JPH0722211B2 - 複数空洞光デバイスおよびその応用 - Google Patents
複数空洞光デバイスおよびその応用Info
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- JPH0722211B2 JPH0722211B2 JP59501493A JP50149384A JPH0722211B2 JP H0722211 B2 JPH0722211 B2 JP H0722211B2 JP 59501493 A JP59501493 A JP 59501493A JP 50149384 A JP50149384 A JP 50149384A JP H0722211 B2 JPH0722211 B2 JP H0722211B2
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- laser
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- current
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/082—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression
- H01S3/0823—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
- H01S3/0826—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection using a diffraction grating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/1021—Coupled cavities
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
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- H—ELECTRICITY
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は半導体光デバイスに関し、特に空洞が適当にバ
イアスされたとき単一の縦モードで、かつ空洞の少くと
も１つを通る電流を調整することにより変化させ得る波
長を有する出力を例えば発生させる光結合された空洞を
有するデバイスに関する。本発明はまた前記デバイスの
光出力を安定化する手段に関し、更に新らしい通信シス
テムにおける前記デバイスの使用法についても述べる。
イアスされたとき単一の縦モードで、かつ空洞の少くと
も１つを通る電流を調整することにより変化させ得る波
長を有する出力を例えば発生させる光結合された空洞を
有するデバイスに関する。本発明はまた前記デバイスの
光出力を安定化する手段に関し、更に新らしい通信シス
テムにおける前記デバイスの使用法についても述べる。
発明の背景 光通信システムは典型例では光フアイバと呼ばれるガラ
ス伝送線路によつて互いに光学的に結合されている光源
および光検出器を使用している。このようなシステムで
一般に使用される光源は活性層（即ち電子と正孔の再結
合がその中で生じ、光放出の方向と垂直な方向に比較的
狭い寸法を有し、通常ストライプ形状を成している領
域）を有する半導体レーザ・ダイオードより成つてい
る。
ス伝送線路によつて互いに光学的に結合されている光源
および光検出器を使用している。このようなシステムで
一般に使用される光源は活性層（即ち電子と正孔の再結
合がその中で生じ、光放出の方向と垂直な方向に比較的
狭い寸法を有し、通常ストライプ形状を成している領
域）を有する半導体レーザ・ダイオードより成つてい
る。
データ速度の速い通信システムでは単一モードで動作す
る光源に相応する狭いスペクトル出力が望ましい。何故
ならば狭いスペクトル出力はグラス・フアイバの物質分
散と関連したパルスの広がりに起因する種々の問題を最
小化するからである。実際には複数モード光源からの単
一モード出力は単一の所望のモード（“主モード”）以
外のすべてのモード（“２次モード”）をなんとかして
抑圧することにより得られる。
る光源に相応する狭いスペクトル出力が望ましい。何故
ならば狭いスペクトル出力はグラス・フアイバの物質分
散と関連したパルスの広がりに起因する種々の問題を最
小化するからである。実際には複数モード光源からの単
一モード出力は単一の所望のモード（“主モード”）以
外のすべてのモード（“２次モード”）をなんとかして
抑圧することにより得られる。
半導体レーザ・ダイオードで単一波長動作を実現するた
めの１つの周知の方法は結合空洞構造を使用することで
ある。この型のデバイスは例えばコールドレン（Coldre
n）等の応用物理レターズ（Applied Physis Letter
s）、頁315〜317、1981年３月およびエレクトロニクス
レターズ（Electronics Letters）、第18巻、頁901〜
902、1982年10月14日に述べられている。コールドレン
（Coldren）のデバイスでは、レーザ・ダイオードの結
晶中に溝がエツチングされ、２つの別個の間の隔てられ
た光空洞が提供されており、２つの空洞はエツチングさ
れた溝の壁を通して光学的に結合されている。このデバ
イスは基本的には単一モード動作をするが、（所望の）
主モードと抑圧された（望んでいない）２次モードの強
度比は比較的小である。これが従来技術の結合空洞デバ
イスの１つの問題点である。
めの１つの周知の方法は結合空洞構造を使用することで
ある。この型のデバイスは例えばコールドレン（Coldre
n）等の応用物理レターズ（Applied Physis Letter
s）、頁315〜317、1981年３月およびエレクトロニクス
レターズ（Electronics Letters）、第18巻、頁901〜
902、1982年10月14日に述べられている。コールドレン
（Coldren）のデバイスでは、レーザ・ダイオードの結
晶中に溝がエツチングされ、２つの別個の間の隔てられ
た光空洞が提供されており、２つの空洞はエツチングさ
れた溝の壁を通して光学的に結合されている。このデバ
イスは基本的には単一モード動作をするが、（所望の）
主モードと抑圧された（望んでいない）２次モードの強
度比は比較的小である。これが従来技術の結合空洞デバ
イスの１つの問題点である。
他の問題点はこのデバイスの主モードの波長が経年およ
び動作パラメータ、特に温度の変動に対して安定でない
ことである。
び動作パラメータ、特に温度の変動に対して安定でない
ことである。
発明の要旨 本発明に従い２つのセクシヨンの劈開ミラー表面を通し
て光学的に結合された２つの間に隔てられた半導体レー
ザ・セクシヨンより成る複数空洞光デバイスが提供され
ている。デバイスの出力特性を選択するために２つのセ
クシヨンの屈折率を相対的に調整する手段が設けられて
いる。
て光学的に結合された２つの間に隔てられた半導体レー
ザ・セクシヨンより成る複数空洞光デバイスが提供され
ている。デバイスの出力特性を選択するために２つのセ
クシヨンの屈折率を相対的に調整する手段が設けられて
いる。
このデバイスを使用する際、デバイスからの出力を安定
化するために光出力の特性、例えば光出力の非線形性を
使用するフイードバツク装置が使用できる。
化するために光出力の特性、例えば光出力の非線形性を
使用するフイードバツク装置が使用できる。
また本発明に従うデバイスを新らしい周波数シフト・キ
ーイング（FSK）光通信システムで使用することに関し
ても述べている。
ーイング（FSK）光通信システムで使用することに関し
ても述べている。
図面の簡単な説明 第１図は本発明に従うデバイスの透視図、 第２図は本発明に従うデバイスの活性層を通る断面図、 第３〜６図は本発明に従うデバイスの製造過程を示す
図、 第７〜９図は本発明に従うデバイスの個々のダイオード
および光学的に結合された空洞の許容されたフアブリ・
ペロ（Fabry-Perot）モードを示す図、 第10図は本発明に従うデバイスのレーザ媒質およびレー
ザ・スペクトラムの利得特性を示す図、 第11図は波長を水平方向にプロツトし、光出力輝度を垂
直にプロツトし、異なる曲線は異なる経過時間（ns）に
対する出力を示すレーザ出力輝度を波長の関数として示
したもの、 第12図は波長を水平方向にプロツトし、出力を垂直方向
にプロツトし、異なる曲線は線上に示すようにレーザの
第２のセクシヨンを通る異なる電流に対する出力を示す
デバイスに対して得られた周波数同調を示す図、 第13〜14図は光論理デバイスに適している実施例を示す
図、 第15図は本発明の更に他の実施例の様式的表現図、 第16図は外部空洞中に配置された２つのダイオード・セ
クシヨンを有する本発明の一実施例の様式的表現図、 第17図は外部空洞中に配置された３つのダイオード・セ
クシヨンを有する本発明の更に他の実施例の様式的表現
図、 第18図は劈開・結合空洞レーザの変調電流をmAを単位と
して水平方向に、出力電力を任意の単位で垂直方向にプ
ロツトした図、 第19図は劈開・結合空洞レーザの変調電流をmAを単位と
して水平方向に、光出力の微分値を垂直方向にプロツト
した図、 第20図は本発明の一つの特徴に従う光送信器の様式的表
現図、 第21図は温度ならびにレーザ・ダイオード駆動電流の両
方が変動した場合の安定化を行わない場合（点線）と安
定化を行つた場合（実線）の劈開・結合空洞レーザの単
一モード動作レンジを示す図、 第22図は本発明の一つの特徴に従う周波数シフト・キー
イング（FSK）光通信システムの様式的表現図、 第23図は第22図に示すシステムで有用な再生ユニツトの
表現図である。
図、 第７〜９図は本発明に従うデバイスの個々のダイオード
および光学的に結合された空洞の許容されたフアブリ・
ペロ（Fabry-Perot）モードを示す図、 第10図は本発明に従うデバイスのレーザ媒質およびレー
ザ・スペクトラムの利得特性を示す図、 第11図は波長を水平方向にプロツトし、光出力輝度を垂
直にプロツトし、異なる曲線は異なる経過時間（ns）に
対する出力を示すレーザ出力輝度を波長の関数として示
したもの、 第12図は波長を水平方向にプロツトし、出力を垂直方向
にプロツトし、異なる曲線は線上に示すようにレーザの
第２のセクシヨンを通る異なる電流に対する出力を示す
デバイスに対して得られた周波数同調を示す図、 第13〜14図は光論理デバイスに適している実施例を示す
図、 第15図は本発明の更に他の実施例の様式的表現図、 第16図は外部空洞中に配置された２つのダイオード・セ
クシヨンを有する本発明の一実施例の様式的表現図、 第17図は外部空洞中に配置された３つのダイオード・セ
クシヨンを有する本発明の更に他の実施例の様式的表現
図、 第18図は劈開・結合空洞レーザの変調電流をmAを単位と
して水平方向に、出力電力を任意の単位で垂直方向にプ
ロツトした図、 第19図は劈開・結合空洞レーザの変調電流をmAを単位と
して水平方向に、光出力の微分値を垂直方向にプロツト
した図、 第20図は本発明の一つの特徴に従う光送信器の様式的表
現図、 第21図は温度ならびにレーザ・ダイオード駆動電流の両
方が変動した場合の安定化を行わない場合（点線）と安
定化を行つた場合（実線）の劈開・結合空洞レーザの単
一モード動作レンジを示す図、 第22図は本発明の一つの特徴に従う周波数シフト・キー
イング（FSK）光通信システムの様式的表現図、 第23図は第22図に示すシステムで有用な再生ユニツトの
表現図である。
詳細な説明 本発明の一実施例が第１図に透視図として示されてい
