JPH07263817A - 半導体レーザとその調整方法 - Google Patents

半導体レーザとその調整方法

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JPH07263817A
JPH07263817A JP7009699A JP969995A JPH07263817A JP H07263817 A JPH07263817 A JP H07263817A JP 7009699 A JP7009699 A JP 7009699A JP 969995 A JP969995 A JP 969995A JP H07263817 A JPH07263817 A JP H07263817A
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
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    • 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
    • H01S5/1206—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 having a non constant or multiplicity of periods
    • H01S5/1215—Multiplicity of periods

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発振波長の調整範囲の広いレーザを提供す
る。 【構成】 複数個の格子部（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４）
が利得部の両側に配置されている。格子部の実効屈折率
を選択的に変えることにより、１種類または２種類以上
のレーザ光波長の連続的な調整範囲を実現することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は波長分割多重と光通信に
関するものであり、特にその種のシステムで用いるレー
ザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在および将来のオプティカルファイバ
線の容量を増やすのに、波長多重方式は望ましい方法で
ある。なぜならばこの方式は異なるチャネルに異なる波
長を割り当てることによって、オプティカルで利用可能
な巨大な周波数領域を利用するからである。このシステ
ムに更にもっと柔軟性をもたせるには、各チャネル毎に
固定波長のレーザ１個を用いる代わりに、異なるチャネ
ルの波長に調整することができるレーザを用いることが
望ましい。全波長範囲にわたって連続的に調整すること
は必要でないかもしれないが、各チャネルに合わせて正
確に波長を調整することができるように、各チャネルの
近傍に連続的な調整範囲があることが望ましい。
【０００３】外部空胴共振器レーザはある種の応用に実
用的でないのでこれを除くと、調整可能な半導体レーザ
には２種類の基本型がある。第１の型には調整可能なブ
ラッグ格子を用いるレーザが含まれ、第２の型には干渉
の原理を用いるレーザが含まれ、この第１の型には例え
ば、２部および３部分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レ
ーザ、多数部分布帰還型（ＤＦＢ）レーザおよびサンプ
ル格子型ＤＢＲレーザが含まれる。第２の型には例えば
Ｃ3 レーザとＹ接合レーザが含まれる。これらの型のレ
ーザには各々光通信システムで使う場合にいろいろな問
題点がある。例えば、多数部ＤＢＲレーザとＤＦＢレー
ザは調整範囲が狭い。Ｃ3 レーザは再現性に乏しく制御
が複雑だし、Ｙ接合レーザもまた制御問題を抱えてい
る。
【０００４】別の解決方法はいくつかのレーザを用意し
て、その各々に異なる波長でレーザ発振させ、それらの
出力を結合して異なるチャネルの波長を含む１個の光信
号をつくることである。しかしながらこの解決法は問題
がある。それは、各レーザ毎に駆動用電子回路が必要で
あるから比較的高価になること、低損失でレーザの出力
を結合するのは難しいこと、および装置の寸法が比較的
