JPS622478B2 - - Google Patents

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JPS622478B2
JPS622478B2 JP14636381A JP14636381A JPS622478B2 JP S622478 B2 JPS622478 B2 JP S622478B2 JP 14636381 A JP14636381 A JP 14636381A JP 14636381 A JP14636381 A JP 14636381A JP S622478 B2 JPS622478 B2 JP S622478B2
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JP
Japan
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grating
wavelength
laser
gain
semiconductor laser
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JP14636381A
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JPS5848981A (ja
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Hideto Furuyama
Yutaka Uematsu
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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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
    • H01S5/10Construction 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
    • H01S5/1028Coupling to elements in the cavity, e.g. coupling to waveguides adjacent the active region, e.g. forward coupled [DFC] structures
    • H01S5/1032Coupling to elements comprising an optical axis that is not aligned with the optical axis of the active region
    • HELECTRICITY
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    • H01S5/12Construction 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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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、波長制御半導体レーザ素子を同一半
導体基板上に集積化した半導体レーザ装置の改良
に関する。
近時、光通信技術の発達に伴い波長多重通信技
術の向上が重要な課題となつている。波長多重通
信技術で最も必要とされるのは波長多重用光源で
ある。波長多重用光源としては、一般にスペクト
ル幅が狭く高速変調可能な半導体レーザ装置が用
いられている。しかし、通常の半導体レーザ装置
では周囲温度等による発振波長の変化が大きいた
め、上記波長多重用光源としてはDBR
(Distributed Bragg Reflector)レーザ、DFB
(Distributed Feedback)レーザ、およびGC
(Grating Coupled)レーザ等に代表される波長
制御半導体レーザが必要とされている。そして、
この波長制御半導体レーザの集積化が重要な開発
課題の1つとなつている。
従来、波長制御半導体レーザの集積化には、同
一の基板上にDBR,DFB,GCレーザ等を複数個
設けると共に、それぞれの発振波長に合わせた周
期の回折格子を設けるようにしている。しかしな
がら、この種の手法では後述するように回折格子
の多重露光技術や繰り返しエツチングが必要とな
り、技術的にも難しく、高密度の集積化はほとん
ど不可能であつた。
第1図は波長制御半導体レーザ素子を同一基板
上に集積化した従来の半導体レーザ装置を示す概
略構成図であり、第2図は第1図の矢視A−A断
面図である。半導体基板1上に導波路層2a,2
b,2cおよび活性層3a,3b,3cを積層し
てなる第1乃至第3のDFBレーザ素子4,5,
6がそれぞれ平行配置されている。これらのレー
ザ素子4,5,6の各導波路層2a,2b,2c
にはブラツグ反射波長λ,λ,λ(λ
λ<λ)によつて決定される周期の回折格子
7a,7b,7cがそれぞれ形成されている。ま
た、レーザ素子4,5,6の各右側端には反射鏡
8a,8b,8cがそれぞれ設けられている。さ
らに、レーザ素子4,5,6の左方には合波器9
が設けられている。そして、レーザ素子4,5,
6からの各レーザ光は合波器9により合成され図
中左方向に出力されるものとなつている。
このように従来の半導体レーザ装置では異なる
波長のレーザ光を得るため、回折格子7a,7
b,7cの各周期を異なるものとしている。した
がつて、回折格子7a,7b,7cを形成する際
に、微細パターン露光或いは2光束干渉露光が3
回必要となる。さらに、素子パターン形成のため
の露光も必要であり、少なくとも4回の多重露光
が必要である。このため、装置製造が極めて難し
く、しかも製造歩留りが悪いと云う問題があつ
た。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、異なる発光波長を有す
る複数の波長制御半導体レーザ素子を同一基板上
に集積化するに際し、各レーザ素子の回折素子を
形成するための露光を1回で済ませることがで
き、装置製造の容易化および製造歩留りの向上を
はかり得る実用性に優れた半導体レーザ装置を提
供することにある。
まず、本発明の概要を説明する。発光波長の異
なる複数の波長制御半導体レーザ素子の各回折格
子を1回の露光で形成するためには、各回折格子
の格子方向および周期が同じでなければならな
い。しかし、上記格子方向および周期が同じであ
ると前記第1図に示した構成では各レーザ素子の
発光波長が等しいものとなる。これは、各レーザ
素子のゲイン領域(ゲイン方向)が回折格子の格
子方向とそれぞれ直交するためである。そこで本
発明等は鋭意研究を重ねた結果、波長制御半導体
レーザ素子のゲイン領域と回折格子の格子方向と
の交差角を直角からずらすことにより、回折格子
の周期が等価的に長くなることを見出した。すな
わち、同じ周期の回折格子を用いても、上記交差
角を変えることによつて発光波長を変え得ること
を見出した。
本発明はこのような点に着目し、複数の波長制
御半導体レーザ素子の各ゲイン領域にある回折格
子の格子方向および周期をそれぞれ同一のものと
し、さらに上記各ゲイン領域と回折格子の格子方
向に直交する方向との交差角をそれぞれ異なる角
度に設定するようにしたものである。
したがつて本発明によれば、異なる発光波長を
有する複数の波長制御半導体レーザ素子を同一期
板上に集積化するに際し、各レーザ素子のゲイン
領域にある回折格子を1回の露光で形成すること
ができる。このため、装置製造が容易となり、さ
らに製造歩留りの大幅な向上をはかり得る等の効
果を奏する。
以下、本発明の詳細を図示の実施例によつて説
明する。
第3図は本発明の一実施例を示す概略構成図で
ある。なお、第1図と同一部分には同一符号を付
して、その詳しい説明は省略する。この実施例が
第1図に示した従来装置と異なる点は、第1乃至
第3の波長制御半導体レーザ素子11,12,1
3の各回折格子20a,20b,20cの格子方
向および周期をそれぞれ同一のものとし、さらに
各レーザ素子11,12,13のゲイン方向を変
化させたことである。すなわち、第1のレーザ素
子11はそのゲイン方向を回折格子20aの格子
方向と直交する方向に沿つて設けられている。ま
た、第2のレーザ素子12は、そのゲイン方向と
回折格子20bの格子方向に直交する方向との交
差角がθになるよう設けられている。さらに、
第3のレーザ素子13はそのゲイン方向と回折格
子20bの格子方向に直交する方向との交差角θ
(θ>θ)になるよう設けられている。
ここで、ゲイン方向と格子方向に直交する方向
との交差角をθとすると、得られる反射波長λ〓
は次式で表わされる。
λ〓=λ/cosθ …(1) ただし、λpはθ=0におけるブラツグ反射波
長である。このように交差角θを変えることによ
つて、反射波長λ〓が変わる。すなわち、同一方
向で同一周期の回折格子を用いても、上記交差角
θを適当に変えることによつてレーザ素子11,
12,13の各発光波長が異なることになる。
ところで、前記交差角θを定める上で重要とな
るのは自然発光波長とのずれによるゲインの減少
を考慮しなければならないことである。ゲイン量
が−3〔dB〕以下になると発振が困難になるの
で、交差角θを30度以下に抑える必要がある。こ
れは、交差角θが30度になると波長が約1.15倍と
なり、2重ヘテロ構造における自然発光ゲインの
約1/2となるためである。
上記したように回折格子は前記交差角θが大き
くなる程回折効率が低下する。また、これに合わ
せて自然発光スペクトルのゲイン量に差があるた
め、前記レーザ素子11,12,13を集積化し
た場合、各発光出力にばらつきが生じ易い。そこ
で、本実施例では交差角度θが最大となる波長に
自然発光スペクトルの最大点を合わせている。す
なわち、自然発光スペクトルは第4図aに実線で
示す如く、例えば波長1.3〔μm〕で最大とな
り、しきい値電流(図中1点鎖線で示す)はこの
点で最小となつている。また、しきい値電流は第
4図bに示す如く交差角θ=0のときの波長λp
で最小で、交差角θが大きくなり波長λが大きく
なる程大きくなつている。したがつて、前記第3
のレーザ素子13の発光波長を上記波長1.3〔μ
m〕に合わせるようにしている。これによつて、
レーザ効率が平均化されることになる。
つまり、ゲイン方向と回折格子の格子方向に直
交する方向との最大交差角度θnaxの波長を自然
発光スペクトルの最大波長λpとするように λp=λ/cosθnax …(2) の関係とし、θ=0の点(λp)を自然発光ゲイ
ンの最小としている。
このように本装置では、第1乃至第3の波長制
御半導体レーザ素子11,12,13の各ゲイン
領域にある回折格子20a,20b,20cの格
子方向および周期をそれぞれ同一のものとし、各
ゲイン領域と格子方向に直交する方向との交差角
θをそれぞぞれ異なる角度に設定し、さらに上記
交差角θが最大となる第3のレーザ素子13発光
波長を自然発光スペクトルの最大波長に合わせる
ようにしている。このため、同一方向で同一周期
の回折格子20a,20b,20cを用いるにも
拘わらず異なる波長のレーザ光を得ることができ
る。したがつて、回折格子20a,20b,20
cを形成するための2光束干渉露光を1回行うの
みでよいことになり、これにより製造の容易化お
よび製造歩留りの大幅な向上をはかり得る等の効
果を奏する。また、レーザ出力を合波器9により
結合させるようにしているので、レーザ出力端を
同一の導波路中に結合することができ、光フアイ
バへの結合が容易になる等の利点がある。さら
に、前記交差角θが最大となる第3のレーザ素子
13の発光波長を自然発光スペクトルの最大波長
に合わせているので、各レーザ素子11,12,
13の効率を平均化し得る等の利点もある。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。例えば、前記波長制御半導体レーザ
素子はDFBレーザに限らず、DBRレーザやGCレ
ーザ等であつてもよい。また、集積化するレーザ
素子の数は3個に限るものではなく、適宜変更で
きる。さらに、各レーザ素子と前記回折格子の格
子方向に直交する方向との交差角θは、仕様に応
じて適宜定めればよい。また、回折格子の周期も
仕様に応じて適宜定めればよいのは、勿論のこと
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はDFBレーザを集積化した従来の半導
体レーザ装置を示す概略構成図、第2図は第1図
の矢視A−A断面図、第3図は本発明の一実施例
を示す概略構成図、第4図a.bは上記実施例の作
用を説明するための図である。 1……半導体基板、2a,2b,2c……導波
路層、3a,3b,3c……活性層、8a,8
b,8c……反射鏡、9……合波器、11,1
2,13……波長制御半導体レーザ素子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 導波路に所定周期の回折格子を備えた発光波
    長の異なる複数の波長制御レーザ素子を同一半導
    体基板上に配設してなる半導体レーザ装置におい
    て、上記各レーザ素子のゲイン領域にある回折格
    子の格子方向をそれぞれ同一方向にすると共に、
    上記各ゲイン領域にある回折格子の周期をそれぞ
    れ同一周期とし、かつ上記各ゲイン領域と上記回
    折格子の格子方向に直交する方向との交差角をそ
    れぞれ異なる角度に設定してなることを特徴とす
    る半導体レーザ装置。 2 前記各ゲイン領域と前記回折格子の格子方向
    に直交する方向との交差角を、0〜30度の範囲に
    それぞれ設定してなることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。 3 前記各レーザ素子の自然放出光の最大波長を
    λp、前記各ゲイン領域と前記格子方向に直交す
    る方向との最大交差角度をθnaxとしたとき、λp
    =λ/cosθnax(λp:回折格子のブラツグ反
    射波 長)なる関係が成立するようにしたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の半導体レーザ装
    置。
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