JPH11238943A

JPH11238943A - 分布帰還形半導体レーザ及びその駆動法

Info

Publication number: JPH11238943A
Application number: JP10054263A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nitta; 淳新田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1999-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】出力光の偏光が切り換わる遷移状態が安定的で
小さくされ、偏波変調が安定的で効率良く行なえる分布
帰還形半導体レーザである。【解決手段】共振器の軸方向に独立に励起の可能な複数
の領域を有する分布帰還形半導体レーザである。導波路
により異なる第１の偏光モードと第２の偏光モードが規
定され、更に、動作時の共振器内の光分布が、第１の偏
光モードと第２の偏光モードとで同じ傾向を持って固定
的になるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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注入電流の変化により出力光
が直交する２つの直線偏光の状態の間で切り換わる偏波
変調半導体レーザなどの出力光の偏波状態を切り換える
ことのできる分布帰還形半導体レーザ、その使用法等に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、励起状態により出力光の偏光状態
を切り換えることができる分布帰還形半導体レーザは、
特開平７−１６２０８８号に記載されている様に、活性
層に生じる利得の波長依存性と回折格子の周期等により
決まるブラッグ波長の相対的な関係を制御し、多電極構
成にしたものである。図１３にこの従来例の構成を示
す。同図は、分布帰還形半導体レーザの光が共振する方
向に沿って切断した場合の断面構成図である。構成は、
基板１００９上に下部クラッド層１０１０、活性層１０
１１、光ガイド層１０１２、上部クラッド層１０１３、
キャップ層１０１４を積層したものとなっていて、光ガ
イド層１０１２と上部クラッド層１０１３の界面に回折
格子ｇが形成されている。キャップ層１０１４は共振方
向に２つの分割してあり、キャップ層１０１４上に形成
された電極１００２、１００３と基板１００９側に形成
された電極１００８を用いて、光が共振する方向に互い
に電気的に独立した２つの活性層領域（電極１００２下
と電極１００３下）に独立に電流を注入することができ
る構成となっている。１００４は反射防止膜である。

【０００３】この従来例では、発振波長近傍の波長のＴ
Ｅ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１０１１をＡｌＧａＡｓとＧａＡｓ
による量子井戸で形成し、回折格子ｇのブラッグ波長が
利得スペクトル（ＴＥモードに対するもの）のピーク波
長より短波長側になるように設定している。こうして、
ＴＥ偏光とＴＭ偏光のモード競合状態を生じさせ、２つ
の活性領域へ注入する電流の比をを調整して発振状態で
の出力光の偏光状態をＴＥ偏光とＴＭ偏光の間で切り換
えを行なっている。

【０００４】また、特開平２−１５９７８１号には、位
相シフト構造を有する３電極分布帰還形半導体レーザ
が、出力光の偏光状態をＴＥ偏光とＴＭ偏光の間で切り
換えることが可能な半導体レーザとして示されている。
この半導体レーザでは、位相シフトを含む領域と含まな
い領域とに独立に電流を注入できる構造となっている
（示されている構成は、位相シフトがデバイスのほぼ中
央に形成されているので、電流は中央部へ流すものと、
中央部の両側２か所に流すものとなっている）。均一に
電流を流して発振させた状態から、中央部へ流している
電流を変化させることにより、発振光の偏光をＴＥ偏光
モードとＴＭ偏光モード間で切り換えることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、均一な回折格子或は均一な活性層を用いてい
る為に、出力光の偏光が切り換れる遷移状態で、ＴＥ、
ＴＭの偏光の光の大きな強度部分が空間的に異なる領域
に形成され２つの共振した偏光モードが共存する状態が
生じたり、注入電流の変化に対する屈折率の変化の割合
が充分でなかったりして偏光の切り換えに必要な電流変
化の量が比較的大きいと言う欠点があった。すなわち、
出力光の偏光が切り換わる遷移状態が不安定で大きかっ
たりして、偏波変調が安定的で効率良く行なうことがで
きなかった。

【０００６】従って、本発明の目的は、出力光の偏光が
切り換わる遷移状態が安定的で小さくされ、偏波変調が
安定的で効率良く行なえる分布帰還形半導体レーザ、そ
の駆動法等を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決する為の手段及び作用】上記目的を達成す
る本発明による分布帰還形半導体レーザは、共振器の軸
方向に独立に励起（典型的には、電流注入励起）の可能
な複数の領域（典型的には、複数の領域は電極によって
規定される）を有し、導波路により異なる第１の偏光モ
ードと第２の偏光モード（典型的には、ＴＥモードとＴ
Ｍモード）が規定され、更に、動作時の共振器内の光分
布が、第１の偏光モードと第２の偏光モードとで同じ傾
向を持っており、励起状態に依存した該傾向の変化が抑
制されるように構成されていることを特徴とする。より
具体的には、該傾向とは、複数の内の少なくとも２つの
領域における光分布の大小関係であったりする。

