JPH08186315A - 偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式 - Google Patents
偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式Info
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- JPH08186315A JPH08186315A JP7015542A JP1554295A JPH08186315A JP H08186315 A JPH08186315 A JP H08186315A JP 7015542 A JP7015542 A JP 7015542A JP 1554295 A JP1554295 A JP 1554295A JP H08186315 A JPH08186315 A JP H08186315A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】再現性が高く歩留まりの良い偏波変調可能な半
導体レーザおよびこれを用いた光通信方式である。 【構成】半導体レーザは、１対のブラッグ反射導波路、
又は、ブラッグ反射導波路と反射端面に挾まれた活性方
向性結合器から構成される。半導体レーザは直交する２
つの偏波モードのいずれでも発振が可能なように構成さ
れる。活性方向性結合器１３の結合波長とブラッグ反射
導波路１１のブラッグ波長とを夫々制御する電極１０５
を備える。電極１０５に流す電流より、活性方向性結合
器１３の結合波長とブラッグ反射導波路１１のブラッグ
波長とを、２つの偏波モードのいずれかの偏波モードに
おいて合わせることで、発振する偏波モードの選択が行
なわれる。光通信方式では、この半導体レーザと偏光子
もしくは偏波ビームスプリッタとで振幅変調された信号
光を得る。
導体レーザおよびこれを用いた光通信方式である。 【構成】半導体レーザは、１対のブラッグ反射導波路、
又は、ブラッグ反射導波路と反射端面に挾まれた活性方
向性結合器から構成される。半導体レーザは直交する２
つの偏波モードのいずれでも発振が可能なように構成さ
れる。活性方向性結合器１３の結合波長とブラッグ反射
導波路１１のブラッグ波長とを夫々制御する電極１０５
を備える。電極１０５に流す電流より、活性方向性結合
器１３の結合波長とブラッグ反射導波路１１のブラッグ
波長とを、２つの偏波モードのいずれかの偏波モードに
おいて合わせることで、発振する偏波モードの選択が行
なわれる。光通信方式では、この半導体レーザと偏光子
もしくは偏波ビームスプリッタとで振幅変調された信号
光を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速変調時などにおい
ても動的波長変動を抑え、安定に高密度の波長分割多重
光通信等を実現するための半導体レーザに関するもので
あり、特に、直交する偏波モードの発振制御を可能とす
る偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通
信方式に関するものである。
ても動的波長変動を抑え、安定に高密度の波長分割多重
光通信等を実現するための半導体レーザに関するもので
あり、特に、直交する偏波モードの発振制御を可能とす
る偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通
信方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信分野において伝送容量を拡
大することが望まれており、複数の波長あるいは光周波
数を１本の光ファイバに多重させた波長多重（ＷＤＭ）
伝送の開発が行なわれている。伝送容量をなるべく多く
する為には、波長間隔を狭くすることが重要である。そ
の為には、波長フィルタあるいは分波器の選択帯域幅が
小さく、光源となるレーザの占有周波数帯域あるいはス
ペクトル線幅が小さいことが望ましい。例えば、波長可
変幅３ｎｍの半導体ＤＦＢフィルタでは、透過帯域幅
０．０３ｎｍ程度である為、理想的には１００チャネル
の多重が可能である。しかし、この場合、光源のスペク
トル線幅が０．０３ｎｍ以下であることが要求される。
現状では、動的単一モード発振する半導体レーザとして
知られるＤＦＢレーザでさえも、直接ＡＳＫ変調を行な
うと動的波長変動が起きてスペクトル線幅が０．３ｎｍ
程度まで広がってしまい、このような波長多重伝送には
向かない。
大することが望まれており、複数の波長あるいは光周波
数を１本の光ファイバに多重させた波長多重（ＷＤＭ）
伝送の開発が行なわれている。伝送容量をなるべく多く
する為には、波長間隔を狭くすることが重要である。そ
の為には、波長フィルタあるいは分波器の選択帯域幅が
小さく、光源となるレーザの占有周波数帯域あるいはス
ペクトル線幅が小さいことが望ましい。例えば、波長可
変幅３ｎｍの半導体ＤＦＢフィルタでは、透過帯域幅
０．０３ｎｍ程度である為、理想的には１００チャネル
の多重が可能である。しかし、この場合、光源のスペク
トル線幅が０．０３ｎｍ以下であることが要求される。
現状では、動的単一モード発振する半導体レーザとして
知られるＤＦＢレーザでさえも、直接ＡＳＫ変調を行な
うと動的波長変動が起きてスペクトル線幅が０．３ｎｍ
程度まで広がってしまい、このような波長多重伝送には
向かない。
【０００３】そこで、このような波長変動を抑える為、
外部強度変調器を用いたり（例えば鈴木他、“λ／４シ
フトＤＦＢレーザ／吸収型光変調器集積光源”， 電子
情報通信学会研究会予稿集， ＯＱＥ９０−４５，
