JPH05206580A - 外部共振器型レーザ装置 - Google Patents

外部共振器型レーザ装置

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JPH05206580A
JPH05206580A JP14247691A JP14247691A JPH05206580A JP H05206580 A JPH05206580 A JP H05206580A JP 14247691 A JP14247691 A JP 14247691A JP 14247691 A JP14247691 A JP 14247691A JP H05206580 A JPH05206580 A JP H05206580A
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JP
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grating
laser device
wavelength
semiconductor laser
optical feedback
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JP14247691A
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Michiyo Nishimura
三千代 西村
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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
    • H01S5/146External cavity lasers using a fiber as external cavity

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  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザへの光帰還量を波長に合わせて
制御することで波長によらず出力パワーを安定化できる
外部共振器型レーザ装置を提供する。 【構成】 外部共振器型レーザ装置は、半導体レーザ
1、結合レンズ2,3、ブレーズドグレーティング4、
回転ステージ5、無反射コーティング6、LDドライバ
7、コントローラ8及び光帰還部の光路中に挿入された
可変NDフィルタ9からなり、コントローラ8がグレー
ティング回転角度及び可変NDフィルタ9を制御するよ
うに構成される。コントローラ8が、回転ステージ5の
回転を調節すると共に可変フィルタ9の回転を制御する
ことで、半導体レーザ1への光帰還量が波長に合わせて
調整されるので、波長によらず一定の出力パワーを得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は外部共振器型レーザ装置
に関し、詳しくは片方の端面に無反射(AR)コーティ
ングが施された半導体レーザを用い、グレーティングに
よって所望の波長で光帰還を行ない波長をチューニング
できる外部共振器型波長可変レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、波長安定化のために用いられる外
部共振器型レーザ装置が知られている。例えば、図5に
示すように、半導体レーザ101と、対物レンズ10
2,103と、ブレーズトグレーティング104とを主
要部として構成された外部共振器型レーザ装置がある。
この外部共振器型レーザ装置では、半導体レーザ101
の片方の端面にはARコーティング106が施され、半
導体レーザ端面にて形成されるファブリペローモードが
抑制されている。
【0003】半導体レーザ101はドライバ107によ
り定電流で駆動され、半導体レーザ101のARコーテ
ィング端面から出射された光波は対物レンズ102によ
ってコリメートされた後、ブレーズトグレーティング1
04にて反射回折されて半導体レーザ101に再結合さ
れる。このレーザ装置は、コントローラ108による制
御の下で、回転ステージ105によってブレーズトグレ
ーティング104への光波の入射角を変えることで、所
望の波長を選択し光帰還を行うことができ、所望の波長
で発振する波長可変光源とすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記外部共
振器型レーザ装置では、半導体レーザ101の端面で形
成されるファブリペローモードの発振を十分に抑制し、
且つ光帰還によって発振閾値に達することができれば、
ブレーズトグレーティング104の回転角度を変えるこ
とで任意の波長にチューニングでき任意の発振波長を設
定することが可能となる。
【0005】しかし、光帰還量は、半導体レーザ101
の端面で形成されるファブリペローモードのために、波
長によって周期的な変動を受ける。そのため、出力パワ
ーが波長によって変動するという問題があった。
【0006】これを克服する為に、APC(自動パワー
制御)回路を採用して出力パワーを一定とする方法や、
半導体レーザの温度を適切に制御する方法が考えられる
が、これらの場合、半導体のバイアス電流や温度を変え
ると出力パワー以外の特性も変化するので光源として用
いるには問題があり、上記方法を採用するのは好ましく
ない。
【0007】そこで、本発明の目的は、上記の課題に鑑
み、半導体レーザへの光帰還量を波長に合わせて制御す
ることで波長によらず出力パワーを一定化できる外部共
振器型レーザ装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は、半導体レーザと、外部設置されたグレーテ
ィング及び結合レンズから構成される共振器とを有する
外部共振器型レーザ装置において、共振器によって半導
体レーザへ光帰還する光の波長を制御する波長制御手段
と、光帰還光の光量を波長によって制御する光帰還量制
御手段とを備えたことを特徴とする外部共振器型レーザ
装置である。
【0009】より具体的には、前記波長制御手段が、前
記グレーティングを回転させるグレーティング回転手段
であったり、前記光帰還量制御手段が、前記結合レンズ
と前記グレーティングとの間に挿入される可変NDフィ
ルタであったり、前記光帰還量制御手段が、前記グレー
ティングの回折効率の変化によって行なわれたり、前記
グレーティングが、ホログラフィック・グレーティング
であったり、前記光帰還量制御手段が、前記グレーティ
ングによる正反射光の光路に配置された反射型波長選択
素子であったり、前記反射型波長選択素子が、ファブリ
ペローエタロンであったり、前記半導体レーザの端面に
無反射コーティングが形成されていたりする。
【0010】
【実施例】以下に、本発明の実施例について図面と共に
説明する。まず、図1は本発明を適用した外部共振器型
レーザ装置の実施例の構成を表す概略図である。図にお
いて、1は半導体レーザ、2,3は結合用レンズ、4は
ブレーズドグレーティング、5は回転ステージ、6は無
反射コーティング、7はLDドライバ、8はコントロー
ラ、9は可変NDフィルタである。
【0011】図示するように、外部共振器型レーザ装置
は、光帰還部の光路中に可変NDフィルタ9を挿入し、
コントローラ8でグレーティング4の回転角度を制御す
ると同時に可変NDフィルタ9を制御するように構成さ
れている。
【0012】ここで、本実施例の各構成要素の具体的な
数値を示す。半導体レーザ1として、830nm付近に
ゲインがある多重量子井戸活性層をもつリッジ型レーザ
を用い、ARコート6としては電子ビーム蒸着法により
Zr02膜6を施した。ARコートによる端面反射率は
〜0.1%以下とした。
【0013】結合レンズ2,3には、顕微鏡対物レンズ
を用い、その結合効率は60%である。グレーティング
4は、800nmをブレーズド波長とするブレーズドグ
レーティングであり、1200line/mmのレベルでグ
レーティング本数をもち、S偏光入射に対して約30%
の回折効率を示した。
【0014】外部グレーティングによる光帰還が行われ
アライメントが調整できた状態での、AR側での実質的
反射率Reff はReff ≒5%であり、レーザ発振の閾値
電流は33mAを得た(無帰還時のレーザ発振閾値電流
は44mAである)。
【0015】次に、この外部共振器型レーザ装置の作用
を説明する。図2(a)に示すように、従来の外部共振
器型レーザ装置では可変NDフィルタが挿入されていな
いために、回転ステージ105の回転により任意の波長
にチューニングできるものの、結合レンズ103を用い
て取り出された出力光パワーが、周期的な変動を示して
いた。この変動は、半導体レーザ101の両端面間で生
じるファブリペローモードに対応しており、また出力パ
ワーの変動深さは半導体レーザ101のバイアス電流量
に依存している。例えば、40mAでは2dBであっ
た。
【0016】従って、可変NDフィルタ9を用いて、出
力パワーが大きい場合、丁度2dBの減衰を行い光帰還
量を調整することで出力パワーを一定にできる。図2
(a)に示すように、出力パワーの変動は波長に対して
ほぼ正弦波状であるから、可変NDフィルタ9はその円
弧上に図2(b)の様な正弦波状の分布を持つ様にすれ
ば、可変NDフィルタ9の回転によって減衰量を調節で
きる。
【0017】図2(c)に示すように、コントローラ8
では、回転ステージ5を制御すると同時に可変NDフィ
ルタ9の回転を制御することで、一定の出力パワーを得
ることができる。帰還光は可変NDフィルタ9を2回通
過するので、最大で2dBの減衰量を実現するために
は、可変NDフィルタ9自体は上記の半分の1dBの減
衰量を与えるものであればよい。
【0018】このように本実施例では、光帰還量の制御
によって出力パワーの変動を抑制するので、本装置を、
波長可変レーザ光源として、他の測定に用いる場合に有
効である。つまり、本実施例では、一旦光学系を設定す
ればコントローラ8に所定の制御を予め記憶させること
ができ、波長掃引中、出力パワーのチェックをいちいち
波長ごとに行う必要がない。したがって、掃引時間を短
くできる。また、温度や電流量を変えることないので、
掃引中の特性変動を引き起こすことがない。
【0019】上記の実施例は、本発明の最も基本的な構
成を示しているが、特性向上を図る為に種々の変形例が
工夫できる。例えば、可変NDフィルタ9の減衰量を円
弧上に正弦波状に分布させることに加えて、円心上に絶
対的な減衰量を分布させておけば、半導体レーザ1のバ
イアス電流値を変え、必要な減衰量が変わっても、可変
NDフィルタ9を横移動させることで、所望の減衰量を
得ることができる。
【0020】又、上記実施例ではS偏光がグレーティン
グ4に入射する構成であったが、P偏光を入射させれ
ば、回折効率の向上が期待でき光帰還量が増加して、更
に低閾値なレーザとすることができる。
【0021】更に、本実施例では、波長可変特性は半導
体レーザ自体の発振特性に依存しており、使用される半
導体レーザに合わせて光帰還部を設計することが重要で
ある。例えば、広い波長範囲に渡って出力パワーが一定
になるためには、半動体レーザ自体が持つゲイン分布が
波長によらず一定であることが望まれる。しかし、通
常、半導体レーザのゲイン分布は波長に対し、ガウス分
布に近い分布をしている場合が多い。従って、ゲイン分
布に合わせて減衰量を適当に変えるような波長フィルタ
等を光帰還部の光路中に挿入すれば、広い波長域で出力
パワーを一定とすることができる。
【0022】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図3は、本発明における第2実施例の外部共振器型
レーザ装置の構成を表す図である。同図において、1〜
3,5〜8は図1と同じ部材を示し、10はホログラフ
ィックグレーティングである。第1実施例の可変NDフ
ィルタに代わって、ホログラフィックグレーティング1
0一つで、第1実施例と同様の効果が期待されるもので
ある。即ち、回折効率が周期的な波長変動を受けるよう
に上記グレーティング10が設計され、そのグレーティ
ング10の回転のみで、自動的に光帰還量が変わるよう
になっている。
【0023】この実施例では、光帰還部の光学系が非常
に簡素化され、装置の小型化が実現できる。
【0024】次に、本発明の第3実施例について説明す
る。図4は、本発明における第3実施例の外部共振器型
レーザ装置の構成を表す図である。同図において、1〜
8は図1と同じ部材であり、11はファブリペローエタ
ロンである。
【0025】本実施例では光帰還量の調整を光減衰では
なく、逆に、反射光による光量の足し合わせで行う構成
となっている。即ち、ファブリペローエタン11はグレ
ーティング4で正反射される光の光路に対して垂直に配
置され、特定の波長の光を選択的に再びグレーティング
4へ戻し、更にグレーティング4での反射により光帰還
光として利用する。グレーティング4による正反射光は
全光量の30%位あり、光帰還光として利用するには十
分である。ファブリペローエタロン11のモード周期
を、半導体レーザ1のファブリペローモードと一致する
ように、そして所望の光帰還量が得られるようにファブ
リペローエタロン11の反射率を設計すれば、第1及び
2実施例と同様に波長掃引時の出力パワーを一定にする
ことができる。
【0026】但し、グレーティング4の回転により反射
光はその回転角の2倍の角度で移動するので、反射光を
常にファブリペローエタロン11に垂直に入射させるに
は、ファブリペローエタロン11用の回転ステージを別
に設け、コントローラ8で制御する必要がある。
【0027】この実施例では、従来例並びに第1及び2
実施例では利用されずに無駄にしていた光を使うことか
ら、光の利用効率が高まり、発振閾値を高くすることな
く第1及び2実施例と同様の効果が得られるという長所
がある。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザへの光帰還量を波長に合わせて制御する光
帰還量制御手段を備えることにより、波長によらず出力
パワーを一定とすることができる。
【0029】それにより、波長可変光源として用いたと
き、掃引中の特性変動が少ないといった効果や、掃引の
ための制御が簡単で掃引時間が短くできるといった効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の外部共振器型レーザ装置の構成を
表す図である。
【図2】外部共振器型レーザ装置の作用を説明するため
の説明図である。
【図3】第2実施例の外部共振器型レーザ装置の構成を
表す図である。
【図4】第3実施例の外部共振器型レーザ装置の構成を
表す図である。
【図5】従来の外部共振器型レーザ装置の図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ 2,3 結合レンズ 4 ブレーズドグレーティング 5 回転ステージ 6 無反射(AR)コーティン
グ膜 7 LDドライバ 8 コントローラ 9 可変NDフィルタ 10 ホログラフィックグレーテ
ィング 11 ファブリペローエタロン

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザと、外部設置されたグレー
    ティング及び結合レンズから構成される共振器とを有す
    る外部共振器型レーザ装置において、前記共振器によっ
    て前記半導体レーザへ光帰還する光の波長を制御する波
    長制御手段と、該光帰還の光量を波長によって制御する
    光帰還量制御手段とを備えたことを特徴とする外部共振
    器型レーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記波長制御手段が、前記グレーティン
    グを回転させるグレーティング回転手段であることを特
    徴とする請求項1記載の外部共振器型レーザ装置。
  3. 【請求項3】 前記光帰還量制御手段が、前記結合レン
    ズと前記グレーティングとの間に挿入される可変NDフ
    ィルタであることを特徴とする請求項2記載の外部共振
    器型レーザ装置。
  4. 【請求項4】 前記光帰還量制御手段が、前記グレーテ
    ィングの回折効率を変化させることで行なわれるを特徴
    とする請求項2記載の外部共振器型レーザ装置。
  5. 【請求項5】 前記グレーティングが、ホログラフィッ
    クグレーティングであることを特徴とする請求項4記載
    の外部共振器型レーザ装置。
  6. 【請求項6】 前記光帰還量制御手段が、前記グレーテ
    ィングによる正反射光の光路に配置された反射型波長選
    択素子であることを特徴とする請求項2記載の外部共振
    器型レーザ装置。
  7. 【請求項7】 前記反射型波長選択素子が、ファブリペ
    ローエタロンであることを特徴とする請求項6記載の外
    部共振器型レーザ装置。
  8. 【請求項8】 前記半導体レーザの端面に無反射コーテ
    ィングが形成されていることを特徴とする請求項1記載
    の外部共振器型レーザ装置。
JP14247691A 1991-05-17 1991-05-17 外部共振器型レーザ装置 Pending JPH05206580A (ja)

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