JP2526934B2 - Optical amplifier - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、入射光を増幅して出力する光増幅器に関
するものである。The present invention relates to an optical amplifier that amplifies and outputs incident light.
第6図は従来の光増幅器における光導波路を示す斜視
図である。FIG. 6 is a perspective view showing an optical waveguide in a conventional optical amplifier.
この図において、1は一定の幅Wを有する光導波路、
2,3は、一対のpおよびn電極、4,5は低い反射率を有す
る共振器端面である。In this figure, 1 is an optical waveguide having a constant width W,
2 and 3 are a pair of p and n electrodes, and 4 and 5 are resonator end faces having a low reflectance.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
一対のpおよびn電極2,3より光導波路1に電流を注
入すると、光導波路1内にレーザ光を発生し易い反転分
布(励起状態)ができる。次いで、一方の共振器端面4
よりレーザ光を光導波路1に入射させると、レーザ光が
増幅され、他方の共振器端面5により出射されることに
なる。When a current is injected into the optical waveguide 1 from the pair of p and n electrodes 2 and 3, a population inversion (excited state) in which laser light is easily generated in the optical waveguide 1 is formed. Next, one resonator end face 4
When the laser light is further incident on the optical waveguide 1, the laser light is amplified and emitted by the other resonator end face 5.
上記のような従来の光増幅器では、光導波路1の幅W
が一定であり、光強度が大きくなると増幅が飽和するほ
か、幅Wが小さいと出射側の共振器端面5における光学
的損傷により低い光出力で光増幅器がこわれる等の問題
点があった。In the conventional optical amplifier as described above, the width W of the optical waveguide 1 is
Is constant, the amplification is saturated when the light intensity is large, and when the width W is small, there is a problem that the optical amplifier is broken at a low optical output due to optical damage on the resonator end face 5 on the emitting side.
この発明は、かかる問題点を解決するためになされた
もので、大きな光出力を得ることのできる光増幅器を得
ることを目的とする。The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to obtain an optical amplifier capable of obtaining a large optical output.
この発明に係る光増幅器は、ダブルヘテロ構造中に、
電流の注入によりキャリアが閉じ込められて励起状態と
なる屈曲率導波型光導波路層を備えた光増幅器におい
て、光導波路層の出射側端面の横幅を入射側端面のそれ
よりも広くするとともに光導波路層の横方向への拡がり
角が、光導波路層に入射するレーザ光の光導波路層内で
の拡がり角より小さくなるようにしたものである。The optical amplifier according to the present invention, in the double hetero structure,
In an optical amplifier including an inflection-waveguide-type optical waveguide layer in which carriers are confined by injection of a current to be in an excited state, the width of the exit-side end face of the optical waveguide layer is made wider than that of the entrance-side end face and the optical waveguide The divergence angle of the layer in the lateral direction is smaller than the divergence angle of the laser light incident on the optical waveguide layer in the optical waveguide layer.
[作用] この発明においては、光強度が大きくなっても光導波
路中の利得が出射端面まで飽和せず、また光導波路の出
射端面で光学的損傷が起きにくい。さらに光導波路中で
入射光のモードが維持される。[Operation] In the present invention, even if the light intensity increases, the gain in the optical waveguide does not saturate up to the emission end face, and optical emission is less likely to occur at the emission end face of the optical waveguide. Further, the mode of incident light is maintained in the optical waveguide.
第1図(a),(b)は、この発明の光増幅器の一実
施例の斜視図および光増幅路の構造を示す上面図であ
る。1 (a) and 1 (b) are a perspective view of an embodiment of an optical amplifier of the present invention and a top view showing the structure of an optical amplification path.