ｐ．９９， １９９０）、直接ＦＳＫ変調方式（例え
ば、Ｍ．Ｊ．Ｃｈａｗｓｋｉ ｅｔ ａｌ． “１．５
Ｇｂｉｔ／ｓ ＦＳＫ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓ
ｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇｔｗｏ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
ＤＦＢ ｌａｓｅｒ ａｓ ａ ｔｕｎａｂｌｅＦＳＫ
ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ／ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃ
ｔｒ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． ｖｏｌ．２
６， Ｎｏ．１５， ｐ．１１４６，１９９０）、直接
偏波変調方式（特開平２−１５９７８１号明細書）など
が考案されている。
外部強度変調器を用いたり（例えば鈴木他、“λ／４シ
フトＤＦＢレーザ／吸収型光変調器集積光源”， 電子
情報通信学会研究会予稿集， ＯＱＥ９０−４５，
ｐ．９９， １９９０）、直接ＦＳＫ変調方式（例え
ば、Ｍ．Ｊ．Ｃｈａｗｓｋｉ ｅｔ ａｌ． “１．５
Ｇｂｉｔ／ｓ ＦＳＫ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓ
ｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇｔｗｏ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
ＤＦＢ ｌａｓｅｒ ａｓ ａ ｔｕｎａｂｌｅＦＳＫ
ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ／ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃ
ｔｒ”，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ． ｖｏｌ．２
６， Ｎｏ．１５， ｐ．１１４６，１９９０）、直接
偏波変調方式（特開平２−１５９７８１号明細書）など
が考案されている。
【０００４】上記３つの例を比較してみる。外部変調器
の場合、波長変動が０．０３ｎｍ程度あり、仕様に対し
てぎりぎりの性能であり、装置の点数も増えるためコス
トなどの面で好ましくない。また、ＦＳＫの場合、受信
側のフィルタを波長弁別装置として機能させる必要があ
り、複雑な制御技術を必要とする。一方、偏波変調は、
通常のＤＦＢレーザを多電極化するだけで装置点数は増
えず、波長変動が外部変調方式に比べてさらに小さく、
伝送信号はＡＳＫのため、受信側のフィルタ等の負荷が
小さいという利点がある。
の場合、波長変動が０．０３ｎｍ程度あり、仕様に対し
てぎりぎりの性能であり、装置の点数も増えるためコス
トなどの面で好ましくない。また、ＦＳＫの場合、受信
側のフィルタを波長弁別装置として機能させる必要があ
り、複雑な制御技術を必要とする。一方、偏波変調は、
通常のＤＦＢレーザを多電極化するだけで装置点数は増
えず、波長変動が外部変調方式に比べてさらに小さく、
伝送信号はＡＳＫのため、受信側のフィルタ等の負荷が
小さいという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとしてる課題】以上の様に偏波変調
は、波長多重伝送等に好適の変調方式であるが、従来の
提案では、偏波の制御を可能とする為の積極的手段を有
していない。その為、再現性の高いデバイスの実現が困
難であり、また、作製後の調整が必要で歩留まりが悪い
などの問題点があった。
は、波長多重伝送等に好適の変調方式であるが、従来の
提案では、偏波の制御を可能とする為の積極的手段を有
していない。その為、再現性の高いデバイスの実現が困
難であり、また、作製後の調整が必要で歩留まりが悪い
などの問題点があった。
【０００６】よって、本発明の目的は、上記の問題点を
解決した偏波変調可能な半導体レーザ及びこれを用いた
光通信方式を提供することにある。
解決した偏波変調可能な半導体レーザ及びこれを用いた
光通信方式を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、典型的には、
実用的な偏波変調方式を提供するために、１対のブラッ
グ反射導波路或はブラッグ反射導波路と反射端面に挾ま
れた活性方向性結合器（活性領域を含む方向性結合器）
から構成される半導体レーザを用い、該半導体レーザは
直交する２つの偏波モードのいずれでも発振が可能なよ
うに構成され、発振する偏波モードの選択は、該活性方
向性結合器の結合波長と該ブラッグ反射導波路のブラッ
グ波長とを、該２つの偏波モードのうちいずれかの偏波
モードにおいて合わせることにより行なうことを特徴と
する。
実用的な偏波変調方式を提供するために、１対のブラッ
グ反射導波路或はブラッグ反射導波路と反射端面に挾ま
れた活性方向性結合器（活性領域を含む方向性結合器）
から構成される半導体レーザを用い、該半導体レーザは
直交する２つの偏波モードのいずれでも発振が可能なよ
うに構成され、発振する偏波モードの選択は、該活性方
向性結合器の結合波長と該ブラッグ反射導波路のブラッ
グ波長とを、該２つの偏波モードのうちいずれかの偏波
モードにおいて合わせることにより行なうことを特徴と
する。
【０００８】詳細には、本発明の偏波変調可能な半導体
レーザ、１対のブラッグ反射導波路に挾まれた活性方向
