JPH06164072A - ２周波発光装置、及びそれを用いた計測装置及びピッグテール光デバイス - Google Patents
２周波発光装置、及びそれを用いた計測装置及びピッグテール光デバイスInfo
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- JPH06164072A JPH06164072A JP4330999A JP33099992A JPH06164072A JP H06164072 A JPH06164072 A JP H06164072A JP 4330999 A JP4330999 A JP 4330999A JP 33099992 A JP33099992 A JP 33099992A JP H06164072 A JPH06164072 A JP H06164072A
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
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- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】小型化可能な２周波発光装置及びそれに関連し
た装置である 【構成】光源部１と、光源部１からの光を導く光伝搬路
２と、光伝搬路２に設けられた伝搬光のモードを変換す
る為のモード変換部３と伝搬光の周波数をシフトさせる
為の光周波数シフタ部４とを有する。偏光状態が異なり
周波数の僅かにずれた２つの直線偏光が出射される。
た装置である 【構成】光源部１と、光源部１からの光を導く光伝搬路
２と、光伝搬路２に設けられた伝搬光のモードを変換す
る為のモード変換部３と伝搬光の周波数をシフトさせる
為の光周波数シフタ部４とを有する。偏光状態が異なり
周波数の僅かにずれた２つの直線偏光が出射される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光の干渉による長さや
表面形状の計測法のうち、光ヘテロダイン干渉法などの
光源として利用できる２周波発光装置ないし半導体レー
ザ、それを用いた計測装置、及びチャンネル光導波路の
入力あるいは出力端面を斜めに形成することによって結
合光波の整形を行い、光ファイバとの結合を最適化した
ピッグテール光デバイスに関する。
表面形状の計測法のうち、光ヘテロダイン干渉法などの
光源として利用できる２周波発光装置ないし半導体レー
ザ、それを用いた計測装置、及びチャンネル光導波路の
入力あるいは出力端面を斜めに形成することによって結
合光波の整形を行い、光ファイバとの結合を最適化した
ピッグテール光デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光ヘテロダイン干渉法の光源の１
つとしては、内部鏡型Ｈｅ−Ｎｅレーザで、横方向に磁
場を加えることにより、周波数が異なる直交した直線偏
光の出力が得られる横ゼーマンレーザが用いられてい
た。もう一つには、光源部の小型化のために、図１２に
示すような光学系を組み直交２周波レーザを得ていた。
図１２において、光源１０１から出射した光はλ／４板
１０２で円偏光にされ、偏光ビームスプリッタ１０３に
入射する。偏光ビームスプリッタ１０３に入射した光の
うち、Ｐ偏光成分の光は透過し、音響変調器１０５に入
射して周波数シフトされ、ミラー１０７で偏向され、偏
光ビームスプリッタ１０８に入射し、それを透過する。
つとしては、内部鏡型Ｈｅ−Ｎｅレーザで、横方向に磁
場を加えることにより、周波数が異なる直交した直線偏
光の出力が得られる横ゼーマンレーザが用いられてい
た。もう一つには、光源部の小型化のために、図１２に
示すような光学系を組み直交２周波レーザを得ていた。
図１２において、光源１０１から出射した光はλ／４板
１０２で円偏光にされ、偏光ビームスプリッタ１０３に
入射する。偏光ビームスプリッタ１０３に入射した光の
うち、Ｐ偏光成分の光は透過し、音響変調器１０５に入
射して周波数シフトされ、ミラー１０７で偏向され、偏
光ビームスプリッタ１０８に入射し、それを透過する。
【０００３】他方、偏光ビームスプリッタ１０３で反射
したＳ偏光成分の光は、音響変調器１０４で、Ｐ偏光成
分の光とは僅かに異なる周波数へシフトされる。この
後、ミラー１０６で偏向され、偏光ビームスプリッタ１
０８に入射、そこで反射される。
したＳ偏光成分の光は、音響変調器１０４で、Ｐ偏光成
分の光とは僅かに異なる周波数へシフトされる。この
後、ミラー１０６で偏向され、偏光ビームスプリッタ１
０８に入射、そこで反射される。
【０００４】このようにして、わずかに周波数の異なる
直交した直線の偏光の光を得ることができる。
直交した直線の偏光の光を得ることができる。
【０００５】また、従来、光ファイバと光デバイスを結
合する場合、図１３に示す様に光ファイバ先端をレンズ
状に加工したいわゆる先球ファイバが用いられていた。
同図において、１３０は半導体レーザ、１３１は先球光
ファイバである。半導体レーザ１３０から出射した光波
は先球ファイバ部分のレンズ効果によって収束され、光
ファイバ１３１内の導波モードを励起してそのモードで
伝搬することになる。
合する場合、図１３に示す様に光ファイバ先端をレンズ
状に加工したいわゆる先球ファイバが用いられていた。
同図において、１３０は半導体レーザ、１３１は先球光
ファイバである。半導体レーザ１３０から出射した光波
は先球ファイバ部分のレンズ効果によって収束され、光
