JPH11112093A - 光パルス発生方法 - Google Patents
光パルス発生方法Info
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- JPH11112093A JPH11112093A JP28604197A JP28604197A JPH11112093A JP H11112093 A JPH11112093 A JP H11112093A JP 28604197 A JP28604197 A JP 28604197A JP 28604197 A JP28604197 A JP 28604197A JP H11112093 A JPH11112093 A JP H11112093A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定した強度の、短い単一周期パルス列を比
較的安価に得ることができる光パルス発生方法を提供す
る。 【解決手段】 緩和振動周波数以上の周波数で外部変調
を受ける半導体レーザ１１に、その発振波長に近似する
波長を有する外部レーザ光を注入する。
較的安価に得ることができる光パルス発生方法を提供す
る。 【解決手段】 緩和振動周波数以上の周波数で外部変調
を受ける半導体レーザ１１に、その発振波長に近似する
波長を有する外部レーザ光を注入する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザを用
いたパルス発生方法に関し、特に、光計測あるいは光通
信に用いるのに好適な超短光パルス列を発生し得る光パ
ルス発生方法に関する。
いたパルス発生方法に関し、特に、光計測あるいは光通
信に用いるのに好適な超短光パルス列を発生し得る光パ
ルス発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光パルス発生方法の１つに、利得スイッ
チ法がある。利得スイッチ法によれば、半導体レーザの
駆動電流に交番電流を用い、この交番電流による外部変
調によっり、半導体レーザから光パルス列を得ることが
できる。
チ法がある。利得スイッチ法によれば、半導体レーザの
駆動電流に交番電流を用い、この交番電流による外部変
調によっり、半導体レーザから光パルス列を得ることが
できる。
【０００３】この利得スイッチ法により、繰り返し周期
の短い超短光パルスを得るには、外部変調の周波数を高
めることが考えられる。しかしながら、単に外部変調周
波数を高めても、この外部変調周波数が半導体レーザの
緩和振動周波数に近づくと、半導体レーザの発光動作が
不安定となり、所定の周期で強弱の光パルスが交互に発
生するいわゆる倍周期現象が発生し、あるいは光パルス
の強度が不規則となるいわゆるカオス現象が発生する。
の短い超短光パルスを得るには、外部変調の周波数を高
めることが考えられる。しかしながら、単に外部変調周
波数を高めても、この外部変調周波数が半導体レーザの
緩和振動周波数に近づくと、半導体レーザの発光動作が
不安定となり、所定の周期で強弱の光パルスが交互に発
生するいわゆる倍周期現象が発生し、あるいは光パルス
の強度が不規則となるいわゆるカオス現象が発生する。
【０００４】前記した半導体レーザでは、外部変調のた
めのバイアス電流値を高めることにより、その緩和振動
周波数を高めることができる。従って、バイアス電流値
を高め、これにより半導体レーザの緩和振動周波数を外
部変調周波数よりも十分に高い値に保持することによ
り、前記した倍周期現象およびカオス現象を生じること
なく安定した強度の短い単一周期パルス列を得ることが
考えられる。
めのバイアス電流値を高めることにより、その緩和振動
周波数を高めることができる。従って、バイアス電流値
を高め、これにより半導体レーザの緩和振動周波数を外
部変調周波数よりも十分に高い値に保持することによ
り、前記した倍周期現象およびカオス現象を生じること
なく安定した強度の短い単一周期パルス列を得ることが
考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、緩和振
動周波数の増大のためにバイアス電流値を増大すると、
このバイアス電流値の増大に伴い、外部変調用電源とし
て、より大電流の供給を可能とする大型電源が必要にな
り、そのような大型電源を必要とするパルス発生装置は
極めて高価となる。また、外部変調のバイアス電流値の
増大に伴い、得られる光パルス幅の増大によってそのデ
ューティ比が劣化する。
動周波数の増大のためにバイアス電流値を増大すると、
このバイアス電流値の増大に伴い、外部変調用電源とし
て、より大電流の供給を可能とする大型電源が必要にな
り、そのような大型電源を必要とするパルス発生装置は
極めて高価となる。また、外部変調のバイアス電流値の
増大に伴い、得られる光パルス幅の増大によってそのデ
ューティ比が劣化する。
【０００６】そのため、安定した強度の、短い単一周期
パルス列を比較的安価に得ることができる光パルス発生
方法が望まれていた。また、デューティ比の劣化を招く
ことのない、安定した強度の短い単一周期パルス列を得
