JPS6250075B2 - - Google Patents
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- JPS6250075B2 JPS6250075B2 JP56172061A JP17206181A JPS6250075B2 JP S6250075 B2 JPS6250075 B2 JP S6250075B2 JP 56172061 A JP56172061 A JP 56172061A JP 17206181 A JP17206181 A JP 17206181A JP S6250075 B2 JPS6250075 B2 JP S6250075B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2301/00—Functional characteristics
- H01S2301/14—Semiconductor lasers with special structural design for lasing in a specific polarisation mode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1206—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers having a non constant or multiplicity of periods
- H01S5/1215—Multiplicity of periods
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、分布帰還形半導体レーザに関するも
のである。
のである。
分布帰還形半導体レーザ（以後「DFBレー
ザ」と略す）は、活性層もしくはそれに隣接する
層に周期的な屈折率変化を与える凹凸を有し、そ
の周期で決まる波長で安定な単一波長動作を行な
うことから、高品質な光フアイバ通信用光源とし
て優れた特性を有している。また、発振波長も凹
凸の周期を作製時に変化させることにより任意に
調整できるとともに、従来の半導体レーザのよう
に共振器に劈開面を必要としないことから集積レ
ーザとしても応用が可能である。
ザ」と略す）は、活性層もしくはそれに隣接する
層に周期的な屈折率変化を与える凹凸を有し、そ
の周期で決まる波長で安定な単一波長動作を行な
うことから、高品質な光フアイバ通信用光源とし
て優れた特性を有している。また、発振波長も凹
凸の周期を作製時に変化させることにより任意に
調整できるとともに、従来の半導体レーザのよう
に共振器に劈開面を必要としないことから集積レ
ーザとしても応用が可能である。
しかしながら、従来のDFBレーザは、共振器
内にTM姿態を抑圧する機構を有しないため、
TE及びTM姿態両者の発振はまぬがれ得なかつ
た。通常TM姿態はTE姿態とわずかに発振波長
が異なることや偏波面の相違から、単一姿態フア
イバ内を伝送させると種々の分散により伝送容量
の低下を引き起す。
内にTM姿態を抑圧する機構を有しないため、
TE及びTM姿態両者の発振はまぬがれ得なかつ
た。通常TM姿態はTE姿態とわずかに発振波長
が異なることや偏波面の相違から、単一姿態フア
イバ内を伝送させると種々の分散により伝送容量
の低下を引き起す。
他方、劈開面から成る通常の半導体レーザは、
端面における反射率がTE姿態とTM姿態でわず
かに異なり、TE姿態のそれの方が大であるた
め、TE姿態のみで発振する。しかし、軸モード
制御されていないため、多波長で発振してしまう
ことは周知の通りである。
端面における反射率がTE姿態とTM姿態でわず
かに異なり、TE姿態のそれの方が大であるた
め、TE姿態のみで発振する。しかし、軸モード
制御されていないため、多波長で発振してしまう
ことは周知の通りである。
また、分布反射形（DBR）半導体レーザにお
いては、分布ブラツグ反射器上に金属膜を形成
し、TM姿態に付加的な損失を与えることにより
TE姿態のみの発振を実現している。
いては、分布ブラツグ反射器上に金属膜を形成
し、TM姿態に付加的な損失を与えることにより
TE姿態のみの発振を実現している。
半導体レーザにおいて、偏波面まで含めた単一
モード化は高品質光フアイバ通信を実現する上で
重要な条件である。
モード化は高品質光フアイバ通信を実現する上で
重要な条件である。
本発明は、この点にかんがみ、軸モード制御さ
れた分布帰還形半導体レーザに斜めの周期的な凹
凸を形成し、TM姿態に付加的な損失を与えるこ
とによりTE姿態のみで発振させることができる
偏波面まで含めた単一モード分布帰還形半導体レ
ーザを提供するものである。
れた分布帰還形半導体レーザに斜めの周期的な凹
凸を形成し、TM姿態に付加的な損失を与えるこ
とによりTE姿態のみで発振させることができる
偏波面まで含めた単一モード分布帰還形半導体レ
ーザを提供するものである。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明の原理に関係する斜めの周期的な凹凸に
入射した光波の振舞については、「米国電気電子
学会ジヤーナルオブクウオンタムエレクトロニク
ス誌QE−15巻７号632〜637頁1979年」に述べら
れている。その要点を以下に示す。図１ａは周期
Λ１を有する凹凸に入射角θμで斜め入射する光
波Ｉおよびその回折波Ｒ、透過波Ｔの関係を示し
ている。本構造において、ガラス導波路の場合の
入射波Ｉと回折波Ｒとの間の各々の偏波について
の結合係数Ｋの入射角θμ依存性を図１ｂに示
す。この図より、入射角θμ＝45゜のとき、結合
係数ＫとしてＫTE-TE＝０、ＫTM-TM≠０、ＫTE-T
Ｍ≠０が得られることがわかる。なお、凹凸の周
期Λ１は入射波Ｉの伝搬定数をβμ、回折波Ｒの
伝搬定数をβνとするとき、 Λ１＝π／（βμcosθμ＋βνcosθν）
………(1) で表わされる。
入射した光波の振舞については、「米国電気電子
学会ジヤーナルオブクウオンタムエレクトロニク
ス誌QE−15巻７号632〜637頁1979年」に述べら
れている。その要点を以下に示す。図１ａは周期
Λ１を有する凹凸に入射角θμで斜め入射する光
波Ｉおよびその回折波Ｒ、透過波Ｔの関係を示し
ている。本構造において、ガラス導波路の場合の
入射波Ｉと回折波Ｒとの間の各々の偏波について
の結合係数Ｋの入射角θμ依存性を図１ｂに示
す。この図より、入射角θμ＝45゜のとき、結合
係数ＫとしてＫTE-TE＝０、ＫTM-TM≠０、ＫTE-T
Ｍ≠０が得られることがわかる。なお、凹凸の周
期Λ１は入射波Ｉの伝搬定数をβμ、回折波Ｒの
伝搬定数をβνとするとき、 Λ１＝π／（βμcosθμ＋βνcosθν）
………(1) で表わされる。
本発明は上述した原理を分布帰還形半導体レー
ザに適用したものであり、その概念図を図２に示
す。図において、破線は幅Ｗなるストライプ領域
で周期Λ１なる凹凸はストライプ方向に対して45
゜傾いている。ここで、ａはTE姿態が入射した
場合で、ＫTE-TM≠０であるため、入射波の一部
はTM姿態に変換されストライプ領域外に回折さ
れ損失となるが、ＫTE-TE＝０よりTE姿態につい
ては大きな損失を受けずに透過することになる。
他方、TM姿態入射の場合は、ｂに示す如く、Ｋ
TE-TM≠０、ＫTM-TM≠０より、TE及びTM姿態
となつてストライプ領域外に回折され、TE姿態
に比べＫTM-TM≠０の分だけ余分に損失をうける
こととなる。
ザに適用したものであり、その概念図を図２に示
す。図において、破線は幅Ｗなるストライプ領域
で周期Λ１なる凹凸はストライプ方向に対して45
゜傾いている。ここで、ａはTE姿態が入射した
場合で、ＫTE-TM≠０であるため、入射波の一部
はTM姿態に変換されストライプ領域外に回折さ
れ損失となるが、ＫTE-TE＝０よりTE姿態につい
ては大きな損失を受けずに透過することになる。
他方、TM姿態入射の場合は、ｂに示す如く、Ｋ
TE-TM≠０、ＫTM-TM≠０より、TE及びTM姿態
となつてストライプ領域外に回折され、TE姿態
に比べＫTM-TM≠０の分だけ余分に損失をうける
こととなる。
図３は、ストライプ方向に垂直な周期Λ０の凹
凸により構成されるDFBレーザに、本発明の特
徴である45゜に傾いた該凹凸と異なる周期Λ１の
別の凹凸を形成した構成の概念図を示す。上述の
ようにストライプ内のTM姿態は、斜めの凹凸に
よりTE姿態に比べ付加的な損失を受けるため発
振しきい値が上昇し、TE姿態のみが選択的に反
射、増幅を受けて発振する。
凸により構成されるDFBレーザに、本発明の特
徴である45゜に傾いた該凹凸と異なる周期Λ１の
別の凹凸を形成した構成の概念図を示す。上述の
ようにストライプ内のTM姿態は、斜めの凹凸に
よりTE姿態に比べ付加的な損失を受けるため発
振しきい値が上昇し、TE姿態のみが選択的に反
射、増幅を受けて発振する。
GaInAsP結晶を用いた本発明の実施例を図４
に示す。なお、基板上に形成された各凹凸がかわ
り易いように、一部を取り除いて示されている。
ここで、１はｎ型InP基板、２はｎ型
GauIn1-uAsvP1-vから成る導波路層、３はアンド
ープGaxIn1-xAsyP1-yから成る活性層、４はｐ型
GapIn1-pAsqP1-qから成るバツフア層、５はＰ型
InP層、６はＰ型GaInAsPから成るキヤツプ層で
あり、ｘ＞ｕ、ｐ；ｙ＞ｖ、ｑなる関係を持ち、
これら半導体層は液相エピタキシヤル法、気相エ
ピタキシヤル法、分子線エピタキシヤル法などに
より形成することができる。７は基板上に形成さ
れたDFBレーザの機能を与える周期Λ０の凹
凸、８は本発明によるTM姿態に付加的な損失を
与えるストライプ方向に対し45゜傾いた周期Λ１
の凹凸、９，１０は電極、１１はZn拡散領域で
ある。
に示す。なお、基板上に形成された各凹凸がかわ
り易いように、一部を取り除いて示されている。
ここで、１はｎ型InP基板、２はｎ型
GauIn1-uAsvP1-vから成る導波路層、３はアンド
ープGaxIn1-xAsyP1-yから成る活性層、４はｐ型
GapIn1-pAsqP1-qから成るバツフア層、５はＰ型
InP層、６はＰ型GaInAsPから成るキヤツプ層で
あり、ｘ＞ｕ、ｐ；ｙ＞ｖ、ｑなる関係を持ち、
これら半導体層は液相エピタキシヤル法、気相エ
ピタキシヤル法、分子線エピタキシヤル法などに
より形成することができる。７は基板上に形成さ
れたDFBレーザの機能を与える周期Λ０の凹
凸、８は本発明によるTM姿態に付加的な損失を
与えるストライプ方向に対し45゜傾いた周期Λ１
の凹凸、９，１０は電極、１１はZn拡散領域で
ある。
なお、図中周期Λ１の第１の凹凸と周期Λ０の
第２の凹凸は共に基板上に形成されているが、こ
れらの第１の凹凸と第２の凹凸は導波路に閉じ込
められた光の電界が分布するいかなる部分に設け
られていても同様な効果を得ることが可能であ
る。
第２の凹凸は共に基板上に形成されているが、こ
れらの第１の凹凸と第２の凹凸は導波路に閉じ込
められた光の電界が分布するいかなる部分に設け
られていても同様な効果を得ることが可能であ
る。
例えば、Λ１の凹凸とΛ２の凹凸は同一の層に
設けられる必要はなく、光の電界が分布する部分
内にΛ１の凹凸とΛ２の凹凸とを別々に設けても
同一の効果を得る。
設けられる必要はなく、光の電界が分布する部分
内にΛ１の凹凸とΛ２の凹凸とを別々に設けても
同一の効果を得る。
また、周期Λ１と周期Λ０の凹凸が交差する角
度は、図１ｂからわかるようにTM−TM姿態間
の結合係数がTE−TE姿態間のそれと比べて十分
大きくなる角度範囲であれば、45゜にこだわるも
のではない。
度は、図１ｂからわかるようにTM−TM姿態間
の結合係数がTE−TE姿態間のそれと比べて十分
大きくなる角度範囲であれば、45゜にこだわるも
のではない。
また、(1)式において、入射波の伝搬定数βμと
回折波の伝搬定数βνが一般に異なる値を与える
導波路構造、例えば、埋め込み構造においては、
TE−TE姿態間の結合係数が０になる入射角θμ
は45゜と異なる値をとることになる。
回折波の伝搬定数βνが一般に異なる値を与える
導波路構造、例えば、埋め込み構造においては、
TE−TE姿態間の結合係数が０になる入射角θμ
は45゜と異なる値をとることになる。
また、簡単のため電極ストライプ構造を実施例
として示したが、横モード制御された埋め込み構
造をはじめとしたDFBレーザが作製でき得るい
かなる構造にも適応ができる。
として示したが、横モード制御された埋め込み構
造をはじめとしたDFBレーザが作製でき得るい
かなる構造にも適応ができる。
以上の実施例ではGaInAsP系混晶を用いたも
のについて述べたが、その他AlGaAs系、
InGaAlAs系、InGaSb系などの混晶でも本発明の
実施は可能である。
のについて述べたが、その他AlGaAs系、
InGaAlAs系、InGaSb系などの混晶でも本発明の
実施は可能である。
以上説明したように、本発明によれば偏波面ま
で含めた単一モードで動作する半導体レーザが得
られ、高品質光フアイバ通信用光源として期待で
きる。
で含めた単一モードで動作する半導体レーザが得
られ、高品質光フアイバ通信用光源として期待で
きる。
図１は凹凸に斜めに入射したときの各偏波間の
結合係数の入射角依存性を示す特性図、図２ａ，
ｂはストライプ方向に45゜傾いた凹凸を有すると
きの各偏波の振舞を示す概念図、図３はDFBレ
ーザにおいてストライプ方向に45゜傾いた凹凸を
有するときにTE姿態で発振する振舞の概念図、
図４はGaInAsP結晶を用いた本発明の実施例で
一部を基板まで取り除いたときの状態を示す斜視
図である。 １……InP基板、２……GauIn1-uAsvP1-v導波路
層、３……GaxIn1-xAsyP1-y活性層、４……
GapIn1-pAsqP1-qバツフア層、５……InPクラツ
ド層、６……GaInAsPキヤツプ層、７……スト
ライプ方向に垂直な凹凸、８……ストライプ方向
に45゜傾いた凹凸、９，１０……電極、１１……
Zn拡散領域。
結合係数の入射角依存性を示す特性図、図２ａ，
ｂはストライプ方向に45゜傾いた凹凸を有すると
きの各偏波の振舞を示す概念図、図３はDFBレ
ーザにおいてストライプ方向に45゜傾いた凹凸を
有するときにTE姿態で発振する振舞の概念図、
図４はGaInAsP結晶を用いた本発明の実施例で
一部を基板まで取り除いたときの状態を示す斜視
図である。 １……InP基板、２……GauIn1-uAsvP1-v導波路
層、３……GaxIn1-xAsyP1-y活性層、４……
GapIn1-pAsqP1-qバツフア層、５……InPクラツ
ド層、６……GaInAsPキヤツプ層、７……スト
ライプ方向に垂直な凹凸、８……ストライプ方向
に45゜傾いた凹凸、９，１０……電極、１１……
Zn拡散領域。
Claims (1)
- １ 活性層もしくはそれに隣接する層に光の進行
方向に沿う周期的な屈折率変化を与える凹凸を有
しかつ該活性層部分に電流注入することによつて
レーザ発振せしめる分布帰還形半導体レーザにお
いて、前記周期的な凹凸以外に該凹凸に対し斜め
に別の凹凸を形成してTM姿態に付加的な損失を
与えることによりTE姿態のみで発振し得るよう
に構成したことを特徴とする分布帰還形半導体レ
ーザ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56172061A JPS5878487A (ja) | 1981-10-29 | 1981-10-29 | 分布帰還形半導体レ−ザ |
| GB08230098A GB2108753B (en) | 1981-10-29 | 1982-10-21 | Distributed feedback semiconductor laser |
