JP2809727B2 - ファブリペロー共振器 - Google Patents
ファブリペロー共振器Info
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- JP2809727B2 JP2809727B2 JP1180942A JP18094289A JP2809727B2 JP 2809727 B2 JP2809727 B2 JP 2809727B2 JP 1180942 A JP1180942 A JP 1180942A JP 18094289 A JP18094289 A JP 18094289A JP 2809727 B2 JP2809727 B2 JP 2809727B2
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- Japan
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- fabry
- perot resonator
- wavelength
- resonator
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば光通信に用いられるファブリペロ
ー共振器に関する。
ー共振器に関する。
（従来の技術） 従来より、光通信に用いるファブリペロー共振器とし
て第２図に示すものがある。第２図において、11は半導
体レーザであり、発振波長（発振周波数）を制御するこ
とができる。この半導体レーザ11の図中左側より出射さ
れた光S1はレンズ12,13を介して通信用光ファイバ14の
入力端に集光される。また、半導体レーザ11の図中右側
より出射された光S2はレンズ15によって平行光に変換さ
れた後、ビームスプリッタ16によって２方向に分岐され
る。分岐された一方の光S3はレンズ17を介してフォトダ
イオード18に集光される。他方の光S4はファブリペロー
共振器19に入射される。
て第２図に示すものがある。第２図において、11は半導
体レーザであり、発振波長（発振周波数）を制御するこ
とができる。この半導体レーザ11の図中左側より出射さ
れた光S1はレンズ12,13を介して通信用光ファイバ14の
入力端に集光される。また、半導体レーザ11の図中右側
より出射された光S2はレンズ15によって平行光に変換さ
れた後、ビームスプリッタ16によって２方向に分岐され
る。分岐された一方の光S3はレンズ17を介してフォトダ
イオード18に集光される。他方の光S4はファブリペロー
共振器19に入射される。
このファブリペロー共振器19は一対の反射鏡191,192
を互いに光軸上で対向させ、距離Ｌだけ離間させて構成
したもので、この共振器19を透過した光は、第３図に示
すような自由スペクトル間隔λ2/2nL（λ：波長、n:フ
ァブリペロー共振器19中の屈折率）を周期として繰り返
す特性を持つ光となり、レンズ20を介してフォトダイオ
ード21に集光される。
を互いに光軸上で対向させ、距離Ｌだけ離間させて構成
したもので、この共振器19を透過した光は、第３図に示
すような自由スペクトル間隔λ2/2nL（λ：波長、n:フ
ァブリペロー共振器19中の屈折率）を周期として繰り返
す特性を持つ光となり、レンズ20を介してフォトダイオ
ード21に集光される。
よって、フォトダイオード21の受光信号は共振器19の
透過光が受けた周波数変化に応じて変化する。したがっ
てフォトダイオード18,21の各受光出力の比を測定すれ
ば、半導体レーザ11の発振波長λを知ることができる。
一般に、この半導体レーザ11の発振波長を制御するに
は、フォトダイオード18,21の出力値の比から半導体レ
ーザ11の発振波長を検出し、半導体レーザ11の温度、ま
たは注入電流を変化させることにより、欲する波長に制
御する。
透過光が受けた周波数変化に応じて変化する。したがっ
てフォトダイオード18,21の各受光出力の比を測定すれ
ば、半導体レーザ11の発振波長λを知ることができる。
一般に、この半導体レーザ11の発振波長を制御するに
は、フォトダイオード18,21の出力値の比から半導体レ
ーザ11の発振波長を検出し、半導体レーザ11の温度、ま
たは注入電流を変化させることにより、欲する波長に制
御する。
ところで、このような装置に用いられる従来のファブ
リペロー共振器の反射鏡は、充填密度0.9程度の誘導体
多層膜で形成されている。充填密度0.9の誘導体多層膜
は空気中の湿度により波長特性がシフトすることが知ら
れているが、従来ではファブリペロー共振器に用いる反
