DE69217273T2

DE69217273T2 - Abstimmbare optische Quelle zur Erzeugung eines kohärenten optischen Strahls mit breitem Durchstimmbereich

Info

Publication number: DE69217273T2
Application number: DE69217273T
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Tabuchi
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-05-27
Filing date: 1992-05-26
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-27
Also published as: JPH04349680A; DE69217273D1; EP0516044B1; EP0516044A3; JP3198338B2; US5388106A; EP0516044A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleitervorrichtungen und betrifft spezieller eine abstimmbare Laserdiode, die einen verzweigten optischen Hohlraum besitzt, um eine große Verschiebung der Laserschwingung zu realisieren.
Bei optischen Telekommunikationssystemen, die die Wellenlängen-Multiplex-Technik verwenden, ist eine abstimmbare Laserdiode, welche die Wellenlänge des optischen Ausgangsstrahles in einem weiten Wellenlängenbereich ändern kann, unverzichtbar. Eine derartige abstimmbare Laserdiode wird beispielsweise für einen optischen Lokal-Oszillator für optische Heterodyn-Detektoren verwendet. Bei optischen Heterodyn-Detektoren wird bei einem Fotodetektor eine nichtlineare Mischung von zwei optischen Strahlen erreicht, wobei einer der optischen Strahlen Informationen trägt, während der andere ein örtlicher optischer Strahl ist, der durch den optischen Lokal-Oszillator erzeugt wird. Dadurch werden die in dem optischen Strahl mitgeführten Informationen in ein elektrisches Zwischensignal umgesetzt mit einer Zwischenfrequenz. Es sei darauf hingewiesen, daß das elektrische Zwischensignal irgendeinen Inhalt der Informationen enthält, der auf den optischen Strahl durch eine Amplitudenmodulation, eine Frequenzmodulation oder eine Phasenmodualtion aufmoduliert wurde. Durch Ändern der Wellenlänge des optischen Lokal-Oszillators in Einklang mit der Wellenlänge des einfallenden optischen Strahls kann ein Zwischenfrequenzsignal mit einer im wesentlichen konstanten Frequenz erhalten werden. Es sei erwähnt, daß solch ein optischer Heterodyn-Detektor speziell dafür geeignet ist, um ein gewünschtes Signal aus einer Anzahl von Signalen zu extrahieren, die auf den optischen Strahl aufmultiplext sind. Um den optischen Lokal-Oszillator zu realisieren, sei erwähnt, daß die Entwicklung der abstimmbaren Laserdiode, welche die Fähigkeit einer ausgedehnten Wellenlängenabstimmung hat, wesentlich ist.
Gemäß dem Stand der Technik wurde eine sog. DBR-Laserdiode für eine abstimmbare Laserdiode vorgeschlagen (Kotaki et al., Electronics Letters, Vol 24, Nr. 8, 1988, 503-505; Broberg et al., Applied Physics Letters, Val. 52, Nr. 16, 1988, Seiten 1285-1287). Bei der DBR-Laserdiode ist ein Bragg-Reflektor mit einer Riffelung in dem optischen Hohlraum der Laserdiode vorgesehen, und zwar dicht bei und in Ausrichtung mit der aktiven Schicht, so daß die Riffelung eine Bragg-Reflektion des optischen Strahls verursacht. Dabei wird der optische Strahl durch die stimulierte Emission in der aktiven Schicht verstärkt, wenn er durch die Riffelung vor und zurück reflektiert wird. Die Verschiebung der Wellenlänge des optischen Strahls wird dadurch erreicht, indem Träger in den Bragg-Reflektor injiziert werden. Es sei darauf hingewiesen, daß eine solche Injektion von Trägern eine Änderung in dem Brechungsindex des Materials induziert, welches die Riffelung bildet, und zwar durch den Plasmaeffekt und daß eine solche Änderung des Brechungsindexes seinerseits eine Änderung der effektiven Teilung der Riffelung bewirkt. Dadurch wird die Wellenlänge des optischen Strahls, der die Bragg-Reflektion aufbaut, geändert.
Unglücklicherweise ist die Größe der Wellenlängenänderung, die durch die DBR-Laserdiode nach dem Stand der Technik erzielt wird, relativ eingeschränkt. Beispielsweise beschreibt Kotaki et al., op cit., eine Änderung der Laserschwingung von lediglich 6,2 nm in dem 1,53 µ.m Band, während Broberg et al., op. cit., eine Änderung von 11,6 nm in dem 1,55 µm Band beschreibt. Die Ursache für dieses unbefriedigende Ergebnis verteilt sich auf sehr grundlegende Prinzipien der Wellenverschiebung, auf denen die Laserdiode nach dem Stand der Technik basiert. Beispielsweise kann im Falle der DBR-Laserdiode, die von Broberg et al., op cit., berichtet wird, die Laser-Oszillation unterbrochen werden, wenn die Injektion der Träger in die Riffelung reduziert wird, um den Brechungsindex des Bragg-Reflektors zu ändern. Da sich die aktive Schicht in dem Bereich des Bragg-Reflektors erstreckt, führt die Reduzierung der Trägerinjektion in den Bragg-Reflektor unvermeidbar zu einer Reduktion der optischen Verstärkung. Der Versuch, eine solche verminderte Trägerinjektion durch Erhöhen der Trägerinjektion in die aktive Schicht zu kompensieren, ist allgemein eingeschränkt, und zwar aufgrund des Problems einer übermäßigen Aufheizung und damit ist die Zuverlässigkeit des Betriebs der Laserdiode eingeschränkt. Wenn die Laser-Oszillation einmal aufgebaut ist, besteht andererseits eine Neigung, hinsichtlich der Trägerdichte auf einem konstanten Wert festgeklemmt zu werden. Dieser Effekt trägt auch dazu bei, den Bereich der Wellenlängenabstimmung zu reduzieren. Bei der DBR-Laserdiode, wie von Kotaki et al., op cit., berichtet wird, ist der Abstimmbereich durch den maximalen Injektionsstrom in die DBR-Zone bestimmt, der seinerseits durch den Aufheizeffekt eingeschränkt ist.
Als eine abstimmbare Laserdiode wurde auch eine DFB- Laserdiode mit segmentierten Elektroden vorgeschlagen (Kotaki et al., Electronic Letters, Vol. 25, Nr. 15, 1989, Seiten 990-992). Diese herkömmliche Laserdiode besitzt eine aktive Schicht, die sich durch den optischen Hohlraum erstreckt und es ist eine Riffelung (corrugation) in dem optischen Hohlraum värgesehen, der sich von einem ersten Ende zu einem zweiten, gegenüberliegenden Ende der Laserdiode erstreckt, wie dies bei der DFB-Laserdiode üblich ist. In der Riffelung ist ein λ/4-Verschiebepunkt vorgesehen, wo die Phase der Riffelung um ein Viertel (1/4) der Teilung oder Steigung der Wellenlänge der Riffelung verschoben ist. Dadurch tritt eine starke Konzentration der optischen Strahlung in dem optischen Hohlraum in Entsprechung zu dem λ/4-Verschiebepunkt auf. Dies verursacht seinerseits eine starke Verarmung der Träger in Entsprechung zu dem λ/4-Verschiebepunkt aufgrund der vereinfachten stimulierten Emission.
Bei dieser herkömmlichen DFB-Laserdiode sind die Elektroden, welche die segmentierten Elektroden bilden, in Ausrichtung mit der optischen Achse mit einer physikalischen Trennung voneinander vorgesehen, wobei eine der Elektroden in Entsprechung zu diesem λ/4-Verschiebepunkt angeordnet ist. Durch Steuern des Injektionsstromes zu der Elektrode, die unmittelbar über dem λ/4-Verschiebepunkt gelegen ist, und ferner durch Steuern des Injektionsstromes zum Rest der Elektroden in unabhängiger Weise, wird das Profil der Trägerverteilung und damit der Dichteverteilung der optischen Strahlung in gewünschter Weise modifiziert. Indem man beispielsweise die Trägerinjektion zu den Elektroden vermindert, die von dem λ/4-Verschiebepunkt versetzt sind, wird die nicht einheitliche Verteilung der Träger in dem optischen Hohlraum verstärkt. Dadurch wird der gesamte Brechungsindex des optischen Hohlraums durch den Plasmaeffekt vermindert, was seinerseits zu einer verminderten Bragg- Wellenlänge führt. Eine solche Verminderung der Bragg-Wellenlänge resultiert in einer Abnahme der Oszillations-Wellenlänge der Laserdiode.
Wenn die oszillations-Wellenlänge erhöht wird, wird andererseits der Injektionsstrom an der Elektrode über dem λ/4-Verschiebepunkt erhöht, derart, daß die Trägerverteilung in dem optischen Hohlraum einheitlicher wird. Mit einer solchen Änderung des Trägerverteilungsprofils wird der Brechungsindex des optischen Hohlraums insgesamt erhöht, was seinerseits zu einer Erhöhung der effektiven Hohlraumlänge der Laserdiode führt. Dadurch wird die Oszillations- Wellenlänge der Laserdiode erhöht.
Diese herkömmliche Vorrichtung ist auch mit einem Nachteil dahingehend verbunden, daß die Größe der Wellenverschiebung nicht ausreichend für den optischen Lokal- Oszillation ist, der an früherer Stelle erwähnt wurde. Dieses Problem wird besonders schwerwiegend, wenn die Oszillations-Wellenlänge erhöht wird. Wie bereits erwähnt wurde, wird die Erhöhung der oszillations-Wellenlänge durch Vermindern der Trägerinjektion in die Elektroden erreicht, die auf beiden Seiten des λ/4-Verschiebepunktes gelegen sind. Jedoch ist die Größe der Verminderung der Trägerinjektion durch die Einschränkung begrenzt, daß die Laser-Oszillation ausgehalten werden muß. Ferner ist die Zunahme der Trägerinjektion zu dem λ/4-Verschiebepunkt begrenzt, da eine übermäßige Erhöhung der Trägerinjektion dazu neigt, eine Verminderung der oszillations-Wellenlänge durch den gegenläufigen Plasmaeffekt zu bewirken, der dem gewünschten Effekt entgegengesetzt wirkt. Im allgemeinen bietet eine DFB- Laserdiode dieses Typs einen Bereich einer Wellenlängenverschiebung, der noch kleiner ist als derjenige des ersterwähnten Vorrichtungstyps, der an früherer Stelle erwähnt wurde. Beispielsweise berichtet Kotaki et al., op. cit., eine Wellenlängenverschiebung von 2,2 nm.
Um eine sehr viel größere Verschiebung der Oszillations-Wellenlänge zu realisieren, wurde ein dritter Typ einer abstimmbaren Laserdiode vorgeschlagen, der einen gesplitteten optischen Hohlraum verwendet (Schilling et al., Electronics Letters, Vol 26, Nr. 4, 1990, Seiten 243-244; Schilling et al., IEEE J. Qantum Electronics, Vol 27, Nr. 6, 1991, 1616-1624; Hildebrand et al., 17th ECOD'91/- IOOC'91, 1991, Paper # Tu.A5.1; Idler et al., Electronics Letters, Vol 27, Nr. 24, 1991, Seiten 2268-2270). Bei diesem Typ einer abstimmbaren Laserdiode ist ein Y-gestalteter verzweigter optischer Hohlraum vorgesehen, der den optischen Strahl in zwei Strahlen aufteilt. Die zwei optischen Strahlen, die auf diese Weise erzeugt wurden, bewirken eine Interferenz in Einklang mit dem Teil, an dem die zwei Zweige ineinander übergehen. Indem man den Brechungsindex von einem oder von beiden der Zweige steuert, so daß eine konstruktive Interferenz zwischen den zwei optischen Strahlen auftritt, kann eine Laser-Oszillation auf einer gewünschten Oszillations-Wellenlänge erreicht werden.
Als nächstes soll das Prinzip dieses Typs einer abstimmbaren Laserdiode mehr im einzelnen unter Hinweis auf Fig. 1 erläutert werden, welche die Struktur einer herkömmlichen abstimmbaren Laserdiode 10 zeigt.
Gemäß Fig. 1 ist eine Laserdiode 10 in einer Draufsicht gezeigt, wobei die Vorrichtung zwei optische Hohlräume B&sub1; und B&sub2; enthält, die ineinander übergehen, und zwar in Einklang mit einer Verstärkungszone 10a. Mit anderen Worten ist die Verstärkungszone 10a den optischen Hohlräumen B&sub1; und B&sub2; gemeinsam zugeordnet. In Einklang mit der Verstärkungszone 10a ist ein aktiver Teil der Laserdiode vorhanden, der den optischen Strahl verstärkt, der dort hindurchläuft, und zwar durch eine stimulierte Emission. Ferner sind im Einklang mit dem Teil, wo sich die Hohlräume B&sub1; und B&sub2; voneinander verzweigen, Zonen 10b und 10c jeweils ausgebildet, um den Brechungsindex derselben zu modifizieren. Die optischen Hohlräume B&sub1; und B&sub2; besitzen jeweilige optische Längen L&sub1; und L&sub2;, wobei die optische Länge L&sub1; des Hohlraums B&sub1; unterschiedlich gegenüber der optischen Länge L&sub2; des Hohlraums B&sub2; eingestellt ist. Bei dem veranschaulichten Beispiel ist die optische Länge L&sub2; größer eingestellt als die optische Länge L&sub1;.
Die Fig. 2(A) und 2(B) zeigen die stehenden Wellen, die in den optischen Hohlräumen B&sub1; und B&sub2; durch den optischen Strahl erzeugt werden, der durch die Verstärkungszone 10a erzeugt wird. Es sei dabei erwähnt, daß dort die Phase des optischen Strahls in dem optischen Hohlraum B&sub1; und die Phase des optischen Strahls in dem optischen Hohlraum B&sub2; miteinander komzidieren, was anzeigt, daß dort eine konstruktive Interferenz der zwei optischen Strahlen in der Verstärkungszone 10a aufgebaut wird. Mit anderen Worten zeigen die Fig. 2(A) und 2(B) den Fall, bei dem die Laserdiode einen starken kohärenten optischen Strahl erzeugt.
Fig. 3 zeigt verschiedene Longitudinalmodi der Laser- Oszillation, die verschiedenen stehenden Wellen entsprechen, die in einem optischen Hohlraum erzeugt werden. Wie auf dem Gebiet gut bekannt ist, schwingt eine Laserdiode mit einem optischen Hohlraum auf diskreten Wellenlängen in Einklang mit den stehenden Wellen, die in dem optischen Hohlraum aufgebaut werden. Dadurch ist jeder Modus von dem benachbarten Modus durch eine Frequenz Δv getrennt, welches gegeben ist als
Δν = c/2nL, (1)
worin c die Lichtstrahlfleck-Geschwindigkeit in Vakuum wiedergibt, n den Brechungsindex des Mediums bedeutet, welches den optischen Hohlraum formt, und L die Axiallänge des optischen Hohlraums wiedergibt. Die vorangegangen angegebene Beziehung kann in Ausdrücken der Wellenlänge λ des optischen Strahls umgeschrieben werden, und zwar als
Δλ = λ²/2nL, (2)
worin Δλ die Wellenlängentrennung zwischen benachbarten Modi wiedergibt. Die Gleichung (2) gibt an, daß die Wellenlängentrennung Δλ bestimmt ist durch die Wellenlänge λ des optischen Strahls, den Brechungsindex n und die Länge L des optischen Hohlraums. Es sei darauf hingewiesen, daß der Brechungsindex n im Nenner der Gleichung (2) enthalten ist.
Andererseits ist die Oszillations-Wellenlänge jedes Longitudinalmodes gegeben als
λm = 2nL/m (3)
worin m die Größenordnung des Modus wiedergibt.
Die Gleichung (3) gibt an, daß die wellenlänge λm proportional zu dem Brechungsindex n des optischen Hohlraums ist. Mit anderen Worten ändert sich die Wellenlänge λm linear mit der Änderung des Brechungsindex n, während jedoch eine allgemein konstante Wellenlängentrennung Δλ von den benachbarten Modi beibehalten wird. Dieses Merkmal wird bei der nachfolgenden Erläuterung hinsichtlich der Interferenz von zwei optischen Strahlen in dem verzweigten optischen Hohlraum verwendet werden.
Gemäß Fig. 3 gibt eine Kurve g das Verstärkungsspektrum der Laserdiode wieder. Ferner zeigt Fig. 3 auch einen Hohlraumverlust jedes Modus. Es kann somit verstanden werden, daß jeder Longitudinalmodus eine optische Verstärkung und einen Hohlraumverlust hat, der dieser zugehörig ist. Wenn die Laserdiode auf einen Wert unter dem Oszillations Schwellenwert vorgespannt wird, besitzt jeder optische Modus eine optische Verstärkung, die proportional zu dem Verstärkungsspektrum g ist. Mit zunehmendem Injektionsstrom nimmt die optische Verstärkung zu. Wenn somit einmal die Verstärkung eines Modus den Hohlraumverlust überschritten hat, beginnt die Laser-Oszillation bei diesem Modus. Dort ist das Verstärkungsspektrum auf den Zustand fixiert, bei dem die Laser-Oszillation zuerst startet und die optische Verstärkung wird für andere Modi unterdrückt. Somit tritt die Laser-Oszillation selektiv bei dem Modus auf, bei dem die Oszillation zuerst gestartet wurde, und zwar selbst dann, wenn die Injektion der Träger danach erhöht wird.
Als nächstes wird die Interferenz von zwei optischen Strahlen, die in der Laserdiode von Fig. 1 in Entsprechung zu den optischen Hohlräumen B&sub1; und B&sub2; jeweils erzeugt werden, unter Hinweis auf die Fig. 4 und 5 geprüft.
Gemäß Fig. 4 enthält das Spektrum des ersten optischen Hohlraums B&sub1; die Modi m1, m1±1, m1±2, ... und das Spektrum ist dem Spektrum des zweiten optischen Hohlraums B&sub2; überlagert, der die Modi m2, m m2±1, m2±2, ... enthält. Dabei ist jeder Modus des ersten optischen Hohlraums B&sub1; von jedem anderen durch eine Wellenlängentrennung Δλ&sub1; getrennt, während jeder Modus des zweiten optischen Hohlraums B&sub2; von jedem anderen durch eine Wellenlängentrennung Δλ&sub2; getrennt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Wellenlänge des m1-ten Modus des ersten optischen Hohlraums B&sub1; und die Wellenlänge des m2-ten Modus des zweiten optischen Hohlraums B&sub2; miteinander komzidieren, und zwar bei einer Wellenlänge λ&sub0; (λm1 = λm2 = λ&sub0;). Ferner ist in Einklang mit der Gleichung (2) die Wellenlängentrennung zwischen den benachbarten Modi in dem ersten optischen Hohlraum B&sub1; gegeben als:
Δλ&sub1; = λ&sub0;²/2n&sub1;L&sub1;
worin n&sub1; und L&sub1; den Brechungsindex bzw. die effektive Länge des optischen Hohlraums B&sub1; wiedergeben, während die Wellenlängentrennung in dem zweiten optischen Hohlraum B&sub2; wiedergegeben ist als
Δλ&sub2; = λ&sub0;²n&sub2;L&sub2;
worin n&sub2; und L&sub2; den Brechungsindex bzw. die effektive Länge des optischen Hohlraums B&sub2; wiedergeben.
Fig. 5 zeigt die Wellenlänge der verschiedenen Modi, die in dem ersten und dem zweiten optischen Hohlraum B&sub1; und B&sub2; der abstimmbaren Laserdiode von Fig. 1 gebildet werden, und zwar bei Änderung des Brechungsindex n&sub2; des optischen Hohlraums B&sub2; hinsichtlich des Brechungsindex n&sub1; des optischen Hohlraums B&sub1;. Dabei ist der Brechungsindex n&sub1; konstant gehalten. Es sei darauf hingewiesen, daß die Beziehungen von Fig. 5 für die abstimmbare Laserdiode erhalten werden, die eine Länge L&sub1; von 343 µm für den optischen Hohlraum B&sub1; besitzt und eine Länge L&sub2; von 347 µm für den optischen Hohlraum B&sub2; besitzt, wobei die Länge des Teiles 10a auf 200 µm eingestellt ist, die Länge des Teiles 10b auf 143 µm eingestellt ist und die Länge des Teiles 10c auf 147 µm eingestellt ist.
Unter Hinweis auf Fig. 5 sei erwähnt, daß die Wellenlänge λ2m±i des Modus 2 m ± i (i = 1, 2, 3, ...) sich linear mit der Änderung des Brechungsindex n&sub2; ändert, die mit Δn&sub2; angegebenist. Andererseits ändert sich die Wellenlänge λ1m±i des Modus 1 m ± i (i = 1, 2, 3, ...) nicht, wie durch die vertikalen Linien wiedergegeben ist. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Wellenlängentrennung Δλ&sub2; in dem Hohlraum B&sub2; geringfügig kleiner eingestellt ist als die Wellenlängentrennung Δλ&sub1; in dem Hohlraum B&sub1; (Δλ&sub1; - Δλ&sub2; = 0,01 nm in der Nähe von 1,55 µm). Dadurch erscheint eine Anzahl von Schnittstellen, wie durch ausgezogene Kreise wiedergegeben ist, wobei die Phase des optischen Strahls in dem optischen Hohlraum B&sub1; mit der Phase des optischen Strahls in dem optischen Hohlraum B&sub2; komzidiert. Mit anderen Worten, geben die ausgezogenen Kreise die Wellenlängen des optischen Strahls wieder, welche die abstimmbare Laserdiode von Fig. 1 erzeugt. Durch Ändern des Brechungsindex n&sub2; änder sich die tatsächlich oszillations-Wellenlänge der Laserdiode entlang den Linien, wie beispielsweise einer Linie C, die in Fig. 5 gezeigt ist, welche die ausgezogenen Kreise verbindet. Dabei verbindet die Linie C die ausgezogenen Kreise E, M, O und J, wobei der ausgezogene Kreis E der Wellenlänge λ&sub0; entspricht. Es sei in Verbindung mit Fig. 5 darauf hingewiesen, daß es tatsächlich 100 λm1 Modi gibt, die zwischen der Wellenlänge von 1,55 µm, welche λ&sub0; entspricht, und der Wellenlänge von 1,65 µm enthalten sind und zwischen der Wellenlänge von 1,45 µm bis zu der Wellenlänge von 1,55 µm enthalten sind. Die Darstellung all dieser Modi wurde nicht versucht, da dadurch die Darstellung extrem kompliziert werden würde.
Die Beziehung von Fig. 5 zeigt an, daß man eine Änderung der Wellenlänge des optischen Strahls durch die Laserdiode von Fig. 1 von bis 100 nm dadurch erreichen kann, indem man lediglich den Brechungsindex n&sub2; um ca. 0,15% ändert. Es sei darauf hingewiesen, daß eine Änderung des Brechungsindex dieser Größe in Abhängigkeit von einer sehr kleinen Änderung der Wellenlänge λ2m±i von lediglich 0,99 nm in dem zweiten optischen Hohlraum B&sub2; unter der Voraussetzung bewirkt wird, daß die Wellenlänge in der Nachbarschaft von 1,55 µm liegt. Durch Kombinieren oder Verbinden mit dem ersten Hohlraum B&sub1; und unter Verwendung der Interferenz der optischen Strahlen in den ersten und zweiten Hohlräumen B&sub1; und B&sub2; wird der Bereich der Wellenlängenverschiebung signifikant erweitert.
Bei Fig. 5 sei erwähnt, daß dabei eine Vielzahl von Oszillationsmodi für jeden gegebenen Brechungsindex n&sub2; existieren. Wenn beispielsweise die Brechungsindex-Änderung Δn&sub2; gleich Null ist, kann die Laser-Oszillation bei den Wellenlängen auftreten, die den Punkten A, E und I entsprechen. Wenn der Parameter Δn&sub2; auf 0,15% eingestellt wird, kann die Laser-Oszillation bei den Punkten B, F und J stattfinden. Bei einer tatsächlichen Vorrichtung von Fig. 1 tritt die Laser-Oszillation lediglich an einem Punkt für ein gegebenes Δn&sub2; auf, und zwar aufgrund des Verstärkungsspektrums, was im folgenden erläutert werden soll.
Fig. 6 zeigt ein typisches Verstärkungsspektrum der Laserdiode von Fig. 1. Es sei darauf hingewiesen, daß das Verstärkungsspektrum selbst auf das Material bezogen ist, welches die aktive Schicht der Laserdiode bildet, und nicht auf die Struktur des optischen Hohlraums.
Gemäß Fig. 6 sei erwähnt, daß die Oszillation bei irgendeinem der Punkte A, E und I auftreten kann, wenn der Parameter Δn&sub2; auf Null eingestellt wird, wie bereits erwähnt wurde. Andererseits zeigt das Verstärkungsspektrum (a) von Fig. 6, daß die Punkte A und E eine Verstärkung haben, die kleiner ist als die Verstärkung bei dem Punkt I. Somit tritt die Laser-Oszillation tatsächlich an dem einzelnen Punkt I auf, mit der Wellenlänge von 1,65 µm. Wenn der Injektionsstrom in Entsprechung zu dem Verstärkungsspektrum (d) eingestellt wird, tritt die Laser-Oszillation bevorzugt bei dem Punkt E auf, wo die optische Verstärkung die größte ist. Mit anderen Worten arbeitet als Ergebnis der Kombination des Verstärkungsspektrums von Fig. 6 die Laserdiode von Fig. 1, welche die Charakteristik von Fig. 5 hat, im wesentlichen als eine abstimmbare Einzelmodus-Laserdiode.
Bei der herkömmlichen Laserdiode sei erwähnt, daß eine Wellenlängenänderung, die 100 nm überschreitet, nicht erreicht werden kann. Wenn beispielsweise der Parameter Δn&sub2; von Null aus erhöht wird, nimmt die Oszillations-Wellenlänge der Laserdiode entlang der Linie E-J von Fig. 5 zu, bis sie einen Wellenlängenwert entsprechend dem Punkt N erreicht. Hier ist das Verstärkungsspektrum (d) von Fig. 6 angenommen. Wenn die Wellenlänge den Punkt N überschritten hat und den Punkt O erreicht, kann aus dem Verstärkungsspektrum (d) von Fig. 6 ersehen werden, daß die Verstärkung des Punktes P, der auf der kürzeren Wellenlängenseite des Punktes E gelegen ist, die Verstärkung des Punktes O überschreitet. Dabei sprengt die oszillations-Wellenlänge von dem Punkt O zu dem Punkt P. Dadurch nimmt die Wellenlänge um ca. 100 nm ab. Mit anderen Worten ist die Wellenlängenänderung, die durch die Vorrichtung von Fig. 1 erreicht werden kann, auf den Bereich begrenzt, der sich zwischen dem Punkt P und dem Punkt M ändert und kann 100 nm nicht überschreiten, selbst wenn der Brechungsindex n&sub2; des zweiten optischen Hohlraums B&sub2; um 0,15% oder mehr geändert wird. Es kann aus Fig. 5 ersehen werden, daß ein ähnlicher Sprung der oszillations-Wellenlänge zwischen anderen Linien, wie beispielsweise der Linie A-K und der Linie B-L wiederholt werden kann.
Andere Halbleiterlaser mit integrierten, interferometrischen Reflektoren sind in Applied Physics Letters, Vol 30, Nr. 11, Juni 1977, Seiten 585-587, und in der US-A-4 111 521 offenbart.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist demzufolge eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige und nützliche Abstimmbare Laserdiode zu schaffen, bei der die zuvor erläuterten Probleme beseitigt sind.
Ein anderes und spezifischeres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine abstimmbare Laserdiode mit einem verzweigten optischen Hohlraum zu schaffen, bei der eine große Verschiebung der oszillations-Wellenlänge als Ergebnis der Interferenz der optischen Strahlen in dem verzweigten optischen Hohlraum erreicht werden kann.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine abstimmbare Laserdiode zu schaffen, die folgendes enthält: eine erste Reflektionseinrichtung zum Reflektieren eines optischen Strahls; eine zweite Reflektionseinrichtung zum Reflektieren eines optischen Strahls; eine optische Hohlraumeinrichtung, die sich zwischen der ersten Reflektionseinrichtung und der zweiten Reflektionseinrichtung erstreckt, um eine optische Resonanz durch Hindurchsenden eines optischen Strahls dort hindurch aufzubauen, wobei die optische Hohlraumeinrichtung einen ersten Wellenführungsteil umfaßt mit einem ersten Ende, welches mit der ersten Reflektionseinrichtung verbunden ist, und mit einem zweiten gegenüberliegenden Ende und welches einen optischen Strahl mit der ersten Reflektionseinrichtung austauscht, einen zweiten Wellenführungsteil mit einem ersten Ende, welches mit der zweiten Reflektionseinrichtung verbunden ist, und mit einem zweiten gegenüberliegenden Ende und zum Austauschen eines optischen Strahls mit der zweiten Reflektionseinrichtung, einem dritten Wellenführungsteil, welches das zweite Ende des ersten Wellenführungsteils und das zweite Ende des zweiten Wellenführungsteils miteinander verbindet, um einen ersten optischen Strahl zwischen der ersten und der zweiten Reflektionseinrichtung hindurchzuleiten, und einen vierten Wellenführungsteil, der das erste Ende des ersten Wellenführungsteils und das zweite Ende des zweiten Wellenführungsteils getrennt von dem dritten Wellenführungsteil verbindet, um einen zweiten optischen Strahl zwischen der ersten und der zweiten Reflektionseinrichtung hindurchzuleiten, wobei der dritte und der vierte Wellenführungsteil an dem zweiten Ende des ersten Wellenführungsteils ineinander übergehen und wobei der dritte und der vierte Wellenführungsteil an dem zweiten Ende des zweiten Wellenführungsteiles ineinander übergehen, wobei der erste Wellenführungsteil, der zweite Wellenführungsteil und der dritte Wellenführungsteil einen ersten optischen Pfad formen mit einer ersten optischen Pfadlänge zwischen der ersten und der zweiten Reflektionseinrichtung, der erste Wellenführungsteil, der zweite Wellenführungsteil und der vierte Wellenführungsteil einen zweiten optischen Pfad bilden mit einer zweiten optischen Pfadlänge, die von der ersten optischen Pfadlänge zwischen der ersten und der zweiten Reflektionseinrichtung verschieden ist; eine optische Verstärkereinrichtung, die an wenigstens einem des ersten und des zweiten Wellenführungsteils der optischen Hohlraumeinrichtung vorgesehen ist, um einen optischen Strahl zu verstärken, der dort hindurchläuft; und eine Brechungsindex-Modulationseinrichtung, die an dem dritten und an dem vierten Wellenführungsteil der optischen Hohlraumeinrichtung vorgesehen ist, um einen Brechungsindex des dritten Wellenführungsteiles und einen Brechungsindex des vierten Wellenführungsteiles relativ zueinander zu ändern.
Bei einem Laser nach der vorliegenden Erfindung wird die Phase der optischen Strahlen in den ersten und zweiten Wellenführungsteilen der optischen Hohlraumeinrichtung gleich. Mit anderen Worten haben der erste optische Strahl in dem ersten optischen Pfad und der zweite optische Strahl in dem zweiten optischen Pfad die gleiche Phase über die gesamte optische Hohlraumeinrichtung hinweg. Wenn der erste optische Strahl eine Phase besitzt, die verschieden ist von der Phase des zweiten optischen Strahls in irgendeinem der ersten und zweiten Wellenleiterteile der optischen Hohlraumeinrichtung (siehe Fig. 2(A) und 2(B)), löschen sich die optischen Strahlen unvermeidbar aus. Bei der herkömmlichen Vorrichtung nach Fig. 1 werden diese optischen Strahlen nicht ausgelöscht, und zwar aufgrund der Y-gestalteten oder verzweigten Konstruktion des optischen Hohlraums. Da sich die optischen Strahlen, die eine asynchrone Phasenbeziehung in dem ersten und dem zweiten optischen Pfad haben, bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung auslöschen, werden die Modi, die in Fig. 5 gezeigt sind, beispielsweise durch die Linien E-J oder B-L beseitigt. Mit anderen Worten beträgt die Wellenlängentrennung zwischen den Modi das doppelte der Wellenlängentrennung in Fig. 5. Dadurch wird der Bereich, in welchem die abstimmbare Laserdiode die Oszillations-Wellenlänge ändern kann, verdoppelt.
Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, welches die Struktur einer herkömmlichen abstimmbaren Laserdiode in einer Draufsicht veranschaulicht;
Fig. 2(A) und 2(B) sind Diagramme, welche die Resonanz der optischen Strahlen in der Vorrichtung von Fig. 1 zeigen;
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches das Spektrum der vielfältigen Oszillationsmodi zeigt, die bei der Vorrichtung von Fig. 1 aufgebaut werden;
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die Interferenz der optischen Strahlen zeigt, welche in der Vorrichtung von Fig. 1 verursacht wird;
Fig. 5 ist ein Diagramm, welches das Prinzip der Wellenlängenabstimmung in der Laserdiode von Fig. 1 zeigt;
Fig. 6 ist ein Diagramm, welches das Verstärkungsspektrum der Vorrichtung von Fig. 1 zeigt;
Fig. 7 ist ein Diagramm, welches die Struktur einer abstimmbaren Laserdiode gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8(A) und 8(B) sind Diagramme, welche die Resonanz der optischen Strahlen in der Vorrichtung von Fig. 7 veranschaulichen;
Fig. 9 zeigt ein Diagramm, welches das Betriebsprinzip der abstimmbaren Laserdiode von Fig. 7 veranschaulicht;
Fig. 10 ist ein Diagramm, welches den Querschnitt einer abstimmbaren Laserdiode von Fig. 7 entlang einer Linie
10-10' von Fig. 7 wiedergibt;
Fig. 11 ist ein Diagramm, welches den Längsquerschnitt des optischen Hohlraums zeigt, der bei der Laserdiode von Fig. 7 verwendet wird;
Fig. 12 ist ein Diagramm, welches einen Transversal- Querschnitt der abstimmbaren Laserdiode von Fig. 7 entlang einer Linie 12-12' veranschaulicht;
Fig. 13 ist ein Diagramm, welches die Vorspannung der abstimmbaren Laserdiode von Fig. 7 veranschaulicht;
Fig. 14 ist ein Diagramm, welches den Betrieb der abstimmbaren Laserdiode von Fig. 7 wiedergibt;
Fig. 15 zeigt ein Diagramm entsprechend Fig. 7, wobei eine abstimmbare Laserdiode gemäß einer zweiten Ausführungsform in Draufsicht gezeigt ist;
Fig. 16 zeigt ein Diagramm entsprechend Fig. 10, wobei ein Querschnitt der abstimmbaren Laserdiode gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist;
Fig. 17 gibt ein Diagramm wieder ähnlich Fig. 16, wobei der Querschnitt der abstimmbaren Laserdiode gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
Fig. 18 zeigt ein Diagramm ähnlich Fig. 17, wobei ein Querschnitt der abstimmbaren Laserdiode gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist;
Fig. 19 ist ein Diagramm ähnlich Fig. 18, welches den Querschnitt der abstimmbaren Laserdiode gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 20 ist ein Diagramm ähnlich Fig. 19, wobei der Querschnitt der abstimmbaren Laserdiode gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 7 zeigt eine abstimmbare Laserdiode 20, die einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht, in einer Draufsicht.
Gemäß Fig. 7 ist die Laserdiode 20 basierend auf einem geschichteten Haibleiterkörper 200 konstruiert, der später im Detail beschrieben werden soll, wobei der Halbleiterkörper 200 eine rechteckförmige Gestalt hat, die durch ein Paar sich gegenüberliegender Abspaltflächen 200a und 200b festgelegt ist, die als Spiegel des optischen Hohlraums wirken. Bei dem Halbleiterkörper 200 ist eine erste optische Wellenleiterzone 31 vorgesehen, die sich in Längsrichtung des Halbleiterkörpers von der abgespaltenen Fläche 200a zu der gegenüberliegenden abgespaltenen Fläche 200b erstreckt. In ähnlicher Weise ist eine zweite optische Wellenleiterzone 32 so vorgesehen, daß sie sich in Längsrichtung von der abgespaltenen Fläche 200b zu der gegenüberliegenden abgespaltenen Fläche 200a erstreckt.
Dabei ist der erste optische Wellenleiter 31 in einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig verzweigt, während der zweite optische Wellenleiter 32 ebenfalls in einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig verzweigt ist. Ferner ist ein dritter optischer Wellenleiter 33 vorgesehen, der den ersten Zweig des ersten Wellenleiters 34 und den ersten Zweig des zweiten Wellenleiters 31 verbindet, und ein vierter optischer Wellenleiter 34, der den zweiten Zweig des zweiten optischen Wellenleiters 32 und den zweiten Zweig des ersten optischen Wellenleiters 31 verbindet. Dadurch sind zwei optische Strahlpfade gebildet, von denen einer durch den optischen Wellenleiter 33 verläuft und der andere durch den optischen Wellenleiter 34 verläuft. In jedem optischen Pfad wird der optische Strahl vorwärts und rückwärts zwischen den abgespaltenen Flächen 200a und 200b reflektiert und es wird eine Resonanz aufgebaut, wie an späterer Stelle noch beschrieben wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jeder der ersten und zweiten optischen Wellenleiter 31-32 für eine Wellenlänge von 100 µm ausgelegt, der dritte Wellenleiter für 143 µm ausgelegt, während der vierte optische Wellenleiter 34 für eine Länge von 146 µm ausgelegt ist.
In Entsprechung zu dem ersten optischen Wellenleiter 31 ist eine Verstärkungszone der Laserdiode so, wie in Fig. 7 durch eine Elektrode 31 angezeigt ist, ausgebildet. In ähnlicher Weise ist eine andere Verstärkungszone in Entsprechung zu dem zweiten optischen Wellenleiter 32, wiedergegeben durch eine Elektrode 64, ausgebildet. Dadurch werden diese Verstärkungszonen mit Trägern injiziert und sie verstärken den optischen Strahl durch die stimulierte Emission, wenn der optische Strahl rückwärts und vorwärts zwi schen den Spiegeiflächen 200a und 200b reflektiert wird. Ferner sind in Entsprechung zu dem dritten und dem vierten optischen Wellenleiter 33 und 34 Elektroden 62 und 63 vorgesehen, um Träger zu injizieren. Entsprechend der Injektion der Träger wird der Brechungsindex der optischen Wellenleiter 33 und 34 geändert.
Die Fig. 8(A) und 8(B) zeigen die Resonanz, die in dem ersten und dem zweiten optischen Pfad auftritt. Wie bereits erwähnt wurde, enthält der erste optische Pfad die optischen Wellenleiter 31, 32 und 33, während der zweite optische Pfad die optischen Wellenleiter 31, 32 und 34 enthält. Es sei darauf hingewiesen, daß die Phase des optischen Strahls in dem ersten optischen Pfad und die Phase des optischen Strahls in dem zweiten optischen Pfad miteinander koinzidieren, insbesondere in dem ersten und dem zweiten optischen Wellenleiter 31 und 32, da diese Teile gemeinsam vorgesehen sind. Wenn die zwei optischen Strahlen jeweilige Phasen besitzen, die zueinander in der optischen Wellenleiterzone 31 invertiert sind, wie im Falle der Fig. 2(A) und 2(B), löschen sich die optischen Strahlen in der Wellenleiterzone 31 gegenseitig aus und die Laserdiode schwingt nicht. Mit anderen Worten hebt die Laserdiode nach Fig. 7 den Oszillationsmodus auf, wie in den Fig. 2(A) und 2(B) gezeigt ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei der herkömmlichen Vorrichtung nach Fig. 1 die Zweige 10b und 10c getrennt sind. Selbst wenn somit die Phase des optischen Strahls in dem Zweig 10b und in dem Zweig 10c invertiert ist, können die optischen Strahlen eine konstruktive Interferenz in der Verstärkungszone 10a aufbauen und die Laserdiode schwingt. Durch Ändern des Brechungsindex des Zweiges 10b oder des Zweiges 10c wird die effektive optische Länge L&sub1; oder L&sub2;, die in den Fig. 2(A) und 2(B) definiert ist, geändert und die Phasenbeziehung des optischen Strahls zwischen dem Zweig 10b und dem Zweig 10c wird jedesmal invertiert, wenn sich die Resonanz-Wellenlänge in dem optischen Hohlraum B&sub2; um 0,01 nm in der Nähe von 1,55 µm ändert.
Bei der Vorrichtung 20 von Fig. 7 tritt eine solche Inversion der Phase der optischen Strahlen nicht auf, und zwar aufgrund der Verwendung der gemeinsamen optischen Wellenleiter 31 und 32 als auch der gemeinsamen Spiegel 200a und 200b. Dadurch wird die Trennung zwischen den Modi, die eine Laser-Oszillation bewirken, so erhöht, daß sie zweimal so groß ist wie bei der herkömmlichen Vorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 9 zeigt das Prinzip der Wellenlängenabstimmung der Vorrichtung von Fig. 7.
Gemäß Fig. 9 ist das Diagramm im wesentlichen identisch mit Fig. 5, mit der Ausnahme, daß die vertikalen und schrägen Linien, die jeweils den Resonanzmodus in dem ersten optischen Pfad und in dem zweiten optischen Pfad wiedergeben, durch eine abwechselnde Wiederholung einer durchgehenden Linie und einer unterbrochenen Linie wiedergegeben sind. Dort haben der Modus, der durch die durchgehende Linie wiedergegeben ist, und der Modus, der durch die unterbrochene Linie wiedergegeben ist, wechselseitig invertierte Phasen der optischen Strahlen.
Wenn somit eine vertikale Linie, die durch die ausgezogene Linie wiedergegeben ist, und eine schräge Linie, die durch die ausgezogene Linie wiedergegeben ist, sich gegen seitig schneiden, tritt eine konstruktive Interferenz auf, wie durch einen ausgezogenen Kreis wiedergegeben ist und die Laserdiode schwingt. Wenn ähnlich eine vertikale Linie, die durch die gebrochene Linie wiedergegeben ist und eine schräge Linie, die durch die gebrochene Linie wiedergegeben ist, einander schneiden, so tritt eine konstruktive Interferenz auf, wie durch einen Schattenkreis wiedergegeben ist und die Laserdiode schwingt. Wenn andererseits eine vertikale Linie, die durch eine durchgehende Linie wiedergegeben ist, und eine schräge Linie, die durch die unterbrochene Linie wiedergegeben ist, einander schneiden, tritt eine destruktive Interferenz auf, wie durch einen offenen Kreis wiedergegeben ist und der Laser schwingt nicht. Wenn ferner eine vertikale Linie, die durch die unterbrochene Linie wiedergegeben ist, und eine schräge Linie, die durch eine durchgehende Linie wiedergegeben ist, einander schneiden, tritt ebenfalls eine destruktive Interferenz auf, wie durch einen offenen Kreis wiedergegeben ist.
Bei Fig. 9 sei darauf hingewiesen, daß endliche Linien, wie beispielsweise eine Linie A-F-K oder eine Linie C-H die Laser-Oszillation wiedergeben. Es sei erwähnt, daß die Linie A-F-K von Fig. 9 der Linie A-F-K von Fig. 5 entspricht, die Linie C-H von Fig. 9 der Linie C-H von Fig. 5 entspricht. Andererseits zeigt Fig. 9 eine Linie B-G-L oder eine Linie E-J als eine Linie an, die dem Betriebspunkt entspricht, wo die Laser-Oszillation nicht auftritt. Im Gegensatz dazu geben in Fig. 5 die Linie B-G-L oder die Linie E-J den Betriebspunkt wieder, wo eine Laser-Oszillation auftritt.
Bei Fig. 9 sei erwähnt, daß die Wellenlängentrennung zwischen den benachbarten Modi der Laser-Oszillation verdoppelt ist, verglichen mit der Vorrichtung von Fig. 1. Beispielsweise sind der Punkt K auf der Linie A-F-K und der Punkt C auf der Linie C-H durch eine Wellenlänge von 200 nm getrennt. Zwischen den Punkten C und K existiert kein La ser-Oszillationsmodus. Dadurch wird der maximale Bereich der Wellenlängenabstimmung, der bei der Vorrichtung von Fig. 7 erreicht werden kann, verdoppelt, und zwar verglichen mit der herkömmlichen Vorrichtung nach Fig. 1. Es sei in Verbindung mit Fig. 9 darauf hingewiesen, daß die Wellenlängenverschiebung von 200 nm durch eine Brechungsindex- Änderung Δn&sub2; von lediglich 0,3% erreicht wird.
Als nächstes soll die Struktur der abstimmbaren Laserdiode von Fig. 7 mehr im Detail unter Hinweis auf verschiedene Querschnitte beschrieben werden, die entlang dem geschichteten Körper 200 verlaufen, welcher die Vorrichtung 20 bildet.
Fig. 10 zeigt einen transversalen Querschnitt der Vorrichtung 20 entlang einer Linie 10-10', die in Fig. 7 gezeigt ist. Es kann aus Fig. 7 ersehen werden, daß der Querschnitt nach Fig. 10 den zweiten optischen Wellenleiter 32 zeigt. Der erste optische Wellenleiter 31 besitzt im wesentlichen die gleich Struktur.
Gemäß Fig. 10 enthält der geschichtete Körper 200 ein Substrat 21 aus einem Einzelkristall InP, welches n-leitend dotiert ist, und zwar mit einem Fremdstoff-Konzentrationswert von 2 x 10¹&sup8; cm&supmin;³. Das Substrat 21 besitzt eine Dicke von 100 µm und erstreckt sich in der Längsrichtung von der Oberfläche 200a zu der Oberfläche 200b mit einer Länge von 300 µm. Das Substrat 200 ist ferner mit einer Mesa-Struktur in Entsprechung zu dem zentralen Teil der oberen Hauptfläche versehen, derart, daß die Mesa-Struktur sich in Längsrichtung mit einer Länge von 100 µm entsprechend der Länge des optischen Wellenleiters 32 erstreckt.
Auf der Mesastruktur ist eine erste Kaschierungsschicht 22 aus InP, welche n-leitend dotiert ist, vorgesehen, und zwar entsprechend einem Femdstoff-Konzentrationswert 5 x 10¹&sup7; cm&supmin;³. Die erste Kaschierungsschicht 22 wird auf dem Substrat 21 epitaxial wachsengelassen mit einer Dicke von 1,5 µm. Entsprechend der Mesa-Struktur erstreckt sich die erste Kaschierungsschicht 22 in der Längsrichtung des Substrats 21 mit einer Länge von 100 µm.
Auf der Kaschierungsschicht 22 ist eine aktive Schicht 23 aus undotiertem InGaAsP mit einer Dicke von 0,2 µm vorgesehen. Die aktive Schicht 23 wird epitaxial auf der Kaschierungsschicht 22 wachsengelassen und erstreckt sich in Längsrichtung des Substrats 21 entsprechend der Kaschierungsschicht 22 mit einer Länge von 100 µm. Die Zusammensetzung der aktiven Schicht 23 ist derart getroffen, daß die Schicht 23 eine Bandspaltenergie von 0,8 eV oder eine Bandspaltwellenlänge g von 1,55 µm besitzt. Es sei darauf hingewiesen, daß man auch GaAlAs als Material der aktiven Schicht 23 verwenden kann.
Auf der aktiven Schicht 23 ist eine zweite Kaschierungsschicht 24 aus InP vorgesehen, die p-leitend dotiert ist, und zwar mit einem Fremdstoff-Konzentrationswert von 5 x 10¹&sup7; cm&supmin;³. Die zweite Kaschierungsschicht 24 ist in Berührung mit der freigelegten oberen Hauptfläche des Substrats 21 vorgesehen, und zwar mit einer Dicke von 1,5 µm, um die Mesa-Struktur zu begraben, welche die Kaschierungsschicht 22 und die aktive Schicht 23 darunter enthält. Ferner ist eine Träger-Sperrschicht 15 aus InP vorgesehen, die n-leitend dotiert ist, und zwar mit einem Fremdstoff-Konzentrationswert von 5 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ in solcher Weise, daß die Träger-Sperrschicht 15 seitlich von gegenüberliegenden Seiten an einer Höhe über der aktiven Schicht 23 vorspringt. Die Schicht 15 ist derart vorgesehen, daß eine Passage für die Träger ausgebildet ist, und zwar entsprechend der aktiven Schicht 23. Es sei darauf hingewiesen, daß die n-leitende Träger-Sperrschicht 15 eine Verarmungszone in Entsprechung zu dem p-n-Übergang bildet, der zwischen der Schicht 15 und der n-leitenden Kaschierungsschicht 24 ausgebildet ist. Somit verhindert die Schicht 35, daß Träger in die Kaschierungsschicht 24 injiziert werden und direkt zum Substrat 21 fließen.
Auf der oberen Hauptfläche der Kaschierungsschicht 24 ist eine Kontaktschicht aus p-leitendem InP vorgesehen, mit einer Dicke von 0,5 µm und einem Fremdstoff-Konzentrationswert von 2 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ und es ist eine ohm'sche Elektrode 64, die in Fig. 7 gezeigt ist, auf der Kontaktschicht 25 ausgebildet. Ferner ist eine andere ohm'sche Elektrode 27 auf der unteren Hauptfläche des Substrats 21 vorgesehen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Elektrode 64 in ein Muster gebracht ist, in Einklang mit dem Muster der aktiven Schicht 23, während die Elektrode 27 des gesamte untere Hauptoberfläche des Substrats 21 bedeckt.
Im Betrieb werden Löcher in die Kaschierungsschicht 24 über die Kontaktschicht 25 injiziert, und zwar nach Anlegen einer positiven Vorspannung an die Elektrode 64. Gleichzeitig werden Elektronen in des Substrat 21 injiziert, und zwar durch Anlegen einer negativen Vorspannung an die Elektrode 27. Dadurch werden die Löcher in der Zone entsprechend der Passage konzentriert, die durch die Sperrschicht 15 ausgebildet ist, wenn diese zu der gegenüberliegenden Elektrode 27 hinfließen, und werden in die aktive Schicht 23 effizient injiziert. Dabei bewirken die Löcher eine Rekombination in der aktiven Schicht 23 mit den Elektronen, die in die Schicht 23 von dem Substrat 21 injiziert werden, und zwar über die Kaschierungsschicht 22. Eine solche Rekombination der Träger setzt eine optische Strahlung frei und die optische Strahlung wird durch die stimulierte Emission verstärkt, wenn diese zurück und nach vorne in dem optischen Hohlraum der Laserdiode reflektiert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß der optische Wellenleiter 31 eine Struktur hat, die im wesentlichen identisch mit der Struktur nach Fig. 10 ist. Daher ist eine Beschreibung desselben weggelassen.
Als nächstes wird die Konstruktion des optischen Hohlraums unter Hinweis auf Fig. 11 beschrieben, die einen Querschnitt des dritten und des vierten optischen Wellenleiters 33 und 34 zeigt. Wie aus Fig. 7 entnommen werden kann, ist der optische Wellenleiter 31 oder 32 in die optischen Wellenleiter 33 und 34 verzweigt, die in Entsprechung zu der Zone ausgebildet sind, die zwischen dem optischen Wellenleiter 31 und dem optischen Wellenleiter 32 gelegen ist. Fig. 11 zeigt in dem linken Teil des Diagramms die Struktur des optischen Wellenleiters 33. Andererseits zeigt der rechte Teil von Fig. 11 die Struktur des optischen Wellenleiters 34.
Gemäß Fig. 11 besitzt der optische Wellenleiter 33 eine verzweigte Mesa-Struktur 21&sub1; in dem Substrat 21 als einer der Zweige der Mesastruktur von Fig. 10 und es ist eine verzweigte Kaschierungsschicht 22&sub1; auf der verzweigten Mesa-Struktur 21&sub1; als ein Zweig der Kaschierungsschicht 22 vorgesehen. Somit besitzt die Kaschierungsschicht 22&sub1; eine Dicke und eine Zusammensetzung, die identisch mit derjenigen der Kaschierungsschicht 21 von Fig. 10 ist. Auf der verzweigten Kaschierungsschicht 22&sub1; ist eine verzweigte aktive Schicht 23&sub1; als ein Zweig der aktiven Schicht 23 vorgesehen mit der Zusammensetzung und der Dicke identisch jeweils mit derjenigen der aktiven Schicht 23. Ferner ist eine verzweigte Kontaktschicht 24&sub1; auf der verzweigten aktiven Schicht 23&sub1; als ein Zweig der Kontaktschicht 24 vorgesehen. Dabei hat die Schicht 24&sub1; eine Zusammensetzung und eine Dicke, die identisch jeweils mit derjenigen der Schicht 24 ist.
Die Schichten 21&sub1; - 24&sub1; sind seitlich durch eine n- leitfähige InP eingegrabene Schicht 17 abgestützt und die Oberfläche der Schicht 17 ist mit der Stromsperrschicht 15 bedeckt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Stromsperrschicht 15 lediglich auf der oberen Hauptfläche der eingegrabenen Schicht 17 vorgesehen ist und eine obere Hauptoberfläche besitzt, die mit der oberen Hauptfläche der Kaschierungsschicht 24&sub1; fluchtet.
Auf der oberen Hauptfläche der Kaschierungsschicht 24&sub1; ist eine verzweigte Kontaktschicht 25&sub1; als ein Zweig der Kontaktschicht 25 vorgesehen und die ohm'sche Elektrode 62 ist auf der Kontaktschicht 25 vorgesehen, wie dies in der Draufsicht von Fig. 7 gezeigt ist. Ferner ist die untere Hauptoberfläche des Substrats 200 durch die ohm'sche Elektrode 27 bedeckt, wie dies an früherer Stelle unter Hinweis auf Fig. 10 beschrieben wurde.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Konstruktion des anderen optischen Wellenleiter 34 exakt identisch mit derjenigen des optischen Wellenleiters 33 ausgeführt, und zwar in bezug auf den Querschnitt. Lediglich die physikalische Länge ist derart geändert, daß der optische Wellenleiter 34 länger ist als der optische Wellenleiter 33, und zwar um 4 µm. Daher ist die Beschreibung hinsichtlich der Konstruktion des optischen Wellenleiters 34 unter Hinweis auf das Querschnittsdiagramm von Fig. 11 weggelassen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann der Brechungsindex der optischen Wellenleiter 33 und 34 dadurch geändert werden, indem eine Vorspannung über der Elektrode 62 und der Elektrode 27 oder über die Elektrode 63 und die Elektrode 27 angelegt wird. Wenn eine negative Spannung an die Elektrode 27 angelegt wird und eine positive Spannung an die Elektroden 62 und 63 gleichzeitig angelegt wird, werden die p-i-n-Übergänge, die durch die Schichten 24&sub1;, 24&sub2;, 23&sub1;, 23&sub2; und 22&sub1;, 22&sub3; gebildet sind, in Vorwärtsrichtung vorgespannt und es werden die Träger in die aktiven Schichten 23&sub1; und 23&sub2; injiziert. Dadurch wird der Brechungsindex der aktiven Schicht durch den Plasmaeffekt geändert. Durch Steuern der Vorspannungen der Elektroden 62 und 63 in unabhangiger Weise kann man den Brechungsindex der aktiven Schicht 23&sub2; hinsichtlich der aktiven Schicht 23&sub1; entsprechend der in Fig. 9 gezeigten Beziehung ändern. Dadurch kann eine ausgedehnte Wellenlängenverschiebung von bis 200 nm erhalten werden, wie bereits erläutert wurde.
Fig. 12 zeigt einen Längsschnitt des geschichteten Körpers 200, der den optischen Wellenleiter 33 bildet. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, ist der optische Wellenleiter 33 auf der Mesa-Struktur 21&sub1; des InP-Substrats 21 ausgebildet und besitzt die geschichtete Struktur, wie dargestellt ist. Jede der Schichten ist natürlich epitaxial auf dem Substrat 21 gezüchtet. Da der Prozeß des epitaxialen Wachstums von Schichten und der Prozeß der Ausbildung der Struktur nach Fig. 11 auf dem Gebiet der Laserdioden gut bekannt ist, wird eine Beschreibung des Herstellungsprozesses der Vorrichtung von Fig. 7 weggelassen. Es sei darauf hingewiesen daß der optische Wellenleiter 34 auch den Längsguerschnitt besitzt, im wesentlichen identisch mit demjenigen des optischen Wellenleiters 33.
Fig. 13 zeigt den Längsquerschnitt der abstimmbaren Laserdiode von Fig. 7 entlang dem optischen Pfad, wie durch eine strichlierte Kettenlinie angezeigt ist, zusammen mit verschiedenen Spannungsquellen zum Treiben als auch zum Steuern der Laserdiode.
Gemäß Fig. 13 ist eine Gleichstrom-Spannungsquelle 601 vorgesehen und an die Elektrode 64 und die Elektrode 27 als auch an die Elektrode 61 und die Elektrode 27 angeschaltet, um eine Vorwärts-Vorspannung an die Elektroden 61 und 64 anzulegen, um die Laser-Oszillation auszuhalten. Ferner ist eine Spannungsquelle 602 vorgesehen und an die Elektroden 62 und 27 angeschlossen, um einen Strom I&sub1; in den optischen Wellenleiter 33 zu injizieren. In ähnlicher Weise ist eine Spannungsquelle 603 vorgesehen und an die Elektroden 61 und die Elektrode 27 angeschlossen, um einen Strom I&sub2; in den optischen Wellenleiter 34 zu injizieren. Durch Steuern des Stromes I&sub1; und des Stromes I&sub2; in unabhängiger Form kann man den Brechungsindex der optischen Wellenleiter 33 und 34 steuern. Beispielsweise kann der Brechungsindex n&sub2;, welcher dem Brechungsindex des optischen Wellenleiters 34 entspricht, durch Steuern des Injektionsstromes I&sub2; geändert werden. Durch Konstanthalten des Brechungsindex n&sub1; des optischen Wellenleiters 33 während dieses Prozesses durch Konstanthalten des Injektionsstrornes I&sub1; kann man die Abstimmoperation der Laserdiode realisieren, wie unter Hinweis auf Fig. 9 erläutert wurde.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Spannungsquellen 602 und 603 eine Umkehr-Vorspannung an die Elektroden 62 und 63 anlegen können. In diesem Fall kann die gewünschte Brechungsindex-Änderung der Wellenleiter 33 und 34 durch den Franz-Keldysh-Effekt erzielt werden. Auch in diesem Fall werden die an die Elektroden 62 und 63 angelegten Spannungen unabhängig durch die Spannungsquellen 602 und 603 gesteuert.
Fig. 14 zeigt den Betriebsplan ähnlich Fig. 9 für den Fall, bei dem der Brechungsindex n&sub2; des optischen Wellenleiters 34 fixiert ist und der Brechungsindex n&sub1; des optischen Wellenleiters 33 variiert wird. In diesem Fall ändert sich die Oszillations-Wellenlänge der Laserdiode entlang den schrägen Linien E-A und den Linien, die parallel zu diesen verlaufen, die eine negative Neigung haben. Da das Betriebsprinzip entsprechend Fig. 14 aus Fig. 9 hervorgeht und aus den mit dieser verbundenen Erläuterung, wird eine weitere Beschreibung desselben weggelassen.
Fig. 15 zeigt eine abstimmbare Laserdiode 30 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform sei erwähnt, daß der optische Wellenleiter und der optische Wellenleiter 34 die gleiche Länge von 343 µm in der vorliegenden Ausführungsform haben. Mit anderen Worten sind der optischen Wellenleiter 33 und der optische Wellenleiter 34 symmetrisch ausgebildet.
Fig. 16 zeigt einen transversalen Querschnitt der Vorrichtung 30. Gemäß Fig. 16 sei darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung 30 einen Querschnitt hat, der im wesentlichen identisch mit demjenigen der Vorrichtung 20 von Fig. 7 ist. Andererseits ist die Zusammensetzung der aktiven Schicht 23&sub1; des optischen Wellenleiters 33 hinsichtlich der Zusammensetzung der aktiven Schicht 23&sub2; des optischen Wellenleiters 34 bei der Vorrichtung 30 der vorliegenden Ausführungsform geändert. Beispielsweise ist die Zusammensetzung der aktiven Schicht 23&sub1; derart eingestellt, daß die aktive Schicht 23&sub1; einen Bandspalt besitzt, der größer ist als der Bandspalt der aktiven Schicht 23&sub2;. Dadurch besitzt die aktive Schicht 23&sub1; einen Brechungsindex, der kleiner ist als der Brechungsindex der aktiven Schicht 23&sub2;. Wenn eine Differenz in dem Brechungsindex in dem optischen Wellenleiter und in dem optischen Wellenleiter 34 in einem Zustand auftritt, bei dem keine Vorspannung an die Elektroden 62 und 63 angelegt ist, erscheint trotzdem eine Differenz in der effektiven optischen Länge zwischen dem optischen Wellenleiter 33 und dem optischen Wellenleiter 34 und die Laserdiode besitzt einen optischen Hohlraum, der im wesentlichen identisch mit demjenigen der Laserdiode von Fig. 7 ist, selbst wenn die optischen Wellenleiter 33 und 34 mit der gleichen physikalischen Länge hergestellt sind.
Es sei darauf hingewiesen, daß der Brechungsindex von InGaAsP, welches die aktiven Schichte 23&sub1; und 23&sub1; formt, mit abnehmendem Gehalt von P zunimmt. Wenn für die aktiven Schichten 23&sub1; und 23&sub2; GaAlAs verwendet wird, nimmt andererseits der Brechungsindex mit abnehmendem Gehalt von Al zu. Bei einem typischen Beispiel wird die Zusammensetzung der aktiven Schicht 23&sub1; auf In0,625Ga0,375As0,83P0,17 eingestellt, während die Zusammensetzung der aktiven Schicht 23&sub2; eingestellt wird auf In0,619Ga0,381As0,84P0,16. Natürlich kann der Brechungsindex dieser Schichten dadurch geändert werden, indem man Träger injiziert oder indem man eine umgekehrte Vorspannung anlegt, wie unter Hinweis auf Fig. 13 erläutert wurde, und die Vorrichtung 30 der vorliegenden Ausführungsform erreicht eine Wellenlängenverschiebung gemäß der grafischen Darstellung, die unter Hinweis auf Fig. 9 oder Fig. 14 erläutert wurde.
Fig. 17 zeigt eine abstimmbare Laserdiode 40 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer transversalen Querschnittsansicht. Die Vorrichtung kann eine Draufsichtansicht haben, die durch irgendeine der Fig. 7 oder 15 wiedergegeben ist und eine Beschreibung dieser Draufsicht wird weggelassen.
Gemäß Fig. 17 besitzt die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform eine aktive Schicht, deren Dicke in dem optischen Wellenleiter 33 und dem optischen Wellenleiter 34 geändert ist. Bei dem veranschaulichten Beispiel besitzt die aktive Schicht 23&sub1; des optischen Wellenleiters 33 eine reduzierte Dicke, verglichen mit der aktiven Schicht 23&sub2; des optischen Wellenleiters 34. Entsprechend der reduzier ten Dicke der aktiven Schicht 23&sub1; ist die Dicke der Kaschierungsschicht 22&sub1; erhöht. Andererseits ist die Dicke der Kaschierungsschicht 22&sub2; des optischen Wellenleiters 34 in Einklang mit der erhöhten Dicke der aktiven Schicht 23&sub2; reduziert. Durch Reduzieren der Dicke der aktiven Schicht wird bekanntlich der mittlere Brechungsindex des optischen Wellenleiters reduziert. In ähnlicher Weise führt die Erhöhung der Dicke der aktiven Schicht zu einer Erhöhung des mittleren Brechungsindex des optischen Wellenleiters. Dadurch besitzen der optische Wellenleiter 33 und der optische Wellenleiter 34 unterschiedliche optische Pfadlängen, selbst wenn sie die gleiche physikalische Länge besitzen, und die abstimmbare Laserdiode 40 arbeitet ähnlich den vorangegangenen abstimmbaren Laserdioden 20 und 30. Bei einem typischen Beispiel ist die Dicke der aktiven Schicht 23&sub1; auf 0,20 µm eingestellt, während die Dicke der aktiven Schicht 23&sub2; auf 0,22 µm eingestellt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die aktiven Schichten 23&sub1; und 23&sub2; gleichzeitig mit unterschiedlichen Dicken durch einen Epitaxialprozeß gezüchtet werden können, wie beispielsweise einem MOCVD-Verfahren. Siehe beispielsweise EP 0 411 145, die hiermit unter Bezugnahme mit einbezogen wird.
Fig. 18 zeigt eine abstimmbare Laserdiode 50 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Querschnittsansicht. Da die Vorrichtung 50 eine Draufsichtansicht hat, ähnlich derjenigen von Fig. 7 oder Fig. 15, wird eine Beschreibung der Draufsicht weggelassen.
Bei der Querschnittsansicht von Fig. 18 sei erwähnt, daß die Höhe der Mesa-Struktur in dem optischen Wellenleiter 33 und in dem optischen Wellenleiter 34 geändert ist. Ferner ist eine Wellenleiterschicht 16&sub1; aus InGaAsP zwischen der Mesa-Struktur 21&sub1; und der aktiven Schicht 23&sub1; vorgesehen. In ähnlicher Weise ist eine ähnliche Wellenleiterschicht 16&sub2; zwischen der Mesa-Struktur 21&sub2; und 23&sub2; vorgesehen. Dabei besitzt die aktive Schicht 23&sub1; und die aktive Schicht 23&sub2; die gleiche Dicke, während die Dicke der Kaschierungsschicht 16&sub1; hinsichtlich der Dicke der Kaschierungsschicht 16&sub2; geändert ist, und zwar um die Differenz in der Höhe der Mesa-Strukturen 21&sub1; und 21&sub2; zu kompensieren.
Dabei besitzt die Wellenleiterschicht 16&sub1; einen Brechungsindex, der kleiner ist als derjenige der aktiven Schicht 23&sub1;, der jedoch größer ist als derjenige des Substrats 21. In ähnlicher Weise besitzt die Wellenleiterschicht 16&sub2; einen Brechungsindex, der kleiner ist als derjenige der aktiven Schicht 23&sub2;, der jedoch größer ist als derjenige des Substrats 21. Dabei wird der optische Strahl entlang den Wellenleiterschichten 16&sub1; und 16&sub2; in einer gut bekannten Weise geführt oder geleitet. Durch Ändern der Dicke der Wellenleiterschicht 16&sub1; gegenüber der Wellenleiterschicht 16&sub2; ist es möglich, den Brechungsindex zwischen der Wellenleiterschicht 16&sub1; und der Wellenleiterschicht 16&sub2; zu ändern. Dadurch wird die effektive optische Länge des optischen Wellenleiters 33 gegenüber dem optischen Wellenleiter 34 geändert und die Vorrichtung 50 der vorliegenden Ausführungsform wirkt ähnlich der Vorrichtung von Fig. 7. Wie bereits erwähnt, ist die Technik des Wachsenlassens von zwei epitaxialen Schichten gleichzeitig auf dem Substrat mit unterschiedlichen Dicken bereits bekannt.
Fig. 19 zeigt eine abstimmbare Laserdiode 60 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da die Vorrichtung 60 eine Draufsichtansicht hat ähnlich den früheren Vorrichtungen, soll lediglich die Querschnittsansicht beschrieben werden.
Bei der Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform sei erwähnt, daß die seitliche Breite der Mesa-Struktur und damit der aktiven Schicht in dem optischen Wellenleiter 33 und in dem optischen Wellenleiter 34 geändert ist. Somit besitzen die optischen Wellenleiter 33 und 34 jeweils seitliche Weiten W&sub1; und W&sub2;, wobei die Weite W&sub1; kleiner einge stellt ist als die Weite oder Breite W&sub2;. Durch Ändern der seitlichen Weite ist es möglich, den Brechungsindex in dem ersten und dem zweiten optischen Wellenleiter 33 und 34 zu ändern. Da der Rest der Ausführungsform im wesentlichen identisch ist mit den an früherer Stelle beschriebenen Vorrichtungen, wird eine Beschreibung desselben weggelassen.
Fig. 20 zeigt eine abstimmbare Laserdiode 70 gemäß einer sechsten Ausführungsform Bei dieser Ausführungsform wird ebenfalls lediglich das Querschnittsdiagramm beschrieben.
Gemäß Fig. 20 besitzt der optische Wellenleiter 33 die Struktur ähnlich derjenigen des optischen Wellenleiters 33 der Vorrichtung 20, während der optische Wellenleiter 34 eine Mesa-Struktur in der Kaschierungsschicht 242 besitzt. In Einklang damit ist die Mesa-Struktur 21&sub2; von dem optischen Wellenleiter 34 beseitigt. Mit anderen Worten verwendet der optische Wellenleiter 34 eine starre oder steife Struktur entsprechend der Mesa-Struktur der Kaschierungsschicht 24&sub2;. Bei einer solchen Struktur wird der Brechungsindex des optischen Wellenleiters 34 allgemein höher als der Brechungsindex des optischen Wellenleiters 33. Dadurch wird die effektive optische Pfadlänge bei dem optischen Wellenleiter 33 und dem optischen Wellenleiter 34 geändert. Durch Steuern des Brechungsindex der jeweiligen Wellenleiter durch Injektion von Trägern oder durch Anlegen von einer umgekehrten Vorspannung ist es möglich, die Interferenz der optischen Strahlen in den optischen Wellenleitern 33 und 34 zu steuern, es ist auch möglich, die Oszillations- Wellenlänge für einen weiten Bereich gemäß dem Prinzip zu ändern, welches in Fig. 9 oder in Fig. 14 gezeigt ist.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsform beschränkt und es sind verschiedene Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne dadurch den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Abstimmbare Laserdiode, mit: einer ersten Reflektionseinrichtung (200a) zum Reflektieren eines optischen Strahls; einer zweiten Reflektionseinrichtung (200b) zum Reflektieren eines optischen Strahls; und einer optischen Hohlraumeinrichtung (31 - 34), die sich zwischen der ersten Reflektionseinrichtung und der zweiten Reflektionseinrichtung erstreckt, um eine optische Resonanz durch Emittieren eines optischen Strahls durch dieselbe aufzubauen, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Hohlraumeinrichtung ein erstes Wellenleiterteil (31) umfaßt, mit einem ersten Ende, das mit der ersten Reflektionseinrichtung verbunden ist und mit einem zweiten, gegenüberliegenden Ende und welches einen optischen Strahl mit der ersten Reflektionseinrichtung austauscht, ein zweites Wellenleiterteil (32) mit einem ersten Ende, welches mit der zweiten Reflektionseinrichtung verbunden ist, und mit einem zweiten gegenüberliegenden Ende und welches einen optischen Strahl mit der zweiten Reflektionseinrichtung austauscht, ein drittes Wellenleiterteil (33), welches das zweite Ende des ersten Wellenleiterteiles und das zweite Ende des zweiten Wellenleiterteiles miteinander verbindet, um einen ersten optischen Strahl zwischen der ersten und der zweiten Reflektionseinrichtung hindurchzuleiten, und ein viertes Wellenleiterteil (34) enthält, welches das erste Ende des ersten Wellenleiterteiles und das zweite Ende des zweiten Wellenleiterteiles getrennt von dem dritten Wellenleiterteil verbindet, um einen zweiten optischen Strahl zwischen der ersten und der zweiten Reflektionseinrichtung hindurchzuleiten, wobei der dritte und der vierte Wellenleiterteil an dem genannten zweiten Ende des ersten Wellenleiterteiles ineinander übergehen, das dritte und das vierte Wellenleiterteil an dem zweiten Ende des zweiten Wellenleiterteiles ineinander übergehen, das erste Wellenleiterteil, das zweite Wellenleiterteil und das dritte Wellenleiterteil einen ersten optischen Pfad bilden mit einer ersten optischen Pfadlänge zwischen der ersten und der zweiten Reflektions einrichtung, das erste Wellenleiterteil, das zweite Wellenleiterteil und das vierte Wellenleiterteil einen zweiten optischen Pfad mit einer zweiten optischen Pfadlänge bilden, die verschieden ist von der ersten optischen Pfadlänge zwischen der ersten und der zweiten Reflektionseinrichtung;

eine optische Verstärkereinrichtung (21 - 25), die wenigstens an einem der ersten und zweiten Wellenleiterteile (31, 32) der optischen Hohlraumeinrichtung vorgesehen ist, um einen optischen Strahl zu verstärken, der dort hindurchläuft; und

eine Brechungsindex-Modulationseinrichtung (21&sub1; - 25&sub1;; 21&sub2; - 25&sub2;), die an den dritten und dem vierten Wellenleiterteil der optischen Hohlraumeinrichtung vorgesehen ist, um einen Brechungsindex des dritten Wellenleiterteiles und einen Brechungsindex des vierten Wellenleiterteiles relativ zueinander zu ändern.

2. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Wellenleiterteil (33) und das vierte Wellenleiterteil (34) jeweils physikalische Längen besitzen, die voneinander verschieden sind.

3. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Wellenleiterteil (33) und das vierte Wellenleiterteil (34) jeweils physikalische Längen besitzen, die einander gleich sind.

4. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Hohlraumeinrichtung folgendes aufweist:

ein Halbleitersubstrat (21), welches in einen ersten Leitfähigkeitstyp dotiert ist und eine allgemein rechteckige Form besitzt, wobei das Substrat durch eine obere und eine untere Hauptfläche, eine erste und eine zweite sich gegenseitig gegenüberliegende Wände, die in seitlicher Richtung voneinander getrennt sind und durch erste und zweite sich gegenüberliegende Endflächen, die in einer longitudinalen Richtung voneinander getrennt sind, definiert ist,

eine untere Kaschierungsschicht (22, 22&sub1;, 22&sub2;) aus einem Halbleitermaterial, welches in den ersten Leitfähigkeitstyp dotiert ist, wobei die untere Kaschierungsschicht auf der oberen Hauptfläche des Substrats vorgesehen ist und sich allgemein in Längsrichtung von der ersten Endfläche zu der zweiten Endfläche des Substrats hin erstreckt, und wobei die untere Kaschierungsschicht eine obere und eine untere Hauptfläche und erste und zweite einander gegenüberliegende Seitenwände, die voneinander in seitlicher Richtung getrennt sind, aufweist und eine seitliche Breite besitzt, die einem Abstand zwischen der ersten und der zweiten Seitenwand entspricht, der kleiner ist als ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Seitenwand des Substrats, wodurch die untere Kaschierungsschicht einen freigelegten Teil auf der oberen Hauptfläche des Substrats festlegt;

eine aktive Schicht (23, 23&sub1;, 23&sub2;) aus einem undotierten Halbleitermaterial, welches auf der oberen Hauptfläche der unteren Kaschierungsschicht vorgesehen ist, so daß es sich in Längsrichtung in Entsprechung zu der unteren Kaschierungsschicht von der ersten Endfläche zu der zweiten Endfläche des Substrats hin erstreckt, wobei die aktive Schicht eine obere und eine untere Hauptfläche und erste und zweite sich gegenüberliegende Seitenwände aufweist, die voneinander in seitlicher Richtung getrennt sind;

eine obere Kaschierungsschicht (24, 24&sub1;, 24&sub2;) aus einem Haibleitermaterial, welches in einen zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp dotiert ist und so vorgesehen ist, daß es sich von der ersten Endfläche zu der zweiten Endfläche des Substrats hin erstreckt, wobei die obere Kaschierungsschicht auf der oberen Hauptfläche der aktiven Schicht vorgesehen ist; und

eine optische Sperreinrichtung (17, 17&sub1;, 17&sub2;), die auf dem Substrat in Entsprechung zu dem freigelegten Teil der oberen Hauptfläche des Substrats vorgesehen ist, wobei die optische Sperreinrichtung einen ausgeprägten Kontakt mit der ersten und der zweiten Seitenwand der ersten Kaschierungschicht und der ersten und der zweiten Seitenwand der aktiven Schicht hat, um einen optischen Strahl in der aktiven Schicht seitwärts zu sperren;

wobei die aktive Schicht einen Brechungsindex besitzt, der größer ist als derjenige von irgendeiner der oberen und unteren Kaschierungsschichten und der optischen Sperreinrichtung;

wobei die erste und die zweite Endfläche jeweils als erste und zweite Reflektionseinrichtung (200a, 200b) wirkt;

sich die aktive Schicht und die untere Kaschierungsschicht zusammen von der ersten Endfläche (200a) zu der zweiten Endfläche in Einklang mit dem ersten Wellenleiterteil (31) erstrecken, wobei sich die aktive Schicht und die untere Kaschierungsschicht zusammen von der zweiten Endfläche (200b) zu der ersten Endfläche entsprechend dem zweiten Wellenleiterteil (32) erstrecken und wobei die aktive Schicht und die untere Kaschierungsschicht zusammen eine verzweigte Struktur formen mit einem ersten Zweig und einem zweiten Zweig zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenleiterteil entsprechend jeweils dem dritten Wellenleiterteil (33) und dem vierten Wellenleiterteil, wobei jeder der ersten und zweiten Zweige die untere Kaschierungsschicht und die darauf vorgesehene aktive Schicht umfassen.

5. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Verstärkereinrichtung eine erste ohm'sche Elektrodeneinrichtung (25, 60) umfaßt, die auf der oberen Hauptfläche der oberen Kaschierungsschicht (24) in Entsprechung zu dem ersten und dem zweiten Wellenleiterteil (31, 32) vorgesehen ist, um Träger dort zu injizieren, eine zweite ohm'sche Elektrodeneinrichtung (27) umfaßt, die auf der unteren Hauptfläche des Substrats (21) in Entsprechung zu dem ersten und dem zweiten Wellenleiterteil vorgesehen ist, um die injizierten Träger von dort wiederzugewinnen, und eine Träger-Sperreinrichtung (15) umfaßt, die auf der optischen Sperreinrichtung vorgesehen ist, um einen Pfad der injizierten Träger derart zu sperren oder einzuengen, daß die von der ersten ohm'schen Elektrodeneinrichtung injizierten Träger bevorzugt zu der aktiven Schicht fließen.

6. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Wellenleiterteil (33) eine erste ohm'sche Elektrodeneinrichtung (25&sub1;, 62) umfaßt, die auf der oberen Hauptfläche der oberen Kaschierungsschicht (24&sub1;) vorgesehen ist, welche den dritten Wellenleiterteil bildet, um Träger durch Herstellen eines ohm'schen Kontaktes damit zu injizieren, und eine zweite ohm'sche Elektrodeneinrichtung (27) umfaßt, die auf der unteren Hauptfläche des Substrats (21) vorgesehen ist, um die injizierten Träger durch Herstellen eines ohm'schen Kontaktes mit dem Substrat wiederzugewinnen, wobei das vierte Wellenleiterteil (34) eine dritte ohm'sche Elektrodeneinrichtung (25&sub2;, 63) umfaßt, die auf der oberen Hauptfläche der oberen Kaschierungsschicht (24&sub2;) vorgesehen ist, welche den vierten Wellenleiterteil bildet, um durch Herstellen eines ohm'schen Kontaktes mit derselben Träger zu injizieren, und eine zweite ohm'sche Elektrodeneinrichtung (27) umfaßt, die auf der unteren Hauptfläche des Substrats vorgesehen ist, um die injizierten Träger durch Herstellen eines ohm'schen Kontaktes mit dem Substrat zu sammeln, wobei die erste ohm'sche Elektrodeneinrichtung und die dritte ohm'sche Elektrodeneinrichtung voneinander getrennt sind.

7. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Wellenleiterteil (33) eine erste Elektrodeneinrichtung (25&sub1;, 62) umfaßt, die auf der oberen Hauptfläche der oberen Kaschierungsschicht (24&sub1;) vorgesehen ist, welche den dritten Wellenleiterteil bildet, um eine erste elektrische Spannung daran anzulegen, und eine zweite Elektrodeneinrichtung (27) umfaßt, die auf der zweiten Hauptfläche des Substrats vorgesehen ist, um eine zweite elektrische Spannung an dieses anzulegen, wobei der vierte Wellenleiterteil (34) eine dritte Elektrodeneinrichtung (25&sub2;, 63) umfaßt, der auf der oberen Hauptfläche der oberen Kaschierungsschicht (24&sub2;) vorgesehen ist, die den vierten Wellenleiterteil formt, um eine dritte elektrische Spannung daran anzulegen, und eine vierte Elektrodeneinrichtung (27) umfaßt, die auf der unteren Hauptfläche des Substrats vorgesehen ist, um eine vierte elektrische Spannung an diese anzulegen, wobei die erste Elektrodeneinrichtung und die dritte Elektrodeneinrichtung voneinander getrennt sind

8. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sperreinrichtung eine Halbleiterschicht (17, 17&sub1;, 17&sub2;) aufweist, die zu einem zweiten Leitfähigkeitstyp dotiert ist.

9. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der aktiven Schichten (23&sub1;, 23&sub2;), der unteren Kaschierungsschichten (22&sub1;, 22&sub2;) und der oberen Kaschierungsschichten (24&sub1;, 24&sub2;) des dritten und des vierten Wellenleiterteiles eine Dicke und eine Zusammensetzung besitzt, die identisch in dem dritten Wellenleiterteil und in dem vierten Wellenleiterteil ist.

10. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (23&sub1;, 23&sub2;) eine Dikke besitzt, die in dem dritten Wellenleiterteil (33) und in dem vierten Wellenleiterteil (34) verschieden ist.

11. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kaschierungsschicht (22&sub1;, 22&sub2;; 16&sub1;, 16&sub2;) eine Dicke besitzt, die in dem dritten Wellenleiterteil (33) und in dem vierten Wellenleiterteil (34) verschieden ist.

12. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (23&sub1;, 23&sub2;) eine seitliche Breite zwischen den sich gegenüberliegenden ersten und zweiten Seitenwänden aufweist, wobei die seitliche Breite in dem dritten Wellenleiterteil (33) und in dem vierten Wellenleiterteil (34) geändert ist.

13. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kaschierungsschicht (22&sub1;, 22&sub2;) eine seitliche Breite besitzt, die der seitlichen Breite der aktiven Schicht entspricht, wobei die seitliche Breite der unteren Kaschierungsschicht in dem dritten Wellenleiterteil (33) und in dem vierten Wellenleiterteil (34) in Einklang mit der seitlichen Breite der aktiven Schicht geändert ist.

14. Abstimmbare Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sperreinrichtung in dem dritten Wellenleiterteil (33) eine erste Struktur besitzt, die gekennzeichnet ist durch einen ersten Brechungsindex, während die optische Sperreinrichtung in dem vierten Wellenleiterteil (34) eine zweite Struktur besitzt, die durch einen zweiten, verschiedenen Brechungsindex gekennzeichnet ist.