JPH02133977A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH02133977A JPH02133977A JP28741888A JP28741888A JPH02133977A JP H02133977 A JPH02133977 A JP H02133977A JP 28741888 A JP28741888 A JP 28741888A JP 28741888 A JP28741888 A JP 28741888A JP H02133977 A JPH02133977 A JP H02133977A
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- semiconductor laser
- light
- resonator
- voltage
- frequency
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
- H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
- H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- 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、例えばコヒーレント光ファイバ通信の光源
として要求される狭い発光スペクトル巾を一定に保ち、
安定した動作を行なう半導体レーザ装置に関するもので
ある。
として要求される狭い発光スペクトル巾を一定に保ち、
安定した動作を行なう半導体レーザ装置に関するもので
ある。
第７図は例えばＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ５ＬＥＴＴＥＲ５
１６ｔｈＪａｎｕａｒｙ （＋９８６） Ｖｏｌ、２２
Ｎｏ、２ Ｐ、８８に示された従来の半導体レーザ装
置を示す概略構成図であり、図において（１）は半導体
レーザ、（２）はこの半導体レーザ（１）の後方出射光
、（３）はこの後方出射光（２）を上記半導体レーザ（
１）に戻すための反射鏡、（４）は上記後方出射光（２
）をこの反射鏡（３）に集光するとともに、反射した光
を上記半導体レーザ（１）に再入射するための集光レン
ズ、（５）は上記半導体レーザ（１）の前方出射光、（
６）は上記半導体レーザ（１）の後部出射端面であり、
（７）は上記半導体レーザ（１）の前部出射端面である
。
１６ｔｈＪａｎｕａｒｙ （＋９８６） Ｖｏｌ、２２
Ｎｏ、２ Ｐ、８８に示された従来の半導体レーザ装
置を示す概略構成図であり、図において（１）は半導体
レーザ、（２）はこの半導体レーザ（１）の後方出射光
、（３）はこの後方出射光（２）を上記半導体レーザ（
１）に戻すための反射鏡、（４）は上記後方出射光（２
）をこの反射鏡（３）に集光するとともに、反射した光
を上記半導体レーザ（１）に再入射するための集光レン
ズ、（５）は上記半導体レーザ（１）の前方出射光、（
６）は上記半導体レーザ（１）の後部出射端面であり、
（７）は上記半導体レーザ（１）の前部出射端面である
。
次に、上記構成に基づ〈従来装置の動作について説明す
る。半導体レーザ（１）の後方出射光（２）は集光レン
ズ（４）により反射鏡（３）に集光され、反射する。反
射した後方出射光（２） は再び集光レンズ（４）によ
り半導体レーザ（１）に入射する。この時、反射鏡（３
）は半導体レーザ（１）の外部共振器として働く。半導
体レーザ（１）に外部共振器を付加した場合、半導体レ
ーザ（１）の出射光のスペクトル線巾は狭くなることが
知られている。従って半導体レーザ（１）の前方出射光
（５）は狭いスペクトル線巾のレーザ光として出力され
る。
る。半導体レーザ（１）の後方出射光（２）は集光レン
ズ（４）により反射鏡（３）に集光され、反射する。反
射した後方出射光（２） は再び集光レンズ（４）によ
り半導体レーザ（１）に入射する。この時、反射鏡（３
）は半導体レーザ（１）の外部共振器として働く。半導
体レーザ（１）に外部共振器を付加した場合、半導体レ
ーザ（１）の出射光のスペクトル線巾は狭くなることが
知られている。従って半導体レーザ（１）の前方出射光
（５）は狭いスペクトル線巾のレーザ光として出力され
る。
ここで上述した外部共振器を付加した場合の半導体レー
ザのスペクトルについて第８図を用いて更に説明する。
ザのスペクトルについて第８図を用いて更に説明する。
第８図において（１） 、 （２） 、 （３） 、
（５） 。
（５） 。
（６） 、 （７）は第７図に示したものと同様なもの
である。なお集光レンズ（４）は説明の簡便性のために
省略した。
である。なお集光レンズ（４）は説明の簡便性のために
省略した。
半導体レーザ（１）の後方出射光（２）は反射鏡（３）
で反射されて半導体レーザ（１）に再入射する。ここで
レーザ共振器は前部出射端面（７）と反射鏡（３）で構
成される。この時レーザ共振器長は半導体レーザ単体の
場合に比べて長くなり、これにともなって共振器のＱ値
が大きくなる。共振器のＱ値が大きくなるという事は共
振波長に対するパワーの閉じ込め性が強くなるという事
なので、半導体レーザの発振スペクトル線巾は狭くなる
。
で反射されて半導体レーザ（１）に再入射する。ここで
レーザ共振器は前部出射端面（７）と反射鏡（３）で構
成される。この時レーザ共振器長は半導体レーザ単体の
場合に比べて長くなり、これにともなって共振器のＱ値
が大きくなる。共振器のＱ値が大きくなるという事は共
振波長に対するパワーの閉じ込め性が強くなるという事
なので、半導体レーザの発振スペクトル線巾は狭くなる
。
これを数式で表わすと文献Ｇ、Ｐ、ＡＧＲＡＷＡＬ ’
