフを示している。ここ
で、ｚ＝０における光子強度は、シフトされた格子構造
（Ｌ２／Ｌ）における出力面より９倍以上大きい。カッ
プリング強度ｋＬが大きくなればなるほどより激しいス
ペースホールバーニングが生じることは明らかである。
性媒体１２に対する同様のグラフを示している。ここ
で、ｚ＝０における光子強度は、シフトされた格子構造
（Ｌ２／Ｌ）における出力面より９倍以上大きい。カッ
プリング強度ｋＬが大きくなればなるほどより激しいス
ペースホールバーニングが生じることは明らかである。
【００３６】スペースホールバーニングは局在化された
光子強度ピークによって引き起こされるゲインと屈折率
の両方の局在化された変化であり、位相シフトされたＤ
ＦＢレーザの１つのモード動作と周波数変調応答とを主
に制限するものである。
光子強度ピークによって引き起こされるゲインと屈折率
の両方の局在化された変化であり、位相シフトされたＤ
ＦＢレーザの１つのモード動作と周波数変調応答とを主
に制限するものである。
【００３７】上述したように、この発明の重要な要素
は、活性媒体１２の中央における光子強度を減じ、もっ
てスペースホールバーニングを減じることである。図２
と図３に示されるように、活性媒体１２の全長に対する
中央部２６の長さの種々の割合に対して、出力面に関係
して規格化された光子強度が示されている。図２におい
て、光子強度は２のカップリング強度を有するレーザ１
０について示されている。そして図３におけるカップリ
ング強度は３である。
は、活性媒体１２の中央における光子強度を減じ、もっ
てスペースホールバーニングを減じることである。図２
と図３に示されるように、活性媒体１２の全長に対する
中央部２６の長さの種々の割合に対して、出力面に関係
して規格化された光子強度が示されている。図２におい
て、光子強度は２のカップリング強度を有するレーザ１
０について示されている。そして図３におけるカップリ
ング強度は３である。
【００３８】明らかなように、中央部２６のそれぞれの
長さが増すと、中央部２６での光子強度は出力面の強度
に対してより小さい割合を有する。この光子強度の減少
は、屈折率の変化を減少させ、そしてスペースホールバ
ーニングに結び付く問題を減少させる。
長さが増すと、中央部２６での光子強度は出力面の強度
に対してより小さい割合を有する。この光子強度の減少
は、屈折率の変化を減少させ、そしてスペースホールバ
ーニングに結び付く問題を減少させる。
【００３９】好ましい実施例において、出力面での光子
強度に対する中央部２６の中央での光子強度の割合は、
中央部２６と端部２２，２４が同じ幅であって、シフト
された格子構造を持つ活性媒体１２が使用される場合に
おける、出力面での光子強度に対する中央部２６の中央
での光子強度の割合より小さい、少なくとも１．５の係
数となる。
強度に対する中央部２６の中央での光子強度の割合は、
中央部２６と端部２２，２４が同じ幅であって、シフト
された格子構造を持つ活性媒体１２が使用される場合に
おける、出力面での光子強度に対する中央部２６の中央
での光子強度の割合より小さい、少なくとも１．５の係
数となる。
【００４０】図２を参照して、一様な幅、即ちＬ２／Ｌ
＝０．０の活性媒体１２は３の割合を有する。即ちこれ
は出力面に対して規格化された強度である。全長の５分
の１の長さ即ちＬ２／Ｌ＝０．５０を有する中央部２６
の割合は、１．７である。
＝０．０の活性媒体１２は３の割合を有する。即ちこれ
は出力面に対して規格化された強度である。全長の５分
の１の長さ即ちＬ２／Ｌ＝０．５０を有する中央部２６
の割合は、１．７である。
【００４１】中央部２６が全長のおよそ半分の長さを有
する場合は、３のカップリング強度において、２．３の
減少係数が図３に見られる。明らかなように、光子強度
の好ましい減少は、中央部２６が全媒体長のおよそ半分
である活性媒体１２を使用することによって成し遂げら
れる。
する場合は、３のカップリング強度において、２．３の
減少係数が図３に見られる。明らかなように、光子強度
の好ましい減少は、中央部２６が全媒体長のおよそ半分
である活性媒体１２を使用することによって成し遂げら
れる。
【００４２】こうして、長さに沿って一様な幅の媒体
か、又は局在化された同等の屈折率をもつ位相シフト構
造を有するシステムに匹敵する位相シフトの分布を用い
ることにより、中央部２６での光子強度の減少を見るこ
とが有益である。
か、又は局在化された同等の屈折率をもつ位相シフト構
造を有するシステムに匹敵する位相シフトの分布を用い
ることにより、中央部２６での光子強度の減少を見るこ
とが有益である。
【００４３】図２と図３は２と３のカップリング強度を
示しているが、１．５より大きなカップリング強度が使
用され得る。特に、ＤＦＢレーザのフラットなモードパ
ターンは、カップリング強度がおよそ１．２５の時に最
も小さくなる。これは又、スペースホールバーニング効
果を減じる助けとなる。
示しているが、１．５より大きなカップリング強度が使
用され得る。特に、ＤＦＢレーザのフラットなモードパ
ターンは、カップリング強度がおよそ１．２５の時に最
も小さくなる。これは又、スペースホールバーニング効
果を減じる助けとなる。
【００４４】複合位相シフトＤＦＢレーザはスペースホ
ールバーニング効果を減じるために提案されている。フ
ィードバック格子要素２８の小さなピッチサイズのた