ファイバ１３１内の導波モードを励起してそのモードで
伝搬することになる。
【０００６】図１４は、レンズ１３２を用いて半導体レ
ーザ１３０からの光を収束させて、光ファイバ１３３に
結合させる別の従来例を示す。収束用のレンズとして、
途中で開口数（ＮＡ）を変換するために２段のレンズを
用いて結合する構成も可能であり、より高い結合効率が
期待できる。
ーザ１３０からの光を収束させて、光ファイバ１３３に
結合させる別の従来例を示す。収束用のレンズとして、
途中で開口数（ＮＡ）を変換するために２段のレンズを
用いて結合する構成も可能であり、より高い結合効率が
期待できる。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記に示した２つの２周波発光装置の従来例では、横ゼー
マンレーザの場合、光源が大きく計測装置などの小型化
が不可能であった。他方、周波数シフターとし音響光学
変調器を用いる方法では、光ヘテロダイン法で干渉計測
を行うには、目標の精度に対応して、レーザ１０１や音
響光学変調器１０４，１０５の調整に手間がかかり困難
であった。また、光学系が、機械的、熱的に振動するこ
とにより計測誤差を生ずるという欠点があった。
記に示した２つの２周波発光装置の従来例では、横ゼー
マンレーザの場合、光源が大きく計測装置などの小型化
が不可能であった。他方、周波数シフターとし音響光学
変調器を用いる方法では、光ヘテロダイン法で干渉計測
を行うには、目標の精度に対応して、レーザ１０１や音
響光学変調器１０４，１０５の調整に手間がかかり困難
であった。また、光学系が、機械的、熱的に振動するこ
とにより計測誤差を生ずるという欠点があった。
【０００８】また、光ファイバと光デバイスを結合する
上記従来例においては、半導体レーザの出射光の縦およ
び横の界分布が異なるために、先球光ファイバとの結合
が最適化されないという問題点を有していた。すなわ
ち、半導体レーザは、通常、チャンネル導波路が形成さ
れ、基板に垂直な方向はエピの層構成で光の閉じ込めが
決定されるのに対し、基板面に沿う方向はリッジ形成あ
るいは埋め込み構造などの微細加工によってその横方向
閉じ込めが行なわれている。その為、通常の半導体レー
ザでは、縦・横の界分布が異なることになる。作製方法
の工夫でこの両界分布の比（アスペクト比）が１かそれ
より小さいレーザも開発されているが、作製が困難であ
ったり、耐久性に難があるなどの問題点を残している。
上記従来例においては、半導体レーザの出射光の縦およ
び横の界分布が異なるために、先球光ファイバとの結合
が最適化されないという問題点を有していた。すなわ
ち、半導体レーザは、通常、チャンネル導波路が形成さ
れ、基板に垂直な方向はエピの層構成で光の閉じ込めが
決定されるのに対し、基板面に沿う方向はリッジ形成あ
るいは埋め込み構造などの微細加工によってその横方向
閉じ込めが行なわれている。その為、通常の半導体レー
ザでは、縦・横の界分布が異なることになる。作製方法
の工夫でこの両界分布の比（アスペクト比）が１かそれ
より小さいレーザも開発されているが、作製が困難であ
ったり、耐久性に難があるなどの問題点を残している。
【０００９】一方、結合すべき先球光ファイバは、作製
上、軸対称の先球部が形成されているのが通常であるの
で、その界分布は縦・横の界分布幅が等しくなってい
る。このように、半導体レーザの界分布と光ファイバの
界分布は本質的に異なるため、両者の結合効率の最適化
が困難であるという問題点を有していた。
上、軸対称の先球部が形成されているのが通常であるの
で、その界分布は縦・横の界分布幅が等しくなってい
る。このように、半導体レーザの界分布と光ファイバの
界分布は本質的に異なるため、両者の結合効率の最適化
が困難であるという問題点を有していた。
【００１０】更に、斜め端面を、ＡＲ（反射防止膜の反
射率）の低減と特定の偏光モードの選択するような効果
を狙ったものとして、斜め角度（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ角）
に設定して動作させたものが報告されている（Ｊ．Ｔ．
Ｋ．Ｃｈａｎｇ ａｎｄ Ｊ．Ｉ．Ｖｕｋｕｓｉｃ
“Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ−ｗａｖｅ Ｂｒｅｗｓｔｅｒ−
ａｎｇｌｅｄ ｓｔｒｉｐｅ ＩｎＧａＡｓＰ ｌａｓ
ｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ａｔ １．３μｍ” Ｊ．
Ｍｏｄｅｒｎ Ｏｐｔｉｃｓ３５，３，ｐｐ．３５５
−３６４（１９８８）参照）。しかし、この論文の中に
はレーザ光のアスペクト比の最適化を図ったという記述
は特に見られない。
射率）の低減と特定の偏光モードの選択するような効果
を狙ったものとして、斜め角度（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ角）
に設定して動作させたものが報告されている（Ｊ．Ｔ．
Ｋ．Ｃｈａｎｇ ａｎｄ Ｊ．Ｉ．Ｖｕｋｕｓｉｃ
“Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ−ｗａｖｅ Ｂｒｅｗｓｔｅｒ−
ａｎｇｌｅｄ ｓｔｒｉｐｅ ＩｎＧａＡｓＰ ｌａｓ
ｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ａｔ １．３μｍ” Ｊ．
