JPH054830B2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
-
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- H01S—DEVICES 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
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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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Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は光通信、光応用計測、光情報処理等
種々の分野に利用される発振波長の安定化された
半導体レーザに関するものである。
種々の分野に利用される発振波長の安定化された
半導体レーザに関するものである。
＜従来の技術＞
近年、光通信、光計測、光情報処理等半導体レ
ーザを利用した光応用技術が注目を集めており、
これら技術の実用化に際し、発振波長の安定な半
導体レーザが必要とされる様になつて来た。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を誘
起するため、システムとして組み込んだ場合に精
度や信頼性に重大な障害となる。
ーザを利用した光応用技術が注目を集めており、
これら技術の実用化に際し、発振波長の安定な半
導体レーザが必要とされる様になつて来た。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を誘
起するため、システムとして組み込んだ場合に精
度や信頼性に重大な障害となる。
例えば干渉を利用した光計測では発振波長が変
化すると、干渉縞が変化して全く測定が不可能と
なる。また、ホログラムデイスクを用いたレーザ
ビームプリンタ装置においては光源の波長が変化
すると、記録ビームの偏向角が波長依存性をもつ
ているために光路が変化し、記録点が重なつたり
不自然に広がることとなり記録性能に重大な影響
を及ぼす。
化すると、干渉縞が変化して全く測定が不可能と
なる。また、ホログラムデイスクを用いたレーザ
ビームプリンタ装置においては光源の波長が変化
すると、記録ビームの偏向角が波長依存性をもつ
ているために光路が変化し、記録点が重なつたり
不自然に広がることとなり記録性能に重大な影響
を及ぼす。
この様な問題点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５図に示す。
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５図に示す。
半導体レーザ素子１はマウントベース１１に固
着されており、レーザ共振器９の前方出射端面よ
り出射されたレーザ光は各システムの光源として
供せられる。一方、反射部材１２はマウントベー
ス１１に固着され、半導体レーザ素子の後方出射
光の一部が反射部材の反射面で反射されてレーザ
共振器９に帰還される。反射部材１２は劈開面上
にAu等の金属や、該電体の多層反射膜を被覆し
て反射面１３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。
着されており、レーザ共振器９の前方出射端面よ
り出射されたレーザ光は各システムの光源として
供せられる。一方、反射部材１２はマウントベー
ス１１に固着され、半導体レーザ素子の後方出射
光の一部が反射部材の反射面で反射されてレーザ
共振器９に帰還される。反射部材１２は劈開面上
にAu等の金属や、該電体の多層反射膜を被覆し
て反射面１３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１４と反射面１３との距離ｄで定まる謂
ゆる外部縦モードλe＝2d1（ｍ＋１／２）が生じ
る。このため、レーザの利得分布が変形され、あ
る特定の波長を有する発振縦モードのみが発振す
る。ｍは整数である。
出射端面１４と反射面１３との距離ｄで定まる謂
ゆる外部縦モードλe＝2d1（ｍ＋１／２）が生じ
る。このため、レーザの利得分布が変形され、あ
る特定の波長を有する発振縦モードのみが発振す
る。ｍは整数である。
実験結果によれば外部共振器長ｄ＝50μｍで第
６図ａに示す様に一定出力で31℃の温度範囲の
間、一つの縦モードで安定に発振する半導体レー
ザ装置が実現された。
６図ａに示す様に一定出力で31℃の温度範囲の
間、一つの縦モードで安定に発振する半導体レー
ザ装置が実現された。
さらに安定温度幅を広げるためにはｄを小さく
して外部縦モード間隔を広げることが考えられた
が、第６図ｂに示す様に隣接モードヘモードホツ
ピングし、一つの縦モードで安定に発振させるこ
とは出来なかつた。
して外部縦モード間隔を広げることが考えられた
が、第６図ｂに示す様に隣接モードヘモードホツ
ピングし、一つの縦モードで安定に発振させるこ
とは出来なかつた。
また、外部共振器長ｄの微小な違いにより発振
波長λが第７図に示す様に略発振波長の半分の周
期Ｔで変化する。すなわち外部共振器長ｄの微小
なバラツキにより第６図ｃ，ｄで示す様な温度−
発振波長特性のレーザが出来ることになり、モー
ドジヤンプする温度や発振波長を制御することが
出来なかつた。さらにレーザ素子１の後方端面１
４を高反射率にすると、反射面１３からの反射光
のうち共振器へ帰還する光量が減少し、安定化効
果が小さくなるため、高い光出力を得ることも困
難であつた。
波長λが第７図に示す様に略発振波長の半分の周
期Ｔで変化する。すなわち外部共振器長ｄの微小
なバラツキにより第６図ｃ，ｄで示す様な温度−
発振波長特性のレーザが出来ることになり、モー
ドジヤンプする温度や発振波長を制御することが
出来なかつた。さらにレーザ素子１の後方端面１
４を高反射率にすると、反射面１３からの反射光
のうち共振器へ帰還する光量が減少し、安定化効
果が小さくなるため、高い光出力を得ることも困
難であつた。
＜発明の目的＞
本発明は、この様な問題点を鑑みなされたもの
で、安定化温度幅が広く、モードジヤンプする温
度や発振波長の制御が可能で高い光出力が得られ
る波長安定化レーザを提供することを目的とする
ものである。
で、安定化温度幅が広く、モードジヤンプする温
度や発振波長の制御が可能で高い光出力が得られ
る波長安定化レーザを提供することを目的とする
ものである。
＜問題点を解決するための手段＞
本発明の半導体レーザは、前記目的を達成する
ために外部共振器や空気やN2、真空等ではなく、
屈折率の高い物質をモノリシツクに結合させるこ
とにより、強い帰還光を共振器に戻し、波長安定
化効果の向上と、光出力の向上を図り、外部共振
器となる物質の長さを制御することにより、モー
ドジヤンプ温度や発振波長の制御を可能とするも
のである。より詳しくは、本発明の半導体レーザ
は、半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子か
らの出射光を反射して前記半導体レーザ素子の共
振器に帰還させる外部共振器とを備えてなる外部
共振器型の半導体レーザにおいて、 前記外部共振器は、 前記半導体レーザ素子の共振器端面に屈折率の
異なる複数の高屈折率物質層をモノリシツクに結
合して形成され、前記高屈折率物質層の少なくと
も一層は発振波長の20倍以上の実効的な膜厚を有
することを特徴としている。
ために外部共振器や空気やN2、真空等ではなく、
屈折率の高い物質をモノリシツクに結合させるこ
とにより、強い帰還光を共振器に戻し、波長安定
化効果の向上と、光出力の向上を図り、外部共振
器となる物質の長さを制御することにより、モー
ドジヤンプ温度や発振波長の制御を可能とするも
のである。より詳しくは、本発明の半導体レーザ
は、半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子か
らの出射光を反射して前記半導体レーザ素子の共
振器に帰還させる外部共振器とを備えてなる外部
共振器型の半導体レーザにおいて、 前記外部共振器は、 前記半導体レーザ素子の共振器端面に屈折率の
異なる複数の高屈折率物質層をモノリシツクに結
合して形成され、前記高屈折率物質層の少なくと
も一層は発振波長の20倍以上の実効的な膜厚を有
することを特徴としている。
＜実施例＞
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。
説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す。CaAlAs系
半導体レーザ素子１の後方端面は、Al2O3とα−
Siを交互に積層した高屈折率の５層の誘電体多層
膜２で被覆されており、一方、前方の出射端面は
１／３波長の実効的な膜厚のAl2O3層３で被覆され
ている。この図ではマウントベースや配線等は省
略している。これらの膜は電子ビーム蒸着法やス
パツタ法により簡単にレーザ素子端面にモノリシ
ツクに被覆することが出来る。また膜厚は膜厚モ
ニターや、蒸着時間等で精密に制御することが出
来る。ここで実効的な膜厚とは物質の屈折率を考
慮した膜厚である。
半導体レーザ素子１の後方端面は、Al2O3とα−
Siを交互に積層した高屈折率の５層の誘電体多層
膜２で被覆されており、一方、前方の出射端面は
１／３波長の実効的な膜厚のAl2O3層３で被覆され
ている。この図ではマウントベースや配線等は省
略している。これらの膜は電子ビーム蒸着法やス
パツタ法により簡単にレーザ素子端面にモノリシ
ツクに被覆することが出来る。また膜厚は膜厚モ
ニターや、蒸着時間等で精密に制御することが出
来る。ここで実効的な膜厚とは物質の屈折率を考
慮した膜厚である。
Al2O3、α−Siの屈折率はそれぞれ1.8，3.5で
あるから、従来の外部共振器の空気やN2、真空
の場合に比べ屈折率が高いため活性層から放射す
るレーザ光は広がらず、各層の界面で反射されて
有効に活性層９に帰還する。このため外部共振器
長ｄが従来より短くても効果が生じる。
あるから、従来の外部共振器の空気やN2、真空
の場合に比べ屈折率が高いため活性層から放射す
るレーザ光は広がらず、各層の界面で反射されて
有効に活性層９に帰還する。このため外部共振器
長ｄが従来より短くても効果が生じる。
上記誘電体多層膜２の
第１層４をAl2O3で17.3μｍ（40波長相当）、第
２層５をα−Siで557Å（1/4波長相当）、第３層
６をAl2O3で1083Å（1/4波長相当）、第４層７を
α−Siで557Å（1/4波長相当）、第５層８を
Al2O3で2167Å（1/2波長相当）としたところ、
反射率の波長依存性は計算によると第２図とな
り、各波長に対して共振器９に帰還する光量が異
なり、ゲイン分布近傍の最も反射率の高い波長の
縦モードのみが発振することとなり、第３図に示
す様に60℃の広い温度範囲にわたつて、モードホ
ツプを生じることなく、単一の軸モードで発振を
維持した。これは第１層４が、40波長相当の膜厚
を有しているからである。もつとも、20波長相当
の膜厚であつてもよい。
２層５をα−Siで557Å（1/4波長相当）、第３層
６をAl2O3で1083Å（1/4波長相当）、第４層７を
α−Siで557Å（1/4波長相当）、第５層８を
Al2O3で2167Å（1/2波長相当）としたところ、
反射率の波長依存性は計算によると第２図とな
り、各波長に対して共振器９に帰還する光量が異
なり、ゲイン分布近傍の最も反射率の高い波長の
縦モードのみが発振することとなり、第３図に示
す様に60℃の広い温度範囲にわたつて、モードホ
ツプを生じることなく、単一の軸モードで発振を
維持した。これは第１層４が、40波長相当の膜厚
を有しているからである。もつとも、20波長相当
の膜厚であつてもよい。
上記膜厚が発振波長の20倍以上の場合に、十分
な波長選択効果を奏することができる理由を、以
下に述べる。上記レーザ光の発振波長λと上記膜
厚ｄによつて、波長選択性の周期Δλが決まる。
すなわち、次式によつて、Δλの値が決まる。
な波長選択効果を奏することができる理由を、以
下に述べる。上記レーザ光の発振波長λと上記膜
厚ｄによつて、波長選択性の周期Δλが決まる。
すなわち、次式によつて、Δλの値が決まる。
Δλ＝λ2／2d
上記波長選択性の周期Δλは、第２図に示す発
振波長に対する反射率の谷（極小値）の周期に相
当する。したがつて、この波長選択性の周期Δλ
が小さい程、波長選択効果が大きくなる。そし
て、上記膜厚ｄが上記レーザ光の発振波長λの20
倍未満の場合には、周期Δλが十分に小さくなら
ず、十分な波長選択効果を得ることができない
が、上記膜厚ｄがレーザ光の発振波長λの20倍以
上の場合には、上記波長選択性の周期Δλを十分
に小さくでき、十分な波長選択効果を得ることが
できることを実験的に確認した。
振波長に対する反射率の谷（極小値）の周期に相
当する。したがつて、この波長選択性の周期Δλ
が小さい程、波長選択効果が大きくなる。そし
て、上記膜厚ｄが上記レーザ光の発振波長λの20
倍未満の場合には、周期Δλが十分に小さくなら
ず、十分な波長選択効果を得ることができない
が、上記膜厚ｄがレーザ光の発振波長λの20倍以
上の場合には、上記波長選択性の周期Δλを十分
に小さくでき、十分な波長選択効果を得ることが
できることを実験的に確認した。
また、膜厚が高精度に制御出来るため、所望の
発振波長に制御出来、さらに30ｍＷ以上の光出力
が得られた。
発振波長に制御出来、さらに30ｍＷ以上の光出力
が得られた。
また、前記実施例では前方出射端面を低反射コ
ーテイングしたが、逆に高反射コーテイングすれ
ば、縦モードの安定化特性を維持して、狭いスペ
クトル幅を有するコヒーレンシーの高い半導体レ
ーザが実現できる。
ーテイングしたが、逆に高反射コーテイングすれ
ば、縦モードの安定化特性を維持して、狭いスペ
クトル幅を有するコヒーレンシーの高い半導体レ
ーザが実現できる。
第４図に別の実施例を示す。この例ではレーザ
素子１の前方出射端面を厚い高屈折率のAl2O3層
３にて被覆したもので、後方端面は1/4波長相当
のAl2O3層４，６、1/4波長相当のα−Si層５，
７、1/2波長相当のAl2O3層８により構成した高
屈折率の多層反射膜で被覆している。この場合も
前方出射端面に被覆したAl2O3層３と後方出射端
面に被覆した多層反射膜の効果により、広い温度
範囲に安定な単一縦モードで発振した。
素子１の前方出射端面を厚い高屈折率のAl2O3層
３にて被覆したもので、後方端面は1/4波長相当