大きくなることである。
【０００５】従来のＤＢＲレーザの調整範囲は単一のブ
ラッグ格子の調整範囲により制限がある。すなわち最大
１０〜１５ナノ／メートルである。いわゆるサンプル格
子型ＤＢＲレーザは格子を改造して２個の側帯を生じさ
せることにより、この制限を回避している。ある格子か
ら生じる所定の側帯と他の格子から生じる側帯とを整合
させることによって、レーザ波長を選択することができ
る。しかしながら調整が連続的でなくとびとびになるか
ら、すべての所望のチャネルの波長を得るのは難しい。
これらのとびとびの値をチャネルの間隔に一致させるの
は設計上も製造上も難しい問題である。また、制御電流
と出力波長との関係は概して単調でない（電流を増した
とき波長が長くなったり短くなったりする）ので、制御
が複雑になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、例えば光
通信の応用における従来のレーザの欠点を克服するため
に、調整範囲の広い、例えばＤＢＲレーザを得ることが
望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導レーザは、
空胴共振器と、前記空胴共振器内の実質的に中央に配置
されていて、前記空洞共振器を第１と第２の領域に分割
している利得部と、前記利得制御部の隣りに配置されて
いる位相制御部と、第１と第２と第３と第４の格子部で
あって、２個ずつ前記第１と第２の領域とに配置されて
いて、各格子部は中心波長を有する反射スペクトルを有
し、第１の格子部の中心波長は最も長く、第２の格子部
の中心波長は次に長く、第３の格子部の中心波長は３番
目に長く、第４の格子部の中心波長は最も短くなってお
り、第１と第３の格子部は前記第１の領域に配置され、
第２と第４の格子部は前記第２の領域に配置されてい
る、格子部と、前記各格子部の実効屈折率を独立に変え
る手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】本発明によれば、光通信システムに用いら
れている従来のレーザが有する上記およびその他の欠点
や問題点が解決される。本発明の実施例によれば、利得
部の両側にいくつかの調整可能な格子を有する改良型Ｄ
ＢＲレーザが提供される。これらの調整可能な格子で
は、レーザ波長に対していくつかの連続的な調整範囲が
あって、各々が異なる格子対に対応している。
【０００９】
【実施例】以下図面を参照しながら説明する。本発明の
実施例により、レーザ波長の調整範囲を広げるためにい
くつかの改良点を有するＤＢＲレーザを開示する。本発
明によるレーザの一実施例を図１に示す。図１におい
て、基板の発光層を含む利得部分がレーザの中心部に配
置されている。利得部分の隣りに位相制御部がある。位
相制御部はレーザ内における光の往復位相を調節するこ
とにより、レーザ波長の微調整を可能にするものであ
る。このことを実行するには、電流注入を行うことによ
り、位相部の実効屈折率を変える。波長の微調整が必要
ないときには、位相制御部分を省略することができる。
【００１０】利得部分の両側に複数個の格子部Ｇ１，Ｇ
２，Ｇ３，Ｇ４が配置されている。図１の実施例には４
個の格子部を示してあるが、当業者なら容易に気づくよ
うに、所望のレーザの同調範囲次第で数を増減すること
ができる。このことについては後でもっと明らかにす
る。図１において、利得部と位相部はそれぞれ電気的接
点１０と２０とを有し、各格子部はそれぞれ電流注入用
の電気的接点３０を有する。すべての部分に対する共通
のアース接点４０も設けてある。更に、レーザ装置５０
の両側には非反射性の被覆が施してある。これは端面の
せいでファブリペローモードのレーザ発振が起こるのを
避けるためである。
【００１１】格子部Ｇ１からＧ４の各々の周期（すなわ
ち中心波長）と強度（すなわち結合係数）は、格子に電
流が全く加えられないときに、それぞれの反射帯のスペ
クトルが全く重ならないように選ぶことができる。この
とき、フィードバックが全くないから、レーザ発振は起
きない。格子部と利得部との位置関係は以下のようにす
ることができる。中心波長が最も長い（すなわち中心周
波数が最も低い）格子部を格子Ｇ１とし、中心波長がそ
の次に長い格子部を格子Ｇ２とし、中心波長が３番目に