ることができる光パルス発生方法が望まれていた。
パルス列を比較的安価に得ることができる光パルス発生
方法が望まれていた。また、デューティ比の劣化を招く
ことのない、安定した強度の短い単一周期パルス列を得
ることができる光パルス発生方法が望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、利得スイッチ
法において半導体レーザの緩和振動周波数以上の高い周
波数で前記半導体レーザに変調をかけるについて、この
外部変調のバイアス電流値の増大を招くことなく、安定
した強度の、短い単一周期パルス列を得るという基本姿
勢に立脚する。
法において半導体レーザの緩和振動周波数以上の高い周
波数で前記半導体レーザに変調をかけるについて、この
外部変調のバイアス電流値の増大を招くことなく、安定
した強度の、短い単一周期パルス列を得るという基本姿
勢に立脚する。
【０００８】〈構成〉ために、本発明は、緩和振動周波
数を有する半導体レーザにその緩和振動周波数以上の周
波数で外部変調をかけて該半導体レーザから単一周期の
光りパルスを得る光パルス発生方法において、半導体レ
ーザの発振波長に近似する波長を有する外部レーザ光を
前記半導体レーザに注入することを特徴とする。
数を有する半導体レーザにその緩和振動周波数以上の周
波数で外部変調をかけて該半導体レーザから単一周期の
光りパルスを得る光パルス発生方法において、半導体レ
ーザの発振波長に近似する波長を有する外部レーザ光を
前記半導体レーザに注入することを特徴とする。
【０００９】〈作用〉半導体レーザの発振波長に近似し
た波長の外部レーザ光を当該半導体レーザの発光部であ
る活性部に注入する。注入する外部レーザ光の波長およ
び強度を適正に選択することにより、半導体レーザから
外部変調周波数に一致する安定した単一周期の光パルス
が得られた。
た波長の外部レーザ光を当該半導体レーザの発光部であ
る活性部に注入する。注入する外部レーザ光の波長およ
び強度を適正に選択することにより、半導体レーザから
外部変調周波数に一致する安定した単一周期の光パルス
が得られた。
【００１０】適正な外部レーザ光の波長および強度は、
下記の式（１）〜式（３）で示されるレート方程式から
半導体レーザ出力光についての特性曲線を求め、該特性
曲線の単一周期特性線部分で示される離調周波数および
強度に基づいて選択することができる。
下記の式（１）〜式（３）で示されるレート方程式から
半導体レーザ出力光についての特性曲線を求め、該特性
曲線の単一周期特性線部分で示される離調周波数および
強度に基づいて選択することができる。
【数２】
【００１１】ここで、Ｓ（ｔ）は、半導体レーザの光子
密度すなわちレーザ光強度であり、Γは半導体レーザの
光封じ込め係数であり、Ｇ（Ｎ）は半導体レーザの利得
係数であり、εは半導体レーザの利得飽和係数であり、
τp は光子寿命であり、βは自然放出光係数であり、Ｎ
（ｔ）は半導体レーザのキャリア密度である。また、τ
s は自然放出寿命であり、ｆd は半導体レーザ内での周
回周波数であり、Ｓinj は外部レーザ光の光子密度すな
わち外部レーザ光の強度であり、Δ（ｔ）は半導体レー
ザと外部レーザ光との位相差であり、その時間微分（ｄ
Δ（ｔ）／dt）が離調周波数を表す。また、φは半導体
レーザ光の位相であり、αはαパラメータと称される線
幅増大係数であり、Ｎthは半導体レーザの閾値利得での
キャリア密度であり、ｅは電荷量であり、Ｉ（ｔ）は半
導体レーザへの注入電流であり、vol は半導体レーザの
活性部の体積である。
密度すなわちレーザ光強度であり、Γは半導体レーザの
光封じ込め係数であり、Ｇ（Ｎ）は半導体レーザの利得
係数であり、εは半導体レーザの利得飽和係数であり、
τp は光子寿命であり、βは自然放出光係数であり、Ｎ
（ｔ）は半導体レーザのキャリア密度である。また、τ
s は自然放出寿命であり、ｆd は半導体レーザ内での周
回周波数であり、Ｓinj は外部レーザ光の光子密度すな
わち外部レーザ光の強度であり、Δ（ｔ）は半導体レー
ザと外部レーザ光との位相差であり、その時間微分（ｄ
Δ（ｔ）／dt）が離調周波数を表す。また、φは半導体
レーザ光の位相であり、αはαパラメータと称される線
幅増大係数であり、Ｎthは半導体レーザの閾値利得での
キャリア密度であり、ｅは電荷量であり、Ｉ（ｔ）は半
導体レーザへの注入電流であり、vol は半導体レーザの
活性部の体積である。
【００１２】前記特性曲線は、半導体レーザと外部注入
光との位相差（Δ（ｔ））を時間で微分（ｄΔ（ｔ）／
dt）して得られる離調周波数をパラメータとするグラフ
であって縦軸および横軸が半導体レーザの光子密度およ
び外部レーザ光の強度をそれぞれ示すグラフ上に、表す
ことができる。また、前記特性曲線は、外部レーザ光の
強度をパラメータとするグラフであって縦軸および横軸
が半導体レーザの光子密度および前記離調周波数を示す
グラフ上に、表すことができる。
光との位相差（Δ（ｔ））を時間で微分（ｄΔ（ｔ）／
dt）して得られる離調周波数をパラメータとするグラフ
であって縦軸および横軸が半導体レーザの光子密度およ
び外部レーザ光の強度をそれぞれ示すグラフ上に、表す
