JP2011029426A - Laser system - Google Patents
Laser system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011029426A JP2011029426A JP2009173987A JP2009173987A JP2011029426A JP 2011029426 A JP2011029426 A JP 2011029426A JP 2009173987 A JP2009173987 A JP 2009173987A JP 2009173987 A JP2009173987 A JP 2009173987A JP 2011029426 A JP2011029426 A JP 2011029426A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heater
- laser
- power
- active layer
- dfb
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
- H01S5/0261—Non-optical elements, e.g. laser driver components, heaters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
- H01S5/0092—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
- H01S5/0612—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/0617—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium using memorised or pre-programmed laser characteristics
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06209—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
- H01S5/06213—Amplitude modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
- H01S5/3412—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires quantum box or quantum dash
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、レーザシステムに関する。 The present invention relates to a laser system.
近年、レーザ光を出射するレーザシステムは様々な分野に用いられ、特に、安価なレーザシステムには半導体レーザが用いられている。例えば、特許文献1には、半導体レーザから出射されたレーザ光を、非線形光学素子を用いて高調波に変換して出射するレーザシステムが記載されている。 In recent years, laser systems that emit laser light have been used in various fields, and in particular, semiconductor lasers have been used in inexpensive laser systems. For example, Patent Document 1 describes a laser system that converts laser light emitted from a semiconductor laser into a harmonic using a nonlinear optical element and emits the same.
レーザシステムでは、レーザ光を強度変調させる場合がある。例えば、プロジェクションにレーザ光を用いたレーザプロジェクションでは、レーザ光を例えば500MHz程度の高速で強度変調させる。 In a laser system, the intensity of laser light may be modulated. For example, in laser projection using laser light for projection, the intensity of the laser light is modulated at a high speed of about 500 MHz, for example.
レーザ光の強度変調は、レーザ光の発振に用いる駆動電力を変調させることにより実現できる。しかしながら、駆動電力の変調によりレーザ光の強度変調を行うと、活性層に温度変化が生じ、その結果、レーザ光の発振波長が変動してしまう。 The intensity modulation of the laser beam can be realized by modulating the driving power used for the oscillation of the laser beam. However, when the intensity of the laser beam is modulated by modulating the driving power, a temperature change occurs in the active layer, and as a result, the oscillation wavelength of the laser beam fluctuates.
本発明は、駆動電力の変調によりレーザ光を強度変調させる場合でも、レーザ光の波長の変動を抑制することが可能なレーザシステムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laser system capable of suppressing fluctuations in the wavelength of laser light even when the intensity of the laser light is modulated by modulation of drive power.
本発明は、駆動電力が変調されることで強度変調されたレーザ光を出射する活性層を含む半導体層と、前記活性層の温度を一定に維持するためのヒータ部と、を有するDFBレーザと、変調された前記駆動電力による前記活性層の温度変化を打ち消すように、前記駆動電力の変調周波数と同じ周波数に変調されたヒータ電力を前記ヒータ部に印加する制御部と、を具備することを特徴とするレーザシステムである。本発明によれば、駆動電力の変調によりレーザ光を強度変調させる場合でも、レーザ光の波長の変動を抑制することができる。 The present invention provides a DFB laser having a semiconductor layer including an active layer that emits laser light whose intensity is modulated by modulating driving power, and a heater unit for maintaining the temperature of the active layer constant. A control unit that applies heater power modulated to the same frequency as the modulation frequency of the drive power to the heater unit so as to cancel the temperature change of the active layer due to the modulated drive power. This is a featured laser system. According to the present invention, even when the intensity of laser light is modulated by modulation of driving power, fluctuations in the wavelength of the laser light can be suppressed.
上記構成において、前記制御部は、変調された前記駆動電力に対して相補的な前記ヒータ電力を前記ヒータ部に印加する構成とすることができる。この構成によれば、駆動電力による活性層の温度変化を容易に打ち消すことができ、活性層の温度を一定に維持することを容易に実現できる。 In the above configuration, the control unit may apply the heater power complementary to the modulated driving power to the heater unit. According to this configuration, it is possible to easily cancel the temperature change of the active layer due to the driving power, and to easily maintain the temperature of the active layer constant.
上記構成において、前記駆動電力に基づく前記活性層の温度変化の時定数と前記ヒータ電力に基づく前記活性層の温度変化の時定数とは同程度である構成とすることができる。この構成によれば、駆動電力による温度変化の周波数応答特性とヒータ電力による温度変化の周波数応答特性を類似させることが可能になり、駆動電力の変調信号と同形で反転した信号でヒータ電力を変調することで、駆動電力による活性層の温度変化を容易に打ち消すことができる。 In the above configuration, the time constant of the temperature change of the active layer based on the driving power and the time constant of the temperature change of the active layer based on the heater power may be approximately the same. According to this configuration, it is possible to make the frequency response characteristic of temperature change due to drive power similar to the frequency response characteristic of temperature change due to heater power, and the heater power is modulated by a signal inverted in the same form as the modulation signal of drive power. By doing so, the temperature change of the active layer due to the driving power can be easily canceled.
上記構成において、前記半導体層は孤立したメサ部を有し、前記駆動電力が印加される駆動電極と前記ヒータ部とは前記メサ部上に設けられている構成とすることができる。この構成によれば、駆動電力及びヒータ電力に対する活性層の熱容量を同程度にできる。また、駆動電力及びヒータ電力に基づく活性層の温度変化の時定数を同程度にできる。 In the above structure, the semiconductor layer may have an isolated mesa portion, and the driving electrode to which the driving power is applied and the heater portion may be provided on the mesa portion. According to this configuration, the heat capacity of the active layer with respect to driving power and heater power can be made comparable. In addition, the time constant of the temperature change of the active layer based on the driving power and the heater power can be made comparable.
上記構成において、前記ヒータ部の幅は前記メサ部の幅の3倍より小さい構成とすることができる。 In the above configuration, the width of the heater portion may be smaller than three times the width of the mesa portion.
上記構成において、前記ヒータ部は前記駆動電極に沿って設けられている構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said heater part can be set as the structure provided along the said drive electrode.
上記構成において、前記DFBレーザは量子ドットDFBレーザである構成とすることができる。この構成によれば、レーザ光の波長変動をより小さくすることができる。 In the above configuration, the DFB laser may be a quantum dot DFB laser. According to this configuration, the wavelength variation of the laser beam can be further reduced.
上記構成において、前記レーザ光を前記レーザ光の高調波である可視光に変換する高調波生成素子を有する構成とすることができる。この構成によれば、レーザ光を高変換効率で高調波に変換させることができる。 The said structure WHEREIN: It can be set as the structure which has a harmonic production | generation element which converts the said laser beam into visible light which is a harmonic of the said laser beam. According to this configuration, the laser beam can be converted into a harmonic with high conversion efficiency.
上記構成において、前記高調波素子は前記レーザ光を前記レーザ光の第2高調波に変換する構成とすることができる。また、上記構成において、前記可視光はグリーン光である構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The said harmonic element can be set as the structure which converts the said laser beam into the 2nd harmonic of the said laser beam. In the above configuration, the visible light may be green light.
本発明によれば、駆動電力の変調によりレーザ光を強度変調させる場合でも、レーザ光の波長の変動を抑制することができる。 According to the present invention, even when the intensity of laser light is modulated by modulation of driving power, fluctuations in the wavelength of the laser light can be suppressed.
まず、レーザ光を高調波に変換して出射するレーザシステムを例に、駆動電力の変調によりレーザ光を強度変調させる場合の課題について詳しく説明する。図1は、比較例に係るレーザシステムのブロック図である。図1のように、比較例に係るレーザシステムは、DFB(分布帰還型)レーザ11と高調波生成素子30とを有している。DFBレーザ11は、コルゲーションを有し、駆動電極12に駆動電力が印加されることで、単一波長のレーザ光14を活性層から出射するレーザ(例えばQD(量子ドット)−DFBレーザ)である。DFBレーザ11は、例えば1064nmの波長を有するレーザ光14を出射する。
First, a problem in the case of intensity modulation of laser light by modulation of drive power will be described in detail, taking as an example a laser system that converts laser light into a harmonic and emits it. FIG. 1 is a block diagram of a laser system according to a comparative example. As shown in FIG. 1, the laser system according to the comparative example includes a DFB (distributed feedback type)
高調波生成素子30は、非線形光学素子であり、例えばPPLN(Periodically Poled Lithium Niobate)である。高調波生成素子30は、例えば1064nmの波長を有するレーザ光14を、第2高調波である例えば532nmの波長を有するグリーン光(可視光)32に変換して出射する。
The
比較例のレーザシステムは、例えばレーザプロジェクションに用いられる。レーザプロジェクションでは、レーザ光を強度変調させることが求められる。レーザ光の強度変調は、レーザ光の発振に用いる駆動電力を変調させることにより実現できる。図2は、駆動電力の大きさを変化させた場合のレーザ光の発振スペクトル(図2の上図)、及びレーザ光の波長と高調波生成素子の変換効率との関係(図2の下図)を説明する模式図である。 The laser system of the comparative example is used for laser projection, for example. Laser projection requires that the intensity of laser light be modulated. The intensity modulation of the laser beam can be realized by modulating the driving power used for the oscillation of the laser beam. FIG. 2 shows the oscillation spectrum of the laser beam when the magnitude of the drive power is changed (the upper diagram in FIG. 2), and the relationship between the wavelength of the laser beam and the conversion efficiency of the harmonic generation element (the lower diagram in FIG. 2). FIG.
図2の上図のように、駆動電力が大きくなると、レーザ光の発振波長は長波長側にシフトする。例えば、駆動電力が小さい場合はレーザ光の発振スペクトル13であるのに対して、駆動電力を大きくした場合はレーザ光の発振スペクトル15となり、レーザ光の発振波長が長波長側にシフトしている。これは、駆動電力が活性層の温度に影響を及ぼし、駆動電力の大きさに基づき活性層の温度が変化するためである。
As shown in the upper diagram of FIG. 2, when the driving power increases, the oscillation wavelength of the laser light shifts to the longer wavelength side. For example, when the driving power is small, the laser
このように、レーザ光を強度変調させるために駆動電力を変調させると、駆動電力の大きさの時間的変化に伴い、活性層の温度が時間的に変化し、その結果、レーザ光の発振波長が変動する。 As described above, when the driving power is modulated in order to modulate the intensity of the laser beam, the temperature of the active layer changes with time as the magnitude of the driving power changes. As a result, the oscillation wavelength of the laser beam Fluctuates.
一方、図2の下図のように、高調波生成素子30による基本波から高調波への変換を、高変換効率で行おうとすると、許容される波長範囲は領域17のような狭い波長範囲となる。
On the other hand, as shown in the lower diagram of FIG. 2, when the conversion from the fundamental wave to the harmonic by the
このように、駆動電力を変調させることでレーザ光の強度変調を行うと、レーザ光の波長が変動してしまう。その結果、例えば高調波生成素子により高変換効率で高調波への変換が可能な波長範囲内に、レーザ光の波長を収めることが難しくなり、レーザ光を高変換効率で高調波光に変換できなくなる。そこで、駆動電力の変調によりレーザ光を強度変調させる場合でも、レーザ光の波長の変動を抑制できるレーザシステムについて説明する。 As described above, when the intensity of the laser beam is modulated by modulating the driving power, the wavelength of the laser beam fluctuates. As a result, for example, it becomes difficult to set the wavelength of the laser light within a wavelength range that can be converted into a harmonic with high conversion efficiency by the harmonic generation element, and the laser light cannot be converted into harmonic light with high conversion efficiency. . Therefore, a laser system that can suppress fluctuations in the wavelength of laser light even when the intensity of the laser light is modulated by modulation of drive power will be described.
図3及び図4を用いて、本発明の原理について説明する。図3は、本発明の原理を説明するためのレーザシステム100のブロック図である。図3のように、レーザシステム100は、DFBレーザ10と高調波生成素子30とを有している。DFBレーザ10は、レーザ光14を発振させるための駆動電力が印加される駆動電極12に加えて、活性層の温度を一定に維持するためのヒータ電力が印加されるヒータ部16が設けられている。
The principle of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a block diagram of a
DFBレーザ10は、変調された駆動電力が駆動電極12に印加されることで、強度変調されたレーザ光14を活性層から出射する。レーザ光14の波長は、例えば1064nmの単一波長である。高調波生成素子30は、強度変調されたレーザ光14を、第2高調波であるグリーン光(可視光)32に変換して出射する。グリーン光32の波長は、例えば532nmである。
The
図4は、駆動電力PDFBとレーザ光及びグリーン光の出力強度との関係、駆動電力PDFBと活性層の温度変化との関係、ヒータ電力Pheaterと活性層の温度変化との関係を説明する模式図である。 Figure 4 shows the relationship between the output intensity of the driving power P DFB laser light and green light, the relationship between the temperature change of the driving power P DFB and the active layer, the relationship between the temperature change of the heater power P Heater and the active layer described It is a schematic diagram to do.
まず、レーザ光14及びグリーン光32の出力強度について簡単に説明する。図4のように、駆動電極12に印加する駆動電力PDFBが大きくなるに従い、レーザ光14の出力強度は大きくなる(図4中の破線)。高調波生成素子30は、入射された光の強度に対して二乗した強度の光を出射する。したがって、高調波生成素子30から出射されるグリーン光32の出力強度は駆動電力PDFBの増加に伴い増大する(図4中の細実線)。
First, the output intensities of the
次に、駆動電力PDFB及びヒータ電力Pheaterによる活性層の温度変化について説明する。図4のように、活性層の温度は、駆動電力PDFBとヒータ電力Pheaterとが印加されることにより影響を受ける。駆動電力PDFBに起因する活性層の温度変化ΔTDFBは、例えば駆動電力PDFBに対して線形的に変化し、ΔTDFB=aPDFBように変化する(図4中の一点鎖線)。aは比例係数である。ヒータ電力Pheaterに起因する活性層の温度変化ΔTheaterは、例えばヒータ電力Pheaterに対して線形的に変化し、ΔTheater=bPheaterのように変化する(図4中の二点鎖線)。bは比例係数である。このように、一般的に、活性層の温度は、駆動電力PDFBとヒータ電力Pheaterに比例して変化する。 Next, the temperature change of the active layer due to the driving power P DFB and the heater power P heater will be described. As shown in FIG. 4, the temperature of the active layer is affected by the application of the driving power P DFB and the heater power P heater . The temperature change ΔT DFB of the active layer caused by the driving power P DFB changes, for example, linearly with respect to the driving power P DFB and changes as ΔT DFB = aP DFB (a chain line in FIG. 4). a is a proportionality coefficient. The temperature change [Delta] T Heater active layer due to the heater power P Heater, for example changes linearly with respect to the heater power P Heater, changes as ΔT heater = bP heater (two-dot chain line in FIG. 4). b is a proportionality coefficient. As described above, generally, the temperature of the active layer changes in proportion to the drive power P DFB and the heater power P heater .
したがって、駆動電力PDFBとヒータ電力Pheaterとが印加されたことによる活性層の温度変化ΔTは、ΔT=ΔTDFB+ΔTheater=aPDFB+bPheaterとなる。よって、aPDFB+bPheaterが一定の電力Pfixとなれば、活性層の温度変化ΔTは一定となり、その結果、活性層の温度は一定の温度Tfixとなる(図4中の太実線)。 Therefore, the temperature change ΔT of the active layer due to the application of the driving power P DFB and the heater power P heater is ΔT = ΔT DFB + ΔT heater = aP DFB + bP heater . Therefore, if aP DFB + bP heater has a constant power P fix , the temperature change ΔT of the active layer becomes constant, and as a result, the temperature of the active layer becomes a constant temperature T fix (thick solid line in FIG. 4).
ここで、駆動電力PDFBは変調されている。つまり、変調周波数に応じて駆動電力PDFBは変化している。したがって、aPDFB+bPheaterが時間的に一定となるように、ヒータ電力Pheaterを駆動電力PDFBの変調周波数と同じ周波数で変調させれば、駆動電力PDFBによる活性層の温度変化を打ち消すことができ、活性層の温度を時間的に一定にできる。これにより、活性層から出射されるレーザ光14の波長変動を抑制できる。以下に、この原理を用いた本発明のレーザシステムの実施例を説明する。
Here, the driving power P DFB is modulated. That is, the drive power PDFB changes according to the modulation frequency. Therefore, if the heater power P heater is modulated at the same frequency as the modulation frequency of the drive power P DFB so that the aP DFB + bP heater is constant in time, the temperature change of the active layer due to the drive power P DFB is canceled out. The temperature of the active layer can be made constant over time. Thereby, the wavelength fluctuation of the
図5は、実施例1に係るレーザシステム200の上面模式図である。図5のように、レーザシステム200は、DFBレーザ10、コリメートレンズ40と42、高調波生成素子30、及び制御部80を有している。DFBレーザ10は、例えばQD(量子ドット)−DFBレーザである。高調波生成素子30は、例えばPPLNである。
FIG. 5 is a schematic top view of the
DFBレーザ10の上面には、変調された駆動電力が印加される駆動電極12と、駆動電力による活性層の温度変化を打ち消すため、駆動電力の変調周波数と同じ周波数に変調されたヒータ電力が印加されるヒータ部16とが形成されている。駆動電力及びヒータ電力の変調周波数は、例えば500MHzである。ヒータ部16は、駆動電極12上方に駆動電極12に沿うように延在して形成されている。即ち、駆動電極12とヒータ部16とは同じ位置に形成されている。
On the upper surface of the
DFBレーザ10のレーザ光14が出射しない端面には、DFBレーザ10の発振波長である例えば1064nmの光に対するHR(高反射)膜18が形成されている。DFBレーザ10のレーザ光14を出射する端面には、DFBレーザ10の発振波長(例えば1064nm)の光に対するAR(反射防止)膜20が形成されている。
On the end face where the
DFBレーザ10から出射されたレーザ光14は、コリメートレンズ40及び42により、高調波生成素子30の一端面に入射する。コリメートレンズ40及び42の表面は、レーザ光14の波長(例えば1064nm)に対するAR膜がコーティングされている。
高調波生成素子30のレーザ光14が入射する端面には、レーザ光14の波長(例えば1064nm)に対するAR膜34が形成されている。高調波生成素子30は、入射されたレーザ光14を第2高調波であるグリーン光32に変換して出射する。高調波生成素子30のグリーン光32が出射される端面には、グリーン光32の波長である例えば532nmに対するAR膜36が形成されている。
An
制御部80は、変調した駆動電力を、ワイヤ70を用いて駆動電極12に印加する。また、制御部80は、駆動電力による活性層の温度変化を打ち消すために、駆動電力の変調周波数と同じ周波数に変調されたヒータ電力を、ワイヤ70を用いてヒータ部16に印加する。
The
図6(a)はレーザ光14の出射方向に平行方向におけるDFBレーザ10の断面模式図であり、図6(b)は垂直方向におけるDFBレーザ10の断面模式図である。図6(a)のように、n型GaAs基板50上に、n型Al0.35Ga0.65Asからなるn型クラッド層52が形成されている。基板50下には、電極69が形成されている。n型クラッド層52上に、GaAsからなるベース層54内にInAsからなる量子ドット56を有する量子ドット活性層58が形成されている。量子ドット活性層58上に、p型GaAsからなるp型層60が形成されている。p型層60上に、p型InGaPからなるp型クラッド層62が形成されている。p型層60とp型クラッド層62との間には発振するレーザ光の波長を決めるコルゲーション64が形成されている。このように、レーザ光を発振する量子ドット活性層58を含むn型クラッド層52、p型層60、p型クラッド層62の半導体層61が設けられている。
6A is a schematic cross-sectional view of the
p型クラッド層62上に、p+GaAsからなるコンタクト層66が形成されている。コンタクト層66上には、駆動電極12が形成されている。駆動電極12上に、酸化シリコン膜からなる絶縁膜68が形成されている。絶縁膜68上に、例えばPt(白金)で形成されたヒータ部16が設けられている。駆動電極12及びヒータ部16は、制御部80により駆動電力及びヒータ電力が印加される。電極69は、一定電位に接続されていて、例えば接地されている。
A
図6(b)のように、p型クラッド層62及びコンタクト層66は孤立したメサ部72を有する。駆動電極12は、メサ部72上に形成されている。ヒータ部16は、絶縁膜68を間に挟んで駆動電極12上に形成されている。ヒータ部16の幅W1はメサ部72の幅W2よりも狭い。
As shown in FIG. 6B, the p-
駆動電極12に駆動電力が印加されることにより、駆動電極12と電極69との間を駆動電流が流れる。これにより、量子ドット活性層58で誘導放出が生じ、活性層58からレーザ光14が出射する。駆動電極12に変調された駆動電力が印加されることで、活性層58から出射するレーザ光14を強度変調させることができる。
When drive power is applied to the
以上のように、実施例1に係るレーザシステム200によれば、DFBレーザ10と制御部80とを有する。DFBレーザ10は、駆動電極12に変調された駆動電力が印加されることで、強度変調されたレーザ光14を活性層58から出射する。DFBレーザ10のヒータ部16には、駆動電力による活性層58の温度変化を打ち消し、活性層58の温度が一定に維持されるよう、駆動電力の変調周波数と同じ周波数に変調されたヒータ電力が制御部80により印加される。これにより、駆動電力を変調させることでレーザ光を強度変調させる場合でも、活性層58の温度を一定に維持でき、レーザ光14の波長の変動を抑制できる。
As described above, the
したがって、高調波生成素子30による基本波から高調波への変換を高変換効率で行うことが可能な波長範囲内に、レーザ光14の波長を収めることができる。よって、高調波生成素子30により、レーザ光14をレーザ光14の第2高調波であるグリーン光32に高変換効率で変換することができる。
Therefore, the wavelength of the
なお、実施例1において、高調波生成素子30は、レーザ光14をレーザ光14の第2高調波であるグリーン光32に変換する場合を説明しているが、これに限られる訳ではない。例えば、高調波生成素子30は、レーザ光14をレーザ光14の高次の高調波に変換する場合でもよく、高調波光はグリーン光以外の可視光の場合でもよい。しかしながら、変換効率の観点から、高調波生成素子30はレーザ光14をレーザ光14の第2高調波に変換する場合が好ましい。また、グリーン光を出射する半導体レーザが実現されていないことから、高調波生成素子30から出射する高調波光はグリーン光である場合が好ましい。
In the first embodiment, the case where the
図6(a)及び図6(b)のように、駆動電極12とヒータ部16とは、メサ部72上に設けられている。これにより、駆動電力及びヒータ電力に起因する熱の広がりに対して、熱源である駆動電極12及びヒータ部16を小さくでき、駆動電力及びヒータ電力に対する活性層58の熱容量を同程度にすることができる。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
また、熱の広がりに対して、熱源である駆動電極12及びヒータ部16を小さくすることで、駆動電力に基づく活性層58の温度変化の時定数とヒータ電力に基づく活性層58の温度変化の時定数とを同程度にすることができる。駆動電力及びヒータ電力の変調周波数が例えば500MHzである場合、熱の応答は遅いことから、駆動電力及びヒータ電力に基づく活性層58の温度変化の時定数は例えば10kHz〜100kHzの範囲内になる。例えば、25kHzになる。このように、駆動電力及びヒータ電力に基づく活性層58の温度変化の時定数が同程度になることで、駆動電力による活性層58の温度変化の周波数応答特性とヒータ電力による活性層58の温度変化の周波数応答特性を類似させることが可能になり、駆動電力の変調信号と同形で反転した信号でヒータ電力を変調することで、駆動電力による活性層の温度変化を容易に打ち消すことができる。
Further, by reducing the
したがって、例えば、制御部80は、図7のような、駆動電力PDFBの変調信号に対して相補的なヒータ電力Pheaterをヒータ部16に印加する。換言すると、制御部80は、前述したaPDFB+bPheaterが一定になる電力Pfixの半分(Pfix/2)に対して、駆動電力PDFBを反転させたヒータ電力Pheaterを、ヒータ部16に印加する。これにより、駆動電力による活性層58の温度変化を打ち消すことができ、活性層58の温度を一定に維持できる。
Therefore, for example, the
このように、駆動電極12とヒータ部16とは同じ位置に形成され、且つ駆動電力及びヒータ電力による熱の広がりに対して十分小さい場合が好ましい。これにより、駆動電力及びヒータ電力に対する活性層58の熱容量を同程度にできる。また、駆動電力及びヒータ電力に基づく活性層58の温度変化の時定数を同程度にできる。
As described above, it is preferable that the
駆動電極12とヒータ部16とは同様の形状で設けられている場合が好ましく、例えば駆動電極12が延在して設けられている場合は、ヒータ部16は駆動電極12に沿って延在している場合が好ましい。また、図8のように、駆動電極12がメサ部72の上面にのみ形成されている場合、ヒータ部16の幅は、メサ部72の幅Wの3倍よりも小さい場合が好ましい。ヒータ部16の幅はメサ部72の幅Wの2倍よりも小さい場合がより好ましい。ヒータ部16の幅はメサ部72の幅Wよりも小さい場合がさらに好ましい。
The
実施例1においては、DFBレーザ10は、QD−DFBレーザである場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。例えば、QW(量子井戸)−DFBレーザである場合でもよい。QW−DFBレーザの場合でも、変調された駆動電力による活性層の温度変化を打ち消すことができ、レーザ光の波長変動を抑制する効果を得ることができる。
In the first embodiment, the case where the
QW−DFBレーザにおいては、活性層の温度だけでなくキャリアの数も、レーザ光の発振波長に影響を及ぼす。駆動電力を変調させてレーザ光の強度変調を行う場合、実施例1によれば、活性層の温度を一定に維持できるが、キャリアの数を一定に制御することは難しい。したがって、QW−DFBレーザの場合は、レーザ光の波長変動を抑制できるが、完全に波長変動をなくすことは難しい。一方、QD−DFBレーザにおいては、レーザ光の発振波長に影響を及ぼす主要因は活性層の温度である。したがって、活性層の温度を一定に維持できる実施例1においては、DFBレーザ10にQD−DFBレーザを用いることが好ましい。QD−DFBレーザを用いることにより、駆動電力を変調させてレーザ光の強度変調を行う場合のレーザ光の波長変動をより小さくすることができる。
In the QW-DFB laser, not only the temperature of the active layer but also the number of carriers affects the oscillation wavelength of laser light. When modulating the driving power to modulate the intensity of the laser light, according to the first embodiment, the temperature of the active layer can be kept constant, but it is difficult to control the number of carriers to be constant. Therefore, in the case of the QW-DFB laser, the wavelength variation of the laser beam can be suppressed, but it is difficult to completely eliminate the wavelength variation. On the other hand, in the QD-DFB laser, the main factor affecting the oscillation wavelength of the laser light is the temperature of the active layer. Therefore, in Example 1 in which the temperature of the active layer can be kept constant, it is preferable to use a QD-DFB laser as the
図9は、制御部80によるヒータ電力の制御方法の例を説明する概念図である。図9(a)は、第1の制御方法の例を説明する概念図であり、図9(b)は、第2の制御方法の例を説明する概念図である。図9(a)のように、第1の制御方法は、乗算器90及び加算器92を用い、駆動電圧VDFB、駆動電流IDFB、ヒータ電圧Vheater、及びヒータ電流Iheaterから、aVDFBIDFB+bVheaterIheaterの現時点の大きさを求める。そして、活性層58を一定の温度Tfixにするための電力Pfixとの差から電位差を差動回路94により求める。差動回路94で求めた電位差をフィードバックし、Vheaterの大きさを制御してヒータ電力をヒータ部16に印加する。これにより、aVDFBIDFB+bVheaterIheaterの大きさをPfixの一定にでき、活性層58の温度をTfixの一定に維持することができる。
FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating an example of a method for controlling the heater power by the
図9(b)のように、第2の制御方法は、駆動電圧VDFB及び駆動電流IDFBの値からヒータ電圧Vheater及びヒータ電流Iheaterを算出する計算テーブルを予め作成しておく。そして、駆動電極12に印加する駆動電力(PDFB=VDFBIDFB)から、計算テーブルを用いて、Vheater及びIheaterを算出してヒータ電力(Pheater=VheaterIheater)を印加する。これによっても、aVDFBIDFB+bVheaterIheaterの大きさをPfix一定にでき、活性層58の温度をTfix一定に維持することができる。なお、計算テーブルの例として、Vheater=(Pfix−aVDFBIDFB)/bRheater、Iheater=Vheater/Rheaterが挙げられる。Rheaterは、ヒータ部16の抵抗である。a、bは図4で説明した比例係数である。
As shown in FIG. 9B, in the second control method, a calculation table for calculating the heater voltage V heater and the heater current I heater from the values of the drive voltage V DFB and the drive current I DFB is created in advance. Then, from the driving power applied to the driving electrode 12 (P DFB = V DFB I DFB ), using the calculation table, V heater and I heat are calculated, and the heater power (P heater = V heater I heater ) is applied. . This also makes it possible to make the size of aV DFB I DFB + bV heater I heater constant at P fix and keep the temperature of the
実施例1に係るレーザシステム200では、図5のように、高調波生成素子30を有している場合を例に説明したが、これに限られる訳ではない。図10のように、レーザシステムは、高調波生成素子30を有さずに、DFBレーザ10と制御部80とからなる場合でもよい。この場合でも、レーザ光の強度変調ができ、且つレーザ光の波長変動を抑制できる。したがって、図10のようなレーザシステムは、例えば1.55μm帯や1.3μm帯の通信用のレーザシステムとして用いることもできる。
In the
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.・ Change is possible.
10 DFBレーザ
11 DFBレーザ
12 駆動電極
14 レーザ光
16 ヒータ部
18 HR膜
20 AR膜
30 高調波生成素子
32 グリーン光
34 AR膜
36 AR膜
40 コリメートレンズ
42 コリメートレンズ
50 基板
52 n型クラッド層
54 ベース層
56 量子ドット
58 活性層
60 p型層
62 p型クラッド層
64 コルゲーション
66 コンタクト層
68 絶縁膜
69 電極
70 ワイヤ
72 メサ部
80 制御部
90 乗算器
92 加算器
94 差動回路
100 レーザシステム
200 レーザシステム
DESCRIPTION OF
Claims (10)
変調された前記駆動電力による前記活性層の温度変化を打ち消すように、前記駆動電力の変調周波数と同じ周波数に変調されたヒータ電力を前記ヒータ部に印加する制御部と、を具備することを特徴とするレーザシステム。 A DFB laser having a semiconductor layer including an active layer that emits laser light whose intensity is modulated by modulating driving power, and a heater unit for maintaining the temperature of the active layer constant;
A control unit that applies heater power modulated to the same frequency as the modulation frequency of the drive power to the heater unit so as to cancel the temperature change of the active layer due to the modulated drive power. A laser system.
前記駆動電力が印加される駆動電極と前記ヒータ部とは前記メサ部上に設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載のレーザシステム。 The semiconductor layer has an isolated mesa portion;
4. The laser system according to claim 1, wherein the driving electrode to which the driving power is applied and the heater unit are provided on the mesa unit. 5.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009173987A JP2011029426A (en) | 2009-07-27 | 2009-07-27 | Laser system |
PCT/JP2010/062164 WO2011013535A1 (en) | 2009-07-27 | 2010-07-20 | Laser system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009173987A JP2011029426A (en) | 2009-07-27 | 2009-07-27 | Laser system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011029426A true JP2011029426A (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=43529194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009173987A Pending JP2011029426A (en) | 2009-07-27 | 2009-07-27 | Laser system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011029426A (en) |
WO (1) | WO2011013535A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012195433A (en) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor element, semiconductor laser, and method of manufacturing optical semiconductor element |
JP2013211381A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor device and method of manufacturing the same |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018118694A1 (en) * | 2018-08-01 | 2020-02-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | laser diode chip |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04116878A (en) * | 1990-09-07 | 1992-04-17 | Ricoh Co Ltd | Semiconductor laser element with heater |
JP3010823B2 (en) * | 1991-09-12 | 2000-02-21 | 株式会社日立製作所 | Tunable laser and its fabrication method |
JP4074724B2 (en) * | 1999-04-07 | 2008-04-09 | 日本オプネクスト株式会社 | Wavelength tunable light source and optical apparatus using the same |
JP4789319B2 (en) * | 2000-11-22 | 2011-10-12 | 富士通株式会社 | Laser diode and manufacturing method thereof |
JP4181333B2 (en) * | 2002-03-29 | 2008-11-12 | 松下電器産業株式会社 | Control method of light source device |
US20080063016A1 (en) * | 2006-09-13 | 2008-03-13 | Vikram Bhatia | Thermal compensation in semiconductor lasers |
-
2009
- 2009-07-27 JP JP2009173987A patent/JP2011029426A/en active Pending
-
2010
- 2010-07-20 WO PCT/JP2010/062164 patent/WO2011013535A1/en active Application Filing
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012195433A (en) * | 2011-03-16 | 2012-10-11 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor element, semiconductor laser, and method of manufacturing optical semiconductor element |
US8891159B2 (en) | 2011-03-16 | 2014-11-18 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor element, semiconductor laser, and method of manufacturing optical semiconductor element |
JP2013211381A (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Fujitsu Ltd | Optical semiconductor device and method of manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011013535A1 (en) | 2011-02-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5362301B2 (en) | Laser system | |
US8654803B2 (en) | Light emitting device and method of controlling light emitting device | |
JP4693364B2 (en) | Optical wavelength conversion device, control method therefor, and image projection device using the same | |
JP2010517066A (en) | Pulsed laser light source based on frequency conversion | |
JP2010503987A (en) | Thermal correction method for semiconductor laser | |
JP2006261424A (en) | Semiconductor laser device and gas detector | |
WO2011114907A1 (en) | Laser system | |
JP2001320124A (en) | Modulator integrated light source and module for optical communication | |
JP2003295243A (en) | Higher harmonic light source unit, method for driving the same, image display device using the same, image forming device, and optical recording device | |
US20040086012A1 (en) | Coherent light source and method for driving the same | |
WO2011013535A1 (en) | Laser system | |
JP2018060974A (en) | Semiconductor optical integrated element | |
JP2010182999A (en) | Semiconductor laser, optical transmitting device, optical transmitting/receiving device, driving method of optical transmitting device | |
JP2007194416A (en) | Light wavelength conversion light source | |
WO2010122899A1 (en) | Laser system | |
WO2011114906A1 (en) | Laser system and method for producing same | |
JP2004157217A (en) | Wavelength converting laser beam source | |
JP2001326418A (en) | Semiconductor laser beam source and modulation method therefor | |
JP2004140142A (en) | Semiconductor laser and element for light communication | |
JP5621706B2 (en) | Optical semiconductor device | |
JP2018037491A (en) | Semiconductor laser element | |
JPH0357286A (en) | Semiconductor luminous device | |
JPH04115585A (en) | Array type semiconductor laser device and manufacture thereof | |
JP2012043994A (en) | Laser system | |
JP2018060973A (en) | Semiconductor optical integrated element and optical transmission/reception module mounted with the same |