JPH01124281A - 光帰還型発光装置 - Google Patents
光帰還型発光装置Info
- Publication number
- JPH01124281A JPH01124281A JP62282448A JP28244887A JPH01124281A JP H01124281 A JPH01124281 A JP H01124281A JP 62282448 A JP62282448 A JP 62282448A JP 28244887 A JP28244887 A JP 28244887A JP H01124281 A JPH01124281 A JP H01124281A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- diffraction grating
- light emitting
- laser element
- emitting device
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- Pending
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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。
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、光記録、光計測に用いる光帰還型発
光装置に関する。
光装置に関する。
従来の技術
従来、光通信、光記録装置に於ける光源として半導体レ
ーザが用いられていた。しかし半導体レーザの発振波長
は温度、または注入電流により変動したり、第２図（ａ
）に示されるように複数の波長で発振する。そこで素子
に波長選択性のある外部共振器を付加し、第２図（ｂ）
に示されるように特定波長で発振するように制御される
光源としていた。
ーザが用いられていた。しかし半導体レーザの発振波長
は温度、または注入電流により変動したり、第２図（ａ
）に示されるように複数の波長で発振する。そこで素子
に波長選択性のある外部共振器を付加し、第２図（ｂ）
に示されるように特定波長で発振するように制御される
光源としていた。
この外部共振器には、レンズと回折格子が用いられてい
た。第３図に従来の光源の構成を示す。半導体レーザ素
子１の片端面より出た光１９はレンズ２１によって、コ
リメートされエシエレット回折格子１２に入射される。
た。第３図に従来の光源の構成を示す。半導体レーザ素
子１の片端面より出た光１９はレンズ２１によって、コ
リメートされエシエレット回折格子１２に入射される。
入射光１９はその波長に従い分散され、回折格子１２の
傾きによって決まる特定の波長の光が半導体レーザ素子
１の活性層に帰還される。半導体レーザ素子ｌは帰還さ
れた光の波長で発振し、周波数が安定化された出力光２
０を他の端面から出力する。またエシェレット回折格子
１２を回転することによって半導体レーザ素子１の発振
波長を変えることができる。回折格子からの帰還光を効
率良く導波路部に結合するためには半導体レーザ素子の
端面に結ばれる帰還光のスポットを回折限界近くまでし
ぼらなければならない。このためには収差の少ない高性
能のレンズを用いる必要がある。また波長設定精度を高
めるためにも半導体レーザ素子１の端面上において各縦
モードの光が重ならず分離しているのが望ましい。従来
の光帰還型発光装置ではカメラレンズや顕微鏡の対物レ
ンズが用いられていた。例えば、エレクトロニクスレタ
ー（ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ５ＬＥＴＴＥＲ） ２１巻１
５号６８５ページ １９８５年、アブライドフィジンク
スレター（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ）２５巻１２号 １９７４年７４４ページ。
傾きによって決まる特定の波長の光が半導体レーザ素子
１の活性層に帰還される。半導体レーザ素子ｌは帰還さ
れた光の波長で発振し、周波数が安定化された出力光２
０を他の端面から出力する。またエシェレット回折格子
１２を回転することによって半導体レーザ素子１の発振
波長を変えることができる。回折格子からの帰還光を効