め、π／４の位相シフトには、１，４μｍの波長をもつ
ＩｎＧａＡｓＰＤＦＢレーザにおいて、１次のフィード
バック格子要素２８が０．０２５μｍシフトされること
が要求される。更に、最も低いゲインモード間のスレッ
ショルドゲイン差は、位相シフト量に対して敏感であ
る。それゆえ、複合位相シフト格子の製造には、電子ビ
ームリゾグラフィーシステムに対する挑戦を無視できな
くなる。この電子ビームリゾグラフィーシステムは位相
シフトＤＦＢレーザのためのフィードバック格子要素２
８を作るために現在使用されている。
ールバーニング効果を減じるために提案されている。フ
ィードバック格子要素２８の小さなピッチサイズのた
め、π／４の位相シフトには、１，４μｍの波長をもつ
ＩｎＧａＡｓＰＤＦＢレーザにおいて、１次のフィード
バック格子要素２８が０．０２５μｍシフトされること
が要求される。更に、最も低いゲインモード間のスレッ
ショルドゲイン差は、位相シフト量に対して敏感であ
る。それゆえ、複合位相シフト格子の製造には、電子ビ
ームリゾグラフィーシステムに対する挑戦を無視できな
くなる。この電子ビームリゾグラフィーシステムは位相
シフトＤＦＢレーザのためのフィードバック格子要素２
８を作るために現在使用されている。
【００４５】更に、ＤＦＢレーザのライン幅は、一般的
にはレーザ長と関係がある。より高い注入電流を有する
より長いキャビティレーザは、狭いライン幅を提供する
ことができる。しかしながら、これらの条件の下でも、
レーザ発振は、見せ掛けのより高い次数モードのため
に、不安定となる傾向がある。この不安定性をもたらす
固有のメカニズムがまた、空洞に築き上げられたオプチ
カルフィールドの強度によって生じる縦のスペースホー
ルバーニング効果である。
にはレーザ長と関係がある。より高い注入電流を有する
より長いキャビティレーザは、狭いライン幅を提供する
ことができる。しかしながら、これらの条件の下でも、
レーザ発振は、見せ掛けのより高い次数モードのため
に、不安定となる傾向がある。この不安定性をもたらす
固有のメカニズムがまた、空洞に築き上げられたオプチ
カルフィールドの強度によって生じる縦のスペースホー
ルバーニング効果である。
【００４６】小さな注入電流では、縦方向に沿うキャリ
ア分布は、一様である。しかしながら、注入電流が十分
に大きなときは、モードパターンを変調する屈折率が空
間的に不均一となる。
ア分布は、一様である。しかしながら、注入電流が十分
に大きなときは、モードパターンを変調する屈折率が空
間的に不均一となる。
【００４７】空間的なキャリア分布は、注入されたキャ
リアの密度分布と線形的な関係を有する屈折率の変化を
もたらす。この屈折率の変化は、モード分布と、結合さ
れた波動関数Ｒ（ｚ）とＳ（ｚ）とを歪めることとな
る。注入電流の増大に伴って、最も低いモードゲインが
増大する。一方、次に高い２つの次数モードの１つのゲ
インが減少する。空洞の長さに伴って、モードの歪みが
増大するので、スペースホールバーニング効果は、空洞
長の増大によって更に重大なものとなる。
リアの密度分布と線形的な関係を有する屈折率の変化を
もたらす。この屈折率の変化は、モード分布と、結合さ
れた波動関数Ｒ（ｚ）とＳ（ｚ）とを歪めることとな
る。注入電流の増大に伴って、最も低いモードゲインが
増大する。一方、次に高い２つの次数モードの１つのゲ
インが減少する。空洞の長さに伴って、モードの歪みが
増大するので、スペースホールバーニング効果は、空洞
長の増大によって更に重大なものとなる。
【００４８】スペースホールバーニングが十分強くなる
と、最も低いモードのゲインが、特定の注入電流密度に
おいて、次に高い次数モードのゲインより大きくなる。
これは、１つのモードで動作するための注入電流の上限
を定める。達成できる最も狭いライン幅は、注入電流に
対する計算された上限値を用いることにより一定の空洞
長に対して得られる。
と、最も低いモードのゲインが、特定の注入電流密度に
おいて、次に高い次数モードのゲインより大きくなる。
これは、１つのモードで動作するための注入電流の上限
を定める。達成できる最も狭いライン幅は、注入電流に
対する計算された上限値を用いることにより一定の空洞
長に対して得られる。
【００４９】一方、この発明のレーザ装置において、光
子強度の不均一性はシフトされた領域の長さが増大する
ことによってかなり減少する。シフトされた領域の長さ
が全レーザ長の半分となったとき、即ちＬ２／Ｌ＝０．
５のとき、ピークの光子強度は図２に示されるように出
力面のそれの１，６倍に減少する。更に、光子強度分布
はまた、より滑らかになる。結果として、スペースホー
ルバーニングはかなり減少され、そして、レーザ１０の
性能が改善される。
子強度の不均一性はシフトされた領域の長さが増大する
ことによってかなり減少する。シフトされた領域の長さ
が全レーザ長の半分となったとき、即ちＬ２／Ｌ＝０．
５のとき、ピークの光子強度は図２に示されるように出
力面のそれの１，６倍に減少する。更に、光子強度分布
はまた、より滑らかになる。結果として、スペースホー
ルバーニングはかなり減少され、そして、レーザ１０の
性能が改善される。
【００５０】一例として、図４は幾つかの最も低いゲイ
ンの振動モードにおいて、ｄβｚＬ２に対する正味のス
レッショルドゲインαを示すものである。最も低いゲイ
ンモードにおけるスレッショルドゲイン差は、１つのモ
