JP4085970B2 - 外部共振器型半導体レーザ - Google Patents
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Description
半導体レーザ素子の発光面に対向して設けられる窓ガラスと、
半導体レーザ素子から出射され、窓ガラスを通過した光を受光し、当該受光した光のうち特定の波長の光を半導体レーザ素子に戻すように配置されたグレーティングと、
半導体レーザ素子とグレーティングとの間に配置され、半導体レーザ素子からの光を集光するレンズとを有し、
半導体レーザ素子の活性層と他の層との境界面の少なくとも1つと平行な面に対して垂直な軸を第1の軸とし、
半導体レーザ素子の発光面に対して平行で、かつ第1の軸と直交する軸を第2の軸とした場合、
窓ガラスは、
窓ガラスの面が第1の軸に対して平行であり、かつ、第2の軸に対して平行でない第1の状態、または窓ガラスの面が第1の軸に対して平行ではなく、かつ、第2の軸に対して平行となる第2の状態で配置され、
第1の状態において、窓ガラスの面と第2の軸のなす角度が5°ないし12°であり、
第2の状態において、窓ガラスの面と第1の軸のなす角度が1°ないし1.6°であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザである。
レーザ・ダイオードの発光面に対向して設けられる窓ガラスと、
レーザ・ダイオードから出射され、窓ガラスを通過した光を受光し、当該受光した光のうち特定の波長の光をレーザ・ダイオードに戻すように配置されたグレーティングと、
レーザ・ダイオードとグレーティングとの間に配置され、レーザ・ダイオードからの光を集光するレンズとを有し、
レーザ・ダイオードの活性層と他の層との境界面の少なくとも1つと平行な面に対して垂直な軸を第1の軸とし、
レーザ・ダイオードの発光面に対して平行で、かつ第1の軸と直交する軸を第2の軸とした場合、
窓ガラスは、
窓ガラスの面が第1の軸に対して平行であり、かつ、第2の軸に対して平行でない第1の状態、または窓ガラスの面が第1の軸に対して平行ではなく、かつ、第2の軸に対して平行となる第2の状態で配置され、
第1の状態において、窓ガラスの面と第2の軸のなす角度が5°ないし12°であり、
第2の状態において、窓ガラスの面と第1の軸のなす角度が1°ないし1.6°であり、
レーザ・ダイオードが、グレーティングに対してS波を提供し、
発光面にはコーティングが施され、発光面の反射率が0%ないし10%であり、
レンズの開口数が0.3ないし0.7であり、
外部共振器長が、10mmないし30mmであり、
グレーティングの1次回折光の反射率が、10%ないし30%であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザである。
第1の改良点は、半導体レーザの窓ガラスを所定の方向に所定の角度だけ傾斜させることである。図1は、一般的なレーザ・ダイオード(半導体レーザ素子)1と、半導体レーザ内の関連する構成要素を概略的に示したものである。レーザ・ダイオード1は、レーザ光の発光部を含む活性層2と、活性層2の上下にある層3および層4から構成される。層3は、例えば、P型クラッド層およびコンタクト層等からなり、層4は、N型クラッド層およびガイド層等からなる。また、半導体レーザ素子の低アスペクト比実現のため、P型クラッド層と活性層2の間に、電子障壁層および中間層を導入しても良い。
レーザ・ダイオードから出射されるレーザ光のうち、グレーティングで反射する0次光は、外部へ出射されるが、この0次光が、ホログラフィメモリ用ライタ等、様々な用途に利用されるので、大きなパワーである方が好ましい。この0次光は、ミラーのように反射するので、これがS波かP波かによって反射率が大きく異なる。
最終的に得られる単一モードのレーザ光の光源は、図1に示すようなレーザ・ダイオード1であるため、レーザ・ダイオード1には、要求されるレーザ光のパワー以上の出力パワーを求められる。すなわち、レーザ・ダイオード1は単独で(すなわち、フリーランの状態で)、レーザ光のパワー以上の出力パワーで発光している必要がある。
30(mW)×3/2 = 45(mW) ・・・(式1)
なお、レーザ・ダイオード1の出力パワーの残りの1/3の大半は、グレーティングの1次回折光となってレーザ・ダイオード1に戻るため、外部に出射されない。
図1に示すようなレーザ・ダイオード1の発光部の材質は屈折率が高いので、発光面8で外部からの光を反射する特性がある。しかしながら、この反射率は表面にコーティングを施すことにより、ほぼ0%にまで下げることもできる。発光面8は、グレーティングからレーザ・ダイオード1に戻ってきた1次回折光を受光する面であり、この発光面8の反射率が高くなるほど、当該1次回折光の受光量が減少する。
コリメートレンズは、図10、図11から分かるように、レーザ・ダイオードとグレーティングの間に配置されるレンズである。コリメートレンズの開口数(N.A:Numerical Aperture)が例えば、0.19といった小さな値であると、グレーティングから戻った1次回折光が、このコリメートレンズであまり絞られず、ある程度広がった状態でレーザ・ダイオードの発光面8に受光され、1次回折光の一部しかレーザ・ダイオードに戻ってこない。その結果、単一モードの実現が困難になる。
外部共振器長とは、図10、図11に示されるような外部共振器型半導体レーザにおいて、例えば、レーザ・ダイオードのような半導体レーザ素子からグレーティングまでの距離のことである。10mm、15mm、20mm、25mm、30mmの各距離で実験を行った結果、いずれの距離においても同等の安定性が得られた。このことから、外部共振器長は、10mmないし30mmが好ましい。ここで、外部共振器長は、窓ガラス、レンズの屈折率等を考慮した光学距離を表す。
1次回折光の反射率が20%および40%のグレーティングについてそれぞれ実験をすると、単一モード化に関してはほぼ同等の特性が得られた。1次回折光は、前述のように、レーザ・ダイオードに戻して単一モード化させるために利用されるので、ある程度の光量は必要だが、多すぎるとレーザ・ダイオードへのダメージや出射光(0次光)の減少につながる。そのため、適切な反射率として10%ないし30%を設定する。
Claims (16)
- 活性層を含む複数の層を有する端面発光型半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の発光面に対向して設けられる窓ガラスと、
前記半導体レーザ素子から出射され、前記窓ガラスを通過した光を受光し、当該受光した光のうち特定の波長の光を前記半導体レーザ素子に戻すように配置されたグレーティングと、
前記半導体レーザ素子と前記グレーティングとの間に配置され、前記半導体レーザ素子からの光を集光するレンズとを有し、
前記半導体レーザ素子の前記活性層と他の層との境界面の少なくとも1つと平行な面に対して垂直な軸を第1の軸とし、
前記半導体レーザ素子の前記発光面に対して平行で、かつ前記第1の軸と直交する軸を第2の軸とした場合、
前記窓ガラスは、
前記窓ガラスの面が前記第1の軸に対して平行であり、かつ、前記第2の軸に対して平行でない第1の状態、または前記窓ガラスの面が前記第1の軸に対して平行ではなく、かつ、前記第2の軸に対して平行となる第2の状態で配置され、
前記第1の状態において、前記窓ガラスの面と前記第2の軸のなす角度が5°ないし12°であり、
前記第2の状態において、前記窓ガラスの面と前記第1の軸のなす角度が1°ないし1.6°であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記発光面にはコーティングが施され、
前記発光面の反射率が0%ないし10%であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記半導体レーザ素子が、前記グレーティングに対してS波を提供することを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記半導体レーザ素子は、キンクの発生を抑止するために、リッジの側面が2層構造の絶縁膜で埋め込まれており、ストライプ幅Wが1.6μm以下であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記半導体レーザ素子の発光面の反射率が3%以下であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記レンズの開口数が0.3ないし0.7であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
外部共振器長が、10mmないし30mmであることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項7に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
外部共振器長が、10mmないし20mmであることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記グレーティングの1次回折光の反射率が、10%ないし30%であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記半導体レーザ素子が、青色レーザ・ダイオードであることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 活性層を含む複数の層を有する端面発光型レーザ・ダイオードと、
前記レーザ・ダイオードの発光面に対向して設けられる窓ガラスと、
前記レーザ・ダイオードから出射され、前記窓ガラスを通過した光を受光し、当該受光した光のうち特定の波長の光を前記レーザ・ダイオードに戻すように配置されたグレーティングと、
前記レーザ・ダイオードと前記グレーティングとの間に配置され、前記レーザ・ダイオードからの光を集光するレンズとを有し、
前記レーザ・ダイオードの前記活性層と他の層との境界面の少なくとも1つと平行な面に対して垂直な軸を第1の軸とし、
前記レーザ・ダイオードの前記発光面に対して平行で、かつ前記第1の軸と直交する軸を第2の軸とした場合、
前記窓ガラスは、
前記窓ガラスの面が前記第1の軸に対して平行であり、かつ、前記第2の軸に対して平行でない第1の状態、または前記窓ガラスの面が前記第1の軸に対して平行ではなく、かつ、前記第2の軸に対して平行となる第2の状態で配置され、
前記第1の状態において、前記窓ガラスの面と前記第2の軸のなす角度が5°ないし12°であり、
前記第2の状態において、前記窓ガラスの面と前記第1の軸のなす角度が1°ないし1.6°であり、
前記レーザ・ダイオードが、前記グレーティングに対してS波を提供し、
前記レンズの開口数が0.3ないし0.7であり、
外部共振器長が、10mmないし30mmであり、
前記グレーティングの1次回折光の反射率が、10%ないし30%であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項11に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記発光面にはコーティングが施され、
前記発光面の反射率が0%ないし10%であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項11に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記レーザ・ダイオードの発光面の反射率が3%以下であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項11に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記レーザ・ダイオードが、青色レーザ・ダイオードであることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項11に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記レーザ・ダイオードは、キンクの発生を抑止するために、リッジの側面が2層構造の絶縁膜で埋め込まれており、ストライプ幅Wが1.6μm以下であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項11に記載の外部共振器型半導体レーザにおいて、
外部共振器長が、10mmないし20mmであることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
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