率良く導波路部に結合するためには半導体レーザ素子の
端面に結ばれる帰還光のスポットを回折限界近くまでし
ぼらなければならない。このためには収差の少ない高性
能のレンズを用いる必要がある。また波長設定精度を高
めるためにも半導体レーザ素子１の端面上において各縦
モードの光が重ならず分離しているのが望ましい。従来
の光帰還型発光装置ではカメラレンズや顕微鏡の対物レ
ンズが用いられていた。例えば、エレクトロニクスレタ
ー（ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ５ＬＥＴＴＥＲ） ２１巻１
５号６８５ページ １９８５年、アブライドフィジンク
スレター（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ）２５巻１２号 １９７４年７４４ページ。
発明が解決しようとする問題点
しかし、上記の光帰還型発光装置においてはカメラレン
ズや顕微鏡対物レンズが用いられているために半導体レ
ーザ素子１と回折格子間距離が長くなってしまう。光通
信などにおいては半導体レーザ素子の注入電流に信号を
重畳することによって出力光を直接変調し信号を伝送す
る。光帰還型発光装置においては注入電流の変化に対し
てその出力光がある周波数応答を示す。光帰還効果によ
り周波数応答は高周波側が大きく低下する。周波数帯域
は半導体レーザ素子と回折格子間距離つまり共振器長に
依存する。図４に共振器長と周波数帯域の関係を理論計
算した結果を示す。図４から明らかなように高速応答性
を良くするには共振器長をできるだけ短くする必要があ
る。複数枚の球面レンズにより構成されるカメラレンズ
や顕微鏡対物レンズでは共振器長が長くなり、変調でき
る帯域が大きく制約される。特に通信に用いる場合数百
ＭＨｚから数ＧＨｚの帯域が不可欠になっている。
ズや顕微鏡対物レンズが用いられているために半導体レ
ーザ素子１と回折格子間距離が長くなってしまう。光通
信などにおいては半導体レーザ素子の注入電流に信号を
重畳することによって出力光を直接変調し信号を伝送す
る。光帰還型発光装置においては注入電流の変化に対し
てその出力光がある周波数応答を示す。光帰還効果によ
り周波数応答は高周波側が大きく低下する。周波数帯域
は半導体レーザ素子と回折格子間距離つまり共振器長に
依存する。図４に共振器長と周波数帯域の関係を理論計
算した結果を示す。図４から明らかなように高速応答性
を良くするには共振器長をできるだけ短くする必要があ
る。複数枚の球面レンズにより構成されるカメラレンズ
や顕微鏡対物レンズでは共振器長が長くなり、変調でき
る帯域が大きく制約される。特に通信に用いる場合数百
ＭＨｚから数ＧＨｚの帯域が不可欠になっている。
本発明は上記問題に鑑み、ｉ作が安定でかつ直接変調帯
域が広く、高速変調のできる光帰還型発光装置を提供す
るものである。
域が広く、高速変調のできる光帰還型発光装置を提供す
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光帰還型発光装置
はレンズに非球面単レンズを用い、回折格子と半導体レ
ーザ素子間の距離を短くするものである。
はレンズに非球面単レンズを用い、回折格子と半導体レ
ーザ素子間の距離を短くするものである。
作用
本発明は上記した構成によって、周波数応答特性を高周
波側に伸ばし、変調周波数帯域の広くかつ小型の光帰還
型発光装置を提供するものである。
波側に伸ばし、変調周波数帯域の広くかつ小型の光帰還
型発光装置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光帰還型発光装置につ
いて図面を参照しながら説明する。第１図に本発明の第
一の実施例における光帰還型発光装置の構成図を示すも
のである。１は半導体レーザ素子、２は非球面レンズ、
３は回折格子、５は反射防止膜である。半導体レーザ素
子１より出た光１９は、非球面レンズ２によりコリメー
トされ回折格子３に入射される。入射光はその波長に従
い分散され、回折格子３の傾きによって決まる特定の波
長の光が半導体レーザ素子１の活性層に帰還される。半
導体レーザ素子１は帰還された光の波長で発振し、周波
数が安定化される。回折格子３の回転によって半導体レ
ーザ素子ｌからの出力光２０の波長が変わる。非球面レ
ンズ２は一枚で数枚の球面レンズを組み合わせたのと同
