JPH05160519A - 超短光パルス発生装置 - Google Patents
超短光パルス発生装置Info
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- JPH05160519A JPH05160519A JP32337791A JP32337791A JPH05160519A JP H05160519 A JPH05160519 A JP H05160519A JP 32337791 A JP32337791 A JP 32337791A JP 32337791 A JP32337791 A JP 32337791A JP H05160519 A JPH05160519 A JP H05160519A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、超短光パルス発生装置に関し、半導
体レーザを用いた超小型の超短光パルス発生装置を提供
することを目的とする。 【構成】n−GaAs基板1上に分布帰還型半導体レー
ザ2が形成されている。n−GaAs基板1上であっ
て、分布帰還型半導体レーザ2の発光面に隣接して、い
わゆる半導体レーザアンプと同様の光増幅機能を有する
ダブルへテロ構造の光導波部4が形成されている。レー
ザ光が入射し透過する光導波部4の両端面には高反射コ
ーティング6が形成されているように構成する。
体レーザを用いた超小型の超短光パルス発生装置を提供
することを目的とする。 【構成】n−GaAs基板1上に分布帰還型半導体レー
ザ2が形成されている。n−GaAs基板1上であっ
て、分布帰還型半導体レーザ2の発光面に隣接して、い
わゆる半導体レーザアンプと同様の光増幅機能を有する
ダブルへテロ構造の光導波部4が形成されている。レー
ザ光が入射し透過する光導波部4の両端面には高反射コ
ーティング6が形成されているように構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザを用いた
超短光パルス発生装置に関する。
超短光パルス発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】超短光パルスを発生させる超短光パルス
発生装置は、高速光通信、高時間分解能の光計測、非線
形光学における研究用光源等として幅広く利用されてい
る。さらに将来的には、光コンピュータの集積化光源と
して利用されることが期待され、小型で低消費電力であ
る半導体レーザを用いた超短光パルス発生装置について
の種々の研究が行われている。
発生装置は、高速光通信、高時間分解能の光計測、非線
形光学における研究用光源等として幅広く利用されてい
る。さらに将来的には、光コンピュータの集積化光源と
して利用されることが期待され、小型で低消費電力であ
る半導体レーザを用いた超短光パルス発生装置について
の種々の研究が行われている。
【0003】現在、最も効果的で幅広く用いられている
超短光パルス発生装置には、モード同期法やQスイッチ
法を用いたものがある。しかし、これらの方法を用いた
超短光パルス発生装置は、半導体レーザ単体のみで超短
光パルスを発生させることはできず、極めて大きな外部
共振器や光変調器を必要とする。従って、半導体レーザ
の利点である装置の小型化を十分発揮できないという問
題がある。
超短光パルス発生装置には、モード同期法やQスイッチ
法を用いたものがある。しかし、これらの方法を用いた
超短光パルス発生装置は、半導体レーザ単体のみで超短
光パルスを発生させることはできず、極めて大きな外部
共振器や光変調器を必要とする。従って、半導体レーザ
の利点である装置の小型化を十分発揮できないという問
題がある。
【0004】近年、ファブリ・ペロ共振器を用いた新し
い超短光パルス発生装置が提案され注目されている。図
3及び図4を用いてこの提案された超短光パルス発生装
置のパルス発生原理を説明する。図3(a)は提案され
た超短光パルス発生装置の構造を示す図である。極めて
高反射率の2枚のミラー42、44によりファブリ・ペ
ロ共振器が構成されている。この2枚のミラー42、4
4間に、ミラー42に入射した入力光I INの位相を変調
させる位相変調器46が設置されている。この位相変調
器46は、正弦波発生器48により発生させた正弦波を
用いてレーザ光を変調するようになっている。これらミ
ラー42、44及び位相変調器46で、レーザ光の光強
度変調をおこなわせる光変調部50を形成している。
い超短光パルス発生装置が提案され注目されている。図
3及び図4を用いてこの提案された超短光パルス発生装
置のパルス発生原理を説明する。図3(a)は提案され
た超短光パルス発生装置の構造を示す図である。極めて
高反射率の2枚のミラー42、44によりファブリ・ペ
ロ共振器が構成されている。この2枚のミラー42、4
4間に、ミラー42に入射した入力光I INの位相を変調
させる位相変調器46が設置されている。この位相変調
器46は、正弦波発生器48により発生させた正弦波を
用いてレーザ光を変調するようになっている。これらミ
ラー42、44及び位相変調器46で、レーザ光の光強
度変調をおこなわせる光変調部50を形成している。
【0005】入力光IINはレーザ40から出射し、光変
調部50のミラー42に入射する。そして、光変調部5
0内で変調され、ミラー44から出力光IOUT として出
射する。図4は、位相変調器46の位相変位に対する、
ミラー42、44で構成されるファブリ・ペロ共振器の
光透過率(IOUT /IIN)を示した図である。ミラー4
2、44は極めて高反射であるので、ファブリ・ペロ共
振器の反射損失等は非常に小さいと仮定すれば、ファブ
リ・ペロ共振器の共振の鋭さを示すフィネスは極めて高
くなる。従って、ファブリ・ペロ共振器の光透過率(I
OUT /IIN)は、位相変調器46による位相変位に対し
て極めて鋭い共振特性を示す。
調部50のミラー42に入射する。そして、光変調部5
0内で変調され、ミラー44から出力光IOUT として出
射する。図4は、位相変調器46の位相変位に対する、
ミラー42、44で構成されるファブリ・ペロ共振器の
光透過率(IOUT /IIN)を示した図である。ミラー4
2、44は極めて高反射であるので、ファブリ・ペロ共
振器の反射損失等は非常に小さいと仮定すれば、ファブ
リ・ペロ共振器の共振の鋭さを示すフィネスは極めて高
くなる。従って、ファブリ・ペロ共振器の光透過率(I
OUT /IIN)は、位相変調器46による位相変位に対し
て極めて鋭い共振特性を示す。
【0006】上述の図3(a)に示した超短光パルス発
生装置により、このファブリ・ペロ共振器にレーザ40
から一定強度のCW(Continuous Wave )入力光I
IN(図3(b))を入射すれば、ファブリ・ペロ共振器
の出力光IOUT は、ちょうど一定強度のCW入力光IIN
から必要な光パルスだけを切り取った形となる(図3
(c))。図3(c)に示したパルスは、図4に示した
ファブリ・ペロ共振器の光透過率の位相変化に対する共
振特性に対応した短パルスとなる。また、出力光IOU T
のパルス幅は、図4に示したファブリ・ペロ共振器の光
透過率の位相に対する共振特性の共振の鋭さ、即ちフィ
ネスに依存する。図4の共振曲線の鋭さは、ファブリ・
ペロ共振器のフィネスを大きく取るほど鋭くなるので、
論理的にはパルス幅を限りなく短くできる。
生装置により、このファブリ・ペロ共振器にレーザ40
から一定強度のCW(Continuous Wave )入力光I
IN(図3(b))を入射すれば、ファブリ・ペロ共振器
の出力光IOUT は、ちょうど一定強度のCW入力光IIN
から必要な光パルスだけを切り取った形となる(図3
(c))。図3(c)に示したパルスは、図4に示した
ファブリ・ペロ共振器の光透過率の位相変化に対する共
振特性に対応した短パルスとなる。また、出力光IOU T
のパルス幅は、図4に示したファブリ・ペロ共振器の光
透過率の位相に対する共振特性の共振の鋭さ、即ちフィ
ネスに依存する。図4の共振曲線の鋭さは、ファブリ・
ペロ共振器のフィネスを大きく取るほど鋭くなるので、
論理的にはパルス幅を限りなく短くできる。
【0007】上述のように、この超短光パルス発生装置
では、CW入力光IINから光パルスを切り取った形であ
るため、出力光IOUT のピークパワーをあまり大きく取
れないという欠点を有するが、原理が簡単であり、基本
構成もCW発振のレーザ40のレーザ光進行方向にファ
ブリ・ペロ共振器を設置するだけの簡単なものであるた
め従来のパルス発生装置にとってかわるものであるとし
て注目されている。
では、CW入力光IINから光パルスを切り取った形であ
るため、出力光IOUT のピークパワーをあまり大きく取
れないという欠点を有するが、原理が簡単であり、基本
構成もCW発振のレーザ40のレーザ光進行方向にファ
ブリ・ペロ共振器を設置するだけの簡単なものであるた
め従来のパルス発生装置にとってかわるものであるとし
て注目されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この提案され
た超短光パルス発生装置に半導体レーザを用いようとす
ると幾つかの問題が生じる。まず第1に、通常、光の位
相変調器46として用いられるLiNbO3 等の非線形
光導波路をファブリ・ペロ共振器の中に設置すると、結
局光変調部50が大型になってしまい、光源に半導体レ
ーザを用いても装置を小型化できないうという問題が生
じる。第2に、ファブリ・ペロ共振器内に、位相変調器
を設置すると、その挿入損失のためにファブリ・ペロ共
振器のフィネスを大きくすることができず、パルス幅の
極めて短いパルスを生成できないという問題が生じる。
た超短光パルス発生装置に半導体レーザを用いようとす
ると幾つかの問題が生じる。まず第1に、通常、光の位
相変調器46として用いられるLiNbO3 等の非線形
光導波路をファブリ・ペロ共振器の中に設置すると、結
局光変調部50が大型になってしまい、光源に半導体レ
ーザを用いても装置を小型化できないうという問題が生
じる。第2に、ファブリ・ペロ共振器内に、位相変調器
を設置すると、その挿入損失のためにファブリ・ペロ共
振器のフィネスを大きくすることができず、パルス幅の
極めて短いパルスを生成できないという問題が生じる。
【0009】本発明の目的は、半導体レーザを用いた超
小型の超短光パルス発生装置を提供することにある。
小型の超短光パルス発生装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的は、単一縦モー
ドで発振する半導体レーザと、前記半導体レーザから出
射されるレーザ光と光結合された光導波部と、前記光導
波部の前記レーザ光の進行方向の両端面に形成された高
反射コーティングとを有する光変調部とを備え、前記光
導波部に電流を流して前記レーザ光を位相変調させ、超
短光パルスを発生させることを特徴とする超短光パルス
発生装置によって達成される。
ドで発振する半導体レーザと、前記半導体レーザから出
射されるレーザ光と光結合された光導波部と、前記光導
波部の前記レーザ光の進行方向の両端面に形成された高
反射コーティングとを有する光変調部とを備え、前記光
導波部に電流を流して前記レーザ光を位相変調させ、超
短光パルスを発生させることを特徴とする超短光パルス
発生装置によって達成される。
【0011】
【作用】本発明によれば、両端面に高反射コーティング
を有する半導体素子である光導波部により光変調を行う
ので、半導体レーザを用いて超小型の超短光パルス発生
装置を実現できる。
を有する半導体素子である光導波部により光変調を行う
ので、半導体レーザを用いて超小型の超短光パルス発生
装置を実現できる。
【0012】
【実施例】本発明の一実施例による超短光パルス発生装
置を図1及び図2を用いて説明する。本実施例の超短光
パルス発生装置は、最近提案された新しい超短光パルス
発生装置のパルス発生原理を用い、半導体レーザ及び超
小型で低消費電力である半導体素子の光変調部で構成さ
れていることに特徴を有している。
置を図1及び図2を用いて説明する。本実施例の超短光
パルス発生装置は、最近提案された新しい超短光パルス
発生装置のパルス発生原理を用い、半導体レーザ及び超
小型で低消費電力である半導体素子の光変調部で構成さ
れていることに特徴を有している。
【0013】図1は本発明の一実施例による超短光パル
ス発生装置の斜視図である。図2は本発明の一実施例に
よる超短光パルス発生装置を説明するための図である。
両図を用いて本発明の一実施例による超短光パルス発生
装置の構造を説明する。n−GaAs基板1上に分布帰
還型半導体レーザ2が形成されている。n−GaAs基
板1上であって、分布帰還型半導体レーザ2の発光面に
隣接して、いわゆる半導体レーザアンプと同様の光増幅
機能を有するダブルへテロ構造の光導波部4が形成され
ている。レーザ光が入射し透過する光導波部4の両端面
には高反射コーティング6が形成されている。
ス発生装置の斜視図である。図2は本発明の一実施例に
よる超短光パルス発生装置を説明するための図である。
両図を用いて本発明の一実施例による超短光パルス発生
装置の構造を説明する。n−GaAs基板1上に分布帰
還型半導体レーザ2が形成されている。n−GaAs基
板1上であって、分布帰還型半導体レーザ2の発光面に
隣接して、いわゆる半導体レーザアンプと同様の光増幅
機能を有するダブルへテロ構造の光導波部4が形成され
ている。レーザ光が入射し透過する光導波部4の両端面
には高反射コーティング6が形成されている。
【0014】分布帰還型半導体レーザ2の構造を図2
(a)を用いて説明する。図2(a)は図1のA−A断
面図である。n−GaAs基板1上に形成されているn
−GaAsバッファ層10上にn−AlGaAsクラッ
ド層12が形成されている。n−AlGaAsクラッド
層12とその上部のp−AlGaAsクラッド層16と
の間に挟まれてGaAs活性層14が形成されている。
p−AlGaAsクラッド層16のGaAs活性層14
の近傍に回折格子18が形成されている。p−AlGa
Asクラッド層16上にはp−GaAsコンタクト層2
0を介して電極22が形成されている。
(a)を用いて説明する。図2(a)は図1のA−A断
面図である。n−GaAs基板1上に形成されているn
−GaAsバッファ層10上にn−AlGaAsクラッ
ド層12が形成されている。n−AlGaAsクラッド
層12とその上部のp−AlGaAsクラッド層16と
の間に挟まれてGaAs活性層14が形成されている。
p−AlGaAsクラッド層16のGaAs活性層14
の近傍に回折格子18が形成されている。p−AlGa
Asクラッド層16上にはp−GaAsコンタクト層2
0を介して電極22が形成されている。
【0015】次に、光導波部4の構造を図2(b)を用
いて説明する。図2(b)は図1のB−B断面図であ
る。n−GaAs基板1上に形成されたn−AlGaA
sバッファ層24上にn−AlGaAsクラッド層26
が形成されている。n−AlGaAsクラッド層26上
に形成されたp−AlGaAsクラッド層30に挟まれ
てAlGaAs増幅部28が形成されている。p−Al
GaAsクラッド層30上に電極32が形成されてい
る。光導波部4の両端には高反射コーティング6が形成
されている。
いて説明する。図2(b)は図1のB−B断面図であ
る。n−GaAs基板1上に形成されたn−AlGaA
sバッファ層24上にn−AlGaAsクラッド層26
が形成されている。n−AlGaAsクラッド層26上
に形成されたp−AlGaAsクラッド層30に挟まれ
てAlGaAs増幅部28が形成されている。p−Al
GaAsクラッド層30上に電極32が形成されてい
る。光導波部4の両端には高反射コーティング6が形成
されている。
【0016】即ち、光導波部4の両端の高反射コーティ
ング6がファブリ・ペロ共振器として機能し、光導波部
4が位相変調器として機能する。次にこの超短光パルス
発生装置の動作を簡単に説明する。まず、分布帰還型半
導体レーザ2の活性層14から出射したレーザ光を光導
波部4の高反射コーティング6を施した面のAlGaA
s増幅部28に入射させる。分布帰還型半導体レーザ2
を光源として用いるのは、CW発振レーザとして発振波
長の安定性に優れているからである。
ング6がファブリ・ペロ共振器として機能し、光導波部
4が位相変調器として機能する。次にこの超短光パルス
発生装置の動作を簡単に説明する。まず、分布帰還型半
導体レーザ2の活性層14から出射したレーザ光を光導
波部4の高反射コーティング6を施した面のAlGaA
s増幅部28に入射させる。分布帰還型半導体レーザ2
を光源として用いるのは、CW発振レーザとして発振波
長の安定性に優れているからである。
【0017】AlGaAs増幅部28に入射したレーザ
光は、光導波部4内で位相変調されて超短光パルスとし
て光導波部4の端面から出射される。光導波部4内での
位相変調は、光導波部4の電極32に流すバイアス電流
を変化させて、注入キャリアを変化させることにより、
AlGaAs増幅部28の屈折率を変化させて行う。バ
イアス電流の変調周波数は、キャリアの緩和時間を1n
sec程度とすれば、1GHz程度までとることができ
る。
光は、光導波部4内で位相変調されて超短光パルスとし
て光導波部4の端面から出射される。光導波部4内での
位相変調は、光導波部4の電極32に流すバイアス電流
を変化させて、注入キャリアを変化させることにより、
AlGaAs増幅部28の屈折率を変化させて行う。バ
イアス電流の変調周波数は、キャリアの緩和時間を1n
sec程度とすれば、1GHz程度までとることができ
る。
【0018】また、超短光パルスを得るためにはファブ
リ・ペロ共振器として機能する高反射コーティング6の
フィネスを向上させる必要があるが、近年の多層膜誘電
体コーティング技術の向上により、極めて高い反射率が
得られる高反射コーティング6を形成することが可能で
ある。さらに、位相変調器として機能する光導波部4
は、いわゆる半導体レーザアンプであるから、ファブリ
・ペロ共振器における反射損失或いは挿入損失を増幅利
得で補うことができるため、ファブリ・ペロ共振器のフ
ィネスを向上させるという点においても適している。
リ・ペロ共振器として機能する高反射コーティング6の
フィネスを向上させる必要があるが、近年の多層膜誘電
体コーティング技術の向上により、極めて高い反射率が
得られる高反射コーティング6を形成することが可能で
ある。さらに、位相変調器として機能する光導波部4
は、いわゆる半導体レーザアンプであるから、ファブリ
・ペロ共振器における反射損失或いは挿入損失を増幅利
得で補うことができるため、ファブリ・ペロ共振器のフ
ィネスを向上させるという点においても適している。
【0019】このように、本実施例によれば、半導体レ
ーザと半導体素子である光導波部を用い、提案された超
短光パルス発生装置のパルス発生原理と全く同様に動作
する超短光パルス発生装置を実現できる。さらに、半導
体素子のみで超短光パルス発生装置を構成することがで
きるので装置を小型化することができる。本発明は、上
記実施例に限らず種々の変形が可能である。
ーザと半導体素子である光導波部を用い、提案された超
短光パルス発生装置のパルス発生原理と全く同様に動作
する超短光パルス発生装置を実現できる。さらに、半導
体素子のみで超短光パルス発生装置を構成することがで
きるので装置を小型化することができる。本発明は、上
記実施例に限らず種々の変形が可能である。
【0020】例えば、上記実施例では半導体レーザ及び
両端を高反射コーティングした光導波部の両者をモノリ
シックに形成したが、それぞれディスクリートな素子で
超短光パルス発生装置を形成してもよい。ディスクリー
ト素子を用いた場合には、モノリシックの場合に比して
装置が大型になるが、劈開面によりファブリ・ペロ共振
器を構成することができるので超短光パルス発生装置の
製作は容易となる。
両端を高反射コーティングした光導波部の両者をモノリ
シックに形成したが、それぞれディスクリートな素子で
超短光パルス発生装置を形成してもよい。ディスクリー
ト素子を用いた場合には、モノリシックの場合に比して
装置が大型になるが、劈開面によりファブリ・ペロ共振
器を構成することができるので超短光パルス発生装置の
製作は容易となる。
【0021】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、半導体レ
ーザを用いた小型の超短光パルス発生装置を実現するこ
とができる。
ーザを用いた小型の超短光パルス発生装置を実現するこ
とができる。
【図1】本発明の一実施例による超短光パルス発生装置
の斜視図である。
の斜視図である。
【図2】本発明の一実施例による超短光パルス発生装置
の説明図である。
の説明図である。
【図3】超短光パルス発生の基本原理図である。
【図4】ファブリ・ペロ共振器の共振曲線を示す図であ
る。
る。
1…n−GaAs基板 2…分布帰還型半導体レーザ 4…光導波部 6…高反射コーティング 10…n−GaAsバッファ層 12…n−AlGaAsクラッド層 14…GaAs活性層 16…p−AlGaAsクラッド層 18…回折格子 20…p−GaAsコンタクト層 22…電極 24…n−AlGaAsバッファ層 26…n−AlGaAsクラッド層 28…AlGaAs増幅部 30…p−AlGaAsクラッド層 32…電極 40…レーザ 42…ミラー 44…ミラー 46…位相変調器 48…正弦波発生器 50…光変調部
Claims (1)
- 【請求項1】 単一縦モードで発振する半導体レーザ
と、 前記半導体レーザから出射されるレーザ光と光結合され
た光導波部と、前記光導波部の前記レーザ光の進行方向
の両端面に形成された高反射コーティングとを有する光
変調部とを備え、前記光導波部に電流を流して前記レー
ザ光を位相変調させ、超短光パルスを発生させることを
特徴とする超短光パルス発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32337791A JPH05160519A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 超短光パルス発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32337791A JPH05160519A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 超短光パルス発生装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05160519A true JPH05160519A (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=18154078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32337791A Withdrawn JPH05160519A (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 超短光パルス発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05160519A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1020967A2 (en) * | 1999-01-14 | 2000-07-19 | Kobe University | A device for and a method of pulsing and amplifying singlemode laser light |
KR100675222B1 (ko) * | 2005-05-11 | 2007-01-29 | 삼성전기주식회사 | 발광 다이오드 소자 |
JP2018032824A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 国立大学法人東北大学 | 光パルス信号生成装置、レーザ加工装置及びバイオイメージング装置 |
JP2020009984A (ja) * | 2018-07-12 | 2020-01-16 | 国立大学法人東北大学 | 光パルス信号生成装置及びバイオイメージング装置 |
-
1991
- 1991-12-06 JP JP32337791A patent/JPH05160519A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1020967A2 (en) * | 1999-01-14 | 2000-07-19 | Kobe University | A device for and a method of pulsing and amplifying singlemode laser light |
EP1020967A3 (en) * | 1999-01-14 | 2001-08-16 | Kobe University | A device for and a method of pulsing and amplifying singlemode laser light |
US6393036B1 (en) | 1999-01-14 | 2002-05-21 | Kobe University | Device for a method of pulsing and amplifying singlemode laser light |
KR100675222B1 (ko) * | 2005-05-11 | 2007-01-29 | 삼성전기주식회사 | 발광 다이오드 소자 |
JP2018032824A (ja) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | 国立大学法人東北大学 | 光パルス信号生成装置、レーザ加工装置及びバイオイメージング装置 |
JP2020009984A (ja) * | 2018-07-12 | 2020-01-16 | 国立大学法人東北大学 | 光パルス信号生成装置及びバイオイメージング装置 |
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Legal Events
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