JPS63137493A

JPS63137493A - 半導体レ−ザの狭線幅化装置

Info

Publication number: JPS63137493A
Application number: JP28469986A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Onaka; 寛尾中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1988-06-09

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】概　　　要半導体レーザの発振スペクトル線幅を狭さく化する狭線
幅化装置において、一端に反射鏡が形成された半導体レ
ーザの他端側に、表面に回折格子が形成された圧電素子
及び前記反射鏡を反射鏡部とする外部共振器を設け、圧
電素子の回折格子整列方向両端に可変電圧を印加するよ
うに装置を構成し、機械的可動部分なしに、半導体レー
ザの出力光のスペクトル純度を高めると共に、当該印加
電圧による発振波長の制御を可能とする。

産業上の利用分野本発明は、コヒーレント光通信及びコヒーレント光計測
等の光源として用いる半導体レーザに関し、更に詳しく
は、この半導体レーザの発振スペクトル線幅を狭さく化
する発振波長可変型の狭線幅化装置に関する。

近年、光通信の分野においては、光の周波数使用効率の
向上及び変調速度の高速化等の要請から、光の周波数及
び位相を制御するようにしたコヒーレント光通信技術の
研究が活発化している。また、計測の分野においては、
光の可干渉性を積極的に利用して、極めて高精度の測距
及びその微小変位の測定等が実現している（コヒーレン
ト光計測）。

これらの用途の光源、例えばコヒーレント光通信の受信
側における局部発振器の光源としては、小型化等に適し
た半導体レーザが用いられ、この半導体レーザには、第
１に単一軸モード発振でありそのスペクトル線幅の拡が
りが小さいこと、第２に発振波長（周波数）のチューニ
ングが可能であること、つまり発振波長可変型であるこ
とが要求される。

従来の技術一般に半導体レーザは、気体レーザや固体レーザと比較
して、発光体の利得スペクトルが非常に広いので多軸モ
ードで発振し易く、この事実に鑑み、従来は下記の手法
により単一軸モード発振を計っていた。

（１）利得スペクトル幅を狭くする”。

（２）発振軸モード間隔を広くする。

（３）共振器に波長選択性を付与する。

これらのうち、共振器に波長選択性を付与する方法は、
レーザの基本構成要素の一つである共振器反射鏡部に波
長選択性を付与したＤＦＢ−ＬＤ（分布帰遠形半尋体レ
ーザ）やＤＢＲ−ＬＤ　（分布ブラッグ反射形半導体レ
ーザ）として実現されている。

一方、単一軸モードの発振スペクトル線幅を更に狭さく
化する技術としては、半導体レーザに外部共振器を付加
して、レーザ共振器としてのＱｍを高めるようにしたも
のが提案されている。

第４図（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）は、この種の半導体
レーザの狭線幅化装置の例を示すものである。

（ａ）半導体レーザ１１からの光を外部共振器１２によ
り共振させ、該共振光をレンズ１５により取出す。外部
共振器１２は、半導体レーザ１１からの光を平行化する
し゛ンズ１４と、半導体レーザ１１から所定距離離間し
て設けられ表面に回折格子１３ａの形成されたグレーデ
ィング部材１３とを具備してなる。反射鏡としてのグレ
ーティング部材１３は、軸１３ｂに回動自在に軸支され
ており、この回動により回折格子１３ａの光路に対する
角度を変化させることで、任意の反射光波長を設定でき
るようになっている。

（ｂ）半導体レーザ２１からの光を外部共振器２２によ
り共振させ、該共振光を、レンズ機能を有する曲率端面
２５の形成された光ファイバ２７から取出す。外部共振
器２２は、半導体レーザ２１に対向する側にレンズ機能
を有する曲率端面２４が形成され、他端に適当な反射膜
２３が設けられた所定長さの光ファイバ２６からなる。

（Ｃ）　　（ｂ）の改良型であり、外部共振器３２は、
（ｂ）同様の曲率端面３４が形成されこの端面３４・か
ら所定距離の位置においてコア近傍あるいはコア外周部
を露出させた光ファイバ３６と、該露出部３６ａに回折
格子３３ａを密着させたグレーティング部材３３とから
なる。尚、同一符号は同一部材を示すものである。

