JPS60143682A - 半導体レ−ザ波長変動補償装置 - 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】 （１）発明の技術分野 本発明は半導体レーザの波長変動補償装置に係り、特に
レーザ光の一部であるモニタ光を反射させるため１反射
型ホログラムを用いた半導体レーザ波長変動補償装置に
関するものである。

（２）技術の背景 近年レーザ光は波長が一定で指向特性が優れている為、
各種計測器、レーダ、医療機器等に用いられている。こ
のレーザ光を発生させる装置は現在、ヘリウム、ネオン
等のガスを用いた装置、ルビー、ガラス等の固体を用い
た装置、半導体装置を用いた装置等が存在する。特にそ
の中で半導体装置を用いて作製した半導体レーザは高性
能で装置を小型にできる為、光通信、光ディバイス、ホ
ログラムスキャナ用のレーザ光として期待されている。

半導体レーザはＰ型半導体とＮ型半導体ｔＪｐ−Ｎ接合
して両半導体間に大きな順方向電流を流し。

Ｐ−Ｎ接合部に多量のキャリヤを注入し、半導体の上位
、下位のエネルギーレベルの反転領域をＰ−Ｎ接合部に
作る。さらに上位レベルにあるキャリヤが下位レベルに
落ちる時、上下のエネルギーレベル差で定まる波長の光
を送出する。同様の動作を順次繰り返すことによって最
初の光を増幅し。

十分増幅された光をレーザ光として取り出すものである
。

しかし周囲温度や両半導体間に流す順方向電流に変化が
ある場合、Ｐ−Ｎ接合部へ注入されるキャリアも変化し
、エネルギーレベルも変化してレーザ光の波長が一定に
定まらない問題がある。

（３）　従来技術と問題点 レーザ光が波長変動を起こした場合、これを補償する為
従来第１図に示す様に半導体レーザを作るレーザダイオ
ード１のレーザ光２を放出する面と逆の面に光軸を合わ
せて集光レンズ３２反射型グレーティング４を設けてい
る。そしてレーザダイオード１からレーザ光の一部であ
るモニタ光５を集光レンズ３を介して反射型グレーティ
ング４に照射する。この反射型グレーティング４に照射
された光はレーザ波長に合わせたピッチで反射型グレー
ディング４の表面に凹凸が設けられている為１反射型グ
レーディング４に照射した光の反射回折光はレーザ波長
に一致した波長の光のみとなる。この反射回折光を集光
レンズ３を介してレーザダイオード１に入射し、レーザ
ダイオード１で増幅する。さらにレーザダイオード１か
ら集光レンズ６を介して波長の変動のないレーザ光とし
て取出す装置である。

しかしながら従来の波長変動補償装置において。

集光レンズ３によってモニタ光５を反射型グレーディン
グ４に照射する為反射型グレーディング４に照射する光
は平行光でなければならない。正確にモニタ光５を集光
レンズ３によって平行光にする為には集光レンズ３の位
置調整が難しく、調整に時間を要する。また量産製造さ
れたレーザダイオード１は各生産ロフトによりばらつき
があり。

レーザ光の広がり角も異なり、同一の有効径の集光レン
ズ３を用いると集光レンズ３の有効径外に広がったレー
ザ光は損失することになる。したがってモニタ光５とし
てレーザ光の一部の光量をむだにすることになり、この
光量の損失を防止する為、有効径の大きい集光レンズ３
を用いた場合。

集光レンズ３は高価である為半導体レーザ装置のコスト
アンプの原因となる。

（４）　発明の目的 本発明は、上述の従来の欠点に鑑み、レーザダイオード
と反射型グレーディングの間に設けられていた集光レン
ズ３を削除し１反射型グレーディングとして反射型ホロ
グラムを用いることにより。

集光レンズの困難な位置調整や集光レンズによって光量
の損失をなくシ、容易かつ安価な半導体レーザ波長補償
装置を提供することを目的とする。

（５）　発明の要点 上記目的は、半導体レーザと、固定したいレーザ光の発
振波長を用いて１発散波と収束波により作成された反射
型ホログラムと、前記半導体レーザ光より発生されたレ
ーザ光の一部を前記反射型ホログラムに入射することに
より、レーザ光の波５− 長変動を補償することを特徴とする半導体レーザ波長変
動補償装置を提供することによって達成される。

