JPS6343388A - 外部共振器形半導体レ−ザ装置 - Google Patents
外部共振器形半導体レ−ザ装置Info
- Publication number
- JPS6343388A JPS6343388A JP18759686A JP18759686A JPS6343388A JP S6343388 A JPS6343388 A JP S6343388A JP 18759686 A JP18759686 A JP 18759686A JP 18759686 A JP18759686 A JP 18759686A JP S6343388 A JPS6343388 A JP S6343388A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor laser
- mode
- linear expansion
- axial mode
- expansion coefficient
- Prior art date
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- Pending
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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】
（イ）産業上の利用分野
この発明は、半導体レーザの後方出射光を外部反射部材
（ミラー）によって帰還させる外部共振器形半導体レー
ザ装置に関する。
（ミラー）によって帰還させる外部共振器形半導体レー
ザ装置に関する。
（ロ）従来の技術
従来の半導体レーザの発振軸モードは、レーザ媒質の利
得分布と、レーザ共振器の透過特性によって選択される
。第６図は、従来の半導体レーザの発振軸モード選択性
を表わす図であり、第６図（ωは波長（横軸）に対する
レーザ媒質の利得分布を、同図（ｂ）は波長に対する各
軸モードのスペクトルを、同図ｆｃ）は上記（ωと（ｂ
）とを重畳させたスーパーラディアント状態のスペクト
ルをそれぞれ模式的に示している。レーザの各軸モード
のうち、利得分布のビーク（Ｒ大値）に近い波長のもの
が最大の利得を得て発振軸モードとなるが、周囲温度が
変化すると、半導体のバンドギャップが変化するため利
得分布のピーク波長は２〜３人／ ｄｅａの割合で長波
長側へ変化する。また、媒質の屈折率が変化する上にレ
ーザ素子自体も熱膨脹するため、レーザ共振器の実効的
な光学長が変わり、それによって各軸モードは約３人の
間隔を保ちながら０．７人／ ｄｅＱ程度の割合で長波
長側へ変化する。
得分布と、レーザ共振器の透過特性によって選択される
。第６図は、従来の半導体レーザの発振軸モード選択性
を表わす図であり、第６図（ωは波長（横軸）に対する
レーザ媒質の利得分布を、同図（ｂ）は波長に対する各
軸モードのスペクトルを、同図ｆｃ）は上記（ωと（ｂ
）とを重畳させたスーパーラディアント状態のスペクト
ルをそれぞれ模式的に示している。レーザの各軸モード
のうち、利得分布のビーク（Ｒ大値）に近い波長のもの
が最大の利得を得て発振軸モードとなるが、周囲温度が
変化すると、半導体のバンドギャップが変化するため利
得分布のピーク波長は２〜３人／ ｄｅａの割合で長波
長側へ変化する。また、媒質の屈折率が変化する上にレ
ーザ素子自体も熱膨脹するため、レーザ共振器の実効的
な光学長が変わり、それによって各軸モードは約３人の
間隔を保ちながら０．７人／ ｄｅＱ程度の割合で長波
長側へ変化する。
従って、ある状態より温度を上昇させると、利得分布の
変化聞が軸モードの変化囲よりも大きいため、しばらく
は発成波長は連続変化をするが、やがてモードホッピン
