Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH0477478B2 - - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH0477478B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0477478B2
JPH0477478B2 JP26229387A JP26229387A JPH0477478B2 JP H0477478 B2 JPH0477478 B2 JP H0477478B2 JP 26229387 A JP26229387 A JP 26229387A JP 26229387 A JP26229387 A JP 26229387A JP H0477478 B2 JPH0477478 B2 JP H0477478B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active layer
layer
raman
entrance window
excitation light
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 - Lifetime
Application number
JP26229387A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01105589A (en
Inventor
Junichi Nishizawa
Ken Sudo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP26229387A priority Critical patent/JPH01105589A/en
Publication of JPH01105589A publication Critical patent/JPH01105589A/en
Publication of JPH0477478B2 publication Critical patent/JPH0477478B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ラマンレーザに係り、特に光
通信及び分光計測に利用される半導体ラマンレー
ザに関するものである。光通信においては特に光
ヘテロダイン検波方式遠赤外線領域の光波発生、
波長純度と安定性の極めて高いキヤリア光波の発
生手段として利用される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor Raman laser, and particularly to a semiconductor Raman laser used for optical communication and spectroscopic measurement. In optical communications, optical heterodyne detection is especially used to generate light waves in the far infrared region.
It is used as a means of generating carrier light waves with extremely high wavelength purity and stability.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

半導体ラマンレーザは従来、本発明者により
GaP単結晶及びエピタキシヤル結晶において実現
されているが、そのポンピング光は、YAGレー
ザや大出力半導体レーザなどのパルス動作が主で
あつた。光通信に利用するには、低出力の半導体
レーザでしかも連続波(CW)で励起する必要が
あり、また分光計測用に利用するにも、CWダイ
レーザのごとき、いずれの場合も1Wから10mW
という極めて小さいパワの励起レーザ光で動作す
る半導体ラマンレーザが必要となる。すでに光励
起レーザ光のパワ密度としては、1〜0.7×106
W/cm2においてラマン発振することを確認してい
る。このことは入射光を1μ角の領域に集中でき
れば、わずか10mWの励起光パワで発振すること
を原理的には意味している。一方、本発明者はア
イ イー イー プロシーデイングズ(IEE
Proceedings)Vol.134,Pt.J,No..4,August
1987の第215頁乃至第220頁に記載の第1図に示す
ような構造のラマンレーザを発表した。第1図に
おいて1はGaP基板結晶、2はAlxGa1-xP第一
クラツド層、3はGaPラマン活性層、4は
AlxGa1-xP第二クラツド層、5,6は高反射率
誘電体膜、7は入射励起光を示す。入射側蒸着膜
は蒸着用マスクを使つてストライプ状に形成さ
れ、幅は1mm程度であつて、また共振器長は3〜
4mmである。励起光は蒸着膜端から斜め前方に7
で示すように入射させ5,6によつて構成される
共振器領域を励起する。これによつてストークス
光が増幅され上下方向には屈折率の低い
AlxGa1-xPクラツド層によつて閉じこめられ、
横方向には特に閉じこめ効果がないが共振器領域
の幅が1mmと広いため容易に発振する。
Semiconductor Raman lasers have been developed by the inventor of the present invention.
This has been realized in GaP single crystals and epitaxial crystals, but the pumping light used has mainly been pulsed operation from YAG lasers and high-power semiconductor lasers. To use it for optical communication, it is necessary to use a low-output semiconductor laser and pump it with continuous wave (CW), and to use it for spectroscopic measurements, it is necessary to use a CW dye laser, which has a power output of 1W to 10mW.
A semiconductor Raman laser that operates with excitation laser light of extremely low power is required. The power density of optically excited laser light is already 1 to 0.7×10 6
It has been confirmed that Raman oscillation occurs at W/cm 2 . In principle, this means that if the incident light can be concentrated in a 1μ square area, oscillation can be achieved with a pumping light power of only 10mW. On the other hand, the inventor is an IEE Proceedings
Proceedings) Vol.134, Pt.J, No... 4.August
1987, pages 215 to 220, announced a Raman laser with a structure as shown in Figure 1. In Figure 1, 1 is the GaP substrate crystal, 2 is the AlxGa 1-x P first cladding layer, 3 is the GaP Raman active layer, and 4 is the GaP substrate crystal.
The AlxGa 1-x P second cladding layer, 5 and 6 are high reflectance dielectric films, and 7 is incident excitation light. The deposition film on the incident side is formed into a stripe shape using a deposition mask, and the width is about 1 mm, and the resonator length is 3 to 3 mm.
It is 4mm. The excitation light is directed diagonally forward from the edge of the deposited film.
The resonator region formed by 5 and 6 is excited by the incident light as shown in FIG. This amplifies the Stokes light and reduces the refractive index in the vertical direction.
confined by AlxGa 1-x P cladding layer,
Although there is no particular confinement effect in the lateral direction, it oscillates easily because the width of the resonator region is as wide as 1 mm.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

