JPH03119778A - 外部共振器型レーザ - Google Patents

外部共振器型レーザ

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JPH03119778A
JPH03119778A JP25533989A JP25533989A JPH03119778A JP H03119778 A JPH03119778 A JP H03119778A JP 25533989 A JP25533989 A JP 25533989A JP 25533989 A JP25533989 A JP 25533989A JP H03119778 A JPH03119778 A JP H03119778A
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JP
Japan
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semiconductor laser
grating
optical system
laser
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JP25533989A
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English (en)
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Yuichi Handa
祐一 半田
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    • 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
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    • H01S5/14External cavity lasers
    • H01S5/141External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
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    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
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    • H01S5/187Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only horizontal cavities, e.g. horizontal cavity surface-emitting lasers [HCSEL] using Bragg reflection

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

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〕 本発明は半導体レーザが増幅部とされ、該半導体レーザ
部と外部に設置される共振器ミラーやグレーティングに
よって共振器が形成される外部共振器型レーザに関する
〔従来の技術〕
第6図(a)は従来の外部共振器型レーザの構成を示す
図であり、第6図(b)は第6図(a)に示したものを
上部から見た図である。
従来の外部共振器型レーザは、第6図(a) 、 (b
)に示すように片面にARコート101が施された半導
体レーザ100、ARコートlotが施された導波路端
からの出射光をコリメートする結合レンズ102、該コ
リメート光を半導体レーザ100に反射させるブレーズ
ドグレーティング104(もしくはミラー)、外部に出
射されるレーザ光をコリメートするための結合レンズ1
03から構成されていた。ここで、ブレーズドグレーテ
ィング104は発振波長の選択性を向上させるために用
いられている。
般に半導体レーザの出射光パターンは、半導体層の積層
方向における光閉じ込めと面内方向における光閉じ込め
が異なるため楕円形状となり、ビーム拡がり角を示すθ
工およびθヶに差が生じる。
第6図(C)は第6図(a)中のA−A’断面における
光強度分布を示す図である。
半導体レーザでは電界成分が半導体層の面に平行な偏光
モード(TE−1ike )の励起が支配的であるため
、第6図(C)に示すように楕円の光強度分布+05は
その短径方向に電界成分Eを有する偏光状態のものとな
る。
ブレーズドグレーティングでは入射面に平行な電界成分
を有する、いわゆるP偏光モードの回折効率が高いが、
この場合、半導体レーザのビーム拡がりは電界成分の方
向に対して狭いものとなるので、波長選択性は低いもの
となり、十分な波長分散/選択性が得られず、外部共振
器レーザの波長制御性が悪くなる。
一方、前述のP偏光のかわりに第6図(a) 、 (b
)に示すようなグレーティング入射面に垂直な電界成分
を有する、いわゆるS偏光モードの場合には、逆に波長
選択性が高まるもののグレーティングの回折効率が低減
し、実効的な反射率を下げ、外部共振器レーザのしきい
値組流を増大させるなどの問題点を生じていた。
上述したこれらの問題点は、半導体レーザの出射光強度
分布/電界方向が第6図(C)に示す様な楕円形ビーム
で短径方向に電界成分を有するという基本的性質による
ものである。これらを解決する方法として、 (1)はぼ真円状のビーム出射を得る。
(2)出射後、光強度分布の整形を行う。などの方法が
あるが、上記方法(1)はレーザの構造・加工法に工夫
が必要であり容易でない。上記方法(2)はアナモルフ
ィックプリズムベアなどを用いることが考えられるが、
光学系が複雑となり、高価な部品を必要とするなど問題
点は多い。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の外部共振器型レーザにおいては、出射ビ
ームの光強度分布が楕円状となり、電界方向が楕円の短
径方向に限定されるため、ブレーズドグレーティングの
回折効率が高い偏光方向と波長選択性が高いビーム拡が
りの大きい方向とが一致せず、発光効率の低下などの問
題があった。
本発明は、波長選択性および発光効率の高い高性能な外
部共振器型レーザ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〕
本発明の外部共振器型レーザは、 半導体レーザと、該半導体レーザからの出射光を反射さ
せる反射光学系と、半導体レーザと反射光学系とを光学
的に結合させる結合光学系とを具備する外部共振器型レ
ーザにおいて、 結合光学系として、半導体レーザの一部に設けられたグ
レーティングカップラ部と、半導体レーザと反射光学系
との間に設けられたシリンドリカルレンズとを有する。
この場合、反射光学系としてグレーティングを用いても
よく、 また、結合光学系を半導体レーザの一部に設けられたグ
レーティングカップラ部のみとし、反射光学系としてグ
レーティングを用いるもめとして、これらのいずれの光
学系に設けられるグレーティングもチャープ型グレーテ
ィングとしてもよい。
〔作用〕
グレーティングカップラ部から反射光学系へ出力される
光について、X方向(任意)成分に関する光強度はシリ
ンドリカルレンズの集束パワによって制御され、これと
直交するX方向成分に関する光強度は、グレーティング
カップラ部の振幅深さによって制御されるものとするこ
とが可能となる。すなわち、X方向成分とX方向成分の
光強度分布をそれぞれ独立なパラメータによって設定で
きることになり、半導体レーザ自体の偏光方向に左右さ
れることなく最適の結合ビームとすることができる。
グレーティングカップラ部および反射光学系にチャープ
型グレーティングを使用する場合には、グレーティング
自体が集束性を持つため、上記のものに対してシリンド
リカルレンズが不用となる。
〔実施例〕
第1図(a)は本発明の外部共振器型レーザの第1の実
施例の構造を示す図、第1図(b)は第1図(a)に示
したものの要部を上部から見た上面図である。
本実施例は、レーザ部1、結合光学系であるグレーティ
ングカップラ部2、反射光学系である反射ミラー3、A
Rコート4、出力結合レンズ5、シリンドリカルレンズ
6およびレーザ部1とグレーティングカップラ部2とが
組合わされて成る半導体レーザ7より構成されている。
レーザ部1およびグレーティングカップラ部2は図示す
るように、それぞれ半導体レーザ7の左側部分と右側部
分に形成されている。レーザ部1はリッジ型のストライ
ブ構造とされ、該リッジ上部のみから電流注入が行なわ
れるものとされている。また、この他の部分は窒化シリ
コン膜(不図示)により絶縁されている。グレーティン
グカップラ部2の上面にはグレーティングが形成されて
おり、反射ミラー3は、該グレーティングより出射され
、シリンドリカルレンズ6により集束されて入射される
光を、出射してきたグレーティングカップラ部2のグレ
ーティングに反射帰還させるように配置されている。
半導体レーザ7の右側部分の端面は、ARコート4が施
されたへき開面とされ、半導体レーザ7の左側部分には
、出力されるレーザ光をコリメートするための出力結合
レンズ5が配置されている。
半導体レーザ部活性層で励起された導波光の一部は、グ
レーティングカップラ部2によって図示上面側へ放射さ
れる。
第2図(a) 、 (b)はそれぞれ、グレーティング
カップラ部2からx、y方向に放射される光の拡がり角
θX、θyを示すものである。
図示するように、θX方向に対してのみ拡がり角が大き
く、θy力方向対しては鋭い指向性を持つ特性の出射ビ
ームとなる。したがって、反射ミラ−3前面でのB−B
’断面の強度分布を整え、コリメートを行うために、X
方向(第1図参照)に集束パワを有するシリンドリカル
レンズ6を用いている。
第3図(a)は第1図中のB−B’断面における光強度
分布を示す図、第3図(b) 、 (C)はそれぞれ第
3図(a)に示した光強度分布をX方向成分とX方向成
分とに分けて示すものである。
図示するように、X方向成分に関しては指数関数的に減
少する分布となり、X方向成分に関してはガウシアン的
な分布となることがわかる。
ここで、X方向成分の分布幅は、リッジの幅、シリンド
リカルレンズ6の集束パワを制御することによって所望
の値にすることができる。一方、X方向成分の分布幅は
、グレーティングカップラ部2の結合長を制御すること
、すなわち、グレーティングカップラ部2の振幅深さ(
レリーフ深さあるいは屈折率変調深さ)を制御すること
によって所望の値にすることができる。
このように本実施例のものにおいては、結合ビームのX
方向成分およびX方向成分の光強度分布をそれぞれ独立
なパラメータによって設定できることから、偏光方向に
左右されることなく、最適の結合ビームの分布を得るこ
とができる。これにより、デバイスを最適設計できるた
め、性能の向上が図れる。
上記実施例においては出射ビームのX方向成分の分布は
、グレーティングカップラ部2のグレーティングピッチ
が均一であるものとし、指数関数的な分布を示すとした
が、結合領域のテーパ化等によって平坦な強度分布とす
ることもできる。
また、片端をARコートしたへきかい面としたが、導波
路伝搬方向に対して斜めに形成した端面を用いてもよい
第4図は本発明の第2の実施例の構成を示す図である。
本実施例は、第1の実施例中の外部反射ミラー3(第1
図参照)のかわりにブレーズドグレーティングIOを用
いたものである。この他の構成は第1の実施例のものと
同様であるため、同一番号を付し、説明は省略する。
グレーティングカップラ部2から出射した光波は、シリ
ンドリカルレンズ6で整形後にブレーズドグレーティン
グ10に入射されて波長に応じた回折光が生じる。この
、ブレーズドグレーティングIOはグレーティングカッ
プラ部2と格子ベクトルの方向が同じものとなるように
配置されており、その入射角度を制御することによって
所望の波長のみを帰還し、グレーティングカップラ部2
によって導波路へ再結合させる外部共振器が形成されて
いる。
本実施例においては、グレーティングカップラ部2とブ
レーズドグレーティング】0の格子ベクトルの方向がそ
ろえられているため、2つのグレーティングの波長選択
性が相乗され、鋭い波長選択性が得られた。
また、本実施例の構成以外にも、2つのグレーティング
素子の格子ベクトルを直交させたり角度をもたせて用い
るなどの構成法も考えられ、回折効率および選択性を考
慮した所望の外部共振器の構成が可能となる。
第5図は本発明の第3の実施例の構成を示す図である。
本実施例は、第1の実施例中のグレーティングカップラ
部2(第1図参照)に代えて上面に周期が連続的に変化
するチャープ型グレーティングが設けられたグレーティ
ングカップラ部20とし、さらに外部ミラー3(第1図
参照)のかわりにチャープ型グレーティング21を用い
てシリンドリカルレンズ6(第1図参照)を除去したも
のである。この他の構成は第1の実施例のものと同様で
あるため、同一番号を付し、説明は省略する。
グレーティングカップラ部20から外部へ出射される光
束は、グレーティングカップラ部20の上面に設けられ
たチャープ型グレーティングにより図示するように集束
的なものとなる。外部に設けられたチャープ型グレーテ
ィング21は、グレーティングカップラ部20のF面に
形成されたチャープ型グレーティングの拡がり角に合致
したブレーズド角を有しており、集束性を存する出射光
束が再び入射してきた方向へ反射・回折されるようにグ
レーティングの周期・ブレーズド角が設定されている。
このため、集束された出射光束に対しても第1およびi
2の実施例と同様の帰還が行える。
なお、第5図には明確に示されていないが、ブレーズド
グレーティング21に紙面方向に対しても格子ベクトル
の成分が存在するように2次元的な格子ベクトルを与え
たため、紙面方向の出射ビームの拡がりを補正するシリ
ンドリカルレンズ6が不要となった。
〔発明の効果〕
本発明は以上説明したように構成されているので、以下
に記載するような効果を奏する。
請求項1に記載したものにおいては、結合光波の強度分
布、すなわち、偏光方向を直交するX。
y方向に関して独立に選択することが可能となり、最適
の結合状態を得ることができる。このため、デバイスの
高性能化を図ることができる効果がある。また、従来必
要とされていた片端面のARコートが不要となるので素
子作成が容易になるという効果がある。
請求項2に記載したものにおいては、グレーティングカ
ップラ部と外部に反射光学系として設けられたグレーテ
ィングとの相乗作用によって、上記効果に加えて波長選
択性が高まり、鋭い選択性を有する波長安定化光源が得
られるという効果がある。
請求項3に記載したものにおいては、シリンドリカルレ
ンズを設ける必要がなくなるので、上記効果に加えて作
製がさらに容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の第1の実施例の構成を示す図、
第1図(b)は第1図(a)に示したものの要部を上か
ら見た上面図、第2図(a) 、 (b)はそれぞれ第
1図中のグレーティングカップラ部2からx、y方向に
放射される光の拡がり角θX、θyを示す図、第3図(
a)は第1図中のB−B’断面における光強度分布を示
す図、第3図(b) 、 (C)はそれぞれ第3図(a
)に示した光強度分布をX方向成分のものとy方向成分
のものとに分けて示す図、第4図および第5図はそれぞ
れ本発明の第2および第3の実施例の構成を示す図、第
6図(a)。 (b)はそれぞれ従来例の構成を示す図、第6図(C)
は従来例の出射光の光強度分布を示す図である。 1・・・レーザ部、 2.20・・・グレーティングカップラ部、3・・・反
射ミラー 4・・・ARコート、 5・・・出力結合レンズ、 6・・・シリンドリカルレンズ、 7・・・半導体レーザ、 10・・・ブレーズドグレーティング、21・・・チャ
ープ型グレーティング。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体レーザと、該半導体レーザからの出射光を反
    射させる反射光学系と、前記半導体レーザと前記反射光
    学系とを光学的に結合させる結合光学系とを具備する外
    部共振器型レーザにおいて、 前記結合光学系として、前記半導体レーザの一部に設け
    られたグレーティングカップラ部と、前記半導体レーザ
    と前記反射光学系との間に設けられたシリンドリカルレ
    ンズとを有することを特徴とする外部共振器型レーザ。 2、請求項1記載の外部共振器型レーザにおいて、 反射光学系としてグレーティングが用いられていること
    を特徴とする外部共振器型レーザ。 3、半導体レーザと、該半導体レーザからの出射光を反
    射させる反射光学系と、前記半導体レーザと前記反射光
    学系とを光学的に結合させる結合光学系とを具備する外
    部共振器型レーザにおいて、 前記結合光学系として前記半導体レーザの一部にグレー
    ティングカップラ部が設けられ、前記反射光学系として
    グレーティングが用いられており、これらのいずれの光
    学系に設けられるグレーティングもチャープ型グレーテ
    ィングであることを特徴とする外部共振器型レーザ。
JP25533989A 1989-10-02 1989-10-02 外部共振器型レーザ Pending JPH03119778A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013153999A1 (ja) * 2012-04-09 2013-10-17 ソニー株式会社 半導体レーザ装置組立体
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