グをおこし、以後、第８図に示すように連続変化とモー
ドホッピングをくり返し、階段状に変化する。また、半
導体レーザを駆動する電流値によっても波長は変化する
ため・将来に期待される波長多重光通信や高分解能の分
光の光源としての応用を妨げてきた。
変化聞が軸モードの変化囲よりも大きいため、しばらく
は発成波長は連続変化をするが、やがてモードホッピン
グをおこし、以後、第８図に示すように連続変化とモー
ドホッピングをくり返し、階段状に変化する。また、半
導体レーザを駆動する電流値によっても波長は変化する
ため・将来に期待される波長多重光通信や高分解能の分
光の光源としての応用を妨げてきた。
そこで、ＳＥＣレーザ（Ｓ ｈｏｒｔ Ｅ ｘｔｅｒ
ｎａｌＣａｖｉｔｙ Ｌ ａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）が発
明されたが、これは半導体レーザの後方出射光を外部ミ
ラーにより半導体レーザ本体に帰還させるもので、この
場合の発振軸モードは、通常のレーザの利得分布とレー
ザ軸モードと外部共振器による波長選択性の３つの要因
により選択される。この様子を模式的に第６図に対応さ
せて示したのが第７図であり、第７図（のは波長に対す
るレーザ媒質の利得分布を、同図（ｂ＋は波長に対する
各軸モードのスペクトルを、同図（Ｃ）は波長に対する
外部共振器の共振特性を、同図＋ｃｂは上記（ω（ｂ＋
（Ｃ）を重畳したスーパーラディアント状態のスペク
トルを示している。スーパーラディアント状態でのスペ
クトルの包絡線は第６図の場合と異なり、第７図（小の
ようにリップルを有している。この場合、包絡線のピー
クの温度特性は、外部共振器長、すなわち、半導体レー
ザと外部ミラーとのギャップ長を変えることにより制御
できるため、モードホップを抑制し、単一の軸モードを
広い温度範囲にわたって維持することが可能となる。
ｎａｌＣａｖｉｔｙ Ｌ ａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）が発
明されたが、これは半導体レーザの後方出射光を外部ミ
ラーにより半導体レーザ本体に帰還させるもので、この
場合の発振軸モードは、通常のレーザの利得分布とレー
ザ軸モードと外部共振器による波長選択性の３つの要因
により選択される。この様子を模式的に第６図に対応さ
せて示したのが第７図であり、第７図（のは波長に対す
るレーザ媒質の利得分布を、同図（ｂ＋は波長に対する
各軸モードのスペクトルを、同図（Ｃ）は波長に対する
外部共振器の共振特性を、同図＋ｃｂは上記（ω（ｂ＋
（Ｃ）を重畳したスーパーラディアント状態のスペク
トルを示している。スーパーラディアント状態でのスペ
クトルの包絡線は第６図の場合と異なり、第７図（小の
ようにリップルを有している。この場合、包絡線のピー
クの温度特性は、外部共振器長、すなわち、半導体レー
ザと外部ミラーとのギャップ長を変えることにより制御
できるため、モードホップを抑制し、単一の軸モードを
広い温度範囲にわたって維持することが可能となる。
このＳＥＣレーザの温度に対する発振波長の特性の一例
を第９図に示すが、△【という温度虻囲では同一の軸モ
ードがＨ持され、Δ丁という温度範囲では、第７図（ｄ
）に示すスペクトルの包絡線の同一の山において順次軸
モードが最大利得を得て発振軸モードとなる。つまり、
発振波長はΔ【ごとに発振軸モードが隣接する軸モード
に移行して小さなモードホップを生じ、Δ下ごとに発振
軸モードが包絡線の次の山のピークに移行して大きいモ
ードホップを生じる。
を第９図に示すが、△【という温度虻囲では同一の軸モ
ードがＨ持され、Δ丁という温度範囲では、第７図（ｄ
）に示すスペクトルの包絡線の同一の山において順次軸