前述のような方法で、励起光を入射させるに
は、当然励起光のビーム断面が第1図に示すよう
にある程度の幅、即ち100μ以上の幅を持つてい
なければならず、又発振するべきストークス光も
横方向に広がるから通常は10W以上のパルスの励
起光を必要とし、励起光強度を1W以下にして発
振させることは困難であつた。本発明は、強度
1Wから10mW程度の極めて低い入射パワで発振
する半導体ラマンレーザを提供することを目的と
する。即ち、CW出力の光通信用注入形半導体レ
ーザや分光計測用のCWダイレーザを励起レーザ
として発振する半導体ラマンレーザを提供するこ
とを目的とする。
In order for the excitation light to be incident in the method described above, the beam cross section of the excitation light must have a certain width, as shown in Figure 1, that is, a width of 100 μ or more, and it must also oscillate. Since Stokes light also spreads in the lateral direction, it usually requires a pulsed excitation light of 10 W or more, and it has been difficult to achieve oscillation with an excitation light intensity of 1 W or less. The present invention provides strength
The objective is to provide a semiconductor Raman laser that oscillates with an extremely low incident power of about 1W to 10mW. That is, an object of the present invention is to provide a semiconductor Raman laser that oscillates using a CW output injection type semiconductor laser for optical communication or a CW die laser for spectroscopic measurement as an excitation laser.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明はその実施例図面第2図乃至第8図に示
すようにGaPラマン活性層を極めて滑らかな側面
を持つストライプ状に形成し、その断面周囲を完
全にAlxGa1-xPクラツド層で囲む。更に、端面
の一部分のみに高反射率蒸着面に活性層端面に比
べて充分小さな穴を設け、注入形半導体レーザ光
又はダイレーザ光をレンズあるいはフアイバで集
光して穴の部分即ち入射窓より入射する。活性層
及びクラツド層は充分に低キヤリア密度であり、
吸収が少なく、かつ端面は高反射率であるので入
射励起光は活性層内に広がつて導波し、結局、入
射用の窓から失われるまで多重に反射を繰り返
す。従つてラマン活性層の全ての部分で入射光の
入射窓における光強度とほぼ等しくなり、入射窓
に比べて充分大きな端面を有する活性層全体でス
トークス光の発振を実現できる。窓の大きさは、
レンズで集光しえる限界の大きさでよく、この部
分で発振の閾値パワ密度1×106W/cm2に達して
いればよいことは前述のことから理解しえる。例
えばレンズによる集光では、1μφまで集光するこ
とはレンズの組合わせを使えば可能であり、また
簡便なレンズでも5μφにしぼられるから、前者で
は約8mW、後者では約20mWの励起光強度で発
振することができ通常のCW出力注入形半導体レ
ーザで励起されて発振する半導体ラマンレーザが
得られるのである。増幅さるべきストークス光は
一部分、入射窓から失われるが、平行ビームが回
折により窓に達する割合を充分小さくなるように
入射窓に対して、またレーザ長に対してストライ
プ幅を選ぶのである。つまり入射窓は活性層端面
に比し小さいが、それでもストークス光の損失の
原因となる。これを減らすためには、第1にスト
ライプ幅を入射窓の大きさに比し、回折損失が少
なくなる程度に大きくかつ活性層内部での励起光
の多重反射による吸収損失が問題とならない程度
に小さく設計しなければならない。この回折効果
はレーザの長さに依存する。更に改善された方法
として、活性層ストライプに第4図に示すような
傾斜を持たせ、回折損失を減少させるか、又は第
5図のように励起光導入層を別に設ける。ラマン
活性層クラツド層、励起光導入層の屈折率をそれ
ぞれn1,n2,n3とした時n1>n3>n2とすれば励起
光はラマン活性層にまで広がるが、クラツド層に
よつて閉じこめが行なわれ、一方ストークス光は
活性層内のみに閉じこめられ入射窓への回折損失
を無くすことができる。
As shown in FIGS. 2 to 8 of the embodiment drawings of the present invention, a GaP Raman active layer is formed in a stripe shape with extremely smooth sides, and its cross section is completely surrounded by an AlxGa 1- xP cladding layer. . Furthermore, a sufficiently small hole is provided in the high-reflectance vapor-deposited surface of only a portion of the end surface compared to the end surface of the active layer, and the injection type semiconductor laser light or die laser light is focused by a lens or fiber and enters from the hole portion, that is, the entrance window. do. The active layer and cladding layer have sufficiently low carrier density,
Since there is little absorption and the end face has a high reflectance, the incident excitation light spreads within the active layer and is guided, and is reflected multiple times until it is finally lost through the entrance window. Therefore, the light intensity of the incident light at all parts of the Raman active layer is approximately equal to the light intensity at the entrance window, and Stokes light oscillation can be realized in the entire active layer having a sufficiently large end face compared to the entrance window. The size of the window is
It can be understood from the above that the limit size that can be condensed by the lens is sufficient, and it is sufficient that the threshold power density for oscillation reaches 1×10 6 W/cm 2 in this portion. For example, when focusing light with a lens, it is possible to focus light down to 1μφ by using a combination of lenses, and even a simple lens can narrow down the light to 5μφ, so the excitation light intensity is about 8mW for the former and about 20mW for the latter. A semiconductor Raman laser that can oscillate and oscillates when excited by a normal CW output injection type semiconductor laser can be obtained. A portion of the Stokes light to be amplified is lost through the entrance window, but the stripe width is selected with respect to the entrance window and with respect to the laser length so that the proportion of the collimated beam reaching the window due to diffraction is sufficiently small. In other words, although the entrance window is smaller than the end face of the active layer, it still causes loss of Stokes light. In order to reduce this, the first step is to make the stripe width large enough to reduce diffraction loss compared to the size of the entrance window, and to the extent that absorption loss due to multiple reflections of the excitation light inside the active layer does not become a problem. Must be designed small. This diffraction effect depends on the length of the laser. As a further improved method, the active layer stripes may be sloped as shown in FIG. 4 to reduce diffraction loss, or an excitation light introduction layer may be separately provided as shown in FIG. If the refractive index of the Raman active layer cladding layer and the excitation light introducing layer are n 1 , n 2 , n 3 respectively, then if n 1 > n 3 > n 2 , the excitation light will spread to the Raman active layer, but the cladding layer On the other hand, the Stokes light is confined only within the active layer, eliminating diffraction loss to the entrance window.

〔作用〕[Effect]

前述したように、入射窓へ集光された励起光、
ストークス光ともにストライプ内に閉じこめられ
かつ励起光は多重反射して吸収による損失が問題
とならずに活性層全体が入射窓での励起光のパワ
密度と同程度のレベルに達し、かつ発振すべきス
トークス光が入射窓から失われる損失が実質的に
問題とならず極めて低いCWの励起光パワでの発
振が可能となる。
As mentioned above, the excitation light focused on the entrance window,
Both the Stokes light is confined within the stripe, and the excitation light is subjected to multiple reflections, so that loss due to absorption does not become a problem, and the entire active layer should reach a power density comparable to the power density of the excitation light at the entrance window, and oscillate. The loss of Stokes light from the entrance window is not a substantial problem, and oscillation with extremely low CW excitation light power is possible.

