JPS6043679B2 - 結合回路付半導体レ−ザ装置 - Google Patents
結合回路付半導体レ−ザ装置Info
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- JPS6043679B2 JPS6043679B2 JP5958178A JP5958178A JPS6043679B2 JP S6043679 B2 JPS6043679 B2 JP S6043679B2 JP 5958178 A JP5958178 A JP 5958178A JP 5958178 A JP5958178 A JP 5958178A JP S6043679 B2 JPS6043679 B2 JP S6043679B2
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- semiconductor laser
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Landscapes
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は半導体発光素子、特に、他の発光素子への
結合を容易にする結合回路を備え、さらに単一軸モード
で発振する半導体レーザに関する。
結合を容易にする結合回路を備え、さらに単一軸モード
で発振する半導体レーザに関する。
半導体レーザは、最近急速に開発が進められている光フ
ァイバ通信や光情報処理等の主要な光源のひとつとして
期待され、性能の向上がはかられつつあるが、まだ不十
分な点が少なくない。その中のひとつに発振スペクトル
の問題がある。すなわち大容量長距離の光ファイバ通信
やホログラフイ等を用いる光情報処理においては、光源
のスペクトルは単一波長からなることが望ましい。なぜ
なら、もし光源のスペクトルが多くの波長成分を含むも
のであると、その光が光ファイバ中を長距離伝搬すると
きに、光ファイバ材質の屈折率の波長ごとのちがいによ
つて到達時間に差ができるいわゆる波長分散（あるいは
物質分散）による波長歪が大きくなるからである。一方
、ホログラフイにおいては、光源のスペクトルのひろが
りは、出 力像のぼやけとなつて出力の信号対雑音比を
劣化させるからである。これに対して従来の半導体レー
ザの発振スペクトルは数乃至１０本程度の軸モードから
なることが多かつた。中にはストライプ構造の改良等に
より、一定電流で励起しているときには単一軸モード発
振する半導体レーザも開発されているが、このような半
導体レーザも高速の信号て直接変調されると活性領域の
キャリア数の変動によつて泌然的に多軸モード化するの
が避けられなかつた。 これまでに半導体レーザの単一
軸モード化を実現するひとつの方法として、半導体レー
ザの共振器反射鏡の少なくとも一方を回折格子で置き換
える方法が考案されている。
ァイバ通信や光情報処理等の主要な光源のひとつとして
期待され、性能の向上がはかられつつあるが、まだ不十
分な点が少なくない。その中のひとつに発振スペクトル
の問題がある。すなわち大容量長距離の光ファイバ通信
やホログラフイ等を用いる光情報処理においては、光源
のスペクトルは単一波長からなることが望ましい。なぜ
なら、もし光源のスペクトルが多くの波長成分を含むも
のであると、その光が光ファイバ中を長距離伝搬すると
きに、光ファイバ材質の屈折率の波長ごとのちがいによ
つて到達時間に差ができるいわゆる波長分散（あるいは
物質分散）による波長歪が大きくなるからである。一方
、ホログラフイにおいては、光源のスペクトルのひろが
りは、出 力像のぼやけとなつて出力の信号対雑音比を
劣化させるからである。これに対して従来の半導体レー
ザの発振スペクトルは数乃至１０本程度の軸モードから
なることが多かつた。中にはストライプ構造の改良等に
より、一定電流で励起しているときには単一軸モード発
振する半導体レーザも開発されているが、このような半
導体レーザも高速の信号て直接変調されると活性領域の
キャリア数の変動によつて泌然的に多軸モード化するの
が避けられなかつた。 これまでに半導体レーザの単一
軸モード化を実現するひとつの方法として、半導体レー
ザの共振器反射鏡の少なくとも一方を回折格子で置き換
える方法が考案されている。
この構造は単一軸モード発振を得る点ではきわめて効果
的であるが、いわゆる外部共振器構造を採用しているた
めに通常の結晶のへき開園を利用した共振器とくらべて