【０００８】本発明の分布帰還形半導体レーザでは、第
１の偏光モードと第２の偏光モード間の発振遷移領域を
小さくして偏波変調を容易且つ安定的に行なわせる為
に、両偏光モードについて電界強度分布（光分布）がほ
ぼ同じパターンを持って余り変化しないように構成され
ている。こうすれば、動作途中で光分布が大きく変化し
て偏波変調の為の励起量が不安定になったり大きくなる
様なことがない。

【０００９】効果的に上記目的を達成するより具体的な
形態としては、以下の如きものがある。前記動作時の共
振器内の光分布が１つの領域で比較的大きい分布を持
ち、他の領域で比較的小さい分布を持つように構成され
ている。素子内での光分布を偏光状態に依存せずにほぼ
一定の分布として、変調電流などが効率良く機能する領
域として光強度の強い部分が形成されている。

【００１０】また、光分布を所望の状態にすることが回
折格子の形態により決まる結合係数の大きさの設定で行
なわれ、結合係数の大きさが少なくとも２つの領域で異
なり、光分布の比較的大きくなるべき領域の結合係数が
比較的大きく設定されている。これにより、光分布を固
定化する手段が具体的に示される。

【００１１】また、結合係数の比較的大きい領域に位相
シフトが形成されている。これにより、光分布を一定に
する効果がより大きい構成を提供できる。すなわち、位
相シフト付近で光強度が強くなり光分布も位相シフトが
ない時よりも固定でき、位相シフトがない時よりも小さ
な励起変化（電流変化）で偏波切り換えが生じる。

【００１２】また、光分布を所望の状態にすることが回
折格子により決まる結合係数の大きさの設定とλ／４位
相シフトの適当箇所への設置で行なわれている多電極分
布帰還形半導体レーザであって、結合係数が比較的大き
い領域に対応して、複数の電極が形成されていて、該複
数の電極に対応した１つの領域に位相シフトが形成され
ている。これにより、結合係数の比較的大きい領域に位
相シフトが形成されて光分布を一定にする効果がより大
きく構成されたデバイスを、変調電流を屈折率変化の効
果のある部分に集中することで、より効果的に駆動する
為の構成を提供できる。すなわち、位相シフトを有する
係合係数の大きな領域への電流注入が位相シフト部とそ
れ以外の部分とで別々に行なえる様に電極を形成してい
るので、偏波切り換えの為に効果の高い領域だけへの注
入電流を変化させることができ、更に小さな電流変化で
偏波切り換えが生じる様にできる。

【００１３】また、光分布を所望の状態にすることが位
相シフトの適当箇所への設置で行なわれている。これに
より、光分布を固定化する別の手段が具体的に示され
る。この構成で、位相シフト部に光が強い部分が形成さ
れ光分布が固定化されるので、偏波の切り換えに必要な
励起変化（電流変化）が少なくて動作が行なわれる。

【００１４】更に、光分布が比較的大きい領域の活性層
が示す利得が他の領域の活性層が示す利得よりも小さく
なる様に構成されている。この構成において、光強度が
強い領域の利得が小さい活性層では、励起（注入電流）
の変化に対応した屈折率の変化が大きくなるため、偏波
切り換えが従来よりも小さな励起変化（電流変化）で生
じる。こうして、偏波変調を容易且つ安定的に行なわせ
る為により効果的な活性層の構成を提供できる。

【００１５】また、位相シフトが形成されている領域の
活性層が示す利得が他の領域の活性層が示す利得よりも
小さくなる様に構成されている。位相シフトに対応した
領域の活性層の利得を他の部分よりも小さくすれば、活
性層における励起変化（キャリア密度変化）に対する屈
折率変化が大きくなり、更に小さな励起変化（電流変
化）で出力光の偏波切り換えが生じる。これによって
も、偏波変調を容易且つ安定的に行なわせる為により効
果的な活性層の構成を提供できる。

【００１６】また、少なくとも２つの領域の導波路の屈
折率（等価屈折率）が異なる様に構成されている。更に
は、各領域の導波路の屈折率（等価屈折率）が、光分布
の比較的大きい領域で他の領域よりも比較的小さくなる
様に構成されている。これらにより、偏波の切り換えに
必要な励起変化量を小さくする為にデバイス内の光分布
を固定化して、偏波の切り換えを生じさせるのに必要な
屈折率の変化が小さくて済む構成を実現できる。すなわ
ち、例えば、２電極分布帰還形半導体レーザの中で光分
布を固定する手段を有し、光強度分布がより大きい領域
（結合係数を大きくすることなどで実現する）の導波路
の等価屈折率を小さくすれば、２つの領域でグラッグ波
長が異なり、それぞれの領域の対応するＤＦＢモード間
の波長差が均一電流注入時であっても、長波長側と短波
長側で異なる状態となり、この結果、２つの領域の対応
するＤＦＢモード間の差が小さい方の波長差を電流注入
などによる屈折率変化を用いて調整することにより、小
さな電流変化で偏波の切り換えができる。

