JPH067613B2 - 周波数安定化半導体レ−ザ−素子 - Google Patents
周波数安定化半導体レ−ザ−素子Info
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- JPH067613B2 JPH067613B2 JP14558285A JP14558285A JPH067613B2 JP H067613 B2 JPH067613 B2 JP H067613B2 JP 14558285 A JP14558285 A JP 14558285A JP 14558285 A JP14558285 A JP 14558285A JP H067613 B2 JPH067613 B2 JP H067613B2
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- Japan
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- semiconductor laser
- diffraction grating
- laser device
- light
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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
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
-
- 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
- H01S5/10—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
- H01S5/14—External cavity lasers
- H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は光通信及び光学計測に用いる周波数安定化半
導体レーザー素子に関する。
導体レーザー素子に関する。
従来の技術 近年、半導体レーザーはそのコヒーレンスの良さが利用
されて、光通信や光計測の分野において信号限や光源と
して利用されはじめている。しかし半導体レーザーの発
振周波数はその発振周波数のバラツキや温度や戻り光の
影響を受け易く変動しやすい。そこで半導体レーザー
（以下ＬＤとする）の外部に鏡や回折格子を配置しＬＤ
の片端面からの出力光をその発光点へ帰還させることに
よって、複合共振器を形成させ、単一波長発振及び発振
周波数選択を行う。過去の実施例を第３図に従って説明
する。第３図(a)は鏡を用いた複合共振器レーザーでＬ
Ｄ２３の出力光をレンズ２２で平行光とし鏡に入射し、
その反射光をもとの光路を通して再びＬＤ２３の発光点
へ帰還する。この結果共振器のＱ値が高まり単一波長で
発振し、また共振器長Ｌを変えることによって発振条件
を変えて周波数を変えることができる。第３図(b)にお
いては前記の鏡の代りに回折格子を用いるものであり、
ＬＤ２６からの入射光は回折格子２４によって各波長に
対してあるグレーティング方程式を満すように回折され
る。リトロー配置をとった場合入射角＝回折角＝θ，格
子定数ｄ，波長λとすると ２ｄsinθ＝ｍλ…(1) の条件をみたすθ方向へ波長λの光は回折される。(1)
式を満す角度θに回折格子を傾けるとＬＤ２６の発振波
長はλになる。また角度θを変ることでＬＤ２６の発振
波長を(1)式に基づいて変化させることが可能である。
されて、光通信や光計測の分野において信号限や光源と
して利用されはじめている。しかし半導体レーザーの発
振周波数はその発振周波数のバラツキや温度や戻り光の
影響を受け易く変動しやすい。そこで半導体レーザー
（以下ＬＤとする）の外部に鏡や回折格子を配置しＬＤ
の片端面からの出力光をその発光点へ帰還させることに
よって、複合共振器を形成させ、単一波長発振及び発振
周波数選択を行う。過去の実施例を第３図に従って説明
する。第３図(a)は鏡を用いた複合共振器レーザーでＬ
Ｄ２３の出力光をレンズ２２で平行光とし鏡に入射し、
その反射光をもとの光路を通して再びＬＤ２３の発光点
へ帰還する。この結果共振器のＱ値が高まり単一波長で
発振し、また共振器長Ｌを変えることによって発振条件
を変えて周波数を変えることができる。第３図(b)にお
いては前記の鏡の代りに回折格子を用いるものであり、
ＬＤ２６からの入射光は回折格子２４によって各波長に
対してあるグレーティング方程式を満すように回折され
る。リトロー配置をとった場合入射角＝回折角＝θ，格
