JPH0621571A - 双安定半導体レーザ - Google Patents
双安定半導体レーザInfo
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- JPH0621571A JPH0621571A JP17854692A JP17854692A JPH0621571A JP H0621571 A JPH0621571 A JP H0621571A JP 17854692 A JP17854692 A JP 17854692A JP 17854692 A JP17854692 A JP 17854692A JP H0621571 A JPH0621571 A JP H0621571A
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- optical waveguide
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 全光入力動作を行う双安定半導体レーザにお
いて、クエンチングを生じるために必要な最小スイッチ
ング光強度を低減する。 【構成】 活性層として多重量子井戸構造を有する双安
定レーザ部と、レーザ部と交差する二つ以上の光導波路
を有し、かつ、交差部分に可飽和吸収領域と利得クエン
チング領域を有する双安定半導体レーザである。この双
安定半導体レーザは、利得クエンチング領域４Ｂをその
一部に有する光導波路１Ｂ，２Ｂが可飽和吸収領域４Ａ
をその一部に有する光導波路１Ａ，２Ａよりも大きい
いて、クエンチングを生じるために必要な最小スイッチ
ング光強度を低減する。 【構成】 活性層として多重量子井戸構造を有する双安
定レーザ部と、レーザ部と交差する二つ以上の光導波路
を有し、かつ、交差部分に可飽和吸収領域と利得クエン
チング領域を有する双安定半導体レーザである。この双
安定半導体レーザは、利得クエンチング領域４Ｂをその
一部に有する光導波路１Ｂ，２Ｂが可飽和吸収領域４Ａ
をその一部に有する光導波路１Ａ，２Ａよりも大きい
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信・光情報システ
ムを構成すると期待される光交換・光中継器などに利用
可能な光論理・光スイッチング動作を行う双安定半導体
レーザに関するものである。
ムを構成すると期待される光交換・光中継器などに利用
可能な光論理・光スイッチング動作を行う双安定半導体
レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電流対光出力特性および光入出力特性に
ヒステリシスを持つ双安定半導体レーザは、高速光スイ
ッチ、光論理演算、光メモリなどの特徴を持つため光通
信・光情報システムを構成する機能デバイスとして期待
されている。
ヒステリシスを持つ双安定半導体レーザは、高速光スイ
ッチ、光論理演算、光メモリなどの特徴を持つため光通
信・光情報システムを構成する機能デバイスとして期待
されている。
【０００３】双安定レーザ部に対して、直角あるいは角
度をもって交差する光導波路を二つ以上有する双安定半
導体レーザ（特開平３−６６１８９号）の従来の構造図
（表面図）を図１６に示す。簡略化のために光導波路部
分を二カ所としたが、それ以上でも同様にして動作させ
ることが可能である。また光導波路と双安定レーザの交
差角を直角に設定しているが、それ以外の角度で交差す
る場合も同様に論議し得る。４２Ａ，４３Ａは光導波路
Ａ，４２Ｂ，４３Ｂは光導波路Ｂ、４４Ａ〜４４Ｃは双
安定レーザの利得領域、４５Ａは可飽和吸収領域、４５
Ｂは利得クエンチング領域、４６Ａ〜４６Ｄ、４７Ａ〜
４７Ｄは前記光導波路と可飽和吸収領域・利得クエンチ
ング領域・利得領域を電気的に絶縁することを目的とし
て形成された溝である。図１７は図１６の光導波路部分
Ａ−Ａ′の断面を示したものである。４８Ａ，４９Ａは
光導波路に利得をもたせて損失を低減するために電流を
注入するための電極、５０Ａは可飽和吸収領域のｐ側電
極、５２はｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層、５３はｐ形
ＩｎＰクラッド層、５４はＭＱＷ導波路層（ＩｎＧａＡ
ｓ井戸層、ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ障壁層より構成
される）、５５はｎ形ＩｎＰクラッド層、５６はｎ形Ｉ
ｎＰ基板、５７はｎ側電極、５８はレンズ、５９は外部
注入光である。溝５１Ａ，５１Ｃは、ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層とｐ形ＩｎＰクラッド層の一部を化学的エッチン
グなどの手段で除去するか、あるいはプロトン注入やＧ
ａ ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）注入
による高抵抗化により形成する。図１８は図１６の双安
定レーザ部分Ｂ−Ｂ′の断面を示したものであり、６０
Ａ〜６０Ｃは利得領域のｐ側電極、６１Ａは可飽和吸収
領域のｐ側電極、６１Ｂは利得クエンチング領域のｐ側
電極である。溝６２Ｂ，６２Ｄ，６３Ｂ，６３Ｄの形成
方法は溝５１Ａ，５１Ｃの場合と同様である。この例で
は光導波路層が双安定レーザの活性層と同じ構造となっ
ているが、これは導波路あるいはレーザの形成が同じ結
晶成長内に行うことができるためであり、その代わり導
波路層での損失を補償するため導波路部分で発振しない
程度の電流を流す必要がある。
度をもって交差する光導波路を二つ以上有する双安定半
導体レーザ（特開平３−６６１８９号）の従来の構造図
（表面図）を図１６に示す。簡略化のために光導波路部
分を二カ所としたが、それ以上でも同様にして動作させ
ることが可能である。また光導波路と双安定レーザの交
差角を直角に設定しているが、それ以外の角度で交差す
る場合も同様に論議し得る。４２Ａ，４３Ａは光導波路
Ａ，４２Ｂ，４３Ｂは光導波路Ｂ、４４Ａ〜４４Ｃは双
安定レーザの利得領域、４５Ａは可飽和吸収領域、４５
Ｂは利得クエンチング領域、４６Ａ〜４６Ｄ、４７Ａ〜
４７Ｄは前記光導波路と可飽和吸収領域・利得クエンチ
ング領域・利得領域を電気的に絶縁することを目的とし
て形成された溝である。図１７は図１６の光導波路部分
Ａ−Ａ′の断面を示したものである。４８Ａ，４９Ａは
光導波路に利得をもたせて損失を低減するために電流を
注入するための電極、５０Ａは可飽和吸収領域のｐ側電
極、５２はｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層、５３はｐ形
ＩｎＰクラッド層、５４はＭＱＷ導波路層（ＩｎＧａＡ
ｓ井戸層、ＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＰ障壁層より構成
される）、５５はｎ形ＩｎＰクラッド層、５６はｎ形Ｉ
ｎＰ基板、５７はｎ側電極、５８はレンズ、５９は外部
注入光である。溝５１Ａ，５１Ｃは、ＩｎＧａＡｓキャ
ップ層とｐ形ＩｎＰクラッド層の一部を化学的エッチン
グなどの手段で除去するか、あるいはプロトン注入やＧ
ａ ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）注入
による高抵抗化により形成する。図１８は図１６の双安
定レーザ部分Ｂ−Ｂ′の断面を示したものであり、６０
Ａ〜６０Ｃは利得領域のｐ側電極、６１Ａは可飽和吸収
領域のｐ側電極、６１Ｂは利得クエンチング領域のｐ側
電極である。溝６２Ｂ，６２Ｄ，６３Ｂ，６３Ｄの形成
方法は溝５１Ａ，５１Ｃの場合と同様である。この例で
は光導波路層が双安定レーザの活性層と同じ構造となっ
ているが、これは導波路あるいはレーザの形成が同じ結
晶成長内に行うことができるためであり、その代わり導
波路層での損失を補償するため導波路部分で発振しない
程度の電流を流す必要がある。
【０００４】図１６〜１８に示した素子に外部から光を
注入した場合の、外部注入光強度に対する出力光強度の
関係を図１９に示す。同一注入光波長に対してスイッチ
ング、利得のクエンチングが行えるため、注入光強度を
大小調整することにより全光入力によるメモリ動作が可
能となる。
注入した場合の、外部注入光強度に対する出力光強度の
関係を図１９に示す。同一注入光波長に対してスイッチ
ング、利得のクエンチングが行えるため、注入光強度を
大小調整することにより全光入力によるメモリ動作が可
能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし一般に、利得の
クエンチングはすでに注入されているキャリアを光によ
って奪う現象であり、キャリアを励起して吸収飽和を起
こす可飽和吸収の場合と比較して大きな外部注入光が必
要となる。さらに、図１６のように双安定レーザ部に対
して直交方向から光を注入する場合には、光の相互作用
長がリッジ構造幅で規定されて数μｍ程度と短く、クエ
ンチングに必要な光強度がスイッチングの場合と比較し
て１桁以上必要となる問題点を有する。
クエンチングはすでに注入されているキャリアを光によ
って奪う現象であり、キャリアを励起して吸収飽和を起
こす可飽和吸収の場合と比較して大きな外部注入光が必
要となる。さらに、図１６のように双安定レーザ部に対
して直交方向から光を注入する場合には、光の相互作用
長がリッジ構造幅で規定されて数μｍ程度と短く、クエ
ンチングに必要な光強度がスイッチングの場合と比較し
て１桁以上必要となる問題点を有する。
【０００６】本発明は、全光入力動作を行う双安定半導
体レーザにおいて、クエンチングを生じるために必要な
最小スイッチングを光強度を低減する構造を有する双安
定半導体レーザを提供することを目的とする。
体レーザにおいて、クエンチングを生じるために必要な
最小スイッチングを光強度を低減する構造を有する双安
定半導体レーザを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の双安定半導体レ
ーザは、上記の課題を解決するために、活性層として多
重量子井戸構造を有する双安定レーザ部と、該レーザ部
と交差する二つ以上の光導波路を有し、かつ、該交差部
分に可飽和吸収領域と利得クエンチング領域を有する双
安定半導体レーザにおいて、前記利得クエンチング領域
をその一部に有する光導波路が前記可飽和吸収領域をそ
の一部に有する光導波路よりも大きいことを特徴とする
ーザは、上記の課題を解決するために、活性層として多
重量子井戸構造を有する双安定レーザ部と、該レーザ部
と交差する二つ以上の光導波路を有し、かつ、該交差部
分に可飽和吸収領域と利得クエンチング領域を有する双
安定半導体レーザにおいて、前記利得クエンチング領域
をその一部に有する光導波路が前記可飽和吸収領域をそ