ード動作のゲイン余裕を示している。この例において、
分布した位相シフトレーザ１０はＬ２／Ｌ＝０．５、カ
ップリング強度ｋＬ＝２、そしてＬ＝２５０μｍの全長
を有する。面の状態はｐ１＝ｐ２＝０である。垂直軸は
ｃｍ−1の単位の正味のスレッショルドゲインであり、
水平軸はラジアンでｄβｚＬ２の総量である。ｄβｚＬ
２＝０のとき、ｗ１＝ｗ２に相応して、２つの最も低い
ゲイン振動モードはスレッショルドゲインの同じ総量を
有する。
ンの振動モードにおいて、ｄβｚＬ２に対する正味のス
レッショルドゲインαを示すものである。最も低いゲイ
ンモードにおけるスレッショルドゲイン差は、１つのモ
ード動作のゲイン余裕を示している。この例において、
分布した位相シフトレーザ１０はＬ２／Ｌ＝０．５、カ
ップリング強度ｋＬ＝２、そしてＬ＝２５０μｍの全長
を有する。面の状態はｐ１＝ｐ２＝０である。垂直軸は
ｃｍ−1の単位の正味のスレッショルドゲインであり、
水平軸はラジアンでｄβｚＬ２の総量である。ｄβｚＬ
２＝０のとき、ｗ１＝ｗ２に相応して、２つの最も低い
ゲイン振動モードはスレッショルドゲインの同じ総量を
有する。
【００５１】ｗ２が広くなるだけｄβｚＬ２が増大する
と、２つの最も低いゲインモードは分割されてきて、そ
して異なるモードは異なるスレッショルドゲインを有す
る。ｄβｚＬ２がπ／２に近いとスレッショルドゲイン
差は２つの最も低いゲイン振動モードの間で４５ｃｍ−
1以上である。そして１つのモード動作が容易に達成で
きるようになる。
と、２つの最も低いゲインモードは分割されてきて、そ
して異なるモードは異なるスレッショルドゲインを有す
る。ｄβｚＬ２がπ／２に近いとスレッショルドゲイン
差は２つの最も低いゲイン振動モードの間で４５ｃｍ−
1以上である。そして１つのモード動作が容易に達成で
きるようになる。
【００５２】πとπ／２の間におけるｄβｚＬ２につい
てみれば、ゲイン余裕はｄβｚＬ２の変化に対して比較
的鈍いものである。これはこのレーザ装置の製作におい
て大きな許容値を与える。付け加えて、それは、スペー
スホールバーニングによって生じられる余計な位相シフ
トが大きなゲイン余裕の削減を生じさせないため、この
レーザ装置をスペースホールバーニングに対して比較的
鈍くするのである。
てみれば、ゲイン余裕はｄβｚＬ２の変化に対して比較
的鈍いものである。これはこのレーザ装置の製作におい
て大きな許容値を与える。付け加えて、それは、スペー
スホールバーニングによって生じられる余計な位相シフ
トが大きなゲイン余裕の削減を生じさせないため、この
レーザ装置をスペースホールバーニングに対して比較的
鈍くするのである。
【００５３】図４に示されるように、このレーザ装置に
おけるゲイン余裕は、ｄβｚＬ２とともに周期的な変化
はしない。そして、全体の位相シフトが２ｄβｚＬ２＝
２πのときも消滅しない。こうして、中央部２６は単に
位相シフタとして動作しない。この発明における大きな
中央部２６の選択が従来の位相シフトＤＦＢレーザと原
理的に異なるものとする。
おけるゲイン余裕は、ｄβｚＬ２とともに周期的な変化
はしない。そして、全体の位相シフトが２ｄβｚＬ２＝
２πのときも消滅しない。こうして、中央部２６は単に
位相シフタとして動作しない。この発明における大きな
中央部２６の選択が従来の位相シフトＤＦＢレーザと原
理的に異なるものとする。
【００５４】従来の格子位相レーザにおいて、全位相シ
フトがπ／２となると、全く位相シフトが無いのと等価
になる。そして、２つのモードは同じスレッショルドゲ
インとなる。
フトがπ／２となると、全く位相シフトが無いのと等価
になる。そして、２つのモードは同じスレッショルドゲ
インとなる。
【００５５】ケイ素系ファイバにおける最も低い損失は
１５５０ｎｍで生じ、且つファイバ消散は１３００ｎｍ
付近で生じるので、長距離、高速光通信システムのため
に使用される半導体材料はＩｎＧａＡｓＰが好ましい。
これは、１３００ｎｍから１５５０ｎｍのスペクトラム
レンジの光子を放出する。このスペクトラムレンジでの
屈折率は約３．３である。これは、２次格子のピッチＰ
を約０．４μｍに決定する。２次格子のための溝幅は、
カップリング係数と放射損失において重要な係数とな
る。カップリング係数の最も大きな総量は、溝幅が２次
格子における格子ピッチＰの約４分の１のときに得られ
る。それゆえ、格子の溝幅は、大きなカップリング係数
ｋを得るために、約０．１μｍにされるべきである。こ
うして、約０．４μｍのピッチと約０．１μｍの格子溝
幅が好ましい。
１５５０ｎｍで生じ、且つファイバ消散は１３００ｎｍ
付近で生じるので、長距離、高速光通信システムのため
に使用される半導体材料はＩｎＧａＡｓＰが好ましい。
これは、１３００ｎｍから１５５０ｎｍのスペクトラム
レンジの光子を放出する。このスペクトラムレンジでの
屈折率は約３．３である。これは、２次格子のピッチＰ
を約０．４μｍに決定する。２次格子のための溝幅は、
カップリング係数と放射損失において重要な係数とな
る。カップリング係数の最も大きな総量は、溝幅が２次
格子における格子ピッチＰの約４分の１のときに得られ
る。それゆえ、格子の溝幅は、大きなカップリング係数
ｋを得るために、約０．１μｍにされるべきである。こ
うして、約０．４μｍのピッチと約０．１μｍの格子溝
幅が好ましい。
【００５６】このようなレーザ装置を製造する１つの方
