JPH09502307A - 光共振器の中に直列接続されたレーザ構造体を備えたレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、１個の同じ光共振器の中に配置された少なくとも２個のレーザ構造体１、１ｂ、１ｃ、１ｄを備えた、端部放射レーザ装置１０に関する。これらのレーザ構造体は実質的に光の伝搬方向に配置され、かつレーザ構造体のおのおのが活性領域を有し、かつ前記活性領域が電気的に直列に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】 光共振器の中に直列接続されたレーザ構造体を備えたレーザ装置 技術分野 本発明は、端部から光を放射し、かつ１個の同じ光共振器の中に２個または多 数個のレーザ構造体を備えた、レーザ装置に関する。この種の装置は、例えば、 ファイバ光通信装置などのような、種々の光通信装置に用いることができる。大 部分のダイオード・レーザの場合、閾値電流が大きく、すなわち、レーザ作用を 生じ最低の供給電流が大きく、一方、電気的供給インピーダンスは小さい。ダイ オード・レーザは、通常、とりわけ電気的入力インピーダンスが非常に小さいた めに、高い効率を維持したままで広帯域の供給回路を構成することが困難である 。 技術の現状 ２個または多数個の活性領域を備えた、多数の種々のレーザ装置が知られてい る。それらの例を挙げれば、例えば、いわゆるストリップ・レーザがある。けれ ども、これらのレーザが複数個の活性領域を有している理由は、出力強度を大き くするためである。さらに、これらのレーザ装置の中の活性領域は、電気的に直 列には接続されていない。 例えば、ＵＳ−Ａ−４ ６０２ ３７０号において、大きな光共振器の中に複 数個の活性層を備えたレーザ装置が開示されている。異なる活性層は、中間のい わゆる離れた層として配置される。これらの活性層は電気的に直列には接続され ていなく、そして光損失は大きい。 Ｊ Ｐ ファン・デル・シール（Ｊ Ｐ ｖａｎ ｄｅｒ Ｔｈｉｅｌ）およ びＷ Ｔ サング（Ｗ Ｔ Ｔｓａｎｇ）の論文「トンネル接合により分離され た集積多重層ＧａＡｓレーザ（Ｉｎｔｅｒｇｒａｔｅｄ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｓ ＧａＡｓ ｌａｓｅｒｓ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｂｙｔｕｎｎｅｌ ｊｕｎ ｃｔｉｏｎs）」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅr、第４１巻、 第６号（１９８２年９月１５日）に、３個のいわゆる２重ヘテロ構造ＧａＡｓレ ーザ・ダイオードが、逆方向トンネル接合を通して、 直列に接続された装置が開示されている。またこの装置において、活性層は垂直 方向に配置されるが、この配置体は垂直光共振器を形成してはいない。このよう な装置の活性層は相互に比較的大きな距離を隔てて配置されるから、それは接触 表面におけるまたはトンネル接合における光損失を避けるためにこの場合には必 要なことであるが、これらのレーザが相互に連結されていないために、異なるレ ーザからの異なる光信号はインコヒーレントとなる。 上記したように、例に挙げたダイオード・レーザのようなよく知られた装置の 場合、電気的入力インピーダンスは非常に小さく、そしてレーザ作用に対する閾 値電流は大きい。その結果、広帯域の供給回路を構成する際に相当の困難がある 。この広帯域供給回路では、効率がまた高いことが好ましい。同時に、種々の伝 送線路または他の素子に関するインピーダンスの整合は困難になる、または不可 能になる。 従来の装置では、動的インピーダンスは数オーム程度に小さく、時には１オー ムの数分の１に過ぎないこともある。このような場合には、例えば５０Ωの装置 と整合を行うことは、大きな反射のために非常に困難である。 同一出願人により同時出願された係属中の特許出願「垂直共振器を備えた表面 放射レーザ装置」には、閾値電流が小さくかつ高インピーダンスの装置が開示さ れている。この装置では、電気的反射装置によりもたらされるまた別の抵抗性の 電気的損失が小さい。同一出願人により同時出願された係属中の特許出願「光増 幅装置」には、例えば本発明による縦光共振器の中で、または前記係属中の出願 による垂直共振器の中で、直列に接続されたレーザ構造体または活性領域を用い た増幅装置が開示されている。 発明の要約 本発明の１つの目的は、電気的供給インピーダンスを増大させることができる と同時に閾値電流を低下させることができる、すなわち閾値電流を低下させかつ 電圧降下を増大させることができる、レーザ装置を提供することである。本発明 のさらに別の目的は、出力を保持したまま閾値電流を小さくすることである。本 発明のまた別の目的は、インピーダンスを上方に整合させることを可能にするこ とである。さらに本発明の１つの目的は、電圧降下を増大させることなく、優良 でかつ平等に良好な増幅を行う装置を提供することである。本発明のまた別の目 的は、余分の導電的接合を必要としないで、すなわち通常用いられる以外の接合 を用いないで、すなわちさらに余分の光損失を伴うという困難さを有しない、装 置を提供することである。本発明のまた別の目的は、大きな電圧降下と大きな動 的インピーダンスとを有する、高抵抗レーザ装置を提供することである。本発明 のまた別の目的は、容易にかつ安価に製造でき、そして使用が簡単でありおよび 応用の範囲が広い、装置を提供することである。 前記目的およびその他の目的は、それぞれのレーザ構造体が活性領域を有し、 そしてこれらの領域が電気的に直列に接続され、かつこれらのレーザ構造体が光 の伝搬方向に事実上整合（ａｌｉｇｎｅ）している装置により達成される。 好ましい実施例では、レーザ構造体の間に導電的接合は配置されない。１つの 特定の実施例では、光共振器は縦型である。１つの実施例に従って具体的にいえ ば、装置の外側表面は臂開された反射表面で構成される。他のレーザ構造体に向 かって境界面を形成するレーザ構造体の表面は、反射防止被覆体またはそれと同 等の処理をされた表面を有する。１つの特定の実施例では、装置は下側電極と上 側電極とを有し、そしてこれらの電極は多数個のレーザ構造体に分割される。こ れらのレーザ構造体は、電気的に相互に十分に分離され、そして電気的に直列に 接続される。これらのレーザ構造体はなおさらに、光損失が事実上生じないよう に、相互に近接して配置される。特に、この装置は直列に接続されたｎ個の構造 体を有し、それにより１つのレーザ構造体に電流Ｉ₀が注入されると、直列接続 されたｎ個の電圧降下が得られる。このことは、従来の周知の構造体におけるｎ ×Ｉ₀の注入と事実上同じ出力に対応する。好ましい実施例では、下側電極には 不純物が多量に添加される。１つの特定の好ましい実施例では、レーザ構造体の 下側電極は、導線またはケーブルまたはこれらと同等の素子により、隣接するレ ーザ構造体の上側電極に接続される。また別の実施例では、この導線は金属の沈 着およびエッチングにより作成された構造体で構成される。１つの実施例では、 レーザ装置は、直列接続された４個のレーザ構造体で構成される。けれども、直 列接続されるレーザ構造体の数は、もちろん、さらに多数個であることも可能で あるし、またさらに少数個であることも可能である。１つの実施例では、レーザ 構造体の間の区分領域は高抵抗率を有する領域で作成される。１つの実施例では 、これらのレーザ構造体は従来のレーザ構造体で作成することができる。１つの 好ましい実施例では、この装置は１つのダイオード・レーザを形成する。１つの 特定の実施例では、このレーザ装置は、本発明に従って構成されたＤＢＲレーザ またはＤＦＢレーザで構成することができる。 図面の簡単な説明 下記において添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。添付 図面は、本発明の範囲がそれらの図面に記載された実施例に限定されることを意 味するものではない。 第１図は、直列に接続された４個の活性領域を備えたレーザ装置の概要図。 第２図は、１個の電圧源に接続された１個の同じ共振器の中の４個のレーザ構 造体を備えた装置の図。 第３ａ図は、集積化された形状の装置の図。 第３ｂ図は、縦型に直列接続された集積化された形状の装置のまた別の実施例 の図。 第４図は、異なるレーザ構造体の間で横方向に接触した実施例の図。 第５ａ図は、本発明をＤＦＢレーザに対して応用した実施例の概要図。 第５ｂ図は、本発明をＤＢＲレーザに対して応用した実施例の概要図。 発明の詳細な説明 本発明は、直列に接続された４個のレーザ構造体、すなわち活性領域１ａ、１ ｂ、１ｃ、１ｄを備えた、レーザ装置１０の概要図である。もちろん、これらの 構造体の総数はさらに大きいことも可能であるし、またはさらに小さいこととも 可能である。理想的な場合には、注入された電子のおのおのが１個の光子を発生 する。装置の外側接触部に注入された電子のおのおのは、すなわち図示された実 施例では第１レーザ構造体１ａの外側接触部に注入された電子のおのおのは、さ らに別の活性領域のそれぞれの中に、すなわちレーザ構造体１ｂ、１ｃ、１ｄの 中に注入された電子が光子を発生するであろう。したがって、理想的には４個の 光子が発生するであろう。その結果、同じ光出力に対し、これらの構造体が並列 に接続されている従来の配置構造体に比べて、４分の１に小さい供給電流および ４倍大きい供給電圧とが要求される。したがって、供給インピーダンスは１６倍 大きく、そして閾値電流は４分の１に小さい。第２図は、１個の同じ縦光共振器 の中に４個のレーザ構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを備えた、レーザ装置をいく らか詳細に示した図である。最も外側の２個のレーザ構造体１ａ、１ｄの外側表 面５、５は劈開反射表面を備え、一方、また別のレーザ構造体に隣接して配置さ れるレーザ構造体の表面は、反射防止被覆体７またはそれと同等の処理が行われ た表面を有する。外側のレーザ構造体１ａ、１ｄは、例えば、電池または電源に 接続することができる。レーザ構造体の底部電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、導 線または導電体６を通して、隣接するレーザ構造体１ｂ、１ｃ、１ｄの上側電極 ３ｂ、３ｃ、３ｄに接続される。さらに下側電極４ｂ、４ｃ、４ｄは、次のレー ザ構造体の上側電極３ｃ、３ｄ、…に接続されるなどである。図に示されている ように、長さ方向にレーザ光が放射される。第３ａ図は、４個の上側電極３ａ、 ３ｂ、３ｃ、３ｄと４個の下側電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとを有する集積化さ れた形式の１つの実施例の図である。これらのレーザ構造体は、１つの基板の上 に作成される。下側電極層は、不純物が多量に添加された領域で構成される。異 なるレーザ構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの間の領域は、抵抗率の大きな領域で ある。これらの高抵抗率領域はイオン注入により作成することができ、またはエ ッチングにより溝を作成しそして溝を分離用部材で満たすことにより作成するこ とができる。これらの部材は、そこでの（光）反射を避けるために、レーザ部材 の屈折率と実質的に同じ程度の屈折率を有する部材でなければならない。レーザ 導波器は、上側電極のそれぞれの下に、レーザ構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの それぞれに対応する活性領域を備えている。第３ｂ図は、＋電極と−電極が上側 電極および下側電極として交替して現れる別の実施例の概要図である。けれども この場合には、不純物添加は選択的に行われなければならない。すなわち、Ｐ− Ｎ接合が交替して作成されなければならない。第４図は、上側電極３ａ、３ｂと 下側電極４ａ、４ｂとのそれぞれの間に配置された活性層８に対し横方向に、例 えば、接触がどのように行なわれるかを明確に示した図である。このレーザ構造 体は、その他の点においては、従来のレーザ構造体で作成することができる。前 記で説明したように、レーザ構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの間の領域は分離用 部材２を有し、そして「導線」６は、レーザ構造体１ａの底部接触体４ａと次の レーザ構造体１ｂの上部接触体３ｂとの間に接続される。この導線または導電体 ６は、別の実施例においては、例えば金属の沈着およびエッチングなどにより作 成された構造体で置き換えることができる。この装置は、いわゆるモノモード（ ｍｏｎｏｍｏｄｅ）構造体で構成されることが好ましい。レーザ構造体１ａ、１ ｂ、１ｃ、１ｄは、光損失が事実上起こらないように相互に近接して構成されな ければならない。多数の異なる製造法が可能であり、例えば、多かれ少なかれ従 来型の異なるレーザ構造体を相互接続することができ、または上側電極と下側電 極との２個の電極を分離することができる。けれども、これらは電気的に相互に 分離されなければならない。この分離は、前記で説明されたように、分離用部材 により達成することができる。これは、周知の多くの方法により実現することが できる。電流Ｉ₀を供給する場合、４個の電圧降下が直列に得られ、そしてこの 電圧降下は、電気的に並列に接続された４個の領域を有する従来のダイオード・ レーザに４×Ｉ₀が注入された時と同じ出力を生ずる。本発明により、電気的イ ンピーダンスを約１６倍増大させることができると同時に、例えば閾値電流を４ 分の１に減少させることが可能である。本発明により、また別の導電的接合は必 要なく、したがって、また別の光損失も発生しない。このレーザ装置は、従来の レーザ装置よりも高抵抗であり、一方電圧降下は大きい。したがって、動的イン ピーダンスは、１Ωではなくて例えば５０Ωが得られる。 本発明は、もちろん、異なる種類のＤＢＲレーザに対してだけでなく、異なる 種類のＤＦＢレーザに対しても応用することができる。これらは、それぞれ、第 ５ａ図および第５ｂ図にその概要図が示されている。 第５ａ図は、ＤＦＢレーザに対して本発明の原理を応用した図である。外側の レーザ構造体１ａ″および１ｄ″はそれぞれ反射防止被覆体７を備え、またはそ れらの外側側面に反射防止処理を行い、そしてレーザ装置４０を横断して回折格 子が配置される。 第５ｂ図はＤＢＲレーザに対して応用した図であり、そして１１はブラッグ・ ミラー（Ｂｒａｇｇ ｍｉｒｒｏｒ）を示す。その他の点では、ＤＦＢレーザお よびＤＢＲレーザはそれぞれ、それ自身は周知の方式で作成される。 前記実施例において、レーザ装置は直列接続された４個の活性領域を有し、す なわち直列接続された４個のレーザ構造体を有する。もちろん、本発明は前記実 施例に限定されるわけではなく、直列接続されるレーザ構造体の数は４個以上で あることも可能であり、また４個以下であることも可能である。その他の点にお いても開示された実施例に限定されるものではなく、請求項の範囲内で種々に変 更を行うことは可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．同じ光共振器の中に配置された少なくとも２個のレーザ構造体１ａ、１ｂ 、１ｃ、１ｄ、１ａ′、１ｂ′、１ｃ′、１ｄ′を備え、かつ端部放射を行う、 レーザ装置１０、２０、３０、４０、５０であって、 前記レーザ構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ａ′、１ｂ′、１ｃ′、１ｄ′ が光の伝搬方向に実質的に整合（ａｌｉｇｎｅ）し、かつ前記レーザ構造体１ａ 、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ａ′、１ｂ′、１ｃ′、１ｄ′のおのおのが電気的に直 列に接続された活性領域を有することを特徴とする、 前記レーザ装置。 ２．第１項記載の装置において、 前記レーザ構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ａ′、１ｂ′、１ｃ′、１ｄ′ が、接触体またはそれと同等の素子により電気的に直列に実効的に接続されるよ う電気的に相互に十分に分離されることを特徴とする、 前記レーザ装置。 ３．第２項記載の装置において、 前記光共振器が事実上縦型であることを特徴とする、 前記レーザ装置。 ４．第２項記載の装置において、 前記装置の外側表面５、５が劈開された反射表面を有することを特徴とする、 前記レーザ装置。 ５．第４項記載の装置において、 レーザ構造体のおのおのがまた別のレーザ構造体との境界を形成する表面が反 射防止被覆体７またはそれと同等の処理が行われた表面を備えることを特徴とす る、 前記レーザ装置。 ６．第１項ないし第５項までのいずれかに記載された装置において、 下側電極および上側電極を有し、かつ前記下側電極と前記上側電極との間に活 性領域を備えたレーザ導波器８が配置され、かつ前記レーザ導波器が導線６また は導電体またはそれらと同等の素子により電気的に直列に接続されそして相互に 電気的に分離された多数個のレーザ構造体に分割されることを特徴とする、 前記レーザ装置。 ７．第６項記載の装置において、 前記装置の前記レーザ構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ａ′、１ｂ′、１ｃ ′、１ｄ′が相互に非常に近接して配置され、それにより光損失が事実上起こら ないことを特徴とする、 前記レーザ装置。 ８．第７項記載の装置において、 ｎ個のレーザ構造体を有し、かつ前記構造体の１つにＩ₀が注入されると直列 接続されたｎ個の電圧降下が得られることを特徴とする、 前記レーザ装置。 ９．第６項ないし第８項までのいずれかに記載された装置において、 下側電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのおのおのが不純物が多量に添加されている ことを特徴とする、 前記レーザ装置。 10．第６項ないし第８項までのいずれかに記載された装置１０、２０において 、 レーザ構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの前記下側電極４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ が、導線または導電体６を通して、隣接するレーザ構造体１ｂ、１ｃ、１ｄの前 記上側電極３ｂ、３ｃ、３ｄに接続されることを特徴とする、 前記レーザ装置。 11．第１０項記載の装置において、 前記接続装置６が金属の沈着およびエッチングにより作成される構造体で構成 されることを特徴とする、 前記レーザ装置。 12．第１０項記載の装置において、 前記レーザ構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ａ′、１ｂ′、１ｃ′、１ｄ′ の間の前記境界領域または前記接合が高抵抗率を有する領域で作成されることを 特徴とする、 前記レーザ装置。 13．第６項記載の装置１０、２０、３０において、 ４個のレーザ構造体１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ａ′、１ｂ′、１ｃ′、１ｄ ′を有することを特徴とする、 前記レーザ装置。 14．第１項ないし第１３項までのいずれかに記載された装置において、 レーザ構造体のおのおのがそれ自体はよく知られている従来のレーザ構造体で 構成されることを特徴とする、 前記レーザ装置。 15．第１項ないし第３項までのいずれかに記載された装置において、 前記レーザ装置がＤＢＦレーザで構成されることを特徴とする、 前記レーザ装置。 16．第１項ないし第３項までのいずれかに記載された装置において、 前記レーザ装置がＤＢＲレーザで構成されることを特徴とする、 前記レーザ装置。