JPS60110187A - 光帰還型半導体レ−ザ装置 - Google Patents
光帰還型半導体レ−ザ装置Info
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- JPS60110187A JPS60110187A JP58218114A JP21811483A JPS60110187A JP S60110187 A JPS60110187 A JP S60110187A JP 58218114 A JP58218114 A JP 58218114A JP 21811483 A JP21811483 A JP 21811483A JP S60110187 A JPS60110187 A JP S60110187A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は半導体レーザの特性向上のために複合共振器を
有し、特にアナログ変調に伴う半導体レーザの発振周波
数変化を小さくする技術に関する。
有し、特にアナログ変調に伴う半導体レーザの発振周波
数変化を小さくする技術に関する。
従来例の構成とその問題点
半導体レーザに反射光が帰還されると半導体レーザ特性
に大きな影響を与え、複雑な振無いをすることが知られ
ている。例えば半導体レーザ（ＬＤ）の雑音増加、縦モ
ードスペクトルの変化、Ｉ−Ｌ特性の非線形化などが反
射光帰還により誘起され、半導体レーザの安定化、高品
質化への一つの障害となっている。特に雑音増加はＬＤ
を元通信用光源としてアナログ通信やコヒーレント通信
に用いる場合実用上大きな問題となる。また半導体レー
ザをセンサー用光源あるいは光ディスク等の情報処理機
器用光源として用いる場合にも反射光再注入による雑音
増加は極めて大きな問題となっている。
に大きな影響を与え、複雑な振無いをすることが知られ
ている。例えば半導体レーザ（ＬＤ）の雑音増加、縦モ
ードスペクトルの変化、Ｉ−Ｌ特性の非線形化などが反
射光帰還により誘起され、半導体レーザの安定化、高品
質化への一つの障害となっている。特に雑音増加はＬＤ
を元通信用光源としてアナログ通信やコヒーレント通信
に用いる場合実用上大きな問題となる。また半導体レー
ザをセンサー用光源あるいは光ディスク等の情報処理機
器用光源として用いる場合にも反射光再注入による雑音
増加は極めて大きな問題となっている。
朴
〔旧篠エレクトロニクス、茅根他「高周波発振回路を付
加し、戻シ尤による雑音を許容値以下に抑えた半導体レ
ーザＪｐｐ１７３〜ｐｐ１９４゜爲３２７（１９８３）
）において示されるが如く、半導体レーザ外部に反射体
があり、反射体からの反射光量が大きくなると通常半導
体レーザはマルチモード発振を行ないかつ雑音も増加す
ると考えられている。数値的には反射光ｒとして１％以
上となるとマルチモード発振すると考えられている。
加し、戻シ尤による雑音を許容値以下に抑えた半導体レ
ーザＪｐｐ１７３〜ｐｐ１９４゜爲３２７（１９８３）
）において示されるが如く、半導体レーザ外部に反射体
があり、反射体からの反射光量が大きくなると通常半導
体レーザはマルチモード発振を行ないかつ雑音も増加す
ると考えられている。数値的には反射光ｒとして１％以
上となるとマルチモード発振すると考えられている。
−男手導体レーザへの帰還光を積極的に利用したいわゆ
る複合共振器構成の半導体レーザがある。
る複合共振器構成の半導体レーザがある。
これはＨ，Ｋｏｇｅｌｎｉｋ他” Ｍｏｄｅ ５ｕｐｐ
ｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｇａｓｅｏｕｓ ｏ
ｐｔｃａｌ ｍａｓｅｒｓ”。
ｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄｓｉｎｇｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｇａｓｅｏｕｓ ｏ
ｐｔｃａｌ ｍａｓｅｒｓ”。
Ｐｒｏｃ、ＩＲＥｐｐ２３６５−ｐｐ２３６６（１９６
２） に示されている様にレーザの縦モードを１本のみ
選択発振させる手法であり、同様なことが半導体レーザ
においても試みられている。拭えばＣ６Ｌ１ｎ他”５ｈ
ｏｒｔ−ｃｏｕｐｌｅｄ −ｃａｖｉｔｙ ＩｎＧａＡ
ｓＰ Ｉｎｊｅｃｔ ｔｏｎ １ａｓｅｒｓ ｆｏｒＣ
Ｗ ａｎｄ ｈｉｇｈ ５ｐｅｅｄ ｌｏｎｇｉｔｕｄ
ｉｎａｌ ｍｏｄｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ’、’Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｌｅｔｔ、ｖｏｌ、１９ ｐｐ５６１（１９
８３，）に示されている様に、半導体レーザに近接して
反射体を設置し、高速デジタル変調下においても縦単一
モード発振を実現し一〇いる。
２） に示されている様にレーザの縦モードを１本のみ
選択発振させる手法であり、同様なことが半導体レーザ
においても試みられている。拭えばＣ６Ｌ１ｎ他”５ｈ
ｏｒｔ−ｃｏｕｐｌｅｄ −ｃａｖｉｔｙ ＩｎＧａＡ
ｓＰ Ｉｎｊｅｃｔ ｔｏｎ １ａｓｅｒｓ ｆｏｒＣ
Ｗ ａｎｄ ｈｉｇｈ ５ｐｅｅｄ ｌｏｎｇｉｔｕｄ
ｉｎａｌ ｍｏｄｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ’、’Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｌｅｔｔ、ｖｏｌ、１９ ｐｐ５６１（１９
８３，）に示されている様に、半導体レーザに近接して
反射体を設置し、高速デジタル変調下においても縦単一
モード発振を実現し一〇いる。
レーザのチップ長ｅ、レーザ活性層の屈折率ｎ１゜また
外部共振器長の光学長をＬとするとＬは半導体レーザチ
ップの光学長ｎ１１よシもかなシ小さい関係として縦単
一モード化が行なわれている。前例においてはＬ／ｎ
、ｔ−７６／３−６ ｘ ８３キ１／４であり、他の例
においてもＬ／ｎ １Ｚは１／３〜１／６の範囲である
。また通常Ｌ／ｎ １Ｚが明示されていても反射光量の
規定はない。これは単体レーザの縦モード間隔と外部に
配置した外部共振器による縦モード間隔の整合によシ合
致したモードを単一モード発振させる発想であるため、
反射光量に関しては明確でない。まだ反射光量を多くす
るとマルチモード化してしまうことが指摘され、わずか
な反射量（例えば１％程度）を帰還するのが望ましいと
考えられている。
外部共振器長の光学長をＬとするとＬは半導体レーザチ
ップの光学長ｎ１１よシもかなシ小さい関係として縦単
一モード化が行なわれている。前例においてはＬ／ｎ
、ｔ−７６／３−６ ｘ ８３キ１／４であり、他の例
においてもＬ／ｎ １Ｚは１／３〜１／６の範囲である
。また通常Ｌ／ｎ １Ｚが明示されていても反射光量の
規定はない。これは単体レーザの縦モード間隔と外部に
配置した外部共振器による縦モード間隔の整合によシ合
致したモードを単一モード発振させる発想であるため、
反射光量に関しては明確でない。まだ反射光量を多くす
るとマルチモード化してしまうことが指摘され、わずか
な反射量（例えば１％程度）を帰還するのが望ましいと
考えられている。
次に従来示されている上述した複合共振器型半導体レー
ザの特性について述べる。
ザの特性について述べる。
複合共振器し〜ザは変調を行なっても縦単一モード発振
を行なう。通常レーザ単体の場合は変調するとマルチモ
ード発振化してしまうのを外部共振器を付加することに
より改良しており、高速デジタル通信用としてｇＦＢ、
ＤＢＲレーザに代わりうるものである。
を行なう。通常レーザ単体の場合は変調するとマルチモ
ード発振化してしまうのを外部共振器を付加することに
より改良しており、高速デジタル通信用としてｇＦＢ、
ＤＢＲレーザに代わりうるものである。
変調を行なってもレーザが縦単一モード発振を行なうこ
とは、色々な分野において有効である。
とは、色々な分野において有効である。
例えばファイバの波長分散が問題となる１、６μｍ帯の
光フアイバ通信では特にその効果が望まれている。また
センサーに使用する場合においても変調下において単一
モード発振するレーザが望まれている。
光フアイバ通信では特にその効果が望まれている。また
センサーに使用する場合においても変調下において単一
モード発振するレーザが望まれている。
ところが、ただ単に変調下において縦単一モード発振を
行なうレーザと言っても、微細にレーザの発振波長ある
いは発振周波数を観測すればこれらは変調によシ変化す
る。
行なうレーザと言っても、微細にレーザの発振波長ある
いは発振周波数を観測すればこれらは変調によシ変化す
る。
まず単体レーザに変調電流を加えた時、変調周波数ｆｍ
に対する単位電流当りの半導体レーザの発振周波数シフ
ト量Δν（Ｈｚ ／ｍＡ ）を第１図に示す。１ ｍＡ
の変調電流を加えた時、ｆｒｒ、 ＝５０ＭＨｚでΔν
＝１００ＭＨｚ／ｍＡを最小のΔνとして変調による発
振周波数シフトをしてしまう。この極小値よりも低周波
数の変調を加えるとＬＤの活性層の潟度土昇に起因した
屈折率変化によシ発振周波シフトが大きくなり、また極
小値よシも高周波数側では変調によるキャリア密度変動
に起因した屈折率変動により変調による発振周波数シフ
トが大きくなる。
に対する単位電流当りの半導体レーザの発振周波数シフ
ト量Δν（Ｈｚ ／ｍＡ ）を第１図に示す。１ ｍＡ
の変調電流を加えた時、ｆｒｒ、 ＝５０ＭＨｚでΔν
＝１００ＭＨｚ／ｍＡを最小のΔνとして変調による発
振周波数シフトをしてしまう。この極小値よりも低周波
数の変調を加えるとＬＤの活性層の潟度土昇に起因した
屈折率変化によシ発振周波シフトが大きくなり、また極
小値よシも高周波数側では変調によるキャリア密度変動
に起因した屈折率変動により変調による発振周波数シフ
トが大きくなる。
以上はＬＤｊＩｉ体の場合であり、丑たこれら特性はＬ
Ｄの構造に依存するところが大きいが、半導体レーザに
外部共振器を付加すると変調による発振周波数シフト量
Δνの変化の割合が異なることがわ〃）った。
Ｄの構造に依存するところが大きいが、半導体レーザに
外部共振器を付加すると変調による発振周波数シフト量
Δνの変化の割合が異なることがわ〃）った。
発明の目的
面反射率、皐舌嚇４棲外部共振器反射率をある範ＩＪＪ
Ｉ内ｉ／Ｃ設定することにょシ、半導体レーザが安定に
縦単一モード発振をし、変調、特にアナログ変調を行な
う時、変調に伴う半導体レーザの発振周波数変化を小さ
くする仁とにある。
Ｉ内ｉ／Ｃ設定することにょシ、半導体レーザが安定に
縦単一モード発振をし、変調、特にアナログ変調を行な
う時、変調に伴う半導体レーザの発振周波数変化を小さ
くする仁とにある。
すなわち半導体レーザ外部にミラーを設置し、光帰還に
より半導体レーザの緩和振動を抑圧し、デジタル変調つ
捷りパルス変調するものとは完全に異なる目的のもので
ある。
より半導体レーザの緩和振動を抑圧し、デジタル変調つ
捷りパルス変調するものとは完全に異なる目的のもので
ある。
発明の構成
本発明の構成は、活性層の屈折率がｎｌ、共振器長ｔの
化合物半導体よシなる光学長ｎ １Ｚレーザの振巾反射
率ｒ１ を有する一共振器端面の前記レーザ外部に、前
記端面からの光学長がＬなる位置に、前記レーザへの帰
還光量を実効的に規定する振巾反射率ｒ。なる反射機能
を有する光学素子を配置し、Ｌ ／ｎ １Ｚ 〉Ｏ−９
かつｘｏ”）ｏ−，１とし、アナログ変調を行なうこと
を特徴とする光帰遠型半樽体レーザ装置であり、さらに
共振器端面振巾反射率ｒ１ をｒ、〈０．５６５ とし
てもよく、レーザ共振器端面と反射機能を有する光学素
子間を空気層あるいはさらにレンズを付加するか、１だ
屈折率ｎ０なる媒質としてもよく、寸だ反射機能を有す
る光学素子として、平面鏡、凹面鏡、平面グレーティン
グ、凹面グレーティング、多面鏡等を用いる構成である
。
化合物半導体よシなる光学長ｎ １Ｚレーザの振巾反射
率ｒ１ を有する一共振器端面の前記レーザ外部に、前
記端面からの光学長がＬなる位置に、前記レーザへの帰
還光量を実効的に規定する振巾反射率ｒ。なる反射機能
を有する光学素子を配置し、Ｌ ／ｎ １Ｚ 〉Ｏ−９
かつｘｏ”）ｏ−，１とし、アナログ変調を行なうこと
を特徴とする光帰遠型半樽体レーザ装置であり、さらに
共振器端面振巾反射率ｒ１ をｒ、〈０．５６５ とし
てもよく、レーザ共振器端面と反射機能を有する光学素
子間を空気層あるいはさらにレンズを付加するか、１だ
屈折率ｎ０なる媒質としてもよく、寸だ反射機能を有す
る光学素子として、平面鏡、凹面鏡、平面グレーティン
グ、凹面グレーティング、多面鏡等を用いる構成である
。
実施例の説明
更に詳しく説明すれば、本発明者らの詳細な実験によれ
ば半導体レーザ外部に共珊器を付加し、レーザのチップ
長ｔ、外部共振器長り、ＬＤ出端面振■ＩＪ反射率ｒ１
．外部共振器の実効的な振ｒｌ］反射率ｒ。を変化させ
ると、半導体レーザをアナログ変調した場合に誘起され
る発振周波数シフト量が大きく異なることがわかった。
ば半導体レーザ外部に共珊器を付加し、レーザのチップ
長ｔ、外部共振器長り、ＬＤ出端面振■ＩＪ反射率ｒ１
．外部共振器の実効的な振ｒｌ］反射率ｒ。を変化させ
ると、半導体レーザをアナログ変調した場合に誘起され
る発振周波数シフト量が大きく異なることがわかった。
１だ半導体レーザを単−縦モード発振させる為に反射光
量が大きい方がより好ましかった。
量が大きい方がより好ましかった。
つまり本発明者らが本発明において強調したいのは、半
導体レーザ外部に共振器を伺加した複合共振器型半導体
レーザが縦単一モード発振を行ない、さらに変調による
レーザの発振周波数のシフトつまり変動を小さくするだ
めの構成であり、これは従来提案されている構成の複合
共振器型半導体レーザでは達成できないことであり、本
発明者らの実験により明らかになった。
導体レーザ外部に共振器を伺加した複合共振器型半導体
レーザが縦単一モード発振を行ない、さらに変調による
レーザの発振周波数のシフトつまり変動を小さくするだ
めの構成であり、これは従来提案されている構成の複合
共振器型半導体レーザでは達成できないことであり、本
発明者らの実験により明らかになった。
半導体レーザの変調による発振周波数シフトは、例えば
半導体レーザをマルチモードファイバラ用いた光通信用
光源として用いた時、スペックル等の不安定性を誘起す
る最大の原因であり、従来のレーザではこれら欠点を除
去しえなかった。
半導体レーザをマルチモードファイバラ用いた光通信用
光源として用いた時、スペックル等の不安定性を誘起す
る最大の原因であり、従来のレーザではこれら欠点を除
去しえなかった。
以下に図面を用いて本発明の実施例を示す。
本発明者らは種々の複合共振器構成の半導体レーザの特
性の検討を行なったが、上に述べてきたように、特にア
ナログ変調を行なった場合の半導体レーザの発振周波数
シフト量が外部共振器型半導体レーザにおいていかなる
条件で小さくできるかを追求した。ここで述べる条件と
は、第２図に示すように、外部共振器の光学長り、外部
共振器からの半導体レーザの活性層への結合度を考慮し
た実効的な振巾反射率’ｏ＋ 活性層の屈折率ｎ１でチ
ップ長りの半導体レーザの光学長ｎ１ｔ、半導体レーザ
共振器端面の外部共振器側の振巾反射率ｒ１ を変化さ
せることを意味する。つまり第２図におけるｎ１ｔ、Ｌ
、ｒｌ、ｒｏを変化させて、半導体レーザをアナログ変
調した場合の半導体レーザ光の発振周波数シフト量の変
化を測定した。測定を行なった実験系を第３図に示す。
性の検討を行なったが、上に述べてきたように、特にア
ナログ変調を行なった場合の半導体レーザの発振周波数
シフト量が外部共振器型半導体レーザにおいていかなる
条件で小さくできるかを追求した。ここで述べる条件と
は、第２図に示すように、外部共振器の光学長り、外部
共振器からの半導体レーザの活性層への結合度を考慮し
た実効的な振巾反射率’ｏ＋ 活性層の屈折率ｎ１でチ
ップ長りの半導体レーザの光学長ｎ１ｔ、半導体レーザ
共振器端面の外部共振器側の振巾反射率ｒ１ を変化さ
せることを意味する。つまり第２図におけるｎ１ｔ、Ｌ
、ｒｌ、ｒｏを変化させて、半導体レーザをアナログ変
調した場合の半導体レーザ光の発振周波数シフト量の変
化を測定した。測定を行なった実験系を第３図に示す。
半導体レーザ１の活性層２内のレーザ光が一方の共振器
端面３から出射し、外部共振器として機能する反射機能
を有する光学素子４から再び半導体レーザ活性層２へ帰
還される。第４図２０は第２図で説明した通りである。
端面３から出射し、外部共振器として機能する反射機能
を有する光学素子４から再び半導体レーザ活性層２へ帰
還される。第４図２０は第２図で説明した通りである。
他方の共振器端面５から出射したレーザ光６をレンズ７
でコリメートし、その一部をハーフミラ−８で分岐し、
レンズ９で回折格子分光器１０に入射し、出射スリット
上に設置されたビジコンカメラ１１で分光スペクトルを
受光し、オンロスコープ１２上で縦モードスペクトルを
モニターする。分岐されたもう一方の光は、２枚の高反
射率を有するエタロン１３を有するファプリーベロー干
渉計１４を通過し、レンズ１６で集光し、検出器１６で
受光され、オンロスコープ１７でスペクトルを観測する
。ファプリーベロー干渉計１４はピエゾ駆動型であり、
エタロン間隔６０Ｃ１１の時、最高３ＭＨｚの分解能を
有する。つまり観測系２１において広いスペクトル帯域
を観察し、観測系２２において、狭いスペクトル帯域を
観察する。観測系２１で半導体レーザが単−縦モード発
振しているのを確認しておいて半導体レーザ１にアナロ
グ変調電流１８を加えると半導体レーザの発振周波数が
変化し、観測系２２で測定される。観測系２２で測定さ
れるスペクトルの様子を第４図に示す。
でコリメートし、その一部をハーフミラ−８で分岐し、
レンズ９で回折格子分光器１０に入射し、出射スリット
上に設置されたビジコンカメラ１１で分光スペクトルを
受光し、オンロスコープ１２上で縦モードスペクトルを
モニターする。分岐されたもう一方の光は、２枚の高反
射率を有するエタロン１３を有するファプリーベロー干
渉計１４を通過し、レンズ１６で集光し、検出器１６で
受光され、オンロスコープ１７でスペクトルを観測する
。ファプリーベロー干渉計１４はピエゾ駆動型であり、
エタロン間隔６０Ｃ１１の時、最高３ＭＨｚの分解能を
有する。つまり観測系２１において広いスペクトル帯域
を観察し、観測系２２において、狭いスペクトル帯域を
観察する。観測系２１で半導体レーザが単−縦モード発
振しているのを確認しておいて半導体レーザ１にアナロ
グ変調電流１８を加えると半導体レーザの発振周波数が
変化し、観測系２２で測定される。観測系２２で測定さ
れるスペクトルの様子を第４図に示す。
第４図（−）は半導体レーザ１に変調電流を加えない時
、第４図（ｂ）は単位変調電流１ｍＡを加えた時である
。明らかなように半導体レーザの発振周波数ν。は変調
を行なうとν１までΔνだけ変化する。
、第４図（ｂ）は単位変調電流１ｍＡを加えた時である
。明らかなように半導体レーザの発振周波数ν。は変調
を行なうとν１までΔνだけ変化する。
この発振周波数の変調による変化量Δνを、外部共振器
のｎ ｔ、Ｌ、ｒｒ の条件を変化させて１ ０１１ ｉ１１＋１定を行なった。
のｎ ｔ、Ｌ、ｒｒ の条件を変化させて１ ０１１ ｉ１１＋１定を行なった。
外部共振器のない場合の変調によるある変調整流ΔＩ当
りのレーザの発振周波数ソフト量をΔν１とし、外部共
振器のある場合のそれをΔν２とする。
りのレーザの発振周波数ソフト量をΔν１とし、外部共
振器のある場合のそれをΔν２とする。
変調による半導体レーザ発振周波数ν。のシフト埴が小
さくなったことになる。つまりｙ／ｘは変調による発振
周波数シフトの抑圧度を示している。
さくなったことになる。つまりｙ／ｘは変調による発振
周波数シフトの抑圧度を示している。
本実験ではＡ７ＧａＡｓ 半導体レーザを用いてアナロ
グ変調を行った。
グ変調を行った。
半導体レーザの発振周波数ν。はν。−３、５７Ｘ１０
” Ｈｚであるから、例えば変調電流ΔＩ当りの発振周
波数変化量Δν１が３５７ ＭＨｚの時、！−１０−６
となる。実際の実験では変調周波数ｆｒｎζ色々変化さ
せたが、ｆｍ＝１ｏｏＨｚでΔＩを変化させた場合の結
果を以下に示す。
” Ｈｚであるから、例えば変調電流ΔＩ当りの発振周
波数変化量Δν１が３５７ ＭＨｚの時、！−１０−６
となる。実際の実験では変調周波数ｆｒｎζ色々変化さ
せたが、ｆｍ＝１ｏｏＨｚでΔＩを変化させた場合の結
果を以下に示す。
第６図は半導体レーザのチップ長ｔ＝３ｏｏμｍ。
端ｔ ４５６中反射率ｒ １−０−６６６ （ｒ ＊
−０−３２） 、半導体レーザへの帰還光量を実効的に
規定する振［１］反射率ｒ ＝０．７（ｒろ−０，４９
）なる条件において外部共振器長りを変化させた時のデ
ータを示したものである。実効的な振巾反射率ｒ。とは
半導体レーザへ実際に帰還され結合している光景を規定
するものであり、アッテネータ−等を用いて調整した。
−０−３２） 、半導体レーザへの帰還光量を実効的に
規定する振［１］反射率ｒ ＝０．７（ｒろ−０，４９
）なる条件において外部共振器長りを変化させた時のデ
ータを示したものである。実効的な振巾反射率ｒ。とは
半導体レーザへ実際に帰還され結合している光景を規定
するものであり、アッテネータ−等を用いて調整した。
第６図（ａ）はΔν１とΔν２の関係を示したものであ
る。四は外部共振器のない時で、（Ｂ）〜（Ｄ）は外部
共振器長を（Ｂ）Ｌ ＝ １ ｗａ、 □Ｌ ＝ １０
ｔｍ 、 （Ｄ）Ｌ ＝２０間とした場合のデータであ
る。例えばｘ−１０の変調に対して四の外部共振器がな
い時、ｙ−１σ６であったのが、（Ｂ）〜ｐ）ではＬが
大きくなるｔｌどｙが除々に抑圧されていることがわか
る。
る。四は外部共振器のない時で、（Ｂ）〜（Ｄ）は外部
共振器長を（Ｂ）Ｌ ＝ １ ｗａ、 □Ｌ ＝ １０
ｔｍ 、 （Ｄ）Ｌ ＝２０間とした場合のデータであ
る。例えばｘ−１０の変調に対して四の外部共振器がな
い時、ｙ−１σ６であったのが、（Ｂ）〜ｐ）ではＬが
大きくなるｔｌどｙが除々に抑圧されていることがわか
る。
より詳しくＬを変化させた時の発振周波数の抑圧度ｙ／
ｘを第５図Φ）に示す。Ｌを大きくすることによりｙ／
ｘを小さくできることがわかる。
ｘを第５図Φ）に示す。Ｌを大きくすることによりｙ／
ｘを小さくできることがわかる。
第５図（ｂ）はＬＤチップ長ｔ：３００ ｐｍ Ｉｃ対
してＬを変化させた時のデータであるが、さらにチップ
長４を６０μｍ〜６００μｍの範囲で色々とレーザを試
作し、同様な実験を行なった結果、Ｌ／ｎ１１なる関係
が等しければ、チップ長にかかわらず、はぼ同様な発振
周波数シフトの抑圧度が得られた。
してＬを変化させた時のデータであるが、さらにチップ
長４を６０μｍ〜６００μｍの範囲で色々とレーザを試
作し、同様な実験を行なった結果、Ｌ／ｎ１１なる関係
が等しければ、チップ長にかかわらず、はぼ同様な発振
周波数シフトの抑圧度が得られた。
つまり、チップ表１＝３００μｍに対しＬ ＝ ３ ｍ
ｍの時のｙ／ｘの値と、チップ長１＝２００μｍに対し
てＬ ＝＝ ２ ｍｍの時のｙ／ｘの値とほぼ等しい。
ｍの時のｙ／ｘの値と、チップ長１＝２００μｍに対し
てＬ ＝＝ ２ ｍｍの時のｙ／ｘの値とほぼ等しい。
しかるに以下に示す場合は外部共振器の光学長と半導体
レーザチップの光学長の比Ｌ／ｎ １１を単位としてデ
ータを示す。つまり第６図（ｂ）に示す如くである。
レーザチップの光学長の比Ｌ／ｎ １１を単位としてデ
ータを示す。つまり第６図（ｂ）に示す如くである。
また第６図は外部共振器の実効的な振巾反射率ｒＯ−ｏ
、７の場合のデータであるが、このｒＯをパラメータと
して変化させて測定した結果を次に示す。
、７の場合のデータであるが、このｒＯをパラメータと
して変化させて測定した結果を次に示す。
第６図は、Ｌ／ｎ１１に対する発振周波数シフトの抑圧
度Δν２／Δν１をｒｏをパラメータとして測定した結
果である。これよりＬが大きいほど、またｒｏが大きい
ほどΔシ２／Δシ１の抑圧度が大きいことがわかる。
度Δν２／Δν１をｒｏをパラメータとして測定した結
果である。これよりＬが大きいほど、またｒｏが大きい
ほどΔシ２／Δシ１の抑圧度が大きいことがわかる。
第７図は、第６図の測定結果を外部共振器振巾反射率ｒ
０に対するΔシ２／Δシ１をＬ／ｎ １１をノくラメー
タとしてよりＬ／ｎ １１に対して詳しく示した図であ
る。
０に対するΔシ２／Δシ１をＬ／ｎ １１をノくラメー
タとしてよりＬ／ｎ １１に対して詳しく示した図であ
る。
第６図、第７図より、ある発振周波数の抑圧度Δν２／
Δν１をもつためのｒｏ及びＬ／ｎ １（ｌの関係をめ
ることができる。その結果を第８図に示す。
Δν１をもつためのｒｏ及びＬ／ｎ １（ｌの関係をめ
ることができる。その結果を第８図に示す。
第８図は変調にする発振周波数の抑圧渡Δν２／Δν１
を限定した時に、この比の値を満足するようなＬ／ｎ
１１及びｒｏの値を等高線として示したものであり、例
えば等高線ＡはΔシ２／Δシ１＝０．９の時のＬ／ｎ
１１とｒ の関係を示しまた例えば等高線ＥはΔシ２／
Δシ１＝０．５の時のＬ／ｎ １１とｒｏの関係を示し
ている。
を限定した時に、この比の値を満足するようなＬ／ｎ
１１及びｒｏの値を等高線として示したものであり、例
えば等高線ＡはΔシ２／Δシ１＝０．９の時のＬ／ｎ
１１とｒ の関係を示しまた例えば等高線ＥはΔシ２／
Δシ１＝０．５の時のＬ／ｎ １１とｒｏの関係を示し
ている。
つまり、本発明者らの実験により、所望の発振周波シフ
トの抑圧度Δν２／Δν１を得るだめには、ある範囲内
にＬ／ｎ １ｉとｒｏを設定すればよいことがわかる。
トの抑圧度Δν２／Δν１を得るだめには、ある範囲内
にＬ／ｎ １ｉとｒｏを設定すればよいことがわかる。
本発明者らは以上述べたように発振周波シフトの抑圧度
を測定するのと同時に、半導体レーザを変調した時、特
にアナログ変調した時のＣ／Ｎ及び歪特性を観測した。
を測定するのと同時に、半導体レーザを変調した時、特
にアナログ変調した時のＣ／Ｎ及び歪特性を観測した。
その結果、これら特性は、発振周波数ソフトが抑圧され
た時改善され、それはΔシ２／Δシ１が０．８以下、望
ましくは０．７以下になった時に効果があった。より特
性を改善するにはΔν２／Δν、をよシ小さくした場合
である。
た時改善され、それはΔシ２／Δシ１が０．８以下、望
ましくは０．７以下になった時に効果があった。より特
性を改善するにはΔν２／Δν、をよシ小さくした場合
である。
それ故、本発明はアナログ変調した場合に特性改善の効
果のあったｙ／ｘ ＜０．８なる観点より、ｒｏ〉０．
１及びＬ ／ｎ 、ｌ ２０−９なる範囲を特徴とする
。
果のあったｙ／ｘ ＜０．８なる観点より、ｒｏ〉０．
１及びＬ ／ｎ 、ｌ ２０−９なる範囲を特徴とする
。
さらに望ましくはｒ ｏ ＞ Ｏ−２及びＬ／ｎ１（１
’２１．５なる範囲をとることを特徴とする。
’２１．５なる範囲をとることを特徴とする。
更に本発明者らは、半導体レーザ共振器端面に反射防止
コートを施すことにより、半導体レーザ光の発振周波数
シフトがさらに抑圧されることを観測した。この結果を
第９図に示す。
コートを施すことにより、半導体レーザ光の発振周波数
シフトがさらに抑圧されることを観測した。この結果を
第９図に示す。
第９図は端面反射率ｒ、をｒ１＝０．５６６（ｒイー０
．３２） 、 ｘ １−０ 、２４６ （τ１−０．０
６ ） 、 ｒ １＝ｏ、ｏｔｓ４（ｒ２−ｏ、ｏ０３
）となるようにＡＲ：ｌ−トを施しま た半導体レーザに対して、Ｌ／ｎ１１＝＝１ としてｒ
ｏを変化させた時の発振周波数シフトの抑圧度Δν２／
Δν１を測定した結果である。この判定結果より明らか
なようにあるＬ／ｎ 、ｌとｒ。の値に対し、ｒ。
．３２） 、 ｘ １−０ 、２４６ （τ１−０．０
６ ） 、 ｒ １＝ｏ、ｏｔｓ４（ｒ２−ｏ、ｏ０３
）となるようにＡＲ：ｌ−トを施しま た半導体レーザに対して、Ｌ／ｎ１１＝＝１ としてｒ
ｏを変化させた時の発振周波数シフトの抑圧度Δν２／
Δν１を測定した結果である。この判定結果より明らか
なようにあるＬ／ｎ 、ｌとｒ。の値に対し、ｒ。
を小さくするほど半導体レーザ光の変調による発振周波
数シフト量は抑圧することができ、捷だこの時半導体レ
ーザをアナログ変調し、伝送した際のＣ／Ｎや歪特性は
改善された。
数シフト量は抑圧することができ、捷だこの時半導体レ
ーザをアナログ変調し、伝送した際のＣ／Ｎや歪特性は
改善された。
以下に本発明の具体的な実施例を示す。第１゜第２の実
施例は半導体レーザ共振器端ｍ１と反射機能を有する光
学素子間を空気層とした場合である。
施例は半導体レーザ共振器端ｍ１と反射機能を有する光
学素子間を空気層とした場合である。
第１の実施例を第１０図に示す。本実施例は活性層１０
２なる半導体レーザー０１の共振器端面１０３より出射
したレーザ光１０４が反射機能を有する光学素子として
の凹面鏡１０５で反射され反射光１０６が半導体レーザ
ー０１へ帰還された場合である。この時、半導体レーザ
のチップ長１０７及び活性層１０２の屈折率及び凹面鏡
１０６′ の半導体レーザへの帰還結合度を考慮した振
巾反射率及び共振器端面１０３の振巾反射率及び共振器
端面１０３から凹面鏡１０５までを空気層と（７゜その
距離１０８を本発明の範囲に設定するものである。
２なる半導体レーザー０１の共振器端面１０３より出射
したレーザ光１０４が反射機能を有する光学素子として
の凹面鏡１０５で反射され反射光１０６が半導体レーザ
ー０１へ帰還された場合である。この時、半導体レーザ
のチップ長１０７及び活性層１０２の屈折率及び凹面鏡
１０６′ の半導体レーザへの帰還結合度を考慮した振
巾反射率及び共振器端面１０３の振巾反射率及び共振器
端面１０３から凹面鏡１０５までを空気層と（７゜その
距離１０８を本発明の範囲に設定するものである。
第２の実施例を第１１図に示す。これは第１１図に示す
。これは第１１図の凹面鏡１０６を凹面グレーティング
１０９としたものである。グレーティングを用いると特
に波長選択性を増加出来るため効果は犬でちる。また非
点収差を小さくすることにより実効的な振巾反射率は大
きくできる。
。これは第１１図の凹面鏡１０６を凹面グレーティング
１０９としたものである。グレーティングを用いると特
に波長選択性を増加出来るため効果は犬でちる。また非
点収差を小さくすることにより実効的な振巾反射率は大
きくできる。
第３〜第５の実施例を第１２〜第１４図に示す。
これは半導体レーザ共振器端面と反射機能を有する光学
素子間にレンズを配置した場合である。
素子間にレンズを配置した場合である。
第３の実施例とした第１２図は、活性層が１０２なる半
導体レーザ１０１の共振器端面１０３から出射するレー
ザ光１０４はレンズ１１０を通過し、反射機能を有する
光学素子としての平面鏡１１１で反射され再びレンズ１
１０を通過して半導体し−ザ１０１へ反射光１０６が帰
還された場合である。
導体レーザ１０１の共振器端面１０３から出射するレー
ザ光１０４はレンズ１１０を通過し、反射機能を有する
光学素子としての平面鏡１１１で反射され再びレンズ１
１０を通過して半導体し−ザ１０１へ反射光１０６が帰
還された場合である。
第４の実施例として示した第１３図は第１２図の平面鏡
１１１を平面グレーティング１１２としたものである。
１１１を平面グレーティング１１２としたものである。
第６の実施例として示した第１４図は第１２図の平面鏡
１１１を２面鏡を含む多面鏡１１３としたものである。
１１１を２面鏡を含む多面鏡１１３としたものである。
第６及び第７の実施例を第１６図、第１６図に示す。こ
れらは半導体レーザ共振器端面と反射機能を有する光学
素子間を屈折率ｎ。の媒質で充てんした場合である。一
体化により機構的にも安定化できる。
れらは半導体レーザ共振器端面と反射機能を有する光学
素子間を屈折率ｎ。の媒質で充てんした場合である。一
体化により機構的にも安定化できる。
第６の実施例として示した第１６図は、活性層１０２を
有する半導体レーザ１０１の共振器端面１０３から出射
したレーザ光１０４は、媒質１１４例えばガラスや誘電
体ブロック中を伝搬し、凹面鏡１０５で反射され反射光
１０６が半導体レーザ１０１へ帰還される場合である。
有する半導体レーザ１０１の共振器端面１０３から出射
したレーザ光１０４は、媒質１１４例えばガラスや誘電
体ブロック中を伝搬し、凹面鏡１０５で反射され反射光
１０６が半導体レーザ１０１へ帰還される場合である。
第７の実施例として示した第１６図は、第１６図の凹面
鏡１０５を凹面グレーティング１０９とした場合である
。
鏡１０５を凹面グレーティング１０９とした場合である
。
第８の実施例を第１７図に示す、これは半導体レーザ共
振器端面と反射機能を有する光学素子間を屈折率ｎ。な
る媒質で充てん１−１特に屈折率ｎ。
振器端面と反射機能を有する光学素子間を屈折率ｎ。な
る媒質で充てん１−１特に屈折率ｎ。
なる媒質を半導体導波路とし、半導体レーザと反射機能
を有する光学素子及びその間の媒質を１チツプとして同
一基板上に一体集積化したものである。一体化により、
極めて小型に安定な動作を行なう。
を有する光学素子及びその間の媒質を１チツプとして同
一基板上に一体集積化したものである。一体化により、
極めて小型に安定な動作を行なう。
すなわち半導体レーザ及び半導体導波路は一体化構造と
なっており、半導体基板１１６上のレーザ部はクラッド
層１１６．活性層１０′２．フラット層１１７．バッフ
ァ層１１８及び電極１１９゜１２０で構成されており、
また半導体導波路部は同一半導体基板１１６上に導波路
１２２に対するクラッド層１２１．導波路１２２．導波
路１２２に対するクラッド層１２３で構成されており、
半導体レーザと半導体導波路の結合部１２４が半導体レ
ーザ共振器端面であり、反射機能を有する光学素子は半
導体導波路１２１の１２５の面に対応し、１２６の面に
は反射増加コーティングを施してもよい。
なっており、半導体基板１１６上のレーザ部はクラッド
層１１６．活性層１０′２．フラット層１１７．バッフ
ァ層１１８及び電極１１９゜１２０で構成されており、
また半導体導波路部は同一半導体基板１１６上に導波路
１２２に対するクラッド層１２１．導波路１２２．導波
路１２２に対するクラッド層１２３で構成されており、
半導体レーザと半導体導波路の結合部１２４が半導体レ
ーザ共振器端面であり、反射機能を有する光学素子は半
導体導波路１２１の１２５の面に対応し、１２６の面に
は反射増加コーティングを施してもよい。
第８の実施例以外にも色々な半導体レーザとその外部に
半導体導波路を一体化構成したものが考えられる。また
本実施例においては半導体レーザのもう一方の共振器端
面１２６外に元ファイバ１２了を設置し、元ファイバ通
信用光源とした例を示しである。
半導体導波路を一体化構成したものが考えられる。また
本実施例においては半導体レーザのもう一方の共振器端
面１２６外に元ファイバ１２了を設置し、元ファイバ通
信用光源とした例を示しである。
光ファイバと結合するのは第８の実施例に限たものでは
なく他のいかなる構成のものにも適応しうるものである
。また半導体レーザとしてもＧａＡｌＡｓレーザに限っ
たものではな（１７ｚｍ帯の１ｎＰ系発光素子あるいは
それ以外の波長１ｉ１ｉ：の素子にも適応しうるもので
ある。
なく他のいかなる構成のものにも適応しうるものである
。また半導体レーザとしてもＧａＡｌＡｓレーザに限っ
たものではな（１７ｚｍ帯の１ｎＰ系発光素子あるいは
それ以外の波長１ｉ１ｉ：の素子にも適応しうるもので
ある。
発明の効果
以上のように本発明は半導体レーザに反射機能を有する
光学素子を配置し、半導体レーザチッグ長、外部共振器
長、半導体レーザ共振器端１ｍ振巾反射率１反射機能を
有する光学素子の実効的に規定される振巾反射率を適正
値つまｆ：＞ Ｌ／ｎ１（Ｊ＜ｏ、９かつｒ。〉０．１
またｒｌく０．５６５に設定することにより、半導体レ
ーザをアナログ変調した際に生ずる半導体し〜ザの発振
周波数シフトｅ小さくするものであり、従来のレーザで
は達成しえなかった効果を有し、特にアナログ変調した
際の特性向上に対して有効であり効果は極めて犬である
。
光学素子を配置し、半導体レーザチッグ長、外部共振器
長、半導体レーザ共振器端１ｍ振巾反射率１反射機能を
有する光学素子の実効的に規定される振巾反射率を適正
値つまｆ：＞ Ｌ／ｎ１（Ｊ＜ｏ、９かつｒ。〉０．１
またｒｌく０．５６５に設定することにより、半導体レ
ーザをアナログ変調した際に生ずる半導体し〜ザの発振
周波数シフトｅ小さくするものであり、従来のレーザで
は達成しえなかった効果を有し、特にアナログ変調した
際の特性向上に対して有効であり効果は極めて犬である
。
第１図は半導体レーザ単体の単位変調電流当りの発振周
波数シフト量の変調周波数依存性を示す図、第２図は本
発明で定義されるパラメータ′ｆ：説に依存することを
示す図、第６図、第７図は発振周波数シフト量が帰還光
量を規定するｒ。及びチップ長と外部共振器の光学長の
比Ｌ／ｎ １１に依存することを示す図、第８図は発振
周波数シフトの抑圧度に対するｒ 及びＬ／ｎ １１の
関係を示す図、第９図は発振周波数シフトの抑圧度がレ
ーザ共振器端面振巾反射率ｒ１に依存することを示す図
、第１０図〜第１７図は本発明め具体的な実施例の部分
正面図である。 １０１・・・・・・半導体レーザ、１０２・・・・・・
半導体レーザ活性層、１０３・・・・・・半導体レーザ
共振器端面１０４．１０６・・・・・・半導体レーザ光
、１０５・・印・凹面鏡、１０７・・・・・・半導体レ
ーザチソグ光学長、１０８・・・・・・外部共振器光学
長、１０９・・・・・凹面グレーティング、１１０・・
・・・・レンズ、１１１・・・・・・平面鏡、１１２・
・・・・・平面グレーティング、１１３・・・・・・多
面鏡、１１４・・・・・・誘電体ブロック、１１５・・
・・・・半導体基板、１１６，１１７・・・・・・半導
体レーザのクラッド層、１１８・・・・・・バッファ層
、１１７゜１２０・・・・・・電極、１２１・・・・・
・半導体導波路、１２２゜１２３・・・・・・半導体導
波路のクラッド層、１２４・・・・・・半導体レーザ共
振器端面、１２５・・・・・導波路の外部共振器端面、
１２６・・・・・・半導体レーザ共振器端面、１２７・
・・・・・光ファイバ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第：
図 く （ ＼ ＝ １００Ｋ ＩＭ ＩＱＭ １００Ｍ ／α Ｉｏ（。 瀉２図 第 ４ 図 第 ５ 図 花 ８ 第１０図 第１２図 １Ｏ 第１４図 １０
波数シフト量の変調周波数依存性を示す図、第２図は本
発明で定義されるパラメータ′ｆ：説に依存することを
示す図、第６図、第７図は発振周波数シフト量が帰還光
量を規定するｒ。及びチップ長と外部共振器の光学長の
比Ｌ／ｎ １１に依存することを示す図、第８図は発振
周波数シフトの抑圧度に対するｒ 及びＬ／ｎ １１の
関係を示す図、第９図は発振周波数シフトの抑圧度がレ
ーザ共振器端面振巾反射率ｒ１に依存することを示す図
、第１０図〜第１７図は本発明め具体的な実施例の部分
正面図である。 １０１・・・・・・半導体レーザ、１０２・・・・・・
半導体レーザ活性層、１０３・・・・・・半導体レーザ
共振器端面１０４．１０６・・・・・・半導体レーザ光
、１０５・・印・凹面鏡、１０７・・・・・・半導体レ
ーザチソグ光学長、１０８・・・・・・外部共振器光学
長、１０９・・・・・凹面グレーティング、１１０・・
・・・・レンズ、１１１・・・・・・平面鏡、１１２・
・・・・・平面グレーティング、１１３・・・・・・多
面鏡、１１４・・・・・・誘電体ブロック、１１５・・
・・・・半導体基板、１１６，１１７・・・・・・半導
体レーザのクラッド層、１１８・・・・・・バッファ層
、１１７゜１２０・・・・・・電極、１２１・・・・・
・半導体導波路、１２２゜１２３・・・・・・半導体導
波路のクラッド層、１２４・・・・・・半導体レーザ共
振器端面、１２５・・・・・導波路の外部共振器端面、
１２６・・・・・・半導体レーザ共振器端面、１２７・
・・・・・光ファイバ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第：
図 く （ ＼ ＝ １００Ｋ ＩＭ ＩＱＭ １００Ｍ ／α Ｉｏ（。 瀉２図 第 ４ 図 第 ５ 図 花 ８ 第１０図 第１２図 １Ｏ 第１４図 １０
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）活性層の屈折率がｎｌ、共振器長がｅの化合物半
導体よシなる光学長ｉ、／ｊのレーザ素子の共振器端面
の前記レーザ外部に、前記共振器端面からの光学長がＬ
なる位置に前記レーザ素子への帰還光量を実効的に規定
する振１］反射率ｒ。なる反射機能を有する光学素子を
配置し、Ｌ／ｎ 、（Ｊ ２０ 、９がつｒ。＞０．１
とし、前記レーザ素子をアナログ変調することを特徴と
する光帰還型半導体レーザ装置。 （２） レーザ素子共振器端面振巾反射率ｒ１をｒｌく
０．５６５とすることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光帰還型半導体レーザ装置。 （３） レーザ素子共振器端面と反射機能を有する光−
ザ装置。 （４） レーザ共振器端面と反射機能を有する光学素子
間にレンズを配置することを特徴とする特許請求の範囲
第３項記載の光帰還型半導体レーザ装置。 （６） レーザ共振器端面と反射機能を有する光学素帰
還型半導体レーザ装置。 （６）反射機能を有する光学素子としてミラーを用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光帰還型
半導体レーザ装置。 （７）反射機能を有する光学素子としてグレーティング
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光帰還型半導体レーザ装置。 （８）反射機能を有する光学素子として多面鏡を用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光帰還型
半導体レーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58218114A JPS60110187A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 光帰還型半導体レ−ザ装置 |
| US06/671,469 US4677630A (en) | 1983-11-18 | 1984-11-14 | Oscillation frequency stabilized semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58218114A JPS60110187A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 光帰還型半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60110187A true JPS60110187A (ja) | 1985-06-15 |
| JPH0449793B2 JPH0449793B2 (ja) | 1992-08-12 |
Family
ID=16714843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58218114A Granted JPS60110187A (ja) | 1983-11-18 | 1983-11-18 | 光帰還型半導体レ−ザ装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4677630A (ja) |
| JP (1) | JPS60110187A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6268263U (ja) * | 1985-10-18 | 1987-04-28 | ||
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