法は、バイアスされたマスクに連結されたＸ線リゾグラ
フィを使用することである。即ち、マスクとウエハとの
間の設計されたギャップに所要求の領域イメージを提供
するマスクを予め設計することである。マスクのバイア
スは、当業者に知られており、また、光学及び電子ビー
ムリゾグラフィ分野において採用されている。負のバイ
アスが好ましい。ＤＦＢレーザに役立ち得る従来の製造
技術の情報には、“Ｘ線リゾグラフィ ビームライン
アラジン（Ｘ−Ｒａｙ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｂｅ
ａｍｌｉｎｅｓａｔ Ａｌａｄｄｉｎ）、ニュウクリ．
インストル．メッソ（Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒｕ．Ｍｅｔ
ｈ．）”、Ａ２６６，２７８（１９８８）に掲載された
ジ．エム．ウエルズ（Ｇ．Ｍ．Ｗｅｌｌｓ）、ビ．ライ
（Ｂ．Ｌａｉ）、ディ．ソ（Ｄ．Ｓｏ）、アール．リダ
エリ（Ｒ．Ｒｅｄａｅｌｌｉ）、エフ．セリナ（Ｆ．Ｃ
ｅｒｒｉｎａ）共著の論文、イー．イー．コッホ（Ｅ．
Ｅ．Ｋｏｃｈ）著シンクロトロン放射のハンドブック
（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｎ Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ
Ｒａｄｉａｔｉｏｎ），ジェイ．ヴァク．サイ．テク．
（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．）、Ｂ８，１５５１
（１９９０）に掲載されたノースホーランド（Ｎｏｒｔ
ｈ Ｈｏｌｌａｎｄ），ニューヨーク（Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ）（１９８３）；ジェイ．グオ（Ｊ．Ｇｕｏ）、ジ．
チェン（Ｇ．Ｃｈｅｎ）、ヴイ．ホワイト（Ｖ．Ｗｈｉ
ｔｅ）、ピー．アンダーソン（Ｐ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ）
及びエフ．セリナ（Ｆ．Ｃｅｒｒｉｎａ）共著の論文、
“シンクロトロン放射に基づいたＸ線リゾグラフィにお
ける空間のイメージ形成（Ａｅｒｉａｌ ＩｍａｇｅＦ
ｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ−Ｒ
ａｄｉａｔｉｏｎ−Ｂａｓｅｄ Ｘ−ｒａｉ Ｌｉｔｈ
ｏｇｒａｐｈｙ） ザ・ホール・ ピクチャー（Ｔｈｅ
Ｗｈｏｌｅ Ｐｉｃｃｔｕｒｅ）、”そして、“シャ
ドウ（Ｓｈａｄｏｗ）：シンクロトロン放射のための線
追跡プログラム（Ａ Ｒａｙ Ｔｒａｃｉｎｇ Ｐｒｏ
ｇｒａｍ ｆｏｒ Ｓｙｎｃｈｒｏｔｏｒｏｎ Ｒａｄ
ｉａｔｉｏｎ）、”ニュウクリ．インストル．メッソ
（Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒｕ．Ｍｅｔｈ．）、Ａ２４６，
３３７（１９８６）ビー．ライ（Ｂ．Ｌａｉ）、エフ．
セリナ．（Ｆ．Ｃｅｒｒｉｎａ）共著の論文を参照され
たい。。
法は、バイアスされたマスクに連結されたＸ線リゾグラ
フィを使用することである。即ち、マスクとウエハとの
間の設計されたギャップに所要求の領域イメージを提供
するマスクを予め設計することである。マスクのバイア
スは、当業者に知られており、また、光学及び電子ビー
ムリゾグラフィ分野において採用されている。負のバイ
アスが好ましい。ＤＦＢレーザに役立ち得る従来の製造
技術の情報には、“Ｘ線リゾグラフィ ビームライン
アラジン（Ｘ−Ｒａｙ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｂｅ
ａｍｌｉｎｅｓａｔ Ａｌａｄｄｉｎ）、ニュウクリ．
インストル．メッソ（Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒｕ．Ｍｅｔ
ｈ．）”、Ａ２６６，２７８（１９８８）に掲載された
ジ．エム．ウエルズ（Ｇ．Ｍ．Ｗｅｌｌｓ）、ビ．ライ
（Ｂ．Ｌａｉ）、ディ．ソ（Ｄ．Ｓｏ）、アール．リダ
エリ（Ｒ．Ｒｅｄａｅｌｌｉ）、エフ．セリナ（Ｆ．Ｃ
ｅｒｒｉｎａ）共著の論文、イー．イー．コッホ（Ｅ．
Ｅ．Ｋｏｃｈ）著シンクロトロン放射のハンドブック
（Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｎ Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ
Ｒａｄｉａｔｉｏｎ），ジェイ．ヴァク．サイ．テク．
（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．）、Ｂ８，１５５１
（１９９０）に掲載されたノースホーランド（Ｎｏｒｔ
ｈ Ｈｏｌｌａｎｄ），ニューヨーク（Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ）（１９８３）；ジェイ．グオ（Ｊ．Ｇｕｏ）、ジ．
チェン（Ｇ．Ｃｈｅｎ）、ヴイ．ホワイト（Ｖ．Ｗｈｉ
ｔｅ）、ピー．アンダーソン（Ｐ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ）
及びエフ．セリナ（Ｆ．Ｃｅｒｒｉｎａ）共著の論文、
“シンクロトロン放射に基づいたＸ線リゾグラフィにお
