JP5121150B2 - Tunable laser light source - Google Patents
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Description
本発明は単一モード光を発生してその発光波長を変化させることができる波長可変レーザ光源に関するものである。 The present invention relates to a tunable laser light source capable of generating single mode light and changing its emission wavelength.
光コヒーレントトモグラフィ(OCT)や光ファイバセンシングの分野では、検出対象を高速且つ感度よく検出する要求が高まっている。このような周波数領域干渉計測や分光分析用の光源として、広帯域の走査ができる波長走査型レーザ光源が必要となる。狭スペクトルで広帯域の波長可変光源としては、複雑な可変機構を用いた外部共振器型が一般的である。しかし、出力を安定にし、且つ連続的に波長を変化させるために、複雑な機構を高精度なモータなどによって機械的に制御する必要があるため、従来、可変速度を上げるという点では限界があった。 In the fields of optical coherent tomography (OCT) and optical fiber sensing, there is an increasing demand for detecting a detection target at high speed and with high sensitivity. As a light source for such frequency domain interferometry and spectroscopic analysis, a wavelength scanning laser light source capable of broadband scanning is required. As a wavelength tunable light source having a narrow spectrum and a wide band, an external resonator type using a complicated variable mechanism is generally used. However, in order to stabilize the output and continuously change the wavelength, it is necessary to mechanically control a complicated mechanism with a high-precision motor or the like. It was.
次に外部共振型レーザ光源の発振原理について説明する。一般的な外部共振型レーザにおいては、半導体レーザ等のゲイン媒質と外部のミラーとを外部共振器とし、この間に光バンドパスフィルタを設けている。このような波長可変光源において、バンドパスフィルタと外部ミラーの機能を果たすものとして回折格子を用い、回折格子への入射角度を変化させることにより選択波長を変化させるものもある。回折格子への入射角度を変化させて波長を変化させると共に、外部共振モードもこの変化率に同期させれば、モードホップを生じることなく波長を変化させることができる。このため、回折格子の光軸が交わる中心ではなく、特定のピボットを中心に回折格子自体を回転させることによって、モードホップのない波長掃引を実現した波長可変光源も知られている。(非特許文献1)この波長可変光源では、回動角を変化させると、回折格子への光の入射角と外部共振器長とが連動して変化する。 Next, the oscillation principle of the external resonance type laser light source will be described. In a general external resonance type laser, a gain medium such as a semiconductor laser and an external mirror are used as external resonators, and an optical bandpass filter is provided therebetween. In such a wavelength tunable light source, there is a type that uses a diffraction grating as a function of a bandpass filter and an external mirror, and changes a selection wavelength by changing an incident angle to the diffraction grating. If the incident angle to the diffraction grating is changed to change the wavelength, and the external resonance mode is also synchronized with this change rate, the wavelength can be changed without causing a mode hop. For this reason, there is also known a wavelength tunable light source that realizes a wavelength sweep without a mode hop by rotating the diffraction grating itself around a specific pivot instead of the center where the optical axes of the diffraction grating intersect. (Non-patent document 1) In this wavelength tunable light source, when the rotation angle is changed, the incident angle of light on the diffraction grating and the external resonator length change in conjunction with each other.
分布帰還型(DFB)型レーザ等では、半導体の材料、構造などの制限により外部共振器レーザ程の広帯域可変は期待できない。また出力レベルを調整するゲイン領域と、波長可変領域と共振器長を構成する位相調整領域を設け、波長可変と位相を調整することによって波長を可変するようにした集積型の外部共振器型波長可変レーザも知られている(非特許文献2)。
しかし従来型の外部共振器型レーザはモードホップを回避し、位相を同調する複雑なメカニズムが必要であり、高速で波長掃引あるいは走査することは困難である。非特許文献1ではピボットと回折格子との間隔を大きくする必要があり、回転モーメントが大きくなる。回折格子は高精度の角度調整精度が要求されるため、連続して波長を掃引することができる速度は数秒程度であり、高速に波長走査することができないという欠点があった。又非特許文献2では、波長と位相の2つのパラメータを同時にしかも高速に連続して調整することは困難であった。即ち、狭線幅、広帯域、高速連続可変を実現するレーザ光源は実現されていない。
However, conventional external cavity lasers require a complex mechanism that avoids mode hops and tunes the phase, and are difficult to sweep or scan at high speeds. In
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、回折格子を回動させることなく、シングルモードで波長を広い帯域に渡って高速で掃引、走査したり、任意の速度で可変又は固定することができる波長可変レーザ光源を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems. The wavelength can be swept and scanned at high speed over a wide band in a single mode without rotating the diffraction grating, and can be varied at an arbitrary speed. Another object is to provide a wavelength tunable laser light source that can be fixed.
この課題を解決するために、本発明の波長可変レーザ光源は、発振する波長に対する利得を有するゲイン媒体と、前記ゲイン媒体に隣接して設けられ、前記ゲイン媒体から入射された光を同一の光行路に沿って反射する第1のミラーと、前記ゲイン媒体を中心とし、前記第1のミラーと対称な位置に設けられた回折格子と、前記ゲイン媒体と前記回折格子との間に設けられ、外部からの信号によって屈折率を変化させ、光を屈折させることにより前記回折格子への入射角を偏向する光偏向部と、具備し、外部共振器長をL、光路長で定まる外部共振器モードの1つの波長をλ m 、回折格子によって定まる選択波長をλ G 、光速をcとすると、次式
|f G −f m |<c/4L
の不等式を満足することによって、前記光偏向部の屈折率変化に伴う光路長の変化及び光ビームの偏向に伴う外部共振器の光路長の変化に伴う波長の変化と、前記回折格子への入射角の変化に伴う波長の変化とを同期させて、単一モードで連続的にレーザ発振波長を変化させるようにしたものである。
In order to solve this problem, a wavelength tunable laser light source according to the present invention includes a gain medium having a gain with respect to an oscillation wavelength, and a light medium provided adjacent to the gain medium so that light incident from the gain medium is the same light. A first mirror reflecting along a path, a diffraction grating provided at a position symmetrical to the first mirror with the gain medium as a center, and provided between the gain medium and the diffraction grating, An external resonator mode in which the refractive index is changed by an external signal and the angle of incidence on the diffraction grating is deflected by refracting light, and the external resonator length is determined by L and the optical path length Where λ m is a wavelength, λ G is a selected wavelength determined by the diffraction grating , and c is the speed of light.
| F G −f m | <c / 4L
By satisfying the above inequality, the change in the optical path length accompanying the change in the refractive index of the light deflector and the change in the wavelength accompanying the change in the optical path length of the external resonator accompanying the deflection of the light beam, and the incidence on the diffraction grating The laser oscillation wavelength is continuously changed in a single mode in synchronization with the change in wavelength accompanying the change in angle.
ここで前記光偏向部は、電気光学効果、熱光学効果、磁気光学効果及び音響光学効果のいずれかの機能を有する素子を用いてもよい。 Here, the light deflection unit may use an element having any one of an electro-optic effect, a thermo-optic effect, a magneto-optic effect, and an acousto-optic effect.
ここで前記回折格子は、導波路素子の端面に形成されたものであり、前記導波路素子は、更に光導波路中に前記光偏向部を集積してもよい。 Here, the diffraction grating may be formed on an end face of a waveguide element, and the waveguide element may further integrate the light deflection section in an optical waveguide.
ここで前記ゲイン媒体は半導体レーザであり、前記半導体レーザの出射面に前記導波路素子を接触させ、前記半導体レーザ及び導波路素子を同一基板に集積化してもよい。 Here, the gain medium may be a semiconductor laser, and the waveguide element may be brought into contact with the emission surface of the semiconductor laser, and the semiconductor laser and the waveguide element may be integrated on the same substrate.
ここで前記回折格子は、回折格子で反射された光を同一位置に反射するリットマン配置により構成してもよい。 Here, the diffraction grating may be configured by a Littman arrangement that reflects light reflected by the diffraction grating to the same position.
このような特徴を有する本発明によれば、ゲイン媒体を中心として第1のミラーと回折格子とによって外部共振器を構成する。光偏向部で光を偏向し、回折格子への入射を変化させる。回折格子は入射角に応じて波長が変化するフィルタとして用い、その選択波長によって発振波長を決めることができる。そして回折格子への入射角を連続的に変化させ、回折格子の選択波長を連続的に変化させると共に、外部共振器長をこれと連動して変化させることにより、同一の外部共振器モードを用いてモードホップでなく発振波長を変化させることができる。この光偏向部の偏向速度を十分高くすることによって、シングルモードで広い範囲に渡って高速で波長走査を行うことができる。又この光源を用いることにより、狭線幅で光周波数走査範囲が広いため、OCT等において深い範囲で、且つ高分解能の画像表示を実現できる。 According to the present invention having such a feature, the external resonator is configured by the first mirror and the diffraction grating with the gain medium as the center. Light is deflected by the light deflecting unit to change the incidence on the diffraction grating. The diffraction grating is used as a filter whose wavelength changes according to the incident angle, and the oscillation wavelength can be determined by the selected wavelength. The same external resonator mode is used by continuously changing the incident angle to the diffraction grating, continuously changing the selected wavelength of the diffraction grating, and changing the external resonator length in conjunction with this. The oscillation wavelength can be changed instead of the mode hop. By sufficiently increasing the deflection speed of the optical deflector, it is possible to perform wavelength scanning at a high speed over a wide range in a single mode. Further, by using this light source, since the optical frequency scanning range is narrow with a narrow line width, it is possible to realize a high resolution image display in a deep range in OCT or the like.
図1は本発明の第1の実施の形態による外部共振器型半導体レーザの構成を示す図である。本図に示すようにベース10上に半導体レーザ11が配置される。半導体レーザ11の右側出射面には導波路素子12を設ける。導波路素子12は電気光学効果を有する素子を用い、図示のように半導体レーザ11の右端から出射した光のスポットサイズを変換するスポットサイズ変換部13、光偏向部14及び回折格子15を有している。スポットサイズ変換部13は半導体レーザ11からの光のスポット径を拡大するコリメートレンズに相当する機能を達成している。又導波路素子12は光偏向部14のハッチングで示す部分の上下にのみ電極を形成する。そして光偏向部14はハッチングで示す領域に電圧源16より電圧を印加することによって、電気光学効果によりその領域内で屈折率を変化させ、光を電圧に応じて偏向させるものである。電圧源16は求める波長変化に応じて三角波のこぎり波などの交流電源を用いる。回折格子15はこの導波路素子12の端面に形成される。又半導体レーザ11の左方の端面は第1のミラーを構成しており、光の一部を透過するものとする。透過光の出射側には集光レンズ17及びアイソレータ18が設けられ、光ファイバ19が接続されている。回折格子15はディープドライエッチング(DRIE)装置や成型的製造法を用いて導波路素子12の端面に形成することによって、任意のピッチを有する回折格子を容易に製造することができる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an external resonator type semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, a
図2は本発明の第1の実施の形態による外部共振器型レーザの主要部のみを示す図である。本図においてゲイン素子である半導体レーザ11の左端はミラー面であって、外部共振器を構成する第1のミラーとする。又他方の面はARコート(反射防止コート)とし、出射光を光偏向部14に導く。光偏向部14は導波路素子12の中央部分に設けられており、外部からの信号に応じて一定の角度範囲で光の偏向方向を変化させるものである。光偏向部14は前述したように、台形状の部分のみが上部からの上下に電極が設けられている。電圧を印加しない状態では、他の領域と同一の屈折率を有しているため、半導体レーザ11からの光は直進する。そして電圧を印加することによってその電圧に応じて屈折率が変化し、一定の角度範囲で光を偏向させる。そしてこの偏向した光を受光する位置に回折格子15を設ける。回折格子15は導波路素子12の端に連続的に三角波状の格子が形成された光学素子であり、この実施の形態ではリトロー配置によって入射方向が変わっても入射光は同じ光路を通って投射方向に戻るように構成されている。そしてこの入射角度によって選択波長が変化する。回折格子15は外部共振器の第2のミラーと光バンドパスフィルタとの機能を備えたものである。
FIG. 2 shows only the main part of the external cavity laser according to the first embodiment of the present invention. In this figure, the left end of the
ここでリトロー配置について説明する。回折格子に対する光ビームの入射角をθ、反射角をδとすると、以下の式によって回折光が得られる。
Λ(sinθ+sinδ)=kλ ・・・(1)
ここでkは次数であり、0,±1,±2・・・の値となる。Λは回折格子の格子ピッチ(μm)、即ち単位長さ当たりの格子線数a(本/mm)の逆数である。
Here, the Littrow arrangement will be described. If the incident angle of the light beam with respect to the diffraction grating is θ and the reflection angle is δ, diffracted light can be obtained by the following equation.
Λ (sinθ + sinδ) = kλ (1)
Here, k is an order and takes values of 0, ± 1, ± 2,. Λ is the reciprocal of the grating pitch (μm) of the diffraction grating, that is, the number of grating lines a (lines / mm) per unit length.
さて回折光にはリトロー配置とリットマン配置とがある。リトロー配置では−1次の回折光と入射光の角度が等しい。従って(1)式においてθ=δとすると、(1)式より回折光の波長は次式で決定される。
λ=2Λsinθ ・・・(2)
尚、リットマン配置では入射光と反射光の角度は一致していない。
The diffracted light has a Littrow arrangement and a Littman arrangement. In the Littrow arrangement, the angles of the −1st order diffracted light and the incident light are equal. Therefore, if θ = δ in equation (1), the wavelength of diffracted light is determined by the following equation from equation (1).
λ = 2Λsinθ (2)
In the Littman arrangement, the angles of incident light and reflected light do not match.
ここで光偏向部14は、図示のように直進状態から連続的に光を偏向させるものである。ここで偏向角φを0〜φ1まで変化させるものとする。又回折格子15への入射光は図示のように光偏向部14で光が偏向されない状態での入射角をθ0、光偏向部14が最大まで偏向した状態での入射角θ0+φ1とする。入射角θはθ0〜θ0+φで表せる。この場合は回折格子15で選択される反射光の波長λGは、式(2)よりφとθ0を用いて次式(3)で表せる。
λG(φ)=2Λsinθ=2Λsin(θ0+φ) ・・・(3)
Here, the
λ G (φ) = 2Λsinθ = 2Λsin (θ 0 + φ) (3)
さて光が偏向されないときの外部共振器長L0は、図2のようにゲイン素子である半導体レーザ11の一方の端部から光偏向部14までの光路長L1と、光偏向部14の内部の光路長b、及び光偏向部14から回折格子15までの光路長L2との和によって決定される。
L0=L1+b+L2 ・・・(4)
ここで外部共振器長Lとして、回折格子15によるバンドパスフィルタの半値全幅中に1本の外部共振器モードが含まれるような長さを選択する。そして本実施の形態は、光偏向部14による光の偏向によって回折格子15に対する光の入射角θが変化するのと同期させて、外部共振器長L自体を変化させ、これによって1本の外部共振器モード自体の波長を変化させつつ波長を走査できるようにしたものである。光偏向部14の光路長は元のbからb’(=b+Δb)となるとすると、Δbは光偏向部14での屈折率の変化に基づく光路長の増加分及び幾何学的な光路長増加分の加算値である。そしてこの光路長の増加分Δbと、光ビームの偏向に伴う回折格子までの光路長L2の増加分ΔL2との総和による位相変化量を最適化して、偏向角度の変化による波長変化と同期させる。こうすることによって、光偏向部14の制御パラメータ、例えば電圧を連続的に変化させ、一定の波長範囲でモードホップのない波長走査型の光源を実現することができる。
As shown in FIG. 2, the external resonator length L 0 when the light is not deflected is equal to the optical
L 0 = L1 + b + L2 (4)
Here, as the external resonator length L, a length is selected such that one external resonator mode is included in the full width at half maximum of the bandpass filter by the diffraction grating 15. In the present embodiment, the external resonator length L itself is changed in synchronism with the change in the incident angle θ of the light with respect to the diffraction grating 15 due to the deflection of the light by the
ここで図2に示すように、半導体レーザ11から光偏向部14への入射角をα、出射角をβとし、光偏向部14から導波路素子12への入射角をα−β、出射角をφとすると、スネルの法則より以下の式が成り立つ。
sinα=n’sinβ ・・・(5)
sinφ=n’sin(α−β) ・・・(6)
ここでn’は光偏向部14の屈折率を周囲の屈折率で正規化した屈折率であり、光偏向部14に印加される電圧によって変化する。そして電圧を印加することによって屈折率が変化し、光偏向部14で光路長bはb’へと増加し、又光偏向部14から回折格子までの長さもL2からL2’へと増加する。ここで光偏向部14での元の光軸からの変位量をH、光偏向部14から回折格子15までの間での光の偏向分をYとすると、光偏向部14から回折格子15までの光路長L2’は次式で示される。
Here, as shown in FIG. 2, the incident angle from the
sinα = n'sinβ (5)
sinφ = n′sin (α−β) (6)
Here, n ′ is a refractive index obtained by normalizing the refractive index of the
従って光路長で定まる外部共振器モードの波長λmは変数φの関数として表され、次式で定まることとなる。
λm=λ0L/L0 ・・・(10)
ここで電圧を印加しない状態での光路長は前述のようにL0であり、λ0はφ=0のときの回折格子のリトロー配置によって決まる波長である。
Therefore, the wavelength λ m of the external resonator mode determined by the optical path length is expressed as a function of the variable φ and is determined by the following equation.
λ m = λ 0 L / L 0 (10)
Here, the optical path length when no voltage is applied is L 0 as described above, and λ 0 is a wavelength determined by the Littrow arrangement of the diffraction grating when φ = 0.
又回折格子15のリトロー配置によって定まる選択波長λGは前述した式(3)で表される。これらの波長λm,λGの光の光周波数fm,fGは、光速をcとすると、夫々次式で示される。
fm=c/λm
fG=c/λG
そしてこの周波数の差の絶対値が外部モード間隔F(=c/2L)の1/2以下、即ち次の不等式を満足することによって、モードホップフリーの発振が行える。
|fG−fm|<c/4L ・・・(11)
The selected wavelength λ G determined by the Littrow arrangement of the diffraction grating 15 is expressed by the above-described equation (3). These wavelengths lambda m, lambda G light of the optical frequency f m, f G, when the velocity of light is c, represented by respectively the following formulas.
f m = c / λ m
f G = c / λ G
When the absolute value of the frequency difference is equal to or less than ½ of the external mode interval F (= c / 2L), that is, the following inequality is satisfied, mode-hop free oscillation can be performed.
| F G −f m | <c / 4L (11)
さて上記の不等式(11)を満足する例として、例えば以下のものがある。
L1=5.25mm
b=29mm
L2=2mm
α=35°
a=800本/mm
この条件での回折格子の回折角と波長λGとのλmとの関係を図3に、モードホップ番号と発振波長の関係を図4に示す。これらの図に知られるように、モードホップ番号が±0.5未満となる範囲は上記の不等式(11)の成り立つ範囲である。この場合には19nmの波長範囲が得られ、この角度範囲では、モードホップのない発振が可能である。即ちこの範囲内では波長の変化と位相変化とを同期させることができ、モードホップを伴うことなく発振波長を変化させることができる。この発振波長は光偏向部14に与える電圧によって変化させることができる。電気光学素子の応答速度は速いため、例えば三角波、サイン波等任意の波形の電圧の印加によって、電圧波形に応じて高速で波長を変化させることができる。
Examples of satisfying the above inequality (11) include the following.
L1 = 5.25mm
b = 29mm
L2 = 2mm
α = 35 °
a = 800 / mm
The relationship between lambda m the diffraction angle and the wavelength lambda G of the diffraction grating in the condition in FIG. 3, showing mode hop numbers and the relationship between the oscillation wavelength in FIG. As is known from these figures, the range where the mode hop number is less than ± 0.5 is the range where the above inequality (11) holds. In this case, a wavelength range of 19 nm is obtained, and oscillation without mode hops is possible in this angular range. That is, within this range, the change in wavelength and the change in phase can be synchronized, and the oscillation wavelength can be changed without mode hops. This oscillation wavelength can be changed by a voltage applied to the
この実施の形態では、波長走査型レーザ光源の構成要素は全てベース10上に集積回路として構成されるため、可動部がなく極めて小型軽量とすることができるという効果が得られる。
In this embodiment, since all the components of the wavelength scanning laser light source are configured as an integrated circuit on the
更に本実施の形態では電圧源16として任意の交流電源を用いることにより波長走査型光源としているが、電圧に応じて任意の偏向角度に固定してその角度に対応した波長の光を得る波長可変光源として用いることができる。
Furthermore, in this embodiment, a wavelength scanning light source is used by using an arbitrary AC power source as the
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。この実施の形態では図5に示すように導波路素子12の端部に形成する回折格子15に特徴を有するものである。この実施の形態ではモードホップフリーとなる発振可能な波長範囲を拡大するために光の反射する位置に応じて格子線数aを変化させるようにしたものである。回折格子自体は導波路の端面にディープドライエッチング(DRIE装置)や成型的製造法を用いて形成することによって任意のピッチとすることができるので、このピッチを適宜変更することによってモードホップのない発振が可能な波長範囲を拡大することができる。図5は導波路素子の端面に形成される回折格子の長さ方向を横軸とし、格子線数aを線数とした場合の格子線数の変化を示すグラフである。このように格子線数を第1の実施の形態の定数から偏向角度に応じた格子線数となるように連続的に又は不連続的に変化させることによって、波長可変範囲を拡大することができる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 5, the diffraction grating 15 formed at the end of the waveguide element 12 has a feature. In this embodiment, the number of lattice lines a is changed in accordance with the position where light is reflected in order to expand the oscillatable wavelength range that is mode hop free. Since the diffraction grating itself can be formed at an arbitrary pitch by forming it on the end face of the waveguide using deep dry etching (DRIE apparatus) or a molding manufacturing method, there is no mode hop by appropriately changing this pitch. The wavelength range in which oscillation is possible can be expanded. FIG. 5 is a graph showing changes in the number of grating lines when the length direction of the diffraction grating formed on the end face of the waveguide element is the horizontal axis and the number of grating lines a is the number of lines. Thus, the wavelength variable range can be expanded by changing the number of grating lines continuously or discontinuously so that the number of grating lines becomes the number of grating lines corresponding to the deflection angle from the constant of the first embodiment. .
図6は本発明の第3の実施の形態による波長可変レーザ光源を示す図である。本図において前述した第1実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態では導波路素子とその端面の回折格子のみが前述した第1の実施の形態と異なっている。この実施の形態では導波路素子21を用いる。導波路素子21上には前述した第1の実施の形態と同様に、スポットサイズ変換部13、光偏向部14を設ける。又その端部には回折格子22を同様に形成するが、この回折格子22に対向する位置を平面とし、その面をミラー23として形成しておく。そして回折格子22の回折光をそのまま同一位置に反射させるものとする。こうすれば1次回折光を利用するリットマン配置となる。この場合には光偏向部14を出射した後の光路長L2が更に回折格子22からミラー部23への往復の光路長を加えたものとなるが、その他は前述した第1の実施の形態と同様である。ミラー23はこの場合には外部共振器の一端を構成する第2のミラーとなる。この場合も同様の構成によってモードホップフリーの波長可変レーザ光源を実現することができる。
FIG. 6 is a diagram showing a wavelength tunable laser light source according to the third embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In this embodiment, only the waveguide element and the diffraction grating at its end face are different from those of the first embodiment described above. In this embodiment, a
ここで光偏向部には高い効率で屈折率を変調可能な非線形光学材料や液晶、又はポリマ等を用いることができる。電気光学効果を持った素子としては、例えばPZTやLiNbO3があり、この素子に電圧を印加することによって、屈折率が変化するため電圧に対応した屈折角で光を偏向することができる。 Here, a nonlinear optical material capable of modulating the refractive index with high efficiency, a liquid crystal, a polymer, or the like can be used for the light deflecting unit. Examples of the element having an electro-optic effect include PZT and LiNbO 3. By applying a voltage to this element, the refractive index changes, so that light can be deflected at a refraction angle corresponding to the voltage.
尚、光偏向部14の領域は特定の領域のみの屈折率をあらかじめ変化させておき、更に電圧でその領域の屈折率を変化させるようにしてもよい。又屈折率が変化する複数の領域を設けることによって偏向角度を拡大することができる。
Note that the refractive index of only a specific region of the region of the
更に前述した各実施の形態では導波路素子の端面に回折格子を形成するようにしているが、導波路素子を用いることなくゲイン媒体である半導体レーザと光偏向部及び回折格子とを夫々独立した素子として形成してもよい。又各実施の形態において、半導体レーザを基板上に同時に形成することによって全体を集積回路化することができる。 Furthermore, in each of the above-described embodiments, a diffraction grating is formed on the end face of the waveguide element. However, the semiconductor laser, which is a gain medium, and the optical deflection unit and the diffraction grating are independent of each other without using the waveguide element. It may be formed as an element. In each of the embodiments, the semiconductor laser can be formed on the substrate at the same time so that the whole can be integrated.
本発明はシングルモードで任意の速度で波長を掃引、走査することができるため、OCTや光ファイバセンシング等の種々の分野の波長走査型光源、その他の光源として用いることができる。 Since the present invention can sweep and scan a wavelength at an arbitrary speed in a single mode, it can be used as a wavelength scanning light source in various fields such as OCT and optical fiber sensing and other light sources.
10 ベース
11 半導体レーザ
12,21 導波路素子
13 スポットサイズ変換部
14 光偏向部
15,22 回折格子
16 電圧源
17 集光レンズ
18 アイソレータ
19 光ファイバ
23 ミラー
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ゲイン媒体に隣接して設けられ、前記ゲイン媒体から入射された光を同一の光行路に沿って反射する第1のミラーと、
前記ゲイン媒体を中心とし、前記第1のミラーと対称な位置に設けられた回折格子と、
前記ゲイン媒体と前記回折格子との間に設けられ、外部からの信号によって屈折率を変化させ、光を屈折させることにより前記回折格子への入射角を偏向する光偏向部と、具備し、
外部共振器長をL、光路長で定まる外部共振器モードの1つの波長をλ m 、回折格子によって定まる選択波長をλ G 、光速をcとすると、次式
|f G −f m |<c/4L
の不等式を満足することによって、前記光偏向部の屈折率変化に伴う光路長の変化及び光ビームの偏向に伴う外部共振器の光路長の変化に伴う波長の変化と、前記回折格子への入射角の変化に伴う波長の変化とを同期させて、単一モードで連続的にレーザ発振波長を変化させるようにした波長可変レーザ光源。 A gain medium having a gain for the oscillating wavelength;
A first mirror provided adjacent to the gain medium and reflecting light incident from the gain medium along the same optical path;
A diffraction grating centered on the gain medium and provided at a position symmetrical to the first mirror;
An optical deflector provided between the gain medium and the diffraction grating, and having a refractive index changed by an external signal and deflecting an incident angle to the diffraction grating by refracting light; and
When the external resonator length is L, one wavelength of the external resonator mode determined by the optical path length is λ m , the selected wavelength determined by the diffraction grating is λ G , and the speed of light is c,
| F G −f m | <c / 4L
By satisfying the above inequality, the change in the optical path length accompanying the change in the refractive index of the light deflector and the change in the wavelength accompanying the change in the optical path length of the external resonator accompanying the deflection of the light beam, and the incidence on the diffraction grating A wavelength tunable laser light source that continuously changes the laser oscillation wavelength in a single mode in synchronization with the change in wavelength accompanying the change in angle.
前記導波路素子は、更に光導波路中に前記光偏向部を集積した請求項1記載の波長可変レーザ光源。 The diffraction grating is formed on the end face of the waveguide element,
The wavelength tunable laser light source according to claim 1, wherein the waveguide element further includes the optical deflection unit integrated in an optical waveguide.
前記半導体レーザの出射面に前記導波路素子を接触させ、前記半導体レーザ及び導波路素子を同一基板に集積化した請求項1記載の波長可変レーザ光源。 The gain medium is a semiconductor laser;
The wavelength tunable laser light source according to claim 1, wherein the waveguide element is brought into contact with an emission surface of the semiconductor laser, and the semiconductor laser and the waveguide element are integrated on the same substrate.
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