性結合器から構成される半導体レーザであって、該半導
体レーザは直交する２つの偏波モードのいずれでも発振
が可能なように構成され、該活性方向性結合器の結合波
長と該ブラッグ反射導波路のブラッグ波長とを夫々制御
する手段（例えば、複数の電極）を備え、発振する偏波
モードの選択は、該活性方向性結合器の結合波長と該ブ
ラッグ反射導波路のブラッグ波長とを、該制御手段によ
り、該２つの偏波モードのうちいずれかの偏波モードに
おいて合わせることにより行なわれることを特徴とす
る。また、１対のブラッグ反射導波路は、ブラッグ反射
導波路と反射端面に置き換えられてもよい。具体的に
は、以下の形態を取ることができる。活性方向性結合器
は活性層と導波路層から構成される。活性方向性結合器
における導波モード間の結合が、グレーティングによる
位相整合で行なわれる。２つの偏波モードにおける共振
器内利得が、ブラッグ反射導波路のブラッグ波長付近に
おいて、ほぼ等しくなるように構成されている。活性層
が、引っ張り歪が導入された多重量子井戸で構成され、
ホールの準位であるヘビーホール準位Ｅhh0とライトホ
ール準位Ｅlh0がほぼ等しくなる様に構成されている。
レーザ、１対のブラッグ反射導波路に挾まれた活性方向
性結合器から構成される半導体レーザであって、該半導
体レーザは直交する２つの偏波モードのいずれでも発振
が可能なように構成され、該活性方向性結合器の結合波
長と該ブラッグ反射導波路のブラッグ波長とを夫々制御
する手段（例えば、複数の電極）を備え、発振する偏波
モードの選択は、該活性方向性結合器の結合波長と該ブ
ラッグ反射導波路のブラッグ波長とを、該制御手段によ
り、該２つの偏波モードのうちいずれかの偏波モードに
おいて合わせることにより行なわれることを特徴とす
る。また、１対のブラッグ反射導波路は、ブラッグ反射
導波路と反射端面に置き換えられてもよい。具体的に
は、以下の形態を取ることができる。活性方向性結合器
は活性層と導波路層から構成される。活性方向性結合器
における導波モード間の結合が、グレーティングによる
位相整合で行なわれる。２つの偏波モードにおける共振
器内利得が、ブラッグ反射導波路のブラッグ波長付近に
おいて、ほぼ等しくなるように構成されている。活性層
が、引っ張り歪が導入された多重量子井戸で構成され、
ホールの準位であるヘビーホール準位Ｅhh0とライトホ
ール準位Ｅlh0がほぼ等しくなる様に構成されている。
【０００９】また、本発明の光通信方式は、上記偏波変
調可能な半導体レーザを直接偏波変調して、その出力光
を偏光子もしくは偏波ビームスプリッタを通すことによ
り、振幅変調された信号光として、光ファイバで伝送し
光受信器で検波することを特徴とする。また、上記偏波
変調可能な半導体レーザのブラッグ反射導波路に注入す
る電流を制御することでその発振波長が可変になるよう
に該半導体レーザを使用して振幅変調された信号光を得
ることを特徴とする。
調可能な半導体レーザを直接偏波変調して、その出力光
を偏光子もしくは偏波ビームスプリッタを通すことによ
り、振幅変調された信号光として、光ファイバで伝送し
光受信器で検波することを特徴とする。また、上記偏波
変調可能な半導体レーザのブラッグ反射導波路に注入す
る電流を制御することでその発振波長が可変になるよう
に該半導体レーザを使用して振幅変調された信号光を得
ることを特徴とする。
【００１０】更に、本発明の光通信方式は、上記偏波変
調可能な半導体レーザを複数接続し、複数の波長の光を
夫々変調して伝送させ、光フィルタもしくは分波器を備
えた光受信器により所望の波長の光にのせた信号のみを
取り出す様に、波長分割多重通信することを特徴とす
る。
調可能な半導体レーザを複数接続し、複数の波長の光を
夫々変調して伝送させ、光フィルタもしくは分波器を備
えた光受信器により所望の波長の光にのせた信号のみを
取り出す様に、波長分割多重通信することを特徴とす
る。
【００１１】
【第１実施例】具体的に、図１及び図２をもとに本発明
の原理を説明する。ブラッグ反射領域１１、１２（一方
が反射端面でもよい）と活性方向性結合領域１３の３領
域からなる半導体レーザにおいて、ブラッグ反射領域１
１、１２では図２（ａ）のように、特定の波長（ブラッ
グ波長）のみが反射される様、導波路層１４の上にある
グレーティング層１５に細かい周期のグレーティング１
６が形成されている。グレーティング１６で反射される
ブラッグ波長λBRは偏波モードに依存し多少異なるが、
その差は僅かである。
の原理を説明する。ブラッグ反射領域１１、１２（一方
が反射端面でもよい）と活性方向性結合領域１３の３領
域からなる半導体レーザにおいて、ブラッグ反射領域１
１、１２では図２（ａ）のように、特定の波長（ブラッ
グ波長）のみが反射される様、導波路層１４の上にある
グレーティング層１５に細かい周期のグレーティング１
６が形成されている。グレーティング１６で反射される
ブラッグ波長λBRは偏波モードに依存し多少異なるが、
その差は僅かである。
【００１２】活性方向性結合領域１３では、導波路層１
４の上部にグレーティング層１５が形成され、更に活性
層１７が形成されている。活性層１７と導波路層１４の
組成／層厚が異なる為、活性方向性結合領域１３では、
特定の結合波長λDCでのみ、導波モード間の位相整合が
満足され、活性層１７と導波路層１４に夫々中心強度を
有する２つの導波モード間で結合が生ずる。直交する２
つの偏波モード（ＴＥおよびＴＭモード）に対して、こ
の結合波長λDCは図２（ｂ）、（ｃ）のように異なった
値となる。活性方向性結合領域１３の電極１０４に注入
する電流を制御することにより、結合波長λDCを変化さ
せ、あるときは、図２（ｂ）のようにＴＭモードのλDC