やや安定度が低かつた。 さらに、半導体レーザの出射
ビームは大きなひ・ろがり角を持つことが多いので、他
の光学系へ結合させるためには適当な光学系からなる結
合回路を用いる必要があるが、回折格子を用いて単一軸
モード発振を得ている従来の半導体レーザでは、この回
折格子外部鏡と結合回路の両方を半導体レ・ −ザ素子
に近接きて設置しなければならず、構造が複雑で部品の
数も多く、製造がやや困難であつた。
的であるが、いわゆる外部共振器構造を採用しているた
めに通常の結晶のへき開園を利用した共振器とくらべて
やや安定度が低かつた。 さらに、半導体レーザの出射
ビームは大きなひ・ろがり角を持つことが多いので、他
の光学系へ結合させるためには適当な光学系からなる結
合回路を用いる必要があるが、回折格子を用いて単一軸
モード発振を得ている従来の半導体レーザでは、この回
折格子外部鏡と結合回路の両方を半導体レ・ −ザ素子
に近接きて設置しなければならず、構造が複雑で部品の
数も多く、製造がやや困難であつた。
この発明の目的は、構造が簡単で製造容易かつ安定な
結合回路付単一軸モード発振装置を提供することにある
。
結合回路付単一軸モード発振装置を提供することにある
。
この発明によれば、半導体レーザ素子と、その少なくと
も一方の出力端面に近接して設置され、中心軸に垂直な
面内で中心から周辺に向つて除仝に減少する屈折率を持
ち、内部に回折格子を持つ集束性光伝送体を含む結合回
路付単一軸モード発振半導体レーザ装置が得られる。
も一方の出力端面に近接して設置され、中心軸に垂直な
面内で中心から周辺に向つて除仝に減少する屈折率を持
ち、内部に回折格子を持つ集束性光伝送体を含む結合回
路付単一軸モード発振半導体レーザ装置が得られる。
この発明の原理は、この発明の発明者らが実験的に見出
した次の事実に基づいている。
した次の事実に基づいている。
すなわち半導体レーザの発振スペクトルはそのレーザ自
身からの出射光にきわめて敏惑に反応して変化する。し
たがつて、半導体レーザからの出射光のわずか一部分だ
けを波長選択性のある光学素子でその半導体レーザに帰
還させてやれば発振スペクトルを狭帯域化することがで
きる。つまり、半導体レーザ自身は、例えばへき開等に
よつて作られた安定な共振器により発振させておき、そ
こへ回折格子等によりその出射光を一部分帰還させるこ
とにより、発振スペクトルを単一軸モードにすることが
できる。こうすることにより、外部に一方の共振器反射
鏡として回折格子をつけた従来の単一軸モード発振半導
体レーザよりも安定度を高めることができる。さらにこ
の発明では、回折格子を、屈折率が中心から周辺に向つ
て除々に減少している集速性光伝送体からなる結合回路
の中に一体化して形成しているので、結合回路と単一軸
モード化のための帰還回路の両方を別々に設置した従来
の装置にくらべて、部品の数も少なく構造が簡単で製造
容易である。以下、図面を参照してこ．の発明の詳細な
説明する。第１図はこの発明の第１の実施例の斜視図を
、第２図はその断面図をそれぞれあられす。
身からの出射光にきわめて敏惑に反応して変化する。し
たがつて、半導体レーザからの出射光のわずか一部分だ
けを波長選択性のある光学素子でその半導体レーザに帰
還させてやれば発振スペクトルを狭帯域化することがで
きる。つまり、半導体レーザ自身は、例えばへき開等に
よつて作られた安定な共振器により発振させておき、そ
こへ回折格子等によりその出射光を一部分帰還させるこ
とにより、発振スペクトルを単一軸モードにすることが
できる。こうすることにより、外部に一方の共振器反射
鏡として回折格子をつけた従来の単一軸モード発振半導
体レーザよりも安定度を高めることができる。さらにこ
の発明では、回折格子を、屈折率が中心から周辺に向つ
て除々に減少している集速性光伝送体からなる結合回路
の中に一体化して形成しているので、結合回路と単一軸
モード化のための帰還回路の両方を別々に設置した従来
の装置にくらべて、部品の数も少なく構造が簡単で製造
容易である。以下、図面を参照してこ．の発明の詳細な
説明する。第１図はこの発明の第１の実施例の斜視図を
、第２図はその断面図をそれぞれあられす。
通常の良く知られた液相成長法で作られ、へき開により
共振器が形成されたＡ′ＧａＡｓ−ＧａＡｓ−ＡｅＧａ
Ａｓ二重ヘテロ構造の半導体レーザ素子１は金属融着に
よりヒートシンク２に固定されている。この半導体レー
ザ素子１の一方の共振器端面２０に近接して設置された
集速性光伝送体３には中心軸３０から周辺に向つて除々
に減少する屈折率分・布がつけられておりその中心軸３
０方向のほぼ中心部に中心軸３０と７０度の角度をなし
て、回折格子１０が形成されている。この実施例では、
ガラス丸棒にイオン交換法により上述の屈折率分布をつ
けて集束性光伝送体３を製作し、その中心軸３０に対し
て７０度に研磨した面にプラスチック膜を塗り、そこへ
良く知られたレーザ光の干渉とエッチングを組み合わせ
た方法により周期構造を形成した後に反射率約２０％の
誘電体膜を蒸着して回折格子１０ととし、さらに同様な
方法で製作した別の集速性光伝送体を接着した。集束性
光伝送体３の中心軸３０方向の長さは、一方の端面から
軸ずれして入射させた光ビームの蛇行ピッチの約１／ノ
２になるように選んだ。このようにすることにより、集
速性光伝送体の光ビーム変換作用として良く知られてい
るように、一方の端面上の物体の実像がもう一方の端面
上にできる。すなわち、この実施例では、集速性光伝送
体３の入射端面２１を・半導体レーザ素子１の一方の共
振器端面２０に近接させることにより、等価的の集束性
光伝送体３の出射端面２２の位置に共振器端面２０が出
来ることになる。したがつて、そこへ光ファイバ５の端
部を近接させて設置することにより、半導体レ・−ザ素
子１から出射された光ビーム４０は効率良く光ファイバ
５へ結合できる。このとき、出射光ビーム４０のうちの
特定の波長成分は、回折格子１０により半導体レーザ素
子１に帰還され、その波長選択的な光帰還によつて軸モ
ードが単一化された。すなわち、内部に回折格子１０を
持つ集束性光伝送体３は、光ファイバへの結合回路とし
てばかりでなく同時に単一軸モード化のための帰還回路
としても働くので、両方を別々に設置した従来の装置に
くらべて、部品の数も少なく構造が簡単で製造も比較的
容易であつた。しかも、半導体レーザ素子１の共振器と
ては結晶のへき開面等の安定なものを用いているので、
外部共振器を利用した従来の装置よりも安定であつた。
第３図はこの発明の第２の実施例の断面図をあられす。
共振器が形成されたＡ′ＧａＡｓ−ＧａＡｓ−ＡｅＧａ
Ａｓ二重ヘテロ構造の半導体レーザ素子１は金属融着に
よりヒートシンク２に固定されている。この半導体レー
ザ素子１の一方の共振器端面２０に近接して設置された
集速性光伝送体３には中心軸３０から周辺に向つて除々
に減少する屈折率分・布がつけられておりその中心軸３
０方向のほぼ中心部に中心軸３０と７０度の角度をなし
て、回折格子１０が形成されている。この実施例では、
ガラス丸棒にイオン交換法により上述の屈折率分布をつ
けて集束性光伝送体３を製作し、その中心軸３０に対し
て７０度に研磨した面にプラスチック膜を塗り、そこへ
良く知られたレーザ光の干渉とエッチングを組み合わせ
た方法により周期構造を形成した後に反射率約２０％の
誘電体膜を蒸着して回折格子１０ととし、さらに同様な
方法で製作した別の集速性光伝送体を接着した。集束性
光伝送体３の中心軸３０方向の長さは、一方の端面から
軸ずれして入射させた光ビームの蛇行ピッチの約１／ノ
２になるように選んだ。このようにすることにより、集
速性光伝送体の光ビーム変換作用として良く知られてい
るように、一方の端面上の物体の実像がもう一方の端面
上にできる。すなわち、この実施例では、集速性光伝送
体３の入射端面２１を・半導体レーザ素子１の一方の共
振器端面２０に近接させることにより、等価的の集束性
光伝送体３の出射端面２２の位置に共振器端面２０が出
来ることになる。したがつて、そこへ光ファイバ５の端
部を近接させて設置することにより、半導体レ・−ザ素
子１から出射された光ビーム４０は効率良く光ファイバ
５へ結合できる。このとき、出射光ビーム４０のうちの
特定の波長成分は、回折格子１０により半導体レーザ素
子１に帰還され、その波長選択的な光帰還によつて軸モ
ードが単一化された。すなわち、内部に回折格子１０を
持つ集束性光伝送体３は、光ファイバへの結合回路とし
てばかりでなく同時に単一軸モード化のための帰還回路
としても働くので、両方を別々に設置した従来の装置に
くらべて、部品の数も少なく構造が簡単で製造も比較的
容易であつた。しかも、半導体レーザ素子１の共振器と
ては結晶のへき開面等の安定なものを用いているので、
外部共振器を利用した従来の装置よりも安定であつた。
第３図はこの発明の第２の実施例の断面図をあられす。
ヒートシンク２に固定された半導体レーザ素子１の一方
の共振器端面２０に近接させて、内部に回折格子１０を
持つ集束性光伝送体３″が設置され、さらにその出射端
面２２に近接させて光ファイバ５の端部を設置したもの
である。この実施例では回折格子１『を集束性光伝送体
３″の中心軸３『にほぼ垂直な面内に形成し、半導体レ
ーザ素子１および光ファイバ５の端部をその中心軸３『
からずれた位置に設置した。集束性光伝送体３″および
回折格子１『の製造方法は第１の実施例のところで述べ
たとおりである。半導体レーザ素子１を集束性光伝送体
３″の中心軸３０″に対して軸ずれさせて設置すること
により、その出射光ビーム４『を回折格子１『へ適切な
角度で入射させることができ、所望の波長の光だけを帰
還させて軸モードの単一化が実現できた。また、光ビー
ム４『は集束性光伝送体３″中を蛇行しながら進むので
回折格子１『を通り抜けた光はやはり軸ずれさせて設置
した光ファイバ５に結合させることができた。この実施
例では、回折格子１『を形成する面が中心軸３『にほぼ
垂直なので、集束性光伝送体の面の研磨や回折格子の製
従等が第１の実施例の場合よりも容易であつた。この発
明は上記の基本的な実施例の他にいくつかの変形が可能
である。
の共振器端面２０に近接させて、内部に回折格子１０を
持つ集束性光伝送体３″が設置され、さらにその出射端
面２２に近接させて光ファイバ５の端部を設置したもの
である。この実施例では回折格子１『を集束性光伝送体
３″の中心軸３『にほぼ垂直な面内に形成し、半導体レ
ーザ素子１および光ファイバ５の端部をその中心軸３『
からずれた位置に設置した。集束性光伝送体３″および
回折格子１『の製造方法は第１の実施例のところで述べ
たとおりである。半導体レーザ素子１を集束性光伝送体
３″の中心軸３０″に対して軸ずれさせて設置すること
により、その出射光ビーム４『を回折格子１『へ適切な
角度で入射させることができ、所望の波長の光だけを帰
還させて軸モードの単一化が実現できた。また、光ビー
ム４『は集束性光伝送体３″中を蛇行しながら進むので
回折格子１『を通り抜けた光はやはり軸ずれさせて設置
した光ファイバ５に結合させることができた。この実施
例では、回折格子１『を形成する面が中心軸３『にほぼ
垂直なので、集束性光伝送体の面の研磨や回折格子の製
従等が第１の実施例の場合よりも容易であつた。この発
明は上記の基本的な実施例の他にいくつかの変形が可能
である。
まず、実施例では集束性光伝送体３，３″の長さは蛇行
ピッチの約１／２に選んだが、これに限られるものでは
ない。すなわち、この長さに蛇行ピッチの半整数倍の長
さを加えた集束性光伝送体を用いても実施例で述べのと
ほぼ同様な効果が実現される。さらに、蛇行ピッチの１
／２よりも短かい長さの集束性光伝送体を用いることも
できる。その場合には半導体レーザ素子１および光ファ
イバ５との間隔を適当にあける必要がある。もちろんこ
のすき間に透明材を挿入しても良い。また、実施例では
、回折格子１０，１『をはさむ集束性光伝送体としては
ほぼ同一の特性のものを用いたが、これは同じものであ
る必要はなく、例えば屈折率分布の変化の度合の異なる
ふたつの集速性光伝送体を用いても良い。こうすること
により、半導体レーザ組子１の出射ビーム経を適当に変
換することができ、光ファイバ５へより効率良く結合さ
せることができる。回折格子１０，１『の位置は集束性
光伝送体の長さ方向の中心部に限らないが、集束性光伝
送体中で光ビームの径が大きく、かつほぼ平行になつて
いる部分が望ましい。そうすることにより、回折格子１
０，１『からの光帰還が十分に行なわれ、回折格子１０
，１『の部分的な欠陥等の影響が小さくなる。さらに実
施例では回折格子１０，１『を含む集束性光伝送体３，
３″は光ファイバ５への結合回路として用いたが、この
光ファイバ５の位置へ他の光学素子、例えば光検出器等
、を設置して、それらの光学素子への結合回路としても
用いることができるのは言うまでもない。
ピッチの約１／２に選んだが、これに限られるものでは
ない。すなわち、この長さに蛇行ピッチの半整数倍の長
さを加えた集束性光伝送体を用いても実施例で述べのと
ほぼ同様な効果が実現される。さらに、蛇行ピッチの１
／２よりも短かい長さの集束性光伝送体を用いることも
できる。その場合には半導体レーザ素子１および光ファ
イバ５との間隔を適当にあける必要がある。もちろんこ
のすき間に透明材を挿入しても良い。また、実施例では
、回折格子１０，１『をはさむ集束性光伝送体としては
ほぼ同一の特性のものを用いたが、これは同じものであ
る必要はなく、例えば屈折率分布の変化の度合の異なる
ふたつの集速性光伝送体を用いても良い。こうすること
により、半導体レーザ組子１の出射ビーム経を適当に変
換することができ、光ファイバ５へより効率良く結合さ
せることができる。回折格子１０，１『の位置は集束性
光伝送体の長さ方向の中心部に限らないが、集束性光伝
送体中で光ビームの径が大きく、かつほぼ平行になつて
いる部分が望ましい。そうすることにより、回折格子１
０，１『からの光帰還が十分に行なわれ、回折格子１０
，１『の部分的な欠陥等の影響が小さくなる。さらに実
施例では回折格子１０，１『を含む集束性光伝送体３，
３″は光ファイバ５への結合回路として用いたが、この
光ファイバ５の位置へ他の光学素子、例えば光検出器等
、を設置して、それらの光学素子への結合回路としても
用いることができるのは言うまでもない。
第１図はこの発明の第１の実施例の斜視図、第２図はそ
の断面図、第３図はこの発明の第２の実施例の断面図を
、それぞれあられす。 なお図において、１は半導体レーザ素子、２はヒートシ
ンク、３，３″は集速性光伝送体、５は光ファイバ、１
０，１『は回折格子、２０は半導体レーザ素子１の端面
、２１，２２は集束性光伝送体３の端面、３０，３『は
中心軸、４０，４『は光ビームを、それぞれあられす。
の断面図、第３図はこの発明の第２の実施例の断面図を
、それぞれあられす。 なお図において、１は半導体レーザ素子、２はヒートシ
ンク、３，３″は集速性光伝送体、５は光ファイバ、１
０，１『は回折格子、２０は半導体レーザ素子１の端面
、２１，２２は集束性光伝送体３の端面、３０，３『は
中心軸、４０，４『は光ビームを、それぞれあられす。
Claims (1)
- １ 半導体レーザ素子と、その少なくとも一方の出力端
面に近接して設置され中心軸にほぼ垂直な入出射端面を
持ち前記中心軸に垂直な面内で屈折率が中心から周返に
向つて徐々に減少している集速性光伝送体と、この集束
性光伝送体の内部に前記中心軸を横切る面内に設置され
た回折格子を含むことを特徴とする結合回路付半導体レ
ーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5958178A JPS6043679B2 (ja) | 1978-05-18 | 1978-05-18 | 結合回路付半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5958178A JPS6043679B2 (ja) | 1978-05-18 | 1978-05-18 | 結合回路付半導体レ−ザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54150095A JPS54150095A (en) | 1979-11-24 |
| JPS6043679B2 true JPS6043679B2 (ja) | 1985-09-30 |
Family
ID=13117330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5958178A Expired JPS6043679B2 (ja) | 1978-05-18 | 1978-05-18 | 結合回路付半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6043679B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58103187A (ja) * | 1981-12-15 | 1983-06-20 | Mitsubishi Electric Corp | レ−ザダイオ−ドモジユ−ル |
| US5267077A (en) * | 1990-11-05 | 1993-11-30 | At&T Bell Laboratories | Spherical multicomponent optical isolator |
-
1978
- 1978-05-18 JP JP5958178A patent/JPS6043679B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54150095A (en) | 1979-11-24 |
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