JPH118441A - モード同期半導体レーザ装置 - Google Patents
モード同期半導体レーザ装置Info
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- JPH118441A JPH118441A JP16229197A JP16229197A JPH118441A JP H118441 A JPH118441 A JP H118441A JP 16229197 A JP16229197 A JP 16229197A JP 16229197 A JP16229197 A JP 16229197A JP H118441 A JPH118441 A JP H118441A
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- 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
- H01S5/065—Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
- H01S5/0657—Mode locking, i.e. generation of pulses at a frequency corresponding to a roundtrip in the cavity
-
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 中心波長が可変で高繰返しのモード同期半導
体レーザ装置を提供しようとするものである。 【解決手段】 ファブリペロー共振器型半導体レーザ１
の片端面を反射防止膜３にて反射防止し、前記端面から
出射するビームをコリメートして外部ミラーより反射・
帰還させることによりなる外部共振器型の半導体レーザ
装置において、前記外部ミラーは、コリメートビームを
２分割する２個１組のミラー１５，１６であって、光軸
方向に独立に移動できることを特徴とする。
体レーザ装置を提供しようとするものである。 【解決手段】 ファブリペロー共振器型半導体レーザ１
の片端面を反射防止膜３にて反射防止し、前記端面から
出射するビームをコリメートして外部ミラーより反射・
帰還させることによりなる外部共振器型の半導体レーザ
装置において、前記外部ミラーは、コリメートビームを
２分割する２個１組のミラー１５，１６であって、光軸
方向に独立に移動できることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モード同期半導体
レーザ装置に関する。詳しくは、外部共振器長を大幅低
減し、より高い周波数帯域への適用を可能とするもので
ある。
レーザ装置に関する。詳しくは、外部共振器長を大幅低
減し、より高い周波数帯域への適用を可能とするもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、中心波長可変のモード同期半導体
レーザ装置を実現するため、波長選択機能を有する光フ
ィルタ又は反射グレーティングを共振器内に挿入してい
る。このフィルタは同時に半導体の利得媒質中で発生す
る自己位相変調によるチャープによる過剰な光スペクト
ルの広がりを制限してトランスフォームリミットの良質
な光パルスを提供する役割も果たしており、モード同期
半導体レーザ装置を光伝送システムに応用する場合には
極めて重要である。
レーザ装置を実現するため、波長選択機能を有する光フ
ィルタ又は反射グレーティングを共振器内に挿入してい
る。このフィルタは同時に半導体の利得媒質中で発生す
る自己位相変調によるチャープによる過剰な光スペクト
ルの広がりを制限してトランスフォームリミットの良質
な光パルスを提供する役割も果たしており、モード同期
半導体レーザ装置を光伝送システムに応用する場合には
極めて重要である。
【０００３】従来の外部共振器型のモード同期半導体レ
ーザ装置の一例を図７に示す。この例は、誘電体多層膜
６による回転式光フィルタ５を用いるものである。同図
に示すように、活性層２を備えた半導体レーザ１の片端
面に反射防止膜３を付与して半導体レーザ共振器１２に
おける発振を抑圧し、外部ミラー８と反射防止膜を付与
していない端面とで構成する共振器でレーザ発振を起こ
させようとするものである。
ーザ装置の一例を図７に示す。この例は、誘電体多層膜
６による回転式光フィルタ５を用いるものである。同図
に示すように、活性層２を備えた半導体レーザ１の片端
面に反射防止膜３を付与して半導体レーザ共振器１２に
おける発振を抑圧し、外部ミラー８と反射防止膜を付与
していない端面とで構成する共振器でレーザ発振を起こ
させようとするものである。
【０００４】光フィルタ５は、半導体レーザ１の利得帯
域よりも狭い通過帯域を有しており、回転軸９（紙面に
垂直な方向）のまわりに光フィルタ５を回転させて光軸
１０となす角度θを調整することにより透過光の中心波
