JPH0449793B2 - - Google Patents
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- JPH0449793B2 JPH0449793B2 JP58218114A JP21811483A JPH0449793B2 JP H0449793 B2 JPH0449793 B2 JP H0449793B2 JP 58218114 A JP58218114 A JP 58218114A JP 21811483 A JP21811483 A JP 21811483A JP H0449793 B2 JPH0449793 B2 JP H0449793B2
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- laser
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction 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
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- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は半導体レーザの特性向上のために複合
共振器を有し、特にアナログ変調に伴う半導体レ
ーザの発振周波数変化を小さくする技術に関す
る。
共振器を有し、特にアナログ変調に伴う半導体レ
ーザの発振周波数変化を小さくする技術に関す
る。
従来例の構成とその問題点
半導体レーザに反射光が帰還されると半導体レ
ーザ特性に大きな影響を与え、複雑な振舞いをす
ることが知られている。例えば半導体レーザ
（LD）の雑音増加、縦モードスペクトルの変化、
Ｉ−Ｌ特性の非線形化などが反射光帰還により誘
起され、半導体レーザの安定化、高品質化への一
つの障害となつている。特に雑音増加はLDを光
通信用光源としてアナログ通信やコヒーレント通
信に用いる場合実用上大きな問題となる。また半
導体レーザをセンサー用光源あるいは光デイスク
等の情報処理機器用光源として用いる場合にも反
射光再注入による雑音増加は極めて大きな問題と
なつている。
ーザ特性に大きな影響を与え、複雑な振舞いをす
ることが知られている。例えば半導体レーザ
（LD）の雑音増加、縦モードスペクトルの変化、
Ｉ−Ｌ特性の非線形化などが反射光帰還により誘
起され、半導体レーザの安定化、高品質化への一
つの障害となつている。特に雑音増加はLDを光
通信用光源としてアナログ通信やコヒーレント通
信に用いる場合実用上大きな問題となる。また半
導体レーザをセンサー用光源あるいは光デイスク
等の情報処理機器用光源として用いる場合にも反
射光再注入による雑音増加は極めて大きな問題と
なつている。
〔日経エレクトロニクス、芽根他『高周波発振
回路を付加し、戻り光による雑音を許容値以下に
抑えた半導体レーザ』pp173〜pp194、No.327
（1983〕〕において示されるが如く、半導体レーザ
外部に反射体があり、反射体からの反射光量が大
きくなると通常半導体レーザはマルチモード発振
を行ないかつ雑音も増加すると考えられている。
数値的には反射光量として１％以上となるとマル
チモード発振すると考えられている。
回路を付加し、戻り光による雑音を許容値以下に
抑えた半導体レーザ』pp173〜pp194、No.327
（1983〕〕において示されるが如く、半導体レーザ
外部に反射体があり、反射体からの反射光量が大
きくなると通常半導体レーザはマルチモード発振
を行ないかつ雑音も増加すると考えられている。
数値的には反射光量として１％以上となるとマル
チモード発振すると考えられている。
一方半導体レーザへの帰還光を積極的に利用し
たいわゆる複合共振器構成の半導体レーザがあ
る。これはH.Kogelnik他“Mode suppression
and single frequency operation in gaseous
optcal masers”、Proc.IREpp2365−pp2366
（1962）に示されている様にレーザの縦モードを
１本のみ選択発振させる手法であり、同様なこと
が半導体レーザにおいても試みられている。試え
ばC.Lin他“Short−coupled−cavity InGaAsP
Injection lasers for CW and high speed
longitudinal mode operation，”Electron Lett.
vol.19pp561（1983）に示されている様に、半導体
レーザに近接して反射体を設置し、高速デジタル
変調下においても縦単一モード発振を実現してい
る。
たいわゆる複合共振器構成の半導体レーザがあ
る。これはH.Kogelnik他“Mode suppression
and single frequency operation in gaseous
optcal masers”、Proc.IREpp2365−pp2366
（1962）に示されている様にレーザの縦モードを
１本のみ選択発振させる手法であり、同様なこと
が半導体レーザにおいても試みられている。試え
ばC.Lin他“Short−coupled−cavity InGaAsP
Injection lasers for CW and high speed
longitudinal mode operation，”Electron Lett.
vol.19pp561（1983）に示されている様に、半導体
レーザに近接して反射体を設置し、高速デジタル
変調下においても縦単一モード発振を実現してい
る。
レーザのチツプ長ｌ、レーザ活性層の屈折率
n1、また外部共振器の光学長をＬとするとＬは半
導体レーザチツプの光学長n1lよりもかなり小さ
い関係として縦単一モード化が行なわれている。
前例においてはＬ／n1l＝76／3.6×83≒１／４で
あり、他の例においてもＬ／n1lは1/3〜1/6の範
囲である。また通常Ｌ／n1lが明示されていても
反射光量の規定もなく、さらにはＬ／n1lの関係
を明確に規定したものもない。これは単体レーザ
の縦モード間隔と外部に配置した外部共振器によ
る縦モード間隔の整合により合致したモードを単
一モード発振させる発想であるため、反射光量に
関しては明確でない。また反射光量を多くすると
マルチモード化してしまうことが指摘され、わず
かな反射量（例えば１％程度）を帰還するのが望
ましいと考えられている。
n1、また外部共振器の光学長をＬとするとＬは半
導体レーザチツプの光学長n1lよりもかなり小さ
い関係として縦単一モード化が行なわれている。
前例においてはＬ／n1l＝76／3.6×83≒１／４で
あり、他の例においてもＬ／n1lは1/3〜1/6の範
囲である。また通常Ｌ／n1lが明示されていても
反射光量の規定もなく、さらにはＬ／n1lの関係
を明確に規定したものもない。これは単体レーザ
の縦モード間隔と外部に配置した外部共振器によ
る縦モード間隔の整合により合致したモードを単
一モード発振させる発想であるため、反射光量に
関しては明確でない。また反射光量を多くすると
マルチモード化してしまうことが指摘され、わず
かな反射量（例えば１％程度）を帰還するのが望
ましいと考えられている。
次に従来示されている上述した複合共振器型半
導体レーザの特性について述べる。
導体レーザの特性について述べる。
複合共振器レーザは変調を行なっても縦単一モ
ード発進を行なう。通常レーザ単体の場合は変調
するとマルチモード発振化してしまうのを外部共
振器を付加することにより改良しており、高速デ
ジタル通信用としてDFB、DBRレーザに代わり
うるものである。
ード発進を行なう。通常レーザ単体の場合は変調
するとマルチモード発振化してしまうのを外部共
振器を付加することにより改良しており、高速デ
ジタル通信用としてDFB、DBRレーザに代わり
うるものである。
変調を行なってもレーザが縦単一モード発振を
行なうことは、色々な分野において有効である。
例えばフアイバの波長分散が問題となる1.5μｍ帯
の光フアイバ通信では特にその効果が望まれてい
る。またセンサーに使用する場合においても変調
下において縦単一モード発振するレーザが望まれ
ている。
行なうことは、色々な分野において有効である。
例えばフアイバの波長分散が問題となる1.5μｍ帯
の光フアイバ通信では特にその効果が望まれてい
る。またセンサーに使用する場合においても変調
下において縦単一モード発振するレーザが望まれ
ている。
ところが、ただ単に変調下において縦単一モー
ド発振を行なうレーザといつても、微細にレーザ
の発振波長あるいは発振周波数を観測すればこれ
らの変調により変化する。
ド発振を行なうレーザといつても、微細にレーザ
の発振波長あるいは発振周波数を観測すればこれ
らの変調により変化する。
まず単体レーザに変調電流を加えた時、変調周
波数fnに対する単位電流当りの半導体レーザの発
振周波数シフト量Δν〔Hz／ｍＡ〕を第１図に示
す。１ｍＡの変調電流を加えた時、fn＝50MHzで
Δν＝100MHz／ｍＡを最小のΔνとして変調によ
る発振周波数シフトをしてしまう。この極小値よ
りも低周波数の変調を加えるとLDの活性層の温
度上昇に起因した屈折率変化により発振周波シフ
トが大きくなり、また極小値よりも高周波数側で
は変調によるキヤリア密度変動に起因した屈折率
変動により変調による発振周波数シフトが大きく
なる。
波数fnに対する単位電流当りの半導体レーザの発
振周波数シフト量Δν〔Hz／ｍＡ〕を第１図に示
す。１ｍＡの変調電流を加えた時、fn＝50MHzで
Δν＝100MHz／ｍＡを最小のΔνとして変調によ
る発振周波数シフトをしてしまう。この極小値よ
りも低周波数の変調を加えるとLDの活性層の温
度上昇に起因した屈折率変化により発振周波シフ
トが大きくなり、また極小値よりも高周波数側で
は変調によるキヤリア密度変動に起因した屈折率
変動により変調による発振周波数シフトが大きく
なる。
以上はLD単体の場合であり、またこれら特性
はLDの構造に依存するところが大きいが、半導
体レーザに外部共振器を付加すると変調による発
振周波数シフト量Δνの変化の割合が異なること
がわかつた。
はLDの構造に依存するところが大きいが、半導
体レーザに外部共振器を付加すると変調による発
振周波数シフト量Δνの変化の割合が異なること
がわかつた。
発明の目的
本発明の目的は、半導体レーザ外部に共振器を
付加し、レーザチツプ長、外部共振器長、望まし
くはLD端面反射率、外部共振器反射率をある範
囲内に設定することにより、半導体レーザが安定
に縦単一モード発振をし、変調、特にアナログ変
調を行なう時、変調に伴う半導体レーザの発振周
波数変化を小さくすることにある。
付加し、レーザチツプ長、外部共振器長、望まし
くはLD端面反射率、外部共振器反射率をある範
囲内に設定することにより、半導体レーザが安定
に縦単一モード発振をし、変調、特にアナログ変
調を行なう時、変調に伴う半導体レーザの発振周
波数変化を小さくすることにある。
すなわち半導体レーザ外部にミラーを設置し、
光帰還により半導体レーザの緩和振動を抑圧し、
デジタル変調つまりパルス変調するものとは完全
に異なる目的のものである。
光帰還により半導体レーザの緩和振動を抑圧し、
デジタル変調つまりパルス変調するものとは完全
に異なる目的のものである。
発明の構成
本発明の構成は、活性層の屈折率がn1、共振器
長ｌの化合物半導体よりなる光学長n1lのレーザ
素子の振巾反射率r1を有する一共振器端面の前記
レーザ外部に、前記端面からの光学長がＬになる
位置に、前記レーザ素子への帰還光量を実効的に
規定する振巾反射率r0なる反射機能を有する光学
素子を配置し、Ｌ／n1l≧1.5かつr0≧0.2とし、ア
ナログ変調を行うことを特徴とする光帰還型半導
体レーザ装置であり、さらに共振器端面振巾反射
率r1をr10.565としてもよく、レーザ共振器端面
と反射機能を有する光学素子間を空気層あるいは
さらにレンズを付加するか、また屈折率n0なる媒
質としてもよく、また反射機能を有する光学素子
として、平面鏡、凹面鏡、平面グレーテイング、
凹面グレーテイング、多面鏡等を用いる構成であ
る。
長ｌの化合物半導体よりなる光学長n1lのレーザ
素子の振巾反射率r1を有する一共振器端面の前記
レーザ外部に、前記端面からの光学長がＬになる
位置に、前記レーザ素子への帰還光量を実効的に
規定する振巾反射率r0なる反射機能を有する光学
素子を配置し、Ｌ／n1l≧1.5かつr0≧0.2とし、ア
ナログ変調を行うことを特徴とする光帰還型半導
体レーザ装置であり、さらに共振器端面振巾反射
率r1をr10.565としてもよく、レーザ共振器端面
と反射機能を有する光学素子間を空気層あるいは
さらにレンズを付加するか、また屈折率n0なる媒
質としてもよく、また反射機能を有する光学素子
として、平面鏡、凹面鏡、平面グレーテイング、
凹面グレーテイング、多面鏡等を用いる構成であ
る。
実施例の説明
更に詳しく説明すれば、本発明者らの詳細な実
験によれば半導体レーザ外部に共振器を付加し、
レーザのチツプ長ｌ、外部共振器長Ｌ、LD出端
面巾反射率r1、外部共振器の実効的な振巾反射率
r0を変化させると、半導体レーザをアナログ変調
した場合に誘起される発振周波数シフト量が大き
く異なることがわかつた。
験によれば半導体レーザ外部に共振器を付加し、
レーザのチツプ長ｌ、外部共振器長Ｌ、LD出端
面巾反射率r1、外部共振器の実効的な振巾反射率
r0を変化させると、半導体レーザをアナログ変調
した場合に誘起される発振周波数シフト量が大き
く異なることがわかつた。
また半導体レーザーを単一縦モード発振させる
為に反射光量が大きい方がより好ましかつた。
為に反射光量が大きい方がより好ましかつた。
つまり本発明者らが本発明において強調したい
のは、半導体レーザ外部に共振器を付加した複合
共振器型半導体レーザが縦単一モード発振を行な
い、さらに変調によるレーザの発振周波数のシフ
トつまり変動を小さくするための構成であり、こ
れは従来提案されている構成の複合共振器型半導
体レーザでは達成できないことであり、本発明者
らの実験により明らかになつた。
のは、半導体レーザ外部に共振器を付加した複合
共振器型半導体レーザが縦単一モード発振を行な
い、さらに変調によるレーザの発振周波数のシフ
トつまり変動を小さくするための構成であり、こ
れは従来提案されている構成の複合共振器型半導
体レーザでは達成できないことであり、本発明者
らの実験により明らかになつた。
半導体レーザの変調による発振周波数シフト
は、例えば半導体レーザをマルチモードフアイバ
を用いた光通信用光源として用いた時、スペツク
ル等の不安定性を誘起する最大の原因であり、従
来のレーザではこれらの欠点を除去しえなかつ
た。
は、例えば半導体レーザをマルチモードフアイバ
を用いた光通信用光源として用いた時、スペツク
ル等の不安定性を誘起する最大の原因であり、従
来のレーザではこれらの欠点を除去しえなかつ
た。
以下に図面を用いて本発明の実施例を示す。
本発明者らは種々の複合共振器構成の半導体レ
ーザの特性の検討を行なつたが、上に述べてきた
ように、特にアナログ変調を行なつた場合の半導
体レーザの発振周波数シフト量が外部共振器型半
導体レーザにおいていかなる条件で小さくできる
かを追求した。ここで述べる条件とは、第２図に
示すように、外部共振器の光学長Ｌ、外部共振器
からの半導体レーザの活性層への結合度を考慮し
た実効的な振巾反射率r0、活性層の屈折率n1でチ
ツプ長ｌの半導体レーザの光学長n1l、半導体レ
ーザ共振器端面の外部共振器側の振巾反射率r1を
変化させることを意味する。つまり第２図におけ
るn1l、Ｌ、r1、r0を変化させて、半導体レーザを
アナログ変調した場合の半導体レーザ光の発振周
波数シフト量の変化を測定した。測定を行なつた
実験系を第３図に示す。
ーザの特性の検討を行なつたが、上に述べてきた
ように、特にアナログ変調を行なつた場合の半導
体レーザの発振周波数シフト量が外部共振器型半
導体レーザにおいていかなる条件で小さくできる
かを追求した。ここで述べる条件とは、第２図に
示すように、外部共振器の光学長Ｌ、外部共振器
からの半導体レーザの活性層への結合度を考慮し
た実効的な振巾反射率r0、活性層の屈折率n1でチ
ツプ長ｌの半導体レーザの光学長n1l、半導体レ
ーザ共振器端面の外部共振器側の振巾反射率r1を
変化させることを意味する。つまり第２図におけ
るn1l、Ｌ、r1、r0を変化させて、半導体レーザを
アナログ変調した場合の半導体レーザ光の発振周
波数シフト量の変化を測定した。測定を行なつた
実験系を第３図に示す。
半導体レーザ１の活性層２内のレーザ光が一方
の共振器端面３から出射し、外部共振器として機
能する反射機能を有する光学素子４から再び半導
体レーザ活性層２へ帰還される。第３図２０は第
２図で説明した通りである。他方の共振器端面５
から出射したレーザ光６をレンズ７でコリメート
し、その一部をハーフミラー８で分岐し、レンズ
９で回折格子分光器１０に入射し、出射スリツト
上に設置されたビジコンカメラ１１で分光スペク
トルを受光し、オシロスコープ１２上で縦モード
スペクトルをモニターする。分岐されたもう一方
の光は、２枚の高反射率を有するエタロン１３を
有するフアブリーペロー干渉計１４を通過し、レ
ンズ１５で集光し、検出器１６で受光され、オシ
ロスコープ１７でスペクトルを観測する。フアブ
リーペロー干渉計１４はピエゾ駆動型であり、エ
タロン間隔50cmの時、最高3MHzの分解能を有す
る。つまり観測系２１において広いスペクトル帯
域を観察し、観測系２２において、狭いスペクト
ル帯域を観察する。観測系２１で半導体レーザが
単一縦モード発振しているのを確認しておいて半
導体レーザ１にアナログ変調電流１８を加えると
半導体レーザの発振周波数が変化し、観測系２２
で測定される。観測系２２で測定されるスペクト
ルの様子を第４図に示す。
の共振器端面３から出射し、外部共振器として機
能する反射機能を有する光学素子４から再び半導
体レーザ活性層２へ帰還される。第３図２０は第
２図で説明した通りである。他方の共振器端面５
から出射したレーザ光６をレンズ７でコリメート
し、その一部をハーフミラー８で分岐し、レンズ
９で回折格子分光器１０に入射し、出射スリツト
上に設置されたビジコンカメラ１１で分光スペク
トルを受光し、オシロスコープ１２上で縦モード
スペクトルをモニターする。分岐されたもう一方
の光は、２枚の高反射率を有するエタロン１３を
有するフアブリーペロー干渉計１４を通過し、レ
ンズ１５で集光し、検出器１６で受光され、オシ
ロスコープ１７でスペクトルを観測する。フアブ
リーペロー干渉計１４はピエゾ駆動型であり、エ
タロン間隔50cmの時、最高3MHzの分解能を有す
る。つまり観測系２１において広いスペクトル帯
域を観察し、観測系２２において、狭いスペクト
ル帯域を観察する。観測系２１で半導体レーザが
単一縦モード発振しているのを確認しておいて半
導体レーザ１にアナログ変調電流１８を加えると
半導体レーザの発振周波数が変化し、観測系２２
で測定される。観測系２２で測定されるスペクト
ルの様子を第４図に示す。
第４図ａは半導体レーザ１に変調電流を加えな
い時、第４図ｂは単位変調電流１ｍＡを加えた時
である。明らかなように半導体レーザの発振周波
数ν0は変調を行なうとν1までΔνだけ変化する。
い時、第４図ｂは単位変調電流１ｍＡを加えた時
である。明らかなように半導体レーザの発振周波
数ν0は変調を行なうとν1までΔνだけ変化する。
この発振周波数の変調による変化量Δνを、外
部共振器のn1l、Ｌ、r0、r1の条件を変化させて測
定を行なつた。
部共振器のn1l、Ｌ、r0、r1の条件を変化させて測
定を行なつた。
外部共振器のない場合の変調によるある変調電
流Δ当りのレーザの発振周波数シフト量をΔν1
とし、外部共振器のある場合のそれをΔν2とす
る。レーザの発振周波数ν0を用いてｘ＝Δν1／ν0、
ｙ＝Δν2／ν0とおくと、ｙ／ｘ＝Δν2／Δν1が小さ
いほど、 変調による半導体レーザ発振周波数ν0のシフト量
が小さくなつたことになる。つまりｙ／ｘは変調
による発振周波数シフトの抑圧度を示している。
本実験ではAlGaAs半導体レーザを用いてアナロ
グ変調を行つた。
流Δ当りのレーザの発振周波数シフト量をΔν1
とし、外部共振器のある場合のそれをΔν2とす
る。レーザの発振周波数ν0を用いてｘ＝Δν1／ν0、
ｙ＝Δν2／ν0とおくと、ｙ／ｘ＝Δν2／Δν1が小さ
いほど、 変調による半導体レーザ発振周波数ν0のシフト量
が小さくなつたことになる。つまりｙ／ｘは変調
による発振周波数シフトの抑圧度を示している。
本実験ではAlGaAs半導体レーザを用いてアナロ
グ変調を行つた。
半導体レーザの発振周波数ν0はν0＝3.57×1014
Hzであるから、例えば変調電流Δ当りの発振周
波数変化量Δν1が357MHzの時、ｘ＝10-6となる。
実際の実験では変調周波数fnを色々変化させた
が、fn＝100MHzでΔを変化させた場合の結果
を以下に示す。
Hzであるから、例えば変調電流Δ当りの発振周
波数変化量Δν1が357MHzの時、ｘ＝10-6となる。
実際の実験では変調周波数fnを色々変化させた
が、fn＝100MHzでΔを変化させた場合の結果
を以下に示す。
第５図は半導体レーザのチツプ長ｌ＝300μｍ、
端面振巾反射率r1＝0.565（r2 1＝0.32）、半導体レー
ザへの帰還光量を実効的に規定する振巾反射率r0
＝0.7（r2 0＝0.49）なる条件において外部共振器長
Ｌを変化させた時のデータを示したものである。
実効的な振巾反射率r0とは半導体レーザーへ実際
に帰還され結合している光量を規定するものであ
り、アツテネーター等を用いて調整した。第５図
ａはΔν1とΔν2の関係を示したものである。(A)は
外部共振器のない時で、(B)〜(D)は外部共振器長を
(B)Ｌ＝１mm、（ ）Ｌ＝10mm、(D)Ｌ＝20mmとした
場合のデータである。例えばｘ＝10-6の変調に対
して(A)の外部共振器がない時、ｙ＝10-6であつた
のが、(B)〜(D)ではＬが大きくなるほどｙが徐々に
抑圧されていることがわかる。
端面振巾反射率r1＝0.565（r2 1＝0.32）、半導体レー
ザへの帰還光量を実効的に規定する振巾反射率r0
＝0.7（r2 0＝0.49）なる条件において外部共振器長
Ｌを変化させた時のデータを示したものである。
実効的な振巾反射率r0とは半導体レーザーへ実際
に帰還され結合している光量を規定するものであ
り、アツテネーター等を用いて調整した。第５図
ａはΔν1とΔν2の関係を示したものである。(A)は
外部共振器のない時で、(B)〜(D)は外部共振器長を
(B)Ｌ＝１mm、（ ）Ｌ＝10mm、(D)Ｌ＝20mmとした
場合のデータである。例えばｘ＝10-6の変調に対
して(A)の外部共振器がない時、ｙ＝10-6であつた
のが、(B)〜(D)ではＬが大きくなるほどｙが徐々に
抑圧されていることがわかる。
より詳しくＬを変化させた時の発振周波数の抑
圧度ｙ／ｘを第５図ｂに示す。Ｌを大きくするこ
とによりｙ／ｘを小さくできることがわかる。
圧度ｙ／ｘを第５図ｂに示す。Ｌを大きくするこ
とによりｙ／ｘを小さくできることがわかる。
第５図ｂはLDチツプ長ｌ＝300μｍに対してＬ
を変化させた時のデータであるが、さらにチツプ
長ｌを50μｍ〜500μｍの範囲で色々とレーザを試
作し、同様な実験を行なつた結果、Ｌ／n1lなる
関係が等しければ、チツプ長にかかわらず、ほぼ
同様な発振周波数シフトの抑圧度が得られた。つ
まり、チツプ長ｌ＝300μｍに対しＬ＝３mmの時
のｙ／ｘの値と、チツプ長ｌ＝200μｍに対して
Ｌ＝２mmの時のｙ／ｘの値とほぼ等しい。しかる
に以下に示す場合は外部共振器の光学長と半導体
レーザチツプの光学長の比Ｌ／n1lを単位として
データを示す。つまり第５図ｂに示す如くであ
る。
を変化させた時のデータであるが、さらにチツプ
長ｌを50μｍ〜500μｍの範囲で色々とレーザを試
作し、同様な実験を行なつた結果、Ｌ／n1lなる
関係が等しければ、チツプ長にかかわらず、ほぼ
同様な発振周波数シフトの抑圧度が得られた。つ
まり、チツプ長ｌ＝300μｍに対しＬ＝３mmの時
のｙ／ｘの値と、チツプ長ｌ＝200μｍに対して
Ｌ＝２mmの時のｙ／ｘの値とほぼ等しい。しかる
に以下に示す場合は外部共振器の光学長と半導体
レーザチツプの光学長の比Ｌ／n1lを単位として
データを示す。つまり第５図ｂに示す如くであ
る。
また第５図は外部共振器の実効的な振巾反射率
r0＝0.7の場合のデータであるが、このr0をパラメ
ータとして変化させて測定した結果を次に示す。
r0＝0.7の場合のデータであるが、このr0をパラメ
ータとして変化させて測定した結果を次に示す。
第６図はＬ／n1lに対する発振周波数シフトの
抑圧度Δν2／Δν1をr0をパラメータとして測定し
た結果である。これよりＬが大きいほど、またr0
が大きいほどΔν2／Δν1の抑圧度が大きいことが
わかる。
抑圧度Δν2／Δν1をr0をパラメータとして測定し
た結果である。これよりＬが大きいほど、またr0
が大きいほどΔν2／Δν1の抑圧度が大きいことが
わかる。
第７図は、第６図の測定結果に外部共振器振巾
反射率r0に対するΔν2／Δν1をＬ／n1lをパラメー
タとしてよりＬ／n1lに対して詳しく示した図で
ある。
反射率r0に対するΔν2／Δν1をＬ／n1lをパラメー
タとしてよりＬ／n1lに対して詳しく示した図で
ある。
第６図、第７図より、ある発振周波数の抑圧度
Δν2／Δν1をもつためのr0及びＬ／n1lの関係を求
めることができる。その結果を第８図に示す。
Δν2／Δν1をもつためのr0及びＬ／n1lの関係を求
めることができる。その結果を第８図に示す。
第８図は変調に対する発振周波数の抑圧度
Δν2／Δν1を限定した時に、この比の値を満足
するようなＬ／n1l及びr0の値を等高線として示
したものであり、例えば等高線ＡはΔν2／Δν1＝
0.9の時のＬ／n1lとｒの関係を示し、また例えば
等高線ＥはΔν2／Δν1＝0.5の時のＬ／n1lとr0の関
係を示している。
するようなＬ／n1l及びr0の値を等高線として示
したものであり、例えば等高線ＡはΔν2／Δν1＝
0.9の時のＬ／n1lとｒの関係を示し、また例えば
等高線ＥはΔν2／Δν1＝0.5の時のＬ／n1lとr0の関
係を示している。
つまり、本発明者らの実験により、所望の発振
周波シフトの抑圧度Δν2／Δν1を得るためには、
ある範囲内にＬ／n1lとr0を設定すればよいこと
がわかる。
周波シフトの抑圧度Δν2／Δν1を得るためには、
ある範囲内にＬ／n1lとr0を設定すればよいこと
がわかる。
本発明者らは以上述べたように発振周波数シフ
トの抑圧度を測定するのと同時に、半導体レーザ
を変調した時、特にアナログ変調した時のＣ／Ｎ
及び歪特性を観測した。その結果、これら特性
は、発振周波数シフトが抑圧された時改善され、
それはΔν2／Δν1が0.8％以下、望ましくは0.7以下
になつた時に効果があつた。より特性を改善する
にはΔν2／Δν1をより小さくした場合である。
トの抑圧度を測定するのと同時に、半導体レーザ
を変調した時、特にアナログ変調した時のＣ／Ｎ
及び歪特性を観測した。その結果、これら特性
は、発振周波数シフトが抑圧された時改善され、
それはΔν2／Δν1が0.8％以下、望ましくは0.7以下
になつた時に効果があつた。より特性を改善する
にはΔν2／Δν1をより小さくした場合である。
それ故、本発明はアナログ変調した場合に特性
改善の効果のあつたｙ／ｘ0.8なる観点より、
r00.1およびＬ／n1l0.9なる範囲を特徴とす
る。さらに望ましくはr00.2及びＬ／n1l1.5な
る範囲をとることを特徴とする。
改善の効果のあつたｙ／ｘ0.8なる観点より、
r00.1およびＬ／n1l0.9なる範囲を特徴とす
る。さらに望ましくはr00.2及びＬ／n1l1.5な
る範囲をとることを特徴とする。
更に本発明者らは、半導体レーザ共振器端面に
反射防止コートを施すことにより、半導体レーザ
光の発振周波数シフトがさらに抑圧されることを
観測した。この結果を第９図に示す。
反射防止コートを施すことにより、半導体レーザ
光の発振周波数シフトがさらに抑圧されることを
観測した。この結果を第９図に示す。
第９図は端面反射率r1をr1＝0.565（r2 1＝0.32）、
r1＝0.245（r2 1＝0.06）、r1＝0.054（r2 1＝0.003）と
な
るようにARコートを施した半導体レーザに対し
て、Ｌ／n1l＝１としてr0を変化させた時の発振
周波数シフトの抑圧度Δν2／Δν1を測定した結果
である。この測定結果より明らかなようにある
Ｌ／n1lとr0の値に対し、r1を小さくするほど半導
体レーザ光の変調による発振周波数シフト量は抑
圧することができ、またこの時半導体レーザをア
ナログ変調し、伝送した際のＣ／Ｎや歪特性は改
善された。
r1＝0.245（r2 1＝0.06）、r1＝0.054（r2 1＝0.003）と
な
るようにARコートを施した半導体レーザに対し
て、Ｌ／n1l＝１としてr0を変化させた時の発振
周波数シフトの抑圧度Δν2／Δν1を測定した結果
である。この測定結果より明らかなようにある
Ｌ／n1lとr0の値に対し、r1を小さくするほど半導
体レーザ光の変調による発振周波数シフト量は抑
圧することができ、またこの時半導体レーザをア
ナログ変調し、伝送した際のＣ／Ｎや歪特性は改
善された。
以下に本発明の具体的な実施例を示す。第１、
第２の実施例は半導体レーザ共振器端面と反射機
能を有する光学素子間を空気層とした場合であ
る。第１の実施例を第１０図に示す。本実施例は
活性層１０２なる半導体レーザ１０１の共振器端
面１０３より出射したレーザ光１０４が反射機能
を有する光学素子としての凹面鏡１０５で反射さ
れた反射光１０６が半導体レーザ１０１へ帰還さ
れた場合である。この時、半導体レーザのチツプ
長１０７及び活性層１０２の屈折率および凹面鏡
１０５の半導体レーザへの帰還結合度を考慮した
振巾反射率及び共振器端面１０３に振巾反射率及
び共振器端面１０３から凹面鏡１０５までを空気
層とし、その距離１０８を本発明の範囲に設定す
るものである。
第２の実施例は半導体レーザ共振器端面と反射機
能を有する光学素子間を空気層とした場合であ
る。第１の実施例を第１０図に示す。本実施例は
活性層１０２なる半導体レーザ１０１の共振器端
面１０３より出射したレーザ光１０４が反射機能
を有する光学素子としての凹面鏡１０５で反射さ
れた反射光１０６が半導体レーザ１０１へ帰還さ
れた場合である。この時、半導体レーザのチツプ
長１０７及び活性層１０２の屈折率および凹面鏡
１０５の半導体レーザへの帰還結合度を考慮した
振巾反射率及び共振器端面１０３に振巾反射率及
び共振器端面１０３から凹面鏡１０５までを空気
層とし、その距離１０８を本発明の範囲に設定す
るものである。
第２の実施例を第１１図に示す。これは第１０
図の凹面鏡１０５を凹面グレーテイング１０９と
したものである。グレーテイングを用いると特に
波長選択性を増加出来るため効果は大である。ま
た非点収差を小さくすることにより実効的な振巾
反射率は大きくできる。
図の凹面鏡１０５を凹面グレーテイング１０９と
したものである。グレーテイングを用いると特に
波長選択性を増加出来るため効果は大である。ま
た非点収差を小さくすることにより実効的な振巾
反射率は大きくできる。
第３〜第５の実施例を第１２〜第１４図に示
す。これは半導体レーザ共振器端面と反射機能を
有する光学素子間にレンズを配置した場合であ
る。
す。これは半導体レーザ共振器端面と反射機能を
有する光学素子間にレンズを配置した場合であ
る。
第３の実施例とした第１２図は、活性層が１０
２なる半導体レーザ１０１の共振器端面１０３か
ら出射するレーザ光１０４はレンズ１１０を通過
し、反射機能を有する光学素子としての平面鏡１
１１で反射され再びレンズ１１０を通過して半導
体レーザ１０１へ反射光１０６が帰還された場合
である。
２なる半導体レーザ１０１の共振器端面１０３か
ら出射するレーザ光１０４はレンズ１１０を通過
し、反射機能を有する光学素子としての平面鏡１
１１で反射され再びレンズ１１０を通過して半導
体レーザ１０１へ反射光１０６が帰還された場合
である。
第４の実施例として示した第１３図は第１２図
の平面鏡１１１を平面グレーテイング１１２とし
たものである。
の平面鏡１１１を平面グレーテイング１１２とし
たものである。
第５の実施例として示した第１４図は第１２図
の平面鏡１１１を２面鏡を含む多面鏡１１３とし
たものである。
の平面鏡１１１を２面鏡を含む多面鏡１１３とし
たものである。
第６及び第７の実施例を第１５図、第１６図に
示す。これらは半導体レーザ共振器端面と反射機
能を有する光学素子間を屈折率n0の媒質で充てん
した場合である。一体化により機構的にも安定化
できる。
示す。これらは半導体レーザ共振器端面と反射機
能を有する光学素子間を屈折率n0の媒質で充てん
した場合である。一体化により機構的にも安定化
できる。
第６の実施例として示した第１５図は、活性層
１０２を有する半導体レーザ１０１の共振器端面
１０３から出射したレーザ光１０４は、媒質１１
４例えばガラスや誘電体ブロツク中を伝搬し、凹
面鏡１０５で反射され反射光１０６が半導体レー
ザ１０１へ帰還される場合である。
１０２を有する半導体レーザ１０１の共振器端面
１０３から出射したレーザ光１０４は、媒質１１
４例えばガラスや誘電体ブロツク中を伝搬し、凹
面鏡１０５で反射され反射光１０６が半導体レー
ザ１０１へ帰還される場合である。
第７の実施例として示した第１６図は、第１５
図の凹面鏡１０５を凹面グレーテイング１０９と
した場合である。
図の凹面鏡１０５を凹面グレーテイング１０９と
した場合である。
第８の実施例を第１７図に示す。これは半導体
レーザ共振器端面と反射機能を有する光学素子間
を屈折率n0なる媒質で充てんし、特に屈折率n0な
る媒質を半導体導波路とし、半導体レーザと反射
機能を有する光学素子及びその間の媒質を１チツ
プとして同一基板上に一体集積化したものであ
る。一体化により、極めて小型に安定な動作を行
なう。
レーザ共振器端面と反射機能を有する光学素子間
を屈折率n0なる媒質で充てんし、特に屈折率n0な
る媒質を半導体導波路とし、半導体レーザと反射
機能を有する光学素子及びその間の媒質を１チツ
プとして同一基板上に一体集積化したものであ
る。一体化により、極めて小型に安定な動作を行
なう。
すなわち半導体レーザ及び半導体導波路は一体
化構造となつており、半導体基板１１５上のレー
ザ部はクラツド層１１６、活性層１０２、クラツ
ド層１１７、バツフア層１１８及び電極１１９，
１２０で構成されており、また半導体導波路部は
同一半導体基板１１５上に形成されたクラツド層
１２２、導波路１２１及びクラツド層１２３で構
成されており、半導体レーザと半導体導波路の結
合部１２４が半導体レーザ共振器端面であり、反
射機能を有する光学素子は半導体導波路１２１の
１２５の面に対応し、１２５の面には反射増加コ
ーテイングを施してもよい。
化構造となつており、半導体基板１１５上のレー
ザ部はクラツド層１１６、活性層１０２、クラツ
ド層１１７、バツフア層１１８及び電極１１９，
１２０で構成されており、また半導体導波路部は
同一半導体基板１１５上に形成されたクラツド層
１２２、導波路１２１及びクラツド層１２３で構
成されており、半導体レーザと半導体導波路の結
合部１２４が半導体レーザ共振器端面であり、反
射機能を有する光学素子は半導体導波路１２１の
１２５の面に対応し、１２５の面には反射増加コ
ーテイングを施してもよい。
第８の実施例以外にも色々に半導体レーザとそ
の外部に半導体導波路を一体化構成したものが考
えられる。また本実施例においては半導体レーザ
のもう一方の共振器端面１２６外に光フアイバ１
２７を設置し、光フアイバ通信用光源とした例を
示してある。
の外部に半導体導波路を一体化構成したものが考
えられる。また本実施例においては半導体レーザ
のもう一方の共振器端面１２６外に光フアイバ１
２７を設置し、光フアイバ通信用光源とした例を
示してある。
光フアイバを結合するのは第８の実施例に限つ
たものではなく他のいかなる構成のものにも適応
しうるものである。また半導体レーザとしても
GaAlAsレーザに限つたものではなく1μｍ帯の
InP系発光素子あるいはそれ以外の波長帯の素子
にも適応しうるものである。
たものではなく他のいかなる構成のものにも適応
しうるものである。また半導体レーザとしても
GaAlAsレーザに限つたものではなく1μｍ帯の
InP系発光素子あるいはそれ以外の波長帯の素子
にも適応しうるものである。
発明の効果
以上のように本発明は半導体レーザに反射機能
を有する光学素子を配置し、半導体レーザチツプ
長、外部共振器長、半導体レーザ共振器端面振巾
反射率、反射機能を有する光学素子の実効的に規
定される振巾反射率を適正値つまりＬ／n1l≧1.5
かつr0≧0.2またr10.565に設定することにより、
半導体レーザをアナログ変調した際に生ずる半導
体レーザの発振周波数シフトを小さくするもので
あり、従来のレーザでは達成しえなかつた効果を
有し、特にアナログ変調した際の特性向上に対し
て有効であり効果は極めて大である。
を有する光学素子を配置し、半導体レーザチツプ
長、外部共振器長、半導体レーザ共振器端面振巾
反射率、反射機能を有する光学素子の実効的に規
定される振巾反射率を適正値つまりＬ／n1l≧1.5
かつr0≧0.2またr10.565に設定することにより、
半導体レーザをアナログ変調した際に生ずる半導
体レーザの発振周波数シフトを小さくするもので
あり、従来のレーザでは達成しえなかつた効果を
有し、特にアナログ変調した際の特性向上に対し
て有効であり効果は極めて大である。
第１図は半導体レーザ単体の単位変調電流当り
の発振周波数シフト量の変調周波数依存性を示す
図、第２図は本発明で定義されるパラメータを説
明する図、第３図は本発明の実験系を示す図、第
４図ａ，ｂは測定される周波数シフト量を説明す
る図、第５図ａ，ｂは発振周波数シフト量が外部
共振器長に依存することを示す図、第６図、第７
図は発振周波数シフト量が帰還光量を規定するr0
及びチツプ長と外部共振器の光学長の比Ｌ／n1l
に依存することを示す図、第８図は発振周波数シ
フトの抑圧度に対するr0及びＬ／n1lの関係を示
す図、第９図は発振周波数シフトの抑圧度がレー
ザ共振器端面振巾反射率r1に依存することを示す
図、第１０図〜第１７図は本発明の具体的な実施
例の部分正面図である。 １０１……半導体レーザ、１０２……半導体レ
ーザ活性層、１０３……半導体レーザ共振器端
面、１０４，１０６……半導体レーザ光、１０５
……凹面鏡、１０７……半導体レーザチツプ光学
長、１０８……外部共振器光学長、１０９……凹
面グレーテイング、１１０……レンズ、１１１…
…平面鏡、１１２……平面グレーテイング、１１
３……多面鏡、１１４……誘電体ブロツク、１１
５……半導体基板、１１６，１１７……半導体レ
ーザのクラツド層、１１８……バツフア層、１１
７，１２０……電極、１２１……半導体導波路、
１２２，１２３……半導体導波路のクラツド層、
１２４……半導体レーザ共振器端面、１２５……
導波路の外部共振器端面、１２６……半導体レー
ザ共振器端面、１２７……光フアイバ。
の発振周波数シフト量の変調周波数依存性を示す
図、第２図は本発明で定義されるパラメータを説
明する図、第３図は本発明の実験系を示す図、第
４図ａ，ｂは測定される周波数シフト量を説明す
る図、第５図ａ，ｂは発振周波数シフト量が外部
共振器長に依存することを示す図、第６図、第７
図は発振周波数シフト量が帰還光量を規定するr0
及びチツプ長と外部共振器の光学長の比Ｌ／n1l
に依存することを示す図、第８図は発振周波数シ
フトの抑圧度に対するr0及びＬ／n1lの関係を示
す図、第９図は発振周波数シフトの抑圧度がレー
ザ共振器端面振巾反射率r1に依存することを示す
図、第１０図〜第１７図は本発明の具体的な実施
例の部分正面図である。 １０１……半導体レーザ、１０２……半導体レ
ーザ活性層、１０３……半導体レーザ共振器端
面、１０４，１０６……半導体レーザ光、１０５
……凹面鏡、１０７……半導体レーザチツプ光学
長、１０８……外部共振器光学長、１０９……凹
面グレーテイング、１１０……レンズ、１１１…
…平面鏡、１１２……平面グレーテイング、１１
３……多面鏡、１１４……誘電体ブロツク、１１
５……半導体基板、１１６，１１７……半導体レ
ーザのクラツド層、１１８……バツフア層、１１
７，１２０……電極、１２１……半導体導波路、
１２２，１２３……半導体導波路のクラツド層、
１２４……半導体レーザ共振器端面、１２５……
導波路の外部共振器端面、１２６……半導体レー
ザ共振器端面、１２７……光フアイバ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 活性層の屈折率がn1、共振器長がｌの化合物
半導体よりなる光学長n1lのレーザ素子の共振器
端面の前記レーザ外部に、前記共振器端面からの
光学長がＬなる位置に前記レーザ素子への帰還光
量を実効的に規定する振巾反射率r0なる反射機能
を有する光学素子を配置し、Ｌ／n1l≧1.5かつr0
≧0.2とし、前記レーザ素子をアナログ変調する
ことを特徴とする光帰還型半導体レーザ装置。 ２ レーザ素子共振器端面振巾反射率r1をr1≦
0.565とすることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の光帰還型半導体レーザ装置。 ３ レーザ素子共振器端面と反射機能を有する光
学素子間を空気層とすることを特徴をする特許請
求の範囲第１項叉は第２項記載の光帰還型半導体
レーザ装置。 ４ レーザ共振器端面と反射機能を有する光学素
子間にレンズを配置することを特徴とする特許請
求の範囲第３項記載の光帰還型半導体レーザ装
置。 ５ レーザ共振器端面と反射機能を有する光学素
子間を屈折率n0なる媒質で充てんすることを特
徴とする特許請求の範囲第１項叉は第２項記載の
光帰還型半導体レーザ装置。 ６ 反射機能を有する光学素子としてミラーを用
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光帰還型半導体レーザ装置。 ７ 反射機能を有する光学素子としてグレーテイ
ングを用いることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の光帰還型半導体レーザ装置。 ８ 反射機能を有する光学素子として多面鏡を用
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光帰還型半導体レーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58218114A JPS60110187A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 光帰還型半導体レ−ザ装置 |
| US06/671,469 US4677630A (en) | 1983-11-18 | 1984-11-14 | Oscillation frequency stabilized semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58218114A JPS60110187A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 光帰還型半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60110187A JPS60110187A (ja) | 1985-06-15 |
| JPH0449793B2 true JPH0449793B2 (ja) | 1992-08-12 |
Family
ID=16714843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58218114A Granted JPS60110187A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 光帰還型半導体レ−ザ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4677630A (ja) |
| JP (1) | JPS60110187A (ja) |
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1983
- 1983-11-18 JP JP58218114A patent/JPS60110187A/ja active Granted
-
1984
- 1984-11-14 US US06/671,469 patent/US4677630A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4677630A (en) | 1987-06-30 |
| JPS60110187A (ja) | 1985-06-15 |
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