JPS58202581A - レ−ザダイオ−ド光制御装置 - Google Patents

レ−ザダイオ−ド光制御装置

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JPS58202581A
JPS58202581A JP2087482A JP2087482A JPS58202581A JP S58202581 A JPS58202581 A JP S58202581A JP 2087482 A JP2087482 A JP 2087482A JP 2087482 A JP2087482 A JP 2087482A JP S58202581 A JPS58202581 A JP S58202581A
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light absorption
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Hitoshi Kawaguchi
仁司 河口
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/1061Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using a variable absorption device
    • HELECTRICITY
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    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0601Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium comprising an absorbing region
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06209Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
    • H01S5/06216Pulse modulation or generation

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野: 本発明は小型であり、簡便≦二、時間的4二短い光のパ
ルス列を発生するレーザダイオード光制御装置(二関す
るものである。
技術の背景: 従来、短いパルス列を得るレーザダイオード光制御装置
としては、色素レーザが用いられ、第1図(二示すよう
(二構成されていた。すなわち2個の鏡1,1′で構成
した共振器内域ニレーザ利得媒質2となる色素を入れて
、外部から高輝度のランプや他のレーザ光3で励起する
。さら鴫二共振器内C二このレーザ利得媒質2と直列(
−過飽和吸収媒質4となる過飽和吸収特性をもつ色素が
挿入される。このような構成(ニすること(二より、共
振器長がLlの場合(二は時間間隔2Ls/cの短光パ
ルス列が得られる。ここでCは光速度である。この技術
は受動モード同期と呼ばれ、現在では0.1 pS (
10−”秒)よりも短い光パルス列が実験的(二は得ら
れるようになっている。
(2) 従来技術と問題点; 上に述べたようシニ従来のレーザダイオード光制御装置
は第1図I:示した様な大型の装置が必要なうえ、色素
の安定性および動作寿命C二実用上問題があった。これ
らの問題を解決する方法として、半導体レーザな光源と
した第2図感=示す構成の共振器の研究が近年開始され
ている。半導体レーザ5の片側共振器面A1と球面鏡6
で光共振器が形成されるよう(二装置する。半導体レー
ザ5への注入電流7を共振器長がり、のとき周波数f”
2LJDで変調すると、この周波数4ニ一致した周波数
の短光パルスが発生することが期待される。しかし、実
際には半導体レーザ材料である半導体と空気との屈折率
差が非常(二大きいことから、共振器として使わない半
導体レーザのB1側の端面でも反射が生じ、共振器長!
、のモードも存在することC;なり、十分整った形の光
パルス、列は得られていなかった。又、色素レーザ4=
比べ電流により直接励起ができる利点はあるものの、半
導体レーザ5と球面鏡6の配置を十分安定(ニするため
C二人型化は避(3) けられなかった。
発明の目的: 本発明は、これらの欠点を除去するため、光増幅媒質、
可飽和吸収媒質、光共振器を半導体で全固体化して一体
化し、小型□で容易6二広い範囲の波長で広い範囲のく
り返しをもつ短パルス列を発生するレーザダイオード光
制御装置を提供するものである。以下図面(二ついて詳
細C二説明する。