ことができる。また、前記特性曲線は、外部レーザ光の
強度をパラメータとするグラフであって縦軸および横軸
が半導体レーザの光子密度および前記離調周波数を示す
グラフ上に、表すことができる。
【００１３】いずれのグラフにおいても、それらに示さ
れた特性曲線のうち、単一周期特性線部分で示される離
調周波数および強度に基づいて、外部レーザ光の波長お
よび強度が選択される。
れた特性曲線のうち、単一周期特性線部分で示される離
調周波数および強度に基づいて、外部レーザ光の波長お
よび強度が選択される。
【００１４】選択された波長および強度のレーザ光を外
部レーザ光として半導体レーザの活性部に注入すること
により、該半導体レーザに、その緩和振動周波数以上の
周波数で外部変調をかけたにも拘わらず、この半導体レ
ーザから単一周期の安定した光りパルスを得ることがで
きた。
部レーザ光として半導体レーザの活性部に注入すること
により、該半導体レーザに、その緩和振動周波数以上の
周波数で外部変調をかけたにも拘わらず、この半導体レ
ーザから単一周期の安定した光りパルスを得ることがで
きた。
【００１５】選択された波長の外部レーザ光の強度は、
前記半導体レーザのレーザ光強度に対する外部レーザ光
強度の比で、−１０ｄＢ〜−２５ｄＢとすることによ
り、パルス幅の増大によるデューティ比の劣化を効果的
に防止することができ、これにより、デューティ比の劣
化を招くことのない安定した良好な単一周期の光パルス
を得ることができた。
前記半導体レーザのレーザ光強度に対する外部レーザ光
強度の比で、−１０ｄＢ〜−２５ｄＢとすることによ
り、パルス幅の増大によるデューティ比の劣化を効果的
に防止することができ、これにより、デューティ比の劣
化を招くことのない安定した良好な単一周期の光パルス
を得ることができた。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例〉図１は、本発明に係る光パルス発生方法を実
施する光パルス発生装置を概略的に示す。本発明に係る
光パルス発生装置１０は、図１に示されているように、
利得スイッチ法を実施するための半導体レーザ１１を含
む。半導体レーザ１１として、バンドギャップ波長１．
５５μｍで発振するファブリ−ペロ型半導体レーザが用
いられている。
について詳細に説明する。 〈具体例〉図１は、本発明に係る光パルス発生方法を実
施する光パルス発生装置を概略的に示す。本発明に係る
光パルス発生装置１０は、図１に示されているように、
利得スイッチ法を実施するための半導体レーザ１１を含
む。半導体レーザ１１として、バンドギャップ波長１．
５５μｍで発振するファブリ−ペロ型半導体レーザが用
いられている。
【００１７】この半導体レーザ１１の外部変調交番電源
として、シンセサイザ１２が用いられた。シンセサイザ
１２からは、２０ＧＨｚの交番電流が増幅器１３および
フィルタ１４を経て半導体レーザ１１に供給される。ま
た、このフィルタ１４を経て、半導体レーザ１１に直流
電源１５からバイアスがかけられる。フィルタ１４は、
バイアスＴ回路と称されており、従来よく知られている
ように、シンセサイザ１２からの直流成分を除去するた
めの結合コンデンサ１４ａと、バイアスの高調波成分を
除去するためのコイル１４ｂとを備える。
として、シンセサイザ１２が用いられた。シンセサイザ
１２からは、２０ＧＨｚの交番電流が増幅器１３および
フィルタ１４を経て半導体レーザ１１に供給される。ま
た、このフィルタ１４を経て、半導体レーザ１１に直流
電源１５からバイアスがかけられる。フィルタ１４は、
バイアスＴ回路と称されており、従来よく知られている
ように、シンセサイザ１２からの直流成分を除去するた
めの結合コンデンサ１４ａと、バイアスの高調波成分を
除去するためのコイル１４ｂとを備える。
【００１８】半導体レーザ１１は、直流電源１５からの
バイアスにより、その緩和振動周波数がほぼ１０ＧＨｚ
となるように設定された。そのため、シンセサイザ１２
からの外部変調周波数は、この緩和振動周波数の２倍の
値を示すことから、半導体レーザ１１の通常の動作で
は、発光動作が不安定となり、所定の周期で強弱の光パ
ルスが交互に発生するいわゆる倍周期現象が発生し、あ
るいは光パルスの強度が不規則となるいわゆるカオス現
象が発生し易くなる。
バイアスにより、その緩和振動周波数がほぼ１０ＧＨｚ
となるように設定された。そのため、シンセサイザ１２
からの外部変調周波数は、この緩和振動周波数の２倍の
値を示すことから、半導体レーザ１１の通常の動作で
は、発光動作が不安定となり、所定の周期で強弱の光パ
ルスが交互に発生するいわゆる倍周期現象が発生し、あ
るいは光パルスの強度が不規則となるいわゆるカオス現
象が発生し易くなる。
【００１９】そこで、このような半導体レーザ１１の不
安定な動作を防止するために、波長を可変とする外部レ
ーザ光源１６から、半導体レーザ１１の発振波長である
１．５５μｍに近似した波長のレーザ光が、アイソレー
タ１７、偏波器１８およびサーキュレータ１９を経て、
半導体レーザ１１の発光部である活性部に注入される。
安定な動作を防止するために、波長を可変とする外部レ