長を選択することができる。なお、透過光帯域は誘電体
多層膜６の構成により予め設定されている。
域よりも狭い通過帯域を有しており、回転軸９（紙面に
垂直な方向）のまわりに光フィルタ５を回転させて光軸
１０となす角度θを調整することにより透過光の中心波
長を選択することができる。なお、透過光帯域は誘電体
多層膜６の構成により予め設定されている。
【０００５】このような光フィルタリングの効果を得る
ため、外部共振器１３では半導体レーザから出射するビ
ームはコリメートレンズ４によりコリメートビーム１１
とされ、外部ミラー８により反射して再び半導体レーザ
１内へ帰還する。なお帰還率を最大にするためには外部
ミラー８のあおり調整が必要である。
ため、外部共振器１３では半導体レーザから出射するビ
ームはコリメートレンズ４によりコリメートビーム１１
とされ、外部ミラー８により反射して再び半導体レーザ
１内へ帰還する。なお帰還率を最大にするためには外部
ミラー８のあおり調整が必要である。
【０００６】従来の外部共振器型モード同期半導体レー
ザ装置の別の例を図８に示す。この例は、反射グレーテ
ィング１４を用いるものである。半導体レーザ１及びコ
リメートレンズ４からなる光学系等の構成は、図７に示
された例と同じである。反射グレーティング１４は、角
度θに依存して帰還光の波長を選択できるという特徴を
有している。
ザ装置の別の例を図８に示す。この例は、反射グレーテ
ィング１４を用いるものである。半導体レーザ１及びコ
リメートレンズ４からなる光学系等の構成は、図７に示
された例と同じである。反射グレーティング１４は、角
度θに依存して帰還光の波長を選択できるという特徴を
有している。
【０００７】厳密には特定の波長のみが反射グレーティ
ング１４により帰還するが、実際にはグレーティングの
形状により幅をもった帰還が可能で、帯域制限フィルタ
としての役割を果たす。
ング１４により帰還するが、実際にはグレーティングの
形状により幅をもった帰還が可能で、帯域制限フィルタ
としての役割を果たす。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、光フ
ィルタ及び反射グレーティング等の波長選択機能を有す
る光部品の機能を発現するためには、回折による波長ベ
クトルのばらつきを抑圧するため波長に対して十分大き
なビーム径のコリメートビームが必要である。このため
光部品はある程度の大きさを持つ必要があり、従って、
それら部品を組み込む外部共振器型のモード同期半導体
レーザ装置では、共振器長の最小値に限界があった。
ィルタ及び反射グレーティング等の波長選択機能を有す
る光部品の機能を発現するためには、回折による波長ベ
クトルのばらつきを抑圧するため波長に対して十分大き
なビーム径のコリメートビームが必要である。このため
光部品はある程度の大きさを持つ必要があり、従って、
それら部品を組み込む外部共振器型のモード同期半導体
レーザ装置では、共振器長の最小値に限界があった。
【０００９】例えば、コリメートレンズとして微小なボ
ールレンズ（直径３００μｍ程度）を使用しても全共振
器長の最小値は高々５〜１０ｍｍ程度である。モード同
期パルスの繰返し周波数は共振器長に反比例して増大す
るので、上記のように共振器長に制限があると繰り返し
周波数の最大値が１５〜３０ＧＨｚ程度にまで制限され
る。
ールレンズ（直径３００μｍ程度）を使用しても全共振
器長の最小値は高々５〜１０ｍｍ程度である。モード同
期パルスの繰返し周波数は共振器長に反比例して増大す
るので、上記のように共振器長に制限があると繰り返し
周波数の最大値が１５〜３０ＧＨｚ程度にまで制限され
る。
【００１０】このため、これより高い周波数帯域へ従来
の構成のモード同期半導体レーザ装置を適用するのは困
難であった。本発明は、上述した従来技術に鑑みてなさ
れたものであり、中心波長が可変で高繰返しのモード同
期半導体レーザ装置を提供しようとするものである。
の構成のモード同期半導体レーザ装置を適用するのは困
難であった。本発明は、上述した従来技術に鑑みてなさ
れたものであり、中心波長が可変で高繰返しのモード同
期半導体レーザ装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、光軸方向に移動可能な２枚１組のコリ
メートビームの照射面を２分割する簡易な構成の反射選
択機能ミラーを外部ミラーとして採用し、外部共振器長
の大幅低減を達成することを最も大きな特徴とする。
め、本発明では、光軸方向に移動可能な２枚１組のコリ
メートビームの照射面を２分割する簡易な構成の反射選
択機能ミラーを外部ミラーとして採用し、外部共振器長
の大幅低減を達成することを最も大きな特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の基本構成を図１に示す。
図１に示すように、ビームを２分割ミラー１５、１６で
