JP5681082B2 - Tunable semiconductor laser - Google Patents
Tunable semiconductor laser Download PDFInfo
- Publication number
- JP5681082B2 JP5681082B2 JP2011234075A JP2011234075A JP5681082B2 JP 5681082 B2 JP5681082 B2 JP 5681082B2 JP 2011234075 A JP2011234075 A JP 2011234075A JP 2011234075 A JP2011234075 A JP 2011234075A JP 5681082 B2 JP5681082 B2 JP 5681082B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveguide layer
- laser
- inactive
- active
- phase shift
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
本発明は、光ファイバ通信用光源および光計測用光源として用いられる波長可変半導体レーザに関し、特に光通信における光波長(周波数)多重システム用光源、および広帯域波長帯をカバーする光計測用光源の特性向上に関する。 The present invention relates to a wavelength tunable semiconductor laser used as a light source for optical fiber communication and a light source for optical measurement, and in particular, characteristics of a light source for optical wavelength (frequency) multiplexing system in optical communication and a light source for optical measurement that covers a wide wavelength band. Regarding improvement.
光ファイバ通信における波長多重通信方式では、異なる周波数(波長)の複数のレーザ光を規格で定められた間隔で一つの光ファイバを用いて伝送する。一つ一つの周波数をチャンネルと呼び、高速なチャンネル切り替えのために高速に発振周波数の切り替えが可能な波長可変レーザが求められている。 In the wavelength division multiplexing communication system in optical fiber communication, a plurality of laser beams having different frequencies (wavelengths) are transmitted using a single optical fiber at intervals determined by the standard. Each frequency is called a channel, and a wavelength tunable laser capable of switching the oscillation frequency at high speed is required for high-speed channel switching.
通信用の波長可変半導体レーザでは、単一モードレーザと呼ばれる一つの波長で発振するレーザが用いられており、単一モードを得るために、例えば導波路に周期的に凹凸を設けた回折格子が用いられている。回折格子が形成された半導体光導波路は、回折格子周期Λと光導波路の等価屈折率nとから得られるブラッグ波長λBで選択的に反射する分布反射器(DBR:Distributed Bragg Reflector)となる。ここで、ブラッグ波長λBと回折格子周期Λ及び光導波路の等価屈折率nとの関係式は、
λB=2nΛ (1)
となる。また、分布反射器に利得を持たせて作成した波長可変半導体レーザのことを分布帰還型(DFB:Distributed Feedback)レーザと呼ぶ。
In a wavelength tunable semiconductor laser for communication, a laser that oscillates at a single wavelength called a single mode laser is used. In order to obtain a single mode, for example, a diffraction grating having periodic irregularities in a waveguide is used. It is used. The semiconductor optical waveguide in which the diffraction grating is formed serves as a distributed reflector (DBR) that selectively reflects at the Bragg wavelength λ B obtained from the diffraction grating period Λ and the equivalent refractive index n of the optical waveguide. Here, the relational expression between the Bragg wavelength λ B , the diffraction grating period Λ, and the equivalent refractive index n of the optical waveguide is
λ B = 2nΛ (1)
It becomes. A tunable semiconductor laser produced by giving a gain to a distributed reflector is called a distributed feedback (DFB) laser.
式(1)から、分布反射器の等価屈折率nを変化させることで、ブラッグ波長λBを変化させることができることがわかる。すなわち選択的に反射する波長を変化させることができ、分布反射器を用いた共振器を構成すれば、等価屈折率nの変化により発振波長を変化させることのできる波長可変半導体レーザを構成することが可能となる。回折格子を利用した波長可変半導体レーザとしては、均一な回折格子の分布反射器を用いた分布反射型レーザ(DBRレーザ)や、周期的に回折格子を設けるなどの方法で複数の反射ピークをもつ分布反射器を用いたSG(Sampled Grating)-DBRレーザ、SSG(Super Structure Grating)-DBRレーザなどが知られている。 From formula (1), it can be seen that the Bragg wavelength λ B can be changed by changing the equivalent refractive index n of the distributed reflector. In other words, a wavelength tunable semiconductor laser capable of changing the oscillation wavelength by changing the equivalent refractive index n can be configured by configuring a resonator using a distributed reflector that can selectively change the wavelength of reflection. Is possible. As a wavelength tunable semiconductor laser using a diffraction grating, it has a plurality of reflection peaks by a distributed reflection type laser (DBR laser) using a uniform diffraction grating distributed reflector, or by periodically providing a diffraction grating. SG (Sampled Grating) -DBR laser, SSG (Super Structure Grating) -DBR laser, etc. using a distributed reflector are known.
また、連続的に波長を変化させることのできる波長可変半導体レーザとしては、分布活性DFBレーザ(TDA-DFBレーザ)がある。図8は従来の分布活性DFBレーザの基本的な構造を示す断面図である。この分布活性DFBレーザは、図8に示すように、下部クラッド層1上に、長さLaの活性導波路層2と、活性導波路層2とは組成の異なる長さLtの非活性導波路層(波長制御層)3が交互に周期的に接続されている。これら活性導波路層2及び非活性導波路層3の上と、上部クラッド層4との間には周期的な凹凸を形成して導波路の等価屈折率を周期変調させた回折格子5が形成されている。上部クラッド4の上には、それぞれ活性導波路層2、非活性導波路層3に対応するように電極7,8が形成されている。基板下部に共通の電極9を形成する一方、基板上部に形成される電極7,8は、活性導波路層2の領域と非活性導波路層3の領域とで分離されている。なお、活性導波路層2の電極7同士、非活性導波路層3の電極8同士は素子上で短絡されている。
As a wavelength tunable semiconductor laser capable of continuously changing the wavelength, there is a distributed active DFB laser (TDA-DFB laser). FIG. 8 is a sectional view showing the basic structure of a conventional distributed active DFB laser. This distribution activity DFB laser, as shown in FIG. 8, on the
このように、分布活性DFBレーザは光の伝播方向に沿って活性導波路層2と非活性導波路層3が交互に周期的に縦続接続された構造となっている。活性導波路層2への電流Iaの注入により発光するとともに利得が生じるが、それぞれの導波路層2,3には回折格子5が形成されており、回折格子5の周期に応じた波長のみ選択的に反射されレーザ発振が起こる。一方、非活性導波路層3への電流Itの注入によりキャリア密度に応じてプラズマ効果により屈折率が変化するため、非活性導波路層3の回折格子5の光学的な周期は変化する。非活性導波路層3の等価屈折率が変化し、1周期の長さに対する波長制御領域の長さの割合分だけ共振縦モード波長が短波長側にシフトする。活性導波路層2の光の伝播方向に沿った活性領域長をLa、非活性導波路層3の光の伝播方向に沿った波長制御領域長をLtとすれば、繰り返し構造の1周期の長さLはLt+Laとなり、共振縦モード波長λrの変化の割合Δλr/λrは、
Δλr /λr =(Lt /(Lt+La))・(Δn/n) (2)
となる(例えば、非特許文献1参照)。
As described above, the distributed active DFB laser has a structure in which the
Δλ r / λ r = (L t / (L t + L a )) · (Δn / n) (2)
(For example, see Non-Patent Document 1).