様の性能を有する。従って一枚のレンズで半導体レーザ
素子１の発振を安定に制御できうるため、共振器長つま
り半導体レーザ素子と回折格子間距離を非常に短くする
ことができる。共振器長はレンズ２の焦点距離と厚みに
よって決まる。レンズの焦点距離は発振波長、回折格子
の格子定数およびレンズのＮＡによって必要な最小値が
決まる。０．８μｍの半導体レーザ素子の場合、６１貫
、１．３μｍの半導体レーザ素子の場合、４鶴程度とな
り数百ＭＨｚ以上の変調が可能になる。非球面レン・ズ
２はプラスチック成型またはガラスプレス成型等の手法
により安価に大量生産が可能でコストも低くすることが
できる。
いて図面を参照しながら説明する。第１図に本発明の第
一の実施例における光帰還型発光装置の構成図を示すも
のである。１は半導体レーザ素子、２は非球面レンズ、
３は回折格子、５は反射防止膜である。半導体レーザ素
子１より出た光１９は、非球面レンズ２によりコリメー
トされ回折格子３に入射される。入射光はその波長に従
い分散され、回折格子３の傾きによって決まる特定の波
長の光が半導体レーザ素子１の活性層に帰還される。半
導体レーザ素子１は帰還された光の波長で発振し、周波
数が安定化される。回折格子３の回転によって半導体レ
ーザ素子ｌからの出力光２０の波長が変わる。非球面レ
ンズ２は一枚で数枚の球面レンズを組み合わせたのと同
様の性能を有する。従って一枚のレンズで半導体レーザ
素子１の発振を安定に制御できうるため、共振器長つま
り半導体レーザ素子と回折格子間距離を非常に短くする
ことができる。共振器長はレンズ２の焦点距離と厚みに
よって決まる。レンズの焦点距離は発振波長、回折格子
の格子定数およびレンズのＮＡによって必要な最小値が
決まる。０．８μｍの半導体レーザ素子の場合、６１貫
、１．３μｍの半導体レーザ素子の場合、４鶴程度とな
り数百ＭＨｚ以上の変調が可能になる。非球面レン・ズ
２はプラスチック成型またはガラスプレス成型等の手法
により安価に大量生産が可能でコストも低くすることが
できる。
反射防止膜５は、回折格子３からの帰還光と半導体レー
ザ素子１との結合効率を高めるためのものである。
ザ素子１との結合効率を高めるためのものである。
回折格子３には有限フーリエ格子を用いてもよい。有限
フーリエ回折格子とはその断面が第５図（ａ）、（ｂｌ
、（Ｃ）に示されるように、−次微分係数に不連続点を
持たない滑らかな形状を有し、基本正弦波及びその有限
の高調波の重ね合わせで表わされるものである。第５図
（ａ）は山を中心に対称な形状をしたもの、第５図（ｂ
）は非対称なものである。これらの違いは高調波成分の
位相差による。第５図ｆｃｌは基本正弦波のみの場合で
ある。
フーリエ回折格子とはその断面が第５図（ａ）、（ｂｌ
、（Ｃ）に示されるように、−次微分係数に不連続点を
持たない滑らかな形状を有し、基本正弦波及びその有限
の高調波の重ね合わせで表わされるものである。第５図
（ａ）は山を中心に対称な形状をしたもの、第５図（ｂ
）は非対称なものである。これらの違いは高調波成分の
位相差による。第５図ｆｃｌは基本正弦波のみの場合で
ある。
有限フーリエ回折格子の特徴はエシェレット回折格子で
は得られない効率の偏光特性にある。有限フーリエ回折
格子は偏光依存性が小さく、かつ高い効率を持つ。格子
の溝方向と電界が一致するＰ偏光においてはエシェレフ
ト格子に比べて４０％も高い効率を持つ。特に有限フー
リエ回折格子では、第６図に示されるように使用波長λ
と格子の溝間隔ｄとの関係が０．２〈λ／ｄ＜１．７を
満たす場合特に効率が良く、このパラメータを変えるこ
とにより効率特性を変えられる。
は得られない効率の偏光特性にある。有限フーリエ回折
格子は偏光依存性が小さく、かつ高い効率を持つ。格子
の溝方向と電界が一致するＰ偏光においてはエシェレフ
ト格子に比べて４０％も高い効率を持つ。特に有限フー
リエ回折格子では、第６図に示されるように使用波長λ
と格子の溝間隔ｄとの関係が０．２〈λ／ｄ＜１．７を
満たす場合特に効率が良く、このパラメータを変えるこ
とにより効率特性を変えられる。
従って第７図（ａ）に示されるように回折格子３の分散
方向Ｘと、ＰＮ接合面１４、あるいは活性層１３の長手
方向Ｙとを傾けることにより不要モード帰還光１５を活
性層１３から分離し、かつ強い光帰還をすることができ
る。回折格子３の法線方向とレンズ２の光軸の為す角度
をθ、レンズ２の焦点距離をｆ 、、 Ｎｕｍｅｒｉｃ
ａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅをＮＡｔ５ａｘｓモードの波長
間隔をδλ、とすれば、発振波長λの時、ＸとＹのなす
角度φが、 ｃｏｓφ＞ｄ−ｃｏｓθ・λバｆ・δλ・ＮＡｍａｘ）
・・・（１）を満たせば良い。（１）式を満たせば、
不要モード光１５が半導体レーザ素子ｌの発振に寄与し
ない。特に格子の分散方向ＸとＰＮＮ接合面色を直交さ
せた場合、第７図（ｂ）に示されるように、不要モード
光１５の分離がもっとも良く、波長設定精度が最も高い
。
方向Ｘと、ＰＮ接合面１４、あるいは活性層１３の長手
方向Ｙとを傾けることにより不要モード帰還光１５を活
性層１３から分離し、かつ強い光帰還をすることができ
る。回折格子３の法線方向とレンズ２の光軸の為す角度
をθ、レンズ２の焦点距離をｆ 、、 Ｎｕｍｅｒｉｃ
ａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅをＮＡｔ５ａｘｓモードの波長
間隔をδλ、とすれば、発振波長λの時、ＸとＹのなす
角度φが、 ｃｏｓφ＞ｄ−ｃｏｓθ・λバｆ・δλ・ＮＡｍａｘ）
・・・（１）を満たせば良い。（１）式を満たせば、
不要モード光１５が半導体レーザ素子ｌの発振に寄与し
ない。特に格子の分散方向ＸとＰＮＮ接合面色を直交さ
せた場合、第７図（ｂ）に示されるように、不要モード
光１５の分離がもっとも良く、波長設定精度が最も高い
。
半導体レーザ素子１のゲイン中心で発振させる場合、反
射防止膜５は必ずしも必要はない。
射防止膜５は必ずしも必要はない。
有限フーリエ回折格子３として、第５図（Ｃ１の正弦波
溝回折格子８を用いた場合、正弦波溝回折格子８はホロ
グラフィック露光法で容易に精度良く作成でき、かつそ
の形状が滑らかで対称なために、量産する場合のレプリ
カ作成も容易である。よって光帰還型発光装置のコスト
を安くできる利点を有する。
溝回折格子８を用いた場合、正弦波溝回折格子８はホロ
グラフィック露光法で容易に精度良く作成でき、かつそ
の形状が滑らかで対称なために、量産する場合のレプリ
カ作成も容易である。よって光帰還型発光装置のコスト
を安くできる利点を有する。
発明の効果
以上のように本発明は非球面単レンズを用いることによ
り半導体レーザ素子と回折格子の距離を短くし変調周波
数帯域を広げ高速変調可能な光帰還型発光装置を提供す
ることができる。
り半導体レーザ素子と回折格子の距離を短くし変調周波
数帯域を広げ高速変調可能な光帰還型発光装置を提供す
ることができる。
第１図は本発明の第１の一実施例における光帰還型発光
装置の構成図、第２図は半導体レーザ素子の発振スペク
トル図、第３図は従来の一実施例における光帰還型発光
装置の構成図、第４図は共振器長と変調帯域を理論計算
した特性図、第５図は有限フーリエ回折格子の断面図、
第６図は有限フーリエ回折格子の効率特性図、第７図は
回折光と活性層との関係を示す模式図である。 １・・・・・・半導体レーザ素子、２・・・・・・非球
面単レンズ、３・・・・・・回折格子、５・・・・・・
反射防止膜、１９．２０・・・・・・出力光、２１・・
・・・・対物レンズ、１２・・・・・・エシェレット格
子、１３・・・・・・活性層、１４・・・・・・ＰＮ接
合面。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第１図 １９出力尤 第 ２ 図 二 − 変調周波数千域（ＧＨｚＪ 第５図 箒６図 ＰＦＯｌａｒｉｚａｔｉｏｎ −Ｓ ｐｏｌαｒｔｚａｔ＋ｏｎ λ／ｄ
装置の構成図、第２図は半導体レーザ素子の発振スペク
トル図、第３図は従来の一実施例における光帰還型発光
装置の構成図、第４図は共振器長と変調帯域を理論計算
した特性図、第５図は有限フーリエ回折格子の断面図、
第６図は有限フーリエ回折格子の効率特性図、第７図は
回折光と活性層との関係を示す模式図である。 １・・・・・・半導体レーザ素子、２・・・・・・非球
面単レンズ、３・・・・・・回折格子、５・・・・・・
反射防止膜、１９．２０・・・・・・出力光、２１・・
・・・・対物レンズ、１２・・・・・・エシェレット格
子、１３・・・・・・活性層、１４・・・・・・ＰＮ接
合面。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第１図 １９出力尤 第 ２ 図 二 − 変調周波数千域（ＧＨｚＪ 第５図 箒６図 ＰＦＯｌａｒｉｚａｔｉｏｎ −Ｓ ｐｏｌαｒｔｚａｔ＋ｏｎ λ／ｄ
Claims (4)
- （１）回折格子と非球面単レンズおよび半導体レーザ素
子を具備し、前記半導体レーザ素子の出力光を前記回折
格子に入射し回折光を前記半導体レーザ素子に帰還し半
導体レーザ素子の他端から単一波長の出力を得ることを
特徴とした光帰還型発光装置。 - （２）回折格子に溝形状の一次微分係数が連続な有限フ
ーリエ回折格子を用いることを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載の光帰還型発光装置。 - （３）使用波長λに対し格子定数ｄが、０．２＜λ／ｄ
＜１．７の範囲を有する回折格子を用いたことを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項または第（２）項のいず
れかに記載の光帰還型発光装置。 - （４）半導体レーザ素子の片端面に反射防止膜を付けた
ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項、第（２）
項または第（３）項のいずれかに記載の光帰還型発光装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62282448A JPH01124281A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 光帰還型発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62282448A JPH01124281A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 光帰還型発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01124281A true JPH01124281A (ja) | 1989-05-17 |
Family
ID=17652556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62282448A Pending JPH01124281A (ja) | 1987-11-09 | 1987-11-09 | 光帰還型発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01124281A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61140190A (ja) * | 1984-12-12 | 1986-06-27 | Canon Inc | 半導体レ−ザ |
| JPS61181184A (ja) * | 1985-02-07 | 1986-08-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 通信及び計測用安定化光源 |
| JPS62230074A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 周波数安定化光源 |
-
1987
- 1987-11-09 JP JP62282448A patent/JPH01124281A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61140190A (ja) * | 1984-12-12 | 1986-06-27 | Canon Inc | 半導体レ−ザ |
| JPS61181184A (ja) * | 1985-02-07 | 1986-08-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 通信及び計測用安定化光源 |
| JPS62230074A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 周波数安定化光源 |
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