Ｍｏｄｅｒｎ Ｏｐｔｉｃｓ３５，３，ｐｐ．３５５
−３６４（１９８８）参照）。しかし、この論文の中に
はレーザ光のアスペクト比の最適化を図ったという記述
は特に見られない。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の２周波発光装置
によれば、半導体基板上などに、レーザ部などの光源部
と光導波路などの光伝搬手段と導波形などのモード変換
部と導波形などの光周波数シフタ部を設けることによ
り、該光源部から出射した光は、該光伝搬手段を伝搬
し、該光周波数シフタ部および該モード変換部を介する
ことにより、わずかに周波数の異なる例えば直交する直
線偏光の光として同一或は異なる出射口から出射するよ
うにしたものである。
によれば、半導体基板上などに、レーザ部などの光源部
と光導波路などの光伝搬手段と導波形などのモード変換
部と導波形などの光周波数シフタ部を設けることによ
り、該光源部から出射した光は、該光伝搬手段を伝搬
し、該光周波数シフタ部および該モード変換部を介する
ことにより、わずかに周波数の異なる例えば直交する直
線偏光の光として同一或は異なる出射口から出射するよ
うにしたものである。
【００１２】また、本発明のピッグテール光デバイスに
よれば、半導体レーザの出射光の界分布の縦横の拡がり
を等しくするために、半導体レーザ端面を斜めに設けて
出力光を出射させることにより、アスペクト比の改善を
図り、光ファイバとの結合効率の向上を行うものであ
る。
よれば、半導体レーザの出射光の界分布の縦横の拡がり
を等しくするために、半導体レーザ端面を斜めに設けて
出力光を出射させることにより、アスペクト比の改善を
図り、光ファイバとの結合効率の向上を行うものであ
る。
【００１３】
【実施例】図１は本発明の２周波発光装置の第１の実施
例を示し、同図に於いて、１はレーザ部、２はＹ分岐導
波路、３はＹ分岐導波路２の一方の分岐路に設けられた
導波形モード変換部、４ａ，４ｂはＹ分岐導波路２の他
方の分岐路に設けられた導波型周波数シフター部４を構
成する電極、５は無反射（ＡＲ）コーティングでありレ
ーザ出射口である。レーザ部１は、例えば、単一モード
発振を得ることのできるＤＦＢレーザで構成すればよ
い。また、レーザ部１としてＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ構
造のレーザを用いる場合は、その端面１ａ，１ｂを共振
面にするため、端面１ｂの部分にエッチングにより層方
向にスリットを形成する必要がある。
例を示し、同図に於いて、１はレーザ部、２はＹ分岐導
波路、３はＹ分岐導波路２の一方の分岐路に設けられた
導波形モード変換部、４ａ，４ｂはＹ分岐導波路２の他
方の分岐路に設けられた導波型周波数シフター部４を構
成する電極、５は無反射（ＡＲ）コーティングでありレ
ーザ出射口である。レーザ部１は、例えば、単一モード
発振を得ることのできるＤＦＢレーザで構成すればよ
い。また、レーザ部１としてＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ構
造のレーザを用いる場合は、その端面１ａ，１ｂを共振
面にするため、端面１ｂの部分にエッチングにより層方
向にスリットを形成する必要がある。
【００１４】次に、導波路部２の断面構成例を図２に示
す。その構造は、（ａ）に示す埋込み形でも、（ｂ）の
ようなリッジ形でもよい。埋込み形は、選択的熱拡散、
イオン注入、あるいは電子ビーム照射により、基板表面
近くに高屈折率の導波層を形成する。リッジ形は、前も
って基板表面に蒸着、スパッタ、あるいはエピタキシャ
ル成長によって二次元導波路を作っておき、不要部分を
エッチングにより除去する。
す。その構造は、（ａ）に示す埋込み形でも、（ｂ）の
ようなリッジ形でもよい。埋込み形は、選択的熱拡散、
イオン注入、あるいは電子ビーム照射により、基板表面
近くに高屈折率の導波層を形成する。リッジ形は、前も
って基板表面に蒸着、スパッタ、あるいはエピタキシャ
ル成長によって二次元導波路を作っておき、不要部分を
エッチングにより除去する。
【００１５】レーザ部１から発振したレーザ光（ＴＥモ
ード）７はＹ分岐導波路２を伝搬し、分岐する。分岐し
た一方の光は導波形モード変換部３を通り、ＴＭモード
の偏光状態の導波光８になる。モード変換部３は、図３
に示すように、導波路２上に２つの均一な周期のくし型
電極３ａ，３ｂを設けており、導波光の伝搬軸に沿って
周期的に変化する電界を発生させることによって、ＴＥ
とＴＭのモードの位相不整合（両モードの伝搬定数の相
違）を補償している。この際、勿論、導波路２にはＴ
Ｅ、ＴＭモードが立つ様な構造になっている。こうし
て、ＴＥモードの偏光状態の導波光７はＴＭモードの偏
光状態の導波光８に変換される。モード変換部３はＴＥ
モードの導波光７が完全にＴＭモードの導波光８に変換
される様に構成されるが、もしＴＥモードの偏光状態の
導波光が多少残る恐れがある場合にはこれを除く手段を
モード変換部３の下流に設ける。
ード）７はＹ分岐導波路２を伝搬し、分岐する。分岐し
た一方の光は導波形モード変換部３を通り、ＴＭモード
の偏光状態の導波光８になる。モード変換部３は、図３
に示すように、導波路２上に２つの均一な周期のくし型
電極３ａ，３ｂを設けており、導波光の伝搬軸に沿って
周期的に変化する電界を発生させることによって、ＴＥ
とＴＭのモードの位相不整合（両モードの伝搬定数の相
違）を補償している。この際、勿論、導波路２にはＴ
