JPS63114293A - 周波数安定化光源 - 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 この発明は光通信、光計測、光記録用の周波数安定化光
源に関する。

従来の技術 従来、半導体レーザの周波数安定化に回折格子を用いた
光帰還が行われてきた。これは半導体レーザ素子からで
た光を回折格子に入射し、その光を分散して特定波長の
光のみを再び元の半導体レーザ素子に帰還することによ
って発振制御するものである。これまで発振波長選択用
の回折格子には、機械刻線によるエシェレット格子が使
用されてきた。このエシェレット格子はその格子溝形状
が鋸歯状をしており、格子の傾きによって決まるブレー
ズ角とブレーズ波長にたいして回折効率が高くなる。但
し、回折効率は入射光の偏光に依存し、回折格子の溝方
向に対して入射光の電界方向が直交する場合に特に高い
効率かえられる。半導体レーザの出力光はそのＰＮ接合
面内に偏光しているために、半導体レーザ素子は回折格
子の溝方向に対してそのＰＮ接合面が直交するように配
置される。従って半導体レーザ素子から出た光は、回折
格子で効率良く反射されて再びもとの半導体レーザ素子
と強く結合し、半導体レーザ素子の発振モードが単一化
されて周波数が安定化される。

発振波長は回折格子と半導体レーザ素子との位置関係に
より幾何学的に決定される。第４図に従来の実施例をし
めす、半導体レーザ素子４１より出り光は、レンズ４２
より平行光となリエシエレット格子４３に入射される。

入射光はその波長に従い分散され特定の波長のみが半導
体レーザ素子４１と結合し、その波長で半導体レーザ素
子４１は発振する。特にエシェレット格子４３の溝面と
入射及び回折光が鏡面反射の関係にあるとき回折効率は
高くなり、半導体レーザ素子４１との結合が強くなり発
振が安定する。（たとえばエレクトロニクスレター（Ｅ
ＬＥＣＴＲＯＮＩＣ３ＬＥＴＴＥＲ）　　２１巻１５号
　６５８ページ　１９８５年） 発明が解決しようとする問題点 しかし、上記に述べた周波数安定化光源では回折格子４
３によって分散された光が半導体レーザのＰＮ接合面に
沿って並ぶことになり、発振を抑圧したい副モードの光
が半導体レーザ素子４１の活性層４５に結合してしまう
、また副モードの光が回折の効果によって分散方向に広
がる。従って、第３図に示されるように各副モードの光
３２の半導体レーザ端面における分離が悪い。さらにエ
シェレット格子４３は主に機械刻線によって製作される
ために溝ピツチ誤差により発生するゴーストや迷光が発
生し易い欠点がある。依って従来の周波数安定化光源で
は、半導体レーザ素子４１の活性層４５、光導波路部に
不要な光が結合し波長設定精度を低下させ、半導体レー
ザの発振を不安定にする。主モードの結合効率が低下す
るために波長制御機能が低い、またエシェレット格子４
３は格子定数の設定がネジピッチで制約されるためにレ
ンズを含む光学系の設計に制約が生じる。また機械刻線
のエシェレット格子４３は製作に時間がかかり、さらに
刻線のためのルーリングエンジンは超精密機械のために
作成されたエシェレット格子４３は非常に高価なものに
なり、従来のエシェレット格子４３を用いた周波数安定
化光源はコストが高くなる。エシェレット格子を量産す
る方法にマスターの格子からレプリカをとる方法がある
が機械刻線のエシェレット格子の溝形状はルーリングエ
ンジンのカッターの歯先の形状や設定に依って完全な鋸
歯状にはならず、第６図ｔａｒ、　（ｂｌに示すように
先端部が平になったり、ひげが生じたりする。このため
、レプリカをとって形状を転写すると、元のオリジナル
とは特性が異なったり、レプリカがとれない場合もある
。

本発明は上記問題に鑑み、コストが安くがっ波長可変範
囲の広い高性能の周波数安定化光源を提供するものであ
る。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の周波数安定化光源
はホログラフィック回折格子を用い、前記ホログラフィ
ック回折格子の溝方向と半導体レーザ素子のＰＮ接合面
を平行に配置するものである。

作用 本発明は上記した構成によって、コストが安く波長可変
範囲の広い周波数安定化光源を提供するものである。

実施例 以下、本発明の一実施例における周波数安定化光源につ
いて図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一実施例における周波数安定化光源の
構成図を示すものである。ｌは半導体レーザ素子、２は
レンズ、４はホログラフィック回折格子、５は反射防止
膜である。半導体レーザ素子１よりでた光は、レンズ２
より平行光となりホログラフィック回折格子４に入射さ
れる。入射光はその波長に従い分散され特定の波長のみ
が半導体レーザ素子ｌと結合し、その波長で半導体レー
ザ素子ｌは発振する。ホログラフィック回折格子４はそ
の溝方向が半導体レーザ素子１のＰＮ接合面６に対して
平行に配置する。ホログラフィック回折格子４によって
分散された光が半導体レーザ素子１のＰＮ接合面６に対
して垂直方向に並ぶことになり、発振を抑圧したい副モ
ードの光が半導体レーザの活性層から分離される。また
副モードの光が回折の効果によって分散方向のスポ−／
　）すイズが小さくなる。従って、第２図に示されるよ
うに各副モードの光２２の半導体レーザ端面における分
離が良くなり、半導体レーザの活性層２３、光導波路部
に不要な光が結合しない、副モードの光２２の分離が良
いために、波長の設定精度が高い、また、正弦波溝回折
格子ではその溝本数と溝形状により回折効率の偏光依存
性を最適化することができる。従って上記のような格子
溝に対して入射光の電界方向が平行な場合に対しても使
用波長λ、格子間隔ｄに対して０．２＜λ／ｄ＜１．７
の条件において７０％以上の高い回折効率かえられる。

よって主モードの光に対して半導体レーザ素子との強い
結合効率かえられ、発振動作が安定し、かつ広い範囲で
周波数を可変できる。

ホログラフィック回折格子は単一波長の三光束でフォト
レジストを感光し、現像することで容易に作成すること
ができる。また、ホログラフィック回折格子はその形状
が滑らかでかつ、対称であるため形状の転写が行いやす
い、レプリカを作成することによって、同一特性のホロ
グラフィック回折格子を簡単にかつ大量に生産すること
ができる。従ってホログラフィック回折格子を用いてコ
ストの安い周波数安定化光源を構成することができる。

また三光束干渉露光法によって作成されたホログラフィ
ック回折格子は機械刻線によるエシェレット格子にくら
ベピッチ誤差によるゴーストが少ないために、半導体レ
ーザ素子ｌへの光帰還を行なっても不安定な結合状態に
ならない利点を持つ。

第５図に本発明の第２の実施例を示す周波数安定化光源
の構成図である。半導体レーザ素子５１からの出力光は
ホログラフィック凹面回折格子５３で分散され、特定波
長の光が再び半導体レーザ素子５１に結合される０回折
格子を凹面にすることによって、レンズが不要となる。

発明の効果 以上のように本発明は半導体レーザ素子と波長λと格子
定数ｄに対して０．２＜λ／ｄ＜１．７のホログラフィ
ック回折格子を有し、前記ホログラフィック回折格子の
溝方向に対して前記半導体レーザ素子のＰＮ接合面を水
平に配置することによって安価でかつ波長可変範囲の広
い周波数安定化光源を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の一実施例における周波数安定化
光源の構成図、第２図は本発明における帰還光と半導体
レーザ素子端面との関係を示す模式図、第３図は従来の
実施例における帰ｉ＝光と半導体レーザ素子端面との関
係を示す模式図、第４図は従来の実施例における周波数
安定化光源の構成図、第５図は本発明の第２の実施例に
おける周波数安定化光源の模式図、第６図（ａｌ、　Ｑ
ｌｌはエシェレット格子の断面図である。 １．４１．５１・・・・・・半導体レーザ、２・・・・
・・レンズ、４３・・・・・・エシェレット格子、４・
・・・・・ホログラフィック回折格子、５３・・・・・
・ホログラフィック凹面回折格子、６，４４・・・・・
・ＰＮｊｉ合面。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第２図 Ｚ？ｔｌモードヅＬ ５３　図 、、３２旨］モード尤

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）使用波長λに対し格子定数ｄが、０．２＜λ／ｄ
   ＜１．７の範囲を有するホログラフィック回折格子と半
   導体レーザ素子及びレンズを具備し、前記の回折格子の
   溝方向と前記半導体レーザ素子のＰＮ接合面を平行に配
   置することを特徴とした周波数安定化光源。
2. （２）回折格子に平面回折格子を用いた特許請求の範囲
   第（１）項記載の周波数安定化光源。
3. （３）回折格子に凹面回折格子を用いた特許請求の範囲
   第（１）項記載の周波数安定化光源。
4. （４）半導体レーザ素子に反射防止膜をつけた特許請求
   の範囲第（１）項、第（２）項、または第（３）項のい
   ずれかに記載の周波数安定化光源。