DE69809377T2 - Halbleiterlaser mit verteilter Rückkoppelung und unterschiedlichen Lichtintensitätsverteilungen der verschiedenen Polarisationsmoden, sowie zugehöriges Ansteuerverfahren - Google Patents

Halbleiterlaser mit verteilter Rückkoppelung und unterschiedlichen Lichtintensitätsverteilungen der verschiedenen Polarisationsmoden, sowie zugehöriges Ansteuerverfahren

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung (nachfolgend auch als DFB-Laser bezeichnet), der gemäß seinem gepumpten Zustand seinen Polarisationsmodus von ausgegebenem Licht ändern kann. Der Halbleiterlaser kann als eine Signallichtquelle zur optischen Übertragung und dergleichen verwendet werden. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf ein Verfahren zum Anwenden des Halbleiterlasers mit verteilter Rückkopplung (DFB-Laser).
  • Ein herkömmlicher Schwingungspolarisationsmodusauswahl-DFB-Halbleiterlaser, wie in der Japanischen Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 7(1995)-162088 offenbart, verwendet zum Beispiel einen Mehrfachelektrodenaufbau zum Steuern einer relativen Beziehung zwischen der Wellenlängenabhängigkeit von Verstärkungen, die bei der aktiven Schicht des Lasers erzeugt werden, und Bragg-Wellenlängen, die durch eine Teilung und dergleichen von ihrem Beugungsgitter bestimmt sind.
  • Die folgende Einrichtung ist als ein Schwingungspolarisationsmodus-Auswahldynamik-Einmodenhalbleiterlaser entwickelt und vorgeschlagen worden. Die Schwingungspolarisationsmodus-Auswahleinrichtung besitzt eine Struktur, die durch ein Digitalsignal, das durch Überlagern eines Niederamplituden-Digitalsignals mit einem Vorspannungsinjektionsstrom erzeugt wird, moduliert werden kann. Die Einrichtung ist ein Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB- Laser), bei dem ein verteilter Reflektor eines Gitters in einen Halbleiterlaserresonator oder einen Hohlraum eingeführt wird und eine Wellenlängenselektivität des Gitters angewendet wird. Bei der Einrichtung wird eine Verzerrung in eine aktive Schicht einer Potentialtopfstruktur eingebracht oder ihre Bragg- Wellenlänge wird bei einer Position, die kürzer als eine Spitzenwellenlänge eines Verstärkungsspektrums ist, angeordnet, sodaß Verstärkungen für den transversalelektrischen Modus (TE- Modus) und den transversal-magnetischen Modus (TM-Modus) für Licht bei Wellenlängen, die nahe einer Schwingungswellenlänge sind, ungefähr gleich sind, wenn ein Strominjektionszustand nahe einer Schwingungsschwelle liegt. Weiter ist eine Vielzahl von Elektroden angeordnet und Strom wird über diese Elektroden ungleichmäßig injiziert. Durch die ungleichmäßige Strominjektion ist ein äquivalenter Brechungsindex des Hohlraums ungleichmäßig verteilt, und eine Schwingung erfolgt bei dem transversalelektrischen Modus (TE-Modus) oder dem transversal-magnetischen Modus (TM-Modus) und bei einer Wellenlänge, die eine Phasenanpassungsbedingung erfüllt und eine minimale Schwellenverstärkung annimmt. Wenn das Gleichgewicht der ungleichmäßigen Strominjektion leicht geändert wird, um eine konkurrierende Beziehung der Phasenbedingung zwischen dem TE-Modus und dem TH-Modus zu ändern, können der Schwingungspolarisationsmodus und die Wellenlänge der Einrichtung geschaltet werden.
  • Bei dieser Halbleitereinrichtung ist auf einer Endfacette eine Antireflexionsschicht gebildet, um Wirkungen der ungleichmäßigen Strominjektion in ihren Ausgabeseitenabschnitt und ihren Modulationselektrodenabschnitt asymmetrisch anzuwenden. Alternativ werden Elektrodenlängen geändert, um eine strukturelle Asymmetrie einzuführen.
  • Fig. 1 veranschaulicht einen derartigen Aufbau. Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Lichtausbreitungsrichtung des DFB-Halbleiterlasers genommen ist. Bei diesem Aufbau befinden sich eine untere Mantelschicht 1010, eine aktive Schicht 1011, eine Lichtwellenleiterschicht 1012, eine obere Mantelschicht 1013 und eine Deckschicht 1014 auf einem Substrat 1009. Bei einer Schnittstelle zwischen der Lichtwellenleiterschicht 1012 und der oberen Mantelschicht 1013 ist ein Beugungsgitter g gebildet. Die Deckschicht 1014 ist durch eine Trennungsnut 1015 entlang einer Hohlraumrichtung in zwei Teile geteilt. Unter Verwendung der Elektroden 1002 und 1003, die auf der Deckschicht 1014 gebildet sind, und einer Elektrode 1008, die auf einer Grundfläche des Substrats 1009 gebildet ist, können Ströme in zwei elektrisch unabhängige Bereiche der aktiven Schicht (Abschnitte unter Elektroden 1002 und 1003) injiziert werden. Auf einer Endfacette der Einrichtung ist ein Antireflexionsfilm 1004 gebildet.
  • Die Japanische Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 2(1990)- 159781 offenbart einen Dreielektroden-DFB-Halbleiterlaser mit einem λ/4-Phasenverschiebungsabschnitt, der als ein Halbleiterlaser zum Schalten seines Laserstrahlungs-Polarisationsmodus zwischen dem TE-Modus und dem TM-Modus verwendet werden kann. Bei dem Halbleiterlaser können in seinen Mittenbereich mit dem λ/4- Phasenverschiebungsabschnitt und in zwei auf beiden Seiten des Mittenbereichs gebildete Bereiche Ströme unabhängig injiziert werden. Dabei kann der Laserstrahlungs-Polarisationsmodus zwischen dem TE-Modus und dem TM-Modus durch Ändern des Stroms, der unter einem Einheitsinjektions-Stromzustand in den Mittenbereich injiziert wird, geschaltet werden.
  • Die Japanische Patentanmeldung, Offenlegungsschrift Nr. 2(1990)- 117190, offenbart eine Halbleiterlaservorrichtung, die zwei in Reihe oder parallel eingerichtete Halbleitereinrichtungen besitzt, die primär Lichtwellen in einen vorbestimmten Polarisationsmodus bzw. einen weiteren Polarisationsmodus erzeugen oder verstärken,
  • Die zwei vorstehenden herkömmlichen Schwingungspolarisationsmodusauswahl-DFB-Halbleiterlaser wählen jedoch den TE-Modus oder den TM-Modus abhängig von dem Phasenzustand aus und sind bezüglich der Phase bei der Endfacette empfindlich. Folglich hängen die Laserstrahlungswellenlänge und der Polarisationsmodus der Einrichtung von dem Strominjektionszustand in einer komplizierten Weise ab und zwischen einzelnen Einrichtungen treten Schwankungen bei Kenngrößen des Laserstrahlungs-Polarisationsmodus auf. Unter Berücksichtigung der Schwankung zwischen Einrichtungen ist es insbesondere schwierig, eine Verstärkung auf eine der konkurrierenden Polarisationsmoden ausgewählt zu übertragen, wenn ein in einen der zwei Wellenleiterabschnitte injizierter Strom erhöht wird, sodaß ein Laserstrahlungs-Polarisationsschaltpunkt zwischen den Einrichtungen schwankt.
  • Bei diesen zwei herkömmlichen Lasern werden die Phasenbeziehungen von Resonanzlicht bei dem Hohlraum für jeweilige Polarisationsmoden durch das Gleichgewicht von Strömen, die in eine einheitliche Struktur, welche sich in der Hohlraumrichtung erstreckt (eine einheitliche aktive Schicht und ein einheitliches Beugungsgitter), injiziert werden, gesteuert, und der Laserstrahlungs-Polarisationsmodus wird somit durch Ändern des Polarisationsmodus, dessen Schwingungsschwellenverstärkung die kleinste ist, geschaltet. Daher leiden diese zwei Laser unter den folgenden Nachteilen.
  • (1) Da die Lichtphase gesteuert wird, wird der Laserstrahlungs- Polarisationsmodus wieder in den TE-Modus zurückgebracht, wenn zum Beispiel das Schalten von dem TE-Modus in den TM-Modus ausgeführt wird, indem ein in einen bestimmten Bereich injizierter Strom erhöht und dieser Strom danach weiter erhöht wird.
  • (2) Aufgrund der Mehrfachelektrodenstruktur wird zwischen mehreren Bereichen kein gemeinsamer Polarisationsmodus ausgewählt, wenn in diese Bereiche injizierte Ströme ansteigen. Die jeweiligen Bereiche werden somit in unabhängige Laserstrahlungszustände gebracht und diese Zustände beeinflussen einander, um eine Vielzahl von Längsmoden zu erzeugen.
  • Auf der anderen Seite, bei dem vorstehenden dritten herkömmlichen DFB-Halbleiterlaser wird die Lichtwelle bei dem vorbestimmten Polarisationsmodus auf der Grundlage seiner geometrischen Form erzeugt oder verstärkt, sodaß sein Gewinn auf Grund von Verarbeitungsabweichungen hinsichtlich einer Ätztiefe und einer Randbreite während seines Kammherstellungsverfahrens schwankt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wie in Patentansprüchen 1 bis 17 festgelegt, ist es, einen Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung, der seinen angeregten Zustand (gepumpter Zustand) (typischerweise seinen Strominjektionszustand) zum Veranlassen des Schaltens seines Schwingungs- oder Laserstrahlungs- Polarisationsmodus vereinfachen kann, ein Verfahren zum Treiben des Halbleiterlasers, eine Lichtquellenvorrichtung, die unter Verwendung des Halbleiterlasers die Modulation unter einem großen Dämpfungsfaktor ausführen kann, ein optisches Übertragungsverfahren unter Verwendung des Halbleiterlasers, eine optoelektrische Umwandlungsvorrichtung, die bei dem optischen Übertragungsverfahren geeignet anwendbar ist, ein optisches Übertragungssystem unter Verwendung der optoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, und so weiter, zu schaffen.
  • Ein Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung der vorliegenden Erfindung enthält einen Hohlraum, der sich in einer Hohlraumachsenrichtung erstreckt und eine Vielzahl von Bereiche einschließlich einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, die entlang der Hohlraumachsenrichtung angeordnet sind und unabhängig gepumpt werden können, und eine Vielzahl von Wellenleitern mit zumindest einem Beugungsgitter und zumindest einer aktiven Schicht, die sich entlang der Hohlraumachsenrichtung erstreckt; welche jeweils bei den Bereichen gebildet und entlang der Hohlraumachsenrichtung miteinander gekoppelt sind, besitzt. Verschiedene erste und zweite Polarisationsmoden (typischerweise ein TE-Modus und ein TM-Modus) sind durch die gekoppelten Wellenleiter definiert. Die Wellenleiter sind derart aufgebaut, daß Lichtintensitätsverteilungen entlang der Hohlraumachsenrichtung bei den ersten und zweiten Bereichen, die durch eine Steuereinheit gepumpt werden, zwischen den ersten und zweiten Polarisationsmoden verschieden sind. Die Steuereinheit, pumpt unabhängig zumindest die ersten und zweiten Bereiche (typischerweise eine Strominjektionseinheit). Gemäß diesem grundlegenden Aufbau kann die konkurrierende Beziehung zwischen Schwellenverstärkungen für die ersten und zweiten Polarisationsmoden vorzugsweise derart entworfen werden, daß das Polarisationsmodusschalten durch einen einfachen Vorgang ausgeführt werden kann.
  • Die folgenden spezielleren Strukturen sind auf der Grundlage des vorstehenden grundlegenden Aufbaus möglich.
  • Die Wellenleiter sind derart konstruiert, daß Differenzweisen der Lichtintensitätsverteilungen entlang der Hohlraumachsenrichtung zwischen den ersten und zweiten Polarisationsmoden zwischen den ersten und zweiten Bereichen, die durch die Steuereinheit gepumpt werden, verschieden sind (siehe Fig. 2E).
  • Die Wellenleiter bei den Bereichen sind derart aufgebaut, daß die Lichtintensitätsverteilung für den zweiten Polarisationsmodus während einer Schwingungszeit bei dem ersten Polarisationsmodus einen festeren Abschnitt als der erste Polarisationsmodus bei dem ersten Bereich besitzt, und daß die Lichtintensitätsverteilung für den ersten Polarisationsmodus während einer Schwingungszeit bei dem zweiten Polarisationsmodus einen festeren Abschnitt als der zweite Polarisationsmodus bei dem zweiten Bereich besitzt.
  • Die Wellenleiter bei den Bereichen sind derart aufgebaut, daß ein Kopplungskoeffizient (anders ausgedrückt, der Rückkopplungsbetrag oder der Reflexionsgrad) für den ersten Polarisationsmodus (der TE-Modus oder der TM-Modus) größer als ein Kopplungskoeffizient für den zweiten Polarisationsmodus (der TM-Modus oder der TE-Modus) bei dem ersten Bereich ist und daß ein Kopplungskoeffizient für den ersten Polarisationsmodus kleiner als ein Kopplungskoeffizient für den zweiten Polarisationsmodus bei dem zweiten Bereich ist.
  • Eine Wellenlängendifferenz zwischen Bragg-Wellenlängen für die ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem ersten Bereich ist von einer Wellenlängendifferenz zwischen Bragg-Wellenlängen für die ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem zweiten Bereich verschieden, und die Wellenleiter sind derart aufgebaut, daß wenn eine Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für einen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem ersten Bereich mit einer Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den einen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem zweiten Bereich übereinstimmt, eine Schwingungsschwellenverstärkung bei der übereinstimmenden Wellenlänge die kleinste von Schwellenverstärkungen aus einer Vielzahl von Resonanzmoden, die durch das Beugungsgitter erzeugt werden, ist.
  • Die Wellenleiter bei den Bereichen sind derart aufgebaut, daß ein Kopplungskoeffizient des Beugungsgitters für den zweiten Polarisationsmodus bei dem zweiten Bereich ausreichend groß ist und ein Kopplungskoeffizient des Beugungsgitters für den ersten Polarisationsmodus bei dem zweiten Bereich ungefähr Null ist (keine Rückkopplungsfunktion). In diesem Fall können die Wellenleiter bei den Bereichen derart aufgebaut sein, daß wenn eine Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den zweiten Polarisationsmodus bei dem ersten Bereich mit einer Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den zweiten Polarisationsmodus bei dem zweiten Bereich übereinstimmt, eine Schwingungsschwellenverstärkung bei der übereinstimmenden Wellenlänge die kleinste von Schwellenverstärkungen aus einer Vielzahl von Resonanzmoden, die durch das Beugungsgitter erzeugt werden, ist, und daß wenn die Wellenlänge der minimalen Schwingungsschwelle für den zweiten Polarisationsmodus bei dem ersten Bereich mit der Wellenlänge der minimalen Schwingungsschwelle für den zweiten Polarisationsmodus bei dem zweiten Bereich nicht übereinstimmt, eine Schwingungsschwellenverstärkung für den ersten Polarisationsmodus die kleinste ist.
  • Da bei den vorstehenden Strukturen die Lichtintensitätsverteilungen in der Hohlraumachsenrichtung für die konkurrierenden Polarisationsmoden voneinander verschieden gemacht werden, kann das Polarisationsmodenschalten durch Steuern der in die ersten und zweiten Bereiche injizierten Stromstärken schnell ausgeführt werden. Gemäß einem ersten Treiberverfahren wird der Halbleiterlaser durch Injizieren der Ströme in die ersten und zweiten Bereiche in einen Schwingungszustand bei dem ersten Polarisationsmodus gebracht, und der Strom, der in einen der ersten und zweiten Bereiche, dessen Lichtintensitätsverteilung für den ersten Polarisationsmodus kleiner als seine Lichtintensitätsverteilung für den zweiten Polarisationsmodus ist, oder dessen Kopplungskoeffizient für den ersten Polarisationsmodus kleiner als sein Kopplungskoeffizient für den zweiten Polarisationsmodus ist, injiziert wird, wird relativ erhöht, um den Schwingungszustand bei dem ersten Polarisationsmodus stabil in einen Schwingungszustand bei dem zweiten Polarisationsmodus zu schalten. In die ersten und zweiten Bereiche kann ein gleichmäßiger Strom injiziert werden, um den Halbleiterlaser bei dem ersten Polarisationsmodus in den Schwingungszustand zu bringen. Der Strom, der in einen aus den ersten und zweiten Bereichen, dessen Lichtintensitätsverteilung für den zweiten Polarisationsmodus kleiner als dessen Lichtintensitätsverteilung für den ersten Polarisationsmodus ist, oder dessen Kopplungskoeffizient für den zweiten Polarisationsmodus kleiner als dessen Kopplungskoeffizient für den ersten Polarisationsmodus ist, injiziert wird, wird relativ erhöht, um den Schwingungszustand bei dem zweiten Polarisationsmodus in den Schwingungszustand bei dem ersten Polarisationsmodus stabil zu schalten. Dieses Treiberverfahren verwendet die Eigenschaft, daß wenn die Strominjektion in den Bereich, dessen Lichtintensitätsverteilung für einen gewünschten Polarisationsmodus groß ist, relativ erhöht wird, der Laserstrahlungs- Polarisationsmodus schnell und stabil in diesen gewünschten Polarisationsmodus geschaltet werden kann.
  • In Übereinstimmung mit einem weiteren Treiberverfahren werden die Ströme durch die Steuereinheit in die ersten und zweiten Bereiche injiziert, um den Halbleiterlaser in einen Schwingungszustand bei einem aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden zu bringen, und die in die ersten und zweiten Bereiche injizierten Ströme werden unabhängig gesteuert, derart, daß eine Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den anderen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem ersten Bereich mit einer Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den anderen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem zweiten Bereich übereinstimmt, um den Halbleiterlaser stabil in einen Schwingungszustand bei dem anderen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden zu bringen.
  • In Übereinstimmung mit noch einem anderen Treiberverfahren werden die Ströme durch die Steuereinheit in die ersten und zweiten Bereiche injiziert, um den Halbleiterlaser in einen Schwingungszustand bei einem aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden zu bringen, und die in die ersten und zweiten Bereiche injizierten Ströme werden unabhängig gesteuert, derart, daß eine Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den einen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem ersten Bereich von einer Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den einen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem zweiten Bereich verschieden gemacht wird, um den Halbleiterlaser bei dem anderen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden stabil in einen Schwingungszustand zu bringen.
  • Diese zwei Treiberverfahren verwenden die Eigenschaft, daß wenn eine Differenz zwischen den Lichtintensitätsverteilungen für die konkurrierenden Polarisationsmoden bei den ersten und zweiten Bereichen besteht, eine Differenz zwischen den Bragg- Wellenlängen für diese Moden bei dem ersten Bereich von denjenigen bei dem zweiten Bereich schnell verschieden gemacht werden kann.
  • Die vorstehend erläuterten Strukturen können typischerweise durch eine derartige Struktur, bei der die Beziehung zwischen den Kopplungskoeffizienten für die konkurrierenden Polarisationsmoden bei dem ersten Bereich entgegengesetzt zu der bei dem zweiten Bereich ist, ausgeführt werden. Zu dem gleichen Zweck kann ein Phasenverschiebungsabschnitt mit der Polarisationsabhängigkeit bei einem Bereich vorgesehen werden, oder eine reflektierende Fläche mit der Polarisationsabhängigkeit kann auf der Endfacette der Einrichtung vorgesehen werden.
  • Die vorstehenden Beziehungen der Kopplungskoeffizienten können durch die folgenden Strukturen ausgeführt werden.
  • Eine Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht (diese kann eine verzerrte Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht sein) wird bei einem aus den ersten und zweiten Bereichen erzeugt.
  • Eine Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht wird bei den ersten und zweiten Bereichen gemeinsam erzeugt, und ein Abschnitt der Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht bei einem aus den ersten und zweiten Bereichen wird kristallografisch gemischt.
  • Eine Grundmaterialschicht mit dem Beugungsgitter wird bei einem aus den ersten und zweiten Bereichen erzeugt und eine Mehrfachpotentialtopfschicht mit dem Beugungsgitter wird bei dem anderen aus den ersten und zweiten Bereichen erzeugt.
  • Auf Grund einer starken Doppelbrechung der Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht können die Lichtintensitätsverteilungen in der Wellenleiterdickenrichtung senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung für die konkurrierenden Moden verschieden gemacht werden. Wo beispielsweise eine unverzerrte Mehrfachpotentialtopfschicht mit dem Brechungsindex für den TE-Modus größer als der für den TM-Modus an einer Stelle fern der Schicht mit dem Beugungsgitter eingefügt wird, wird die Lichtintensität des Lichts vom TE-Modus bei dem Beugungsgitter geschwächt. Wenn die Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht bei einem Bereich vorgesehen ist, um den Wellenleiter mit dem Beugungsgitter, bei dem die Lichtintensität des TM-Modus größer als die Lichtintensität des TE-Modus gemacht wird, zu erzeugen, kann der Wellenleiter mit einem großen Kopplungskoeffizienten für den TM-Modus erzeugt werden. Der Kopplungskoeffizient für das Licht vom TE- Modus ist bei einem gewöhnlichen Beugungsgitter größer, sodaß die vorstehende Beziehung der Kopplungskoeffizienten durch die Kombination dieser Bereiche hergestellt werden kann.
  • Durch das kristallografische Mischen geht die Doppelbrechung der Mehrfachpotentialtopfschicht verloren. Auf Grund dieser Eigenschaft werden die Lichtintensitätsverteilungen in der Wellenleiterdickenrichtung senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung für die konkurrierenden Moden bei dem nicht-gemischten Wellenleiter verschieden gemacht, um einen Wellenleiter mit einem großen Kopplungskoeffizienten für den TM-Modus zu erzeugen, während ein Wellenleiter mit einem großen Kopplungskoeffizienten für den TE- Modus durch den gemischten Wellenleiter ohne die Doppelbrechung erzeugt wird.
  • Bei der Struktur, die die Bereiche, die die Mehrfachpotentialtopfschicht mit dem Beugungsgitter und die Grundmaterialschicht mit dem Beugungsgitter besitzt, enthält, ist die Brechungsindexdifferenz zwischen der Mehrfachpotentialtopfschicht und der Vertiefungsschicht, die durch das Licht des TM-Modus abgetastet wird, größer als die, bei der durch das Licht des TE-Modus bei dem Bereich, der die Mehrfachpotentialtopfschicht mit dem Beugungsgitter besitzt, abgetastet wird. Dieser Bereich kann der Bereich sein, bei dem der Kopplungskoeffizient für den TM-Modus größer als der für den TE-Modus ist, und der Bereich, der die Grundmaterialschicht mit dem Beugungsgitter besitzt, kann der Bereich sein, bei dem der Kopplungskoeffizient für den TM-Modus kleiner als der für den TE-Modus ist. Die vorstehende Beziehung der Kopplungskoeffizienten kann durch die Kombination dieser Bereiche hergestellt werden.
  • Zumindest eine von zwei Halbleiterschichten, die das Beugungsgitter bei einer Schnittstelle zwischen ihnen bilden, bei zumindest einem der ersten und zweiten Bereiche kann aus zumindest einer aus dehnungsverzerrten und druckverzerrten Potentialtopfschichten hergestellt werden, derart, daß die vorstehenden Beziehungen zwischen den Kopplungskoeffizienten für die ersten und zweiten Polarisationsmoden bei den ersten bzw. zweiten Bereichen hergestellt sind. Bei dieser Struktur zeigt der verzerrte Potentialtopf verschiedene Brechungsindices für die konkurrierenden Polarisationsmoden, die andere Halbleiterschicht zum Erzeugen des Beugungsgitters besteht aus einer Halbleiterschicht, deren Brechungsindex gleich dem der verzerrten Halbleiterschicht für einen der konkurrierenden Moden ist, und das Beugungsgitter wird bei der Schnittstelle zwischen diesen Schichten erzeugt. Somit kann Licht bei einem der konkurrierenden Moden das Beugungsgitter nicht abtasten. Die Kopplungskoeffizienten des Beugungsgitters für die konkurrierenden Moden können verschieden gemacht werden, indem als die andere Halbleiterschicht eine Halbleiterschicht, deren Brechungsindex sich von beiden Brechungsindices des verzerrten Potentialtopfs für die konkurrierenden Moden unterscheidet, verwendet wird.
  • Die aktive Schicht kann bei den ersten und zweiten Bereichen gemeinsam erzeugt werden und derart aufgebaut sein, daß eine ungefähr gleiche Verstärkung auf jeden der ersten und zweiten Polarisationsmoden übertragen wird. Bei dieser Struktur wird ein Einfluß der Polarisierungsabhängigkeit der Verstärkung bei der aktiven Schicht auf die Modusschaltkenngröße unter Verwendung einer derartigen aktiven Schicht verringert. Somit kann das Modusschalten durch Steuern der injizierten Ströme leicht ausgeführt werden.
  • Das Beugungsgitter kann bei den ersten und zweiten Bereichen gemeinsam einheitlich erzeugt werden. Ein Phasenverschiebungsabschnitt kann bei dem Beugungsgitter bei sowohl den ersten und zweiten Bereichen derart erzeugt werden, daß Wellenlängen von minimalen Schwingungsschwellen für die ersten und zweiten Polarisationsmoden Bragg-Wellenlängen bei den ersten bzw. zweiten Bereichen sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines herkömmlichen DFB-Halbleiterlasers;
  • Fig. 2A eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen des Querschnitts, der entlang einer Hohlraumachsenrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels eines DFB-Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung genommen ist;
  • Fig. 2B und 2C Ansichten zum Veranschaulichen von Brechungsindexverteilungen von Wellenleitern entlang einer Wellenleiterdickenrichtung bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • Fig. 2D eine Ansicht zum Veranschaulichen einer Lichtintensitätsverteilung eines Wellenleiters entlang einer Wellenleiterdickenrichtung bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • Fig. 2E eine Ansicht zum Veranschaulichen einer Lichtintensitätsverteilung eines Wellenleiters entlang einer Hohlraumachsenrichtung bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • Fig. 3 eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen eines Betriebs des ersten Ausführungsbeispiels;
  • Fig. 4 eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen des Querschnitts, der entlang einer Hohlraumachsenrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines DFB-Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung genommen ist;
  • Fig. 5 eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen des Querschnitts, der entlang einer Hohlraumachsenrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels eines DFB-Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung genommen ist;
  • Fig. 6 eine perspektivische Ansicht zum Veranschaulichen der Struktur eines vierten Ausführungsbeispiels eines DFB-Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 7 eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen des Querschnitts, der entlang einer Linie 7-7' von Fig. 6 genommen ist;
  • Fig. 8 eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Betriebs des vierten Ausführungsbeispiels;
  • Fig. 9 eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Treiberverfahrens einer Einrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 10 eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen eines Betriebs des vierten Ausführungsbeispiels;
  • Fig. 11 eine Querschnittsansicht zum Veranschaulichen des Querschnitts, der entlang einer Hohlraumachsenrichtung eines fünften Ausführungsbeispiels eines DFB-Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung genommen ist;
  • Fig. 12 eine Ansicht zum Veranschaulichen eines Betriebs des fünften Ausführungsbeispiels;
  • Fig. 13 eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen eines Betriebs des fünften Ausführungsbeispiels;
  • Fig. 14 ein Blockschaltbild zum Veranschaulichen eines optischen Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 15 ein Blockschaltbild zum Veranschaulichen eines optischen Senders gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 16 ein Blockschaltbild zum Veranschaulichen eines optischen Knotens gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 17 ein Blockschaltbild zum Veranschaulichen eines optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 18 ein Blockschaltbild zum Veranschaulichen eines weiteren optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Mit Bezug auf Fig. 2A bis 2E und Fig. 3 wird nachfolgend ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das sich auf einen Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung (DFB- Halbleiterlaser) bezieht, erläutert.
  • Die Einrichtung besitzt die folgende Struktur. In Fig. 2A bezeichnet Bezugszeichen 101 ein n-Typ InP-Substrat. Periodisch gestreifte Nuten 101a (die sich in Bezug auf das Blatt von Fig. 2A senkrecht erstrecken und entlang rechter und linker Richtung von Fig. 2A angeordnet sind) mit einer Tiefe von 0,05 um und einer Teilung von 240 nm, die als ein Beugungsgitter dient, sind auf dem Substrat 101 gebildet. Bezugszeichen 102 bezeichnet einen unteren Lichtwellenleiter aus n-InGaAsP mit einer Dicke von 0,1 um und einer Bandabstandswellenlänge von 1,17 um. Bezugszeichen 103 bezeichnet eine verzerrte aktive Dreifachpotentialtopfschicht mit InGaAs-Topfschichten mit einer Dicke von 13 nm, in die eine Dehnungsverzerrung von 0,6% eingebracht wird, und In- GaAsP-Sperrschichten mit einer Dicke von 10 nm und einer Bandabstandswellenlänge von 1,17 um. Bezugszeichen 104 bezeichnet einen oberen Lichtwellenleiter aus p-InGaAsP mit einer Bandabstandswellenlänge von 1,17 um, der bei einem ersten Bereich 110 gebildet ist. Bezugszeichen 105 bezeichnet eine p-dotierte druckverzerrte Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht, die bei einem zweiten Bereich 111 gebildet ist. Bezugszeichen 106 bezeichnet eine p-Typ InP-Mantelschicht. Bezugszeichen 107 bezeichnet eine p-Typ InGaAs-Kontaktschicht. Bezugszeichen 108 bezeichnet eine p-Elektrode aus einer Cr/Au-Schicht. Bezugszeichen 109 bezeichnet eine n-Elektrode aus einer AuGe/Au-Schicht, die auf der Substratseite gebildet ist. Ein Trennabschnitt 120 wird durch teilweises Entfernen der p-Elektrode 108 und der p- InGaAs-Schicht 107 erzeugt, und die Einrichtung wird durch den Trennabschnitt 120 in die ersten und zweiten Bereiche 110 und 111 getrennt.
  • Bei der um 0, 6% dehnungsverzerrten aktiven Potentialtopfschicht 103 mit der Topfdicke von 13 nm ist ihr Energiepegel von schweren Löchern ungefähr gleich ihrem Energiepegel von leichten Löchern. Daher liegen Verstärkungen für Licht vom TM-Modus und für Licht vom TE-Modus nahe beieinander, um dadurch eine aktive Schichtstruktur, die die Polarisationsschaltwirkung ermöglicht, herzustellen.
  • Bei der druckverzerrten Mehrfachpotentialtopfschicht 105, durch welche ein Abschnitt der oberen Lichtwellenleiterschicht 104 ersetzt wird, werden zehn Paare von In0,89Ga0,11As0,49P0,51- Topfschichten mit einer Druckverzerrung von 0,8% und einer Dicke von 7 nm und nicht-verzerrte In0,86Ga0,14As0,31P0,69-Sperrschichten mit einer Dicke von 5 nm aufgetragen, um eine Zehntopf- Potentialtopfschicht herzustellen.
  • Gemäß der somit erzeugten Potentialtopfschicht 105 ist ihre Bandabstandswellenlänge (Eg) für den TE-Modus 1,30 um und Eg für den TM-Modus ist kürzer als dieser Wert, das heißt, 1,26 um. Ihr durch das Licht vom TE-Modus bei einer Wellenlänge von 1,55 um abgetasteter Brechungsindex beträgt 3,357, während der durch das Licht vom TM-Modus abgetasteter Brechungsindex 3,330 beträgt. Auf der anderen Seite, beträgt der Brechungsindex des p-InGaAsP- Lichtwellenleiters 104 (Eg = 1,17 um) 3,331. Somit werden die Indexprofile für die ersten bzw. zweiten Bereiche 110 bzw. 111 erhalten, wie in Fig. 2B und 2C veranschaulicht.
  • Profile in der Schichtungsrichtung (Wellenleiterdickenrichtung) von Brechungsindices, die durch das Licht vom TE-Modus und das Licht vom TM-Modus bei dem ersten Bereich 110, der keine Mehrfachpotentialtopfschicht 105 besitzt, abgetastet werden, sind in Fig. 2B veranschaulicht (diese Indexprofile überlappen sich in fast allen Abschnitten). Diejenigen bei dem zweiten Bereich 111 mit der Mehrfachpotentialtopfschicht 105 sind in Fig. 2C veranschaulicht. Wie aus Fig. 2C zu ersehen ist, ist der durch das Licht vom TE-Modus abgetastete Brechungsindex beträchtlich größer als der durch das Licht vom TM-Modus abgetastete Brechungs- Index bei der Potentialtopfschicht 105. Gemäß der Doppelbrechung der Potentialtopfschicht 105 unterscheiden sich Lichtintensitätsverteilungen (Intensitätsverteilungen vom elektrischen Feld von Licht) zwischen dem TE-Modus und dem TM-Modus, wie in Fig. 2D veranschaulicht. Ein fester Abschnitt der Intensitätsverteilung für das Licht vom TE-Modus wird in Richtung der Mehrfachpotentialtopfschicht 105 verschoben.
  • Die Einrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird wie folgt hergestellt. Ein Streifenmuster mit einer Teilung von 240 nm zum Ausführen des Beugungsgitters wird durch Verarbeiten einer Abdeckungsschicht, die auf dem n-InP-Substrat 101 aufgetragen ist, unter Verwendung eines holografischen Lithografieverfahrens erzeugt. Das Streifenmuster wird mittels Ätzen auf das Substrat 101 übertragen. Die Abdeckung wird dann entfernt und eine beschädigte Schicht auf der Substratoberfläche wird mittels Naßätzen entfernt. Das erste Kristallwachstum wird dann unter Verwendung eines metallorganischchemischen Dampfphasen-Epitaxieverfahrens (MOVPE-Verfahren) ausgeführt, um die Schichten 102 und 103, einen Abschnitt der Schicht 104 (entsprechend einem Abschnitt unter der Schicht 105) und die Schicht 105 zu erzeugen. Eine Auswahlwachstumsmaske aus einer SiO&sub2;-Schicht wird auf die Lichtwellenleiterschicht 105 aufgebracht und ein Abschnitt der SiO&sub2;-Schicht (ein Abschnitt bei dem Bereich 110) wird mittels Photolithografie entfernt. Die Lichtwellenleiterschicht 105 wird durch ein selektives Ätzen unter Verwendung der SiO&sub2;-Schicht als eine Maske teilweise entfernt. Weiterhin wird ein Abschnitt der Lichtwellenleiterschicht 104 (ein Abschnitt seitlich neben der Schicht 105) mittels eines selektiven Wachstums (das zweite Kristallwachstum) unter Verwendung der SiO&sub2;-Schicht als eine Maske aufgewachsen. Nachdem die SiO&sub2;-Maske entfernt ist, werden die p- InP-Mantelschicht 106 und die p-InGaAs-Kontaktschicht 107 mittels des dritten Kristallwachstums über dem gesamten Wafer erzeugt. Die obere Elektrode 108 wird durch ein Abtrageverfahren unter Verwendung eines Abdeckmusters, das durch ein Photolithografieverfahren erzeugt wird, erzeugt. Die Kontaktschicht 107 bei dem Trennbereich 120 wird entfernt, um dabei die elektrische Trennung zu erhalten. Der Wafer wird dann überlappt, und die untere Elektrode 109 wird auf der Grundfläche des Substrats 101 erzeugt. Ein Legieren der Elektroden und ein Zerteilen des Wafers werden ausgeführt, um einen DFB-Laser herzustellen.
  • Bei der somit hergestellten Struktur wird ein Wellenleiter mit einem gewöhnlichen Beugungsgitter mit einem Kopplungskoeffizienten, der für das Licht vom TE-Modus größer ist als für das Licht vom TM-Modus, bei dem ersten Bereich 110 erzeugt, während ein Wellenleiter mit einem Beugungsgitter mit einem Kopplungskoeffizienten, der für das Licht vom TM-Modus größer als für das Licht vom TE-Modus ist, bei dem zweiten Bereich 111 erzeugt wird, da ein fester Abschnitt der Lichtintensitätsverteilung für den TE- Modus von dem Beugungsgitter 101a weg verschoben wird.
  • Lichtintensitätsverteilungen in der Hohlraumachsenrichtung eines Hohlraums mit dem vorstehenden Beugungsgitter 101a sind für Laserschwingungsmoden des Hohlraums, das heißt TE-Modus und TM- Modus, in Fig. 2E veranschaulicht. Wie daraus zu ersehen, sind Lichtintensitätsverteilungen in der Hohlraumachsenrichtung während eines Betriebs zwischen dem TE-Modus und dem TM-Modus verschieden. Genauer gesagt, der TE-Modus besitzt eine festere Lichtintensitätsverteilung als der TM-Modus bei dem ersten Bereich 110, während der TM-Modus eine festere Lichtintensitätsverteilung bei dem zweiten Bereichen 111 besitzt.
  • Durch Pumpen der Bereiche mittels Injizieren von Strömen 11 und 12 in die ersten und zweiten Bereiche 110 bzw. 111 wird die Einrichtung zur Laserstrahlung angeregt. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen injizierten Stromstärken und dem Schwingungspolarisationsmodus. Eine Schwingung bei dem TM-Modus kann unter einem gleichmäßigen Strominjektionszustand erhalten werden. Genauer gesagt, die dehnungsverzerrte aktive Schicht 103 der Dreifachpotentialtopfstruktur und weitere sind derart aufgebaut, daß diese Schwingungsweise erhalten werden kann. Da unter dem gleichmäßigen Injektionszustand der in den ersten Bereich 110 injizierte Strom (der TE-Modus besitzt eine relativ feste Verteilung der Lichtintensität bei diesem Bereich 110) erhöht wird, überträgt der dahinein injizierte Strom eine größere Verstärkung auf den TE-Modus als auf den TM-Modus. Daher gibt es einen Strominjektionspunkt, bei dem der Laserstrahlungsmodus von dem TM- Modus in den TE-Modus wechselt. Selbst wenn der in den ersten Bereich 110 injizierte Strom weiter erhöht wird, bleibt die Schwingung in dem TE-Modus unverändert. Wenn der Laserstrahlungszustand von dem TE-Modus in den TM-Modus zurückgebracht werden soll, braucht der in den zweiten Bereich 111 injizierte Strom (der TM-Modus besitzt eine relativ feste Verteilung der Lichtintensität in diesem Bereich 111) nur relativ erhöht werden, indem zum Beispiel der Stromzustand in den anfänglichen gleichmäßigen Strominjektionszustand zurückgebracht wird.
  • Hinsichtlich der Beziehung zwischen dem Vorspannungszustand der Zweielektrodeneinrichtung und dem Laserstrahlungs-Polarisationsmodus wird die Schwingung im TE-Modus ausgeführt, wenn der in den ersten Bereich 110 injizierte Strom größer ist, während die Schwingung im TM-Modus ausgeführt wird, wenn der in den zweiten Bereich 111 injizierte Strom größer ist, wie vorstehend erläutert. Diese Wirkung ergibt sich aus einer asymmetrischen Struktur der ersten und zweiten Bereiche 110 und 111 hinsichtlich des Polarisationsmodus.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Wellenleiter bei den ersten und zweiten Bereichen 110 und 111 derart aufgebaut, daß Trends bei der Differenz zwischen den Lichtintensitätsverteilungen entlang der Hohlraumachsenrichtung für den TE-Modus und den TM-Modus zwischen den ersten und zweiten Bereichen 110 und 111, die durch die Ströme gepumpt werden, verschieden sind. Folglich werden Wirkungen (oder Kopplungskoeffizienten) des Beugungsgitters für beide Moden zwischen den jeweiligen Bereichen geändert, und somit sind Wellenlängendifferenzen zwischen Bragg-Wellenlängen für beide Moden zwischen den ersten und zweiten Bereichen 110 und 111 voneinander verschieden, sodaß der Laserstrahlungs- Polarisationsmodus dieses Ausführungsbeispiels durch ein Betriebsverfahren, das bei einem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben wird, ebenfalls geändert werden kann.
    • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel in seiner Schichtstruktur.
  • Die Einrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels besitzt die folgende Struktur. In Fig. 4 bezeichnet Bezugszeichen 201 ein n-Typ InP-Substrat. Periodisch gestreifte Nuten 201a mit einer Tiefe von 0,05 um, die als ein Beugungsgitter dienen, sind auf dem Substrat 201 gebildet, ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Bezugszeichen 202 bezeichnet eine untere Lichtwellenleiterschicht aus InGAAsP mit einer Dicke von 0,1 um und einer Bandabstandswellenlänge von 1,17 um. Bezugszeichen 203 bezeichnet eine aktive Schicht aus InGaAsP mit einer Dicke von 0,1 um. Bezugszeichen 204 bezeichnet einen oberen Lichtwellenleiter aus InGaAsP mit einer Bandabstandswellenlänge von 1,17 um. Bezugszeichen 205 und 212 bezeichnen jeweils druckverzerrte Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiter. Bezugszeichen 206 bezeichnet eine p-Typ Mantelschicht aus InP. Bezugszeichen 207 bezeichnet eine p-Typ Kontaktschicht aus InGaAs. Bezugszeichen 208 bezeichnet eine p-Elektrode aus einer Cr/Au-Schicht. Bezugszeichen 209 bezeichnet eine n-Elektrode aus einer AuGe/Au-Schicht, die auf der Substratseite gebildet ist. Ein Trennabschnitt 220 wird durch teilweises Entfernen der p-Elektrode 208 und der p-InGaAs- Schicht 207 erzeugt, und die Einrichtung wird durch den Trennabschnitt 220 in erste und zweite Bereiche 210 und 2I1 geteilt.
  • Ein Kristall eines Abschnitts bei dem ersten Bereich 210, das heißt, die Lichtwellenleiterschicht 205, der druckverzerrten Lichtwellenleiter 205 und 212 wird mittels Protonenbeschuß gemischt, sodaß die Doppelbrechung der Schicht 205 verringert wird.
  • Die Einrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird wie folgt hergestellt. Ein Streifenmuster aus einer Teilung von 240 nm zum Erhalten des Beugungsgitters wird auf einer Abdeckschicht, die auf dem n-InP-Substrat 201 aufgebracht ist, durch Verarbeiten der Abdeckschicht unter Verwendung des holografischen Lithografieverfahrens erzeugt. Das Streifenmuster wird mittels Ätzen auf das Substrat 20T übertragen. Die Abdeckung wird dann entfernt und eine beschädigte Schicht auf der Substratoberfläche wird mittels Naßätzen entfernt. Unter Verwendung des MOVPE-Verfahrens wird dann ein Kristallwachstum ausgeführt, um die Schichten 202, 203, 204, 205, 206 und 207 zu erzeugen. Bei dem ersten Bereich 210 wird der Kristall der druckverzerrten Potentialtopf- Lichtwellenleiterschicht 205 kristallografisch gemischt, und die Doppelbrechung der Schicht 205 somit verringert. Die obere Elektrode 208 wird dann durch das Abtrageverfahren unter Verwendung eines Abdeckmusters, das mittels Photolithografie erzeugt wird, erzeugt. Die Kontaktschicht 207 bei dem Trennbereich 220 wird entfernt, um dort die elektrische Trennung zu erhalten. Der Wafer wird dann überlappt und die untere Elektrode 209 wird auf der Grundfläche des Substrats 201 erzeugt. Ein Legieren der Elektroden und ein Zerteilen des Wafers werden ausgeführt, um einen DFB-Laser herzustellen.
  • Bei der somit hergestellten Struktur wird ein Wellenleiter mit einem gewöhnlichen Beugungsgitter mit einem Kopplungskoeffizienten, der für Licht vom TE-Modus größer als für Lieht vom TM- Modus ist, bei dem ersten Bereich 210 erzeugt, während ein Wellenleiter mit einem Beugungsgitter mit einem Kopplungskoeffizienten, der für Licht vom TM-Modus größer als für Licht vom TE- Modus ist, bei dem zweiten Bereich 211 erzeugt wird, da das Licht vom TE-Modus in Richtung der druckverzerrten Lichtwellenleiterschicht 212 gezogen wird.
  • Das Modusschalten während der Strominjektionszeit und die Auswahl des Laserstrahlungs-Polarisationsmodus bei einem ungleichmäßigen Strominjektionszustand sind die gleichen wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels.
    • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben. Eine Einrichtung des dritten Ausführungsbeispiels besitzt die folgende Struktur.
  • In Fig. 5 bezeichnet Bezugszeichen 301 ein n-Typ InP-Substrat. Bezugszeichen 302 bezeichnet eine untere Lichtwellenleiterschicht aus InGaAsP mit einer Dicke von 0,1 um und einer Bandabstandswellenlänge von 1,17 um. Bezugszeichen 303 bezeichnet eine verzerrte aktive Dreifachpotentialtopfschicht mit InGaAs- Topfschichten mit einer Dicke von. 13 nm, in welche eine Dehnungsverzerrung von 0,6% eingeführt wird, und InGaAsP- Sperrschichten mit einer Dicke von 10 nm und einer Bandabstandswellenlänge von 1,17 um. Bezugszeichen 304 bezeichnet eine obere Lichtwellenleiterschicht aus InGaAsP mit einer Bandabstandswellenlänge von 1,17 um, die bei einem ersten Bereich 311 gebildet ist. Bezugszeichen 305 bezeichnet eine druckverzerrte Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht, die bei einem zweiten Bereich 312 gebildet ist. Periodisch gestreifte Nuten 315, die als ein Beugungsgitter dienen, sind auf den Lichtwellenleitern 304 und 305 unter einer gemeinsamen Teilung gebildet. Die Nuten 315 sind mit einer zweiten oberen Lichtwellenleiterschicht 306, deren Bandabstandswellenlänge größer als die bei den ersten Lichtwellenleiterschichten 304 und 305 ist, vertieft. Das heißt, für Laserstrahlungslicht ist der Brechungsindex der zweiten oberen Lichtwellenleiterschicht 306 größer als der Brechungsindex der ersten oberen Lichtwellenleiterschichten 304 und 305.
  • Bezugszeichen 307 bezeichnet eine p-Typ InP-Mantelschicht. Bezugszeichen 308 bezeichnet eine p-Typ InGaAs-Kontaktschicht. Bezugszeichen 309 bezeichnet eine p-Elektrode einer Cr/Au-Schicht. Bezugszeichen 310 bezeichnet eine n-Elektrode einer AuGe/Au- Schicht, die auf der Substratseite gebildet ist. Ein Trennabschnitt 320 wird durch teilweises Entfernen der p-Elektrode 309 und der p-InGaAs-Schicht 308 erzeugt, und die Einrichtung ist durch den Trennabschnitt 320 in die ersten und zweiten Bereiche 311 und 312 geteilt.
  • Die Einrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird wie folgt hergestellt. Unter Verwendung des MOVPE-Verfahrens wird ein Kristallwachstum ausgeführt, um die Schichten 302, 303 und 305 auf dem n-InP-Substrat 301 zu erzeugen. Eine SiO&sub2;-Schicht, die als eine Auswahlwachstumsmaske dient, wird auf der druckverzerrten Potentialtopf-Lichtwellenleiterschicht 305 aufgetragen. Ein Abschnitt der SiO&sub2;-Schicht (ein Abschnitt davon bei dem ersten Bereich 311) wird unter Verwendung von Photolithografie entfernt. Die Lichtwellenleiterschicht 305 bei dem ersten Bereich 311 wird durch ein ausgewähltes Ätzen unter Verwendung der SiO&sub2;-Schicht als einer Maske entfernt. Durch ein selektives Wachstum (das zweite Kristallwachstum) unter Verwendung der SiO&sub2;-Schicht als einer Maske wird die Lichtwellenleiterschicht 304 bei dem ersten Bereich 311 aufgetragen. Nachdem die SiO&sub2;-Maske entfernt ist, wird eine Abdeckschicht aufgetragen, und periodisch gestreifte Nuten werden dann unter Verwendung des holografischen Lithografieverfahrens erzeugt. Das Streifenmuster wird mittels Ätzen auf die Lichtwellenleiterschichten 304 und 305 übertragen. Die Abdeckung wird dann entfernt, und eine beschädigte Schicht auf der Waferoberfläche wird mittels Naßätzen entfernt. Ein drittes Kristallwachstum wird dann unter Verwendung des MOVPE-Verfahrens ausgeführt, um die Lichtwellenleiterschicht 306, die p-InP- Mantelschicht 307 und die p-InGaAs-Kontaktschicht 308 über dem gesamten Wafer zu erzeugen. Die obere Elektrode 308 wird dann durch das Abtrageverfahren unter Verwendung eines durch die Photolithografie erzeugten Abdeckmusters erzeugt. Die Kontaktschicht 308 bei dem Trennbereich 320 wird entfernt, um dabei die elektrische Trennung zu erhalten. Der Wafer wird dann überlappt, und die untere Elektrode 310 wird auf der Grundfläche des Substrats 301 erzeugt. Ein Legieren und Zerteilen werden durchgeführt, um einen DFB-Laser herzustellen.
  • Bei der somit hergestellten Struktur wird ein Wellenleiter mit einem Beugungsgitter mit einem Kopplungskoeffizienten für das Licht vom TM-Modus, der größer als der Kopplungskoeffizient für das Licht vom TE-Modus ist, bei dem zweiten Bereich 312 erzeugt, bei dem die periodisch gestreiften Nuten 315 auf der druckverzerrten Lichtwellenleiterschicht 305 gebildet sind, wobei ein Brechungsindex für den TM-Modus größer ist als ein Brechungsindex für den TE-Modus, und die Nuten 315 mit der zweiten Lichtwellenleiterschicht 306 mit einem großen Brechungsindex vertieft sind, da eine Indexdifferenz für das Licht vom TM-Modus zwischen den Schichten 305 und 306 bei dem zweiten Bereich 312 groß ist. Im Gegensatz dazu wird ein Wellenleiter mit einem gewöhnlichen Beugungsgitter mit einem Kopplungskoeffizienten, der für das Licht vom TE-Modus größer ist als für das Licht vom TM-Modus, bei dem ersten Bereich 311, der keine Lichtwellenleiterschicht 305 mit der Doppelbrechung besitzt, erzeugt.
  • Das Modusschalten während der Strominjektionszeit und die Auswahl des Laserstrahlungs-Polarisationsmodus in einem ungleichmäßigen Strominjektionszustand sind die gleichen wie diejenigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
    • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das sich auf einen DFB-Halbleiterlaser 420 bezieht, wird mit Bezug auf Fig. 6 bis 8 beschrieben. Fig. 7 zeigt eine Querschnittsstruktur, die entlang einer Linie 7-7' von Fig. 6 genommen ist, und Fig. 8 zeigt den Betrieb des vierten Ausführungsbeispiels.
  • Die Einrichtung dieses Ausführungsbeispiels besitzt die folgende Struktur. In Fig. 6 und 7 bezeichnet Bezugszeichen 401 ein n- Typ InP-Substrat. Bezugszeichen 402 bezeichnet eine Pufferschicht (ebenso eine erste Mantelschicht) aus einem n-Typ InP. Bezugszeichen 403 bezeichnet eine aktive Schicht. Bezugszeichen 404 bezeichnet eine p-Typ InP-Zweitmantelschicht. Bezugszeichen chen 405 bezeichnet eine p-Typ InGaAs-Kontakt(oder Deck)schicht. Bezugszeichen 406 bezeichnet eine halbisolierende InP-Vertiefungsschicht. Bezugszeichen 40T, 408 und 409 bezeichnen erste, zweite, bzw. dritte Elektroden. Die erste Elektrode ist auf Substrat 401 gebildet. Die zweite und dritte Elektrode sind auf Schicht 406 gebildet. Bezugszeichen 410 bezeichnet eine Trennnut zum elektrischen Trennen der zweiten Elektrode 408 und der dritten Elektrode 409 voneinander. Bezugszeichen 411 bezeichnet ein Beugungsgitter mit einer Teilung von 240 nm und einer Tiefe von etwa 30 nm, das bei der Schnittstelle zwischen der aktiven Schicht 403 und der zweiten Mantelschicht 404 gebildet ist.
  • Die aktive Schicht 403 enthält einen aktiven Bereich 432 und getrennte Begrenzungsheterostrukturschichten 431 und 433 zum Trennen von Trägerbegrenzung und optischer Begrenzung voneinander, die jeweils aus Abschnitten 432a, 431a und 433a bei einem ersten Bereich 451 entsprechend der zweiten Elektrode 408 und Abschnitten 432b, 431b und 433b bei einem zweiten Bereich 452 entsprechend der dritten Elektrode 409 bestehen.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt jeder der aktiven Bereiche 432a und 432b die gleiche Struktur und ist aus InGaAsP mit einer Bandabstandswellenlänge von 1,6 um gebildet. Die oberen getrennten Begrenzungsheterostrukturschichten 433a und 433b sind jeweils aus verschiedenen verzerrten Mehrfachpotentialtopfstrukturen gebildet. Dabei ist die getrennte Begrenzungsheterostrukturschicht 433a aus einer druckverzerrten Potentialtopfstruktur (zum Beispiel 1% Verzerrung) gebildet, während die getrennte Begrenzungsheterostrukturschicht 433b aus einer dehnungsverzerrten Potentialtopfstruktur (zum Beispiel 1% Verzerrung) gebildet ist. Jede der getrennten Begrenzungsheterostrukturschichten 433a und 433b ist aus InGaAsP gebildet, dessen Bandabstand von etwa 1,05 eV größer als der Bandabstand des aktiven Bereichs 432 aus InGaAsP ist, sodaß durch den aktiven Bereich 432 verstärktes oder ausgestrahltes Licht bei diesen getrennten Begrenzungsheterostrukturschichten nicht absorbiert wird.
  • Die unteren getrennten Begrenzungsheterostrukturschichten 431a und 431b sind aus einer gemeinsamen Halbleiterschicht gebildet, desses Bandabstandsenergie größer als die der aktiven Bereiche 432a und 432b ist, aber kleiner als die Bandabstandsenergie der Puffer und Mantelschicht 402 ist.
  • Die Einrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird wie folgt hergestellt. Die Schichten bis zu den getrennten Begrenzungsheterostrukturschichten 433a und 433b (bei diesem Ausführungsbeispiel sind die aktiven Bereiche 432a und 432b aus der gleichen Halbleiterstruktur gebildet, die getrennten Begrenzungsheterostrukturschichten 431a und 431b sind aus der gleichen Halbleiterstruktur gebildet und die getrennten Begrenzungsheterostrukturschichten 433a und 433b können in ähnlicher Weise wie die Bildung der Schichten 304 und 305 des dritten Ausführungsbeispiels erzeugt werden) werden anfänglich unter Verwendung eines chemischen Strahlepitaxieverfahrens (CBE-Verfahren) auf dem Substrat 401 aufgebracht. Das Beugungsgitter 411 wird dann unter Verwendung des holografischen Lithografieverfahrens oder eines Elektronenstrahl-Zeichnungsverfahrens erzeugt. Nach der Erzeugung des Beugungsgitters werden unter Verwendung des chemischen Strahlepitaxieverfahrens die zweite Mantelschicht 404 und die Deckschicht 405 erzeugt.
  • Eine seitliche Wellenleiterstruktur und eine Stromeinschnürungsstruktur werden auf dem somit hergestellten Wafer erzeugt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zum Erzeugen der Vertiefungsstruktur ein Naßätzen oder ein Trockenätzen unter Verwendung des photolithografischen Verfahrens durchgeführt, außer für einen Abschnitt für den Wellenleiter (bei diesem Ausführungsbeispiel ein Abschnitt mit einer Breite von etwa 1,5 um). Danach wird unter Verwendung des chemischen Strahlepitaxieverfahrens (CBE-Verfahren) die halbisolierende Vertiefungsschicht 406 aufgebracht, um Umgebungen des Wellenleiters zu vertiefen. Weiterhin wird das Substrat 401 überlappt, die Elektroden erzeugt und die Elektrodentrennung zum Erzeugen der zwei Elektrodenbereiche 451 und 452 durchgeführt, um die Einrichtung herzustellen.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das chemische Strahlepitaxieverfahren (CBE-Verfahren) als ein Kristallwachstumsverfahren verwendet, doch es kann irgendein Wachstumsverfahren; wie etwa ein MOCVD-Verfahren und ein MBE-Verfahren, verwendet werden, solange das Verfahren den Halbleiterlaser herstellen kann. Für die Verarbeitung kann eine herkömmliche Halbleiterverarbeitung verwendet werden. Weiter wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Vertiefungsstruktur als die Halbleiterlaserstruktur angewendet, doch es kann irgendeine Struktur, wie etwa eine Kammstruktur und eine pn-Vertiefungsstruktur, verwendet werden, vorausgesetzt, die Struktur kann bei dem Halbleiterlaser verwendet werden. Dies gilt ebenso für die anderen Ausführungsbeispiele.
  • Bei der vorstehenden Struktur kann das Beugungsgitter 411 erhalten werden, bei dem der Kopplungskoeffizient für den TE-Modus größer als der Kopplungskoeffizient für den TM-Modus bei dem ersten Bereich 451 ist, und umgekehrt bei dem zweiten Bereich 452. Dies gilt, weil die Brechungsindexdifferenz zwischen der getrennten Begrenzungsheterostrukturschicht 433a und der zweiten Mantelschicht 404, bei der das Beugungsgitter 411 an ihrer Schnittstelle erzeugt ist, für den TE-Modus relativ groß ist und für den TM-Modus bei dem ersten Bereich 451 relativ klein ist, während die Beziehung bei dem zweiten Bereich 4S2 umgekehrt ist.
  • Der Betrieb des vierten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend beschrieben. Fig. 8 zeigt ein Spektrum einer verstärkten spontanen Emission (ASE-Spektrum), das auftritt, wenn Ströme unterhalb der Schwelle in die jeweiligen Bereiche 451 und 452 injiziert werden (Haltebänder treten auf, da das Beugungsgitter 411 keinen Phasenverschiebungsabschnitt besitzt). Obwohl die aktiven Bereiche 432a und 432b die gleichen sind, ist die Komponente der verstärkten spontanen Emission für den TE-Modus größer als bei dem ersten Bereich 451, da der Kopplungskoeffizient für den TE- Modus dabei größer ist, und die Komponente der verstärkten spontanen Emission für den TM-Modus größer als bei dem zweiten Bereich 452, da der Kopplungskoeffizient für den TM-Modus dabei größer ist. Somit besitzt die Rückkopplungsfunktion des Beugungsgitters 411 eine Polarisationsabhängigkeit.
  • Weiterhin unterscheidet sich die Differenz bei gleichwertigen Brechungsindizes, die durch Licht vom TE-Modus und vom TM-Modus abgetastet werden, zwischen den ersten und zweiten Bereichen 451 und 452, weil die Schichtstruktur des Lichtwellenleiters zwischen diesen Bereichen verschieden ist. Somit ist die Bragg- Wellenlängendifferenz zwischen dem TE-Modus und dem TM-Modus zwischen den ersten und zweiten Bereichen 451 und 452 verschieden. Die vorstehende Tatsache ist in Fig. 8 veranschaulicht, wobei die Differenz zwischen Bragg-Wellenlängen (genauer gesagt, die Bragg-Wellenlänge für jeden Modus entspricht einer Mittenwellenlänge zwischen Wellenlängen von Komponentenspitzen einer verstärkten spontanen Emission dieses Modus) für diese Moden, die durch die Komponentenspitzen der verstärkten spontanen Emission angezeigt werden, bei dem ersten Bereich 451 sich von der bei dem zweiten Bereich 452 unterscheidet.
  • Der Strom wird in den vorstehend erläuterten DFB-Halbleiterlaser 420 injiziert, wie in Fig. 9 gezeigt. Ströme 11 und 12, die in die ersten und zweiten Bereiche 451 und 452 injiziert werden, können unabhängig gesteuert werden. Zum Beispiel können Wellenlängen der Spitzen einer verstärkten spontanen Emission für den TE-Modus bei den ersten und zweiten Bereichen 451 und 452 miteinander übereinstimmend gemacht werden, indem die Ströme 11 und 12 geeignet gesetzt und die gleichwertigen Brechungsindizes auf Grund des Plasmaeffektes (der Brechungsindex nimmt mit zunehmenden Trägern ab) und des Effektes einer Wärmeerzeugung bei dem aktiven Bereich 432 (der Brechungsindex nimmt mit steigender Temperatur zu) geändert werden. Genauer gesagt, Wellenlängen an jedem Ende der Haltebänder werden miteinander übereinstimmend gemacht.
  • Unter einer derartigen Bedingung werden Reflexion oder Rückkopplung bei der übereinstimmenden Wellenlänge (in diesem Fall für den TE-Modus) maximiert und Laserstrahlungslicht 23 und 24 kann erhalten werden, wenn die Ströme 11 und 12 die Schwelle überschreiten. Da der in den zweiten Bereich 452 injizierte Strom 12 von der vorstehenden Bedingung weiter erhöht wird, ändert sich der gleichwertige Brechungsindex bei dem zweiten Bereich 452 oder erhöht sich und Wellenlängen von Spitzen der verstärkten spontanen Emission für den TM-Modus bei den ersten und zweiten Bereichen 451 und 452 können wiederum miteinander in Übereinstimmung gebracht werden. Unter dieser Bedingung wird eine Rückkopplung bei dieser übereinstimmenden Wellenlänge für den TM- Modus maximiert und der Polarisationsmodus des Laserstrahlungslichts 23 und 24 kehrt zu dem TM-Modus.
  • Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen dem Laserstrahlungs- Polarisationsmodus (TE-Modus oder TM-Modus) und den Strömen 11 und 12 bei diesem Ausführungsbeispiel. Da die Struktur dieses Ausführungsbeispiels asymmetrisch ist (das heißt, Polarisationsabhängigkeiten des Kopplungskoeffizienten des Beugungsgitters 411 sind zwischen den ersten und zweiten Bereichen 451 und 452 verschieden), ist der Bereich des Laserstrahlungs-Polarisationsmodus in Zwei geteilt, wie in Fig. 10 veranschaulicht, wobei horizontale und vertikale Achsen die durch die zwei Elektroden 408 und 409 injizierten Ströme 11 bzw. 12 darstellen. Der vorstehend erläuterte Vorgang kann durch die Bewegung Von Punkt a zu Punkt b angezeigt werden, wie zum Beispiel in Fig. 10 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Struktur so entworfen, daß eine Schwingung bei dem TM-Modus unter einem einheitlichen Strominjektionszustand (11 = 12) auftritt, wie durch eine gepunktete Linie in Fig. 10 veranschaulicht.
  • Da die Polarisationsabhängigkeiten des Kopplungskoeffizienten des Beugungsgitters 411 zwischen den ersten und zweiten Bereichen 451 und 452 verschieden sind, kann festgestellt werden, daß ein Trend bei der Differenz zwischen Lichtintensitätsverteilungen für den TE-Modus und den TM-Modus während einer Betriebszeit bei dem ersten Bereich 451 von der bei dem zweiten Bereich 452 verschieden ist. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel kann der Laserstrahlungs-Polarisationsmodus des vierten Ausführungsbeispiels unter Verwendung des bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Betriebsverfahrens ebenfalls geschaltet werden.
    • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das sich auf einen DFB-Halbleiterlaser bezieht, wird mit Bezug auf Fig. 11 bis 13 erläutert. Fig. 11 zeigt eine Querschnittsstruktur des fünften Ausführungsbeispiels und Fig. 12 zeigt den Betrieb dieses Ausführungsbeispiels. In Fig. 11 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 7 im wesentlichen die gleichen Abschnitte.
  • Viertelwellenlängen(λ/4)-Phasenverschiebungsabschnitte 550 und 551 sind bei einem Beugungsgitter 511 bei ersten und zweiten Bereichen 561 bzw. 562 dieses Ausführungsbeispiels gebildet. Rückkopplungsfunktionen des Beugungsgitters 511 bei den ersten und zweiten Bereichen 561 und 562 sind wie folgt entworfen. Der Rückkopplungsbetrag für den TM-Modus ist größer als zum Beispiel etwa das Zweifache des Rückkopplungsbetrags für den TE-Modus bei dem zweiten Bereich 562, während der Rückkopplungsbetrag für den TE-Modus bei dem ersten Bereich 561 ungefähr so groß wie der Rückkopplungsbetrag für den TE-Modus bei dem zweiten Bereich 562 ist und der Rückkopplungsbetrag für den TM-Modus bei dem ersten Bereich 561 wesentlich kleiner als der Rückkopplungsbetrag für den TE-Modus bei dem ersten Bereich 561 ist (siehe Fig. 12) Diese Beziehungen können durch geeignetes Auswählen des Materials der zweiten Mantelschicht 404 und Materialien und Verzerrungsgrößen der oberen getrennten Begrenzungsheterostrukturschichten 433a und 433b derart, daß die Brechungsindexdifferenzen zwischen den Schichten 404 und 433a (oder 433b) für den TE- Modus und den TM-Modus bei den ersten und zweiten Bereichen 561 bzw. 562 geeignet eingestellt werden, erreicht werden. Die vorstehende Struktur kann in ähnlicher Weise wie bei dem Herstellungsverfahren des vierten Ausführungsbeispiels hergestellt werden.
  • Fig. 12 entspricht Fig. 8 des vierten Ausführungsbeispiels und veranschaulicht Spektren der verstärkten spontanen Emission des fünften Ausführungsbeispiels. Da die λ/4-Phasenverschiebungsabschnitte 550 und 551 bei dem Beugungsgitter 511 dieses Ausführungsbeispiels gebildet sind, verschwinden Haltebänder und es besteht lediglich eine Komponentenspitze einer verstärkten spontanen Emission für jeden Modus bei den Bereichen 561 und 562 in Fig. 12.
  • Bei dem Betrieb dieses Ausführungsbeispiels tritt bei dem TM- Modus und bei einer Wellenlänge entsprechend der Spitze der verstärkten spontanen Emission für den TM-Modus bei dem zweiten Bereich 562 eine Schwingung auf, wenn Ströme oberhalb der Schwelle in die ersten und zweiten Bereiche 561 und 562 injiziert werden und Bragg-Wellenlängen für jeden Polarisationsmodus bei den ersten und zweiten Bereichen 561 und 562 nicht miteinander übereinstimmen. Umgekehrt tritt bei dem TE-Modus eine Schwingung auf, wenn die in die zwei Bereiche 561 und 562 injizierten Ströme genau abgestimmt sind und die Bragg-Wellenlängen für den TE- Modus bei den zwei Bereichen 561 und 562 miteinander übereinstimmend gemacht sind (siehe die Bedingung, die in Fig. 12 veranschaulicht ist).
  • Fig. 13 entspricht Fig. 10 des vierten Ausführungsbeispiels. Bei diesem Ausführungsbeispiel gilt, wenn der in den ersten Bereich 561 injizierte Strom aus dem Zustand von Fig. 12 ansteigt, tritt bei dem TM-Modus erneut eine Schwingung auf, weil die Bragg-Wellenlängen für den TE-Modus, die wie in Fig. 12 veranschaulicht so weit übereinstimmen, nochmals voneinander abweichen. Ein derartiger Betrieb kann durch die Bewegung von Punkt c zu Punkt d in Fig. 13 veranschaulicht werden.
    • Sechstes Ausführungsbeispiel
  • Ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das sich auf ein optisches Übertragungssystem unter Verwendung eines Treiberverfahrens einer Lichtquelle für eine optische Kommunikation der vorliegenden Erfindung bezieht, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 14 erläutert.
  • In Fig. 14 bezeichnet Bezugszeichen 601 eine Lichtquelle der vorliegenden Erfindung, die durch Ändern ihres Laserstrahlungs- Polarisationsmodus moduliert werden kann. Modusmoduliertes Signallicht, das von der Lichtquelle 601 emittiert wird, wird über einen Polarisator 604 übertragen, derart, daß das modusmoduliertes Signallicht in ein intensitätsmoduliertes Signallicht umgewandelt wird. Das intensitätsmodulierte Signallicht wird mit einer Monomode-Lichtleitfaser 602 gekoppelt. Das intensitätsmodulierte Signallicht, das über die Lichtleitfaser 602 gesendet wird, wird durch ein optisches Filter 603 bei einem Empfänger ausgewählt demultiplexiert. Das somit ausgewählte Licht einer gewünschten Wellenlänge wird durch einen Photodetektor 605 erfaßt, und ein Digitalsignal wird demoduliert. Dabei wird ein abstimmbares Faser-Fabry-Perot-Filter als das Filter 603 verwendet. Das Filter 603 ist unnötig, falls über die Lichtleitfaser 602 bloß ein Signallicht bei einer bestimmten Wellenlänge übertragen wird. Das Filter 603 wird benötigt, wenn wellenlängenmultiplexierte Signale über die Lichtleitfaser 602 übertragen werden.
  • Obwohl lediglich eine Lichtquelle 601 und lediglich ein Empfänger in Fig. 14 veranschaulicht sind, können mehrere Lichtquellen und Empfänger, die durch einen Optokoppler oder dergleichen verbunden sind, ebenso verwendet werden. Eine optische Wellenlängenmultiplex-Kommunikation mit einem einfachen Aufbau und einer guten Leistung kann unter Verwendung der Lichtquelle der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
    • Siebtes Ausführungsbeispiel
  • Ein siebtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die sich auf einen optischen Sender unter Verwendung eines Halbleiterlasers der vorliegenden Erfindung bezieht, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 15 erläutert. In Fig. 15 bezeichnet Bezugszeichen 740 einen optischen Sender. Bezugszeichen 741 bezeichnet einen Halbleiterlaser der vorliegenden Erfindung. Bezugszeichen 742 bezeichnet eine Polarisationsauswahleinheit oder einen Polarisator. Bezugszeichen 743 bezeichnet einen Steuerteil für den Halbleiterlaser 741. Bezugszeichen 745 bezeichnet ein elektrisches Signal, das zu dem Steuerteil 743 zu führen ist. Bezugszeichen 746 bezeichnet ein Steuersignal oder ein Treibersignal, das von dem Steuerteil 743 zu dem Laser 741 zu führen ist. Bezugszeichen 747 bezeichnet eine Lichtausgabe des Lasers 741. Bezugszeichen 748 bezeichnet ein optisches Signal.
  • Ein Polarisator oder ein Polarisationsstrahlteiler kann als die Polarisationsauswahleinheit 742 verwendet werden. Eine optische Kopplungseinheit kann zwischen dem Halbleiterlaser 741 und der Polarisationsauswahleinheit 742 verwendet werden. Eine optische Kopplungseinheit, wie etwa eine Linse, kann zum Koppeln des Signals 748 von der Polarisationsauswahleinheit 742 zu einer Übertragungsleitung, wie etwa eine Lichtleitfaser, verwendet werden.
  • Bei dem siebten Ausführungsbeispiel empfängt der Steuerteil 743 das elektrische Signal 745, das in den Sender 740 eingegeben ist, und der Steuerteil 743 führt das Treibersignal 746 entsprechend dem elektrischen Signal 745 zu dem Halbleiterlaser 741, um den Laser 741 zu treiben. Der Halbleiterlaser 741, der das Treibersignal 746 von dem Steuerteil 743 empfängt, schaltet den Polarisationsmodus der Lichtausgabe 747 gemäß dem Treibersignal 746 zwischen dem TE-Modus und dem TM-Modus. Die Polarisationsauswahleinheit 742 erzeugt das optische Signal 748 in entweder dem TE-Modus oder dem TM-Modus aus der optischen modusschaltenden Ausgabe 747. Das intensitätsmodulierte optische Signal 748 in einem aus dem TE-Modus und dem TM-Modus entspricht (oder ist in Phase mit) dem elektrischen Signal 745.
  • Das optische Signal 748 kann den gleichen Verlauf wie das elektrische Signal 745 besitzen oder kann auf der Grundlage einer geeigneten Umwandlung kodiert werden. In diesem Fall kann die Umwandlung durch den Steuerteil 743 ausgeführt werden.
    • Achtes Ausführungsbeispiel
  • Ein achtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 16, 17 und 18 erläutert. Das achte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein optisches lokales Netzwerksystem (LAN) oder ein optisches lokales Wellenlängenmultiplex-Netzwerksystem unter Verwendung einer Lichtquelle einschließlich einem schaltbaren Schwingungspolarisationslaser der vorliegenden Erfindung. Fig. 16 veranschaulicht eine optoelektrische Umwandlungseinheit (Knoten) 801, die mit einem Anschluß des optischen lokalen Netzwerksystems verbunden ist, wie in Fig. 17 oder Fig. 18 gezeigt.
  • In Fig. 16 wird ein optisches Signal über eine Lichtleitfaser 800 in den Knoten 801 eingebracht und ein Abschnitt eines Signals wird durch einen optischen Leistungsteiler 802 in einen optischen Empfänger 803 eingegeben. Der optische Empfänger 803 wird durch eine Steuereinheit 810 gesteuert und enthält ein abstimmbares optisches Filter und einen Photodetektor zum Auswählen von lediglich Signallicht bei einer gewünschten Wellenlänge aus dem einfallenden Signallicht und zum Erfassen des ausgewählten Signals.
  • Auf der anderen Seite, wenn ein optisches Signal von dem Knoten 801 gesendet wird, wird Signallicht von einem schaltbaren Schwingungspolarisations-Halbleiterlaser 804 der vorliegenden Erfindung durch einen Leistungskombinierer 806 über einen Polarisator 805 und einen Isolator (nicht gezeigt) in die Lichtleitfaser 800 eingegeben. Der Laser 804 wird durch eine Steuerschaltung 811 auf der Grundlage eines Signals gemäß dem Verfahren, das bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben ist, geeignet getrieben, und eine von dem Laser 804 emittierte polarisationsmodulierte Lichtwelle wird durch den Polarisator 805 in eine intensitätsmodulierte Lichtausgabe umgewandelt. Der Isolator kann weggelassen werden.
  • Eine Vielzahl von abstimmbaren optischen Filtern und Halbleiterlasern kann bei einem Knoten eingerichtet sein, um den abstimmbaren Wellenlängenbereich zu erweitern.
  • Bei einem in Fig. 17 gezeigten busförmigen Netzwerk sind mehrere Anschlüsse oder Zentralen 911, 912, ..., 915 über jeweilige optische Knoten 901, 902, ..., 905 entlang einer Richtung A-B mit der Lichtleitfaser 800 verbunden. Wenn eine große Anzahl von Knoten verbunden ist, müssen optische Verstärker auf der Übertragungsleitung 800 in Reihe angeordnet werden, um eine Dämpfung von gesendetem Licht auszugleichen.
  • Weiter können zwei Knoten mit jedem Anschluß verbunden werden und zwei Lichtleitfasern können vorgesehen werden, um eine Zweirichtungs-Übertragung eines verteilten Warteschlangen-Zweibussystems (DQDB-System) auszuführen.
  • Als ein Netzwerk können ein ringförmiges Netzwerk (siehe Fig. 18), das durch Verbinden von A und B in Fig. 17 hergestellt ist, ein sternförmiges Netzwerk oder eine gemischte Konfiguration daraus verwendet werden.
  • Bei dem in Fig. 18 gezeigten ringförmigen Netzwerk bezeichnen Bezugszeichen 951, 952, ..., 956 Knoten und Bezugszeichen 961, 962, ..., 966 bezeichnen jeweils Anschlüsse.
  • Wenn nicht andernfalls hierin offenbart, sind die verschiedenen Komponenten, die in Umrißform oder in Blockform in irgendeiner der Fig. 1 bis 18 gezeigt sind, einzeln bestens bekannt bei der optischen Halbleitereinrichtung, dem Treiberverfahren und optischen Kommunikationsweisen, und ihr innerer Aufbau und ihre Funktion werden hierin nicht beschrieben.
  • Während die vorliegende Erfindung hinsichtlich dessen, was gegenwärtig als die bevorzugten Ausführungsbeispiele betrachtet werden, erläutert worden ist, ist verständlich, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung soll verschiedene Abwandlungen und gleichwertige Anordnungen, die innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Patentansprüche fallen, abdecken.
  • Ein Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung enthält einen Hohlraum, der sich in einer Hohlraumachsenrichtung erstreckt. Der Hohlraum besitzt eine Vielzahl von Bereichen einschließlich einem ersten Bereich (110, 210, 311, 451 und 561) und einem zweiten Bereich (111, 211, 312, 452 und 562), die entlang der Hohlraumachsenrichtung angeordnet sind und unabhängig gepumpt werden können. Der Laser enthält weiter eine Vielzahl von Wellenleitern mit einem Beugungsgitter (101a, 201a, 315, 411 und 511) und einer aktiven Schicht (103, 203, 303, 403 und 432), die sich entlang der Hohlraumachsenrichtung erstreckt. Die Wellenleiter sind jeweils bei den Bereichen gebildet und entlang der Hohlraumachsenrichtung miteinander gekoppelt. Verschiedene erste und zweite Polarisationsmoden sind durch die gekoppelten Wellenleiter definiert. Die Wellenleiter sind derart aufgebaut, daß Lichtintensitätsverteilungen entlang der Hohlraumachsenrichtung bei den ersten und zweiten Bereichen beim Pumpen zwischen den ersten und zweiten Polarisationsmoden verschieden sind.

Claims (17)

1. Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung, mit:
jedem aus einem Beugungsgitter (101a) und einer aktiven Schicht (103) in einer Hohlraumachsenrichtung und einschließlich einem ersten Bereich (110) und einem zweiten Bereich (111), die unabhängig gepumpt werden können;
einer Vielzahl von gekoppelten Wellenleitern, die sich entlang der Hohlraumachsenrichtung erstrecken und bei den ersten und zweiten Bereichen gebildet sind und das Beugungsgitter und die aktive Schicht enthalten;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vielzahl von gekoppelten Wellenleitern erste und zweite Polarisationsmoden definiert, wodurch hinsichtlich der Lichtintensität bei dem ersten Bereich (110) Licht vom TE-Modus größer als Licht vom TM-Modus ist, und bei dem zweiten Bereich (111) Licht vom TM-Modus größer als Licht vom TE-Modus ist, indem der zweite Bereich (111) mit einer druckverzerrten Mehrfachpotentialtopf- Lichtwellenleiterschicht (105) gebildet wird und indem der erste Bereich (110) nicht mit der druckverzerrten Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht gebildet wird.
2. Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung, mit:
jedem aus einem Beugungsgitter (201a) und einer aktiven Schicht (203) in einer Hohlraumachsenrichtung und einschließlich einem ersten Bereich (210) und einem zweiten Bereich (211), die unabhängig gepumpt werden können;
einer Vielzahl von gekoppelten Wellenleitern, die sich entlang der Hohlraumachsenrichtung erstrecken und bei den ersten und zweiten Bereichen gebildet sind und das Beugungsgitter und die aktive Schicht enthalten;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vielzahl von gekoppelten Wellenleitern erste und zweite Polarisationsmoden definiert, wodurch bei dem ersten Bereich (210) der Kopplungskoeffizient von Licht vom TE-Modus größer als der Kopplungskoeffizient von Licht vom TM-Modus ist, und bei dem zweiten Bereich (211) der Kopplungskoeffizient von Licht vom TM- Modus größer als der Kopplungskoeffizient von Licht vom TE-Modus ist, indem der erste Bereich (210) mit einer druckverzerrten Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht (205), die einen ersten doppelten Brechungsindex besitzt, gebildet wird, und indem der zweite Bereich (211) mit der Mehrfachpotentialtopf- Lichtwellenleiterschicht (212), deren doppelter Brechungsindex größer als der erste doppelte Brechungsindex ist, gebildet wird.
3. Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung, mit:
jedem aus einem Beugungsgitter (411) und einer aktiven Schicht (403) in einer Hohlraumachsenrichtung und einschließlich einem ersten Bereich (451) und einem zweiten Bereich (452), die unabhängig gepumpt werden können;
einer Vielzahl von gekoppelten Wellenleitern, die sich entlang der Hohlraumachsenrichtung erstrecken und bei den ersten und zweiten Bereichen gebildet sind und das Beugungsgitter und die aktive Schicht enthalten;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vielzahl von gekoppelten Wellenleitern erste und zweite Polarisationsmoden definiert, wodurch bei dem ersten Bereich (451) der Kopplungskoeffizient von Licht vom TE-Modus größer als der Kopplungskoeffizient von Licht vom TM-Modus ist, und bei dem zweiten Bereich (452) der Kopplungskoeffizient von Licht vom TM- Modus größer als der Kopplungskoeffizient von Licht vom TE-Modus ist, indem der erste Bereich (451) mit einer druckverzerrten Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht (433a) gebildet wird, und indem der zweite Bereich (452) mit einer dehnungsverzerrten Mehrfachpotentialtopf-Lichtwellenleiterschicht (433b) gebildet wird.
4. Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
bei dem ersten Bereich (110) der Kopplungskoeffizient zu Licht vom TE-Modus größer als der Kopplungskoeffizient zu Licht vom TM-Modus ist, und bei dem zweiten Bereich (111) der Kopplungskoeffizient zu Licht vom TM-Modus größer als der Kopplungskoeffizient zu Licht vom TE-Modus ist.
5. Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verzerrten Potentialtopfschichten anders als die aktive Schicht jeweils als eine Halbleiterschicht gebildet sind.
6. Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht bei den ersten und zweiten Bereichen gemeinsam gebildet wird und derart aufgebaut ist, daß auf jeden der TE-Moden und TM-Moden eine ungefähr gleiche Verstärkung übertragen wird.
7. Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter bei den ersten und zweiten Bereichen gemeinsam einheitlich gebildet wird.
8. Treiberverfahren zum Treiben eines Halbleiterlasers mit verteilter Rückkopplung, mit den Schritten:
Vorbereiten eines Halbleiterlasers mit verteilter Rückkopplung, der bei jedem einen von Ansprüchen 1 bis 7 angeführt ist;
unabhängiges Injizieren von Strom in jeden der ersten und zweiten Bereiche, um den Halbleiterlaser in einen Schwingungszustand bei einem ersten Polarisationsmodus zu bringen; und
relatives Erhöhen des in einen aus den ersten und zweiten Bereichen injizierten Stroms, auf der Grundlage eines Kriteriums aus der Lichtintensitätsverteilung, die für den ersten Polarisationsmodus kleiner als die Lichtintensitätsverteilung für einen zweiten Polarisationsmodus ist, und einem Kopplungskoeffizienten, der für den ersten Polarisationsmodus kleiner als ein Kopplungskoeffizient für den zweiten Polarisationsmodus ist, um den Schwingungszustand bei dem ersten Polarisationsmodus in einen Schwingungszustand bei dem zweiten Polarisationsmodus zu schalten.
9. Treiberverfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen gleichmäßigen Strom, der durch eine Steuereinrichtung in die ersten und zweiten Bereiche injiziert wird, um den Halbleiterlaser in den Schwingungszustand bei dem ersten Polarisationsmodus zu bringen.
10. Treiberverfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch den Schritt zum relativen Erhöhen des durch eine Steuereinrichtung in einen aus den ersten und zweiten Bereichen, dessen Lichtintensitätsverteilung für den zweiten Polarisationsmodus kleiner als die Lichtintensitätsverteilung für den ersten Polarisationsmodus ist, oder dessen Kopplungskoeffizient für den zweiten Polarisationsmodus kleiner als sein Kopplungskoeffizient für den ersten Polarisationsmodus ist, injizierten Stroms, um den Schwingungszustand bei dem zweiten Polarisationsmodus in den Schwingungszustand bei dem ersten Polarisationsmodus zu schalten.
11. Treiberverfahren zum Treiben eines Halbleiterlasers mit verteilter Rückkopplung, mit den Schritten:
Vorbereiten eines Halbleiterlasers mit verteilter Rückkopplung, der bei jedem einen von Ansprüchen 1 bis 7 angeführt ist;
unabhängiges Injizieren von Strom in jeden der ersten und zweiten Bereiche, um den Halbleiterlaser in einen Schwingungszustand bei einem aus ersten und zweiten Polarisationsmoden zu bringen; und
unabhängiges Steuern der in die ersten und zweiten Bereiche injizierten Ströme, derart, daß eine Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den anderen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem ersten Bereich mit einer Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den anderen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem zweiten Bereich übereinstimmt, um den Halbleiterlaser in einen Schwingungszustand bei dem anderen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden zu bringen.
12. Treiberverfahren zum Treiben eines Halbleiterlasers mit verteilter Rückkopplung, mit den Schritten:
Vorbereiten eines Halbleiterlasers mit verteilter Rückkopplung, der bei jedem einen von Ansprüchen 1 bis 7 angeführt ist;
unabhängiges Injizieren von Strom in jeden aus den ersten und zweiten Bereichen, um den Halbleiterlaser in einen Schwingungszustand bei einem aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden zu bringen; und
unabhängiges Steuern der in die ersten und zweiten Bereiche injizierten Ströme, derart, daß eine Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den einen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem ersten Bereich von einer Wellenlänge einer minimalen Schwingungsschwelle für den einen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden bei dem zweiten Bereich verschieden gemacht wird, um den Halbleiterlaser in einen Schwingungszustand bei dem anderen aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden zu bringen.
13. Lichtquellenvorrichtung, mit:
einem Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung, der bei jedem einen von Ansprüchen 1 bis 7 angeführt ist; und mit
einer Polarisationsmodus-Auswahleinrichtung zum Auswählen von Licht bei einem aus den ersten und zweiten Polarisationsmoden aus Licht, das von dem Halbleiterlaser emittiert wird.
14. Optisches Kommunikationssystem zum Kommunizieren über eine Lichtübertragungsleitung, die ein Signal von einer Senderseite zu einer Empfängerseite sendet, mit:
einer Lichtquellenvorrichtung, die in Anspruch 13 angeführt ist;
und mit
einem Empfänger zum Erfassen eines intensitätsmodulierten Signals, das von der Lichtquellenvorrichtung über die Lichtübertragungsleitung gesendet wird.
15. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtübertragungsleitung eine Vielzahl von intensitätsmodulierten Signalen bei einer Vielzahl von. Wellenlängen, die durch eine Vielzahl der Lichtquellenvorrichtungen erzeugt werden, überträgt, und daß das System weiter ein optisches Filter zum Auswählen des intensitätsmodulierten Signals bei einer gewünschten Wellenlänge, das bei der Empfängerseite zu empfangen ist, umfaßt.
16. Optoelektrische Umwandlungsvorrichtung zum Senden und Empfangen eines intensitätsmodulierten Signals, mit:
einer Lichtquellenvorrichtung, die bei Anspruch 13 angeführt ist; und mit
einem Empfänger zum Erfassen eines intensitätsmodulierten Signals, das über eine Lichtübertragungsleitung gesendet wird.
17. Optisches Kommunikationssystem zum Kommunizieren über eine Lichtübertragungsleitung, die ein Signal von einer Senderseite zu einer Empfängerseite sendet, wobei das System eine optoelektrische Umwandlungsvorrichtung, die bei Anspruch 13 angeführt ist, umfaßt.
DE69809377T 1997-12-03 1998-12-02 Halbleiterlaser mit verteilter Rückkoppelung und unterschiedlichen Lichtintensitätsverteilungen der verschiedenen Polarisationsmoden, sowie zugehöriges Ansteuerverfahren Expired - Fee Related DE69809377T2 (de)

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