(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板上に存在する、誘電材の層の１／４波長スタックを含み、該１／４波長スタックは、広帯域ギャップ半導体材料と狭帯域ギャップ半導体材料とが交互となる複数の層を含み、該複数の層は、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、そしてＧａＡｓＳｂ／ＧａＡｌＡｓＳｂからなる群から選択された半導体材料系からなり、さらに、
該１／４波長スタック上に存在する、ｎがゼロより大きい奇数であるｎ／２波長歪解放層を含み、該歪解放層はＩｎＰからなり、さらに、
誘電体ミラーが入射放射に対して非線形飽和レスポンスを示すように、該歪解放層に配置された量子井戸層を含む誘電体ミラー。
【請求項２】
請求項１に記載の誘電体ミラーにおいて、該１／４スタックと該歪解放層の間の界面が、１×１０６／ｃｍ２以上の断層集中を形成することを特徴とする誘電体ミラー。
【請求項３】
請求項１に記載の誘電体ミラーにおいて、該歪解放層が、該１／４波長スタックの一番上の層の上にヘテロエピタキシャルに成長することを特徴とする誘電体ミラー。
【請求項４】
請求項１に記載の誘電体ミラーにおいて、該歪解放層が、該１／４波長スタックと格子が整合していない半導体材料からなることを特徴とする誘電体ミラー。
【請求項５】
ＧａＡｓ基板上に誘電材層の１／４波長スタックを形成する段階と、
ｎがゼロより大きい奇数である場合に、該１／４波長スタックの一番上の層上に、少なくとも一つの量子井戸を持つｎ／２波長歪解放層をヘテロエピタキシャルに成長させる段階とを含み、該歪解放層はＩｎＰからなることを特徴とする、入射放射に対して非線形飽和レスポンスを供給するための誘電体ミラーの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法において、１／４波長スタックが、複数の広い帯域ギャップ半導体材料と、狭い帯域ギャップ半導体材料とを交互に含むことを特徴とする製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の製造方法において、ヘテロエピタキシャル成長段階が、少なくとも１×１０６／ｃｍ２の断層集中を持つ１／４波長スタックに対する界面を形成するのに十分な温度で、該歪解放層の第１の部分を成長する段階を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の製造方法において、ヘテロエピタキシャル成長段階が、さらに該界面形成後に、以降の成長過程でほぼ全部の歪を解放するのに十分な温度まで、基板温度を徐々に上昇させることによって、該歪解放層の成長を継続して行う段階を含むことを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に超短光パルスを生成するためにレーザをモードロッキングする際に使用する強度に依存する反射器に関する。
【０００２】
【発明の背景】
レーザのモードロッキングによって生成した短い持続時間の光パルスは、高速信号処理およびデータ通信の際に役に立ち、通常超短光パルスと呼ばれる。何故なら、上記パルスのパルス幅がピコ秒および準ピコ秒単位だからである。固体レーザを受動的にモードロックするために、超短光パルスを生成する実用的な方法としては、半導体可飽和吸収体を使用する方法があることが分かっている。この目的のためには、半導体構造が特に適している。何故なら、半導体構造は廉価であり、コンパクトであり、広いスペクトル範囲で動作するように設計することができ、迅速なレスポンス時間を持っているからである。
【０００３】
可飽和吸収体は、光学的空胴またはレージング空胴内に設置される非線形反射器要素を含む。特定の波長においては、その不透明度が入射放射の強度の関数として変化するので、可飽和吸収体は入射放射に対してシャッターとして機能する。特定の波長のすべての弱い入射放射は、可飽和吸収体により吸収される。飽和強度と呼ばれる十分高いレベルの強度に達した入射放射は、可飽和吸収体を通過する。一般的にいって、上記の可飽和吸収体により生じる減衰は、比較的小さい。何故なら、可飽和吸収体は、必要とする波長において飽和して透明になるからである。
【０００４】
半導体可飽和吸収体は、狭帯域および広帯域レスポンス用に製造されてきた。バルク半導体材料および多重量子井戸ヘテロ構造は、狭帯域を吸収する目的に使用されてきた。一方、特に傾斜バンドギャップ多重量子井戸ヘテロ構造は、広帯域用に開発されてきた。このような吸収体装置の量子井戸を作る際には、１／４波長のスタック反射器上に量子井戸ヘテロ構造が形成される。反共振ファブリペロ可飽和吸収体と呼ばれる他の構造の場合には、半導体１／４波長スタック反射器と一緒にファブリペロ・エタロンを形成するために、量子井戸ヘテロ構造上に薄い膜状の酸化物部分反射器のスタックが作られた。上記半導体１／４波長スタック反射器の場合には、可飽和吸収体要素（ＭＱＷ）はファブリペロ・エタロン・レスポンス特性の反共振部分で、いくつかの波長の放射に応答する。この装置は、レーザ空胴と弱く結びつき、レーザのモードロッキング用に使用される他の多重量子井戸装置と比較すると損失が少ない。都合の悪いことに、反共振ファブリペロ可飽和吸収体は、かなりの追加装置処理を必要とし、またその実現のために最適化を行わなければならない。
【０００５】
１９９５年３月１５日に出願され、本出願の譲受人であるルーセント・テクノロジー社に譲渡されたＷ．ノックスの「可飽和ブラッグ反射器」という名称の米国特許出願第０８／４０４，６６４号は、内部空胴受動モードロッキングを行うことが分かっている新しいモノリシック半導体構造を開示している。ノックスが開示した例示としての吸収体構造は、高い反射率を持つＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓブラッグ反射器スタック内に一つのＧａＡｓ量子井戸（ＱＷ）を成長させることによって製造することができる。従来の可飽和吸収体とは異なり、この吸収体構造は量子井戸が成長した後、何の処理も必要としなかった。上記特許出願中にノックスが開示した吸収体は、ダイオードによりポンピングされたＣｒ：ＬｉＳＡＦレーザのモードロッキングに使用され成功を納め、８５０ナノメートルの波長で、１００ｆｓパルスを生成した。その際、上記構造により生じた損失は非常に小さく、非常に望ましい特性を示した。何故なら、固体レーザは一般的にエミッション断面積が小さいので利得が低く、ダイオードによりポンピングされたレーザの利得は特に低いからである。しかし、困ったことに、ノックスが開示した上記吸収体構造は、現在考慮の対象になっている電気通信の用途（例えば、１３００ナノメートル、１５５０ナノメートル等）に関連する遥かに長い波長での動作には適していない。
【０００６】
すでに説明したように、可飽和ブラッグ反射器（ＢＲ）を含む二つの構成要素は、非常に反射率の高い（＞９９％）ミラー・スタックで、吸収媒体として動作する一つまたはそれ以上の量子井戸を持つ。上記構成部材は、ノックスが開示しているように、８５０ナノメートルでの用途用に直接的な方法で製造することができるが、現在の技術を、電気通信の用途に関連する実質的にもっと長い波長で動作するレーザをモードロッキングすることができる吸収体構造の製造に適用すると、いくつかの問題が起こってくる。通常の通信波長（例えば、１５５０ナノメートル）で動作することができる構造は、普通ＩｎＰ基板上に成長する。しかし、ＩｎＰに名目上格子が整合している二進法半導体システムは存在しないので、ＩｎＰ上で成長したすべての役に立つヘテロ構造は、高度に制御された格子整合状態で成長させなければならない。さらに、ブラッグ反射器を構成するのに使用することができる種々の化合物の回折率、Δｎの違いは非常に小さい（１５５０ナノメートルで約０．１２）。それ故、９９．５％以上の反射率を達成するためには、ブラッグ反射器に非常に多数（例えば、４０）の厚い（例えば、２４０ナノメートル）周期を内蔵させなければならず、その結果、全体のｅｐｉの厚さは６ミリ以上にもなる。そのため、ＩｎＰ基板上に高い反射率のミラーを成長させるのは、非常に困難であり、時間の掛かる仕事である。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、反射率が高品質の非線形反射器構造を製作するために、ＧａＡｓ基板上にＩｎＰをベースとする化合物を、ヘテロエピタキシャルに成長させることにより、上記の欠点を克服し、技術を進歩させた。上記方法により製作された構造は、成長後の処理を必要とせず、電気通信の業界でレーザ源として関心をもたれているＣｒ４＋：ＹＡＧおよびＥｒ−Ｙｂ：ファイバ・レーザの両方を受動的にモードロッキングするのに使用され、成功を収めた。
【０００８】
本発明によれば、標準半導体１／４波長スタック反射器上に形成されたｎ／２波長歪解放層（ｎはゼロより大きい奇数）内で、一つまたはそれ以上の半導体量子井戸を含む非線形反射器により、低い光学的損失を達成することができ、簡単な方法で製造することができる。半波長層の成長は、非放射再結合源として効率的に動作するように、界面領域に十分な濃度で断層ができるように制御される。飽和が行われた後で、上記再結合源は、光学的パルスの次の往復がレーザ空胴に到着する前に、量子井戸のキャリヤを除去する。本発明により製造された構造を研究している際に観察された非常に高速なレスポンス時間は、上記再結合源の存在により説明することができる。当業者ならすぐ理解できると思うが、上記の様な非常に高速なレスポンス時間で動作することができる装置は、多重波長通信を含む種々の用途のＷＤＭ源として非常に貴重なものである。
【０００９】
非線形反射器は、現在考慮の対象になっている電気通信の用途に関連する長い波長で動作することができ、そのような長い波長でレーザの主要な発振空胴内で直接可飽和吸収用に使用することができる、強度依存のレスポンスを持つ。非線形反射器の飽和強度およびそれによる関連レーザ・モードロッキング特性は、歪解放層内の特定の位置に量子井戸を配置することにより制御することができる。
本発明の例示としての実施形態の場合には、一つまたはそれ以上のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ量子井戸が、高い反射率を持つＡｌＡｓ／ＧａＡｓミラー構造上に直接ヘテロエピタキシャルに成長する。上記ミラー構造はＧａＡｓ基板上に形成される。一つまたはそれ以上のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ量子井戸を含むＩｎＰ歪解放層は、λ／２（光学的波長の１／２）の光学的厚さに成長し、その結果、関連光学転送マトリックス要素が効率的に一体になり、その一体になったものがその構造の高い反射率を維持する。歪解放層の成長中に使用された温度は、多くの断層を含む界面が、ミラー構造と歪解放層との間に形成されるように選択される。量子井戸はこの高い欠陥領域に含まれる。そのような結果は当然望ましくないと思われるだろうが、本発明の発明者は、本当はこのような結果こそ望ましいものであることを発見した。驚いたことに、このような方法で作られた量子井戸は、非常に高い品質のホトルミネセンス（ＰＬ）を持ち、優れたモードロッキング特性を持っている。
【００１０】
【発明の詳細な記述】
上記の発明の背景のところで説明したように、ＩｎＰ基板上で高い反射率を持つミラーを成長させるのは、非常に困難であり、また時間の掛かるため、電気通信の分野で現在考慮の対象になっている、多くの用途に適している非線形反射器の生産に商業的に使用することはできない。本発明は、実質的には、ＧａＡｓ基板上にヘテロエピタキシャル成長した、ＧａＡｓおよびＡｌＡｓの高い反射率を持つブラッグ・ミラーを使用することにより、ＩｎＰ上に直接上記構造を成長させる際の種々の問題を完全に解決することができるという認識に基づいている。
【００１１】
ＧａＡｓ上でのＩｎＰのヘテロエピタキシャル成長は、すでに他の人によて行われている。例えば、Ａ．Ｇ．デンタイ他は金属酸化物の化学的蒸気を蒸着させることにより（ＭＯＣＶＤ）、ＧａＡｓ上に直接高品質のＩｎＰを成長させることができることを証明した。しかし、この場合には、相対的に大きなずれ（−３．８％）が生じる。（１９８６年）発行の電子レター２２（Ｅｅｌｃｔｒｏｎ  Ｌｅｔｔ．  ２３），第１１８６頁の「ＧａＡｓ基板上のＭＯＶＰＥ  ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰの直接成長（ＭＯＶＰＥ  ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ  Ｇｒｏｗｔｈ  Ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ  ＧａＡｓ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ）」を参照されたい。さらに、ＧａＡｓ基板上に直接成長させた検出装置およびトランジスタのような、ＩｎＰをベースとする装置は、ＩｎＰ基板上に成長した装置に匹敵する動作をすることが報告されている。例えば、１９８７年発行の電子レター２３、３８（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｅｔｔ．  ２３，３８）のＡ．Ｇ．デンタイ他の「ＭＯＶＰＥによりＧａＡｓ基盤上に成長した、ＩｎＧａＡｓ  Ｐ−Ｉ−Ｎフォトダイオード（ＩｎＧａＡＳＰ−Ｉ−Ｎ  Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｓ  ｇｒｏｗｎ  ｏｎ  ＧａＡｓ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  ｂｙ  ＭＯＶＰＥ）」という表題の論文を参照されたい。上記のＭＯＣＶＤプロセス中、基板は、ウェーハ表面の有機金属によるひび割れを確実に起こすために、通常成長の全期間中６５０℃に維持される。
【００１２】
デンタイ他により報告されたタイプの構造の、整合していない成長により生じる欠陥を減らすために、少なくとも１ミクロンの厚さのＩｎＰバッファ層がＧａＡｓ基板と装置の層との間に形成される。しかし、本発明の場合には、上記のような厚いバッファ層を成長させるのは不可能である。特に、ＧａＡｓとＩｎＰの誘電計数の違いにより、反射率が低下して使いものにならなくなる。
【００１３】
上記の同時係属特許出願で、ノックスが開示した方法によって製造した非線形反射器または可飽和ブラッグ反射器は、高い反射率を持つ１／４波長スタック誘電反射器を使用し、上記反射器は、上記反射器に非線形特性を与えるために、反射器の所定の位置に配置された一つまたはそれ以上の量子井戸を内蔵している。この構造は、固体レーザのようなレーザの主要なレーザ発生空胴内で直接使用することができる、低損失可飽和吸収体として機能する。量子井戸の位置は、他の要因と一緒に、可飽和反射器の飽和強度を決定する。本発明がノックスが開示した装置と異なっているのは、量子井戸が１／４波長スタック誘電反射器上で成長または他の方法で形成された１／２波長（光学通路の長さの半分）の歪解放層内に形成されている点である。
【００１４】
図１は、本発明により製造された例示としての非線形反射器構造１０である。図１の本発明のこの例示としての実施形態は、１／４波長スタック誘電ミラー構造１６上に成長した、ＩｎＰ歪解放層１４で成長した複数の量子井戸（図にはたった二つの１２ａおよび１２ｂしか示していない）を使用する。上記ミラー構造１６は、ＧａＡｓ基板１８上に形成され、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ半導体化合物システムに形成されたいくつかの層を含む。このようにしたのは説明を分かりやすくするためである。
【００１５】
構造１０は、ガス源分子ビーム・エピタキシャル（ＧＳＭＢＥ）により成長したものであるが、この構造においては、ひび割れたＡｓＨ３およびＰＨ３がＶ族のソースとして使用され、自然界の元素がＩＩＩ族のソースとして使用された。約３５０ミクロンの厚さを持つＧａＡｓ基板１８上には、Ｖ族対ＩＩＩ族の比率が２の状態で、６００℃の基板温度で、３０周期のＧａＡｓ層およびＡｌＡｓ層を交互に成長させることによって、１／４波長のスタック誘電ミラー１６が形成される。それ故、図１の例示としてのブラッグ反射器は、異なる屈折率を持つ材料の一連の交互の層からなる。図を見れば、ペアになっている層が複数あり、各ペアの層２０が一つの幅の広いエネルギー帯ギャップ２０ａおよび一つの狭いエネルギー帯ギャップ２０ｂを含んでいることがわかる。個々の層の厚さが約１／４波長（光学通路の長さの１／４）である複数の層が配置されていると、積み重なった層は１に近い反射率を持つミラーを形成する。図１の装置の場合には、広いエネルギー帯ギャップ２０ａはＡｌＡｓであり、狭いエネルギー帯ギャップ２０ｂはＧａＡｓである。層のこのシステムは、約１５５０ナノメートルの波長領域で動作するのに適している。上記反射率器は標準１／４波長スタック設計なので、各層の光学的厚さは必要とする動作波長の約１／４でなければならない。量子井戸を含まない反射器は、強度に依存する反射率を持ち、レーザ空胴内に挿入しても、モードロッキングに影響を与えないし、モードロッキングを起こしもしない。
【００１６】
例示としての構造１０のＩｎＰ歪解放層１４を成長させるのに、シリコン上でのＧａＡｓのヘテロエピタキシャル成長に広く使用される２ステップ・プロセスを使用することができる。以下にシリコン上にＧａＡｓを成長させるための２ステップ・プロセスを詳細に説明するが、１９９４年出版のＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｂ１２，１のＪ．Ｅ．クニングハム他の「８５０ナノメートルの光学的相互接続のための、ガス源分子ビーム・エピタキシャルによる、シリコン上のＧａＡｓ成長（Ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ＧａＡｓ  ｏｎ  Ｓｉ  ｂｙ  Ｇａｓ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ  ｆｏｒ  ８５０  ｎｍ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）」という表題の論文を参照されたい。上記２ステップ・プロセスの巧みな適応によって、例示としての実施形態の場合には、約１８０Ａの厚さの歪解放層１４の第一の部分が、１／４波長スタック構造１６の一番上の層の上に成長する。
【００１７】
歪解放層１４の上記第一の部分の成長中は、少なくとも１×１０５／ｃｍ２、好適には１×１０６／ｃｍ２以上の断層集中を持つ１／４波長スタックとの界面を作るために、温度が十分に低く維持される。本発明の発明者は、界面領域に十分な集中が行われると、これらの断層が非放射再結合源として機能することを発見した。飽和した後、これらの再結合源により、光学的パルスの次の往復がレーザ空胴に到着する前に、量子井戸のキャリヤが除去される。これらの再結合源が存在するために、本発明の発明者が行った実験の際に観察された非常に高速のレスポンス時間が得られるものと思われる。上記ような高速なレスポンス時間で動作する装置は、多重波長通信を含む用途におけるＷＤＭ源として非常に高い価値があるものと思われる。
【００１８】
図１の例示としての構造の場合には、最初の成長温度としては、（基板ホールダの背後に設置した熱電対により測定した）約４００℃が使用された。歪解放層１４の第一の部分が成長した後、界面中にすでに形成されている再結合または断層の移動を制限するために、成長温度を選択したもっと高い温度まで徐々に上げることができる。
【００１９】
図１の構造を製造する場合には、ＩｎＰ層の厚さが約３００Åに達するまで、温度を５２０℃までゆっくりと上げることができる。その後、温度を約６５０℃まで徐々に上げ、２０ＳＣＣＭ（１分間当たりの標準立方センチ）のＰＨ３の流れの中で、この温度に５分間維持して上記構造を焼きなます。焼きなましサイクルの終了時には、透明な（２ｘ４）の再構成を目でみることができるようになる。この再構成は、ＩｎＰの単結晶の大きな領域が形成されたことを示す。
【００２０】
その後、基板温度を５００℃に下げ、（１９９４年）発行のＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔ．  Ｔｅｃｈ．  Ｌｅｔｔ．  ６，  １４３９掲載の「ＧＳＭＢＥにより成長した、１．５５ミクロン適用に対する８：１のコントラスト比より優れている、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ  Ｐ−Ｉ（ＭＱＷ）−Ｎ  表面正常電子吸収変調器（ＩｎＧａＡｓ−ＩｎＰ  Ｐ−Ｉ（ＭＱＷ）−Ｎ  ｓｕｒｆａｃｅ  Ｎｏｒｍａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ  Ｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇ  Ｂｅｔｔｅｒ  ｔｈａｎ  ８：１  ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｒａｔｉｏ  ｆｏｒ  １．５５  Ｍｉｃｒｏｎ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  ＧＳＭＢＥ）」という表題のパサク他の論文に記載されている条件と同じ条件下で、高品質ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ変調器の成長と一緒に、ＩｎＰの成長を再開する。図１の装置を製造するために使用したこのプロセスを例示のように適応させることにより、量子井戸の層が５００℃で成長したが、この場合インジウムの成長速度は０．５３単層／秒に設定した。０．５３のインジウム・モル分率を作るために、ガリウムの成長率を０．５０に設定した。Ｖ族とＩＩＩ族の比率を２：１にするために、ひ素と燐のフラックスを使用した。この方法により、８ナノメートルの厚さのＩｎＧａＡｓの層（１２ａ又は１２ｂ）と、１０ナノメートルの厚さのＩｎＰの層（１２ａと１２ｂの間）からなるＩｎＧａＡｓの量子井戸の層が、歪解放層１４上に成長した。量子井戸構造が成長した後で、１／２波長の歪解放層構造が必ずできるように選択した厚さを持つＩｎＰ被覆層２２が成長した。
上記の例示としてのプロセスにより成長した例示としての構造は、非常に強いホトルミネセンスを持つことが分かった。図２は、図１の構造の通常の室温でのホトルミネセンスのスペクトルである。主要なピークは、閉じこめられた電子と重いホール状態の間のエキシトンの再結合によるもであり、一方もっと小さなピークは、おそらく電子と軽いホール状態によるものと思われる。主要ピークのＦＷＨＭは１２ミリ電子ボルトであることが分かったが、これは高品質量子井戸の成長が実際に行われたことを示す。光学コントラスト顕微鏡で観察した結果、量子井戸の形が非常に滑らかな鏡のようになっていることが分かったが、歪解放によるクロスハッチングは認められなかった。このことは本発明の成長プロセスの重要な点である。何故なら、それにより入射光の散乱によるすべての損失が最少限度に抑えられるからである。図３は、成長の前後のミラー・スタック上でＡＶＩＶスペクトロメータによる反射率の測定値である。しかし、周知のようにこの測定機の精度は４−５％である。レーザ空胴内でのもっと注意深い測定により、仕上げを行った構造の反射率の低下は、成長したミラーの反射率の低下と比較して０．５％以下であった。
【００２１】
図４Ａは、Ｃｒ４＋：ＹＡＣレーザ２８をモードロッキングするために、可飽和吸収体として使用した図１の非線形反射構造１０である。主要なレーザ空胴は高い反射率を持つミラー４２と、反射器構造１０との間に形成される。図４Ａに示すように、上記レーザ空胴は非点収差補償された折曲げＺ構成である。ブルースター・カットの２０×５ミリのＣｒ４＋：ＹＡＣ棒状結晶３０は、モードロックされたレーザに対して光学的利得媒体を供給する。ミラー３２、３４、３６および４２は、それぞれ１５５０ナノメートルを中心とする反射率を持ち、各折曲げミラー３４および３６は１０センチの曲率半径を持つ。折曲げミラー３４および３６は、光学的信号を利得媒体としてのロッド３０を通して送る。一方のアームには、二つの溶融シリカ・プリズム３８および４０が、パルス整形に使用される調整可能な負および正の分散を供給する。可飽和反射器構造１０は、１０センチの半径で湾曲している高い反射率を持つミラー３２のほぼ焦点に置かれ、銅のブロック上の直径約１００平方ミクロンの点に装着される。従って、ミラー３２は空胴モードの焦点を非線形反射構造１０の面上に結ぶ。一方のアームの近ブルースター角度に設置された４ミクロンの薄膜４４は、可変出力カップラの働きをした。スペクトル物理学により供給されたＮｄ：ＹＶＯ４レーザ（図示せず）は、レーザヘッドに接続している２０ワットのダイオード・アレーによってポンピングされる。１２および１５センチの焦点距離を持つ二つのレンズ４６および４８は、それぞれ回折によって制限されたポンプ・ビームを、折曲げミラー３６を通して、光学的空胴に結び付けるために使用される。
【００２２】
上記非線形反射器構造１０は、また図４Ｂに示すＥｒ−Ｙｂ：ファイバ・レーザ５０をモードロッキングするために、可飽和ブラッグ反射器として使用され、成功した。このタイプの装置は、チャープ・パルスＷＤＭ送信システム用の使用可能な広帯域なコンパクトなレーザ源として、特に注目を集めている。図４Ｂの例示としての装置の場合には、反射器構造１０はレーザ５０の主空胴内に挿入される。９０ミリワットで９８０ナノメートルのポンプ・ダイオード５２は、波長分割マルチプレクサ５４を通して結合し、その後１５５０ナノメートルの波長を９９％反射し、９８０ナノメートルの波長は、通過させるコーティングで被覆された回転スプライス５６を通して結合している。Ｅｒ−Ｙｂファイバ５８の一部は、利得媒体として働き、一方、分散シフタ・ファイバ（ＤＳＦ）６０は、分散の補償を行う。ファイバ空胴の末端は、非線形反射器構造１０になっている。
【００２３】
図５および図６は、図４Ａの装置のモードロッキング状態での動作中に得られた実験データである。可飽和ブラッグ反射器１０が飽和すると、光学的パルスのモードロック・シーケンスを作る図４Ａのレーザをモードロッキングする。パルス幅は、可飽和ブラッグ反射器の分散および帯域幅制限特性により決まる。図４Ａに示す装置は、図５および図６にそれぞれ示すように、約１１０ｆｓのパルス自動相関と、約１５４１ナノメートルを中心とする２６ナノメートルの帯域幅を持つ超短光パルスを生成するのに使用される。
【００２４】
図１に示すように、量子井戸の層は歪解放層１４で成長する。量子井戸に対するモル分率ｘは、エキシトンが、ブラッグ反射器の狭い帯域ギャップＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ層の帯域ギャップ以下の状態に閉じこめられるように選択される。実験の一例の場合には、ｘ＝０．５３以下のモル分率が使用に適している。厚さ約６００用された。量子井戸は、１／２波長の構造の標本面から１５０していた。
【００２５】
ノックスが上記特許出願に記載しているように、可飽和吸収体構造においては、量子井戸を含む反射器層の厚さは、性能に有意な変化を起こさずに、標準の１／４波長の厚さから量子井戸の厚さだけ薄くなった状態に維持することができる。すなわち、反射器層に量子井戸が存在するために起こった、光学通路の長さの実際の変化を補償するための第一の近似を行う必要がない。それ故、量子井戸の層を加えた反射器層の全部の厚さは、量子井戸を持たない同じタイプの材質の標準反射器層の１／４波長の厚さから、十分な精度で近似することができる。
【００２６】
ブルースタ−・プリズム３８および４０による分散補償は、図４Ａの装置のレーザ空胴から除去することができることに留意されたい。この場合、約１００フェムト秒のパルス幅をレーザーから得ることができる。モードロッキング・プロセスの自動スタートは容易に行うことができる。何故なら、飽和の非直線性は、その強度に基づいているのではなく、入射放射のエネルギーに基づいているからである。
【００２７】
考慮の対象になっている装置に対するレスポンス時間を短くするために、量子井戸を低い温度で成長させることができるかどうかを検討している。可飽和ブラッグ反射器を製造するために、ＩＩＩ族−Ｖ族材のシステムであるＡｌＡｓ／ＧａＡｓについて説明してきたが、装置を実現するために、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、ＧａＡｓＳｂ／ＧａＡｌＡｓＳｂおよびＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰのような他の材料の組み合わせを他の半導体ＩＩＩ族−Ｖ族システムから選択することができる。最後に、装置構造をＩＩ−ＶＩ族およびＩＶ族の半導体化合物にまで押し広げることも考慮中である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の例示としての実施形態の非線形反射器構造の断面図である。
【図２】図１の構造の室温におけるホトルミネセンスのスペクトルのグラフを示す図である。
【図３】ＡｌＡｓ／ＧａＡｓミラーの反射率のスペクトルと、図１の完成構造の反射率のスペクトルとを比較したグラフを示す図である。
【図４Ａ】レーザ空胴内に図１の構造を設置して、受動的にモードロッキングした例示としてのＣｒ４＋：ＹＡＣレーザ装置の略図である。
【図４Ｂ】レーザ空胴内に図１の構造を設置して、受動的にモードロッキングした例示としてのエルビウム−イットビウム・レーザ装置の略図である。
【図５】図４Ａのレーザを図１の構造によりモードロッキングすることにより得た自己相関トレース、すなわち、１１０ｆｓのＦＷＨＭである図示のモードロッキングしたパルスを表す図である。
【図６】図５のモードロッキングしたパルスのスペクトルのグラフを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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