これらの狭線幅化装置においては、半導体レーザ１１．
２１の図中左側の端面が外部共振器１２゜２２．３２の
一方の反射鏡部となっているのは言うまでもない。

発明が解決しようとするρ　１、しかし、上述した従来の半導体レーザの狭線幅化装置に
は、少なからず次のような欠点がある。

すなわち、（ａ）の構造であると、グレーティング部材
１３を回動させることにより、発振波長を゛制御するこ
とが可能であるが、グレーティング部材１３を回動させ
て位置固定するための機構が必要となり、装置が複雑化
すると共に大型化してしまう。また、（ｂ）、　（ｃ）
の構造であると、光ファイバを伝播媒体としているため
に、小型化及び安定性の確保の面では有利であるものの
、反射鏡部が固定されているので、単一の発振波長が固
定されてしまう。

本発明は、これらの事情に鑑みて創作されたもので、そ
の目的は、比較的簡単な構成で、発振波長の制御が可能
な半導体レーザの狭線幅化装置を提供することにある。

問題点を解決するための　段上述した従来技術の問題は、その基本構成が第１図に示
されるような半導体レーザの狭線幅化装置により解決さ
れる。

２は一端に反射鏡１が形成された半導体レーザである。

この半導体レーザ２の他端側には、表面に回折格子３が
形成された圧電素子４及び前記反射鏡１を反射鏡部とす
る外部共振器５が設けられている。そして、圧電素子４
の回折格子３整列方向両端には、可変電源６により可変
電圧が印加される。

作　　　用圧電素子４の表面に形成される回折格子３及び半導体レ
ーザ２の反９Ａ鏡１を反射鏡部とする外部共振器５を設
けたことにより、回折格子３の格子定数に応じた波長の
光が単一軸モードで発振するようになる。この発振光の
スペクトル線幅の拡がりは、回折格子３と反射鏡１の離
間距離に応じて狭さく化される。つまり、該離間距離及
び伝播媒質の発振光に対する透過率に応じて外部共振器
５のＱ値が決定されるので、このＱ値の増大に伴つて発
振光のスペクトル線の半値幅が減少する。圧電素子４に
印加する電圧を変化させると、圧電素子４の長さが変化
するので、これに伴って圧電素子４表面に形成される回
折格子の格子定数も変化する。従って、該印加電圧を変
化させることにより、発振波長を制御することが可能と
なる。発振光は第１図に示す矢印六方向に出力される。

！−１−１以下、本発明の実施例を図面にもとづいて詳細に説明す
る。

第２図は、本発明の望ましい実施例を示す半導体レーザ
の狭線幅化装置の構成図であり、従来技術を示した第４
図と同一の部材には同一の符号を付しである。１１はそ
の一端に反射鏡１１ａが形成された・半導体レーザであ
る。４２は半導体レーザ１１の反射１１１　ａ形成側と
反対の側に設けられる外部共振器である。この外部共振
器４２は、半導体レーザ１１の発振光を平行化するレン
ズ１４と、半導体レーザ１１から所定距離離間した位置
に設けられその表面に回折格子４３ａが形成された圧電
素子４３とを具備している。４６は圧電素子４３の回折
格子４３ａ整列方向両端に接続される可変電源である。

半導体レーザ１１からの光は、反射１ｔ１１ａと回折格
子４３８間で共振し、反射！１１１ａ側からレンズ１５
を介して同図中矢印Ｂ方向に取出される。このときの発
振軸モードは、回折格子４３ａにおける回折波長、つま
り共感光路上での回折（反射）光が最も強まるところの
波長に一致するものが選択される。回折格子４３ａは、
回折効率（回折光強度の入射光強度に対する比）が最大
となるような角度で、当該共振光路に対して傾斜させて
おくことが望ましい。

一般にレーザ共振器のＱ値は、単位時間あたりのエネル
ギー損失量と反比例の関係にあるので、共振器内におけ
る共振光の透過率が増加するに従ってＱ値も増加する。

換言すれば、共振器の透過率を高めることにより、発振
スペクトル線幅を狭さく化することができるということ
になる。本実施例では、外部共振器４２の半導体レーザ
１１の活性層を除いた部分における共振光の伝播媒質が
空気であり、空気の透過率は半導体レーザ１１の活性層
の透過率に比べて十分に大きなものであるので、所定長
さの外部共振器４２を設けることにより、前記活性層だ
けを共振器とする場合と比較して、相対的に透過率が増
加し、Ｑ値も増加するものである。その結果、半導体レ
ーザ１１の出力光のスペクトル線幅が狭さく化される。

