JPH11233898A - 分布帰還型半導体レーザとその駆動方法 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザとその駆動方法Info
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- JPH11233898A JPH11233898A JP10341124A JP34112498A JPH11233898A JP H11233898 A JPH11233898 A JP H11233898A JP 10341124 A JP10341124 A JP 10341124A JP 34112498 A JP34112498 A JP 34112498A JP H11233898 A JPH11233898 A JP H11233898A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
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- H01S5/10—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
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】偏波モードの切り替えが生じる励起条件ないし
電流条件を単純にする素子構成を有する分布帰還型半導
体レーザである。 【解決手段】分布帰還型半導体レーザは、共振器の軸方
向に独立に励起の可能な複数の領域１１３、１１４を有
すると共に共振器の軸方向に伸びて活性層１０４と回折
格子１０６、１０７、１０８を持つ光導波路を有する。
光導波路によって互いに異なる第１と第２の偏波モード
が規定され、偏波依存性を以って、動作中の共振器軸方
向の光強度分布を局所的に相対的に強める作用をする光
強度分布制御手段Ｓを共振器中に有する。
電流条件を単純にする素子構成を有する分布帰還型半導
体レーザである。 【解決手段】分布帰還型半導体レーザは、共振器の軸方
向に独立に励起の可能な複数の領域１１３、１１４を有
すると共に共振器の軸方向に伸びて活性層１０４と回折
格子１０６、１０７、１０８を持つ光導波路を有する。
光導波路によって互いに異なる第１と第２の偏波モード
が規定され、偏波依存性を以って、動作中の共振器軸方
向の光強度分布を局所的に相対的に強める作用をする光
強度分布制御手段Ｓを共振器中に有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送において信
号源などとして用いられる装置に関し、特に出力光の偏
波状態を切り替えることのできる分布帰還型半導体レー
ザ、その使用法などに関する。
号源などとして用いられる装置に関し、特に出力光の偏
波状態を切り替えることのできる分布帰還型半導体レー
ザ、その使用法などに関する。
【０００２】
【従来の技術】偏波スイッチング可能な動的単一モード
（Dynamic Single Mode）半導体レーザとして、特開平
７−１６２０８８号において、小振幅のデジタル信号を
注入電流に重畳してデジタル偏波変調する素子構造が提
案されている。これは、回折格子からなる分布反射器を
半導体レーザ共振器内部に導入し、その波長選択性を利
用する構造の分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを用いたもの
であった。ここでは、発振波長近傍の波長のＴＥモー
ド、ＴＭモードの両方の光に対して、発振しきい値程度
の電流注入下での利得をおおよそ同程度のものとするた
めに、活性層の量子井戸に歪を導入したり、あるいはブ
ラッグ波長を利得スペクトル（ＴＥモードに対するも
の）のピークよりも短波長側に設定している。そして、
ＤＦＢレーザは複数の電極を持つ構成とし、これらの複
数の電極に対して不均一に電流注入を行うものであっ
た。不均一注入によって共振器の等価屈折率を不均一に
変化させ、ＴＥモードとＴＭモードのうちで、位相整合
条件を満たして最低のしきい値利得となる波長と偏波モ
ードで発振する構成になっている。このとき、不均一注
入のバランスをわずかに変えることで位相整合条件の両
モード間の競合関係が変化して、発振波長と偏波モード
を変えることができるというものであった。
（Dynamic Single Mode）半導体レーザとして、特開平
７−１６２０８８号において、小振幅のデジタル信号を
注入電流に重畳してデジタル偏波変調する素子構造が提
案されている。これは、回折格子からなる分布反射器を
半導体レーザ共振器内部に導入し、その波長選択性を利
用する構造の分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを用いたもの
であった。ここでは、発振波長近傍の波長のＴＥモー
ド、ＴＭモードの両方の光に対して、発振しきい値程度
の電流注入下での利得をおおよそ同程度のものとするた
めに、活性層の量子井戸に歪を導入したり、あるいはブ
ラッグ波長を利得スペクトル（ＴＥモードに対するも
の）のピークよりも短波長側に設定している。そして、
ＤＦＢレーザは複数の電極を持つ構成とし、これらの複
数の電極に対して不均一に電流注入を行うものであっ
た。不均一注入によって共振器の等価屈折率を不均一に
変化させ、ＴＥモードとＴＭモードのうちで、位相整合
条件を満たして最低のしきい値利得となる波長と偏波モ
ードで発振する構成になっている。このとき、不均一注
入のバランスをわずかに変えることで位相整合条件の両
モード間の競合関係が変化して、発振波長と偏波モード
を変えることができるというものであった。
【０００３】このデバイスでは、出力側（光が出る側）
と変調側（変調電流を注入する側）に対する不均一電流
注入の効果を非対称に引き出すために、片面無反射コー
ティングとすることや、２つの電極長を変えて構造的な
非対称性を導入することが有効であった。
と変調側（変調電流を注入する側）に対する不均一電流
注入の効果を非対称に引き出すために、片面無反射コー
ティングとすることや、２つの電極長を変えて構造的な
非対称性を導入することが有効であった。
【０００４】また、特開平２−１１７１９０号の提案に
おいて、マルクスクリスチャン・アマン等は、直列また
は並列に接続された２つの半導体装置からなり、その一
方は主として特定の偏波状態の波を発生または増幅し、
他方は主として別の偏波状態の波を発生または増幅する
ものを、１つの共同層または互いに平行な層に設けてい
る半導体レーザ装置を提案している。
おいて、マルクスクリスチャン・アマン等は、直列また
は並列に接続された２つの半導体装置からなり、その一
方は主として特定の偏波状態の波を発生または増幅し、
他方は主として別の偏波状態の波を発生または増幅する
ものを、１つの共同層または互いに平行な層に設けてい
る半導体レーザ装置を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】しかし、従来提案
されていた位相条件で偏波モードを選択するＤＦＢ偏波
スイッチングレーザでは、発振偏波モードの選択が端面
位相に敏感であった。そのために、デバイスの発振波
長、偏波モードの電流注入条件依存性が複雑な振る舞い
を示したり、デバイス間で発振偏波モードの特性のばら
つきが生じていた。特にデバイス間のばらつきについて
は、２つの導波路部分の一方への電流注入を増やしたと
きに一方の偏波モードに対して選択的に利得を与えるこ
とが困難であり、偏波スイッチングポイントが素子毎に
大きく異なっていた。
されていた位相条件で偏波モードを選択するＤＦＢ偏波
スイッチングレーザでは、発振偏波モードの選択が端面
位相に敏感であった。そのために、デバイスの発振波
長、偏波モードの電流注入条件依存性が複雑な振る舞い
を示したり、デバイス間で発振偏波モードの特性のばら
つきが生じていた。特にデバイス間のばらつきについて
は、２つの導波路部分の一方への電流注入を増やしたと
きに一方の偏波モードに対して選択的に利得を与えるこ
とが困難であり、偏波スイッチングポイントが素子毎に
大きく異なっていた。
【０００６】また、光の位相を制御しているので、或る
領域の電流を増加させてＴＥモードからＴＭモードヘ切
り替えたあとに、さらに該領域の電流を増加させると再
びＴＥモード光ヘ切り替わってしまうことがあった。
領域の電流を増加させてＴＥモードからＴＭモードヘ切
り替えたあとに、さらに該領域の電流を増加させると再
びＴＥモード光ヘ切り替わってしまうことがあった。
【０００７】また、各領域へ注入する電流値が大きく異
なるときに複数の領域で共通のモードが選択されず、個
別の領域で独自に発振してマルチモード発振状態になる
こともあった。
なるときに複数の領域で共通のモードが選択されず、個
別の領域で独自に発振してマルチモード発振状態になる
こともあった。
【０００８】他方、マルクスクリスチャン・アマン等に
よる提案においては、幾何学的形状の選定によって特定
の偏波状態の波を発生または増幅するものとしているの
であり、リッジ作成時のエッチング深さ、リッジ幅のプ
ロセス上のばらつきによって歩留まりが左右されるとい
う問題点があった。
よる提案においては、幾何学的形状の選定によって特定
の偏波状態の波を発生または増幅するものとしているの
であり、リッジ作成時のエッチング深さ、リッジ幅のプ
ロセス上のばらつきによって歩留まりが左右されるとい
う問題点があった。
【０００９】従って、本発明の目的は、偏波モードの切
り替えが生じる励起条件ないし電流条件を単純にする素
子構成を有する分布帰還型半導体レーザ、その使用方法
を提供することにある。
り替えが生じる励起条件ないし電流条件を単純にする素
子構成を有する分布帰還型半導体レーザ、その使用方法
を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため本発明の分布帰還型半導体レーザは、共振器
の軸方向に独立に励起の可能な（典型的には、独立に電
流注入の可能な）複数の領域を有すると共に共振器の軸
方向に伸びて活性層と回折格子を持つ光導波路を有する
分布帰還型半導体レーザであって、光導波路によって互
いに異なる第１と第２の偏波モード（典型的には、ＴＥ
モードとＴＭモード）が規定され、更に、偏波依存性を
以って、動作中の共振器軸方向の光強度分布を局所的に
相対的に強める作用をする光強度分布制御手段を共振器
中に有することを特徴とする。より具体的には、前記光
強度分布制御手段は、第１と第２の偏波モードの一方に
対して、もう一方の偏波モードに対してよりは、動作中
の光強度分布を該光強度分布制御手段の箇所において相
対的に強める作用を強く与える。更に具体的には、前記
光強度分布制御手段は、前記もう一方の偏波モードに対
しては前記作用を実質的に与えない。
成するため本発明の分布帰還型半導体レーザは、共振器
の軸方向に独立に励起の可能な（典型的には、独立に電
流注入の可能な）複数の領域を有すると共に共振器の軸
方向に伸びて活性層と回折格子を持つ光導波路を有する
分布帰還型半導体レーザであって、光導波路によって互
いに異なる第１と第２の偏波モード（典型的には、ＴＥ
モードとＴＭモード）が規定され、更に、偏波依存性を
以って、動作中の共振器軸方向の光強度分布を局所的に
相対的に強める作用をする光強度分布制御手段を共振器
中に有することを特徴とする。より具体的には、前記光
強度分布制御手段は、第１と第２の偏波モードの一方に
対して、もう一方の偏波モードに対してよりは、動作中
の光強度分布を該光強度分布制御手段の箇所において相
対的に強める作用を強く与える。更に具体的には、前記
光強度分布制御手段は、前記もう一方の偏波モードに対
しては前記作用を実質的に与えない。
【００１１】また、前記光強度分布制御手段は、光導波
路によって規定される互いに異なる第１と第２の偏波モ
ードの一方に対しては、回折格子により与えられる屈折
率の周期的な変動の位相をシフトさせ、もう一方の偏波
モードに対しては、回折格子により与えられる屈折率の
周期的な変動の位相を殆どシフトさせない位相シフト部
を有する。更には、前記位相シフト部は、光導波路によ
って規定される互いに異なる第１と第２の偏波モードの
一方に対して、前記周期的な変動の位相を１８０度シフ
トさせる。すなわち、この位相シフト部は、一方の偏波
モードに対しては、そこで光強度が強くなる様に位相を
シフトさせ、もう一方の偏波モードに対しては、前記一
方の偏波モードの光強度を強める作用よりも少ない作用
を与える程度にしか位相をシフトさせない。好ましく
は、前記もう一方の偏波モードに対しては位相シフトを
殆ど与えない様にするとよい。
路によって規定される互いに異なる第１と第２の偏波モ
ードの一方に対しては、回折格子により与えられる屈折
率の周期的な変動の位相をシフトさせ、もう一方の偏波
モードに対しては、回折格子により与えられる屈折率の
周期的な変動の位相を殆どシフトさせない位相シフト部
を有する。更には、前記位相シフト部は、光導波路によ
って規定される互いに異なる第１と第２の偏波モードの
一方に対して、前記周期的な変動の位相を１８０度シフ
トさせる。すなわち、この位相シフト部は、一方の偏波
モードに対しては、そこで光強度が強くなる様に位相を
シフトさせ、もう一方の偏波モードに対しては、前記一
方の偏波モードの光強度を強める作用よりも少ない作用
を与える程度にしか位相をシフトさせない。好ましく
は、前記もう一方の偏波モードに対しては位相シフトを
殆ど与えない様にするとよい。
【００１２】上記構成において、一方の偏波モードのみ
が感じる光強度分布制御手段は、この偏波モードの光に
対して、共振器内軸方向の光強度分布を光強度分布制御
手段の箇所において固定的に強くする働きがある。もう
一方の偏波モードはこの光強度分布制御手段の作用を感
じないので、一方の偏波モードとは異なる軸方向の光強
度分布を有することになる。具体的構成においては、一
方の偏波モードのみが感じる位相シフト部は、この偏波
モードの光に対して、ストップバンドの中心波長で発振
させるとともに、共振器内軸方向の光強度分布を位相シ
フト部をピークとするように固定させる働きがある。も
う一方の偏波モードはこの位相シフト作用を感じないの
で、一方の偏波モードとは異なる軸方向の光強度分布を
有することになる。
が感じる光強度分布制御手段は、この偏波モードの光に
対して、共振器内軸方向の光強度分布を光強度分布制御
手段の箇所において固定的に強くする働きがある。もう
一方の偏波モードはこの光強度分布制御手段の作用を感
じないので、一方の偏波モードとは異なる軸方向の光強
度分布を有することになる。具体的構成においては、一
方の偏波モードのみが感じる位相シフト部は、この偏波
モードの光に対して、ストップバンドの中心波長で発振
させるとともに、共振器内軸方向の光強度分布を位相シ
フト部をピークとするように固定させる働きがある。も
う一方の偏波モードはこの位相シフト作用を感じないの
で、一方の偏波モードとは異なる軸方向の光強度分布を
有することになる。
【００１３】こうして競合する２つの偏波モードの共振
器軸方向の光強度分布が異なったものとなる。よって、
例えば、２つの領域に対する独立な電流注入作用には、
ＴＥモード発振を強めるもの、ＴＭモード発振を強める
ものという違いが生じるので、電流注入量の制御による
発振偏波モードの切り替えが容易且つ安定的になる。
器軸方向の光強度分布が異なったものとなる。よって、
例えば、２つの領域に対する独立な電流注入作用には、
ＴＥモード発振を強めるもの、ＴＭモード発振を強める
ものという違いが生じるので、電流注入量の制御による
発振偏波モードの切り替えが容易且つ安定的になる。
【００１４】また、本発明のレーザの第１の具体的形態
は、ｎ１ＴＥ（ＴＥ光に対する屈折率）＞ｎ１ＴＭ（Ｔ
Ｍ光に対する屈折率）という複屈折性を有する複屈折性
層に設けた周期的ストライプを屈折率ｎｂ（ｎ１ＴＥ＞
ｎｂ＞ｎ１ＴＭ）の層で埋め込んだ部分と、屈折率ｎｇ
（ｎｇ＜ｎｂ）の層に設けた周期的ストライプを屈折率
ｎｂの層で埋め込んだ部分とを共振器軸方向に沿って連
続して直列的に配して前記位相シフト部を該両部分の境
界部に形成し、ＴＥ光に対してのみ位相シフトさせてい
ることを特徴とする。好ましくは、ｎｂ−ｎｇ＞ｎｂ−
ｎ１ＴＭである。
は、ｎ１ＴＥ（ＴＥ光に対する屈折率）＞ｎ１ＴＭ（Ｔ
Ｍ光に対する屈折率）という複屈折性を有する複屈折性
層に設けた周期的ストライプを屈折率ｎｂ（ｎ１ＴＥ＞
ｎｂ＞ｎ１ＴＭ）の層で埋め込んだ部分と、屈折率ｎｇ
（ｎｇ＜ｎｂ）の層に設けた周期的ストライプを屈折率
ｎｂの層で埋め込んだ部分とを共振器軸方向に沿って連
続して直列的に配して前記位相シフト部を該両部分の境
界部に形成し、ＴＥ光に対してのみ位相シフトさせてい
ることを特徴とする。好ましくは、ｎｂ−ｎｇ＞ｎｂ−
ｎ１ＴＭである。
【００１５】この具体的形態の構成に関して、図１の符
号を援用して、ＴＥモード光の感じる回折格子の位相に
ついて説明する。一方の部分（図１（ａ）で、位相シフ
ト部Ｓよりも右側の部分であり、独立に電流注入可能な
領域とは一致しない）においては、周期的ストライプの
形成された層１０７の屈折率ｎ1TEは、これを埋め込む
層１０８の屈折率ｎbよりも大きいので、周期的ストラ
イプの山の部分が、導波光の感じる有効屈折率の周期的
変動の山の部分に相当する。他方の部分（図１（ａ）
で、Ｓよりも左側の部分）においては、周期的ストライ
プの形成された層１０６の屈折率ｎgは、これを埋め込
む層１０８の屈折率ｎbよりも小さいので、周期的スト
ライプの山の部分が、導波光の感じる有効屈折率の周期
的変動の谷の部分に相当する。すなわち、等間隔の周期
的ストライプの山谷に対して、ＴＥモード導波光の感じ
る屈折率の山谷は、位相シフト部Ｓを境に反転すること
になり、回折格子の位相シフトとして機能する。
号を援用して、ＴＥモード光の感じる回折格子の位相に
ついて説明する。一方の部分（図１（ａ）で、位相シフ
ト部Ｓよりも右側の部分であり、独立に電流注入可能な
領域とは一致しない）においては、周期的ストライプの
形成された層１０７の屈折率ｎ1TEは、これを埋め込む
層１０８の屈折率ｎbよりも大きいので、周期的ストラ
イプの山の部分が、導波光の感じる有効屈折率の周期的
変動の山の部分に相当する。他方の部分（図１（ａ）
で、Ｓよりも左側の部分）においては、周期的ストライ
プの形成された層１０６の屈折率ｎgは、これを埋め込
む層１０８の屈折率ｎbよりも小さいので、周期的スト
ライプの山の部分が、導波光の感じる有効屈折率の周期
的変動の谷の部分に相当する。すなわち、等間隔の周期
的ストライプの山谷に対して、ＴＥモード導波光の感じ
る屈折率の山谷は、位相シフト部Ｓを境に反転すること
になり、回折格子の位相シフトとして機能する。
【００１６】次にＴＭモード光の感じる回折格子の位相
であるが、２つの部分のいずれにおいても、周期的スト
ライプの形成された層の屈折率ｎ1TM、ｎgがこれを埋め
込む層の屈折率ｎbよりも小さいという関係が維持され
ているので、回折格子の位相のシフトは存在しない。更
に、ｎｂ−ｎ１ＴＭ＜ｎｂ−ｎｇの関係があるので、Ｓ
よりも左側のＴＭモード光の感じる屈折率の山谷の差が
Ｓよりも右側の屈折率の山谷の差より大きく、光強度分
布は図１（ｃ）に示す様になる。
であるが、２つの部分のいずれにおいても、周期的スト
ライプの形成された層の屈折率ｎ1TM、ｎgがこれを埋め
込む層の屈折率ｎbよりも小さいという関係が維持され
ているので、回折格子の位相のシフトは存在しない。更
に、ｎｂ−ｎ１ＴＭ＜ｎｂ−ｎｇの関係があるので、Ｓ
よりも左側のＴＭモード光の感じる屈折率の山谷の差が
Ｓよりも右側の屈折率の山谷の差より大きく、光強度分
布は図１（ｃ）に示す様になる。
【００１７】更に、本発明のレーザの第２の具体的形態
は、ｎ1TE（ＴＥ光に対する屈折率）＞ｎ1TM（ＴＭ光に
対する屈折率）という複屈折性を有する複屈折性層に設
けた周期的ストライプを屈折率ｎｂ（ｎ１ＴＥ＞ｎｂ＞
ｎ１ＴＭ）の層で埋め込んだ部分と、屈折率ｎｇ（ｎｇ
＞ｎｂ）の層に設けた周期的ストライプを屈折率ｎｂの
層で埋め込んだ部分とを共振器軸方向に沿って連続して
直列的に配して前記位相シフト部を該両部分の境界部に
形成し、ＴＭ光に対してのみ位相シフトさせていること
を特徴とする。好ましくは、ｎｇ−ｎｂ＞ｎ１ＴＥ−ｎ
ｂである。
は、ｎ1TE（ＴＥ光に対する屈折率）＞ｎ1TM（ＴＭ光に
対する屈折率）という複屈折性を有する複屈折性層に設
けた周期的ストライプを屈折率ｎｂ（ｎ１ＴＥ＞ｎｂ＞
ｎ１ＴＭ）の層で埋め込んだ部分と、屈折率ｎｇ（ｎｇ
＞ｎｂ）の層に設けた周期的ストライプを屈折率ｎｂの
層で埋め込んだ部分とを共振器軸方向に沿って連続して
直列的に配して前記位相シフト部を該両部分の境界部に
形成し、ＴＭ光に対してのみ位相シフトさせていること
を特徴とする。好ましくは、ｎｇ−ｎｂ＞ｎ１ＴＥ−ｎ
ｂである。
【００１８】この第２の具体的形態では、他方の部分の
周期的ストライプと埋込み層の屈折率の大小関係が上記
第１の具体的形態と逆転していることで、ＴＭモードに
対してのみ位相シフトとして機能する。
周期的ストライプと埋込み層の屈折率の大小関係が上記
第１の具体的形態と逆転していることで、ＴＭモードに
対してのみ位相シフトとして機能する。
【００１９】本発明のレーザの第１、第２の具体的形態
において、より具体的には、前記２つの部分において周
期的ストライプのピッチが一定である。また、前記複屈
折性を有する層が多重量子井戸層からなる。一般的な結
晶成長技術によって、制御性よく複屈折性を有する層を
形成することができる。また、前記位相シフト部が前記
独立に励起の可能な複数の領域の１つの中央部付近にあ
る。励起手段である２つの電極の１つを特定の偏波モー
ドの光強度分布の強いところと対応させ偏波モードの切
り替えを容易にするものである。
において、より具体的には、前記２つの部分において周
期的ストライプのピッチが一定である。また、前記複屈
折性を有する層が多重量子井戸層からなる。一般的な結
晶成長技術によって、制御性よく複屈折性を有する層を
形成することができる。また、前記位相シフト部が前記
独立に励起の可能な複数の領域の１つの中央部付近にあ
る。励起手段である２つの電極の１つを特定の偏波モー
ドの光強度分布の強いところと対応させ偏波モードの切
り替えを容易にするものである。
【００２０】また、本発明のレーザの第３の具体的形態
は、上記複数の領域において活性層は共通であり、この
活性層はＴＥモード光とＴＭモード光に同程度の利得を
与えるものであることを特徴としている。この構成にお
いて、共通で両モード光に同程度の利得を与える活性層
を用いることで、偏波モードの切り替え特性に対する活
性層の利得の偏波モード依存性からの寄与を小さく抑
え、本発明によるデバイスにおいて各領域に対する電流
注入量の制御による偏波モードの切り替えを容易にす
る。
は、上記複数の領域において活性層は共通であり、この
活性層はＴＥモード光とＴＭモード光に同程度の利得を
与えるものであることを特徴としている。この構成にお
いて、共通で両モード光に同程度の利得を与える活性層
を用いることで、偏波モードの切り替え特性に対する活
性層の利得の偏波モード依存性からの寄与を小さく抑
え、本発明によるデバイスにおいて各領域に対する電流
注入量の制御による偏波モードの切り替えを容易にす
る。
【００２１】また、本発明のレーザの第４の具体的形態
は、片端面に高反射膜が形成してあることを特徴とす
る。高反射膜は、特に光強度分布制御作用ないし位相シ
フト作用を感じない方の偏波モードの光の共振器内の光
強度分布を規定するものである。また、該偏波依存性を
持つ光強度分布制御手段ないし位相シフト部を含まない
領域側の端面に高反射膜を形成してあることを特徴とす
る。この高反射膜は、特に光強度分布制御作用ないし位
相シフト作用を感じない方の偏波モードの光の共振器内
の光強度分布のピークを、該含まない領域側に固定的に
持って来るものである。この様に、第４の具体的形態に
よれば、本発明の素子構成において更に別の光強度分布
制御手段を備えることで異なる偏波モードに対する光強
度分布をより好適に異ならせる構成とできる。
は、片端面に高反射膜が形成してあることを特徴とす
る。高反射膜は、特に光強度分布制御作用ないし位相シ
フト作用を感じない方の偏波モードの光の共振器内の光
強度分布を規定するものである。また、該偏波依存性を
持つ光強度分布制御手段ないし位相シフト部を含まない
領域側の端面に高反射膜を形成してあることを特徴とす
る。この高反射膜は、特に光強度分布制御作用ないし位
相シフト作用を感じない方の偏波モードの光の共振器内
の光強度分布のピークを、該含まない領域側に固定的に
持って来るものである。この様に、第４の具体的形態に
よれば、本発明の素子構成において更に別の光強度分布
制御手段を備えることで異なる偏波モードに対する光強
度分布をより好適に異ならせる構成とできる。
【００２２】また、本発明の半導体レーザの駆動方法
は、均一注入下で第１の偏波モードで発振する上記の分
布帰還型半導体レーザに対して、上記複数の領域のうち
で第２の偏波モードの光強度分布の強い領域への電流注
入を増すことで、第２の偏波モードに偏波スイッチング
させることを特徴とする。均一注入状態での発振状態を
出発点として、偏波スイッチング条件を容易に規定する
ものである。
は、均一注入下で第１の偏波モードで発振する上記の分
布帰還型半導体レーザに対して、上記複数の領域のうち
で第２の偏波モードの光強度分布の強い領域への電流注
入を増すことで、第２の偏波モードに偏波スイッチング
させることを特徴とする。均一注入状態での発振状態を
出発点として、偏波スイッチング条件を容易に規定する
ものである。
【００２３】或は、より広い表現を用いれば、第１の偏
波モードで発振する分布帰還型半導体レーザに対して、
第２の偏波モードの光強度分布の強い領域への電流注入
を相対的に増すことで、第２の偏波モードヘ偏波スイッ
チングさせ、第２の偏波モードで発振する分布帰還型半
導体レーザに対して、第１の偏波モードの光強度分布の
強い領域への電流注入を相対的に増すことで、第１の偏
波モードヘ偏波スイッチングさせることを特徴とする。
切り替えたい偏波モードの電界強度分布の大きい領域へ
の電流注入を相対的に増加させることで、該偏波モード
への容易且つ安定的な切り替えが起こる性質を利用する
ものである。
波モードで発振する分布帰還型半導体レーザに対して、
第２の偏波モードの光強度分布の強い領域への電流注入
を相対的に増すことで、第２の偏波モードヘ偏波スイッ
チングさせ、第２の偏波モードで発振する分布帰還型半
導体レーザに対して、第１の偏波モードの光強度分布の
強い領域への電流注入を相対的に増すことで、第１の偏
波モードヘ偏波スイッチングさせることを特徴とする。
切り替えたい偏波モードの電界強度分布の大きい領域へ
の電流注入を相対的に増加させることで、該偏波モード
への容易且つ安定的な切り替えが起こる性質を利用する
ものである。
【００２４】以下に上記の目的を達成するためのその他
の装置、方法、システム、それらの作用を述べる。本発
明の光源装置は上記分布帰還型半導体レーザと偏光選択
手段を有することを特徴とする。分布帰還型半導体レー
ザの偏波スイッチングによる変調を行って、その出力側
に配した偏光選択手段によって一方の偏波モードの光の
みを取り出して送出することで、変調消光比の大きな光
源装置を提供するものである。
の装置、方法、システム、それらの作用を述べる。本発
明の光源装置は上記分布帰還型半導体レーザと偏光選択
手段を有することを特徴とする。分布帰還型半導体レー
ザの偏波スイッチングによる変調を行って、その出力側
に配した偏光選択手段によって一方の偏波モードの光の
みを取り出して送出することで、変調消光比の大きな光
源装置を提供するものである。
【００２５】本発明の光伝送方法は、上記光源装置から
の光を、光伝送路に接続して信号をのせて伝送させ、受
信装置において強度変調された光信号として受信するこ
とを特徴とする。あるいは、上記光源装置を複数用いて
複数の異なる波長の光を発生させ、一本の光伝送路に接
続して信号を伝送させ、受信装置において波長可変バン
ドパスフィルタなどの波長選択手段を通して所望の波長
の光にのせた強度変調信号のみを取り出して信号検波す
ることを特徴とする光伝送方法を提供するものである。
の光を、光伝送路に接続して信号をのせて伝送させ、受
信装置において強度変調された光信号として受信するこ
とを特徴とする。あるいは、上記光源装置を複数用いて
複数の異なる波長の光を発生させ、一本の光伝送路に接
続して信号を伝送させ、受信装置において波長可変バン
ドパスフィルタなどの波長選択手段を通して所望の波長
の光にのせた強度変調信号のみを取り出して信号検波す
ることを特徴とする光伝送方法を提供するものである。
【００２６】本発明の光−電気変換装置は、上記の半導
体光源装置と受信装置を１つにまとめ、上記の光伝送方
法による光送受信を行なうことを特徴とする。また、本
発明の光伝送システムは、上記の半導体光源装置と受信
装置を１つにまとめ、上記の光伝送方法による光送受信
を行なう光−電気変換装置を用いて光伝送システムを構
成したことを特徴とする。
体光源装置と受信装置を１つにまとめ、上記の光伝送方
法による光送受信を行なうことを特徴とする。また、本
発明の光伝送システムは、上記の半導体光源装置と受信
装置を１つにまとめ、上記の光伝送方法による光送受信
を行なう光−電気変換装置を用いて光伝送システムを構
成したことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】第１の実施例 本発明による第１の実施例を説明する。図１（ａ）は、
第１の実施例の半導体ＤＦＢレーザの共振器方向に沿っ
た断面図である。同図において、１０１は基板となるｎ
−ＩｎＰ、１０２はｎ−ＩｎＰバッファ層、１０３は
０．１μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ下部光ガイド層（バンド
ギャップ波長１．１５μｍ）、１０４は、井戸層が１３
ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓ（０．６％伸張歪導入）、障壁層
が１０ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長
１．１５μｍ）からなる歪３重量子井戸活性層、１０５
は０．１μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ上部光ガイド層（バン
ドギャップ波長１．１５μｍ）である。そして、１０６
は上部光ガイド層１０５上に形成されたｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ回折格子形成層（バンドギャップ波長１．０μｍ）
であり、１０７は同じく上部光ガイド層１０５上に形成
された多重量子井戸回折格子形成層である。いずれも、
０．１μｍ厚である。この上に周期的ストライプ（各ス
トライプは共振器軸方向に垂直な方向（紙面垂直方向）
に伸び、共振器方向のピッチ２４０ｎｍ）を形成した
後、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１５
μｍ）光ガイド層１０８で埋め込み、平坦化している
（即ち、周期的ストライプは、共通の材料から成る上部
光ガイド層１０５と光ガイド層１０８の中で同ピッチで
共振器方向に並んでいることになる。但し、これは必須
ではない）。
第１の実施例の半導体ＤＦＢレーザの共振器方向に沿っ
た断面図である。同図において、１０１は基板となるｎ
−ＩｎＰ、１０２はｎ−ＩｎＰバッファ層、１０３は
０．１μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ下部光ガイド層（バンド
ギャップ波長１．１５μｍ）、１０４は、井戸層が１３
ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓ（０．６％伸張歪導入）、障壁層
が１０ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長
１．１５μｍ）からなる歪３重量子井戸活性層、１０５
は０．１μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ上部光ガイド層（バン
ドギャップ波長１．１５μｍ）である。そして、１０６
は上部光ガイド層１０５上に形成されたｐ−ＩｎＧａＡ
ｓＰ回折格子形成層（バンドギャップ波長１．０μｍ）
であり、１０７は同じく上部光ガイド層１０５上に形成
された多重量子井戸回折格子形成層である。いずれも、
０．１μｍ厚である。この上に周期的ストライプ（各ス
トライプは共振器軸方向に垂直な方向（紙面垂直方向）
に伸び、共振器方向のピッチ２４０ｎｍ）を形成した
後、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１５
μｍ）光ガイド層１０８で埋め込み、平坦化している
（即ち、周期的ストライプは、共通の材料から成る上部
光ガイド層１０５と光ガイド層１０８の中で同ピッチで
共振器方向に並んでいることになる。但し、これは必須
ではない）。
【００２８】更に、１０９はｐ−ＩｎＰクラッド層、１
１０は、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１１１はｐ−
電極であるＣｒ／Ａｕ層、１１２は基板側電極であるＡ
ｕＧｅ／Ａｕ層である。ｐ側電極１１１およびｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓ層１１０を除去した分離部１２０によって、デ
バイスは第１の領域１１３と第２の領域１１４とに分離
されている。導波路の横方向のキャリアと光の閉じ込め
は、リッジ型導波路、埋め込みヘテロ型導波路等で行っ
ている。
１０は、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、１１１はｐ−
電極であるＣｒ／Ａｕ層、１１２は基板側電極であるＡ
ｕＧｅ／Ａｕ層である。ｐ側電極１１１およびｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓ層１１０を除去した分離部１２０によって、デ
バイスは第１の領域１１３と第２の領域１１４とに分離
されている。導波路の横方向のキャリアと光の閉じ込め
は、リッジ型導波路、埋め込みヘテロ型導波路等で行っ
ている。
【００２９】上記０．６％伸長歪で井戸幅１３ｎｍの量
子井戸活性層１０４は、井戸内の重い正孔のエネルギー
準位と軽い正孔のエネルギー準位が概ね等しいために、
ＴＭモードの光に対する利得がＴＥモードの光に対する
利得と近くなっていて、偏波スイッチング現象の見られ
る活性層構成となっている。また、回折格子形成層１０
６の一部（第２の領域１１４での一部）を置き換えてい
る圧縮歪多重量子井戸層１０７は、井戸層が０．８％圧
縮歪で５ｎｍ厚のＩｎ0.69Ｇａ0.31Ａｓ0.66Ｐ0.34、障
壁層が無歪で５ｎｍ厚のＩｎ0.9Ｇａ0.1Ａｓ0.21Ｐ0.79
からなる１０井戸の量子井戸層である。
子井戸活性層１０４は、井戸内の重い正孔のエネルギー
準位と軽い正孔のエネルギー準位が概ね等しいために、
ＴＭモードの光に対する利得がＴＥモードの光に対する
利得と近くなっていて、偏波スイッチング現象の見られ
る活性層構成となっている。また、回折格子形成層１０
６の一部（第２の領域１１４での一部）を置き換えてい
る圧縮歪多重量子井戸層１０７は、井戸層が０．８％圧
縮歪で５ｎｍ厚のＩｎ0.69Ｇａ0.31Ａｓ0.66Ｐ0.34、障
壁層が無歪で５ｎｍ厚のＩｎ0.9Ｇａ0.1Ａｓ0.21Ｐ0.79
からなる１０井戸の量子井戸層である。
【００３０】この量子井戸層１０７は、ＴＥモードに対
するバンドギャップ波長が１．２５μｍでＴＭモードに
対するバンドギャップ波長はこれよりも短波長の１．１
９μｍである。また、波長１．５５μｍのＴＥモード光
の感じる屈折率は３．３４３、ＴＭモード光の感じる屈
折率は３．３１８と大きく異なっている。また、無歪ｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ（Ｅg＝１．ｌ５μｍ）光ガイド層１
０８の屈折率は３．３２、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子
形成層（Ｅg＝１．０μｍ）１０６の屈折率は３．２２
６である。
するバンドギャップ波長が１．２５μｍでＴＭモードに
対するバンドギャップ波長はこれよりも短波長の１．１
９μｍである。また、波長１．５５μｍのＴＥモード光
の感じる屈折率は３．３４３、ＴＭモード光の感じる屈
折率は３．３１８と大きく異なっている。また、無歪ｐ
−ＩｎＧａＡｓＰ（Ｅg＝１．ｌ５μｍ）光ガイド層１
０８の屈折率は３．３２、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子
形成層（Ｅg＝１．０μｍ）１０６の屈折率は３．２２
６である。
【００３１】ＴＭモード光の感じる歪量子井戸層１０７
とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１０８との屈折率差は
小さければ、ＴＭモード光の感じる結合係数が小さくな
り、この部分での動作時のＴＭモード光強度を弱める方
向に働くので、より好ましい。
とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層１０８との屈折率差は
小さければ、ＴＭモード光の感じる結合係数が小さくな
り、この部分での動作時のＴＭモード光強度を弱める方
向に働くので、より好ましい。
【００３２】このデバイスの製造工程は以下のようなも
のである。ｎ−ＩｎＰ基板１０１上にＭＯＶＰＥ法によ
る１回目の結晶成長を行い、層１０２、１０３、１０
４、１０５、１０７を形成する。多重量子井戸層１０７
の上に選択成長マスクとするＳｉＯ2膜を成膜し、フォ
トリソグラフィによって、このＳｉＯ2膜の一部（領域
１１３、１１４の一部分に相当する部分）を除去する。
ＳｉＯ2膜をマスクとした選択エッチングによって部分
的に多重量子井戸層１０７を除去する。さらに、ＳｉＯ
2膜をマスクとした選択成長（２回目の結晶成長）によ
って、回折格子形成層１０６を成長する。ＳｉＯ2マス
クを除去し、その上に塗布したレジスト膜に２光束干渉
露光法によって回折格子となる２４０ｎｍピッチのスト
ライプパタンを形成する。エッチングによって、ストラ
イプパタンを層１０６および１０７に転写する。レジス
トを除去し、ウエットエッチングによって表面のダメー
ジ層を除去する。この上に、３回目の結晶成長によっ
て、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１５
μｍ）光ガイド層１０８で周期的ストライプ溝を埋め込
み、平坦化している。さらに層１０９、１１０を成長す
る。フォトリソグラフィ工程によって形成したレジスト
パタンによるリフトオフプロセスで上面の電極１１１を
形成し、分離部１２０においてはコンタクト層１１０を
除去して電気的分離を行なう。その後、ウェハを研磨
し、裏面電極１１２を形成し、電極の合金化、ウェハの
へき開によってＤＦＢレーザとした。
のである。ｎ−ＩｎＰ基板１０１上にＭＯＶＰＥ法によ
る１回目の結晶成長を行い、層１０２、１０３、１０
４、１０５、１０７を形成する。多重量子井戸層１０７
の上に選択成長マスクとするＳｉＯ2膜を成膜し、フォ
トリソグラフィによって、このＳｉＯ2膜の一部（領域
１１３、１１４の一部分に相当する部分）を除去する。
ＳｉＯ2膜をマスクとした選択エッチングによって部分
的に多重量子井戸層１０７を除去する。さらに、ＳｉＯ
2膜をマスクとした選択成長（２回目の結晶成長）によ
って、回折格子形成層１０６を成長する。ＳｉＯ2マス
クを除去し、その上に塗布したレジスト膜に２光束干渉
露光法によって回折格子となる２４０ｎｍピッチのスト
ライプパタンを形成する。エッチングによって、ストラ
イプパタンを層１０６および１０７に転写する。レジス
トを除去し、ウエットエッチングによって表面のダメー
ジ層を除去する。この上に、３回目の結晶成長によっ
て、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長１．１５
μｍ）光ガイド層１０８で周期的ストライプ溝を埋め込
み、平坦化している。さらに層１０９、１１０を成長す
る。フォトリソグラフィ工程によって形成したレジスト
パタンによるリフトオフプロセスで上面の電極１１１を
形成し、分離部１２０においてはコンタクト層１１０を
除去して電気的分離を行なう。その後、ウェハを研磨
し、裏面電極１１２を形成し、電極の合金化、ウェハの
へき開によってＤＦＢレーザとした。
【００３３】図１（ｂ）に、ＴＥモードとＴＭモードの
導波光の感じる有効屈折率を共振器の軸方向に沿って示
した。ＴＥモード光に対しては、シフト部Ｓを境に周期
的変化の山谷が反転しているが、ＴＭモード光に対して
は、山谷の大きさの変動（シフト部Ｓの左側の山谷の差
がシフト部Ｓの右側の山谷の差より大きい）はあるが周
期的変化の位相の反転はない。ちなみに、複屈折性のな
い層１０６、１０８からなる位相シフト部Ｓより左側の
部分においても、導波路サイズが縦横で異なっているこ
とに起因した有効屈折率の複屈折性は存在する場合もあ
る（例えば、図１（ｂ）に示す様に、ＴＥモードの導波
光の感じる有効屈折率がＴＭモードの導波光の感じる有
効屈折率より少し大きい）。
導波光の感じる有効屈折率を共振器の軸方向に沿って示
した。ＴＥモード光に対しては、シフト部Ｓを境に周期
的変化の山谷が反転しているが、ＴＭモード光に対して
は、山谷の大きさの変動（シフト部Ｓの左側の山谷の差
がシフト部Ｓの右側の山谷の差より大きい）はあるが周
期的変化の位相の反転はない。ちなみに、複屈折性のな
い層１０６、１０８からなる位相シフト部Ｓより左側の
部分においても、導波路サイズが縦横で異なっているこ
とに起因した有効屈折率の複屈折性は存在する場合もあ
る（例えば、図１（ｂ）に示す様に、ＴＥモードの導波
光の感じる有効屈折率がＴＭモードの導波光の感じる有
効屈折率より少し大きい）。
【００３４】層１０６、１０７の周期的ストライプをＩ
ｎＧａＡｓＰ層１０５、１０８で包み込む様に図１
（ａ）に示す如く埋め込むことは、図１（ｂ）の様な有
効屈折率の変化を達成する為に意味がある。活性層１０
４の上に、直接、層１０６、１０７を形成して、ここに
凹凸を形成し層１０８で埋め込む形態にすると、回折格
子の下の部分の材料がＳの左側の部分と右側の部分とで
異なることになって、図１（ｂ）の様な好ましい有効屈
折率の変化を実現できず、図１（ｃ）に示す様な好まし
いＴＥモード光とＴＭモード光の共振器軸方向の光強度
分布を達成できなくなる恐れがある。
ｎＧａＡｓＰ層１０５、１０８で包み込む様に図１
（ａ）に示す如く埋め込むことは、図１（ｂ）の様な有
効屈折率の変化を達成する為に意味がある。活性層１０
４の上に、直接、層１０６、１０７を形成して、ここに
凹凸を形成し層１０８で埋め込む形態にすると、回折格
子の下の部分の材料がＳの左側の部分と右側の部分とで
異なることになって、図１（ｂ）の様な好ましい有効屈
折率の変化を実現できず、図１（ｃ）に示す様な好まし
いＴＥモード光とＴＭモード光の共振器軸方向の光強度
分布を達成できなくなる恐れがある。
【００３５】図１（ｃ）に、ＴＥモード光とＴＭモード
光それぞれのレーザ発振時の共振器軸方向の光強度分布
を示す。上記構成により、ＴＭモードの強度ピークは第
１の領域１１３にあり、ＴＥモードの強度ピークは第２
の領域１１４にあることがわかる。
光それぞれのレーザ発振時の共振器軸方向の光強度分布
を示す。上記構成により、ＴＭモードの強度ピークは第
１の領域１１３にあり、ＴＥモードの強度ピークは第２
の領域１１４にあることがわかる。
【００３６】第１の領域１１３に電流Ｉ1、第２の領域
１１４に電流Ｉ2を注入してこの素子をレーザ発振させ
る。図３に、Ｉ1、Ｉ2それぞれの注入量と発振モード偏
波方向の関係を示す。１点鎖線で示す均一注入状態にお
いてはＴＭモードでの発振が得られたが（こうなる様
に、伸長歪３重量子井戸活性層１０４の構成やシフト部
Ｓの位置等が設定されている）均一注入状態から第２の
領域１１４の注入電流を増加していくと、第２の領域１
１４に注入された電流Ｉ2はＴＭモードよりもＴＥモー
ドに対して利得を与えるため（ＴＥモードの強度ピーク
は第２の領域１１４にあるから）、レーザの発振モード
がＴＥモードに切り替わる電流注入点が存在し、偏波が
切りかわった。さらに、第２の領域１１４の注入電流Ｉ
2をこれより増加させても、ＴＥモードの強度ピークは
第２の領域１１４にありＴＭモードの強度ピークは第２
の領域１１４にないから、ＴＥモード発振を維持した。
ＴＥモード発振状態からＴＭモード発振状態に戻すに
は、初めの均一注入状態に戻すこと等をして第１の領域
１１３（ここにＴＭモードは電界強度の比較的大きい分
布を持つ）の注入電流を相対的に増加させればよい。
１１４に電流Ｉ2を注入してこの素子をレーザ発振させ
る。図３に、Ｉ1、Ｉ2それぞれの注入量と発振モード偏
波方向の関係を示す。１点鎖線で示す均一注入状態にお
いてはＴＭモードでの発振が得られたが（こうなる様
に、伸長歪３重量子井戸活性層１０４の構成やシフト部
Ｓの位置等が設定されている）均一注入状態から第２の
領域１１４の注入電流を増加していくと、第２の領域１
１４に注入された電流Ｉ2はＴＭモードよりもＴＥモー
ドに対して利得を与えるため（ＴＥモードの強度ピーク
は第２の領域１１４にあるから）、レーザの発振モード
がＴＥモードに切り替わる電流注入点が存在し、偏波が
切りかわった。さらに、第２の領域１１４の注入電流Ｉ
2をこれより増加させても、ＴＥモードの強度ピークは
第２の領域１１４にありＴＭモードの強度ピークは第２
の領域１１４にないから、ＴＥモード発振を維持した。
ＴＥモード発振状態からＴＭモード発振状態に戻すに
は、初めの均一注入状態に戻すこと等をして第１の領域
１１３（ここにＴＭモードは電界強度の比較的大きい分
布を持つ）の注入電流を相対的に増加させればよい。
【００３７】２電極素子のバイアス状態と発振モードの
偏波との関係は、ここに示したように第１の領域１１３
への注入電流が大きい側ではＴＭモード発振となり、第
２の領域１１４への注入電流が大きい側ではＴＥモード
発振となった。これは、本実施例において、第２の領域
１１４にＴＥモードに対する位相シフトを導入した効果
である。
偏波との関係は、ここに示したように第１の領域１１３
への注入電流が大きい側ではＴＭモード発振となり、第
２の領域１１４への注入電流が大きい側ではＴＥモード
発振となった。これは、本実施例において、第２の領域
１１４にＴＥモードに対する位相シフトを導入した効果
である。
【００３８】第２の実施例本発明による第２の実施例を
説明する。図２（ａ）は、第２の実施例の半導体ＤＦＢ
レーザの断面図である。同図において、２０１は基板と
なるｎ−ＩｎＰ、２０２はｎ−ＩｎＰバッファ層、２０
３は０．１μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ下部光ガイド層（バ
ンドギャップ波長１．１７μｍ）、２０４は、井戸層が
１３ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓ（０．６％伸張歪）、障壁層
が１０ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長
１．１７μｍ）からなる歪３重量子井戸活性層、２０５
は０．１μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ上部光ガイド層（バン
ドギャップ波長１．１７μｍ）である。更に、２０６は
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層（バンドギャップ波
長１．２４μｍ）であり、２０７は多重量子井戸回折格
子形成層である。いずれも、０．０８μｍ厚である。こ
の中に周期的ストライプ（ピッチ２４０ｎｍ）を共振器
方向に沿って形成した後、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド
層（バンドギャップ波長１．１７μｍ）２０８で埋め込
み、平坦化している。また、２０９はｐ−ＩｎＰクラッ
ド層、２１０はｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、２１１
はｐ−電極であるＣｒ／Ａｕ層、２１２は基板側電極で
あるＡｕＧｅ／Ａｕ層である。２１３は、ＳｉＯ2によ
る高反射膜（ＴＥモード光に対してＴＭモード光に対す
るより少し大きい）である。ｐ側電極２１１およびｐ−
ＩｎＧａＡｓ層２１０を除去した分離部２２０によっ
て、デバイスは第１の領域２１４と第２の領域２１５と
に分離されている。導波路の横方向のキャリアと光の閉
じ込めは、リッジ型導波路、埋め込みヘテロ型導波路等
で行っている。
説明する。図２（ａ）は、第２の実施例の半導体ＤＦＢ
レーザの断面図である。同図において、２０１は基板と
なるｎ−ＩｎＰ、２０２はｎ−ＩｎＰバッファ層、２０
３は０．１μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ下部光ガイド層（バ
ンドギャップ波長１．１７μｍ）、２０４は、井戸層が
１３ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓ（０．６％伸張歪）、障壁層
が１０ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長
１．１７μｍ）からなる歪３重量子井戸活性層、２０５
は０．１μｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ上部光ガイド層（バン
ドギャップ波長１．１７μｍ）である。更に、２０６は
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層（バンドギャップ波
長１．２４μｍ）であり、２０７は多重量子井戸回折格
子形成層である。いずれも、０．０８μｍ厚である。こ
の中に周期的ストライプ（ピッチ２４０ｎｍ）を共振器
方向に沿って形成した後、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド
層（バンドギャップ波長１．１７μｍ）２０８で埋め込
み、平坦化している。また、２０９はｐ−ＩｎＰクラッ
ド層、２１０はｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層、２１１
はｐ−電極であるＣｒ／Ａｕ層、２１２は基板側電極で
あるＡｕＧｅ／Ａｕ層である。２１３は、ＳｉＯ2によ
る高反射膜（ＴＥモード光に対してＴＭモード光に対す
るより少し大きい）である。ｐ側電極２１１およびｐ−
ＩｎＧａＡｓ層２１０を除去した分離部２２０によっ
て、デバイスは第１の領域２１４と第２の領域２１５と
に分離されている。導波路の横方向のキャリアと光の閉
じ込めは、リッジ型導波路、埋め込みヘテロ型導波路等
で行っている。
【００３９】圧縮歪多重量子井戸回折格子形成層２０７
は、井戸層が０．８％圧縮歪で５ｎｍ厚のＩｎ0.69Ｇａ
0.31Ａｓ0.66Ｐ0.34、障壁層が無歪で５ｎｍ厚のＩｎ
0.9Ｇａ0.1Ａｓ0.21Ｐ0.79からなる１０井戸の量子井戸
層である。
は、井戸層が０．８％圧縮歪で５ｎｍ厚のＩｎ0.69Ｇａ
0.31Ａｓ0.66Ｐ0.34、障壁層が無歪で５ｎｍ厚のＩｎ
0.9Ｇａ0.1Ａｓ0.21Ｐ0.79からなる１０井戸の量子井戸
層である。
【００４０】この量子井戸層２０７は、波長１．５５μ
ｍのＴＥモード光の感じる屈折率が３．３４３、ＴＭモ
ード光の感じる屈折率が３．３１８と、偏波モードによ
って大きく異なっている。また、無歪ｐ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ（Ｅg＝１．ｌ７μｍ）光ガイド層２０８の屈折率は
３．３３１、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層２０６
（Ｅg＝１．２４μｍ）の屈折率は３．３７４である。
ｍのＴＥモード光の感じる屈折率が３．３４３、ＴＭモ
ード光の感じる屈折率が３．３１８と、偏波モードによ
って大きく異なっている。また、無歪ｐ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ（Ｅg＝１．ｌ７μｍ）光ガイド層２０８の屈折率は
３．３３１、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層２０６
（Ｅg＝１．２４μｍ）の屈折率は３．３７４である。
【００４１】層構成は第１の実施例と類似しているが、
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層２０６とこれを埋め
込むｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２０８の屈折率の大
小関係が逆転している。このことによって、位相シフト
部Ｓで位相シフトを感じる偏波モードが、本実施例では
ＴＭモードとなっている。
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層２０６とこれを埋め
込むｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層２０８の屈折率の大
小関係が逆転している。このことによって、位相シフト
部Ｓで位相シフトを感じる偏波モードが、本実施例では
ＴＭモードとなっている。
【００４２】図２（ｂ）に、ＴＥモードとＴＭモードの
導波光の感じる有効屈折率を共振器の軸方向に沿って示
した。ＴＭモード光に対しては、シフト部Ｓを境に山谷
が反転しているが、ＴＥモード光に対しては、山谷の大
きさの変動はあるが反転はしていない。
導波光の感じる有効屈折率を共振器の軸方向に沿って示
した。ＴＭモード光に対しては、シフト部Ｓを境に山谷
が反転しているが、ＴＥモード光に対しては、山谷の大
きさの変動はあるが反転はしていない。
【００４３】図２（ｃ）に、ＴＥモード光とＴＭモード
光それぞれのレーザ発振時の共振器軸方向の光強度分布
を示す。ＴＥモード、ＴＭモードともに光強度分布は端
面の高反射膜２１３側に引き寄せられる傾向を示すが、
ＴＭモードについては、位相シフト部Ｓでも光強度が強
くなる。結果として、ＴＥモードの光強度分布の強度ピ
ークは第１の領域２１４にあり、ＴＭモードの強度ピー
クは第２の領域２１５にあることがわかる。
光それぞれのレーザ発振時の共振器軸方向の光強度分布
を示す。ＴＥモード、ＴＭモードともに光強度分布は端
面の高反射膜２１３側に引き寄せられる傾向を示すが、
ＴＭモードについては、位相シフト部Ｓでも光強度が強
くなる。結果として、ＴＥモードの光強度分布の強度ピ
ークは第１の領域２１４にあり、ＴＭモードの強度ピー
クは第２の領域２１５にあることがわかる。
【００４４】電流注入時のモード切り替え、不均一注入
状態に対する偏波モードの選択については、第１の実施
例のＴＥとＴＭが入れ替わった態様である。
状態に対する偏波モードの選択については、第１の実施
例のＴＥとＴＭが入れ替わった態様である。
【００４５】第３の実施例 本発明による光通信用光源の駆動方法を用いて、光伝送
を行なった実施例を図４に沿って説明する。
を行なった実施例を図４に沿って説明する。
【００４６】図４において、４０１は、偏波切り替えに
よる変調を行なう本発明の光通信用光源である。偏波変
調されたこの光源４０１から出射された光を、偏光板４
０５（これにより偏波変調信号が強度変調信号に変換さ
れる）を通してシングルモードファイバ４０２に結合さ
せ、伝送する。光ファイバ４０２を伝送した強度変調信
号光は、受信装置において、光フィルタ４０３によって
所望の波長の光が選択分波され、光検出器４０４によっ
てディジタル信号が復調される。ここで、フィルタ４０
３としてはチューナブル・ファイバ・ファブリペロ・フ
ィルタを用いた。
よる変調を行なう本発明の光通信用光源である。偏波変
調されたこの光源４０１から出射された光を、偏光板４
０５（これにより偏波変調信号が強度変調信号に変換さ
れる）を通してシングルモードファイバ４０２に結合さ
せ、伝送する。光ファイバ４０２を伝送した強度変調信
号光は、受信装置において、光フィルタ４０３によって
所望の波長の光が選択分波され、光検出器４０４によっ
てディジタル信号が復調される。ここで、フィルタ４０
３としてはチューナブル・ファイバ・ファブリペロ・フ
ィルタを用いた。
【００４７】ここでは、光源４０１と受信装置を１つず
つしか記載していないが、光カプラなどで幾つかの光源
あるいは受信装置をつなげて伝送してもよい。本発明の
光通信用光源により簡便で性能の良い波長多重光通信な
どが実現される。
つしか記載していないが、光カプラなどで幾つかの光源
あるいは受信装置をつなげて伝送してもよい。本発明の
光通信用光源により簡便で性能の良い波長多重光通信な
どが実現される。
【００４８】第４の実施例 図５に、本発明による半導体レーザを波長多重光ＬＡＮ
システムに応用する場合の各端末に接続される光−電気
変換部（ノード）の構成例を示し、図６、図７にそのノ
ード５０１を用いた光ＬＡＮシステムの構成例を示す。
システムに応用する場合の各端末に接続される光−電気
変換部（ノード）の構成例を示し、図６、図７にそのノ
ード５０１を用いた光ＬＡＮシステムの構成例を示す。
【００４９】外部に接続された光ファイバ５００を媒体
として光信号がノード５０１に取り込まれ、分岐部５０
２によりその一部が波長可変光ブィルタ等を備えた受信
装置５０３に入射する。この受信装置５０３により、所
望の波長の光信号だけが取り出されて信号検波が行われ
る。この検波結果は制御回路５０８で適当に処理されて
電気信号として端末に送られる。
として光信号がノード５０１に取り込まれ、分岐部５０
２によりその一部が波長可変光ブィルタ等を備えた受信
装置５０３に入射する。この受信装置５０３により、所
望の波長の光信号だけが取り出されて信号検波が行われ
る。この検波結果は制御回路５０８で適当に処理されて
電気信号として端末に送られる。
【００５０】一方、ノード５０１から光信号を送信する
場合には、上記実施例の半導体レーザ装置５０４を端末
からの送信信号に従って制御回路５０９で適当な方法で
駆動し、偏波変調して、偏光板５０５（これにより偏波
変調信号が強度変調信号に変換される）を通して（更に
アイソレータを入れてもよい）出力光を合流部５０６を
介して光伝送路５００に入射せしめる。半導体レーザ及
び波長可変光フィルタは、２つ以上の複数設けて、波長
可変範囲を広げることもできる。
場合には、上記実施例の半導体レーザ装置５０４を端末
からの送信信号に従って制御回路５０９で適当な方法で
駆動し、偏波変調して、偏光板５０５（これにより偏波
変調信号が強度変調信号に変換される）を通して（更に
アイソレータを入れてもよい）出力光を合流部５０６を
介して光伝送路５００に入射せしめる。半導体レーザ及
び波長可変光フィルタは、２つ以上の複数設けて、波長
可変範囲を広げることもできる。
【００５１】光ＬＡＮシステムのネットワークとして、
図６に示すものはバス型であり、ＡおよびＢの方向にノ
ード６０１〜６０５を接続しネットワーク化された多数
の端末及びセンタ６１１〜６１５を設置することができ
る。ただし、多数のノードを接続するためには、光の減
衰を補償するために光増福器を伝送路５００上に直列に
配することが必要となる。また、各端末６１１〜６１５
にノード６０１〜６０５を２つ接続し伝送路を２本にす
ることで、ＤＱＤＢ（Distributed Queue DualBus）方
式による双方向の伝送が可能となる。
図６に示すものはバス型であり、ＡおよびＢの方向にノ
ード６０１〜６０５を接続しネットワーク化された多数
の端末及びセンタ６１１〜６１５を設置することができ
る。ただし、多数のノードを接続するためには、光の減
衰を補償するために光増福器を伝送路５００上に直列に
配することが必要となる。また、各端末６１１〜６１５
にノード６０１〜６０５を２つ接続し伝送路を２本にす
ることで、ＤＱＤＢ（Distributed Queue DualBus）方
式による双方向の伝送が可能となる。
【００５２】また、ネットワークの方式として、図６の
ＡとＢをつなげたループ型（図７に示す）やスター型あ
るいはそれらを複合した形態等のものでもよい。ループ
型ネットワークを示す図７において、５００は光伝送
路、７０１〜７０６はノード、７１１〜７１６は端末で
ある。
ＡとＢをつなげたループ型（図７に示す）やスター型あ
るいはそれらを複合した形態等のものでもよい。ループ
型ネットワークを示す図７において、５００は光伝送
路、７０１〜７０６はノード、７１１〜７１６は端末で
ある。
【００５３】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、偏
波モードの切り換えが生じる励起条件（電流注入条件）
を単純にすることができる。また、各領域へ注入する電
流量をそれ程大きく異なる様に制御する必要がないの
で、縦モードが複数個現れて発振することもない。
波モードの切り換えが生じる励起条件（電流注入条件）
を単純にすることができる。また、各領域へ注入する電
流量をそれ程大きく異なる様に制御する必要がないの
で、縦モードが複数個現れて発振することもない。
【００５４】また、本発明によれば、本発明のデバイス
の確実な駆動方法を実現できる。更に、本発明によれ
ば、上記構造の分布帰還型半導体レーザを有して大きな
消光比で変調可能な光源装置、上記構造の半導体レーザ
を用いた光伝送方法、上記光伝送方法用の光−電気変換
装置、上記光−電気変換装置を用いた光伝送システムを
実現できる。
の確実な駆動方法を実現できる。更に、本発明によれ
ば、上記構造の分布帰還型半導体レーザを有して大きな
消光比で変調可能な光源装置、上記構造の半導体レーザ
を用いた光伝送方法、上記光伝送方法用の光−電気変換
装置、上記光−電気変換装置を用いた光伝送システムを
実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施例による分布帰還型
半導体レーザの共振器軸方向の断面構成、２つの偏波モ
ードに対する回折格子の屈折率分布状態、２つの偏波モ
ードに対する共振器内の光強度分布状態を示す図であ
る。
半導体レーザの共振器軸方向の断面構成、２つの偏波モ
ードに対する回折格子の屈折率分布状態、２つの偏波モ
ードに対する共振器内の光強度分布状態を示す図であ
る。
【図２】図２は本発明の第２の実施例による分布帰還型
半導体レーザの共振器軸方向の断面構成、２つの偏波モ
ードに対する回折格子の屈折率分布状態、２つの偏波モ
ードに対する共振器内の光強度分布状態を示す図であ
る。
半導体レーザの共振器軸方向の断面構成、２つの偏波モ
ードに対する回折格子の屈折率分布状態、２つの偏波モ
ードに対する共振器内の光強度分布状態を示す図であ
る。
【図３】図３は本発明の第１の実施例による電流注入状
態と発振偏波モードの関係を示す図である。
態と発振偏波モードの関係を示す図である。
【図４】図４は本発明による光伝送システムを示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図５】図５は本発明の半導体光源装置を搭載した光ノ
ードを示す図である。
ードを示す図である。
【図６】図６は本発明の半導体光源装置を波長分割多重
光伝送ネットワークに適用したときの説明図である。
光伝送ネットワークに適用したときの説明図である。
【図７】図７は本発明の半導体光源装置を他の波長分割
多重光伝送ネットワークに適用したときの説明図であ
る。
多重光伝送ネットワークに適用したときの説明図であ
る。
１０１，２０１ ｎ−ＩｎＰ基板 １０２，２０２ ｎ−ＩｎＰバッファ層 １０３，２０３ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 １０４，２０４ 多重量子井戸活性層 １０５，２０５ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 １０６ ｐ−ＩｎＰ回折格子形成層 １０７，２０７ 多重量子井戸回折格子形成層 １０８，２０８ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ光ガイド層 １０９，２０９ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １１０，２１０ ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層 １２０，２２０ 分離溝 ２０６ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ回折格子形成層 ２１３ 高反射率膜 ４０５，５０５ 偏光子 ５００ 光伝送路 ５０１，６０１〜６０５，７０１〜７０６ ノード ５０２ 分岐部 ５０３ 受信器 ５０４ 本発明の半導体光源装置 ５０６ 合流部 ５０８，５０９ 制御回路 ６１１〜６１５，７１１〜７１６ 端末
Claims (23)
- 【請求項１】共振器の軸方向に独立に励起の可能な複数
の領域を有すると共に共振器の軸方向に伸びて活性層と
回折格子を持つ光導波路を有する分布帰還型半導体レー
ザであって、光導波路によって互いに異なる第１と第２
の偏波モードが規定され、更に、偏波依存性を以って、
動作中の共振器軸方向の光強度分布を局所的に相対的に
強める作用をする光強度分布制御手段を共振器中に有す
ることを特徴とする分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項２】前記光強度分布制御手段は、第１と第２の
偏波モードの一方に対して、もう一方の偏波モードに対
してよりは、動作中の光強度分布を該光強度分布制御手
段の箇所において相対的に強める作用を強く与えること
を特徴とする請求項１記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項３】前記光強度分布制御手段は、前記もう一方
の偏波モードに対しては前記作用を実質的に与えないこ
とを特徴とする請求項２記載の分布帰還型半導体レー
ザ。 - 【請求項４】前記光強度分布制御手段は、光導波路によ
って規定される互いに異なる第１と第２の偏波モードの
一方に対しては、回折格子により与えられる屈折率の周
期的な変動の位相をシフトさせ、もう一方の偏波モード
に対しては、回折格子により与えられる屈折率の周期的
な変動の位相をシフトさせない位相シフト部を有するこ
とを特徴とする請求項１、２または３記載の分布帰還型
半導体レーザ。 - 【請求項５】前記位相シフト部は、光導波路によって規
定される互いに異なる第１と第２の偏波モードの一方に
対して、前記周期的な変動の位相を１８０度シフトさせ
ることを特徴とする請求項４記載の分布帰還型半導体レ
ーザ。 - 【請求項６】ｎ１ＴＥ（ＴＥ光に対する屈折率）＞ｎ
１ＴＭ（ＴＭ光に対する屈折率）という複屈折性を有す
る複屈折性層に設けた周期的ストライプを屈折率ｎ
ｂ（ｎ１ＴＥ＞ｎｂ＞ｎ１ＴＭ）の層で埋め込んだ部分
と、屈折率ｎｇ（ｎｇ＜ｎｂ）の層に設けた周期的スト
ライプを屈折率ｎｂの層で埋め込んだ部分とを共振器軸
方向に沿って連続して直列的に配して前記位相シフト部
を該両部分の境界部に形成し、ＴＥ光に対してのみ位相
シフトさせていることを特徴とする請求項４または５記
載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項７】ｎｂ−ｎｇ＞ｎｂ−ｎ１ＴＭであることを
特徴とする請求項６記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項８】ｎ１ＴＥ（ＴＥ光に対する屈折率）＞ｎ
１ＴＭ（ＴＭ光に対する屈折率）という複屈折性を有す
る複屈折性層に設けた周期的ストライプを屈折率ｎ
ｂ（ｎ１ＴＥ＞ｎｂ＞ｎ１ＴＭ）の層で埋め込んだ部分
と、屈折率ｎｇ（ｎｇ＞ｎｂ）の層に設けた周期的スト
ライプを屈折率ｎｂの層で埋め込んだ部分とを共振器軸
方向に沿って連続して直列的に配して前記位相シフト部
を該両部分の境界部に形成し、ＴＭ光に対してのみ位相
シフトさせていることを特徴とする請求項４または５記
載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項９】ｎｇ−ｎｂ＞ｎ１ＴＥ−ｎｂであることを
特徴とする請求項８記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項１０】前記２つの部分において周期的ストライ
プのピッチが一定であることを特徴とする請求項６乃至
９の何れかに記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項１１】前記複屈折性層は多重量子井戸層からな
ることを特徴とする請求項６乃至１０の何れかに記載の
分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項１２】前記位相シフト部が前記独立に励起の可
能な複数の領域の１つの中央部付近にあることを特徴と
する請求項４乃至１１の何れかに記載の分布帰還型半導
体レーザ。 - 【請求項１３】前記複数の領域において活性層は共通で
あり、該活性層は第１と第２の偏波モード光に同程度の
利得を与えるものであることを特徴とする請求項１乃至
１２の何れかに記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項１４】片端面に高反射膜を形成してあることを
特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の分布帰還
型半導体レーザ。 - 【請求項１５】前記光強度分布制御手段または前記位相
シフト部を含まない領域側の端面に高反射膜が形成され
ていることを特徴とする請求項１４記載の分布帰還型半
導体レーザ。 - 【請求項１６】第１の偏波モードで発振する請求項１乃
至１５の何れかに記載の分布帰還型半導体レーザに対し
て、第２の偏波モードの光強度分布の強い領域への電流
注入を相対的に増すことで、第２の偏波モードに偏波ス
イッチングさせることを特徴とする半導体レーザの駆動
方法。 - 【請求項１７】均一注入下で第１の偏波モードで発振さ
せることを特徴とする請求項１６記載の半導体レーザの
駆動方法。 - 【請求項１８】第２の偏波モードで発振する請求項１乃
至１５の何れかに記載の分布帰還型レーザに対して、第
１の偏波モードの光強度分布の強い領域への電流注入を
相対的に増すことで、第１の偏波モードヘ偏波スイッチ
ングさせることを特徴とする請求項１６または１７記載
の半導体レーザの駆動方法。 - 【請求項１９】請求項１乃至１５の何れかに記載の分布
帰還型半導体レーザと偏光選択手段からなり、該分布帰
還型半導体レーザに偏波スイッチングによる変調を行わ
せ、該変調光から、その出力側に配された偏光選択手段
で一方の偏波モードの光のみを取り出すことを特徴とす
る半導体光源装置。 - 【請求項２０】請求項１９記載の半導体光源装置からの
光を、光伝送路に接続して信号をのせて伝送させ、受信
装置において強度変調された光信号として受信すること
を特徴とする光伝送方法。 - 【請求項２１】請求項１９記載の半導体光源装置を複数
用いて異なる波長の光を発生させ、一本の光伝送路に接
続して複数の波長の光に信号をのせてそれぞれ伝送さ
せ、受信装置において光フィルタを通して所望の波長の
光にのせた信号のみを取り出して信号検波することを特
徴とする波長分割多重光伝送方法。 - 【請求項２２】請求項１９記載の半導体光源装置と受信
装置を１つにまとめ、請求項２０または２１記載の光伝
送方法による光送受信を行なうことを特徴とする光−電
気変換装置。 - 【請求項２３】請求項１９記載の半導体光源装置と受信
装置を１つにまとめ、請求項２０または２１記載の光伝
送方法による光送受信を行なう光−電気変換装置を用い
たことを特徴とする光伝送システム。
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| JP34851097 | 1997-12-03 | ||
| JP9-348510 | 1997-12-03 | ||
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- 1998-12-01 US US09/203,516 patent/US6337868B1/en not_active Expired - Fee Related
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