JPH03248492A - 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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- JPH03248492A JPH03248492A JP4519890A JP4519890A JPH03248492A JP H03248492 A JPH03248492 A JP H03248492A JP 4519890 A JP4519890 A JP 4519890A JP 4519890 A JP4519890 A JP 4519890A JP H03248492 A JPH03248492 A JP H03248492A
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- Japan
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- grating
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- laser
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- distributed feedback
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- Pending
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、分布帰還型半導体レーザいわゆるＤＦ Ｂ（
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザに
係わる。
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザに
係わる。
本発明は、グレーティングを有する分布帰還型半導体レ
ーザにおいて、グレーティングのカップリング係数がレ
ーザ共振器長方向にその両端面近傍に向って漸次変化し
て零に近くなるようにされ、レーザ共振器の両端面が無
反射状態とされ、λ／４位相シフトさせる手段を具備し
たことにより、発振波長の５Ｍ５Ｒ（Ｓｉｄｅ Ｍｏｄ
ｅ ５ｕｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ：サイドモード
抑圧比）を向上させ、単一波長特性の向上をはかる。
ーザにおいて、グレーティングのカップリング係数がレ
ーザ共振器長方向にその両端面近傍に向って漸次変化し
て零に近くなるようにされ、レーザ共振器の両端面が無
反射状態とされ、λ／４位相シフトさせる手段を具備し
たことにより、発振波長の５Ｍ５Ｒ（Ｓｉｄｅ Ｍｏｄ
ｅ ５ｕｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｒａｔｉｏ：サイドモード
抑圧比）を向上させ、単一波長特性の向上をはかる。
分布帰還型半導体レーザ（以下ＤＦＢレーザと記す）は
、レーザダイオード内に回折格子（グレーティング）を
組みこんで特定の波長、すなわち単一縦モードをより選
択的に発振発光し得るようになされたものであり、近年
例えば光フアイバ通信の広帯域伝送への応用化等のため
に、各方面で研究開発が進んでいる。
、レーザダイオード内に回折格子（グレーティング）を
組みこんで特定の波長、すなわち単一縦モードをより選
択的に発振発光し得るようになされたものであり、近年
例えば光フアイバ通信の広帯域伝送への応用化等のため
に、各方面で研究開発が進んでいる。
従来のＤＦＢレーザの要部の路線的拡大断面図を第７図
に示す。
に示す。
第７図において（１１）は基板、〔１）は第１導電型例
えばｎ型の第１のクラッド層で、〔２）は活性層、（３
）はガイド層、（４）はグレーティング、（５）は第２
導電型例えばｐ型の第２のクラッド層である。
えばｎ型の第１のクラッド層で、〔２）は活性層、（３
）はガイド層、（４）はグレーティング、（５）は第２
導電型例えばｐ型の第２のクラッド層である。
グレーティング（４）は例えばホログラフィック・エク
