JP2000338453A - 半導体光パルス圧縮導波路素子 - Google Patents
半導体光パルス圧縮導波路素子Info
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- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 システムの大幅な小型化が可能であり、その
作製がより簡便に行える新規な構造の半導体光パルス圧
縮導波路素子の提供。 【解決手段】 光の信号を導波させることが可能である
半導体光導波路であって、ある一定量の光エネルギーを
増幅した後に増幅特性を一時的に失う可飽和増幅領域と
ある一定量の光エネルギーを吸収した後に吸収特性を一
時的に失う可飽和吸収体領域とを交互に一対以上直列に
配列されなる光パルス圧縮領域を光導波路中に有するこ
とを特徴とする半導体光パルス圧縮導波路素子。
作製がより簡便に行える新規な構造の半導体光パルス圧
縮導波路素子の提供。 【解決手段】 光の信号を導波させることが可能である
半導体光導波路であって、ある一定量の光エネルギーを
増幅した後に増幅特性を一時的に失う可飽和増幅領域と
ある一定量の光エネルギーを吸収した後に吸収特性を一
時的に失う可飽和吸収体領域とを交互に一対以上直列に
配列されなる光パルス圧縮領域を光導波路中に有するこ
とを特徴とする半導体光パルス圧縮導波路素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光メモリ
および光計測などに利用されるが光パルスを圧縮し、更
にパルス幅の狭い光パルスを発生するための半導体光パ
ルス圧縮導波路素子に関し、より具体的には、Qスイッ
チ半導体レーザや利得スイッチ半導体レーザまたはモー
ド同期半導体レーザから直接得られる、本来幅の狭い光
パルスを更に圧縮して、極めてパルス幅の狭い光パルス
に変換する技術に関する。
および光計測などに利用されるが光パルスを圧縮し、更
にパルス幅の狭い光パルスを発生するための半導体光パ
ルス圧縮導波路素子に関し、より具体的には、Qスイッ
チ半導体レーザや利得スイッチ半導体レーザまたはモー
ド同期半導体レーザから直接得られる、本来幅の狭い光
パルスを更に圧縮して、極めてパルス幅の狭い光パルス
に変換する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】光パルス圧縮技術としては，従来から幾
つかの手法が提案され、また利用されている。これら従
来手法の第一のものは、光ファイバーの非線形性を用い
たものである（参考文献１；J. T. Ong, R. Takahashi,
M. Tsuchiya, S. H. Wong, R.T. Sahara, Y. Ogawa an
d T. Kamiya, "Subpicosecond Soliton Compression of
Gain Switched Diode Laser Pulses Using an Erbium-
Doped Fiber Amplifier," IEEE Journal of Quantum El
ectronics, Vol. 29, No. 6, June 1993 などを参
照）。この方法で利用される光ファイバーの非線形性と
は，光ファイバー中での光の群速度分散と、光ファイバ
ーを形成する物質の屈折率の光強度依存性などの特徴の
ことである。
つかの手法が提案され、また利用されている。これら従
来手法の第一のものは、光ファイバーの非線形性を用い
たものである（参考文献１；J. T. Ong, R. Takahashi,
M. Tsuchiya, S. H. Wong, R.T. Sahara, Y. Ogawa an
d T. Kamiya, "Subpicosecond Soliton Compression of
Gain Switched Diode Laser Pulses Using an Erbium-
Doped Fiber Amplifier," IEEE Journal of Quantum El
ectronics, Vol. 29, No. 6, June 1993 などを参
照）。この方法で利用される光ファイバーの非線形性と
は，光ファイバー中での光の群速度分散と、光ファイバ
ーを形成する物質の屈折率の光強度依存性などの特徴の
ことである。
【０００３】光の群速度分散とは，物質中において光の
群速度が波長によって異なる性質のことである。この特
徴をうまく利用すれば、例えば、チューピングしている
光パルスの幅を狭くすることが可能となる。ここでチャ
ーピングとは，光パルスの前部から後部にかけて波長が
変化していることである。
群速度が波長によって異なる性質のことである。この特
徴をうまく利用すれば、例えば、チューピングしている
光パルスの幅を狭くすることが可能となる。ここでチャ
ーピングとは，光パルスの前部から後部にかけて波長が
変化していることである。
【０００４】具体的に、光パルスの前部の波長が短く、
後部の波長が長い光パルスについて、ある光ファイバー
中では、この前部の波長に対する群速度が遅く，後部の
波長に対する群速度が速い場合を考えてみる。この光パ
ルスが光ファイバー中を導波すると、光パルスの前部の
群速度よりも後部の群速度の方が速いため、光パルス後
部の光が次第に追いつく現象が起こり、結果として、し
だいに光パルスが狭くなる。従って、このような特徴、
チャーピングを持つ光パルスは、光ファイバー中を導波
させることにより圧縮することが出来る。
後部の波長が長い光パルスについて、ある光ファイバー
中では、この前部の波長に対する群速度が遅く，後部の
波長に対する群速度が速い場合を考えてみる。この光パ
ルスが光ファイバー中を導波すると、光パルスの前部の
群速度よりも後部の群速度の方が速いため、光パルス後
部の光が次第に追いつく現象が起こり、結果として、し
だいに光パルスが狭くなる。従って、このような特徴、
チャーピングを持つ光パルスは、光ファイバー中を導波
させることにより圧縮することが出来る。
【０００５】また、光ファイバーを構成する材料の屈折
率の光強度依存性を利用することも可能である。いいか
えると、光強度の強い部分と光強度の弱い部分が感じる
屈折率の大きさの差異を利用する方法である。この効果
（屈折率の光強度依存性）を利用すると、光パルスがフ
ァイバー中を通過する際に、その条件を選択することに
より，パルス幅を狭めたり、逆に広げたり、あるいは変
形することができる。この効果は、一般に光パルスのエ
ネルギーが強ければ強いほど大きい。その点を考慮し
て、実際の系では、予めErドープファイバー光増幅器等
を用いて光パルス光エネルギーを大きくした後に、光フ
ァイバー中を通過させて、圧縮する。
率の光強度依存性を利用することも可能である。いいか
えると、光強度の強い部分と光強度の弱い部分が感じる
屈折率の大きさの差異を利用する方法である。この効果
（屈折率の光強度依存性）を利用すると、光パルスがフ
ァイバー中を通過する際に、その条件を選択することに
より，パルス幅を狭めたり、逆に広げたり、あるいは変
形することができる。この効果は、一般に光パルスのエ
ネルギーが強ければ強いほど大きい。その点を考慮し
て、実際の系では、予めErドープファイバー光増幅器等
を用いて光パルス光エネルギーを大きくした後に、光フ
ァイバー中を通過させて、圧縮する。
【０００６】第二の手法は、導波路中での群速度分散を
用いた導波路型光パルス圧縮素子である。これも、先に
述べた光ファイバーを用いる方法の場合と同様に、光の
群速度の波長依存性を利用したものである。
用いた導波路型光パルス圧縮素子である。これも、先に
述べた光ファイバーを用いる方法の場合と同様に、光の
群速度の波長依存性を利用したものである。
【０００７】導波路は、誘電体や半導体を用いて作製さ
れる。導波路の群速度分散を利用した光パルスの圧縮の
機構は、光ファイバーにおいて群速度分散を利用する方
法と原理的には同じである（参考文献２；Y. Lee, "Pul
se compression using coupled-waveguide structures
as highly dispersive elements," Applied PhysicsLet
ters, Vol. 73, No. 19, Nov. 1998 などを参照）。た
だし、半導体や誘電体を用いた導波路は、その作製にお
ける設計の自由度が大きく、その利点を生かし、導波路
構造を工夫することにより波長が変わった時の群速度の
変化を大きくすることも可能である。そのため、パルス
幅圧縮に用いる素子長を短くすることも可能である。例
えば、光ファイバーの場合には、数十ｍから数百ｍ以上
も必要であったものが、導波路を利用する際には、数mm
から数cmの長さで済ませることも可能となる。
れる。導波路の群速度分散を利用した光パルスの圧縮の
機構は、光ファイバーにおいて群速度分散を利用する方
法と原理的には同じである（参考文献２；Y. Lee, "Pul
se compression using coupled-waveguide structures
as highly dispersive elements," Applied PhysicsLet
ters, Vol. 73, No. 19, Nov. 1998 などを参照）。た
だし、半導体や誘電体を用いた導波路は、その作製にお
ける設計の自由度が大きく、その利点を生かし、導波路
構造を工夫することにより波長が変わった時の群速度の
変化を大きくすることも可能である。そのため、パルス
幅圧縮に用いる素子長を短くすることも可能である。例
えば、光ファイバーの場合には、数十ｍから数百ｍ以上
も必要であったものが、導波路を利用する際には、数mm
から数cmの長さで済ませることも可能となる。
【０００８】上記した従来の手法は、何れも、主に光パ
ルスの前部と後部で波長が変化している特徴、つまりチ
ャーピングを利用するものである。さらに重要なこと
は、そのチャーピングの仕方が、光ファイバーや光導波
路の分散特性とよく合致する必要があることである。た
とえ、光パルス内で波長が変化していても、その波長の
変化の具合が光ファイバーの群速度分散の特徴とあって
いない場合には、十分な効果は得られない。例えば、光
パルスの先頭部分が短波長であり、中央の部分が長波長
であり、そして後尾部が再び短波長であるような光パル
スに対しては、実質的なパルス幅の圧縮が起こらず、用
いることができない。また、チャーピングしてないパル
ス幅の長い光パルスの圧縮にも用いることができない。
ルスの前部と後部で波長が変化している特徴、つまりチ
ャーピングを利用するものである。さらに重要なこと
は、そのチャーピングの仕方が、光ファイバーや光導波
路の分散特性とよく合致する必要があることである。た
とえ、光パルス内で波長が変化していても、その波長の
変化の具合が光ファイバーの群速度分散の特徴とあって
いない場合には、十分な効果は得られない。例えば、光
パルスの先頭部分が短波長であり、中央の部分が長波長
であり、そして後尾部が再び短波長であるような光パル
スに対しては、実質的なパルス幅の圧縮が起こらず、用
いることができない。また、チャーピングしてないパル
ス幅の長い光パルスの圧縮にも用いることができない。
【０００９】加えて、実用面からは、パルス圧縮に用い
る素子（コンポーネント）部分の大きさが小さいことが
強く望まれている。しかし、パルス圧縮に用いる光ファ
イバーでは、数百ｍから数ｋｍの長さを要するので、広
いスペースを占めるものとなる。更に、事前にErドープ
ファイバーによる光増幅をも行う場合には、Erドープの
ファイバー、Erドープのファイバー自身を励起する光
源、ファイバー相互を接続するカップラー等がさらに必
要となり、システム全体が大きくならざるを得ず、実用
上、重大な欠点ともなっている。その他、所望のパルス
幅に圧縮するには、チャーピングの具合に応じて、ファ
イバーの必要な長さを設計しなければならないなど、設
計上の制約もあり、商業的なシステムへの利用する上
で、大きな足かせとなっている。
る素子（コンポーネント）部分の大きさが小さいことが
強く望まれている。しかし、パルス圧縮に用いる光ファ
イバーでは、数百ｍから数ｋｍの長さを要するので、広
いスペースを占めるものとなる。更に、事前にErドープ
ファイバーによる光増幅をも行う場合には、Erドープの
ファイバー、Erドープのファイバー自身を励起する光
源、ファイバー相互を接続するカップラー等がさらに必
要となり、システム全体が大きくならざるを得ず、実用
上、重大な欠点ともなっている。その他、所望のパルス
幅に圧縮するには、チャーピングの具合に応じて、ファ
イバーの必要な長さを設計しなければならないなど、設
計上の制約もあり、商業的なシステムへの利用する上
で、大きな足かせとなっている。
【００１０】従来の導波路型光パルス圧縮素子は、光フ
ァイバーを用いた圧縮システムと比較すると、大幅に小
型にすることが可能であるが、それでも、実用上の要望
を満たすには、まだ十分に小型化が達成されているとは
いえない。実際のシステムでは、多くの場合、光パルス
源として利得スイッチ半導体レーザやQスイッチ半導体
レーザ光源が用いられる。これら半導体レーザから発生
させられた光パルスの幅は１０ps程度であり、従来の導
波路型光パルス圧縮素子により、１０ps程度の光パルス
を圧縮する場合には、導波路自体数cm以上の長さが必要
となる。また、従来の導波路型光パルス圧縮素子の構造
は、従来の半導体レーザの構造と大きく異なっている
（参考文献２；Y. Lee, "Pulse compression using cou
pled-waveguide structures as highly dispersive ele
ments," Applied Physics Letters,Vol. 73, No. 19, N
ov. 1998 などを参照）。そのため、従来の導波路型光
パルス圧縮素子を、Qスイッチ半導体レーザや利得スイ
ッチ半導体レーザと同一半導体基板上に集積するために
は、複雑なプロセスが必要であり、やはり、実用上の障
害ともなっている。
ァイバーを用いた圧縮システムと比較すると、大幅に小
型にすることが可能であるが、それでも、実用上の要望
を満たすには、まだ十分に小型化が達成されているとは
いえない。実際のシステムでは、多くの場合、光パルス
源として利得スイッチ半導体レーザやQスイッチ半導体
レーザ光源が用いられる。これら半導体レーザから発生
させられた光パルスの幅は１０ps程度であり、従来の導
波路型光パルス圧縮素子により、１０ps程度の光パルス
を圧縮する場合には、導波路自体数cm以上の長さが必要
となる。また、従来の導波路型光パルス圧縮素子の構造
は、従来の半導体レーザの構造と大きく異なっている
（参考文献２；Y. Lee, "Pulse compression using cou
pled-waveguide structures as highly dispersive ele
ments," Applied Physics Letters,Vol. 73, No. 19, N
ov. 1998 などを参照）。そのため、従来の導波路型光
パルス圧縮素子を、Qスイッチ半導体レーザや利得スイ
ッチ半導体レーザと同一半導体基板上に集積するために
は、複雑なプロセスが必要であり、やはり、実用上の障
害ともなっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の課題
を解決するもので、本発明の目的は、従来の光パルス圧
縮システムより大幅に小型化が可能であり、加えて、そ
の作製がより簡便に行える新規な構造の半導体光パルス
圧縮導波路素子を提供することにある。特には、光パル
ス光源として利用されるQスイッチ半導体レーザや利得
スイッチ半導体レーザと同一半導体基板上に集積するこ
とも容易であり、加えて、その際、複雑な製造プロセス
によらず作製が可能な新規な構造の半導体光パルス圧縮
導波路素子を提供することにある。
を解決するもので、本発明の目的は、従来の光パルス圧
縮システムより大幅に小型化が可能であり、加えて、そ
の作製がより簡便に行える新規な構造の半導体光パルス
圧縮導波路素子を提供することにある。特には、光パル
ス光源として利用されるQスイッチ半導体レーザや利得
スイッチ半導体レーザと同一半導体基板上に集積するこ
とも容易であり、加えて、その際、複雑な製造プロセス
によらず作製が可能な新規な構造の半導体光パルス圧縮
導波路素子を提供することにある。
【００１２】加えて、本発明は、前記の半導体光パルス
圧縮導波路素子と光パルス光源の各種半導体レーザを同
一基板上に集積し、極めてパルス幅の狭い光パルスを得
ることができる新規な構成の光パルス圧縮導波路つき半
導体パルス光発生レーザの提供をもその目的とする。
圧縮導波路素子と光パルス光源の各種半導体レーザを同
一基板上に集積し、極めてパルス幅の狭い光パルスを得
ることができる新規な構成の光パルス圧縮導波路つき半
導体パルス光発生レーザの提供をもその目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するため、新たな動作原理に基づく光パルス圧
縮方法、その動作原理を現実化するための素子構造に関
して、研究を進めた結果、光パルスを利得領域と可飽和
吸収体を交互に通過させると、そのパルス幅を段階的に
狭めることが可能であることを見出し、本発明を完成す
るに到った。
題を解決するため、新たな動作原理に基づく光パルス圧
縮方法、その動作原理を現実化するための素子構造に関
して、研究を進めた結果、光パルスを利得領域と可飽和
吸収体を交互に通過させると、そのパルス幅を段階的に
狭めることが可能であることを見出し、本発明を完成す
るに到った。
【００１４】すなわち、本発明の半導体光パルス圧縮導
波路素子は、光の信号を導波させることが可能である半
導体光導波路であって、ある一定量の光エネルギーを増
幅した後に増幅特性を一時的に失う可飽和増幅領域とあ
る一定量の光エネルギーを吸収した後に吸収特性を一時
的に失う可飽和吸収体領域とを交互に一対以上直列に配
列されなる光パルス圧縮領域を光導波路中に有すること
を特徴とする。
波路素子は、光の信号を導波させることが可能である半
導体光導波路であって、ある一定量の光エネルギーを増
幅した後に増幅特性を一時的に失う可飽和増幅領域とあ
る一定量の光エネルギーを吸収した後に吸収特性を一時
的に失う可飽和吸収体領域とを交互に一対以上直列に配
列されなる光パルス圧縮領域を光導波路中に有すること
を特徴とする。
【００１５】この半導体光パルス圧縮導波路素子におい
ては、外部より注入された光パルスが光導波路内を進
み、前記の光パルス圧縮領域を通過する際に、その光パ
ルスの幅を圧縮することが可能である。
ては、外部より注入された光パルスが光導波路内を進
み、前記の光パルス圧縮領域を通過する際に、その光パ
ルスの幅を圧縮することが可能である。
【００１６】加えて、本発明の半導体光パルス圧縮導波
路素子においては、光信号が外部より光導波路内に注入
される光パルス注入口と前記光パルス圧縮領域の間に、
光パルスのエネルギーを調整可能な光変調器領域を設け
ると好ましい。あるいは、光導波路から外部へ光信号を
取り出す光パルス出射口と前記光パルス圧縮領域の間
に、光パルスのエネルギーを調整可能な光変調器領域を
設けると好ましい。更には、前述する光パルス注入口側
の光変調器領域と光パルス出射口の光変調器領域をとも
に具える構成も好ましい。
路素子においては、光信号が外部より光導波路内に注入
される光パルス注入口と前記光パルス圧縮領域の間に、
光パルスのエネルギーを調整可能な光変調器領域を設け
ると好ましい。あるいは、光導波路から外部へ光信号を
取り出す光パルス出射口と前記光パルス圧縮領域の間
に、光パルスのエネルギーを調整可能な光変調器領域を
設けると好ましい。更には、前述する光パルス注入口側
の光変調器領域と光パルス出射口の光変調器領域をとも
に具える構成も好ましい。
【００１７】本発明の半導体光パルス圧縮導波路素子
は、パルス光源となる半導体レーザ素子と組み合わせ、
極めて狭いパルス生成を行う装置を構成することができ
る。特には、前記半導体レーザ素子と半導体光パルス圧
縮導波路素子が同一の半導体基板上に集積されてなる構
成が好ましい。
は、パルス光源となる半導体レーザ素子と組み合わせ、
極めて狭いパルス生成を行う装置を構成することができ
る。特には、前記半導体レーザ素子と半導体光パルス圧
縮導波路素子が同一の半導体基板上に集積されてなる構
成が好ましい。
【００１８】また、本発明の光パルス圧縮導波路つき半
導体パルス光発生レーザは、Qスイッチや利得スイッチ
およびモード同期等の技術により光パルスを発生させる
ことができる半導体レーザ素子と上記の半導体光パルス
圧縮導波路素子とを連結してなる構成をとるものであ
り、すなわち、光パルスを発生させることができる半導
体レーザであって、当該半導体レーザを構成する共振器
内に上記の半導体光パルス圧縮導波路素子構造を含み、
Qスイッチや利得スイッチおよびモード同期等の技術に
より光パルスを発生させる機能を有することを特徴とす
るものである。
導体パルス光発生レーザは、Qスイッチや利得スイッチ
およびモード同期等の技術により光パルスを発生させる
ことができる半導体レーザ素子と上記の半導体光パルス
圧縮導波路素子とを連結してなる構成をとるものであ
り、すなわち、光パルスを発生させることができる半導
体レーザであって、当該半導体レーザを構成する共振器
内に上記の半導体光パルス圧縮導波路素子構造を含み、
Qスイッチや利得スイッチおよびモード同期等の技術に
より光パルスを発生させる機能を有することを特徴とす
るものである。
【００１９】より具体的には、光パルスを発生させるこ
とが可能な半導体レーザであって、Qスイッチや利得ス
イッチおよびモード同期等の技術により光パルスを発生
させることができる半導体レーザ素子領域と、その共振
器延長線上に直列に配置される上記構成の本発明半導体
光パルス圧縮導波路素子領域とからなり、前記半導体レ
ーザ素子領域で発生される光パルスが該半導体光パルス
圧縮導波路素子領域を通過した後、外部に取り出される
ことを特徴とするものである。具体的には、前記半導体
レーザ素子領域と半導体光パルス圧縮導波路素子領域が
同一の半導体基板上に集積されてなる構成において、互
いの導波路構造を共通とするものが好ましい。
とが可能な半導体レーザであって、Qスイッチや利得ス
イッチおよびモード同期等の技術により光パルスを発生
させることができる半導体レーザ素子領域と、その共振
器延長線上に直列に配置される上記構成の本発明半導体
光パルス圧縮導波路素子領域とからなり、前記半導体レ
ーザ素子領域で発生される光パルスが該半導体光パルス
圧縮導波路素子領域を通過した後、外部に取り出される
ことを特徴とするものである。具体的には、前記半導体
レーザ素子領域と半導体光パルス圧縮導波路素子領域が
同一の半導体基板上に集積されてなる構成において、互
いの導波路構造を共通とするものが好ましい。
【００２０】以下に、本発明の半導体光パルス圧縮導波
路素子の構造、その動作原理に関して、より詳しく説明
する。
路素子の構造、その動作原理に関して、より詳しく説明
する。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の半導体光パルス圧縮導波
路素子構造では、利得領域と可飽和吸収領域（可飽和吸
収体）を交互に並べた構造を持つ半導体光導波路構造を
用いて光パルスの幅を圧縮する。図１は、その構造の一
具体例を示す。光導波路は、光導波層（活性領域）と光
閉じ込めに利用されるｐ型クラッド層およびｎ型クラッ
ド層により構成され、光導波路上面に、このｐｎ接合に
電圧を印加する電極が形成されている。図１に示す通
り、利得領域と可飽和吸収領域は、それぞれ、光導波方
向に交互に配置される電極下の部分である。
路素子構造では、利得領域と可飽和吸収領域（可飽和吸
収体）を交互に並べた構造を持つ半導体光導波路構造を
用いて光パルスの幅を圧縮する。図１は、その構造の一
具体例を示す。光導波路は、光導波層（活性領域）と光
閉じ込めに利用されるｐ型クラッド層およびｎ型クラッ
ド層により構成され、光導波路上面に、このｐｎ接合に
電圧を印加する電極が形成されている。図１に示す通
り、利得領域と可飽和吸収領域は、それぞれ、光導波方
向に交互に配置される電極下の部分である。
【００２２】この利得領域は、ｐｎ接合の活性領域に電
流を注入することにより利得を持たせる領域である。こ
の利得領域では、注入される電流量に応じて、一定量の
光エネルギー以上を増幅すると、一時的に利得が失われ
る特性を持つため、可飽和利得領域とも呼ばれる。つま
り、活性領域（活性層）内のキャリア枯渇に伴い、一時
的に利得が損失する。
流を注入することにより利得を持たせる領域である。こ
の利得領域では、注入される電流量に応じて、一定量の
光エネルギー以上を増幅すると、一時的に利得が失われ
る特性を持つため、可飽和利得領域とも呼ばれる。つま
り、活性領域（活性層）内のキャリア枯渇に伴い、一時
的に利得が損失する。
【００２３】一方、可飽和吸収領域（可飽和吸収体）
は、前記電極にマイナスの電圧を加え、ｐｎ接合を逆バ
イアスすることにより空乏化させることで吸収特性を持
たせる、あるいは、当該領域に真空中で高電圧により加
速されたイオンを注入することによりキャリアを無くす
（半絶縁化する）ことで吸収特性を持たせるなど、幾つ
かの方法により作られる。この可飽和吸収体は、ある一
定量の光エネルギーを吸収すると、一時的に吸収しなく
なる特性を持つ。それゆえに、可飽和吸収体とも呼ばれ
る。つまり、光吸収により活性領域（活性層）内に発生
したキャリア濃度の上昇に伴い、過渡的な吸収率低下
（光ブリーチング）が起きる。
は、前記電極にマイナスの電圧を加え、ｐｎ接合を逆バ
イアスすることにより空乏化させることで吸収特性を持
たせる、あるいは、当該領域に真空中で高電圧により加
速されたイオンを注入することによりキャリアを無くす
（半絶縁化する）ことで吸収特性を持たせるなど、幾つ
かの方法により作られる。この可飽和吸収体は、ある一
定量の光エネルギーを吸収すると、一時的に吸収しなく
なる特性を持つ。それゆえに、可飽和吸収体とも呼ばれ
る。つまり、光吸収により活性領域（活性層）内に発生
したキャリア濃度の上昇に伴い、過渡的な吸収率低下
（光ブリーチング）が起きる。
【００２４】本発明の半導体光パルス圧縮導波路素子で
は、その光パルス圧縮領域において、光パルスの進行す
る方向に、可飽和吸収領域（可飽和吸収体）と可飽和利
得領域とがこの順で、交互に一対以上配置される。高い
パルス圧縮率を達成するためには、好ましくは二対以
上、通常複数対が多重に設けられる。
は、その光パルス圧縮領域において、光パルスの進行す
る方向に、可飽和吸収領域（可飽和吸収体）と可飽和利
得領域とがこの順で、交互に一対以上配置される。高い
パルス圧縮率を達成するためには、好ましくは二対以
上、通常複数対が多重に設けられる。
【００２５】利得領域においては、上述したように誘導
放出による光増幅を行うので、活性領域と光閉じ込めに
利用されるｐ−クラッド層およびｎ−クラッド層により
構成される光導波路の層構造は、対応する半導体レーザ
と本質的に同一の層構造とされる。同じく、可飽和吸収
領域も、利得領域において誘導放出を引き起こす波長の
光を吸収するため、その光導波路の層構造は、対応する
半導体レーザと本質的に同一の層構造とされる。本発明
の半導体光パルス圧縮導波路素子においては、半導体レ
ーザと異なり、共振器を構成する必要もなく、寧ろ、注
入される光パルスを効率的に導波路に導き入れ、素子内
で圧縮した光パルスを効率的に射出する必要があるの
で、光パルス注入口および光パルス出射口の両端面にお
ける反射を低減する。通常、少なくとも、光パルス出射
口端面には無反射コーティングを施す構造とする。
放出による光増幅を行うので、活性領域と光閉じ込めに
利用されるｐ−クラッド層およびｎ−クラッド層により
構成される光導波路の層構造は、対応する半導体レーザ
と本質的に同一の層構造とされる。同じく、可飽和吸収
領域も、利得領域において誘導放出を引き起こす波長の
光を吸収するため、その光導波路の層構造は、対応する
半導体レーザと本質的に同一の層構造とされる。本発明
の半導体光パルス圧縮導波路素子においては、半導体レ
ーザと異なり、共振器を構成する必要もなく、寧ろ、注
入される光パルスを効率的に導波路に導き入れ、素子内
で圧縮した光パルスを効率的に射出する必要があるの
で、光パルス注入口および光パルス出射口の両端面にお
ける反射を低減する。通常、少なくとも、光パルス出射
口端面には無反射コーティングを施す構造とする。
【００２６】このような構造の半導体光導波路素子を、
光パルスが通過する際にパルス幅が圧縮される過程を以
下に説明する。実際の素子を動作させる条件下での、パ
ルス幅が圧縮される過程自体は、利得領域の利得の注入
電流量、可飽和吸収体に加えた逆バイアスの電圧値に大
きく依存し、加えて、該光導波路に注入される光パルス
の実際の形なども依存するため、必ずしも簡単ではな
い。説明を簡単にする目的で、理想的な動作条件を仮定
して、パルス幅が圧縮される過程を以下に概説する。
光パルスが通過する際にパルス幅が圧縮される過程を以
下に説明する。実際の素子を動作させる条件下での、パ
ルス幅が圧縮される過程自体は、利得領域の利得の注入
電流量、可飽和吸収体に加えた逆バイアスの電圧値に大
きく依存し、加えて、該光導波路に注入される光パルス
の実際の形なども依存するため、必ずしも簡単ではな
い。説明を簡単にする目的で、理想的な動作条件を仮定
して、パルス幅が圧縮される過程を以下に概説する。
【００２７】以下の動作原理の説明においては、可飽和
吸収体の飽和吸収量は、加えた逆バイアスの電圧値によ
り規定され、利得領域の利得は、注入電流量により規定
され、また、光導波路に入射された光パルスのエネルギ
ーは、予め調整されているとする。即ち、その光パルス
の前頭側半分のみが可飽和吸収体により吸収されるよう
に、光パルスのエネルギー（光強度）は調整されている
とする。同時に、該可飽和吸収体は、入射する光パルス
の前頭側半分に相当する量のエネルギー（光）を吸収し
た際に、当該可飽和吸収領域が飽和するように、印加す
る逆バイアスの電圧値を調整しておく。一方、利得領域
の利得は、前記の光パルスの前頭側半分に相当する量の
エネルギー（光）増幅を行うと、一時的に利得が失われ
るように、注入電流量を設定しておく。
吸収体の飽和吸収量は、加えた逆バイアスの電圧値によ
り規定され、利得領域の利得は、注入電流量により規定
され、また、光導波路に入射された光パルスのエネルギ
ーは、予め調整されているとする。即ち、その光パルス
の前頭側半分のみが可飽和吸収体により吸収されるよう
に、光パルスのエネルギー（光強度）は調整されている
とする。同時に、該可飽和吸収体は、入射する光パルス
の前頭側半分に相当する量のエネルギー（光）を吸収し
た際に、当該可飽和吸収領域が飽和するように、印加す
る逆バイアスの電圧値を調整しておく。一方、利得領域
の利得は、前記の光パルスの前頭側半分に相当する量の
エネルギー（光）増幅を行うと、一時的に利得が失われ
るように、注入電流量を設定しておく。
【００２８】この動作条件では、光導波路に入射された
光パルスは、可飽和吸収体を通過する間に、そのパルス
の前頭部分のみが吸収を受ける。その結果、パルスの前
半分が失われ、パルス幅はおおよそ半分になる。次に、
その光パルスが利得領域を通過する際、当初の光パルス
前頭側半分に相当する量のエネルギー（光）増幅を受
け、パルス全体のエネルギー（光）は、当初の入射光パ
ルス全体のエネルギー（光）量まで回復される。この増
幅の過程では、パルス幅があまり広がらず、パルスの形
状をほぼ維持したまま、全体のエネルギー（光）量が旧
に復する。従って、利得領域を通過した時点で、当初の
入射光パルスと比較して、パルス幅は約1/2になり、パ
ルス全体のエネルギー（光）量は、当初の入射光パルス
とほぼ等しい変形（圧縮）を受けた光パルスとなる。す
なわち、可飽和吸収体に入射する前と比較して、パルス
幅は狭く、パルスのピーク強度は大きくなった光パルス
となる。
光パルスは、可飽和吸収体を通過する間に、そのパルス
の前頭部分のみが吸収を受ける。その結果、パルスの前
半分が失われ、パルス幅はおおよそ半分になる。次に、
その光パルスが利得領域を通過する際、当初の光パルス
前頭側半分に相当する量のエネルギー（光）増幅を受
け、パルス全体のエネルギー（光）は、当初の入射光パ
ルス全体のエネルギー（光）量まで回復される。この増
幅の過程では、パルス幅があまり広がらず、パルスの形
状をほぼ維持したまま、全体のエネルギー（光）量が旧
に復する。従って、利得領域を通過した時点で、当初の
入射光パルスと比較して、パルス幅は約1/2になり、パ
ルス全体のエネルギー（光）量は、当初の入射光パルス
とほぼ等しい変形（圧縮）を受けた光パルスとなる。す
なわち、可飽和吸収体に入射する前と比較して、パルス
幅は狭く、パルスのピーク強度は大きくなった光パルス
となる。
【００２９】更に、得られる光パルスを、次段の可飽和
吸収体を通過させると、光パルス前頭部分が吸収され、
パルス幅はさらに狭くなる。その後、再び利得領域を通
過する段階で、可飽和吸収体で吸収されたエネルギー
（光）量に相当する量の増幅がなされ、パルス全体のエ
ネルギー（光）量は旧に復される。従って、パルス幅は
さらに狭く、パルスのピーク強度は一層大きくなった光
パルスとなる。以上説明した通り、パルス幅を狭くする
作用は、可飽和吸収体が果たし、吸収で減衰した全体の
エネルギー（光）量を回復する役割を利得領域が担って
いる。仮に、適度な増幅を行わず、更に、次段以降の可
飽和吸収体で吸収し続けると、やがて光パルスは消滅し
てしまう。それを防ぎ、段階的なパルス圧縮を有効に継
続するため、各段毎に利得領域を設け、可飽和吸収体で
の吸収を補うべく増幅する構成をとる必要がある。
吸収体を通過させると、光パルス前頭部分が吸収され、
パルス幅はさらに狭くなる。その後、再び利得領域を通
過する段階で、可飽和吸収体で吸収されたエネルギー
（光）量に相当する量の増幅がなされ、パルス全体のエ
ネルギー（光）量は旧に復される。従って、パルス幅は
さらに狭く、パルスのピーク強度は一層大きくなった光
パルスとなる。以上説明した通り、パルス幅を狭くする
作用は、可飽和吸収体が果たし、吸収で減衰した全体の
エネルギー（光）量を回復する役割を利得領域が担って
いる。仮に、適度な増幅を行わず、更に、次段以降の可
飽和吸収体で吸収し続けると、やがて光パルスは消滅し
てしまう。それを防ぎ、段階的なパルス圧縮を有効に継
続するため、各段毎に利得領域を設け、可飽和吸収体で
の吸収を補うべく増幅する構成をとる必要がある。
【００３０】このように、一対となっている可飽和吸収
体と利得領域をこの順で交互に配置し、光パルスを通過
させれば、各段毎にパルス幅は段階的に狭くなってい
く。よって、可飽和吸収領域と利得領域とを交互に直列
に多重に並べた光パルス圧縮領域中に光パルスを導き、
通過させることで、効果的に光パルスを圧縮する作用を
持つ半導体光パルス圧縮導波路とすることが可能とな
る。
体と利得領域をこの順で交互に配置し、光パルスを通過
させれば、各段毎にパルス幅は段階的に狭くなってい
く。よって、可飽和吸収領域と利得領域とを交互に直列
に多重に並べた光パルス圧縮領域中に光パルスを導き、
通過させることで、効果的に光パルスを圧縮する作用を
持つ半導体光パルス圧縮導波路とすることが可能とな
る。
【００３１】図２は、上で説明したパルス圧縮の動作原
理に基づき、実際の素子にてパルス圧縮行った際の光パ
ルス形状の変化を概念的に図示したものである。可飽和
吸収体を通過するとパルスの前頭部分が吸収される。そ
の結果、パルス幅が狭くなる。可飽和吸収体が完全に瞬
間的に飽和する理想的な場合であれば、パルス幅は半分
になるが，実際の素子では、パルス幅は数％から４０％
程度狭くなる。次に、利得領域を通過させる。その結
果、吸収を受け、減衰した光パルスのエネルギーは２倍
程度に増幅され、つまり、再び最初のパルスエネルギー
程度の大きさになる。また、次の可飽和吸収体を通過さ
せるとパルスの前頭部分が吸収され、パルス幅が更に圧
縮される。この際にも、パルスエネルギーが半分程度に
なるので、再度利得領域で２倍程度増幅して、元に戻
す。この繰り返しにより、段階的なパルスの圧縮が可能
となる。
理に基づき、実際の素子にてパルス圧縮行った際の光パ
ルス形状の変化を概念的に図示したものである。可飽和
吸収体を通過するとパルスの前頭部分が吸収される。そ
の結果、パルス幅が狭くなる。可飽和吸収体が完全に瞬
間的に飽和する理想的な場合であれば、パルス幅は半分
になるが，実際の素子では、パルス幅は数％から４０％
程度狭くなる。次に、利得領域を通過させる。その結
果、吸収を受け、減衰した光パルスのエネルギーは２倍
程度に増幅され、つまり、再び最初のパルスエネルギー
程度の大きさになる。また、次の可飽和吸収体を通過さ
せるとパルスの前頭部分が吸収され、パルス幅が更に圧
縮される。この際にも、パルスエネルギーが半分程度に
なるので、再度利得領域で２倍程度増幅して、元に戻
す。この繰り返しにより、段階的なパルスの圧縮が可能
となる。
【００３２】この素子でのパルス圧縮過程において，光
パルスのピーク強度が大きくなることは、圧縮効率上重
要である。一般に、可飽和吸収体は、入射する光パルス
のピーク強度が大きければ大きいほど瞬間的に（急速
に）飽和する。逆に、ピーク強度が小さければ小さいほ
ど可飽和吸収体はゆっくりと飽和する。そのため、光パ
ルスのピーク強度が大きくなればなるほど、パルス幅の
圧縮効果は、益々よくなる。仮に、当初パルスのピーク
強度が小さい時には、最初の間、圧縮率は低いものの、
多重に設けられた可飽和吸収体と利得領域を通過してい
くにつれ、各段毎に、だんだんとパルス幅が圧縮され
て、それに伴いピーク強度が大きくなる。本発明の半導
体光パルス圧縮導波路素子においては、可飽和吸収体と
利得領域を多重に設けることによって、加速的にパルス
幅を狭くすることができる。なお、この加速的なパルス
圧縮効果は、可飽和吸収領域の吸収特性がどのように活
性領域中のキャリア密度に依存するか、さらには、利得
領域の利得特性がどのように活性領域中のキャリア密度
に依存するかなどと関係している。これらは、半導体材
料自体の物性、素子の構造に深く依存するものであり、
動作条件とも関係している。具体的には、可飽和吸収領
域への逆バイアス電圧、ならびに、利得領域への注入電
流量とも関係している。
パルスのピーク強度が大きくなることは、圧縮効率上重
要である。一般に、可飽和吸収体は、入射する光パルス
のピーク強度が大きければ大きいほど瞬間的に（急速
に）飽和する。逆に、ピーク強度が小さければ小さいほ
ど可飽和吸収体はゆっくりと飽和する。そのため、光パ
ルスのピーク強度が大きくなればなるほど、パルス幅の
圧縮効果は、益々よくなる。仮に、当初パルスのピーク
強度が小さい時には、最初の間、圧縮率は低いものの、
多重に設けられた可飽和吸収体と利得領域を通過してい
くにつれ、各段毎に、だんだんとパルス幅が圧縮され
て、それに伴いピーク強度が大きくなる。本発明の半導
体光パルス圧縮導波路素子においては、可飽和吸収体と
利得領域を多重に設けることによって、加速的にパルス
幅を狭くすることができる。なお、この加速的なパルス
圧縮効果は、可飽和吸収領域の吸収特性がどのように活
性領域中のキャリア密度に依存するか、さらには、利得
領域の利得特性がどのように活性領域中のキャリア密度
に依存するかなどと関係している。これらは、半導体材
料自体の物性、素子の構造に深く依存するものであり、
動作条件とも関係している。具体的には、可飽和吸収領
域への逆バイアス電圧、ならびに、利得領域への注入電
流量とも関係している。
【００３３】（作用と効果）本発明の半導体光パルス圧
縮導波路素子は、上述した動作原理に基づくので、素子
長をあまり長くせずに光パルスを圧縮することが可能で
あるという特長を持つ。即ち、各段階でのパルス圧縮過
程は、光パルスの前半部を吸収することにより行なわれ
るからである。理想的には、可飽和吸収体を一回通過さ
せればパルス幅を半分にできるが、実際には、当初のパ
ルス形状自体、必ずしも対称ではないし、また、光パル
スのピーク強度が十分に大きくないと急激な吸収の飽和
が起きないため、パルス幅が半分にならないことが多
い。しかしながら、可飽和吸収体と利得領域を一回づつ
通過するごとに、パルス幅がほぼ一定の割合で狭くな
り、同時にピーク強度もほぼ一定の割合で大きくなるの
で、結果的には、指数関数的にパルス幅を狭くすること
ができる。従って、素子長をあまり長くする必要はな
く、例えば、全体の素子長が１〜２mm程度、あるいはそ
れ以下でも、パルス時間幅５〜１０psの光パルスを、パ
ルス時間幅１ps以下までに圧縮することが可能となる。
縮導波路素子は、上述した動作原理に基づくので、素子
長をあまり長くせずに光パルスを圧縮することが可能で
あるという特長を持つ。即ち、各段階でのパルス圧縮過
程は、光パルスの前半部を吸収することにより行なわれ
るからである。理想的には、可飽和吸収体を一回通過さ
せればパルス幅を半分にできるが、実際には、当初のパ
ルス形状自体、必ずしも対称ではないし、また、光パル
スのピーク強度が十分に大きくないと急激な吸収の飽和
が起きないため、パルス幅が半分にならないことが多
い。しかしながら、可飽和吸収体と利得領域を一回づつ
通過するごとに、パルス幅がほぼ一定の割合で狭くな
り、同時にピーク強度もほぼ一定の割合で大きくなるの
で、結果的には、指数関数的にパルス幅を狭くすること
ができる。従って、素子長をあまり長くする必要はな
く、例えば、全体の素子長が１〜２mm程度、あるいはそ
れ以下でも、パルス時間幅５〜１０psの光パルスを、パ
ルス時間幅１ps以下までに圧縮することが可能となる。
【００３４】加えて、パルス幅が非常に広い場合であっ
ても、光パルスのピーク強度が大きければ、効果的にパ
ルス圧縮を行うことが可能であるので、半導体光パルス
圧縮導波路素子において、光増幅器を光パルス注入口と
光パルス圧縮導波路部分の間に設けることにより、光パ
ルス圧縮導波路部分に達する前に予め光パルスのピーク
強度を大きくすることで、例えば、数１０psのパルス幅
の光パルスを圧縮することも可能となる。あるいは、入
射される光パルスの強度が大きすぎ、可飽和吸収体にお
いて、その光量の半分を吸収することができない場合に
は、光減衰器を光パルス注入口と光パルス圧縮導波路部
分の間に設けることにより、光パルス圧縮導波路部分に
導かれる光パルスの光量を適正な範囲とすることで、効
率的なパルス圧縮を行うことが可能である。即ち、光パ
ルス圧縮導波路部分に導かれる光パルスの光強度（エネ
ルギー）を、動作条件に適合すべく、増幅又は減衰させ
る役割に利用される光変調器部分を光パルス注入口と光
パルス圧縮領域の間に設けることで、注入される光パル
スの形状、強度に大きく依存することなく、より効率的
な光パルス圧縮が行える。
ても、光パルスのピーク強度が大きければ、効果的にパ
ルス圧縮を行うことが可能であるので、半導体光パルス
圧縮導波路素子において、光増幅器を光パルス注入口と
光パルス圧縮導波路部分の間に設けることにより、光パ
ルス圧縮導波路部分に達する前に予め光パルスのピーク
強度を大きくすることで、例えば、数１０psのパルス幅
の光パルスを圧縮することも可能となる。あるいは、入
射される光パルスの強度が大きすぎ、可飽和吸収体にお
いて、その光量の半分を吸収することができない場合に
は、光減衰器を光パルス注入口と光パルス圧縮導波路部
分の間に設けることにより、光パルス圧縮導波路部分に
導かれる光パルスの光量を適正な範囲とすることで、効
率的なパルス圧縮を行うことが可能である。即ち、光パ
ルス圧縮導波路部分に導かれる光パルスの光強度（エネ
ルギー）を、動作条件に適合すべく、増幅又は減衰させ
る役割に利用される光変調器部分を光パルス注入口と光
パルス圧縮領域の間に設けることで、注入される光パル
スの形状、強度に大きく依存することなく、より効率的
な光パルス圧縮が行える。
【００３５】一方、本発明の半導体光パルス圧縮導波路
素子を用いて、光パルス圧縮を行うと、パルス幅の圧縮
が進むに伴い、光パルスのピーク強度は段階的に大きく
なる。そのため、素子外に取り出される光パルスのピー
ク強度が、不必要な程度まで増大する場合がある。ある
いは、光パルス注入口直後に設けた光変調器部分におい
て、光パルス圧縮に適するように、予め増幅（又は減
衰）を行っており、それに起因して、素子外に取り出さ
れる光パルス全体の光量（エネルギー）が不必要な程度
まで大きい（又は所望する量を下回っている）場合もあ
る。このような光パルス圧縮動作に起因する（あるい
は、付随する）素子外に取り出される光パルスの強度に
おける不具合を調整するため、光パルス出射口と前記光
パルス圧縮領域の間に、別途光変調器領域を設け、光パ
ルスの強度を所望の範囲に減衰又は増幅を行う構成とす
ることもできる。
素子を用いて、光パルス圧縮を行うと、パルス幅の圧縮
が進むに伴い、光パルスのピーク強度は段階的に大きく
なる。そのため、素子外に取り出される光パルスのピー
ク強度が、不必要な程度まで増大する場合がある。ある
いは、光パルス注入口直後に設けた光変調器部分におい
て、光パルス圧縮に適するように、予め増幅（又は減
衰）を行っており、それに起因して、素子外に取り出さ
れる光パルス全体の光量（エネルギー）が不必要な程度
まで大きい（又は所望する量を下回っている）場合もあ
る。このような光パルス圧縮動作に起因する（あるい
は、付随する）素子外に取り出される光パルスの強度に
おける不具合を調整するため、光パルス出射口と前記光
パルス圧縮領域の間に、別途光変調器領域を設け、光パ
ルスの強度を所望の範囲に減衰又は増幅を行う構成とす
ることもできる。
【００３６】特に、光パルス注入口側と光パルス出射口
側にそれぞれ前記の各用途を持つ光変調器領域を設ける
ことにより、注入される光パルスの形状、強度に大きく
依存することなく、より効率的な光パルス圧縮が行え、
同時に、取り出されるパルス幅が圧縮された光パルスの
ピーク強度ならびに光パルス全体の強度を所望の値に調
整することもできる。つまり、光パルス圧縮領域の動作
条件を最適に選択し、光パルス圧縮領域に導き入れる光
パルス強度を、前記の動作条件に適合するように強度変
調（増幅又は減衰）を行い、また、パルス圧縮後の光パ
ルス強度を、その後の目的に合致するように、再度強度
変調（減衰又は増幅）することで、より効率的な光パル
ス圧縮を行うことができる。
側にそれぞれ前記の各用途を持つ光変調器領域を設ける
ことにより、注入される光パルスの形状、強度に大きく
依存することなく、より効率的な光パルス圧縮が行え、
同時に、取り出されるパルス幅が圧縮された光パルスの
ピーク強度ならびに光パルス全体の強度を所望の値に調
整することもできる。つまり、光パルス圧縮領域の動作
条件を最適に選択し、光パルス圧縮領域に導き入れる光
パルス強度を、前記の動作条件に適合するように強度変
調（増幅又は減衰）を行い、また、パルス圧縮後の光パ
ルス強度を、その後の目的に合致するように、再度強度
変調（減衰又は増幅）することで、より効率的な光パル
ス圧縮を行うことができる。
【００３７】また、本発明の半導体光パルス圧縮導波路
は、導波路を構成する半導体の層構造、ならびに導波路
の断面形状等の基本的な構造は、半導体レーザと本質的
に同じなので、パルス光源となる半導体レーザと同一基
板上に集積することが簡単にできる。具体的には、本発
明の半導体光パルス圧縮導波路において、その導波路
中、光信号が閉じ込められる活性層やクラッド層自体
は、対応する半導体レーザと本質的に同じであり、ま
た、屈折率導波型構造による横方向の光閉じ込めも半導
体レーザに多用されるものであり、これら共通する半導
体の層構造、ならびに導波路の断面形状は、同一の工程
により、容易に同一基板上に集積化・作製することがで
きる。さらには、光パルスの発生が行える、Qスイッチ
半導体レーザや利得スイッチ半導体レーザ内に、当該半
導体光パルス圧縮導波路部分を集積することにより、光
パルス圧縮導波路つき半導体レーザとなすことで、直接
得られる光パルス自身の幅を狭くすることが可能であ
る。
は、導波路を構成する半導体の層構造、ならびに導波路
の断面形状等の基本的な構造は、半導体レーザと本質的
に同じなので、パルス光源となる半導体レーザと同一基
板上に集積することが簡単にできる。具体的には、本発
明の半導体光パルス圧縮導波路において、その導波路
中、光信号が閉じ込められる活性層やクラッド層自体
は、対応する半導体レーザと本質的に同じであり、ま
た、屈折率導波型構造による横方向の光閉じ込めも半導
体レーザに多用されるものであり、これら共通する半導
体の層構造、ならびに導波路の断面形状は、同一の工程
により、容易に同一基板上に集積化・作製することがで
きる。さらには、光パルスの発生が行える、Qスイッチ
半導体レーザや利得スイッチ半導体レーザ内に、当該半
導体光パルス圧縮導波路部分を集積することにより、光
パルス圧縮導波路つき半導体レーザとなすことで、直接
得られる光パルス自身の幅を狭くすることが可能であ
る。
【００３８】その他、本発明の半導体光パルス圧縮導波
路素子は、可飽和吸収体と利得領域を用いて、部分的な
吸収と光増幅を繰り返す過程でパルス圧縮がなされるの
で、光パルス内で波長分布の有無（チャーピングの有
無）に依存せず、パルス圧縮がなされる。寧ろ、全くチ
ャーピングしてない光パルスの圧縮により適するもので
ある。また、大きくチャーピングしている光パルスにお
いても、利得領域における光増幅に伴い、しだいに実効
的波長分布は狭められる副次的な効果もあり、同じく効
率的なパルス圧縮が達成される。具体的には、利得領域
における光増幅効率は、特定の極めて狭い波長分布なの
で、吸収と光増幅を繰り返す過程で、光パルス自体この
極めて狭い波長分布に制限されたものとなる。
路素子は、可飽和吸収体と利得領域を用いて、部分的な
吸収と光増幅を繰り返す過程でパルス圧縮がなされるの
で、光パルス内で波長分布の有無（チャーピングの有
無）に依存せず、パルス圧縮がなされる。寧ろ、全くチ
ャーピングしてない光パルスの圧縮により適するもので
ある。また、大きくチャーピングしている光パルスにお
いても、利得領域における光増幅に伴い、しだいに実効
的波長分布は狭められる副次的な効果もあり、同じく効
率的なパルス圧縮が達成される。具体的には、利得領域
における光増幅効率は、特定の極めて狭い波長分布なの
で、吸収と光増幅を繰り返す過程で、光パルス自体この
極めて狭い波長分布に制限されたものとなる。
【００３９】以下に、本発明の半導体光パルス圧縮導波
路素子の構造とその作製、ならびにそれを用いたパルス
圧縮の実施例を挙げて、本発明を更に具体的かつ詳しく
説明する。
路素子の構造とその作製、ならびにそれを用いたパルス
圧縮の実施例を挙げて、本発明を更に具体的かつ詳しく
説明する。
【００４０】
【実施例】本発明の半導体光パルス圧縮導波路素子に関
して、そのパルス圧縮導波路構造の一例を図３に示す。
この例では、導波路は、光信号が実際に通過する活性領
域３、層方向の光閉じ込めを果すｎ型クラッド層４、ｐ
型クラッド層５からなり、導波路上部にのみｐ型クラッ
ド層５を残し、他の領域はエッチングにより除去するこ
とで、実効的屈折率に差異を設けた屈折率導波型に形成
されている。上面には、ｐ型コンタクト層の上には、ｐ
型電極８を設け、ｎ型基板９の裏面には、ｎ型電極７を
設け、活性領域３に形成されるｐｎ接合に電圧を印加で
きる構造とされている。パルス圧縮領域は、可飽和吸収
領域２と利得領域１が交互に設けられ、それぞれの領域
に異なるバイアスを印加できるように、分離されたｐ型
電極８が設けられる。図３の例では、ｐ型クラッド層５
を、マスクを用いた選択エッチングにより残すことで、
導波路を形成しており、そのエッチングプロセスに利用
される導波路構成プロセス用エッチングストップ層６
が、ｐ型クラッド層５と活性領域３との間に積層されて
いる。絶縁のため、上面において、エッチングで残され
るｐ型コンタクト層以外の領域は、絶縁膜１０で覆う構
造とされている。なお、絶縁膜１０で覆うことで、上面
の平坦化もなされている。本例の光導波路は、屈折率導
波型であるので、利得領域１の光増幅効率の波長分布は
狭くなっており、チャーピングしていない光パルスは勿
論のこと、チャーピングしている光パルスに対しても、
効率的なパルス圧縮がなされる。
して、そのパルス圧縮導波路構造の一例を図３に示す。
この例では、導波路は、光信号が実際に通過する活性領
域３、層方向の光閉じ込めを果すｎ型クラッド層４、ｐ
型クラッド層５からなり、導波路上部にのみｐ型クラッ
ド層５を残し、他の領域はエッチングにより除去するこ
とで、実効的屈折率に差異を設けた屈折率導波型に形成
されている。上面には、ｐ型コンタクト層の上には、ｐ
型電極８を設け、ｎ型基板９の裏面には、ｎ型電極７を
設け、活性領域３に形成されるｐｎ接合に電圧を印加で
きる構造とされている。パルス圧縮領域は、可飽和吸収
領域２と利得領域１が交互に設けられ、それぞれの領域
に異なるバイアスを印加できるように、分離されたｐ型
電極８が設けられる。図３の例では、ｐ型クラッド層５
を、マスクを用いた選択エッチングにより残すことで、
導波路を形成しており、そのエッチングプロセスに利用
される導波路構成プロセス用エッチングストップ層６
が、ｐ型クラッド層５と活性領域３との間に積層されて
いる。絶縁のため、上面において、エッチングで残され
るｐ型コンタクト層以外の領域は、絶縁膜１０で覆う構
造とされている。なお、絶縁膜１０で覆うことで、上面
の平坦化もなされている。本例の光導波路は、屈折率導
波型であるので、利得領域１の光増幅効率の波長分布は
狭くなっており、チャーピングしていない光パルスは勿
論のこと、チャーピングしている光パルスに対しても、
効率的なパルス圧縮がなされる。
【００４１】図３には、AlGaAs系の材料を用いる場合、
各構成要素に用いることができる材料、構造、膜厚さの
一例を参考として示した。具体的には、活性領域３は多
重量子井戸と呼ばれる量子効果を用い、バンドギャップ
を所定の値とするものである。特に、この具体例では、
井戸層（GaAs井戸層）とバリア層（AlGaAsバリア層）を
５対にした多重量子井戸等からなる分布屈折率型多重量
子井戸と称される構造としたものである。この活性領域
中においても、多重量子井戸層の上下両方向に実効的な
屈折率分布が形成されている。例えば，多重量子井戸層
から上下両方向に向かっては，アルミ組成比が徐々に変
化する厚さ０．１ミクロン程度のバリア層を設けて屈折
率を徐々に変化させるなどして、光の導波に適した屈折
率分布を構成したものである。ｎ型クラッド層４は、Al
0.4Ga0.6As厚さ1.2μmであり、ｐ型クラッド層５は、Al
0.4Ga0.6As厚さ1.1μmである。エッチングストップ層６
は、Al0.65Ga0.35As厚さ0.1μmであり、ｐ型クラッド層
５のAl0.4Ga0.6Asより有意にAl含有量を増し、エッチン
グ速度に顕著な差を設けたものである。ｐ型コンタクト
層のｐ型GaAs層上に、ｐ型電極８として、Cr/Au/Zn/Au
の層状金属を熱処理して、オーミック電極としている。
ｎ型基板９のｎ−GaAs基板は、裏面研磨により所定の厚
さにした後、ｎ型電極７として、AuGe合金/Auを熱処理
して、オーミック電極としている。この例では、光パル
ス注入口（前端面）および光パルス出射口（後端面）
は、それぞれ無反射コーティングが施される。この具体
例においては、屈折率導波型に加えて、分布屈折率型多
重量子井戸の活性領域を採用することで、利得領域１に
おける光増幅効率を一層高くし、また、可飽和吸収領域
２における吸収飽和がより速く起こるようになされてい
る。
各構成要素に用いることができる材料、構造、膜厚さの
一例を参考として示した。具体的には、活性領域３は多
重量子井戸と呼ばれる量子効果を用い、バンドギャップ
を所定の値とするものである。特に、この具体例では、
井戸層（GaAs井戸層）とバリア層（AlGaAsバリア層）を
５対にした多重量子井戸等からなる分布屈折率型多重量
子井戸と称される構造としたものである。この活性領域
中においても、多重量子井戸層の上下両方向に実効的な
屈折率分布が形成されている。例えば，多重量子井戸層
から上下両方向に向かっては，アルミ組成比が徐々に変
化する厚さ０．１ミクロン程度のバリア層を設けて屈折
率を徐々に変化させるなどして、光の導波に適した屈折
率分布を構成したものである。ｎ型クラッド層４は、Al
0.4Ga0.6As厚さ1.2μmであり、ｐ型クラッド層５は、Al
0.4Ga0.6As厚さ1.1μmである。エッチングストップ層６
は、Al0.65Ga0.35As厚さ0.1μmであり、ｐ型クラッド層
５のAl0.4Ga0.6Asより有意にAl含有量を増し、エッチン
グ速度に顕著な差を設けたものである。ｐ型コンタクト
層のｐ型GaAs層上に、ｐ型電極８として、Cr/Au/Zn/Au
の層状金属を熱処理して、オーミック電極としている。
ｎ型基板９のｎ−GaAs基板は、裏面研磨により所定の厚
さにした後、ｎ型電極７として、AuGe合金/Auを熱処理
して、オーミック電極としている。この例では、光パル
ス注入口（前端面）および光パルス出射口（後端面）
は、それぞれ無反射コーティングが施される。この具体
例においては、屈折率導波型に加えて、分布屈折率型多
重量子井戸の活性領域を採用することで、利得領域１に
おける光増幅効率を一層高くし、また、可飽和吸収領域
２における吸収飽和がより速く起こるようになされてい
る。
【００４２】パルス圧縮領域を構成する可飽和吸収体２
は、逆バイアスを加えることにより形成され、利得領域
１は（順バイアスとして）電流を注入することにより形
成される。可飽和吸収領域２と利得領域１のｐ型電極
は、相互に５〜１０μm程度の距離を隔て、形成されて
いる。これ距離（隙間）は、両電極には、異なる電圧が
印加されるので、相互に直接接触（短絡）するのを防ぐ
ことは勿論のこと、それに加えて、両電極間の距離があ
まり近いと、利得領域下の活性領域に注入するはずの電
流が、横方向に広がり、ｐ型クラッド層を通って可飽和
吸収領域に注入されてしまうこともあり、それを防ぐた
め、十分な距離（隙間）がおかれている。
は、逆バイアスを加えることにより形成され、利得領域
１は（順バイアスとして）電流を注入することにより形
成される。可飽和吸収領域２と利得領域１のｐ型電極
は、相互に５〜１０μm程度の距離を隔て、形成されて
いる。これ距離（隙間）は、両電極には、異なる電圧が
印加されるので、相互に直接接触（短絡）するのを防ぐ
ことは勿論のこと、それに加えて、両電極間の距離があ
まり近いと、利得領域下の活性領域に注入するはずの電
流が、横方向に広がり、ｐ型クラッド層を通って可飽和
吸収領域に注入されてしまうこともあり、それを防ぐた
め、十分な距離（隙間）がおかれている。
【００４３】次に、可飽和吸収領域２の長さと利得領域
１の長さは、以下のようにして定めることができる。す
なわち、入射する光パルス幅と出射する光パルス幅の関
係を、可飽和吸収領域２の長さと利得領域１の長さをパ
ラメータとして、進行波型のレート方程式を用いて数値
解析し、所望するパルス圧縮率が得られるように決め
る。進行波型のレート方程式による解析方法について
は、参考文献３；P. A. Morton, R. J. Helkey, and J.
E. Bowers, "Dynamic Detuning in Actively Mode-Loc
ked Semiconductor Lasers," IEEE Journal of Quantum
Electronics, Vol.25, No. 12, Dec. 1989等に述べら
れている。
１の長さは、以下のようにして定めることができる。す
なわち、入射する光パルス幅と出射する光パルス幅の関
係を、可飽和吸収領域２の長さと利得領域１の長さをパ
ラメータとして、進行波型のレート方程式を用いて数値
解析し、所望するパルス圧縮率が得られるように決め
る。進行波型のレート方程式による解析方法について
は、参考文献３；P. A. Morton, R. J. Helkey, and J.
E. Bowers, "Dynamic Detuning in Actively Mode-Loc
ked Semiconductor Lasers," IEEE Journal of Quantum
Electronics, Vol.25, No. 12, Dec. 1989等に述べら
れている。
【００４４】具体的に、図３に示すような素子構造にお
いて、可飽和吸収体２の長さを１００μm、利得領域１
の長さを１８０μmとして、パルス幅がどのように圧縮
されるかを数値解析して求めた結果について述べる。図
４に、この数値解析において、仮定した入射光のパルス
形状を示す。この形状は、利得スイッチ型半導体レーザ
等の出力パルス光と同じものであり、図４に示す入射光
は、幅７psの光パルスであり、非対称の波形である。こ
の入射光パルスを半導体光パルス圧縮導波路に入射し、
その出力光のパルス形状を計算した結果を、図５に示
す。図５に示す通り、出力光のパルス形状は前頭部が圧
縮を受け、相対的な非対称さは増し、ピーク強度は約４
倍となっており、そのパルス幅は約９００fsである。こ
の例に示す通り、僅か数mmの導波路長で簡単に光パルス
の圧縮が可能であることが分かる。
いて、可飽和吸収体２の長さを１００μm、利得領域１
の長さを１８０μmとして、パルス幅がどのように圧縮
されるかを数値解析して求めた結果について述べる。図
４に、この数値解析において、仮定した入射光のパルス
形状を示す。この形状は、利得スイッチ型半導体レーザ
等の出力パルス光と同じものであり、図４に示す入射光
は、幅７psの光パルスであり、非対称の波形である。こ
の入射光パルスを半導体光パルス圧縮導波路に入射し、
その出力光のパルス形状を計算した結果を、図５に示
す。図５に示す通り、出力光のパルス形状は前頭部が圧
縮を受け、相対的な非対称さは増し、ピーク強度は約４
倍となっており、そのパルス幅は約９００fsである。こ
の例に示す通り、僅か数mmの導波路長で簡単に光パルス
の圧縮が可能であることが分かる。
【００４５】図６は、AlGaAs利得スイッチ半導体レーザ
から出射された光パルスを本発明の半導体光パルス圧縮
導波路素子を用いてパルス圧縮する際の、全体装置構成
を概念的に示す図である。利得スイッチ半導体レーザ又
はQスイッチ半導体レーザから出射された光パルスは、
レンズやファイバー等の光学系を用いて、半導体光パル
ス圧縮導波路素子へ注入される。レンズやファイバー等
の光学系を用いた際、その間の結合損失が大きな場合に
は、半導体光パルス圧縮導波路素子には、注入口の直後
に設けた光増幅器領域（利得領域）と、それに続く半導
体光パルス圧縮導波路領域とから構成されるものを用い
る。この光増幅器領域（利得領域）は、利得スイッチ半
導体レーザやQスイッチ半導体レーザから出射された光
パルスが半導体光パルス圧縮導波路素子に入射されるま
でに受けた損失を補い、半導体光パルス圧縮導波路領域
に入射する光パルスエネルギーを適正なレベルに調整す
るものである。
から出射された光パルスを本発明の半導体光パルス圧縮
導波路素子を用いてパルス圧縮する際の、全体装置構成
を概念的に示す図である。利得スイッチ半導体レーザ又
はQスイッチ半導体レーザから出射された光パルスは、
レンズやファイバー等の光学系を用いて、半導体光パル
ス圧縮導波路素子へ注入される。レンズやファイバー等
の光学系を用いた際、その間の結合損失が大きな場合に
は、半導体光パルス圧縮導波路素子には、注入口の直後
に設けた光増幅器領域（利得領域）と、それに続く半導
体光パルス圧縮導波路領域とから構成されるものを用い
る。この光増幅器領域（利得領域）は、利得スイッチ半
導体レーザやQスイッチ半導体レーザから出射された光
パルスが半導体光パルス圧縮導波路素子に入射されるま
でに受けた損失を補い、半導体光パルス圧縮導波路領域
に入射する光パルスエネルギーを適正なレベルに調整す
るものである。
【００４６】また、図７に、Qスイッチ半導体レーザと
本発明の半導体光パルス圧縮導波路を集積する複合素子
の一例を示す。この図７の例では、Qスイッチ半導体レ
ーザ１１の共振器は、図７中、左端面と分布ブラッグ反
射鏡１３により構成されている。なお、右の光出射口端
面１４は、無反射コーティングを施し、当該端面がQス
イッチ半導体レーザ１１に対して外部反射鏡として機能
しない構成とされている。分布ブラッグ反射鏡１３は、
周期的な屈折率分布を形成しているグレーティング構造
の多重反射効果により、反射鏡として機能するものであ
る。このレーザ共振器の延長上に、半導体光パルス圧縮
導波路１２が集積されるものであり、パルス圧縮された
光パルスは、右の光出射口端面１４（無反射コーティン
グ）から出射される。なお、分布ブラッグ反射鏡１３と
なるグレーティング部分の形成には、従来の半導体微細
加工技術、例えば干渉露光法や電子ビーム描画法を用い
て、エッチングマスクをパターニングし、選択エッチン
グ法を応用すればよい。この集積構造においては、半導
体レーザと半導体光パルス圧縮導波路間の結合に伴う損
失は大きくないので、半導体光パルス圧縮導波路素子自
体の構造は、注入口の直後に光増幅器領域（利得領域）
を設けない、図６に示す構造のものでもよい。Qスイッ
チ半導体レーザ１１の共振器を分布ブラッグ反射鏡を用
いて形成すると発振波長を制御でき、さらに分布帰還型
レーザの構造を用いると単一縦モード道さとなることが
多く望ましい。特に、活性層を上記した図６の例におけ
ると同様に量子井戸構造とすれば、量子化された準位に
由来して、より低しきい値動作を確実なものとでき、チ
ャーピングも抑えられ、一層好ましい。その際、分布ブ
ラッグ反射鏡１３のグレーティングの周期は、発振波長
に対応して自ずから定まり、またその長さは、所望の反
射率が得られるように選択する。更に、Qスイッチ半導
体レーザに代えて、利得スイッチ半導体レーザを用い
て、図７と類似の集積構造とすることもできる。
本発明の半導体光パルス圧縮導波路を集積する複合素子
の一例を示す。この図７の例では、Qスイッチ半導体レ
ーザ１１の共振器は、図７中、左端面と分布ブラッグ反
射鏡１３により構成されている。なお、右の光出射口端
面１４は、無反射コーティングを施し、当該端面がQス
イッチ半導体レーザ１１に対して外部反射鏡として機能
しない構成とされている。分布ブラッグ反射鏡１３は、
周期的な屈折率分布を形成しているグレーティング構造
の多重反射効果により、反射鏡として機能するものであ
る。このレーザ共振器の延長上に、半導体光パルス圧縮
導波路１２が集積されるものであり、パルス圧縮された
光パルスは、右の光出射口端面１４（無反射コーティン
グ）から出射される。なお、分布ブラッグ反射鏡１３と
なるグレーティング部分の形成には、従来の半導体微細
加工技術、例えば干渉露光法や電子ビーム描画法を用い
て、エッチングマスクをパターニングし、選択エッチン
グ法を応用すればよい。この集積構造においては、半導
体レーザと半導体光パルス圧縮導波路間の結合に伴う損
失は大きくないので、半導体光パルス圧縮導波路素子自
体の構造は、注入口の直後に光増幅器領域（利得領域）
を設けない、図６に示す構造のものでもよい。Qスイッ
チ半導体レーザ１１の共振器を分布ブラッグ反射鏡を用
いて形成すると発振波長を制御でき、さらに分布帰還型
レーザの構造を用いると単一縦モード道さとなることが
多く望ましい。特に、活性層を上記した図６の例におけ
ると同様に量子井戸構造とすれば、量子化された準位に
由来して、より低しきい値動作を確実なものとでき、チ
ャーピングも抑えられ、一層好ましい。その際、分布ブ
ラッグ反射鏡１３のグレーティングの周期は、発振波長
に対応して自ずから定まり、またその長さは、所望の反
射率が得られるように選択する。更に、Qスイッチ半導
体レーザに代えて、利得スイッチ半導体レーザを用い
て、図７と類似の集積構造とすることもできる。
【００４７】図８は、Qスイッチ半導体レーザと本発明
の半導体光パルス圧縮導波路を集積する複合素子の別の
一例を示す。この図８の例では、半導体レーザの共振器
は、図８中、左端面とエアギャップ反射鏡１５により構
成されている。なお、右の光出射口端面１４は、無反射
コーティングを施し、当該端面がQスイッチ半導体レー
ザ１１に対して外部反射鏡として機能しない構成とされ
ている。エアギャップ反射鏡１５は、半導体層を微細に
エッチングすることにより、活性層（活性領域）下に達
するギャップ（極細溝）を作製し、その側壁を反射鏡と
して利用するものである。このようなギャップ（極細
溝）は，反応性プラズマをビーム状にしてエッチングす
るドライエッチング法などの方法を用いて、半導体層を
エッチングすることにより作製が可能である。Qスイッ
チ半導体レーザ１１を分布帰還型構造とすると、単一縦
モード動作となることが多く好ましい。特に、活性層を
上記した図６の例におけると同様に量子井戸構造とすれ
ば、量子化された準位に由来して、より高効率化でき、
チャーピングも抑えられ、一層好ましい。また、Qスイ
ッチ半導体レーザに代えて、利得スイッチ半導体レーザ
を用いて、図８と類似の集積構造とすることもできる。
の半導体光パルス圧縮導波路を集積する複合素子の別の
一例を示す。この図８の例では、半導体レーザの共振器
は、図８中、左端面とエアギャップ反射鏡１５により構
成されている。なお、右の光出射口端面１４は、無反射
コーティングを施し、当該端面がQスイッチ半導体レー
ザ１１に対して外部反射鏡として機能しない構成とされ
ている。エアギャップ反射鏡１５は、半導体層を微細に
エッチングすることにより、活性層（活性領域）下に達
するギャップ（極細溝）を作製し、その側壁を反射鏡と
して利用するものである。このようなギャップ（極細
溝）は，反応性プラズマをビーム状にしてエッチングす
るドライエッチング法などの方法を用いて、半導体層を
エッチングすることにより作製が可能である。Qスイッ
チ半導体レーザ１１を分布帰還型構造とすると、単一縦
モード動作となることが多く好ましい。特に、活性層を
上記した図６の例におけると同様に量子井戸構造とすれ
ば、量子化された準位に由来して、より高効率化でき、
チャーピングも抑えられ、一層好ましい。また、Qスイ
ッチ半導体レーザに代えて、利得スイッチ半導体レーザ
を用いて、図８と類似の集積構造とすることもできる。
【００４８】また、図９は、半導体レーザ共振器内に、
Qスイッチ半導体レーザ部分と半導体光パルス圧縮導波
路部分とを一体に集積して、光パルス圧縮導波路つき半
導体光パルス発生レーザとした一例を示す。この半導体
光パルス発生レーザにおける、光パルス発生の動作原理
は、図中左端の可飽和吸収領域、すなわち、Qスイッチ
用吸収変調領域１６の電圧を急激に（パルス的に）変え
ることにより共振器の損失が変化し、その結果、瞬間的
にレーザ発振が起こることを利用したものである。この
半導体レーザの共振器内に図９に示すように、半導体光
パルス圧縮導波路部分を集積することにより、当該Qス
イッチ半導体レーザ部分により直接得られる光パルスの
幅を狭くすることが可能となる。図９に示す例において
は、半導体レーザの共振器は、左端面と右端面を両端反
射面とするものであり、半導体光パルス圧縮導波路部分
の光出射口端面（右端面）において、若干の反射が生じ
るように、当該端面のコーティングは、敢えて無反射コ
ーティングとはしない構成をとることもできる。当該Q
スイッチ半導体レーザの反射鏡に、分布ブラッグ反射鏡
を用いると、動作波長を制御できるので好ましい。特
に、活性層を上記した図６の例におけると同様に量子井
戸構造とすれば、量子化された準位に由来して、より高
効率な動作を確実なものとでき、チャーピングも抑えら
れ、一層好ましい。
Qスイッチ半導体レーザ部分と半導体光パルス圧縮導波
路部分とを一体に集積して、光パルス圧縮導波路つき半
導体光パルス発生レーザとした一例を示す。この半導体
光パルス発生レーザにおける、光パルス発生の動作原理
は、図中左端の可飽和吸収領域、すなわち、Qスイッチ
用吸収変調領域１６の電圧を急激に（パルス的に）変え
ることにより共振器の損失が変化し、その結果、瞬間的
にレーザ発振が起こることを利用したものである。この
半導体レーザの共振器内に図９に示すように、半導体光
パルス圧縮導波路部分を集積することにより、当該Qス
イッチ半導体レーザ部分により直接得られる光パルスの
幅を狭くすることが可能となる。図９に示す例において
は、半導体レーザの共振器は、左端面と右端面を両端反
射面とするものであり、半導体光パルス圧縮導波路部分
の光出射口端面（右端面）において、若干の反射が生じ
るように、当該端面のコーティングは、敢えて無反射コ
ーティングとはしない構成をとることもできる。当該Q
スイッチ半導体レーザの反射鏡に、分布ブラッグ反射鏡
を用いると、動作波長を制御できるので好ましい。特
に、活性層を上記した図６の例におけると同様に量子井
戸構造とすれば、量子化された準位に由来して、より高
効率な動作を確実なものとでき、チャーピングも抑えら
れ、一層好ましい。
【００４９】
【発明の効果】本発明の半導体光パルス圧縮導波路素子
は、交互に設けられる可飽和吸収領域と利得領域を用い
て、部分的光吸収と再増幅を繰り返し、段階的に光パル
スを圧縮するので、素子長をあまり長くせずに光パルス
を圧縮することが可能であるという特長を持つ。加え
て、光パルス自体に波長分布や揺らぎ、あるいは、チャ
ーピングの有無に拠らず、光パルスを圧縮することが可
能である点は、実用上大きな利点である。加えて、光パ
ルス圧縮導波路の層構造等、その構造は、対応する半導
体レーザと本質的に同じ構造とすることができるので、
当該光パルス圧縮導波路と光源に用いる半導体レーザと
を同一基板上に集積化することが、工程上、簡単に行え
る利点もある。更に、簡単に同一基板上に集積化するこ
とができる利点を利用して、当該光パルス圧縮導波路構
造を光源となる半導体レーザの共振器内に設けた光パル
ス圧縮導波路つき半導体光パルス発生レーザとすること
も容易であり、この構成の半導体光パルス発生レーザ
は、極めて幅の狭いパルス発生に適したものとなる。
は、交互に設けられる可飽和吸収領域と利得領域を用い
て、部分的光吸収と再増幅を繰り返し、段階的に光パル
スを圧縮するので、素子長をあまり長くせずに光パルス
を圧縮することが可能であるという特長を持つ。加え
て、光パルス自体に波長分布や揺らぎ、あるいは、チャ
ーピングの有無に拠らず、光パルスを圧縮することが可
能である点は、実用上大きな利点である。加えて、光パ
ルス圧縮導波路の層構造等、その構造は、対応する半導
体レーザと本質的に同じ構造とすることができるので、
当該光パルス圧縮導波路と光源に用いる半導体レーザと
を同一基板上に集積化することが、工程上、簡単に行え
る利点もある。更に、簡単に同一基板上に集積化するこ
とができる利点を利用して、当該光パルス圧縮導波路構
造を光源となる半導体レーザの共振器内に設けた光パル
ス圧縮導波路つき半導体光パルス発生レーザとすること
も容易であり、この構成の半導体光パルス発生レーザ
は、極めて幅の狭いパルス発生に適したものとなる。
【図１】本発明の半導体光パルス圧縮導波路素子の基本
的な構成を示す図である。
的な構成を示す図である。
【図２】本発明の半導体光パルス圧縮導波路素子におい
て、光パルスが圧縮される過程を説明する概念図であ
る。
て、光パルスが圧縮される過程を説明する概念図であ
る。
【図３】本発明の半導体光パルス圧縮導波路素子構造の
一例、例えば、AlGaAs系材料を用いた多重量子井戸を活
性層とする半導体光パルス圧縮導波路素子の具体例にお
ける素子構造を示す図である。
一例、例えば、AlGaAs系材料を用いた多重量子井戸を活
性層とする半導体光パルス圧縮導波路素子の具体例にお
ける素子構造を示す図である。
【図４】半導体光パルス圧縮導波路素子に注入される光
パルスの波形の一例を示す図である。
パルスの波形の一例を示す図である。
【図５】数値解析により予測される、半導体光パルス圧
縮導波路素子により圧縮され、出射される光パルスの波
形の一例を示す図である。
縮導波路素子により圧縮され、出射される光パルスの波
形の一例を示す図である。
【図６】本発明の半導体光パルス圧縮導波路素子を用
い、光パルス圧縮を行う際の全体装置構成の概略を示す
図である。
い、光パルス圧縮を行う際の全体装置構成の概略を示す
図である。
【図７】分布ブラッグ反射鏡を用いた半導体レーザ光パ
ルス源と本発明の半導体光パルス圧縮導波路素子を同一
基板上に集積する一例を示す図である。
ルス源と本発明の半導体光パルス圧縮導波路素子を同一
基板上に集積する一例を示す図である。
【図８】エッチングにより形成したエアギャップ反射鏡
を用いた半導体レーザ光パルス源と本発明の半導体光パ
ルス圧縮導波路素子を同一基板上に集積する一例を示す
図である。
を用いた半導体レーザ光パルス源と本発明の半導体光パ
ルス圧縮導波路素子を同一基板上に集積する一例を示す
図である。
【図９】Qスイッチ半導体レーザの共振器内に本発明の
半導体光パルス圧縮導波路部分を集積し、光パルス圧縮
導波路つき半導体光パルス発生レーザとした一例を示す
図である。
半導体光パルス圧縮導波路部分を集積し、光パルス圧縮
導波路つき半導体光パルス発生レーザとした一例を示す
図である。
１ 利得領域 ２ 可飽和吸収領域 ３ 活性領域 ４ ｎ型クラッド層 ５ ｐ型クラッド層 ６ 導波路構成プロセス用エッチングストップ層 ７ ｎ型電極 ８ ｐ型電極 ９ ｎ型基板 １０ 絶縁膜 １１ Qスイッチ半導体レーザ １２ 半導体光パルス圧縮導波路 １３ 分布ブラッグ反射鏡 １４ 光出射口端面（無反射コーティング） １５ エアギャップ反射鏡 １６ Qスイッチ用吸収変調領域 １７ レーザ発光用利得領域 １８ 半導体光パルス圧縮導波路部分
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年３月３０日（２０００．３．３
０）
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】すなわち、本発明の半導体光パルス圧縮導
波路素子は、光の信号を導波させることが可能である半
導体光導波路であって、注入される電流量に応じて、あ
る一定量の光エネルギーを増幅した後に増幅特性を一時
的に失う可飽和増幅領域と、逆バイアスの電圧値の制御
により、制御可能なある一定量の光エネルギーを吸収し
た後に吸収特性を一時的に失う可飽和吸収体領域とを交
互に二対以上直列に配列されてなる光パルス圧縮領域を
光導波路中に有することを特徴とする。
波路素子は、光の信号を導波させることが可能である半
導体光導波路であって、注入される電流量に応じて、あ
る一定量の光エネルギーを増幅した後に増幅特性を一時
的に失う可飽和増幅領域と、逆バイアスの電圧値の制御
により、制御可能なある一定量の光エネルギーを吸収し
た後に吸収特性を一時的に失う可飽和吸収体領域とを交
互に二対以上直列に配列されてなる光パルス圧縮領域を
光導波路中に有することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の半導体光パルス圧縮導波
路素子構造では、利得領域と可飽和吸収領域（可飽和吸
収体）を交互に並べた構造を持つ半導体光導波路構造を
用いて光パルスの幅を圧縮する。図１は、その構造の一
具体例を示す。光導波路は、光導波層（活性領域）３と
光閉じ込めに利用されるｐ型クラッド層５およびｎ型ク
ラッド層４により構成され、光導波路上面に、このｐｎ
接合に電圧を印加する電極が形成されている。図１に示
す通り、利得領域１と可飽和吸収領域２は、それぞれ、
光導波方向に交互に配置される電極下の部分である。
路素子構造では、利得領域と可飽和吸収領域（可飽和吸
収体）を交互に並べた構造を持つ半導体光導波路構造を
用いて光パルスの幅を圧縮する。図１は、その構造の一
具体例を示す。光導波路は、光導波層（活性領域）３と
光閉じ込めに利用されるｐ型クラッド層５およびｎ型ク
ラッド層４により構成され、光導波路上面に、このｐｎ
接合に電圧を印加する電極が形成されている。図１に示
す通り、利得領域１と可飽和吸収領域２は、それぞれ、
光導波方向に交互に配置される電極下の部分である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】この利得領域１は、ｐｎ接合の活性領域に
電流を注入することにより利得を持たせる領域である。
この利得領域１では、注入される電流量に応じて、一定
量の光エネルギー以上を増幅すると、一時的に利得が失
われる特性を持つため、可飽和利得領域とも呼ばれる。
つまり、活性領域（活性層）３内のキャリア枯渇に伴
い、一時的に利得が損失する。
電流を注入することにより利得を持たせる領域である。
この利得領域１では、注入される電流量に応じて、一定
量の光エネルギー以上を増幅すると、一時的に利得が失
われる特性を持つため、可飽和利得領域とも呼ばれる。
つまり、活性領域（活性層）３内のキャリア枯渇に伴
い、一時的に利得が損失する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 克弘 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 Ｆターム(参考） 2H079 AA05 AA13 BA01 CA04 CA24 DA16 EA07 EB15 5F073 AA61 AA89 AB22
Claims (4)
- 【請求項１】 光の信号を導波させることが可能である
半導体光導波路であって、ある一定量の光エネルギーを
増幅した後に増幅特性を一時的に失う可飽和増幅領域と
ある一定量の光エネルギーを吸収した後に吸収特性を一
時的に失う可飽和吸収体領域とを交互に二対以上直列に
配列されてなる光パルス圧縮領域を光導波路中に有する
ことを特徴とする半導体光パルス圧縮導波路素子。 - 【請求項２】 光信号が素子外部より光導波路内に注入
される光パルス注入口と光パルス圧縮領域の間に、光パ
ルスのエネルギーを調整可能な光変調器領域が設けられ
ていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光パル
ス圧縮導波路素子。 - 【請求項３】 光導波路から素子外部へ光信号を取り出
す光パルス出射口と光パルス圧縮領域の間に、光パルス
のエネルギーを調整可能な光変調器領域が設けられてい
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光パ
ルス圧縮導波路素子。 - 【請求項４】 光パルスを発生させることができる半導
体レーザであって、ある一定量の光エネルギーを増幅し
た後に増幅特性を一時的に失う可飽和増幅領域とある一
定量の光エネルギーを吸収した後に吸収特性を一時的に
失う可飽和吸収体領域とを交互に二対以上直列に配列さ
れてなる光パルス圧縮導波路領域を当該半導体レーザの
共振器内に含み、Qスイッチや利得スイッチおよびモー
ド同期等の技術により光パルスを発生させる機能を有す
ることを特徴とする光パルス圧縮導波路つき半導体光パ
ルス発生レーザ。
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|---|---|---|---|
| JP14717099A JP3328881B2 (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 半導体光パルス圧縮導波路素子及び半導体光パルス発生レーザ |
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| DE60015431T DE60015431T2 (de) | 1999-05-26 | 2000-03-13 | Quelle von optischen Pulsen und Verfahren zur Kompression optischer Pulse |
| EP00301999A EP1056169B1 (en) | 1999-05-26 | 2000-03-13 | Optical pulse source and method for compressing optical pulses |
| RU2000105977/28A RU2182393C2 (ru) | 1999-05-26 | 2000-03-14 | Полупроводниковый волновод со сжатием оптических импульсов |
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|---|---|---|---|
| JP14717099A JP3328881B2 (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 半導体光パルス圧縮導波路素子及び半導体光パルス発生レーザ |
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|---|---|
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| WO2023017631A1 (ja) * | 2021-08-11 | 2023-02-16 | ソニーグループ株式会社 | 半導体レーザー、測距装置および車載装置 |
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| NL1032179C2 (nl) * | 2006-07-17 | 2008-01-18 | Stichting Tech Wetenschapp | Halfgeleider optisch element voor het bewerken van ten minste één lichtpuls, alsmede werkwijze voor het gebruik daarvan. |
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| JP2013104804A (ja) * | 2011-11-15 | 2013-05-30 | Seiko Epson Corp | 半導体短パルス発生装置、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置 |
| RU2485562C1 (ru) * | 2011-12-29 | 2013-06-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Оптосистемы" | Модуль насыщающегося поглотителя на основе полимерного композита с одностенными углеродными нанотрубками (варианты) |
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1999
- 1999-05-26 JP JP14717099A patent/JP3328881B2/ja not_active Expired - Lifetime
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2000
- 2000-03-13 DE DE60015431T patent/DE60015431T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-13 US US09/523,617 patent/US6356693B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-03-13 EP EP00301999A patent/EP1056169B1/en not_active Expired - Lifetime
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