JPH0513868A - Wavelength conversion laser - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain a wavelength conversion laser wherein wavelength sensitivity dependensy in the switching operation of a wavelength conversion laser is relieved, coupling efficiency of injected light in a saturable adsorption is high, and allowance of position alignment of a lens, a fiber, etc., is large. CONSTITUTION:For a wavelength conversion laser part composed of gain regions 1A-1D, a phase adjusting region 2, and saturable adsorption region 3A, 3B, optical waveguides 5A, 5B, 6A, 6B which intersect at the saturable adsorption regions 3A, 3B are arranged. Thereby coupling efficiency of injected light in the saturable adsorption region 3A, 3B can be improved, and allowance of position alignment of a lens, a fiber, etc., is increased.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信ないし光情報シ
ステムを構成するにあたって期待されている光交換器や
光中継器などに利用可能な光論理演算あるいは光スイッ
チング動作を行う波長変換レーザに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wavelength conversion laser which can be used in an optical switch or an optical repeater which is expected in constructing an optical communication system or an optical information system and which performs an optical logic operation or an optical switching operation. It is a thing.

【０００２】[0002]

【従来の技術】電流対光出力特性および光入出力特性に
ヒステリシス特性を有し、かつ入力光の波長に対して異
なる波長の光で発振する波長変換レーザは、波長多重に
対応した高速光スイッチ，光論理演算，光メモリなどの
動作が可能であるため、光通信システムや光情報システ
ムを構成する機能デバイスとして期待されている。2. Description of the Related Art A wavelength conversion laser which has a current-to-light output characteristic and a light input / output characteristic and has a hysteresis characteristic and which oscillates with light having a wavelength different from that of an input light is a high-speed optical switch compatible with wavelength multiplexing. Since it is capable of operations such as optical logic operation and optical memory, it is expected as a functional device that constitutes an optical communication system and an optical information system.

【０００３】外部からの入力光を可飽和吸収領域に結合
させる波長変換レーザの従来の構造の一例の断面図を図
１９に示す。ここで、２０はｎ形ＩｎＰ基板、２１はｎ
形ＩｎＰクラッド層、２２はバンド端波長が発振波長よ
りも短波長の４元組成を持つＩｎＧａＡｓＰ光導波路
層、２３は量子井戸（以下ＭＱＷと称する）活性層（た
とえば幅１００Å程度のＩｎＧａＡｓ井戸層と幅５０〜
２００ÅのＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ障壁層とより構
成される）、２４はｐ形ＩｎＰクラッド層、２５はｐ⁺
−ＩｎＧａＡｓキャップ層である。FIG. 19 shows a cross-sectional view of an example of a conventional structure of a wavelength conversion laser that couples input light from the outside with a saturable absorption region. Here, 20 is an n-type InP substrate, 21 is n
-Type InP clad layer, 22 is an InGaAsP optical waveguide layer having a quaternary composition whose band edge wavelength is shorter than the oscillation wavelength, and 23 is a quantum well (hereinafter referred to as MQW) active layer (for example, an InGaAs well layer having a width of about 100 Å). Width 50 ~
200 Å InGaAsP or InP barrier layer), 24 is p-type InP clad layer, 25 is p ⁺
-InGaAs cap layer.

【０００４】さらに図１９において、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ
は波長変換レーザ部分の利得領域、２は波長を制御する
ための位相調整領域、３Ａは可飽和吸収領域、７Ａ，７
Ｂ，７Ｃは利得領域１Ａ，１Ｂ，１Ｃのｐ側電極、８は
波長を制御するための位相調整領域のｐ側電極、９Ａは
可飽和吸収領域のｐ側電極である。各電極は、お互いの
電極間を電気的に絶縁するための溝１２Ａ，１３Ａ，１
６Ａ，１６Ｂを、ｐ⁺−ＩｎＧａＡｓキャップ層２５と
ｐ形ＩｎＰクラッド層２４の一部分とを化学的エッチン
グなどの手段で除去するか、あるいはプロトン注入やＧ
ａ ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）注入
による高抵抗化により形成する。２６は基板２０の下面
に配設したｎ側電極、２７は回折格子、２８，２９は導
波路端面に設けた無反射コート、３２は外部注入光１０
０を活性層２３に結合させるためのレンズである。Further, in FIG. 19, 1A, 1B, 1C
Is a gain region of the wavelength conversion laser portion, 2 is a phase adjustment region for controlling the wavelength, 3A is a saturable absorption region, 7A, 7
B and 7C are p-side electrodes of the gain regions 1A, 1B and 1C, 8 is a p-side electrode of the phase adjustment region for controlling the wavelength, and 9A is a p-side electrode of the saturable absorption region. Each electrode has grooves 12A, 13A, 1 for electrically insulating the electrodes from each other.
6A and 16B are removed by means such as chemical etching of the p ⁺ -InGaAs cap layer 25 and a part of the p-type InP clad layer 24, or proton implantation or G
a FIB (Focused Ion Beam) injection is performed to increase the resistance. Reference numeral 26 is an n-side electrode provided on the lower surface of the substrate 20, 27 is a diffraction grating, 28 and 29 are non-reflective coatings provided on the end faces of the waveguide, and 32 is the external injection light 10.
This is a lens for coupling 0 to the active layer 23.

【０００５】単一モードでの発振確率を向上するため
に、共振器のほぼ中央に位置する位相調整領域２内に４
分の１波長シフト領域を設ける。その結果、電流を均一
注入した場合には、共振器の軸方向の光強度分布は４分
の１波長シフトで最大となり、端面に向かうに従って減
少する。誘導放出確率は光強度にほぼ比例し、光強度が
大きいほどキャリアが多く失われるため、４分の１波長
シフトを中心にくぼんだキャリア分布を形成する、いわ
ゆる空間的ホールバーニングという現象が起こる。光強
度の強い中央付近においてキャリアが不足するため、全
体の閾値キャリア密度は増大している。In order to improve the probability of oscillation in a single mode, the phase adjustment region 2 located in the center of the resonator has four
Provide a one-wavelength shift region. As a result, when the current is uniformly injected, the light intensity distribution in the axial direction of the resonator becomes maximum at a quarter wavelength shift, and decreases toward the end face. The stimulated emission probability is almost proportional to the light intensity, and the larger the light intensity is, the more carriers are lost. Therefore, a phenomenon called spatial hole burning, which forms a depressed carrier distribution around a quarter wavelength shift, occurs. Since there is a shortage of carriers near the center where the light intensity is high, the overall threshold carrier density is increasing.

【０００６】ここで、位相調整領域２の注入電流を増加
すると、中央付近のキャリア密度が増加して空間的ホー
ルバーニングが打ち消され、閾値キャリア密度が減少す
る。その結果、屈折率が増大して発振波長が長波長側に
シフトする。位相調整領域２への注入電流と発振波長と
の関係の概略を図２０に示す。波長可変幅は位相調整領
域の屈折率変化により決定されるが、閾値変動をあまり
大きくできないので、現状で得られている変化は２０Å
程度（Ｙ．Ｋｏｔａｋｉ，Ｓ．Ｏｇｉｔａ，Ｍ．Ｍａｔ
ｓｕｄａ，Ｙ．Ｋｕｗａｈａｒａ ａｎｄ Ｈ．Ｉｓｈ
ｉｋａｗａ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２５，１
５，ｐｐ．９９０−９９１（１９８９））である。Here, when the injection current in the phase adjustment region 2 is increased, the carrier density near the center is increased, spatial hole burning is canceled, and the threshold carrier density is decreased. As a result, the refractive index increases and the oscillation wavelength shifts to the long wavelength side. FIG. 20 shows the outline of the relationship between the injection current into the phase adjustment region 2 and the oscillation wavelength. The wavelength tunable width is determined by the change in the refractive index of the phase adjustment region, but since the threshold fluctuation cannot be made so large, the change currently obtained is 20Å
Degree (Y. Kotaki, S. Ogita, M. Mat
suda, Y. Kuwahara and H.M. Ish
ikawa, Electron. Lett. , 25, 1
5, pp. 990-991 (1989)).

【０００７】波長変換レーザの別の例としては、図２２
に示すような分布反射型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂ
ｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ型）のものが報
告されている。ここで、図１９と同様の個所には同一符
号を付す。３６はＤＢＲ領域、３８は回折格子である。
７Ａ，７Ｂは利得領域１Ａ，１Ｂのｐ側電極、８は位相
調整領域２のｐ側電極、３７はＤＢＲ領域３６のｐ側電
極、９Ａは可飽和吸収領域３Ａのｐ側電極である。３９
はＤＢＲ領域端面に設けた無反射コートである。ＤＢＲ
領域３６の注入電力を増加させると、プラズマ効果によ
りその領域の屈折率が減少するため、発振波長は短波長
側にシフトする。Another example of the wavelength conversion laser is shown in FIG.
Distributed reflection type (Distributed B)
Ragg Reflector: DBR type) has been reported. Here, the same parts as those in FIG. 19 are designated by the same reference numerals. Reference numeral 36 is a DBR region, and 38 is a diffraction grating.
7A and 7B are p-side electrodes of the gain regions 1A and 1B, 8 is a p-side electrode of the phase adjustment region 2, 37 is a p-side electrode of the DBR region 36, and 9A is a p-side electrode of the saturable absorption region 3A. 39
Is a non-reflective coating provided on the end surface of the DBR region. DBR
When the injection power of the region 36 is increased, the refractive index of the region is reduced due to the plasma effect, so that the oscillation wavelength shifts to the short wavelength side.

【０００８】ＤＢＲ領域３６への注入電流に対する発振
波長の変化の概略図を図２３に示す。位相調整領域２が
ない場合には破線で示すようにモード跳躍を起こしなが
ら変化をするが、位相調整領域２を設けることにより実
線で示されるような４０Å程度の連続波長可変動作
（Ｓ．Ｍｕｒａｔａ，Ｉ．Ｍｉｔｏ ａｎｄ Ｋ．Ｋｏ
ｂａｙａｓｈｉ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２
４，１０，ｐｐ．５７７−５７９（１９８８））が報告
されている。FIG. 23 is a schematic diagram showing changes in the oscillation wavelength with respect to the injection current into the DBR region 36. If there is no phase adjustment region 2, the change occurs while causing a mode jump as shown by the broken line, but by providing the phase adjustment region 2, continuous wavelength variable operation (S. Murata, about 40 Å as shown by the solid line, I. Mito and K. Ko
bayashi, Electron. Lett. , 2
4, 10, pp. 577-579 (1988)).

【０００９】従来の構造の問題点を図１９の場合を用い
て説明する。図１９の構成によると、外部入力光１００
は双安定レーザの発振光と共軸の関係となり、レーザ共
振器方向の共振特性の影響を受けるため、図２１に示す
ようにＤＦＢの共振モードに相当する、敏感な入力感度
の波長依存性を持つこととなる。これにより、双安定レ
ーザのスイッチングを行う際には、入力光の波長を主モ
ードの波長に厳密に合わせる必要が生じ、入力光の許容
度を著しく制限することとなる。Problems of the conventional structure will be described with reference to the case of FIG. According to the configuration of FIG. 19, the external input light 100
Has a coaxial relationship with the oscillation light of the bistable laser and is affected by the resonance characteristics in the laser resonator direction. Therefore, as shown in FIG. 21, the wavelength dependence of the sensitive input sensitivity corresponding to the resonance mode of the DFB is shown. Will have. As a result, when switching the bistable laser, the wavelength of the input light needs to be exactly matched with the wavelength of the main mode, which significantly limits the tolerance of the input light.

【００１０】また、外部入力光を双安定レーザの発振光
と共軸方向に注入する従来の構成では、複数の双安定半
導体レーザを１次元アレー状に形成することは可能であ
るが、光並列処理に対応して２次元状に構成することは
困難である。Further, in the conventional configuration in which the external input light is injected coaxially with the oscillation light of the bistable laser, it is possible to form a plurality of bistable semiconductor lasers in a one-dimensional array, but the optical parallelization is possible. It is difficult to form a two-dimensional shape corresponding to the processing.

【００１１】さらにまた、図１９，図２２に示すよう
に、従来は入力光１００を光導波路に結合させるため
に、レンズ３２や先球ファイバを用いているが、活性層
２３の厚みが０．１μｍ〜０．２μｍと光の波長よりも
小さいために、結合効率が低く、しかもレンズやファイ
バなどの光結合系の位置合わせの許容度が低いという問
題点もある。Furthermore, as shown in FIGS. 19 and 22, conventionally, a lens 32 or a spherical fiber is used to couple the input light 100 to the optical waveguide, but the active layer 23 has a thickness of 0. Since the wavelength is 1 μm to 0.2 μm, which is smaller than the wavelength of light, there is a problem that the coupling efficiency is low and the alignment tolerance of an optical coupling system such as a lens or a fiber is low.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、波長変換レーザのスイッチング動作における波長感
度依存性を緩和し、かつ可飽和吸収領域への注入光の結
合効率が高く、レンズやファイバなどの位置合わせの許
容度が大きい波長変換レーザを提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to alleviate the wavelength sensitivity dependency in the switching operation of the wavelength conversion laser, and to improve the coupling efficiency of the injected light into the saturable absorption region, and to improve the efficiency of the lens or fiber. It is to provide a wavelength conversion laser having a high degree of alignment tolerance.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、第１発明は、利得領域、可飽和吸収領域および位
相調整領域を有する分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅ
ｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ，ＤＦＢ）波長変換レーザ部と、
該波長変換レーザ部と交差し、かつ端面に無反射構造を
持つ外部からの注入光を前記可飽和吸収領域に結合させ
るための光導波路とを具えたことを特徴とする。In order to solve the above problems, the first invention is a distributed feedback type having a gain region, a saturable absorption region and a phase adjustment region.
d Feedback, DFB) wavelength conversion laser unit,
An optical waveguide is provided, which intersects with the wavelength conversion laser section and has a non-reflecting structure on the end face for coupling the injected light from the outside with the saturable absorption region.

【００１４】第２の発明は、利得領域、可飽和吸収領
域、波長変換領域および位相調整領域を有する分布反射
型（Ｄｅｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅ
ｃｔｏｒ．ＤＢＲ）波長変換レーザ部と、該波長変換レ
ーザ部と交差し、かつ端面に無反射構造を持つ外部から
の注入光を前記可飽和吸収領域に結合させるための光導
波路とを具えたことを特徴とする。A second invention is a distributed reflection type reflector having a gain region, a saturable absorption region, a wavelength conversion region and a phase adjustment region.
ctor. DBR) a wavelength conversion laser section, and an optical waveguide that intersects with the wavelength conversion laser section and has an anti-reflection structure on the end face for coupling the injected light from the outside to the saturable absorption region. And

【００１５】第３の発明は、前記注入光を前記光導波路
に結合させる２次回折格子を、前記波長変換レーザ部に
交差し、かつ端面に無反射構造を持った前記光導波路の
一部分にモノリシックに形成したことを特徴とする。In a third aspect of the invention, a second-order diffraction grating for coupling the injected light with the optical waveguide is monolithically formed in a portion of the optical waveguide which intersects the wavelength conversion laser section and has an antireflection structure on an end face. It is characterized in that it is formed.

【００１６】第４の発明は、前記注入光を前記光導波路
に結合させる４５度ミラーを、前記波長変換レーザ部に
交差しかつ、端面に無反射構造を持った前記光導波路の
一部分にモノリシックに形成したことを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, a 45-degree mirror for coupling the injected light to the optical waveguide is monolithically formed on a portion of the optical waveguide which intersects the wavelength conversion laser section and has an antireflection structure on an end face. It is characterized by being formed.

【００１７】第５の発明は、利得領域、可飽和吸収領域
および位相調整領域を有する波長変換レーザ部と、該波
長変換レーザ部における前記可飽和吸収領域への入力光
の結合を、結晶成長層に対して垂直の方向から行うレン
ズおよび無反射構造を介して行う光入力部とを具えたこ
とを特徴とする。A fifth aspect of the present invention is directed to a wavelength conversion laser section having a gain region, a saturable absorption region and a phase adjustment region, and coupling of input light to the saturable absorption region in the wavelength conversion laser unit by a crystal growth layer. And a light input section that is provided through a non-reflective structure.

【００１８】第６の発明は、前記可飽和吸収領域を電流
のほとんど注入されない低注入状態とし、印加電圧の変
化によって吸収量を制御するようにしたことを特徴とす
る。A sixth aspect of the invention is characterized in that the saturable absorption region is in a low injection state in which almost no current is injected, and the absorption amount is controlled by changing the applied voltage.

【００１９】第７の発明は、上述したいずれかの波長変
換レーザを同一基板上にアレー状に配列して構成したこ
とを特徴とする。A seventh aspect of the invention is characterized in that any one of the wavelength conversion lasers described above is arranged in an array on the same substrate.

【００２０】第８の発明は、上述した波長変換レーザに
おける活性層を多重量子井戸構造により形成したことを
特徴とする。The eighth invention is characterized in that the active layer in the above-mentioned wavelength conversion laser is formed by a multiple quantum well structure.

【００２１】[0021]

【作用】本発明によれば、波長変換レーザ部に対して垂
直あるいはある角度をもって交差する光導波路を設置す
ることにより、あるいはまた上記の構造にモノリシック
に２次回折格子または４５度ミラーを形成することによ
り、あるいはまた利得領域と可飽和吸収領域を持つ波長
変換レーザの可飽和吸収領域に対して、結晶成長層に垂
直方向から光を入射することにより、可飽和吸収領域へ
の注入光の結合効率を高くでき、しかもまたレンズやフ
ァイバなどの位置合わせの許容度を大きくすることがで
きる。According to the present invention, a second-order diffraction grating or a 45-degree mirror is formed monolithically by providing an optical waveguide which intersects the wavelength conversion laser section perpendicularly or at a certain angle. Of the wavelength-converted laser having a gain region and a saturable absorption region by injecting light from a direction perpendicular to the crystal growth layer to couple the injected light to the saturable absorption region. The efficiency can be increased and the tolerance of alignment of the lens and the fiber can be increased.

【００２２】[0022]

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００２３】図１は本発明の一実施例を示す平面図であ
る。ここで、１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは波長変換レーザ
部分の利得領域、２は波長を制御するための位相調整領
域、３Ａ，３Ｂは可飽和吸収領域、５Ａ，５Ｂ，６Ａ，
６Ｂは光導波路、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは利得領域１
Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの電極、８は位相調整領域２の電
極、９Ａ，９Ｂは可飽和吸収領域３Ａ，３Ｂの電極、１
０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂは光導波路５Ａ，５Ｂ，
６Ａ，６Ｂに利得をもたせて損失を低減するために電流
を注入するための電極である。１２Ａ，１３Ａおよび１
２Ｂ，１３Ｂは利得領域１Ａ，１Ｂおよび１Ｃ，１Ｄと
可飽和吸収領域３Ａおよび３Ｂとを電気的に分離するた
めの溝である。１４Ａ，１５Ａおよび１４Ｂ，１５Ｂは
光導波路５Ａ，５Ｂおよび６Ａ，６Ｂと可飽和吸収領域
３Ａおよび３Ｂとを電気的に分離するための溝である。
１６Ａ，１６Ｂは利得領域１Ｂ，１Ｃと位相調整領域２
とを電気的に分離するための溝である。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention. Here, 1A, 1B, 1C and 1D are gain regions of the wavelength conversion laser portion, 2 is a phase adjustment region for controlling the wavelength, 3A and 3B are saturable absorption regions, 5A, 5B and 6A,
6B is an optical waveguide, 7A, 7B, 7C and 7D are gain regions 1
A, 1B, 1C and 1D electrodes, 8 is an electrode of the phase adjustment region 2, 9A and 9B are electrodes of the saturable absorption regions 3A and 3B, 1
0A, 10B, 11A and 11B are optical waveguides 5A and 5B,
6A and 6B are electrodes for injecting current in order to give a gain and reduce loss. 12A, 13A and 1
Reference numerals 2B and 13B are grooves for electrically separating the gain regions 1A, 1B and 1C and 1D from the saturable absorption regions 3A and 3B. 14A, 15A and 14B, 15B are grooves for electrically separating the optical waveguides 5A, 5B and 6A, 6B from the saturable absorption regions 3A and 3B.
16A and 16B are gain areas 1B and 1C and phase adjustment area 2
It is a groove for electrically separating and.

【００２４】図２は図１における波長変換レーザ部分の
ＡＡ′線断面を示すものである。ここで、基本的な構造
は図１９に示した従来例と同じであるが、本実施例では
光導波路が２本あるため、２つの可飽和吸収領域３Ａお
よび３Ｂが存在する。図２において、２０はｎ形ＩｎＰ
基板、２１はｎ形ＩｎＰクラッド層、２２はバンド端波
長が発振波長よりも短波長の４元組成を持つＩｎＧａＡ
ｓＰ光導波路層、２３は量子井戸（以下ＭＱＷと称す
る）活性層（たとえば幅１００Å程度のＩｎＧａＡｓ井
戸層と幅５０〜２００ÅのＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ
障壁層とより構成される）、２４はｐ形ＩｎＰクラッド
層、２５はｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓキャップ層である。電極
７Ａ〜７Ｄは利得領域１Ａ〜１Ｄのｐ側電極である。電
極８は位相調整領域２のｐ側電極である。電極９Ａ，９
Ｂは可飽和吸収領域３Ａ，３Ｂのｐ側電極である。これ
ら電極の間には、各電極間を相互に電気的に絶縁するた
めの溝１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，１６Ａ，１６
Ｂを、ｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓキャップ層２５とｐ形ＩｎＰ
クラッド層２４の一部分とを化学的エッチングなどの手
段で除去するか、あるいはプロトン注入やＧａ ＦＩＢ
（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）注入による高抵
抗化により形成する。２６は基板２０の下面に配設した
ｎ側電極、２７は回折格子、２８，２９は導波路端面に
設けた無反射コートである。FIG. 2 shows a section taken along the line AA 'of the wavelength conversion laser portion in FIG. Here, the basic structure is the same as that of the conventional example shown in FIG. 19, but since there are two optical waveguides in this example, there are two saturable absorption regions 3A and 3B. In FIG. 2, 20 is n-type InP
Substrate 21, n-type InP clad layer, 22 InGaA having a quaternary composition with a band edge wavelength shorter than the oscillation wavelength
The sP optical waveguide layer 23 is a quantum well (hereinafter referred to as MQW) active layer (for example, an InGaAs well layer having a width of about 100Å and InGaAsP or InP having a width of 50 to 200Å).
(Composed of a barrier layer), 24 is a p-type InP clad layer, and 25 is a p ⁺ -InGaAs cap layer. The electrodes 7A to 7D are p-side electrodes of the gain regions 1A to 1D. The electrode 8 is the p-side electrode of the phase adjustment region 2. Electrodes 9A, 9
B is a p-side electrode of the saturable absorption regions 3A and 3B. Grooves 12A, 12B, 13A, 13B, 16A, 16 for electrically insulating the electrodes from each other are provided between these electrodes.
B is a p ⁺ -InGaAs cap layer 25 and a p-type InP
A part of the cladding layer 24 is removed by means such as chemical etching, or proton implantation or Ga FIB is performed.
(Focused Ion Beam) is formed by increasing the resistance by implantation. Reference numeral 26 is an n-side electrode provided on the lower surface of the substrate 20, 27 is a diffraction grating, and 28 and 29 are antireflection coatings provided on the end faces of the waveguide.

【００２５】図３は図１における波長変換レーザ部分に
直交する光導波路のＢＢ′線断面構造を示すものであ
り、電極１０Ａ，１０Ｂは光導波路５Ａ，５Ｂに利得を
もたせて損失を低減するために電流を注入するためのｐ
側電極である。溝１４Ａ，１５Ａ（１４Ｂ，１５Ｂ）
は、光導波路５Ａ，５Ｂ（６Ａ，６Ｂ）と可飽和吸収領
域３Ａ（３Ｂ）との間を電気的に絶縁するために形成さ
れたものである。これら溝の形成方法は図１９に示した
従来例と同様である。３０，３１は導波路端面に設けた
無反射コート、３２は外部注入光１００を活性層２３に
結合させるためのレンズである。FIG. 3 shows a cross-sectional structure taken along the line BB 'of the optical waveguide orthogonal to the wavelength conversion laser portion in FIG. 1, in which the electrodes 10A and 10B provide gain to the optical waveguides 5A and 5B to reduce loss. P for injecting current into
It is a side electrode. Grooves 14A, 15A (14B, 15B)
Is formed in order to electrically insulate between the optical waveguides 5A, 5B (6A, 6B) and the saturable absorption region 3A (3B). The method of forming these grooves is similar to that of the conventional example shown in FIG. Reference numerals 30 and 31 are antireflection coatings provided on the end faces of the waveguide, and 32 is a lens for coupling the externally injected light 100 with the active layer 23.

【００２６】図４および図５は波長変換レーザをＤＢＲ
型にて構成した本発明の実施例を示すものであり、図４
はその平面図を示し、図５はその波長変換レーザ部のＡ
Ａ′線断面構造を示す。ここで、図１，図２および図２
２と同様の箇所には同一符号を付す。すなわち、１Ａ，
１Ｂ，１Ｃは波長変換レーザ部分の利得領域、２は位相
調整領域、３６はＤＢＲ領域、３Ａ，３Ｂは可飽和吸収
領域、５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂは光導波路に利得をもた
せて損失を低減するために電流を注入するための領域で
ある。この実施例の断面の基本的な構造は図２２と同じ
であるが、本実施例では図１〜図３の実施例と同様に、
２本の光導波路５Ａ，５Ｂおよび６Ａ，６Ｂがあるの
で、２つの可飽和吸収領域３Ａ，３Ｂが存在する。FIG. 4 and FIG. 5 show a DBR wavelength conversion laser.
FIG. 4 shows an embodiment of the present invention constituted by a mold.
Shows its plan view, and FIG. 5 shows A of the wavelength conversion laser section.
A sectional view taken along line A ′ is shown. Here, FIG. 1, FIG. 2 and FIG.
The same parts as those in 2 are designated by the same reference numerals. That is, 1A,
1B and 1C are gain regions of the wavelength conversion laser portion, 2 is a phase adjustment region, 36 is a DBR region, 3A and 3B are saturable absorption regions, and 5A, 5B, 6A and 6B are optical waveguides with gain to reduce loss. This is a region for injecting a current in order to do so. Although the basic structure of the cross section of this embodiment is the same as that of FIG. 22, this embodiment is similar to the embodiment of FIGS.
Since there are two optical waveguides 5A, 5B and 6A, 6B, there are two saturable absorption regions 3A, 3B.

【００２７】本実施例では、光導波路層が波長変換レー
ザの活性層と同じ構造となっているが、これは導波路あ
るいはレーザの形成を同じ結晶成長処理プロセスで行う
ことができるためであり、その代わり導波路層での損失
を補償するために導波路部分で発振しない程度の電流を
流す必要があり、電極１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１０
Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂからかかる電流を注入す
る。In this embodiment, the optical waveguide layer has the same structure as the active layer of the wavelength conversion laser, but this is because the waveguide or laser can be formed in the same crystal growth treatment process. Instead, in order to compensate for the loss in the waveguide layer, it is necessary to flow a current that does not oscillate in the waveguide portion, and the electrodes 1A, 1B, 1C, 1D, 10
Such currents are injected from A, 10B, 11A and 11B.

【００２８】導波路層端面の無反射コート２８，２９，
３９により、光導波路自体でのレーザ発振を抑制すると
共に、光導波路内でのファブリ・ペロー干渉が小さくな
るために、波長変換レーザのスイッチング動作に要する
入力光パワーの入力波長依存性を緩和することができ
る。Antireflection coatings 28, 29 on the end faces of the waveguide layers,
By 39, the laser oscillation in the optical waveguide itself is suppressed, and the Fabry-Perot interference in the optical waveguide is reduced, so that the input wavelength power dependence of the input optical power required for the switching operation of the wavelength conversion laser is relaxed. You can

【００２９】光導波路に入射された光は、導波路を伝播
して可飽和吸収領域の飽和を引き起こし、その結果とし
てヒステリシス現象を起こす、いわゆる光双安定レーザ
と同様の動作を示す。波長変換レーザ部が入力光によっ
て発振するかしないかは、利得領域に注入するバイアス
電流の設定値に依存する。図６は波長変換レーザ部分の
利得領域への注入電流（利得電流）に対する光出力特性
を示すものである。波長変換レーザの発振波長は、バン
ドギャップ縮小効果によって２次元励起子の吸収ピーク
波長よりも長波長側に位置している。ここで、可飽和吸
収領域３Ａ，３Ｂへの印加電圧Ｖ_a ，Ｖ_b を順バイアス
から逆バイアスへとＶ₁ →Ｖ₂ →Ｖ₃ →Ｖ₄ のように変
化させていくと、量子閉じ込めシュタルク効果によって
２次元励起子の吸収ピーク波長が長波長側にシフトし、
吸収量が増加する。従って、図に示すように発振閾値電
流およびヒステリシス幅ともに増加する特性を示す。こ
の際、２次元励起子が可飽和吸収体としての役割を果た
している。The light incident on the optical waveguide exhibits the same operation as that of a so-called optical bistable laser in which the light propagates through the waveguide and causes saturation of the saturable absorption region, resulting in a hysteresis phenomenon. Whether the wavelength conversion laser unit oscillates depending on the input light depends on the set value of the bias current injected into the gain region. FIG. 6 shows the optical output characteristics with respect to the injection current (gain current) into the gain region of the wavelength conversion laser portion. The oscillation wavelength of the wavelength conversion laser is located on the longer wavelength side than the absorption peak wavelength of the two-dimensional excitons due to the bandgap reduction effect. Here, when the applied voltages V _a and V _b to the saturable absorption regions 3A and 3B are changed from forward bias to reverse bias as V ₁ → V ₂ → V ₃ → V ₄ , the quantum confined Stark is generated. Due to the effect, the absorption peak wavelength of the two-dimensional exciton shifts to the long wavelength side,
Absorption increases. Therefore, as shown in the figure, a characteristic is shown in which both the oscillation threshold current and the hysteresis width increase. At this time, the two-dimensional excitons play a role as a saturable absorber.

【００３０】いま、可飽和吸収領域への印加電圧を図６
のＶ₂ （２箇所可飽和吸収領域３Ａ，３Ｂに同電圧Ｖ₂
を印加する）、利得電流をＩ_g5に設定したときの光入出
力特性を図７に示す。図７に示すように、光入力がある
光入力Ｌ_th1 以下では発振せず、それ以上で発振する閾
値特性を示す。この特性を利用して行う波長変換動作の
一例を図８に示す。図８において、Ｌ_in1 は入力光、Ｌ
_out1は出力光を表している。波長変換レーザの位相調整
領域への注入電流を制御することによって、閾値Ｌ_th1
に応じて、入力光の波長λ_inと異なる、所望の波長λ
_out の光を得ることができる。The voltage applied to the saturable absorption region is shown in FIG.
V ₂ (the same voltage V _{2 is} applied to the _two saturable absorption regions 3A and 3B).
_Is applied), and the optical input / output characteristics when the gain current is set to I _g5 are shown in FIG. 7. As shown in FIG. 7, a threshold characteristic is shown in which the optical input does not oscillate below a certain optical input L _th1 and oscillates above it. FIG. 8 shows an example of the wavelength conversion operation performed by utilizing this characteristic. In FIG. 8, L _in1 is the input light, L in
_out1 represents the output light. By controlling the injection current to the phase adjustment region of the wavelength conversion laser, the threshold value L _th1
The desired wavelength λ, which is different from the input light wavelength λ _in
You can get the light _out .

【００３１】本発明波長変換レーザを用いた別の動作例
を以下に述べる。可飽和吸収領域の印加電圧を図６のＶ
₃ （２箇所の可飽和吸収領域３Ａ，３Ｂに同電圧Ｖ₃ を
印加する）、利得電流をＩ_g6に設定した時の光入出力特
性を図９に示す。また、光導波路に入射される光のパワ
ーＬ_inを同図中に示した。図に示した入力光パワーＬ_in
では、図１の２本の光導波路５Ｂおよび６Ｂの双方に入
射光がない場合、あるいはいずれか一方にのみ光が入射
された状態では、波長変換レーザは発振に至らない。２
本の光導波路５Ｂおよび６Ｂに同時に入射光が注入され
た場合にのみ、波長変換レーザが発振し、いわゆる論理
積演算が実現できることとなる。その様子を時間軸上で
表すと図１０に示すようになる。ここで、Ｌ_in2 ，Ｌ
_in3 は入力光、Ｖ_c は可飽和吸収領域への印加電圧、Ｌ
_out2は波長変換レーザの光出力である。図６の設定利得
電流Ｉ_g6では、図９からわかるように、発振した双安定
レーザを入射光により発振停止とすることができないの
で、可飽和吸収領域への印加電圧Ｖ_c を設定利得電流Ｉ
_g6において発振閾値電流以下となる値（例えば図６中の
Ｖ₄ ）に変化させることにより発振を停止させる。Another operation example using the wavelength conversion laser of the present invention will be described below. The applied voltage in the saturable absorption region is V in FIG.
₃ (2 places saturable absorption region 3A, applies the same voltage V ₃ to 3B), an optical input-output characteristics when the gain current is set to I _g6 shown in FIG. The power L _in of the light incident on the optical waveguide is shown _in the figure. Input optical power L _{in shown}
Then, the wavelength conversion laser does not oscillate when there is no incident light in both of the two optical waveguides 5B and 6B in FIG. 1 or when light is incident on only one of the two. Two
Only when the incident light is simultaneously injected into the optical waveguides 5B and 6B of the book, the wavelength conversion laser oscillates, and the so-called AND operation can be realized. FIG. 10 shows the situation on the time axis. Where L _in2 , L
_in3 is the input light, V _c is the applied voltage to the saturable absorption region, L
_out2 is the optical output of the wavelength conversion laser. As can be seen from FIG. 9, the set gain current I _g6 of FIG. 6 cannot stop the oscillation of the oscillated bistable laser, so that the applied voltage V _c to the saturable absorption region is set to the set gain current I _g6 .
Oscillation is stopped by changing the value of _g6 to a value below the oscillation threshold current (for example, V _{4 in} FIG. 6).

【００３２】また、各光導波路５Ｂ，６Ｂへの入射光強
度を、図９のＬ_th2 以上に設定しておけば、２本の光導
波路５Ｂ，６Ｂのうちのいずれか一方に光が入射された
ときに双安定レーザが発振して、いわゆる論理和演算を
行うことができる。Further, optical waveguides 5B, the incident light intensity to 6B, by setting the above L _th2 9, two optical waveguides 5B, the light to either one of 6B incident Then, the bistable laser oscillates and a so-called logical sum operation can be performed.

【００３３】図１の構成では、複数の波長可変レーザを
同一基板上に形成した場合、各光導波路が交差してしま
い、各波長可変レーザを独立にスイッチングすることが
できない。また、光導波路への入力光の結合をレンズ３
２や先球ファイバなどを用いて行っているが、活性層２
３の厚みが０．１〜０．２μｍと光の波長よりも小さい
ために、結合効率が低く、しかもレンズやファイバなど
の光結合系の位置合わせの許容度が低いという問題が生
ずることが考えられる。In the configuration of FIG. 1, when a plurality of wavelength tunable lasers are formed on the same substrate, the optical waveguides cross each other, and the wavelength tunable lasers cannot be independently switched. In addition, coupling of the input light to the optical waveguide is performed by the lens 3
2 or the spherical fiber, but the active layer 2
Since the thickness of 3 is 0.1 to 0.2 μm, which is smaller than the wavelength of light, there is a problem that the coupling efficiency is low and the alignment tolerance of the optical coupling system such as the lens and the fiber is low. To be

【００３４】図１１の本発明実施例は、その解決策とし
ての構造であり、外部からの注入光を光導波路に結合さ
せる構造として２次回折格子を用いたものである。ここ
で、図１〜図３と同様の個所には同一符号を付してあ
る。図１１において、４１はクラッド層２４に設けた２
次回折格子であり、それ以外の構成は図１〜図３に示し
た実施例と同様である。この２次回折格子４１に対して
垂直方向に入射光１００を入射させる。その光の一部が
導波路方向に回折されて結合し、可飽和吸収領域３Ａに
到達する。The embodiment of the present invention shown in FIG. 11 is a structure as a solution to the problem, in which a second-order diffraction grating is used as a structure for coupling the injected light from the outside with the optical waveguide. Here, the same parts as those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 11, reference numeral 41 denotes 2 provided in the cladding layer 24.
The structure is the same as that of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 except for the secondary diffraction grating. Incident light 100 is made to enter the second-order diffraction grating 41 in the vertical direction. A part of the light is diffracted in the waveguide direction and coupled, and reaches the saturable absorption region 3A.

【００３５】図１２は外部からの注入光を光導波路に結
合させる構造として４５度ミラーを用いた実施例であ
る。ここで、図１１と同様の個所には同一符号を付して
ある。図１２において、４５はクラッド層２４，活性層
２３，光導波路層２２およびクラッド層２１をうがって
形成した４５度ミラーであり、それ以外の構成は図１２
と同様である。FIG. 12 shows an embodiment in which a 45-degree mirror is used as a structure for coupling the light injected from the outside with the optical waveguide. Here, the same parts as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 12, reference numeral 45 denotes a 45-degree mirror formed by covering the clad layer 24, the active layer 23, the optical waveguide layer 22 and the clad layer 21.
Is the same as.

【００３６】図１３および図１４は波長変換レーザの構
成として図１９に示したようなＤＦＢ構造を有するもの
に対して、外部からの注入光を可飽和吸収領域３Ａに結
合させるために、レンズを用いて結晶成長面に対して垂
直に結合させる構成を設けた２つの実施例を示すもので
ある。ここで、図１９と同様の個所には同一符号を付
す。図１３において、電極２６のうち可飽和吸収領域３
Ａの下方の部分に無反射コート５１を設け、さらにレン
ズ５２からこの無反射コート５１を介して入力光１１０
を注入する。図１４の実施例は、図１３の実施例と同様
の構成をとるが、５３はＩｎＰ基板２０を化学的エッチ
ングなどの方法にて処理してモノリシックに形成したレ
ンズであり、その表面に無反射コート５４を設ける。FIGS. 13 and 14 show a wavelength conversion laser having a DFB structure as shown in FIG. 19 and a lens for coupling the injected light from the outside to the saturable absorption region 3A. 2A and 2B show two examples in which a structure is used in which they are bonded perpendicularly to the crystal growth surface. Here, the same parts as those in FIG. 19 are designated by the same reference numerals. In FIG. 13, the saturable absorption region 3 of the electrode 26 is
An antireflection coat 51 is provided in the lower part of A, and the input light 110 is further transmitted from the lens 52 through the antireflection coat 51.
Inject. The embodiment of FIG. 14 has the same configuration as that of the embodiment of FIG. 13, but 53 is a monolithically formed lens obtained by processing the InP substrate 20 by a method such as chemical etching, and the surface thereof has no reflection. A coat 54 is provided.

【００３７】図１５および図１６は波長変換レーザの構
成として図２２に示したようなＤＢＲ構造を有するもの
について外部からの注入光を可飽和吸収領域３Ａに結合
させるために、レンズを用いて結晶成長面に対して垂直
に結合させる構成を設けた２つの実施例を示すものであ
る。ここで、図２２と同様の個所には同一符号を付す。
図１５において、電極２６のうち可飽和吸収領域３Ａの
下方の部分に無反射コート５１を設け、さらにレンズ５
２からこの無反射コート５１を介して入力光１１０を注
入する。図１６の実施例は図１５の実施例と同様の構成
をとるが、５３はＩｎＰ基板２０を化学的エッチングな
どの方法にて処理してモノリシックに形成したレンズで
あり、その表面に無反射コート５４を設ける。FIGS. 15 and 16 show a crystal structure using a lens in order to couple the injected light from the outside to the saturable absorption region 3A of the wavelength conversion laser having the DBR structure as shown in FIG. 2A and 2B show two examples in which a structure for coupling perpendicularly to a growth surface is provided. Here, the same parts as those in FIG. 22 are designated by the same reference numerals.
In FIG. 15, an antireflection coat 51 is provided on a portion of the electrode 26 below the saturable absorption region 3A, and the lens 5
The input light 110 is injected from 2 through the antireflection coat 51. The embodiment of FIG. 16 has the same configuration as that of the embodiment of FIG. 15, except that 53 is a monolithically formed lens obtained by processing the InP substrate 20 by a method such as chemical etching. 54 is provided.

【００３８】図１１および図１２の実施例では光導波路
部に、導波路方向でのファブリ・ペロー干渉による波長
依存性を低減することを目的として、いずれも光の入力
方向に無反射構造３０を施している。図１３，図１４，
図１５，図１６の場合にも、結晶成長層に垂直方向から
の光の入力方向に、やはり同じ目的で無反射構造５１，
５４を設けている。11 and 12, the non-reflective structure 30 is provided in the light input direction in the optical waveguide section for the purpose of reducing the wavelength dependence due to Fabry-Perot interference in the waveguide direction. I am giving it. 13, 14,
15 and 16, in the light input direction from the direction perpendicular to the crystal growth layer, the antireflection structure 51,
54 is provided.

【００３９】図１１，図１２，図１３，図１４，図１５
および図１６に示した実施例の構成では、図１の実施例
と比較して光学系の構成が容易であり、位置合わせの許
容度も高くできる利点を持つ。11, FIG. 12, FIG. 13, FIG. 14, and FIG.
Also, the configuration of the embodiment shown in FIG. 16 has the advantages that the configuration of the optical system is simpler and the alignment tolerance is higher than that of the embodiment of FIG.

【００４０】図１７はこれまで述べてきた実施例のＤＢ
Ｆ型波長可変レーザを同一基板上にアレー状に配列した
構造を示すものである。２次回折格子や４５度ミラー、
あるいはレンズを用いて結晶成長面に対して垂直に外部
注入光を結合させる構成では、複数の外部注入光の導入
部分をお互いに交差しないように構成することが可能で
ある。さらに、各波長可変レーザの位相調整領域への注
入電流を制御することによって、各波長可変レーザから
波長の異なる光を発生させることが可能である。FIG. 17 shows the DB of the embodiment described so far.
1 shows a structure in which F-type wavelength tunable lasers are arranged in an array on the same substrate. 2nd order diffraction grating and 45 degree mirror,
Alternatively, in the configuration in which the external injection light is coupled perpendicularly to the crystal growth surface using a lens, it is possible to configure a plurality of external injection light introduction portions so as not to intersect with each other. Furthermore, by controlling the injection current to the phase adjustment region of each wavelength tunable laser, it is possible to generate light of different wavelengths from each wavelength tunable laser.

【００４１】図１７において、６１，６２，６３，６
４，６５，６６，６７，６８，６９はそれぞれ双安定レ
ーザの利得領域、７０，７１，７２はそれぞれ位相調整
領域、７３，７４，７５，７６，７７，７８はそれぞれ
光導波路、７９，８０，８１はそれぞれ可飽和吸収領
域、８２，８３，８４はそれぞれ２次回折格子または４
５度ミラー、８５，８６，８７はそれぞれ端面での反射
率を低減するための無反射構造、たとえば光吸収層や結
晶軸に対して斜めにエッチングされた端面などである。
なお、図１７はＤＦＢ型の構成を示しているが、ＤＢＲ
型においても同様に構成して同様の効果が期待できるこ
とは言うまでもない。In FIG. 17, 61, 62, 63, 6
4, 65, 66, 67, 68, 69 are bistable laser gain regions, 70, 71, 72 are phase adjustment regions, 73, 74, 75, 76, 77, 78 are optical waveguides, and 79, 80. , 81 are saturable absorption regions, 82, 83, 84 are secondary diffraction gratings or 4
The 5-degree mirrors 85, 86, and 87 each have a non-reflective structure for reducing the reflectance at the end face, for example, a light absorption layer or an end face that is obliquely etched with respect to the crystal axis.
Although FIG. 17 shows the configuration of the DFB type, the DBR
Needless to say, the same effect can be expected by configuring the mold in the same manner.

【００４２】図１８は複数の波長変換レーザを独立にで
はなく、同時に動作させる実施例を示すものである。こ
こで、１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２
６，１２７，１２８，１２９はそれぞれ波長変換レーザ
の利得領域、１３０，１３１，１３２はそれぞれ位相調
整領域、１３３，１３４，１３５，１３６は光導波路を
示す。さらに、１３７，１３８，１３９は可飽和吸収領
域、１４０，１４１，１４２，１４３，１４４，１４５
は光導波路１３３，１３４，１３５，１３６と可飽和吸
収領域１３７，１３８，１３９とを電気的に分離するた
めの溝、１４６，１４７，１４８，１４９，１５０，１
５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５
７は利得領域１２１，１２２，１２３，１２４，１２
５，１２６，１２７，１２８，１２９と可飽和吸収領域
１３７，１３８，１３９および位相調整領域１３０，１
３１，１３２とを電気的に分離するための溝である。ま
た、Ｌ_in3 は入力光（波長λ_in3 ）であり、Ｌ_out3（波
長λ_out3），Ｌ_out4（波長λ_out4），Ｌ_out5（波長λ
_out5）はそれぞれ波長変換レーザからの出力光である。
それぞれの位相調整領域１３０，１３１，１３２への注
入電流Ｉ_c3，Ｉ_c4，Ｉ_c5を違う値に設定することによ
り、波形は同じで出力光波長（λ_out3，λ_out4，
λ_out5）の異なるパルスを発生させることができる。FIG. 18 shows an embodiment in which a plurality of wavelength conversion lasers are operated simultaneously rather than independently. Here, 121, 122, 123, 124, 125, 12
Reference numerals 6, 127, 128 and 129 denote wavelength conversion laser gain areas, 130, 131 and 132 phase adjustment areas, and 133, 134, 135 and 136 optical waveguides. Further, 137, 138 and 139 are saturable absorption regions, 140, 141, 142, 143, 144 and 145.
Is a groove for electrically separating the optical waveguides 133, 134, 135, 136 and the saturable absorption regions 137, 138, 139, 146, 147, 148, 149, 150, 1
51,152,153,154,155,156,15
7 is a gain region 121, 122, 123, 124, 12
5,126,127,128,129 and saturable absorption regions 137,138,139 and phase adjustment regions 130,1
It is a groove for electrically separating 31 and 132. L _in3 is input light (wavelength λ _in3 ), and L _out3 (wavelength λ _out3 ), L _out4 (wavelength λ _out4 ), L _out5 (wavelength λ).
_out5 ) is the output light from each wavelength conversion laser.
By setting the injection currents I _c3 , I _c4 , and I _c5 to the phase adjustment regions 130, 131, and 132 to different values, the waveforms are the same and the output light wavelengths (λ _out3 , λ _out4 ,
It is possible to generate different pulses of λ _out5 ).

【００４３】以上では、外部入力光を注入する光導波路
として、波長変換レーザの活性層と同じＭＱＷ構造を持
つ場合について説明してきたが、光導波路を構成する結
晶として双安定レーザの発光波長よりも短波長のバンド
・ギャップを持つＩｎＧａＡｓＰ４元混晶でも同様の効
果が期待できることは言うまでもない。また、光導波路
を双安定半導体レーザの活性層と同様のＭＱＷ構造にて
構成した後、光導波路に相当する部分のみに窒化シリコ
ン膜を形成して繰り返し急加熱法（宮澤ら、Ｊａｐａｎ
ｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ，ｐｐ．Ｌ１０３９，１９８９年）によって
ＭＱＷを混晶化することにより、波長変換レーザの発振
波長に対して透明な導波路を形成した場合にも、同様の
効果が期待できることは言うまでもない。Although the case where the optical waveguide for injecting the external input light has the same MQW structure as that of the active layer of the wavelength conversion laser has been described above, the crystal forming the optical waveguide has a wavelength larger than that of the bistable laser. Needless to say, the same effect can be expected with an InGaAsP quaternary mixed crystal having a short wavelength band gap. In addition, after the optical waveguide is formed by the MQW structure similar to the active layer of the bistable semiconductor laser, the silicon nitride film is formed only on the portion corresponding to the optical waveguide and the repeated rapid heating method (Miyazawa et al., Japan.
ese Journal of Applied Ph
ysics, pp. It is needless to say that the same effect can be expected even when a waveguide transparent to the oscillation wavelength of the wavelength conversion laser is formed by mixing the MQW with L1039, 1989).

【００４４】結晶の材料としてはＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
Ｐ系の場合について述べてきたが、本発明はこの実施例
のみに限定されるものではなく、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓ系，ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪超格子系，ＩｎＧａＡ
ｓ／ＩｎＧａＡｓＰ歪超格子系の場合においても同様の
効果が期待できることは言うまでもない。As a crystal material, InGaAsP / In
Although the case of the P type has been described, the present invention is not limited to this example, and AlGaAs / GaA
s system, InGaAs / GaAs strained superlattice system, InGaA
It goes without saying that the same effect can be expected in the case of the s / InGaAsP strained superlattice system.

【００４５】[0045]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、波
長変換レーザ部に対して垂直あるいはある角度をもって
交差する光導波路を設置することにより、あるいはまた
上記の構造にモノリシックに２次回折格子または４５度
ミラーを形成することにより、あるいはまた利得領域と
可飽和吸収領域を持つ波長変換レーザの可飽和吸収領域
に対して、結晶成長層に垂直方向から光を入射すること
により、可飽和吸収領域への注入光の結合効率を高くで
き、しかもまたレンズやファイバなどの位置合わせの許
容度を大きくすることができる。As described above, according to the present invention, a second-order diffraction grating is provided by installing an optical waveguide which intersects the wavelength conversion laser section perpendicularly or at a certain angle or in a monolithic structure as described above. Alternatively, by forming a 45-degree mirror, or by injecting light from the direction perpendicular to the crystal growth layer to the saturable absorption region of the wavelength conversion laser having the gain region and the saturable absorption region, the saturable absorption is obtained. It is possible to increase the coupling efficiency of the injected light to the region, and also to increase the tolerance of alignment of the lens and the fiber.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】波長派遣レーザ（ＤＦＢ型）に対して垂直また
はある角度をもって交差する光導波路部を形成した本発
明波長可変レーザの一実施例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a wavelength tunable laser of the present invention in which an optical waveguide section which intersects a wavelength dispatch laser (DFB type) at a right angle or at a certain angle is formed.

【図２】図１における波長可変レーザ部を示す断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view showing a wavelength tunable laser section in FIG.

【図３】図１における光導波路部分を示す断面図であ
る。3 is a cross-sectional view showing an optical waveguide portion in FIG.

【図４】波長可変レーザ（ＤＢＲ型）に対して垂直また
はある角度をもって交差する光導波路部を形成した本発
明波長可変レーザの一実施例を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of the wavelength tunable laser of the present invention in which an optical waveguide portion which intersects the wavelength tunable laser (DBR type) perpendicularly or at a certain angle is formed.

【図５】図４における波長可変レーザ部を示す断面図で
ある。5 is a cross-sectional view showing a wavelength tunable laser section in FIG.

【図６】本発明実施例の利得電流対光出力特性図であ
る。FIG. 6 is a gain current vs. optical output characteristic diagram of the embodiment of the present invention.

【図７】本発明実施例１の光入出力特性図である。FIG. 7 is a light input / output characteristic diagram of Embodiment 1 of the present invention.

【図８】時間軸上で見た本発明実施例の波長変換動作説
明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of the wavelength conversion operation of the embodiment of the present invention viewed on the time axis.

【図９】本発明実施例の光入出力特性図である。FIG. 9 is a light input / output characteristic diagram of an example of the present invention.

【図１０】時間軸上で見た本発明実施例の論理動作説明
図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the logical operation of the embodiment of the present invention viewed on the time axis.

【図１１】波長変換レーザに対して垂直またはある角度
をもって交差する光導波路部に２次回折格子をモノリシ
ックに形成した本発明波長変換レーザの実施例における
光導波路部分を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an optical waveguide portion in an embodiment of the wavelength conversion laser of the present invention in which a second-order diffraction grating is monolithically formed in an optical waveguide portion which intersects the wavelength conversion laser at a right angle or at an angle.

【図１２】波長変換レーザに対して垂直またはある角度
をもって交差する光導波路部に４５度ミラーをモノリシ
ックに形成した本発明波長変換レーザの実施例における
光導波路部分を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing an optical waveguide portion in an embodiment of the wavelength conversion laser of the present invention in which a 45-degree mirror is monolithically formed in an optical waveguide portion which intersects the wavelength conversion laser at a right angle or at an angle.

【図１３】レンズを用いて可飽和吸収領域に外部注入光
を結晶面に対して垂直方向に結合させる本発明波長変換
レーザの実施例を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing an embodiment of the wavelength conversion laser of the present invention in which the external injection light is coupled to the saturable absorption region in the direction perpendicular to the crystal plane by using a lens.

【図１４】図１３のレンズをＩｎＰ基板にモノリシック
に形成した本発明実施例の構造を示す断面図である。14 is a cross-sectional view showing the structure of an embodiment of the present invention in which the lens of FIG. 13 is monolithically formed on an InP substrate.

【図１５】レンズを用いて可飽和吸収領域に外部注入光
を結晶面に対して垂直方向に結合させる本発明波長変換
レーザの実施例を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing an embodiment of the wavelength conversion laser of the present invention in which the external injection light is coupled to the saturable absorption region in the direction perpendicular to the crystal plane by using a lens.

【図１６】図１５のレンズをＩｎＰ基板にモノリシック
に形成した本発明実施例の構造を示す断面図である。16 is a sectional view showing the structure of an embodiment of the present invention in which the lens of FIG. 15 is monolithically formed on an InP substrate.

【図１７】本発明によるアレー構造の実施例を示す平面
図である。FIG. 17 is a plan view showing an embodiment of an array structure according to the present invention.

【図１８】一光入力に対して同時に複数の波長の異なる
出力光を発生させる本発明による波長変換用レーザ・ア
レーを示す平面図である。FIG. 18 is a plan view showing a laser array for wavelength conversion according to the present invention, which simultaneously generates a plurality of output lights having different wavelengths with respect to one light input.

【図１９】従来の波長可変レーザ（ＤＦＢ型）の一例を
示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing an example of a conventional wavelength tunable laser (DFB type).

【図２０】位相調整領域への注入電流に対する発振波長
の関係を示す図である。FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the oscillation wavelength and the injection current into the phase adjustment region.

【図２１】入力光波長に対する最小スイッチング入力光
パワーの関係を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the minimum switching input light power and the input light wavelength.

【図２２】従来の波長変換レーザ（ＤＢＲ型）の一例を
示す断面図である。FIG. 22 is a sectional view showing an example of a conventional wavelength conversion laser (DBR type).

【図２３】ＤＢＲ領域への注入電流に対する発振波長の
関係を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a relationship between an oscillation wavelength and an injection current into a DBR region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 波長変換レーザの利得領域 ２ 位相調整領域 ３Ａ，３Ｂ 可飽和吸収領域 ５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ 光導波路 ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ 利得領域の電極 ８ 位相調整領域の電極 ９Ａ，９Ｂ 可飽和吸収領域の電極 １０Ａ，１０Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ 光導波路部分の電極 １２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１
５Ａ，１５Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ 溝 ２０ ｎ形ＩｎＰ基板 ２１ ｎ形ＩｎＰクラッド層 ２２ ＩｎＧａＡｓＰ光導波路層 ２３ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ ＭＱＷ活性層 ２４ ｐ形ＩｎＰクラッド層 ２５ ｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓキャップ層 ２６ ｎ型電極 ２７ 回折格子 ２８，２９，３０，３１ 無反射コート ３２ レンズ ３６ ＤＢＲ領域 ３７ ＤＢＲ領域の電極 ３８ 回折格子 ４１ ２次回折格子 ４５ ４５度ミラー ５１ 無反射コート ５２ レンズ ５３ ＩｎＰ基板上にモノリシック形成されたレンズ ５４ 無反射コート ６１〜６９ 波長変換レーザの利得領域 ７０，７１，７２ 位相調整領域 ７３，７４，７５，７６，７７，７８ 光導波路 ７９，８０，８１ 可飽和吸収領域 ８２，８３，８４ 外部入力光の結合部（２次回折格子
または４５度ミラー） ８５，８６，８７ 無反射構造 １００，１１０ 入力光 １２１〜１２９ 波長変換レーザの利得領域 １３０〜１３２ 位相調整領域 １３３〜１３６ 光導波路 １３７，１３８，１３９ 可飽和吸収領域 １４０〜１５７ 溝 Ｉ_Bl（ｌ＝１，２） ＤＢＲ領域への注入電流 Ｉ_cj（ｊ＝１，２） 位相調整領域（ＤＦＢ型）への注
入電流 Ｉ_gi（ｉ＝１〜６） 利得電流 Ｉ_pk（ｋ＝１，２） 位相調整領域（ＤＢＲ型）への注
入電流 Ｉ_w 光導波路への注入電流 Ｖ_m （ｍ＝ａ〜ｆ） 可飽和吸収領域への印加電圧1A, 1B, 1C, 1D Gain region 2 of wavelength conversion laser 2 Phase adjustment region 3A, 3B Saturable absorption region 5A, 5B, 6A, 6B Optical waveguide 7A, 7B, 7C, 7D Electrode of gain region 8 Electrode of phase adjustment region 9A, 9B Saturable absorption region electrodes 10A, 10B, 11A, 11B Optical waveguide electrode 12A, 12B, 13A, 13B, 14A, 14B, 1
5A, 15B, 16A, 16B Groove 20 n-type InP substrate 21 n-type InP clad layer 22 InGaAsP optical waveguide layer 23 InGaAs / InP or InGaAs / In
GaAsP MQW active layer 24 p-type InP clad layer 25 p ⁺ -InGaAs cap layer 26 n-type electrode 27 diffraction gratings 28, 29, 30, 31 anti-reflection coating 32 lens 36 DBR region 37 DBR region electrode 38 diffraction grating 41 2 next time Folded grating 45 45-degree mirror 51 Non-reflective coating 52 Lens 53 Monolithically formed lens 54 on InP substrate Non-reflective coating 61-69 Gain region 70, 71, 72 of wavelength conversion laser Phase adjusting region 73, 74, 75, 76 , 77, 78 Optical waveguides 79, 80, 81 Saturable absorption regions 82, 83, 84 Coupling part of external input light (second-order diffraction grating or 45 degree mirror) 85, 86, 87 Non-reflective structure 100, 110 Input light 121 ~ 129 wavelength conversion laser gain region 130 ~ 132 phase adjustment region 133 ~ 136 optical waveguide 1 7,138,139 saturable absorption region 140-157 groove I _Bl (l = 1,2) current injected into the DBR region I _cj (j = 1,2) injection current I _gi to the phase adjustment area (DFB type) (i = 1 to 6) gain current I _pk (k = 1,2) injected current V _{m (m} = a~f) saturable absorption region to the injection current I _w waveguide to the phase adjustment area (DBR type) Applied voltage to

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒川 隆志 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takashi Kurokawa             1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo             Inside Telegraph and Telephone Corporation

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 利得領域、可飽和吸収領域および位相調
整領域を有する分布帰還型波長変換レーザ部と、 該波長変換レーザ部と交差し、かつ端面に無反射構造を
持つ外部からの注入光を前記可飽和吸収領域に結合させ
るための光導波路とを具えたことを特徴とする波長変換
レーザ。1. A distributed feedback type wavelength conversion laser unit having a gain region, a saturable absorption region and a phase adjustment region, and an external injection light which intersects with the wavelength conversion laser unit and has an antireflection structure on an end face. A wavelength conversion laser, comprising: an optical waveguide for coupling to the saturable absorption region. 【請求項２】 利得領域、可飽和吸収領域、波長変換領
域および位相調整領域を有する分布反射型波長変換レー
ザ部と、 該波長変換レーザ部と交差し、かつ端面に無反射構造を
持つ外部からの注入光を前記可飽和吸収領域に結合させ
るための光導波路とを具えたことを特徴とする波長変換
レーザ。2. A distributed reflection type wavelength conversion laser unit having a gain region, a saturable absorption region, a wavelength conversion region and a phase adjustment region, and an external portion which intersects the wavelength conversion laser unit and has a non-reflection structure on an end face. 2. A wavelength conversion laser, comprising: an optical waveguide for coupling the injected light of 1. to the saturable absorption region. 【請求項３】 請求項１または２記載の波長変換レーザ
において、前記注入光を前記光導波路に結合させる２次
回折格子を、前記波長変換レーザ部に交差し、かつ端面
に無反射構造を持った前記光導波路の一部分にモノリシ
ックに形成したことを特徴とする波長変換レーザ。3. The wavelength conversion laser according to claim 1, wherein a secondary diffraction grating that couples the injected light to the optical waveguide intersects the wavelength conversion laser portion and has a non-reflection structure on an end face. A wavelength conversion laser characterized in that it is monolithically formed on a part of the optical waveguide. 【請求項４】 請求項１または２記載の波長変換レーザ
において、前記注入光を前記光導波路に結合させる４５
度ミラーを、前記波長変換レーザ部に交差し、かつ端面
に無反射構造を持った前記光導波路の一部分にモノリシ
ックに形成したことを特徴とする波長変換レーザ。4. The wavelength conversion laser according to claim 1, wherein the injected light is coupled to the optical waveguide.
The wavelength conversion laser is characterized in that a degree mirror is formed monolithically on a part of the optical waveguide which intersects the wavelength conversion laser section and has an antireflection structure on the end face. 【請求項５】 利得領域、可飽和吸収領域および位相調
整領域を有する波長変換レーザ部と、 該波長変換レーザ部における前記可飽和吸収領域への入
力光の結合を、結晶成長層に対して垂直の方向から行う
レンズおよび無反射構造を介して行う光入力部とを具え
たことを特徴とする波長変換レーザ。5. A wavelength conversion laser unit having a gain region, a saturable absorption region and a phase adjustment region, and a coupling of input light to the saturable absorption region in the wavelength conversion laser unit is perpendicular to a crystal growth layer. A wavelength conversion laser, comprising: a lens for performing light in the direction of and a light input unit for performing light through a non-reflective structure. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかの項に記載
の波長変換レーザにおいて、前記可飽和吸収領域を電流
のほとんど注入されない低注入状態とし、印加電圧の変
化によって吸収量を制御するようにしたことを特徴とす
る波長変換レーザ。6. The wavelength conversion laser according to claim 1, wherein the saturable absorption region is in a low injection state in which almost no current is injected, and the absorption amount is controlled by changing the applied voltage. A wavelength conversion laser characterized in that 【請求項７】 請求項１ないし５のいずれかの項に記載
の波長変換レーザを同一基板上にアレー状に配列して構
成したことを特徴とする波長変換レーザ装置。7. A wavelength conversion laser device comprising the wavelength conversion laser according to claim 1 arranged in an array on the same substrate. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかの項に記載
の波長変換レーザにおいて、前記利得領域、前記可飽和
吸収領域、前記波長変換領域および前記位相調整領域を
構成する活性層を多重量子井戸構造により形成したこと
を特徴とする波長変換レーザ。8. The wavelength conversion laser according to claim 1, wherein an active layer forming the gain region, the saturable absorption region, the wavelength conversion region, and the phase adjustment region is a multiquantum quantum. A wavelength conversion laser having a well structure.