一方、複数の反射ピークの各波長も、電流注入による等価屈折率の変化の結果、短波長側にシフトする。反射ピーク波長は繰り返し構造1周期内の平均等価屈折率変化に比例するので、反射ピーク波長λsの変化の割合Δλs /λs は、
Δλs /λs =(Lt /(Lt+La))・(Δn/n) (3)
となる。式(2),式(3)より、反射ピーク波長λsと共振縦モード波長λrとは同じ量だけシフトする。したがって、このレーザでは、最初に発振したモードを保ったまま連続的に波長が変化する。ただし、図8の構造の場合、連続的に同一周期で回折格子5が形成されているため、もともと発振の位相条件を満たす波長が反射ピーク波長とはずれており、単一モード性が悪い。単一モード特性を高めるためには、共振器の中央部付近に、共振器の位相条件を満たすための位相シフト(λ/4)を入れるなどする必要がある。
On the other hand, each wavelength of the plurality of reflection peaks is also shifted to the short wavelength side as a result of a change in equivalent refractive index due to current injection. The reflection peak wavelength is proportional to the average equivalent refractive index change of the repeating structural one cycle, the ratio [Delta] [lambda] s / lambda s of the change in the reflection peak wavelength lambda s is
Δλ s / λ s = (L t / (L t + L a )) · (Δn / n) (3)
It becomes. From equations (2) and (3), the reflection peak wavelength λ s and the resonance longitudinal mode wavelength λ r are shifted by the same amount. Therefore, in this laser, the wavelength continuously changes while maintaining the first oscillation mode. However, in the case of the structure shown in FIG. 8, since the
特許文献1に開示されている分布活性DFBレーザも、下部クラッド上に、活性導波路層と非活性導波路層が交互に周期的に縦続接続されたものであり、それらの上に上部クラッドが形成されて、その上部クラッド上に、活性導波路層、非活性導波路層に対応する電極が形成されると共に、下部クラッドの下部に共通の電極が形成された構造である。この分布活性DFBレーザでは、回折格子を一部のみに形成しているが、図8に示し上述した分布活性DFBレーザと同じように連続的に波長変化する。ただし、回折格子を共振器内に周期的に形成している(サンプル回折格子という)ことから複数の反射ピークができるため、単一モード性を向上させる必要がある。
In the distributed active DFB laser disclosed in
そこで、特許文献1においては、分布活性DFBレーザの構造として、繰り返し周期の異なる二つのレーザを同一基板上に直列に集積するとともに、各々の活性導波路層に回折格子を形成した構造も開示されている。複数の反射ピークの間隔は、回折格子のサンプル周期によるので、この周期を共振器の左右で変えることにより、反射メインピーク以外の反射ピークが共振器の左右で重ならないようにし、単一モード性を向上させている。
Therefore,
更に、特許文献2では、活性導波路層と非活性導波路層の繰り返し周期を変えた2つのレーザを縦続接続するとともに共振器全体にわたり回折格子を形成した構造や、活性導波路層と非活性導波路層の繰り返し周期の異なる複数個のレーザ部を縦続接続した構造、および、空間的ホールバーニングを抑えるために、活性導波路層と非活性導波路層の繰り返し周期の異なる複数個のレーザ部を縦続接続し、接続した各レーザ部の間に位相シフトを入れた構造などが開示されている。
Furthermore, in
図12は、上述した第一のレーザ部、第二のレーザ部を有する分布活性DFBレーザについて、横軸を非活性導波路層の屈折率と活性導波路層の屈折率との差として、第一モードの閾値利得と第二モードの閾値利得との差Δgthを第一モードの閾値利得gth1で割った規格化閾値利得差Δgth/gth1(図中、黒丸及び実線で示す値。左軸に対応)と第一モードの閾値利得gth1(図中、白丸及び波線で示す値。右軸に対応)を計算したものである。 FIG. 12 is a graph showing the difference between the refractive index of the inactive waveguide layer and the refractive index of the active waveguide layer for the distributed active DFB laser having the first laser unit and the second laser unit. Normalized threshold gain difference Δg th / g th1 obtained by dividing the difference Δg th between the threshold gain of the first mode and the threshold gain of the second mode by the threshold gain g th1 of the first mode (values indicated by black circles and solid lines in the figure). (Corresponding to the left axis) and threshold gain g th1 of the first mode (values indicated by white circles and wavy lines in the figure, corresponding to the right axis).
従来構造では、非活性導波路層に電流を流す、すなわち、キャリアを注入すると、屈折率が低下する。非活性導波路層と活性導波路層との屈折率差が0の状態で最も閾値利得gth1が低く、規格化閾値利得差Δgth/gth1が大きくなる。閾値利得gth1は低い方が閾値電流が低くなりレーザ発振しやすい。規格化閾値利得差Δgth/gth1は単一モード性に関わるパラメータで、大きい方が単一モード性が良い。従って、半導体レーザとして最も良い特性が得られるのが屈折率差が0の時である。 In the conventional structure, when a current is passed through the inactive waveguide layer, that is, when carriers are injected, the refractive index decreases. When the refractive index difference between the inactive waveguide layer and the active waveguide layer is 0, the threshold gain g th1 is the lowest and the normalized threshold gain difference Δg th / g th1 is increased. The lower the threshold gain g th1, the lower the threshold current and the easier the laser oscillation. The normalized threshold gain difference Δg th / g th1 is a parameter related to single mode characteristics, and a larger value indicates better single mode characteristics. Therefore, the best characteristics as a semiconductor laser can be obtained when the difference in refractive index is zero.
例えば、非活性導波路層の屈折率の最大変化量が0.02だとして、非活性導波路層への電流注入前の初期状態での屈折率差を0.01とすると、屈折率差が0.01から−0.01の間で変化することになる。このように、屈折率差0を中心として正負に振り分けることによって、平均的に良い特性が得られる領域を使うことが可能となる。
For example, assuming that the maximum change amount of the refractive index of the inactive waveguide layer is 0.02, and the refractive index difference in the initial state before current injection into the inactive waveguide layer is 0.01, the refractive index difference is It will vary between 0.01 and -0.01. In this way, by assigning positive and negative with the
さらに、実際には、非活性導波路層へのキャリア注入を行うと自由電子吸収などの損失が増加することになるため、閾値利得gth1が上昇してしまう。これを考慮して、あらかじめ、屈折率差が大きいところから開始し、非活性導波路層の屈折率変化後に屈折率差が0近辺となるようにすると、図12で示される閾値利得gth1の低下により屈折率変化後の損失増加による閾値利得gth1の上昇を打ち消すことができる。 Furthermore, in reality, when carriers are injected into the inactive waveguide layer, losses such as free electron absorption increase, and thus the threshold gain g th1 increases. Considering this, if the refractive index difference starts in advance from the point where the refractive index difference is large and the refractive index difference becomes close to 0 after the refractive index change of the inactive waveguide layer, the threshold gain g th1 shown in FIG. By the decrease, it is possible to cancel the increase in the threshold gain g th1 due to the increase in loss after the refractive index change.
ただし、あまり初期屈折率差が大きいと、閾値利得gth1が高く、規格化閾値利得差Δgth/gth1が小さくなってしまうので、なるべく、最終的に屈折率差が0近辺となるようにした方がよい。すなわち、前述の例だと、初期屈折率差を0.015程度から0.02程度として、最終的に屈折率差が0近辺となるようにするのが良い。 However, if the initial refractive index difference is too large, the threshold gain g th1 is high and the normalized threshold gain difference Δg th / g th1 is small, so that the refractive index difference is finally near zero as much as possible. You should do it. That is, in the above-described example, it is preferable that the initial refractive index difference is set to about 0.015 to about 0.02 so that the refractive index difference finally becomes around zero.
しかしながら、上記の屈折率の設定方法を用いるためには、活性導波路層か非活性導波路層のどちらかの層構造、すなわち、屈折率を決めてしまうと、もう一方の導波路層に設定できる屈折率が決まってしまい、層構造が限定されてしまう。 However, in order to use the above-described refractive index setting method, either the active waveguide layer or the inactive waveguide layer, that is, once the refractive index is determined, the other waveguide layer is set. The refractive index that can be determined is determined, and the layer structure is limited.
