JPH05218594A - モノリシック集積マスター発振電力増幅器 - Google Patents
モノリシック集積マスター発振電力増幅器Info
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- JPH05218594A JPH05218594A JP4276564A JP27656492A JPH05218594A JP H05218594 A JPH05218594 A JP H05218594A JP 4276564 A JP4276564 A JP 4276564A JP 27656492 A JP27656492 A JP 27656492A JP H05218594 A JPH05218594 A JP H05218594A
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- laser
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- 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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- H01S5/1064—Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying width along the optical axis
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/2054—Methods of obtaining the confinement
- H01S5/2059—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion
- H01S5/2063—Methods of obtaining the confinement by means of particular conductivity zones, e.g. obtained by particle bombardment or diffusion obtained by particle bombardment
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 主発振器から放出されるレーザービームの制
御操作範囲を広げ、比較的高レベルへの増幅能を有す
る、簡単な構造のモノリシック集積主発振電力増幅器を
提供する。 【構成】 レーザービームを、発振し放出するマスター
発振器１２と、これに連通し、レーザービームが出力さ
れる前に自由に拡張できる領域を有する増幅器１６と、
レーザービームがマスター発振器１２から増幅器１６に
伝送できるように選択的に制御する制御部１４と、から
成り、前記マスター発振器１２と前記制御部１４は、各
々独立してポンピング電流を供給する電流源３２、３６
に連通している。
御操作範囲を広げ、比較的高レベルへの増幅能を有す
る、簡単な構造のモノリシック集積主発振電力増幅器を
提供する。 【構成】 レーザービームを、発振し放出するマスター
発振器１２と、これに連通し、レーザービームが出力さ
れる前に自由に拡張できる領域を有する増幅器１６と、
レーザービームがマスター発振器１２から増幅器１６に
伝送できるように選択的に制御する制御部１４と、から
成り、前記マスター発振器１２と前記制御部１４は、各
々独立してポンピング電流を供給する電流源３２、３６
に連通している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、概して高電力半導体ダ
イオードレーザー構成に関し、特に、制御部又は前置増
幅部によって、光学電力増幅器とモノリシックに集積さ
れたダイオードレーザー発振器に関する。
イオードレーザー構成に関し、特に、制御部又は前置増
幅部によって、光学電力増幅器とモノリシックに集積さ
れたダイオードレーザー発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】フェイズドアレイ（整相列）レーザーの
モード選別不良もなく個々の１Ｗの電気出力を分配でき
るモノリシック主（マスター）発振電力増幅器（ＭＯＰ
Ａ）が以下の特許において開示されている： 米国特許第４，７４４，０８９号 特許権所有者：モントロール（Montroll）ら 発行日：１９８８年５月１０日 米国特許第５，００３，５５０号 特許権所有者：ウェルチ（Welch)ら 発行日：１９９１年３月２６日
モード選別不良もなく個々の１Ｗの電気出力を分配でき
るモノリシック主（マスター）発振電力増幅器（ＭＯＰ
Ａ）が以下の特許において開示されている： 米国特許第４，７４４，０８９号 特許権所有者：モントロール（Montroll）ら 発行日：１９８８年５月１０日 米国特許第５，００３，５５０号 特許権所有者：ウェルチ（Welch)ら 発行日：１９９１年３月２６日
【０００３】米国特許第４，７４４，０８９号はレーザ
ーダイオード又は発振器を有するＭＯＰＡを開示してお
り、レーザーダイオードは分布帰還型となる周期的な回
折格子を備えている。末広状活性領域を有する電力増幅
器がレーザーの次に位置し、増幅器出力面は反射防止面
にされている。レーザー発振器と増幅器は個別の電気接
点を有しているので、各々独自の電流源で駆動が可能で
ある。
ーダイオード又は発振器を有するＭＯＰＡを開示してお
り、レーザーダイオードは分布帰還型となる周期的な回
折格子を備えている。末広状活性領域を有する電力増幅
器がレーザーの次に位置し、増幅器出力面は反射防止面
にされている。レーザー発振器と増幅器は個別の電気接
点を有しているので、各々独自の電流源で駆動が可能で
ある。
【０００４】米国特許第５，０３３，５５０号が開示す
るＭＯＰＡは、分布ブラッグ反射型の単一モードダイオ
ードレーザーと、このレーザーに直列に並ぶ増幅器と、
側方位相制御器と、離調第二次回折格子表面出力結合器
とから成り、これら全ては共通の基板上に配置されてい
る。この側方位相制御器は、増幅器の位相変化を補償
し、出力ビームの側方ステアリングを行うように、光路
長を調整するための個々にアドレス可能な電極のアレイ
である。
るＭＯＰＡは、分布ブラッグ反射型の単一モードダイオ
ードレーザーと、このレーザーに直列に並ぶ増幅器と、
側方位相制御器と、離調第二次回折格子表面出力結合器
とから成り、これら全ては共通の基板上に配置されてい
る。この側方位相制御器は、増幅器の位相変化を補償
し、出力ビームの側方ステアリングを行うように、光路
長を調整するための個々にアドレス可能な電極のアレイ
である。
【０００５】モントロールらによって開示されたＭＯＰ
Ａは、レーザービームを希望出力レベルにまで増幅可能
であるが、そのレーザービームを制御する適切な手段は
開示していない。特に、米国特許第４，７４４，０８９
号は、レーザービームの制御の一手段を意図しているの
みである。即ち、この特許では、主発振器中の電流を選
択的にポンピングすることにより、レーザービーム源を
選択的に変調している。しかしながら、この種の選択的
な電流ポンピングは、変調過程中に、レーザーの波長が
不適切にシフトする「チャーピング」を引き起こすおそ
れがある。ウェルチらにより開示されたＭＯＰＡが、増
幅器部における不均一性及び非直線性の調整に十分適し
ているとしても、発振器から出るレーザービームを制御
する手段の開示にはことごとく失敗している。従って、
ウェルチらのＭＯＰＡによりレーザービームが制御され
得る度合いは、厳しく制限されている。モントロールら
により開示されたＭＯＰＡのような単純な構成であり、
かつ、レーザービームに対して広範囲な適切な制御動作
を果たすように使用される部分を有するＭＯＰＡを供給
することが望ましい。本発明は、上記課題を解決するこ
とを目的とする。
Ａは、レーザービームを希望出力レベルにまで増幅可能
であるが、そのレーザービームを制御する適切な手段は
開示していない。特に、米国特許第４，７４４，０８９
号は、レーザービームの制御の一手段を意図しているの
みである。即ち、この特許では、主発振器中の電流を選
択的にポンピングすることにより、レーザービーム源を
選択的に変調している。しかしながら、この種の選択的
な電流ポンピングは、変調過程中に、レーザーの波長が
不適切にシフトする「チャーピング」を引き起こすおそ
れがある。ウェルチらにより開示されたＭＯＰＡが、増
幅器部における不均一性及び非直線性の調整に十分適し
ているとしても、発振器から出るレーザービームを制御
する手段の開示にはことごとく失敗している。従って、
ウェルチらのＭＯＰＡによりレーザービームが制御され
得る度合いは、厳しく制限されている。モントロールら
により開示されたＭＯＰＡのような単純な構成であり、
かつ、レーザービームに対して広範囲な適切な制御動作
を果たすように使用される部分を有するＭＯＰＡを供給
することが望ましい。本発明は、上記課題を解決するこ
とを目的とする。
【０００６】以下は、本発明の様々な態様の考察に関係
する参考資料である： 米国特許第４，７４７，６５０号 特許権所有者：サクダ（Sakuda) 発行日：１９８８年５月３１日 米国特許第４，８５６，０１７号 特許権所有者：アンガー (Ungar) 発行日：１９８９年８月８日 米国特許第４，９７７，５６７号 特許権所有者：ハンケ (Hanke) 発行日：１９９０年１２月１１日 米国特許第５，０１９，７８７号 特許権所有者：カールソン (Carlson)ら 発行日：１９９１年５月２８日 「高電力ＴＷ−ＳＬＡのための新構造 (A New Structur
e for High-PowerTW-SLA) 」ベンデリ (Bendelli) ら
著、 ＩＥＥＥ Photonics Technology Letters, 3(1),42-44 発行：１９９１年１月 「集積量子ウェル同調可能レーザー及び光増幅器を備え
た波長分割多重化光源(Wavelength Division Multiplex
ing Light Source with Integrated QuantumWell Tunab
le Lasers and Optical Amplifiers) 」コーレン (Kore
n)ら 著、 ＡＴ＆Ｔ社ベル研究所 発行許可：１９８９年３月１３日 「モードフィルターの負荷により横モード制御された広
域単一ストライプレーザー (Taransverse Mode Control
led Wide-Single-Stripe Lasers by LoadingModal Filt
ers)」イケダ (Ikeda)ら 著、 ＳＰＩＥ,1043, Laser Diode Technology and Appplica
tions (1989) 81-86
する参考資料である： 米国特許第４，７４７，６５０号 特許権所有者：サクダ（Sakuda) 発行日：１９８８年５月３１日 米国特許第４，８５６，０１７号 特許権所有者：アンガー (Ungar) 発行日：１９８９年８月８日 米国特許第４，９７７，５６７号 特許権所有者：ハンケ (Hanke) 発行日：１９９０年１２月１１日 米国特許第５，０１９，７８７号 特許権所有者：カールソン (Carlson)ら 発行日：１９９１年５月２８日 「高電力ＴＷ−ＳＬＡのための新構造 (A New Structur
e for High-PowerTW-SLA) 」ベンデリ (Bendelli) ら
著、 ＩＥＥＥ Photonics Technology Letters, 3(1),42-44 発行：１９９１年１月 「集積量子ウェル同調可能レーザー及び光増幅器を備え
た波長分割多重化光源(Wavelength Division Multiplex
ing Light Source with Integrated QuantumWell Tunab
le Lasers and Optical Amplifiers) 」コーレン (Kore
n)ら 著、 ＡＴ＆Ｔ社ベル研究所 発行許可：１９８９年３月１３日 「モードフィルターの負荷により横モード制御された広
域単一ストライプレーザー (Taransverse Mode Control
led Wide-Single-Stripe Lasers by LoadingModal Filt
ers)」イケダ (Ikeda)ら 著、 ＳＰＩＥ,1043, Laser Diode Technology and Appplica
tions (1989) 81-86
【０００７】上記参考文献の要約は以下の通りである：
米国特許第４，７４７，６５０号は、同一半導体チップ
上に組み立てられた３つの半導体導波管から構成される
半導体光増幅器を開示している。第１導波管が光学信号
を送信し、第３導波管は、第１導波管との光結合を形成
し光増幅器として作動する。
米国特許第４，７４７，６５０号は、同一半導体チップ
上に組み立てられた３つの半導体導波管から構成される
半導体光増幅器を開示している。第１導波管が光学信号
を送信し、第３導波管は、第１導波管との光結合を形成
し光増幅器として作動する。
【０００８】米国特許第４，８５６，０１７号は、一端
に幅広い出力面を、他端に比較的狭い面を備え、延長さ
れた活性利得媒体層を有する半導体レーザーを開示して
いる。利得層に周波数依存性フィードバックを起こさせ
る手段が、これらの面の間に設置されている。この層は
放射の放出を誘導するためにポンピングされ、このポン
ピングされた領域は、狭い方の面に隣接し広い方の出力
面へ向かって末広がりの平行端を備えている。
に幅広い出力面を、他端に比較的狭い面を備え、延長さ
れた活性利得媒体層を有する半導体レーザーを開示して
いる。利得層に周波数依存性フィードバックを起こさせ
る手段が、これらの面の間に設置されている。この層は
放射の放出を誘導するためにポンピングされ、このポン
ピングされた領域は、狭い方の面に隣接し広い方の出力
面へ向かって末広がりの平行端を備えている。
【０００９】米国特許第４，９７７，５６７号は、側方
基本モードにおける高出力電力用の半導体レーザー装置
を開示している。この装置は、導波管を含むレーザー領
域、結合領域及び強化領域とによって構成され、このレ
ーザー、結合及び強化領域は共通の基板上に集積されて
いる。装置へ電流をポンピングする為に、基板、レーザ
ー領域及び強化領域に、電気接点が各々結合されてい
る。
基本モードにおける高出力電力用の半導体レーザー装置
を開示している。この装置は、導波管を含むレーザー領
域、結合領域及び強化領域とによって構成され、このレ
ーザー、結合及び強化領域は共通の基板上に集積されて
いる。装置へ電流をポンピングする為に、基板、レーザ
ー領域及び強化領域に、電気接点が各々結合されてい
る。
【００１０】米国特許第５，０１９，７８７号が開示す
る光増幅器は、光ビームを受光し、本体の光路に沿うよ
うにビームを向ける手段と、を有する半導体物質の本体
を含んでいる。本体を通るビーム光路に沿って利得部が
設けられ、この利得部はビームを増幅できる。本体はま
た、利得部からの増幅されたビームを受光する手段と、
本体から出る増幅ビームを方向づける手段と、を含んで
いる。
る光増幅器は、光ビームを受光し、本体の光路に沿うよ
うにビームを向ける手段と、を有する半導体物質の本体
を含んでいる。本体を通るビーム光路に沿って利得部が
設けられ、この利得部はビームを増幅できる。本体はま
た、利得部からの増幅されたビームを受光する手段と、
本体から出る増幅ビームを方向づける手段と、を含んで
いる。
【００１１】論文「高電力ＴＷ−ＳＬＡのための新構
造」は、飽和出力及び量子効率を高める進行波半導体レ
ーザー増幅器（ＴＷ−ＳＬＡ）用の指数関数的テーパ状
の活性層を含む構造を開示している。
造」は、飽和出力及び量子効率を高める進行波半導体レ
ーザー増幅器（ＴＷ−ＳＬＡ）用の指数関数的テーパ状
の活性層を含む構造を開示している。
【００１２】論文「集積量子ウェル同調可能レーザー及
び光増幅器を備えた波長分割多重化光源」は、受動光出
力電力複合器及び光出力増幅器を備えた３つの１．５μ
ｍ波長多重量子ウェル同調可能レーザーで構成される光
量子集積回路を開示している。
び光増幅器を備えた波長分割多重化光源」は、受動光出
力電力複合器及び光出力増幅器を備えた３つの１．５μ
ｍ波長多重量子ウェル同調可能レーザーで構成される光
量子集積回路を開示している。
【００１３】論文「モードフィルターの負荷により横モ
ード制御された広域単一ストライプレーザー」は、幅の
広いストライプを有する高電力ダイオードレーザー用の
２種のモードフィルターを開示している。
ード制御された広域単一ストライプレーザー」は、幅の
広いストライプを有する高電力ダイオードレーザー用の
２種のモードフィルターを開示している。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明によるモ
ノリシック集積マスター発振電力増幅器は、レーザービ
ームを、発振（生成）し放出する手段（発振・放出手
段）と、レーザービームを増幅する手段と、によって構
成されている。増幅手段は、この発振・放出手段と連通
しており、増幅手段は、レーザービームが増幅手段から
出力される前に自由に拡張できる領域を備えている。レ
ーザービームが発振・放出手段から増幅手段に伝送され
る時に、発振・放出手段及び増幅手段は、レーザービー
ムを選択的に制御する手段によって互いに連結されてい
る。発振・放出手段及び制御手段は、発振・放出手段及
び制御手段の各々に独立してポンピング電流を供給する
手段と連通している。
ノリシック集積マスター発振電力増幅器は、レーザービ
ームを、発振（生成）し放出する手段（発振・放出手
段）と、レーザービームを増幅する手段と、によって構
成されている。増幅手段は、この発振・放出手段と連通
しており、増幅手段は、レーザービームが増幅手段から
出力される前に自由に拡張できる領域を備えている。レ
ーザービームが発振・放出手段から増幅手段に伝送され
る時に、発振・放出手段及び増幅手段は、レーザービー
ムを選択的に制御する手段によって互いに連結されてい
る。発振・放出手段及び制御手段は、発振・放出手段及
び制御手段の各々に独立してポンピング電流を供給する
手段と連通している。
【００１５】本発明の開示された実施例の１つの態様に
おいては、発振・放出手段及び制御手段が各々の領域に
より構成され、更に、モノリシック集積主発振電力増幅
器は、発振・放出手段と、制御手段の各領域を電気的に
絶縁する手段と、を含んでいる。
おいては、発振・放出手段及び制御手段が各々の領域に
より構成され、更に、モノリシック集積主発振電力増幅
器は、発振・放出手段と、制御手段の各領域を電気的に
絶縁する手段と、を含んでいる。
【００１６】本発明の開示された実施例のその他の態様
において、制御手段は、発振・放出手段から放出された
レーザービームを変調する手段、又は、既定のしきい値
レベルより下の強度を有する光を選択的に吸収する手段
を含んでいる。更に、増幅手段の領域は、直線的又は指
数関数的に増幅方向へ幅を広くすることができる。
において、制御手段は、発振・放出手段から放出された
レーザービームを変調する手段、又は、既定のしきい値
レベルより下の強度を有する光を選択的に吸収する手段
を含んでいる。更に、増幅手段の領域は、直線的又は指
数関数的に増幅方向へ幅を広くすることができる。
【００１７】
【実施例】図１は、好適な実施例による主発振電力増幅
器（ＭＯＰＡ）１０を示している。このＭＯＰＡ１０は
３つの部分、即ち、マスター発振器又はレーザー発振
（生成）部１２、前置増幅器又は制御部１４、及び増幅
器部１６から構成される。面１８及び２０は、ＭＯＰＡ
１０のエッヂに沿って画定され、面２０上に反射防止コ
ーティング２２を使用するといった従来の方法で反射防
止にすることができる。電流は、導電部２４、２６及び
２８にて、各々１２、１４及び１６の各部に伝導され
る。ストライプ２４は、線３４によって発振器電流源３
２に結合されている。ストライプ２６は、ストライプ２
４と同じ幅であることが望ましく、線３８によって前置
増幅器電流源３６に結合されている。ストライプ２８
は、その幅をストライプ２４及び２６と比較して拡大さ
れ、線４２によって増幅器電流源４０に結合されてい
る。
器（ＭＯＰＡ）１０を示している。このＭＯＰＡ１０は
３つの部分、即ち、マスター発振器又はレーザー発振
（生成）部１２、前置増幅器又は制御部１４、及び増幅
器部１６から構成される。面１８及び２０は、ＭＯＰＡ
１０のエッヂに沿って画定され、面２０上に反射防止コ
ーティング２２を使用するといった従来の方法で反射防
止にすることができる。電流は、導電部２４、２６及び
２８にて、各々１２、１４及び１６の各部に伝導され
る。ストライプ２４は、線３４によって発振器電流源３
２に結合されている。ストライプ２６は、ストライプ２
４と同じ幅であることが望ましく、線３８によって前置
増幅器電流源３６に結合されている。ストライプ２８
は、その幅をストライプ２４及び２６と比較して拡大さ
れ、線４２によって増幅器電流源４０に結合されてい
る。
【００１８】ストライプ２４、絶縁物質５４及びストラ
イプ２６の中で、領域の内部より外部の屈折率が大きい
単一モード導波路により側方閉じ込め効果が達せられ
る。更に、導電領域と光導波路はストライプ２４、２６
にてオーバーラップしている。側方閉じ込め効果は、リ
ッジ又はストリップ負荷導波路のような周知の構造又は
不純物による不規則化（disordering)といった方法によ
って達せられ得る。
イプ２６の中で、領域の内部より外部の屈折率が大きい
単一モード導波路により側方閉じ込め効果が達せられ
る。更に、導電領域と光導波路はストライプ２４、２６
にてオーバーラップしている。側方閉じ込め効果は、リ
ッジ又はストリップ負荷導波路のような周知の構造又は
不純物による不規則化（disordering)といった方法によ
って達せられ得る。
【００１９】図２では、ＭＯＰＡ１０は基板４４を含
み、電流源３２、３６及び４０は、各々線４６、４８及
び５０により、この基板に結合されている。絶縁物質５
４は、ストライプ２４をストライプ２６から分離し、同
様に、ストライプ２６をストライプ２８から分離してい
る。１例として、この絶縁物質５４は、周知の陽子注入
によって形成される。または、この絶縁は、エッチング
又はＳｉＯ2 のような誘電材料を使用して行うこともで
きる。ストライプ２４、２６及び２８間の絶縁により電
流が各同ストライプに独立してポンピングされ、各スト
ライプ２４、２６及び２８が個々にバイアス化され得
る。
み、電流源３２、３６及び４０は、各々線４６、４８及
び５０により、この基板に結合されている。絶縁物質５
４は、ストライプ２４をストライプ２６から分離し、同
様に、ストライプ２６をストライプ２８から分離してい
る。１例として、この絶縁物質５４は、周知の陽子注入
によって形成される。または、この絶縁は、エッチング
又はＳｉＯ2 のような誘電材料を使用して行うこともで
きる。ストライプ２４、２６及び２８間の絶縁により電
流が各同ストライプに独立してポンピングされ、各スト
ライプ２４、２６及び２８が個々にバイアス化され得
る。
【００２０】更に図２に関して、基板４４は、ＭＯＰＡ
の基板として機能し、一般にＧａＡｓ又は周期表第III
族列及び第Ｖ族からの他の好適な半導体化合物により構
成される。基板４４の上には、ｎ形ドーパントがドープ
された下方クラッド層５６及びｎ形ドーパントがドープ
された光閉じ込め層５８がある。この光閉じ込め層５８
とｐ形ドーパントがドープされた光閉じ込め層６２との
間に、活性層６０が配置されている。
の基板として機能し、一般にＧａＡｓ又は周期表第III
族列及び第Ｖ族からの他の好適な半導体化合物により構
成される。基板４４の上には、ｎ形ドーパントがドープ
された下方クラッド層５６及びｎ形ドーパントがドープ
された光閉じ込め層５８がある。この光閉じ込め層５８
とｐ形ドーパントがドープされた光閉じ込め層６２との
間に、活性層６０が配置されている。
【００２１】光閉じ込め層６２の上には、ｐ形ドーパン
トがドープされた上方クラッド層６４がある。光導波路
６６は、層５６、５８、６０、６２及び６４に、即ち、
光閉じ込め層５８、６２間の接合部に対し垂直な平面に
形成される。層５６、５８、６０、６２及び６４は、通
常、ＡｌＧａＡｓによって構成され、米国特許第４，７
４４，０８９号（特許権所有者：モントロールら）又は
米国特許第５，０１９，７８７号（特許権所有者：カー
ルソンら）に説明されているように、その組成はモル分
率又はエネルギーバンドギャップを調整することにより
変化させることができる。その関連部分は、本文書に参
考文献に関連して組み込まれている。
トがドープされた上方クラッド層６４がある。光導波路
６６は、層５６、５８、６０、６２及び６４に、即ち、
光閉じ込め層５８、６２間の接合部に対し垂直な平面に
形成される。層５６、５８、６０、６２及び６４は、通
常、ＡｌＧａＡｓによって構成され、米国特許第４，７
４４，０８９号（特許権所有者：モントロールら）又は
米国特許第５，０１９，７８７号（特許権所有者：カー
ルソンら）に説明されているように、その組成はモル分
率又はエネルギーバンドギャップを調整することにより
変化させることができる。その関連部分は、本文書に参
考文献に関連して組み込まれている。
【００２２】図２に示された実施例では、マスター発振
器部１２は、レーザービームを発振するために用いられ
る第１回折格子パターン６８を有する分布帰還型（ＤＦ
Ｂ）半導体レーザーダイオードを以て実施される。少な
くとも導電性ストライプ２４の幅であり、実質的にスト
ライプ２４の長さである第１回折格子パターン６８が、
活性層６０に沿って配置されている。ＤＦＢ半導体レー
ザーダイオードの構造と動作に関する更なる詳細は、米
国特許第４，７４４，０８９号にて論じられている。レ
ーザーの発振可能な種々の周知のマスター発振装置が、
ＤＦＢ半導体レーザーダイオードの代わりに使用できる
ことは、当業者には理解されるであろう。１例として、
マスター発振器部１２はエッチングされた鏡を用いて実
施できる。更に他の例として、マスター発振器部１２
は、米国特許第５，００３，５５０号（特許権所有者：
ウェルチら）に示される分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）
半導体レーザーダイオードの１種を含むことができる。
この関連部分は、本文書に組み込まれている。更に他の
例として、マスター発振器部１２は、米国特許第５，０
１９，７８７号に示される量子ウェル層を適合させるこ
とによって実施できる。この特許における関連部分は本
文書に組み込まれている。
器部１２は、レーザービームを発振するために用いられ
る第１回折格子パターン６８を有する分布帰還型（ＤＦ
Ｂ）半導体レーザーダイオードを以て実施される。少な
くとも導電性ストライプ２４の幅であり、実質的にスト
ライプ２４の長さである第１回折格子パターン６８が、
活性層６０に沿って配置されている。ＤＦＢ半導体レー
ザーダイオードの構造と動作に関する更なる詳細は、米
国特許第４，７４４，０８９号にて論じられている。レ
ーザーの発振可能な種々の周知のマスター発振装置が、
ＤＦＢ半導体レーザーダイオードの代わりに使用できる
ことは、当業者には理解されるであろう。１例として、
マスター発振器部１２はエッチングされた鏡を用いて実
施できる。更に他の例として、マスター発振器部１２
は、米国特許第５，００３，５５０号（特許権所有者：
ウェルチら）に示される分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）
半導体レーザーダイオードの１種を含むことができる。
この関連部分は、本文書に組み込まれている。更に他の
例として、マスター発振器部１２は、米国特許第５，０
１９，７８７号に示される量子ウェル層を適合させるこ
とによって実施できる。この特許における関連部分は本
文書に組み込まれている。
【００２３】制御部１４の構造は、レーザー部１２と同
等な構造を有する。制御部１４の種々の機能について
は、以下で詳細に説明する。
等な構造を有する。制御部１４の種々の機能について
は、以下で詳細に説明する。
【００２４】図１に示された実施例では、増幅器部１６
はテーパ状幅部を含み、このテーパ部は幅Ｗを有し、弧
θによって限定される。１例として、テーパ部の大きさ
は、米国特許第４，７４４，０８９号（特許権所有者：
モントロールら）でのＭＯＰＡと同様な出力を得るよう
に形成される。即ち、テーパ部の幅は、制御部１４の出
力部から面２０まで直線的に増加する。図３では、ＭＯ
ＰＡ１０の他の実施例が符号１０ａで示されている。Ｍ
ＯＰＡ１０ａが、導電性接点９２を含む増幅器部１６ａ
を有す点を除けば、ＭＯＰＡ１０ａとＭＯＰＡ１０の構
造は一致している。接点９２の幅は、制御部１４の出力
部から面２０まで指数関数的に変化する。本発明が基礎
としている概念を変更することなく、接点２８及び９２
として表示されるものに代わって様々な形体のものが使
用可能である点は、当業者には理解されるであろう。増
幅器部１６及び１６ａにおける幅変化の重要性について
は、以下で詳述する。
はテーパ状幅部を含み、このテーパ部は幅Ｗを有し、弧
θによって限定される。１例として、テーパ部の大きさ
は、米国特許第４，７４４，０８９号（特許権所有者：
モントロールら）でのＭＯＰＡと同様な出力を得るよう
に形成される。即ち、テーパ部の幅は、制御部１４の出
力部から面２０まで直線的に増加する。図３では、ＭＯ
ＰＡ１０の他の実施例が符号１０ａで示されている。Ｍ
ＯＰＡ１０ａが、導電性接点９２を含む増幅器部１６ａ
を有す点を除けば、ＭＯＰＡ１０ａとＭＯＰＡ１０の構
造は一致している。接点９２の幅は、制御部１４の出力
部から面２０まで指数関数的に変化する。本発明が基礎
としている概念を変更することなく、接点２８及び９２
として表示されるものに代わって様々な形体のものが使
用可能である点は、当業者には理解されるであろう。増
幅器部１６及び１６ａにおける幅変化の重要性について
は、以下で詳述する。
【００２５】動作上の好適な形体では、マスター発振器
部１２を使用した周知の方法でレーザービームが発振さ
れ、乱れのない光モードが制御部１４に送り込まれる。
所定のしきい値レベルより上の光のみを増幅器部１６に
伝達することを保証するため、制御部１４は、前置増幅
器電流源３６で適正電流をポンピングする「飽和可能な
非線形吸収装置」として機能できる。所定のしきい値よ
り下の光の伝達を阻止することは、バックグラウンドノ
イズを最小にさせる。バックグラウンドノイズが最小に
なれば、ＭＯＰＡ１０の光コントラストは最大となる。
部１２を使用した周知の方法でレーザービームが発振さ
れ、乱れのない光モードが制御部１４に送り込まれる。
所定のしきい値レベルより上の光のみを増幅器部１６に
伝達することを保証するため、制御部１４は、前置増幅
器電流源３６で適正電流をポンピングする「飽和可能な
非線形吸収装置」として機能できる。所定のしきい値よ
り下の光の伝達を阻止することは、バックグラウンドノ
イズを最小にさせる。バックグラウンドノイズが最小に
なれば、ＭＯＰＡ１０の光コントラストは最大となる。
【００２６】制御部１４は、この他に少なくとも３つの
点で、レーザー部から送られるモードに作用することが
できる。第１に、制御部１４は、モードをチャーピング
することなく、出て行くモードの振幅及び周波数変調器
として機能する。例えば、振幅変調は、前置増幅器電流
源３６を経て、制御部１４を電流で選択的にポンピング
することによって達せられ、その結果、予め選定された
パルスのみが制御部１４を出る。第２に、制御部１４
は、レーザー部１２を出るレーザービームの可変利得装
置として作動することができる。例えば、制御部１４の
電流は、マスター発振器部１２から出力されたビームの
電力をブーストするため使用できる。
点で、レーザー部から送られるモードに作用することが
できる。第１に、制御部１４は、モードをチャーピング
することなく、出て行くモードの振幅及び周波数変調器
として機能する。例えば、振幅変調は、前置増幅器電流
源３６を経て、制御部１４を電流で選択的にポンピング
することによって達せられ、その結果、予め選定された
パルスのみが制御部１４を出る。第２に、制御部１４
は、レーザー部１２を出るレーザービームの可変利得装
置として作動することができる。例えば、制御部１４の
電流は、マスター発振器部１２から出力されたビームの
電力をブーストするため使用できる。
【００２７】最後に、制御部１４は、位相制御器として
使用することができる。電流依存性屈折率又はシュタル
ク効果制限量子のような周知の現象に伴う屈折率の変動
により、増幅器部１６に入るビーム位相は、マスター発
振器部１２を出るビーム位相に関連してシフトさせるこ
とができる。当業者には理解されるように、導波路６６
内の位相をシフトさせる能力によって、このＭＯＰＡ１
０は、特に通信への適用において有用である。
使用することができる。電流依存性屈折率又はシュタル
ク効果制限量子のような周知の現象に伴う屈折率の変動
により、増幅器部１６に入るビーム位相は、マスター発
振器部１２を出るビーム位相に関連してシフトさせるこ
とができる。当業者には理解されるように、導波路６６
内の位相をシフトさせる能力によって、このＭＯＰＡ１
０は、特に通信への適用において有用である。
【００２８】制御部１４を出る制御モードは、増幅され
ながら、増幅器部１６内で自由に拡張することができ
る。増幅器部１６中の制御モードの増幅は、少なくとも
３つの目的を達成する。第１に、利得飽和を超過する前
に比較的高レベルに到達するよう、増幅器部１６の利得
領域内に出力が広がることが可能となる。第２に、面２
０に比較的大きいものを使用した場合、面２０での出力
密度が損傷しきい値より下に保持されながら、高レベル
の電力が得られる。最後に、面２０からのどんな反射も
部分１２及び１４への逆の結合が比較的非効果的である
ので、このＭＯＰＡの自己発振しきい値は比較的高く保
たれる。更に、上記説明の面２０上への反射防止コーテ
ィングは、更に、自己発振しきい値を増加させる傾向が
ある。
ながら、増幅器部１６内で自由に拡張することができ
る。増幅器部１６中の制御モードの増幅は、少なくとも
３つの目的を達成する。第１に、利得飽和を超過する前
に比較的高レベルに到達するよう、増幅器部１６の利得
領域内に出力が広がることが可能となる。第２に、面２
０に比較的大きいものを使用した場合、面２０での出力
密度が損傷しきい値より下に保持されながら、高レベル
の電力が得られる。最後に、面２０からのどんな反射も
部分１２及び１４への逆の結合が比較的非効果的である
ので、このＭＯＰＡの自己発振しきい値は比較的高く保
たれる。更に、上記説明の面２０上への反射防止コーテ
ィングは、更に、自己発振しきい値を増加させる傾向が
ある。
【００２９】図１及び図３に関連して、テーパ増幅器部
１６及び１６ａの幅については、以下で詳細に説明す
る。ＭＯＰＡ１０（図１）は、一般に飽和増幅器と呼ば
れる増幅器への使用が特に好ましく、一方、ＭＯＰＡ１
０ａ（図３）は、一般に不飽和増幅器と呼ばれる増幅器
への使用に特に適している。飽和増幅器は距離に伴って
電力を直線的に増加させることができ、一方で、不飽和
増幅器は指数関数的に増加させることができる。ＭＯＰ
Ａ１０とＭＯＰＡ１０ａは何れも出力増幅器として使用
が可能であるが、ＭＯＰＡ１０ａは、殊にアナログ輝度
制御用に、特に適している。
１６及び１６ａの幅については、以下で詳細に説明す
る。ＭＯＰＡ１０（図１）は、一般に飽和増幅器と呼ば
れる増幅器への使用が特に好ましく、一方、ＭＯＰＡ１
０ａ（図３）は、一般に不飽和増幅器と呼ばれる増幅器
への使用に特に適している。飽和増幅器は距離に伴って
電力を直線的に増加させることができ、一方で、不飽和
増幅器は指数関数的に増加させることができる。ＭＯＰ
Ａ１０とＭＯＰＡ１０ａは何れも出力増幅器として使用
が可能であるが、ＭＯＰＡ１０ａは、殊にアナログ輝度
制御用に、特に適している。
【００３０】
【発明の効果】本発明は、上記構成としたので、当業者
には本発明の様々な特徴が理解されるであろう。第１
に、このＭＯＰＡはマスター発信器から放出されるレー
ザービームに対する広範囲な制御を提供する。１例を挙
げると、制御部を使用することにより、「チャーピン
グ」の問題無く、レーザービームを変調することができ
る。他の例では、主発信器から放出される迷光の吸収が
可能であり、その結果、光学的コントラストが最大とな
る。第２に、増幅領域のテーパ形状を変更することによ
り、このＭＯＰＡは飽和又は不飽和増幅器として互換可
能に使用することができる。最後に、このＭＯＰＡは、
比較的高レベルの電力へのレーザービーム増幅能を有す
る。簡単で更に効果的なＭＯＰＡの設計により、電力密
度が損傷しきい値以下に保持されると同時に比較的高レ
ベルの電力を得ることができ、しかも自己発振しきい値
は比較的高く維持される。
には本発明の様々な特徴が理解されるであろう。第１
に、このＭＯＰＡはマスター発信器から放出されるレー
ザービームに対する広範囲な制御を提供する。１例を挙
げると、制御部を使用することにより、「チャーピン
グ」の問題無く、レーザービームを変調することができ
る。他の例では、主発信器から放出される迷光の吸収が
可能であり、その結果、光学的コントラストが最大とな
る。第２に、増幅領域のテーパ形状を変更することによ
り、このＭＯＰＡは飽和又は不飽和増幅器として互換可
能に使用することができる。最後に、このＭＯＰＡは、
比較的高レベルの電力へのレーザービーム増幅能を有す
る。簡単で更に効果的なＭＯＰＡの設計により、電力密
度が損傷しきい値以下に保持されると同時に比較的高レ
ベルの電力を得ることができ、しかも自己発振しきい値
は比較的高く維持される。
【図１】本発明の好適な実施例を具体化したモノリシッ
ク集積マスター発振電力増幅器（ＭＯＰＡ）の平面図で
ある。
ク集積マスター発振電力増幅器（ＭＯＰＡ）の平面図で
ある。
【図２】図１のＭＯＰＡの面２−２における断面図であ
る。
る。
【図３】本発明のＭＯＰＡにおける他の好適な実施例の
平面図である。
平面図である。
１０ モノリシック集積マスター発振電力増幅器（Ｍ
ＯＰＡ） １２ マスター発振器又はレーザー発振部 １４ 前置増幅器又は制御部 １６ 増幅器 ２２ 反射防止コーティング ２４ 導電性接点 ２６ 導電性接点 ２８ 導電性接点 ３２ 発振器電流源 ３６ 前置増幅器電流源 ４０ 増幅器電流源 ４４ 基板 ５４ 絶縁物質 ５６ ｎ形−クラッド層 ５８ ｎ形−光閉じ込め層 ６０ 活性層 ６２ ｐ形−光閉じ込め層 ６４ ｐ形−クラッド層 ６６ 光導波路 ６８ 第一回折格子 ９２ 導電性接点
ＯＰＡ） １２ マスター発振器又はレーザー発振部 １４ 前置増幅器又は制御部 １６ 増幅器 ２２ 反射防止コーティング ２４ 導電性接点 ２６ 導電性接点 ２８ 導電性接点 ３２ 発振器電流源 ３６ 前置増幅器電流源 ４０ 増幅器電流源 ４４ 基板 ５４ 絶縁物質 ５６ ｎ形−クラッド層 ５８ ｎ形−光閉じ込め層 ６０ 活性層 ６２ ｐ形−光閉じ込め層 ６４ ｐ形−クラッド層 ６６ 光導波路 ６８ 第一回折格子 ９２ 導電性接点
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザービームを、発振し放出する手段
と、 該発振し放出する手段に通じ、レーザービームを増幅す
る手段であって、レーザービームが増幅手段から出力さ
れる前に自由に拡張できる領域を有する増幅手段と、 該発振し放出する手段及び該増幅手段に通じ、かつ、レ
ーザービームが該発振し放出する手段から該増幅手段へ
伝達されるようにレーザービームを選択的に制御する手
段と、 該発振し放出する手段及び該制御手段に通じ、かつ、各
所に別個にポンピング電流を供給する手段と、 によって構成されるモノリシック集積マスター発振電力
増幅器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US768786 | 1991-09-30 | ||
| US07/768,786 US5175643A (en) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | Monolithic integrated master oscillator power amplifier |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05218594A true JPH05218594A (ja) | 1993-08-27 |
| JP3304140B2 JP3304140B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=25083480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27656492A Expired - Lifetime JP3304140B2 (ja) | 1991-09-30 | 1992-09-21 | モノリシック集積マスター発振電力増幅器及びこれを用いたレーザビームの増幅方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5175643A (ja) |
| JP (1) | JP3304140B2 (ja) |
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| WO2011062181A1 (ja) * | 2009-11-17 | 2011-05-26 | 古河電気工業株式会社 | 半導体光増幅素子 |
| JPWO2021059449A1 (ja) * | 2019-09-26 | 2021-04-01 | ||
| WO2022124197A1 (ja) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | 株式会社堀場製作所 | 半導体レーザ素子、半導体レーザ装置、半導体レーザ装置の製造方法及びガス分析装置 |
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| US5384797A (en) * | 1992-09-21 | 1995-01-24 | Sdl, Inc. | Monolithic multi-wavelength laser diode array |
| US5793521A (en) * | 1992-09-21 | 1998-08-11 | Sdl Inc. | Differentially patterned pumped optical semiconductor gain media |
| US5539571A (en) * | 1992-09-21 | 1996-07-23 | Sdl, Inc. | Differentially pumped optical amplifer and mopa device |
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| US5499261A (en) * | 1993-01-07 | 1996-03-12 | Sdl, Inc. | Light emitting optical device with on-chip external cavity reflector |
| US5321718A (en) * | 1993-01-28 | 1994-06-14 | Sdl, Inc. | Frequency converted laser diode and lens system therefor |
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