JPH0645693A - 同調可能な半導体レーザ - Google Patents

同調可能な半導体レーザ

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JPH0645693A
JPH0645693A JP5084969A JP8496993A JPH0645693A JP H0645693 A JPH0645693 A JP H0645693A JP 5084969 A JP5084969 A JP 5084969A JP 8496993 A JP8496993 A JP 8496993A JP H0645693 A JPH0645693 A JP H0645693A
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resonator
semiconductor laser
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segments
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JP5084969A
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Kaspar Duetting
カスパル・デュッテイング
Olaf Hildebrand
オラフ・ヒルデブラント
Dieter Baums
ディーター・バウムス
Wilfried Idler
ビルフリート・イドラー
Michael Schilling
ミヒャエル・シリング
Klaus Wuenstel
クラウス・ビュンステル
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Alcatel NV
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、波長設定が制御可能であり、同調
のために変化させる電流に必要な許容誤差が改良された
Ｙ字形半導体レーザを得ることを目的とする。 【構成】 Ｙ字形の空洞を含み、ビーム分割器として作
用する能動または受動中心セグメント1 によって互いに
結合される３つ以上の動作可能な能動セグメント1,2,3,
4 を具備し、セグメントは１つ以上の共通の能動セグメ
ント1,2 を含む２つの共振器通路の少なくとも一方が他
方に属さない能動セグメント3 または4 を含むように配
置されている干渉半導体レーザにおいて、能動セグメン
トの同じ付勢された状態、或いは付勢されない状態にお
いて、一方の共振器通路（セグメント3 ）の光路長は他
方の共振器通路（セグメント4 ）の光路長と異なってい
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｙの形をした空洞を含
み、ビーム分割器として作用する能動または受動中心セ
グメントによって互いに結合される３つ以上の動作可能
な能動セグメントを具備し、セグメントは１つ以上の共
通の能動セグメントを含む２つの共振器通路の少なくと
も一方が他方に属さない能動セグメントを含むように配
置される干渉半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】そのようなレーザは例えば文献（M.Schi
lling 氏他,IEEE Journal of QuantumElectronics,Volu
me 27,No.6,1991年６月,1616 乃至1622頁）に開示され
ている。最も簡単な形状としてＹ形に類似している典型
的な形態により、このレーザはまたＹ形レーザと呼ば
れ、厳密に言うとＹＣＣ−Ｉ3 レーザと呼ばれている。
【０００３】そのようなレーザはＹの根元の端面から始
まりＹの２つの腕部の鏡面の端面まで延在する２つの互
いに結合された共振器通路を有する。両方の共振器にお
いて、ファブリペローモードは通常波長が共振器の長さ
と比較して短いため互いに非常に接近して位置するよう
に形成することが可能である。どのモードが振動し始め
るかは一方では能動セグメントのレーザ材料の利得特性
に、他方では共振器の能動セグメントに供給された電流
に依存する。電流によって影響されたセグメントにおけ
る屈折率変化によって、この電流は共振器のファブリペ
ローモードの波長のシフトを生じさせる。共通の能動セ
グメントにおける電流の変化はこのセグメントを含む全
ての共振器のシフトを発生する。すなわち１つの共振器
のみに属する能動セグメントにおける電流の変化は別の
共振器のファブリペローモードの波長に関連してこの共
振器のファブリペローモードの波長のシフトを生成す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】十分なサイドモード抑
制を有する所定の波長の個々のファブリペローモードの
選択は困難である。何故ならば、一方では、モード選択
のためにレーザ材料の平坦利得特性を使用することによ
り、密に隣接するサイドモードと比較して１つのファブ
リペローモードの利得の進みを小さくして隣接するモー
ドからの１つのモードの選択は全ての能動セグメントの
利得最大特性の正確な重畳を必要とし、他方では、２つ
の互いに結合された共振器のファブリペローモードの頂
点の上述のシフトの使用により（いわゆるスーパーモー
ド選択）、電流の最小の変化がシステムの制御を困難に
する大きい波長の変化をもたらすことができるからであ
る。したがって、上述の文献に記載されたようなレーザ
の同調は一般に簡単な方式により可能ではなく、各波長
に対する能動セグメントにおける種々の電流の非常に正
確な異なった設定を必要とする。この電流設定は実験的
に定められ、記憶されなければならない。
【０００５】本発明の目的は、制御可能な波長設定、同
調のために変化されなければならない電流の数、および
これらの電流が変化するときに必要な許容誤差に関して
改良される上述の型式の半導体レーザを提供することで
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的は干渉半導体レ
ーザにによって達成される。本発明の干渉半導体レーザ
は、Ｙ字形の空洞を含み、ビーム分割器として作用する
能動または受動中心セグメントによって互いに結合され
る３つ以上の動作可能な能動セグメントを具備し、セグ
メントは、１つ以上の共通の能動セグメントを含む２つ
の共振器通路の少なくとも一方が他方に属さない能動セ
グメントを含むように配置される干渉半導体レーザにお
いて、能動セグメントの同様に付勢された状態、或いは
付勢されない状態において、一方の共振器通路の光路長
は他方の共振器通路の光路長と異なっていることを特徴
とする。
【０００７】２つの互いに結合された共振器の大いに異
なる光路長により、干渉計システムは例えば多重モード
レーザのライン幅および雑音の試験に対して既に知られ
ているようなマッハツェンダーフィルタの特性を有する
半導体レーザの技術的範囲内で発展する。
【０００８】マッハツェンダーフィルタはここでは隣接
するファブリペローモードが利得の大きい差を示す極端
に湾曲した領域を生成し、さらに容易に個々に選択され
ることができるようにレーザ材料の平坦利得特性を変調
する。マッハツェンダーフィルタ動作によって生じた利
得極大の波長軸上の位置はここでは各セグメントの幾つ
かの重畳された利得特性の極大の位置よりもはるかに正
確に容易に設定されることができる。
【０００９】付加的な選択手段としてマッハツェンダー
利得極大を使用することによって、極めて明確に限定さ
れた適用に対して半導体レーザを生成し、適用の詳細に
したがって半導体レーザを設定することが可能である。
【００１０】したがって、２つの共振器の光路長間の差
を適切に設定することによって、隣接するマッハツェン
ダー利得極大間の波長間隔およびその湾曲はレーザの製
造中に前もって設定されることができる。
【００１１】正確な最終設定は共通のセグメントまたは
異なる共振器に関するセグメントの電流を変化すること
によって行うことができる。
【００１２】本発明の半導体レーザの実施態様は請求項
２乃至９に記載されている。例えば請求項２は、光路長
間の差の発生に対して２つの共振器通路の非共通のセグ
メントの異なる幾何学的長さを与え、一方請求項３に限
定された実施態様は、非共通のセグメントの異なる光学
特性を有する材料の使用によってこれを達成する。
【００１３】請求項４は単一モノリシック基体上のレー
ザ全体の配置に関する。例えば請求項５に記載された構
成は、セグメント配置の異なる形態の有利な実現を可能
にする。、各セグメント、請求項６に記載されたように
例えば中心セグメント2 は能動および受動部分を有す
る。
【００１４】請求項７に記載された本発明の変形では、
中心セグメントとして別々に形成された光ビーム分割器
レンズ系が設けられ、請求項８に記載された変形では光
ファイバ結合装置が設けられる。したがって、互いに結
合された能動セグメントは種々の、恐らく異なった基体
上に互いに独立して生成されることができる。
【００１５】請求項９乃至１３は、本発明の半導体レー
ザの種々の可能な動作モードに関する。請求項９による
と、電流比は２つの異なる共振器に属するセグメントに
おいて変化される。したがって、マッハツェンダー損失
特性の極小に対応する異なる光路長を有する２つの共振
器において発生された光の干渉によって発生されたマッ
ハツェンダー利得極大の位置は、波長軸に設定されるこ
とができ、このようにして互いに隣接する一連のファブ
リペローモードからの単一のファブリペローモードを振
動させることができる。
【００１６】請求項１０は、レーザを付勢する特に簡単
で有効な方法に関する。全部のレーザ電流を一定に保持
することによって、レーザ材料の利得極大の位置および
可能なファブリペローモードの波長はあまり変化せず、
個々のファブリペローモードの選択ために、絶対的マッ
ハツェンダー利得極大はファブリペローモードの頂点を