の一部に有する光導波路よりも大きいことを特徴とする
【０００８】
【作用】本発明においては、電流がほとんど注入されず
印加電圧の変化によって吸収量を制御する可飽和吸収領
域と、電流が注入される利得クエンチング領域を同一基
板上に有し、利得クエンチング領域をその一部に有する
光導波路が可飽和吸収領域をその一部に有する光導波路
よりも大きいのでクエンチングのための最小スイッチン
グ光強度を低減することができる。
印加電圧の変化によって吸収量を制御する可飽和吸収領
域と、電流が注入される利得クエンチング領域を同一基
板上に有し、利得クエンチング領域をその一部に有する
光導波路が可飽和吸収領域をその一部に有する光導波路
よりも大きいのでクエンチングのための最小スイッチン
グ光強度を低減することができる。
【０００９】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
する。
【００１０】図１は本発明による双安定半導体レーザの
実施例の表面図を示したものである。簡単化のために光
導波路部分を二カ所としたが、それ以上でも同様にして
動作させることが可能である。また光導波路と双安定レ
ーザの交差角を直角に設定しているが、それ以外の角度
で交差する場合も同様に論議し得る。１Ａ，２Ａは光導
波路Ａで有る。１Ｂ，２Ｂは光導波路Ｂであり、その幅
を光導波路Ａよりも大きく設定してある。光導波路での
入射光の吸収を防ぎ、増幅効果を得るため、光導波路１
Ａ，２Ａおよび２Ａ，２Ｂの領域に電流を注入する。３
Ａ〜３Ｃは双安定レーザの利得領域、４Ａは可飽和吸収
領域、４Ｂは利得クエンチング領域、５Ａ〜５Ｄ、６Ａ
〜６Ｄは前記光導波路と可飽和吸収領域・利得クエンチ
ング領域・利得領域を電気的に絶縁することを目的とし
て形成された溝である。同図の双安定レーザ部および光
導波路部の断面構造は、図１７，１８と基本的には同様
である。双安定レーザ部分の利得領域への注入電流（以
下、利得電流と称す）に対する光出力の関係を図２に示
す。双安定レーザの発振波長は、バンドギャップ縮小効
果によって２次元励起子吸収ピーク波長よりも長波長側
に位置している。ここで、可飽和吸収領域または利得ク
エンチング領域への印加電圧（それぞれＶA、ＶB と表
す）を順バイアスから逆バイアスへと変化させていく
と、量子閉じ込めシュタルク効果によって２次元励起子
の吸収ピーク波長が長波長側にシフトし、吸収量が増加
する。従って、可飽和吸収領域あるいは利得クエンチン
グ領域への印加電圧を減少させると、図に特性曲線，
，およびで示すように発振閾値電流・ヒステリシ
ス幅ともに増加する特性を示す。この際、２次元励起子
が可飽和吸収体としての役割を果している。ここで、可
飽和吸収領域４Ａ、利得クエンチング領域４Ｂの印加電
圧ＶA 、ＶB を、双安定レーザの電流対光出力特性が特
性曲線のようにヒステリシスを示す値（Ｖ1 、Ｖ2 ）
に設定する。Ｖ1 は外部の注入光によって吸収の飽和が
起こるような値、Ｖ2 は外部の注入光によって利得のク
エンチングの起こる値であり、一般的にはそれぞれ電流
対電圧特性の立ち上がり電圧以下（電流の注入されない
領域）、立ち上がり電圧以上（電流の注入されている領
域）の値である。同図ではメモリ動作を行わせることを
目的として、ヒステリシスを生じるように可飽和吸収領
域、利得クエンチング領域の印加電圧を設定している。
いま、双安定レーザの利得電流をＩg に設定した時の、
光入出力特性を図３に示す。各光導波路への入射光強度
ＬinA ，ＬinB を同図中に矩形にて示した。同図（ａ）
は光導波路Ａへの注入光に対する双安定レーザ部分の光
入出力特性、同図（ｂ）は光導波路Ｂへの注入光に対す
る双安定レーザ部分の光入出力特性を表している。光導
波路Ｂの幅が光導波路Ａよりも大きいために、双安定レ
ーザ部と光導波路部での交差部分、すなわち外部注入光
の結合長を長くとることができるため、クエンチング光
強度の閾値を矢印のように低減している。ここで、光導
波路Ａの幅は１〜３μｍ、光導波路Ｂの幅は５〜１０μ
ｍとする。光導波路Ｂの幅を１０μｍ以上とすると、双
安定レーザ部の発振閾値の上昇を招き、光導波路幅増大
の効果が薄くなる。図４は図３の設定条件における本素
子の動作例である。まず光導波路Ａへの入力光ＬinA に
よって双安定レーザがスイッチングを起こし、発振状態
となる。利得電流の設定値Ｉg がヒステリシスの内部に
あるため、入力光がなくなった後でも双安定レーザは発
振状態を維持する。次に、光導波路Ｂへの入力光ＬinB
によってクエンチングが起こり、双安定レーザが非発振
状態へと遷移する。スイッチング動作の時と同様にし
て、入力光がなくなった後でも双安定レーザは非発振状
態を維持する。Ｌout は双安定レーザの光出力である。
実施例の表面図を示したものである。簡単化のために光
導波路部分を二カ所としたが、それ以上でも同様にして
動作させることが可能である。また光導波路と双安定レ
ーザの交差角を直角に設定しているが、それ以外の角度
で交差する場合も同様に論議し得る。１Ａ，２Ａは光導
波路Ａで有る。１Ｂ，２Ｂは光導波路Ｂであり、その幅
を光導波路Ａよりも大きく設定してある。光導波路での
入射光の吸収を防ぎ、増幅効果を得るため、光導波路１
Ａ，２Ａおよび２Ａ，２Ｂの領域に電流を注入する。３
Ａ〜３Ｃは双安定レーザの利得領域、４Ａは可飽和吸収
領域、４Ｂは利得クエンチング領域、５Ａ〜５Ｄ、６Ａ
