JP3468696B2 - 衝突パルスモード同期半導体レーザ - Google Patents

衝突パルスモード同期半導体レーザ

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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、超高速光時分割多
重伝送システム等に用いる超短光パルス列を発生する衝
突パルスモード同期半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】100GHzを越える繰り返し周波数の光パ
ルスを発生させる方法として、従来より可飽和吸収領域
と利得領域からなる半導体レーザの受動モード同期法が
ある。その中の衝突パルスモード同期半導体レーザは、
可飽和吸収領域を共振器の中央に配置した構成になって
いる。この半導体レーザでは、周回する2つの光パルス
が可飽和吸収領域で衝突することにより、安定かつパル
ス幅の狭い短光パルスを発生させることができる。
【0003】この衝突パルスモード同期の概念を拡張
し、共振器内に可飽和吸収領域を周期的に配置する多重
衝突パルスモード同期半導体レーザが提案されている。
図9は、その基本構成を示す。導波路51に直角にペア
の電極分離溝52を周期的に複数組配置し、ペアの電極
分離溝52内に逆バイアスをかけることにより可飽和吸
収領域53を形成し、可飽和吸収領域間および可飽和吸
収領域と端面との間を利得領域54とする。
【0004】ここで、可飽和吸収領域53の間隔L1
Lo 、端面と可飽和吸収領域53との距離L2 がLo/2
とすると、発生する短光パルス列の繰り返し周波数F
は、 F=c/(neffLo) …(1) となる。なお、neff は導波路の実効屈折率、cは光速
である。
【0005】このような多重衝突パルスモード同期半導
体レーザは、周回する複数の光パルスの衝突位置が周期
的に配列されているので、共振器効果との相乗で極めて
安定なパルス発振が可能である。また、繰り返し周波数
は、(1) 式に示すように可飽和吸収領域の配列周期によ
るが、リソグラフ技術により多数の可飽和吸収領域を正
確に形成することができるので、劈開等の機械的加工精
度に依存することなく安定化することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】多重衝突パルスモード
同期半導体レーザの繰り返し周波数は、可飽和吸収領域
の間隔等によって固定的に決定されるので、素子を製作
する際にはあらかじめその寸法を決め、種々の製造用マ
スクを準備する必要がある。
【0007】また、繰り返し周波数を決定するパラメー
タの1つの実効屈折率neff は、導波路を構成する材料
の組成および実際に作製される物理寸法に依存するの
で、再現性よく一定の実効屈折率を実現することは現状
の技術では困難である。このため、作製するロッドごと
に実効屈折率にばらつきが生じ、モード同期時の繰り返
し周波数のばらつきも避けられなかった。
【0008】なお、実効屈折率は、注入電流によりキャ
リア密度を制御することにより、ある程度調整できる。
このため、作製後に動作条件を変えて繰り返し周波数を
調整することは可能であるが、調整範囲は極めて限定さ
れ、現状の可変範囲は1〜2%が限度である。したがっ
て、寸法の異なる幾つかのパターンを用意しても、シス
テムに必要な繰り返し周波数のものを常に安定的に供給
できる保証はない。
【0009】また、可飽和吸収領域は、上記のように電
極分離溝を作製して逆バイアスをかけることにより形成
するので、その長さの最小値には限界があった。これ
は、パルス幅を低減させる上では不利であった。
【0010】本発明は、容易に任意の繰り返し周波数の
短光パルス列を発生させ、また繰り返し周波数を可変に
することができる衝突パルスモード同期半導体レーザを
提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、共振器内を等
間隔で周回する複数の光パルスが衝突する位置に可飽和
吸収領域を配置した衝突パルスモード同期半導体レーザ
において、対向する端面間にY分岐導波路を介して複数
回折り返すジグザグ状の導波路を形成し、一方の端面に
可飽和吸収領域を配置し、他方の端面の位置を高精度に
設定する手段を備えた構成である。
【0012】図1は、本発明の衝突パルスモード同期半
導体レーザの基本構成を示す。基板1上に、Y分岐導波
路2を介して複数回折り返すジグザグ状の導波路を形成
する。そして、一方の端面に可飽和吸収領域3を形成
し、それ以外の導波路を利得領域4とすることにより、
可飽和吸収領域3が間隔Lo で周期的に配置される構成
を実効上実現する。
【0013】本構成では、端面間で周回する光パルス
は、利得領域4側の端面で反射した後にY分岐導波路2
で分岐される。異なるY分岐導波路2から分岐されてき
た光パルスは、可飽和吸収領域3で衝突した後に直ちに
端面で反射する。異なる衝突位置から反射してきた光パ
ルスはY分岐導波路2で合波され、再び利得領域4側の
端面で反射する。このような光パルスの反射、分岐、衝
突、反射、合波の繰り返しにより、共振器内に定在波が
たち、レーザは安定にモード同期発振する。
【0014】ここで、利得領域4側の端面の位置を高精
度に設定する手段として、劈開端面としたり、可動反射
ミラーと位置決め駆動手段を備えることにより、一括か
つ厳密に可飽和吸収領域3の間隔Lo を制御することが
できる。例えば、図の点線のところまで端面の位置をδ
Lだけ変えると、繰り返し周波数の変化分δFは、 δF=F・(δL/Lo) …(2) となる。例えば、F= 192GHzで、δL=20μmだけ端
面の位置を変えると、繰り返し周波数は17GHz変化す
る。この変化は、全繰り返し周波数の8%にも及び、上
述した注入電流制御による可変範囲1〜2%を大きく上
回る。
【0015】(第1の実施形態:請求項1〜) 図2は、本発明の第1の実施形態の構成例を示す。
【0016】基板1上のY分岐導波路2は、ここではI
nGaAsP/InP埋め込み導波路により形成される。こ
のY分岐導波路2を介して複数回折り返すジグザグ状の
導波路を形成する。そして、一方の端面側に電極分離溝
5を配置し、端面との間に可飽和吸収領域3を形成す
る。なお、10〜20μm程度の溝幅の浅いエッチング溝
(V溝)で数百オーム以上の分離抵抗の実現が可能であ
る。この可飽和吸収領域の長さは約50μm程度で、劈開
により定められる。劈開端面には、急峻に光パルスを吸
収させるため、高反射ミラーコート(例えばAu コー
ト)6を付与する(請求項)。
【0017】また、利得領域4側の端面は、劈開端面7
とする(請求項)。任意の位置で劈開できるように、
利得領域4で各導波路を平行に配置する。また、劈開精
度を高めるために、端面位置決め用マーク8を基板1上
に付与してもよい。
【0018】発生した短光パルスは、平行に配置される
4本の導波路のうちの任意の導波路から劈開端面7を透
過したものを取り出す(請求項)。また、図3に示す
ように、その内の中央部の2本の導波路に対応する劈開
端面7に高反射ミラーコート9を付与し、発生した短光
パルスを両端の導波路のいずれかから取り出すようにし
てもよい(請求項)。
【0019】(第2の実施形態:請求項4,5,7) 図4は、本発明の第2の実施形態の構成例を示す。基板
1上でY分岐導波路2を介して複数回折り返すジグザグ
状の導波路、一方の端面側に形成される可飽和吸収領域
3、その劈開端面に形成される高反射ミラーコート6
は、第1の実施形態と同様である。
【0020】本実施形態の特徴は、利得領域4側の端面
をエッチングにより形成し、そのテラスにレンズ10お
よび可動する半透明ミラー11を配置し、可飽和吸収領
域3の間隔を可変させるところにある(請求項4,
)。レンズ10は、レーザからの出射光をコリメート
光に変換する機能を有する。例えば、直径 0.6mmのボ
ールレンズや、集積型のマイクロレンズを使用できる。
半透明ミラー11は、静電気等を利用するアクチュエー
タ12により駆動可能とする。
【0021】本実施形態の構成では、エッチングにより
形成された端面(エッチドミラー)に反射防止コート1
3を付与することにより、レーザ素子としての実効的な
反射面が半透明ミラー11になる。この半透明ミラー1
1が前後することにより、可飽和吸収領域3の間隔が可
変する。
【0022】発生した短光パルスは、平行に配置される
4本の導波路のうちの任意の導波路から半透明ミラー1
1を透過したものを取り出す(請求項)。また、図5
に示すように、その内の中央部の2本の導波路に対応す
る部分を高反射ミラー14とし、発生した短光パルスを
両端の導波路のいずれかから取り出すようにしてもよい
(請求項)。
【0023】(第3の実施形態:請求項4,6,7) 図6は、本発明の第3の実施形態の構成例を示す。基板
1上でY分岐導波路2を介して複数回折り返すジグザグ
状の導波路、一方の端面側に形成される可飽和吸収領域
3、利得領域4側でエッチングにより形成した端面に付
与する反射防止コート13は、第2の実施形態と同様で
ある。なお、レンズ10は必ずしも必要ではない。
【0024】本実施形態の特徴は、第2の実施形態にお
ける可飽和吸収領域3側の劈開端面の高反射ミラーコー
ト6を半透明ミラー15に代え、アクチュエータ12に
より駆動される半透明ミラー11を高反射ミラー16に
代えるところにある(請求項4,6)。本実施形態の構
成では、レーザ素子としての実効的な反射面が高反射ミ
ラー16となる。この高反射ミラー16が前後すること
により、可飽和吸収領域3の間隔が可変する。
【0025】発生した短光パルスは、可飽和吸収領域3
の導波路のうちの任意の導波路から半透明ミラー15を
透過したものを取り出す。また、図7に示すように、そ
の内の中央部の導波路に対応する部分を高反射ミラー1
7とし、発生した短光パルスを両端の導波路のいずれか
から取り出すようにしてもよい(請求項)。
【0026】なお、以上示した第2および第3の実施形
態では、可飽和吸収領域3の間隔を設定するために一方
の端面の位置を可変させる半透明ミラー11、高反射ミ
ラー16、アクチュエータ12等を、エッチングにより
形成したテラス上に配置しているが、それらを導波路部
分とは別個の素子として備えるようにしてもよい。すな
わち、利得領域4側の端面を第1の実施形態のように劈
開端面とし、その劈開端面に対して前後する半透明ミラ
ー等を並べて配置するようにしてもよい。
【0027】(第4の実施形態:請求項) 図8は、本発明の第4の実施形態の構成例を示す。基板
1上でY分岐導波路2を介して複数回折り返すジグザグ
状の導波路は、第1の実施形態と同様である。また、利
得領域4側の端面の位置を高精度に設定する手段は、第
1の実施形態のように劈開位置によるか、第2および第
3の実施形態のように可動反射ミラーによる方法のいず
れでもよい。
【0028】本実施形態の特徴は、一方の端面側にN+
イオン打ち込みによる結晶欠陥導入層18を形成し、そ
れを可飽和吸収領域3として用いるところにある。その
端面には、さらにSiO2層19を介して上記各実施形態
に応じた端面処理を施す。
【0029】このような可飽和吸収領域を形成すること
により、急峻な光パルスの吸収特性を得ることが可能と
なり、電極分離型のものよりも短い時間幅の短光パルス
を発生させることができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の衝突パル
スモード同期半導体レーザは、Y分岐導波路を介して複
数回折り返すジグザグ状の導波路を形成し、一方の端面
に可飽和吸収領域を形成し、他方の利得領域側の端面の
位置を高精度に設定することにより、一括かつ厳密に可
飽和吸収領域の間隔Lo を制御することができる。これ
により、容易に任意の繰り返し周波数の短光パルス列を
発生させることができる。
【0031】また、端面の位置を高精度に設定する手段
として可動反射ミラーを用いた場合には、可飽和吸収領
域の間隔Lo を可変させることができるので、繰り返し
周波数を可変にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の衝突パルスモード同期半導体レーザの
基本構成を示す図。
【図2】本発明の第1の実施形態の構成例を示す図。
【図3】本発明の第1の実施形態の他の構成例を示す
図。
【図4】本発明の第2の実施形態の構成例を示す図。
【図5】本発明の第2の実施形態の他の構成例を示す
図。
【図6】本発明の第3の実施形態の構成例を示す図。
【図7】本発明の第3の実施形態の他の構成例を示す
図。
【図8】本発明の第4の実施形態の構成例を示す図。
【図9】従来の多重衝突パルスモード同期半導体レーザ
の基本構成を示す図。
【符号の説明】
1 基板 2 Y分岐導波路 3 可飽和吸収領域 4 利得領域 5 電極分離溝 6,9 高反射ミラーコート 7 劈開端面 8 端面位置決め用マーク 10 レンズ 11,15 半透明ミラー 12 アクチュエータ 13 反射防止コート 14,16,17 高反射ミラー 18 結晶欠陥導入層 19 SiO2
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 悦 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−199486(JP,A) 特開 昭55−61086(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01S 3/00 - 3/30 JICSTファイル(JOIS)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 共振器内を等間隔で周回する複数の光パ
    ルスが衝突する位置に可飽和吸収領域を配置した衝突パ
    ルスモード同期半導体レーザにおいて、 対向する端面間にY分岐導波路を介して複数回折り返す
    ジグザグ状の導波路を形成し、 一方の端面に可飽和吸収領域を配置し、 他方の端面を劈開端面としたことを特徴とする衝突パル
    スモード同期半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 可飽和吸収領域が配置される劈開端面に
    高反射ミラーコートを付与し、発生した短光パルス列を
    他方の劈開端面から取り出す構成であることを特徴とす
    る請求項1に記載の衝突パルスモード同期半導体レー
    ザ。
  3. 【請求項3】 他方の劈開端面のうち、ジグザグ状の導
    波路の中間部に対応する部分に高反射ミラーコートを付
    与した構成であることを特徴とする請求項2に記載の衝
    突パルスモード同期半導体レーザ。
  4. 【請求項4】 共振器内を等間隔で周回する複数の光パ
    ルスが衝突する位置に可飽和吸収領域を配置した衝突パ
    ルスモード同期半導体レーザにおいて、 対向する端面間にY分岐導波路を介して複数回折り返す
    ジグザグ状の導波路を形成し、 一方の端面に可飽和吸収領域を配置し、 他方の端面側に可動反射ミラーおよびその位置決めを行
    う駆動手段を配置したことを特徴とする 衝突パルスモー
    ド同期半導体レーザ。
  5. 【請求項5】 可飽和吸収領域が配置される劈開端面に
    高反射ミラーコートを付与し、可動反射ミラーを半透明
    ミラーとし、発生した短光パルス列を前記半透明ミラー
    から取り出す構成であることを特徴とする請求項に記
    載の衝突パルスモード同期半導体レーザ。
  6. 【請求項6】 可飽和吸収領域が配置される端面に半透
    明ミラーを備え、可動反射ミラーを高反射ミラーとし、
    発生した短光パルス列を前記半透明ミラーから取り出す
    構成であることを特徴とする請求項に記載の衝突パル
    スモード同期半導体レーザ。
  7. 【請求項7】 半透明ミラーのうち、ジグザグ状の導波
    路の中間部に対応する部分を高反射ミラーとした構成
    あることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の
    衝突パルスモード同期半導体レーザ。
  8. 【請求項8】 可飽和吸収領域は、イオン打ち込みによ
    る結晶欠陥導入層であることを特徴とする請求項1〜7
    のいずれかに記載の衝突パルスモード同期半導体レー
    ザ。
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