長い格子部を格子Ｇ３とし、中心波長が最も短い格子部
を格子Ｇ４と名づける。それから、奇数番号の格子を利
得部の片側に配置し、偶数番号の格子を利得部の反対側
に配置する。その結果、図１に示すような配置になる。
図１の実施例では格子Ｇ１とＧ４はそれぞれ格子Ｇ３と
Ｇ２よりも利得部から離れているが、当業者なら気づく
ように、それぞれの側における格子の順番はさほど重要
ではなく、要は両側に適当な格子を配置しさえすればよ
い。
【００１２】図２に格子Ｇ１−Ｇ４のスペクトルの順番
を示す。図２に示した格子の反射スペクトルは長方形を
しているが、当業者が知っているように、実際の反射ス
ペクトルの形はもっと複雑である。図２に長方形で示し
たのは、単に格子を波長の長い順に（すなわち周波数の
低い順に）並べたにすぎない。すなわち、本発明の好ま
しい実施例では、格子は波長の長い順に交互に利得部の
両側に配置される。
【００１３】電極３０からキャリアを格子部に注入する
ことにより、実効屈折率を小さく、したがって屈折格子
の中心波長を短くすることができる。格子の屈折率（ｎ
eff）が小さくなると、反射帯が短波長側に移る。中心
周波数はλo ＝２ｎeff λで表わされるからである。こ
こでλは格子の物理的周期である。このようにして、各
格子は自分の反射帯を利得部の向こう側の格子の反射帯
と一致するように調整して、レーザ発振を起こすように
することができる。レーザ発振波長の調整は関係する両
方の格子の調整およびまたは位相調整部を使うことによ
り行うことができる。両格子のそれぞれの反射帯の中心
周波数を同じにすることによって、レーザ発振波長を調
整することができる。レーザ発振はフィードバック（格
子により提供される）がある波長においてのみ起こるも
のだからである。格子のフィードバックが行われる周波
数の範囲内で、位相部はレーザ発振波長を微調整するの
に用いることができる。このことを行うには、キャリア
を注入することによって位相部の実効屈折率を変える。
屈折率が変わるとレーザ装置内における光の往復の位相
が変わるので、レーザ発振波長が変わる。
【００１４】本発明による調整操作の例を図３に示す。
それぞれの電極３０を経由して格子Ｇ１とＧ２に電流を
加えることによって、Ｇ１とＧ２の中心波長を所望の位
置に動かすことができる。それから位相部を使ってレー
ザ波長を調整することができる。各格子について調整可
能な程度に応じて、両格子の中心波長の間の全範囲にわ
たって連続的にレーザ波長を調整することができる。図
１の例の場合、図４に示すように３種類の同調範囲がつ
くられる。
【００１５】以上の例では各格子の中心周波数は等間隔
であったが、等業者なら容易に理解されるように、本発
明は不等間隔の中心波長を有する格子をもつレーザをつ
くるのに用いることもできる。例えば、比較的離れた２
個の波長範囲を実現したい場合には、図５に示すような
配置にすることができる。図５では短い波長を有する２
個の格子部Ｇ１とＧ２が接近してひとつのグループを形
成しており、他方長い波長を有する２個の格子部Ｇ３と
Ｇ４が他方のグループを形成している。このように２個
の調整範囲、すなわちＧ１とＧ２を用いた範囲と、Ｇ３
とＧ４を用いた範囲とがつくられている。
【００１６】格子部、利得部、位相部の構造は従来の技
術を用いて実現することができるので、ここでは詳しく
述べない。背景の材料として次の文献を参照されたい。
「Semiconductor Lasers for Coherent Optical Fiber
Communications（コヒーレント光ファイバー通信用半導
体レーザ）」T.L.Koch and U.Koren（コッホとコーレン
共著）、（J.Lightwave Technology（光波技術誌）第８
巻（３号）、１９９０年３月、頁２７４−２９３）。本
発明によるレーザは、例えばＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓと
ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰのようなヘテロ構造半導体レー
ザ用の半導体材料を用いて作ることができる。位相部と
格子部とが有するコア（バルクまたは量子井戸）はコア
材料の吸収端の波長がレーザ光よりも短く、クラッドの
