JPS6235690A - 半導体レ−ザアレイ装置 - Google Patents
半導体レ−ザアレイ装置Info
- Publication number
- JPS6235690A JPS6235690A JP60176183A JP17618385A JPS6235690A JP S6235690 A JPS6235690 A JP S6235690A JP 60176183 A JP60176183 A JP 60176183A JP 17618385 A JP17618385 A JP 17618385A JP S6235690 A JPS6235690 A JP S6235690A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguides
- mode
- semiconductor laser
- phase
- waveguide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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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
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
- H01S5/4068—Edge-emitting structures with lateral coupling by axially offset or by merging waveguides, e.g. Y-couplers
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】
く技術分野〉
本発明は半導体レーザアレイ装置の構造に関するもので
ある。
ある。
〈従来の技術〉。
半導体レーザを高出力で動作させる場合、単体の半導体
レーザでは実用性を考慮すると、出力80mW程度が限
界である。そこで、複数本の半導体レーザを同一基板上
に平行に並べて高出力を計る半導体レーザアレイ装置の
研究が盛んに行なわれている。
レーザでは実用性を考慮すると、出力80mW程度が限
界である。そこで、複数本の半導体レーザを同一基板上
に平行に並べて高出力を計る半導体レーザアレイ装置の
研究が盛んに行なわれている。
ところで、第6図に示すように、複数本の半導体レーザ
Rを平行に光学的結合を持たせて並べ、各半導体レーザ
Rに均一な利得を与えたとき、第6図中1で示すように
各レーザ光の位相が00位相で同期する状態(0’位相
モード)よりも、第6図中2で示すように各レーザ光の
位相が180°反転する状態(180°位相モード)で
発振しやすい。
Rを平行に光学的結合を持たせて並べ、各半導体レーザ
Rに均一な利得を与えたとき、第6図中1で示すように
各レーザ光の位相が00位相で同期する状態(0’位相
モード)よりも、第6図中2で示すように各レーザ光の
位相が180°反転する状態(180°位相モード)で
発振しやすい。
これは、180°位相モードの方が0°位相モードより
光の強度分布が利得分布とよく一致し、発振に要する利
得が少なくてすむためである。
光の強度分布が利得分布とよく一致し、発振に要する利
得が少なくてすむためである。
このとき、半導体レーザアレイ装置から放射されるレー
ザ光の遠視野像は00位相モードでは単峰性のピークで
あり、レンズで単一のスポットに集光することができる
が、180°位相モードでは複峰性のピークになり、レ
ンズで単一のスポットに集光することができず、光ディ
スク等の光源としては不向きになる。従って、半導体レ
ーザアレイ装置の各半導体レーザからの出力光の位相が
同位相で同期していることが要望される。
ザ光の遠視野像は00位相モードでは単峰性のピークで
あり、レンズで単一のスポットに集光することができる
が、180°位相モードでは複峰性のピークになり、レ
ンズで単一のスポットに集光することができず、光ディ
スク等の光源としては不向きになる。従って、半導体レ
ーザアレイ装置の各半導体レーザからの出力光の位相が
同位相で同期していることが要望される。
そこで、半導体レーザアレイ装置において、0°位相モ
ードが選択的に発振するように、分岐結合型半導体レー
ザアレイ装置が提案されている。
ードが選択的に発振するように、分岐結合型半導体レー
ザアレイ装置が提案されている。
第7図にこの半導体レーザアレイ装置の導波路構造の一
例を上から見た図を示す。この半導体レーザアレイ装置
のレーザ光が分岐結合部lOを通過して伝搬するとき、
アレイ部11.12を導波する00位相モードは損失を
ほとんど受けないが、180°位相モードは光の干渉に
よって弱め合い、はぼ光パワーが零になるほどの大きな
損失を受ける。そのため、θ°位相モードが選択的に発
振する。しかしながら、このタイプの半導体レーザアレ
イ装置で、光出力を増加していくと、0°位相モードや
180’位相モードとは異なるの発振モード(中間モー
ド)が混在してくる現象が見られる。
例を上から見た図を示す。この半導体レーザアレイ装置
のレーザ光が分岐結合部lOを通過して伝搬するとき、
アレイ部11.12を導波する00位相モードは損失を
ほとんど受けないが、180°位相モードは光の干渉に
よって弱め合い、はぼ光パワーが零になるほどの大きな
損失を受ける。そのため、θ°位相モードが選択的に発
振する。しかしながら、このタイプの半導体レーザアレ
イ装置で、光出力を増加していくと、0°位相モードや
180’位相モードとは異なるの発振モード(中間モー
ド)が混在してくる現象が見られる。
これを第7図で説明する。中間モード20は分岐結合部
lOを通過すると180°位相モード21に変換される
が、このとき損失はほとんど受けない。逆に180°位
相モード21が分岐結合部10を通過すると、干渉によ
って光を弱め合うが、そのときの光パワーの損失は約3
dBであり、残りの光パワーは中間モード20に変換さ
れる。このように、中間モードで発振する場合は干渉に
よって損失を受けるが、180°位相モードで発振する
場合に比べて比較的損失は少ない。そこで、半導体レー
ザアレイ装置が00位相モードで発振しても、光出力を
増加すると、中間モードが混在して発振してしまう。
lOを通過すると180°位相モード21に変換される
が、このとき損失はほとんど受けない。逆に180°位
相モード21が分岐結合部10を通過すると、干渉によ
って光を弱め合うが、そのときの光パワーの損失は約3
dBであり、残りの光パワーは中間モード20に変換さ
れる。このように、中間モードで発振する場合は干渉に
よって損失を受けるが、180°位相モードで発振する
場合に比べて比較的損失は少ない。そこで、半導体レー
ザアレイ装置が00位相モードで発振しても、光出力を
増加すると、中間モードが混在して発振してしまう。
〈発明の目的〉
本発明は、上記問題点を考慮して、光学的に結合した複
数本の平行に並んだ半導体レーザの出射光が同位相で位
相同期し、安定に単一モード発振する半導体レーザアレ
イ装置を提供することを目的とする。
数本の平行に並んだ半導体レーザの出射光が同位相で位
相同期し、安定に単一モード発振する半導体レーザアレ
イ装置を提供することを目的とする。
〈発明の構成と原理〉
本発明は、上記目的を成し遂げるために、半導体レーザ
アレイ装置において、180°位相モードとその他の発
振横モードを抑制し、06位相モードが選択的に発振す
る導波路構造を有することを特徴としている。第1図に
本発明の半導体レーザアレイ装置の導波路構造の一例を
上から見た状態を示す。この導波路構造は3本δ導波路
Wを有するアレイ部22と2本の導波路Wを有するアレ
イ部21と両アレイ部21.22の間の分岐結合部20
との3つの部分から成る。両アレイ部21゜22では各
導波路W、W・・・・・・は光学的に結合して平行に並
んでいる。上記分岐結合部20では、アレイ部21.2
2の各導波路Wが2本に対称分岐した分岐導波路V。、
Vo、V 、、V 、・・・を有する。外側にある2本
の分岐導波路V。、Voは隣接する分岐導波路と重なら
ないため、分岐途中で切断され、それ以外の隣接する分
岐導波路V r 、 V +・・・は他の分岐導波路V
、、V、・・・と1本に重なり合って、アレイ部21.
22に接続している。
アレイ装置において、180°位相モードとその他の発
振横モードを抑制し、06位相モードが選択的に発振す
る導波路構造を有することを特徴としている。第1図に
本発明の半導体レーザアレイ装置の導波路構造の一例を
上から見た状態を示す。この導波路構造は3本δ導波路
Wを有するアレイ部22と2本の導波路Wを有するアレ
イ部21と両アレイ部21.22の間の分岐結合部20
との3つの部分から成る。両アレイ部21゜22では各
導波路W、W・・・・・・は光学的に結合して平行に並
んでいる。上記分岐結合部20では、アレイ部21.2
2の各導波路Wが2本に対称分岐した分岐導波路V。、
Vo、V 、、V 、・・・を有する。外側にある2本
の分岐導波路V。、Voは隣接する分岐導波路と重なら
ないため、分岐途中で切断され、それ以外の隣接する分
岐導波路V r 、 V +・・・は他の分岐導波路V
、、V、・・・と1本に重なり合って、アレイ部21.
22に接続している。
本半導体レーザアレイ装置の動作原理は以下の様に説明
できる。アレイ部22のθ°位相モード24は分岐結合
部20を伝搬してアレイ部21では0°位相モード25
に変換される。このとき、分岐結合部20では途中で切
断された分岐導波路voを伝搬し、放射される光の分だ
け損失を受けるが、そのときの光パワーの損失は約1.
2dB程度にすぎない。共振面で反射して逆方向に進む
光は分岐結合部20で損失をほとんど受けない。180
°位相モードは分岐結合部20で光パワーが零になる程
の大きな損失を受ける。これに対して第2図(a)に示
すように、アレイ部22を伝搬する中間モード30は、
分岐結合部20を通過するとき切断された分岐導波路V
o 、 V oを伝搬する光の放射損失をθ°位相モ
ードに比べて大きく受ける。このときの光パワーの損失
は約3dBである。
できる。アレイ部22のθ°位相モード24は分岐結合
部20を伝搬してアレイ部21では0°位相モード25
に変換される。このとき、分岐結合部20では途中で切
断された分岐導波路voを伝搬し、放射される光の分だ
け損失を受けるが、そのときの光パワーの損失は約1.
2dB程度にすぎない。共振面で反射して逆方向に進む
光は分岐結合部20で損失をほとんど受けない。180
°位相モードは分岐結合部20で光パワーが零になる程
の大きな損失を受ける。これに対して第2図(a)に示
すように、アレイ部22を伝搬する中間モード30は、
分岐結合部20を通過するとき切断された分岐導波路V
o 、 V oを伝搬する光の放射損失をθ°位相モ
ードに比べて大きく受ける。このときの光パワーの損失
は約3dBである。
さらに、アレイ部21では180°位相モード3lに変
換され、その180°位相モード31が共振面で反射し
て、第2図(b)に示すように、この180°位相モー
ド32が分岐結合部20を逆に通過するとき、干渉によ
り光を弱め合うために光パワーは約3dBの損失を受け
て中間モード33に変換される。このように、中間モー
ド30は共振器内を一往復することにより、分岐結合部
20の影響で約6dBの損失を受ける。このとき、中間
モードは0°位相モードより約4.8dB大きな損失を
受ける。
換され、その180°位相モード31が共振面で反射し
て、第2図(b)に示すように、この180°位相モー
ド32が分岐結合部20を逆に通過するとき、干渉によ
り光を弱め合うために光パワーは約3dBの損失を受け
て中間モード33に変換される。このように、中間モー
ド30は共振器内を一往復することにより、分岐結合部
20の影響で約6dBの損失を受ける。このとき、中間
モードは0°位相モードより約4.8dB大きな損失を
受ける。
以上の様に、本構造の半導体レーザアレイ装置では従来
構造に比べて、中間モードと0°位相モードとの分岐結
合部20で受ける損失の差を大きくすることができるの
で、中間モードの発振を抑制し、従来構造より高出力ま
で09位相モードによる単一モード発振が得られる。
構造に比べて、中間モードと0°位相モードとの分岐結
合部20で受ける損失の差を大きくすることができるの
で、中間モードの発振を抑制し、従来構造より高出力ま
で09位相モードによる単一モード発振が得られる。
また、第3図に示す導波路構造では共振器内に分岐結合
部20.20を2つ含むために、分岐結合部の20.2
0の0°位相モードの選択効果は第1図に示すものの2
倍になり、第1図の構造よりもっと高出力まで0°位相
モードによる単一モード発振が得られる。
部20.20を2つ含むために、分岐結合部の20.2
0の0°位相モードの選択効果は第1図に示すものの2
倍になり、第1図の構造よりもっと高出力まで0°位相
モードによる単一モード発振が得られる。
〈実施例〉
以下、本発明の1実施例として屈折率導波型半導体レー
ザにV S I S (V −channeled
S ubst −rate I nner S t
ripe)型半導体レーザを適用し、第1図の導波路構
造をもつ場合について説明する。
ザにV S I S (V −channeled
S ubst −rate I nner S t
ripe)型半導体レーザを適用し、第1図の導波路構
造をもつ場合について説明する。
第4図は本実施例の半導体レーザアレイ素子を一方の共
振器端面から見た場合の端面図である。
振器端面から見た場合の端面図である。
p−GaAs基板40上にLPE(液相エピタキシャル
成長)法などの結晶成長法により、逆極性接合となるn
−GaAs電流阻止層4Iを成長させる。
成長)法などの結晶成長法により、逆極性接合となるn
−GaAs電流阻止層4Iを成長させる。
次にフォトリソグラフィとエツチング技術により、第1
図に示す導波路と同じ形状のV字形溝42を電流阻止層
41表面から基板40内へ達する深さ迄形成する。7字
形溝42を形成することにより基板40上から電流阻止
層41の除去された部分が電流の通路となる。再度、L
PE法を用いて溝付きの基板40上にp−A12xGa
+−xAsAsクララ43、pまたはn−Al2YGa
+−yAs活性層44、n−ACxGa、−XASクラ
ッド層45を順次成長させ、ダブルへテロ接合を介する
活性層44を得る。ただし、X>yである。さらに、こ
の上にn GaAsキャップ層46を連続的に成長さ
せて、レーザ動作用の多層結晶構造を構成し、基板側に
n型抵抗性電極47を、成長層側即ちキャップ層46上
にn型抵抗性電極48を形成した後、共振器長が200
〜300μmとなるようにレーザ面ミラーをストライブ
と直角にへき開法で形成し、端面を半波長厚のA12t
O3薄膜(反射率32%)でコーティングした後、銅ブ
ロック(図示せず)上にマウントして半導体レーザアレ
イ装置を作製する。
図に示す導波路と同じ形状のV字形溝42を電流阻止層
41表面から基板40内へ達する深さ迄形成する。7字
形溝42を形成することにより基板40上から電流阻止
層41の除去された部分が電流の通路となる。再度、L
PE法を用いて溝付きの基板40上にp−A12xGa
+−xAsAsクララ43、pまたはn−Al2YGa
+−yAs活性層44、n−ACxGa、−XASクラ
ッド層45を順次成長させ、ダブルへテロ接合を介する
活性層44を得る。ただし、X>yである。さらに、こ
の上にn GaAsキャップ層46を連続的に成長さ
せて、レーザ動作用の多層結晶構造を構成し、基板側に
n型抵抗性電極47を、成長層側即ちキャップ層46上
にn型抵抗性電極48を形成した後、共振器長が200
〜300μmとなるようにレーザ面ミラーをストライブ
と直角にへき開法で形成し、端面を半波長厚のA12t
O3薄膜(反射率32%)でコーティングした後、銅ブ
ロック(図示せず)上にマウントして半導体レーザアレ
イ装置を作製する。
電極47.48を介して電流を注入すると、注入された
電流は基板40上の電流阻止層41が除去された7字形
溝42内を電流通路としてストライブ状に流れ、7字形
溝42直上の平坦に層設された活性層44へ注入される
。従って、7字形溝42に対応する活性層44内でレー
ザ発振が開始される。
電流は基板40上の電流阻止層41が除去された7字形
溝42内を電流通路としてストライブ状に流れ、7字形
溝42直上の平坦に層設された活性層44へ注入される
。従って、7字形溝42に対応する活性層44内でレー
ザ発振が開始される。
7字形溝42は第1図に示す導波路構造に対応して半導
体レーザアレイ装置内に形成されており、従って本実施
例の半導体レーザアレイ装置は活性層44内のレーザ発
振用導波路が平面図的に第1図に示すように構成される
。
体レーザアレイ装置内に形成されており、従って本実施
例の半導体レーザアレイ装置は活性層44内のレーザ発
振用導波路が平面図的に第1図に示すように構成される
。
本実施例の半導体レーザアレイ装置における発振しきい
値電流は約100mAであり、出力50mWまでθ°位
相モードによる単一モード発振が得られ、放射レーザ光
の遠視野像は第5図に示すように鋭い単峰性のピーク(
半値中4°)である。それ以上の、出力では、中間モー
ドが混在して発振してくるために、遠視野像のピークの
半値巾は広がる。
値電流は約100mAであり、出力50mWまでθ°位
相モードによる単一モード発振が得られ、放射レーザ光
の遠視野像は第5図に示すように鋭い単峰性のピーク(
半値中4°)である。それ以上の、出力では、中間モー
ドが混在して発振してくるために、遠視野像のピークの
半値巾は広がる。
次に、第2の実施例として、第3図に示す導波路構造を
もつ場合について説明する。作製法は第1の実施例と同
様であり、7字形溝の形状として第1図の構造に代えて
第3図の構造を適用する。
もつ場合について説明する。作製法は第1の実施例と同
様であり、7字形溝の形状として第1図の構造に代えて
第3図の構造を適用する。
特性として、この実施例の半導体レーザアレイ装置にお
ける発振しきい値電流は約110mAであり、出力80
mWまで00位相モードによる単一モード発振が得られ
た。それ以上の光出力では熱的な飽和が起こった。
ける発振しきい値電流は約110mAであり、出力80
mWまで00位相モードによる単一モード発振が得られ
た。それ以上の光出力では熱的な飽和が起こった。
尚、上記実施例はGaAS−GaA12As系について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
I nP −I nGaAsP系やその他の種々の材料
に適用することができる。また、ストライプ構造はVS
IS構造以外に他の内部ストライブ構造やその他の素子
構造のものを利用することも可能である。
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
I nP −I nGaAsP系やその他の種々の材料
に適用することができる。また、ストライプ構造はVS
IS構造以外に他の内部ストライブ構造やその他の素子
構造のものを利用することも可能である。
〈発明の効果〉
以上述べたように、本発明の半導体レーザアレイ装置は
、複数本の半導体レーザの出射光が同位相で位相同期し
、鋭い単峰性ピークの放射パターンで高出力まで安定に
単一モードで発振する。
、複数本の半導体レーザの出射光が同位相で位相同期し
、鋭い単峰性ピークの放射パターンで高出力まで安定に
単一モードで発振する。
第1図は本発明の第1の実施例の半導体レーザアレイ装
置の導波路構造を上から示し、0°位相モードの伝搬の
様子を示す図である。第2図f(a)。 (b)は上記実施例の中間モードの伝搬の様子を示す図
である。第3図は本発明の第2の実施例の半導体レーザ
アレイ装置の導波路を上から鬼た図である。第4図は本
発明の実施例の半導体レーザアの半導体レーザアレイ装
置の水平方向の遠視野像を示す図である。第6図は複数
本の光学的に結合した平行導波路とそれを伝搬するモー
ドの形状を示す図である。第7図は従来の分岐結合型レ
ーザアレイ装置の導波路構造を上から示し、中間モード
の伝搬の様子を示す図である。 W・・・導波路、V I、 V o・・・分岐導波路、
20・・・分岐結合部、21.22・・・アレイ部。 特 許 出 願 人 シャープ株式会社代 理 人
弁理士 前出 葆 外28第1 図 第2図(0) 中 第3図 第5図 角滝
置の導波路構造を上から示し、0°位相モードの伝搬の
様子を示す図である。第2図f(a)。 (b)は上記実施例の中間モードの伝搬の様子を示す図
である。第3図は本発明の第2の実施例の半導体レーザ
アレイ装置の導波路を上から鬼た図である。第4図は本
発明の実施例の半導体レーザアの半導体レーザアレイ装
置の水平方向の遠視野像を示す図である。第6図は複数
本の光学的に結合した平行導波路とそれを伝搬するモー
ドの形状を示す図である。第7図は従来の分岐結合型レ
ーザアレイ装置の導波路構造を上から示し、中間モード
の伝搬の様子を示す図である。 W・・・導波路、V I、 V o・・・分岐導波路、
20・・・分岐結合部、21.22・・・アレイ部。 特 許 出 願 人 シャープ株式会社代 理 人
弁理士 前出 葆 外28第1 図 第2図(0) 中 第3図 第5図 角滝
Claims (2)
- (1)複数の導波路が光学的に結合して平行に並んでい
る2以上のアレイ部と、上記両アレイ部の間に配置され
、各アレイ部の導波路の端から2本ずつ対称に分岐した
分岐導波路を有する分岐結合部とを備え、 上記導波路から分岐した上記分岐導波路は、外側に存す
る2本の分岐導波路を除いて、上記導波路に隣接する導
波路から分岐した分岐導波路と1本に重なり合い、上記
外側に存する2本の分岐導波路は、他の分岐導波路に重
なり合わなくて、途中で切断されていることを特徴とす
る半導体レーザアレイ装置。 - (2)上記特許請求の範囲第1項に記載の半導体レーザ
アレイ装置において、上記分岐結合部を2個含む半導体
レーザアレイ装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60176183A JPS6235690A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
US06/893,226 US4764937A (en) | 1985-08-09 | 1986-08-05 | Semiconductor laser array device |
DE19863626702 DE3626702A1 (de) | 1985-08-09 | 1986-08-07 | Halbleiter-laseranordnung |
GB08619314A GB2179789B (en) | 1985-08-09 | 1986-08-07 | A semiconductor laser array device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60176183A JPS6235690A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6235690A true JPS6235690A (ja) | 1987-02-16 |
JPH0449273B2 JPH0449273B2 (ja) | 1992-08-11 |
Family
ID=16009100
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60176183A Granted JPS6235690A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 半導体レ−ザアレイ装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4764937A (ja) |
JP (1) | JPS6235690A (ja) |
DE (1) | DE3626702A1 (ja) |
GB (1) | GB2179789B (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6254989A (ja) * | 1985-09-04 | 1987-03-10 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ装置 |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63306689A (ja) * | 1987-05-22 | 1988-12-14 | シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト | 横結合レーザーダイオードアレー |
US5050180A (en) * | 1989-10-10 | 1991-09-17 | Trw Inc. | Phase-locked arrays of coupled X-junctions |
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