JPS6373585A - 周波数可変分布ブラツグ反射型半導体レ−ザ - Google Patents
周波数可変分布ブラツグ反射型半導体レ−ザInfo
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- JPS6373585A JPS6373585A JP21840686A JP21840686A JPS6373585A JP S6373585 A JPS6373585 A JP S6373585A JP 21840686 A JP21840686 A JP 21840686A JP 21840686 A JP21840686 A JP 21840686A JP S6373585 A JPS6373585 A JP S6373585A
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- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 12
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- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 8
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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
- H01S5/06—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
- H01S5/0625—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
- H01S5/06255—Controlling the frequency of the radiation
- H01S5/06256—Controlling the frequency of the radiation with DBR-structure
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- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
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〕
本発明は周波数可変分布ブラッグ反射型半導体レーザに
関する。
関する。
光通信の拡大に伴ない伝送システムの大容量化の必要性
がますます高まりつつある。この光の利点を生かした周
波数分割多重（ＦＤＭ）方式は、１００ Ｇｂ／Ｓ以上
の超大容量伝送の可能性を有しており、将来の光伝送シ
ステムの主要な方式となることが期待されている。この
中でも光源となる半導体レーザの直接変調による伝送が
可能なＰＳＫヘテロダイン包路線検波方式のような周波
数変調（ＦＭ）方式は、最も有望な方式の一つである。
がますます高まりつつある。この光の利点を生かした周
波数分割多重（ＦＤＭ）方式は、１００ Ｇｂ／Ｓ以上
の超大容量伝送の可能性を有しており、将来の光伝送シ
ステムの主要な方式となることが期待されている。この
中でも光源となる半導体レーザの直接変調による伝送が
可能なＰＳＫヘテロダイン包路線検波方式のような周波
数変調（ＦＭ）方式は、最も有望な方式の一つである。
このような’ＦＭ方式に用いる半導体レーザに要求され
る性能としては、広い周波数範囲にわたって周波数が可
変で、かつＦＭの際に高い変調効率と高周波までの良好
な応答特性が得られることなどがある。従来、このよう
な条件をすべて満足するような素子は実現されていない
が、次のような素子が実現されている。
る性能としては、広い周波数範囲にわたって周波数が可
変で、かつＦＭの際に高い変調効率と高周波までの良好
な応答特性が得られることなどがある。従来、このよう
な条件をすべて満足するような素子は実現されていない
が、次のような素子が実現されている。
第４図は位相制御器付分布帰還型半導体レーザ（位相制
御ＤＦＢレーザ）の−例の基本構造を示す断面図である
、この素子は回折格子１７をもつＤＦＢレーザ部４部上
０相制御部５０とから構成され、位相制御部５０にキャ
リアを注入することにより、この部分の実効屈折率を変
え、ＤＦＢレーザの実効的な端面位相を制御できるよう
にしたものである。このＤＦＢレーザは、端面位相によ
って発振周波数が変化するため、位相制御部５０の注入
電流を変調することにより、周波数変調が可能である。
御ＤＦＢレーザ）の−例の基本構造を示す断面図である
、この素子は回折格子１７をもつＤＦＢレーザ部４部上
０相制御部５０とから構成され、位相制御部５０にキャ
リアを注入することにより、この部分の実効屈折率を変
え、ＤＦＢレーザの実効的な端面位相を制御できるよう
にしたものである。このＤＦＢレーザは、端面位相によ
って発振周波数が変化するため、位相制御部５０の注入
電流を変調することにより、周波数変調が可能である。
この素子は、ＦＭの際に通常の半導体レーザと比べて、
高い変調効率が得られ、かつ応答特性も平坦なものが得
られている。これについては雑誌［エレクトロニクス・
レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
）、 Ｓ、Ｙａｍａｚａｋｉ他による論文、 ２１（１
９８５）２８３）に報告されている。
高い変調効率が得られ、かつ応答特性も平坦なものが得
られている。これについては雑誌［エレクトロニクス・
レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
）、 Ｓ、Ｙａｍａｚａｋｉ他による論文、 ２１（１
９８５）２８３）に報告されている。
次に、第５図は周波数可変ＤＢＲレーザの一例の断面図
でる。これは、ＤＢＲ部３０に先の例と同様キャリアを
注入することにより、この部分の実効屈折率を変え、ブ
ラッグ周波数を変化させることができる。ＤＢＲレーザ
の場合、その発振周波数はブラッグ周波数と活性部とを
伝播する光の位相とによって決定されるため、このブラ
ッグ周波数を変化させることによって発振周波数を変え
ることができる。この例では、約０．９ｎｍの波長（＝
周波数）制御が実現されている。これについては、「電
子通信学会論文誌（Ｔｒａｎｓ、ＩＥＣＥ Ｊａｎ。
でる。これは、ＤＢＲ部３０に先の例と同様キャリアを
注入することにより、この部分の実効屈折率を変え、ブ
ラッグ周波数を変化させることができる。ＤＢＲレーザ
の場合、その発振周波数はブラッグ周波数と活性部とを
伝播する光の位相とによって決定されるため、このブラ
ッグ周波数を変化させることによって発振周波数を変え
ることができる。この例では、約０．９ｎｍの波長（＝
周波数）制御が実現されている。これについては、「電
子通信学会論文誌（Ｔｒａｎｓ、ＩＥＣＥ Ｊａｎ。
Ｅ６１１）Ｊ（１９８５）７８８３．のＹ、Ｔｏｈｍｏ
ｒｉ他による論文に報告されている。
ｒｉ他による論文に報告されている。
このように従来の技術では、ＦＭ用光源として用いる場
合に次のような問題点があった。
合に次のような問題点があった。
まず、第４図に示した例では、周波数の制御をＤＦＢレ
ーザの実効的な端面位相の制御によって行っているため
に、広範囲な周波数変化が得られず、例えばこの例では
Ｏｊｎｍ以下の制御しか実現していない、なお、周波数
可変範囲を波長可変範囲で示すと、１．５５μｍでは波
長１ｎｍが約１３０ ＧＨｚに対応する。
ーザの実効的な端面位相の制御によって行っているため
に、広範囲な周波数変化が得られず、例えばこの例では
Ｏｊｎｍ以下の制御しか実現していない、なお、周波数
可変範囲を波長可変範囲で示すと、１．５５μｍでは波
長１ｎｍが約１３０ ＧＨｚに対応する。
また−ＦＭの応答特性では平坦な特性が得られるものの
、力・ソトオフ周波数が２００ＭＩ（ｚ程度と低かった
。これは、位相制御部５０／＼のキャリア注入によって
変調を行っているため、応答特性がキャリアの寿命で制
限されてしまうためである。
、力・ソトオフ周波数が２００ＭＩ（ｚ程度と低かった
。これは、位相制御部５０／＼のキャリア注入によって
変調を行っているため、応答特性がキャリアの寿命で制
限されてしまうためである。
一方、第５図の例は比較的大きな周波数変化が可能であ
り、ＦＭ用光源として期待されるにのＦＭ特性について
は不明であるが、ＤＢＲ部３０への注入電流を変調する
ことにより、第４図の例と同様なＦＭ特性が得られるも
のと思われる。しかし、この場合もカットオフ周波数は
キャリア寿命で制限されるために高速変調は不可能であ
る。
り、ＦＭ用光源として期待されるにのＦＭ特性について
は不明であるが、ＤＢＲ部３０への注入電流を変調する
ことにより、第４図の例と同様なＦＭ特性が得られるも
のと思われる。しかし、この場合もカットオフ周波数は
キャリア寿命で制限されるために高速変調は不可能であ
る。
本発明の目的は、これらの問題点を改善し、広範囲の周
波数制御と、高速のＦＭ特性とが同時に得られる周波数
可変ＤＢＲレーザを提供することにある。
波数制御と、高速のＦＭ特性とが同時に得られる周波数
可変ＤＢＲレーザを提供することにある。
１問題点を解決するための手段〕
本発明の構成は、活性部と分布ブラッグ反射部と位相制
御部とがレーザ共振器軸方向に直列に配列されて集積化
された周波数可変分布ブラッグ反射型半導体レーザにお
いて、前記分布ブラッグ反射部にキャリア注入の可能な
順方向にバイアスする部分と、前記位相制御部の少なく
とも一部分に逆方向にバイアスできる部分とを備えるこ
とを特徴とする。
御部とがレーザ共振器軸方向に直列に配列されて集積化
された周波数可変分布ブラッグ反射型半導体レーザにお
いて、前記分布ブラッグ反射部にキャリア注入の可能な
順方向にバイアスする部分と、前記位相制御部の少なく
とも一部分に逆方向にバイアスできる部分とを備えるこ
とを特徴とする。
次に、図面により本発明の詳細な説明する。
第１図、第２図は本発明の基本的な構造を示す二つの実
施例のレーザ共振器軸方向の断面図である。ます、第１
図においては、活性部１０位相制御部２０、ＤＢＲ部３
０を有するＤＢＲレーザにおいて、ＤＢＲ部３０が順方
向（図では■で示した）にバイアスされキャリア注入に
よる実効屈折率の制御が可能であり、かつ位相制御部２
０が逆方向（図では○で示した）にバイアスされ、電気
光学効果による実効屈折率の制御を可能としている。
施例のレーザ共振器軸方向の断面図である。ます、第１
図においては、活性部１０位相制御部２０、ＤＢＲ部３
０を有するＤＢＲレーザにおいて、ＤＢＲ部３０が順方
向（図では■で示した）にバイアスされキャリア注入に
よる実効屈折率の制御が可能であり、かつ位相制御部２
０が逆方向（図では○で示した）にバイアスされ、電気
光学効果による実効屈折率の制御を可能としている。
よく知られているように、キャリア注入による実効屈折
率の変化は電気光学効果による実効屈折率の変化と比べ
て、約２桁程大きな変化が得られる。従って、ＤＢＲ部
３０にキャリアを注入することにより、大きな実効屈折
率変化が得られ、これにより従来例でも述べたように、
ブラッグ周波数を大きく変化させ、発振周波数を広範囲
（ｉｎｍ以上）変えることができる。
率の変化は電気光学効果による実効屈折率の変化と比べ
て、約２桁程大きな変化が得られる。従って、ＤＢＲ部
３０にキャリアを注入することにより、大きな実効屈折
率変化が得られ、これにより従来例でも述べたように、
ブラッグ周波数を大きく変化させ、発振周波数を広範囲
（ｉｎｍ以上）変えることができる。
一方、位相制御部２０は逆バイアスされ、電気光学効果
による実効屈折率の変化によって活性部１０を伝播する
光の位相を実効的に変化させ、その発振周波数を変える
ことができる。この場合の実効屈折率の変化は、キャリ
ア注入の場合と比べて２桁程度小さいが、反面この部分
の電圧を変調して発振周波数の変調した場合、従来例で
述べたようなキャリア寿命によるカットオフ周波数の制
限がないため、高い周波数までの応待特性が得られる。
による実効屈折率の変化によって活性部１０を伝播する
光の位相を実効的に変化させ、その発振周波数を変える
ことができる。この場合の実効屈折率の変化は、キャリ
ア注入の場合と比べて２桁程度小さいが、反面この部分
の電圧を変調して発振周波数の変調した場合、従来例で
述べたようなキャリア寿命によるカットオフ周波数の制
限がないため、高い周波数までの応待特性が得られる。
従って、ＤＢＲ部３部上０入電流を制御することにより
、広範囲の周波数を制御し、所望の値に発振周波数を同
調しておいて、位相制御部２０の電圧を変調すれば、広
範囲な周波数制御と高速のＦＭが同時に実現できる。
、広範囲の周波数を制御し、所望の値に発振周波数を同
調しておいて、位相制御部２０の電圧を変調すれば、広
範囲な周波数制御と高速のＦＭが同時に実現できる。
第２図の実施例は、第１の構造に位相制御部２１を付加
した構造である。この位相制御部２１は順方向にバイア
スされキャリア注入が可能になっている。このため、Ｄ
ＢＲ部３部上０相制御部２１の注入電流を同時に制御す
ることにより、第１図の構造の数倍（数ｎｍ以上）の範
囲にわたる発振周波数の制御を実現することができる。
した構造である。この位相制御部２１は順方向にバイア
スされキャリア注入が可能になっている。このため、Ｄ
ＢＲ部３部上０相制御部２１の注入電流を同時に制御す
ることにより、第１図の構造の数倍（数ｎｍ以上）の範
囲にわたる発振周波数の制御を実現することができる。
位相制御部２０は逆方向にバイアスされ第１図の素子と
同様の働きをする。
同様の働きをする。
第３図は第１図の具体例を示す斜視図である。
この具体例は、基本的には第１図の構造であり、ここで
はＩｎＧａＡｓＰ系の１．５５μｍレーザについて示し
た。以下、製作手順に従ってこの例の構造について説明
する。
はＩｎＧａＡｓＰ系の１．５５μｍレーザについて示し
た。以下、製作手順に従ってこの例の構造について説明
する。
まずｎ形ｒｎＰ基板１１の上のＤＢＲ部３部上０周期２
．４２ｎｍの回折格子１７を形成する。次に、１回目の
ＬＰＥ成長によってノンドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド
層１２（λ、＝１．３μｍ、厚さ０．３ ｔｔｍ）、ｎ
形１ｎＰバッファ一層１３（厚さ０，１μｍ）、ノンド
ープ活性Ｎ１４（λｇ ＝１．５３μｍ、厚さ０．１
μｍ） 、Ｐ形１ｎＰクラッド層１５（厚さ０．２μｍ
）を順次成長する。
．４２ｎｍの回折格子１７を形成する。次に、１回目の
ＬＰＥ成長によってノンドープＩｎＧａＡｓＰ光ガイド
層１２（λ、＝１．３μｍ、厚さ０．３ ｔｔｍ）、ｎ
形１ｎＰバッファ一層１３（厚さ０，１μｍ）、ノンド
ープ活性Ｎ１４（λｇ ＝１．５３μｍ、厚さ０．１
μｍ） 、Ｐ形１ｎＰクラッド層１５（厚さ０．２μｍ
）を順次成長する。
次に、活性部１０を除いた他の部分の［ｎＰクラッド層
１５と活性層１４とを選択的に除去する。次に、２回目
のＬＰＥ成長にお・いて、全体にＰ形ＩｎＰクラッド層
１６と形成する。さ屯に埋め込み構造とするために、メ
サエッチングを行った後、３回目のＬＰＥ成長によって
、埋め込み成長を行なう、ここでは埋め込み構造としモ
ニ重チャンネルブレーナ埋め込み型を用いた。
１５と活性層１４とを選択的に除去する。次に、２回目
のＬＰＥ成長にお・いて、全体にＰ形ＩｎＰクラッド層
１６と形成する。さ屯に埋め込み構造とするために、メ
サエッチングを行った後、３回目のＬＰＥ成長によって
、埋め込み成長を行なう、ここでは埋め込み構造としモ
ニ重チャンネルブレーナ埋め込み型を用いた。
最後に、基板側１１と成長層側に電極１８，１９を形成
した後、各部の電気的な分離を行うなめに、各部の間に
中央のメサ付近を除いて幅２０μｍの溝を形成する。こ
れら活性部１０、位相制御部２０、ＤＢＲ部３部上０さ
はそれぞれ１００μｍ、５０μｍ、５００μｍである。
した後、各部の電気的な分離を行うなめに、各部の間に
中央のメサ付近を除いて幅２０μｍの溝を形成する。こ
れら活性部１０、位相制御部２０、ＤＢＲ部３部上０さ
はそれぞれ１００μｍ、５０μｍ、５００μｍである。
このように試作した素子の特性の一例として、光出力特
性は、しきい値２０ｍＡ、外部微分量子効率１８％／前
面、制御電流を流さないときの発振波長１．５５μｍで
あった。また、周波数制御特性としてはＤＢＲ部３部上
００ｍＡの電流を注入した時、１．］ｎｍの周波数変化
を実現した。この値は周波数に直すと１３０Ｇ！Ｉｚに
相当する。この周波＠、範囲でレーザ光のスペクトル線
幅は約２０ＭＨｚに保持されていた。
性は、しきい値２０ｍＡ、外部微分量子効率１８％／前
面、制御電流を流さないときの発振波長１．５５μｍで
あった。また、周波数制御特性としてはＤＢＲ部３部上
００ｍＡの電流を注入した時、１．］ｎｍの周波数変化
を実現した。この値は周波数に直すと１３０Ｇ！Ｉｚに
相当する。この周波＠、範囲でレーザ光のスペクトル線
幅は約２０ＭＨｚに保持されていた。
さらに、その周波数範囲に周波数を制御した上で、位相
制御部２０に逆バイアスを加えてＦ Ｍ特性を調べた。
制御部２０に逆バイアスを加えてＦ Ｍ特性を調べた。
この場合のＦＭ効率は１００ＭＨｚ／■であり、５■の
電圧変調により約５００ ＭＨｚ、の周波数偏移が得ら
れた。このＦＭの応答特性は、素子のＣＲ時定数で制限
されており、カットオフ周波数は１ 、６ Ｇ ｌ（ｚ
であった。また、変調時においてもスペクトル線幅はほ
ぼ一定に保持されていた。
電圧変調により約５００ ＭＨｚ、の周波数偏移が得ら
れた。このＦＭの応答特性は、素子のＣＲ時定数で制限
されており、カットオフ周波数は１ 、６ Ｇ ｌ（ｚ
であった。また、変調時においてもスペクトル線幅はほ
ぼ一定に保持されていた。
なお、本実施例では、位相制御部２０全体に逆バイアス
をかけたが、第２図に示したように位相制御部２０に加
えて、キャリア注入可能な位相制御部２１を付加した構
造の素子もほぼ同様な手順で製作可能であり、この場合
はより広範囲な周波数制御が期待できる。
をかけたが、第２図に示したように位相制御部２０に加
えて、キャリア注入可能な位相制御部２１を付加した構
造の素子もほぼ同様な手順で製作可能であり、この場合
はより広範囲な周波数制御が期待できる。
また本発明は、ここで用いた埋め込み横道以外のレーザ
、例えばリッジ導波型レーザでも適用可能であり、また
ＩｎＧａＡｓＰ系以外のＡＱ ＧａＡｓ系など他の材料
を用いたレーザにも有効であることは言うまでもない。
、例えばリッジ導波型レーザでも適用可能であり、また
ＩｎＧａＡｓＰ系以外のＡＱ ＧａＡｓ系など他の材料
を用いたレーザにも有効であることは言うまでもない。
以上説明したように、本発明によれば、広範囲の周波数
制御と高速のＦＭ特性が同時に得られる周波数可変ＤＢ
Ｒレーザを実現することができる゛。
制御と高速のＦＭ特性が同時に得られる周波数可変ＤＢ
Ｒレーザを実現することができる゛。
なお、本実施例では、１．５５μｍ帯のレーザで１３０
Ｇｆｌｚの周波数制御と、１．６ＧＨｚまでの高速ＦＭ
応答特性を実現したが、このような素子を、例えば５Ｇ
ＩＩｚ間隔で２０素子並べることにより、２０Ｇｂ／Ｓ
程度のＦＤＭ光伝送方式を実現することもできる。
Ｇｆｌｚの周波数制御と、１．６ＧＨｚまでの高速ＦＭ
応答特性を実現したが、このような素子を、例えば５Ｇ
ＩＩｚ間隔で２０素子並べることにより、２０Ｇｂ／Ｓ
程度のＦＤＭ光伝送方式を実現することもできる。
第１図は本発明の一実施例の断面°図、第２図は本発明
の第２の実施例の断面図、第３図は第１図の具体例を示
す斜視図、第４図、第５図は従来例の二例を示す断面図
である。 １０・・・活性部、１１・・・基板、１２・・・光ガイ
ド層、】３・・・バッファ一層、１４・・・活性層、１
５・・・クラッド層、１７・・・回折格子、１８．１９
・・・電第１ｆＪ 謬１ “
の第２の実施例の断面図、第３図は第１図の具体例を示
す斜視図、第４図、第５図は従来例の二例を示す断面図
である。 １０・・・活性部、１１・・・基板、１２・・・光ガイ
ド層、】３・・・バッファ一層、１４・・・活性層、１
５・・・クラッド層、１７・・・回折格子、１８．１９
・・・電第１ｆＪ 謬１ “
Claims (1)
- 活性部と分布ブラッグ反射部と位相制御部とがレーザ共
振器軸方向に直列に配列されて集積化された周波数可変
分布ブラッグ反射型半導体レーザにおいて、前記分布ブ
ラッグ反射部にキャリア注入の可能な順方向にバイアス
する部分と、前記位相制御部の少なくとも一部分に逆方
向にバイアスできる部分とを備えることを特徴とする周
波数可変分布ブラッグ反射型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21840686A JPS6373585A (ja) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | 周波数可変分布ブラツグ反射型半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21840686A JPS6373585A (ja) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | 周波数可変分布ブラツグ反射型半導体レ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6373585A true JPS6373585A (ja) | 1988-04-04 |
Family
ID=16719412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21840686A Pending JPS6373585A (ja) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | 周波数可変分布ブラツグ反射型半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6373585A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04148579A (ja) * | 1990-10-12 | 1992-05-21 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| EP0667660A1 (fr) * | 1994-02-11 | 1995-08-16 | France Telecom | Laser à réflecteurs de Bragg distribués, accordable en longueur d'onde, à réseaux de diffraction virtuels actives sélectivement |
| US5553091A (en) * | 1993-12-06 | 1996-09-03 | France Telecom Etablissement Autonome De Droit Public | Optical component having a plurality of bragg gratings and process for the production of said components |
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1986
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