JPS62229890A - 可変波長半導体光源 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は波長可変光源に係り、特に小形であって周波数
変化の応答速度が速い可変波長半導体光源に関するもの
である。

波長可変光源は光通信用の光回路部品、特に光フィルタ
や光合波器、光分波器等の波長選択性を有する光回路部
品の特性測定に必要なものであって、小形安価であると
ともに応答速度が速いものであることが要望される。

〔従来の技術〕

従来、波長可変光源としてはハロゲンランプ等の広いス
ペクトラムを有する光源と、モノクロメータとを組み合
わせて構成したものが多く用いられているが、光ファイ
バに結合して用いる場合には充分な光電力が得られない
ため、たとえば光フィルタの阻止域減衰量の測定が困難
である等の欠点があった。

このような欠点を解決する波長可変光源の一つとして色
素レーザがあるが、光通信用の波長帯域として重要な１
．２〜１．５μｍの波長帯域で十分な利得を有する色素
が無いことおよび、装置が大形で高価であるなどの欠点
を有する。

一方、１．２〜１．５μｍの波長帯域において発振可能
な半導体レーザを温度制御して、可変波長光源とする試
みも行われているが、温度制御を行うため、一般的に応
答速度が遅いという欠点がある。

本発明はこのような従来技術の問題点を解決した小形に
して応答速度の速い可変波長光源を提供しようとするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

このような問題点を解決するため、本発明においては次
の各手段を具えている。

超音波偏向器と平面反射器とからなる可変波長光共振回
路を具え、超音波偏向器で入射光をプラグ回折させ、平
面反射器で入射光に対応するプラグ回折光を垂直に反射
させる。

半導体レーザを具え、無反射コートが施された端面から
の出射光をコリメートレンズを経て平行光束として超音
波偏向器内の超音波の波面に所定の角度で入射させる。

高周波発生器を具え、可変波長光共振回路に可変周波数
の超音波を供給する。

そして平面反射器によるプラグ回折光の反射光が超音波
偏向器内を逆行して半導体レーザの無反射コートを施し
た光出射端面に結像するようにして、レーザ発振させる
。

この状態で高周波発生器の超音波周波数を変えることに
よって、発生光波長を変化させる。

〔作　用〕

本発明の可変波長半導体光源では、半導体レーザの一方
の光出射端面に無反射コートを施すことによって、ファ
ブリペローモード発振を抑圧するとともに、超音波偏向
器と反射器とで構成された可変波長光共振回路を半導体
レーザと結合することによって、可変波長の出力光が得
られる。発光波長は超音波偏向器内を伝搬する超音波の
周波数によって決定されるが、その応答時間は超音波偏
向器のトランスデユーサから出射された超音波が、音響
光学媒質中を音速で伝搬するに要する時間によって決定
され、一般的には数μｓ程度である。

これに比べて従来の温度制御による可変波長半導体レー
ザでは、半導体レーザチップと、これに熱的に接触して
いる部材を高精度に温度制御する必要があるため、応答
時間は数Ｓ程度となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を説明する図であって、ｌは
半導体レーザを示し、２は半導体レーザｌの無反射コー
トを施した光出射端面、３は同じく無反射コートを施さ
ない光出射端面である。４はコリメートレンズ、５は超
音波偏向器であって、５Ａは超音波偏向器５の音響光学
媒質、６は超音波偏向器５のトランスデユーサである。

また７は高周波発生器、８は平面反射器、９は収束レン
ズ、１０は出力ファイバである。

第１図に示された実施例における動作の概要は下記の通
りである。

半導体レーザｌの無反射コートを施した出射端面２から
出射した光は、コリメートレンズ４を経て平行光束に変
換される。この平行光束は音響光学媒質５Ａに、超音波
の波面に対してθなる角度で入射し、その入射光の波長
λがプラグ条件を満足する場合に、超音波の波面に対し
てθの角度でプラグ回折光として出射する。平面反射器
８はプラグ回折光が垂直入射するように設定されている
ため、反射された一部のプラグ回折光は、音響光学媒質
５Ａに角度θで再入射し、再度プラグ回折されて角度θ
でコリメ・−トレンズ４の方向に出射する。コリメート
レンズ４を逆方向に通過した光は、半導体レーザ１の無
反射コートを施した光出射端面２に結像し、半導体レー
ザｌの活性導波路内を伝搬して無反射コートを施さない
光出射端面３に到ってその一部が反射され、無反射コー
トを施した光出射端面２に戻る。

