JPH02114691A - 半導体レーザーの外部共振器 - Google Patents

半導体レーザーの外部共振器

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JPH02114691A
JPH02114691A JP1239749A JP23974989A JPH02114691A JP H02114691 A JPH02114691 A JP H02114691A JP 1239749 A JP1239749 A JP 1239749A JP 23974989 A JP23974989 A JP 23974989A JP H02114691 A JPH02114691 A JP H02114691A
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JP
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optical
resonator
optical waveguide
directional coupler
waveguides
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JP1239749A
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English (en)
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Franz Auracher
フランツ、アウラツヒアー
Eckhard Meissner
エクハルト、マイスナー
Bernd Noll
ベルント、ノル
Julius Wittmann
ユリウス、ウイツトマン
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
    • G02F1/225Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14External cavity lasers

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、単導体レーザー用の外部光共振器に関する
ものである。
〔従来の技術〕
コヒーレント光伝送系の実現には単一モードの狭帯域レ
ーザー発振器が必要である。ファプリー・ベロー半導体
レーザーは多モードスペクトルを持つ、外部共振器を組
合わせるとこの種の半導体レーザーからヘテロゲイン又
はホモダイン受信式光1illl信系に適した狭帯域の
蛍−モード・レーザー発振器を実現することができる(
[ブリティッシュ・テレコム・テクノ・ジャーナル(B
rit、 Te1ecol11.  Techn、  
Journal  )  3  V o 1. 3、N
n4、1985年参照)。
欧州特許第0216212号明細書によりこのような外
部光共振器が公知である。この共振器は2つの光導波路
を備える光方向性結合器から成り、一方の導波路の1つ
の終端面を遣して半導体レーザーから放出された光電力
が方向性結合器に入結合される。この導波路の別の終端
面には帰還結合装置が設けられ、この導波路に導かれた
光出力の僅かの部分をこの導波路に帰還結合し、この光
出力の大部分はそこから1つの導波路に高結合される。
高結合された光電力は1つの光ファイバを通して方向性
結合器の他方の光導波路の1つの終端面に導かれ、この
光導波路に入結合されるや他方の光導波路の別の終端面
から高結合された光電力は、ビーム吸収器に導かれるか
あるいは半導体レーザーの出力として1つのシステム・
ファイバに入結合される。この最後の実施形態ではシス
テム・ファイバと共振器がレーザーの同じ終端面に結合
されている。この構造は共振器とシステム・ファイバが
レーザーの異なる終端面に結合されている実施形態に比
べて機械的な一点が刀2ないという利点がある。
光方向性結合器はガラスファイバ方向性結合器又は集積
方向性結合器とすることができる。
方向性結合器の他方の光導波路の1つのゲートには、フ
ァイバに導かれた光電力の僅かな部分をこのファイバに
帰還結合する第2帰還結合装置を設けることができる。
2つの光導波路を備えるファイバ・オプティカル方向性
結合器の形の外部光共振器であって共振器とシステム・
ファイバとが半導体レーザーの同じ終@面に結合回部で
あるものは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3633
077 (特開昭6394202)号明1Itutにお
いて提案されている。
この周波数選択性のファイバ方向性結合器は1つの分散
性二重コア・ファイバから成り、その両方のコアが方向
性結合器の両方の光導波路を形成する。一方のコアの1
つの終端面は半導体レーザーに結合され、このv!:端
面と同じ側に置かれた他方のコアの終端面は自由になっ
ている0両コアの他方の終端面には帰還結合装置が設け
られ、一方のコアに導かれた光電力の僅かの部分をこの
コアに帰還結合し、残りの部分はこのコアから高結合す
る。他方のコアに関しては帰還結合装置は何等の作用も
行わない、1つのコアから高結合された光電力は1つの
システム・ファイバに入結合される。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第3633076(時開
FW463−11624)号明細書では、集積光方向性
結合器とし構成され、システム・ファイバと共振器が単
導体レーザーの同じ終端面に結合されている外部共振器
が提案されている。この方向性結合器の両方の光導波路
は1つのへ板上に44積されたストライブ導波路となっ
ている。半導体レーザーから放出された光電力は1つの
ストライプ導波路に入結合され、この4波路の他方の終
端面には1つの帰還結合装置が設けられて1つの導波路
に導かれた光電力をこの導波路に帰還結合する。1つの
光導波路の他方の終端面と同じ側に設けられた他方のス
トライプ導波路の一方の終端面には帰還結合装置が設け
られ、この導波路に導かれた光電力をこの導波路に帰還
結合する。この他方の導波路の他方の終端面の1つには
システム・ファイバが結合される。単一モード動作の達
成に対しては両方の帰還結合装置が方向性結合器の1つ
の結合区間から互いに異なる光間隔をもって設けられて
いることが重要である。方向性結合器の結合区間は両方
の導波路がそれらの間に電力のオーバーフローが可能で
あるように小さい間隔を保つ区間を指している。
[発明が解決しようとする諜8] この発明の課題は、2つの光導波路を備える半導体レー
ザー用の外部光共振器として100GHzn域の空スペ
クトル帯域が可能であるような短い構成長に集積技術に
よって作ることができ、更に共振器とシステム・ファイ
バがレーザーの同じ終端面に結合可能であるものを提供
することである。
〔坪社を解決するための手段〕
この課題は特許請求の範囲の請求項1に特徴として挙げ
た構成とすることによって達成される。
〔作用効果〕
この発明による共振器の公知共振器に対する主な差異は
、半導体レーザーから放出された光電力が入結合される
方向性結合器の一方の光導波路には帰還結合V装置が設
けられることなく、他方の光導波路の両方の終端面に帰
還結合装置が設けられることである。
この発明による共振器では特許請求の範囲の請求項2に
記載したように、方向性結合器を414積方向性光結合
器とするのが有利である。しかしこれ以外の方向性結合
器、例えばファイバ方向性結合器も特に短いチャネル長
を必要としない場合には使用可能である。
この発明による方向性結合器において特許請求の範囲の
請求項3に記載したように、方向性結合器の少なくとも
1つの光導波路の屈折率をこの結合器の結合区間内で可
変にすると共振周波数と共振器の位相の同調が可能とな
る。
この発明による共振器はm8位の短い構成長とするのが
有利である。この短い構成長によって自由な空スペクト
ル範囲FSRが達成され、それによってこの共振器を使
用するレーザー発振器の100GHz単位の同調範囲が
実現する。これは多重チャネル光伝送において必要とな
ることである。
特許請求の範囲の請求項3の構成は同じく請求項4に記
載の手段によって簡単に実現され、それによって電気的
に同3周可能の外部集積光共振器が得られる。
これらの点に関しては、2つの光導波路を備え一方の光
導波路は電気光学効果材料から成り更にこの材料内に可
変電場を発生する装置が設けられている集積外部光共振
器が既に先のドイツ連邦共和国特許出廟公間第3633
076号明l1llFにおいて提案されていることを指
摘しておく、そこではこの装置は周波数変巽周出力信号
を発生する位相変tN器である。
特許請求の範囲の請求項3の構成は特許請求の範囲の請
求項5の手段によっても簡単に実現され、それによって
熱的又は機械的に同調可能な共振器が得られる。
特許請求の範囲の請求項6に従い、方向性結合器の少な
くとも一方の光導波路の長さを可変とすることによって
も同調可能な共振器が得られる。
この長さの変化は、光導波路の温度変化によるかあるい
は圧力又は引張り力を光導波路に加えることによって達
成される。
帰還結合装置自体はこの発明の共振器の場合、特許請求
の範囲の請求項7に従い支持体にとり付けら軌だ反射層
とすることができる。
〔実施例〕
図面についてこの発明を更に詳細に説明する。
第1図に示したレーザー発振器の主要部は外部光共振器
1と半導体レーザー2である。レーザー2の共振器lに
対向する終端面21はレーザーの出力を取り出すもので
、例えば反射防止N22によって減反射にされている。
半導体レーザー2の共振器に対して反対側の終端面23
はその出力を高めるため鏡面Jt’124で覆われる。
共振器Iの主要部は、光方向性結合器10と2つの帰還
結合装W123と124である。
光方向性結合器10は電気光学効果材料例えばニオブ酸
リチウムのi+i−hに集積された2つのストライブ先
導波F#!111と12とから構成される。
これらの光導波路は結合長しの間僅かな間隔dを保って
並行し、それらの間に電力の過結合が生ずる。光導波路
11と12の屈折率n、とntは基板材料の屈折率n、
より高い、屈折率nl とn。
は等しくすることができる。
図示の実施例では結合長しは方向性結合器の構成長に等
しく選ばれ、これは共振器の構成長にほぼ対応する。半
導体レーザー2の終端面21から放出された光電力は勾
配レンズ113からガラス小板125を通過し、一方の
光導波路11の終端面111とに集束されてこの光導波
路に入結合される。この人結合された光電力は光導波路
11の別の終端面112から重結合され、ガラス小板1
26を通過し別の勾配レンズ114によって集束される
。集束された光電力は更に別の勾配レンズ116により
システム・ファイバ4の終端面41上に焦点を結び、レ
ーザー2の出力としてこのシステム・ファイバに入結合
される。光導波路11から重結合された光電力の通路中
にはシステム・ファイバの前、例えば勾配レンズ114
と勾配レンズ116との間に光絶縁体3が設けられ、こ
の系から半導体レーザー2に到達し得る寄生反射を抑制
する。
ガラス小板125と126はそれぞれ帰還結合装置12
3又は124の支持体となるものである。
これらの帰還結合vt置はガラス小板125と126の
局部的金属化部分、例えば金めつき部分とすることがで
きる。
第1図においてnlは光導波路11の屈折率、n、は光
導波路12の屈折率、n、は基板+01の屈折率であっ
て、n、はn、より小さくntより小さいことが必要で
ある。
1(1、IIW Q 、であってこれらをnとするとき
、第1図の共振器ではβ・L−m・πにおいて空のスペ
クトル範tffiFsR−c/2n−Lをもって共振が
起こる。ここでθは光導波路11と12中を導かれる光
波の伝搬定数であり、mは任意の整数である。篤1図の
共振器の鮮駁實FはF−πJ”W cos”kL/(I
  Rcos”kL)で与えられる。ここでRは帰還結
合装置i23.12Aの電力反射係数であり、kは1つ
の定数である。
屈折率n、の変化によって第1図の共振器の共振周波敞
の同調が可能である1反射光の位相はnを通して同調可
能である 光導波路11と12の屈折率を変える方法は既に明示さ
れている。第1図の共振器の電気的同調の実例を第2図
に示す。
第2図の実施例では基板101がニオブ酸リチウムから
成り、光導波路11と12はこの基板内に拡散されてい
る。それらの屈折率はn、 −fi 。
=nであるとする。光導波路11と12の間には基板表
面にとりつけられるかそのE方に設けられた電極100
が導波路の長さ方向に伸びている。
光導波路11と12の外側にもその長さ方向に2つの電
極1】0と120が伸び、これらの電極も基板表面にと
りつけられるかそのL方に設けられている。
第2図の共振器の共振周波数の同調のためには、電極1
00と120の間に他方の光導波1i’312にその長
さ方向に垂直な電場を作る電圧U、を印加し、屈折率n
を変化させる。
同様に電極110と100の闇には光導波路11内にそ
の長さ方向に垂直なtii場を作る電圧U1を印加して
、光導波路11の屈折率nを変化させる。電圧U、とU
tの調節によってレーザー発振器の空のスペクトル範囲
FSR内での同調が可能となる。空のスペクトル範囲F
SR全体に亘っての間挿に対しては、波長1.3μ輌に
おいて電圧と長さの積は90V・ff1I11で充分で
ある。共据器長が例えばLnmのとき電圧UlとU、に
必要な値は±45Vの範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による光共振器を備えるレーザー発振
器の概略の構成を示し、第2図は第1図の1」線に沿う
断面図である。 1・・・光共振器 2・・・単導体レーザー 0・・・方向性結合器 101・・・基板 lG1 1 】、 12・・・ストライプ光導波路 100. 110. 120・・・電極 IG 2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)2つの光導波路(11、12)を備える光方向性結
    合器(10)から成る半導体レーザー用の外部共振器(
    1)において、両光導波路(11、12)の一方(11
    )の1つの終端面(101)を通して半導体レーザー(
    2)から放出された光電力が方向性結合器(10)に入
    結合可能であり、又この光導波路(11)の別の終端面
    (112)から取り出し可能であり、他方の光導波路(
    12)の各終端面(121、122)にそれぞれ1つの
    光帰還結合装置(123、124)が設けられ、他方の
    光導波路(12)から供給された光電力を少なくとも部
    分的にこの他方の光導波路(12)に帰還結合すること
    を特徴とする半導体レーザーの外部共振器。 2)方向性結合器(10)が1つの集積された光方向性
    結合器から成ることを特徴とする請求項1記載の共振器
    。 3)方向性結合器(10)の少なくとも一方の光導波路
    の屈折率(n_1、n_2)が可変であることを特徴と
    する請求項1又は2記載の共振器。 4)可変屈折率の光導波路(11、12)が電気光学効
    果材料又は磁気光学効果材料から成り、可変の電場又は
    磁場を電気光学効果材料又は磁気光学効果材料内に発生
    させる装置(100、110、120)が設けられてい
    ることを特徴とする請求項3記載の共振器。 5)可変屈折率の光導波路(11、12)が熱光学効果
    材料又は弾性光学効果材料から成り、熱光学効果材料の
    温度を変化させるか弾性光学効果材料に圧力又は引張り
    力を加える装置が設けられていることを特徴とする請求
    項3又は4記載の共振器。 6)方向性結合器(10)の両光導波路(11、12)
    の少なくとも一方の長さ(L)が可変であることを特徴
    とする請求項1ないし5の1つに記載の共振器。 7)1つの帰還結合装置(123、124)が支持体(
    125、126)に取り付けられた反射層から成り、こ
    の層が他方の光導波路(12)の対応する終端面(12
    1又は122)に対向して設けられることを特徴とする
    請求項1ないし6の1つに記載の共振器。
JP1239749A 1988-09-20 1989-09-13 半導体レーザーの外部共振器 Pending JPH02114691A (ja)

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DE3831943.8 1988-09-20
DE3831943 1988-09-20

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US (1) US5023885A (ja)
EP (1) EP0359967A3 (ja)
JP (1) JPH02114691A (ja)

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Also Published As

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US5023885A (en) 1991-06-11
EP0359967A3 (de) 1991-04-10
EP0359967A2 (de) 1990-03-28

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