JPH06326410A - 集積型半導体レーザ光源 - Google Patents
集積型半導体レーザ光源Info
- Publication number
- JPH06326410A JPH06326410A JP11262393A JP11262393A JPH06326410A JP H06326410 A JPH06326410 A JP H06326410A JP 11262393 A JP11262393 A JP 11262393A JP 11262393 A JP11262393 A JP 11262393A JP H06326410 A JPH06326410 A JP H06326410A
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- JP
- Japan
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- semiconductor laser
- waveguide
- optical
- waveguide type
- optical filter
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体レーザ光源の機械的不安定さを除去
し、コンパクトかつ集積化する。 【構成】 単一波長で発振する半導体レーザ２と、少な
くとも２つの回折格子により形成された導波型光フィル
タ５とが、同一の半導体基板６に形成されている。
し、コンパクトかつ集積化する。 【構成】 単一波長で発振する半導体レーザ２と、少な
くとも２つの回折格子により形成された導波型光フィル
タ５とが、同一の半導体基板６に形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は集積型半導体レーザ光源
に関し、より詳細には、光ファイバ通信，光計測等に用
いられる集積型半導体レーザ光源に関するものである。
に関し、より詳細には、光ファイバ通信，光計測等に用
いられる集積型半導体レーザ光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信または光計測では、単一
波長の光を発生するコンパクトな光源として半導体レー
ザが使われている。従来は、半導体レーザの波長単一性
向上のため、分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ），分布
反射型レーザ（ＤＢＲレーザ）等の検討が行われてお
り、単体素子で発生した光の波長広がり（以下、線幅と
言う）は１００ｋＨｚ程度が得られている。
波長の光を発生するコンパクトな光源として半導体レー
ザが使われている。従来は、半導体レーザの波長単一性
向上のため、分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ），分布
反射型レーザ（ＤＢＲレーザ）等の検討が行われてお
り、単体素子で発生した光の波長広がり（以下、線幅と
言う）は１００ｋＨｚ程度が得られている。
【０００３】しかし、さらなる線幅の低減、および発振
波長の安定化は、光ファイバ通信，光計測等の応用分野
において不可欠である。単一波長の半導体レーザにおい
ては、線幅の低減、および発振波長の安定化の方法とし
て、波長依存性のある反射率を有する鏡により、半導体
レーザの外部に共振器を形成する方法がある。
波長の安定化は、光ファイバ通信，光計測等の応用分野
において不可欠である。単一波長の半導体レーザにおい
ては、線幅の低減、および発振波長の安定化の方法とし
て、波長依存性のある反射率を有する鏡により、半導体
レーザの外部に共振器を形成する方法がある。
【０００４】この技術を実現する方法の１つに、光学定
盤上でレンズ，微動器等を用いて光学系を組む方法があ
った（例えば、Ｂ．Ｄａｈｍａｎｉ ｅｔ ａｌ，Ｏｐ
ｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１
１，ｐｐ．８７６−８７８，１９８７）。しかし、これ
では機械的振動に弱く、光源のサイズも非常に大きなも
のであった。その後、特開平４−３４３２８３号公報に
開示されている発明では、半導体レーザと導波型光フィ
ルタを同一半導体基板上に形成することによって、機械
的振動に強く、コンパクトな光源が実現されていた。し
かし、この場合には、光フィルタとして用いられていた
多重干渉型ファブリペロ干渉計が、素子端面に高反射膜
を形成することにより実現されていた。このため、構造
には劈開端面が必要であった。
盤上でレンズ，微動器等を用いて光学系を組む方法があ
った（例えば、Ｂ．Ｄａｈｍａｎｉ ｅｔ ａｌ，Ｏｐ
ｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１
１，ｐｐ．８７６−８７８，１９８７）。しかし、これ
では機械的振動に弱く、光源のサイズも非常に大きなも
のであった。その後、特開平４−３４３２８３号公報に
開示されている発明では、半導体レーザと導波型光フィ
ルタを同一半導体基板上に形成することによって、機械
的振動に強く、コンパクトな光源が実現されていた。し
かし、この場合には、光フィルタとして用いられていた
多重干渉型ファブリペロ干渉計が、素子端面に高反射膜
を形成することにより実現されていた。このため、構造
には劈開端面が必要であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、上述した問題点を解消し、光学系の機械的不安定さ
を除去し、コンパクトかつ集積に適した集積型半導体レ
ーザ光源を提供することにある。
は、上述した問題点を解消し、光学系の機械的不安定さ
を除去し、コンパクトかつ集積に適した集積型半導体レ
ーザ光源を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の集積型半導体レーザ光源は、単一波
長で発振する半導体レーザと、少なくとも２つの回折格
子により形成された導波型光フィルタとが、同一半導体
基板上に形成されていることを特徴とする。
るために、本発明の集積型半導体レーザ光源は、単一波
長で発振する半導体レーザと、少なくとも２つの回折格
子により形成された導波型光フィルタとが、同一半導体
基板上に形成されていることを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明によれば、反射率が波長依存性を有する
導波型光フィルタと単一波長半導体レーザが結合した構
造を、同一半導体基板上に形成することにより、この導
波型光フィルタからの戻り光で、半導体レーザからの出
力光スペクトル広がりが狭くなり、かつその波長安定化
が行われた光源が実現できる。
導波型光フィルタと単一波長半導体レーザが結合した構
造を、同一半導体基板上に形成することにより、この導
波型光フィルタからの戻り光で、半導体レーザからの出
力光スペクトル広がりが狭くなり、かつその波長安定化
が行われた光源が実現できる。
【０００８】このとき、半導体レーザと同一基板上に形
成される導波型光フィルタを、２つ以上の回折格子によ
り形成された多重反射型ファブリペロ干渉計にすること
により、集積に適した構造とすることができる。
成される導波型光フィルタを、２つ以上の回折格子によ
り形成された多重反射型ファブリペロ干渉計にすること
により、集積に適した構造とすることができる。
【０００９】図１は、本発明による集積型半導体レーザ
光源の原理を示す図である。図中の曲線Ａは、光学フィ
ルタの反射率の光周波数依存性を示す。光学フィルタへ
入射した光は、その光周波数に応じた反射率で反射さ
れ、単一波長半導体レーザへ戻る。光学フィルタへ入射
する半導体レーザの波長が、図１の黒丸で示された値を
とった場合を考える。このとき、半導体レーザへは、一
定の光強度Ｐがある距離離れた光学フィルタから帰還さ
れており、外部共振器が形成されている。この効果によ
り、半導体レーザの発振波長はある程度安定化され、線
幅はある程度狭くなる。光学フィルタへの入射光の光周
波数がΔｆだけ高周波側へ変動した場合、本構成の光源
では、光学フィルタからの反射光強度はΔＰだけ増加す
る。このため、半導体レーザへ帰還される光強度が増加
し、半導体レーザ内のキャリア密度を減少させる。キャ
リア密度の減少は共振器内の屈折率を増加させ、発生す
る光の光周波数が低周波側へ変動し、負帰還が達成され
る。この結果、半導体レーザの発振波長は図１の黒丸で
表される光周波数に強く安定化され、線幅は狭くなる。
この負帰還の行われる周波数帯域は半導体レーザのイン
トリシックな周波数変調帯域および光学フィルタの分解
能で決まり、数ＧＨｚ以上の帰還周波数となる。また、
光学フィルタの共振ピークの光周波数を変化したとき
に、その変化速度が周波数換算で数ＧＨｚ程度までは、
半導体レーザの発振周波数は追従して変化し、この光源
の光周波数が変調される。
光源の原理を示す図である。図中の曲線Ａは、光学フィ
ルタの反射率の光周波数依存性を示す。光学フィルタへ
入射した光は、その光周波数に応じた反射率で反射さ
れ、単一波長半導体レーザへ戻る。光学フィルタへ入射
する半導体レーザの波長が、図１の黒丸で示された値を
とった場合を考える。このとき、半導体レーザへは、一
定の光強度Ｐがある距離離れた光学フィルタから帰還さ
れており、外部共振器が形成されている。この効果によ
り、半導体レーザの発振波長はある程度安定化され、線
幅はある程度狭くなる。光学フィルタへの入射光の光周
波数がΔｆだけ高周波側へ変動した場合、本構成の光源
では、光学フィルタからの反射光強度はΔＰだけ増加す
る。このため、半導体レーザへ帰還される光強度が増加
し、半導体レーザ内のキャリア密度を減少させる。キャ
リア密度の減少は共振器内の屈折率を増加させ、発生す
る光の光周波数が低周波側へ変動し、負帰還が達成され
る。この結果、半導体レーザの発振波長は図１の黒丸で
表される光周波数に強く安定化され、線幅は狭くなる。
この負帰還の行われる周波数帯域は半導体レーザのイン
トリシックな周波数変調帯域および光学フィルタの分解
能で決まり、数ＧＨｚ以上の帰還周波数となる。また、
光学フィルタの共振ピークの光周波数を変化したとき
に、その変化速度が周波数換算で数ＧＨｚ程度までは、
半導体レーザの発振周波数は追従して変化し、この光源
の光周波数が変調される。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１１】実施例１ 図２は本発明の一実施例を示す平面図である。
【００１２】本実施例においては、導波型光フィルタ５
として、２つの導波型回折格子５１および光導波路５２
により構成された多重干渉型ファブリペロ干渉計を用い
た。この導波型光フィルタ５は、光導波路４により単一
波長で発振する半導体レーザ２に結合されていて、これ
らの構成要素は同一の半導体基板６上に形成されてい
る。ここでは、単一波長で発振する半導体レーザ２とし
て分布帰還型レーザを用いた。
として、２つの導波型回折格子５１および光導波路５２
により構成された多重干渉型ファブリペロ干渉計を用い
た。この導波型光フィルタ５は、光導波路４により単一
波長で発振する半導体レーザ２に結合されていて、これ
らの構成要素は同一の半導体基板６上に形成されてい
る。ここでは、単一波長で発振する半導体レーザ２とし
て分布帰還型レーザを用いた。
【００１３】なお、３は半導体レーザ２への電流注入用
の電極であり、５３は導波型光フィルタ５への電圧を印
加するか電流を注入するための電極である。光導波路
４，５２は、図３に示すようにメサ型に形成されたｎ型
ＩｎＰ基板１０上に、バンドギャップが１．３μｍとな
るような組成のＩｎＧａＡｓＰよりなる光導波層７を形
成し、この光導波層７を単一モード条件を満足するよう
に、ｐ型ＩｎＰ層８およびｎ型ＩｎＰ層９を用いて埋め
込んだ。
の電極であり、５３は導波型光フィルタ５への電圧を印
加するか電流を注入するための電極である。光導波路
４，５２は、図３に示すようにメサ型に形成されたｎ型
ＩｎＰ基板１０上に、バンドギャップが１．３μｍとな
るような組成のＩｎＧａＡｓＰよりなる光導波層７を形
成し、この光導波層７を単一モード条件を満足するよう
に、ｐ型ＩｎＰ層８およびｎ型ＩｎＰ層９を用いて埋め
込んだ。
【００１４】この導波路は、ｐ−ｎ接合を有し、電圧印
加あるいは電流注入ができるように形成した。導波型回
折格子５１は、この光導波層７に化学エッチングを行う
ことにより作成した。単一波長で発振する半導体レーザ
２と導波型光フィルタ５は、図４に示すように、バンド
ギャップが１．５μｍとなるような組成のＩｎＧａＡｓ
Ｐよりなる活性層１１と光導波路の光導波層１２とを突
き合わせることにより結合させた。
加あるいは電流注入ができるように形成した。導波型回
折格子５１は、この光導波層７に化学エッチングを行う
ことにより作成した。単一波長で発振する半導体レーザ
２と導波型光フィルタ５は、図４に示すように、バンド
ギャップが１．５μｍとなるような組成のＩｎＧａＡｓ
Ｐよりなる活性層１１と光導波路の光導波層１２とを突
き合わせることにより結合させた。
【００１５】図５に導波型光フィルタの反射率の光周波
数依存性を示す。本発明の集積型半導体レーザ光源の出
力周波数は、図中の黒丸で示された光周波数で安定化さ
れる。このとき、反射率の光周波数依存性が小さい部分
における反射による半導体レーザへの戻り光があると、
半導体レーザの発振が不安定になりやすい。これを避け
るために、導波型光フィルタと半導体レーザを結ぶ光導
波路の長さを非常に短くする必要がある。この光源の出
力光周波数が、図５中のどの光周波数で安定化されるか
は、電極３を介して半導体レーザへの注入電流量により
調整した。
数依存性を示す。本発明の集積型半導体レーザ光源の出
力周波数は、図中の黒丸で示された光周波数で安定化さ
れる。このとき、反射率の光周波数依存性が小さい部分
における反射による半導体レーザへの戻り光があると、
半導体レーザの発振が不安定になりやすい。これを避け
るために、導波型光フィルタと半導体レーザを結ぶ光導
波路の長さを非常に短くする必要がある。この光源の出
力光周波数が、図５中のどの光周波数で安定化されるか
は、電極３を介して半導体レーザへの注入電流量により
調整した。
【００１６】また、導波型光フィルタの電極５３に電圧
印加あるいは電流注入を行うことによりこの光フィルタ
の共振ピークの光周波数を変化させることができた。
印加あるいは電流注入を行うことによりこの光フィルタ
の共振ピークの光周波数を変化させることができた。
【００１７】実施例２ 図６は本発明の第２の実施例を示す平面図である。
【００１８】本実施例においては、導波型光フィルタ１
３として、ピッチが均一でなく連続的に変化するチャー
プ型回折格子１３１および光導波路１３２により構成さ
れたファブリペロ干渉計を用いた。チャープ型回折格子
は、例えば、平行光とシリンドリカルレンズによる集束
光を干渉させてピッチが連続的に変化するレジストのグ
レーティングパターンを露光し、エッチングにより溝を
形づくることができる。この導波型光フィルタ１３は、
単一波長で発振する半導体レーザ２に結合しており、こ
れらの構成要素は同一の半導体基板６上に形成されてい
る。本実施例による素子は、実施例１と同一原理で動作
する。
３として、ピッチが均一でなく連続的に変化するチャー
プ型回折格子１３１および光導波路１３２により構成さ
れたファブリペロ干渉計を用いた。チャープ型回折格子
は、例えば、平行光とシリンドリカルレンズによる集束
光を干渉させてピッチが連続的に変化するレジストのグ
レーティングパターンを露光し、エッチングにより溝を
形づくることができる。この導波型光フィルタ１３は、
単一波長で発振する半導体レーザ２に結合しており、こ
れらの構成要素は同一の半導体基板６上に形成されてい
る。本実施例による素子は、実施例１と同一原理で動作
する。
【００１９】図７に導波型光フィルタの反射率の光周波
数依存性を示す。
数依存性を示す。
【００２０】半導体レーザ光源の光周波数は図中の黒丸
で示された光周波数で安定化される。導波型光フィルタ
において導波型回折格子のピッチを徐々に変化させるこ
とにより、本光源からの出力光が安定化される光周波数
の範囲を図５と比較して広くとることができた。
で示された光周波数で安定化される。導波型光フィルタ
において導波型回折格子のピッチを徐々に変化させるこ
とにより、本光源からの出力光が安定化される光周波数
の範囲を図５と比較して広くとることができた。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発振波長が安定され、線幅が狭く、機械的振動に強い集
積型半導体レーザ光源を実現させることができる。
発振波長が安定され、線幅が狭く、機械的振動に強い集
積型半導体レーザ光源を実現させることができる。
【００２２】なお、実施例で埋め込み型とした光導波路
を、リッジ型等の構造としても同様の効果が得られる。
さらに、各実施例においては単一波長で発振する半導体
レーザとして分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）を取り
上げたが、分布反射型レーザ（ＤＢＲレーザ）を用いて
も同様の効果が期待できることは言うまでもない。
を、リッジ型等の構造としても同様の効果が得られる。
さらに、各実施例においては単一波長で発振する半導体
レーザとして分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）を取り
上げたが、分布反射型レーザ（ＤＢＲレーザ）を用いて
も同様の効果が期待できることは言うまでもない。
【図１】本発明の集積型半導体レーザ光源の原理を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】本発明の一実施例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例において光導波路部の構造を示
す模式的断面図である。
す模式的断面図である。
【図４】本発明の実施例において光導波路と半導体レー
ザの結合部の構造を示す模式的断面図である。
ザの結合部の構造を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の一実施例を構成する導波型光フィルタ
の反射率の光周波数依存性を示す特性図である。
の反射率の光周波数依存性を示す特性図である。
【図６】本発明の第２の実施例を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施例を構成する導波型光フィ
ルタの反射率の周波数依存性を示す特性図である。
ルタの反射率の周波数依存性を示す特性図である。
２ 半導体レーザ ３ 電極 ４ 光導波路 ５ 導波型光フィルタ ６ 半導体基板 ７ 光導波層 ８ ｐ型ＩｎＰ層 ９ ｎ型ＩｎＰ層 １０ ｎ型ＩｎＰ基板 １１ 活性層 １２ 光導波層 ５１ 導波型回折格子 ５２ 光導波路 ５３ 電極
フロントページの続き (72)発明者 尾江 邦重 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 (2)
- 【請求項１】 単一波長で発振する半導体レーザと、少
なくとも２つの回折格子により形成された導波型光フィ
ルタとが、同一半導体基板上に形成されていることを特
徴とする集積型半導体レーザ光源。 - 【請求項２】 前記回折格子がチャープ型回折格子であ
ることを特徴とする請求項１に記載の集積型半導体レー
ザ光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11262393A JPH06326410A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 集積型半導体レーザ光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11262393A JPH06326410A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 集積型半導体レーザ光源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06326410A true JPH06326410A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=14591371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11262393A Pending JPH06326410A (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | 集積型半導体レーザ光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06326410A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009526380A (ja) * | 2006-02-03 | 2009-07-16 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 光源モジュール |
| WO2017056474A1 (ja) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ光源 |
-
1993
- 1993-05-14 JP JP11262393A patent/JPH06326410A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009526380A (ja) * | 2006-02-03 | 2009-07-16 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 光源モジュール |
| WO2017056474A1 (ja) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ光源 |
| JPWO2017056474A1 (ja) * | 2015-09-28 | 2018-07-12 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ光源 |
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