JPS6125234B2 - - Google Patents
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- JPS6125234B2 JPS6125234B2 JP53031337A JP3133778A JPS6125234B2 JP S6125234 B2 JPS6125234 B2 JP S6125234B2 JP 53031337 A JP53031337 A JP 53031337A JP 3133778 A JP3133778 A JP 3133778A JP S6125234 B2 JPS6125234 B2 JP S6125234B2
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 26
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 14
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- 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
- H01S5/06233—Controlling other output parameters than intensity or frequency
- H01S5/06243—Controlling other output parameters than intensity or frequency controlling the position or direction of the emitted beam
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
- H01S5/04256—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the configuration
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- 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
- H01S5/06203—Transistor-type lasers
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は直接変調が可能な高速変調用半導体
レーザ装置に関する。
レーザ装置に関する。
電流励起半導体レーザは、小型・軽量・高効率
等の長所を持つ上、その光出力強度が信号電流に
よつて直接変調できるため光通信装置や光情報処
理装置の有力な光源と考えられている。しかし、
直接変調の場合変調速度が数十MHz程度以上の
高速になると、光出力に緩和振動があらわれ、こ
れによつて応答波形は歪み、さらにパターン効果
が顕著となるため、実用的な変調速度は、高々
100MHz程度以下におさえられている。より高速
の直接変調を可能にする手段として、従来外部光
注入法が提案されている。これは、変調する半導
体レーザの発振モードに外部から発振波長に一致
する波長の外部光を定常的に注入することによつ
て上記緩和振動が抑制されることを利用し高速変
調を可能にするものである。しかし、実用におい
ては、変調用レーザと外部光源としての他のレー
ザの発振波長の一致を実現することは必ずしも容
易ではない。
等の長所を持つ上、その光出力強度が信号電流に
よつて直接変調できるため光通信装置や光情報処
理装置の有力な光源と考えられている。しかし、
直接変調の場合変調速度が数十MHz程度以上の
高速になると、光出力に緩和振動があらわれ、こ
れによつて応答波形は歪み、さらにパターン効果
が顕著となるため、実用的な変調速度は、高々
100MHz程度以下におさえられている。より高速
の直接変調を可能にする手段として、従来外部光
注入法が提案されている。これは、変調する半導
体レーザの発振モードに外部から発振波長に一致
する波長の外部光を定常的に注入することによつ
て上記緩和振動が抑制されることを利用し高速変
調を可能にするものである。しかし、実用におい
ては、変調用レーザと外部光源としての他のレー
ザの発振波長の一致を実現することは必ずしも容
易ではない。
この発明の目的は出力の緩和振動の出現を招か
ない、実現が容易な高速変調用半導体レーザ装置
を提供することにある。
ない、実現が容易な高速変調用半導体レーザ装置
を提供することにある。
この発明は次のような原理に基く。半導体レー
ザ出力の緩和振動は半導体レーザの励起電流や内
部損失を変化させることによつて、半導体レーザ
の光出力を変化させるに際して少くとも過渡的に
内部励起キヤリア密度の変化を伴い、しかもこの
光出力と励起キヤリア密度の変化の固有の時定数
が著しく異る結果が出現する。従つて、最も確実
な緩和振動抑制は、レーザ共振器内の光強度と励
起キヤリア密度の変動を防ぐことによつて実現で
きる。レーザ出力を変化させずに、しかも変調さ
れた光信号を得るためには、例えば半導体レーザ
の出力端における発光スポツトの位置を、この半
導体レーザに接続された光導波路あるいは光受光
