JP3031976B2 - Semiconductor laser device - Google Patents

Semiconductor laser device

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JP3031976B2
JP3031976B2 JP2221284A JP22128490A JP3031976B2 JP 3031976 B2 JP3031976 B2 JP 3031976B2 JP 2221284 A JP2221284 A JP 2221284A JP 22128490 A JP22128490 A JP 22128490A JP 3031976 B2 JP3031976 B2 JP 3031976B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、光情報処理や光計測,光通信等に用いる半
導体レーザ装置に係わり、特にビーム出射角や波長の安
定化をはかった半導体レーザ装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor laser device used for optical information processing, optical measurement, optical communication, and the like, and in particular, stabilizes a beam emission angle and a wavelength. And a semiconductor laser device.

(従来の技術) 近年、光ディスクシステムや光スキャナ等の光情報処
理装置或いは光計測,光通信等への応用を目的として、
様々な半導体レーザが開発されている。これらの半導体
レーザでは、用途に応じて、横モード特性,光スペクト
ル特性,雑音特性等に対する様々な要求がある。特に、
光ディスクシステム用光源等の応用では、高出力動作に
おいても安定な横モードで発振することが要求される。
(Prior Art) In recent years, for the purpose of application to optical information processing apparatuses such as optical disk systems and optical scanners, or optical measurement and optical communication,
Various semiconductor lasers have been developed. These semiconductor lasers have various requirements for transverse mode characteristics, optical spectrum characteristics, noise characteristics, and the like, depending on the application. In particular,
In applications such as a light source for an optical disk system, it is required to oscillate in a stable transverse mode even in a high output operation.

このような目的に対して様々な横モード制御構造の半
導体レーザが開発されているが、いずれも横モード安定
化のために複雑なデバイス構造となり、作成プロセスも
複雑となっている。また、高出力動作では発熱による屈
折率変動やキャリアの空間的ホールバーニング等により
モードが不安定になり易く、安定な横モード発振を実現
することは困難である。また、高出力化の手段として、
アレイレーザが開発されているが、アレイレーザでは各
アレイの位相を同期させることは難しく、位相同期が実
現しても通常0゜モードより180゜モードの方が安定の
ため、遠視野像は単峰形状とはならず、双峰形状となっ
てしまう。
Semiconductor lasers having various transverse mode control structures have been developed for such purposes, but all have a complicated device structure for stabilizing the transverse mode, and the fabrication process is also complicated. In high-power operation, the mode tends to be unstable due to refractive index fluctuation due to heat generation and spatial hole burning of carriers, and it is difficult to realize stable transverse mode oscillation. Also, as a means of increasing the output,
Although array lasers have been developed, it is difficult to synchronize the phase of each array with an array laser, and even if phase synchronization is achieved, the 180 ° mode is usually more stable than the 0 ° mode, so a far-field image is simple. Instead of a peak shape, it becomes a bimodal shape.

一方、半導体レーザの外部からモードを制御する方法
として、第12図に示すような外部共振器による位相同期
レーザが報告されている(Technical Digest,10th IEEE
International Semiconductor Laser Conference,Kana
zawa,F−4(1986))。図中1は半導体レーザ素子、2
はスリット、3は球面鏡であり、レーザ素子1からの出
射光をスリット2を通して球面鏡3に照射し、この反射
光をスリット2を通してレーザ素子1にフィードバック
する構成となっている。
On the other hand, as a method of controlling the mode from outside the semiconductor laser, a phase-locked laser using an external resonator as shown in FIG. 12 has been reported (Technical Digest, 10th IEEE).
International Semiconductor Laser Conference, Kana
zawa, F-4 (1986)). In the figure, 1 is a semiconductor laser device, 2
Is a slit, and 3 is a spherical mirror. The light emitted from the laser element 1 is applied to the spherical mirror 3 through the slit 2, and the reflected light is fed back to the laser element 1 through the slit 2.

しかしながらこの方法では、空間フィルタとしてスリ
ットを用いているために、発振モードの制御としては不
完全である。即ち、スリットは2値的なフィルタである
ので、そのフーリエ変換としてのLD端面における近視野
像はサイドローブを持ったパターンとなる。従って、例
えばこれをシングルモードストライプレーザに適用した
場合には、サイドローブに相当する高次モードが発振し
易く、このようなレーザからの出射光は単一スポットに
絞ることはできない。
However, in this method, since the slit is used as the spatial filter, the control of the oscillation mode is incomplete. That is, since the slit is a binary filter, the near-field image on the LD end face as a Fourier transform is a pattern having side lobes. Therefore, for example, when this is applied to a single mode stripe laser, a higher-order mode corresponding to a side lobe easily oscillates, and light emitted from such a laser cannot be focused on a single spot.

また、ホログラムスキャナ等に用いる場合は、温度等
による波形変動の少ないことが要求される。このような
波長安定化レーザを実現する手段として、外部共振器を
設けた複合共振器構造が各種開発されている。例えば、
第13図に示したように、半導体レーザ素子1の後方にレ
ンズ4及び反射鏡5を設け、後面出射光を半導体レーザ
素子1に戻すことにより、複合共振器を形成することが
可能である。しかしながら、この構造では複合共振器効
果による波長選択性を用いているために、例えば温度変
動に対して、必ずしも広い範囲で波長安定性は得られな
い。また、この構造では外部共振器構造が固定されてい
るために、波長を可変とすることはできない。
Further, when used in a hologram scanner or the like, it is required that the waveform change due to temperature or the like is small. As means for realizing such a wavelength-stabilized laser, various complex resonator structures provided with an external resonator have been developed. For example,
As shown in FIG. 13, a composite resonator can be formed by providing a lens 4 and a reflecting mirror 5 behind the semiconductor laser device 1 and returning the light emitted from the rear surface to the semiconductor laser device 1. However, in this structure, the wavelength selectivity due to the composite resonator effect is used, so that, for example, wavelength stability cannot be always obtained in a wide range with respect to temperature fluctuation. Further, in this structure, the wavelength cannot be made variable because the external resonator structure is fixed.

(発明が解決しようとする課題) このように、従来のスリット等による外部共振器構造
では発振モードの制御が不完全であり、安定な横モード
発振を得ることは困難であった。また、従来の反射鏡に
よる複合共振器構造では広い温度変動に対して波長安定
性を得るのは困難であり、さらに波長を外部から制御す
ることはできないという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional external resonator structure using slits or the like, the control of the oscillation mode is incomplete, and it has been difficult to obtain stable transverse mode oscillation. In addition, it is difficult to obtain wavelength stability with respect to a wide range of temperature fluctuations in the complex resonator structure using the conventional reflecting mirror, and further, there is a problem that the wavelength cannot be controlled from the outside.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、高出力動作においても安定な基本
横モードで発振する半導体レーザ装置を提供することに
ある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser device that oscillates in a stable fundamental transverse mode even in a high-output operation.

また、本発明の他の目的は、広い温度範囲で波長を安
定化し、且つ外部から波長を制御することを可能とした
半導体レーザ装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of stabilizing the wavelength over a wide temperature range and controlling the wavelength from the outside.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、前述した問題を解決するために、ビ
ーム出射角選択素子や波長選択素子等を含む光フィード
バック光学系を設けたことにある。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is to provide an optical feedback optical system including a beam emission angle selection element, a wavelength selection element, and the like in order to solve the above-described problem. is there.

即ち本発明は、外部共振器構造を有する半導体レーザ
装置においては、半導体レーザ素子と、このレーザ素子
からの出射光の一部を該レーザ素子の光出射端面に戻す
ための光学系と、この光学系の光路中に配置された入射
角が小さいほど透過率の大きいビーム出射角選択素子と
を設けるようにしたものである。
That is, the present invention relates to a semiconductor laser device having an external resonator structure, a semiconductor laser element, an optical system for returning a part of light emitted from the laser element to a light emitting end face of the laser element, A beam exit angle selection element arranged in the optical path of the system and having a higher transmittance as the incident angle is smaller is provided.

また本発明は、半導体レーザ素子と、このレーザ素子
からの出射光の一部を該レーザ素子の光出射端面に戻す
ための光学系とを備えた半導体レーザ装置であって、前
記光学系は、透過率が大きくなる波長が入射角により異
なる光学フィルタと直角プリズムとを一体に形成してな
り、特定の波長に対して反射率を高くしたものであるこ
とを特徴とする。
Further, the present invention is a semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser element; and an optical system for returning a part of light emitted from the laser element to a light emitting end face of the laser element, wherein the optical system includes: It is characterized in that an optical filter and a rectangular prism are formed integrally with each other so that the wavelength at which the transmittance increases according to the incident angle, and the reflectance is increased at a specific wavelength.

また本発明は、半導体レーザ素子と、このレーザ素子
からの出射光の一部を該レーザ素子の光出射端面に戻す
ための光学系とを備えた半導体レーザ装置であって、前
記光学系は、組成の異なる複数の半導体層を積層した半
導体多層構造からなり、特定の波長に対して反射率を高
くしたものであることを特徴とする。
Further, the present invention is a semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser element; and an optical system for returning a part of light emitted from the laser element to a light emitting end face of the laser element, wherein the optical system includes: It is characterized by having a semiconductor multilayer structure in which a plurality of semiconductor layers having different compositions are stacked, and having a high reflectance for a specific wavelength.

(作用) 本発明によれば、ビーム出射角選択素子を含む光フィ
ードバック光学系を設けることにより、出射角の小さい
ビームのみをレーザ素子の光出射端面に戻すことがで
き、これにより高出力動作においても安定な基本横モー
ドでの発振が可能となる。
(Operation) According to the present invention, by providing an optical feedback optical system including a beam emission angle selection element, only a beam having a small emission angle can be returned to the light emission end face of the laser element, thereby achieving high output operation. Also, stable oscillation in the basic transverse mode can be achieved.

また本発明によれば、波長選択素子等を含む光フィー
ルドバック光学系を設けることにより、特定の波長のみ
をレーザ素子の光出射端面に戻すことができ、これによ
り広い範囲で波長を安定化することが可能となる。これ
に加えて、波長選択素子の光路に対する傾きを可変する
ことにより、外部から波長を制御することが可能とな
る。
Further, according to the present invention, by providing an optical field-back optical system including a wavelength selection element and the like, only a specific wavelength can be returned to the light emitting end face of the laser element, thereby stabilizing the wavelength in a wide range. It becomes possible. In addition, by changing the inclination of the wavelength selection element with respect to the optical path, the wavelength can be controlled from the outside.

さらに、ビーム出射角選択素子及び波長選択素子の双
方を含む光フィードバック光学系を設けることにより、
高出力動作における安定な基本横モードでの発振と共
に、広い範囲で波長を安定化することが可能となる。
Furthermore, by providing an optical feedback optical system including both a beam emission angle selection element and a wavelength selection element,
It is possible to stabilize the wavelength in a wide range together with stable oscillation in the fundamental transverse mode in high-power operation.

(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
(Examples) Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the illustrated examples.

第1図は本発明の第1の実施例に係わる半導体レーザ
装置を示す概略構成図である。図中10は半導体レーザ素
子、11は光学フィルタ(ビーム出射角選択素子)、12は
レンズ、13はハーフミラーである。この図において、半
導体レーザ素子10から出射された光は光学フィルタ11を
通過後、レンズ12によりコリメートされ、ハーフミラー
13に入射する。この光の一部はハーフミラー13により反
射されて再びレンズ12により集束され、光学フィルタ11
を通過して半導体レーザ素子10に戻る。ハーフミラー13
により光がフィードバックされているので、全体として
外部共振器が構成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a semiconductor laser element, 11 is an optical filter (beam emission angle selection element), 12 is a lens, and 13 is a half mirror. In this figure, light emitted from a semiconductor laser device 10 passes through an optical filter 11 and is collimated by a lens 12 to form a half mirror.
It is incident on 13. A part of this light is reflected by the half mirror 13 and focused again by the lens 12, and the optical filter 11
And returns to the semiconductor laser device 10. Half mirror 13
, The light is fed back, so that an external resonator is constituted as a whole.

本実施例の特徴は、この外部共振器中にビーム出射角
選択素子として光学フィルタ11を配置したことにある。
この光学フィルタ11は、入射光に対する角度選択性を有
し、入射角が小さいほど透過率が高くなるものである。
従って、光学フィルタ11を光路中に配置することによ
り、レーザ素子10からの出射光のビーム広がり角の小さ
い成分ほど光学フィルタ11を良く透過することになる。
即ち、ビーム広がり角の小さい出射ビーム成分を持つモ
ードに対しては共振器損失が少なくなり、これにより安
定な横モード発振が得られる。
The feature of this embodiment lies in that an optical filter 11 is arranged as a beam emission angle selection element in this external resonator.
The optical filter 11 has an angle selectivity with respect to incident light, and the transmittance increases as the incident angle decreases.
Therefore, by arranging the optical filter 11 in the optical path, a component having a smaller beam divergence angle of the light emitted from the laser element 10 transmits through the optical filter 11 better.
That is, the resonator loss is reduced for a mode having an output beam component having a small beam divergence angle, whereby stable transverse mode oscillation is obtained.

第1図中の光学フィルタ11としては、例えば誘電体多
層膜からなる帯域通過フィルタを用いることができる。
第2図に帯域通過フィルタの構造例を示す。図中20はガ
ラス基板、21は高屈折率層(図中ハッチングで示す)と
低屈折率層の交互層からなる多層膜、22は反射防止膜で
ある。多層膜21の構成としては、例えばHLHL…HL(2H)
LH…LHLH、或いはHLHL…LH(2L)HL…LHLHのような構成
を用いることができる。ここで、H及びLは光学的厚さ
がλ0/4(λは中心波長)の高屈折率層及び低屈折率
層を表わす。
As the optical filter 11 in FIG. 1, for example, a band-pass filter made of a dielectric multilayer film can be used.
FIG. 2 shows an example of the structure of a band-pass filter. In the figure, 20 is a glass substrate, 21 is a multilayer film composed of alternating layers of a high refractive index layer (indicated by hatching) and a low refractive index layer, and 22 is an antireflection film. As a configuration of the multilayer film 21, for example, HLHL ... HL (2H)
Configurations such as LH ... LHLH or HLHL ... LH (2L) HL ... LHLH can be used. Here, H and L are optical thickness λ 0/4 (0 λ is the central wavelength) represents a high refractive index layer and a low refractive index layer.

第3図に、このような帯域通過フィルタの透過率の入
射角依存性を示す。ここでは、基板をBK7ガラス(屈折
率1.51)、高屈折率層をTiO2(屈折率nH=2.3)、低屈
折率層をSiO2(屈折率nL=1.45)として、全体の総数が
9層〜23層の場合の透過率を示した。図から分かるよう
に、層数が増えるほど入射角依存性は急峻になる。従っ
て、目的に応じて様々なビーム出射角選択性を持たせる
ことができる。
FIG. 3 shows the incident angle dependence of the transmittance of such a band-pass filter. Here, the substrate is made of BK7 glass (refractive index 1.51), the high refractive index layer is TiO 2 (refractive index n H = 2.3), and the low refractive index layer is SiO 2 (refractive index n L = 1.45). The transmittance in the case of 9 to 23 layers is shown. As can be seen from the figure, the incident angle dependency becomes steeper as the number of layers increases. Therefore, various beam output angle selectivities can be provided according to the purpose.

このように本実施例によれば、レーザ素子10の出射光
の一部をフィードバックする光学系の光路中にビーム出
射角選択素子としての光学フィルタ11を配置しているの
で、レーザ素子10からの出射光のうちの出射角の小さい
ビームのみをレーザ素子10の光出射端面に戻すことがで
きる。従って、レーザ素子10は高出力動作においても安
定な基本横モードでの発振が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, since the optical filter 11 as the beam emission angle selection element is arranged in the optical path of the optical system that feeds back a part of the emission light from the laser element 10, Only the beam with a small emission angle of the emitted light can be returned to the light emission end face of the laser element 10. Therefore, the laser element 10 can oscillate in a stable basic transverse mode even in a high-power operation.

第4図(a)〜(c)は本発明の第2の実施例を示す
概略構成図である。なお、第1図と同一部分には同一符
号を付して、その詳しい説明は省略する。
FIGS. 4 (a) to 4 (c) are schematic diagrams showing a second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

第4図(a)の例は、前記レンズ12の代わりにグレー
ティングレンズ14を用いたものである。この場合、グレ
ーティングレンズ14は光学フィルタ11と貼り合わせて使
用できるため、光学系の小型化が可能となり、さらにフ
ィルタ位置の調整が容易となる。なお、この例ではグレ
ーティングレンズ14と光学フィルタ11を貼り合わせて用
いる場合を示したが、多層膜を直接グレーティングレン
ズ14の裏面に形成してもよい。この際、多層膜が形成さ
れている側が半導体レーザ素子10の側に面していればよ
い。
In the example of FIG. 4A, a grating lens 14 is used in place of the lens 12. In this case, since the grating lens 14 can be used by being bonded to the optical filter 11, the size of the optical system can be reduced, and the filter position can be easily adjusted. In this example, the case where the grating lens 14 and the optical filter 11 are bonded and used is shown, but a multilayer film may be formed directly on the back surface of the grating lens 14. At this time, the side on which the multilayer film is formed only has to face the semiconductor laser device 10 side.

第4図(b)の例は、ハーフミラー13とグレーティン
グレンズ14を一体形成したものである。即ち、半導体レ
ーザ素子10に対し光学フィルタ11の後方には、グレーテ
ィングレンズからなる半透鏡15が配置されている。この
場合、レーザ素子10から出た光は、光学フィルタ11を通
過した後、半透鏡15により一部が反射されて再び光学フ
ィルタ11を通過してレーザ素子10に戻る。半透鏡15に入
射した光の一部はそのまま通過するため、この光をレー
ザ出射光として使用することができる。
In the example of FIG. 4B, the half mirror 13 and the grating lens 14 are formed integrally. That is, behind the optical filter 11 with respect to the semiconductor laser element 10, the semi-transparent mirror 15 composed of a grating lens is arranged. In this case, the light emitted from the laser element 10 passes through the optical filter 11, is partially reflected by the semi-transparent mirror 15, passes through the optical filter 11 again, and returns to the laser element 10. Since a part of the light incident on the semi-transparent mirror 15 passes through as it is, this light can be used as the laser emission light.

第4図(c)の例は、前記第12図に示した従来例の改
良であり、従来例のスリットの代わりに光学フィルタ11
を設けた構成となっている。なお、図中16は球面鏡であ
る。前述したように、スリットは2値的なフィルタであ
るので、モード選択性は完全ではないが、本実施例では
第3図に示したように角度に対して連続的に透過率が代
わるフィルタとなっているので、良好な基本横モードが
選択される。
The example of FIG. 4C is an improvement of the conventional example shown in FIG. 12, and an optical filter 11 is used instead of the slit of the conventional example.
Is provided. In the figure, reference numeral 16 denotes a spherical mirror. As described above, since the slit is a binary filter, the mode selectivity is not perfect. However, in this embodiment, a filter in which the transmittance continuously changes with the angle as shown in FIG. , A good basic lateral mode is selected.

以上の例に示した半導体レーザ素子は、基本的に任意
の構造のものを用いることができる。即ち、単一ストラ
イプ構造の屈折率導波型レーザ、或いは利得導波型レー
ザであってもよいし、広ストライプレーザやアレイレー
ザであってもよい。単一ストライプレーザの場合には、
高出力動作においても基本横モード発振が安定に得ら
れ、また広ストライプレーザやアレイレーザの場合に
は、単峰性の遠視野像プロファイルを持った出射ビーム
が得られる。また、以上の例で半導体レーザ素子の出射
端面に反射防止膜を形成しておけば、より外部共振器の
効果が得られる。
The semiconductor laser element shown in the above example can be basically of any structure. That is, a refractive index guided laser having a single stripe structure, a gain guided laser, or a wide stripe laser or an array laser may be used. In the case of a single stripe laser,
Even in a high-power operation, fundamental transverse mode oscillation is stably obtained. In the case of a wide stripe laser or an array laser, an output beam having a unimodal far-field image profile is obtained. Further, if an antireflection film is formed on the emission end face of the semiconductor laser device in the above example, the effect of the external resonator can be obtained more.

第5図は本発明の第3の実施例を示す概略構成図であ
る。図中10は半導体レーザ素子、12はレンズ、31は光学
フィルタ(波長選択素子)、13はハーフミラーである。
この図において、半導体レーザ素子10から出射された光
はレンズ12によりコリメートされ、光学フィルタ31を通
過し、ハーフミラー13に入射する。この光の一部はハー
フミラー13により反射されて再び光学フィルタ31を通過
し、半導体レーザ素子10に戻る、ハーフミラー13により
光がフィードバックされるので、全体として外部共振器
が構成されている。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a semiconductor laser element, 12 is a lens, 31 is an optical filter (wavelength selection element), and 13 is a half mirror.
In this figure, light emitted from a semiconductor laser device 10 is collimated by a lens 12, passes through an optical filter 31, and enters a half mirror 13. A part of this light is reflected by the half mirror 13, passes through the optical filter 31 again, returns to the semiconductor laser device 10, and the light is fed back by the half mirror 13, so that an external resonator is constituted as a whole.

本実施例の特徴は、この外部共振器中に波長選択素子
として光学フィルタ31を配置したことにある。即ち、光
学フィルタ31の波長選択性により、ある波長に対して共
振器損失が少なくなるため、その波長で安定に発振する
半導体レーザが得られる。前記第13図の例では温度変動
によるモードホッピングが有り得るが、本実施例では広
い範囲で波長を安定化することが可能である。
The feature of this embodiment lies in that an optical filter 31 is arranged as a wavelength selection element in this external resonator. That is, since the resonator loss is reduced for a certain wavelength due to the wavelength selectivity of the optical filter 31, a semiconductor laser oscillating stably at that wavelength can be obtained. Although mode hopping due to temperature fluctuation may occur in the example of FIG. 13, the present embodiment can stabilize the wavelength over a wide range.

光学フィルタ31としては、先の第1の実施例と同様
に、誘電体多層膜からなる帯域通過フィルタを用いるこ
とができる。第6図に、このような帯域通過フィルタの
波長特性を示す。ここでは、基板をBK7ガラス(屈折率
1.51)、高屈折率層をTiO2(屈折率nH=2.3)、低屈折
率層をSiO2(屈折率nL=1.45)として、全体の総数が9
層〜19層の場合の透過率を示した。横軸はフィルタの中
心波長λで規格化した波長である。また、入射角は25
゜として設計したフィルタの場合を示してある。第6図
で(a)はTE偏光、即ち光学フィルタの方線と光軸で作
られる入射平面に対して、偏光方向が平行な場合、
(b)はそれと垂直の偏光方向であるTM偏光の場合を示
している。
As the optical filter 31, a band-pass filter made of a dielectric multilayer film can be used as in the first embodiment. FIG. 6 shows the wavelength characteristics of such a band-pass filter. Here, the substrate is made of BK7 glass (refractive index
1.51), the high refractive index layer is TiO 2 (refractive index n H = 2.3), and the low refractive index layer is SiO 2 (refractive index n L = 1.45).
The transmittance in the case of layers 19 to 19 was shown. The horizontal axis is the wavelength normalized by the center wavelength λ 0 of the filter. The incident angle is 25
The case of a filter designed as ゜ is shown. FIG. 6A shows TE polarized light, that is, when the polarization direction is parallel to an incident plane formed by the normal line of the optical filter and the optical axis,
(B) shows the case of TM polarized light, which is a polarization direction perpendicular to that.

この図から分かるように、層数を多くすると通過帯域
を狭くすることができるため、必要に応じて任意の通過
帯域幅を実現することができる。なお、第6図の(a)
と(b)とを比較して分かるように、TE偏光の場合の方
が通過帯域幅は小さい。従って、TE偏光の構成にした方
が、少ない層数で狭い帯域幅を実現できる。
As can be seen from this figure, since the pass band can be narrowed by increasing the number of layers, an arbitrary pass bandwidth can be realized as necessary. FIG. 6 (a)
As can be seen from a comparison between (b) and (b), the pass band width is smaller in the case of TE polarized light. Therefore, a narrower bandwidth can be realized with a smaller number of layers by adopting the configuration of TE polarization.

第5図の構成では、光学フィルタ31を光路に対して傾
けて配置してある。これは、光学フィルタ31による反射
光が半導体レーザ素子10に戻ることを防ぐためである。
さらに、この傾き角を変えることにより、実効的にフィ
ルタの中心波長を変えることが可能である。従って、光
学フィルタ31に回転機構を設けておくことにより、発振
波長を可変とすることができる。第7図に、層数が19の
帯域通過フィルタにおける入射角と実効的中心波長との
関係を示す。ここに示したように、入射角を変えること
によって、広い範囲で中心波長を変えることができる。
In the configuration of FIG. 5, the optical filter 31 is arranged to be inclined with respect to the optical path. This is to prevent the light reflected by the optical filter 31 from returning to the semiconductor laser device 10.
Further, by changing the tilt angle, it is possible to effectively change the center wavelength of the filter. Therefore, by providing a rotation mechanism in the optical filter 31, the oscillation wavelength can be made variable. FIG. 7 shows the relationship between the incident angle and the effective center wavelength in a bandpass filter having 19 layers. As shown here, by changing the incident angle, the center wavelength can be changed in a wide range.

このように本実施例によれば、レーザ素子10の出射光
の一部をフィードバックする光学系の光路中にビーム出
射角選択素子としての光学フィルタ31を配置しているの
で、レーザ素子10からの出射光のうちの特定の波長成分
のみをレーザ素子10の光出射端面に戻すことができる。
従って、レーザ素子10は広い範囲で安定した波長を有す
ることになり、さらに光学フィルタ31の光路に対する傾
きを可変することにより、外部から波長を制御すること
が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, since the optical filter 31 as the beam emission angle selection element is arranged in the optical path of the optical system that feeds back a part of the emission light from the laser element 10, Only a specific wavelength component of the emitted light can be returned to the light emitting end face of the laser element 10.
Therefore, the laser element 10 has a stable wavelength in a wide range, and the wavelength can be externally controlled by changing the inclination of the optical filter 31 with respect to the optical path.

第8図(a)〜(d)は本発明の第4の実施例を示す
概略構成図である。なお、第5図と同一部分には同一符
号を付して、その詳しい説明は省略する。
FIGS. 8 (a) to 8 (d) are schematic structural views showing a fourth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

第5図の例では半導体レーザ素子の前面出射光の光路
中に波長選択素子を含むフィードバック光学系を構成し
ているが、第8図(a)のように後面に構成してもよ
い。この場合には、ハーフミラー13の代わりに反射鏡33
を配置することにより、選択された全ての光をレーザ素
子10に戻すことができる。また、光出力モニタが必要な
場合には、光検出器自体を反射鏡33の代わりに配置して
もよい。
In the example shown in FIG. 5, a feedback optical system including a wavelength selection element is formed in the optical path of the light emitted from the front surface of the semiconductor laser device. However, the feedback optical system may be formed on the rear surface as shown in FIG. In this case, the reflecting mirror 33 is used instead of the half mirror 13.
, All the selected light can be returned to the laser element 10. When a light output monitor is required, the light detector itself may be arranged instead of the reflecting mirror 33.

第8図(b)の例では、ビームスプリッタ36と反射鏡
33を用いて光フィードバック光学系を構成している。即
ち、レーザ素子10からの出射光はレンズ12によりコリメ
ートされ、ビームスプリッタ36により一部が光学フィル
タ31を通して反射鏡33に照射される。そして、反射鏡33
から反射された光が光学フィルタ31,ビームスプリッタ3
6及びレンズ12を通してレーザ素子10に戻るようになっ
ている。この場合は、必要に応じて前面出射光の出力を
モニタすることが可能である。例えば、反射鏡33の代わ
りに光検出器を配置することが可能である。
In the example of FIG. 8B, the beam splitter 36 and the reflecting mirror
An optical feedback optical system is constituted by using 33. That is, the light emitted from the laser element 10 is collimated by the lens 12, and a part of the light is irradiated on the reflecting mirror 33 by the beam splitter 36 through the optical filter 31. And the reflector 33
The light reflected from the optical filter 31 and the beam splitter 3
It returns to the laser element 10 through 6 and the lens 12. In this case, the output of the front emission light can be monitored as needed. For example, it is possible to arrange a photodetector instead of the reflecting mirror 33.

第8図(c)の例は同図(b)の改良であり、レンズ
12の代わりにグレーティングレンズ34を用いている。こ
の場合、グレーティングレンズ34をビームスプリッタ36
に貼り付けることにより、光学系の小型化が可能とな
る。また、第8図(d)の例は同図(c)の改良であ
り、反射鏡として直角プリズム37を用いている。この場
合には、光学フィルタ31を直角プリズム37に貼り付けて
用いており、中心波長を変化させるために、直角プリズ
ムを回転させるようにしている。このため、光学系の小
型化と共にフィルタ配置の容易化をはかることができ
る。
The example of FIG. 8C is an improvement of FIG.
A grating lens 34 is used instead of 12. In this case, the grating lens 34 is connected to the beam splitter 36
The optical system can be miniaturized by sticking the optical system to the optical system. The example of FIG. 8D is an improvement of FIG. 8C, and uses a right-angle prism 37 as a reflecting mirror. In this case, the optical filter 31 is attached to the right-angle prism 37, and the right-angle prism is rotated to change the center wavelength. Therefore, the size of the optical system can be reduced and the filter arrangement can be facilitated.

第9図は本発明の第5の実施例を示す概略構成図であ
る。なお、第5図と同一部分には同一符号を付して、そ
の詳しい説明は省略する。この実施例は、第8図(b)
の改良例であり、光学フィルタ31と反射鏡33の代わり
に、これらを集積した素子39を用いたものであり、ビー
ムスプリッタ36で分岐された光がレンズ38により集束さ
れて集積素子39に入射するようになっている。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. This embodiment is shown in FIG.
In this example, an element 39 in which these elements are integrated is used instead of the optical filter 31 and the reflecting mirror 33.The light split by the beam splitter 36 is focused by a lens 38 and is incident on the integrated element 39. It is supposed to.

集積素子39の構造を第10図に示す。図中40はn−GaAs
基板、41は組成の異なるn−GaAlAsの交互層からなる反
射鏡、42はn−GaAlAs層、43は組成の異なる2種類のGa
AlAsの交互層からなる帯域通過フィルタ、44はp−GaAl
As層、45はn側電極、46はp側電極を示している。この
集積素子39はこれ自体でも波長選択素子として働くが、
電流を流すことにより、キャリア注入による屈折率変化
を利用して、フィルタの中心波長を変えることが可能で
ある。また、この例では半導体薄膜としてGaAlAs系の場
合を示しているが、使用する半導体レーザ素子の波長に
より、その波長に対して透明な半導体材料を選択して、
同様の集積素子を構成すればよい。
The structure of the integrated device 39 is shown in FIG. 40 in the figure is n-GaAs
A substrate, 41 is a reflecting mirror composed of alternating layers of n-GaAlAs having different compositions, 42 is an n-GaAlAs layer, and 43 is two kinds of Ga having different compositions.
A bandpass filter composed of alternating layers of AlAs, 44 is p-GaAl
As layer, 45 indicates an n-side electrode, and 46 indicates a p-side electrode. Although the integrated element 39 itself functions as a wavelength selection element,
By passing a current, it is possible to change the center wavelength of the filter by utilizing a change in the refractive index due to carrier injection. Also, in this example, the case of a GaAlAs-based semiconductor thin film is shown, but depending on the wavelength of the semiconductor laser device to be used, a semiconductor material transparent to the wavelength is selected,
A similar integrated element may be configured.

第11図は本発明の第6の実施例を示す概略構成図であ
る。なお、第1図及び第5図と同一部分には同一符号を
付して、その詳しい説明は省略する。この実施例は、第
1の実施例における出射角選択素子と第3の実施例にお
ける波長選択素子の双方を用いるようにしたものであ
る。具体的には、第1図の構成に加え、レンズ12とハー
フミラー13との間に光学フィルタ31が配置されている。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a sixth embodiment of the present invention. 1 and 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In this embodiment, both the emission angle selection element in the first embodiment and the wavelength selection element in the third embodiment are used. Specifically, an optical filter 31 is disposed between the lens 12 and the half mirror 13 in addition to the configuration shown in FIG.

このような構成であれば、当然のことながら、光学フ
ィルタ11の作用により良好な基本横モード発振を実現す
ることができ、さらに光学フィルタ31の作用により広い
範囲で波長を安定化することが可能である。また、光学
フィルタ31を回転させる機構を設けることにより、外部
から発振波長を制御することも可能である。
With such a configuration, it goes without saying that good fundamental transverse mode oscillation can be realized by the action of the optical filter 11, and the wavelength can be stabilized over a wide range by the action of the optical filter 31. It is. In addition, by providing a mechanism for rotating the optical filter 31, the oscillation wavelength can be controlled from the outside.

なお、出射角選択素子と波長選択素子の双方を用いて
フィードバック光学系を構成する場合、第11図の例に何
等限定されるものではなく、第1,第2の実施例と第3〜
第5の実施例とを適宜組み合わせて実現することが可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実現することができる。
In the case where the feedback optical system is configured using both the emission angle selection element and the wavelength selection element, the present invention is not limited to the example of FIG. 11 at all.
This can be realized by appropriately combining the fifth embodiment. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、ビーム出射角選
択素子を含む光フィードバック光学系を設けることによ
り、高出力動作においても安定な基本横モードで発振す
る半導体レーザ装置を実現することができる。また、波
長選択素子を含む光フィードバック光学系を設けること
により、広い温度範囲で波長を安定化し、且つ外部から
波長を制御することを可能とした半導体レーザ装置を実
現することができる。
[Effects of the Invention] As described above in detail, according to the present invention, by providing an optical feedback optical system including a beam emission angle selection element, a semiconductor laser device that oscillates in a stable fundamental transverse mode even in a high-power operation is provided. Can be realized. Further, by providing the optical feedback optical system including the wavelength selection element, it is possible to realize a semiconductor laser device capable of stabilizing the wavelength in a wide temperature range and controlling the wavelength from the outside.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1の実施例に係わる半導体レーザ装
置を示す概略構成図、第2図は上記実施例に用いた光学
フィルタの具体的構成を示す断面図、第3図は上記光学
フィルタにおける入射角と透過率との関係を示す特性
図、第4図は本発明の第2の実施例を示す概略構成図、
第5図は本発明の第3の実施例を示す概略構成図、第6
図は上記実施例に用いた光学フィルタにおける規格化波
長と透過率との関係を示す特性図、第7図は上記光学フ
ィルタにおける入射角と中心波長との関係を示す特性
図、第8図は本発明の第4の実施例を示す概略構成図、
第9図は本発明の第5の実施例を示す概略構成図、第10
図は第5の実施例に用いた集積素子の具体的構成を示す
断面図、第11図は本発明の第6の実施例を示す概略構成
図、第12図及び第13図はそれぞれ従来例を示す概略構成
図である。 11……光学フィルタ(出射角選択素子)、 12,38……レンズ、 13……ハーフミラー、 14,34……グレーティングレンズ、 15……半透鏡、 16……球面鏡、 20……ガラス基板、 21……多層膜、 22……反射防止膜、 31……光学フィルタ(波長選択素子)、 33……反射鏡、 36……ビームスプリッタ、 37……直角プリズム、 39……集積素子(波長選択素子)、
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a specific configuration of an optical filter used in the above embodiment, and FIG. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between an incident angle and a transmittance in a filter, FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a schematic structural view showing a third embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the normalized wavelength and the transmittance in the optical filter used in the above embodiment, FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the incident angle and the center wavelength in the optical filter, and FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a schematic structural diagram showing a fifth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a specific configuration of an integrated device used in the fifth embodiment, FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a sixth embodiment of the present invention, and FIGS. FIG. 11: Optical filter (emission angle selection element), 12, 38: Lens, 13: Half mirror, 14, 34: Grating lens, 15: Semi-transmissive mirror, 16: Spherical mirror, 20: Glass substrate, 21 Multilayer film 22 Antireflection film 31 Optical filter (wavelength selection element) 33 Reflector mirror 36 Beam splitter 37 Right-angle prism 39 Integrated element (wavelength selection element),

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−69987(JP,A) 特開 昭53−58788(JP,A) 特開 昭62−285488(JP,A) 特開 平3−116992(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-69987 (JP, A) JP-A-53-58788 (JP, A) JP-A-62-285488 (JP, A) 116992 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体レーザ素子と、このレーザ素子から
の出射光の一部を該レーザ素子の光出射端面に戻すため
の光学系と、この光学系の光路中に配置された入射角が
小さいほど透過率の大きいビーム出射角選択素子とを具
備してなることを特徴とする半導体レーザ装置。
A semiconductor laser device, an optical system for returning a part of light emitted from the laser device to a light emitting end face of the laser device, and an incident angle arranged in an optical path of the optical system is small. A semiconductor laser device comprising: a beam emission angle selection element having a higher transmittance.
【請求項2】半導体レーザ素子と、このレーザ素子から
の出射光の一部を該レーザ素子の光出射端面に戻すため
の光学系とを備えた半導体レーザ装置であって、 前記光学系は、透過率が大きくなる波長が入射角により
異なる光学フィルタと直角プリズムとを一体に形成して
なり、特定の波長に対して反射率を高くしたものである
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
2. A semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser element; and an optical system for returning a part of light emitted from the laser element to a light emitting end face of the laser element, wherein the optical system comprises: 1. A semiconductor laser device comprising an optical filter and a rectangular prism integrally formed with an optical filter having a wavelength at which transmittance increases depending on an incident angle, and having a high reflectance at a specific wavelength.
【請求項3】半導体レーザ素子と、このレーザ素子から
の出射光の一部を該レーザ素子の光出射端面に戻すため
の光学系とを備えた半導体レーザ装置であって、 前記光学系は、組成の異なる複数の半導体層を積層した
半導体多層構造からなり、特定の波長に対して反射率を
高くしたものであることを特徴とする半導体レーザ装
置。
3. A semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser device; and an optical system for returning a part of light emitted from the laser device to a light emitting end face of the laser device, wherein the optical system comprises: A semiconductor laser device comprising a semiconductor multilayer structure in which a plurality of semiconductor layers having different compositions are stacked, and having a high reflectance for a specific wavelength.
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