子定数ｄ，波長λとすると ２ｄsinθ＝ｍλ…(1) の条件をみたすθ方向へ波長λの光は回折される。(1)
式を満す角度θに回折格子を傾けるとＬＤ２６の発振波
長はλになる。また角度θを変ることでＬＤ２６の発振
波長を(1)式に基づいて変化させることが可能である。
発明が解決しようとする問題点 前記のような外部共振器を備えたＬＤでは、ＬＤの周囲
の温度変化やＬＤ自信が駆動中に発生する熱によってそ
のＬＤの屈折率やエネルギーバンドギャップが変化し単
一波長で発振していてもその波長が温度やその他の影響
を受けてモードホップをおこしたり、変動したりする。
このため周波数の不安定さに加えて、出力強度も変化
し、通信システムにおいては雑音の原因となったり、計
測においては測定誤差の大きな要因となる。
の温度変化やＬＤ自信が駆動中に発生する熱によってそ
のＬＤの屈折率やエネルギーバンドギャップが変化し単
一波長で発振していてもその波長が温度やその他の影響
を受けてモードホップをおこしたり、変動したりする。
このため周波数の不安定さに加えて、出力強度も変化
し、通信システムにおいては雑音の原因となったり、計
測においては測定誤差の大きな要因となる。
本発明は、上記問題点に鑑み、ＬＤの発振周波数を安定
化しかつその出力パーワーも一定に保つ周波数安定化半
導体レーザーを提供するものである。
化しかつその出力パーワーも一定に保つ周波数安定化半
導体レーザーを提供するものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の周波数安定化半導
体レーザーは半導体レーザー素子とレンズ及び回折格
子，位置検出素子と光検出素子を有し、回折格子で生ず
る１次の回折光を半導体レーザーへ帰還させ単一波長発
振させると共にＯ次の回折光の強度変化を光検出器で検
出し半導体レーザーの駆動電流を調整し、２次の回折光
を集光レンズで焦点面上で結像させ結像点の位置変化を
位置検出素子で検出し、一定の位置に結像するように半
導体レーザーの温度を制御するものである。
体レーザーは半導体レーザー素子とレンズ及び回折格
子，位置検出素子と光検出素子を有し、回折格子で生ず
る１次の回折光を半導体レーザーへ帰還させ単一波長発
振させると共にＯ次の回折光の強度変化を光検出器で検
出し半導体レーザーの駆動電流を調整し、２次の回折光
を集光レンズで焦点面上で結像させ結像点の位置変化を
位置検出素子で検出し、一定の位置に結像するように半
導体レーザーの温度を制御するものである。
作用 本発明は、上記した構成により、半導体レーザーの出力
光の周波数と強度を安定化し、上記に説明した問題点を
解決しようとするものである。
光の周波数と強度を安定化し、上記に説明した問題点を
解決しようとするものである。
実施例 以下本発明の一実施例の周波数安定化半導体レーザーに
ついて図面を参照しながら説明する。
ついて図面を参照しながら説明する。
第１図は本発明の第１の実施例における周波数安定化半
導体レーザーの構成図である。第１図において５は半導
体レーザーでこの半導体レーザー（以下ＬＤ）５の片側
の端面からの出力光はコリメーターレンズ６によって平
行光とされ回折格子１に入射される。今ＬＤ５の発振周
波数がλ０とすると入射光の回折格子の法線となす角α
と回折角βの間には ｄ（sinα＋sinβ）＝ｍλ０ ……(2) の関係がある。ｄは格子定数，ｍは整数である。ｍ＝１
についてリトロー配置に回折格子を傾けるとα＝β＝θ
より ２ｄsinθ＝λ０ ……(3) となり、１次の回折光１６がＬＤ５の発光点へ帰還され
ることになり、ＬＤ５の発振周波数はλ0付近に限定さ
れる。回折格子からの１次の回折光１６とＬＤ５との結
合において、帰還光の発光面上のスポット像がコリメー
ターレンズの回折限界で約発振波長程度の広がりを持
ち、一般に０．８〜１．５μ程度のぼけとなるため発振
波長λ０もある。Δλの範囲で変化しうる。そこで(1)
式においてｍ＝２をみたす２次の回折光を利用しその波
長変動を検出する。(1)式においてＬＤ５の発振波長λ0
がλ0＋Δλに変化したとすると ２ｄcosθΔθ＝2・Δλ・・・・・(4) Δθ＝Δλ／ｄcosλ……(5) Δθの回折角変化が生ずる。そこでこの２次回折光１８
を集光レンズ７で結像してやるとレンズ７の焦点面上に
おいて Δｘ＝ｆ・Δθ＝ｆ・Δλ／cosθ……(6) の位置変化を生ずる。但しｆはレンズ７の焦点距離であ
る。レンズ７の焦点面上にＰＳＤや２分割フォトダイオ
ードの様な位置検出素子２を置いておけば回折光の波長
変化によって生ずる位置を検出することができ、３の誤
差検出部から出される誤差信号を用いてＬＤ５の温度を