る。該デバイス１は第１のレーザ・ダイオード・セクシ
ヨン３、第２のレーザ・ダイオード・セクシヨン５およ
びセクシヨン３ならびに５に対する電気的接触子７およ
び９を含んでいる。セクシヨン３および５の活性層は夫
々11および13として示されている。ダイオード・セクシ
ヨンは基板15上に配置されている。ダイオード・セクシ
ヨン３および５は夫々長さL1およびL2を有しており、互
いに距離Ｓだけ離れている。図示の実施例中の２つのダ
イオード・セクシヨンのすべての４つの端の切子面は劈
開面であり、互いに平行しており、この劈開面は以下で
定義する“ミラー”を形成する。
る。該デバイス１は第１のレーザ・ダイオード・セクシ
ヨン３、第２のレーザ・ダイオード・セクシヨン５およ
びセクシヨン３ならびに５に対する電気的接触子７およ
び９を含んでいる。セクシヨン３および５の活性層は夫
々11および13として示されている。ダイオード・セクシ
ヨンは基板15上に配置されている。ダイオード・セクシ
ヨン３および５は夫々長さL1およびL2を有しており、互
いに距離Ｓだけ離れている。図示の実施例中の２つのダ
イオード・セクシヨンのすべての４つの端の切子面は劈
開面であり、互いに平行しており、この劈開面は以下で
定義する“ミラー”を形成する。
第１図の実施例の活性層を通る断面図が第２図に示され
ている。セクシヨン３は第１の層31、第１のクラツデイ
ング（claeeing）層32、活性層33、第２のクラツデイン
グ層34および層35より成るレーザ・ヘテロ構造を成して
いる。更に各セクシヨンの活性層と関連して、即ち活性
層と付随層の間にｐ−ｎ接合が存在する。電子と正孔の
再結合が生じる領域、即ち活性層は第１のバンドギヤツ
プ・エネルギーと第１の屈折率を有している。活性層は
マルチフイラメント・レーザ効果を生じさせないよう20
μｍ以下の電流が注入される横方向の幅（これは基板15
と平行で層11および13の軸を延長したものと垂直な関係
にある）を有している。クラツデイング層は第１のバン
ドギヤツプ・エネルギーより大きい第２のバンドギヤツ
プ・エネルギーと第１の屈折率より小さい第２の屈折率
を有している。従つてクラツデイング層は屈折率により
誘導されるこれらセクシヨンに対しキヤリアおよび光の
閉じ込めを提供する。セクシヨン３および５は共に基板
15上に配置されている。セクシヨン３および５は夫々電
極７および９によつて電気的に接触されている。更にセ
クシヨン３を通つて流れる電流をセクシヨン５の電流に
対して調整することを許容する可変抵抗73の如き回路素
子が存在する。基板15はセクシヨン３および５に対する
共通電気接触を形成している。すべての層はエピタキシ
ヤル成長され、互いにそして基板に対しほぼ格子整合し
ている。可変抵抗をセクシヨン５にも接続することは可
能である。更にここで述べたレーザ・ヘテロ構造以外の
レーザ・ヘテロ構造を使用することも出来るし、他の屈
折率により誘導される構造を使用することも出来る。更
に、セクシヨン３および５中の層の構造、物質、ドーピ
ングの型および濃度が異つていても良い。デバイス中に
ただ一つのレーザ・ダイオードがあることのみが必要で
ある。第２のセクシヨン、即ち変調器セクシヨンは動作
時にレーザ現象を起す必要はなく、ある実施例ではレー
ザ現象を起すことが出来なくても構わない。
ている。セクシヨン３は第１の層31、第１のクラツデイ
ング（claeeing）層32、活性層33、第２のクラツデイン
グ層34および層35より成るレーザ・ヘテロ構造を成して
いる。更に各セクシヨンの活性層と関連して、即ち活性
層と付随層の間にｐ−ｎ接合が存在する。電子と正孔の
再結合が生じる領域、即ち活性層は第１のバンドギヤツ
プ・エネルギーと第１の屈折率を有している。活性層は
マルチフイラメント・レーザ効果を生じさせないよう20
μｍ以下の電流が注入される横方向の幅（これは基板15
と平行で層11および13の軸を延長したものと垂直な関係
にある）を有している。クラツデイング層は第１のバン
ドギヤツプ・エネルギーより大きい第２のバンドギヤツ
プ・エネルギーと第１の屈折率より小さい第２の屈折率
を有している。従つてクラツデイング層は屈折率により
誘導されるこれらセクシヨンに対しキヤリアおよび光の
閉じ込めを提供する。セクシヨン３および５は共に基板
15上に配置されている。セクシヨン３および５は夫々電
極７および９によつて電気的に接触されている。更にセ
クシヨン３を通つて流れる電流をセクシヨン５の電流に
対して調整することを許容する可変抵抗73の如き回路素
子が存在する。基板15はセクシヨン３および５に対する
共通電気接触を形成している。すべての層はエピタキシ
ヤル成長され、互いにそして基板に対しほぼ格子整合し
ている。可変抵抗をセクシヨン５にも接続することは可
能である。更にここで述べたレーザ・ヘテロ構造以外の
レーザ・ヘテロ構造を使用することも出来るし、他の屈
折率により誘導される構造を使用することも出来る。更
に、セクシヨン３および５中の層の構造、物質、ドーピ
ングの型および濃度が異つていても良い。デバイス中に
ただ一つのレーザ・ダイオードがあることのみが必要で
ある。第２のセクシヨン、即ち変調器セクシヨンは動作
時にレーザ現象を起す必要はなく、ある実施例ではレー
ザ現象を起すことが出来なくても構わない。
各ダイオード・セクシヨンの活性層（11または13）はセ
クシヨン端ミラーの間にひろがつている光空洞を形成し
ている。またダイオード・セクシヨンの活性層は整列し
ている。即ちストライプ状の層は互いに共線を成すよう
配置されている。その結果２つの光空洞はセクシヨン間
のギヤツプを規定する面し合つたミラーを通して相互に
光学的に結合される。ギヤツプ間隔Ｓは小さく、典型例
では約10μｍ以下であるが、キヤリアのトンネル距離よ
り大であり、それによつてセクシヨン間の電気的絶縁が
提供される。このキヤリア・トンネル距離はInGaAsP中
の電子の場合約200Åである。本明細書中の“ミラー”
なる用語はレーザ技術に精通した者が通常使うのと同じ
意味で使用される。即ち放射の反射、この場合には部分
反射を表わす。“ミラー”は銀色にしたり、他の方法で
コーテイングする必要はないが、コーテイングされてい
ない劈開表面と空気の界面の例のように屈折率の差にの
み依存して部分反射を生じさせれば良い。
クシヨン端ミラーの間にひろがつている光空洞を形成し
ている。またダイオード・セクシヨンの活性層は整列し
ている。即ちストライプ状の層は互いに共線を成すよう
配置されている。その結果２つの光空洞はセクシヨン間
のギヤツプを規定する面し合つたミラーを通して相互に
光学的に結合される。ギヤツプ間隔Ｓは小さく、典型例
では約10μｍ以下であるが、キヤリアのトンネル距離よ
り大であり、それによつてセクシヨン間の電気的絶縁が
提供される。このキヤリア・トンネル距離はInGaAsP中
の電子の場合約200Åである。本明細書中の“ミラー”
なる用語はレーザ技術に精通した者が通常使うのと同じ
意味で使用される。即ち放射の反射、この場合には部分
反射を表わす。“ミラー”は銀色にしたり、他の方法で
コーテイングする必要はないが、コーテイングされてい
ない劈開表面と空気の界面の例のように屈折率の差にの
み依存して部分反射を生じさせれば良い。
層および基板の組成は重要ではなく、III−Ｖ群およびI
I−VI群の複合半導体から成る群の中から選択すれば良
い。これらの組成、例えばInGaAsPは放射波長が約1.1μ
ｍから約1.7μｍの波長レンジに入ることを許容する。
この波長レンジに入ることを許容する。この波長レンジ
は現在光通信用として最も関心が示されているレンジで
ある。該デバイスは更にセクシヨンの実効光学長を変化
させるために少くとも１つのセクシヨンの屈折率を変化
させる手段を含んでいる。その目的は後で述べるように
最も強い縦モードと抑圧された縦モードの比を増大させ
ることである。50またはそれ以上の比がこれによつて得
られる。屈折率を変化させる手段は例えば電流を調整す
る手段またはバイアスを調整する手段より成る。
I−VI群の複合半導体から成る群の中から選択すれば良
い。これらの組成、例えばInGaAsPは放射波長が約1.1μ
ｍから約1.7μｍの波長レンジに入ることを許容する。
この波長レンジに入ることを許容する。この波長レンジ
は現在光通信用として最も関心が示されているレンジで
ある。該デバイスは更にセクシヨンの実効光学長を変化
させるために少くとも１つのセクシヨンの屈折率を変化
させる手段を含んでいる。その目的は後で述べるように
最も強い縦モードと抑圧された縦モードの比を増大させ
ることである。50またはそれ以上の比がこれによつて得
られる。屈折率を変化させる手段は例えば電流を調整す
る手段またはバイアスを調整する手段より成る。
先に指摘した如く、種々の物質より成る異なる形状の複
数空洞デバイス（このようなデバイスは従来から知られ
ている。）を使用することが出来る。しかし、本発明の
一つの特徴に従い、空洞のミラー表面、特にそこを通し
て光結合が行なわれるミラー表面は劈開表面（即ち周知
の劈開技法により形成された表面）である。劈開表面の
利点は現在知られているエツチング技法により得られる
表面より秀れた光学特性を有しており、本発明に従つて
この劈開表面を使用するデバイスは以下で述べるように
従来の複数空洞デバイスと比べてずつと大きな１次モー
ドと２次モードの強度比を与えるよう形成できる点にあ
る。
数空洞デバイス（このようなデバイスは従来から知られ
ている。）を使用することが出来る。しかし、本発明の
一つの特徴に従い、空洞のミラー表面、特にそこを通し
て光結合が行なわれるミラー表面は劈開表面（即ち周知
の劈開技法により形成された表面）である。劈開表面の
利点は現在知られているエツチング技法により得られる
表面より秀れた光学特性を有しており、本発明に従つて
この劈開表面を使用するデバイスは以下で述べるように
従来の複数空洞デバイスと比べてずつと大きな１次モー
ドと２次モードの強度比を与えるよう形成できる点にあ
る。
第３〜６図は本発明に従う単一構造から結合された空洞
を含むデバイスを形成する方法例を示すものである。第
３図は標準半導体レーザ・ウエーハ101を示す図であつ
て、複数個の活性層、即ちストライプ110と例えば電気
プレート技術、即ち蒸着によつて形成された複数個の金
のパツド170を有している。例えば埋込みヘテロ構造、
埋込みクレセント・ヘテロ構造、リツジ導波レーザ等と
呼ばれる他の従来の周知の活性層および隣接層より成る
装置を使用することが出来る。所望の層は分子ビームま
たは液相エピタキシの如き周知の成長技法によつて基板
上に形成される。実際には存在するのであるが、基板も
各種層（第２図に示す）も第３〜６図中には示されてい
ない。絶縁された厚い金のパツドは好ましくは形成され
る個々のダイオードとほぼ同じ大きさであつて、完成し
たデバイスがパツケージ中にどのように組み込むかに依
存してウエーハのいずれかの側に電気的に形成される。
ウエーハに粘着するならば金以外の金属を使用しても良
いし、塑性変形させても良い。既知の劈開手順がａおよ
びｂで示す位置に適用される。ａで示される位置ではウ
エーハ・セクシヨンは金のパツドと接触していないので
これらウエーハ・セクシヨンは互いに分離する。しか
し、ｂで示される位置では金のパツドが存在するために
隣接した劈開セクシヨンは結合した状態に保持される。
abおよびbaの長さはさ程重要でなく、要求に応じて選択
できる。第４図はその結果得られた構造を示す。金のパ
ツドによつて尚結合した状態に保持されている個々のダ
イオード対70は位置ｃに沿つてのこぎりで切ることによ
り互いに分離される。その結果得られるレーザ・ダイオ
