JPH09148684A - Semiconductor optical device and optical network using the same - Google Patents

Semiconductor optical device and optical network using the same

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JPH09148684A
JPH09148684A JP8260307A JP26030796A JPH09148684A JP H09148684 A JPH09148684 A JP H09148684A JP 8260307 A JP8260307 A JP 8260307A JP 26030796 A JP26030796 A JP 26030796A JP H09148684 A JPH09148684 A JP H09148684A
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護 内田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain chirping by adjusting phases of the respective lights to be guided to optical waveguides in a Fabry-Perot resonator region and a distributed feedback type resonator (DFB) region. SOLUTION: The phase of a light which is outputted from a region 1 (distributed feedback type semiconductor laser), reflected by a region 3, and returned to the region 1 is adjusted by changing the refractive index of the region 2. When the light of the distributed feedback type semiconductor laser is intensive, the region 3 constituting a Fabry-Perot laser amplifies the light of DFB mode and consumes the gain, so that the oscillation is restrained. When the light of the DFB mode becomes weak, the consumption of gain in the region 3 decreases, and the gain is given to the Fabry-Perot mode. When pumping is sufficient, oscillation of Fabry-Perot mode is generated. By controlling the carrier injection amount to the respective regions, the threshold gains of both modes can be made equal, and further the switching of stable TM mode and TE mode of multimode is enabled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する利用分野】本発明は、光通信および光情
報処理等に用いられる光源及びそれを用いた光ネットワ
ークに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light source used for optical communication and optical information processing and an optical network using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信技術の大容量化に伴い、多くの問
題点が解決されてきた。しかしながら、いわゆるチャー
ピングとよばれる、高速強度変調時の半導体レーザ内の
キャリア不均一分布による屈折率変動が発振波形を歪ま
せる現象は、必ずしも解決されるに至っていない。この
問題を回避するのに現在用いられている主流の方法は、
半導体レーザを連続(CW)で駆動し、誘電体や半導体
からなる外部変調器により強度変調を行うものである。
この方法では、デバイスの小型化や低価格化には限界が
あるとともに、これを光ネットワークに用いた場合、光
ネットワークの柔軟性(変調速度が大きく異なる信号を
同時に伝送できる能力の高さ等)も高いとはいえない。
2. Description of the Related Art With the increase in capacity of optical communication technology, many problems have been solved. However, the phenomenon called so-called chirping, in which the fluctuation of the refractive index due to the non-uniform carrier distribution in the semiconductor laser during high-speed intensity modulation distorts the oscillation waveform, has not always been solved. The mainstream methods currently used to avoid this problem are:
The semiconductor laser is driven continuously (CW), and the intensity is modulated by an external modulator made of a dielectric or a semiconductor.
With this method, there is a limit to the miniaturization and cost reduction of the device, and when this is used for an optical network, the flexibility of the optical network (such as high ability to simultaneously transmit signals with greatly different modulation speeds) It cannot be said that it is expensive.

【0003】一方、別の方法として、デバイスの発振光
の偏波面を信号に応じてスイッチングさせる方法、いわ
ゆる偏波変調法がある。これは、たとえば、特開昭62
−42593、特開昭62−144426に開示されて
いる。この骨子は以下のようなものである。図12に示
すように、或る電流値でTMモードからTEモードへ偏
波が反転する特性を有する半導体レーザを用いる。そし
て、TEモードとTMモードが同時発振する電流値をバ
イアス点として、信号電流(変調電流)IによってT
EとTMのしきい値利得をスイッチし、偏光子によって
特定方向に偏光した光のみを伝送路に送出するものであ
る。
On the other hand, as another method, there is a method of switching the polarization plane of the oscillation light of the device according to a signal, that is, a so-called polarization modulation method. This is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
-42593, and JP-A-62-144426. The outline is as follows. As shown in FIG. 12, a semiconductor laser having a characteristic that polarization is inverted from TM mode to TE mode at a certain current value is used. Then, as a bias point current value TE and TM modes to oscillate simultaneously, the signal current (modulation current) I s T
The threshold gains of E and TM are switched, and only the light polarized in a specific direction by the polarizer is sent out to the transmission line.

【0004】偏波変調法は、半導体レーザの光密度が変
調中も一定であることから(駆動電流が常にほぼ一定
で、オン・オフされないので)、変調に伴うキャリア変
動も極めて小さくできるという本質的な利点がある。し
かしながら、上記従来例では、このようなレーザの具体
的構造については何ら明示されていない。
In the polarization modulation method, since the light density of the semiconductor laser is constant during the modulation (since the driving current is almost constant and is not turned on / off), the carrier fluctuation due to the modulation can be made extremely small. There are advantages. However, in the above conventional example, no specific structure of such a laser is specified.

【0005】一方、具体的構成例として、2電極構成の
次の様なものがある。 (1)通常のDFBレーザを2電極構成とし、キャリア
を不均一注入することで位相と利得を同時に制御する。 (2)活性層を量子井戸構造とすることで、利得の偏波
依存性を持たせ、TMモードの利得の不足を補う。 (3)ブラッグ波長のTEモードとTMモードを位相制
御でスイッチングさせることで直接偏波変調を行う。
On the other hand, as a concrete configuration example, there is the following two-electrode configuration. (1) An ordinary DFB laser has a two-electrode configuration, and carriers are non-uniformly injected to simultaneously control the phase and the gain. (2) By making the active layer a quantum well structure, the gain has polarization dependency, and the lack of gain in the TM mode is compensated. (3) Direct polarization modulation is performed by switching the TE mode and TM mode of the Bragg wavelength by phase control.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】この方法では、離散す
るDFBモードの発振(利得)条件と位相整合条件を満
足させることが必要不可欠である。そして、このこと
が、共振器長、グレーティング構造および層構成(特に
活性層の利得スペクトル)について設計の自由度を小さ
くするとともに、高精度な製作技術を要求していた。そ
の結果、これまで安定な偏波変調を行うことを困難にし
てきた。
In this method, it is essential to satisfy the oscillation (gain) condition and the phase matching condition of the discrete DFB mode. This reduces the degree of freedom in designing the resonator length, the grating structure, and the layer structure (in particular, the gain spectrum of the active layer), and requires a highly accurate manufacturing technique. As a result, it has been difficult to perform stable polarization modulation.

【0007】従って、本発明の目的は、チャーピングを
抑えることができ、設計および作製の自由度の高い半導
体レーザとそれを用いた光ネットワークを提供すること
にある。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a semiconductor laser which can suppress chirping and has a high degree of freedom in designing and manufacturing, and an optical network using the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の半導体光デバイスは、少なくともファブリペロ共振
器領域と分布帰還型共振器(DFB)領域から成る複合
共振器構造を有し、偏光方向が互いに直交する複数の導
波モードを有する各共振器領域の光導波路と、該各共振
器領域の光導波路を結合する光結合手段と、該各共振器
領域に利得を与える利得媒質と、該各共振器領域の光導
波路に導波されるそれぞれの光の位相を調整する位相調
整手段とから成ることを特徴とする。
A semiconductor optical device of the present invention which achieves the above object has a composite resonator structure including at least a Fabry-Perot resonator region and a distributed feedback resonator (DFB) region, and has a polarization direction An optical waveguide in each resonator region having a plurality of waveguide modes orthogonal to each other, an optical coupling means for coupling the optical waveguides in each resonator region, a gain medium giving a gain to each resonator region, Phase adjusting means for adjusting the phase of each light guided to the optical waveguide in the resonator region.

【0009】より具体的には、以下の様な態様にもでき
る。前記分布帰還型共振器領域のブラッグ波長が、前記
利得媒質のピークエネルギー近傍に設定されている。前
記各共振器領域の光導波路のそれぞれが、少なくとも、
第1クラッド層、活性層、光ガイド層および第2クラッ
ド層からなるスラブ型光導波路であり、前記各共振器領
域の光導波路を結合する手段が、前記光ガイド層を共振
器方向に整列或は共通化することである。前記利得媒質
となる活性層の構造が複数の量子井戸からなり、かつ量
子井戸のウェル層あるいはバリア層あるいは両方の構造
が他の量子井戸のそれと異なる非対称量子井戸となって
おり、該活性層を含む光導波路で誘起される、偏波が互
いに直交する複数の導波モードに対して、該活性層に注
入するキャリアの密度を変化させることにより、前記活
性層が生成する利得スペクトルを前記複数の導波モード
のしきい発振利得に制御する。前記非対称量子井戸を構
成する少なくとも1つのウェル層あるいはバリア層に層
方向に垂直に歪応力がかけられている。前記分布帰還型
共振器領域のブラッグ波長が、前記非対称量子井戸の基
底準位のエネルギー近傍に設定されている。前記デバイ
スを共振器方向に複数に分割し、それぞれ互いに独立な
電極を形成し、分割された各領域に独立にキャリアを注
入することによりキャリアの注入レベルを変化させる。
前記分布帰還型共振器領域のストップバンドに対して、
ファブリペロ共振器モードの軸モード間隔が充分小さく
なるように設定されている。並行して2つの光導波路が
形成され、前記光結合手段は、前記ファブリペロ共振器
領域の少なくとも一方の端部に設けられた該2つの光導
波路間の分岐・合流比可変な光カップラ手段である。
More specifically, the following modes are also possible. The Bragg wavelength of the distributed feedback resonator region is set near the peak energy of the gain medium. Each of the optical waveguides in each resonator region is at least,
A slab-type optical waveguide comprising a first cladding layer, an active layer, an optical guide layer, and a second cladding layer, wherein the means for coupling the optical waveguides in each of the resonator regions aligns the optical guide layer in the cavity direction. Is to be common. The structure of the active layer serving as the gain medium is composed of a plurality of quantum wells, and the structure of the well layer or barrier layer of the quantum well or both is an asymmetric quantum well different from that of other quantum wells. The gain spectrum generated by the active layer is changed by changing the density of carriers injected into the active layer with respect to a plurality of waveguide modes in which polarizations are orthogonal to each other, which are induced by the optical waveguide including the plurality of gain modes. Control to the threshold oscillation gain of the guided mode. Strain stress is applied perpendicularly to the layer direction on at least one well layer or barrier layer constituting the asymmetric quantum well. The Bragg wavelength of the distributed feedback resonator region is set near the energy of the ground level of the asymmetric quantum well. The device is divided into a plurality of parts in the cavity direction, electrodes independent of each other are formed, and the carrier injection level is changed by injecting carriers into each of the divided regions independently.
For the stop band of the distributed feedback resonator region,
The Fabry-Perot resonator mode is set so that the axial mode spacing is sufficiently small. Two optical waveguides are formed in parallel, and the optical coupling means is an optical coupler means provided at at least one end of the Fabry-Perot resonator region and having a variable branching / merging ratio between the two optical waveguides. .

【0010】また、上記目的を達成する本発明の光ネッ
トワークは、上記の半導体光デバイスを用いて、該光デ
バイスの出射面に偏光子を配置してDFBモードのみを
選択して通信に用いることを特徴とする。
Further, the optical network of the present invention which achieves the above object, uses the above-mentioned semiconductor optical device, arranges a polarizer on the exit surface of the optical device, and selects only the DFB mode for use in communication. Is characterized by.

【0011】本発明の骨子は以下のようである。少なく
とも強度変復調を用いて光ネットワークを構成する場合
等には、偏波変調可能な光源は、発振光のTMとTEを
両方とも低チャープにする必要はなく、どちらか一方を
信号として利用すればよい。それで、一方のモードのコ
ヒーレンス(単一軸モード性)を犠牲にし、代わりにス
イッチングの制御性と信頼性を高めることが本発明の半
導体レーザの狙いである。
The gist of the present invention is as follows. At least in the case where an optical network is constructed using intensity modulation / demodulation, it is not necessary for the polarization-modulated light source to have low chirp for both TM and TE of the oscillation light, as long as either one is used as a signal. Good. Therefore, it is the aim of the semiconductor laser of the present invention to sacrifice the coherence of one mode (single-axis mode property) and instead improve the controllability and reliability of switching.

【0012】基本的な構成は以下の通りである。 1)ファブリペロ共振器(FP)を持つ領域、DFBを
有する領域および位相調整領域とからなる複合共振器と
すること。 2)複合共振器を形成する複数の導波路の結合係数を最
適化する、あるいは可変することで共振器損失スペクト
ルを制御すること。 3)位相調整領域に信号電流あるいは信号電圧を印加す
ること等で実効的な共振器長を変化させ、偏光方向の異
なる光を選択的に発振させること。
The basic structure is as follows. 1) A composite resonator including a region having a Fabry-Perot resonator (FP), a region having a DFB, and a phase adjusting region. 2) Controlling the resonator loss spectrum by optimizing or varying the coupling coefficient of the plurality of waveguides forming the composite resonator. 3) Applying a signal current or a signal voltage to the phase adjustment region to change the effective resonator length and selectively oscillate light with different polarization directions.

【0013】より具体的には、次のようにもできる。 4)通常のスラブ光導波路の場合、FPの共振器損失は
TEの方がTMより常に小さくなることを利用するこ
と。逆にする事もできる。 5)DFB領域のグレーティングのピッチを、ブラッグ
波長が利得ピーク波長になるように設定することで、T
MモードはDFBモードが選択されるよう利得と共振器
損失スペクトルを制御すること。同時に、FPの共振器
モードの軸モード間隔をDFBのストップバンドにくら
べて小さくなるよう設定することでTEモードはFP、
DFBあるいは両モードが同時に選択されるよう利得と
共振器損失スペクトルを制御すること。 6)逆に、TEモードはDFBモード、TMモードはF
P、DFBあるいは両モードが同時に選択されるよう利
得および共振器損失スペクトルを制御すること。 7)非対称(歪み)量子井戸構造を活性層に適用し、利
得スペクトルに偏波依存性を与えること。
More specifically, the following is also possible. 4) In the case of an ordinary slab optical waveguide, use that the resonator loss of FP is always smaller in TE than in TM. It can be reversed. 5) By setting the pitch of the grating in the DFB region so that the Bragg wavelength becomes the gain peak wavelength, T
M mode controls gain and resonator loss spectrum so that DFB mode is selected. At the same time, by setting the axial mode interval of the resonator mode of FP to be smaller than that of the stop band of DFB, TE mode is FP,
Controlling gain and resonator loss spectrum so that DFB or both modes are selected simultaneously. 6) Conversely, TE mode is DFB mode, TM mode is F
Controlling the gain and resonator loss spectrum such that P, DFB or both modes are selected simultaneously. 7) Applying an asymmetric (strained) quantum well structure to the active layer to give polarization dependence to the gain spectrum.

