JP4176860B2

JP4176860B2 - External cavity laser

Info

Publication number: JP4176860B2
Application number: JP03617898A
Authority: JP
Inventors: 秀行那須; 英之大村
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: JPH11233895A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバーブラッググレーティング（以下、「ＦＢＧ」という）を用いて所望波長のレーザ光を出力する外部共振器型レーザに関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
従来、この種のＦＢＧを用いた外部共振器型レーザには、例えば特開平９−１５３６５９号公報や特開平９−１６２４９１号公報に開示されたレーザモジュールがあり、これらレーザモジュールでは、レーザ発光素子とファイバとの光結合部に、ファイバ端面をレンズ加工した、いわゆるレンズドファイバを用いていた。この結果、レーザ共振器の長さは短くなり、光子寿命を短くでき、通信用レーザに必要な高い緩和振動周波数を実現していた。
【０００３】
また、特開平９−１６２４８９号公報に開示されたごとく、レーザ発光素子の光射出面と光ファイバの端部を直接接続する、いわゆるバットジョインとする構成によっても、共振器長を短くすることができる。
これらレーザは、単一縦モードで発振しており、その発振モードは、共振器構造で決まる縦モードの中で、ＦＢＧのブラッグ波長に最も近い単一のモードとなる。これらレーザにおける光源の波長選別は、ＦＢＧのブラッグ波長を規定することで決まっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、光源の選別は、ＦＢＧのブラッグ波長を規定することで決まるが、発振モードは、上述したごとく、共振器構造で決まるので、必ずしもブラッグ波長で発振するものではなかった。
ここで、一般的な外部共振器型レーザの構成図を図１０に示す。図において、外部共振器型レーザは、光源であるレーザダイオードからなるレーザ発光素子１０と、導光路で、かつブラッグ波長に反射のピークを有する狭帯域反射型の光ファイバであるＦＢＧ２０とを備えて構成される。レーザ発光素子１０は、活性層１１と、活性層１１を挟んで形成される無反射端面１２及び高反射端面１３とを、またＦＢＧ２０は、クラッド２１の端面２２が球面状にレンズ加工されたレンズドファイバ（先球レンズ部）と、ファイバコア２３内に形成されたグレーティング２４とをそれぞれ有し、注入される電流によって活性層１１に光が生じ、その光が高反射端面１３とグレーティング２４間で形成される共振器によって反射増幅され、レーザ光として出力している。
【０００５】
このような構成のレーザ共振器における各パラメータは、以下のように定義される。ｎ₀は、空気の屈折率、β₀は、空気の伝搬定数、α₀は、空気の伝搬損失、Ｃ_outは、上記レンズドファイバの結合係数、ｚは、上記無反射端面とレンズドファイバ（端面２２）間の距離、ｎ₁は、上記活性層の実効屈折率、β₁は、上記活性層内の伝搬定数、ｒ_hは、上記高反射端面の電界反射率、ｒ_aは、上記無反射端面の電界反射率、Гは、上記活性層横方向光閉じ込め係数、α₁は、上記活性層内の伝搬損失、Ｌ₁は、上記活性層の長さ、ｇ_thは、しきい利得、ｎ₂は、上記ファイバコアの実効屈折率、β₂は、上記ファイバコア内の伝搬定数、α₂は、上記ファイバコア内の伝搬損失、Ｒは、上記レンズ半径、Ｌ₂は、先球レンズ部の中心からレーザダイオード側のグレーティング２４端までの距離である。
【０００６】
このレーザ構成において、レーザ発光素子の前面（無反射端面）反射率及びレンズドファイバの端面反射率が無視できる程に十分小さいとすると、レーザ発振のしきい条件は、以下のように与えられる。

ここで、φは、グレーティングによって光波が反射することによる位相遅れを表す。また、上記（１）式における伝搬定数β₀，β₁，β₂は、波長λと屈折率ｎ₀，ｎ₁，ｎ₂を用いて、
β₀＝２πｎ₀／λ，β₁＝２πｎ₁／λ，β₂＝２πｎ₂／λ …（２）
と表されるから、次に位相条件の式を上記（２）式の波長と屈折率を用いて表現すると、
２（２πｎ₀ｚ／λ＋２πｎ₁Ｌ₁／λ＋２πｎ₂Ｒ／λ＋２πｎ₂Ｌ₂／λ）＋φ
＝２ｑπ （ただし、ｑ＝１，２，３，…） …（３）
