JPH02250384A - 波長可変半導体レーザ光源装置 - 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】 〈産業上の利用分計〉 本発明は、コヒーレント光通信等に用いられる、小型で
安定な波長可変半導体レーザ光源装置に関する。

〈従来の技術〉 波長可変半導体レーザ光源装置に関する研究は、コヒー
レント光通信方式におけるキーデバイスとしての要望及
び測定器用等の光源としての要望から、近年活発に行わ
れている。

従来の波長可変半導体レーザ光源装置としては、外部回
折格子により波長選択を行う外部回折格子型と、波長選
択部と増幅部とがモノリシックに一体化したモノリシッ
ク型とを代表的に挙げることができる。

従来の外部回折格子型波長可変半導体レーザ光源装置の
一例を第６図に示す。同図に示すように、この外部回折
格子型装置では、半導体レーザ１１０の片端面には無反
射コート膜１１１が施され、半導体レーザ１１０の無反
射コート膜１１１側にレンズ１２０及び回折格子１３０
が配設されており、無反射コート膜１１１を施した端面
から出た光はレンズ１２０でコリメートされた後、回折
格子１３０で反射されて半導体レーザ１１０へ戻るよう
に設計されている。すなわち、回折格子１３０と半導体
レーザ１１０の無反射コート膜１１１を施していない端
面とで共振赫を構成してレーザ発振を行う。そして、こ
の際、回折格子１３０の光軸に対する角度を調節するこ
とにより、波長選択を行い、レーザの発信波長を制御で
きるようになっている。

なお、この波長可変半導体レーザ光源装置では、回折格
子１３０で選択された波長と外部共振菜の縦モード波長
との間に競合が起って同調できない波長範囲が存在する
ことになるので、共振器長を調整するためにピエゾ素子
１４０を設け、回折格子１３０を光軸方向に並進させる
ことにより光路長の調整を行っている。

一方、モノリシック型の代表例として多電極ＤＢＲレー
ザ装置の構成を第７図に示す。

この半導体レーザ２００には光増幅領域２０１゜位相調
整領域２０２及び波長選択領域２０３が設けられており
、光増幅領域２０１への電流注入によりレーザ発振を行
うと共に、波長選択領域２０３への電流注入により発振
波長の選択を行うようになっている。そして、上述した
ように共振器長を調整するために位相調整領域２０２が
設けられており、この位相調整領域２０２に電流を注入
することによりその領域の屈折率を変化させ、位相調整
を行っている。なお、図中、２０４，２０５，２０６は
それぞれ光増幅領域２０１２位相調整領域２０２及び波
長選択領域２０３に電流を注入にするための電極、２０
７はアース側の電極、２０８は電極２０４，２０５，２
０６を区切るための溝であり、２０９はクラッド層を示
す。

〈発明が解決しようとする課題〉 上述したモノリシック型波長可変レーザ装置では、発振
波長を変化させる手段として、電流注入による半導体の
屈折率変化を利用しているため、波長可変域が大きくと
れず、現在では最大１０　ｎｍ程度である。また、共振
器長が短いためスペクトル幅が狭くならないという問題
がある。

一方、外部回折格子を用いた波長可変レーザ装置では、
回折格子の機械的な回転により波長選択を行うため、波
長可変域が、例えば１．５μｍ帯で９０　ｎｍ程度と大
きくなる。また、この場合、外部の回折格子との間で共
振するので、共振器長が長く、スペクトル線幅が狭くな
り、例えば線幅１０ｋｌｂ以下のものも報告されている
。

したがって、広い波長可変範囲を必要とする場合や狭い
スペクトル線幅を必要とする場合には外部回折格子型波
長可変半導体レーザ光源装置が用いられる。

しかし、従来の外部回折格子型では、位相調整のために
上述したように回折格子１３０を並進させるピエゾ素子
１４０等を設けなければならないという問題がある。す
なわち、微動系が複雑になると共に、調整を全て機械的
に行うために安定性が悪いなどの問題がある。

さらに、外部回折格子型装置では、波長の調整が機械的
であるため、高速周波数変調が困難であるという問題も
ある。但し、通常の単体の半導体レーザで行われている
ように、活性領域へめ注入電流の変化により高速変調を
行うこともできるが、この場合には可変幅が狭く且つ周
波数変調と同時に光出力強度の変化も発生してしまうと
いう問題がある。

本発明はこのような事情に鑑み、外部回折格子型波長可
変半導体レーザ光源装置における広い波長可変幅と狭い
スペクトル幅とを確保すると共に、位相調整を簡素化し
、小型化、安定化を図９、さらに高速周波数変調も可能
な波長可変半導体レーザ光源装置を提供することを目的
とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明にかかる波長可変半導体レー
ザ光源装置は、波長選択性を有する反射板とレンズと半
導体レーザとによって構成された外部鏡型レーザ装置で
あって、該半導体レーザ素子が、少なくとも一つの光増
幅領域と少なくとも一つの位相調整領域とを有し且これ
ら光増幅領域及び位相調整領域のそれぞれに独立の電流
を注入できる構造であることを特徴とする。

本発明は外部の波長選択性を有する反射板により波長選
択を行うと共に、半導体レーザ素子内に設けた少なくと
も一つずつの光増幅領域及び位相調整領域への注入電流
を独立に制御する機構とすることにより、小型化を図り
、広い波長可変域を確保しながら波長可変レーザ光源と
しての制御性の向上を図るものである。すなわち、外部
の波長選択性を有する反射板を、位相調整のために並進
させるピエゾ素子等が排除できることにより小型化でき
、位相調整を位相調整領域への注入電流を変化させるこ
とにより行うので機械的な調整の自由度が減るために動
作の安定化が実現される。また、活性領域とは独立した
位相調整領域への注入電流の変調により高速周波数変調
を行うことができるので、光出力強度の安定性を保持し
ながら高速周波数変調が可能となる。

本発明の代表的な構成としては、位相調整領域と光増幅
領域とがモノリシックに一体化した位相調整機能内蔵半
導体レーザと外部回折格子とを組合せたものが考えられ
る。

なお、本発明において、波長選択性を有する反射板とし
ては、代表的には回折格子を挙げることができるが、こ
の他、例えば音響光学効果による波長可変光フィルタを
利用した反射板等、波長選択が可能な反射板であれば使
用することができる。

く実　施　例〉 以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

第１図には一実施例にかかる可変波長半導体レーザ光源
装置の構成を示す。同図中、１０は位相調整機能付半導
体レーザ素子、２０はレンズ、３０は波長選択性を有す
る反射板としての回折格子である。

位相ｒＡ整種機能付半導体レーザ素子０はレンズ２０側
端面に無反射コートｙＡ１１が施されており、その構成
を第２図に示す。同図に示すように、活性層１２を有す
る右半分が光増幅機能を有する領域であり通常のレーザ
と同じ構成である。また、導波層１３を有する左半分が
位相調整機能を有する領域であり、この領域の働きによ
り位相調整が行われる。

なお、図中、１４．１５はそれぞれ活性層１２及び導波
層１３へ電流を注入するための電極、１６はアース側の
電極、１７は電極１４，１５を分離する溝であり、１８
．１９はクラッド層を示す。すなわち、電極１４から活
性層１２に電流を注入するとレーザ発振する。一方、導
波層１３に電８１ｉ１５から電流を注入すると、自由キ
ャリアプラズマ効果によ給屈折率が変化して導波層１３
の実効的な光路長が変化し、トータルの共振器長が変化
することになり、この機能により電気的に共振器長調整
を行うことができる。

かかる位相調整機能付半導体レーザ素子１０は発振する
レーザの種類等に合せて従来から知られている技術で構
成すればよく、例えば第７図に示した多電８ｉｉＤＢＲ
レーザ装置の波長選択領域２０３を除去して位相調整領
域２０２側に無反射コート膜を施したものと同様なもの
も使用可能である。

ここで、本実施例の波長可変半導体レーザ光源装置の動
作について説明する。

まず、電極１４へしきい値電流以上の電流を流し、レー
ザ発振を起こしておき、回折格子３０の角度調整により
、発振波長の粗調整を行う。このときの波長選択の精度
は、外部共振器の縦モードで決まり、選択できる波長は
この縦モード間隔で不連続になる。

この外部共振器の縦モード間隔Δλ、は（１）式で与え
られる。ここでλは中心波長、Ｌは実効的共振器長であ
り、例えば中心及長久を１．５μｍとし実効的共振器長
りを５ｃｍとした場合では０，２３Ａとなる。

Δλ、＝λ２／２Ｌ　　　　　　・・・（１）本実施例
では、電ｔＳ１５への電流注入により共振器長りを変化
させ、縦モードを調整することによ抄発振波長のｍ調整
を行うことができ、任意の波長が選択可能になる。第１
図の配置での実効的共振語長りは、（２）式のように、
外部回折格子３０と半導体レーザ１０との距１ＪＩＬ０
と、増幅領域の光路長ｎＩＬ、と、位相調１１領域の光
路長ｎ２Ｌ、との和で決まる（ｎ。

は増幅領域の屈折率、ｎ２は位相調整領域の屈折率であ
る）。

Ｌ　−Ｌ０＋　ｎ、　Ｌ、　＋　ｎ、　Ｌ２−　　（２
）従って、位相調整領域の導波層１３へのｉａ＊注入に
よしｎ２が変化し、その結果りを変えることができる。

例えば、従来の多電極ＤＢＲで実現している電流注入に
よる屈折率変化は１％程度であるので、これから共振璧
長変化を求めると、Ｌ、＝　５００　μｎ１ｎ、＝　３
．２として１６　μｍとなり、変化の大きさは例えば全
共振器長りを５ｃｍとした場合０．０３％である。これ
より求メラれる波長変化は５人種度である。この値は外
部共振器長り。を小さ（し、位相調整領域の長さＬ２を
太き（すればさらに大きくなるので、この系での位相調
整領域による調整により、十分に縦モード間隔Δ札以上
の波長変化が可能である。従って、回折格子の角度調整
によって発振波長の粗調整を行い、位相調整領域への注
入電流の変化によって微調整を行うという方法によ咋、
任意の波長を得ることが出来る。

また、本実施例では、位相調整領域による波長徴ｒｉｉ
整を電極１５への電流注入のみで行うことができるので
、従来の系でピエゾ素子により回折格子を機械的に動か
す場合に比べて、比較にならないほどの高速変調が可能
であり、しかも、この周波数変調は、活性層への注入電
流の変調による変調法と比べると、光出力強度の変化が
小さいなどの利点を有する。

位相調整機能付半導体レーザ素子１０の構成としては種
々前えられ、例えば第３図（ａｌ〜ｔｅｌに示す構成を
例示できる。

第３図１ａｌの半導体レーザＩＯＡは位相調整領域の導
波層１３を出力側に位置させ、光増幅域の活性層１２を
無反射コート膜１１側に位置させた例を示す。第３図（
ｂｌの半導体レーザＩＯＢは光増幅領域の活性層１２ｍ
と同様な活性１１１２ｂを位相！４１１１領域にも設け
た例であり、この場合には位相ＴＡ整領領域２ｂへの注
入電流をしきい値電流以下にして屈折率の調整を行う。

また、第３図（Ｃ１の半導体レーザＩＯＣは光増幅領域
の活性層１２の両側に位相調整領域の導波＃１３を設け
た例である。

これらの構成の半導体レーザＩＯＡ〜ＩＯＣは上述の半
導体レーザ１０と同様の機能を保持することは自明であ
る。

また、以上の例では、外部回折格子３０の位置調整によ
る位相調整を省略して系の簡素化を図っていたが、半導
体レーザ１０の位相調整機能とピエゾ素子等による位相
調整機能とを共存させることも可能である。その場合の
構成例を第４図に示す。同図中、４０はピエゾ素子等の
微動機構装置であり、他は上記実施例と同様な符号を付
した。

かかる構成においては、微動機構装置４０によって位相
の設定を行い、半導体レーザ１０に内蔵された位相調整
機能によって高速変調を行うことなどの使い方が考えら
れる。また、微動機構装置４０を介して共振器長を大き
く変えることにより縦モード間隔を変えることができる
ことから、縦モード間隔の設定を微動機構装置４０によ
って行い、位相の調整は位相調整機能付半導体レーザｌ
Ｏで行うことも考えられる。

さらに、第５図に示すように、出力側の端面も無反射コ
ート膜１１を施す乙とによって高出力化をねらうことも
考えられ、又、逆に高反射コートを施すことによって反
射戻り光の影響を小さくすることなども考えられる。

≦発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、外部の波長選択
性を有する反射板と位相調整領域付の多電極半導体レー
ザとを組合せた構成とすることにより、モノリシック型
可変波長光源では実現できない、例えば５０　ｎｍ以上
の広い波長可変幅及び例えば１００１ｄｋ以下の狭いス
ペクトル線幅を保持したまま、小型で簡素且つ安定であ
抄、しかも高速周波数変調の性能が向上した波長可変半
導体レーザ光源装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の波長可変半導体レーザ光源
装置の構成図、第２図はその位相調整機能付半導体レー
ザの模式図、第３図＋８）〜ｌｃ）はそれぞれ他の位相
調整機能付半導体レーザを示す模式図、第４図は他の実
施例にかかる波長可変半導体レーザ光源装置を示す構成
図、第５図は他の実施例にかかる半導体レーザを示す模
式図、第６図及び第７図は従来技術にかかる波長可変半
導体レーザ装置を示す構成図である。 図　面　中、 １０．１０Ａ、１０Ｂ、１　ｏｃは位相ｍ１１機能付半
導体レーザ、 １１は無反射コート膜、 １２．１２ａは活性！ＩＪ（光増幅領域）、１２ｂは活
性ＮＪ（位相調整領域）、 １３は導波】（位相ＴＡ整領領域、 １４．１５．１７は電極、 １６は溝、 １８．１９はクラッド層、 ２０はレンズ、 ３０は回折格子、 ４０は微動機構装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 波長選択性を有する反射板とレンズと半導体レーザとに
   よって構成された外部鏡型レーザ装置であって、該半導
   体レーザ素子が、少なくとも一つの光増幅領域と少なく
   とも一つの位相調整領域とを有し且これら光増幅領域及
   び位相調整領域のそれぞれに独立の電流を注入できる構
   造であることを特徴とする波長可変半導体レーザ光源装
   置。