JPH02209784A - 外部共振器型半導体レーザ及び波長多重光伝送装置 - Google Patents
外部共振器型半導体レーザ及び波長多重光伝送装置Info
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- JPH02209784A JPH02209784A JP1030547A JP3054789A JPH02209784A JP H02209784 A JPH02209784 A JP H02209784A JP 1030547 A JP1030547 A JP 1030547A JP 3054789 A JP3054789 A JP 3054789A JP H02209784 A JPH02209784 A JP H02209784A
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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
本発明は半導体レーザ光と光ファイバを用いて情報、信
号を伝送するいわゆる光通信分野に係わるものであり、
特により多くの信号を同時に伝送する一方式である波長
多重光伝送を実現するための、波長安定化半導体レーザ
と、それを用いた波長多重伝送装置に関するものである
。
号を伝送するいわゆる光通信分野に係わるものであり、
特により多くの信号を同時に伝送する一方式である波長
多重光伝送を実現するための、波長安定化半導体レーザ
と、それを用いた波長多重伝送装置に関するものである
。
従来の技術
大容毒の波長多重光伝送装置を実現するために、電流変
調時においてもまた周辺温度が変化しても、安定に単一
波長で単一縦モード発振し、しかもそのスペクトル幅が
狭く、かつ発振波長が制御可能な半導体レーザが要求さ
れている。以上の様な性能を有する半導体レーザ光源と
して、外部共振器型の半導体レーザが有力視されている
。 （朝倉他、昭和６２年度電子情報通信学会全国大会
８９９）第５図に従来の外部共振器型半導体レーザの
概略を示す。５１は１．３μｍ帯のファプリーペロー型
半導体レーザ、５２はコリメーシロンレンズ、５３は半
導体レーザの放射光の光軸に対して傾斜して配置された
外部共振器鏡基板であり、その基板の表面には反射型の
回折格子５４が形成されている。半導体レーザの片端面
５４から放射された光は、コリメーションレンズ５２に
より平行ビームに変換され、回折格子５３に達する。こ
の回折格子の光回折現象に伴う光分散効果により波長選
択された特定の波長の光のみが半導体レーザの方向に反
射され、再度コリメーションレンズ５２を逆方向に通過
し半導体レーザの片端面５４に集光され半導体レーザの
活性層５５に光帰還される。
調時においてもまた周辺温度が変化しても、安定に単一
波長で単一縦モード発振し、しかもそのスペクトル幅が
狭く、かつ発振波長が制御可能な半導体レーザが要求さ
れている。以上の様な性能を有する半導体レーザ光源と
して、外部共振器型の半導体レーザが有力視されている
。 （朝倉他、昭和６２年度電子情報通信学会全国大会
８９９）第５図に従来の外部共振器型半導体レーザの
概略を示す。５１は１．３μｍ帯のファプリーペロー型
半導体レーザ、５２はコリメーシロンレンズ、５３は半
導体レーザの放射光の光軸に対して傾斜して配置された
外部共振器鏡基板であり、その基板の表面には反射型の
回折格子５４が形成されている。半導体レーザの片端面
５４から放射された光は、コリメーションレンズ５２に
より平行ビームに変換され、回折格子５３に達する。こ
の回折格子の光回折現象に伴う光分散効果により波長選
択された特定の波長の光のみが半導体レーザの方向に反
射され、再度コリメーションレンズ５２を逆方向に通過
し半導体レーザの片端面５４に集光され半導体レーザの
活性層５５に光帰還される。
ここで波長選択される特定の波長は基板の傾斜角で決定
され、特定の波長以外の波長の光は異なる方向に分散し
て回折され活性層に光帰還されることはない。また活性
層の片端面には反射防止膜５６が形成されており、片端
面５４ともう一方の端面５７で形成される半導体レーザ
自体のファプリーペロー共振器による発振は抑圧されて
いる。
され、特定の波長以外の波長の光は異なる方向に分散し
て回折され活性層に光帰還されることはない。また活性
層の片端面には反射防止膜５６が形成されており、片端
面５４ともう一方の端面５７で形成される半導体レーザ
自体のファプリーペロー共振器による発振は抑圧されて
いる。
この外部共振器型半導体レーザの外部共振器鏡に用いら
れる回折格子は、基板上に塗布されたフォトレジストを
二光束干渉法で露光する事により形成される。そしてこ
の回折格子の形状は平行状である。
れる回折格子は、基板上に塗布されたフォトレジストを
二光束干渉法で露光する事により形成される。そしてこ
の回折格子の形状は平行状である。
この外部共振器型半導体レーザは安定な単一縦モード発
振を示し、また前記の外部共振器鏡基板の光軸に対する
傾斜角を変化させることにより発振波長を連続的に変化
させることが可能である。
振を示し、また前記の外部共振器鏡基板の光軸に対する
傾斜角を変化させることにより発振波長を連続的に変化
させることが可能である。
発明が解決しようとする課題
ところが、従来の外部共振器型半導体レーザにおいては
半導体レーザと回折格子の形成された外部共振器鏡の間
にコリメーションレンズを配置する必要があるために、
次のような課題が残されていた。
半導体レーザと回折格子の形成された外部共振器鏡の間
にコリメーションレンズを配置する必要があるために、
次のような課題が残されていた。
（１）半導体レーザと外部共振器間の距離として約１ｃ
ｍ要するので、素子サイズの小型化に限界。
ｍ要するので、素子サイズの小型化に限界。
（２）半導体レーザ、コリメーションレンズ、及び外部
共振器の光軸の調整が困難 （３）半導体レーザと外部共振器間の光の走行時間が（
１）に記した理由で長く、その結果高速変調限界がＩＧ
Ｈｚ程度であり、それ以上の高速変調が困難。
共振器の光軸の調整が困難 （３）半導体レーザと外部共振器間の光の走行時間が（
１）に記した理由で長く、その結果高速変調限界がＩＧ
Ｈｚ程度であり、それ以上の高速変調が困難。
（４）レンズの収差や半導体レーザの非点隔差に伴う収
差により、発振モードの安定化に限界。
差により、発振モードの安定化に限界。
本発明は以上に示したような従来の外部共振器型の半導
体レーザの課題を克服し、小型で高速変調を可能とし、
かつ半導体レーザの非点隔差による収差を低減させ、極
めて高性能な外部共振器型半導体レーザを提供するもの
である。
体レーザの課題を克服し、小型で高速変調を可能とし、
かつ半導体レーザの非点隔差による収差を低減させ、極
めて高性能な外部共振器型半導体レーザを提供するもの
である。
課題を解決するための手段
本発明は、
（１）半導体レーザと半導体レーザ活性層の片方の端面
から放射する発散性の放射光のうちの特定の波長の光だ
けを前記活性層の片端面に直接集光して光帰還を行なう
機能を有し、かつ平面基板上に形成された反射型の光回
折素子で構成された外部共振器鏡を含んで形成された外
部共振器型半導体レーザであって、外部共振器鏡を構成
している反射型の光回折素子が、曲がりと周期の連続的
に変化する構造を有する回折格子でなり、かつ各格子の
形状が円もしくは楕円の２次曲線群の一部で表わされる
ものである。
から放射する発散性の放射光のうちの特定の波長の光だ
けを前記活性層の片端面に直接集光して光帰還を行なう
機能を有し、かつ平面基板上に形成された反射型の光回
折素子で構成された外部共振器鏡を含んで形成された外
部共振器型半導体レーザであって、外部共振器鏡を構成
している反射型の光回折素子が、曲がりと周期の連続的
に変化する構造を有する回折格子でなり、かつ各格子の
形状が円もしくは楕円の２次曲線群の一部で表わされる
ものである。
さらに本発明は、
（２）回折格子の各格子の形状が次式で表わされる円群
の一部である外部共振器型半導体レーザを提供する。
の一部である外部共振器型半導体レーザを提供する。
ｘ２＋（ｙ−ｆｓｉｎθ｝２
＝（ｍλ／２＋ ｆ） ２− （ｆｃｏｓθ｝２ここで
ＸＩ Ｙは光回折素子の形成される平面基板上の直
交座標であり、ｆは活性層端面と前記座標系の原点との
設定圧ＨＥ１ θは前記活性層端面と前記原点を結ぶ
軸と回折格子の形成された平面基板のｙ軸とのなす角、
λは半導体レーザの設定発振波長、ｍは整数である。
ＸＩ Ｙは光回折素子の形成される平面基板上の直
交座標であり、ｆは活性層端面と前記座標系の原点との
設定圧ＨＥ１ θは前記活性層端面と前記原点を結ぶ
軸と回折格子の形成された平面基板のｙ軸とのなす角、
λは半導体レーザの設定発振波長、ｍは整数である。
また、本発明は、
（３）（１）において、回折格子の各格子の形状が次式
で表わされる楕円群の一部であることを特徴とする。
で表わされる楕円群の一部であることを特徴とする。
ｘ２／（（ｍλ／２＋ ｆ ） ２− （ｆ ＠ｃｏ゛
ｓθ｝２）＋ （ｙ−（Δｆ ＋ ｆ）ｓｉｎθ｝２／
［（ｍλ／２＋（Δ ｆ ＋ｒ）） ２− ｛（Δ
ｆ＋ｆ）ｃｏｓθ｝ ２コ ＝ １ここでＸとｙは光回
折素子の形成される平面基板上の直交座標であり、ｆは
活性層端面と前記座標系の原点との設定距離、θは前記
活性層端面と前記原点を結ぶ軸と回折格子の形成された
平面基板のｙ軸とのなす角、λは半導体レーザの設定発
振波長、ｍは整数である。またΔｆは非点隔差であり、
前記活性層端面から前記座標系のＸ方向に広がるレーザ
光の発散中心点と前記活性層端面から前記座標系のＸ方
向に広がるレーザ光の発散中心点との距離を示す。
ｓθ｝２）＋ （ｙ−（Δｆ ＋ ｆ）ｓｉｎθ｝２／
［（ｍλ／２＋（Δ ｆ ＋ｒ）） ２− ｛（Δ
ｆ＋ｆ）ｃｏｓθ｝ ２コ ＝ １ここでＸとｙは光回
折素子の形成される平面基板上の直交座標であり、ｆは
活性層端面と前記座標系の原点との設定距離、θは前記
活性層端面と前記原点を結ぶ軸と回折格子の形成された
平面基板のｙ軸とのなす角、λは半導体レーザの設定発
振波長、ｍは整数である。またΔｆは非点隔差であり、
前記活性層端面から前記座標系のＸ方向に広がるレーザ
光の発散中心点と前記活性層端面から前記座標系のＸ方
向に広がるレーザ光の発散中心点との距離を示す。
１°た、本発明は
（４）（１）において、半導体レーザ活性層の片端面か
ら放射する発散性の放射光のうちの特定の波長の光が、
前記外部共振器により活性層片端面に集光して光帰還さ
れる際、前記特定の波長に対して、半導体レーザ自体の
共振器により発振し得る隣接した発振波長の光が前記活
性層の外部に集光される。
ら放射する発散性の放射光のうちの特定の波長の光が、
前記外部共振器により活性層片端面に集光して光帰還さ
れる際、前記特定の波長に対して、半導体レーザ自体の
共振器により発振し得る隣接した発振波長の光が前記活
性層の外部に集光される。
また、
（５）（１）において、外部共振器鏡を構成する回折格
子が、電子計算機制御の電子ビーム露光法により形成さ
れている。
子が、電子計算機制御の電子ビーム露光法により形成さ
れている。
また、
（６）（１）において、半導体レーザにおいて、光が放
射されかつ外部共振器鏡により光が集光される片端面に
無反射膜が形成されている。
射されかつ外部共振器鏡により光が集光される片端面に
無反射膜が形成されている。
さらに、本発明は、
（７）複数の半導体レーザ、及びそれぞれの半導体レー
ザの片端面に、異なる特定の波長の光を直接帰還する集
光性及び波長分散性の外部共振器の設置された複数の外
部共振器型レーザを用いた波長多重光伝送装置を提供す
るので、 また、 （８）（７）において、複数の半導体レーザが同一の半
導体基板にアレイ状に形成されており、かつそれぞれの
半導体レーザに異なる波長の光を直接光帰還するための
外部共振器を形成する回折格子が同一基板上に形成され
ている。
ザの片端面に、異なる特定の波長の光を直接帰還する集
光性及び波長分散性の外部共振器の設置された複数の外
部共振器型レーザを用いた波長多重光伝送装置を提供す
るので、 また、 （８）（７）において、複数の半導体レーザが同一の半
導体基板にアレイ状に形成されており、かつそれぞれの
半導体レーザに異なる波長の光を直接光帰還するための
外部共振器を形成する回折格子が同一基板上に形成され
ている。
また、
（９）（８）において、複数の半導体レーザの活性層端
面と、複数の外部共振器鏡との設定距離、及び半導体レ
ーザ基板と外部共振器鏡きのなす角が一定であり、かつ
光帰還される特定の波長が、それぞれ異なる波長多重光
伝送装置を提供するものである。
面と、複数の外部共振器鏡との設定距離、及び半導体レ
ーザ基板と外部共振器鏡きのなす角が一定であり、かつ
光帰還される特定の波長が、それぞれ異なる波長多重光
伝送装置を提供するものである。
作用
本発明は、半導体レーザ活性層の端面から放射する発散
性の放射光のうちの特定の波長の光だけを、曲がりと周
期の連続的に変化する構造を有する反射型の回折格子を
用いて、回折光の反射角を連続的に変化させることによ
り集光性の光ビームに変換し、前記活性層の端面に反射
光を直接集光して半導体レーザに光帰還を行なうことが
可能となることを応用するものである。また半導体レー
ザと外部共振器鏡の間にレンズが介在しないので素子の
小型化と光帰還の光路中に収差が発生することが防げら
れ、その結果高性能な外部共振器型半導体レーザが実現
されるもである。
性の放射光のうちの特定の波長の光だけを、曲がりと周
期の連続的に変化する構造を有する反射型の回折格子を
用いて、回折光の反射角を連続的に変化させることによ
り集光性の光ビームに変換し、前記活性層の端面に反射
光を直接集光して半導体レーザに光帰還を行なうことが
可能となることを応用するものである。また半導体レー
ザと外部共振器鏡の間にレンズが介在しないので素子の
小型化と光帰還の光路中に収差が発生することが防げら
れ、その結果高性能な外部共振器型半導体レーザが実現
されるもである。
実施例
本発明の外部共振器型の半導体レーザの概略図を第１図
に示す。第１図に本発明の外部共振器型半導体レーザの
概略を示す。１は１，３μｍ帯のファプリーペロー型半
導体レーザ、２は半導体レーザの光軸に対して傾斜して
配置された外部共振器鏡基板であり、その基板の表面の
一部には反射型の回折格子３が形成されている。半導体
レーザの片端面４から放射された発散性の光は、回折格
子３に達し、この回折格子の光回折現象に伴う光分散効
果により波長選択された特定の波長の光のみが半導体レ
ーザの方向に反射され、半導体レーザの片端面４に集光
され半導体レーザの活性層５に光帰還される。ここで波
長選択される特定の波長は回折格子の形状及び基板の傾
斜角で決定され、特定の波長以外の波長の光は異なる方
向に分散して集光され活性層に光帰還されることはない
。また活性層の片端面には反射防止膜６が形成されてお
り、片端面４ともう一方の端面７で形成される半導体レ
ーザ自体のファプリーペロー共振器による発振は抑圧さ
れている。
に示す。第１図に本発明の外部共振器型半導体レーザの
概略を示す。１は１，３μｍ帯のファプリーペロー型半
導体レーザ、２は半導体レーザの光軸に対して傾斜して
配置された外部共振器鏡基板であり、その基板の表面の
一部には反射型の回折格子３が形成されている。半導体
レーザの片端面４から放射された発散性の光は、回折格
子３に達し、この回折格子の光回折現象に伴う光分散効
果により波長選択された特定の波長の光のみが半導体レ
ーザの方向に反射され、半導体レーザの片端面４に集光
され半導体レーザの活性層５に光帰還される。ここで波
長選択される特定の波長は回折格子の形状及び基板の傾
斜角で決定され、特定の波長以外の波長の光は異なる方
向に分散して集光され活性層に光帰還されることはない
。また活性層の片端面には反射防止膜６が形成されてお
り、片端面４ともう一方の端面７で形成される半導体レ
ーザ自体のファプリーペロー共振器による発振は抑圧さ
れている。
また、半導体レーザ１自体のファプリーペローモードに
より発振し得る隣接した副線モードの波長の光は活性層
５の上部もしくは下部的２μｍの位置に集光されるよう
に設計されている。
より発振し得る隣接した副線モードの波長の光は活性層
５の上部もしくは下部的２μｍの位置に集光されるよう
に設計されている。
第２図を用いて、本発明に用いた外部共振器鏡の設計原
理を示す。回折素子の形成される平面基板上にｘ、
ｙの直交座標系を仮定し、光の発散点及び集光点となる
活性層端面Ｐが前記座標の原点から垂直方向に対し ｙ
軸方向に０の角をなす線上に存在し、しかも原点からｆ
の距ガＦに設定されていると仮定する。Ｐから放射され
回折格子の一点Ｇに到達し、反射されて再度Ｐに戻る光
の位相が揃うように回折格子の形状が設定されていると
き、この回折格子は外部共振器鏡としてはたらくことに
なる。即ち点Ｇ（ｘ、Ｙ）を回折格子の等位相点と考え
ると、回折格子の形状は次式で与えられる。
理を示す。回折素子の形成される平面基板上にｘ、
ｙの直交座標系を仮定し、光の発散点及び集光点となる
活性層端面Ｐが前記座標の原点から垂直方向に対し ｙ
軸方向に０の角をなす線上に存在し、しかも原点からｆ
の距ガＦに設定されていると仮定する。Ｐから放射され
回折格子の一点Ｇに到達し、反射されて再度Ｐに戻る光
の位相が揃うように回折格子の形状が設定されていると
き、この回折格子は外部共振器鏡としてはたらくことに
なる。即ち点Ｇ（ｘ、Ｙ）を回折格子の等位相点と考え
ると、回折格子の形状は次式で与えられる。
２ＰＧ＝ｍλ＋（定数） （第−式）ここで、ＰＧ
は点Ｐと点Ｇの距離、λは半導体レーザの設定発振波長
、ｍは整数である。
は点Ｐと点Ｇの距離、λは半導体レーザの設定発振波長
、ｍは整数である。
原点における前記定数を 零 ときめると、回折格子の
形状をｘ、 ｙ座標で示すと 次式で表される。
形状をｘ、 ｙ座標で示すと 次式で表される。
ｘ２＋ （ｙ −ｆｓｌｒｌ） ２＝（ｍλ／２＋ｆ
） ” −（ｆｃｏｓθ｝２ （第２式）従って回折格
子の形状は 点（０、ｆ ５ｌｎＯ）を中心とする半径
が ｖ’（（ｍλ／２＋ ｆ） ２− （ｆｃｏｓθ｝２）
のｍの関数となる日計である。
） ” −（ｆｃｏｓθ｝２ （第２式）従って回折格
子の形状は 点（０、ｆ ５ｌｎＯ）を中心とする半径
が ｖ’（（ｍλ／２＋ ｆ） ２− （ｆｃｏｓθ｝２）
のｍの関数となる日計である。
また半導体レーザの放射ビームに非点隔差Δｆが存在す
るときには、同様に前記座標の原点から垂直方向に対し
ｙ軸方向にθの角をなす線上にＸ方向に対する発散点Ｐ
１とｙ方向に対する発散点Ｐ２を仮定し、原点からそれ
ぞれｆ及びｆ＋Δｆの距離に設定されていると仮定すと
、同様に回折格子の形状は次式で与えられる。
るときには、同様に前記座標の原点から垂直方向に対し
ｙ軸方向にθの角をなす線上にＸ方向に対する発散点Ｐ
１とｙ方向に対する発散点Ｐ２を仮定し、原点からそれ
ぞれｆ及びｆ＋Δｆの距離に設定されていると仮定すと
、同様に回折格子の形状は次式で与えられる。
ｘ２１ （（ｍλ／２＋ｆ）２− （ｆ ５ｃｏｓθ｝
２）十ｙ−（Δｆ ＋ｆ）ｓｉｎθ｝２／［（ｍλ／２
＋（Δ ｆ ＋ｆ）） ２− （（Δ ｆ＋ｆ）ｃ
ｏｓθ｝ ２コ ＝ １（第３式） 第３図に、本発明の実施例に用いた外部共振器鏡の概略
を示す。第３図（Ａ）は外部共振器鏡の断面の概略を示
す。基板２として用いた５１基板３１の上に形成された
約０．６μｍの電子線レジスト３２に、前記の第２式で
表される曲線状に電子ビームを照射し、その後現像液に
浸すことにより前記電子ビームの１４射された部分を除
去し凹凸構造が形成されている。その凹凸構造の電子線
レジストの表面にＡｕの薄膜３３を形成し、高い反射率
の回折格子が形成されている。第３図（Ｂ）は電子ビー
ムで形成された回折格子３４の形状の概略を示す。回折
格子３４の形成されている領域の大きさは０．１ｘ Ｏ
，Ｉｃ ｍ２である。回折格子の凹部の形状は第２式で
表され、設定パラメータとしてｆ＝２ｍｍ１ θ＝
４８．２’ λ＝１．３μｍとした。
２）十ｙ−（Δｆ ＋ｆ）ｓｉｎθ｝２／［（ｍλ／２
＋（Δ ｆ ＋ｆ）） ２− （（Δ ｆ＋ｆ）ｃ
ｏｓθ｝ ２コ ＝ １（第３式） 第３図に、本発明の実施例に用いた外部共振器鏡の概略
を示す。第３図（Ａ）は外部共振器鏡の断面の概略を示
す。基板２として用いた５１基板３１の上に形成された
約０．６μｍの電子線レジスト３２に、前記の第２式で
表される曲線状に電子ビームを照射し、その後現像液に
浸すことにより前記電子ビームの１４射された部分を除
去し凹凸構造が形成されている。その凹凸構造の電子線
レジストの表面にＡｕの薄膜３３を形成し、高い反射率
の回折格子が形成されている。第３図（Ｂ）は電子ビー
ムで形成された回折格子３４の形状の概略を示す。回折
格子３４の形成されている領域の大きさは０．１ｘ Ｏ
，Ｉｃ ｍ２である。回折格子の凹部の形状は第２式で
表され、設定パラメータとしてｆ＝２ｍｍ１ θ＝
４８．２’ λ＝１．３μｍとした。
回折格子３４において、各グレーティングを構成してい
る曲線は第２式で示される日計の一部であり、第３図に
示すようにその半径の間隔が、徐々に変化している事か
ら、既に述べた様に曲がりとチャーピングの構成を有す
るグレーティングである。
る曲線は第２式で示される日計の一部であり、第３図に
示すようにその半径の間隔が、徐々に変化している事か
ら、既に述べた様に曲がりとチャーピングの構成を有す
るグレーティングである。
上記の様に形成した回折格子を外部共振器鏡として第１
図に示した外部共振器型半導体レーザを１１ｉ成した結
果、約１．３μｍの波長で単一縦モード発振が実現でき
た。また発振波長は半導体レーザ基板と外部共振器鏡と
のなす角を変化させることにより１．３μｍを中心に約
０．０２μｍの波長範囲において連続的に制御すること
が可能であった。
図に示した外部共振器型半導体レーザを１１ｉ成した結
果、約１．３μｍの波長で単一縦モード発振が実現でき
た。また発振波長は半導体レーザ基板と外部共振器鏡と
のなす角を変化させることにより１．３μｍを中心に約
０．０２μｍの波長範囲において連続的に制御すること
が可能であった。
また副モード抑圧比は３０ｄＢ以上であった。さらに正
弦波の交流電流で変調をおこなったところ、半導体レー
ザ光出力はＩＱＧＨｚ以上の変調周波数にも十分追従す
ることが確認できた。
弦波の交流電流で変調をおこなったところ、半導体レー
ザ光出力はＩＱＧＨｚ以上の変調周波数にも十分追従す
ることが確認できた。
以上の実施例に於いては、外部共振器鏡を形成する回折
格子の形状が日計の一部である場合をしめしたが、使用
する半導体レーザが例えばゲインガイド型の半導体レー
ザであり非点隔差が存在する場合には外部共振器鏡を形
成する回折格子の形状を楕円第３式で表される日計の一
部で構成することにより、同様に安定な単一縦モード発
振する外部共振器型半導体レーザを構成することが可能
である。これはじゅうらいのはんどうたいれ−ざではコ
リメーションレンズ以外に更にンリンドリカルレンズを
挿入するか、もしくは両方の機能を汀する高ｆ、１７度
な非球面レンズを用いなければ解決できなかったた課題
であり、それが本発明では容易に実現できるものである
。
格子の形状が日計の一部である場合をしめしたが、使用
する半導体レーザが例えばゲインガイド型の半導体レー
ザであり非点隔差が存在する場合には外部共振器鏡を形
成する回折格子の形状を楕円第３式で表される日計の一
部で構成することにより、同様に安定な単一縦モード発
振する外部共振器型半導体レーザを構成することが可能
である。これはじゅうらいのはんどうたいれ−ざではコ
リメーションレンズ以外に更にンリンドリカルレンズを
挿入するか、もしくは両方の機能を汀する高ｆ、１７度
な非球面レンズを用いなければ解決できなかったた課題
であり、それが本発明では容易に実現できるものである
。
以上は発散光を収束光に変換する機能を存する反射型の
回折格子を外部共振器鏡として用いた外部共振器型の半
導体レーザを示したが、第４図にこの外部共振器型半導
体レーザを用いた波長多重光伝送装置の光源の概略構成
図を示す。
回折格子を外部共振器鏡として用いた外部共振器型の半
導体レーザを示したが、第４図にこの外部共振器型半導
体レーザを用いた波長多重光伝送装置の光源の概略構成
図を示す。
４１ａ−ｈは、同一のＩｎＰ半導体基板にアレー状に形
成された１、３μｍ帯の複数の半導体レーザであり、４
２は外部共振器鏡基板であり、それぞれの半導体レーザ
に異なる波長の光を直接光帰還するための複数の回折格
子４３ａ−ｈが形成されている。
成された１、３μｍ帯の複数の半導体レーザであり、４
２は外部共振器鏡基板であり、それぞれの半導体レーザ
に異なる波長の光を直接光帰還するための複数の回折格
子４３ａ−ｈが形成されている。
それぞれの回折格子の形状は、前記複数の半導体レーザ
４１ａ−ｈの活性層端面４４ａ−ｈと、複数の外部共振
器鏡４３ａ−ｈとの設定距離、及び半導体レーザ基板と
外部共振器鏡とのなす角θが一定であり、かつ光帰還さ
れる特定の波長がそれぞれ１０Ａずつ異なる様に設計さ
れ前記の実施例と同様に電子ビーム露光装置を用いて作
製した。その他の設定パラメータは同様にｆ ＝ ２
ｍｍ１ θ＝４８．２’である。半導体レーザのそれ
ぞれの活性層端面４４ａ−ｈを結ぶ直線と、それに対応
させるそれぞれの外部共振器鏡４３ａ−ｈの座標原点を
結ぶ直線が平行でかつ２ｍｍ隔てて配置し、また外部共
振器鏡基板を半導体レーザの光軸に対して角度的θ傾斜
させることにより 安定な１０波長の波長多重光伝送装
置の光源を実現することが可能であった。
４１ａ−ｈの活性層端面４４ａ−ｈと、複数の外部共振
器鏡４３ａ−ｈとの設定距離、及び半導体レーザ基板と
外部共振器鏡とのなす角θが一定であり、かつ光帰還さ
れる特定の波長がそれぞれ１０Ａずつ異なる様に設計さ
れ前記の実施例と同様に電子ビーム露光装置を用いて作
製した。その他の設定パラメータは同様にｆ ＝ ２
ｍｍ１ θ＝４８．２’である。半導体レーザのそれ
ぞれの活性層端面４４ａ−ｈを結ぶ直線と、それに対応
させるそれぞれの外部共振器鏡４３ａ−ｈの座標原点を
結ぶ直線が平行でかつ２ｍｍ隔てて配置し、また外部共
振器鏡基板を半導体レーザの光軸に対して角度的θ傾斜
させることにより 安定な１０波長の波長多重光伝送装
置の光源を実現することが可能であった。
各隣接した半導体レーザ間の発振波長間隔は約１ＯＡで
あり、また発振波長は外部共振器鏡基板の半導体レーザ
の光軸に対する傾斜角を変化させることにより全体的に
シフトさせ制御することが可能であった。
あり、また発振波長は外部共振器鏡基板の半導体レーザ
の光軸に対する傾斜角を変化させることにより全体的に
シフトさせ制御することが可能であった。
以上の実施例に於いては、半導体レーザとして１．３μ
ｍ帯のものを使用したが、必ずしもこれに限らずガリウ
ム砒素基板を用いた０、８μｍ帯、もしくは０． ６μ
ｍμｍキガ半導−ザを用いても全く同様の効果が得られ
ることは自明である。
ｍ帯のものを使用したが、必ずしもこれに限らずガリウ
ム砒素基板を用いた０、８μｍ帯、もしくは０． ６μ
ｍμｍキガ半導−ザを用いても全く同様の効果が得られ
ることは自明である。
発明の効果
以上のように本発明は従来の外部共振器型の半導体レー
ザの欠点、即ち （１）半導体レーザと外部共振器間の距離が長く、素子
サイズの小型化に限界。
ザの欠点、即ち （１）半導体レーザと外部共振器間の距離が長く、素子
サイズの小型化に限界。
（２）半導体レーザ、コリメーションレンズ、及び外部
共振器の光軸の調整が困難 （３）半導体レーザと外部共振器間の光の走行時間が長
く高速変調限界が困難。
共振器の光軸の調整が困難 （３）半導体レーザと外部共振器間の光の走行時間が長
く高速変調限界が困難。
（４）レンズや半導体レーザの非点ドｒ差に伴う収差に
より、発振モードが不安定。
より、発振モードが不安定。
といった問題点を克服し、小型で超速変調の可能な波長
安定化半導体レーザ、及び波長多重光伝送システムを実
現するものであり、大きな価値を有するものである。
安定化半導体レーザ、及び波長多重光伝送システムを実
現するものであり、大きな価値を有するものである。
第１図は本発明の外部共振器型半導体レーザの＋ａ略図
、第２図は本発明に用いた外部共振器鏡を構成する回折
素子の原理及び形状を説明する図、第３図（Ａ）、
（Ｂ）は本発明の実施例に用いた外部共振器鏡の概略断
面図、平面図、第４図は外部共振器型半導体レーザを用
いた波長多重光伝送装置の光源の概略構成図、第５図は
従来の外部共振器型半導体レーザの概略を示す図である
。 １番１番半導体レーザ、２（３１） ・Ｏ・基板、３
（３４）・・舎回折格子。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名第１図 ６尺封肪止繰 ／ 第２図 第 図 ｃＡ） 第 図 第 ５ 図 ５６反ＩＦＪｒよｒ蔓
、第２図は本発明に用いた外部共振器鏡を構成する回折
素子の原理及び形状を説明する図、第３図（Ａ）、
（Ｂ）は本発明の実施例に用いた外部共振器鏡の概略断
面図、平面図、第４図は外部共振器型半導体レーザを用
いた波長多重光伝送装置の光源の概略構成図、第５図は
従来の外部共振器型半導体レーザの概略を示す図である
。 １番１番半導体レーザ、２（３１） ・Ｏ・基板、３
（３４）・・舎回折格子。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか１名第１図 ６尺封肪止繰 ／ 第２図 第 図 ｃＡ） 第 図 第 ５ 図 ５６反ＩＦＪｒよｒ蔓
Claims (9)
- （１）半導体レーザと半導体レーザ活性層の片方の端面
から放射する発散性の放射光のうちの特定の波長の光だ
けを前記活性層の片端面に直接集光して光帰還を行なう
波長分散性及び光集光性の機能を有し、かつ平面基板上
に形成された反射型の光回折素子で構成された外部共振
器鏡を含んで形成され、前記外部共振器鏡を構成してい
る反射型の光回折素子が、曲がりと周期の連続的に変化
する構造を有する回折格子により形成され、かつ各格子
の形状が円もしくは楕円の２次曲線群の一部で表わされ
ることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - （２）回折格子の各格子の形状が次式で表わされる円群
の一部であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の外部共振器型半導体レーザ。 ｘ＾２＋（ｙ−ｆｓｉｎθ）＾２＝ （ｍλ／２＋ｆ）＾２−（ｆｃｏｓθ）＾２ここでｘ、
ｙは光回折素子の形成される平面基板上の直交座標であ
り、ｆは活性層端面と前記座標系の原点との設定距離、
θは前記活性層端面と前記原点を結ぶ軸と回折格子の形
成された平面基板のｙ軸とのなす角、λは半導体レーザ
の設定発振波長、ｍは整数である。 - （３）回折格子の各格子の形状が次式で表わされる楕円
群の一部であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の外部共振器型半導体レーザ。 ｘ＾２／｛（ｍλ／２＋ｆ）＾２−（ｆ・ｃｏｓθ）＾
２｝＋｛ｙ−（Δｆ＋ｆ）ｓｉｎθ｝＾２／［｛ｍλ／
２＋（Δｆ＋ｆ）｝＾２−｛（Δｆ＋ｆ）ｃｏｓθ｝＾
２］＝１ここでｘ、ｙは光回折素子の形成される平面基
板上の直交座標であり、ｆは活性層端面と前記座標系の
原点との設定距離、θは前記活性層端面と前記原点を結
ぶ軸と回折格子の形成された平面基板のｙ軸とのなす角
、λは半導体レーザの設定発振波長、ｍは整数である。 またΔｆは非点隔差であり、前記活性層端面から前記座
標系のＸ方向に広がるレーザ光の発散中心点と前記活性
層端面から前記座標系のｙ方向に広がるレーザ光の発散
中心点との距離を示す。 - （４）半導体レーザ活性層の片端面から放射する発散性
の放射光のうちの特定の波長の光が、前記外部共振器に
より活性層片端面に集光して光帰還される際、前記特定
の波長に対して、半導体レーザ自体の共振器により発振
し得る隣接した縦モードの発振波長の光が前記活性層の
外部に集光されることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の外部共振器型半導体レーザ。 - （５）外部共振器鏡を構成する回折格子が、電子計算機
制御の電子ビーム露光法により形成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の外部共振器型半導
体レーザ。 - （６）半導体レーザにおいて、光が放射されかつ外部共
振器鏡により光が集光される片端面に反射防止膜が形成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の外部共振器型半導体レーザ。 - （７）複数の半導体レーザ、及びそれぞれの半導体レー
ザの片端面から放射された光のうち、異なる特定の波長
の光を前記それぞれ半導体レーザの片端面に直接帰還す
る集光性及び波長分散性の外部共振器の設置された複数
の外部共振器型レーザを用いた波長多重光伝送装置。 - （８）複数の半導体レーザが同一の半導体基板にアレー
状に形成されており、かつそれぞれの半導体レーザに異
なる波長の光を直接光帰還するための外部共振器鏡を形
成する回折格子が同一基板上に形成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第７項記載の波長多重光伝送装
置。 - （９）複数の半導体レーザの活性層端面と、複数の外部
共振器鏡との設定距離、及び半導体レーザの光軸と外部
共振器鏡とのなす角が一定であり、かつ光帰還される特
定の波長が、それぞれ異なることを特徴とする特許請求
の範囲第８項記載の波長多重光伝送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1030547A JP2676875B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 外部共振器型半導体レーザ及び波長多重光伝送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1030547A JP2676875B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 外部共振器型半導体レーザ及び波長多重光伝送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02209784A true JPH02209784A (ja) | 1990-08-21 |
| JP2676875B2 JP2676875B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=12306822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1030547A Expired - Fee Related JP2676875B2 (ja) | 1989-02-09 | 1989-02-09 | 外部共振器型半導体レーザ及び波長多重光伝送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2676875B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04361584A (ja) * | 1991-06-10 | 1992-12-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 位相同期型半導体レーザ |
| US5301059A (en) * | 1992-03-03 | 1994-04-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Short-wavelength light generating apparatus |
| US5387998A (en) * | 1992-06-17 | 1995-02-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Shorter wavelength light generating apparatus in which coherent light is converted into shorter wavelength light |
| JPH09307190A (ja) * | 1996-05-15 | 1997-11-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | ＡｌＩｎＧａＮ系半導体発光素子および半導体発光装置 |
| JP2007189118A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Yokogawa Electric Corp | 外部共振器型波長可変光源 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62142426A (ja) * | 1985-12-17 | 1987-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 波長多重光通信用光源 |
-
1989
- 1989-02-09 JP JP1030547A patent/JP2676875B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62142426A (ja) * | 1985-12-17 | 1987-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 波長多重光通信用光源 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04361584A (ja) * | 1991-06-10 | 1992-12-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 位相同期型半導体レーザ |
| US5301059A (en) * | 1992-03-03 | 1994-04-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Short-wavelength light generating apparatus |
| US5387998A (en) * | 1992-06-17 | 1995-02-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Shorter wavelength light generating apparatus in which coherent light is converted into shorter wavelength light |
| JPH09307190A (ja) * | 1996-05-15 | 1997-11-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | ＡｌＩｎＧａＮ系半導体発光素子および半導体発光装置 |
| JP2007189118A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Yokogawa Electric Corp | 外部共振器型波長可変光源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2676875B2 (ja) | 1997-11-17 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |