JPH01262684A - パルス光発生装置及びパルス光発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 パルス光発生装置及びパルス光発生方法に関し。

超短パルス光を発生させる光源を目的とし。

パルス電流駆動により主発振モードのレーザ光及び該主
発振モード以外のモードのレーザ光を放射する半導体レ
ーザｌと、該レーザの放射するレーザ光の内前記主発振
モード以外の一つのモードのレーザ光を選択的に通過さ
せるフィルタ２とを含むパルス光発生装置、及び半導体
レーザ１をパルス電流駆動して主発振モードのレーザ光
及び該レーザ光がピークに達する前にピークに達する第
２のモードのレーザ光を発生させ、該レーザから放射す
る前記レーザ光の光路にフィルタ２を設けて前記第２の
モードのレーザ光を選択的に通過させることによりパル
ス光４を発生させるパルス光発生方法をもって構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明はパルス光発生装置及びパルス光発生方法に関す
る。

光計測応用あるいは超高速光伝送などの分野では超短パ
ルス光を発生させる光源が要求されている。

このため、かかる要求に合うパルス光発生装置及びパル
ス光発生方法を開発する必要がある。

〔従来の技術〕

従来、半導体レーザを短いパルス電流で駆動して、いわ
ゆる利得スイッチ動作をさせて短パルス光を発生させる
ことが行われてきた。しかし、それにより得られるパル
ス幅はせいぜい２０ｐｓ程度であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

光計測応用あるいは超高速光伝送などの分野では、更に
狭いパルス幅を有するパルス光の出現が望まれていた。

本発明はかかる要望に応えるべく。

新しい原理に基づいて超短パルス光を発生させる装置と
超短パルス光を発生させる方法とを提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕 第１図は本発明のパルス光発生装置会参−中郷横４−−
≠歩の概念図である。

第１図において１は半導体レーザ、２はフィルタ、３は
レーザ光、４はパルス光を表す。レーザ光３は主発振モ
ードのレーザ光（波長λ、）及び第２のモードのレーザ
光（波長λ２）を含み、パルス光４は第２のモードのレ
ーザ光（波長λ２）のみを含む。

パルス電流駆動により主発振モードのレーザ光及び該主
発振モード以外のモードのレーザ光を放射する半導体レ
ーザ１と、該レーザの放射するレーザ光の内前記主発振
モード以外の一つのモードのレーザ光を選択的に通過さ
せるフィルタ２とを含むパルス光発生装置、及び半導体
レーザｌをパルス電流駆動して主発振モードのレーザ光
及び該レーザ光がピークに達する前にピークに達する第
２のモードのレーザ光を発生させ、該レーザから放射す
る前記レーザ光の光路にフィルタ２を設けて前記第２の
モードのレーザ光を選択的に通過させることによりパル
ス光４を発生させるパルス光発生方法によって上記課題
は解決される。

〔作用〕

本発明では半導体レーザにおいて発生する軸モードのレ
ーザ光間の競合を利用して極めて狭いパルス光を発生さ
せる。

半導体レーザをステップ電流で駆動したときの電流■、
キャリヤ密密度Ｎ先光出力の時間関係を第２図に示す。

ステップ状に電流■が印加された瞬間からキャリヤ密度
Ｎは増加し始め、定常状態よりもオーバーシュートして
１時刻１＋でピークに達し、以後減衰振動をして定常状
態になる。光出力Ｐもキャリヤ密度Ｎに伴ってキャリヤ
密度Ｎと同様の推移をするが、ピークに達する時刻はキ
ャリヤ密度Ｎよりも遅れる。

時刻ｔ２はキャリヤ密度Ｎがピークを過ぎ光出力Ｐがま
だピークに達しないトランジェント状態の時刻を示す。

第３図は半導体レーザの活性層の利得に対する波長λ及
び時刻ｔの関係を示す。半導体レーザは闇値利得以上の
利得に達すると発振が可能となる。

波長λ１は定常状態において半導体レーザの活性層の利
得がピークをなす波長で、主モードの発振波長である。

ところが、キャリヤ密度がオーバーシュートしてピーク
に達する時刻ｔ１においては利得のピークがλ１よりも
短波長側にずれ、波長λ１の主発振が始まる前にまずλ
ｌよりも短波長側のモードから発振を始める。つづいて
時間の経過とともに波長λ１の主モードが生じる。

一方、半導体レーザのトランジェント状態におけるモー
ド間には９強い非対称モード競合が存在する（Ａｐｐｌ
、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、Ｖｏｌ、４０．１．Ａｐｒｉｌ
　１９８２’、Ｐｐ。

５５３−５５５）。そのため波長λ１の主発振モードの
利得が大きくなるにつれてλ１よりも短波長側のモード
には強い利得抑制効果が働き、逆にλ１よりも長波長側
のモードの利得が高まってくる。例えば、キャリヤ密度
Ｎがピークを過ぎ光出力Ｐがまだピークに達しないトラ
ンジェント状態のある時刻ｔ２においては、第３図に示
すように、λ１の波長の光の強度が強まるためλ１より
も短波長側のモードの利得は利得抑制効果により闇値利
得以下となり、逆にλ１よりも長波長側のモードの利得
は闇値利得以上となる。

主発振モードの波長λ１よりも短波長側のモードに対す
る利得抑制はλ、から２０乃至５０人離れた範囲で生じ
る。従って、その範囲に波長λ２の第２のモードが存在
すれば該モードは主モードの発振に先立って発振を開始
し、主モードの利得が増加してくると急速に発振を停止
する。

そこで、波長λ２の第２のモードの発振光だけをフィル
タにより選択的に取り出すことにより。

通常の利得スイッチ動作では実現できない超短パルス光
を得ることができる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例について説明する。

第４図は実施例■で、半導体レーザｌとして分布帰還型
（Ｄ　Ｆ　Ｂ　：　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄ
ｂａｃｋ）レーザ１１．フィルタ２としてグレーティン
グ５及びスリット６からなる系を使用する例を示す。

該分布帰還型レーザの構成を第５図に示す。各部の材料
は次の如くである。

２１　第１クラッド層　　ｎ　−１ｎＰ２３　ガイド層
　　　　　　ｎ　−１ｎＧａＡｓＰ２４　活性層　　　
　　　１ｎＧａＡｓＰ２５　第２クラッド層　　ｐ　−
ＩｎＰ２６　コンタクト層　　　ｐ÷−ＩｎＧａＡｓＰ
２７　　ｐ−電極　　　　　Ｔ　ｉ　／　Ｐ　ｔ　／　
Ａ　ｕ２８　　ｎ−電極　　　　　Ａｕ／Ｇｅなお１回
折格子２２のピッチは２０００人、活性層２４の波長は
１．３　μｍ、ガイド層２３の波長は１．１５μｍであ
る。

主発振モード（ＤＦＢモード）の他にファブリペローモ
ードの発振が容易に起こり易い状態を作り出すため、端
面の片面に５乃至１５％の反射率を持つ低反射率コーテ
イング膜２９を形成する。

分布帰還型レーザー１をパルス駆動すると、波長λ１の
主発振モードの他に短波長側の波長λ２の第２のモード
を含む多数のモードが立つ。低反射率コーテイング膜２
９を通して放射するレーザ光をレンズ今によりグレーテ
ィング５の上に集める。該グレーティングにより回折さ
れるレーザ光は波長に応じて分散される。波長λ２の第
２のモードのレーザ光のみをスリット６から取り出す。

第６図はパルス光の発生の様子を示すもので。

第６図（ａ）はレンズ７に入射するレーザ光の波型、第
各図（ｂ）はスリット６から取り出されるレーザ光の波
型である。スリット６から波長λ２の幅の狭いパルス光
が取り出される。

なお２本実施例ではフィルタ２としてグレーティング５
とスリット６からなる系を使用したが。

波長λ２のみを選択するものであれば他の形式のフィル
タも使用できる。

第７図は実施例■で、半導体レーザーとしてレーザダイ
オード１２を用い、波長λ、の主発振モード及び波長λ
２の第２のモードのみが発振し得るように第１グレーテ
イング４１及び第２グレーテイング４２を設け、最終的
に波長λ２の第２のモードのみを選択して超短パルス光
を得るものである。

使用するレーザダイオード１２の構成を第８図に示す。

各部の材料は次の如くである。

３１　第１クラッド層　　ｎ　−１１Ｐ３２　活性層　
　　　　　１ｎＧａＡｓＰ３３　第２クラッド層　　ｐ
　−ＩｎＰ３４　コンタクトＮ　　　　ｐ　”　−１ｎ
ＧａＡｓＰ３５　　ｐ−電極　　　　　Ｔｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕ３６　　ｎ−電極　　　　　Ａｕ／Ｇｅファプリペロ
ー型のレーザダイオード１＊の端面の片面に無反射コー
テイング膜３７を形成する。

該コーテイング膜を通して放射するレーザ光はレンズ３
８により平行となりハーフミラ−３９に入り該レーザ光
は該ハーフミラ−により二分され。

一つは第１グレーテイング４１に入射して分散され、波
長λ１のレーザ光のみが前記レーザダイオードの端面に
送り返される。二分されたもう一つのレーザ光は第２グ
レーテイング４２に入射して分散され、波長λ２のレー
ザ光のみが前記レーザダイオードの端面に送り返される
。これにより波長λ１及び波長λ２の二つのモードのみ
が発振可能となる。レーザダイオード１２をパルス駆動
すると、波長λ１の主発振モードのパルス光と波長λ２
の第２のモードのパルス光が該レーザダイオードのもう
一方の端面から放射され、以下実施例■と同様にして波
長λ２のレーザ光のみがスリット６から取り出され、波
長λ２の超短パルス光が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に９本発明によればＬｏｐｓ以下のパル
ス幅の超短パルス光を容易に発生させることができ、光
計測応用あるいは超高速光伝送などの分野において寄与
するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はパルス光発生装置の概念図。 第２図はＩ、　Ｎ、　　Ｐの時間関係。 第３図ば活性層の利得。 第４図は実施例Ｉ。 第５図は分布帰還型レーザの構成。 第６図はパルス光の発生。 第７図は実施例■。 第８図はレーザダイオードの構成 である。図において。 １は半導体レーザ。 ２はフィルタ。 ３はレーザ光。 ４はパルス光。 ５はグレーティング。 ６はスリット。 ７．３８はレンズ。 １１は分布帰還型レーザ。 １２はレーザダイオード。 ２１．３１は第１クラッド層。 ２２は回折格子。 ２３はガイド層。 ２６．３４はコンタクト層。 ２７．３５はｐ電極。 ２８．３６はｎ電極。 ２９は低反射率コーテイング膜。 ３７は無反射コーテイング膜。 ３９はハーフミラ−９ ４１は第１グレーテイング。 ４２は第２グレーテイング ３、レーザ光（入１．入２） ＼ パルス元老７１Ｌ装置／７オ既偲・図 第　　１　　図 ＬＪ　　／　　Ｆ　　／７　　８％　　Ｐｉ　　　閣　
イ透く第　２　図 シ古　千生　／９　　／）　　才・μ耳％　３　コ ４、／でルス尤（入２） 〜 ’ｔ　　　　方モー　　　子クリ　　　Ｌ第　４　図 ハ０ルス尤の孝生 第　６　図 ４、パルスん（入２） ＼ 賞施例　■ 第　７　図 レーデグイオード／１瘍或 男　６　屈

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕パルス電流駆動により主発振モードのレーザ光及
   び該主発振モード以外のモードのレーザ光を放射する半
   導体レーザ（１）と、 該レーザの放射するレーザ光の内前記主発振モード以外
   の一つのモードのレーザ光を選択的に通過させるフィル
   タ（２）とを含むことを特徴とするパルス光発生装置。 〔２〕半導体レーザ（１）をパルス電流駆動して主発振
   モードのレーザ光及び該レーザ光がピークに達する前に
   ピークに達する第２のモードのレーザ光を発生させ、該
   レーザから放射する前記レーザ光の光路にフィルタ（２
   ）を設けて前記第２のモードのレーザ光を選択的に通過
   させることによりパルス光（４）を発生させることを特
   徴とするパルス光発生方法。