JP3142566U - 波長可変半導体レーザ光源 - Google Patents

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Abstract

【課題】分光分析用の波長可変半導体レーザ光源を提供する。
【解決手段】光共振器の入出射面と光分波器の出射面を間隙をおいて向き合うように配置し、圧電素子上に材料や成分比を違えて発振波長域を変えた複数枚の半導体レーザアレイを並べてその間隙に配置して、各半導体レーザ素子と光共振器および光分波器を光学的にそれぞれ結合している。各半導体レーザ素子は光共振器の位置で決まる波長でそれぞれ安定して発振し、各レーザ光は光分波器で１本の光ファイバに合波されて出力される。圧電素子に電圧を印加してやると、半導体レーザ素子の位置が光共振器に対して微小に変動するため発振波長がわずかに変えられ、同時に光分波器に対しても位置と発振波長が変わるから常に同じ光ファイバから出力される。各半導体レーザ素子を順番に１個ずつ発振させながら圧電素子に印加する電圧を変えてやると、光ファイバから出力されるレーザ光の波長がほぼ連続して変わる。
【選択図】図３

Description

本考案は、分光分析用の半導体レーザ光源に関するものである。
半導体レーザは他のレーザ装置に較べて小型軽量にもかかわらず、１個あたりの波長の可変範囲が１００ｎｍ程度しかないのが原因で分光分析用光源としてあまり利用されていなかった。分光分析用光源としては幅広い領域で連続して発振波長を変えられるレーザ光源が必要である。
そこでこの考案は、幅広い領域で発振する半導体レーザ光源を目的としている。
光共振器の入出射面と光分波器の出射面を間隙をおいて向き合うように配置し、圧電素子上に材料や成分比を違えて発振波長域を変えた複数枚の半導体レーザアレイを並べてその間隙に配置して、各半導体レーザ素子と光共振器および光分波器を光学的にそれぞれ結合している。各半導体レーザ素子は光共振器の位置で決まる波長でそれぞれ安定して発振し、各レーザ光は光分波器で１本の光ファイバに合波されて出力される。圧電素子に電圧を印加してやると、半導体レーザ素子の位置が光共振器に対して微小に変動するため発振波長がわずかに変えられ、同時に光分波器に対しても位置と発振波長が変わるから常に同じ光ファイバから出力される。
各半導体レーザ素子を順番に１個ずつ発振させながら圧電素子に印加する電圧を変えてやると、光ファイバから出力されるレーザ光の波長がほぼ連続して変わるから、各半導体レーザアレイの発振帯域の範囲で幅広く波長を変えられる。厳密には半導体レーザ素子の発振の切替時に瞬間的に波長の連続性が途切れるが、分光分析の測定には問題はない。
図１は同一基板上に半導体レーザ素子を３個等間隔で並べて形成した半導体レーザアレイを３枚配列した状態の斜視図である。３枚の半導体レーザアレイは材料や成分比が違えてあるので異なった波長帯域で発振する。ＤＦＢタイプと違って内部に格子が形成されていないので、このままでは複数の波長で発振するから、外部に光共振器を置いて発振波長を決める必要がある。その光共振器を従来の厚さ方向と直角の幅方向で発振波長を変えると、合計９個の半導体レーザ素子は少しずつ違った波長のレーザ光を出力する。各半導体レーザ素子を順番に発振させると、ほぼ等間隔の波長でレーザ光が得られる。
図２は連続波長可変半導体レーザ光源の正面図である。屈折率の大きいコア層を屈折率の小さいクラッド層ではさんだ構造の平面光伝送路の周囲の壁面に球面反射鏡と回折格子を形成した光共振器の入出射面と、同様に球面反射鏡と回折格子を形成した光分波器の出射面を間隙をおいて向き合うように配置し、圧電素子上に３枚の半導体レーザアレイを並べてその間隙に配置して、各半導体レーザ素子と光共振器および光分波器を光学的にそれぞれ結合している。
図３は連続波長可変半導体レーザ光源の正面図の平面図である。左が光分波器、右が光共振器であり、光共振器の入出射面と光分波器の出射面とを間隙をおいて向き合うように連続波長可変半導体レーザ光源の基板上に配置し、３枚の半導体レーザアレイをその間隙に配置して、各半導体レーザ素子の両端面と光学的にそれぞれ結合している。ここでは半導体レーザアレイは材料や成分比の異なる３枚を並べて配置して合計９個の半導体レーザ素子が並べてあるので３００ｎｍの範囲で発振できる。実用上はもっと個数を増やして範囲を広くできる。分波器の入射面に光ファイバを接続してレーザ光を合波して出力する。
１個の半導体レーザ素子に電流を流して発振させると、右側の端面からのレーザ光が光共振器の入出射面に入り、光共振器のコア層内で球面反射鏡により並行光線になり、回折格子で回折されてから再び球面反射鏡で集光されて元の入出射面の位置に戻って、元の半導体レーザ素子に戻る。この光共振器の入出面の位置で出力されるレーザ光の発振波長が決まる。そのレーザ光が左側の端面から出力されて光分波器の出射面に入り、光分波器のコア層内で球面反射鏡より並行光線になり、回折格子で回折されから再び球面反射鏡で集光されて入射面に接続した光ファイバから出力される。圧電素子に電圧を印加すると、半導体レーザ素子の位置が光共振器に対して幅方向に微小に変動するため発振波長がわずかに変えられ、同時に光分波器に対しても位置と発振波長が変わるから常に同じ光ファイバから出力される。各半導体レーザ素子を順番に１個ずつ発振させながら圧電素子に印加する電圧を変えてやると、光ファイバから出力されるレーザ光の波長がほぼ連続して変わるから、各半導体レーザアレイの発振帯域の範囲で幅広く波長を変えられる。全部の半導体レーザ素子を同時に発振させながら圧電素子を周期的に変動させると、全発振帯域を短時間で掃引できる。
３枚の半導体レーザアレイの斜視図である。 半導体レーザアレイ光源の正面図である。 半導体レーザアレイ光源の平面図である。
符号の説明
１ 半導体レーザアレイの基板
２ 半導体レーザ素子
３ 半導体レーザアレイ
４ 半導体レーザ光源の基板
５ コア層
６ クラッド層
７ 光共振器の球面反射鏡
８ 光共振器の回折格子
９ 光共振器
１０ 光共振器の入出射面
１１ 光分波器の球面反射鏡
１２ 光分波器の回折格子
１３ 光分波器
１４ 光分波器の出射面
１５ 圧電素子
１６ 光分波器の入射面
１７ 光ファイバ
１８ レーザ光

Claims (1)

  1. 光共振器の入出射面と光分波器の出射面を間隙をおいて向き合うように配置し、圧電素子上に材料や成分比を違えて発振波長域を変えた複数枚の半導体レーザアレイを並べてその間隙に配置して、各半導体レーザ素子と光共振器および光分波器を光学的にそれぞれ結合した光源。
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