次に、上記のようにして得た単軸モードでかつ狭線幅化
された発振光についての、本発明に特徴的な発振波長の
制御について説明する。

圧電素子４３は電歪作用を呈する強誘電体からなり、こ
の両端に印加する電圧に応じて電圧印加方向の長さが変
化するものである。従って、圧電素子４３に接続される
可変電源４６の出力電圧を制御することにより、圧電素
子４３の表面に形成される回折格子４３ａの格子定数を
設定することができる。外部共振器４２の光路上で回折
格子４３ａによる回折光が最も強まるところの波長（回
折波長）は、該光路に対する回折格子４３ａの傾斜角が
定まっている場合には、回折格子４３８の格子定数に依
存するので、可変電源４６の出力電圧を変化させること
で、半導体レーザ１１の出力光の発振波長を制御するこ
とが可能となる。

圧電素子４３の表面に回折格子４３ａを形成するには、
例えばレーザの干渉露光及びエツチングを用いた公知の
方法によればよい。また場合によっては、圧電素子４３
として、電歪作用を呈する強誘電体及び導電体を交互に
積層したものを用い、印加電圧の変化に対する格子間隔
の変化が大きくなるようにしてもよい。

第３図は本発明の他の望ましい実施例を示１半導体レー
ザの狭線幅化装置の構成図であり、第２図及び第４図と
同一・の符号は同一の部材を示している。

この実施例では、外部共振器５２として、半導体レーザ
２１に対向する側にレンズ機能を有する曲率端面３４が
形成されこの端面３４から所定距離の位置においてコア
近傍あるいはコア外周部を露出させた光ファイバ３６と
、該露出部３６ａに密着される圧電素子５３とから構成
されるものを用いている。光ファイバ３６の前記露出部
３６ａに対する圧電素子５３の密着表面には、前実施例
と同様に回折格子５３ａが形成されており、圧電素子５
３の回折格子５３ａ整列方向両端には可変電源４６が接
続されている。このように外部共振器５２における共振
光の伝播媒体を光ファイバ３６としているので、伝播媒
体が空気である前実施例と比較して、更に小型化及び動
作の安定化が達成される。尚、単一軸モード発振並びに
発振スペクトルの狭線幅化の原理及び発振波長の制御に
関しては、前実施例と同様であるので、その説明を省略
する。

発明の効果以上詳述したように、本発明によれば、回折格子の形成
された圧電素子に印加する電圧を変化させることで、発
振スペクトルが狭線幅化された単一軸モード発振光の発
振波長を制御することが可能となり、半導体レーザの狭
線幅化装口から機械的可動部分を排除でき、装置の小型
化及び動作の安定化が達成されるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成図、第２図は、本発明の望ましい実施例を示す半導体レーザ
の狭線幅化装置の構成図、第３図は、本発明の他の望ましい実施例を示す半導体レ
ーザの狭線幅化装置の構成図、第４図（ａ）、　（ｂ）
、　（ｃ）は、従来の半導体レーザの狭線幅化装置の構
成図である。１、ｉｉａ・・・反射鏡、２．１１．２１・・・半導体レーザ、３．１３ａ、３３ａ、４３ａ、５３ａ・・・回折格子、４．４３．５３・・・圧電素子、５．１２．２２．３２．４２．５２・・・外部共振器、６．４６・・・可変電源、１３．３３・・・グレーティング部材、２３・・・反射
膜、２６．２７．３６・・・光ファイバ。１：反身す健２：半％！＄に−ｒ３：目打枠子４：瓜電免か５：外＃γダ３ｉｙＬ藝６：可夜億鷹累本光明／）某冬樽へ第１図４３ａ：　衝打ネトチ本企明θ大太乞イ列そ示す図第２図Ｊ−炙ぶ巨月シ２イ士コメノ啼（）１叱イ列を示オ図第
３図イ垣釆技イ材１示す図第４図

Claims

【特許請求の範囲】一端に反射鏡（１）が形成された半導体レーザ（２）と
、該半導体レーザ（２）の他端側に設けられ表面に回折格
子（３）が形成された圧電素子（４）及び前記反射鏡（
１）を反射鏡部とする外部共振器（５）と、前記圧電素
子（４）の回折格子（３）整列方向両端に可変電圧を印
加する可変電源（６）とを具備したことを特徴とする半
導体レーザの狭線幅化装置。