JPH0143873Y2

JPH0143873Y2 -

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Publication number: JPH0143873Y2
Application number: JP1984151068U
Authority: JP
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1989-12-19
Also published as: JPS6166970U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は光通信機器・光情報処理機器・光計測
用機器等光応用機器の多くに使用する半導体レー
ザ装置特に戻り反射光が前記半導体レーザに再入
射しても雑音の発生を誘起しない構造の半導体レ
ーザ装置に関する。

（従来技術）半導体レーザは近年数多くの機器に利用されて
きており、代表的な装置としては光情報伝送用端
局装置や光デイスク装置における光ピツクアツプ
などを挙げることができる。その利用の形態とし
ては、以下のようなものがある。例えば光情報伝
送用端局装置では、伝送すべき情報信号によつて
半導体レーザの駆動電流を変調し、半導体レーザ
の出力光をレンズ等によつて集束し、光信号伝送
路である光フアイバに結合し出力する。また光デ
イスク装置たとえば光ビデオデイスクのピツクア
ツプでは、半導体レーザ光を複数のレンズによつ
て微小な光輝点を光デイスク面上の信号トラツク
に追随させて照射する。光デイスク面上の記録ピ
ツトからの反射光を前記レンズ群の間またはこれ
よりレーザ側に挿入された半透鏡や偏向プリズム
によつて光路を偏向させて光検出器に入射させ、
信号検出を行つている。

（考案が解決しようとする問題点）これらの光応用機器では光の透過経路の各部か
ら反射する光が光源である半導体レーザに再入射
し、これによつて半導体レーザの発振モードの競
合を生じて雑音が発生するという問題がある。た
とえば光情報伝送端局装置では、半導体レーザの
発振光を光フアイバに集光するためレンズの光入
出射面、光フアイバの光入射端面や光フアイバ途
中に設けられているコネクタの端面などから反射
し、これらの光が半導体レーザに再入射する。ま
た光ビデオデイスクのピツクアツプでは光ビーム
の経路の途中に設けた光部品からの反射光に加
え、更にデイスク基板からの反射光が半導体レー
ザに戻り入射し、前述の雑音の発生を誘起する。
雑音の発生は光情報伝送品質の劣化、デイスク再
生信号の劣化、デイスク再生画像品質の劣化等を
引き起す。従来通常の光ビデオデイスクのピツク
アツプでは半導体レーザへの戻り光を押さえるた
めに偏光ビームスプリツタと1/4波長板との組合
せになる簡易形の光アイソレータが用いられる。
この簡易光アイソレータの原理は、1/4波長板を
往復した光は、1/4波長板入射前の偏光と直交す
ることから偏光ビームスプリツタによつて戻り光
を偏向除去するものである。光デイスク面での反
射が偏光状態変化をともなわない場合であつても
上記のアイソレータで得られるアイソレーシヨン
は最大20〜25dB程度であり半導体レーザの光を
コリメートするコリメートレンズの透過率を30％
程度としても半導体レーザへは常に0.3〜0.1％の
戻り光を生じている。よく知られているように光
デイスクの表面は樹脂による保護膜が形成されて
いる。この保護膜の不均質性は反射光の偏光面に
回転を生じさせる。このため偏光ビームスプリツ
タによる戻り光の偏光除去が不十分となり半導体
レーザへの戻り光は更に増大し、雑音の発生量が
増大する。

半導体レーザへの戻り光が0.1〜１％程度あつ
ても、半導体レーザの軸モードの競合による雑音
の発生を低く抑える方法として、半導体レーザの
駆動電流に直流成分に加えて500MHz〜1GHzの高
周波を重畳し、レーザ光のコヒレンシを落す方法
が知られているが、高周波重畳用の付加回路を必
要とし、高周波であるため電気インピーダンスの
整合を取るための半導体レーザとの高度な実装技
術を必要とし、結果的に価格が高くなるという難
点を有する。

駆動電流に高周波信号を重畳することなく、直
流電流を印加するだけで発振光に1GHz程度の自
励振動を起すようなレーザ発振特性を有する半導
体レーザを用い低雑音化を策る方法も知られてい
る。この自励発振のメカニズムは未だ充分に解明
されていない。半導体レーザの活性層の組成、厚
さ、活性層に隣接し基板との間に位置するクラツ
ド層の組成、厚さ等を極めて限定された領域に、
極めて制御性よく条件を整えなければ有効な発振
特性を得ることは出来ない。半導体レーザを製造
する工程における現在の結晶成長技術では制御性
は不十分であり、歩留、収率は低く、結果的に価
格が高くなるという欠点を有する。