非活性導波路層の最大屈折率差を大きくするためには、導波路コア層の組成を、バンドギャップ波長が発振波長よりも短波側で、利得が生じない程度に発振波長に近づける必要がある。すなわち、長波長化することになるが、その場合、屈折率が大きくなる。 In order to increase the maximum refractive index difference of the inactive waveguide layer, it is necessary to make the composition of the waveguide core layer close to the oscillation wavelength so that the band gap wavelength is shorter than the oscillation wavelength and no gain is generated. . That is, the wavelength is increased, but in this case, the refractive index is increased.
また、非活性導波路層の屈折率は、電流注入によってコア層に溜まるキャリアによって変化するが、非活性導波路層のコア層を厚くすることによって光閉じ込めが大きくなるために、屈折率変化量が大きくなる。しかしながら、コア層を厚くすると屈折率が大きくなる。 In addition, the refractive index of the inactive waveguide layer changes depending on the carriers accumulated in the core layer by current injection, but the optical confinement increases by increasing the thickness of the core layer of the inactive waveguide layer. Becomes larger. However, the thicker the core layer, the higher the refractive index.
一方、活性導波路層の方は、量子井戸数を増やすなどで屈折率を上昇させることができるが、あまり増やしすぎると、キャリアの注入が不均一になるなど、レーザ特性に悪影響を与えてしまう。 On the other hand, the refractive index of the active waveguide layer can be increased by increasing the number of quantum wells, but if it is increased too much, it adversely affects laser characteristics such as non-uniform carrier injection. .
以上のように非活性導波路層の屈折率変化を大きくする設計は、屈折率が高くなる方向であるが、活性導波路層の屈折率はレーザ特性を最適にするために決める必要があり、個別に設計できる方が望ましい。 As described above, the design for increasing the refractive index change of the inactive waveguide layer is in the direction of increasing the refractive index, but the refractive index of the active waveguide layer must be determined to optimize the laser characteristics. It is desirable to be able to design individually.
このようなことから本発明は、従来構造における活性導波路層と非活性導波路層の屈折率差の制限を回避することが可能となり、設計の自由度が向上し、活性導波路層と非活性導波路層とをそれぞれに適した層構造とすることが可能な波長可変半導体レーザを提供することを目的とする。 For this reason, the present invention can avoid the restriction of the refractive index difference between the active waveguide layer and the inactive waveguide layer in the conventional structure, and the degree of freedom in design is improved. An object of the present invention is to provide a wavelength tunable semiconductor laser that can have a layer structure suitable for each of the active waveguide layers.
上記の課題を解決するための第1の発明に係る波長可変半導体レーザは、半導体基板上に、利得を有する活性導波路層と波長を制御するための非活性導波路層とを交互に周期的に繰り返し形成してなる構造を有し、前記活性導波路層と前記非活性導波路層とが第一の周期で接続されてなる第一のレーザ部と、前記活性導波路層と前記非活性導波路層とが第二の周期で接続されてなる第二のレーザ部とを備えた分布活性DFBレーザであって、前記活性導波路層及び前記非活性導波路層の全長にわたって回折格子が形成され、前記活性導波路層と前記非活性導波路層との接合面に対応する前記回折格子の位置に下式(4)を満足する位相シフト量ΩBJの補正位相シフトが挿入されるとともに、前記第一のレーザ部と前記第二のレーザ部との接続部に対応する前記回折格子の位置に、前記補正位相シフトに加えて前記活性導波路層及び前記非活性導波路層の屈折率が共振方向に沿って均一である場合に前記共振器の位相条件を満たすように設定される位相シフトが挿入されたことを特徴とする。
−λ/4 < ΩBJ < 0 (4)
A wavelength tunable semiconductor laser according to a first aspect of the present invention for solving the above-described problems is obtained by alternately and periodically forming an active waveguide layer having gain and an inactive waveguide layer for controlling the wavelength on a semiconductor substrate. A first laser portion in which the active waveguide layer and the inactive waveguide layer are connected at a first period, the active waveguide layer and the inactive structure. A distributed active DFB laser including a second laser unit connected to a waveguide layer at a second period, wherein a diffraction grating is formed over the entire length of the active waveguide layer and the inactive waveguide layer A correction phase shift of a phase shift amount Ω BJ that satisfies the following expression (4) is inserted at the position of the diffraction grating corresponding to the joint surface between the active waveguide layer and the inactive waveguide layer, Connection between the first laser unit and the second laser unit When the refractive index of the active waveguide layer and the non-active waveguide layer is uniform along the resonance direction in addition to the correction phase shift, the phase condition of the resonator is A phase shift set so as to satisfy is inserted.
-Λ / 4 <Ω BJ <0 (4)
上記の課題を解決するための第2の発明に係る波長可変半導体レーザは、半導体基板上に、利得を有する活性導波路層と波長を制御するための非活性導波路層とを交互に周期的に繰り返し形成してなる構造を有し、前記活性導波路層と前記非活性導波路層とが第一の周期で接続されてなる第一のレーザ部と、前記活性導波路層と前記非活性導波路層とが第二の周期で接続されてなる第二のレーザ部とを備えた分布活性DFBレーザであって、前記活性導波路層又は前記非活性導波路層の一方にのみ回折格子が形成されており、隣接する前記回折格子の位相関係が、下式(5−1)を満足する位相シフト量2ΩBJだけシフトしているとともに、前記第一のレーザ部と前記第二のレーザ部との接続部を挟んで隣接する前記回折格子の位相関係が、前記活性導波路層及び前記非活性導波路層の屈折率が共振方向に沿って均一である場合に前記共振器の位相条件を満たすように設定される位相シフトをΩC0として、ΩC0+2ΩBJだけシフトしていることを特徴とする。
−λ/4<ΩBJ<0 (5−1)
上記の課題を解決するための第3の発明に係る波長可変半導体レーザは、半導体基板上に、利得を有する活性導波路層と波長を制御するための非活性導波路層とを交互に周期的に繰り返し形成してなる構造を有し、前記活性導波路層と前記非活性導波路層とが第一の周期で接続されてなる第一のレーザ部と、前記活性導波路層と前記非活性導波路層とが第二の周期で接続されてなる第二のレーザ部とを備えた分布活性DFBレーザであって、前記活性導波路層と前記非活性導波路層の両方に回折格子が形成されており、各前記導波路層の隣接する境界のうちいずれか一方にのみ、下式(5−2)を満足する位相シフト量2Ω BJ を挿入するとともに、前記第一のレーザ部と前記第二のレーザ部との接続部を挟んで隣接する前記回折格子の位相関係が、前記活性導波路層及び前記非活性導波路層の屈折率が共振方向に沿って均一である場合に前記共振器の位相条件を満たすように設定される位相シフトをΩ C0 として、Ω C0 +2Ω BJ だけシフトしていることを特徴とする。
−λ/4<Ω BJ <0 (5−2)
A wavelength tunable semiconductor laser according to a second aspect of the present invention for solving the above-mentioned problem is that an active waveguide layer having a gain and an inactive waveguide layer for controlling the wavelength are alternately and periodically formed on a semiconductor substrate. A first laser portion in which the active waveguide layer and the inactive waveguide layer are connected at a first period, the active waveguide layer and the inactive structure. A distributed active DFB laser including a second laser unit connected to a waveguide layer at a second period, wherein a diffraction grating is provided only in one of the active waveguide layer and the inactive waveguide layer. The phase relationship between the adjacent diffraction gratings formed is shifted by a phase shift amount 2Ω BJ that satisfies the following expression (5 −1 ), and the first laser unit and the second laser unit The phase relationship between the diffraction gratings adjacent to each other with the connection part between When the refractive index of the active waveguide layer and the inactive waveguide layer is uniform along the resonance direction, the phase shift set so as to satisfy the phase condition of the resonator is Ω C0 , and Ω C0 + 2Ω BJ It is characterized by only shifting.