このようにして形成された半導体ラマンレーザ
は、既に提案してある光ヘテロダイン検波及び遠
赤外光発生用に極めて適している。更に本発明の
半導体ラマンレーザは励起レーザを含めて全て半
導体で構成されるので長寿命で信頼性が高く小形
である。更に、本発明の半導体ラマンレーザは、
共振器の反射、吸収、回折損失が著しく低いすな
わちQの著しく高い光共振器で構成されているた
め、発振周波数の安定度が注入形半導体レーザに
比べて極めて高い。つまりQの値は端面反射率か
ら比較して半導体注入形レーザの70倍程度になつ
ておりそれだけ周波数の純度が高い。またラマン
散乱の半値幅がゲインバントであるがGaPの場合
30GHz程度であり、入射レーザ1μ程度のときは、
対応するスペクトル幅は0.5Å程度である。つま
りこの程度のゆらぎを励起光が持つていても構わ
ない。一方、半導体ラマンレーザの共振器長から
決まる縦モード間隔は15GHz(長さ4mmの時)程
度であるから、縦モードはシングルモードであ
る。
The semiconductor Raman laser thus formed is extremely suitable for optical heterodyne detection and far-infrared light generation, which have already been proposed. Further, since the semiconductor Raman laser of the present invention is entirely composed of semiconductors, including the excitation laser, it has a long life, high reliability, and is compact. Furthermore, the semiconductor Raman laser of the present invention has
Since it is composed of an optical resonator in which the reflection, absorption, and diffraction losses of the resonator are extremely low, that is, the Q is extremely high, the stability of the oscillation frequency is extremely high compared to an injection type semiconductor laser. In other words, the Q value is about 70 times that of a semiconductor injection laser compared to the end face reflectance, and the frequency purity is correspondingly higher. Also, the half-width of Raman scattering is the gain band, but in the case of GaP
When the frequency is about 30GHz and the incident laser is about 1μ,
The corresponding spectral width is on the order of 0.5 Å. In other words, it does not matter if the excitation light has this degree of fluctuation. On the other hand, since the longitudinal mode spacing determined from the cavity length of the semiconductor Raman laser is about 15 GHz (when the length is 4 mm), the longitudinal mode is a single mode.

またラマン散乱は吸収現象ではないから内部で
の熱発生が無視でき、注入形レーザのような熱に
よる周波数不安定はない。従つて光通信のキヤリ
ア光波としても著しく周波数安定度が高く、超多
重通信に最適となる。
In addition, since Raman scattering is not an absorption phenomenon, internal heat generation can be ignored, and there is no frequency instability due to heat as in injection lasers. Therefore, it has extremely high frequency stability as a carrier light wave for optical communications, making it ideal for ultra-multiplex communications.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面に示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。
The present invention will be described in detail below based on embodiments shown in the drawings.

(実施例 1) 第2図は本発明の一実施例を示す半導体ラマン
レーザである。この図において1はGaP結晶基
板、2はAlxGa1-xP第一クラツド層、3はスト
ライプ状に形成されたGaPラマン活性層であり、
4はラマン活性層の上面、側面を被うAlxGa1-x
P第二クラツド層、9はGaPバツフア層である。
5は入射側の誘電体高反射膜で反射率99%又はそ
れ以上である。8は励起光入射窓であり、ラマン
活性層端面の一部にホトレジスト技術であけた極
めて小さな穴である。6は出力側の高反射率膜で
あり反射率は99%というやはり高い値を有してい
る。7はレンズや光フアイバによつて集光されて
8よりストライプ領域に入射する励起レーザ光で
ある。
(Example 1) FIG. 2 shows a semiconductor Raman laser showing an example of the present invention. In this figure, 1 is a GaP crystal substrate, 2 is an AlxGa 1-x P first cladding layer, and 3 is a GaP Raman active layer formed in a stripe shape.
4 is AlxGa 1-x covering the top and side surfaces of the Raman active layer
The P second cladding layer and 9 are the GaP buffer layer.
5 is a dielectric high reflection film on the incident side with a reflectance of 99% or more. Reference numeral 8 denotes an excitation light entrance window, which is an extremely small hole made using photoresist technology in a part of the end face of the Raman active layer. 6 is a high reflectance film on the output side, and the reflectance is also a high value of 99%. Reference numeral 7 denotes excitation laser light that is focused by a lens or optical fiber and enters the stripe region from 8.

