JPH03500592A - 少なくとも一つのレーザ共振器とこの共振器に結合された不活性共振器とを備えるレーザ装置 - 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】 少なくとも一つのレーザ共振器とこの共振器に結合された不活性共振器とを備え るレーザ装置 この発明は、少なくとも一つのレーザ共振器とこの共振器に結合された不活性共 振器とを備えるレーザ装置に関する。

単一モードで振動する半導体レーザは種々の文献から知られている（例えばブラ スト−ほかの論文、「第９回アイトリプルイーアイニスエルシー」、リオデジャ ネイロ、１９８４年８月。

第７２ページ以下、及びリオーほかの論文、「アプライド　フィジックス　レタ ーズ」、第４６巻（１９８５年）、第１１５ページ以下、及び大島ほかの論文、 「第９回アイトリプルイー　アイニスエルシー」、リオデジャネイロ、１９８４ 年８月、第１８８ページ以下、及びチョイほかの論文、「エレクトリック　レタ ーズ」、第４９巻（１９８３年）、第３０２ページ以下、及びコルドレンはかの 論文１　「アプライド　フィジックス　レターズ」。

第４６巻（１９８５年）、第５ページ以下参照）、これらの装置は縦方向に結合 されたレーザ活性及びレーザ不活性の複数のファプリー・ペロ共振器を備える０ 種々の装置はその結合要素において異なっている。「へき開結合された空洞」レ ーザ及び「溝結合された空洞」レーザの場合には、面平行な鏡面を備えるエアギ ャップが光学的長さの異なる二つの活性レーザ共振器の間の結合要素として用い られる（例えばコルドレンはかの論文、「アプライド　フィジックス　レターズ 」、第４６巻（１９８５年）、第５ページ以下参＠）。「活性・不活性干渉」レ ーザの場合には不活性共振器が導波路構造中の段を介して活性レーザ共振器に縦 に結合されている（例えばチョイ及びワンの論文、［エレクトリック　レターズ 」、第１９巻（１９８３年）、第３０２ページ以下参照）、「内部反射干渉」レ ーザの場合には結合が導波路の中に組み込まれた反射率の乱れを介して行われる （大島はかの論文、「第９回アイトリプルイー　アイニスエルシー」、リオデジ ャネイロ、１９８４年８月、第１８８ページ以下参照）。

これらの結合要素は強いかつ周波数に依存する結合をもたらす６強すぎる結合は レーザの作動点の不安定化をもたらす、結合の強い周波数依存性は、僅かな温度 変動又は電流変動の際に振動周波数の突然の段階状変化が生じるという結果を招 く。

この発明の課題は別の単一モードレーザ装置を提供することにある。

この課題はこの発明に基づき請求項１に記載の特徴により解決される。レーザ共 振器と不活性共振器との間の多重反射が構造的に防止されるので、装置の結合係 数は周波数に弱くしか依存しない、従ってこのレーザ装置は従来技術に比べて改 善された周波数安定性を有する。

請求項２に記載のレーザ装置は、レーザ共振器と不活性共振器とが七ノリシック に半導体層構造中に集積して設けられるという長所を有する。それにより調節が 著しく簡単になる。レーザ装置の最善の周波数安定性のために必要な弱い結合は 、この装置では斜めの側面の傾斜角と溝の幅とにより再現可能に調節することが できる。不活性共振器はエツチング溝の垂直な側面からエツチング溝の垂直な側 面と反対側に存在する半導体層構造の端面にまで延びるので、加工工程により起 こる溝幅の公差はレーザ装置の運転上問題とはならない。

請求項３に記載のレーザ装置は、レーザ活性層と透明な導波路層との間の積層方 向における光結合によるレーザ光線の減衰が防止されるという長所を有する。

請求項４に記載のレーザ装置は、不活性共振器として二次元の誘電体の板共振器 を有する。この種の板共振器は同じ長さの場合に帯状共振器より著しく高いＱを 有する。

請求項５に記載のレーザ装置は特に容易に製造することができる。

請求項６に記載のレーザ装置では、活性層を電気的にボンビングすることにより 減衰損失を補償することが可能である。

請求項７に記載のレーザ装置により、縦ばかりでなく横にも単一モードの振動状 態を維持することが可能となる。

次にこの発明に基づく複数の実施例を図面により説明する。

第１図はレーザ装置の断面を示す・ 第２図はレーザ装置の平面図を示す。

第３図は横に結合された複数のレーザを備える装置を示す。

第４図は第３図の装置の側面図を示す。

第１図には半導体層構造５が示されている。半導体層構造５はレーザ活性層１と 導波路層２とを備える。半導体層構造５は例えばＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰから成 る。レーザ活性層１は例えば１．３ｇｍの波長に相応するバンドギャップを有す るＩｎＧａＡｓＰから成る。導波路層２はレーザ光線に対して透明である。導波 路層２は例えば１．１５１Ｌｍの波長に相応するバンドギャップを有するＩｎＧ ａＡｓＰから成る。半導体層構造５の中のレーザ活性Ｒ１と導波路層２との間の 間隔は、レーザ活性層ｌと導波路層２どの間に半導体材料により光結合が生じな いように選ばれている。レーザ活性層ｌと導波路Ｍ２とはそれぞれほぼ０．１〜 ０　、３７ｈｍの厚さを有する。レーザ活性層１と導波路Ｍ２との間隔はほぼ１ ０分の数ＪＬｍである。半導体層構造５はその長さを端面６により制限される。

端面６は本来のへき開面であり鏡として働く、端面６は左側の端面６１と右側の 端面６２とを備える。半導体層構造５は溝７を有する。溝７は端面６を結ぶ線に 垂直に延びる。溝７はレーザ活性層ｌと導波路層２とをそれぞれ二つの部分に分 けるような深さを有する。溝７は一つの垂直な側面７１を有する。更に溝７は一 つの斜めの側面７２を有する。斜めの側面７２は傾斜角７２１を有する。

レーザ活性Ｎ１は溝７によりレーザ共振器１１とレーザ活性層の右側部分１２と に分割される。導波路層２は溝７により導波路層の左側部分２１と導波路層の右 側部分２２とに分割される。垂直な側面７１はレーザ共振器１１のための鏡とし て働く、レーザ共振器１１は斜めの側面７２と反対側の左側端面６１と垂直な側 面７１との間に延びる。

導波路層の右側部分２２は斜めの側面７２と斜めの側面７２に向かう側の右側端 面６２との間に延びる。垂直な側面７１は同様に、導波路層の右側部分２２と溝 ７のエアギャップとにより垂直な側面７１と右側端面６２との間に形成された共 振器のための鏡面を形成する。

レーザ共振器１１から溝７へ出射する光は斜めの側面７２で部分的に反射され（ 第１図に出力結合矢印７４２として示されている）、また部分的に導波路層の右 側部分２２へ入力結合される（第１図に結合矢印７４１として示されている）。

斜めの面７２の傾斜角は、反射して戻される光がレーザ共振器１１へ到達するお それがないように選ばれている。傾斜角７２１は更に、結合強さがレーザ装置の 安定した作動点を保証するように選ばれている。傾斜角７２１を４５°の大きさ に選ぶのが特に有利である。

斜めの側面７２により、レーザ共振器１１の長手方向に対し垂直にレーザ光をレ ーザ装置から出力することも可能である。レーザ共振器１１から出射する光は斜 めの側面７２で部分的に上に向かって反射されて、半導体層構造５から成る層配 列に対し垂直に出射する。

レーザ装置の運転のために半導体層構造５は接触ＭＢ２上に電極３を備える。こ れらの電極３は半導体層構造５の向かい合う面にも取り付けられているので、レ ーザ活性層１と導波路層２とはこれらの電極３の間に置かれている。半導体層構 造５の溝７が存在するのと同じ表面上に取り付けられた電極３はレーザ共振器１ １の上方に置かれている。導波路層の右側部分２２における減衰損失を補償する ために補助電極４が設けられる。補助電極４はレーザ活性層の右側部分１２の上 方に、半導体層構造５の溝７が存在するのと同じ表面上に設けられでいる。

第２図には、レーザ装置の第１図に示す切断線■−Ｈによる断面図が示されてい る。側方の導波によりレーザ共振器１１は帯の上に制限される。側方の導波は例 えば利得導波又は屈折率導波のように慣用の方法により達成することができる。

導波路層の右側部分２２は側方の鏡面８により画成される。何方の鏡面８の間の 寸法は帯状レーザ共振器１１の幅より数倍大きい、側方の鏡面８は例えばエツチ ングにより得られる。

導波路層の右側部分２２へ入力される光は縦方向ばかりでなく横方向にも広がり 、本来のへき開面である右側端面６２及び側方の両鏡面８で反射される。従って 導波路層の右側部分２２と垂直な側面７１までの溝７のエアギャップとが側方の 鏡面８の間で二次元の誘電体の板共振器として働く（第２図参照）、板共振器の Ｑは長さが同じ場合に帯状共振器のＱより著しく高い、従ってこのレーザ装置は 帯状共振器を備えたレーザ装置より一層少ない周波数ノイズ従って一層小さいス ペクトル線幅を有する。

垂直な側面７１と右側端面６２との間の領域が共振器として働くので、加工工程 により起こる溝７の幅の公差は問題とはならない。

第３図にはこの発明の別の実施例が示されている。この実施例では複数例えば八 つの帯状レーザ３１１が半導体基体３ＩＯの中に集積されている。帯状レーザ３ １１は第１図及び第２図に示す第１の実施例から成るレーザ共振器１１と同様に 構成されている・帯状レーザ３１１は相互に横に結合されている。縦方向には帯 状レーザ３１１は共振器３９に結合されている。共振器３９は導波路部分３２２ と別の溝３７のエアギャップとから集成されている。別の溝３７の別の垂直な側 面３７１及び溝３７の帯状レーザ３１１と反対の側に存在する半導体基体３１０ の別の端面３６とが共振器鏡として働く、別の溝３７は第１の実施例の溝７と同 様にエツチングされる。別の溝３７は別の垂直な側面３７１のほかに別の斜めの 側面３７２を有する。別の溝３７は帯状レーザ３１１を横切って延び、その際別 の溝３７が帯状レーザ３１１の長手方向に対する垂線と００〜２０°の角度３７ ４を成す、別の溝３７のこの熱めの方向によりすべての帯状レーザ３１１がそれ ぞれの共振器３９に対し若干異なる長さ比率を有する。それにより縦方向の補助 的な周波数選択性が実現される。それにより装置の横方向スーパモードを選択す ることができ、従って縦ばかりでなく横にも単一の振動状態を維持することがで きる。

レーザ装置の運転のために別の電極３３が設けられる。この電極は第１図の電極 ３と同様に、帯状レーザが電極下にあるように半導体基体３１０に取り付けられ ている。たまたまの減衰損失を補償するために別の補助電極３４が設けられてい る（第３図参照）。

第４図には、第３図に示すレーザ装置の側面図が示されている。側面図は第３図 に矢印３１００により示された方向に関する。半導体基体３１０の表面上には別 の溝３７がエツチングされている。側面図は別の垂直な側面３７１と別の斜めの 側面３７２とを備えた別の溝３７のエツチング断面を示す。

ＩＧ　１ ＩＧ３ 国際調査報告 ＳＡ　２４８０Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも一つのレーザ共振器とこの共振器に結合された不活性共振器とを 備え、下記の特徴すなわち、ａ）レーザ共振器（１１）と不活性共振器（７、２ ２）とが積層方向には光結合が生じないように相互配置され、ｂ）レザー共振器 （１１）と不活性共振器（７、２２）とが縦方向に光結合が生じるように相互配 置され、ｃ）レーザ共振器（１１）と不活性共振器（７、２２）とがレーザ共振 器（１１）と不活性共振器（７、２２）との間の多重反射が防止されるように相 互配置されているを有するレーザ装置。 ２．下記の特徴すなわち、 ａ）レーザ共振器（１１）と不活性共振器（７，２２）とが一つの半導体層構造 （５）の中に設けられ、ｂ）レーザ共振器（１１）と不活性共振器（７，２２） との間の光結合が半導体層構造（５）中のエッチング溝（７）を介して行われ、 ｃ）溝（７）が結合方向に対し垂直な側面（７１）と結合方向に対し斜めの側面 （７２）とを有し、 ｄ）垂直な側面（７１）がレーザ共振器（１１）と不活性共振器（７、２２）と に共通な鏡面を形成し、ｅ）斜めの側面（７２）の傾斜角（７２１）は、斜めの 側面（７２）で反射される光がレーザ共振器（１１）へ反射して戻されないよう に形成されている を有する請求項１記載のレーザ装置。 ３．下記の特徴すなわち、 ａ）半導体層構造（５）がレーザ活性層（１）を備え、ｂ）半導体層構造（５） がレーザ光線に対し透明な導波路層（２）を備え、 ｃ）導波路層（２）からレーザ活性層（１）までの距離は、両者の間に存在する 半導体材料により光結合が行われないような大ささである を有する請求項２記載のレーザ装置。 ４．不活性共振器（７、２２）が二次元の誘電体の板共振器として構成されてい ることを特徴とする請求項３記載のレーザ装置。 ５．不活性共振器（７、２２）が導波路層（２）の中に形成され、本来のへき開 面（６２）とエッチングされた側方の二つの鏡面（８）と垂直な側面（７１）と により画成されていることを特徴とする請求項４記載のレーザ装置。 ６．不活性共振器（７、２２）が補助電極（４）を備え、この補助電極を介して 活性層（１２）を電気的にポンピングすることにより減衰損失が補償されること を特徴とする請求項５記載のレーザ装置。 ７．下記の特徴すなわち、 ａ）横に結合された複数のレーザ共振器（３１１）が設けられ、ｂ）レーザ共振 器（３１１）が帯状レーザ（３１１）として半導体基体（３１０）の中に集積さ れ、 ｃ）別のエッチング溝（３７）がこれらの帯状レーザ（３１１）を横切って延び 、 ｄ）別のエッチング溝（３７）が帯状レーザ（３１１）の長手方向に対する垂線 と０°〜２０°の角度（３７４）を成すを有する請求項２ないし６の一つに記載 のレーザ装置。