半導体レーザへの戻り光を阻止する方策とし
て、光路中に光透過特性の非可逆な特性を有する
素子光アイソレータを挿入することが考えられ
る。光ビデオデイスク等に用いられる半導体レー
ザの発振波長は0.78〜0.85μｍ範囲の波長である。
この波長域で利用することが提案されているアイ
ソレータとしては強磁場中に挿入された高濃度鉛
ガラス中を光ビームを多重回折返し透過させる構
成となつている。しかしながらこの形のアイソレ
ータはマツチ箱大と容積が大きく、重量は重く、
高価である。また、強磁場を必要とすることか
ら、強力な永久磁石を使用しているため、外部へ
の漏れ磁界も強く、光デイスク装置用光ピツクア
ツプ内や光通信用機器に用いるには不適当であ
る。

以上のように従来の技術ではいずれも難点があ
る。

本考案は、上記のような従来の難点を除去し、
低価格で高いＳ／Ｎ特性を有する半導体レーザ装
置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本考案は、半導体レーザを内蔵し、該半導体レ
ーザの発振光の出射端面に、成膜法によつて形成
したガーネツト膜を設け、該ガーネツト膜に対し
て前記半導体レーザの発振光が透過する方向に磁
場を印加する手段を配したことを特徴とするアイ
ソレータ付半導体レーザである。

（作用）本考案は上述の構成をとることにより従来技術
の問題点を解決した。非可逆素子として動作する
ガーネツト膜が半導体レーザの出射端面に設置さ
れているため、出射レーザ光が進行する過程でそ
の光路中に設置された各光部品の境界面から反射
して戻る光のすべてが非可逆な透過特性を受け
る。このため半導体レーザへの戻り光による雑音
が誘起されることがない、またガーネツト膜をス
パッタ法や共蒸着法をはじめとするPVD法
（Phyical Vapour Deposition法）によつて形成
するため、従来の液相結晶成長法等の化学的な結
晶成長技術によつて形成されるガーネツト膜に比
べて遥かに高濃度のビスマスを膜に含有させるこ
とができる。このため、非可逆透過特性を与える
に必要な、一方透過で45゜の偏光回転を薄い膜厚
で生じさせることができる。以上の構成をとるこ
とにより、簡単な構造で極めて優れた半導体レー
ザの低雑音特性が得られる。

（実施例）以下本考案の実施例について図面を参照して詳
細に説明する。第１図は本考案の一実施例を示す
半導体レーザーの構成図である。１は半導体レー
ザチツプ、２は半導体レーザのレーザ発振に寄与
するレーザ活性領域である。レーザ共振を生ずる
一方の端面に非磁気光学物質の誘電体膜３が設け
られ、該誘電体膜３の上に、磁気光学特性と有す
るガーネツト膜４が形成されている。該ガーネツ
ト膜４には前記半導体レーザチツプ１の発振光が
透過する方向に磁場５が印加されている。前記誘
電体膜３は、この上にガーネツト膜４が付加され
たことよつて、半導体レーザの端面の反射率が、
レーザ発振が阻害されるほど低下することのない
ように設けた光学的バツフア層であつて、例えば
酸化珪素（SiO₂）などを1/2波長程度スパッタ法
などによつて形成してある。半導体レーザチツプ
１を発振した水平直線偏光光は、ガーネツト膜４
を透過すると45゜のフアラデー回転を受ける。こ
のレーザ発振光の光路中に存在する反射面から反
射し、半導体レーザチツプ１に戻つた光は、該ガ
ーネツト膜４を逆方向に再び透過すると、更に
45゜の回転を受ける。反射光の偏光は発振光とは
直光するため、半導体レーザに再入射しても戻り
光によつて誘起される雑音を発生することがな
い。

第２図は第１図のアイソレータ付半導体レーザ
１２を光ピツクアツプに応用した図である。１１
は前記半導体レーザ１２を、ガーネツト膜を設け
た出射面が窓（ウインドウ）１４を介して発振光
が取出せるようにこれに対向するようにマウント
したステムであり、１３は半導体レーザ１２を封
入するためのキヤツプである。ガーネツト膜に光
の透過方向に磁場を印加する円環状の磁石１５が
キヤツプ１３にはめ込まれている。１６は半導体
レーザ１２の出射光を平行光束化するコリメート
レンズ。１７はハーフミラー。１８はハーフミラ
ーを透過したコリメートビームを集束し、光デイ
スクに照射集光する対物レンズである。