を、あるときは、図２（ｃ）のようにＴＥモードのλDC
をブラッグ反射領域１１、１２で反射されるブラッグ波
長λBRに一致させる。
４の上部にグレーティング層１５が形成され、更に活性
層１７が形成されている。活性層１７と導波路層１４の
組成／層厚が異なる為、活性方向性結合領域１３では、
特定の結合波長λDCでのみ、導波モード間の位相整合が
満足され、活性層１７と導波路層１４に夫々中心強度を
有する２つの導波モード間で結合が生ずる。直交する２
つの偏波モード（ＴＥおよびＴＭモード）に対して、こ
の結合波長λDCは図２（ｂ）、（ｃ）のように異なった
値となる。活性方向性結合領域１３の電極１０４に注入
する電流を制御することにより、結合波長λDCを変化さ
せ、あるときは、図２（ｂ）のようにＴＭモードのλDC
を、あるときは、図２（ｃ）のようにＴＥモードのλDC
をブラッグ反射領域１１、１２で反射されるブラッグ波
長λBRに一致させる。
【００１３】活性方向性結合領域１３で、結合する偏波
モード（ＴＥもしくはＴＭモード）を切り換えることに
より、導波路層１４から活性層１７へ移行した偏波モー
ドのみが利得を受けて、ブラッグ反射領域１１および１
２（或は反射端面）の間で共振されてレーザ共振とな
る。
モード（ＴＥもしくはＴＭモード）を切り換えることに
より、導波路層１４から活性層１７へ移行した偏波モー
ドのみが利得を受けて、ブラッグ反射領域１１および１
２（或は反射端面）の間で共振されてレーザ共振とな
る。
【００１４】ブラッグ反射領域１１、１２に電流を注入
すると、導波路層１４の実効屈折率が変化し、ブラッグ
波長λBRが変化する。活性方向性結合領域１３の結合波
長の帯域幅は、ブラッグ反射波長の帯域幅と比較して２
桁以上広い為、ブラッグ反射領域１１、１２で発振波長
を変化させても、十分に活性方向性結合領域１３の結合
条件を満足できる。
すると、導波路層１４の実効屈折率が変化し、ブラッグ
波長λBRが変化する。活性方向性結合領域１３の結合波
長の帯域幅は、ブラッグ反射波長の帯域幅と比較して２
桁以上広い為、ブラッグ反射領域１１、１２で発振波長
を変化させても、十分に活性方向性結合領域１３の結合
条件を満足できる。
【００１５】以上の様な構成により、発振波長はブラッ
グ反射領域で、また、偏波の選択は活性方向性結合領域
でとそれぞれ独立に制御できるため、波長チューニング
時にも安定な偏波変調を行なうことができる。
グ反射領域で、また、偏波の選択は活性方向性結合領域
でとそれぞれ独立に制御できるため、波長チューニング
時にも安定な偏波変調を行なうことができる。
【００１６】本発明による第１実施例の詳細を説明す
る。図１は本実施例による半導体レーザの断面図で、１
００は基板となるｎ−ＩｎＰ、１０１はクラッドとなる
ｎ−ＩｎＰ層、１４は上記のＩｎＧａＡｓＰ光導波路
層、１５は導波路層１４より屈折率の低い上記のＩｎＧ
ａＡｓＰグレーティング層、１６はブラッグ反射を起こ
す周期の細かい上記のグレーティング、１７はアンドー
プのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ（厚さ５ｎｍ）／Ｉｎ0.28Ｇ
ａ0.72Ａｓ（厚さ５ｎｍ）１０層からなる歪超格子構造
の上記の活性層、１０２はｐ−ＩｎＰクラッド層、１０
３はｐ−Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ａｓ0.9Ｐ0.1コンタクト層、
１０４は上記のｐ電極であるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ
層、１０５は基板側のｎ電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ
層である。ここで、活性層１７は引っ張り歪をもつ多重
量子井戸層になっており、ホールの準位であるライトホ
ール準位と電子の基底順位の遷移エネルギー（Ｅlh0−
Ｅe0）とホールの準位であるヘビーホール準位と電子の
基底順位の遷移エネルギー（Ｅhh0−Ｅe0）を等しく設
計してあるため、歪を含まない超格子に比べるとＴＭ偏
波での利得が高く、ＴＥモードとＴＭモードの発光スペ
クトルは１．５６μｍを中心としてほぼ重なる。グレー
ティング１６によるブラッグ波長は利得の中心波長とほ
ぼ重なるようグレーティング１６の周期を０．２４μｍ
に設定している。
る。図１は本実施例による半導体レーザの断面図で、１
００は基板となるｎ−ＩｎＰ、１０１はクラッドとなる
ｎ−ＩｎＰ層、１４は上記のＩｎＧａＡｓＰ光導波路
層、１５は導波路層１４より屈折率の低い上記のＩｎＧ
ａＡｓＰグレーティング層、１６はブラッグ反射を起こ
す周期の細かい上記のグレーティング、１７はアンドー
プのＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ（厚さ５ｎｍ）／Ｉｎ0.28Ｇ
ａ0.72Ａｓ（厚さ５ｎｍ）１０層からなる歪超格子構造
の上記の活性層、１０２はｐ−ＩｎＰクラッド層、１０
３はｐ−Ｉｎ0.59Ｇａ0.41Ａｓ0.9Ｐ0.1コンタクト層、
１０４は上記のｐ電極であるＣｒ／ＡｕＺｎＮｉ／Ａｕ
層、１０５は基板側のｎ電極であるＡｕＧｅＮｉ／Ａｕ
層である。ここで、活性層１７は引っ張り歪をもつ多重
量子井戸層になっており、ホールの準位であるライトホ
ール準位と電子の基底順位の遷移エネルギー（Ｅlh0−
Ｅe0）とホールの準位であるヘビーホール準位と電子の
基底順位の遷移エネルギー（Ｅhh0−Ｅe0）を等しく設
計してあるため、歪を含まない超格子に比べるとＴＭ偏
波での利得が高く、ＴＥモードとＴＭモードの発光スペ
