JPH07170016A - 同調可能な外部空洞型レーザの出力特性を最適化するための方法と装置 - Google Patents
同調可能な外部空洞型レーザの出力特性を最適化するための方法と装置Info
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- JPH07170016A JPH07170016A JP6229611A JP22961194A JPH07170016A JP H07170016 A JPH07170016 A JP H07170016A JP 6229611 A JP6229611 A JP 6229611A JP 22961194 A JP22961194 A JP 22961194A JP H07170016 A JPH07170016 A JP H07170016A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 外部空洞型半導体レーザの同調範囲を拡大
し、広波長同調範囲にわたりレーザ出力を増大させ、広
帯域同調可能レーザの動作寿命と携帯性を向上させ、さ
らにレーザ出力特性の制御性を向上させる。 【構成】 外部空洞型レーザ１２で未コーティング前方
切開面よりも反射率が高い半導体レーザチップ１４の前
方切開面１６に、分光的に十分平坦な反射コーティング
を施すことにより、レーザ同調範囲は拡大する。同調範
囲の拡大に加えて、増大した前方切開面の反射率はレー
ザ全波長に対してレーザ闘値電流を減少させる。また波
長に応じて反射率特性を変化させるために、出力カプラ
７０種々の複合コーティングを施したが、同調範囲の中
央波長で出力電力を低下させることなく、レーザ同調曲
線の端部での反射率を増大させる。これは選択された各
出力波長に対し同時に高出力電力を維持しつつ、レーザ
同調範囲をさらに増大させる。
し、広波長同調範囲にわたりレーザ出力を増大させ、広
帯域同調可能レーザの動作寿命と携帯性を向上させ、さ
らにレーザ出力特性の制御性を向上させる。 【構成】 外部空洞型レーザ１２で未コーティング前方
切開面よりも反射率が高い半導体レーザチップ１４の前
方切開面１６に、分光的に十分平坦な反射コーティング
を施すことにより、レーザ同調範囲は拡大する。同調範
囲の拡大に加えて、増大した前方切開面の反射率はレー
ザ全波長に対してレーザ闘値電流を減少させる。また波
長に応じて反射率特性を変化させるために、出力カプラ
７０種々の複合コーティングを施したが、同調範囲の中
央波長で出力電力を低下させることなく、レーザ同調曲
線の端部での反射率を増大させる。これは選択された各
出力波長に対し同時に高出力電力を維持しつつ、レーザ
同調範囲をさらに増大させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に同調可能なレ
ーザに関し、特に、外部空洞型半導体レーザの出力特性
の向上に関する。
ーザに関し、特に、外部空洞型半導体レーザの出力特性
の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザは、単一で狭い波長の光が活性化
により放出されるように設計することができる。しかし
ながら、多数の応用分野では可変で別個の波長を生成す
るレーザシステム（すなわち、同調可能レーザ）を必要
としている。同調可能レーザは、ここ数年間、様々な光
学現象を研究するために科学者や技術者によって開発さ
れ使用されてきた。例えば、通信システムにおいて、光
ファイバは１．３μｍおよび１．５５μｍ付近の波長で
低損失を示す。それゆえに、この領域での研究開発はこ
れらの波長範囲のレーザ光を発生できる汎用のレーザを
必要としている。
により放出されるように設計することができる。しかし
ながら、多数の応用分野では可変で別個の波長を生成す
るレーザシステム（すなわち、同調可能レーザ）を必要
としている。同調可能レーザは、ここ数年間、様々な光
学現象を研究するために科学者や技術者によって開発さ
れ使用されてきた。例えば、通信システムにおいて、光
ファイバは１．３μｍおよび１．５５μｍ付近の波長で
低損失を示す。それゆえに、この領域での研究開発はこ
れらの波長範囲のレーザ光を発生できる汎用のレーザを
必要としている。
【０００３】しかし、従来の同調可能レーザ、例えば外
部空洞型半導体レーザ、色中心レーザ、および同調可能
色素レーザ等は、現在多くの研究開発の応用として必要
とされる全波長範囲（例えば、１．３２±．１μｍおよ
び１．５５±．１μｍ）にわたって確実に光を放出する
わけではない。同調可能色素レーザは操作するのが難し
く、市販されていず、そして色素が経時的に安定ではな
い。色中心レーザは１．５μｍ付近の狭い波長範囲で同
調可能であるものが利用できる。しかしながら、色中心
結晶は、レーザ放射の発生を可能にする光学的特性が失
われるのを避けるために常に非常な低温度に保たなけれ
ばならない。従って、色中心レーザは不便であり、環境
条件の広範囲にわたって安定ではない。更に、現在のレ
ーザシステムで使用される色中心結晶は１．３μｍ付近
の波長を生成できない。外部空洞型半導体レーザは１．
３μｍと１．５μｍ付近の両方が利用可能であるが、同
調範囲が制限されるという妨げがある。
部空洞型半導体レーザ、色中心レーザ、および同調可能
色素レーザ等は、現在多くの研究開発の応用として必要
とされる全波長範囲（例えば、１．３２±．１μｍおよ
び１．５５±．１μｍ）にわたって確実に光を放出する
わけではない。同調可能色素レーザは操作するのが難し
く、市販されていず、そして色素が経時的に安定ではな
い。色中心レーザは１．５μｍ付近の狭い波長範囲で同
調可能であるものが利用できる。しかしながら、色中心
結晶は、レーザ放射の発生を可能にする光学的特性が失
われるのを避けるために常に非常な低温度に保たなけれ
ばならない。従って、色中心レーザは不便であり、環境
条件の広範囲にわたって安定ではない。更に、現在のレ
ーザシステムで使用される色中心結晶は１．３μｍ付近
の波長を生成できない。外部空洞型半導体レーザは１．
３μｍと１．５μｍ付近の両方が利用可能であるが、同
調範囲が制限されるという妨げがある。
【０００４】同調範囲が制限されるということに付け加
えて、現在の同調可能なレーザは出力電力も制限されて
いる。例えば、各半導体レーザは、効率的に光を発生す
る（すなわち、レーザ発光する）ためにレーザに必要と
される電流量を意味する閾値電流を有している。光学的
に励起されたレーザもまた閾値レベルを有している。閾
値以下では、光出力は非常に効率が悪く、駆動電流から
のエネルギーのほとんどが熱として失われる。閾値電流
以上で発光は非常により強くなる。このことは、電気的
あるいは光学的入力エネルギーのほとんどが、光エネル
ギーとしてレーザから現れるということを意味する。レ
ーザ閾値が高いと、より多くの入力電力が熱として消費
され、レーザ動作寿命を短くし、ピーク出力電力を低下
させることになる。
えて、現在の同調可能なレーザは出力電力も制限されて
いる。例えば、各半導体レーザは、効率的に光を発生す
る（すなわち、レーザ発光する）ためにレーザに必要と
される電流量を意味する閾値電流を有している。光学的
に励起されたレーザもまた閾値レベルを有している。閾
値以下では、光出力は非常に効率が悪く、駆動電流から
のエネルギーのほとんどが熱として失われる。閾値電流
以上で発光は非常により強くなる。このことは、電気的
あるいは光学的入力エネルギーのほとんどが、光エネル
ギーとしてレーザから現れるということを意味する。レ
ーザ閾値が高いと、より多くの入力電力が熱として消費
され、レーザ動作寿命を短くし、ピーク出力電力を低下
させることになる。
【０００５】同調可能レーザの閾値は、レーザ出力波長
に応じて変化する。普通、閾値は同調範囲の中央よりも
外側端の方が高くなる。例えば、同調範囲の中央付近で
高い閾値電流を有する典型的な半導体レーザは、通常、
狭い同調範囲を示す。なぜなら閾値電流が中央波長に比
較的近い最大許容動作電流を越えるためである。
に応じて変化する。普通、閾値は同調範囲の中央よりも
外側端の方が高くなる。例えば、同調範囲の中央付近で
高い閾値電流を有する典型的な半導体レーザは、通常、
狭い同調範囲を示す。なぜなら閾値電流が中央波長に比
較的近い最大許容動作電流を越えるためである。
【０００６】Fyeに対する米国特許第4,839,308号に記述
されているように、外部空洞型レーザは半導体（レーザ
・チップ）のような利得媒体を使用する。レーザ・チッ
プは、前後に切開面を持ち、後方の切開面は反射防止コ
ーティングがなされている。レーザ・チップからの光
は、後方の切開面を通過して外部空洞に入る。その空洞
は、特定のレーザ波長をレーザ・チップに反射するプリ
ズムや回折格子のような同調素子を含んでいる。この動
作は、レーザに前方の切開面から選択可能な波長の発光
をさせる。従って、レーザ・チップの前方の切開面から
の光出力の波長は、回折格子の角度を変えて、制御でき
る。
されているように、外部空洞型レーザは半導体（レーザ
・チップ）のような利得媒体を使用する。レーザ・チッ
プは、前後に切開面を持ち、後方の切開面は反射防止コ
ーティングがなされている。レーザ・チップからの光
は、後方の切開面を通過して外部空洞に入る。その空洞
は、特定のレーザ波長をレーザ・チップに反射するプリ
ズムや回折格子のような同調素子を含んでいる。この動
作は、レーザに前方の切開面から選択可能な波長の発光
をさせる。従って、レーザ・チップの前方の切開面から
の光出力の波長は、回折格子の角度を変えて、制御でき
る。
【０００７】Nazarathy他に対する米国特許第4,942,583
号やTrutna, Jr.他に対する米国特許第5,140,599号、お
よび論文"Spectral Characteristics of External-Cavi
tyControlled Semiconductor Lasers"IEEE Journal of
Quantum Electronics, Vol. QE-17, No. 1（Jan 1981）
が、同調可能な外部空洞型レーザについて記述してい
る。しかしながら、上記のどの文献も、同調範囲の制限
に関する問題に言及していない。
号やTrutna, Jr.他に対する米国特許第5,140,599号、お
よび論文"Spectral Characteristics of External-Cavi
tyControlled Semiconductor Lasers"IEEE Journal of
Quantum Electronics, Vol. QE-17, No. 1（Jan 1981）
が、同調可能な外部空洞型レーザについて記述してい
る。しかしながら、上記のどの文献も、同調範囲の制限
に関する問題に言及していない。
【０００８】従って、環境条件の変化に対して安定な広
い範囲で同調可能で高い出力電力のレーザに対する要求
が依然として存在する。
い範囲で同調可能で高い出力電力のレーザに対する要求
が依然として存在する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】よって、本発明の一目
