JP4402030B2 - External cavity semiconductor laser - Google Patents
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Description
本発明は、外部共振型半導体レーザに関し、特に、同一端面より少なくとも2方向にレーザ光を出射する半導体レーザ素子を用いた外部共振型半導体レーザに関する。 The present invention relates to an external resonant semiconductor laser, and more particularly to an external resonant semiconductor laser using a semiconductor laser element that emits laser light in at least two directions from the same end face.
従来、半導体レーザは、小型なコヒーレント光源として、光通信技術、光計測技術、さらには光加工技術など多様な用途に利用されている。しかしながら、半導体レーザは一般的に光出力が小さく、温度変化に依存して波長や光量がシフトし易い、さらには、光出力を上げるため半導体レーザの駆動電流を大きくするとスペクトル幅が広がるなどの問題点がある。 Conventionally, a semiconductor laser is used as a small coherent light source for various applications such as optical communication technology, optical measurement technology, and optical processing technology. However, semiconductor lasers generally have a small optical output, and the wavelength and light quantity are likely to shift depending on temperature changes. Furthermore, increasing the semiconductor laser drive current to increase the optical output widens the spectrum width. There is a point.
これに対して、外部共振型半導体レーザは、半導体レーザ素子から出射するレーザ光の一部(特定波長光)を半導体レーザ素子にフィードバックし、光出力の安定化を図るものとして知られている。例えば、特許文献1に示すように、半導体レーザ素子のバックビームをレンズとホログラフィック回折格子を用いて、ビーム中の特定波長光のみを半導体レーザ素子に帰還させるものが提案されている。
近年では、利得導波路型半導体レーザの高出力特性を利用した外部共振型半導体レーザが提案されている。利得導波路型半導体レーザにおいては、同一端面より出射するレーザ光が、レーザ素子内の導波路の光軸から外れた2方向に出射されるため、一方のレーザ光を半導体レーザ素子にフィードバックし、他方のレーザ光を出力光として利用するものである。 In recent years, an external resonance type semiconductor laser utilizing the high output characteristics of a gain waveguide type semiconductor laser has been proposed. In the gain waveguide type semiconductor laser, the laser light emitted from the same end face is emitted in two directions off the optical axis of the waveguide in the laser element, so that one of the laser lights is fed back to the semiconductor laser element, The other laser beam is used as output light.
利得導波路型半導体レーザを用いた外部共振型半導体レーザの例としては、非特許文献1,2及び特許文献2などの例がある。
非特許文献1に記載された外部共振型半導体レーザを図1に示す。利得導波路型半導体レーザ(Gain-guided diode laser)からはレーザ素子内の導波路の光軸7から外れた2方向に出射光8,9が放出される。これらの出射光をコリメートするため、速軸用コリメータ(FAC)2と遅軸用コリメータ(SAC)3が設けられている。レーザ光の一部は、アパーチャ5を通過し、高反射(HR)ミラー4で反射し、再度、アパーチャ5,SAC及びFACを通過して半導体レーザ1に帰還し、外部共振用レーザ光8を形成する。他方、出力用レーザ光9は、FAC,SAC及びアパーチャ6を通過して出射される。
FIG. 1 shows an external cavity semiconductor laser described in
非特許文献2は、外部共振型半導体レーザから出射されるレーザ光のスペクトル幅の狭窄化を図るものであり、外部共振用レーザ光18に関しては、半導体レーザ素子10から出射したレーザ光の一部を、FAC11、レンズ12によりアパーチャ13を通過させると共に、レンズ14で平行光に修正してエタロン15並びに回折格子16により、特定波長光に関する共振用の光学系を構成している。図2では、エタロン15の調整及び回折格子16の角度調整を行うことで、波長選択性を高める工夫がなされている。なお、17は、出力用レーザ光19を外部に導出する反射手段である。
Non-Patent Document 2 is intended to narrow the spectrum width of laser light emitted from an external resonant semiconductor laser. Regarding the external
特許文献2の外部共振型半導体レーザも基本的には、図2に示すものと類似の構成であり、半導体レーザ20から出射するレーザ光の一部24をシリンダーレンズ21及びエタロン22を介して回折格子23に入射し、反射光25を半導体レーザ20に帰還させるものである。そして、半導体レーザ20からの他のレーザ光を出力用レーザ光26として放出するよう構成されている。
The external resonance type semiconductor laser of Patent Document 2 is basically similar in configuration to that shown in FIG. 2, and a
しかしながら、上述のような利得導波路型半導体レーザを用いた外部共振型半導体レーザにおいても、レーザ素子の駆動電流を大きくするとスペクトル幅が広がる現象が生じる。このような現象は、例えば、外部共振型レーザから出射するレーザ光を、波長変換して第2高調波発生(SHG光)を得るための励起レーザとして使用する際には、SHG光への変換効率が低下する原因ともなる。また、分光計測用途並びに波長変換用途においては、安定した高出力のレーザ光を確保すると共に、出力用レーザ光のスペクトル幅は、出来る限り狭窄化することが必要であり、具体的には、0.1nm以下、好ましくは0.05nm以下に設定することが必要となる。 However, even in the external resonance type semiconductor laser using the gain waveguide type semiconductor laser as described above, the phenomenon that the spectrum width is widened occurs when the drive current of the laser element is increased. Such a phenomenon occurs when, for example, laser light emitted from an external resonant laser is converted into SHG light when used as an excitation laser for wavelength conversion to obtain second harmonic generation (SHG light). It also causes a decrease in efficiency. Further, in spectroscopic measurement applications and wavelength conversion applications, it is necessary to secure a stable and high-power laser beam and to narrow the spectral width of the output laser beam as much as possible. It is necessary to set it to 1 nm or less, preferably 0.05 nm or less.
本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、高出力かつスペクトル幅が極めて狭いレーザ光を出力することが可能であり、かつ構成を複雑化させず部品点数の少ない外部共振型半導体レーザを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems, and can output a laser beam having a high output and an extremely narrow spectrum width, and the external resonance type with a small number of parts without complicating the configuration. A semiconductor laser is provided.
請求項1に係る発明では、同一端面より少なくとも2方向にレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、出射する該レーザ光の一部を外部共振用レーザ光とし、その他の該レーザ光を出力用レーザ光とする外部共振型半導体レーザにおいて、該半導体レーザ素子は、利得導波路型半導体レーザであり、該外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との各光路に跨って配置される少なくとも一つ以上のビーム整形素子と、該外部共振用レーザ光のみを反射する反射ミラーと、該ビーム整形素子と該反射ミラーとの間に配置されると共に、該外部共振用レーザ光の光路に配置される特定波長透過フィルタと、該出力用レーザ光の光路に配置される前記特定波長透過フィルタと同様の波長特性を有する特定波長透過フィルタとを有し、外部共振型半導体レーザから出射するレーザ光のスペクトル幅が0.1nm以下に狭窄化されると共に、該外部共振用レーザ光の光路に配置される特定波長透過フィルタと、該出力用レーザ光の光路に配置される特定波長透過フィルタとが、1つの特定波長透過フィルタで構成されることを特徴とする。
In the invention according to
また、請求項2に係る発明では、請求項1に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、該ビーム整形素子と該特定波長透過フィルタとの間に、該外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との各光路に跨って配置される少なくとも一つ以上のアパーチャを有することを特徴とする。
In the invention according to claim 2 , in the external resonance semiconductor laser according to
また、請求項3に係る発明では、請求項2に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、該アパーチャの半導体レーザ素子側には、光吸収膜又は反射防止膜が形成されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the external resonant semiconductor laser according to the second aspect , a light absorption film or an antireflection film is formed on the semiconductor laser element side of the aperture. .
また、請求項4に係る発明では、請求項1に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、該ビーム整形素子は、速軸用コリメータと遅軸用コリメータを含むことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the external resonant semiconductor laser according to the first aspect, the beam shaping element includes a fast axis collimator and a slow axis collimator.
また、請求項5に係る発明では、請求項1に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、該特定波長透過フィルタは、誘電体多層膜フィルタ又は透過型ファブリ・ペロー型エタロンであることを特徴とする。
In the invention according to
また、請求項6に係る発明では、請求項1又は5に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、該特定波長透過フィルタは、該半導体レーザ素子側の入射面が該外部共振用レーザ光と該出力用レーザ光との各光軸に対し、垂直な面から傾きを持って配置されていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the external resonant semiconductor laser according to the first or fifth aspect , the specific wavelength transmission filter has an incident surface on the semiconductor laser element side having the external resonant laser beam and the output. It is characterized by being arranged with an inclination from a plane perpendicular to each optical axis with respect to the laser beam for use.
また、請求項7に係る発明では、請求項6に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、該特定波長透過フィルタの傾きは、該外部共振用レーザ光と該出力用レーザ光とを含む平面に平行、かつ該外部共振用レーザ光と該出力用レーザ光との中心光軸に垂直な回転軸を有することを特徴とする。
In the invention according to claim 7 , in the external resonance type semiconductor laser according to
また、請求項8に係る発明では、請求項1に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、該反射ミラーは、該外部共振用レーザ光が照射される領域にのみ反射面が形成されている部分反射ミラーであることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the external resonance type semiconductor laser according to the first aspect, the reflection mirror is a partial reflection in which a reflection surface is formed only in a region irradiated with the external resonance laser beam. It is a mirror.
また、請求項9に係る発明では、請求項1に記載の外部共振型半導体レーザにおいて、該反射ミラーは、該外部共振用レーザ光の反射面に特定波長光のみを反射するフィルタ膜が形成されていることを特徴とする。
In the invention according to
請求項1に係る発明により、特定波長透過フィルタが、外部共振用レーザ光及び出力用レーザ光の光路中に介在しているため、波長選択性を高め、一層のスペクトル幅の狭窄化を実現することが可能となる。しかも、半導体レーザ素子は、利得導波路型半導体レーザであるため、高出力なレーザ光を得ることが可能となる。
さらに、該特定波長透過フィルタが、外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との各光路に跨って配置されている1つの特定波長透過フィルタで構成されるため、1枚の特定波長透過フィルタのみで狭窄化の向上が実現でき、さらには、フィルタ毎の微妙な特性の違いを調整する必要も無いため、装置構成の複雑化を抑制すると共に組立作業が容易な外部共振型半導体レーザを提供することが可能となる。
According to the first aspect of the invention, the specific wavelength transmission filter is interposed in the optical path of the external resonance laser beam and the output laser beam, so that the wavelength selectivity is improved and the spectral width is further narrowed. It becomes possible. In addition, since the semiconductor laser element is a gain waveguide type semiconductor laser, it is possible to obtain high-power laser light.
Further , since the specific wavelength transmission filter is composed of one specific wavelength transmission filter disposed across the optical paths of the external resonance laser beam and the output laser beam, only one specific wavelength transmission filter is provided. Therefore, it is possible to improve the constriction, and further, there is no need to adjust a subtle difference in characteristics for each filter. Therefore, it is possible to provide an external resonant semiconductor laser that can suppress the complexity of the device configuration and can be easily assembled. It becomes possible.
請求項2に係る発明により、ビーム整形素子と特定波長透過フィルタとの間に、外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との各光路に跨って配置される少なくとも一つ以上のアパーチャを有するため、アパーチャによりビーム形状を整えるだけでなく、特定波長透過フィルタに入射するビームをビーム光軸に平行な成分のみに限定し、波長選択性をより向上させることが可能となる。さらに、半導体レーザ素子の駆動電流を増加させると、ビーム周辺に特定波長からシフトした高次又は低次のスペクトルが発生し易く、アパーチャによりビームの周辺光を遮断することにより、これらのスペクトル幅の増加に繋がる高次又は低次のスペクトルをカットすることができる。また、アパーチャを外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との各光路に跨る構成としているため、部品点数を削減できる。しかも、外部共振用レーザ光及び出力用レーザ光に対し、半導体レーザ素子から等距離の位置にアパーチャを配置できるため、両レーザ光の波長分布や空間特性を近似させることが可能となり、波長選択性を一層向上させることができる。 According to the second aspect of the present invention, at least one aperture is disposed between the beam shaping element and the specific wavelength transmission filter so as to straddle the optical paths of the external resonance laser beam and the output laser beam. In addition to adjusting the beam shape by the aperture, it is possible to limit the beam incident on the specific wavelength transmission filter to only the component parallel to the beam optical axis, thereby further improving the wavelength selectivity. Further, when the driving current of the semiconductor laser device is increased, a high-order or low-order spectrum shifted from a specific wavelength is likely to be generated around the beam, and by blocking the ambient light of the beam by the aperture, the spectral width of these spectra is reduced. Higher or lower order spectra leading to an increase can be cut. In addition, since the aperture is configured to straddle the optical paths of the external resonance laser beam and the output laser beam, the number of parts can be reduced. In addition, since the aperture can be placed at a position equidistant from the semiconductor laser element with respect to the external resonance laser beam and the output laser beam, the wavelength distribution and spatial characteristics of both laser beams can be approximated, and the wavelength selectivity Can be further improved.
請求項3に係る発明により、アパーチャの半導体レーザ素子側には、光吸収膜又は反射防止膜が形成されているため、アパーチャで遮断されたレーザ光が半導体レーザ素子に帰還し、半導体レーザ素子の動作を不安定化させることを防止することが可能となる。
According to the invention of
請求項4に係る発明により、ビーム整形素子は、速軸用コリメータと遅軸用コリメータを含むため、外部共振用レーザ光及び出力用レーザ光を、共通の光学系で効率よくコリメートすることが可能となる。 According to the invention of claim 4 , since the beam shaping element includes a fast axis collimator and a slow axis collimator, it is possible to efficiently collimate the external resonance laser beam and the output laser beam with a common optical system. It becomes.
請求項5に係る発明により、特定波長透過フィルタは、誘電体多層膜フィルタ又は透過型ファブリ・ペロー型エタロンであるため、誘電体多層膜フィルタの場合には、波長選択性が温度変化の影響を受けにくく、しかも部品の製造が容易であり部品自体もコンパクトに形成できるため、装置全体を安価に構成することが可能となる。他方、エタロンの場合には、誘電体多層膜フィルタと比較し広い範囲で、特定波長光の波長選択を可変することが可能となる。
According to the invention of
請求項6に係る発明により、特定波長透過フィルタは、半導体レーザ素子側の入射面が外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との各光軸に対し、垂直な面から傾きを持って配置されているため、特定波長透過フィルタで選択されないスペクトル光が、半導体レーザ素子に帰還し、半導体レーザ素子の動作を不安定化することを抑制することが可能となる。
According to the invention of
請求項7に係る発明により、特定波長透過フィルタの傾きは、外部共振用レーザ光と出力用レーザ光とを含む平面に平行、かつ外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との中心光軸に垂直な回転軸を有するため、特定波長透過フィルタ33を透過する際に外部共振用レーザ光と出力用レーザ光とが平行光から外れる場合でも、外部共振用レーザ光と出力用レーザ光とに対する該特定波長透過フィルタの透過波長は、常に同じ波長に維持することが可能となり、外部共振型半導体レーザからのレーザ出力光量を安定化することが可能となる。
According to the invention of claim 7 , the inclination of the specific wavelength transmission filter is parallel to a plane including the external resonance laser beam and the output laser beam, and is on the central optical axis of the external resonance laser beam and the output laser beam. Since it has a vertical rotation axis, even when the external resonance laser beam and the output laser beam deviate from the parallel light when passing through the specific
請求項8に係る発明により、反射ミラーは、外部共振用レーザ光が照射される領域にのみ反射面が形成されている部分反射ミラーであるため、反射ミラーを鏡面状態とする作業も簡略化できる。さらには、反射面の領域を調整することにより、アパーチャと同様にビーム形状を調整することも可能である。なお、この際には、反射面以外に光吸収膜又は反射防止膜を形成することにより、ビーム形状の調整機能をより向上させることが可能となる。 According to the eighth aspect of the present invention, since the reflecting mirror is a partially reflecting mirror in which the reflecting surface is formed only in the region irradiated with the laser beam for external resonance, the operation of setting the reflecting mirror to the mirror state can be simplified. . Furthermore, the beam shape can be adjusted in the same manner as the aperture by adjusting the area of the reflecting surface. In this case, it is possible to further improve the beam shape adjusting function by forming a light absorption film or an antireflection film in addition to the reflection surface.
請求項9に係る発明により、反射ミラーは、外部共振用レーザ光の反射面に特定波長光のみを反射するフィルタ膜が形成されているため、波長選択性を高め、出力用レーザ光のスペクトル幅の狭窄化を行うことが可能となる。
According to the invention of
本発明に係る外部共振型半導体レーザについて、以下に詳細に説明する。
図4は、本発明に係る外部共振型半導体レーザの概略を示す図である。
30は、半導体レーザ素子であり、本発明においては、同一端面から少なくとも2方向にレーザ光を出射する、利得導波路型半導体レーザを利用する。利得導波路型半導体レーザとは、レーザの活性層がp型半導体およびn型半導体との接合面に沿って50μm〜400μm程度の広い幅を持つものである。この半導体レーザは、駆動電流の増加に伴い活性層の両端部の屈折率が高くなるため、活性層自身が凹レンズの効果を持ち、出射するレーザ光が2方向に曲げられるという特性を持つ。
The external cavity semiconductor laser according to the present invention will be described in detail below.
FIG. 4 is a diagram showing an outline of an external cavity semiconductor laser according to the present invention.
半導体レーザ素子30から出射するレーザ光35,36は、ビーム整形素子である速軸用コリメータ(FAC)31と遅軸用コリメータ(SAC)32を通過して、平行ビームにコリメートされる。レーザ光35は、半導体レーザ素子の励起光となる外部共振用レーザ光として利用される。コリメートされたレーザ光35は、特定波長透過フィルタ33に入射し、特定波長成分のビームのみ該フィルタ33を通過し、さらに反射ミラー34で反射される。反射したビームは、再度、特定波長透過フィルタ33を通過し、より波長選択性が高まり、さらにSAC32、FAC31を通過して、半導体レーザ素子に帰還する。このように、外部共振用レーザ光の波長選択性を高めることにより、半導体レーザ素子が発生するレーザ光のスペクトル幅を狭窄化することができる。
他方、レーザ光36は、出力用レーザ光として、FAC31、SAC32を通過した後、特定波長透過フィルタ33を通過して、波長選択性がより高められた状態で外部に出力される。図4に示すように、特定波長透過フィルタが、外部共振用レーザ光35と出力用レーザ光36との各光路に跨って配置されているため、1枚の特定波長透過フィルタのみで両ビームの狭窄化の向上が実現でき、しかも、両者で選択される波長は同じであることから、複数のフィルタで構成した場合に発生するフィルタ毎の微妙な特性の違いを、フィルタの角度調整などで行う必要も無い。
On the other hand, the
特定波長透過フィルタ33には、支持体上にTiO2/SiO2やTa2O5/SiO2などの低屈折率材料と高屈折率材料とによる誘電体膜を複数積層した誘電体多層膜フィルタや、透過型ファブリ・ペロー型エタロンを用いることが可能である。
誘電体多層膜フィルタは、波長選択性が温度変化の影響を受けにくく、しかも部品の製造が容易であり部品自体もコンパクトに形成できるため、装置全体を安価に構成することが可能となる。他方、透過型ファブリ・ペロー型エタロンの場合には、温度変化により透過波長特性が変化し易いという欠点はあるものの、誘電体多層膜フィルタと比較し広い範囲で、特定波長光の波長選択を可変する利点がある。
The specific
In the dielectric multilayer filter, the wavelength selectivity is not easily affected by temperature changes, the parts can be easily manufactured, and the parts themselves can be formed compactly, so that the entire apparatus can be configured at low cost. On the other hand, the transmission type Fabry-Perot type etalon has the disadvantage that the transmission wavelength characteristics are likely to change due to temperature changes, but the wavelength selection of specific wavelength light can be varied in a wider range than the dielectric multilayer filter. There are advantages to doing.
さらに、特定波長透過フィルタ33は、半導体レーザ素子30側の入射面が外部共振用レーザ光35や出力用レーザ光36との各光軸に対し、垂直な面から傾きを持って配置されている。この構成により、特定波長透過フィルタで選択されないスペクトルを有するレーザ光が、逆の経路を辿り半導体レーザ素子30に帰還すること防止でき、このような不要なレーザ光が原因となる半導体レーザ素子動作の不安定化を抑制することが可能となる。
Further, the specific
また、図6に示すように、特定波長透過フィルタ33を透過する際に外部共振用レーザ光35と出力用レーザ光36とが平行光から外れる場合には、仮に外部共振用レーザ光と出力用レーザ光とを含む平面に垂直な回転軸で特定波長透過フィルタ33を回転させ各レーザ光に対する傾斜面を形成した場合に、特定波長透過フィルタ33に対する出力用レーザ光36の入射角θ1と外部共振用レーザ光35の入射角θ2とは、互いに異なる値となる。
As shown in FIG. 6, when the external
特定波長透過フィルタ33の透過波長をλ0とすると、フィルタと周囲との屈折率差を考慮しない場合には、出力用レーザ光に対する透過波長λ1=λ0/cosθ1となる。同様に、外部共振用レーザ光に対する透過波長λ2=λ0/cosθ2となる。このため、図7に示すように、特定波長透過フィルタ33の出力用レーザ光に対する透過スペクトル強度分布Aと外部共振用レーザ光に対する透過スペクトル強度分布Bとが、相対的にシフトし、外部共振型半導体レーザから出力されるレーザの光量は、両者の重なる部分Cに対応した出力光量となる。
When the transmission wavelength of the specific
このため、図6に示す、外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との中心光軸aに垂直な状態から特定波長透過フィルタ33が傾くに従い、図8のグラフDに示すように、該傾きの回転角の増加に対応して、外部共振型半導体レーザから出力されるレーザ光量である共振器出力は、低下する傾向を示す。
Therefore, as the specific
この問題を解消するため、図9に示すように、外部共振用レーザ光と出力用レーザ光とを含む平面に平行、かつ外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との中心光軸aに垂直な回転軸により特定波長透過フィルタ33を傾斜させることにより、特定波長透過フィルタ33に対する出力用レーザ光36の入射角と外部共振用レーザ光35の入射角とを、同じ値に維持することが可能となり、図7に示すような2つの透過スペクトル強度分布A及びBを一致させることが可能となる。
この結果、図8のグラフEのように共振器出力の低下を抑制することが可能となる。
In order to solve this problem, as shown in FIG. 9, the plane is parallel to the plane including the external resonance laser beam and the output laser beam, and is perpendicular to the central optical axis a between the external resonance laser beam and the output laser beam. By tilting the specific
As a result, it is possible to suppress a decrease in the resonator output as shown by a graph E in FIG.
次に、本発明に係る外部共振型半導体レーザの他の実施例について説明する。
図5は、他の実施例を示す概略図である。図5の実施例の特徴の一つは、ビーム整形素子(FAC31とSAC32)と特定波長透過フィルタ33との間に、外部共振用レーザ光42と出力用レーザ光43との各光路に跨って配置されるアパーチャ38を有することである。
Next, another embodiment of the external cavity semiconductor laser according to the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic view showing another embodiment. One of the features of the embodiment of FIG. 5 is that the optical path between the external
このアパーチャ38は、各レーザ光のビーム形状を整えるだけでなく、特定波長透過フィルタ33に入射するビームをビーム光軸に平行な成分のみに限定し、該フィルタにおける波長選択性を向上させる機能を有している。この機能を更に高めるため、レーザ光42,43の光軸に沿って複数のアパーチャを配置することも可能である。アパーチャの開口部(レーザ光透過部分)の形状は、円形以外にも楕円、矩形など多様な形状を採用することが可能であり、また複数の異なる形状のアパーチャを組合せて所望の形状とすることも可能である。
This
利得導波路型半導体レーザにおいて、半導体レーザ素子の駆動電流を増加させると、ビーム周辺に特定波長からシフトした高次又は低次のスペクトルが発生し易く、アパーチャ38によりビームの周辺光を遮断することで、これらのスペクトル幅の増加に繋がる高次又は低次のスペクトルをカットすることができる。
また、アパーチャを外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との各光路に跨る構成としているため、部品点数を削減できる。
さらに、外部共振用レーザ光42と出力用レーザ光43とにおける波長毎の光強度の空間分布は、ほぼ同じ形状をしているため、外部共振用レーザ光42及び出力用レーザ光43に対し、半導体レーザ素子30から等距離の位置にアパーチャ38を配置できるため、両レーザ光の波長分布や空間特性を近似させることが可能となり、波長選択性を一層向上させることができる。
In a gain waveguide type semiconductor laser, when the driving current of the semiconductor laser element is increased, a high-order or low-order spectrum shifted from a specific wavelength tends to be generated around the beam, and the
In addition, since the aperture is configured to straddle the optical paths of the external resonance laser beam and the output laser beam, the number of parts can be reduced.
Furthermore, since the spatial distribution of the light intensity for each wavelength in the external
また、アパーチャ38の半導体レーザ素子30側には、光吸収膜又は反射防止膜(黒い塗料など)あるいは表面を粗くし拡散面などを形成することにより、アパーチャで遮断されたレーザ光が半導体レーザ素子30に帰還し、半導体レーザ素子の動作を不安定化させることを防止(戻り光防止)することも可能となる。
Further, on the
次に、反射ミラー34,40について説明する。これらの反射ミラーは、外部共振用レーザ光35,42が照射される領域にのみ鏡面状の反射面が形成されている部分反射ミラーを利用することが好ましい。これにより、反射ミラーを鏡面状態とする作業も簡略化することが可能となる。
さらには、反射面の形成領域を調整することにより、アパーチャ38と同様にビーム形状を調整することも可能となる。この際には、反射面以外に光吸収膜又は反射防止膜などを形成することで、より効果的にビーム形状の調整が可能となる。
Next, the reflection mirrors 34 and 40 will be described. As these reflection mirrors, it is preferable to use a partial reflection mirror in which a mirror-like reflection surface is formed only in a region irradiated with the external
Furthermore, the beam shape can be adjusted in the same manner as the
さらに、反射ミラー40のように、反射ミラー40の外部共振用レーザ光42の反射面に特定波長光のみを反射するフィルタ膜41を形成し、波長選択性をより高め、出力用レーザ光のスペクトル幅の狭窄化を行うことも可能である。
Further, like the
実際に、図4に示す光学系において、利得導波路型半導体レーザ30としてEYP-BAE-1120, Eagleyard Photonics社製(独)を用い、焦点距離0.9mmのFAC31と焦点距離30mmのSAC32、特定波長透過フィルタ33として、ガラス基板上にTa2O5/SiO2を各44層積層した誘電体多層膜フィルタ(フィルタに垂直な方向で透過光の波長は1130nm)、さらに反射ミラー34として反射ミラーの端部から縦3mm×横0.5mmの面を鏡面仕上げした反射ミラーを利用して、外部共振型半導体レーザを構成した。半導体レーザを350mW(駆動電圧1.21V、駆動電流800mA)で駆動すると共に、各光学部品の位置調整を行い、出力用レーザ光36をスペクトル分析器Q8347, Advantes社製で観察したところ、出力用レーザ光のスペクトル幅は、約0.05nmで出力210mWのシングルモードのレーザ光を得ることができた。
Actually, in the optical system shown in FIG. 4, EYP-BAE-1120, manufactured by Eagleyard Photonics (Germany) is used as the gain waveguide
以上のように、本発明によれば、高出力かつスペクトル幅が極めて狭いレーザ光を出力することが可能であり、かつ構成を複雑化させず部品点数の少ない外部共振型半導体レーザを提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, there is provided an external resonant semiconductor laser capable of outputting a laser beam having a high output and an extremely narrow spectrum width and having a small number of parts without complicating the configuration. Is possible.
30 半導体レーザ素子
31 速軸用コリメータ(FAC)
32 遅軸用コリメータ(SAC)
33 特定波長透過フィルタ
34 反射ミラー
35,42 外部共振用レーザ光
36,43 出力用レーザ光
38 アパーチャ
30
32 Collimator for slow axis (SAC)
33 Specific
Claims (9)
該半導体レーザ素子は、利得導波路型半導体レーザであり、
該外部共振用レーザ光と出力用レーザ光との各光路に跨って配置される少なくとも一つ以上のビーム整形素子と、
該外部共振用レーザ光のみを反射する反射ミラーと、
該ビーム整形素子と該反射ミラーとの間に配置されると共に、該外部共振用レーザ光の光路に配置される特定波長透過フィルタと、
該出力用レーザ光の光路に配置される前記特定波長透過フィルタと同様の波長特性を有する特定波長透過フィルタとを有し、
外部共振型半導体レーザから出射するレーザ光のスペクトル幅が0.1nm以下に狭窄化されると共に、該外部共振用レーザ光の光路に配置される特定波長透過フィルタと、該出力用レーザ光の光路に配置される特定波長透過フィルタとが、1つの特定波長透過フィルタで構成されることを特徴とする外部共振型半導体レーザ。 A semiconductor laser element that emits laser light in at least two directions from the same end face, and an external resonant semiconductor laser that uses part of the emitted laser light as external resonance laser light and the other laser light as output laser light In
The semiconductor laser element is a gain waveguide type semiconductor laser,
At least one beam shaping element disposed across each optical path of the external resonance laser beam and the output laser beam;
A reflection mirror that reflects only the external resonance laser beam;
A specific wavelength transmission filter disposed between the beam shaping element and the reflection mirror and disposed in an optical path of the external resonance laser beam;
A specific wavelength transmission filter having the same wavelength characteristics as the specific wavelength transmission filter disposed in the optical path of the output laser beam,
Spectral width of the laser light emitted from the external cavity semiconductor laser is narrowed to 0.1nm or less Rutotomoni a specific wavelength transmitting filter that is disposed in an optical path of the external resonator laser light, the optical path of the output laser beam An external resonance type semiconductor laser, wherein the specific wavelength transmission filter disposed in the laser diode is constituted by one specific wavelength transmission filter .
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