JPH0834332B2 - 波長可変半導体レーザ光源装置 - Google Patents
波長可変半導体レーザ光源装置Info
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- JPH0834332B2 JPH0834332B2 JP28271789A JP28271789A JPH0834332B2 JP H0834332 B2 JPH0834332 B2 JP H0834332B2 JP 28271789 A JP28271789 A JP 28271789A JP 28271789 A JP28271789 A JP 28271789A JP H0834332 B2 JPH0834332 B2 JP H0834332B2
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- Japan
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- semiconductor laser
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- light source
- laser light
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- 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
- H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
- H01S3/1055—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length one of the reflectors being constituted by a diffraction grating
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，波長可変半導体レーザ光源装置に係り，特
に，コヒーレント光通信や光素子測定用等に用いて好適
な，広い波長可変幅を有する波長可変半導体レーザ光源
装置に関するものである。
に，コヒーレント光通信や光素子測定用等に用いて好適
な，広い波長可変幅を有する波長可変半導体レーザ光源
装置に関するものである。
〔従来の技術〕 波長可変半導体レーザ光源装置に関する研究は，コヒ
ーレント光通信や光素子測定評価用の光源としての強い
ニーズのもとに，近年勢力的に行われている。特に，広
い波長可変幅を実現する波長可変光源として，外部回折
格子型の波長可変半導体レーザ光源が最も適しており，
既に1.5μｍ帯で90nmの波長可変幅を有するものが実現
している。外部回折格子型の波長可変半導体レーザ光源
装置の代表的な構成図を第１図に示す。半導体レーザ１
の一方の端面２には無反射コート膜３が施されており，
無反射コート膜３の端面から出た光はレンズ４でコリメ
ートされ，外方光軸上に配置された回折格子５で反射さ
れ半導体レーザ１へ戻るようになっている。回折格子５
と，半導体レーザ１の無反射コートされていない端面６
との間で共振器を構成してレーザ発振を行う。その際，
回折格子５の光軸に対する角度によって波長選択が行わ
れ，レーザ発振波長を制御することができる。この波長
可変レーザ光源では，波長の選択が回折格子の回転によ
って行われるため，結晶の屈折率変化を利用して波長を
選択する多電極DBR（分布ブラッグ反射）レーザまたはD
FB（分布フィードバック形）レーザに比べて幅広い波長
可変幅が実現できる。
ーレント光通信や光素子測定評価用の光源としての強い
ニーズのもとに，近年勢力的に行われている。特に，広
い波長可変幅を実現する波長可変光源として，外部回折
格子型の波長可変半導体レーザ光源が最も適しており，
既に1.5μｍ帯で90nmの波長可変幅を有するものが実現
している。外部回折格子型の波長可変半導体レーザ光源
装置の代表的な構成図を第１図に示す。半導体レーザ１
の一方の端面２には無反射コート膜３が施されており，
無反射コート膜３の端面から出た光はレンズ４でコリメ
ートされ，外方光軸上に配置された回折格子５で反射さ
れ半導体レーザ１へ戻るようになっている。回折格子５
と，半導体レーザ１の無反射コートされていない端面６
との間で共振器を構成してレーザ発振を行う。その際，
回折格子５の光軸に対する角度によって波長選択が行わ
れ，レーザ発振波長を制御することができる。この波長
可変レーザ光源では，波長の選択が回折格子の回転によ
って行われるため，結晶の屈折率変化を利用して波長を
選択する多電極DBR（分布ブラッグ反射）レーザまたはD
FB（分布フィードバック形）レーザに比べて幅広い波長
可変幅が実現できる。
なお，関連文献としては,N.A.Olsson,et al.,“Perfo
