JPS62209886A - 分布帰還型半導体レ−ザ - Google Patents
分布帰還型半導体レ−ザInfo
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- JPS62209886A JPS62209886A JP61052862A JP5286286A JPS62209886A JP S62209886 A JPS62209886 A JP S62209886A JP 61052862 A JP61052862 A JP 61052862A JP 5286286 A JP5286286 A JP 5286286A JP S62209886 A JPS62209886 A JP S62209886A
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
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- 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
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
- 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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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- Optics & Photonics (AREA)
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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。
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）
本発明は分布帰還型半導体レーザに関する。
（従来の技術）
同期構造（回折格子）をレーザ反射機構として利用する
分布帰還型半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザと略す）は
、素子内部に設けた回折格子の周期で定まるブラッグ波
長近傍で単一軸モード発振し、高速直接変調時にも単一
軸モード動作を維持するため、光ファイバの大容量長波
長伝送システムの光源として有望視されている。
分布帰還型半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザと略す）は
、素子内部に設けた回折格子の周期で定まるブラッグ波
長近傍で単一軸モード発振し、高速直接変調時にも単一
軸モード動作を維持するため、光ファイバの大容量長波
長伝送システムの光源として有望視されている。
（発明が解決しようとしている問題点）ＤＦＢレーザは
、素子内部に形成した回折格子による反射率の波長依存
性によって選択的に一本の軸モードを発振させようとす
るものであるが、通常のＤＦＢレーザでは、ブラッグ波
長で発振せず、ブラッグ波長をはさむ２本の軸モードが
発振しやすい。この原因を以下簡単に説明する。第３図
は、通常よく試作されるＤＦＢレーザで、共振器の片端
面での反射率Ｒ１を０とし、残りの端面での反射率Ｒ２
が０．３の時（この反射率はへきかい面での反射率とほ
ぼ一致する）、規格化波長Δ１３Ｌに対する反射鏡損失
αＬを示したものである。第３図から明らかなように反
射鏡損失αＬの最小値は、ブラッグ波長に存在しない。
、素子内部に形成した回折格子による反射率の波長依存
性によって選択的に一本の軸モードを発振させようとす
るものであるが、通常のＤＦＢレーザでは、ブラッグ波
長で発振せず、ブラッグ波長をはさむ２本の軸モードが
発振しやすい。この原因を以下簡単に説明する。第３図
は、通常よく試作されるＤＦＢレーザで、共振器の片端
面での反射率Ｒ１を０とし、残りの端面での反射率Ｒ２
が０．３の時（この反射率はへきかい面での反射率とほ
ぼ一致する）、規格化波長Δ１３Ｌに対する反射鏡損失
αＬを示したものである。第３図から明らかなように反
射鏡損失αＬの最小値は、ブラッグ波長に存在しない。
しかも、反射鏡損失αＬはブラッグ波長を中心として左
右はぼ対称な形となっているため、しきい値利得の極小
値はブラッグ波長をはさんだ両側に存在することになる
。このため、通常のＤＦＢレーザでは、ブラッグ波長を
はさむ２本の縦モードが発振する確率が高くなり、単一
モードで発振するＤＦＢレーザの歩留りを悪くする原因
となっている。そこで単一軸モード発振するＤＦＢレー
ザの歩留りをよくするためには、１）発振しきい値利得
の最小値をブラッグ反射と一致させる、２）Δ１３Ｌ対
αＬ曲線（規格化波長に対する反射鏡損失曲線）をブラ
ッグ波長を中心として左右非対称な形にする、ことなど
が有効となってくる。
右はぼ対称な形となっているため、しきい値利得の極小
値はブラッグ波長をはさんだ両側に存在することになる
。このため、通常のＤＦＢレーザでは、ブラッグ波長を
はさむ２本の縦モードが発振する確率が高くなり、単一
モードで発振するＤＦＢレーザの歩留りを悪くする原因
となっている。そこで単一軸モード発振するＤＦＢレー
ザの歩留りをよくするためには、１）発振しきい値利得
の最小値をブラッグ反射と一致させる、２）Δ１３Ｌ対
αＬ曲線（規格化波長に対する反射鏡損失曲線）をブラ
ッグ波長を中心として左右非対称な形にする、ことなど
が有効となってくる。
１）のタイプのレーザにおいては、通常のＤＦＢ−ＬＤ
の共振器方向のほぼ中心で回折格子の位相をｎだけずら
すことを特徴とする。通常のＤＦＢ−ＬＤにおいては、
回折格子のブラッグ波長に相当する励振光の前進波と回
折格子による反射波の位相がキャビティ方向の中心でｎ
だけことなる。つまり、両者の波がたがいに打ち消し合
うため、ブラッグ波長での発振に必要な利得が高くなり
、この波長の光は励振されない。そこでレーザのキャビ
ティ方向の中央で回折格子の位相を■だけずらしてやる
と回折格子による１次の反射光は、前進波と同位相とな
りブラッグ波長でのレーザ発振が可能となる。この原理
を利用したのが１）の改良点である。
の共振器方向のほぼ中心で回折格子の位相をｎだけずら
すことを特徴とする。通常のＤＦＢ−ＬＤにおいては、
回折格子のブラッグ波長に相当する励振光の前進波と回
折格子による反射波の位相がキャビティ方向の中心でｎ
だけことなる。つまり、両者の波がたがいに打ち消し合
うため、ブラッグ波長での発振に必要な利得が高くなり
、この波長の光は励振されない。そこでレーザのキャビ
ティ方向の中央で回折格子の位相を■だけずらしてやる
と回折格子による１次の反射光は、前進波と同位相とな
りブラッグ波長でのレーザ発振が可能となる。この原理
を利用したのが１）の改良点である。
事実１）の改良点に着目したＸ／４シフト型ＤＦＢレー
ザの試作例が１９８４年１１月２２発行エレクトロニク
スレターズ誌第２０巻４号１００８〜１０１０項に報告
されており、ブラッグ波長に一致した単一軸モード発振
するＤＦＢレーザが（ペレットで評価した歩留りとして
は）歩留りよく得られている。しがし、上記の方法では
）Ｊ４シフト型回折格子を有する基板を形成する工程を
行なわねばらなず、この工程でのＡ／４シフト型基板作
製の歩留りも問題となる。事実、上記の論文では、基板
上にポジ型及びネガ型の７オトレジストを隣接して形成
し、二光東干渉露光法により焼きっけを行った後、半導
体基板をエツチングする工程によりＡ／４シフト型回折
格子を形成しているため、両者のレジスト最適露光時間
が異なることなどの問題点がありＸＪ４シフト型回折格
子を有する基板を形成する工程での歩留りは決してよい
とはいえない。
ザの試作例が１９８４年１１月２２発行エレクトロニク
スレターズ誌第２０巻４号１００８〜１０１０項に報告
されており、ブラッグ波長に一致した単一軸モード発振
するＤＦＢレーザが（ペレットで評価した歩留りとして
は）歩留りよく得られている。しがし、上記の方法では
）Ｊ４シフト型回折格子を有する基板を形成する工程を
行なわねばらなず、この工程でのＡ／４シフト型基板作
製の歩留りも問題となる。事実、上記の論文では、基板
上にポジ型及びネガ型の７オトレジストを隣接して形成
し、二光東干渉露光法により焼きっけを行った後、半導
体基板をエツチングする工程によりＡ／４シフト型回折
格子を形成しているため、両者のレジスト最適露光時間
が異なることなどの問題点がありＸＪ４シフト型回折格
子を有する基板を形成する工程での歩留りは決してよい
とはいえない。
本発明は、上記の２）の改良点に着目し、安定に単一軸
モードで発振するＤＦＢレーザの製造歩留りを向上させ
ることにある。
モードで発振するＤＦＢレーザの製造歩留りを向上させ
ることにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の要旨とするところは、Δ１３Ｌ対αＬ曲線をブ
ラッグ波長に対して左右非対称な形にするため、ＤＦＢ
レーザの少なくとも一方の光出射面に波長選択性のある
多層膜はどこすことにある。
ラッグ波長に対して左右非対称な形にするため、ＤＦＢ
レーザの少なくとも一方の光出射面に波長選択性のある
多層膜はどこすことにある。
（作用）
本発明の作用について述べる前に従来型の多層膜を有す
るＤＦＢレーザと本発明の波長選択性のある多層膜を有
するＤＦＢレーザとの違いについて最初に明確にしてお
く。従来、ＤＦＢレーザの出力端面に多層膜を形成する
目的としては、第２図の波線で示したような特性すなわ
ちレーザ端面での反射率を高反射にするために多層膜を
形成していた。
るＤＦＢレーザと本発明の波長選択性のある多層膜を有
するＤＦＢレーザとの違いについて最初に明確にしてお
く。従来、ＤＦＢレーザの出力端面に多層膜を形成する
目的としては、第２図の波線で示したような特性すなわ
ちレーザ端面での反射率を高反射にするために多層膜を
形成していた。
ところが本発明における多層膜は、第２図の実線で示し
たように波長の変化に対して反射率が変化するような波
長選択性を有する多層膜をＤＦＢレーザ端而端面成する
ことにある。両者の違いは多層膜の層数、層厚などのパ
ラメータが大幅に異なる。
たように波長の変化に対して反射率が変化するような波
長選択性を有する多層膜をＤＦＢレーザ端而端面成する
ことにある。両者の違いは多層膜の層数、層厚などのパ
ラメータが大幅に異なる。
−例として発振波長が１．３１１ｍのＤＦＢレーザを例
にとってみると、従来例では多層膜（具体例として５ｉ
０２とａ−８ｉの多層膜を考えている）の層数が５層の
ものが多く、５ｉ０２の層厚は２２４０人、ａ−８ｉの
層厚は１０９１人である。ところが本発明の多層１漠で
は多層膜の層数が従来型のものより多く１８層必要で５
ｉ０２の層厚は２７４０人、ａ−８ｉの層厚は１３３３
人と設計パラメータが大幅に異なっている。
にとってみると、従来例では多層膜（具体例として５ｉ
０２とａ−８ｉの多層膜を考えている）の層数が５層の
ものが多く、５ｉ０２の層厚は２２４０人、ａ−８ｉの
層厚は１０９１人である。ところが本発明の多層１漠で
は多層膜の層数が従来型のものより多く１８層必要で５
ｉ０２の層厚は２７４０人、ａ−８ｉの層厚は１３３３
人と設計パラメータが大幅に異なっている。
本発明の多層膜の作用を以下簡単に説明する。
第４図は、ＤＦＢレーザの片端面の反射率Ｒ１を０とし
、残りの端面での反射率Ｒ２をパラメータと７、ＤＦＢ
レーザの規格化相対発振波長ΔｐＬに対する反射鏡損失
αＬを計算したものである。第４図から明らかなように
ＤＦＢレーザのしきい値利得は、反射率Ｒ２に依存して
いる。本発明はこの効果を利用したものである。そこで
今、波長が長くなるにつれて（第４図ではΔ１３Ｌが負
から正に変化するにつれて）端面反射率Ｒ２がしだいに
高くなるような特性を有する多層膜をＤＦＢレーザのへ
き開面に形成することを考える。このフィルタを形成す
ることでΔｐＬ＜０側で発振可能な軸モードのしきい値
利得は、ΔｐＬ＞０側のそれより小さくすることができ
、Δｆ３Ｌ＜Ｏ側の軸モードを選択的に発振させること
ができる。このようすを第４図でながめてみると従来型
では第４図の実線５のようなブラッグ波長に対して左右
対称なΔ１３Ｌ−αＬ特性を示したものを本発明の効果
により第４図の波線６のようなブラッグ波長に対して左
右非対称なΔ１３Ｌ−αＬ特性にすることができる。こ
れにより反射鏡損失αＬの極小部は従来２カ所の波長で
存在していたものが１カ所で存在するようになり、単一
軸モードのみが選択的に発振する確率が高くなる。以上
は一方の光出射面に波長選択性のある膜を施した例で説
明したが、この事情は両方の出射面に多層膜を形成した
場合も同様である。
、残りの端面での反射率Ｒ２をパラメータと７、ＤＦＢ
レーザの規格化相対発振波長ΔｐＬに対する反射鏡損失
αＬを計算したものである。第４図から明らかなように
ＤＦＢレーザのしきい値利得は、反射率Ｒ２に依存して
いる。本発明はこの効果を利用したものである。そこで
今、波長が長くなるにつれて（第４図ではΔ１３Ｌが負
から正に変化するにつれて）端面反射率Ｒ２がしだいに
高くなるような特性を有する多層膜をＤＦＢレーザのへ
き開面に形成することを考える。このフィルタを形成す
ることでΔｐＬ＜０側で発振可能な軸モードのしきい値
利得は、ΔｐＬ＞０側のそれより小さくすることができ
、Δｆ３Ｌ＜Ｏ側の軸モードを選択的に発振させること
ができる。このようすを第４図でながめてみると従来型
では第４図の実線５のようなブラッグ波長に対して左右
対称なΔ１３Ｌ−αＬ特性を示したものを本発明の効果
により第４図の波線６のようなブラッグ波長に対して左
右非対称なΔ１３Ｌ−αＬ特性にすることができる。こ
れにより反射鏡損失αＬの極小部は従来２カ所の波長で
存在していたものが１カ所で存在するようになり、単一
軸モードのみが選択的に発振する確率が高くなる。以上
は一方の光出射面に波長選択性のある膜を施した例で説
明したが、この事情は両方の出射面に多層膜を形成した
場合も同様である。
（実施例）
第１図は、本発明の構成を明示するための全体構成図で
ある。本発明は、ＤＦＢレーザ１の一方のへき開面に無
反射コーティング（又は低反射膜）膜４を彩成し、残り
のへき開面に５ｉ０２２、アモルファスＳｉ３を順次ｎ
ｕ（ｎは正の整数）積層した多層膜を形成することによ
り構成される。第２図は、−例として多層膜を１８層積
層した時の各波長に対する反射率を計算したものである
。ここで５ｉ０２２の屈折率は１゜４６、層厚は０．２
７４ｐｍで、アモルファスＳｉ３の屈折率は３、層厚は
０．１３３３ｐｍとした。このような構造の多層膜は、
第２図に示したように急峻な波長依存性を有しており、
本発明の効果を十分に発揮できる。
ある。本発明は、ＤＦＢレーザ１の一方のへき開面に無
反射コーティング（又は低反射膜）膜４を彩成し、残り
のへき開面に５ｉ０２２、アモルファスＳｉ３を順次ｎ
ｕ（ｎは正の整数）積層した多層膜を形成することによ
り構成される。第２図は、−例として多層膜を１８層積
層した時の各波長に対する反射率を計算したものである
。ここで５ｉ０２２の屈折率は１゜４６、層厚は０．２
７４ｐｍで、アモルファスＳｉ３の屈折率は３、層厚は
０．１３３３ｐｍとした。このような構造の多層膜は、
第２図に示したように急峻な波長依存性を有しており、
本発明の効果を十分に発揮できる。
このことを実証するために第５図には上記の多層ＩＢｉ
フィルタを形成したＤＦＢレーザのΔ１３Ｌ対αＬ曲線
の計算結果を示す。ここでｋＬ＝０．５とした。第５図
は、第３図と比較するとΔ１３Ｌ対αＬ曲線がブラッグ
波長に対して非対称な曲線が得られることがわかる。第
６図ａ）はＲ１： ０．Ｒ２＝ ０．３１の従来型ＤＦ
Ｂレーザ。第６図ｂ）は本発明のＤＦＢレーザのＲ２側
端面の位相Ｑに対するメインモードとサブモードの発振
利得差ΔαＬの関係を示したものである。発振利得差Δ
αＬは、軸モードの安定性を評価する上で重要なパラメ
ータであり、この値が大きいほど単一軸モードで発振さ
れやすくなる。また、ＤＦＢレーザの端面での回折格子
の位相Ｑは素子作製時に制御することは不可能であるか
らＤＦＢレーザの歩留りは位相Ｑがある発振利得差Δα
Ｌ以上になる確率を評価することにより定量的に比較で
きる。今、両者の構造のＤＦＢレーザを比較すると従来
型構造のＤＦＢレーザでは、ΔαＬ＞０．１が４１％、
ΔαＬ＞０．２が２５％、ΔαＬ〉０゜３が１２％とな
っているのに対し、本発明のＤＦＢレーザではΔαＬ＞
０．１が７４％、ΔαＬ＞０．２が４５％、ΔαＬ＞０
．３が２０％となっている。以上のことから、本発明に
よりＤＦＢレーザの製造歩留りが向上することがわかる
。
フィルタを形成したＤＦＢレーザのΔ１３Ｌ対αＬ曲線
の計算結果を示す。ここでｋＬ＝０．５とした。第５図
は、第３図と比較するとΔ１３Ｌ対αＬ曲線がブラッグ
波長に対して非対称な曲線が得られることがわかる。第
６図ａ）はＲ１： ０．Ｒ２＝ ０．３１の従来型ＤＦ
Ｂレーザ。第６図ｂ）は本発明のＤＦＢレーザのＲ２側
端面の位相Ｑに対するメインモードとサブモードの発振
利得差ΔαＬの関係を示したものである。発振利得差Δ
αＬは、軸モードの安定性を評価する上で重要なパラメ
ータであり、この値が大きいほど単一軸モードで発振さ
れやすくなる。また、ＤＦＢレーザの端面での回折格子
の位相Ｑは素子作製時に制御することは不可能であるか
らＤＦＢレーザの歩留りは位相Ｑがある発振利得差Δα
Ｌ以上になる確率を評価することにより定量的に比較で
きる。今、両者の構造のＤＦＢレーザを比較すると従来
型構造のＤＦＢレーザでは、ΔαＬ＞０．１が４１％、
ΔαＬ＞０．２が２５％、ΔαＬ〉０゜３が１２％とな
っているのに対し、本発明のＤＦＢレーザではΔαＬ＞
０．１が７４％、ΔαＬ＞０．２が４５％、ΔαＬ＞０
．３が２０％となっている。以上のことから、本発明に
よりＤＦＢレーザの製造歩留りが向上することがわかる
。
（発明の効果）
ＤＦＢレーザの少なくとも一方の光出射面に波長選択性
のある多層膜フィルタを形成することにより従来型のＤ
ＦＢレーザより高い確率で単一軸モード発振する素子が
えられる。
のある多層膜フィルタを形成することにより従来型のＤ
ＦＢレーザより高い確率で単一軸モード発振する素子が
えられる。
第１図は本発明のＤＦＢレーザの端面構造を示した構造
図、第２図は多層膜フィルタの波長に対する反射率依存
性を示した図、第３図は従来型のＤＦＢレーザの規格化
発振波長Δ１３Ｌ対反射鏡損失αＬを示した図、第４図
は、従来型のＤＦＢレーザで端面の反射率Ｒ２を変化さ
せた時のΔ１３Ｌ対αＬ曲線を示す図、第５図は本発明
のＤＦＢレーザにおけるΔ１３Ｌ対αＬ曲線を示す図、
第６図ａ）は従来型、ｂ）は本発明のＤＦＢレーザにお
いて端面位相Ｑに対するＤＦＢレーザのメインモードと
サブモードの利得差ΔαＬを示した図である。 図中、１はＤＦＢレーザ、２は５ｉ０２．３はアモルフ
ァスＳｉ、４は低反射コーテイング膜である。 ７
１７．−一一オ １ 口 オ ２ 口 波長（Ｐｍ） ２４日 ＋５ ０ −
５規格化発振波長ΔβＬ ７５ 図 ＋５ ０ −５規格
化発振波長ΔβＬ オ６図 位相θ 位相θ
図、第２図は多層膜フィルタの波長に対する反射率依存
性を示した図、第３図は従来型のＤＦＢレーザの規格化
発振波長Δ１３Ｌ対反射鏡損失αＬを示した図、第４図
は、従来型のＤＦＢレーザで端面の反射率Ｒ２を変化さ
せた時のΔ１３Ｌ対αＬ曲線を示す図、第５図は本発明
のＤＦＢレーザにおけるΔ１３Ｌ対αＬ曲線を示す図、
第６図ａ）は従来型、ｂ）は本発明のＤＦＢレーザにお
いて端面位相Ｑに対するＤＦＢレーザのメインモードと
サブモードの利得差ΔαＬを示した図である。 図中、１はＤＦＢレーザ、２は５ｉ０２．３はアモルフ
ァスＳｉ、４は低反射コーテイング膜である。 ７
１７．−一一オ １ 口 オ ２ 口 波長（Ｐｍ） ２４日 ＋５ ０ −
５規格化発振波長ΔβＬ ７５ 図 ＋５ ０ −５規格
化発振波長ΔβＬ オ６図 位相θ 位相θ
Claims (1)
- 半導体基板上に少なくとも活性層と前記活性層よりもエ
ネルギーギャップが大きく、かつ一方の面に回折格子が
形成された光ガイド層とを有する分布帰還型半導体レー
ザにおいて、少なくとも一方の光出射面に波長選択性の
ある多層膜を有していることを特徴とする分布帰還型半
導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61052862A JPS62209886A (ja) | 1986-03-10 | 1986-03-10 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61052862A JPS62209886A (ja) | 1986-03-10 | 1986-03-10 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62209886A true JPS62209886A (ja) | 1987-09-16 |
Family
ID=12926677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61052862A Pending JPS62209886A (ja) | 1986-03-10 | 1986-03-10 | 分布帰還型半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62209886A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0246789A (ja) * | 1988-07-01 | 1990-02-16 | Philips Gloeilampenfab:Nv | ＤＦＢ／ＤＢＲレーザーダイオードのφコーティング |
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