JP3219118B2 - 外部共振器内波長変換器 - Google Patents

外部共振器内波長変換器

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JP3219118B2
JP3219118B2 JP5870294A JP5870294A JP3219118B2 JP 3219118 B2 JP3219118 B2 JP 3219118B2 JP 5870294 A JP5870294 A JP 5870294A JP 5870294 A JP5870294 A JP 5870294A JP 3219118 B2 JP3219118 B2 JP 3219118B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は外部共振器内波長変換器
に関し、特に外部共振器の温度調節が不要で、多くの波
長変換結晶に対応でき、出力光の変調が可能な外部共振
器内波長変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の外部共振器内波長変換器は半導体
レーザの出力光を入力として外部共振器で共振させ、こ
の共振光を外部共振器内に設けた波長変換結晶に透過さ
せて光の波長を変換するものである。
【0003】図2はこのような従来の外部共振器内波長
変換器の一例を示す構成ブロック図である。図2におい
て1は半導体レーザ、2は半導体レーザ1の駆動回路、
3ははピエゾ素子ミラー、4a,4b,4c及び4dは
ミラー、5は波長変換素子、6及び7は温度調節器、1
00は変換出力光である。また、ミラー4a〜4dは外
部共振器50を構成している。
【0004】半導体レーザ1には駆動回路2の制御信号
が接続され、半導体レーザ1の発振出力光はピエゾ素子
ミラー3に入射される。ピエゾ素子ミラー3の反射光は
外部共振器50を構成するミラー4aを透過し、ミラー
4b及びミラー4cの順で反射される。
【0005】ミラー4cの反射光は波長変換素子5を透
過してミラー4dに入射され、入射光の内一部はミラー
4dを透過し変換出力光100として出力され、残りは
ミラー4dで反射されてミラー4aに入射される。
【0006】また、温度調節器6は半導体レーザ1の温
度調節を、温度調節器7は外部共振器50の温度調節を
それぞれ行う。
【0007】ここで、図2に示す従来例の動作を説明す
る。基本波となる半導体レーザ1の発振出力光は外部共
振器50を構成するミラー4a〜4dで次々に反射され
ることにより共振光となり、外部共振器50内の前記基
本波の密度が大きくなる。
【0008】この密度の大きい基本波が波長変換素子5
を透過することにより効率良く波長変換が行われ、変換
出力光100として出力される。
【0009】一方、温度調節器6及び7により半導体レ
ーザ1及び外部共振器50の温度をそれぞれ調節し、半
導体レーザ1の発振波長と外部共振器50の共振波長と
が十分近傍にあるように制御すると、外部共振器50内
の散乱等により、通常の共振光とは逆回りの、即ち、図
2中”イ”,”ロ”,”ハ”及び”ニ”方向の共振光が
生じる。
【0010】この逆回りの共振光の一部はミラー4aを
透過して戻り光としてピエゾ素子ミラー3を介して半導
体レーザ1に入射される。この戻り光の光量が適当であ
れば半導体レーザ1は自動的に外部共振器50の共振波
長で発振する。このような発振を光帰還同調発振と言
う。
【0011】但し、実際には半導体レーザ1の発振波長
は外部共振器50の共振波長とは完全に一致しないた
め、ピエゾ素子ミラー3は外部共振器50からの戻り光
の位相を調整して半導体レーザ1の発振波長と外部共振
器50の共振波長とを一致させる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体レーザ
1の発振波長と外部共振器50の共振波長とが十分近傍
にあるように半導体レーザ1及び外部共振器50を温度
調節する必要があった。
【0013】また、半導体レーザ1への戻り光の光量が
多すぎた場合には半導体レーザ1の発振が不安定になっ
てしまうので、波長変換素子5の質が悪い場合には戻り
光が多くて使用できない場合がある。一般に、戻り光の
光量は半導体レーザ1の発振出力光の”10-4〜1
-5”が適当な光量である。
【0014】さらに、波長変換された変換出力光100
には変調がかけられないと言った問題点がある。従って
本発明の目的は、外部共振器の温度調節が不要で、戻り
光の多い波長変換素子にも対応でき、且つ、出力光に変
調をかけることが可能な外部共振器内波長変換器を実現
することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の第1では、光帰還同期発振に用いる
外部共振器内に波長変換素子を設けて波長変換を行う外
部共振器内波長変換器において、前記外部共振器に発振
出力光を供給する半導体レーザと、この半導体レーザと
前記外部共振器との間に設けられ偏波面を回転させるフ
ァラデー回転子と、前記半導体レーザと前記外部共振器
との間に設けられ、前記半導体レーザと前記外部共振器
との間の距離を調整するピエゾ素子ミラーとを備えたこ
とを特徴とするものである。
【0016】本発明の第2では、光帰還同期発振に用い
る外部共振器内に波長変換素子を設けて波長変換を行う
外部共振器内波長変換器において、前記外部共振器に発
振出力光を供給する半導体レーザと、この半導体レーザ
と前記外部共振器との間に設けられ偏波面を回転させる
ファラデー回転子と、前記半導体レーザと前記外部共振
器との間に設けられ、前記半導体レーザと前記外部共振
器との間の距離を調整すると共に前記波長変換された出
力光を変調する調整変調手段と、を備えたことを特徴と
するものである。
【0017】本発明の第3では、光帰還同期発振に用い
る外部共振器内に波長変換素子を設けて波長変換を行う
外部共振器内波長変換器において、前記外部共振器に発
振出力光を供給する半導体レーザと、この半導体レーザ
と前記外部共振器との間に設けられ偏波面を回転させる
ファラデー回転子と、前記半導体レーザと前記外部共振
器との間に設けられ、前記半導体レーザと前記外部共振
器との間の距離を調整するピエゾ素子ミラーと、前記外
部共振器から出力される基本波に基づき前記半導体レー
ザの前記発振波長を走査する制御手段とを備えたことを
特徴とするものである。
【0018】
【作用】光路にファラデー回転子を設け、半導体レーザ
の発振出力光の偏波面を適当に選択することにより戻り
光の多い波長変換素子にも対応可能になり、また、調整
変調手段を用いて半導体レーザと外部共振器との間の距
離を変動させることにより出力光に変調をかけることが
可能になり、さらに、制御手段を用いて半導体レーザの
発振波長を走査することにより外部共振器の温度調節が
不要になる。
【0019】
【実施例】以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図1は本発明に係る共振器内波長変換器の一実施例を示
す構成ブロック図である。ここで、1,2,4a〜4
d,5,6,50及び100は図2と同一符号を付して
ある。
【0020】図1において3aはピエゾ素子ミラー、8
は光検出器、9は走査回路、10はファラデー回転子、
11はピエゾ素子駆動回路、12は発振器、101は外
部共振器50からの基本波出力光である。また、2,8
及び9は制御手段51を、3a,11及び12は調整変
調手段52をそれぞれ構成している。
【0021】接続関係については図2に示す従来例とほ
ぼ同じであり、異なる点は以下の通りである。即ち、基
本波出力光101がミラー4bを透過して出力され、こ
の基本波出力光101が光検出器8に入射され、光検出
器8の出力が走査回路9に接続され、走査回路9の出力
が駆動回路2に接続される。
【0022】また、発振器12の出力がピエゾ素子駆動
回路11に接続され、ピエゾ素子駆動回路11の出力が
ピエゾ素子ミラー3aに接続される。さらに、ピエゾ素
子ミラー3aとミラー4aとの間にファラデー回転子1
0が設けられる。
【0023】ここで、図1に示す実施例の動作を説明す
る。但し、図2に示す従来例と共通の部分についてはそ
の説明を省略する。半導体レーザ1の発振出力光は図1
中に示すようにx軸に対して”θ°”の偏波面を有し、
ファラデー回転子10は入射光の偏波面を”45°”回
転させるものとする。また、外部共振器50の共振偏波
面はy軸方向であるとする。
【0024】半導体レーザ1の発振出力光はピエゾ素子
ミラー3aを介してファラデー回転子10に入射され
る。この際に入射光は45°の回転を受け、偏波面が”
θ+45°”となる。
【0025】また、外部共振器50の共振はy軸方向で
あるので外部共振器50内で生じた逆回りの共振光は偏
波面がx軸に対して”90°”である。従って、ミラー
4aを透過してきた戻り光はファラデー回転子10に入
射され、この際に45°の回転を受けて偏波面が”13
5°”となる。
【0026】ここで、外部共振器50の共振はy軸方向
であるので半導体レーザ1から外部共振器50への結合
量”ε”はファラデー回転子10の出力光のy軸成分に
相当し、 ε=cos((θ+45°)−90°)2 =cos(θ−45°)2 (1) となる。
【0027】また、外部共振器50から半導体レーザ1
への結合量”η”はファラデー回転子10の出力光の内
半導体レーザ1の発振出力光の偏波面”θ°”成分に相
当し、 η=cos(135°−θ)2 (2) となる。
【0028】例えば、半導体レーザ1の発振出力光の偏
波面を、 θ°=45° (3) とすると、式(1)から結合量”ε”は、 ε=cos(45°−45°)2 =cos(0°)2 =1 (4) となる。
【0029】一方、式(2)より結合量”η”は、 η=cos(135°−45°)2 =cos(90°)2 =0 (5) となる。
【0030】この結果、光路にファラデー回転子10を
設け、半導体レーザ1の発振出力光の偏波面”θ°”
を”45°”の近傍で適当に選択することによって、波
長変換素子5の質に係わりなく、半導体レーザ1から外
部共振器50への結合量”ε”がほぼ”1”になり、戻
り光の光量を半導体レザー1の発振出力光の光量の”1
-4〜10-5”程度に制御することができ半導体レザー
1の安定な発振が可能となる。
【0031】また、変換出力光100を変調する場合に
は、発振器12及びピエゾ素子駆動回路11によりピエ
ゾ素子ミラー3aに変調信号を印加する。ピエゾ素子ミ
ラー3aに変調信号が印加されると半導体レーザ1と外
部共振器50との間の距離が変動する。
【0032】光帰還同調発振では半導体レーザ1と外部
共振器50との間の距離の変化に敏感であり、通常状態
では外部共振器50内に最大のパワーが得られるように
ピエゾ素子ミラー3aにより前記距離が制御されてい
る。
【0033】言い換えれば、半導体レーザの発振波長が
外部共振器50の共振波長に完全に一致するように制御
される。
【0034】従って、ピエゾ素子ミラー3aで半導体レ
ーザ1と外部共振器50との間の距離を発振器12の出
力周波数で変動させることにより、外部共振器50内の
パワーが発振器12の出力周波数で変動、即ち、変換出
力光100が発振器12の出力周波数で強度変調される
ことになる。
【0035】この結果、調整変調手段52を用いて半導
体レーザ1と外部共振器50との間の距離を変動させる
ことにより、変換出力光100に強度変調をかけること
ができる。
【0036】さらに、一般に起動時には半導体レーザ1
の発振波長は外部共振器50の共振波長と同調発振して
はいない。また、同期発振している場合は基本波出力光
101の出力が最大に、言い換えれば光検出器8の検出
信号が最大になる。
【0037】従って、起動時には走査回路9で駆動回路
2を制御し、半導体レーザ1の発振波長を走査させる。
この走査により同調発振して光検出器8の出力が最大に
なると、走査回路9は走査を停止して半導体レーザ1の
発振波長を固定する。
【0038】この後、調整変調手段52により光検出器
8の出力が更に最大になるように半導体レーザ1と外部
共振器50との間の距離を調整する。
【0039】この結果、制御手段51を用いて起動時に
半導体レーザ1の発振波長を走査することにより、特に
外部共振器50の温度調節をしなくても良くなる。
【0040】なお、ピエゾ素子ミラー3aとファラデー
回転子10の位置関係については互いに入れ代わっても
良い。
【0041】また、起動時に限らず周囲温度変化等によ
り光帰還同調発振から外れた場合にも、光検出器8でこ
れを検知し、半導体レーザ1の発振波長を走査すること
により、光帰還同調発振に戻すことができる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。本願発明の第1
では光路にファラデー回転子を設け、半導体レーザの発
振出力光の偏波面を適当に選択することにより、戻り光
の多い波長変換素子にも対応することが可能な外部共振
器内波長変換器が実現できる。
【0043】また、本願第2の発明では調整変調手段を
用いて半導体レーザと外部共振器との間の距離を変動さ
せることにより、戻り光の多い波長変換素子にも対応す
ることが可能な外部共振器内波長変換器が実現できると
共に変換出力光に変調をかけることが可能な外部共振器
内波長変換器が実現できる。
【0044】さらに、本願発明の第3では制御手段を用
いて半導体レーザの発振波長を走査することにより、
り光の多い波長変換素子にも対応することが可能な外部
共振器内波長変換器が実現できると共に外部共振器の温
度調節が不要な外部共振器内波長変換器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る共振器内波長変換器の一実施例を
示す構成ブロック図である。
【図2】従来の外部共振器内波長変換器の一例を示す構
成ブロック図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ 2 駆動回路 3,3a ピエゾ素子ミラー 4a,4b,4c,4d ミラー 5 波長変換素子 6,7 温度調節器 8 光検出器 9 走査回路 10 ファラデー回転子 11 ピエゾ素子駆動回路 12 発振器 50 外部共振器 51 制御手段 52 調整変調手段 100 変換出力光 101 基本波出力光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01S 3/081 H01S 3/105 3/105 3/108 3/108 G02B 7/18 B (56)参考文献 特開 平7−45896(JP,A) 特開 平4−366928(JP,A) 特開 平4−179933(JP,A) 特開 平6−338651(JP,A) 特開 平5−34746(JP,A) 特開 平5−80379(JP,A) 特開 平5−34746(JP,A) 旭硝子研究報告 Vol.42,No. 1,PP.67−79(1992) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 G02F 1/37 H01S 3/00 - 3/30

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光帰還同期発振に用いる外部共振器内に波
    長変換素子を設けて波長変換を行う外部共振器内波長変
    換器において、 前記外部共振器に発振出力光を供給する半導体レーザ
    と、 この半導体レーザと前記外部共振器との間に設けられ偏
    波面を回転させるファラデー回転子と、 前記半導体レーザと前記外部共振器との間に設けられ、
    前記半導体レーザと前記外部共振器との間の距離を調整
    するピエゾ素子ミラーとを備えたことを特徴とする外部
    共振器内波長変換器。
  2. 【請求項2】光帰還同期発振に用いる外部共振器内に波
    長変換素子を設けて波長変換を行う外部共振器内波長変
    換器において、 前記外部共振器に発振出力光を供給する半導体レーザ
    と、この半導体レーザと前記外部共振器との間に設けられ偏
    波面を回転させるファラデー回転子と、 前記半導体レーザと前記外部共振器との間に設けられ、
    前記半導体レーザと前記外部共振器との間の距離を調整
    すると共に前記波長変換された出力光を変調する調整変
    調手段と、 を備えたことを特徴とする外部共振器内波長変換器。
  3. 【請求項3】光帰還同期発振に用いる外部共振器内に波
    長変換素子を設けて波長変換を行う外部共振器内波長変
    換器において、 前記外部共振器に発振出力光を供給する半導体レーザ
    と、この半導体レーザと前記外部共振器との間に設けられ偏
    波面を回転させるファラデー回転子と、 前記半導体レーザと前記外部共振器との間に設けられ、
    前記半導体レーザと前記外部共振器との間の距離を調整
    するピエゾ素子ミラーと、 前記外部共振器から出力される基本波に基づき前記半導
    体レーザの前記発振波長を走査する制御手段とを備えた
    ことを特徴とする外部共振器内波長変換器。
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