JPS63186486A - レ−ザアレイ・光導波路結合法 - 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、半導体レーザアレイと光導波路との結合法に
関するものである。

〔従来の技術〕

半導体レーザの出射ビームを高出力でかつ指向性の強い
ものにするために、半導体の同一チップ内に、互に平行
に、複数個の発振ストライブを隣接して設け、発振スト
・ライブ間で光学的な結合を起こさせて、位相同期を達
成するように構成した位相同期半導体レーザアレイの研
究が進められている。

この様な構造のレーザには複数のモードが存在すること
が知られている。

第３図には発振ストライブ数が５の場合の最低次モード
と最高次モードについて、レーザ内の電磁界分布とそれ
に対応した遠視野像を示す。ハツチング部はレーザ端面
における発振ストライブの横方向の位置を示す。レーザ
内の電磁゛界分布は、最低次モードでは同じ極性で分布
しているが、最高次モードでは隣接する発振ストライブ
間で逆の極性となっている。図かられかるように、最低
次モードでは遠視野像が単一ロープになるが、最高次モ
ードをはじめ各種高次モードでは遠視野像は単一ロープ
にはならない。

遠視野像を高出力で指向性の大きなものにするためには
、位相同期半導体レーザアレイは最低次モードで発振す
ることが望まれる。

また、光フアイバ通信のように、光源と単一モード光フ
ァイバとの結合が必要とされる分野において、位相同期
半導体レーザアレイを光源として用いる場合、光ファイ
バとの結合を十分なものとするために、位相同期半導体
レーザアレイは最低次モードで発振することが必要であ
る。

一方、レーザ内電磁界分布を見ると、発振ストライプ外
の損失の大きな領域での電磁界は、最高次モードの場合
が最も小さい、従って、最高次モードの発振閾値は他の
モードよりも低くなるため、位相同期半導体レーザアレ
イを通常の条件で動作させると、最高次モー下で発振し
てしまうという問題があった。そのため、位相同期半導
体レーザアレイと単一そ−ド光導波路との結合効率を十
分確保することは困難であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明の目的は、これまで不可能とされてきた
最高次モード発振時の位相同期半導体レーザアレイと単
一モード光導波路との高効率な結合を可能とする結合法
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このような目的を達成するために、本発明は、位相同期
半導体レーザアレイから放射される２つの遠視野ロープ
の各々を個別の光学系で集光し、その個別に集光された
光を光方向性結合器を用いて合成して１木の光導波路に
結合することを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、２つの遠視野ロープを有する位相同期
半導体レーザアレイの出射光パワーを効率よく単一モー
ド光導波路に結合することが可能となる。

〔実施例〕

以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示し、ここで、ｌは位
相同期半導体レーザアレイ、２−１および２−２は位相
同期半導体レーザアレイ１の遠視野像ロープである。３
および４−１　、４−２は位相同期半導体レーザアレイ
１からの出射光を整形して、集光するために、それぞれ
、レーザアレイ１の出射端側および遠視野像の形成され
る方向に配置されたレンズ系である。　５−１　、５−
２および７は単一モード光導波路である。６は光方向性
結合器、８は光導波路５−２に挿入された位相調整素子
である。位相同期半導体レーザアレイ１からの遠視野像
ロープ２−１　、２−２に対応した２つの光ビームは、
レンズ系３および４−１　、４−２によって整形、集光
されて、それぞれ異なる単一モード光導波路５−１およ
び５−２中を伝搬する。これら光導波路５−１および５
−２、および位相調整素子８を経て伝搬してきた光は、
光方向性結合器６で合成され、その合成光が単一モード
光導波路７に導かれる。

ここで、単一モード光導波路７に結合する合成光の光パ
ワーは単一モード光導波路５−１および５−２中を伝搬
する光の栢対的位相条件によって決まる。その理由を以
下に述べる。

光方向性結合器の散乱行列Ｓは と表わすことができるので（例えば板倉清保ｒ近代通信
工学大講座（第１１巻）近代超高周波工学」、第１版、
（昭和４４年７月２５日発行）、電気古院、　Ｐ、１３
１．２つのボートからの入力の位相関係が９０°ずれて
おり、例えばｊおよび１とすれば、入力波行列は で表わされ、そのときの出力ｂｌは、ｂｌ＝ｓ−ａｌよ
り となる。また、２ボートからの人力が、ａｌとは相対的
位相条件が異なり、 で表わされるとき、出力ｂ１は となる。　ｂｌ、　ｂ２を・比較すると、出力の現れる
ボートが異なっているのがわかる。

また、合成された光強度は（σ）２＝２として得られ、
方向性結合器の過剰損失を無視すると、人力強度（１＋
１）に対し、その電力相がそのまま得られることがわか
る。

なお、光導波路５−１および５−２を経て伝搬する光の
相対的な位相条件を調整するために、位相調整素子８が
一方の光導波路５−２に挿入されているが、これは光導
波路５−１に挿入してもよい。

この位相調整素子８を実現するためには、光ファイバ５
−２に曲げを付与したり、あるいは、側圧を付加する機
構を設ければよい、このようにすることにより、光ファ
イバ５−２の内部に応力が発生し、屈折率が変化して、
光ファイバ５−２中の光路長を連続的に変化させること
ができる。その結果、光方向性結合器６に対する入力の
相対的位相条件を変えることができる。

このような構造とすることにより、２つの遠視野ロープ
２−１および２−２を有する位相同期半導体レーザアレ
イ１の全出射光パワーを単−モード光導波路７に効率よ
く結合させることができる。このことから明らかなよう
に、本発明によれば、従来では考えられていなかった２
つの遠視野ロープを有する位相同期半導体レザーアレイ
と阜−モード光導波路との結合が可能となる。

第２図は本発明の第２の実施例であって、ここで９は位
相同期半導体レーザアレイ１の２つの遠視野ロープのう
ちのひとつに対応した光ビームを反射させるための反射
鏡である。１０は光方向性結合器６で合成された２つの
光ビームを集光し−Ｓ　−モード光導波路７に結合させ
るためのレンズ系である。

第一の実施例では、位相同期半導体レーザアレイ１から
の２つの出射ビームを一旦、単一モード光導波路５−１
および５−２に結合させてから光方向性結合器６により
両者を合成しているが、この第二の実施例では、反射鏡
９を用いることにより、２つの出射ビームのままで合成
し、その合成後に、レンズ系ｌＯを介して、単一モード
光導波路７に結合させている。ここでの位相調整素子８
としては、例えばテーパ状に厚さが変化しているガラス
ブロックを用いることができる。このような位相調整素
子８を反射鏡９から光方向性結合器６に至る光路に挿入
し、かかる位相調整素子８を光路に対して垂直な方向に
移動すると、光路長を連続に変化させることができ、光
方向性結合器６に入射するビーム２−１と２−２との相
対的位相条件を変えることができる。

（発明の効果〕 以上に説明したように、本発明によれば、２つの遠視野
ロープを有する位相同期半導体レーザアレイの出射光パ
ワーを効率よく単一モード光導波路に結合することが可
能となる。

本発明は、光源として半導体レーザを使う光フアイバ通
信の分野などにおいて、光ファイバへの入射光パワーを
できる限り大きくすることが望まれる場合にとわめて有
効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す構成図、 第２図は本発明の第２の実施例の構成を示す構成図、 第３図は位相同期半導体レーザアレイの動作特性を説明
する図である。 ｌ・・・位相同期半導体レーザアレイ、２−１．２−２
・・・位相同期半導体レーザアレイ１の２つの遠視野ロ
ープ、 ３．４−１．４−２．１０・・・位相同期半導体レーザ
アレイ１の出射光を整形、集光するため のレンズ系、 ５−１．５−２．７・・・牟−モード光導波路、６・・
・光方向性結合器、 ８・・・位相調整素子、 ９・・・反射鏡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 位相同期半導体レーザアレイから放射される２つの遠視
   野ロープの各々を個別の光学系で集光し、その個別に集
   光された光を合成して１本の単一モード光導波路に結合
   することを特徴とするレーザアレイ・光導波路結合法。