JPS6390188A - レーザ送信器 - Google Patents

レーザ送信器

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JPS6390188A
JPS6390188A JP62242408A JP24240887A JPS6390188A JP S6390188 A JPS6390188 A JP S6390188A JP 62242408 A JP62242408 A JP 62242408A JP 24240887 A JP24240887 A JP 24240887A JP S6390188 A JPS6390188 A JP S6390188A
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transmitter
transmitter according
grating
optical system
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JP62242408A
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クラウス、エム、ホイスラー
ユリウス、ウイツトマン
ギゼーラ、ガウケル
フランツ、アウラツヒアー
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Siemens AG
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    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
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    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres

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〕 この発明は半導体レーザとこのレーザに結合された外部
光共振器を含み送信器出力が共振器から取り出される狭
帯域レーザ送信器に関するものである。従ってこの発明
のレーザ送信器では送信器の波長選択作用を司る共振器
から出力が引き出される。
〔従来の技術〕 この種の送信器については既にドイツ連邦共和国特許出
願公開第３６００７２６号公報の特に第２図に示されて
いるが、この送信器の外部光共振器は方向性結合器の形
であり、２つの光ファイバが特定の結合区間において狭
い間隔を保って並行しその間に光出力の過結合が生ずる
。これらの光ファイバの一方は半導体レーザに結合され
、この光ファイバに結合されたレーザ光線は部分透過性
の帰還結合装置に導かれ、その一部が結合区間に戻され
る。帰還結合装置を透過したレーザ光部分はストライプ
形の光ファイバを通して方向性結合器の他方の光ファイ
バに導かれる。送信器の出力はこの他方の光ファイバか
ら引き出される。
上記のレーザ送信器を使用して将来の光フアイバ通信系
特にヘテロダイン受信又はホモダイン受信を行うものに
おいて必要となる極めて狭帯域の単モード発振が達成さ
れる。
このようなレーザ送信器にはシステムファイバが半導体
レーザの一方の側に結合され、共振器がその反対側に結
合されるレーザ送信器と異り共振器とシステムファイバ
が半導体レーザの同じ側に結合されることにより位置整
合の問題が著しく軽減され、又システムファイバと外部
共振器の結合に際して要求される高度の機械的安定性が
より良く達成されるという利点がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
この発明の目的は、冒頭に挙げた種類のレーザ送信器に
対して微小オプチック構成とレーザ光の自由伝搬を可能
にする構成のプランを提供することである。
Ｃ問題点を解決するための手段〕 この目的は特許請求の範囲第１項に特徴とじて挙げた構
成によって達成される。
〔作用効果〕
放出レーザ出力の一部を反射させることにより細い線幅
の単モードレーザ発振を強制することができる。
〔実施態様〕
この発明のレーザ送信器に使用される格子装置の有利な