モードが最大利得を得て発振軸モードとなる。つまり、
発振波長はΔ【ごとに発振軸モードが隣接する軸モード
に移行して小さなモードホップを生じ、Δ下ごとに発振
軸モードが包絡線の次の山のピークに移行して大きいモ
ードホップを生じる。
（ハ）発明が解決しようとする問題点
従来のＳＥＣレーザは、ＧａＡｓ基板上にＧａ Ａｓ
−Ｇａ ＡＩ Ａｓ −ＤＨ（ダブルへテロ）構造を有
するＶＳＩＳ型半導体レーザと全反射ミラーとしてＡｌ
２Ｏ３コーティングを施したＧａ Ａｓチップとを、Ｃ
ｕを材質とする載置台に、所定の外部共振器長く半導体
レーザの出射端面とミラー反射面との間隔ンだけ離して
固定したものである。このＳＥＣレーザの外部共振器長
りと、第９図に示す温度範囲Δ丁との特性を示したのが
第３図（Ｃｕ）である。また、スペクトルの包絡線のピ
ーク波長の温度係数ｄλ／ ｄＴはしに対して第４図（
Ｃｕｔ’）のような特性を示す。
−Ｇａ ＡＩ Ａｓ −ＤＨ（ダブルへテロ）構造を有
するＶＳＩＳ型半導体レーザと全反射ミラーとしてＡｌ
２Ｏ３コーティングを施したＧａ Ａｓチップとを、Ｃ
ｕを材質とする載置台に、所定の外部共振器長く半導体
レーザの出射端面とミラー反射面との間隔ンだけ離して
固定したものである。このＳＥＣレーザの外部共振器長
りと、第９図に示す温度範囲Δ丁との特性を示したのが
第３図（Ｃｕ）である。また、スペクトルの包絡線のピ
ーク波長の温度係数ｄλ／ ｄＴはしに対して第４図（
Ｃｕｔ’）のような特性を示す。
ところで、前述のように軸モードの温度係数は０．７人
／ ｄｅＱである。従って、ｄλ／ｄＴハ、しが５０Ｐ
７１より小さくなると、軸モードの温度係数よりも大き
くなるため、Δ下の範囲内で長波長側に小さなモードホ
ップをおこし、Ｌが５０膚より大きいと軸モードの温度
係数よりも小さくなるため、句波長側に小さなモードホ
ップをおこすことになる。そのため、第１０図のように
完全に同一軸モードを維持するためには、つまりΔ丁＝
△でとす゛ るためには、ｄλ／ ｄＴが軸モードの
温度係数（０，７人／ｃｌｅｃ）’）に一致するように
ｌ ＝ ５０．ａとする必要があるが、このときのΔ王
は、第３図かられかるようにわずか３５℃にすぎない。
／ ｄｅＱである。従って、ｄλ／ｄＴハ、しが５０Ｐ
７１より小さくなると、軸モードの温度係数よりも大き
くなるため、Δ下の範囲内で長波長側に小さなモードホ
ップをおこし、Ｌが５０膚より大きいと軸モードの温度
係数よりも小さくなるため、句波長側に小さなモードホ
ップをおこすことになる。そのため、第１０図のように
完全に同一軸モードを維持するためには、つまりΔ丁＝
△でとす゛ るためには、ｄλ／ ｄＴが軸モードの
温度係数（０，７人／ｃｌｅｃ）’）に一致するように
ｌ ＝ ５０．ａとする必要があるが、このときのΔ王
は、第３図かられかるようにわずか３５℃にすぎない。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので
、この△ｔをさらに大きくすることが可能な外部共振器
形半導体レーザ装置を提供するものである。
、この△ｔをさらに大きくすることが可能な外部共振器
形半導体レーザ装置を提供するものである。
（ニ）問題点を解決するための手段
この発明は、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素
子の一方の出射端面から出射されたレーザ光を前記半導
体レーザ素子に帰還させる反射部材と、前記半導体レー
ザ素子および前記反射部材とを載置固定する載置部材と
を備え、がっ、その載置部材が銅の線膨張係数よりも小
さい線膨張係数を有してなる外部共振器形半導体レーザ
装置である。
子の一方の出射端面から出射されたレーザ光を前記半導