スポージャ（２光東干渉露光法）等により形成され、ピ
ッチＡはブラッグ反射の条件により選定される。
スポージャ（２光東干渉露光法）等により形成され、ピ
ッチＡはブラッグ反射の条件により選定される。
いわゆるλ／４位相シフト型ＤＦＢレーザは、ファブリ
ペローモードの発生を抑えるためにその両端面（６）が
無反射端面とされると共に、この場合に生じる双峰発振
モードを、λ／４位相シフト型構成とすることによって
第８図にそのスペクトルを示すように単一モード化して
いる。しかしながらこの場合においてもサイドモードが
発生している。
ペローモードの発生を抑えるためにその両端面（６）が
無反射端面とされると共に、この場合に生じる双峰発振
モードを、λ／４位相シフト型構成とすることによって
第８図にそのスペクトルを示すように単一モード化して
いる。しかしながらこの場合においてもサイドモードが
発生している。
本発明においては、上述したＤＦＢレーザ特にλ／４位
相シフト型ＤＦＢレーザにおいて、サイドモードの発生
を抑制することをその目的とする。
相シフト型ＤＦＢレーザにおいて、サイドモードの発生
を抑制することをその目的とする。
即ち、上述した従来のλ／４位相シフト型ＤＦＢレーザ
の発振スペクトルは第８図に示すように、ブラッグ波長
λ。の強度が最も強く、はぼ単一の縦モードとなるが、
λ０の近辺には、λ。を中心として、はぼ左右対称に周
期的に、比較的小さい強度のサイドモードｓｌ、 Ｓ２
． Ｓ３ ・・・・が現われる。
の発振スペクトルは第８図に示すように、ブラッグ波長
λ。の強度が最も強く、はぼ単一の縦モードとなるが、
λ０の近辺には、λ。を中心として、はぼ左右対称に周
期的に、比較的小さい強度のサイドモードｓｌ、 Ｓ２
． Ｓ３ ・・・・が現われる。
第８図中Ｓは波長λ。とこれに最も近い波長λ。
又はλ２の強度の比即ち５Ｍ５Ｒ（サイドモード抑圧比
）を示す。
）を示す。
この種のＤＦＢレーザにおいて、サイドモードの強度を
抑圧して５Ｍ５Ｒを向上させることが試みられており、
従来３２〜３３ｄＢ程度の５Ｍ５Ｒが、近年４４〜４５
ｄＢ程度にまで向上されてはいるものの、より５Ｍ５Ｒ
の向上が望まれている。
抑圧して５Ｍ５Ｒを向上させることが試みられており、
従来３２〜３３ｄＢ程度の５Ｍ５Ｒが、近年４４〜４５
ｄＢ程度にまで向上されてはいるものの、より５Ｍ５Ｒ
の向上が望まれている。
すなわち、このようなサイドモードが存在すると、例え
ば波長λ。で単一モード発振するＤＦＢレーザの出力を
、ある一定の臨界出力以上に上げた場合、サイドモード
の波長λ１又はλ２等にずれるいわゆるモードホッピン
グが起こる等の不都合が生じるため、サイドモードを消
すことが望ましい。
ば波長λ。で単一モード発振するＤＦＢレーザの出力を
、ある一定の臨界出力以上に上げた場合、サイドモード
の波長λ１又はλ２等にずれるいわゆるモードホッピン
グが起こる等の不都合が生じるため、サイドモードを消
すことが望ましい。
本発明による分布帰還型半導体レーザの路線的拡大断面
図を第１図に示す。
図を第１図に示す。
本発明は第１図に示すように、グレーティング（４）を
有する分布帰還型半導体レーザにおいて、グレーティン
グ（４）のカップリング係数が矢印りで示すレーザ共振
器長方向にその両端面（６）近傍に向って漸次変化して
零に近くなるようにされ、レーザ共振器の両端面（６）
が無反射状態とされ、λ／４位相ソフトさせる手段を具
備する。
有する分布帰還型半導体レーザにおいて、グレーティン
グ（４）のカップリング係数が矢印りで示すレーザ共振
器長方向にその両端面（６）近傍に向って漸次変化して
零に近くなるようにされ、レーザ共振器の両端面（６）
が無反射状態とされ、λ／４位相ソフトさせる手段を具
備する。
上述したように本発明によるＤＦＢレーザは、グレーテ
ィングのカップリング係数にを共振器長し方向に沿って
漸次変化して両端面（６）において零に近くなるように
されたことにより、５ＩＪＳＲが４５ｄＢを超えるよう
にサイドモードの抑制をはかることができる。
ィングのカップリング係数にを共振器長し方向に沿って
漸次変化して両端面（６）において零に近くなるように
されたことにより、５ＩＪＳＲが４５ｄＢを超えるよう
にサイドモードの抑制をはかることができる。
このグレーティング（４）の振幅をａ１活性層との距離
をｄ、第２のクラッド層（５）の屈折率ｎ１ とガイ
ド層（３）の屈折率ｎ２ との差をΔｎ＝ｎ２ ｎ＋と
すると、カップリング係数には、振幅ａ１距離ｄ、屈折
率差Δｎによって変化させることができる。
をｄ、第２のクラッド層（５）の屈折率ｎ１ とガイ
ド層（３）の屈折率ｎ２ との差をΔｎ＝ｎ２ ｎ＋と
すると、カップリング係数には、振幅ａ１距離ｄ、屈折
率差Δｎによって変化させることができる。
第１図に示す例では、振幅ａを変化させた場合を示す。
今、両端面（６）におけるレーザ光への影響について考
察する。ＤＦＢレーザの共振器長を無限大と仮定して、
波長に対するグレーティング（４）による反射率の変化
を解析すると第３図に示すようになる。この場合、この
第３図に示すように、ブラッグ波長λ。の近傍の、ある
範囲内では均一な反射率が得られ、この範囲外では単調
減少的に零に近くなる。
察する。ＤＦＢレーザの共振器長を無限大と仮定して、
波長に対するグレーティング（４）による反射率の変化
を解析すると第３図に示すようになる。この場合、この
第３図に示すように、ブラッグ波長λ。の近傍の、ある
範囲内では均一な反射率が得られ、この範囲外では単調
減少的に零に近くなる。
一方、有限な共振器長りを有するＤＦＢレーザにおいて
、波長に対する反射率の変化をみると、第４図に示すよ
うにサイドモードが現われる。即ち、両端面の存在によ
る反射率のサイドモード、従ってこれによる発振スペク
トルのサイドモードに大きな影響があることが考えられ
る。
、波長に対する反射率の変化をみると、第４図に示すよ
うにサイドモードが現われる。即ち、両端面の存在によ
る反射率のサイドモード、従ってこれによる発振スペク
トルのサイドモードに大きな影響があることが考えられ
る。
また、ＤＦＢレーザにおけるカップリング係数には、あ
る一定の領域、即ち共振器長しにおいて一定の値であり
、第５図Ａに示すような、ディリクレ（Ｄｉｒｉｃｈｌ
ｅｔ） 関数で表すことができる。ディリクレ関数を
フーリエ変換すると第５図已に示すように中心に大きい
振幅のモードが見られ、その左右には対称的に小さい振
幅のサイドモードが現われる。従ってこのディリクレ関
数のように急激に両端面で変化するグレーティングを有
するレーザにおいては、その光のスペクトルにサイドモ
ードが現われることがわかる。
る一定の領域、即ち共振器長しにおいて一定の値であり
、第５図Ａに示すような、ディリクレ（Ｄｉｒｉｃｈｌ
ｅｔ） 関数で表すことができる。ディリクレ関数を
フーリエ変換すると第５図已に示すように中心に大きい
振幅のモードが見られ、その左右には対称的に小さい振
幅のサイドモードが現われる。従ってこのディリクレ関
数のように急激に両端面で変化するグレーティングを有
するレーザにおいては、その光のスペクトルにサイドモ
ードが現われることがわかる。
ところが、本発明によるＤＦＢレーザのカップリング係
数には共振器長しの両端面（６）において零となるよう
に漸次変化させるため、第６図Ａに示すようなガウス（
Ｇａｕｓｓ） 関数のような滑らかな関数で置き換え
ることができる。ガウス関数をフーリエ変換すると第６
図Ｂに示すように、その半値幅のみが変化して、サイド
モードは現れない。従って、スペクトルに現われるサイ
ドモードはレーザの端面（６）において急激にグレーテ
ィング（４）が変化することによって生じていたもので
あると考えられ、本発明によるＤＦＢレーザにおいては
このような急激な変化をなくしたことからサイドモード
の発生を充分抑制し得たものと思われる。
数には共振器長しの両端面（６）において零となるよう
に漸次変化させるため、第６図Ａに示すようなガウス（
Ｇａｕｓｓ） 関数のような滑らかな関数で置き換え
ることができる。ガウス関数をフーリエ変換すると第６
図Ｂに示すように、その半値幅のみが変化して、サイド
モードは現れない。従って、スペクトルに現われるサイ
ドモードはレーザの端面（６）において急激にグレーテ
ィング（４）が変化することによって生じていたもので
あると考えられ、本発明によるＤＦＢレーザにおいては
このような急激な変化をなくしたことからサイドモード
の発生を充分抑制し得たものと思われる。
以下本発明によるＤＦＢレーザを第１図の断面図を参照
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
この場合ＭｌＧａＡｓ系のＤＦＢレーザを得る例で、例
えばｎ型のＧａＡｓ基板（１１）上に、第１図に示すよ
うに例えばｎ型Ｍ’、Ｇａ、−、Ａｓよりなる第１のク
ラッド層（１）、さらに例えばアンドープのＧａＡｓよ
りなる活性層（２）、続いて第２導電型例えばｐ型ＭＮ
□Ｇａ、−、□Ａｓよりなるガイド層（３）を、順次連
続的にＭＯＣＶＤ （有機金属気相成長）法等により成
長させる。
えばｎ型のＧａＡｓ基板（１１）上に、第１図に示すよ
うに例えばｎ型Ｍ’、Ｇａ、−、Ａｓよりなる第１のク
ラッド層（１）、さらに例えばアンドープのＧａＡｓよ
りなる活性層（２）、続いて第２導電型例えばｐ型ＭＮ
□Ｇａ、−、□Ａｓよりなるガイド層（３）を、順次連
続的にＭＯＣＶＤ （有機金属気相成長）法等により成
長させる。
そしてこの所定の厚さｄを有するガイド層（３）にグレ
ーティング（４）を形成する。このグレーティングの形
成は例えば２光東干渉露光法を用いて、例えばフォトレ
ジストの塗布、Ａｒレーザの２光束に分離しかつ両光線
を干渉させる露光、その後の現像、このフォトレジスト
をマスクとする異方性エツチング等の処理を施して、例
えば両端面（６）近傍に向って漸次変化してその振幅ａ
が零に近くなるように形成し、これにより、カップリン
グ係数にが両端面（６）近傍に向って漸次変化して零に
近くなるようになし得る。
ーティング（４）を形成する。このグレーティングの形
成は例えば２光東干渉露光法を用いて、例えばフォトレ
ジストの塗布、Ａｒレーザの２光束に分離しかつ両光線
を干渉させる露光、その後の現像、このフォトレジスト
をマスクとする異方性エツチング等の処理を施して、例
えば両端面（６）近傍に向って漸次変化してその振幅ａ
が零に近くなるように形成し、これにより、カップリン
グ係数にが両端面（６）近傍に向って漸次変化して零に
近くなるようになし得る。
このグレーティング（４）の振幅をａ１活性層との距離
をｄ１第２のクラッド層（５）の屈折率ｎ１ とガイ
ド層（３）の屈折率ｎ２ との差をΔｎ＝ｎ２ ｎ
ｌとすると、カップリング係数には振幅ａ、距離ｄ、屈
折率差△ｎ等によって変化させることができる。
をｄ１第２のクラッド層（５）の屈折率ｎ１ とガイ
ド層（３）の屈折率ｎ２ との差をΔｎ＝ｎ２ ｎ
ｌとすると、カップリング係数には振幅ａ、距離ｄ、屈
折率差△ｎ等によって変化させることができる。
第１図に示す例では、振幅ａを変化させた場合の例を示
す。
す。
さらにこのグレーティング（４）はλ／４位相シフトが
得ちれるように、例えばその中央部において位相をλ／
４ずらした構造とするか、或いは伝搬定数を変化させて
等価的にλ／４位相シフトがなされた構造とする。
得ちれるように、例えばその中央部において位相をλ／
４ずらした構造とするか、或いは伝搬定数を変化させて
等価的にλ／４位相シフトがなされた構造とする。
そして、このグレーティング（４）上に全面的に、例え
ばｐ型Ｍ Ｍ、Ｇ ａ ＋ −ｗ、 Ａ ｓよりなる第
２のクラッド層（５）をＭＯＣＶＤ法等により成長させ
、その後図示しないが、キャップ層、電極等を形成した
後、例えば両側端面（６）に無反射コートを施して両端
面（６）において無反射状態として、本発明によるＤＦ
Ｂレーザを得る。
ばｐ型Ｍ Ｍ、Ｇ ａ ＋ −ｗ、 Ａ ｓよりなる第
２のクラッド層（５）をＭＯＣＶＤ法等により成長させ
、その後図示しないが、キャップ層、電極等を形成した
後、例えば両側端面（６）に無反射コートを施して両端
面（６）において無反射状態として、本発明によるＤＦ
Ｂレーザを得る。
なお上述した例においてガイド層（３）の材料をＭ、、
Ｇ ａ ＋ −ｘ、 Ａ Ｓとし、第１及び第２のクラ
ッド層（１）及び（５）の材料をＮ２ｘ、Ｇ ａ＋ −
ｘ＋ Ａ ｓとしたが、Ｘ、及びＸ２ はガイド層（３
）の屈折率ｎ２を第１及び第２のクラッド層（１）及び
（５）の屈折率ｎ、 より大とする、すなわちＸＩ
＞ Ｘ２ であればよい。
Ｇ ａ ＋ −ｘ、 Ａ Ｓとし、第１及び第２のクラ
ッド層（１）及び（５）の材料をＮ２ｘ、Ｇ ａ＋ −
ｘ＋ Ａ ｓとしたが、Ｘ、及びＸ２ はガイド層（３
）の屈折率ｎ２を第１及び第２のクラッド層（１）及び
（５）の屈折率ｎ、 より大とする、すなわちＸＩ
＞ Ｘ２ であればよい。
また上述した例においてカップリング係数にを変化させ
る方法として振幅ａを変化させる例について述べたが、
その他グレーティング（４）と活性層（２）との距離ｄ
、ガイド層（３）と第２のクラッド層（５）との屈折率
差Δｎ＝ｎ２−ｎ、 等の各変数を両端面（６）に向っ
て漸次変化させることにより、にを変化させることがで
きる。
る方法として振幅ａを変化させる例について述べたが、
その他グレーティング（４）と活性層（２）との距離ｄ
、ガイド層（３）と第２のクラッド層（５）との屈折率
差Δｎ＝ｎ２−ｎ、 等の各変数を両端面（６）に向っ
て漸次変化させることにより、にを変化させることがで
きる。
上述したように本発明によるＤＦＢレーザは、λ／４位
相シフト構成としたことによって端面（６）を無反射状
態として単一モード発振を行うことができ、しかも第１
図に示すように、グレーティング（４）のカップリング
係数をレーザ共振器長方向にその両端面（６）の近傍に
向って漸次零に近くなるようにされ、サイドモードの発
生を抑制することができる。即ち、第２図に示すように
良好な単一波長モード特性を得ることができ、５Ｍ５Ｒ
を４５ｃｌＢを超える値として、さらにモード・ホッピ
ングが起こりにくくなって特性の向上をはかることがで
きる。
相シフト構成としたことによって端面（６）を無反射状
態として単一モード発振を行うことができ、しかも第１
図に示すように、グレーティング（４）のカップリング
係数をレーザ共振器長方向にその両端面（６）の近傍に
向って漸次零に近くなるようにされ、サイドモードの発
生を抑制することができる。即ち、第２図に示すように
良好な単一波長モード特性を得ることができ、５Ｍ５Ｒ
を４５ｃｌＢを超える値として、さらにモード・ホッピ
ングが起こりにくくなって特性の向上をはかることがで
きる。
第１図は本発明による分布帰還型半導体レーザの要部の
路線的拡大断面図、第２図は本発明による分布帰還型レ
ーザのスペクトルを示す図、第３図は共振器長を無限大
としたときの反射率分布の解析結果を示す図、第４図は
共振器長が有限のときの反射率分布を示す図、第５図は
ディリクレ関関数とそのフーリエ変換を示す図、第７図
は従来の分布帰還型レーザの要部の路線的拡大断面図、
第８図は従来の分布帰還型レーザのスペクトルを示す図
である。 （１）は第１のクラッド層、（２）は活性層、（３）は
ガイド層、（４）はグレーティング、（５）は第２のク
ラッド層、（６）は端面、（１１）は基板、Ｌは共振器
長、ａは振幅、ｄは距離である。 代 理 人 松 隈 秀 盛 放 吾 第７ 図 ５皮 長 従来の坊今帰還型し−サ″のス■クトルｔかす図第８図 λ０ ５１１長 チ昔ｊ＆＆と魚Ｐ１．九としたときの 第３図 液長 吠Ｊ辰１し６力ぐ８ｐ艮のとごの 反射率ツガ卯乞π・１図 第４図 デイリクレ（Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ ）関数とそのフーリ
エ蓑換ｔホす図第５面 力゛ウス（Ｇａｕｓｓ）Ｉ’！５数と＋ノフーリエｔＪ
ａ”ｔ７ｒ、”ｆ図第Ｂ図
路線的拡大断面図、第２図は本発明による分布帰還型レ
ーザのスペクトルを示す図、第３図は共振器長を無限大
としたときの反射率分布の解析結果を示す図、第４図は
共振器長が有限のときの反射率分布を示す図、第５図は
ディリクレ関関数とそのフーリエ変換を示す図、第７図
は従来の分布帰還型レーザの要部の路線的拡大断面図、
第８図は従来の分布帰還型レーザのスペクトルを示す図
である。 （１）は第１のクラッド層、（２）は活性層、（３）は
ガイド層、（４）はグレーティング、（５）は第２のク
ラッド層、（６）は端面、（１１）は基板、Ｌは共振器
長、ａは振幅、ｄは距離である。 代 理 人 松 隈 秀 盛 放 吾 第７ 図 ５皮 長 従来の坊今帰還型し−サ″のス■クトルｔかす図第８図 λ０ ５１１長 チ昔ｊ＆＆と魚Ｐ１．九としたときの 第３図 液長 吠Ｊ辰１し６力ぐ８ｐ艮のとごの 反射率ツガ卯乞π・１図 第４図 デイリクレ（Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ ）関数とそのフーリ
エ蓑換ｔホす図第５面 力゛ウス（Ｇａｕｓｓ）Ｉ’！５数と＋ノフーリエｔＪ
ａ”ｔ７ｒ、”ｆ図第Ｂ図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 グレーティングを有する分布帰還型半導体レーザにおい
て、 上記グレーティングのカップリング係数がレーザ共振器
長方向にその両端面近傍に向って漸次変化して零に近く
なるようにされ、 上記レーザ共振器の両端面が無反射状態とされ、λ／４
位相シフトさせる手段を具備して 成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 |
|---|---|---|---|
| JP4519890A JPH03248492A (ja) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | 分布帰還型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4519890A JPH03248492A (ja) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | 分布帰還型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03248492A true JPH03248492A (ja) | 1991-11-06 |
Family
ID=12712573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4519890A Pending JPH03248492A (ja) | 1990-02-26 | 1990-02-26 | 分布帰還型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03248492A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5701325A (en) * | 1992-06-04 | 1997-12-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Compound semiconductor device and fabrication method of producing the compound semiconductor device |
| US7359423B2 (en) | 2004-06-09 | 2008-04-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Distributed feedback laser diode |
-
1990
- 1990-02-26 JP JP4519890A patent/JPH03248492A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5701325A (en) * | 1992-06-04 | 1997-12-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Compound semiconductor device and fabrication method of producing the compound semiconductor device |
| US7359423B2 (en) | 2004-06-09 | 2008-04-15 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Distributed feedback laser diode |
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