構成は特許請求の範囲第２墳乃至第８項に示される。
この発明のレーザ送信器は特許請求の範囲第９項による
構成とするのが特に有利である。コリメータ光学系によ
って作られたコリメートされたレーザ光線は格子装置の
波長選択作用を最高にする。
格子装置とコリメータ光学系の組合せにより狭い波長範
囲だけが半導体レーザに戻されその上に集束される。こ
の作用はコリメータ光学系が特許請求の範囲第９項に従
ってグラジェントレンズから成るとき特に強力である。
特許請求の範囲第１０項による実施態様は特許請求の範
囲第１１項に従う構成のときこの発明のレーザ送信器の
マイクロオブチック構成に対して特に適している。
この発明のレーザ送信器を光ビームの自由伝搬型とする
ことに対しては特許請求の範囲第１２項による構成が有
利である。
この発明のレーザ送信器には特許請求の範囲第１３項に
より集束光学系を設けるのが効果的である。この光学系
は特許請求の範囲第１４項によりグラジェントレンズで
構成するのが有利である。
この送信器はマイクロオプチック構成ならびに自由伝搬
型構成の双方に使用される。集束性のグラジェントレン
ズは特許請求の範囲第１５項に従って構成するのが特に
有利である。これによってレーザ送信器の出力を伝送す
るシステムファイバを直接グラジェントレンズに突き合
せ結合することが可能となる。
レーザ送信器のマイクロオプチック構成に対しては特許
請求の範囲第１４項又は第１５項による送信器を特許請
求の範囲第１６項に従って構成するのが効果的である。
例えば調整用として補助のモニタ出力端を必要とすると
きはこの発明のレーザ送信器に対して補助の光ビーム分
割器をその光路中に設けてビームの一部をモニタ用とし
て分離することができる。
この補助のビーム分割器は特許請求の範囲第１７項に従
いレーザ放射光の光路内に設ける。
特許請求の範囲第１７項によるレーザ送信器の有利な実
施態様は特許請求の範囲第１８項および第１９項に示さ
れる。
この発明の１つの実施例では波長の同調が共振器全体を
半導体レーザに対して横に移動させることにより可能で
ある。微調節は共振器長即ち半導体レーザと格子装置の
間の光学距離の調整による。
−例として波長が１．３μｍで外部共振器内の光学距離
が１５ｍｍのとき波長の変化は１５Ｇｈｚ／ｎｍとなる
。
・　　単モードスペクトルの線幅は外部共振器の長さに
反比例するから、小さい線幅を達成するためには格子装
置の前に置かれたグラジェントレンズをそのピッチ長の
数倍だけ長くする。これによって光ビームの質は影響を
受けず装置の安定性も損なわれない。
この発明のレーザ送信器のマイクロオブチック構成は極
めてコンパクトな形態とすることができる。
〔実施例〕
図面に示した実施例についてこの発明を更に詳細に説明
する。
第１図に示したマイクロオプチック型の実施例では半導
体レーザＨＬから発散放出されたレーザ先光路Ｓｔ内に
コリメートされたグラジェントレンズＫＯが設けられ、
発散光をほぼ平行光線にコリメートする。グラジェント
レンズＫＯの一方の端面ば半導体レーザＨＬに向けられ
、透明柱状体ＰＫの光路Ｓｔの軸Ａに垂直の側面ＳＦＯ
に固定される。この柱状体の半導体レーザに対向し軸Ａ
に対して傾斜した側面ＳＦには半透明光格子ＴＧが例え
ばのこぎり歯形の位相格子の形で形成されている。角柱
ＰＫの半導体レーザに対して反対の側には第二の透明角
柱ＰＫ２が設けられ、角柱ＰＫと合体して１つの平行６
面体を形成する。格子ＴＧはこの第２の角柱に作ること
も可能である。
格子装置ＧＥはこの２つの角柱ＰＫ、ＰＫＩと格子ＴＧ
で構成される。
第２角柱ＰＫ２の半導体レーザＨＬに対して反対側の側
面には集束グラジェントレンズＦＯがその終端面で固定
され、格子ＴＧと第２角柱ＰＫ２を透過したレーザ光部
分Ｓｔ２を結合個所ＫＳ上に集める。このグラジェント
レンズＦＯの長さしは、レーザ光部分Ｓｔ２の焦点Ｆが
半導体レーザに対して反対側のグラジェントレンズ終端
面ＥＦ上にあるように選ばれる。これによって送信器Ｌ
Ｓの出力を伝送するシステムファイバＳｙＦが第１図に
示すように直接グラジェントレンズＦＯに突き合せ結合
されるという利点が得られる。
二重角柱形の格子装置は光ビームの通路を節単にしてシ
ステムファイバＳｙＦへの結合効率を高める。
格子ＴＯは又半導体レーザＨＬの放出光ビームの狭帯域
部分Ｓｔ１を半導体レーザに戻す、格子ＴＧの波長選択
作用は固定結合されたコリメータ・グラジェントレンズ
ＫＯによって最適化されるが、これはこのレンズＫＯが
半導体レーザＨＬから適当な距離に置かれるとコリメー
トされたビームＳｔを作ることによる。グラジェントレ
ンズＫＯと格子装置ＧＥの組合せにより１つの狭い波長
範囲だけが反射され、半導体レーザ光部分に集束される
。
第１図の装置はその構成要素の関係で極めてコンパクト
な構成となる。
第２図に示したビーム自由伝搬形レーザ光部分の構成は
格子装置ＧＥに関しては第１図のマイクロオプチック構
成に対応するもので、その格子装置ＧＥの格子ＴＧは部
分透過性格子である。第２図の装置のコリメータ光学系
ＫＯは半導体レーザＨＬから発散放出されるレーザ光ビ
ームの光路Ｓｔ中に設けられた顕微鏡対物レンズから成
る。このレンズは発散レーザ光線を平行光線に変えるが
、対物レンズを通過した後は自由に伝搬する。この自由
伝搬光路Ｓｔ内に格子装置ＧＥが設けられる。
この格子装置は光路Ｓｔの軸Ａに対して斜めに置かれた
平行６面体形の透明体ＰＫＩと、例えば半導体レーザに
向った平行６面体ＰＫＩの側面ＳＦ１に形成された位相
格子の形の部分透過性格子ＴＧから構成される。格子Ｔ
Ｇから半導体レーザＨＬに戻されるレーザ光部分Ｓｔｌ
は顕微鏡対物レンズＫＯによって半導体レーザ光部分に
集束される。格子ＴＯと平行６面体ＰＫ１を通過したレ
ーザ光部分Ｓｔ２はフォニカッシング光学系ＦＯにより
結合個所ＫＳに集束される。このフオーカッレンズ光学
系ＦＯは導入された光の一部を絞り取ることも可能であ
る。この光学系は格子装置ＧＥに集積されるもので、第
１図の実施例と同様にグラジェントレンズを使用するこ
とができ、その長さは集束レーザ光部分Ｓｔ２の焦点Ｆ
が半導体レーザに対して反対側の終端面ＥＦ上にあるよ
うに選定される。
第２図の実施例では取り出し可能の出力の最大値は顕微
鏡対物レンズを通す結合の質ならび格子ＴＧの反射性能
に関係する。共振器の長さと帰還結合度の変更はこの実
施例の場合容易である。
狭い線幅と単モード性を達成する多くの公知装置におい
ては、帰還結合を伴う自由な光伝搬はリドロウ（Ｌｉｔ
ｔｒｏｗ）型の格子によって実現した。これらの装置は
総て半導体レーザへの両側からの結合を利用し、送信器
の出力は半導体レーザの一方の側から取り出され、外部
共振器は反対側からレーザに結合される。
第３図に示すマイクロオプチック構成のレーザ送信器は
、主として格子装置ＧＥの格子が反射性格子ＲＧである
点で第１図のものと異る。この格子はできるだけ高い反
射性能のものでなければならない、第１図の実施例と同
様に発散レーザ光はグラジェントレンズＫＯによってコ
リメートされ、格子装置ＧＥは透明プリズムＰＫから成
る。プリズムの半導体レーザに対して反対側の側面ＳＦ
に例えばのこぎり歯プロフィルを示すリリーフ状格子の
形の反射性格子ＲＧが設けられる。
レーザ送信器ＬＳの出力の取り出しにはビーム分割器Ｓ
Ｔが必要である。この分割器はグラジェントレンズＫＯ
と角柱ＰＫの間でレーザ先光路Ｓｔ内に設けられ、レー
ザ光の一部Ｓｔ２を光路Ｓｔから例えば軸Ａに対して９
０°の方向に偏向する。ビーム分割器ＳＴは角柱ＰＫの
１つの面例えば半導体レーザＨＬに対向する側面ＳＦＯ
に固定される。ビーム分割器ＳＴは立方体とすることが
できる。
レーザ光の偏向された部分Ｓｔ２は集束光学系ＦＯによ
って結合個所ＫＳ上に集められる。集束光学系ＦＯも角
柱ＰＫに固定するのが効果的である。この光学系は第１
図、第２図の実施例と同様に適当な長さのグラジェント
レンズとすることができる。この光学系によりレーザ光
の偏向部分Ｓｔ２の焦点Ｆが分割器ＳＴに対して反対側
の終端面ＥＦ上に置かれる。グラジェントレンズの固定
にはその側面を角柱ＰＫの半導体レーザＨＬに向った側
の側面ＳＦＯに固定するのが効果的である。
ビーム分割器Ｓｔは半導体レーザＨＬに戻されるレーザ
光部分Ｓｔｌの一部も偏向する。このことは第３図には
示されていないが利用されているものである。
第３図の実施例も極めてコンパクトな構成である。
第４図に示したレーザ送信器のマイクロオプチック構成
は、コリメータ光学系ＫＯと格子装置ＧＥの間でレーザ