-Λ / 4 <Ω BJ <0 (5 -1 )
A wavelength tunable semiconductor laser according to a third aspect of the present invention for solving the above-described problem is provided by alternately and periodically forming an active waveguide layer having gain and an inactive waveguide layer for controlling the wavelength on a semiconductor substrate. A first laser portion in which the active waveguide layer and the inactive waveguide layer are connected at a first period, the active waveguide layer and the inactive structure. A distributed active DFB laser including a second laser unit formed by connecting a waveguide layer with a second period, wherein diffraction gratings are formed in both the active waveguide layer and the inactive waveguide layer The phase shift amount 2Ω BJ that satisfies the following expression (5-2) is inserted into only one of the adjacent boundaries of each of the waveguide layers, and the first laser unit and the first laser unit Position correlation of the diffraction gratings adjacent to each other across the connecting part with the two laser parts But the phase shift as Omega C0 refractive index of the active waveguide layer and the inactive waveguide layer is set in the cavity of the phase condition is satisfied if it is uniform along the resonance direction, Omega C0 It is characterized by a shift of + 2Ω BJ .
-Λ / 4 <Ω BJ <0 (5-2)
上記の課題を解決するための第4の発明に係る波長可変半導体レーザは、第1から第3のいずれか一つの発明に係る波長可変半導体レーザにおいて、前記第一のレーザ部と前記第二のレーザ部とで、前記活性導波路層と前記非活性導波路層の繰り返し周期が異なることを特徴とする。 A wavelength tunable semiconductor laser according to a fourth aspect of the present invention for solving the above-described problems is the wavelength tunable semiconductor laser according to any one of the first to third aspects, wherein the first laser section and the second laser section are the same. The repetition period of the active waveguide layer and the inactive waveguide layer is different in each of the laser parts.
本発明によれば、従来構造における活性導波路層と非活性導波路層の屈折率差の制限を回避することが可能となり、設計の自由度が向上し、活性導波路層と非活性導波路層とをそれぞれに適した層構造とすることができる。 According to the present invention, it becomes possible to avoid the limitation of the refractive index difference between the active waveguide layer and the inactive waveguide layer in the conventional structure, and the degree of freedom in design is improved, and the active waveguide layer and the inactive waveguide layer are improved. The layers can have a layer structure suitable for each.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る波長可変半導体レーザの詳細を説明する。 The details of the wavelength tunable semiconductor laser according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第一の実施形態)
以下、図1乃至図4に基づいて本発明に係る波長可変半導体レーザの第一の実施形態について説明する。
図1は本発明の第一の実施形態に係る波長可変半導体レーザの導波方向に沿った断面を示す模式図である。
(First embodiment)
A first embodiment of a wavelength tunable semiconductor laser according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section along the waveguide direction of the wavelength tunable semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態に係る波長可変半導体レーザにおいては、n型InP下部クラッド層11上に、第一のレーザ部A1においては長さLa1のGaInAsP活性導波路層12a1と、活性導波路層12a1とは組成の異なる長さLt1のGaInAsP非活性導波路層(波長制御層)13t1とが交互に周期的に接続されている。また、第二のレーザ部A2においては長さLa2のGaInAsP活性導波路層12a2と、活性導波路層12a2とは組成の異なる長さLt2のGaInAsP非活性導波路層13t2とが交互に周期的に接続されている。以下、GaInAsP活性導波路層12a1,12a2を総称する場合はGaInAsP活性導波路層12、GaInAsP非活性導波路層13t1,13t2を総称する場合はGaInAsP非活性導波路層13と呼称する。
As shown in FIG. 1, in the wavelength tunable semiconductor laser according to the present embodiments, n-type on the InP
これらGaInAsP活性導波路層12及びGaInAsP非活性導波路層13の上と、p型InP上部クラッド層14との間には周期的な凹凸を形成して導波路の等価屈折率を周期変調させた回折格子15が形成されている。InP上部クラッド14の上には、オーミックコンタクトのために高ドープのp型InGaAsコンタクト層16を設け、その上にそれぞれ活性導波路層12、非活性導波路層13に対応するように電極17,18を形成している。基板下部に形成した電極19は共通としているが、基板上部に形成する電極は、活性導波路層12の領域と非活性導波路層13の領域とで分離している。具体的には、活性導波路層12の領域と非活性導波路層13の領域とでコンタクト層16および電極17,18を分離し、さらに、図2に示すように、活性導波路層12の電極17同士、非活性導波路層13の電極18同士を素子上で短絡している。
Periodic irregularities were formed between the GaInAsP
さらに、本実施形態に係る波長可変半導体レーザにおいては、第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2とで活性導波路層12と非活性導波路層13の繰り返し周期をL1,L2と変えて直列に接続した構造となっている。さらに、全ての活性導波路層12と非活性導波路層13の境界付近の回折格子に後述する位相シフト量ΩBJの位相シフト(以下、補正位相シフトという)を入れ、第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2の間に補正位相シフトに加えて位相シフト量λ/4の共振器の位相条件を満たすための位相シフトを入れている。これにより、第一のレーザ部A1での反射波と第二のレーザ部A2での反射波の位相を発振条件を満たすように整合させている。以下、第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2の間に挿入した位相シフトをレーザ部間位相シフト21、これ以外の部分に挿入した位相シフトを導波路層間位相シフト20と呼称する。
Further, in the wavelength tunable semiconductor laser according to the present embodiment, the repetition period of the
ここで、活性導波路層12にバンドギャップ波長1.55μmのGaInAsPを用いた場合、非活性導波路13はそれより短波のバンドギャップ波長、たとえば、1.4μmのバンドギャップ波長のGaInAsPを用いることにより、レーザ発振の利得に寄与しないために、キャリア密度が一定にならない。これにより、電流注入により大きく屈折率を変化させることができる。
Here, when GaInAsP having a band gap wavelength of 1.55 μm is used for the
また、活性導波路層12および非活性導波路層13はバルク材料でなくともよく、たとえば、量子井戸構造、もしくは、量子井戸をバリア層を挟んで重ねた多層量子井戸構造や、さらに量子ドットや量子細線などの低次元の量子井戸構造を備えたものであっても良い。また、活性層への光閉じ込めやキャリア閉じ込めを高めるなどのために、活性層とクラッド層の間に中間の屈折率を持つ層を導入する分離閉じ込めへテロ構造などを導入しても良い。
Further, the
回折格子15は屈折率が周期的に変動していることが重要であるため、回折格子15を形成する位置は、活性導波路層12や非活性導波路層13と上部クラッド14との間では無くともよく、例えば、各導波路層12,13と下部クラッド11との間や、各層から離れた位置に形成しても良い。
Since it is important that the refractive index of the
本素子に用いる半導体は、InPとGaInAsPの組み合わせに限定することなく、GaAs、GaInNAs、AlGaInAsなど、その他の半導体を用いても良いし、活性導波路層12と非活性導波路層13のバンドギャップ波長の組み合わせも上記に限定するものではない。
The semiconductor used in this element is not limited to the combination of InP and GaInAsP, and other semiconductors such as GaAs, GaInNAs, and AlGaInAs may be used. The band gap between the
本実施形態に係る波長可変半導体レーザにおいては、図示はしないが、電流Iaが活性導波路層12に効率よく注入されるように、導波路の両脇に半絶縁性材料であるFeをドープしたInPを埋め込み再成長した埋め込みヘテロ構造(BH)としている。FeドープInPの代わりに、p型n型の半導体を交互に重ねることにより電流ブロック層としてもよい。また、Feの代わりにRuをドーピングして高抵抗としたInP層としてもよい。
In the tunable semiconductor laser according to the present embodiment, although not shown, Fe, which is a semi-insulating material, is doped on both sides of the waveguide so that the current Ia is efficiently injected into the
また、導波路構造は、本実施形態では埋め込みヘテロ構造を採用しているが、一般的なリッジ構造やハイメサ構造などでも本発明の原理を用いることができる。 The waveguide structure employs a buried heterostructure in this embodiment, but the principle of the present invention can also be used in a general ridge structure or high mesa structure.
