JP2840709B2 - 集積型半導体レーザ - Google Patents

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に関し、特に小型化に適する集
積型半導体レーザに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば特開昭61−248245号公報に記載されてい
るように、基板の表面に薄膜型光導波路を形成し、該薄
膜型光導波路の側面に半導体レーザを取り付け、該半導
体レーザから発射したレーザ光を前記薄膜型光導波路中
に導入し、該導入したレーザ光を該薄膜型光導波路中に
形成したグレーティングカプラを通して空間中に導出し
て、例えばこれを光ディスク面上に集光する構造の集積
型半導体レーザが開発されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこの種の集積型半導体レーザにおいて
は、半導体レーザから発射されるレーザ光の波長が変化
した場合に、この波長を元の波長に制御するための構造
の簡単な手段はなかった。

また一般に半導体レーザの光の波長の制御を行なうに
は、ペルチエ素子等の温度制御手段を用いるが、この種
の波長制御手段は応答性が悪く、高速で波長が変動する
ような場合には該半導体レーザの発射するレーザ光の波
長を一定にすることはできなかった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、半導
体レーザから発射されるレーザ光の波長を、構造の簡単
な手段で、しかも応答性が良く制御できる集積型半導体
レーザを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明は集積型半導体レー
ザを、基板と、該基板の表面に設けられる光導波路と、
該光導波路にその側面からレーザ光を導入する波長可変
レーザと、前記光導波路中に設けられ前記波長可変レー
ザから該光導波路中に導入された光の一部を回折させる
回折格子と、該回折格子で回折された光を受光する受光
素子と、該受光素子で検出された信号からレーザ光の波
長を検出して前記波長可変レーザが発振するレーザ光の
波長を制御する制御手段とによって構成した。

ここで前記波長可変レーザは、該波長可変レーザへの
注入電流によってその発振レーザ光の波長を変化させる
ものを用いることが好ましい。

〔作用〕

上記の如く、光導波路中に回折格子を設けるとともに
該回折格子によって回折された光を受光素子で受光する
ように構成したので、波長可変レーザから発射されるレ
ーザ光の一部を容易に取り出せ、その波長の変化を容易
に測定できる。

また波長可変レーザは、該波長可変レーザへの注入電
流を変化させることによってその発振レーザ光の波長を
変化できる。従って、従来の温度によって発振レーザ光
の波長を変化せしめる構造のものに比べて、発振レーザ
光の波長の変化に高速で応答でき、該発振レーザ光の波
長を安定に制御することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の第１実施例にかかる集積型半導体レ
ーザを示す斜視図である。

同図に示すようにこの集積型半導体レーザにおいて
は、基板７と、該基板７の表面に設けられる薄膜型光導
波路71と、該薄膜型光導波路71にその側面からレーザ光
を導入する波長可変レーザ１と、薄膜型光導波路71中に
設けられるコリメートレンズ２と回折格子３とグレーテ
ィングカプラ４と、薄膜型光導波路71の側面に取り付け
られる受光素子５と、前記薄膜型光導波路71の上面に取
り付けられる波長制御用兼レーザ駆動用IC6を具備して
いる。

以下各構成部分について説明する。

この薄膜型光導波路71は、基板７より屈折率の大きい
材料からなる誘電体薄膜層によって構成されている。

波長可変レーザ１は、その内部に具備する回折格子反
射器の部分への注入電流を変化させることによって発振
するレーザ光の波長を変化させる構造のものである。

この構造の波長可変レーザ１は、注入電流によって発
振するレーザ光の波長を変化させる構造であるため、温
度によって発振するレーザ光の波長を変化させる構造の
ものに比べて高速な応答性を有し、また装置も小型に構
成できる。

コリメートレンズ２と回折格子３とグレーティングカ
プラ４は、波長可変レーザ１が発射するレーザ光の直進
方向に形成されている。

受光素子５は、２分割光検出器で構成され、前記薄膜
型光導波路71の側面であって前記回折格子３で回折され
た＋１次回折光を受光する位置に配置されている。

波長制御用兼レーザ駆動用IC6は、受光素子５からの
信号に基づいて波長可変レーザ１に波長制御電流を供給
する波長制御回路と、波長可変レーザ１を駆動する駆動
電流を供給するパワーコントロール回路を具備してい
る。

次にこの集積型半導体レーザの動作を説明する。

なおここで第２図はこの集積型半導体レーザの構成を
示すブロック図である。

第１図及び第２図に示すように、まず波長可変レーザ
１から発射されたレーザ光は、薄膜型光導波路71中に導
入され、コリメートレンズ２で平行光とされた後に、回
折格子３に入射する。

そして回折格子３を通過した０次回折光は、そのまま
薄膜型光導波路71内を直進し、グレーティングカプラ４
に入射し、点線で示すように外部空間に伝播していく。

一方、回折格子３で回折された＋１次回折光は、薄膜
型光導波路71内を通過して受光素子５に受光される。

ここでのレーザ光が予め定められた標準波長の場合
は、２分割光検出器で構成される受光素子５の中央の分
割境界線上にスポットが結ばれることとなる。

ところで波長可変レーザ１の発射するレーザ光の波長
が標準波長から変化した場合は、回折格子３によって回
折される＋１次回折光の回折角が変化する。このため、
受光素子５の左右の領域における受光量が変化する。そ
して受光素子５の両領域間の電圧の差をとれば、受光素
子５上のスポットの位置を求めることができる。

そしてこの検出電圧は、波長制御用兼レーザ駆動IC6
に入力され、波長制御回路によって波長可変レーザ１に
波長制御用の電流が供給され、レーザ光の波長が制御さ
れるのである。

一方、受光素子５全体が受けた光の強さから波長可変
レーザ１の発射するレーザ光の強さが測定できる。そこ
で本実施例においては、該受光素子５の信号はパワーコ
ントロール回路にも入力され、該パワーコントロール回
路から波長可変レーザ１に駆動電流が出力され、該波長
可変レーザ１のレーザ光の強さも制御できるのである。

なおここで回折格子３の設計は次のようにしてなされ
る。

即ち、光の薄膜型光導波路71中での伝搬定数をβ、格
子の波数をＫ、入射角をθｉ、回折角をθｄとすると、
ｑ次の回折光の回折角は次式で定まる。

βsinθｄ＝βsinθｉ＋qK 今θｉ＝０とすると、 θｄ＝arcsin（qK/β） となる。θｄの波長依存性を大きくするためには、回折
角θｄを大きく（即ち格子のピッチを細く）設計してお
く方が有利である。

第３図は本発明の第２実施例にかかる集積型半導体レ
ーザを示す斜視図である。

同図に示すように、この実施例において、上述の第１
実施例と相違する点は、回折格子３と受光素子５の構造
にある。

この実施例における受光素子５は、何ら分割されてい
ない単一領域の光検出器で構成されている。即ちこの受
光素子５は受光する光の強さのみを検出する。

一方回折格子３は、レーザ光の進行方向に対して厚い
回折格子で構成されている。

このような厚い回折格子はブラッグ回折を起こす。そ
してこのブラッグ回折の場合は、下記する伝搬ベクトル
ダイヤグラムを満たす場合に回折効率が高くなる。即
ち、受光素子５で受光する光の強さが強くなる。以下そ
の原理を説明する。

第４図はブグッグ回折の伝搬ベクトルダイヤグラムを
示す図である。

同図において、光の伝搬定数をβ１、入射光の波数ベ
クトルを、回折光の波数ベクトルをとする（｜｜
＝｜｜＝β１）。

そして回折格子の波数ベクトルをとして、＋＝
が成り立つことがブラッグ条件であり、このとき回折
効率が最大となる。

次に波長が変化して、波がβ１からβ２に変化した場
合を考える。このときは′へと変化し、′＋
は、半径β２の円上にこないため、ブラッグ条件は成立
せず、回折効率が小さくなる。その弱い回折光は、′
（破線で示す）方向へ生じる。

このように回折効率は波長の変化によって変化する
が、この変化が急峻になるように回折格子３を設計すれ
ば、受光素子５で受光する光の強度によってレーザ光の
波長の変化を知ることができるのである。

第５図はレーザ光の波長に対する回折効率を示す図で
ある。

同図に示すように、標準波長λ１のときに所定の回折
効率p1となるように設定しておけば、受光素子５で受光
する光の強さの変化を測定するだけで波長の変化を検知
できるのである。

第６図は本発明の第３実施例にかかる集積型半導体レ
ーザを示す斜視図である。

同図に示すようにこの実施例においては、波長可変レ
ーザ１は基板８内に埋め込まれ、その右側のレーザ光射
出面は空間に露出し、左側のレーザ光射出面は３次元光
導波路81の右側面に接している。

この３次元光導波路81は周りの基板８よりも屈折率の
高い材料で構成され、波長可変レーザ１から回折格子３
に至る通路と、その中央部に設けたハーフミラー９から
第２受光素子５″に至る通路に設けられている。

また５′は波長検出用の第１受光素子５′であり、
５″はパワーモニター用の第２受光素子５″である。

なお10は波長制御用回路、11はレーザ駆動用回路であ
る。

そして波長可変レーザ１の右側から空間中に発射され
たレーザ光Ａは、光記録・再生系等の各種装置に利用さ
れる。

一方波長可変レーザ１の左側から３次元光導波路81中
に導入されたレーザ光は、ハーフミラー９で２つに分離
され、一方の光は第２受光素子５″へ向かい、もう一方
の光は回折格子３で回折されて２次元光導波路中を第１
受光素子５′へ向かう。

ここでこの第１受光素子５′で波長を検出する方法に
は、上記第１実施例と第２実施例のいずれの方法を用い
てもよい。

第７図はこの集積型半導体レーザの構成を示すブロッ
ク図である。

同図に示すように、第１受光素子５′で受光された光
の信号は波長制御用回路10（第６図参照）内の波長制御
回路に入力され、波長可変レーザ１の発射するレーザ光
の波長が最適なものとなるように該波長可変レーザ１に
波長制御電流を出力する。

一方第２受光素子５″で受光された光の信号はレーザ
駆動用回路11（第６図参照）内のパワーコントロール回
路に入力され、波長可変レーザ１の発射する光の強さを
最適なものとするように、該波長可変レーザ１に駆動電
流を出力する。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明に係る集積型半導
体レーザによれば、以下のような優れた効果を有する。

光導波路中に回折格子を設けるとともに、該回折格子
によって回折された光を受光素子で受光するように構成
したので、波長可変レーザから発射されるレーザ光の波
長の変化を簡単な構造で容易に検出することができ、従
って該レーザ光の波長の制御が容易となる。

レーザ光源として注入電流によりその発振レーザ光の
波長を変化せしめる構造の波長可変レーザを用いたの
で、従来の温度によって発振レーザ光の波長を変化せし
める構造のものに比べて、発振レーザ光の波長の変化に
高速で応答でき、該発振レーザ光の波長を安定に制御す
ることができる。またその形状も小さくできる。

各構成部材が一体的に集積化されているので、小型化
が図れ、光学系の調整が容易で、機械的振動にも強い。

また装置が小型化できるので、大気温度の違いにより
生じる構成部材の熱膨張による光学系のアライメントの
誤差が非常に小さくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例にかかる集積型半導体レー
ザを示す斜視図、第２図はこの集積型半導体レーザの構
成を示すブロック図、第３図は本発明の第２実施例にか
かる集積型半導体レーザを示す斜視図、第４図はブラッ
グ回折の伝搬ベクトルダイヤグラムを示す図、第５図は
レーザ光の波長に対する回折効率を示す図、第６図は本
発明の第３実施例にかかる集積型半導体レーザを示す斜
視図、第７図はこの集積型半導体レーザの構成を示すブ
ロック図である。 図中、１…波長可変レーザ、２…コリメートレンズ、３
…回折格子、４…グレーティングカプラ、５…受光素
子、５′…第１受光素子、５″…第２受光素子、６…波
長制御用兼レーザ駆動用IC、７…基板、71…薄膜型光導
波路71、８…基板、81…３次元光導波路、９…ハーフミ
ラー、10…波長制御用回路、11…レーザ駆動用回路、で
ある。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と、該基板の表面に設けられる光導波
   路と、該光導波路にその側面からレーザ光を導入する波
   長可変レーザと、前記光導波路中に設けられ前記波長可
   変レーザから該光導波路中に導入された光の一部を回折
   させる回折格子と、該回折格子で回折された光を受光す
   る受光素子と、該受光素子で検出された信号からレーザ
   光の波長を検出して前記波長可変レーザが発振するレー
   ザ光の波長を制御する制御手段とを具備することを特徴
   とする集積型半導体レーザ。
2. 【請求項２】前記波長可変レーザは、該波長可変レーザ
   への注入電流によってその発振レーザ光の波長を変化さ
   せるものであることを特徴とする請求項（１）記載の集
   積型半導体レーザ。