rmance Characteristics of 1.5−μm External Cavity
Semiconductor Lasers for Coherent Optical Communi
cation",IEEE,Journal of Lightwave Technology,Vol.L
T−5,p.510（1987）〔エヌ・エイ・オルソン他著“コヒ
ーレント光通信用1.5μｍ外部ギャビティ形半導体レー
ザの動作特性",アイ・イー・イー・イー，光技報，巻LT
−5,510頁（1987）〕が挙げられる。
rmance Characteristics of 1.5−μm External Cavity
Semiconductor Lasers for Coherent Optical Communi
cation",IEEE,Journal of Lightwave Technology,Vol.L
T−5,p.510（1987）〔エヌ・エイ・オルソン他著“コヒ
ーレント光通信用1.5μｍ外部ギャビティ形半導体レー
ザの動作特性",アイ・イー・イー・イー，光技報，巻LT
−5,510頁（1987）〕が挙げられる。
外部回折格子型波長可変半導体レーザでは上記のよう
に，波長可変幅を比較的大きくすることができるが，実
現される波長可変幅は，半導体レーザ端面に施される無
反射コートの品質と，回折格子と半導体レーザとの光学
的な結合効率によって制限され，もともとの半導体レー
ザの持つゲイン幅よりも狭い範囲でしか，波長を選択す
ることができない。レーザ端面の無反射コートの品質が
不十分なために端面で反射が起こると，回折格子と半導
体レーザの結合効率が下がるとともに，半導体レーザ内
部のファブリーペローモード（以下では内部モードとい
う）での発振が起こりやすくなる。そのために，回折格
子で選択された波長での発振が阻害されてしまう。した
がって，端面の反射率を十分に小さく抑えないと，波長
可変幅が狭くなり，また同時に波長可変動作時において
も，半導体レーザの内部モードの影響で，出力が大きく
変動したり，モードジャンプや多モード発振が発生した
りする問題が生じる。
に，波長可変幅を比較的大きくすることができるが，実
現される波長可変幅は，半導体レーザ端面に施される無
反射コートの品質と，回折格子と半導体レーザとの光学
的な結合効率によって制限され，もともとの半導体レー
ザの持つゲイン幅よりも狭い範囲でしか，波長を選択す
ることができない。レーザ端面の無反射コートの品質が
不十分なために端面で反射が起こると，回折格子と半導
体レーザの結合効率が下がるとともに，半導体レーザ内
部のファブリーペローモード（以下では内部モードとい
う）での発振が起こりやすくなる。そのために，回折格
子で選択された波長での発振が阻害されてしまう。した
がって，端面の反射率を十分に小さく抑えないと，波長
可変幅が狭くなり，また同時に波長可変動作時において
も，半導体レーザの内部モードの影響で，出力が大きく
変動したり，モードジャンプや多モード発振が発生した
りする問題が生じる。
以上の問題点を解決するためには，無反射コートの品
質を向上することが有効であるが，無反射コートは必ず
ある波長に対して最適化されることから，広帯域にわた
って反射率を十分に下げることは困難である。
質を向上することが有効であるが，無反射コートは必ず
ある波長に対して最適化されることから，広帯域にわた
って反射率を十分に下げることは困難である。
なお，以上に述べた問題点は，波長選択性のある反射
板を回折格子の代りに用いる外部鏡形の波長可変半導体
レーザ光源装置においても生じる問題点である。
板を回折格子の代りに用いる外部鏡形の波長可変半導体
レーザ光源装置においても生じる問題点である。
本発明の目的は，外部鏡形の波長可変半導体レーザ光
源装置における上記した問題点を解決し，従来より広い
波長可変幅を実現することのできる波長可変半導体レー
ザ光源装置を提供することにある。
源装置における上記した問題点を解決し，従来より広い
波長可変幅を実現することのできる波長可変半導体レー
ザ光源装置を提供することにある。
上記目的を達成するために，本発明においては，半導
体レーザの一方の端面に無反射コートを施し，その外方
光軸上に波長選択性のある反射板を配置した構成の外部
鏡形波長可変半導体レーザ光源装置において，無反射コ
ートの最適波長を，使用する半導体レーザ単体の発振波
長（ゲインピーク波長）よりも40nm〜100nmだけ短波長
側に設定する構成とする。
体レーザの一方の端面に無反射コートを施し，その外方
光軸上に波長選択性のある反射板を配置した構成の外部
鏡形波長可変半導体レーザ光源装置において，無反射コ
ートの最適波長を，使用する半導体レーザ単体の発振波
長（ゲインピーク波長）よりも40nm〜100nmだけ短波長
側に設定する構成とする。
従来，無反射コートの最適波長は，使用する半導体レ
ーザのゲインピーク波長に一致するようになされてい
た。波長可変レーザ装置がもとの半導体レーザと同程度