クトルは１．５６μｍを中心としてほぼ重なる。グレー
ティング１６によるブラッグ波長は利得の中心波長とほ
ぼ重なるようグレーティング１６の周期を０．２４μｍ
に設定している。
【００１７】したがって、図２（ｂ ）に示すように活
性方向性結合領域１３におけるＴＭモードの結合波長
が、ブラッグ反射領域のブラッグ波長（ここでは１．５
６μｍ）を含むように同調を行なえば、必然的にＴＥモ
ードの結合波長はブラッグ波長より十分長波長側にシフ
トし、ＴＥモードの結合は生じない。この状態で、レー
ザはＴＭモードで発振する。
性方向性結合領域１３におけるＴＭモードの結合波長
が、ブラッグ反射領域のブラッグ波長（ここでは１．５
６μｍ）を含むように同調を行なえば、必然的にＴＥモ
ードの結合波長はブラッグ波長より十分長波長側にシフ
トし、ＴＥモードの結合は生じない。この状態で、レー
ザはＴＭモードで発振する。
【００１８】次に、活性方向性結合領域１３への注入電
流を変化し、図２（ｃ）のようにブラッグ反射領域のブ
ラッグ波長に対して、ＴＥモードが結合するように制御
すれば、同様の機構により、ＴＥモードでのレーザ発振
が起こる。このようにして、電流制御によりＴＥ／ＴＭ
モードのスイッチングがおこる。ＴＥモードとＴＭモー
ドのブラッグ反射領域におけるブラッグ波長は、いずれ
も波長１．５６μｍ付近であるが、導波路の横閉じ込め
構造や層組成などデバイスの構造に依存し多少ずれる。
しかし、通常３−６ｎｍ程度である。それに対して、活
性方向性結合領域１３での結合帯域幅は２０ｎｍ程度で
ブラッグ波長のばらつきは十分含まれる。そのため、ブ
ラッグ反射領域での発振波長の変化に対して、活性方向
性結合領域１３の結合効率はほとんど影響を受けない。
流を変化し、図２（ｃ）のようにブラッグ反射領域のブ
ラッグ波長に対して、ＴＥモードが結合するように制御
すれば、同様の機構により、ＴＥモードでのレーザ発振
が起こる。このようにして、電流制御によりＴＥ／ＴＭ
モードのスイッチングがおこる。ＴＥモードとＴＭモー
ドのブラッグ反射領域におけるブラッグ波長は、いずれ
も波長１．５６μｍ付近であるが、導波路の横閉じ込め
構造や層組成などデバイスの構造に依存し多少ずれる。
しかし、通常３−６ｎｍ程度である。それに対して、活
性方向性結合領域１３での結合帯域幅は２０ｎｍ程度で
ブラッグ波長のばらつきは十分含まれる。そのため、ブ
ラッグ反射領域での発振波長の変化に対して、活性方向
性結合領域１３の結合効率はほとんど影響を受けない。
【００１９】図３に本発明の半導体レーザを用いて強度
変調信号を伝送し、受信する光伝送系のブロック図を示
した。半導体レーザ３１からの光出力を図３に示したよ
うに編光子３２に通してＴＥ偏波（もしくはＴＭ偏波）
のみを取り出すことにより、高い消光比の強度振幅信号
が得られる。この際、ＴＥ／ＴＭのモード変化は生じる
が、レーザ出力光の強度自体の変動はほとんどないため
（Ｅlh0−Ｅe0とＥhh0−Ｅe0の遷移エネルギーを等しく
設計してあるので）、活性層１７のキャリア変動による
チャーピングが極めて小さくなる。偏光子３２によって
選択されたＴＥ光は、アイソレータ３３を通して光ファ
イバ３４に結合させて伝送する。伝送された光は光検出
器３５にて検出される。このとき、ＴＥとＴＭの消光比
は２０ｄＢ以上得られ、したがって、この消光比をもつ
ＡＳＫ伝送が可能である。
変調信号を伝送し、受信する光伝送系のブロック図を示
した。半導体レーザ３１からの光出力を図３に示したよ
うに編光子３２に通してＴＥ偏波（もしくはＴＭ偏波）
のみを取り出すことにより、高い消光比の強度振幅信号
が得られる。この際、ＴＥ／ＴＭのモード変化は生じる
が、レーザ出力光の強度自体の変動はほとんどないため
（Ｅlh0−Ｅe0とＥhh0−Ｅe0の遷移エネルギーを等しく
設計してあるので）、活性層１７のキャリア変動による
チャーピングが極めて小さくなる。偏光子３２によって
選択されたＴＥ光は、アイソレータ３３を通して光ファ
イバ３４に結合させて伝送する。伝送された光は光検出
器３５にて検出される。このとき、ＴＥとＴＭの消光比
は２０ｄＢ以上得られ、したがって、この消光比をもつ
ＡＳＫ伝送が可能である。
【００２０】本発明の半導体レーザの偏波変調時にチャ
ーピングは極めて小さくＴＥモード出力のみを観測した
ところ０．０３ｎｍ以下であることが確かめられた。ま
た、偏波変調の変調帯域も１ＧＨｚ以上であることが示
された。
ーピングは極めて小さくＴＥモード出力のみを観測した
ところ０．０３ｎｍ以下であることが確かめられた。ま
た、偏波変調の変調帯域も１ＧＨｚ以上であることが示
された。
【００２１】本発明による半導体レーザを用いて光伝送
を行なった実施例を図４に沿って説明する。図４におい
て、４１は本発明によって波長制御及び消光比が安定に
制御され偏波変調されている半導体レーザである。この
半導体レーザでは、波長間隔６ＧＨｚ（約０．０５ｎ
ｍ）程度で、３ｎｍの範囲で波長を変えられる（図１の
電極１０４への電流を制御して行う）。また、偏波変調
では、通常の直接強度変調で問題になるようなチャーピ
ングと呼ばれる動的波長変動が２ＧＨｚ以下と非常に小
さいため、波長多重する場合に１０ＧＨｚ間隔で並べて
も隣のチャンネルにクロストークを与えることはない。
従って、この半導体レーザを用いた場合、３／０．０５
＝６０チャネル程度の波長多重が可能である。この半導
体レーザは偏光ビームスプリッタ４２と一体化して光送
信装置４０を構成している。この光送信装置４０から出
射された光を光ファイバ４３に結合させ伝送する。ファ
イバカップラ４４を伝送した信号光は、光受信装置４５
において、光フィルタ４６により所望の波長チャネルの
光が選択分波され、光検出器４７により信号検波され
る。ここでは、光フィルタ４６としてＤＦＢレーザと同
じ構造のものを、しきい値以下に電流をバイアスして使
用している。２電極の電流比率を変えることで、透過利
得を２０ｄＢ一定で透過波長を３ｎｍの範囲で変えるこ
とができる。また、このフィルタ４６の１０ｄＢダウン
の透過幅は０．０３であり、０．０５ｎｍの間隔で波長
多重するのに十分な特性を持つている。光フィルタ４６
として、同様の波長透過幅を持つもの、例えば、マハツ
ェンダ型、ファブリペロ型などを用いてもよい
を行なった実施例を図４に沿って説明する。図４におい
て、４１は本発明によって波長制御及び消光比が安定に
制御され偏波変調されている半導体レーザである。この
半導体レーザでは、波長間隔６ＧＨｚ（約０．０５ｎ
ｍ）程度で、３ｎｍの範囲で波長を変えられる（図１の
電極１０４への電流を制御して行う）。また、偏波変調
では、通常の直接強度変調で問題になるようなチャーピ
ングと呼ばれる動的波長変動が２ＧＨｚ以下と非常に小
さいため、波長多重する場合に１０ＧＨｚ間隔で並べて
も隣のチャンネルにクロストークを与えることはない。
従って、この半導体レーザを用いた場合、３／０．０５
＝６０チャネル程度の波長多重が可能である。この半導
体レーザは偏光ビームスプリッタ４２と一体化して光送
信装置４０を構成している。この光送信装置４０から出
射された光を光ファイバ４３に結合させ伝送する。ファ
イバカップラ４４を伝送した信号光は、光受信装置４５
において、光フィルタ４６により所望の波長チャネルの
光が選択分波され、光検出器４７により信号検波され
る。ここでは、光フィルタ４６としてＤＦＢレーザと同
じ構造のものを、しきい値以下に電流をバイアスして使
用している。２電極の電流比率を変えることで、透過利
得を２０ｄＢ一定で透過波長を３ｎｍの範囲で変えるこ
とができる。また、このフィルタ４６の１０ｄＢダウン
の透過幅は０．０３であり、０．０５ｎｍの間隔で波長
多重するのに十分な特性を持つている。光フィルタ４６
として、同様の波長透過幅を持つもの、例えば、マハツ
ェンダ型、ファブリペロ型などを用いてもよい
【００２２】
【第２実施例】本発明による第２の実施例を図５に沿っ
て説明する。ブラッグ反射領域１１、１２の構造は第１
実施例と同様であるが、活性方向性結合領域１３におけ
る波長選択性（偏波モード選択性）を更に高めるため、
活性方向性結合領域１３には比較的荒い周期のグレーテ
ィング５１が形成されている。さらに本実施例では、グ
レーティング５１上に、グレーティング層１５とは屈折
率の異なるＩｎＧａＡａＰ中間クラッド層５２が形成さ
れ、その上に活性層５３が形成されている。活性層５３
は縦横対称としたＩｎＧａＡｓからなり（勿論、第１実
施例の活性層１７でもよい）、ＴＥモード及びＴＭモー
ドに対して同様の利得を持つ。ブラッグ反射領域１１、
１２のグレーティング１６の周期等は第１実施例と同じ
である。
て説明する。ブラッグ反射領域１１、１２の構造は第１
実施例と同様であるが、活性方向性結合領域１３におけ
る波長選択性（偏波モード選択性）を更に高めるため、
活性方向性結合領域１３には比較的荒い周期のグレーテ
ィング５１が形成されている。さらに本実施例では、グ
レーティング５１上に、グレーティング層１５とは屈折
率の異なるＩｎＧａＡａＰ中間クラッド層５２が形成さ
れ、その上に活性層５３が形成されている。活性層５３
は縦横対称としたＩｎＧａＡｓからなり（勿論、第１実
施例の活性層１７でもよい）、ＴＥモード及びＴＭモー
ドに対して同様の利得を持つ。ブラッグ反射領域１１、
１２のグレーティング１６の周期等は第１実施例と同じ
である。
【００２３】導波路層１４と活性層５３にそれぞれ中心
強度を有する導波モードの実効屈折率をそれぞれＮ(w)
eff、Ｎ(a) eff、比較的荒いグレーティング５１の周期
をΛDCとすれば、結合波長λDC＝｜Ｎ(w) eff−Ｎ(a) eff
｜ΛDCで表わされる。
強度を有する導波モードの実効屈折率をそれぞれＮ(w)
eff、Ｎ(a) eff、比較的荒いグレーティング５１の周期
をΛDCとすれば、結合波長λDC＝｜Ｎ(w) eff−Ｎ(a) eff
｜ΛDCで表わされる。
【００２４】ここで、グレーティング５１による結合波
長は、偏波依存性が強くＴＥモードとＴＭモードに対し
て通常３０ｎｍ程度異なる値を持つ。したがって、活性
方向性結合領域１３のＴＥモードの結合波長が、ブラッ
グ反射領域１１、１２のブラッグ波長（ここでは１．５
６μｍ）を含むように活性方向性領域１３に電流を注入
して同調を行なえば、必然的にＴＭモードの結合波長は
１．５３μｍ付近となる。
長は、偏波依存性が強くＴＥモードとＴＭモードに対し
て通常３０ｎｍ程度異なる値を持つ。したがって、活性
方向性結合領域１３のＴＥモードの結合波長が、ブラッ
グ反射領域１１、１２のブラッグ波長（ここでは１．５
６μｍ）を含むように活性方向性領域１３に電流を注入
して同調を行なえば、必然的にＴＭモードの結合波長は
１．５３μｍ付近となる。
【００２５】ここで、活性方向性結合領域１３ではＴＥ
モードのみが選択結合される為、活性層５３が励起され
て生じた自然放出光のうちＴＥモードのみがブラッグ反
射領域に移行結合される。ブラッグ反射領域１１、１２
では、ブラッグ波長で強い反射が生じ、結局、ブラッグ
反射領域で決定されるブラッグ波長での発振がＴＥモー
ドで生じる。次に、活性方向性結合領域１３への注入電
流を変化し、ブラッグ反射領域のブラッグ波長に対し
て、ＴＭモードが結合するように制御すれば、同様の機
構により、ＴＭモードでのレーザ発振が起こる。このよ
うにして、活性方向性結合領域１３への電流制御により