ラマン活性層の長さは3mm〜4mm、各層の厚み
はAlxGa1-xPクラツド層1〜5μm,GaPラマン
活性層1〜10μmまたはGaPラマン活性層のスト
ライプ幅は100μmから10μm程度である。入射光
用の窓は端面全面に蒸着された誘電体膜を第2図
のようにストライプ状に除去することによつて形
成される。GaPラマン活性層の厚み5μ、入射窓
の幅5μとすれば入射窓の面積は25μm2であり、こ
こから入つた光が、吸収や誘電体の残留の透過率
によつて失われないかぎり、活性層内部全体でほ
ぼ同じ強度に達するまで多重反射を繰り返す。す
ると約1×106W/cm2つまり1μ角当り10mWが
GaPの場合の閾値パワ密度だから、必要な励起光
パワは250mWとなり1W以下の出力のCWダイレ
ーザ、波長0.6〜1.1μm高出力の注入形CW半導体
レーザ(波長0.8〜0.85μ)で励起することができ
る。このときの活性層のストライプ幅は活性層の
キヤリア密度によつて異なる。即ち、半導体ラマ
ンレーザはGaPのように極めて透明度の高い媒質
ではじめて発振可能となるのであるが、それでも
キヤリア密度にほぼ比例する残留吸収が存在し、
GaPの場合1μ帯では、吸収係数α、キヤリア密
度をNとしたときα/N0.05cm-1/1016cm-3
度である。従つてキヤリア密度が1×1016cm-3
ときは、共振器長を4mmとすると、約17回往復す
ると吸収によつてその強度が約1/2に低下する。
従つてストライプ幅はおよそ5μ程度の穴の幅の
17倍程度、つまり85μ程度としておけば活性層内
部の励起光強度は入射窓での集光された励起光強
度程度にはなるのである。ストライプ幅をこれ以
上にすれば活性層内部の光強度は低下し、入射パ
ワを上げなければならないので好ましくない。ま
た、ストライプ幅をこれより小さくすれば、それ
だけ励起光からストークス光への変換効率が低下
する。またストークス光の強度分布は第3図のよ
うになつており入射窓側で減少しているが回折に
よつてストークス光が入射窓から失われるのでス
トライプ幅を狭くするほど回折損が増大する。即
ち、ストライプ幅S,波長λ、屈折率n、共振器
長lとすると回折によつて入射窓側へのストーク
ス光の広がり幅δはおおよそ δλ/2nS・l ……(1) によつて見積ることができ、S〜85μ、λ〜1μ、
n〜3.1、l〜4mmとするとδ7.6μmとなる。即
ちこの分は回折によつて入射窓に達しそこから外
部へ出て損失となる。
The length of the Raman active layer is 3 mm to 4 mm, the thickness of each layer is 1 to 5 μm for the AlxGa 1-x P cladding layer, 1 to 10 μm for the GaP Raman active layer, or the stripe width of the GaP Raman active layer is about 100 μm to 10 μm. The window for incident light is formed by removing the dielectric film deposited on the entire end face in stripes as shown in FIG. If the thickness of the GaP Raman active layer is 5 μm and the width of the entrance window is 5 μm, the area of the entrance window is 25 μm 2 , and unless the light entering through it is lost due to absorption or residual transmittance of the dielectric, Multiple reflections are repeated until almost the same intensity is reached throughout the active layer. Then, approximately 1×10 6 W/cm 2 or 10 mW per 1 μ square
Since this is the threshold power density in the case of GaP, the required pumping light power is 250 mW, which can be pumped with a CW die laser with an output of 1 W or less, or a high-output injection type CW semiconductor laser (wavelength 0.8 to 0.85 μm) with a wavelength of 0.6 to 1.1 μm. can. The stripe width of the active layer at this time varies depending on the carrier density of the active layer. In other words, a semiconductor Raman laser can only oscillate in an extremely transparent medium such as GaP, but even then there is residual absorption that is approximately proportional to the carrier density.
In the case of GaP, in the 1μ band, the absorption coefficient α is approximately α/N0.05cm −1 /10 16 cm −3 where N is the carrier density. Therefore, when the carrier density is 1×10 16 cm -3 and the resonator length is 4 mm, after about 17 reciprocations, the intensity decreases to about 1/2 due to absorption.
Therefore, the stripe width is approximately 5 μm of the hole width.
If it is set to about 17 times, that is, about 85μ, the intensity of the excitation light inside the active layer will be about the same as the intensity of the excitation light focused at the entrance window. If the stripe width is made larger than this, the light intensity inside the active layer decreases and the incident power must be increased, which is not preferable. Furthermore, if the stripe width is made smaller than this, the conversion efficiency from excitation light to Stokes light will decrease accordingly. Furthermore, the intensity distribution of the Stokes light is as shown in FIG. 3, and decreases on the entrance window side, but since the Stokes light is lost from the entrance window due to diffraction, the narrower the stripe width, the greater the diffraction loss. That is, assuming the stripe width S, wavelength λ, refractive index n, and cavity length l, the spread width δ of the Stokes light towards the entrance window due to diffraction can be approximately estimated by δλ/2nS・l...(1) is possible, S~85μ, λ~1μ,
If n~3.1 and l~4 mm, then δ7.6 μm. That is, this portion reaches the entrance window through diffraction and exits from there, resulting in a loss.

従つてこの回折損失はLDδ/Sで与えられ
約9%となり反射膜による損失LRと吸収損失L〓
の和約6%に対して無視することはできなくな
る。上記の回折損失はフラウンホーフア回折によ
る近似であつて、実際はフレネル回折であるから
回折損失は2〜3%に低下する。しかしながら、
ストライプ幅を狭くしていけば明らかに回折損失
は大きくなり、もはや無視できず入射パワを上げ
ざるを得ない。
Therefore, this diffraction loss is given by L D δ/S and is about 9%, which is the loss due to the reflective film L R and the absorption loss L〓
The sum of about 6% cannot be ignored. The above diffraction loss is an approximation based on Fraunhofer diffraction, and since it is actually Fresnel diffraction, the diffraction loss is reduced to 2 to 3%. however,
As the stripe width becomes narrower, the diffraction loss obviously increases, and it can no longer be ignored and the incident power must be increased.

活性層のキヤリア密度が2×1016cm-3のとき
は、活性層のストライプ幅は上記の1/2、つまり
40μm程度またはそれ以下にしなければならない。
When the carrier density of the active layer is 2×10 16 cm -3 , the stripe width of the active layer is 1/2 of the above, that is,
It must be around 40μm or less.

従つて、回折損失は増大し、励起光として必要
な強度は250mWより大きくならざるを得ない。
Therefore, diffraction loss increases, and the intensity required as excitation light must be greater than 250 mW.

AlPとGaPの屈折率の差は正確には知られてい
ないが、AlPの方が屈折率が小さく、およそΔn
0.5のオーダーであり上記の例ではAlxGa1-x
層のxの値は0.3〜0.07の間が適当であり、x
0.1が最適である。ストライプ、特に滑らかな側
面を有するストライプの形成法は実施例の最後に
まとめて記載する。
The difference in refractive index between AlP and GaP is not precisely known, but AlP has a smaller refractive index, approximately Δn
of the order of 0.5 and in the above example AlxGa 1-x P
The appropriate value of x for the layer is between 0.3 and 0.07, and x
0.1 is optimal. Methods for forming stripes, especially stripes with smooth sides, are summarized at the end of the examples.

(実施例 2) 実施例1においては、ストークス光はほぼ平行
なビームであるが入射窓の部分では強度が低下し
第3図に示したような強度分布を有するが、回折
によつて一部分入射窓に達するので入射窓からの
損失が大きくなる。そこで上から見たラマン活性
層ストライプの形状を第4図に示すように入射窓
側で傾斜を持つようにし、ストークス光が入射窓
に回折によつて達し外へ失われる効果を減少させ
る。つまりストークス光は図の点線に沿つて進
む。実施例1と同じくレーザ長4mm、活性層スト
ライプの幅Sが85μ、入射窓の幅Wが5μの場合、
傾斜を有する部分の長さl′を100μ、入射側ストラ
イプ幅90μとすればl′の部分での回折による損失
は(1)式のlをl′で置き替え1/40以下に減少し、全
く無視しえる。l′を小さくすればそれだけ回折損
は減少するが、入射光の入射角が大きくなるた
め、ストライプ側面での反射による損失が大きく
なりまた極端な場合は励起光に対する屈曲率差に
よる閉じこめ効果が失われる。しかしレンズ等で
集光される入射光はいずれにしろ結晶内部で広が
るのでその広がり角程度の傾斜角θ≒W/l′を有
していても構わない。典型的な例としては、励起
光の結晶内部での広がり角は0.01程度であり、傾
斜部l′は50μ程度までは許される。
(Example 2) In Example 1, the Stokes light is a nearly parallel beam, but the intensity decreases at the entrance window and has an intensity distribution as shown in Figure 3. Since the light reaches the window, the loss from the entrance window becomes large. Therefore, the shape of the Raman active layer stripe viewed from above is made to have an inclination toward the entrance window as shown in FIG. 4, thereby reducing the effect of Stokes light reaching the entrance window by diffraction and being lost to the outside. In other words, Stokes light travels along the dotted line in the figure. As in Example 1, when the laser length is 4 mm, the active layer stripe width S is 85 μm, and the entrance window width W is 5 μm,
If the length l' of the sloped part is 100μ and the stripe width on the incident side is 90μ, the loss due to diffraction at the part l' will be reduced to less than 1/40 by replacing l in equation (1) with l'. It can be completely ignored. The smaller l′ reduces the diffraction loss, but since the angle of incidence of the incident light increases, the loss due to reflection on the stripe side increases, and in extreme cases, the confinement effect due to the difference in refractive index for the excitation light is lost. be exposed. However, since the incident light condensed by a lens or the like spreads inside the crystal, the inclination angle θ≈W/l' may be approximately the same as the spread angle. Typically, the spread angle of the excitation light inside the crystal is about 0.01, and the slope l' is allowed to be up to about 50μ.

(実施例 3) 第5図のaは上面図、bは入射側から見た端面
の図である。ラマン活性層3は幅Sのストライプ
状をしておりその上に活性層幅に等しいかそれ以
下の幅S′を持つ励起光導入層10を形成する。後
者はAlyGa1-yPなる層でありy<xである。
(Example 3) In FIG. 5, a is a top view, and b is an end view as seen from the incident side. The Raman active layer 3 has a stripe shape with a width S, and an excitation light introducing layer 10 having a width S' equal to or less than the active layer width is formed thereon. The latter is a layer of AlyGa 1- yP and y<x.

活性層、クラツド層、励起光導入層の屈折率を
それぞれn1,n2,n3とすればn1>n3>n2となり、
励起光は活性層全体に広がるがストークス光は活
性層のみに閉じこめられる。入射窓はb図の励起
光導入層の端面10そのものである。これは、蒸
着膜5の一部分11をフオトリソグラフイによつ
て除去することにより形成される。
If the refractive indices of the active layer, cladding layer, and excitation light introduction layer are n 1 , n 2 , and n 3 , respectively, then n 1 > n 3 > n 2 ,
The excitation light spreads throughout the active layer, but the Stokes light is confined only to the active layer. The entrance window is the end face 10 of the excitation light introduction layer shown in Figure b. This is formed by removing a portion 11 of the deposited film 5 by photolithography.

例としてx=0.15,y=0.1,AlyGa1-yP層の
幅2μ、厚み2μ、活性層の幅20μ〜50μである。励
起光導入層の長さは、共振器長全長にわたる必要
はない。すなわち、入射窓から入つた入射光は活
性層を含めた層全体に広がるので第6図のように
途中で狭くなり消失する構造にしてもよい。入射
窓の面積は4μm2だから約40mWの注入形CW半導
体レーザで励起することができる。
For example, x=0.15, y=0.1, the width of the AlyGa 1-y P layer is 2μ, the thickness is 2μ, and the width of the active layer is 20μ to 50μ. The length of the excitation light introduction layer does not need to span the entire length of the resonator. That is, since the incident light that enters through the entrance window spreads over the entire layer including the active layer, a structure may be adopted in which the light narrows in the middle and disappears as shown in FIG. Since the area of the entrance window is 4 μm 2 , it can be excited with an injection type CW semiconductor laser of approximately 40 mW.