【0014】ところで、半導体レーザの発振波長は以下
の発振条件式で決定される。 Γ・gth=Γ・αin+α十αsc (1) ここで、α=l/2Leff・ln(1/R・1/
) exp(i・(2neff・Leff/λ十φ))=0 (2) ここで Г:活性層への光閉じ込め係数 gth:しきい利得 αin:内部損失 α:反射損失 αsc:その他の損失(散乱損失、結合損失等) R:共振器内の1点からみた2方向の実効的な反射率 neff:導波路の実効的な屈折率 Leff:実効的な共振器長 λ:発振波長 φ:位相 である。
The oscillation wavelength of the semiconductor laser is determined by the following oscillation condition formula. Γ · g th = Γ · α in + α M tens of α sc (1) Here, α M = l / 2L eff · ln (1 / R 1 · 1 /
R 2 ) exp (i · (2n eff · L eff / λ tens φ)) = 0 (2) where Γ: optical confinement coefficient in active layer g th : threshold gain α in : internal loss α M : reflection Loss α sc : Other losses (scattering loss, coupling loss, etc.) R i : Effective reflectance in two directions viewed from one point in the resonator n eff : Effective refractive index of the waveguide L eff : Effective Resonator length λ: oscillation wavelength φ: phase.

【0015】これに加え、直接偏波変調用半導体レーザ
には、別の条件として、互いに独立な偏波モード、例え
ばTEモードとTMモードを有し、かつそのしきい利得
がほぼ等しいこと、即ち、 ΓTE・gthTE=ΓTM・gthTM (3) が要求される。
In addition to this, the direct polarization modulation semiconductor laser has, as another condition, polarization modes independent of each other, for example, a TE mode and a TM mode, and their threshold gains are substantially equal, that is, , Γ TE · g thTE = Γ TM · g thTM (3) is required.

【0016】各変数は波長依存や偏波依存があることか
ら、上記の条件(1)〜(3)をすべて満たすのは容易
ではない。特に(2)式は発振モード(波長、偏波モー
ド、横モード)を決める極めて重要な条件式である。従
来行われてきたDFBによる共振器構成のものは、発振
モードであるTEモードとTMモード間において、発振
波長が利得スペクトルに対して相対的に離散しているた
めに(2)および(3)式を同時に満足させることは困
難であった。
Since each variable has wavelength dependence and polarization dependence, it is not easy to satisfy all the above conditions (1) to (3). Especially, the expression (2) is an extremely important conditional expression that determines the oscillation mode (wavelength, polarization mode, transverse mode). In the conventional resonator configuration using DFB, the oscillation wavelength is relatively discrete with respect to the gain spectrum between the TE mode and the TM mode, which are oscillation modes, and therefore, (2) and (3) It was difficult to satisfy the formulas at the same time.

【0017】本発明であるFPとDFBの複合共振器と
スラブ導波路からなる複合共振器レーザの場合、共振器
内の任意の一点で見た反射率およびその損失スペクトル
は、共振器の結合パラメータ(各導波路間の結合係数お
よび位相)によって大幅に変化させることができる。さ
らに、利得の共振器分布や偏波依存性を利用すること
で、たとえば、ブラッグ波長のTEモードとTMモード
のしきい利得をほぼ等しくすることができる。また、位
相調整領域を設け位相を変調させることで、他の反射端
(たとえばファブリペロ共振器)からの帰還により、た
とえばTM偏光のDFBモードに対してしきい値を下
げ、安定なTM偏光のDFBモードの発振を生じさせる
状況と、他の反射端(たとえばDFB共振器)からの帰
還により、たとえばTM偏光のDFBモードに対するし
きい値を上昇させ、TE偏光のDFBモードとファブリ
ペロモード(マルチモード)の発振を生じさせる状況を
切替えることができる。このように従来の構成にくら
べ、TEとTMの位相整合条件を満足させやすいことが
本発明のもっとも特徴的な部分である。
In the case of the composite resonator laser including the composite resonator of FP and DFB and the slab waveguide according to the present invention, the reflectance and its loss spectrum at any one point in the resonator are the coupling parameters of the resonator. (Coupling coefficient and phase between each waveguide) can be changed significantly. Furthermore, by utilizing the resonator distribution and polarization dependence of the gain, for example, the threshold gains of the TE mode and the TM mode of the Bragg wavelength can be made almost equal. Further, by providing a phase adjustment region to modulate the phase, feedback from another reflection end (for example, Fabry-Perot resonator) lowers the threshold for the TM-polarized DFB mode, for example, and stabilizes the TM-polarized DFB. Due to the situation that causes the oscillation of the mode and the feedback from the other reflection end (for example, the DFB resonator), the threshold for the DFB mode of the TM polarization is increased, and the DFB mode of the TE polarization and the Fabry-Perot mode (multimode It is possible to switch the situation that causes the oscillation of). As described above, it is the most characteristic part of the present invention that the TE and TM phase matching conditions are easily satisfied as compared with the conventional configuration.

【0018】利得の偏波依存についてさらに説明する。
非対称量子井戸構造は対称量子井戸構造に比べ、バンド
ギャップおよびプロファイルを可変する自由度がある。
さらに歪みを非対称に導入することでTEモードとTM
モードに対して選択的にバンドギャップを可変できる。
このことは、同一の活性層に同一の注入キャリア密度で
生成される利得を、TEモードとTMモードそれぞれの
しきい利得に設定できることを意味する。しきいキャリ
ア密度を変調バイアス点に設定し、注入電流に信号を重
畳するか、位相変調することで偏波スイッチングした光
出力を得ることができる。
The polarization dependence of the gain will be further described.
The asymmetric quantum well structure has a degree of freedom to change the bandgap and the profile as compared with the symmetric quantum well structure.
Furthermore, by introducing distortion asymmetrically, TE mode and TM
The band gap can be changed selectively with respect to the mode.
This means that the gain generated in the same active layer with the same injected carrier density can be set to the threshold gain of each of the TE mode and the TM mode. A polarization-switched optical output can be obtained by setting the threshold carrier density at the modulation bias point and superimposing a signal on the injection current or performing phase modulation.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】実施例1 図1は本発明の第1の実施例の共振器方向の断面図であ
る。具体的な層構成は以下の通りである。図1におい
て、101はn型InP基板、102はn型InPクラ
ッド層、103はn型InGaAsP光ガイド層、10
4はアンドープGaInAsP活性層、105はp型I
nPクラッド層、106はp型InGaAsPコンタク
ト(キャップ)層である。また、107はn型クラッド
層102とn型光ガイド層103の境界に形成されたλ
/4位相シフト部を有するグレーティングであり、10
8は正電極、109は負電極である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view in the resonator direction of a first embodiment of the present invention. The specific layer configuration is as follows. In FIG. 1, 101 is an n-type InP substrate, 102 is an n-type InP clad layer, 103 is an n-type InGaAsP optical guide layer, 10
4 is an undoped GaInAsP active layer, and 105 is a p-type I
The nP cladding layer 106 is a p-type InGaAsP contact (cap) layer. Further, 107 is a λ formed at the boundary between the n-type cladding layer 102 and the n-type light guide layer 103.
A grating having a / 4 phase shift part,
Reference numeral 8 is a positive electrode, and 109 is a negative electrode.