第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2では、活性導波路層12と非活性導波路層13の繰り返し周期Lは、それぞれL1,L2と異なるが、活性導波路層12と非活性導波路層13の割合(La1/Lt1、および、La2/Lt2)は同じである。本実施形態では、この割合を1/2とした。第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2の間にレーザ部間位相シフト21を入れて、回折格子15の位相を1/4波長+ΩBJ変化させている。これにより、第一のレーザ部A1での反射波と第二のレーザ部A2での反射波の位相を発振条件を満たすように整合させている。
In the first laser part A 1 and the second laser part A 2 , the repetition period L of the
上述したように、活性導波路層12、および波長制御用非活性導波路層13の上部に設けられる電極17,18は互いに分離されており、図2に示すように、活性導波路層12上の電極17同士、および非活性導波路層13上の電極18同士は素子上で接続されている。このように素子上で各々の領域の電極17,18同士を短絡しておくことにより、金属製のボンディング・ワイヤをどこか一か所ずつ接着させるだけで、各領域に電流Ia又は波長制御電流Itを注入することができる。
As described above, the
続いて、本実施形態に係る波長可変半導体レーザの作製方法を簡単に説明する。最初に有機金属気相エピタキシャル成長(MOCVD)法と、これによる選択成長法を用いて、n型InP下部クラッド層11上に活性導波路層12と非活性導波路層13とを作製する。活性導波路層と非活性導波路層とがバットジョイント(BJ)された構造となる。
Next, a method for manufacturing a wavelength tunable semiconductor laser according to this embodiment will be briefly described. First, the
その後、塗布したレジストに、電子ビーム露光法を用いて回折格子15のパターンを転写し、転写パターンをマスクとしてエッチングを行い回折格子15を形成する。回折格子15は、図1に示すように各導波路層12,13の間にΩBJの導波路層間位相シフト20、第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2の間にλ/4+ΩBJのレーザ部間位相シフト21を入れる。
Thereafter, the pattern of the
本実施形態では、回折格子15は活性導波路層12、非活性導波路層13の両者ともに同一周期としている。
In the present embodiment, the
p型InP上部クラッド層14およびp型InGaAsコンタクト層16を成長した後、横モードを制御するために、幅1.2μmのストライプ状に導波路を加工し、その両側にFeをドープしたInP電流ブロック層を成長する。そして、各電極17,18を形成した後、活性層駆動電極17と波長制御電極18とを電気的に分離するために、それらの電極17,18間のp型InGaAsコンタクト層16を除去する。さらに各導波路層12,13を分離する場合は、分離溝を形成するなどしてもよい。
After the p-type InP
半導体の成長法としては、有機金属気相エピタキシャル成長法に限らず、分子線エピタキシャル成長法やその他の手段を用いてもよい。回折格子15の形成方法も電子線露光法に限らず、二束干渉露光法やそのほかの手段を用いてもよい。
The semiconductor growth method is not limited to the metal organic vapor phase epitaxial growth method, and a molecular beam epitaxial growth method or other means may be used. The method of forming the
本実施形態では、第一のレーザ部A1および第二のレーザ部A2の活性導波路層12と非活性導波路層13の繰り返しの数をそれぞれ6としている。第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2では同じ結合係数の回折格子15を用いているので、活性導波路層12と非活性導波路層13の繰り返し周期の長い第二のレーザ部A2の方が結合係数と長さの積が大きくなるため反射率は高くなる。したがって、繰り返し数を同数とした場合、自然に出力は非対称となり、反射率の低い第一のレーザ部A1からの出力が反射率の高い第二のレーザ部A2からの出力に比べて大きくとれるため、第一のレーザ部A1側から出力を効率よく取り出すことができる。なお、活性導波路層12と非活性導波路層13の繰り返しの数は6に限らず、また繰り返し数が第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2で同じである必要もないため、必要な反射率に応じて繰り返し周期や繰り返し数を設計すればよい。
In this embodiment, the number of repetitions of the
本実施形態では、第一のレーザ部A1の繰り返し周期を57μmとし、第二のレーザ部A2の繰り返し周期を72μmとしている。また回折格子15の結合係数は25cm-1である。
In this embodiment, the repetition period of the first laser part A 1 is 57 μm, and the repetition period of the second laser part A 2 is 72 μm. The coupling coefficient of the
本実施形態では、第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2の回折格子15の間に、1/4波長の位相シフトを入れている。1/4波長シフトは通常、理想的な状態、すなわち、活性導波路層12及び非活性導波路層13の屈折率が共振方向に沿って均一である場合でも、回折格子15中に共振器の位相条件を満たすために挿入される。1/4波長の位相シフトは、必ずしも第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2の間である必要はなく、共振器中央の全共振器長の約1/3程度の範囲内に1/4波長の位相シフトがあれば、位相条件を満たすことができる。共振器の位相条件を満たすための位相シフトを導波路接合面近傍としない場合には、この位相シフトと、接合面の揺らぎにより生じる等価的な位相シフトを補償するための補正位相シフトは別々に挿入すればよい。
In the present embodiment, a phase shift of ¼ wavelength is inserted between the
本実施形態では、第一のレーザ部A1および第二のレーザ部A2の活性導波路層12と非活性導波路層13の割合を1:2としている。非活性導波路13の割合を大きくすることで、平均の等価屈折率変化を大きくすることができるので、波長変化量を大きくすることができる。しかしながら、非活性導波路層13の割合を大きくすると必然的に活性導波路層12の割合が小さくなってしまい、レーザ発振に必要な利得を得ることが困難になる。したがって、活性層の層数などの設計や導波路の損失に応じて割合を調整することが必要であるが、本発明の原理は、第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2で活性導波路層12と非活性導波路層13の割合を同一とすることであるため、その割合は要求に応じて変更可能である。
In the present embodiment, the ratio of the
上述したように、本実施形態に係る波長可変半導体レーザでは、活性導波路層12と非活性導波路層13を交互に周期的に配置する点が異なるだけで、通常の波長可変半導体レーザの作製法を用いて容易に作製することができる。ΩBJの導波路層間位相シフト20を挿入することは、電子ビーム描画のパターンを変更するだけで実現可能である。回折格子15は電子ビーム描画により周期的にラインアンドスペースを繰り返すことにより実現できるが、導波路層間位相シフト20,21は、導波路層間位相シフト20,21を入れたい箇所でラインまたはスペースの位置を所望の量ずらすことにより実現できる。
As described above, in the wavelength tunable semiconductor laser according to the present embodiment, a normal wavelength tunable semiconductor laser is manufactured only in that the
また、通常のpnダイオード型の層構造のため、半導体増幅器や変調器などとの集積も容易に実施することができるため、高性能多機能素子の要素となる光源素子として使用可能である。 Further, since the layer structure of a normal pn diode type can be easily integrated with a semiconductor amplifier, a modulator, etc., it can be used as a light source element that is an element of a high-performance multifunctional element.