【００１７】また、２つの領域の導波路の屈折率（等価
屈折率）が異なる様に構成された２電極分布帰還形半導
体レーザであって、２つの領域それぞれでストップバン
ド幅が異なり（例えば、結合係数が大きい方の領域のス
トップバンド幅が大きくなる）かつ２つの領域のブラッ
グ波長が異なる（等価屈折率が大きくなればブラッグ波
長も大きくなる）様に構成されている。更には、ストッ
プバンド幅が広い方に対応した領域の回折格子によって
決まるブラッグ波長が他方の領域の回折格子により決ま
るブラッグ波長より短波長である。これにより、図１１
のストップバンドの態様を実現でき、偏波変調が更に安
定的且つ容易に行なわれる。これらブラッグ波長の関係
は逆であってもよいが、光分布が大きい領域の励起量を
増加して屈折率を下げることで長波長側のＤＦＢモード
を一致させて偏光を切り換えた方が、より効果的に偏光
の切り換えを行なえるので、ストップバンド幅が広い方
に対応した領域の回折格子によって決まるブラッグ波長
が他方の領域の回折格子により決まるブラッグ波長より
短波長側にある（つまり、図１１の状態）のがよい。

【００１８】また、上記の構成において回折格子が均一
周期である。この構成の効果は、デバイス作製時の回折
格子の作製が１度に済むことである。これにより、より
簡単な構成で上記目的を実現する為の構成を提供でき
る。

【００１９】また、前記複数の領域の内の少なくとも２
つの領域において、活性層の材料若しくは組成若しくは
組成比若しくは形状の内の少なくとも１つが互いに異な
っている。

【００２０】また、本発明の分布帰還形半導体レーザの
駆動法は、光分布が比較的大きい部分に相当した領域へ
注入している電流を変化させることで出力光の直線偏光
の偏光方向を切り換えることを特徴とする。これによ
り、本発明のデバイスを、微少な電流変化で偏波切り換
えが生じる様に動作させることができる。

【００２１】また、本発明の半導体光源装置は、上記の
分布帰還形半導体レーザと偏光選択手段からなり、該分
布帰還形半導体レーザの偏波スイッチングによる変調を
行ってその出力端に偏光選択手段を配して一方の偏波モ
ードの光のみを取り出すことを特徴とする。これによ
り、消光比の大きな安定した強度変調信号が得られる。

【００２２】また、本発明の光伝送システムは、上記の
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。比較的簡易な構成
で性能の優れた光伝送システムを構築できる。

【００２３】また、本発明の波長分割多重光伝送システ
ムは、上記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
波長可変フィルタなどのフィルタ手段を通して所望の波
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。比較的簡易な構成で性能に優れた波長分
割多重光伝送システムを構築できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】第１実施例図１、図２は本実施例の特徴を最も良く表わす図面であ
り、図１は図２のＡ−Ａ’断面図である。

【００２５】同図において、１は例えばｎ−ＩｎＰから
なる基板、２は例えばｎ−ＩｎＰからなるバッファ層を
兼ねた第１クラッド層、３は領域Ｉの第１活性層、４は
第１活性層３と共振器方向に直列的に形成された領域Ｉ
Ｉの第２活性層、５は例えばノンドープのＩｎＧａＡｓ
Ｐからなる光ガイド層、８は例えばｐ−ＩｎＰからなる
第２クラッド層、９は例えばｐ−ＩｎＧａＡｓからなる
コンタクト層、１０は基板１に形成された第１電極、１
１、１２はコンタクト層９上に形成された第２電極と第
３電極、１３はコンタクト層９を光が進行する方向に電
気的に分離する為（すなわち、領域Ｉと領域ＩＩを電気
的に分離する為）の溝、１４は導波路の横方向両側に形
成された高抵抗な埋め込み層（図２のみに示される）、
６、７は光ガイド層５と第２クラッド層８の界面に形成
された第１回折格子と第２回折格子である。本実施例で
は半導体レーザの導波構造として埋め込み構造のものを
示したが、構成はこれに限られるものではなく、半導体
レーザに用いられる構成であればどのような構成（例え
ば、リッジ構造）のものでもよい。

【００２６】第１回折格子６と第２回折格子７は、同一
の格子周期で形成されているが、回折格子の深さが異な
り、第１回折格子６の格子深さは第２回折格子７の深さ
よりも浅くなる様に形成されている。また、第１回折格
子６と第２回折格子７に対応した夫々の活性層（すなわ
ち第１活性層３と第２活性層４）は、回折格子の周期等
により規定されるブラッグ波長付近での利得が異なり、
第１活性層３の利得が第２活性層４の利得より大きくな
る構成となっている。この様に活性層の示す利得を異な
らせるには、いくつかの方法がある。本実施例では、第
１活性層３と第２活性層４を、夫々、井戸数の異なる多
重量子井戸で構成してある（井戸数以外の井戸層と障壁
層の材料、それぞれの層の厚さは同じ構成としてい
る）。本実施例では多重量子井戸として、井戸層に−
０．６％歪（引っ張り歪み）のＩｎＧａＡｓＰ（厚さ１
３ｎｍ）を用い、障壁層に１．１５μｍ組成のＩｎＧａ
ＡｓＰ（厚さ１０ｎｍ）を用いている。そして、第１活
性層３は５周期、第２活性層４は２周期の多重量子井戸
としてある。

【００２７】活性層によって生じる利得の大小は、本実
施例で用いた多重量子井戸の層数の多寡による構成法だ
けでなく、他に、活性層のバンドギャップエネルギーに
相当する波長と回折格子の周期等から決まるブラッグ波
長との差を両活性層で異ならせる方法、同一活性層構成
で注入電流量を異ならせる方法、両活性層で閉じ込め係
数を異ならせておく方法などがある。

【００２８】本実施例では、便宜的に、第１活性層３と
第１回折格子６に相当する部分を領域Ｉ、第２活性層４
と第２回折格子７に相当する部分を領域ＩＩとして言及
することにする。

【００２９】次に本実施例の動作について説明する。図
３は、動作時の本実施例のデバイス中での光が進行する
方向での光分布とキャリア分布を模式的に示したもので
ある。横軸に領域Ｉ、ＩＩが示されていて、それぞれの
領域中でのキャリア分布、光分布が示してある。ここの
説明では、レーザはＴＥ偏光の出力を出しているとし
て、光分布はＴＥ偏光の光のものを示してある。本実施
例では、領域ＩＩの回折格子７の結合係数が大きいので
光の強い部分が領域ＩＩに片寄っていて、それに対応し
て、キャリアも誘導放出で消費されキャリアは光強度の
強い領域で少なくなっている。

【００３０】この状態で領域ＩＩへ注入している電流を
増加させると、光の分布形状は変化せずに強度が全体的
に強くなる。この時、発振はしていないが、共振器内に
存在するＴＭ偏光の光も分布形状を同じにして、若干全
体的に強度が増加する。図５にこの状態を示した。さら
に領域ＩＩへ注入する電流を増加させると、領域ＩＩで
の光の強度が強くなると共にキャリアの増加により屈折
率が変化（減少）する。このために光の周回位相が変化
し、ＴＥ偏波、ＴＭ偏波の光に対するしきい値利得が変
化し、ＴＭ偏波に対するしきい値利得がＴＥ偏波に対す
るしきい値利得を下回るとＴＭ偏波の発振光が得られ
る。

【００３１】この様な現象は、注入電流の増分に対して
キャリア密度の変化分が大きい程、少ない注入電流変化
で生じる。注入電流に対するキャリア密度の変化は、図
６に示した様に、しきい値電流に近付くに従い（見方を
変えれば、キャリア密度が大きくなるに従いとも言い得
る）、注入電流量の変化に対するキャリア密度の変化量
は小さくなる。本実施例では、回折格子の結合係数の工
夫により領域ＩＩへ光の強度分布を片寄らせ、キャリア
密度を下げ、さらに、領域ＩＩの部分の活性層４の利得
を工夫することにより（光が集中している為に誘導放出
が生じ、キャリア密度が下がっているので、注入電流量
の変化に対するキャリア密度の変化量を大きくでき
る）、従来より注入電流変化に対するキャリア密度変化
の大きい領域を領域ＩＩに確立できる。この様に、本実
施例では、この領域（光強度分布のパターンが比較的大
きくて安定していて、キャリア密度が比較的小さく、し
きい値電流注入条件から比較的離れた領域）を使用する
ことにより、効率良く出力光の偏波を切り換えることが
できる。図４に、領域Ｉへの電流量を固定した時の領域
ＩＩへ流す電流量とＴＥ偏光、ＴＭ偏光の切り換わりの
具合を示してある。比較的狭い安定な遷移領域の中で安
定的且つ効率的に偏光の切り換わりが起こることが分か
る。

【００３２】利得の異なる活性層は等価屈折率の異なる
導波路を実現することにもなるので、本実施例の動作説
明は、後述する実施例で図１１を用いて説明した動作を
行なうものとしても、行なうことができる。