Ｅ、ＴＭモードが立つ様な構造になっている。こうし
て、ＴＥモードの偏光状態の導波光７はＴＭモードの偏
光状態の導波光８に変換される。モード変換部３はＴＥ
モードの導波光７が完全にＴＭモードの導波光８に変換
される様に構成されるが、もしＴＥモードの偏光状態の
導波光が多少残る恐れがある場合にはこれを除く手段を
モード変換部３の下流に設ける。
【００１６】分岐した他方の光は、導波形周波数シフタ
ー部４に導かれ、周波数シフトされた導波光９になる。
周波数シフターとしては、鋸歯状波電圧を導波路２の両
側に設けた電極４ａ，４ｂに印加することにより、ＳＳ
Ｂ変調器を構成している。
ー部４に導かれ、周波数シフトされた導波光９になる。
周波数シフターとしては、鋸歯状波電圧を導波路２の両
側に設けた電極４ａ，４ｂに印加することにより、ＳＳ
Ｂ変調器を構成している。
【００１７】２つの導波光はＹ分岐導波路２により再結
合され、２周波の直交する直線偏光８，９となってレー
ザ出射口５より出射する。
合され、２周波の直交する直線偏光８，９となってレー
ザ出射口５より出射する。
【００１８】図４は、本発明の２周波発光装置の第２の
実施例である。
実施例である。
【００１９】レーザ共振部１から発振したＴＥモードの
レーザ光７は、導波路１９を伝搬し、周波数シフタ部に
入射する。周波数シフタ部では、くし型電極２１，２２
に高周波電気信号を加えることにより、音響光学材料３
０に弾性波を発生させて、０次回折光３５および、周波
数シフトされた１次回折光３６を得る。このうち、１次
回折光３６は、一方の分岐路である導波路３１に導かれ
る。一方、０次回折光３５は他方の分岐路である導波路
３２に導かれ、モード変換部３を伝搬することにより、
ＴＭモードの導波光３７に変換される。導波光３６，３
７は、下流のＹ分岐導波路で再結合され、２周波直交直
線偏光の光となってレーザ出射口５より出射する。な
お、本実施例において、導波路型モード変換部３は、０
次回折光３５の伝搬する導波路３２上に設けているが、
導波路３１上に設けてもよい。
レーザ光７は、導波路１９を伝搬し、周波数シフタ部に
入射する。周波数シフタ部では、くし型電極２１，２２
に高周波電気信号を加えることにより、音響光学材料３
０に弾性波を発生させて、０次回折光３５および、周波
数シフトされた１次回折光３６を得る。このうち、１次
回折光３６は、一方の分岐路である導波路３１に導かれ
る。一方、０次回折光３５は他方の分岐路である導波路
３２に導かれ、モード変換部３を伝搬することにより、
ＴＭモードの導波光３７に変換される。導波光３６，３
７は、下流のＹ分岐導波路で再結合され、２周波直交直
線偏光の光となってレーザ出射口５より出射する。な
お、本実施例において、導波路型モード変換部３は、０
次回折光３５の伝搬する導波路３２上に設けているが、
導波路３１上に設けてもよい。
【００２０】図５は、本発明の２周波発光装置の第３の
実施例である。
実施例である。
【００２１】同図において、１はレーザ部、２はＹ分岐
導波路、４０，４１は共に周波数シフター部であり、３
は導波型モード変換部、５は無反射コーティングであ
る。また、周波数シフター部４０，４１は、夫々、くし
型電極４０ａ，４０ｂ；４１ａ，４１ｂで構成されてい
る。
導波路、４０，４１は共に周波数シフター部であり、３
は導波型モード変換部、５は無反射コーティングであ
る。また、周波数シフター部４０，４１は、夫々、くし
型電極４０ａ，４０ｂ；４１ａ，４１ｂで構成されてい
る。
【００２２】レーザ部１から発振したＴＥモードのレー
ザ光７（周波数：ｆ）は、周波数シフター部４０に入射
する。周波数シフター部４０では、くし型電極４０ａ，
４０ｂに高周波電気信号Ｖ1を加えることにより、周波
数ｆの０次回折光４５および、Δｆ1だけ周波数シフト
された周波数ｆ＋Δｆ1の１次回折光４６を得る。光４
５，４６は夫々Ｙ分岐導波路２の分岐路を伝搬し、光４
５はモード変換部３によりＴＭモードの光４７に変換さ
れる。次に、光４６，４７は周波数シフター部４１に入
射し、この時、くし型電極４１ａ，４１ｂに高周波電気
信号Ｖ2を加えることによって、光４７からは周波数Δ
ｆ2だけシフトされた周波数ｆ＋Δｆ2の１次回折光４８
が得られる。他方、光４６は、周波数シフター部４１を
透過し周波数シフトされない。
ザ光７（周波数：ｆ）は、周波数シフター部４０に入射
する。周波数シフター部４０では、くし型電極４０ａ，
４０ｂに高周波電気信号Ｖ1を加えることにより、周波
数ｆの０次回折光４５および、Δｆ1だけ周波数シフト
された周波数ｆ＋Δｆ1の１次回折光４６を得る。光４
５，４６は夫々Ｙ分岐導波路２の分岐路を伝搬し、光４
５はモード変換部３によりＴＭモードの光４７に変換さ
れる。次に、光４６，４７は周波数シフター部４１に入
射し、この時、くし型電極４１ａ，４１ｂに高周波電気
信号Ｖ2を加えることによって、光４７からは周波数Δ
ｆ2だけシフトされた周波数ｆ＋Δｆ2の１次回折光４８
が得られる。他方、光４６は、周波数シフター部４１を
透過し周波数シフトされない。
【００２３】このようにして、本実施例では、両周波数
シフト量の差分できいてくるので、周波数の極めてわず
かに異なる（＝Δｆ1−Δｆ2）直交する直線偏光の光４
６，４８を得ることができる。
シフト量の差分できいてくるので、周波数の極めてわず
かに異なる（＝Δｆ1−Δｆ2）直交する直線偏光の光４
６，４８を得ることができる。
【００２４】図６は本発明による２周波発光装置の第４
の実施例である。
の実施例である。
【００２５】レーザ部の両端１ａ，１ｂから発せられた
ＴＥモードのレーザ光５１ａ，５１ｃ（周波数をｆとす
る）のうち導波光５１ａは周波数シフター部３０に入射
する。くし型電極２１，２２に高周波電気信号Ｖ1を加
えることにより、導波光５１ａは、回折、偏向するとと
もに、Δｆだけ周波数シフトされた周波数ｆ＋Δｆの１
次回折光５１ｂとなる。一方、導波光５１ｃは導波型モ
ード変換部３を伝搬し、ＴＭモードの光５１ｄとなる。
このようにして、ＴＥモードの周波数ｆ＋Δｆの光５１
ｂと、ＴＭモードの周波数ｆの光５１ｄの２周波のレー
ザ光を両側のレーザ出射口５より得ることができる。
ＴＥモードのレーザ光５１ａ，５１ｃ（周波数をｆとす
る）のうち導波光５１ａは周波数シフター部３０に入射
する。くし型電極２１，２２に高周波電気信号Ｖ1を加
えることにより、導波光５１ａは、回折、偏向するとと
もに、Δｆだけ周波数シフトされた周波数ｆ＋Δｆの１
次回折光５１ｂとなる。一方、導波光５１ｃは導波型モ
ード変換部３を伝搬し、ＴＭモードの光５１ｄとなる。
このようにして、ＴＥモードの周波数ｆ＋Δｆの光５１
ｂと、ＴＭモードの周波数ｆの光５１ｄの２周波のレー
ザ光を両側のレーザ出射口５より得ることができる。
【００２６】なお、本実施例の構成において、導波光５
１ａと５１ｂの通る２つの導波路は、周波数シフター３
０で偏向されΔｆだけ周波数シフトされた光のみを伝搬
させるため、相対的に、偏向角度程度折り曲げた構造に
している。
１ａと５１ｂの通る２つの導波路は、周波数シフター３
０で偏向されΔｆだけ周波数シフトされた光のみを伝搬
させるため、相対的に、偏向角度程度折り曲げた構造に
している。
【００２７】図７は、本発明による２周波発光装置を用
いた微小変位計測装置の実施例を示す。図７において、
６０は半導体２周波レーザ、６２はビームスプリッタ、
６３ａ，６３ｂはλ／４板、６４は参照ミラー、６５は
偏光ビームスプリッタ、６６ａ，６６ｂは偏光板、６７
ａ，６７ｂはセンサ、６８は位相差計、６９は演算器で
ある。
いた微小変位計測装置の実施例を示す。図７において、
６０は半導体２周波レーザ、６２はビームスプリッタ、
６３ａ，６３ｂはλ／４板、６４は参照ミラー、６５は
偏光ビームスプリッタ、６６ａ，６６ｂは偏光板、６７
ａ，６７ｂはセンサ、６８は位相差計、６９は演算器で
ある。
【００２８】図７において、半導体２周波レーザ６０か
ら発せられたＴＭモードの光６１ａ（実線で示す）及び
ＴＥモードの光６１ｂ（点線で示す）は、ともに、ビー
ムスプリッタ６２により２つに分離する。そのうち反射
した光は、偏光板６６ａにより、偏光方向をそろえて干
渉させる。これを参照ビート信号として、センサ６７ａ
で光電検出する。
ら発せられたＴＭモードの光６１ａ（実線で示す）及び
ＴＥモードの光６１ｂ（点線で示す）は、ともに、ビー
ムスプリッタ６２により２つに分離する。そのうち反射
した光は、偏光板６６ａにより、偏光方向をそろえて干
渉させる。これを参照ビート信号として、センサ６７ａ
で光電検出する。
【００２９】他方、ビームスプリッタ６２を透過した光
は偏光ビームスプリッタ６５に入射する。このとき、Ｔ
Ｍモードの光６１ａは偏光ビームスプリッタ６５で反射
し、参照ミラー６４で反射した後、再度偏光ビームスプ
リッタ６５に入射する。この時、λ／４板６３ａを往復
するため偏光方向は９０度回転し、再度の入射では偏光
ビームスプリッタ６５を透過する。他方、ＴＥモードの
光６１ａは偏光ビームスプリッタ６５を透過し、λ／４
板６３ｂを通った後、測定物で反射し、更にλ／４板６
３ｂを通り偏光方向が初めに比べ９０度回転するため、
再度の入射では偏光ビームスプリッタ６５で反射する。
こうして、参照ミラー６４と測定物で反射した２つの光
を、偏光板６６ｂで偏光方向をそろえて干渉させ、その
光ビート信号をセンサ６７ｂで光電検出する。
は偏光ビームスプリッタ６５に入射する。このとき、Ｔ
Ｍモードの光６１ａは偏光ビームスプリッタ６５で反射
し、参照ミラー６４で反射した後、再度偏光ビームスプ
リッタ６５に入射する。この時、λ／４板６３ａを往復
するため偏光方向は９０度回転し、再度の入射では偏光
ビームスプリッタ６５を透過する。他方、ＴＥモードの
光６１ａは偏光ビームスプリッタ６５を透過し、λ／４
板６３ｂを通った後、測定物で反射し、更にλ／４板６
３ｂを通り偏光方向が初めに比べ９０度回転するため、
再度の入射では偏光ビームスプリッタ６５で反射する。
こうして、参照ミラー６４と測定物で反射した２つの光
を、偏光板６６ｂで偏光方向をそろえて干渉させ、その
光ビート信号をセンサ６７ｂで光電検出する。
【００３０】このようにして得られた２つのビート信号
の位相差を位相差計６８で測定し、その位相差から、演
算器６９で測定物の変位に換算することができる。
の位相差を位相差計６８で測定し、その位相差から、演
算器６９で測定物の変位に換算することができる。
【００３１】本方式により、光路長差にして約λ／１０
００程度の測定が可能である。
００程度の測定が可能である。
【００３２】次に、上記の実施例に適用可能で、出射光
の縦横の広がりを等しくする構成を説明する。
の縦横の広がりを等しくする構成を説明する。
【００３３】図８は、本発明による先球光ファイバと半
導体レーザの結合を行う第１の実施例を示すデバイスの
上面図である。半導体レーザ８１の出射端面は同図に示
すように導波路８２に対して角度θ1だけ傾けて設けら
れている。出射光はスネルの式に従い、角度θ2の方向
に出射される。ここでθ1，θ2は次の式を満足する。 ｓｉｎθ2＝ｎeffｓｉｎθ1 ここでｎeffは半導体レーザ８１の導波路８２の等価屈
折率である。
導体レーザの結合を行う第１の実施例を示すデバイスの
上面図である。半導体レーザ８１の出射端面は同図に示
すように導波路８２に対して角度θ1だけ傾けて設けら
れている。出射光はスネルの式に従い、角度θ2の方向
に出射される。ここでθ1，θ2は次の式を満足する。 ｓｉｎθ2＝ｎeffｓｉｎθ1 ここでｎeffは半導体レーザ８１の導波路８２の等価屈
折率である。
【００３４】先球ファイバ８３の光軸は出射角θ2の方
向に合わせて設定されている。ここで、導波光の１／ｅ
2分布幅を２ω1、出射光の１／ｅ2分布幅を２ω2とする
と（出射光は発散光となるのでビームウエストでの換
算）、これらの関係は、入出射角をθ1，θ2として次式
で表わされる。 ２ω1ｃｏｓθ1＝２ω2ｃｏｓθ2 ここで、以上の２式に基づいて、導波路入射角θ1と出
射角θ2の関係を図１０の実線で示し、他方、導波路入
射角θ1と入出射ビーム幅比（２ω2／２ω1）について
鎖線で示した。また参考のためにＢｒｅｗｓｔｅｒ角θ
Bを示しておいた。１例としてθ1＝１３゜だけ傾いた斜
め出射構造とすることにより、出射角θ2〜４５゜、入
出射ビーム幅比〜０．７が得られる。
向に合わせて設定されている。ここで、導波光の１／ｅ
2分布幅を２ω1、出射光の１／ｅ2分布幅を２ω2とする
と（出射光は発散光となるのでビームウエストでの換
算）、これらの関係は、入出射角をθ1，θ2として次式
で表わされる。 ２ω1ｃｏｓθ1＝２ω2ｃｏｓθ2 ここで、以上の２式に基づいて、導波路入射角θ1と出
射角θ2の関係を図１０の実線で示し、他方、導波路入
射角θ1と入出射ビーム幅比（２ω2／２ω1）について
鎖線で示した。また参考のためにＢｒｅｗｓｔｅｒ角θ
Bを示しておいた。１例としてθ1＝１３゜だけ傾いた斜
め出射構造とすることにより、出射角θ2〜４５゜、入
出射ビーム幅比〜０．７が得られる。
【００３５】この斜め出射構造によるビーム径変換効果
により、アスペクト比１．５（〜１／０．７）程度の半
導体レーザ（図９の左側の２ω1／２ω0参照）に対し
て、等価的に出射光のアスペクト比を１に近づけること
が可能となり（図９の右側の２ω2／２ω0参照）、縦横
方向ともそろった結合効率が得られるため、光学系の最
適化によって結合効率の最適化を図ることが可能であ
る。
により、アスペクト比１．５（〜１／０．７）程度の半
導体レーザ（図９の左側の２ω1／２ω0参照）に対し
て、等価的に出射光のアスペクト比を１に近づけること
が可能となり（図９の右側の２ω2／２ω0参照）、縦横
方向ともそろった結合効率が得られるため、光学系の最
適化によって結合効率の最適化を図ることが可能であ
る。
【００３６】従来、このような縦横のビーム径を変換す
る方法として、くさび形のプリズムを用いて行うなどの
方法もあるが、コリメートされたビームに対してのみ有
効である。また、デバイスが小型にならず、高価な部品
のため、コストが高くなるなどの問題点がある。
る方法として、くさび形のプリズムを用いて行うなどの
方法もあるが、コリメートされたビームに対してのみ有
効である。また、デバイスが小型にならず、高価な部品
のため、コストが高くなるなどの問題点がある。
【００３７】図９はビームウエストの変換の様子を模式
的に示したものであるが、前述した様にすることで、導
波路８２内でのビームの界分布（左図）は斜め端面出射
後、等方的なビームの界分布（右図）となる。この場
合、層方向の界分布の幅２ω0は傾き効果がないのでそ
のままの大きさが保たれている。この様に、出射ビーム
の界分布をほぼ等方的にし、光ファイバ８３の１つのモ
ードの界分布にほぼ整合させ、更に出射ビームの光軸を
光ファイバの光軸に一致する様にすることで、結合を最
適化し結合効率の向上を図れる。
的に示したものであるが、前述した様にすることで、導
波路８２内でのビームの界分布（左図）は斜め端面出射
後、等方的なビームの界分布（右図）となる。この場
合、層方向の界分布の幅２ω0は傾き効果がないのでそ
のままの大きさが保たれている。この様に、出射ビーム
の界分布をほぼ等方的にし、光ファイバ８３の１つのモ
ードの界分布にほぼ整合させ、更に出射ビームの光軸を
光ファイバの光軸に一致する様にすることで、結合を最
適化し結合効率の向上を図れる。
【００３８】図１１に、ピッグテール光デバイスの発明
をピッグテール光アンプに適用した実施例を示す。光ア
ンプ９６は内部ゲインないしデバイスゲインを高めるた
めに、残留反射率を低減する目的で端面に反射防止膜９
５ａ，９５ｂが形成されている。反射防止膜９５ａ，９
５ｂはＺｒＯ2を電子ビーム蒸着により形成して０．１
％以下の残留反射率を達成している。先球光ファイバ９
４ａ，９４ｂは、前記実施例と同様にして、出射光の光
軸に合わせて傾けて結合されている。
をピッグテール光アンプに適用した実施例を示す。光ア
ンプ９６は内部ゲインないしデバイスゲインを高めるた
めに、残留反射率を低減する目的で端面に反射防止膜９
５ａ，９５ｂが形成されている。反射防止膜９５ａ，９
５ｂはＺｒＯ2を電子ビーム蒸着により形成して０．１
％以下の残留反射率を達成している。先球光ファイバ９
４ａ，９４ｂは、前記実施例と同様にして、出射光の光
軸に合わせて傾けて結合されている。
【００３９】先球光ファイバ９４ｂから入射した光波は
効率良く光アンプ９６の導波路９２に結合され（この理
