JPH11317564A - 分布帰還型半導体レーザ及び単一モード光源 - Google Patents
分布帰還型半導体レーザ及び単一モード光源Info
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- JPH11317564A JPH11317564A JP12460498A JP12460498A JPH11317564A JP H11317564 A JPH11317564 A JP H11317564A JP 12460498 A JP12460498 A JP 12460498A JP 12460498 A JP12460498 A JP 12460498A JP H11317564 A JPH11317564 A JP H11317564A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、単一モード歩留まりがよく、特性
が良好かつ安定した分布帰還型半導体レーザを提供する
ことができる。 【解決手段】 電流ブロック・グレーティングにより利
得結合を実現させるＩnＰ系の分布帰還型半導体レーザ
であって、電流ブロック１０を、２次グレーティングが
形成されるように配置する分布帰還型半導体レーザ。
が良好かつ安定した分布帰還型半導体レーザを提供する
ことができる。 【解決手段】 電流ブロック・グレーティングにより利
得結合を実現させるＩnＰ系の分布帰還型半導体レーザ
であって、電流ブロック１０を、２次グレーティングが
形成されるように配置する分布帰還型半導体レーザ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は利得結合型あるい
は複合復号結合型レーザを用いる部分に特徴のある分布
帰還型半導体レーザ及び単一モード光源に関する。
は複合復号結合型レーザを用いる部分に特徴のある分布
帰還型半導体レーザ及び単一モード光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的な半導体レーザとして従来からフ
ァブリ・ペロー型レーザが広く用いられている。しか
し、ファブリ・ペロー型レーザは多モード発振である。
これに対して、単一モードのレーザ光を射出する分布帰
還型（ＤＦＢ：Distributed FeedBack ）半導体レーザ
が開発されている。
ァブリ・ペロー型レーザが広く用いられている。しか
し、ファブリ・ペロー型レーザは多モード発振である。
これに対して、単一モードのレーザ光を射出する分布帰
還型（ＤＦＢ：Distributed FeedBack ）半導体レーザ
が開発されている。
【０００３】この分布帰還型半導体レーザは、活性層付
近にグレーティングと呼ばれる回折格子等を設けて目的
の波長の光のみを取り出すことにより、単一モード発振
を実現するものである。
近にグレーティングと呼ばれる回折格子等を設けて目的
の波長の光のみを取り出すことにより、単一モード発振
を実現するものである。
【０００４】この分布帰還型半導体レーザには、屈折率
結合分布帰還型（ＩＣ−ＤＦＢ）レーザ、利得結合分布
帰還型（ＧＣ−ＤＦＢ）レーザ及び複合結合分布帰還型
（ＣＣ−ＤＦＢ）レーザの三種類がある。ここで屈折率
結合型は、半導体層間の屈折率差を利用し、回折格子を
グレーティングとして設けるものである。
結合分布帰還型（ＩＣ−ＤＦＢ）レーザ、利得結合分布
帰還型（ＧＣ−ＤＦＢ）レーザ及び複合結合分布帰還型
（ＣＣ−ＤＦＢ）レーザの三種類がある。ここで屈折率
結合型は、半導体層間の屈折率差を利用し、回折格子を
グレーティングとして設けるものである。
【０００５】また、利得結合型は一定間隔（ピッチ）で
電流ブロック層を設けることで活性層への電流注入量を
制御し、活性層上にゲイン差を生じるようにして単一モ
ード発振を実現する。ここで、屈折率とゲインは数学的
に実数虚数の関係にあるため、ゲイン差によるグレーテ
ィングでも分布帰還型半導体レーザを実現できる。な
お、この場合には上記電流ブロック層がグレーティング
に相当する。また、複合結合型は回折格子とゲイン差構
成の双方をグレーティングとして用いるものである。な
お、特開平４−１４６６８２号公報に電流ブロック層及
び回折格子を用いた分布帰還型半導体レーザの例が開示
されている。
電流ブロック層を設けることで活性層への電流注入量を
制御し、活性層上にゲイン差を生じるようにして単一モ
ード発振を実現する。ここで、屈折率とゲインは数学的
に実数虚数の関係にあるため、ゲイン差によるグレーテ
ィングでも分布帰還型半導体レーザを実現できる。な
お、この場合には上記電流ブロック層がグレーティング
に相当する。また、複合結合型は回折格子とゲイン差構
成の双方をグレーティングとして用いるものである。な
お、特開平４−１４６６８２号公報に電流ブロック層及
び回折格子を用いた分布帰還型半導体レーザの例が開示
されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように分布帰還型
半導体レーザは、単一モードを実現できるものである
が、グレーティングを高精度かつ歩留まりよく作成する
のが困難な場合がある。例えば発振波長１．５５μｍの
利得結合型InＰ系レーザの場合、幅１２０ｎｍの電流ブ
ロック層を２４０ｎｍ毎に配置する必要がある。
半導体レーザは、単一モードを実現できるものである
が、グレーティングを高精度かつ歩留まりよく作成する
のが困難な場合がある。例えば発振波長１．５５μｍの
利得結合型InＰ系レーザの場合、幅１２０ｎｍの電流ブ
ロック層を２４０ｎｍ毎に配置する必要がある。
【０００７】しかしながら、このような高精度加工を再
現よく行うのは困難であるため、特に利得結合型におい
ては製品によって光出力がばらつき、ひいては製品品質
ばらつきが大きくなるという問題点があった。
現よく行うのは困難であるため、特に利得結合型におい
ては製品によって光出力がばらつき、ひいては製品品質
ばらつきが大きくなるという問題点があった。
【０００８】一方、分布帰還型半導体レーザでは、通常
状態においては単一モードで発振できるものの、反射に
よる戻り光がある場合には光出力が安定せず多モード化
すると、従来からいわれている。例えば分析機器等、レ
ーザ波長に依存し、当該レーザを利用する装置において
は、このような多モード化はその性能に大きな悪影響を
及ぼす。したがって、このようなレーザを利用する例え
ばガス検知器においては戻り光を少なくする工夫がなさ
れていた。
状態においては単一モードで発振できるものの、反射に
よる戻り光がある場合には光出力が安定せず多モード化
すると、従来からいわれている。例えば分析機器等、レ
ーザ波長に依存し、当該レーザを利用する装置において
は、このような多モード化はその性能に大きな悪影響を
及ぼす。したがって、このようなレーザを利用する例え
ばガス検知器においては戻り光を少なくする工夫がなさ
れていた。
【０００９】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、その第１の目的は、単一モード歩留まりが
よく、特性が良好かつ安定した分布帰還型半導体レーザ
を提供することにある。また、第２の目的は、レーザ素
子に戻り光がある場合に光出力の多モード化を防止する
ことができる単一モード光源を提供することにある。
れたもので、その第１の目的は、単一モード歩留まりが
よく、特性が良好かつ安定した分布帰還型半導体レーザ
を提供することにある。また、第２の目的は、レーザ素
子に戻り光がある場合に光出力の多モード化を防止する
ことができる単一モード光源を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の骨子は、
ＧＣ−ＤＦＢレーザにおける電流ブロック層のピッチを
いわゆる１次でなく、２次となるグレーティングを用い
るところにある。２次グレーティングとすると理論的に
は回折効率が落ちるため、Ｇa Ａs 系レーザのように製
造上の必要がある場合を除けば、一般的には２次ピッチ
を用いるという発想に至ることはない。これに対し発明
者らは、あえて２次グレーティングを用いてＧＣ−ＤＦ
Ｂレーザを作成したところ、良好な特性を示しつつ品質
ばらつきの少ない安定した製品を得たものである。その
理由検討についての詳細は後述する。
ＧＣ−ＤＦＢレーザにおける電流ブロック層のピッチを
いわゆる１次でなく、２次となるグレーティングを用い
るところにある。２次グレーティングとすると理論的に
は回折効率が落ちるため、Ｇa Ａs 系レーザのように製
造上の必要がある場合を除けば、一般的には２次ピッチ
を用いるという発想に至ることはない。これに対し発明
者らは、あえて２次グレーティングを用いてＧＣ−ＤＦ
Ｂレーザを作成したところ、良好な特性を示しつつ品質
ばらつきの少ない安定した製品を得たものである。その
理由検討についての詳細は後述する。
【００１１】請求項１に対応する発明は、上記第１の骨
子に対応してなされたものであり、電流ブロック・グレ
ーティングにより利得結合を実現させるＩn Ｐ系の分布
帰還型半導体レーザであって、電流ブロックを、２次グ
レーティングが形成されるように配置する分布帰還型半
導体レーザである。
子に対応してなされたものであり、電流ブロック・グレ
ーティングにより利得結合を実現させるＩn Ｐ系の分布
帰還型半導体レーザであって、電流ブロックを、２次グ
レーティングが形成されるように配置する分布帰還型半
導体レーザである。
【００１２】本発明はこのような構成を設けたので、電
流ブロック幅を大きくすることができ、製造容易として
高精度なグレーティングを形成することを可能とした。
さらに電流ブロック層幅が大きくなることから、当該ブ
ロック通過後の活性層に対する電流広がりを防止するこ
とができ、十分なゲイン差が得られる。これらにより、
良好かつ安定した特性を得ることができる。
流ブロック幅を大きくすることができ、製造容易として
高精度なグレーティングを形成することを可能とした。
さらに電流ブロック層幅が大きくなることから、当該ブ
ロック通過後の活性層に対する電流広がりを防止するこ
とができ、十分なゲイン差が得られる。これらにより、
良好かつ安定した特性を得ることができる。
【００１３】請求項２に対応する発明は、上記第１の骨
子に対応してなされたものであり、請求項１に対応する
発明において、２次グレーティングに代え、３次若しく
は４次グレーティングが形成されるように前記電流ブロ
ックを配置するものである。
子に対応してなされたものであり、請求項１に対応する
発明において、２次グレーティングに代え、３次若しく
は４次グレーティングが形成されるように前記電流ブロ
ックを配置するものである。
【００１４】本発明においても請求項１に対応する発明
と同様な効果を得ることができる。本発明の第２の骨子
は、単一モード光源として、利得結合型あるいは複合結
合型ＤＦＢレーザを用いることにある。この発明は、発
明者らの実験結果からの発見に基づきなされたものであ
る。上記説明では、分布帰還型レーザでは戻り光がある
ときには多モードになると説明したが、これは主として
屈折率結合型の話であって、利得結合型の場合にはどの
ような特性となるかは現実には十分にわかっていなかっ
た。
と同様な効果を得ることができる。本発明の第２の骨子
は、単一モード光源として、利得結合型あるいは複合結
合型ＤＦＢレーザを用いることにある。この発明は、発
明者らの実験結果からの発見に基づきなされたものであ
る。上記説明では、分布帰還型レーザでは戻り光がある
ときには多モードになると説明したが、これは主として
屈折率結合型の話であって、利得結合型の場合にはどの
ような特性となるかは現実には十分にわかっていなかっ
た。
【００１５】今回発明者らは、この点について詳細な実
験を行い、ＧＣ−ＤＦＢレーザ及びＣＣ−ＤＦＢレーザ
においては、戻り光が１０％程度に増大しても副モード
抑圧比がほとんど変化しないことを発見したのである
（図１１及び図１２参照）。なお、この実験内容につい
ては後に細述する。
験を行い、ＧＣ−ＤＦＢレーザ及びＣＣ−ＤＦＢレーザ
においては、戻り光が１０％程度に増大しても副モード
抑圧比がほとんど変化しないことを発見したのである
（図１１及び図１２参照）。なお、この実験内容につい
ては後に細述する。
【００１６】請求項３に対応する発明は、上記第２の骨
子に対応してなされたものであり、光源本体としてのレ
ーザ素子に戻り光がある場合に、レーザ素子に利得結合
分布帰還型レーザを用いた単一モード光源である。
子に対応してなされたものであり、光源本体としてのレ
ーザ素子に戻り光がある場合に、レーザ素子に利得結合
分布帰還型レーザを用いた単一モード光源である。
【００１７】本発明はこのような構成を設けたので、た
とえ半導体レーザ素子に反射光が戻るような装置配置と
なっても多モード化せず、単一モードの発振を維持する
ことができる。したがって多モード化を防止するための
アイソレータ等を不要とすることができ、本発明を利用
する装置の構成を簡単かつ安価なものとすることができ
る。
とえ半導体レーザ素子に反射光が戻るような装置配置と
なっても多モード化せず、単一モードの発振を維持する
ことができる。したがって多モード化を防止するための
アイソレータ等を不要とすることができ、本発明を利用
する装置の構成を簡単かつ安価なものとすることができ
る。
【００１８】請求項４に対応する発明は、上記第２の骨
子に対応してなされたものであり、請求項３に対応する
発明において光源本体を複合結合分布帰還型レーザとし
たものである。本発明においても請求項３に対応する発
明と同様な効果を得ることができる。
子に対応してなされたものであり、請求項３に対応する
発明において光源本体を複合結合分布帰還型レーザとし
たものである。本発明においても請求項３に対応する発
明と同様な効果を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （発明の第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施
の形態に係る分布帰還型半導体レーザの全体構成例を示
す図である。
て説明する。 （発明の第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施
の形態に係る分布帰還型半導体レーザの全体構成例を示
す図である。
【００２０】この分布帰還型半導体レーザは、利得結合
型であり、ｎ型Ｉn Ｐ基板１上にメサ構造が形成され、
メサの中にｎ型クラッド層２、ＯＣＬ（Optical Confin
ement Layer ）３、活性層４、ＯＣＬ５、Ｐ型クラッド
層６及びＰ型コンタクト層７からなっている。また、メ
サ構造を形成するためにｐ型埋込層８及びｎ型埋込層９
が設けられている。
型であり、ｎ型Ｉn Ｐ基板１上にメサ構造が形成され、
メサの中にｎ型クラッド層２、ＯＣＬ（Optical Confin
ement Layer ）３、活性層４、ＯＣＬ５、Ｐ型クラッド
層６及びＰ型コンタクト層７からなっている。また、メ
サ構造を形成するためにｐ型埋込層８及びｎ型埋込層９
が設けられている。
【００２１】ＯＣＬ５とｐ型クラッド層６間には、電流
ブロック層１０が図面前後方向に一定間隔で設けられて
おり、これによりグレーティングが形成されている。さ
らにｎ電極１１及びｐ電極１２が設けられて、ＧＣ−Ｄ
ＦＢレーザが構成される。
ブロック層１０が図面前後方向に一定間隔で設けられて
おり、これによりグレーティングが形成されている。さ
らにｎ電極１１及びｐ電極１２が設けられて、ＧＣ−Ｄ
ＦＢレーザが構成される。
【００２２】なお、ｎ型クラッド層２、ＯＣＬ（Optica
l Confinement Layer ）３、活性層４、ＯＣＬ５、Ｐ型
クラッド層６、Ｐ型コンタクト層７、ｐ型埋込層８、ｎ
型埋込層９及び電流ブロック層１０は、それぞれＳｉド
ープＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、量子井戸層（ＩｎＧａＡ
ｓＰ）及び障壁層（ＩｎＧａＡｓＰ）を積層した多重量
子井戸構造（ＭＱＷ）、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎドープＩ
ｎＰ、ＺｎドープＩｎＧａＡｓ、ＺｎドープＩｎＰ、Ｓ
ｉドープＩｎＰ及びＳｉドープＩｎＰからなっている。
l Confinement Layer ）３、活性層４、ＯＣＬ５、Ｐ型
クラッド層６、Ｐ型コンタクト層７、ｐ型埋込層８、ｎ
型埋込層９及び電流ブロック層１０は、それぞれＳｉド
ープＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、量子井戸層（ＩｎＧａＡ
ｓＰ）及び障壁層（ＩｎＧａＡｓＰ）を積層した多重量
子井戸構造（ＭＱＷ）、ＩｎＧａＡｓＰ、ＺｎドープＩ
ｎＰ、ＺｎドープＩｎＧａＡｓ、ＺｎドープＩｎＰ、Ｓ
ｉドープＩｎＰ及びＳｉドープＩｎＰからなっている。
【００２３】次に、グレーティングの構造について説明
する。図２は図１におけるＡＡの一部断面を示す断面図
である。同図（ａ）に示すように、本実施形態のＧＣ−
ＤＦＢレーザでは、各電流ブロック層１０の幅が２４０
ｎｍとなっており、その間隔が４８０ｎｍである。な
お、参考のために従来の１次グレーティングにおける配
置を図２（ｂ）に示す。
する。図２は図１におけるＡＡの一部断面を示す断面図
である。同図（ａ）に示すように、本実施形態のＧＣ−
ＤＦＢレーザでは、各電流ブロック層１０の幅が２４０
ｎｍとなっており、その間隔が４８０ｎｍである。な
お、参考のために従来の１次グレーティングにおける配
置を図２（ｂ）に示す。
【００２４】図２（ａ）の構造は２次グレーティングと
なっており、以下の（１）式においてｍ＝２を満たすも
のである。 λ／ｍ＝２ｎΛ …（１） ここで、λ：レーザ発振波長（１．５５μｍ）、ｍ：グ
レーティングの次数、ｎ：屈折率、Λ：電流ブロック層
の間隔（ピッチ）である。なお、本実施形態の場合、各
ＯＣＬ３，５の層厚は、９０ｎｍ程度である。
なっており、以下の（１）式においてｍ＝２を満たすも
のである。 λ／ｍ＝２ｎΛ …（１） ここで、λ：レーザ発振波長（１．５５μｍ）、ｍ：グ
レーティングの次数、ｎ：屈折率、Λ：電流ブロック層
の間隔（ピッチ）である。なお、本実施形態の場合、各
ＯＣＬ３，５の層厚は、９０ｎｍ程度である。
【００２５】次に、以上のように構成された本実施形態
の分布帰還型半導体レーザにおいては、１次グレーティ
ングとなるように製造された半導体レーザと比較して
も、光出力等の特性についてほぼ同様なトップデータが
得られた。
の分布帰還型半導体レーザにおいては、１次グレーティ
ングとなるように製造された半導体レーザと比較して
も、光出力等の特性についてほぼ同様なトップデータが
得られた。
【００２６】さらに、この２次グレーティングとなるよ
うに製造されたＧＣ−ＤＦＢレーザでは、１次グレーテ
ィングによるものよりも特性ばらつきが少なく、トップ
データに近いものが多く得られた。
うに製造されたＧＣ−ＤＦＢレーザでは、１次グレーテ
ィングによるものよりも特性ばらつきが少なく、トップ
データに近いものが多く得られた。
【００２７】以下にその理由を検討する。まず、特性ば
らつきが少ない理由は電流ブロック層１０の幅及び間隔
を大きくできることに起因する製造技術上の問題である
と考えられる。すなわち、Ｉn Ｐ系ＧＣ−ＤＦＢレーザ
において、１次グレーティングとなる１２０ｎｍ幅、２
４０ｎｍ間隔の電流ブロック層を正確にかつ再現性よく
製造するのは困難である。しかし、２次グレーティング
であれば、これを２４０ｎｍ幅、４８０ｎｍ間隔とでき
るので正確にかつ再現性よく製造することが可能とな
る。これにより、特性ばらつきを少なくできたものと考
えられる。
らつきが少ない理由は電流ブロック層１０の幅及び間隔
を大きくできることに起因する製造技術上の問題である
と考えられる。すなわち、Ｉn Ｐ系ＧＣ−ＤＦＢレーザ
において、１次グレーティングとなる１２０ｎｍ幅、２
４０ｎｍ間隔の電流ブロック層を正確にかつ再現性よく
製造するのは困難である。しかし、２次グレーティング
であれば、これを２４０ｎｍ幅、４８０ｎｍ間隔とでき
るので正確にかつ再現性よく製造することが可能とな
る。これにより、特性ばらつきを少なくできたものと考
えられる。
【００２８】次に、トップデータを１次グレーティング
に近いものとできた理由を検討する。図３は１次及び２
次グレーティングにおける発振光の反射方向を示す図で
ある。
に近いものとできた理由を検討する。図３は１次及び２
次グレーティングにおける発振光の反射方向を示す図で
ある。
【００２９】２次グレーティングの場合は、図３（ｂ）
に示すように、取り出し対象となる波長の光がグレーテ
ィングと平行な方向のみならず直交方向にも生じてしま
うため理論的には回折効率が落ち、最大の光出力も１次
グレーティングのものに比べれば低いはずである。にも
かかわらず、発明者らの実験によれば、２次グレーティ
ングであっても最大の光出力が１次グレーティングと同
等なものが得られている。
に示すように、取り出し対象となる波長の光がグレーテ
ィングと平行な方向のみならず直交方向にも生じてしま
うため理論的には回折効率が落ち、最大の光出力も１次
グレーティングのものに比べれば低いはずである。にも
かかわらず、発明者らの実験によれば、２次グレーティ
ングであっても最大の光出力が１次グレーティングと同
等なものが得られている。
【００３０】その第１の理由は、上記に説明した製造し
やすさによるものと考えられる。つまり、２次グレーテ
ィングは製造しやすいため、正確なグレーティングが形
成され、最大理論値により近いところでトップデータが
得られている。このため、結果として正確に製造するの
が困難な１次グレーティングと同等なトップデータが得
られるものである。
やすさによるものと考えられる。つまり、２次グレーテ
ィングは製造しやすいため、正確なグレーティングが形
成され、最大理論値により近いところでトップデータが
得られている。このため、結果として正確に製造するの
が困難な１次グレーティングと同等なトップデータが得
られるものである。
【００３１】第２の理由は、電流ブロック層１０の幅と
ＯＣＬ５の層厚とのアスペクト比にあると考えられる。
ＯＣＬ５というのは、光閉じ込め層であるので活性層４
の発する光を適切に閉じ込めるために製造条件に対応し
て最適な厚さが存在する。本実施形態のレーザの場合は
９０ｎｍ程度である。ところがＯＣＬ５が９０ｎｍある
のに、１次グレーティングのように電流ブロック層の幅
がたかだか１２０ｎｍ程度しかないのでは、十分な電流
ブロッキングを行うことができない。この場合、電流が
ブロック層のない部分を通過後、活性層に至るまでに回
り込みが起こり、活性層に対し十分な電流差が与えられ
ずひいては十分なゲイン差が得られないことになる。す
なわち利得結合が不十分となる。
ＯＣＬ５の層厚とのアスペクト比にあると考えられる。
ＯＣＬ５というのは、光閉じ込め層であるので活性層４
の発する光を適切に閉じ込めるために製造条件に対応し
て最適な厚さが存在する。本実施形態のレーザの場合は
９０ｎｍ程度である。ところがＯＣＬ５が９０ｎｍある
のに、１次グレーティングのように電流ブロック層の幅
がたかだか１２０ｎｍ程度しかないのでは、十分な電流
ブロッキングを行うことができない。この場合、電流が
ブロック層のない部分を通過後、活性層に至るまでに回
り込みが起こり、活性層に対し十分な電流差が与えられ
ずひいては十分なゲイン差が得られないことになる。す
なわち利得結合が不十分となる。
【００３２】図４は１次及び２次グレーティングにおけ
る電流ブロック層通過後の電流広がりの様子を示す図で
ある。同図（ｂ）に上記説明した電流の回り込みが生じ
て十分なゲイン差が得られなくなっている様子を示す。
１次グレーティングの場合、この電流広がりのために理
論上得られるはずの特性が得られず、トップデータが本
来のものよりも低くなってしまう。
る電流ブロック層通過後の電流広がりの様子を示す図で
ある。同図（ｂ）に上記説明した電流の回り込みが生じ
て十分なゲイン差が得られなくなっている様子を示す。
１次グレーティングの場合、この電流広がりのために理
論上得られるはずの特性が得られず、トップデータが本
来のものよりも低くなってしまう。
【００３３】一方、図４（ａ）に示す２次グレーティン
グの場合は、ＯＣＬ５の厚さに対する電流ブロック層１
０の幅が２４０ｎｍと十分に大きく、電流の回り込みが
少ない。従ってこの場合には十分な利得結合が得られ、
良好が特性が得られることになる。
グの場合は、ＯＣＬ５の厚さに対する電流ブロック層１
０の幅が２４０ｎｍと十分に大きく、電流の回り込みが
少ない。従ってこの場合には十分な利得結合が得られ、
良好が特性が得られることになる。
【００３４】このように利得結合型を電流ブロック層１
０により実現するとともに、その性能を十分に引き出す
ためには、ＯＣＬ厚に対する電流ブロック層幅の大きさ
（比率）を十分に大きくする必要がある。一方でＯＣＬ
層の厚さはレーザの材料や形式、製造方法によって最適
値が生じる場合が多い。そこで、本実施形態ではあえて
２次グレーティングを採用することにより、上記比率を
適正なものとしたのである。したがって、この最適比率
を得るためには、３次グレーティングや４次グレーティ
ングを用いることも考え得る。
０により実現するとともに、その性能を十分に引き出す
ためには、ＯＣＬ厚に対する電流ブロック層幅の大きさ
（比率）を十分に大きくする必要がある。一方でＯＣＬ
層の厚さはレーザの材料や形式、製造方法によって最適
値が生じる場合が多い。そこで、本実施形態ではあえて
２次グレーティングを採用することにより、上記比率を
適正なものとしたのである。したがって、この最適比率
を得るためには、３次グレーティングや４次グレーティ
ングを用いることも考え得る。
【００３５】なお、上記例では、ＯＣＬ厚：電流ブロッ
ク層幅の比率を９０：２４０としたが、この比率では計
算結果より活性層４における電流密度差（ブロック層が
存在する部分下の活性層対存在しない部分下の活性層）
は１０％となる。一方、一次グレーティングの比率は１
００：１２０の場合の電流密度差は５％となる。よって
ＯＣＬ厚：電流ブロック層幅の比率が１：２程度の範囲
であれば本発明の効果を奏するものと予想される。
ク層幅の比率を９０：２４０としたが、この比率では計
算結果より活性層４における電流密度差（ブロック層が
存在する部分下の活性層対存在しない部分下の活性層）
は１０％となる。一方、一次グレーティングの比率は１
００：１２０の場合の電流密度差は５％となる。よって
ＯＣＬ厚：電流ブロック層幅の比率が１：２程度の範囲
であれば本発明の効果を奏するものと予想される。
【００３６】上述したように、本発明の実施の形態に係
る分布帰還型半導体レーザは、利得結合型レーザにおい
て、電流ブロックグレーティングを２次グレーティング
としたので、活性層における電流広がりを防ぐことがで
き、その特性自体が良好で、かつ、ばらつきが少なく安
定した特性のレーザを得ることができる。
る分布帰還型半導体レーザは、利得結合型レーザにおい
て、電流ブロックグレーティングを２次グレーティング
としたので、活性層における電流広がりを防ぐことがで
き、その特性自体が良好で、かつ、ばらつきが少なく安
定した特性のレーザを得ることができる。
【００３７】なお、本実施形態は、利得結合型の場合に
ついて説明したが、複合結合型レーザに対しても適用す
ることができる。 （発明の第２の実施の形態）図５は本発明の第２の実施
の形態に係る単一モード光源の構成例を示す図である。
ついて説明したが、複合結合型レーザに対しても適用す
ることができる。 （発明の第２の実施の形態）図５は本発明の第２の実施
の形態に係る単一モード光源の構成例を示す図である。
【００３８】この単一モード光源は、光源本体３１たる
ＧＣ−ＤＦＢレーザに電源３２を接続したものである。
なお、光源本体３１としてＧＣ−ＤＦＢレーザに代えて
ＣＣ−ＤＦＢレーザを用いてもよい。
ＧＣ−ＤＦＢレーザに電源３２を接続したものである。
なお、光源本体３１としてＧＣ−ＤＦＢレーザに代えて
ＣＣ−ＤＦＢレーザを用いてもよい。
【００３９】このように構成された本実施形態の単一モ
ード光源は、光源本体３１としてのレーザ素子に戻り光
がある場合に、安定した単一モード発振を行う光源とし
て種々の機器に用いられるものである。その具体的な適
用例は実施例にて説明する。
ード光源は、光源本体３１としてのレーザ素子に戻り光
がある場合に、安定した単一モード発振を行う光源とし
て種々の機器に用いられるものである。その具体的な適
用例は実施例にて説明する。
【００４０】図１１及び図１２に示すように、ＧＣ−Ｄ
ＦＢレーザ又はＣＣ−ＤＦＢレーザを光源として用いた
場合には、反射光等による戻り光が１０％程度に増大し
ても副モード抑圧比がほとんど変化せず、多モードにな
りにくい。
ＦＢレーザ又はＣＣ−ＤＦＢレーザを光源として用いた
場合には、反射光等による戻り光が１０％程度に増大し
ても副モード抑圧比がほとんど変化せず、多モードにな
りにくい。
【００４１】上述したように、本発明の実施の形態に係
る単一モード光源は、電源本体としてＧＣ−ＤＦＢレー
ザを用いたので、レーザ素子に対して戻り光がある場合
でも光出力の多モード化を防止することができる。
る単一モード光源は、電源本体としてＧＣ−ＤＦＢレー
ザを用いたので、レーザ素子に対して戻り光がある場合
でも光出力の多モード化を防止することができる。
【００４２】以下、この単一モード光源を発明するため
の知見を得るにあたって、発明者らが行った実験につい
て細述する。 （概要）電流注入分布方式による純粋な利得結合ＤＦＢ
レーザ及び複合結合ＤＦＢレーザについて検討した。活
性層の真上，または，ＩｎＧａＡｓＰ屈折率変調グレー
ティングの上に、ｎ−ｄｏｐｅの電流阻止層（電流ブロ
ック層）を設けた。電流阻止層によって活性層における
キャリア密度の分布が生じ、利得のグレーティングが形
成される。ｎ−ｄｏｐｅの電流阻止層の追加によるＩ−
ＬまたはＩ−Ｖカーブの劣化は観測されない。屈折率結
合および複合結合ＤＦＢにはストップ・バンドが観測さ
れるが、純粋な利得結合ＤＦＢでは明確には観測されな
い。このため、電流阻止層によって利得結合が実現した
と考えられる。屈折率結合ＤＦＢに比較して、利得結合
及び複合結合ＤＦＢの単一モード歩留まりと耐戻り光特
性は大きく向上した。
の知見を得るにあたって、発明者らが行った実験につい
て細述する。 （概要）電流注入分布方式による純粋な利得結合ＤＦＢ
レーザ及び複合結合ＤＦＢレーザについて検討した。活
性層の真上，または，ＩｎＧａＡｓＰ屈折率変調グレー
ティングの上に、ｎ−ｄｏｐｅの電流阻止層（電流ブロ
ック層）を設けた。電流阻止層によって活性層における
キャリア密度の分布が生じ、利得のグレーティングが形
成される。ｎ−ｄｏｐｅの電流阻止層の追加によるＩ−
ＬまたはＩ−Ｖカーブの劣化は観測されない。屈折率結
合および複合結合ＤＦＢにはストップ・バンドが観測さ
れるが、純粋な利得結合ＤＦＢでは明確には観測されな
い。このため、電流阻止層によって利得結合が実現した
と考えられる。屈折率結合ＤＦＢに比較して、利得結合
及び複合結合ＤＦＢの単一モード歩留まりと耐戻り光特
性は大きく向上した。
【００４３】（Ｉ．はじめに）光通信や半導体レーザガ
ス分光システム（通称Tunable Diode Laser Absorption
Spectroscopy ：ＴＤＬＡＳ）の応用には低コストのＤ
ＦＢレーザーが必要である。近年、単一モード歩留まり
に優れた利得結合ＤＦＢレーザ(1,2) が注目されてい
る。利得結合を実現する方法としては主に２つの方法が
報告されている。１つは利得の分布を得るために活性層
をエッチング(3) するか選択成長(4) する方法と、もう
一つは屈折率変調層を光吸収層に置き換える方法(2,5)
（通称ロス結合ＤＦＢ）である。
ス分光システム（通称Tunable Diode Laser Absorption
Spectroscopy ：ＴＤＬＡＳ）の応用には低コストのＤ
ＦＢレーザーが必要である。近年、単一モード歩留まり
に優れた利得結合ＤＦＢレーザ(1,2) が注目されてい
る。利得結合を実現する方法としては主に２つの方法が
報告されている。１つは利得の分布を得るために活性層
をエッチング(3) するか選択成長(4) する方法と、もう
一つは屈折率変調層を光吸収層に置き換える方法(2,5)
（通称ロス結合ＤＦＢ）である。
【００４４】しかしながら、いずれの方法にも難点があ
る。活性層をエッチングまたは選択成長することは信頼
性に懸念を残す。光吸収層を用いたロス結合の問題は、
基板材料の長波長限界の波長が必要になった場合（例え
ばＩｎＰ系の場合、ＴＤＬＡＳに必要な１．８〜２．０
μｍ ＤＦＢ）、ロス結合が可能になるほどバンド・ギ
ャップが狭い層を成長することは困難である。さらに、
ロス結合ＤＦＢでは飽和吸収による不安定性が報告(6)
されている。
る。活性層をエッチングまたは選択成長することは信頼
性に懸念を残す。光吸収層を用いたロス結合の問題は、
基板材料の長波長限界の波長が必要になった場合（例え
ばＩｎＰ系の場合、ＴＤＬＡＳに必要な１．８〜２．０
μｍ ＤＦＢ）、ロス結合が可能になるほどバンド・ギ
ャップが狭い層を成長することは困難である。さらに、
ロス結合ＤＦＢでは飽和吸収による不安定性が報告(6)
されている。
【００４５】これらの問題点を解決する方法の１つが電
流注入分布による利得結合ＤＦＢ(7) である。本報告で
はこの方式による利得結合と複合結合ＤＦＢについて検
討し、同一設計のＭＱＷと埋め込み構造を有する屈折率
結合ＤＦＢと比較検討した。
流注入分布による利得結合ＤＦＢ(7) である。本報告で
はこの方式による利得結合と複合結合ＤＦＢについて検
討し、同一設計のＭＱＷと埋め込み構造を有する屈折率
結合ＤＦＢと比較検討した。
【００４６】（II．実験）実験には３種類のＤＦＢを用
いた。純粋な利得結合ＤＦＢ（gain-coupled：ＧＣ−Ｄ
ＦＢ）には屈折率による分布帰還がない。複合結合ＤＦ
Ｂ（complex-coupled ：ＣＣ−ＤＦＢ）は屈折率と利得
両方の分布を有する。また、通常の屈折率結合ＤＦＢ
（index-coupled ：ＩＣ−ＤＦＢ）を比較のため用い
た。図６に検討した３種類のＤＦＢを示す。ＣＣ−ＤＦ
Ｂ（図６（ａ）ではｎ−ｄｏｐｃ．ＩｎＰの電流阻止層
をＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層（バンドギャップ波長：λ
g ＝１．０８μｍ）の上に設けた。電流阻止層によって
活性層におけるキャリア密度の分布が生じ、利得のグレ
ーティングが形成される。屈折率の分布はｎ−ｄｏｐｅ
ＩｎＰとｐ−ｄｏｐｅ ＩｎＰの屈折率差に限られ、非
常に小さなものと考えられる。ＣＣ−ＤＦＢ（図６
（ｂ））ではｎ−ｄｏｐｅ ＩｎＧａＡｓＰ電流阻止層
（λg ＝１．０８μｍ）を同じ組成のＩｎＧａＡｓＰ屈
折率分布層の上に設けた。電流阻止層によって利得のグ
レーティングが形成されると共に、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰ界面で屈折率グレーティングが形成される。比較に
用いたＩＣ−ＤＦＢ（図６（ｃ））はｎ−ｄｏｐｅ Ｉ
ｎＧａＡｓＰ電流阻止層以外は、構造とＭＱＷ設計共に
ＣＣ−ＤＦＢと同一である。
いた。純粋な利得結合ＤＦＢ（gain-coupled：ＧＣ−Ｄ
ＦＢ）には屈折率による分布帰還がない。複合結合ＤＦ
Ｂ（complex-coupled ：ＣＣ−ＤＦＢ）は屈折率と利得
両方の分布を有する。また、通常の屈折率結合ＤＦＢ
（index-coupled ：ＩＣ−ＤＦＢ）を比較のため用い
た。図６に検討した３種類のＤＦＢを示す。ＣＣ−ＤＦ
Ｂ（図６（ａ）ではｎ−ｄｏｐｃ．ＩｎＰの電流阻止層
をＩｎＧａＡｓＰ ＳＣＨ層（バンドギャップ波長：λ
g ＝１．０８μｍ）の上に設けた。電流阻止層によって
活性層におけるキャリア密度の分布が生じ、利得のグレ
ーティングが形成される。屈折率の分布はｎ−ｄｏｐｅ
ＩｎＰとｐ−ｄｏｐｅ ＩｎＰの屈折率差に限られ、非
常に小さなものと考えられる。ＣＣ−ＤＦＢ（図６
（ｂ））ではｎ−ｄｏｐｅ ＩｎＧａＡｓＰ電流阻止層
（λg ＝１．０８μｍ）を同じ組成のＩｎＧａＡｓＰ屈
折率分布層の上に設けた。電流阻止層によって利得のグ
レーティングが形成されると共に、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉ
ｎＰ界面で屈折率グレーティングが形成される。比較に
用いたＩＣ−ＤＦＢ（図６（ｃ））はｎ−ｄｏｐｅ Ｉ
ｎＧａＡｓＰ電流阻止層以外は、構造とＭＱＷ設計共に
ＣＣ−ＤＦＢと同一である。
【００４７】３種類のＤＦＢに共通の項目を以下に述べ
る。埋め込み工程には通常の４ステップＭＯＶＰＥ成長
工程を用いた。グレーティングはホログラフィック・フ
ォトリソグラフィとウェット・エッチングで形成した。
レーザの発振波長は１．５５μｍ帯である。共振器長は
６００μｍで、出射端面にはＬＲ（Ｒ＝２％）コートを
施し、後ろ端面はａｓ−ｃｌｅａｖｅｄ状態である。素
子形状ｃｈｉｐ−ｏｎ−ｃａｒｒｉｅｒで、ｊｕｎｃｔ
ｉｏｎ−ｕｐでボンディングした。
る。埋め込み工程には通常の４ステップＭＯＶＰＥ成長
工程を用いた。グレーティングはホログラフィック・フ
ォトリソグラフィとウェット・エッチングで形成した。
レーザの発振波長は１．５５μｍ帯である。共振器長は
６００μｍで、出射端面にはＬＲ（Ｒ＝２％）コートを
施し、後ろ端面はａｓ−ｃｌｅａｖｅｄ状態である。素
子形状ｃｈｉｐ−ｏｎ−ｃａｒｒｉｅｒで、ｊｕｎｃｔ
ｉｏｎ−ｕｐでボンディングした。
【００４８】図７に耐戻り光特性評価用の実験装置を示
す。戻り光の量を可変光減衰器で調節する。相対雑音強
度（relative intensity noise：ＲＩＮ）はＯ／Ｅコン
バータとＲＦスペクトラム・アナライザで測定し、副モ
ード抑圧比（side mode suppression ratio ：ＳＭＳ
Ｒ）は光スペクトラム・アナライザで測定した。測定装
置からの不要な戻り光を防ぐため、２つのカプラの間に
光アイソレータを挿入した。光コネクタでの光反射を極
力防ぐため、マッチングオイルを用いた。
す。戻り光の量を可変光減衰器で調節する。相対雑音強
度（relative intensity noise：ＲＩＮ）はＯ／Ｅコン
バータとＲＦスペクトラム・アナライザで測定し、副モ
ード抑圧比（side mode suppression ratio ：ＳＭＳ
Ｒ）は光スペクトラム・アナライザで測定した。測定装
置からの不要な戻り光を防ぐため、２つのカプラの間に
光アイソレータを挿入した。光コネクタでの光反射を極
力防ぐため、マッチングオイルを用いた。
【００４９】（III.結果と考察）３種類のＤＦＢのＩ−
ＬとＩ−Ｖ特性を図８に示す。ｎ−ｄｏｐｅ電流阻止層
を有するＣＣ−ＤＦＢとＧＣ−ＤＦＢにおいても、Ｉ−
ＬとＩ−Ｖ特性の劣化はない。駆動電流が１００ｍＡ以
下の場合、３種類のＤＦＢに単一モード歩留まり（ＳＭ
ＳＲが３０ｄＢ以上）に有意差は観測されなかった。し
かし、駆動電流を３００ｍＡにした場合、ＣＣ−ＤＦＢ
とＧＣ−ＤＦＢの単一モード歩留まりは少なく見積もっ
てもＩＣ−ＤＦＢの倍はあった。図９に３種類のＤＦＢ
の平均的特性を示す。しきい値、光出力、及び順方向電
圧に有意差がない。一方、ＳＭＳＲには差があり、ＣＣ
−ＤＦＢが最も良い値を示し、ＧＣ−ＤＦＢがそれに準
じた値を示す。
ＬとＩ−Ｖ特性を図８に示す。ｎ−ｄｏｐｅ電流阻止層
を有するＣＣ−ＤＦＢとＧＣ−ＤＦＢにおいても、Ｉ−
ＬとＩ−Ｖ特性の劣化はない。駆動電流が１００ｍＡ以
下の場合、３種類のＤＦＢに単一モード歩留まり（ＳＭ
ＳＲが３０ｄＢ以上）に有意差は観測されなかった。し
かし、駆動電流を３００ｍＡにした場合、ＣＣ−ＤＦＢ
とＧＣ−ＤＦＢの単一モード歩留まりは少なく見積もっ
てもＩＣ−ＤＦＢの倍はあった。図９に３種類のＤＦＢ
の平均的特性を示す。しきい値、光出力、及び順方向電
圧に有意差がない。一方、ＳＭＳＲには差があり、ＣＣ
−ＤＦＢが最も良い値を示し、ＧＣ−ＤＦＢがそれに準
じた値を示す。
【００５０】図１０に３種類のＤＦＢの、しきい値より
若干高い駆動電流における光スペクトラムを示す。ＣＣ
−ＤＦＢ及びＩＣ−ＤＦＢ（図１０（ｂ）と（ｃ））に
はストップ・バンドが明らかに観測できるが、ＧＣ−Ｄ
ＦＢ（図１０（ａ））では特定できない。このことは、
電流阻止層のみで利得結合が可能であり、また、本報告
のＧＣ−ＤＦＢが基本的には純粋な利得結合ＤＦＢであ
ることを示している。
若干高い駆動電流における光スペクトラムを示す。ＣＣ
−ＤＦＢ及びＩＣ−ＤＦＢ（図１０（ｂ）と（ｃ））に
はストップ・バンドが明らかに観測できるが、ＧＣ−Ｄ
ＦＢ（図１０（ａ））では特定できない。このことは、
電流阻止層のみで利得結合が可能であり、また、本報告
のＧＣ−ＤＦＢが基本的には純粋な利得結合ＤＦＢであ
ることを示している。
【００５１】以前に報告された電流注入分布方式による
利得結合ＤＦＢ(7) では、本報告のＧＣ−ＤＦＢ同様に
同一材料（ＩｎＰ）のｎとｐ−ｄｏｐｅを繰り返す構造
であるにも関わらず、ストップ・バンドが観測された。
文献７では、ストップ・バンドが観測された理由を電流
注入による屈折率の分布であると推測している。文献７
と本報告の結果が異なる理由は明らかになっていない。
利得結合ＤＦＢ(7) では、本報告のＧＣ−ＤＦＢ同様に
同一材料（ＩｎＰ）のｎとｐ−ｄｏｐｅを繰り返す構造
であるにも関わらず、ストップ・バンドが観測された。
文献７では、ストップ・バンドが観測された理由を電流
注入による屈折率の分布であると推測している。文献７
と本報告の結果が異なる理由は明らかになっていない。
【００５２】図７の実験装置を用いて、ＲＩＮ及びＳＭ
ＳＲ特性の戻り光量依存性について調べたが、３種類の
ＤＦＢでＲＩＮに有意差は観測されなかった。一方、光
スペクトラムには大きな差が観測された。図１１にＳＭ
ＳＲ特性の戻り光量依存性を示す。ＤＦＢ−ＬＤの光出
力は５ｍＷ一定である。ＩＣ−ＤＦＢのＳＭＳＲは戻り
光の増加と共に大きく劣化する。３種類のＤＦＢにおい
て、戻り光が約１０％の場合の光スペクトラムを図１２
に示す。ＧＣ−ＤＦＢ及びＣＣ−ＤＦＢは単一モードを
保っているが、ＩＣ−ＤＦＢは多モード化している。測
定したＩＣ−ＤＦＢが全て多モード化したわけではない
が、ＧＣ−ＤＦＢ及びＣＣ−ＤＦＢで多モード化したデ
バイスはなかった。ただし、ＧＣ−ＤＦＢ及びＣＣ−Ｄ
ＦＢは単一モードではあるが、線幅の広がりが観測でき
る。
ＳＲ特性の戻り光量依存性について調べたが、３種類の
ＤＦＢでＲＩＮに有意差は観測されなかった。一方、光
スペクトラムには大きな差が観測された。図１１にＳＭ
ＳＲ特性の戻り光量依存性を示す。ＤＦＢ−ＬＤの光出
力は５ｍＷ一定である。ＩＣ−ＤＦＢのＳＭＳＲは戻り
光の増加と共に大きく劣化する。３種類のＤＦＢにおい
て、戻り光が約１０％の場合の光スペクトラムを図１２
に示す。ＧＣ−ＤＦＢ及びＣＣ−ＤＦＢは単一モードを
保っているが、ＩＣ−ＤＦＢは多モード化している。測
定したＩＣ−ＤＦＢが全て多モード化したわけではない
が、ＧＣ−ＤＦＢ及びＣＣ−ＤＦＢで多モード化したデ
バイスはなかった。ただし、ＧＣ−ＤＦＢ及びＣＣ−Ｄ
ＦＢは単一モードではあるが、線幅の広がりが観測でき
る。
【００５３】（IV．まとめ）電流注入分布方式による純
粋な利得結合ＤＦＢ及び複合結合ＤＦＢについて検討
し、従来型の屈折率結合ＤＦＢと比較検討した。３種類
のＤＦＢのＩ−Ｌ、Ｉ−Ｖ、及びＲＩＮ特性には有意差
は観測されなかったが、利得結合ＤＦＢ及び複合結合Ｄ
ＦＢは単一モード歩留まりとＳＭＳＲの戻り光量依存性
において優れた特性を示した。利得結合ＤＦＢにはスト
ップ・バンドが特定できなかったことから、電流注入分
布で利得結合が実現すること、および、本報告の利得結
合ＤＦＢが基本的には純粋な利得結合ＤＦＢであること
が明らかになった。
粋な利得結合ＤＦＢ及び複合結合ＤＦＢについて検討
し、従来型の屈折率結合ＤＦＢと比較検討した。３種類
のＤＦＢのＩ−Ｌ、Ｉ−Ｖ、及びＲＩＮ特性には有意差
は観測されなかったが、利得結合ＤＦＢ及び複合結合Ｄ
ＦＢは単一モード歩留まりとＳＭＳＲの戻り光量依存性
において優れた特性を示した。利得結合ＤＦＢにはスト
ップ・バンドが特定できなかったことから、電流注入分
布で利得結合が実現すること、および、本報告の利得結
合ＤＦＢが基本的には純粋な利得結合ＤＦＢであること
が明らかになった。
【００５４】（参考文献） (1) H.Kogelnik and C.V.Shank, “Coupled-wave theor
y of distributed feedback lasers”J.Appl.Phys.,Vo
l.43,pp 2327-2335,May 1972. (2) Y.Nakano,Y.Luo,and K.Tada,“Facet reflection i
ndependent,single longitudimal mode oscillation in
a GaAlAs/GaAs distributed feedback laserequipped
with a gain-coupling mechanism ”,Appl.Phys.Lott.,
Vol.55,pp 1606-1608,October 1989. (3) G.P.Li,T.Makino,R.Moore,and N.Puetz,“1.55mm I
ndex/gain coupled DFB lasers with strained layer m
ultiquantum-well active grating ”,Electron.Lett.V
ol.28,pp 1726-1727,August 1992. (4) Y.Luo,Y.Nakano,K.Tada,T.Inoue,H.Hosomatsu,and
H.Iwaoka, “Purely gain-coupled distributed feedba
ck semiconductor lasers ”,Appl.Phys.Lett.Vol.56,p
p 1620-1622.April 1990. (5) .Kito,S.Nakamura,N.Otsuka,M.Ishino,and Y.Matsu
i,“New structure of1.3mm strained-layer multi-qua
ntum well complex-coupled distributed feedback las
ers”,J.Appli.Phys.Vol.35,pp 1375-1377,February 19
96. (6) J.Boz and B.Borchert, “Dynamic behaviour of c
omplex-coupled DFB lasers with in-phase absorptive
grating”,Electron.Lett.Vol.30,pp 39-40,January 1
994. (7) C.Kazmierski,D.Robein,D.Mathoorasing,A.Qugazza
den,and M.Filoche,“1.5mm DFB lasers with new curr
ent-induced gain gratings ”,IEEE J.Selected Topic
s in Quantum Electron.Vol.1,pp 371-373,June 1995.
y of distributed feedback lasers”J.Appl.Phys.,Vo
l.43,pp 2327-2335,May 1972. (2) Y.Nakano,Y.Luo,and K.Tada,“Facet reflection i
ndependent,single longitudimal mode oscillation in
a GaAlAs/GaAs distributed feedback laserequipped
with a gain-coupling mechanism ”,Appl.Phys.Lott.,
Vol.55,pp 1606-1608,October 1989. (3) G.P.Li,T.Makino,R.Moore,and N.Puetz,“1.55mm I
ndex/gain coupled DFB lasers with strained layer m
ultiquantum-well active grating ”,Electron.Lett.V
ol.28,pp 1726-1727,August 1992. (4) Y.Luo,Y.Nakano,K.Tada,T.Inoue,H.Hosomatsu,and
H.Iwaoka, “Purely gain-coupled distributed feedba
ck semiconductor lasers ”,Appl.Phys.Lett.Vol.56,p
p 1620-1622.April 1990. (5) .Kito,S.Nakamura,N.Otsuka,M.Ishino,and Y.Matsu
i,“New structure of1.3mm strained-layer multi-qua
ntum well complex-coupled distributed feedback las
ers”,J.Appli.Phys.Vol.35,pp 1375-1377,February 19
96. (6) J.Boz and B.Borchert, “Dynamic behaviour of c
omplex-coupled DFB lasers with in-phase absorptive
grating”,Electron.Lett.Vol.30,pp 39-40,January 1
994. (7) C.Kazmierski,D.Robein,D.Mathoorasing,A.Qugazza
den,and M.Filoche,“1.5mm DFB lasers with new curr
ent-induced gain gratings ”,IEEE J.Selected Topic
s in Quantum Electron.Vol.1,pp 371-373,June 1995.
【００５５】
【実施例】実施例として第２実施形態の単一モード光源
を利用した装置について例を挙げて説明する。 （全般的な利用対象）ＤＦＢレーザは、コヒーレンシー
の良い単一波長光源として様々な用途での利用が期待さ
れているが、コレーレンシーが良いだけに一度出射した
光が何らかの反射によって素子に戻ってきたときに、発
振状態に影響を及ぼすことがある。したがって、この発
振状態に対する影響により、利用対象機器のＤＦＢレー
ザ使用目的が阻害され得るあらゆる機器に対し、本発明
の単一モード光源は適用できる。
を利用した装置について例を挙げて説明する。 （全般的な利用対象）ＤＦＢレーザは、コヒーレンシー
の良い単一波長光源として様々な用途での利用が期待さ
れているが、コレーレンシーが良いだけに一度出射した
光が何らかの反射によって素子に戻ってきたときに、発
振状態に影響を及ぼすことがある。したがって、この発
振状態に対する影響により、利用対象機器のＤＦＢレー
ザ使用目的が阻害され得るあらゆる機器に対し、本発明
の単一モード光源は適用できる。
【００５６】以下、本発明の単一モード光源の具体的な
適用例を説明する。 （ガスセンサ）例えばある特定の吸収線波長を持つガス
を検知するガスセンサでは、吸収線波長に一致した波長
で発振するＤＦＢレーザが用いられるが、波長を固定す
るために使用されるサンプルガスの入ったガスセルの端
面などで反射が生じやすく、戻り光による動作の不安定
化が問題となっている。 （変位センサ）光学的干渉により被測定物の変位測定を
行うための光導波路型変位センサでも、光源のコヒーレ
ンシーが重要となるので、反射戻り光による問題が発生
しやすい。 （応力センサ、温度センサ）光ファイバからのブリルア
ン散乱光を利用して温度を測定するファイバ温度センサ
やラマン散乱による応力センサ等にも、本発明は有用で
ある。 （膜厚モニタ）光学薄膜等の厚さを高い精度で測定する
ために半導体レーザの光が利用されることは多く、薄膜
の上端と下端とで反射される反射光を利用することか
ら、反射光に強い光源が求められる。 （測距計）信号光の強度を正弦波等で変調して目標物体
に照射し、反射光のもつ正弦的な強度変化から送受信間
の変調信号の位相を測定し、これに基づいて距離を求め
る位相差方式の光波距離儀においても本発明は有用であ
る。 （群屈折率計）逆に既知の距離に接地された反射体に照
射し、反射光のもつ正弦的な強度変化から送受信間の変
調信号の位相を測定し、これに基づいて光路を満たす物
質の群屈折率を求める群屈折率計でも本発明は有用であ
る。 （光ジャイロ）現在普及しているインコヒーレント方式
の光ファイバジャイロに代わるより高性能のコヒーレン
ト方式光ファイバジャイロでも本発明は有用である。 （光部品評価（含むＯＴＤＲ））ファイバやカプラ等の
光部品の評価に用いられる光源も、部品内で反射点が存
在したり、コヒーレントＯＴＤＲ等のように長尺ファイ
バの非線形効果による後方散乱光を利用する場合には、
単一モードで発振し反射戻り光の影響が小さい光源が望
まれる。 （高周波発生（ＳＨＧ））レーザ光を非線形光学結晶に
入射して高周波を発生させる方法は、レーザとして直接
得られない波長の光を得る手段として広く用いられてい
るが、これも基準光として用いられるＤＦＢレーザの光
が戻り光によって揺らいでしまっては望ましくない。 （光集積素子）同一基板上にレーザや受光器、反射器等
を集積化して作製する光集積素子では各領域が密接に接
続されるので、わずかな反射でも大きな影響が出やす
い。 （光演算）電子デバイスの動作速度の壁を破るために盛
んに研究されている光演算素子においても干渉による誤
動作を抑えるため、本発明は有用である。 （ピックアップ）光ピックアップにおいても、パワーモ
ニタ用のレーザ光のパワーが光ディスクからの戻り光で
変動することを防止しなければならず、ＤＦＢレーザを
用いる場合には本発明が有効となる。なお、本発明は、
上記各実施形態又は実施例に限定されるものでなく、そ
の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能で
ある。
適用例を説明する。 （ガスセンサ）例えばある特定の吸収線波長を持つガス
を検知するガスセンサでは、吸収線波長に一致した波長
で発振するＤＦＢレーザが用いられるが、波長を固定す
るために使用されるサンプルガスの入ったガスセルの端
面などで反射が生じやすく、戻り光による動作の不安定
化が問題となっている。 （変位センサ）光学的干渉により被測定物の変位測定を
行うための光導波路型変位センサでも、光源のコヒーレ
ンシーが重要となるので、反射戻り光による問題が発生
しやすい。 （応力センサ、温度センサ）光ファイバからのブリルア
ン散乱光を利用して温度を測定するファイバ温度センサ
やラマン散乱による応力センサ等にも、本発明は有用で
ある。 （膜厚モニタ）光学薄膜等の厚さを高い精度で測定する
ために半導体レーザの光が利用されることは多く、薄膜
の上端と下端とで反射される反射光を利用することか
ら、反射光に強い光源が求められる。 （測距計）信号光の強度を正弦波等で変調して目標物体
に照射し、反射光のもつ正弦的な強度変化から送受信間
の変調信号の位相を測定し、これに基づいて距離を求め
る位相差方式の光波距離儀においても本発明は有用であ
る。 （群屈折率計）逆に既知の距離に接地された反射体に照
射し、反射光のもつ正弦的な強度変化から送受信間の変
調信号の位相を測定し、これに基づいて光路を満たす物
質の群屈折率を求める群屈折率計でも本発明は有用であ
る。 （光ジャイロ）現在普及しているインコヒーレント方式
の光ファイバジャイロに代わるより高性能のコヒーレン
ト方式光ファイバジャイロでも本発明は有用である。 （光部品評価（含むＯＴＤＲ））ファイバやカプラ等の
光部品の評価に用いられる光源も、部品内で反射点が存
在したり、コヒーレントＯＴＤＲ等のように長尺ファイ
バの非線形効果による後方散乱光を利用する場合には、
単一モードで発振し反射戻り光の影響が小さい光源が望
まれる。 （高周波発生（ＳＨＧ））レーザ光を非線形光学結晶に
入射して高周波を発生させる方法は、レーザとして直接
得られない波長の光を得る手段として広く用いられてい
るが、これも基準光として用いられるＤＦＢレーザの光
が戻り光によって揺らいでしまっては望ましくない。 （光集積素子）同一基板上にレーザや受光器、反射器等
を集積化して作製する光集積素子では各領域が密接に接
続されるので、わずかな反射でも大きな影響が出やす
い。 （光演算）電子デバイスの動作速度の壁を破るために盛
んに研究されている光演算素子においても干渉による誤
動作を抑えるため、本発明は有用である。 （ピックアップ）光ピックアップにおいても、パワーモ
ニタ用のレーザ光のパワーが光ディスクからの戻り光で
変動することを防止しなければならず、ＤＦＢレーザを
用いる場合には本発明が有効となる。なお、本発明は、
上記各実施形態又は実施例に限定されるものでなく、そ
の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能で
ある。
【００５７】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、２
次グレーティングとなるように電流ブロック層を配置し
利得結合を実現するようにしたので、単一モード歩留ま
りがよく、特性が良好かつ安定した分布帰還型半導体レ
ーザを提供することができる。
次グレーティングとなるように電流ブロック層を配置し
利得結合を実現するようにしたので、単一モード歩留ま
りがよく、特性が良好かつ安定した分布帰還型半導体レ
ーザを提供することができる。
【００５８】また、本発明によれば、光源本体としてＧ
Ｃ−ＤＦＢあるいはＣＣ−ＤＦＢレーザを用いたので、
レーザ素子に戻り光がある場合に光出力の多モード化を
防止することができる単一モード光源を提供することが
できる。
Ｃ−ＤＦＢあるいはＣＣ−ＤＦＢレーザを用いたので、
レーザ素子に戻り光がある場合に光出力の多モード化を
防止することができる単一モード光源を提供することが
できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る分布帰還型半
導体レーザの全体構成例を示す図。
導体レーザの全体構成例を示す図。
【図２】図１におけるＡＡの一部断面を示す断面図。
【図３】１次及び２次グレーティングにおける発振光の
反射方向を示す図。
反射方向を示す図。
【図４】１次及び２次グレーティングにおける電流ブロ
ック層通過後の電流広がりの様子を示す図。
ック層通過後の電流広がりの様子を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る単一モード光
源の構成例を示す図。
源の構成例を示す図。
【図６】３種類のＤＦＢレーザの模式図。
【図７】耐戻り光特性（ＲＩＮとＳＭＳＲ）評価用の実
験装置を示す図。
験装置を示す図。
【図８】３種類のＤＦＢレーザのＩ−ＬとＩ−Ｖ特性を
示す図。
示す図。
【図９】３種類のＤＦＢレーザの平均的な出力特性を示
す図。
す図。
【図１０】しきい値より若干高い駆動電流での光スペク
トラムを示す図。
トラムを示す図。
【図１１】ＳＭＳＲの戻り光量依存性を示す図。
【図１２】戻り光が約１０％存在する場合の光スペクト
ラムを示す図。
ラムを示す図。
１…ｎ型Ｉn Ｐ基板 ２…ｎ型クラッド層 ３…ＯＣＬ ４…活性層 ５…ＯＣＬ ６…Ｐ型クラッド層 ７…Ｐ型コンタクト層 ８…ｐ型埋込層 ９…ｎ型埋込層 １０…電流ブロック層 １１…ｎ電極 １２…ｐ電極 ３１…光源本体 ３２…電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊川 知之 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アンリ ツ株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 電流ブロック・グレーティングにより利
得結合を実現させるＩn Ｐ系の分布帰還型半導体レーザ
であって、 前記電流ブロック（１０）を、２次グレーティングが形
成されるように配置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２次グレーティングに代え、３次若
しくは４次グレーティングが形成されるように前記電流
ブロック（１０）を配置す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】 光源本体（３１）としてのレーザ素子に
戻り光がある場合に、前記レーザ素子に利得結合分布帰
還型レーザを用いたことを特徴とする単一モード光源。 - 【請求項４】 前記レーザ素子として、利得結合分布帰
還型レーザに代えて複合結合分布帰還型レーザを用いた
ことを特徴とする請求項３記載の単一モード光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12460498A JPH11317564A (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 分布帰還型半導体レーザ及び単一モード光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12460498A JPH11317564A (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 分布帰還型半導体レーザ及び単一モード光源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11317564A true JPH11317564A (ja) | 1999-11-16 |
Family
ID=14889559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12460498A Pending JPH11317564A (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 分布帰還型半導体レーザ及び単一モード光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11317564A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007073819A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよび光送受信装置 |
| WO2008053672A1 (fr) * | 2006-10-31 | 2008-05-08 | Anritsu Corporation | Composant optique à semiconducteur, laser à semiconducteur utilisant le composant optique à semiconducteur et transpondeur optique utilisant le laser à semiconducteur |
| JP2009200133A (ja) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Anritsu Corp | 波長走査型光源およびそれを用いた波長走査型光コヒーレンストモグラフィ装置 |
| CN115144958A (zh) * | 2020-06-11 | 2022-10-04 | 广濑电机株式会社 | 用于使光子集成电路与印刷光学板对准的系统和方法 |
-
1998
- 1998-05-07 JP JP12460498A patent/JPH11317564A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007073819A (ja) * | 2005-09-08 | 2007-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザおよび光送受信装置 |
| WO2008053672A1 (fr) * | 2006-10-31 | 2008-05-08 | Anritsu Corporation | Composant optique à semiconducteur, laser à semiconducteur utilisant le composant optique à semiconducteur et transpondeur optique utilisant le laser à semiconducteur |
| US8184671B2 (en) | 2006-10-31 | 2012-05-22 | Anritsu Corporation | Semiconductor optical element, semiconductor laser using the semiconductor optical element, and optical transponder using the semiconductor laser |
| JP4954992B2 (ja) * | 2006-10-31 | 2012-06-20 | アンリツ株式会社 | 半導体光反射素子及び該半導体光反射素子を用いる半導体レーザ及び該半導体レーザを用いる光トランスポンダ |
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| CN115144958A (zh) * | 2020-06-11 | 2022-10-04 | 广濑电机株式会社 | 用于使光子集成电路与印刷光学板对准的系统和方法 |
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