JPH0691297B2 - 半導体レーザー - Google Patents
半導体レーザーInfo
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- JPH0691297B2 JPH0691297B2 JP1005224A JP522489A JPH0691297B2 JP H0691297 B2 JPH0691297 B2 JP H0691297B2 JP 1005224 A JP1005224 A JP 1005224A JP 522489 A JP522489 A JP 522489A JP H0691297 B2 JPH0691297 B2 JP H0691297B2
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Classifications
-
- 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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-
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- 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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/14—External cavity lasers
-
- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、発振特性が極めて安定で発振波長スペクトル
線幅が極めて小さく、その発振波長を電気的に高速に変
調できる半導体レーザーに関するもので、とくに波長多
重光通信や空間的位相のそろった光波、すなわちコヒー
レント光を利用したコヒーレント光通信に有用な光源と
なるものである。これらの通信においては、光源の発振
周波数が周囲の環境条件の変化に対して安定であり、ま
たその発振スペクトル線幅が極めて狭いこと、またその
発振波長を高速に変調できることが重要な要件である。
線幅が極めて小さく、その発振波長を電気的に高速に変
調できる半導体レーザーに関するもので、とくに波長多
重光通信や空間的位相のそろった光波、すなわちコヒー
レント光を利用したコヒーレント光通信に有用な光源と
なるものである。これらの通信においては、光源の発振
周波数が周囲の環境条件の変化に対して安定であり、ま
たその発振スペクトル線幅が極めて狭いこと、またその
発振波長を高速に変調できることが重要な要件である。
従来の技術 従来の半導体レーザーにおいて、発振波長のスペクトル
線幅を狭くしたり、その発振特性を安定化させたり、そ
の発振波長を変調するためのいくつかの技術が知られて
いる。
線幅を狭くしたり、その発振特性を安定化させたり、そ
の発振波長を変調するためのいくつかの技術が知られて
いる。
その代表的なものとして、半導体レーザーの光共振反射
鏡に導波型回折格子を用いたいわゆる分布帰還型半導体
レーザー（DFBレーザー）と、半導体レーザーの外部に
回折格子を置き、この回折格子と半導体レーザーとで光
共振をおこさせるいわゆる外部共振器型半導体レーザー
が知られている。
鏡に導波型回折格子を用いたいわゆる分布帰還型半導体
レーザー（DFBレーザー）と、半導体レーザーの外部に
回折格子を置き、この回折格子と半導体レーザーとで光
共振をおこさせるいわゆる外部共振器型半導体レーザー
が知られている。
第６図は、従来の代表的分布帰還型半導体レーザーの構
造を示したものである。図において601はレーザー発振
部、602は光導波部、603は導波型回折格子部、604はレ
ーザー光出射側の光共振反射鏡となるべき開端面、605
は基板である。レーザー発振部601で、電気的に注入さ
れた電子と正札との再結合により発生した光は、光導波
部602を通って導波型回折格子部603に入る。入った光は
ここで回折格子と干渉し、回折格子の周期と一定の関係
のある波長の光のみが反射される。反射された光は再び
光導波部を戻り、レーザー発振部を通ってもう一方の端
面に形成された通常の反射鏡604によりまた反射され、
結局先の導波型回折格子とこの反射鏡により光共振器が
形成される。したがって共振波長は回折格子の周期によ
って固定され安定でかつ発振波長スペクトル線幅の狭い
レーザー光が得られる。
造を示したものである。図において601はレーザー発振
部、602は光導波部、603は導波型回折格子部、604はレ
ーザー光出射側の光共振反射鏡となるべき開端面、605
は基板である。レーザー発振部601で、電気的に注入さ
れた電子と正札との再結合により発生した光は、光導波
部602を通って導波型回折格子部603に入る。入った光は
ここで回折格子と干渉し、回折格子の周期と一定の関係
のある波長の光のみが反射される。反射された光は再び
光導波部を戻り、レーザー発振部を通ってもう一方の端
面に形成された通常の反射鏡604によりまた反射され、
結局先の導波型回折格子とこの反射鏡により光共振器が
形成される。したがって共振波長は回折格子の周期によ
って固定され安定でかつ発振波長スペクトル線幅の狭い
レーザー光が得られる。
第７図は従来の代表的外部共振器型の半導体レーザーの
構造を示したものである。図において、701は半導体レ
ーザー、702は回折格子、703は半導体レーザーの出射面