のAl2O3層４，６、1/4波長相当のα−Si層５，
７、1/2波長相当のAl2O3層８により構成した高
屈折率の多層反射膜で被覆している。この場合も
前方出射端面に被覆したAl2O3層３と後方出射端
面に被覆した多層反射膜の効果により、広い温度
範囲に安定な単一縦モードで発振した。
＜発明の効果＞
以上の如く、本発明によれば、広い温度範囲に
わたつて波長の変化が小さく、安定化温度域や発
振波長の制御可能で、高出力の得られる半導体レ
ーザを実現することができる。
わたつて波長の変化が小さく、安定化温度域や発
振波長の制御可能で、高出力の得られる半導体レ
ーザを実現することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す半導体レーザ
の構成図、第２図は反射率の波長依存性を示す
図、第３図は本発明によつて得られた温度−発振
波長特性図、第４図は本発明の別の実施例を示す
図、第５図は従来の外部共振器型半導体レーザの
構成図、第６図は従来の外部共振器型半導体レー
ザの温度−発振波長特性図、第７図は外部共振器
長の微小な違いにより選択される発振波長の変化
を示す図である。 １……半導体レーザ素子、２……後端面反射
膜、３……前端面反射膜、４，５，６，７，８…
…被覆膜、９……共振器、１１……マウントベー
ス、１２……反射部材、１３……反射面、１４…
…半導体レーザ後端面。
の構成図、第２図は反射率の波長依存性を示す
図、第３図は本発明によつて得られた温度−発振
波長特性図、第４図は本発明の別の実施例を示す
図、第５図は従来の外部共振器型半導体レーザの
構成図、第６図は従来の外部共振器型半導体レー
ザの温度−発振波長特性図、第７図は外部共振器
長の微小な違いにより選択される発振波長の変化
を示す図である。 １……半導体レーザ素子、２……後端面反射
膜、３……前端面反射膜、４，５，６，７，８…
…被覆膜、９……共振器、１１……マウントベー
ス、１２……反射部材、１３……反射面、１４…
…半導体レーザ後端面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子か
らの出射光を反射して前記半導体レーザ素子の共
振器に帰還させる外部共振器とを備えてなる外部
共振器型の半導体レーザにおいて、 前記外部共振器は、 前記半導体レーザ素子の共振器端面に屈折率の
異なる複数の高屈折率物質層をモノリシツクに結
合して形成され、前記高屈折率物質層の少なくと
も一層は発振波長の20倍以上の実効的な膜厚を有
することを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18379886A JPS6340389A (ja) | 1986-08-04 | 1986-08-04 | 半導体レ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18379886A JPS6340389A (ja) | 1986-08-04 | 1986-08-04 | 半導体レ−ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6340389A JPS6340389A (ja) | 1988-02-20 |
| JPH054830B2 true JPH054830B2 (ja) | 1993-01-20 |
Family
ID=16142096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18379886A Granted JPS6340389A (ja) | 1986-08-04 | 1986-08-04 | 半導体レ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6340389A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02137287A (ja) * | 1988-11-17 | 1990-05-25 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2003204110A (ja) | 2001-11-01 | 2003-07-18 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体レーザ装置およびこれを用いた半導体レーザモジュール |
-
1986
- 1986-08-04 JP JP18379886A patent/JPS6340389A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6340389A (ja) | 1988-02-20 |
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