分割した場合（反射率は便宜上１００％とする）、反射
光の電界は、以下に示す通りである。 Ｅ＝Ｅ0（１＋Ｅｘｐ［４ｉＬπ／λ］）／２ …（１）
図１に示すように、ビームを２分割ミラー１５、１６で
分割した場合（反射率は便宜上１００％とする）、反射
光の電界は、以下に示す通りである。 Ｅ＝Ｅ0（１＋Ｅｘｐ［４ｉＬπ／λ］）／２ …（１）
【００１３】但し、Ｌは２つのミラー間での反射光の光
路差、λは波長である。反射光はこの二つのミラー１
５，１６により位相差をもって元の半導体レーザ１へ向
い、レンズ４により集光されたビームウェストでは干渉
して光帰還率に変動を与える。
路差、λは波長である。反射光はこの二つのミラー１
５，１６により位相差をもって元の半導体レーザ１へ向
い、レンズ４により集光されたビームウェストでは干渉
して光帰還率に変動を与える。
【００１４】帰還率ηは、上式（１）で示される電界強
度の絶対値の比で定義される。ただし、ここではレンズ
４の開口の影響を無視した理想的な半導体レーザ導波路
への結合（効率１００％）を仮定している。干渉により
変動する帰還率ηにより波長選択性が生じるが、帯域幅
及び中心波長は光路差Ｌにより任意に設計することが可
能である。
度の絶対値の比で定義される。ただし、ここではレンズ
４の開口の影響を無視した理想的な半導体レーザ導波路
への結合（効率１００％）を仮定している。干渉により
変動する帰還率ηにより波長選択性が生じるが、帯域幅
及び中心波長は光路差Ｌにより任意に設計することが可
能である。
【００１５】図２は、種々の光路差Ｌに対して帰還率η
を計算したものである。図２（ａ）はＬ＝１００μｍ前
後の場合で、帯域幅（３ｄＢ幅）は約６ｎｍとなってい
る。また、光路長のわずかな変化に対して中心波長は敏
感で、０．５μｍのずれに対して中心波長は８ｎｍ変化
させられる。
を計算したものである。図２（ａ）はＬ＝１００μｍ前
後の場合で、帯域幅（３ｄＢ幅）は約６ｎｍとなってい
る。また、光路長のわずかな変化に対して中心波長は敏
感で、０．５μｍのずれに対して中心波長は８ｎｍ変化
させられる。
【００１６】図２（ｂ）は、Ｌ＝２００μｍ近傍とした
場合で、帯域幅は４ｎｍとなっている。中心波長は同様
に８ｎｍ／μｍと敏感である。なお、隣接する波長ピー
ク間は１６ｎｍであり、通常使用する量子井戸活性層を
持つ半導体レーザへの適用にはほとんど問題がない。
場合で、帯域幅は４ｎｍとなっている。中心波長は同様
に８ｎｍ／μｍと敏感である。なお、隣接する波長ピー
ク間は１６ｎｍであり、通常使用する量子井戸活性層を
持つ半導体レーザへの適用にはほとんど問題がない。
【００１７】
〔実施例１〕本発明の第１の実施例を図３に示す。本実
施例は、段差付基板３０の片面にマイクロ可動ミラーを
集積化したものである。本実施例によれば、半導体レー
ザ１、ボールレンズ（直径３００μｍ程度）１８との組
み合わせにより、全共振器長を２〜３ｍｍ程度にするこ
とが可能で、これに対応して繰り返し周波数は５０〜７
５ＧＨｚ程度にまで高めることができる。
施例は、段差付基板３０の片面にマイクロ可動ミラーを
集積化したものである。本実施例によれば、半導体レー
ザ１、ボールレンズ（直径３００μｍ程度）１８との組
み合わせにより、全共振器長を２〜３ｍｍ程度にするこ
とが可能で、これに対応して繰り返し周波数は５０〜７
５ＧＨｚ程度にまで高めることができる。
【００１８】パルス発生には、従来より用いられている
注入電流にＲＦ信号を重畳する強制モード同期法が利用
できるほか、高繰り返しに対しては変調された光注入に
よる強制モード同期も利用できる。２分割ミラー１５，
１６は静電力により駆動することができ、その駆動方法
は公知の一般的な技術が使用できる。
注入電流にＲＦ信号を重畳する強制モード同期法が利用
できるほか、高繰り返しに対しては変調された光注入に
よる強制モード同期も利用できる。２分割ミラー１５，
１６は静電力により駆動することができ、その駆動方法
は公知の一般的な技術が使用できる。
【００１９】例えば、本実施例では、図４に示すよう
に、駆動アクチュエータと共に集積化した集積化マイク
ロ可動ミラー機構１９を使用した。図４は、その可動機
構部を拡大して示すものであり、図４（ａ）はその断面
図、図４（ｂ）はそのミラー面を垂直視した平面図であ
る。
に、駆動アクチュエータと共に集積化した集積化マイク
ロ可動ミラー機構１９を使用した。図４は、その可動機
構部を拡大して示すものであり、図４（ａ）はその断面
図、図４（ｂ）はそのミラー面を垂直視した平面図であ
る。
【００２０】同図に示すように、段差付基板３０の片面
側には段差を境にしてミラー１５，１６が配置されると
共にこれらミラー１５，１６が複数のサスペンション２
１を介して浮上支持され、更に、上記基板３０と各ミラ
ー１５，１６の対向面には静電アクチュエータ用の電極
２０がそれぞれ配置されている。複数のサスペンション
２１は、上記基板３０にアンカー２２にて固定され、卍
状の平行バネ構造として機能し、ミラー面の平行度を保
持する役割を果たす。
側には段差を境にしてミラー１５，１６が配置されると
共にこれらミラー１５，１６が複数のサスペンション２
１を介して浮上支持され、更に、上記基板３０と各ミラ
ー１５，１６の対向面には静電アクチュエータ用の電極
２０がそれぞれ配置されている。複数のサスペンション
２１は、上記基板３０にアンカー２２にて固定され、卍
状の平行バネ構造として機能し、ミラー面の平行度を保
持する役割を果たす。
【００２１】従って、電極２０に印加する電圧を調整し
て、電極２０間の静電力を増減させ、各ミラー１５，１
６の浮上量を変化させることにより、ミラー１５，１６
間の光路差Ｌを制御できる。尚、この機構による可動範
囲は数ミクロン程度であるが、本発明の仕様を十分満足
する。
て、電極２０間の静電力を増減させ、各ミラー１５，１
６の浮上量を変化させることにより、ミラー１５，１６
間の光路差Ｌを制御できる。尚、この機構による可動範
囲は数ミクロン程度であるが、本発明の仕様を十分満足
する。
【００２２】〔実施例２〕本発明の第２の実施例を図５
に示す。本実施例は、平面平行基板２４の表裏にマイク
ロ可動ミラーを集積化したものである。パルス発生法は
実施例１と同じである。
に示す。本実施例は、平面平行基板２４の表裏にマイク
ロ可動ミラーを集積化したものである。パルス発生法は
実施例１と同じである。
【００２３】その詳細は図６に示すように、平行平面基
板２４の表面及び裏面を利用して、両面型集積化マイク
ロ可動ミラー機構を構成したものであり、基板２４の両
面に反射防止膜３を形成している点と、ミラー１６にビ
ームを照射するため、裏面のミラー１６では電極２０が
照射部に存在しない点である。マイクロミラーの可動機
構等その他の構成は、実施例１と同じである。
板２４の表面及び裏面を利用して、両面型集積化マイク
ロ可動ミラー機構を構成したものであり、基板２４の両
面に反射防止膜３を形成している点と、ミラー１６にビ
ームを照射するため、裏面のミラー１６では電極２０が
照射部に存在しない点である。マイクロミラーの可動機
構等その他の構成は、実施例１と同じである。
【００２４】なお、本実施例では、実施例１に比べ、２
つのミラー１５，１６の重なりが許されるため、ミラー
エッジ部での回折の影響を無視すれば、ビーム分割によ
る損失を完全に除去することができる。
つのミラー１５，１６の重なりが許されるため、ミラー
エッジ部での回折の影響を無視すれば、ビーム分割によ
る損失を完全に除去することができる。
【００２５】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明のモード同期半導体レーザ装置を利用
すれば、変換リミットに近い良質な光パルスを任意（半
導体の利得帯域内で）の中心波長で発生することが可能
である。また、本発明では、外部共振器長を大幅低減
し、より高い周波数帯域への適用を可能とするものであ
る。
たように、本発明のモード同期半導体レーザ装置を利用
すれば、変換リミットに近い良質な光パルスを任意（半
導体の利得帯域内で）の中心波長で発生することが可能
である。また、本発明では、外部共振器長を大幅低減
し、より高い周波数帯域への適用を可能とするものであ
る。
【図１】本発明の動作原理の説明図である。
【図２】種々の光路差Ｌに対して帰還率ηを計算したグ
ラフである。
ラフである。
【図３】本発明の第１の実施例に係るモード同期半導体
レーザ装置の構造図である。
レーザ装置の構造図である。
【図４】集積化マイクロ可動ミラー機構に係り、図４
（ａ）はその断面図、図４（ｂ）はそのミラー面を垂直
視した平面図である。
（ａ）はその断面図、図４（ｂ）はそのミラー面を垂直
視した平面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係るモード同期半導体
レーザ装置の構造図である。
レーザ装置の構造図である。
【図６】両面型集積化マイクロ可動ミラー機構の断面図
である。
である。
【図７】従来の外部共振器型のモード同期半導体レーザ
装置の一例を示す説明図である。
装置の一例を示す説明図である。
【図８】従来の外部共振器型のモード同期半導体レーザ
装置の別の例を示す説明図である。
装置の別の例を示す説明図である。
１ 半導体レーザ ２ 活性層 ３ 反射防止膜 ４ コリメートレンズ ５ 光フィルタ ６ 誘電体多層膜 ８ 外部ミラー ９ 回転軸 １０ 光軸 １１ コリメートビーム １２ 半導体レーザ共振器 １３ 外部共振器 １５，１６ ２分割ミラー １９ 集積化マイクロ可動ミラー機構 ２０ 静電アクチュエータ用電極 ２１ サスペンション ２２ アンカー ２３ 両面型集積化マイクロ可動ミラー機構 ２４ 平行平面基板 ３０ 基板
Claims (2)
- 【請求項１】 ファブリペロー共振器型半導体レーザの
片端面を反射防止し、前記端面から出射するビームをコ
リメートして外部ミラーより反射・帰還させることによ
りなる外部共振器型の半導体レーザ装置において、前記
外部ミラーは、コリメートビームを２分割する２個１組
のミラーであって、光軸方向に独立に移動できることを
特徴とするモード同期半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記外部ミラーは、同一基板上に駆動ア
クチュエータと共に集積化されていることを特徴とする
請求項１記載のモード同期半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16229197A JP3403318B2 (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | モード同期半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16229197A JP3403318B2 (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | モード同期半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH118441A true JPH118441A (ja) | 1999-01-12 |
| JP3403318B2 JP3403318B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=15751704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16229197A Expired - Fee Related JP3403318B2 (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | モード同期半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3403318B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010010315A (ja) * | 2008-06-26 | 2010-01-14 | Oki Electric Ind Co Ltd | モード同期半導体レーザの駆動方法及びモード同期半導体レーザ装置 |
| JP2012094622A (ja) * | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Sony Corp | 半導体レーザ装置組立体及び半導体光増幅器組立体 |
| JP2015065474A (ja) * | 2014-12-12 | 2015-04-09 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ装置組立体 |
| US11143283B2 (en) | 2017-01-21 | 2021-10-12 | Harmonic Drive Systems Inc. | Strain wave gearing |
-
1997
- 1997-06-19 JP JP16229197A patent/JP3403318B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010010315A (ja) * | 2008-06-26 | 2010-01-14 | Oki Electric Ind Co Ltd | モード同期半導体レーザの駆動方法及びモード同期半導体レーザ装置 |
| JP2012094622A (ja) * | 2010-10-26 | 2012-05-17 | Sony Corp | 半導体レーザ装置組立体及び半導体光増幅器組立体 |
| US9153938B2 (en) | 2010-10-26 | 2015-10-06 | Sony Corporation | Laser diode assembly and semiconductor optical amplifier assembly |
| JP2015065474A (ja) * | 2014-12-12 | 2015-04-09 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ装置組立体 |
| US11143283B2 (en) | 2017-01-21 | 2021-10-12 | Harmonic Drive Systems Inc. | Strain wave gearing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3403318B2 (ja) | 2003-05-06 |
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