的は外部空洞型半導体レーザの同調範囲を拡大すること
である。
的は外部空洞型半導体レーザの同調範囲を拡大すること
である。
【００１０】本発明の第二の目的は広波長同調範囲にわ
たってレーザ出力電力を増大することである。
たってレーザ出力電力を増大することである。
【００１１】本発明の他の目的は広帯域同調可能レーザ
の動作寿命と携帯性を上げることである。
の動作寿命と携帯性を上げることである。
【００１２】本発明の他の目的はレーザ出力特性の制御
性を高めることである。
性を高めることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、出力カプラの
反射率の向上によりレーザの同調範囲を増大させる。こ
れにより広範囲の波長が効率的にレーザから放射され
る。本発明は、また同時に同調範囲を増加しながら各波
長での出力電力を最大にするためにレーザ出力カプラの
反射率をレーザ波長に応じて変化させることを可能にす
る。
反射率の向上によりレーザの同調範囲を増大させる。こ
れにより広範囲の波長が効率的にレーザから放射され
る。本発明は、また同時に同調範囲を増加しながら各波
長での出力電力を最大にするためにレーザ出力カプラの
反射率をレーザ波長に応じて変化させることを可能にす
る。
【００１４】本発明によれば、外部空洞型レーザの帯域
が増大される。従来の試みは、出力電力を増大させるた
めにレーザ後方の切開面の反射率を増加することでなさ
れてきた。しかしながら、本発明は、レーザから出力す
ることのできる波長範囲（同調範囲）を広げるために、
前方の切開面（出力カプラ）の反射率を増加させるとい
う斬新なアプローチをとっている。前方の切開面の反射
率を変更することで、より広い波長範囲にわたって外部
空洞にて、半導体チップはレーザ発光できることにな
る。
が増大される。従来の試みは、出力電力を増大させるた
めにレーザ後方の切開面の反射率を増加することでなさ
れてきた。しかしながら、本発明は、レーザから出力す
ることのできる波長範囲（同調範囲）を広げるために、
前方の切開面（出力カプラ）の反射率を増加させるとい
う斬新なアプローチをとっている。前方の切開面の反射
率を変更することで、より広い波長範囲にわたって外部
空洞にて、半導体チップはレーザ発光できることにな
る。
【００１５】本発明の第一の実施例においては、レーザ
・チップの前方の切開面に施される反射コーティング
は、所定の波長範囲でコーティングなしのレーザ・チッ
プの反射率より高く、一般的に一定の（平坦な）反射率
を有している。一様な反射率はレーザ帯域を増加させ、
閾値電流を減少させる。平坦な反射コーティング、例え
ば全波長を等しく反射するシリコンと酸化アルミニウム
の交互積層が、同調範囲を最大６０％広げることが実証
されてきた。
・チップの前方の切開面に施される反射コーティング
は、所定の波長範囲でコーティングなしのレーザ・チッ
プの反射率より高く、一般的に一定の（平坦な）反射率
を有している。一様な反射率はレーザ帯域を増加させ、
閾値電流を減少させる。平坦な反射コーティング、例え
ば全波長を等しく反射するシリコンと酸化アルミニウム
の交互積層が、同調範囲を最大６０％広げることが実証
されてきた。
【００１６】本発明の第二実施例においては、同時に出
力電力を最大にしながら、レーザ波長同調範囲を増大さ
せるために、前方の切開面に複合反射コーティングが施
されている。複合コーティングは、波長同調範囲の両端
での反射率のみを増加させる。この改善は、同調範囲の
中央の波長に対する出力電力を減少させることなく実施
される。
力電力を最大にしながら、レーザ波長同調範囲を増大さ
せるために、前方の切開面に複合反射コーティングが施
されている。複合コーティングは、波長同調範囲の両端
での反射率のみを増加させる。この改善は、同調範囲の
中央の波長に対する出力電力を減少させることなく実施
される。
【００１７】複合コーティングは、種々の材料の多重層
を前方の切開面に施すことで形成される。典型的な多層
コーティングは、シリコンと酸化アルミニウムか二酸化
シリコンのどちらかとの交互積層から成る。これらのコ
ーティングは、波長に応じて前方の切開面の反射率を変
化させる。これらは、普通、同調範囲を広げ、平坦な反
射コーティングよりも高いレーザ出力電力を維持するよ
うに設計される。半導体チップの前方の切開面とは異な
り、多層コーティングを、外部レーザ空洞の同調可能な
鏡（例えば、プリズムまたは回折格子）、または環状も
しくは直線状空洞型レーザの独立出力鏡に施すこともで
きる。
を前方の切開面に施すことで形成される。典型的な多層
コーティングは、シリコンと酸化アルミニウムか二酸化
シリコンのどちらかとの交互積層から成る。これらのコ
ーティングは、波長に応じて前方の切開面の反射率を変
化させる。これらは、普通、同調範囲を広げ、平坦な反
射コーティングよりも高いレーザ出力電力を維持するよ
うに設計される。半導体チップの前方の切開面とは異な
り、多層コーティングを、外部レーザ空洞の同調可能な
鏡（例えば、プリズムまたは回折格子）、または環状も
しくは直線状空洞型レーザの独立出力鏡に施すこともで
きる。
【００１８】別法として、レーザ波長に応じて出力カプ
ラの反射率が変化しうるように、空間的に変化する反射
率を持つ出力カプラを、別の位置に動かすことができ
る。こういう訳で、レーザは、各選択波長で最大出力電
力を出すことができる。
ラの反射率が変化しうるように、空間的に変化する反射
率を持つ出力カプラを、別の位置に動かすことができ
る。こういう訳で、レーザは、各選択波長で最大出力電
力を出すことができる。
【００１９】本発明の上記とその他の目的、特徴、およ
び利点は、添付の図面を参照しながら進める本発明の好
ましい実施例の、下記の詳しい説明から容易により明ら
かになるであろう。
び利点は、添付の図面を参照しながら進める本発明の好
ましい実施例の、下記の詳しい説明から容易により明ら
かになるであろう。
【００２０】
【実施例】図１は、同調可能な外部空洞型レーザを示す
概略図である。レーザ空洞は、レーザ利得媒体１４、レ
ンズ２４、出力コリメータレンズ２７、および反射同調
素子２６を含む。同調素子２６は、通常、鏡、プリズ
ム、回折格子である。本発明の一実施例において、利得
媒体１４は、前方の切開面１６と後方の切開面１８を有
する半導体レーザチップからなる。同調可能レーザは、
図１に示すシステムでは、レーザチップ１４の前方の切
開面１６からなるレーザ空洞から光が放射される出力カ
プラを有する。
概略図である。レーザ空洞は、レーザ利得媒体１４、レ
ンズ２４、出力コリメータレンズ２７、および反射同調
素子２６を含む。同調素子２６は、通常、鏡、プリズ
ム、回折格子である。本発明の一実施例において、利得
媒体１４は、前方の切開面１６と後方の切開面１８を有
する半導体レーザチップからなる。同調可能レーザは、
図１に示すシステムでは、レーザチップ１４の前方の切
開面１６からなるレーザ空洞から光が放射される出力カ
プラを有する。
【００２１】図２は以前、図１に示したレーザチップ１
４の詳細な斜視図で、図３は正面図である。典型的な半
導体レーザチップは、第一の不純物型のGaInAs接触層８
２と接続された第一金属接点２８を備える。第一の不純
物型のInP上部クラッド層８４は、接触層８２と活性領
域６２の間にある。第二不純物型のIn‐P化合物下部ク
ラッド層と基板３４は、活性領域６２と第二接点３６の
間にある。活性領域６２は光を発生し、バルク層か量子
井戸構造のどちらかを備えてもよい。半絶縁またはサイ
リスタ状に不純物を加えたInP３２は、最大の発光を得
るためには全駆動電流が活性領域を通って流れなければ
ならないので、活性領域の周辺への電流の漏れを防止す
る。
４の詳細な斜視図で、図３は正面図である。典型的な半
導体レーザチップは、第一の不純物型のGaInAs接触層８
２と接続された第一金属接点２８を備える。第一の不純
物型のInP上部クラッド層８４は、接触層８２と活性領
域６２の間にある。第二不純物型のIn‐P化合物下部ク
ラッド層と基板３４は、活性領域６２と第二接点３６の
間にある。活性領域６２は光を発生し、バルク層か量子
井戸構造のどちらかを備えてもよい。半絶縁またはサイ
リスタ状に不純物を加えたInP３２は、最大の発光を得
るためには全駆動電流が活性領域を通って流れなければ
ならないので、活性領域の周辺への電流の漏れを防止す
る。
【００２２】前方の切開面１６と後方の切開面１８は、
それぞれ活性領域６２の前後の両端を切断することによ
り生成される。前方の出力切開面１６は、多層反射コー
ティング４０（図４参照）を含む。半導体レーザは半絶
縁プレーナ型埋め込みヘテロ構造（ＳＩＰＢＨ）レーザ
が好ましく、レーザとして動作する場合が、1992年7月3
1日出願の同時係属出願第07/896,276号に記載されてい
る。しかし、多くの他の型のレーザ構造や半導体レーザ
材料（例えば、AlGaAsまたはAlGaInP）も使用できる。
それぞれ活性領域６２の前後の両端を切断することによ
り生成される。前方の出力切開面１６は、多層反射コー
ティング４０（図４参照）を含む。半導体レーザは半絶
縁プレーナ型埋め込みヘテロ構造（ＳＩＰＢＨ）レーザ
が好ましく、レーザとして動作する場合が、1992年7月3
1日出願の同時係属出願第07/896,276号に記載されてい
る。しかし、多くの他の型のレーザ構造や半導体レーザ
材料（例えば、AlGaAsまたはAlGaInP）も使用できる。
【００２３】電流がレーザチップ１４に注がれると、活
性領域６２で電子−正孔対の再結合により光が発生す
る。この光はそのチップ内の様々な方向に自然発生的な
放射を生み出す。光が増幅されるには、導波管に沿って
活性領域６２の面内を伝わらなければならない。活性領
域に励起された発光を集中させる帰還は、切開面１６と
１８付近の半導体結晶のどちらかの端部での光の反射に
よって作り出される。半導体は高い屈折率を持っている
ので、反射コーティングなしでも、切開面１６と１８は
半導体材料中に光の約３０％を反射する。この３０％の
反射率は、単独の半導体レーザ・チップでのレーザ動作
に十分な帰還をもたらす。
性領域６２で電子−正孔対の再結合により光が発生す
る。この光はそのチップ内の様々な方向に自然発生的な
放射を生み出す。光が増幅されるには、導波管に沿って
活性領域６２の面内を伝わらなければならない。活性領
域に励起された発光を集中させる帰還は、切開面１６と
１８付近の半導体結晶のどちらかの端部での光の反射に
よって作り出される。半導体は高い屈折率を持っている
ので、反射コーティングなしでも、切開面１６と１８は
半導体材料中に光の約３０％を反射する。この３０％の
反射率は、単独の半導体レーザ・チップでのレーザ動作
に十分な帰還をもたらす。
【００２４】低電流レベルでは、発光ダイオードを駆動
するのと同じ過程で自然発光が発生する。しかし、電流
レベルが上がると、ダイオード・レーザは励起発光（レ
ーザ動作）が始まる閾値を通り過ぎる。一度電流が閾値
レベルを通過すると、励起発光の結果、光強度が急激に
上昇する。
するのと同じ過程で自然発光が発生する。しかし、電流
レベルが上がると、ダイオード・レーザは励起発光（レ
ーザ動作）が始まる閾値を通り過ぎる。一度電流が閾値
レベルを通過すると、励起発光の結果、光強度が急激に
上昇する。
【００２５】閾値以下では、光出力はあまり効率的では
なく、駆動電流からの殆どのエネルギーは熱として失わ
れる。閾値以上では、発光はより効率が良くなる。つま
り、閾値電流は半導体レーザの動作における重要なパラ
メータである。
なく、駆動電流からの殆どのエネルギーは熱として失わ
れる。閾値以上では、発光はより効率が良くなる。つま
り、閾値電流は半導体レーザの動作における重要なパラ
メータである。
【００２６】図１に戻って、レンズ２４は半導体レーザ
・チップ１４の後方の切開面１８から放射した光２２を
回折格子２６上に導く。回折格子２６は、唯一の波長が
半導体レーザ・チップ１４に適切な角度で帰ってくるよ
うに光を屈折する。つまり、光は半導体レーザ・チップ
１４の出力切り出し面１６と回折格子２６の間を前後に
振動する。レーザ空洞の純利得は、回折格子２６によっ
て屈折され、半導体レーザ・チップ切開面に返された波
長で最も高い。回折格子２６に到達した波長のうちでよ
り短いものとより長いものは空洞の側面に屈折されて、
失われる。つまり、出力ビーム２０の振動波長は回折格
子２６の角度２５を調節することにより可変範囲内で同
調させることができる。
・チップ１４の後方の切開面１８から放射した光２２を
回折格子２６上に導く。回折格子２６は、唯一の波長が
半導体レーザ・チップ１４に適切な角度で帰ってくるよ
うに光を屈折する。つまり、光は半導体レーザ・チップ
１４の出力切り出し面１６と回折格子２６の間を前後に
振動する。レーザ空洞の純利得は、回折格子２６によっ
て屈折され、半導体レーザ・チップ切開面に返された波
長で最も高い。回折格子２６に到達した波長のうちでよ
り短いものとより長いものは空洞の側面に屈折されて、
失われる。つまり、出力ビーム２０の振動波長は回折格
子２６の角度２５を調節することにより可変範囲内で同
調させることができる。
【００２７】光をレーザ・チップの前方の切開面１６と
回折格子２６の間で振動させるために、無反射（ＡＲ）
コーティングが半導体レーザ・チップの後方の切開面１
８に施される。従来は、前方の切開面１６には特別なコ
ーティングは施されなかった。レーザ光が前方の切開面
に当たると、半導体と空気との境界面が約３０％の自然
反射率を作り出す。この自然反射率は、適切な閾値電流
で最大利得波長付近で発生するレーザに十分な光を反射
により半導体材料中に返す。
回折格子２６の間で振動させるために、無反射（ＡＲ）
コーティングが半導体レーザ・チップの後方の切開面１
８に施される。従来は、前方の切開面１６には特別なコ
ーティングは施されなかった。レーザ光が前方の切開面
に当たると、半導体と空気との境界面が約３０％の自然
反射率を作り出す。この自然反射率は、適切な閾値電流
で最大利得波長付近で発生するレーザに十分な光を反射
により半導体材料中に返す。
【００２８】回折格子２６が最大利得（すなわち、レー
ザが最高の利得を示す波長）から外れると、チップ利得
は下がり、外部空洞型レーザの純利得が減少する。利得
とは、光子がレーザ空洞内の移動単位距離当たり発生
（増幅）し得る励起発光量である。普通、レーザ駆動電
流を増加すると、利得は増える。波長が最大利得から十
分に離れている場合、チップ利得は低く、損失を補うの
に十分な利得はなく、レーザは発光しない。これらの波
長、つまり利得曲線の中央より上と下の両方の波長が、
所定の最大レーザ駆動電流に対するレーザ同調範囲の外
側の境界を決定する。
ザが最高の利得を示す波長）から外れると、チップ利得
は下がり、外部空洞型レーザの純利得が減少する。利得
とは、光子がレーザ空洞内の移動単位距離当たり発生
（増幅）し得る励起発光量である。普通、レーザ駆動電
流を増加すると、利得は増える。波長が最大利得から十
分に離れている場合、チップ利得は低く、損失を補うの
に十分な利得はなく、レーザは発光しない。これらの波
長、つまり利得曲線の中央より上と下の両方の波長が、
所定の最大レーザ駆動電流に対するレーザ同調範囲の外
側の境界を決定する。
【００２９】さらに説明を続けると、往復利得（前方の
出力切開面から外部回折格子まで）が、往復損失を超え
るとき、レーザは発振へと移行、あるいはレーザ発光す
るであろう。この振動条件は下記の振動しきい値方程式
で表される。
出力切開面から外部回折格子まで）が、往復損失を超え
るとき、レーザは発振へと移行、あるいはレーザ発光す
るであろう。この振動条件は下記の振動しきい値方程式
で表される。
【００３０】 ＲocＲbackＥＸＰ［２（Γｇ−α）Ｌchip] ＝１ （１） 上式で、Ｒocは前方の出力カプラ鏡面電力反射率であ
る。Γは光学的制限係数であり、”ｇ”はセンチメート
ル当たりのチップ利得であり、αはセンチメートル当た
りのチップ損失（制限効果も含む）であり、Lchipはセ
ンチメートル単位の半導体利得媒体の長さである。Ｒ
backはレーザ利得媒体１４に戻り接合される光の波長で
の反射同調素子２６からの電力反射率である。出力結合
とチップ長に依存する損失（αLchip）を除く全空洞損
失はＲback中に一まとめにされている。
る。Γは光学的制限係数であり、”ｇ”はセンチメート
ル当たりのチップ利得であり、αはセンチメートル当た
りのチップ損失（制限効果も含む）であり、Lchipはセ
ンチメートル単位の半導体利得媒体の長さである。Ｒ
backはレーザ利得媒体１４に戻り接合される光の波長で
の反射同調素子２６からの電力反射率である。出力結合
とチップ長に依存する損失（αLchip）を除く全空洞損
失はＲback中に一まとめにされている。
【００３１】普通、設計者は空洞損失を最少にすること
によって、可能な限りＲbackを大きくしようとする。出
力カプラ（例えば、レーザのコーティングされていない
前方の切開面１６）は、普通、半導体と空気との境界面
でフレネルの反射式から計算されるＲoc＝０．３の反射
率を有する。多数の外部空洞型同調可能レーザにとっ
て、このＲocの値は、レーザに中心波長で相対的に効率
的な動作をさせるが、同調曲線の両端ではそうではな
い。実際、このＲocの値は同調曲線の中央でさえも、一
般的に最適値ではない。
によって、可能な限りＲbackを大きくしようとする。出
力カプラ（例えば、レーザのコーティングされていない
前方の切開面１６）は、普通、半導体と空気との境界面
でフレネルの反射式から計算されるＲoc＝０．３の反射
率を有する。多数の外部空洞型同調可能レーザにとっ
て、このＲocの値は、レーザに中心波長で相対的に効率
的な動作をさせるが、同調曲線の両端ではそうではな
い。実際、このＲocの値は同調曲線の中央でさえも、一
般的に最適値ではない。
【００３２】チップ利得は波長に強く依存し、レーザが
最適の波長から外れるとより低い値に低下してしまう。
結局、利得”ｇ”は発振の閾値より低下して、レーザは
もうこれ以上発振しなくなる。発振のために必要とされ
る最少利得は、 ｇ＝（１／Γ)(α−［ｌｎ(ＲocＲback））／２Ｌchip]) と定義される。
最適の波長から外れるとより低い値に低下してしまう。
結局、利得”ｇ”は発振の閾値より低下して、レーザは
もうこれ以上発振しなくなる。発振のために必要とされ
る最少利得は、 ｇ＝（１／Γ)(α−［ｌｎ(ＲocＲback））／２Ｌchip]) と定義される。
【００３３】レーザは最短波長でのカットオフから最長
波長でのもう一つのカットオフまでの狭い同調範囲で、
例えば、約４０ｎｍの範囲で同調され得る。しかし、１
８０ｎｍに等しいかそれより大きい同調範囲を有してい
ることが望ましい。様々な手段（例えば、Γ、Lchipお
よび活性領域６２の線幅の最適化等）が、波長のより広
い範囲で利得を上げるために採用されてきたが、同調範
囲は依然として受け入れ難い程に狭い。この問題は、レ
ーザ空洞内の表面である、半導体媒体の後方の切開面１
８から典型的にアプローチされてきた。例えば、この後
方の切開面の反射率の増加により、レーザの純利得はあ
る波長で増やすことができる。しかし、利得としきい値
電流の両方が他の波長で低下し、強く発振する閾値対波
長同調曲線をもたらす。
波長でのもう一つのカットオフまでの狭い同調範囲で、
例えば、約４０ｎｍの範囲で同調され得る。しかし、１
８０ｎｍに等しいかそれより大きい同調範囲を有してい
ることが望ましい。様々な手段（例えば、Γ、Lchipお
よび活性領域６２の線幅の最適化等）が、波長のより広
い範囲で利得を上げるために採用されてきたが、同調範
囲は依然として受け入れ難い程に狭い。この問題は、レ
ーザ空洞内の表面である、半導体媒体の後方の切開面１
８から典型的にアプローチされてきた。例えば、この後
方の切開面の反射率の増加により、レーザの純利得はあ
る波長で増やすことができる。しかし、利得としきい値
電流の両方が他の波長で低下し、強く発振する閾値対波
長同調曲線をもたらす。
【００３４】本発明では前方の切開面１６（Ｒoc）の反
射率を変化させることにより、同調範囲を増加させる。
例えば、最高出力波長１．５５μｍを持ち、前方の切開
面上に施された反射コーティングの無いレーザは、１．
５３μｍから１．５７μｍの同調しかできない。しか
し、前方の切開面の反射率が増加すると、往復損失が減
少する。このことは、レーザがもっと極端な（すなわ
ち、１．５５μｍの最高出力波長からかなり離れた）波
長で動作することを可能にする。
射率を変化させることにより、同調範囲を増加させる。
例えば、最高出力波長１．５５μｍを持ち、前方の切開
面上に施された反射コーティングの無いレーザは、１．
５３μｍから１．５７μｍの同調しかできない。しか
し、前方の切開面の反射率が増加すると、往復損失が減
少する。このことは、レーザがもっと極端な（すなわ
ち、１．５５μｍの最高出力波長からかなり離れた）波
長で動作することを可能にする。
【００３５】ある好ましい実施例では、コーティングは
平坦な反射率を持つように、または“理想的な”コーテ
ィング曲線に合うように設計される。“理想的な”コー
ティング曲線は、出力カプラ・コーティングが施される
前に、外部空洞にある利得媒体の測定値を使用して生成
される。純利得対電流曲線からの情報が、種々の電流に
対する“理想的な”コーティング反射率を作り出すため
に使用される。それから、“理想的な”モデルと調和す
るコーティング設計が導出される。
平坦な反射率を持つように、または“理想的な”コーテ
ィング曲線に合うように設計される。“理想的な”コー
ティング曲線は、出力カプラ・コーティングが施される
前に、外部空洞にある利得媒体の測定値を使用して生成
される。純利得対電流曲線からの情報が、種々の電流に
対する“理想的な”コーティング反射率を作り出すため
に使用される。それから、“理想的な”モデルと調和す
るコーティング設計が導出される。
【００３６】さらに説明を続けると、純利得（Γｇ−
α）は波長に依存し、一般に電流と共に増加する。Ｒoc
の低減は、レーザ発光のために十分高い純利得を達成す