超音波偏向器におけるプラグ条件は、一般に次の（１）
式で与えられる。

λ　＝　２　Δｓｉロ　θ　　　　　　　　　　　　　
　（１）ここでλは入射光の波長、八は超音波の波長、
θは入射光と超音波の波面の成す角度であり、回折光の
出射角度もθで与えられる。本発明においては超音波の
波面の方向と、これと交る入射光の角度および平面反射
器８の法線の角度が予め所定の値θに設定しであるため
、プラグ回折が生じる光の波長は、超音波の波長へに対
して第（１）式の関係で与えられる値に選択される。回
折光は平面反射器８で反射された後、角度θで超音波の
波面と交るように入射するから、第＋１）式の関係が成
立して再度回折されることは自明である。

以上に説明した如く超音波偏向器と平面反射器で、可変
波長光共振回路が構成され、その共振波圏は第１１１式
の関係により、超音波の波長すなわち周波数を変えるこ
とにより可変となることが明らかである。

この場合、半導体レーザｌは光出射端面２に無反射コー
トを施して反射を抑圧しであるので、単独では発振に到
らず、広い波長帯域で利得を有する光増幅器として動作
する。そこで、半導体レーザ１から出射した光を、前述
の超音波偏向器と平面反射器から構成される可変波長光
共振回路を介して半導体レーザ１に帰還すれば、可変波
長光源が得られることは明らかである。

ここでレーザ発振が得られる条件は帰還光の位相が出射
光の位相に一致し、帰還光の振幅が出射光の振幅より大
きいことである。位相に関しては、外部共振回路の光路
長が、通常の光半導体素子自体の光路区に比べて１桁以
上大きいため、波長変化に対する位相推移が大きく、０
．１ｎｍ以下の波長間隔で発振が可能となる。振幅条件
については、半導体レーザの動作原理より、帰還量の最
大となる波長の近傍で発振可能となり、これに加えて前
記の位相整合条件が満足された波長が発振波長となる。

次に第１図の実施例における実験結果について述べる。

光半導体レーザｌとしては中心発光波長１．５μｍめＧ
ａ１ｎＡｓＰ　Ｂ　Ｈ（埋込型）レーザを用いた０片側
の光出射端面２にＳｉＯｘの２層膜を蒸着し、反射率を
約１Ｏ−４に低減した。コリメートレンズ４には、両端
面に無反射コートを施した先球セルフォックレンズを用
いた。音響光学媒質５Ａとしては、６としてはＬｉＮｂ
Ｏ３を用いた。超音波は（００１）の伝１絞方向を有す
る縦波であり、入射光の偏向方向は（００１）とした。

平面反射器８は、０．５　ｍ−厚の８に？ガラス坂（シ
ョット社！！りの片面ニＳ　ｉ　０２　＋　Ｔ　ｉ　０
２　（’）多層膜を、また他面には同じ＜　５ｉ０２１
Ｔｉ０２の無反射コート１りを形成し、反射率を約０．
９とした。収束レンズ９には、両端面を無反射コートし
たセルフォックレンズを、また出力ファイバ】０には、
コア径５０μｍのグレーテッドインデックス型ファイバ
を用いた。

超音波の波面に対する入射光１回折光の交る角度θを約
１度に設定し、約１９７ＭＨｚ、　　Ｉ　Ｗの超音波に
よって励振することにより、Ｌ５μｍの波長のレーザ発
４ＨＱ得た。この波長を中心として超音波周波数を主１
゜３　Ｍｌｌｚ変えることにより±１Ｏｎ−の波長を可
変とすることができた。

本実施例においては、半導体レーザｌの片端面は無反射
コートを施していないが、高反射率膜を形成すれば半導
体レーザ１の闇値電流の低減に有効である。コリメート
レンズ４、収束レンズ８は本実施例ではそれぞれ先球セ
ルフォックレンズ、セルフォックレンズを用いているが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、各種
のレンズ形式が適用できる。

また本実施例においては、プラグ回折光と出力ファイバ
ＩＯを収束レンズ８を介して結合しているが、半導体レ
ーザｌの無反射コートを施さない端面３と結合して光出
力を得ることも可焼である。

ただしこの場合には自然放出光成分も結合する欠点があ
る。

第２図は本発明の他の実施例を示す図であって、１１は
半導体レーザ、１２は半導体レーザ１１の無反射コート
を施した光出射端面、１３は半導体レーザ１１の無反射
コートを施さない光出射端面、１４はコリメートレンズ
、１５は超音波偏向器、１５Ａは超音波偏向器１５の音
響光学媒質、１６は超音波偏向器１５のトランスデユー
サ、１７は高周波発生器、１８は出力ファイバ端面に形
成した高反射率膜、１９は収束レンズ、２０は出力ファ
イバである。

第２図の実施例の動作は、高反射率膜１８が平面反射器
８に相当する動作を行う以外は、第１図の実施例と同じ
である。この場合は平面反射器が不要となり、構造が簡
単になる利点の反面、コリメートレンズの通過損失が共
振器損失の中に繰り込まれる欠点を有する。

第３図は本発明のさらに他の実施例を示す図であって、
２１は半導体レーザ、２２は半導体レーザ２１の無反射
コートを施した光出射端面、２３は半導体レーザ２１の
無反射コートを施さない光出射端面、２４はスラブ導波
路に形成したジオデシック形コリメートレンズ、２５は
Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　０３基板、２５ＡはＬｉＮｂＯ３基Ｊ
＆２５に設けたスラブ導波路、２６はＬｉＮｂＯ３基板
２５に設けた弾性表面波トランスデユーサ、２７は高周
波発生器、２８は出力ファイバ端面に形成した高反射膜
、２９はジオデシック形収束レンズ、３０は出力ファイ
バである。第３図の実施例の動作は、第１図の実施例と
同じである。スラブ導波路２５Ａ内の光線と、弾性表面
波との相互作用により生ずるプラグ回折を利用すること
が本実施例の特徴である。

第３図の実施例ではコリメートレンズと収束レンズにジ
オデシックレンズを用いているが、他の薄膜レンズが通
用できることは自明である。また基板材料はＬｉＮｂＯ
３に限定されるものではなく、他の圧電材料が通用でき
ることも自明である。

〔発明の効果〕

以上に説明したように本発明の可変波長半導体光源では
、超音波偏向器の周波数を変えることにより、波長を変
えることができるから、応答速度が数μｓとなり、従来
の温度制御による可変波長半導体レーザに比べて極めて
高速な応答速度が得られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、 第２図は本発明の他の実施例を示す図、第３図は本発明
のさらに他の実施例を示す図である。 １、１１．２１・・・半導体レーザ ２、１２．２２・・・無反射コートを施した光出射端面
３、１３．２３・・・無反射コートを施さない光出射端
面 ４．１４・・・コリメートレンズ ５．１５・・・超音波偏向器 ５Ａ、１５Ａ・・・音響光学媒質 ６．１６・・・トランスデユーサ ７、１７．２７・・・高周波発生器 ８・・・平面反射器 ９．１９・・・収束レンズ １０、２０．３０・・・出力ファイバ １８、２８・・・出力ファイバ端面に形成した高反射率
ｌ１２ ２４・・・スラブ導波路に形成したジオデシック形コリ
メートレンズ ２５・・・ＬｉＮｂＯ３基板 ２５Ａ・・・Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ０３基扱に形成したスラブ
導波路２６・・・弾性表面波トランスデユーサ２９・・
・ジオデシック形収束レンズ 特許出願人　　日本電信電話株式会社 代理人　弁理士　玉　蟲　久　五　部 （外２名） 超音波偏向器 高周波発生器 ５Ａ・・・音響光学媒質 ８・・・平面反射器 本発明の一実施例を示す図 第　　１　　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）音響光学媒質からなりトランスデューサを経て超
   音波で励振されたとき入射光をプラグ回折させる超音波
   偏向器と、該超音波偏向器における入射光に対応するプ
   ラグ回折光が垂直に入射するように配置された平面反射
   器とを有する可変波長光共振回路と、 一方の光出射端面に無反射コートを施され該端面からの
   出射光をコリメートレンズを経て平行光束として前記超
   音波偏向器内の超音波の波面に所定の角度で入射させる
   半導体レーザと、前記可変波長光共振回路に可変周波数
   の超音波を供給する高周波発生器とを具え、 前記平面反射器によるプラグ回折光の反射光が前記超音
   波偏向器内を逆行して前記半導体レーザの無反射コート
   を施した光出射端面に結像するようにしてレーザ発振さ
   せるとともに、前記高周波発生器の超音波周波数を変え
   ることによつて発生光波長を変化し得るようにしたこと
   を特徴とする可変波長半導体光源。
2. （２）前記可変波長光共振回路が、前記プラグ回折光の
   一部を収束レンズを経て出力ファイバに結合することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の可変波長半導体
   光源。
3. （３）前記平面反射器が前記出力ファイバの端面に設け
   られた高反射率膜であることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の可変波長半導体光源。
4. （４）前記超音波偏向回路が基板上に形成された音響光
   学媒質からなるスラブ導波路と、該スラブ導波路に超音
   波を伝搬させる弾性表面波トランスデューサとからなり
   、前記コリメートレンズおよび収束レンズが該スラブ導
   波路に形成された薄膜レンズからなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項または第３項記載の
   可変波長半導体光源。