続いて、位相シフトについて説明する。図3は、活性導波路層12と非活性導波路層13との間に入れる導波路層間位相シフト20の位相シフト量をΩBJ、図1の第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2との間に入れるレーザ部間位相シフト21の位相シフト量をΩC(=λ/4+ΩBJ)とした場合の、活性導波路層12と非活性導波路層13との屈折率差を横軸として規格化閾値利得差Δgth/gth1を計算した図である。図4は同様に、閾値利得gth1を計算した結果である。ここで、位相シフト量ΩBJが0且つ位相シフト量ΩCが0.25λの場合の値は、図12に示し上述した従来の分布活性DFBレーザにおける計算結果と同じである。
Subsequently, the phase shift will be described. 3 shows the phase shift amount of the waveguide
位相シフト量ΩCの値は、もともと位相整合を得るために挿入するλ/4シフト(0.25λシフト)に位相シフト量ΩBJを加えた値としているため、位相シフト量ΩBJが−λ/8シフト(0.125λシフト)のときには、位相シフト量ΩCはλ/8となっており、位相シフト量ΩBJが−λ/6シフト(0.167λシフト)のときには、位相シフト量ΩCはλ/12シフト(0.083λシフト)となっており、位相シフト量ΩBJが−λ/5シフト(0.2λシフト)のときには、位相シフト量ΩCはλ/20シフト(0.05λシフト)となっている。 Since the value of the phase shift amount Ω C is originally a value obtained by adding the phase shift amount Ω BJ to the λ / 4 shift (0.25λ shift) that is inserted to obtain phase matching, the phase shift amount Ω BJ is −λ. When / 8 shift (0.125λ shift), the phase shift amount Ω C is λ / 8, and when the phase shift amount Ω BJ is −λ / 6 shift (0.167λ shift), the phase shift amount Ω C is λ / 12 shift (0.083λ shift), and when the phase shift amount Ω BJ is −λ / 5 shift (0.2λ shift), the phase shift amount Ω C is λ / 20 shift (0. 05λ shift).
図3より、位相シフト量ΩBJが大きくなるにしたがって、ピーク位置(もっとも単一モード特性が良くなる屈折率差)が屈折率差の正の方にシフトすることがわかる。ただし、ピーク位置での規格化閾値利得差Δgth/gth1の大きさは小さくなる。また、図4より、やはり閾値利得gth1の最小値(もっとも閾値電流が下がる屈折率差)は屈折率差の正の方にシフトすることがわかる。ただし、最小値で閾値利得gth1は大きくなる。 As can be seen from FIG. 3, as the phase shift amount Ω BJ increases, the peak position (the difference in refractive index that improves single-mode characteristics most) shifts to the positive side of the difference in refractive index. However, the magnitude of the normalized threshold gain difference Δg th / g th1 at the peak position becomes small. In addition, it can be seen from FIG. 4 that the minimum value of the threshold gain g th1 (the refractive index difference at which the threshold current decreases most) is shifted to the positive side of the refractive index difference. However, the threshold gain g th1 becomes large at the minimum value.
しかしながら、例えば、位相シフト量ΩBJが0のとき(従来構造)と、位相シフト量ΩBJが−λ/8のときとを比べると、屈折率差が0.015近辺で特性が逆転しており、屈折率差が0.015を超えたところでは、位相シフト量ΩBJが−λ/8の方が特性が良くなる。また、位相シフト量ΩBJが−λ/6のときは、屈折率差が0.02を少し超えた箇所で位相シフト量ΩBJが0のときの特性を逆転している。位相シフト量ΩBJが−λ/5のときは、屈折率差が0.025から0.03の間で位相シフト量ΩBJが0のときの特性を逆転する。 However, for example, when the phase shift amount Ω BJ is 0 (conventional structure) and when the phase shift amount Ω BJ is −λ / 8, the characteristics are reversed when the refractive index difference is around 0.015. When the difference in refractive index exceeds 0.015, the characteristics are improved when the phase shift amount Ω BJ is −λ / 8. Further, when the phase shift amount Ω BJ is −λ / 6, the characteristics when the phase shift amount Ω BJ is 0 are reversed at a position where the refractive index difference slightly exceeds 0.02. When the phase shift amount Ω BJ is −λ / 5, the characteristics when the refractive index difference is between 0.025 and 0.03 and the phase shift amount Ω BJ is 0 are reversed.
以上のように、ΩBJシフトは、規格化閾値利得差Δgth/gth1の最大値、閾値利得差Δgthの最小値を屈折率差の正の領域にシフトし、屈折率差が大きな領域で従来構造(ΩBJシフトが無いとき)よりも特性が良くなる。 As described above, the Ω BJ shift shifts the maximum value of the normalized threshold gain difference Δg th / g th1 and the minimum value of the threshold gain difference Δg th to a positive region of the refractive index difference, and thus has a large refractive index difference. The characteristics are better than the conventional structure (when there is no Ω BJ shift).
図5は、位相シフト量ΩBJを−λ/8に固定し、位相シフト量ΩCの値を変えて図3と同様に横軸を屈折率差として規格化閾値利得差Δgth/gth1を計算した結果である。位相シフト量ΩCの値をλ/8(0.125)よりも小さくすると、ピーク位置が更に屈折率差の大きい側にシフトすることがわかる。また図6は、位相シフト量ΩBJを−λ/8に固定し、位相シフト量ΩCの値を変えて図4と同様に横軸を屈折率差として閾値利得gth1を計算した結果である。屈折率差が0.01よりも大きな領域において、位相シフト量ΩCの値が小さい方が閾値利得gth1が小さくなる。 In FIG. 5, the phase shift amount Ω BJ is fixed to −λ / 8, the value of the phase shift amount Ω C is changed, and the normalized threshold gain difference Δg th / g th1 with the horizontal axis as the refractive index difference as in FIG. Is the result of calculating. It can be seen that when the value of the phase shift amount Ω C is made smaller than λ / 8 (0.125), the peak position is further shifted to the side where the refractive index difference is larger. FIG. 6 shows the result of calculating the threshold gain g th1 with the horizontal axis as the refractive index difference in the same manner as in FIG. 4 with the phase shift amount Ω BJ fixed at −λ / 8 and the value of the phase shift amount Ω C changed. is there. In a region where the refractive index difference is larger than 0.01, the threshold gain g th1 becomes smaller as the value of the phase shift amount Ω C becomes smaller.
ただし、位相シフト量ΩCを小さくしすぎると、図5および図6のΩC=0.025λの結果からわかるように、屈折率差の大きい領域での特性改善が見られなくなってくる。図中には表示していないが、ΩC=0では特性改善が見られないため、位相シフト量ΩCは0より大きいことが望まれる。 However, if the phase shift amount Ω C is made too small, as can be seen from the results of Ω C = 0.025λ in FIGS. 5 and 6, no improvement in characteristics can be seen in a region where the refractive index difference is large. Although not shown in the figure, since no characteristic improvement is observed when Ω C = 0, it is desirable that the phase shift amount Ω C is larger than zero.
以上のように、負の位相シフト量ΩBJを入れた場合には、位相シフト量ΩCは従来のλ/4シフトに位相シフト量ΩBJを加算した値ではなく、それよりも小さな値を入れることによって、屈折率差が正の領域において特性が向上することがわかる。すなわち、従来構造では、活性導波路層と非活性導波路層との屈折率差の制限により、どちらかの層構造によってもう一方の層構造を設計する必要があったが、本発明を用いることにより、屈折率差がより大きい範囲で動作させることができるようになるため、例えば、活性導波路層12は閾値電流が低くなり出力が大きくなるような設計とし、非活性導波路層13は屈折率を大きく変化させる設計とするなど、独立に層構造を設計することができるようになる。
As described above, when the negative phase shift amount Ω BJ is inserted, the phase shift amount Ω C is not a value obtained by adding the phase shift amount Ω BJ to the conventional λ / 4 shift, but a smaller value than that. It can be seen that the characteristics are improved in the region where the refractive index difference is positive. That is, in the conventional structure, due to the limitation of the refractive index difference between the active waveguide layer and the non-active waveguide layer, it is necessary to design the other layer structure by either layer structure. Therefore, for example, the
図3から図6の結果から、位相シフト量ΩBJ、位相シフト量ΩCの範囲は、それぞれ下式(6)、(7)ということができる。 From the results of FIGS. 3 to 6, the ranges of the phase shift amount Ω BJ and the phase shift amount Ω C can be expressed by the following equations (6) and (7), respectively.