ＬｉｎｅＮａｒｒｏｗｉｎｇ ｉｎ Ａ Ｓｉｎ
ｇｌｅｍｏｄｅ ＩｎＪｅｃｔｉｏｎ Ｌａ５ｅｒ
Ｄｕｅ ｔｏ Ｅｘｔｅｒｎａｌ ０ｐｔｉｃａｌ Ｆ
ｅｅｄｂａｃｋＪＩＥＥＥ、 Ｊ、ｏｆＱｕａｎｔ、
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、、 ＱＥ−２０，１９８４，ｐｐ、
４６８−４７１等によると次式のようになる。
ＬｉｎｅＮａｒｒｏｗｉｎｇ ｉｎ Ａ Ｓｉｎ
ｇｌｅｍｏｄｅ ＩｎＪｅｃｔｉｏｎ Ｌａ５ｅｒ
Ｄｕｅ ｔｏ Ｅｘｔｅｒｎａｌ ０ｐｔｉｃａｌ Ｆ
ｅｅｄｂａｃｋＪＩＥＥＥ、 Ｊ、ｏｆＱｕａｎｔ、
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、、 ＱＥ−２０，１９８４，ｐｐ、
４６８−４７１等によると次式のようになる。
・・・（１）
この第１式において、Δｆ３゜、は外部に反射鏡等を設
置しない場合の半導体レーザ車体での発光スペクトル線
巾である。また、 ｎＪ２は半導体レーザ（１）の屈折
率、 ＬＩＬは半導体レーザ（１）の共振器長、ｎｏは
後部出射端面（６）と反射鏡（３）との間の物質の屈折
率、ＬＯは後部出射端面（６）と反射鏡（３）との間の
距離であり外部共振器長である。また、Δφ。は反射鏡
（３）で反射して半導体レーザ（１）に再入射する光と
半導体レーザ（１）の内部の光の位相差、Ｋは定数であ
る。
置しない場合の半導体レーザ車体での発光スペクトル線
巾である。また、 ｎＪ２は半導体レーザ（１）の屈折
率、 ＬＩＬは半導体レーザ（１）の共振器長、ｎｏは
後部出射端面（６）と反射鏡（３）との間の物質の屈折
率、ＬＯは後部出射端面（６）と反射鏡（３）との間の
距離であり外部共振器長である。また、Δφ。は反射鏡
（３）で反射して半導体レーザ（１）に再入射する光と
半導体レーザ（１）の内部の光の位相差、Ｋは定数であ
る。
上記第１式より次の事がわかる。まず、外部共振器を用
いた場合のスペクトル線巾Δｆは外部共振器長Ｌ０を長
くする事により狭くなる。また、Δｆは光の位相差Δφ
０が０から２π変化すると以下で示す範囲内で変化する
。この範囲内の最大はであり・上言己範囲内の最小Ｇよ
、 である。
いた場合のスペクトル線巾Δｆは外部共振器長Ｌ０を長
くする事により狭くなる。また、Δｆは光の位相差Δφ
０が０から２π変化すると以下で示す範囲内で変化する
。この範囲内の最大はであり・上言己範囲内の最小Ｇよ
、 である。
半導体レーザ（１）の波長は１μｍ程度であるので外部
共振器長し。が１μｍ程度変動すると光の位相差Δφ。
共振器長し。が１μｍ程度変動すると光の位相差Δφ。
がＯから２π変化して発振スペクトル線巾Δｆは上述し
た範囲で変動してしまう。例えば反射鏡（３）をある位
置に固定したとしても、周囲のわずかな温度変動、又は
機械的撮動等により外部共振器長Ｌ０は変化してしまい
、発振スペクトル線巾Δｆはランダムに変動してしまう
。
た範囲で変動してしまう。例えば反射鏡（３）をある位
置に固定したとしても、周囲のわずかな温度変動、又は
機械的撮動等により外部共振器長Ｌ０は変化してしまい
、発振スペクトル線巾Δｆはランダムに変動してしまう
。
さらに、光の位相差Δφ。が２Ｎπ（Ｎ−０，１，２・
・・）であり再入射光の位相が半導体レーザ（１）の光
の位相と一致する場合をインフェイズと表現すると、こ
のインフェイズの場合の半導体レーザ（１）の動作は安
定状態である。それに対して再入射光の位相が半導体レ
ーザ（１）の光の位相とずれるアウドフェイズの場合（
Δφ。≠２Ｎπの場合）はそのずれが大きくなるにした
がって半導体レーザ（１）の動作が不安定になり、発振
波長の変動、雑音の発生等の問題を生じる。このような
半導体レーザ（１）の動作が安定となるインフェイズ点
と不安定となるアウトフェイズ点は交互にそれぞれ２π
の周期で表われる。前述したように光の位相差Δφ０の
２πの変位は外部共振器長Ｌａの変位約１μｍに相当す
る。したがって、例えば反射鏡（３）を初期状態におい
てインフェイズ点に設定したとしても、周囲のわずかな
温度変動、又は機械的振動等により外部共振器長Ｌ０は
変化してしまい、アウトフェイズ状態となって半導体レ
ーザの動作が不安定になる。
・・）であり再入射光の位相が半導体レーザ（１）の光
の位相と一致する場合をインフェイズと表現すると、こ
のインフェイズの場合の半導体レーザ（１）の動作は安
定状態である。それに対して再入射光の位相が半導体レ
ーザ（１）の光の位相とずれるアウドフェイズの場合（
Δφ。≠２Ｎπの場合）はそのずれが大きくなるにした
がって半導体レーザ（１）の動作が不安定になり、発振
波長の変動、雑音の発生等の問題を生じる。このような
半導体レーザ（１）の動作が安定となるインフェイズ点
と不安定となるアウトフェイズ点は交互にそれぞれ２π
の周期で表われる。前述したように光の位相差Δφ０の
２πの変位は外部共振器長Ｌａの変位約１μｍに相当す
る。したがって、例えば反射鏡（３）を初期状態におい
てインフェイズ点に設定したとしても、周囲のわずかな
温度変動、又は機械的振動等により外部共振器長Ｌ０は
変化してしまい、アウトフェイズ状態となって半導体レ
ーザの動作が不安定になる。
従来の半導体レーザ装置は以上のように構成されている
ので、発振スペクトル線巾Δｆを一定の値に保つととも
に、半導体レーザの動作が安定状態であるインフェイズ
状態を保つためには、外部共振器長Ｌ０を少なくとも１
μｍ以下の高い精度で保持しなければならず、これを制
御ループ等がない構成で実現するのは非常に困難である
という課題があった。
ので、発振スペクトル線巾Δｆを一定の値に保つととも
に、半導体レーザの動作が安定状態であるインフェイズ