ける空間のイメージ形成（Ａｅｒｉａｌ ＩｍａｇｅＦ
ｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ−Ｒ
ａｄｉａｔｉｏｎ−Ｂａｓｅｄ Ｘ−ｒａｉ Ｌｉｔｈ
ｏｇｒａｐｈｙ） ザ・ホール・ ピクチャー（Ｔｈｅ
Ｗｈｏｌｅ Ｐｉｃｃｔｕｒｅ）、”そして、“シャ
ドウ（Ｓｈａｄｏｗ）：シンクロトロン放射のための線
追跡プログラム（Ａ Ｒａｙ Ｔｒａｃｉｎｇ Ｐｒｏ
ｇｒａｍ ｆｏｒ Ｓｙｎｃｈｒｏｔｏｒｏｎ Ｒａｄ
ｉａｔｉｏｎ）、”ニュウクリ．インストル．メッソ
（Ｎｕｃｌ．Ｉｎｓｔｒｕ．Ｍｅｔｈ．）、Ａ２４６，
３３７（１９８６）ビー．ライ（Ｂ．Ｌａｉ）、エフ．
セリナ．（Ｆ．Ｃｅｒｒｉｎａ）共著の論文を参照され
たい。。
【００５７】このレーザ装置の製造方法は、図５（Ａ）
と（Ｂ）に示されている。このレーザ装置は図５（Ａ）
に示されるように次のパラメータを有するように作られ
る。即ち、
と（Ｂ）に示されている。このレーザ装置は図５（Ａ）
に示されるように次のパラメータを有するように作られ
る。即ち、
【００５８】 Ｌ＝１０００μｍ Ｌ２＝５００μｍ Ｌ２／Ｌ＝０．５０ ｄβｚＬ２＝π／２．
【００５９】この例においては、レーザ１０の空洞の長
さを長くとることが、このレーザ装置の構造によって可
能となる。前に説明したように、このようなレーザ１０
の長さは、厳しいスペースホールバーニングの問題を生
じさせるだろう。
さを長くとることが、このレーザ装置の構造によって可
能となる。前に説明したように、このようなレーザ１０
の長さは、厳しいスペースホールバーニングの問題を生
じさせるだろう。
【００６０】この工程は、上面と下面とを有するＩｎＰ
基板２９から始まる。この基板２９は、例えば、およそ
５００μｍの長さ、２０μｍの幅、５０μｍの厚さを有
する。ＩｎＰ（ｐ＝１．１μｍ）のＮ型案内層３０は、
基板２９の上面にエピタキシャル成長され、この上面を
約０．５μｍの厚さで覆う。このＮ型案内層３０は基板
２９の上面に接触する下面と露出した上面とを有する。
基板２９から始まる。この基板２９は、例えば、およそ
５００μｍの長さ、２０μｍの幅、５０μｍの厚さを有
する。ＩｎＰ（ｐ＝１．１μｍ）のＮ型案内層３０は、
基板２９の上面にエピタキシャル成長され、この上面を
約０．５μｍの厚さで覆う。このＮ型案内層３０は基板
２９の上面に接触する下面と露出した上面とを有する。
【００６１】活性媒体１２は、Ｎ型案内層３０の露出し
た上面にエピタキシャル成長されたＩｎＧａＡｓＰ（ｐ
＝１．５５μｍ）からなるストライプである。活性媒体
１２は第１の幅ｗ１＝３．０μｍと、第２の幅ｗ２＝
３．５μｍとを有するだろう。好ましい幅は、２．５μ
ｍと５．０μｍの間で、ｗ１／ｗ２の割合は０．８０と
０．９５の間である。これらの数は、このレーザ装置を
上述したパラメータに適合させるだろう。活性媒体１２
はおよそ０．３μｍの厚さである。５００μｍ長くする
と、活性媒体１２の端部１８と２０は、基板２９と次の
Ｎ型案内層３０の端部にまで延びる。
た上面にエピタキシャル成長されたＩｎＧａＡｓＰ（ｐ
＝１．５５μｍ）からなるストライプである。活性媒体
１２は第１の幅ｗ１＝３．０μｍと、第２の幅ｗ２＝
３．５μｍとを有するだろう。好ましい幅は、２．５μ
ｍと５．０μｍの間で、ｗ１／ｗ２の割合は０．８０と
０．９５の間である。これらの数は、このレーザ装置を
上述したパラメータに適合させるだろう。活性媒体１２
はおよそ０．３μｍの厚さである。５００μｍ長くする
と、活性媒体１２の端部１８と２０は、基板２９と次の
Ｎ型案内層３０の端部にまで延びる。
【００６２】ＩｎＰ（ｐ＝１．１μｍ）のＰ型案内層３
２は、また活性媒体１２の上面とＮ型案内層３０の露出
したすべての上面にエピタキシャル成長によって設けら
れる。Ｐ型案内層３２は、Ｎ型案内層３０上では約０．
８μｍの厚さを持ち、活性媒体１２上では約０．５μｍ
の厚さを持つ。Ｐ型案内層３２とＮ型案内層３０は、横
と縦の両方向で活性媒体１２のストライプを囲むことと
なる。活性媒体１２のストライプは未だ各端部１８と２
０で露出されている。
２は、また活性媒体１２の上面とＮ型案内層３０の露出
したすべての上面にエピタキシャル成長によって設けら
れる。Ｐ型案内層３２は、Ｎ型案内層３０上では約０．
８μｍの厚さを持ち、活性媒体１２上では約０．５μｍ
の厚さを持つ。Ｐ型案内層３２とＮ型案内層３０は、横
と縦の両方向で活性媒体１２のストライプを囲むことと
なる。活性媒体１２のストライプは未だ各端部１８と２
０で露出されている。
【００６３】図５（Ｂ）において、Ｐ型案内層３２の後
には、１次格子のために約０．２４μｍ又は２次格子の
ために０．４８μｍのピッチを有するフィードバック格
子要素２８が、既知の電子ビーム技術を利用してＰ型案
内層３２の上面にエッチングされる。通常の電極と絶縁
体を含む電流注入手段がそのときに付け加えられる。最
後に、ｐ１＝ｐ２＝０を有する２つの面が、活性媒体１
２の各端部１８と２０に付け加えられる。
には、１次格子のために約０．２４μｍ又は２次格子の
ために０．４８μｍのピッチを有するフィードバック格
子要素２８が、既知の電子ビーム技術を利用してＰ型案
内層３２の上面にエッチングされる。通常の電極と絶縁
体を含む電流注入手段がそのときに付け加えられる。最
後に、ｐ１＝ｐ２＝０を有する２つの面が、活性媒体１
２の各端部１８と２０に付け加えられる。
【００６４】この構造は、一度、０．１０アンペアのス
レッショルド電流が加えられれば、１５００ｎｍの波長
を有するコヒーレントビーム光を生じる。単一の１つの
モードのレーザ１０は、図３においてカップリング定数
ｋＬ＝３．０について示したものと類似する光子強度分
布を示すだろう。結果として、スペースホールバーニン
グは最小となり、そしてレーザ１０は疑似モード以外の
一貫した結果を生じる。スペクトラルのバンド幅は１Ｍ
Ｈｚ以下である。
レッショルド電流が加えられれば、１５００ｎｍの波長
を有するコヒーレントビーム光を生じる。単一の１つの
モードのレーザ１０は、図３においてカップリング定数
ｋＬ＝３．０について示したものと類似する光子強度分
布を示すだろう。結果として、スペースホールバーニン
グは最小となり、そしてレーザ１０は疑似モード以外の
一貫した結果を生じる。スペクトラルのバンド幅は１Ｍ
Ｈｚ以下である。
【００６５】大きな中央部２６の構造は、埋設されたヘ
テロ構造とリブタイプの導波管構造の両方が使用され得
る。リブタイプの導波管において、活性媒体１２は同種
であり、そして、オプチカルフィールドは案内層に形成
されたリブ導波管によって案内される。図１（Ａ）と
（Ｂ）に示されるのと類似構造が、案内層上のリブ導波
管構造に適用され得る。先の説明は、リブタイプの導波
管構造に対して有効である。
テロ構造とリブタイプの導波管構造の両方が使用され得
る。リブタイプの導波管において、活性媒体１２は同種
であり、そして、オプチカルフィールドは案内層に形成
されたリブ導波管によって案内される。図１（Ａ）と
（Ｂ）に示されるのと類似構造が、案内層上のリブ導波
管構造に適用され得る。先の説明は、リブタイプの導波
管構造に対して有効である。
【００６６】このレーザ装置のｗ１とｗ２（図１（Ｂ）
参照）は、実効屈折率方法とｄβｚＬ２の設計量とによ
って決定されることができる。比較的大きなｗ１の値を
選択すれば、ｗ２−ｗ１の値をフィードバック格子要素
２８のピッチより大きく選択することができる。それゆ
え、シフトされた活性媒体１２の構造は、電子ビームリ
ゾグラフィ製造技術に余計の要求をとらせない。
参照）は、実効屈折率方法とｄβｚＬ２の設計量とによ
って決定されることができる。比較的大きなｗ１の値を
選択すれば、ｗ２−ｗ１の値をフィードバック格子要素
２８のピッチより大きく選択することができる。それゆ
え、シフトされた活性媒体１２の構造は、電子ビームリ
ゾグラフィ製造技術に余計の要求をとらせない。
【００６７】詳細な研究によって、ｐ１＝ｐ２＝０の反
射係数を持つ面を有するこのレーザ装置において、シフ
トされた領域長さの総量が、レーザ全長の３分の１から
３分の２の間にあり、且つ、ｄβｚＬ２の総量がπ／３
からπの間にあるとき、大きなゲイン余裕と小さなスペ
ースホールバーニングが成し遂げられる。このレンジ外
において、ゲイン余裕はシフトされた領域が長くなり過
ぎると小さくなり、また、スペースホールバーニングは
シフトされた領域が小さくなり過ぎると激しくなる。
射係数を持つ面を有するこのレーザ装置において、シフ
トされた領域長さの総量が、レーザ全長の３分の１から
３分の２の間にあり、且つ、ｄβｚＬ２の総量がπ／３
からπの間にあるとき、大きなゲイン余裕と小さなスペ
ースホールバーニングが成し遂げられる。このレンジ外
において、ゲイン余裕はシフトされた領域が長くなり過
ぎると小さくなり、また、スペースホールバーニングは
シフトされた領域が小さくなり過ぎると激しくなる。
【００６８】ゲイン余裕はまた、ｄβｚＬ２≧４におい
て非常に小さくなる。また、ｐ１とｐ２は零と等しくな
いため、スレッショルドゲイン状態が計算され得る。こ
こで、ゲイン余裕はｐ１とｐ２の値と位相に依存する。
フィードバック格子要素２８のピッチは非常に小さいの
で、ｐ１とｐ２の位相の精密な制御は非常に難しくな
る。それゆえ、ｐ１＝ｐ２＝０であることが、この装置
の単一モード動作を維持するために通常、望まれる。
て非常に小さくなる。また、ｐ１とｐ２は零と等しくな
いため、スレッショルドゲイン状態が計算され得る。こ
こで、ゲイン余裕はｐ１とｐ２の値と位相に依存する。
フィードバック格子要素２８のピッチは非常に小さいの
で、ｐ１とｐ２の位相の精密な制御は非常に難しくな
る。それゆえ、ｐ１＝ｐ２＝０であることが、この装置
の単一モード動作を維持するために通常、望まれる。
【００６９】
【発明の効果】ここに開示された構造を有するＤＦＢレ
ーザは、高性能の単一モード、狭いライン幅、容易に製
造されて使用される半導体レーザを生じさせる。明らか
にされた構造の使用は、従来の位相シフトＤＦＢレーザ
の光子強度に比べ、より均一な内部光子強度の分布を生
じさせる。
ーザは、高性能の単一モード、狭いライン幅、容易に製
造されて使用される半導体レーザを生じさせる。明らか
にされた構造の使用は、従来の位相シフトＤＦＢレーザ
の光子強度に比べ、より均一な内部光子強度の分布を生
じさせる。
【００７０】また、ＤＦＢレーザのための明らかにされ
た構造は、単一モード動作のための大きなゲイン余裕を
生じさせる。そして、このゲイン余裕は、スペースホー
ルバーニングによって生じられた余計な位相シフト量に
対して比較的鈍感である。
た構造は、単一モード動作のための大きなゲイン余裕を
生じさせる。そして、このゲイン余裕は、スペースホー
ルバーニングによって生じられた余計な位相シフト量に
対して比較的鈍感である。
【００７１】結果として、スペースホールバーニングは
問題ではなくなり、そして、レーザの性能が大幅に改善
され得る。更には、明らかにされた装置は、それらの製
造のための電子ビームリゾグラフィ装置において余計な
要件を必要としない。
問題ではなくなり、そして、レーザの性能が大幅に改善
され得る。更には、明らかにされた装置は、それらの製
造のための電子ビームリゾグラフィ装置において余計な
要件を必要としない。
【００７２】前述したことは、この装置の一般原理を示
している。しかしながら、多くの態様と変更がこの記載
に基づいて、当業者によって明らかにされ得るだろう。
上述された正確な構造と動作について、この発明は制限
されるものではない。
している。しかしながら、多くの態様と変更がこの記載
に基づいて、当業者によって明らかにされ得るだろう。
上述された正確な構造と動作について、この発明は制限
されるものではない。
【図１】この発明の構造を示し、（Ａ）は断面図、
（Ｂ）は上面図である。
（Ｂ）は上面図である。
【図２】この発明の装置の１つのタイプにおいて、光子
強度分布の比較を示す図である。
強度分布の比較を示す図である。
【図３】大きなカップリング強度を有するこの発明の装
置の他のタイプにおいて、光子強度分布の比較を示す図
である。
置の他のタイプにおいて、光子強度分布の比較を示す図
である。
【図４】この発明の装置において、最も低いゲイン振動
モードのためのｄβｚＬ２の総量に対する正味のスレッ
ショルドゲインを示す図である。
モードのためのｄβｚＬ２の総量に対する正味のスレッ
ショルドゲインを示す図である。
【図５】この発明の装置の１例を製造する工程（Ａ）と
（Ｂ）を示す図である。
（Ｂ）を示す図である。
１０ ＤＦＢレーザ １２ 活性媒体 １４，１６ 表面 １８，２０ 縁 ２２，２４ 端部 ２６ 中央部 ２８ 格子要素 ３０ Ｎ型案内層 ３２ Ｐ型案内層
Claims (26)
- 【請求項１】 ２つの電極と、これら電極間に設けられ
た活性媒体と、上記電極の１つと上記活性媒体の間に設
けられた格子要素とを備え、 上記活性媒体は、半導体材料であって、或る長さを有す
る中央部と、或る長さをそれぞれ有する２つの端部とを
含み、上記中央部は、上記２つの端部のどちらの幅とも
異なる幅を有し、上記中央部の長さは、上記中央部と上
記２つの端部の各々を組み合わせた長さの約５分の１よ
り大きいレーザ装置。 - 【請求項２】 上記中央部は、上記活性媒体の全長の約
５分の１から５分の４の長さである請求項１のレーザ装
置。 - 【請求項３】 上記中央部は、上記活性媒体の全長の約
３分の１から３分の２の長さである請求項１のレーザ装
置。 - 【請求項４】 上記中央部は、上記２つの端部のどちら
の幅よりも広い請求項１のレーザ装置。 - 【請求項５】 上記２つの端部は等しい長さを有し、上
記活性媒体は上記端部において次の特性方程式： −ｄＲ（ｚ）／ｄｚ＋（α／２−ｊδ）Ｒ（ｚ）＝ｊｋＳ（ｚ） ｄＳ（ｚ）／ｄｚ＋（α／２−ｊδ）Ｓ（ｚ）＝ｊｋＲ（ｚ） δ＝βｚ−β0 を有し、 ここで、Ｒ（ｚ）は前方への進行波、 Ｓ（ｚ）は後方への進行波、 αは活性媒体の正味のゲイン、 δはブラッグ波長から離調するモード、 ｋはカップリング係数、 ｊは複素数、 β0はブラッグ波長、 そして、βzはｚ方向への伝播定数であり、 上記特性方程式は、次の境界条件、 Ｒ１（−Ｌ１−Ｌ２／２）＝ｐ１Ｓ１（−Ｌ１−Ｌ２／
２）； Ｓ３（Ｌ１＋Ｌ２／２）＝ｐ２Ｒ３（Ｌ１＋Ｌ２／２） Ｒ１（−Ｌ２／２）＝Ｒ２（−Ｌ２／２）； Ｓ１（Ｌ２／２）＝Ｓ２（−Ｌ２／２） Ｒ２（Ｌ２／２）＝Ｒ３（Ｌ２／２）； Ｓ２（Ｌ２／２）＝Ｓ３（Ｌ２／２） を満たす解のペア（αi，δi；ｉ＝１，２…）を有し、 ここで、Ｌ１＝各端部の長さ Ｌ２＝中央部の長さ ｚ＝０は上記レーザ装置の中央を示す 請求項１のレーザ装置。 - 【請求項６】 上記中央部の長さと、上記中央部と上記
端部の間のｚ方向における伝播定数の差との積の値は、
３分のπとπとの間である請求項５のレーザ装置。 - 【請求項７】 上記活性媒体の表面に隣接する格子要素
を含む請求項１のレーザ装置。 - 【請求項８】 上記格子要素は一様である請求項７のレ
ーザ装置。 - 【請求項９】 上記電極は、それぞれ少なくとも１つの
Ｐ型案内層と、少なくとも１つのＮ型案内層とを含んで
いる請求項１のレーザ装置。 - 【請求項１０】 ２つの電極と、これら電極間に設けら
れた活性媒体と、上記電極の１つと上記活性媒体の間に
設けられた格子要素とを備え、 上記活性媒体は、或る長さと互いに対抗する端部とを有
し、且つ各端部に出力面を有し、 上記活性媒体は、半導体材料であって、長さを有する中
央部と、長さをそれぞれ有する２つの端部とを含み、上
記中央部は、上記２つの端部のどちらの幅とも異なる幅
を有し、上記中央部の長さは、上記出力面のどちらでの
光子強度に対する上記中央部の中央での光子強度の割合
が、上記中央部と上記端部とが同じ幅を有する活性媒体
に対応する上記出力面のどちらでの光子強度に対する上
記中央部の中央での光子強度の割合より小さい、少なく
とも約１．５の係数であるように十分に大きいレーザ装
置。 - 【請求項１１】 上記中央部は、上記活性媒体の全長の
約３分の１と３分の２の間である請求項１０のレーザ装
置。 - 【請求項１２】 上記中央部は上記２つの端部のどちら
よりも広い請求項１０のレーザ装置。 - 【請求項１３】 上記中央部によって生じられる位相シ
フトは、約２分のπである請求項１０のレーザ装置。 - 【請求項１４】 上記活性媒体の表面に隣接する一様に
構成された格子要素を含む請求項１０のレーザ装置。 - 【請求項１５】 （ａ）２つの電極と、 （ｂ）上記２つの電極の間に設けられ、上記電極のそれ
ぞれに隣接する第１の表面と、第２の表面とを有する活
性媒体であって、２つの端部の間に中央部を含み、上記
中央部の光伝播定数は、上記中央部によって生じられる
位相シフトが約２分のπとなるように、上記端部のどち
らの光伝播定数とも異なっていて、上記中央部の長さは
上記活性媒体の全長の約３分の１と３分の２の間である
活性媒体と、 （ｃ）上記活性媒体の１つの表面に隣接する格子要素
と、 を備たレーザ装置。 - 【請求項１６】 上記中央部は、上記２つの端部のどち
らよりも広い請求項１５のレーザ装置。 - 【請求項１７】 （ａ）２つの電極と、 （ｂ）上記２つの電極の間に設けられ、上記電極のそれ
ぞれに隣接する第１の表面と、第２の表面とを有する活
性媒体であって、縁にそれぞれ出力面を有する２つの端
部間に中央部を含み、上記中央部は上記端部のどちらよ
りも大きい幅を有し、上記中央部の光伝播定数は、上記
中央部によって生じられる位相シフトが約２分のπとな
るように、上記端部のどちらの光伝播定数とも異なって
いて、上記出力面での上記光子強度に対する上記中央部
の中央での光子強度の割合が、一様な幅を有する活性媒
体に比較して、少なくとも約１．５倍だけ減じられてい
る活性媒体と、 （ｃ）上記活性媒体の表面の１つに隣接する一様に構成
された格子要素と、 を備えたレーザ装置。 - 【請求項１８】 上記電極は、それぞれ少なくとも１つ
のＰ型案内層と、少なくとも１つのＮ型案内層である請
求項１７のレーザ装置。 - 【請求項１９】 上記中央部は、上記活性媒体の全長の
約５分の１と５分の４の間であるレーザ装置。 - 【請求項２０】 上記中央部は、上記活性媒体の全長の
約３分の１と３分の２の間であるレーザ装置。 - 【請求項２１】 （ａ）ストライプの形状をした活性媒
体であって、上記ストライプはまた、第１と第２の表面
と２つの縁を有し、上記ストライプは中央部と２つの端
部とを有し、上記中央部は上記２つの端部のどちらより
も幅が広く、２つの端部は等しい幅を有し、そして、上
記中央部の長さは、上記活性媒体の全長の５分の１と５
分の４の間である活性媒体と、 （ｂ）上記活性媒体よりも高いバンドギャップ幅エネル
ギを有する少なくとも１つのＰ型案内層であって、上記
ストライプの上記第１の表面に設けられた上記Ｐ型案内
層と、 （ｃ）上記活性媒体よりも高いバンドギャップエネルギ
を有する少なくとも１つのＮ型案内層であって、上記ス
トライプの上記第２の表面に設けられた上記Ｎ型案内層
と、 （ｄ）上記活性媒体、上記少なくとも１つのＰ型案内
層、上記少なくとも１つのＮ型案内層はそれぞれ半導体
材料で作られ、 （ｅ）上記ストライプの上記第１の表面に隣接する上記
少なくとも１つのＰ型案内層の上に設けられた格子要素
と、 （ｆ）上記少なくとも１つのＮ型案内層、上記少なくと
も１つのＰ型案内層、及び上記活性媒体とを通して電流
を注入する手段であって、上記注入電流は上記活性媒体
からレーザ作用を誘起させるのに十分であり、上記格子
要素は上記活性媒体に光学的フィードバックを行い、そ
して上記中央部は位相シフトを行い、これによって単一
モードで狭いライン幅のコヒーレント光が放出される手
段と、 を備えたレーザ装置。 - 【請求項２２】 上記中央部は上記活性媒体の全長の約
３分の１と３分の２の間である請求項２１のレーザ装
置。 - 【請求項２３】 上記活性媒体の上記２つの縁それぞれ
に出力面を有し、上記出力面はそれぞれｐ１とｐ２の反
射係数をもっている請求項２１のレーザ装置。 - 【請求項２４】 ｐ１＝ｐ２＝０である請求項２３のレ
ーザ装置。 - 【請求項２５】 上記２つの端部は、等しい長さを有
し、上記活性媒体は次の特性方程式： −ｄＲ（ｚ）／ｄｚ＋（α／２−ｊδ）Ｒ（ｚ）＝ｊｋＳ（ｚ） ｄＳ（ｚ）／ｄｚ＋（α／２−ｊδ）Ｓ（ｚ）＝ｊｋＲ（ｚ） δ＝βｚ−β0 を有し、 ここで、Ｒ（ｚ）は前方への進行波、 Ｓ（ｚ）は後方への進行波、 αは活性媒体の正味のゲイン、 δはブラッグ波長から離調するモード、 ｋはカップリング係数、 ｊは複素数、 β0はブラッグ波長、 そして、βzはｚ方向への伝播定数であり、 上記特性方程式は、次の境界条件、 Ｒ１（−Ｌ１−Ｌ２／２）＝ｐ１Ｓ１（−Ｌ１−Ｌ２／
２）； Ｓ３（Ｌ１＋Ｌ２／２）＝ｐ２Ｒ３（Ｌ１＋Ｌ２／２） Ｒ１（−Ｌ２／２）＝Ｒ２（−Ｌ２／２）； Ｓ１（Ｌ２／２）＝Ｓ２（−Ｌ２／２） Ｒ２（Ｌ２／２）＝Ｒ３（Ｌ２／２）； Ｓ２（Ｌ２／２）＝Ｓ３（Ｌ２／２） を満たす解のペア（αi，δi；ｉ＝１，２…）を有し、 ここで、Ｌ１＝各端部の長さ Ｌ２＝中央部の長さ ｚ＝０は上記レーザ装置の中央を示す 請求項２１のレーザ装置。 - 【請求項２６】 上記中央部の長さと、上記中央部と上
記端部の間のｚ方向における伝播定数の差との積の値
は、３分のπとπとの間である請求項２５のレーザ装
置。
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