JP2676875B2 - 外部共振器型半導体レーザ及び波長多重光伝送装置 - Google Patents
外部共振器型半導体レーザ及び波長多重光伝送装置Info
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- JP2676875B2 JP2676875B2 JP1030547A JP3054789A JP2676875B2 JP 2676875 B2 JP2676875 B2 JP 2676875B2 JP 1030547 A JP1030547 A JP 1030547A JP 3054789 A JP3054789 A JP 3054789A JP 2676875 B2 JP2676875 B2 JP 2676875B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体レーザ光と光ファイバを用いて情報、
信号を伝送するいわゆる光通信分野に係わるものであ
り、特により多くの信号を同時に伝送する一方式である
波長多重光伝送を実現するための、波長安定化半導体レ
ーザと、それを用いた波長多重伝送装置に関するもので
ある。
信号を伝送するいわゆる光通信分野に係わるものであ
り、特により多くの信号を同時に伝送する一方式である
波長多重光伝送を実現するための、波長安定化半導体レ
ーザと、それを用いた波長多重伝送装置に関するもので
ある。
従来の技術 大容量の波長多重光伝送装置を実現するために、電流
変調時においてもまた周辺温度が変化しても、安定に単
一波長で単一縦モード発振し、しかもそのスペクトル幅
が狭く、かつ発振波長が制御可能な半導体レーザが要求
されている。以上の様な性能を有する半導体レーザ光源
として、外部共振器型の半導体レーザが有力視されてい
る。（朝倉他、昭和62年度電子情報通信学会全国大会89
9） 第５図に４従来の外部共振器型半導体レーザの概略を
示す。51は1.3μｍ帯のファブリーペロー型半導体レー
ザ、52はコリメーションレンズ、58は半導体レーザの放
射光の光軸に対して傾斜して配置された外部共振器鏡基
板であり、その基板の表面には反射型の回折格子53が形
成されている。半導体レーザの片端面54から放射された
光は、コリメーションレンズ52により平行ビームに変換
され、回折格子53に達する。この回折格子の光回折現象
に伴う光分散効果により波長選択された特定の波長の光
のみが半導体レーザの方向に反射され、再度コリメーシ
ョンレンズ52を逆方向に通過し半導体レーザの片端面54
に集光され半導体レーザの活性層55に光帰還される。こ
こで波長選択される特定の波長は基板の傾斜角で決定さ
れ、特定の波長以外の波長の光は異なる方向に分散して
回折され活性層に光帰還されることはない。また活性層
の片端面には反射防止膜56が形成されており、片端面54
ともう一方の端面57で形成される半導体レーザ自体のフ
ァブリーペロー共振器による発振は抑圧されている。
変調時においてもまた周辺温度が変化しても、安定に単
一波長で単一縦モード発振し、しかもそのスペクトル幅
が狭く、かつ発振波長が制御可能な半導体レーザが要求
されている。以上の様な性能を有する半導体レーザ光源
として、外部共振器型の半導体レーザが有力視されてい
る。（朝倉他、昭和62年度電子情報通信学会全国大会89
9） 第５図に４従来の外部共振器型半導体レーザの概略を
示す。51は1.3μｍ帯のファブリーペロー型半導体レー
ザ、52はコリメーションレンズ、58は半導体レーザの放
射光の光軸に対して傾斜して配置された外部共振器鏡基
板であり、その基板の表面には反射型の回折格子53が形
成されている。半導体レーザの片端面54から放射された
光は、コリメーションレンズ52により平行ビームに変換
され、回折格子53に達する。この回折格子の光回折現象
に伴う光分散効果により波長選択された特定の波長の光
のみが半導体レーザの方向に反射され、再度コリメーシ
ョンレンズ52を逆方向に通過し半導体レーザの片端面54
に集光され半導体レーザの活性層55に光帰還される。こ
こで波長選択される特定の波長は基板の傾斜角で決定さ
れ、特定の波長以外の波長の光は異なる方向に分散して
回折され活性層に光帰還されることはない。また活性層
の片端面には反射防止膜56が形成されており、片端面54
ともう一方の端面57で形成される半導体レーザ自体のフ
ァブリーペロー共振器による発振は抑圧されている。
この外部共振器型半導体レーザの外部共振器鏡に用い
