JPH032353B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光通信や光デイスク等の光源として用
いる光帰還型半導体レーザ装置に関する。

従来例の構成と問題点 半導体レーザを光通信用光源として用いるに際
し、例えば半導体レーザとフアイバとを結合する
場合、半導体レーザからの出射光の一部がフアイ
バ端面からの反射により半導体レーザへ帰還する
ことが半導体レーザの発振特性の不安定性や雑音
増加をひき起こす原因と考えられている。そのた
め現在は半導体レーザへ戻り光が帰還することを
防止する目的でアイソレータが使用されている。
すなわち光通信の分野では半導体レーザへの戻り
光は不要なものと考えられている。また半導体レ
ーザの他の利用分野として光デイスクを考えた場
合、やはり光デイスク面からの反射光が半導体レ
ーザへ帰還された時、雑音増加となることが指摘
されている。ただし戻り光を積極的に自己結合効
果として利用する方式があるが、このような方式
でも半導体レーザへの戻り光が不安定なため、半
導体レーザの発振特性も不安定でありＳ／Ｎ比が
悪く実用域に達していない。

以上のように従来では半導体レーザから出射し
たレーザ光が戻り光として半導体レーザへ帰還す
ると、発振特性の不安定化をひき起こし、また雑
音も増加してしまうと考えられ、戻り光を有効に
制御したり利用する方法は明確にされていない。

発明の目的 本発明は半導体レーザからの出射光の一部を戻
り光として半導体レーザに帰還した時、半導体レ
ーザの発振モードの安定な縦横単一化を図ると共
に半導体レーザへの反射雑音の影響を受けないよ
うな光学系を有する光帰還型半導体レーザを提案
することを目的とする。

発明の構成 ここでは半導体レーザの戻り光による発振不安
定化や雑音増加などの問題点を解決する為に講じ
た手段及びその作用を示す。本発明においては半
導体レーザと半導体レーザの外部に配置した反射
機能を有する光学素子よりなる。ここで言うとこ
ろの反射機能を有する光学素子とは平面鏡、凹面
鏡、回折格子、レンズ、フアイバなど何らかの反
射機能をもつもののことである。第１図に半導体
レーザ、レンズ、平面鏡よりなる光帰還型半導体
レーザの構成例を示す。

半導体レーザ１の片側の共振器端面２内の発光
部３から出射したレーザ光４がレンズ５によりコ
リメートされ平行光６となり、この平行光が反射
体７（ここでは平面鏡とした）で反射され、その
反射光８が再びレンズ５を通過し結像され半導体
レーザ１へ帰還される。本発明者らの非常に詳細
な実験によると、戻り光８がレンズ５で半導体レ
ーザ１の共振器端面２に結像して光帰還される
時、その共振器端面２上の光帰還位置により、半
導体レーザの特性が大きく異なることが明らかに
なつた。半導体レーザの発光位置に対して戻り光
の位置を変化させるには反射体７を調整すること
により容易行なえる。

実施例の説明 第２図に本発明の内容を明らかとする本発明者
らの行なつた実験光学系を示す。

また第３図には、第２図の光学系を用いた実験
の結果を示す。第２図において、半導体レーザ９
の共振器片端面１０上にある発光部１１から出射
したレーザ光１２はレンズ１３でコリメートされ
て平行光１４となり、これが平面鏡１５で反射さ
れ、その反射光１６が再びレンズ１３を通過し半
導体レーザ９へ戻り光として帰還される光学系が
基本構成であり、これは第１図で示した光学系と
同等である。この時、平面鏡１５の設置角度を変
化させることにより、半導体レーザ９の片端面１
０上への光帰還位置を変化させた時に、半導体レ
ーザ９の特性を観察するために４つの光学系が付
加されている。

まず第一に、半導体レーザの出射端面１０にお
ける近視野像及び反射戻り光位置をモニターする
光学系があり、半導体レーザ光１４の一部を半透
鏡１７により反射光１８として取り出し、望遠光
学系を構成するレンズ１９により、半導体レーザ
端面１０を拡大してテレビカメラ２０上に結像
し、その像をモニターテレビ２１により観察す
る。このような光学系を付加することにより、従
来不明確であつた半導体レーザへの反射戻り光の
位置を明確に知ることが可能となる。

第二に、半導体レーザ発光位置と空間的に一対
一に対応する位置にピンホールを有した検知器を
配置することにより、半導体レーザ発光部への戻
り光量を定量的にモニターする。すなわち反射戻
り光１６の一部を半透鏡１７の裏面を用いてレー
ザ光２２を取り出し、これをレンズ２３でピンホ
ール２４上に結像し、その直後に配置された検知
器２５で検出する（ここではシリコンピンホトダ
イオードを用いた。）このような光学系を付加す
ることにより従来半定量的に求められていた半導
体レーザへの帰還光量を定量的におさえることが
可能となる。

第三として、分光器を用いて発振縦モードスペ
クトルを観察する。平行光とされた半導体レーザ
光１４の一部を半透鏡２６によりレーザ光２７と
して取り出し、レンズ２８により単一モードフア
イバ２９に結合する。フアイバ２９を導波したレ
ーザ光は分光器３０の出射スリツト位置に配置さ
れたテレビカメラ３１により検出され、モニタテ
レビ３２により、スペクトルの変化が観察され
る。

第四番目として、半導体レーザ出力の変化及び
雑音スペクトル特性を観察する。すなわち半導体
レーザ光１４の一部を半透鏡３３によりレーザ光
３４を取り出し、レンズ３５により検知計３６上
に結像する。ここでは検知器３６としてシリコン
アバランシエホトダイオードを用いた。検出され
た信号は増巾器３７で増巾された後、スペクトル
アナライザ３８により雑音スペクトルが観察され
る。

以上のように基本光学系以外に４つの光学系を
付加することにより、(i)光帰還位置を明確におさ
え、(ii)半導体レーザへの帰還光量を定量的にモニ
ターし、(iii)半導体レーザの縦モードスペクトル、
及び(iv)半導体レーザの出力及び雑音スペクトルを
観察することが可能となるわけである。

以下に第２図に示した光学系による実験結果を
示すが、実験においてはまず光帰還位置を変化さ
せるために平面鏡１５の設置角度を変化させ、ま
た帰還光量を変化させるために、アツテネータ３
９を用いた。第３図に半導体レーザ出射端面パタ
ーン、発振縦モードスペクトル及び雑音スペクト
ルの様子を示すが、ａ光帰還がない時、ｂ発光中
心部へ光帰還した時、ｃ発光中心部に隣接したク
ラツド層へ光帰還した時である。またここで示す
データはａの光帰還のない時にスレツシヨルド電
流Ithが24ｍＡの埋め込み型半導体レーザを用い
たもので、駆動電流はIthの1.25倍で実験を行な
つた。光帰還がない時に、第３図ａ−１で示すよ
うな近視野像をもつ半導体レーザの発振スペクト
ルは、ａ−２のように縦モードの単一性は強い
が、いくつかの副モードを有している。また雑音
スペクトル特性はａ−３に示すように平担であ
る。このような特性の半導体レーザにｂ−１のよ
うに発光の中心部へレーザ光を帰還するとスペク
トルは必ずｂ−２で示すようなマルチモード発振
となり、また雑音スペクトルにおいてはｂ−３で
示すような反射雑音が観察される。ｂ−３におい
ては約300ｍHzに反射雑音ピークを有するが、こ
れは第２図で示した半導体レーザ端面１０と反射
鏡１５間の距離が約50cmであり、この距離をｌで
表わした時、Ｃ／2l（Ｃは光速）に対応するもの
である。またこの時光帰還のない時の半導体レー
ザ出力に対して、発光部への帰還光量比は−
4.6dBであり、スレツシヨルド電流は光帰還のな
い時に24ｍＡであつたものが18.5ｍＡに低下して
いる。

上記とほぼ同等の条件、すなわち帰還光量比を
−4.0dBとし、帰還位置をｃ−１で示すようにク
ラツド層へずらすと、スレツシヨルド電流が18.0
ｍＡであることから、この場合も光帰還の効果が
あることは明らかであるが、にもかかわらず、縦
モードスペクトルはｃ−２に示すように副モード
の極めて抑圧された単一モード発振となり、また
ｃ−３で示す如く、通常観測される反射雑音は全
く現われなくなる。また反射雑音について特に詳
しいデータを第４図に示す。これは第３図のａ，
ｂ，ｃについて約300ｍHz近傍における半導体レ
ーザの相対雑音強度を示した図である。ａ光帰還
のない時に比べてｂの発光中心部へ帰還した時に
は約15dB程度雑音は増加してしまうが、ｃのよ
うにクラツド層へ光帰還を行うと、半導体レーザ
の出力増加の為むしろ約5dB程度改善される。

すなわち従来では、半導体レーザへの光帰還は
常に半導体レーザの発光中心部へ行なわれてお
り、そのため、雑音増加を引き起こしたり、また
その帰還位置が明確におさえられていないため、
その発振特性が不安定であつたのであるが、本発
明のように、半導体レーザへの戻り光を帰還位置
の中心を発光位置の中心と一致させることなく近
接するように帰還することで、非常に安定した、
縦単一モード発振を行ない、雑音が全く増加しな
い半導体レーザ光源を得ることができるのであ
る。

第５図に本発明の一実施例として光フアイバと
結合した半導体レーザモジユールを示す。半導体
レーザ４０の片側共振器端面４１内にある発光位
置４２から出射したーザ光４３はレンズ４４でコ
リメートされ平行光４５となり平面鏡４６により
反射される。この時平行光４５と平行な半導体レ
ーザ４０の光軸４７と、平面鏡４６による反射光
４８は平行にならないように平面鏡４６をセツト
する。反射光４８はレンズ４４により収れん光４
９となり共振器端面４１上の、発光位置４２とは
異なる位置５０に結像される。このように戻り光
を半導体レーザへ帰還することにより、縦単一モ
ード発振しかつ反射雑音をもたない光源となるわ
けで、半導体レーザモジユールとするために、も
う一方の共振器端面５１からの出射レーザ光５２
をテーパ先球加工を行なつたフアイバ５３で結合
を行なう。

発明の効果 以上のように本発明による光帰還型半導体レー
ザ装置は、従来のように発光中心位置へ光を帰還
すると発生する反射雑音を全く持たずに、また一
般に戻り光により引き起こされる縦モード等の発
振特性の不安定もなく、極めて安定な縦単一モー
ド発振スペクトルを有する光源となるのである。
このような光源は通常の光通信用の光源として、
例えば雑音の影響の大きいアナログ伝送用に用い
るなり、光へテロダイン検波を行なう際の信号光
源、局部発振光源として使用することも考えられ
る。また光デイスクにおいて反射戻り光により
Ｓ／Ｎ比が劣化してしまうような光学系への光源
としても適応出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は光帰還型半導体レーザの構成を示す
図、第２図は本発明の有効性を示すために行なつ
た実験光学系の概略図、第３図は第２図の光学系
を用いて戻り光の帰還位置を変化させた時の半導
体レーザの特性を示す図、第４図は半導体レーザ
の相対雑音強度の戻り光帰還位置依存性を示す
図、第５図は光帰還型半導体レーザを用いた本発
明の一実施例の光通信用モジユールの概略図であ
る。 ９……半導体レーザ、１０，５１……半導体レ
ーザ共振器端面、１１……半導体レーザ発光部、
１２，４３，５２……出射レーザ光、１３……コ
リメート用レンズ、１４……レーザ光、１５，４
６……反射体（ここでは平面鏡）、１６……戻り
光（反射光）、１７，２６，３３……半透鏡、１
８，２２，２７……レーザ光。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体レーザからの出射レーザ光の少なくと
   も一部が、前記半導体レーザの外部に配置した反
   射機能を有する光学素子から、前記半導体レーザ
   へ戻り光として帰還されてなり、前記半導体レー
   ザの共振器端面での前記出射レーザ光の発光位置
   の中心と、前記戻り光の位置の中心を一致させる
   ことなく近接するように前記戻り光を前記半導体
   レーザへ帰還することを特徴とする光帰還型半導
   体レーザ装置。