(57)【要約】【課題】光短パルスの発振スペクトル幅及び時間波形を安定的に外部制御可能な半導体パルスレーザを提供する。【解決手段】本発明の半導体パルスレーザは、所定の波長域に対して利得を有する利得領域１３と、利得領域１３と光学的に結合した第１反射鏡領域１１及び反射鏡領域１２と、を備え、第１反射鏡領域１１は、第１反射スペクトルを生じさせる第１回折格子２１を有し、第２反射鏡領域１２は、第２反射スペクトルを生じさせる第２回折格子２２を有し、第１反射スペクトルと第２反射スペクトルが重なった波長範囲で多モード発振するように、第１回折格子２１と第２回折格子２２が構成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長域に対して利得を有する利得領域と、
前記利得領域と光学的に結合した第１反射鏡領域及び第２反射鏡領域と、を備え、
前記第１反射鏡領域は、第１反射スペクトルを生じさせる第１回折格子を有し、
前記第２反射鏡領域は、第２反射スペクトルを生じさせる第２回折格子を有し、
前記第１反射スペクトルと前記第２反射スペクトルが重なった波長範囲で多モード発振するように、前記第１回折格子と前記第２回折格子が構成されていることを特徴とする、半導体パルスレーザ。
【請求項２】
前記第１反射鏡領域と前記第２反射鏡領域は、前記利得領域を挟むように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体パルスレーザ。
【請求項３】
前記第１反射鏡領域と前記第２反射鏡領域の間に配置された導波路領域をさらに備える、請求項２に記載の半導体パルスレーザ。
【請求項４】
前記利得領域の光出射側に設けられ、所定の波長域に対して可飽和吸収特性を有する可飽和吸収領域をさらに備え、
前記第１反射鏡領域と前記第２反射鏡領域は前記利得領域に対して前記可飽和吸収領域と反対側に並列配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体パルスレーザ。
【請求項５】
前記第１反射鏡領域及び前記第２反射鏡領域の間に設けられた導波路領域をさらに備える、請求項４に記載の半導体パルスレーザ。
【請求項６】
前記第１、第２反射鏡領域と前記利得領域とを光学的に結合する多モード干渉カプラをさらに備える、請求項４又は５に記載の半導体パルスレーザ。
【請求項７】
前記第１反射スペクトルと前記第２反射スペクトルは前記第１、第２回折格子への電流非注入時の中心波長が同一であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体パルスレーザ。
【請求項８】
前記第１反射スペクトルと前記第２反射スペクトルは前記第１、第２回折格子への電流非注入時の中心波長が異なることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体パルスレーザ。
【請求項９】
前記第１回折格子及び前記第２回折格子は、分布ブラッグ回折格子であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の半導体パルスレーザ。
【請求項１０】
前記第１回折格子及び前記第２回折格子は、チャープ回折格子であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の半導体パルスレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体パルスレーザに関し、特に光通信や光情報処理に適したモノリシック集積型のモード同期半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信技術は現代の情報化社会を支える重要な基盤技術である。現在、幹線系の１チャネルあたりの通信速度は１０〜４０Ｇｂ／ｓに及び、将来的には８０〜１６０Ｇｂ／ｓ以上の超高速通信の実現も期待されている。かかる超高速通信の実現には各種光素子が必要となるが、特に短い光パルスを一定の周波数で持続させた光クロックパルスが必須であり、安定でジッタのない、つまり時間軸での信号の揺らぎが少ない光クロックパルス発生素子の実現が求められている。
【０００３】
光クロックパルスを発生させる方法は、半導体レーザの直接変調によるもの、モード同期レーザによるもの、外部変調器によるもの等が知られている。ネットワークシステムの小型化や振動に対する堅牢さの観点からは、半導体素子による光クロックパルスの発生が望ましく、さらに超高速パルスを発生させうる方式として、モード同期方式による半導体レーザが望ましい。
【０００４】
しかしながら、従来のモード同期半導体レーザでは、発振利得帯域又は可飽和吸収体等の非線形媒体の応答を調整して素子を作製し、実効共振器長で決まる発振縦モード間を相互に同期をとることで短パルス光を発生させている。そのため、発振スペクトルは作製時点で規定されることとなり、さらには、そのフーリエ変換の関係にある光パルス時間波形も一意に定まっていた。そのため、長距離伝送にとって問題となる波長分散の影響が調整できず、さらに、ビットレートに適したＲＺ（Return to Zero）パルスの時間幅を調整することができない。
【０００５】
特許文献１には、モード同期半導体レーザの反射波長幅、発振周波数、チャープの制御について記載されている。発振波長幅の制御は、光導波路領域への電流注入で導波路損失を変化させることで実現している。反射鏡は、その反射率が十分に高い状態では一定の反射波長幅２ｎｍを有している。反射鏡の前方に設置された導波路に電流を注入してフリーキャリア吸収を生じさせることで導波損失が発生し、その結果、反射鏡の実効反射率が低下するために、反射帯域の端部の反射率が低下し、半値全幅としての反射波長幅が０．５ｎｍまで減少させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の図２には、反射領域の光ガイド層に電流注入することで反射波長幅を調整する機構が記載されており、光短パルス時間波形を調整することが可能である。但し、反射波長幅は導波路損失に相関がある構造であるため、一定の発振条件のもとで一定のパルス時間波形を得ようとすると、安定に光出力の調整を行うことができない。
【０００８】
すなわち、特定のパルス時間波形を想定すると、そのフーリエ変換の関係にある反射波長幅が一義に決まり、光導波路領域に注入する電流量を制御して導波路損失を調整することが必要となるが、それと同時に、その損失を補償して発振を維持するための活性層領域への注入電流量が決まってしまうために、出力される光強度はある特定の値となる。
【０００９】
また、光導波路領域の電流が特定の値で固定されるために発振の位相調整を行うことができず、共振器の発振状態が不安定になる。さらには、反射波長幅の調整と独立した反射鏡の中心波長の調整機構が無いため、高密度波長多重光通信で所望する波長へ発振波長を微調整することが出来ない。
【００１０】
そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、光短パルスの発振スペクトル幅及び時間波形を安定に外部制御可能とする半導体パルスレーザの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の半導体パルスレーザは、所定の波長域に対して利得を有する利得領域と、利得領域と光学的に結合した第１反射鏡領域及び第２反射鏡領域と、を備え、第１反射鏡領域は、第１反射スペクトルを生じさせる第１回折格子を有し、第２反射鏡領域は、第２反射スペクトルを生じさせる第２回折格子を有し、第１反射スペクトルと第２反射スペクトルが重なった波長範囲で多モード発振するように、第１回折格子と第２回折格子が構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体パルスレーザでは、第１反射スペクトルと第２反射スペクトルが重なった波長範囲で多モード発振するように、第１回折格子と第２回折格子が構成されている。これにより、一方の反射スペクトルを波長シフトさせることで光短パルスの発振スペクトル幅及び時間波形を安定的に外部制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１の半導体パルスレーザの共振器方向断面図である。
【図２】実施の形態１の半導体パルスレーザの斜視図である。
【図３】実施の形態１の半導体パルスレーザの反射波長スペクトルを示す図である。
【図４】実施の形態１の半導体パルスレーザの反射波長スペクトルを示す図である。
【図５】実施の形態１の半導体パルスレーザのパルス波形を示す図である。
【図６】実施の形態１の半導体パルスレーザの発振モード数と時間・帯域幅積の関係を示す図である。
【図７】実施の形態２の半導体パルスレーザの反射波長スペクトルを示す図である。
【図８】実施の形態４の半導体パルスレーザの共振器方向断面図である。
【図９】実施の形態５の半導体パルスレーザの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
＜構成＞
図１は、本発明の実施の形態１における半導体パルスレーザの共振器方向断面図である。
【００１５】
本実施の形態の半導体パルスレーザは、ｎ型ＩｎＰ基板５１と、その上に形成されたｎ型ＩｎＰクラッド層５２と、その上に形成されたＩｎＧａＡｓＰ活性層２３及び光導波層２４を備えている。又、本実施の形態の半導体パルスレーザは、活性層２３及び光導波層２４上に形成されたｐ型ＩｎＰクラッド層５５と、光導波層２４の上部の一部に形成された第１回折格子２１及び第２回折格子２２と、クラッド層５５上に形成されたｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５６と、活性層２３と光導波層２４の側面に形成された電流を狭窄するための高抵抗ＩｎＰ電流閉じ込め層５７（図２参照）と、を備えている。
【００１６】
半導体パルスレーザは、所定の波長域に対して利得を有する利得領域１３と、利得領域１３を挟むように配置された第１反射鏡領域１１及び第２反射鏡領域１２とを備え、さらに導波路領域１４を備える。利得領域１３は、活性層２３とこれに対応するｎ型クラッド層５２、ｐ型クラッド層５５、基板５１から構成される。第１反射鏡領域１１は、第１回折格子２１とこれに対応する光導波層２４、ｎ型クラッド層５２、ｐ型クラッド層５５、基板５１から構成される。第２反射鏡領域１２は、第２回折格子２２とこれに対応する光導波層２４、ｎ型クラッド層５２、ｐ型クラッド層５５、基板５１から構成される。導波路領域１４は、回折格子２１，２２や活性層２３が形成されていない領域に対応する光導波層２４、ｎ型クラッド層５２、ｐ型クラッド層５５、基板５１から構成される。なお、本実施の形態において第１回折格子２１および第２回折格子２２は、中心波長を同一に設定した分布ブラッグ反射鏡である。
【００１７】
すなわち、実施の形態１に係る半導体パルスレーザは、第１反射鏡領域１１と第２反射鏡領域１２は、利得領域１３を挟むように配置されていることを特徴とする。このような構成にすることで、第１回折格子２１の第１反射スペクトルと第２回折格子２２の第２反射スペクトルの重なった波長範囲で多モード発振させ、一方の反射スペクトルを波長シフトさせることにより発振スペクトル幅を制御することができる。
【００１８】
さらに、実施の形態１に係る半導体パルスレーザは、第１反射鏡領域１１と第２反射鏡領域１２の間に配置された導波路領域１４を備える。これにより、共振器モードを安定化させることができ、安定的に発振光短パルスの時間波形を調整できる。
【００１９】
また、第１回折格子２１及び第２回折格子２２は、分布ブラッグ回折格子であることを特徴とする。発振スペクトルを制限する回折格子に同一周期のみで構成される分布ブラッグ回折格子を用いることにより、容易に半導体パルスレーザを製造することが出来る。
【００２０】
第１反射鏡領域１１、利得領域１３、第２反射鏡領域１２、導波路領域１４は、エッチングによって形成された分離溝３７ａ、３７ｂ、３７ｃによって電気的に分離されている。
【００２１】
さらに、半導体パルスレーザは、上述の領域のそれぞれにおいてｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層５６上に形成されたｐ型電極となる第１反射鏡領域電極３１、第２反射鏡領域電極３２、利得領域電極３３、導波路領域電極３４を備える。もちろん、これらの電極も分離溝３７ａ、３７ｂ、３７ｃによって互いに隔てられかつ電気的に分離されるように設けられている。
【００２２】
さらに、半導体パルスレーザは、ｎ型ＩｎＰ基板５１の裏面側に形成されたｎ型電極となる裏面電極３６を備え、端面反射を低減するため両端面に無反射コーティング３８を備える。このように、本実施の形態の半導体パルスレーザは多電極構造となる。
【００２３】
＜動作＞
次に、本実施の形態の半導体パルスレーザの動作を説明する。
【００２４】
本実施の形態の半導体レーザは、上述したようにｐ型電極３１、３２、３３、３４が分離溝３７ａ、３７ｂ、３７ｃによって電気的に分離された４つの領域に分割されており、第１反射鏡領域１１、第２反射鏡領域１２、利得領域１３、および導波路領域１４の各々へ独立に電流を注入できる構成を有している。すなわち、第１反射鏡領域電極３１から第１反射鏡領域１１へ、第２反射鏡領域電極３２から第２反射鏡領域１２へ、利得領域電極３３から利得領域１３へ、導波路領域電極３４から導波路領域１４へ、それぞれ独立に電流が注入される。このうち、利得領域１３へ電流が注入されると、活性層２３において強い励起状態が生じ、その結果発光が起こる。活性層２３で発生した光は、第１反射鏡領域１１および第２反射鏡領域１２において波長が規定され、多モード発振する。
【００２５】
＜スペクトル幅の調整＞
図３は、実施の形態１における半導体パルスレーザの反射スペクトルを示す図である。第１回折格子２１と第２回折格子２２は中心波長を同一に設定しているため、第１反射鏡領域電極３１と第２反射鏡領域電極３２の両方に電流が注入されていない状態では、第１回折格子の反射スペクトル（第１反射スペクトル）１０１と点線で示す第２回折格子２２の反射スペクトル（第２反射スペクトル）１０２の中心波長は一致し、狭い方の反射スペクトル幅が重なりスペクトル幅となる。第２反射鏡領域電極３２から第２回折格子２２に電流を注入すると、プラズマ効果による実効屈折率の低下が生じ第２反射スペクトル１０２は例えば１．０ｎｍ短波長側にシフトする。シフト後のスペクトルを第２反射スペクトル１０２´（実線）として示している。なお、図３では見易くする目的で第２反射スペクトル１０２，１０２´の高さを第１反射スペクトル１０１よりも高くしている。
【００２６】
第１反射スペクトル１０１と第２反射スペクトル１０２´の重なり幅１０３の波長範囲にあって、かつ発振閾値レベル以上となる光が発振される。
【００２７】
すなわち、実施の形態１に係る半導体パルスレーザは、所定の波長域に対して利得を有する利得領域１３と、利得領域１３と光学的に結合した第１反射鏡領域１１及び第２反射鏡領域１２と、を備え、第１反射鏡領域１１は、第１反射スペクトルを生じさせる第１回折格子２１を有し、第２反射鏡領域１２は、第２反射スペクトルを生じさせる第２回折格子２２を有し、第１反射スペクトルと第２反射スペクトルが重なった波長範囲で多モード発振するように、第１回折格子２１と第２回折格子２２が構成されていることを特徴とする。これにより、発振スペクトル幅を外部制御により調整することができ、発振光短パルスの時間波形を調整することが出来る。
【００２８】
そして、第１反射スペクトルと第２反射スペクトルは第１、第２回折格子２１，２２への電流非注入時の中心波長が同一であることを特徴とする。よって、狭い方のスペクトル幅が重なり幅となり、発振スペクトル幅が決定する。又、どちらかの反射スペクトルを波長シフトすれば重なり幅が変化することから、発振スペクトル幅の調整が可能である。
【００２９】
本実施の形態では、重なり幅１０３が少なくとも２本以上、好ましくは３〜１０本の発振縦モード１０４を含むように、第１回折格子２１および第２回折格子２２が形成されている。例えば、４０Ｇｂ／ｓの短パルス光を発生させる場合、縦モード間の波長間隔は約０．３２ｎｍとなる必要があり、１０本の発振縦モード１０４が含まれる反射スペクトルの重なり幅１０３は概ね３．５ｎｍとなる。このため、回折格子２１、２２の各領域長や光導波層２４に対する結合係数を調整して、第１反射スペクトル１０１と第２反射スペクトル１０２の波長幅がそれぞれ３．５ｎｍ以上となるようにする。例えば、結合係数を〜３００／ｃｍ、回折格子長を〜１５０μｍとすることで、回折格子のスペクトル波長幅として約５ｎｍ程度が得られる。
【００３０】
今、第１反射スペクトル１０１の幅を４．０ｎｍ、第２反射スペクトル１０２の幅を５．０ｎｍとし、第２反射鏡領域電極３２から第２回折格子２２に電流を注入して第２反射スペクトル１０２を１．０ｎｍ短波長側にシフトさせたとすると、第１反射スペクトル１０１と第２反射スペクトル１０２´の重なり幅１０３は３．５ｎｍとなり、約１０本の縦モードが発振している。このように片方の回折格子への電流注入量を調整することにより、反射スペクトルの重なり幅１０３を調整することができる。分布ブラッグ反射鏡へ電流を注入してシフトできる波長は、一般的には概ね５ｎｍ程度であることが知られており、本実施の形態では重なり幅１０３を０ｎｍ〜４ｎｍの範囲で調整する。
【００３１】
発振している複数の縦モードが位相同期するように、利得領域１３の長さ、導波路領域１４の長さ、さらには、それぞれの利得領域電極３３、導波路領域電極３４への電流量が適当に調整されている場合、モード同期した短パルス光が発振する。位相同期した状態では発振光スペクトル１０５の包絡線（図４参照）と、光パルスの時間波形１０７（図５参照）が、互いにフーリエ変換の関係にあることが知られている。なお、図４は第１反射鏡領域１１の長さを１５０μｍ、第２反射鏡領域１２の長さを１５０μｍ、利得領域の長さを５００μｍ、導波路領域１４の長さを３００μｍとした場合の発振スペクトルであり、図５は上記条件における時間波形である。図３における反射スペクトルの重なり幅１０３を調整することにより、言い換えれば第２反射スペクトル１０２´のシフト量を調整することにより、発振光スペクトルの包絡線１０５の幅が調整可能となり、よって光パルスの時間波形１０７が調整できる。
【００３２】
＜発振縦モードの数＞
上記の説明において、発振縦モード１０４の数は３〜１０本が好ましいとしたが、その理由について説明する。縦モードが２本の場合パルス発振は発生するが、スペクトルと時間波形のフーリエ変換関係により一般的に正弦波状のパルスとなり、特殊な場合を除いて光通信に適さない。一方、モード同期半導体レーザの設計で各々の縦モードは利得媒体の分散の影響を強く受けるが、レーザ発振は非線形の多モード方程式で記述され、各々の相関に関しては解析が極めて困難である。そのため、４本を超える多モードの解析的な解は得られていないが、半導体レーザではモード間の位相差を完全に無くすことは困難であることが示唆されている。つまり、モードの数が増えるに従いモード間の位相差が累積し、完全なフーリエ変換関係からは外れたモード同期状態となる。
【００３３】
波長分散を有する特定の半導体構造において、モード同期発振スペクトルに含まれるモード数と時間パルス波形からフーリエ変換限界からの外れを実験的に評価した結果を図６に示す。図６は、横軸に発振縦モード数、縦軸に時間・帯域幅積をとり、両者の関係を示している。なお、時間・帯域幅積は、波形に依存してその下限値が物理的に定まっており、ｓｅｃｈ2型では０．３１５であることが知られている。なお、この状態をフーリエ変換限界と呼ぶ。図６より、モード数が増えるに従い急激にフーリエ変換限界から外れ、モード数が１０本を超えるあたりでモード同期状態が解除されている。
【００３４】
なお、発振スペクトル１０５（図４参照）の中心波長が、光通信システムで所望される波長と僅かに異なる場合は、第１反射鏡領域電極３１と第２反射鏡領域電極３２へ注入する電流を同時に調整することにより所望の波長に合わせ込むことが可能である。
【００３５】
＜効果＞
実施の形態１に係る半導体パルスレーザは、所定の波長域に対して利得を有する利得領域１３と、利得領域１３と光学的に結合した第１反射鏡領域１１及び第２反射鏡領域１２と、を備え、第１反射鏡領域１１は、第１反射スペクトルを生じさせる第１回折格子２１を有し、第２反射鏡領域１２は、第２反射スペクトルを生じさせる第２回折格子２２を有し、第１反射スペクトルと第２反射スペクトルが重なった波長範囲で多モード発振するように、第１回折格子２１と第２回折格子２２が構成されていることを特徴とする。これにより、発振スペクトル幅を外部制御により調整することができ、発振光短パルスの時間波形を調整することが出来る。
【００３６】
又、実施の形態１に係る半導体パルスレーザは、第１反射鏡領域１１と第２反射鏡領域１２は、利得領域１３を挟むように配置されていることを特徴とする。このような構成にすることで、第１回折格子２１の第１反射スペクトルと第２回折格子２２の第２反射スペクトルの重なった波長範囲で多モード発振させ、一方の反射スペクトルを波長シフトさせることにより発振スペクトル幅を制御することができる。
【００３７】
さらに、実施の形態１に係る半導体パルスレーザは、第１反射鏡領域１１と第２反射鏡領域１２の間に配置された導波路領域１４を備える。これにより、共振器モードを安定化させることができ、安定的に発振光短パルスの時間波形を調整できる。
【００３８】
又、第１反射スペクトルと第２反射スペクトルは第１、第２回折格子２１，２２への電流非注入時の中心波長が同一であることを特徴とする。よって、狭い方のスペクトル幅が重なり幅となり、発振スペクトル幅が決定する。又、どちらかの反射スペクトルを波長シフトすれば重なり幅が変化することから、発振スペクトル幅の調整が可能である。
【００３９】
また、第１回折格子２１及び第２回折格子２２は、分布ブラッグ回折格子であることを特徴とする。発振スペクトルを制限する回折格子に同一周期のみで構成される分布ブラッグ回折格子を用いることにより、容易に半導体パルスレーザを製造することが出来る。
【００４０】
（実施の形態２）
＜構成＞
実施の形態１では、第１回折格子の反射スペクトル１０１の中心波長と、第２回折格子の反射スペクトル１０２の中心波長が同一になるように設定されていたが、実施の形態２では中心波長が異なるように設定されている。回折格子は電子ビーム露光により形成されるが、露光ピッチを変化させることにより中心波長の制御が可能である。図７は、実施の形態２における半導体パルスレーザの反射スペクトルを示す図である。第２反射スペクトル１０２は、第１反射スペクトル１０１のスペクトル幅と同程度、第１反射スペクトル１０１よりも長波長側にくるように、第１回折格子及び第２回折格子が形成されている。
【００４１】
実施の形態２の半導体パルスレーザのその他の構成は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００４２】
＜動作＞
実施の形態１と同様に、第２反射鏡領域電極３２に電流を注入し、プラズマ効果によって第２反射スペクトル１０２を１．０ｎｍ短波長側にシフトさせている。これにより、第１反射スペクトル１０１と第２反射スペクトル１０２´の重なり幅１０３は、約１．５ｎｍとなる。なお、本実施の形態においても実施の形態１と同様に反射スペクトルの重なり幅１０３は、０ｎｍ〜４ｎｍの範囲で調整可能である。
【００４３】
実施の形態２では、電流注入量の少ない状態では、反射スペクトルの重なり幅１０３は小さく、電流注入量の多い状態で重なり幅１０３が大きくなるように設定されている。短パルスレーザを発振させる場合、パルス幅を短くするためにはフーリエ変換の関係からスペクトル幅を広くすることが求められる。しかし、スペクトル幅を広くして発振縦モード数を増やすと、図６に示したように分散の影響により縦モード間の位相同期が起こりにくくなる場合がある。そのため、発振縦モード数は３本程度であることが安定な位相同期の点からは望ましく、反射スペクトルの重なり幅１０３を適当に狭くする必要がある。
【００４４】
分布ブラッグ反射鏡は、電流注入量の増大に伴いプラズマ効果による屈折率の低下が生じるのと同時に、フリーキャリア吸収による損失が発生することが知られている。本実施の形態では、十分な反射率を持つように設計されているが、不要な損失を避けるためには、注入する電流量が少ないことが好ましいことは言うまでもない。つまり、注入電流量が少ない状態で、反射スペクトルの重なり幅１０３を小さく設定しておくことにより、位相同期を容易に起こすことが出来る。本実施の形態では、注入電流量の増大に伴い反射スペクトルの重なり幅１０３を増大させる構成となっている。
【００４５】
すなわち、実施の形態２の半導体パルスレーザは、第１反射スペクトルと第２反射スペクトルは第１、第２回折格子２１，２２への電流非注入時の中心波長が異なることを特徴とする。電流非注入時において、一方の反射スペクトルの中心波長を他方の反射スペクトルのスペクトル幅程度シフトさせておけば、フリーキャリア吸収による損失が少ない少量の電流注入によって適度に狭い重なり幅１０３とすることができ、発振縦モードの安定な位相同期を得ることが出来る。
【００４６】
＜効果＞
実施の形態２の半導体パルスレーザによれば、上述した通り以下の効果を奏する。すなわち、実施の形態２の半導体パルスレーザにおいて第１反射スペクトルと第２反射スペクトルは第１、第２回折格子２１，２２への電流非注入時の中心波長が異なることを特徴とする。電流非注入時において、一方の反射スペクトルの中心波長を他方の反射スペクトルのスペクトル幅程度シフトさせておけば、フリーキャリア吸収による損失が少ない少量の電流注入によって適度に狭い重なり幅１０３とすることができ、発振縦モードの安定な位相同期を得ることが出来る。
【００４７】
（実施の形態３）
＜構成＞
実施の形態１及び実施の形態２では、第１回折格子２１及び第２回折格子２２として分布ブラッグ回折格子反射鏡を用いた。しかし、実施の形態３では、第１回折格子２１及び第２回折格子２２のいずれか又は両方をチャープ回折格子反射鏡とする。その他の構成については実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００４８】
＜チャープ回折格子＞
分布ブラッグ反射鏡は、単一の周期の格子を繰り返して作製されており、その長さと導波層との結合効率を調整することにより、反射スペクトル幅や反射率を調整する。分布ブラッグ反射鏡では、反射スペクトル幅を大きくするために回折格子の長さと結合係数の積を大きくしており、その結果反射率は高く発振閾値を下げる効果がある。
【００４９】
同様の広い反射スペクトル幅を得るものに、例えば格子の周期を順次変えて回折格子を作製するチャープ回折格子があり、実施の形態３ではこれを反射鏡として用いる。チャープ回折格子は、周期の調整幅に対応して反射スペクトルを広げることができ、各々の周期の回折格子の繰り返し数に応じて反射率を調整できる効果がある。
【００５０】
そのため、チャープ回折格子を反射鏡として用いることで、所望のスペクトル幅を任意に設計し、適当に反射率を下げることができる。例えば、チャープ格子を実現する一つの手法である多重位相シフト回折格子を採用した場合、結合係数を４０／ｃｍに設定し、位相シフト間の回折格子のひとかたまりを２０周期程度で形成することで、反射率を０．５程度に下げた反射鏡を得ることができる。これにより、発振閾値は上昇するが、光出力を増大させることが出来る。
【００５１】
すなわち、実施の形態３に係る半導体パルスレーザにおいて、第１回折格子２１及び第２回折格子２２は、チャープ回折格子であることを特徴とする。発振スペクトルを制限する回折格子に周期が変化するチャープ回折格子を用いることにより、光出力や時間波形の設計自由度の高い半導体パルスレーザを得ることが出来る。
【００５２】
＜効果＞
実施の形態３に係る半導体パルスレーザでは既に述べたように以下の効果を奏する。すなわち、実施の形態３に係る半導体パルスレーザにおいて、第１回折格子２１及び第２回折格子２２は、チャープ回折格子であることを特徴とする。発振スペクトルを制限する回折格子に周期が変化するチャープ回折格子を用いることにより、光出力や時間波形の設計自由度の高い半導体パルスレーザを得ることが出来る。
【００５３】
（実施の形態４）
＜構成＞
実施の形態１では利得領域１３と第二反射鏡領域の間に導波路領域１４を備えることとしたが、導波路領域１４はなくても良い。図８に示すように、実施の形態４の半導体パルスレーザは、実施の形態１において導波路領域１４を除去したものである。その他の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００５４】
＜動作＞
本実施の形態の動作は、実施の形態１と実質的に同様であるため説明を省略する。
【００５５】
＜効果＞
本実施の形態においても、第１回折格子２１の反射スペクトルと第２回折格子２２の反射スペクトルの重なり幅によって発振光のスペクトル幅が決定するため、一方の反射スペクトルを波長シフトさせることにより、光短パルスの発振スペクトル幅を調整し、時間波形を外部制御することが可能である。
【００５６】
（実施の形態５）
＜構成＞
図９は、実施の形態５の半導体パルスレーザの上面図である。実施の形態５の半導体パルスレーザは、利得領域１３と、第１反射鏡領域１１と、第２反射鏡領域１２と、第１反射鏡領域１１及び第２反射鏡領域１２を利得領域１３と光学的に結合させる多モード干渉カプラ４１に加え、可飽和吸収領域１５を備え、好ましくは導波路領域１４をさらに備える。
【００５７】
利得領域１３、第１反射鏡領域１１、第２反射鏡領域１２、導波路領域１４の構成は実施の形態１と同様であり、利得領域１３は活性層２３を、第１反射鏡領域１１は第１回折格子２１を、第２反射鏡領域１２は第２回折格子２２を、それぞれ備えている。
【００５８】
可飽和吸収領域１５は利得領域１３より半導体パルスレーザの光出射側に設けられ、第１反射鏡領域１１と第２反射鏡領域１２は、可飽和吸収領域１５に対して利得領域１３の反対側に並列に配置され、多モード干渉カプラ４１を介してそれぞれ独立に利得領域１３と光学的に結合している。また、導波路領域１４が、多モード干渉カプラ４１と第１反射鏡領域１１および第２反射鏡領域１２の間に設けられている。本実施の形態において第１回折格子２１および第２回折格子２２のそれぞれは、中心波長を同一に設定した分布ブラッグ反射鏡である。
【００５９】
すなわち、実施の形態５の半導体パルスレーザは、利得領域の光出射側に設けられ、所定の波長域に対して可飽和吸収特性を有する可飽和吸収領域１５をさらに備え、第１反射鏡領域１１と第２反射鏡領域１２は利得領域１３に対して可飽和吸収領域１５と反対側に並列配置されていることを特徴とする。これにより、可飽和吸収領域１５を有するモード同期パルスレーザにおいて、発振スペクトル幅を外部制御により調整することができ、発振光短パルスの時間波形を調整することが出来る。
【００６０】
また、実施の形態５の半導体パルスレーザは、第１反射鏡領域１１及び第２反射鏡領域１２の間に設けられた導波路領域１４をさらに備える。共振器モードを安定化する導波路領域１４を有することにより、可飽和吸収領域１５を有するモード同期パルスレーザにおいて、安定的に発振光短パルスの時間波形を調整することが出来る。
【００６１】
さらに、実施の形態５の半導体パルスレーザは、第１、第２反射鏡領域１１，１２と利得領域１３とを光学的に結合する多モード干渉カプラ４１をさらに備える。これにより、可飽和吸収領域１５を有するモード同期パルスレーザにおいて、発振スペクトル幅を外部制御により調整することができ、発振光短パルスの時間波形を調整することが出来る。
【００６２】
＜動作＞
可飽和吸収領域１５は、内部光強度がその飽和レベルを超えた状態のときに光パルスを共振器の外部に取り出す。エネルギーが外部に放出されることで、飽和レベルを下回って光放出が停止する受動モード同期発振が実現する。
【００６３】
あるいは、可飽和吸収領域１５に外部から高周波信号を加えることにより、能動的モード同期発振が実現することも知られている。このときの光スペクトル波形は、第１に活性層２３および可飽和吸収層２５の半導体量子構造で規定され、第２に第１反射鏡領域１１及び第２反射鏡領域１２の反射スペクトルで制限される。
【００６４】
従来は、反射鏡は１つであり、半導体量子構造の作製後は調整の範囲が極めて限られるために、発振スペクトル波形を外部調整することは困難であった。しかし、実施の形態５の半導体パルスレーザでは、第１回折格子２１及び第２回折格子２２の反射スペクトルをそれぞれ調整することができ、反射スペクトルの重なり幅１０３に対応してレーザ発振が起こるので、発振スペクトル波形を所望の幅に調整することが可能である。つまり、そのフーリエ変換の関係にある光パルス時間波形の調整を可能とすることができる。
【００６５】
＜効果＞
実施の形態５の半導体パルスレーザによれば、上述したように以下の効果を奏する。すなわち、実施の形態５の半導体パルスレーザは、利得領域の光出射側に設けられ、所定の波長域に対して可飽和吸収特性を有する可飽和吸収領域１５をさらに備え、第１反射鏡領域１１と第２反射鏡領域１２は利得領域１３に対して可飽和吸収領域１５と反対側に並列配置されていることを特徴とする。これにより、可飽和吸収領域１５を有するモード同期パルスレーザにおいて、発振スペクトル幅を外部制御により調整することができ、発振光短パルスの時間波形を調整することが出来る。
【００６６】
また、実施の形態５の半導体パルスレーザは、第１反射鏡領域１１及び第２反射鏡領域１２の間に設けられた導波路領域１４をさらに備える。共振器モードを安定化する導波路領域１４を有することにより、可飽和吸収領域１５を有するモード同期パルスレーザにおいて、安定的に発振光短パルスの時間波形を調整することが出来る。
【００６７】
さらに、実施の形態５の半導体パルスレーザは、第１、第２反射鏡領域１１，１２と利得領域１３とを光学的に結合する多モード干渉カプラ４１をさらに備える。これにより、可飽和吸収領域１５を有するモード同期パルスレーザにおいて、発振スペクトル幅を外部制御により調整することができ、発振光短パルスの時間波形を調整することが出来る。
【００６８】
＜変形例＞
なお、上記説明において、第１回折格子２１と第２回折格子は中心波長を同一に設定した分布ブラッグ反射鏡としたが、実施の形態２と同様に中心波長を異なって設定した分布ブラッグ反射鏡としても良い。あるいは、第１回折格子２１と第２回折格子のいずれか又は両方が、実施の形態３と同様にチャープ回折格子反射鏡であっても良い。
【符号の説明】
【００６９】
１１  第１反射鏡領域、１２  第２反射鏡領域、１３  利得領域、１４  導波路領域、１５  可飽和吸収領域、２１  第１回折格子、２２  第２回折格子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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