ペルチェ素子などを用いて電気的に制御し、元の位置に
もどるようにＬＤ５の温度を制御してやる。従って位置
の誤差信号を温度制御４へフィードバックすることで常
にＬＤ５の発振周波数が一定に保たれる。また回折格子
の分解能δは δ＝Δλ／λ＝mN……(7) で表される。ｍは次数，Ｎは格子の総本数である。２次
の回折光１８を用いることによって１次の回折光より、
より感度良く波長変化Δλを検出することができる。一
般にｍが大きくなるにつれて回折光強度が低下するため
ｍ＝２で用いるのが望ましい。ｍ＝２以上の高次の回折
光ではより分解能δは大きくなるが強度低下によって位
置検出素子２でのＳ／Ｎが低下してしまい、素子での雑
音の影響を受け易くなってしまう。
導体レーザーの構成図である。第１図において５は半導
体レーザーでこの半導体レーザー（以下ＬＤ）５の片側
の端面からの出力光はコリメーターレンズ６によって平
行光とされ回折格子１に入射される。今ＬＤ５の発振周
波数がλ０とすると入射光の回折格子の法線となす角α
と回折角βの間には ｄ（sinα＋sinβ）＝ｍλ０ ……(2) の関係がある。ｄは格子定数，ｍは整数である。ｍ＝１
についてリトロー配置に回折格子を傾けるとα＝β＝θ
より ２ｄsinθ＝λ０ ……(3) となり、１次の回折光１６がＬＤ５の発光点へ帰還され
ることになり、ＬＤ５の発振周波数はλ0付近に限定さ
れる。回折格子からの１次の回折光１６とＬＤ５との結
合において、帰還光の発光面上のスポット像がコリメー
ターレンズの回折限界で約発振波長程度の広がりを持
ち、一般に０．８〜１．５μ程度のぼけとなるため発振
波長λ０もある。Δλの範囲で変化しうる。そこで(1)
式においてｍ＝２をみたす２次の回折光を利用しその波
長変動を検出する。(1)式においてＬＤ５の発振波長λ0
がλ0＋Δλに変化したとすると ２ｄcosθΔθ＝2・Δλ・・・・・(4) Δθ＝Δλ／ｄcosλ……(5) Δθの回折角変化が生ずる。そこでこの２次回折光１８
を集光レンズ７で結像してやるとレンズ７の焦点面上に
おいて Δｘ＝ｆ・Δθ＝ｆ・Δλ／cosθ……(6) の位置変化を生ずる。但しｆはレンズ７の焦点距離であ
る。レンズ７の焦点面上にＰＳＤや２分割フォトダイオ
ードの様な位置検出素子２を置いておけば回折光の波長
変化によって生ずる位置を検出することができ、３の誤
差検出部から出される誤差信号を用いてＬＤ５の温度を
ペルチェ素子などを用いて電気的に制御し、元の位置に
もどるようにＬＤ５の温度を制御してやる。従って位置
の誤差信号を温度制御４へフィードバックすることで常
にＬＤ５の発振周波数が一定に保たれる。また回折格子
の分解能δは δ＝Δλ／λ＝mN……(7) で表される。ｍは次数，Ｎは格子の総本数である。２次
の回折光１８を用いることによって１次の回折光より、
より感度良く波長変化Δλを検出することができる。一
般にｍが大きくなるにつれて回折光強度が低下するため
ｍ＝２で用いるのが望ましい。ｍ＝２以上の高次の回折
光ではより分解能δは大きくなるが強度低下によって位
置検出素子２でのＳ／Ｎが低下してしまい、素子での雑
音の影響を受け易くなってしまう。
回折格子１で生ずる０次回折光は回折格子の鏡面反射に
よって生ずる光であるため、波長依存性は無い。この０
次光１７を用いその光強度の変化を光検出器で検知し駆
動回路９へフィードバックし出力光強度を一定に保たせ
る。
よって生ずる光であるため、波長依存性は無い。この０
次光１７を用いその光強度の変化を光検出器で検知し駆
動回路９へフィードバックし出力光強度を一定に保たせ
る。
第２図は第１図におけるレンズと回折格子を一体と成し
た構成図である。第１図におけるレンズ６，７，８の代
りにガラスブロックを用い、半導体レーザー５の希望す
る発振周波数λに対して(1)式を満する角度θに対して
きまるＯ次，１次，２次の回折方向に直交する三面をレ
ンズ状に加工する。本光学系において画角は非常に狭い
ものが許されるため、レンズ面も非球面である放物面が
使え収差の無い光学系が可能である。回折格子部分１５
はガラス材に直接格子を形成するか、または市販の平面
格子をシリコンオイルか、紫外線硬化樹脂でガラスブロ
ック１４にはり付けてやれば良い。このように全体をガ
ラスブロック化することによって小型でかつ機械的振動
にも比較的安定したシステムを実現することができる。
た構成図である。第１図におけるレンズ６，７，８の代
りにガラスブロックを用い、半導体レーザー５の希望す
る発振周波数λに対して(1)式を満する角度θに対して
きまるＯ次，１次，２次の回折方向に直交する三面をレ
ンズ状に加工する。本光学系において画角は非常に狭い
ものが許されるため、レンズ面も非球面である放物面が
使え収差の無い光学系が可能である。回折格子部分１５
はガラス材に直接格子を形成するか、または市販の平面
格子をシリコンオイルか、紫外線硬化樹脂でガラスブロ
ック１４にはり付けてやれば良い。このように全体をガ
ラスブロック化することによって小型でかつ機械的振動
にも比較的安定したシステムを実現することができる。
発明の効果 以上のように本発明は半導体レーザー素子の外部に３枚
のレンズと回折格子と、２次回折光のレンズ焦点面上の
位置変化を検出する位置検出素子と０次回折光の強度変
化を検知する光検出器を具備し、前記の位置検出素子か
らの信号を用いて前記の半導体レーザー素子の動作温度
を制御する温度制御回路と前記の光検出器からの出力信
号を用いて前記の半導体レーザー素子の発光電流を制御
する駆動回路を設けることにより、発振周波数及び発光
パワーの安定した半導体レーザー素子を提供することが
できる。
のレンズと回折格子と、２次回折光のレンズ焦点面上の
位置変化を検出する位置検出素子と０次回折光の強度変
化を検知する光検出器を具備し、前記の位置検出素子か
らの信号を用いて前記の半導体レーザー素子の動作温度
を制御する温度制御回路と前記の光検出器からの出力信
号を用いて前記の半導体レーザー素子の発光電流を制御
する駆動回路を設けることにより、発振周波数及び発光
パワーの安定した半導体レーザー素子を提供することが
できる。
第１図は本発明の第１の実施例における周波数安定化半
導体レーザーの構成図、第２図は本発明の第２の実施例
における周波数安定化半導体レーザー素子の光学系ブロ
ック図、第３図は従来の半導体レーザー素子の構成図で
ある。 １，１５……回折格子、５……半導体レーザー素子、２
……位置検出素子、１１……光検出器、９……駆動回
路、４……温度制御部、６，７，８……レンズ、１４…
…ガラスブロック。
導体レーザーの構成図、第２図は本発明の第２の実施例
における周波数安定化半導体レーザー素子の光学系ブロ
ック図、第３図は従来の半導体レーザー素子の構成図で
ある。 １，１５……回折格子、５……半導体レーザー素子、２
……位置検出素子、１１……光検出器、９……駆動回
路、４……温度制御部、６，７，８……レンズ、１４…
…ガラスブロック。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体レーザー素子とコリメート及び２つ
のレンズと回折格子とからなる光学系と位置検出素子と
光検出器とを具備し、前記半導体レーザー素子の１端面
からの出力光を前記コリメーターレンズによって平行光
とし、前記回折格子に入射せしめ、前記回折格子によっ
て生ずる１次回折光を前記半導体レーザー素子の発光点
へ帰還し２次回折光を前記集光レンズで前記の位置検出
素子上に結像し、前記位置検出素子からの出力信号に応
じて前記の半導体レーザー素子の温度を制御する温度制
御部と、０次回折光を前記光検出器に入射し、光検出素
子からの出力信号を用いて前記半導体レーザ素子の駆動
電流を制御する駆動回路を有することを特徴とした周波
数安定化半導体レーザー素子。 - 【請求項２】回折格子及び３枚のレンズをガラスブロッ
クで一体となした特許請求の範囲第(1)項記載の周波数
安定化半導体レーザー素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14558285A JPH067613B2 (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 周波数安定化半導体レ−ザ−素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14558285A JPH067613B2 (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 周波数安定化半導体レ−ザ−素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS625677A JPS625677A (ja) | 1987-01-12 |
| JPH067613B2 true JPH067613B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=15388421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14558285A Expired - Lifetime JPH067613B2 (ja) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | 周波数安定化半導体レ−ザ−素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH067613B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04109561U (ja) * | 1991-03-06 | 1992-09-22 | 株式会社アドバンテスト | 半導体レーザ装置 |
| US5491570A (en) * | 1991-07-26 | 1996-02-13 | Accuwave Corporation | Methods and devices for using photorefractive materials at infrared wavelengths |
| US5796096A (en) * | 1991-07-26 | 1998-08-18 | Accuwave Corporation | Fabrication and applications of long-lifetime, holographic gratings in photorefractive materials |
| US5440669A (en) * | 1991-07-26 | 1995-08-08 | Accuwave Corporation | Photorefractive systems and methods |
| EP0598761A1 (en) * | 1991-07-26 | 1994-06-01 | Accuwave Corporation | Photorefractive systems and methods |
| US5691989A (en) * | 1991-07-26 | 1997-11-25 | Accuwave Corporation | Wavelength stabilized laser sources using feedback from volume holograms |
| JP2993248B2 (ja) * | 1991-11-29 | 1999-12-20 | 新日本製鐵株式会社 | 光ヘッドの誤差検出装置 |
| JP3176682B2 (ja) * | 1992-02-10 | 2001-06-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 波長可変レーザー装置 |
| JP2003060299A (ja) * | 2001-06-07 | 2003-02-28 | Ricoh Opt Ind Co Ltd | 光出力素子・光出力素子アレイおよびレンズ素子・レンズ素子アレイ |
| JP2006032397A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Sony Corp | レーザ・システム、レーザ制御方法、ホログラム記録・再生システムおよびホログラム記録・再生方法 |
| JP4747668B2 (ja) * | 2005-05-18 | 2011-08-17 | ソニー株式会社 | レーザ装置、レーザ波長検出方法およびホログラム装置 |
| JP2006324561A (ja) * | 2005-05-20 | 2006-11-30 | Sony Corp | レーザ装置および回折格子の駆動方法 |
| JP5132364B2 (ja) | 2007-03-16 | 2013-01-30 | パナソニック株式会社 | 波長検出装置、波長安定レーザ装置、及び画像表示装置 |
| DE102007062825A1 (de) * | 2007-12-21 | 2009-07-02 | Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh | Gitterspiegel zur Online-Überwachung eines Laserstrahls und Überwachungsvorrichtung damit |
| JP7060799B2 (ja) * | 2018-05-31 | 2022-04-27 | 日亜化学工業株式会社 | 光源装置 |
-
1985
- 1985-07-02 JP JP14558285A patent/JPH067613B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS625677A (ja) | 1987-01-12 |
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