るために必要な閾値電流を上げ、Ｒocの増加は必要な閾
値電流を下げる。閾値電流が異常に高くなると、同調範
囲の端部に到るので、閾値電流の低減は同調範囲を広げ
る。つまり、Ｒocを増加する単純な平坦反射コーティン
グは、同調範囲を（例えば、図６でコーティング前の曲
線４２からコーティング後の曲線４４に、また、図７で
コーティング前の曲線４６からコーティング後の曲線４
８に）広げる。
α）は波長に依存し、一般に電流と共に増加する。Ｒoc
の低減は、レーザ発光のために十分高い純利得を達成す
るために必要な閾値電流を上げ、Ｒocの増加は必要な閾
値電流を下げる。閾値電流が異常に高くなると、同調範
囲の端部に到るので、閾値電流の低減は同調範囲を広げ
る。つまり、Ｒocを増加する単純な平坦反射コーティン
グは、同調範囲を（例えば、図６でコーティング前の曲
線４２からコーティング後の曲線４４に、また、図７で
コーティング前の曲線４６からコーティング後の曲線４
８に）広げる。
【００３７】しかし、平坦コーティングでＲocを増加す
ることは利得曲線の中央付近のレーザ出力電力を低下さ
せる可能性がある。これは出力電力を予測する下記の式
で示される。先ず、利得飽和は下記のように近似され
る。
ることは利得曲線の中央付近のレーザ出力電力を低下さ
せる可能性がある。これは出力電力を予測する下記の式
で示される。先ず、利得飽和は下記のように近似され
る。
【００３８】ｇ＝ｇ0／（１＋Ｐ/Ｐsat) ここで、Ｐは循環する（内部の）電力であり、Ｐsatは
循環飽和電力である。安定状態で、振動閾値方程式１で
以前に述べたようにレーザ内部の循環電力は一定であ
る。レーザ出力電力Ｐoutは、循環電力Ｐと出力カプラ
伝送の積に等しく、以下のようになる。
循環飽和電力である。安定状態で、振動閾値方程式１で
以前に述べたようにレーザ内部の循環電力は一定であ
る。レーザ出力電力Ｐoutは、循環電力Ｐと出力カプラ
伝送の積に等しく、以下のようになる。
【００３９】Ｐout＝（１−Ｒoc）Ｐ 媒体出力カップリングについては下記の式が得られる。
【００４０】
【数１】
【００４１】下記の式は、出力電力を、高利得で高出力
カプラ伝送（低いＲoc）に対する半導体レーザ・パラメ
ータの関数として記述している。
カプラ伝送（低いＲoc）に対する半導体レーザ・パラメ
ータの関数として記述している。
【００４２】
【数２】
【００４３】数式（３）は４つの変数、つまり、
Ｌchip、Ｒoc、Ｒback、およびΓｇ−α（一つの変数と
してまとめられる）を含んでいる。Ｌchipは物理的なチ
ップ長であり、容易に測定できる。各波長に対してＲoc
のどの値がＰoutを最大にするかを求めるために、先
ず、残りの未知数ＲbackとΓｇ−αが、各波長に対して
決定されなければならない。一度これらの値が決定され
ると、Ｐoutを最大にする出力カプラ反射率Ｒocは、Ｒ
ocに関するＰoutの微分係数（数式（２）または数式
（３））をゼロにすることにより決定される。しかし、
実際には、Ｐoutは数式（３）を使って数値的に最適化
されてきた。最適なＲoc対波長のグラフを得るために、
どちらの方法も各波長毎に使用される。
Ｌchip、Ｒoc、Ｒback、およびΓｇ−α（一つの変数と
してまとめられる）を含んでいる。Ｌchipは物理的なチ
ップ長であり、容易に測定できる。各波長に対してＲoc
のどの値がＰoutを最大にするかを求めるために、先
ず、残りの未知数ＲbackとΓｇ−αが、各波長に対して
決定されなければならない。一度これらの値が決定され
ると、Ｐoutを最大にする出力カプラ反射率Ｒocは、Ｒ
ocに関するＰoutの微分係数（数式（２）または数式
（３））をゼロにすることにより決定される。しかし、
実際には、Ｐoutは数式（３）を使って数値的に最適化
されてきた。最適なＲoc対波長のグラフを得るために、
どちらの方法も各波長毎に使用される。
【００４４】λと駆動電流（Ｉ）、およびＲbackの関数
として（Γｇ−α）を決定するために、最初に裸のチッ
プの閾値を測定する。次に、外部空洞型レーザの無反射
コーティング・チップの閾値を波長の関数として測定す
る。それから、後方の切開面の反射率Ｒbackは外部空洞
型レーザでは以下のようにして決定される。式（１）は
下記のように書き直すことができる。
として（Γｇ−α）を決定するために、最初に裸のチッ
プの閾値を測定する。次に、外部空洞型レーザの無反射
コーティング・チップの閾値を波長の関数として測定す
る。それから、後方の切開面の反射率Ｒbackは外部空洞
型レーザでは以下のようにして決定される。式（１）は
下記のように書き直すことができる。
【００４５】
【数３】
【００４６】閾値（（Γｇ−α）／Ｉth）での単位電流
当たりの純利得はそのチップ固有の値であり、チップが
単独であるか、最小のしきい値が得られる波長に設定さ
れた回折格子と共に空洞にあるかには依存しない。つま
り、閾値での単位電流当たりの純利得は一定であると仮
定し、裸のチップに対して評価された式（４）の右辺
と、最小の閾値電流しか必要としない波長に設定された
ＥＣＬのチップに対して評価された数式（４）の右辺と
を等しいと置くことによって、Ｒbackが決定される。裸
のチップのＬchipとＩthおよび空洞での最小Ｉthが測定
され、裸のチップに対するＲbackとＲocは半導体と空気
との境界面で与えられるので（ここでは０．３）、外部
空洞型レーザに対するＲbackが唯一の未知数であり、こ
れは分析的に決定される。Ｒbackはこうして求められ、
全波長で一定と仮定される。
当たりの純利得はそのチップ固有の値であり、チップが
単独であるか、最小のしきい値が得られる波長に設定さ
れた回折格子と共に空洞にあるかには依存しない。つま
り、閾値での単位電流当たりの純利得は一定であると仮
定し、裸のチップに対して評価された式（４）の右辺
と、最小の閾値電流しか必要としない波長に設定された
ＥＣＬのチップに対して評価された数式（４）の右辺と
を等しいと置くことによって、Ｒbackが決定される。裸
のチップのＬchipとＩthおよび空洞での最小Ｉthが測定
され、裸のチップに対するＲbackとＲocは半導体と空気
との境界面で与えられるので（ここでは０．３）、外部
空洞型レーザに対するＲbackが唯一の未知数であり、こ
れは分析的に決定される。Ｒbackはこうして求められ、
全波長で一定と仮定される。
【００４７】さて、外部空洞型レーザに対して波長と駆
動電流の関数として、Γｇ−αを求めなければならな
い。純利得Γｇ−αは波長だけでなく電流とともに変化
することを想起することが重要である。最も単純な近似
で、純利得は電流に比例すると仮定され、そのため各波
長で、次式が成立する。
動電流の関数として、Γｇ−αを求めなければならな
い。純利得Γｇ−αは波長だけでなく電流とともに変化
することを想起することが重要である。最も単純な近似
で、純利得は電流に比例すると仮定され、そのため各波
長で、次式が成立する。
【００４８】 ｍ＝（Γｇ−α）／Ｉ （５） 上式で、ｍは比例定数であり、Ｉは駆動電流である。電
流で割った純利得（ｍ）は、たった今計算したＲbackと
閾値同調曲線Ｉth（λ）を使って、数式（４）から波長
毎に外部空洞型レーザに対して求められる。ｍ（λ）が
分かると、任意の波長での任意の駆動電流に対する純利
得Γｇ−αが数式（５）から計算される。ｍ（λ）を求
めるための他の方法も又可能である。
流で割った純利得（ｍ）は、たった今計算したＲbackと
閾値同調曲線Ｉth（λ）を使って、数式（４）から波長
毎に外部空洞型レーザに対して求められる。ｍ（λ）が
分かると、任意の波長での任意の駆動電流に対する純利
得Γｇ−αが数式（５）から計算される。ｍ（λ）を求
めるための他の方法も又可能である。
【００４９】次に、Ｒbackとｍ（λ）が上記の半導体出
力電力式（３）で使用される。電流が選択され、ｍから
純利得が得られる。各波長で、出力電力（Ｐout）がＲ
ocに関して最適化される。そして、各仮定された電流毎
に（例えば、１００mAの最大動作電流を含む）最適なＲ
oc対λのグラフが作成される。次に、一般的に最適のＲ
oc曲線に適合するように、コーティングが設計される。
思いがけない程低い反射率はしきい値電流を大幅に増加
し、したがって、同調範囲を減少させるので、普通、コ
ーティングは最適のＲoc対λ曲線で得られる反射率より
多少高めの反射率に設計される。
力電力式（３）で使用される。電流が選択され、ｍから
純利得が得られる。各波長で、出力電力（Ｐout）がＲ
ocに関して最適化される。そして、各仮定された電流毎
に（例えば、１００mAの最大動作電流を含む）最適なＲ
oc対λのグラフが作成される。次に、一般的に最適のＲ
oc曲線に適合するように、コーティングが設計される。
思いがけない程低い反射率はしきい値電流を大幅に増加
し、したがって、同調範囲を減少させるので、普通、コ
ーティングは最適のＲoc対λ曲線で得られる反射率より
多少高めの反射率に設計される。
【００５０】図４は５層の反射コーティング（均等な縮
尺ではない）を持つ、図１に示したレーザ・チップの断
面図である。５層の反射コーティングは、上記より得ら
れた最適のＲoc対λ応答を生成するために使用される。
活性領域６２はレーザ導波管６３の中心部を形成する。
後方の切開面１８は図では反射または無反射コーティン
グで被覆されていないが、一般的に、そのようなコーテ
ィングが使用される。
尺ではない）を持つ、図１に示したレーザ・チップの断
面図である。５層の反射コーティングは、上記より得ら
れた最適のＲoc対λ応答を生成するために使用される。
活性領域６２はレーザ導波管６３の中心部を形成する。
後方の切開面１８は図では反射または無反射コーティン
グで被覆されていないが、一般的に、そのようなコーテ
ィングが使用される。
【００５１】前方の切開面１６は、本発明に係わる反射
コーティング４０で被覆されている。以下に詳述される
ように、反射コーティングは単層または図４に示すよう
に多層で構成される。層６４、６６、６８、７０、７２
は前方の切開面１６に施される種々の材料を表す。層の
数、各層の厚さおよび各層に使用される材料は、異なる
反射対波長特性を生み出すように変更される。
コーティング４０で被覆されている。以下に詳述される
ように、反射コーティングは単層または図４に示すよう
に多層で構成される。層６４、６６、６８、７０、７２
は前方の切開面１６に施される種々の材料を表す。層の
数、各層の厚さおよび各層に使用される材料は、異なる
反射対波長特性を生み出すように変更される。
【００５２】例えば、この概念の簡単な実現は、平坦な
反射率を得るために前方の切開面１６に、３層コーティ
ング（例えば、層６４、６６、６８）を施すことによっ
て得られる。そのコーティングは、自然に得られる３０
％の半導体−空気による反射率を、適正に選ばれた層の
厚さによる６０％の一定の反射率に増加させる。この増
加した前方の切開面の反射率は、図６において、短波長
端は１．４６μｍで、長波長端は１．６３μｍというよ
うに、レーザ同調範囲を増大する。しかし、前方の切開
面の自然の固体−空気の反射率は、既存で希望のレーザ
特性に依存する４０−１００％の範囲内のどこにでも増
加されることができる。
反射率を得るために前方の切開面１６に、３層コーティ
ング（例えば、層６４、６６、６８）を施すことによっ
て得られる。そのコーティングは、自然に得られる３０
％の半導体−空気による反射率を、適正に選ばれた層の
厚さによる６０％の一定の反射率に増加させる。この増
加した前方の切開面の反射率は、図６において、短波長
端は１．４６μｍで、長波長端は１．６３μｍというよ
うに、レーザ同調範囲を増大する。しかし、前方の切開
面の自然の固体−空気の反射率は、既存で希望のレーザ
特性に依存する４０−１００％の範囲内のどこにでも増
加されることができる。
【００５３】図５は実際の“平坦な”反射コーティング
の反射率曲線を示すグラフである。このグラフから分か
るように、反射率は１１００−１８００nmの波長範囲で
約６０％の実質上一定な値を維持している。理論的に
は、より高い屈折率の材料の１／４波長（０．２５λ）
の厚さの単層（すなわち、層６４）は、反射率を増加さ
せるために前方の切開面に施されうる。１／４波長の光
学的積層は、平坦な反射率コーティングを実現するもう
１つの方法である。
の反射率曲線を示すグラフである。このグラフから分か
るように、反射率は１１００−１８００nmの波長範囲で
約６０％の実質上一定な値を維持している。理論的に
は、より高い屈折率の材料の１／４波長（０．２５λ）
の厚さの単層（すなわち、層６４）は、反射率を増加さ
せるために前方の切開面に施されうる。１／４波長の光
学的積層は、平坦な反射率コーティングを実現するもう
１つの方法である。
【００５４】二種類の材料による２層からなる１／４波
長の光学的積層は、反射率を増加するために使われ、各
層は１／４波長の光学的厚さ（０．２５λ）を有してい
る。平坦な反射コーティングは、酸化アルミニウム（Al
2O3）、シリコン(Si）、および二酸化シリコン（SiO2）
といったような材料で製造できる。例えば、酸化アルミ
ニウムは、半導体レーザ製造でよく使われる材料である
インジウム・リン化合物（InP）やインジウム・ガリウ
ム・砒素・リン化合物（InGaAsP)によく接着することが
知られている。したがって、Al2O3は、レーザ・チップ
１４の前方の切開面１６に対する最初の層として容易に
利用できる。
長の光学的積層は、反射率を増加するために使われ、各
層は１／４波長の光学的厚さ（０．２５λ）を有してい
る。平坦な反射コーティングは、酸化アルミニウム（Al
2O3）、シリコン(Si）、および二酸化シリコン（SiO2）
といったような材料で製造できる。例えば、酸化アルミ
ニウムは、半導体レーザ製造でよく使われる材料である
インジウム・リン化合物（InP）やインジウム・ガリウ
ム・砒素・リン化合物（InGaAsP)によく接着することが
知られている。したがって、Al2O3は、レーザ・チップ
１４の前方の切開面１６に対する最初の層として容易に
利用できる。
【００５５】図６と図７は、二つの異なるレーザ・チッ
プの閾値電流対波長のグラフである。米国特許出願第07
/896,276号で述べられているような半導体レーザが使用
されているが、いかなる種類の半導体レーザでも同様の
結果を示す。図６を参照すると、Ｒocを増大する利点
は、各々未コーティングとコーティングされた前方の切
開面１６を表す“同調曲線”４２と４４を比較すること
により、理解できる。同調曲線は波長の関数として、チ
ップを発振するに至らしめるために必要な閾値電流を示
す。上記のように、チップの動作寿命を延ばし、動作電
流と波長のより広い範囲でレーザを駆動する能力を向上
するために、より低い閾値電流が望ましい。曲線４２は
反射率Ｒoc＝０．３１であるコーティング無しの前方の
出力切開面を持つレーザに対する同調曲線である。曲線
４４は反射率Ｒoc＝が０．６１である平坦な反射コーテ
ィングが前方の出力切開面に施された後に、同じレーザ
でもって得られる。反射コーティングは、レーザの同調
範囲を１００mAの駆動電流で、１３０nmから１７０nmに
広げたことになる。つまり、レーザの同調範囲は約３０
％広げられることになる。
プの閾値電流対波長のグラフである。米国特許出願第07
/896,276号で述べられているような半導体レーザが使用
されているが、いかなる種類の半導体レーザでも同様の
結果を示す。図６を参照すると、Ｒocを増大する利点
は、各々未コーティングとコーティングされた前方の切
開面１６を表す“同調曲線”４２と４４を比較すること
により、理解できる。同調曲線は波長の関数として、チ
ップを発振するに至らしめるために必要な閾値電流を示
す。上記のように、チップの動作寿命を延ばし、動作電
流と波長のより広い範囲でレーザを駆動する能力を向上
するために、より低い閾値電流が望ましい。曲線４２は
反射率Ｒoc＝０．３１であるコーティング無しの前方の
出力切開面を持つレーザに対する同調曲線である。曲線
４４は反射率Ｒoc＝が０．６１である平坦な反射コーテ
ィングが前方の出力切開面に施された後に、同じレーザ
でもって得られる。反射コーティングは、レーザの同調
範囲を１００mAの駆動電流で、１３０nmから１７０nmに
広げたことになる。つまり、レーザの同調範囲は約３０
％広げられることになる。
【００５６】図７は図６の曲線を生成するために使われ
たレーザ・チップより品質の劣る第二のレーザ・チップ
に対する閾値電流対波長を示すが、品質の劣るレーザ・
チップは同調範囲がかなり狭く、発振に到る電流がより
多く必要となる。曲線４６は自然の反射率Ｒoc＝０．３
１であるコーティング無しの出力切開面に対する曲線で
あり、曲線４８は反射率Ｒoc＝０．６１の同じレーザに
対する閾値電流を示す。１００mAの駆動電流で、同調範
囲が１００nmから１６２nmに広がったことが分かる。つ
まり、レーザの性能が、当初狭かった同調範囲のレーザ
・チップで約６０％向上した。結局、増加された反射率
は、出力および処理特性を変えることで半導体レーザの
性能を向上させる。
たレーザ・チップより品質の劣る第二のレーザ・チップ
に対する閾値電流対波長を示すが、品質の劣るレーザ・
チップは同調範囲がかなり狭く、発振に到る電流がより
多く必要となる。曲線４６は自然の反射率Ｒoc＝０．３
１であるコーティング無しの出力切開面に対する曲線で
あり、曲線４８は反射率Ｒoc＝０．６１の同じレーザに
対する閾値電流を示す。１００mAの駆動電流で、同調範
囲が１００nmから１６２nmに広がったことが分かる。つ
まり、レーザの性能が、当初狭かった同調範囲のレーザ
・チップで約６０％向上した。結局、増加された反射率
は、出力および処理特性を変えることで半導体レーザの
性能を向上させる。
【００５７】図６と図７の両方において、前方の出力切
開面の反射率が増加すると、レーザを発振へと移行させ
るために必要な閾値電流はかなり減少することに注目さ
れたい。例えば、図７において、１５５０nmで曲線４６
のしきい値電流は約４０mAであるのに、一方、曲線４８
のしきい値電流は２５mA以下である。したがって、前方
の出力切開面の反射率の増加は、レーザ閾値電流を低減
することも実証されたことになる。別の型のレーザ（例
えば、色素レーザや固体レーザ）では、活性のあるレー
ザ媒体は、別のレーザまたはフラッシュ・ランプの光で
励起されるであろう。出力カプラの反射率を増加するこ
とで、入力励起光の閾値が低減され得る。したがって、
フラッシュ・ランプは強力である必要はなく、励起レー
ザに供給する電力はより少なくてよい。
開面の反射率が増加すると、レーザを発振へと移行させ
るために必要な閾値電流はかなり減少することに注目さ
れたい。例えば、図７において、１５５０nmで曲線４６
のしきい値電流は約４０mAであるのに、一方、曲線４８
のしきい値電流は２５mA以下である。したがって、前方
の出力切開面の反射率の増加は、レーザ閾値電流を低減
することも実証されたことになる。別の型のレーザ（例
えば、色素レーザや固体レーザ）では、活性のあるレー
ザ媒体は、別のレーザまたはフラッシュ・ランプの光で
励起されるであろう。出力カプラの反射率を増加するこ
とで、入力励起光の閾値が低減され得る。したがって、
フラッシュ・ランプは強力である必要はなく、励起レー
ザに供給する電力はより少なくてよい。
【００５８】平坦な反射コーティングは同調曲線の中央
付近の波長で出力電力を低下させる可能性がある。例え
ば、中央の波長でレーザ・チップは、最大可能出力電力
を生み出すために、Ｒoc＜０．３０を必要とするであろ
う。したがって、反射率の増加はレーザの最適出力電力
を低下させ得る。この状況の修正のために、図４の層６
４、６６、６８、７０、および７２で示されるように、
中央付近の波長でより低い反射率を維持しながら、レー
ザ帯域幅の外側の波長で反射率を増加するように、別設
計の光学的積層が前方の出力切開面に施される。この積
層はレーザの同調範囲を広げ、同時に、中央の波長で高
い出力電力を維持する。
付近の波長で出力電力を低下させる可能性がある。例え
ば、中央の波長でレーザ・チップは、最大可能出力電力
を生み出すために、Ｒoc＜０．３０を必要とするであろ
う。したがって、反射率の増加はレーザの最適出力電力
を低下させ得る。この状況の修正のために、図４の層６
４、６６、６８、７０、および７２で示されるように、
中央付近の波長でより低い反射率を維持しながら、レー
ザ帯域幅の外側の波長で反射率を増加するように、別設
計の光学的積層が前方の出力切開面に施される。この積
層はレーザの同調範囲を広げ、同時に、中央の波長で高
い出力電力を維持する。
【００５９】図８を参照すると、平坦な反射コーティン
グ（図５参照）とは逆に、Fabry-Perot型のフィルタ・
コーティングの反射率は、波長に応じて大きく変化す
る。特別な反射率対波長特性を得るためのFabry-Perot
型のフィルタの設計は、 "Design of Multilayer Filte
rs by Considering Two Effective Interfaces"、Journ
al of the Optical Society of America, Volume 48, n
o. 1（Jan. 1958）pp.43-50の中でS.D. Smithにより論
じられており、参照により本明細書に合体する。S.D. S
mithはこれらのフィルタを全誘電体干渉フィルタと呼ん
でいる。出力電力を最適化する反射特性を生成する方法
は前述した。
グ（図５参照）とは逆に、Fabry-Perot型のフィルタ・
コーティングの反射率は、波長に応じて大きく変化す
る。特別な反射率対波長特性を得るためのFabry-Perot
型のフィルタの設計は、 "Design of Multilayer Filte
rs by Considering Two Effective Interfaces"、Journ
al of the Optical Society of America, Volume 48, n
o. 1（Jan. 1958）pp.43-50の中でS.D. Smithにより論
じられており、参照により本明細書に合体する。S.D. S
mithはこれらのフィルタを全誘電体干渉フィルタと呼ん
でいる。出力電力を最適化する反射特性を生成する方法
は前述した。
【００６０】曲線４７と４９は各々４層と５層のコーテ
ィングに対する反射率対波長特性を示す。曲線４７で示
す４層コーティングは３０−３５％の間の中央反射率で
始まり、端部の反射率は９０％まで増大する。又、層５
の厚さを変えることによって、曲線４７と４９の間の反
射率範囲を賄えられる。同調範囲の両端での反射率が平
坦なコーティング反射率を超えると、これらの複合コー
ティングは、さらに、平坦な反射コーティング以上にレ
ーザの同調範囲を広げる。
ィングに対する反射率対波長特性を示す。曲線４７で示
す４層コーティングは３０−３５％の間の中央反射率で
始まり、端部の反射率は９０％まで増大する。又、層５
の厚さを変えることによって、曲線４７と４９の間の反
射率範囲を賄えられる。同調範囲の両端での反射率が平
坦なコーティング反射率を超えると、これらの複合コー
ティングは、さらに、平坦な反射コーティング以上にレ
ーザの同調範囲を広げる。
【００６１】多層（図４参照）は、フィルタ特性を合わ
せるために使用される。例えば、５層曲線４９は４層曲
線４７より、中央の波長でより低い反射率を持つ。図８
に示すように半導体レーザ上にFabry-Perot型のフィル
タを作り出すための好ましい材料は、酸化アルミニウム
（Al2O3）、シリコン(Si）、および二酸化シリコン（Si
O2）の様々な組み合わせである。例えば、Al2O3とSi、S
iとAl2O3、SiO2とSi、またはSiとSiO2の組み合わせは、
図８と図９に示す反射率効果を持つ。４層コーティング
に対しては、１／４波長光学的厚さ（０．２５λ）のAl
2O3の層（図４の層６４）、１波長光学的厚さ（１λ）
のSi（図４の層６６）、１／４波長光学的厚さ（０．２
５λ）のAl2O3の層（図４の層６８）、および１／４波
長光学的厚さ（０．２５λ）のSi（図４の層７０）を含
む積層が施される（すなわち、0.25λ Al2O3／1λ Si／
0.25λ Al2O3／0.25λ Si）。図８の曲線４９を生成す
る５層コーティングは、0.25λ Al2O3／1λ Si／0.25λ
Al2O3／0.25λ Si／0.25λ Al2O3である。他のコーテ
ィング設計も可能である。
せるために使用される。例えば、５層曲線４９は４層曲
線４７より、中央の波長でより低い反射率を持つ。図８
に示すように半導体レーザ上にFabry-Perot型のフィル
タを作り出すための好ましい材料は、酸化アルミニウム
（Al2O3）、シリコン(Si）、および二酸化シリコン（Si
O2）の様々な組み合わせである。例えば、Al2O3とSi、S
iとAl2O3、SiO2とSi、またはSiとSiO2の組み合わせは、
図８と図９に示す反射率効果を持つ。４層コーティング
に対しては、１／４波長光学的厚さ（０．２５λ）のAl
2O3の層（図４の層６４）、１波長光学的厚さ（１λ）
のSi（図４の層６６）、１／４波長光学的厚さ（０．２
５λ）のAl2O3の層（図４の層６８）、および１／４波
長光学的厚さ（０．２５λ）のSi（図４の層７０）を含
む積層が施される（すなわち、0.25λ Al2O3／1λ Si／
0.25λ Al2O3／0.25λ Si）。図８の曲線４９を生成す
る５層コーティングは、0.25λ Al2O3／1λ Si／0.25λ
Al2O3／0.25λ Si／0.25λ Al2O3である。他のコーテ
ィング設計も可能である。
【００６２】曲線５０で示す反射率特性を持つ５層コー
ティングは、Al2O3の追加層を有する４層コーティング
からなる。この五番目の層の厚さは０．０１λと０．２
５λの間で可変である。第五層の厚さを変えることで、
中央波長の反射率の微調整が可能である。例えば、曲線
５０、５１、および５２は各々、０．０５λ、０．１０
λ、および０．１５λの第五層の厚みを持つ５層コーテ
ィングを示している。これは様々なフィルタ特性を生成
する際のすぐれた解答を提供している。
ティングは、Al2O3の追加層を有する４層コーティング
からなる。この五番目の層の厚さは０．０１λと０．２
５λの間で可変である。第五層の厚さを変えることで、
中央波長の反射率の微調整が可能である。例えば、曲線
５０、５１、および５２は各々、０．０５λ、０．１０
λ、および０．１５λの第五層の厚みを持つ５層コーテ
ィングを示している。これは様々なフィルタ特性を生成
する際のすぐれた解答を提供している。
【００６３】図１３は裸の出力切開面と波長に依存する
反射コーティングを有する出力切開面を持つ外部空洞型
レーザの出力電力対波長応答を比較したグラフである。
曲線８８は自然反射率３１％の裸の出力切開面を持つ外
部空洞型レーザの出力応答を示す。曲線８６は図８に示
すものと同様の、波長依存のコーティング付きの出力切
開面を持つ外部空洞型レーザの出力応答を示す。外部空
洞型レーザの出力電力は駆動電流１００mAで測定された
ものである。
反射コーティングを有する出力切開面を持つ外部空洞型
レーザの出力電力対波長応答を比較したグラフである。
曲線８８は自然反射率３１％の裸の出力切開面を持つ外
部空洞型レーザの出力応答を示す。曲線８６は図８に示
すものと同様の、波長依存のコーティング付きの出力切
開面を持つ外部空洞型レーザの出力応答を示す。外部空
洞型レーザの出力電力は駆動電流１００mAで測定された
ものである。
【００６４】波長依存の反射コーティングの出力電力
（曲線８６）は、中心波長１５０８nmで約１４，０００
μWの最大電力出力を持つ釣り鐘型曲線を形成すること
が分かる。しかし、曲線８８は最大となる波長で、約
７，０００μWの最大電力出力を持つ。
（曲線８６）は、中心波長１５０８nmで約１４，０００
μWの最大電力出力を持つ釣り鐘型曲線を形成すること
が分かる。しかし、曲線８８は最大となる波長で、約
７，０００μWの最大電力出力を持つ。
【００６５】出力カプラの波長選択性をさらに高めるた
めに、Al2O3をもう少し低い屈折率の材料、例えば、二
酸化シリコン（SiO2）で置換できる。図９は二酸化シリ
コンを使った場合の反射率対波長曲線を示す。曲線５６
と５８は各々４層と５層のコーティングに対する反射率
特性を示す。例えば、５層コーティングは、0.25λ SiO
2／1λ Si／0.25λ SiO2／0.25λ Si／0.25λ SiO2で構
成されている。二酸化シリコンは、酸化アルミニウムよ
り急峻な反射率特性を持つフィルタを生成することが分
かる。この急峻なフィルタ特性は、一般に、反射コーテ
ィングにおいて、作り出すのが難しいパラメータであ
る。
めに、Al2O3をもう少し低い屈折率の材料、例えば、二
酸化シリコン（SiO2）で置換できる。図９は二酸化シリ
コンを使った場合の反射率対波長曲線を示す。曲線５６
と５８は各々４層と５層のコーティングに対する反射率
特性を示す。例えば、５層コーティングは、0.25λ SiO
2／1λ Si／0.25λ SiO2／0.25λ Si／0.25λ SiO2で構
成されている。二酸化シリコンは、酸化アルミニウムよ
り急峻な反射率特性を持つフィルタを生成することが分
かる。この急峻なフィルタ特性は、一般に、反射コーテ
ィングにおいて、作り出すのが難しいパラメータであ
る。
【００６６】図４に示す反射コーティングは、蒸発器内
で前方の切開面１６上に蒸着される。しかし、出力カプ
ラ反射率を増加する方法は、同調レーザの形式によって
変わる。例えば、色素レーザやチタン混入サファイヤで
できた同調可能な固体レーザにおいて、反射コーティン
グはガラスに施すのが最もよさそうに思われる。そし
て、そのガラスは、正しい反射特性を得るために独立の
出力カプラとして、レーザの前に置かれる。
で前方の切開面１６上に蒸着される。しかし、出力カプ
ラ反射率を増加する方法は、同調レーザの形式によって
変わる。例えば、色素レーザやチタン混入サファイヤで
できた同調可能な固体レーザにおいて、反射コーティン
グはガラスに施すのが最もよさそうに思われる。そし
て、そのガラスは、正しい反射特性を得るために独立の
出力カプラとして、レーザの前に置かれる。
【００６７】反射コーティングは、同じ一般的な概念に
従って、半導体材料の上に直接行うだけでなく、ガラス
上にも蒸着することができる。しかし、層の微細な厚さ
や数は異なるであろう。様々な材料が反射コーティング
に使えるが、一般的に、層状の材料が最も効果的である
ことは分かっている。もう一方で、反射率を最適化し、
続いて同調範囲を広げるために、環状空洞型レーザの出
力鏡を多層で被覆することも可能である。現在のレーザ
の性能特性を向上させるために、外部空洞型レーザの同
調可能鏡（例えば、プリズムまたは回折格子）、環状空
洞型レーザの出力鏡、またはどのようなレーザ鏡にで
も、上記の多層コーティングを施すことも可能である。
従って、半導体材料の上に直接行うだけでなく、ガラス
上にも蒸着することができる。しかし、層の微細な厚さ
や数は異なるであろう。様々な材料が反射コーティング
に使えるが、一般的に、層状の材料が最も効果的である
ことは分かっている。もう一方で、反射率を最適化し、
続いて同調範囲を広げるために、環状空洞型レーザの出
力鏡を多層で被覆することも可能である。現在のレーザ
の性能特性を向上させるために、外部空洞型レーザの同
調可能鏡（例えば、プリズムまたは回折格子）、環状空
洞型レーザの出力鏡、またはどのようなレーザ鏡にで
も、上記の多層コーティングを施すことも可能である。
【００６８】前に、図８と図９で示したように、反射率
フィルタに施した反射コーティングは、レーザ出力特性
を最大にするために波長に応じて変化する。もう一方
で、空間的に変化する反射率特性を持つ出力カプラの位
置を調整することにより、反射率を変えることができ
る。
フィルタに施した反射コーティングは、レーザ出力特性
を最大にするために波長に応じて変化する。もう一方
で、空間的に変化する反射率特性を持つ出力カプラの位
置を調整することにより、反射率を変えることができ
る。
【００６９】例えば、図１０は独立した線形出力カプラ
７０を追加した、図１に示した外部空洞型レーザの概略
図である。前方の切開面１６は、この場合にはＡＲ被覆
されることが最もよさそうに思われる。図１１は、図１
０の出力カプラ７０の側面図である。出力カプラは、光
線２０に対して垂直に入射する位置に置かれる。出力カ
プラの反射率は第一終端７２での０％から第二終端７４
での１００％まで変化する。可変反射率フィルタは、基
板上に特定の反射コーティングと蒸着法を使用するか、
または、それぞれ特定の反射率を持つ直線または円形の
独立した小さい区域に適正に置くことにより、構成され
るであろう。
７０を追加した、図１に示した外部空洞型レーザの概略
図である。前方の切開面１６は、この場合にはＡＲ被覆
されることが最もよさそうに思われる。図１１は、図１
０の出力カプラ７０の側面図である。出力カプラは、光
線２０に対して垂直に入射する位置に置かれる。出力カ
プラの反射率は第一終端７２での０％から第二終端７４
での１００％まで変化する。可変反射率フィルタは、基
板上に特定の反射コーティングと蒸着法を使用するか、
または、それぞれ特定の反射率を持つ直線または円形の
独立した小さい区域に適正に置くことにより、構成され
るであろう。
【００７０】図１０に示す外部空洞型レーザは以下のよ
うに動作する。特定のレーザ波長は、回折格子２６の角
度２５を変えることにより選択される。それから、適切
な反射率の出力カプラ上の領域が光線２０の前に置かれ
るまで、出力カプラ７０は光線２０に垂直な方向で横に
動かされる。上記のように（例えば、式（３）参照）最
適の出力電力を生み出す所定の動作電流での理論的な反
射率を先ず決定することにより、適切な反射率が選択さ
れる。それから、最適の反射率を持つ出力カプラ７０の
位置が光線２０の前で動かされる。実際には、反射率
は、経験的に出力電力が最適になるように変化させられ
るであろう。
うに動作する。特定のレーザ波長は、回折格子２６の角
度２５を変えることにより選択される。それから、適切
な反射率の出力カプラ上の領域が光線２０の前に置かれ
るまで、出力カプラ７０は光線２０に垂直な方向で横に
動かされる。上記のように（例えば、式（３）参照）最
適の出力電力を生み出す所定の動作電流での理論的な反
射率を先ず決定することにより、適切な反射率が選択さ
れる。それから、最適の反射率を持つ出力カプラ７０の
位置が光線２０の前で動かされる。実際には、反射率
は、経験的に出力電力が最適になるように変化させられ
るであろう。
【００７１】図１２は可変反射率出力カプラのもう一つ
の実施例である。環状出力カプラ７８は、中心回転軸８
０の周りを時計方向か半時計方向に回転される。最適の
反射率を持つ出力カプラ７８上の領域が光線２０の前に
位置するように、出力カプラ７８を回転させる。従っ
て、カプラ７４と７８によって与えられた有効反射率を
変えることによって、最大出力電力が波長の広い範囲に
わたって提供される。好ましい実施例で本発明の原理を
記述し図示したが、その原理から逸脱することなく、本
発明の配置や細部の変更が可能であることは明白であ
る。前記の特許請求の範囲の精神及び範囲に含まれる全
ての変更及び変形を特許請求する。
の実施例である。環状出力カプラ７８は、中心回転軸８
０の周りを時計方向か半時計方向に回転される。最適の
反射率を持つ出力カプラ７８上の領域が光線２０の前に
位置するように、出力カプラ７８を回転させる。従っ
て、カプラ７４と７８によって与えられた有効反射率を
変えることによって、最大出力電力が波長の広い範囲に
わたって提供される。好ましい実施例で本発明の原理を
記述し図示したが、その原理から逸脱することなく、本
発明の配置や細部の変更が可能であることは明白であ
る。前記の特許請求の範囲の精神及び範囲に含まれる全
ての変更及び変形を特許請求する。
【００７２】以下に本発明の実施態様を列挙する。
【００７３】１．所定の同調範囲内で、所定の出力電力
でのレーザ光を生成するための前端と後端を有し、前端
と後端の両方からレーザ光を放出する利得媒体と、利得
媒体の前端でレーザ光を出力するための自然の固体−空
気反射率を有する出力カプラと、利得媒体の後端から放
出された異なる波長のレーザ光を利得媒体へ戻る方向に
選択的に反射し、出力カプラから放出されるレーザ光の
波長を制御するための同調手段と、同調範囲と出力電力
を制御するために、レーザ出力カプラの自然な固体−空
気反射率を変更するための手段とを具備した同調可能レ
ーザ。
でのレーザ光を生成するための前端と後端を有し、前端
と後端の両方からレーザ光を放出する利得媒体と、利得
媒体の前端でレーザ光を出力するための自然の固体−空
気反射率を有する出力カプラと、利得媒体の後端から放
出された異なる波長のレーザ光を利得媒体へ戻る方向に
選択的に反射し、出力カプラから放出されるレーザ光の
波長を制御するための同調手段と、同調範囲と出力電力
を制御するために、レーザ出力カプラの自然な固体−空
気反射率を変更するための手段とを具備した同調可能レ
ーザ。
【００７４】２．利得媒体は、前後の切開面を有し所定
の閾値電流以上でレーザ光を生成する半導体レーザで構
成されることを特徴とする前項１記載のレーザ。
の閾値電流以上でレーザ光を生成する半導体レーザで構
成されることを特徴とする前項１記載のレーザ。
【００７５】３．出力カプラの反射率を変更するための
手段は、また様々なレーザ光波長に対する閾値電流をも
減少させることができることを特徴とする前項２記載の
レーザ。
手段は、また様々なレーザ光波長に対する閾値電流をも
減少させることができることを特徴とする前項２記載の
レーザ。
【００７６】４．出力カプラは半導体レーザの前切開面
で構成され、出力切開面の反射率を変更するための手段
はその切開面に付着されたコーティングを含むことを特
徴とする前項２記載のレーザ。
で構成され、出力切開面の反射率を変更するための手段
はその切開面に付着されたコーティングを含むことを特
徴とする前項２記載のレーザ。
【００７７】５．利得媒体、出力カプラ、および同調手
段は外部空洞型レーザを構成し、出力カプラは前記レー
ザの第一の端部からレーザ光を放出することを特徴とす
る前項１記載のレーザ。
段は外部空洞型レーザを構成し、出力カプラは前記レー
ザの第一の端部からレーザ光を放出することを特徴とす
る前項１記載のレーザ。
【００７８】６．増大された反射率手段は、光波長とは
独立にほぼ同じ割合の光を反射する分光的に平坦な反射
コーティングを具備したことを特徴とする前項１記載の
レーザ。
独立にほぼ同じ割合の光を反射する分光的に平坦な反射
コーティングを具備したことを特徴とする前項１記載の
レーザ。
【００７９】７．反射率を変更するための手段は、レー
ザ光波長に応じて可変割合のレーザ光を反射する複合反
射コーィテングを具備したことを特徴とする前項１記載
のレーザ。
ザ光波長に応じて可変割合のレーザ光を反射する複合反
射コーィテングを具備したことを特徴とする前項１記載
のレーザ。
【００８０】８．反射率を変更するための手段は、レー
ザ同調範囲内の全波長に対して所定のレーザ活性化電流
で、レーザ出力を最大にすることを特徴とする前項１記
載のレーザ。
ザ同調範囲内の全波長に対して所定のレーザ活性化電流
で、レーザ出力を最大にすることを特徴とする前項１記
載のレーザ。
【００８１】９．反射率を変更するための手段は、酸化
アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2）、およびシリコン（Ｓｉ）の物質の任意の組み合
わせを含むコーティングを具備し、各物質は個別の層で
出力カプラに施されることを特徴とする前項１記載のレ
ーザ。
アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ2）、およびシリコン（Ｓｉ）の物質の任意の組み合
わせを含むコーティングを具備し、各物質は個別の層で
出力カプラに施されることを特徴とする前項１記載のレ
ーザ。
【００８２】１０．コーティングは酸化アルミニウム
（Ａｌ2Ｏ3）とシリコン（Ｓｉ）の交互積層を具備し、
酸化アルミニウムの第一層は１／４波長の光学的厚みを
有し、シリコンの第一層は１波長の光学的厚みを有し、
後続する各層は１／４波長の光学的厚みを有することを
特徴とする前項９記載のレーザ。
（Ａｌ2Ｏ3）とシリコン（Ｓｉ）の交互積層を具備し、
酸化アルミニウムの第一層は１／４波長の光学的厚みを
有し、シリコンの第一層は１波長の光学的厚みを有し、
後続する各層は１／４波長の光学的厚みを有することを
特徴とする前項９記載のレーザ。
【００８３】１１．コーティングは二酸化シリコンとシ
リコンの交互積層を具備し、二酸化シリコンの第一層は
１／４波長の光学的厚みを有し、シリコンの第一層は１
波長の光学的厚みを有し、後続する各層は１／４波長の
光学的厚みを有することを特徴とする前項９記載のレー
ザ。
リコンの交互積層を具備し、二酸化シリコンの第一層は
１／４波長の光学的厚みを有し、シリコンの第一層は１
波長の光学的厚みを有し、後続する各層は１／４波長の
光学的厚みを有することを特徴とする前項９記載のレー
ザ。
【００８４】１２．出力カプラの位置は利得媒体に関連
して変更することができることを特徴とする前項１記載
のレーザ。
して変更することができることを特徴とする前項１記載
のレーザ。
【００８５】１３．出力カプラは空間的に変化する反射
率を有し、利得媒体に関連した出力カプラの位置はレー
ザ光反射率の量を決定することを特徴とする前項１２記
載のレーザ。
率を有し、利得媒体に関連した出力カプラの位置はレー
ザ光反射率の量を決定することを特徴とする前項１２記
載のレーザ。
【００８６】１４．所定の同調範囲内で、所定の出力電
力においてレーザ光を生成するためのレーザ利得媒体を
設けるステップと、外部空洞型レーザからレーザ光を出
力するための第一の反射率を有する出力カプラを設ける
ステップと、どの波長のレーザ光が出力カプラから放出
されるかを制御するためにレーザを選択的に同調するス
テップと、前記レーザ同調範囲と外部空洞型レーザから
出力される前記レーザ出力電力のうちの少なくとも一つ
を制御するために、第一の反射率に関して出力カプラの
反射率を変更するステップとから構成される同調可能な
外部空洞型レーザの出力特性を変化させるための方法。
力においてレーザ光を生成するためのレーザ利得媒体を
設けるステップと、外部空洞型レーザからレーザ光を出
力するための第一の反射率を有する出力カプラを設ける
ステップと、どの波長のレーザ光が出力カプラから放出
されるかを制御するためにレーザを選択的に同調するス
テップと、前記レーザ同調範囲と外部空洞型レーザから
出力される前記レーザ出力電力のうちの少なくとも一つ
を制御するために、第一の反射率に関して出力カプラの
反射率を変更するステップとから構成される同調可能な
外部空洞型レーザの出力特性を変化させるための方法。
【００８７】１５．各同調可能波長でレーザの出力電力
を増大させるために、出力カプラの第一の反射率が変更
されることを特徴とする前項１４記載の方法。
を増大させるために、出力カプラの第一の反射率が変更
されることを特徴とする前項１４記載の方法。
【００８８】１６．レーザ同調範囲を拡大するために第
一の反射率が変更されることを特徴とする前項１４記載
の方法。
一の反射率が変更されることを特徴とする前項１４記載
の方法。
【００８９】１７．レーザ同調範囲と各波長でのレーザ
出力電力を同時に増加させるために、出力カプラの第一
の反射率が変更されることを特徴とする前項１４記載の
方法。
出力電力を同時に増加させるために、出力カプラの第一
の反射率が変更されることを特徴とする前項１４記載の
方法。
【００９０】１８．レーザはほぼ釣り鐘型の電力対波長
曲線を有し、曲線の中央付近の波長で最高の出力電力が
生成され、波長が曲線の中央からより遠くへ移動するに
つれて出力電力レベルが連続的により低くなることを特
徴とする前項１４記載の方法。
曲線を有し、曲線の中央付近の波長で最高の出力電力が
生成され、波長が曲線の中央からより遠くへ移動するに
つれて出力電力レベルが連続的により低くなることを特
徴とする前項１４記載の方法。
【００９１】１９．利得曲線の中央付近の波長に対して
出力切開面の反射率が最低となり、利得曲線の中央から
離れた位置での波長に対してその反射率がより大きくな
るために、出力カプラの反射率をレーザ利得曲線と整合
させるステップを含むことを特徴とする前項１４記載の
方法。
出力切開面の反射率が最低となり、利得曲線の中央から
離れた位置での波長に対してその反射率がより大きくな
るために、出力カプラの反射率をレーザ利得曲線と整合
させるステップを含むことを特徴とする前項１４記載の
方法。
【００９２】２０．出力切開面の反射率を増加させるこ
とで、利得媒体内で発振するために各レーザ波長に対し
て必要とされる関連した閾値電流を減少させることを特
徴とする前項１４記載の方法。
とで、利得媒体内で発振するために各レーザ波長に対し
て必要とされる関連した閾値電流を減少させることを特
徴とする前項１４記載の方法。
【００９３】２１．波長選択可能素子と、それぞれ既知
の出力カプラ反射率を有する一組の波長に対する所定閾
値でレーザ発光するために十分高い所定の純利得を有
し、同調範囲を生み出し、どの波長の光がレーザから出
力されるかに応じてレーザ閾値が変化する利得媒体を設
けるステップと、所定の閾値で導出された一組のデータ
を使用して、前記同調範囲内の各波長に対するレーザ閾
値で純利得を計算するステップと、仮定した励起レベル
に対して計算されたレーザ純利得を使用して、同調範囲
内の様々な波長での出力カプラの反射率の値を決定する
ステップと、決定された出力カプラの反射率の値に類似
した反射率対波長関係を有する反射コーティングを出力
カプラ上に施すステップとから構成される外部空洞型レ
ーザの出力特性を最適化するための方法。
の出力カプラ反射率を有する一組の波長に対する所定閾
値でレーザ発光するために十分高い所定の純利得を有
し、同調範囲を生み出し、どの波長の光がレーザから出
力されるかに応じてレーザ閾値が変化する利得媒体を設
けるステップと、所定の閾値で導出された一組のデータ
を使用して、前記同調範囲内の各波長に対するレーザ閾
値で純利得を計算するステップと、仮定した励起レベル
に対して計算されたレーザ純利得を使用して、同調範囲
内の様々な波長での出力カプラの反射率の値を決定する
ステップと、決定された出力カプラの反射率の値に類似
した反射率対波長関係を有する反射コーティングを出力
カプラ上に施すステップとから構成される外部空洞型レ
ーザの出力特性を最適化するための方法。
【００９４】
【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、出
力カプラの反射率の向上によりレーザの同調範囲を増大
させることが可能になり、これにより広範囲の波長が効
率的にレーザから放射される。また同時に、レーザ出力
カプラの反射率をレーザ波長に応じて変化させることに
より、同調範囲を増加しながら各波長での出力電力を最
大にすることが可能となり、又、閾値電流を低減するこ
とにより、熱損失が低減し、環境条件の変化に対して安
定動作が可能となり、レーザの動作寿命を延ばすことが
可能になるという効果がある。
力カプラの反射率の向上によりレーザの同調範囲を増大
させることが可能になり、これにより広範囲の波長が効
率的にレーザから放射される。また同時に、レーザ出力
カプラの反射率をレーザ波長に応じて変化させることに
より、同調範囲を増加しながら各波長での出力電力を最
大にすることが可能となり、又、閾値電流を低減するこ
とにより、熱損失が低減し、環境条件の変化に対して安
定動作が可能となり、レーザの動作寿命を延ばすことが
可能になるという効果がある。
【図１】外部空洞型レーザの一般的構成を示す概略図で
ある。
ある。
【図２】図１の外部空洞型レーザに使用される従来技術
の半導体レーザ・チップの斜視図である。
の半導体レーザ・チップの斜視図である。
【図３】図２に示す半導体レーザ・チップの正面図であ
る。
る。
【図４】本発明に係わる５層反射コーティング付き出力
切開面を示す図３の切断線３Ｃ−３Ｃに沿った断面図で
ある。
切開面を示す図３の切断線３Ｃ−３Ｃに沿った断面図で
ある。
【図５】本発明に係わる公称平坦な反射コーティングに
おける実際の反射率対波長応答を示すグラフである。
おける実際の反射率対波長応答を示すグラフである。
【図６】本発明に係わる平坦な反射コーティングを第一
の半導体チップの前方の切開面に施したことによるしき
い値電流の結果を示すグラフである。
の半導体チップの前方の切開面に施したことによるしき
い値電流の結果を示すグラフである。
【図７】本発明に係わる平坦な反射コーティングを第二
の半導体チップの前方の切開面に施したことによるしき
い値電流の結果を示すグラフである。
の半導体チップの前方の切開面に施したことによるしき
い値電流の結果を示すグラフである。
【図８】本発明に係わる酸化アルミニウムとシリコンの
多層反射コーティングにおける反射率対波長応答を示す
グラフである。
多層反射コーティングにおける反射率対波長応答を示す
グラフである。
【図９】本発明に係わる二酸化シリコンとシリコンの多
層反射コーティングにおける反射率対波長応答を示すグ
ラフである。
層反射コーティングにおける反射率対波長応答を示すグ
ラフである。
【図１０】独立した可変反射率出力カプラを備えた、図
１の外部空洞型レーザを示す概略図である。
１の外部空洞型レーザを示す概略図である。
【図１１】図１０に示す出力カプラの側面図である。
【図１２】回転型可変反射率出力カプラの側面図であ
る。
る。
【図１３】裸の出力切開面と複合反射コーティングを施
した出力切開面を有する外部空洞型レーザの出力電力対
波長応答を示すグラフである。
した出力切開面を有する外部空洞型レーザの出力電力対
波長応答を示すグラフである。
１２． 外部空洞型半導体レーザ １４． 半導体レーザ・チップ １６． 前方の切開面 １８． 後方の切開面 ２０． 出力レーザ・ビーム ２４． レンズ ２６． 回折格子 ２７． 出力コリメータレンズ ４０． 多層反射コーティング ６２． 活性領域 ７０． 線形出力カプラ ７８． 環状出力カプラ
Claims (1)
- 【請求項１】所定の同調範囲内で、所定の出力電力での
レーザ光を生成するための前端と後端を有し、前端と後
端の両方からレーザ光を放出する利得媒体と、 利得媒体の前端でレーザ光を出力するための自然の固体
−空気反射率を有する出力カプラと、 利得媒体の後端から放出された異なる波長のレーザ光を
利得媒体へ戻る方向に選択的に反射し、出力カプラから
放出されるレーザ光の波長を制御するための同調手段
と、 同調範囲と出力電力を制御するために、レーザ出力カプ
ラの自然な固体−空気反射率を変更するための手段とを
具備した同調可能レーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/134,424 US5434874A (en) | 1993-10-08 | 1993-10-08 | Method and apparatus for optimizing output characteristics of a tunable external cavity laser |
| US134424 | 1993-10-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07170016A true JPH07170016A (ja) | 1995-07-04 |
| JP3637081B2 JP3637081B2 (ja) | 2005-04-06 |
Family
ID=22463346
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22961194A Expired - Fee Related JP3637081B2 (ja) | 1993-10-08 | 1994-09-26 | 同調可能な外部空洞型レーザの出力特性を最適化するための方法と装置 |
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|---|---|
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| JP2015103740A (ja) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザ、およびそれを用いた光干渉断層計 |
| JP2018152573A (ja) * | 2018-04-25 | 2018-09-27 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザ、およびそれを用いた光干渉断層計 |
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| DE19942470B4 (de) * | 1998-09-08 | 2013-04-11 | Fujitsu Ltd. | Optisches Halbeitermodul und Verfahren zum Herstellen eines optischen Halbleitermoduls |
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| CN100559147C (zh) * | 2007-04-26 | 2009-11-11 | 中国科学院光电技术研究所 | 基于半导体激光器自混合效应的高反射率测量方法 |
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| CN112204830A (zh) * | 2018-05-24 | 2021-01-08 | 松下知识产权经营株式会社 | 带角度调节的可替换激光谐振器模块 |
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- 1993-10-08 US US08/134,424 patent/US5434874A/en not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-09-26 JP JP22961194A patent/JP3637081B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1994-10-04 DE DE69419999T patent/DE69419999T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1994-10-04 EP EP94307263A patent/EP0647995B1/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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| US5434874A (en) | 1995-07-18 |
| EP0647995B1 (en) | 1999-08-11 |
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