JPH0642577B2 - 多電極分布帰還型半導体レーザの駆動方法 - Google Patents

多電極分布帰還型半導体レーザの駆動方法

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JPH0642577B2
JPH0642577B2 JP60133345A JP13334585A JPH0642577B2 JP H0642577 B2 JPH0642577 B2 JP H0642577B2 JP 60133345 A JP60133345 A JP 60133345A JP 13334585 A JP13334585 A JP 13334585A JP H0642577 B2 JPH0642577 B2 JP H0642577B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、安定した単一縦モードで発振し得る多電極
分布帰還型半導体レーザの駆動方法に関する。
「従来の技術」 分布帰還型半導体レーザは、共振器内に形成された回折
格子の波長選択性によって、発振縦モードの選択が可能
であるが、回折格子の共鳴波長をはさむ2つの縦モード
で発振する可能性がある欠点を有している。そこで、従
来分布帰還型半導体レーザを縦モードで発振させるため
に、レーザ端面からの反射を利用する方法が用いられた
が、端面位置により特性が大きく変化するため歩どまり
が悪く、また、集積化が困難である等の欠点があった。
さらに、波長多重通信やコヒーレント通信等の光源とし
ては、発振波長可変のレーザの必要性が高くなってきて
いるが、分布帰還型のレーザでは、内部の回折格子によ
って発振波長が決定されるため、波長が固定されてしま
うという欠点があった。
また、位相シフト型回折格子を用いて単一縦モード化を
図った例があるが、回折格子の加工技術が難しく、再現
性に問題があった。
一方、光通信用光源として半導体レーザを用いる場合
は、注入電流を変調すれば、直接に振幅変調が可能とな
るが、半導体レーザの直接変調においては、活性層内部
のキャリア密度の変化によって光強度を変化させている
ため、屈折率のキャリア密度依存性により屈折率が変化
し、このために、発振周波数の変動(チャーピング効
果)が生じる問題があった。この場合、光ファイバ通信
においては、光の周波数が変動すると光ファイバの周波
数分散により光パルスが変形し、伝送特性が著しく劣化
するという問題が生じる。
また、将来の光通信システムとして注目されているコヒ
ーレント通信システムでは、光の周波数や位相を変化さ
せるための変調方法が必要とされている。そこで、一例
としては半導体レーザの直接変調に伴う周波数変動を利
用して、周波数変調を行う方法が研究されているが、こ
の場合には、振幅も同時に変化してしまうという欠点が
あった。
そして、これらの欠点を解決するレーザとして第3図に
示す半導体レーザが開発された。
第3図において、1はn型InP基板、2は1,5μm帯I
nGaAsP活性層、3は1,3μm帯InGaAsP光導波路、4
は光導波路3の一部に形成された回折格子、5はP型In
Pクラッド層、6は回折格子4の上方に形成された注入
電極、7は平坦な導波部分に形成された制御電極、8は
ヘキ開により形成された反射面である。
第3図に示す構成においては、注入電極6へ電流を注入
して、回折格子4による分布帰還でレザー作用をさせ
る。そして、反射面8からの反射光によって、単一モー
ドで発振させることができる。また、制御電極7への電
流注入によって導波路の屈折率が変化し、これにより、
反射面8からの反射光の位相が変化する。すなわち、制
御電極7への電流注入量調整により、安定な単一モード
発振および発振波長制御が可能となる。
また、この図に示す半導体レーザを駆動するには、注入
電極6にコンデンサを介して振幅変調信号を供給し、こ
れによって振幅変調を行い、かつ、制御電極7に制御電
流を供給し、これにより、振幅変調によって生じた発振
周波数変動を抑制する。以上により、周波数変動を抑制
した振幅変調を行う。
「発明が解決しようとする問題点」 ところで、第3図に示す半導体レーザを駆動する場合、
注入電極6に振幅変調信号を供給して振幅変調を行なっ
ているので、振幅変調と周波数変調とを独立に制御する
ことができないという欠点があった。
この発明は、上述した問題点を解決するためになされた
もので、振幅変調と周波数変調とを独立に制御すること
ができる多電極分布帰還型半導体レーザの駆動方法を提
供することを目的としている。
「問題点を解決するための手段」 この発明は、上記問題点を解決するために、共振器全体
に回折格子を有し、かつ、互いに独立に電流注入量を調
整する3個以上の電極を光軸方向に沿って設ける構成
か、あるいは、共振器全体に回折格子を有し、かつ、互
いに独立に電流注入量を調整する2個以上の電極を光軸
方向に沿って設けるとともに、1つの端面を反射面とし
て構成の多電極分布帰還型半導体レーザを用い、 前記電極のうち、少なくとも2個の電極に変調電流を供
給し、各電極におけるそれぞれの変調電流の振幅および
