JP7086537B2 - 外部共振器型半導体レーザ装置 - Google Patents
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間に発光部を挟む1対の端面を有する半導体発光素子および、
この半導体発光素子の外に配置された共振器ミラーと、前記1対の端面のうち共振器ミラーから遠い側の一端面とから構成されて、半導体発光素子から発せられた光を発振させる外部共振器を有する半導体レーザ装置において、
共振器ミラーおよび前記一端面がフラットミラーとされ、
半導体発光素子として、単体で前記光を発振させる構造を有する半導体発光素子が用いられ、
外部共振器内の光路内に、前記光の波長域を選択する波長制御素子が設けられたことを特徴とするものである。
間に発光部を挟む1対の端面を有する半導体発光素子および、
この半導体発光素子の外に配置された共振器ミラーと、前記1対の端面のうち共振器ミラーから遠い側の一端面とから構成されて、半導体発光素子から発せられた光を発振させる外部共振器を有する半導体レーザ装置において、
共振器ミラーおよび前記一端面がフラットミラーとされ、
半導体発光素子として、単体では前記光を発振させない構造を有する半導体発光素子が用いられ、
外部共振器内の光路内に、前記1対の端面のうち共振器ミラーに近い側の他端面上、および共振器ミラーの反射面上においてそれぞれ前記光の焦点を結ばせる共焦点光学系と、前記光の波長域を選択する波長制御素子とが設けられたことを特徴とするものである。
図1は、本発明の第1の実施形態による外部共振器型半導体レーザ装置1を示す概略構成図である。ここに示される通り本実施形態の外部共振器型半導体レーザ装置1は基本的に、光10を発する半導体発光素子11、共振器ミラー12、半導体発光素子11と共振器ミラー12との間に配されたコリメーターレンズ13、コリメーターレンズ13と共振器ミラー12との間に配された波長制御素子としての狭帯域バンドパスフィルター14、および半導体発光素子11を駆動する駆動回路15を有している。
(実施例1)
(1)半導体発光素子11の仕様
・前端面11bの反射率:略58%
・後端面11cの反射率:99.9%以上(設計値)
(自身で発振可能)
(2)共振器ミラー12の仕様
・前端面12bの反射率:略0%
・後端面12cの反射率:65%
(3)狭帯域バンドパスフィルター14の仕様
・透過特性:基本的に図2の通り。
・Δλf=1.0nm
・回転により透過中心波長λcfを変更可能。
(4)ビームスプリッタ17の仕様
・反射率:10%
(比較例1)
・波長が488nm近辺の光を発するGaN系化合物半導体からなるレーザダイオード。外部共振器を持たず自身で発振可能。DC(直流電流)駆動。
(比較例2)
・波長が488nm近辺の光を発するGaN系化合物半導体からなるレーザダイオード。外部共振器を持たず自身で発振可能。高周波重畳された電流で駆動。具体的には、直流電流に200MHzの高周波電流を重畳した電流で駆動。
次に図9を参照して、本発明の第2の実施形態による外部共振器型半導体レーザ装置2について説明する。この外部共振器型半導体レーザ装置2は、図1に示した第1の実施形態の外部共振器型半導体レーザ装置1と対比すると、基本的に、外部共振器の光路に共焦点光学系が配置されている点、半導体発光素子11として自身では発振しないレーザダイオードが用いられている点で相違する。ここで、なおこの図9において、先に説明した図1中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する(以下、同様)。なお、狭帯域バンドパスフィルター14としては、以下で説明するように、透過幅Δλfが相異なる複数の狭帯域バンドパスフィルターから適宜選択して用いられる。
次に図13を参照して、本発明の第3の実施形態による外部共振器型半導体レーザ装置3について説明する。この外部共振器型半導体レーザ装置3は、図9に示した第2の実施形態の外部共振器型半導体レーザ装置2と対比すると、基本的に、波長制御素子として、狭帯域バンドパスフィルター14に加えて、さらに2つのプリズム71および72が配置されている点で相違する。これら2つのプリズム71および72は、いわゆるアナモルフィックプリズムペアを構成している。プリズム71および72による波長制御素子としての効果は、狭帯域バンドパスフィルター14による効果と基本的に同様である。
次に図19を参照して、本発明の第4の実施形態による外部共振器型半導体レーザ装置4について説明する。この外部共振器型半導体レーザ装置4は、図9に示した第2の実施形態の外部共振器型半導体レーザ装置2と対比すると、基本的に、波長制御素子として、狭帯域バンドパスフィルター14の代わりに、2つのプリズム71および72が配置されている点で相違する。これらの波長制御素子としてのプリズム71および72は、図13に示した第3の実施形態による外部共振器型半導体レーザ装置3で用いられたものと同様のものである。
先に説明した第1の実施形態では、狭帯域バンドパスフィルター14として、透過特性がΔλf=1.0nmであるものを用いているが、Δλf=5.0nmである狭帯域バンドパスフィルター14を用いた変形例を作製した。その変形例としての外部共振器型半導体レーザ装置を駆動電流値を変えて駆動し、その際に出力光16の中心波長(ピーク波長)λpおよび、波長幅Δλを測定した結果を図22に示す。この図22の表示の仕方は、図6におけるものと同様である。
先に説明した第2の実施形態では、狭帯域バンドパスフィルター14として、透過特性がΔλf=0.5nmであるものを適用し、その外部共振器型半導体レーザ装置を駆動電流250mWで駆動した場合の干渉強度測定結果、および出力光16のスペクトラム測定結果を図10に示している。それに対して、Δλf=1.0nm、2.0nm、5.0nmである狭帯域バンドパスフィルター14を用いた変形例を作製した。それらの3つ変形例を駆動電流250mWで駆動した場合の干渉強度測定結果、および出力光16のスペクトラム測定結果を、各々図24、25、26の各上段、下段に示す。これらの図24~26の表示の仕方は、図10におけるものと同様である。
先に説明した第3の実施形態では、狭帯域バンドパスフィルター14として、透過特性がΔλf=0.5nmであるものを適用し、その外部共振器型半導体レーザ装置を駆動電流250mWで駆動した場合の干渉強度測定結果、および出力光16のスペクトラム測定結果を図14に示している。それに対して、Δλf=1.0nm、2.0nm、5.0nmである狭帯域バンドパスフィルター14を用いた変形例を作製した。それらの3つ変形例を駆動電流250mWで駆動した場合の干渉強度測定結果、および出力光16のスペクトラム測定結果を、各々図27、28、29の各上段、下段に示す。これらの図27~29の表示の仕方は、図14におけるものと同様である。
図19に示した外部共振器型半導体レーザ装置4を駆動電流値を変えて駆動し、その際に出力光16の中心波長(ピーク波長)λpおよび、波長幅Δλを測定した結果を各々図33、34に示す。この図33、34の表示の仕方は、図6におけるものと同様である。
11 半導体発光素子
11a 半導体発光素子の光導光路
11b 半導体発光素子の前端面
11c 半導体発光素子の後端面
11d 反射コート
11e 高反射コート
11g 無反射コート
12 共振器ミラー
12b 共振器ミラーの前端面
12c 共振器ミラーの後端面
12d 無反射コート
12e 部分反射コート
13 コリメーターレンズ
14 狭帯域バンドパスフィルター(波長制御素子)
15 駆動回路
16 出力光
19 マイクロコンピュータ
21 直流電流源
24 制御回路
61 集光レンズ
71、72 プリズム
Claims (9)
- 間に発光部を挟む1対の端面を有する、波長370nm~530nmの光を発する半導体発光素子および、
この半導体発光素子の外に配置された共振器ミラーと、前記1対の端面のうち前記共振器ミラーから遠い側の一端面とから構成されて、前記半導体発光素子から発せられた光を発振させる外部共振器を有する半導体レーザ装置において、
前記共振器ミラーおよび前記一端面がフラットミラーとされ、
前記半導体発光素子として、前記1対の端面が外部共振器内の光路に対して垂直に形成され、単体では前記光を発振させない構造を有し、かつ前記1対の端面のうち前記共振器ミラーに近い側の他端面に前記光に対する無反射コートが施されて、モードホップによって半導体レーザ装置に光ノイズを発生させることがない半導体発光素子が用いられ、
前記外部共振器内の光路内に、前記半導体発光素子の他端面上、および前記共振器ミラーの反射面上においてそれぞれ前記光の焦点を結ばせる共焦点光学系と、前記光の波長域を選択する透過幅(半値全幅)が2.0nm以下である波長制御素子とが設けられたことを特徴とする外部共振器型半導体レーザ装置。 - 前記波長制御素子の透過幅(半値全幅)が1.0nm以下である請求項1に記載の外部共振器型半導体レーザ装置。
- 縦モードが単一縦モードである請求項1または2に記載の外部共振器型半導体レーザ装置。
- 縦モードがマルチモードである請求項1または2に記載の外部共振器型半導体レーザ装置。
- コヒーレント長が20mm以下である請求項1から4いずれか1項に記載の外部共振器型半導体レーザ装置。
- 駆動電流を発振領域の全域に亘って増減させた場合の発振中心波長の変化が0.2nm以下である請求項1から5いずれか1項に記載の外部共振器型半導体レーザ装置。
- 前記波長制御素子として狭帯域バンドパスフィルターが用いられている請求項1から6いずれか1項に記載の外部共振器型半導体レーザ装置。
- 前記波長制御素子としてプリズムが用いられている請求項1から6いずれか1項に記載の外部共振器型半導体レーザ装置。
- 前記半導体発光素子が窒化物半導体発光素子である請求項1から8いずれか1項に記載の外部共振器型半導体レーザ装置。
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