(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つのＤＦＢセクションを有するセルフパルセーションマルチセクションレーザーにおいて、２つの反射器と離隔部材から構成されたＦＰ型共振器がマルチセクションレーザー内に統合されており、少なくも１つのＤＦＢセクションを用いて光結合されており、離隔部材は、隣接ＤＦＢセクション（Ｄ１）及び（Ｄ２）と同様であるが、ＤＦＢ格子とは異なった層構造を有しており、ＤＦＢセクションとは電気的に別個に作動することができる制御セクションとして構成されており、ＦＰ（ファブリーペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ））選択度を介して、セルフパルセーションに適したモードを所期のように増長又は抑制することを特徴とするセルフパルセーションマルチセクションレーザー。
【請求項２】
離隔部材は、不活性化制御セクション（Ｓｐ）として構成されていて、活性層を有していない請求の範囲第１項記載のセルフパルセーションマルチセクションレーザー。
【請求項３】
不活性化制御セクション（Ｓｐ）は、ＤＦＢセクション（Ｄ１）乃至（Ｄ２）とマルチセクションレーザーを制限する面（Ｆ１）との間に配設されている請求の範囲第２項記載のセルフパルセーションマルチセクションレーザー。
【請求項４】
不活性化制御セクション（Ｓｐ）は、両ＤＦＢセクション（Ｄ１）と（Ｄ２）との間に配属されている請求の範囲第２項記載のセルフパルセーションマルチセクションレーザー。
【請求項５】
離隔部材は、活性制御セクション（Ｓａ）として構成されており、両ＤＦＢセクション（Ｄ１）と（Ｄ２）との間に配設されており、隣接し合ったＤＦＢセクション（Ｄ１），（Ｄ２）と同様の活性層を有している請求の範囲第１項記載のセルフパルセーションマルチセクションレーザー。
【請求項６】
離隔部材は、活性制御セクション（Ｓａ）からも不活性化制御セクション（Ｓｐ）からも形成されていて、両ＤＦＢセクション（Ｄ１）及び（Ｄ２）間に配設されており、前記活性制御セクション（Ｓａ）及び前記不活性化制御セクション（Ｓｐ）は、別個に電気的に制御することができる請求の範囲第１項記載のセルフパルセーションマルチセクションレーザー。
【請求項７】
両ＤＦＢセクション（Ｄ１及びＤ２）での格子は、前記両ＤＦＢセクション内に流れる、小さな電流で所期のデチューニングを達成することができるように、ブラッグ波長で相互にデチューニングされている請求の範囲第１項〜第６項迄の何れか１項記載のセルフパルセーションマルチセクションレーザー。
【請求項８】
両ＤＦＢセクション（Ｄ１及びＤ２）のうちの第１のＤＦＢセクション（Ｄ１）には、第１の結合係数を有する第１の格子が設けられており、第２のＤＦＢセクション（Ｄ２）には、第２の結合係数を有する第２の格子が設けられており、前記第１の結合係数及び前記第２の結合係数は、異なった大きさである請求の範囲第１項〜第７項迄の何れか１項記載のセルフパルセーションマルチセクションレーザー。
【発明の詳細な説明】
従来技術
本発明は、２つのＤＦＢセクションを有するセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）マルチセクションレーザーに関する。
純光学的に、光電変換を回避して、比較的高い作用速度を簡単且つ小型の信号処理モジュールで達成するために、超高速光通信網での信号再生用に、最近数年の間に、機能的なマルチセクションレーザーが開発されている。
半導体レーザーでの低周波セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）は、従来技術によると、例えば、３セクションＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ：分布帰還形）−レーザー（ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，１９８８年１１月１０日，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．２３，１４２６頁−１４２７頁）、又は、２セクションファブリーペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ（ＦＰ））レーザー（ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．１０，１９９１年１０月１０日、９４２頁−９４５頁）内の吸収部のブリーチングによって発生することができる。物理的な速度限界は、吸収セクションでの荷電担体の寿命と直接相関される。吸収効果の利用の際、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）周波数は、そのために、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚに制限される。更に、吸収部内での荷電担体の寿命はポンプセクション内での荷電担体の寿命よりも小さい筈であり、従って、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）は、一般に発生することができ、そのことは、吸収セクションの技術的な特殊処理を必要とする。
比較的高いセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）周波数は、２セクションＤＦＢレーザーでの分散効果の利用によって実現され、２セクションＤＦＢレーザーでは、それぞれのセクションの形状は付加的なコストを必要としない。
本発明が基づく従来技術は、２つのＤＦＢセクションを有しているマルチセクションＤＦＢレーザーに関しており、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．９，１９９２年９月、９７６〜９７８頁に記載されている。マルチセクションレーザーの両光結合ＤＦＢセクションは、同一の層構造を有しており、その縦方向の拡がり内でのエッチング加工によって電気的に分離される。コルゲート導波路の型の構造は、１．５５μｍのバンドギャップの波長を有する第４の活性層を有している。１次ＤＦＢ格子は、ホログラフィ状に形成され、ウェットエッチング過程によって、上側導波路層内に送られる。両ＤＦＢセクションの面はコーティングされていない。この２セクションＤＦＢレーザーでのセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）の形成のために、両ＤＦＢセクションでのレーザーモードの所定の臨界的なスペクトル相関が必要であり、このスペクトル相関は、両セクションでの電流の所定の組み合わせの調整によって達成することができる。
既述の２セクションＤＦＢレーザーを用いると、上述の、吸収部付のレーザーの場合よりも１オーダー高いパルセーション（発振、パルス化）周波数が実現される。その際、パルセーション（発振、パルス化）周波数は、純電気的にセクションでの作動電流の調整によって、連続的に、大きな周波数領域に亘って同調することができる。更に進歩した研究の結果について、第１４回ＩＥＥＥ国際半導体レーザー会議議事録（Ｐｒｏｃ．ｏｆ  １４ｔｈ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎ．Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｌａｓｅｒ  Ｃｏｎｆ．）１９９４年９月１９−２３日、第２２７頁−第２２８頁に報告されている。ＤＦＢレーザー構造の最適化は、活性層を多重量子井戸として構成して、ＤＦＢ格子の比較的高い結合係数が達成されるようにして行われる。そのように最適化された２セクションＤＦＢレーザーでは、ＤＦＢセクションのみの作動電流の変化（他のセクションは一定作動電流で）によって、パルセーション（発振、パルス化）周波数を連続的に１２〜６４ＧＨｚに同調することができる。
しかし、これまで紹介された結果は、任意に再現できるものではない。面で反射される光の位相位置は、ＤＦＢ格子に対して相対的に、ＤＦＢレーザーのスペクトル特性に著しく影響を及ぼすことは公知である。分裂により生じた面の場合、各ＤＦＢレーザーに対して形成された位相位置は、技術的に制御できない個別的な量である。高周波のセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）は、実験的に、これまでは、少なくとも１つの非鏡面を有するＤＦＢレーザーでのみ証明することができたに過ぎないので、適切なパルセーション（発振、パルス化）特性のレーザーを得るためには、これまで、構成素子を選択する必要があった。１チップ上に直ぐ隣接して形成された、規格上同一のレーザーでも、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）の発生及び特性（例えば、周波数）に関して非常に大きな差異がある。
それ故、本発明の課題は、選択せずに、高い周波数のセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）を所定のように再現可能に調整することができるセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）マルチセクションレーザーを提供することにある。
この課題は、本発明によると、冒頭に述べた形式のセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）マルチセクションレーザーにおいて、２つの反射器と離隔部材から構成されたＦＰ型共振器がマルチセクションレーザー内に統合されており、少なくも１つのＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ：分布帰還形）セクションを用いて光結合されており、離隔部材は、隣接ＤＦＢセクションＤ１及びＤ２と同様であるが、ＤＦＢ格子とは異なった層構造を有しており、ＤＦＢセクションとは電気的に別個に作動することができる制御セクションとして構成されており、ＦＰ（ファブリーペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ））選択度を介して、セルフパルセーションに適したモードを所期のように増長又は抑制することにより解決される。
反射器として作用する、隣接両ＤＦＢセクションと共に、乃至隣接したＤＦＢセクションと非鏡面状面と共にファブリーペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）−（ＦＰ）式共振器を構成する付加的なセクションの集積化によって、振動レーザーモードは、ＤＦＢモード条件もＦＰモード条件も充足する必要がある。そのために、ＦＰ共振器のモード条件を充足しないＤＦＢレーザーモードは、非常に有効に減衰される。両ＤＦＢセクションの作動電流が、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）に適するように調整されている場合、ＦＰ（ファブリーペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ））選択度を介して、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）に適したモードを所期のように増長又は抑制することができ、それにより、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）がオンオフされる。両ＤＦＢセクションとは別個の、制御セクションとして構成された離隔部材の電気制御を介して、電流注入により、このセクション内の屈折率を所期のように変えることができる。そうすることによって、光共振器の長さ及びＦＰモードのスペクトル位置を電気的に調整することができ、ＤＦＢ格子のない付加的なセクションにより、制御セクションの機能が充足される。そうすることによって初めて、電気的に同調可能なモード選択的な光共振器が、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）マルチセクションレーザーとして構成される。
更に、レーザー波長（ＤＦＢセクションでの所与の固定電流での）を、制御電流を介して電気的に更に微細に同調することができる。こうすることによって、例えば、最適な周波数安定性のために、パルセーション（発振、パルス化）条件を微細に調整することができる。この最適化は可変であり、即ち、各作動点に対して、新たに行うことができる。つまり、ＤＦＢ電流を介してパルセーション（発振、パルス化）周波数を同調することは、最適なパルセーション（発振、パルス化）条件の元で広範囲にわたって行うことができる。と言うのは、（不可避な）加熱効果によって生じる、モード相関の変化は、制御電流の追従によって補償することができる。
本発明のマルチセクションレーザーの製造のために、ＤＦＢセクションの層構造に比べて、コストの掛かる技術段階は必要なく、即ち、従来の、「純粋な」２セクションＤＦＢレーザーの場合とほぼ同じ程度の技術的コストで、電気的に同調可能な制御セクションの２セクションＤＦＢレーザーを構成することができる。これまで必要な、適切なＤＦＢレーザー構造のセクションは必要ない。と言うのは、制御セクション内での電流を介して、パルセーション（発振、パルス化）（ＤＦＢセクションでの適切な作動電流での）が簡単にスイッチオンされる。従って、マルチセクションレーザーでの最適なパルセーション（発振、パルス化）のための作動条件を電気的に所期のように調整することができる（これまでは、偶然で制御不可能であった）。
本発明の１実施例では、離隔部材は、不活性化制御セクションとして構成されていて、活性層を有していない。不活性化制御セクションは、有利な実施例では、マルチセクションレーザーを制限する面とＤＦＢセクションとの間に配設することができる。この際、この面には、反射防止コーティングが施されておらず、その結果、ＦＰ共振器で調整することができる位相条件を介して、マルチセクションレーザーのセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）をスイッチング及び最適化することができる。他の面は、反射防止コーティングを施すことができる。
他の有利な実施例によると、不活性化制御セクションとして構成された離隔部材は、両ＤＦＢセクション間に接続されている。マルチセクションレーザーを制限する両面には、この実施例では、反射防止コーティングを施すことができる。従って、光回路に集積化することができる。
既述の実施例では、優勢的に、制御セクションの屈折率が、このセクションに加えられた電流を介して、両ＤＦＢセクションの、通常一定の作動電流の元で変えられる。
本発明の別の実施例では、離隔部材は、活性制御セクションとして構成されている。これは、隣接ＤＦＢセクションと同様の活性層を有しており、両ＤＦＢセクション間に配設されている。この実施例では、極めて弱い屈折率効果の元で、光源は、減衰又は増強されるように制御される。
離隔部材は、活性制御セクションからも不活性化制御セクションからも形成されていて、両ＤＦＢセクション間に配設されている（他の実施例で設けられているように）ので、屈折率及び増減は、別個に制御することができる。活性制御セクションを介して、ここでは、ＤＦＢセクションの光結合を変えることができ、従って、パルセーション（発振、パルス化）周波数を拡張して同調することができる。
通常の条件の下で、種々異なる加熱によって（両ＤＦＢセクション内に流れる種々の大きさの電流によって惹起されて）形成される、臨界的なＤＦＢモード補正を所期のように調整することができるためには、別の実施例では、両ＤＦＢセクションでの格子は、両ＤＦＢセクション内に流れる、小さな電流で所期のデチューニングを達成することができるように、ブラッグ波長で相互にデチューニングされている。所期のデチューニングは、そうすることによって、小さな電流で達成することができ、乃至、著しく大きなデチューニングを実現することができる。
同様に、格子の構造を介して、本発明の他の構成例により、種々異なる機能で、例えば、光エミッターとして、及び、スペクトル選択性光反射器として、両ＤＦＢセクションの別個の最適化が行われる。つまり、この構成例では、格子は、両ＤＦＢセクションで種々異なる大きさの結合係数を有している。
本発明の更に有利な構成例は、従属請求項の対象であり、乃至、以下、本発明の有利な構成例の説明と共に、図を用いて詳細に説明する。
図１は、２つのＤＦＢセクションと、マルチセクションレーザーを制限する面とＤＦＢセクション間に配設された不活性化制御セクションとから形成されているマルチセクションレーザーの構成略図を示し、
図２は、図１に示されているマルチセクションレーザーの横断面図を示し、
図３は、図１に示されているマルチセクションレーザーでの、位相電流を用いたセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）のスイッチオン状態を示し、
図４は、位相電流に依存する、図１に示されているマルチセクションレーザーのセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）方式及び波長同調状態を示し、
図５は、両ＤＦＢセクション間に配設されている不活性化制御セクションを有するマルチセクションレーザーの横断面を示し、
図６は、両ＤＦＢセクション間に配設されている活性制御セクションを有するマルチセクションレーザーの横断面を示し、
図７は、両ＤＦＢセクション間に配設されている能動並びに不活性化制御セクションを有するマルチセクションレーザーの横断面を示す。
図１には、本発明の、コルゲート導波路構造のマルチセクションレーザーの構造が略示されており、このマルチセクションレーザーは、２つのＤＦＢセクションＤ１及びＤ２とＦＰ型共振器の離隔部材とから構成されており、このＦＰ型共振器の離隔部材は、マルチセクションレーザーを制限する面Ｆ１（コーティングされていない）と、ＤＦＢセクションＤ１との間に配設されていて、不活性化制御セクションＳｐとして構成されているｎ−ＩｎＰ−基板１上に、３００ｎｍ厚のｎ−１の．３μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ−導波路層２と１５０ｎｍ厚のｐ−１の．１８μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ−導波路層４との間に、１．５５μｍ−ＩｎＧａＡｓＰ−層が、１５０ｎｍ厚の活性層３として配設されている。ＤＦＢ−格子は、電子ビームリソグラフィーを用いて書き込まれ、ｐ−導波路４内にエッチングされている。その上に、ｐ−ＩｎＰ−層５とコルゲート部にのみ開かれている絶縁ＳｉＮｘ−層６（電極層Ｅ１によって被覆されている）とが設けられている。更に、コルゲート導波路の中間ストライプは、伝搬抵抗の低減のために、４００ｎｍ厚のｐ−ＩｎＧａＡｓ−層７を有している。両ＤＦＢセクションＤ１及びＤ２は、それぞれ２００μｍの長さを有しており、不活性化制御セクションＳｐは、４００μｍの長さを有している。ＤＦＢセクションＤ２は、反射防止コーティング面Ｆ２によって制限されている。基板１は、ベース電極Ｅ１上に配設されている。それぞれのセクションは、別個に直流電流により制御される。不活性化制御セクションＳｐ内への電流注入により、ここでは、屈折率が変化する。従って、光共振器長とＦＰモードのスペクトル長は、電気的に調整することができる。層構造の製造の際の技術的コストを低減するために、不活性化制御セクションＳｐ内にｐ−導波路層４を配設する必要はない。本発明の解決手段の原理は、それに基づくのではない。
図２には、同様に記述されたマルチセクションレーザーの横断面略図である。この部分は、長手方向に、コルゲート導波路構造の、高さのある中間ストライプを通って案内され、不活性化制御セクションＳｐと両ＤＦＢセクションＤ１及びＤ２の同様の層構造が良好に分かる。層構造は、以下の各層を有している。つまり、ベース電極Ｅ２、ｎ−ＩｎＰ−基板１、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ−導波路層２、活性ＩｎＧａＡｓＰ−層３，ＤＦＢ格子を有するｐ−ＩｎＧａＡｓ−導波路４，ｐ−ＩｎＰ−層５，ｐ−ＩｎＧａＡｓ−層７、及び、選択的に電気的に分離された被覆電極Ｅ１を有している。
本発明のマルチセクションレーザーのセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）のスイッチングは、図３を用いて明らかに分かる。電力変調の相対強度Ｉｒｅｌが、反射された光ビームの位相位置乃至ＦＰ−モード条件を変える、制御セクションＳｐでの種々の電流ＩＰＨでの、この電力変調の周波数ｆに依存して示されている。周波数１２ＧＨｚのセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）のスイッチオンが分かる。両ＤＦＢセクションでの電流は、マルチセクションレーザーがモノモード放射を示して、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）の設定を予期することができる値に適合される。ＤＦＢセクションＤ２は、８ｍＡで反射器として作動し、セクションＤ１は、１４０ｍＡでレーザーセクションとして作動する。この条件下で、電流ＩＰＨは、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）を達成するために、位相同調可能な制御セクションＳｐで変化する。臨界的な位相電流ＩＰＨで、このパラメータの僅かな変化だけが、スペクトルの激烈な変化にとって決定的であることが確認できる。ＩＰＨ＝２４．５ｍＡでの下側のスペクトルは、一定放射でのレーザーに相応し、位相電流ＩＰＨが２５ｍＡに上昇すると、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）の設定が明らかに証明される。従って、不活性化制御セクションでの位相条件の同調によって簡単に、本発明のマルチセクションレーザーでのセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）をオンオフすることができる。
位相電流に亘った、波長同調と相関する、このスイッチング作用は、図４に示されている。レーザー波長λは、約０．５ｎｍの比較的大きい波長に迄、周期的に跳躍的に増大する青方向シフトを示す。パルセーション（発振、パルス化）期間は、陰影を付けて記されており、位相電流ＩＰＨの正確に同一の周期で生じる。セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）は、レーザー波長λが、正確に調整されたＤＦＢ電流の元で、波長が跳躍的に増大する直前の領域に同調されている場合に常に達成される。位相電流のスイッチング機能、並びに、スペクトル特性との狭幅の相関関係が、ここで、明らかに分かる。
その他の図は、両ＤＦＢセクションＤ１及びＤ２の間の制御セクションの条件の例を示す。この装置構成では、光回路でのマルチセクションレーザーの集積化が行われている。図には、コルゲート導波路構造の高さのある中間ストライプの相応の横断面が略示されている。
図５では、両ＤＦＢセクションＤ１とＤ２との間の不活性化制御セクションＳｐが設けられている。この際、制御セクションＳｐの屈折率は、このセクションに加えられた電流を介して変えることができる。図６には、同様に、両ＤＦＢセクションＤ１とＤ２との間のＦＰ共振器内に、活性制御セクションＳａとして構成されている離隔部材の装置構成が示されている。活性制御セクションＳａは、隣接したＤＦＢセクションＤ１及びＤ２と同様の活性層３を有している。活性層３により、極めて弱い屈折率作用の元で電流を介して、光源を増減することができるようになる。図７に示されている、既述の両セクション、即ち、活性制御セクションＳａと不活性化制御セクションＳｐとの結合部は、両ＤＦＢセクションＤ１とＤ２との間に配設されており、屈折率を別個に変えて、増減することもできる。
本発明の構成は、前述の有利な構成例に制限されない。つまり、前述の解決手段によって、同様に、基本的に他の種類の構成を用いることもできる変形実施例も考えることができる。
本発明の、集積化された制御セクションを有するセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）２セクションＤＦＢレーザーは、高レート通信系での光クロックパルス再生のために利用することができる。と言うのは、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）は、光信号流自体に関する内在的な作用によって同期化することができ、即ち、周期的な出力信号は、光により供給されるデータ信号の周波数及びクロックで「ロック」される。データ信号のクロックは、ネットワーク内で何処でも得ることができる。集積化された制御セクションにより初めて、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）のオンオフ、セルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）の最適化及びレーザーモードの波長の所期の変化が可能になる。本発明のマルチセクションレーザーの、周波数の同期化のために必要なポンプ出力よりも数オーダー大きな出力電力は、集積化された制御セクションを有するセルフパルセーション（自励発振、自己パルス化）２セクションＤＦＢレーザーをパルス増強のためにも利用することができる。同様に、既述の特性に基づいて、周波数同調可能なパルス光源として利用することもできる。
【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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