JPH04257282A - 波長変換レーザ光源装置 - Google Patents
波長変換レーザ光源装置Info
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- JPH04257282A JPH04257282A JP3787391A JP3787391A JPH04257282A JP H04257282 A JPH04257282 A JP H04257282A JP 3787391 A JP3787391 A JP 3787391A JP 3787391 A JP3787391 A JP 3787391A JP H04257282 A JPH04257282 A JP H04257282A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ある波長域において強
度変調されたある波長の光信号を、任意の波長の同様に
強度変調されたレーザ光に変換する波長変換レーザ光源
装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来の技術としては、図２に示すような
双安定レーザに位相調整領域とＤＢＲミラーを集積した
波長変換レーザが提案されている。図２において、２０
１ は双安定レーザ部、２０１ａは可飽和吸収領域、２
０１ｂは活性領域、２０２ は位相調整領域、２０３
はＤＢＲミラー領域、２０４ は電極である。この構成
は集積化されているので、小型化が容易である利点を持
つが、半導体材料の屈折率は、電流注入によってわずか
しか変化しないので、出力する光の波長をあまり掃引す
ることができない欠点を持つ。この構成の場合、位相調
整領域２０２ 、ＤＢＲミラー領域２０３ への注入電
流の制御によって出力可能な波長範囲は、高々５ｎｍに
すぎない。また、従来の多重量子井戸（ＭＱＷ）を用い
ない双安定ＬＤでは、スイッチングの立ち下がり時間は
、活性層におけるキャリア寿命に律速されており、１ｎ
ｓ以下にすることはほとんど不可能であり、高速な波長
変換動作ができない欠点があった。また、従来の双安定
ＬＤでは、双安定特性の制御は電流制御であり、電極間
の分離が十分に行えないので、制御性が悪いという問題
があった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、広い波長範
囲にわたり高速に波長変換が可能で、かつ制御性がよい
波長変換レーザ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】本発明の波長変換レーザ
光源装置は、入射光を光ファイバを通して、片方の光出
射端面が低反射コーテングされた双安定レーザに結合さ
せ、光パルスのある時のみ波長選択素子とミラーにより
設定した波長で発振させた光を、アイソレータを透過さ
せて出射させる。 【０００４】また両方の光出射端面が低反射コーテング
された双安定レーザからの出射光を、偏波面保存光ファ
イバを通して偏波面保存ファイバカップラで分岐し、分
岐された一方の光を、偏波面保存光ファイバを通して第
１の光アイソレータを介して波長選択素子で所要の波長
の光のみを選択し、別の偏波面保存ファイバカップラを
介して前記双安定レーザに帰還し、前記所要の波長で発
振させ、分岐された他の一方の光は、偏波面保存光ファ
イバを通して第２の光アイソレータを透過させて出射さ
せる。 【０００５】 【実施例】図１（ａ） に本発明の第１実施例を示す。 図１（ａ） において、１０１ は位相調整導波領域を
持ち、多重量子井戸（ＭＱＷ）を活性層に持ち、片側
（１０２ 側） を低反射コーティングした双安定レー
ザ、１０２ は波長選択素子である液晶可変波長フィル
タ、１０３ は双安定レーザ側がミラーコーティング
（８０％程度の反射率） され、反対の面に低反射コー
ティングが施されたガラス基板、１０４ は光アイソレ
ータ、１０５ａ〜１０５ｃはレンズ、１０６ａ， １０
６ｂは光ファイバである。液晶可変波長フィルタ１０２
が光軸に対して垂直な軸から傾けて配置してあるのは
、可変波長フィルタからの反射光をレーザダイオードチ
ップに帰還させないためである。 【０００６】次に図３に可変波長フィルタの拡大図を示
す。３０１ は無反射コーティング層、３０２ はイン
ジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）または酸化錫等の透明
電極層、３０３ はミラー、３０４ はポリイミド等の
配向膜、３０５ はガラス基板、３０６ は液晶層、３
０７ は配線である。 【０００７】まず、可変波長フィルタの動作原理につい
て説明する。図４（ａ）， （ｂ）には、液晶に電界を
印加しない場合と、印加した場合の液晶分子の配向を図
示した。 ここで、４０１ は液晶分子、４０２ は配向膜であっ
て、配向膜に示してある矢印は配向方向を示す。例えば
液晶にネマティック液晶、配向膜に厚さ数１０から１０
００オングストロームの高分子膜を用い、配向処理（ラ
ビング等）を行うか、同様な厚さのＳｉＯ の斜方に蒸
着膜を用いると、電界無印加状態で液晶分子は配向膜の
配向方向に基板に平行に配位する。これは配向処理にと
もない液晶の位置エネルギーと、液晶と配向膜との相互
作用エネルギーとの和が、液晶分子が配向方向に配位し
た時、最小となるからである。ところが、基板に垂直に
電界を印加すると、液晶分子が双極子モーメントを持つ
ので、電界との相互作用が生じ、この系は液晶が電界方
向に回転することによって、エネルギー的に安定となる
。このとき、対向する配向膜の配向方向は、反対の向き
になっているので、液晶分子の回転方向は一意的に定ま
り、光の散乱要因であるディスクリネーションを避ける
ことができる。ここで、液晶の配向方向に偏光した平行
光を、基板に垂直に入射する場合を考える。液晶分子は
、異方性の大きい形状から推察される通り、光学的にも
異方向が極めて大きい。このため、電界印加時に液晶分
子の回転とともに、偏光面の方向の屈折率ｎが大きく変
化する。屈折率変化は最大十数％にも及ぶ。ｎは電界Ｅ
の関数となる。 ｎ（Ｅ）＝ｎ０ ＋Δｎ （Ｅ）
（１）
ここでｎ０ は電界無印加時の屈折率である。可変波
長フィルタでは、対向するミラーにこの液晶双と配向膜
を挟んで、光共振器を構成している。ミラーの反射率を
ｒ、入射光の波長をλ、ミラーの間隔をＬとすると、共
振器の透過率Ｔ、共鳴波長λｒｅｓ は、次式で表わさ
れる。 Ｔ＝１／［１＋Ｆｓｉｎ ２ （
２πｎ（Ｅ）Ｌ／λ）］ （２）
Ｅ＝４ｒ／（１−ｒ）２
（３）
λｒｅｓ ＝ｍ／２ｎ（Ｅ）Ｌ （ｍ＝１，
２，−−−） （４） 【０００８
】図５に一つの共鳴ピークに注目して透過スペクトルを
示す。実線は電界無印加時のスペクトルであり、破線は
電界印加時の透過スペクトルである。 （４）式から明
らかなように、電界印加時に液晶層の屈折率変化にとも
ない共鳴ピークは移動する。すなわち共振器外側の透明
電極間に電位差を制御することによって、共振器の共鳴
波長を制御し、可変波長フィルタとして動作させること
ができる。可変波長フィルタの動作波長の上限と下限を
、それぞれλｍａｘ 、λｍｉｎ とすると、ｍの値の
上限は、次の （５）式で与えられる （ （５）式が
満たされると、動作波長範囲にただ一つの共鳴ピークが
存在する条件が成立する） 。 ｍ＜１＋λｍａｘ ／（λｍａｘ
−λｍｉｎ ） （５）
【０００９】例えばミラーの反射率を９９．０％、共
振器長を１５μｍ とすれば、半値幅０．２２ｎｍで約
５０ｎｍの波長掃引が可能である。次に位相調整領域付
きＭＱＷ双安定レーザの構造を図６（ａ） に示す。図
６（ａ） において、６０１ はオーミック接合を得る
ための合金層、６０２ はＩｎＰ（ｐ）クラッド層、６
０３ は１２周期の７０オングストロームのＩｎＧａＡ
ｓ層と３０オングストロームのＩｎＰ層からなるＭＱＷ
活性層、６０４ はＩｎＧａＡｓ層であって、活性層よ
りも厚く、かつバンドギャップの大きい組成の層、６０
５ はＩｎＰ（ｎ）クラッド層、６０６ はＩｎＰ基板
、６０７ は下面電極、６０８ は低反射コーティング
層、６０９ａ〜６０９ｃは上面電極、６１０ａおよび６
１０ｂは電極分離溝、６１１ は可飽和吸収領域、６１
２ は利得領域、６１３ は位相調整領域である。 【００１０】図６（ｂ） に低反射コーティングのされ
ていないＭＱＷ双安定レーザの電流−光出力特性を示す
。Ｖｃ は可飽和吸収領域への印加電圧、Ｉｇは利得領
域への注入電流である。ここでＶｃ を＋０．４Ｖとし
、注入電流を点Ａの位置（しきい値よりもわずかに下）
に設定すると、このＭＱＷ双安定レーザは図６（ｃ）
に示すような光入出力特性を示す。このとき、図に示し
てあるように、光パルスを入射すると、光パルスの存在
するときのみ光を出力する。片面に低反射コーティング
を施し、外部共振器構造とした場合、出力光の波長は、
双安定レーザと外部ミラーの間に挿入された波長選択素
子によって決定される。さらにこの双安定レーザは、位
相調整領域への注入電流を制御することにより、両端面
間の光学長を微調できる。 【００１１】次に波長選択素子による発振波長の制御に
ついて説明する。図７に可変波長フィルタを挿入しない
場合と、挿入した場合のレーザ共振器の利得スペクトル
の模式図を示す。フィルタのない場合、利得スペクトル
は、レーザダイオードチップのコーティングのない出射
端面とミラー間での外部共振器モードによる線状の鋭い
ピークを持つスプクトルと、レーザチップの両端面間で
の緩いピークを持つスペクトルとの重ね合わせとなる。 この結果、フィルタのない場合にみ、利得の大きいＰｋ
，１ 、Ｐｋ＋１，１ 、Ｐｋ＋２，１ 、Ｐｋ＋３，
１ 等に対応する波長で多モード発振をする。ところが
、ここに波長選択素子を挿入すると、外部共振器モード
に基づく一つの利得ピークを選択し、それに対応する波
長の光で発振させることが可能になる。図７には可変波
長フィルタへの印加電圧を制御し、Ｐｋ＋１，４ の波
長を選択していることを示してある。すなわち可変波長
フィルタへの印加電圧を制御することにより、任意の外
部共振器モード波長での発振が可能となる。また波長の
掃引速度は、液晶の応答速度で決まるが、一般的には数
ミリ秒であり、機械的な掃引に比較すれば、三桁以上高
速である。またこのレーザチップを用いれば、位相調整
領域への注入電流を制御することにより、レーザチップ
端面間の共振器長を微調できるので、図７における緩い
ピークの位置を微調できる。 この効果も同時に用いることにより、容易に波長を選択
することが可能となり、可変波長フィルタに対する性能
要件が緩和される。また外部共振器モード間の波長の光
を得ることは、レーザダイオードチップの温度を制御し
外部共振器長を変えるか、外部ミラーの位置を微調する
ことにより、可能である。 【００１２】以上説明したように、この波長変換レーザ
光源装置に光パルスを入射すると、入射光はレンズ１０
５ａでＭＱＷ双安定レーザ１０１ に結合され、光パル
スのある時のみ液晶可変波長フィルタ１０２ で設定し
た波長で発振し、出射光はアイソレータ１０４ を透過
し、レンズ１０５ｃで光出力用の光ファイバ１０６ｂに
結合される。また第１の実施例の変形として図１（ｂ）
に示す構成が考えられる。これは、ミラー １０３′
と液晶可変波長フィルタ１０２ を一体化し、ミラー面
上でレーザからの出射光が集光するように配置したもの
である。この場合、小型化ができること、フィルタ上で
の光ビーム径が小さくなり、フィルタの特性が向上する
という利点を持っている。 【００１３】また第１の実施例の別の変形として、図１
（ｃ） の構成が考えられる。これはミラー １０３″
を高反射 （約９９％） とし、レーザから入射側への
出力光を取り出す構成である。ここで １０７はビーム
スプリッタである。 さらに前記実施例では、低反射コーティング側の反対の
出射面にはコーティングを施していないが、フィルタの
損失に応じて適当な反射率の膜をコーティングすること
により、波長変換効率を向上させることが可能である。 【００１４】次に本発明の第２の実施例を図８に示す。 図８において、８０１は両端面に低反射コーティングを
施した位相調整領域付きＭＱＷ双安定レーザ、８０２
は液晶可変波長フィルタ、８０３ａ〜８０３ｄはレンズ
、８０４ａ， ８０４ｂは偏波面保存ファイバカップラ
、８０５ａ， ８０５ｂは光アイソレータ、８０６ａ〜
８０６ｈは偏波面保存光ファイバである。第１の実施例
と異なる点は光共振器が前者はファブリペロー型である
のに対して、後者はリング型であることである。また双
安定レーザが片面でなく、両面に低反射コーティングが
施されている点が異なる。リング型の場合、双安定レー
ザからの出射光の一部が偏波面保存ファイバカップラ８
０４ｂで分岐され、液晶可変波長フィルタ８０２ で必
要な波長の光のみが選択されて、偏波面保存ファイバカ
ップラ８０４ａを介して双安定レーザに帰還され、その
波長で発振が起こる。また光アイソレータ８０５ａが挿
入され、光の周回方向が決定される。個々の素子の特性
は同じなので説明は省略する。 【００１５】リング共振器の場合、波長選択のメカニズ
ムが若干異なるので、図９に基づいて説明する。図９は
レーザ媒質を含むリング共振器の波長に対する利得スペ
クトルを模式的に示した図である。フィルタのない場合
、リップル状の利得スペクトルを持つが、ファブリペロ
ー型に比べると、リップルは小さい。これは双安定レー
ザの両面に低反射コーティングを施したので、共振効果
が小さいためである。また周回長が長いので、外部モー
ドは密になり、ほぼ連続のスペクトルとなる。ここにフ
ィルタを挿入すると、波線で示したような利得スペクト
ルになり、結果として利得ピークで発振する。リング型
の場合は利得リップルが小さいので、双安定レーザの位
相調整領域は、必ずしも必要ではない。 【００１６】以上２通りの実施例を示したが、同様の概
念に基づいて同様の効果を得る構成は本発明に包含され
るべきものである。例えば、双安定レーザは多重量子井
戸構造を用いないものでも適用できることは言うまでも
ない。双安定レーザの材料系はＩｎＰ系を前提にしてい
るが、ＧａＡｓ系の材料を用いることができることも言
うまでもない。またこの実施例では波長選択素子として
液晶可変波長フィルタを用いたが、グレーティング、干
渉フィルタ、ホログラム素子等を波長選択素子として用
いることができることも言うまでもない。 【００１７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長変換
レーザ光源は、広い波長範囲で、高速に波長変換が可能
である。特に波長選択素子に液晶可変波長フィルタを用
いると、変換波長の設定を電気的に行うことができるう
え、機械的な可動部分がないので、グレーティグ等に比
較して高速に設定波長を変えることが可能で、小型な構
成も容易である利点を持つ。 【００１８】特に双安定レーザにＭＱＷ構造を用いれば
、可飽和吸収体にＱＣＳＥ効果 （Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃ
ｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ）が起こる
ので、広い波長範囲で双安定動作が可能となり、波長変
換領域が広がる効果を持つ。また動作速度もＭＱＷ構造
では逆バイアス電圧を印加してキャリアを引き抜くので
、原理的にはＭＱＷのバリアー双のトンネル時間（約２
０ｐｓ） まで高速化することが可能である。また可飽
和吸収領域と利得領域を完全に独立に制御できるので、
制御性が極めて良い。
度変調されたある波長の光信号を、任意の波長の同様に
強度変調されたレーザ光に変換する波長変換レーザ光源
装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来の技術としては、図２に示すような
双安定レーザに位相調整領域とＤＢＲミラーを集積した
波長変換レーザが提案されている。図２において、２０
１ は双安定レーザ部、２０１ａは可飽和吸収領域、２
０１ｂは活性領域、２０２ は位相調整領域、２０３
はＤＢＲミラー領域、２０４ は電極である。この構成
は集積化されているので、小型化が容易である利点を持
つが、半導体材料の屈折率は、電流注入によってわずか
しか変化しないので、出力する光の波長をあまり掃引す
ることができない欠点を持つ。この構成の場合、位相調
整領域２０２ 、ＤＢＲミラー領域２０３ への注入電
流の制御によって出力可能な波長範囲は、高々５ｎｍに
すぎない。また、従来の多重量子井戸（ＭＱＷ）を用い
ない双安定ＬＤでは、スイッチングの立ち下がり時間は
、活性層におけるキャリア寿命に律速されており、１ｎ
ｓ以下にすることはほとんど不可能であり、高速な波長
変換動作ができない欠点があった。また、従来の双安定
ＬＤでは、双安定特性の制御は電流制御であり、電極間
の分離が十分に行えないので、制御性が悪いという問題
があった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、広い波長範
囲にわたり高速に波長変換が可能で、かつ制御性がよい
波長変換レーザ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】本発明の波長変換レーザ
光源装置は、入射光を光ファイバを通して、片方の光出
射端面が低反射コーテングされた双安定レーザに結合さ
せ、光パルスのある時のみ波長選択素子とミラーにより
設定した波長で発振させた光を、アイソレータを透過さ
せて出射させる。 【０００４】また両方の光出射端面が低反射コーテング
された双安定レーザからの出射光を、偏波面保存光ファ
イバを通して偏波面保存ファイバカップラで分岐し、分
岐された一方の光を、偏波面保存光ファイバを通して第
１の光アイソレータを介して波長選択素子で所要の波長
の光のみを選択し、別の偏波面保存ファイバカップラを
介して前記双安定レーザに帰還し、前記所要の波長で発
振させ、分岐された他の一方の光は、偏波面保存光ファ
イバを通して第２の光アイソレータを透過させて出射さ
せる。 【０００５】 【実施例】図１（ａ） に本発明の第１実施例を示す。 図１（ａ） において、１０１ は位相調整導波領域を
持ち、多重量子井戸（ＭＱＷ）を活性層に持ち、片側
（１０２ 側） を低反射コーティングした双安定レー
ザ、１０２ は波長選択素子である液晶可変波長フィル
タ、１０３ は双安定レーザ側がミラーコーティング
（８０％程度の反射率） され、反対の面に低反射コー
ティングが施されたガラス基板、１０４ は光アイソレ
ータ、１０５ａ〜１０５ｃはレンズ、１０６ａ， １０
６ｂは光ファイバである。液晶可変波長フィルタ１０２
が光軸に対して垂直な軸から傾けて配置してあるのは
、可変波長フィルタからの反射光をレーザダイオードチ
ップに帰還させないためである。 【０００６】次に図３に可変波長フィルタの拡大図を示
す。３０１ は無反射コーティング層、３０２ はイン
ジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）または酸化錫等の透明