また、本実施形態では、位相シフト量ΩCを導波路接続部に入れているため、位相シフト量ΩCに位相シフト量ΩBJを含んだ値としているが、位相シフト量ΩBJを独立に配置しても良い。その場合は、位相シフト量ΩBJとは別に挿入する位相シフト量ΩC0は下式(8)に示すようにλ/4シフト以下とすればよい。 In this embodiment, since the phase shift amount Ω C is inserted into the waveguide connection portion, the phase shift amount Ω C includes the phase shift amount Ω BJ . However, the phase shift amount Ω BJ is independently set. It may be arranged. In this case, the phase shift amount Ω C0 inserted separately from the phase shift amount Ω BJ may be set to λ / 4 shift or less as shown in the following equation (8).
ここで、ΩC,ΩC0,ΩBJが下式(9)の関係を満たすことは明らかである。
ΩC=ΩC0+ΩBJ (9)
Here, it is clear that Ω C , Ω C0 and Ω BJ satisfy the relationship of the following equation (9).
Ω C = Ω C0 + Ω BJ (9)
本実施形態では、第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2とで活性導波路層12と非活性導波路層13との繰り返し周期を変えているが、同一の周期としても本発明を適用できる。しかしながら、本実施形態のように周期を変えることで、屈折率差に対して単一モード特性の良好な範囲が広くなる。したがって、屈折率差の大きな範囲を積極的に使う本発明では、本実施形態で説明したように、第一のレーザ部A1と第二のレーザ部A2で繰り返し周期を異ならせた方がより良いと言える。
In the present embodiment, the repetition period of the
なお、位相シフトは、図7で定義する関係になっている。図7は横軸を位置として縦軸を屈折率とした場合の回折格子の屈折率変動の模式図であり、図7(a)は位相シフトがゼロの場合、図7(b)は位相シフトがλ/8の場合、図7(c)は位相シフトがλ/4の場合を示している。負の位相シフトは、位置が逆方向にずれることになる。 The phase shift has a relationship defined in FIG. FIG. 7 is a schematic diagram of the refractive index fluctuation of the diffraction grating when the horizontal axis is the position and the vertical axis is the refractive index. FIG. 7A is a phase shift is zero, and FIG. FIG. 7C shows a case where the phase shift is λ / 4. A negative phase shift will cause the position to shift in the opposite direction.
(第二の実施形態)
以下、図8及び図9に基づいて本発明に係る波長可変半導体レーザの第三の実施形態について説明する。図8は第三の実施形態を説明する図である。
(Second embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the wavelength tunable semiconductor laser according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram for explaining the third embodiment.
第一の実施形態では、共振器全体にわたって回折格子15を形成した分布活性DFBレーザを例に説明したのに対し、本実施形態では、回折格子を形成する箇所を周期的に部分的に限定したサンプル回折格子とした分布活性DFBレーザを例として説明する。
以下、図1ないし図7に示し第一の実施形態において説明した構成要素と同様の部材については同一の符号を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明するものとする。
In the first embodiment, the distributed active DFB laser in which the
Hereinafter, members similar to those shown in FIGS. 1 to 7 and described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and different points will be mainly described.
図8に示すように、本実施形態では、活性導波路層22に回折格子24があり、非活性導波路層23には回折格子がない構造となっている。非活性導波路層23には回折格子がないため、第一の実施形態のように、活性導波路層22と非活性導波路層23との位相関係を決めることはできないが、この場合、活性導波路層22同士の回折格子15の位相関係が重要となる。
As shown in FIG. 8, in this embodiment, the
つまり、例えば、活性導波路層22a11に続いて非活性導波路層23t1を伝搬した光が、次の活性導波路層22a12に入るため、非活性導波路層23t1の光学長によって、活性導波路層22同士の回折格子24a11,24a12の位相関係が決まるということになる。これは、非活性導波路層23が活性導波路層22に形成された回折格子24の位相シフトとなると考えても良い。
That is, for example, light propagating through the
図9は非活性導波路層23が活性導波路層22に形成された回折格子15の位相シフトとなることを説明する図である。簡単に説明するため、ここでは、活性導波路層22と非活性導波路層23の平均的屈折率が等しいものとして説明する。
FIG. 9 is a diagram for explaining that the
活性導波路層22には回折格子24があり、非活性導波路層23には回折格子が無い。図9では、一例として左側の活性導波路層22a11の回折格子24a11が非活性導波路層23にまで連続していると仮定した場合の回折格子が点線で書かれており、本実施形態に係る波長可変半導体レーザにおいて、この点線と右側の活性導波路層22a12の回折格子24a12とでは位相が一致していないことが分かる。つまり、隣接する活性導波路層22の回折格子24の位相が相互に連続しない構成とすることにより、隣接する活性導波路層22の回折格子24間に位相シフトが入っているのと同様の作用効果を得ることができる。
The
本発明は、第一の実施形態で説明したように、活性導波路層22と非活性導波路層23の間に位相シフト量ΩBJの位相シフトを入れるものである。第二の実施形態では、非活性導波路層23に回折格子が無い構造としているので、活性導波路層22同士の位相関係は、位相シフト量ΩBJの二倍の位相関係にすれば、第一の実施形態で規定した位相シフトの範囲を適用できる。同様に、位相シフト量ΩCの位置を挟む活性導波路層22同士の位相関係は、λ/4+2×ΩBJのように考えればよい。
In the present invention, as described in the first embodiment, a phase shift of the phase shift amount Ω BJ is inserted between the
本実施形態では、活性導波路層22に回折格子24が形成され、非活性導波路層23には回折格子が無いが、逆に、非活性導波路層23に回折格子を形成し、活性導波路層22に回折格子が無い場合であっても本発明を適用できる。その場合、活性導波路26と非活性導波路27を入れ替えて考えれば容易に類推できる。
In the present embodiment, a
(第三の実施形態)
図10に基づいて本発明に係る波長可変半導体レーザの第三の実施形態について説明する。
図10は第三の実施形態を説明する図である。第一の実施形態と第二の実施形態から類推されるように、本発明の効果を得るためには、同じ領域同士の回折格子の位相関係が重要である。すなわち、活性導波路同士、非活性導波路同士、ということになる。
(Third embodiment)
A third embodiment of the wavelength tunable semiconductor laser according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a diagram for explaining the third embodiment. As can be inferred from the first embodiment and the second embodiment, the phase relationship between the diffraction gratings in the same region is important in order to obtain the effects of the present invention. That is, active waveguides and non-active waveguides.
従って、本実施形態では、図10に示すように各導波路層の導波路の隣接する境界のうち、一方にのみ位相シフト24を挿入している。この場合、位相シフト24としては、第二の実施形態と同様に、第一の実施形態で挿入している導波路層間位相シフト20の2倍の値を挿入すればよい。これにより、位相シフト24の範囲を第一の実施形態で説明した範囲として考えることができる。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 10, the
なお、位相シフト24を挿入する位置としては、図10に示した位置に限らず、各導波路層の隣接する境界のうちいずれか一方に挿入すればよい。
The position where the
その他の構成は図1ないし図7に示し第一の実施形態において説明した構成と同様であり、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Other configurations are the same as the configurations illustrated in FIGS. 1 to 7 and described in the first embodiment, and the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
本発明は、波長可変半導体レーザに適用して好適なものである。 The present invention is suitable for application to a wavelength tunable semiconductor laser.