〜６Ｄは前記光導波路と可飽和吸収領域・利得クエンチ
ング領域・利得領域を電気的に絶縁することを目的とし
て形成された溝である。同図の双安定レーザ部および光
導波路部の断面構造は、図１７，１８と基本的には同様
である。双安定レーザ部分の利得領域への注入電流（以
下、利得電流と称す）に対する光出力の関係を図２に示
す。双安定レーザの発振波長は、バンドギャップ縮小効
果によって２次元励起子吸収ピーク波長よりも長波長側
に位置している。ここで、可飽和吸収領域または利得ク
エンチング領域への印加電圧（それぞれＶA、ＶB と表
す）を順バイアスから逆バイアスへと変化させていく
と、量子閉じ込めシュタルク効果によって２次元励起子
の吸収ピーク波長が長波長側にシフトし、吸収量が増加
する。従って、可飽和吸収領域あるいは利得クエンチン
グ領域への印加電圧を減少させると、図に特性曲線，
，およびで示すように発振閾値電流・ヒステリシ
ス幅ともに増加する特性を示す。この際、２次元励起子
が可飽和吸収体としての役割を果している。ここで、可
飽和吸収領域４Ａ、利得クエンチング領域４Ｂの印加電
圧ＶA 、ＶB を、双安定レーザの電流対光出力特性が特
性曲線のようにヒステリシスを示す値（Ｖ1 、Ｖ2 ）
に設定する。Ｖ1 は外部の注入光によって吸収の飽和が
起こるような値、Ｖ2 は外部の注入光によって利得のク
エンチングの起こる値であり、一般的にはそれぞれ電流
対電圧特性の立ち上がり電圧以下（電流の注入されない
領域）、立ち上がり電圧以上（電流の注入されている領
域）の値である。同図ではメモリ動作を行わせることを
目的として、ヒステリシスを生じるように可飽和吸収領
域、利得クエンチング領域の印加電圧を設定している。
いま、双安定レーザの利得電流をＩg に設定した時の、
光入出力特性を図３に示す。各光導波路への入射光強度
ＬinA ，ＬinB を同図中に矩形にて示した。同図（ａ）
は光導波路Ａへの注入光に対する双安定レーザ部分の光
入出力特性、同図（ｂ）は光導波路Ｂへの注入光に対す
る双安定レーザ部分の光入出力特性を表している。光導
波路Ｂの幅が光導波路Ａよりも大きいために、双安定レ
ーザ部と光導波路部での交差部分、すなわち外部注入光
の結合長を長くとることができるため、クエンチング光
強度の閾値を矢印のように低減している。ここで、光導
波路Ａの幅は１〜３μｍ、光導波路Ｂの幅は５〜１０μ
ｍとする。光導波路Ｂの幅を１０μｍ以上とすると、双
安定レーザ部の発振閾値の上昇を招き、光導波路幅増大
の効果が薄くなる。図４は図３の設定条件における本素
子の動作例である。まず光導波路Ａへの入力光ＬinA に
よって双安定レーザがスイッチングを起こし、発振状態
となる。利得電流の設定値Ｉg がヒステリシスの内部に
あるため、入力光がなくなった後でも双安定レーザは発
振状態を維持する。次に、光導波路Ｂへの入力光ＬinB
によってクエンチングが起こり、双安定レーザが非発振
状態へと遷移する。スイッチング動作の時と同様にし
て、入力光がなくなった後でも双安定レーザは非発振状
態を維持する。Ｌout は双安定レーザの光出力である。
【００１１】この素子構造によれば、スイッチング部と
クエンチング部が別の領域であるためため、二つの動作
を同時に起こす波長を選択する必要性がなく、それだけ
入力光の波長に対する許容度が大きい。
クエンチング部が別の領域であるためため、二つの動作
を同時に起こす波長を選択する必要性がなく、それだけ
入力光の波長に対する許容度が大きい。
【００１２】光導波路Ａ，Ｂの端面を劈開面にて形成
し、光導波路の電極に利得を発生する程度の電流を注入
した場合、最小スイッチング・クエンチング光強度の波
長依存性は、図５のように光導波路の共振器モードに対
応した狭い波長感度特性を示す。一方、端面に無反射コ
ートあるいは光導波路の一部に吸収体を形成した場合、
図６に示すように平坦な波長感度特性を得ることができ
る。
し、光導波路の電極に利得を発生する程度の電流を注入
した場合、最小スイッチング・クエンチング光強度の波
長依存性は、図５のように光導波路の共振器モードに対
応した狭い波長感度特性を示す。一方、端面に無反射コ
ートあるいは光導波路の一部に吸収体を形成した場合、
図６に示すように平坦な波長感度特性を得ることができ
る。
【００１３】同素子の他の動作例を図７〜図１０に示
す。Ｌout は双安定レーザの光出力である。図７の場
合、図１の光導波路Ａに二つの入力光ＬinA1、ＬinA2を
時間的に同時に注入する。ここで、光導波路Ａの途中に
存在する可飽和吸収領域４Ａの印加電圧は、外部からの
注入光によって双安定レーザがスイッチング動作を起こ
す電圧値に設定する。同図中に示された入力光強度Ｌin
では、図１の２本の光導波路に入射光がない場合、ある
いはいずれか一方にのみ光が入射された状態では、双安
定レーザは発振に至らない。光導波路に同時に二つの入
射光が注入された場合（２×Ｌin）にのみ、双安定レー
ザが発振する、いわゆるＡＮＤ動作が実現できることと
なる。次に、発振した双安定レーザの発振を停止するた
めには、利得電流をヒステリシスの内部に設定してある
ため、光導波路Ｂに入力光ＬinB を注入すればよい。
す。Ｌout は双安定レーザの光出力である。図７の場
合、図１の光導波路Ａに二つの入力光ＬinA1、ＬinA2を
時間的に同時に注入する。ここで、光導波路Ａの途中に
