JP2914741B2 - 分布帰還型半導体レーザ - Google Patents
分布帰還型半導体レーザInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は特に光ファイバ通信等に用いられる分布帰
還型半導体レーザに関する。
還型半導体レーザに関する。
(従来の技術) 光ファイバ通信は周知のように、半導体レーザ等の発
光素子を変調して得られる光信号を光ファイバで伝送す
るものであり、長距離伝送には光ファイバ内での光信号
の分散による劣化を避けるために縦単一モード半導体レ
ーザが用いられる。特に、ケーブルテレビジョン等のア
ナログ多チャンネル映像伝送には低雑音特性の優れた単
一モード半導体レーザが用いられる。
光素子を変調して得られる光信号を光ファイバで伝送す
るものであり、長距離伝送には光ファイバ内での光信号
の分散による劣化を避けるために縦単一モード半導体レ
ーザが用いられる。特に、ケーブルテレビジョン等のア
ナログ多チャンネル映像伝送には低雑音特性の優れた単
一モード半導体レーザが用いられる。
上記縦単一モード半導体レーザは、分散帰還型半導体
レーザで実施されている。分布帰還型半導体レーザは例
えば第2図に示すように半導体基板21上に順次形成され
た回折格子22、光導波路23、活性層24、クラッド層25、
コンタクト層26からなり、これらの層を挟む電極27と28
にバイアス電流を印加することにより、活性層24に電流
を注入し発振させ、回折格子ピッチと光導波路23、活性
層24の組成とディメンジョンで定まる単一波長を取り出
すことができる。
レーザで実施されている。分布帰還型半導体レーザは例
えば第2図に示すように半導体基板21上に順次形成され
た回折格子22、光導波路23、活性層24、クラッド層25、
コンタクト層26からなり、これらの層を挟む電極27と28
にバイアス電流を印加することにより、活性層24に電流
を注入し発振させ、回折格子ピッチと光導波路23、活性
層24の組成とディメンジョンで定まる単一波長を取り出
すことができる。
上記構成によれば、活性層24と光導波路23での光子と
電子の相互作用が単一波長モードに関してのみ行われる
ため、内部の電界分布は回折格子22のピッチ、活性層2
4、光導波路23の寸法、精度に強く影響され、最適条件
からはずれると、注入電流密度の大きさによっては極端
な非線形出力特性(キンク)や複数波長発振などが観測
され、製造上の歩留り低下や使用上の信頼性低下などの
問題がある。
電子の相互作用が単一波長モードに関してのみ行われる
ため、内部の電界分布は回折格子22のピッチ、活性層2
4、光導波路23の寸法、精度に強く影響され、最適条件
からはずれると、注入電流密度の大きさによっては極端
な非線形出力特性(キンク)や複数波長発振などが観測
され、製造上の歩留り低下や使用上の信頼性低下などの
問題がある。
アナログ多チャンネル映像伝送には、低雑音特性と低
歪特性を兼ね備えた縦単一モード半導体レーザが最適で
あるが、上記のようにキンク発生の問題がある。一方、
回折格子22のないファブリ・ペロー型半導体レーザは光
子と電子の相互作用が複数のモードで行われるため、光
出力特性における線形性ははるかに優れており、アナロ
グ変調に適している。しかし、複数のモード間で行われ
る電子、光子の相互作用はモード分配雑音となり、相対
雑音強度(RIN)が縦単一モード半導体レーザよりも約2
0dB大きく、アナログ的には使えない。
歪特性を兼ね備えた縦単一モード半導体レーザが最適で
あるが、上記のようにキンク発生の問題がある。一方、
回折格子22のないファブリ・ペロー型半導体レーザは光
子と電子の相互作用が複数のモードで行われるため、光
出力特性における線形性ははるかに優れており、アナロ
グ変調に適している。しかし、複数のモード間で行われ
る電子、光子の相互作用はモード分配雑音となり、相対
雑音強度(RIN)が縦単一モード半導体レーザよりも約2
0dB大きく、アナログ的には使えない。
(発明が解決しようとする課題) このように、従来では低雑音特性及び低歪特性を有す
る縦単一モード半導体レーザは活性層と光導波路での光
子の電子の相互作用が単一波長モードに関してのみ行わ
れるため、内部の電界分布は回折格子のピッチ、活性
層、光導波路の寸法、精度に強く影響される。よって、
最適条件からは数波長発振などが発生しない高信頼性で
低雑音特性及び低歪特性を有する分布帰還型半導体レー
ザを提供することにある。
る縦単一モード半導体レーザは活性層と光導波路での光
子の電子の相互作用が単一波長モードに関してのみ行わ
れるため、内部の電界分布は回折格子のピッチ、活性
層、光導波路の寸法、精度に強く影響される。よって、
最適条件からは数波長発振などが発生しない高信頼性で
低雑音特性及び低歪特性を有する分布帰還型半導体レー
ザを提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明の分布帰還型半導体レーザは、半導体基板上
に少なくとも活性層と、前記活性層よりもバンドギャッ
プが大きくかつ一方面に回折格子が形成された光ガイド
層とを備え、前記回折格子が所定長領域異なったピッチ
を有して光導波方向に複数形成されることによって、複
数の主発振モードを得ることを特徴としている。
に少なくとも活性層と、前記活性層よりもバンドギャッ
