JPS6297387A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents

半導体レ−ザ装置

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JPS6297387A
JPS6297387A JP60236935A JP23693585A JPS6297387A JP S6297387 A JPS6297387 A JP S6297387A JP 60236935 A JP60236935 A JP 60236935A JP 23693585 A JP23693585 A JP 23693585A JP S6297387 A JPS6297387 A JP S6297387A
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JP
Japan
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semiconductor laser
refractive index
light
radiation angle
medium
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JP60236935A
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English (en)
Inventor
Yuji Kuwamura
桑村 有司
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、半導体レーザとこの半導体レーザの出射光を
収束する集光レンズとを備える半導体レーザ装置に関す
る。
(従来の技術) 近年、半導体レーザは、光フアイバ通信、情報処理用光
源として実用化が急速に進展している。
このよ5なせ況−1では、半導体レーザに要求される特
性は、高出力、低しきい値、高効率などであり、ますま
す高性能の素子が望まれている。また、半導体レーザか
らの放射光の有効利用という観点から、ビーム放射角の
低減が半導体レーザ装置の高性能化を図る上で重要な課
題である。
一般(、半導体レーザの放射ビームの放射角は、レーザ
ダイオードの素子構造に強く依存している。
例えば、水平方向放射角半値幅θ、はストライプ幅S及
びその両側との屈折率差Δn、で変わり、垂直方向放射
角半値幅θ二は活性層厚d及び活性層とクラッド層との
屈折率差Δn上によって変化する。さらにこれらの構造
パラメータは、素子特性と密接な関係をもっており、θ
Lを低減しようとして活性層厚を薄くシ、屈折率差Δn
J−を小さくするとしきい値電流Ithの急激な増加を
まねいたり、垂直方向のキャリアとじ込め効果が小さく
なって温度特性が悪くなる。また水平方向放射ビーム放
射角は、単−横モードの発振の制御を行う導波構造(利
得導波構造または埋め込みへテロ(BH)構造)Kよっ
て大まかに決定されるといっても過言fはない。以北述
べたように半導体し−ザの放射ビーム放射角は、従来半
導体レーザの素子構造の設定と共に決定されていた。
(発明が解決しようとする問題点) 従来の半導体レーザ装置では半導体レーザのビーム放射
角が広かったから半導体レーザの出射光の利用効率が低
くかった。そこで本発明の目的は、半導体レーザのビー
ム放射角を低減させ、半導体レーザからの光を有効に利
用する半導体レーザ装置の提供にある。
(問題点を解決するための手段) 前述の問題点を解決するために本発明が提供する半導体
レーザ装置は、第1図に原理的な構造を示すように、半
導体レーザ1の光放射端面から半導体レーザ光集光用レ
ンズ3に到る光路をなす媒質の屈折率が1より大なるこ
とを特徴とする。
(作用・原理) 本発明の実施例を述べる前に本発明の作用・原理を簡単
に説明する。一般に半導体レーザの出射端面から十分遠
く離れた所での出射光面分布け、フレネル・キルヒホッ
フ回折積分から理解されているように、半導体レーザの
導波路端面での屈折現像と主ビームの回折による広がり
によって理解できる。そこで半導体レーザビーム放射角
の低減法を検討するには、両現象について理解する必要
があるので、以下簡単に第2図を参照してこれらの点に
ついて考察する。
屈折現象は、スネルの法則から理解されるよ5に導波路
端面からの主ビームの屈折角θmはおおよそ θm=内 (γ/k)  ・・・・・・・・・■で与え
られる。ここでkは自由空間における波数ベクトル、γ
は半導体レーザの活性層内での第2図に示すy方向の波
数ベクトルである。■式かられかるようにθmを小さく
するには、γを小さくするか又はkを大きくすればよい
。γを小さくするには、活性層厚dを薄くしたり、導波
路の垂直方向の屈折率差Δn↓を小さくする必要がある
が、これらの構造パラメータは上で述べたように素子特
性に大きな影響を与える。そこで0口を小さくするにけ
kを大きくすることが重要になってくる。
本発明は、とのkを大きくする方法として屈折率が1よ
り大きな媒質を使用することを特徴とする。
次にビームの回折現象であるが、この現象はあるスリッ
ト幅Wを有するスリットに波長λの電磁波が入射した時
に生じ、スリット幅Wが小さくなり電磁波の波長λに近
づくにつれてこの現象が大きくなる。通常の半導体レー
ザの出射波長は1μm前後で出力端面での電磁界分布も
それと同程度であるので、この現象がビーム放射角に与
える影響は大きいといえる。今考えている半導体レーザ
の場合スリットに相当するのが半導体レーザ出射端面で
の電磁界分布であり、半導体レーザ構造により決定され
ているものである。そこで回折現象をおさえるためには
、出射光の自由空間内での波長を短かくする必要があり
、本発明の自由空間に屈折率が1よ秒大きな媒質を使用
することは、実効的に波長を短くすることに相当し、ビ
ーム放射角低減にきわめて有効な方法となる。
次に本発明の効果を確認するだめ、GaAS活性層、k
l O03C)a 6. As層のλ=0.9μmダブ
ルヘテロ半導体レーザな考える。第3図には活性層の屈
折率及び層厚をそれぞれ3.59及び0.15μm1ク
ラツト10廖滓を3,385とし、自由空間の屈折率n
をそれぞれL  L、5e  2と変化した場合の半導
体レーザのビーム放射角パターンを示す。この結果から
れかるようにビーム放射角半値幅は、自由空間の屈折率
をle  1.5p  2と大きくするにつれてそれぞ
れ40.6’*  28.4’ * 21.6°と低減
している。これかられかるように自由空間の屈折率を1
から1,5に大きくするだけでビーム放射角半値幅を約
106以上低減することができ、本発明の効果を十分確
認することができる。以上の説明では、GaAs系の半
導体レーザな例として挙げて本発明の効果を確認したが
、前述の原理から明らかなようにInP 系を含むすべ
ての半導体レーザでも本発明は同様の効果をあげること
ができる。
(実施例) 以上に述べるところにより、自由空間の屈折率を大きく
することにより、半導体レーザの放射角が大幅に低減す
ることがわかった。次に本発明の実施例をあげることに
する。
半導体レーザの出射光をファイバ内へ効率よく結合させ
るためには通常セルフォックレンズや球面レンズなどが
用いられる。第4図(a)はセルフォックレンズ5を使
用してファイバ6内ヘレーザ光を結合させる一般的な構
成を示す図ハラる。
半導体レーザ4の出射光を効率よくファイバ6に結合す
るには、本発明の一実施例を示す第4図(→のように、
半導体レーザ1とセルフォックレンズ5の間を1より大
きな屈折率を有する媒質10(例えば屈折率オイルなど
)で満たすことにより実現できる。このような結合系を
構成することにより以下に述べるように半導体レーザ1
と光フアイバ6間の光の結合損失が数dB改善できる。
第5図は、セルフォックレンズ5を用いた第4図(a)
の結合系において1.3μm帯の半導体レーザ1の放射
角をパラメータとして像倍率に対する半導体レーザLと
光フアイバ6間での光の結合損失を見積ったものである
。今、放射角40’″×306の半導体レーザを屈折率
的1.5の屈折率オイル10を用い上記の結合系を構成
したとすればセルフォックレンズ前面での放射角は約3
0’X20°前後となゆ結合損失が2〜3dB改善され
る。このように本発明によれば半導体レーザからの光を
有効に利用することができる。
(発明の効果) 以上に詳しく説明したように、本発明によれば半導体レ
ーザの出射光を屈折率が1より大きな媒質で集光レンズ
に導くことにより、半導体レーザの放射ビームの放射角
をせまくすることができ、効率よ〈レーザ光を利用する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
81図は本発明の原理的な構成を示す図、第2図は平板
光導波路端面での導波モードの屈折を示す図、第3図は
自由空間の屈折率の変化による半導体レーザの遠視野像
の変化を示す図、第4図(a)はセル7オツクレンズを
用いた半導体レーザとファイバとの一般的な結合系を示
す構成図、第4図(b)は本発明の一実施例を示す構成
図、第5図は1.3μmの半導体レーザの放射角をパラ
メータとして像倍率に対する半導体レーザと光フアイバ
間での光の結合損失の見積を示す図である。 図において、1は半導体レーザ、2は屈折率が1より大
きい媒質、3は半導体レーザ光の集光用レンズ、5はセ
ルフォックレンズ、6はファイバ、10は屈折率が1よ
り大きい媒質(屈折率オイル)である。 代理人 弁理士 本 庄 伸 介 第1図 第2図 替蜘−−− 第4図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体レーザの光放射端面から半導体レーザ光集光用レ
    ンズに到る光路をなす媒質の屈折率が1より大なること
    を特徴とする半導体レーザ装置。
JP60236935A 1985-10-23 1985-10-23 半導体レ−ザ装置 Pending JPS6297387A (ja)

Priority Applications (2)

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JP60236935A JPS6297387A (ja) 1985-10-23 1985-10-23 半導体レ−ザ装置
US07/420,684 US4987045A (en) 1985-10-23 1989-10-11 Photosensitive member for electrophotography

Applications Claiming Priority (1)

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JP60236935A JPS6297387A (ja) 1985-10-23 1985-10-23 半導体レ−ザ装置

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ID=17007927

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US4987045A (en) 1991-01-22

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