射鏡としては以下の理由によりこの程度で十分と考えら
れている。
リペロー共振器の反射鏡は、充填密度0.9程度の誘導体
多層膜で形成されている。充填密度0.9の誘導体多層膜
は空気中の湿度により波長特性がシフトすることが知ら
れているが、従来ではファブリペロー共振器に用いる反
射鏡としては以下の理由によりこの程度で十分と考えら
れている。
ファブリペロー共振器の特性は、 で与えられる。ここで、θはファブリペロー共振器への
光入射角、Ｆはファブリペロー共振器のフィネス、Ｒは
反射鏡の反射率である。このことから、特性の波長軸に
影響を与える量はnL cosθのみであり、多層膜の波長シ
フトには依存しない。
光入射角、Ｆはファブリペロー共振器のフィネス、Ｒは
反射鏡の反射率である。このことから、特性の波長軸に
影響を与える量はnL cosθのみであり、多層膜の波長シ
フトには依存しない。
ファブリペロー共振器に用いる誘電体多層膜の反射率
特性は波長に対して緩やかに変化する特性である。した
がって、湿度変化による多層膜の波長シフトが生じても
反射率の変化は極めて小さく、問題とならない。
特性は波長に対して緩やかに変化する特性である。した
がって、湿度変化による多層膜の波長シフトが生じても
反射率の変化は極めて小さく、問題とならない。
しかし、上記の見解について高精度な実験により確か
めてみたところ、実際には反射鏡を形成している誘導体
多層膜が湿度の影響を受けて、屈折率が５〜６％変化し
てしまい、これによって反射波の位相が変化し、共振器
の波長特性がシフトしてしまっていた。このようにファ
ブリペロー共振器の波長特性がシフトすれば、該共振器
を波長基準としている半導体レーザの発振波長もシフト
してしまい、湿度に対して安定した動作が得られない。
一般に、湿度は温度とも関係するので、湿度安定性が悪
い装置は温度安定性も良くない傾向にある。
めてみたところ、実際には反射鏡を形成している誘導体
多層膜が湿度の影響を受けて、屈折率が５〜６％変化し
てしまい、これによって反射波の位相が変化し、共振器
の波長特性がシフトしてしまっていた。このようにファ
ブリペロー共振器の波長特性がシフトすれば、該共振器
を波長基準としている半導体レーザの発振波長もシフト
してしまい、湿度に対して安定した動作が得られない。
一般に、湿度は温度とも関係するので、湿度安定性が悪
い装置は温度安定性も良くない傾向にある。
（発明が解決しようとする課題） 以上述べたように従来の半導体レーザに用いられるフ
ァブリペロー共振器は、反射鏡に用いる誘電体多層膜が
充填密度0.9程度であり、湿度変化によって屈折率が変
化し、反射波の位相が変化して共振器の波長特性がシフ
トしてしまう。このことは、半導体レーザに用いた場合
に、湿度に対する安定性を低下させる要因となる。
ァブリペロー共振器は、反射鏡に用いる誘電体多層膜が
充填密度0.9程度であり、湿度変化によって屈折率が変
化し、反射波の位相が変化して共振器の波長特性がシフ
トしてしまう。このことは、半導体レーザに用いた場合
に、湿度に対する安定性を低下させる要因となる。
この発明は上記の課題を解決するためになされたもの
で、湿度変化に対する波長特性のシフトを抑え、これに
よって半導体レーザに用いた場合にその湿度に対する安
定性を向上させることのできるファブリペロー共振器を
提供することを目的とする。
で、湿度変化に対する波長特性のシフトを抑え、これに
よって半導体レーザに用いた場合にその湿度に対する安
定性を向上させることのできるファブリペロー共振器を
提供することを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明は、誘電体多層膜
による反射鏡を空気中にもしくは平行誘電体板を介して
対向配置して構成され、半導体レーザの放射光の一部を
受光し、前記半導体レーザの放射光を抽出するファブリ
ペロー共振器において、共振器長を5mm以下とし、前記
反射鏡の誘電体多層膜の充填密度を0.98以上としたこと
を特徴とする。
による反射鏡を空気中にもしくは平行誘電体板を介して
対向配置して構成され、半導体レーザの放射光の一部を
受光し、前記半導体レーザの放射光を抽出するファブリ
ペロー共振器において、共振器長を5mm以下とし、前記
反射鏡の誘電体多層膜の充填密度を0.98以上としたこと
を特徴とする。
（作 用） 上記構成のファブリペロー共振器では、共振器長5mm
以下の条件下で、充填密度0.98以下の誘電体多層膜によ
り反射鏡を形成することで、充填密度を高くして湿度に
よる屈折率変化を小さくし、反射波の位相変化を極小に
して共振器波長特性のシフトを抑え、湿度に対して動作
を安定させる。これによって、半導体レーザに用いた場
合に、湿度変化に対してレーザ波長を安定させることが
できるようになる。
以下の条件下で、充填密度0.98以下の誘電体多層膜によ
り反射鏡を形成することで、充填密度を高くして湿度に
よる屈折率変化を小さくし、反射波の位相変化を極小に
して共振器波長特性のシフトを抑え、湿度に対して動作
を安定させる。これによって、半導体レーザに用いた場
合に、湿度変化に対してレーザ波長を安定させることが
できるようになる。
（実施例） 以下、第１図を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。
る。
第１図は前述したファブリペロー共振器を簡単なモデ
ルとして示したもので、ここでは屈折率nL、長さＬの物
質Ａの両端にそれぞれ屈折率nH、光学長λ/4の誘導体単
層膜Ｂを形成して構成されているものとする。
ルとして示したもので、ここでは屈折率nL、長さＬの物
質Ａの両端にそれぞれ屈折率nH、光学長λ/4の誘導体単
層膜Ｂを形成して構成されているものとする。
上記誘電体短層膜Ｂは多孔質であり、その屈折率nHは
次式で与えられる。
次式で与えられる。
ここで、nSは薄膜材料の屈折率、nVはボイドの屈折率
（＝１）、nWは吸着物質の屈折率（＝1.33）、Ｐは充填
密度、ｆはボイドのうち吸着物質の占める割合である。
（１）式から明らかなように、湿度が変化するとｆが変
化し、nHを変化させることになる。いま、この単層膜の
厚さをｌ、波長をλ、ｆ＝０のときの屈折率nHをnH0と
し、 ｌ＝λ/4nH0 となるようにする。ここで、第１図において、反射光
a1,a2について考える。a1,a2は反射光の複素振幅であ
り、 とみなせる。この条件のもとでa1,a2を求める。
（＝１）、nWは吸着物質の屈折率（＝1.33）、Ｐは充填
密度、ｆはボイドのうち吸着物質の占める割合である。
（１）式から明らかなように、湿度が変化するとｆが変
化し、nHを変化させることになる。いま、この単層膜の
厚さをｌ、波長をλ、ｆ＝０のときの屈折率nHをnH0と
し、 ｌ＝λ/4nH0 となるようにする。ここで、第１図において、反射光
a1,a2について考える。a1,a2は反射光の複素振幅であ
り、 とみなせる。この条件のもとでa1,a2を求める。
したがって、（２）式及び（３）式から a1＋a2＝aeｊ（ωｔ＋π）（１＋ｅｊπδ） となるから、単層膜の屈折率nHが変化すると反射波の位
相は約πδ/2（｜πδ｜≪１のとき）だけ変化すること
がわかる。
相は約πδ/2（｜πδ｜≪１のとき）だけ変化すること
がわかる。
ファブリペロー共振器において、反射係数ａが１％変
化するよりも、反射鏡からの位相がずれることにより波
長特性がシフトすることのほうが重要な問題となる。こ
の発明はこのような位相シフトによる波長シフトを問題
視している。波長シフト量を∂λとすれば、 が成立する。ここで、ｈは実効的な共振器長であり、 ｈ ＝nL ∂ｈ＝（λ/2π）（πδ/2） ＝λδ/4 である。
化するよりも、反射鏡からの位相がずれることにより波
長特性がシフトすることのほうが重要な問題となる。こ
の発明はこのような位相シフトによる波長シフトを問題
視している。波長シフト量を∂λとすれば、 が成立する。ここで、ｈは実効的な共振器長であり、 ｈ ＝nL ∂ｈ＝（λ/2π）（πδ/2） ＝λδ/4 である。
具体的に数値を当てはめてみると、ｈ＝2mm、λ＝1.5
μｍ、δ＝0.05とすれば、∂λは0.14Åとなる。これは
自由空間スペクトル間隔（λ2/2h）の2.5％の変動に相
当する。以上は単層膜についてであるが、多層膜になれ
ば位相塩化量は層数にほぼ比例して大きくなり、波長シ
フトも大きくなる。一方、多層膜の方が湿度による反射
量の変動は抑えられる傾向にあり、波長シフトがより大
きな問題となる。
μｍ、δ＝0.05とすれば、∂λは0.14Åとなる。これは
自由空間スペクトル間隔（λ2/2h）の2.5％の変動に相
当する。以上は単層膜についてであるが、多層膜になれ
ば位相塩化量は層数にほぼ比例して大きくなり、波長シ
フトも大きくなる。一方、多層膜の方が湿度による反射
量の変動は抑えられる傾向にあり、波長シフトがより大
きな問題となる。
そこで、この発明では充填密度0.98以上の誘電体多層
膜によりファブリペロー共振器の反射鏡を形成する。つ
まり、（１）式からわかるように、充填密度が高いと湿
度による屈折率変化が小さくなる。これにより反射鏡の
反射波の位相変化が抑えられる。特に、ファブリペロー
共振器の共振器長が短いと、（４）式からわかるように
波長シフト量が増大するので、5mm程度以下の共振器長
では特に有効である。したがって、ファブリペロー共振
器の波長特性が安定になり、このファブリペロー共振器
を組み込んだ半導体レーザ装置の波長も安定になる。湿
度は温度の関数であるから、上記構成により温度に対す
る安定性も改善される。高密度充填の誘電体多層膜は改
良された電子ビーム蒸着装置、スパッタ装置等で形成で
きる。改良された電子ビーム蒸着装置として良く知られ
ているものにイオンアシスト法があり、この方法では充
填密度0.98以上の誘電体多層膜を得ることが可能であ
る。
膜によりファブリペロー共振器の反射鏡を形成する。つ
まり、（１）式からわかるように、充填密度が高いと湿
度による屈折率変化が小さくなる。これにより反射鏡の
反射波の位相変化が抑えられる。特に、ファブリペロー
共振器の共振器長が短いと、（４）式からわかるように
波長シフト量が増大するので、5mm程度以下の共振器長
では特に有効である。したがって、ファブリペロー共振
器の波長特性が安定になり、このファブリペロー共振器
を組み込んだ半導体レーザ装置の波長も安定になる。湿
度は温度の関数であるから、上記構成により温度に対す
る安定性も改善される。高密度充填の誘電体多層膜は改
良された電子ビーム蒸着装置、スパッタ装置等で形成で
きる。改良された電子ビーム蒸着装置として良く知られ
ているものにイオンアシスト法があり、この方法では充
填密度0.98以上の誘電体多層膜を得ることが可能であ
る。
尚、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、第３図に示したファブリペロー共振器以外に、１枚
の平行板の両端に誘電体多層膜を形成するものについて
も適用できることはいうまでもない。
く、第３図に示したファブリペロー共振器以外に、１枚
の平行板の両端に誘電体多層膜を形成するものについて
も適用できることはいうまでもない。
さらに、ファブリペロー共振器による波長検出系は第
２図の構成に限ることなく、例えばファブリペロー共振
器を低周波で振動させ、受光信号を低周波信号と同期検
波して誤差信号を得る等、種々の方法がある。この発明
はこれらファブリペロー共振器により光検出するもので
あれば、全てに有効である。
２図の構成に限ることなく、例えばファブリペロー共振
器を低周波で振動させ、受光信号を低周波信号と同期検
波して誤差信号を得る等、種々の方法がある。この発明
はこれらファブリペロー共振器により光検出するもので
あれば、全てに有効である。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、湿度変化に対する波
長特性のシフトを抑え、これによって半導体レーザに用
いた場合にその湿度に対する安定性を向上させることの
できるファブリペロー共振器を提供することができる。
長特性のシフトを抑え、これによって半導体レーザに用
いた場合にその湿度に対する安定性を向上させることの
できるファブリペロー共振器を提供することができる。
第１図はこの発明に係るファブリペロー共振器の一実施
例をモデル化して示す図、第２図は上記ファブリペロー
共振器が適用される半導体レーザ装置の構成を示す斜視
図、第３図は上記ファブリペロー共振器の波長特性を示
す特性図である。 11……半導体レーザ、12,13,15,17,20……レンズ、14…
…通信用光ファイバ、16……ビームスプリッタ、18,21
……フォトダイオード、19……ファブリペロー共振器、
191,192……反射鏡、Ａ……透過物質、Ｂ……誘電体単
層膜。
例をモデル化して示す図、第２図は上記ファブリペロー
共振器が適用される半導体レーザ装置の構成を示す斜視
図、第３図は上記ファブリペロー共振器の波長特性を示
す特性図である。 11……半導体レーザ、12,13,15,17,20……レンズ、14…
…通信用光ファイバ、16……ビームスプリッタ、18,21
……フォトダイオード、19……ファブリペロー共振器、
191,192……反射鏡、Ａ……透過物質、Ｂ……誘電体単
層膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−151091（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−270927（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−196369（ＪＰ，Ｕ) 電子情報通信学会技術研究報告 84 ［259］ Ｐ．75−80 （1985) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/00
Claims (1)
- 【請求項１】誘電体多層膜による反射鏡を空気中にもし
くは平行誘電体板を介して対向配置して構成され、半導
体レーザの放射光の一部を受光し、前記半導体レーザの
放射光を抽出するファブリペロー共振器において、共振
器長を5mm以下とし、前記反射鏡の誘電体多層膜の充填
密度を0.98以上としたことを特徴とするファブリペロー
共振器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1180942A JP2809727B2 (ja) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | ファブリペロー共振器 |
| GB9006980A GB2231713B (en) | 1989-03-30 | 1990-03-28 | Semiconductor laser apparatus |
| US07/501,045 US4998256A (en) | 1989-03-30 | 1990-03-29 | Semiconductor laser apparatus |
| GB9316180A GB2268323B (en) | 1989-03-30 | 1993-08-04 | Semiconductor laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1180942A JP2809727B2 (ja) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | ファブリペロー共振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0344993A JPH0344993A (ja) | 1991-02-26 |
| JP2809727B2 true JP2809727B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=16091973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1180942A Expired - Lifetime JP2809727B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-07-13 | ファブリペロー共振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2809727B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040035544A (ko) * | 2002-10-22 | 2004-04-29 | 공명규 | 브레이커를 이용한 다짐기 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0547254Y2 (ja) * | 1985-07-19 | 1993-12-13 | ||
| JPS62270927A (ja) * | 1986-05-20 | 1987-11-25 | Fujitsu Ltd | 光双安定素子 |
| JPS63151091A (ja) * | 1986-12-16 | 1988-06-23 | Yokogawa Electric Corp | 半導体レ−ザ−の波長安定化装置 |
-
1989
- 1989-07-13 JP JP1180942A patent/JP2809727B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 電子情報通信学会技術研究報告 ８４［２５９］ Ｐ．７５−８０ （１９８５） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0344993A (ja) | 1991-02-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080731 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090731 Year of fee payment: 11 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |