JPH02106083A - 半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置 - 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、コヒーレント光通信やコヒーレント光計測に
必要な狭スペクトル線幅レーザ光を発生させるための半
導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置に関する。

（従来の技術） 半導体レーザの発振スペクトル線幅を狭くするための半
導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置について種々の
提案がなされている。

半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化の方法として、半
導体レーザの外部の反射面からの反射光を半導体レーザ
に再注入する光帰還法や広帯域電気的負帰還法について
の実験が行われている。

光帰還法の一種として、２枚の共焦点凹面鏡から構成さ
れた光共振器からの共振光を半導体レーザに帰還させる
方法が知られている。

例えば、「共振光帰還による半導体レーザの周波数安定
化について」と題するダマニ等の論文（”　Ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ　５ｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒｓ　ｂｙ　ｒｅｓｏｎ
ａｎｔ　ｏｐｔｊｃａｌ　ｆｅｅｄｂａｃｋ”：　Ｂ、
Ｄａｈｍａｎｉ、　Ｌ、ＩＩｏｌｌｂｅｒｇ、　ｌ？、
Ｄｒｕｌｌｉｎｇｅｒ。

０ｐｔｉｃｓ　１ｅｔｌｅｒｓ、シｏ１．１２．Ｎｏ、
１１　　（１９８７）　、ｐｐ８７５〜８７８）が知ら
れている。

次に、この共焦点光共振器を用いた光帰還法を第１２図
を参照して説明する。

半導体レーザ１２０からの出射光は、レンズ（１２１）
で平行光とされ、ビームスプリッタ１２２に入射させら
れる。

ビームスプリッタ１２２により反射された光はスペクト
ル線幅狭窄系へ分離される。

スペクトル線幅狭窄系は、平行光線を集束するレンズ１
２３０反射８３０２４．共焦点光共振器１２６、受光素
子１２８から構成されている。

反射鏡１２４は電歪素子（ＰＺＴ−φ）に支持されてお
り、反射鏡１２４の位置が微調整される。

共焦点光共振器１２６は２枚の凹面反射鏡を向い合せて
形成されており、一方の凹面反射鏡は電歪素子（ＰＺＴ
−Ｃ）に支持され共振器長を変えられるように構成され
ている。

レンズ１２３により集束されたレーザ光は共焦点光共振
器１２６の２枚の凹面鏡の中心線に対して、傾いて入射
させられ入射点での反射光は半導体レーザ１２０には帰
還しない。

凹面鏡の入射点と、他方の凹面鏡の２点間のＶ字形光路
の光路長が入射光波長の整数倍であるときに光共振器１
２６内に入射した光は共振させられる。

共振光は凹面鏡を透過し共振器外へ４方向に出射する。

４方向に出射するこの共振器出射光の１方向分は共振器
への入射光光路を戻り、半導体レーザ１２０に帰還する
。

このように、光共振器１２６から半導体レーザ１２０へ
帰還する光は、光共振器１２６の共振特性の情報のみを
持っており、光共振器１２６の共振周波数に共鳴したと
きだけ戻り光が大きくなる。

そこで、半導体レーザ１２０は自己引き込み効果を生じ
、安定したスペクトル線幅狭窄が行われる。

反射鏡１２４を支持する電歪素子（ＰＺＴ−φ）は戻り
光位相を最適化するために、半導体レーザ１２０と光共
振器１２６の入射部間光路長をｉＪ！ｉｔ整する目的で
使用される。

光共振器１２６を構成する２枚の凹面反射鏡の一方を支
持する電歪素子（ＰＺＴ−Ｃ）は前述のように共振器長
を調整し、入射光波長の整数倍として共振させる目的で
使用される。

受光素子１２８は、共振器１２６の出力のモニタに使用
されている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置は以上
の様に主として２枚の共焦点凹面鏡で構成された光共振
器を使用している。

そのために、以下のような解決されるべき課題がある。

（１）共振器空洞が空気媒体のために、空気のゆらぎや
温度変化の影響を受け、共振器光路長が不安定となり、
安定したスペクトル線幅狭窄化が行われ難い。

（２）光共振器に２枚の共焦点凹面鏡を用いるので、そ
の間隔を一定に保つスペーサ、片方の凹面鏡を微動させ
る電歪素子およびそれらを保持する部品が必要である。

そのため、光共振器が大形になりやすく、小形化に通し
ない。

（３）光共振器の構成は前述のとおりであるから光共振
器の部品点数が多く、堅牢さが不足し、外部からの振動
や、衝撃の影響を受けやすい。

（４）光共振器の共振器長を温度変動に対して一定に保
つために低熱膨張率スペーサを用い、かつ電歪素子で微
調整する必要がある。

（５）光共振器は前述のように多（の部品が必要である
。そのうち主要な部品には特殊な高精度加工と組立時の
困難な調整が必要である。

本発明の主たる目的は、前述の問題点を解消し、小形、
堅牢、低コストな半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化
装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、光共振器の共振器長と導波路屈折
率が安定であることにより、安定して半導体レーザのス
ペクトル線幅狭窄化を実現できる半導体レーザのスペク
トル線幅狭窄化装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、半導体レーザのスペクトル
線幅を狭窄化してさらに外部から変調をすることができ
るようにした半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために本発明による半導体レーザの
スペクトル線幅狭窄化装置は、外部の反射面からの反射
光を半導体レーザに再注入する光帰還法を用いる半導体
レーザのスペクトル線幅狭窄化装置において、半導体レ
ーザと、光を低損失で伝搬する固体の導波路で光共振器
空洞を形成した光共振器と、前記半導体レーザと光共振
器入射部間の光路長をレーザ波長のほぼ整数倍とし、前
記レーザ光の前記光共振器内で共振したレーザ光の一部
は半導体レーザへ帰還させられ、前記光共振型入射部か
らの反射光は前記半導体レーザへ帰還されない関係を保
つ光路設定手段を設けて構成されている。

このように、本発明による半導体レーザのスペクトル線
幅狭窄化装置は、従来の技術で用いていた２枚の共焦点
凹面鏡等から構成された光共振器にかえて、光を低損失
で伝搬する固体の導波路で光共振器空洞を形成した一体
形光共振器を用いるものであり、以下の各種の一体形光
共振器を構成品とすることができる。

（１）光を低損失で伝搬する固体の２つ以上の端面を高
反射率とした光共振器。

（２）入射側２端子、出射側２端子の光方向性結合器の
構造をした光共振器。

（３）光方向性結合器とそれを含むリング状導波路の構
造を用いた光共振器。

また光共振器の光入射部と半導体レーザ間光路長はレー
ザ波長のほぼ整数倍に調整するか、または受光素子１発
振器１位相敏感検出器、光路長駆動機構で構成した光路
長安定化要素で安定に維持する構成とすることができる
。

（作用） この様な構成で以下の作用により半導体レーザのスペク
トル線幅狭窄化を行う。

半導体レーザからの出射光は、光共振器に導かれ光共振
器の入射端面に達する。

この入射端面で反射されたレーザ光が半導体レーザに戻
らないように、入射端面に対し斜め入射をさせる。

一体形光共振器内に入射したレーザ光の波長に対し、共
振器光路長がほぼ整数倍であれば共振を生ずる。共振光
は光共振器外部へ出射される。

光共振器２内光は複数方向へ出射されるが、そのうちの
１方向は入射光軸を戻り半導体レーザへ帰還する。この
光共振器からの戻り光は光共振器の共振特性の情報のみ
を持っており光共振器の共振周波数に共鳴した時だけ戻
り光が大きくなる。

そこで半導体レーザと光共振器外部までの光路長がレー
ザ波長のほぼ整数倍の時、半導体レーザは自己引き込み
効果を生じ、安定したスペクトル線幅狭窄がおこなわれ
る。

以上は、ガラスブロック等で作られた一体形光共振器を
用いた時の作用であるが、光ファイバ等の導波路を持つ
方向性結合器の光ファイバ部で一体形光共振器を構成し
た場合も同様の作用を得る。

この場合は、光共振器へのレーザ光入射部が方向性結合
器の結合部となる。

従来技術で用いた２枚の共焦点凹面鏡等から構成された
光共振器に比べて、本発明の一体形共振器は共振のフィ
ネスが同等かそれ以下であり、半導体レーザへの戻り光
量も同等かそれ以下となるが、半導体レーザはわずかな
戻り光量でもスペクトル線幅狭窄化を実現できる。

この様に、本発明は一体形光共振器を用いて半導体レー
ザの線幅狭窄化を行うために、温度安定性が良く、小形
で堅牢、低コストに作成でき、組立、調整が容易である
。

（実施例） 以下、図面等を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図は、半球体の光共振器を使用した本発明による半
導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置の実施例を示す
略図である。

半導体レーザ１の後方光をスペクトル線幅狭窄化に用い
、前方光を出射光として用いている。

半導体レーザ１からの光はレンズ３で集光され、一部が
光共振器２に入射させられる。

半球形状の光共振器２は均一な光学ガラスで一体に製作
されたものである。

光共振器２の球の中心点を通る平面（Ａ面）と球面（８
面）には高反射率の反射膜コーティングを施しである。

半導体レーザｌからレンズ３を介してこの光共振器２に
入射させられるレーザ光は、平面（Ａ面）中心の法線に
一定の傾きを持っている。

したがって、この中心点に斜めに入射させられたレーザ
光のうち、反射光は（ａｌの示す方向に反射して、半導
体レーザ１には戻らない。

光共振器２に前述のように入射させられたレーザ光は、
まず（ｄｌの方向に進み球面（８面）で反射させられ入
射点に戻り、入射点でｔｃ＞の示す方向に反射させられ
球面（８面）で反射させられる。

このようにしてＡ面の一点と８面の２点間でＶ字形の繰
り返し反射光路が形成されるこの光路の光路長がレーザ
光波長の整数倍となるときに共振させられる。

光共振器２内で共振しているレーザ光は共振器外部へ漏
れ出し、（ａ）、　（ｂ）、　ｆＣ）および（ｄ）の４
方向へ伝搬させられる。

そのうち、光共振器２への入射径路に逆光する（ｂｌの
方向への出射光のみが半導体レーザ１への戻り光となる
。

半導体レーザ１と光共振器２の入射点間の光路長が、半
導体レーザ１の発生するレーザ波長のほぼ整数倍となる
ように設定すると、半導体レーザｌは自己引き込み効果
を生じ、安定したスペクトル線幅狭窄が行われる。

この実施例は最も容易に入手できる半球体を利用した光
共振器２を用いたが光共振器２の曲面が回転楕円面状や
回転放物面状であっても、前述と同様な７字形の繰り返
し反射光路を形成することができ、同様に光共振器２を
形成させることができる。

またこの実施例では、半導体レーザ１の後方光をスペク
トル線幅狭窄化に用い、前方光を出射光として用いてい
るが、前方光を光分岐結合素子で２分割し、一方をスペ
クトル線幅狭窄化に用い、他方を出射光としても同様で
ある。

第２図に示されている装置は前記実施例とほぼ同一の原
理で動作する他の実施例を示す。

この実施例は前記半球体の光共振器２の代わりに半円柱
体光共振器２２を使用している。

半円柱体光共振器２２は光学ガラス等を素材とした半円
柱形状である。

光共振器２２の平面と柱状の面には高反射率の反射膜コ
ーティングを施しである。

前述の実施例と同様に入射平面と、柱状の面の２点間で
Ｖ字形の繰り返し反射光路が形成され、その光路長がレ
ーザ光波長の整数倍となるときに共振させられる。

そして、半導体レーザ１と光共振器２２の入射点間の光
路長が、半導体レーザ１の発生するレーザ波長のほぼ整
数倍となるように設定すると、半導体レーザ１は自己引
き込み効果を生じ、安定したスペクトル線幅狭窄が行わ
れる。

第３図に示す装置も前記第１図と第２図に示した実施例
とほぼ同一の原理で動作する他の実施例を示す。

この実施例は光共振器２３として断面が２等辺３角形状
をした光学ガラスの角柱を使用している。

光共振器２３の３平面には高反射率の反射膜コーティン
グを施しである。

前述の実施例と同様に入射平面と、他の面の２点間で７
字形の繰り返し反射光路が形成され、その光路長がレー
ザ光波長の整数倍となるときに共振させられる。

そして、半導体レーザｌと光共振器２３の入射点間の光
路長が、半導体レーザ１の発生するレーザ波長のほぼ整
数倍となるように設定すると、半導体レーザ１は自己引
き込み効果を生じ、安定したスペクトル線幅狭窄が行わ
れる。

第４図は、光共振器２４としてエタロンを用いたさらに
他の実施例である。

ここで使用するエタロンは、ガラスまたは水晶の極めて
平面度の良い平行平面板の両面に金属膜または誘電体層
を着けて反射率をあげた光学素子である。入射平面と、
他の面で繰り返し反射光路が形成され、その光路長がレ
ーザ光ａＸの整数倍となるときに共振させられる。

そして、半導体レーザ１→レンズ３−ビームスプリッタ
４−反射鏡５−光共振器２４の光路長と、半導体レーザ
１→レンズ３→ビームスプリンタ４−反射鏡６−光共振
器２４の各光路長が半導体レーザ１の発生するレーザ波
長のほぼ整数倍となるように設定する。

半導体レーザ１からの出射光がレンズ３により平行光と
なり、ビームスプリッタ４で２分割され反射鏡５．６で
それぞれ反射されエタロンにより形成される光共振器２
４に入射させられる。このとき、光共振器２４を形成す
るエタロンの反射面の法線をレーザ光光軸に対しわずか
に傾けて取りつけることにより入射面からの反射光が半
導体レーザ１へ戻らないように設定しである。

光共振器２４を形成するエタロンへの入射光がこのよう
にわずかな入射角を持つとき、実質的フィネス（ｆｉｎ
ｅｓｓｅ　）は低下するが、半導体レーザ１のスペクト
ル線幅狭窄化作用は前例と同様に発生する。

第５図に示す装置は、光方向性結合器を用いた半導体レ
ーザのスペクトル線幅狭窄化装置のさらに他の実施例を
示す略図である。

この実施例において、光共振器２５は入射端２端子、出
射端２端子の光ファイバ方向性結合器に組み込まれた例
である。

光ファイバ方向性結合器の光ファイバ２５の入射端面ｆ
ｃ）、出射端面（ｄ）に高反射率反射膜を形成し、この
両端面間の光路を光共振器２５とする。

半導体レーザ１からの出射レーザ光は光ファイバ方向性
結合器の光ファイバ７の入射端面（ａ）から入射し、結
合部８で一部の伝搬光が光共振器２５に入射し、残りの
伝Ｉｌｌ光は出射端面（ｂ）より出射する。

光共振器２５で共振したレーザ光の一部は結合部８から
光ファイバ７の前記入射端面（ａ）を逆行して半導体レ
ーザ１に戻ることによりスペクトル線幅狭窄化が行われ
る。

このとき、半導体レーザ１と方向性結合器の結合部８間
の光路長をレーザ波長のほぼ整数倍に設定しである。

第６図に示した実施例装置は、第４図に示した実施例と
多くの共通する構成を持つさらに他の実施例である。

この実施例は前記第４図に示した実施例で用いられたエ
タロンを用いた光共振器２４の代わりに、両端面高反射
率の反射防止膜を施した光ファイバにより光共振器２６
を形成している。

光ファイバによる光共振器２６の両端に集光レンズ１０
．１１をそれぞれ配置しである。

光ファイバによる光共振器２６の両端面は入射光軸に対
して斜めに設定し、端面での反射光が直接半導体レーザ
ｌに戻らないようにしである。

第７図は、光共振器２７を光ファイバリング共振器を利
用して形成した半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装
置の実施例を示す略図である。

３個の光ファイバ方向性結合器の結合部１２，１３．１
４を第７図に示すように接合し半導体レーザのスペクト
ル線幅狭窄化装置を形成する。

前記半導体レーザ１からのレーザ光で前記リング状導波
路を右回りする光は第１の結合部１３．左回りする先は
第２の結合部１４より前記リング状導波路に入射してリ
ング共振し、右回り共振光の一部は前記第２の結合部１
４．左回り共振光の一部は前記第１の結合部１３を通っ
て前記半導体レーザ１への戻り光となる。

半導体レーザ１からの出射レーザ光は光ファイバ１５に
入射し、第１の方向性結合器の結合部１２で２分岐され
る。

そして分岐された各レーザ光は、光共振器２７を形成す
る光ファイバリング共振器に第２の光ファイバ方向性結
合器の結合部１３と、第３の光ファイバ方向性結合器の
結合部１４から入射させられる。

光共振器２７であるリング共振器に入射しなかったレー
ザ光は光ファイバ方向性結合器の結合部１３．１４の出
射端１９．１８より出射し、半導体レーザｌへは戻らな
い。

光共振器２７で共振したレーザ光は方向性結合器の結合
部１３．１４および１２を通って半導体レーザ１への戻
り光となりスペクトル線幅狭窄化が行われる。

第８図に示されている装置は、第１図に示した基本的な
実施例に長期安定化制御系を組み込み、より具体化した
半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置の実施例を示
す略図である。

半導体レーザ１は注入電流制御回路３１からインダクタ
ンスＬを介して電流を供給され、レーザ発振させられる
ことによりレーザ光を出射する。

半導体レーザ１からのレーザ光はレンズ３で集光され第
１図に関連して説明した形状を備える光共振器２に入射
させられる。

光共振器２の入射面からの反射光が半導体レーザ１には
戻らないように入射角をつけであることは前述のとおり
である。

光共振器２からの出射光の一部を受光素子３４で検出し
、注入電流制御回路３１ヘフイードバツクする。

これにより、注入電流制御回路３１は、半導体レーザ１
の発振光が光共振器２で共振する波長になる様に注入電
流を制御する。

また、光路長可変駆動機構３２に発振器３６より定周波
の変調をかけ、半導体レーザ１と光共振器２の入射部間
光路長を変調し、受光素子３４の出力と発振器３６の出
力信号を位相敏感検波器３５で位相検波し、位相ずれ出
力を光路長可変駆動機構の電歪素子３３にフィードバッ
クし、半導体レーザ１と光共振器２の入射部間光路長が
レーザ波長のほぼ整数倍となる様に制御する。

この構成により、長期にわたり、かつ環境条件変化に対
し安定した半導体レーザの線幅狭窄化装置を実現できる
。

また、本構成では、半導体レーザ１の注入電流に外部変
調入力を重畳すれば、レーザ光周波数を変１周すること
力（できる。

このとき外部変調入力を注入制御回路３１へ流入させな
いためにリアクタンス（Ｌ）を組み込む。

外部変調周波数ｆｍは、光共振器２の自由スペクトル域
（ＦＳＲ）に対し、次の関係が成り立ったとき高い変調
効率を得ることができる。

ｆｍ＝ｎ−ＦｓＲ ただし、ｎは有理数である。

第９図に示されている装置は、第５図に示した基本的な
実施例に長期安定化制御系を組み込み、より具体化した
半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置の実施例を示
す略図である。

長期安定化制御系は、第８図とほぼ同様の構成であり共
通な要素には共通の数字を付して説明を省略する。

光路長可変駆動槻構として、この実施例では、電歪素子
を用いた光ファイバの光路長可変素子（ＰＺＴＩ）４１
を用いている。

本構成では、第８図の外部変調入力に比較して、より低
周波の外部変調入力に対応できる。

光共振器を形成する光ファイバ２５部分に電歪素子を用
いた第２の光路長可変素子（ＰＺＴ２）４２を組み込み
、外部変調入力で光ファイバ光路長に変調をかける。

すなわち光共振器長に変調をかけることを可能としてい
る。

この時、外部変調入力は同時に注入電流制御回路３１に
入力され、半導体レーザ１の注入電流も同位相で変調す
る。

これにより、先夫振器光路長がレーザ波長のほぼ整数倍
の設定を保つことができる。

次に本発明による半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化
装置によるスペクトル線幅狭窄化の実験データの一例を
示す。

第１０図は、第１図に示した形式の装置の実験データを
得るための実験装置の光路図である。

第１１図は、測定結果を示すグラフである。

ＳＬは第１図の半導体レーザ１．ＦＰＲは同じく光共振
器２．Ｌ１およびＬ２は同じく第１図のレンズ２に相当
する。Ｌｌはコリメートレンズ、Ｌ２は集光レンズ、Ｂ
Ｓは測定光を抽出するためのビームスプリッタである。

各要素の仕様は次のとおりである。

ＳＬ・・・半導体レーザ（日立型）ＨＬＰ１４００Ｌ１
・・・コリメートレンズ（オリンパス製）Ｖ８０３０ Ｌ２・・・集光レンズ（オリンパス！！りＶ１８１５ ＢＳ・・・ビームスプリッタ（ＨＯＹＡ製）５ｍｍ角 ＦＰＲ・・・光学ガラス材料、半１５ｍｍ、反射面の反
射率９０％、光軸に対し約５度傾 けて設定 線幅測定系・・・遅延自己ヘテロゲイン法。

分解節約１００　Ｋ　ＨＺ 第１１図に示す曲線■は半導体レーザ単体の測定値で線
幅（半値全幅）は４０ＭＨ２である。

■は前記実験により得られた狭窄後の曲線であるが、こ
の図面よりは解読できない。拡大して取得したデータか
ら約１００ＫＨ２という値を得ている。

（発明の効果） 本発明による半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置
は以上のように構成されているので次のような効果があ
る。

光共振器は光学ガラス素材で半円球形状とした構造例の
ように、温度変化による変形が小さいか、小さく制御す
ることが容易である。

そして、小形、軽量で堅牢であり、低コストに作成でき
る。

共振器空洞は光導波媒体である固体であり、空気媒体の
様に空気のゆらぎや温度変化の影響を受け、共振器光路
長が不安定となることがない。

これらの特長は光ファイバ方向性結合器から形成した光
共振器の例でも同様である。

本発明による半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置
では、前述のように光共振器の共振周波数に共鳴したレ
ーザ光のみを半導体レーザに帰還することにより、半導
体レーザは自己引き込み効果を生じ安定したスペクトル
線幅狭窄が行われる。

この構成は、光共振器と半導体レーザを主構成部品とし
ており、少ない部品で簡単な光軸調整で安定したスペク
トル線幅狭窄化装置を作成できる。

外乱に対する一体形光共振器の安定性の良さを生かし、
光共振器の共振周波数が半導体レーザの発振周波数のほ
ぼ整数倍となるよう注入電流を制御するフィードバック
系と、光共振器から半導体レーザ間の光路長をレーザ波
長のほぼ整数倍に維持するよう光路長を制御するフィー
ドバック系を構成要素とした本発明装置は、長期にわた
り安定して半導体レーザのスペクトル線幅の狭窄化がで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、半球体の光共振器を使用した本発明による半
導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置の基本的な実施
例を示す略図である。 第２図は、半円柱体光共振器を使用した本発明による半
導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置の実施例を示す
光路図である。 第３図は、断面が角柱の光共振器を使用した本発明によ
る半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置の実施例を
示す光路図である。 第４図は、エタロンを光共振器として用いた半導体レー
ザのスペクトル線幅狭窄化装置の実施例を示す光路図で
ある。 第５図は、光方向性結合器を光共振器として使用した半
導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置の実施例を示す
光路図である。 第６図は、光ファイバを光共振器として用いた半導体レ
ーザのスペクトル線幅狭窄化装置の実施例を示す光路図
である。 第７図は、光共振器を光ファイバリング共振器を利用し
て形成した半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置の
実施例を示す略図である。 第８図に示されている装置は、第１図に示した基本的な
実施例に長期安定化制御系を組み込み、より具体化した
半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置の実施例を示
す略図である。 第９図に示されている装置は、第５図に示した基本的な
実施例に長期安定化制御系を組み込み、より具体化した
半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置の実施例を示
す略図である。 第１０図は、半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置
のスペクトル線幅狭窄化のデータを得るための実験装置
を示す略図である。 第１１図は、前記実験装置により得られた測定結果を示
すグラフである。 第１２図は、すでに提案されている半導体レーザのスペ
クトル線幅狭窄化装置を示す略図である。 ■・・・半導体レーザ ２．２１〜２６・・・光共振器 ３・・・半導体レーザの集光レンズ ４・・・ビームスプリンタ ５．６・・・反射鏡 ７・・・光ファイバ ８・・・光方向性結合器の結合部 ・・・光ファイバ ０．１１・・・レンズ ２．１３．１４・・・光方向性結合器の結合部５〜１９
・・・光ファイバ ト・・注入電流制御回路 ２・・・光路長可変駆動機構 ３・・・光路長可変駆動機構のＰＺＴ ４・・・受光素子 ５・・・位相敏感検波器 ６・・・発振器 １・・・光ファイバの光路長可変素子（ＰＺＴＩ）２・
・・第２の光路長可変素子（ＰＺＴ２）特許出願人　東
京航空計器株式会社 代理人　弁理士　井　ノ　ロ　　壽 第 を 図 第 図 第 図 第 図 會 第 図 第 図 ゝ６ 第 図 第 図 （ＰＲＩＯＲＡＲＴ） 第 図 第 図 １゛ ａ７＝　Ｊ’ｌ’；＆４！’　へ 第 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部の反射面からの反射光を半導体レーザに再注
   入する光帰還法を用いる半導体レーザのスペクトル線幅
   狭窄化装置において、半導体レーザと、光を低損失で伝
   搬する固体の導波路で光共振器空洞を形成した光共振器
   と、前記半導体レーザと光共振器入射部間の光路長をレ
   ーザ波長のほぼ整数倍とし、前記レーザ光の前記光共振
   器内で共振したレーザ光の一部は半導体レーザへ帰還さ
   せられ、前記光共振器入射部からの反射光は前記半導体
   レーザへ帰還されない関係を保つ光路設定手段を設けて
   構成したことを特徴とする半導体レーザのスペクトル線
   幅狭窄化装置。
2. （２）前記光共振器は光を低損失で伝搬する固体の２以
   上の界面を高い反射率の面とし、第１の前記面に入射さ
   れた光の反射光は前記半導体レーザに帰還されず、内部
   で共振した光の一部が帰還されるようにした請求項１記
   載の半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置。
3. （３）前記光共振器は入射側２端子、出射側２端子の光
   方向性結合器を利用して形成したものであり、方向性結
   合器の１入射導波路端面と１出射導波路端面を高反射率
   として光共振器を形成し、残りの１入射端に半導体レー
   ザからのレーザ光を入射させ、光共振器への入射、出射
   部を方向性結合器の結合部とした請求項１記載の半導体
   レーザのスペクトル線幅狭窄化装置。
4. （４）前記光共振器が複数の光方向性結合器を組み込ん
   だリング状導波路により形成され、前記半導体レーザか
   らのレーザ光で前記リング状導波路を右回りする光は第
   １の結合部、左回りする光は第２の結合部より前記リン
   グ状導波路に入射してリング共振し、共振光の一部の右
   回り光は前記第２の結合部、左回り光は前記第１の結合
   部を通って前記半導体レーザへの戻り光とした請求項１
   記載の半導体レーザのスペクトル線幅狭窄化装置。
5. （５）前記光共振器の出射光の一部を受光素子で検出し
   、受光素子出力を注入電流制御回路へ帰還し半導体レー
   ザの注入電流を制御し、前記光共振器で共振する波長の
   レーザ光を出射させ、半導体レーザと光共振器の入射部
   間の光路長を光路長駆動機構により一定周波数で変調し
   、受光素子検出出力と変調信号を位相敏感検波器で位相
   検波し、その出力を光路長駆動機構へ帰還することによ
   り光路長がレーザ波長のほぼ整数倍を維持するように制
   御した請求項１記載の半導体レーザのスペクトル線幅狭
   窄化装置。
6. （６）光方向性結合器の導波路が光ファイバであり、前
   記光共振器を形成する光ファイバ導波路に第１の光路長
   変調素子を組み込み、装置外からの変調入力で前記光路
   長変調素子と半導体レーザを同期して変調し半導体レー
   ザ発振波長を変調し、半導体レーザと光共振器の入射部
   間の光路長を半導体レーザからのレーザ光が入射する光
   ファイバ入射導波路に組み込んだ第２の光路長変調素子
   により発振器からの一定周波数で変調し、前記光共振器
   の出射光の一部を受光素子で検出し、受光素子出力と前
   記発振器からの変調信号を位相敏感検波器で位相検波し
   、その出力を第２の光路長変調素子へ帰還することによ
   り光路長がレーザ波長のほぼ整数倍を維持するように制
   御した請求項３記載の半導体レーザのスペクトル線幅狭
   窄化装置。