位相を制御し、周波数チャーピングを抑制した振幅変調
および振幅変調成分を抑制した周波数変調を行うように
している。
「作用」 この発明に係る多電極分布帰還型半導体レーザの駆動方
法では、各電極の電流注入量を互いに独立に調整するこ
とにより、共振器内部の軸方向のキャリア密度分布が変
化し該軸方向の屈折率分布が変化する。これより、単一
縦モードのレーザ光が発振される。
また、各電極への注入電流の振幅および位相を各電極に
おけるそれぞれの変調電流の振幅および位相を制御する
ことにより、出射するレーザ光の振幅変調と周波数変調
とが独立に制御される。
「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。
第1図は、この発明の第1の実施例の多電極分布帰還型
半導体レーザの駆動方法が適用される素子(多電極分布
帰還型半導体レーザ)の構成を示す断面図である。な
お、この図において、第3図の各部と対応する部分には
同一の符号を付し、その説明を省略する。
第1図において、10は共振器全体に渡って設けられて
いる回折格子であり、11,12,13は軸方向に分離
して設けられている注入電極である。この場合、素子の
全長は500μm、電極11,12,13の長さは各々
160μm、電極間隔は10μmに設定されている。ま
た、14はエッチングによって形成された斜端面であ
り、15はARコーティングを施した光出射端面であ
る。
上記構成によれば、各電極11,12,13への電流注
入量を変化させて共振器内部にキャリア密度の分布を作
ると、キャリア密度による屈折率の変化によって共振器
方向に屈折率の分布ができる。そして、この屈折率の分
布により、回折格子の光学的なピッチが共振器方向に変
化し、この結果、電子ビーム露光等で間隔が変化する回
折格子を形成するのと同様の効果が得られる。
したがって、第1図に示す共振器を動作させるには、各
電極への電流注入量I,I(直流)を調整し、素子
が安定な単一発振モードとなるようにする。
たとえば、素子長500μmの場合についての計算結果
では、中央部分のキャリア密度を両端部分に比べて10
%増減させれば、λ/4シフト回折格子と同様な効果が
得られることが判った。
また、屈折率の分布は、各電極11,12,13への電
流注入量を変化させることにより容易に調整可能であ
り、この結果、屈折率分布を変えてモード選択およびモ
ード波長の変化が可能となる。
さらに、第1図に示す素子においては、中央の電極12
への注入量を増加させることで回折格子のブラッグ波長
の長波長側、同電極12への注入量を減少させることで
短波長側の縦モードが選択でき、かつ、選択されたモー
ドで安定な単一モード発振が得られることが観測され
た。また、注入電流量の微少な変化によって各縦モード
の波長を数Åの範囲で可変できることが観測された。
なお、この素子においては、注入電極を分割した簡単な
構造で、位相シフト回折格子と同様な効果が得られ、ま
た、回折格子10が全体に均一に形成されているため、
作成が容易であるとともに、第3図に示す従来素子のよ
うに、回折格子と導波路の接続部分での反射がない利点
がある。また、反射面が不要であるため集積化が容易で
あるという利点がある。
次に、第1図に示す素子を用いる変調方法について説明
する。
まず、第1図に示す変調信号源20から出力される変調
信号をコンデンサを介して電極13に供給するととも
に、位相調整器21,可変減衰器22を順次介して電極
12に供給する。そして、電極12へ供給される変調信
号に対し、位相変調器21によって位相を調整するとと
もに、可変減衰器22によって振幅を調整する。
そして、この場合の変調原理は以下の通りである。すな
わち、多電極型の半導体レーザを用いて共振器方向に不
均一な変調を行うと、共振器方向にキャリア密度の不均
一ができる。この場合、屈折率はキャリア密度に依存性
するから、キャリア密度が不均一になると、屈折率が共
振器方向に変化した状態となる。そして、屈折率の変化
のために、回折格子の共鳴周波数が場所によって異なる
ようになり、レーザのしきい値および発振周波数は変調
につれて変化する。この変化はキャリア密度の分布によ
って決定されるから、その変化量は注入電極の位置によ
って異なってくる。
したがって、2以上の電極を用いて変調電流の振幅およ
び位相を調整すれば、振幅と周波数とを独立に調整し得
ることが判る。そして、この実施例においては、位相調
整器21と可変減衰器22とを調整することにより、周
波数変動を抑制した振幅変調または、振幅変動を抑制し
た周波数変動を行う。
次に、実験結果を示す。まず、1GHzの正弦波で変調し
た場合の実験結果の一例を示す。電極13に約30mAp
−p、電極12に約20mAp−Pの同位相電流を加えた
場合、光出力は約50%の変調度となり、この時の周波
数変動は2GHz以下であった。この周波数変動範囲は、
従来の分布帰還型レーザを同一の変調度で変調した場合
の変動範囲化10GHz以上)に比べて1/5以下の変動
範囲であり、この実施例における周波数変動の抑制効果
が高いことが判る。
次に、電極13に約15mAp−p、電極12に約20mAp
−pの逆位相の変調電流を加えた場合、10GHzの周波
数変調がかかり、この時の振幅変動率は1%以下であっ
た。このようにこの場合においては、振幅の変動がほぼ
抑制され、半導体レーザの直接変調で初めて完全なFM
変調が得られた。
第2図は、この発明の第2の実施例の多電極分布帰還型
半導体レーザの駆動方法が適用される素子(多電極分布
帰還型半導体レーザ)の構成を示す断面図である。な
お、この図において第1図の各部と対応する部分には、
同一の符号を付しその説明を省略する。
図に示すようにこの実施例における素子の形状は、ほぼ
直方体状になっており、また、図に示す30は無反射コ
ーティングを施した出射端面、31は絶縁膜上に金コー
ティングを施した高反射率端面、32,33は注入電極
である。
この実施例における単一モード化は、高反射率端面31
からの反射によって達成されており、動作原理その他に
ついては、前述した第1の実施例と同様になっている。
また、この実施例における変調方法も、第1の実施例の
場合と全く同様に行うことができる。すなわち、注入電
極32,33に対しコンデンサを介して変調信号電流を
供給し、かつ、この変調信号電流の振幅と位相とを制御
して出力光の振幅変動あるいは周波数変動を抑制すれば
よい。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、共振器全体に
回折格子を有し、かつ、互いに独立に電流注入量を調整
する3個以上の電極を光軸方向に沿って設ける構成か、
あるいは、共振器全体に回折格子を有し、かつ、互いに
独立に電流注入量を調整する2個以上の電極を光軸方向
に沿って設けるとともに、1つの端面を反射面とした構
成の多電極分布帰還型半導体レーザの各電極の電流注入
量を互いに独立に調整するようにしたので、共振器内部
の軸方向のキャリア密度分布が変化させて該軸方向の屈
折率分布を変化させることにより、安定した単一縦モー
ドのレーザ光を発振させることができる。
また、前記各電極におけるそれぞれの変調電流の振幅お
よび位相を制御するようにしたので、出力光の振幅と位
相とを別個に制御することができ、周波数変動を抑制し
た振幅変調および振幅変動を抑制した周波数変調を行う
ことができる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の第1の実施例の多電極分布帰還型
半導体レーザの駆動方法が適用される素子の構成を示す
断面図、第2図は、この発明の第2の実施例の多電極分
布帰還型半導体レーザの駆動方法が適用される素子の構
成を示す断面図、第3図は従来の半導体レーザの構成を
示す断面図である。 10……回折格子、11,12,13,32,33……
注入電極(電極)、31……高反射率端面(反射面)。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】共振器全体に回折格子を有し、かつ、互い
    に独立に電流注入量を調整する3個以上の電極を光軸方
    向に沿って設けた多電極分布帰還型半導体レーザを用
    い、 前記電極のうち、少なくとも2個の電極に変調電流を供
    給し、各電極におけるそれぞれの変調電流の振幅および
    位相を制御し、周波数チャーピングを抑制した振幅変調
    を行うことを特徴とする多電極分布帰還型半導体レーザ
    の駆動方法。
  2. 【請求項2】共振器全体に回折格子を有し、かつ、互い
    に独立に電流注入量を調整する3個以上の電極を光軸方
    向に沿って設けた多電極分布帰還型半導体レーザを用
    い、 前記電極のうち、少なくとも2個の電極に変調電流を供
    給し、各電極におけるそれぞれの変調電流の振幅および
    位相を制御し、振幅変調成分を抑制した周波数変調を行
    うことを特徴とする多電極分布帰還型半導体レーザの駆
    動方法。
  3. 【請求項3】共振器全体に回折格子を有し、かつ、互い
    に独立に電流注入量を調整する2個以上の電極を光軸方
    向に沿って設けるとともに、1つの端面を反射面とした
    多電極分布帰還型半導体レーザを用い、 前記電極のうち、少なくとも2個の電極に変調電流を供
    給し、各電極におけるそれぞれの変調電流の振幅および
    位相を制御し、周波数チャーピングを抑制した振幅変調
    を行うことを特徴とする多電極分布帰還型半導体レーザ
    の駆動方法。
  4. 【請求項4】共振器全体に回折格子を有し、かつ、互い
    に独立に電流注入量を調整する2個以上の電極を光軸方
    向に沿って設けるとともに、1つの端面を反射面とした
    多電極分布帰還型半導体レーザを用い、 前記電極のうち、少なくとも2個の電極に変調電流を供
    給し、各電極におけるそれぞれの変調電流の振幅および
    位相を制御し、振幅変調成分を抑制した周波数変調を行
    うことを特徴とする多電極分布帰還型半導体レーザの駆
    動方法。
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