JP2007266532A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ペルチェ素子を用いることなく、温度変化に対して発振波長が変動しない半導体レーダ装置を得る。
【解決手段】レーザ光の出射端面１１１を有するファブリペロレーザ１１と、ファブリペロレーザ１１からのレーザ光を少なくとも集光するコリメートレンズ１２と、コリメートレンズ１２により集光されたレーザ光の焦点を少なくとも調整する調整レンズ１４と、調整レンズ１４を支持すると共に、反射面１３１を有し、反射面１３１とファブリペロレーザ１１の出射端面１１１との間で共振器長Ｌｅｘを発生させる支持台１３と、ファブリペロレーザ１１からのレーザ光のうち、支持台１３により発生させた共振器長Ｌｅｘに基づいて選択されるレーザ光を変調する外部変調器１６と、を含む。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、半導体レーザ装置に関するものである。

近年、光通信等の大容量化に伴い、実装面積や消費電力等の低減を図るため、温度変化に対して発振波長が変動しない半導体レーザの開発が行われている。
このような状況下において、従来、半導体レーザをペルチェ冷却素子上に搭載し、この素子に電流を常に流して温度が一定になるように制御している。具体的には、従来の光送信器は、ファブリペロレーザ、光ファイバ回折格子および電界吸収型外部変調器を含んで構成されている。そして、ファブリペロレーザの高反射率端面と光ファイバ回折格子との間でレーザ共振器が構成され、そのレーザ共振器が、光ファイバ回折格子の反射波長によって決まる一定の波長でレーザ共振するレーザ光源を有する。さらに、ファブリペロレーザの温度は、ペルチェクーラにより一定に保たれている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−１６７０８９号公報（段落００１４、００２２参照）

しかしながら、ペルチェ素子は、半導体レーザよりも、サイズや消費電力が大きいため、上記ペルチェクーラを用いてファブリペロレーザの温度を一定に保ったとしても、実装面積や消費電力等の低減を図れないこととなっていた。このため、ペルチェ素子を使用することなく、温度変化に対して発振波長が変動しない半導体レーダ装置を用いることが望まれている。
そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ペルチェ素子を用いることなく、温度変化に対して発振波長が変動しない半導体レーダ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、レーザ光の出射端面を有するファブリペロレーザと、上記ファブリペロレーザからのレーザ光を少なくとも集光する集光レンズと、上記集光レンズにより集光されたレーザ光の焦点を少なくとも調整する調整レンズと、上記調整レンズを支持すると共に、反射面を有し、上記反射面と上記ファブリペロレーザの上記出射端面との間で共振器長を発生させる支持台と、上記ファブリペロレーザからのレーザ光のうち、上記支持台により発生させた共振器長に基づいて選択されるレーザ光を変調する変調器と、を含む。

本発明によれば、ペルチェ素子を用いることなく、温度変化に対して発振波長が変動しない半導体レーダ装置を提供することができる。
ファブリペロレーザの出射端面と支持台の反射面との間で発生される共振器長の長さが比較的短いので、温度による波長変化を受けにくい半導体レーザ装置を提供することができる。

図１Ａは本発明の実施の形態に係る半導体レーザ装置１００を示す上面図、図１Ｂは図１Ａの半導体レーザ装置１００を示すｚ軸断面図である。
図１Ａおよび図１Ｂにおいて、半導体レーザ装置１００は、ファブリペロレーザ（以下「ＦＰレーザ」という）１１と外部変調器（単に変調器ともいう）１６とが集積されて形成されている。外部変調器１６は、例えば、電界吸収型光変調器である。そして、ＦＰレーザ１１と外部変調器１６との間には、ＦＰレーザ１１側からｚ軸方向に、コリメートレンズ（集光レンズ）１２、レンズ支持台（単に「支持台」ともいう）１３、ビーム調整レンズ１４およびコリメートレンズ１５が、それぞれ設けられている。
ＦＰレーザ１１およびコリメートレンズ１２は、シリコン基板２０上に設けられ、コリメートレンズ１５は、シリコン基板２１上に設けられている。また、外部変調器１６は、シリコン基板２２上に設けられている。そして、これらのシリコン基板２０、２１、２２が、固定台３０上に固定されている。固定台３０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは銅タングステン（ＣｕＷ）で形成されることが望ましい。このような材料を用いることにより、熱伝導率が高く、かつ熱膨張係数が半導体に近くなるからである。以下、上記半導体レーザ装置１００の構成を詳述する。

ＦＢレーザ１１は、複数の波長のレーザ光を発振させるためのものであり、図示しない光活性層やクラッド層を含んで構成されている。ＦＢレーザ１１は、ＦＢレーザ固有の複数の縦モードを有する。なお、ＦＢレーザ１１の総光学長をＬで表している。
コリメートレンズ１２は、その中心がＦＢレーザ１１の光活性層の位置になるように配置される。この配置は、コリメートレンズ１２とシリコン基板２０との位置決め（ｘｙ面）により、あらかじめ設定されている。具体的には、シリコン基板２０には、Ｖ溝が形成されており、そのＶ溝の形状が、コリメートレンズ１２の中心をＦＢレーザ１１の光活性層の位置に配置させるように形成されている。これにより、コリメートレンズ１２をシリコン基板２０のＶ溝に置くと、コリメートレンズ１２の中心が、ＦＢレーザ１１の光活性層の位置になるように配置されることになる。

レンズ支持台１３は、ビーム調整レンズ１４を支えるためのものであり、光の透過を妨げないもので構成されている。光アイソレータなどの光学部品がこれに用いられる。あるいは、透明ガラス材で形成されたブロック体がこれに用いられる。そして、本実施の形態では、レンズ支持台１３のＦＰレーザ１１側の端面１３１は、高反射率（例えば９０％以上）のＨＲ(High refection facet)面に形成されている。また、レンズ支持台１３の外部変調器１６側の端面１３２は、低反射率（例えば０．１％以下）のＡＲ(Anti-refection facet)面に形成されている。これにより、ＦＰレーザ部１１の出射端面とレンズ支持台１３の端面１３１との間でレーザ共振器が構成される。このレーザ共振器は、レーザ共振器固有の複数の縦モードを有する。なお、ここでのレーザ共振器の共振器長をＬｅｘで表している。

ビーム調整レンズ１４は、ＦＢレーザ１１から発振されたレーザ光の結合効率を高めるためのものである。ビーム調整レンズ１４の曲率半径（外部変調器１６側のみ）は、コリメートレンズ１２よりも十分に大きくなるようにする。これにより、コリメートレンズ１２等の位置ずれがあったとしても、ＦＢレーザ１１から発振されたレーザ光が適度に屈折され、そのレーザ光が外部変調器１６の導波路に効率よく入射することとなる。したがって、ＦＢレーザ１１等の位置精度のトレランスを大きくすることが可能となる。

外部変調器１６は、光を変調するためのものであり、図示しない光吸収層やクラッド層を含んで構成されている。外部変調器１６の両端面（ｚ軸方向）は、ＡＲ面に形成されている。なお、ビーム調整レンズ１４の片曲面（外部変調器１６側）の中心は、外部変調器１６の光吸収層の位置になるように配置される。

以上のように半導体レーザ１００装置を構成することにより、ＦＰレーザ１１の出射端面１１１とレンズ支持台１３の端面１３１との間で構成されるレーザ共振器が、レーザ共振器固有の複数の縦モードのうち、ＦＰレーザ１１の発振波長に最も近い縦モードで発振することとなる。このときの動作例を図２に示す。

図２の上段は、ＦＢレーザ１１の発振波長を示したものである。ここでは、ＦＢレーザ１１のレーザの発振波長をλ、ＦＢレーザの総光学長をＬ、反射係数をｎとすると、モード間隔Δλは、−λ^２／２ｎＬで表される。
図２の中段は、上記レーザ共振器の発振波長を示したものである。ここでは、上記レーザ共振器のレーザの発振波長をλ、上記レーザ共振器の総光学長をＬｅｘ、反射係数をｎとすると、モード間隔Δλは、−λ^２／２ｎＬｅｘで表される。
図２の下段は、ＦＢレーザ１１と上記レーザ共振器とにより構成された複合共振型レーザの発振波長を示したものである。複合共振型レーザは、ＦＰレーザ１１の発振波長に最も近い単一モードの波長になる。これにより、外部変調器１６には、図２の下段で示された単一モードのレーザ光が入射されることとなる。

したがって、図２の下段に示された単一モードのレーザ光が、図２の上段に示されたＦＢレーザ１１の発振波長に依存することとなる。よって、外部変調器１６でのバンドギャップ波長の温度変化（温度依存性４Å／℃）により影響を受けることなく、単一モードのレーザ光を得ることができる。
以上から、ペルチェ素子を用いることなく、温度変化に対して発振波長が変動しない半導体レーザ１００を得ることができる。
半導体レーザ１００は、ＦＰレーザ１１の出射端面１１１とレンズ支持台１３の端面１３１との間で発生される共振器長Ｌｅｘ（外部共振器長）の長さが比較的短いので、温度による波長変化を受けにくい。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られない。半導体レーザ１００の構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変更してもよい。例えば、シリコン基板２０のＶ溝の形状は、凹状にしてもよい。

本発明の実施の形態１に係るレーザ装置を示す上面図である。 図１Ａに示したレーザ装置のＸ軸上の断面図である。 図１のレーザ装置の発振波長の一例を示す図である。

符号の説明

１１ ファブリペロレーザ
１２ コリメートレンズ
１３ レンズ支持台
１４ ビーム調整レンズ
１５ コリメートレンズ
１６ 外部変調器
１１１ 出射端面
１３１ 端面

Claims (4)

1. レーザ光の出射端面を有するファブリペロレーザと、
   前記ファブリペロレーザからのレーザ光を少なくとも集光する集光レンズと、
   前記集光レンズにより集光されたレーザ光の焦点を少なくとも調整する調整レンズと、
   前記調整レンズを支持すると共に、反射面を有し、前記反射面と前記ファブリペロレーザの前記出射端面との間で共振器長を発生させる支持台と、
   前記ファブリペロレーザからのレーザ光のうち、前記支持台により発生させた共振器長に基づいて選択されるレーザ光を変調する変調器と、
   を含む半導体レーザ装置。
2. 前記支持台の反射面は、前記ファブリペロレーザ側の端面に有することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
3. 前記支持台の反射面は、反射率が９０％以上の高反射面であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ装置。
4. 前記変調器は、前記ファブリペロレーザの外部に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の半導体レーザ装置。

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