状態を保つためには、外部共振器長Ｌ０を少なくとも１
μｍ以下の高い精度で保持しなければならず、これを制
御ループ等がない構成で実現するのは非常に困難である
という課題があった。
この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、周囲温度の変動、機械的振動等の外乱がある場
合でも、一定の発振スペクトル線巾を保ち、安定した動
作をする半導体レーザ装置を得ることを目的とする。
もので、周囲温度の変動、機械的振動等の外乱がある場
合でも、一定の発振スペクトル線巾を保ち、安定した動
作をする半導体レーザ装置を得ることを目的とする。
（課題を解決するための手段〕
この第１の発明に係る半導体レーザ装置は、光帰還をか
けた半導体レーザの出射光の一部を受光手段で受光し、
特定の周波数成分を電圧あるいは電流に変換し、この電
圧あるいは電流が小さくなるように、半導体レーザの共
振器長を制御したものである。
けた半導体レーザの出射光の一部を受光手段で受光し、
特定の周波数成分を電圧あるいは電流に変換し、この電
圧あるいは電流が小さくなるように、半導体レーザの共
振器長を制御したものである。
この第２の発明に係る半導体レーザ装置は、光帰還をか
けた半導体レーザの出射光の一部を多重反射させた後に
受光手段で受光し、特定の周波数成分を電圧あるいは電
流に変換し、この電圧あるいは電流が小さくなるように
、半導体レーザの共振器長を制御したものである。
けた半導体レーザの出射光の一部を多重反射させた後に
受光手段で受光し、特定の周波数成分を電圧あるいは電
流に変換し、この電圧あるいは電流が小さくなるように
、半導体レーザの共振器長を制御したものである。
（作用）
この第１の発明に係る半導体レーザ装置は、特定の周波
数成分を電圧あるいは電流に変換しており、この電圧あ
るいは電流の大きさによって光帰還がインフェイズ状態
かアウトフェイズ状態か検知することが出来、この電圧
あるいは電流が小さくなるよ、うに半導体レーザの共振
器長を制御することにより、光帰還がインフェイズ状態
に保たれ、これにより半導体レーザの発振スペクトルは
常に狭い状態に保たれる。
数成分を電圧あるいは電流に変換しており、この電圧あ
るいは電流の大きさによって光帰還がインフェイズ状態
かアウトフェイズ状態か検知することが出来、この電圧
あるいは電流が小さくなるよ、うに半導体レーザの共振
器長を制御することにより、光帰還がインフェイズ状態
に保たれ、これにより半導体レーザの発振スペクトルは
常に狭い状態に保たれる。
さらに、この第２の発明に係る半導体レーザ装置は、多
重反射手段にて出射光の一部を多重反射させることによ
り、レーザスペクトル自体を基準として共振器長を制御
できることとなり、より高精度かつ安定した半導体レー
ザの発振スペクトルを得ることができる。
重反射手段にて出射光の一部を多重反射させることによ
り、レーザスペクトル自体を基準として共振器長を制御
できることとなり、より高精度かつ安定した半導体レー
ザの発振スペクトルを得ることができる。
以下、この第１の発明の一実施例を第１図ないし第３図
に基づいて説明する。この第１図は木実施例装置のブロ
ック構成図、第２図は反射鏡のシフトと発掘スペクトル
巾との関係グラフ、第３図は本実施例における受光素子
の出力電流における周波数分布グラフを示す、上記各図
において本実施例に係る半導体レーザ製画は、レーザ光
を発振する半導体レーザ（１） と、この半導体レーザ
（１）の後部出射端面（６）から出射した光をコリメー
トして後述する反射鏡（３）に入射すると共に、この反
射鏡（３）で反射した光を半導体レーザ（１） に再入
射するレンズ（８ａ）と、このレンズ（８ａ）を通して
入射されるレーザ光を反射して帰還する反射鏡（３）と
、この反射鏡（３）と上記半導体レーザ（１）の前部出
射端面（７）との間にて形成される光学共振器長を変化
させる共振器変位手段（９）と、上記半導体レーザ（１
）の前部出射端面（７）から出射したレーザ光をコリメ
ートするレンズ（８ｂ）と、このレンズ（８ｂ）にてコ
リメートされたレーザ光の一部を分割して取出すハーフ
ミラ−（１０）と、このハーフミラ−（１０）にて一部
取出されたレーザ光を受光する受光素子（１１）と、こ
の受光素子（１１）にて受光したレーザ光における電流
の特定周波数成分を電圧に変換する周波数／電圧変換手
段（１２）と、該周波数／電圧変換手段（１２）にて変
換された電圧が所定値以下となるように上記共振器変位
手段（９）を制御する共振器制御手段（１３）とを備え
る構成である。
に基づいて説明する。この第１図は木実施例装置のブロ
ック構成図、第２図は反射鏡のシフトと発掘スペクトル
巾との関係グラフ、第３図は本実施例における受光素子
の出力電流における周波数分布グラフを示す、上記各図
において本実施例に係る半導体レーザ製画は、レーザ光
を発振する半導体レーザ（１） と、この半導体レーザ
（１）の後部出射端面（６）から出射した光をコリメー
トして後述する反射鏡（３）に入射すると共に、この反
射鏡（３）で反射した光を半導体レーザ（１） に再入
射するレンズ（８ａ）と、このレンズ（８ａ）を通して
入射されるレーザ光を反射して帰還する反射鏡（３）と
、この反射鏡（３）と上記半導体レーザ（１）の前部出
射端面（７）との間にて形成される光学共振器長を変化
させる共振器変位手段（９）と、上記半導体レーザ（１
）の前部出射端面（７）から出射したレーザ光をコリメ
ートするレンズ（８ｂ）と、このレンズ（８ｂ）にてコ
リメートされたレーザ光の一部を分割して取出すハーフ
ミラ−（１０）と、このハーフミラ−（１０）にて一部
取出されたレーザ光を受光する受光素子（１１）と、こ
の受光素子（１１）にて受光したレーザ光における電流
の特定周波数成分を電圧に変換する周波数／電圧変換手
段（１２）と、該周波数／電圧変換手段（１２）にて変
換された電圧が所定値以下となるように上記共振器変位
手段（９）を制御する共振器制御手段（１３）とを備え
る構成である。
次に、上記のように構成された本実施例の半導体レーザ
装置の動作について説明する。まず、半導体レーザ（１
）の後部出射端面（６）からの出射光は反射鏡（３）で
反射されて、再び半導体レーザ（１）に入射する。この
時レーザ共振器は前部出射端面（７）と反射鏡（３）
とで構成されるため共振器長は長くなり、これにより共
振器のＱ値が増大して発振スペクトル線巾は狭くなる。
装置の動作について説明する。まず、半導体レーザ（１
）の後部出射端面（６）からの出射光は反射鏡（３）で
反射されて、再び半導体レーザ（１）に入射する。この
時レーザ共振器は前部出射端面（７）と反射鏡（３）
とで構成されるため共振器長は長くなり、これにより共
振器のＱ値が増大して発振スペクトル線巾は狭くなる。
この発振スペクトル線巾Δｆの値は、先に従来技術にお
いて説明したように第１式で表わせる値となる。ここで
反射鏡（３）の位置が外的要因で変化してレーザ共振器
長が変位した場合の動作を考える。
いて説明したように第１式で表わせる値となる。ここで
反射鏡（３）の位置が外的要因で変化してレーザ共振器
長が変位した場合の動作を考える。
上記反射鏡（３）の位置が変位した場合は、半導体レー
ザ（１）に再入射する光の位相がシフトする。この再入
射光の位相がシフトすると、光の位相差Δφ０が変化し
て第１式に従って発振スペクトル線巾Δｆの値は変位す
る。この反射鏡（３）のシフトと発振スペクトル線巾Δ
ｆの関係を第２図に示ス。この第２図において発振スペ
クトル線巾Δｆが最小となる位置は、光の位相差Δφ０
が２Ｎπ（Ｎ−０，１，２・・・）となるインフェイズ
点である。又、Δｆが最大となる位置は、Δφ０＝（２
Ｎ＋１）πとなるアウトフェイズ点である。
ザ（１）に再入射する光の位相がシフトする。この再入
射光の位相がシフトすると、光の位相差Δφ０が変化し
て第１式に従って発振スペクトル線巾Δｆの値は変位す
る。この反射鏡（３）のシフトと発振スペクトル線巾Δ
ｆの関係を第２図に示ス。この第２図において発振スペ
クトル線巾Δｆが最小となる位置は、光の位相差Δφ０
が２Ｎπ（Ｎ−０，１，２・・・）となるインフェイズ
点である。又、Δｆが最大となる位置は、Δφ０＝（２
Ｎ＋１）πとなるアウトフェイズ点である。
一方、半導体レーザ（１）の前部出射端面（７）からの
出射光はハーフミラ−（ｌＯ）で分離され一方は出力光
として取り出され、他方は受光素子（１１）に入力し、
入力光のパワーに比例した電流に変換される。
出射光はハーフミラ−（ｌＯ）で分離され一方は出力光
として取り出され、他方は受光素子（１１）に入力し、
入力光のパワーに比例した電流に変換される。
この受光素子（１１）は周波数応答特性として数百ＭＨ
ｚ程度の帯域を持つ一般的なものである。この受光素子
（１１）の出力電流の周波数分布は、半導体レーザ（１
）の出力光の周波数分布を反映するもので、インフェイ
ズ状態とアウトフェイズ状態では分布の形が異なる。こ
の分布の様子を第３図に示す。この第３図において実線
で示した線Ａはインフェイズ状態における周波数分布を
示している。
ｚ程度の帯域を持つ一般的なものである。この受光素子
（１１）の出力電流の周波数分布は、半導体レーザ（１
）の出力光の周波数分布を反映するもので、インフェイ
ズ状態とアウトフェイズ状態では分布の形が異なる。こ
の分布の様子を第３図に示す。この第３図において実線
で示した線Ａはインフェイズ状態における周波数分布を
示している。
インフェイズ状態においては半導体レーザ（１）は、安
定した動作を示すが、アウトフェイズ状態では半導体レ
ーザは不安定になり、過剰なゆらぎを生じる。この過剰
なゆらぎが反映されてアウトフェイズ状態での受光素子
（１１）の出力電流の周波数分布は、第３図において破
線で示した線Ｂのように、線Ａに比べて高い周波数まで
増大する。ここで例えば第３図において、インフェイズ
状態では検出できずアウトフェイズ状態で検出できるよ
うな周波数ｆＬを設定する。受光素子（１１）に接続さ
れた周波数／電圧変換手段（１２）は、この周波数ｆＬ
以上の周波数を電圧に変換するように設定する。
定した動作を示すが、アウトフェイズ状態では半導体レ
ーザは不安定になり、過剰なゆらぎを生じる。この過剰
なゆらぎが反映されてアウトフェイズ状態での受光素子
（１１）の出力電流の周波数分布は、第３図において破
線で示した線Ｂのように、線Ａに比べて高い周波数まで
増大する。ここで例えば第３図において、インフェイズ
状態では検出できずアウトフェイズ状態で検出できるよ
うな周波数ｆＬを設定する。受光素子（１１）に接続さ
れた周波数／電圧変換手段（１２）は、この周波数ｆＬ
以上の周波数を電圧に変換するように設定する。
したがりて周波数／電圧変換手段（１２）においては、
インフェイズ状態では電圧が発生せず、アウトフェイズ
状態では電圧が発生する。この周波数／電圧変換手段（
１２）の出力は共振器制御手段（１３）に導かれる。共
振器制御手段（１３）では、周波数／電圧変換手段（１
２）から出力される電圧がゼロになるように常に共振器
変位手段（９）を制御する。共振器変位手段（９）によ
り反射鏡（３）の位置が変位した場合、この反射鏡（３
）で反射されて半導体レーザ（１） に結合する光の位
相が変化し、これによりインフェイズ状態と、アウトフ
ェイズ状態が生じる。したがって周波数／電圧変換手段
（１２）の出力電圧が常にゼロになるように共振器変位
手段（９）を制御することにより、常にインフェイズ状
態が保たれ、したがって常に狭い発振スペクトル線巾が
安定して得ることができる。
インフェイズ状態では電圧が発生せず、アウトフェイズ
状態では電圧が発生する。この周波数／電圧変換手段（
１２）の出力は共振器制御手段（１３）に導かれる。共
振器制御手段（１３）では、周波数／電圧変換手段（１
２）から出力される電圧がゼロになるように常に共振器
変位手段（９）を制御する。共振器変位手段（９）によ
り反射鏡（３）の位置が変位した場合、この反射鏡（３
）で反射されて半導体レーザ（１） に結合する光の位
相が変化し、これによりインフェイズ状態と、アウトフ
ェイズ状態が生じる。したがって周波数／電圧変換手段
（１２）の出力電圧が常にゼロになるように共振器変位
手段（９）を制御することにより、常にインフェイズ状
態が保たれ、したがって常に狭い発振スペクトル線巾が
安定して得ることができる。
なお、上記第１の発明の一実施例においては、半導体レ
ーザ（１）の前部出射端面（７）から出射したレーザ光
をハーフミラ−（ｌＯ）にて一部取出して、この取出し
たレーザ光に基づいて共振器変位手段（９）を制御する
構成としたが、反射鏡（３）を半透鏡として一部背面側
に取出す反射面（１６）とし、この反射面（１６）の背
面側に受光素子（１１）を設ける構成とすることもでき
る。この構成に基づく他の実施例の動作を以下説明する
。
ーザ（１）の前部出射端面（７）から出射したレーザ光
をハーフミラ−（ｌＯ）にて一部取出して、この取出し
たレーザ光に基づいて共振器変位手段（９）を制御する
構成としたが、反射鏡（３）を半透鏡として一部背面側
に取出す反射面（１６）とし、この反射面（１６）の背
面側に受光素子（１１）を設ける構成とすることもでき
る。この構成に基づく他の実施例の動作を以下説明する
。
まず、半導体レーザ（１）の後部出射端面（６）から出
射した光は、レンズ（８ａ）で平行ビームに変換されて
反射面（１６）に入射する０反射面（１６）は一部を透
過し、残りは反射するので、反射面（１Ｂ）に入射した
光のうち一部は透過し受光素子（１１）に入射する。又
、残りの光は反射されてレンズ（８ａ）により半導体レ
ーザ（１）に再入射する。この時、半導体レーザ（１）
の共振器は外部に反射面（１６）が付加されて長くなり
、再入射光の位相と半導体レーザ（１１内部の光の位相
が一致するインフェイズの状態では発振スペクトル線巾
が狭くなる。このインフェイズ状態は先に第１の発明の
一実施例で説明した方式と全く同様の方式で、周波数／
電圧変換手段（１２）、共振器制御手段（１３）、共振
器変位手段（９）により常に安定に保たれ、狭い発振ス
ペクトル線巾が安定して得られる。この他の実施例では
、上記実施例に比べてハーフミラ−（ｌＯ）が省略され
ておりより簡便な構成となっている。
射した光は、レンズ（８ａ）で平行ビームに変換されて
反射面（１６）に入射する０反射面（１６）は一部を透
過し、残りは反射するので、反射面（１Ｂ）に入射した
光のうち一部は透過し受光素子（１１）に入射する。又
、残りの光は反射されてレンズ（８ａ）により半導体レ
ーザ（１）に再入射する。この時、半導体レーザ（１）
の共振器は外部に反射面（１６）が付加されて長くなり
、再入射光の位相と半導体レーザ（１１内部の光の位相
が一致するインフェイズの状態では発振スペクトル線巾
が狭くなる。このインフェイズ状態は先に第１の発明の
一実施例で説明した方式と全く同様の方式で、周波数／
電圧変換手段（１２）、共振器制御手段（１３）、共振
器変位手段（９）により常に安定に保たれ、狭い発振ス
ペクトル線巾が安定して得られる。この他の実施例では
、上記実施例に比べてハーフミラ−（ｌＯ）が省略され
ておりより簡便な構成となっている。
この第２の発明の一実施例を第５図及び第６図に基づい
て説明する。この第５図は本実施例装置に係るブロック
構成図、第６図は本実施例における受光素子の出力電流
と周波数分布との関係グラフを示し、上記各図において
本実施例に係る半導体レーザ装置は、レーザ光を発振す
る半導体レーザ（１）と、この半導体レーザ（１）の後
部出射端面（６）から出射した光をコリメートして後述
する反射鏡（３）に入射すると共に、この反射鏡（３）
で反射した光を半導体レーザ（１）に再入射するレンズ
（８ａ）と、このレンズ（８ａ）を通して入射されるレ
ーザ光を反射して帰還する反射１ｉ （３） と、こ
の反射鏡（３）と上記半導体レーザ（１）の前部出射端
面（７）との間にて形成される光学共振器長を変化させ
る共振器変位手段（９）と、上記半導体レーザ（１）の
前部出射端面（７）から出射したレーザ光をコリメート
するレンズ（８ｂ）と、このレンズ（８ｂ）にてコリメ
ートされたレーザ光の一部を分割して取出すハーフミラ
−（１０）と、このハーフミラ−（ｌＯ）にて一部取出
されたレーザ光を多重反射させる多重反射手段（１４）
と、この多重反射手段（１４）にて多重反射されたレー
ザ光を受光する受光素子（１１）と、この受光素子（１
１）にて受光したレーザ光における電流の特定周波数成
分を電圧に変換する周波数／電圧変換手段（１２）と、
該周波数／電圧変換手段（１２）にて変換された電圧が
所定値以下となるように上記共振器変位手段（９）を制
御する共振器制御手段（１３）とを備える構成である。
て説明する。この第５図は本実施例装置に係るブロック
構成図、第６図は本実施例における受光素子の出力電流
と周波数分布との関係グラフを示し、上記各図において
本実施例に係る半導体レーザ装置は、レーザ光を発振す
る半導体レーザ（１）と、この半導体レーザ（１）の後
部出射端面（６）から出射した光をコリメートして後述
する反射鏡（３）に入射すると共に、この反射鏡（３）
で反射した光を半導体レーザ（１）に再入射するレンズ
（８ａ）と、このレンズ（８ａ）を通して入射されるレ