バンドギャップはそれより大きいようにする。利得部に
は、電流が注入されたときに通過光を増幅することがで
きる材料を用いる。
【００１７】例示のために具体例を挙げる。ＩｎＰ基板
の上にＩｎＧａＡｓＰが使われていて、レーザは１．５
５μｍ（すなわちオプティカルファイバの最少損失波
長）付近で動作するものとする。代表的な導波コアの大
きさはすべての部分とも幅が０．６〜２ミクロンで、厚
さが０．１〜０．５ミクロンである。位相部と格子部に
バルク材料を用いると、コアの材料のバンドギャップは
典型的に１．３〜１．４２ミクロンの範囲になる。この
数字が好ましい理由は、バンドギャップエネルギーが小
さいほど（バンドギャップ波長が長いほど）格子の調整
範囲が広くなるからである。この例における各格子の調
整範囲は約７〜１２ｎｍになる。
【００１８】短い格子部を使えるようにするには、格子
の強さの尺度となる格子の結合係数Ｋi を大きくすべき
である（例えば約１００ｃｍ-1以上）。このことが望ま
しい理由はいくつかある。例えば、電子ビームリソグラ
フィ期間中のスティッチ問題を避け、吸収損失を少く
し、空胴共振器の全長を短くして縦モードの区別を改善
するためである。他方、格子の反射帯の幅が結合係数に
比例するから、結合係数を大きくしすぎてはいけない。
Ｌi を格子の長さとすると、最大反射力（中心波長にお
ける）は概ねｔａｎｈ2 （Ｋi Ｌi ）で与えられる。Ｋ
i Ｌi の積を約１にすると、最大反射力は約０．５８と
いう適当な値が得られる。Ｋ＝１００ｃｍ -1とすると、
格子長は約１００ミクロンになる。位相部は短くするこ
とができ（約１００ミクロン）、利得部の長さは約３０
０〜５００ミクロンにすることができる。各部の間の電
気的絶縁領域の長さは５０ミクロンくらいにすべきであ
る。したがって、図１の装置の場合、最短の長さは約
１．３ｍｍとなる。比較的短いので製造歩留りが良くな
るという利点がある。
【００１９】ほかの例として、本発明によるレーザを４
チャネルの波長を有するＷＤＭ（波長分割多重）に使う
場合をとりあげる。チャネル１から４の波長はそれぞれ
１５６０，１５５６，１５５２，１５４８ｎｍである
（すなわち４ｎｍ間隔）。また、調整範囲が８ｎｍより
も広く、Ｋ＝１００ｃｍ-1で、格子部の実効屈折率がｎ
eff ＝３．２５である（これは代表的な値であって、正
確な値は各装置ごとに計算することができる）、１個の
装置を用いて、４チャネルすべてを実現することを設計
の目標とする。これらの設計目標によれば、反射帯は約
２．４ｎｍのフルウィドス・ハーフマクシマム（Full-W
idth Half Maximum ：全幅半最大）（ＦＷＨＭ）とな
る。かくして、不要な発振を避けるために、格子の中心
波長は２．４ｎｍからかなり離すべきであり、例えば少
なくとも３ｎｍにすべきである。
【００２０】これらの目標を達成するための本発明によ
るレーザの構造例は図１に示す通りであり、４個の格子
が以下の中心波長を有する。１５６４ｎｍ（Ｇ１），１
５６０ｎｍ（Ｇ２），１５５２ｎｍ（Ｇ３），１５４８
ｎｍ（Ｇ４）。格子を少なくとも８ｎｍ調整することが
できれば、以下のようにしてすべてのチャネルの波長を
実現することができる。（１）Ｇ１を調整してＧ２に一
致させる、（２）Ｇ１とＧ２を１５５６ｎｍに調整す
る、（３）Ｇ２を調整してＧ３に一致させる、（４）Ｇ
３を調整してＧ４に一致させる。
【００２１】以上説明した実施例は本発明を限定するも
のではなく、例示にすぎない。本発明は具体的実施例に
おいて多くの変形が可能であり、それらは当業者なら本
明細書の説明を読めば導き出すことができよう。そうし
た変形例や修正例は特許請求の範囲に記載されている本
発明の範囲内に含まれると考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による格子交互配置型ＤＢＲレーザの一
実施例。
【図２】図１のレーザの格子反射帯の例。
【図３】例示レーザの連続調整範囲の例。
【図４】図１のレーザの調整範囲の例。
【図５】図１のレーザの調整範囲の他の例。
【符号の説明】
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４ 格子部 １０，２０，３０ 電気的接点 ４０ アース接点 ５０ レーザ装置

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 空胴共振器と、 前記空胴共振器内の実質的に中央に配置されていて、前
    記空胴共振器を第１と第２の領域に分割している利得部
    と、 前記利得制御部の隣りに配置されている位相制御部と、 第１と第２と第３と第４の格子部であって、２個ずつ前
    記第１と第２の領域とに配置されていて、各格子部は中
    心波長を有する反射スペクトルを有し、第１の格子部の
    中心波長は最も長く、第２の格子部の中心波長は次に長
    く、第３の格子部の中心波長は３番目に長く、第４の格
    子部の中心波長は最も短くなっており、第１と第３の格
    子部は前記第１の領域に配置され、第２と第４の格子部
    は前記第２の領域に配置されている、格子部と、 前記各格子部の実効屈折率を独立に変える手段と、を含
    むことを特徴とする、半導体レーザ。
  2. 【請求項２】 空胴共振器と、 前記空胴共振器内に配置されている利得部と、 少なくとも３個の格子部であって、そのうちの少なくと
    も２個は異なる中心波長を有して、前記利得部の両側に
    配置されており、各格子部はそれぞれの中心波長の順番
    に基づいて配置されている、格子部と、 前記少なくとも３個の各格子部の実効屈折率を相互に独
    立に変える手段と、を含むことを特徴とする、半導体レ
    ーザ。
  3. 【請求項３】 第２項記載の装置において、前記少なく
    とも３個の格子部は前記利得部の両側に交互に配置さ
    れ、その順番は波長の長いものから短いものへとなって
    いることを特徴とする、半導体レーザ。
  4. 【請求項４】 第２項記載の装置において、更に位相制
    御部を含むことを特徴とする、半導体レーザ。
  5. 【請求項５】 第２項記載の装置において、前記中心波
    長は等間隔になっていることを特徴とする、半導体レー
    ザ。
  6. 【請求項６】 第２項記載の装置において、前記中心波
    長のうち少なくともいくつかは不等間隔になっているこ
    とを特徴とする、半導体レーザ。
  7. 【請求項７】 通信チャネルの付近に連続的な調整範囲
    を実現するために、空胴共振器内に利得部を有する半導
    体レーザの調整方法であって、 前記空胴共振器内に少くとも３個の格子部を設けるステ
    ップと、 前記利得部の両側に少なくとも前記３個の格子部のうち
    いくつかを配置するステップと、 少なくとも３個の格子部のうち少なくとも１個の格子部
    の屈折率を調整するために前記少なくとも１個の格子部
    に電流を注入するステップであって、前記少なくとも１
    個の格子部の中心波長が、前記利得部に関して前記少な
    くとも１個の格子部と反対側に配置されている他方の格
    子部の中心波長と同じになるようにする、電流の注入ス
    テップと、を含むことを特徴とする、半導体レーザの調
    整方法。
  8. 【請求項８】 第７項記載の方法において、前記配置ス
    テップは更に、 前記少なくとも３個の格子部を中心波長の長い方から短
    い方に順番をつけるステップと、 前記順番に従って前記格子部を前記利得部の両側に交互
    に配置するステップと、を含むことを特徴とする、半導
    体レーザの調整方法。
JP00969995A 1994-01-31 1995-01-25 半導体レーザとその調整方法 Expired - Lifetime JP3706164B2 (ja)

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US188770 1994-01-31
US08/188,770 US5379318A (en) 1994-01-31 1994-01-31 Alternating grating tunable DBR laser

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JPH07263817A true JPH07263817A (ja) 1995-10-13
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