JPS6237830B2 - - Google Patents
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- JPS6237830B2 JPS6237830B2 JP54077468A JP7746879A JPS6237830B2 JP S6237830 B2 JPS6237830 B2 JP S6237830B2 JP 54077468 A JP54077468 A JP 54077468A JP 7746879 A JP7746879 A JP 7746879A JP S6237830 B2 JPS6237830 B2 JP S6237830B2
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- laser
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Classifications
-
- 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
-
- 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
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0425—Electrodes, e.g. characterised by the structure
- H01S5/04254—Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape
-
- 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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06233—Controlling other output parameters than intensity or frequency
- H01S5/06243—Controlling other output parameters than intensity or frequency controlling the position or direction of the emitted beam
-
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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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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光学ビーム走査装置のためのモノリシ
ツク半導体装置に関する。
ツク半導体装置に関する。
コヒーレントな光学ビームをプリズム又はミラ
ーの入射面上に入射させながらプリズム又はミラ
ーを機械的に運動させることにより、また超音波
の伝播を利用してコヒーレントな光ビームを回折
させる音響光学結晶体を使用することによりレー
ザ走査が達成されている。従来技術では機械的な
特性又は伝播音波特性が、このような装置の走査
速度を制限したり、又はその信頼性又は経済的利
用性に悪影響を及ぼしている。
ーの入射面上に入射させながらプリズム又はミラ
ーを機械的に運動させることにより、また超音波
の伝播を利用してコヒーレントな光ビームを回折
させる音響光学結晶体を使用することによりレー
ザ走査が達成されている。従来技術では機械的な
特性又は伝播音波特性が、このような装置の走査
速度を制限したり、又はその信頼性又は経済的利
用性に悪影響を及ぼしている。
極く最近では、画像すなわちターゲツトのトレ
ースを横切る干渉パターンの運動を利用する光走
査装置が提案されている。米国特許第3626321号
明細書では、複数の個別の気体レーザを利用して
複数のコヒーレントな光ビームを発生する装置に
より移動干渉パターンを得ている。このコヒーレ
ントな光ビームは、相互に指示された機可学的間
隔でかつ指示された周波数差をもつて発生し、そ
れらのビームの間の位相関係が移動干渉パターン
を形成する。米国特許第3691483号明細書では、
位相ロツキング（phase―locking）レーザ、可変
位相移動装置アレイ、半導体レーザアレイ及び制
御用コンピユータが、光学走査用移動干渉パター
ンを形成するのに用いられている。移動干渉縞走
査装置は、複数の個々の構成要素の正確な整合、
配置及び周波数制御を必要としかつレーザ空胴の
外側に位置遅延素子を必要とすると言われてい
る。
ースを横切る干渉パターンの運動を利用する光走
査装置が提案されている。米国特許第3626321号
明細書では、複数の個別の気体レーザを利用して
複数のコヒーレントな光ビームを発生する装置に
より移動干渉パターンを得ている。このコヒーレ
ントな光ビームは、相互に指示された機可学的間
隔でかつ指示された周波数差をもつて発生し、そ
れらのビームの間の位相関係が移動干渉パターン
を形成する。米国特許第3691483号明細書では、
位相ロツキング（phase―locking）レーザ、可変
位相移動装置アレイ、半導体レーザアレイ及び制
御用コンピユータが、光学走査用移動干渉パター
ンを形成するのに用いられている。移動干渉縞走
査装置は、複数の個々の構成要素の正確な整合、
配置及び周波数制御を必要としかつレーザ空胴の
外側に位置遅延素子を必要とすると言われてい
る。
構成要素分離型装置における問題点は、米国特
