JPH04349683A - 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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- JPH04349683A JPH04349683A JP12130991A JP12130991A JPH04349683A JP H04349683 A JPH04349683 A JP H04349683A JP 12130991 A JP12130991 A JP 12130991A JP 12130991 A JP12130991 A JP 12130991A JP H04349683 A JPH04349683 A JP H04349683A
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- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
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- 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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、分布帰還型半導体レー
ザ、特に、空間的ホールバーニングを低減して、低歪特
性をもつ分布帰還型半導体レーザに関する。
ザ、特に、空間的ホールバーニングを低減して、低歪特
性をもつ分布帰還型半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、山陰共聴、ビル陰共聴、地域コミ
ュニケーション等の要望に応じて、ケーブルテレビ(C
ATV)システムが広く普及している。しかし、現在の
CATVシステムでは同軸ケーブルが用いられているた
めに、大幅な伝送容量の拡大および画質の向上は困難で
ある。
ュニケーション等の要望に応じて、ケーブルテレビ(C
ATV)システムが広く普及している。しかし、現在の
CATVシステムでは同軸ケーブルが用いられているた
めに、大幅な伝送容量の拡大および画質の向上は困難で
ある。
【0003】そこで、同軸ケーブルに代えて光ファイバ
ーケーブルを用いる光CATVシステムの構築が進めら
れている。そしてこの光CATVシステムの直接変調光
源として半導体レーザを用いることが考えられている。 直接変調光源としての半導体レーザには、高質画面の伝
送のために、特に、高出力時での低歪率特性が要求され
る。
ーケーブルを用いる光CATVシステムの構築が進めら
れている。そしてこの光CATVシステムの直接変調光
源として半導体レーザを用いることが考えられている。 直接変調光源としての半導体レーザには、高質画面の伝
送のために、特に、高出力時での低歪率特性が要求され
る。
【0004】ところが、従来知られている、活性層と導
波路層の間に一つの回折格子を有する分布帰還型半導体
レーザを高出力動作させた場合、共振器方向で光強度の
不均一が生じ、光強度の強い部分でキャリア密度が大き
くなって、不均一なキャリア分布となることに起因する
空間的ホールバーニングと称される現象が生じる。その
ため、発振波長におけるしきい値利得レベルが変動し、
歪特性が劣化することが知られている。
波路層の間に一つの回折格子を有する分布帰還型半導体
レーザを高出力動作させた場合、共振器方向で光強度の
不均一が生じ、光強度の強い部分でキャリア密度が大き
くなって、不均一なキャリア分布となることに起因する
空間的ホールバーニングと称される現象が生じる。その
ため、発振波長におけるしきい値利得レベルが変動し、
歪特性が劣化することが知られている。
【0005】したがって、低歪特性を実現するためには
、空間的ホールバーニングの抑制が重要な課題となる。 この空間的ホールバーニングを抑制するために、従来、
回折格子の深さを変化させ結合係数κを、光強度分布が
均一になるように制御する方法が用いられている。
、空間的ホールバーニングの抑制が重要な課題となる。 この空間的ホールバーニングを抑制するために、従来、
回折格子の深さを変化させ結合係数κを、光強度分布が
均一になるように制御する方法が用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光CA
TV用分布帰還型半導体レーザでは、高出力特性を得る
ためにレーザの光放出側端面にAR(反射防止用)コー
トを施し、反射側端面にHR(高反射)コートを施して
いるために、結合係数κを制御しても、光強度はHR側
で強くなってしまい、充分に空間的ホールバーニングを
抑制することができなかった。したがって、本発明は、
高出力時でも空間的ホールバーニングが抑制できる帰還
型半導体レーザを提供することを目的とする。
TV用分布帰還型半導体レーザでは、高出力特性を得る
ためにレーザの光放出側端面にAR(反射防止用)コー
トを施し、反射側端面にHR(高反射)コートを施して
いるために、結合係数κを制御しても、光強度はHR側
で強くなってしまい、充分に空間的ホールバーニングを
抑制することができなかった。したがって、本発明は、
高出力時でも空間的ホールバーニングが抑制できる帰還
型半導体レーザを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のかかる分布帰還
型半導体レーザにおいては、一端面に高反射コートが施
され、他端面に低反射コートが施されてなり、活性層の
上側の導波路層に第1の回折格子が、該活性層の下側の
導波路層に第2の回折格子が形成されており、第1の回
折格子と第2の回折格子の周期が異なる構成を採用した
。
型半導体レーザにおいては、一端面に高反射コートが施
され、他端面に低反射コートが施されてなり、活性層の
上側の導波路層に第1の回折格子が、該活性層の下側の
導波路層に第2の回折格子が形成されており、第1の回
折格子と第2の回折格子の周期が異なる構成を採用した
。
【0008】またこの場合、第1の回折格子と第2の回
折格子のいずれか一方の周期が、ブラッグ波長に相当す
る周期をΛ、共振器長をLとするときΛ(1+Λ/4L
)であり、他方の周期がΛ(1−Λ/4L)であって、
AR端面側で第1の回折格子と第2の回折格子の周期が
逆相となり、HR端面側で同相となっている構成を採用
した。
折格子のいずれか一方の周期が、ブラッグ波長に相当す
る周期をΛ、共振器長をLとするときΛ(1+Λ/4L
)であり、他方の周期がΛ(1−Λ/4L)であって、
AR端面側で第1の回折格子と第2の回折格子の周期が
逆相となり、HR端面側で同相となっている構成を採用
した。
【0009】
【作用】図1(A)〜(C)は、本発明の分布帰還型半
導体レーザの原理説明図であり、図1(A)は概略構造
、図1(B)は等価屈折率neqの共振器方向分布、図
1(C)は結合係数κの共振器方向分布を示している。
導体レーザの原理説明図であり、図1(A)は概略構造
、図1(B)は等価屈折率neqの共振器方向分布、図
1(C)は結合係数κの共振器方向分布を示している。
【0010】この図において、1は第2のクラッド層、
2は第2の導波路層、3は第2の回折格子、4は活性層
、5は第1の導波路層、6は第1のクラッド層、7は第
1の回折格子、8はAR(反射防止)コート、9はHR
(高反射)コートである。
2は第2の導波路層、3は第2の回折格子、4は活性層
、5は第1の導波路層、6は第1のクラッド層、7は第
1の回折格子、8はAR(反射防止)コート、9はHR
(高反射)コートである。
【0011】まず、本発明の分布帰還型半導体レーザの
構造を説明すると、図1(A)に示されているように、
第2のクラッド層1の上に第2の導波路層2、活性層4
、第1の導波路層5、第1のクラッド層6が積層され、
第2のクラッド層1と第2の導波路層2の間に第2の回
折格子3が、また、第1の導波路層5と第1のクラッド
層6の間に第1の回折格子7が形成されている。そして
、光放出側にAR(反射防止)コート8、反射側にHR
(高反射)コート9が形成されている。
構造を説明すると、図1(A)に示されているように、
第2のクラッド層1の上に第2の導波路層2、活性層4
、第1の導波路層5、第1のクラッド層6が積層され、
第2のクラッド層1と第2の導波路層2の間に第2の回
折格子3が、また、第1の導波路層5と第1のクラッド
層6の間に第1の回折格子7が形成されている。そして
、光放出側にAR(反射防止)コート8、反射側にHR
(高反射)コート9が形成されている。
【0012】この場合、第1の導波路層5の厚さd1
と第2の導波路層2の厚さd2 は、第1の回折格子の
周期をΛ1 、第2の回折格子の周期をΛ2 、活性層
4と第1の回折格子7の中心までの距離をd0 、第1
の回折格子の振幅をdM1、第2の回折格子の振幅をd
M2、共振器の長さをL、共振器方向の距離をzとする
と、d1 =d0 −dM1sin(2πz/Λ1 )
d2 =d0 −dM2sin(2πz/Λ2 )で表
され、第1の回折格子の周期と第2の回折格子の周期を
、ブラッグ波長に相当する周期Λを中心として±Λδ異
なるものとすると、 Λ1 =Λ(1+δ) Λ2 =Λ(1−δ) で表され、この場合、δ=Λ/4L(≪1) の関係
をもたせると、d1 とd2 の波形はAR端面側で逆
相になり、HR端面側で同相になる。
と第2の導波路層2の厚さd2 は、第1の回折格子の
周期をΛ1 、第2の回折格子の周期をΛ2 、活性層
4と第1の回折格子7の中心までの距離をd0 、第1
の回折格子の振幅をdM1、第2の回折格子の振幅をd
M2、共振器の長さをL、共振器方向の距離をzとする
と、d1 =d0 −dM1sin(2πz/Λ1 )
d2 =d0 −dM2sin(2πz/Λ2 )で表
され、第1の回折格子の周期と第2の回折格子の周期を
、ブラッグ波長に相当する周期Λを中心として±Λδ異
なるものとすると、 Λ1 =Λ(1+δ) Λ2 =Λ(1−δ) で表され、この場合、δ=Λ/4L(≪1) の関係
をもたせると、d1 とd2 の波形はAR端面側で逆
相になり、HR端面側で同相になる。
【0013】これを、第1の導波路層5と第2の導波路
層2の厚さについてみると、AR端面側で同相になり、
HR端面側で逆相になる。すなわち、第1の導波路層5
と第2の導波路層2を合わせた厚さの変化は、AR端面
側で大きく、HR端面側で小さくなる。
層2の厚さについてみると、AR端面側で同相になり、
HR端面側で逆相になる。すなわち、第1の導波路層5
と第2の導波路層2を合わせた厚さの変化は、AR端面
側で大きく、HR端面側で小さくなる。
【0014】図1(B)は、図1(A)のような構成を
採用した場合の等価屈折率neqの共振器方向分布を示
しているが、屈折率が大きい第1の導波路層5と第2の
導波路層2を合わせた厚さの上記の変化を反映して、A
R端面側で大きく、HR端面側で小さく変化している。
採用した場合の等価屈折率neqの共振器方向分布を示
しているが、屈折率が大きい第1の導波路層5と第2の
導波路層2を合わせた厚さの上記の変化を反映して、A
R端面側で大きく、HR端面側で小さく変化している。
【0015】この等価屈折率neqの変化の振幅nM
は、mをdM1とdM2の差に関係する係数とすると、
nM ∝−〔sin(2πz/Λ1 )+sin (2
πz/Λ2 )〕 −m・sin
(2πz/Λ) ∝−〔sin(2πz(1−δ
)/Λ)+sin (2πz(1+δ)/Λ)〕
−m・sin (2πz/Λ)
∝−2sin(2πz/Λ)〔cos (2πzδ/Λ
)+m/2〕 ∝−2sin(2πz/Λ)〔c
os (πz/2L)+m/2〕となる。
は、mをdM1とdM2の差に関係する係数とすると、
nM ∝−〔sin(2πz/Λ1 )+sin (2
πz/Λ2 )〕 −m・sin
(2πz/Λ) ∝−〔sin(2πz(1−δ
)/Λ)+sin (2πz(1+δ)/Λ)〕
−m・sin (2πz/Λ)
∝−2sin(2πz/Λ)〔cos (2πzδ/Λ
)+m/2〕 ∝−2sin(2πz/Λ)〔c
os (πz/2L)+m/2〕となる。
【0016】式中の(m/2)は、dM1とdM2が等
しくないことに起因する項であり、dM1=dM2のと
き0になる。すなわち、レーザー共振器方向での等価屈
折率neqの分布は、〔cos (πz/2L)+m/
2〕が、2πz/Λの周期で変化する2sin(2πz
/Λ)の曲線の包絡線となって、振幅がzとともに漸減
する波形となることを示している。
しくないことに起因する項であり、dM1=dM2のと
き0になる。すなわち、レーザー共振器方向での等価屈
折率neqの分布は、〔cos (πz/2L)+m/
2〕が、2πz/Λの周期で変化する2sin(2πz
/Λ)の曲線の包絡線となって、振幅がzとともに漸減
する波形となることを示している。
【0017】図1(C)はこの場合の結合係数κの共振
器方向分布を示している。結合係数κは、等価屈折率n