ーザ光を反射して帰還する反射１ｉ （３） と、こ
の反射鏡（３）と上記半導体レーザ（１）の前部出射端
面（７）との間にて形成される光学共振器長を変化させ
る共振器変位手段（９）と、上記半導体レーザ（１）の
前部出射端面（７）から出射したレーザ光をコリメート
するレンズ（８ｂ）と、このレンズ（８ｂ）にてコリメ
ートされたレーザ光の一部を分割して取出すハーフミラ
−（１０）と、このハーフミラ−（ｌＯ）にて一部取出
されたレーザ光を多重反射させる多重反射手段（１４）
と、この多重反射手段（１４）にて多重反射されたレー
ザ光を受光する受光素子（１１）と、この受光素子（１
１）にて受光したレーザ光における電流の特定周波数成
分を電圧に変換する周波数／電圧変換手段（１２）と、
該周波数／電圧変換手段（１２）にて変換された電圧が
所定値以下となるように上記共振器変位手段（９）を制
御する共振器制御手段（１３）とを備える構成である。
次に、上記構成に基づく第２の発明の一実施例における
動作について説明する。一般に、半導体レーザ（ｒ）の
発振スペクトル線巾は、前記第１の発明の一実施例で説
明したように反射鏡（３）の位置に依存し、インフェイ
ズ状態で狭くなり、アウトフェイズ状態で広くなる。こ
の半導体レーザ（１）の前部出射端面（７）から出射し
た光のうちハーフミラ−（ｌＯ）で反射した光は、多重
反射手段（１４）に入射する。多重反射手段（１４）に
入射した光は２つの反射面（１５ａ） 、 （１５ｂ）
で多重反射され受光素子（１１）に入射する。この時受
光素子（１１）の出力電流の周波数分布は半導体レーザ
（１）の発振スペクトルの形を反映した分布となる。そ
の様子を第５図に示す。この第５図において実線で示し
た線Ａはインフェイズ状態における周波数分布を示して
おり、インフェイズ状態で狭くなった発振スペクトルの
形状を反映している。
動作について説明する。一般に、半導体レーザ（ｒ）の
発振スペクトル線巾は、前記第１の発明の一実施例で説
明したように反射鏡（３）の位置に依存し、インフェイ
ズ状態で狭くなり、アウトフェイズ状態で広くなる。こ
の半導体レーザ（１）の前部出射端面（７）から出射し
た光のうちハーフミラ−（ｌＯ）で反射した光は、多重
反射手段（１４）に入射する。多重反射手段（１４）に
入射した光は２つの反射面（１５ａ） 、 （１５ｂ）
で多重反射され受光素子（１１）に入射する。この時受
光素子（１１）の出力電流の周波数分布は半導体レーザ
（１）の発振スペクトルの形を反映した分布となる。そ
の様子を第５図に示す。この第５図において実線で示し
た線Ａはインフェイズ状態における周波数分布を示して
おり、インフェイズ状態で狭くなった発振スペクトルの
形状を反映している。
このように受光素子（１１）の出力の周波数分布が発振
スペクトル形状を反映する理由は、自己遅延ホモダイン
法による多重反射手段（１４）で多重反射された各光間
のビートが検出されるからである。
スペクトル形状を反映する理由は、自己遅延ホモダイン
法による多重反射手段（１４）で多重反射された各光間
のビートが検出されるからである。
半導体レーザ（１）は、その構成から瞬間瞬間では単一
の周波数で発振しており、様々な要因で非常に速いスピ
ードで周波数が変動するために、この発振スペクトルが
広がって見えることとなる。
の周波数で発振しており、様々な要因で非常に速いスピ
ードで周波数が変動するために、この発振スペクトルが
広がって見えることとなる。
したがって同一の半導体レーザ（１）から出射した光の
うち時間ｔ１と時間ｔ２という異なる時間に出射した光
を見た場合、発振周波数は発振スペクトルの広がりの範
囲内で異なっている。この異なる時間ｔＩ、ｔ２に半導
体レーザ（１）を出射した光の周波数をそれぞれｆ、、
第２とする。この時、もしこの異なる時間に半導体レ
ーザ（１）から出射した光を同時に２乗検波することが
できたら、２つの異なる周波数り、ｈの差周波数成分子
、−ｆ、が検出されるツバ周知である。受光素子（１１
）は、光のパワーつまり光の電界の２乗に比例した電流
を出力する。
うち時間ｔ１と時間ｔ２という異なる時間に出射した光
を見た場合、発振周波数は発振スペクトルの広がりの範
囲内で異なっている。この異なる時間ｔＩ、ｔ２に半導
体レーザ（１）を出射した光の周波数をそれぞれｆ、、
第２とする。この時、もしこの異なる時間に半導体レ
ーザ（１）から出射した光を同時に２乗検波することが
できたら、２つの異なる周波数り、ｈの差周波数成分子
、−ｆ、が検出されるツバ周知である。受光素子（１１
）は、光のパワーつまり光の電界の２乗に比例した電流
を出力する。
したがって、多重反射手段（１４）によって多重反射し
た半導体レーザ（１）の出力光を受光する受光素子（１
１）では、様々な時間に半導体レーザ（１）を出射した
異なる周波数の光を同時に２乗検波するので、その出力
電流の周波数分布は半導体レーザの瞬間瞬間の発振周波
数の差周波数成分の分布を反映する。これは言いかえる
と半導体レーザ（１）の発振スペクトル線巾を反映して
いることになる。
た半導体レーザ（１）の出力光を受光する受光素子（１
１）では、様々な時間に半導体レーザ（１）を出射した
異なる周波数の光を同時に２乗検波するので、その出力
電流の周波数分布は半導体レーザの瞬間瞬間の発振周波
数の差周波数成分の分布を反映する。これは言いかえる
と半導体レーザ（１）の発振スペクトル線巾を反映して
いることになる。
上記第５図において破線で示した線Ｂはアウトフェイズ
状態における受光素子（１１）の出力の周波数分布を示
しており、アウトフェイズ状態で広がった発振スペクト
ル形状を反映している。ここで第５図において、インフ
ェイズ状態では検出できずアウトフェイズ状態で検出で
きるような周波数ｆＬを設定する。受光素子（１１）に
