JPH03129890A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、コヒーレント光通信等に用いられる広帯域波
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と
、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。実現している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もの（外部
回折格子型）と、波長選択部と増幅部をモノリシックに
一体化したもの（モノリシック型）が代表的には挙げら
れる。

第４図に外部回折格子型の構成を示す、外部回折格子型
では、半導体レーザＩの片方の端面２に無反射コート膜
３を施し、無反射コート端面から出た光はレンズ４でコ
リメートされ、回折格子５で反射され、半導体レーザ１
へ戻るように設計されている６回折格子５と半導体レー
ザ１の無反射コートを施していない端面６とで共振器を
構成し、レーザ発振を行う、その際、回折格子５の光軸
に対する角度によって波長選択が行われ、レーザの発振
波長を制御できる。

次にモノリシック型の代表的な例として多電極ＤＢＲレ
ーザの場合の構成を第５図に示す。光増幅領域７への電
流注入によりレーザ発振を行い、波長選択領域８への電
流注入によって発振波長の選択を行う、９は位相調整領
域である。この領域への電流注入によりレーザの共振器
長が変化し、縦モード（ファプリーペローモード）と選
択波長との位相調整を行う、また１０．１１．１２．１
３はそれぞれ電極を示す。

モハシ・り型では、電流注入による半゛導体の屈折率変
化を利用しているので、波長可変域は太き（とれない（
現在最大でＩｏｎｓ程度である）。また共振器長が短い
ので、スペクトル線幅が狭くならない、一方、外部回折
格子牽用いた波長可変レーザでは、回折格子の機械的な
回転により波長選択を行うので、波長可変域は１．５μ
−帯で１００ｎ園以上とることができる。また、共振器
長が長くなるので、スペクトル線幅が狭くなる（すでに
線幅１０ｋＨｚ以下のものが報告されている）、従って
、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、外部回折格子による波長可
変レーザ装置が用いられている。

ところで、外部回折格子型波長可変光源では、無反射コ
ートを施した端面２の反射率が波長可変光源としての性
能に大きく影響する。端面２の反射率が大きく残ってし
まうと、系は端面２と端面６と外部回折格子５で構成さ
れる複合共振器レーザになり、内部縦モード（端面２と
端面６で構成される共振器のファプリーペローモード）
しか発振波長として選択できなくなる。良質な無反射コ
ートを施した場合においても、端面２の反射率をゼロに
することは不可能であり、有限の反射率（４０ｄＢ程度
）が残ってしまう、特に広帯域の波長可変光源の場合に
は、広帯域にわたって端面２の反射率を下げなければな
らないが、通常の無反射コートの帯域は多層膜を用いて
広帯域化しても数十ｎｍ程度であり、それ以上の広帯域
の波長可変光源を構成しようとする際には、端面の反射
が問題となる。実際に従来の広帯域波長可変半導体レー
ザでは、良質な無反射コートを施した場合においても、
この端面の有限の反射による内部モードの影響で、波長
を変化させた場合、周期的に選択できない波長領域が存
在したり、周期的に出力パワーが変動したりという現象
を避けることができなかった。

このように広帯域の波長可変光源では、内部モードの影
響が必ず残ってしまう。この問題を解決するために、内
部モードを外部から制御してやることにより、所望の波
長から常に内部モードを離してしまい、内部モードの影
響が現れないようにすることが可能である。内部モード
の制御方法としては、−船釣には半導体レーザの温度を
制御することにより、半導体レーザ内部の屈折率を変化
させ内部モードを制御する方法や、増幅部への注入電流
を制御することにより、同じく半導体レーザ内部の屈折
率を変化させ、内部モードを制御する方法が考えられる
。しかし、前者の方法では制御の速度が非常に遅いとい
う問題があり、また後者の方法では内部モード制御と同
時に出力パワーも大きく変わってしまうという問題があ
る。従って、良好に内部モードを制御する方法は従来考
えられていなかった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、外部回折格子と半導体レーザによる波長可変
レーザ光源装置において、広い波長可変幅、狭いスペク
トル線幅を確保するとともに、内部モードの影響を回避
し任意の波長で発振可能で、かつ出力パワーの変動が小
さい波長変化を可能とする半導体光源装置を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の波長可変半導体レーザ光源装置は、波長選択性
のある反射板と半導体レーザによって構成された外部鏡
型レーザ装置において、該半導体レーザ素子として、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
領域を有し、かつそれぞれの領域を独立な電流によって
制御する。

すなわち本発明は、外部回折格子によって波長選択を行
いながら、半導体レーザ素子内部の二つ以上の領域への
注入電流を独立に制御するという機構を採用することに
よって、半導体レーザの内部モードを、出力パワーとは
独立に制御し、内部モードの影響を回避することを可能
にする。代表的な構成としては、位相調整領域と増幅領
域をモノリシックに一体化した位相調整機能を内蔵した
半導体レーザと外部回折格子による波長可変光源が考え
られる。

本発明では、外部回折格子によって波長選択を行うので
、広い波長可変幅と狭いスペクトル線幅が確保できると
ともに、位相調整領域への注入電流によって出力パワー
とは独立に内部モードを制御することにより、従来の外
部回折格子型の広帯域波長可変半導体レーザで問題とな
っていた内部モードの影響を回避することが可能になる
。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第」図に本発明で用いられる波長可変半導体レーザ装置
の構成を示す。レーザ発振および波長選択の方法は第４
図で説明した従来技術と基本的には同じである。半導体
レーザの片端面に無反射コート膜３を施し、外部回折格
子５と半導体レーザの出力側の端面６とで共振器を構成
し、回折格子５の回転により波長選択が行われる０本発
明では、半導体レーザに位相調整機能を内蔵させている
ことが特徴である０位相調整機能付き半導体レーザ１４
の詳細な構成を第２図に示す、レーザは、二つの領域で
構成されている。第２図の右側半分は光増幅機能を有す
る領域であり、通常のレーザと同じ構成である。第２図
の左側半分は、・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。増幅領域で
は、電極１０から光増幅領域７に電流が注入され、レー
ザ発振する。

一方、位相調整領域の機能は以下の通りである。

位相調整領域９に電極１２から電流を注入することによ
り、自由キャリアプラズマ効果により屈折率が変化する
。従って、位相調整領域９の実効的な光路長が変化し、
それに伴って内部縦モードも変化する。この機能により
、電気的に内部モードの制御を行うことができる。

次に実際に波長可変光源として用いる場合の動作につい
て説明する。まず電極１０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５の角度調
整により発振波長の選択を行う、この時、選択した発振
波長と内部モードとの相対的な位置関係によって、選択
できない波長領域が存在したり、出力が変動したりする
。この時の内部モードの位置は、半導体レーザ内部の光
路長りで決まる。このしは次式のように、増幅領域の光
路長ｎ、Ｌ１と位相調整領域の光路長ｎ、Ｌ、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、およびＬ２は第２図参照）。

Ｌ　＝ｎ＋Ｌ＋　＋ｎｚＬｚ　　　　　　　　　（１）
ここで位相調整領域に電流を注入することにより、位相
調整領域の屈折率ｎ２が変化し、内部光路長しが変わり
、その結果、内部モードを変化させることができる。こ
の動作により、もし選択した発振波長が内部モードの付
近に存在し、内部モードの影響を受けている場合には、
位相調整領域への電流注入により内部モードをシフトさ
せ、選択した発振波長において内部モードの影響を受け
ないようにすることができる。

半導体レーザの長さを６００μ−とし、屈折率を３．２
　とすると、内部モード間隔は５．９人になる。

内部モード間隔の大きさ以上に内部モードを動かせなけ
ればならないから、１．５μ鋼の波長で考えると、半導
体レーザの全光路長を０．０４％変化させなければなら
ない０位相調整領域長し、を３００μｍとすると、これ
は位相調整領域の屈折率ｎｔを０．０８％変化させるこ
とを意味する。多電極ＤＢＲで実現している位相調整領
域への電流注入による屈折率変化は１％程度であるから
、ここで必要とされている変化は容易に実現できる。ま
た全共振器長Ｌ１＋ｔ、ｇ＋ｔ、ｓで考えたときの、縦
モードの変化は外部共振器長し、をｌ０Ｃ１１としたと
き０．０３６人であり、内部モード調整による発振波長
の変化はほとんど無視できる。

この制御により、内部モードだけを出力パワーと発振波
長と独立に制御することが可能になり、内部モードの影
響を理想的に回避することができる。

以上の説明では、位相調整機能付き半導体レーザの構成
として、第２図に示したような構成に限っていたが、半
導体レーザに位相調整機能を持たせる構成としては、第
３図（ａ）〜（Ｃ）のような構成が考えられる。第３図
（ａ）は位相調整領域９を光取り出し側（図では右側）
に位置させた場合である。

第３図（ｂ）は位相調整領域９も光増幅領域７と同じく
活性層にした場合で、位相調整領域９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。第３図（Ｃ
）は光増幅領域７の両側に位相調整領域９を設けた場合
である。いずれの場合においても、第２図の構成と同等
の機能を保持することは自明である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の波長可変半導体レーザ光
源装置は、外部回折格子と位相調整領域付きの多電極半
導体レーザを組み合わせた装置であるので、広帯域波長
可変で、かつ内部モードの影響を回避することができる
。

従来は、無反射コートの限界により広帯域（〉１００ｒ
ｕ＋＋）の波長可変光源を実現しようとすると、内部モ
ードの影響により選択できない波長領域が存在したり、
内部モードの周期で出力パワー変動したりする問題点が
生じるが、本発明の波長可変半導体レーザ光源装置では
位相調整機能付への注入電流の調整により、内部モード
の影響を、出力パワーの変動や発振波長の変化を伴わず
に避けることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の波長可変半導体レーザ光源装置の一実
施例の構成図、 第２図は波長可変半導体レーザ光源装置で使用される位
相調整機能付き半導体レーザの模式図、第３図（ａ）、
（ロ）、（Ｃ）は本発明の波長可変半導体レーザ光源装
置の他の実施例の構成図、 第４図は従来の外部回折格子型波長可変半導体レーザ光
源装置の構成図、 第５図は従来のモノリシック型波長可変半導体レーザ光
源装置の構成図である。 １・・・半導体レーザ　　　　２・・・端面３・・・無
反射コート膜　　　４・・・レンズ５・・・回折格子　
　　　　　６・・・端面７・・・光増幅領域　　　　　
８・・・波長選択領域９・・・位相調整領域　　　　１
０・・・電極１１・・・電極　　　　　　　　１２・・
・電極１３・・・電極（アース側） １４・・・位相機能付き半導体レーザ 第１図 第４図 第２図 ５・・−回折格子 ６−・端面 第５図 ７−・疋壇幅領請 １０．１２．１３−・−電接 ！θ、Ｈ，１２，１３−・−電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、波長選択性のある反射板と半導体レーザによって構
   成された外部鏡型レーザ装置において、該半導体レーザ
   素子として、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を有し、かつそれぞれの領域を独立
   な電流によって制御することを特徴とする可変波長半導
   体レーザ光源装置。