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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle,
die aus einem Laser besteht, und sie findet insbesondere bei
Telekommunikationsnetzen mit Lichtleitfasern Anwendung. Es ist
bei diesen Systemen allgemein bekannt, daß es die Anwendung
einer kohärenten Demodulation ermöglicht, sowohl den Abstand
zwischen den Signalregeneratoren als auch die
Übertragungskapazität beträchtlich zu vergrößern, wobei allerdings ein
solcher Demodulationstyp des Systems die Verwendung von
monochromatischen Lichtquellen erfordert, deren Wellenlänge
abstimmbar ist. Die Abstimmbarkeit ist nötig, damit die
Wellenlänge, die für die aus dem örtlichen Oszillator bestehenden
Quelle spezifisch ist, auf die Wellenlänge der Emissionsquelle
abgestimmt werden kann. Weiter sind geringe Breiten der
Spektrallinien dieser Quellen erforderlich, um ein wirksame
kohärente Demodulation zu bewirken.
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Was insbesondere die gewünschte Vergrößerung der
Informationsübertragungskapazität anbetrifft, besteht ein
bekanntes Mittel in der gleichzeitigen Anwendung des
Multiplexverfahrens im optischen Frequenzbereich und der kohärenten
Demodulation. Die Abstimmbarkeit der Wellenlänge der benutzten
Quellen ermöglicht es dann, die optischen Frequenzen der
Trägerwelle und des örtlichen Oszillators elektrisch zu steuern.
Es wird also ein breiter Abstimmbereich gewünscht, um die
Anzahl der Kanäle zu erhöhen.
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Aus diesem Grunde besteht seit über fünf Jahren ein
Bedarf nach einem integrierten optoelektronischen Bauelement,
das eine breite, kontinuierliche Abstimmbarkeit der
Wellenlänge und eine vorzugsweise geringe Spektrallinienbreite
miteinander verbindet. Die Forschungsarbeiten, die dieser Bedarf
ausgelöst hat, haben zu zahlreichen Veröffentlichungen
geführt, die am Ende der vorliegenden Beschreibung aufgelistet
sind und von denen die Mehrzahl die Breite der erzielten
Spektrallinie zum Untersuchungsgegenstand hat.
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Die vorliegende Erfindung ergänzt also das Patent von
J. Robieux über das Multiplexieren im optischen
Frequenzbereich (FR 2 586 874).
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Bekanntlich kann eine abstimmbare, monochromatische
Lichtquelle aus einem Halbleiterlaser mit verteilter
Rückspei-Sung, "DFB-Laser" genannt, hergestellt werden. Das
Funktionsprinzip dieses Lasertyps wird insbesondere in der
Veröffentlichung von C. ARTIGUE, Y. LOUIS, F. POINGT, D. SIGOGNE und J.
BENOIT mit dem Titel "Low threshold second order DFB laser
emitting at 1.3 micron for high bit rate applications", Proc.
IOOC-ECO"85, Venedig, Italien, 33, 1985, beschrieben.
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Ein DFB-Laser emittiert im Prinzip gemäß einem
einzigen Wellentyp mit einer geringen Spektrallinienbreite in der
Nähe einer sogenannten Bragg'schen Wellenlänge. Die
Emissionswellenlänge wird vollständig durch die äquivalente Wellenlänge
des aktiven Materials, das die aktive Schicht des Lasers
bildet, d.h. durch die Wellenlänge des Lichtes, das durch die
Teilung des Beugungsgitters in diesem Material verstärkt wird,
und durch die effektive Brechzahl n des Lasermodus bestimmt,
d.h. durch diejenige Brechzahl, die das Licht antrifft, das in
dem von der aktiven und der passiven Schicht gebildeten
Lichtleiter weitergeleitet wird, wobei diese effektive Brechzahl
von der Dicke und den Lichtbrechzahlen der verschiedenen von
diesem Licht durchquerten Schichten abhängt. Um unter guten
Bedingungen abstimmbar zu sein, weist ein solcher Laser drei
Abschnitte auf, die entlang seiner Länge aufeinander folgen
und die in unabhängiger Weise von elektrischen Strömen
gespeist werden.
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Es sind verschiedene DFB-Laser mit drei Abschnitten
bekannt.
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Ein erster bekannter Laser ist von MURATA (S. MURATA,
I. MITO, K. KOBAYASHI, "Tuning ranges for 1.5 micron
wavelength tunable DBR laser") Electron. Lett., Bd. 24, S. 577,
1988, vorgeschlagen worden. Ein zweiter bekannter Laser ist
von den vorliegenden Erfindern bei den Journées Nationales
d'Optique Guidée, März 1988, Lannion (Frankreich)
vorgeschlagen worden. Diese bekannten Laser sowie der Laser gemäß der
vorliegenden Erfindung weisen verschiedene Elemente auf, die
ihnen in Bezug auf bestimmte ihrer Funktionen gemeinsam sind.
Nachstehend werden Elemente, die sowohl bei dem zweiten
bekannten Laser als auch beim Laser gemäß der vorliegenden
Erfindung vorkommen, aufgeführt, um den technischen Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen:
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- ein monolithischer, halbleitender Chip, der sich entlang
einer Längsrichtung erstreckt und aus Schichten besteht, die
unterschiedliche Zusammensetzungen und Querabmessungen
besitzen, wobei die Querabmessungen Breiten und Dicken sind, die
Breiten gegebenenfalls entlang einer Seitenrichtung
nebeneinander liegen, die Dicken entlang einer Überlagerungsrichtung
übereinander geschichtet sind, die Breite und Dicke jeder
dieser Schichten einen Abschnitt dieser Schicht definieren,
und wobei die Schichten so beschaffen sind, daß sie bilden:
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- einen inneren Lichtleiter, der sich entlang der
Längsrichtung erstreckt und entlang der Übrlagerungsrichtung
und der Seitenrichtungen zwischen Einschließungsschichten
eingefügt ist, die geringere Lichtbrechzahlen besitzen,
derart, daß sie das sich in dieser Längsrichtung
ausbreitende Licht weiterleiten, wobei dieser Lichtleiter
seinerseits mindestens eine aktive Schicht aufweist, in der ein
verbotenes Energieband eine geringere Breite als in den
benachbarten Schichten besitzt, wobei eine erste und eine
zweite der Einschließungsschichten einen ersten und einen
zweiten entgegengesetzten Leitungstyp darstellen, damit im
Falle, daß die elektrischen Injektionsströme entlang der
Überlagerungsrichtung von einer dieser beiden Schichten
zur anderen fließen, sie diesen Lichtleiter durchqueren
und dort Dichten freier Ladungsträger erzeugen, die
geeignet sind, dort eine Lichtverstärkung herbeizuführen
und/oder dorteine Brechzahl zu steuern;
-
- und drei Abschnitte, die in der Längsrichtung
aufeinander
folgen, nämlich:
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- ein Verstärkungsabschnitt, bei dem die aktive
Schicht eine Verstärkungsdicke besitzt, die geeignet
ist, eine Verstärkung des Lichtes zu ermöglichen,
-
- ein Phasenabstimmabschnitt,
-
- und ein Gitterabschnitt, der an einem ersten Ende
des Lichtleiters angeordnet ist und bei dem die Dicke
einer zum Lichtleiter gehörenden Gitterschicht
abwechselnd entlang der Längsrichtung variiert, um ein
Beugungsgitter mit einer Teilung zu schaffen und um zu
erreichen, daß dieses Gitter dazu beiträgt, für das
Licht einen verteilten Bragg'schen Reflektor zu
bilden, der eine steuerbare äquivalente Teilung besitzt,
wobei das Verhältnis dieser äquivalenten Teilung zur
Teilung des Gitters über die steuerbare Lichtbrechzahl
der aktiven Schicht in dem Gitterabschnitt steuerbar
ist;
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- mit Verstärkungselektroden, die im Verstärkungsabschnitt
angeordnet sind, um dort einen Verstärkungsstrom fließen zu
lassen, der einen Injektionsstrom bildet, so daß dieser in der
aktiven Schicht eine positive Lichtverstärkung herbeiführt,
die geeignet ist, das Licht zu erzeugen und/oder zu
verstärken,
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- mit Phasenabstimmelektroden, die im Phasenabstimmabschnitt
angeordnet sind und dort einen Phasenabstimmstrom fließen
lassen, der einen Injektionsstrom bildet, um die
Lichtbrechzahl der aktiven Schicht zu steuern und so die optische Länge
des Phasenabstimmabschnittes gegenüber dem Licht zu steuern,
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- mit Gittersteuerelektroden, die im Gitterabschnitt
angeordnet sind, um dort einen Gittersteuerstrom fließen zu lassen,
der einen Injektionsstrom zum Steuerung der äquivalenten
Teilung des verteilten Reflektors bildet,
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- und mit einem zweiten Reflektor an einem zweiten Ende des
Lichtleiters ihm Abstand vom Gitterabschnitt, derart, daß ein
Laseroszillator gebildet wird, der geeignet ist, ein Licht
auszusenden, dessen Mittenfrequenz durch den Wert des
Gittersteuerstromes gesteuert werden kann, wobei ein stabiler
Monomodebetrieb des Oszillators durch Steuern eines entsprechenden
Wertes des Phasenabstimmstroms erzielt werden kann.
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Bei diesen beiden bekannten Lasern sind weiter die
nachfolgenden zusätzlichen Maßnahmen getroffen, die sie mit
dem zuvor erwähnten Laser gemäß der vorliegenden Erfindung
gemeinsam haben:
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- der Lichtleiter enthält noch eine passive Schicht, die sich
über die gesamte Länge dieses Lichtleiters erstreckt und die
Gitterschicht im Gitterabschnitt bildet;
-
- eine erste Einschließungsschicht eines ersten Leitungstyps,
wobei die aktive Schicht, die passive Schicht und eine zweite
Einschließungsschicht eines zweiten, dem ersten Typ
entgegengesetzten Leitungstyps entlang der Überlagerungsrichtung
aufeinander folgen.
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Der ersterwähnte, bekannte Laser weist die gleichen
Elemente auf, ausgenommen, daß die aktive Schicht auf den
Verstärkungsabschnitt beschränkt ist, wobei die äquivalente
Teilung im Gitterabschnitt sowie die optische Länge des
Phasenabstimmabschnittes durch die Lichtbrechzahl der passiven
Schicht gesteuert werden. Dieser erste bekannte Laser ist in
Fig. 1 dargestellt. Er enthält, in Überlagerungsrichtung
aufeinanderfolgen, eine gemeinsame Elektrode FC, eine erste
Einschließungsschicht D1, eine passive Schicht D2, eine aktive
Schicht D3, eine zweite Einschließungsschicht D4 und drei
Elektroden, die auf Kontaktschichten geringen Widerstandes
aufgebracht sind, wobei es sich um eine Verstärkungselektrode
F1, eine Gittersteuerelektrode F2 und eine
Phasenabstimmelektrode F3 handelt. In Längsrichtung weist der Laser den
Verstärkungsabschnitt T1, der die ganze aktive Schicht enthält,
den Phasenabstimmabschnitt T3 und den Gitterabschnitt T2 auf,
der ein in der Schicht D2 gebildetes Beugungsgitter S enthält.
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Die Abstimmung der Wellenlänge wird durch Steuern des
Gittersteuerstroms im Abschnitt T2 herbeigeführt.
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Die freien Träger, d.h. die auf diese Weise in den
Abschnitt T2 injizierten Ladungsträger, rufen durch
Plasmaeffekt in der Schicht D2 eine Verringerung der Lichtbrechzahl
hervor, was zu einer Änderung der effektiven Brechzahl führt.
Dieser Veränderung der effektiven Brechzahl entspricht eine
annähernd proportionale Änderung der Bragg'schen Wellenlänge.
Die passive Schicht D2 bildet also in diesem Abschnitt die
erwähnte Steuerschicht. Der Phasenabstimmstrom ermöglicht die
Justierung der Phase durch Einwirken auf die effektive
Brechzahl der Schicht D2 im Abschnitt T3, wobei diese Schicht dort
auch die Steuerschicht bildet. Diese Phasenjustierung erlaubt
es, eine Monomode-Emission mit Bragg'scher Wellenlänge zu
erzielen, die, wie oben erwähnt, durch den Gittersteuerstrom
gesteuert wird. Was den Strom im Verstärkungsabschnitt T1
anbetrifft, wird er so eingestellt, daß eine konstante
Ausrittslichtleistung eingehalten wird.
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Der vorliegende Laser ermöglichte über einen Bereich
von 4,4 nm eine kontinuierliche Abstimmung um 1500 nm herum
bei einer Ausgangsleistung von 1 mW. Allerdings verringert
sich dieser Bereich bei einer Leistung von 5 mW auf 2,8 nm.
Diese leistungsabhängige Verringerung des Abstimmbereiches hat
zwei Konsequenzen: einerseits begrenzt sie die Anzahl der
Kanäle bei einer Wellenlängenmultiplexierung, andererseits
verhindert sie die Nutzung einer hohen Leistung und somit die
Möglichkeit, eine geringere Spektrallinienbreite zu erzielen,
weil die Linienbreite zur Leistung des Lasers umgekehrt
proportional ist.
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Darüber hinaus nehmen im Falle, daß zur Änderung der
Wellenlänge der Gittersteuerstrom vergrößert wird, die
Lichtverluste in den Abschnitten T2 und T3 durch Absorption des
Lichtes an den freien Trägern zu. Die Verluste verursachen
dann eine Erwärmung, die zur Erhöhung der Lichtbrechzahl
führt, die der Verringerung aufgrund des Plasmaeffektes
entgegenwirkt. Diese beiden einander entgegengerichteten
Einflüsse setzen der Veränderung der Wellenlänge eine Grenze.
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Bei erheblichen Änderungen der Wellenlänge rufen auch
die in den Abschnitte T2 und T3 auftretenden Lichtverluste
eine starke Steigerung des Schwellwertes des
Verstärkungsstromes hervor. Dieser Wert wird allgemein Schwellenstrom des
Lasers genannt und steigt von 18 mA auf 70 mA an.
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Der zweiterwähnte bekannte Laser unterscheidet sich
vom ersten Laser dadurch, daß sich die aktive Schicht mit
konstanter Dicke in den Phasenabstimmabschnitt und den
Gitterabschnitt verlängert. Er vermeidet so bestimmte Nachteile des
ersterwähnten bekannten Lasers, indem er den sogenannten
"anormalen Dispersionseffekt" anstelle des Plasmaeffektes, der
zwei oder dreimal schwächer ist, nutzt, um die Änderung der
Lichtbrechzahl herbeizuführen. Die Auslösung dieses Effektes
erfordert, daß der Phasenabstimmabschnitt und der
Gitterabschnitt eine aktive Schicht aufweisen, d.h. eine Schicht, die
aus dem gleichen Material besteht wie die Schicht im
Verstärkungsabschnitt; oder eine Schicht, die zumindest aus einem
Material besteht, das eine Lichtverstärkung ermöglicht. Die
mit der Absorption durch freie Träger verbundenen
Wärmewirkungen fallen dann wesentlich schwächer aus, da durch Injizieren
von wesentlich weniger Trägern die gleiche Änderung der
Wellenlänge erzielt wird wie vorher. Wird allerdings der
Injektionsstrom derart erhöht, daß entweder der
Phasenabstimmabschnitt oder der Gitterabschnitt das Licht zu verstärken
beginnt, sättigt sich die Dichte der in diesen Abschnitt
injizierten Träger, was die Änderung der Wellenlänge begrenzt.
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Die vorliegende Erfindung zielt vor allem darauf ab,
eine höhere Grenze für die Änderung der Wellenlänge zu
erzielen als im Falle des ersten und des zweiten bekannten Lasers.
Gleichzeitig schafft sie die Möglichkeit, einen
monochromatischen Halbleiterlaser über einen so erweiterten Bereich
kontinuierlich abzustimmen und/oder die Spektrallinienbreite des
von diesem Laser emittierten Lichtes zu verringern.
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Die vorliegende Erfindung ist in den unabhängigen
Ansprüchen 1 und 2 definiert.
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Bei der dort genannten Querabmessung der aktiven
Schicht kann es sich um die Dicke und/oder die Breite der
aktiven Schicht handeln.
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Nunmehr wird anhand der beigefügten schematischen
Figur 2 beispielshalber und ohne Beschränkungsabsicht ein
Laser gemäß der vorliegenden Erfindung im einzelnen
beschrieben.
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Die Fig. 1 wurde bereits beschrieben und stellt eine
Ansicht des ersterwähnten bekannten Lasers im Schnitt durch
eine Längsebene dar, wobei die Überlagerungsrichtung in der
Senkrechten verläuft.
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Fig. 2 stellt eine Ansicht eines Lasers gemäß der
vorliegenden Erfindung im Schnitt durch eine senkrechte
Längsebene dar.
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Der in Fig. 2 dargestellte Laser gemäß der
vorliegenden Erfindung enthält die erwähnten gemeinsamen wesentlichen
Elemente, insbesondere einen monolithischen Halbleiterchip 2.
Der Chip besteht aus Schichten C1, C2, C3, C4, wobei der
Lichtleiter C2, C3 entlang der Überlagerungsrichtung zwischen
zwei Einschließungsschichten C1, C4 und, in Seitenrichtung,
zwischen zwei nicht dargestellten, seitlichen
Einschließungsschichten eingefügt ist. Die aktive Schicht des Lichtleiter
ist bei C2 dargestellt. Ihr verbotenes Energieband besitzt
eine geringere Breite als in den Schichten C1, C3, die
ihrerseits der Schicht in der Überlagerungsrichtung benachbart
sind, und als in den nicht dargestellten Schichten, die der
Schicht in Seitenrichtung benachbart sind. Die
Einschließungsschichten C1 und C4 besitzen die Typen einander entgegenge
setzter Leitfähigkeit.
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Die drei Abschnitte sind:
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- ein Verstärkungsabschnitt S1,
-
- ein Phasenabstimmabschnitt S3,
-
- und ein Gitterabschnitt S2, in welchem die Gitterschicht C3
ein Beugungsgitter bildet, das eine Gitterkonstante oder
Teilung besitzt und zur Bildung eines verteilten Bragg-Reflektors
R beiträgt. Das Verhältnis der äquivalenten Teilung des
Reflektors zur Eigenteilung des Gitters ist durch die
justierbare optische Brechzahl der aktiven Schicht C2 steuerbar.
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Die Verstärkungselektroden sind die Elektroden E1, EC.
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Die Phasenabstimmelektroden sind die Elektroden E3 und
EC. Sie lassen einen Phasenabstimmstrom zur Steuerung des
Lichtbrechzahl der Schicht C2 fließen.
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Die Elektroden zur Steuerung des Gitters sind mit E2
und EC bezeichnet, und der zweite Reflektor ist bei 4
dargestellt. Dieser zweite Reflektor besteht aus einer
Spaltungsendfläche des Chips 2.
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Die Elektroden E1, E2, E3 und EC bestehen aus
metallischen Schichten, die auf Schichten hoher Leitfähigkeit G1, G2,
G3, GC ausgebildet sind und zum Chip 2 gehören, wobei die
Elektrode EC und die Schicht GC den drei Abschnitten S1, S2
und S3 gemeinsam sind.
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Die Elektroden sind an elektrische Speisequellen 6
angeschlossen, die in der Lage sind, den Verstärkungsstrom,
den Phasenabstimmstrom und den Gittersteuerstrom mit Werten zu
liefern, welche die Verstärkung im Verstärkungsabschnitt S1
gewährleisten und eine Verstärkung des Lichtes im
Phasenabstimmabschnitt S3 und im Gittersteuerabschnitt S2 verhindern.
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Der Laser weist weiter die erwähnten, gemeinsamen
Dispositionen auf, d.h., daß:
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- der Lichtleiter zusätzlich zur aktiven Schicht C2 eine
passive Schicht C3 aufweist, die sich über die gesamte Länge
dieses Leiters erstreckt und die Gitterschicht im
Gitterabschnitt (S2) bildet; und
-
- die Schichten C1, C3 und C4 entlang der
Überlagerungsrichtung aufeinander folgen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt die aktive
Schicht C2 eine vergrößerte Querabmessung in mindestens dem
Gitterabschnitt S2. Diese Querabmessung soll vorzugsweise
diejenige Dicke sein, die in diesem Abschnitt im Vergleich zur
Verstärkungsdicke vergrößert ist.
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Gemäß einer ganz besonderen und bevorzugten Maßnahme
besitzt die aktive Schicht in dem Phasenabstimmabschnitt und
dem Gitterabschnitt eine derart vergrößerte Dicke, daß der
Laser gleichzeitig einen erweiterten, kontinuierlichen
Abstimmbereich und eine verringerte Spektrallinienbreite erhält.
-
Um eine gegebene Wellenlängenänderung Δλ
herbeizuführen, muß der in den Abschnitt S2 injizierte Strom I2 folgende
Beziehung erfüllen:
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λB ist die Bragg'sche Wellenlänge;
-
µ&sub2; und µ&sub3; sind die Lichtbrechzahlen in den Abschnitten S2 und
S3;
-
n&sub2; und n&sub3; sind die effektiven Brechzahlen in den Abschnitten S2
und S3;
-
N&sub2; und N&sub3; sind die Dichten der freien Träger in den Abschnitten
S2 und S3;
-
L&sub1;, L&sub2; und L&sub3; sind die Längen der Abschnitte S1, S2 und S3;
-
Γ2 und Γ3 sind die optischen Einschließungen in den
Abschnitten S2 und S3;
-
dµ&sub2;/dN&sub2; = 15 x 10&supmin;²¹ cm³ stellt die Veränderung der
Lichtbrechzahl in Abhängigkeit von der Dichte der in den Abschnitt S2
injizierten Träger dar;
-
d2, W&sub2; sind die Dicke und die Breite der aktiven Schicht im
Abschnitt S2, während d&sub3; die Dicke dieser Schicht im Abschnitt
S3;
-
B ist der effektive Rekombinationskoeffizient; und
-
e ist die Ladung des Elektrons.
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Eine Monomode-Emission mit der so definierten
Wellenlänge wird durch Einstellen des in den Abschnitt 53
injizierten Stromes I&sub3; erreicht, indem die Phasenabstimmungsbedingung
erfüllt wird:
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(L&sub1; + L&sub3;) Γ2Δµ&sub2; = L&sub3; Γ3Δµ&sub3; (2)
-
Die Lichtbrechzahländerungen Δµ&sub2; und Δµ&sub3; stellen die Änderungen
der Brechzahl µ&sub2; und µ&sub3; dar und stehen mit dem Strömen I&sub2; und I&sub3;
durch die nachstehende Beziehung in Beziehung:
-
wobei i =2, 3 ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die
Abstimmgrenze durch Vergrößern der Dicke der aktiven Schichten der
Abschnitte 2 und 3 weiter nach oben verlegt, um die optischen
Einschließungen Γ2 und Γ3 zu erhöhen.
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Es sei bemerkt, daß die starke Änderung der Brechzahl,
also des Abstimmbereiches der Wellenlänge, durch den anormalen
Dispersionseffekt als solche durch eine Veröffentlichung von
BROBERG et al. (APL 52, S. 1285, April 1988) bekannt ist, in
der ein Laser mit zwei Abschnitten beschrieben wird. Dieser
Laser weist zwei Modussprünge und einen diskontinuierlichen
Abstimmbereich von 9,8 nm auf.
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Es ferner bemerkt, daß eine Verbreiterung des
Abstimmbereiches aufgrund einer vergrößerten Dicke der passiven
Schicht D2 (Fig. 1) erzielt worden ist (MURATA et al. Elect.
Lett., 24, S. 577, Mai 1988), und zwar im Falle einer durch
Plasmaeffekt in dieser Schicht herbeigeführten Abstimmung.
Wenn man die Dicke der passiven Schicht vergrößert, führt die
durch freie Träger hervorgerufene Absorption allerdings zu
einer Sättigung der Abstimmbarkeit durch Wärmeeffekte.
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Im Falle einer Abstimmung durch den anormalen
Dispersionseffekt gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird
diese Vergrößerung aufgrund einer aktiven Schicht erreicht,
die in den Abschnitten der Phasenabstimmung und der
Gittersteuerung dicker ist, und bei der die wärmebedingten
Begrenzungen wesentlich weniger erheblich als im Falle einer
Abstimmung durch Plasmaeffekt ausfallen. Allerdings tritt in diesem
Falle eine andere Abstimmbegrenzung auf, die, wie zuvor
bemerkt, dann erreicht wird, wenn die Dichte der freien Träger
eine Laserschwelle in einem der Abschnitt S2 oder S3 erreicht,
wobei diese Schwelle eine Schwelle ist, jenseits derer ein
positiver Zuwachs für das Licht, d.h., eine Verstärkung
auftritt. Wenn diese Laserschwelle erreicht ist, kann die Dichte
der Träger in dem betreffenden Abschnitt nicht mehr zunehmen,
so daß es unmöglich wird, die Lichtbrechzahl weiter zu ändern.
Damit in den Abschnitten 2 und 3 diese Grenze gleichzeitig
erreicht wird, kann so verfahren werden, daß Δµ&sub2; = Δµ&sub3; wird. In
diesem Falle ändert sich die Gleichung (2) in:
-
Γ2 = Γ3 L&sub3;/(L&sub1; + L&sub3;) (4)
-
Die Abstimmbarkeit ist umso größer, je größer der Wert
Γ2 (d.h. die Dicke d&sub2;) gemäß der Gleichung (1) ist. Unter
diesem Gesichtspunkt kann die Dicke d&sub3; kleiner als d&sub2; gewählt
werden; doch kann sie auch so groß wie d&sub2; sein, um die
industrielle Herstellung des Lasers zu vereinfachen.
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Man kann die Dicken d&sub2; und d&sub3; jedoch nicht über die
Grenzfrequenz des zweiten Quermodus (430 nm) hinaus
vergrößern, um eine monomodale Transversalemission
aufrechtzuerhalten. Durch Verwendung dieses Wertes für d&sub3; ergibt sich für Γ3
der Wert Γ3 = 0,80. Durch Wahl von L&sub1; = 200 um und L&sub3; = 800 um
erhält man aufgrund der Gleichung (4) den Wert Γ2 = 0,63, also
eine Dicke d&sub2; = 290 nm.
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Für die Dicke d&sub1; der aktiven Schicht im
Verstärkungsabschnitt, d.h. die verstärkungsdicke, wird vorzugsweise ein
Wert von etwa 150 nm gewählt, um den Schwellenstrom zu
minimieren. Unter diesen Bedingungen liegt die theoretische Grenze
der kontinuierlichen Abstimmbarkeit bei 7 nm.
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Die genannten numerischen Werte gelten für den Fall,
daß die Schichten C1, C2, C3 und C4 die nachfolgenden
äquivalenten Wellenlängen und Zusammensetzungen aufweisen:
Schicht
Wellenlänge in Mikrometern
Zusammensetzung
-
Die Ströme I1, I2, I3 können also die folgenden Werte
besitzen: 20-40, 50 und 80 mA.
-
Im Hinblick auf die oben angegebenen Daten erscheint
es mindestens in bestimmten Fällen vorteilhaft, die eine oder
andere der nachfolgenden Maßnahmen, die die Dicke der aktiven
Schicht im Gitterabschnitt betreffen und in dem als Beispiel
behandelten Laser angenommen sind, anzuwenden:
-
Diese Dicke beträgt mindestens 120 % der
Verstärkungsdicke.
-
Diese Dicke liegt über 200 nm.
-
Diese Dicke liegt zwischen 10 % und 25 % der
Wellenlänge eines Lichts, das im Material dieser Schicht verstärkt
werden kann.
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Es ist natürlich klar, daß die vorliegende Erfindung
auch in anderen Fällen anwendbar ist, in denen die Schichten
Zusammensetzungen und äquivalente Wellenlängen besitzen, die
sich von den oben wiedergegebenen Zusammensetzungen und Werten
deutlich unterscheiden. Dies gilt beispielsweise für die
Herstellung einer Quelle, die in einem Telekommunikationssystem
mit Übertragungslichtleitfasern verwendbar ist, welche eine
maximale Transparenz bei Wellenlängen besitzen, die zum
Erfindungszeitpunkt industriell noch nicht genutzt werden.
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Darüber hinaus kann die aktive Schicht aus einem
Mehrfachquantentopf mit getrennter Einschließung bestehen, was
eine größere Wirksamkeit der Abstimmung und eine schmalere
Spektrallinienbreite ermöglicht.
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Nachfolgend wird die weiter oben angekündigte Liste
der Veröffentlichungen wiedergegeben. Diese sind nach Firmen
oder Laboratorien geordnet, aus denen sie hervorgegangen sind.
Diejenigen Veröffentlichungen, die die Spektrallinienbreite
untersuchen, sind mit dem Zeichen * gekennzeichnet.
-
. ATT Bell
-
(International Conference on Semiconductor Lasers, S.
120, BOSTON 1988) *
-
. NEC
-
(MURATA et al, IEEE J. Quant Electron QZ-23 S. 835,
Juni 1987) *
-
(MURATA et al, Electr. Lett. 23, S. 12, Januar 1987) *
-
(KITAMURA et al, IEEE J. Quant Electr., QE-21, S. 415,
Mai 1985) *
-
(MURATA et al, Electr. Lett. 23, S. 403, April 1987) *
-
(MURATA et al, Electr. Lett. 24, S. 577, Mai 1988)
-
(MURATA et al, International Conference on
Semiconductor Lasers, S. 122, BOSTON 1988) *
-
. NTT
-
(YOSHIKUNI et al, Electr. Lett. 22, S. 1153, Okt.
1986) *
-
. TOKYO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
-
(TOHMORI et al, Electr. Lett. 19, S. 656, August 1983)
-
(TOHMORI et al, Electr. Lett. 22, S. 138, Januar 1986)
-
. FUJITSU
-
(KOTAKI et al, Electr. Lett. 23, S. 325, März 1987)
-
(KOTAKI et al, Electr. Lett 24 S. 503, April 1988) *
-
(KOTAKI et al, International Conference on
Semiconductor Lasers, S. 128, BOSTON, Sept. 1988) *
-
. BTRL
-
(WESTBROOK, Electr. Lett. 20, S. 957, Nov. 1984)
-
. SWEDISH INSTITUTE FOR MICROELECTRONICS
-
(BROBERG et al, Appl Phys. Lett. 52, S. 1285, April
1988)