越える可能性がある。電流比は例えばポテンショメータ
によって設定されることができ、その接地端子はレーザ
セグメントと接続され、そのタップは定電流源と接続さ
れる。
【００１７】請求項１１に開示された動作モードは、波
長軸にわたってレーザ材料利得特性を押し付けることが
可能である。すなわち異なるマッハツェンダー利得極大
の選択によって波長範囲の選択を可能にする。したがっ
て、請求項１２によると、初めに選定された波長範囲の
端部で、隣接する波長範囲に切替えること、すなわちレ
ーザの同調範囲を大幅に広げることが可能である。レー
ザの付勢は依然として簡単である。同様に、異なる共振
器に属するセグメントに流れる電流の比率を一定に保ち
ながら、種々のマッハツェンダー利得の極大の中心に位
置する与えられたファブリペローモードは単一或いは複
数の共通セグメントを通って流れる全電流を単に変化さ
せることによって大きい電流許容誤差によって選択され
ることができる。このようにして動作される本発明のレ
ーザは通信における光チャンネル切替えに特に適してい
る。請求項１３の形態に関して、個々のファブリペロー
モードは特に良好なサイドモード抑制によって選択され
ることができる。
【００１８】
【実施例】図１は従来のモノリシック的に構成されたＹ
形レーザを示す。このレーザの縦の層構造はレーザ空洞
のＹ形の構造全体に沿って同一のものであり、例えば上
述の文献、図１、並びに関連する説明に記載された形態
に対応する。レーザ活性層6 はＹ形構造全体に沿って中
断することなく延在し、その表面は金属層によって被覆
される。この金属層は位置5 において電気的に分離され
ている。金属層の相互に分離された構成部分は４つの個
々に付勢可能なレーザセグメント1 〜4 の全体の長さを
決定する。示されたＹ形レーザにおいて、Ｙ形構造の根
元の反射端面から同様の１つの腕部の反射端面までそれ
ぞれ延在する２つの共振器が本質的に形成可能である。
少ない程度まで、いわゆるガセット(gusset)モードはま
た根元から分岐点に延在するＹ形構造の１部分に形成す
ることが可能である。したがって、ビーム分割器を含む
根元セグメント1 およびセグメント2 は両方の共振器通
路の共通セグメントであると考えられる。残りのセグメ
ント3,4 はそれぞれ１つの共振器に影響を与える。電流
は図示されていない金属層の直接の接触によってセグメ
ントに供給される。
【００１９】図２は本発明の半導体レーザのセグメント
の配置を概略的に示す。ここで、セグメント3 はセグメ
ント4 よりもかなり短い。これは互いに結合された共振
器の長さを大いに異ならせる。したがって、示されたレ
ーザはマッハツェンダーフィルタのように作用し、マッ
ハツェンダー利得特性の連続によってレーザ材料の平坦
利得特性を変調する。マッハツェンダー利得特性は平坦
利得特性よりさらに鋭利に湾曲される。
【００２０】図３は異なる共振器を備えた半導体レーザ
の上述の利得特性に対応する損失特性Ｖを示す。ここ
で、損失は共振器の長さの与えられた一定の差に対して
波長にわたって示されている。セグメントにおける電流
がレーザ動作に必要とされる極小を越えて増加されるな
らば、ファブリペローモードは振動し始め、その波長は
損失が最低である（利得が最高である）位置にある。マ
ッハツェンダー損失特性は極小の領域においてレーザ材
料の損失特性である包絡線Ｈよりかなり強力的に湾曲さ
れているので、かなり高い選択性がここでは個々のファ
ブリペローモードの選択で存在し、サイドモード抑制は
レーザ材料の平坦な損失特性によって許容されるよりも
ずっと良好である。
【００２１】例えばファブリペローモードを選択するた
めに、２つの干渉共振器通路の２つの非共通のセグメン
トにおける電流の比率は変化される。レーザ材料の損失
特性、すなわちマッハツェンダー損失特性の包絡線のシ
フトを回避するために、全ての電流はここでは一定に保
たれる。したがって、マッハツェンダー損失特性Ｖの極
小は包絡線Ｈに沿って波長についてシフトするので、フ
ァブリペローモードは振動し始め、全てのマッハツェン
ダー損失特性の最も低い極小の領域に位置する。これら
の極小の両側で急激に上昇するマッハツェンダー損失特
性の値により、接近して隣接するファブリペローモード
が同時に振動し始めることはできない。次のマッハツェ
ンダー損失特性の極小が先に使用された損失特性の極小
より低くなり、そのため小さい損失を示す程度にモード
選択のために先に使用された損失特性Ｖが包絡線曲線Ｈ
に沿って高損失の値の方向にシフトされたときのみ、次
のマッハツェンダー損失特性の領域におけるファブリペ
ローモードが振動し始める。これは大きく異なる波長を
有するファブリペローモードをこの次のマッハツェンダ
ー損失特性の領域において開始させる。いずれにせよ、
隣接するファブリペローモードの個々の選択は良好なサ
イドモード抑制を有して２つのマッハツェンダー損失の
極小間の距離に対応する波長範囲において異なる共振器
に属するセグメントに流れる電流の比率を単に変化する
ことにより行うことができる。
【００２２】マッハツェンダー損失の極小間の距離は共
振器の長さの差によって決定され、ほぼ意のままに選択
されることができるので、同調範囲は狭くも広くもどち
らでもできるので、所望の動作条件に適応されることが
できる。同調範囲の設定の幅はファブリペローモードの
間隔および必要とされる有効なサイドモード抑制に依存
し、上述の電流比は変化するが全ての電流が一定に保た
れるときのみ、同調範囲の増加幅をさらに悪化させる。
【００２３】しかしながら、有効でないサイドモード抑
制を許容する必要なしに同調範囲を広くする可能性があ
る。これは上述の設定された電流比を維持しながら全て
のレーザセグメントの全ての電流の変化によって達成さ
れる。２つの共振器に共に属するレーザセグメント中の
電流の変化によって最も容易に実現される全電流の変化
はレーザ材料の損失特性の波長、すなわちマッハツェン
ダー損失特性の包絡線曲線Ｈをシフトする。包絡線曲線
はまた上述の電流比の変化によってシフトされたモード
に対して使用されたマッハツェンダー損失特性と共に全
電流を変化することによってシフトされるならば、同調
範囲はサイドモード抑制を良好に維持しながら大幅に広
げられることができる。
【００２４】図４はそのようなレーザ動作の結果を示
す。この図は全電流ΣＩ１〜Ｉ４の種々の値に対する２
つの共振器の共通のセグメントを通過しないＩ３／Ｉ４
の電流比の関数として可能なファブリペローモードの波
長を示す。
【００２５】各連続する曲線の列（例えば部分的曲線部
分ＰＱまたはＲＳ）は２つの共振器の非共通なセグメン
トにおける電流比のために単に設定されることのできる
同調範囲を形成する。全電流が同じまま維持されるなら
ば、そのような部分的曲線部分（例えばＰＱ）の端部に
おける選択されたファブリペローモードの波長は２つの
マッハツェンダー損失の極小間（点Ｑから点Ｑ´まで）
の距離だけ互いにずれる値にジャンプする。しかし、切
替えが初めに全電流を別の全電流範囲（ここではＩ１＝
２５ｍＡ）に変更することによって行われるならば、曲
線はほぼ中断することなく連続する部分的曲線部分ＲＳ
に変わる。したがって、同調範囲はこの曲線部分の幅だ
け広げられる。全電流をさらに切替えることによって
（ここではそれぞれ４０または６０ｍＡ）、別の部分的
曲線部分がスムーズに付加されることができるので、図
中にＫでマークされた曲線が全体の同調範囲として生じ
る。したがって、レーザセグメントの幾何学的形状が変
化されないならば、曲線Ｋの個々の曲線部分は限定され
た波長範囲を構成し、それらの間において関連する個別
的な全電流値の選択によって切替えられることができ
る。
【００２６】原理的に、１つの共振器だけに属するセグ
メントを通る電流を変化することによって電流比および
全電流を同時に変化することが可能である。しかしなが
ら、これは所望のモードが隣接する曲線部分の領域にお
いて振動し始めるようにこれらの変化を互いに適応させ
る希な場合においてのみ可能である。
【００２７】しかしながら、一方が全電流のみに影響す
る２つのセグメントを付勢することによって問題なく電
流比および全電流を互いに適応させることが可能であ
る。
【００２８】驚くほど良好なサイドモード抑制を伴う個
々のファブリペローモードの特別に敏感な選択は、マッ
ハツェンダー損失の極小間の距離がファブリペローモー
ド間の距離とわずかな差であるように設定される。それ
から、マッハツェンダー損失の極小間の距離のわずかな
変化は異なるファブリペローモードをマッハツェンダー
損失特性と一致させることが可能である。マッハツェン
ダー損失の極小と一致するこれらのファブリペローモー
ドは直ぐに隣接するファブリペローモードよりも互いに
離れており、したがって、全てのレーザ電流を変化する
ことによってレーザ材料の損失特性を変位することによ
って容易に選択される。図５はビームが複プリズムＢで
分割され、湾曲されたセグメント部分がビーム偏向ミラ
ーＵを使用することによって回避される中心セグメント
を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるＹ字形レーザの概略斜視図。
【図２】本発明のＹレーザの１実施例のセグメントの配
置図。
【図３】異なる共振器通路に関連する種々の長さのセグ
メントに対するマッハツェンダー損失特性のシーケンス
を示すグラフ。
【図４】本発明の半導体レーザの同調範囲を示すグラ
フ。
【図５】バイプリズムおよびビーム偏向ミラーを用いる
ことによって構成された中心セグメントの概略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オラフ・ヒルデブラント ドイツ連邦共和国、7000 シュツットガル ト 61、ルイーゼ − ベンガー − シ ュトラーセ 21 (72)発明者 ディーター・バウムス ドイツ連邦共和国、7140 ルートビヒスブ ルク、イム・ハーファー 10 (72)発明者 ビルフリート・イドラー ドイツ連邦共和国、7145 マルクグレーニ ンゲン、パッペルベーク 14 (72)発明者 ミヒャエル・シリング ドイツ連邦共和国、7000 シュツットガル ト 31、ラシュタッター・シュトラーセ 38 (72)発明者 クラウス・ビュンステル ドイツ連邦共和国、7141 シュビーバーデ ィンゲン、シュティーゲルシュトラーセ 18

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｙ字形の空洞を含み、ビーム分割器とし
    て作用する能動または受動中心セグメントによって互い
    に結合される３つ以上の動作可能な能動セグメントを具
    備し、セグメントは１つ以上の共通の能動セグメントを
    含む２つの共振器通路の少なくとも一方が他方に属さな
    い能動セグメントを含むように配置される干渉半導体レ
    ーザにおいて、 能動セグメントの同じ付勢された状態、或いは付勢され
    ない状態において、一方の共振器通路の光路長は他方の
    共振器通路の光路長と異なっていることを特徴とする半
    導体レーザ。
  2. 【請求項２】 共振器通路の異なる光路長は共振器通路
    の異なる幾何学的長さによって生成されることを特徴と
    する請求項１記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項３】 共振器通路の異なる光路長は共振器通路
    に含まれた共通でない能動セグメント、または異なった
    方法で共振器通路に影響を与える能動セグメントの構成
    に対する異なる光学特性を有する材料の使用によって生
    成されることを特徴とする請求項１記載の半導体レー
    ザ。
  4. 【請求項４】 中心セグメントは単一モノリシック基体
    上で結合される能動セグメントと共に生成されることを
    特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
  5. 【請求項５】 中心セグメントはビーム分割器および線
    形セグメント部分を含んでいることを特徴とする請求項
    ４記載の半導体レーザ。
  6. 【請求項６】 中心セグメントはレーザ能動構成部分お
    よび受動構成部分を含んでいることを特徴とする請求項
    ４または５記載の半導体レーザ。
  7. 【請求項７】 中心セグメントは別個に構成された光ビ
    ーム分割器レンズ系によって形成されることを特徴とす
    る請求項１記載の半導体レーザ。
  8. 【請求項８】 受動光ファイバ装置が中心セグメントと
    して作用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
    か１項記載の半導体レーザ。
  9. 【請求項９】 電流がレーザの２以上のセグメントを通
    って流され、その１つは１つの共振器通路のみに属して
    おり、２つの電流間の比率は電流によって影響された共
    振器通路の異なる光路長によって影響される波長軸上の
    マッハツェンダー損失特性の１つの絶対極小の所望の位
    置を設定するように変化されることを特徴とする請求項
    １乃至８のいずれか１項記載の半導体レーザの動作方
    法。
  10. 【請求項１０】 電流比は、全電流を一定に保ちながら
    変化されることを特徴とする請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 付加的な電流は、２つの共振器通路に
    共に属する１つ以上のセグメントによって発生されるこ
    とを特徴とする請求項９または１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 波長範囲間の切替え、またはこれらの
    波長範囲間に位置する予め選択された波長間の切替えの
    ために、電流は２つの共振器通路に共に属するセグメン
    トによって段階的に変化されることを特徴とする請求項
    １１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 マッハツェンダー損失特性の極小間の
    距離は個々のファブリペローモード間の距離に類似し、
    所望のファブリペローモードの選択が干渉共振器に属す
    る能動セグメントを用いる電流比の変化、および全レー
    ザ電流の変化の少なくとも１つによって、マッハツェン
    ダー損失特性の極小と所望のファブリペローモードの波
    長におけるレーザ材料の損失特性の極小との間の一致を
    生じることによって行われるように共振器の長さが設定
    されることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１
    項記載の方法。
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