JP3145165U - アレイ導波路型固体光共振器付多波長光源 - Google Patents

Abstract

【課題】アレイ導波路回折格子の光波長合分波器を使った固体光共振器と半導体レーザ素子を組み合わせて、幅広い帯域で発振可能な多波長光源を提供する。
【解決手段】基板上１に形成した光波長合分波器の左スラブ導波路１８と右スラブ導波路１９をアレイ導波路回折格子２０で結び、左スラブ導波路には左入力導波路２１と左出力導波路２２、右スラブ導波路には右入力導波路２３と右出力導波路２４がそれぞれ結合し、左出力導波路と右入力導波路との各出力端面の間に、材料や組成比の異なる複数個の半導体レーザ素子２９を組み合わせた半導体レーザアレイ２６を配置し、左入力導波路には光ファイバ２７を接続し、右入力導波路には反射鏡２８が形成してある多波長光源とする。
【選択図】図２

Description

この考案は複数個の半導体レーザ素子からのレーザ光を１本の光ファイバから出力する多波長光源に関するものである。

アレイ導波路回折格子の光波長合分波器は波長多重光通信の光波長合分波器用に開発されたが、その構造上離散的な複数の波長に対して波長共振する問題があり、光源の半導体レーザ素子の発振波長を正確に制御する必要があった。しかし、逆の見方をすると幅広い帯域で離散的に発振可能な固体光共振器として応用できる可能性がある。

そこでこの考案は、アレイ導波路回折格子の光波長合分波器を使った固体光共振器と半導体レーザ素子を組み合わせて、幅広い帯域で発振可能な多波長光源を目的としている。

そのための手段として、アレイ導波路回折格子の光波長合分波器の入力導波路に反射鏡を設けて固体光共振器とし、材料や組成比の異なる複数個の半導体レーザ素子を配列した半導体レーザアレイを出力導波路に配置している。そして半導体レーザアレイからのレーザ光を各種光分波器で１本の光ファイバに合波している。

半導体レーザアレイの各半導体レーザ素子から出力された各レーザ光は、対応する固体光共振器の出力導波路にそれぞれ入力して、内部のアレイ導波路回折格子により入力導波路に合波され、その反射鏡で反射されて、再びアレイ導波路回折格子により出力導波路に分波されて、元の各半導体レーザ素子に戻って各発振波長が決まる。各半導体レーザ素子の発振波長帯域は材料や組成比により決められ、光源の用途に応じて様々な組合せが自由にできる。各半導体レーザ素子からのレーザ光は光分波器で１本の光ファイバに合波されるので、スペクトル分析器や光信号発生器として利用できる。

図１はこの多波長光源の一実施例の平面図であり、同一基板１上に形成されたアレイ導波路回折格子を用いた２個の波長合分波器を一方は光合波器２、もう一方は固体光共振器３とし、光合波器２の出力導波路４と固体光共振器３の出力導波路５との各出力端面の間に溝６を掘って、半導体レーザアレイ７を配置している。出力導波路４と出力導波路５の光軸は最初から一致しているので面倒な位置あわせが不要である。光合波器２の入力導波路８には光ファイバ９を接続してあり、固体光共振器３の入力導波路１０には反射鏡１１が形成してある。

半導体レーザアレイ７の各半導体レーザ素子１２から出力された各レーザ光１３は、対応する固体光共振器３の出力導波路５にそれぞれ入力して、内部のアレイ導波路回折格子１４により入力導波路１０に合波され、その反射鏡１１で反射されて、再びアレイ導波路回折格子１４により出力導波路５に分波されて、元の各半導体レーザ素子１２に戻って各発振波長が決まる。そしてレーザ光１３は光合波器２の出力導波路４に入力して、内部のアレイ導波路回折格子１５により入力導波路８に合波され、入力導波路８に接続した光ファイバ９から出力される。

図２はこの多波長光源の別の実施例の平面図であり、１個の光波長合分波器１６を光合波器と固体光共振器の両方に兼用した場合である。基板１７上に形成した光波長合分波器１６の左スラブ導波路１８と右スラブ導波路１９をアレイ導波路回折格子２０で結び、左スラブ導波路１８には左入力導波路２１と左出力導波路２２、右スラブ導波路１９には右入力導波路２３と右出力導波路２４がそれぞれ結合してある。左出力導波路２２と右入力導波路２３との各出力端面の間に溝２５を掘って、半導体レーザアレイ２６を配置している。両者の光軸は最初から一致しているので面倒な位置あわせが不要である。左入力導波路２１には光ファイバ２７を接続してあり、右入力導波路２３には反射鏡２８が形成してある。半導体レーザアレイ２６には、この例では４個の半導体レーザ素子２９が等間隔で配列している。

半導体レーザアレイ２６の各半導体レーザ素子２９から出力された各レーザ光３０は、対応する左出力導波路２２にそれぞれ入力して、アレイ導波路回折格子２０により右入力導波路２３に合波され、その反射鏡２８で反射されて、再びアレイ導波路回折格子２０により左出力導波路２２に分波されて、元の各半導体レーザ素子２９に戻って各発振波長が決まる。そしてレーザ光３０は右出力導波路２４に入力して、アレイ導波路回折格子２０により左入力導波路２１に合波され、左入力導波路２１に接続した光ファイバ２７から出力される。

半導体レーザ素子の材料や組成比を変えると異なる波長帯域で発振するから、材料や組成比の異なる複数種の半導体レーザ素子を組み合わせた半導体レーザアレイを配置すると、幅広い帯域に渡って様々な波長で発振して１本の光ファイバから出力する光源を実現でき、１波長ずつ順番に発振させると各種スペクトル分析に利用できる。対象物の吸収スペクトルに応じて変えた波長の組合せも簡単にでき、果実やプラスチックなどの分野別専用スペクトル分析器の多波長光源になる。色々な波長を組合せた組毎の半導体レーザ素子を複数組交互に配列し、圧電素子や磁石などの適当な手段により半導体レーザアレイを幅方向に移動させて動作する組を切り替えると、発振する波長パターンを変えられる。例えば５ｎｍ間隔や１ＴＨｚ間隔の基準光信号発生器で、発振波長帯域の切り替えに使える。

図３は半導体レーザユニット３１の平面図である。同一基板上の４個の半導体レーザ素子３２を形成した半導体レーザアレイ３３を、固体光共振器３４の出力導波路３５と、４本の光ファイバを一次元配列したリボンファイバ３６との間にはさんで光学的に結合した半導体レーザユニット３１を構成している。半導体レーザアレイ３３の各半導体レーザ素子３２から出力された各レーザ光３７は、対応する固体光共振器３４の出力導波路３５にそれぞれ入力して、内部のアレイ導波路回折格子３８により入力導波路３９に合波され、その反射鏡４０で反射されて、再びアレイ導波路回折格子３８により出力導波路３５に分波されて、元の各半導体レーザ素子３２に戻って各発振波長が決まる。そしてレーザ光３７は対応するリボンファイバ３６の他端から出力される。半導体レーザユニット３１の固体光共振器３４の構造は同一であり、内部に配列する半導体レーザアレイ３３の各半導体レーザ素子３２の材料や組成比を変えて発振波長帯域を変えられる。

図４は多波長光源の平面図である。この半導体レーザユニット３１を必要とする波長帯域分複数組用意し、各リボンファイバ３６を固体光分波器４１の出射面４２に波長順に配列して一括接続し、入射面４３に出力用の光ファイバ４４を接続している。固体光分波器４１は厚さ方向が光伝送路構造になっており、周囲の壁面に球面反射鏡４５と回折格子４６が形成してある。各半導体レーザユニット３１のリボンファイバ３６から入射したレーザ光３７は固体光分波器４１の光伝送路を伝播しながら球面反射鏡４５で反射されて平行光線となって回折格子４６に入射し、回折されて再び球面反射鏡４５で反射集光されて出力用の光ファイバ４４から出力される。この構造は広帯域の基準光信号発生器や汎用スペクトル分析器に利用できる。

この多波長光源の一実施例の平面図。 この多波長光源の別の実施例の平面図。 半導体レーザユニットの平面図。 複数の半導体レーザユニットを組み合わせた多波長光源の平面図．

符号の説明

１ 基板
２ 光合波器
３ 固体光共振器
４ 光合波器の出力導波路
５ 固体光共振器の出力導波路
６ 溝
７ 半導体レーザアレイ
８ 光合波器の入力導波路
９ 光ファイバ
１０ 固体光共振器の入力導波路
１１ 反射鏡
１２ 半導体レーザ素子
１３ レーザ光
１４ 固体光共振器のアレイ導波路回折格子
１５ 光合波器のアレイ導波路回折格子
１６ 光波長合分波器
１７ 基板
１８ 左スラブ導波路
１９ 右スラブ導波路
２０ アレイ導波路回折格子
２１ 左入力導波路
２２ 左出力導波路
２３ 右入力導波路
２４ 右出力導波路
２５ 溝
２６ 半導体レーザアレイ
２７ 光ファイバ
２８ 反射鏡
２９ 半導体レーザ素子
３０ レーザ光
３１ 半導体レーザユニット
３２ 半導体レーザ素子
３３ 半導体レーザアレイ
３４ 固体光共振器
３５ 出力導波路
３６ リボンファイバ
３７ レーザ光
３８ アレイ導波路回折格子
３９ 入力導波路
４０ 反射鏡
４１ 固体光分波器
４２ 出射面
４３ 入射面
４４ 光ファイバ
４５ 球面反射鏡
４６ 回折格子

Claims (5)

1. 同一基板１上に形成されたアレイ導波路回折格子を用いた２個の光波長合分波器を一方は光合波器、もう一方は固体光共振器とし、光合波器の出力導波路と固体光共振器の出力導波路との各出力端面の間に、材料や組成比の異なる複数個の半導体レーザ素子を組み合わせた半導体レーザアレイを配置し、光合波器の入力導波路には光ファイバを接続し、固体光共振器の入力導波路には反射鏡が形成してある多波長光源。
2. 基板上に形成した光波長合分波器の左スラブ導波路と右スラブ導波路をアレイ導波路回折格子で結び、左スラブ導波路には左入力導波路と左出力導波路、右スラブ導波路には右入力導波路と右出力導波路がそれぞれ結合し、左出力導波路と右入力導波路との各出力端面の間に、材料や組成比の異なる複数個の半導体レーザ素子を組み合わせた半導体レーザアレイを配置し、左入力導波路には光ファイバを接続し、右入力導波路には反射鏡が形成してある多波長光源。
3. ［請求項１］の半導体レーザアレイを幅方向に移動可能な状態で配置してある多波長光源。
4. ［請求項２］の半導体レーザアレイを幅方向に移動可能な状態で配置してある多波長光源。
5. 材料や組成比の異なる複数個の半導体レーザ素子を配列した半導体レーザアレイを、アレイ導波路回折格子を用いた固体光共振器の出力導波路と、複数本の光ファイバを一次元配列したリボンファイバとの間にはさんで光学的に結合した半導体レーザユニットを複数組用意し、各リボンファイバを固体光分波器の出射面に波長順に配列して一括接続し、入射面に出力用の光ファイバを接続した多波長光源。

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