JPS6258689A - 光アイソレ−タ付半導体レ−ザ装置 - Google Patents

光アイソレ−タ付半導体レ−ザ装置

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JPS6258689A
JPS6258689A JP60199152A JP19915285A JPS6258689A JP S6258689 A JPS6258689 A JP S6258689A JP 60199152 A JP60199152 A JP 60199152A JP 19915285 A JP19915285 A JP 19915285A JP S6258689 A JPS6258689 A JP S6258689A
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semiconductor laser
optical isolator
magnetic film
laser device
film
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Yuichi Odagiri
小田切 雄一
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NEC Corp
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4207Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback
    • G02B6/4208Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback using non-reciprocal elements or birefringent plates, i.e. quasi-isolators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0225Out-coupling of light
    • H01S5/02251Out-coupling of light using optical fibres

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 産業上の利用分野 本発明は、光通信や光情報処理など産業上の利用分野で
光源として利用される半導体レーザ装置に関し、特に戻
り光を抑圧するための光アイソレータを備えた光アイソ
レータ付半導体レーザ装置に関するものである。
従来の技術 半導体レーザ装置は、光通信、光情報処理、光利用計測
など産業上の利用分野で、光源として使用されている。
半導体レーザ装置の雑音のほとんどは、戻り光の再結合
に伴う発振動作の不安定化に起因するものと考えられて
いる。
従って、低雑音が要求される半導体レーザ装置では、戻
り光を抑圧するための光アイソレータが半導体レーザの
前面に付加される。
従来、この種の光アイソレータ付半導体レーザ装置ない
しはモジュールとしては、IEEE J、 Quan 
−tum Electronics 1980 (QE
  16巻11号)において関らが記載しているような
、ローションプリズムを用いたものが知られている。
上記ローションプリズムを用いた光アイソレータは、第
3図の側断面図に示すように、ファラディ回転子10を
バルク状のYTG結晶(Y、、Fe5O1□)の磁性体
11と磁石14とにより構成し、その前段と後段に、そ
れぞれ偏光子12と検光子13のローションプリズムを
配置したものである。
半導体レーザからの出射光が、磁石14で囲まれたバル
ク状の磁性体11内を通過する際に、その偏光面が回転
する。その回転角度θは、一般に次式で表わされる。
θ壬F−L−M/Ms ただし、Lは磁性体内の光路長、Msは磁性体の飽和磁
化、Mは磁性体内における光の伝播方向への磁化の成分
である。
従って、磁石により光の伝播方向に磁界を印可して飽和
磁化に等しい磁化を生じさせると、偏光面の回転角度θ
は最大値FLとなる。YIG結晶では波長1.3  μ
mの光に対するFの値が220゜/amであるから、偏
光面を45°回転させるためには、磁性体11の厚みと
して約2 mmが必要となる。この厚みの磁性体11に
、偏光子12.検光子13及び磁石14の厚みを加える
と、光アイソレータ全体では4乃至5mmもの厚みとな
り、半導体レーザと光ファイバなどの導波路との間隔が
この程度ないと光アイソレータが付加できなくなる。
この厚みを低減するために、バルク状の磁性体に代えて
、エピタキシャル成長法によって形成したF値が大きな
(Gd Bi)s (Fe AI Ga )s 012
磁性体膜を用いた光アイソレータが開発されている。
すなわち、第4図の側断面図に示するように、半導体レ
ーザ21と光フアイバ22間の結合用集束性ロンドレン
ズ23に、偏光子24.磁性体膜25及び検光子27を
順次貼着し、円筒状の磁石26により磁性体膜の厚み方
向に磁界を印可することにより、光アイソレータを構成
している。これの詳細については、本出願人の先願に係
わる特願昭59年−253519の明細書を参照された
い。
発明が解決しようとする問題点 上述した従来技術では、半導体レーザやレンズと光ファ
イバとの間に光アイソレータを実装できる程度の間隙が
確保されている。
しかじから、半導体レーザやレンズと光ファイバとの間
に1乃至2mm程度の間隙しか存在しない場合には、そ
こには上述したような従来の光アイソレータを設置でき
ず、従って、戻り光を抑圧できなくなるという問題があ
る。
この対策として、光アイソレータを構成する各部品の一
層の薄型化を図ることが考えられるが、膜化できる磁性
体はともかくとしても、磁石、偏光子、検光子の薄型化
には限度がある。
また、半導体レーザからの出射光がほぼ直線偏光状態に
ある点に着目し、偏光子を省略することにより光アイソ
レータ全体の薄型化を図るという対策もある。
しかしながら、偏光子を省略した場合には、半導体レー
ザにTM波が戻ると、TM波成分が増加して特性が不安
定になりやすいという問題が伴う。
特に、TM波とTE波の利得が同程度の分布帰還形半導
体レーザでは大きな問題である。
発明の構成 問題点を解決するための手段 上記従来技術の問題点を解決する本発明の光アイソレー
タ行手風体レーザ装置は、半導体レーザの出射側端面に
誘電体膜を介して密着固定された磁性体膜及びこの磁性
体膜の膜厚方向に磁界を印可する磁石から構成される光
子イソレータと、この光アイソレータの出射側に配置さ
れた検光子とを備えている。
すなわち、本発明の光アイソレータ付半導体し−ザ装置
では、光アイソレータを偏光子、ファラディ回転子及び
検光子を一体化した集合体として構成するという従来の
概念から離れてこれらを分散配置すると共に、偏光子を
省略することにより磁性体膜を半導体レーザの出射端面
に密着固定し、光アイソレータ全体の薄型化を実現して
いる。
本発明の一実施例においては、半導体レーザとして量子
井戸型の半導体レーザが使用され、偏光子の省略に伴う
従来の問題点をTM波の増幅利得の抑圧により解決して
いる。
以下、本発明の作用を実施例と共に詳細に説明する。
実施例 第1図は本発明の一実施例の光アイソレータ付半導体レ
ーザ装置の構成を示す側断面図である。
光アイソレータは、半導体レーザ31と光ファイバ32
の間に分散配置された磁性体膜33及び磁石34から構
成されるファラディ回転子と、検光子35から構成され
ている。
ファラディ回転子を構成する磁性体膜33は、半導体レ
ーザ31の出射端面上に誘電体膜36を介して密着固定
されている。一方、検光子35は、光ファイバ32の端
面上に密着固定されている。
円筒形状の磁石34は、半導体レーザ31の放熱体であ
るヒートシンク37に接合されると共に、直径300μ
m程度の結合用球レンズ38に対する保持部材をも兼ね
ている。
磁性体膜33は、エキタピシャル成長法で製造した厚さ
300μm程度の Gd B i  ((Gd Bi)
s(Fe AI Ga )s O+t  )薄膜である
。円筒形状の磁石34は、磁性体膜33の膜面に垂直な
方向に磁界を印加する。このファラディ回転子により、
出射光48の偏光面が45’  回転される。この出射
光48は、球レンズ38によって収束され、コア径10
 μm程度の光ファイバ32へ入射する。
光ファイバ32の先端面上に密着固定された検光子35
は、偏光面が45°回転された出射光48の偏光面とほ
ぼ一致するように、活性層38の面から45°傾くよう
に設置される。
磁性体膜33を前後から挟む誘電体膜36は、半導体レ
ーザ31のファブリペローモードを抑圧するためのもの
であり、反射率が半導体レーザ31の標準値36%に比
べて低い値に設定されている。
半導体レーザ31は、第2図の拡大側断面図に例示する
ように、n−1nP基板39上に形成さている。このn
−1nP基板39上に積層されたn−1nPのバッファ
層400表面には、干渉露光法により、1次の回折格子
41が、レーザ発振の方向に直交する向きに形成されて
いる。更に。
この回折格子41上に、約0.3  μmの厚みのnI
nGaAsPの導波路層42が形成されている。
導波路M42上には、約0645μm以下の厚みの活性
層43.約2μmの厚みのp−1nPのクラッド層44
.約1μm厚みのp−InQaAsPのキャップ層45
が順次積層されいる。
ここで、活性層43は、0,8eVの禁制帯幅。
InPと同一の格子定数及び100Aの層厚を有するI
nQaA、Spのウェル層46と、0.95 e Vの
禁制帯幅と50Aの層厚を有するInPのバリア層47
が交互に積層されるでいる。この活性層43は、3層の
ウェル層46と2層のバリア層47の多層構造からなる
全層厚400Aの量子井戸型活性層を形成している。一
般に、ウェル層46の厚みが100A程度と小さく、か
つ活性層43の厚みが450A以下であると、ウェル層
46に注入されたキャリアの運動の方向が光軸に垂直な
平面内の2次元方向に限られる。このようにキャリアの
運動方向が限ぎられると、TE波の増幅度はTM波のそ
れに比して25dBも高くなることが実験的に確認され
ている。
従って、半導体レーザ31からの出射光48は直線偏光
のTE波が主体となり、このTE波の戻り光は、ファラ
ディ回転子を往復する間に偏光面が90°回転され、T
M波となって半導体レーザ31に注入されることになる
。そして、量子井戸型半導体レーザでは、TM波の増幅
度はTE波に比較して25dB以上も小さいため、無偏
向成分の戻り光による影響はほとんど生じない。
以上、本発明の一実施例を説明したが、これに対する均
等的な変形例は多数存在する。
例えば、球レンズ38の素材としてサファイヤやザクロ
石のような複屈折性を有するものを用いて収束機能と検
光子の機能を併せ持たせることにより、光ファイバ32
の先端面上に設置した検光子35を省略することもでき
る。
また、光ファイバとの結合用収束レンズとして球レンズ
を用いる場合を例示したが、これに代えて、収束性ロッ
ドレンズや凸レンズなど他の適宜な収束レンズを用いる
ことができる。
また、半導体レーザの素材としてInGaAsP / 
I n P系を用いたが、これに限定されるものではな
く、G a A I A s / G a A s系な
ど他の適宜な素材を用いてもよい。
また、ファラディ回転子を構成する磁性体膜としてGd
B11膜を用いる構成を例示したが、これに代えて、他
の均等的な素材を用いることもできる。
さらに、導波路層が活性層の下に形成される場合を例示
したが、この上下関係は逆であってもよい。
発明の効果 以上詳細に説明したように本発明の光アイソレータ付半
導体レーザ装置は、光アイソレータを偏光子、ファラデ
ィ回転子及び検光子を一体化した集合体として構成せず
に、分散配置すると共に、偏光子の省略により磁性体膜
を半導体レーザの出射端面に誘電体膜を介して密着固定
する構成であるから、半導体レーザと光ファイバの間隔
が1mm程度の狭さであっても光アイソレータを付加で
きることが実験的に確認された。
本発明の一実施例においては、半導体レーザとして、量
子井戸型半導体レーザを用いることにより、偏光子の省
略に伴う従来の問題点を有効に解決できる。
本発明者の実験結果によれば、上記実施例によって挿入
損失0.7  dB、アイソレーション25dBという
十分な特性が確認された。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の光アイソレータ付半導体レ
ーザ装置の構成を示す側断面図、第2図は第1図の半導
体レーザ31の構成を拡大して示す側断面図、第3図、
第4図は従来装置の構成を示す側断面図である。 31・・半導体レーザ、32・・光ファイバ。 33・・磁性体膜、34・・磁石、35・・検光子、3
6・・誘電体膜、38・・球レンズ、39・・InP基
板、43・・量子井戸構造の活性層。 46・・InGaAsPのウェル層、47− ・1nP
のバリア層。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体レーザと、 この半導体レーザの出射側端面に誘電体膜を介して密着
    固定された磁性体膜及びこの磁性体膜の膜厚方向に磁界
    を印可する磁石から成るファラディ回転子と、 このファラディ回転子の出射側に配置された検光子とを
    備えたことを特徴とする光アイソレータ付半導体レーザ
    装置。
  2. (2)前記半導体レーザは、広い禁制帯幅を有するバリ
    ア層と狭い禁制帯幅を有するウェル層であってそれぞれ
    が所定厚み以下であるものが積層された活性層を有する
    量子井戸型半導体レーザであることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の光アイソレータ付半導体レーザ装
    置。
  3. (3)前記光アイソレータと前記検光子は、収束レンズ
    の前後に配置され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。
  4. (4)前記検光子は前記半導体レーザと対向する光ファ
    イバの先端面に固定されたことを特徴とする特許請求の
    範囲第3項記載の光アイソレータ付半導体レーザ装置。
JP60199152A 1985-09-07 1985-09-07 光アイソレ−タ付半導体レ−ザ装置 Granted JPS6258689A (ja)

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JPH0469833B2 JPH0469833B2 (ja) 1992-11-09

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02203581A (ja) * 1989-02-01 1990-08-13 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> 半導体発光装置
JPH02203582A (ja) * 1989-02-01 1990-08-13 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> 半導体発光装置
EP1329998A1 (en) * 2002-01-21 2003-07-23 Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) An arrangement for monitoring the emission wavelength of a laser source

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EP1329998A1 (en) * 2002-01-21 2003-07-23 Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) An arrangement for monitoring the emission wavelength of a laser source

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