JP2007242667A - Wavelength conversion laser device and multiple wavelength laser device - Google Patents

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Katsuhisa Tada
勝久 多田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small wavelength conversion laser device in which the wavelength can be stabilized by sustaining a constant oscillation wavelength, even if the operating environment such as temperature changes without providing a mechanically movable portion. <P>SOLUTION: The wavelength conversion laser device comprises a surface emission laser element 22 provided with a distributed Bragg reflector (DBR) on one surface thereof and emitting a first laser beam; a wavelength selection filter 24 passing the first laser beam; a nonlinear optical element 26 for converting the first laser beam into a second laser beam of harmonics; a liquid crystal cell 30 having liquid crystal 58 filling the gap between transparent electrodes 54a and 54b, and a reflector of dielectric multilayer film forming an optical resonator together with the distributed Bragg reflector 46 on one surface for changing the refractive index with a voltage applied to the liquid crystal; and a liquid crystal cell control circuit 32 for controlling an electric field applied to the liquid crystal cell, in order to change the wavelength of a laser beam of harmonics which resonates in the optical resonator. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は面発光レーザ素子を用いた波長変換レーザ装置及び多波長レーザ装置に関するものである。   The present invention relates to a wavelength conversion laser device and a multiwavelength laser device using a surface emitting laser element.

近年、光ディスク装置や表示装置において、可視域での任意の波長のレーザ光を発振可能な波長変換レーザ装置が求められている。また、光インターコネクション、並列光リンクのためのキーデバイスとして面発光レーザ素子の研究が盛んに行われており、この分野ではレーザ光の出力波長を可変にできる多波長レーザ装置が求められている。   In recent years, there has been a demand for a wavelength conversion laser device capable of oscillating a laser beam having an arbitrary wavelength in the visible region in an optical disk device or a display device. In addition, research on surface-emitting laser elements as a key device for optical interconnection and parallel optical links has been actively conducted, and in this field, a multi-wavelength laser device capable of changing the output wavelength of laser light is required. .

従来の一般的な波長変換レーザ装置の概略構成は図13に示すように、半導体レーザ素子2の光軸上に、入力側コリメートレンズ4、レーザ光の基本波の高調波光を発生する非線形光学素子6、出力側コリメートレンズ8、波長選択プリズム10及び回転可能な回折格子ミラー12を光軸に沿って順次介設して構成されている。そして、上記回折ミラー12を回転させることで、半導体レーザ素子2自身が発振するレーザ光の発振波長と、半導体レーザ素子2と回折格子ミラー12との間で決まる波長で半導体レーザ素子2の波長を選択し、且つ回折格子ミラー12の回転を制御することで、波長を安定化させるようになっている。   A schematic configuration of a conventional general wavelength conversion laser apparatus is shown in FIG. 13, on the optical axis of the semiconductor laser element 2, an input-side collimating lens 4, a nonlinear optical element that generates harmonic light of the fundamental wave of the laser light. 6, an output-side collimating lens 8, a wavelength selection prism 10, and a rotatable diffraction grating mirror 12 are sequentially arranged along the optical axis. Then, by rotating the diffraction mirror 12, the wavelength of the semiconductor laser element 2 is set at a wavelength determined by the oscillation wavelength of the laser light oscillated by the semiconductor laser element 2 itself and between the semiconductor laser element 2 and the diffraction grating mirror 12. The wavelength is stabilized by selecting and controlling the rotation of the diffraction grating mirror 12.

また特許文献1には、面発光レーザ素子における波長を可変とするために、誘電体多層鏡を有するマイクロマシーン形態の可動ミラーを機械的に動かすようにした構造が開示されている。
更に非特許文献1には、面発光レーザ素子上に、電気的に屈折率を変化させる半導体構造を設けるようにした構造の波長可変レーザ装置が提案されている。
Patent Document 1 discloses a structure in which a movable mirror in the form of a micromachine having a dielectric multilayer mirror is mechanically moved in order to make the wavelength of the surface emitting laser element variable.
Further, Non-Patent Document 1 proposes a wavelength tunable laser device having a structure in which a semiconductor structure that electrically changes a refractive index is provided on a surface emitting laser element.

また従来の多波長レーザ装置は、図14に示すように、半導体基板14上に、選択成長を用いたエピタキシャル結晶成長にて、SiO 膜又は半導体薄膜の凸段差16と、膜厚を連続的に変化させて可変膜厚層17とを設け(図14(B)参照)、この可変膜厚層17を適宜に薄切りして厚さの異なる複数のレーザピクセルを形成し(図14(C)参照)、各レーザピクセルよりそれぞれ異なる波長λ1、λ2、λ3のレーザ光を発生し得るようになっている。 In addition, as shown in FIG. 14, the conventional multi-wavelength laser device continuously increases the thickness of the SiO 2 film or the semiconductor thin film on the semiconductor substrate 14 by epitaxial crystal growth using selective growth. The variable thickness layer 17 is provided (see FIG. 14B), and the variable thickness layer 17 is appropriately sliced to form a plurality of laser pixels having different thicknesses (FIG. 14C). The laser light having different wavelengths λ1, λ2, and λ3 can be generated from each laser pixel.

特開平10−27943号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-27943 面発光レーザ「波長制御素子の集積」(伊賀健一・小山二三夫共著,234−237頁、オーム社1990年)Surface emitting laser “Integration of wavelength control elements” (Kenichi Iga and Fumio Koyama, pp. 234-237, Ohm Corporation 1990)

ところで、上記した特許文献1のレーザ装置では、波長を可変にするためにマイクロマシーン形態の機械的に動く部分が必要であることから、このような半導体基板上に可動構造体を作製するのは非常に複雑な工程を行わなければならない。
また、非特許文献1に提案されている装置例では、可動部がないという利点を有するが、電気的に屈折率を変化させる構造であることから、半導体構造体に光の吸収が発生するので光損失が大きい、という問題があった。
By the way, in the above-mentioned laser device of Patent Document 1, since a mechanically moving part in the form of a micromachine is necessary to make the wavelength variable, it is necessary to manufacture a movable structure on such a semiconductor substrate. A very complex process must be performed.
In addition, the device example proposed in Non-Patent Document 1 has the advantage that there is no moving part, but because it is a structure that electrically changes the refractive index, light absorption occurs in the semiconductor structure. There was a problem that optical loss was large.

また非特許文献2に提案されている装置例では、各レーザピクセルより発振されるレーザ光の波長は、装置の作製時に決まってしまい、その後に波長を変えることができない、といった問題があった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。
Further, the device example proposed in Non-Patent Document 2 has a problem that the wavelength of laser light oscillated from each laser pixel is determined at the time of manufacturing the device, and the wavelength cannot be changed thereafter.
The present invention has been devised to pay attention to the above problems and to effectively solve them.

第1の発明の目的は、機械的可動部を設けることなく、温度等の使用環境が変化しても発振波長を一定に維持して波長安定化を図ることができる小型の波長変換レーザ装置を提供することにある。
第2の発明の目的は、機械的可動部を設けることなく、また面発光レーザ素子作製上、多波長構造化することなく任意の所望する波長のレーザ光を出力することができる多波長レーザ装置を提供することにある。
A first object of the present invention is to provide a compact wavelength conversion laser device capable of stabilizing the oscillation wavelength by maintaining a constant oscillation wavelength even when the usage environment such as temperature changes without providing a mechanical movable part. It is to provide.
A second object of the present invention is to provide a multi-wavelength laser device capable of outputting laser light having an arbitrary desired wavelength without providing a mechanically movable part, and without forming a multi-wavelength structure for producing a surface emitting laser element. Is to provide.