接続された周波数／電圧変換手段（１２）は、この周波
数ｆＬ以上の周波数を電圧に変換するように設定する。
状態における受光素子（１１）の出力の周波数分布を示
しており、アウトフェイズ状態で広がった発振スペクト
ル形状を反映している。ここで第５図において、インフ
ェイズ状態では検出できずアウトフェイズ状態で検出で
きるような周波数ｆＬを設定する。受光素子（１１）に
接続された周波数／電圧変換手段（１２）は、この周波
数ｆＬ以上の周波数を電圧に変換するように設定する。
したがつて、周波数／電圧変換手段（１２）においては
、インフェイズ状態では電圧が発生せず・アウトフェイ
ズ状態では電圧が発生する。
、インフェイズ状態では電圧が発生せず・アウトフェイ
ズ状態では電圧が発生する。
したがって、この周波数／電圧変換手段（１２）の出力
電圧がゼロになるように共振器制御手段（１３）により
共振器変位手段（９）を制御することにより、常にイン
フェイズ状態が保たれ安定した狭い発振スペクトル線巾
の出力光が得られる。
電圧がゼロになるように共振器制御手段（１３）により
共振器変位手段（９）を制御することにより、常にイン
フェイズ状態が保たれ安定した狭い発振スペクトル線巾
の出力光が得られる。
なお、上記第１の発明の一実施例においては、半導体レ
ーザの前部出射端面（７）から出射した光の一部を多重
反射手段（１４）にて多重反射する構成としたが、半導
体レーザ（１）の後部出射端面（６）から出射した光を
半透鏡の反射面（１８） （前述の第１の発明の他の実
施例を示す第４図参照）を設け、この反射面（１６）に
て一部取出されたレーザ光を多重反射手段（１４）にて
多重反射する構成とすることもできる。
ーザの前部出射端面（７）から出射した光の一部を多重
反射手段（１４）にて多重反射する構成としたが、半導
体レーザ（１）の後部出射端面（６）から出射した光を
半透鏡の反射面（１８） （前述の第１の発明の他の実
施例を示す第４図参照）を設け、この反射面（１６）に
て一部取出されたレーザ光を多重反射手段（１４）にて
多重反射する構成とすることもできる。
以上のように、この第１の発明によれば半導体レーザの
出力光を受光素子で受光し、この受光素子出力の特定の
周波数以上の周波数を電圧に変換し、この電圧が小さく
なるように半導体レーザに光帰還をかけるように構成し
たので、狭い発振スペクトル線巾の半導体レーザ出力が
常に安定して得られるという効果がある。又、この発明
によれば発振スペクトル線巾を狭い状態に保つための制
御ループを電気回路で構成したので、振動等の外乱に強
い、又全体の構成を小形にできるという効果がある。
出力光を受光素子で受光し、この受光素子出力の特定の
周波数以上の周波数を電圧に変換し、この電圧が小さく
なるように半導体レーザに光帰還をかけるように構成し
たので、狭い発振スペクトル線巾の半導体レーザ出力が
常に安定して得られるという効果がある。又、この発明
によれば発振スペクトル線巾を狭い状態に保つための制
御ループを電気回路で構成したので、振動等の外乱に強
い、又全体の構成を小形にできるという効果がある。
さらに、この第２の発明は、半導体レーザの出力光を多
重反射手段にて反射し、この多重反射されたレーザ光を
受光し、この受光したレーザ光に基づいて一定値以下と
する半導体レーザの光帰還をかける構成としたので、前
に発振されたレーザ光を遅延させて、この遅延されたレ
ーザ光のレーザスペクトル自体を参照して光帰還を制御
できることとなり、より高精度且つ安定した半導体レー
ザの出力が得られる効果がある。
重反射手段にて反射し、この多重反射されたレーザ光を
受光し、この受光したレーザ光に基づいて一定値以下と
する半導体レーザの光帰還をかける構成としたので、前
に発振されたレーザ光を遅延させて、この遅延されたレ
ーザ光のレーザスペクトル自体を参照して光帰還を制御
できることとなり、より高精度且つ安定した半導体レー
ザの出力が得られる効果がある。
第１図はこの第１の発明の一実施例に係る半導体レーザ
装置のブロック構成図、第２図は反射鏡のシフトと発振
スペクトル線巾の関係グラフ、第３図は受光素子の出力
電流における周波数分布グラフ、第４図はこの第１の発
明の他の実施例装置のブロック構成図、第５図はこの第
２の発明の一実施例に係る半導体レーザ装置のブロック
構成図、第６図は受光素子の出力電流における周波数分
布グラフ、第７図は従来の半導体レーザ装置のブロック
構成図、第８図は従来の半導体レーザ共振器の概略図で
ある。 １）は半導体レーザ、（２）は後方出射光、３）は反射
鏡、 （４）は集光レンズ、５）は前方出射光、
（６）は後部出射端面、７）は前部出射端面、 ８ａ） 、 （８ｂ）はレンズ、 ９）は共振器変位手段、（１０）はハーフミラ−１１）
は受光素子、 １２）は周波数／電圧変換手段、 １３）は共振器制御手段、（１４）は多重反射手段、１
５ａ） 、 （１５ｂ）は多重反射手段の反射面、（１
６）は反射面である。 なお、 図中同一符号は同一、 又は相当部分を示 す。
装置のブロック構成図、第２図は反射鏡のシフトと発振
スペクトル線巾の関係グラフ、第３図は受光素子の出力
電流における周波数分布グラフ、第４図はこの第１の発
明の他の実施例装置のブロック構成図、第５図はこの第
２の発明の一実施例に係る半導体レーザ装置のブロック
構成図、第６図は受光素子の出力電流における周波数分
布グラフ、第７図は従来の半導体レーザ装置のブロック
構成図、第８図は従来の半導体レーザ共振器の概略図で
ある。 １）は半導体レーザ、（２）は後方出射光、３）は反射
鏡、 （４）は集光レンズ、５）は前方出射光、
（６）は後部出射端面、７）は前部出射端面、 ８ａ） 、 （８ｂ）はレンズ、 ９）は共振器変位手段、（１０）はハーフミラ−１１）