(実施例 4) 活性層のストライプを全長4mmの途中の大部分
でテーパ部分を経て狭くし、入射端出力端付近の
み実施例2に示した寸法及び構造を有する。第7
図に示すストライプの上面図において広い部分の
ストライプ幅S1、狭い部分の平均的なストライプ
幅S2、長さl2とすれば狭い部分での励起光強度
が、従つてゲインがS1/S2倍になるから、実施例
3に比べて励起光パワは f=〔1+l2/l(S1/S2−1)〕-1 ……(2) で与えられるフアクターだけ小さくて済む。l=
4mm、l2=3mm、S1=85μ、S2=10μmとすればこ
のフアクタは0.15となり、必要な励起光パワは実
施例2の250mWに比べて38mWで済む。
(Example 4) The stripe of the active layer is narrowed through a tapered part in most of the middle part of the total length of 4 mm, and only the vicinity of the input end and output end has the dimensions and structure shown in Example 2. 7th
In the top view of the stripe shown in the figure, if the stripe width in the wide part is S 1 , the average stripe width in the narrow part is S 2 , and the length is l 2 , then the excitation light intensity in the narrow part is S 1 / Since S is doubled , the excitation light power can be reduced by a factor given by f=[1+l 2 /l(S 1 /S 2 -1)] -1 . . . (2) compared to Example 3. l=
4 mm, l 2 = 3 mm, S 1 = 85 μm, and S 2 = 10 μm, this factor becomes 0.15, and the required excitation light power is only 38 mW compared to 250 mW in the second embodiment.

テーパの形状はなだらかであれば任意でよい。
典型的な例としては、テーパ部分の長さはそれぞ
れ250μm、又幅の広い部分の長さもそれぞれ
250μmである。
The shape of the taper may be arbitrary as long as it is gentle.
Typically, the length of each tapered part is 250 μm, and the length of each wide part is 250 μm.
It is 250μm.

(実施例 5) 全く同様な構造のストライプは実施例3の構造
においても可能なことは言うまでもない。例えば
実施例3において活性層の幅S1を20μmとし狭い
部分を励起光導入層と同じ幅、即ちS2=2μmとす
れば、フアクタfは0.13となり、励起光パワは先
の40mWから5mWにまで低下させることができ
る。このようにストライプをテーパ状部分によつ
て狭くすることは、励起光パワを下げられるだけ
でなく端面近くでの光の強度が下げられ、光の強
電界による表面破壊現象を避けることができる。
(Example 5) It goes without saying that stripes having a completely similar structure are also possible in the structure of Example 3. For example, in Example 3, if the width S 1 of the active layer is 20 μm and the narrow part is the same width as the excitation light introduction layer, that is, S 2 = 2 μm, the factor f becomes 0.13, and the excitation light power increases from 40 mW to 5 mW. It can be lowered to By narrowing the stripes by the tapered portions in this way, not only can the power of the excitation light be lowered, but also the intensity of the light near the end face can be lowered, thereby making it possible to avoid the surface breakdown phenomenon caused by the strong electric field of the light.

(実施例 6) 以上はストライプの幅を狭くするのであるが、
もちろん第8図のように厚みを端面付近を除く部
分で徐々に狭くしてもよい。第8図は側面図であ
つて長さを縮めて模式的に表した。また両方を同
時に行なつてもよい。例えば実施例4において端
面近くでの厚みd1を5μとし、中央近くでの平均的
厚みd2を1μ、その部分の長さを3mm、全長を4mm
とすれば、フアクタfは(2)式と同様な式で与えら
れるから、0.25となり、必要な励起パワは実施例
4の38mWから9.5mWにまで減少する。
(Example 6) The above method narrows the width of the stripe, but
Of course, as shown in FIG. 8, the thickness may be gradually narrowed except for the vicinity of the end face. FIG. 8 is a side view and is schematically shown with its length shortened. Also, both may be performed at the same time. For example, in Example 4, the thickness d 1 near the end face is 5 μ, the average thickness d 2 near the center is 1 μ, the length of that part is 3 mm, and the total length is 4 mm.
Then, since the factor f is given by an equation similar to equation (2), it becomes 0.25, and the required excitation power decreases from 38 mW in Example 4 to 9.5 mW.

実施例1,2,4の製作方法は次のようなもの
である。
The manufacturing method of Examples 1, 2, and 4 is as follows.

GaP基板上に温度差法液相成長法により、不純
物無添加のAlxGa1-xP第一クラツド層及びGaP
活性層を成長する。次にGaP活性層上にリソグラ
フイ技術によりストライプ状レジスト膜を形成し
これをマスクとしてPCl3ガスによるリアクテイ
ブイオンエツチング(RIE)を行なう。
An impurity-free AlxGa 1- xP first cladding layer and GaP are grown on a GaP substrate by temperature difference liquid phase growth.
Grow the active layer. Next, a striped resist film is formed on the GaP active layer by lithography technology, and using this as a mask, reactive ion etching (RIE) is performed using PCl 3 gas.

PCl3ガスはGaPに対して特に有効である。こ
れによつてほぼ垂直に近く滑らかな側面が形成さ
れる。
PCl3 gas is particularly effective against GaP. This creates a nearly vertical and smooth side surface.

ラマンレーザのゲインは小さいので側面におい
て数%の散乱損失があつても閾値が決定的に増大
するがPCl3ガスによつてエツチングすれば側面
は充分に滑らかになり散乱損失は実質的に生じな
い。
Since the gain of a Raman laser is small, even if there is a scattering loss of several percent on the side surfaces, the threshold value will decisively increase, but if etched with PCl 3 gas, the side surfaces will be sufficiently smooth and no scattering loss will occur substantially.

活性層ストライプは2μから10μと比較的深く、
かつ光の散乱を生じないようにまた垂直に近くエ
ツチングする必要がある。PCl3ガスを対向電極
を有する真空チエンバに導き、約0.05Torrの圧
力で3.2MHz,1200Wの高周波電力を加えること
により1μm/minという高速でエツチングでき
る。エツチングマスクとしては通常のポジテイブ
ホトレジストでよい。ストライプ形成プロセス
後、同じ成長法によりAlxGa1-xP第二クラツド
層及びGaPバツフア層を成長する。
The active layer stripes are relatively deep, ranging from 2μ to 10μ.
In addition, it is necessary to perform near-vertical etching to prevent light scattering. Etching can be performed at a high speed of 1 μm/min by introducing PCl 3 gas into a vacuum chamber with opposing electrodes and applying high frequency power of 3.2 MHz and 1200 W at a pressure of approximately 0.05 Torr. An ordinary positive photoresist may be used as the etching mask. After the stripe formation process, an AlxGa 1-xP second cladding layer and a GaP buffer layer are grown using the same growth method.

実施例3,5の場合ははじめに第一クラツド
層、活性層、励起光導入層を成長する。次に励起
光導入層用のマスクによりこの層のみ先述のRIE
プロセスによりストライプを形成する。次に活性
層用のマスクを使い今度はレジスト膜を活性層の
幅に塗付し、同様のRIE行程を再度行なえばよ
い。その後第二クラツド層とバツフア層を成長す
る。
In Examples 3 and 5, the first cladding layer, active layer, and excitation light introduction layer are grown first. Next, using a mask for the excitation light introduction layer, only this layer can be subjected to RIE as described above.
The process forms stripes. Next, using the mask for the active layer, apply a resist film to the width of the active layer, and repeat the same RIE process. After that, a second cladding layer and a buffer layer are grown.

厚みを徐々に変化させる実施例6においては活
性層を成長後ストライプの中心近く3mmの長さの
部分に開口を有するレジスト膜を用いてこの部分
を1μの深さまでRIEプロセスでエツチングする。
次に新たに両側に100μ程度広い開口を有する即
ち開口幅3.2mmのレジスト膜を形成し再び1μエツ
チングする。順次同じように開口を広げてRIEプ
ロセスを4回行なえば狭い部分の厚みは1μとな
りテーパ部分の長さはそれぞれ300μとなる。2
度目のRIEではじめのエツチングによる段差は滑
らかになるがなお滑らかにするには通常のウエツ
トエツチングを最後に追加すればよい。
In Example 6, in which the thickness is gradually changed, after the active layer is grown, a resist film having an opening in a 3 mm long part near the center of the stripe is used, and this part is etched to a depth of 1 .mu.m by RIE process.
Next, a new resist film having openings about 100 .mu. wide on both sides, that is, opening width 3.2 mm, is formed and etched by 1 .mu.m again. If the RIE process is performed four times by sequentially widening the openings in the same way, the thickness of the narrow portion will be 1μ, and the length of each tapered portion will be 300μ. 2
The step caused by the first etching will be smoothed out by the second RIE, but if you want to make it even smoother, you can add regular wet etching at the end.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明の半導体ラマンレーザは、以上のような
構成よりなるものであり、従来のものに比し、は
るかに低いパワすなわち250mWから10mWある
のはそれ以下のパワを有するCWの励起用レーザ
で動作する。特にCW動作の注入形半導体レーザ
を励起レーザとして動作するので励起源を含めて
半導体で構成されたCW動作の半導体ラマンレー
ザが提供される。放電管や大型の電源を必要とし
ないので極めて長寿命で信頼性が高く小形であ
る。半導体ラマンレーザは光ヘテロダイン検波方
式及び遠赤外光波発生に及び非常に波長純度安定
度の高いキヤリア光波発生用に使用しえることは
本発明者が既に提案しているが、CW動作の比較
的低パワ注入形半導体レーザで動作するから現在
の光通信用注入形半導体レーザがそのまま使用で
き、光通信を超広帯域、即ち超多重化する手段を
提供するものであり、極めて産業上価値の高いも
のである。
The semiconductor Raman laser of the present invention has the above configuration, and operates with a CW excitation laser having a much lower power than conventional ones, that is, 250 mW to 10 mW or less. . In particular, since a CW operation injection type semiconductor laser is operated as an excitation laser, a CW operation semiconductor Raman laser including the excitation source is made of a semiconductor. Since it does not require a discharge tube or a large power source, it has an extremely long life, high reliability, and is compact. The present inventor has already proposed that semiconductor Raman lasers can be used for optical heterodyne detection, far-infrared light wave generation, and carrier light wave generation with extremely high wavelength purity stability. Since it operates with a power injection type semiconductor laser, current injection type semiconductor lasers for optical communication can be used as is, and it provides a means for ultra-wideband optical communication, that is, ultra-multiplexing, and is of extremely high industrial value. be.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の半導体ラマンレーザを示す図、
第2図乃至第8図は本発明にかかわる半導体ラマ
ンレーザの実施例の構造を示す図である。 1……GaP結晶基板、2……AlxGa1-xP第一
クラツド層、3……GaPラマン活性層、4……
AlxGa1-xP第二クラツド層、5……入射側高反
射率誘電体膜、6……出力側高反射率誘電体膜、
7……集光された入射励起光、8……入射窓、9
……GaP…バツフア層、10……励起光導波層、
11……誘電体膜の除去部。
Figure 1 shows a conventional semiconductor Raman laser;
FIGS. 2 to 8 are diagrams showing the structure of an embodiment of a semiconductor Raman laser according to the present invention. 1...GaP crystal substrate, 2...AlxGa 1-xP first cladding layer, 3...GaP Raman active layer, 4...
AlxGa 1-x P second cladding layer, 5... high reflectivity dielectric film on the input side, 6... high reflectance dielectric film on the output side,
7... Focused incident excitation light, 8... Incident window, 9
...GaP... buffer layer, 10... excitation light waveguide layer,
11...Dielectric film removed portion.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 GaP基板結晶上にエピタキシヤル成長により
形成されるAlxGa1-xPの第一クラツド層、前記
第一クラツド層の上にストライプ状に形成される
GaPのラマン活性層、前記ラマン活性層の上に形
成され前記ラマン活性層の上及びその側面を囲む
AlxGa1-xPの第二クラツド層とからなり対向す
る二つの端面に高い反射率を有する誘電体膜が形
成されており前記誘電体膜の一部分に、集光され
た励起光をラマン活性層に導入する入射窓が開け
られ入射窓から入射された励起光がクラツド層の
内側に閉じこめられて多重反射を行なうことによ
つてその強度が略々入射窓における強度に達し、
かつストークス光の入射窓からの損失が充分に小
さくなるように入射窓の面積が小さく設計された
ことを特徴とする半導体ラマンレーザ。 2 前記ラマン活性層のストライプが、入射窓の
近くで傾斜を持つことによつて入射窓からのスト
ークス光の損失を少なくしたことを特徴とする前
記特許請求の範囲第1項記載の半導体ラマンレー
ザ。 3 前記ラマン活性層に接して前記クラツド層の
内側に励起光導入層AlyGa1-yP層が設けられ、
ラマン活性層、クラツド層励起光導入層の屈曲率
をそれぞれn1,n2,n3としたときn1>n3>n2とな
ることを特徴とする前記特許請求の範囲第1項記
載の半導体ラマンレーザ。 4 前記ラマン活性層のストライプが、テーパ状
部分を経て少なくとも一部分狭くされたことを特
徴とする前記特許請求の範囲第1項乃至第3項の
いずれか一項に記載の半導体ラマンレーザ。 5 前記ラマン活性層のストライプがPCl3ガス
によるエツチングで形成されることを特徴とする
前記特許請求の範囲第1項乃至第4項のいずれか
一項に記載の半導体ラマンレーザ。
[Claims] 1. A first clad layer of AlxGa 1-x P formed by epitaxial growth on a GaP substrate crystal, and formed in a stripe shape on the first clad layer.
a Raman active layer of GaP, formed on the Raman active layer and surrounding the top and sides of the Raman active layer;
A dielectric film with a high reflectance is formed on two opposing end faces of the second cladding layer of AlxGa 1-x P, and a part of the dielectric film directs the focused excitation light to the Raman active layer. An entrance window is opened, and the excitation light incident through the entrance window is confined inside the cladding layer and undergoes multiple reflections, so that its intensity almost reaches the intensity at the entrance window.
A semiconductor Raman laser characterized in that the area of the entrance window is designed to be small so that the loss of Stokes light from the entrance window is sufficiently small. 2. The semiconductor Raman laser according to claim 1, wherein the stripes of the Raman active layer have an inclination near the entrance window to reduce loss of Stokes light from the entrance window. 3. An excitation light introducing layer AlyGa 1-y P layer is provided inside the cladding layer in contact with the Raman active layer,
Claim 1, characterized in that n 1 > n 3 > n 2 when the curvature indexes of the Raman active layer and the cladding layer excitation light introduction layer are n 1 , n 2 , and n 3 , respectively. semiconductor Raman laser. 4. The semiconductor Raman laser according to any one of claims 1 to 3, wherein the stripe of the Raman active layer is at least partially narrowed through a tapered portion. 5. The semiconductor Raman laser according to any one of claims 1 to 4, wherein the stripes of the Raman active layer are formed by etching with PCl 3 gas.
JP26229387A 1987-10-17 1987-10-17 Semiconductor raman laser Granted JPH01105589A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26229387A JPH01105589A (en) 1987-10-17 1987-10-17 Semiconductor raman laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP26229387A JPH01105589A (en) 1987-10-17 1987-10-17 Semiconductor raman laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01105589A JPH01105589A (en) 1989-04-24
JPH0477478B2 true JPH0477478B2 (en) 1992-12-08