となる。この位相条件が満たされる波長にのみ縦モードが存在する。また、ブラッグ波長において、φは、π／２となる。この位相条件において、ブラッグ波長に最も近い単一縦モードが発振モードとなる。
【０００７】
上記（３）式において、安定した結合効率を得るためには、ｚを一定にする必要がある（ｚがずれると、結合効率が低下する）。レーザモジュールパッケージでは、通常、不活性ガスが気密されている。例えば、窒素気密が為されており、屈折率ｎ₀は一定となる。また、所望の温度、所望の電流を流した場合のレーザダイオードの実効屈折率ｎ₁は一定となる。
【０００８】
図１１は、ブラッグ波長のグレーティング反射スペクトラムと位相条件で決まる縦モードの関係を示す図である。なお、位相条件は、共振器の長さと伝搬定数で、伝搬定数は、波長と実効屈折率でそれぞれ決まる。それゆえ、位相条件は、共振器の長さと波長の関数となり、レーザ発光素子に注入する電流で変化する。つまり、レーザ発光素子の注入電流に応じて、レーザ発光素子の実効屈折率が変化し、伝搬定数が変化するからである。従って、ある任意の注入電流の場合、図１１に示されるように、ブラッグ波長において縦モードが存在しない場合がある。このような場合、図１２に示される発振スペクトラムでは、発振波長λがブラッグ波長λ_Bから離れたものとなる。
【０００９】
このような場合に、従来では、所定の注入電流でＦＢＧのブラッグ波長と発振波長を一致させることは難しいという問題点があった。
また、このようなレーザを波長多重伝送等の光通信に使用する場合、発振波長は、ＩＴＵ（国際電気通信連合）の勧告で制定されている。従って、レーザの発振波長とＦＢＧのブラッグ波長が一致しない場合には、この制定された発振波長からずれてしまって、勧告に合わないものとなるという問題点があった。さらに、レーザの発振波長がＦＢＧのブラッグ波長と一致しない場合には、伝送特性が悪くなるという問題点もあった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、上記（３）式のカッコ内の第４項におけるファイバコアの実効屈折率ｎ₂と距離Ｌ₂を調整することで縦モードを調整して、ＦＢＧのブラッグ波長とレーザの発振波長を一致させる外部共振器型レーザを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、グレーティングを有し、該グレーティングによる反射光のブラッグ波長が所定波長に設定される光ファイバと、前記光ファイバと光の入出力が可能なように光結合される光結合部と、生じた光を反射する反射面を有して該反射面と前記グレーティングとの間で前記光を共振させて所定発振波長のレーザ光を発振するレーザ発光素子とを備えた外部共振器型レーザにおいて、
前記光結合部と前記グレーティングの間の前記光ファイバの長さ若しくは前記共振される光の伝搬定数又はそれら双方を調整して前記ブラッグ波長に前記レーザ発光素子の発光波長を一致させる調整手段を備えた外部共振器型レーザが提供される。
【００１２】
すなわち、前記光ファイバに応力を加えて、その長さ及びファイバコアの伝搬定数を変更させて調整することにより、共振される光の位相を調整して、発振されるレーザ光の発振波長を所望の波長に変更する。
また、前記調整手段は、前記レーザ発光素子との光結合部と該レーザ発光素子側の前記グレーティング端間の前記光ファイバに光を照射し、ファイバコアの実効屈折率を調整して、その伝搬定数を変更させて調整することによって、発振するレーザ光の位相を調整することも好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る外部共振器型レーザを図１乃至図９の図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る外部共振器型レーザの概略構成を示す構成図である。なお、図１以下の図面において、図１０と同様の構成部分については説明の都合上、同一符号を付記する。
【００１４】
図において、レーザダイオードからなるレーザ発光素子１０は、活性層１１を挟んで形成される無反射端面１２及び高反射端面１３とを有し、無反射端面１２とＦＢＧ２０の端面２２間に形成される光結合部３０で、ＦＢＧ２０と光の入出力が可能なように光結合されている。上記構成の外部共振器型レーザは、レーザ発光素子１０の高反射端面１３とＦＢＧ２０のグレーティング２４間で共振器を形成しており、注入される電流によって活性層１１に光が生じ、その光が高反射端面１３とグレーティング２４との間で反射共振されて、グレーティング２４を介してレーザ光として出力している。
【００１５】
ここで、本発明では、光結合部３０とレーザ発光素子１０側のグレーティング２４端の間に応力を加えて、ファイバコア２３の屈折率を局所的に変化させ、ファイバコア２３の実効屈折率ｎ₂を変化させることによって、（２）式に示したファイバコア２３内の伝搬定数β₂を調整する。これにより、上記伝搬定数β₂が含まれる（３）式の光の位相条件を調整することができる。
【００１６】
また、上記応力を光結合部３０とレーザ発光素子１０側のグレーティング２４端までのＦＢＧ２０の距離Ｌ₂を変化させるように加えれば、上記距離Ｌ₂が含まれる（３）式の位相条件を調整することができる。
従って、図２の位相条件調整後の縦モードとＦＢＧの反射スペクトラムの関係に示すように、この応力に基づく位相条件の調整で、ブラッグ波長λ_Bに縦モードが存在することとなり、図３の発振スペクトラムに示すように、ブラッグ波長λ_Bにおいて発振モードが得られるので、発振波長λとブラッグ波長λ_Bが等しくなり、レーザ光の発振波長λをＦＢＧ２０によるブラッグ波長λ_Bに設定することが可能になる。
【００１７】
図４乃至図８は、上記伝搬定数β₂又は距離Ｌ₂を調整する具体的な実施例を示す図である。図４の第１実施例では、光結合部３０とレーザ発光素子１０側のグレーティング２４端までのＦＢＧ２０を曲げることによって、ＦＢＧ２０に応力を加えてファイバコアの実効屈折率ｎ₂を変えるとともに、光結合部３０とレーザ発光素子１０側のグレーティング２４端までの距離Ｌ₂を変える。なお、上記距離Ｌ₂を変えるということは、高反射端面１３とグレーティング２４間で形成される共振器の長さが変わるということである。
【００１８】
従って、本実施例では、（２）及び（３）式の伝搬定数β₂及び距離Ｌ₂を調整できるので、位相条件が調整でき、これによりレーザ光の発振波長をＦＢＧによるブラッグ波長に設定することができる。
図５の第２実施例では、光結合部とレーザ発光素子側のグレーティング２４端までのＦＢＧ２０に、本発明の支持部材を構成する支持棒４０を取り付け、支持棒４０をＦＢＧ２０に押し当てて応力を加えてファイバコアの実効屈折率ｎ₂を変えるとともに、距離Ｌ₂を変える。
【００１９】
従って、本実施例では、伝搬定数β₂及び距離Ｌ₂を調整できるので、（３）式の位相条件が調整でき、これによってもレーザ光の発振波長をＦＢＧによるブラッグ波長に設定することができる。
図６の第３実施例では、所定の状態、例えば乾いた状態で収縮又は膨張する材質（樹脂又は金属）の部材４１を、例えば樹脂塗布したり、半田付けして光結合部とレーザ発光素子側のグレーティング２４端までのＦＢＧ２０に取り付け、部材４１を乾かして収縮又は膨張させることによって、ＦＢＧ２０に応力を加えてファイバコアの実効屈折率ｎ₂を変えるとともに、距離Ｌ₂を変える。
【００２０】
従って、本実施例でも、伝搬定数β₂及び距離Ｌ₂を調整できるので、（３）式の位相条件が調整でき、これによりレーザ光の発振波長をＦＢＧによるブラッグ波長に設定することができる。
図７（ａ）の第４実施例では、光結合部とレーザ発光素子側のグレーティング２４端までのＦＢＧ２０の外周面に円筒状の圧電素子４２を取り付け、圧電素子４２に直流電圧源４３から電圧を印加して動作させ、ＦＢＧ２０の長手方向に応力を加えて実効屈折率ｎ₂を変えるとともに、距離Ｌ₂を変える。また、図７（ｂ）に示すように、板状の圧電素子４２を取り付けてＦＢＧ２０を曲げるように構成しても良い。
【００２１】
従って、本実施例では、直流電圧源からの印加電圧を可変にすることで、ＦＢＧ２０に加わる応力が変化し、伝搬定数β₂及び距離Ｌ₂を調整できるので、（３）式の位相条件が調整でき、これによってもレーザ光の発振波長をＦＢＧによるブラッグ波長に設定することができる。
なお、図８の第５実施例は、図７の第４実施例に示した圧電素子の結晶方向を９０度変化させたものである。本実施例でも、圧電素子４２に直流電圧源４３から電圧を印加して動作させており、これによりＦＢＧ２０の長手方向と垂直の方向に応力を加えて実効屈折率ｎ₂を変えるとともに、距離Ｌ₂を変える。
【００２２】
従って、本実施例でも、第４実施例と同様に、ＦＢＧに加わる応力が変化し、伝搬定数β₂及び距離Ｌ₂を調整できるので、（３）式の位相条件が調整でき、これによりレーザ光の発振波長をＦＢＧによるブラッグ波長に設定することができる。
また、図９の第６実施例は、応力の代わりに光を使用した場合の一例である。第６実施例では、光結合部とレーザ発光素子側のグレーティング２４端までのＦＢＧ２０に外部の光源（図示せず）から光を照射することによって、既知の非線形効果（いわゆるカー効果）を起こさせて、ファイバコア２３の実効屈折率ｎ₂を変える。すなわち、カー効果では、電界強度の２乗に比例した屈折率変化を生じる。つまり、光強度は、電界強度の２乗に比例するから、入射した光のパワーに比例して、屈折率が変化する。ここで、例えばシリカを用いた場合、ファイバコアの屈折率をｎ_coreとし、カー効果による屈折率変化分をｎ_kerrで表すと、実効屈折率ｎ₂とは次の関係がある。
【００２３】
ｎ₂＝ｎ_core＋ｎ_kerrＩ …（４）
なお、Ｉは光強度（インテンシティ又は光パワー密度）である。ファイバコアにおけるｎ_kerrの値は、一般的に、２×１０^-20〜３×１０^-20（ｍ²／Ｗ）からなる値が知られている。上記（４）式を入射パワーと結びつけるには、光ファイバの実効断面積Ａ_effを用いて、
ｎ₂＝ｎ_core＋ｎ_kerrＰ／Ａ_eff …（５）
と表される。ここで、Ａ_eff≒πｒ²である。また、ｒは、モードフィールド半径であり、通常シングルモードファイバであれば、４〜６μｍ程度となる。
【００２４】
従って、本実施例では、ＦＢＧに照射される光の強度を変えることで、実効屈折率ｎ₂が（５）式のように変化して、（２）式の伝搬定数β₂を調整できるので、（３）式の位相条件が調整でき、これによってもレーザ光の発振波長をＦＢＧによるブラッグ波長に設定することができる。
なお、これら実施例において、レーザ光の発振波長をＦＢＧによるブラッグ波長に一致される場合には、例えばＦＢＧ２０のレーザ光出力側に光カプラ（図示せず）を取り付け、出力されるレーザ光を分離し、その波長をモニタしてフィードバックし、応力又は光の強度を調整すれば、上記レーザ光の発振波長を上記ブラッグ波長に対応させることができ、実際にファイバグレーティングのブラッグ波長を選別することで、発振波長が精度良く選別することができる。
【００２５】
また、第４及び第５実施例においては、予め印加電圧と発振波長の関係が解っている場合には、印加する電圧を可変にして、上記電圧をフィードバックすれば、位相条件が調整され、上記レーザ光の発振波長を上記ブラッグ波長に対応させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、グレーティングによる反射光のブラッグ波長が所定波長に設定される光ファイバと、前記光ファイバと光の入出力が可能なように光結合される光結合部と、生じた光を反射する反射面を有して該反射面と前記グレーティングとの間で前記光を共振させて所定発振波長のレーザ光を発振するレーザ発光素子とを備えた外部共振器型レーザにおいて、前記レーザ発光素子との光結合部と前記グレーティング間の前記光ファイバに、応力を加えて又は光を照射して、前記光ファイバの長さ又は前記共振される光の伝搬定数又はこれら双方を調整する調整手段を備えたので、前記共振される光の位相を調整してＦＢＧのブラッグ波長とレーザの発振波長を一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る外部共振器型レーザの概略構成を示す構成図である。
【図２】図１に示した本発明に係る外部共振器型レーザを用いた時の位相条件調整後の縦モードとＦＢＧの反射スペクトラムの関係を示す関係図である。
【図３】同じく本発明による発振スペクトラムを示す図である。
【図４】図１に示した外部共振器型レーザの第１実施例の構成を示す構成図である。
【図５】同じく第２実施例の構成を示す構成図である。
【図６】同じく第３実施例の構成を示す構成図である。
【図７】同じく第４実施例の構成を示す構成図である。
【図８】同じく第５実施例の構成を示す構成図である。
【図９】同じく第６実施例の構成を示す構成図である。
【図１０】従来の外部共振器型レーザの概略構成を示す構成図である。
【図１１】図１０に示した外部共振器型レーザを用いた時の縦モードとＦＢＧの反射スペクトラムの関係を示す関係図である。
【図１２】同じく従来による発振スペクトラムを示す図である。
【符号の説明】
１０レーザ発光素子
１１活性層
１２無反射端面
１３高反射端面
２０光ファイバ（ＦＢＧ）
２１クラッド
２２クラッド端面
２３ファイバコア
２４グレーティング
３０光結合部
４０支持棒
４１部材
４２圧電素子
４３直流電圧源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an external resonator type laser that outputs a laser beam having a desired wavelength using a fiber Bragg grating (hereinafter referred to as “FBG”).
[0002]
[Related background]
Conventionally, external resonator type lasers using this type of FBG include laser modules disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-153659 and 9-162491. In these laser modules, laser light emitting elements are disclosed. A so-called lensed fiber in which the end surface of the fiber is processed into a lens is used for the optical coupling portion between the fiber and the fiber. As a result, the length of the laser resonator is shortened, the photon lifetime can be shortened, and a high relaxation oscillation frequency necessary for a communication laser has been realized.
[0003]
In addition, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-162489, the resonator length can also be shortened by using a so-called butt join in which the light emitting surface of the laser light emitting element and the end of the optical fiber are directly connected. it can.
These lasers oscillate in a single longitudinal mode, and the oscillation mode becomes a single mode closest to the Bragg wavelength of the FBG among longitudinal modes determined by the resonator structure. The wavelength selection of the light source in these lasers has been determined by defining the Bragg wavelength of the FBG.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the selection of the light source is determined by defining the Bragg wavelength of the FBG, but since the oscillation mode is determined by the resonator structure as described above, it does not necessarily oscillate at the Bragg wavelength.
Here, a configuration diagram of a general external cavity laser is shown in FIG. In the figure, an external resonator type laser includes a laser light emitting element 10 composed of a laser diode as a light source, and an FBG 20 which is a narrow band reflection type optical fiber having a reflection peak at a Bragg wavelength in a light guide. Composed. The laser light emitting element 10 has an active layer 11, a non-reflective end face 12 and a highly reflective end face 13 formed across the active layer 11, and the FBG 20 has a lens in which the end face 22 of the clad 21 is formed into a spherical shape. Each of the optical fiber 11 and the grating 24 formed in the fiber core 23. Light is generated in the active layer 11 by the injected current, and the light is generated between the high reflection end face 13 and the grating 24. Is reflected and amplified by the resonator formed by the above and is output as laser light.
[0005]
Each parameter in the laser resonator having such a configuration is defined as follows. n ₀ is the refractive index of air, β ₀ is the air propagation constant, α ₀ is the air propagation loss, C _out is the coupling coefficient of the lensed fiber, and z is the non-reflection end face and the lensed fiber. (end face 22) the distance between, n ₁ is the effective refractive index of the active layer, beta ₁ is the propagation constant of said active layer, r _h, the electric field reflectivity of the high reflectivity facet, r _a is the The electric field reflectivity of the non-reflection end face, Γ is the lateral optical confinement factor of the active layer, α ₁ is the propagation loss in the active layer, L ₁ is the length of the active layer, and g _th is the threshold gain. , N ₂ is the effective refractive index of the fiber core, β ₂ is the propagation constant in the fiber core, α ₂ is the propagation loss in the fiber core, R is the lens radius, and L ₂ is the tip ball. This is the distance from the center of the lens part to the end of the grating 24 on the laser diode side.
[0006]
In this laser configuration, if the front surface (non-reflection end surface) reflectance of the laser light emitting element and the end surface reflectance of the lensed fiber are sufficiently small to be negligible, the threshold conditions for laser oscillation are given as follows.

Here, φ represents a phase delay due to reflection of the light wave by the grating. Further, the propagation constants β ₀ , β ₁ , β ₂ in the above equation (1) are obtained by using the wavelength λ and the refractive indexes n ₀ , n ₁ , n ₂ ,
β ₀ = 2πn ₀ / λ, β ₁ = 2πn ₁ / λ, β ₂ = 2πn ₂ / λ (2)
Then, the expression of the phase condition is expressed using the wavelength and refractive index of the above equation (2),
_{2 (2πn 0 z / λ +} 2πn 1 L 1 / λ + 2πn 2 R / λ + 2πn 2 L 2 / λ) + φ
= 2qπ (where q = 1, 2, 3,...) (3)
It becomes. Longitudinal modes exist only at wavelengths that satisfy this phase condition. Further, at the Bragg wavelength, φ is π / 2. Under this phase condition, the single longitudinal mode closest to the Bragg wavelength is the oscillation mode.
[0007]
In the above equation (3), in order to obtain a stable coupling efficiency, it is necessary to keep z constant (the coupling efficiency decreases when z deviates). In the laser module package, an inert gas is usually hermetically sealed. For example, nitrogen is hermetically sealed and the refractive index n ₀ is constant. Further, the effective refractive index n ₁ of the laser diode when a desired temperature and a desired current are passed is constant.
[0008]
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the Bragg wavelength grating reflection spectrum and the longitudinal mode determined by the phase condition. The phase condition is the length of the resonator and the propagation constant, and the propagation constant is determined by the wavelength and the effective refractive index. Therefore, the phase condition is a function of the resonator length and wavelength, and changes with the current injected into the laser light emitting element. That is, the effective refractive index of the laser light emitting element changes and the propagation constant changes according to the injection current of the laser light emitting element. Therefore, for some arbitrary injected current, there may be no longitudinal mode at the Bragg wavelength, as shown in FIG. In such a case, in the oscillation spectrum shown in FIG. 12, the oscillation wavelength λ is separated from the Bragg wavelength λ _B.
[0009]
In such a case, conventionally, there has been a problem that it is difficult to match the Bragg wavelength of the FBG with the oscillation wavelength with a predetermined injection current.
Further, when such a laser is used for optical communication such as wavelength division multiplexing, the oscillation wavelength is established by a recommendation of ITU (International Telecommunication Union). Therefore, when the laser oscillation wavelength and the FBG Bragg wavelength do not match, there is a problem that the laser oscillation wavelength is deviated from the established oscillation wavelength and does not meet the recommendation. Further, when the oscillation wavelength of the laser does not match the Bragg wavelength of the FBG, there is a problem that transmission characteristics are deteriorated.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and the longitudinal mode is adjusted by adjusting the effective refractive index n ₂ and the distance L ₂ of the fiber core in the fourth term in parentheses in the above formula (3). An object of the present invention is to provide an external cavity laser that matches the Bragg wavelength of the FBG with the oscillation wavelength of the laser.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention has a grating, optical coupling as an optical fiber Bragg wavelength of the reflected light Ru is set to a predetermined wavelength, which can input and output of the optical fiber and the light from the grating an optical coupling section to be, Relais to have a reflecting surface for reflecting the light produced by resonating the light between the grating and the reflective surface oscillate a laser beam having a predetermined oscillation wavelength over the light emitting element In an external cavity laser with
Adjusting means for adjusting the length of the optical fiber between the optical coupling portion and the grating and / or the propagation constant of the resonated light to match the emission wavelength of the laser light emitting element with the Bragg wavelength An external cavity laser is provided.
[0012]
That is, by applying stress to the optical fiber and changing and adjusting the length and the propagation constant of the fiber core, the phase of the resonated light is adjusted and the oscillation wavelength of the laser light to be oscillated is desired. Change to the wavelength of.
The adjusting means irradiates the optical fiber between the optical coupling portion with the laser light emitting element and the grating end on the laser light emitting element side, adjusts the effective refractive index of the fiber core, and propagates the light. It is also preferable to adjust the phase of the oscillating laser beam by adjusting the constant to change.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An external cavity laser according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an external resonator type laser according to the present invention. In FIG. 1 and subsequent drawings, the same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals for convenience of explanation.
[0014]
In the figure, a laser light emitting element 10 made of a laser diode has a non-reflective end face 12 and a highly reflective end face 13 formed with an active layer 11 interposed therebetween, and is formed between the non-reflective end face 12 and the end face 22 of the FBG 20. The optical coupling unit 30 is optically coupled with the FBG 20 so that light can be input and output. The external resonator type laser having the above configuration forms a resonator between the highly reflective end face 13 of the laser light emitting element 10 and the grating 24 of the FBG 20, and light is generated in the active layer 11 by the injected current, and the light is generated. It is reflected and resonated between the highly reflective end face 13 and the grating 24, and is output as laser light through the grating 24.
[0015]
Here, in the present invention, stress is applied between the optical coupling portion 30 and the end of the grating 24 on the laser light emitting element 10 side to locally change the refractive index of the fiber core 23, so that the effective refractive index n of the fiber core 23 is increased. By changing ₂ , the propagation constant β ₂ in the fiber core 23 shown in the equation (2) is adjusted. Thus, it is possible to adjust the propagation constant beta ₂ include (3) a phase condition for expression of light.
[0016]
Further, if the stress is applied so as to change the distance L ₂ of the FBG 20 from the optical coupling portion 30 to the end of the grating 24 on the laser light emitting element 10 side, the phase condition of the expression (3) including the distance L ₂ is adjusted. can do.
Therefore, as shown in the relationship between the longitudinal mode after adjusting the phase condition in FIG. 2 and the reflection spectrum of the FBG, by adjusting the phase condition based on this stress, a longitudinal mode exists at the Bragg wavelength λ _B. As shown in the oscillation spectrum, since the oscillation mode is obtained at the Bragg wavelength λ _B , the oscillation wavelength λ is equal to the Bragg wavelength λ _B, and the oscillation wavelength λ of the laser light can be set to the Bragg wavelength λ _B by the FBG 20. become.
[0017]
4 to 8 are diagrams showing specific examples of adjusting the propagation constant β ₂ or the distance L ₂ . In the first embodiment of FIG. 4, by bending the FBG 20 up to the optical coupler 30 and the grating 24 end on the laser light emitting element 10 side, stress is applied to the FBG ₂₀ to change the effective refractive index n ₂ of the fiber core and The distance L ₂ between the coupling portion 30 and the end of the grating 24 on the laser light emitting element 10 side is changed. Note that changing the distance L ₂ means changing the length of the resonator formed between the highly reflective end face 13 and the grating 24.
[0018]
Therefore, in the present embodiment, the propagation constant β ₂ and the distance L ₂ in the expressions (2) and (3) can be adjusted, so that the phase condition can be adjusted, thereby setting the oscillation wavelength of the laser light to the Bragg wavelength by the FBG. be able to.
In the second embodiment of FIG. 5, the support rod 40 constituting the support member of the present invention is attached to the FBG 20 up to the optical coupling portion and the end of the grating 24 on the laser light emitting element side, and the support rod 40 is pressed against the FBG 20 for stress. To change the effective refractive index n ₂ of the fiber core and the distance L ₂ .
[0019]
Thus, in this embodiment, it is possible to adjust the propagation constant beta ₂ and the distance L _2, it can be set to (3) can phase condition adjustment formula, the Bragg wavelength oscillation wavelength of the laser light by the FBG also thereby .
In the third embodiment shown in FIG. 6, a member 41 made of a material (resin or metal) that contracts or expands in a predetermined state, for example, a dry state, is coated with resin or soldered, for example, and the optical coupling portion and the laser light emitting element. By attaching to the FBG 20 up to the end of the side grating 24 and drying or contracting or expanding the member 41, stress is applied to the FBG ₂₀ to change the effective refractive index n ₂ of the fiber core and to change the distance L ₂ .
[0020]
Therefore, also in this embodiment, since the propagation constant β ₂ and the distance L ₂ can be adjusted, the phase condition of the expression (3) can be adjusted, and thereby the oscillation wavelength of the laser beam can be set to the Bragg wavelength by the FBG.
In the fourth embodiment of FIG. 7A, a cylindrical piezoelectric element 42 is attached to the outer peripheral surface of the FBG 20 up to the optical coupling portion and the end of the grating 24 on the laser light emitting element side, and the voltage from the DC voltage source 43 is applied to the piezoelectric element 42. Is applied and stress is applied in the longitudinal direction of the FBG ₂₀ to change the effective refractive index n _{2 and} to change the distance L ₂ . Further, as shown in FIG. 7B, a plate-like piezoelectric element 42 may be attached and the FBG 20 may be bent.
[0021]
Therefore, in this embodiment, by making the applied voltage from the DC voltage source variable, the stress applied to the FBG 20 changes and the propagation constant β ₂ and the distance L ₂ can be adjusted. This can be adjusted, and the oscillation wavelength of the laser beam can be set to the Bragg wavelength by FBG.
In the fifth embodiment of FIG. 8, the crystal direction of the piezoelectric element shown in the fourth embodiment of FIG. 7 is changed by 90 degrees. Also in this embodiment, the piezoelectric element 42 is operated by applying a voltage from the DC voltage source 43, thereby changing the effective refractive index n ₂ by applying stress in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the FBG 20, and the distance L Change ₂
[0022]
Accordingly, in this embodiment as well, as in the fourth embodiment, the stress applied to the FBG changes and the propagation constant β ₂ and the distance L ₂ can be adjusted, so that the phase condition of the expression (3) can be adjusted, whereby the laser The oscillation wavelength of light can be set to the Bragg wavelength by FBG.
Further, the sixth embodiment of FIG. 9 is an example in which light is used instead of stress. In the sixth embodiment, a known nonlinear effect (so-called Kerr effect) is caused by irradiating light from an external light source (not shown) to the FBG 20 up to the optical coupling portion and the grating 24 end on the laser light emitting element side. Thus, the effective refractive index n ₂ of the fiber core 23 is changed. That is, the Kerr effect causes a refractive index change proportional to the square of the electric field strength. That is, since the light intensity is proportional to the square of the electric field intensity, the refractive index changes in proportion to the power of the incident light. Here, for example, when silica is used, if the refractive index of the fiber core is n _core and the change in refractive index due to the Kerr effect is represented by n _kerr , the effective refractive index n ₂ has the following relationship.
[0023]
_{_{_{n 2 = n core + n kerr}}} I ... (4)
Here, I is the light intensity (intensity or light power density). Generally, the value of n _{kerr in} the fiber core is known to be 2 × 10 ^{−20 to} 3 × 10 ⁻²⁰ (m ² / W). In order to connect the above equation (4) with the incident power, the effective area A _eff of the optical fiber is used.
n ₂ = n _core + n _kerr P / A _eff (5)
It is expressed. Here, A _eff ≈πr ² . Further, r is a mode field radius, which is about 4 to 6 μm for a normal single mode fiber.
[0024]
Therefore, in this embodiment, by changing the intensity of light irradiated to the FBG, the effective refractive index n ₂ changes as shown in the equation (5), and the propagation constant β _{2 in the} equation (2) can be adjusted. (3) can be adjusted, and the oscillation wavelength of the laser beam can be set to the Bragg wavelength by the FBG.
In these embodiments, when the oscillation wavelength of the laser beam is matched with the Bragg wavelength by the FBG, for example, an optical coupler (not shown) is attached to the laser beam output side of the FBG 20 to separate the output laser beam. Then, if the wavelength is monitored and fed back, and the stress or light intensity is adjusted, the oscillation wavelength of the laser beam can be made to correspond to the Bragg wavelength, and by actually selecting the Bragg wavelength of the fiber grating, The oscillation wavelength can be selected with high accuracy.
[0025]
In the fourth and fifth embodiments, when the relationship between the applied voltage and the oscillation wavelength is known in advance, the phase condition is adjusted by changing the applied voltage and feeding back the voltage. The oscillation wavelength of the laser beam can be made to correspond to the Bragg wavelength.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the optical fiber in which the Bragg wavelength of the reflected light by the grating is set to a predetermined wavelength, and the optical coupling unit that is optically coupled so that light can be input to and output from the optical fiber, An external resonator type laser having a reflecting surface for reflecting generated light, and comprising a laser emitting element that resonates the light between the reflecting surface and the grating to oscillate a laser beam having a predetermined oscillation wavelength. The optical fiber between the optical coupling portion with the laser light emitting element and the grating is subjected to stress or irradiated with light, and the length of the optical fiber or the propagation constant of the resonated light or both are Since the adjusting means for adjusting is provided, the Bragg wavelength of the FBG and the oscillation wavelength of the laser can be matched by adjusting the phase of the resonated light.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an external resonator type laser according to the present invention.
2 is a relational diagram showing the relationship between the longitudinal mode after phase condition adjustment and the reflection spectrum of the FBG when using the external resonator type laser according to the present invention shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an oscillation spectrum according to the present invention.
4 is a configuration diagram showing a configuration of a first embodiment of the external resonator type laser shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram showing the configuration of the second embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment.
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the fourth embodiment.
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the fifth embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the sixth embodiment.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a conventional external resonator type laser.
11 is a relational diagram showing the relationship between the longitudinal mode and the reflection spectrum of the FBG when the external cavity laser shown in FIG. 10 is used.
FIG. 12 is a diagram similarly showing a conventional oscillation spectrum.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser light emitting element 11 Active layer 12 Non-reflection end surface 13 High reflection end surface 20 Optical fiber (FBG)
21 Cladding 22 Clad end face 23 Fiber core 24 Grating 30 Optical coupling part 40 Support rod 41 Member 42 Piezoelectric element 43 DC voltage source

Claims

An optical fiber having a grating, the Bragg wavelength of the reflected light from the grating is set to a predetermined wavelength, an optical coupling unit that is optically coupled to the optical fiber so that light can be input and output, and the generated light In an external resonator type laser having a reflective surface that includes a laser light emitting element that resonates the light between the reflective surface and the grating and oscillates laser light having a predetermined oscillation wavelength,
It said optical fiber length Moshiku adjustment means for matching the emission wavelength of the laser light emitting element to the Bragg wavelength by adjusting the propagation constant, or both their light being the resonance between the grating and the optical coupling portion An external resonator type laser comprising:

2. The external resonance according to claim 1, wherein the adjustment unit adjusts the length and the propagation constant by applying stress to the optical fiber between the optical coupling portion between the laser light emitting element and the grating. 3. Type laser.

3. The external resonator type laser according to claim 2, wherein the adjusting means applies the stress to the optical fiber by bending the optical fiber between the optical coupling portion and the grating.

The adjusting means attaches a member made of a material that contracts or expands in a predetermined state to the optical fiber between the optical coupling portion and the grating, and applies the stress to the optical fiber by contracting or expanding the member. The external cavity laser according to claim 2.

3. The external resonator type laser according to claim 2, wherein the adjusting means applies a stress by pressing a support member against the optical fiber between the optical coupling portion and the grating.

The adjusting means may be configured by attaching the piezoelectric element to the optical fiber between the said optical coupling part grating, by voltage Ru is operated by applying to the piezoelectric element, and wherein the addition of the stresses on the optical fiber The external resonator type laser according to claim 2.

The external resonator type laser according to claim 1, wherein the adjustment unit adjusts the propagation constant by irradiating the optical fiber between the optical coupling portion and the grating with light.