前記実施例と同様にＴＥ／ＴＭモードの偏波スイッチン
グおよび波長制御を行なうことができた。本実施例で
も、一方が反射端面であれば、共振がブラッグ反射領域
と活性層の外端の反射端面で起こる。
モードのみが選択結合される為、活性層５３が励起され
て生じた自然放出光のうちＴＥモードのみがブラッグ反
射領域に移行結合される。ブラッグ反射領域１１、１２
では、ブラッグ波長で強い反射が生じ、結局、ブラッグ
反射領域で決定されるブラッグ波長での発振がＴＥモー
ドで生じる。次に、活性方向性結合領域１３への注入電
流を変化し、ブラッグ反射領域のブラッグ波長に対し
て、ＴＭモードが結合するように制御すれば、同様の機
構により、ＴＭモードでのレーザ発振が起こる。このよ
うにして、活性方向性結合領域１３への電流制御により
前記実施例と同様にＴＥ／ＴＭモードの偏波スイッチン
グおよび波長制御を行なうことができた。本実施例で
も、一方が反射端面であれば、共振がブラッグ反射領域
と活性層の外端の反射端面で起こる。
【００２６】本実施例では、グレーティング５１による
位相整合を用いるため、非対称性のみによる方向性結合
器（例えば、第１実施例）と比較して、グレーティング
を作製するぶん製法は少し複雑になるが、結合帯域幅が
より限定され、強い波長選択性を示す。そのため、活性
方向性結合領域の長さも短くて済み、より小さい電流変
化で偏波モードの切換が可能となる特徴を有する。動作
原理に関しては前記実施例と同様である。第２実施例
も、第１実施例と同様に、図３、図４の様な光通信方式
に使用できる。
位相整合を用いるため、非対称性のみによる方向性結合
器（例えば、第１実施例）と比較して、グレーティング
を作製するぶん製法は少し複雑になるが、結合帯域幅が
より限定され、強い波長選択性を示す。そのため、活性
方向性結合領域の長さも短くて済み、より小さい電流変
化で偏波モードの切換が可能となる特徴を有する。動作
原理に関しては前記実施例と同様である。第２実施例
も、第１実施例と同様に、図３、図４の様な光通信方式
に使用できる。
【００２７】
【発明の効果】本発明により、動的波長変動の極めて小
さい偏波変調可能な半導体レーザが実現でき、これを使
用した直接偏波変調方式を用いて、高密度波長多重光通
信システムを構築できる。
さい偏波変調可能な半導体レーザが実現でき、これを使
用した直接偏波変調方式を用いて、高密度波長多重光通
信システムを構築できる。
【図１】本発明による半導体レーザの構造を説明する
図。
図。
【図２】本発明による半導体レーザの動作原理を表わす
図。
図。
【図３】本発明による半導体レーザを用いた光通信方式
を説明する図。
を説明する図。
【図４】本発明による半導体レーザを用いたたの光通信
方式を説明する図。
方式を説明する図。
【図５】本発明による他の半導体レーザの構造を示す
図。
図。
１１、１２ ブラッグ反射領域 １３ 活性方向性結合領域 １４ 導波路層 １５ グレーティング層 １６ ブラッグ反射を起こすグレーティング １７、５３ 活性層 ３１、４１ 半導体レーザ ３２、４２ 偏光子もしくは偏光ビームスプリッタ ３３ 光アイソレータ ３４、４３ 光ファイバ ３５、４７ 光検出器 ４０ 光送信装置 ４４ ファイバカップラ ４５ 光受信装置 ４６ 光フィルタ ５１ 方向性結合を起こすグレーティング ５２ 中間クラッド層 １００ 基板 １０１、１０２ クラッド層 １０３ コンタクト層 １０４、１０５ 電極
Claims (9)
- 【請求項１】 １対のブラッグ反射導波路に挾まれた活
性方向性結合器から構成される半導体レーザであって、
該半導体レーザは直交する２つの偏波モードのいずれで
も発振が可能なように構成され、該活性方向性結合器の
結合波長と該ブラッグ反射導波路のブラッグ波長とを夫
々制御する手段を備え、発振する偏波モードの選択は、
該活性方向性結合器の結合波長と該ブラッグ反射導波路
のブラッグ波長とを、該制御手段により、該２つの偏波
モードのうちいずれかの偏波モードにおいて合わせるこ
とにより行なわれることを特徴とする偏波変調可能な半
導体レーザ。 - 【請求項２】 ブラッグ反射導波路と反射端面に挾まれ
た活性方向性結合器から構成される半導体レーザであっ
て、該半導体レーザは直交する２つの偏波モードのいず
れでも発振が可能なように構成され、該活性方向性結合
器の結合波長と該ブラッグ反射導波路のブラッグ波長と
を夫々制御する手段を備え、発振する偏波モードの選択
は、該活性方向性結合器の結合波長と該ブラッグ反射導
波路のブラッグ波長とを、該制御手段により、該２つの
偏波モードのうちいずれかの偏波モードにおいて合わせ
ることにより行なわれることを特徴とする偏波変調可能
な半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記活性方向性結合器は活性層と導波路
層から構成されることを特徴とする請求項１または２記
載の偏波変調可能な半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記活性方向性結合器における導波モー
ド間の結合が、グレーティングによる位相整合で行なわ
れることを特徴とする請求項１または２記載の偏波変調
可能な半導体レーザ。 - 【請求項５】 前記２つの偏波モードにおける共振器内
利得が、該ブラッグ反射導波路のブラッグ波長付近にお
いて、ほぼ等しくなるように構成されていることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれかに記載の偏波変調可能
な半導体レーザ。 - 【請求項６】 前記活性層が、引っ張り歪が導入された
多重量子井戸で構成され、ホールの準位であるヘビーホ
ール準位Ｅhh0とライトホール準位Ｅlh0がほぼ等しくな
る様に構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれかに記載の偏波変調可能な半導体レーザ。 - 【請求項７】 請求項１乃至４のいずれかに記載の偏波
変調可能な半導体レーザを直接偏波変調して、その出力
光を偏光子もしくは偏波ビームスプリッタを通すことに
より、振幅変調された信号光として、光ファイバで伝送
し光受信器で検波することを特徴とする光通信方式。 - 【請求項８】 請求項１乃至４のいずれかに記載の偏波
変調可能な半導体レーザのブラッグ反射導波路に注入す
る電流を制御することでその発振波長が可変になるよう
に該半導体レーザを使用して振幅変調された信号光を得
ることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項９】 請求項１乃至４のいずれかに記載の偏波
変調可能な半導体レーザを複数接続し、複数の波長の光
を夫々変調して伝送させ、光フィルタもしくは分波器を
備えた光受信器により所望の波長の光にのせた信号のみ
を取り出す様に、波長分割多重通信することを特徴とす
る光通信方式。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01554295A JP3287443B2 (ja) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | 偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式 |
| US08/579,730 US5648978A (en) | 1995-01-04 | 1995-12-28 | Oscillation polarization mode selective semiconductor laser, modulation method therefor and optical communication system using the same |
| DE69607493T DE69607493T2 (de) | 1995-01-04 | 1996-01-03 | Polarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser, Modulationsverfahren und optisches Kommunikationssystem unter Verwendung dieses Lasers |
| EP96100050A EP0721240B1 (en) | 1995-01-04 | 1996-01-03 | Oscillation polarization mode selective semiconductor laser, modulation method therefor and optical communication system using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01554295A JP3287443B2 (ja) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | 偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08186315A true JPH08186315A (ja) | 1996-07-16 |
| JP3287443B2 JP3287443B2 (ja) | 2002-06-04 |
Family
ID=11891688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01554295A Expired - Fee Related JP3287443B2 (ja) | 1995-01-04 | 1995-01-04 | 偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3287443B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170041090A (ko) * | 2015-10-06 | 2017-04-14 | 삼성전자주식회사 | 광학필터 및 이를 포함하는 전자장치 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8369665B2 (en) * | 2008-07-14 | 2013-02-05 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Hybrid guided-mode resonance filter and method employing distributed bragg reflection |
-
1995
- 1995-01-04 JP JP01554295A patent/JP3287443B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170041090A (ko) * | 2015-10-06 | 2017-04-14 | 삼성전자주식회사 | 광학필터 및 이를 포함하는 전자장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3287443B2 (ja) | 2002-06-04 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |