JPH0451075B2 - - Google Patents

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JPH0451075B2
JPH0451075B2 JP61018697A JP1869786A JPH0451075B2 JP H0451075 B2 JPH0451075 B2 JP H0451075B2 JP 61018697 A JP61018697 A JP 61018697A JP 1869786 A JP1869786 A JP 1869786A JP H0451075 B2 JPH0451075 B2 JP H0451075B2
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JP
Japan
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semiconductor laser
light
laser device
laser element
active layer
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JP61018697A
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JPS62174993A (ja
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Osamu Yamamoto
Shigeki Maei
Nobuyuki Myauchi
Hiroshi Hayashi
Saburo Yamamoto
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Priority to US06/937,969 priority patent/US4817109A/en
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Priority to DE3642445A priority patent/DE3642445C2/de
Publication of JPS62174993A publication Critical patent/JPS62174993A/ja
Publication of JPH0451075B2 publication Critical patent/JPH0451075B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/023Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <技術分野> 本発明は通信、計測、情報処理等種々の分野に
利用される発振波長の安定化された半導体レーザ
装置に関するものである。
<従来技術> 光通信、光計測、光情報処理等の光応用分野に
おける半導体レーザの用途が拡大されるに従つて
発振波長の安定化された半導体レージが必要とさ
れる様になつてきた。通常一般に用いられている
半導体レーザは、温度変化や電流変化によつて発
振波長が連続的あるいは不連続に変化しまた同時
に大きな光出力雑音が発生するため、システムと
して組み込んだ場合に精度や信頼性の面で大きな
障害となる。この様な問題を解決する手段の一つ
として、外部共振器型半導体レーザが開発され
た。従来の外部共振器型半導体レーザの一例を第
4図に示す。半導体レーザ素子1は放熱を良くす
るためにエピタキシヤル成長層を下側にしてマウ
ントベース2に固着されている。マウントベース
2から数μm以内にある活性層10の前方発光端
面より出射されたレーザ光は出射窓5より外部に
放射される。マウントベース2は出射窓5と台6
及び側壁7より構成されている外囲器に固着され
ており、また反射部材3はマウントベース2に固
着され、レーザ素子1の後方出射光の一部が反射
部材3の反射面4で反射されてレーザ素子1に帰
還されている。本図では電流経路となる配線等は
省略している。反射部材は、劈開面上にAu等の
金属や誘電体の多層反射膜を被覆して反射面4を
形成した半導体チツプを用いると簡単に装着する
ことができる。
上記構成において半導体レーザ素子1の後方出
射端面と反射面4との距離dで定まる謂ゆる外部
縦モードλe=2d/(me+〓)が生じる。このた
め、半導体レーザ素子1はその共振器長lで定ま
るレーザ縦モードλ=2nl/mと上記外部縦モー
ドλeの合致(又は近似)する利得分布のピーク近
傍の縦モードでのみ安定に発振するゞとになる。
m,meは整数、は半導体レーザ導波路の実効
屈折率である。実験結果によれば、外部共振器長
d=50μmで第5図に示す様に一定光出力で31℃
の広い温度範囲の間、一つの縦モードで安定に発
振する半導体レーザ装置が実現されシステムの要
求を十分に満す特性を有するものが得られてい
る。しかし、一般に半導体レーザは出力光強度の
安定を図るため後方出射光を発光器により検出
し、前方光出力強度をモニターするモニター構造
を具備しているが、第4図に示す構成で反射部材
3によつて後方出射光が遮られ、これをモニタ手
段として用いることができなくなる。このため新
たに前方出射光の一部を分離して受光器3に導く
方式を導入しなければならなかつた。従つて、光
学部品等を精度良く配置しなければならず、また
前方出射光からモニタ光を分離するため光出力強
度が若干弱くなるという欠点を有していた。
<発明の目的> 本発明は上記現状に鑑み、製造工程が簡単で、
発振波長の安定性に優れたかつレーザ光の強度を
検知する機能が具備された半導体レーザ装置を提
供することを目的とする。
<発明の構成と原理> 本発明は上述の目的を達成するために、外部共
振器型半導体レーザ装置において、半導体レーザ
素子の後方出射端面に対向して配置された反射部
材のさらに後方に受光器を配置し、反射鏡と半導
体レーザ端面間を少なくとも1回以上往復反射し
た後方レーザ出射光が反射鏡の後方で受光器に受
光される構成とするものである。
一般に半導体レーザの出射レーザ光は、出射端
面より謂ゆるガウシアン分布に近い分布をもつて
放射状に拡がつている。即ち、活性層と垂直方向
のレーザビーム拡がりの半値半幅は10゜〜20゜であ
る。以下、この放射角と後方の受光器へ到達する
光量を考える。半導体レーザ素子の後方出射光の
うち、反射部材の反射面に遮られることなく反射
部材の後方へ届く光の放射角θ0は θ0≧tan-1(hM/d) ……(1) である。ここでhMは反射部材の高さのうち半導
体レーザの活性層より上方のレベルにある厚みで
あり、dは外部共振器即ち反射部材の反射面と半
導体レーザ素子の後方出射端面間の距離である。
また、反射面と半導体レーザ素子を1回づつ反射
して反射部材の後方へ届く放射角θ1は tan-1(hM/d)>θ1≧tan-1(hM/d×3)……(2) であり、またこの時、後方に届く光量は半導体レ
ーザ素子の出射光が反射面とレーザ後方端面に反
射されるときに減衰し、光量受光率α1は α1=Rr・RM ……(3) となる。
Rrはレーザ素子後方端面の反射率、RMは反射
部材の反射面の反射率である。この様にして、反
射面とレーザ素子の後方出射端面をm回往復反射
するレーザ光の放射角θmと光量受光率αnは以下
の如くとなる。
θm−1>θm≧tan-1{hM/d(2m+1)} …(4) αn=(Rr・RMm ……(5) (m=0,1,2,3……) 第3図にこの関係を示す。第3図はhM=40μ
m,d=50μm,Rr=0.32,RM=0.9の場合であ
る。図中の破線はレーザ素子の出射光分布におけ
る半値半幅15゜の光量比を示しており、実線はレ
ーザ放射角θと光量受光率αの関係を示す。この
図より明らかな様にθが大きいところでは直接後
方に光が到達する。この例ではθ≧39゜でα=1
であるがレーザの出射光量自体が微弱である。ま
た、θが小さい場合にはレーザ素子の出射光量自
体は大きいが、出射光が後方へ到達するためには
反射部材の反射面とレーザ後方端面間を出射光が
繰り返し多重反射するため、αが微小となる。す
なわちθが大きくても小さくても、後方に届く光
量は少なくなる。従つて、上記例の場合、m=1
の15゜〜39゜,m=2の9゜〜15゜及びm=3の6.5゜〜
9゜
の最小と最大の範囲である6.5゜〜39゜の間で適宜θ
値を決定することが有効である。(4)及び(5)式から
わかる様に、d,Rr,RMが大きい程またhMが小
さい程、後方へ届く光量すなわちモニタ光量を大
きくすることができる。しかしdは発振波長の安
定化のためには、実験的に30〜70μmに制限され
ており、Rrは大きくするとレーザ素子内に帰還
する光量が減小し、外部共振器の効果が薄くなる
ため必要以上に大きくすることはできない。RM
は0.9〜1と大きくする方が良い。一方、レーザ
素子に光を戻して外部共振器を構成するのは共振
器の共振方向の延長上にある反射面の微小部分の
みであり、原理的にhMは小さくできる。
一方、半導体レーザの活性層より上にある厚み
hLの層がhMの2倍以下であると反射面で反射した
レーザ光が半導体レーザ後方端面に当らずに前方
へ出射されることになるのでこの点を考慮する必
要がある。
以上の如くhMを小さくすることにより、反射
面とレーザ端面を少なくとも1回以上反射したレ
ーザ光を受光すれば、波長安定化の機能を損なわ
ずに簡単にモニター光量を得ることができる。
<実施例> 第1図は本発明の1実施例を示す半導体レーザ
装置の構成図である。
半導体レーザ素子1がマウントベース2上に固
有され、半導体レーザ素子1の後方出射光端面9
に対向してマウントベース2上に反射部材3が配
置されている。反射部材3の反射面4は半導体レ
ーザ素子1の後方端面9と若干の距離を隔てて対
面し、この間で外部共振器が形成される。反射部
材3のさらに後方には太陽電池等の受光器8がマ
ウントベース2に固定されて配置されている。ま
たこれらは全て第4図同様に外囲器内に収容保持
され、外囲器の出射窓よりレーザ光が放射され
る。
半導体レーザ素子1に駆動電流を注入してレー
ザ発振させると半導体レーザ素子1の活性層10
より前方と後方にレーザ光が出射される。前方の
レーザ光は使用に供し、後方のレーザ光は反射部
材3の反射面4で反射された後再度レーザ素子の
後方端面9に帰還される。この外部共振器の付設
により前述した如く半導体レーザ素子1は安定な
縦モードでレーザ発振する。また後方端面9へ帰
還された反射光はこの面で再度反射され再度反射
面4へ進行する。後方端面より出射されたレーザ
光は放射角を有する放射光であるため、このよう
に後方端面9と反射面4の間を多重往復反射され
たレーザ光は順次反射面4の上方へ拡がり、反射
部材3を外れて後方の受光器8へモニター光とし
て照射される。この受光器8で光強度が検出され
光強度に対応した電気信号が出力される。従つて
受光器8に照射される光量に対応して出力される
電気信号を検知することによつて半導体レーザ素
子1のレーザ出力光強度をモニターすることがで
き、またこの電気信号を半導体レーザ素子1の駆
動回路へフイードバツクさせて半導体レーザ素子
1の駆動電流を制御することにより、半導体レー
ザ素子1の出力光を常に一定の強度に制御設定す
ることができる。
上記実施例において、活性層10はマウント面
より5μmの高さにある。また後方端面9と反射
面4間の距離に相当する外部共振器長dは50μm
であり、反射部材3の厚みは45μmである。そし
て反射面4の反射率は0.9としている。反射面4
は金属の蒸着膜又はメツキ膜で形成している。一
方、半導体レーザ素子1の後方端面9の反射率は
0.32とする。以上よりhM=40μm,d=50μm,
Rr=0.32,RM=0.9となり、第3図にて説明した
様に受光器8によつて光出力をモニターすること
が可能となる。
第2図は本発明の他の実施例であり活性層10
はレーザ素子の略々中央レベル付近即ちマウント
面から60μmにある。また反射部材3は100μmの
厚さに設定されている。他の構成は第1図と同一
である。この場合も第1図と同様のモニタ光量が
得られた。通常、活性層は放熱を良くするために
第1図の様にマウント面近傍に位置する様に形成
するが本実施例の様にレーザ素子の中央付近に設
定しても、信頼性に問題のないことが判明した。
このようにすることで、反射部材が薄くて製造し
にくいという欠点を補うことができる。
<発明の効果> 以上の如く本発明によれば、簡単に発振波長の
安定化された出力光強度検知機能を有する半導体
レーザ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す半導体レーザ
装置の構成図である。第2図は本発明の他の実施
例を示す半導体レーザ装置の構成図である。第3
図は垂直方向の放射角とレーザの光量比及び光量
受光率を示す説明図である。第4図は従来の半導
体レーザ装置の構成図である。第5図は外部共振
器型半導体レーザ装置の温度−発振波長を示す説
明図である。 1……半導体レーザ素子、2……マウントベー
ス、3……反射部材、4……反射面、8……受光
器、9……レーザ後方端面、10……活性層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体レーザ素子の一方のレーザ光出射端面
    から至近距離に配置された出力レーザ光の一部を
    前記半導体レーザ素子に帰還させる反射面を有す
    る反射部材を備えた外部共振器型半導体レーザ装
    置において、前記反射部材の後方に受光器を配置
    し、前記反射面と前記レーザ光出射端面間の各々
    を少なくとも1回以上反射したレーザ光をモニタ
    ー光として前記受光器により検出することを特徴
    とする半導体レーザ装置。 2 半導体レーザ素子の活性層を含む平面より上
    側にある反射部材の厚みが前記半導体レーザ素子
    と反射面間の距離よりも小さく設定された特許請
    求の範囲第1項記載の半導体レーザ装置。 3 半導体レーザ素子の活性層が前記半導体レー
    ザ素子の厚みの中央レベル付近に位置する特許請
    求の範囲第1項又は第2項記載の半導体レーザ装
    置。 4 半導体レーザ素子の活性層を含む平面より上
    側にある反射部材の厚みが前記半導体レーザ素子
    の活性層より上にある厚みの半分以下である特許
    請求の範囲第1項、第2項又は第3項記載の半導
    体レーザ装置。
JP61018697A 1985-12-10 1986-01-28 半導体レ−ザ装置 Granted JPS62174993A (ja)

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JP61018697A JPS62174993A (ja) 1986-01-28 1986-01-28 半導体レ−ザ装置
US06/937,969 US4817109A (en) 1985-12-10 1986-12-04 External resonator type semiconductor laser apparatus
GB8629386A GB2186112B (en) 1985-12-10 1986-12-09 Semi-conductor laser apparatus
DE3642445A DE3642445C2 (de) 1985-12-10 1986-12-09 Halbleiterlaser mit externem Resonator und einem Fotodetektor

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