られる回折格子は、基板上に塗布されたフォトレジスト
を二光束干渉法で露光する事により形成される。そして
この回折格子の形状は平行状である。
られる回折格子は、基板上に塗布されたフォトレジスト
を二光束干渉法で露光する事により形成される。そして
この回折格子の形状は平行状である。
この外部共振器型半導体レーザは安定な単一縦モード
発振を示し、また前記の外部共振器鏡基板の光軸に対す
る傾斜角を変化させることにより発振波長を連続的に変
化させることが可能である。
発振を示し、また前記の外部共振器鏡基板の光軸に対す
る傾斜角を変化させることにより発振波長を連続的に変
化させることが可能である。
発明が解決しようとする課題 ところが、従来の外部共振器型半導体レーザにおいて
は半導体レーザと回折格子の形成された外部共振器鏡の
間にコリメーションレンズを配置する必要があるため
に、次のような課題が残されていた。
は半導体レーザと回折格子の形成された外部共振器鏡の
間にコリメーションレンズを配置する必要があるため
に、次のような課題が残されていた。
（１）半導体レーザと外部共振器間の距離として約1cm
要するので、素子サイズの小型化に限界。
要するので、素子サイズの小型化に限界。
（２）半導体レーザ、コリメーションレンズ、及び外部
共振器の光軸の調整が困難 （３）半導体レーザと外部共振器間の光の走行時間が
（１）に記した理由で長く、その結果高速変調限界が1G
Hz程度であり、それ以上の高速変調が困難。
共振器の光軸の調整が困難 （３）半導体レーザと外部共振器間の光の走行時間が
（１）に記した理由で長く、その結果高速変調限界が1G
Hz程度であり、それ以上の高速変調が困難。
（４）レンズの収差や半導体レーザの非点隔差に伴う収
差により、発振モードの安定化に限界。
差により、発振モードの安定化に限界。
本発明は以上に示したような従来の外部共振器型の半
導体レーザの課題を克服し、小型で高速変調を可能と
し、かつ半導体レーザの非点隔差による収差を低減さ
せ、極めて高性能な外部共振器型半導体レーザ、および
それを用いた波長多重光伝送装置を提供するものであ
る。
導体レーザの課題を克服し、小型で高速変調を可能と
し、かつ半導体レーザの非点隔差による収差を低減さ
せ、極めて高性能な外部共振器型半導体レーザ、および
それを用いた波長多重光伝送装置を提供するものであ
る。
課題を解決するための手段 本発明は、 （１）半導体レーザと、前記半導体レーザの片方の端面
から放射する発散性の放射光のうちの特定の波長の光だ
けを前記半導体レーザの片方の端面に直接集光して光帰
還を行なう波長分散性及び光集光性の機能を有し、かつ
平面基板上に形成された反射型の光回折素子で構成され
た外部共振器鏡を含んで形成され、 前記外部共振器鏡を構成している反射型の光回折素子
が、曲がりと周期の連続的に変化する構造を有する回折
格子により形成され、かつ各格子の形状が円もしくは楕
円の２次曲線群の一部で表わされる外部共振器型半導体
レーザとする。
から放射する発散性の放射光のうちの特定の波長の光だ
けを前記半導体レーザの片方の端面に直接集光して光帰
還を行なう波長分散性及び光集光性の機能を有し、かつ
平面基板上に形成された反射型の光回折素子で構成され
た外部共振器鏡を含んで形成され、 前記外部共振器鏡を構成している反射型の光回折素子
が、曲がりと周期の連続的に変化する構造を有する回折
格子により形成され、かつ各格子の形状が円もしくは楕
円の２次曲線群の一部で表わされる外部共振器型半導体
レーザとする。
さらに本発明は、 （２）（１）において、回折格子の各格子の形状が次式
で表わされる円群の一部である外部共振器型半導体レー
ザとする。
で表わされる円群の一部である外部共振器型半導体レー
ザとする。
x2＋（ｙ−f sinθ）２＝（ｍλ/2＋ｆ）２−（f cos
θ）２ ここでx,yは光回折素子の形成される平面基板上の直
交座標であり、ｆは活性層端面と前記座標系の原点との
設定距離、θは前記活性層端面と前記原点を結ぶ軸と回
折格子の形成された平面基板のｙ軸とのなす角、λは半
導体レーザの設定発振波長、ｍは整数である。
θ）２ ここでx,yは光回折素子の形成される平面基板上の直
交座標であり、ｆは活性層端面と前記座標系の原点との
設定距離、θは前記活性層端面と前記原点を結ぶ軸と回
折格子の形成された平面基板のｙ軸とのなす角、λは半
導体レーザの設定発振波長、ｍは整数である。
（３）（１）において、回折格子の各格子の形状が次式
で表わされる楕円群の一部である外部共振器型半導体レ
ーザとする。
で表わされる楕円群の一部である外部共振器型半導体レ
ーザとする。
x2/｛（ｍλ/2＋ｆ）２−（ｆ・cosθ）２｝ ＋｛ｙ＋（Δｆ＋ｆ）sinθ｝2/［｛ｍλ/2 ＋（Δｆ＋ｆ）｝２−｛（Δｆ＋ｆ）cosθ｝２］＝１ ここでx,yは光回折素子の形成される平面基板上の直
交座標であり、ｆは活性層端面と前記座標系の原点との
設定距離、θは前記活性層端面と前記原点を結ぶ軸と回
折格子の形成された平面基板のｙ軸とのなす角、λは半
導体レーザの設定発振波長、ｍは整数である。またΔｆ
は非点隔差であり、前記活性層端面から前記座標系のｘ
方向に広がるレーザ光の発散中心点と前記活性層端面か
ら前記座標系のｙ方向に広がるレーザ光の発散中心点と
の距離を示す。
交座標であり、ｆは活性層端面と前記座標系の原点との
設定距離、θは前記活性層端面と前記原点を結ぶ軸と回
折格子の形成された平面基板のｙ軸とのなす角、λは半
導体レーザの設定発振波長、ｍは整数である。またΔｆ
は非点隔差であり、前記活性層端面から前記座標系のｘ
方向に広がるレーザ光の発散中心点と前記活性層端面か
ら前記座標系のｙ方向に広がるレーザ光の発散中心点と
の距離を示す。
（４）（１）において、半導体レーザの片方の端面から
発射する発散性の放射光のうちの特定の波長の光が、外
部共振器により前記半導体レーザの片方の端面に集光し
て光帰還される際、前記特定の波長に対して、前記半導
体レーザ自体の共振器により発振し得る隣接した縦モー
ドの発振波長の光が、前記半導体レーザの活性層の外部
に集光される外部共振器型半導体レーザとする。
発射する発散性の放射光のうちの特定の波長の光が、外
部共振器により前記半導体レーザの片方の端面に集光し
て光帰還される際、前記特定の波長に対して、前記半導
体レーザ自体の共振器により発振し得る隣接した縦モー
ドの発振波長の光が、前記半導体レーザの活性層の外部
に集光される外部共振器型半導体レーザとする。
（５）（１）において、外部共振器鏡を構成する回折格
子が、電子計算機制御の電子ビーム露光法により形成さ
れている外部共振器型半導体レーザとする。
子が、電子計算機制御の電子ビーム露光法により形成さ
れている外部共振器型半導体レーザとする。
（６）（１）において、外部共振器鏡により光が集光さ
れる半導体レーザの片方の端面に、反射防止膜が形成さ
れている外部共振器型半導体レーザとする。
れる半導体レーザの片方の端面に、反射防止膜が形成さ
れている外部共振器型半導体レーザとする。
（７）（１）の外部共振器型半導体レーザを複数用いた
波長多重光伝送装置とする。
波長多重光伝送装置とする。
（８）（７）において、複数の半導体レーザが同一の半
導体基板にアレー状に形成されており、かつそれぞれの
半導体レーザに異なる波長の光を直接光帰還するための
外部共振器鏡を形成する回折格子が同一基板上に形成さ
れている波長多重光伝送装置とする。
導体基板にアレー状に形成されており、かつそれぞれの
半導体レーザに異なる波長の光を直接光帰還するための
外部共振器鏡を形成する回折格子が同一基板上に形成さ
れている波長多重光伝送装置とする。
（９）（８）において、複数の半導体レーザ端面と、複
数の外部共振器鏡との設定距離、および前記複数の半導
体レーザの光軸と前記複数の外部共振器鏡とのなす角が
一定であり、かつ、前記複数の半導体レーザに光帰還さ
れる特定の波長が、前記複数の半導体レーザごとにそれ
ぞれ異なる波長多重光伝送装置とする。
数の外部共振器鏡との設定距離、および前記複数の半導
体レーザの光軸と前記複数の外部共振器鏡とのなす角が
一定であり、かつ、前記複数の半導体レーザに光帰還さ
れる特定の波長が、前記複数の半導体レーザごとにそれ
ぞれ異なる波長多重光伝送装置とする。
作用 本発明は、半導体レーザ活性層の端面から放射する発
散性の放射光のうちの特定の波長の光だけを、曲がりと
周期の連続的に変化する構造を有する反射型の回折格子
を用いて、回折光の反射角を連続的に変化させることに
より集光性の光ビームに変換し、前記活性層の端面に反
射光を直接集光して半導体レーザに光帰還を行なうこと
が可能となることを応用するものである。また半導体レ
ーザと外部共振器鏡の間にレンズが介在しないので素子
の小型化と光帰還の光路中に収差が発生することが妨げ
られ、その結果高性能な外部共振器型半導体レーザが実
現されるもである。