先光路Ｓｔ中に補助のビーム分割器Ｓｔｌが設けられた
レーザ光の一部Ｓｔ３をモニタ用として分離し、この分
離された部分Ｓｔ３の光路中に集束光学系ＦＯＩが設け
られている点で第１図の実施例と異る。補助のビーム分
割器ＳＴｌは第３図の実施例のビーム分割器ＳＴと同様
に角柱ＰＫに固定された立方体とすることができる。集
束光学系ＦＯＩも第３図の実施例のＦＯと同様に角柱Ｐ
Ｋに固定されたグラジェントレンズとすることができる
。このレンズはレーザ光の分離部分Ｓｔ３の焦点Ｆ１を
ビーム分割器Ｓｔｌに対して反対側の終端面ＥＦＩ上に
置く、これによってモニタ光ファイバＭｏＦを直接集束
光学系ＦＯ１に突き合せ結合することが可能となる。
第１図の実施例も極めてコンパクトな構成を特徴とする
ものである。
レーザ送信器の各実施例には第４図に一例として示した
モニタ装置を設けることができる。
上記の各レーザ送信器の利点は、格子と共振器長によっ
て放出スペクトルの調節が可能となる点にあることを最
後に指摘しておく。
外部共振器に対して反対側の半導体レーザ表面は鏡面に
すると効果的である。これによりボンピング系を同じに
してしきい値電流の低下に基き光出力が上昇し寄生的の
反射に対する感受性が低下する。このことは外部共振器
を備え一方側結合が行われるすべてのレーザ送信器につ
いて言えることである。
【図面の簡単な説明】
第１図は部分透過性の格子が２つのプリズムとグラジェ
ントレンズの間に設けられているマイクロオプチ７り構
成の実施例、第２図は光ビームが自由伝搬する実施例、
第３図は反射性格子とビーム分割器と２つのグラジェン
トレンズを備えるマイクロオプチック構成の実施例、第
４図は第１図の実施例に補助のビーム分割器とモニタ用
の集束光学系を加えた実施例の側面図を示す。 ＨＬ・・・半導体レーザ、ＥＲ・・・外部共振器、Ｃ，
Ｅ・・・光学格子装置、ＫＯ・・・コリメータ光学系、
ＦＯ・・・集束光学系。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）半導体レーザ（ＨＬ）とそれに結合された外部光共
    振器（ＥＲ）を備え、送信器（ＬＳ）の出力がこの共振
    器（ＥＲ）から取り出し可能である狭帯域レーザ送信器
    において、共振器（ＥＲ）が半導体レーザ（ＨＬ）の放
    出光ビーム中に置かれた光学格子装置（ＧＥ）から成り
    、そこに導かれたレーザ光の一部（Ｓｔ１）を半導体レ
    ーザ（ＨＬ）に戻し、別の一部（Ｓｔ２）を結合個所（
    ＫＳ）に導き、そこでこの一部（Ｓｔ２）が出力として
    取り出し可能であることを特徴とするレーザ送信器。 ２）格子装置（ＧＥ）が半透明光学格子（ＴＧ）を備え
    、この格子からレーザ光の狭帯域部分（Ｓｔ１）が逆向
    きに半導体レーザ（ＨＬ）に向って回折し、透過部分（
    Ｓｔ２）は結合個所（ＫＳ）の方向に放射されることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項記載の送信器。 ３）半透明光学格子（ＴＧ）が柱状体（ＰＫ、ＰＫ１）
    の１つの側面上にレーザ光に対して透明な材料で形成さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
    送信器。 ４）半透明光学格子（ＴＧ）が位相格子であることを特
    徴とする特許請求の範囲第３項記載の送信器。 ５）格子装置（ＧＥ）が狭帯域出力部分（Ｓｔ１）を半
    導体レーザ（ＨＬ）に向けて回折する反射格子（ＲＣ）
    であって放出されたレーザ光ビーム中に設けられ、この
    光ビームの一部を分割して第２部分（Ｓｔ２）として結
    合個所（ＫＳ）に向ける光ビーム分割器を備えること特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の送信器。 ６）反射格子（ＲＧ）が柱状体（ＰＫ）の１つの側面上
    に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第５
    項記載の送信器。 ７）柱状体（ＰＫ）が放出レーザ光ビーム路（Ｓｔ）中
    に置かれたレーザ光に対して透明な材料から成ることを