素子に対して空間的に移動すれば良い。
ザ出力の緩和振動は半導体レーザの励起電流や内
部損失を変化させることによつて、半導体レーザ
の光出力を変化させるに際して少くとも過渡的に
内部励起キヤリア密度の変化を伴い、しかもこの
光出力と励起キヤリア密度の変化の固有の時定数
が著しく異る結果が出現する。従つて、最も確実
な緩和振動抑制は、レーザ共振器内の光強度と励
起キヤリア密度の変動を防ぐことによつて実現で
きる。レーザ出力を変化させずに、しかも変調さ
れた光信号を得るためには、例えば半導体レーザ
の出力端における発光スポツトの位置を、この半
導体レーザに接続された光導波路あるいは光受光
素子に対して空間的に移動すれば良い。
ストライプ型半導体レーザの内部での光導波機
構については、近年多くの研究が蓄積され、次第
に詳細に理解されつつある。その結果、通常のス
トライプ型半導体レーザの接合面に沿つた光に対
して垂直な方向に関する光導波は、ストライプ部
分に集中して注入される励起キヤリアによつてこ
の部分に局所的に高い光学的な利得が発生する結
果生ずる、いわゆる利得導波（gain guiding）に
よつて行なわれることが明らかになつた。すなわ
ち、ストライプ部分に局在する励起キヤリアの分
布が光導波路を形成する。従つて、注入電流の空
間的な分布を変化させることによつて励起キヤリ
アの空間的分布を変化させれば、半導体レーザの
光導波路は空間的に移動し、出力端における出力
光スポツトが移動する。しかも、この際、半導体
レーザを流れる総電流がほぼ一定で、変化しなけ
れば、光導波路を形成する励起キヤリアの密度
も、この中を導波される光の強度もほぼ一定に保
たれ、緩和振動は発生しない。
構については、近年多くの研究が蓄積され、次第
に詳細に理解されつつある。その結果、通常のス
トライプ型半導体レーザの接合面に沿つた光に対
して垂直な方向に関する光導波は、ストライプ部
分に集中して注入される励起キヤリアによつてこ
の部分に局所的に高い光学的な利得が発生する結
果生ずる、いわゆる利得導波（gain guiding）に
よつて行なわれることが明らかになつた。すなわ
ち、ストライプ部分に局在する励起キヤリアの分
布が光導波路を形成する。従つて、注入電流の空
間的な分布を変化させることによつて励起キヤリ
アの空間的分布を変化させれば、半導体レーザの
光導波路は空間的に移動し、出力端における出力
光スポツトが移動する。しかも、この際、半導体
レーザを流れる総電流がほぼ一定で、変化しなけ
れば、光導波路を形成する励起キヤリアの密度
も、この中を導波される光の強度もほぼ一定に保
たれ、緩和振動は発生しない。
この発明によれば、ストライプ電極を持つた多
層・多重ヘテロ構造を持つ半導体レーザにおい
て、半導体レーザの少くとも一方の出力端に隣接
したストライプ電極の少くとも一部が、光の伝播
方向と直交する方向に関して相互に電気的に分離
されている複数部分に分割され、ストライプ電極
の分割部分が、その各部分に印加される電流を、
その総和がほぼ一定という条件の下で変化させる
ことが可能な電流供給装置に接続されており光出
力の緩和振動を誘起することなく、その発振領域
を空間的に高速に移動することが可能であること
を特徴とする半導体レーザ装置が得られる。
層・多重ヘテロ構造を持つ半導体レーザにおい
て、半導体レーザの少くとも一方の出力端に隣接
したストライプ電極の少くとも一部が、光の伝播
方向と直交する方向に関して相互に電気的に分離
されている複数部分に分割され、ストライプ電極
の分割部分が、その各部分に印加される電流を、
その総和がほぼ一定という条件の下で変化させる
ことが可能な電流供給装置に接続されており光出
力の緩和振動を誘起することなく、その発振領域
を空間的に高速に移動することが可能であること
を特徴とする半導体レーザ装置が得られる。
次にこの発明を第１図ａに示された実施例を参
照しながら詳細に説明する。この発明は半導体レ
ーザの材質を問わず実現可能であるが現在最も広
く製作されているGaAs半導体レーザの場合につ
いて説明すれば、この多層、多重ダブルヘテロ構
造を有する半導体レーザ素子１は、一方の電極を
兼ねるｎ型GaAs基盤２の上に順次エピタキシヤ
ル成長によつて形成されるｎ型Ga1-yAlyAs層
３、活性層となるGaAs層４、ｐ型Ga1-yAlyAs層
５、およびｐ型GaAs層６とからなる。ｙの値は
通常0.3から0.4の間にある。７，８および９は素
子１の上面に形成された分割されたストライプ状
電極を示す。また１０はこの半導体レーザ素子１
の出力を受ける光導波路である。
照しながら詳細に説明する。この発明は半導体レ
ーザの材質を問わず実現可能であるが現在最も広
く製作されているGaAs半導体レーザの場合につ
いて説明すれば、この多層、多重ダブルヘテロ構
造を有する半導体レーザ素子１は、一方の電極を
兼ねるｎ型GaAs基盤２の上に順次エピタキシヤ
ル成長によつて形成されるｎ型Ga1-yAlyAs層
３、活性層となるGaAs層４、ｐ型Ga1-yAlyAs層
５、およびｐ型GaAs層６とからなる。ｙの値は
通常0.3から0.4の間にある。７，８および９は素
子１の上面に形成された分割されたストライプ状
電極を示す。また１０はこの半導体レーザ素子１
の出力を受ける光導波路である。
同図に示された半導体レーザ素子１の上面電極
７〜９のそれぞれに印加する電流を変化させた場
合に生ずる活性層４内の励起キヤリアの分布の変
化の様子が第１図ｂに概念的に示されている。こ
こでｘは活性層面内に、光の伝播方向であるレー
ザ素子１の長軸方向に対して垂直な方向にとつた
座標である。電極７〜９の各々に印加される電流
を、それぞれI7，I8およびI9とする。第１の場合
としてI7とI8が一定値I0に等しくI9＝０の場合を考
え、この時実現される励起キヤリア密度の空間分
布を第１図ｂに実線１１で示した。また、第２の
場合としてI8＝I9＝I0からI7＝０の場合の励起キヤ
リア密度の空間分布を同じ図に点線１２で示し
た。利得導波の結果、第１の場合にレーザ光強度
はｘ＝x1の付近に局在し、第２の場合にはｘ＝x2
の付近に局在する。つまり、上面電極の各部分に
印加する電流の比を第１の分布から第２の分布に
変化させることによつて、発振光スポツトの位置
をｘ＝x1付近からｘ＝x2付近まで、x2−x2だけ移
動できる。しかも、第１の場合から第２の場合に
移行するに際して、I8は変化させず、I7とI9を、I7
＋I9＝I0の条件を満しながら連続的に変化させれ
ば、発振光スポツトの位置の移動に際して、半導
体レーザ内部の光強度は変化せず、総和振動は発
生しない。受光口径の充分小さな光導波路１０
を、その中心をｘ＝x1ほぼ一致させて設置してお
けばこの光導波路１０中を伝播する光の強度は、
電流分布を上記の２つの分布の１方から他方に変
化させるに応じて増減し、伝播光の変調が実現す
る。この場合、光出力の緩和振動は誘起されない
ため高速変調に対する障害とはならず、ギガヘル
ツ程度の高速変調が可能になる。さらに、光導波
路１０に加えて、第２の光導波路をその中心をｘ
＝x2にほぼ一致させておけば、第２の光導波路を
伝播する光は、第１の光導波路の伝播光と相補的
な変調をうけるため、モニター等に利用できる。
７〜９のそれぞれに印加する電流を変化させた場
合に生ずる活性層４内の励起キヤリアの分布の変
化の様子が第１図ｂに概念的に示されている。こ
こでｘは活性層面内に、光の伝播方向であるレー
ザ素子１の長軸方向に対して垂直な方向にとつた
座標である。電極７〜９の各々に印加される電流
を、それぞれI7，I8およびI9とする。第１の場合
としてI7とI8が一定値I0に等しくI9＝０の場合を考
え、この時実現される励起キヤリア密度の空間分
布を第１図ｂに実線１１で示した。また、第２の
場合としてI8＝I9＝I0からI7＝０の場合の励起キヤ
リア密度の空間分布を同じ図に点線１２で示し
た。利得導波の結果、第１の場合にレーザ光強度
はｘ＝x1の付近に局在し、第２の場合にはｘ＝x2
の付近に局在する。つまり、上面電極の各部分に
印加する電流の比を第１の分布から第２の分布に
変化させることによつて、発振光スポツトの位置
をｘ＝x1付近からｘ＝x2付近まで、x2−x2だけ移
動できる。しかも、第１の場合から第２の場合に
移行するに際して、I8は変化させず、I7とI9を、I7
＋I9＝I0の条件を満しながら連続的に変化させれ
ば、発振光スポツトの位置の移動に際して、半導
体レーザ内部の光強度は変化せず、総和振動は発
生しない。受光口径の充分小さな光導波路１０
を、その中心をｘ＝x1ほぼ一致させて設置してお
けばこの光導波路１０中を伝播する光の強度は、
電流分布を上記の２つの分布の１方から他方に変
化させるに応じて増減し、伝播光の変調が実現す
る。この場合、光出力の緩和振動は誘起されない
ため高速変調に対する障害とはならず、ギガヘル
ツ程度の高速変調が可能になる。さらに、光導波
路１０に加えて、第２の光導波路をその中心をｘ
＝x2にほぼ一致させておけば、第２の光導波路を
伝播する光は、第１の光導波路の伝播光と相補的
な変調をうけるため、モニター等に利用できる。
第２図はこの発明の第２の実施例の上面図であ
る。図中の１３は第１図の半導体レーザ素子１と
同様の多層構造を持つ半導体レーザ用結晶であり
１４〜１６はその上面に設置され、相互に電気的
に分離された電極である。１８〜１９は鏡面をな
す結晶の端面を示している。電極１４と１５に印
加される電流I14とI15を充分大きくし、電極１６
に印加される電流I16を充分小さくすれば、この
レーザ素子の活性層の電極１４及び１５の直下に
位置する部分が端面１８及び２０を反射鏡として
レーザ発振する。また、I14とI16を充分大きく
し、I15を充分小さくすれば、このレーザ素子の
電極１４及び電極１６の直下に位置する部分がレ
ーザ発振する。そこで、出射端１８あるいは１
９、またはその両者のそれぞれに隣接して、一方
の出射端からの出射光を選択的に受光するような
充分小さな口径の光導波路を設置すれば、第１の
実施例について説明した方法で、伝播光強度の変
調が実現される。
る。図中の１３は第１図の半導体レーザ素子１と
同様の多層構造を持つ半導体レーザ用結晶であり
１４〜１６はその上面に設置され、相互に電気的
に分離された電極である。１８〜１９は鏡面をな
す結晶の端面を示している。電極１４と１５に印
加される電流I14とI15を充分大きくし、電極１６
に印加される電流I16を充分小さくすれば、この