許第3701044のソリツドステート走査装置には存
在しない。このソリツドステート走査装置では、
複数の並列ストリツプ電気接点が整流接合ダイオ
ードの一面に設けられており、この接点は、隣接
発光領域によりそれぞれ発生した光領域が光学的
に結合されてロツクした振動、すなわち、合成ビ
ームを発生するように隔置されている。前記特許
明細書には、隣接した光学結合発光領域間に位相
シフトを導入することにより合成ビームの方向が
変化して走査を行なえることが記載されている。
この特許明細書では、光学的に結合した隣接発光
領域が発生した合成ビームの吸収については教示
しておらず、したがつて異なる光領域の相対的な
位相シフトを与えることはできない。
許第3701044のソリツドステート走査装置には存
在しない。このソリツドステート走査装置では、
複数の並列ストリツプ電気接点が整流接合ダイオ
ードの一面に設けられており、この接点は、隣接
発光領域によりそれぞれ発生した光領域が光学的
に結合されてロツクした振動、すなわち、合成ビ
ームを発生するように隔置されている。前記特許
明細書には、隣接した光学結合発光領域間に位相
シフトを導入することにより合成ビームの方向が
変化して走査を行なえることが記載されている。
この特許明細書では、光学的に結合した隣接発光
領域が発生した合成ビームの吸収については教示
しておらず、したがつて異なる光領域の相対的な
位相シフトを与えることはできない。
本発明の目的は、レーザ走査装置を提供するこ
とである。
とである。
更に、本発明の目的は、干渉縞パターンの運動
によるレーザ走査装置を提供することである。
によるレーザ走査装置を提供することである。
更に、本発明の目的は、レーザ光の振動を分離
して得られたそのレーザ光の振動に相対的な位相
シフトを加えることにより干渉縞パターン運動を
発生するレーザ走査装置を提供することである。
して得られたそのレーザ光の振動に相対的な位相
シフトを加えることにより干渉縞パターン運動を
発生するレーザ走査装置を提供することである。
更に、本発明の目的は、複数の発光領域が発生
した干渉縞の回転を利用するレーザ走査装置を提
供することである。
した干渉縞の回転を利用するレーザ走査装置を提
供することである。
本発明の別の目的は、波長変調装置を提供する
ことである。
ことである。
本発明によれば、移動干渉縞パターン型光ビー
ム走査装置が設けられており、この型の光ビーム
走査装置は、コヒーレント光放射源と、このコヒ
ーレント放射線を光学的に分離された、空間的に
隔置した複数の通路に沿つて案内する導波領域
と、該導波領域と関係してその異なる通路におけ
る放射線の間に相対的な位相変化を起こす位相変
化手段とを有し、それにより遠方領域における干
渉縞を空間的に走査する。また、約80Åの範囲に
わたりレーザの波長変調も、達成できる。コヒー
レント光放射源は、１つのレーザ若しくは複数の
光学的結合レーザであつてもよく、光学的分離
は、導波領域の空間的変位又は、導波領域の間に
高い光損失性媒体若しくは光絶縁性媒体を挿入す
ることにより達成できる。
ム走査装置が設けられており、この型の光ビーム
走査装置は、コヒーレント光放射源と、このコヒ
ーレント放射線を光学的に分離された、空間的に
隔置した複数の通路に沿つて案内する導波領域
と、該導波領域と関係してその異なる通路におけ
る放射線の間に相対的な位相変化を起こす位相変
化手段とを有し、それにより遠方領域における干
渉縞を空間的に走査する。また、約80Åの範囲に
わたりレーザの波長変調も、達成できる。コヒー
レント光放射源は、１つのレーザ若しくは複数の
光学的結合レーザであつてもよく、光学的分離
は、導波領域の空間的変位又は、導波領域の間に
高い光損失性媒体若しくは光絶縁性媒体を挿入す
ることにより達成できる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて述べる。第１図を参照すると、本発明による
ソリツドステート型の１つ、すなわち干渉縞パタ
ーン型走査装置の概略図が示されている。走査装
置は、ｎ型ガリウム・ヒ素基体６とｐ型ガリウム
ヒ素基体４と、ｎ型ガリウムアルミニウムヒ素光
閉込め層６と、ｐ型ガリウムヒ素活性領域層８と
ｐ型ガリウムアルミニウムヒ素光閉込め層１０と
ｎ型接続容易層１２とから成るソリツドステート
本体２を有している。ｐ型領域１４は、層１２を
通して層１０まで延び、その下に直線状光導波領
域すなわち発光領域を形成する。この発光領域
は、基体の遠い方の面２′から近い方の面２″まで
延びている。領域１４から別のｐ型領域１６が分
岐しており、このｐ型領域１６もまた層１２を介
して層１０まで延びてその下に分岐光導波管領域
すなわち発光領域を形成する。この発光領域もま
た面２′から面２″まで延びている。
いて述べる。第１図を参照すると、本発明による
ソリツドステート型の１つ、すなわち干渉縞パタ
ーン型走査装置の概略図が示されている。走査装
置は、ｎ型ガリウム・ヒ素基体６とｐ型ガリウム
ヒ素基体４と、ｎ型ガリウムアルミニウムヒ素光
閉込め層６と、ｐ型ガリウムヒ素活性領域層８と
ｐ型ガリウムアルミニウムヒ素光閉込め層１０と
ｎ型接続容易層１２とから成るソリツドステート
本体２を有している。ｐ型領域１４は、層１２を
通して層１０まで延び、その下に直線状光導波領
域すなわち発光領域を形成する。この発光領域
は、基体の遠い方の面２′から近い方の面２″まで
延びている。領域１４から別のｐ型領域１６が分
岐しており、このｐ型領域１６もまた層１２を介
して層１０まで延びてその下に分岐光導波管領域
すなわち発光領域を形成する。この発光領域もま
た面２′から面２″まで延びている。
電極２０は、その全長にわたつてｐ型領域１４
と接触して直線状光発生領域の電気的ポンピング
を行ない、電極２２は、ｐ型部分１６と接触して
電極２０の部分とともに、分岐光発生領域をポン
ピングする手段を形成している。その接点２０と
２２は２３で分離されている。電気的絶縁材料１
８の領域は、接点２０及び２２から層１２のｎ型
部分を絶縁している。ソリツドステート本体２の
遠い方の面２′と近い方の面２″はへき開されかつ
鏡面化されて適当な空胴を形成する。
と接触して直線状光発生領域の電気的ポンピング
を行ない、電極２２は、ｐ型部分１６と接触して
電極２０の部分とともに、分岐光発生領域をポン
ピングする手段を形成している。その接点２０と
２２は２３で分離されている。電気的絶縁材料１
８の領域は、接点２０及び２２から層１２のｎ型
部分を絶縁している。ソリツドステート本体２の
遠い方の面２′と近い方の面２″はへき開されかつ
鏡面化されて適当な空胴を形成する。
さて第１図及び第２図を参照すると、導波領域
のパターンは、１本の直線状光発生領域すなわち
導波領域と１つの彎曲又は分岐した発光領域すな
わち導波領域とから成つている。それらの導波領
域は、たとえば４ミクロンの幅を有してもよい
が、レーザの遠い方の側において長さl1にわたり
完全に重なつている。後面２′からこの距離だけ
離れた点に分岐点があり、この分岐導波領域はそ
の長さの一部において直線状導波領域からしだい
に離れて再び直線状導波領域と平行に延びてい
る。たとえば、第２図に示すように、その長さの
曲率半径Ｒは、約１mmであつてもよく、角度φ
は、約9.37度であつてもよい。分岐点から面２″
までの直線状導波領域の長さは、l3であり、分岐
点から面２″までの分岐導波領域の長さはl3であ
る。図示するように、ポンピング電流ｌaは、電
極２０を介してl1及びl2を両方ともポンピング
し、一方ポンピング電流ｌbが電極２２を介して
l3のみに加えられる。２つの導波領域の距離は、
第１図のＤで示すが、その距離Ｄは、l3内の光領
域強度からl2内の光領域パターンを分離するのに
十分なものでなければならない。
のパターンは、１本の直線状光発生領域すなわち
導波領域と１つの彎曲又は分岐した発光領域すな
わち導波領域とから成つている。それらの導波領
域は、たとえば４ミクロンの幅を有してもよい
が、レーザの遠い方の側において長さl1にわたり
完全に重なつている。後面２′からこの距離だけ
離れた点に分岐点があり、この分岐導波領域はそ
の長さの一部において直線状導波領域からしだい
に離れて再び直線状導波領域と平行に延びてい
る。たとえば、第２図に示すように、その長さの
曲率半径Ｒは、約１mmであつてもよく、角度φ
は、約9.37度であつてもよい。分岐点から面２″
までの直線状導波領域の長さは、l3であり、分岐
点から面２″までの分岐導波領域の長さはl3であ
る。図示するように、ポンピング電流ｌaは、電
極２０を介してl1及びl2を両方ともポンピング
し、一方ポンピング電流ｌbが電極２２を介して
l3のみに加えられる。２つの導波領域の距離は、
第１図のＤで示すが、その距離Ｄは、l3内の光領
域強度からl2内の光領域パターンを分離するのに
十分なものでなければならない。
l1＝140μｍ、l2＝350μｍ、l3＝351μｍ、及び
Ｄ＝25μｍのレーザにおいてｌa＝ｌb＝205mAで
パルス動作させると、第３図の遠方領域放射線パ
ターンが第１図の装置により形成される。この遠
方領域パターンのピーク値は、層６と層８との間
のPn接合面に直角な平面内で測定され、その角
距離は△θ〓２゜である。距離Ｄが47μｍにほぼ
等しいことを除き第１図のレーザと同一のレーザ
は、△θ〓1.2゜で遠方領域ピーク値を発生し
た。得られた、遠方領域パターンは、そのピーク
値が２つの別個のコヒーレント光源からの干渉に
より与えられることを包括的に示している。分岐
導波領域及び直線状導波領域は、共通の部分l1を
有するから、l2とl3との間の距離Ｄにより発生す
る光だけが部分l2とl3にわたつて光学的に分離さ
れる。
Ｄ＝25μｍのレーザにおいてｌa＝ｌb＝205mAで
パルス動作させると、第３図の遠方領域放射線パ
ターンが第１図の装置により形成される。この遠
方領域パターンのピーク値は、層６と層８との間
のPn接合面に直角な平面内で測定され、その角
距離は△θ〓２゜である。距離Ｄが47μｍにほぼ
等しいことを除き第１図のレーザと同一のレーザ
は、△θ〓1.2゜で遠方領域ピーク値を発生し
た。得られた、遠方領域パターンは、そのピーク
値が２つの別個のコヒーレント光源からの干渉に
より与えられることを包括的に示している。分岐
導波領域及び直線状導波領域は、共通の部分l1を
有するから、l2とl3との間の距離Ｄにより発生す
る光だけが部分l2とl3にわたつて光学的に分離さ
れる。
さらに、この縞が２つの光波の間の干渉により
発生するという証拠を第３図に示す。ｌaはｌbに
ほぼ等しいので、第３図に示す縞の可視度は、か
なり高く、特に光の強度の最小値ｌ minに対す
る最大値ｌ maxの比すなわちｌ max／ｌ
minは、約10である。零点が不完全であるのはい
くらか理由がある。まず、0.26度の走査開口解像
度は微小ではない。第２に、レーザ出力スペクト
ルは、約14Åの半値幅を有しかつ、縞の間隔は波
長に依存する。第３に、l2及びl3からの出力光強
度及び位相面は、同一ではない。（明らかに、ｌb
＝０であるので、）縞は測定されないが、接点２
０及び２２がいずれも励起されて相対電流が変化
すると、縞が連続的に移動するのが測定される。
実際には、縞パターンは角度的に走査する。
発生するという証拠を第３図に示す。ｌaはｌbに
ほぼ等しいので、第３図に示す縞の可視度は、か
なり高く、特に光の強度の最小値ｌ minに対す
る最大値ｌ maxの比すなわちｌ max／ｌ
minは、約10である。零点が不完全であるのはい
くらか理由がある。まず、0.26度の走査開口解像
度は微小ではない。第２に、レーザ出力スペクト
ルは、約14Åの半値幅を有しかつ、縞の間隔は波
長に依存する。第３に、l2及びl3からの出力光強
度及び位相面は、同一ではない。（明らかに、ｌb
＝０であるので、）縞は測定されないが、接点２
０及び２２がいずれも励起されて相対電流が変化
すると、縞が連続的に移動するのが測定される。
実際には、縞パターンは角度的に走査する。
干渉パターンの走査は、導波領域の各々へのポ
ンピング電流を独立に変えることから生じ、ポン
ピング電流の変化は、直線導波領域と分岐導波領
域内の光の間の屈折率の相対的変化を生じる。よ
く知られているように屈折率の相対変化は、直線
導波領域との間に相対的位相シフトを生じ、この
相対的位相シフトにより干渉縞パターンが回転す
る。この位相シフト素子は、レーザ空胴内にある
ので約80Åの範囲にわたり波長変調が測定される
ことは理解されたい。この変調は、分岐素子の光
路長の変化と関係する。これは、分岐素子の屈折
率が変化するためである。（鏡面の内側にある）
レーザ空胴内に位相シフト素子を有する前記型の
レーザ構造は、いずれも同様な電気制御波長変調
を示す。
ンピング電流を独立に変えることから生じ、ポン
ピング電流の変化は、直線導波領域と分岐導波領
域内の光の間の屈折率の相対的変化を生じる。よ
く知られているように屈折率の相対変化は、直線
導波領域との間に相対的位相シフトを生じ、この
相対的位相シフトにより干渉縞パターンが回転す
る。この位相シフト素子は、レーザ空胴内にある
ので約80Åの範囲にわたり波長変調が測定される
ことは理解されたい。この変調は、分岐素子の光
路長の変化と関係する。これは、分岐素子の屈折
率が変化するためである。（鏡面の内側にある）
レーザ空胴内に位相シフト素子を有する前記型の
レーザ構造は、いずれも同様な電気制御波長変調
を示す。
屈折率の相対変化を発生して相対位相シフトを
与えてさらに干渉縞パターンの回転及び波長変調
を生じるにはいくつかの方法がある。その方法の
１つは、前述したように、（電荷を波長内）に注
入することである。この余分な電荷により、その
注入電荷数に依存して相対屈折率が変化する。相
対位相変化を生じさせる別の方法は、導波領域か
ら電荷を除去することである。この電荷除去は、
導波領域層内の電荷がバイアス電極に近づくよう
に又は遠ざかるように移動するように電界を加え
るとき起こる。この第２効果は、整流接合を逆バ
イアスすることにより又は金属―絶縁体―半導体
接点により得られる。屈折率を変える別の方法に
は、音波及び熱効果を介して歪みを加える方法が
ある。前記位相シフト技術のどれか及び当業者に
周知の他の技術を直線状導波領域の光と分岐導波
領域の光と間に相対位相シフトを行わせるために
用いてもよい。
与えてさらに干渉縞パターンの回転及び波長変調
を生じるにはいくつかの方法がある。その方法の
１つは、前述したように、（電荷を波長内）に注
入することである。この余分な電荷により、その
注入電荷数に依存して相対屈折率が変化する。相
対位相変化を生じさせる別の方法は、導波領域か
ら電荷を除去することである。この電荷除去は、
導波領域層内の電荷がバイアス電極に近づくよう
に又は遠ざかるように移動するように電界を加え
るとき起こる。この第２効果は、整流接合を逆バ
イアスすることにより又は金属―絶縁体―半導体
接点により得られる。屈折率を変える別の方法に
は、音波及び熱効果を介して歪みを加える方法が
ある。前記位相シフト技術のどれか及び当業者に
周知の他の技術を直線状導波領域の光と分岐導波
領域の光と間に相対位相シフトを行わせるために
用いてもよい。
前述したように、この干渉パターンの走査は、
他の導波領域の光に対する導波領域の光の光学位
相シフトを電気的に導くことから生じる。ｌbが
ｌaに対して増大すると、干渉パターンがl3の方
へシフトし、その結果、事実上l3の屈折率がl2の
屈折率に比べて増大してしまう。走査効果を調べ
るために、ｌa＋ｌbを約235mAに一定に保持しな
がら電流比ｌa／ｌbを変えたとき、へき開面の１
つに対して約４度の角度で配置されたスプリツト
検出器により、遠方領域光強度パターンを測定し
てプロツトした。（第４図）検出器を横切る縞の
運動を示す曲線の周期的特性は別として、検出さ
れた光強度もまたｌaとともに増大する。さら
に、ｌbが約50mAよりも減少すると、l3から発生
した光強度は、l2から発生した光強度よりも極め
て小さく、その干渉縞可視度はさらに小さくな
る。結局、残存するものは、すべて直線状導波領
域の遠方領域光パターンである。
他の導波領域の光に対する導波領域の光の光学位
相シフトを電気的に導くことから生じる。ｌbが
ｌaに対して増大すると、干渉パターンがl3の方
へシフトし、その結果、事実上l3の屈折率がl2の
屈折率に比べて増大してしまう。走査効果を調べ
るために、ｌa＋ｌbを約235mAに一定に保持しな
がら電流比ｌa／ｌbを変えたとき、へき開面の１
つに対して約４度の角度で配置されたスプリツト
検出器により、遠方領域光強度パターンを測定し
てプロツトした。（第４図）検出器を横切る縞の
運動を示す曲線の周期的特性は別として、検出さ
れた光強度もまたｌaとともに増大する。さら
に、ｌbが約50mAよりも減少すると、l3から発生
した光強度は、l2から発生した光強度よりも極め
て小さく、その干渉縞可視度はさらに小さくな
る。結局、残存するものは、すべて直線状導波領
域の遠方領域光パターンである。
第４図の横座標は、総電流ｌa及びｌbで示され
ているが、その電流密度は、ｌa＝ｌbのときでさ
えも異なる。というのは、ｌaの接触領域は、ｌb
の接触領域よりも大きいからである。特に、ｌa
＝100mAでかつｌb＝135mAの場合には、Ｊa〓
5.1KA／cm2でかつＪb〓9.6KA／cm2と計算され、
ｌa＝150mAでかつｌb＝85mAの場合には、Ｊa〓
7.6KA／cm2でかつＪb〓6KA／cm2と計算される。
第４図の最低の零点は、ｌa＝140mAでかつｌb＝
95mAの場合に現われる。これらの電流はそれぞ
れl2及びl3内のほぼ同一の電流密度7.1KA／m2及
び6.8KA／cm2に相当する。この条件において、２
つの導波領域からほぼ同一の光が発生することが
予期される。
ているが、その電流密度は、ｌa＝ｌbのときでさ
えも異なる。というのは、ｌaの接触領域は、ｌb
の接触領域よりも大きいからである。特に、ｌa
＝100mAでかつｌb＝135mAの場合には、Ｊa〓
5.1KA／cm2でかつＪb〓9.6KA／cm2と計算され、
ｌa＝150mAでかつｌb＝85mAの場合には、Ｊa〓
7.6KA／cm2でかつＪb〓6KA／cm2と計算される。
第４図の最低の零点は、ｌa＝140mAでかつｌb＝
95mAの場合に現われる。これらの電流はそれぞ
れl2及びl3内のほぼ同一の電流密度7.1KA／m2及
び6.8KA／cm2に相当する。この条件において、２
つの導波領域からほぼ同一の光が発生することが
予期される。
第４図に示した全角走査は、ほぼ4.2度すなわ
ち２つの縞である。したがつて、この電流範囲に
わたつて誘起された位相差は、ほぼ２波長であ
る。l2＋l3＝700μｍでありかつこの結果がK0△ｎ
（l2＋l3）＝４πを与えるから、屈折率の変化は、
△ｎ＝2.3×10-3でなければならないことがわか
る。
ち２つの縞である。したがつて、この電流範囲に
わたつて誘起された位相差は、ほぼ２波長であ
る。l2＋l3＝700μｍでありかつこの結果がK0△ｎ
（l2＋l3）＝４πを与えるから、屈折率の変化は、
△ｎ＝2.3×10-3でなければならないことがわか
る。
第１図の装置では、直線状導波領域及び分岐導
波領域は、共通部分すなわち結合部分l1を有し、
したがつて各導波領域の部分l1内に発生した光は
コヒーレントである。コヒーレント光源は、複数
の発光領域であつてもよく、この複数の発光領域
は、相互に、その出力放射線パターンが重なつて
同じ光学周波数において複数の発生領域の結合動
作及びコヒーレント動作を生じるように配置され
ている。このような装置は第５図に示され、第５
図では、Ｐ型領域３０を介してポンピングされた
Ｐ型GaAs層の発光導波領域が距離D1だけ離隔さ
れ、これによりポンピングされた領域の出力放射
パターンが図示するように重なる。したがつて、
複数のポンピングされた領域が光学的に結合され
かつその結合部分のポンピングされた領域が同一
周波数の光を発生する。
波領域は、共通部分すなわち結合部分l1を有し、
したがつて各導波領域の部分l1内に発生した光は
コヒーレントである。コヒーレント光源は、複数
の発光領域であつてもよく、この複数の発光領域
は、相互に、その出力放射線パターンが重なつて
同じ光学周波数において複数の発生領域の結合動
作及びコヒーレント動作を生じるように配置され
ている。このような装置は第５図に示され、第５
図では、Ｐ型領域３０を介してポンピングされた
Ｐ型GaAs層の発光導波領域が距離D1だけ離隔さ
れ、これによりポンピングされた領域の出力放射
パターンが図示するように重なる。したがつて、
複数のポンピングされた領域が光学的に結合され
かつその結合部分のポンピングされた領域が同一
周波数の光を発生する。
第１図の装置では、l2とl3とを離隔する距離Ｄ
は、十分に大きいのでその光は部分l2と部分l3内
に分離されていた。分離は、距離以外の手段、た
とえば、第５図に示す分離構造により達成され
る。第５図では、分離光がメサ状構造３２及び３
３により案内されており、このメサ状構造３２及
び３３は、半導体基体上に形成されかつ空気によ
り囲まれている。空気の屈折率は、比較的屈折率
が低いので、位相シフト部分すなわちフエージン
グ部分のメサ構造内の光が分離され、それにより
電極３６及び３８による位相的位置シフト並びに
干渉パターン回転が生じる。
は、十分に大きいのでその光は部分l2と部分l3内
に分離されていた。分離は、距離以外の手段、た
とえば、第５図に示す分離構造により達成され
る。第５図では、分離光がメサ状構造３２及び３
３により案内されており、このメサ状構造３２及
び３３は、半導体基体上に形成されかつ空気によ
り囲まれている。空気の屈折率は、比較的屈折率
が低いので、位相シフト部分すなわちフエージン
グ部分のメサ構造内の光が分離され、それにより
電極３６及び３８による位相的位置シフト並びに
干渉パターン回転が生じる。
光学的分離はまた第７図の装置によつても得ら
れ、この装置では、平行チヤンネル４５が層４
１，４２，４３及び４４の成長前にフエージング
部分内の基体４０の部分内へエツチングされてい
る。これらの層４１，４２，４３及び４４は、図
示した型及び化合物で成つてもよい。チヤンネル
は、その間にメサ領域４６を形成している。第７
図の遠い方の面２″及び近い方の面２′は、へきさ
れかつ鏡面化されて適当な空胴を形成している。
（米国特許第806395号明細書）に記載されている
ように、第７図の構造が（以下に説明するよう
に）ポンピングされたとき、エツチングされたチ
ヤンネル４５上の活性領域４２の部分だけが励起
されてコヒーレント光波を発生し、メサ領域４６
のより高い屈折率がメサ上にある光波を減垂させ
て出力面２′において光波を分離する。結合部分
では、第７ａ図に示すようにその結合部分内にメ
サが全く存在しないように基体をエツチングする
ことにより結合部分が形成される。発光させるの
に必要なキヤリヤ注入は、別個の接点４８及び４
９により行なわれ、この別個の接点４８及び４９
は、それぞれ発光する活性領域の各部のセグメン
トを覆つている。電極４８及び４９を異なる大き
さを有する電流l1及びl2によりポンピングするこ
とにより、異なる発光領域のフエージング部分に
おいて屈折率に差異が生じ、屈折率の相違によ
り、相対位相シフトが生じて前述のように出力ビ
ーム走査が行なわれる。
れ、この装置では、平行チヤンネル４５が層４
１，４２，４３及び４４の成長前にフエージング
部分内の基体４０の部分内へエツチングされてい
る。これらの層４１，４２，４３及び４４は、図
示した型及び化合物で成つてもよい。チヤンネル
は、その間にメサ領域４６を形成している。第７
図の遠い方の面２″及び近い方の面２′は、へきさ
れかつ鏡面化されて適当な空胴を形成している。
（米国特許第806395号明細書）に記載されている
ように、第７図の構造が（以下に説明するよう
に）ポンピングされたとき、エツチングされたチ
ヤンネル４５上の活性領域４２の部分だけが励起
されてコヒーレント光波を発生し、メサ領域４６
のより高い屈折率がメサ上にある光波を減垂させ
て出力面２′において光波を分離する。結合部分
では、第７ａ図に示すようにその結合部分内にメ
サが全く存在しないように基体をエツチングする
ことにより結合部分が形成される。発光させるの
に必要なキヤリヤ注入は、別個の接点４８及び４
９により行なわれ、この別個の接点４８及び４９
は、それぞれ発光する活性領域の各部のセグメン
トを覆つている。電極４８及び４９を異なる大き
さを有する電流l1及びl2によりポンピングするこ
とにより、異なる発光領域のフエージング部分に
おいて屈折率に差異が生じ、屈折率の相違によ
り、相対位相シフトが生じて前述のように出力ビ
ーム走査が行なわれる。
第１図及び第５図の装置のレーザ光源は、二重
ヘテロ結合型のものである。分配フイードバツク
型、埋込ヘテロ構造型、単一ヘテロ構造型及びそ
の他の当業界に周知の型等の他のレーザ光源もま
た用いられる。また、波導領域は、第１図及び第
５図以外の型、２，３の例を示すとたとえばグレ
ーデツドインデツクス型、屈折率階段型及び利得
型等のものでもよい。この導波領域は、イオン打
込み拡散、化学エツチング、選択結晶成長、スパ
ツタリング、イオンビームミリング若しくは他の
適当な手段により形成されてもよい。あらゆる場
合において、発生したコヒーレント光は、分裂さ
れて半導体本体の空間的に配置された（分離され
た）異なる領域内に導かれる。
ヘテロ結合型のものである。分配フイードバツク
型、埋込ヘテロ構造型、単一ヘテロ構造型及びそ
の他の当業界に周知の型等の他のレーザ光源もま
た用いられる。また、波導領域は、第１図及び第
５図以外の型、２，３の例を示すとたとえばグレ
ーデツドインデツクス型、屈折率階段型及び利得
型等のものでもよい。この導波領域は、イオン打
込み拡散、化学エツチング、選択結晶成長、スパ
ツタリング、イオンビームミリング若しくは他の
適当な手段により形成されてもよい。あらゆる場
合において、発生したコヒーレント光は、分裂さ
れて半導体本体の空間的に配置された（分離され
た）異なる領域内に導かれる。
第１図の分岐ストリツプ形状の構成は第５図の
装置の構成と同様に従来技術に従う。第１図を参
照すると、液相エピタキシ又は他の同等な成長技
術により層６，８，１０及び１２が基体４上に成
長する。窒化シリコン等の電気絶縁材１８を成長
したウエハの上面上に蒸着させた後、フオトリト
グラフイエツチング技術及びプラズマエツチング
技術その他の同等な技術により材料１８内に形成
されている。次に、亜鉛等のＰ型不純物を約0.5
ミクロンの深さまで拡散してストライブ１４及び
１６を形成するために開口するストリツプの下に
ある領域においてｎ型ガリウム素の最上層１２を
Ｐ型に変換する。次に、その装置のＰ側上にクロ
ム（200オングストローム）／金（2500オングス
トローム）接触層、若しくは適当な材料の接触層
を蒸着させる。最後に、分離部分２３を形成する
接触層の部分をレーザの全長に沿つて除去し、そ
れにより、干渉走査装置の接点２０及び２２が独
立してポンピングされることになる。分離部分２
３の幅は、３ミクロンであつてもよいので接点２
０及び２２の間の抵抗は、500ミクロンの長さの
装置についてほぼ80オームないし100オームとな
る。
装置の構成と同様に従来技術に従う。第１図を参
照すると、液相エピタキシ又は他の同等な成長技
術により層６，８，１０及び１２が基体４上に成
長する。窒化シリコン等の電気絶縁材１８を成長
したウエハの上面上に蒸着させた後、フオトリト
グラフイエツチング技術及びプラズマエツチング
技術その他の同等な技術により材料１８内に形成
されている。次に、亜鉛等のＰ型不純物を約0.5
ミクロンの深さまで拡散してストライブ１４及び
１６を形成するために開口するストリツプの下に
ある領域においてｎ型ガリウム素の最上層１２を
Ｐ型に変換する。次に、その装置のＰ側上にクロ
ム（200オングストローム）／金（2500オングス
トローム）接触層、若しくは適当な材料の接触層
を蒸着させる。最後に、分離部分２３を形成する
接触層の部分をレーザの全長に沿つて除去し、そ
