JP2790536B2 - Ultrashort light pulse generator - Google Patents

Ultrashort light pulse generator

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JP2790536B2
JP2790536B2 JP26566590A JP26566590A JP2790536B2 JP 2790536 B2 JP2790536 B2 JP 2790536B2 JP 26566590 A JP26566590 A JP 26566590A JP 26566590 A JP26566590 A JP 26566590A JP 2790536 B2 JP2790536 B2 JP 2790536B2
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元二 東門
順 雄谷
哲夫 谷内
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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、光情報処理、光コンピューティング、光応
用計測制御分野、及び光応用医療分野に応用される半導
体レーザの波長変換技術を用いた超短光パルス発生装置
に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra-short-wavelength semiconductor laser using a wavelength conversion technology applied to optical information processing, optical computing, optical applied measurement control field, and optical applied medical field. The present invention relates to an optical pulse generator.

従来の技術 半導体レーザを用いて超短パルスを発生する方法とし
て、主に能動モード同期法、受動モード同期法、利得ス
イッチング法等がある。能動および受動モード同期法に
ついては、例えばセミコンダクターズアンドセミメタル
ズ22巻パートBチャプタ1(Semiconductors and sem
imetals、Vol22、partB、Chapter1)に詳しく解説され
ている。また、利得スイッチング法は、半導体レーザを
短い電流パルスで励起し、レーザ発振の過度応答として
生じる緩和振動のパルスを取り出して短パルス光を発生
させる方法である。この方法では、繰り返し周波数を自
由に設定することが可能である。
2. Description of the Related Art As a method of generating an ultrashort pulse using a semiconductor laser, there are mainly an active mode locking method, a passive mode locking method, a gain switching method, and the like. Active and passive mode synchronization methods are described, for example, in Semiconductors and Semimetals, Volume 22, Part B, Chapter 1 (Semiconductors and sem
It is described in detail in imetals, Vol22, partB, Chapter1). The gain switching method is a method in which a semiconductor laser is excited by a short current pulse, a relaxation oscillation pulse generated as an excessive response of laser oscillation is extracted, and a short pulse light is generated. In this method, the repetition frequency can be set freely.

また、半導体レーザと導波路型光変換素子を用いた波
長変換型短光パルスの発生については、例えば谷内、山
本「SHGを用いた青色レーザ光源によるピコ秒発生」第4
9回応用物理学会学術講演予稿集7a−zd−8に報告され
ている。第5図に、従来の波長変換型超短光パルス発生
装置の概略構成図を示す。39は半導体レーザ、32は波長
変換素子、33は光導波路、34、35はレンズ、36はλ/2板
である。
For the generation of a wavelength conversion type short optical pulse using a semiconductor laser and a waveguide type optical conversion element, see, for example, Taniuchi and Yamamoto, "Picosecond generation by blue laser light source using SHG"
It has been reported in the 9th JSAP Preprints 7a-zd-8. FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of a conventional wavelength conversion type ultrashort optical pulse generator. 39 is a semiconductor laser, 32 is a wavelength conversion element, 33 is an optical waveguide, 34 and 35 are lenses, and 36 is a λ / 2 plate.

半導体レーザ1から出射されたTEモード発振の基本波
37は、レンズ34でコリメートされ、λ/2板36で偏光方向
を90度変換された後レンズ35で集光されて波長変換素子
32に形成された光導波路33に入射する。この際、光導波
路33を伝搬する基本波37とチェレンコフ放射される第二
高調波38との位相速度が等しくなり、効率よく第二高調
波が発生する。波長840nmの半導体レーザをコムジェネ
レータを用いてパルス幅数百psの短電流パルスで利得ス
イッチングすることによりパルス幅20ps程度の基本波を
発生させ、パルス幅10ps程度の波長420nmの第二高調波
がえられている。
Fundamental wave of TE mode oscillation emitted from semiconductor laser 1
37 is collimated by a lens 34, the polarization direction is changed by 90 degrees by a λ / 2 plate 36, and then condensed by a lens 35 to be a wavelength conversion element.
The light enters the optical waveguide 33 formed in 32. At this time, the phase velocities of the fundamental wave 37 propagating through the optical waveguide 33 and the second harmonic 38 radiated by Cherenkov become equal, and the second harmonic is generated efficiently. A fundamental wave with a pulse width of about 20 ps is generated by performing gain switching of a semiconductor laser with a wavelength of 840 nm with a short current pulse having a pulse width of several hundred ps using a comb generator, and a second harmonic of a wavelength of about 420 ps with a pulse width of about 10 ps is generated. Has been obtained.

発明が解決しようとする課題 上記従来の技術で述べたように、半導体レーザの能動
及び受動モード同期法では、半導体レーザの出射光を外
部共振器で再び半導体レーザに帰還するため出力を大き
くとることができないという問題点があった。また、装
置の構成が複雑で調整が困難であった。
Problems to be Solved by the Invention As described in the above-mentioned conventional technique, in the active and passive mode-locking method of a semiconductor laser, the output light of the semiconductor laser is returned to the semiconductor laser again by an external resonator, so that the output is increased. There was a problem that can not be. In addition, the configuration of the apparatus is complicated and adjustment is difficult.

半導体レーザの利得スイッチング法では簡単な構成で
超短光パルスの発生が可能であるが、その出力を高める
ために電流パルスのピークを高めると、緩和振動の第一
パルス以外の複数のパルスが発振される。従来の技術で
は、これらの複数のパルスを全部光導波路内に入射させ
ていた。そのため、波長変換された第2高調波の光パル
ス波形に複数のパルスが現れ、超短光パルス装置として
望ましい単一パルスが得られなくなる。また、複数パル
スを光導波路に入射した場合、入射出力の平均値が高い
ため、導波路内で光学損傷を起こしゆる原因となりさら
に特性が劣化してしまう。
Although the semiconductor laser gain switching method can generate an ultrashort optical pulse with a simple configuration, if the peak of the current pulse is increased to increase the output, multiple pulses other than the first pulse of the relaxation oscillation oscillate. Is done. In the conventional technique, all of these plural pulses are made to enter the optical waveguide. Therefore, a plurality of pulses appear in the wavelength-converted second harmonic optical pulse waveform, and a single pulse which is desirable as an ultrashort optical pulse device cannot be obtained. Further, when a plurality of pulses are incident on the optical waveguide, the average value of the incident output is high, which causes optical damage in the waveguide, further deteriorating the characteristics.

本発明は、上述の問題点に鑑みて為されたもので、半
導体レーザの利得スイッチングする短電流パルスのピー
クを高めても、波長変換して得られる第二高調波の光パ
ルスは単一パルスでしかも高出力である超短光パルス発
生装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and even if the peak of a short current pulse for gain switching of a semiconductor laser is increased, the second harmonic light pulse obtained by wavelength conversion is a single pulse. It is another object of the present invention to provide an ultrashort optical pulse generator having a high output.

課題を解決するための手段 本発明の超短光パルス発生装置は、上述の課題を解決
するため、半導体レーザと、前記半導体レーザより出射
されたレーザ光を平行光にするレンズ系と、前記レーザ
光の偏光方向を90度回転させる半波長板と、前記平行光
を集光する集光レンズ系と、前記レーザ光の波長を変換
する導波路を有する導波路型光変換素子を有し、前記半
導体レーザをパルス電流で駆動し、前記半導体レーザよ
り出射されたレーザ光がパルス光であり、前記パルスの
内前記半導体レーザによる緩和振動の第1パルスのみを
前記導波路を有する導波路型光変換素子に入射するた
め、前記集光レンズ系において、焦点距離方向に前記レ
ーザ光が波長分解可能としたものである。あるいは半導
体レーザと前記半導体レーザより出射されたレーザ光を
平行光にするレンズ系と前記レーザ光の偏光方向を90度
回転させる半波長板と前記平行光を集光する集光レンズ
系と前記レーザ光の波長を変換する導波路を有する導波
路型光変換素子を有し、前記半導体レーザをパルス電流
で駆動し、前記半導体レーザより出射されたレーザ光が
パルス光であり、前記パルスの内前記半導体レーザによ
る緩和振動の第1パルスのみを前記導波路を有する導波
路型光変換素子に入射するため、前記導波路型光変換素
子において、前記素子の第1の端面に前記レーザ光の入
射面を設け、前記入射面と前記波長変換を行う部分との
間に集光グレーティングを施すことを特徴とする超短光
パルス発生装置である。なお、波長変換素子に形成され
た光導波路の両端面に高反射率膜を施し、共振器型光波
長変換素子であってもよいし、集光グレーティングが半
波長板上に形成されてもよりし、半導体レーザにおい
て、少なくとも活性層及び閉じ込め層を含む共振器を備
え、前記共振器の一部または全部が前記活性層に電流を
注入するための電極を有する利得領域であり、前記共振
器の他部が可飽和吸収領域であってもよい。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, an ultrashort optical pulse generator according to the present invention comprises: a semiconductor laser; a lens system for converting laser light emitted from the semiconductor laser into parallel light; A half-wave plate that rotates the polarization direction of light by 90 degrees, a condenser lens system that collects the parallel light, and a waveguide-type light conversion element that has a waveguide that converts the wavelength of the laser light, A semiconductor laser is driven by a pulse current, and a laser beam emitted from the semiconductor laser is a pulse light, and only a first pulse of relaxation oscillation by the semiconductor laser among the pulses is a waveguide-type optical converter having the waveguide. Since the laser light is incident on the element, the laser light can be wavelength-resolved in the focal length direction in the condenser lens system. Alternatively, a semiconductor laser and a lens system for converting the laser light emitted from the semiconductor laser into parallel light, a half-wave plate for rotating the polarization direction of the laser light by 90 degrees, a condensing lens system for condensing the parallel light, and the laser It has a waveguide type light conversion element having a waveguide that converts the wavelength of light, drives the semiconductor laser with a pulse current, and laser light emitted from the semiconductor laser is pulsed light, and the Since only the first pulse of the relaxation oscillation by the semiconductor laser is incident on the waveguide-type optical conversion element having the waveguide, the waveguide-type optical conversion element has a laser light incident surface on a first end face of the element. And a converging grating is provided between the incident surface and the portion that performs the wavelength conversion. A high-reflectance film is applied to both end faces of the optical waveguide formed in the wavelength conversion element, and the resonator type optical wavelength conversion element may be used, or the condensing grating may be formed on a half-wave plate. The semiconductor laser further includes a resonator including at least an active layer and a confinement layer, and a part or all of the resonator is a gain region having an electrode for injecting a current into the active layer. The other part may be a saturable absorption region.

作用 半導体レーザを短電流パルスで励起した場合の半導体
レーザ光の波長特性上、緩和振動の第一パルスとそれ以
後の複数パルスとの間で光波長の差が生じる。第2図に
光パルス波形とその波長の関係を示す。本発明では、第
一パルスとそれ以後のパルスを集光レンズ系で焦点方向
に空間的に分離して、波長変換素子に形成された光導波
路を第一パルスの波長の焦点距離位置に合わせることに
より、光導波路内に第一パルスの光パワーのみを入射さ
れるようにすることによって、高出力で単一パルス光が
第二高調波として出力されるので出力が単一パルスとし
て出射される。蛍光寿命測定などの時間分解を有する光
測定に対して、単一パルス光でなければ、測定にノイズ
として復パルスが悪影響するので、このような応用に適
している光源となる。また、光導波路内の基本波の平均
出力が最低限にできるので、高平均パワーによる光導波
路内での光学損傷を防ぎ、装置が安定に動作するように
なる。
Effect Due to the wavelength characteristics of the semiconductor laser light when the semiconductor laser is excited by a short current pulse, a difference in light wavelength occurs between the first pulse of relaxation oscillation and a plurality of subsequent pulses. FIG. 2 shows the relationship between the optical pulse waveform and its wavelength. In the present invention, the first pulse and subsequent pulses are spatially separated in the focal direction by a condenser lens system, and the optical waveguide formed on the wavelength conversion element is adjusted to the focal length position of the wavelength of the first pulse. By causing only the optical power of the first pulse to enter the optical waveguide, a single-pulse light with high output is output as the second harmonic, so that the output is output as a single pulse. For light measurement having time resolution such as fluorescence lifetime measurement, if it is not a single pulse light, the return pulse adversely affects the measurement as noise, so that the light source is suitable for such an application. Further, since the average output of the fundamental wave in the optical waveguide can be minimized, optical damage in the optical waveguide due to high average power is prevented, and the device operates stably.

実施例 第1図は本発明の第1の実施例による波長変換型超短
光パルス発生装置の概略構成を示すものであり、9は発
振波長780nmGaAlAs/GaAs系半導体レーザ、4はコリメー
タレンズ、5は集光レンズ、2は波長変換素子、3は光
導波路、6はλ/2板である。また、7は半導体レーザよ
り出射された基本波であり、そのうち、71は第1パルス
光であり、72は第2パルス光である。集光レンズ5は光
軸に対して移動可能であり、本実施例では第1パルス71
の焦点位置と波長変換素子2の光導波路3の入射面が一
致するように配置されている。この際、第2パルス72の
焦点がボケていることになる。
Embodiment 1 FIG. 1 shows a schematic configuration of a wavelength conversion type ultrashort optical pulse generator according to a first embodiment of the present invention, 9 is a 780 nm GaAlAs / GaAs semiconductor laser having an oscillation wavelength of 4, 4 is a collimator lens, and 5 is a collimator lens. Is a condenser lens, 2 is a wavelength conversion element, 3 is an optical waveguide, and 6 is a λ / 2 plate. Reference numeral 7 denotes a fundamental wave emitted from the semiconductor laser, of which 71 is a first pulse light and 72 is a second pulse light. The condenser lens 5 is movable with respect to the optical axis.
And the incident surface of the optical waveguide 3 of the wavelength conversion element 2 are arranged so as to coincide with each other. At this time, the focal point of the second pulse 72 is out of focus.

波長変換素子2はZ−CUTのLiNbO3基板にプロトン交
換により光導波路3(幅x厚み=1.6μmx0.32μm)を
形成したもので,基本波は最小次TM導波モード,高調波
はTM放射モードのチェレンコフ放射型の物である。100
はレーザ9の活性層、200は電気パルス発振器を示す。
The wavelength conversion element 2 is an optical waveguide 3 (width × thickness = 1.6 μmx0.32 μm) formed by proton exchange on a LiNbO 3 substrate of a Z-CUT. The fundamental wave is the minimum TM waveguide mode, and the harmonic is TM radiation. It is a mode of Cherenkov radiation type. 100
Denotes an active layer of the laser 9, and 200 denotes an electric pulse oscillator.

第2図に半導体レーザ(CW発振波長780nm)のパルス
動作時の光スペクトル特性を示したものである。縦軸が
時間であり、横軸が光の波長である。電極14よりしきい
値電流の0.5倍のバイアス電流とパルス幅500ps、繰り返
し周波数10MHzの短電流パルスを注入して半導体レーザ
を利得スイッチングすることにより得たものである。こ
れによると、光パルスの第1パルスの中心波長は、第2
パルス以後のパルスの中心波長より約10nm短いことが分
かる。これは半導体レーザのゲインスペクトル特性によ
り生じる効果であり、詳しくはK.Ketterer,E.H.Bottche
r,and D.Bimberg Applied Physics Letters Vol53,No.2
3(2263)1988等より解説されている。第2パルス以後
のパルスは半導体レーザの緩和振動により起きるもので
ある。また第3図(a)に光オシロスコープで観測した
光パルス波形を示す。この図において、縦軸は光強度、
横軸は時間である。パルス幅は40ps以下、光出力が1W以
上が得られている。
FIG. 2 shows the optical spectrum characteristics of the semiconductor laser (CW oscillation wavelength 780 nm) during pulse operation. The vertical axis is time, and the horizontal axis is the wavelength of light. This is obtained by injecting a bias current 0.5 times the threshold current, a pulse width of 500 ps, and a short current pulse having a repetition frequency of 10 MHz from the electrode 14 and performing gain switching of the semiconductor laser. According to this, the center wavelength of the first pulse of the light pulse is the second wavelength.
It can be seen that the pulse is about 10 nm shorter than the center wavelength of the pulse after the pulse. This is an effect caused by the gain spectrum characteristics of the semiconductor laser, and is described in detail in K. Ketterer, EH Bottche
r, and D.Bimberg Applied Physics Letters Vol53, No.2
3 (2263) 1988. The pulses after the second pulse are caused by relaxation oscillation of the semiconductor laser. FIG. 3A shows an optical pulse waveform observed by an optical oscilloscope. In this figure, the vertical axis is the light intensity,
The horizontal axis is time. The pulse width is less than 40ps and the light output is more than 1W.

半導体レーザ9から出射されたTEモード発振の光パル
スは、基本波7としてレンズ4でコルメートされ、λ/2
板6で偏光方向を90度変換された後レンズ5で集光され
て波長変換素子2に形成された光導波路3に入射する。
この際、光導波路3の中を導波するTM導波モードの基本
波とTM放射モードの第二高調波の位相速度が等しくな
り、基本波7は1/2の波長の第二高調波の光パルス8に
変換されてチェレンコフ放射される。
The TE mode oscillation light pulse emitted from the semiconductor laser 9 is collimated by the lens 4 as a fundamental wave 7 and λ / 2
After the polarization direction is changed by 90 degrees by the plate 6, the light is condensed by the lens 5 and enters the optical waveguide 3 formed in the wavelength conversion element 2.
At this time, the fundamental velocity of the TM guided mode guided in the optical waveguide 3 and the phase velocity of the second harmonic of the TM radiation mode are equal, and the fundamental wave 7 is the half harmonic of the second harmonic. The light is converted into a light pulse 8 and is Cherenkov radiated.

基本波7を光導波路3に入射する際、集光レンズ5
(開口数 NA=0.55、焦点距離 f=4.39mm)の色集差
により波長の短い第1パルス71のみが入射される。従っ
て、出射される基本波の第1パルスのみ波長変換され、
第二高調波の波形は第2パルスの無い、ノイズのきわめ
て少ない単一パルスである。第二高調波の波形は第3図
(b)に示されている。
When the fundamental wave 7 enters the optical waveguide 3, the converging lens 5
Only the first pulse 71 having a short wavelength is incident due to the color convergence (numerical aperture NA = 0.55, focal length f = 4.39 mm). Therefore, only the first pulse of the emitted fundamental wave is wavelength-converted,
The waveform of the second harmonic is a single pulse with very little noise without the second pulse. The waveform of the second harmonic is shown in FIG. 3 (b).

本実施例では基本波の波長に対して集光レンズの焦点
距離が0.5μm/nmであり、第1パルスの波長が光導波路
に最も効率よく入射される位置に配置されるため、基本
波の第2パルス以後の光は光導波路に入射されない。こ
れにより、第二高調波の出力波形は単一パルス化され、
ノイズ比が従来の5−10dBをはるかに上回る20dB以上と
なった。このノイズ比の改善は集光レンズの焦点距離の
波長依存性により異なる場合があるが、本実施例で用い
た0.5μm/nmの値のものを用いると、蛍光寿命測定に必
要とされている20dB以上の特性が得られるとともに、軽
量、小型なデバイスが可能となる設計となる。
In this embodiment, the focal length of the condenser lens is 0.5 μm / nm with respect to the wavelength of the fundamental wave, and the wavelength of the first pulse is arranged at the position where the wavelength of the first pulse is most efficiently incident on the optical waveguide. Light after the second pulse is not incident on the optical waveguide. As a result, the output waveform of the second harmonic is converted into a single pulse,
The noise ratio was 20 dB or more, far exceeding the conventional 5-10 dB. The improvement of the noise ratio may be different depending on the wavelength dependence of the focal length of the condenser lens.However, if the value of 0.5 μm / nm used in this example is used, it is required for fluorescence lifetime measurement. The design is such that a characteristic of 20 dB or more can be obtained, and at the same time, a light and small device can be realized.

第4図に本発明の第2の実施例による超短パルス発生
装置の概略図を示すものである。半導体レーザ9より第
1の実施例と基本的に同様に出射される基本波7は第1
のフレネルレンズ44によりコリメートされ、λ/2板6に
より偏光方向を90度変換された後第2のフレネルレンズ
54により集光され、光導波路3に入射される。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an ultrashort pulse generator according to a second embodiment of the present invention. The fundamental wave 7 emitted from the semiconductor laser 9 in basically the same manner as in the first embodiment
Is collimated by the Fresnel lens 44, and the polarization direction is changed by 90 degrees by the λ / 2 plate 6, and then the second Fresnel lens
The light is condensed by 54 and enters the optical waveguide 3.

フレネルレンズ44、45は電子ビーム露光により形成さ
れたものである。この方法を用いると、フレネルレンズ
の曲率、グレーティングのピッチなどをコンピュータ制
御によりコントロールされるために、基本波の第1パル
スの波長に対して、等価率、波長選択性など、最適に作
られたものである。基本波の第1パルスと第2パルスと
の間に8μmの焦点距離の違いが生じる。これにより、
光導波路3内を伝搬する基本波は第1パルスだけにな
り、波長変換され、出射される第二高調波は単一パルス
のものとなる。フレネルレンズを用いると、色集差の効
果が通常用いられる球面ガラスレンズよりもさらに顕著
に現れすので、本発明の効果は倍増される。
The Fresnel lenses 44 and 45 are formed by electron beam exposure. When this method is used, the curvature of the Fresnel lens, the pitch of the grating, and the like are controlled by computer control, and therefore, the optimum ratio, the wavelength selectivity, and the like are made with respect to the wavelength of the first pulse of the fundamental wave. Things. There is a difference in focal length of 8 μm between the first pulse and the second pulse of the fundamental wave. This allows
The fundamental wave propagating in the optical waveguide 3 is only the first pulse, the wavelength is converted, and the emitted second harmonic is a single pulse. When a Fresnel lens is used, the effect of the present invention is doubled because the effect of color convergence appears more remarkably than a commonly used spherical glass lens.

さらに、フレネルレンズを用いると、デバイスの大き
さが通常の球面レンズを使用した場合より10mm小さくな
る。
Furthermore, when a Fresnel lens is used, the size of the device is 10 mm smaller than when a normal spherical lens is used.

また、第1と第2のフレネルレンズをλ/2板上に形成
することにより、装置を小型、軽量なものとすることが
可能となる。
In addition, by forming the first and second Fresnel lenses on a λ / 2 plate, it is possible to make the device small and lightweight.

なお、本実施例では半導体レーザとして波長780nmのG
aAsAs/GaAs系を用いたが、波長1.3μm帯多び1。55μ
m帯のInGaAsP/InP系、あるいは波長600nm帯のAlGaInP/
GaAs系であっても同等の効果が得られ、波長変換が可能
である。
In this embodiment, the semiconductor laser has a wavelength of 780 nm.
aAsAs / GaAs system was used, but the wavelength was 1.3 μm and 1.55 μm.
m band InGaAsP / InP system or 600nm wavelength AlGaInP /
The same effect can be obtained even in the case of GaAs, and wavelength conversion is possible.

なお、本実施例では通常のDH(Double−Hetrostructe
r)Fabry−Perotレーザを用いたが、MQW(マルチクワン
タムウェル)レーザを用いると、さらに光パルスの短波
長よりのパルス成分と長波長よりのパルス成分との波長
差が広いので一層の効果がある。
In this embodiment, a normal DH (Double-Hetrostructe) is used.
r) Although a Fabry-Perot laser was used, using an MQW (multi quantum well) laser further widens the wavelength difference between the short wavelength and long wavelength pulse components of the light pulse, so that a further effect is obtained. is there.

また、本実施例では半導体レーザの電流注入領域を制
御しない物をもちいたが、共振器の一部を活性層に電流
を注入するための電極を有する利得領域であり、他部が
可飽和吸収領域である構造のものを用いると、半導体レ
ーザの微分効率が高まるので、ゲインスイチングされた
ときさらに高出力な基本波が発生する。
In this embodiment, a semiconductor laser that does not control the current injection region is used. However, a part of the resonator is a gain region having an electrode for injecting current into the active layer, and the other part is a saturable absorber. When a semiconductor having a structure that is a region is used, the differential efficiency of the semiconductor laser is increased, so that a higher-output fundamental wave is generated when gain switching is performed.

また、波長変換素子の入射端面と出射端面に、基本波
に対して全反射膜を付けることにより、光導波路を共振
器にすると、光導波路内の光密度がさらに高まり、第2
高調波への変換効率がさらに高まり、より高出力のパル
スが実現出来る。
Further, when the optical waveguide is made a resonator by providing a total reflection film for the fundamental wave on the incident end face and the output end face of the wavelength conversion element, the light density in the optical waveguide further increases, and
The conversion efficiency to harmonics is further improved, and higher output pulses can be realized.

発明の効果 以上の説明から明かなように、本発明は半導体レーザ
より出射される複数のパルスを空間的に分解し、第1パ
ルスのみを光導波路に入射させ、光導波路内を伝搬させ
ることにより、ノイズ比の高い単一パルスの第二高調波
発生を可能とし、また、光導波路内を伝搬する平均パワ
ーを最低限にすることにより光導波路内での光損傷発生
を防止し、安定な光源を可能とするものである。
As is clear from the above description, the present invention spatially decomposes a plurality of pulses emitted from a semiconductor laser, makes only the first pulse incident on the optical waveguide, and propagates the light in the optical waveguide. It enables the generation of the second harmonic of a single pulse with a high noise ratio, and prevents the occurrence of optical damage in the optical waveguide by minimizing the average power propagating in the optical waveguide. Is made possible.

また集光グレーティングを用いることにより、単一パ
ルスが可能となり、さらに小型、軽量な光源の実現が可
能となった。
Further, by using the condensing grating, a single pulse is made possible, and a further compact and lightweight light source can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1の実施例による超短光パルス発生
装置の概略構成図、第2図は第1の実施例における半導
体レーザのパルス動作時の波長を示した図、第3図は半
導体レーザ光及び第二高調波のパルス波形図、第4図は
本発明の第2の実施例による超短光パルス発生装置の概
略構成図、第5図は従来における波長変換型超短光パル
ス発生装置の概略構成図である。 2……波長変換素子、3……光導波路、9……半導体レ
ーザ、・・・4……コリメータレンズ、5……集光レン
ズ、7……基本波、71……第1パルス、8……第二高調
波、44、45……フレネルレンズ。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ultrashort optical pulse generator according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a wavelength of a semiconductor laser in a pulse operation of the first embodiment, and FIG. FIG. 4 is a pulse waveform diagram of a semiconductor laser beam and a second harmonic, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an ultrashort optical pulse generator according to a second embodiment of the present invention, and FIG. It is a schematic structure figure of a pulse generator. 2 ... wavelength conversion element, 3 ... optical waveguide, 9 ... semiconductor laser, 4 ... collimator lens, 5 ... condensing lens, 7 ... fundamental wave, 71 ... first pulse, 8 ... … Second harmonic, 44, 45 …… Fresnel lens.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/35 - 1/39 H01S 3/108 - 3/109 H01S 3/18──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G02F 1/35-1/39 H01S 3/108-3/109 H01S 3/18

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体レーザと、前記半導体レーザより出
射されたレーザ光を平行光にするレンズ系と、前記レー
ザ光の偏光方向を90度回転させる半波長板と、前記平行
光を集光する集光レンズ系と、前記レーザ光の波長を変
換する導波路を有する導波路型光変換素子を有し、前記
半導体レーザをパルス電流で駆動し、前記半導体レーザ
より出射されたレーザ光がパルス光であり、前記パルス
光の内前記半導体レーザによる緩和振動の第1パルスの
みを前記導波路を有する導波路型光変換素子に入射する
ため、前記集光レンズ系において、焦点距離方向に前記
レーザ光が波長分解可能であることを特徴とする超短光
パルス発生装置。
1. A semiconductor laser, a lens system for converting laser light emitted from the semiconductor laser into parallel light, a half-wave plate for rotating the polarization direction of the laser light by 90 degrees, and collecting the parallel light. A condensing lens system, and a waveguide-type light conversion element having a waveguide for converting the wavelength of the laser light, wherein the semiconductor laser is driven by a pulse current, and the laser light emitted from the semiconductor laser is a pulse light. Since only the first pulse of the relaxation oscillation of the semiconductor laser of the pulsed light is incident on the waveguide-type light conversion element having the waveguide, the laser light is focused in the focal length direction in the condenser lens system. An ultrashort optical pulse generator, wherein is capable of wavelength resolution.
【請求項2】半導体レーザと前記半導体レーザより出射
されたレーザ光を平行光にするレンズ系と前記レーザ光
の偏光方向を90度回転させる半波長板と前記平行光を集
光する集光レンズ系と前記レーザ光の波長を変換する導
波路を有する導波路型光変換素子を有し、前記半導体レ
ーザをパルス電流で駆動し、前記半導体レーザより出射
されたレーザ光がパルス光であり、前記パルス光の内前
記半導体レーザによる緩和振動の第1パルスのみを前記
導波路を有する導波路型光変換素子に入射するため、前
記導波路型光変換素子において、前記素子の第1の端面
に前記レーザ光の入射面を設け、前記入射面と前記波長
変換を行う部分との間に集光グレーティングを施すこと
を特徴とする超短光パルス発生装置。
2. A lens system for converting a semiconductor laser and laser light emitted from the semiconductor laser into parallel light, a half-wave plate for rotating the polarization direction of the laser light by 90 degrees, and a condensing lens for condensing the parallel light. A system and a waveguide type light conversion element having a waveguide for converting the wavelength of the laser light, the semiconductor laser is driven by a pulse current, and the laser light emitted from the semiconductor laser is a pulse light, Since only the first pulse of the relaxation oscillation of the semiconductor laser of the pulsed light is incident on the waveguide-type light conversion element having the waveguide, the waveguide-type light conversion element includes a first end face of the element. An ultrashort optical pulse generator, comprising: an incident surface for laser light; and a condensing grating provided between the incident surface and a portion that performs the wavelength conversion.
【請求項3】波長変換素子に形成された光導波路の入射
端面と出射端面に基本波の波長に対して全反射膜を備
え、共振器型光波長変換素子であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項または第2項記載の超短光パルス発
生装置。
3. A resonator type optical wavelength conversion element, wherein a total reflection film for a wavelength of a fundamental wave is provided on an input end face and an output end face of an optical waveguide formed on the wavelength conversion element. 3. The ultrashort optical pulse generator according to claim 1 or 2.
【請求項4】半導体レーザにおいて、少なくとも活性層
及び閉じ込め層を含む共振器を備え、前記共振器の一部
または全部が前記活性層に電流を注入するための電極を
有する利得領域であり、前記共振器の他部が可飽和吸収
領域であることを特徴とする特許請求の範囲第1項また
は第2項記載の超短光パルス発生装置。
4. A semiconductor laser, comprising: a resonator including at least an active layer and a confinement layer, wherein a part or all of the resonator is a gain region having an electrode for injecting a current into the active layer; 3. The ultrashort optical pulse generator according to claim 1, wherein the other part of the resonator is a saturable absorption region.
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