DE69607493T2

DE69607493T2 - Polarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser, Modulationsverfahren und optisches Kommunikationssystem unter Verwendung dieses Lasers

Info

Publication number: DE69607493T2
Application number: DE69607493T
Authority: DE
Inventors: Hajime Sakata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-01-04
Filing date: 1996-01-03
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2016-01-04
Also published as: EP0721240A1; US5648978A; EP0721240B1; DE69607493D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser zur Verwendung in Bereichen optischer Kommunikationssysteme, wie beispielsweise optischen lokalen Netzwerken (LAN), optischer Informationsverarbeitung, optischer Aufzeichnung und dergleichen, ein Modulationsverfahren zur Modulation oder Ansteuerung des Halbleiterlasers sowie ein optisches Kommunikationssystem, welches den Halbleiterlaser beispielsweise als einen Sender verwendet. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung einen schwingungs-polarisationsmodenselektiven Halbleiterlaser, dessen Schwingungspolarisationsmode bzw. Schwingungspolarisationswellentyp zwischen aufeinander senkrechten Polarisationsmoden umgeschaltet werden kann und der dynamische Wellenlängenschwankung selbst während einer Hochgeschwindigkeitsmodulationszeit unterdrücken kann und mit dem eine optische Kommunikation und dergleichen mit hochdichtem Frequenz- oder Wellenlängenmultiplex (FDM oder WDM) stabil erzielbar ist.

Verwandter Stand der Technik

In vergangenen Jahren wuchs das Bedürfnis nach einer erhöhten Übertragungskapazität im Bereich optischer Kommunikation, und die Entwicklung optischer Frequenz- oder Wellenlän genmultiplex-Kommunikation, bei der Signale bei einer Vielzahl optischer Frequenzen oder Wellenlängen auf einen einzelnen Lichtwellenleiter gemultiplext werden, wurde vorangetrieben.
Es ist wichtig, das Wellenlängen- oder Frequenzintervall zwischen gemultiplexten Signalen zu verkleinern, um die Übertragungskapazität soweit wie möglich zu erhöhen. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, daß die Übertragungsbandbreite eines wellenlängenabstimmbaren Filters oder Demultiplexers gering ist und die belegte Frequenzbandbreite oder Spektrallinienbreite eines als Lichtquelle verwendeten Lasers schmal ist. Bei einem Filter mit verteilter Rückkopplung (DFB) bzw. einem DFB-Filter, dessen abstimmbare Bandbreite beispielsweise 3 nm beträgt, ist das Multiplexing von 100 Kanälen möglich, da die Übertragungsbandbreite etwa 0,03 nm beträgt. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, daß die Spektrallinienbreite geringer als 0,03 nm ist. Derzeit ist selbst die Spektrallinienbreite eines DFB-Lasers, der auch als ein dynamischer Monomodenhalbleiterlaser bekannt ist, auf etwa 0,3 nm aufgrund der dynamischen Wellenlängenschwankung verbreitert, wenn eine direkte Modulation durch Amplituden-Ein- und -Ausschaltung bzw. ASK-Modulation bei dem Monomodenhalbleiterlaser eingesetzt wird. Daher ist diese Art eines Lasers für die FDM- oder WDM-Übertragung ungeeignet.
Zur Verringerung einer derartigen Wellenlängenschwankung wurde daher ein einen externen Intensitätsmodulator verwendendes System (vergleiche zum Beispiel Suzuki et al., "λ/4 Shift DFB Laser/Light Source Integrated With Absorption Type Optical Modulator", Report in Symposium of Japan Electronics Information Communication Academy, OQE 90-45, Seite 99, 1990), ein direktes FSK-Modulationsystem (vergleiche beispielsweise M. J. Chawski et al. "1.5 Gbit/s FSK Transmission System Using Two Electrode DFB Laser As A Tuneable FSK Discriminator/Photodetector", Electron. Lett. Vol. 26, Nr. 15, 1990), ein direktes Polarisationsmodulationssystem (vergleiche beispielsweise offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2 (Heisei)-159781) vorgeschlagen.
Bei einem externen Intensitätsmodulator beträgt die Wellenlängenschwankung etwa 0,03 nm, was der Grenzwert ist, der die erforderliche Spektrallinienbreite erfüllen kann, und die Anzahl von Vorrichtungen ist hoch, was zu erhöhten Kosten führt. Bei einem FSK-System muß ein Filter auf der Empfängerseite als ein Wellenlängendiskriminator dienen und folglich sind aufwendige Steuerverfahren erforderlich.
Jedoch werden bei einem direkten Polarisationsmodulationssystem lediglich eine mehrfache Anzahl von Elektroden eines herkömmlichen DFB-Lasers benötigt. Auch ist die Anzahl von Vorrichtungen kleiner und die Wellenlängenschwankung ist geringer als bei einem externen Modulationssystem. Weiterhin werden geringere Anforderungen an die Empfängerfilter gestellt, da das Übertragungssignal eine ASK-Signal ist.
Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei einem Polarisationsmodulationssystem um ein Modulationssystem, das zur Wellenlängenmultiplexübertragung und dergleichen geeignet ist. In diesem System jedoch ist eine positive Einrichtung zum Ermöglichen der Polarisatonsmodenumschaltung nicht offenbart. Daher ist die Fabrikation einer Vorrichtung mit hoher Reproduzierbarkeit schwierig, und eine Einstellung ist nach deren Fabrikation erforderlich, was zu einer geringen Ausbeute führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleiterlaser zur Verwendung in Bereichen optischer Kommunikationssysteme, wie beispielsweise optischen lokalen Netzwerken (LAN), optischer Informationsverarbeitung, optischer Aufzeichnung und dergleichen, ein Modulationsverfahren zum Ansteuern des Halbleiterlasers und ein optisches Kommunikationsverfahren und -system, welche den Halbleiterlaser verwenden, anzugeben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden Halbleiterlaser, optische Kommunikationsverfahren und Systeme gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Halbleiterlaser mit einer verteilten Rückkopplungs-Halbleiterlaserstruktur angegeben. Die Laserstruktur hat eine aktive Schicht und ist so entworfen, daß Licht in beiden von zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden angeregt werden kann. Der Laser weist gleichfalls erste und zweite Reflektoren auf, von denen zumindest einer ein verteilter Reflektor ist, der erste und zweite Reflektionswellenlängen für die zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden bestimmt, und weist eine Einheit zum Koppeln der Laserstruktur und der ersten und zweiten Reflektoren für jedes Licht der zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden bei ersten und zweiten Kopplungswellenlängen auf. Die ersten und zweiten Kopplungswellenlängen stimmen jeweils mit den ersten und zweiten Reflektionswellenlängen überein, so daß jedes Licht der zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden bei den ersten und zweiten Reflektionswellenlängen wahlweise sich entlang eines Hohlraumes bzw. Resonanzsraumes ausbreitet, welcher aus der Halbleiterlaserstruktur und den ersten und zweiten Reflektoren besteht. Der Laser weist ferner eine Einheit zur derartigen Steuerung der Kopplungseinheit auf, daß die Kopplungseinheit eine der zwei aufein ander senkrechten Polarisationsmoden bei der ersten und zweiten Kopplungswellenlänge auswählt, um Licht in einer der zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden bei den ersten und zweiten Reflektionswellenlängen in Schwingungen zu versetzen.
Die folgenden Laserstrukturen können verwendet werden. Der erste Reflektor kann ein Reflektor eines verteilten Rückkopplungsgitters sein und die Kopplungseinheit kann ein Richtkoppler sein. Der zweite Reflektor kann eine reflektierende Facette bzw. Kristallfläche sein. Der Reflektor aus einem verteilten Rückkopplungsgitter kann die aktive Schicht enthalten. Der Richtkoppler kann aus einem Paar asymmetrischer Wellenleiter bestehen. Beispielsweise sind die Dicken, Breiten oder Zusammensetzungen der Wellenleiter asymmetrisch. Einer der Wellenleiter des Richtkopplers kann ein w-förmiger Wellenleiter sein, in dem eine Kernschicht von einer Umhüllungschicht umgeben ist, deren Brechungsindex niedriger als der Brechungsindex einer gesamten Umhüllungsschicht des Halbleiterlasers ist. Der Richtkoppler kann statt dessen ein Gitter sein, und die Kopplung von Ausbreitungsmoden zwischen der Laserstruktur und den ersten und zweiten Reflektoren wird durch das Gitter unterstützt. Der Laser kann zudem eine weitere Steuereinheit zur Steuerung von in den Reflektor mit verteiltem Rückkopplungsgitter injiziertem Strom zur Veränderung der Reflektionswellenlänge enthalten. Gewinne bzw. Verstärkungen für die zwei Polarisationsmoden in dem Hohlraum können in der Nähe der Rückkopplungs- oder Reflektionswellenlänge des Reflektors mit verteiltem Rückkopplungsgitter annähernd gleich eingestellt sein. Die aktive Schicht kann eine Schicht aus einer Mehrfach-Quantentopfstruktur sein, in die eine Zugbelastung eingebracht ist, und in der ein leichtes Loch in einem Valenzband im wesentlichen gleich bezüglich des Pegels zu einem Pegel eines schweren Lochs in dem Valenzband ist.
Zudem kann zumindest einer der ersten und zweiten Reflektoren ein verteilter Bragg-Reflektor sein und die Kopplungseinheit kann ein aktiver Richtkoppler sein, der die aktive Schicht enthält. Die ersten und zweiten Reflektoren können beide ein verteilter Bragg-Reflektor sein. Alternativ kann der erste Reflektor einen verteilten Bragg-Reflektor umfassen und der zweite Reflektor kann eine reflektierende Facette bzw. Kristallfläche umfassen. Der aktive Richtkoppler kann eine aktive Schicht und eine Wellenleiterschicht enthalten. Der aktive Richtkoppler kann ein Gitter enthalten, und die Kopplung von Ausbreitungsmoden zwischen der Laserstruktur und den ersten und zweiten Reflektoren wird durch eine Phasenübereinstimmung durch das Gitter unterstützt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein optisches Kommunikationsverfahren oder -system zur Übertragung eines Signals von einem Sender zu einem Empfänger durch eine optische Übertragungsleitung, wobei die Polarisationsmode von Ausgangslicht von dem obigen Halbleiterlaser zwischen zwei senkrecht zueinander stehenden Polarisationsmoden oder transverser elektrischer (TE) und transverser magnetischer (TM) Polarisationsmoden moduliert wird, indem der in den Halbleiterlaser injizierte Strom gesteuert wird, und lediglich das Ausgangslicht in einer von der TE- Mode und TM-Mode durch eine Auswahleinrichtung ausgewählt wird, um ein amplitudenmoduliertes Signal zu erzeugen. Das amplitudenmodulierte Signal wird durch die optische Übertragungsleitung übertragen.
Die Wellenlänge des amplitudenmodulierten Signals kann durch den Halbleiterlaser abgestimmt werden, und ein Signal mit einer gewünschten Wellenlänge kann wahlweise unter Verwendung eines Wellenlängenfilters in dem Empfänger erfaßt werden. Halbleiterlaser und Wellenlängenfilter können ver wendet werden, um wahlweise Signale bei jeweiligen gewünschten Wellenlängen zu erfassen, um eine optische Kommunikation mittels eines Wellenlängenmultiplexes durchzuführen.
Diese und andere Vorteile werden in Verbindung mit der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der Zeichnung besser verständlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines schwingungspolarisationsmodenselektiven Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 2A und 2B jeweilige Darstellungen, die das Funktionsprinzip des ersten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung darstellen,
Fig. 3 ein Blockschaltbild, welches ein optisches Kommunikationssystem darstellt, bei dem ein schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
Fig. 4 ein Blockschaltbild, welches ein weiteres optisches Kommunikationssystem darstellt, bei dem ein schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlaser gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
Fig. 5 eine Querschnittsansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel eines schwingungspolarisationsmodenselektiver Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 6 eine Querschnittsansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel eines schwingungspolarisationsmodenselektiven Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 7A, 7B und 7C jeweilige Darstellungen, die das Funktionsprinzip des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellen, und
Fig. 8 eine Querschnittsansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel eines schwingungspolarisationsmodenselektiven Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben.
Ein Halbleiterlaser gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat einen Bereich 11 eines verteilten Rückkopplungsgitters und einen Richtkopplerbereich 12. In dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters ist eine aktive Schicht 13 geschichtet und ein Gitter 14 mit einer feinen Teilung ist an einer Stelle ausgebildet, der ein Modalfeld der Mode 3 überlagert ist, so daß lediglich eine vorbestimmte Wellenlänge (eine verteilte Rückkopplungswellenlänge) reflektiert wird. Eine verteilte Rückkopplungswellenlänge λDFB ist durch λDFB = 2Neff ΛDFB wiedergegeben, wobei Neff der effektive Brechungsindex für Mode 3, und ΛDFB die Teilung des Gitters 14 ist. Die Wellenlänge λDFB wird mittels durch Elektroden 15 und 16 injizierter Ströme verändert.
In dem Richtkopplerbereich 12 sind Wellenleiterschichten 17 und 18 geschichtet, und zwei Moden, deren Mittenintensitäten jeweils bei den Wellenleiterschichten 17 und 18 liegen, können gebildet werden. Ein Gitter 19 mit einer relativ groben Teilung ist an einer Stelle ausgebildet, an der Modalfelder der Mode 1 und Mode 2 überlagert sind. An einem rechtsseitigen Endabschnitt der Wellenleiterschicht 17 in dem Richtkopplerbereich 12 ist ein schräger Schnitt derart ausgebildet, daß keine Reflektion auftritt, oder ein Dotierstoff bzw. eine Verunreinigung ist derart eingebracht, daß dort die Lichtabsorption verstärkt ist. Die Mode 1 wird stark zu der Mode 3 in dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters koppeln, und die Mode 2 wird sehr schwach zu der Mode 3 mit Ausnahme einer Wellenlänge koppeln, die die Bragg-Bedingungen des Gitters 19 einer relativ groben Teilung erfüllt. Eine Kopplungswellenlänge ist durch λDC = Nett(1) - Neff(2) ΛDC wiedergegeben, wobei Neff(1) und Neff(2) jeweilige effektive Brechungsindizes für Mode 1 und Mode 2 sind, und ADC die Teilung des Gitters 19 ist.
Bei einem Halbleiterlaser mit einer asymmetrischen Struktur in Bezug auf Längs- und Querrichtungen existieren zwei Moden; eine ist eine transversale elektrische (TE) Mode, deren elektrisches Feld parallel zu einer Substratebene ist, und die andere ist eine transversale magnetische (TM) Mode, deren elektrisches Feld senkrecht dazu ist. Die Kopplungswellenlänge λDC ist zwischen zwei aufeinander senkrechten Polarisationsebenen unterschiedlich. Die Kopplungswellenlänge λDC kann zwischen λDC für die TE-Mode und λDC für die TM-Mode umgeschaltet werden, indem durch die Elektrode 110 in den Richtkopplerbereich 12 injizierter Strom gesteuert wird.
Jedoch ändert sich die verteilte Rückkopplungswellenlänge bzw. Wellenlänge der verteilten Kopplung λDFB in dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters geringfügig, abhängig von der Polarisationsmode, jedoch ist die Differenz zwischen der TE-Mode und der TM-Mode gering. Wenn Strom in den Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters injiziert wird, steigt der Gewinn der aktiven Schicht 13. Wenn in diesem Zustand die Polarisationsmode (die TE-Mode oder die TM-Mode), die zu dem Richtkopplerbereich 12 gekoppelt wird, umgeschaltet wird (d. h., die Kopplungswellenlänge λDC der Kopplungspolarisationsmode wird mit der Rückkopplungswellenlänge λDFB in Übereinstimmung gebracht), wird nur zwischen den Wellenleitern 17 und 18 übertragenes Licht an der reflektierenden Endoberfläche oder Facette 106 der Wellenleiterschicht 18 reflektiert und zu dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters zurückgeführt, um zu Laserschwingungslicht zu werden. Da eine geeignete Einrichtung (beispielsweise der schiefe Schnitt) an dem Endoberflächenabschnitt der oberen Wellenleiterschicht 17 an der Seite des Richtkopplerbereichs 12 bereitgestellt ist, wird kein Licht in der Mode 1 reflektiert, um zu dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters zurückzukehren.
Bei der vorstehend erörterten Struktur kann die Schwingungswellenlänge und das Umschalten der Polarisationsmode unabhängig jeweils in dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters und in dem Richtkopplerbereich 12 gesteuert werden, so daß die Polarisationsmodulation selbst während der Wellenlängenabstimmung stabil durchgeführt werden kann.
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszahl 100 ein n-Typ InP Substrat. Bezugszahl 101 bezeichnet eine n-Typ InP Hüllschicht. Bezugszahl 18 bezeichnet die vorstehend beschriebene n-Typ InGaAsP Wellenleiterschicht, die den Richtkoppler bildet. Bezugszahl 19 bezeichnet das vorstehend beschriebene Gitter zur Unterstützung des Richtkopplers. Bezugszahl 17 bezeichnet die vorstehend beschriebene undotierte InGaAsP Wellenleiterschicht, die den beiden Bereichen 11 und 12 gemeinsam ist. Bezugszahl 13 bezeichnet die obige aktive Schicht einer zugbelasteten Übergitterstruktur, die aus zehn Paaren undotiertem In0,53Ga0,47As Schichten (Dicke beträgt 5 nm) und In0,28Ga0,72As Schichten (Dicke beträgt 5 nm) besteht. Bezugszahl 14 bezeichnet das vorstehend beschriebene feine Gitter zum Durchführen einer verteilten Kopplung in umgekehrter Richtung. Bezugszahl 102 bezeichnet eine p-Typ InP Umhüllungsschicht. Bezugszahl 103 bezeichnet eine p-Typ In0,59Ga0,41As0,9P0,1 Kontaktschicht. Bezugszahlen 15, 16 und 110 bezeichnen jeweils die vorstehend beschriebenen Cr/AuZnNi/Au Elektrodenschichten, die durch Trennuten getrennt sind, welche durch Entfernen der Kontaktschicht 103 ausgebildet werden. Bezugszahl 104 bezeichnet eine n- seitige gemeinsame Elektrode. Bezugszahl 105 bezeichnet eine Antireflektionsschicht. Bezugszahl 106 bezeichnet den vorstehend beschriebenen Reflektor aus einer hochreflektiven Schicht. Die aktive Schicht 13 ist eine Schicht auf einer zugbelasteten Mehrfach-Potentialtopfstruktur bzw. Mehrfach-Quantentopfstruktur, und die Übergangsenergie zwischen dem Niveau von schweren Löchern in dem Valenzband und dem Grundniveau von Elektronen in dem Leitungsband (Ehh0 - Ee0) ist der Übergangsenergie zwischen dem Niveau von leichten Löchern in dem Valenzband und dem Grundniveau von Elektronen in dem Leitungsband (Elh0 - Ee0) gleich gemacht. Verglichen mit einem herkömmlichen DFB-Laser ist daher eine Schwingungsschwelle für die TM-Mode (die der Übergangsenergie (Elh0 - Ee0) entspricht) niedrig und die Schwingungspolarisationsmodenumschaltung zwischen der TE-Mode und der TM- Mode kann wirksam durchgeführt werden, indem der in die Vorrichtung injizierte Strom geeignet gesteuert wird.
Bei der Struktur des in Fig. 1 gezeigten Lasers beträgt die der Übergangsenergie (Elh0 - Ee0) entsprechende Wellenlänge 1,56 um (TM-Mode) und die der Übergangsenergie (Ehh0 - Ee0) entsprechende Wellenlänge beträgt ebenfalls 1,56 um (TE- Mode). Schwingungsspektren für die TE-Mode und die TM-Mode überlappen einander annähernd und die Teilung des Gitters 14 ist auf 0,24 um eingestellt, so daß die verteilte Rückkopplungswellenlänge bzw. Wellenlänge der verteilten Rückkopplung des Gitters 14 im wesentlichen gleich der Verstärkungs-Mittenwellenlänge ist. Verteilte Wellenlängen 21 und 22 (vergleiche Fig. 2) für die TE-Mode und die TM-Mode in dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters sind beide nahe bei der Wellenlänge von 1,56 um, jedoch verändern sich solche verteilten Wellenlängen geringfügig, abhängig von der Struktur der Vorrichtung wie beispielsweise der lateralen Begrenzungsstruktur des Wellenleiters 17 und der Schichtzusammensetzung. Die Veränderung von verteilten Wellenlängen reicht von nur 3 nm bis 6 nm.
Die Kopplungswellenlänge des Richtkopplers ist aufgrund des Vorhandenseins des groben Gitters 19 äußerst empfindlich auf die Polarisationsmode, und die Kopplungswellenlängen für die TE-Mode und die TM-Mode sind herkömmlicherweise um etwa 30 nm voneinander verschieden. Wenn durch die Elektrode 110 injizierter Strom derart eingestellt wird, daß die Kopplungswellenlänge 23 für die TE-Mode in dem Richtkopplerbereich 12 die Rückkopplungswellenlänge 21 (hier 1,56 um) in dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters wie in Fig. 2A dargestellt enthält, nähert sich die Kopplungswellenlänge 24 für die TM-Mode notwendigerweise 1,53 um an.
Wenn durch die Elektroden 15 und 16 Ströme injiziert werden, wird die aktive Schicht 13 angeregt und eine spontane Lichtemission tritt auf. Lediglich eine Komponente in der TE-Mode wird selektiv zu dem Richtkopplerbereich 12 gekoppelt und lediglich die Komponente in der TE-Mode des spontanen Emissionslichts wird an dem hochreflektiven Ende 106 reflektiert und zu dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters zurückgeführt. In dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters 11 tritt eine starke Reflektion bei der Rückkopplungswellenlänge auf, und folglich tritt eine Schwingung in der TE-Mode bei der durch den Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters bestimmten Rückkopplungswellenlänge auf. Wenn der Injektionsstrom in den Richtkopplerbereich 12 so verändert wird, daß die Kopplungswellenlänge 24 für die TM-Mode zu der Rückkopplungswellenlänge 22 für die TM-Mode in dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters wie in Fig. 2B dargestellt gekoppelt wird, tritt alternativ auf ähnliche Weise eine Laserschwingung in der TM-Mode auf. Folglich wird ein Umschalten zwischen der TE-Mode und der TM-Mode durch Steuerung des durch die Elektrode 110 injizierten Stroms durchgeführt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der untere Wellenleiter 18 in dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters entfernt. Da die Wellenleiter 17 und 18 ohne das Vorhandensein des Gitters 19 nicht miteinander gekoppelt würden, kann jedoch der untere Wellenleiter 18 in dem Bereich 11 des verteilten Rückkopplungsgitters verbleiben, wenn das Gitter 19 nur in dem Richtkopplerbereich 12 ausgebildet ist.
Fig. 3 stellt ein optisches Übertragungssystem dar, bei dem ein intensitätsmoduliertes Signal unter Verwendung eines Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung übertragen und auf einer Empfängerseite empfangen wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 wird von einem Halbleiterlaser 21 ausgegebenes Licht einem Polarisator 32 zugeführt und lediglich eine Komponente in der TE-Mode oder der TM-Mode wird durch den Polarisator 32 ausgewählt. Somit kann ein Intensitätsamplitudensignal mit einem hohen Extinktionsverhältnis erhalten werden. Bei dem System wird eine Modenumschaltung zwischen der TE-Mode und der TM-Mode durchgeführt, jedoch schwankt die Intensität des von dem Laser 31 ausgegebenen Lichts kaum, da die Übergangsenergien (Elh0 - Ee0) und (Ehh0 - Ee0) entworfen sind, um einander gleich zu sein. Daher ist ein Zirpen bzw. "Chirping" aufgrund einer Ladungsträgerschwankung der aktiven Schicht 13 außergewöhnlich gering. Das durch den Polarisator 32 herausgegriffene Licht in der TE-Mode wird durch einen Isolator 33 in einen Lichtwellenleiter bzw. Lichtleitfaser 34 gekoppelt und dadurch übertragen. Das übertragene Licht wird mittels eines Fotodetektors 35 erfaßt. Dabei können die Extinktionsverhältnisse für die TE-Mode und die TM-Mode mehr als 20 dB betragen, und eine ASK Übertragung mit dem gleichen Extinktionsverhältnis kann erreicht bzw. nachgewiesen werden.
Das Chirping ist sehr gering, wenn der Halbleiterlaser gemäß der vorliegenden Erfindung polarisationsmoduliert ist. Die Wellenlängenschwankung ist geringer als 0,03 nm, wenn nur die Ausgabe in der TE-Mode beobachtet wird. Zudem liegt die Modulationsbandbreite der Polarisationsmodulation oberhalb von 1 GHz.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel, bei dem eine optische Übertragung unter Verwendung des Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. In Fig. 4 bezeichnet Bezugszeichen 41 einen Halbleiterlaser, bei dem eine Wellenlängenänderung und ein Extinktionsverhältnis stabil gesteuert sind und eine Schwingungspolarisationsmode gemäß der vorliegenden Erfindung moduliert wird. Bei dem Halbleiterlaser 41 kann die Schwingungswellenlänge in einem Be reich von 3 nm mit einem Wellenlängenintervall von etwa 6 GHz (etwa 0,05 nm) variiert werden. Dies wird durch Steuerung von durch die Elektroden 15 und 16 injizierten Strömen (vergleiche Fig. 1) durchgeführt. Bei der Polarisationsmodulation ist die dynamische Wellenlängenschwankung ("Chirping" bzw. Zirpen), die im Fall einer herkömmlichen direkten Intensitätsmodulation groß ist, sehr gering, beispielsweise kleiner als 2 GHz, so daß kein Übersprechen zwischen benachbarten Kanälen auftritt, selbst wenn ein Wellenlängenmultiplexen mit Intervallen von 6 GHz durchgeführt wird. Wenn dieser Halbleiterlaser verwendet wird, ist daher ein Wellenlängenmultiplexen mit etwa 60 (= 3/0,05) Kanälen möglich.
Der Halbleiterlaser 41 bildet zusammen mit einem Polarisations-Strahlteiler 42 ein optisches Sendegerät 40. Von dem optischen Sendegerät 40 emittiertes Licht wird in einen Lichtwellenleiter 43 gekoppelt bzw. eingespeist und durch diesen übertragen. In einem optischen Empfängergerät 45 wird Licht eines gewünschten Wellenlängenkanals wahlweise aus durch einen Lichtwellenleiterkoppler 44 übertragenem Signallicht mittels eines optischen Filters 46 gedemultiplext, und das Signal wird durch einen Fotodetektor 47 erfaßt. Hierbei wird eine Vorrichtung mit der gleichen Struktur wie ein DFB-Laser als das optische Filter 46 verwendet, und das Filter 46 wird mittels eines Biasstroms angeregt, der geringer als dessen Schwellenstrom ist. Die Übertragungswellenlänge kann in einem Bereich von 3 nm mit einer konstanten Übertragungsverstärkung bzw. konstantem Übertragungsgewinn von 20 dB verändert werden, indem das Verhältnis zwischen durch die zwei Elektroden injizierten Strömen verändert wird. Die 10 dB-Abwärtsübertragunsbreite des Filters 46 beträgt 0,03 nm, und dieser Wert ist für das Wellenlängenmultiplexen mit dem Intervall von 0,05 nm zufriedenstellend. Als das optische Filter 46 können Vorrichtun gen mit einer ähnlichen Wellenlängenübertragungsbreite wie beispielsweise ein Filter einer Max-Zehnder-Bauart und ein Filter einer Fabry-Perot-Bauart verwendet werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Bereich eines verteilten Rückkopplungsgitters 111 hat eine Struktur ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, jedoch ist kein Gitter in einem Richtkopplerbereich 112 ausgebildet. Ein unterer Wellenleiter ist als w-förmiger Wellenleiter ausgebildet, um eine Wellenlängenselektivität oder Polarisationsmodenselektivität zu haben. Bei dem w-förmigen Wellenleiter hat eine Umhüllungsschicht 152 um eine Kernschicht 151 einen niedrigeren Brechungsindex als eine Gesamtumhüllungsschicht 154 des Halbleiterlasers, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Wellenleiter der Stufenbauart (wie beispielsweise ein Wellenleiter 117). Als ein Ergebnis ist die Wellenlängendispersion der Ausbreitungsmode 2 stark unterschiedlich von der des Wellenleiters der Stufenbauart, und eine Wellenlänge, bei der Moden 1 und 2 synchronisiert oder phasenangepaßt sind, ist begrenzt, was zu einer starken Wellenlängenselektivität führt. Bei dieser Anordnung ist der Freiheitsgrad bei einer Bandbreite von Kopplungswellenlängen (vergleiche Kopplungswellenlängen 23 und 24 in Fig. 2) gering, verglichen mit der gitterunterstützten Bauart, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel erörtert wurde. Ungeachtet dessen ist ein Emissionsverlust aufgrund des Vorhandenseins des Gitters gering, und ein hoher Wirkungsgrad kann erzielt werden. Das Funktionsprinzip ist ähnlich wie das bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Eine Gitterschicht 114 in dem Bereich des verteilten Rückkopplungsgitters 111 und der den zwei Bereichen 111 und 112 gemeinsame Wellenleiter 117 sind jenen bei dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich, jedoch sind die aktive Schicht, der untere Wellenleiter und die Umhüllungsschicht von jenen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich. Insbesondere weist die aktive Schicht 155 InGaAs auf, welches in bezug auf Längs- und Querrichtungen symmetrisch ist, und die aktive Schicht 155 hat ähnliche Verstärkungen bzw. Gewinne für die TE-Mode und die TM-Mode. Weiterhin handelt es sich bei der Schicht 151 um eine n-Typ InGaAs Kernschicht, die den w-förmigen Wellenleiter bildet, die Schicht 152 ist eine n-Typ InP Umhüllungsschicht, deren Brechungsindex geringer ist als der der Schichten 153 und 154, die Schicht 153 ist eine p-Typ InGaAsP Umhüllungsschicht, und die Schicht 154 ist eine n-Typ InGaASP Umhüllungsschicht.
Bezugszahl 200 bezeichnet ein Substrat. Bezugszahl 203 bezeichnet eine p-Typ Kontaktschicht. Bezugszahlen 204 und 210 bezeichnen eine n-seitige gemeinsame Elektrode bzw. p- seitige Elektrodenschichten, wobei die p-seitigen Elektrodenschichten 210 durch eine Trennungsnut bzw. Trennungsvertiefung getrennt sind, welche durch Entfernen der Kontaktschicht 203 ausgebildet ist. Bezugszahl 205 bezeichnet eine Anti-Reflektionsschicht. Bezugszahl 206 bezeichnet einen Reflektor aus einer hochreflektiven Schicht oder eine reflektierende Facette bzw. Kristallfläche.
Der untere Wellenleiter ist ausschließlich in dem Richtkopplerbereich 112 ausgebildet, so daß keine Kopplung in dem Bereich des verteilten Rückkopplungsgitters 111 auftritt. Die Teilung und dergleichen des Gitters 114 in dem Bereich des verteilten Rückkopplungsgitters 111 sind ähnlich jenen bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann Polarisationsmodenumschaltung der TE-Mode und der TM-Mode und eine Wellenlängensteuerung durch Steuern von in die beiden Bereiche 111 und 112 injizierten Strömen durchgeführt werden. Das zweite Ausführungsbeispiel kann gleichfalls bei optischen Kommunikationssystemen wie in Fig. 3 und 4 dargestellt verwendet werden, ähnlich wie das erste Ausführungsbeispiel.

Drittes Ausführungsbeispiel

Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 6 und 7 beschrieben.
Ein Halbleiterlaser gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat Bereiche verteilter Bragg-Reflektoren 211 und 212 (von denen einer eine reflektierende Endfläche sein kann) und einen aktiven Richtkopplerbereich 213 (wobei dieser Bereich eine aktive Schicht enthält). In den Bereichen mit verteiltem Bragg-Reflektor 211 und 212 ist ein Gitter 216 mit einer feinen Teilung auf einer Gitterschicht 215 ausgebildet, welche auf einer Wellenleiterschicht 214 aufgeschichtet ist, so daß nur eine vorbestimmte Wellenlänge λBR(Bragg- Wellenlänge) in den Bereichen mit verteiltem Bragg- Reflektor 211 und 212 reflektiert wird, wie in Fig. 7A dargestellt. Die von dem Gitter 216 reflektierte Bragg- Wellenlänge λBR verändert sich geringfügig abhängig von der Polarisationsmode, jedoch ist der Unterschied ziemlich gering.
In dem aktiven Richtkopplerbereich 213 ist die Gitterschicht 215 auf der Wellenleiterschicht 214 ausgebildet, und eine aktive Schicht 217 ist ausgebildet. In dem aktiven Richtkopplerbereich 213 wird eine Phasenanpassung zwischen Ausbreitungsmoden nur bei einer vorbestimmten Kopplungswellenlänge λDC erfüllt, da Zusammensetzungen und Schichtdicken unterschiedlich zwischen der aktiven Schicht 217 und der Wellenleiterschicht 214 sind. Somit tritt eine Kopplung zwischen zwei Ausbreitungsmoden auf, die ihre Mitteninten sitäten bei der aktiven Schicht 217 bzw. der Wellenleiterschicht 214 haben. Für die zwei zueinander senkrechten Polarisationsmoden (TE-Mode und TM-Mode) unterscheiden sich die Kopplungswellenlängen λDC wie in Fig. 7B und 7C dargestellt. Die Kopplungswellenlänge λDC wird durch Steuerung von durch eine Elektrode 304 in dem aktiven Richtkopplerbereich 213 injiziertem Strom verändert. Zu einem Zeitpunkt wie in Fig. 7B dargestellt, wird λDC für die TM-Mode gleich der Bragg-Wellenlänge λBR gemacht, welche in den Bereichen mit Bragg-Reflektor 211 und 212 reflektiert wird, während zu einem anderen Zeitpunkt, wie in Fig. 7C dargestellt, λDC für die TE-Mode gleich der Bragg-Wellenlänge λBR gemacht wird.
In dem aktiven Richtkopplerbereich 213 wird nur die von der Wellenleiterschicht 214 zu der aktiven Schicht 217 übertragene Polarisationsmode verstärkt, und diese Mode wird zwischen den Bereichen mit Bragg-Reflektor 211 und 212 (oder der reflektierenden Endfläche) zur Resonanz gebracht, was zu einer Laserresonanz führt. Diese Polarisationsmode wird zischen der TE-Mode und der TM-Mode durch Steuern von in den aktiven Richtkopplerbereich 213 injiziertem Strom umgeschaltet.
Wenn Strom in die Bereiche mit Bragg-Reflektor 211 und 212 injiziert wird, wird der effektive Brechungsindex der Wellenleiterschicht 214 variiert und die Bragg-Wellenlänge λBR wird verändert. Die Bandbreite der Kopplungswellenlänge in dem aktiven Richtkopplerbereich 213 ist sehr viel breiter bzw. größer als die Bandbreite der Bragg-Reflektor-Wellenlänge, und zwar um mehr als zwei Größenordnungen. Daher kann selbst wenn die Schwingungswellenlänge in den Bereichen mit Bragg-Reflektor 211 und 212 verändert wird, die Kopplungsbedingung in dem aktiven Richtkopplerbereich 213 hinreichend erfüllt werden.
Bei der zuvor erörterten Struktur kann die Schwingungswellenlänge und die Polarisationsmodenauswahl in den Bereichen mit Bragg-Reflektor 211 und 212 und in dem aktiven Richtkopplerbereich 213 jeweils unabhängig gesteuert werden. Als ein Ergebnis kann die Polarisationsmodulation selbst während der Wellenlängenabstimmungszeit stabil durchgeführt werden.
In Fig. 6 bezeichnet Bezugszahl 300 ein n-Typ InP Substrat. Bezugszahl 301 bezeichnet eine n-Typ InP Umhüllungsschicht. Bezugszahl 214 bezeichnet die vorstehend beschriebene n-Typ InGaAsP Lichtwellenleiterschicht. Bezugszahl 215 bezeichnet die vorstehend beschriebene InGaAsP Gitterschicht, deren Brechungsindex geringer ist als der der Wellenleiterschicht 214. Bezugszahl 216 bezeichnet das vorstehend beschriebene Gitter mit einer feinen Teilung zum Bewirken von Bragg- Reflektion. Bezugszahl 217 bezeichnet die vorstehend beschriebene aktive Schicht aus einer zugbeanspruchten Übergitterstruktur, welche aus zehn Paaren undotiertem In0,53Ga0,47As Schichten (Dicke beträgt 5 nm) und In0,28Ga0,72As Schichten (Dicke beträgt 5 nm) besteht. Bezugszahl 302 bezeichnet eine p-Typ InP Umhüllungsschicht. Bezugszahl 303 bezeichnet eine p-Typ In0,59Ga0,41As0,9P0,1 Kontaktschicht. Bezugszahl 304 bezeichnet die obige p-seitige Cr/AuZnNi/Au Elektrodenschichten, die durch Trennuten getrennt sind, welche durch Entfernen der Kontaktschicht 303 ausgebildet sind. Bezugszahl 305 bezeichnet eine n-seitige AuGeNi/Au Elektrodenschicht, die auf der Unterseite des Substrats 300 ausgebildet ist. Die aktive Schicht 217 hat eine zugverspannte Mehrfachpotentialtopfstruktur und die Übergangsenergie zwischen dem Niveau schwerer Löcher in dem Valenzband und dem Grundniveau von Elektronen in dem Leitungsband (Ehh0 - Ee0) ist der Übergangsenergie zwischen dem Niveau leichter Löcher in dem Valenzband und dem Grundniveau von Elektronen in dem Leitungsband (Elh0 - Ee0) gleich gemacht. Daher ist der Gewinn für die TM-Mode verglichen mit einem nicht zugverspannten Übergitter größer, und die Lichtemissionsspektren für die TE-Mode und die TM-Mode überlappen einander annähernd bei einer Mittenwellenlänge von 1,56 um. Die Teilung des Gitters 216 ist auf 0,25 um eingestellt, so daß die Bragg-Wellenlänge aufgrund des Vorhandenseins des Gitters 216 annähernd mit der Verstärkungs- bzw. Gewinnwellenlänge zusammenfällt.
Wenn die Kopplungswellenlänge für die TM-Mode in dem aktiven Richtkopplerbereich 213 abgestimmt wird, so daß sie die Bragg-Wellenlänge (hier 1,56 um) in den Bereichen mit Bragg-Reflektor 211 und 212 wie in Fig. 7B dargestellt enthält, wird daher die Kopplungswellenlänge für die TE-Mode notwendigerweise auf eine Seite verschoben, die ausreichend länger als die Bragg-Wellenlänge ist, und keine Kopplung tritt in der TE-Mode auf. In diesem Zustand schwingt der Laser in der TM-Mode.
Im Gegensatz zu dem obigen schwingt der Laser in der TE- Mode gemäß dem gleichen Mechanismus, wenn in den aktiven Richtkopplerbereich 213 injizierter Strom gesteuert ist und die TE-Mode zu der Bragg-Wellenlänge in den Bereichen mit Bragg-Reflektor 211 und 212 wie in Fig. 7C dargestellt gekoppelt ist. Somit wird das Umschalten zwischen der TE-Mode und der TM-Mode durch die Steuerung des Stroms durchgeführt. Die Bragg-Wellenlängen für die TE-Mode und die TM- Mode in den Bereichen mit Braggreflektor 211 und 212 sind beide nahe bei 1,56 um, jedoch variiert dieser Wert geringfügig, abhängig von Vorrichtungsstrukturen, beispielsweise der lateralen Begrenzungsstruktur des Wellenleiters und der Schichtzusammensetzung. Im allgemeinen trägt der Bereich der Veränderung annähernd 3 nm bis 6 nm. Im Gegensatz dazu beträgt die Kopplungsbandbreite in dem aktiven Richtkopp lerbereich 213 etwa 20 nm, was die Veränderung der Bragg- Wellenlänge ausreichend enthalten kann. Selbst wenn die Schwingungswellenlänge in den Bereichen mit Bragg-Reflektor 211 und 212 verändert wird, ist daher der Kopplungswirkungsgrad in dem aktiven Richtkopplerbereich 213 kaum beeinflußt.
Dieses Ausführungsbeispiel kann in Systemen wie in Fig. 3 und 4 dargestellt verwendet werden, ähnlich wie das erste Ausführungsbeispiel.

Viertes Ausführungsbeispiel

Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist die Struktur der Bereiche mit Braggreflektor bzw. Bragg-Reflektor-Bereiche 311 und 312 die gleiche wie die bei dem dritten Ausführungsbeispiel, und ein Gitter 351 mit einer relativ groben Teilung ist in einem aktiven Richtkopplerbereich 313 ausgebildet, um die Wellenlängenselektivität (oder Polarisationsmodenselektivität) in dem selektiven Richtkopplerbereich 313 weiter zu verstärken. Zudem ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf dem Gitter 351 eine InGaAsP Zwischenumhüllungsschicht 352, deren Brechungsindex von dem der Gitterschicht 215 unterschiedlich ist, ausgebildet, und eine aktive Schicht 353 ist auf der Zwischenumhüllungsschicht 352 abgeschieden. Die aktive Schicht 353 weist InGaAs auf, welches symmetrisch mit Bezug auf Längs- und Querrichtungen ist (die aktive Schicht 217 des dritten Ausführungsbeispiels kann angenommen werden), und hat ähnliche Gewinne bzw. Verstärkungen für die TE-Mode und die TM-Mode. Die Teilung eines Gitters 316 in den Bragg-Reflektor-Bereichen 311 und 312 usw. ist die gleiche wie jene bei dem dritten Ausführungsbeispiel.
In Fig. 6 bezeichnet Bezugszahl 400 ein n-Typ InP Substrat. Bezugszahl 402 bezeichnet eine p-Typ InP Umhüllungsschicht. Bezugszahl 403 bezeichnet eine p-Typ Kontaktschicht. Bezugszahl 404 bezeichnet p-seitige Elektrodenschichten, die durch Trennungsnuten getrennt sind, welche durch Entfernen der Kontaktschicht 403 ausgebildet sind. Bezugszahl 405 bezeichnet eine n-seitige Elektrodenschicht, die auf der Unterseite des Substrats 400 ausgebildet ist.
Die Kopplungswellenlänge lDC ist wiedergegeben durch: λDC = Neff(w) - Neff(a) LDC, wobei Neff(w) und Neff(a) effektive Brechungsindizes für Ausbreitungsmoden sind, die Mittenintensitäten bei einer Wellenleiterschicht 314 bzw. der aktiven Schicht 353 haben, und ADA ist die Teilung des groben Gitters 351.
Aufgrund des Vorhandenseins des Gitters 351 hat die Kopplungswellenlänge eine große Polarisationssensitivität und die Kopplungswellenlängen für die TE-Mode und TM-Mode unterscheiden sich normalerweise voneinander um etwa 30 nm. Wenn eine Abstimmung durch Injektion von Strom in den aktiven Richtkopplerbereich 313 durchgeführt wird, so daß die Kopplungswellenlänge für die TE-Mode in dem aktiven Richtkopplerbereich 313 die Bragg-Wellenlänge (1,56 um) in den Bragg-Reflektor-Bereichen 311 und 312 enthält, nähert sich daher die Kopplungswellenlänge für die TM-Mode notwendigerweise 1,53 um an.
Wenn Ströme durch die Elektrode injiziert werden, wird die aktive Schicht 353 folglich angeregt und die spontane Lichtemission tritt auf. Hier wird lediglich die TE-Mode selektiv übertragen und zu den Bragg-Reflektor-Bereichen 311 und 312 gekoppelt, da nur die TE-Mode selektiv in den aktiven Richtkopplerbereich 313 gekoppelt wird. In den Bragg-Reflektor-Bereichen 311 und 312 tritt bei der Bragg- Wellenlänge starke Reflektion auf, und folglich tritt bei der durch die Bragg-Reflektor-Bereiche 311 und 312 bestimmten Bragg-Wellenlänge eine Schwingung in der TE-Mode auf.
Wenn der Injektionsstrom in den aktiven Richtkopplerbereich 313 verändert wird, so daß die TM-Mode zu der Bragg- Wellenlänge in den Bragg-Reflektor-Bereichen 311 und 312 gekoppelt ist, tritt als nächstes Laserschwingung in der TM-Mode auf die gleiche Weise auf. Folglich kann ein Schwingungsumschalten zwischen der TE-Mode und der TM-Mode und eine Wellenlängensteuerung, ähnlich wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel, durchgeführt werden, indem der in den aktiven Richtkopplerbereich 313 injizierte Strom gesteuert wird.
Wenn eine der Reflektionseinrichtungen eine reflektierende Endoberfläche ist, tritt auch bei diesem Ausführungsbeispiel Resonanz zwischen dem Bragg-Reflektor-Bereich und der reflektierenden Endoberfläche einer äußeren Endfacette bzw. Endkristallfläche der aktiven Schicht auf.
Da aufgrund des Vorhandenseins des Gitters 351 die Phasenanpassung verwendet wird, wird der Herstellungsprozeß bei diesem Ausführungsbeispiel etwas komplizierter (das Gitter muß ausgebildet werden) als die Herstellung eines asymmetrischen Richtkopplers wie in bezug auf das dritte Ausführungsbeispiel beschrieben. Jedoch ist die Kopplungsbandbreite weiter begrenzt aufgrund des Vorhandenseins des Gitters 351 und eine stärkere Wellenlängenselektivität wird erreicht. Als ein Ergebnis wird die Länge des aktiven Richtkopplerbereichs 313 klein, und somit kann das Umschalten der Polarisationsmode durch eine kleinere Änderung des Stroms bewirkt werden. Das Funktionsprinzip ist das gleiche wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel.
Auch dieses Ausführungsbeispiel kann in Systemen wie in Fig. 3 und 4 dargestellt verwendet werden, ähnlich wie das erste Ausführungsbeispiel.
Mit Ausnahme der Fälle, in denen es hier anderweitig offenbart ist, sind die verschiedenen Komponenten, die in Umrißlinien oder Blockform in den Figuren dargestellt sind, einzeln allgemein bekannt auf dem Gebiet der optischen Halbleitervorrichtungen und optischen Übertragungstechniken, und deren interner Aufbau und Funktion sind weder für die Verwendung dieser Erfindung noch für eine Beschreibung der besten Ausführungsart der Erfindung kritisch.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung mit Bezug darauf beschrieben, was derzeit als die bevorzugten Ausführungsbeispiele angesehen wird, jedoch ist es selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung ist bestrebt, verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen abzudecken, die im Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche enthalten sind.
Ein Halbleiterlaser enthält eine Halbleiterlaserstruktur mit einer aktiven Schicht (13, 155, 217, 353). Die Laserstruktur ist so entworfen, daß Licht in beiden von zwei Polarisationsmoden darin angeregt werden kann. Erste und zweite Reflektoren (14, 106; 114, 206; 216; 316) sind bereitgestellt, und zumindest einer von diesen ist ein verteilter Reflektor (14, 114, 216, 316), welcher erste und zweite Reflektionswellenlängen für die zwei Polarisationsmoden bestimmt. Eine Kopplungseinheit (17, 18, 19; 117, 151, 152; 214, 217; 314, 351, 352, 353) ist zum Koppeln der Laserstruktur und der ersten und zweiten Reflektoren für jedes Licht der zwei Polarisationsmoden bei ersten und zweiten Kopplungswellenlängen bereitgestellt, die mit den ersten bzw. zweiten Reflektionswellenlängen zusammenfallen. Ein Licht von den zwei Polarisationsmoden bei den ersten und zweiten Reflektionswellenlängen breitet sich selektiv entlang eines Hohlraums aus, der aus der Laserstruktur und den ersten und zweiten Reflektoren besteht, wodurch dies mittels einer Steuereinheit (104, 110; 204, 210; 304, 305; 404, 405) erfolgt. Somit schwingt Licht in einer von den zwei Polarisationsmoden bei den ersten und zweiten Reflektionswellenlängen.

Claims

1. Halbleiterlaser, mit:

einer Halbleiterlaserstruktur, die eine aktive Schicht (13, 155, 217, 353) enthält, in der Licht in beiden von zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden angeregt werden kann;

ersten und zweiten Reflektionseinrichtungen (14, 106; 114, 206; 216; 316) zur Reflektion der Lichtwellen, wobei zumindest eine der ersten und zweiten Reflektionseinrichtungen einen verteilten Reflektor (14, 114, 216, 316) aufweist, der jeweilige erste (21) und zweite (22) Reflektionswellenlängen für die zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden bestimmt;

einer Kopplungseinrichtung (17, 18, 19; 117, 151, 152; 214, 217; 314, 351, 352, 353) zum Koppeln der Halbleiterlaserstruktur und der ersten und zweiten Reflektionseinrichtungen für jede der jeweiligen Lichtwellen in den zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden bei jeweiligen ersten (23) und zweiten (24) Kopplungswellenlängen, wobei die Kopplungseinrichtung derart steuerbar ist, daß entweder die erste Kopplungswellenlänge im wesentlichen mit der ersten Reflektionswellenlänge zusammenfällt, oder die zweite Kopplungswellenlänge im wesentlichen mit der zweiten Reflektionswellenlänge zusammenfällt, so daß jedes Licht der jeweiligen zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden bei den ersten und zweiten Reflektionswellenlängen sich wahlweise entlang eines Hohlraums ausbreitet, welcher aus der Halbleiterlaserstruktur und den ersten und zweiten Reflektionseinrichtungen besteht; und

einer Steuereinrichtung (104, 110; 204, 210; 304, 305; 404, 405) zur Steuerung der Kopplungseinrichtung derart, daß die Kopplungseinrichtung eine der zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden bei den jeweiligen ersten und zweiten Kopplungswellenlängen auswählt, um zu bewirken, daß Licht in einer der zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden bei den jeweiligen ersten und zweiten Reflektionswellenlängen schwingt.

2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, wobei die erste Reflektionseinrichtung einen Reflektor aus einem verteilten Rückkopplungsgitter (14, 114) aufweist und die Kopplungseinrichtung einen Richtkoppler (17, 18, 19; 117, 151, 152) aufweist.

3. Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei die zweite Reflektionseinrichtung eine reflektierende Kristallfläche (106, 206) aufweist.

4. Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei der Reflektor aus einem verteilten Rückkopplungsgitter (14, 114) die aktive Schicht (13, 155) enthält.

5. Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei der Richtkoppler ein Paar asymmetrischer Wellenleiter (17, 18; 117, 151, 152) aufweist.

6. Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei der Richtkoppler ein Gitter (19) aufweist, und wobei das Koppeln von Ausbreitungsmoden zwischen der Laserstruktur und der ersten und zweiten Reflektionseinrichtung durch das Gitter unterstützt ist.

7. Halbleiterlaser nach Anspruch 5, wobei einer des Paars von Wellenleitern des Richtkopplers einen W-förmigen Wellenleiter (151, 152) aufweist, in dem eine Kernschicht (151) von einer Umhüllungsschicht (152) umgeben ist, deren Brechungsindex geringer als der Brechungsindex einer Umhüllungsschicht des Halbleiterlasers ist.

8. Halbleiterlaser nach Anspruch 2, der zudem eine zweite Steuereinrichtung (15, 16, 104; 204, 210) zur Steuerung von in den Reflektor aus einem verteilten Rückkopplungsgitter injiziertem Strom aufweist, um die ersten und zweiten Reflektionswellenlängen zu verändern.

9. Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei jeweilige Verstärkungen für die zwei Polarisationsmoden in dem Hohlraum annähernd gleich in der Nähe der jeweiligen ersten und zweiten Reflektionswellenlängen des Reflektors (14, 114) aus einem verteilten Rückkopplungsgitter sind.

10. Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei die aktive Schicht eine Schicht aus einer Mehrfachpotentialtopfstruktur (13) aufweist, in die eine Zugbeanspruchung eingeführt ist und in der ein Niveau leichter Löcher in einem Valenzband im wesentlichen gleich einem Niveau schwerer Löcher in dem Valenzband ist.

11. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der ersten und zweiten Reflektionseinrichtungen einen verteilten Bragg-Reflektor (216, 316) aufweist, und die Kopplungseinrichtung einen aktiven Richtkoppler (214, 217; 314, 351, 352, 353) aufweist, der die aktive Schicht (217, 353) enthält.

12. Halbleiterlaser nach Anspruch 11, wobei die erste und zweite Reflektionseinrichtung jeweils verteilte Bragg- Reflektoren (216, 316) aufweisen.

13. Halbleiterlaser nach Anspruch 11, wobei die erste Reflektionseinrichtung einen verteilten Bragg-Reflektor (216, 316) aufweist, und die zweite Reflektionseinrichtung eine reflektierende Kristallfläche aufweist.

14. Halbleiterlaser nach Anspruch 11, wobei der aktive Richtkoppler die aktive Schicht (217, 353) und eine Wellenleiterschicht (214, 314) aufweist.

15. Halbleiterlaser nach Anspruch 11, wobei der aktive Richtkoppler ein Gitter (351) aufweist, und wobei das Koppeln von Ausbreitungsmoden zwischen der Laserstruktur und der ersten und zweiten Reflektionseinrichtung durch eine Phasenanpassung durch das Gitter unterstützt ist.

16. Halbleiterlaser nach Anspruch 11, zudem mit einer zweiten Steuereinrichtung (304, 305; 404, 405) zur Steuerung von in den verteilten Bragg-Reflektor injiziertem Strom, um die ersten und zweiten Reflektionswellenlängen zu ändern.

17. Halbleiterlaser nach Anspruch 11, wobei jeweilige Verstärkungen für die zwei Polarisationsmoden in dem Hohlraum annähernd gleich in der Nähe einer Bragg-Wellenlänge des verteilten Bragg-Reflektors (216, 316) sind.

18. Halbleiterlaser nach Anspruch 11, wobei die aktive Schicht eine Schicht aus einer Mehrfachpotentialtopfstruktur (217) aufweist, in die eine Zugbeanspruchung eingebracht ist und in der ein Niveau für leichte Löcher in einem Valenzband gleich einem Niveau für schwere Löcher in dem Valenzband ist.

19. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Kopplungswellenlänge (23, 24) jeweils die erste und zweite Reflektionswellenlänge (21, 22) enthalten.

20. Optisches Übertragungsverfahren zum Senden eines Signals von einem Sender (40) zu einem Empfänger (45) über eine optische Übertragungsleitung (34, 43), wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Modulieren der Polarisationsmode von von einem Halbleiterlaser (31, 41) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 ausgegebenem Licht zwischen zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden durch Steuern von in den Halbleiterlaser injiziertem Strom;

Auswählen nur der Lichtausgabe in einer der zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden, um ein amplitudenmoduliertes Signal zu erzeugen; und

Senden des amplitudenmodulierten Signals über die optische Übertragungsleitung (34, 43).

21. Optisches Übertragungsverfahren nach Anspruch 20, wobei die Wellenlänge des amplitudenmodulierten Signals durch Steuerung von in den Halbleiterlaser (31, 41) injiziertem Strom abgestimmt wird und ein Signal bei einer gewünschten Wellenlänge unter Verwendung eines Wellenlängenfilters (46) in dem Empfänger (45) wahlweise erfaßt wird.

22. Optisches Übertragungsverfahren nach Anspruch 20, wobei eine Vielzahl von Wellenlängenfiltern (46) verwendet werden, um wahlweise Signale bei jeweiligen gewünschten Wellenlängen zu erfassen, um eine optische Wellenlängenmultiplexübertragung durchzuführen.

23. Optisches Übertragungssystem zum Senden eines Signals von einem Sender (40) zu einem Empfänger (45) über eine op tische Übertragungsleitung (34, 43), wobei das System umfaßt:

einen Halbleiterlaser (31, 41) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, der in dem Sender bereitgestellt ist, wobei eine Polarisationsmode von von dem Halbleiterlaser ausgegebenem Licht zwischen zwei aufeinander senkrechten Polarisationsmoden durch Steuerung von in den Halbleiterlaser injiziertem Strom moduliert wird; und

einer Einrichtung (32, 42) zum Auswählen nur des ausgegebenen Lichts in einer der zwei aufeinander senkrechten Moden, um ein amplitudenmoduliertes Signal zu erzeugen, wobei das amplitudenmodulierte Signal das von dem Sender zu dem Empfänger über die optische Übertragungsleitung übertragene Signal ist.

24. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 23, wobei der Halbleiterlaser die Wellenlänge des amplitudenmodulierten Signals ändert, und das zudem ein in dem Empfänger (45) bereitgestelltes Wellenlängenfilter (46) zum selektiven Erfassen des Signals bei einer gewünschten Wellenlänge aufweist.

25. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 23, wobei eine Vielzahl von Wellenlängenfiltern (46) verwendet werden, um wahlweise Signale an jeweiligen gewünschten Wellenlängen zu erfassen, um eine optische Wellenlängenmultiplexübertragung durchzuführen.