請求項1に係る発明は、波長変換レーザ装置において、一面側から第1の波長を有する第1のレーザ光を外側に出射し、他面側に前記一面側からの前記第1のレーザ光を反射する第1の反射膜を有する面発光レーザ素子と、前記第1のレーザ光の出射方向に、波長選択フィルタと、非線形光学素子と、液晶セルとをこの順に備え、前記波長フィルタは、前記第1の波長を含む所定範囲の波長のレーザ光を透過し、前記非線形光学素子は、前記波長選択フィルタを透過した前記第1のレーザ光の一部を、前記第1の波長に応じた波長であり該第1の波長とは異なる波長である第2の波長を有する第2のレーザ光に変換し、前記液晶セルは、前記第1のレーザ光の出射方向に、第1の透明基板と、該第1の透明基板と間隙を有して配置された第2の透明基板とをこの順に備え、前記第1の透明基板は、前記非線形光学素子を透過した前記第1のレーザ光及び前記第2のレーザ光が入射する側とは反対側に第1の透明電極を有し、前記間隙は、液晶で充填され、前記第2の透明基板は、前記液晶を透過した前記第1のレーザ光及び前記第2のレーザ光が入射する側に第2の透明電極と、前記第1のレーザ光を反射し前記第2のレーザ光を透過する第2の反射膜とがこの順序で配置され、前記第1の透明電極及び前記第2の透明電極に電気的に接続された液晶セル制御回路を有し、前記第1のレーザ光は、前記第1の反射膜と前記第2の反射膜との間で共振すると共に、前記液晶セル制御回路から前記液晶へ印加される電圧を前記液晶セル制御回路で調整して前記液晶の屈折率を制御することによって前記第1の波長を調整され、前記第2のレーザ光は、前記液晶セルを透過して外部に出射される構成としたことを特徴とする波長変換レーザ装置である。   The invention according to claim 1 is the wavelength conversion laser device, wherein the first laser beam having the first wavelength is emitted from one surface side to the outside, and the first laser beam from the one surface side is emitted to the other surface side. A surface-emitting laser element having a first reflective film that reflects, a wavelength selection filter, a nonlinear optical element, and a liquid crystal cell in this order in the emission direction of the first laser light, the wavelength filter, The nonlinear optical element transmits a part of the first laser beam that has passed through the wavelength selection filter, a wavelength corresponding to the first wavelength. And converted into a second laser beam having a second wavelength that is different from the first wavelength, and the liquid crystal cell is connected to the first transparent substrate in the emission direction of the first laser beam. The second transparent substrate is disposed with a gap from the second transparent substrate. A transparent substrate in this order, and the first transparent substrate has a first transparent electrode on a side opposite to a side on which the first laser light and the second laser light transmitted through the nonlinear optical element are incident. The gap is filled with liquid crystal, and the second transparent substrate has a second transparent electrode on a side on which the first laser light and the second laser light transmitted through the liquid crystal are incident. A second reflective film that reflects the first laser light and transmits the second laser light is disposed in this order, and is electrically connected to the first transparent electrode and the second transparent electrode. The first laser beam resonates between the first reflective film and the second reflective film and is applied to the liquid crystal from the liquid crystal cell control circuit. The liquid crystal cell control circuit adjusts the voltage to control the refractive index of the liquid crystal. Is adjusted to the first wavelength by the second laser beam is a wavelength conversion laser device being characterized in that a configuration which is emitted to the outside through the liquid crystal cell.

請求項2に係る発明は、多波長レーザ装置において、一面側から第1の波長を有するレーザ光を外側に出射し他面側に前記一面側からの前記レーザ光を反射する第1の反射膜を有する面発光レーザ素子と、前記レーザ光の出射方向に、波長選択用液晶セルと、波長可変用液晶セルとをこの順に備えたレーザピクセルが複数個配置され、前記波長選択用液晶セルは、前記レーザ光の出射方向に、第1の透明基板と、該第1の透明基板と間隙を有して配置された第2の透明基板とをこの順に備え、前記第1の透明基板は、前記面発光レーザ素子から出射された前記レーザ光が入射する側とは反対側に第1の透明電極を有し、前記間隙は、液晶で充填され、前記第2の透明基板は、該液晶を透過した前記レーザ光が入射する側に第2の透明電極を有し、前記第1の透明電極及び前記第2の透明電極に電気的に接続された第1の液晶セル制御回路を有し、前記波長可変用液晶セルは、前記レーザ光の出射方向に、第3の透明基板と、該第3の透明基板と間隙を有して配置された第2の透明基板とをこの順に備え、前記第3の透明基板は、前記波長選択用液晶セルを透過した前記レーザ光が入射する側とは反対側に第3の透明電極を有し、前記間隙は、液晶で充填され、前記第4の透明基板は、該液晶を透過した前記レーザ光が入射する側に第4の透明電極と前記レーザ光の一部を反射する第2の反射膜とがこの順序で配置され、前記第3の透明電極及び前記第4の透明電極に電気的に接続された第2の液晶セル制御回路を有し、前記レーザピクセル毎に、前記各レーザ光は、前記第1の反射膜と前記第2の反射膜との間でそれぞれ共振すると共に、前記第2の液晶セル制御回路により前記第2の液晶への印加電圧を調整して前記各第2の液晶の屈折率をそれぞれ個別に制御することによって前記第1の波長をそれぞれ所定の波長とされ、該所定の波長とされた前記各レーザ光は、前記レーザピクセル毎に、前記第1の液晶セル制御回路により前記第1の液晶への印加電圧を調整して前記各第1の液晶の屈折率をそれぞれ個別に制御することによって選択され、前記選択されたレーザ光は、前記波長可変用液晶セルを透過して外部に出射される構成としたことを特徴とする多波長レーザ装置である。   According to a second aspect of the present invention, in the multi-wavelength laser device, the first reflection film that emits laser light having the first wavelength from one surface side to the outside and reflects the laser light from the one surface side to the other surface side A plurality of laser pixels each having a wavelength selection liquid crystal cell and a wavelength tunable liquid crystal cell in this order in the emission direction of the laser light, and the wavelength selection liquid crystal cell, A first transparent substrate and a second transparent substrate arranged with a gap between the first transparent substrate and a first transparent substrate in this order in the laser light emitting direction, the first transparent substrate, A first transparent electrode is provided on a side opposite to a side on which the laser light emitted from the surface emitting laser element is incident, the gap is filled with liquid crystal, and the second transparent substrate transmits the liquid crystal. The second transparent electrode is provided on the side on which the laser beam is incident. , A first liquid crystal cell control circuit electrically connected to the first transparent electrode and the second transparent electrode, wherein the wavelength-variable liquid crystal cell is third in the laser beam emission direction. A transparent substrate and a second transparent substrate arranged in this order with a gap between the third transparent substrate and the third transparent substrate, the laser transmitting the wavelength selection liquid crystal cell. A third transparent electrode is provided on the side opposite to the light incident side, the gap is filled with liquid crystal, and the fourth transparent substrate is formed on the side on which the laser light transmitted through the liquid crystal is incident. 4 transparent electrodes and a second reflective film that reflects a part of the laser beam are arranged in this order, and are electrically connected to the third transparent electrode and the fourth transparent electrode. A liquid crystal cell control circuit, and for each laser pixel, each laser beam is reflected by the first reflection. And the second reflective film respectively, and the second liquid crystal cell control circuit adjusts the voltage applied to the second liquid crystal to individually adjust the refractive indexes of the second liquid crystals. The first wavelength is set to a predetermined wavelength by controlling each of the first and second laser beams to the predetermined wavelength by the first liquid crystal cell control circuit for each laser pixel. The selected laser light is selected by adjusting the voltage applied to the liquid crystal and individually controlling the refractive index of each first liquid crystal, and the selected laser light is transmitted through the wavelength variable liquid crystal cell and emitted to the outside. The multi-wavelength laser device is characterized in that it is configured as described above.

本発明に係る波長変換レーザ装置によれば、機械的可動部を設けることなく、温度等の使用環境が変化しても発振波長を一定に維持して波長安定化を図ることができる小型の波長変換レーザ装置を提供することがでる。
また本発明に係る多波長レーザ装置によれば、機械的可動部を設けることなく、また面発光レーザ素子作製上、多波長構造化することなく任意の所望する波長のレーザ光を出力することができる多波長レーザ装置を提供することができる。
According to the wavelength conversion laser device of the present invention, a small wavelength capable of stabilizing the oscillation wavelength and maintaining the oscillation wavelength constant even when the usage environment such as temperature changes without providing a mechanical movable part. A conversion laser device can be provided.
Further, according to the multi-wavelength laser device of the present invention, it is possible to output laser light having an arbitrary desired wavelength without providing a mechanically movable part and without forming a multi-wavelength structure for producing a surface emitting laser element. A multi-wavelength laser device capable of being provided can be provided.

