(57)【要約】レーザの帰還部と増幅部を含む半導体レーザ。レーザの帰還部は、第１波長において最大強度を有するレーザ・ビームを生成する。増幅部は、レーザ・ビームを高電力ビームに増幅する。増幅部は、第１波長からずれている第２波長においてピーク光学利得を有するように形成される。レーザの帰還部において生成される波長を増幅部のピーク利得波長からずらすことにより、帰還部のみの場合よりはるかに広い線幅を有する出力ビームが得られる。より広い線幅は、光の一部が半導体レーザの中に後方反射されるときでも、比較的安定である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長で最大強度を有する出力レーザ・ビームを生成するレーザの帰還部と、
前記レーザの帰還部に結合され、かつ前記第１波長からずれている第２波長でピーク光学利得を有する増幅部とを備える半導体レーザ。
【請求項２】
前記レーザの帰還部が回折格子を含む請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記レーザの帰還部が分布帰還形回折格子を含む請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
前記レーザの帰還部が分布グラッグ反射器である請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
前記増幅部が傾斜縁を有する請求項１に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
第１波長で最大強度を有するレーザ・ビームを生成する第１手段と、
前記第１波長からずれている第２波長でピーク光学利得を有する、前記レーザ・ビームを増幅する第２手段とを備える半導体レーザ。
【請求項７】
前記第１手段が回折格子を含む請求項６に記載の半導体レーザ。
【請求項８】
前記第１手段が分布帰還形回折格子を含む請求項６に記載の半導体レーザ。
【請求項９】
前記第１手段が分布ブラッグ反射器を含む請求項６に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
前記第２手段が傾斜縁を有する請求項６に記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
第１波長で最大強度を有するレーザ・ビームを生成させ、
前記第１波長からずれている第２波長でピーク光学利得を有する増幅部で前記レーザ・ビームを増幅させる半導体レーザを動作させる方法。
【請求項１２】
前記第１波長が回折格子の格子周期によって決まる請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（関連出願への相互参照）
本出願は、２００２年３月４日に出願された仮出願第６０／３６１，７９２号に対する３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下での優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
全体として開示する主題は半導体レーザの分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体レーザはさまざまなシステムの応用分野で使用されている。たとえば、半導体レーザは光ファイバ通信システムの光源として使用されている。一般に、高電力出力を有する半導体レーザを用いることが望ましい。高電力出力により、光学システムに必要な中継器や増幅器の数が低減される。
【０００４】
レーザ・ダイオードなどの高電力半導体レーザのレーザ・ビームは、０．５ワット（Ｗ）以上の電力で動作するとき比較的低品質である。低品質ビームは、一般に、単一モード光ファイバ・ケーブルに結合することが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１Ｗを超える高品質ビームを生成することができるレーザ・ダイオードが開発されてきた。そのような高電力レーザ・ダイオードには、通常、レーザ・ビームを生成する帰還部と、ビームを増幅する別々の増幅部分とが含まれる。これらの高電力レーザ・ダイオードによって生成される光の一部は、反射してデバイスの中に戻されることが判明していた。レーザ・ビームのコヒーレンスが高く、かつ線幅が狭いために、反射光はレーザを不安定にする帰還を創出する。この望ましくない帰還は、光アイソレータによって最小限に抑えたり、低減させたりすることができる。アイソレータにより、複雑さおよび作成コストが光学システムに追加される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
増幅部分に結合されたレーザの帰還部を含む半導体レーザ。レーザの帰還部は、第１波長において最大強度を有するレーザ・ビームを生成する。増幅部はレーザ・ビームを増幅する。増幅部は、第１波長からずれている第２波長においてピーク光学利得を有する。
【０００７】
レーザの帰還部と増幅部を含む半導体レーザを開示する。帰還部は、第１波長において最大強度を有するレーザ・ビームを生成する。増幅部は、レーザ・ビームを高電力ビームに増幅する。増幅部は、第１波長からずれている第２波長においてピーク光学利得を有するように形成される。レーザの帰還部において生成される波長を増幅部のピーク利得波長からずらすことにより、帰還部のみの場合よりはるかに広い線幅を有する出力ビームが得られる。線幅がより広いことにより、光の一部が反射して半導体レーザの中に戻されるときでもデバイス全体が比較的安定となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
より具体的には参照符号によって図面を参照すると、図１に半導体レーザ１０を示す。半導体レーザ１０には、半導体ダイ１６の内部に配置されたレーザの帰還部１２と増幅部１４が含まれる。レーザの帰還部１２はレーザ・ビームを生成する。増幅部１４は、レーザ・ビームの光パワーを増幅し、増大させる。増幅されたレーザ・ビームはレーザ１０の出力面１８から出る。
【０００９】
レーザの帰還部１２は分布帰還形とすることが可能である。分布帰還は回折格子２０を含む。分布格子２０が示され、記述されているが、レーザの帰還部１２は、レーザ・ビームを生成する他の手段を有することが可能であることを理解されたい。たとえば、レーザの帰還部１２は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザとすることが可能である。
【００１０】
増幅部１４は、出力面１８の付近で最も広い一対の傾斜縁２２を含むことが好ましい。縁２２は光ビームの広がり輪郭と最も効率的に整合するように傾斜している。本半導体レーザ１０を使用して、５ワットの領域の高い光出力電力を生成することができる。
【００１１】
図２は、半導体レーザ１０の実施形態のさまざまな層３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６を示す。レーザ１０は基板３０の上に形成された下方クラッディング３２を含む。基板３０は、ｎドープのインジウム・リン（ＩｎＰ）材料またはガリウムひ素（ＧａＡｓ）材料などである。クラッディング３２もｎドープのＩｎＰ材料またはＧａＡｓ材料などである。
【００１２】
レーザ１０は、閉込め層３４と３８との間に配置されたマルチ量子井戸活性層３６をさらに有する。閉込め層３４はｎドープのＩｎＧａＡｓＰ材料またはＡｌyＧａl−yＡｓ材料などである。閉込め層３８はｐドープのＩｎＧａＡｓＰ材料またはＡｌyＧａl−yＡｓ材料などである。層４０、４２、４４は、ｐドープ材料を含む上方クラッディングである。たとえば、層４０はｐドープのＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌxＧａl−xＡｓなどである。層４２はｐドープのＩｎＧａＡｓＰ材料またはＡｌzＧａl−zＡｓ材料などである。層４４は、ｐドープのＩｎＰ材料またはＡｌxＧａl−xＡｓ材料などである。層４６はｐ＋ドープのＩｎＧａＡｓ材料またはＧａＡｓ材料を含む電気接触層とすることが可能である。
【００１３】
層３４、３６、３８は電流の流れに応答して誘導発光を生成するＰＮ接合を形成している。クラッディング層３２、４０、４２、４４は、光を導く導波路を形成する。分布レーザの帰還部１２の内部の格子は、通常、層３４、３６、３８の内部に形成される。分布レーザの帰還部１２と増幅部１４の両方を、これらの部分１２、１４の表面に形成された接触を通って電流が流れる。電流により、コヒーレント光が形成される分布レーザの帰還部１２において誘導放射が行われる。電流により、レーザ１０の光パワーを増大する増幅部１４の内部でさらに誘導放射が行われる。
【００１４】
半導体レーザ１０は、初めに基板３０の上に層３２、３４、３６、３８、４０、４２を形成することによって形成される。次いで、４２の分布レーザの帰還部１２内に格子を形成させる。次いで、残りの層４４と４６を層３８の上に順次形成することができる。すべての層は、既知のエピタキシャル半導体製造プロセスで形成することができる。図２に示した実施形態は単なる例示である。半導体レーザは異なる材料および／または異なる層から構築することが可能であることを理解されたい。
【００１５】
図３は、半導体レーザ１０のさまざまな部分の動作を示す。格子２０の周期は、第１波長λ1で最大強度を有するレーザ・ビームを生成するように形成される。増幅部１４は第２波長λ2でピークの光学利得を有するように形成される。従来の半導体レーザは、デバイス内において最適な光学利得を獲得するために、レーザの帰還部によって生成される波長が、増幅部のピーク光学利得の波長と同じであるように設計されていた。それにより、出力ビームの一部がデバイスの中に後方反射される場合、レーザが不安定になることがあった。
【００１６】
第１波長λ1が第２波長λ2からずらすことにより、増幅部１４が利得曲線の「尾部」で波長を強く増幅させ、一方、曲線のピーク利得で弱く増幅させるデバイス１０が得られる。結果的な出力ビームは比較的広い線幅を有する。例として、出力ビームの線幅を１０ナノメートル以上とすることが可能である。広い線幅を生成する半導体レーザは、ビームの一部が反射してデバイスの中に戻る場合、特に高パワー・ビームで狭い線幅を生成するレーザより安定である。
【００１７】
ある例示的な実施形態について記述し、添付の図面に示してきたが、当業者ならさまざまな他の修正を思いつくことが可能であるので、そのような実施形態は、広範な本発明の単なる例示であり、かつそれに対する限定ではなく、本発明は、示し、かつ記述した特有の構築および構成に限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】半導体レーザを示す図である。
【図２】半導体レーザの層を示す図である。
【図３】半導体レーザの帰還部と増幅部の利得対波長を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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