JPH04146681A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JPH04146681A
JPH04146681A JP2270737A JP27073790A JPH04146681A JP H04146681 A JPH04146681 A JP H04146681A JP 2270737 A JP2270737 A JP 2270737A JP 27073790 A JP27073790 A JP 27073790A JP H04146681 A JPH04146681 A JP H04146681A
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JP
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semiconductor laser
waveguide layer
light
diffraction grating
light flux
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JP2270737A
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Masayuki Kubota
雅之 久保田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14External cavity lasers
    • H01S5/141External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • HELECTRICITY
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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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
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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〕 この発明は、光通信に用いる可変波長光源、特にその様
な光源として利用できる半導体レーザ装置に関するもの
である。
〔従来の技術〕
従来、光通信用の可変波長光源としては、たとえば昭和
63年電子情報通信学会春季全国大会論文集における村
上民地3氏による論文「外部グレーティングを用いた広
帯域波長可変・狭スペクトル光源の開発」に開示された
ような、外部共振器付可変波長半導体レーザ装置が提案
されている。
第2図は、その様な外部共振器付可変波長半導体レーザ
装置の基本的な構成を示す図であって、図中、1は半導
体レーザ素子、aは半導体レーザ素子1の前端面より出
射した光束、bは半導体レーザ素子1の後端面より出射
した光束、2は光束すを平行光に変換するコリメートレ
ンズ、3は平行光に変換された光束を受けてこれを反射
させる回折格子、4は回折格子3を回転させて入射平行
光に対するその角度を変えるためのステッピングモータ
、Cは回折格子により生ずる回折光である。
この装置の動作時に、半導体レーザ素子lの後端面から
出射した光束すは、半値全角にして約lO°〜45°程
度の広がりを持った拡散光束としてコリメートレンズ2
に入射し、そこで光波面が変換されて平行光束となり、
回折格子3に入射する0回折格子3は、この平行光束の
入射に伴なって回折光を発生させる。周知の様に、回折
格子では、その格子ピッチ、光の波長、光の入射角およ
び出射角の間には一定の関係があり、回折光は入射光の
波長に応じて回折格子からの出射角を異にするので、上
記の格子ピッチ、光の入射角などの条件を適切に選定す
れば、相異なる波長をもつ複数の入射光の中から希望す
る波長の光を選択的に入射光と同一方向へ反射させるこ
とができる。従って、この原理を利用して、ステッピン
グモータ4により回折格子3を回転させることにより、
光束すの回折格子3に対する入射角を可変とすることで
、希望する任意波長の回折光Cを回折格子3で選択し入
射方向と同一方向に戻すことができる。選択された特定
波長をもつ戻された回折光Cはコリメートレンズ2を通
過することにより集中光束に変換され、半導体レーザ素
子1の後端面(すなわち光束すの出射面)に入射し、更
に無反射コーティングにより反射率が1%以下にされて
いるこの後端面を介して半導体レーザ素子1の共振器内
に入射する。回折光Cは、その波長が回折格子3により
特定値に選択されているので、共振器内ではこの選択さ
れた波長をもつ光が増幅されて単一波長の発振が起生じ
、半導体レーザ素子の前端面から出射する光束aはその
選択された波長をもつものとなる。この波長は、前述の
原理に従って、ステッピングモータ4により回折格子3
を回転させ、この格子に対する光束すの入射角を変化さ
せることによって、選択的に変化させることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の外部共振器付可変波長半導体レーザ装置は、以上
のように構成されているので、回折格子を回転させるた
めの、ステッピングモータ、動力伝達系を必要とし、し
かもそれらには高い精度が要求されるため、構造が複雑
化し、大型化すると共に高価になるなどの問題があった
この発明は、上記の様な問題点を解決するために創案さ
れたものであって、半導体レーザ素子の発振波長を可変
とするための回折格子の機械的駆動系を省き、電気的に
制御可能として、装置全体の構造を簡単にしかも小型化
することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子の後
端面からの出射光を導波層に導き、この導波層に形成さ
れている波面変換素子によって波面変換した後、光空間
変調素子を通過させることによりそこからの出射角を変
化させ、続いて回折格子に入射させて所要の回折作用を
与え、特定波長の回折光を再び上記光空間変調素子に戻
し、更に光波面変換素子を介してその光波面を変換して
半導体レーザ素子の後端面に入射させるように構成され
ている。
〔作 用〕
この発明の装置における光空間変調素子は、半導体レー
ザ素子から光波面変換素子を介して入射する平行光束の
出射角を電気的に可変とし、回折格子に入射する光束の
入射角を変化させることによって1回折格子から半導体
レーザ素子側に戻る回折光の波長を選択的に変えるよう
に働く。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図において、1は半導体レーザ素子でたとえばGa
InAsP系材料から成るものである、a′は半導体レ
ーザ素子1の前端面より出射する光束、5は基板でたと
えばニオブ酸リチウム(L 1Nb03)のような圧電
材料から成り、その端面に近い一生表面上に半導体レー
ザ素子lを支持している。6は基板5上に形成された導
波層で、たとえばチタニウム(Ti)を拡散させたLi
NbO3の如き圧電材料から成り、その一端面が上記半
導体レーザ素子の後端面に対接している。b′は半導体
レーザ素子lの後端面より出射して導波層6の端面に入
射し導波される光束、20は導波層6に形成されたフレ
ネルレンズであって拡散する形で入射する光束b′を平
行光束に変換する光波面変換素子を構成している。この
フレネルレンズは、導波層にエツチングにより設けた複
数の開孔により形成することができる。また、光波面変
換素子としては導波層中に不純物を拡散して形成される
ジオデシック形レンズ等も使用できる。7は導波層6上
に形成された表面弾性波(SAWと略称する)トランス
ジューサであって、蒸着により形成されたインクデジタ
ル構造の1対の金属電極より成り、両電極間には高周波
電源(図示省W8)からSAWの周波数を電気的に制御
するための高周波電気信号が供給される。8は5AW)
ランスジューサ7によって導波層6に発生した表面弾性
波(SAW)で波面を多数の平行線で示す。この部分は
光空間変調素子として働く。9は超音波吸収体であって
トランスジューサ7により発生したSAWを吸収してそ
の反射を阻止するように働く。30は導波層6に形成さ
れた回折格子で、たとえばブレーズド格子であり、導波
層6にエツチングにより鋸歯状開孔配列として形成でき
る。C′は回折格子30による回折光である。
次に上記装置の動作について説明する。半導体レーザ素
子1の後端面より出射した光束b′は、導波層6の端面
に入射して拡散光束の形でフレネルレンズ20に到達し
、そこで波面変換されて平行光束となり、5AW)ラン
スジューサ7で発生させた5AW8に入射する。5AW
8の伝播により、導波層6には機械的歪みが加わり、光
弾性効果により導波層6の屈折率が周期的に変化して導
波層内部に屈折率変調型のグレーティング(回折格子)
が発生する。この回折格子に、ブラー、グ(Bragg
 )の条件を満たす角度で光束b′が入射すると、単一
骨壷会の回折光が生ずる。このとき、回折光の出射角(
入射角と同じ)をθ、光の波長を入、SAWの周波数を
f、位相速度をV、導波層の屈折率をNeとすると、 θ′−,(入/Nev)  ・f の関係が成立ち、出射角は近似的にSAWの周波数に比
例する。従って、5AW8の周波数を、すなわち5AW
)ランスジューサ7に印加する高周波電気信号の周波数
を、変化させることにより、5AW8から出射する回折
光の出射角θを変化させることができる。こうして、5
AW8は光空間変調作用を行なう。
進行方向を変えられて5AW8から出射する光束b′は
、更に導波層6内を進行して回折格子3゜に入射し、回
折光C′が生じる0回折格子は、従来の技術で述べたよ
うに、その波長選択機能に従い、入射光束に応じて単一
波長を有する回折光C′を入射光束b′と同一方向に戻
すことができる0回折光C′の波長は、回折格子30に
入射する光束b′の入射角により変化する。すなわち、
光の波長を入、回折格子への入射角をθ′、回折格子の
ピッチをd、導波層の屈折率をNeとするとき、 d  sin  θ=入/2Ne の関係があるので、5AW8の周波数を変化させること
で回折格子30に対する光束b′の入射角θ′を変えて
、回折光C′の波長を変化させ所望波長の光を選択する
ことができる。
こうして選択された波長を持つ回折光C′は、再び5A
W8を所定の入射角および出射角をもって通過し、フレ
ネルレンズ20により波面変換されて集中光束となり、
半導体レーザ素子1の後端面に入射する。従って、半導
体レーザ素子lでは、上記選択された波長でレーザ発振
が起って持続することとなり、前端面からはその波長の
強い光束a′が出射される。
〔発明の効果〕
以上の様な構成を有するこの発明の半導体レーザ装置は
、光空間変調素子と回折格子とを組合せ使用して回折格
子に対する入射光束の入射角を光空間変調素子により電
気的に変化させるようにしたので、従来装置におけるよ
うな回折格子回転用の機械的駆動系を使用する必要が無
くなり、全体として構造を簡単にかつ小型化することが
できる。
更に、光空間変調素子と回折格子の両者の波長選択作用
によって高精度の波長選択性が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による半導体レーザ装置の一実施例構
造を示す斜視図、第2図は従来の外部共振器付可変波長
半導体レーザ装置の基本的な構成を示す斜視図である。 1・・・・半導体レーザ素子、5・・・・基板、6・・
・・導波層、7・・・・光空間変調度を構成する表面弾
性波トランスジューサ、8・・・・表面弾性波、9・・
・・超音波吸収体、20・・・・波面変換素子を構成す
るフレネルレンズ、30・・・・回折格子、a′・・・
・レーザより放射される光束、b′・・・・光束、C・
・・・回析光。 代  理  人   大  岩  増  雄第 図 半導体レーリ゛素子 基 板 4過層 SAW )ラノ久ノユーリ 5AWi&iti憎・はi) 超音−itmq又イ木 フレネルレンズ゛ 口1斤格子 丸木 光束 口駈光

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の後
    端面よりの出射光束が入射するように基板上に形成され
    た導波層とを具備し、上記導波層には上記入射した光束
    を平行化するための光波面変換素子、平行化された上記
    光束を受入れてその進行方向を電気的に偏向する光空間
    変調素子およびこの光空間変調素子からの出射光束を入
    射させその回折光を光空間変調素子に向けて投射する回
    折格子とが形成されていて、上記導波層に入射した上記
    レーザ素子からの出射光束を、上記光波面変換素子、光
    空間変調素子を介して単一波長の光束のみを選択して回
    折格子に導き更にこの回折格子から上記と逆経路を通し
    て上記半導体レーザ素子に帰還させることにより、上記
    選択された単一波長の光束を上記半導体レーザ素子の前
    端面から出射させることを特徴とする、半導体レーザ装
    置。
JP2270737A 1990-10-08 1990-10-08 半導体レーザ装置 Pending JPH04146681A (ja)

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US07/724,771 US5173915A (en) 1990-10-08 1991-07-02 Semiconductor laser device

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