JPH06112581A - Bistable semiconductor laser and its control method - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To eliminate the limit on incident wavelength from a bistable semiconductor laser without requiring any complicated manufacturing process and to accurately separate incident light from exit light, and then, to form an array plate by forming the electrode of a saturable absorption area in comb-like shape. CONSTITUTION:Optical waveguides 1a and 1b and an optical waveguide 2 respectively form gain areas and a saturable area and comb-shaped electrodes 3 supply a voltage to the saturable area. A separating section 4 electrically separate the gain areas from the saturable area and an electrode section 5 supplies an electric current to the waveguides 1a and 1b. The electrodes 3 have widths of about 2-5mum and a window structure so that incident light can enter the saturable section. Since light is perpendicularly made incident to the title semiconductor laser from the top, no limit is imposed upon the incident wavelength and the incident light can be separated from exit light. In addition, since the semiconductor layer can be constructed in an array-like structure, the semiconductor laser can be constructed to the same structure as the prior art bistable semiconductor laser having a simple structure and an element can be formed through a simple process. In addition, the electrodes 3 can be made transparent.

Description

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

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光通信および光情報処理
において、光を電気に変換することなく直接光のままで
光の波長、周波数を変換する双安定半導体レーザ及びそ
の制御方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bistable semiconductor laser and its control method for converting the wavelength and frequency of light directly without converting it into electricity in optical communication and optical information processing. is there.

【０００２】[0002]

【従来の技術】光ファイバによる光通信は大容量の情報
を高速に伝送することができるために、最近急速に実用
化されつつある。しかし現時点では、ある特定の波長の
光パルスを伝送しているのみである。多数の異なった周
波数の光パルスを伝送することができれば、さらに大容
量の情報を伝送することができる。これを波長多重（Ｗ
ＤＭ）、周波数多重通信（ＦＤＭ）と呼び、現在活発に
研究されている。波長多重・周波数多重通信において、
光交換を行う場合、多数の周波数の光パルスの中から選
択的に任意の波長、周波数の光のみを選び出し、その波
長、周波数を任意の他の波長、周波数に変換するスイッ
チいゆわる波長、周波数スイッチがキーデバイスとな
る。従来このスイッチを形成するには、波長、周波数多
重された信号をスプリッタで分波し、可変波長選択素子
で特定の波長の光を選択した後、ディテクタで電気に変
換し、この電気信号で可変波長レーザを駆動していた。
しかし、本方法では一旦電気に変換するため、光信号速
度が１００ＭＨｚ以下と低速であることが欠点であり、
装置も非常に複雑になるという欠点があった。2. Description of the Related Art Optical communication using an optical fiber has recently been rapidly put into practical use because it can transmit a large amount of information at high speed. However, at this time, it is only transmitting an optical pulse of a specific wavelength. If a large number of optical pulses of different frequencies can be transmitted, a larger amount of information can be transmitted. This is wavelength multiplexed (W
DM) and frequency division multiplexing (FDM), which are currently under active research. In wavelength multiplex / frequency multiplex communication,
When optical exchange is performed, only light of an arbitrary wavelength and frequency is selectively selected from optical pulses of a large number of frequencies, and a wavelength that a switch and a wavelength that converts the wavelength and frequency to another arbitrary wavelength and frequency, The frequency switch becomes the key device. Conventionally, to form this switch, wavelength- and frequency-multiplexed signals are demultiplexed by a splitter, light of a specific wavelength is selected by a variable wavelength selection element, then converted to electricity by a detector, and this electrical signal It was driving a wavelength laser.
However, this method has a drawback that the optical signal speed is as low as 100 MHz or less because it is once converted into electricity,
The device is also very complicated.

【０００３】これに対し、外部からの光を直接半導体レ
ーザに入れて、その波長、周波数を変換する試みも多く
なされている。例えばＤＢＲ形の双安定半導体レーザに
外部より光を出射光と同軸方向より入射させて波長変換
を行う方法が提案されている（山腰、「波長変換レー
ザ」ＯｐｌｕｓＥ １９８９年１０月Ｎｏ．１１９，
ｐ．１４２）。その構造を図１５に示す。同図におい
て、１３１は活性層、１３２は光ガイド層、１３３はＤ
ＢＲ回折格子、１３４は可飽和部電極、１３５は利得部
電極、１３６は位相シフト電極、１３７はＤＢＲ領域電
極である。光は図において左より入射して、可飽和部を
励起し、レーザは発振状態になる。出射光の波長はＤＢ
Ｒ領域、および位相調整領域に流す電流を調整すること
により数ｎｍ可変できる。これにより入射波長λ₁ は出
射波長λ₂ に変換される。しかしここで問題になるの
は、入射波長は本半導体レーザの共振モードに厳密に
合わせる必要があるという点と、入射波長が出射側に
も混入するという点と、入射側に出射光が混入すると
いう点である。即ち通常の半導体レーザでは、共振モー
ドが約１ｎｍ程度の間隔であるため、入射波長も１ｎｍ
間隔にしか選ぶことができない。さらにの問題では入
射光を取り除くため出射側に波長選択素子を置く必要が
でてくる。さらにの問題については入射側に光が入る
ことを避けるためにアイソレータが必要となる。On the other hand, many attempts have been made to directly input light from the outside into a semiconductor laser to convert its wavelength and frequency. For example, a method has been proposed in which light is externally incident on a DBR-type bistable semiconductor laser from the outside in a direction coaxial with the emitted light to perform wavelength conversion (Yamagoshi, "Wavelength conversion laser", Opplus E, October 1989, No. 119,
p. 142). Its structure is shown in FIG. In the figure, 131 is an active layer, 132 is a light guide layer, and 133 is D.
BR is a diffraction grating, 134 is a saturable part electrode, 135 is a gain part electrode, 136 is a phase shift electrode, and 137 is a DBR region electrode. Light enters from the left in the figure to excite the saturable portion, and the laser enters an oscillating state. The wavelength of the emitted light is DB
It can be changed by several nm by adjusting the current flowing in the R region and the phase adjustment region. As a result, the incident wavelength λ ₁ is converted into the outgoing wavelength λ ₂ . However, the problem here is that the incident wavelength must be exactly matched to the resonance mode of the semiconductor laser, that the incident wavelength is mixed in on the emission side, and that the emitted light is mixed on the incident side. That is the point. That is, in a normal semiconductor laser, since the resonance mode has an interval of about 1 nm, the incident wavelength is 1 nm.
You can only choose the interval. As a further problem, it is necessary to place a wavelength selection element on the emission side to remove the incident light. For the further problem, an isolator is necessary to prevent light from entering the incident side.

【０００４】この欠点を解決するため、双安定半導体レ
ーザに直交して光導波路を形成し、入射光を出射光方向
に対して直交して入射する構造が提案されている（特開
昭６２−２９６５７３）。その構造を図１６に示す。同
図において１４１は利得部、１４２は可飽和部、１４３
はアンプ部、１４４は無反射コート、１４５は利得部用
電極、１４６は可飽和部用電極、１４７はアンプ部用電
極である。入射光は、無反射コート付き端面に入射され
るため、入射波長に対して制限がなく、また入射光と出
射光は直交しているため、入射光が出射側に出力される
ことはない。しかし、本構造では、利得部用電極１４５
が２つとアンプ部用電極１４７および可飽和部電極用電
極１４６とで、合計４つの電極が必要であり、プロセス
上非常に煩雑になるという欠点があった。さらに光交換
においては、これらの波長変換素子をアレイ状に数個並
べる必要があるが、図１６のような構造では、これは本
質的に不可能となる。In order to solve this drawback, there has been proposed a structure in which an optical waveguide is formed orthogonally to the bistable semiconductor laser, and incident light is made incident perpendicularly to the outgoing light direction (Japanese Patent Laid-Open No. 62-62-62). 296573). Its structure is shown in FIG. In the figure, 141 is a gain part, 142 is a saturable part, 143.
Is an amplifier section, 144 is a non-reflective coating, 145 is a gain section electrode, 146 is a saturable section electrode, and 147 is an amplifier section electrode. Since the incident light is incident on the end face with the antireflection coating, there is no limitation on the incident wavelength, and since the incident light and the emitted light are orthogonal to each other, the incident light is not output to the emission side. However, in this structure, the gain electrode 145
However, there is a drawback that a total of four electrodes are required, that is, the two electrodes and the electrode 147 for the amplifier section and the electrode 146 for the saturable section, which makes the process very complicated. Furthermore, in optical switching, it is necessary to arrange several wavelength conversion elements in an array, but this is essentially impossible with the structure shown in FIG.

【０００５】上記の直交形の欠点を解決するために、導
波路にグレーティング、４５度ミラーを形成して、光を
基板上側あるいは下側から入射させる方法も提案されて
いる（特願平３−１６０６５０）。しかし、グレーティ
ングあるいは４５度ミラーを形成するには、さらにプロ
セスがさらに複雑になるという欠点がある。In order to solve the above-mentioned defects of the orthogonal type, a method has been proposed in which a grating and a 45-degree mirror are formed in a waveguide and light is incident from the upper side or the lower side of the substrate (Japanese Patent Application No. 3-103). 160650). However, forming a grating or a 45 degree mirror has the drawback that the process becomes more complicated.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述した如く、従来装
置においては、双安定半導体レーザの欠点である入射
波長制限、出射光への入射光の混入、入射側への出
射光の混入の問題を解決し、さらに直交形の双安定半導
体レーザのアレイ化不可能、複雑なプロセスの問題
を解決するには十分なものではなかった。As described above, in the conventional device, the problems of the bistable semiconductor laser such as the limitation of the incident wavelength, the mixing of the incident light with the outgoing light, and the mixing of the outgoing light with the incoming side are solved. However, it was not enough to solve the problem of complicated array process, which could not be arrayed with orthogonal bistable semiconductor lasers.

【０００７】本発明は上記に鑑みてなされたもので、そ
の目的としては、複雑な製造プロセスを招来することな
く入射波長制限がないと共に入射光と出射光の分離が的
確になされ、加えてアレイ状に形成することが可能な双
安定半導体レーザ及びその制御方法を提供することにあ
る。The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is not to impose a complicated manufacturing process, there is no limitation of an incident wavelength, and an incident light and an emitted light can be accurately separated. It is an object of the present invention to provide a bistable semiconductor laser that can be formed in a uniform shape and a control method thereof.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、活性層をクラッド層で挟んで構成した利得領域と可
飽和吸収領域とを有する双安定半導体レーザにおいて、
本発明は、可飽和吸収領域の電極が櫛形であることを要
旨とする。In order to achieve the above object, in a bistable semiconductor laser having a gain region and a saturable absorption region formed by sandwiching an active layer with a cladding layer,
The gist of the present invention is that the electrodes in the saturable absorption region are comb-shaped.

【０００９】また、本発明は、活性層をクラッド層で挟
んで構成した利得領域と可飽和吸収領域とを有する双安
定半導体レーザにおいて、可飽和吸収領域の電極が透明
電極であることを要旨とする。Further, the present invention is characterized in that, in a bistable semiconductor laser having a gain region and a saturable absorption region formed by sandwiching an active layer with a cladding layer, the electrode in the saturable absorption region is a transparent electrode. To do.

【００１０】さらに本発明は、活性層をクラッド層で挟
んで構成した利得領域と可飽和吸収領域とを有する双安
定半導体レーザにおいて、光入力を可飽和吸収領域と利
得領域の分離部に入射することを要旨とする。Further, according to the present invention, in a bistable semiconductor laser having a gain region and a saturable absorption region formed by sandwiching an active layer with a cladding layer, an optical input is made incident on a separating portion between the saturable absorption region and the gain region. That is the summary.

【００１１】[0011]

【作用】本発明では、入射光を可飽和部あるいは可飽和
部と利得部の分離部に直接上側から入射させるように
し、特に、可飽和部に入射させる場合、可飽和部の電極
としては、櫛形として光入射用の窓を開けておく、また
は透明電極とする。これにより、光は半導体レーザに対
して上から垂直に光が入射されるために入射波長制限が
なく、入射光と出射光が分離される。さらにアレイ状に
することも可能であり、従来の単純な構造の双安定半導
体レーザと構造は変わらないため、簡単なプロセスで素
子を形成できるという利点がある。In the present invention, the incident light is made to enter the saturable portion or the separating portion of the saturable portion and the gain portion directly from the upper side. Particularly, when it is made incident on the saturable portion, the electrode of the saturable portion is A window for light incidence is opened as a comb shape, or a transparent electrode is used. As a result, since the light is vertically incident on the semiconductor laser from above, there is no limitation on the incident wavelength, and the incident light and the emitted light are separated. Further, it is possible to form an array, and since the structure is the same as that of a conventional bistable semiconductor laser having a simple structure, there is an advantage that elements can be formed by a simple process.

【００１２】[0012]

【実施例】以下、図面を用い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.

【００１３】図１および図２は、本発明の一実施例に係
る双安定半導体レーザ素子のそれぞれ上面図および断面
図である。なお、図２の断面図はリッジの中心で割った
ものを示している。両図において、１ａ，１ｂは利得領
域を形成する光導波路、２は可飽和領域を形成する光導
波路、３は可飽和部に電圧を供給する櫛形電極、４は利
得領域および可飽和領域を電気的に分離する分離部、５
は光導波路１ａおよび２ａに電流を給電する電極部であ
る。ここで櫛形電極３は２〜５μｍ程度の幅の櫛形とな
っており、入射光が可飽和部に入るように窓構造を取っ
ている。また、２０はｎ形ＩｎＰ基板、２１はｎ形Ｉｎ
Ｐクラッド層、２２はＭＱＷ活性層（例えば、ＩｎＧａ
Ａｓ井戸層、ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ障壁層より構
成される）、２３はｐ形ＩｎＰクラッド層、２４はｐ⁺
−ＩｎＧａＡｓキャップ層、２５はｎ形電極、２６は壁
開面である。分離部４はＩｎＧａＡｓキャップ層２４と
ｐ形ＩｎＰクラッド層２３の一部を化学的にエッチング
などの手段で除去するか、あるいはプロトン注入などに
より高抵抗化により形成される。なお、図２において、
２７ａは入射用光ファイバ、２８ａは入射用レンズ、２
７ｂは出射光用ファイバ、２８ｂは出射光用レンズであ
り、２９ａは入射光、２９ｂは出射光である。1 and 2 are a top view and a sectional view, respectively, of a bistable semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. The sectional view of FIG. 2 shows the ridge divided by the center. In both figures, 1a and 1b are optical waveguides that form a gain region, 2 is an optical waveguide that forms a saturable region, 3 is a comb-shaped electrode that supplies a voltage to the saturable portion, and 4 is a gain region and a saturable region. Separation part 5
Is an electrode portion for supplying a current to the optical waveguides 1a and 2a. Here, the comb electrode 3 has a comb shape with a width of about 2 to 5 μm, and has a window structure so that the incident light enters the saturable portion. Further, 20 is an n-type InP substrate, 21 is an n-type In
The P clad layer and 22 are MQW active layers (for example, InGa
As well layer, InGaAsP or InP barrier layer), 23 is a p-type InP clad layer, and 24 is p ⁺
-InGaAs cap layer, 25 is an n-type electrode, and 26 is an open wall. The isolation portion 4 is formed by chemically removing a part of the InGaAs cap layer 24 and the p-type InP clad layer 23 by means such as etching, or by increasing the resistance by proton injection or the like. In addition, in FIG.
27a is an incident optical fiber, 28a is an incident lens, 2a
Reference numeral 7b is an outgoing light fiber, 28b is an outgoing light lens, 29a is incident light, and 29b is outgoing light.

【００１４】図３は本双安定半導体レーザの利得領域へ
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。双安定半導体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
への印加電圧Ｖ₀ 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３に示すように、リミッタ特性、ヒステリシス特
性を示すようになる。この際、２次元励起子が可飽和吸
収帯としての役割を果たしている。FIG. 3 shows the optical output characteristics of the present bistable semiconductor laser with respect to the injection current (gain current) into the gain region. The oscillation wavelength of the bistable semiconductor 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, the applied voltage V ₀ to the saturable absorption region is changed from forward bias to reverse bias by V ₁
When it is changed as → V ₂ → V ₃ → V ₄ , the absorption peak wavelength of the two-dimensional exciton shifts to the long wavelength side due to the quantum confined Stark effect, and the absorption amount increases. Therefore, as shown in FIG. 3, the limiter characteristic and the hysteresis characteristic are exhibited. At this time, the two-dimensional excitons play a role as a saturable absorption band.

【００１５】ここで、可飽和吸収領域に印加する電圧を
Ｖ₂ に固定し、利得電流をＩ_g に設定した場合の光入出
力特性を図４に示す。入力光信号波形が整形、増幅され
ていることがわかる。また入射光のスペクトルと出射光
のスペクトルを図５（ａ）に示す。また、比較のため
に、光を出射方向と同軸方向から入射させる従来の場合
の入射光および出射光のスペクトルを図５（ｂ）に示
す。光の波長はλ₁ からλ₂ に変換されており、的確に
波長変換されていることがわかる。さらに、従来は出射
側に入射光が混入しているのに対し、本実施例では入射
光は出射側には混入していない。次に、波長変換に必要
な最小入射光パワーの波長依存性を図６に示す。本実施
例では１．５０μｍから１．５８μｍまで連続な特性が
得られるのに対し、従来の素子ではほぼ１ｎｍ間隔でフ
ァブリーペローのモードに対応して、櫛波状の特性が得
られ、入射波長制限が非常にきびしいことを意味してい
る。一方、本実施例では、入射波長に制限はない。FIG. 4 shows the light input / output characteristics when the voltage applied to the saturable absorption region is fixed to V ₂ and the gain current is set to I _g . It can be seen that the input optical signal waveform is shaped and amplified. The spectrum of the incident light and the spectrum of the emitted light are shown in FIG. For comparison, FIG. 5B shows the spectra of the incident light and the emitted light in the conventional case in which the light is incident in the coaxial direction with the emission direction. The wavelength of light is converted from λ ₁ to λ ₂ , and it can be seen that the wavelength is accurately converted. Further, while the incident light is conventionally mixed on the emission side, the incident light is not mixed on the emission side in the present embodiment. Next, FIG. 6 shows the wavelength dependence of the minimum incident light power required for wavelength conversion. In the present example, continuous characteristics from 1.50 μm to 1.58 μm are obtained, whereas in the conventional element, comb-like characteristics are obtained corresponding to the Fabry-Perot mode at intervals of approximately 1 nm, and the incident wavelength limitation Means that is very severe. On the other hand, in this embodiment, the incident wavelength is not limited.

【００１６】但し、本実施例は入射光が増幅されないた
め、最小スイッチングエネルギーが従来より１〜２桁大
きくなり、約１００μＷ／cm² 程度のスイッチングパワ
ーが必要となる。However, since the incident light is not amplified in this embodiment, the minimum switching energy is increased by one to two orders of magnitude, and a switching power of about 100 μW / cm ² is required.

【００１７】なお、上述した実施例では、ファブリーペ
ローレーザを例に説明したが、図７に示すようなＤＦＢ
構造レーザ、図８に示すようなＤＢＲ構造レーザ、図９
に示すような波長選択素子とミラーを組み合わせた外部
共振器でも同様の効果がある。ここで、図７において７
１はＤＦＢグレーティング、図８において８１はＤＢＲ
グレーティング、図９において９１は液晶可変波長フィ
ルタ、９２はミラーである。例えば図８に示すようなＤ
ＢＲレーザでは、位相調整領域およびＤＢＲ領域に流す
電流を変化させることにより、出射側のシングルモード
光の波長を連続に数ｎｍ変化させることが可能である。
これにより任意の入射光波長を任意の出射光波長に変換
が可能であり、完全な波長変換素子を実現できることに
なる。図７のＤＦＢレーザでも、１ｎｍ程度出射側の波
長を変化できるし、図９の外部共振器形レーザでは、可
変波長フィルタ９１の選択波長を掃引することにより、
数１０ｎｍに渡って連続に出射波長を変化することがで
きる。Although the Fabry-Perot laser has been described as an example in the above embodiment, the DFB as shown in FIG.
Structured laser, DBR structured laser as shown in FIG. 8, FIG.
An external resonator having a combination of a wavelength selection element and a mirror as shown in (4) has the same effect. Here, in FIG.
1 is a DFB grating, and 81 in FIG. 8 is a DBR
In FIG. 9, reference numeral 91 is a liquid crystal variable wavelength filter, and 92 is a mirror. For example, D as shown in FIG.
In the BR laser, the wavelength of the single-mode light on the emission side can be continuously changed by several nm by changing the current flowing in the phase adjustment region and the DBR region.
This makes it possible to convert an arbitrary incident light wavelength to an arbitrary outgoing light wavelength, and realize a complete wavelength conversion element. The DFB laser of FIG. 7 can also change the wavelength on the emission side by about 1 nm, and the external resonator type laser of FIG. 9 can sweep the selected wavelength of the tunable wavelength filter 91.
The emission wavelength can be continuously changed over several tens of nm.

【００１８】また、上述した実施例では１つの素子につ
いて説明したが、これらは簡単にアレイ化が可能であ
る。図１０は図８のＤＢＲ双安定半導体レーザをモノリ
シックアレイ化したものである。図１０において、１０
１はモノリシックアレイ化したバー状態の半導体レー
ザ、１０２は入射光用先球ファイバアレイ、１０３は出
射光用先球ファイバアレイ、１０４は利得領域を共通と
した金電極であり、１０５は各可飽和領域へ給電する金
電極、１０６は各位相調整領域に電圧を印加する金電
極、１０７はＤＢＲ領域の電流を調整する電流を供給す
る金電極である。Further, although one element has been described in the above-mentioned embodiment, these elements can be easily formed into an array. FIG. 10 shows a monolithic array of the DBR bistable semiconductor laser of FIG. In FIG. 10, 10
1 is a monolithic array semiconductor laser in a bar state, 102 is a front spherical fiber array for incident light, 103 is a front spherical fiber array for outgoing light, 104 is a gold electrode having a common gain region, and 105 is each saturable Reference numeral 106 denotes a gold electrode that supplies power to the region, 106 denotes a gold electrode that applies a voltage to each phase adjustment region, and 107 denotes a gold electrode that supplies a current that adjusts the current in the DBR region.

【００１９】図１１はこの波長変換アレイを波長スイッ
チとして用いた例を示している。図１１において、１１
１は入力光ファイバ、１１２はスプリッタ、１１３は可
変波長フィルタアレイ、１１４は入力用先球ファイバア
レイ、１１５は図１０に示した双安定半導体レーザアレ
イ、１１６は出射用先球ファイバアレイ、１１７は合波
器、１１８は出射光ファイバである。波長多重された光
信号をスプリッタ１１２によって分波し、さらにフィル
タアレイ１１３によって、波長を選択する。この光を図
１０の双安定半導体レーザアレイ１１５に入力し、λ₁
〜λ_n の光信号を任意のλ₁ ’，λ_n ’に変換して出力
して、１本の光ファイバに合波する。これにより波長、
周波数スイッチが形成できることになる。FIG. 11 shows an example in which this wavelength conversion array is used as a wavelength switch. In FIG. 11, 11
1 is an input optical fiber, 112 is a splitter, 113 is a variable wavelength filter array, 114 is an input spherical fiber fiber array, 115 is a bistable semiconductor laser array shown in FIG. 10, 116 is an outgoing spherical fiber fiber array, and 117 is A multiplexer, 118 is an outgoing optical fiber. The wavelength-multiplexed optical signal is demultiplexed by the splitter 112, and the wavelength is selected by the filter array 113. Enter this light to the bistable semiconductor laser array 115 of FIG. 10, lambda ₁
~λ any lambda ₁ light signals of _n ', lambda _n' and outputs the converted and multiplexed into a single optical fiber. This gives the wavelength,
A frequency switch can be formed.

【００２０】更に、上述した実施例では可飽和吸収部の
電極を櫛形状にして、入射光をその窓から入射したが、
分離部４に光を入射しても同様の効果が得られる。その
構成を図１２に示す。この場合、可飽和吸収部の電極１
２３はベタ電極であり、可飽和部と利得部の分離部４に
先球ファイバ２７ａおよびレンズ２８ａによって入射光
２９ａが入力されている。先球ファイバ２７ａおよびレ
ンズ２８ａの代わりに、ファイバのみを用いてもよい。
このようにした場合、図２の実施例よりも入力の光パワ
ーを強くする必要があるが、この場合でも同様の効果が
得られた。Further, in the above-mentioned embodiment, the electrode of the saturable absorber is formed in a comb shape and the incident light is incident through the window.
Even if light is incident on the separation section 4, the same effect can be obtained. The structure is shown in FIG. In this case, the electrode 1 of the saturable absorber
Reference numeral 23 is a solid electrode, and the incident light 29a is input to the separating portion 4 of the saturable portion and the gain portion by the front spherical fiber 27a and the lens 28a. Instead of the front spherical fiber 27a and the lens 28a, only the fiber may be used.
In this case, the input optical power needs to be stronger than in the embodiment of FIG. 2, but the same effect was obtained in this case as well.

【００２１】また、上述した実施例では、可飽和吸収部
の電極を櫛形状にして、入射光をその窓から入射した
が、電極材料として、入射光に対して透明な材料を用い
てもよい。その構造を図１３および図１４に示す。な
お、図１３は上面図、図１４は断面図である。両図にお
いて、１５１はＩｎ₂ Ｏ₃ 透明電極であり、膜厚は２０
０ｎｍであり、１．５μｍの波長の光に対して９０％以
上の透過率を持つものであり、この場合も図２の実施例
と同様な効果が得られた。Further, in the above-mentioned embodiment, the electrode of the saturable absorber is formed in a comb shape and the incident light is made incident through the window. However, a material transparent to the incident light may be used as the electrode material. . Its structure is shown in FIGS. 13 and 14. 13 is a top view and FIG. 14 is a sectional view. In both figures, 151 is an In ₂ O ₃ transparent electrode, and the film thickness is 20.
It is 0 nm and has a transmittance of 90% or more for light having a wavelength of 1.5 μm. In this case, the same effect as that of the embodiment of FIG. 2 was obtained.

【００２２】[0022]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、入
射光を可飽和部あるいは可飽和部と利得部の分離部に直
接上側から入射させるようにし、特に、可飽和部に入射
させる場合、可飽和部の電極としては、櫛形として光入
射用の窓を開けておく、または透明電極とするようにし
たので、光は半導体レーザに対して上から垂直に光が入
射されるために入射波長制限がなく、入射光と出力光が
的確に分離され、さらにアレイ状にすることも可能であ
り、従来の単純な構造の双安定半導体レーザと構造は変
わらないため、簡単なプロセスで素子を形成することが
できる。もって、有効な波長変換レーザを得ることがで
きる。As described above, according to the present invention, the incident light is directly incident on the saturable portion or the separating portion of the saturable portion and the gain portion from the upper side, and particularly, when the incident light is incident on the saturable portion. As the electrode of the saturable portion, a comb-shaped window for light incidence is opened, or a transparent electrode is used, so that light is incident on the semiconductor laser vertically from above. There is no wavelength limitation, incident light and output light can be separated accurately, and it is also possible to form an array.Since the structure is the same as the conventional simple structure bistable semiconductor laser, the device can be manufactured by a simple process. Can be formed. Therefore, an effective wavelength conversion laser can be obtained.

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

【図１】本発明の一実施例の素子の上面図を示したもの
である。FIG. 1 shows a top view of a device according to an embodiment of the present invention.

【図２】本発明の一実施例の素子の断面図を示したもの
である。FIG. 2 shows a cross-sectional view of a device according to an embodiment of the present invention.

【図３】当該一実施例の双安定半導体レーザの利得領域
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。FIG. 3 shows an optical output characteristic with respect to an injection current (gain current) into a gain region of the bistable semiconductor laser of the one embodiment.

【図４】当該一実施例の双安定半導体レーザにおける可
飽和吸収領域に印加する電圧をＶ₂ に固定し、利得電流
をＩ_g に設定した場合の光入出力特性を示したものであ
る。FIG. 4 shows optical input / output characteristics when the voltage applied to the saturable absorption region in the bistable semiconductor laser of the one example is fixed to V ₂ and the gain current is set to I _g .

【図５】当該一実施例の素子および従来の素子の入射お
よび出射の光スペクトルを示したものである。FIG. 5 shows incident and outgoing optical spectra of the device of the one example and a conventional device.

【図６】当該一実施例の素子および従来素子の波長変換
に必要な最小入射パワーを示したものである。FIG. 6 shows the minimum incident power required for wavelength conversion of the device of the one example and the conventional device.

【図７】本発明の双安定半導体レーザのＤＦＢ構造を持
つ実施例を示したものである。FIG. 7 shows an embodiment having a DFB structure of the bistable semiconductor laser of the present invention.

【図８】本発明の双安定半導体レーザのＤＢＲ構造を持
つ実施例を示したものである。FIG. 8 shows an embodiment having a DBR structure of the bistable semiconductor laser of the present invention.

【図９】本発明の双安定半導体レーザの外部共振構造を
持つ実施例を示したものである。FIG. 9 shows an embodiment having an external resonance structure of a bistable semiconductor laser of the present invention.

【図１０】図８のＤＢＲ双安定半導体レーザをモノリシ
ックアレイ化したものである。10 is a monolithic array of the DBR bistable semiconductor laser of FIG.

【図１１】図１０の波長変換アレイを波長スイッチとし
て用いた例を示している。11 shows an example in which the wavelength conversion array of FIG. 10 is used as a wavelength switch.

【図１２】本発明の他の実施例に係る双安定半導体レー
ザを示すものである。FIG. 12 shows a bistable semiconductor laser according to another embodiment of the present invention.

【図１３】本発明のさらに他の実施例に係る双安定半導
体レーザの上面図である。FIG. 13 is a top view of a bistable semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図１４】本発明のさらに他の実施例に係る双安定半導
体レーザの断面図である。FIG. 14 is a sectional view of a bistable semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図１５】従来のＤＢＲ形の双安定半導体レーザに外部
より光を出射光と同軸方向より入射させて波長変換を行
う方法を示したものである。FIG. 15 shows a method of wavelength conversion by externally entering light into a DBR-type bistable semiconductor laser from the outside in a direction coaxial with the emitted light.

【図１６】双安定半導体レーザに光導波路を直交させた
従来の構造である。FIG. 16 shows a conventional structure in which an optical waveguide is orthogonal to a bistable semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ａ，１ｂ 利得領域を形成する光導波路 ２ 可飽和領域を形成する光導波路 ３ 櫛形電極 ４ 電気的に分離する分離部 ５ 電極部 ２０ ｎ形ＩｎＰ基板 ２１ ｎ形ＩｎＰクラッド層 ２２ ＭＱＷ活性層 ２３ ｐ形ＩｎＰクラッド層 ２４ ｐ⁺ −ＩｎＧａＡｓキャップ層 ２５ ｎ形電極 ２６ 壁開面 ２７ａ 入射用光ファイバ ２７ｂ 出射光用ファイバ ２８ａ 入射用レンズ ２８ｂ 出射光用レンズ １０１ 半導体レーザ １０２ 入射光用先球ファイバアレイ １０３ 出射光用先球ファイバアレイ １０４ 利得領域を共通とした金電極 １０５ 各可飽和領域へ給電する金電極 １０６ 各位相調整領域に電圧を印加する金電極 １０７ ＤＢＲ領域の電流を調整する電流を供給する金
電極 １１１ 入力光ファイバ １１２ スプリッタ １１３ 可変波長フィルタアレイ １１４ 入力用先球ファイバアレイ １１５ 双安定半導体レーザアレイ １１６ 出射用先球ファイバアレイ １１７ 合波器 １１８ 出射光ファイバ1a, 1b Optical waveguide forming a gain region 2 Optical waveguide forming a saturable region 3 Comb-shaped electrode 4 Separation part for electrically separating 5 Electrode part 20 n-type InP substrate 21 n-type InP clad layer 22 MQW active layer 23 p InP clad layer 24 p ⁺ -InGaAs cap layer 25 n-type electrode 26 Wall surface 27a Incident optical fiber 27b Emitting light fiber 28a Incident lens 28b Emitting light lens 101 Semiconductor laser 102 Incident light front-end fiber array 103 Emitting light front-end fiber array 104 Gold electrode with common gain region 105 Gold electrode for feeding each saturable region 106 Gold electrode for applying voltage to each phase adjustment region 107 Supplying current for adjusting current in DBR region Gold electrode 111 Input optical fiber 112 Splitter 113 Variable wavelength filter array 114 input spherical fiber array 115 bistable semiconductor laser array 116 outgoing spherical fiber array 117 multiplexer 118 outgoing optical fiber

───────────────────────────────────────────────────── 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１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Kurokawa 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 活性層をクラッド層で挟んで構成した利
得領域と可飽和吸収領域とを有する双安定半導体レーザ
において、可飽和吸収領域の電極が櫛形であることを特
徴とする双安定半導体レーザ。1. A bistable semiconductor laser having a gain region and a saturable absorption region formed by sandwiching an active layer with a clad layer, wherein electrodes of the saturable absorption region are comb-shaped. . 【請求項２】 活性層をクラッド層で挟んで構成した利
得領域と可飽和吸収領域とを有する双安定半導体レーザ
において、可飽和吸収領域の電極が透明電極であること
を特徴とする双安定半導体レーザ。2. A bistable semiconductor laser having a gain region and a saturable absorption region formed by sandwiching an active layer with a cladding layer, wherein the electrode in the saturable absorption region is a transparent electrode. laser. 【請求項３】 請求項１または２記載の双安定半導体レ
ーザにおいて、外部にミラー及び可変波長選択素子を有
することを特徴とする双安定半導体レーザ。3. The bistable semiconductor laser according to claim 1, further comprising a mirror and a variable wavelength selection element on the outside. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の双安定半導
体レーザを同一基板上にアレイ状に配列したことを特徴
とする双安定半導体レーザ。4. A bistable semiconductor laser in which the bistable semiconductor lasers according to claim 1, 2 or 3 are arranged in an array on the same substrate. 【請求項５】 請求項１，２，３または４記載の双安定
半導体レーザにおいて、光入力を可飽和吸収領域の電極
の上から基板に垂直に入射することを特徴とする双安定
半導体レーザの制御方法。5. The bistable semiconductor laser according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein a light input is vertically incident on the substrate from above the electrode in the saturable absorption region. Control method. 【請求項６】 活性層をクラッド層で挟んで構成した利
得領域と可飽和吸収領域とを有する双安定半導体レーザ
において、光入力を可飽和吸収領域と利得領域の分離部
に入射することを特徴とする双安定半導体レーザの制御
方法。6. A bistable semiconductor laser having a gain region and a saturable absorption region formed by sandwiching an active layer with a clad layer, wherein an optical input is incident on a separation part between the saturable absorption region and the gain region. Method for controlling a bistable semiconductor laser.