由は、前記した過程と逆の過程を辿るのみなので、同じ
である）、光増幅される。増幅された光波は出射され、
出射側の先球光ファイバ９４ａに結合される。このよう
に、両端に先球ファイバ９４ａ，９４ｂを設けたピッグ
テールデバイスにおいては、結合効率の最適化は極めて
重要である。以上説明した例では、結合系として先球光
ファイバについて言及したが、レンズ系を用いた結合系
に対しても適用できるのは言うまでもない。
効率良く光アンプ９６の導波路９２に結合され（この理
由は、前記した過程と逆の過程を辿るのみなので、同じ
である）、光増幅される。増幅された光波は出射され、
出射側の先球光ファイバ９４ａに結合される。このよう
に、両端に先球ファイバ９４ａ，９４ｂを設けたピッグ
テールデバイスにおいては、結合効率の最適化は極めて
重要である。以上説明した例では、結合系として先球光
ファイバについて言及したが、レンズ系を用いた結合系
に対しても適用できるのは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の２周波発
光装置によれば、半導体基板などの上にレーザ共振部な
どの光源部と光導波路層などの光伝搬手段と導波形など
のモード変換部と導波形などの光周波数シフタ部を設け
ることにより、光ヘテロダイン干渉計測用などの小型で
機械的、熱的な振動の影響の少ない光源装置を作製で
き、更には、この光源装置を用いることにより、小型で
高精度な干渉計測装置などの開発を可能にしたものであ
る。
光装置によれば、半導体基板などの上にレーザ共振部な
どの光源部と光導波路層などの光伝搬手段と導波形など
のモード変換部と導波形などの光周波数シフタ部を設け
ることにより、光ヘテロダイン干渉計測用などの小型で
機械的、熱的な振動の影響の少ない光源装置を作製で
き、更には、この光源装置を用いることにより、小型で
高精度な干渉計測装置などの開発を可能にしたものであ
る。
【００４１】また、以上説明したように、半導体レーザ
あるいは半導体光アンプの出射端を斜めにすることによ
り出射ビームの界分布をほぼ等方的にし、光ファイバの
１つのモードの界分布にほぼ整合させ、更に出射ビーム
の光軸を光ファイバの光軸に一致する様にすることで、
等方的界分布を有する光ファイバとの結合を最適化し、
結合効率の向上を図り、光ファイバ中で不要なモード励
起を伴わない安定した結合を維持できるという効果があ
る。また、半導体光アンプにおいては、出射端を斜めに
することによってＡＲ効果をさらに高めることができ、
アンプの残留反射率を低減し、高ゲイン、低雑音の光ア
ンプが提供できるという効果が得られる。また、ＤＦＢ
レーザなどの反射戻り光に非常に敏感なデバイスに対し
ても、残留反射率を低減できることから、波長の安定し
た光源の提供が可能となるものである。
あるいは半導体光アンプの出射端を斜めにすることによ
り出射ビームの界分布をほぼ等方的にし、光ファイバの
１つのモードの界分布にほぼ整合させ、更に出射ビーム
の光軸を光ファイバの光軸に一致する様にすることで、
等方的界分布を有する光ファイバとの結合を最適化し、
結合効率の向上を図り、光ファイバ中で不要なモード励
起を伴わない安定した結合を維持できるという効果があ
る。また、半導体光アンプにおいては、出射端を斜めに
することによってＡＲ効果をさらに高めることができ、
アンプの残留反射率を低減し、高ゲイン、低雑音の光ア
ンプが提供できるという効果が得られる。また、ＤＦＢ
レーザなどの反射戻り光に非常に敏感なデバイスに対し
ても、残留反射率を低減できることから、波長の安定し
た光源の提供が可能となるものである。
【図１】本発明の２周波発光装置の第１の実施例の概略
図である。
図である。
【図２】導波路断面である。
【図３】導波形モード変換部を説明する概略図である。
【図４】本発明の２周波発光装置の第２の実施例の概略
図である。
図である。
【図５】本発明の２周波発光装置の第３の実施例の概略
図である。
図である。
【図６】本発明の２周波発光装置の第４の実施例の概略
図である。
図である。
【図７】本発明の２周波発光装置を用いた計測装置の実
施例の概略図である。
施例の概略図である。
【図８】本発明のピッグテール光デバイスの基本を説明
する第１の実施例の概念図である。
する第１の実施例の概念図である。
【図９】ビーム径変換の様子を示す模式図である。
【図１０】導波路の端面への入射角と出射角およびビー
ム幅比の関係を求めたグラフである。
ム幅比の関係を求めたグラフである。
【図１１】本発明のピッグテール光デバイスをピッグテ
ール光アンプに応用した第２の実施例の概念図である。
ール光アンプに応用した第２の実施例の概念図である。
【図１２】従来の２周波発光装置の概略図である。
【図１３】ピッグテール光デバイスの第１の従来例を示
す図である。
す図である。
【図１４】ピッグテール光デバイスの第２の従来例を示
す図である。
す図である。
１ レーザ部 ２ Ｙ分岐導波路 ３ モード変換部 ４，３０，４０，４１ 周波数シフター部 ５ 無反射コーティング １９，３１，３２ 導波路 ２１，２２，４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ くし型
電極 ３０ 音響光学材料 ６０ ２周波半導体レーザ ６２ ビームスプリッタ ６３ａ，６３ｂ λ／４板 ６４ 参照ミラー ６５ 偏光ビームスプリッタ ６６ａ，６６ｂ 偏光板 ６６ａ，６６ｂ センサ ６８ 位相差計 ６９ 演算器 ８１ 半導体レーザ ８２，９２ 導波路 ８３，９４ａ，９４ｂ 先球光ファイバ ９５ａ，９５ｂ 反射防止膜 ９６ 半導体レーザ光アンプ
電極 ３０ 音響光学材料 ６０ ２周波半導体レーザ ６２ ビームスプリッタ ６３ａ，６３ｂ λ／４板 ６４ 参照ミラー ６５ 偏光ビームスプリッタ ６６ａ，６６ｂ 偏光板 ６６ａ，６６ｂ センサ ６８ 位相差計 ６９ 演算器 ８１ 半導体レーザ ８２，９２ 導波路 ８３，９４ａ，９４ｂ 先球光ファイバ ９５ａ，９５ｂ 反射防止膜 ９６ 半導体レーザ光アンプ
Claims (11)
- 【請求項１】 光源部と、該光源部からの光を導く光伝
搬手段と、該光伝搬手段に設けられた伝搬光のモードを
変換する為のモード変換部と伝搬光の周波数をシフトさ
せる為の光周波数シフタ部とを有することを特徴とする
２周波発光装置。 - 【請求項２】 前記光源部がレーザ部であり、前記光伝
搬手段が光導波路であり、前記モード変換部と光周波数
シフタ部が夫々導波型モード変換部と導波型光周波数シ
フタ部であることを特徴とする請求項１記載の２周波発
光装置。 - 【請求項３】 全要素が半導体基板上に形成されている
ことを特徴とする請求項２記載の２周波発光装置。 - 【請求項４】 前記光導波路が二又に分岐しており、前
記導波形モード変換部と前記導波型光周波数シフタ部が
夫々別の分岐路中に構成され、前記分岐路を結合する為
の二又分岐路を更に有することを特徴とする請求項２記
載の２周波発光装置。 - 【請求項５】 前記光導波路が二又に分岐しており、前
記導波型光周波数シフタ部が二又に分岐するところに構
成され、前記導波形モード変換部が一方の分岐路中に構
成され、前記分岐路を結合する為の二又分岐路を更に有
することを特徴とする請求項２記載の２周波発光装置。 - 【請求項６】 前記光導波路が二又に分岐しており、前
記導波型光周波数シフタ部が一方の伝搬光の周波数をシ
フトする為に二又に分岐するところに構成され、前記導
波形モード変換部が一方の分岐路中に構成され、前記分
岐路を結合する為の二又分岐路を更に有し、該分岐路を
結合する為の二又分岐路の二又に分岐するところに他の
導波型光周波数シフタ部が他方の伝搬光の周波数をシフ
トする為に構成されていることを特徴とする請求項２記
載の２周波発光装置。 - 【請求項７】 光ヘテロダイン干渉法を用いた微小変位
計測装置において、請求項１乃至６のいずれかに記載の
２周波発光装置を光源に用いたことを特徴とする計測装
置。 - 【請求項８】 半導体レーザ構造と光ファイバからなる
ピッグテール光デバイスにおいて、該半導体レーザ構造
の入出射端面が、該半導体レーザの導波路の軸に対して
斜めの角度をもって設定されており、該斜め角度が、半
導体レーザからの出射ビームの界分布をほぼ等方的にす
るように設定され、かつ該出射ビームの光軸が前記光フ
ァイバの光軸に一致するように、光学結合系を配備した
ことを特徴とするピッグテール光デバイス。 - 【請求項９】前記半導体レーザ構造の入出射端面には反
射防止膜が施され、半導体光アンプとして動作可能であ
り、両入出射側には光ファイバが具備されていることを
特徴とする請求項８記載のピッグテール光デバイス。 - 【請求項１０】 前記光学結合系が先球光ファイバであ
ることを特徴とする請求項８または９記載のピッグテー
ル光デバイス。 - 【請求項１１】 前記光学結合系がレンズ結合で行われ
ることを特徴とする請求項８または９記載のピッグテー
ル光デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4330999A JPH06164072A (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | ２周波発光装置、及びそれを用いた計測装置及びピッグテール光デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4330999A JPH06164072A (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | ２周波発光装置、及びそれを用いた計測装置及びピッグテール光デバイス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06164072A true JPH06164072A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=18238705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4330999A Pending JPH06164072A (ja) | 1992-11-17 | 1992-11-17 | ２周波発光装置、及びそれを用いた計測装置及びピッグテール光デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06164072A (ja) |
-
1992
- 1992-11-17 JP JP4330999A patent/JPH06164072A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Effective date: 20040420 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A072 |
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