JP2009212479A - 固体光共振器付半導体レーザアレイ - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の波長のレーザ光を光ファイバに伝送させる光波長多重通信用の光送信器に使用する半導体レーザアレイを、簡単な冷却方法で安定した波長で発振させる事を目的としている。
【解決手段】 コア層４をクラッド層５ではさんだ構造の平面光伝送路の周囲の壁面に球面反射鏡６と回折格子７を形成した固体光共振器８の入出射面９に接続したリボンファイバ１８と、同一基板１上に半導体レーザ素子２を複数個等間隔で並べて形成した半導体レーザアレイ３の一方の端面に光学的に結合したリボンファイバ１９とを、光コネクタ２０で各々接続している。半導体レーザ素子２の一方の端面からのレーザ光２１はリボンファイバ１９を伝送されてもう一方のリボンファイバ１８に入り、固体光共振器８のコア層内で球面反射鏡６により並行光線になり、回折格子７で回折されてから再び球面反射鏡６で集光されて元の光ファイバに戻り、半導体レーザ素子２に戻って、その発振波長が決まる。
【選択図】図６

Description

この発明は、複数の波長のレーザ光を光ファイバに伝送させる光波長多重通信用の光送信器に使用する半導体レーザアレイに関するものである。
複数の波長のレーザ光を光ファイバに伝送させる光波長多重通信では、光源の発振波長の安定が必要であるから、半導体レーザ素子の内部に格子状の変化をつけたＤＦＢタイプが使用されている。しかし、ＤＦＢタイプは半導体レーザ素子自体の発熱により格子間隔が膨張し、発振波長が変動する欠点があるため、冷却装置で個別に冷却して波長を安定化しなければならない。ＣＡＴＶ局のように多数の光ファイバを管理している場所では、非常にたくさんの半導体レーザ素子があり、全ての半導体レーザ素子を冷却装置で個別に冷却するのはたいへん面倒であった。また、加入者側でも冷却装置の結露の問題から、ファンによる空冷程度の簡単な方法が望まれていた。
簡単な冷却方法で、安定した波長で発振する半導体レーザアレイを目的としている。
屈折率の大きいコア層を屈折率の小さいクラッド層ではさんだ構造の平面光伝送路の周囲の壁面に、球面反射鏡と回折格子を形成した固体光共振器の入出射面に接続したリボンファイバと、同一基板上に半導体レーザ素子を複数個等間隔で並べて形成した半導体レーザアレイの一方の端面に光学的に結合したリボンファイバとを、光コネクタで各々接続している。半導体レーザ素子の一方の端面からのレーザ光はリボンファイバを伝送されてもう一方のリボンファイバに入り、固体光共振器のコア層内で球面反射鏡により並行光線になり、回折格子で回折されてから再び球面反射鏡で集光されて元の光ファイバに戻る。このレーザ光が元の半導体レーザ素子に戻って、出力されるレーザ光の発振波長が決まる。半導体レーザアレイ内の半導体レーザ素子の発振波長は、固体光共振器に接続したリボンファイバ内のどの光ファイバと接続するかで決まる。
半導体レーザ素子の発振波長は自分自身の発熱による影響をほとんど受けず、固体光共振器の温度変化による格子間隔の変化しか影響を受けないから、ファンによる空冷程度で間に合う。
図１は同一基板上に半導体レーザ素子を３個等間隔で並べて形成した多半導体レーザアレイの斜視図である。
図２は屈折率の大きいコア層を屈折率の小さいクラッド層ではさんだ構造の平面光伝送路を２層積層し、周囲の壁面に球面反射鏡と回折格子を形成した固体光共振器の斜視図である。コア層の厚さは１０ないし５０ミクロン程度で、間隔は１２５ミクロンである。個体光共振器の大きさは数ｃｍ角で、全体の厚さは２５０ミクロンで非常に薄いが、見やすくするために厚さ方向を拡大して描いている。実用上は８層で１ｍｍの厚さになる。球面反射鏡は壁面を円筒状に光学研磨してから金属を真空蒸着して形成する。回折格子は小片を格子が厚さ方向になるように貼り付けてある。壁面には他に入出射面があり、この面のコア層のある一点に入射した特定の波長の光だけが、球面反射鏡と回折格子により再び元の一点に戻ってくる様にそれぞれが配置されている。入射位置を少し変えると波長も少し変わるので、１個の固体光共振器だけで複数個の半導体レーザ素子の光共振器として使える。構造的には、普通の固体光分波器の入力面と出力面が一体化した特別な場合ある。
図３と図４は半導体レーザアレイ内の半導体レーザ素子をそれぞれ異なった波長で発振させる加入者用の例を示す。
図３は４本の光ファイバを一次元配列したリボンファイバを２組格子状に並べたリボンファイバアレイの斜視図である。
図４は固体光共振器付半導体レーザアレイの一例の平面図である。２個の半導体レーザアレイとそれぞれ光学的に結合した２組のリボンファイバを、固体光共振器の入出射面に一括接続した図３のリボンファイバアレイと光コネクタで各々接続する。半導体レーザ素子の一方の端面からのレーザ光はリボンファイバを伝送されてリボンファイバアレイに入り、固体光共振器のコア層内で球面反射鏡により並行光線になり、回折格子で回折されてから再び球面反射鏡で集光されて元の光ファイバに戻る。このレーザ光が元の半導体レーザ素子に戻って、出力されるレーザ光の発振波長が決まる。半導体レーザアレイ内の半導体レーザ素子の発振波長は接続したリボンファイバアレイ内のどの光ファイバと接続するかで決まる。この例では、同一半導体レーザアレイ内の半導体レーザ素子の発振波長はすべて異なっているが、あまり広い波長範囲には対応できないので、限られた発振波長しか必要としない加入者用光源に適している。半導体レーザ素子の発振波長は固体光共振器の温度変化による格子間隔の変化にしか影響を受けないから、ファンによる空冷程度で対応できる。
図５と図６は各半導体レーザアレイ内の半導体レーザ素子をそれぞれ同一波長で発振させるＣＡＴＶ局用の例を示す。
図５は２本の光ファイバを一次元配列したリボンファイバを４組格子状に並べたリボンファイバアレイの斜視図である。
図６は固体光共振器付半導体レーザアレイの一例の平面図である。４個の半導体レーザアレイとそれぞれ光学的に結合した４組のリボンファイバを、固体光共振器の入出射面に一括接続した図５のリボンファイバアレイと光コネクタで各々接続する。半導体レーザ素子の一方の端面からのレーザ光はリボンファイバを伝送されてリボンファイバアレイに入り、固体光共振器のコア層内で球面反射鏡により並行光線になり、回折格子で回折されてから再び球面反射鏡で集光されて元の光ファイバに戻る。このレーザ光が元の半導体レーザ素子に戻って、出力されるレーザ光の発振波長が決まる。半導体レーザアレイ内の半導体レーザ素子の発振波長は接続したリボンファイバアレイ内のどの光ファイバと接続するかで決まる。この例では、半導体レーザアレイ内の半導体レーザ素子の発振波長はすべて同一であり、半導体レーザアレイにより発振波長は異なる。半導体レーザアレイの材料の成分比を変えると発振波長域を変えられるから、たくさんの発振波長を必要とするＣＡＴＶ局用の光源に適している。半導体レーザ素子の発振波長は固体光共振器の温度変化による格子間隔の変化にしか影響を受けないから、ファンによる空冷程度で対応できる。実用上は固体光共振器の層数は８層、半導体レーザアレイは半導体レーザ素子をそれぞれ８個形成したものが１０組程度で、リボンファイバアレイは８本を１０組格子状に並べた構成になり、総数８０個の半導体レーザ素子を１個の固体光共振器で制御できる。
可視領域で発振可能な材料と成分比の複数の半導体レーザアレイを使って、各半導体レーザ素子の発振波長を組み合わせると、様々な色のレーザ光源として利用できる。
半導体レーザアレイの斜視図である。 固体光共振器の斜視図である。 入出射面に接続するリボンファイバアレイの斜視図である。 固体光共振器付半導体レーザアレイの一例の平面図である。 入出射面に接続するリボンファイバアレイの斜視図である。 固体光共振器付半導体レーザアレイの一例の平面図である。
符号の説明
１ 基板
２ 半導体レーザ素子
３ 半導体レーザアレイ
４ コア層
５ クラッド層
６ 球面反射鏡
７ 回折格子
８ 固体光共振器
９ 入出射面
１０ 光ファイバ
１１ リボンファイバ
１２ リボンファイバアレイ
１３ リボンファイバ
１４ 光コネクタ
１５ レーザ光
１６ 光ファイバ
１７ リボンファイバ
１８ リボンファイバアレイ
１９ リボンファイバ
２０ 光コネクタ
２１ レーザ光

Claims (1)

  1. 屈折率の大きいコア層を屈折率の小さいクラッド層ではさんだ構造の平面光伝送路の周囲の壁面に、球面反射鏡と回折格子を形成した固体光共振器の入出射面に接続したリボンファイバと、同一基板上に半導体レーザ素子を複数個等間隔で並べて形成した半導体レーザアレイの一方の端面に光学的に結合したリボンファイバとを、光コネクタで各々接続した構造の光学部品。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102620817A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 西北核技术研究所 一种高功率激光光束取样器及高功率激光光束测量系统
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CN112618966A (zh) * 2020-12-18 2021-04-09 张小波 一种多波长激光针刺仪
WO2021140752A1 (ja) * 2020-01-10 2021-07-15 ソニーグループ株式会社 映像投影装置

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