存在する可飽和吸収領域４Ａの印加電圧は、外部からの
注入光によって双安定レーザがスイッチング動作を起こ
す電圧値に設定する。同図中に示された入力光強度Ｌin
では、図１の２本の光導波路に入射光がない場合、ある
いはいずれか一方にのみ光が入射された状態では、双安
定レーザは発振に至らない。光導波路に同時に二つの入
射光が注入された場合（２×Ｌin）にのみ、双安定レー
ザが発振する、いわゆるＡＮＤ動作が実現できることと
なる。次に、発振した双安定レーザの発振を停止するた
めには、利得電流をヒステリシスの内部に設定してある
ため、光導波路Ｂに入力光ＬinB を注入すればよい。
【００１４】また、図８のように、光導波路Ａへの二つ
の入射光強度ＬinA1，ＬinA2を光入出力特性の閾値以上
に設定しておき、二つの入力のうち少なくとも一方が入
力した場合に双安定レーザが発振する、いわゆるＯＲ動
作を行うことができる。
の入射光強度ＬinA1，ＬinA2を光入出力特性の閾値以上
に設定しておき、二つの入力のうち少なくとも一方が入
力した場合に双安定レーザが発振する、いわゆるＯＲ動
作を行うことができる。
【００１５】光導波路Ａの替わりに光導波路Ｂに二つの
入力光を結合させた場合が図９および図１０である。こ
こで、光導波路Ｂの途中に存在する利得クエンチング領
域４Ｂの印加電圧は、外部からの注入光によって双安定
レーザがクエンチング動作を起こす電圧値に設定する。
図７および図８と同様にして、それぞれＮＡＮＤ動作、
ＯＲ動作が実現できる。ただし、図９，図１０では図２
と同様に利得電流をヒステリシスの内部に設定するた
め、発振の停止した双安定レーザを再び発振状態に戻す
ために、光導波路Ａに入力光ＬinA を注入する。
入力光を結合させた場合が図９および図１０である。こ
こで、光導波路Ｂの途中に存在する利得クエンチング領
域４Ｂの印加電圧は、外部からの注入光によって双安定
レーザがクエンチング動作を起こす電圧値に設定する。
図７および図８と同様にして、それぞれＮＡＮＤ動作、
ＯＲ動作が実現できる。ただし、図９，図１０では図２
と同様に利得電流をヒステリシスの内部に設定するた
め、発振の停止した双安定レーザを再び発振状態に戻す
ために、光導波路Ａに入力光ＬinA を注入する。
【００１６】図１１は外部からの注入光１７を光導波路
に結合させる構造として２次回折格子を用いた実施例で
ある。１９が２次回折格子であり、それ以外の構成は図
１と同様である。１次回折格子に対して垂直方向に入射
された光は、その一部が導波路方向に回折されて結合
し、可飽和吸収領域・利得クエンチング領域に到達す
る。その光によって可飽和吸収領域の吸収飽和・利得ク
エンチング領域の利得クエンチングをおこし、その結果
としてスイツチＯＮ，ＯＦＦ動作を起こす。
に結合させる構造として２次回折格子を用いた実施例で
ある。１９が２次回折格子であり、それ以外の構成は図
１と同様である。１次回折格子に対して垂直方向に入射
された光は、その一部が導波路方向に回折されて結合
し、可飽和吸収領域・利得クエンチング領域に到達す
る。その光によって可飽和吸収領域の吸収飽和・利得ク
エンチング領域の利得クエンチングをおこし、その結果
としてスイツチＯＮ，ＯＦＦ動作を起こす。
【００１７】図１２は外部からの注入光１７を光導波路
に結合させる構造として４５度ミラーを用いた実施例で
ある。２０が４５度ミラーであり、それ以外の構成は図
１と同様である。
に結合させる構造として４５度ミラーを用いた実施例で
ある。２０が４５度ミラーであり、それ以外の構成は図
１と同様である。
【００１８】図１３は外部からの注入光１７を光導波路
に結合させる構造として、レンズ１６を用いて結晶成長
面に対して垂直に結合させる構成を示したものである。
に結合させる構造として、レンズ１６を用いて結晶成長
面に対して垂直に結合させる構成を示したものである。
【００１９】図１４は、図１３と同様の構成をとるが、
１６′はＩｎＰ基板を化学的エッチングなどの方法にて
モノリシックに形成したレンズとなっている。
１６′はＩｎＰ基板を化学的エッチングなどの方法にて
モノリシックに形成したレンズとなっている。
【００２０】図１５はこれまで述べてきた双安定半導体
レーザを同一基板上にアレー状に配列した構造を示した
ものである。２１Ａ〜２１Ｃ、２８Ａ〜２８Ｃ、３５Ａ
〜３５Ｃはそれぞれ双安定レーザの利得領域、２２Ａ，
２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ，３０Ａ，３
０Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂはそれぞれ光導
波路、２４，３１，３８はそれぞれ可飽和吸収領域、２
５，３２，３９はそれぞれ利得クエンチング領域、２
６，２７，３３，３４，４０，４１はそれぞれ２次回折
格子または４５度ミラーである。
レーザを同一基板上にアレー状に配列した構造を示した
ものである。２１Ａ〜２１Ｃ、２８Ａ〜２８Ｃ、３５Ａ
〜３５Ｃはそれぞれ双安定レーザの利得領域、２２Ａ，
２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ，３０Ａ，３
０Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂはそれぞれ光導
波路、２４，３１，３８はそれぞれ可飽和吸収領域、２
５，３２，３９はそれぞれ利得クエンチング領域、２
６，２７，３３，３４，４０，４１はそれぞれ２次回折
格子または４５度ミラーである。
【００２１】以上、双安定半導体レーザの構造としてフ
ァブリ・ペロー型のものについて述べてきたが、ＤＦＢ
あるいはＤＢＲ型のものについても同様の効果が実現で
きることは言うまでもない。
ァブリ・ペロー型のものについて述べてきたが、ＤＦＢ
あるいはＤＢＲ型のものについても同様の効果が実現で
きることは言うまでもない。
【００２２】外部入力光を注入する光導波路として、双
安定レーザの活性層と同じＭＱＷ構造を持つ場合につい
て説明してきたが、光導波路を構成する結晶として双安
定レーザの発光波長よりも短波長のバンド・ギャップを
持つＩｎＧａＡｓＰ４元混晶でも同様の効果が実現でき
ることは言うまでもない。また、光導波路を双安定半導
体レーザの活性層と同様のＭＱＷ構造にて構成した後、
光導波路に相当する部分のみに窒化シリコン膜を形成し
て繰り返し急加熱法（宮澤ら、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、
ｐ．Ｌ１０３９、１９８９年）によってＭＱＷを混晶化
することにより、双安定半導体レーザの発振波長に対し
て透明な導波路を形成した場合にも、同様の効果が実現
できることは言うまでもない。
安定レーザの活性層と同じＭＱＷ構造を持つ場合につい
て説明してきたが、光導波路を構成する結晶として双安
定レーザの発光波長よりも短波長のバンド・ギャップを
持つＩｎＧａＡｓＰ４元混晶でも同様の効果が実現でき
ることは言うまでもない。また、光導波路を双安定半導
体レーザの活性層と同様のＭＱＷ構造にて構成した後、
光導波路に相当する部分のみに窒化シリコン膜を形成し
て繰り返し急加熱法（宮澤ら、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、
ｐ．Ｌ１０３９、１９８９年）によってＭＱＷを混晶化
することにより、双安定半導体レーザの発振波長に対し
て透明な導波路を形成した場合にも、同様の効果が実現
できることは言うまでもない。
【００２３】結晶の材料としてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ
系について述べてきたが、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ（Ｇａ）
ＡｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ
／ＧａＡｓ歪超格子系、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ
歪超格子系においても同様の効果が実現できることは言
うまでもない。
系について述べてきたが、ＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ（Ｇａ）
ＡｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ
／ＧａＡｓ歪超格子系、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ
歪超格子系においても同様の効果が実現できることは言
うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明は、双安定レ
ーザ部に対して直角あるいは角度をもって交差する光導
波路を二つ以上有する双安定半導体レーザにおいて、利
得クエンチング領域をその一部に有する光導波路を、可
飽和吸収領域をその一部に有する光導波路よりも大きく
することにより、クエンチングのための最小スイッチン
グ光強度を低減することができる。
ーザ部に対して直角あるいは角度をもって交差する光導
波路を二つ以上有する双安定半導体レーザにおいて、利
得クエンチング領域をその一部に有する光導波路を、可
飽和吸収領域をその一部に有する光導波路よりも大きく
することにより、クエンチングのための最小スイッチン
グ光強度を低減することができる。
【図１】本発明による双安定レーザの実施例の表面を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明の双安定レーザ部の利得電流対光出力特
性図である。
性図である。
【図３】双安定レーザ部の光入出力特性図である。
【図４】本発明の動作例を示す線図である。
【図５】端面劈開の場合、入力光波長に対する最小スイ
ッチング入力光強度（スイッチングおよびクエンチン
グ）の関係を示す図である。
ッチング入力光強度（スイッチングおよびクエンチン
グ）の関係を示す図である。
【図６】端面無反射コートあるいは吸収体を光導波路の
一部に有する場合、入力光波長に対する最小スイッチン
グ入力光強度（スイッチングおよびクエンチング）の関
係を示す図である。
一部に有する場合、入力光波長に対する最小スイッチン
グ入力光強度（スイッチングおよびクエンチング）の関
係を示す図である。
【図７】本発明の動作例を示す図である。
【図８】本発明の動作例を示す図である。
【図９】本発明の動作例を示す図である。
【図１０】本発明の動作例を示す図である。
【図１１】２次回折格子を同一基板状に形成した双安定
レーザの光導波路部分の断面構造を示す図である。
レーザの光導波路部分の断面構造を示す図である。
【図１２】４５度ミラーを同一基板上に形成した双安定
レーザの光導波路部分の断面構造を示す図である。
レーザの光導波路部分の断面構造を示す図である。
【図１３】レンズを用いて可飽和吸収領域（または利得
クエンチング領域）に外部注入光を結晶面に対して垂直
方向に結合させる双安定レーザの断面構造を示す図であ
る。
クエンチング領域）に外部注入光を結晶面に対して垂直
方向に結合させる双安定レーザの断面構造を示す図であ
る。
【図１４】レンズをＩｎＰ基板にモノリシックに形成し
た構造の断面図である。
た構造の断面図である。
【図１５】本発明のアレー構造の外観図である。
【図１６】従来の双安定レーザの表面構造を示す図であ
る。
る。
【図１７】従来の双安定レーザの光導波路部分の断面構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図１８】従来の双安定レーザの双安定レーザ部分の断
面構造を示す図である。
面構造を示す図である。
【図１９】従来の双安定レーザの光入出力特性を示す図
である。
である。
１Ａ，２Ａ 光導波路Ａ １Ｂ，２Ｂ 光導波路Ｂ ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 双安定レーザの利得領域 ４Ａ 可飽和吸収領域 ４Ｂ 利得クエンチング領域 ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ 光
導波路・利得領域・可飽和吸収領域・利得クエンチング
領域を電気的に分離するための溝 ７Ａ，８Ａ 光導波路部分の電極 ９Ａ 可飽和吸収領域の電極 ９Ｂ 利得クエンチング領域の電極 １０ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層 １１ ｐ形ＩｎＰクラッド層 １２ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ ＭＱＷ活性層 １３ ｎ形ＩｎＰクラッド層 １４ ＩｎＰ基板 １５ ｎ側電極 １６ レンズ １６′ ＩｎＰ基板上にモノリシック形成されたレンズ １７ 外部注入光 １８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ 利得領域の電極 １９ ２次回折格子 ２０ ４５度ミラー ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，３
５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ双安定レーザの利得領域 ２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ，３
０Ａ，３０Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ 光導
波路 ２４，３１，３８ 可飽和吸収領域 ２５，３２，３９ 利得クエンチング領域 ２６，２７，３３，３４，４０，４１ 外部入力光の結
合部（２次回折格子または４５度ミラー） ４２Ａ，４３Ａ 光導波路Ａ ４２Ｂ，４３Ｂ 光導波路Ｂ ４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ 双安定レーザの利得領域 ４５Ａ 可飽和吸収領域 ４５Ｂ 利得クエンチング領域 ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ，４７Ａ，４７Ｂ，４
７Ｃ，４７Ｄ 光導波路・利得領域・可飽和吸収領域・
利得クエンチング領域を電気的に分離するための溝 ４８Ａ，４９Ａ 光導波路部分の電極 ５０Ａ 可飽和吸収領域の電極 ５１Ａ，５１Ｃ 光導波路・利得領域・可飽和吸収領域
・利得クエンチング領域を電気的に分離するための溝 ５２ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層 ５３ ｐ形ＩｎＰクラッド層 ５４ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ ＭＱＷ活性層 ５５ ｎ形ＩｎＰクラッド層 ５６ ＩｎＰ基板 ５７ ｎ側電極 ５８ レンズ ５９ 外部注入光 ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ 双安定レーザの利得領域 ６１Ａ 可飽和吸収領域の電極 ６１Ｂ 利得クエンチング領域 ６２Ｂ，６２Ｄ，６３Ｂ，６３Ｄ 光導波路・利得領域
・可飽和吸収領域・利得クエンチング領域を電気的に分
離するための溝
導波路・利得領域・可飽和吸収領域・利得クエンチング
領域を電気的に分離するための溝 ７Ａ，８Ａ 光導波路部分の電極 ９Ａ 可飽和吸収領域の電極 ９Ｂ 利得クエンチング領域の電極 １０ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層 １１ ｐ形ＩｎＰクラッド層 １２ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ ＭＱＷ活性層 １３ ｎ形ＩｎＰクラッド層 １４ ＩｎＰ基板 １５ ｎ側電極 １６ レンズ １６′ ＩｎＰ基板上にモノリシック形成されたレンズ １７ 外部注入光 １８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ 利得領域の電極 １９ ２次回折格子 ２０ ４５度ミラー ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，３
５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ双安定レーザの利得領域 ２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ，３
０Ａ，３０Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ 光導
波路 ２４，３１，３８ 可飽和吸収領域 ２５，３２，３９ 利得クエンチング領域 ２６，２７，３３，３４，４０，４１ 外部入力光の結
合部（２次回折格子または４５度ミラー） ４２Ａ，４３Ａ 光導波路Ａ ４２Ｂ，４３Ｂ 光導波路Ｂ ４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ 双安定レーザの利得領域 ４５Ａ 可飽和吸収領域 ４５Ｂ 利得クエンチング領域 ４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ，４７Ａ，４７Ｂ，４
７Ｃ，４７Ｄ 光導波路・利得領域・可飽和吸収領域・
利得クエンチング領域を電気的に分離するための溝 ４８Ａ，４９Ａ 光導波路部分の電極 ５０Ａ 可飽和吸収領域の電極 ５１Ａ，５１Ｃ 光導波路・利得領域・可飽和吸収領域
・利得クエンチング領域を電気的に分離するための溝 ５２ ｐ+ −ＩｎＧａＡｓキャップ層 ５３ ｐ形ＩｎＰクラッド層 ５４ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰまたはＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓＰ ＭＱＷ活性層 ５５ ｎ形ＩｎＰクラッド層 ５６ ＩｎＰ基板 ５７ ｎ側電極 ５８ レンズ ５９ 外部注入光 ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ 双安定レーザの利得領域 ６１Ａ 可飽和吸収領域の電極 ６１Ｂ 利得クエンチング領域 ６２Ｂ，６２Ｄ，６３Ｂ，６３Ｄ 光導波路・利得領域
・可飽和吸収領域・利得クエンチング領域を電気的に分
離するための溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津田 裕之 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 黒川 隆志 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 活性層として多重量子井戸構造を有する
双安定レーザ部と、該レーザ部と交差する二つ以上の光
導波路を有し、かつ、該交差部分に可飽和吸収領域と利
得クエンチング領域を有する双安定半導体レーザにおい
て、前記利得クエンチング領域をその一部に有する光導
波路が前記可飽和吸収領域をその一部に有する光導波路
よりも大きいことを特徴とする双安定半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17854692A JPH0621571A (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | 双安定半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17854692A JPH0621571A (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | 双安定半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0621571A true JPH0621571A (ja) | 1994-01-28 |
Family
ID=16050377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17854692A Pending JPH0621571A (ja) | 1992-07-06 | 1992-07-06 | 双安定半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621571A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115815798A (zh) * | 2022-07-14 | 2023-03-21 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 激光焊接方法及激光焊接设备和激光焊接组件 |
-
1992
- 1992-07-06 JP JP17854692A patent/JPH0621571A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115815798A (zh) * | 2022-07-14 | 2023-03-21 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 激光焊接方法及激光焊接设备和激光焊接组件 |
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