の注入電流レベルで発振するならば，この方法は有効で
ある。しかし，実際の波長可変レーザでは，ゲインが低
い波長で強制的に発振させようとするために，必然的に
しきい値レベルが上がり，ゲインピークが短波長側にシ
フトしてしまう。したがって，ゲインの低いところでも
発振可能な広帯域波長可変レーザを実現するためには，
無反射コートの最適波長を，使用する半導体レーザのゲ
インピーク波長よりも短波長側に設定することが有効で
ある。シフト量は使用する半導体レーザのシフト量によ
って決まるが，通常の半導体レーザでは40nm〜100nmの
範囲内でのシフト量だけシフトさせることが有効であ
る。この無反射コートの最適波長のシフトにより外部鏡
形波長可変半導体レーザ光源の波長可変幅を拡大するこ
とができる。
ーザのゲインピーク波長に一致するようになされてい
た。波長可変レーザ装置がもとの半導体レーザと同程度
の注入電流レベルで発振するならば，この方法は有効で
ある。しかし，実際の波長可変レーザでは，ゲインが低
い波長で強制的に発振させようとするために，必然的に
しきい値レベルが上がり，ゲインピークが短波長側にシ
フトしてしまう。したがって，ゲインの低いところでも
発振可能な広帯域波長可変レーザを実現するためには，
無反射コートの最適波長を，使用する半導体レーザのゲ
インピーク波長よりも短波長側に設定することが有効で
ある。シフト量は使用する半導体レーザのシフト量によ
って決まるが，通常の半導体レーザでは40nm〜100nmの
範囲内でのシフト量だけシフトさせることが有効であ
る。この無反射コートの最適波長のシフトにより外部鏡
形波長可変半導体レーザ光源の波長可変幅を拡大するこ
とができる。
図面を用いて，さらに具体的に説明する。一般的な半
導体レーザ単体のゲインの波長依存性を第２図に示す。
図に示されているように，注入電流密度が増加するに従
ってゲインピークは短波長側にシフトする。また，端面
に施す無反射コートの波長依存性は模式的に第３図のよ
うに現される。λARは，無反射コートの最適波長を示
す。第１図に示した外部回折格子型波長可変半導体レー
ザ光源において，回折格子によって選択された波長λＧ
におけるゲインが小さいと，共振器によるフィードバッ
クも考慮にいれたゲインは第４図のようになり，発振は
外部回折格子で選択された波長λＧではなく，半導体レ
ーザのゲインピーク波長λＰ（半導体レーザ単体のゲイ
ンピーク波長：矢印で示された波長）で生じてしま
う。波長可変レーザ装置としての波長可変域は，この時
ゲインがどこまで小さくなっても選択した波長で発振で
きるかで決定される。
導体レーザ単体のゲインの波長依存性を第２図に示す。
図に示されているように，注入電流密度が増加するに従
ってゲインピークは短波長側にシフトする。また，端面
に施す無反射コートの波長依存性は模式的に第３図のよ
うに現される。λARは，無反射コートの最適波長を示
す。第１図に示した外部回折格子型波長可変半導体レー
ザ光源において，回折格子によって選択された波長λＧ
におけるゲインが小さいと，共振器によるフィードバッ
クも考慮にいれたゲインは第４図のようになり，発振は
外部回折格子で選択された波長λＧではなく，半導体レ
ーザのゲインピーク波長λＰ（半導体レーザ単体のゲイ
ンピーク波長：矢印で示された波長）で生じてしま
う。波長可変レーザ装置としての波長可変域は，この時
ゲインがどこまで小さくなっても選択した波長で発振で
きるかで決定される。
レーザ発振は，電流を注入していった時にゲインとロ
スが初めてつり合うところで起こる。回折格子で選択し
た波長λＧで発振が起こるか，半導体レーザ単体のゲイ
ンピーク波長λＰで発振が起こるかは，ゲインとロスが
どの波長で初めてつり合うかで決まる。つまり，ゲイン
とロスの波長依存性が発振波長を決める。
スが初めてつり合うところで起こる。回折格子で選択し
た波長λＧで発振が起こるか，半導体レーザ単体のゲイ
ンピーク波長λＰで発振が起こるかは，ゲインとロスが
どの波長で初めてつり合うかで決まる。つまり，ゲイン
とロスの波長依存性が発振波長を決める。
第５図に，従来の外部回折格子型波長可変半導体レー
ザ光源装置で行われていたように，無反射コートの最適
波長λARを半導体レーザ単体のゲインピークの波長λＰ
に一致させた場合のレーザ発振の様子を示す（λＰ＝λ
AR）。上の線はロスを表し，これは，回折格子の反射率
と無反射コートを施した端面の反射率で決まる。下の線
はゲインを表す。この図で，ゲインの曲線とロスの曲線
が交わったところが発振波長となる。まず，回折格子の
選択波長λＧをゲインが十分に大きい波長領域にした場
合〔第５図（ａ）〕には，半導体レーザ単体のゲインが
十分にあるため注入電流密度は半導体レーザ単体の時に
比べてそれほど大きくならずにすみゲインピークはλＰ
からシフトしない。したがって，この時の発振は，回折
格子が選択した波長λＧで起こる。しかし，ゲインピー
クから離れた波長を選択した場合〔第５図（ｂ）〕に
は，ゲインが小さいため注入電流密度が増加し，ゲイン
ピークが元の発振モードλＰよりも短波長側にシフトす
る。この場合，無反射コートの最適化は元の発振モード
の位置になされているため，無反射コートは有効に機能
せず半導体レーザ単体のゲインピークの波長での発振を
抑えきれない。図では，選択波長λＧで発振が起こる前
に，シフトしたゲインピークの付近でゲインとロスがつ
り合って発振してしまっている。
ザ光源装置で行われていたように，無反射コートの最適
波長λARを半導体レーザ単体のゲインピークの波長λＰ
に一致させた場合のレーザ発振の様子を示す（λＰ＝λ
AR）。上の線はロスを表し，これは，回折格子の反射率
と無反射コートを施した端面の反射率で決まる。下の線
はゲインを表す。この図で，ゲインの曲線とロスの曲線
が交わったところが発振波長となる。まず，回折格子の
選択波長λＧをゲインが十分に大きい波長領域にした場
合〔第５図（ａ）〕には，半導体レーザ単体のゲインが
十分にあるため注入電流密度は半導体レーザ単体の時に
比べてそれほど大きくならずにすみゲインピークはλＰ
からシフトしない。したがって，この時の発振は，回折
格子が選択した波長λＧで起こる。しかし，ゲインピー
クから離れた波長を選択した場合〔第５図（ｂ）〕に
は，ゲインが小さいため注入電流密度が増加し，ゲイン
ピークが元の発振モードλＰよりも短波長側にシフトす
る。この場合，無反射コートの最適化は元の発振モード
の位置になされているため，無反射コートは有効に機能
せず半導体レーザ単体のゲインピークの波長での発振を
抑えきれない。図では，選択波長λＧで発振が起こる前
に，シフトしたゲインピークの付近でゲインとロスがつ
り合って発振してしまっている。
第６図に，本発明の構成による場合，即ち，無反射コ
ートの最適波長λARを半導体レーザ単体のゲインピーク
波長λＰよりも40nmから100nm程度だけ短波長側にシフ
トさせた場合，のレーザ発振の様子を示す（λAR＜λＰ
−40nm）。回折格子の選択波長λＧを半導体レーザのゲ
インが十分に大きい領域にした場合〔第６図（ａ）〕に
は，選択した波長におけるゲインが十分に大きいために
注入電流密度は大きくならず，第５図（ａ）の場合と同
じように，選択した波長で発振が起こる。さらに，ゲイ
ンが小さい領域の波長を選択した場合〔第６図（ｂ）〕
には，第５図（ｂ）と同じように注入電流密度が増大す
るために，ゲインピークが短波長側にシフトする。しか
し，この場合，無反射コートの最適波長がもともとゲイ
ンピークよりも短波長側に設定されているために，シフ
トしたゲインピークの位置での発振が抑えられ，選択し
た波長λＧで発振が起こる。
ートの最適波長λARを半導体レーザ単体のゲインピーク
波長λＰよりも40nmから100nm程度だけ短波長側にシフ
トさせた場合，のレーザ発振の様子を示す（λAR＜λＰ
−40nm）。回折格子の選択波長λＧを半導体レーザのゲ
インが十分に大きい領域にした場合〔第６図（ａ）〕に
は，選択した波長におけるゲインが十分に大きいために
注入電流密度は大きくならず，第５図（ａ）の場合と同
じように，選択した波長で発振が起こる。さらに，ゲイ
ンが小さい領域の波長を選択した場合〔第６図（ｂ）〕
には，第５図（ｂ）と同じように注入電流密度が増大す
るために，ゲインピークが短波長側にシフトする。しか
し，この場合，無反射コートの最適波長がもともとゲイ
ンピークよりも短波長側に設定されているために，シフ
トしたゲインピークの位置での発振が抑えられ，選択し
た波長λＧで発振が起こる。
無反射コートの品質が最も波長可変域に影響を及ぼす
のは，選択した波長におけるゲインが小さく，選択した
波長とゲインピーク波長との競合で発振が決まるような
状況のときである。ゲインが小さな領域の波長を選択し
た場合，必然的に注入電流密度が増大しゲインは半導体
レーザ単体のゲインピークからシフトする。本発明はこ
の点に着目し，無反射コートが最も有効に波長可変幅拡
大に寄与するような構成としたものである。
のは，選択した波長におけるゲインが小さく，選択した
波長とゲインピーク波長との競合で発振が決まるような
状況のときである。ゲインが小さな領域の波長を選択し
た場合，必然的に注入電流密度が増大しゲインは半導体
レーザ単体のゲインピークからシフトする。本発明はこ
の点に着目し，無反射コートが最も有効に波長可変幅拡
大に寄与するような構成としたものである。
以上説明したように，本発明によれば，半導体レーザ
単体の端面に施す無反射コートの最適波長を，使用する
半導体レーザ単体の発振波長よりも短波長側に設定する
ことによって，従来よりも広い波長可変幅の半導体レー
ザ光源を実現できる効果がある。
単体の端面に施す無反射コートの最適波長を，使用する
半導体レーザ単体の発振波長よりも短波長側に設定する
ことによって，従来よりも広い波長可変幅の半導体レー
ザ光源を実現できる効果がある。
第１図は外部回折格子型波長可変半導体レーザ装置の一
般的な構成図，第２図は半導体レーザのゲインの波長依
存性を示す図，第３図は無反射コートを施した端面の反
射率の波長依存性を示した図，第４図は外部回折格子型
波長可変半導体レーザにおける共振のフィードバックも
考慮に入れた場合のゲインの波長の依存性を示す図，第
５図は従来の無反射コートを施した場合の波長可変動作
を説明する図で（ａ）は選択波長λＧをゲインが大きい
波長領域とした場合，（ｂ）はλＧをゲインが小さい領
域とした場合，第６図は本発明による無反射コートを施
した場合の波長可変動作を説明する図で（ａ）はλＧを
ゲインが大きい波長領域とした場合，（ｂ）はλＧをゲ
インが小さい領域とした場合である。 〈符号の説明〉 １……半導体レーザ、2,6……端面 ３……無反射コート膜、４……レンズ ５……回折格子 λＰ……半導体レーザ単体のゲインピーク波長 λAR……無反射コートの最適波長 λＧ……回折格子の選択波長
般的な構成図，第２図は半導体レーザのゲインの波長依
存性を示す図，第３図は無反射コートを施した端面の反
射率の波長依存性を示した図，第４図は外部回折格子型
波長可変半導体レーザにおける共振のフィードバックも
考慮に入れた場合のゲインの波長の依存性を示す図，第
５図は従来の無反射コートを施した場合の波長可変動作
を説明する図で（ａ）は選択波長λＧをゲインが大きい
波長領域とした場合，（ｂ）はλＧをゲインが小さい領
域とした場合，第６図は本発明による無反射コートを施
した場合の波長可変動作を説明する図で（ａ）はλＧを
ゲインが大きい波長領域とした場合，（ｂ）はλＧをゲ
インが小さい領域とした場合である。 〈符号の説明〉 １……半導体レーザ、2,6……端面 ３……無反射コート膜、４……レンズ ５……回折格子 λＰ……半導体レーザ単体のゲインピーク波長 λAR……無反射コートの最適波長 λＧ……回折格子の選択波長
Claims (1)
- 【請求項１】半導体レーザの一方の端面に無反射コート
を施し，その外方光軸上に波長選択性のある反射板を配
置した構成の外部鏡形波長可変半導体レーザ光源装置に
おいて，上記無反射コートの最適波長を，半導体レーザ
単体のゲインピーク波長よりも40nmから100nm短波長側
に設定することを特徴とする波長可変半導体レーザ光源
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28271789A JPH0834332B2 (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 波長可変半導体レーザ光源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28271789A JPH0834332B2 (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 波長可変半導体レーザ光源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03142988A JPH03142988A (ja) | 1991-06-18 |
| JPH0834332B2 true JPH0834332B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=17656125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28271789A Expired - Lifetime JPH0834332B2 (ja) | 1989-10-30 | 1989-10-30 | 波長可変半導体レーザ光源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0834332B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DK200001321A (da) | 2000-09-05 | 2002-03-06 | Esko Graphics As | Lasersystem med ekstern optisk tilbagekobling og anvendelse af et sådant system indenfor den grafiske industri |
| ATE400911T1 (de) | 2004-06-16 | 2008-07-15 | Univ Danmarks Tekniske | Segmentiertes diodenlasersystem |
-
1989
- 1989-10-30 JP JP28271789A patent/JPH0834332B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03142988A (ja) | 1991-06-18 |
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