【００３３】第２実施例図７に本発明の第２の実施例を示した。同図は第１実施
例の図１に相当する図である。第１実施例と同一の部材
には同一の番号が付けてある。本実施例では領域ＩＩの
第２回折格子７中に位相シフト２０が形成されている。

【００３４】動作原理は第１実施例と同等である。本実
施例では位相シフト２０により第１実施例よりも更に安
定的に光分布が固定化できる。すなわち、位相シフト２
０付近の光強度が強くなり第２活性層４中のキャリア密
度を更に効果的に小さくできる。この結果、出力光の偏
波を切り換える為の領域ＩＩへの注入電流量の変化分
が、より少なくなる効果がある。

【００３５】第３実施例図８に本発明の第３の実施例を示す。同図において、図
７のものと同一の部材には同一番号が付けてある。図８
は第１実施例の図１に相当する図である。

【００３６】本実施例は第２実施例と基本的に同様の構
成を有している。ここで、まず構成上の差異について述
べる。領域ＩＩにおいて、第２回折格子７が位相シフト
２０を有していることは第２実施例と同じであるが、領
域ＩＩ中の活性層３、４は、領域Ｉの第１活性層３であ
る活性層３を含んで構成してある。図８に示す様に、位
相シフト２０付近の活性層のみ第２活性層４で構成し、
他の部分は第１活性層３で構成してある。また、領域Ｉ
Ｉ中では、活性層３、４の違いにより独立に電流が注入
できる様に、キャップ層９、電極１２−１、１２−２、
１２−３を３分割してある。この実施例では、電極１２
−２を用いて第２活性層４へ集中的に注入している電流
を変化させることにより、出力光の偏光をＴＥ偏光とＴ
Ｍ偏光の間で更に効率的且つ安定的に切り換えることが
できる。

【００３７】動作原理も第２実施例と基本的に同じであ
る。本実施例では、より狭い電極１２−２の部分で、位
相シフト２０と大きな結合係数の回折格子７により光分
布が大きな強度で固定化されると共に小さな利得の第２
活性層４で屈折率変化がより効率的に起こる様にされて
いるので、狭い電極１２−２の部分へ集中的に注入され
ている電流のより少ない注入量の変化で出力光の偏波を
より効果的に切り換えることが出来る。こうして、出力
光の偏波を切り換える為の領域ＩＩ（正確には電極１２
−２の部分）への注入電流量の変化分がより少なくなる
効果がある。

【００３８】第４実施例図９に本発明の第４の実施例を示した。同図は第１実施
例の図１に相当する図である。本実施例では、領域Ｉ、
領域ＩＩの回折格子６の深さ（または結合係数）が同じ
である様に形成してある。この均一な回折格子６の領域
ＩＩ中の部分に位相シフト２０が形成してある。この位
相シフト２０により、光分布が第１実施例のものとほぼ
同様な傾向になる。従って、領域ＩＩに光分布の大きな
部分が片寄り、かつ領域ＩＩの活性層４の利得が小さい
様に形成されていることになるので、領域ＩＩへ注入し
ている電流の微小な変化で出力光の偏光が切り換われる
様になる。この様に、本実施例では光分布の不均一化と
固定化を位相シフト２０のみで行なっているのが特徴で
ある。

【００３９】第５実施例図１０は第５実施例の特徴を最も良く表わす図面であ
る。本実施例の構成は、図１０に示す様に、第１実施例
の構成と外形的にはほぼ同じである。よって、同等な部
分には図１のものと同じ符号が付されている。

【００４０】第５実施例では、第１回折格子６と第２回
折格子７に対応した夫々の活性層（第１活性層３と第２
活性層４）は回折格子６、７の周期により規定されるブ
ラッグ波長付近での利得が異なり、第１活性層３によっ
て構成される導波路の等価屈折率が第２活性層４によっ
て構成される導波路の等価屈折率より大きくなる様に構
成されている。導波路の等価屈折率を変える方法は、導
波路を構成している材料組成を変えたり導波路の幅や厚
さを異ならせるなどの方法がある。ここでは第１および
第２活性層３、４の障壁層の材料組成を異ならせてい
る。また、活性層３、４ではＴＥとＴＭの利得が拮抗す
るように構成した。本実施例では、多重量子井戸とし
て、井戸層に−０．６％歪のＩｎＧａＡｓＰ（厚さ１３
ｎｍ）を用い、障壁層に、第２活性層４用に１．１５μ
ｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ（厚さ１０ｎｍ）、第１活性層
３用に１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰ（厚さ１０ｎ
ｍ）を用いて、５周期の多重量子井戸としてある。

【００４１】次に本実施例の動作について説明する。動
作時の本実施例のデバイス中での光が進行する方向での
光分布とキャリア分布は、図３に示したものと同じであ
る。

【００４２】図１１に、図３の状態での光スペクトルを
示してある。図１１には、領域Ｉと領域ＩＩでのＴＥ偏
波およびＴＭ偏波の光スペクトルを示してある。本実施
例の構成では（第１実施例でも同じであるが）、回折格
子により決まるブラッグ波長を中心にその両側にＤＦＢ
モードが形成される状態となる。領域Ｉと領域ＩＩでは
結合係数（κ）の大きさが異なり且つブラッグ波長
λ_B1、λ_B2が異なる。ブラッグ波長は回折格子の周期と
導波路の等価屈折率により決まるので、本実施例では領
域Ｉ、ＩＩで等価屈折率が異なることによりブラッグ波
長が異なることになる。すなわち、導波路の等価屈折率
の大きい領域Ｉのブラッグ波長λ_B1が、導波路の等価屈
折率の小さい領域ＩＩのブラッグ波長λ_B2より大きくな
る（ＴＥモードのブラッグ波長がＴＭモードのブラッグ
波長より大きいので図１１の様な位置関係になる）。

【００４３】また、領域ＩＩの結合係数が領域Ｉの結合
係数より大きいので、前者のストップバンド幅が後者の
ストップバンド幅より大きくなり図１１の様になる。そ
の結果、各偏波とも、ブラッグ波長の長波長側のＤＦＢ
モ−ドの領域ＩとＩＩでの差Δλ_Lと短波長側のＤＦＢ
モ−ドの領域ＩとＩＩでの差Δλ_Sの大きさが異なるこ
とになる。この実施例では長波長側のＤＦＢモード波長
差Δλ_Lが短波長側のＤＦＢモード波長差Δλ_Sに比べて
小さくなっている（ＴＭモードでも同様である）。この
為、偏波の切り換え（ＴＥあるいはＴＭの縦モード（Ｄ
ＦＢモード）が一致する状態にする）には、ＤＦＢモー
ド波長差が小さい側を用いればよいので、従来より小さ
な縦モードの変化すなわち小さな屈折率変化で動作する
ことになる。

【００４４】このことについて、更に動作を説明する。
ＴＥ発振状態（図１１を用いて言えばＴＥ偏波の長波長
側のＤＦＢモード波長がほぼ一致している状態）で領域
ＩＩへ注入している電流を増加させると、光の分布形状
は変化せずに（回折格子６、７の結合係数が上記の如く
設定されているので）全体的に強度が大きくなる。この
時、発振はしていないが共振器内に存在するＴＭ偏光の
光も、分布を同じにして若干強度が増加する（図５にこ
の状態を示す）。さらに、領域ＩＩへ注入する電流を増
加させると領域ＩＩでの光の強度が強くなると共にキャ
リアの増加により屈折率が変化（減少）する。このため
に光の周回位相が変化しＴＥ偏波、ＴＭ偏波の光に対す
るしきい値利得が変化し、ＴＭ偏波に対するしきい値利
得がＴＥ偏波に対するしきい値利得を下回ると（図１１
を用いて言えばＴＭ偏波の長波長側のＤＦＢモード波長
がほぼ一致する）、ＴＭ偏波の発振光が得られる。

【００４５】本実施例においても、この様な現象は、注
入電流の増分に対してキャリア密度の変化分が大きい
程、少ない注入電流変化で生じる。注入電流に対するキ
ャリア密度の変化は既に説明した様に図６に示した通り
である。本実施例でも、回折格子の工夫により領域ＩＩ
へ光の分布を片寄らせ、キャリア密度を下げ、注入電流
変化に対するキャリア密度変化の大きい領域を確立する
ことにより、効率よく出力光の偏波を切り換えることが
できる。図４は、本実施例についても、同様に、領域Ｉ
への電流量を固定した時の領域ＩＩ流す電流量とＴＥ偏
光、ＴＭ偏光の切り換わりの具合を示している。

【００４６】本実施例では領域Ｉの導波路の等価屈折率
を領域ＩＩの導波路の等価屈折率より大きくして、図１
１の位置関係の光スペクトルを実現し、上記の如き動作
で偏光状態の切り換えを行なっていたが、領域ＩとＩＩ
間の導波路の等価屈折率の大小関係を逆にしてもよい。
この場合、短波長側のＤＦＢモード波長差が長波長側の
ＤＦＢモード波長差に比べて小さくなるので、領域Ｉの
注入電流を相対的に増大させることで（或は領域ＩＩの
注入電流を相対的に減少させることで）領域Ｉのブラッ
グ波長を小さくして、短波長側のＤＦＢモード波長を一
致することで各偏波での発振を起こす様に動作させる。
この場合でも、屈折率を効率的に変化させられる領域Ｉ
Ｉの注入電流を制御すれば、効果的で安定的にＴＥ、Ｔ
Ｍ偏光の切り換わりを実現できるが、領域ＩＩの注入電
流を単純に増大させる動作でないので、図１１の様に設
定した方が都合がよい。

【００４７】第６実施例導波路の等価屈折率に大小関係を設けた第５実施例につ
いても第２、第３、第４実施例の如き構成の変更を施せ
る。動作原理は第５実施例と基本的に同じである（但
し、図１１に沿って言えば、位相シフト２０の存在によ
りストップバンドは消失してブラッグ波長のみとなっ
て、これが両領域でほぼ一致する方の偏光モードが発振
することとなる）。夫々の変更例の効果は、第２、第
３、第４実施例の所で述べた通りである。

【００４８】第７実施例図１２に本発明の半導体レーザを光送信機ないし半導体
光源装置に適用した構成を示した。同図において、３１
は本発明のデバイス、３２は偏光子などの偏光選択手
段、３０は制御回路である。図１２には示していない
が、本発明のデバイス３１、偏光選択手段３２等の間の
光学的結合にはレンズ等の光学結合系を用いて互いの結
合効率を上げてもよい。

【００４９】次に動作について説明する。伝送すべき信
号を受けた制御回路３０は、本発明のデバイス３１から
の光出力の偏光（ＴＥ、ＴＭ）が電気的信号に応じた信
号になる様に、制御・駆動信号を発生する（これによ
り、上記実施例で説明した領域ＩＩ或はその一部へ注入
する電流を他の領域に対して相対的に変化させる）。こ
の駆動信号により発生した光出力は、偏光選択手段３２
を用いることにより、一方の偏光の光だけを取り出し、
電気信号に応じた光強度変調された光信号を得ることが
できる。このように構成した光送信機３００は、電気信
号に対応した光強度信号を出力することができるので、
光強度を用いて通信を行なう光ＬＡＮ等の送信機として
用いることができる。また、図１２で示した偏光選択手
段３２は、本発明の半導体レーザ３１の出力が偏光の切
り換えと同時に波長の切り換えも生じるものであれば、
光バンドパスフィルタなどの波長選択手段でもよい。

【００５０】上記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
おいて波長可変バンドパスフィルタなどのフィルタ手段
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
信号検波する波長分割多重光伝送システムとしても、構
築できる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、偏
波切り換え動作を効率的且つ安定的に生じさせる為に、
２つ以上の領域を有する分布帰還形半導体レーザでデバ
イス内の動作時の光分布の傾向を各偏波について余り変
化しない様に固定的にしているので、従来より、小さな
励起量変化（電流変化、励起光変化）で出力光の偏光を
異なる偏光の間で切り換えることができる効果がある。

【００５２】より具体的には、２つ以上の領域を有する
分布帰還形半導体レーザでデバイス内の光分布を片寄ら
せ光強度が強い領域の活性層の利得を小さい構成にする
ことにより、従来より、小さな電流変化で出力光の偏光
をＴＥ偏光とＴＭ偏光の間で切り換えることができる効
果がある。

【００５３】また、デバイス内の動作時の光分布の傾向
を各偏波について固定的にすると共に２つの領域の導波
路の等価屈折率に大小関係をつけることで、２つの領域
の対応するＤＦＢモードのいずれか或はブラッグ波長を
ほぼ一致させる為の屈折率の変化量が小さくでき、出力
光の偏光の切り換えを従来より小さい電流の変化で行な
い得るようになった。

【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形
半導体レーザの共振器軸方向の断面構成を示す図であ
る。