ーザ光源１６から、半導体レーザ１１の発振波長である
１．５５μｍに近似した波長のレーザ光が、アイソレー
タ１７、偏波器１８およびサーキュレータ１９を経て、
半導体レーザ１１の発光部である活性部に注入される。
【００２０】アイソレータ１７は、外部レーザ光源１６
へ向けてのレーザ光の逆流を防止する作用をなす。偏波
器１８は、外部レーザ光源１６からの外部レーザ光の波
面と半導体レーザ１１のレーザ光との波面を一致させる
ことにより、外部レーザ光の結合効率を高める。また、
サーキュレータ１９は、外部レーザ光源１６からの外部
レーザ光の半導体レーザ１１への注入を許すと共に、半
導体レーザ１１からのパルス光の観察のために半導体レ
ーザ１１からのサンプル光の取り出しを可能とする。
へ向けてのレーザ光の逆流を防止する作用をなす。偏波
器１８は、外部レーザ光源１６からの外部レーザ光の波
面と半導体レーザ１１のレーザ光との波面を一致させる
ことにより、外部レーザ光の結合効率を高める。また、
サーキュレータ１９は、外部レーザ光源１６からの外部
レーザ光の半導体レーザ１１への注入を許すと共に、半
導体レーザ１１からのパルス光の観察のために半導体レ
ーザ１１からのサンプル光の取り出しを可能とする。
【００２１】外部レーザ光源１６からの外部レーザ光の
波長および強度を選択することにより、半導体レーザ１
１からシンセサイザ１２の周波数に一致した安定したパ
ルス光が得られる。
波長および強度を選択することにより、半導体レーザ１
１からシンセサイザ１２の周波数に一致した安定したパ
ルス光が得られる。
【００２２】以下に、外部レーザ光の波長および強度を
求める手順を説明する。適正な外部レーザ光の波長およ
び強度を決めるために、前記した式（１）ないし式
（３）のレート方程式が用いられる。式（１）〜式
（３）自体は、半導体レーザの解析のために従来よく用
いられるレート方程式である。
求める手順を説明する。適正な外部レーザ光の波長およ
び強度を決めるために、前記した式（１）ないし式
（３）のレート方程式が用いられる。式（１）〜式
（３）自体は、半導体レーザの解析のために従来よく用
いられるレート方程式である。
【００２３】前記式（１）の右辺の第１項は誘導放出に
よるフォトン密度の増大分を表し、同第２項はレーザ共
振器の光損失によるフォトン密度の減少分を表し、同第
３項は外部レーザ光の注入によるフォトン密度の増大分
を表す。前記式（２）の右辺の第１項は半導体レーザの
閾値利得でのキャリア密度の変化に関連する位相増加分
を表し、同第２項は、外部レーザ光の注入による位相増
加分を表す。前記式（３）の右辺の第１項は半導体レー
ザへの注入電流によるキャリア密度の増加分を表し、同
第２項は自然放出再結合によるキャリア密度の減少分を
表し、同第３項は誘導放出によるキャリア密度の減少分
を表す。
よるフォトン密度の増大分を表し、同第２項はレーザ共
振器の光損失によるフォトン密度の減少分を表し、同第
３項は外部レーザ光の注入によるフォトン密度の増大分
を表す。前記式（２）の右辺の第１項は半導体レーザの
閾値利得でのキャリア密度の変化に関連する位相増加分
を表し、同第２項は、外部レーザ光の注入による位相増
加分を表す。前記式（３）の右辺の第１項は半導体レー
ザへの注入電流によるキャリア密度の増加分を表し、同
第２項は自然放出再結合によるキャリア密度の減少分を
表し、同第３項は誘導放出によるキャリア密度の減少分
を表す。
【００２４】式（１）〜式（３）の解析のために、ε＝
３×１０-17cm3、ｄＧ／ｄＮth＝１．５×１０15cm2の
各値が採用された。また、Ｇ（Ｎ）＝ｇ0・Ｌｎ（Ｎ／
Ｎtr）とし、ｇ0 ＝１．６×１０12ｓ-1およびＮtr＝
０．７６×１０18cm-3の各値が採用された。さらに、τ
s ＝０．５ns、α＝４、τp ＝０．５５ps、Γ＝０．２
３およびβ＝１×１０-4の各値が採用された。
３×１０-17cm3、ｄＧ／ｄＮth＝１．５×１０15cm2の
各値が採用された。また、Ｇ（Ｎ）＝ｇ0・Ｌｎ（Ｎ／
Ｎtr）とし、ｇ0 ＝１．６×１０12ｓ-1およびＮtr＝
０．７６×１０18cm-3の各値が採用された。さらに、τ
s ＝０．５ns、α＝４、τp ＝０．５５ps、Γ＝０．２
３およびβ＝１×１０-4の各値が採用された。
【００２５】前記各値を前記式（１）〜式（３）に代入
し、外部レーザ光の強度をパラメータとして、半導体レ
ーザ１１の発振波長と外部レーザ光の波長との差に関連
する離調周波数と半導体レーザ１１の光子ピーク密度と
の関係を示す分岐ダイアグラムが求められる。この分岐
ダイアグラムに代えて、同様に、離調周波数をパラメー
タとして、外部レーザ光の強度と、半導体レーザ１１の
光子ピーク密度との関係を示す分岐ダイアグラムを求め
ることができる。
し、外部レーザ光の強度をパラメータとして、半導体レ
ーザ１１の発振波長と外部レーザ光の波長との差に関連
する離調周波数と半導体レーザ１１の光子ピーク密度と
の関係を示す分岐ダイアグラムが求められる。この分岐
ダイアグラムに代えて、同様に、離調周波数をパラメー
タとして、外部レーザ光の強度と、半導体レーザ１１の
光子ピーク密度との関係を示す分岐ダイアグラムを求め
ることができる。
【００２６】図２および図３に示す分岐ダイアグラム
は、それぞれ外部レーザ光の強度（Ｓinj ）をパラメー
タとして、横軸が半導体レーザ１１の発振波長と外部レ
ーザ光の波長との差に関連する離調周波数（ｄΔｔ／ｄ
ｔ）を示し、また縦軸が半導体レーザ１１の光子強度
(Ｓ)を示すグラフである。図２に示すグラフには、外部
レーザ光の強度が−１５ｄＢのときの特性曲線２０が示
されている。この強度は、半導体レーザ１１のレーザ強
度に対する比である。また、図３に示すグラフには、外
部レーザ光の強度が−２３ｄＢのとき特性曲線２０′が
示されている。
は、それぞれ外部レーザ光の強度（Ｓinj ）をパラメー
タとして、横軸が半導体レーザ１１の発振波長と外部レ
ーザ光の波長との差に関連する離調周波数（ｄΔｔ／ｄ
ｔ）を示し、また縦軸が半導体レーザ１１の光子強度
(Ｓ)を示すグラフである。図２に示すグラフには、外部
レーザ光の強度が−１５ｄＢのときの特性曲線２０が示
されている。この強度は、半導体レーザ１１のレーザ強
度に対する比である。また、図３に示すグラフには、外
部レーザ光の強度が−２３ｄＢのとき特性曲線２０′が
示されている。
【００２７】算出結果のプロットの集合により示される
特性曲線２０には、図２に示されているように、不規則
なカオス状態を表すカオス曲線部分２０ａ、倍周期現象
を表す２本の曲線部分で示される倍周期線部分２０ｂお
よび単一周期の光パルス発振を表す単一周期特性線部分
２０ｃが含まれている。また、図３に示された特性曲線
２０′には、同様なカオス曲線部分２０′ａ、倍周期線
部分２０′ｂおよび単一周期特性線部分２０′ｃが含ま
れている。
特性曲線２０には、図２に示されているように、不規則
なカオス状態を表すカオス曲線部分２０ａ、倍周期現象
を表す２本の曲線部分で示される倍周期線部分２０ｂお
よび単一周期の光パルス発振を表す単一周期特性線部分
２０ｃが含まれている。また、図３に示された特性曲線
２０′には、同様なカオス曲線部分２０′ａ、倍周期線
部分２０′ｂおよび単一周期特性線部分２０′ｃが含ま
れている。
【００２８】従って、図２および図３の各グラフに示さ
れた特性曲線２０および２０′のうち、単一周期特性線
部分２０ｃまたは２０′ｃで特定される離調周波数およ
び外部レーザ光強度から、単一周期レーザ光を得るため
に必要な外部レーザ光の周波数および強度が求められ
る。
れた特性曲線２０および２０′のうち、単一周期特性線
部分２０ｃまたは２０′ｃで特定される離調周波数およ
び外部レーザ光強度から、単一周期レーザ光を得るため
に必要な外部レーザ光の周波数および強度が求められ
る。
【００２９】また、離調周波数をパラメータとして、外
部レーザ光の強度と、半導体レーザ１１の光子ピーク密
度との関係を示す分岐ダイアグラムを求めることができ
る。図４に示す分岐ダイアグラムは、離調周波数をパラ
メータとして、横軸が外部レーザ光強度を示し、縦軸が
半導体レーザ１１の光子ピーク密度を示すグラフであ
る。図４のグラフには、離調周波数が５０ＧＨｚのとき
の特性曲線２１が示されている。
部レーザ光の強度と、半導体レーザ１１の光子ピーク密
度との関係を示す分岐ダイアグラムを求めることができ
る。図４に示す分岐ダイアグラムは、離調周波数をパラ
メータとして、横軸が外部レーザ光強度を示し、縦軸が
半導体レーザ１１の光子ピーク密度を示すグラフであ
る。図４のグラフには、離調周波数が５０ＧＨｚのとき
の特性曲線２１が示されている。
【００３０】図４のグラフに示された特性曲線２１に
は、図２および図３に示したグラフにおけると同様な、
不規則なカオス状態を表すカオス曲線部分２１ａ、倍周
期現象を表す２本の曲線部分で示される倍周期線部分２
１ｂおよび単一周期の光パルス発振を表す単一周期特性
線部分２１ｃが含まれている。このことから、離調周波
数をパラメータとする図４のグラフからも、前記したと
同様、単一周期レーザ光を得るために必要な外部レーザ
光の周波数および強度を求めることができる。
は、図２および図３に示したグラフにおけると同様な、
不規則なカオス状態を表すカオス曲線部分２１ａ、倍周
期現象を表す２本の曲線部分で示される倍周期線部分２
１ｂおよび単一周期の光パルス発振を表す単一周期特性
線部分２１ｃが含まれている。このことから、離調周波
数をパラメータとする図４のグラフからも、前記したと
同様、単一周期レーザ光を得るために必要な外部レーザ
光の周波数および強度を求めることができる。
【００３１】従って、前記したグラフから求められた周
波数および強度のレーザ光を外部レーザ光源１６から半
導体レーザ１１に注入することにより、前記したとお
り、シンセサイザの周波数に一致した単一周期の安定し
たパルスを得ることができる。
波数および強度のレーザ光を外部レーザ光源１６から半
導体レーザ１１に注入することにより、前記したとお
り、シンセサイザの周波数に一致した単一周期の安定し
たパルスを得ることができる。
【００３２】図５は、図１に示した光パルス発生装置１
０を用い、外部レーザ光源１６からのレーザ周波数を変
化させることにより、離調周波数を変化させ、この離調
周波数の変化と、半導体レーザ１１からの光パルスの側
帯波の圧縮比との関係を実測により求めた結果を示すグ
ラフである。
０を用い、外部レーザ光源１６からのレーザ周波数を変
化させることにより、離調周波数を変化させ、この離調
周波数の変化と、半導体レーザ１１からの光パルスの側
帯波の圧縮比との関係を実測により求めた結果を示すグ
ラフである。
【００３３】この測定では、外部レーザ光源１６の強度
がパラメータとして選択され、縦軸にサイドモード抑圧
比が示され、横軸に離調周波数が示されている。特性曲
線２２は、外部レーザ光の強度を−１１ｄＢとしたとき
の離調周波数とサイドモード抑圧比との関係を示す。ま
た、特性曲線２３は外部レーザ光の強度を−１８ｄＢと
したときの離調周波数とサイドモード抑圧比との関係を
示す。
がパラメータとして選択され、縦軸にサイドモード抑圧
比が示され、横軸に離調周波数が示されている。特性曲
線２２は、外部レーザ光の強度を−１１ｄＢとしたとき
の離調周波数とサイドモード抑圧比との関係を示す。ま
た、特性曲線２３は外部レーザ光の強度を−１８ｄＢと
したときの離調周波数とサイドモード抑圧比との関係を
示す。
【００３４】両特性曲線２２および２３上に付された黒
丸印は、正常な単一周期光パルスが得られたことを示
す。また、同白丸印は、倍周期光パルスが観測されたこ
とを示す。さらに、同×印は、カオス状態が観測された
ことを示す。両特性曲線２２および２３上には、黒丸印
が見られることから、離調周波数の選択すなわち外部レ
ーザ光源１６の波長の選択によって、すなわち離調周波
数が零で示される半導体レーザ１１の発振波長近傍で、
単一周期パルスが得られたことが図５のグラフから読み
取れる。
丸印は、正常な単一周期光パルスが得られたことを示
す。また、同白丸印は、倍周期光パルスが観測されたこ
とを示す。さらに、同×印は、カオス状態が観測された
ことを示す。両特性曲線２２および２３上には、黒丸印
が見られることから、離調周波数の選択すなわち外部レ
ーザ光源１６の波長の選択によって、すなわち離調周波
数が零で示される半導体レーザ１１の発振波長近傍で、
単一周期パルスが得られたことが図５のグラフから読み
取れる。
【００３５】さらに、両特性曲線２２および２３上の黒
丸印の数の比較から、外部レーザ光強度が高い特性曲線
２２上に、より多くの黒丸印が見受けられる。このこと
から、外部レーザ光の強度が高いほど、その外部レーザ
光のより広い周波数範囲で、単一周期パルスを得られる
ことが読み取れる。
丸印の数の比較から、外部レーザ光強度が高い特性曲線
２２上に、より多くの黒丸印が見受けられる。このこと
から、外部レーザ光の強度が高いほど、その外部レーザ
光のより広い周波数範囲で、単一周期パルスを得られる
ことが読み取れる。
【００３６】図６は、良好な単一周期パルスが得られた
ときの外部レーザ光強度と、半導体レーザ１１から得ら
れたその単一周期パルスの幅との関係を示すグラフであ
る。図６のグラフに示す特性線２４は、レーザ強度が−
１０ｄＢ以下では、グラフの横軸にほぼ平行に伸びる
が、−１０ｄＢを越えると、急激に立ち上がる。このこ
とは、外部レーザ光強度が−１０ｄＢを越えると、半導
体レーザ１１から得られるパルス光の幅が増大し、デュ
ーティ比が劣化することを意味する。
ときの外部レーザ光強度と、半導体レーザ１１から得ら
れたその単一周期パルスの幅との関係を示すグラフであ
る。図６のグラフに示す特性線２４は、レーザ強度が−
１０ｄＢ以下では、グラフの横軸にほぼ平行に伸びる
が、−１０ｄＢを越えると、急激に立ち上がる。このこ
とは、外部レーザ光強度が−１０ｄＢを越えると、半導
体レーザ１１から得られるパルス光の幅が増大し、デュ
ーティ比が劣化することを意味する。
【００３７】また、図５のグラフに沿って説明したとお
り、外部レーザ光強度が低下すると、安定した単一周期
パルス光が得られなくなることから、外部レーザ光強度
は、半導体レーザ１１からの出力光強度に対し、−２５
ｄＢ以上とすることが望ましい。
り、外部レーザ光強度が低下すると、安定した単一周期
パルス光が得られなくなることから、外部レーザ光強度
は、半導体レーザ１１からの出力光強度に対し、−２５
ｄＢ以上とすることが望ましい。
【００３８】以上の点から、安定した良好な単一周期パ
ルスを得る上で、外部レーザ光強度を−１０ｄＢ〜−２
５ｄＢとすることが望ましい。
ルスを得る上で、外部レーザ光強度を−１０ｄＢ〜−２
５ｄＢとすることが望ましい。
【００３９】前記したところでは、半導体レーザとし
て、ファブリ−ペロ型半導体レーザを用いた例について
説明したが、本発明に係る光パルス発生方法は、例えば
分布帰還型構造あるいはブラッグ反射器構造を有する半
導体レーザを用いて、これを実施することができる。
て、ファブリ−ペロ型半導体レーザを用いた例について
説明したが、本発明に係る光パルス発生方法は、例えば
分布帰還型構造あるいはブラッグ反射器構造を有する半
導体レーザを用いて、これを実施することができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、前記したように、緩和
振動周波数を有する半導体レーザにその緩和振動周波数
以上の周波数で外部変調をかけて単一周期の光りパルス
を得るについて、半導体レーザの発振波長に近似する波
長を有する外部レーザ光を半導体レーザに注入すること
により、緩和振動数の増大を図ることなく、この緩和振
動数に対応する周期よりも短い単一周期の安定した光パ
ルスを得ることができる。
振動周波数を有する半導体レーザにその緩和振動周波数
以上の周波数で外部変調をかけて単一周期の光りパルス
を得るについて、半導体レーザの発振波長に近似する波
長を有する外部レーザ光を半導体レーザに注入すること
により、緩和振動数の増大を図ることなく、この緩和振
動数に対応する周期よりも短い単一周期の安定した光パ
ルスを得ることができる。
【００４１】従って、本発明の方法によれば、外部変調
のバイアス電流の増大が不要となることから、外部変調
のための大電流の供給を可能とする大型電源が不要とな
り、外部変調用電源の大型化を招くことはなく、これに
より、半導体レーザの緩和振動数に対応する周期よりも
短い単一周期の安定した光パルスを比較的安価に得るこ
とができる。
のバイアス電流の増大が不要となることから、外部変調
のための大電流の供給を可能とする大型電源が不要とな
り、外部変調用電源の大型化を招くことはなく、これに
より、半導体レーザの緩和振動数に対応する周期よりも
短い単一周期の安定した光パルスを比較的安価に得るこ
とができる。
【図１】本発明に係る方法を実施するための光パルス発
生装置を概略的に示すブロック図である。
生装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】外部注入光の強度をパラメータとし、レート方
程式から算出された半導体レーザのパルス出力光の特性
線を示すグラフ（その１）である。
程式から算出された半導体レーザのパルス出力光の特性
線を示すグラフ（その１）である。
【図３】外部注入光の強度をパラメータとし、レート方
程式から算出された半導体レーザのパルス出力光の特性
線を示すグラフ（その２）である。
程式から算出された半導体レーザのパルス出力光の特性
線を示すグラフ（その２）である。
【図４】外部注入光の離調周波数をパラメータとし、レ
ート方程式から算出された半導体レーザのパルス出力光
の特性を示すグラフ（その３）である。
ート方程式から算出された半導体レーザのパルス出力光
の特性を示すグラフ（その３）である。
【図５】外部注入光の強度をパラメータとし、実測によ
って求められた半導体レーザのパルス出力光の特性線を
示すグラフ（その１）である。
って求められた半導体レーザのパルス出力光の特性線を
示すグラフ（その１）である。
【図６】実測によって求められた外部注入光の強度と半
導体レーザのパルス出力光のパルス幅との関係を示すグ
ラフ（その２）である。
導体レーザのパルス出力光のパルス幅との関係を示すグ
ラフ（その２）である。
１０ 光パルス発生装置 １１ 半導体レーザ １２ 外部変調交番電源（シンセサイザ） １６ 外部レーザ光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 洋 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (72)発明者 鈴木 明 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 緩和振動周波数を有する半導体レーザに
前記緩和振動周波数以上の周波数で外部変調をかけて該
半導体レーザから単一周期の光りパルスを得る光パルス
発生方法であって、前記半導体レーザから安定した単一
周期の光パルスを得べく、前記半導体レーザの発振波長
に近似する波長を有する外部レーザ光を前記半導体レー
ザに注入することを特徴とする光パルス発生方法。 - 【請求項２】 前記外部レーザ光の波長および強度は、
前記半導体レーザの安定動作を得べく選択されることを
特徴とする請求項１記載の光パルス発生方法。 - 【請求項３】 前記外部レーザ光の波長および強度は、
次式から算出される前記半導体レーザ出力光についての
特性曲線を求め、該特性曲線の単一周期特性線部分で示
される離調周波数および強度に基づいて選択される請求
項１記載の光パルス発生方法。 【数１】 ここで、Ｓ（ｔ）は、前記半導体レーザの光子密度すな
わちレーザ光強度であり、Γは前記半導体レーザの光封
じ込め係数であり、Ｇ（Ｎ）は前記半導体レーザの利得
係数であり、εは前記半導体レーザの利得飽和係数であ
り、τp は光子寿命であり、βは自然放出光係数であ
り、Ｎ（ｔ）は前記半導体レーザのキャリア密度であ
り、τs は自然放出寿命であり、ｆd は前記半導体レー
ザ内での周回周波数であり、Ｓinj は前記外部レーザ光
の光子密度すなわち前記外部レーザ光の強度であり、Δ
（ｔ）は前記半導体レーザと前記外部レーザ光との位相
差であり、その時間微分（ｄΔ（ｔ）／dt）が離調周波
数を表し、φは前記半導体レーザ光の位相であり、αは
線幅増大係数であり、Ｎthは前記半導体レーザの閾値利
得でのキャリア密度であり、ｅは電荷量であり、Ｉ
（ｔ）は前記半導体レーザへの注入電流であり、vol は
前記半導体レーザの活性部の体積である。 - 【請求項４】 前記特性曲線は、離調周波数をパラメー
タとして、縦軸および横軸が前記半導体レーザの光子密
度および前記外部レーザ光の強度をそれぞれ示すグラフ
上に表される請求項３記載の光パルス発生方法。 - 【請求項５】 前記特性曲線は、前記外部レーザ光の強
度をパラメータとして、縦軸および横軸が前記半導体レ
ーザの光子密度および離調周波数を示すグラフ上に表さ
れる請求項３記載の光パルス発生方法。 - 【請求項６】 前記外部レーザ光の強度は、前記半導体
レーザのレーザ光強度に対する外部レーザ光強度の比
で、−１０ｄＢ〜−２５ｄＢである請求項１記載の光パ
ルス発生方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28604197A JP4077059B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 光パルス発生方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28604197A JP4077059B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 光パルス発生方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11112093A true JPH11112093A (ja) | 1999-04-23 |
| JP4077059B2 JP4077059B2 (ja) | 2008-04-16 |
Family
ID=17699213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28604197A Expired - Fee Related JP4077059B2 (ja) | 1997-10-01 | 1997-10-01 | 光パルス発生方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4077059B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006066586A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Oki Electric Ind Co Ltd | モード同期半導体レーザ装置及びモード同期半導体レーザ装置の波長制御方法 |
| WO2008044839A1 (en) * | 2006-10-11 | 2008-04-17 | Korea Research Institute Of Standards And Science | Optical frequency synthesizer and optical frequency synthesizing method using femtosecond laser optical injection locking |
| JP2010205810A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Sony Corp | 半導体レーザ素子の駆動方法及び半導体レーザ装置 |
-
1997
- 1997-10-01 JP JP28604197A patent/JP4077059B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006066586A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Oki Electric Ind Co Ltd | モード同期半導体レーザ装置及びモード同期半導体レーザ装置の波長制御方法 |
| WO2008044839A1 (en) * | 2006-10-11 | 2008-04-17 | Korea Research Institute Of Standards And Science | Optical frequency synthesizer and optical frequency synthesizing method using femtosecond laser optical injection locking |
| KR100841052B1 (ko) | 2006-10-11 | 2008-06-24 | 한국표준과학연구원 | 펨토초레이저 광주입잠금을 이용한 주사 광주파수합성기 및상기 광주파수합성기를 이용한 광주파수합성방법 |
| JP2010205810A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Sony Corp | 半導体レーザ素子の駆動方法及び半導体レーザ装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4077059B2 (ja) | 2008-04-16 |
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