JPS61207088A - レ−ザ出力合成装置 - Google Patents

レ−ザ出力合成装置

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JPS61207088A
JPS61207088A JP4756485A JP4756485A JPS61207088A JP S61207088 A JPS61207088 A JP S61207088A JP 4756485 A JP4756485 A JP 4756485A JP 4756485 A JP4756485 A JP 4756485A JP S61207088 A JPS61207088 A JP S61207088A
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JP
Japan
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light
laser
combined
output
incident
Prior art date
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Pending
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JP4756485A
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English (en)
Inventor
Tadashi Sunada
砂田 匡
Kuniharu Takizawa
滝沢 國治
Takeo Suzuki
健夫 鈴木
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Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Nippon Hoso Kyokai NHK
Japan Broadcasting Corp
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Publication date
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Publication of JPS61207088A publication Critical patent/JPS61207088A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4012Beam combining, e.g. by the use of fibres, gratings, polarisers, prisms

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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  • Semiconductor Lasers (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は、複数のレーザ出力を効率よく合波させること
により、高出力のレーザ光を得るように構成したレーザ
出力合成装置に関するものである。
[従来技術] 一般に、半導体レーザは小形で信頼性が高く、且つ直接
変調が可能であることから、光フアイバ通信用光源など
として幅広く使用されている。殊に最近では、コヒーレ
ント光ファイバ通信の実用化に向けての研究開発も盛ん
であり、単−波長化および位相の安定化など、半導体レ
ーザの特性は大幅に改善されつつある。
しかし、半導体レーザの特性のひとつである出力に関し
ては、小型・微細であることもあり、高出力化には限度
がある0例えば、レーザを連続発振させる場合、発熱あ
るいは端面破壊などにより、出力が制限されてしまい、
高出力は得難いという欠点がある。
また、大きな光出力が得られる場合には、急に破壊され
なくとも徐々に破壊が起こり、信頼性が低下していくと
いう欠点がある。さらに、電流マS光出力特性における
直線性の観点からも、そのレーザ出力に制約を受けると
いう木質的な欠点がある。
そのうえ、従来のレーザ光合成技術では、合流器を用い
てレーザ光を単に合流させるだけであり、その合流電力
は各々の電力の和にならなかった。その理由は、合流器
において損失を受けるからである(例えば、 Appl
ied Physics Letters 31(+9
77)p、740−742 K、0.Hill、 B、
S、Kawasaki andD、C1ohnson 
 rEfficient  power  combi
ner  formultiplexing   mu
ltiple  5ources  t。
3ingleiiber optical syste
ms J ) eこの場合1合流器として偏光形のもの
を用いたとしても、独立に発振しているレーザの出力を
そのまま合流させただけではレーザ光の電気ベクトル(
位相)がそろった状態で合成されることにはならないの
で、合流電力は各々の電力の和には及ばないことになる
[目的] よって、本発明の第1の目的は、複数のレーザ出力を効
率よく合流させることにより、レーザの高出力化を図っ
たレーザ出力合成装置を提供することにある。
また1本発明の第2の目的は、単一の注入レーザの特性
を維持しつつ、信頼性を高めたレーザ出力合成装置を提
供することにある。
[発明の構11m1 上述の目的を達成するために、1つのレーザ(注入レー
ザ)からの発振光を他の複数個のレーザ(同期レーザ)
に導き、各回期レーザから互いに位相のそろった光を発
振させ、これらの発振光を2本づつ合成して1本の高出
力光を得るようにした。すなわち、2木のレーザビーム
は、偏光ビームスプリッタに対しその入射面に平行な偏
光方向の入射光(P波)が透過光となるように、また、
入射面に垂直な偏光方向の入射光(S波)が反射光とな
るように、偏光ビームスプリッタに入射させて合成する
そこで、本発明に係るレーザ出力合成装置は、注入レー
ザと、注入レーザの発振光を導入し注入同期により位相
同期された偏光状態にある光を発振する複数個の同期レ
ーザと、同期レーザの出力光を順次に合成する光合成手
段とを備えるものである。
[実施例] 以下に、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。
半導体レーザは、一般に直線偏光状態にあるため、その
レーザ光の合流器としては、偏光ビームスプリッタを逆
向きにして使用することが可能である。
そこで、第2図(偏光ビームスプリッタの原理図)に示
すように、偏光ビームスプリッタに対してP波またはS
波(ここで、P波とは偏光方向が入射面に平行で偏光ビ
ームスプリッタに対し透過光、S波とは偏光方向が入射
面と垂直で反射光となるものをいう)となるように2つ
の半導体装置ザ光を入射させると、これらレーザ光はほ
とんど損失なく合流し、その出力光は2つのレーザ出力
の和となる。
このとき、この合流光は一般には偏光状態とはならない
が、2つの偏光ビーム(P波、S波)の位相をそろえ、
かつ光路長を調整することにより、その合流光は再び直
線偏光状態となる。
従って、直線偏光状態となるならば、さらに別個の偏光
ビームスプリッタを用いて他のレーザ光と合流させるこ
とができ、その出力光は、3つ以上の半導体レーザ出力
の和となる。
かかる原理を利用することにより、位相のそろった複数
の半導体レーザの出力を、多段の偏光ビームスプリッタ
を用いて、効率よく合流させることができ、もって、よ
り高い出力を得ることが可能である。
ここで、レーザ光の位相をそろえるには、基準となる半
導体レーザからの出力光を各々の半導体レーザに注入し
、その位相をロックすることが必要である。以下の説明
において、基準となるレーザを注入レーザ、注入による
位相同期したレーザを同期レーザと呼ぶことにする。
なお、注入同期に関する技術については。
1)’ilt子通信学会 光・量子エレクトロニクス研
究会、0QE8G−28,11390年6月19日 小
林 :「半導体レーザの注入同期特性」 2 ) Applied Physics Lette
r8 (198B)p、91−93゜H,L、5tov
er and W、H,5teier  rLocki
ng  ofLaser 0scillators b
y Light InjectionJなどに述べられ
ている。
上述した各々の同期レーザは、位相が整っていることが
必要であって、位相が同時に揺らいでいても、また出力
が等しくなくてもよい。
第3図は、偏光ビームスプリッタを用いて2つのレーザ
光を合成するときの偏光状態を説明する図(ilt界ベ
クトル上での説明図)である、ここで、 OA   S波の電界強度 である。
本図から明らかなように、2つのレーザ光すなわちs*
ffおよびP波面°は、各々の電界強度が等しくなくて
もよい、また、2つのレーザ光については時間的に出力
変動があっても、電界強度の比が等しければ、その合成
ベクトル(合流光の偏波面)は常にCG’ を向いてい
るので1合流光の偏光は保持される。
このことは、外部信号により各々の同期レーザを直接強
度変調することができることを意味する。すなわち、す
べての同期レーザを同じ信号で変調(変調度も同じ)す
ることにより、合流光の偏光を保持することが可能であ
る。しかもこの場合には、合流光の変調度は各回期レー
ザの変調度に等しくなる。
また、コヒーレント通信用の半導体レーザを使用するこ
とにより1位相変調または周波数変調をなすことも可能
である。この場合には、注入レーザのみを位相変調また
は周波数変調することにより、合流光の変調を行う、こ
のように、直接変調が可能であることから1本発明によ
り構成されるレーザ出力合成装置は、ひとつ(単一)の
高出力半導体レーザと見なすことができる。
本発明を適用したレーザ出力合成装置の具体的構成例を
第1図(A)および(B)に示す。
本図において、LD6は注入レーザ、LD、〜LD4は
同期レーザ、 BSは偏光ビームスプリッタ、 P。
〜P4は各半導体レーザの出力レベルを示す。
ここで、第1図(A)は直列型のレーザ出力合成装置、
第1図(B)はピラミッド型のレーザ出力合成装置を示
している。但し、第1図(A)に示す直列型の構成では
P波とS波の光出力レベルのバランスが悪くなるのに対
し、第1図(B)に示すピラミッド型の構成を採る場合
には、その光出力レベルのバランスが良くなり偏光ビー
ムスプリッタなどの調整が簡単になる。
なお1本発明は半導体レーザに限らず、すべてのレーザ
に対して適用することが可能である。
[効果] 未発明を実施することにより、次に挙げる格別の効果が
得られる。
(1)高出力であることによる効果 ■光ファイバ通信における高輝度光源として用いること
ができるので、SN比が大幅に向上し、仕つ伝送距離を
、伸ばtことができる。したがって、長距離伝送に適し
た光源となる。
■通信以外にも、レーザレーダあるいは距#測定器など
高出力が要求される計測用、あるいは医療用、研究用、
レー・ザ加T用など、光エネルギーを利用する幅広い分
野に役立つ。
(2)直線偏光であることによる効果 注入レーザの偏光が保存され、しかも高出力であるので
、偏光あるいは位相特性を利用した各種センサ用光源と
して利用することができる。
(3)複数の半導体レーザが使われていることによる効
果 単体の半導体レーザの出力を最適値にすることができる
ため、特性および寿命の点で有利である。また、複数個
の半導体レーザを使用しているため、同期レーザの1個
が故障した場合にも全体としてはそれほど影響を受けず
、装置全体の信頼性が向上する。
(4)直接変調(強度変調9位相変調1周波数変調など
)を行うことができることによる効果外部変調手段が不
要となるので、単体の高輝度半導体レーザと見ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)および第1図(B)は本発明の一実施例を
示す構成図、 第2図は偏光ビームスプリッタの原理図。 第3図は電界ベクトル上での偏光状態説明図である。 LDo・・・注入レーザ、 Lll、−LD、・・・同期レーザ、 BS・・・偏光ビームスプリッタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)注入レーザと、 該注入レーザの発振光を導入し、注入同期により位相同
    期された偏光状態にある光を発振する複数個の同期レー
    ザと、 該同期レーザの出力光を順次に合成する光合成手段とか
    らなるレーザ出力合成装置。 2)前記同期レーザの出力光を2本ずつ前記光合成手段
    により合成し、その各合成光を2本ずつ前記光合成手段
    により合成し、順次に合成光を得るようにしたことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のレーザ出力合成装
    置。 3)前記同期レーザの出力光の2本を前記光合成手段に
    より合成し、その合成光と他の前記同期レーザの出力光
    とを合成し、順次に合成光を得るようにしたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載のレーザ出力合成装置
    。 4)前記光合成手段は偏光ビームスプリッタからなり、
    該偏光ビームスプリッタからの透過光と反射光とが同一
    方向となるように第1の入射光と第2の入射光の入射角
    を、それぞれ、ほぼ45°とするとともに、前記第1の
    入射光と前記第2の入射光は、互いにほぼ90°の角と
    なし、前記第1の入射光と前記第2の入射光との間の位
    相をそろえ、かつ、前記第1の入射光はその偏光方向が
    入射面にほぼ平行となるように入射して前記偏光ビーム
    スプリッタを透過させ、前記第2の入射光はその偏光方
    向が入射面にほぼ垂直になるように入射して前記偏光ビ
    ームスプリッタにより反射させ、前記透過光と前記反射
    光とを合成するようにしたことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項ないし第3項のいずれかに記載のレーザ出力
    合成装置。
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