11 n型InP下部クラッド層
12,22 GaInAsP活性導波路層
13,23 GaInAsP非活性導波路層(波長制御層)
14 p型InP上部クラッド層
15,24 回折格子
16 p型InGaAsコンタクト層
17 活性層電極
18 波長制御電極
19 電極
20,25 導波路層間位相シフト
21 レーザ部間位相シフト
11 n-type InP
14 p-type InP
Claims (4)
前記活性導波路層及び前記非活性導波路層の全長にわたって回折格子が形成され、
前記活性導波路層と前記非活性導波路層との接合面に対応する前記回折格子の位置に下式(1)を満足する位相シフト量ΩBJの補正位相シフトが挿入されるとともに、
前記第一のレーザ部と前記第二のレーザ部との接続部に対応する前記回折格子の位置に、前記補正位相シフトに加えて前記活性導波路層及び前記非活性導波路層の屈折率が共振方向に沿って均一である場合に前記共振器の位相条件を満たすように設定される位相シフトが挿入された
ことを特徴とする波長可変半導体レーザ。
−λ/4<ΩBJ<0 (1) A structure in which an active waveguide layer having gain and an inactive waveguide layer for controlling a wavelength are alternately and periodically formed on a semiconductor substrate, the active waveguide layer and the inactive A first laser part in which a waveguide layer is connected in a first period; and a second laser part in which the active waveguide layer and the inactive waveguide layer are connected in a second period; A distributed active DFB laser comprising:
A diffraction grating is formed over the entire length of the active waveguide layer and the inactive waveguide layer,
A correction phase shift of a phase shift amount Ω BJ that satisfies the following equation (1) is inserted at the position of the diffraction grating corresponding to the joint surface between the active waveguide layer and the inactive waveguide layer,
In addition to the correction phase shift, the refractive index of the active waveguide layer and the inactive waveguide layer is added to the position of the diffraction grating corresponding to the connection portion between the first laser portion and the second laser portion. A wavelength tunable semiconductor laser, wherein a phase shift is set so as to satisfy the phase condition of the resonator when uniform along the resonance direction.
-Λ / 4 <Ω BJ <0 (1)
前記活性導波路層又は前記非活性導波路層の一方にのみ回折格子が形成されており、隣接する前記回折格子の位相関係が、下式(2)を満足する位相シフト量2ΩBJだけシフトしているとともに、
前記第一のレーザ部と前記第二のレーザ部との接続部を挟んで隣接する前記回折格子の位相関係が、前記活性導波路層及び前記非活性導波路層の屈折率が共振方向に沿って均一である場合に前記共振器の位相条件を満たすように設定される位相シフトをΩC0として、ΩC0+2ΩBJだけシフトしている
ことを特徴とする波長可変半導体レーザ。
−λ/4<ΩBJ<0 (2) A structure in which an active waveguide layer having gain and an inactive waveguide layer for controlling a wavelength are alternately and periodically formed on a semiconductor substrate, the active waveguide layer and the inactive A first laser part in which a waveguide layer is connected in a first period; and a second laser part in which the active waveguide layer and the inactive waveguide layer are connected in a second period; A distributed active DFB laser comprising:
A diffraction grating is formed only in one of the active waveguide layer or the inactive waveguide layer, and the phase relationship between adjacent diffraction gratings is shifted by a phase shift amount 2Ω BJ that satisfies the following equation (2). And
The phase relationship between the diffraction gratings adjacent to each other across the connecting portion between the first laser portion and the second laser portion is such that the refractive indexes of the active waveguide layer and the inactive waveguide layer are along the resonance direction. Te as the phase shift Omega C0 is set to the phase condition is satisfied of the resonator when it is uniform, the wavelength tunable semiconductor laser, characterized in that shifted by Ω C0 + 2Ω BJ.
-Λ / 4 <Ω BJ <0 (2)
前記活性導波路層と前記非活性導波路層の両方に回折格子が形成されており、各前記導波路層の隣接する境界のうちいずれか一方にのみ、下式(3)を満足する位相シフト量2ΩDiffraction gratings are formed in both the active waveguide layer and the inactive waveguide layer, and a phase shift that satisfies the following expression (3) is provided only at one of the adjacent boundaries of each of the waveguide layers. Quantity 2Ω BJBJ を挿入するとともに、And insert
前記第一のレーザ部と前記第二のレーザ部との接続部を挟んで隣接する前記回折格子の位相関係が、前記活性導波路層及び前記非活性導波路層の屈折率が共振方向に沿って均一である場合に前記共振器の位相条件を満たすように設定される位相シフトをΩThe phase relationship between the diffraction gratings adjacent to each other across the connecting portion between the first laser portion and the second laser portion is such that the refractive indexes of the active waveguide layer and the inactive waveguide layer are along the resonance direction. Phase shift set to satisfy the phase condition of the resonator when C0C0 として、ΩAs Ω C0C0 +2Ω+ 2Ω BJBJ だけシフトしているJust shifting
ことを特徴とする波長可変半導体レーザ。A tunable semiconductor laser characterized by the above.
−λ/4<Ω-Λ / 4 <Ω BJBJ <0<0 (3)(3)
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の波長可変半導体レーザ。 In said first laser part and said second laser unit, any one of claims 1 to 3, repetition period of the said active waveguide layer inactive waveguide layer are different from each other wavelength-tunable semiconductor laser according to.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011234075A JP5681082B2 (en) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | Tunable semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011234075A JP5681082B2 (en) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | Tunable semiconductor laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013093416A JP2013093416A (en) | 2013-05-16 |
| JP5681082B2 true JP5681082B2 (en) | 2015-03-04 |
Family
ID=48616330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011234075A Expired - Fee Related JP5681082B2 (en) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | Tunable semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5681082B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102795075B1 (en) * | 2020-08-25 | 2025-04-16 | 한국전자통신연구원 | Distributed feedback laser diode |
-
2011
- 2011-10-25 JP JP2011234075A patent/JP5681082B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013093416A (en) | 2013-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4721924B2 (en) | Optical device in which light propagating in optical waveguide and diffraction grating are coupled | |
| JP4954992B2 (en) | Semiconductor light reflecting element, semiconductor laser using the semiconductor light reflecting element, and optical transponder using the semiconductor laser | |
| JP5795126B2 (en) | Semiconductor laser device, integrated semiconductor laser device, and method of manufacturing semiconductor laser device | |
| JP2011204895A (en) | Semiconductor laser | |
| JP5365510B2 (en) | Semiconductor integrated device | |
| US7949020B2 (en) | Semiconductor laser and optical integrated semiconductor device | |
| JP4909159B2 (en) | Semiconductor waveguide device, manufacturing method thereof, and semiconductor laser | |
| US20060203858A1 (en) | Wavelength tunable semiconductor laser apparatus | |
| JP5287886B2 (en) | Optical device in which light propagating in optical waveguide and diffraction grating are coupled | |
| JP4926641B2 (en) | Semiconductor laser | |
| JP5457239B2 (en) | Wavelength control method and wavelength control apparatus for optical element | |
| JP5681082B2 (en) | Tunable semiconductor laser | |
| JP4885767B2 (en) | Semiconductor waveguide device, semiconductor laser, and manufacturing method thereof | |
| JP5702262B2 (en) | Tunable semiconductor laser | |
| JP2006295103A (en) | Tunable laser | |
| JP5272859B2 (en) | Semiconductor laser element | |
| US7852897B2 (en) | Semiconductor laser optical integrated semiconductor device | |
| JP4885766B2 (en) | Semiconductor waveguide device, semiconductor laser, and manufacturing method thereof | |
| JP6270387B2 (en) | Semiconductor optical resonator, semiconductor optical device, and optical communication module | |
| JP2013093414A (en) | Variable wavelength semiconductor laser | |
| JP2012033975A (en) | Method of manufacturing semiconductor laser | |
| JP2004273644A (en) | Semiconductor laser | |
| JP4005519B2 (en) | Semiconductor optical device and manufacturing method thereof | |
| WO2026047933A1 (en) | Semiconductor laser | |
| JP6507604B2 (en) | Semiconductor laser and semiconductor laser array |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426 Effective date: 20130305 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140307 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20141015 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141028 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141212 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150106 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150108 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5681082 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |