JP2003152275A - 外部共振器型波長可変レーザ - Google Patents

外部共振器型波長可変レーザ

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JP2003152275A
JP2003152275A JP2001351574A JP2001351574A JP2003152275A JP 2003152275 A JP2003152275 A JP 2003152275A JP 2001351574 A JP2001351574 A JP 2001351574A JP 2001351574 A JP2001351574 A JP 2001351574A JP 2003152275 A JP2003152275 A JP 2003152275A
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laser
semiconductor laser
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external
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Hideki Asano
英樹 浅野
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部共振器型波長可変レーザにおいて、単一
横モード発振する半導体レーザと外部光学系との結合効
率を高めて、安定でかつ容易に波長制御を行う。 【解決手段】 単一横モード発振する半導体レーザ100
の後方出射端面100a側に、レンズ103aおよび103bと、反
射鏡104と、エタロン102とを配置して外部共振器型波長
可変レーザを構成する。半導体レーザ100の導波路を、
後方出射端面100aから約50μm内側の領域において、素
子内部から後方出射端面に向かって約2μmから約0.5
μmに次第に狭くする。これにより後方出射端面100aで
は半値幅が約5μmとなり、ビーム径が拡大されるので
外部光学系との結合効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザと外
部光学系と波長選択手段を備えた外部共振器型波長可変
レーザに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体レーザは、安価、小型、高
効率および低消費電力等の理由から、印刷や情報処理機
器への応用が増えてきており、波長の可変性および安定
性等の高品質なビーム特性が要求されている。この分野
で通常使用される半導体レーザにおいては、横モードが
単一でも縦モードがマルチモード状態にあるものがあ
る。そこで、これを解消するために、内部に回折格子を
備えて縦モードを単一モード化し、かつ波長を可変でき
る機能を備えた分布ブラッグ反射型半導体レーザ(以下
DBR−LDと記す)の開発が進められている。DBR
−LDは数十nmの範囲で波長を変化させることができ
るが、波長を連続的に制御させることが困難で複雑な論
理回路をドライバとして必要とする欠点を有している。
また、変調時に環境温度が変化した際には波長が微妙に
変動する性質を有しており、ある選択された波長での動
作の安定性に欠けるという問題も有している。
【0003】そこで、半導体レーザに外部から、ある波
長の光を入射して半導体レーザの縦モードを安定化する
という外部共振器型波長可変レーザが提案されている。
従来の外部共振器型波長可変レーザには、例えばリッジ
型半導体レーザの後方から出射された縦多モードの光
を、レンズによって回折格子に集光し、回折格子によっ
て、そのうちの1波長のみを再び半導体レーザに戻すこ
とにより、波長を固定して動作させるものがある。この
ような外部共振器型にすることにより、環境温度や半導
体レーザの動作電流に依存することなく、常に安定な波
長での動作が得られる。また、回折格子を動かすことに
より容易に波長を制御することができ、さらに、DBR
−LDとは異なって、連続的に波長を制御できるため計
測や近年の波長多重通信にとって有効な光源となってい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記外部共振器型波長
可変レーザは、半導体レーザの後方出射端面に、回折格
子によって戻された単一波長の光が戻されることにより
波長が制御される。この時に半導体レーザにより多くの
光が戻されることによって、波長の安定性が増すことが
分かっている。そのため半導体レーザには、通常、後方
出射端面に低反射膜か無反射膜がコーティングされてい
る。しかし、半導体レーザ発光部のスポットサイズはせ
いぜい2μm程度の大きさであり、外部共振器系から戻
される光の全てが有効に半導体レーザに入射されるわけ
ではなく、その一部が帰還して利用されているに過ぎな
い。また、外部共振器系の光学レンズ等の調整において
も、非常に精巧な調節が必要である。
【0005】本発明は上記事情に鑑みて、半導体レーザ
の後方出射端面から出射されたレーザ光を波長選択手段
によって単一に固定し、再び半導体レーザに戻して波長
を変化させるようにした外部共振器型波長可変レーザに
おいて、半導体レーザと戻されるレーザ光との結合効率
を高くして、できるだけ多くの光を半導体レーザに戻
し、容易にかつ安定に波長制御を行うことが可能な外部
共振器型波長可変レーザを提供することを目的とするも
のである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の外部共振器型波
長可変レーザは、ファブリ-ペロ共振器を構成し単一横
モード発振する半導体レーザと、該半導体レーザの30%
以下の低反射率コーティングが施された2つの端面の一
方の端面側に配置され、該一方の端面から出射されるレ
ーザ光を再び該一方の端面から前記半導体レーザに戻す
外部光学系と、該外部光学系により戻されるレーザ光の
波長を単一に固定する波長選択手段とからなり、単一波
長に固定されたレーザ光が前記半導体レーザの他方の端
面から出射される外部共振器型波長可変レーザにおい
て、一方の端面近傍に、該近傍より内側から該近傍を通
って一方の端面から出射されるレーザ光の径を拡大する
ビームサイズ変換器が備えられており、一方の端面にお
けるレーザ光の近視野像の光強度分布の半値幅が3μm
以上であることを特徴とするものである。
【0007】ビームサイズ変換器は、前記端面近傍にお
いて端面に向かって次第に幅を広くした導波路であって
もよい。
【0008】ビームサイズ変換器は、前記端面近傍にお
いて端面に向かって次第に幅を狭くした導波路であって
もよい。
【0009】
【発明の効果】本発明の外部共振器型波長可変レーザ
は、単一横モード発振する半導体レーザの外部光学系側
の端面近傍に、レーザ光の径を拡大するビームサイズ変
換器が備えられており、該端面におけるレーザ光の近視
野像の光強度分布の半値幅が3μm以上であることによ
り、外部光学系と単一横モード発振する半導体レーザと
の結合効率を高くすることができる。すなわち、より多
くのレーザ光を半導体レーザに戻すことができるので、
容易にかつ安定に波長制御を行うことができ、その結
果、安定な単一縦モード動作を得ることができる。
【0010】特に、端面近傍での近視野像の光強度分布
の半値幅が3μm以上であることにより、外部光学系と
単一横モード発振する半導体レーザとの軸位置合わせ精
度において、許容度が大きくなり、高歩留まりでレーザ
を得ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
【0012】本発明の第1の実施の形態による外部共振
器型波長可変レーザについて説明する。その構成図を図
1(a)に示し、外部共振器型波長可変レーザを構成する
半導体レーザの斜視図を図1(b)に示す。図2(a)にその
半導体レーザの上面図を示し、図2(b)に半導体レーザ
の内部の3つの領域における光強度分布を示す。
【0013】本実施の形態による外部共振器型波長可変
レーザは、図1(a)に示すように、単一横モード発振す
る半導体レーザ100と、半導体レーザ100の後方出射端面
100a側に配置され、後方出射端面100aから出射されたレ
ーザ光を平行光化するレンズ103bと、その平行光化され
た光を反射鏡104に集光するレンズ103aと、レンズ103a
とレンズ103bとの間に配置され、該レンズの間で平行光
化された光を単一波長に固定するバンドパスフィルタ10
2とを備えるものであり、半導体レーザ100の後方出射端
面100aから出射された光は、バンドパスフィルタ102に
より単一波長に選択され、レンズ103aおよび103bと反射
鏡104とにより半導体レーザ100に戻される。
【0014】また、半導体レーザ100は、図1(b)に示す
ように、n型基板11、n型クラッド層12、活性層13、p
型クラッド層14およびp型コンタクト層15が積層され、
p型クラッド層14の途中まで一部がエッチングされてリ
ッジ部が形成されており、該リッジ部頂上に電流注入の
ための開口を有する絶縁膜16が形成され、その上にp側
電極17と、基板11の裏面にn側電極18が形成されてなる
ものである。また、リッジ型の導波路に垂直な2つの共
振器面となる端面はへき開によって形成されており、そ
の2つの端面には30%以下の低反射率膜がコーティング
されている。
【0015】半導体レーザ100のリッジ部の幅は、図2
(a)に示すように、後方出射端面近傍より内側の領域200
では約2μm(W3)で一定であるが、後方端面近傍の
領域201においては端面100aに向かって次第に狭くなっ
ており、端面100aでは約0.5μm(W2)となっている。
なお、後方出射端面近傍の領域201は端面100aから内側
に約50μm(W1)の領域である。後方出射端面近傍の領
域201で端面100aに向かってリッジ幅を狭くすることに
より、屈折率の高い領域が狭くなるので光の閉じ込めが
弱くなり、光のフィールドが広がり端面におけるビーム
径が大きくなる。
【0016】図2(b)に示すように、半導体レーザ100の
光強度分布において、ピーク光強度は、半導体レーザ10
0のC−C’領域からB−B’領域およびA−A’領域
に向かって小さくなり、半値幅は、c、bおよびaへと大
きくなっている。そして半導体レーザ100の後方出射端
面では半値幅は約5μmとなる。また、外部光学系との
結合による損失は、リッジ幅が端面から端面まで一定で
ある従来の半導体レーザを用いた外部共振器型波長可変
レーザが約−3dbであるのに対し、−1.5dbにまで向上す
る。なお、ゼロ点は導波路の中心を示す。
【0017】次に、外部光学系と半導体レーザとの軸位
置ずれの許容度について、光強度分布のグラフを用いて
説明する。図3(a)に従来の外部共振器型波長可変レー
ザについての光強度分布のグラフを示し、図3(b)に上
記第1の実施の形態による半導体レーザについての光強
度分布のグラフを示す。従来の外部共振器型波長可変レ
ーザは、半導体レーザに導波路の幅が端面から端面まで
一定のものを用いている。
【0018】図3(a)に示すように、従来の外部共振器
型波長可変レーザでは、位置ずれが起こると、外部光学
系の光強度分布500と半導体レーザの後方出射端面での
光強度分布501との重なりは、位置ずれ後の半導体レー
ザの後方出射端面での光強度分布502との重なり(図中
の網掛け領域)に減少しており、位置ずれの度合いが外
部光学系と半導体レーザとの結合損失に大きく影響す
る。約0.2μmの軸の位置ずれに対して約0.8dbの結合損
失が生じ、位置ずれに対する許容度が低い。
【0019】これに比べて、本発明の外部共振器型波長
可変レーザは、図3(b)に示すように、同じ位置ずれに
対して許容度が高く、約0.2μmの軸の位置ずれに対し
て結合損失は約0.2dbである。
【0020】また、本実施の形態による外部共振器型波
長可変レーザは、光出力50mWでの波長可変幅が80nm
であり、広い範囲で安定な動作を得ることができる。
【0021】上記第1の実施の形態では、ビームサイズ
変換器として、端面に向かってリッジ幅を狭くした導波
路としたが、図4(a)に示すように、リッジ幅を後方出
射端面100aに向かって広くしても、ビーム径を拡大する
ことができる。リッジ幅は、後方出射端面近傍より内側
の領域200では前方出射端面100bまで約2μm(W3)で
一定であるが、後方出射端面近傍の領域201においては
端面100aに向かって次第に広くなっており、端面100aで
は約5μm(W2)となっている。図4(b)に示すよう
に、この半導体レーザの光強度分布において、ピーク光
強度は、C−C’領域からB−B’領域およびA−A’
領域に向かって小さくなり、半値幅は、c、bおよびaへ
と大きくなっている、そして半導体レーザ100の後方出
射端面での半値幅は約5μmとなっている。
【0022】次に、本発明の第2の実施の形態による外
部共振器型波長可変レーザについて説明する。その構成
図を図5に示す。上記第1の実施の形態と同要素には同
符号を付し、その説明を省略する。
【0023】本実施の形態による外部共振器型波長可変
レーザは、図5に示すように、波長選択手段として回折
格子105を備えるものであり、半導体レーザ100として
は、上記のように、後方出射端面近傍に導波路の幅を後
方出射端面に向かって狭くあるいは広くしてなるビーム
サイズ変換器を備えたものである。半導体レーザ100の
後方出射端面から出射されたレーザ光は回折格子105に
よって単一波長に固定され、半導体レーザ100の前方出
射端面から単一波長のレーザ光を出射するものである。
【0024】なお、上記実施の形態における半導体レー
ザは、リッジ構造のものについて述べたが、内部電流狭
窄構造においても同様に導波路の幅を広くあるいは狭く
することにより、ビーム径を拡大することができる。
【0025】また、後方出射端面近傍において、垂直方
向に等価屈折率に変化を付けて、ビーム径を拡大するこ
とが可能である。例えば、端面近傍の各半導体層の層厚
を変えることにより等価屈折率変化を付けることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による外部共振器型
波長可変レーザの構成図および半導体レーザの斜視図
【図2】本発明の第1の実施の形態による外部共振器型
波長可変レーザを構成する半導体レーザの上面図および
光強度分布を示すグラフ
【図3】本発明の第1の実施の形態による外部共振器型
波長可変レーザにおける光強度分布と軸位置ずれとの関
係を示すグラフ
【図4】本発明の外部共振器型波長可変レーザを構成す
る半導体レーザの別の形態を示す上面図および光強度分
布を示すグラフ
【図5】本発明の第2の実施の形態による外部共振器型
波長可変レーザを示す構成図
【符号の説明】
11 基板 12 n型クラッド層 13 活性層 14 p型クラッド層 15 p型コンタクト層 16 絶縁膜 17 p側電極 18 n側電極 100 半導体レーザ 103 レンズ 104 反射鏡 102 エタロン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ファブリ-ペロ共振器を構成し単一横モ
    ード発振する半導体レーザと、該半導体レーザの30%以
    下の低反射率コーティングが施された2つの端面の一方
    の端面側に配置され、該一方の端面から出射されるレー
    ザ光を再び該一方の端面から前記半導体レーザに戻す外
    部光学系と、該外部光学系により戻されるレーザ光の波
    長を単一に固定する波長選択手段とからなり、単一波長
    に固定されたレーザ光が前記半導体レーザの他方の端面
    から出射される外部共振器型波長可変レーザにおいて、 前記一方の端面近傍に、該近傍より内側から該近傍を通
    って前記一方の端面から出射されるレーザ光の径を拡大
    するビームサイズ変換器が備えられており、前記一方の
    端面におけるレーザ光の近視野像の光強度分布の半値幅
    が3μm以上であることを特徴とする外部共振器型波長
    可変レーザ。
  2. 【請求項2】 前記ビームサイズ変換器が、前記端面近
    傍において前記端面に向かって次第に幅を広くした導波
    路であることを特徴とする請求項1記載の外部共振器型
    波長可変レーザ。
  3. 【請求項3】 前記ビームサイズ変換器が、前記端面近
    傍において前記端面に向かって次第に幅を狭くした導波
    路であることを特徴とする請求項1記載の外部共振器型
    波長可変レーザ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006080422A1 (ja) 2005-01-27 2006-08-03 Eudyna Devices Inc. レーザモジュールおよび外部共振型レーザの波長制御方法
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JP2012195475A (ja) * 2011-03-17 2012-10-11 Sony Corp 半導体レーザ素子組立体及びその駆動方法

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