は受光素子、 １２）は周波数／電圧変換手段、 １３）は共振器制御手段、（１４）は多重反射手段、１
５ａ） 、 （１５ｂ）は多重反射手段の反射面、（１
６）は反射面である。 なお、 図中同一符号は同一、 又は相当部分を示 す。
Claims (2)
- （１）レーザ光を発振する半導体レーザと、この半導体
レーザから出射した光を再びこの半導体レーザに帰還す
るための光帰還手段と、上記半導体レーザと上記光帰還
手段との間で構成される光学共振器長を変化するための
共振器変位手段と、上記半導体レーザから出射した光を
受光する受光手段と、この受光手段で受光した光のうち
特定の周波数成分だけを検出しこの周波数成分を電圧又
は電流に変換する周波数／電圧・電流変換手段と、この
変換された電圧又は電流が小さくなるように上記共振器
変位手段を制御する共振器制御手段とを備えることを特
徴とする半導体レーザ装置。 - （２）レーザ光を発振する半導体レーザと、この半導体
レーザから出射した光を再びこの半導体レーザに帰還す
るための光帰還手段と、上記半導体レーザと上記光帰還
手段との間で構成される光学共振器長を変化するための
共振器変位手段と、上記半導体レーザから出射した光を
多重反射させるための多重反射手段と、この多重反射手
段で多重反射された光を受光する受光手段と、この受光
手段で受光した光のうち特定の周波数成分だけを検出し
この周波数成分を電圧又は電流に変換する周波数／電圧
・電流変換手段と、この変換された電圧又は電流が小さ
くなるように上記共振器変位手段を制御する共振器制御
手段とを備えることを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63287418A JP2715484B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63287418A JP2715484B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 半導体レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02133977A true JPH02133977A (ja) | 1990-05-23 |
| JP2715484B2 JP2715484B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=17717074
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63287418A Expired - Fee Related JP2715484B2 (ja) | 1988-11-14 | 1988-11-14 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2715484B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032407A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Sony Corp | 半導体レーザ装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62119991A (ja) * | 1985-11-19 | 1987-06-01 | Nec Corp | 単一軸モ−ドレ−ザ装置 |
| JPS62174993A (ja) * | 1986-01-28 | 1987-07-31 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS6348886A (ja) * | 1986-08-19 | 1988-03-01 | Mitsubishi Electric Corp | 外部共振器型半導体レ−ザ |
| JPS63233585A (ja) * | 1987-03-23 | 1988-09-29 | Fujitsu Ltd | レ−ザ光源 |
-
1988
- 1988-11-14 JP JP63287418A patent/JP2715484B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62119991A (ja) * | 1985-11-19 | 1987-06-01 | Nec Corp | 単一軸モ−ドレ−ザ装置 |
| JPS62174993A (ja) * | 1986-01-28 | 1987-07-31 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS6348886A (ja) * | 1986-08-19 | 1988-03-01 | Mitsubishi Electric Corp | 外部共振器型半導体レ−ザ |
| JPS63233585A (ja) * | 1987-03-23 | 1988-09-29 | Fujitsu Ltd | レ−ザ光源 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032407A (ja) * | 2004-07-12 | 2006-02-02 | Sony Corp | 半導体レーザ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2715484B2 (ja) | 1998-02-18 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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