れにより、干渉走査装置の接点２０及び２２が独
立してポンピングされることになる。分離部分２
３の幅は、３ミクロンであつてもよいので接点２
０及び２２の間の抵抗は、500ミクロンの長さの
装置についてほぼ80オームないし100オームとな
る。
１本の分岐だけが第１図の装置により達成され
るけれども、多数の分岐は、第６図の導波アレイ
に示すように３本若しくはそれ以上の分離光ビー
ムを発生させることによつても考えられ、第６図
の導波アレイは、電圧V1ないし電圧V6を供給す
ると５本の分離出力ビームを発生する。しかしな
がら、いずれの場合においても光ビームは、光学
に結合される単一光源又は複数光源から発生しな
ければならない。また、第５図の装置は、２つ以
上のメサ構造及び２つ以上の結合光源を有しても
よい。また、第１図の装置の結合部分を第５図の
装置のフエージング部分とともに用いてもよい
し、第５図の装置の結合部分を第１図の装置のフ
エージング部分とともに用いてもよい。
るけれども、多数の分岐は、第６図の導波アレイ
に示すように３本若しくはそれ以上の分離光ビー
ムを発生させることによつても考えられ、第６図
の導波アレイは、電圧V1ないし電圧V6を供給す
ると５本の分離出力ビームを発生する。しかしな
がら、いずれの場合においても光ビームは、光学
に結合される単一光源又は複数光源から発生しな
ければならない。また、第５図の装置は、２つ以
上のメサ構造及び２つ以上の結合光源を有しても
よい。また、第１図の装置の結合部分を第５図の
装置のフエージング部分とともに用いてもよい
し、第５図の装置の結合部分を第１図の装置のフ
エージング部分とともに用いてもよい。
以上述べた装置では、共振空胴は、反導体本体
のへき開面すなわち鏡面により形成され、フエー
ジング部分すなわち位相シフト素子は、共振空胴
内部で作用する。別の型の走査装置としては、位
相シフト素子が共振空胴の外部にあるものがあ
る。第８図は、位相シフト電極５０，５１、及び
５２がレーザ空胴の外部にあるレーザ走査装置の
１例を示す。
のへき開面すなわち鏡面により形成され、フエー
ジング部分すなわち位相シフト素子は、共振空胴
内部で作用する。別の型の走査装置としては、位
相シフト素子が共振空胴の外部にあるものがあ
る。第８図は、位相シフト電極５０，５１、及び
５２がレーザ空胴の外部にあるレーザ走査装置の
１例を示す。
第８図の走査装置は、図示する層形状及び材料
を有してもよい。活性領域の１部だけをポンピン
グしてそのレーザ活性領域のポンピング部分の結
合を行なうために絶縁層６５をエツチングして分
岐接触構造６０を形成し（第８図及び第８ａ図に
最も詳しく図示する。）、従つて活性領域５６内に
分岐レーザ空胴構造を形成する。発光のためのフ
イードバツクは、分配フイードバツクグレーテイ
ング５７，５８及び５９により形成され、この分
配フイードバツクグレーテイング（DFBリフレ
クタ）５７，５８及び５９は、第８ｂ図に図示す
るように６１において活性領域５６にテーパ結合
されている。光学的に絶縁された出力導波領域す
なわちフエージング電極５０，５１及び５２の下
にある領域により各光ビームは独立に位相シフト
するので走査を行なうことができる。出力面２″
上には反射防止コーテイング剤が用いられてレー
ザ内への逆結合を最小にする。光源の外部で位相
シフトを行なわせるために、多種のカツプラの型
及び形状、多種のフイードバツク機構、多種の結
合レーザの大きさ（たとえば第５図の大きさ）、
及び多種のフエージング電極を用いてもよい。
を有してもよい。活性領域の１部だけをポンピン
グしてそのレーザ活性領域のポンピング部分の結
合を行なうために絶縁層６５をエツチングして分
岐接触構造６０を形成し（第８図及び第８ａ図に
最も詳しく図示する。）、従つて活性領域５６内に
分岐レーザ空胴構造を形成する。発光のためのフ
イードバツクは、分配フイードバツクグレーテイ
ング５７，５８及び５９により形成され、この分
配フイードバツクグレーテイング（DFBリフレ
クタ）５７，５８及び５９は、第８ｂ図に図示す
るように６１において活性領域５６にテーパ結合
されている。光学的に絶縁された出力導波領域す
なわちフエージング電極５０，５１及び５２の下
にある領域により各光ビームは独立に位相シフト
するので走査を行なうことができる。出力面２″
上には反射防止コーテイング剤が用いられてレー
ザ内への逆結合を最小にする。光源の外部で位相
シフトを行なわせるために、多種のカツプラの型
及び形状、多種のフイードバツク機構、多種の結
合レーザの大きさ（たとえば第５図の大きさ）、
及び多種のフエージング電極を用いてもよい。
フエージングは光源の外部で行なわれるので、
波長変調は、位相シフト中には達成されない。ま
た、外部フエージングであるので、ポンピング電
流は、（第１図の走査装置による場合のように）
振幅変調されず、したがつて出力ビームは、相対
振幅変調を有さない。従つて、外部フイージング
は、波長及び振幅の制御を所望する場合には望ま
しい。
波長変調は、位相シフト中には達成されない。ま
た、外部フエージングであるので、ポンピング電
流は、（第１図の走査装置による場合のように）
振幅変調されず、したがつて出力ビームは、相対
振幅変調を有さない。従つて、外部フイージング
は、波長及び振幅の制御を所望する場合には望ま
しい。
第１図は、本発明による光学走査装置の概略図
である。第２図は、第１図の走査装置の導波領域
の図である。第３図は、第１図の走査装置の遠方
放射パターンである。第４図は、干渉縞が開口付
検出器を通過して走査された場合において、ポン
ピング電流比の変化に対する検出された光強度を
示すグラフである。第５図は、本発明による別の
光学走査装置の概略図である。第６図は、多数の
分離導波領域を有する走査装置を示す図である。
第７図及び第７ａ図は、本発明による別の光学走
査装置を示す図である。第８図，第８ａ図及び第
８ｂ図は、レーザ空胴の外部にあるフエージング
素子を有する光学走査装置を示す図である。 ２…ソリツドステート本体、４…基体、６，１
０…光閉込め層、８…活性領域層、１２…接触容
易層、２０，２２…電極、３２，３３…メサ状構
造体、３６，３８…電極、４５…平行チヤンネ
ル、４６…メサ領域、４８，４９…電極、５０，
５１，５２…位相シフト電極。
である。第２図は、第１図の走査装置の導波領域
の図である。第３図は、第１図の走査装置の遠方
放射パターンである。第４図は、干渉縞が開口付
検出器を通過して走査された場合において、ポン
ピング電流比の変化に対する検出された光強度を
示すグラフである。第５図は、本発明による別の
光学走査装置の概略図である。第６図は、多数の
分離導波領域を有する走査装置を示す図である。
第７図及び第７ａ図は、本発明による別の光学走
査装置を示す図である。第８図，第８ａ図及び第
８ｂ図は、レーザ空胴の外部にあるフエージング
素子を有する光学走査装置を示す図である。 ２…ソリツドステート本体、４…基体、６，１
０…光閉込め層、８…活性領域層、１２…接触容
易層、２０，２２…電極、３２，３３…メサ状構
造体、３６，３８…電極、４５…平行チヤンネ
ル、４６…メサ領域、４８，４９…電極、５０，
５１，５２…位相シフト電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 複数光線ビームを発生するモノリシツク半導
体アレイ走査装置において、 半導体基体上に形成されその一つが活性層と成
りこの活性層に隣接してＰ―Ｎ接合が形成された
複数の半導体層を有し、 前記活性層に関連して少なくとも二つの光学的
なレーザ空洞を形成する手段を有し、このレーザ
空洞は共通の結合導波部分とそれと一体のフエー
ジング部分と前記共通の結合部分からの光放射線
の少なくとも一部を前記フエージング部分に直接
結合する手段とから成り、 前記共通の結合導波部分のＰ―Ｎ接合と前記フ
エージング部分のＰ―Ｎ接合とに独立して順バイ
アスを加えてレーザ発光条件のもとで前記走査装
置の両端面間で前記両導波部分を伝播する放射線
を発生させ、かつ前記両導波部分の間でポンピン
グ電流を独立して変えることにより前記両導波部
分間の屈折率および電流密度の相対的な変化を引
き起こして一方の導波部分内の伝播放射線と他の
導波部分内の伝播放射線との間で位相の相対的な
変化を生ぜしめ、それにより前記アレイ走査装置
の一端面から発生する合成された遠方領域出力光
線ビームの走査を行う手段を有する。 ことを特徴とする走査装置。 ２ 前記直接結合手段は一方のレーザ空洞と他方
のレーザ空洞とを直接結合する領域から成ること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の複数光
線ビームを発生するモノリシツク半導体アレイ走
査装置。 ３ 前記直接結合手段は一方のレーザ空洞から他
方のレーザ空洞に至る放射線パターンが重なり合
う領域から成ることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の複数光線ビームを発生するモノリシ
ツク半導体アレイ走査装置。 ４ 前記一つの結合導波部分とそれぞれ一体に形
成された複数のフエージング導波部分とこれらの
導波部分間で独立してポンピング電流を流すとと
もにそのポンピング電流を変えることにより前記
光放射線の位相シフトを引き起こす手段とを包含
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の複数光線ビームを発生するモノリシツク半導体
アレイ走査装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/918,740 US4219785A (en) | 1978-06-26 | 1978-06-26 | Optical beam scanning by phase delays |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5526694A JPS5526694A (en) | 1980-02-26 |
| JPS6237830B2 true JPS6237830B2 (ja) | 1987-08-14 |
Family
ID=25440879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7746879A Granted JPS5526694A (en) | 1978-06-26 | 1979-06-19 | Monolithic semiconductor device |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4219785A (ja) |
| JP (1) | JPS5526694A (ja) |
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-
1979
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- 1979-06-19 JP JP7746879A patent/JPS5526694A/ja active Granted
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