レーザ素子の活性層の電極１４及び１５の直下に
位置する部分が端面１８及び２０を反射鏡として
レーザ発振する。また、I14とI16を充分大きく
し、I15を充分小さくすれば、このレーザ素子の
電極１４及び電極１６の直下に位置する部分がレ
ーザ発振する。そこで、出射端１８あるいは１
９、またはその両者のそれぞれに隣接して、一方
の出射端からの出射光を選択的に受光するような
充分小さな口径の光導波路を設置すれば、第１の
実施例について説明した方法で、伝播光強度の変
調が実現される。
この場合にも、変調時に、I14が一定かつI15＋
I16がほぼ一定とすることによつて、レーザ出力
の緩和振動を防ぐことができる。この場合さら
に、図中１７で示されたような電極の櫛状構造を
導入することにより光導波路の空間的な移動をで
きるだけ円滑に行なわせることにより緩和振動は
最も効果的に抑制される。
I16がほぼ一定とすることによつて、レーザ出力
の緩和振動を防ぐことができる。この場合さら
に、図中１７で示されたような電極の櫛状構造を
導入することにより光導波路の空間的な移動をで
きるだけ円滑に行なわせることにより緩和振動は
最も効果的に抑制される。
第１図ａはこの発明の一実施例を示す斜視図、
第１図ｂは本発明を説明するための説明図。第２
図は本発明の他の実施例を示す上面図。 １，１３……多層構造を有する半導体レーザ素
子。７，８，９，１４，１５，１６……電極。
第１図ｂは本発明を説明するための説明図。第２
図は本発明の他の実施例を示す上面図。 １，１３……多層構造を有する半導体レーザ素
子。７，８，９，１４，１５，１６……電極。
Claims (1)
- １ ストライプ電極を有する半導体レーザと、前
記ストライプ電極に接続される電源とを含んで構
成され、前記ストライプ電極は、前記半導体レー
ザの光出力端に隣接する領域で、光軸に平行な間
隙によつて複数部分に分割され、しかも相互に電
気的に分離されており、前記電源により前記スト
ライプ電極の分割された複数部分の各々に通電さ
れる電流を、その総和をほぼ一定に保ちつつ変化
できることを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3133778A JPS54123886A (en) | 1978-03-17 | 1978-03-17 | Semiconductor laser unit for high speed modulation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3133778A JPS54123886A (en) | 1978-03-17 | 1978-03-17 | Semiconductor laser unit for high speed modulation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54123886A JPS54123886A (en) | 1979-09-26 |
| JPS6125234B2 true JPS6125234B2 (ja) | 1986-06-14 |
Family
ID=12328426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3133778A Granted JPS54123886A (en) | 1978-03-17 | 1978-03-17 | Semiconductor laser unit for high speed modulation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS54123886A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57210684A (en) * | 1981-02-09 | 1982-12-24 | Fujitsu Ltd | Photosemiconductor device |
| JPS5932188A (ja) * | 1982-08-16 | 1984-02-21 | Omron Tateisi Electronics Co | ビ−ム走査形半導体レ−ザ |
| JPH0614573B2 (ja) * | 1985-02-25 | 1994-02-23 | 日本電信電話株式会社 | 半導体レ−ザ |
| GB2197531B (en) * | 1986-11-08 | 1991-02-06 | Stc Plc | Distributed feedback laser |
| JP6435820B2 (ja) * | 2014-12-03 | 2018-12-12 | 株式会社豊田中央研究所 | 光半導体装置および光半導体素子の実装方法 |
-
1978
- 1978-03-17 JP JP3133778A patent/JPS54123886A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54123886A (en) | 1979-09-26 |
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