側の端面に形成された反射鏡である。半導体レーザー70
1で発振した光は、この回折格子と反射鏡の間で共振す
るが、共振波長はこの回折格子によって規定される特定
の波長の光に限られることになり、その結果安定でかつ
発振波長スペクトル線幅の狭いレーザー光が得られる。
構造を示したものである。図において、701は半導体レ
ーザー、702は回折格子、703は半導体レーザーの出射面
側の端面に形成された反射鏡である。半導体レーザー70
1で発振した光は、この回折格子と反射鏡の間で共振す
るが、共振波長はこの回折格子によって規定される特定
の波長の光に限られることになり、その結果安定でかつ
発振波長スペクトル線幅の狭いレーザー光が得られる。
発明が解決しようとする課題 上記の半導体レーザーはいずれも、波長多重光通信やコ
ヒーレント光通信の光源として用いるにはまだ十分な性
能が得られていない。分布帰還型半導体レーザーでは、
導波型回折格子を用いているがこの周波数選択性があま
りよくないため発振波長のスペクトル線幅がまだ十分に
狭くない。また外部共振器型半導体レーザーでは、回折
格子として波長選択性のよいものを用いることができる
が、空間的に隔たっているため光軸を合せて機械的に固
定することになるが、光軸合せが難しくまた一度合せて
取り付けても温度変化による熱膨張や収縮、また機械的
振動による変化を受けるため実際に安定なものを作るの
は困難である。発振波長スペクトル線幅はこの空間的隔
たりを長くするほど良いが、長くするほど前述の機械的
変動が起り易くなる。したがってやはり外部共振器型半
導体レーザーにおいても十分な性能のものが得られてい
ない。
ヒーレント光通信の光源として用いるにはまだ十分な性
能が得られていない。分布帰還型半導体レーザーでは、
導波型回折格子を用いているがこの周波数選択性があま
りよくないため発振波長のスペクトル線幅がまだ十分に
狭くない。また外部共振器型半導体レーザーでは、回折
格子として波長選択性のよいものを用いることができる
が、空間的に隔たっているため光軸を合せて機械的に固
定することになるが、光軸合せが難しくまた一度合せて
取り付けても温度変化による熱膨張や収縮、また機械的
振動による変化を受けるため実際に安定なものを作るの
は困難である。発振波長スペクトル線幅はこの空間的隔
たりを長くするほど良いが、長くするほど前述の機械的
変動が起り易くなる。したがってやはり外部共振器型半
導体レーザーにおいても十分な性能のものが得られてい
ない。
また光通信においては周波数変調（FM変調）をかけるこ
とにより低雑音の通信を行ったり、波長の多重化を行う
ことができるが、前記半導体レーザーではいずれも十分
でない。なぜならいずれの半導体レーザーも波長固定を
回折格子でおこなっており、波長を変えるためにはこの
回折格子の周期や光となす角度をかえなければならない
が、機械的動作を用いずにこれを変化させることが困難
であるからである。外部共振器型半導体レーザーの場
合、回折格子の角度を変えることによって発振波長を変
えることはできるが、このように機械的変位を利用する
ものではGHzに及ぶような超高速の周波数変調はできな
い。
とにより低雑音の通信を行ったり、波長の多重化を行う
ことができるが、前記半導体レーザーではいずれも十分
でない。なぜならいずれの半導体レーザーも波長固定を
回折格子でおこなっており、波長を変えるためにはこの
回折格子の周期や光となす角度をかえなければならない
が、機械的動作を用いずにこれを変化させることが困難
であるからである。外部共振器型半導体レーザーの場
合、回折格子の角度を変えることによって発振波長を変
えることはできるが、このように機械的変位を利用する
ものではGHzに及ぶような超高速の周波数変調はできな
い。
このように従来例では、発振波長のスペクトル路線が狭
くかつ周囲の環境条件の変化に対して安定で、電気的に
超高速に周波数変調のかけられるものではなかった。
くかつ周囲の環境条件の変化に対して安定で、電気的に
超高速に周波数変調のかけられるものではなかった。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明では、一方の光共振
用反射鏡に、入射光に対し空間的位相を反転させる機能
を有する４光波混合光位相共役素子を用い、前記光位相
共役素子に入射する第１および第２のポンプ光およびプ
ローブ光の３光波の波長スペクトルの重なり部分が、お
のおのの光波の波長スペクトル幅よりも狭くなるように
して半導体レーザーを構成し、その発振波長を前記３光
波の波長スペクトルの重なり部分の波長になるようにし
て、レーザー発振波長を狭くするとともに、前記ポンプ
光の周波数を電気的に変調することによってレーザー光
の発振波長を変調するようにしたものである。
用反射鏡に、入射光に対し空間的位相を反転させる機能
を有する４光波混合光位相共役素子を用い、前記光位相
共役素子に入射する第１および第２のポンプ光およびプ
ローブ光の３光波の波長スペクトルの重なり部分が、お
のおのの光波の波長スペクトル幅よりも狭くなるように
して半導体レーザーを構成し、その発振波長を前記３光
波の波長スペクトルの重なり部分の波長になるようにし
て、レーザー発振波長を狭くするとともに、前記ポンプ
光の周波数を電気的に変調することによってレーザー光
の発振波長を変調するようにしたものである。
作用 上記のように構成することにより、発振波長スペクトル
線幅が狭く、周囲の環境条件の変化に対して安定で、か
つ電気的に超高速に周波数変調を行うことができる。
線幅が狭く、周囲の環境条件の変化に対して安定で、か
つ電気的に超高速に周波数変調を行うことができる。
実施例 以下本発明の一実施例の半導体レーザーの構成とその機
能について、図面を参照しながら説明する。
能について、図面を参照しながら説明する。
（実施例１） 本実施例の半導体レーザーの構成の第１の例を第１図に
示す。図において、101は半導体レーザー発振部、102は
４光波混合光位相共役素子、103は半導体レーザー101の
出射光端面に形成された通常の反射鏡、104と105は前記
光位相共役素子にポンプ光を供給するための半導体レー
ザーで、光位相共役素子の中で二つのポンプ光が対向す
るように光学的配置をしてある。106は半導体レーザー1
01からの出射光の経路例を示したもので、光位相共役素
子102へ入射するプローブ光となっている。107は２つの
ポンプ光とプローブ光との相互作用により光位相共役素
子102より出射された位相共役光の経路を示したもので
ある。
示す。図において、101は半導体レーザー発振部、102は
４光波混合光位相共役素子、103は半導体レーザー101の
出射光端面に形成された通常の反射鏡、104と105は前記
光位相共役素子にポンプ光を供給するための半導体レー
ザーで、光位相共役素子の中で二つのポンプ光が対向す
るように光学的配置をしてある。106は半導体レーザー1
01からの出射光の経路例を示したもので、光位相共役素
子102へ入射するプローブ光となっている。107は２つの
ポンプ光とプローブ光との相互作用により光位相共役素
子102より出射された位相共役光の経路を示したもので
ある。
次に位相共役について簡単に説明する。
光位相共役素子とは、任意方向に伝播する光波の方向と
その全波面を反転させる作用を有する素子のことであ
る。光位相共役素子による全波面反転作用を通常の鏡と
対比して示したのが第２図である。第２図（Ａ）におい
て、201は通常の鏡、202は光源、203のKinは入射光の波
数ベクトル、204のKoutは鏡により反射された出射光の
波数ベクトルであり、第２図（Ｂ）において、205は光
位相共役素子、206は光源、207のKinは入射光の波数ベ
クトル、208のKoutは光位相共役素子からの出射光の波
数ベクトルである。第２図（Ａ）は通常の鏡によって反
射される光の様子を示したもので、通常の鏡では反射光
は入射角と同じ反射角をもって鏡面に垂直な面に対し反
対側に出射される。第２図（Ｂ）は光位相共役素子の場
合を示したもので、この場合入射光と全く同じ経路を逆
方向に進波が発生されている。すなわち光位相共役素子
とは波数ベクトルの符号を反転した波、すなわちKin＝
−Koutの関係の波を発生できる素子のことである。この
ような関係は極めて特殊な場合にしか得られない。その
一つの方法として４光波混合という方法が知られてい
る。これは同じ周波数の３つの光を特定の媒質中に入射
し、３次の非線型分極を媒質中に形成し、これを新たな
波源として第４の光波を媒質中より発生させる方法であ
る。この場合媒質に入射させる３つの光波のうち２つを
ポンプ波Ep1、Ep2、他の一つをプローブ波Eprとし、出
射する光位相共役波をEpcとし、それぞれの波数ベクト
ルをKp1、Kp2、Kpr、Kpcとすると、光位相共役波を発生
させるためには、 Kp1＋Kp2＝Kpr＋Kpc という位相整合条件を満たす必要がある。ポンプ波間で
Kp1＋Kp2＝０という関係を満たせば、Kpr＋Kpc＝０とな
り、Kpr＝−Kpcの関係が常に得られ、光位相共役波が発
生できる。Kp1＋Kp2＝０という関係は同一の波長の光源
を対向させれば良い。また単一の光源を用い通常の反射
鏡で正確に正反対に反射させても得られる。したがって
光位相共役素子は３次の非線型分極の大きい材料を用い
ることにより実現できる。このような材料として、チタ
ン酸バリウム、珪酸ビスマス、ゲルマニウム酸ビスマ
ス、ニオブ酸カリウムの電気光学材料およびガリウム砒
素、アルミニウムガリウム砒素、インジウムアンチモン
インジウムリンなどのIII−Ｖ化合物半導体材料が適当
である。またIII−Ｖ化合物半導体を用い多重量子井戸
構造を形成すると、ここに高温まで安定な励起子を形成
でき、励起子があると３次の電気分極が大きくなること
から、さらに効率の良い光位相共役素子が形成できる。
その全波面を反転させる作用を有する素子のことであ
る。光位相共役素子による全波面反転作用を通常の鏡と
対比して示したのが第２図である。第２図（Ａ）におい
て、201は通常の鏡、202は光源、203のKinは入射光の波
数ベクトル、204のKoutは鏡により反射された出射光の
波数ベクトルであり、第２図（Ｂ）において、205は光
位相共役素子、206は光源、207のKinは入射光の波数ベ
クトル、208のKoutは光位相共役素子からの出射光の波
数ベクトルである。第２図（Ａ）は通常の鏡によって反
射される光の様子を示したもので、通常の鏡では反射光
は入射角と同じ反射角をもって鏡面に垂直な面に対し反
対側に出射される。第２図（Ｂ）は光位相共役素子の場
合を示したもので、この場合入射光と全く同じ経路を逆
方向に進波が発生されている。すなわち光位相共役素子
とは波数ベクトルの符号を反転した波、すなわちKin＝
−Koutの関係の波を発生できる素子のことである。この
ような関係は極めて特殊な場合にしか得られない。その
一つの方法として４光波混合という方法が知られてい
る。これは同じ周波数の３つの光を特定の媒質中に入射
し、３次の非線型分極を媒質中に形成し、これを新たな
波源として第４の光波を媒質中より発生させる方法であ
る。この場合媒質に入射させる３つの光波のうち２つを
ポンプ波Ep1、Ep2、他の一つをプローブ波Eprとし、出
射する光位相共役波をEpcとし、それぞれの波数ベクト
ルをKp1、Kp2、Kpr、Kpcとすると、光位相共役波を発生
させるためには、 Kp1＋Kp2＝Kpr＋Kpc という位相整合条件を満たす必要がある。ポンプ波間で
Kp1＋Kp2＝０という関係を満たせば、Kpr＋Kpc＝０とな
り、Kpr＝−Kpcの関係が常に得られ、光位相共役波が発
生できる。Kp1＋Kp2＝０という関係は同一の波長の光源
を対向させれば良い。また単一の光源を用い通常の反射
鏡で正確に正反対に反射させても得られる。したがって
光位相共役素子は３次の非線型分極の大きい材料を用い
ることにより実現できる。このような材料として、チタ
ン酸バリウム、珪酸ビスマス、ゲルマニウム酸ビスマ
ス、ニオブ酸カリウムの電気光学材料およびガリウム砒
素、アルミニウムガリウム砒素、インジウムアンチモン
インジウムリンなどのIII−Ｖ化合物半導体材料が適当
である。またIII−Ｖ化合物半導体を用い多重量子井戸
構造を形成すると、ここに高温まで安定な励起子を形成
でき、励起子があると３次の電気分極が大きくなること
から、さらに効率の良い光位相共役素子が形成できる。
次にこのような光位相共役素子を光共振器の一方の反射
鏡として用いた本実施例の場合の動作について説明す
る。第１図において、半導体レーザー104、105に同一周
波数で発振するレーザーを用いる。それぞれの波数ベク
トルをKp1、Kp2とすると、それぞれの光が全く反対方向
に進ように配置しておけばKp1＝−Kp2となる。この状態
で半導体レーザー101の光が光位相共役素子に入射する
と、ポンプ光と波長の等しい波長の波の位相共役波のみ
が選択に出射されて半導体レーザー101に戻り、さらに
他方の通常の反射鏡102によって反射された光共振を起
す。これにより半導体レーザー101の共振波長は位相共
役光の波長、すなわちポンプ光の波長に固定される。通
常の半導体レーザーを用いた場合、発振波長に幅があ
る。第３図にこの様子を示す。第３図のａは第１のポン
プ光の発振波長のスペクトルを、第３図のｂは第２のポ
ンプ光の発振波長のスペクトルを、第３図のｃは通常の
反射鏡で発振させた場合の半導体レーザーの発振波長ス
ペクトルを示したものである。位相共役条件はこの３つ
のスペクトルの重なり部分でのみ満たされるので、光位
相共役光の波長は第３図のｄで示した波長となる。半導
体レーザーにはこの波長の光のみが選択的に戻されるの
で、光位相共役素子をその一方の光共振用反射鏡として
用いることにより、この半導体レーザーの発振波長をこ
の重なり部分の波長に固定することができる。
鏡として用いた本実施例の場合の動作について説明す
る。第１図において、半導体レーザー104、105に同一周
波数で発振するレーザーを用いる。それぞれの波数ベク
トルをKp1、Kp2とすると、それぞれの光が全く反対方向
に進ように配置しておけばKp1＝−Kp2となる。この状態
で半導体レーザー101の光が光位相共役素子に入射する
と、ポンプ光と波長の等しい波長の波の位相共役波のみ
が選択に出射されて半導体レーザー101に戻り、さらに
他方の通常の反射鏡102によって反射された光共振を起
す。これにより半導体レーザー101の共振波長は位相共
役光の波長、すなわちポンプ光の波長に固定される。通
常の半導体レーザーを用いた場合、発振波長に幅があ
る。第３図にこの様子を示す。第３図のａは第１のポン
プ光の発振波長のスペクトルを、第３図のｂは第２のポ
ンプ光の発振波長のスペクトルを、第３図のｃは通常の
反射鏡で発振させた場合の半導体レーザーの発振波長ス
ペクトルを示したものである。位相共役条件はこの３つ
のスペクトルの重なり部分でのみ満たされるので、光位
相共役光の波長は第３図のｄで示した波長となる。半導
体レーザーにはこの波長の光のみが選択的に戻されるの
で、光位相共役素子をその一方の光共振用反射鏡として
用いることにより、この半導体レーザーの発振波長をこ
の重なり部分の波長に固定することができる。
（実施例２） 第４図に本発明の他の実施例を示す。第４図において、
401は基板、402は半導体レーザー発振部、403は光位相
共役素子、404はレーザー発振部402と光位相共役素子40
3を光学的に接続する光導波部である。半導体レーザー
発振部、光位相共役素子、光導波部は同一基板上に一体
に集積化されている。このような構成はGaAs−AlGaAsな
どのIII−Ｖ化合物半導体を用いることにより実現でき
る。すなわちレーザー発振部402は、通常のダブルヘテ
ロ接合半導体レーザーと同様の構成、すなわちGaAsまた
は上下の層よりAl濃度の低い層とする。光導波部404も
同様にすることにより光はこの層内に閉じ込められ、光
位相共役素子403に到達する。光位相共役素子403には外
部から２つのポンプ光を対向して加えておく。403を構
成するGaAsまたは低濃度AlGaAsは３次の非線型効果が大
きいので、ここで位相共役光が発生しレーザー発振部に
戻る。この戻り光は半導体レーザー部の他面に形成され
た通常の反射鏡により反射され光共振をおこし実施例１
で述べたと同一の動作が可能となる。このようにレーザ