以下に、本発明に係る波長変換レーザ装置及び多波長レーザ装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
<第1の発明>
図1は第1の発明に係る波長変換レーザ装置を示す断面図、図2は第1の発明における面発光レーザ素子を示す拡大断面図、図3は第1の発明における液晶セルを示す拡大断面図、図4は第1の発明における液晶セルの動作を説明する動作説明図、図5は第1の発明における波長選択フィルタでレーザ光の波長を選択する原理を示す図である。
In the following, one embodiment of a wavelength conversion laser device and a multi-wavelength laser device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First invention>
1 is a sectional view showing a wavelength conversion laser device according to the first invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a surface emitting laser element according to the first invention, and FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a liquid crystal cell according to the first invention. FIG. 4 is an operation explanatory diagram for explaining the operation of the liquid crystal cell in the first invention, and FIG. 5 is a diagram showing the principle of selecting the wavelength of the laser beam by the wavelength selection filter in the first invention.

図1に示すように、この波長変換レーザ装置20は、基本波となるレーザ光(第1のレーザ光)を発生する面発光レーザ素子22と、波長選択フィルタ24と、非線形光学素子26と、無反射膜28と、液晶セル30とを順に接合して形成され、上記液晶セル30は液晶セル制御回路32に接続されて制御されるようになっている。また上記面発光レーザ素子22は面発光用レーザドライバ33によって駆動される。
具体的には、この波長変換レーザ装置20の全体は、回路基板34上に設けられており、上記面発光レーザ素子22が台座36によって上記回路基板34上に密着固定されている。
As shown in FIG. 1, the wavelength conversion laser device 20 includes a surface emitting laser element 22 that generates a laser beam (first laser beam) serving as a fundamental wave, a wavelength selection filter 24, a nonlinear optical element 26, The antireflective film 28 and the liquid crystal cell 30 are sequentially joined, and the liquid crystal cell 30 is connected to and controlled by the liquid crystal cell control circuit 32. The surface emitting laser element 22 is driven by a surface emitting laser driver 33.
Specifically, the entire wavelength conversion laser device 20 is provided on a circuit board 34, and the surface-emitting laser element 22 is closely fixed on the circuit board 34 by a pedestal 36.

まず、上記面発光レーザ素子22について説明する。この面発光レーザ素子22の構成を図2に示す。ここに示す面発光レーザ素子22は、基板面出射タイプであり、半導体基板38上(図2において下側)に、導電層40、活性層42、スペーサ層44、第1の反射膜である分布ブラッグ反射鏡としての半導体DBR(Distributed Bragg Reflector)反射多層膜46、第1電極48、第2電極50を形成して全体が構成されている。このタイプの面発光レーザ素子22では、活性層42の発振波長に対して半導体基板38が透明である材料の基板を選ぶことに注意する。   First, the surface emitting laser element 22 will be described. The structure of the surface emitting laser element 22 is shown in FIG. The surface-emitting laser element 22 shown here is a substrate surface emitting type, and is a conductive layer 40, an active layer 42, a spacer layer 44, and a first reflective film on the semiconductor substrate 38 (lower side in FIG. 2). A semiconductor DBR (Distributed Bragg Reflector) reflective multilayer film 46, a first electrode 48, and a second electrode 50 as a Bragg reflector are formed to constitute the whole. Note that in this type of surface emitting laser element 22, a substrate made of a material in which the semiconductor substrate 38 is transparent with respect to the oscillation wavelength of the active layer 42 is selected.

具体例を示すと、半導体基板38をu−GaAs、n型の導電層40をn−GaAs、活性層42をInGaAs/GaAsのMQWである多重量子井戸(例えば波長:940nm)、スペーサ層44をu−Al0.6 Ga0.4 As、半導体DBR反射多層膜46をp−(AlAs/GaAs)の多層膜(反射率99.9%以上)、第1電極48をp型オーミック電極(AuZnNi等)、第2電極50をn型オーミック電極(AuGeNi等)でそれぞれ構成できる。その他、長波長半導体レーザに使われている材料のInP系のもの等、半導体レーザに使われている材料も適用できる。
この面発光レーザ素子22の作製手順は、一般に広く用いられている面発光レーザ素子の作製手順と同じなので、説明は省略する。
As a specific example, a semiconductor substrate 38 is u-GaAs, an n-type conductive layer 40 is n-GaAs, an active layer 42 is an InGaAs / GaAs MQW (for example, wavelength: 940 nm), and a spacer layer 44 is formed. The u-Al 0.6 Ga 0.4 As, the semiconductor DBR reflective multilayer film 46 is a p- (AlAs / GaAs) multilayer film (reflectance 99.9% or more), and the first electrode 48 is a p-type ohmic electrode (AuZnNi Etc.), and the second electrode 50 can be composed of an n-type ohmic electrode (AuGeNi or the like). In addition, materials used for semiconductor lasers, such as InP-based materials used for long wavelength semiconductor lasers, can also be applied.
The manufacturing procedure of the surface emitting laser element 22 is the same as the manufacturing procedure of the surface emitting laser element that is generally widely used, and thus the description thereof is omitted.

次に、上記波長選択フィルタ24は、誘電体多層膜、例えばSiO 膜とTiO 膜とを交互に積層して構成している。選択する波長は、本装置に使用する非線形光学素子26の波長仕様に合わせて誘電体多層膜の構成を設計する。すなわち、この波長選択フィルタ24は、上記非線形光学素子26の波長仕様の波長のみ無反射となり、且つ上記非線形光学素子26で発生する高調波光のレーザ光(第2のレーザ光)を反射するように設計される。 Next, the wavelength selection filter 24 is formed by alternately laminating dielectric multilayer films, for example, SiO 2 films and TiO 2 films. The structure of the dielectric multilayer film is designed in accordance with the wavelength specification of the nonlinear optical element 26 used in this apparatus. That is, the wavelength selection filter 24 is configured to be non-reflective only for the wavelength specification wavelength of the nonlinear optical element 26 and reflect the harmonic laser beam (second laser beam) generated by the nonlinear optical element 26. Designed.

次に、上記非線形光学素子26について、図1を参照して説明する。この非線形光学素子26には、KTiOPO 、LiNbO 、LiTaO 等の非線形光学特性を持った光学結晶であるLiNbO やLiTaO 等に擬似位相整合するように分極反転処理を施した素子(PPLN[Periodically Poled LN]、PPLTと呼ばれる)を用いている。この非線形光学素子26により、上記面発光レーザ素子22にて発生したレーザ光の高調波光(高次)のレーザ光に波長変換する。例えば非線形光学素子26が、2次の非線形性を有すると、波長が940nmである基本波を、波長が470nmである2次高調波へ変換する。
また無反射層28は、上記基本波のレーザ光を高調波光のレーザ光に対して無反射となるように設計する。この無反射層28は、液晶セル30と非線形光学素子26間が余計な反射点となるのを防ぐ目的がある。また、場合によっては、この無反射層28を省略してもよい。
Next, the nonlinear optical element 26 will be described with reference to FIG. This non-linear optical element 26 is an element (PPRN) that has undergone polarization inversion processing so as to be quasi-phase matched with LiNbO 3 , LiTaO 3, etc., which are optical crystals having non-linear optical characteristics such as KTiOPO 4 , LiNbO 3 , LiTaO 3, etc. [Periodically Poled LN], called PPLT). The nonlinear optical element 26 converts the wavelength of the laser light generated by the surface-emitting laser element 22 into harmonic light (higher order) laser light. For example, when the nonlinear optical element 26 has second-order nonlinearity, the fundamental wave having a wavelength of 940 nm is converted into a second-order harmonic having a wavelength of 470 nm.
The non-reflective layer 28 is designed so that the fundamental laser beam is not reflected with respect to the harmonic laser beam. The non-reflective layer 28 has the purpose of preventing an extra reflection point between the liquid crystal cell 30 and the nonlinear optical element 26. In some cases, the non-reflective layer 28 may be omitted.

次に、液晶セル30の構成について説明する。この液晶セル30の構成を図3に示す。この液晶セル30は、第1の透明基板である下面ガラス基板52aと第2の透明基板である上面ガラス基板52bとを有している。下面ガラス基板52aの一面は上記無反射層28側に接続され、他面には例えばITOよりなる下面透明電極(第1の透明電極)54aが形成されている。
また上記上面ガラス基板52bの一面には、誘電体多層膜よりなる反射鏡(第2の反射膜)56が形成されている。この誘電体多層膜は、例えばSiO 膜56aとTiO 膜56bとを交互に積層することにより形成されている。この誘電体多層膜は、非線形光学素子26の仕様の波長を通過し、面発光レーザ素子22の基本波を反射する。そして、この反射鏡56の表面には、例えばITOよりなる上面透明電極(第2の透明電極)54bが形成されている。
Next, the configuration of the liquid crystal cell 30 will be described. The configuration of the liquid crystal cell 30 is shown in FIG. The liquid crystal cell 30 includes a lower glass substrate 52a that is a first transparent substrate and an upper glass substrate 52b that is a second transparent substrate. One surface of the lower glass substrate 52a is connected to the non-reflective layer 28 side, and a lower transparent electrode (first transparent electrode) 54a made of, for example, ITO is formed on the other surface.
A reflecting mirror (second reflecting film) 56 made of a dielectric multilayer film is formed on one surface of the upper glass substrate 52b. This dielectric multilayer film is formed by, for example, alternately laminating SiO 2 films 56a and TiO 2 films 56b. This dielectric multilayer film passes the wavelength of the specification of the nonlinear optical element 26 and reflects the fundamental wave of the surface emitting laser element 22. On the surface of the reflecting mirror 56, an upper transparent electrode (second transparent electrode) 54b made of, for example, ITO is formed.

そして、上記下面ガラス基板52aと上面ガラス基板52bとは、下面透明電極54aと上面透明電極54bとが対向するように貼り合わせられ、その間に液晶58を封止している。この封止は、上記両透明電極54a、54bの周辺部にスペーサ混入の接着剤59を介在させることにより行っている。
上記液晶58中の上記液晶分子58aは、下面ガラス基板52aの面に対して、水平又は垂直方向又はこれらの中間的な傾きに配向させてある。この液晶分子58aの配向のために、例えば配向膜(図示せず)が両透明電極54a、54bの液晶58と接する側にそれぞれ設けられている。
The lower glass substrate 52a and the upper glass substrate 52b are bonded so that the lower transparent electrode 54a and the upper transparent electrode 54b face each other, and the liquid crystal 58 is sealed therebetween. This sealing is performed by interposing a spacer-mixed adhesive 59 around the transparent electrodes 54a and 54b.
The liquid crystal molecules 58a in the liquid crystal 58 are aligned in a horizontal or vertical direction or an intermediate inclination with respect to the surface of the lower glass substrate 52a. For alignment of the liquid crystal molecules 58a, for example, alignment films (not shown) are provided on the sides of the transparent electrodes 54a and 54b that are in contact with the liquid crystal 58, respectively.

ここで上記した液晶セル30の動作を説明する。図4に液晶セル30の動作を示す。図4では液晶セル30を概略的に示している。まず、上述したように、液晶分子58aをガラス基板52a、52b(図3参照)の面に水平または垂直または中間的な傾きになるように配向させてある。液晶58を挟んでいる下面透明電極54a、上面透明電極54bに電圧を掛けると、液晶分子58aの配向方向を変えることができる。液晶58は、液晶分子58aの方向に屈折率異方性を持っているので液晶分子58aの配向が変わることで、液晶58中の屈折率が変化することになる。よって、下面透明電極54a、上面透明電極54b間に加える電圧により液晶分子58aの配向具合を調整できるので、屈折率をこれに印加する電圧で制御するが出来ることになる。一般的に液晶の屈折率は、0.2程度変化する。   Here, the operation of the liquid crystal cell 30 will be described. FIG. 4 shows the operation of the liquid crystal cell 30. FIG. 4 schematically shows the liquid crystal cell 30. First, as described above, the liquid crystal molecules 58a are aligned so as to have a horizontal, vertical, or intermediate inclination with respect to the surfaces of the glass substrates 52a and 52b (see FIG. 3). When a voltage is applied to the lower transparent electrode 54a and the upper transparent electrode 54b sandwiching the liquid crystal 58, the alignment direction of the liquid crystal molecules 58a can be changed. Since the liquid crystal 58 has refractive index anisotropy in the direction of the liquid crystal molecules 58a, the refractive index in the liquid crystal 58 is changed by changing the orientation of the liquid crystal molecules 58a. Therefore, since the alignment condition of the liquid crystal molecules 58a can be adjusted by the voltage applied between the lower transparent electrode 54a and the upper transparent electrode 54b, the refractive index can be controlled by the voltage applied thereto. In general, the refractive index of liquid crystal changes by about 0.2.

次に、上述のように構成された第1の発明の波長変換レーザ装置20の動作について説明する。
まず、面発光レーザ素子22は、レーザ用ドライバ33によって駆動され、液晶セル30は、液晶セル制御回路32で電気的に制御される。上記面発光レーザ素子22の活性層42で発生した光は、面発光レーザ素子22の反射鏡である半導体DBR反射多層膜46と液晶セル30上の誘電体多層膜よりなる反射鏡56との間で共振器構造を作り、レーザ発振する(図1中の光共振器60に示す)。この状態で、液晶セル30に加える電圧を変えると、液晶セル30中の屈折率が変化するので光共振器60の長さ(光路長)が変わることになる。すると、光共振器60中のモード間隔が変わるので、レーザ発振波長も変わることになる。よって、液晶セル30に加える電圧を制御することで、レーザ光の波長が制御できることになる。
Next, the operation of the wavelength conversion laser device 20 of the first invention configured as described above will be described.
First, the surface emitting laser element 22 is driven by a laser driver 33, and the liquid crystal cell 30 is electrically controlled by a liquid crystal cell control circuit 32. The light generated in the active layer 42 of the surface emitting laser element 22 is transmitted between the semiconductor DBR reflecting multilayer film 46 which is a reflecting mirror of the surface emitting laser element 22 and the reflecting mirror 56 made of a dielectric multilayer film on the liquid crystal cell 30. Then, a resonator structure is formed and laser oscillation is performed (shown as an optical resonator 60 in FIG. 1). In this state, if the voltage applied to the liquid crystal cell 30 is changed, the refractive index in the liquid crystal cell 30 changes, so that the length (optical path length) of the optical resonator 60 changes. Then, since the mode interval in the optical resonator 60 changes, the laser oscillation wavelength also changes. Therefore, the wavelength of the laser beam can be controlled by controlling the voltage applied to the liquid crystal cell 30.

ちなみに、液晶58の部分の厚さを10μm、液晶58の屈折率変化を0.2とした場合には、共振器長は、2μm(=10μm×0.2)可変できることになる。この可変長は、液晶58の厚さ(液晶用スペーサ厚)を変えることや、屈折率異方性が高い材料のものを選ぶことで、変えることができる。
しかし、この状態のままだと、多モード発振しており(図5(A))、非線形光学素子26の波長変換効率が良くない。そのため、波長選択フィルタ24を設け、非線形光学素子26の変換波長に合った波長だけをピックアップできるようにしている(図5(B)及び図5(C))。すなわち、面発光レーザ素子22は、図5(C)に示す単一波長のレーザ光を発振することができる。
Incidentally, when the thickness of the liquid crystal 58 is 10 μm and the change in the refractive index of the liquid crystal 58 is 0.2, the resonator length can be varied by 2 μm (= 10 μm × 0.2). This variable length can be changed by changing the thickness of the liquid crystal 58 (liquid crystal spacer thickness) or selecting a material having a high refractive index anisotropy.
However, in this state, multimode oscillation occurs (FIG. 5A), and the wavelength conversion efficiency of the nonlinear optical element 26 is not good. For this reason, a wavelength selection filter 24 is provided so that only wavelengths that match the conversion wavelength of the nonlinear optical element 26 can be picked up (FIGS. 5B and 5C). That is, the surface emitting laser element 22 can oscillate laser light having a single wavelength shown in FIG.

また高効率の波長変換を求めると、非線形光学素子26には、PPLN等の擬似位相整合非線形光学素子を使用するのが好ましい。しかし、このPPLN等の擬似位相整合非線形光学素子は、波長許容度が非常に狭いため(0.1nm・cm程度、素子長2mm程度ならば0.5nm程度)、面発光レーザ素子22の波長安定化が必要になる。そこで、面発光レーザ素子22の発振波長が環境変化等で、変わっても液晶セル30の屈折率を変化させることによって共振器長を調整し、これによって発振波長が調整されて、波長安定化を図ることができる。換言すれば、環境変化等によって、図5(A)に示す多モード発振のスペクトルの振動波長が変化すると、波長選択フィルタ24にて取り出していたレーザ光の波長が変動したり、或いは取り出せなくなってしまうが、このような場合に、上記液晶セル30にて上記波長の変動を相殺するように屈折率を調整し、すなわち共振器長を調整し、これにより発振波長を安定化することができる。   When high-efficiency wavelength conversion is required, it is preferable to use a quasi phase matching nonlinear optical element such as PPLN for the nonlinear optical element 26. However, the quasi phase matching nonlinear optical element such as PPLN has a very narrow wavelength tolerance (about 0.1 nm · cm, and about 0.5 nm if the element length is about 2 mm), so that the wavelength stability of the surface emitting laser element 22 is stabilized. Needs to be made. Therefore, even if the oscillation wavelength of the surface emitting laser element 22 changes due to an environmental change or the like, the resonator length is adjusted by changing the refractive index of the liquid crystal cell 30, thereby adjusting the oscillation wavelength and stabilizing the wavelength. Can be planned. In other words, if the oscillation wavelength of the spectrum of the multimode oscillation shown in FIG. 5A changes due to an environmental change or the like, the wavelength of the laser light extracted by the wavelength selection filter 24 may change or cannot be extracted. However, in such a case, the refractive index is adjusted so as to cancel out the fluctuation of the wavelength in the liquid crystal cell 30, that is, the resonator length is adjusted, and thereby the oscillation wavelength can be stabilized.

<第2の発明>
次に第2の本発明に係る多波長レーザ装置について説明する。
先の第1の発明では、1つの面発光レーザ素子を設けた波長変換レーザ装置から特定の安定した波長のレーザ光を取り出すことを目的としたが、この第2の発明では、複数の面発光レーザ素子を有する多波長レーザ装置において、波長可変部と波長選択フィルタ部を組み合わせることで、個々の面発光レーザ素子を異なる波長で発振させることを目的としている。
<Second invention>
Next, a multiwavelength laser apparatus according to the second aspect of the present invention will be described.
In the first invention, the object is to extract a laser beam having a specific stable wavelength from a wavelength conversion laser device provided with one surface emitting laser element. In the second invention, a plurality of surface emitting devices are used. In a multi-wavelength laser device having a laser element, an object is to oscillate individual surface emitting laser elements at different wavelengths by combining a wavelength variable section and a wavelength selection filter section.

図6は第2の発明に係る多波長レーザ装置を示す断面斜視図、図7は図6に示す多波長レーザ装置の上面図、図8は第2の発明における面発光レーザ素子アレイユニットを示す拡大断面図、図9は第2の発明における波長選択用液晶セルユニットを構成する1つの波長選択用液晶セルを示す拡大断面図、図10は波長選択用液晶セルの動作を説明する動作説明図、図11は波長可変液晶セルユニットの動作を説明する動作説明図、図12は多モード発振から特定の波長のレーザ光を選択する原理を説明するための原理説明図である。尚、ここでは図1〜図5に示す先の第1の発明の構成部材と同一構成部材に関しては同一の参照符号を付す。   6 is a cross-sectional perspective view showing a multi-wavelength laser device according to the second invention, FIG. 7 is a top view of the multi-wavelength laser device shown in FIG. 6, and FIG. 8 shows a surface emitting laser element array unit according to the second invention. FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view, FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing one wavelength selection liquid crystal cell constituting the wavelength selection liquid crystal cell unit in the second invention, and FIG. 10 is an operation explanatory view for explaining the operation of the wavelength selection liquid crystal cell. FIG. 11 is an operation explanatory view for explaining the operation of the wavelength tunable liquid crystal cell unit, and FIG. 12 is a principle explanatory view for explaining the principle of selecting laser light of a specific wavelength from multimode oscillation. Here, the same reference numerals are assigned to the same constituent members as those of the first invention shown in FIGS.

この多波長レーザ装置62は、面発光レーザ素子22よりなるレーザピクセルPxを複数個縦横にマトリクス状(アレイ状)に配列してなる面発光レーザ素子アレイユニット64と、無反射膜28と、内部に液晶が封止された波長選択用液晶セルを上記レーザピクセルPxに対応させて複数個設けてなる波長選択用液晶セルユニット68と、内部に液晶が封止された波長可変用液晶セル70を上記レーザピクセルPxに対応させて複数個設けてなる波長可変用液晶セルユニット72とを有しており、上記波長可変用液晶セルユニット72は第1の制御回路74に接続されて制御され、上記波長選択用液晶セル68は第2の制御回路76に接続されて制御される。ここでは波長λ1〜λ9の9種類の波長の異なったレーザ光を出力するために、一例として9個のレーザピクセルPxが設けられた場合を示している。   The multi-wavelength laser device 62 includes a surface-emitting laser element array unit 64 in which a plurality of laser pixels Px made of surface-emitting laser elements 22 are arranged in a matrix (array) vertically and horizontally, a non-reflective film 28, an internal A wavelength selection liquid crystal cell unit 68 in which a plurality of wavelength selection liquid crystal cells sealed with liquid crystal are provided in correspondence with the laser pixel Px, and a wavelength variable liquid crystal cell 70 in which liquid crystal is sealed is provided. A plurality of wavelength tunable liquid crystal cell units 72 provided in correspondence with the laser pixels Px, and the wavelength tunable liquid crystal cell units 72 are connected to and controlled by a first control circuit 74; The wavelength selection liquid crystal cell 68 is connected to and controlled by the second control circuit 76. Here, a case where nine laser pixels Px are provided is shown as an example in order to output nine types of laser light having wavelengths λ1 to λ9.

具体的には、この多波長レーザ装置62の全体は、回路基板34上に設けられており、上記面発光レーザ素子アレイユニット64が台座36によって上記回路基板34上に密着固定されている。ここで上記各面発光レーザ素子22自体は、各々同一の波長モードで発振している。また上記各面発光レーザ素子22は、これらに個別に設けた面発光用レーザドライバ33によって各レーザピクセルPx毎、すなわち各面発光レーザ素子22毎に独立して個別制御できるようになっている。   Specifically, the entire multi-wavelength laser device 62 is provided on the circuit board 34, and the surface-emitting laser element array unit 64 is tightly fixed on the circuit board 34 by a pedestal 36. Here, the surface emitting laser elements 22 themselves oscillate in the same wavelength mode. The surface emitting laser elements 22 can be individually controlled for each laser pixel Px, that is, for each surface emitting laser element 22, by a surface emitting laser driver 33 provided individually.

また上記波長選択用液晶セルユニット68では、上記各レーザピクセルPxに対応させて設けられた波長選択用液晶セル66が複数個配置されており、上記第2の制御回路76からは上記各波長選択用液晶セル66へ配線78(図7参照)が延びて、各波長選択用液晶セル66を個別に、すなわち各レーザピクセルPx毎に独立制御できるようになっている。
また上記波長可変用液晶セルユニット72では、上記各レーザピクセルPxに対応させて設けられた波長選択用液晶セル70が複数個配置されており、上記第1の制御回路74からは上記各波長可変用液晶セル70へ配線80(図7参照)が延びて、各波長可変用液晶セル70を個別に、すなわち各レーザピクセルPx毎に独立制御できるようになっている。
In the wavelength selection liquid crystal cell unit 68, a plurality of wavelength selection liquid crystal cells 66 provided in correspondence with the laser pixels Px are arranged, and the second control circuit 76 supplies the wavelength selection liquid crystal cells 66. A wiring 78 (see FIG. 7) extends to the liquid crystal cell 66, and each wavelength selection liquid crystal cell 66 can be controlled individually, that is, independently for each laser pixel Px.
The wavelength-tunable liquid crystal cell unit 72 includes a plurality of wavelength-selective liquid crystal cells 70 corresponding to the laser pixels Px. The first control circuit 74 supplies the wavelength-variable liquid crystal cells 70. Wiring 80 (see FIG. 7) is extended to the liquid crystal cell 70, and each wavelength variable liquid crystal cell 70 can be controlled individually, that is, independently for each laser pixel Px.

上記面発光レーザ素子アレイユニット64では、上述のようにアレイ状に配置された複数の面発光レーザ素子22を有しており、各面発光レーザ素子22は基本的に第1の発明の構造と同様に構成されている。ただし、ここでは各層を構成する材料を以下のように変えている。
具体例を示すと、図8に示すように、半導体基板38をu−InP、導電層40をn−InP、活性層42をInGaAsP/InPのMQWである多重量子井戸(例えば波長1550nm)、スペーサ層44をu−InP、分布ブラッグ反射鏡としての半導体DBR反射多層膜46をp−(InGaAsP/InP)の多層膜(反射率99.9 %以上)、第1電極48をp型オーミック電極(AuZnNi等)、第2電極50をn型オーミック電極(AuGeNi等)でそれぞれ構成できる。その他、短波長半導体レーザに使われている材料のGaAs系やInGaAs系のもの等、他の半導体レーザに使われている材料も適用できる。この各面発光レーザ素子22の作製手順は、一般に広く用いられている面発光レーザの作製手順と同じなので、説明は省略する。
The surface emitting laser element array unit 64 has a plurality of surface emitting laser elements 22 arranged in an array as described above, and each surface emitting laser element 22 basically has the structure of the first invention. It is constituted similarly. However, the material which comprises each layer is changed as follows here.
More specifically, as shown in FIG. 8, the semiconductor substrate 38 is u-InP, the conductive layer 40 is n-InP, the active layer 42 is an InGaAsP / InP MQW (for example, wavelength 1550 nm), spacers The layer 44 is u-InP, the semiconductor DBR reflective multilayer film 46 as a distributed Bragg reflector is a p- (InGaAsP / InP) multilayer film (reflectance of 99.9% or more), and the first electrode 48 is a p-type ohmic electrode ( AuZnNi or the like) and the second electrode 50 can be configured by n-type ohmic electrodes (AuGeNi or the like), respectively. In addition, materials used for other semiconductor lasers such as GaAs-based and InGaAs-based materials used for short wavelength semiconductor lasers can also be applied. The manufacturing procedure of each surface emitting laser element 22 is the same as the manufacturing procedure of a surface emitting laser that is generally widely used, and thus the description thereof is omitted.

次に、可変波長選択用液晶セル66の動作について説明する。ここで波長選択用液晶セルユニット68を構成する各波長選択用液晶セル66は同じ構造なので、ここでは1つの波長選択用液晶セル66を取り出して、図9を参照して説明する。
この波長選択用液晶セル66は、下面ガラス基板(第1の透明基板)82aと上面ガラス基板(第2の透明基板)82bとを有している。下面ガラス基板82aの一面は上記無反射28側に接続される。そして、この下面ガラス基板82aの他面には、誘電体多層膜よりなる反射鏡84が形成されている。この誘電体多層膜は、例えばSiO 膜84aとTiO 膜84bとを交互に積層することにより形成されている。そして、この反射鏡84の表面には、例えばITOよりなる下面透明電極(第1の透明電極)88aが形成されている。
Next, the operation of the variable wavelength selection liquid crystal cell 66 will be described. Here, since each wavelength selection liquid crystal cell 66 constituting the wavelength selection liquid crystal cell unit 68 has the same structure, one wavelength selection liquid crystal cell 66 is taken out and described with reference to FIG.
The wavelength selecting liquid crystal cell 66 has a lower glass substrate (first transparent substrate) 82a and an upper glass substrate (second transparent substrate) 82b. One surface of the lower glass substrate 82a is connected to the non-reflective 28 side. A reflecting mirror 84 made of a dielectric multilayer film is formed on the other surface of the lower glass substrate 82a. This dielectric multilayer film is formed by, for example, alternately laminating SiO 2 films 84a and TiO 2 films 84b. A lower transparent electrode (first transparent electrode) 88a made of, for example, ITO is formed on the surface of the reflecting mirror 84.

また上記上面ガラス基板82bの一面には、誘電体多層膜よりなる反射鏡90が形成されている。この誘電体多層膜は、例えばSiO 膜90aとTiO 膜90bとを交互に積層することにより形成されている。そして、この反射鏡90の表面には、例えばITOよりなる上面透明電極(第2の透明電極)88bが形成されている。
そして、上記下面ガラス基板82aと上面ガラス基板82bとは、下面透明電極88aと上面透明電極88bとが対向するように貼り合わせられ、その間に液晶92を封止している。この封止は、上記両透明電極88a、88bの周辺部にスペーサ混入の接着剤94を介在させることにより行っている。
A reflecting mirror 90 made of a dielectric multilayer film is formed on one surface of the upper glass substrate 82b. This dielectric multilayer film is formed by, for example, alternately laminating SiO 2 films 90a and TiO 2 films 90b. An upper surface transparent electrode (second transparent electrode) 88b made of, for example, ITO is formed on the surface of the reflecting mirror 90.
The lower glass substrate 82a and the upper glass substrate 82b are bonded so that the lower transparent electrode 88a and the upper transparent electrode 88b face each other, and the liquid crystal 92 is sealed therebetween. This sealing is performed by interposing a spacer mixed adhesive 94 around the transparent electrodes 88a and 88b.

上記液晶92は、下面ガラス基板82aの面に対して、水平又は垂直方向又はこれらの中間的な傾きに配向させてある。この液晶92の配向のために、例えば配向膜(図示せず)が両透明電極88a、88bの液晶と接する側にそれぞれ設けられている。
ここでは図6に示すように下面及び上面の両ガラス基板82a、82bを含む上記各反射鏡84、90は、各波長選択用液晶セル66に関して共通に形成されている。
The liquid crystal 92 is aligned in the horizontal or vertical direction or an intermediate inclination with respect to the surface of the lower glass substrate 82a. For alignment of the liquid crystal 92, for example, an alignment film (not shown) is provided on each of the transparent electrodes 88a and 88b on the side in contact with the liquid crystal.
Here, as shown in FIG. 6, the reflecting mirrors 84 and 90 including both the lower and upper glass substrates 82 a and 82 b are formed in common with respect to the wavelength selection liquid crystal cells 66.

次に、この波長選択用液晶セル66の動作について説明する。この動作の説明図を図10に示す。この波長選択用液晶セル66は任意の波長のレーザ光のみを透過する波長選択フィルタとして機能するものであり、上述したように下面ガラス基板82aと上面ガラス基板82bには、それぞれ誘電体多層膜よりなる反射鏡84、90があり、その間に液晶92が封止してある。上記原理により、この液晶92の屈折率を、これに加わる電界を制御することで変化させると、エタロンと同じ効果が発生し、液晶92の光学的ギャップに相当する波長のレーザ光のみを透過できるようになる。すなわち、図10に示すように、印加電圧を制御すると、フィルタ特性が変化してこれを透過するレーザ光の波長が例えばλ1〜λ3の間で変化することになる。よって、この波長選択用液晶セル66に掛ける電圧を制御すれば、上述したように任意の波長のレーザ光のみ透過する波長選択フィルタとして動作することになる。   Next, the operation of the wavelength selecting liquid crystal cell 66 will be described. An explanatory diagram of this operation is shown in FIG. The wavelength selection liquid crystal cell 66 functions as a wavelength selection filter that transmits only laser light of an arbitrary wavelength. As described above, the lower glass substrate 82a and the upper glass substrate 82b are each made of a dielectric multilayer film. There are reflecting mirrors 84 and 90, and a liquid crystal 92 is sealed between them. When the refractive index of the liquid crystal 92 is changed by controlling the electric field applied to the liquid crystal 92 based on the above principle, the same effect as the etalon is generated, and only laser light having a wavelength corresponding to the optical gap of the liquid crystal 92 can be transmitted. It becomes like this. That is, as shown in FIG. 10, when the applied voltage is controlled, the filter characteristics change, and the wavelength of the laser light that passes through the filter characteristics changes between λ1 and λ3, for example. Therefore, if the voltage applied to the wavelength selection liquid crystal cell 66 is controlled, it operates as a wavelength selection filter that transmits only laser light of an arbitrary wavelength as described above.

尚、上記波長可変用液晶セルユニット72における各波長可変用液晶セル70の構成は、第1の発明の液晶セル70(図3参照)及び動作原理(図4参照)と全く同じなので、ここではその説明を省略する。ここでも下面及び上面の両ガラス基板(第1及び第2の透明基板)52a、52bを含む反射鏡(第2の反射膜)56は、各波長可変用液晶セル70に関して共通に形成されている。   The configuration of each wavelength variable liquid crystal cell 70 in the wavelength variable liquid crystal cell unit 72 is exactly the same as the liquid crystal cell 70 (see FIG. 3) and the operation principle (see FIG. 4) of the first invention. The description is omitted. Here again, the reflecting mirror (second reflecting film) 56 including the glass substrates (first and second transparent substrates) 52 a and 52 b on the lower surface and the upper surface is formed in common with respect to each wavelength variable liquid crystal cell 70. .

次に、上述のように構成された第2の発明の多波長レーザ装置62の動作について説明する。
この時の動作波形を図11と図12に示す。面発光レーザ素子アレイユニット64の各面発光レーザ素子22は、各面発光用レーザドライバ33によって各レーザピクセルPx毎に独立に駆動される。また波長選択用液晶セルユニット68の各波長選択用液晶セル66は、第2の制御回路76により各セル毎に制御される。また同様に、波長可変液晶セルユニット72の各波長可変用セル70は、第1の制御回路74により各セル毎に制御される。
Next, the operation of the multiwavelength laser device 62 of the second invention configured as described above will be described.
The operation waveforms at this time are shown in FIGS. Each surface emitting laser element 22 of the surface emitting laser element array unit 64 is driven independently for each laser pixel Px by each surface emitting laser driver 33. Each wavelength selection liquid crystal cell 66 of the wavelength selection liquid crystal cell unit 68 is controlled for each cell by the second control circuit 76. Similarly, each wavelength variable cell 70 of the wavelength variable liquid crystal cell unit 72 is controlled by the first control circuit 74 for each cell.

ここで1つのレーザピクセルPxに注目して見ると、面発光レーザ素子22の活性層42で発生した光は、反射鏡である半導体DBR反射多層膜46と波長可変用液晶セルユニット72の波長可変用液晶セル70中の反射膜56との間で光共振器構造を作り、レーザ光を発振する。このような面発光レーザでは上記光共振器構造は外部共振器構造となり、多モード発振することになる。この状態で、波長可変用液晶セル70に加える電圧を変えると波長可変用液晶セル70中の液晶の屈折率が変化するので共振器の長さが変わることになる。すると、共振器中のモード間隔が変わるので、レーザ発振波長も変わることになる。この時の状態は図11に示されている。よって、波長可変用液晶セル70に掛ける電圧を制御することで、レーザ光の波長が制御できることになる。   Here, when attention is paid to one laser pixel Px, the light generated in the active layer 42 of the surface emitting laser element 22 is the wavelength tunable of the semiconductor DBR reflective multilayer film 46 which is a reflecting mirror and the wavelength tunable liquid crystal cell unit 72. An optical resonator structure is formed between the reflective film 56 in the liquid crystal cell 70 and the laser light is oscillated. In such a surface emitting laser, the optical resonator structure becomes an external resonator structure, and multimode oscillation occurs. In this state, if the voltage applied to the wavelength tunable liquid crystal cell 70 is changed, the refractive index of the liquid crystal in the wavelength tunable liquid crystal cell 70 is changed, so that the length of the resonator is changed. Then, since the mode interval in the resonator changes, the laser oscillation wavelength also changes. The state at this time is shown in FIG. Therefore, the wavelength of the laser light can be controlled by controlling the voltage applied to the wavelength variable liquid crystal cell 70.

ちなみに、液晶58の部分の厚さを10μm、液晶58の屈折率変化を0.2とした場合に、共振器長は2μm(=10μm×0.2)可変できることになる。可変長は、液晶58の厚さ(液晶用スペーサ厚)を変えることや、屈折率異方性が高い材料のものを選ぶことで、変えることができる。
しかし、この状態のままだと、光共振器は外部共振器構造となっていることから多モード発振しており(図12(A)参照)、そのため、波長選択フィルタの機能を有する波長選択用液晶セル66を設け、目的の波長に合ったレーザ光だけをピックアップできるようにしている(図12(C)参照)。
Incidentally, when the thickness of the liquid crystal 58 is 10 μm and the change in the refractive index of the liquid crystal 58 is 0.2, the resonator length can be varied by 2 μm (= 10 μm × 0.2). The variable length can be changed by changing the thickness of the liquid crystal 58 (liquid crystal spacer thickness) or selecting a material having a high refractive index anisotropy.
However, in this state, since the optical resonator has an external resonator structure, it oscillates in a multimode (see FIG. 12A). Therefore, for wavelength selection having the function of a wavelength selection filter. A liquid crystal cell 66 is provided so that only laser light having a target wavelength can be picked up (see FIG. 12C).

波長可変の手順としては、波長選択用液晶セル66の電圧を制御し、目的の波長にチューニングし、次に波長可変用液晶セル70の電圧を制御し、選択された波長のレーザ光が通るように調整する。この操作を面発光レーザ素子アレイユニット64の各レーザピクセル毎に行えば、波長の異なる任意の波長のレーザ光を任意の位置で出すことができる。
この多波長レーザ装置62は、例えば通信用の波長多重通信(WDM)用の多波長レーザ光源に適用できる。
As a wavelength tuning procedure, the voltage of the wavelength selection liquid crystal cell 66 is controlled and tuned to a target wavelength, and then the voltage of the wavelength tuning liquid crystal cell 70 is controlled so that the laser light of the selected wavelength passes. Adjust to. If this operation is performed for each laser pixel of the surface emitting laser element array unit 64, laser light having an arbitrary wavelength with different wavelengths can be emitted at an arbitrary position.
The multi-wavelength laser device 62 can be applied to, for example, a multi-wavelength laser light source for communication wavelength division multiplexing (WDM).

第1の発明に係る波長変換レーザ装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the wavelength conversion laser apparatus which concerns on 1st invention. 第1の発明における面発光レーザ素子を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the surface emitting laser element in 1st invention. 第1の発明における液晶セルを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the liquid crystal cell in 1st invention. 第1の発明における液晶セルの動作を説明する動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing explaining operation | movement of the liquid crystal cell in 1st invention. 第1の発明における波長選択フィルタでレーザ光の波長を選択する原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle which selects the wavelength of a laser beam with the wavelength selection filter in 1st invention. 第2の発明に係る多波長レーザ装置を示す断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view which shows the multiwavelength laser apparatus based on 2nd invention. 図6に示す多波長レーザ装置の上面図である。FIG. 7 is a top view of the multiwavelength laser device shown in FIG. 6. 第2の発明における面発光レーザ素子アレイユニットを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the surface emitting laser element array unit in 2nd invention. 第2の発明における波長選択用液晶セルユニットを構成する1つの波長選択用液晶セルを示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows one liquid crystal cell for wavelength selection which comprises the liquid crystal cell unit for wavelength selection in 2nd invention. 波長選択用液晶セルの動作を説明する動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing explaining operation | movement of the liquid crystal cell for wavelength selection. 波長可変液晶セルユニットの動作を説明する動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing explaining operation | movement of a wavelength variable liquid crystal cell unit. 多モード発振から特定の波長のレーザ光を選択する原理を説明するための原理説明図である。It is a principle explanatory drawing for demonstrating the principle which selects the laser beam of a specific wavelength from multimode oscillation. 従来の一般的な波長変換レーザ装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the conventional general wavelength conversion laser apparatus. 従来の多波長レーザ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the conventional multiwavelength laser apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

20…波長変換レーザ装置、22…面発光レーザ素子、24…波長選択フィルタ、26…非線形光学素子、30…液晶セル、32…液晶セル制御回路、38…半導体基板、40…導電層、42…活性層、46…半導体DBR反射多層膜(分布帰還型反射鏡:第1の反射膜)、48…第1電極、50…第2電極、52a…下面ガラス基板、52b…上面ガラス基板、54a…下面透明電極、54b…上面透明電極、56…反射鏡(第2の反射膜)、58…液晶、62…多波長レーザ装置、64…面発光レーザ素子アレイユニット、66…波長選択用液晶セル、68…波長選択用液晶セルユニット、70…波長可変用液晶セル、72…波長可変用液晶セルユニット、74…第1の制御回路、76…第2の制御回路、82a…下面ガラス基板、82b…上面ガラス基板。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Wavelength conversion laser apparatus, 22 ... Surface emitting laser element, 24 ... Wavelength selection filter, 26 ... Nonlinear optical element, 30 ... Liquid crystal cell, 32 ... Liquid crystal cell control circuit, 38 ... Semiconductor substrate, 40 ... Conductive layer, 42 ... Active layer 46... Semiconductor DBR reflective multilayer film (distributed feedback type reflection mirror: first reflective film) 48... First electrode 50... Second electrode 52 a. Lower transparent electrode, 54b ... Upper transparent electrode, 56 ... Reflector (second reflective film), 58 ... Liquid crystal, 62 ... Multi-wavelength laser device, 64 ... Surface emitting laser element array unit, 66 ... Liquid crystal cell for wavelength selection, 68 ... wavelength selection liquid crystal cell unit, 70 ... wavelength variable liquid crystal cell, 72 ... wavelength variable liquid crystal cell unit, 74 ... first control circuit, 76 ... second control circuit, 82a ... bottom glass substrate, 82 ... top glass substrate.

Claims (2)

波長変換レーザ装置において、
一面側から第1の波長を有する第1のレーザ光を外側に出射し、他面側に前記一面側からの前記第1のレーザ光を反射する第1の反射膜を有する面発光レーザ素子と、
前記第1のレーザ光の出射方向に、波長選択フィルタと、非線形光学素子と、液晶セルとをこの順に備え、
前記波長フィルタは、前記第1の波長を含む所定範囲の波長のレーザ光を透過し、
前記非線形光学素子は、前記波長選択フィルタを透過した前記第1のレーザ光の一部を、前記第1の波長に応じた波長であり該第1の波長とは異なる波長である第2の波長を有する第2のレーザ光に変換し、
前記液晶セルは、
前記第1のレーザ光の出射方向に、第1の透明基板と、該第1の透明基板と間隙を有して配置された第2の透明基板とをこの順に備え、
前記第1の透明基板は、前記非線形光学素子を透過した前記第1のレーザ光及び前記第2のレーザ光が入射する側とは反対側に第1の透明電極を有し、
前記間隙は、液晶で充填され、
前記第2の透明基板は、前記液晶を透過した前記第1のレーザ光及び前記第2のレーザ光が入射する側に第2の透明電極と、前記第1のレーザ光を反射し前記第2のレーザ光を透過する第2の反射膜とがこの順序で配置され、
前記第1の透明電極及び前記第2の透明電極に電気的に接続された液晶セル制御回路を有し、
前記第1のレーザ光は、前記第1の反射膜と前記第2の反射膜との間で共振すると共に、前記液晶セル制御回路から前記液晶へ印加される電圧を前記液晶セル制御回路で調整して前記液晶の屈折率を制御することによって前記第1の波長を調整され、
前記第2のレーザ光は、前記液晶セルを透過して外部に出射される構成としたことを特徴とする波長変換レーザ装置。
In the wavelength conversion laser device,
A surface emitting laser element having a first reflecting film that emits a first laser beam having a first wavelength from one surface side to the outside and reflects the first laser light from the one surface side to the other surface side; ,
In the emission direction of the first laser light, a wavelength selection filter, a nonlinear optical element, and a liquid crystal cell are provided in this order,
The wavelength filter transmits laser light having a predetermined range of wavelengths including the first wavelength,
The nonlinear optical element has a second wavelength which is a wavelength corresponding to the first wavelength and a wavelength different from the first wavelength, with a part of the first laser light transmitted through the wavelength selection filter. Converted into a second laser beam having
The liquid crystal cell is
A first transparent substrate in the emission direction of the first laser light, and a second transparent substrate disposed in this order with a gap from the first transparent substrate,
The first transparent substrate has a first transparent electrode on a side opposite to a side on which the first laser light and the second laser light transmitted through the nonlinear optical element are incident,
The gap is filled with liquid crystal,
The second transparent substrate reflects a second transparent electrode on the side on which the first laser light and the second laser light that have passed through the liquid crystal are incident, and the second laser light to reflect the second laser light. And a second reflective film that transmits the laser light of
A liquid crystal cell control circuit electrically connected to the first transparent electrode and the second transparent electrode;
The first laser light resonates between the first reflective film and the second reflective film, and a voltage applied from the liquid crystal cell control circuit to the liquid crystal is adjusted by the liquid crystal cell control circuit. The first wavelength is adjusted by controlling the refractive index of the liquid crystal,
The wavelength conversion laser device, wherein the second laser light is configured to be transmitted through the liquid crystal cell and emitted to the outside.
多波長レーザ装置において、
一面側から第1の波長を有するレーザ光を外側に出射し他面側に前記一面側からの前記レーザ光を反射する第1の反射膜を有する面発光レーザ素子と、前記レーザ光の出射方向に、波長選択用液晶セルと、波長可変用液晶セルとをこの順に備えたレーザピクセルが複数個配置され、
前記波長選択用液晶セルは、
前記レーザ光の出射方向に、第1の透明基板と、該第1の透明基板と間隙を有して配置された第2の透明基板とをこの順に備え、
前記第1の透明基板は、前記面発光レーザ素子から出射された前記レーザ光が入射する側とは反対側に第1の透明電極を有し、
前記間隙は、液晶で充填され、
前記第2の透明基板は、該液晶を透過した前記レーザ光が入射する側に第2の透明電極を有し、
前記第1の透明電極及び前記第2の透明電極に電気的に接続された第1の液晶セル制御回路を有し、
前記波長可変用液晶セルは、
前記レーザ光の出射方向に、第3の透明基板と、該第3の透明基板と間隙を有して配置された第2の透明基板とをこの順に備え、
前記第3の透明基板は、前記波長選択用液晶セルを透過した前記レーザ光が入射する側とは反対側に第3の透明電極を有し、
前記間隙は、液晶で充填され、
前記第4の透明基板は、該液晶を透過した前記レーザ光が入射する側に第4の透明電極と前記レーザ光の一部を反射する第2の反射膜とがこの順序で配置され、
前記第3の透明電極及び前記第4の透明電極に電気的に接続された第2の液晶セル制御回路を有し、
前記レーザピクセル毎に、前記各レーザ光は、前記第1の反射膜と前記第2の反射膜との間でそれぞれ共振すると共に、前記第2の液晶セル制御回路により前記第2の液晶への印加電圧を調整して前記各第2の液晶の屈折率をそれぞれ個別に制御することによって前記第1の波長をそれぞれ所定の波長とされ、
該所定の波長とされた前記各レーザ光は、前記レーザピクセル毎に、前記第1の液晶セル制御回路により前記第1の液晶への印加電圧を調整して前記各第1の液晶の屈折率をそれぞれ個別に制御することによって選択され、
前記選択されたレーザ光は、前記波長可変用液晶セルを透過して外部に出射される構成としたことを特徴とする多波長レーザ装置。

In a multi-wavelength laser device,
A surface emitting laser element having a first reflective film that emits laser light having a first wavelength from one surface side to the outside and reflects the laser light from the one surface side to the other surface side, and an emission direction of the laser light In addition, a plurality of laser pixels provided with a wavelength selection liquid crystal cell and a wavelength variable liquid crystal cell in this order are arranged,
The wavelength selection liquid crystal cell is:
A first transparent substrate, and a second transparent substrate disposed in this order with a gap from the first transparent substrate in the laser light emitting direction,
The first transparent substrate has a first transparent electrode on a side opposite to a side on which the laser light emitted from the surface emitting laser element is incident,
The gap is filled with liquid crystal,
The second transparent substrate has a second transparent electrode on a side on which the laser light transmitted through the liquid crystal is incident,
A first liquid crystal cell control circuit electrically connected to the first transparent electrode and the second transparent electrode;
The wavelength-tunable liquid crystal cell is
A third transparent substrate and a second transparent substrate arranged with a gap with the third transparent substrate in the laser light emitting direction in this order,
The third transparent substrate has a third transparent electrode on the side opposite to the side on which the laser beam transmitted through the wavelength selection liquid crystal cell is incident,
The gap is filled with liquid crystal,
In the fourth transparent substrate, a fourth transparent electrode and a second reflective film that reflects a part of the laser light are arranged in this order on the side on which the laser light transmitted through the liquid crystal is incident.
A second liquid crystal cell control circuit electrically connected to the third transparent electrode and the fourth transparent electrode;
For each laser pixel, each of the laser beams resonates between the first reflective film and the second reflective film, and is transmitted to the second liquid crystal by the second liquid crystal cell control circuit. By adjusting the applied voltage and individually controlling the refractive index of each of the second liquid crystals, the first wavelength is set to a predetermined wavelength,
The laser light having the predetermined wavelength is adjusted for each laser pixel by adjusting the voltage applied to the first liquid crystal by the first liquid crystal cell control circuit, and the refractive index of each first liquid crystal. Are selected by controlling each individually,
The multi-wavelength laser apparatus characterized in that the selected laser beam is transmitted through the wavelength variable liquid crystal cell and emitted to the outside.

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CN112202049A (en) * 2020-09-30 2021-01-08 中国科学院半导体研究所 Vertical cavity surface emitting laser based on liquid crystal regulation and control and preparation method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009267037A (en) * 2008-04-24 2009-11-12 Hitachi Ltd Semiconductor laser device
CN112202049A (en) * 2020-09-30 2021-01-08 中国科学院半导体研究所 Vertical cavity surface emitting laser based on liquid crystal regulation and control and preparation method thereof
CN112202049B (en) * 2020-09-30 2022-08-30 中国科学院半导体研究所 Vertical cavity surface emitting laser based on liquid crystal regulation and control and preparation method thereof

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