    特徴とする特許請求の範囲第６項記載の送信器。 ８）光ビーム分割器（Ｓｔ）が柱状体（ＰＫ）に固定さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の
    送信器。 ９）半導体レーザ（ＨＬ）と格子装置（ＧＥ）の間の放
    出レーザ光路（Ｓｔ）中にレーザ光ビームをコリメート
    するコリメータ光学系（ＫＯ）が設けられ、この光学系
    が同時に半導体レーザ（ＨＬ）に戻されるレーザ光の狭
    帯域部分（Ｓｔ１）を半導体レーザ（ＨＬ）上に集束す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項の
    １つに記載の送信器。 １０）コリメータ光学系（ＫＯ）が１つのグラジェント
    レンズで構成されることを特徴とする特許請求の範囲第
    ９項記載の送信器。 １１）グラジェントレンズ（ＫＯ）が柱状体（ＰＫ）に
    固定されていることを特徴とする特許請求の範囲第７項
    、第８項又は第１０項記載の送信器。 １２）コリメータ光学系（ＫＯ）が半導体レーザ（ＨＬ
    ）と格子装置（ＧＥ）の間で自由なレーザ光路（Ｓｔ）
    に設けられた顕微鏡対物レンズから成ることを特徴とす
    る特許請求の範囲第９項記載の送信器。 １３）結合個所（ＫＳ）に導かれたレーザ光部分（Ｓｔ
    ２）の光路にこのレーザ光部分を結合個所に集束する集
    束光学系（ＦＯ）が設けられていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項乃至第１２項の１つに記載の送信器
    。 １４）集束光学系（ＦＯ）がグラジェントレンズから成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の送信
    器。 １５）結合個所（ＫＳ）に導かれるレーザ光部分（Ｓｔ
    ２）の光路に設けられ集束光学系を形成するグラジェン
    トレンズの長さ（Ｌ）がこのレーザ光部分の焦点（Ｆ）
    とグラジェントレンズ（ＦＯ）の１つの終端面（ＥＦ）
    が一致するように選定されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第１４項記載の送信器。 １６）集束光学系（ＦＯ）が結合個所（ＫＳ）に導かれ
    るレーザ光部分（Ｓｔ２）の光路に設けられたレーザ光
    に対して透明な材料の柱状体（ＰＫ１）に固定されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１４項又は第１５
    項記載の送信器。 １７）半導体レーザ（ＨＬ）と格子装置（ＧＥ）の間で
    放出レーザ光光路（Ｓｔ）中にレーザ光の一部（Ｓｔ３
    ）をモニタ用として分割する補助のビーム分割器（ＳＴ
    １）が設けられていることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項乃至第１６項の１つに記載の送信器。 １８）モニタ用として分割されたレーザ光部分（Ｓｔ３
    ）の光路中に集束光学系（ＦＯ１）が設けられているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載の送信器。 １９）補助のビーム分割器（Ｓｔ１）がコリメータ光学
    系（ＫＯ）と格子装置（ＧＥ）の間に設けられ放出レー
    ザ光光路（Ｓｔ）中に置かれた柱状体（ＰＫ）に固定さ
    れていること、モニタ用として分割されたレーザ光部分
    （Ｓｔ）を集束する集束光学系（ＦＯ１）がグラジェン
    トレンズであってその側面で柱状体（ＰＫ）に固定され
    ていること、このグラジェントレンズの長さ（Ｌ１）は
    レーザ光部分（Ｓｔ３）の焦点（Ｆ１）がこのレンズの
    １つの終端面（ＥＦ１）に一致するように選定されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第３項、第４項、第
    ９項乃至第１６項および第１８項中の１つに記載の送信
    器。
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