これらの図において、第6図と同一符号は同一のもの
を示し、11は光導波路、12,13は一対のpおよびn電
極、14,15はそれぞれ10%以下の反射率(ここでは3%
の反射率=97%の透過率)を有する入射端面および出射
端面、16はp型GaAsからなる基板、17は厚さ1μmのn
形GaAsからなる電流狭窄層、18は前記光導波路11の位置
を決めるチャネル領域、19は厚さ1μmのp形AlGaAs
層、20は前記光導波路11が設けられる厚さ0.2μmのア
ンドープAlGaAs層、21はn形AlGaAs層、22は厚さ2μm
のn形GaAsからなるコンタクト層である。なお、アンド
ープAlGaAs層20の禁制帯幅はp形AlGaAs層19、n形AlGa
As層21の禁制帯幅より数/10eV狭く、かつ入射するレー
ザ光の波長に対応する禁制帯幅より、例えば0.01eV程度
狭くなっている。In these figures, the same reference numerals as those in FIG. 6 indicate the same elements, 11 is an optical waveguide, 12 and 13 are a pair of p and n electrodes, and 14 and 15 are reflectances of 10% or less (here, 3%).
(Reflectance = 97% transmittance), an incident end face and an outgoing end face, 16 is a substrate made of p-type GaAs, and 17 is n having a thickness of 1 μm.
Current confinement layer made of GaAs, 18 is a channel region for determining the position of the optical waveguide 11, 19 is p-type AlGaAs having a thickness of 1 μm
A layer, 20 is an undoped AlGaAs layer having a thickness of 0.2 μm on which the optical waveguide 11 is provided, 21 is an n-type AlGaAs layer, and 22 is a thickness of 2 μm.
Of n-type GaAs. The band gap of the undoped AlGaAs layer 20 is p-type AlGaAs layer 19, n-type AlGa
It is narrower than the forbidden band width of the As layer 21 by several tens of eV and narrower than the forbidden band width corresponding to the wavelength of the incident laser light by, for example, about 0.01 eV.
また、W1,W2は入射端面14および出射端面15における
光導波路11の幅、Lは光導波路11の長さ、θは光導波路
11の拡り角であり、それぞれの寸法はW1=3μm,W2=28
μm,L=500μm, である。なお、θは入射するレーザ光の真空中の拡り角
を5度と仮定した時の光導波路11内の拡り角{sin-1(1
/n sin5゜),n:光導波路11の屈折率}以下に選定してあ
る。In addition, W 1 and W 2 are the widths of the optical waveguide 11 at the incident end face 14 and the emitting end face 15, L is the length of the optical waveguide 11, and θ is the optical waveguide.
11 divergence angles, each dimension is W 1 = 3μm, W 2 = 28
μm, L = 500 μm, Is. Note that θ is the divergence angle {sin -1 (1
/ n sin5 °), n: refractive index of the optical waveguide 11} or less.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
この発明の光導波路においてもpおよびn電極12,13
より電流注入を行えば光導波路11の領域にレーザ光を発
生し易い反転分布ができる。したがって、外部より入射
端面14を介して光導波路11に入射されたレーザ光は増幅
されて出射端面15より出射されるが、光導波路11の幅が
出射端面15に向かうに従って広くなっているので、光の
増幅が飽和することはない。また、出射端面15における
光導波路の幅W2は大きいので、出射端面15における光学
的損傷で光出力が制限されることもない。また、光導波
路11の拡がり角θは、入射したレーザ光の光導波路11内
での拡り角以下に設定してあるから、入射されたレーザ
光が基本モードなら出射されるレーザ光も基本モードと
なる。Also in the optical waveguide of the present invention, the p and n electrodes 12, 13
By injecting more current, a population inversion that easily generates laser light can be formed in the region of the optical waveguide 11. Therefore, the laser light incident on the optical waveguide 11 from the outside through the incident end face 14 is amplified and emitted from the emitting end face 15, but since the width of the optical waveguide 11 becomes wider toward the emitting end face 15, The light amplification never saturates. Further, since the width W 2 of the optical waveguide on the emitting end face 15 is large, the optical output is not limited by the optical damage on the emitting end face 15. Further, since the divergence angle θ of the optical waveguide 11 is set to be equal to or less than the divergence angle of the incident laser light in the optical waveguide 11, if the incident laser light is the fundamental mode, the emitted laser light is also the fundamental mode. Becomes
さらに、光増幅器そのものの構造を考えた場合、レー
ザ・ダイオードのようにそれ自体でレーザ発振を起こす
必要がないので、端面の反射率を小さくできる、あるい
は光導波路11の幅を広くできる等、レーザ・ダイオード
では難しい構造設計が可能であり、大きな光出力を容易
に得ることが可能である。Further, considering the structure of the optical amplifier itself, it is not necessary to cause laser oscillation by itself unlike the laser diode, so that the reflectance of the end face can be reduced or the width of the optical waveguide 11 can be widened. -The diode allows a difficult structural design, and a large light output can be easily obtained.
また、第2図はこの発明における光導波路11の第2の
実施例を示す上面図であり、この実施例では端面近傍に
幅の一定な領域を設けている。FIG. 2 is a top view showing a second embodiment of the optical waveguide 11 according to the present invention. In this embodiment, a region having a constant width is provided near the end face.
この図において、L1,L2はそれぞれ入射端面14,出射端
面15近傍の光導波路11の幅が一定な領域の長さ、L3は光
導波路11の幅が大きくなっていく領域の長さであり、そ
れぞれの寸法は、例えばL1=L2=25μm,L3=450μmで
ある。また、W2はW2>W1+2(L2+L3)tanθを満足す
るものである。In this figure, L 1 and L 2 are the lengths of the regions where the width of the optical waveguide 11 is constant near the entrance end face 14 and the exit end face 15, respectively, and L 3 is the length of the region where the width of the optical waveguide 11 increases. And the respective dimensions are, for example, L 1 = L 2 = 25 μm and L 3 = 450 μm. Further, W 2 satisfies W 2 > W 1 +2 (L 2 + L 3 ) tan θ.
第3図はこの発明における光導波路11の第3の実施例
を示す上面図であり、この実施例では光導波路11の拡り
角を途中より大きくしている。FIG. 3 is a top view showing a third embodiment of the optical waveguide 11 according to the present invention. In this embodiment, the divergence angle of the optical waveguide 11 is made larger than the middle.
この第3図において、11a,11bは拡り角の異なる光導
波路、θa,θbはそれぞれの光導波路11a,11bの拡り角
であり、θb>θaである。In FIG. 3, 11a and 11b are optical waveguides having different divergence angles, θa and θb are divergence angles of the respective optical waveguides 11a and 11b, and θb> θa.
第4図はこの発明における光導波路11の第4の実施例
を示す上面図であり、この実施例ではn電極13を分割す
ることで光導波路11を分割し、入射したレーザ光を別々
に増幅することを可能にしている。FIG. 4 is a top view showing a fourth embodiment of the optical waveguide 11 in the present invention. In this embodiment, the optical waveguide 11 is divided by dividing the n electrode 13 and the incident laser light is amplified separately. It is possible to do.
この図において、13a,13bは分割したn電極を光導波
路11の設けてある層に投影したものである。In this figure, 13a and 13b are projections of the divided n electrodes on the layer where the optical waveguide 11 is provided.
第5図はレーザ・ダイオードと光導波路が同一チップ
内に集積されたこの発明の応用例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an application example of the present invention in which a laser diode and an optical waveguide are integrated in the same chip.
この図において、23はレーザ・ダイオードの光導波
路、24は前記レーザ・ダイオードの光導波路23と前記増
幅器の光導波路11が共用されている領域、25はレーザ・
ダイオードの電極を光導波路11の設けてある層に投影し
たもの、26は60%以上(ここでは、95%)の反射率を有
するレーザ・ダイオードの共振器端面であり、第1図〜
第4図中の入射端面14に相当する。27は90%の反射率を
有するレーザ・ダイオードの他の共振器端面である。In this figure, 23 is an optical waveguide of a laser diode, 24 is a region where the optical waveguide 23 of the laser diode and the optical waveguide 11 of the amplifier are shared, and 25 is a laser diode.
The electrode of the diode is projected on the layer on which the optical waveguide 11 is provided, and 26 is the end facet of the laser diode having a reflectance of 60% or more (here, 95%).
It corresponds to the incident end face 14 in FIG. Reference numeral 27 is another end facet of the laser diode having a reflectance of 90%.
すなわち、この応用例においては、レーザ・ダイオー
ドの光導波路23で発生したレーザ光の一部がレーザ・ダ
イオードの光導波路23と光増幅器の光導波路11が共用さ
れている領域24より光増幅器の光導波路11へ導かれて増
幅される。That is, in this application example, part of the laser light generated in the optical waveguide 23 of the laser diode is transmitted from the area 24 where the optical waveguide 23 of the laser diode and the optical waveguide 11 of the optical amplifier are shared. It is guided to the waveguide 11 and amplified.
なお、上記実施例では、光増幅器の構造として第1図
(a)に示したSBAレーザ構造のものを例として説明し
たが、この発明がこれに限定されるものでないことはい
うまでもない。Although the optical amplifier has the SBA laser structure shown in FIG. 1 (a) as an example in the above embodiment, it goes without saying that the present invention is not limited to this.
この発明は以上説明したとおり、光導波路層の出射側
端面の横幅を入射側端面のそれよりも広くするとともに
光導波路層の横方向への拡がり角が、光導波路層に入射
するレーザ光の光導波路層内での拡がり角より小さくな
るようにしたので、光強度が大きくなっても光導波路中
の利得が出射端面まで飽和することがないうえ、出力が
出射側端面における光学的損傷の発生のために制限され
ることもなくなり、さらに、入射光のモードが光導波路
層中においても維持されるため、入射光のモードを維持
して大きな光出力を得ることができるという効果があ
る。As described above, according to the present invention, the width of the exit side end face of the optical waveguide layer is made wider than that of the entrance side end face, and the lateral divergence angle of the optical waveguide layer is such that the laser light incident on the optical waveguide layer is guided. Since the spread angle is smaller than the divergence angle in the waveguide layer, the gain in the optical waveguide does not saturate up to the emission end face even when the light intensity increases, and the output does not cause optical damage on the emission side end face. Therefore, the mode of the incident light is maintained even in the optical waveguide layer, and the mode of the incident light can be maintained to obtain a large optical output.
第1図はこの発明の光増幅器の一実施例の構成を説明す
るための図、第2図〜第4図はこの発明の光増幅器にお
ける光導波路の他の実施例を示す上面図、第5図はこの
発明を応用した半導体装置を示す上面図、第6図は従来
の光増幅器における光導波路を示す斜視図である。 図において、11は光導波路、12はp電極、13はn電極、
14は入射端面、15は出射端面、16は基板、17は電流狭窄
層、19はp形AlGaAs層、20はアンドープAlGaAs層、21は
n形AlGaAs層、23はレーザ・ダイオードの光導波路であ
る。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of an embodiment of the optical amplifier of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are top views showing other embodiments of the optical waveguide in the optical amplifier of the present invention. FIG. 6 is a top view showing a semiconductor device to which the present invention is applied, and FIG. 6 is a perspective view showing an optical waveguide in a conventional optical amplifier. In the figure, 11 is an optical waveguide, 12 is a p-electrode, 13 is an n-electrode,
14 is an incident end face, 15 is an emission end face, 16 is a substrate, 17 is a current confinement layer, 19 is a p-type AlGaAs layer, 20 is an undoped AlGaAs layer, 21 is an n-type AlGaAs layer, and 23 is an optical waveguide of a laser diode. . The same reference numerals in each drawing indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
キャリアが閉じ込められて励起状態となる屈曲率導波型
光導波路層を備えた光増幅器において、前記光導波路層
の出射側端面の横幅を入射側端面のそれよりも広くする
とともに前記光導波路層の横方向への拡がり角が、前記
光導波路層に入射するレーザ光の前記光導波路層内での
拡がり角より小さくなるようにしたことを特徴とする光
増幅器。1. An optical amplifier comprising a refractive index waveguide type optical waveguide layer in which carriers are confined by a current injection in a double hetero structure to be in an excited state. The divergence angle in the lateral direction of the optical waveguide layer is made wider than that of the incident side end face, and the divergence angle of the laser light incident on the optical waveguide layer is made smaller than the divergence angle in the optical waveguide layer. Characteristic optical amplifier.
Priority Applications (1)
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| JP62268434A JP2526934B2 (en) | 1987-10-22 | 1987-10-22 | Optical amplifier |
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Publications (2)
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- 1987-10-22 JP JP62268434A patent/JP2526934B2/en not_active Expired - Fee Related
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