Family

ID=17373771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP26229387A Granted JPH01105589A (en) 1987-10-17 1987-10-17 Semiconductor raman laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH01105589A (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2619717B2 (en) * 1989-05-25 1997-06-11 財団法人 半導体研究振興会 Light modulator
JP2639394B2 (en) * 1990-10-13 1997-08-13 科学技術振興事業団 Semiconductor Raman laser
JP2002124733A (en) * 2000-08-09 2002-04-26 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser diode
JPWO2007097228A1 (en) 2006-02-23 2009-07-09 日本板硝子株式会社 Waveguide type optical element
JP2018085468A (en) * 2016-11-25 2018-05-31 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor laser, light source unit and laser beam irradiation device
JP2021073725A (en) * 2021-02-02 2021-05-13 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor laser, light source unit, and laser beam irradiation device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH01105589A (en) 1989-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5337328A (en) Semiconductor laser with broad-area intra-cavity angled grating
US6118802A (en) Optically amplifying semiconductor diodes with curved waveguides for external cavities
US6873638B2 (en) Laser diode chip with waveguide
EP0624284B1 (en) Tapered semiconductor laser gain structure with cavity spoiling grooves
US8040928B2 (en) Semiconductor laser, method for generating laser beam and method for reducing a spectral line-width of laser beam
US5463647A (en) Broadband multi-wavelength narrow linewidth laser source using an electro-optic modulator
EP1243055B1 (en) Semiconductor laser element having a diverging region
JPS58155788A (en) Semiconductor laser
JPS6135587A (en) Self-aligned rib waveguide high power laser
JP4122386B2 (en) Terahertz wave generator or terahertz wave amplifier
JP4106210B2 (en) Optical semiconductor device
JPH0477478B2 (en)
JPH10125989A (en) Optical integrated device
US5555544A (en) Tapered semiconductor laser oscillator
JP4766775B2 (en) Terahertz light generation device and terahertz light generation method
JPH04154185A (en) Semiconductor laser
RU2197772C1 (en) Semiconductor laser with wide periodically sectionalized stripe contact
JPH0431195B2 (en)
JP2002031730A (en) Optical waveguide element and light emitting device
JPH03110885A (en) Distributed feedback semiconductor laser
US4849985A (en) Distributed feedback semiconductor laser device
JP2000252583A (en) Semiconductor laser and light wavelength converter
CN111525392B (en) A gain device and laser based on micro-nano structured semiconductor thin film
Suto et al. Semiconductor Raman laser with pump light wavelength in the 800 nm region
Izawa et al. Full-Range Tunable Operation of a CW Ti: Sapphire Laser with a Single Set of Extremely Broad-Band, Low-Loss Mirrors

Legal Events

Date Code Title Description
S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term