eqの交流成分の振幅に比例するから、κ∝〔cos(
πz/2L)+m/2〕の波形のとおり、AR端面で大
きく、HR端面に向かって単純に減少することになる。
器方向分布を示している。結合係数κは、等価屈折率n
eqの交流成分の振幅に比例するから、κ∝〔cos(
πz/2L)+m/2〕の波形のとおり、AR端面で大
きく、HR端面に向かって単純に減少することになる。
【0018】上記の説明から明らかなように、分布帰還
型半導体レーザのHRコートの反射率等の光学的条件に
応じて、前記の構成と結合係数κの関係を用い、回折格
子の周期あるいは、周期と振幅を変えて結合係数κの分
布を調節することによって、HR端面近傍への光強度の
集中を避け、空間的ホールバーニングを抑制し、歪特性
の劣化を低減することができる。
型半導体レーザのHRコートの反射率等の光学的条件に
応じて、前記の構成と結合係数κの関係を用い、回折格
子の周期あるいは、周期と振幅を変えて結合係数κの分
布を調節することによって、HR端面近傍への光強度の
集中を避け、空間的ホールバーニングを抑制し、歪特性
の劣化を低減することができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図2は、
本発明の実施例の分布帰還型半導体レーザの構成説明図
である。この図において、11は第2クラッド層を兼ね
るn−InP基板、12はp−InPからなる第2の導
波路層、13はInGaAsPからなる活性層、14は
InGaAsPからなる第1の導波路層、15はp−I
nPからなる第1のクラッド層、16はARコート、1
7はHRコートである。
本発明の実施例の分布帰還型半導体レーザの構成説明図
である。この図において、11は第2クラッド層を兼ね
るn−InP基板、12はp−InPからなる第2の導
波路層、13はInGaAsPからなる活性層、14は
InGaAsPからなる第1の導波路層、15はp−I
nPからなる第1のクラッド層、16はARコート、1
7はHRコートである。
【0020】本実施例の分布帰還型半導体レーザにおい
ては、長さLが300μmのn型の第2クラッド層を兼
ねるn−InP基板11の表面に周期Λ2 で深さ30
0Å(2dM2)のコルゲーションを干渉露光法とエッ
チングによって設けて第1の回折格子を形成し、その上
に、厚さが0.15μm(dguide2)のp−In
Pからなる第2の導波路層12を形成し、その上に、厚
さが0.13μm(dact )のInGaAsPから
なる活性層13を形成し、その上に、厚さ0.15μm
(dguide1)のInGaAsPからなる第1の導
波路層14を形成し、その表面に周期Λ1 で深さ30
0Å(2dM1)のコルゲーションを設けて第2の回折
格子を形成し、その上に、厚さ2.0μmのp−InP
からなる第1のクラッド層15を形成し、光放出側(図
の右側)端面にARコート16を、反射側(図の左側)
端面にHRコート17を形成して構成される。
ては、長さLが300μmのn型の第2クラッド層を兼
ねるn−InP基板11の表面に周期Λ2 で深さ30
0Å(2dM2)のコルゲーションを干渉露光法とエッ
チングによって設けて第1の回折格子を形成し、その上
に、厚さが0.15μm(dguide2)のp−In
Pからなる第2の導波路層12を形成し、その上に、厚
さが0.13μm(dact )のInGaAsPから
なる活性層13を形成し、その上に、厚さ0.15μm
(dguide1)のInGaAsPからなる第1の導
波路層14を形成し、その表面に周期Λ1 で深さ30
0Å(2dM1)のコルゲーションを設けて第2の回折
格子を形成し、その上に、厚さ2.0μmのp−InP
からなる第1のクラッド層15を形成し、光放出側(図
の右側)端面にARコート16を、反射側(図の左側)
端面にHRコート17を形成して構成される。
【0021】そして、光の進行方向にストライプ構造を
形成し、上下に電極を形成して結合度κを変調した分布
帰還型半導体レーザーが完成する。この実施例において
は、波長λとして1.31μmを目指すため、ブラッグ
波長に相当する周期Λは2022.0Åであり、共振器
の長さLが300μmであるため、δは1.685×1
0−4となっている。したがって、回折格子の周期Λ1
は2022.34Åであり、周期Λ2 は2021.
66Åとなる。このように、結合係数κが所望の分布で
変調されることにより空間的ホールバーニングが低減さ
れる。
形成し、上下に電極を形成して結合度κを変調した分布
帰還型半導体レーザーが完成する。この実施例において
は、波長λとして1.31μmを目指すため、ブラッグ
波長に相当する周期Λは2022.0Åであり、共振器
の長さLが300μmであるため、δは1.685×1
0−4となっている。したがって、回折格子の周期Λ1
は2022.34Åであり、周期Λ2 は2021.
66Åとなる。このように、結合係数κが所望の分布で
変調されることにより空間的ホールバーニングが低減さ
れる。
【0022】
【発明の効果】本発明によると、空間的ホールバーニン
グを低減でき、高出力時での歪特性の劣化を防止するこ
とができ、光ファイバーを使用した信号、情報等の伝送
、処理技術分野において寄与するところが大きい。
グを低減でき、高出力時での歪特性の劣化を防止するこ
とができ、光ファイバーを使用した信号、情報等の伝送
、処理技術分野において寄与するところが大きい。
【図1】(A)〜(C)は、本発明の分布帰還型半導体
レーザの原理説明図である。
レーザの原理説明図である。
【図2】本発明の実施例の分布帰還型半導体レーザの構
成説明図である。
成説明図である。
1 第2のクラッド層
2 第2の導波路層
3 第2の回折格子
4 活性層
5 第1の導波路層
6 第1のクラッド層
7 第1の回折格子
8 AR(反射防止)コート
9 HR(高反射)コート
Claims (3)
- 【請求項1】 一端面に高反射コートが施され、他端
面に低反射コートが施されてなり、活性層の上側の導波
路層に第1の回折格子が、該活性層の下側の導波路層に
第2の回折格子が形成されており、該第1の回折格子と
第2の回折格子の周期が異なることを特徴とする分布帰
還型半導体レーザ。 - 【請求項2】 第1の回折格子と第2の回折格子のい
ずれか一方の周期が、ブラッグ波長に相当する周期をΛ
、共振器長をLとするときΛ(1+Λ/4L)であり、
他方の周期がΛ(1−Λ/4L)であって、AR端面側
で第1の回折格子と第2の回折格子の周期が逆相となり
、HR端面側で同相となっていることを特徴とする請求
項1記載の分布帰還型半導体レーザ。 - 【請求項3】 活性層の上側の導波路層に第1の回折
格子が、該活性層の下側の導波路層に第2の回折格子が
形成されており、該第1の回折格子と第2の回折格子の
周期と振幅が異なることを特徴とする分布帰還型半導体
レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12130991A JPH04349683A (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 分布帰還型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12130991A JPH04349683A (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04349683A true JPH04349683A (ja) | 1992-12-04 |
Family
ID=14808059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12130991A Withdrawn JPH04349683A (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04349683A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6885804B2 (en) * | 2002-02-07 | 2005-04-26 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Semiconductor optical devices with differential grating structure and method for manufacturing the same |
FR3043852A1 (fr) * | 2015-11-13 | 2017-05-19 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif laser et procede de fabrication d’un tel dispositif laser |
-
1991
- 1991-05-27 JP JP12130991A patent/JPH04349683A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6885804B2 (en) * | 2002-02-07 | 2005-04-26 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Semiconductor optical devices with differential grating structure and method for manufacturing the same |
FR3043852A1 (fr) * | 2015-11-13 | 2017-05-19 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif laser et procede de fabrication d’un tel dispositif laser |
US9899800B2 (en) | 2015-11-13 | 2018-02-20 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Laser device and process for fabricating such a laser device |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980806 |