電極層、３０３ はミラー、３０４ はポリイミド等の
配向膜、３０５ はガラス基板、３０６ は液晶層、３
０７ は配線である。 【０００７】まず、可変波長フィルタの動作原理につい
て説明する。図４（ａ）， （ｂ）には、液晶に電界を
印加しない場合と、印加した場合の液晶分子の配向を図
示した。 ここで、４０１ は液晶分子、４０２ は配向膜であっ
て、配向膜に示してある矢印は配向方向を示す。例えば
液晶にネマティック液晶、配向膜に厚さ数１０から１０
００オングストロームの高分子膜を用い、配向処理（ラ
ビング等）を行うか、同様な厚さのＳｉＯ の斜方に蒸
着膜を用いると、電界無印加状態で液晶分子は配向膜の
配向方向に基板に平行に配位する。これは配向処理にと
もない液晶の位置エネルギーと、液晶と配向膜との相互
作用エネルギーとの和が、液晶分子が配向方向に配位し
た時、最小となるからである。ところが、基板に垂直に
電界を印加すると、液晶分子が双極子モーメントを持つ
ので、電界との相互作用が生じ、この系は液晶が電界方
向に回転することによって、エネルギー的に安定となる
。このとき、対向する配向膜の配向方向は、反対の向き
になっているので、液晶分子の回転方向は一意的に定ま
り、光の散乱要因であるディスクリネーションを避ける
ことができる。ここで、液晶の配向方向に偏光した平行
光を、基板に垂直に入射する場合を考える。液晶分子は
、異方性の大きい形状から推察される通り、光学的にも
異方向が極めて大きい。このため、電界印加時に液晶分
子の回転とともに、偏光面の方向の屈折率ｎが大きく変
化する。屈折率変化は最大十数％にも及ぶ。ｎは電界Ｅ
の関数となる。 ｎ（Ｅ）＝ｎ０ ＋Δｎ （Ｅ）
（１）
ここでｎ０ は電界無印加時の屈折率である。可変波
長フィルタでは、対向するミラーにこの液晶双と配向膜
を挟んで、光共振器を構成している。ミラーの反射率を
ｒ、入射光の波長をλ、ミラーの間隔をＬとすると、共
振器の透過率Ｔ、共鳴波長λｒｅｓ は、次式で表わさ
れる。 Ｔ＝１／［１＋Ｆｓｉｎ ２ （
２πｎ（Ｅ）Ｌ／λ）］ （２）
Ｅ＝４ｒ／（１−ｒ）２
（３）
λｒｅｓ ＝ｍ／２ｎ（Ｅ）Ｌ （ｍ＝１，
２，−−−） （４） 【０００８
】図５に一つの共鳴ピークに注目して透過スペクトルを
示す。実線は電界無印加時のスペクトルであり、破線は
電界印加時の透過スペクトルである。 （４）式から明
らかなように、電界印加時に液晶層の屈折率変化にとも
ない共鳴ピークは移動する。すなわち共振器外側の透明
電極間に電位差を制御することによって、共振器の共鳴
波長を制御し、可変波長フィルタとして動作させること
ができる。可変波長フィルタの動作波長の上限と下限を
、それぞれλｍａｘ 、λｍｉｎ とすると、ｍの値の
上限は、次の （５）式で与えられる （ （５）式が
満たされると、動作波長範囲にただ一つの共鳴ピークが
存在する条件が成立する） 。 ｍ＜１＋λｍａｘ ／（λｍａｘ
−λｍｉｎ ） （５）
【０００９】例えばミラーの反射率を９９．０％、共
振器長を１５μｍ とすれば、半値幅０．２２ｎｍで約
５０ｎｍの波長掃引が可能である。次に位相調整領域付
きＭＱＷ双安定レーザの構造を図６（ａ） に示す。図
６（ａ） において、６０１ はオーミック接合を得る
ための合金層、６０２ はＩｎＰ（ｐ）クラッド層、６
０３ は１２周期の７０オングストロームのＩｎＧａＡ
ｓ層と３０オングストロームのＩｎＰ層からなるＭＱＷ
活性層、６０４ はＩｎＧａＡｓ層であって、活性層よ
りも厚く、かつバンドギャップの大きい組成の層、６０
５ はＩｎＰ（ｎ）クラッド層、６０６ はＩｎＰ基板
、６０７ は下面電極、６０８ は低反射コーティング
層、６０９ａ〜６０９ｃは上面電極、６１０ａおよび６
１０ｂは電極分離溝、６１１ は可飽和吸収領域、６１
２ は利得領域、６１３ は位相調整領域である。 【００１０】図６（ｂ） に低反射コーティングのされ
ていないＭＱＷ双安定レーザの電流−光出力特性を示す
。Ｖｃ は可飽和吸収領域への印加電圧、Ｉｇは利得領
域への注入電流である。ここでＶｃ を＋０．４Ｖとし
、注入電流を点Ａの位置（しきい値よりもわずかに下）
に設定すると、このＭＱＷ双安定レーザは図６（ｃ）
に示すような光入出力特性を示す。このとき、図に示し
てあるように、光パルスを入射すると、光パルスの存在
するときのみ光を出力する。片面に低反射コーティング
を施し、外部共振器構造とした場合、出力光の波長は、
双安定レーザと外部ミラーの間に挿入された波長選択素
子によって決定される。さらにこの双安定レーザは、位
相調整領域への注入電流を制御することにより、両端面
間の光学長を微調できる。 【００１１】次に波長選択素子による発振波長の制御に
ついて説明する。図７に可変波長フィルタを挿入しない
場合と、挿入した場合のレーザ共振器の利得スペクトル
の模式図を示す。フィルタのない場合、利得スペクトル
は、レーザダイオードチップのコーティングのない出射
端面とミラー間での外部共振器モードによる線状の鋭い
ピークを持つスプクトルと、レーザチップの両端面間で
の緩いピークを持つスペクトルとの重ね合わせとなる。 この結果、フィルタのない場合にみ、利得の大きいＰｋ
，１ 、Ｐｋ＋１，１ 、Ｐｋ＋２，１ 、Ｐｋ＋３，
１ 等に対応する波長で多モード発振をする。ところが
、ここに波長選択素子を挿入すると、外部共振器モード
に基づく一つの利得ピークを選択し、それに対応する波
長の光で発振させることが可能になる。図７には可変波
長フィルタへの印加電圧を制御し、Ｐｋ＋１，４ の波
長を選択していることを示してある。すなわち可変波長
フィルタへの印加電圧を制御することにより、任意の外
部共振器モード波長での発振が可能となる。また波長の
掃引速度は、液晶の応答速度で決まるが、一般的には数
ミリ秒であり、機械的な掃引に比較すれば、三桁以上高
速である。またこのレーザチップを用いれば、位相調整
領域への注入電流を制御することにより、レーザチップ
端面間の共振器長を微調できるので、図７における緩い
ピークの位置を微調できる。 この効果も同時に用いることにより、容易に波長を選択
することが可能となり、可変波長フィルタに対する性能
要件が緩和される。また外部共振器モード間の波長の光
を得ることは、レーザダイオードチップの温度を制御し
外部共振器長を変えるか、外部ミラーの位置を微調する
ことにより、可能である。 【００１２】以上説明したように、この波長変換レーザ
光源装置に光パルスを入射すると、入射光はレンズ１０
５ａでＭＱＷ双安定レーザ１０１ に結合され、光パル
スのある時のみ液晶可変波長フィルタ１０２ で設定し
た波長で発振し、出射光はアイソレータ１０４ を透過
し、レンズ１０５ｃで光出力用の光ファイバ１０６ｂに
結合される。また第１の実施例の変形として図１（ｂ）
に示す構成が考えられる。これは、ミラー １０３′
と液晶可変波長フィルタ１０２ を一体化し、ミラー面
上でレーザからの出射光が集光するように配置したもの
である。この場合、小型化ができること、フィルタ上で
の光ビーム径が小さくなり、フィルタの特性が向上する
という利点を持っている。 【００１３】また第１の実施例の別の変形として、図１
（ｃ） の構成が考えられる。これはミラー １０３″
を高反射 （約９９％） とし、レーザから入射側への
出力光を取り出す構成である。ここで １０７はビーム
スプリッタである。 さらに前記実施例では、低反射コーティング側の反対の
出射面にはコーティングを施していないが、フィルタの
損失に応じて適当な反射率の膜をコーティングすること
により、波長変換効率を向上させることが可能である。 【００１４】次に本発明の第２の実施例を図８に示す。 図８において、８０１は両端面に低反射コーティングを
施した位相調整領域付きＭＱＷ双安定レーザ、８０２
は液晶可変波長フィルタ、８０３ａ〜８０３ｄはレンズ
、８０４ａ， ８０４ｂは偏波面保存ファイバカップラ
、８０５ａ， ８０５ｂは光アイソレータ、８０６ａ〜
８０６ｈは偏波面保存光ファイバである。第１の実施例
と異なる点は光共振器が前者はファブリペロー型である
のに対して、後者はリング型であることである。また双
安定レーザが片面でなく、両面に低反射コーティングが
施されている点が異なる。リング型の場合、双安定レー
ザからの出射光の一部が偏波面保存ファイバカップラ８
０４ｂで分岐され、液晶可変波長フィルタ８０２ で必
要な波長の光のみが選択されて、偏波面保存ファイバカ
ップラ８０４ａを介して双安定レーザに帰還され、その
波長で発振が起こる。また光アイソレータ８０５ａが挿
入され、光の周回方向が決定される。個々の素子の特性
は同じなので説明は省略する。 【００１５】リング共振器の場合、波長選択のメカニズ
ムが若干異なるので、図９に基づいて説明する。図９は
レーザ媒質を含むリング共振器の波長に対する利得スペ
クトルを模式的に示した図である。フィルタのない場合
、リップル状の利得スペクトルを持つが、ファブリペロ
ー型に比べると、リップルは小さい。これは双安定レー
ザの両面に低反射コーティングを施したので、共振効果
が小さいためである。また周回長が長いので、外部モー
ドは密になり、ほぼ連続のスペクトルとなる。ここにフ
ィルタを挿入すると、波線で示したような利得スペクト
ルになり、結果として利得ピークで発振する。リング型
の場合は利得リップルが小さいので、双安定レーザの位
相調整領域は、必ずしも必要ではない。 【００１６】以上２通りの実施例を示したが、同様の概
念に基づいて同様の効果を得る構成は本発明に包含され
るべきものである。例えば、双安定レーザは多重量子井
戸構造を用いないものでも適用できることは言うまでも
ない。双安定レーザの材料系はＩｎＰ系を前提にしてい
るが、ＧａＡｓ系の材料を用いることができることも言
うまでもない。またこの実施例では波長選択素子として
液晶可変波長フィルタを用いたが、グレーティング、干
渉フィルタ、ホログラム素子等を波長選択素子として用
いることができることも言うまでもない。 【００１７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長変換
レーザ光源は、広い波長範囲で、高速に波長変換が可能
である。特に波長選択素子に液晶可変波長フィルタを用
いると、変換波長の設定を電気的に行うことができるう
え、機械的な可動部分がないので、グレーティグ等に比
較して高速に設定波長を変えることが可能で、小型な構
成も容易である利点を持つ。 【００１８】特に双安定レーザにＭＱＷ構造を用いれば
、可飽和吸収体にＱＣＳＥ効果 （Ｑｕａｎｔｕｍ Ｃ
ｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ Ｅｆｆｅｃｔ）が起こる
ので、広い波長範囲で双安定動作が可能となり、波長変
換領域が広がる効果を持つ。また動作速度もＭＱＷ構造
では逆バイアス電圧を印加してキャリアを引き抜くので
、原理的にはＭＱＷのバリアー双のトンネル時間（約２
０ｐｓ） まで高速化することが可能である。また可飽
和吸収領域と利得領域を完全に独立に制御できるので、
制御性が極めて良い。
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施例の構成図である
。 （ｂ）は、本発明の第１の実施例の変形構成図である。 （ｃ）は、本発明の第１の実施例の別の変形構成図であ
る。
。 （ｂ）は、本発明の第１の実施例の変形構成図である。 （ｃ）は、本発明の第１の実施例の別の変形構成図であ
る。
【図２】従来の波形変換レーザの構造図ずある。
【図３】液晶を用いた可変波長フィルタの説明図である
。
。
【図４】（ａ）は、電界無印加時の液晶分子の配位図で
ある。 （ｂ）は、電界印加時の液晶分子の配位図である。
ある。 （ｂ）は、電界印加時の液晶分子の配位図である。
【図５】電界の印加にともなう可変波長フィルタの透過
スペクトルの変化を示す図である。
スペクトルの変化を示す図である。
【図６】（ａ）は、位相調整領域付きＭＱＷ双安定レー
ザの構造図である。 （ｂ）は、ＭＱＷ双安定レーザの電気的特性図である。 （ｃ）は、ＭＱＷ双安定レーザの光入出力特性図である
。
ザの構造図である。 （ｂ）は、ＭＱＷ双安定レーザの電気的特性図である。 （ｃ）は、ＭＱＷ双安定レーザの光入出力特性図である
。
【図７】波長選択原理の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施例の構成図である。
【図９】本発明の第２の実施例の波長選択原理の説明図
である。
である。
１０１ ＭＱＷ双安定レーザ
１０２ 液晶可変波長フィルタ
１０３ ガラス基板
１０３′ミラー
１０３″高反射ミラー
１０４ アイソレータ
１０５ａ 〜１０５ｃ レンズ
１０６ａ， １０６ｂ 光ファイバ１０７ ビー
ムスプリッタ ２０１ 双安定レーザ部 ２０１ａ 可飽和吸収領域 ２０１ｂ 活性領域 ２０２ 位相調整領域 ２０３ ＤＢＲミラー領域 ２０４ 電極 ３０１ 無反射コーティング層 ３０２ 透明電極層 ３０３ ミラー ３０４ ポリイミド等の配向膜 ３０５ ガラス基板 ３０６ 液晶層 ３０７ 配線 ４０１ 液晶分子 ４０２ 配向膜 ６０１ 合金層 ６０２ ＩｎＰ（ｐ）クラッド層 ６０３ ＭＱＷ活性層 ６０４ ＩｎＧａＡｓＰ層 ６０５ ＩｎＰ（ｎ）クラッド層 ６０６ ＩｎＰ基板 ６０７ 下面電極 ６０８ 低反射コーティング層 ６０９ａ 〜６０９ｃ 上面電極 ６１０ａ， ６１０ｂ 電極分離溝６１１ 可飽
和吸収領域 ６１２ 利得領域 ６１３ 位相調整領域 ８０１ 両端面低反射コーティング位相調整領域付き
ＭＱＷ双安定レーザ ８０２ 液晶可変波長フィルタ ８０３ａ 〜８０３ｄ レンズ
ムスプリッタ ２０１ 双安定レーザ部 ２０１ａ 可飽和吸収領域 ２０１ｂ 活性領域 ２０２ 位相調整領域 ２０３ ＤＢＲミラー領域 ２０４ 電極 ３０１ 無反射コーティング層 ３０２ 透明電極層 ３０３ ミラー ３０４ ポリイミド等の配向膜 ３０５ ガラス基板 ３０６ 液晶層 ３０７ 配線 ４０１ 液晶分子 ４０２ 配向膜 ６０１ 合金層 ６０２ ＩｎＰ（ｐ）クラッド層 ６０３ ＭＱＷ活性層 ６０４ ＩｎＧａＡｓＰ層 ６０５ ＩｎＰ（ｎ）クラッド層 ６０６ ＩｎＰ基板 ６０７ 下面電極 ６０８ 低反射コーティング層 ６０９ａ 〜６０９ｃ 上面電極 ６１０ａ， ６１０ｂ 電極分離溝６１１ 可飽
和吸収領域 ６１２ 利得領域 ６１３ 位相調整領域 ８０１ 両端面低反射コーティング位相調整領域付き
ＭＱＷ双安定レーザ ８０２ 液晶可変波長フィルタ ８０３ａ 〜８０３ｄ レンズ
Claims (6)
- 【請求項１】 入射光を光ファイバを通して、片方の
光出射端面が低反射コーティングされた双安定レーザに
結合させ、光パルスのある時のみ波長選択素子とミラー
により設定した波長で発振させた光を、アイソレータを
透過させて出射させることを特徴とする波長変換レーザ
光源装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の波長変換レーザ光源
装置において、波長選択素子とミラーを一体化し、ミラ
ー面上で前記双安定レーザからの出射光を集光させたこ
とを特徴とする波長変換レーザ光源装置。 - 【請求項３】 入射光を光ファイバを通して、片方の
光出射端面が低反射コーティングされた双安定レーザに
結合させ、光パルスのある時のみ波長選択素子とミラー
により設定した波長で発振させた光を、前記双安定レー
ザから入射側へ送り、ビームスプリッタを介してアイソ
レータを透過させて出射させることを特徴とする波長変
換レーザ光源装置。 - 【請求項４】 両方の出射端面が低反射コーティング
された双安定レーザからの出射光を、偏波面保存光ファ
イバを通して偏波面保存ファイバカップラで分岐し、分
岐された一方の光を、偏波面保存光ファイバを通して第
１の光アイソレータを介して波長選択素子で所要の波長
の光のみを選択し、別の偏波面保存ファイバカップラを
介して前記双安定レーザに帰還し、前記所要の波長で発
振させ、分岐された他の一方の光は、偏波面保存光ファ
イバを通して第２の光アイソレータを透過させて出射さ
せることを特徴とする波長変換レーザ光源装置。 - 【請求項５】請求項１項ないし４項のいずれかに記載の
波長変換レーザ光源装置において、波長選択素子が、ガ
ラス基板、透明電極、高反射ミラー、配向膜、液晶、配
向膜、高反射ミラー、透明電極、ガラス基板を順次積層
した可変波長フィルタであることを特徴とする波長変換
レーザ光源装置。 - 【請求項６】請求項１項ないし４項のいずれかに記載の
波長変換レーザ光源装置において、双安定レーザが多重
量子井戸構造の活性層を持ち、位相調整導波領域を持つ
レーザであることを特徴とする波長変換レーザ光源装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3787391A JPH04257282A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 波長変換レーザ光源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3787391A JPH04257282A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 波長変換レーザ光源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04257282A true JPH04257282A (ja) | 1992-09-11 |
Family
ID=12509656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3787391A Pending JPH04257282A (ja) | 1991-02-08 | 1991-02-08 | 波長変換レーザ光源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04257282A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006019514A (ja) * | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Asahi Glass Co Ltd | 波長可変ミラーおよび波長可変レーザ |
-
1991
- 1991-02-08 JP JP3787391A patent/JPH04257282A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006019514A (ja) * | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Asahi Glass Co Ltd | 波長可変ミラーおよび波長可変レーザ |
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