JP2702813B2

JP2702813B2 - 半導体レーザ及びそれを用いた光ファイバ通信システム

Info

Publication number: JP2702813B2
Application number: JP2413703A
Authority: JP
Inventors: ジョセフフラインエドワード; ジェイ−ピー．ケテルセンレオナルド; ブラクレイロックスロチャールズ
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1990-01-02
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 1998-01-26
Anticipated expiration: 2013-01-26
Also published as: JPH04130787A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光マルチ・チャンネル
・アナログ通信システム及びそのようなシステムで使用
するのに適当な半導体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ・ダイオードの出力にアナ
ログ輝度変調を行ない、光ファイバを通して多数のテレ
ビジョン・チャンネルを伝送する概念が、近年、相当な
注目を集めている。従来技術で提案されたように、この
概念には現今のケーブル・テレビジョン（ＣＡＴＶ）シ
ステムで使用されているような、マルチ・チャンネルの
振幅変調残留側帯波（ＡＭ−ＶＳＢ）信号の伝送が含ま
れるであろう。

【０００３】このような構成は、ＣＡＴＶ幹線系統や家
庭に接続された光ファイバ回線網で有益であろう。周波
数分割多重化を使用する光ファイバ伝送システムはそれ
らを両立させる問題を克服しており、且つ光時分割多重
（ＴＤＭ）システムに較べると、設計が簡単であり、必
要な光波成分の帯域が軽減されており、且つ費用が極め
て低廉である利点を持っている。

【０００４】半導体レーザ・ダイオード及び光ファイバ
が広帯域なものであれば、アナログ副搬送波変調が魅力
的な技術となる。それぞれが伝送されるべきテレビジョ
ン・チャンネルのうちの一つを表わし、種々の副搬送波
周波数を持つ複数の信号が加え合わされてレーザ装置の
入力に同時に印加される。この入力情報信号は、種々の
周波数、例えばω₀、ω₁、ω₂、．．．の周波数を持つ
一組の周波数変調副搬送波である。

【０００５】その結果得られたレーザ注入電流は、直流
バイアス・レベルとそれに重畳された前記一組の周波数
変調副搬送波信号とを持っている。このレーザからの光
出力パワーの大きさはレーザ注入電流に応じて変動す
る。この結果得られた副搬送波周波数分割多重化（ＦＤ
Ｍ）光出力信号は遠距離伝送を行なうために光ファイバ
へ印加される。

【０００６】光ファイバを介して伝送された後で、光信
号は適当な手段、例えばＰＩＮダイオードによって検波
され、その結果得られた電気信号は通常的な手段によっ
て個々の信号を復元するように処理される。例えば、
「エレクトロニクス・レター（Ｅｌｅｃｔｏｎｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）」誌の１９８７年第２３（２２）巻、
１１９６−１１９７頁に掲載されている、アル・オルシ
ャンスキー（Ｒ．Ｏｌｓｈａｎｓｋｙ）等の記事が参照
される。

【０００７】マルチ・チャンネルの振幅変調信号伝送で
は、伝送用レーザ・ダイオードのパワーや非線形性並び
に輝度ノイズに特別な限定が要求される。適切なシステ
ム特性を得るには、レーザ出力の光強度は、大信号変調
の下でレーザ駆動電流と殆ど一次関数に近い関係を持た
なければならない。

【０００８】国家テレビジョン方式委員会（ＮＴＳＣ）
標準ビデオ・フォーマットには広いダイナミック・レン
ジが要求されているから、レーザの非線形性には厳格な
限定が要求される。例えば、ＮＴＳＣ標準ビデオ・フォ
ーマットでは、搬送波強度対その搬送波周波数での三次
混変調総歪み量の大きさの比は−６０ｄＢｃ未満でなけ
ればならない。

【０００９】同様に、ピーク二次歪み、即ち数十個のツ
ー・トーン積の和（the sum of several tens of two-t
one products）（即ち、搬送波対最大複合二次ピークの
比）は、−６０ｄＢｃ未満でなければならない。大量の
数の歪み積を考慮してそのような高い信号品質を得るた
めに、伝送用レーザの光対電流特性は線形性が極めて高
くなければならない。

【００１０】周波数分割多重システムでは、レーザ・ダ
イオード特性における非線形性は相互変調ノイズを生じ
る。レーザの非線形性は、印加された副搬送波周波数か
ら、それらのうちで、印加された信号周波数の全部の対
の和および差の周波数である周波数へのエネルギー移動
を生じさせる。このようなエネルギー移動は相互変調歪
み及び混信を起こし、双方とも伝送システムの性能を制
限するおそれが有る。

【００１１】半導体レーザ・ダイオードの非線形性には
幾つかの既知の原因がある。非線形の原因の幾つかに
は、高い周波数の弛緩発振や、低い周波数で起きる発熱
効果、減衰メカニズム、光変調深度、漏洩電流、利得圧
縮、並びに非線形性吸収などがある。その結果生じる歪
み及び妨害によってその信号に対する信号対ノイズ比が
低下せしめられ、そのシステムに沿ってこの信号対ノイ
ズ比の低下を更に受ける。

【００１２】２ＧＨｚから８ＧＨｚの帯域に六十個の周
波数変調チャンネルを持つ、実験された副搬送波周波数
分割多重光通信システムは５６ｄＢの信号対ノイズ比で
動作した。

【００１３】顧客ループ伝送のためにマイクロウェーブ
搬送波を使用する他の構成では、（１）１５０ＭＨｚか
ら３００ＭＨｚの帯域に五個の周波数変調テレビジョン
・チャンネルを置き、（２）４．９ＧＨｚから５．２Ｇ
Ｈｚの帯域に十個のＣバンド周波数変調テレビジョン・
チャンネルを置いている。

【００１４】現在、多数のテレビジョン・チャンネルを
連続波レーザ出力に多重化するのに最も魅力的な技術に
は、振幅変調残留側帯波信号多重化がある。幾つかの従
来の利用可能な半導体レーザは、要求されている低レベ
ルに近い歪みを示すことができる。

【００１５】しかしながら、代表的には、もしそうでな
ければ適切な筈である一定の集まりのレーザのうち、小
数のものだけがこの歪みの要件に適合するだけであり、
しかも十分に低い歪みを持つこれらのレーザを識別する
ために広範囲にわたるノイズ測定を必要とする。

【００１６】米国特許出願第４２０，８６７号は、低い
歪みを持ち、従ってマルチ・チャンネル・アナログ光フ
ァイバ通信システムで使用することができる品質のレー
ザを簡単な技術で識別することができるレーザの製造方
法を開示している。このようなシステムは米国特許出願
第４２０，８４９号に開示されている。

【００１７】しかしながら、現在、低い歪みを持つレー
ザを簡単に識別することができる方法が存在しているも
のの、あるチップ上で必要な低歪みを有するレーザの数
は、概して極めて少ない。当然、このような低い歩留ま
りは、その結果、合格品質を持つレーザの単位コストが
相当に高価になるので、全く好ましくないことである。

【００１８】従って、低歪みを持つレーザの歩留まりが
高くなるレーザの設計は重大な経済的意義を持ってい
る。本出願は、マルチ・チャンネル・アナログ通信シス
テムで使用することができる新規な構造上の特徴を持つ
分散型フィードバック（ＤＦＢ）レーザを開示する。

【００１９】コヒーレント光ファイバ伝送システムを含
むディジタル分野では、そのようなレーザの性能を最適
化するための見地から、既に種々の態様のＤＦＢレーザ
の構造が検討されている。

【００２０】一般的にこの研究は、中でも比較的に高い
勾配効率（「勾配効率」は、ここではレーザのｄＬ／ｄ
Ｉの最大値として定義される。但しＬはそのレーザの前
方切り出し面における放射出力パワーであり、Ｉはその
レーザの駆動電流である。）を得ることを目標とし、そ
の結果、レーザの前方切り出し面と後方切り出し面との
間で相当に高い出力パワー非対称性を得ることを目標と
していた。

【００２１】ディジタル・レーザ分野での他の重要な設
計規準には、スペクトル純度（即ち、「副次モード抑圧
比」）や、チャープ、及びスペクトル線幅が含まれる。
このような観点でレーザ装置の性能を最適化するため
に、種々の切り出し面コーティングや位相転移を用いる
ことが検討されている。

【００２２】例えば、エヌ・エダ（Ｎ．Ｅｄａ）らは、
「ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー
（Ｊ．ｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ）」誌の１９８５年、巻第ＬＴ−３（２）の４００頁
乃至４０７頁で、ＡＲ／ＡＲ位相転移ＤＦＢレーザに対
する結合パラメータＫＬの最適値が２であることを開示
し、且つ前方切り出し面での出力効率を改善するために
そのレーザの前方部では低い値のＫを用いることを示唆
している（但し、Ｋは格子結合定数であり、Ｌはそのレ
ーザの「キャビティー」の長さ、即ち、前方切り出し面
と後方切り出し面との間の距離である）。「ＡＲ／Ａ
Ｒ」は、そのレーザの両方の切り出し面が無反射性（an
ti-reflection）のコーティングを為されていることを
意味する。

【００２３】エイチ・ウーらは、「アプライド・フィジ
ックス・レターズ（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ）」誌の１９８８年、巻第５２（１４）
の１１１９頁乃至１１２１頁で、ＡＲ／ＡＲ・ＤＦＢレ
ーザにおいては比較的に大きな値を持つＫＬによってラ
インの広帯域化が得られることを開示し、更にＨＲ／Ａ
ＲレーザがＡＲ／ＡＲレーザより更に均一なフィールド
分布を持ち、その結果、縦方向の空間穴空き量が減少さ
れることを開示している（但し、「ＨＲ」は高い反射性
のコーティングを持つ切り出し面を指す）。

【００２４】他方、エル・ディ・ウェストブロック
（Ｌ．Ｄ．Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ）らは、「アイ・イー・
イー・イー・ジャーナル・オブ・クァンタム・エレクト
ロニクス（ＩＥＥＥＪ．ｏｆＱｕａｎｔｕｍＥ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」誌の１９８５年、巻第ＱＥ−
２１（６）の５１２頁乃至５１８頁で、実験によるＫＬ
の決定を論じ、且つＫＬが比較的に大きい値（例えば、
２．４及び４．８）でさえ、狭いスペクトル線幅が観察
されることを報告している。

【００２５】シー・エイチ・ヘンリー（Ｃ．Ｈ．Ｈｅｎ
ｒｙ）は、「アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オ
ブ・クァンタム・エレクトロニクス」誌の１９８５年、
巻第ＱＥ−２１（１２）の１９１３頁乃至１９１８頁
で、ＨＲ／ＡＲ・ＤＦＢレーザでは約１の値を持つＫＬ
が最適であり、高いモード選択性や量子効率並びに反射
に対する良好な不感性を得るためにはＫＬ≦２であるこ
とが必要であることを示している。

【００２６】エイチ・ソダ（Ｈ．Ｓｏｄａ）らは、「ア
イ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・クァンタム
・エレクトロニクス」誌の１９８７年、巻第ＱＥ−２３
（６）の８０４頁乃至８１４頁で、ＡＲ／ＡＲ位相転移
ＤＦＢレーザに対する実験結果を与え、且つ適度な結合
（ＫＬが１．２５以下）がしきい値以上の高いモード選
択性を維持するために最適であることを開示している。
その実験では位相転移は対称的に為されている。また、
合格品質を持つレーザの最良の歩留まりはＫＬが約１．
２５で得られている。

【００２７】ケー・ウタカ（Ｋ．Ｕｔａｋａ）らは、
「アイ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・クァン
タム・エレクトロニクス」誌の１９８６年、巻第ＱＥ−
２２（１７）の１０４２頁乃至１０５１頁で、ＡＲ／Ａ
Ｒ位相転移ＤＦＢレーザにおいて、キャビティーの前方
切り出し面方向へ位相転移を生じさせることによってパ
ワー取り出しの効率が改善され、且つ波長選択性の点か
ら最適な構造はキャビティーの中心で位相転移を持ち、
両端での反射性が零であるものであることを教示してい
る。

【００２８】ワイ・コタイ（Ｙ．Ｋｏｔａｉ）らは、
「エレクトロニクス・レターズ」誌の１９８６年、巻第
２２の４６２頁乃至４６３頁で、出力パワー非対称性は
位相転移をレーザの前方部の近傍で生じさせることによ
って増大することができることを教示している。

【００２９】また、エフ・フェイバー（Ｆ．Ｆａｖｒ
ｅ）による「エレクトロニクス・レターズ」誌の１９８
６年、巻第２２（２１）の１１１３頁乃至１１１４頁の
記載、及びエス・マッコールらによる「アイ・イー・イ
ー・イー・ジャーナル・オブ・クァンタム・エレクトロ
ニクス」誌の１９８５年、巻第ＱＥ−２１（１２）の１
８９９頁乃至１９０４頁の記載も参考となる。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は概略的には請
求項によって定義されている。広い態様における本発明
は、新規な構造上の特徴を持つ半導体レーザを有するマ
ルチ・チャンネル・アナログ光ファイバ伝送システムに
関する。本システムは伝送手段と受信手段及び或る長さ
の光ファイバを有し、伝送手段と受信手段とを信号伝送
可能に接続する。この伝送手段は以下に述べる特徴を有
する本発明による半導体レーザを有する。

【００３１】このシステムは、所定の値の電流を半導体
レーザに流し、この電流を外部信号に応じて変化させて
Ｌがこの外部信号に応じて変化するように動作する。代
表的には、この電流はこのレーザ・ダイオードのＬ−Ｉ
曲線上の動作点の対応する直流成分、及びこの直流成分
に重畳されている交流成分とを有する。この動作点はｄ
Ｌ／ｄＩが最大になる電流値（以下Ｉopと称する）また
はその近傍で選択される。

【００３２】Ｉopまたはその近傍でレーザを動作するこ
とによって、相当に低い信号歪み、特に、相当に低い二
次歪みを達成することができ、且つ現在研究が進められ
ているマルチ・チャンネル・アナログ光ファイバＣＡＴ
Ｖ幹線伝送システムで好結果の動作を得るために必要と
思われる極めて厳酷な仕様に適合させることが可能にな
る。

【００３３】より広い態様での本発明は、新規な構造上
の特徴を持つ半導体レーザに関する。これらの特徴によ
って、或るレーザがマルチ・チャンネル・アナログ光フ
ァイバ通信システムでの使用に耐える特性を持つと思わ
れる見込みを高めることができる。勿論、本発明による
レーザを、低歪みによって利益が得られる他の応用分野
にも有益に使用できるようになることが期待され、その
ような使用が意図されている。

【００３４】特に、本発明によるレーザは、前方切り出
し面と後方切り出し面とによって規定される長さＬのレ
ーザ・キャビティーを形成する半導体本体を有する（キ
ャビティーの「前面」は有効な放射光が照射される側面
であり、「後面」はその反対の側面である）。各切り出
し面は反射性との関連を有し、キャビティー（及びその
何れか一定の部分）はレーザの動作中では光子密度及び
利得との関連を有する（ここでは、レーザの「動作」は
しきい値以上の動作を意味する）。

【００３５】また本発明によるレーザは、格子或いは他
の分散フィードバックを生じさせる手段を有し、且つ更
に、電流が半導体本体中を流れるのを容易にする接続手
段を有する。

【００３６】本発明によるレーザは更に、レーザの動作
中では、キャビティー中にキャビティーの前方部におい
てよりその後方部において光子密度がより高い状態にな
っている非一様な光子密度を有する（ここでは、キャビ
ティーの「後方部」は後方切り出し面と隣り合っている
部分であり、「前方部」はキャビティーの残りの部分で
ある。後方部の長さは、代表的にはほぼＬ／４から３Ｌ
／４の範囲にあり、例えばＬ／２である）。

【００３７】非一様な光子密度は、レーザの動作中で
は、キャビティーの後方部での利得は実質的に半導体本
体柱を流れる電流の影響を受けないが、キャビティーの
前方部での利得は半導体本体中を流れる電流の関数とな
るような密度状態である。このような非一様な光子分布
によって、本発明によるレーザが或る所定の値より大き
いＩop−Ｉth値、例えば１０ｍＡより大きい値を持つ見
込みが増大する（ここでは、Ｉthはレーザのしきい値電
流、即ちレーザ振動への転移が起きる素子電流であ
る）。

【００３８】比較的に高い値のＩop−Ｉthパラメータに
よって、レーザがＩopで比較的に高い値の出力パワーを
持つようになり、従ってマルチ・チャンネル・アナログ
光ファイバ通信システム、或いは比較的に高い出力レベ
ル時にレーザが低歪みを示すことが要求される他の応用
分野での使用が可能となることを予期することができ
る。

【００３９】ＤＦＢレーザの光子分布が代表的には縦方
向に変化することがこの分野の技術者に知られている。
例えば、エイチ・ウーらの論文（前出）を参照された
い。しかしながら、その光子分布のピークの正確な位置
はレーザの各切り出し面での波の位相に依存している。
この位相は実質的には制御できず、従って代表的にはラ
ンダムに分布し、その結果個々のレーザ間では、同じウ
ェハーから作られた名目上等しいレーザ間でさえ、ピー
クの位置に広い相違がある。

【００４０】発明者らは、光子分布のピークをレーザ・
キャビティーの後方部の中に位置させるのに役立つ手段
をレーザ構造に組み入れることによって、合格品質を持
つレーザの歩留まりを実質的に改善することができるこ
とを発見した。しかしながら、各切り出し面で波の位相
がランダムであるせいで、所望の光子分布を得るのに有
利な手段を組み入れることが、必ずしも有るレーザが所
望の分布を持つようにすることはできないことは強調さ
れるべきである。

【００４１】見出だされた歩留まり改善についての考え
られる理由は次のとおりである。もし、しきい値以上の
光子密度がキャビティーの後方部で高ければ、キャビテ
ィーのこの後方部での利得がそのしきい値利得の近傍に
「クランプ」される。他方、キャビティーの前方部での
光子密度は比較的に低いので、この前方部での利得は、
駆動電流がＩth以上に増大するときそのしきい値以上に
増加する。

【００４２】この増加した利得がレーザの勾配効率（ｄ
Ｌ／ｄＩの最大値）を効果的に増大させるものと信じら
れる。Ｉop−Ｉthの値は、レーザ・キャビティーの前方
部が後方部から分離される程度、及び前方部での利得が
クランプを解除される程度と直接関係している。

【００４３】従って、レーザの後方部にクランプされた
利得を得、且つ前方部にクランプを解除されている利得
を得るのに有効な手段を備えることによって、有るレー
ザが比較的に大きいＩop−Ｉth値を持つ（従って、マル
チ・チャンネル・アナログ光ファイバ通信システムで使
用するための有望な候補である）見込みが実質的に従来
のレーザ以上に増大する。

【００４４】上記の理論的な論考は教示目的だけのため
に含められており、本発明を限定することを意図するも
のではない。

【００４５】概して高いビット・レートの通信システム
に適する増大されたレーザ・パワー非対称性及び高いレ
ーザの勾配効率を目的にした従来のやり方から離れて、
発明者らはマルチ・チャンネル・アナログ通信システム
で使用することができる品質を持つレーザの歩留まり
が、もしそのレーザが比較的に低い（５未満或いは丁度
４）非対称性を持つように設計すれば、実質的に増大す
ることを発見した。

【００４６】ここでは、「レーザ・パワー非対称性」
は、前方切り出し面のパワーが４ｍＷであるときに測定
された、後方切り出し面のパワーに対する前方切り出し
面のパワーの比率として定義される。

【００４７】比較的に低い非対称性を持つことを新規な
要件としている結果、名目上等しいパラメータを持つレ
ーザの集まりのうちで、代表的には先に言及したアナロ
グ通信システムで使用するのに最も適しているレーザは
比較的に低い勾配効率を有する。勾配効率に影響を及ぼ
すがしかし基本的には非対称性を起こさない構造上の特
徴が存在し得ることは、この分野の技術者に承認できる
ことであろう。

【００４８】発明者らは所望の非一様な光子分布を生じ
させるための幾つかの手段を確認しており、更に他の手
段も後日見出だされるであろう。これらの手段は、特定
の応用分野での要請に応じ、単独で或いは種々の組み合
わせで使用することができる。

【００４９】しかしながら、本発明によるレーザは代表
的にはＡＲ／ＨＲ型ＤＦＢレーザ（即ち、ほぼ１．６よ
り大きく、代表的には１．６から２．５の範囲で、現在
では好ましいほぼ２の値を持つＫＬとともに、無反射性
のコーティングを持つ前方切り出し面及び高反射性のコ
ーティングを持つ後方切り出し面を有するレーザ）と比
較的に強く結び付けて考えられるであろう。

【００５０】従来技術では、しばしば通信用途のための
分散フィードバック（ＤＦＢ）レーザでは、ＫＬ≦１．
５であるような値のＫＬを得ることが目的とされていた
ことが認められるであろう。

【００５１】所望の光子分布を生じさせるのに適当な手
段はまた、キャビティーの後方部の格子の一部に特徴
（通例、位相転移と称される）を有している。この特徴
の代表的なものは格子不連続である。

【００５２】従来のレーザでは、位相転移は代表的には
格子の中点若しくはキャビティーの前方部に位置してい
た。このような位相転移は、代表的にはスペクトル純度
を最大にするためにＡＲ／ＡＲコーティングと組み合わ
せて実施されていた。従って、従来の位相転移はキャビ
ティーの後方部に高い光子密度を得るには有利ではなか
った。

【００５３】所望の非一様な光子分布を得るのに有効な
他の手段には、一部がキャビティーの後方部と関連し他
の部分がキャビティーの前方部と関連していて、その結
果、キャビティーの後方部及び前方部を通る電流を別々
に制御することができる、分割型接続手段がある。

【００５４】更に他の手段には、キャビティーの前方部
での利得が後方部での利得と較べて相当に低くなるよう
にする構造手段がある。このような構造手段の例には、
少なくともキャビティーの前方部の一部が後方部より広
くなっている状態の、幅が非一様にされたキャビティー
がある。

【００５５】

【実施例】図１は、振幅変調残留側帯波信号サブ・チャ
ンネル多重化光伝送システム１０の例を図式的に示す。
幾つかのベース・バンド周波数変調テレビジョン・チャ
ンネル信号１２０、１２１、１２２、．．．１２ｎが、
複合多重化信号中の個々の振幅変調残留側帯波信号サブ
・チャンネルのような別々の搬送波周波数ω₀、ω₁、ω
₂、．．．ω_n（ｎは代表的には実質的に１０以上であ
り、例えば約４０である）にそれぞれ周波数分割多重化
される。

【００５６】多重化装置１５は別々のサブ・チャンネル
周波数を有する個々のチャンネル信号を直流電源１１か
らの直流バイアス電流Ｉopと組み合わせて複合多重化信
号にする。この複合多重化信号はレーザ駆動入力信号と
して本発明に関わるレーザ・ダイオード１８に印加され
る。

【００５７】レーザ・ダイオード１８への全体のレーザ
駆動入力信号即ち注入電流は、多重化装置１５からの直
流バイアス成分Ｉopと複合多重化信号との両方を含む。
これらチャンネルは代表的には等しい周波数で隔てられ
ていて、各チャンネルの周波数幅は代表的には１０ＭＨ
ｚから５５０ＭＨｚの範囲にあり、中でもこの帯域は代
表的には伝送されるべき信号の性質に依存している。

【００５８】このレーザの出力波長は一般的にはスペク
トルの可視光領域で近赤外線領域、例えばほぼ０．８−
１．６μｍの範囲である。現在の好ましい例では、現在
利用可能なＳｉＯ₂をベースとして作られている光ファ
イバの伝送「ウインドー」に対応して、約１．３μｍ及
び１．５５μｍの波長である。この出力された放射光は
光ファイバ１３に結合され、この光ファイバ１３を通じ
て受信装置１４へ伝送される。

【００５９】ＤＦＢレーザはこの分野で周知であり、従
ってここで詳細に説明することはしない。例えば、ジェ
イ・エル・ジルコ（８Ｊ．Ｌ．Ｚｉｌｋｏ）らの、「ア
イ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・クァンタム
・エレクトロニクス」誌の１９８９年、巻第２５（１）
の２０９１頁乃至２０９５頁の論文を参照することがで
きる。

【００６０】位相転移（代表的にはλ／４の転移）を生
じさせる方法は周知である。例えば、ケイ・ウタカの論
文（前出）を参照することができる。更に、この分野の
技術者には、レーザの切り出し面にＡＲコーティング
（代表的には反射率が約２％以下）及びＨＲコーティン
グ（代表的には反射率が約３０％以上）を被着すること
が知られている。

【００６１】さて、発明者らは、もし前方切り出し面の
反射と後方切り出し面の反射との比率が約５％以下であ
れば、レーザはＡＲ／ＨＲ型であるべきであると考えて
いる。

【００６２】図２は、多チャンネル・アナログ通信シス
テムでの使用に適するとは考えられないが、潜在的には
ディジタル通信システムに有効であるレーザから得られ
るデータを示す。特に曲線２０はその前方切り出し面の
出力パワーであり、曲線２１はその後方切り出し面の出
力パワーであり、そして曲線２２は駆動電流に関する曲
線２０の一次導関数である。

【００６３】このレーザは比較的に高い値のレーザ出力
非対称性（７．８）と、比較的に低い値のＩop−Ｉth
（８ｍＡ）並びに比較的に高い勾配効率（０．３２ｍＷ
／ｍＡ）を持っている。

【００６４】図３は、多チャンネル・アナログ通信シス
テムで使用することが可能な、本発明によるレーザから
のデータを示す。曲線３０、３１及び３２は、それぞれ
前方切り出し面の出力パワー、後方切り出し面の出力パ
ワー並びに前方切り出し面出力パワーの一次導関数であ
る。

【００６５】このレーザは比較的に低いパワー非対称性
（２．３）及び比較的に高い値のＩop−Ｉth（１７ｍ
Ａ）を持っている。またこのレーザは比較的に低い勾配
効率（０．２４ｍＷ／ｍＡ）を持っている。

【００６６】図３のレーザは、ジェイ・エル・ジルコら
の論文（前出）に記載されているタイプのＣＭＢＨ−Ｄ
ＦＢ型レーザである。このレーザは反射率が６５％のＨ
Ｒコーティング及び１％より低いＡＲコーティング及び
約１．８のＫＬを持っていた。

【００６７】本発明によるレーザは、或る与えられたレ
ーザが所望の非一様な光子分布を持ち、従ってアナログ
通信システムで使用するのに許容できる有望な見込みを
増加することができる一つまたはそれ以上の別の特徴を
任意に有する。本発明による非一様な光子分布の例は図
４に図式的に示されている。

【００６８】所望の非一様な光子分布を得る見込みを増
大するために適する一つの特徴は、格子の後方部、即ち
キャビティーの後方部と関連する格子の部分における位
相転移（代表的にはλ／４）である。位相転移によっ
て、レーザ動作モードが位相転移の周囲に集中されるよ
うになる。

【００６９】格子の後方部に位相転移を位置させること
によって、レーザが「スイート・スポット」を持つ（且
つＩthより飛抜けて大きいＩopを持つ）可能性を大幅に
増大させることができ、これは位相転移を格子の中央ま
たは前方部に位置させている従来のやり方とは反対であ
る。

【００７０】図５は、前方切り出し面からほぼ３Ｌ／４
の位置に位置する位相転移を持つＡＲ／ＨＲ型レーザ５
０を図式的に示す。その半導体本体は能動領域（活性領
域）５２及び格子５３を有し、後者はλ／４の位相転移
５４を持っている。その前方切り出し面５５は（全部に
または部分的に）ＡＲコーティング５７を被着され、そ
の後方切り出し面５６は（全部にまたは部分的に）ＨＲ
コーティング５８を被着されている。このレーザはまた
通常の電極５９及び５９′を有している。

【００７１】他のそのような特徴は、レーザの前方部及
び後方部に対する分割接続体であり、これらによって前
方部を通過する電流密度を後方部を通過する電流密度と
は別に制御することができるようになる。図６は、分割
型接続手段６１及び６２を有するレーザ６０を図式的に
示している。このようなレーザは切り出し面コーティン
グと位相転移（図示せず）の両方または何れか一方を任
意に有することができることは理解されるべきである。

【００７２】レーザの前方部と後方部との間で駆動電流
を適当に分割することによって、確実に後方部が最初に
しきい値に到達するようにすることができる。或るレー
ザの切り出し面の位相が適当であると想定すると、この
ような電流制御は「スイート・スポット」を強制的に作
るか、またはＩop−Ｉthの値を増大するために利用する
ことができる。

【００７３】この分野の技術者には当然認識可能なこと
であろうが、電流分割手段はレーザと一体であることが
でき、或いは電流分割手段が外部手段によって成される
ようにすることもできる。また、電流分割が固定された
比率であってもよく、或いは何らかの更に複雑な関数で
あってもよいことは、彼等技術者にとって了解できるこ
とであろう。電流分割の場合に限定して言えば、レーザ
はポンピングを受けない前方部を持つことができる。

【００７４】更に別の特徴は、レーザの前方部での利得
が後方部での利得に較べて比較的に低くなるようにする
構造上の手段である。このような構造上の手段の例には
幅が一様でないメサ構造があり、このようなメサ構造の
前方部はその後方部より広く為される。幅の推移は緩や
かなものでもよく、或いは急激なものでもよい。

【００７５】図７は、非一様なメサ構造幅を持つレーザ
７０の例を図式的に示す。この半導体本体は、ともにメ
サ構造７２の一部である活性領域５２及び格子５３を有
している。この半導体本体はまた、半絶縁性の電流阻止
材質領域７３を有している。このメサ構造は、後方部に
隣接して比較的に狭い部分及び比較的に広い部分７４を
持つようにエッチングされている。切り出し面のコーテ
ィングの図示は省略されている。

【００７６】［例１］多数のＣＭＢＨ型ＤＦＢレーザが、実質的にジルコらの
論文（前出）に述べられているようにして作成された。
その格子深度及び素子長さは、約１．８のＫＬが得られ
るように選択された。イットリウムで安定化したジルコ
ニア・コーティングが実質的に米国特許第４，７４９，
２５５号に述べられているようにして各切り出し面に被
着された。

【００７７】これらコーティングのパラメータは、前方
切り出し面上にＡＲコーティング（１％より低い反射
率）が得られ、後方切り出し面上にＨＲコーティング
（約６５％の反射率）が得られるように選択された。

【００７８】通常構造の電極を通常の方法で取り付け
て、各素子に種々の測定が実施された。これらの測定に
よって、１．６未満のＫＬを持つ従来の同様なＣＭＢＨ
型ＤＦＢレーザのサンプルで思われている比率より、本
発明により多数のレーザが多チャンネル・アナログ光フ
ァイバ通信システムでの使用に適する高パーセンテージ
のレーザを含むことが明らかになっている。

【００７９】図３は、多数のレーザを代表する資料から
の測定結果を示す。これらの測定は全体として通信シス
テムの仕様に合格するレーザが非一様な光子密度を持
ち、この密度がキャビティーの前方部においてよりも後
方部において高かったことを示している。

【００８０】［例２］多数のレーザが、実質的にウタカらの論文（前出）で教
示されているような方法でλ／４の位相転移が格子に導
入されたことを除き、実質的に例１で述べたようにして
作成される。写真食刻の条件は、位相転移が前方切り出
し面から約３Ｌ／４の位置になるように選択されてい
る。多数のレーザに実施された測定によって、例１のレ
ーザに実施された測定と同様な結果が得られた。

【００８１】［例３］多数のレーザが、ｐ側電極が対称に分割された電極であ
ることを除き、実質的に例１で述べたようにして作成さ
れる。この分割型電極はこの分野で周知である写真食刻
技術及びエッチング技術によって作成される。

【００８２】前方電極セグメントと後方電極セグメント
との間の２乃至５ｋΩの電気的分離は、実質的にシー・
ワイ・クオらの「アプライド・フィジックス・レター
ズ」誌の１９８９年、巻第５５（１３）の１２７９頁乃
至１２８１頁の論文に記載されているような手段によっ
て達成された。

【００８３】或る与えられたレーザの二つの電極を介し
て独立した電流を注入することにより、キャビティーの
後方部における利得をクランプし、他方で同時に前方部
における利得はクランプを解除しておくことが可能とな
った。多数のレーザに実施された測定によって、例１の
レーザに実施された測定と同様な結果が得られた。

【００８４】［例４］多数のレーザが、マスク・セットが図７に図式的に示さ
れるタイプのメサ構造が得られるように適当に修正して
用いられることを除き、実質的に例１で述べたようにし
て作成される。通例の写真食刻及びエッチングが、前方
部の幅が後方部の幅の約二倍ある、或る与えられたメサ
構造を作るために用いられている。

【００８５】この幾何学的な特徴によりキャビティーの
前方部で低下した利得が得られ、この部分の利得がレー
ザの電流に依存するようになる。多数のレーザに実施さ
れた測定によって、例１のレーザに実施された測定と同
様な結果が得られた。

【００８６】なお、特許請求の範囲に記載された参照番
号は、発明の理解を容易にするためのものであって、そ
の範囲を制限するように解釈されるべきではない。

【００８７】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、ア
ナログ光ファイバ通信システム及びそのようなシステム
での使用に適した半導体レーザ装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるシステム、即ち、本発明によるレ
ーザを有する多チャンネル副搬送波多重化振幅変調光通
信システムの例を示すブロック図である。

【図２】高い非対称性と比較的に小さい値のＩop−Ｉth
を有するレーザについての、光出力強度Ｌ対レーザ注入
電流Ｉの曲線の例を示し、またＩに関するＬの一次導関
数Ｌ′を示す図である。

【図３】低い非対称性と比較的に大きい値のＩop−Ｉth
を有し、従って本発明システムへの使用候補とされる本
発明によるレーザについての、図２に示されるものと同
一のパラメータを示す図である。

【図４】本発明によるレーザの例における光子密度を図
式的に示す図である。

【図５】本発明によるレーザの例を図式的に示す図であ
る。

【図６】本発明によるレーザの例を図式的に示す図であ
る。

【図７】本発明によるレーザの例を図式的に示す図であ
る。

【符号の説明】

１０多重化光伝送システム１１直流電源１２０、１２１、．．．１２ｎベース・バンド周波数
変調テレビジョン・チャンネル信号１３光ファイバ１４受信装置１５多重化装置１８レーザ・ダイオード５０ＡＲ／ＨＲ型レーザ５２能動領域（活性領域）５３格子５４位相転移５５前方切り出し面５６後方切り出し面５７ＡＲコーティング５８ＨＲコーティング５９、５９′ 接続手段（電極）６０分割型接続手段を有するレーザ６１、６２分割型接続手段（分割型電極）７０非一様なメサ構造幅を持つレーザ７２メサ構造７３半絶縁性電流阻止材質領域７４幅広部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者レオナルドジェイ−ピー．ケテルセンアメリカ合衆国 07023 ニュージャージィ、ファンウッド、ベルベドレアヴェニュー 233 (72)発明者チャールズブラクレイロックスロアメリカ合衆国 08807 ニュージャージィ、ブリッジウオーター、エバーグリーンドライブ 1181 (56)参考文献特開平１−231388（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−166281（ＪＰ，Ａ) ＥＬＥＣＴＲＯＮ．ＬＥＴＴ．23 〜 22！（1987）Ｐ．1196−1198 ＥＬＥＣＴＲＯＮ．ＬＥＴＴ．25 〜 16！（1989）Ｐ．1045−1046

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】前方切り出し面（５５）および後方切り
出し面（５６）によって規定され、長さＬの放射キャビ
ティーを構成する半導体本体と、回折格子（５３）と、前記半導体本体を通して電流を流し易くする接点手段
（５９、５９′）と、前記放射キャビティーにおいて前記後方切り出し面に隣
接する部分（以下、後方部という）での光子密度が前記
放射キャビティーにおける残りの部分（以下、前方部と
いう）での光子密度より大きくなり、レーザの動作中に
前記後方部での利得が前記半導体本体を流れる前記電流
と実質的に独立し、前記前方部での利得が前記半導体本
体を流れる前記電流の関数となるように、前記キャビテ
ィー内に非一様な光子密度を生成する手段（５４）とか
らなる半導体レーザにおいて、前記切り出し面の出力パワーを前方切り出し面の出力パ
ワーが４ｍＷのときに測定される後方切り出し面の出力
パワーで除した値として定義されるレーザパワー非対称
性が約５より低くなるように選択されることを特徴とす
る半導体レーザ。
【請求項２】前記回折格子は、Ｋを格子結合定数とす
るときＫＬが１．６〜２．５の範囲内にあるように選択
されることを特徴とする請求項１の半導体レーザ。
【請求項３】前記後方部の回折格子に位置する回折格
子不連続をさらに有することを特徴とする請求項２の半
導体レーザ。
【請求項４】前記半導体レーザを流れる電流は、前記
後方部を流れる第１電流と前記前方部を流れる第２電流
とからなり、前記接点手段は、前記後方部に接触する第１接点手段お
よび前記前方部に接触する第２接点手段からなることを
特徴とする請求項２の半導体レーザ。
【請求項５】前記放射キャビティーは非一様な幅を有
し、前記前方部の少なくとも一部の幅が前記後方部の幅
より広いことを特徴とする請求項１の半導体レーザ。
【請求項６】送信手段と、受信手段と、前記送信手段
と前記受信手段とを信号伝送可能に接続するある長さの
光ファイバとを有するマルチチャネルアナログ光ファイ
バ通信システムにおいて、前記送信手段が請求項１ない
し５のいずれかの半導体レーザを有することを特徴とす
る光ファイバ通信システム。