【図２】図２は本発明の第１の実施例による分布帰還形
半導体レーザの斜視図である。

【図３】図３は本発明による分布帰還形半導体レーザ内
の光分布とキャリア分布を説明する図である。

【図４】図４は本発明による分布帰還形半導体レーザの
注入電流と光出力の関係を説明する図である。

【図５】図５は本発明による分布帰還形半導体レーザの
動作を説明する為の図である。

【図６】図６は本発明による分布帰還形半導体レーザの
活性層内での注入電流とキャリア密度の関係を説明する
図である。

【図７】図７は本発明の第２の実施例による分布帰還形
半導体レーザの構成を示す共振器軸方向の断面図であ
る。

【図８】図８は本発明の第３の実施例による分布帰還形
半導体レーザの構成を示す共振器軸方向の断面図であ
る。

【図９】図９は本発明の第４の実施例による分布帰還形
半導体レーザの構成を示す共振器軸方向の断面図であ
る。

【図１０】図１０は本発明の第５の実施例による分布帰
還形半導体レーザの構成を示す共振器軸方向の断面図で
ある。

【図１１】図１１は本発明の第５の実施例による分布帰
還形半導体レーザの動作を説明する為の図である。

【図１２】図１２は本発明のデバイスを光送信機に適用
した時の構成を説明するブロック図である。

【図１３】図１３は従来例を説明する為の断面図であ
る。

【符号の説明】

１基板２、８クラッド層３第１活性層４第２活性層５光ガイド層６第１回折格子７第２回折格子９コンタクト層１０、１１、１２、１２−１〜１２−３電極１３分離溝１４埋め込み層２０位相シフト３０制御回路３１本発明の半導体レーザ３２偏光選択手段３００光送信機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共振器の軸方向に独立に励起の可能な複数
の領域を有する分布帰還形半導体レーザであって、導波
路により異なる第１の偏光モードと第２の偏光モードが
規定され、更に、動作時の共振器内の光分布が、第１の
偏光モードと第２の偏光モードとで同じ傾向を持ってお
り、励起状態が変わる際の該傾向の変化が抑制されてい
ることを特徴とする分布帰還形半導体レーザ。
【請求項２】前記複数の領域は電極によって規定される
領域であることを特徴とする請求項１記載の分布帰還形
半導体レーザ。
【請求項３】前記動作時の共振器内の光分布が１つの領
域で比較的大きい分布を持ち、他の領域で比較的小さい
分布を持つように構成されていることを特徴とする請求
項１または２に記載の分布帰還形半導体レーザ。
【請求項４】光分布を所望の状態にすることが回折格子
により決まる結合係数の大きさの設定で行なわれ、結合
係数の大きさが少なくとも２つの領域で異なり、光分布
の比較的大きな領域の結合係数が比較的大きく設定され
ていることを特徴とする請求項１、２または３記載の分
布帰還形半導体レーザ。
【請求項５】結合係数の比較的大きい領域に位相シフト
が形成されていることを特徴とする請求項４記載の分布
帰還形半導体レーザ。
【請求項６】光分布を所望の状態にすることが回折格子
により決まる結合係数の大きさの設定とλ／４位相シフ
トの適当箇所への設置で行なわれている多電極分布帰還
形半導体レーザであって、結合係数が比較的大きい領域
に対応して、複数の電極が形成されていて、該複数の電
極に対応した１つの領域に位相シフトが形成されている
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の分布帰還
形半導体レーザ。
【請求項７】光分布を所望の状態にすることが位相シフ
トの適当箇所への設置で行なわれていることを特徴とす
る請求項１、２または３記載の分布帰還形半導体レー
ザ。
【請求項８】光分布が比較的大きい領域の活性層が示す
利得が他の領域の活性層が示す利得よりも小さくなる様
に構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何
れかに記載の分布帰還形半導体レーザ。
【請求項９】位相シフトが形成されている領域の活性層
が示す利得が他の領域の活性層が示す利得よりも小さく
なる様に構成されていることを特徴とする請求項５、６
または７に記載の分布帰還形半導体レーザ。
【請求項１０】少なくとも２つの領域の導波路の屈折率
（等価屈折率）が異なる様に構成されていることを特徴
とする請求項１乃至７の何れかに記載の分布帰還形半導
体レーザ。
【請求項１１】各領域の導波路の屈折率（等価屈折率）
が、光分布の比較的大きい領域で他の領域よりも比較的
小さくなる様に構成されていることを特徴とする請求項
１０記載の分布帰還形半導体レーザ。
【請求項１２】２電極分布帰還形半導体レーザであっ
て、２つの領域それぞれでストップバンド幅が異なりか
つ２つの領域のブラッグ波長が異なる様に構成されてい
ることを特徴とする請求項１０または１１記載の分布帰
還形半導体レーザ。
【請求項１３】ストップバンド幅が広い方に対応した領
域の回折格子によって決まるブラッグ波長が他方の領域
の回折格子により決まるブラッグ波長より短波長である
ことを特徴とする請求項１２記載の分布帰還形半導体レ
ーザ。
【請求項１４】回折格子が均一周期であることを特徴と
する請求項１乃至１３の何れかに記載の分布帰還形半導
体レーザ。
【請求項１５】前記複数の領域の内の少なくとも２つの
領域において、活性層の材料若しくは組成若しくは組成
比若しくは形状の内の少なくとも１つが互いに異なって
いることを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載
の分布帰還形半導体レーザ。
【請求項１６】請求項１乃至１５の何れかに記載の分布
帰還形半導体レーザの駆動法において、光分布が比較的
大きい部分に相当した領域へ注入している電流を変化さ
せることで出力光の直線偏光の偏光方向を切り換えるこ
とを特徴とする駆動法。
【請求項１７】請求項１乃至１５の何れかに記載の分布
帰還形半導体レーザと偏光選択手段からなり、該分布帰
還形半導体レーザの偏波スイッチングによる変調を行っ
てその出力端に偏光選択手段を配して一方の偏波モード
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１８】請求項１７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システム。
【請求項１９】請求項１７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、受信装置において波長可変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システム。