JPH09107145A

JPH09107145A - 偏波スイッチングレーザおよびそれを用いた光通信方式

Info

Publication number: JPH09107145A
Application number: JP7288054A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sakata; 肇坂田; Natsuhiko Mizutani; 夏彦水谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【課題】再現性良く安定して偏波スイッチングできる分
布帰還型半導体レーザである。【解決手段】直交する２つの偏波モードでの発振を可能
にする分布帰還型半導体レーザである。半導体レーザを
構成する光共振器が３つの領域１１、１２、１３に分か
れている。３つの領域のうち両端の２領域１１、１３で
は、２つの偏波モードに対する導波路１０４、１０５、
１０６の等価屈折率差が互いに異なっている。３つの領
域のうち中央の領域１２では、２つの偏波モードのそれ
ぞれに対する導波路の等価屈折率差が、３つの領域１
１、１２、１３のうちで、最も小さいか若しくは最も大
きくなる様に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速変調時等にお
いても動的波長変動を抑えて、且つチャーピング量の少
ない直接変調方式での駆動を可能にする光源およびそれ
を用いた光通信方式等に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発振光の偏波状態をスイッチでき
る偏波スイッチング可能な半導体レーザでは、例えば、
発振波長近傍の光のＴＥ、ＴＭモードの閾値利得をおお
よそ同程度のものとするために、活性層の量子井戸に歪
を導入したり、ブラッグ波長を利得スペクトルのピーク
よりも短波長側に設定したりしている。そして、複数の
電極を持つ構成とし、これらの複数の電極に対して不均
一に電流注入を行う。この構成で、不均一注入によって
共振器の等価屈折率を不均一に変化させて、ＴＥモード
とＴＭモードのうちのいずれか、閾値利得の低くなる方
の偏波モードで発振させていた。即ち、不均一電流注入
のバランスをわずかに変えることで最低閾値利得の関係
が変化して、発振偏波モードを変えることができるとい
うものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとしている課題】しかし、従来提案
されていた分布帰還（ＤＦＢ）型の偏波スイッチングレ
ーザでは、積極的な不均一性があまり導入されていない
ため、偏波モードおよびそれに伴う発振波長の電流注入
条件依存性が複雑な振る舞いをしたり、素子間での偏波
モード切り換え条件のばらつきが生じていた。

【０００４】このような諜題に鑑み、本発明の目的を各
請求項に対応して以下に述べる。本発明に係る第１の目
的は、レーザ導波構造の工夫により、再現性良く安定し
て偏波スイッチングできる分布帰還型半導体レーザを提
供することにある（請求項１、７に対応）。

【０００５】本発明に係る第２の目的は、偏波スイッチ
ングをより効果的に行なうことができる半導体レーザ構
造を提供することにある（請求項２、３、４に対応）。

【０００６】本発明に係る第３の目的は、偏波スイッチ
ングをより簡便な作製工程で実現できる半導体レーザ構
造を提供することにある（請求項５に対応）。

【０００７】本発明に係る第４の目的は、偏波スイッチ
ングレーザの閾値、効率をより向上できる半導体レーザ
構造を提供することにある（請求項６に対応）。

【０００８】本発明に係る第５の目的は、偏波スイッチ
ングをより効果的に駆動できる半導体レーザの駆動方法
を提供することにある（請求項８に対応）。

【０００９】本発明に係る第６の目的は、偏波スイッチ
ングレーザを用いて直接変調を行なう光通信方式を提供
することにある（請求項９に対応）。

【００１０】本発明に係る第７の目的は、発振波長を変
化できる偏波スイッチング可能なレーザを用いた光通信
方式を提供することにある（請求項１０に対応）。

【００１１】本発明に係る第８の目的は、偏波変調伝送
によって、高密度な波長多重光通信を提供することにあ
る（請求項１１に対応）。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
る偏波スイッチングレーザは、直交する２つの偏波モー
ドでの発振を可能にする分布帰還型半導体レーザであっ
て、該半導体レーザを構成する光共振器が３つの領域に
分かれており、該３つの領域のうち両端の２領域では、
該２つの偏波モードに対する導波路の等価屈折率差が互
いに異なっていて、且つ該３つの領域のうち中央の領域
では、該２つの偏波モードのそれぞれに対する導波路の
等価屈折率差が、該３つの領域のうちで、最も小さいか
若しくは最も大きくなる様に構成されていることを特徴
とする。上記第１の目的を達成する偏波スイッチングレ
ーザは、前記分布帰還型半導体レーザの共振器中で１つ
の偏波モードが受ける共振器利得を他の偏波モードが受
ける共振器利得とほぼ同等となる様に構成されていても
よい。