プが大きくかつ一方面に回折格子が形成された光ガイド
層とを備え、前記回折格子が所定長領域異なったピッチ
を有して光導波方向に複数形成されることによって、複
数の主発振モードを得ることを特徴としている。
(作用) この発明では、異なったピッチの回折格子を配置する
ことにより発振波長モード数を制御し、モード分布雑音
を低減し、非線形出力を改善する。
ことにより発振波長モード数を制御し、モード分布雑音
を低減し、非線形出力を改善する。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明を実施例により説明す
る。
る。
第1図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体
レーザの構成を示す断面図である。InPを導入したN型
半導体基板1上に、所定長ずつ異なったピッチを有する
回折格子2が形成されている。この回折格子2のピッチ
は次式に示されるような値を中心として一定のずれ量を
持たせている。
レーザの構成を示す断面図である。InPを導入したN型
半導体基板1上に、所定長ずつ異なったピッチを有する
回折格子2が形成されている。この回折格子2のピッチ
は次式に示されるような値を中心として一定のずれ量を
持たせている。
Λ=λ/2nr …(1) ただし、 Λ:格子ピッチ λ:発振波長 nr:光導波路の実効屈折率 従って、例えば半導体レーザにおける1.3μm帯の発
振波長の場合、nr=3.7を用いれば、上記(1)式によ
り、Λ0=1770Åが所定のピッチ長となる。他にΛ1=
1771.6Åのピッチを有する回折格子を上記Λ0のピッチ
の回折格子と交互に50μmずつ配置する。
振波長の場合、nr=3.7を用いれば、上記(1)式によ
り、Λ0=1770Åが所定のピッチ長となる。他にΛ1=
1771.6Åのピッチを有する回折格子を上記Λ0のピッチ
の回折格子と交互に50μmずつ配置する。
上記異なったピッチを有する回折格子2上にInGaAsP
導入の光導波路層(光ガイド層)3、活性層4、InP導
入P型のクラッド層5、InGaAsP導入P+型のコンタクト
層6が順次積層されている。基板下及びコンタクト層6
上にはそれぞれ電極7,8が形成されている。
導入の光導波路層(光ガイド層)3、活性層4、InP導
入P型のクラッド層5、InGaAsP導入P+型のコンタクト
層6が順次積層されている。基板下及びコンタクト層6
上にはそれぞれ電極7,8が形成されている。
第2図は第1図の構成の光出力側付近の断面図であ
る。単一横モードを得るために活性層4と光導波路の幅
wは1μm程度になっている。これらの活性層、光導波
路の両側はInPのN−P型逆接合ブロックキング層9で
光学的にも電気的にも閉じ込められている。
る。単一横モードを得るために活性層4と光導波路の幅
wは1μm程度になっている。これらの活性層、光導波
路の両側はInPのN−P型逆接合ブロックキング層9で
光学的にも電気的にも閉じ込められている。
このように構成された分布帰還型半導体レーザは、発
振波長1310nmと1311nmを有し、それぞれ2つの発振モー
ドのサイドモード抑圧比は35dB以上である。光子と電子
の相互作用はこれらの2モードに分配されるため、回折
格子ピッチ、活性層寸法、光導波路寸法の最適条件から
のずれたとしても非線形出力特性は大幅に改善される。
これにより、製品歩留まりの向上が達成される。
振波長1310nmと1311nmを有し、それぞれ2つの発振モー
ドのサイドモード抑圧比は35dB以上である。光子と電子
の相互作用はこれらの2モードに分配されるため、回折
格子ピッチ、活性層寸法、光導波路寸法の最適条件から
のずれたとしても非線形出力特性は大幅に改善される。
これにより、製品歩留まりの向上が達成される。
また、例えば、抑圧比が30dBであっても2つの発振モ
ードの波長間隔が1nmなので長距離伝送時の分散にほと
んど影響されない。
ードの波長間隔が1nmなので長距離伝送時の分散にほと
んど影響されない。
なお、上記実施例において、1.3μm帯の回折格子ピ
ッチを用いたが、1.55μm帯でも同様の効果が得られ
る。その場合、必要に応じて活性層4上にバッファ層を
形成してもよい。
ッチを用いたが、1.55μm帯でも同様の効果が得られ
る。その場合、必要に応じて活性層4上にバッファ層を
形成してもよい。
また、回折格子2は活性層4上に形成してもよい。さ
らに回折格子2のピッチは50μmで変更するように構成
したが、これに限らず、均等な割合で回折格子2のピッ
チが変化すればよく、不等間隔、任意の順列でもかまわ
ない。
らに回折格子2のピッチは50μmで変更するように構成
したが、これに限らず、均等な割合で回折格子2のピッ
チが変化すればよく、不等間隔、任意の順列でもかまわ
ない。
次に、この発明の他の実施例を上記第1図を参照して
説明する。
説明する。
アナログ多チャンネル映像伝送においては、低雑音多
モード半導体レーザが、戻り光耐量の点からも理想的で
ある。従って、次式で表されるファブリ・ベローモード
の波長間隔Δλmと同じ発振波長をもたらす回折格子ピ
ッチを複数形成すればよい。ファブリ・ベローモードの
波長間隔Δλmは次式で表される。
モード半導体レーザが、戻り光耐量の点からも理想的で
ある。従って、次式で表されるファブリ・ベローモード
の波長間隔Δλmと同じ発振波長をもたらす回折格子ピ
ッチを複数形成すればよい。ファブリ・ベローモードの
波長間隔Δλmは次式で表される。
Δλm=λ2/2nrL …(2) ただし、 Δλm:波長間隔 nr :光導波路の実効屈折率 λ :発振波長 L :共振器長 そして、この場合の回折格子ピッチΛmは、 (2)式を代入して、 で表される。中心波長Λ0としてこれを軸にm=1の条
件で3種類の回折格子ピッチを形成する。各々の配置は
Λ0を中央にして左右に交互にΛ1を分配する。λ=13
10nmとすれば、Λ0=1770Å、Λ1=1771.3Å,1769.2
Åが回折格子2のピッチとなる。
件で3種類の回折格子ピッチを形成する。各々の配置は
Λ0を中央にして左右に交互にΛ1を分配する。λ=13
10nmとすれば、Λ0=1770Å、Λ1=1771.3Å,1769.2
Åが回折格子2のピッチとなる。
このような構成による分布帰還型半導体レーザは発振
波長が3モードであるので、3〜4本の主発振モードを
持つファブリ・ペローモードと合致する。これにより、
端面反射により位相変化の影響を受けない。また、光子
と電子の相互作用が3モードに分配されて行われるた
め、キング等の非線形出力特性がほとんど見られなくな
る。また、モード分配も回折格子で利得が特定されてい
るためほとんどなく、ファブリ・ペロー特有の大きな相
対雑音強度が改善されている。
波長が3モードであるので、3〜4本の主発振モードを
持つファブリ・ペローモードと合致する。これにより、
端面反射により位相変化の影響を受けない。また、光子
と電子の相互作用が3モードに分配されて行われるた
め、キング等の非線形出力特性がほとんど見られなくな
る。また、モード分配も回折格子で利得が特定されてい
るためほとんどなく、ファブリ・ペロー特有の大きな相
対雑音強度が改善されている。
なお、この実施例ではλ=1310nmとしたが、1550nmや
他の波長でもよい。また、波長モードは3種類としたが
2本以上であればこの発明の効果は期待できる。さらに
発振器端面の反射率は任意に設定しても良い。
他の波長でもよい。また、波長モードは3種類としたが
2本以上であればこの発明の効果は期待できる。さらに
発振器端面の反射率は任意に設定しても良い。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、異なるピッチ
の回折格子を複数配置したので、マルチモードでありな
がら、縦単一モードの特性を持つ発振モードが得られる
ので、非線形特性のない、低雑音特性を有する分布帰還
型半導体レーザを提供することができる。
の回折格子を複数配置したので、マルチモードでありな
がら、縦単一モードの特性を持つ発振モードが得られる
ので、非線形特性のない、低雑音特性を有する分布帰還
型半導体レーザを提供することができる。
第1図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体レ
ーザの構成を示す断面図、 第2図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体レ
ーザの光出力側の一部の断面図、 第3図は従来の分布帰還型半導体レーザの構成を示す断
面図 である。 1……N型半導体基板、2……回折格子、3……光導波
路層、4……活性層、5……クラッド層、6……コンタ
クト層、7,8……電極、9……逆接合ブロッキング層。
ーザの構成を示す断面図、 第2図はこの発明の一実施例による分布帰還型半導体レ
ーザの光出力側の一部の断面図、 第3図は従来の分布帰還型半導体レーザの構成を示す断
面図 である。 1……N型半導体基板、2……回折格子、3……光導波
路層、4……活性層、5……クラッド層、6……コンタ
クト層、7,8……電極、9……逆接合ブロッキング層。
Claims (2)
- 【請求項1】半導体基板上に少なくとも活性層と、 前記活性層よりもバンドギャップが大きくかつ一方面に
回折格子が形成された光ガイド層とを備え、 前記回折格子ピッチは Λ=λ/2nr (ただし、Λ:格子ピッチ、λ:発振波長、nr:光導波
路の実効屈折率) で与えられる所定長の第1領域と、上記Λの値を中心と
して一定のずれ量が与えられた別の回折格子ピッチの所
定長の第2領域を有し、第1、第2領域が交互に光導波
方向に複数形成され、複数の波長モードを得ることを特
徴とする分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項2】半導体基板上に少なくとも活性層と、 前記活性層よりもバンドギャップが大きくかつ一方向に
回折格子が形成された光ガイド層とを備え、 前記回折格子ピッチは ただし、 Λm:格子ピッチ nr :光導波路の実効屈折率 L :共振器長 m :正の整数 λ :発振波長 で与えられる所定長の領域を有して光導波方向に複数形
成され、複数の波長モードを得ることを特徴とする請分
布帰還型半導体レーザ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2267078A JP2914741B2 (ja) | 1990-10-03 | 1990-10-03 | 分布帰還型半導体レーザ |
DE69110605T DE69110605T2 (de) | 1990-10-03 | 1991-10-02 | Halbleiterlaser mit verteilter Rückkoppelung. |