発明の実施例: 第3図は本発明の原理図であって、半導体レーザ部分1
0.半導体過飽和吸収部分11.光導波路12および光
共振器13.14が一体化されている。半導体レーザ部
分10は順方向≦;電流を注入する。
過飽和吸収部分11は、必要(=応じて順方向6:電流
を流すか、又は逆方向(=電圧を印加し、過飽和吸収の
大きさを変えることができる。全共振器長ザの受動モー
ド同期と同様(二、半導体レーザの受動モード同期が実
現され、τのくり返しの短光パ(4) ルス列が得られる。ここでルは半導体の屈折率である。
−例として、 GaAzのキャリヤ寿命時間τは発光キ
ャリヤ寿命時間τ1.非発光キャリヤ寿命ことが知られ
ている。またτr ” VBr (ΔN十Po)ト表わ
される。ここでBrは再結合係数(=1.25X10−
10am”/P)、ΔNは注入キャリヤ密度、 Paは
非注入時のキャリヤ密度である。したがってPG =2
XI Q”em−”の半導体4二△N−2x10 oy
r  を注入したとき(二は、τ7は2nSであり、5
00 MHzのくり返しまで応答する。また、過飽和吸
収部分11(=注入するキャリヤ密度ΔNを変化するこ
と(=よって、τ7を変化することができ、共振器長L
sと前述の関係C二なるよう(二設定することができる
一方、共振器長L1を短くし、パルス間隔を短くするた
め(二は、さら(=過飽和吸収部分11の少数キャリヤ
寿命時間τを短くする必要がある。この条件は、過飽和
吸収部分11を構成する半導体材料(=高濃度の不純物
を拡散するか、イオン注入するか、あるいはアモノシフ
ァス半導体材料を用いて(5) Tnfを小さくすることにより得られる。
以下、本発明による具体的なレーザダイオード光制御装
置の構成例(二ついて説明する。第4図C;、′s1の
実施例を示す。Aは増幅領域となるレーザ利得領域、B
は吸収領域、Cは光導波路領域である。n型1nP基板
20上(二順次n型1nP 21 、InGaAsP活
性層22.pi:JlルP25およびP型h4αAzP
24が順次成長された4層ダブルへテロ構造クエへC二
オーム性接触電極25.26を付けてレーザな構成する
P型側電極は2つの部分、すなわち該A、Eのそれぞれ
の領域ζ二電気的に分離する。Bの吸収領域の他方の側
(:は、レーザ光に対し吸収の小さいInGaAzP光
導波路27を付ける。図(二示した様(二Aのレーザ利
得領域の一方と、Cの先導波路領域の一方で光共振器2
8を形成し、第4図C二示したごとく一体の素子とする
。Aのレーザ利得領域への注入電流は該一体の素子でレ
ーザ発振が得られるまで順方向直流電流を注入する。B
の吸収領域−二は必要砿二応じて、Aのレーザ利得領域
よりも密度の低い順方向の電流を注入するか、あるいは
逆方向(−電圧を(6) 印加する。このような構成6二することにより、くり返
し2nL4/Cのレーザ発振光の短パルス列が得られる
。L、は共振器長である。増幅機能のレーザ利得領域A
、吸収領域B、光導波路領域Cはほぼ同じ屈折率をもつ
ので不要な反射は生じない。増幅機能のレーザ利得領域
ANよび吸収領域Bの少なくともいずれかをf=2nL
4/cの周波数で変調し、さら(二個々の光パルス幅を
短くすることもできる。
第5図及び第6図(:第2の実施例を示す。第1の実施
例と異なる点は、増幅機能のレーデ利得領域Aと吸収領
域Bが交互(二形成され、単一の電極I:よって電流が
注入されること(;ある。第5図のストライプ領域の中
央りで切断した図を第6図(二示す。n mInP基板
20 、 n’!LInP層21 、 InGaAzP
活性層22.P型1nP層23およびル型1nGaAz
P層29からなる4層ダブルへテロ構造クエへを用いる
表頁から亜鉛等P型の不純物を図1二示すよう一二P型
InP層23まで島状に拡散し、P型拡散領域30はP
+型C二反転し電流注入領域を形成する。全面(=(7
) 電極26および25を形成して順方向4=電流を注入す
ると、P型拡散領域30の下の活性層のみが選択的に励
起され、この部分が増幅機能のレーザ利得領域Aとなる
。一方、電流が注入されない領域は吸収領域Bとなる。
第2の実施例は作製が容易であり、第1の実施例と同じ
効果が得られる。
以上の実施例では、前述のよう嘔二吸収領域の少数キャ
リヤ寿命時間τが10  秒程度であるので、1GHz
程度が光パルス列の周波数の限度である。
さら1=高速のくり返しを得るための第3の実施例を第
7図C二本す。この実施例の特徴は吸収領域BCニレー
ザ発振波長で吸収をもつアモルファス半導体例えばアモ
ルファスシリコン等を用いることである。
アモルファス半導体では少数キャリヤの寿命時間τが数
10pS〜100pS程度と非常(:短いため、10〜
数10 GHzのくり返し短光パルス列を得るこ1 とができる。また吸収体としてアモルファス半導体の代
りζ二、レーザ利得領域となる増幅部分と同じ半導体材
料を用い、そこへ高濃度に不純物を拡(8) 散するか又はイオン注入しても良い。
本発明の実施例では増幅部分のレーザ利得領域Aと光吸
収部分の吸収領域Bおよび光導波路領域Cとの間の光結
合は光導波路間の直接結合を用いた。しかし、他の光結
合方式、たとえばテーパ結合位とえは野田著「光フアイ
バ伝送」電子通信学会発行268頁昭和53年)を用い
ても全く同様の効果が得られる。又、光共振器としては
ファプリ・ベロー型共振器を用いた場合を示したが、光
導波路上の結晶の層厚−二凹凸を形成してつくられた、
回折格子のブラッグ反射を利用した光共振器(前記文献
188頁)を用いることもできる。
本発明では半導体結晶としてInk/ InGaAsP
系で実施例を示した。しかし、第8図蛎:示したような
各種の材料でも本発明にしたがって構成でき、その使用
波長(二より任意の材料を選ぶことができる。
発明の効果= 以上説明したようC;、本発明のレーザダイオード光制
御装置は広い範囲の波長で広い範囲のくり返しをもつ短
パルス列を小型の装置で容易6二発生(9) することができるので、光ファイバなど光素子の分散特
性あるいは分光学一般の測定用光源として広く応用でき
る効果大である。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来の光制御装置の概念図、第3
図は本発明の光制御装置の原理図、184図は本発明の
光制御装置の第1の実施例の斜視図。 第5図は本発明の光制御装置の第2の実施例の斜視図、
第6図は第2の実施例の断面図、第7図は本発明の光制
御装置の第3の実施例の斜視図、第8図は本発明の光制
御装置(=適用される半導体材料の一覧表である。 1.1′・・・共振器用鏡、2・・・レーデ利得媒質、
3・・・励起光、4・・・過飽和吸収媒質、5・・・半
導体レーザ、6・・・球面鏡、7・・・変調用電源、1
0・・・半導体レーザ部分、11・・・半導体過飽和吸
収部分、12・・・先導波路、13.14・・・光共振
器、20・・・ル型1nP基板、21−n型1nP 、
 22−・InGaAsP活性層、23・p型IrLP
 124− P型1nGaAzP 、 25.26−オ
ーム性電極、27・・・InGaAsP光導波路、28
・・・光共振器、(10) 29・・・ル型1n、GaAzP 、 30・・・P全
拡散領域、31・・・アモルファス牛導体 特許出願人  日本電信電話公社 代理人 弁理士玉蟲久五部 (外3名) □ (11) 第1図 第2図 、・:・、第3面 第 4 図 第7図 第8図 −−−(AノエGα+−Jy I7!H−yP−Alx
GaH−x As =CAsy 5hH−y   ′ −CAlxGal−1)ylnH−yAs−Ga、 I
n、−x Py kt−y(AI x Ga +−1)
y In r−y 51+Wb S、、 5tx −Ph 、−、Sn z Ta −Pb )−z +S n z s& −1BI長(声m〕 手続補正書(方式) 1.事件の表示 昭和57年特許願11! 20874号2、発明の名称 レーザダイオード光制御装置 &補正をする者 4、代理人 8、補正の内容 別紙の通り (1)明細書第10頁第10行から第12行、「、第8
図は本発明の光制御装置に適用される半導体材料の一覧
表」とあるな「、第8図は本発明の光制御装置に適用さ
れる半導体材料の波長特性を示す図」と補正する。 (1)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 t 注入型半導体レーデ(二おいて、共振器内C二、電
    流を注入して形成される増幅領域と、該増幅領域よりも
    注入電流の小さいまたは全く励起しない、□あるいは逆
    方向(=バイアス電圧を加えた光吸収領域と、レーデ発
    振光(二対して光損失の小さい光導波路とを該共振器方
    向に直列(:光学的(二接続してなり、該光吸収領域の
    少数キャリヤの寿命時間が、光が該共振器を一往復する
    の(二必要な時間と同程度かまたは短いことを特徴とす
    るレーデダイオード光制御装置。 2、前記光吸収領域は、レーザ発振波長をエネルギに換
    算した値Eλよりも吸収端のエネルギ間隔E1の狭いア
    モルファス半導体材料からなることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載のレーザダイオード光制御装置。 (1)
JP2087482A 1982-02-12 1982-02-12 レ−ザダイオ−ド光制御装置 Granted JPS58202581A (ja)

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