（６）　発明の実施例 以下９本発明の実施例を添付図面にしたがって詳述する
。

第２図は本発明による半導体レーザの波長変動補償装置
の一実施例を説明する構成図である。

同図においてレーザ光を作るレーザダイオード７と光軸
を同じくしてレーザダイオード７の両端から一定間隔を
離して一方に反射型ホログラム８が設けられ、他方に集
光レンズ９が設けられている。集光レンズ９はレーザダ
イオード７で増幅された出力光１０をレーザ光として外
部へ出力する為のレンズであり、従来の反射型グレーテ
ィングに平行光を照射する為のレンズではない。反射型
ホログラム８はレーザダイオード７からモニタ光１１を
出力するモニタ口（ぐち）と反射型ホログラム８に入射
したモニタ光１１の反射光１２がレーザダイオード７に
入射する入射口（ぐち）を−６− 致させる為のものである。

レーザダイオード７のモニタ口に反射型グレーティング
からの反射光１２が正確に入射する為には１反射型グレ
ーティングの反射面１３をホログラムによる干渉縞を用
いて作成した反射型ホログラム８を用いる。

第３図はホログラムを用いて反射型グレーティングを作
成することを説明する図である。反射型ホログラム８の
反射面１３にＡ点から固定したい波長λ０のレーザの発
散光１４を照射すると同時に、同様の収束光１５を反射
面１３に照射する。

両照射光１４．１５により反射型ホログラム８の反射面
１３に両照射光１４．１５の干渉縞をつくる反射型ホロ
グラム８にはフォトレジスト等を用い、干渉縞を作成し
てから金属蒸着を行なうか。

または基板をエツチングすることで反射型ホログラム８
が作成できる。この干渉縞を記録した反射型ホログラム
８の反射面１３にＡ点から前述と同様の波長λ０を有す
る光を照射するとその反射光はＡ点に戻る。また波長λ
Ｕとずれた波長をＡ点から同様に反射型ホログラム８の
反射面１３に照射するとその反射光はＡ点からずれた位
置に集光する。

したがって以上説明した反射型ホログラム８の反射面１
３に第２図に示す様にレーザダイオード７のモニタ口か
らモニタ光１１を照射すると、固定したい波長の反則回
折光１２は正確にモニタ口に戻る。また周囲温度の変化
やレーザダイオード７に流す順方向電流の変化によって
波長λ口が変化した場合は点線で示す様にレーザダイオ
ード７のモニタ口とずれた位置に反射型ホログラム８か
らの反射光１６を集光する。この為固定したい波長から
ずれた波長の反射光がレーザダイオード７に入射するこ
とはない。　したがって必要とする波長例えば波長λ０
の光は、レーザダイオード７のモニタ口からモニタ光１
１として反射型ホログラム８の反射面１３に照射し、そ
の反射光１２はレーザダイオード７のモニタ口からレー
ザダイオード７内に入射する。レーザダイオード７内に
入射した反射光１２の波長は正確なλ０の波長のみで、
レーザダイオード７で増幅された後集光レンズ９を介し
て正確な単一波長λ０のレーザ光を出力する。

以上の様に反射型ホログラム８を用いることによって従
来用いていた反射型グレーティングの凹凸面に平行光を
照射する必要をなくシ、シたがって平行光を作る為の集
光レンズも削除することができる。

次に本発明による他の実施例を以下で説明する。

前述の本発明の一実施例で用いられた反射型ホログラム
８はレーザダイオード７によって作られるレーザ波長に
感光する材料を用いなければならないが、このレーザ波
長は８００　ｎｍ〜１５００ｎｍであり。

この波長に感光する感剤は見つけにくい。そこで赤外波
以下の波長で反射型ホログラム８を作成し。

赤外波以下の波長で作成された反射型ホログラム８を半
導体レーザの波長変動補償として用いるものである。

この反射型ホログラム８の作成を第４図〜第６図を用い
て説明する。

９− 第４図はＢ点からの波長λｆのレーザ光１７と参照光１
８によって干渉縞を作成することを示す図である。この
時Ｂ点から反射型ホログラム８までの距離はｆであり、
参照光１８が反射型ホログラム８を透過した場合の参照
光１８の集光点から反射型ホログラム８までの距離も同
様にｆである。

この時反射型ホログラム８に作成される干渉縞は波長λ
ｆのレーザ光がＢ点から照射された場合。

正確にＢ点に反射光を集光することができる。

ここで反射型ホログラム８は波長λｆより短いレーザ光
に感光する感光剤を用いなければならないから、第５図
に示すような正の球面収差を有する光をレーザ光１７．
参照光１８として用いる。

球面収差はレンズの中央部と周辺部で入射光に対する屈
折角が異なることを示す。従って必要な球面収差Δｆを
有するレンズを介してレーザ光１７゜参照光１８を反射
型ホログラム８に照射することにより必要な球面収差量
Ｒを得ることができる。

第６図はレンズ（図示せず）を介して反射型グレーティ
ングに入射するレーザ光１９．参照光１０− ２０と第４図のレンズを介さないで反射型グレーティン
グに入射するレーザ光１７．参照光１８の関係を示す図
である。同図においては、レンズの球面収差Δｆだけレ
ーザ光１７．１９をずらして示している。

従って波長がλｆより低いレーザ光を使って反射型ホロ
グラム８の反射光をＢ点に集光するためには球面収差Δ
ｆが解かれば良い。以下の式は球面収差Δｆをめる式で
ある。

例えば必要なレーザ波長λｆが７６０　ｎｍである時。

干渉縞を作成するレーザ光１９としてヘリウムネオン（
Ｈｅ−Ｎｅ）レーザを用いればその波長λは必要なレー
ザ波長λｆより短い６３２．８　ｎｍである。

そして距離ｆを１０１１で１球面収差量Ｒを１０１１１
１とすれば球面収差Δｆは３．７ｍとなり１球面収差量
Ｒが１５ｎ＋とすれば球面収差Δｆは１８．８ｍｍとな
る。

従って球面収差Δｆとレーザ光１９の波長を適当に選択
しレーザ光１９．参照光２０をΔ１の球面収差を有する
レンズを介して反射型ホログラム８に干渉縞を記録し、
前述の本発明の一実施例と同様にして反射型ホログラム
８である感光剤を現像した反射型ホロクツＪ２に波長λ
ｆのレーザ光を照射すると、その反射光は照射した点に
戻る。μｍ１ち波長λｆのレーザ光は反射型ホログラム
８に照射された後、レーザダイオード７のモニタ口に正
確にその反射光を集光させることができる。従ってレー
ザダイオード７のモニタ口から出射したモニタ光１１は
反射型ホログラム８で反射され、その反射光１２は正確
にレーザダイオード７のモニタ口へ入射し、この入射光
はレーザダイオード７内で増幅されて波長変動のない単
一波長のレーザ光として出射される。

以上の実施例によればレーザダイオード７、反射型ポロ
グラム８によりレーザ光の波長変動を従来の集光レンズ
を用いなくても補償することができる。

本発明は以上の実施例に限るわけではなく１反射型ホロ
グラム８を作成する際レンズを用いる代りに第７図に示
すようにプリズム２１を光源と反射型ポログラム８の間
に入れて近似的な球面収差を用いて干渉縞を作ることも
できる。また反射型ホログラム８の利料としてフォトレ
ジストの他に写真乾板を用いても同様に反射型ホログラ
ム８を作ることができる。

（７）発明の効果 以上詳細に説明したように本発明によれば、半導体レー
ザの波長変動補償に従来用いられていた集光レンズを削
除し、さらに集光レンズと対で用いられていた反射型グ
レーティングの代りに反射型ホログラムを用いてレーザ
ダイオードのレーザ光の一部をモニタ光として反射型ホ
ログラムに照射し、レーザ波長変動の補償を行なわせる
ことによって、集光レンズを用いた場合の集光レンズの
困難な位置調整や集光レンズの有効径による光量損失を
なくシ、簡単な構造で安価な半導体レーザ波長変動補償
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半導体レーザ波長変動補償装置１３− の構成図、第２図は本発明の半導体レーザ波長変動補償
装置の構成図、第３図は反射型ホログラム作成の構成図
、第４図は他の実施例の反射型ホログラム作成の構成図
、第５図は球面収差を説明する特性図、第６図は他の実
施例の反射型ホログラム作成の構成図、第７図はプリズ
ムを用いた反射型ホログラム作成の構成図である。 ７・・・レーザダイオード ８・・・反射型ホログラム ９・・・集光レンズ　１０・・・出力光１１・・・モニ
タ光　１２．１６・ ・・反射光　１３・・・反射面 １４．１７．１９・・・レーザ光 １５．１８．２０・・・参照光 ２１・・・プリズム −１４＝ 第１図 第２凶 第３図 第４図 第５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体レーザと、固定したいレーザ光の発振波長
   を用いて２発散波と収束波により作成された反射型ホロ
   グラムと、前記半導体レーザ光より発生されたレーザ光
   の一部を前記反射型ホログラムに入射することにより、
   レーザ光の波長変動を補償することを特徴とする半導体
   レーザ波長変動補償装置。
2. （２）前記発散波と収束波は前記レーザ光の波長をパラ
   メータとする球面収差を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の半導体レーザ波長変動補償装置。
3. （３）前記球面収差はレンズを用いてなることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の半導体レーザ波長変動
   補償装置。
4. （４）前記球面収差はプリズムを用いてなることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の半導体レーザ波長変
   動補償装置。