【0020】図1において、領域1はDFB領域、領域
2は位相調整領域、領域3はファブリペロ共振器(F
P)領域である。DFB領域の結合パラメータκ・Lは
2程度とし、FP領域の共振器長を300μmとするこ
とで、ストップバンドに比べ、ファブリペロモードの軸
モード間隔を十分小さくしている。各領域は電気的には
独立であるが、光学的には共振器方向に整列した光ガイ
ド層103を介して結合している。DFB領域では光ガ
イド層103にグレーティング107が形成されてお
り、そのTMモードのブラッグ波長が利得ピークと一致
するようグレーティングピッチが設定してある。
In FIG. 1, a region 1 is a DFB region, a region 2 is a phase adjustment region, and a region 3 is a Fabry-Perot resonator (F
P) area. By setting the coupling parameter κ · L in the DFB region to about 2 and setting the resonator length in the FP region to 300 μm, the axial mode interval of the Fabry-Perot mode is made sufficiently smaller than that in the stop band. Each region is electrically independent, but optically coupled via a light guide layer 103 aligned in the resonator direction. In the DFB region, the grating 107 is formed in the optical guide layer 103, and the grating pitch is set so that the Bragg wavelength of the TM mode matches the gain peak.

【0021】FP領域では両端面がファブリペロ共振器
を形成している。本実施例の場合、一方をへき開面11
2、他方をエッチング面(エッチングミラー)110を
用いた。エッチング面110の深さは本実施例の場合、
活性層104に達するまでとした。この結果、反射鏡と
光結合器の両方の機能を持たせることができる。位相調
整領域には利得媒質はなく、その両端面は共振器を形成
しないよう斜めカットしてある。DFB領域の端面11
3とFP領域の端面112は必要に応じてコーティング
を行っても良い。本実施例の場合、DFB側は無反射
(AR)コート113を、FP側は50%反射コート1
12を施した。
Both end faces in the FP region form Fabry-Perot resonators. In the case of this embodiment, one side is cleaved 11
2 and the other uses the etching surface (etching mirror) 110. In the case of this embodiment, the depth of the etching surface 110 is
Until the active layer 104 is reached. As a result, both functions of the reflecting mirror and the optical coupler can be provided. There is no gain medium in the phase adjustment region, and both end faces are obliquely cut so as not to form a resonator. End face 11 of DFB area
3 and the end face 112 of the FP region may be coated if necessary. In the case of this embodiment, the antireflection (AR) coat 113 is on the DFB side and the 50% reflection coat 1 is on the FP side.
Twelve.

【0022】次に本実施例の動作原理について説明す
る。図3は、個々の偏光(TEとTM)に着目してそれ
ぞれの偏光についてその利得スペクトルと共振損失を示
したものである(横軸が波長で、縦軸は利得または損失
である)。実際のデバイスでは、図3の(a)、(b)
のグラフが重ね合わさった状態であり、発振する光のモ
ードは、共振器損失が利得を下回ったものになる。簡単
のために利得が偏光状態に関わらず同じスペクトル分布
であるとする(たとえばバルク活性層の場合)と、発振
するかどうかは共振器損失だけで決まることになる。本
実施例の場合、領域1(分布帰還型半導体レーザ)から
出射された後領域3で反射され領域1へ戻る光の位相を
領域2の屈折率を変化させることにより調整することが
重要である。
Next, the operation principle of this embodiment will be described. FIG. 3 shows the gain spectrum and the resonance loss of each polarized light by focusing on the individual polarized lights (TE and TM) (the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents gain or loss). In an actual device, (a) and (b) of FIG.
Is a state in which the graphs are overlapped, and the mode of the oscillating light is such that the resonator loss is lower than the gain. For simplicity, if the gain has the same spectral distribution regardless of the polarization state (for example, in the case of a bulk active layer), whether or not to oscillate depends only on the resonator loss. In the case of the present embodiment, it is important to adjust the phase of the light emitted from the region 1 (distributed feedback semiconductor laser) and reflected by the region 3 and returning to the region 1 by changing the refractive index of the region 2. .

【0023】一般に、導波路のTE偏光とTM偏光に対
する等価屈折率は異なる。本実施例の場合、TE偏光に
対する等価屈折率の方がTM偏光に対する等価屈折率よ
り約0.2%程大きな値となっている。したがって、仮
に、反射面までの物理的な距離が同じで、領域1と領域
2の界面でTEとTM偏光の光の位相が一致していたと
しても、等価屈折率の違いにより、実際に光が感じる距
離(光学長)が異なり、反射により戻ってくる光の位相
は異なっている。また、領域2の屈折率をプラズマ効果
で変化させる時の各偏光に対する屈折率の変化量も異な
る。半導体レーザの場合、反射光の位相により、しきい
値が変化する。例えば、反射光の位相が出射光と半波長
異なれば、強度が同じなら丁度打ち消しあうことにな
り、しきい値を上昇させる効果を示す。一方、同位相な
ら、共振を助けることになりしきい値を低減させること
になる。ファブリペロレーザでは、この他の反射端(た
とえばDFB共振器)からの帰還により、共振を助ける
位相条件になる波長で発振を起こす。
In general, the waveguides have different equivalent refractive indices for TE-polarized light and TM-polarized light. In the case of the present embodiment, the equivalent refractive index for TE polarized light is about 0.2% larger than the equivalent refractive index for TM polarized light. Therefore, even if the physical distances to the reflecting surfaces are the same and the phases of the TE and TM polarized light are the same at the interface between the region 1 and the region 2, due to the difference in equivalent refractive index The distance (optical length) felt by is different, and the phase of the light returned by reflection is different. Moreover, the amount of change in the refractive index for each polarized light when the refractive index of the region 2 is changed by the plasma effect is also different. In the case of a semiconductor laser, the threshold value changes depending on the phase of reflected light. For example, if the phase of the reflected light differs from that of the emitted light by a half wavelength, they will cancel each other out if they have the same intensity, which has the effect of raising the threshold value. On the other hand, if they are in phase, resonance will be assisted and the threshold value will be reduced. In the Fabry-Perot laser, oscillation from the other reflection end (for example, DFB resonator) causes oscillation at a wavelength that is a phase condition that helps resonance.

【0024】分布帰還型半導体レーザの場合、共振器損
失が低い波長が回折格子により決まっているので、他の
反射端(たとえばファブリペロ共振器)からの戻り光に
より、DFBモードのしきい値を変化させることができ
る。一方、ファブリペロレーザを構成している領域3
は、分布帰還型半導体レーザの光が強い時は、DFBモ
ードの光を増幅して利得を消費しているので、発振は抑
制されている。この時に、DFBモードの光が弱くなる
と、領域3内での利得の消費量が低下し、ファブリペロ
モードヘの利得を与え、十分に励起されていれば、ファ
ブリペロモードの発振を生じるようになる。本発明で
は、このDFBモードからファブリペロモードヘの切り
替えの時に、分布帰還型半導体レーザの発振している偏
光モードを切替える(例えば、TM偏光からTE偏光に
切り替える)。このようにすることにより、TM偏光の
DFBモードからTE偏光のファブリペロモードとDF
Bモードの混合モードとの間で切り替えることができ
る。
In the case of a distributed feedback semiconductor laser, since the wavelength having a low resonator loss is determined by the diffraction grating, the return light from another reflection end (for example, Fabry-Perot resonator) changes the DFB mode threshold value. Can be made. On the other hand, the region 3 that constitutes the Fabry-Perot laser
When the light of the distributed feedback semiconductor laser is strong, the DFB mode light is amplified and the gain is consumed, so that the oscillation is suppressed. At this time, when the DFB mode light becomes weak, the consumption amount of the gain in the region 3 is reduced, the gain to the Fabry-Perot mode is given, and if sufficiently excited, the Fabry-Perot mode oscillation is generated. Become. In the present invention, when the DFB mode is switched to the Fabry-Perot mode, the polarization mode in which the distributed feedback semiconductor laser is oscillating is switched (for example, TM polarization is switched to TE polarization). By doing so, the TM-polarized DFB mode to the TE-polarized Fabry-Perot mode and the DF
It is possible to switch between the B mode and the mixed mode.

