JPS61290789A - 多電極分布帰還型半導体レーザの駆動方法 - Google Patents

多電極分布帰還型半導体レーザの駆動方法

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JPS61290789A
JPS61290789A JP60133345A JP13334585A JPS61290789A JP S61290789 A JPS61290789 A JP S61290789A JP 60133345 A JP60133345 A JP 60133345A JP 13334585 A JP13334585 A JP 13334585A JP S61290789 A JPS61290789 A JP S61290789A
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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】 「産業上の利用分野」 この発明は、安定した単−縦モードで発振し得る多電極
分布帰還型半導体レーザおよびその使用方法に関する。
「従来の技術」 分布帰還型半導体レーザは、共振器内に形成された回折
格子の波長選択性によって、発振縦モードの選択が可能
であるが、回折格子の共鳴波長をは・さむ2つの縦モー
ドで発振する可能性がある欠点を有している。そこで、
従来分布帰還型半導体レーザを縦モードで発振させるた
めに、レーザ端面からの反射を利用する方法が用いられ
たが、端面位置により特性が大きく変化するため歩どま
りが悪く、また、集積化が困難である等の欠点があった
。さらに、波長多重通信やコヒーレント通信等の光源と
しては、発振波長可変のレーザの必要性が高くなってき
ているが、分布帰還型のレーザでは、内部の回折格子に
よって発振波長が決定されるため、波長が固定されてし
まうという欠点があった。
また、位相シフト型回折格子を用いて単−縦モード化を
図った例があるが、回折格子の加工技術が難しく、再現
性に問題があった。
一方、光通信用光源として半導体レーザを用いる場合は
、注入電流を変調すれば、直接に振幅変調が可能となる
が、半導体レーザの直接変調においては、活性層内部の
キャリア密度の変化によって光強度を変化させているた
め、屈折率のキャリア密度依存性により屈折率が変化し
、このために、発振周波数の変動(チャーピング効果)
が生じる問題があった。この場合、光フアイバ通信にお
いては、光の周波数が変動すると光ファイバの周波数分
散により光パルスが変形し、伝送特性が著しく劣化する
という問題が生じる。
また、将来の光通信ンステムとして注目されているコヒ
ーレント通信システムでは、光の周波数や位相を変化さ
せる変調方法が必要とされている。
そこで、−例としては半導体レーザの直接変調に伴う周
波数変動を利用して、周波数変調を行う方法が研究され
ているが、この場合には、振幅も同時に変化してしまう
という欠点があった。
そして、これらの欠点を解決するレーザとして第3図に
示す半導体レーザが開発された。
第3図において、lはn型TnP基板、2は1゜5 μ
mWt [nGaAsP活性層、3はI 、3 μm帯
InGaAsP光導波路、4は先導波路3の一部に形成
された回折格子、5はP型InPクラッド層、6は回折
格子4の上方に形成された注入電極、7は平坦な導波路
部分に形成された制御電極、8はヘキ開により形成され
た反射面である。
第3図に示す構成においては、注入電極6へ電流を注入
して、回折格子4による分布帰還でレザー作用をさせる
。そして、反射面8からの反射光によって、単一モード
で発振させることができるまた、制御電極7への電流注
入によって導波路の屈折率が変化し、これにより、反射
面8がらの反射光の位相が変化する。すなわち、制御電
極7への電流注入量調整により、安定な単一モード発振
および発振波長制御が可能となる。
また、この図に示すレーザにおいては、注入電極6にコ
ンデンサを介して振幅変調信号を供給し、これによって
振幅変調を行い、かつ、制御電極7に制御電流を供給し
、これにより、振幅変調によって生じた発振周波数変動
を抑制することができる。
すなわち、周波数変動を抑制した振幅変調を行うことが
できる利点を有している。
「発明が解決しようとする問題点」 ところで、第3図に示す半導体レーザにおいては、共振
器の一部に回折格子4を形成するため、素子の作成が難
しく、また、平坦部と回折格子部のつなぎめからの反射
によって特性が左右されやすいという欠点を有していた
この発明は上述した問題点を解決するためになされたも
ので、作成が容易であるとともに、安定した単−縦モー
ドで発振することができ、かつ、構造によって特性が左
右されない多電極分布帰還型半導体レーザを提供するこ
とを目的とし、さらに、この多電極分布帰還型半導体レ
ーザを用いて振幅変調および周波数変調を行う使用方法
を提供することを目的としている。
「問題点を解決するための手段」 この発明は、上記問題点を解決するために、共振器全体
に回折格子を有し、かつ、独立に電流注入量を調整する
ことができる電極を光軸方向に3個以上設けるか、ある
いは、共振器全体に回折格子を有し、かつ、独立に電流
注入量を調整することができる電極を光軸方向に2個以
上設けるとともに、!つの端面を反射面とする構成にし
ている。
また、上記各電極に供給する変調電流の振幅と位相を制
御することにより、振幅変動を抑制した周波数変調およ
び周波数変動を抑制した振幅変調を行うようにしている
「作用 」 軸方向に不均一に分布されたキャリアによる屈折率変化
によって単−縦モード化が行なわれ、また、各電極への
注入電流の振幅および位相を制御することにより、振幅
変調を周波数変調とが独立に制御される。
「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。
第1図は、この発明の第1の実施例の構成を示す断面図
である。なお、この図において、第3図の各部と対応す
る部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第1図において、lOは共振器全体に渡って設けられて
いる回折格子であり、11,12.13は軸方向に分離
して設けられている注入電極である。
この場合、素子の全長は500μm1電極+1.12.
13の長さは各々160μm、電極間隔は10μmに設
定されている。また、14はエツチングによって形成さ
れた斜端面であり、15はARココ−ィングを施した光
出射端面である。
上記構成によれば、各電極rl、12.t3への電流注
入量を変化させて共振器内部にキャリア密度の分布を作
ると、キャリア密度による屈折率の変化によって共振器
方向に屈折率の分布ができる。
そして、この屈折率の分布により、回折格子の光学的な
ピッチが共振器方向に変化し、この結果、電子ビーム露
光等で間隔が変化する回折格子を形成するのと同様の効
果が得られる。
したがって、第1図に示す共振器を動作させるには、各
電極への電流注入量I、、!、(直流)を調整し、素子
が安定な単一発振モードとなるようにする。
たとえば、素子長500μmの場合についての計算結果
では、中央部分のキャリア密度を両端部分に比べて10
%増減させれば、λ/4シフト回折格子と同様な効果が
得られることが判った。
また、屈折率の分布は、各電極11,12.13への電
流注入量を変化させることにより容易に調整可能であり
、この結果、屈折率分布を変えてモード選択およびモー
ド波長の変化が可能となる。
さらに、第1図に示す素子においては、中央の電極!2
への注入量を増加させることで回折格子のブラッグ波長
の長波長側、同電極12への注入量を減少させることで
短波長側の縦モードが選択でき、かっ、選択されたモー
ドで安定な単一モード発振が得られることが観測された
。また、注入電流量の微少な変化によって各縦モードの
波長を数人の範囲で可変できることが観測された。
なお、この実施例においては、注入電極を分割した簡単
な構造で、位相シフト回折格子と同等な効果が得られ、
また、回折格子10が全体に均一に形成されているため
、作成が容易であるととしに、第3図に示す従来素子の
ように、回折格子と導波路の接続部分での反射がない利
点がある。また、反射面が不要であるため集積化が容易
であるという利点がある。
次に、第1図に示す素子を用いる変調方法について説明
する。
まず、第1図に示す変調信号源20から出力される変調
信号をコンデンサを介して電極13に供給するとともに
、位相調整器21.可変減衰器22を順次弁して電極1
2に供給する。そして、電極12べ供給される変調信号
に対し、位相調整器21によって位相を調整するととも
に、可変減衰器22によって振幅を調整する。
そして、この場合の変調原理は以下の通りである。すな
わち、多電極型の半導体レーザを用いて共振器方向に不
均一な変調を行うと、共振器方向にキャリア密度の不均
一ができる。この場合、屈折率はキャリア密度に依存性
するから、キャリア密度が不均一になると、屈折率が共
振器方向に変化した状態となる。そして、屈折率の変化
のために、回折格子の共鳴周波数が場所によって異なる
ようになり、レーザのしきい値および発振周波数は変調
につれて変化する。この変化はキャリア密度の分布によ
って決定されるから、その変化量は注入電極の位置によ
って異なってくる。
したがって、2以上の電極を用いて変調電流の振幅およ
び位相を調整すれば、振幅と周波数とを独立に調整し得
ることが判る。そして、この実施例においては、位相調
整器21と可変減衰器22とを調整することにより、周
波数変動を抑制した振幅変調または、振幅変動を抑制し
た周波数変動を行う。
次に、実験結果を示す。まず、IGHzの正弦波で変調
した場合の実験結果の一例を示す。電極13に約30m
Ap−p、電極12に約20mAp−pの同位相電流を
加えた場合、光出力は約50%の変調度となり、この時
の周波数変動は2GHz以下であった。この周波数変動
範囲は、従来の分布帰還型レーザを同一の変調度で変調
した場合の変動範囲(10GHz以上)に比べて!15
以下の変動範囲であり、この実施例における周波数変動
の抑制効果が高いことが判る。
次に、電極13に約15mAp−p、電極12に約20
.mAp−1)の逆位相の変調電流を加えた場合、10
GHzの周波数変調がかかり、この時の振幅変動率は1
%以下であった。このようにこの場合においては、振幅
の変動がほぼ抑制され、半導体レーザの直接変調で初め
て完全なFM変調が得られた。
第2図はこの発明の第2の実施例の構成を示す断面図で
ある。なお、この図において第1図の各部と対応する部
分には、同一の符号を付しその説明を省略する。
図に示すようにこの実施例における素子の形状は、はぼ
直方体状になっており、また、図に示す30は無反射コ
ーティングを施した出射端面、3Iは絶縁膜上に金コー
ティングを施した高反射率端面、32.33は注入電極
である。
この実施例における単一モード化は、高反射率端面31
からの反射によって達成されており、動作原理その他に
ついては、前述した第1の実施例と同様になっている。
また、この実施例における変調方法も、第1の実施例の
場合と全く同様に行うことができる。すなわち、注入電
極32.33に対しコンデンサを介して変調信号電流を
供給し、かつ、この変調信号電流の振幅と位相とを制御
して出力光の振幅変動あるいは周波数変動を抑制すれば
よい。
「発明の効果」 以上説明したように、′この発明によれば、共振器全体
に回折格子を有し、かつ、独立に電流注入量を調整する
ことができる電極、を光軸方向に3個以上設けるか、あ
4いは、共振器全体に回折格子を仔し、かつ、独立に電
流注入量を調整することができる電極を光軸方向に2個
以上設けるとともに、1つの端面を反射面とするように
したので、作成が容易であるとと乙に、軸方向に不均一
に分布されたキャリアによる屈折率変化によって単−縦
モード化が行なわれ、これにより、安定した単−縦モー
ドで発振することができる。また、上記各電極に供給す
る変調電流の振幅と位相を制御するようにしたので、出
力光の振幅と位相とを別個に制御することができ、これ
により、振幅変動を抑制した周波数変調および周波数変
動を抑制した振幅変調を行うことができる利点が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例の構成を示す断面図、
第2図はこの発明の第2の実施例の構成を示す断面図、
第3図は従来の半導体レーザの構成を示す断面図である
。 IO・・・・・回折格子、l 1,12,13,32.
33・・・・注入電極(電極)、31・・・・・・高反
射率端面(反射面)。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)共振器全体に回折格子を有し、かつ、独立に電流
    注入量を調整することができる電極を光軸方向に3個以
    上設けたことを特徴とする多電極分布帰還型半導体レー
    ザ。
  2. (2)共振器全体に回折格子を有し、かつ、独立に電流
    注入量を調整することができる電極を光軸方向に2個以
    上設けるとともに、1つの端面を反射面としたことを特
    徴とする多電極分布帰還型半導体レーザ。
  3. (3)共振器全体に回折格子を有し、かつ、独立に電流
    注入量を調整することができる電極を光軸方向に3個以
    上設けた多電極分布帰還型半導体レーザを用い、前記各
    電極への変調電流の振幅および位相を制御し、これによ
    り、周波数チャーピングを抑制した振幅変調を行うこと
    を特徴とする多電極分布帰還型半導体レーザの使用方法
  4. (4)共振器全体に回折格子を有し、かつ、独立に電流
    注入量を調整することができる電極を光軸方向に3個以
    上設けた多電極分布帰還型半導体レーザを用い、前記各
    電極への変調電流の振幅および位相を制御し、これによ
    り、振幅変調成分を抑制した周波数変調を行うことを特
    徴とする多電極分布帰還型半導体レーザの使用方法。
  5. (5)共振器全体に回折格子を有し、かつ、独立に電流
    注入量を調整することができる電極を光軸方向に2個以
    上設けるとともに、1つの端面を反射面とした多電極分
    布帰還型半導体レーザを用い、前記各電極への変調電流
    の振幅および位相を制御し、これにより、周波数チャー
    ピングを抑制した振幅変調を行うことを特徴とする多電
    極分布帰還型半導体レーザの使用方法。
  6. (6)共振器全体に回折格子を有し、かつ、独立に電流
    注入量を調整することができる電極を光軸方向に2個以
    上設けるとともに、1つの端面を反射面とした多電極分
    布帰還型半導体レーザを使用し、前記各電極への変調電
    流の振幅および位相を制御し、これにより、振幅変調成
    分を抑制した周波数変調を行うことを特徴とする多電極
    分布帰還型半導体レーザの使用方法。
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Cited By (3)

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