JP3387746B2 - 屈曲チャンネルストライプの偏波変調可能な半導体レーザ - Google Patents

屈曲チャンネルストライプの偏波変調可能な半導体レーザ

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部からの制御に
よって出力光の偏光状態を変化させることができる偏波
変調可能な半導体レーザ及びその使用法等に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、外部制御によって出力光の偏波状
態を変化できる分布帰還型（ＤＦＢ）レーザとしては、
特開平２−１５９７８１号に記載のものがある。このＤ
ＦＢ型半導体レーザは、位相調整や反転分布形成の為の
キャリア注入により、内部導波光の位相が変化し、ＴＥ
あるいはＴＭモードのうち、位相条件に応じて、しきい
値ゲインの低い方のモードで発振するものである。
【０００３】このＤＦＢ型半導体レーザの構成として
は、活性層をバルク材料で形成し、両偏波モードに対す
るゲイン差を小さくし、回折格子の周期設定を精密に行
ない、前後の２つの領域に注入するキャリア注入量を制
御することで両偏波モードの競合を実現するものであ
る。しかしながら、この構成では、設定すべきパラメー
タとして回折格子の周期を厳密に設定しなければ、所望
の両偏波モードの競合条件を得ることができず、偏波変
調動作可能なデバイスの歩留まりが悪いという問題点が
あった。
【０００４】また、他の従来例として、特開平７−２３
５７１８号公報には、ＴＥモード及びＴＭモードがそれ
ぞれ支配的な複数のＤＦＢ領域を直列に配置した構成例
が報告されている。この構成においては、２つの偏波モ
ードに対して異なるゲインスペクトルを有する量子井戸
構造で代表される活性層構造に対し、両偏波モードのブ
ラッグ波長を両偏波のゲインピーク波長にそれぞれ対応
させるべく、回折格子の周期をＴＥ領域及びＴＭ領域で
独立に設定するものである。しかしながら、この様に２
つの領域に個別に異なる周期を設定することは、作製の
プロセスを複数化するものであり、歩留りを低下させる
恐れがある。また、同じ周期の回折格子を用いて上記の
ＴＥ領域、ＴＭ領域の形成を行なう方法としては、導波
路構造や活性層構造を２つの領域で異ならせるなどの工
夫もあるが、上記のプロセス以上に高度なエピ成長／プ
ロセス加工を必要とし、再現性良く良好な偏波変調特性
を実現し難かった。
【０００５】よって、本出願に係わる発明の第１の目的
は、ＴＥ領域とＴＭ領域の形成において、ブラッグ波長
を各モードゲインのピーク波長に再現性良く、精度良く
且つ比較的容易に一致させることができるレーザ構造を
提供し、偏波変調レーザの作製歩留まりを向上させるも
のである（請求項１乃至１２に対応）。
【０００６】本出願に係わる発明の第２の目的は、上記
偏波変調レーザの光出力部に偏光子などの偏光選択手段
を設け高消光比の強度変調光を送出できる光送信機、光
送受信機、光源装置を提供することである（請求項１３
乃至１５に対応）。
【０００７】本出願に係わる発明の第３の目的は、上記
偏波変調レーザから構成される送信器を用いた高品位の
光伝送システム、光通信方法、さらに偏波変調レーザの
波長可変特性を利用して高密度の波長多重伝送システム
を提供することである（請求項１６乃至１８に対応）。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】上記第１の目的を達成する
為、本出願に係わる第１の発明は、ＴＥ領域とＴＭ領域
を互いに屈曲したチャンネル導波路構造で形成すること
により均一周期回折格子においても実質的に異なる回折
格子周期での動作を可能とし、両偏波モードに対して各
領域でのブラッグ波長をそれぞれのゲインピーク波長に
一致できること（すなわち、一方の領域で一方の偏波モ
ードのブラッグ波長をこの偏波モードのゲインピーク波
長に一致させ、他方の領域で他方の偏波モードのブラッ
グ波長をこの偏波モードのゲインピーク波長に一致させ
ること）を特徴としている（請求項１に対応）。詳細に
は、半導体レーザ構造を有し、該半導体レーザ構造の共
振器方向に、互いに異なる特性を有する第１の分布帰還
部と第２の分布帰還部を直列に具備し、該２つの分布帰
還部において、同一の活性層構造が形成される共に基本
周期が等しい回折格子が一様に形成され、該２つの分布
帰還部の夫々において、互いに直交する偏波モードのお
のおのが支配的となる為に、夫々の偏波モードのブラッ
ク波長とゲインピーク波長が一致する様に、該２つの分
布帰還部に形成された半導体レーザのチャンネルストラ
イプの方向が、該回折格子の基本格子ベクトルに対して
互いに異なる角度を成しており、こうして共振器方向に
連続して配置された該２つの分布帰還部のチャンネルス
トライプが互いに屈曲して接続されていることを特徴と
する。
【０００９】上記第１の目的を達成する為、本出願に係
わる第２の発明は、２つの分布帰還領域に独立に電流を
注入できるように、２つ以上の電流注入電極を有するこ
とを特徴とする（請求項２に対応）。これにより、２つ
の分布帰還領域への電流注入を柔軟に制御して、偏波変
調動作を確実且つ安定的に実現できる。
【００１０】上記第１の目的を達成する為、本出願に係
わる第３、第４の発明は、夫々、分布帰還部に用いられ
る活性層をバルク構造、多重量子井戸構造で形成するこ
とを特徴とする（請求項３、４に対応）。これにより、
夫々の偏波モードのゲインピークを充分に拮抗させて、
偏波変調動作を確実且つ安定的に実現できる様に設計で
きる。
【００１１】上記第１の目的を達成する為、本出願に係
わる第５の発明は、ＴＥ／ＴＭモードの確実なゲイン競
合を可能にする為、歪量子井戸構造の活性層を用いるこ
とを特徴とする（請求項５に対応）。即ち、活性層の多
重量子井戸構造は層構造の少なくとも一部に歪超格子が
用いられていることを特徴とする。
【００１２】上記第１の目的を達成する為、本出願に係
わる第６の発明は、２つの分布帰還部のチャンネルスト
ライプの方向と回折格子の基本格子ベクトルの方向が、
一方の分布帰還部においては一致しており、他方の分布
帰還部においては異なっていることを特徴とする（請求
項６に対応）。
【００１３】上記第１の目的を達成する為、本出願に係
わる第７の発明は、一方の分布帰還部のチャンネルスト
ライプの方向が出射面に対して垂直ではなく斜めに配置
されていることを特徴とする（請求項７に対応）。
【００１４】上記第１の目的を達成する為、本出願に係
わる第８の発明は、２つの分布帰還部に形成された半導
体レーザのチャンネルストライプの方向が、各々のチャ
ンネルストライプが対応する側の出射端面に対し傾めに
なるように配置されていることを特徴とする（請求項８
に対応）。この様にストライプの方向を両端面で傾ける
ことにより、不要な端面反射を低減できるという効果が
あり、デバイスの動作を安定化させることが可能とな
る。
【００１５】上記第１の目的を達成する為、本出願に係
わる第９の発明は、前記２つの分布帰還部の屈折接続部
に、滑らかに屈曲する曲がり導波路からなる遷移領域を
有することを特徴とする（請求項９に対応）。
【００１６】上記第１の目的を達成する為、本出願に係
わる第１０の発明は、２つの分布帰還部の各々にＤＦＢ
モードの単一モード安定化を図る為の位相不連続部であ
るλ／４シフト領域を具備することを特徴とする（請求
項１０に対応）。
【００１７】上記第１の目的を達成する為、本出願に係
わる第１１の発明は、分布帰還構造として屈折率結合型
であることを特徴とする（請求項１１に対応）。
【００１８】上記第１の目的を達成する為、本出願に係
わる第１２の発明は、２つの分布帰還部はゲイン結合な
いし損失結合型の分布帰還構造とすることを特徴とする
（請求項１２に対応）。
【００１９】また、上記第２の目的を達成する為、本出
願に係わる第１３の発明は、前記発明の偏波変調可能な
半導体レーザの出力部に片方の偏波のみを選択し、出力
する為の偏光子などの偏光選択手段を備えた光送信装置
であることを特徴とする（請求項１３に対応）。詳細に
は、上に記載の偏波変調半導体レーザと該半導体レーザ
からの出力光のうち１つの偏波の光を透過させる偏光選
択手段と該半導体レーザの出力光の偏光状態を入力信号
に従って切り換える為の該半導体レーザを制御、駆動す
る制御回路を有することを特徴とする。この構成で、変
調電力が小さく占有波長幅が狭く消光比が大きい光信号
を出力する光送信機を実現できる。
【００２０】上記第２の目的を達成する為、本出願に係
わる第１４の発明は、上に記載の偏波変調可能な半導体
レーザと、該半導体レーザからの出力光のうち１つの偏
波の光を透過させる偏光選択手段と、該半導体レーザの
出力光の偏光状態を入力信号に従って切り換える為の該
半導体レーザを制御、駆動する制御回路と、入力信号を
受信する受信手段とを有する光送受信機であることを特
徴とする（請求項１４に対応）。上記第１３の発明の光
送信機と同じ効果が奏される。
【００２１】上記第２の目的を達成する為、本出願に係
わる第１５の発明は、上に記載の偏波変調半導体レーザ
と、該偏波変調半導体レーザから出射する光の内、ＴＥ
とＴＭの２つの偏波モードの一方の光のみを取り出す偏
光選択手段とを有する光源装置であることを特徴とする
（請求項１５に対応）。上記第１３の発明の光送信機と
同じ効果が奏される。
【００２２】また、上記第３の目的を達成する為、本出
願に係わる第１６の発明は、前記発明の半導体レーザを
用いた送信器を含むことを特徴とする光伝送システムな
いし光通信システムである（請求項１６に対応）。詳細
には、上に記載の偏波変調半導体レーザと、該偏波変調
半導体レーザから出射する光の内、ＴＥとＴＭの２つの
偏波モードの一方の光のみを取り出す偏光選択手段とか
ら成る光源装置を備えた光送信機或は送受信機、前記偏
光選択手段によって取り出された光を伝送する伝送手
段、及び前記伝送手段によって伝送された光を受信する
光受信機或は送受信機を有することを特徴とする。これ
により、高速変調時等でも出力パワー変動が少なくチャ
ーピングの少ない強度変調信号が得られ、受信側は強度
変調信号を受信すればよいので従来の簡単な受信器が用
いられる。
【００２３】上記第３の目的を達成する為、本出願に係
わる第１７の発明は、前記光送信機或は送受信機が複数
の異なる波長の光信号を送出することができ、波長多重
型のネットワークを構成することを特徴とする（請求項
１７に対応）。例えば、前記の半導体レーザを用いた複
数送信器から構成され、それぞれ異なる波長の光信号を
送出する波長多重型の光伝送システムである。上記第１
６の発明と同じ効果が奏される。
【００２４】上記第３の目的を達成する為、本出願に係
わる第１８の発明は、上に記載の偏波変調半導体レーザ
と、該偏波変調半導体レーザから出射する光の内、ＴＥ
とＴＭの２つの偏波モードの一方の光のみを取り出す偏
光選択手段とから成る光源装置を用い、所定のバイアス
電流に送信信号に応じて変調された電流を重畳して前記
偏波変調半導体レーザに供給することによって、前記偏
光選択手段から送信信号に応じて強度変調された信号光
を取り出し、この信号光を光受信側に向けて送信する光
通信方法であることを特徴とする（請求項１８に対
応）。上記第１６の発明と同じ効果が奏される。
【００２５】以下、本発明の基本動作原理を図を用いて
説明する。図１は、本発明のＤＦＢレーザの動作を説明
する為、均一な回折格子１（基本周期Λ0）と２つのＤ
ＦＢ領域（それぞれＴＥモード及びＴＭモードが支配的
な領域）のチャンネルストライプ２、３の方向（共振器
方向）を模式的に示したものである（チャンネルストラ
イプの方向と回折格子の方向との関係は例示である）。
【００２６】図１において、第１の領域（領域１）は回
折格子１のＫベクトル（基本格子ベクトル）と同じ方向
にチャンネルストライプ２が設定されており、第２の領
域（領域２）は前記領域１のストライプ２に対し角度θ
だけ屈曲したチャンネルストライプ３を形成している。
ここで、基本格子ベクトルとは格子構造の法線と同じ方
向を持ち、大きさが２π／Λで表されるものである。局
所的な部分に格子が形成された場合には、実際の格子ベ
クトルは広がりを有するが、上記基本格子ベクトルはこ
のゆらぎ分布の中心にあり代表値を示すものである。言
い換えると対象の格子構造が無限に形成されたと考えた
場合の格子ベクトルに相当するものである。
【００２７】各領域でのブラッグ条件の設定について考
えると、領域１において第１の偏波モード（例えばＴＭ
モード）が支配的となるためには、以下の条件式を満足
する必要がある。 ２β1＝Ｋ1 ここで、β1は第１の偏波モードの伝搬定数、Ｋ1は第１
の領域でのＫベクトルの大きさである。すなわち Ｋ1＝２π／Λ1＝２π／Λ0 （第１の領域の回折格子
の周期Λ1＝Λ0） を用いて、 ２Ｎ1＝λ1／Λ0 ここで、Ｎ1は領域１における第１の偏波モードの等価
屈折率、λ1は領域１における第１の偏波モードのゲイ
ンピーク波長（＝ブラッグ波長）であり、β1＝Ｎ1ｋ
（波数ベクトル：ｋ＝２π／λ1）の関係がある。
【００２８】同様に、第２の領域においては、ストライ
プの方向がθだけ傾いていることに注意すれば、順次、
以下の様な条件式が得られる。 ２β2＝Ｋ2 ここで、β2は第２の偏波モードの伝搬定数、Ｋ2は第２
の領域での実効的なＫベクトルの大きさであり Ｋ2＝Ｋ1・ｃｏｓθ ＝２π・（ｃｏｓθ／Λ0） となり、領域２では実効的にグレーティング周期がΛ0
／ｃｏｓθになったものと見なされ、結局 ２Ｎ2＝（λ2／Λ0）・ｃｏｓθ が得られる。ここで、Ｎ2は領域２における第２の偏波
モードの等価屈折率、λ2は第２の偏波モードのゲイン
ピーク波長である。すなわち、均一周期の回折格子１に
おいても、互いにストライプ２、３を屈曲させることに
より、それぞれの偏波モードのゲインピーク波長及び等
価屈折率の差が存在しても、独立に各偏波においてゲイ
ンピークとブラッグ波長を一致させる（夫々の領域で）
というモード競合条件を満足させることが可能となる。
【００２９】図２（ａ）（ｂ）は、各領域における、そ
れぞれ第１の偏波モードと第２の偏波モードのゲインス
ペクトルとそれぞれのブラッグ波長を矢印で示したもの
である。
【００３０】簡単の為、第１の偏波モードをＴＭ、第２
の偏波モードをＴＥとして以下説明する。第１の領域で
は、図２（ａ）に示す様にＴＭモードでブラッグ波長と
ゲインピークが一致しており、第１の領域はＴＭモード
が支配的となる。一方、第２の領域においては、ＴＥモ
ードでブラッグ波長とゲインピークが一致しており、第
２の領域はＴＥモードが支配的となる。図２（ｂ）にお
いて、領域２のチャンネルストライプ３の方向が回折格
子１の格子ベクトルに対してθ傾いているので、各ブラ
ッグ波長は図２（ａ）に比べて、１／ｃｏｓθだけ長波
長側にシフトしている。ＴＥ、ＴＭモードのブラッグ波
長差は導波路の伝搬定数差に対応している。
【００３１】この様に、夫々ＴＥモード及びＴＭモード
が支配的な２つの領域を形成し、独立にキャリア注入可
能な構成を与えることにより、共振器全体において両偏
波モードの競合が両領域へのキャリア注入のみで実現す
ることが可能となる。
【００３２】以下、より具体的な構成手段を示す実施例
について詳細な説明を行なう。
【００３３】
【発明の実施の形態】第１実施例 図３は本発明に係わる第１の実施例を示す。偏波変調可
能なＤＦＢ型半導体レーザの斜視図である。ここでは代
表的なストライプ構造としてリッジ構造導波路を用いて
いる。周期Λ0の回折格子３１はＩｎＰ基板３５に形成
され、その上に導波路層を介して活性層３４が形成され
ている。左右の２つの領域では夫々リッジ型のストライ
プ３２、３３が形成されている。ストライプ３２は基本
格子ベクトルに対し平行方向に形成され、他方のストラ
イプ３３は基本格子ベクトルに対し角度θだけ屈曲した
構成となっている。回折格子３１は結晶のへき開面に合
わせて形成され、ストライプ３２は出射端面に対して垂
直に形成され、他方の屈曲したストライプ３３は他方の
出射端面に対して垂直方向からθだけ傾いて形成されて
いる。
【００３４】図４は本第１実施例のデバイスのストライ
プ方向の断面形状を連続して図示したものである。すな
わち領域１と領域２では横断面がθだけ傾いている。前
述したように、領域１においては周期Λ1＝Λ0となり、
他方、領域２においては周期Λ2＝Λ0／ｃｏｓθとなり
等価的な回折格子周期が増大し、対応してブラッグ波長
が長波長側にシフトする。
【００３５】以下、実際のレーザ構造に関して説明す
る。図４において、４１、４２はそれぞれ領域１と領域
２の回折格子、４５はｎ−ＩｎＰ基板、４３、５０、５
１は金属電極、４６はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ下部導波層
（バンドギャップ波長１．３μｍ）、４４は多重量子井
戸活性層、４７はｐ−ＩｎＧａＡｓＰ上部導波層（バン
ドギャップ波長１．３μｍ）、４８はｐ−ＩｎＰバッフ
ァ層、４９はｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層である。こ
こでは活性層４４として用いた量子井戸層は、６ｎｍ厚
のＩｎＧａＡｓ井戸層、１０ｎｍ厚のＩｎＧａＡｓＰ
（バンドギャップ波長１．３μｍ）バリア層からなり、
これらの８対から構成され、いずれもノンドープ層であ
る。
【００３６】図５（ａ）、（ｂ）は、両領域に用いた多
重量子井戸活性層４４の両偏波モードに対するゲインス
ペクトルを示す。実線がＴＭモード、破線はＴＥモード
に対応する。多重量子井戸特有の偏波依存性の強いゲイ
ンピークが存在する。波長λ1（≒１．５６μｍ）には
ＴＭゲインピークが、波長λ2（≒１．５８μｍ）には
ＴＥゲインピークが見られ、それぞれ軽い正孔（ｌｈ）
と電子の遷移、重い正孔（ｈｈ）と電子の遷移に対応し
ている。そして、領域１では図５（ａ）に示す様にＴＭ
ゲインピークλ1にＴＭモードのブラッグ波長が一致
し、領域２では図５（ｂ）に示す様にＴＥゲインピーク
λ2にＴＥモードのブラッグ波長が一致する様に設定さ
れている。
【００３７】この様にする為に、ここで、この導波路に
おける伝搬定数が与えられれば必要なグレーティング周
期が決定できる。ＴＥモードとＴＭモードの等価屈折率
は実測から Ｎ2＝３．２５５（ＴＥ）、Ｎ1＝３．２４（ＴＭ） で与えられる為、それぞれのゲインピ−クλ1、λ2にブ
ラッグ波長（それぞれＴＭ、ＴＥに対する）を一致させ
る為に必要な両領域でのグレーティングピッチはそれぞ
れ、 Λ2＝λ2／２Ｎ2＝０．２４２７μｍ （領域２） Λ1＝λ1／２Ｎ1＝０．２４０７μｍ （領域１） となる。すなわちＴＥモード領域（領域２）での必要周
期が他方のＴＭモード領域（領域１）での必要周期に比
べて大きくなっている為、ＴＥモード領域の方をθだけ
傾ければよいことになる。
【００３８】基本周期Λ0＝Λ1＝０．２４０７μｍ として、ストライプの傾き角θは、Λ2ｃｏｓθ＝Λ1か
ら θ＝ｃｏｓ-1（Λ1／Λ2） ＝７．３６° となることが分かる。
【００３９】以上の結果から第１実施例のレーザ構造に
おいては均一周期０．２４０７μｍの回折格子を形成
し、へき開面に対し垂直なストライプ領域１がＴＭモー
ド支配領域となり、θ＝７．３６°傾いて形成したスト
ライプ領域２がＴＥモード支配領域となる。
【００４０】次に、本デバイスの偏波変調動作について
説明する。２つのＤＦＢ領域に注入する電流Ｉ1、Ｉ2と
発振モードの関係は、おおむね、図６に示すような各偏
波が支配的となる固有の領域がある。発振しきい値以上
でこの２つの電流の組み合わせ（Ｉ1、Ｉ2）を選べば、
所望の偏波モード（ＴＥまたはＴＭモード）の出力を得
ることが可能となる。例えば、図６において、○印のポ
イントに両電流値Ｉ1、Ｉ2をバイアスしておくとＴＭモ
ード発振となる。この状態で領域２に注入する電流Ｉ2
にわずかに電流を加算して変調を加えると、×印のポイ
ントにバイアスされ、瞬時にＴＥモード発振となる。す
なわち、Ｉ2に変調電流△Ｉ2を重畳することにより、本
デバイスの出力信号が偏波変調される。この変調電流△
Ｉ2は、ＦＳＫ変調と同等の数ｍＡ程度以下である。こ
れにより、わずかな変調で大きな消光比が得られる高効
率変調を示すと共に、デバイス内のキャリアの変動が小
さいのでチャーピングも極めて少ない動作を可能とす
る。
【００４１】第２実施例 図７は本発明に係わる第２の実施例を示す。８５はｎ−
ＩｎＰ基板、８２はへき開面に垂直なストライプ構造を
有する第１のストライプ領域、８３はへき開面に対し斜
めに形成されたストライプ構造を有する第２のストライ
プ領域である。８１は基板全体に一様に同ピッチで形成
された回折格子、８４はＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャッ
プ波長１．５５μｍ）バルク活性層である。活性層８４
以外のガイド層、クラッド層等の積層構造については第
１の実施例に準ずるもので構成している。横方向はノン
ドープのＩｎＰ層８６でストライプ部分が埋め込まれて
おり、誘電体層（ＳｉＯ2）８７を介して金属電極が施
されている。第１と第２の領域に対し夫々独立電流注入
可能となる様に電極分離を施し、２つの電極８８、８９
を形成している。
【００４２】図８は本レーザのゲインスペクトルを示し
ている。バルク活性層８４の為、ゲインピークは１つで
あり、各偏波に対してもゲイン差が見られない。ピーク
波長はλ1＝λ2＝１．５５μｍに存在する。
【００４３】ここで、ＴＥモードとＴＭモードの等価屈
折率として Ｎ1＝３．２５５（ＴＥ）、Ｎ2＝３．２４（ＴＭ） を用いると（活性層等の材料で決まる）、ゲインピーク
波長λ1＝λ2＝１．５５μｍにブラッグ波長が一致する
為の各モードのグレーティング周期は夫々 Λ1＝０．２３８１μｍ（ＴＥ）、Λ2＝０．２３９２μ
ｍ（ＴＭ） となる。即ち、ＴＥモードの方が必要周期が小さい為、
屈曲する第２の領域にＴＭモードを対応させると良いこ
とが分かる。傾き角θは、 θ＝ｃｏｓ-1（Λ1／Λ2） ＝５．５０° と設定すれば良い。その他、動作等は第１実施例と同じ
である。
【００４４】第３実施例 第３の実施例として、活性層として歪量子井戸構造を用
いた例について説明する。構造／構成については前記第
１、第２実施例に準ずるのでデバイス構造等の図示につ
いては省略する。
【００４５】活性層としては、ＴＥ／ＴＭモードのゲイ
ンの等化を図り、引っ張り歪を導入した超格子を用い
た。具体的構成として、厚さ６ｎｍのＩｎＧａＡｓ井戸
層（引っ張り歪１％）と、厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＡｓ
Ｐバリア層（バンドギャップ波長１．３μｍ）からなる
多重量子井戸構造とし、５対のペアからなる活性層を作
製した。活性層のゲインスペクトルピークは歪導入によ
りＴＥ／ＴＭ両モードに対しほぼ等しくすることがで
き、ゲインピーク波長は λ1＝λ2＝１．５５μｍ であることが確認できた。
【００４６】一方、光ガイド層の特性で決まるＴＥ／Ｔ
Ｍモードの等価屈折率については、導波路構造の偏波分
散があり、前記第２実施例と同様の値が得られた。これ
から、ＴＥモードに対しては、へき開面に対して垂直な
第１のストライプ領域でブラッグ波長をゲインピーク波
長に合わせ、ＴＭモードに対しては、へき開面に対し斜
めの第２のストライプ領域でブラッグ波長をゲインピー
ク波長に合わせることができ、その傾き角θは同様に
５．５°であることが分かった。その他、動作等は第１
実施例と同じである。
【００４７】第４実施例 これまでの実施例においては、第１の領域のストライプ
はへき開面に対し垂直方向にストライプ構造が形成さ
れ、他の第２のストライプのみが傾斜して構成される例
について説明した。本実施例においては、両領域ともス
トライプがへき開面法線に対して傾いている例について
述べる。図９は第４の実施例を示すデバイスの上面図で
ある。第１のストライプ領域１０１及び第２のストライ
プ領域１０２は、夫々θ1、θ2だけ、へき開面法線に対
して傾いている。回折格子は、図１に示す様に結晶のへ
き開面に合わせて形成されている。
【００４８】第２の実施例で説明したバルク活性層を用
いた場合の具体的構成について見ると、ＴＥ／ＴＭモー
ドの必要グレーティング周期はΛ1＝０．２３８１μ
ｍ、Λ2＝０．２３９２μｍであることから基本周期を
Λ0として Λ1＝Λ0／ｃｏｓθ1 Λ2＝Λ0／ｃｏｓθ2 と表される。即ち Λ1／Λ2＝ｃｏｓθ2／ｃｏｓθ1である。 ここで片方の傾き角θ1を決めると、他の傾き角θ2を決
定することができる。θ1＝３°とすると θ2＝ｃｏｓ-1（Λ1／Λ2・ｃｏｓθ1） ＝６．２６° となることが分かる。
【００４９】この様にストライプの方向を両端面で傾け
ることにより、不要な端面反射を低減できるという効果
があり、デバイスの動作を安定化させることが可能とな
る。その他、動作等は第１実施例と同じである。
【００５０】第５実施例 図１０に本発明の第５実施例を示すデバイスの上面図を
示す。本実施例では、２つのストライプ領域の接続部分
における導波路の屈曲に伴う損失を低減する為、両領域
の接続部を滑らかに連続的に湾曲する曲がり導波路１１
１で繋げたものである。両領域の傾き角θが大きい場合
に有効な構成となる。その他、動作等は第１実施例と同
じである。
【００５１】第６実施例 図１１に、本発明の第６実施例を示すデバイスの図４と
同様な断面図を示す。ストライプの方向は互いに屈曲し
ているので、便宜上、各ストライプに沿う方向の断面を
左右に表示した形となっている。左右のグレーティング
周期Λ1、Λ2の差はストライプが屈曲しているためであ
る。
【００５２】これまでの実施例においては、グレーティ
ングは均一周期のものを用いたが、各領域で各偏波モー
ドが一意的に１つのＤＦＢモードで発振するためには位
相シフト領域１２１、１２２を各領域に形成することが
有効である。即ち、対応するブラッグ波長を一意的に決
定することが可能となる。
【００５３】図１１においては、各領域のほぼ中央に回
折格子の位相が反転したλ／４シフト領域１２１、１２
２を夫々形成し、競合モードの単一モード化を図ってい
るものである。この様なλ／４シフトを各領域に形成す
ることにより、広い動作範囲において安定した偏波変調
動作を実現することが可能となった。
【００５４】図１１において、図４と同符号で示すもの
は同機能部であることを示す。その他、動作等は第１実
施例と同じである。
【００５５】第７実施例 図１２に本発明の第７実施例を示すデバイスの共振方向
の断面図を示す。本実施例においては、各領域での安定
したモードの形成の為、回折格子の一部にＩｎＧａＡｓ
吸収層１３１を含むゲイン（利得）結合型（吸収結合
型）の構成としたものである（上記実施例は屈折率結合
型回折格子を形成している）。ゲイン結合型の回折格子
の形成は、ＩｎＧａＡｓ吸収層１３１を一度エピ成長し
た後に、回折格子を形成し、回折格子の山の部分にＩｎ
ＧａＡｓ吸収層１３１を残し、その上に下部ガイド（導
波）層４６、活性層４４を順次積層していくことによっ
て作製するものである。具体的な層構成については、前
記実施例と同様である（図４参照）。
【００５６】この様にゲイン結合型ＤＦＢ構造とするこ
とにより、各偏波のＤＦＢモードは安定し、波長可変等
を行なう広い範囲での電流注入動作においても、安定し
た偏波変調動作が可能となった。
【００５７】図１２において、図４と同符号で示すもの
は同機能部であることを示す。その他、動作等は第１実
施例と同じである。
【００５８】第８実施例 図１３は光伝送の機能ブロック図を示している。光送信
部７１で送出された信号は光ファイバ７３で伝送され、
光受信部７２で検出される。波長多重システムにおいて
は、必要に応じて、光検出器７７の前に波長フィルタ７
６を設けておく。この様に、本発明の偏波変調ＤＦＢレ
ーザ７４を用いて送信信号に応じて偏波変調を行ない、
その偏波変調出力を偏光子７５によって一方の偏波のみ
を選択することにより、容易に極めて消光比が高くチャ
ーピングが少ないＡＳＫ信号（振幅変調信号）を得るこ
とができる。動的波長変動であるチャーピングが少ない
特性は、本デバイスを高密度の波長多重システムに適用
することを可能にするものである。
【００５９】第９実施例 図１４は、本発明の偏波変調半導体デバイスを、波長多
重型の通信システムのスター型のトポロジーにおいて使
用したシステム例を示す。
【００６０】図１４において、１４１−１〜１４１−ｎ
は本発明の偏波変調半導体レーザ（分布帰還型半導体レ
ーザ）と偏光子からなる送信部であり、１４１−１〜１
４１−ｎは波長フィルタと光検出器で構成される受信部
である。個別の送信部及び受信部については既に述べた
様に図１３の様な構成となり、本実施例は更に波長多重
化したものである。
【００６１】本発明の偏波変調レーザの出力波長を変え
る為には、通常の多電極ＤＦＢ−ＬＤと同様に各電極へ
の注入電流を制御してやれば良い。本実施例では、１Å
ずつ並べた多重送信器１４１〜１４１−ｎ（ｎ＝１０）
より１０波の波長多重を実現した。受信器の波長フィル
タとしては、この波長多重度に対応させたＤＦＢ型の導
波型フィルタを用いることにより、低クロストークの波
長多重を可能とした。尚、波長フィルタとして、ファイ
バファブリペロー型の素子を用いて所望の波長を選択し
ても同等の波長多重伝送を実現できることを確認してい
る。
【００６２】第１０実施例 図１５に、本発明による半導体デバイスを波長多重光Ｌ
ＡＮシステムに応用する場合の各端末に接続される光送
受信機である光−電気変換部（ノード）の構成例を示
し、図１６、図１７にそのノード７０１を用いた光ＬＡ
Ｎシステムの構成例を示す。
【００６３】外部に接続された光ファイバ７００を媒体
として光信号がノード７０１に取り込まれ、分岐部７０
２によりその一部が波長可変光フィルタ等を備えた受信
装置７０３に入射する。この受信器７０３により所望の
波長の光信号だけ取り出して信号検波を行う。これを制
御回路７０８で適当な方法で処理して端末に送る。一
方、ノード７０１から光信号を送信する場合には、上記
実施例の偏波変調半導体レーザ７０４を信号に従って上
記の如く制御回路７０９で適当な方法で駆動し、偏波変
調して、偏光板７０７（これにより偏波変調信号が振幅
強度変調信号に変換される）を通して（更にアイソレー
タを入れてもよい）出力光を合流部７０６を介して光伝
送路７００に入射せしめる。また、半導体レーザ及び波
長可変光フィルタを２つ以上の複数設けて、波長可変範
囲を広げることもできる。
【００６４】光ＬＡＮシステムのネットワークとして、
図１６に示すものはバス型であり、ＡおよびＢの方向に
ノード８０１〜８０５を接続しネットワーク化された多
数の端末及びセンタ８１１〜８１５を設置することがで
きる。ただし、多数のノードを接続するためには、光の
減衰を補償するために光増幅器を伝送路８００上に直列
に配することが必要となる。また、各端末８１１〜８１
５にノード８０１〜８０５を２つ接続し伝送路を２本に
することでＤＱＤＢ方式による双方向の伝送が可能とな
る。また、ネットワークの方式として、図１６のＡとＢ
をつなげたループ型（図１７に示す）やスター型あるい
はそれらを複合した形態等のものでもよい。
【００６５】図１７において、９００は光伝送路、９０
１〜９０６は光ノード、９１１〜９１４は端末である。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように、本出願に係る第１
の発明によれば、プロセスの容易な一様な周期の回折格
子を利用し、２つの分布帰還部のチャンネルストライプ
を屈折させて配置することにより、作製工程を短縮し、
再現性及び歩留まりの良好な偏波変調可能な半導体レー
ザを構成することが可能である。
【００６７】また、第２の発明によれば、夫々の領域に
異なるキャリア注入を可能とし、所望の偏波モードに対
して各分布帰還部が支配的となる様な動作条件の設定を
可能とし、バイアス制御、変調電流の注入を可能とす
る。
【００６８】また、第３乃至第５の発明によれば、活性
層をバルク構造或は多重量子井戸構造或は歪格子構造と
することにより、ＴＥ／ＴＭモードのゲインプロファイ
ルを所望のものに設定し、両偏波モードの競合を容易に
する効果がある。
【００６９】また、第６、第７の発明によれば、屈曲す
るチャンネルストライプ構造を用いることにより、一方
の分布帰還部出射端においてはチャンネルストライプは
垂直となり、他方においては斜めになるため、垂直とな
る出射端側を出力光として用いることが可能となる。ま
た、他方の斜めに出射する出射端においては斜め入射の
ため端面反射率が低く抑えられ、ＡＲ（反射防止）コー
ティングと同等の効果を果たすなどの効果があり、従来
必要としていたＡＲコーティングプロセスを省略し工程
の簡略化を可能とする。
【００７０】また、第８の発明によれば、屈曲するチャ
ンネルストライプ構造を用い両方の分布帰還部出射端に
おいてチャンネルストライプは斜めになるため、端面反
射率が低く抑えられ、ＡＲコーティングと同等の効果を
果たすなどの効果があり、従来必要としていたＡＲコー
ティングプロセスを省略し工程の簡略化を可能とする。
【００７１】また、第１０の発明によれば、２つの直列
に配置された分布帰還部の屈曲部を曲がり導波路で形成
することにより、屈曲に伴う接続損失を低減し、デバイ
スの高効率動作を可能とする。
【００７２】また、第１１、第１３の発明によれば、２
つの分布帰還領域での両偏波モードに対しＤＦＢモード
を各々安定した単一モードとすることを可能とし、動作
領域の広い安定した偏波変調動作を可能とする。
【００７３】また、第１２の発明によれば、２つの分布
帰還領域で通常の方法で回折格子を形成して安定した偏
波変調動作を可能とする。
【００７４】また、第１３乃至第１５の発明によれば、
偏波変調光出力の一方の偏波モードを偏光子などで選択
することにより、容易に消光比の高い強度変調光出力を
得ることが可能であり、また構成によっては同偏光子を
アイソレータの一部として代用でき構成を容易にできる
などの効果がある。
【００７５】また、第１６乃至１８の発明によれば、本
発明の半導体レーザを用いた送信機或は送受信機から構
成される光伝送システムまた波長多重システムにおい
て、高速、大容量また超高密度波長多重可能な光伝送シ
ステムを比較的低価格で構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の基本動作原理を示す屈曲した
分布帰還構造の模式図である。
【図２】図２は、本発明の動作原理に係り、２つの分布
帰還領域（図２（ａ）、（ｂ））における両偏波モード
のゲインスペクトルとブラッグ波長の関係を示すグラフ
である。
【図３】図３は、リッジ型レーザ構造で多重量子井戸活
性層を利用している本発明の第１の実施例を示す屈曲し
た分布帰還構造の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施例のチャンネルス
トライプに沿ったデバイス断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施例である多重量子
井戸活性層を用いた場合の２つの分布帰還部における両
偏波モードのゲインスペクトルとブラッグ波長の関係を
示すグラフである。
【図６】図６は、２つの分布帰還部への電流注入量と偏
波モードの関係を示すと共に２つの両偏波モードの発振
領域の分離を示し、両偏波モードのスイッチング動作を
可能とするバイアス点を○×で示しているグラフであ
る。
【図７】図７は、埋め込み型のＬＤ構造を用いバルク活
性層を用いている本発明の第２実施例の斜視図である。
【図８】図８は、第２実施例の２つの分布帰還領域にお
ける両偏波モードのゲインスペクトルとブラッグ波長の
関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第４実施例を示すデバイスの
上面図であり、２つの分布帰還領域とも格子ベクトルに
対して角度をもって配置され互いに異なる角度を成し屈
曲構造を呈する構成である。
【図１０】図１０は、屈曲する２つの分布帰還領域の接
続部分が滑らかな曲がり導波路で形成される遷移領域か
ら成る本発明の第５の実施例を示すデバイスの上面図で
ある。
【図１１】図１１は、本発明の第６の実施例を示すデバ
イスの共振方向断面図であり、各領域にλ／４シフト部
分を有する。
【図１２】図１２は、本発明の第７の実施例を示すゲイ
ン結合型分布帰還構造で形成されたデバイスの共振方向
断面図を示す。
【図１３】図１３は、本発明の半導体レーザを用いた光
伝送システムの構成ブロック図を示す。
【図１４】図１４は、本発明のレーザを波長多重通信シ
ステムに用いた例であり、特にスター型トポロジーにお
いて使用したシステム構成例を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、図１６、図１７のシステムにおけ
るノード（送受信機）の構成例を示す模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の半導体デバイスを用いた
バス型光ＬＡＮシステムの構成例を示す模式図である。
【図１７】図１７は、本発明の半導体デバイスを用いた
ループ型光ＬＡＮシステムの構成例を示す模式図であ
る。
【符号の説明】
１，３１，４１，４２，８１ 回折格子 ２，３，３２，３３，８２，８３，１０１，１０２
チャンネルストライプ ３４ 活性層 ３５ ＩｎＰ基板 ４３，５０，５１，８８，８９ 金属電極 ４４ ＭＱＷ−活性層（ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａ
ＡｓＰ） ４５，８５ ｎ−ＩｎＰ基板 ４６ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ下部導波路 ４７ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ上部導波路 ４８ ｐ−ＩｎＰバッファ層 ４９ ｐ+−ＩｎＧａＡｓキャップ層 ７１ 光送信部 ７２ 光受信部 ７３，１４３，７００，８００，９００ 光ファ
イバ（光伝送路） ７４，７０４ 偏波変調ＤＦＢレーザ ７５，７０７ 偏光子（偏光選択手段） ７６ 波長フィルタ ７７ 光検出器 ８４ バルク活性層（ＩｎＧａＡｓＰ） ８６ ノンドープＩｎＰ層 ８７ ＳｉＯ2層 １１１ 曲がり導波路から成る屈曲遷移領域 １２１，１２２ λ／４シフト領域 １３１ ＩｎＧａＡｓ吸収層 １４１−１〜１４１−ｎ 波長多重用送信器 １４２−１〜１４２−ｎ 波長多重用受信器 ７０１，８０１〜８０５，９０１〜９０６ ノード ７０２ 光分岐部 ７０３ 受信器 ７０６ 合流部 ７０８，７０９ 制御回路 ８１１〜８１５，９１１〜９１６ 端末装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−231133（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−235718（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−172245（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−265958（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−61571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−196088（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−221872（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−64903（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H04B 10/02 H04B 10/28

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体レーザ構造を有し、該半導体レーザ
    構造の共振器方向に、互いに異なる特性を有する第１の
    分布帰還部と第２の分布帰還部を直列に具備し、該２つ
    の分布帰還部において、同一の活性層構造が形成される
    共に基本周期が等しい回折格子が一様に形成され、該２
    つの分布帰還部の夫々に対して、互いに直交する偏波モ
    ードのおのおのが支配的となるように、夫々のブラック
    波長とゲインピーク波長を一致させる為に、該２つの分
    布帰還部に形成された半導体レーザのチャンネルストラ
    イプの方向が、該回折格子の基本格子ベクトルに対して
    互いに異なる角度を成しており、こうして共振器方向に
    連続して配置された該２つの分布帰還部のチャンネルス
    トライプが互いに屈曲して接続されていることを特徴と
    する偏波変調可能な半導体レーザ。
  2. 【請求項２】前記２つの分布帰還部に独立に電流注入で
    きるように、２つ以上の注入電極を有することを特徴と
    する請求項１記載の偏波変調可能な半導体レーザ。
  3. 【請求項３】該分布帰還部を構成する活性層はバルク構
    造の活性層であることを特徴とする請求項１または２記
    載の偏波変調可能な半導体レーザ。
  4. 【請求項４】該分布帰還部を構成する活性層は多重量子
    井戸構造の活性層であることを特徴とする請求項１また
    は２記載の偏波変調可能な半導体レーザ。
  5. 【請求項５】該多重量子井戸構造は層構造の少なくとも
    一部に歪超格子が用いられていることを特徴とする請求
    項４記載の偏波変調可能な半導体レーザ。
  6. 【請求項６】該２つの分布帰還部のチャンネルストライ
    プ方向と該回折格子の基本格子ベクトルの方向の成す角
    が、一方の第１の領域においては０°でチャンネルスト
    ライプ方向と基本格子ベクトルの方向が一致しており、
    他方の第２の領域においては０°以外の角度でありチャ
    ンネルストライプ方向と基本格子ベクトルの方向が異な
    っていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記
    載の偏波変調可能な半導体レーザ。
  7. 【請求項７】一方の領域において、チャンネルストライ
    プ方向と基本格子ベクトルの方向が異なり、該チャンネ
    ルストライプが対応する側の出射端に対し傾めになるよ
    うに配置されていることを特徴とする請求項６記載の偏
    波変調可能な半導体レーザ。
  8. 【請求項８】該２つの分布帰還部に形成された半導体レ
    ーザのチャンネルストライプの方向が、各々のチャンネ
    ルストライプが対応する側の出射端に対し傾めになるよ
    うに配置されていることを特徴とする請求項１記載の偏
    波変調可能な半導体レーザ。
  9. 【請求項９】該２つの屈曲する分布帰還部を接続する部
    分が滑らかに屈曲する曲がり導波路を有する遷移領域か
    らなることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載
    の偏波変調可能な半導体レーザ。
  10. 【請求項１０】該２つの分布帰還部の各々の領域にλ／
    ４シフト領域を具備することを特徴とする請求項１乃至
    ９の何れかに記載の偏波変調可能な半導体レーザ。
  11. 【請求項１１】該２つの分布帰還部は屈折率結合型の分
    布帰還構造とすることを特徴とする請求項１乃至１０の
    何れかに記載の偏波変調可能な半導体レーザ。
  12. 【請求項１２】該２つの分布帰還部はゲイン結合ないし
    損失結合型の分布帰還構造とすることを特徴とする請求
    項１乃至１０の何れかに記載の偏波変調可能な半導体レ
    ーザ。
  13. 【請求項１３】請求項１乃至１２の何れかに記載の偏波
    変調半導体レーザと該半導体レーザからの出力光のうち
    １つの偏波の光を透過させる偏光選択手段と該半導体レ
    ーザの出力光の偏光状態を入力信号に従って切り換える
    為の該半導体レーザを制御、駆動する制御回路を有する
    ことを特徴とする光送信機。
  14. 【請求項１４】請求項１乃至１２の何れかに記載の偏波
    変調半導体レーザと、該半導体レーザからの出力光のう
    ち１つの偏波の光を透過させる偏光選択手段と、該半導
    体レーザの出力光の偏光状態を入力信号に従って切り換
    える為の該半導体レーザを制御、駆動する制御回路と、
    入力信号を受信する受信手段とを有することを特徴とす
    る光送受信機。
  15. 【請求項１５】請求項１乃至１２の何れかに記載の偏波
    変調半導体レーザと、該偏波変調半導体レーザから出射
    する光の内、ＴＥとＴＭの２つの偏波モードの一方の光
    のみを取り出す偏光選択手段とを有することを特徴とす
    る光源装置。
  16. 【請求項１６】請求項１乃至１２の何れかに記載の偏波
    変調半導体レーザと、該偏波変調半導体レーザから出射
    する光の内、ＴＥとＴＭの２つの偏波モードの一方の光
    のみを取り出す偏光選択手段とから成る光源装置を備え
    た光送信機或は送受信機、前記偏光選択手段によって取
    り出された光を伝送する伝送手段、及び前記伝送手段に
    よって伝送された光を受信する光受信機或は送受信機を
    有することを特徴とする光通信システム。
  17. 【請求項１７】前記光送信機或は送受信機が複数の異な
    る波長の光信号を送出することができ、波長多重型のネ
    ットワークを構成することを特徴とする請求項１６記載
    の光通信システム。
  18. 【請求項１８】 請求項１乃至１２の何れかに記載の偏
    波変調半導体レーザと、該偏波変調半導体レーザから出
    射する光の内、ＴＥとＴＭの２つの偏波モードの一方の
    光のみを取り出す偏光選択手段とから成る光源装置を用
    い、所定のバイアス電流に送信信号に応じて変調された
    電流を重畳して前記偏波変調半導体レーザに供給するこ
    とによって、前記偏光選択手段から送信信号に応じて強
    度変調された信号光を取り出し、この信号光を光受信側
    に向けて送信することを特徴とする光通信方法。
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