ード・セクシヨンの単一対が第５図に示されているが、
図から分るように２つの空洞は精確に自己整列してお
り、極めて密に光学結合（Fabry-Perot）している。空
洞のミラーは劈開表面によつて形成されている。
を含むデバイスを形成する方法例を示すものである。第
３図は標準半導体レーザ・ウエーハ101を示す図であつ
て、複数個の活性層、即ちストライプ110と例えば電気
プレート技術、即ち蒸着によつて形成された複数個の金
のパツド170を有している。例えば埋込みヘテロ構造、
埋込みクレセント・ヘテロ構造、リツジ導波レーザ等と
呼ばれる他の従来の周知の活性層および隣接層より成る
装置を使用することが出来る。所望の層は分子ビームま
たは液相エピタキシの如き周知の成長技法によつて基板
上に形成される。実際には存在するのであるが、基板も
各種層（第２図に示す）も第３〜６図中には示されてい
ない。絶縁された厚い金のパツドは好ましくは形成され
る個々のダイオードとほぼ同じ大きさであつて、完成し
たデバイスがパツケージ中にどのように組み込むかに依
存してウエーハのいずれかの側に電気的に形成される。
ウエーハに粘着するならば金以外の金属を使用しても良
いし、塑性変形させても良い。既知の劈開手順がａおよ
びｂで示す位置に適用される。ａで示される位置ではウ
エーハ・セクシヨンは金のパツドと接触していないので
これらウエーハ・セクシヨンは互いに分離する。しか
し、ｂで示される位置では金のパツドが存在するために
隣接した劈開セクシヨンは結合した状態に保持される。
abおよびbaの長さはさ程重要でなく、要求に応じて選択
できる。第４図はその結果得られた構造を示す。金のパ
ツドによつて尚結合した状態に保持されている個々のダ
イオード対70は位置ｃに沿つてのこぎりで切ることによ
り互いに分離される。その結果得られるレーザ・ダイオ
ード・セクシヨンの単一対が第５図に示されているが、
図から分るように２つの空洞は精確に自己整列してお
り、極めて密に光学結合（Fabry-Perot）している。空
洞のミラーは劈開表面によつて形成されている。
結合された空洞の典型的な隔りは約１μｍである。パツ
ドによりリンクされた構造に対しより大きな隔りが要求
される場合には金のパツドを蝶番として使用して２つの
フアブリ・ペロ（Fabry-Perot）ダイオードを動かし、
それによつてパツドを物理的に変形（伸長）させること
によつて容易に実現される。このプロセスは第６図に示
されており、矢印は２つの空洞71と91の相対運動を表わ
している。隔りの精度はそれ程重要ではないが、キヤリ
アのトンネル距離より大で、約10μｍより小である必要
がある。もちろん最後にミラー面が互いに平行となり、
それによつて活性ストライプが互いに整列するように移
動する必要がある。放射の角度分布は空洞を光学的に結
合するのに十分な程広いのでミラー面は精確に互いに平
行状態にある必要はない。しかしセクシヨン間の電気的
絶縁が望まれるのでミラー面は互いに接触してはいけな
い。更にフアブリ・ペロ（Fabry-Perot）ダイオードは
互いにわずかにねじれており、活性ストライプはねじれ
軸を形成する。このねじれは横モードのフイルタ効果、
即ちある種の横モードは抑圧される。
ドによりリンクされた構造に対しより大きな隔りが要求
される場合には金のパツドを蝶番として使用して２つの
フアブリ・ペロ（Fabry-Perot）ダイオードを動かし、
それによつてパツドを物理的に変形（伸長）させること
によつて容易に実現される。このプロセスは第６図に示
されており、矢印は２つの空洞71と91の相対運動を表わ
している。隔りの精度はそれ程重要ではないが、キヤリ
アのトンネル距離より大で、約10μｍより小である必要
がある。もちろん最後にミラー面が互いに平行となり、
それによつて活性ストライプが互いに整列するように移
動する必要がある。放射の角度分布は空洞を光学的に結
合するのに十分な程広いのでミラー面は精確に互いに平
行状態にある必要はない。しかしセクシヨン間の電気的
絶縁が望まれるのでミラー面は互いに接触してはいけな
い。更にフアブリ・ペロ（Fabry-Perot）ダイオードは
互いにわずかにねじれており、活性ストライプはねじれ
軸を形成する。このねじれは横モードのフイルタ効果、
即ちある種の横モードは抑圧される。
デバイスを完成させるために、金のパツドによつて蝶番
によつて結合されている２つのフアブリ・ペロ（Fabry-
Perot）ダイオードは金のプレートを有する銅の如き熱
シンクに接着される。次いで別個の電気接続が各ダイオ
ードに形成される。
によつて結合されている２つのフアブリ・ペロ（Fabry-
Perot）ダイオードは金のプレートを有する銅の如き熱
シンクに接着される。次いで別個の電気接続が各ダイオ
ードに形成される。
金のボンデイング・パツドの使用は必須ではない。例え
ばレーザ・ダイオード・セクシヨンはボンデイング・パ
ツドの無い標準のウエーハを劈開し、次いで熱シンク上
にダイオードを相互に位置させてボンデイングすること
によつて形成し得る。しかし、金のパツドを使用すると
活性ストライプの相互位置関係を比較的正確に決定でき
る。
ばレーザ・ダイオード・セクシヨンはボンデイング・パ
ツドの無い標準のウエーハを劈開し、次いで熱シンク上
にダイオードを相互に位置させてボンデイングすること
によつて形成し得る。しかし、金のパツドを使用すると
活性ストライプの相互位置関係を比較的正確に決定でき
る。
本発明に従うデバイスの動作は第７〜10図を参照するこ
とにより、より良く理解されよう。レーザ・ダイオード
・セクシヨン１および２に対し許容されたフアブリ・ペ
ロ（Fabry-Perot）モードが第７および８図の実線によ
つて夫々示されている。（この点での議論では点線は無
視出来る。）各々の活性ストライプ中の伝播モードは、
たとえストライプが同じ幾何学的形状、大きさおよび物
質組成を有していても異なる実効屈折率Neffを有し得
る。これはNeffが活性ストライプ中のキヤリア密度の関
係であり、キヤリア密度は例えば接合電圧が飽和してい
ない場合閾値以下の注入電流の関数だからである。この
ようにして、１つのセクシヨンを流れる電流を変化させ
ると、第１および第２のセクシヨンの屈折率を相対的に
調整することが出来る。両方のセクシヨンを流れる電流
は別々に変えることが出来る。もちろん各空洞中のスト
ライプの大きさは一般に異なる。従つて２つの空洞のフ
アブリ・ペロ（Fabry-Perot）モード間隔は異なり、ほ
ぼ次式で与えられる。即ち空洞１に対し、 Δλ１λ０ ２/2Neff1L1 （３） 空洞２に対し Δλ２λ０ ２/2Neff2L2 （４） ２つの空洞は互いに光学的に結合されており、スペクト
ル的に一致する各空洞からのフアブリ・ペロ（Fabry-Pe
rot）モードは相加的に干渉し、結合空洞共振器の増強
されたフアブリ・ペロ（Fabry-Perot）モードとなるの
に対し、他のモードは相殺的に干渉し、抑圧される。結
合した空洞に対する許容されたモードが第９図の実線で
示されており、スペクトル的な隔りΛによつて互いに隔
てられている。増強されたモードのスペクトル間隔は第
９図から分るように元の個々のフアブリ・ペロ（Fabry-
Perot）モードの間隔のいずれよりもずつと大であり、N
eff1L1とNeff2L2の差に依存している。間隔Λは近似式
Λ＝λ０ ２/2|Neff1L1−Neff2L2｜で与えられる。ここ
でΔλ１はほぼΔλ２に等しいものと仮定している。従
つて利得の最大値の近傍（利得特性は第10図の上側の曲
線で示されている。）の増強されたモードに対しては正
規利得オール・オフは第10図に示すように隣接した増強
されたモードを抑圧するのに十分である。（第10図にお
いて実線は結果として得られるレーザ・モード・スペク
トラムを示している。）このように例えばセクシヨンを
通る電流を変化させることにより２つのセクシヨンの屈
折率を相対的に変化させることによつて１次モード（即
ち最も強いモード）と抑圧されたモードの強度比が少く
とも約50となるような単一モード動作が生じる。１方ま
た両方のセクシヨンに対するNeffは所望の出力を得るた
めに変化させ得ることを理解されたい。いずれのセクシ
ヨンもレーザ効果の生じる閾値より上で動作する。ある
いは第１のセクシヨンは閾値以上で動作し、第２、即ち
変調器セクシヨンは閾値以下で動作しても良い。
とにより、より良く理解されよう。レーザ・ダイオード
・セクシヨン１および２に対し許容されたフアブリ・ペ
ロ（Fabry-Perot）モードが第７および８図の実線によ
つて夫々示されている。（この点での議論では点線は無
視出来る。）各々の活性ストライプ中の伝播モードは、
たとえストライプが同じ幾何学的形状、大きさおよび物
質組成を有していても異なる実効屈折率Neffを有し得
る。これはNeffが活性ストライプ中のキヤリア密度の関
係であり、キヤリア密度は例えば接合電圧が飽和してい
ない場合閾値以下の注入電流の関数だからである。この
ようにして、１つのセクシヨンを流れる電流を変化させ
ると、第１および第２のセクシヨンの屈折率を相対的に
調整することが出来る。両方のセクシヨンを流れる電流
は別々に変えることが出来る。もちろん各空洞中のスト
ライプの大きさは一般に異なる。従つて２つの空洞のフ
アブリ・ペロ（Fabry-Perot）モード間隔は異なり、ほ
ぼ次式で与えられる。即ち空洞１に対し、 Δλ１λ０ ２/2Neff1L1 （３） 空洞２に対し Δλ２λ０ ２/2Neff2L2 （４） ２つの空洞は互いに光学的に結合されており、スペクト
ル的に一致する各空洞からのフアブリ・ペロ（Fabry-Pe
rot）モードは相加的に干渉し、結合空洞共振器の増強
されたフアブリ・ペロ（Fabry-Perot）モードとなるの
に対し、他のモードは相殺的に干渉し、抑圧される。結
合した空洞に対する許容されたモードが第９図の実線で
示されており、スペクトル的な隔りΛによつて互いに隔
てられている。増強されたモードのスペクトル間隔は第
９図から分るように元の個々のフアブリ・ペロ（Fabry-
Perot）モードの間隔のいずれよりもずつと大であり、N
eff1L1とNeff2L2の差に依存している。間隔Λは近似式
Λ＝λ０ ２/2|Neff1L1−Neff2L2｜で与えられる。ここ
でΔλ１はほぼΔλ２に等しいものと仮定している。従
つて利得の最大値の近傍（利得特性は第10図の上側の曲
線で示されている。）の増強されたモードに対しては正
規利得オール・オフは第10図に示すように隣接した増強
されたモードを抑圧するのに十分である。（第10図にお
いて実線は結果として得られるレーザ・モード・スペク
トラムを示している。）このように例えばセクシヨンを
通る電流を変化させることにより２つのセクシヨンの屈
折率を相対的に変化させることによつて１次モード（即
ち最も強いモード）と抑圧されたモードの強度比が少く
とも約50となるような単一モード動作が生じる。１方ま
た両方のセクシヨンに対するNeffは所望の出力を得るた
めに変化させ得ることを理解されたい。いずれのセクシ
ヨンもレーザ効果の生じる閾値より上で動作する。ある
いは第１のセクシヨンは閾値以上で動作し、第２、即ち
変調器セクシヨンは閾値以下で動作しても良い。
大きい強度（振幅）を有する１次モードを得るのに重要
なことは第７および８図に示すように各空洞によつて発
生される個々のモードが極めて狭いこと、即ち基本的に
は単一波長であることである。このようにして相加的に
干渉するモードは鋭利に規定され、組合わされるモード
のエネルギーを有効に使用して強度の強い、幅の狭い１
次モードが提供される。これが従来技術（例えばコール
ドレン,Coldren等の論文）に従うエツチングされた表面
を使用する場合と比べて高い光学的品質を有する劈開表
面を使用することの直接的結果である。（現状の光学品
質を有する）エツチングされた表面を用いたのでは空洞
の個々のモードはそれほど鋭利には規定されず、その結
果得られる１次モードは本発明に従うデバイスから得ら
れる１次モードより幅が広く、強度も低い。
なことは第７および８図に示すように各空洞によつて発
生される個々のモードが極めて狭いこと、即ち基本的に
は単一波長であることである。このようにして相加的に
干渉するモードは鋭利に規定され、組合わされるモード
のエネルギーを有効に使用して強度の強い、幅の狭い１
次モードが提供される。これが従来技術（例えばコール
ドレン,Coldren等の論文）に従うエツチングされた表面
を使用する場合と比べて高い光学的品質を有する劈開表
面を使用することの直接的結果である。（現状の光学品
質を有する）エツチングされた表面を用いたのでは空洞
の個々のモードはそれほど鋭利には規定されず、その結
果得られる１次モードは本発明に従うデバイスから得ら
れる１次モードより幅が広く、強度も低い。
前述の結合空洞型のInGaAsP埋込みクレセント・レーザ
の時間分解された過渡モード・スペクトラムが第11図に
示されている。この第11図では波長が水平方向に、レー
ザ出力電力強度が垂直方向にプロツトされている。スペ
クトラムは種々の経過時間に対し個々の曲線によつて示
されており、経過時間は各曲線上に示されている。レー
ザはエレクトロニクス レターズ（Electronics Letter
s）、第18巻、頁95−96、1982年に述べられているよう
なInGaAsP埋込みクレセント・レーザである。第１のダ
イオードは1nsecの立上り時間を有する28mA、20nsecの
パルスが加えられた。結合されたダイオードの光学出力
は第２のダイオードから検出された。経過時間は電気パ
ルスを第２のダイオードに印加することにより生じる光
パルスの開始時点から測定される。第１のダイオードは
また直流あるいは直流とパルス電流を重畳したものでバ
イアスすることが出来る。第２のダイオードはまた直流
とパルス電流を重畳したものでバイアスしてもよい。第
11図のスペクトラムから光学パルスの開始時点では出力
電力は単一の縦モードに集中しており、高速度の電流パ
ルスでバイアスされたとき同じ縦モードに留まることは
明らかである。
の時間分解された過渡モード・スペクトラムが第11図に
示されている。この第11図では波長が水平方向に、レー
ザ出力電力強度が垂直方向にプロツトされている。スペ
クトラムは種々の経過時間に対し個々の曲線によつて示
されており、経過時間は各曲線上に示されている。レー
ザはエレクトロニクス レターズ（Electronics Letter
s）、第18巻、頁95−96、1982年に述べられているよう
なInGaAsP埋込みクレセント・レーザである。第１のダ
イオードは1nsecの立上り時間を有する28mA、20nsecの
パルスが加えられた。結合されたダイオードの光学出力
は第２のダイオードから検出された。経過時間は電気パ
ルスを第２のダイオードに印加することにより生じる光
パルスの開始時点から測定される。第１のダイオードは
また直流あるいは直流とパルス電流を重畳したものでバ
イアスすることが出来る。第２のダイオードはまた直流
とパルス電流を重畳したものでバイアスしてもよい。第
11図のスペクトラムから光学パルスの開始時点では出力
電力は単一の縦モードに集中しており、高速度の電流パ
ルスでバイアスされたとき同じ縦モードに留まることは
明らかである。
また本発明の装置でどのようにして比較的広いレンジの
直接周波数変調が達成されるかを理解することが出来よ
う。第１のレーザ・ダイオードがレーザ現象を起す閾値
より上の注入電流レベルI1でバイアスされており、該ダ
イオードは従つてレーザとして動作するものと仮定す
る。また第２のレーザ・ダイオードは閾値以下の電流I2
でバイアスされており、従つて該ダイオードはエタロン
２として振舞うものと仮定する。これらの動作条件の下
では、モード・スペクトラムは第７〜10図の実線で示さ
れている。しかし、I2がI2′なる値に増加され、I1は一
定に保たれると、第２のレーザ・ダイオード・セクシヨ
ンの活性ストライプ中のキヤリア密度も結果として生じ
る変化に応じて実効屈折率はNeff2からNeff2′に減少す
る。その結果レーザ２のモードはδλだけ波長が短くな
る方向にシフトする。第８図の点線はレーザ２の新しく
許容されたフアブリ・ペロ（Fabry-Perot）モードを示
す。電流、従つて屈折率の変化の結果として元々一致し
ていたレーザ１およびエタロン２からのフアブリ・ペロ
（Fabry-Perot）モードは不一致となり、より短い波長
側の隣接モードは一致し、増強される。これが第９図の
点線で示されている。従つて短い波長の方向にレーザの
１フアブリ・ペロ（Fabry-Perot）モード間隔Δλ１分
だけのシフトが生じる。次に隣接したモードを整列する
ようシフトさせるのに必要なNeff2の変化は小さいの
で、大きな周波数変調を得るのにI2をほんのわずかだけ
変化をさせれば良い。第10図の点線はI2が変更された後
の結果として得られるレーザ・モード・スペクトラムを
示す。
直接周波数変調が達成されるかを理解することが出来よ
う。第１のレーザ・ダイオードがレーザ現象を起す閾値
より上の注入電流レベルI1でバイアスされており、該ダ
イオードは従つてレーザとして動作するものと仮定す
る。また第２のレーザ・ダイオードは閾値以下の電流I2
でバイアスされており、従つて該ダイオードはエタロン
２として振舞うものと仮定する。これらの動作条件の下
では、モード・スペクトラムは第７〜10図の実線で示さ
れている。しかし、I2がI2′なる値に増加され、I1は一
定に保たれると、第２のレーザ・ダイオード・セクシヨ
ンの活性ストライプ中のキヤリア密度も結果として生じ
る変化に応じて実効屈折率はNeff2からNeff2′に減少す
る。その結果レーザ２のモードはδλだけ波長が短くな
る方向にシフトする。第８図の点線はレーザ２の新しく
許容されたフアブリ・ペロ（Fabry-Perot）モードを示
す。電流、従つて屈折率の変化の結果として元々一致し
ていたレーザ１およびエタロン２からのフアブリ・ペロ
（Fabry-Perot）モードは不一致となり、より短い波長
側の隣接モードは一致し、増強される。これが第９図の
点線で示されている。従つて短い波長の方向にレーザの
１フアブリ・ペロ（Fabry-Perot）モード間隔Δλ１分
だけのシフトが生じる。次に隣接したモードを整列する
ようシフトさせるのに必要なNeff2の変化は小さいの
で、大きな周波数変調を得るのにI2をほんのわずかだけ
変化をさせれば良い。第10図の点線はI2が変更された後
の結果として得られるレーザ・モード・スペクトラムを
示す。
第２のレーザ・ダイオードを閾値より上の電流でバイア
スし、かつI2を変化させることにより周波数シフトを実
行することもまた可能である。これは第２のレーザ・ダ
イオードを閾値において、および閾値より上のレベルに
おいて活性ストライプ中のキヤリア密度が一定値に留ま
らないように設計することにより可能となる。即ち閾値
において、およびそれより上のレベルにおいて、活性ス
トライプ中に注入された付加的キヤリアは、すべては励
起放出を生じさせず、その一部はキヤルア密度を増加さ
せることに寄与を続け、従つてNeff2の変化を生じさせ
ることを続ける。このようなレーザ・ダイオードは例え
ば活性ストライプに不均一な物質特性を持たせることに
より形成することが出来る。
スし、かつI2を変化させることにより周波数シフトを実
行することもまた可能である。これは第２のレーザ・ダ
イオードを閾値において、および閾値より上のレベルに
おいて活性ストライプ中のキヤリア密度が一定値に留ま
らないように設計することにより可能となる。即ち閾値
において、およびそれより上のレベルにおいて、活性ス
トライプ中に注入された付加的キヤリアは、すべては励
起放出を生じさせず、その一部はキヤルア密度を増加さ
せることに寄与を続け、従つてNeff2の変化を生じさせ
ることを続ける。このようなレーザ・ダイオードは例え
ば活性ストライプに不均一な物質特性を持たせることに
より形成することが出来る。
周波数シフトの大きさは第１のレーザの少くとも１フア
ブリ・ペロ（Fabry-Perot）モード間隔跳躍させること
が必要なために極めて大となる。これは約1.3μｍで動
作している約135μｍのInGaAsP空洞に対して約15Åであ
る。約1.5μｍで動作している約135μｍのInGaAsP空洞
に対してはこれは約20Åである。I2を更に増加させる
と、結合された空洞のレーザ・モードは第１のレーザの
次のフアブリ・ペロ（Fabry-Perot）モードにシフトす
る。この機構により極めて大きな周波数同調速度（例え
ば10Å/mA）と極めて広い周波数同調レンジが得られ
る。このレンジは典型例では約150Åより大である利得
特性のスペクトラム幅の少くとも半分である。活性スト
ライプ中のキヤリア密度が接合電圧が一定値に留まらな
いためにレーザ閾値を超えて増加し続けると、レーザ閾
値を超して周波数同調が得られる。周波数同調に加え
て、高速度の直接周波数変調の下でもレーザはまた極め
て高い安定度の単一縦モードで動作することに注意され
たい。
ブリ・ペロ（Fabry-Perot）モード間隔跳躍させること
が必要なために極めて大となる。これは約1.3μｍで動
作している約135μｍのInGaAsP空洞に対して約15Åであ
る。約1.5μｍで動作している約135μｍのInGaAsP空洞
に対してはこれは約20Åである。I2を更に増加させる
と、結合された空洞のレーザ・モードは第１のレーザの
次のフアブリ・ペロ（Fabry-Perot）モードにシフトす
る。この機構により極めて大きな周波数同調速度（例え
ば10Å/mA）と極めて広い周波数同調レンジが得られ
る。このレンジは典型例では約150Åより大である利得
特性のスペクトラム幅の少くとも半分である。活性スト
ライプ中のキヤリア密度が接合電圧が一定値に留まらな
いためにレーザ閾値を超えて増加し続けると、レーザ閾
値を超して周波数同調が得られる。周波数同調に加え
て、高速度の直接周波数変調の下でもレーザはまた極め
て高い安定度の単一縦モードで動作することに注意され
たい。
第12図は第２、即ち変調器レーザ・ダイオード・セクシ
ヨンに加えられた異なる電流レベルにより得られた種々
のスペクトルを示している。レーザはエレクトロニクス
レターズ（Electronics Letters）、第18巻、頁95−9
6、1982年で述べられているようなInGaAsP埋込みクレセ
ント・レーザである。第２のダイオードを流れる電流の
大きさを変えたときの波長が垂直方向にプロツトされて
いる。第１のレーザ・ダイオードは500nsecの幅の48mA
の電流パルスでバイアスされている。この値は第２のダ
イオードに電流が加えられていないときのダイオードの
閾値の約1.3倍である。第２のダイオードだけの電流閾
値は約46mAである。第２のレーザ・ダイオードは閾値以
下、例えば30mAの振幅と700nsecの幅を有する電流パル
スでバイアスされている。異なる電流パルス振幅は第12
図に示すように異なつた波長のレーザ出力放射を発生す
る。電流パルスに加えて直流をダイオードのいずれか一
方または両方に加え得ることを理解されたい。第12図の
出力曲線から約150Åの波長シフトに相応する周波数シ
フトが、第２のレーザ・ダイオード・セクシヨンを流れ
る電流が6.0mAから25.0mAに変化するときに、得られる
ことは明らかである。
ヨンに加えられた異なる電流レベルにより得られた種々
のスペクトルを示している。レーザはエレクトロニクス
レターズ（Electronics Letters）、第18巻、頁95−9
6、1982年で述べられているようなInGaAsP埋込みクレセ
ント・レーザである。第２のダイオードを流れる電流の
大きさを変えたときの波長が垂直方向にプロツトされて
いる。第１のレーザ・ダイオードは500nsecの幅の48mA
の電流パルスでバイアスされている。この値は第２のダ
イオードに電流が加えられていないときのダイオードの
閾値の約1.3倍である。第２のダイオードだけの電流閾
値は約46mAである。第２のレーザ・ダイオードは閾値以
下、例えば30mAの振幅と700nsecの幅を有する電流パル
スでバイアスされている。異なる電流パルス振幅は第12
図に示すように異なつた波長のレーザ出力放射を発生す
る。電流パルスに加えて直流をダイオードのいずれか一
方または両方に加え得ることを理解されたい。第12図の
出力曲線から約150Åの波長シフトに相応する周波数シ
フトが、第２のレーザ・ダイオード・セクシヨンを流れ
る電流が6.0mAから25.0mAに変化するときに、得られる
ことは明らかである。
本発明に従うデバイスはまた論理操作を光学的に実行す
るのにも使用することが出来る。この実施例中の論理デ
バイスは好ましくは電気入力信号に対して作用して光出
力信号を発生させる。これは光入力に対して作用して光
出力を発生する光学的に双安定なデバイスと対照的であ
る。
るのにも使用することが出来る。この実施例中の論理デ
バイスは好ましくは電気入力信号に対して作用して光出
力信号を発生させる。これは光入力に対して作用して光
出力を発生する光学的に双安定なデバイスと対照的であ
る。
第13および14図は光論理回路に適した実施例の概念図で
ある。第13図には第１のレーザ空洞70、第２のレーザ空
洞90、回折格子60および検出器D1、D2が示されている。
回折格子69は周知の如く複数の波長を有する放射を個々
の波長成分に分離する。回折格子60は波長λ１またはλ
２の放射が検出器D2によつて検出されるように矢印で示
す如く回転出来る。検出器D1は波長λ１およびλ２の放
射に感応する。第14図に示す実施例は光検出器D3を更に
含むこと、回折格子60は回転はしないが波長λ１および
λ２の放射を検出器D2およびD3に夫々向ける点を除いて
第13図の実施例と類似している。検出器D2およびD3は夫
々波長λ１およびλ２の放射に感応する。２つ以上の異
なる波長を発生することもまた可能であり、検出装置は
これら付加的な波長を検出するよう修正できる。いずれ
の実施例にあつても空洞70および90には電流IAおよびIB
が夫々流れている。これら空洞は第１および２図のレー
ザ・ダイオード・セクシヨン３および５に相応する。
ある。第13図には第１のレーザ空洞70、第２のレーザ空
洞90、回折格子60および検出器D1、D2が示されている。
回折格子69は周知の如く複数の波長を有する放射を個々
の波長成分に分離する。回折格子60は波長λ１またはλ
２の放射が検出器D2によつて検出されるように矢印で示
す如く回転出来る。検出器D1は波長λ１およびλ２の放
射に感応する。第14図に示す実施例は光検出器D3を更に
含むこと、回折格子60は回転はしないが波長λ１および
λ２の放射を検出器D2およびD3に夫々向ける点を除いて
第13図の実施例と類似している。検出器D2およびD3は夫
々波長λ１およびλ２の放射に感応する。２つ以上の異
なる波長を発生することもまた可能であり、検出装置は
これら付加的な波長を検出するよう修正できる。いずれ
の実施例にあつても空洞70および90には電流IAおよびIB
が夫々流れている。これら空洞は第１および２図のレー
ザ・ダイオード・セクシヨン３および５に相応する。
光論理回路の動作について考える。空洞70および90には
一定の直流バイアスが加えられているものと仮定する。
空洞70または90がレーザ現象が生じる閾値を越えた状態
に励起するパルスを受信すると、光出力は検出器D1で検
出され、それによつてOR機能が形成される。空洞70およ
び90が夫々のレーザ閾値以上に同時に励起されると、波
長λ１の放射が検出器D2で検出され、それによつてAND
機能が形成される。いずれの空洞も閾値を越していない
と、D2では放射は検出されない。第14図に示すように更
に他の光検出器を付加すると波長λ２なる放射が検出さ
れ、それによつて排他的OR機能を実行することが出来
る。当業者にあつては容易に理解できるように、すべて
の論理機能を実行することの出来る実施例も本発明に従
うデバイスにより容易に形成できる。これらのデバイス
は異なる波長の光ビームが第12図に示すように異なる電
流を加えることにより発生し得るという事実を利用して
いる。
一定の直流バイアスが加えられているものと仮定する。
空洞70または90がレーザ現象が生じる閾値を越えた状態
に励起するパルスを受信すると、光出力は検出器D1で検
出され、それによつてOR機能が形成される。空洞70およ
び90が夫々のレーザ閾値以上に同時に励起されると、波
長λ１の放射が検出器D2で検出され、それによつてAND
機能が形成される。いずれの空洞も閾値を越していない
と、D2では放射は検出されない。第14図に示すように更
に他の光検出器を付加すると波長λ２なる放射が検出さ
れ、それによつて排他的OR機能を実行することが出来
る。当業者にあつては容易に理解できるように、すべて
の論理機能を実行することの出来る実施例も本発明に従
うデバイスにより容易に形成できる。これらのデバイス
は異なる波長の光ビームが第12図に示すように異なる電
流を加えることにより発生し得るという事実を利用して
いる。
本発明の他の実施例が第15図に示されている。このデバ
イスは活性ストライプ311、312および313を夫々有する
レーザ・ダイオード・セクシヨン301、302および303を
含んでいる。これらセクシヨンは電極320、321、および
322によつて夫々電気的に接触されている。更にこれら
３つのセクシヨンすべてに対し共通の電気的接触子323
が存在する。セクシヨン302および303は先に述べたよう
に機能する。即ち結合された空洞は単一の縦型モード出
力を発生し、セクシヨン301は光検出器として機能す
る。この構造は先に述べた如くに形成出来、その結果光
検出器はレーザ・ダイオードの活性ストライプと精確に
整列している。それによつてレーザ・ダイオード結合空
洞間の光学的結合度の効率は極めて上昇し、レーザ出力
電力のモニタリングおよび制御を精確に行うことが出来
る。結合空洞の前（最も左手）面からの光は光フアイバ
に結合されて伝送され、結合空洞の背面からの光はすべ
て光検出器に入射する。光検出器からその結果生じる信
号は結合空洞中への注入電流を制御するフイードバツク
として使用され、それによってフアイバの前面に加えら
れる平均電力は時間の関数としてほぼ一定値に保持され
る。即ちすべての光パルスは同じ強度を有する。光ダイ
オードとして動作しているダイオード・セクシヨンはバ
イアスされていなくとも、または逆バイアスされていて
も良い。
イスは活性ストライプ311、312および313を夫々有する
レーザ・ダイオード・セクシヨン301、302および303を
含んでいる。これらセクシヨンは電極320、321、および
322によつて夫々電気的に接触されている。更にこれら
３つのセクシヨンすべてに対し共通の電気的接触子323
が存在する。セクシヨン302および303は先に述べたよう
に機能する。即ち結合された空洞は単一の縦型モード出
力を発生し、セクシヨン301は光検出器として機能す
る。この構造は先に述べた如くに形成出来、その結果光
検出器はレーザ・ダイオードの活性ストライプと精確に
整列している。それによつてレーザ・ダイオード結合空
洞間の光学的結合度の効率は極めて上昇し、レーザ出力
電力のモニタリングおよび制御を精確に行うことが出来
る。結合空洞の前（最も左手）面からの光は光フアイバ
に結合されて伝送され、結合空洞の背面からの光はすべ
て光検出器に入射する。光検出器からその結果生じる信
号は結合空洞中への注入電流を制御するフイードバツク
として使用され、それによってフアイバの前面に加えら
れる平均電力は時間の関数としてほぼ一定値に保持され
る。即ちすべての光パルスは同じ強度を有する。光ダイ
オードとして動作しているダイオード・セクシヨンはバ
イアスされていなくとも、または逆バイアスされていて
も良い。
この構成により幾つかの利点が得られる。まず第１にレ
ーザの背面からの光ビームは高い効率を有して光ダイオ
ード中に加えられる。何故ならば活性ストライプは精確
に整列しており間隔は小だからである。第２にすべての
ダイオード・セクシヨン中で屈折率による誘導を使用
し、間隔が小であることによりビーム放浪による誤つた
光ダイオード信号のフイードバツクが減少する。第３に
光検出器の活性ストライプ中に結合された光は屈折率誘
導され、ほぼ完全な吸収を行うよう吸収導波体を長くす
ることが出来るので、その結果として得られる光子から
キヤリアへの変換効率は極めて高くする。従つて約２μ
ｍ以下の厚さの吸収層を有する通常の広い面積を有する
光ダイオードと対比される導波光検出器と考えることも
出来る。
ーザの背面からの光ビームは高い効率を有して光ダイオ
ード中に加えられる。何故ならば活性ストライプは精確
に整列しており間隔は小だからである。第２にすべての
ダイオード・セクシヨン中で屈折率による誘導を使用
し、間隔が小であることによりビーム放浪による誤つた
光ダイオード信号のフイードバツクが減少する。第３に
光検出器の活性ストライプ中に結合された光は屈折率誘
導され、ほぼ完全な吸収を行うよう吸収導波体を長くす
ることが出来るので、その結果として得られる光子から
キヤリアへの変換効率は極めて高くする。従つて約２μ
ｍ以下の厚さの吸収層を有する通常の広い面積を有する
光ダイオードと対比される導波光検出器と考えることも
出来る。
他の実施例にあつては、結合空洞デバイス（２セクシヨ
ン・デバイスまたは３セクシヨン・デバイス）は外部の
光空洞中に配置され、この外部に光空洞に関して光学的
に整列するようになつている。それによつて典型例では
1nsec以下の極めて短い光パルスが発生され、オン・オ
フされ、それによつて少くとも１つの電流をレーザ・ダ
イオード・セクシヨンの１つに調整することにより情報
が伝達される。
ン・デバイスまたは３セクシヨン・デバイス）は外部の
光空洞中に配置され、この外部に光空洞に関して光学的
に整列するようになつている。それによつて典型例では
1nsec以下の極めて短い光パルスが発生され、オン・オ
フされ、それによつて少くとも１つの電流をレーザ・ダ
イオード・セクシヨンの１つに調整することにより情報
が伝達される。
これが第16図に示されている。ミラー130によつて形成
された外部空洞中にあるダイオード・セクシヨン３およ
び５が示されている。電流I1およびI2は夫々ダイオード
・セクシヨン３および５を通過する。セクシヨン３はレ
ーザとして作用し、セクシヨン５は電気的に制御された
光吸収体として作用する。セクシヨン３は図示の如く外
部空洞中の光パルス900の往復伝播時間tRと同期して同
期tRのパルスが電気的に加えられる。セクシヨン５は閾
値以下にバイアスされており、それによつて光吸収レベ
ルは電気的ポンピングのレベルに従つて変化させ得る。
セクシヨン５に急激に大電流レベルのパルスが加えられ
ると、光の吸収は突然減少し、従つて透明となる。これ
により短いパルスが空洞から出ることが可能となり、モ
ード・ロツクされたパルスによつて情報が伝送できるこ
とになる。
された外部空洞中にあるダイオード・セクシヨン３およ
び５が示されている。電流I1およびI2は夫々ダイオード
・セクシヨン３および５を通過する。セクシヨン３はレ
ーザとして作用し、セクシヨン５は電気的に制御された
光吸収体として作用する。セクシヨン３は図示の如く外
部空洞中の光パルス900の往復伝播時間tRと同期して同
期tRのパルスが電気的に加えられる。セクシヨン５は閾
値以下にバイアスされており、それによつて光吸収レベ
ルは電気的ポンピングのレベルに従つて変化させ得る。
セクシヨン５に急激に大電流レベルのパルスが加えられ
ると、光の吸収は突然減少し、従つて透明となる。これ
により短いパルスが空洞から出ることが可能となり、モ
ード・ロツクされたパルスによつて情報が伝送できるこ
とになる。
第17図に示す実施例は第３のダイオード・セクシヨン７
が付加されている点を除き第16図の実施例と同一であ
る。第３のダイオード・セクシヨンは短いモード・ロツ
クされたパルス上の符号化情報に対するゲート、即ち空
洞を開閉するゲートとして作用する。セクシヨン３はレ
ーザ・ダイオードとして作用し、セクシヨン５は電気的
に制御可能な可飽和光吸収体として作用する。
が付加されている点を除き第16図の実施例と同一であ
る。第３のダイオード・セクシヨンは短いモード・ロツ
クされたパルス上の符号化情報に対するゲート、即ち空
洞を開閉するゲートとして作用する。セクシヨン３はレ
ーザ・ダイオードとして作用し、セクシヨン５は電気的
に制御可能な可飽和光吸収体として作用する。
これらの実施例に変更に加えることも可能である。例え
ば外部ミラーは単一周波数動作に対し非分散性ミラーで
なく分散性リフレクタとすることも出来るし、ダイオー
ドの役割を交換することも出来る。
ば外部ミラーは単一周波数動作に対し非分散性ミラーで
なく分散性リフレクタとすることも出来るし、ダイオー
ドの役割を交換することも出来る。
前述の結合空洞構造の並列アレイは容易に製造すること
が出来る。このようなアレイは例えば光記録システムで
有用である。更に種々のミラーを誘電体または金属の薄
膜で覆つてミラーの反射率、即ちスペクトルの選択性を
変化させることも出来る。
が出来る。このようなアレイは例えば光記録システムで
有用である。更に種々のミラーを誘電体または金属の薄
膜で覆つてミラーの反射率、即ちスペクトルの選択性を
変化させることも出来る。
一般にレーザで問題となることは時間の経過または動作
パラメータの変更によつて出力特性が変化することであ
る。このような出力特性を安定化する一つの装置につい
てこれから述べる。
パラメータの変更によつて出力特性が変化することであ
る。このような出力特性を安定化する一つの装置につい
てこれから述べる。
前述の如く、本発明に従うレーザは、ダイオード・セク
シヨンの１つが光源として作用し、他のセクシヨンは単
にレーザ・セクシヨンの特性を制御する作用をする（即
ち変調器セクシヨンと呼ばれる“他の”セクシヨンはレ
ーザ作用を行なわない。）ようなモードで動作し得る。
これから述べる安定化法は主としてこのような動作モー
ド（即ちレーザ閾値以下で動作する変調器セクシヨンを
有するような装置）に対するものである。しかし、この
安定化法はまたレーザ閾値より上で動作する変調器セク
シヨンでも使用することが出来る。何故ならばフエルミ
・レベルの不完全なピソニングにより閾値より上でもあ
る程度の周波数同調が存在するからである。この安定化
法はレーザの出力電力と変調器電流の間に非線形性（例
えば極大）があることを見出したことを利用している。
シヨンの１つが光源として作用し、他のセクシヨンは単
にレーザ・セクシヨンの特性を制御する作用をする（即
ち変調器セクシヨンと呼ばれる“他の”セクシヨンはレ
ーザ作用を行なわない。）ようなモードで動作し得る。
これから述べる安定化法は主としてこのような動作モー
ド（即ちレーザ閾値以下で動作する変調器セクシヨンを
有するような装置）に対するものである。しかし、この
安定化法はまたレーザ閾値より上で動作する変調器セク
シヨンでも使用することが出来る。何故ならばフエルミ
・レベルの不完全なピソニングにより閾値より上でもあ
る程度の周波数同調が存在するからである。この安定化
法はレーザの出力電力と変調器電流の間に非線形性（例
えば極大）があることを見出したことを利用している。
第18図は横軸にmAを単位として変調器セクシヨンを流れ
る電流を、縦軸にInGaAsP埋込みクレセント劈開結合空
洞レーザからの光出力をプロツトしたものである。光出
力は（レーザ・セクシヨンと結合されている）変調器セ
クシヨンから測定される。異なる曲線はレーザ・セクシ
ヨンを流れる異なる電流に夫々対応している。レーザ・
セクシヨンを流れる電流が30mAに相当する最も下の曲線
はレーザ閾値以下の電流を表わしている。図から明らか
な如く、関係は非線形であり、変調器電流が変化された
とき劈開結合空洞レーザの波長（即ち周波数）同調によ
り生じる光出力対電流曲線に極大が存在する。この各々
の極大値は各々の選択された縦モードに対する光変調電
流に対応していることが見出された。最適変調器電流は
最強縦モードと２番目に強い縦モードの比を最大にする
電流と定義される。またレーザ・セクシヨンを流れる電
流が変化すると、変調器電流の大きさはレーザ動作を所
望の縦モードに保持するために変化することに注意され
たい。
る電流を、縦軸にInGaAsP埋込みクレセント劈開結合空
洞レーザからの光出力をプロツトしたものである。光出
力は（レーザ・セクシヨンと結合されている）変調器セ
クシヨンから測定される。異なる曲線はレーザ・セクシ
ヨンを流れる異なる電流に夫々対応している。レーザ・
セクシヨンを流れる電流が30mAに相当する最も下の曲線
はレーザ閾値以下の電流を表わしている。図から明らか
な如く、関係は非線形であり、変調器電流が変化された
とき劈開結合空洞レーザの波長（即ち周波数）同調によ
り生じる光出力対電流曲線に極大が存在する。この各々
の極大値は各々の選択された縦モードに対する光変調電
流に対応していることが見出された。最適変調器電流は
最強縦モードと２番目に強い縦モードの比を最大にする
電流と定義される。またレーザ・セクシヨンを流れる電
流が変化すると、変調器電流の大きさはレーザ動作を所
望の縦モードに保持するために変化することに注意され
たい。
光出力電力対電流曲線の極大が実際に最適な変調器電流
に対応することは出力電力の１次微係数の関数として変
調器電流に関して縦モード弁別比を測定することにより
見出された。縦モード弁別比はここでは最強モードと２
番目に強いモードの強度比と定義される。最大のモード
比は０なる微係数と一致することが見出された。
に対応することは出力電力の１次微係数の関数として変
調器電流に関して縦モード弁別比を測定することにより
見出された。縦モード弁別比はここでは最強モードと２
番目に強いモードの強度比と定義される。最大のモード
比は０なる微係数と一致することが見出された。
最適変調器電流においては、出力電力対変調器電流の曲
線は極大を有している。従つて極大を検出するフイード
バツク装置を構成して出力を安定化することが出来る。
図示の上側の２つの曲線に対しては変調器電流に関する
光出力電力の１次微係数は最適な変調器電流に対しては
０であり、Ｏ点の両側では反対の符号を有している。第
19図は第１、即ちレーザ・ダイオード・セクシヨンを流
れる電流が40mAの場合に対し、変調器電流の関数として
変調器電流に関する出力電力の１次微係数の測定値を示
す。従つて、信号としての変調器電流に関する光出力の
１次微分を使用するフイードバツク装置を構成して、１
次微係数を０に、出力電力を極大に保持することにより
周波数に関して出力を安定化することが出来る。即ちフ
イードバツク装置によつて使用される光出力の特性は変
調器電流に関する光出力の１次微係数である。
線は極大を有している。従つて極大を検出するフイード
バツク装置を構成して出力を安定化することが出来る。
図示の上側の２つの曲線に対しては変調器電流に関する
光出力電力の１次微係数は最適な変調器電流に対しては
０であり、Ｏ点の両側では反対の符号を有している。第
19図は第１、即ちレーザ・ダイオード・セクシヨンを流
れる電流が40mAの場合に対し、変調器電流の関数として
変調器電流に関する出力電力の１次微係数の測定値を示
す。従つて、信号としての変調器電流に関する光出力の
１次微分を使用するフイードバツク装置を構成して、１
次微係数を０に、出力電力を極大に保持することにより
周波数に関して出力を安定化することが出来る。即ちフ
イードバツク装置によつて使用される光出力の特性は変
調器電流に関する光出力の１次微係数である。
劈開結合空洞レーザと単一周波数動作を保持する安定化
装置を含む光送信デバイスが第20図に示されている。該
デバイスは「レーザ」および「変調器」と名付けられた
レーザ・セクシヨンおよび変調器セクシヨンを有する劈
開結合空洞レーザを含んでいる。該デバイスは更にレー
ザおよび変調器セクシヨンに対する直流源DC1およびDC2
を含んでいる。光は点線の矢印で示すようにレーザおよ
び変調器セクシヨンの両方から放出される。光検出器Ｄ
は変調器セクシヨンの光出力を検出し、ロツク・イン増
幅器LIAに加えられる信号を発生する。発振器OSCはLIA
および変調器セクシヨンの両方に電流を供給する。LIA
からの出力信号は増幅器AMPによつて増幅され、変調器
セクシヨンに加えられる。これら回路素子の動作および
構成法は周知である。
装置を含む光送信デバイスが第20図に示されている。該
デバイスは「レーザ」および「変調器」と名付けられた
レーザ・セクシヨンおよび変調器セクシヨンを有する劈
開結合空洞レーザを含んでいる。該デバイスは更にレー
ザおよび変調器セクシヨンに対する直流源DC1およびDC2
を含んでいる。光は点線の矢印で示すようにレーザおよ
び変調器セクシヨンの両方から放出される。光検出器Ｄ
は変調器セクシヨンの光出力を検出し、ロツク・イン増
幅器LIAに加えられる信号を発生する。発振器OSCはLIA
および変調器セクシヨンの両方に電流を供給する。LIA
からの出力信号は増幅器AMPによつて増幅され、変調器
セクシヨンに加えられる。これら回路素子の動作および
構成法は周知である。
このデバイスの動作は次の通りである。発振器からの周
波数22kHzの約50μＡの小さな交流信号がレーザの変調
器セクシヨンに加えられる。変調器セクシヨンからの出
力電力は光検出器Ｄによつて検出され、光検出器からの
信号はロツク・イン増幅器LIAに加えられる。変調器セ
クシヨンを流れる電流に関する光出力の１次微係数はロ
ツク・イン増幅器で出力電力の22kHzの成分を検出する
ことにより得られる。少くとも１つの特性を測定する手
段は光検出器およびロツク・イン増幅器を含んでいる。
増幅器によつてこの信号を増幅した後、出力は変調器セ
クシヨンに加えられ、フイードバツク・ループが閉じら
れる。フイードバツク手段はロツク・イン増幅器、増幅
器および発振器を含んでいる。ループの時定数は約1mse
cである。
波数22kHzの約50μＡの小さな交流信号がレーザの変調
器セクシヨンに加えられる。変調器セクシヨンからの出
力電力は光検出器Ｄによつて検出され、光検出器からの
信号はロツク・イン増幅器LIAに加えられる。変調器セ
クシヨンを流れる電流に関する光出力の１次微係数はロ
ツク・イン増幅器で出力電力の22kHzの成分を検出する
ことにより得られる。少くとも１つの特性を測定する手
段は光検出器およびロツク・イン増幅器を含んでいる。
増幅器によつてこの信号を増幅した後、出力は変調器セ
クシヨンに加えられ、フイードバツク・ループが閉じら
れる。フイードバツク手段はロツク・イン増幅器、増幅
器および発振器を含んでいる。ループの時定数は約1mse
cである。
フイードバツク手段は温度ならびにレーザ・セクシヨン
を流れる電流に関して単一モード動作の範囲を測定する
ことにより評価された。その結果を第21図に示す。図に
おいて動作領域は（フイードバツク付のものは）実線お
よび（フイードバツク無しのものは）点線で示されてい
る。測定は変調器電流が5mA、8mAおよび11mAである３つ
の異なるモードで行なわれた。図から分るように、レー
ザが温度ならびにレーザ電流に関して単一の縦モードで
動作する範囲において約100％の改善が得られる。レー
ザを損傷しないように100mA以上の電流ではレーザは動
作させなかつたのでレーザ電流に関する改善は更に大で
あると考えられる。
を流れる電流に関して単一モード動作の範囲を測定する
ことにより評価された。その結果を第21図に示す。図に
おいて動作領域は（フイードバツク付のものは）実線お
よび（フイードバツク無しのものは）点線で示されてい
る。測定は変調器電流が5mA、8mAおよび11mAである３つ
の異なるモードで行なわれた。図から分るように、レー
ザが温度ならびにレーザ電流に関して単一の縦モードで
動作する範囲において約100％の改善が得られる。レー
ザを損傷しないように100mA以上の電流ではレーザは動
作させなかつたのでレーザ電流に関する改善は更に大で
あると考えられる。
光出力対変調器電流曲線の他の特性は出力を所望のスペ
クトル値に保持するのに使用できる。例えば、変調器電
流が増加されると、光出力電力は極大値から極めて急峻
に、即ちステツプ関数的に減少するので、１次微係数は
存在しないこともある。更に、ある動作ならびあるレー
ザに対しては、１次微係数として０でない値がほしい場
合がある。この場合には、フイードバツク手段は異なる
特性を使用することが出来る。０でない１次微係数の値
はまたある目的にも使用できる。即ちデバイスが出力電
力対変調器電流曲線の隆起部の傾斜部分で動作すること
が考えられる。またレーザ・セクシヨンからの光出力の
一部分が変調器セクシヨンからの出力の代りに使用し得
ることも容易に理解されよう。また前述のシステムはレ
ーザ・セクシヨンを流れる電流が変化しても所望のスペ
クトル出力を保持することが理解されよう。
クトル値に保持するのに使用できる。例えば、変調器電
流が増加されると、光出力電力は極大値から極めて急峻
に、即ちステツプ関数的に減少するので、１次微係数は
存在しないこともある。更に、ある動作ならびあるレー
ザに対しては、１次微係数として０でない値がほしい場
合がある。この場合には、フイードバツク手段は異なる
特性を使用することが出来る。０でない１次微係数の値
はまたある目的にも使用できる。即ちデバイスが出力電
力対変調器電流曲線の隆起部の傾斜部分で動作すること
が考えられる。またレーザ・セクシヨンからの光出力の
一部分が変調器セクシヨンからの出力の代りに使用し得
ることも容易に理解されよう。また前述のシステムはレ
ーザ・セクシヨンを流れる電流が変化しても所望のスペ
クトル出力を保持することが理解されよう。
本発明の１つの応用として連続的周波数変調は変調器セ
クシヨンを流れる制御された電流に小さな変調電流を重
畳することにより行なわれる。変調器セクシヨンは閾値
以下で動作しているので、効率の良いキヤリア密度変調
が小さな変調電流で得られ、電流の小さな変化に対して
大きな周波数偏位が発生される。更に変調電流が例えば
光出力対変調器電流曲線に極大を発生させる変調電流に
重畳されたとき、ほんのわずかの望ましくない輝度変調
が生じる。
クシヨンを流れる制御された電流に小さな変調電流を重
畳することにより行なわれる。変調器セクシヨンは閾値
以下で動作しているので、効率の良いキヤリア密度変調
が小さな変調電流で得られ、電流の小さな変化に対して
大きな周波数偏位が発生される。更に変調電流が例えば
光出力対変調器電流曲線に極大を発生させる変調電流に
重畳されたとき、ほんのわずかの望ましくない輝度変調
が生じる。
本発明に従うデバイスが特に適している１つの用途は周
波数シフト・キーイング（FSK）光通信システムであ
る。以下これに関して第22および23図を参照して述べ
る。
波数シフト・キーイング（FSK）光通信システムであ
る。以下これに関して第22および23図を参照して述べ
る。
光源100を形成する劈開結合レーザ、光フアイバ300、お
よび波長分散性光検出器モジユール500が第22図に示さ
れている。光源100は少くとも２つの周波数に同調可能
である。波長分散性光検出器モジユールは少くとも１つ
の光検出器および波長分散性素子を含んでいる。該モジ
ユールはこのようにして個々の波長を別々に検出するこ
とが出来る。波長分散性素子はモジユール内において別
個の波長を異なる個々の光検出器に向け、光パルスを吸
収し、相応する出力電圧または電流パルスが異なる波長
を検出する役目を持つた異なる個々の検出器で発生され
る例えば回折格子、干渉計等であつて良い。
よび波長分散性光検出器モジユール500が第22図に示さ
れている。光源100は少くとも２つの周波数に同調可能
である。波長分散性光検出器モジユールは少くとも１つ
の光検出器および波長分散性素子を含んでいる。該モジ
ユールはこのようにして個々の波長を別々に検出するこ
とが出来る。波長分散性素子はモジユール内において別
個の波長を異なる個々の光検出器に向け、光パルスを吸
収し、相応する出力電圧または電流パルスが異なる波長
を検出する役目を持つた異なる個々の検出器で発生され
る例えば回折格子、干渉計等であつて良い。
劈開結合空洞レーザは周波数シフト・キーイング通信シ
ステムにおいて以下のように動作する。劈開結合空洞レ
ーザのダイオード・セクシヨンの１つはレーザとして動
作し、第２のダイオード・セクシヨンはレーザ閾値以下
で周波数変調器として動作する。先に指摘し、第12図に
示すように、変調器ダイオードに加えられる電流の変化
によりデバイスの主モード出力の偏位が生じる。このよ
うにして変調器セクシヨンを流れる電流を変化させる手
段は少くとも２つの出力周波数のグループから所望の出
力周波数を選択する手段を含んでいる。この周波数偏位
は1nsec以下で得られる。（これは１ギガビツト／秒以
上のビツト速度が得られることを意味する。） ２チヤネル、４レベル周波数シフト・キーイング、シス
テムの動作は特定の例を参照することによりより良く理
解されよう。２つのチヤネルＡおよびＢからの電気パル
スは単独あるいは多重化された（Ａ＋Ｂ）として変調器
ダイオードに加えられる。チヤネルＡおよびＢに対する
電流パルスは振幅が異つている。レーザ・ダイオードに
は直流が加えられる。出力レーザ波長は劈開結合空洞レ
ーザの変調器セクシヨンに加えられる電流の関数である
ので、チヤネルＡおよびＢを多重化した結果得られる３
つの異つた電流レベルは３つの異つた波長において出力
を発生する。第４の波長はチヤネルＡもＢもパルスを有
していないときに得られる。次表は本発明に従う４レベ
ル２チヤネル光周波数シフト・キーイング・システムの
符号化法および復号化法を示す。
ステムにおいて以下のように動作する。劈開結合空洞レ
ーザのダイオード・セクシヨンの１つはレーザとして動
作し、第２のダイオード・セクシヨンはレーザ閾値以下
で周波数変調器として動作する。先に指摘し、第12図に
示すように、変調器ダイオードに加えられる電流の変化
によりデバイスの主モード出力の偏位が生じる。このよ
うにして変調器セクシヨンを流れる電流を変化させる手
段は少くとも２つの出力周波数のグループから所望の出
力周波数を選択する手段を含んでいる。この周波数偏位
は1nsec以下で得られる。（これは１ギガビツト／秒以
上のビツト速度が得られることを意味する。） ２チヤネル、４レベル周波数シフト・キーイング、シス
テムの動作は特定の例を参照することによりより良く理
解されよう。２つのチヤネルＡおよびＢからの電気パル
スは単独あるいは多重化された（Ａ＋Ｂ）として変調器
ダイオードに加えられる。チヤネルＡおよびＢに対する
電流パルスは振幅が異つている。レーザ・ダイオードに
は直流が加えられる。出力レーザ波長は劈開結合空洞レ
ーザの変調器セクシヨンに加えられる電流の関数である
ので、チヤネルＡおよびＢを多重化した結果得られる３
つの異つた電流レベルは３つの異つた波長において出力
を発生する。第４の波長はチヤネルＡもＢもパルスを有
していないときに得られる。次表は本発明に従う４レベ
ル２チヤネル光周波数シフト・キーイング・システムの
符号化法および復号化法を示す。
表 符号化 チヤネル Ａ Ｂ ０ ０ ０ １ ０ １ ０ １ ２ １ １ ３ 復号化 Ａ＝１＋３ Ｂ＝２＋３ 第23図は本発明の光周波数シフト・キーイング通信シス
テムで有用な中継器ユニツトを示している。この中継器
ユニツトは先行するレーザからの光パルスを受信する波
長分散性素子90、信号再生手段120および劈開結合空洞
レーザを含んでいる。波長分散性素子190、例えば回折
格子は別個の波長λ１、λ２、λ３およびλ４を夫々個
々の光検出器D1、D2、D3およびD4に向ける。手段120は
個々の光検出器D1、D2、D3およびD4から電気信号を受信
し、周知の仕方で電気的電流パルスを再生する。次にこ
れらパルスは劈開結合空洞レーザに加えられ、所望の波
長の出力が発生される。
テムで有用な中継器ユニツトを示している。この中継器
ユニツトは先行するレーザからの光パルスを受信する波
長分散性素子90、信号再生手段120および劈開結合空洞
レーザを含んでいる。波長分散性素子190、例えば回折
格子は別個の波長λ１、λ２、λ３およびλ４を夫々個
々の光検出器D1、D2、D3およびD4に向ける。手段120は
個々の光検出器D1、D2、D3およびD4から電気信号を受信
し、周知の仕方で電気的電流パルスを再生する。次にこ
れらパルスは劈開結合空洞レーザに加えられ、所望の波
長の出力が発生される。
８レベル、３チヤネル周波数シフト・キーイング・シス
テムもまた同様な仕方で構成される。レーザおよび光検
出器は空気または自由空間を通して光学的に結合されて
いて良い。
テムもまた同様な仕方で構成される。レーザおよび光検
出器は空気または自由空間を通して光学的に結合されて
いて良い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ４８２９６４ (32)優先日 1983年４月８日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ４９４２７５ (32)優先日 1983年５月13日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） 審判番号 平4−24095 (72)発明者 ツアン，ウオン‐テイエン アメリカ合衆国 07974 ニユージヤーシ イ，ニユープロヴイデンス，ウツドクレス ト ドライヴ 78 (56)参考文献 特開 昭51−122388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−75281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−133587（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−210684（ＪＰ，Ａ) 実開 昭54−60466（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−130457（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭56−25787（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (19)
- 【請求項１】離間され、かつ、相互に作用するよう光学
的に結合された、少なくとも一つがレーザ現象を起こす
第１（３）及び第２（５）の空胴セクションと、 該空胴セクションに接続され、該空胴セクションに電流
を印加する調整手段（I1、I2）とからなる半導体レーザ
において、 該空胴セクションは劈開ミラー表面を有し、該第１の空
胴セクションのファブリペロモード間隔は該第２の空胴
セクションのファブリペロモード間隔にほぼ等しく、そ
して該調節手段が該第１及び第２の空胴セクションの実
効光学長を変化させて該空胴セクションの屈折率を相対
的に調節することにより、単一モード光出力を発生する
ことを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、光出力の波長を変化させる手段を含むことを特徴と
するレーザ。 - 【請求項３】請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、更に該セクションの他の１つに光学的に結合された
第３の空胴セクション（第15図）を含むことを特徴とす
るレーザ。 - 【請求項４】請求の範囲第３項に記載のレーザにおい
て、該第３のセクションは光検出器としてバイアスされ
ていることを特徴とするレーザ。 - 【請求項５】請求の範囲第４項に記載のレーザにおい
て、更に該第１及び第２のセクションからの出力を制御
するために該第３のセクションと該第１及び第２のセク
ションとの間に接続された手段（第20図）を含むことを
特徴とするレーザ。 - 【請求項６】請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、パルス電流で該第１のセクションをバイアスする第
１の手段とパルス電流で該第２のセクションをバイアス
する第２の手段とを含むことを特徴とするレーザ。 - 【請求項７】請求の範囲第６項に記載のレーザにおい
て、更に少なくとも１つのセクションからの光出力を検
出する光検出器手段を含むことを特徴とするレーザ。 - 【請求項８】請求の範囲第７項に記載のレーザにおい
て、該検出器は波長に感応することを特徴とするレー
ザ。 - 【請求項９】請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、該第１及び第２のセクションは各々活性層を含み、
該セクションは該活性層によって形成された軸の周りに
互いに曲げられていることを特徴とするレーザ。 - 【請求項１０】請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、更に外部光空胴を含み、該第１及び第２のセクショ
ンは該外部光学空胴に関して光学的に整列していること
を特徴とするレーザ。 - 【請求項１１】請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、該ミラー表面に少なくとも１つは薄膜で覆われてい
ることを特徴とするレーザ。 - 【請求項１２】請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、該調整手段はバイアスを調整する手段を含むことを
特徴とするレーザ・ - 【請求項１３】請求の範囲第１項に記載のレーザにおい
て、該セクションの１つを流れる電流に関して該セクシ
ョンの１つからの出力の少なくとも１つの特性を測定す
る手段と、 該出力を所望のスペクトル値に保持するために該少なく
とも１つの特性を使用するフィードバック手段とを含む
ことを特徴とするレーザ。 - 【請求項１４】請求の範囲第13項に記載のレーザにおい
て、該少なくとも１つの特性は該セクションを流れる電
流に関する光出力強度の１次微係数よりなることを特徴
とするレーザ。 - 【請求項１５】請求の範囲第14項に記載のレーザにおい
て、該フィードバック手段は該１次微係数を約零の値に
保持することを特徴とするレーザ。 - 【請求項１６】請求の範囲第15項に記載のレーザにおい
て、該フィードバック手段は該約零の値を１つのセクシ
ョンの電流に対する光出力電力の特性曲線の極大に保持
することを特徴とするレーザ。 - 【請求項１７】請求の範囲第16項に記載のレーザにおい
て更に該１つのセクションを通る変調電流を重畳する手
段を含むことを特徴とするレーザ。 - 【請求項１８】請求の範囲第13項に記載のレーザにおい
て、該少なくとも１つの特性は光出力強度よりなること
を特徴とするレーザ。 - 【請求項１９】請求の範囲第18項に記載のレーザにおい
て、該フィードバック手段は該特性を１つのセクション
の電流に対する光出力電力の特性曲線の極大に保持する
ことを特徴とするレーザ。
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/469,800 US4564946A (en) | 1983-02-25 | 1983-02-25 | Optical communications system using frequency shift keying |
| US482964 | 1983-05-13 | ||
| US469891 | 1983-05-13 | ||
| US469800 | 1983-05-13 | ||
| US494275 | 1983-05-13 | ||
| PCT/US1984/000259 WO1984003399A1 (en) | 1983-02-25 | 1984-02-24 | Multicavity optical device and applications thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60500838A JPS60500838A (ja) | 1985-05-30 |
| JPH0722211B2 true JPH0722211B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=23865103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59501493A Expired - Lifetime JPH0722211B2 (ja) | 1983-02-25 | 1984-02-24 | 複数空洞光デバイスおよびその応用 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4564946A (ja) |
| JP (1) | JPH0722211B2 (ja) |
| CA (1) | CA1213941A (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH061912B2 (ja) * | 1984-12-05 | 1994-01-05 | 日本電気株式会社 | 周波数偏移変調光送信装置 |
| US4707814A (en) * | 1985-03-14 | 1987-11-17 | Laser Dynamics, Inc. | Extended cavity laser recording method and apparatus |
| US4707832A (en) * | 1985-04-10 | 1987-11-17 | Harris Corporation | Switched point-to-point local area network control mechanism |
| US4839308A (en) * | 1986-07-21 | 1989-06-13 | Gte Laboratories Incorporated | Method of making an external-coupled-cavity diode laser |
| JPS63199480A (ja) * | 1987-02-16 | 1988-08-17 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ走査装置 |
| US5001720A (en) * | 1989-12-26 | 1991-03-19 | At&T Bell Laboratories | Hybrid narrow linewidth semiconductor laser with uniform FM response |
| US5099351A (en) * | 1990-01-03 | 1992-03-24 | Gte Laboratories Incorporated | Four level FSK optical signal transmission with optical decoding and coherent detection |
| US5105295A (en) * | 1990-01-03 | 1992-04-14 | Gte Laboratories Incorporated | Four level FSK optical signal transmission with optical decoding and direct detection |
| US5463647A (en) * | 1993-02-25 | 1995-10-31 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Broadband multi-wavelength narrow linewidth laser source using an electro-optic modulator |
| US20020089726A1 (en) * | 2000-07-18 | 2002-07-11 | Zhan He | System and method for wavelength modulated free space optical communication |
| US7078319B2 (en) * | 2000-11-17 | 2006-07-18 | Gelcore Llc | Laser separated die with tapered sidewalls for improved light extraction |
| JP4284126B2 (ja) * | 2003-07-22 | 2009-06-24 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ素子 |
| CA2684706A1 (en) * | 2009-11-13 | 2011-05-13 | Miles D. Hogan | Rotating clothes drying rack |
-
1983
- 1983-02-25 US US06/469,800 patent/US4564946A/en not_active Expired - Lifetime
-
1984
- 1984-02-24 JP JP59501493A patent/JPH0722211B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1984-02-24 CA CA000448229A patent/CA1213941A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60500838A (ja) | 1985-05-30 |
| US4564946A (en) | 1986-01-14 |
| CA1213941A (en) | 1986-11-12 |
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