散性の放射光のうちの特定の波長の光だけを、曲がりと
周期の連続的に変化する構造を有する反射型の回折格子
を用いて、回折光の反射角を連続的に変化させることに
より集光性の光ビームに変換し、前記活性層の端面に反
射光を直接集光して半導体レーザに光帰還を行なうこと
が可能となることを応用するものである。また半導体レ
ーザと外部共振器鏡の間にレンズが介在しないので素子
の小型化と光帰還の光路中に収差が発生することが妨げ
られ、その結果高性能な外部共振器型半導体レーザが実
現されるもである。
実施例 本発明の外部共振器型の半導体レーザの概略図を第１
図に示す。第１図に本発明の外部共振器型半導体レーザ
の概略を示す。１は1.3μｍ帯のファブリーペロー型半
導体レーザ、２は半導体レーザの光軸に対して傾斜して
配置された外部共振器鏡基板であり、その基板の表面の
一部には反射型の回折格子３が形成されている。半導体
レーザの片端面４から放射された発散性の光は、回折格
子３に達し、この回折格子の光回折現象に伴う光分散効
果により波長選択された特定の波長の光のみが半導体レ
ーザの方向に反射され、半導体レーザの片端面４に集光
され半導体レーザの活性層５に光帰還される。ここで波
長選択される特定の波長は回折格子の形状及び基板の傾
斜角で決定され、特定の波長以外の波長の光は異なる方
向に分散して集光され活性層に光帰還されることはな
い。また活性層の片端面には反射防止膜６が形成されて
おり、片端面４ともう一方の端面７で形成される半導体
レーザ自体のファブリーペロー共振器による発振は抑圧
されている。
図に示す。第１図に本発明の外部共振器型半導体レーザ
の概略を示す。１は1.3μｍ帯のファブリーペロー型半
導体レーザ、２は半導体レーザの光軸に対して傾斜して
配置された外部共振器鏡基板であり、その基板の表面の
一部には反射型の回折格子３が形成されている。半導体
レーザの片端面４から放射された発散性の光は、回折格
子３に達し、この回折格子の光回折現象に伴う光分散効
果により波長選択された特定の波長の光のみが半導体レ
ーザの方向に反射され、半導体レーザの片端面４に集光
され半導体レーザの活性層５に光帰還される。ここで波
長選択される特定の波長は回折格子の形状及び基板の傾
斜角で決定され、特定の波長以外の波長の光は異なる方
向に分散して集光され活性層に光帰還されることはな
い。また活性層の片端面には反射防止膜６が形成されて
おり、片端面４ともう一方の端面７で形成される半導体
レーザ自体のファブリーペロー共振器による発振は抑圧
されている。
また、半導体レーザ１自体のファブリーペローモード
により発振し得る隣接した副縦モードの波長の光は活性
層５の上部もしくは下部約２μｍの位置に集光されるよ
うに設計されている。
により発振し得る隣接した副縦モードの波長の光は活性
層５の上部もしくは下部約２μｍの位置に集光されるよ
うに設計されている。
第２図を用いて、本発明に用いた外部共振器鏡の設計
原理を示す。回折素子の形成される平面基板上にx,yの
直交座標系を仮定し、光の発散点及び集光点となる活性
層端面Ｐが前記座標の原点から垂直方向に対しｙ軸方向
にθの角をなす線上に存在し、しかも原点からｆの距離
に設定されていると仮定する。Ｐから放射され回折格子
の一点Ｇに到達し、反射されて再度Ｐに戻る光の位相が
揃うように回折格子の形状が設定されているとき、この
回折格子は外部共振器鏡としてはたらくことになる。即
ち点Ｇ（X,Y）を回折格子の等位相点と考えると、回折
格子の形状は次式で与えられる。
原理を示す。回折素子の形成される平面基板上にx,yの
直交座標系を仮定し、光の発散点及び集光点となる活性
層端面Ｐが前記座標の原点から垂直方向に対しｙ軸方向
にθの角をなす線上に存在し、しかも原点からｆの距離
に設定されていると仮定する。Ｐから放射され回折格子
の一点Ｇに到達し、反射されて再度Ｐに戻る光の位相が
揃うように回折格子の形状が設定されているとき、この
回折格子は外部共振器鏡としてはたらくことになる。即
ち点Ｇ（X,Y）を回折格子の等位相点と考えると、回折
格子の形状は次式で与えられる。
2PG＝ｍλ＋（定数） （第一式） ここで、PGは点Ｐと点Ｇの距離、λは半導体レーザの
設定発振波長、ｍは整数である。
設定発振波長、ｍは整数である。
原点における前記定数を零ときめると、回折格子の形
状をx,y座標で示すと次式で表される。
状をx,y座標で示すと次式で表される。
x2（ｙ−f sinθ）２＝ （ｍλ/2＋ｆ）２−（f cosθ）２ （第２式） 従って回折格子の形状は点（0,f sinθ）を中心とす
る半径が のｍの関数となる円群である。
る半径が のｍの関数となる円群である。
また半導体レーザの放射ビームに非点隔差Δｆが存在
するときには、同様に前記座標の原点から垂直方向に対
しｙ軸方向にθの角をなす線上にｘ方向に対する発散点
P1とｙ方向に対する発散点P2を仮定し、原点からそれぞ
れｆ及びｆ＋Δｆの距離に設定されていると仮定すと、
同様に回折格子の形状は次式で与えられる。
するときには、同様に前記座標の原点から垂直方向に対
しｙ軸方向にθの角をなす線上にｘ方向に対する発散点
P1とｙ方向に対する発散点P2を仮定し、原点からそれぞ
れｆ及びｆ＋Δｆの距離に設定されていると仮定すと、
同様に回折格子の形状は次式で与えられる。
X2/｛（ｍλ/2＋ｆ）２−（ｆ・cosθ）２｝ ＋｛ｙ＋（Δｆ＋ｆ）sinθ｝2/［｛ｍλ/2 ＋（Δｆ＋ｆ）｝２−｛（Δｆ＋ｆ）cosθ｝２］＝１ （第３式） 第３図に、本発明の実施例に用いた外部共振器鏡の概
略を示す。第３図（Ａ）は外部共振器鏡の断面の概略を
示す。基板２として用いたSi基板31の上に形成された約
0.6μｍの電子線レジスト32に、前記の第２式で表され
る曲線状に電子ビームを照射し、その後現像液に浸すこ
とにより前記電子ビームの照射された部分を除去し凹凸
構造が形成されている。その凹凸構造の電子線レジスト
の表面にAuの薄膜33を形成し、高い反射率の回折格子が
形成されている。第３図（Ｂ）は電子ビームで形成され
た回折格子34の形状の概略を示す。回折格子34の形成さ
れている領域の大きさは0.1x0.1cm2である。回折格子の
凹部の形状は第２式で表され、設定パラメータとしてｆ
＝2mm、θ＝48.2、λ＝1.3μｍとした。
略を示す。第３図（Ａ）は外部共振器鏡の断面の概略を
示す。基板２として用いたSi基板31の上に形成された約
0.6μｍの電子線レジスト32に、前記の第２式で表され
る曲線状に電子ビームを照射し、その後現像液に浸すこ
とにより前記電子ビームの照射された部分を除去し凹凸
構造が形成されている。その凹凸構造の電子線レジスト
の表面にAuの薄膜33を形成し、高い反射率の回折格子が
形成されている。第３図（Ｂ）は電子ビームで形成され
た回折格子34の形状の概略を示す。回折格子34の形成さ
れている領域の大きさは0.1x0.1cm2である。回折格子の
凹部の形状は第２式で表され、設定パラメータとしてｆ
＝2mm、θ＝48.2、λ＝1.3μｍとした。
回折格子34において、各グレーティングを構成してい
る曲線は第２式で示される円群の一部であり、第３図に
示すようにその半径の間隔が、徐々に変化している事か
ら、既に述べた様に曲がりとチャーピングの構成を有す
るグレーティングである。
る曲線は第２式で示される円群の一部であり、第３図に
示すようにその半径の間隔が、徐々に変化している事か
ら、既に述べた様に曲がりとチャーピングの構成を有す
るグレーティングである。
上記の様に形成した回折格子を外部共振器鏡として第
１図に示した外部共振器型半導体レーザを構成した結
果、約1.3μｍの波長で単一縦モード発振が実現でき
た。また発振波長は半導体レーザ基板と外部共振器鏡と
のなす角を変化させることにより1.3μｍを中心に約0.0
2μｍの波長範囲において連続的に制御することが可能
であった。また副モード抑圧比は30dB以上であった。さ
らに正弦波の交流電流で変調をおこなったところ、半導
体レーザ光出力は10GHz以上の変調周波数にも十分追従
することが確認できた。
１図に示した外部共振器型半導体レーザを構成した結
果、約1.3μｍの波長で単一縦モード発振が実現でき
た。また発振波長は半導体レーザ基板と外部共振器鏡と
のなす角を変化させることにより1.3μｍを中心に約0.0
2μｍの波長範囲において連続的に制御することが可能
であった。また副モード抑圧比は30dB以上であった。さ
らに正弦波の交流電流で変調をおこなったところ、半導
体レーザ光出力は10GHz以上の変調周波数にも十分追従
することが確認できた。
以上の実施例に於いては、外部共振器鏡を形成する回
折格子の形状が円群の一部である場合をしめしたが、使
用する半導体レーザが例えばゲインガイド型の半導体レ
ーザであり非点隔差が存在する場合には外部共振器鏡を
形成する回折格子の形状を楕円第３式で表される円群の
一部で構成することにより、同様に安定な単一縦モード
発振する外部共振器型半導体レーザを構成することが可
能である。これは従来の半導体レーザではコリメーショ
ンレンズ以外に更にシリンドリカルレンズを挿入する
か、もしくは両方の機能を有する高精度な非球面レンズ
を用いなければ解決できなかったた課題であり、それが
本発明では容易に実現できるものである。
折格子の形状が円群の一部である場合をしめしたが、使
用する半導体レーザが例えばゲインガイド型の半導体レ
ーザであり非点隔差が存在する場合には外部共振器鏡を
形成する回折格子の形状を楕円第３式で表される円群の
一部で構成することにより、同様に安定な単一縦モード
発振する外部共振器型半導体レーザを構成することが可
能である。これは従来の半導体レーザではコリメーショ
ンレンズ以外に更にシリンドリカルレンズを挿入する
か、もしくは両方の機能を有する高精度な非球面レンズ
を用いなければ解決できなかったた課題であり、それが
本発明では容易に実現できるものである。
以上は発散光を収束光に変換する機能を有する反射型
の回折格子を外部共振器鏡として用いた外部共振器型の
半導体レーザを示したが、第４図にこの外部共振器型半
導体レーザを用いた波長多重光伝送装置の光源の概略構
成図を示す。
の回折格子を外部共振器鏡として用いた外部共振器型の
半導体レーザを示したが、第４図にこの外部共振器型半
導体レーザを用いた波長多重光伝送装置の光源の概略構
成図を示す。
41a〜ｈは、同一のInP半導体基板にアレー状に形成さ
れた1.3μｍ帯の複数の半導体レーザであり、42は外部
共振器鏡基板であり、それぞれの半導体レーザに異なる
波長の光を直接光帰還するための複数の回折格子43a〜
ｈが形成されている。それぞれの回折格子の形状は、前
記複数の半導体レーザ41a〜ｈの活性層端面44a〜ｈと、
複数の外部共振器鏡43a〜ｈとの設定距離、及び半導体
レーザ基板と外部共振器鏡とのなす角θが一定であり、
かつ光帰還される特定の波長がそれぞれ10Aずつ異なる
様に設計され前記の実施例と同様に電子ビーム露光装置
を用いて作製した。その他の設定パラメータは同様にｆ
＝2mm、θ＝48.2である。半導体レーザのそれぞれの活
性層端面44a〜ｈを結ぶ直線と、それに対応させるそれ
ぞれの外部共振器鏡43a〜ｈの座標原点を結ぶ直線が平
行でかつ2mm隔てて配置し、また外部共振器鏡基板を半
導体レーザの光軸に対して角度約θ傾斜させることによ
り安定な10波長の波長多重光伝送装置の光源を実現する
ことが可能であった。各隣接した半導体レーザ間の発振
波長間隔は約10Aであり、また発振波長は外部共振器鏡
基板の半導体レーザの光軸に対する傾斜角を変化させる
ことにより全体的にシフトさせ制御することが可能であ
った。
れた1.3μｍ帯の複数の半導体レーザであり、42は外部
共振器鏡基板であり、それぞれの半導体レーザに異なる
波長の光を直接光帰還するための複数の回折格子43a〜
ｈが形成されている。それぞれの回折格子の形状は、前
記複数の半導体レーザ41a〜ｈの活性層端面44a〜ｈと、
複数の外部共振器鏡43a〜ｈとの設定距離、及び半導体
レーザ基板と外部共振器鏡とのなす角θが一定であり、
かつ光帰還される特定の波長がそれぞれ10Aずつ異なる
様に設計され前記の実施例と同様に電子ビーム露光装置
を用いて作製した。その他の設定パラメータは同様にｆ
＝2mm、θ＝48.2である。半導体レーザのそれぞれの活
性層端面44a〜ｈを結ぶ直線と、それに対応させるそれ
ぞれの外部共振器鏡43a〜ｈの座標原点を結ぶ直線が平
行でかつ2mm隔てて配置し、また外部共振器鏡基板を半
導体レーザの光軸に対して角度約θ傾斜させることによ
り安定な10波長の波長多重光伝送装置の光源を実現する
ことが可能であった。各隣接した半導体レーザ間の発振
波長間隔は約10Aであり、また発振波長は外部共振器鏡
基板の半導体レーザの光軸に対する傾斜角を変化させる
ことにより全体的にシフトさせ制御することが可能であ
った。
以上の実施例に於いては、半導体レーザとして1.3μ
ｍ帯のものを使用したが、必ずしもこれに限らずガリウ
ム砒素基板を用いた0.8μｍ帯、もしくは0.6μｍ帯の半
導体レーザを用いても全く同様の効果が得られることは
自明である。
ｍ帯のものを使用したが、必ずしもこれに限らずガリウ
ム砒素基板を用いた0.8μｍ帯、もしくは0.6μｍ帯の半
導体レーザを用いても全く同様の効果が得られることは
自明である。
発明の効果 以上のように本発明は従来の外部共振器型の半導体レ
ーザの欠点、即ち （１）半導体レーザと外部共振器間の距離が長く、素子
サイズの小型化に限界。
ーザの欠点、即ち （１）半導体レーザと外部共振器間の距離が長く、素子
サイズの小型化に限界。
（２）半導体レーザ、コリメーションレンズ、及び外部
共振器の光軸の調整が困難 （３）半導体レーザと外部共振器間の光の走行時間が長
く高速変調限界が困難。
共振器の光軸の調整が困難 （３）半導体レーザと外部共振器間の光の走行時間が長
く高速変調限界が困難。
（４）レンズや半導体レーザの非点隔差に伴う収差によ
り、発振モードが不安定。
り、発振モードが不安定。
といった問題点を克服し、小型で高速変調の可能な波長
安定化半導体レーザ、及び波長多重光伝送システムを実
現するものであり、大きな価値を有するものである。
安定化半導体レーザ、及び波長多重光伝送システムを実
現するものであり、大きな価値を有するものである。
第１図は本発明の外部共振器型半導体レーザの概略図、
第２図は本発明に用いた外部共振器鏡を構成する回折素
子の原理及び形状を説明する図、第３図（Ａ），（Ｂ）
は本発明の実施例に用いた外部共振器鏡の概略断面図，
平面図、第４図は外部共振器型半導体レーザを用いた波
長多重光伝送装置の光源の概略構成図、第５図は従来の
外部共振器型半導体レーザの概略を示す図である。 １……半導体レーザ、２（31）……基板、３（34）……
回折格子。
第２図は本発明に用いた外部共振器鏡を構成する回折素
子の原理及び形状を説明する図、第３図（Ａ），（Ｂ）
は本発明の実施例に用いた外部共振器鏡の概略断面図，
平面図、第４図は外部共振器型半導体レーザを用いた波
長多重光伝送装置の光源の概略構成図、第５図は従来の
外部共振器型半導体レーザの概略を示す図である。 １……半導体レーザ、２（31）……基板、３（34）……
回折格子。
Claims (9)
- 【請求項１】半導体レーザと、前記半導体レーザの片方
の端面から放射する発散性の放射光のうちの特定の波長
の光だけを前記半導体レーザの片方の端面に直接集光し
て光帰還を行なう波長分散性及び光集光性の機能を有
し、かつ平面基板上に形成された反射型の光回折素子で
構成された外部共振器鏡を含んで形成され、 前記外部共振器鏡を構成している反射型の光回折素子
が、曲がりと周期の連続的に変化する構造を有する回折
格子により形成され、かつ各格子の形状が円もしくは楕
円の２次曲線群の一部で表わされる外部共振器型半導体
レーザ。 - 【請求項２】回折格子の各格子の形状が次式で表わされ
る円群の一部である請求項１に記載の外部共振器型半導
体レーザ。 x2＋（ｙ−f sinθ）２＝（ｍλ/2＋ｆ）２−（f cos
θ）２ ここで、x,yは光回折素子の形成される平面基板上の直
交座標であり、ｆは活性層端面と前記座標系の原点との
設定距離、θは前記活性層端面と前記原点を結ぶ軸と回
折格子の形成された平面基板のｙ軸とのなす角、λは半
導体レーザの設定発振波長、ｍは整数である。 - 【請求項３】回折格子の各格子の形状が次式で表わされ
る楕円群の一部である請求項１に記載の外部共振器型半
導体レーザ。 x2/｛（ｍλ/2＋ｆ）２−（ｆ・cosθ）２｝ ＋｛ｙ−（Δｆ＋ｆ）sinθ｝2/［｛ｍλ/2 ＋（Δｆ＋ｆ）｝２−｛（Δｆ＋ｆ）cosθ｝２］＝１ ここでx,yは光回折素子の形成される平面基板上の直交
座標であり、ｆは活性層端面と前記座標系の原点との設
定距離、θは前記活性層端面と前記原点を結ぶ軸と回折
格子の形成された平面基板のｙ軸とのなす角、λは半導
体レーザの設定発振波長、ｍは整数である。またΔｆは
非点隔差であり、前記活性層端面から前記座標系のｘ方
向に広がるレーザ光の発散中心点と前記活性層端面から
前記座標系のｙ方向に広がるレーザ光の発散中心点との
距離を示す。 - 【請求項４】半導体レーザの片方の端面から発射する発
散性の放射光のうちの特定の波長の光が、外部共振器に
より前記半導体レーザの片方の端面に集光して光帰還さ
れる際、前記特定の波長に対して、前記半導体レーザ自
体の共振器により発振し得る隣接した縦モードの発振波
長の光が、前記半導体レーザの活性層の外部に集光され
る請求項１に記載の外部共振器型半導体レーザ。 - 【請求項５】外部共振器鏡を構成する回折格子が、電子
計算機制御の電子ビーム露光法により形成されている請
求項１に記載の外部共振器型半導体レーザ。 - 【請求項６】外部共振器鏡により光が集光される半導体
レーザの片方の端面に、反射防止膜が形成されている請
求項１に記載の外部共振器型半導体レーザ。 - 【請求項７】請求項１に記載の外部共振器型半導体レー
ザを複数用いた波長多重光伝送装置。 - 【請求項８】複数の半導体レーザが同一の半導体基板に
アレー状に形成されており、かつそれぞれの半導体レー
ザに異なる波長の光を直接光帰還するための外部共振器
鏡を形成する回折格子が同一基板上に形成されている請
求項７に記載の波長多重光伝送装置。 - 【請求項９】複数の半導体レーザ端面と、複数の外部共
振器鏡との設定距離、および前記複数の半導体レーザの
光軸と前記複数の外部共振器鏡とのなす角が一定であ
り、 かつ、前記複数の半導体レーザに光帰還される特定の波
長が、前記複数の半導体レーザごとにそれぞれ異なる請
求項８に記載の波長多重光伝送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1030547A JP2676875B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 外部共振器型半導体レーザ及び波長多重光伝送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1030547A JP2676875B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 外部共振器型半導体レーザ及び波長多重光伝送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02209784A JPH02209784A (ja) | 1990-08-21 |
| JP2676875B2 true JP2676875B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=12306822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1030547A Expired - Fee Related JP2676875B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 外部共振器型半導体レーザ及び波長多重光伝送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2676875B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2755504B2 (ja) * | 1991-06-10 | 1998-05-20 | 松下電器産業株式会社 | 位相同期型半導体レーザ |
| US5301059A (en) * | 1992-03-03 | 1994-04-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Short-wavelength light generating apparatus |
| JP3052651B2 (ja) * | 1992-06-17 | 2000-06-19 | 松下電器産業株式会社 | 短波長光源 |
| JPH09307190A (ja) * | 1996-05-15 | 1997-11-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | ＡｌＩｎＧａＮ系半導体発光素子および半導体発光装置 |
| JP4984537B2 (ja) * | 2006-01-16 | 2012-07-25 | 横河電機株式会社 | 外部共振器型波長可変光源 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0638595B2 (ja) * | 1985-12-17 | 1994-05-18 | 松下電器産業株式会社 | 波長多重光通信用光源 |
-
1989
- 1989-02-09 JP JP1030547A patent/JP2676875B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02209784A (ja) | 1990-08-21 |
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|---|---|---|---|
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