US07/769,707 US5271030A (en) | 1990-10-03 | 1991-10-02 | Distributed feedback semiconductor laser |
EP91116846A EP0479279B1 (en) | 1990-10-03 | 1991-10-02 | Distributed feedback semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2267078A JP2914741B2 (ja) | 1990-10-03 | 1990-10-03 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04142788A JPH04142788A (ja) | 1992-05-15 |
JP2914741B2 true JP2914741B2 (ja) | 1999-07-05 |
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ID=17439726
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2267078A Expired - Fee Related JP2914741B2 (ja) | 1990-10-03 | 1990-10-03 | 分布帰還型半導体レーザ |
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Country | Link |
---|---|
US (1) | US5271030A (ja) |
EP (1) | EP0479279B1 (ja) |
JP (1) | JP2914741B2 (ja) |
DE (1) | DE69110605T2 (ja) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3194503B2 (ja) * | 1992-06-04 | 2001-07-30 | キヤノン株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
SE470454B (sv) * | 1992-08-26 | 1994-04-11 | Ericsson Telefon Ab L M | Optisk filteranordning |
US5517303A (en) * | 1993-03-08 | 1996-05-14 | Dylor Corporation | Coherence selective sensor system |
DE4334525A1 (de) * | 1993-10-09 | 1995-04-13 | Deutsche Bundespost Telekom | Optoelektronisches Bauelement mit verteilter Rückkopplung und variierbarem Kopplungskoeffizienten |
DE4407832A1 (de) * | 1994-03-09 | 1995-09-14 | Ant Nachrichtentech | Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einer definierten axialen Variation des Kopplungskoeffizienten und definierter axialer Verteilung der Phasenverschiebung |
US6501777B1 (en) * | 1999-01-29 | 2002-12-31 | Nec Corporation | Distributed feedback semiconductor laser emitting device having asymmetrical diffraction gratings |
US6611544B1 (en) | 2000-04-11 | 2003-08-26 | E20 Communications, Inc. | Method and apparatus for narrow bandwidth distributed bragg reflector semiconductor lasers |
US6947463B2 (en) | 2000-10-23 | 2005-09-20 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device for use in a laser module |
GB2379084B (en) * | 2001-08-24 | 2006-03-29 | Marconi Caswell Ltd | Surface emitting laser |
JP4570319B2 (ja) * | 2001-09-28 | 2010-10-27 | 古河電気工業株式会社 | 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび半導体レーザ制御方法 |
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