体レーザ素子に帰還させる反射部材と、前記半導体レー
ザ素子および前記反射部材とを載置固定する載置部材と
を備え、がっ、その載置部材が銅の線膨張係数よりも小
さい線膨張係数を有してなる外部共振器形半導体レーザ
装置である。
上記載置部材には、ＳｌやＳｉＣ又はＢｅＯが構成材料
として使用される。
として使用される。
（ホ）作 用
第７図（ａ）の利得分布の温度係数は２〜３人／ｄｅｇ
、同図＜ｂ＋の軸モードの温度係数は０．７人／ｄｅ
ｇ程度であり、利得分布の温度係数は軸モードのそれに
比較して３〜４倍大きい。従って、第７図（小の包絡線
のピーク波長の温度係数ｄλ／ （ＩＴを小さくして軸
モードの温度係数との差を縮めるほど、モードホップが
生じにくく第１０図における△Ｔは大きくなる。ところ
で、ｄλ／ ｄＴは利得分布の温度係数（２〜３人／
ｄｅｇ一定）と外部共振器の共振特性（第７図（Ｃ））
のピーク波長λの温度係数ｄλ／ｄ Ｔとによって決定
されるためｄλ／ ｄＴが小さいはどｄＴ／ｄＴと軸モ
ードの温度係数との差が縮まる。
、同図＜ｂ＋の軸モードの温度係数は０．７人／ｄｅ
ｇ程度であり、利得分布の温度係数は軸モードのそれに
比較して３〜４倍大きい。従って、第７図（小の包絡線
のピーク波長の温度係数ｄλ／ （ＩＴを小さくして軸
モードの温度係数との差を縮めるほど、モードホップが
生じにくく第１０図における△Ｔは大きくなる。ところ
で、ｄλ／ ｄＴは利得分布の温度係数（２〜３人／
ｄｅｇ一定）と外部共振器の共振特性（第７図（Ｃ））
のピーク波長λの温度係数ｄλ／ｄ Ｔとによって決定
されるためｄλ／ ｄＴが小さいはどｄＴ／ｄＴと軸モ
ードの温度係数との差が縮まる。
外部共振器長しは、温度上昇による載置部材の彫版のた
め変化するが、外部共振器の共振特性のピーク波長λの
温度係数ｄλ／ ｄＴは、一般に、（たずし、Ｌｏはλ
０を共振波長とする任意の外部共振器長）で表わされ、
外部共振器長りの温度係数ｄＬ／ ｄＴが小さいほどｄ
λ／ ｄＴが小ざくなる。
め変化するが、外部共振器の共振特性のピーク波長λの
温度係数ｄλ／ ｄＴは、一般に、（たずし、Ｌｏはλ
０を共振波長とする任意の外部共振器長）で表わされ、
外部共振器長りの温度係数ｄＬ／ ｄＴが小さいほどｄ
λ／ ｄＴが小ざくなる。
従って、載置部材に線膨張係数が銅の線膨張係数より小
さい材料を用いると、載置部材に銅を用いた場合にくら
べてｄλ／ ｄＴと軸モードの温度係数との差が縮まる
ので、第１０図における△Ｔがそれに対応して大きくな
る。
さい材料を用いると、載置部材に銅を用いた場合にくら
べてｄλ／ ｄＴと軸モードの温度係数との差が縮まる
ので、第１０図における△Ｔがそれに対応して大きくな
る。
（へ）実施例
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する
。なお、これによってこの発明が限定されるものではな
い。
。なお、これによってこの発明が限定されるものではな
い。
第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第２図は第
１図の側面図である。
１図の側面図である。
これらの図において、１はＧａ Ａｓ基板上にＱａ Ａ
ｓ −Ｇａ ＡＩ ＡＳ −ＤＨ構造を有するＶＳＩｓ
型半導体レーザ、２はＧａ ＡＳチップ、３は半導体レ
ーザ１の後方出射光を半導体レーザ１へ帰還させるよう
Ｑａ Ａｓチップ２の一つの面にＡｌ２Ｏ３をコーティ
ングして形成した全反射ミラー、４は半導体レーザ１と
Ｇａ Ａｓチップ２を設置する載置板、５は半導体レー
ザ１への給電用リード線、ｌａは半導体レーザ１の長さ
、Ｌｂはチップ２の長さ、Ｌは半導体レーザ１の出射端
面からミラー３の反射面までの距離（外部共振器長〉で
ある。
ｓ −Ｇａ ＡＩ ＡＳ −ＤＨ構造を有するＶＳＩｓ
型半導体レーザ、２はＧａ ＡＳチップ、３は半導体レ
ーザ１の後方出射光を半導体レーザ１へ帰還させるよう
Ｑａ Ａｓチップ２の一つの面にＡｌ２Ｏ３をコーティ
ングして形成した全反射ミラー、４は半導体レーザ１と
Ｇａ Ａｓチップ２を設置する載置板、５は半導体レー
ザ１への給電用リード線、ｌａは半導体レーザ１の長さ
、Ｌｂはチップ２の長さ、Ｌは半導体レーザ１の出射端
面からミラー３の反射面までの距離（外部共振器長〉で
ある。
このような構成において、とくに、載置板４の材料とし
てＣｕと、Ｃｕよりも線膨張係数の小さいＢｅ○、Ｓｉ
ＣおよびＳｌを用い、載置板４の寸法を１．５ｍｍＸ
３．０ｍｍＸ １．０ｍｍ ＜厚さ）とすると共に、
Ｌａ ＝ Ｌｂ ＝ ２５０．ａとし、外部共振器長し
に対する△Ｔ（第１０図）およびｄλ／ ｄＴを実測し
た。その測定結果を第３図および第４図に示す。
てＣｕと、Ｃｕよりも線膨張係数の小さいＢｅ○、Ｓｉ
ＣおよびＳｌを用い、載置板４の寸法を１．５ｍｍＸ
３．０ｍｍＸ １．０ｍｍ ＜厚さ）とすると共に、
Ｌａ ＝ Ｌｂ ＝ ２５０．ａとし、外部共振器長し
に対する△Ｔ（第１０図）およびｄλ／ ｄＴを実測し
た。その測定結果を第３図および第４図に示す。
第７図＋ｄ＋に示す包絡線ビーク波長の温度係数ｄＴ／
ｄＴを軸モードの温度係数０．７に一致させるためには
、載置板４がＣＤ （線膨張係数１７．０Ｘ１０’
ｄｅｇ ’ ）の場合には、第３図および第４図から外
部共振器長を５０ｆｉｍとする必要があり、このとき△
Ｔ＝３５℃となり、Ｓｉ Ｃ線彫版係数２．４×１０
’ ｄｅｇ−” ）の場合には外部共振器長を１４．π
として、△Ｔ＝８０℃となる。さらに、線膨張係数が各
々７．６ｘ １０’ ｄｅｇ ’ 、 ３．７ｘ １
０’ ｄｅｇ−’であるＢｅ Ｏ，Ｓｉ Ｃについても
△Ｔはそれぞれ４８℃。
ｄＴを軸モードの温度係数０．７に一致させるためには
、載置板４がＣＤ （線膨張係数１７．０Ｘ１０’
ｄｅｇ ’ ）の場合には、第３図および第４図から外
部共振器長を５０ｆｉｍとする必要があり、このとき△
Ｔ＝３５℃となり、Ｓｉ Ｃ線彫版係数２．４×１０
’ ｄｅｇ−” ）の場合には外部共振器長を１４．π
として、△Ｔ＝８０℃となる。さらに、線膨張係数が各
々７．６ｘ １０’ ｄｅｇ ’ 、 ３．７ｘ １
０’ ｄｅｇ−’であるＢｅ Ｏ，Ｓｉ Ｃについても
△Ｔはそれぞれ４８℃。
６２℃となり、これらの結果から線膨張係数に対する八
Ｔの関係は第５図となる。
Ｔの関係は第５図となる。
第５図は、６丁を大きくするためには、載置板４の線膨
張係数を小さくする必要があることを示し、また、これ
から少くともＣＯの線膨張係数よりも小ざい材料を使用
すれば６丁を従来より大きくすることができることがわ
かる。
張係数を小さくする必要があることを示し、また、これ
から少くともＣＯの線膨張係数よりも小ざい材料を使用
すれば６丁を従来より大きくすることができることがわ
かる。
（ト）発明の効果
この発明によれば、同一軸モードが維持される温度範囲
を大幅に拡大することが可能となり、通常の使用条件で
は全くモードホップを生じることのない半導体レーザが
提供される。
を大幅に拡大することが可能となり、通常の使用条件で
は全くモードホップを生じることのない半導体レーザが
提供される。
第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第２図は第
１図の側面図、第３図は外部共振器長りと大きいモード
ホップのない温度範囲へＴとの関係を示すグラフ、第４
図は外部共振器長しと軸モードスペクトルの包絡線のピ
ーク波長温度佳数ｄλ／ ｄＴとの関係を示すグラフ、
第５図は線膨張係数とモードホップのない温度範囲との
関係暮示すグラフ、第６図は従来の半導体レーザの発振
軸モードの選択性を示す説明図、第７図はこの発明に係
るＳＥＣ半導体レーザの発振軸モードの選択性を示す説
明図、第８図は従来の半導体レーザの発振波長の温度特
性を示すグラフ、第９図は一般的なＳＥＣ半導体レーザ
の発振波長の温度特性を示すグラフ、第１０図はこの発
明に係るＳＥＣ半導体レーザの発振波長の温度特性を示
すグラフである。 １・・・・・・半導体レーザ素子、２・・・・・・チッ
プ、３・・・・・・ミラー、 ４・・・・・
・載置板、５・・・・・・給電用リード線。 第１図 術２図 線順）張係数（Ｘ７０’ｄｅｇ−’ ）講６図 →２〜３人／ｄｅｇ 第７図 一２〜３人／ｄｅｇ −０，７人／ｄｅｇ
１図の側面図、第３図は外部共振器長りと大きいモード
ホップのない温度範囲へＴとの関係を示すグラフ、第４
図は外部共振器長しと軸モードスペクトルの包絡線のピ
ーク波長温度佳数ｄλ／ ｄＴとの関係を示すグラフ、
第５図は線膨張係数とモードホップのない温度範囲との
関係暮示すグラフ、第６図は従来の半導体レーザの発振
軸モードの選択性を示す説明図、第７図はこの発明に係
るＳＥＣ半導体レーザの発振軸モードの選択性を示す説
明図、第８図は従来の半導体レーザの発振波長の温度特
性を示すグラフ、第９図は一般的なＳＥＣ半導体レーザ
の発振波長の温度特性を示すグラフ、第１０図はこの発
明に係るＳＥＣ半導体レーザの発振波長の温度特性を示
すグラフである。 １・・・・・・半導体レーザ素子、２・・・・・・チッ
プ、３・・・・・・ミラー、 ４・・・・・
・載置板、５・・・・・・給電用リード線。 第１図 術２図 線順）張係数（Ｘ７０’ｄｅｇ−’ ）講６図 →２〜３人／ｄｅｇ 第７図 一２〜３人／ｄｅｇ −０，７人／ｄｅｇ
Claims (1)
- １、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子の一方
の出射端面から出射されたレーザ光を前記半導体レーザ
素子に帰還させる反射部材と、前記半導体レーザ素子お
よび前記反射部材とを載置固定する載置部材とを備え、
かつ、その載置部材が銅の線膨張係数よりも小さい線膨
張係数を有してなる外部共振器形半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18759686A JPS6343388A (ja) | 1986-08-09 | 1986-08-09 | 外部共振器形半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18759686A JPS6343388A (ja) | 1986-08-09 | 1986-08-09 | 外部共振器形半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6343388A true JPS6343388A (ja) | 1988-02-24 |
Family
ID=16208875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18759686A Pending JPS6343388A (ja) | 1986-08-09 | 1986-08-09 | 外部共振器形半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6343388A (ja) |
-
1986
- 1986-08-09 JP JP18759686A patent/JPS6343388A/ja active Pending
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