ー発振部と光位相共役素子をIII−Ｖ化合物半導体を用
いることにより、同一基板上に一体に形成することがで
きる。このような構成とすることにより、半導体レーザ
ー発振部で発振した光がそのまま光位相共役素子に入射
しているため結合効率が大きく、半導体レーザーとして
の発振効率があがる。また小型化できること、半導体レ
ーザー発振部と位相共役素子とを組立る作業がいらない
ため製造が簡単になるなどの効果が得られる。
401は基板、402は半導体レーザー発振部、403は光位相
共役素子、404はレーザー発振部402と光位相共役素子40
3を光学的に接続する光導波部である。半導体レーザー
発振部、光位相共役素子、光導波部は同一基板上に一体
に集積化されている。このような構成はGaAs−AlGaAsな
どのIII−Ｖ化合物半導体を用いることにより実現でき
る。すなわちレーザー発振部402は、通常のダブルヘテ
ロ接合半導体レーザーと同様の構成、すなわちGaAsまた
は上下の層よりAl濃度の低い層とする。光導波部404も
同様にすることにより光はこの層内に閉じ込められ、光
位相共役素子403に到達する。光位相共役素子403には外
部から２つのポンプ光を対向して加えておく。403を構
成するGaAsまたは低濃度AlGaAsは３次の非線型効果が大
きいので、ここで位相共役光が発生しレーザー発振部に
戻る。この戻り光は半導体レーザー部の他面に形成され
た通常の反射鏡により反射され光共振をおこし実施例１
で述べたと同一の動作が可能となる。このようにレーザ
ー発振部と光位相共役素子をIII−Ｖ化合物半導体を用
いることにより、同一基板上に一体に形成することがで
きる。このような構成とすることにより、半導体レーザ
ー発振部で発振した光がそのまま光位相共役素子に入射
しているため結合効率が大きく、半導体レーザーとして
の発振効率があがる。また小型化できること、半導体レ
ーザー発振部と位相共役素子とを組立る作業がいらない
ため製造が簡単になるなどの効果が得られる。
（実施例３） 第５図は本発明の他の実施例を示したものである。第５
図において、501は基板、502は第１の半導体レーザー発
振部、503は光位相共役素子、504は第１の半導体レーザ
ー発振部と光位相共役素子を光学的に接続する光導波
部、505は第１のポンプ光光源となる第２の半導体レー
ザー発振部、506は第２のポンプ光光源となる第３の半
導体レーザー発振部、507、508はそれぞれのポンプ光光
源と光位相共役素子を光学的に接続した光導波部であ
り、同一基板上に形成された光集積回路をなしている。
第１の半導体レーザー発振部と光位相共役素子の構成お
よびその関係は、実施例２の場合と同様になっている。
第２の半導体レーザーの発振光は光導波部507を通って
光位相共役素子503に入るように構成されて第１のポン
プ光となる。第３の半導体レーザー発振部より生じた発
振光は光導波部508を通って、光位相共役素子の中で前
期第１のポンプ光と対向するように構成され第２のポン
プ光となる。すなわち実施例２の構成に加えて、ポンプ
光光源も同一基板上に集積化したものである。このよう
な構成はやはり実施例２の場合と同様GaAsなどのIII−
Ｖ化合物半導体を用いることにより容易に形成できる。
このような構成にすることにより、実施例１および２で
得られた効果に加えて、同一基板上に同一プロセスで３
つの半導体レーザー発振部を形成できることから、発振
波長スペクトル幅がほぼ類似のものが得られるので、ポ
ンプ光用半導体レーザーの選別が不要となり、構成が極
めて容易となる。またポンプ光と光位相共役素子の光結
合効率が良いため、全体としての発振効率が、実施例２
の場合よりも向上する。またポンプ光光源も同一基板上
に一体に集積できることから、実施例２の場合よりもさ
らに小型化できるとともに、光軸合せも不要となること
から、組立作業も実施例２の場合よりさらに簡単とな
る。
図において、501は基板、502は第１の半導体レーザー発
振部、503は光位相共役素子、504は第１の半導体レーザ
ー発振部と光位相共役素子を光学的に接続する光導波
部、505は第１のポンプ光光源となる第２の半導体レー
ザー発振部、506は第２のポンプ光光源となる第３の半
導体レーザー発振部、507、508はそれぞれのポンプ光光
源と光位相共役素子を光学的に接続した光導波部であ
り、同一基板上に形成された光集積回路をなしている。
第１の半導体レーザー発振部と光位相共役素子の構成お
よびその関係は、実施例２の場合と同様になっている。
第２の半導体レーザーの発振光は光導波部507を通って
光位相共役素子503に入るように構成されて第１のポン
プ光となる。第３の半導体レーザー発振部より生じた発
振光は光導波部508を通って、光位相共役素子の中で前
期第１のポンプ光と対向するように構成され第２のポン
プ光となる。すなわち実施例２の構成に加えて、ポンプ
光光源も同一基板上に集積化したものである。このよう
な構成はやはり実施例２の場合と同様GaAsなどのIII−
Ｖ化合物半導体を用いることにより容易に形成できる。
このような構成にすることにより、実施例１および２で
得られた効果に加えて、同一基板上に同一プロセスで３
つの半導体レーザー発振部を形成できることから、発振
波長スペクトル幅がほぼ類似のものが得られるので、ポ
ンプ光用半導体レーザーの選別が不要となり、構成が極
めて容易となる。またポンプ光と光位相共役素子の光結
合効率が良いため、全体としての発振効率が、実施例２
の場合よりも向上する。またポンプ光光源も同一基板上
に一体に集積できることから、実施例２の場合よりもさ
らに小型化できるとともに、光軸合せも不要となること
から、組立作業も実施例２の場合よりさらに簡単とな
る。
発明の効果 本発明は、以上説明したような構成と動作原理から成る
ので、以下に記載されるような効果を示す。
ので、以下に記載されるような効果を示す。
いずれの実施例においても、まず第１に３光波の重なり
部分のスペクトル幅を各光源のスペクトル幅よりも狭く
しておけば、いずれの光源のスペクトル幅よりも狭いス
ペクトル幅のレーザー光が得られる。各スペクトルの重
なり部分は原理的にはいくらでも狭くすることができる
ので、極めてスペクトル幅の狭いレーザー光を得ること
ができる。したがって半導体レーザーとして、発振波長
のスペクトル幅がある程度広い安価なものを用いること
ができる。
部分のスペクトル幅を各光源のスペクトル幅よりも狭く
しておけば、いずれの光源のスペクトル幅よりも狭いス
ペクトル幅のレーザー光が得られる。各スペクトルの重
なり部分は原理的にはいくらでも狭くすることができる
ので、極めてスペクトル幅の狭いレーザー光を得ること
ができる。したがって半導体レーザーとして、発振波長
のスペクトル幅がある程度広い安価なものを用いること
ができる。
第２に光位相共役特有の性質、すなわち光波の空間的位
相のみが正確に反転されるという性質から、半導体レー
ザーと光位相共役素子との相対的位置関係が機械的振動
や熱膨張などの影響で変動したり、光路途中の媒質の変
動があっても全く影響を受けない。したがって環境条件
の変動に対して極めて安定である。
相のみが正確に反転されるという性質から、半導体レー
ザーと光位相共役素子との相対的位置関係が機械的振動
や熱膨張などの影響で変動したり、光路途中の媒質の変
動があっても全く影響を受けない。したがって環境条件
の変動に対して極めて安定である。
第３にポンプ光の少なくとも一つの光源を電気的に周波
数変調可能な光源にしておけば、重なり部分を電気的に
変えることができるので、光位相共役素子と光共振を形
成している半導体レーザーの発振波長（発振周波数の逆
数）をこれにより変調することができる。電気的に周波
数変調のできる光源として、通常の半導体レーザーが知
られている。通常の半導体レーザーにおいてはその注入
電流をかえることにより、その発振周波数を数GGzまで
容易に変調することができる。したがって本発明の構成
により、発振スペクトル線幅のかなり広い安価な半導体
レーザーを用いても、発振スペクトル線幅の極めて狭
い、環境条件に対して安定で、電気的に高速の周波数変
調が可能なレーザー光を得ることができる。
数変調可能な光源にしておけば、重なり部分を電気的に
変えることができるので、光位相共役素子と光共振を形
成している半導体レーザーの発振波長（発振周波数の逆
数）をこれにより変調することができる。電気的に周波
数変調のできる光源として、通常の半導体レーザーが知
られている。通常の半導体レーザーにおいてはその注入
電流をかえることにより、その発振周波数を数GGzまで
容易に変調することができる。したがって本発明の構成
により、発振スペクトル線幅のかなり広い安価な半導体
レーザーを用いても、発振スペクトル線幅の極めて狭
い、環境条件に対して安定で、電気的に高速の周波数変
調が可能なレーザー光を得ることができる。
実施例２においては、半導体レーザー発振部と光位相共
役素子が光学的に結合されて同一基板上に一体に形成さ
れているため、実施例１の効果に加えて、小型化でき
る、発光効率が向上する、組立作用が簡単になるなどの
効果が得られる。
役素子が光学的に結合されて同一基板上に一体に形成さ
れているため、実施例１の効果に加えて、小型化でき
る、発光効率が向上する、組立作用が簡単になるなどの
効果が得られる。
実施例３においては、半導体レーザー発振部と光位相共
役素子およびポンプ光光源がすべて光学的に結合され同
一基板上に一体として形成されているので、実施例１の
効果に加えて、実施例２の場合よりもさらに、小型化、
発光効率の向上、組立作業の簡素化の効果が得られる。
役素子およびポンプ光光源がすべて光学的に結合され同
一基板上に一体として形成されているので、実施例１の
効果に加えて、実施例２の場合よりもさらに、小型化、
発光効率の向上、組立作業の簡素化の効果が得られる。
実施例２および３において、基板としてIII−Ｖ化合物
半導体を用いてもよいが、Siやサファイアなどの基板の
上にもヘテロエピタキシャル成長技術を用いることによ
り、III−Ｖ化合物半導体を形成できることから、これ
らの基板を用いても良い。
半導体を用いてもよいが、Siやサファイアなどの基板の
上にもヘテロエピタキシャル成長技術を用いることによ
り、III−Ｖ化合物半導体を形成できることから、これ
らの基板を用いても良い。
また実施例２および３において、光位相共役素子とし
て、III−Ｖ化合物半導体の多重量子井戸構造を用いる
ことにより、さらに位相共役光の発生効率をあげること
もできる。
て、III−Ｖ化合物半導体の多重量子井戸構造を用いる
ことにより、さらに位相共役光の発生効率をあげること
もできる。
またポンプ光光源として２つの光導体レーザーを用いた
が、光位相共役素子の第１のポンプ光の出射側に正反対
に光を反射する鏡を配置しておけば、ポンプ用光源は一
つでも良い。
が、光位相共役素子の第１のポンプ光の出射側に正反対
に光を反射する鏡を配置しておけば、ポンプ用光源は一
つでも良い。
第１図は本発明の半導体レーザーの１実施例の構成図、
第２図は本発明に用いる光位相共役の説明図、第３図は
本発明の半導体レーザーの動作を説明するための発振波
長スペクトル図、第４図は本発明の他の実施例の半導体
レーザーの構成図、第５図は本発明の他の実施例の半導
体レーザーの構成図、第６図は従来の半導体レーザーの
構成図、第７図は従来の半導体レーザーの他の構成図で
ある。 101……半導体レーザー発振部、102……光位相共役素
子、103……反射鏡、104……ポンプ光用半導体レーザ
ー、105……ポンプ光用半導体レーザー、106……プロー
ブ光経路、107……位相共役光経路、201……鏡、202…
…光源、203……入射光、204……出射光、205……光位
相共役素子、206……光源、207……入射光、208……出
射光、401……基板、402……半導体レーザー発振部、40
3……光位相共役素子、404……光導波部、501……基
板、502……半導体レーザー発振部、503……光位相共役
素子、504……光導波部、505……ポンプ光用半導体レー
ザー発振部、506……ポンプ光用半導体レーザー発振
部、507……光導波部、508……光導波部。
第２図は本発明に用いる光位相共役の説明図、第３図は
本発明の半導体レーザーの動作を説明するための発振波
長スペクトル図、第４図は本発明の他の実施例の半導体
レーザーの構成図、第５図は本発明の他の実施例の半導
体レーザーの構成図、第６図は従来の半導体レーザーの
構成図、第７図は従来の半導体レーザーの他の構成図で
ある。 101……半導体レーザー発振部、102……光位相共役素
子、103……反射鏡、104……ポンプ光用半導体レーザ
ー、105……ポンプ光用半導体レーザー、106……プロー
ブ光経路、107……位相共役光経路、201……鏡、202…
…光源、203……入射光、204……出射光、205……光位
相共役素子、206……光源、207……入射光、208……出
射光、401……基板、402……半導体レーザー発振部、40
3……光位相共役素子、404……光導波部、501……基
板、502……半導体レーザー発振部、503……光位相共役
素子、504……光導波部、505……ポンプ光用半導体レー
ザー発振部、506……ポンプ光用半導体レーザー発振
部、507……光導波部、508……光導波部。
Claims (8)
- 【請求項１】一方の光共振用反射鏡に、入射光に対し空
間的位相を反転させる機能を有する４光波混合光位相共
役素子を用い、前記光位相共役素子に入射する第１およ
び第２のポンプ光およびプローブ光の３光波の波長スペ
クトルの重なり部分が、おのおのの光波の波長スペクト
ル幅よりも狭いことを特徴とする半導体レーザー。 - 【請求項２】ポンプ光光源の少なくとも一つに、電気的
に発振波長を制御できる光源を用いた請求項（１）記載
の半導体レーザー。 - 【請求項３】４光波混合光位相共役素子として、III−
Ｖ化合物半導体の非線型電気光学効果を利用した請求項
（１）記載の半導体レーザー。 - 【請求項４】４波混合光位相共役素子として、III−Ｖ
化合物半導体多重量子井戸構造の非線型電気光学効果を
利用した請求項（１）記載の半導体レーザー。 - 【請求項５】III−Ｖ化合物半導体を材料とする入射光
に対し空間的位相を反転させる機能を有する４光波混合
光位相共役素子と半導体レーザー発振部を有し、前記半
導体レーザー発振部の一方の光共振用反射鏡として、前
記光位相共役素子を用い、両者が光学的に結合されるよ
うにして同一基板上に一体に集積化した半導体レーザ
ー。 - 【請求項６】光位相共役素子に入射する第１および第２
のポンプ光およびプローブ光の３光波の波長スペクトル
の重なり部分が、おのおのの光波の波長スペクトル幅よ
りも狭いことを特徴とする請求項（５）記載の半導体レ
ーザー。 - 【請求項７】III−Ｖ化合物半導体を材料とする入射光
に対し空間的位相を反転させる機能を有する４光波混合
光位相共役素子と複数の半導体レーザー発振部を有し、
前記半導体レーザーのうちの一つの、光共振用反射鏡の
一方として、前記光位相共役素子を用い、両者が光学的
に結合されるようにし、他の半導体レーザー発振部から
放射される光が前記光位相共役素子のポンプ光として入
射するように光学的に結合されるようにして、前記光位
相共役素子と複数の半導体レーザー発振部を同一基板上
に一体に集積化した半導体レーザー。 - 【請求項８】光位相共役素子に入射する第１および第２
のポンプ光およびプローブ光の３光波の波長スペクトル
の重なり部分が、おのおのの光波の波長スペクトル幅よ
りも狭いことを特徴とする請求項（７）記載の半導体レ
ーザー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1005224A JPH0691297B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | 半導体レーザー |
| US07/464,001 US5007066A (en) | 1989-01-12 | 1990-01-12 | Semiconductor laser apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1005224A JPH0691297B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | 半導体レーザー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02185085A JPH02185085A (ja) | 1990-07-19 |
| JPH0691297B2 true JPH0691297B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=11605222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1005224A Expired - Lifetime JPH0691297B2 (ja) | 1989-01-12 | 1989-01-12 | 半導体レーザー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5007066A (ja) |
| JP (1) | JPH0691297B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0476931B1 (en) * | 1990-09-14 | 1996-01-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Phase shift device and laser apparatus utilizing the same |
| US5920588A (en) * | 1996-04-11 | 1999-07-06 | Fujitsu Limited | Method and device for generation of phase conjugate light and wavelength conversion, and system having the device |
| US6091439A (en) * | 1996-11-08 | 2000-07-18 | Hitachi, Ltd. | Laser printer and light source suitable for the same |
| US7224905B2 (en) * | 2000-04-07 | 2007-05-29 | The Regents Of The University Of California | Remotely-interrogated high data rate free space laser communications link |
| NL1017779C2 (nl) * | 2001-04-05 | 2002-10-11 | Stichting Tech Wetenschapp | Werkwijze en inrichting voor het genereren van een coherente laserstraal alsmede werkwijze voor het vervaardigen van een daarbij toe te passen hologram. |
| DE10252836A1 (de) * | 2002-11-13 | 2004-05-27 | Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH | Vorrichtung zum Betreiben von Entlaudungslampen |
| US6865209B2 (en) * | 2003-02-24 | 2005-03-08 | Quintessence Photonics Corporation | Laser diode with a spatially varying electrostatic field frequency converter |
| JP6842725B2 (ja) * | 2019-07-09 | 2021-03-17 | 株式会社金門光波 | レーザー装置およびレーザー発振方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4773739A (en) * | 1986-03-05 | 1988-09-27 | Hughes Aircraft Company | Self-pumped phase conjugate mirror and method using AC-field enhanced photorefractive effect |
| US4913547A (en) * | 1988-01-29 | 1990-04-03 | Moran Steven E | Optically phased-locked speckle pattern interferometer |
-
1989
- 1989-01-12 JP JP1005224A patent/JPH0691297B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-01-12 US US07/464,001 patent/US5007066A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5007066A (en) | 1991-04-09 |
| JPH02185085A (ja) | 1990-07-19 |
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