JPS62245690A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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- JPS62245690A JPS62245690A JP61088273A JP8827386A JPS62245690A JP S62245690 A JPS62245690 A JP S62245690A JP 61088273 A JP61088273 A JP 61088273A JP 8827386 A JP8827386 A JP 8827386A JP S62245690 A JPS62245690 A JP S62245690A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 13
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- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 4
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- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
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Classifications
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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
- H01S5/10—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
-
- H—ELECTRICITY
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- H01S5/1053—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
- H01S5/106—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying thickness along the optical axis
-
- H—ELECTRICITY
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-
- H—ELECTRICITY
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- 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
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- 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
- H01S5/124—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 incorporating phase shifts
Landscapes
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- Electromagnetism (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）
不発明は単一波長で安定に発振する半導体レーザ装置に
関するものである。
関するものである。
（従来技術および発明が解決しようとする間朧点）従来
、分布帰還形半導体レーザでは、回折格子のブラック波
長で安定な率−波長レーザ発振會得るため、第４図に示
すような、１波長シント會含む半導体レーザ構遺が用い
られてきた。
、分布帰還形半導体レーザでは、回折格子のブラック波
長で安定な率−波長レーザ発振會得るため、第４図に示
すような、１波長シント會含む半導体レーザ構遺が用い
られてきた。
図において、２１はｎ −ＩｎＰの基板、２２は５ｎ−
Ａｕ ／ Ａｕ工９なる電極、２３はＩｎＧａＡｓＰ
Ｌ ’）なる光導波層、２４ ｆｄ ＩｎＧａＡｓＰよ
りなる活性Ｊ−１２５はＩｎＧａＡｓＰよりなるバッフ
ァ一層、２６はｐ −ＩｎＰノ９鋒、 ２７ ｎ
ｎ −ＩｎＰ 層、 ２８は ｐ −ＩｎＰ ノ
曽、 ２９ １ｃＩｎＧａＡｓＰ Ｎ、３０はＳｉＯ
２層、３１はＣｒ ／ Ａｕ工りなす る％ｇ、３２は７波長シフ）？ｒ含む１次回折格子、３
３はＺｎｎ拡散領域ケチ。
Ａｕ ／ Ａｕ工９なる電極、２３はＩｎＧａＡｓＰ
Ｌ ’）なる光導波層、２４ ｆｄ ＩｎＧａＡｓＰよ
りなる活性Ｊ−１２５はＩｎＧａＡｓＰよりなるバッフ
ァ一層、２６はｐ −ＩｎＰノ９鋒、 ２７ ｎ
ｎ −ＩｎＰ 層、 ２８は ｐ −ＩｎＰ ノ
曽、 ２９ １ｃＩｎＧａＡｓＰ Ｎ、３０はＳｉＯ
２層、３１はＣｒ ／ Ａｕ工りなす る％ｇ、３２は７波長シフ）？ｒ含む１次回折格子、３
３はＺｎｎ拡散領域ケチ。
この構造では、半導体レーザの両端面の境界条件の影＃
全小さくてるため、両端面ともコーティング等により反
射率全像くすることが心安である。
全小さくてるため、両端面ともコーティング等により反
射率全像くすることが心安である。
ところで、分布帰還形半導体レーザにおいて、両端面の
回折格子がどの位相で切断されているかに、実用的には
全くランダムであり、単一波長発振する半導体レーザが
得られるかどうかは、位相が０〜２π１での間でランタ
ムであるとして、確率的に考える必要がある。第１表に
単一波長発振する素子が得らｎる確率の数値１ｌｆｆ算
結果を示す。両端面の反射率がともに１％のときには全
素子（１００％）が単一波長発振する。ここにＲ，、Ｒ
２は反射率を示す。
回折格子がどの位相で切断されているかに、実用的には
全くランダムであり、単一波長発振する半導体レーザが
得られるかどうかは、位相が０〜２π１での間でランタ
ムであるとして、確率的に考える必要がある。第１表に
単一波長発振する素子が得らｎる確率の数値１ｌｆｆ算
結果を示す。両端面の反射率がともに１％のときには全
素子（１００％）が単一波長発振する。ここにＲ，、Ｒ
２は反射率を示す。
第１表
しかし、長距離光伝送等の大光量カケ得るためには、第
５図に示す工うに片ｉ１４＋＋を高反射率とし、この面
から放出される犬山カケ減少させ、低反射率側からより
大きな光出力を得る必要がある。第５図において、ｌｌ
はクラッド層、１２は油性層、１３は光導波層、１４は
クラッド層、Ｒ８゜Ｒ２は反射膜の反射率ケチす。この
場合には第１表に示した数値計算結果のように１８％程
此の素子でしか単一波長発振が得られなくなる欠点があ
った。
５図に示す工うに片ｉ１４＋＋を高反射率とし、この面
から放出される犬山カケ減少させ、低反射率側からより
大きな光出力を得る必要がある。第５図において、ｌｌ
はクラッド層、１２は油性層、１３は光導波層、１４は
クラッド層、Ｒ８゜Ｒ２は反射膜の反射率ケチす。この
場合には第１表に示した数値計算結果のように１８％程
此の素子でしか単一波長発振が得られなくなる欠点があ
った。
（問題点を解決するだめの手段）
不発明の目的は、このような両端面の反射率の非対称性
から生じる、率−波長発振する半導体レーザの得られる
ａ率の低下を防き゛、はとんど全ての素子で単一波長発
振を得る素子構造を提供することにある。
から生じる、率−波長発振する半導体レーザの得られる
ａ率の低下を防き゛、はとんど全ての素子で単一波長発
振を得る素子構造を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明は回折格子による光
帰還にエリ共振器を形成し、その共振器内に７波長シフ
ト構造を有する分布帰還形半導体レーザにおいて、半導
体レーザの両端面の反射率を非対称とすると共に、活性
層あるいは導波層の少くとも一方の増厚て共振器方向に
順次変化していることを特徴とする半導体Ｖ−ザ装置を
発明の要旨とするものである。
帰還にエリ共振器を形成し、その共振器内に７波長シフ
ト構造を有する分布帰還形半導体レーザにおいて、半導
体レーザの両端面の反射率を非対称とすると共に、活性
層あるいは導波層の少くとも一方の増厚て共振器方向に
順次変化していることを特徴とする半導体Ｖ−ザ装置を
発明の要旨とするものである。
し力・して本発明は光等波層又は活性層の厚さ、又は幅
がレーザ共振器方向に順次変化していることを特徴とす
る。
がレーザ共振器方向に順次変化していることを特徴とす
る。
次に本発明の実施例を添付図面について説明する。
なお実施例は一つの例示であって、本発明の鞘神會逸脱
１−ない範囲で神々の変更あるいは改良を行い９ること
は言うまでもない。
１−ない範囲で神々の変更あるいは改良を行い９ること
は言うまでもない。
第１図は不発明の牛碑捧レーザの実施例を示す。図にお
いて、１１はクラッドｌ−１１２は活性Ｉ−１１３は７
阪長シフト構這會含む回折格子の付いた光導波層、１４
はクラッド層でおる。
いて、１１はクラッドｌ−１１２は活性Ｉ−１１３は７
阪長シフト構這會含む回折格子の付いた光導波層、１４
はクラッド層でおる。
このような半導体レーザの発振特性はＦ−マトリックス
（例えば電子通信学会技術研究報告ＯＱＥ ８４−７９
に示されている）を用いｆＣ屏折により求めることがで
きる。
（例えば電子通信学会技術研究報告ＯＱＥ ８４−７９
に示されている）を用いｆＣ屏折により求めることがで
きる。
まず、第２図に示す、長さり、グレーティング周期Ａを
もつ均一分布帰還構造を考える。この特性を表わす結合
方程式は、 ・・・・・・（１） となる。但し、２は伝搬方向座標、Ａ、Ｂは分布帰還領
域内の前進波と後退波の電界複素振幅、Ｋは結合定数、
ｇは利得、ψはグレーティング位相全それぞれ示す。ま
たΔβは伝搬周波数βのブラック周波数βＢからのずれ
を示すブラッグパラメータであり、次式で定義される。
もつ均一分布帰還構造を考える。この特性を表わす結合
方程式は、 ・・・・・・（１） となる。但し、２は伝搬方向座標、Ａ、Ｂは分布帰還領
域内の前進波と後退波の電界複素振幅、Ｋは結合定数、
ｇは利得、ψはグレーティング位相全それぞれ示す。ま
たΔβは伝搬周波数βのブラック周波数βＢからのずれ
を示すブラッグパラメータであり、次式で定義される。
Δβ＝β−βＢ＝β−７・・・・・・ （２）さらに
、複素振幅Ａ、Ｂと前進波ＦＪＡ、後退波ＥＢは、ＥＡ
＝Ａ１１ｅ 、ＥＢ＝ＢＩＩｅｉβ２という関係ｉｐ
Ｚ が成立するので、（１）式の′！ｓを ｘｏ−（ｇ−ｉβ）Ｚ とするＯ ａｌ＋ ａｔは任意定数全表わし、Δβ＋ｒ
ｌ、！及びγは次のように定義される。
、複素振幅Ａ、Ｂと前進波ＦＪＡ、後退波ＥＢは、ＥＡ
＝Ａ１１ｅ 、ＥＢ＝ＢＩＩｅｉβ２という関係ｉｐ
Ｚ が成立するので、（１）式の′！ｓを ｘｏ−（ｇ−ｉβ）Ｚ とするＯ ａｌ＋ ａｔは任意定数全表わし、Δβ＋ｒ
ｌ、！及びγは次のように定義される。
Δβ′＝Δβ＋ｉｇ ・・・・・・（４）／’、
、＝＝ｉΔβ苓 γ ・・・・・・（５）ｒ”
＝ ＩＫ＋” −（Δβつ’ ・−−
−−・（６）従って、分布帰還領域と外部との右左境界
での前進波ＥＡ、後退波ＥＢの連続性を仮定すると〔Ｅ
Ａ（０）、ＥＢ（０）〕、〔ＥＡ（Ｌ）、ＥＢ（Ｌ）〕
に対するＦマトリクスは Ｆ、、＝ ［ｃｏｓｈ（ル）＋ｉ （処Ｊ ５ｉｎ
ｈ（ルＪ ］ ｅｉ％Ｌル と表せる。
、＝＝ｉΔβ苓 γ ・・・・・・（５）ｒ”
＝ ＩＫ＋” −（Δβつ’ ・−−
−−・（６）従って、分布帰還領域と外部との右左境界
での前進波ＥＡ、後退波ＥＢの連続性を仮定すると〔Ｅ
Ａ（０）、ＥＢ（０）〕、〔ＥＡ（Ｌ）、ＥＢ（Ｌ）〕
に対するＦマトリクスは Ｆ、、＝ ［ｃｏｓｈ（ル）＋ｉ （処Ｊ ５ｉｎ
ｈ（ルＪ ］ ｅｉ％Ｌル と表せる。
膜厚が順次変化する分布帰還形レーザは第３図に示すよ
うにＮ個の均−分布帰還要素群とみなすことができ、Ｋ
番目の領域のＦマトリクスを ＦＫ−Ｆ（ＫＫ、Δβに、ｔＫ、 ｇＫ、ψＫ） ・・
・・・・（９）とすれば、不均一導波路の特性Ｆマトリ
クスＶは 回折格子の結合係数ＫＬを２とし、共振器長ヲ３００μ
ｍとしたとき、単一波長発振するレーザが得られる割合
の計算結果を第２表に示す０第２表 一万のレーザ端面の反射率ヲ９０％、他方の反射率を１
％とし、共振器の両側での活性層の厚みの差Δｄが０
、１００ 、２００ 、３０ＯＡである場合に対して示
しである０この表から明らかなぶりに、均一な活性層の
場合には、単一波長で発振するレーザが得られる確率が
１８チであるのに比べ、１００Ａの傾斜があると７７％
、 ２００Ａ〜３００＾では９０％以上のレーザで単一
波長発振が得られるように改善される。
うにＮ個の均−分布帰還要素群とみなすことができ、Ｋ
番目の領域のＦマトリクスを ＦＫ−Ｆ（ＫＫ、Δβに、ｔＫ、 ｇＫ、ψＫ） ・・
・・・・（９）とすれば、不均一導波路の特性Ｆマトリ
クスＶは 回折格子の結合係数ＫＬを２とし、共振器長ヲ３００μ
ｍとしたとき、単一波長発振するレーザが得られる割合
の計算結果を第２表に示す０第２表 一万のレーザ端面の反射率ヲ９０％、他方の反射率を１
％とし、共振器の両側での活性層の厚みの差Δｄが０
、１００ 、２００ 、３０ＯＡである場合に対して示
しである０この表から明らかなぶりに、均一な活性層の
場合には、単一波長で発振するレーザが得られる確率が
１８チであるのに比べ、１００Ａの傾斜があると７７％
、 ２００Ａ〜３００＾では９０％以上のレーザで単一
波長発振が得られるように改善される。
この計算結果は次のように説明できる。つまり、Δｄ＝
０では高反射率（Ｒ１）の面の位相が全くランダムであ
るとき、１波長シフトで決まる内部電界の位相と厳密に
一致したときのみ率−軸モード発振が得られる。しかし
、Δｄ＝２００〜３００Ａの場合には伝播定数が空間的
に変化することによりＲ７での位相と１波長シフト領域
の位相との間の一致に対する条件がゆるくなり、単一軸
モード発振の確率が上昇する０ 以上、活性層の厚さが空間的に変化する場合について説
明したが、活性層を伝搬する光の伝搬定数全共振器方向
に空間的に変化させる方法、つまり １）光導波層の厚さを共振器方向に変化させること、 ２）活性層と光導波層の両者の厚さを変化させること Ｋよっても可能である。
０では高反射率（Ｒ１）の面の位相が全くランダムであ
るとき、１波長シフトで決まる内部電界の位相と厳密に
一致したときのみ率−軸モード発振が得られる。しかし
、Δｄ＝２００〜３００Ａの場合には伝播定数が空間的
に変化することによりＲ７での位相と１波長シフト領域
の位相との間の一致に対する条件がゆるくなり、単一軸
モード発振の確率が上昇する０ 以上、活性層の厚さが空間的に変化する場合について説
明したが、活性層を伝搬する光の伝搬定数全共振器方向
に空間的に変化させる方法、つまり １）光導波層の厚さを共振器方向に変化させること、 ２）活性層と光導波層の両者の厚さを変化させること Ｋよっても可能である。
又、活性Ｉ―の幅會共振器方向に変化させることも同様
に効果的である。
に効果的である。
これは、不発明の本質が、活性層を伝搬する光の伝播定
数を共振器方向に空間的に変化させることであり、層厚
の効果については前述した。
数を共振器方向に空間的に変化させることであり、層厚
の効果については前述した。
活性層の幅を変化させることも全く同様に伝播定数を変
化させることによるものである。（例えば、野田健−編
者「光フアイバ伝送」（資）頁）また活性層の代りに導
波層の厚さあるいは幅を変化させても、光の伝播定数を
変化せしめるので、同様の効果を有するものである。
化させることによるものである。（例えば、野田健−編
者「光フアイバ伝送」（資）頁）また活性層の代りに導
波層の厚さあるいは幅を変化させても、光の伝播定数を
変化せしめるので、同様の効果を有するものである。
空間的に膜厚の変化したレーザ構造は、例えばＣＶＤ法
では原料の流れに対して、基板を並行に置くことに工り
可能であり、又、ＭＢＥ法においては、セルの方向全基
板から傾けることにエリ可能である。一方、活性層の幅
會変化させることは、半導体レーザのストライプ形成時
にフォトマスクの形状を共振器方向に順次幅が異なるよ
うに変化するのみで容易に作製可能である。
では原料の流れに対して、基板を並行に置くことに工り
可能であり、又、ＭＢＥ法においては、セルの方向全基
板から傾けることにエリ可能である。一方、活性層の幅
會変化させることは、半導体レーザのストライプ形成時
にフォトマスクの形状を共振器方向に順次幅が異なるよ
うに変化するのみで容易に作製可能である。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明では、１波長シフトを含む
分布帰還形レーザにおいても単一波長発振な珠ったま才
、レーザ端面の反射率を非対称として、大出力を一力の
端面からとり出すことができるＣとから、長距離の光伝
送用光源等として極めて有用となる。
分布帰還形レーザにおいても単一波長発振な珠ったま才
、レーザ端面の反射率を非対称として、大出力を一力の
端面からとり出すことができるＣとから、長距離の光伝
送用光源等として極めて有用となる。
第１図は本発明の半導体レーザの断面図、第２図は均一
分布帰還構造導波路、第３図は不均一分布帰還構造導波
路のＮ分割解析法による模型、第４図及び第５図は従来
の半導体レーザを示す。 １１・・・・・・クラッド層 １２・・・・・・活性Ｊｔ！ １３・・・・・・光導波層 １４・・・・・・クラッド層 特許出願人 日本電信電話株式会社 第２図 第３図
分布帰還構造導波路、第３図は不均一分布帰還構造導波
路のＮ分割解析法による模型、第４図及び第５図は従来
の半導体レーザを示す。 １１・・・・・・クラッド層 １２・・・・・・活性Ｊｔ！ １３・・・・・・光導波層 １４・・・・・・クラッド層 特許出願人 日本電信電話株式会社 第２図 第３図
Claims (2)
- （１）回折格子による光帰還により共振器を形成し、そ
の共振器内に１／４波長シフト構造を有する分布帰還形
半導体レーザにおいて、半導体レーザの両端面の反射率
を非対称とすると共に、活性層あるいは導波層の少くと
も一方の層厚が共振器方向に順次変化していることを特
徴とする半導体レーザ装置。 - （２）１／４波長シフト構造を有する分布帰還形半導体
レーザにおいて、活性層の幅が共振器方向に順次変化し
てい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 |
|---|---|---|---|
| JP61088273A JPS62245690A (ja) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61088273A JPS62245690A (ja) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62245690A true JPS62245690A (ja) | 1987-10-26 |
Family
ID=13938293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61088273A Pending JPS62245690A (ja) | 1986-04-18 | 1986-04-18 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62245690A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01115188A (ja) * | 1987-10-28 | 1989-05-08 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光半導体デバイス |
| EP0772268A1 (en) * | 1995-11-02 | 1997-05-07 | Nec Corporation | Laser diode having narrowed radiation angle characteristic |
| JP2018519666A (ja) * | 2015-06-30 | 2018-07-19 | フォルシュングスフェアブント ベルリン エー ファウＦｏｒｓｃｈｕｎｇｓｖｅｒｂｕｎｄ Ｂｅｒｌｉｎ ｅ．Ｖ． | 分布帰還型レーザーダイオード及びその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52127086A (en) * | 1976-04-17 | 1977-10-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Uni-directional dfb laser |
| JPS5878488A (ja) * | 1981-11-05 | 1983-05-12 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 分布帰還形半導体レーザの駆動方法 |
-
1986
- 1986-04-18 JP JP61088273A patent/JPS62245690A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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| JPS52127086A (en) * | 1976-04-17 | 1977-10-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Uni-directional dfb laser |
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Cited By (4)
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