JPS62136890A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光通信、光計測、光情報処理システム等の光
源として用いられる半導体レーザ装置に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 近年、高度情報関連システムとして半導体レーザを利用
した光応用技術が注目を集めており、これらの技術の実
用化に際し、光フアイバ通信システムや光情報処理シス
テムのコヒーレント光源として、発振縦モードが縦単一
モードに安定化された半導体レーザが強く要求されてい
る。これは、通常の半導体レーザは温度変化や電流変化
に伴って発振縦モードが隣接縦モード或いは数本離れた
縦モードに変化して、発振波長が連続的或いは不連続的
に変化したり、またこのように発振状態が不安定となる
ような場合には、レーザ軸モード間の相互作用によって
大きな光出力雑音が発生し、システムの能力低下に重大
な影響を及ぼすからである。従って、従来からこの半導
体レーザにおける縦モードの変化つまりモードホッピン
グを抑制して発振縦モード特性の安定化に対し種々の提
案や試みがなされてきた。このうち代表的なものを列挙
すると、分布帰還型（Ｄ　Ｆ　Ｂ）やブラッグ反射型（
ＤＢＲ）等の回折格子型レーザ、内部反射干渉型レーザ
、複合共振器型レーザ、外部共振器型レーザがある。

これらを簡単に説明すると、先ず回折格子型レーザは、
導波路内部にグレーティング（回折格子）を形成するこ
とにより強い波長選択性を付与しているため、擾乱に対
して優れた縦モードの波長安定性を有するが、製造工程
が煩雑であり、半導体レーザの材質によっては製作その
ものが困難であったりする。

次に内部反射干渉型レーザは、１個の半導体レーザの共
振器内部つまり導波路内部に１つ又は複数の屈折率の異
なる領域つまり反射部を形成することにより全体の導波
路を複数に分割して内部反射を生じさせ、分割された各
導波路における縦モード間の干渉効果によって発振縦モ
ードの選択性を得るものであり、内部の反射部を簡便に
作製するのが困難であり、又、強い内部反射が得られ難
く、十分に実用化されるに至っていない。

又、複合共振器型レーザとしては、璧開面を介して２つ
の半導体レーザを共振器軸方向に並置した構造の通称Ｃ
”　　（Ｃ１ｅａｖｅｄ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｃａｖｉｔ
ｙ）レーザがある。このレーザは、２つのレーザ軸モー
ドの結合により発振縦モードの安定化を計るものであり
、それぞれ個別に半導体レーザを駆動することができる
ことによって発振波長を選択することができるが、この
場合の難点は、２つのレーザを結合性よく配置するのが
難しいこと、及び２つのレーザ注入を個別に制御して幅
広い領域で縦モードの安定性を実現するために高度な駆
動技術を必要とすることの２点にあり、適切な制御を行
なえない場合には逆に縦モード変化を生じる結果となる
。

更に外部共振器レーザは、半導体レーザ素子の一方の出
射端面より出射されたレーザ光を外部反射鏡により反射
させて前記出射端面に帰還させ、外部反射鏡と出射端面
との距離つまり外部共振器長で決定されるいわゆる外部
縦モードと、半導体レーザ素子の両共振面で決定される
縦モードとの干渉効果を利用して安定な発振縦モードを
選択できるものである。この外部共振器型レーザは、通
常の半導体レーザ素子１個と外部反射鏡とによって構成
できるから、前述の種々の波長安定化レーザのうち素子
作製のための複雑なプロセス工程を要することなく簡便
に作製できる利点があり、本願の発明者等の実験におい
ても広い温度範囲にわたって安定な縦単一モードが実現
されている。

この外部共振器型レーザについて詳述すると、その縦モ
ード選択性は、外部共振器長とレーザ素子に戻される光
量とにより左右される。レーザ縦モード間隔Δλは、発
振波長をλ０．半導体レーザ素子の実効屈折率をＴ、半
導体レーザ素子の共振器長をβとそれぞれした場合に、
Δλ＝λｏ２／２雇１で表わされる。一方、外部モード
の縦モード間隔Δλｅは、外部共振器長をＬとした場合
に、Δλｅ＝λ０２／２Ｌで表わされる。例えば、半導
体レーザ素子の共振器長ｌを２５０μｍ、半導体レーザ
素子の実効屈折率−ミーを４．０．外部共振器長りを６
０μｍとそれぞれした場合に、発振波長λ０が７８００
人近傍では、レーザ縦モード間隔Δλが３人で、外部モ
ードの縦モード間隔Δλｅが４８人となる。従って、こ
のレーザ縦モードと外部モードとが利得分布ピーク近傍
で略一致する縦モードが選択されるとともに、温度変化
によって次のレーザ縦モードと外部モードとが一致する
縦モードに利得分布のピークが移動するまでの広い温度
範囲にわたって単−縦モードで発振することを期待でき
る。前記の例では両方の波長差である４８人変化するま
での間つまり４８人周期で１つの縦モードにより発振す
る筈である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、製作過程において前述の外部共振器長し
および縦モード選択性に重大な影響を及ぼす帰還光量に
微妙な相違が生じることによって、レーザ発振縦モード
の隣接縦モードを十分に抑制することができない問題が
ある。詳述すると、第５図乃至第７図は何れも半導体レ
ーザの利得分布を反映する発振しきい値近傍の縦モード
スペクトルを示し、第５図は外部共振器を有しない通常
の半導体レーザ装置のスペクトルであり、温度上昇に伴
なって利得ピークが長波長側へ移動するために、発振縦
モードが〈＋１〉次モード、＜＋２＞次モード、−・と
順次移動する。これに対し第６図は１つの反射鏡を備え
た外部共振器型半導体レーザ装置のスペクトルであり、
この図では外部モードが＜Ｑ＞次モードの次に＜＋１６
＞次モードに存在する場合を例示してあり、レーザ発振
縦モードの隣接縦モードつまりく０〉次モードに隣接す
る＜−２＞、＜−１＞、＜＋１＞、＜＋２＞、　−の各
次モードの利得が第５図のものに比較して抑制されてい
る。しかし、レーザ利得分布が温度変化により大きく移
動した場合、第６図に示すように、前述の外部共振器長
や帰還光量の微妙な相違によってく０〉次モードよりく
＋１〉次モードの利得が大きくなり、＜＋１＞、＜＋２
＞の各次モードにモードホッピングが生じて温度と発振
波長との関係が第８図のようになり、広い温度範囲にわ
たって一つのモードで発振させることができず、光通信
、光計測、光情報処理分野の光源としての要求を十分に
満足できない。

〈発明の目的〉 本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、広
い温度範囲にわたって単′−の縦モードで安定に発振す
る外部共振器型の半導体レーザ装置を提供することを目
的とするものである。

く問題点を解決する為の手段〉 本発明の半導体レーザ装置は、前記目的を達成するため
に、半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子の出射端
面から出射されたレーザ光の一部を前記半導体レーザ素
子に帰還させる外部反射部材とにより構成される外部共
振器型半導体レーザ装置において、前記外部反射部材を
複数具備するとともに、前記出射端面からのレーザ光を
前記外部反射部材の数に応じた光路に分岐する光分岐部
材を備え、前記各外部反射部材を、前記光分岐部材によ
る各光路を介しての前記半導体レーザ素子の出射端面ま
での外部共振器長がそれぞれ異なるよう配置した構成を
要旨とするものである。

〈作用〉 前記構成としたことにより、外部共振器長が互いに相違
する複数の外部共振器間の干渉効果によって発振縦モー
ドに隣接する縦モードの利得が抑制される。従って、こ
の隣接縦モードに温度変化によるモードホッピングが生
じることがなく、広い温度範囲にわたって縦単一モード
発振となる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

一実施例を示した第１図において、半導体レーザ素子１
の共振器２の後方の出射端面３に近接してビームスプリ
フタからなる光分岐部材４が配置され、出射端面３から
出射されたレーザ光は光分岐部材４により２つの光路に
分岐され、この分岐された各レーザ光が、出射端面３か
らの距離つまり外部共振器長が互いに異なるよう配置さ
れた平面反射鏡からなる２つの外部反射部材５．６によ
り反射され、前記半導体レーザ素子１に帰還する。

この時、両外部反射部材５．６の外部共振器間の違いに
よる干渉効果により、利得分布を反映する発振しきい値
近傍の縦モードスペクトルを示した第２図のように、＜
＋１＞、＜＋２＞等の隣接縦モードの抑制効果が大き（
、一本の安定した縦モードが選択される。

従って、レーザ利得分布ピークが温度変化により移動し
た場合、〈０〉次モードが＜＋１＞、＜＋２〉の隣接モ
ードよりも大きな利得を得ているため、次の＜＋１６＞
次モードの近傍に利得分布ピークが移動するまでの間、
換言するとく１６〉次モードの利得が＜Ｑ＞次モードの
利得を上まわるまでの間、〈０〉次モードで安定に発振
する。

この時の温度−発振波長の特性は第３図のようになり、
同図から明らかなように、広い温度範囲、例えば同図の
ＴｌｏＣ−Ｔ２°Ｃの温度範囲にわたって隣接モードヘ
モードホフピングすることなく単−縦モードで安定に発
振する。

本発明の他の実施例を示した第４図において、第１図と
同−若しくは同等のものには同一の符号が付しである。

そして、半導体レーザ素子１の出対端子３に近接して設
けられた光導波路素子からなる光分岐部材７は、共通導
波路７ａから長さの異なる２種の分岐導波路７ｂ、７ｃ
が分岐された構成になっており、更に、各分岐導波路７
ｂ、７ｃの各端面には、例えば誘電体多層膜によるコー
ティングにより高反射率化して鏡面とした外部反射部材
８，９が形成されている。この光分岐部材７は、例えば
ＬｉＮｂＯ３基板上にＴｉ（チタン）を拡散することに
より容易に作製できる。

従って、半導体レーザ素子１の出射端面３がら出射され
たレーザ光が共通導波路７ａに入射して導波し、その後
に再分岐導波路７ｂ、７ｃに導が〆れたレーザ光が、そ
７れぞれ反射部材８，９で反射されて同じ光径路を通っ
て半導体レーザ素子１に帰還する。この時、それぞれの
光路の導波路長つまり外部共振器長が異なるので、それ
による干渉効果により前記実施例と同様に安定な単一の
縦モードが選択される。

前記各実施例において、外部反射部材５．６又は導波路
７ａ〜７ｃの少くとも一部に光検出機能を備えるように
すれば、ＡＰＣ（オートパワーコントロール）駆動やモ
ニタとして利用することもできる。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、種
々の実施態様が考えられるのは勿論であり、例えば、前
記各実施例では、何れも外部共振器長の異なる２種の反
射部材５．６又は８．９を設けた場合を例示して説明し
たが、３つ以上膜ければ更に隣接縦モードを抑制できる
のは言うまでもない。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の半導体レーザ装置による
と、光分岐部材を介してそれぞれの外部共振器長が異な
るよう配置された複数の外部反射部材を具備する構成と
したので、この外部共振器長の相違による干渉効果によ
り隣接縦モードに対する大きな抑制効果を得ることがで
き、広い温度範囲にわたって発振波長の安定化された外
部共振器型の半導体レーザ装置を歩留り良く作製するこ
とができる。又、縦モードの不安定性による光出力雑音
が抑制されるとともに、変調に対しても安定な単−縦モ
ードが得られる利点がある。従って、安価に且つ簡便に
作製できる外部共振器型半導体レーザ装置を簡単な構成
により広い温度範囲にわたって単一の縦モードで安定に
発振させることができるから、本発明は、光通信、光情
報処理分野のコヒーレント光源として最適な半導体レー
ザ装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体レーザ装置の一実施例の構成を
示す概略側面図、第２図は第１図の発振しきい値近傍の
縦モードスペクトルを示す波長と利得との関係図、第３
図は第１図の縦モード特性を示す温度と発振波長との関
係図、第４図は本発明の他の実施例の構成を示す概略平
面図、第５図は外部共振器を有しない通常の半導体レー
ザ装置の波長と利得との関係図、第６図は従来の外部共
振器型半導体レーザ装置の発振しきい値近傍の縦モード
スペクトルを示す波長と利得との関係図、第７図は第６
図のスペクトルからレーザ利得分布が温度変化により大
きく移動した場合の波長とレーザ利得との関係図、第８
図は従来の外部共振器型半導体レーザ装置の縦モード特
性を示す温度と発振波長との関係図である。 １−　半導体レーザ素子　　　３−出射端面４、　７−
光分岐部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザ素子とこの半導体レーザ素子の出射
   端面から出射されたレーザ光の一部を前記半導体レーザ
   素子に帰還させる外部反射部材とにより構成される外部
   共振器型半導体レーザ装置において、前記外部反射部材
   を複数具備するとともに、前記出射端面からのレーザ光
   を前記外部反射部材の数に応じた光路に分岐する光分岐
   部材を備え、前記各外部反射部材を、前記光分岐部材に
   よる各光路を介しての前記半導体レーザ素子の出射端面
   までの外部共振器長がそれぞれ異なるよう配置したこと
   を特徴とする半導体レーザ装置。
2. （２）前記外部反射部材又は光分岐部材による光路のう
   ち少なくとも一つが光検出機能を有していることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の半導体レーザ装置。