【0025】したがって、各領域のキャリア注入量を制
御することにより、両モードのしきい利得を等しくでき
るだけでなく、安定なTMモードとマルチモードのTE
モードをスイッチングすることができる。LD全体とし
てTEモードで発振するかTMモードで発振するかは、
位相条件で決まる。位相調整領域ではキャリアを注入す
ることでプラズマ効果により実効的な屈折率を変化させ
ている。
Therefore, by controlling the carrier injection amount in each region, not only the threshold gains of both modes can be made equal, but also stable TE mode and TE of multimode can be obtained.
Modes can be switched. Whether the LD as a whole oscillates in TE mode or TM mode,
Determined by the phase condition. In the phase adjustment region, the carrier is injected to change the effective refractive index by the plasma effect.

【0026】図4に、上記のキャリア注入量を変調バイ
アスとして、微小な信号電流を重畳させたときの電流
(I)対光出力(L)特性を示した。従来例に比べ、わ
ずかな電流変化でTEおよびTMモードをスイッチング
できることが大きな特徴である。この結果、変調中にト
ータルの光出力の変化がないことと相俟って、チャーピ
ングの影響がほとんど見られない。静的にはTEモード
でもTMモードでも単一軸モードである。高速変調時に
はTEモードでは多モード化するが、TMモードでは単
一軸モードはもちろん低チャープを維持している。出射
端面の前に偏光子を配置し、TM光のみを選択すること
で低チャープな光信号を取り出すことができる。
FIG. 4 shows current (I) vs. optical output (L) characteristics when a minute signal current is superposed with the above carrier injection amount as a modulation bias. A major feature of the conventional example is that the TE and TM modes can be switched with a slight change in current. As a result, the effect of chirping is hardly seen in combination with the fact that the total optical output does not change during modulation. Statically, both TE mode and TM mode are single axis modes. In the high speed modulation, the TE mode has multiple modes, but in the TM mode, not only the single axis mode but also the low chirp is maintained. By disposing a polarizer in front of the emitting end face and selecting only TM light, a low chirp optical signal can be extracted.

【0027】本実施例では、TMモードとしてDFBモ
ードを、TEモードとしてFP/DFBのマルチモード
の例を示したが、その逆も可能である。例えば、端面コ
ーティング反射率の偏波依存性を用いて、スラブ光導波
路に対して、TMの方がTEより反射率が大きい領域を
作ることができる。この場合、TEモードのブラッグ波
長が利得ピークと一致するようにグレーティングピッチ
を設定する。
In this embodiment, the DFB mode is used as the TM mode and the FP / DFB multi mode is used as the TE mode, but the reverse is also possible. For example, by using the polarization dependence of the reflectance of the end face coating, it is possible to create a region in which the reflectance of TM is higher than that of TE with respect to the slab optical waveguide. In this case, the grating pitch is set so that the Bragg wavelength in the TE mode matches the gain peak.

【0028】実施例2 図2は、第1実施例と同様な作用、効果を異なる構成で
達成するものを示したものである。図2において、領域
1は利得領域、領域2はDFB領域、領域3は位相調整
領域である。端面212および端面213でファブリペ
ロ共振器が形成され、グレーティング207で第2の共
振器が形成されている。201はn型InP基板、20
2はn型InPクラッド層、203はn型InGaAs
P光ガイド層、204はアンドープGaInAsP活性
層、205はp型InPクラッド層、206はp型In
GaAsPコンタクト層である。また、207はn型ク
ラッド層202とn型光ガイド層203の境界に形成さ
れたλ/4位相シフト部を有するグレーティングであ
り、208は正電極、209は負電極である。
Embodiment 2 FIG. 2 shows that the same operation and effect as those of the first embodiment can be achieved with a different structure. In FIG. 2, area 1 is a gain area, area 2 is a DFB area, and area 3 is a phase adjustment area. The end face 212 and the end face 213 form a Fabry-Perot resonator, and the grating 207 forms a second resonator. 201 is an n-type InP substrate, 20
2 is an n-type InP clad layer, 203 is an n-type InGaAs
P light guide layer, 204 undoped GaInAsP active layer, 205 p-type InP clad layer, 206 p-type In
It is a GaAsP contact layer. Reference numeral 207 is a grating having a λ / 4 phase shift portion formed at the boundary between the n-type cladding layer 202 and the n-type optical guide layer 203, 208 is a positive electrode, and 209 is a negative electrode.

【0029】本実施例の場合、製作は容易になる反面、
導波路の結合係数はほぼ100%になるので、他のパラ
メータ(DFB領域の結合パラメータκ・L等)への負
担が大きくなる可能性がある。本実施例では、複数の光
導波路を結合する手段が、光ガイド層を共通化すること
である。動作原理は、第1実施例において図3、図4を
用いて説明したものと実質的に同じである。
In the case of this embodiment, the manufacture is easy, but
Since the coupling coefficient of the waveguide is almost 100%, the load on other parameters (coupling parameter κ · L, etc. in the DFB region) may become large. In this embodiment, the means for coupling a plurality of optical waveguides is to use a common light guide layer. The operation principle is substantially the same as that described in the first embodiment with reference to FIGS.

【0030】実施例3 条件式(2)および(3)において、利得gのプロファ
イルを制御することでさらに特性を改善できる。利得の
偏波依存性を積極的に利用した実施例について述べる。
Embodiment 3 In conditional expressions (2) and (3), the characteristics can be further improved by controlling the profile of gain g. An embodiment in which the polarization dependence of gain is positively used will be described.

【0031】一般に量子井戸に歪み応力を加えると価電
子帯の縮退が解け、無歪み系とはかなり異なる性質が現
れる。例えば、通常の量子井戸では、TEモードの利得
がTMモードよりもやや大きいが、圧縮歪みを与えるこ
とでこの傾向が強調され、引っ張り歪みを与えることで
逆にTMモードの利得を大きくすることができる。即
ち、偏波依存性を制御出来る。また、同時に微分利得
(キャリア変化量対利得変化量の比)も大きくできるこ
とから、低しきい値化や変調限界周波数の向上などが可
能であることが知られている。
In general, when strain stress is applied to a quantum well, degeneration of the valence band is released, and a property considerably different from that of a strainless system appears. For example, in a normal quantum well, the gain of the TE mode is slightly larger than that of the TM mode, but this tendency is emphasized by giving compressive strain, and conversely, the gain of TM mode can be increased by giving tensile strain. it can. That is, the polarization dependence can be controlled. Further, since the differential gain (the ratio of the amount of change in carrier to the amount of change in gain) can be increased at the same time, it is known that the threshold value can be lowered and the modulation limit frequency can be improved.

【0032】図5に活性層のバンド構造の模式図を示
す。量子井戸1および量子井戸2(低エネルギー側の量
子井戸層であり、TEモードの利得に寄与する)のフォ
トルミネッセンスのピーク波長をそれぞれ1.550μ
mおよび1.565μmに設定した。量子井戸1(高エ
ネルギー側の量子井戸層であり、TMモードの利得に寄
与する)にのみ2.0%の歪み(引っ張り歪み)を導入
している。本実施例では、第1又は第2の実施例の活性
層104、204をこのバンド構造の活性層に置き換え
たものである。DFB領域のグレーティングピッチは、
2つの導波モードのブラッグ波長の少なくとも一方が、
前記非対称量子井戸の利得スペクトルピーク波長近傍に
来る様に、設定されている。
FIG. 5 shows a schematic diagram of the band structure of the active layer. The photoluminescence peak wavelengths of the quantum well 1 and the quantum well 2 (which are quantum well layers on the low energy side and contribute to the gain of the TE mode) are 1.550 μm, respectively.
m and 1.565 μm. Strain (tensile strain) of 2.0% is introduced only in the quantum well 1 (the quantum well layer on the high energy side, which contributes to the gain of the TM mode). In this embodiment, the active layers 104 and 204 of the first or second embodiment are replaced with active layers having this band structure. The grating pitch in the DFB area is
At least one of the Bragg wavelengths of the two guided modes is
It is set so as to come close to the peak wavelength of the gain spectrum of the asymmetric quantum well.

【0033】この結果、キャリア注入によって利得が増
えるが、通常のバルク結晶や量子井戸層の利得とは異な
り、利得プロファイル(利得スペクトル)のキャリア密
度依存性が大きい。或るキャリア密度(注入電流)にお
けるГ・gの利得スペクトルを図6に示した。第1及び
第2の実施例にくらべ、しきいキャリア密度(しきい利
得)が低くなること(k空間におけるエネルギーバンド
構造の形態変化による)、変調効率が高くなること(よ
り小さな電流或は電圧変化等で偏波変調できること。こ
れは、有効質量が小さくなってキャリアが動き易くなる
ことによる)、利得スペクトルの偏波依存性を大きくで
きてTEモードとTMモードの利得ピーク波長を可変で
きることなどが違いである。
As a result, although the gain is increased by the carrier injection, unlike the usual gain of the bulk crystal or the quantum well layer, the gain profile (gain spectrum) has a large carrier density dependency. The gain spectrum of Γ · g at a certain carrier density (injection current) is shown in FIG. Compared with the first and second embodiments, the threshold carrier density (threshold gain) is lower (due to the shape change of the energy band structure in the k space) and the modulation efficiency is higher (smaller current or voltage). Polarization can be modulated by changes, etc. (This is because the effective mass becomes smaller and the carriers move easily.), The polarization dependence of the gain spectrum can be increased, and the gain peak wavelengths of the TE mode and TM mode can be changed. Is the difference.

【0034】図7は、本実施例のしきい値近傍にキャリ
ア注入された状態における任意の一点で見たГ・g(利
得×閉じ込め係数)と共振器損失との関係を、TEモー
ドとTMモードとで別々に示したものである。本実施例
の場合、TMおよびTEのそれぞれについて利得プロフ
ァイルを最適化できるメリットがある。動作原理は、第
1実施例において図3、図4を用いて説明したものと実
質的に同じである。
FIG. 7 shows the relationship between Γ · g (gain × confinement coefficient) and resonator loss at a given point in the state where carriers are injected in the vicinity of the threshold value of the present embodiment. It is shown separately for mode and. In the case of this embodiment, there is a merit that the gain profile can be optimized for each of TM and TE. The operation principle is substantially the same as that described in the first embodiment with reference to FIGS.

【0035】本実施例では高エネルギー側の量子井戸の
みに引っ張り歪みを導入したが、低エネルギー側の量子
井戸のみに圧縮歪みを導入したり、高低エネルギーの量
子井戸それぞれに引っ張り歪みおよび圧縮歪みを導入す
ることも可能である。2層の量子井戸では、利得の飽和
が問題になる場合もある為、上記活性層を多段に重ねた
非対称多重歪み量子井戸層としてもよい。
In this embodiment, tensile strain was introduced only into the quantum wells on the high energy side, but compressive strain was introduced into the quantum wells on the low energy side, or tensile strain and compressive strain were introduced into the quantum wells with high and low energy. It is also possible to introduce it. In a two-layer quantum well, saturation of gain may be a problem, so that the active layer may be an asymmetric multi-strained quantum well layer that is stacked in multiple stages.

【0036】実施例4 共振器損失スペクトルを制御するためには、複合共振器
の中に分岐比可変光結合器を導入することが有効であ
る。本発明に適した分岐比可変機構として、本出願人の
出願である特願平5−80170、特願平5−3527
09で示されたものがある。本実施例は、この分岐比可
変機構を第2の実施例に適用したものである。図8はそ
の共振器方向の断面模式図であり、図9は共振器方向に
垂直な断面図である。領域1および3のカプラ部によっ
て分岐・合流比を制御できるため、共振器損失スペクト
ルの制御範囲が広がる。即ち、偏波変調できる範囲を広
げることができる(偏波変調の前段階として各領域の電
流、印加電圧等を調整しておく必要があるが、その調整
範囲が広くなる)。
Embodiment 4 In order to control the resonator loss spectrum, it is effective to introduce a variable branching ratio optical coupler into the composite resonator. As a branching ratio variable mechanism suitable for the present invention, Japanese Patent Application Nos. 5-80170 and 5-3527 filed by the present applicant.
There is one indicated by 09. In this embodiment, this branching ratio variable mechanism is applied to the second embodiment. FIG. 8 is a schematic sectional view in the resonator direction, and FIG. 9 is a sectional view perpendicular to the resonator direction. Since the branching / merging ratio can be controlled by the couplers in the regions 1 and 3, the control range of the resonator loss spectrum is expanded. That is, it is possible to widen the range in which polarization modulation is possible (the current, applied voltage, etc. in each region need to be adjusted as a pre-stage of polarization modulation, but the adjustment range becomes wider).

【0037】図8において、光の進行方向に対して、5
個の領域が直列につながれた構成になっている。領域1
および3は光カプラ部、領域4および5は光増幅部、領
域2は位相調整部である。たとえば、図8において、3
00はn型GaAs基板、301はn型AlGaAs第
1クラッド層、302はn型AlGaAs第1コア層、
303はp型AlGaAs第2クラッド層、304はア
ンドープAlGaAs第2コア層、305はn型AlG
aAs第3クラッド層、306はコンタクト層(GaA
s)である。307aは正電極、307bおよび308
は負電極であり、309は屈折率を変調するための周期
的電流狭窄層である。また、端面には、反射コート31
1を施している。
In FIG. 8, 5 is set with respect to the traveling direction of light.
It has a structure in which individual regions are connected in series. Area 1
And 3 are optical couplers, regions 4 and 5 are optical amplifiers, and region 2 is a phase adjuster. For example, in FIG.
00 is an n-type GaAs substrate, 301 is an n-type AlGaAs first cladding layer, 302 is an n-type AlGaAs first core layer,
303 is a p-type AlGaAs second cladding layer, 304 is an undoped AlGaAs second core layer, and 305 is an n-type AlG.
aAs third clad layer, 306 is a contact layer (GaA
s). 307a is a positive electrode, 307b and 308
Is a negative electrode, and 309 is a periodic current confinement layer for modulating the refractive index. In addition, the reflective coat 31
1 is given.

【0038】本実施例の製作方法について簡単に説明す
る。たとえば、通常の有機金属気相成長法(MOCVD
法)や分子線エピタキシャル成長法(MBE法)を用い
て、まず、n型GaAs基板300上に第1クラッド層
301から第2クラッド層303の下部層まで成長す
る。第2クラッド層303の下部層を成長したあと、n
型AlGaAs層を形成した後、適当なピッチのグレー
ティングパターンを、その深さがp型AlGaAs層
(第2クラッド層303の下部層)に達するようにエッ
チングする。この後、引続き、MOCVDでp型AlG
aAs層303の上部層を成長する。この結果、周期的
電流狭窄層309が作製される。この後、アンドープA
lGaAs第2コア層304、第3クラッド層305の
下部層を成長し、領域4のグレーティング310を形成
する。そして、第3クラッド層305の上部層、コンタ
クト層306を成長する。横モードの制御のために、埋
め込み構造等をつくり付け、電極307a、307b、
308を形成することで本実施例は完成する。
The manufacturing method of this embodiment will be briefly described. For example, ordinary metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)
Method) or molecular beam epitaxial growth method (MBE method), first, the first clad layer 301 to the lower layer of the second clad layer 303 are grown on the n-type GaAs substrate 300. After growing the lower layer of the second cladding layer 303, n
After forming the type AlGaAs layer, a grating pattern with an appropriate pitch is etched so that the depth thereof reaches the p-type AlGaAs layer (the lower layer of the second cladding layer 303). After that, p-type AlG is continuously grown by MOCVD.
The upper layer of the aAs layer 303 is grown. As a result, the periodic current constriction layer 309 is produced. After this, undoped A
The lower layers of the 1GaAs second core layer 304 and the third clad layer 305 are grown to form the grating 310 in the region 4. Then, the upper layer of the third cladding layer 305 and the contact layer 306 are grown. In order to control the transverse mode, an embedded structure or the like is formed, and electrodes 307a, 307b,
This embodiment is completed by forming 308.

【0039】図9の横断面の模式図において、320は
p型AlGaAs埋め込み層、321はn型埋め込み
層、330は正電極307aと負電極307b間の電流
の経路である。
In the schematic cross-sectional view of FIG. 9, 320 is a p-type AlGaAs buried layer, 321 is an n-type buried layer, and 330 is a current path between the positive electrode 307a and the negative electrode 307b.

【0040】次に本実施例の動作原理について説明す
る。例えば、領域1および3にキャリアを注入した状態
にすると(正電極307aと負電極308間)、周期的
電流狭窄層309によってキャリア分布が変調され、第
1コア層302中に、キャリア分布ができ、これに対応
した等価的屈折率分布が形成される。従って、第1およ
び第2コア層302、304を中心とする2つの導波路
に導波される光は、周期的電流狭窄層309によってカ
ップリングする。カップリングの程度は、領域1および
3へのキャリア注入状態を制御することで制御できる。
これは、DFB共振器領域の導波路とファブリペロ共振
器領域の導波路の結合係数を制御することに相当する。
従って、領域2、4および5への電流注入(正電極30
7aと負電極307b間の電流経路330)制御と相ま
って、上記実施例と同様な動作原理で、TEモードで発
振させたりTMモードで発振させたりすることができ
る。光カプラ部は一方に設けるのみでもよい。
Next, the operating principle of this embodiment will be described. For example, when carriers are injected into the regions 1 and 3 (between the positive electrode 307a and the negative electrode 308), the carrier distribution is modulated by the periodic current constriction layer 309, and the carrier distribution is generated in the first core layer 302. , An equivalent refractive index distribution corresponding to this is formed. Therefore, the light guided in the two waveguides centering on the first and second core layers 302 and 304 is coupled by the periodic current confinement layer 309. The degree of coupling can be controlled by controlling the state of carrier injection into regions 1 and 3.
This corresponds to controlling the coupling coefficient of the waveguide in the DFB resonator region and the waveguide in the Fabry-Perot resonator region.
Therefore, current injection into regions 2, 4 and 5 (positive electrode 30
It is possible to oscillate in the TE mode or the TM mode based on the same operation principle as the above embodiment, in combination with the control of the current path 330 between the 7a and the negative electrode 307b. The optical coupler section may be provided on only one side.

【0041】実施例5 次に上記のデバイスを光ネットワークへ適用した例につ
いて述べる。図10および図11はバス型光ネットワー
クおよびリング型光ネットワークヘの適用例であり、光
ノード401〜406に上記デバイスが搭載されてい
る。第1実施例〜第4実施例で述べた半導体レーザの出
射面に偏光子を配置し、特定偏波光(例えばTE光)の
みを取り出し、伝送路へ送出できる。400は光バスラ
インであり、411〜416は端末装置である。本発明
の半導体レーザは、高速変調時にも線幅が狭くかつ安定
している。
Embodiment 5 Next, an example in which the above device is applied to an optical network will be described. FIG. 10 and FIG. 11 are application examples to a bus type optical network and a ring type optical network, and the above devices are mounted on optical nodes 401 to 406. By disposing a polarizer on the emission surface of the semiconductor laser described in the first to fourth embodiments, only specific polarized light (for example, TE light) can be extracted and sent out to the transmission line. Reference numeral 400 is an optical bus line, and 411 to 416 are terminal devices. The semiconductor laser of the present invention has a narrow line width and is stable even at high speed modulation.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明の効果は以下の通りである。 1)偏波スイッチングの前後でトータルの光出力はほと
んど変化しないことから、レーザ共振器内のキャリア変
動はほとんどなく、チャーピングを抑えることができ
る。 2)直接偏波変調可能な光源を歩留まりよく作製でき
る。 3)偏波変調ができるデバイスの設計自由度が高い。
The effects of the present invention are as follows. 1) Since the total optical output hardly changes before and after polarization switching, there is almost no carrier fluctuation in the laser resonator, and chirping can be suppressed. 2) A light source capable of direct polarization modulation can be manufactured with high yield. 3) The degree of freedom in designing a device capable of polarization modulation is high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施例の共振器方向断面図。FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment in a resonator direction.

【図2】第2の実施例の共振器方向断面図。FIG. 2 is a sectional view of a second embodiment in the resonator direction.

【図3】第1の実施例の利得スペクトルと共振器損失ス
ペクトルの関係を各モードについて説明する模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the relationship between the gain spectrum and the resonator loss spectrum of the first embodiment for each mode.

【図4】本発明の実施例の変調特性を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing a modulation characteristic of the example of the present invention.

【図5】非対称歪み量子井戸のバンド図。FIG. 5 is a band diagram of an asymmetric strain quantum well.

【図6】非対称歪み量子井戸の利得スペクトルを各モー
ドについて説明する模式図。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a gain spectrum of an asymmetric strain quantum well for each mode.

【図7】非対称歪み量子井戸を用いた場合の、共振器損
失スペクトルと利得スペクトルの関係を各モードについ
て説明する模式図。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a relationship between a resonator loss spectrum and a gain spectrum in each mode when an asymmetric strain quantum well is used.

【図8】第4の実施例の共振器方向断面図。FIG. 8 is a sectional view of a fourth embodiment in the resonator direction.

【図9】第4の実施例の横方向断面図。FIG. 9 is a lateral cross-sectional view of the fourth embodiment.

【図10】本発明の半導体光デバイスを光ネットワーク
へ適用した場合の例を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing an example in which the semiconductor optical device of the present invention is applied to an optical network.

【図11】本発明の半導体光デバイスを光ネットワーク
へ適用した場合の例を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing an example in which the semiconductor optical device of the present invention is applied to an optical network.

【図12】従来例を説明する図。FIG. 12 is a diagram illustrating a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101、201、300 基板 102、105、202、205、301、305
クラッド層 103、203 光ガイド層 104、204 活性層 106、206、306 キャップ層 107、207、310 位相シフトグレーティング 108、208、307a 正電極 109、209、307b、308 負電極 110 エッチングミラー 112、212、213 コーティング面 113 ARコート 302 第1コア層 304 第2コア層 309 周期的電流狭窄層 320 p型埋め込み層 321 n型埋め込み層 330 電流経路 400 光バスライン 401〜406 光ノード 411〜416 端末装置
101, 201, 300 Substrate 102, 105, 202, 205, 301, 305
Cladding layer 103, 203 Optical guide layer 104, 204 Active layer 106, 206, 306 Cap layer 107, 207, 310 Phase shift grating 108, 208, 307a Positive electrode 109, 209, 307b, 308 Negative electrode 110 Etching mirror 112, 212 213 coating surface 113 AR coating 302 first core layer 304 second core layer 309 periodic current constriction layer 320 p-type buried layer 321 n-type buried layer 330 current path 400 optical bus line 401-406 optical node 411-416 terminal device

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくともファブリペロ共振器領域と分布
帰還型共振器(DFB)領域から成る複合共振器構造を
有し、偏光方向が互いに直交する複数の導波モードを有
する各共振器領域の光導波路と、該各共振器領域の光導
波路を結合する光結合手段と、該各共振器領域に利得を
与える利得媒質と、該各共振器領域の光導波路に導波さ
れるそれぞれの光の位相を調整する位相調整手段とから
成ることを特徴とする半導体光デバイス。
1. An optical waveguide in each resonator region having a composite resonator structure comprising at least a Fabry-Perot resonator region and a distributed feedback resonator (DFB) region and having a plurality of waveguide modes whose polarization directions are orthogonal to each other. An optical coupling means for coupling the optical waveguides of the respective resonator regions, a gain medium that gives a gain to the respective resonator regions, and a phase of each light guided in the optical waveguides of the respective resonator regions. A semiconductor optical device comprising a phase adjusting means for adjusting.
【請求項2】 前記分布帰還型共振器領域のブラッグ波
長が、前記利得媒質のピークエネルギー近傍に設定され
ていることを特徴とする請求項1記載の半導体光デバイ
ス。
2. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein the Bragg wavelength of the distributed feedback resonator region is set near the peak energy of the gain medium.
【請求項3】 前記各共振器領域の光導波路のそれぞれ
が、少なくとも、第1クラッド層、利得媒質から成る活
性層、光ガイド層および第2クラッド層から成るスラブ
型光導波路であり、前記各共振器領域の光導波路を結合
する手段が、前記光ガイド層を共振器方向に整列或は共
通化することであることを特徴とする請求項1又は2記
載の半導体光デバイス。
3. Each of the optical waveguides in each of the resonator regions is a slab type optical waveguide including at least a first cladding layer, an active layer made of a gain medium, an optical guide layer and a second cladding layer. 3. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein the means for coupling the optical waveguides in the resonator region is to align or share the optical guide layer in the resonator direction.
【請求項4】 前記各共振器領域の光導波路のそれぞれ
が、少なくとも、利得媒質から成る活性層からなるスラ
ブ型光導波路であり、該利得媒質から成る活性層の構造
が複数の量子井戸からなり、かつ量子井戸のウェル層あ
るいはバリア層あるいは両方の構造が他の量子井戸のそ
れと異なる非対称量子井戸となっており、該活性層を含
む光導波路で誘起される、偏波が互いに直交する複数の
導波モードに対して、該活性層に注入するキャリアの密
度を変化させることにより、前記活性層が生成する利得
スペクトルを前記複数の導波モードのしきい発振利得に
制御することを特徴とする請求項1、2又は3記載の半
導体光デバイス。
4. Each of the optical waveguides in each resonator region is a slab type optical waveguide including at least an active layer formed of a gain medium, and the structure of the active layer formed of the gain medium includes a plurality of quantum wells. , And the structure of the well layer and / or the barrier layer of the quantum well is an asymmetric quantum well different from that of the other quantum wells, and a plurality of polarizations orthogonal to each other induced in the optical waveguide including the active layer are provided. The gain spectrum generated by the active layer is controlled to the threshold oscillation gain of the plurality of waveguide modes by changing the density of carriers injected into the active layer with respect to the waveguide mode. The semiconductor optical device according to claim 1, 2 or 3.
【請求項5】 前記非対称量子井戸を構成する少なくと
も1つのウェル層あるいはバリア層に層方向に垂直に歪
応力がかけられていることを特徴とする請求項4記載の
半導体光デバイス。
5. The semiconductor optical device according to claim 4, wherein at least one well layer or barrier layer constituting the asymmetrical quantum well is subjected to strain stress perpendicular to the layer direction.
【請求項6】 前記分布帰還型共振器領域のブラッグ波
長が、前記非対称量子井戸の基底準位のエネルギー近傍
に設定されていることを特徴とする請求項4記載の半導
体光デバイス。
6. The semiconductor optical device according to claim 4, wherein the Bragg wavelength of the distributed feedback resonator region is set near the energy of the ground level of the asymmetric quantum well.
【請求項7】 前記デバイスを共振器方向に複数に分割
し、それぞれ互いに独立な電極を形成し、分割された各
領域に独立にキャリアを注入することによりキャリアの
注入レベルを変化させることを特徴とする請求項1乃至
6の何れかに記載の半導体光デバイス。
7. The carrier injection level is changed by dividing the device into a plurality of parts in the cavity direction, forming electrodes independent of each other, and injecting carriers into each of the divided regions independently. The semiconductor optical device according to any one of claims 1 to 6.
【請求項8】 前記分布帰還型共振器領域のストップバ
ンドに対して、ファブリペロ共振器モードの軸モード間
隔が充分小さくなるように設定されていることを特徴と
する請求項1乃至7の何れかに記載の半導体光デバイ
ス。
8. The axial mode interval of the Fabry-Perot resonator mode is set to be sufficiently small with respect to the stop band of the distributed feedback resonator region, according to any one of claims 1 to 7. The semiconductor optical device according to 1.
【請求項9】 並行して2つの光導波路が形成され、前
記光結合手段は、前記ファブリペロ共振器領域の少なく
とも一方の端部に設けられた該2つの光導波路間の分岐
・合流比可変な光カップラ手段であることを特徴とする
請求項1乃至8の何れかに記載の半導体光デバイス。
9. Two optical waveguides are formed in parallel, and the optical coupling means has a variable branching / merging ratio between the two optical waveguides provided at at least one end of the Fabry-Perot resonator region. 9. The semiconductor optical device according to claim 1, which is an optical coupler means.
【請求項10】 請求項1乃至9の何れかに記載の半導
体光デバイスを用いて、該光デバイスの出射面に偏光子
を配置してDFBモードのみを選択して通信に用いるこ
とを特徴とする光ネットワーク。
10. The semiconductor optical device according to claim 1, wherein a polarizer is arranged on the emission surface of the optical device, and only the DFB mode is selected for use in communication. Optical network to do.
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