JP2007194416A

JP2007194416A - 光波長変換光源

Info

Publication number: JP2007194416A
Application number: JP2006011319A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yuasa; 堂司湯淺; Yukio Furukawa; 幸生古川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2007-08-02

Abstract

【課題】部品点数が少なく小型であり、かつ大出力で変調可能な光波長変換光源を提供する。
【解決手段】単一縦モードレーザ波長発振可能な半導体レーザと前記レーザ光を増幅する半導体光アンプおよび前記半導体光アンプにより増幅されたレーザ光を波長変換する非線形光学素子を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ光を第２高調波に変換する光波長変換装置に関するものである。特に、レーザーディスプレイや光記録、光計測用の光源として利用される、高速変調駆動が可能なレーザ光を出射する光波長変換装置に関するものである。

半導体レーザは小型高出力かつ低コストでの製造が可能という特徴を生かし、光通信システム、CD・DVD、計測機器等さまざまな分野で利用されている。しかし、近年になりようやく青紫色レーザが実用化されたが、緑色や紫外域以下の波長帯の半導体レーザは未だ製品化されていない。色の三原色のひとつである緑色や、レーザ加工機、高密度光メモリーなどに応用される短波長高出力の小型レーザに対する期待は大きい。

このような背景のもと、短波長レーザ光源を得る方法として、これまでに第2高調波発生 (SHG; second harmonic generation) を用いた方式が種々提案されている。

もっとも簡単な例を図5を用いて説明する。

半導体DFB (Distributed Feedback) レーザ101より発生された基本波レーザ光は、コリメータレンズ103、集光レンズ104を通じて非線形光学素子105に集光される。非線形光学素子105は導波路型擬似位相整合素子であり、基本波レーザ光をSHGにより、半分の波長のレーザ光106に変換することができる。ここで、DFBレーザ101の電流-光出力特性が図6、電流-波長特性が図7、非線形光学素子105のSHG出力の波長依存性が図8でそれぞれ表される場合、DFBレーザ101の電流とSHG出力の関係は図9のようになる。なお、非線形光学素子105はDFBレーザ電流が255 mAのときの発振波長で位相整合するように作製されているとする。DFBレーザ101の電流を増加させると、発振波長も増加するため、非線形光学素子105の位相整合波長範囲でしかSHG出力が得られず、非常に効率が悪い。また、変調周波数10 kHz、バイアス電流0 mA、電流振幅 330 mAの矩形波にて変調した場合、SHG出力は図10のように歪んだ波形となり、レーザーディスプレイや光記録など、変調が必要な用途には使用できない。

このような、波長変換可能な波長範囲幅が狭い、変換効率が小さく高出力を得にくい、というSHG方式の問題点に対して、さまざまな手段が講じられている。例えば、特開2001-242500号公報においては、狭域帯バンドパスフィルターを備えた外部共振器を有する半導体レーザとこのレーザ光をSHG光に変換する波長変換素子の組合せにより、基本波たる半導体レーザの波長安定化を図り、安定なSHG光を得る方式が開示されている。

また、高出力化に対するアプローチとして、例えば、特開平09-297331号公報においては、波長変換素子より出射されるSHG光を半導体光アンプ (SOA; semiconductor optical amplifier) によって直接増幅し、高出力光を得る方法が開示されている。
特開2001-242500号公報特開平09-297331号公報

前述の背景技術による方法は、基本波レーザ光源やSHG光源の外部に外部共振器やSOAを備えており、部品点数の増加または装置の大型化は避けられない。この点は、特に小型・低コスト化が求められるレーザディスププレイ、光記録装置等には不利となる。更に、大出力の変調出力を得るためには、基本波レーザを大振幅（例えば300〜500mA）で変調する必要が生じ、ドライバICの開発コスト、消費電力の点でも不利となる。

したがって、本発明の目的は、部品点数が少なく小型であり、かつ大出力で変調可能な光波長変換光源を提供することにある。

本発明は、単一縦モードレーザ波長発振可能な半導体レーザと前記レーザ光を増幅する半導体光アンプおよび前記半導体光アンプにより増幅されたレーザ光を波長変換する非線形光学素子を備えることを特徴としている。

また、前記半導体レーザは波長可変機能を有するものでも良い。

さらに、前記半導体光アンプは前記半導体レーザとモノリシックに集積化されたものでも良い。

本発明の光波長変換光源は、非線形光学素子に入力するレーザ光を半導体光アンプを用いて増幅することによって、小型かつ大出力化が可能である。さらに、基本波レーザ光源は大振幅で変調する必要がなくなるため、光通信分野で用いられる小信号かつ高速変調可能なドライバICを用いることができ、低コストで実現可能である。

以下に、図面を用いて本発明の詳細な実施の形態を説明する。

図1に本発明による第1の実施例の構成図を示す。

半導体DFB (Distributed Feedback) レーザ101より発生された基本波レーザ光は、半導体レーザ101とモノリシックに集積化された半導体光アンプ102によって増幅され、コリメータレンズ103、集光レンズ104を通じて非線形光学素子105に集光される。非線形光学素子105は導波路型擬似位相整合素子であり、基本波レーザ光をSHGにより、半分の波長のレーザ光106に変換することができる。また、非線形光学素子105はDFBレーザ電流が100 mAのときの発振波長で位相整合するように作製されているとする。半導体光アンプ102はDFBレーザ101と同一の多重量子井戸構造からなり、DFBレーザ101とは電気的に絶縁されている。また、適切なバイアス電流を流すことにより10〜15 dBの増幅利得が得られる。

半導体光アンプ102の増幅利得が10 dBのとき、図2に電流-基本波発振波長特性を示す。発振波長はDFBレーザ101の特性により決まり、電流を100 mAまで流す場合、発振波長変動は0.4 nm以下である。したがって、DFBレーザ101の電流とSHG出力の関係は図3のように、100 mAまでの範囲で単調増加となる。

この系を用いて、変調周波数10 kHz、バイアス電流0 mA、電流振幅 120 mAの矩形波にて変調した場合、SHG出力波形は図4のように、矩形波に近い形となり、変調特性も良好である。

本実施例においては、DFBレーザ101と半導体光アンプ102を集積化したことにより、余分な光学部品を省くことができ、部品点数減、組立工数減という点で小型化・低コスト化が可能である。また、変調する場合、電流振幅が100 mA以下でも十分なSHG出力が得られるため、光通信分野で用いられる一般的なドライバICを用いることができるため、ドライバICの開発費や調達コストが低減できる。

本実施例ではDFBレーザを用いたが、DBR (Distributed Bragg Reflector) レーザでも同様の効果が得られる。

図11に本発明による第2の実施例の構成図を示す。

本実施例は、実施例１における半導体DFBレーザ101を、波長可変機能を有する半導体DBRレーザ201に置き換えた構成である。半導体DBRレーザ201は、活性領域201a、位相領域201b、および回折格子構造を有するDBR領域201cからなる。位相領域201bおよびDBR領域201cは、ｐｎ接合に垂直に電流を流す、または表面に形成された薄膜抵抗に電流を流すことにより温度制御され、活性層の屈折率を変化させることで発振波長を変化させることができる。

非線形光学結晶の位相整合波長は温度依存性がある。したがって、外部環境温度の変化や基本波光の吸収による発熱で結晶温度が上昇し、位相整合波長が変化する。本実施例の半導体DBRレーザ201を用いると、この位相整合波長変化に追従して発振波長を変化させることができるので、常に高出力かつ安定なSHG出力を得ることができる。

本発明の実施例1の光波長変換光源の模式的な構成図である。本発明の実施例1のDFB電流と発振波長の関係を示す図である。本発明の実施例1のDFB電流とSHG出力の関係を示す図である。本発明の実施例1のDFB電流を変調した場合の時間とSHG出力の関係を示す図である。従来の光波長変換光源の模式的な構成図である。従来の光波長変換光源のDFB電流と光出力の関係を示す図である。従来の光波長変換光源のDFB電流と発振波長の関係を示す図である。従の光波長変換光源のDFB発振波長とSHG出力の関係を示す図である。従来の光波長変換光源のDFB電流とSHG出力の関係を示す図である。従来の光波長変換光源のDFB電流を変調した場合の時間とSHG出力の関係を示す図である。本発明の実施例2の光波長変換光源の模式的な構成図である。

符号の説明

101 半導体DFBレーザ
102 半導体光アンプ
103 コリメータレンズ
104 集光レンズ
105 非線形光学素子
106 波長変換光
201 波長可変半導体DBRレーザ
201a 波長可変半導体DBRレーザの活性領域
201ｂ波長可変半導体DBRレーザの位相領域
201c 波長可変半導体DBRレーザのDBR領域

Claims

基本波を波長変換する非線形光学素子と、単一縦モードレーザ発振可能な半導体レーザおよび前記レーザ光を増幅する半導体光アンプを備えた光波長変換光源。
前記半導体レーザと前記半導体光アンプがモノリシックに集積化されていることを特徴とする、請求項1に記載の光波長変換光源。
前記半導体レーザが分布帰還型 (DFB; Distributed Feedback) またはブラッグ反射型 (DBR; Distributed Bragg Reflector) であることを特徴とする、請求項1または2に記載の光波長変換光源。
前記半導体レーザが波長可変機能を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の光波長変換光源。