【００１３】上記第１の目的を達成する偏波スイッチン
グレーザの手段、作用は以下のようである。すなわち、
分布帰還型半導体レーザの共振器の左右領域で、直交す
る２つの偏波モード（すなわちＴＥモードおよびＴＭモ
ード）に対する等価屈折率の差を異ならせて、ＴＥもし
くはＴＭモードのいずれかのみの共振を促進させ、且つ
左右領域の間に等価屈折率差の異なる第３の領域を設け
て、共振する方の偏波モードの位相条件をブラッグ波長
近傍で満たさせ、動的に安定で、閾値の低い偏波スイッ
チングを実現することを特徴としている。

【００１４】本素子の特徴的な動作は、上記両端の２領
域に不均一或は均一な電流注入をすることで、以下の２
つの動作状態を選択するものである。２つの動作状態と
は、（１）両側の導波路でＴＥモードのブラッグ波長が
一致している、（２）両側の導波路でＴＭモードのブラ
ッグ波長が一致しているものである。一般にＴＥモード
のブラッグ波長とＴＭモードのブラッグ波長は、導波路
の等価屈折率差に起因して異なっているが、その差はデ
バイス内で概略一定である。本発明においては、偏波モ
ード間の等価屈折率差の異なる２つの部分をレーザ共振
器の両側の２領域に設けて、それぞれの部分での偏波モ
ード間のブラッグ波長の差の部分ごとの違いを、通常の
レーザで高々不均一注入の影響で出現するものと比べて
遥かに大きなものとし、偏波モードによって反射損失が
大きく異なるという状況を作り出している。さらに本発
明では、上記２領域の間にそれらと等価屈折率差の異な
る領域を挿入することにより、レーザ共振時に生じる光
の位相ずれを２つの偏波モードのいずれかに対して補償
し、レーザ共振器内で安定にブラッグ波長での光共振を
可能としている。この中央領域の作用は、例えば、グレ
ーティングの位相飛びを形成したλ／４シフトなどの作
用と同等である。

【００１５】すなわち、ブラッグ波長を一致させた偏波
モードでは、両端の２領域でブラッグ波長近傍の波長の
光に対して分布反射を受け、さらに、中央の領域で（２
ｎ−１）λ／４（ｎは正の整数）の位相シフトを受ける
ため、レーザ発振条件を満たす、いわゆる閾値利得が小
さくなる。それに対して、例えば両端の２領域でのブラ
ッグ波長が離れているような偏波モードでは、反射損失
が大きく閾値利得が高くなる。

【００１６】上記第２の目的を達成する偏波スイッチン
グレーザは、前記３つの領域のうち両端の２領域では、
導波路層厚が互いに異なっていて、且つ中央の領域で
は、該３つの領域のうちで、導波路層厚が最も薄いか若
しくは最も厚くなっていることで、直交する２つの偏波
モードでの発振を可能にすることを特徴とする。より具
体的には、上記第２の目的を達成する偏波スイッチング
レーザは、前記導波路層厚は、少なくとも光ガイド層厚
を異ならせることで、互いに異なっていることを特徴と
する。また、上記第２の目的を達成する偏波スイッチン
グレーザは、前記導波路層厚は、少なくとも活性層厚を
異ならせることで、互いに異なっていることを特徴とす
る。ここでは導波路の層厚を制御して、等価屈折率を変
化させている。作用は、上記第１の目的を達成する偏波
スイッチングレーザと同様である。

【００１７】上記第３の目的を達成する偏波スイッチン
グレーザは、前記３つの領域のうち両端の２領域では、
導波路幅が互いに異なっていて、且つ中央の領域では、
該３つの領域のうちで、導波路幅が最も狭いか若しくは
最も広くなっていることで、直交する２つの偏波モード
での発振を可能にすることを特徴とする。ここでは導波
路の幅を制御して、等価屈折率を変化させている。作用
は上記第１の目的を達成する偏波スイッチングレーザと
同様である。

【００１８】上記第４の目的を達成する偏波スイッチン
グレーザは、前記３つの領域の間での導波路形状の変化
は、テーパー状に行なわれていることを特徴とする。上
記の構成における導波路構造の変化をテーパー状とし
て、等価屈折率変化を緩やかなものとして、領域間で生
じる放射損失を低減させる。

【００１９】上記第５の目的を達成する偏波スイッチン
グレーザの駆動方法は、上記の偏波スイッチングレーザ
において、前記３つの領域に設けられた電極の少なくと
も１つに印加する変調電流信号によって、直交する２つ
の偏波モードのうち一方の偏波モードに対して光共振器
内でブラッグ波長が一致し且つ共振位相条件を満足する
状態と、該２つの偏波モードのうち他方の偏波モードに
対して光共振器内でブラッグ波長が一致し且つ共振位相
条件を満足する状態との間で切り換えることで、２つの
偏波モードでの発振を可能にすることを特徴とする。

【００２０】この本発明によるレーザの駆動方法として
は、上記独立な３つの電極の少なくとも１つに印加する
微小変調電流信号によって、上記複数の部分からなる導
波路の等価屈折率を変化させ、両端の２領域の導波路の
ブラッグ波長および中央領域の位相シフト量を変化させ
て、２つの偏波モードの発振を切り換えるものである。

【００２１】上記第６の目的を達成する偏波スイッチン
グレーザを用いた光通信方式は、上記の偏波スイッチン
グレーザを光送信用の光源として用いた光通信方式にお
いて、偏波スイッチングレーザを直接偏波変調して、そ
の出力光を偏光子もしくは偏光ビームスプリッタを通す
ことにより、振幅変調された信号光として、光ファイバ
で伝送し、光受信器で検波することを特徴とする。ここ
では、偏波スイッチングを変調信号により行ない、一方
の偏波モードのみを取り出して直接検波することで光通
信を行なう。

【００２２】上記第７の目的を達成する偏波スイッチン
グレーザを用いた光通信方式は、上記の偏波スイッチン
グレーザを光送信用の光源として用いた光通信方式にお
いて、分布帰還グレーティングに注入する電流を制御す
ることでその発振波長を変化させることを特徴とする。

【００２３】上記第８の目的を達成する偏波スイッチン
グレーザを用いた光通信方式は、上記の偏波スイッチン
グレーザを光送信用の光源として複数用いた光通信方式
において、複数の波長の光をそれぞれの偏波スイッチン
グレーザを変調して伝送させ、光フィルタもしくは分波
器を備えた光受信器により所望の波長の光にのせた信号
のみを取り出すように、波長分割多重通信することを特
徴とする。ここでは、波長を変えながら偏波変調を行な
い、波長多重通信を行なう。

【００２４】

【発明の実施の形態】第１実施例本発明による第１の実施例を図１によって説明する。共
振器方向の断面図である図１において、１１、１３は互
いに導波路層厚の異なるＤＦＢ領域で、それぞれフロン
ト領域、リア領域と呼ぶ。１２は両側の領域１１、１３
より導波路層厚を厚くした位相シフト領域である。層構
成は、ｎ−ＩｎＰ基板１０１上に、周期２３９．４ｎｍ
の回折格子１０２を形成した０．５μｍ厚のｎ−ＩｎＰ
バッファ層１０３、０．１５μｍ厚のｎ−ＩｎＧａＡｓ
Ｐ（バンドギャップ波長λｇ＝１．１７μｍ）光ガイド
層１０４、歪量子井戸構造の活性層１０５、０．４μｍ
厚のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．１７μｍ）光ガイ
ド層１０６を形成する。次に、フォトリソグラフィーに
よるエッチングを行なって、フロント領域１１の光ガイ
ド層１０６を０．２μｍ、リア領城１３の光ガイド層１
０６を０．１μｍほど、厚さを減少させる。この上に、
１．８μｍ厚のｐ−ＩｎＰクラッド層１０７、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓコンタクト層１０８を積層させる。活性層１０
５の歪量子井戸は、井戸層がｉ−Ｉｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ
（厚さ６ｎｍ）、バリア層がｉ−Ｉｎ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ
（厚さ１０ｎｍ）の５重量子井戸からなっている。各領
域１１、１２、１３の長さは各々２５０μｍ、２０μ
ｍ、２５Ｏμｍである。本実施例では、位相シフト領域
１２を挟んで対称的な長さになっているが非対象的な長
さにしても良い。

【００２５】続いて、全領域にわたって横方向の導波路
幅を３μｍとするリッジを形成し、ＳｉＮ_x層（不図
示）によって埋め込んでいる。更に、コンタクト層１０
８までを３箇所で除去して電極分離領域を設け、ｐ電極
であるＡｕ／Ｚｎ／Ａｕ層１０９（３部分からなる）を
形成すると共に、基板側電極のＡｕＧｅ／Ａｕ層ｌ１０
を形成し、各電極を合金化している。両端面にはＳｉＮ
_x膜を反射防止膜として施している（不図示）。

【００２６】このデバイスの動作について、図２によっ
て説明する。ブラッグ波長λ_Bは、等価屈折率Ｎ_effとグ
レーティング周期Λとで表わされる。 λ_B＝２Ｎ_effΛ （１）レーザ構造に依存してＴＥモードとＴＭモードの等価屈
折率Ｎ_effに差があり、同じグレーティングに対してＴ
Ｅモードの感じるブラッグ波長λ_BとＴＭモードの感じ
るブラッグ波長λ_Bは異なっている。本実施例では、フ
ロント領域１１、リア領域１３の間で光ガイド層厚が異
なるので、図２に示すように等価屈折率に差があり、Ｔ
ＥモードとＴＭモードのブラッグ波長の差λ^TE _B−λ^TM _B
が、フロント領域１１（光ガイド層厚０．２μｍ）で
７．７ｎｍ、リア領域１３（光ガイド層厚０．３μｍ）
で６．７ｎｍと異なっている。従って、ＴＥモードで両
端の２領域１１、１３のブラッグ波長が一致する場合
は、ＴＭモードでは一致しないことになる。ＴＭモード
で一致する場合は、その逆となる。一方のモードでブラ
ッグ波長が一致した状態で、位相シフト領域１２で、そ
のブラッグ波長での共振条件が満足されて、ＴＥモード
とＴＭモードのどちらが発振するかが決定される。

【００２７】発振波長は、ＴＥもしくはＴＭモードのブ
ラッグ波長近傍で位相条件を満たす波長になっている。
本実施例において、ＴＭモードのブラッグ波長を１５５
０．０ｎｍで一致させたときに、ＴＥモードのブラッグ
波長は、フロント領域１１で１５５７．７ｎｍ、リア領
域１３で１５５６．７ｎｍ程度となる（上で述べた様に
１ｎｍの差がある）。位相シフト領域１２で、ＴＭモー
ド光が（２ｎ−１）λ／４の位相シフトを受け、ＴＭモ
ードで発振する。この状態から、リア領域１３および位
相シフト領域１２への電流注入量を変化させることによ
り、ＴＥモードのブラッグ波長近傍の方が閾値利得が低
下し、ＴＥモードでの発振が起こる。

【００２８】通常に知られる量子井戸半導体レーザにお
いては、共振器利得がＴＥモードについて大きく、ＴＭ
モードに対して小さくなるのであるが、本実施例におい
ては以下の構成によって、ＤＦＢ共振器中でＴＭモード
が受ける共振器利得をＴＥモードが受ける共振器利得と
同等とし、ＴＭモードでの発振を容易にしている。１つ
は、ブラッグ波長をＴＥモードの利得ピークよりも短波
長側のＴＭモードの利得ピーク付近に設定したことであ
る。さらには、活性層１０５に歪量子井戸（引っ張り
歪）を導入した点にある。また、端面を無反射コーティ
ングすることで、通常ＴＥモードと比べて端面反射率の
小さなＴＭモードとＴＥモードとの端面反射率の差を低
減している。この点も、ＴＥモードとＴＭモードの閾値
利得を近づけることに寄与している。本実施例によれ
ば、選択成長などの特別な製作技術を用いず、ほぼ均一
なキャリア密度の注入状態でＴＭモードのブラッグ波長
がほぼ一致し、ここからわずかに不均一注人を行うだけ
でＴＥモードのブラッグ波長が一致した状態になる。

【００２９】本実施例の動作上の特徴は、２つの領域１
１、１３で層厚を変えたことによって、比較的容易に大
きなλ^TE _B−λ^TM _Bの差の値が得られるため、確実な偏波
スイッチングが実現されることにある。本実施例では、
位相シフト領域１２の層厚を０．４μｍと最も厚くした
が、０．１μｍ程度に最も薄くしても同様な効果が得ら
れる。

【００３０】第２実施例本発明による第２の実施例である導波路幅の異なる３つ
のＤＦＢ領城１１、１２、１３からなる半導体レーザに
ついて、図３（ａ）、（ｂ）によって説明する。

【００３１】ｎ−ＩｎＰ基板３０１上に、０．１５μｍ
厚のｎ−ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．１７μｍ）光ガイ
ド層３０２、活性層となる０．０８μｍ厚のｉ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ（λｇ＝１．５ｌμｍ）３０３、０．１μｍ厚
のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（λｇ＝１．１７μｍ）光ガイド
層３０４を形成し、光ガイド層３０４上に周期２４０ｎ
ｍの回折格子３０５を形成する。この上に、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層３０６、ｐ−ＩｎＧａＡｓコンタクト層３０
７を積層している。

【００３２】ここで、上面図である図３（ｂ）に示すよ
うに、フロント領域１１は導波路幅を１．５μｍ、位相
シフト領域１２は導波路幅を３μｍ、リア領域１３は導
波路幅を２μｍとするリッジ３１０をそれぞれ形成し、
その両側を高抵抗ＩｎＰ層３１１によって埋め込んでい
る。本実施例では、位相シフト領域１２で最も導波路幅
を広くしたが、最も狭くしてもよい。各領域の長さは各
々３００μｍ、２５μｍ、３００μｍである。両端２領
域１１、１３の位相シフト領域１２と接する側は、放射
光損失を防ぐ目的でテーパー状に導波路幅を変化させて
いる。次に、コンタクト層３０７までを除去して電極分
離領域を３箇所設け、３部分からなるｐ電極であるＡｕ
／Ｃｒ層３０８、基板側電極のｎ電極であるＡｕＧｅ／
Ａｕ層３０９を形成し、合金化している。反射防止膜の
形成については、第１の実施例と同様である。

【００３３】本実施例においては領域ごとに導波路層厚
を変えていないが、幅の違いによって、ＴＥモードとＴ
Ｍモードの等価屈折率の差を３つのＤＦＢ領域１１、１
２、１３で異ならせている。本実施例のフロント領域１
１（導波路幅１．５μｍ）におけるＴＥモードのブラッ
グ波長は、図４の等価屈折率から予想されるように、１
５４６．６ｎｍ、ＴＭモードのブラッグ波長は１５４
０．２ｎｍである。リア領域１３（導波路幅２μｍ）に
おけるＴＥモードのブラッグ波長は１５４９．５ｎｍ、
ＴＭモードのブラッグ波長は１５４２．７ｎｍである。
両領域１１、１３でのブラッグ波長の差はそれぞれ６．
４ｎｍ、６．８ｎｍとなって、異なっていることが分か
る。この状態から各電極への電流注入量を制御すること
により、ＴＥ←→ＴＭ間での偏波モードスイッチングが
実現される。

【００３４】本実施例の作製上の特徴は、導波路幅を変
化させたフォトマスクを用いてフォトレジストを露光現
像するだけで、その他は、通常のＤＦＢレーザ作製工程
でよく、容易に不均一な等価掘折率構造が得られること
にある。

【００３５】第３実施例図５に、本発明の偏波スイッチングレーザを用いて強度
変調信号を伝送し、受信する光伝送系のブロック図を示
した。偏波スイッチングレーザ５１からの光出力を図５
に示したように偏光子５２に通して、ＴＥ偏波（もしく
はＴＭ偏波）のみを取り出すことにより、高い消光比の
強度振幅信号が得られる。この際、ＴＥとＴＭのモード
変化は生じるが、レーザ出力光強度自体の変動は殆どな
いため、活性層のキャリア変動によるチャーピングが極
めて小さくなる。偏光子５２によって選択されたＴＥモ
ードの光は、アイソレータ５３を通して光ファイバ５４
に結合させて伝送する。伝送された光は光検出器５５に
て検出される。この時、ＴＥとＴＭの消光比は２０ｄＢ
以上得られ、従って、この消光比をもつＡＳＫ伝送が可
能である。

【００３６】本発明の半導体レーザの偏波変調時のチャ
ーピングは極めて小さく、ＴＥモード出力のみを観測し
たところ０．０２ｎｍ以下であることが確かめられた。
また、偏波変調の変調帯域もｌＧＨｚ以上であることが
示された。

【００３７】第４実施例本発明による偏波スイッチングレーザを用いて光伝送を
行なった実施例を、図６にそって説明する。図６におい
て、６１は本発明によって波長制御及び消光比が安定に
制御され偏波変調されている半導体レーザである。この
半導体レーザ６１では、波長間隔は１０ＧＨｚ（約０．
０８ｎｍ）程度で、２ｎｍの範囲で波長を変えられる。
また、偏波変調では、通常の直接強度変調で問題になる
ようなチャーピングと呼ばれる動的波長変動が２ＧＨＺ
（約０．０１６ｎｍ）以下と非常に小さいため、波長多
重する場合に１０ＧＨｚ間隔で並べても隣のチャネルに
クロストークを与えることはない。従って、この半導体
レーザを用いた場合、２／０．０１６すなわちｌ００チ
ャネル以上の波長多重が可能である。

【００３８】この半導体レーザ６１は偏光ビームスプリ
ッタ６２と一体化して光送信部６０を構成している。こ
の光送信部６０と光受信部６５とから構成される光ノー
ド６０２を用いた光通信システムを説明する。光送信部
６０から出射された光は光分岐部６０１を通して光ファ
イバ６３に結合させられ、ネットワーク上に伝送され
る。光ファイバ６３を伝送されてきた光信号は、光分岐
部６０１を通して所望の光ノードの光受信部６５におい
て、光フィルタ６６により所望の波長チャネルの光が選
択分波され、光検出器６７により信号検波される。ここ
では、光フィルタ６６としてＤＦＢレーザと同じ構造の
ものを、閾値以下に電流をバイアスして使用している。
２電極の電流比率を変えることで、透過利得を２０ｄＢ
一定で透過波長を２ｎｍ変えることができる。また、こ
のフィルタの１０ｄＢダウンの透過幅は０．０３ｎｍで
あり、０．０８ｎｍの間隔で波長多重するのに十分な特
性を持っている。光フィルタ６６として、同様の波長透
過幅を持つもの、例えば、マッハツェンダ型、ファブリ
ペロー型の波長フィルタあるいはグレーティングによる
分波器などを用いてもよい。

【００３９】光通信システムのネットワークとして、図
６に示すのはリング型であり、光ノード６０３〜６０９
をネットワークに接続することにより、多数の端末およ
びセンタ６１１〜６１６を設置することができる。ネッ
トワークの形態としては、スター型、バス型あるいは、
複数の形態を複合したものでもよい。

【００４０】第５実施例光閉じ込め層厚の異なる３つのＤＦＢ領域１１、１２、
１３からなる半導体レーザについて、図７によって説明
する。

【００４１】フロント領域１１の層構成は、ｎ−ＩｎＰ
基板７０１上に、２μｍ厚のｎ−Ｉｎ_0.79Ｇａ_0.21Ａｓ
_0.45Ｐ_0.55下部光ガイド層７０２、活性層となる０．０
５μｍ厚のｉ−Ｉｎ_0.59Ｇａ_0.41Ａｓ_0.87Ｐ_0.13７０
３、０．２μｍ厚のｐ−Ｉｎ_0.79Ｇａ_0.21Ａｓ_0.45Ｐ
_0.55上部光ガイド層７０４を形成する。リア領域１３の
層構成は、ｎ−ＩｎＰ基板７０１上に、０．１μｍ厚の
ｎ−ＩｎＰバッファ７１２（例えば、マスクをかけてｎ
−ＩｎＰ基板７０１上に成長させる）、０．０９μｍ厚
のｎ−Ｉｎ_0.79Ｇａ_0.21Ａｓ_0.45Ｐ_0.55下部光ガイド層
７１３、０．０７μｍ厚のｉ−Ｉｎ_0.59Ｇａ_0.41Ａｓ
_0.87Ｐ_0.13活性層７１４、０．１８μｍ厚のｐ−Ｉｎ
_0.79Ｇａ_0.21Ａｓ_0.45Ｐ_0.55上部光ガイド層７１５を形
成する。位相シフト領域１２の層構成は、ｎ−ＩｎＰ基
板７０１上に、０．１μｍ厚のｎ−ＩｎＰバッファ７１
２、０．１７μｍ厚のｎ−Ｉｎ_0.79Ｇａ_0.21Ａｓ_0.45Ｐ
_0.55下部光ガイド層７２３、０．１μｍ厚のｉ−Ｉｎ
_0.59Ｇａ_0.41Ａｓ_0.87Ｐ_0.13活性層７２４、０．０８μ
ｍ厚のｐ−Ｉｎ_0.79Ｇａ_0.21Ａｓ_0.45Ｐ_0.55上部光ガイ
ド層７２５を形成する。

【００４２】全領域１１、１２、１３の上部光ガイド層
７０４、７１５、７２５に周期２３７ｎｍの回折格子７
０５を形成する。その上に、ｐ−ＩｎＰクラッド層７０
６、ｐ−Ｉｎ_0.59Ｇａ_0.41Ａｓ_0.9Ｐ_0.1コンタクト層７
０７を積層している。本実施例では、両ＤＦＢ領域１
１、１３ともに活性層７０３、７１４での幅を３μｍと
するリッジを形成し、横方向の両側をＳｉＮ_x層（不図
示）によって埋め込んでいる。電極７０８、７０９の形
成、反射防止膜の形成については、第１の実施例と同様
である。

【００４３】本実施例では、上記実施例に比べて作製法
は複雑になるが、設計の自由度は大きくなる。よって、
本実施例では、ＴＥモードのブラッグ波長が比較的近
く、ほば均一なキャリア密度の注入状態でＴＥモードの
ブラッグ波長がほぼ一致し、ここからわずかに不均一注
入を行うだけで、ゲインはなるべく変化させずにＴＭモ
ードのブラッグ波長が一致した状態になる様にも設計出
来る。デバイスの動作、駆動方法については既に述べた
他の実施例と同様である。また、偏波モードによるブラ
ッグ波長の差を２領域１１、１３で、より大きくするた
めに、あるいは差を補うために、導波路の幅と層厚を同
時に変えてもよい。本実施例も勿論図５、図６の実施例
に用いられる。

【００４４】以上に述べた複数の実施例において、いず
れもリッジ形成と高抵抗層による埋込みを例として説明
したが、ｐｎ接合の逆方向バイアスを利用する電流狭搾
と光閉じ込めであったりしてもよい。また、導波路の面
内の光閉じ込め構造についてもＢＨ構造に限定したもの
ではなく、横方向に光閉じ込めをする構造であればどの
様なものでもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の各請求項に
対応して以下のような効果がある。請求項１、７によれ
ば、分布帰還型半導体レーザにおいて、構造的不均一性
を偏波モードによって異ならせることで、電流注入条件
に依存する発振波長や偏波モードの複雑な振る舞いを抑
え、端面位相等に依存する発振波長や偏波モードのデバ
イス間のばらつきを抑えて、再現性よく安定して高速な
偏波スイッチングの可能なデバイスを提供できる。請求
項２、３、４によれば、導波路層厚を不均一として、上
記請求項１記載の偏波スイッチングレーザを提供でき
る。請求項５によれば、導波路幅を不均一として、上記
請求項１記載の偏波スイッチングレーザを提供できる。
請求項６によれば、上記請求項１〜５における導波路構
造の変化で生じる放射損失を低減させる効果がある。請
求項８によれば、上記請求項１〜７記載の偏波スイッチ
ングレーザを効率良く安定に駆動できる。請求項９によ
れば、偏波スイッチングレーザを駆動して、簡単で確実
な光通信を行なうことができる。請求項１０、１１によ
れば、動的波長変動の極めて小さい直接偏波変調方式を
用いて、高密度波長多重光通信システム等を構築でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明による半導体レーザの第１実施例
を示す断面図である。

【図２】図２は第１の実施例による偏波モード間の等価
屈折率の差を説明する図である。

【図３】図３は本発明による半導体レーザの第２の実施
例を示す図である。

【図４】図４は第２の実施例による偏波モード間の等価
屈折率の差を説明する図である。

【図５】図５は本発明による偏波スイッチングレーザを
用いた光通信方式を説明する図である。

【図６】図６は本発明による偏波スイッチングレーザを
用いた光通信方式を説明する図である。

【図７】図７は本発明による半導体レーザの第５の実施
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１１フロントＤＦＢ領域１２位相シフトＤＦＢ領域１３リアＤＦＢ領域１０１，３０１，７０１基板１０２，３０５，７０５グレーティング１０３，７１２バッファ層１０４，１０６，３０２，３０４，７０２，７０４，７
１３，７１５光ガイド層１０５，３０３，７０３，７１４，７２４活性層１０７，３０６，７０６クラッド層１０８，３０７，７０７コンタクト層１０９，１１０，３０８，３０９，７０８，７０９
電極３１０導波路コア３１１導波路クラッド５１，６１半導体レーザ５２，６２偏光子もしくは偏光ビームスプリッタ５３光アイソレータ５４，６３光ファイバ５５，６７光検出器６６光フィルタ６０光送信部６５光受信部６０１光分岐部６０２，６０３，６０４，６０５，６０６，６０７，６
０８，６０９光ノード６１１，６１２，６１３，６１４，６１５，６１６
端末

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/04 10/06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直交する２つの偏波モードでの発振を可能
にする分布帰還型半導体レーザであって、該半導体レー
ザを構成する光共振器が３つの領域に分かれており、該
３つの領域のうち両端の２領域では、該２つの偏波モー
ドに対する導波路の等価屈折率差が互いに異なってい
て、且つ該３つの領域のうち中央の領域では、該２つの
偏波モードのそれぞれに対する導波路の等価屈折率差
が、該３つの領域のうちで、最も小さいか若しくは最も
大きくなる様に構成されていることを特徴とする偏波ス
イッチングレーザ。
【請求項２】前記３つの領域のうち両端の２領域では、
導波路層厚が互いに異なっていて、且つ中央の領域で
は、該３つの領域のうちで、導波路層厚が最も薄いか若
しくは最も厚くなっていることで、直交する２つの偏波
モードでの発振を可能にすることを特徴とする請求項１
記載の偏波スイッチングレーザ。
【請求項３】前記導波路層厚は、少なくとも光ガイド層
厚を異ならせることで、互いに異なっていることを特徴
とする請求項２記載の偏波スイッチングレーザ。
【請求項４】前記導波路層厚は、少なくとも活性層厚を
異ならせることで、互いに異なっていることを特徴とす
る請求項２記載の偏波スイッチングレーザ。
【請求項５】前記３つの領域のうち両端の２領域では、
導波路幅が互いに異なっていて、且つ中央の領域では、
該３つの領域のうちで、導波路幅が最も狭いか若しくは
最も広くなっていることで、直交する２つの偏波モード
での発振を可能にすることを特徴とする請求項１記載の
偏波スイッチングレーザ。
【請求項６】前記３つの領域の間での導波路形状の変化
は、テーパー状に行なわれていることを特徴とする請求
項２又は５記載の偏波スイッチングレーザ。
【請求項７】前記分布帰還型半導体レーザの共振器中で
１つの偏波モードが受ける共振器利得を他の偏波モード
が受ける共振器利得とほぼ同等となる様に構成されてい
ることを特徴とする請求項１記載の偏波スイッチングレ
ーザ。
【請求項８】請求項１乃至７の何れかに記載の偏波スイ
ッチングレーザの駆動方法において、前記３つの領域に
設けられた電極の少なくとも１つに印加する変調電流信
号によって、直交する２つの偏波モードのうち一方の偏
波モードに対して光共振器内でブラッグ波長が一致し且
つ共振位相条件を満足する状態と、該２つの偏波モード
のうち他方の偏波モードに対して光共振器内でブラッグ
波長が一致し且つ共振位相条件を満足する状態との間で
切り換えることで、２つの偏波モードでの発振を可能に
することを特徴とする偏波スイッチングレーザの駆動方
法。
【請求項９】請求項１乃至７の何れかに記載の偏波スイ
ッチングレーザを光送信用の光源として用いた光通信方
式において、偏波スイッチングレーザを直接偏波変調し
て、その出力光を、偏光子もしくは偏光ビームスプリッ
タを通すことにより、振幅変調された信号光として、光
ファイバで伝送し、光受信器で検波することを特徴とす
る偏波スイッチングレーザを用いた光通信方式。
【請求項１０】請求項１乃至７の何れかに記載の偏波ス
イッチングレーザを光送信用の光源として用いた光通信
方式において、分布帰還グレーティングに注入する電流
を制御することでその発振波長を変化させることを特徴
とする請求項９記載の偏波スイッチングレーザを用いた
光通信方式。
【請求項１１】請求項１乃至７の何れかに記載の偏波ス
イッチングレーザを光送信用の光源として複数用いた光
通信方式において、複数の波長の光をそれぞれの偏波ス
イッチングレーザを変調して伝送させ、光フィルタもし
くは分波器を備えた光受信器により所望の波長の光にの
せた信号のみを取り出すように、波長分割多重通信する
ことを特徴とする光通信方式。