JPH01278788A - 光帰還型発光装置 - Google Patents
光帰還型発光装置Info
- Publication number
- JPH01278788A JPH01278788A JP63109337A JP10933788A JPH01278788A JP H01278788 A JPH01278788 A JP H01278788A JP 63109337 A JP63109337 A JP 63109337A JP 10933788 A JP10933788 A JP 10933788A JP H01278788 A JPH01278788 A JP H01278788A
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- JP
- Japan
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- semiconductor laser
- light emitting
- emitting device
- diffraction grating
- optical feedback
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- Pending
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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（ｉ
ｌ）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。
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（ｉ
ｌ）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は対物レンズ２１によって、コ
リメートされ回折格子１２に入射される。
の片端面より出た光１９は対物レンズ２１によって、コ
リメートされ回折格子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１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。
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た出力光２
０を他の端面から出力する。
また回折格子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
′＃Ｘ１．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（ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｌ
Ｂ−ＴＴＥＲ）２１巻１５号６８５ペ一ジ１９８５年、
アプライドフィジックスレター（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）２５巻１２号１９７４年
７４４ページ。
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
′＃Ｘ１．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（ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｌ
Ｂ−ＴＴＥＲ）２１巻１５号６８５ペ一ジ１９８５年、
アプライドフィジックスレター（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）２５巻１２号１９７４年
７４４ページ。
発明が解決しようとする課題
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。光帰還型発光値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。第４図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。第４図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。このため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
、変調できる帯域が太き（制約される。特に通信に用い
る場合数百ＭＨｚから数Ｇとｔｌｚ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。光帰還型発光値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。第４図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。第４図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。このため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
、変調できる帯域が太き（制約される。特に通信に用い
る場合数百ＭＨｚから数Ｇとｔｌｚの帯域が不可欠にな
っている。
外部共振器長を決めるものはレンズ長と焦点距離である
が、開口数が一定の場合、焦点距離が短くなり過ぎると
半導体レーザ素子１の端面における帰還光学系の分解能
が低下する。光帰還型発光装置の帰還光学系において配
下の条件を充たす必要がある。
が、開口数が一定の場合、焦点距離が短くなり過ぎると
半導体レーザ素子１の端面における帰還光学系の分解能
が低下する。光帰還型発光装置の帰還光学系において配
下の条件を充たす必要がある。
ｄ≦（ｋ” ＋０．２５） ”” ・λ ・
・・（１１に＝ｆ−Ｎ、Ａ、／２．４４・ｎ・ｌ
・・・（２１ｄは格子定数、λは波長、ｆは焦点距離
、Ｎ、Ａ。
・・（１１に＝ｆ−Ｎ、Ａ、／２．４４・ｎ・ｌ
・・・（２１ｄは格子定数、λは波長、ｆは焦点距離
、Ｎ、Ａ。
は開口数、ｎは半導体レーザの屈折率、１は半導体レー
ザの共振器長である。（１１および（２）式かられかる
ように、焦点距離を短くするとレンズの開口数を大きく
しなければならない。コリメートレンズの構成枚数を少
なくし、単レンズ化するのが望ましい。また単球面レン
ズを用いた場合、もともと収差が発生し、開口数が大き
くなるとさらに収差が大きくなる。グリンレンズにおい
ては、開口数の大きいものは得難い。回折格子１２を回
転することによって発振波長を３０ｎｍから１１００ｎ
にわたって可変できる。従って、発振波長が変化するた
めにコリメートレンズには色消しをする必要がある。色
消しを行うためには材質の異なるレンズを複数組み合わ
せる必要がある。しかし、単レンズの場合、通常のＢＫ
７やＳＦ８のような材料を用いたとすればアツベ数が３
０〜６０のため２０μｍ以上の焦点距離の移動が起こる
。焦点距離の移動にともない半導体レーザ素子１への帰
還光スポットが広がり、良好な結像特性が得られない。
ザの共振器長である。（１１および（２）式かられかる
ように、焦点距離を短くするとレンズの開口数を大きく
しなければならない。コリメートレンズの構成枚数を少
なくし、単レンズ化するのが望ましい。また単球面レン
ズを用いた場合、もともと収差が発生し、開口数が大き
くなるとさらに収差が大きくなる。グリンレンズにおい
ては、開口数の大きいものは得難い。回折格子１２を回
転することによって発振波長を３０ｎｍから１１００ｎ
にわたって可変できる。従って、発振波長が変化するた
めにコリメートレンズには色消しをする必要がある。色
消しを行うためには材質の異なるレンズを複数組み合わ
せる必要がある。しかし、単レンズの場合、通常のＢＫ
７やＳＦ８のような材料を用いたとすればアツベ数が３
０〜６０のため２０μｍ以上の焦点距離の移動が起こる
。焦点距離の移動にともない半導体レーザ素子１への帰
還光スポットが広がり、良好な結像特性が得られない。
従って、波長を変えると外部共振器と半導体レーザ素子
１との結合が弱くなり光帰還型発光装置の性能が低下す
ることになる。発振波長を変えると光強度が弱まり、不
安定になったり、雑音が増加する。スペクトル幅も広が
ってしまう欠点がある。
１との結合が弱くなり光帰還型発光装置の性能が低下す
ることになる。発振波長を変えると光強度が弱まり、不
安定になったり、雑音が増加する。スペクトル幅も広が
ってしまう欠点がある。
本発明は上記課題に鑑み、波長変化による焦点移動が小
さく、小型かつ高性能で、安価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。
さく、小型かつ高性能で、安価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。
課題を解決するための手段
上記課題を解決するために本発明の光帰還型発光装置は
第一面が正の屈折力を持つ非球面で構成され、ｄ線に対
するアツベ数ν、開口数Ｎ、Ａ、。
第一面が正の屈折力を持つ非球面で構成され、ｄ線に対
するアツベ数ν、開口数Ｎ、Ａ、。
焦点距離［が、
ν〉８Ｏ
Ｎ、Ａ、≧０．４
ｆ≦１０龍
の条件を充たすところの単レンズを用い、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。
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、波長変化による焦点移
動が小さく、小型かつ高性能で、安価かつ周波数応答特
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。
動が小さく、小型かつ高性能で、安価かつ周波数応答特
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。
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、−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。また、（１１および（２）式からレン
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、６ｍｓ、 １．３μｍの
半導体レーザ素子の場合、４龍程度となり数百ＭＨｚ以
上の変調が可能になる。また回折格子３を回転させて半
導体レーザ素子１の波長を変えた場合においてもアツベ
数が８０より大きいと焦点距離の変動が小さく、帰還光
の半導体レーザ端面上での結像状態の劣化は小さい。第
５図に本発明における光帰還型発光装置の波長としきい
値の関係を示す。外部共振器の光学調整は波長λ。（０
，８３μｍ）でおこなったものである。光帰還型発光装
置のしきい値は外部共振器と半導体レーザ素子１との結
合強度を示すものであり、本発明の非球面単レンズ２を
用いた場合、波長変化による焦点移動が小さいために波
長可変範囲が従来に比較して広がっている。非球面単レ
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、−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。また、（１１および（２）式からレン
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、６ｍｓ、 １．３μｍの
半導体レーザ素子の場合、４龍程度となり数百ＭＨｚ以
上の変調が可能になる。また回折格子３を回転させて半
導体レーザ素子１の波長を変えた場合においてもアツベ
数が８０より大きいと焦点距離の変動が小さく、帰還光
の半導体レーザ端面上での結像状態の劣化は小さい。第
５図に本発明における光帰還型発光装置の波長としきい
値の関係を示す。外部共振器の光学調整は波長λ。（０
，８３μｍ）でおこなったものである。光帰還型発光装
置のしきい値は外部共振器と半導体レーザ素子１との結
合強度を示すものであり、本発明の非球面単レンズ２を
用いた場合、波長変化による焦点移動が小さいために波
長可変範囲が従来に比較して広がっている。非球面単レ
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、−次微分係数に不連
続点を持たない滑らかな形状を存し、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。
フーリエ回折格子とはその断面が、−次微分係数に不連
続点を持たない滑らかな形状を存し、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。
また第６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の長平方
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、開口数をＮＡｍａｘ、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／（ｆ・δλ・ＮＡｍ
ａｘ）・・・（３）を満たせば良い。（３）式を満たせ
ば、不要モード光１５が半導体レーザ素子１の発振に寄
与しない。特に格子の分散方向ＸとＰＮＮ接合面出を直
交させた場合、第６図ｔｂ）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。
向Ｘと、ＰＮ接合面１４、あるいは活性層１３の長平方
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、開口数をＮＡｍａｘ、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／（ｆ・δλ・ＮＡｍ
ａｘ）・・・（３）を満たせば良い。（３）式を満たせ
ば、不要モード光１５が半導体レーザ素子１の発振に寄
与しない。特に格子の分散方向ＸとＰＮＮ接合面出を直
交させた場合、第６図ｔｂ）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。
発明の効果
以上のように本発明は第一面が正の屈折力を持つ非球面
で構成され、ｄ線に対するアツベ数ν、開口数Ｎ、 Ａ
、 、焦点距離ｆが、 ν〉８Ｏ Ｎ、Ａ、≧０．４ ｆ≦１０龍 の条件を充たすところの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でかつ波長変化による焦点移動が
小さく、小型かつ高性能で、安価な光帰還型発光装置を
提供することができる。
で構成され、ｄ線に対するアツベ数ν、開口数Ｎ、 Ａ
、 、焦点距離ｆが、 ν〉８Ｏ Ｎ、Ａ、≧０．４ ｆ≦１０龍 の条件を充たすところの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でかつ波長変化による焦点移動が
小さく、小型かつ高性能で、安価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図はしきい値と波長の関係を示した特
性図、第６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・・・・・・回折格子、１３
・・・・・・活性層、１４・・・・・・ＰＮ接合面、１
８・・・・・・第１面。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第１図 第 ２ 図 ５５３ 図 第４図 へ１０５２ ／ 共扱Ａ長（ｃｍ） 第５図 １゜ 斌 長 Ｃμｍ〕
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図はしきい値と波長の関係を示した特
性図、第６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・・・・・・回折格子、１３
・・・・・・活性層、１４・・・・・・ＰＮ接合面、１
８・・・・・・第１面。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか１名第１図 第 ２ 図 ５５３ 図 第４図 へ１０５２ ／ 共扱Ａ長（ｃｍ） 第５図 １゜ 斌 長 Ｃμｍ〕
Claims (4)
- （１）回折格子と第一面が正の屈折力を持つ非球面で構
成され、ｄ線に対するアッベ数ν、開口数Ｎ．Ａ．、焦
点距離ｆが、 ν＞８０ Ｎ．Ａ．≧０．４ ｆ≦１０ｍｍ の条件を充たすところの単レンズおよび半導体レーザ素
子を具備し、前記非球面単レンズ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）半導体レーザ素子のＰＮ接合方向と回折格子の溝
方向とを傾けて配置したことを特徴とする請求項（１）
記載の光帰還型発光装置。 - （３）半導体レーザ素子のＰＮ接合方向と回折格子の溝
方向とを直交させたことを特徴とする請求項（１）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
ことを特徴とする請求項（１）、（２）または（３）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 |
|---|---|---|---|
| JP63109337A JPH01278788A (ja) | 1988-05-02 | 1988-05-02 | 光帰還型発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63109337A JPH01278788A (ja) | 1988-05-02 | 1988-05-02 | 光帰還型発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01278788A true JPH01278788A (ja) | 1989-11-09 |
Family
ID=14507669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63109337A Pending JPH01278788A (ja) | 1988-05-02 | 1988-05-02 | 光帰還型発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01278788A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH042192A (ja) * | 1989-12-26 | 1992-01-07 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 周波数変調用ハイブリッドレーザ装置 |
-
1988
- 1988-05-02 JP JP63109337A patent/JPH01278788A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH042192A (ja) * | 1989-12-26 | 1992-01-07 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 周波数変調用ハイブリッドレーザ装置 |
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