半導体レーザ１２は接合面に平行な電界成分を
有する直線偏光で発振する。光透過方向に磁場１
５が印加された半導体レーザの端面のガーネツト
膜を透過した光はレンズ１６によつて平行光束さ
れ、その強度の1/2がハーフミラー１７を直進透
過し、レンズ１８によつて集束され、デイスク面
１９で反射されて再びハーフミラー１７に逆入射
する。ハーフミラー１７を逆入射した光の1/2は
直進し、レンズ１６を介して半導体レーザ１２に
向う。この光は半導体レーザ１２に設けたガーネ
ツト膜を再び透過すると、さらにフアラデー回転
を45゜受ける。すなわち半導体レーザ１２に逆入
射する光はその偏光が半導体レーザ１２を出射す
る光とは直交している。発振偏光と直交する偏光
が半導体レーザ１２に入射しても戻り光雑音は誘
起されないことはよく知られている。

第３図は本考案のさらに他の実施例の構成を示
す図で光通信装置の光源部に応用した例である。
２０はロツドレンズ、２１は光フアイバである。
ガーネツト膜を通して半導体レーザ１２を出射し
た光はレンズ２０を経て光フアイバ２１に結合さ
れる。該レンズ２０の入出射面、光フアイバ２１
の入射面および光フアイバ２０の他端のそれぞれ
から生ずる反射光はガーネツト膜を再度透過する
ことになるため、出射光とは直交した偏光となる
ため半導体レーザにこの光が再入射しても前述の
如く雑音の発生が誘起されることはない。

本考案に使用するガーネツト膜は一例として以
下のように製作することができる。通常のRFス
パツタ装置やプレーナ・マグネトロン・スパツタ
装置を用い、ターゲツトに酸化ビスマス、酸化イ
ツトリウム、酸化鉄等の粉体を焼結して作つた焼
結体を用いて、アルゴン又は酸化雰囲気中でスパ
ツタして、誘電体膜の上から半導体レーザ端面上
にアモルフアス膜を生成させる。これを大気また
は酸素雰囲気中で熱処理を行つて結晶化する。成
膜法としてはスパツタ法の他にMBE法（分子線
エピタキシヤル法）や、イオン化ビーム蒸着法な
ど一般にPVD法と呼ばれている多くの成膜法を
用いることができる。

このような成膜法で作つた、イツトリウムをビ
スマスで置換したガーネツト膜Bi_xY_3-xFe₅O₁₂で
は通常の液相成長法で作製した場合に比べビスマ
ス置換量をはるかに大きくすることができる。通
常のビスマスの置換量が増大すると、これに比例
してフアラデー回転能が増大する。例えば液相成
長法で作製した場合に、ビスマスの置換量はせい
ぜいｘ〜１程度であるがスパツタ法ではｘ〜３程
度が実現できる。このためフアラデー回転能も３
倍近く増大する。ｘ〜１の組成の材料で、波長〜
0.8μｍの光波の偏光を45゜回転させるのに要する
材料の厚さは45μｍであるが、ｘ〜３の材料では
15μｍ程度で済み、これは成膜技術によつて充分
に実現できる厚さである。更に膜組成原子として
コバルトを導入するとフアラデー回転能が増大す
ることが判明している。また、R₃Fe₅O₁₂（Ｒは希
土類原子）の組成中の酸素を硫黄原子で置き換え
た、たとえばR₃Fe₅S₇.₅O₄.₅の組成では更にフア
ラデー回転能が増大することが明らかになつてい
る。これらのうち適切な組成を選ぶことにより、
45゜偏光回転に要する膜の厚さを更に減少させる
ことができる。

（考案の効果）以上のように本考案によれば、簡単な構造によ
り、半導体レーザへの戻り光誘起雑音を抑制し、
極めて低雑音の特性を与えるアイソレータ付半導
体レーザを得ることができる効果を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案半導体レーザ装置の実施例の構
成を示す図、第２図、第３図は応用例を示す構成
図である。１……半導体レーザチツプ、２……レーザ活性
領域、３……誘電体膜、４……ガーネツト膜、５
……バイアス磁気、１２……半導体レーザ、１５
……磁石。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

半導体レーザを内蔵し、該半導体レーザの発振
光の出射端面に成膜法によつて形成されたガーネ
ツト膜を有し、該ガーネツト膜に対して、前記半
導体レーザの発振光が透過する方向に磁場を印加
する手段を配したことを特徴とする光アイソレー
タ付半導体レーザ装置。