| US06/436,928 US4516243A (en) | 1981-10-29 | 1982-10-27 | Distributed feedback semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56172061A JPS5878487A (ja) | 1981-10-29 | 1981-10-29 | 分布帰還形半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5878487A JPS5878487A (ja) | 1983-05-12 |
| JPS6250075B2 true JPS6250075B2 (ja) | 1987-10-22 |
Family
ID=15934804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56172061A Granted JPS5878487A (ja) | 1981-10-29 | 1981-10-29 | 分布帰還形半導体レ−ザ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4516243A (ja) |
| JP (1) | JPS5878487A (ja) |
| GB (1) | GB2108753B (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60149183A (ja) * | 1984-01-17 | 1985-08-06 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 分布帰還形半導体レ−ザ |
| GB8406432D0 (en) * | 1984-03-12 | 1984-04-18 | British Telecomm | Semiconductor devices |
| CH664044A5 (de) * | 1984-10-02 | 1988-01-29 | En Physiquedes Plasmas Crpp Ce | Vorrichtung zur fuehrung eines elektronenstrahls. |
| US4745617A (en) * | 1987-03-27 | 1988-05-17 | Hughes Aircraft Company | Ideal distributed Bragg reflectors and resonators |
| US4870649A (en) * | 1988-12-28 | 1989-09-26 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Tranverse mode control in solid state lasers |
| US5247536A (en) * | 1990-07-25 | 1993-09-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser distributed feedback laser including mode interrupt means |
| DE4432410B4 (de) * | 1994-08-31 | 2007-06-21 | ADC Telecommunications, Inc., Eden Prairie | Optoelektronisches Multi-Wellenlängen-Bauelement |
| EP1282208A1 (en) * | 2001-07-30 | 2003-02-05 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | Semiconductor laser structure and method of manufacturing same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2861465D1 (en) * | 1977-08-01 | 1982-02-18 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser device |
-
1981
- 1981-10-29 JP JP56172061A patent/JPS5878487A/ja active Granted
-
1982
- 1982-10-21 GB GB08230098A patent/GB2108753B/en not_active Expired
- 1982-10-27 US US06/436,928 patent/US4516243A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2108753A (en) | 1983-05-18 |
| GB2108753B (en) | 1985-07-10 |
| JPS5878487A (ja) | 1983-05-12 |
| US4516243A (en) | 1985-05-07 |
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