JP2002353555A - 外部共振器型波長可変半導体レーザ - Google Patents
外部共振器型波長可変半導体レーザInfo
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- JP2002353555A JP2002353555A JP2001155071A JP2001155071A JP2002353555A JP 2002353555 A JP2002353555 A JP 2002353555A JP 2001155071 A JP2001155071 A JP 2001155071A JP 2001155071 A JP2001155071 A JP 2001155071A JP 2002353555 A JP2002353555 A JP 2002353555A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 連続して高速で波長を可変することができ、
シングルモードの発振が可能な外部共振器型波長可変半
導体レーザを実現すること。 【解決手段】 半導体レーザ１１の一方を増反射膜１２
とし、外部ミラー１７との間で光行路を形成する。この
光行路中に波長選択性の高い光バンドパスフィルタ１５
を挿入する。この光行路をアクチュエータ１８で連続し
て変化させると共に、光バンドパスフィルタ１５の透過
特性を変化させる。これによって連続して高速で波長可
変を行うことができる。
シングルモードの発振が可能な外部共振器型波長可変半
導体レーザを実現すること。 【解決手段】 半導体レーザ１１の一方を増反射膜１２
とし、外部ミラー１７との間で光行路を形成する。この
光行路中に波長選択性の高い光バンドパスフィルタ１５
を挿入する。この光行路をアクチュエータ１８で連続し
て変化させると共に、光バンドパスフィルタ１５の透過
特性を変化させる。これによって連続して高速で波長可
変を行うことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は波長多重光通信や光
部品の光学特性評価システムに用いられる外部共振器型
波長可変半導体レーザに関するものである。
部品の光学特性評価システムに用いられる外部共振器型
波長可変半導体レーザに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来外部共振器型波長可変半導体レーザ
として、例えば特開平６−３２６３８２号に、半導体レ
ーザと外部反射鏡を用いて外部共振器を形成し、外部共
振器中にバンドパスフィルタ等の波長選択素子を挿入し
た半導体レーザ光源が示されている。このような半導体
レーザにおいては、バンドパスフィルタの選択波長を変
化させることによって、発振波長を変化させることがで
きる。
として、例えば特開平６−３２６３８２号に、半導体レ
ーザと外部反射鏡を用いて外部共振器を形成し、外部共
振器中にバンドパスフィルタ等の波長選択素子を挿入し
た半導体レーザ光源が示されている。このような半導体
レーザにおいては、バンドパスフィルタの選択波長を変
化させることによって、発振波長を変化させることがで
きる。
【０００３】しかし外部共振器型半導体レーザにおいて
波長選択素子の分解能が十分でなければ縦マルチモード
発振が起こってしまう。そのためには外部共振器内の他
の選択素子、例えばエタロンを挿入した外部共振器型半
導体レーザも知られている。このような半導体レーザで
は、バンドパスフィルタでおおまかな波長選択を行い、
エタロンを用いて微細な波長選択を行い、これによって
シングルモード発振されたレーザ光を得るようにしてい
る。そしてバンドパスフィルタの波長を可変することに
より発振波長を変化させている。
波長選択素子の分解能が十分でなければ縦マルチモード
発振が起こってしまう。そのためには外部共振器内の他
の選択素子、例えばエタロンを挿入した外部共振器型半
導体レーザも知られている。このような半導体レーザで
は、バンドパスフィルタでおおまかな波長選択を行い、
エタロンを用いて微細な波長選択を行い、これによって
シングルモード発振されたレーザ光を得るようにしてい
る。そしてバンドパスフィルタの波長を可変することに
より発振波長を変化させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な方法では、エタロンの波長ピーク毎に発振が行われ
る、いわゆるモードホップが生じる。モードホップは発
振波長が不連続となるだけでなく、光強度まで不安定に
してしまうという欠点があった。このような欠点を解消
するためには、エタロンの選択周波数についても連続し
て可変させ、エタロンとバンドパスフィルタとを連動し
て変化させる必要がある。通常エタロンの波長を変化さ
せる際には、温度を調整しその熱膨張率と屈折率変化率
を利用してエタロンの光路長を微小に変化させて行って
いる。従って波長を変化させるために長時間がかかると
いう欠点があった。又外部共振器の光路内にバンドパス
フィルタとエタロンとを挿入する場合には、位置調整と
温度制御が必要で、制御が複雑となり、小型化には限界
があるという問題点があった。
な方法では、エタロンの波長ピーク毎に発振が行われ
る、いわゆるモードホップが生じる。モードホップは発
振波長が不連続となるだけでなく、光強度まで不安定に
してしまうという欠点があった。このような欠点を解消
するためには、エタロンの選択周波数についても連続し
て可変させ、エタロンとバンドパスフィルタとを連動し
て変化させる必要がある。通常エタロンの波長を変化さ
せる際には、温度を調整しその熱膨張率と屈折率変化率
を利用してエタロンの光路長を微小に変化させて行って
いる。従って波長を変化させるために長時間がかかると
いう欠点があった。又外部共振器の光路内にバンドパス
フィルタとエタロンとを挿入する場合には、位置調整と
温度制御が必要で、制御が複雑となり、小型化には限界
があるという問題点があった。
【０００５】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたものであって、波長を連続して変化させるこ
とができ、小型化が可能な外部共振器型半導体レーザを
得ることを目的とする。
てなされたものであって、波長を連続して変化させるこ
とができ、小型化が可能な外部共振器型半導体レーザを
得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体レーザ
と、前記半導体レーザの反射膜と共に外部共振器を形成
する外部反射ミラーと、前記外部共振器中に設けられ、
外部共振モード間隔の２倍以下のフィルタ半値幅を有
し、透過波長を変化させる光バンドパスフィルタと、前
記外部反射ミラーの光行路長を調整するアクチュエータ
と、を具備し、前記外部反射ミラーの位置と前記光バン
ドパスフィルタの中心波長の変化を連動させる制御部
と、を具備することを特徴とするものである。
と、前記半導体レーザの反射膜と共に外部共振器を形成
する外部反射ミラーと、前記外部共振器中に設けられ、
外部共振モード間隔の２倍以下のフィルタ半値幅を有
し、透過波長を変化させる光バンドパスフィルタと、前
記外部反射ミラーの光行路長を調整するアクチュエータ
と、を具備し、前記外部反射ミラーの位置と前記光バン
ドパスフィルタの中心波長の変化を連動させる制御部
と、を具備することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は本発
明の第１の実施の形態による外部共振器型波長可変半導
体レーザ光源を示す図である。本図において半導体レー
ザ１１の一方の面に増反射膜１２、他方の面に無反射膜
１３が形成されている。そして無反射膜１３側のレーザ
光が出射する面には、光を平行光とするコリメータレン
ズ１４及び光バンドパスフィルタ１５が設けられる。光
バンドパスフィルタ１５はガラス基板上に低屈折率誘電
体層と高屈折率誘電体層とを多層に積層したものであ
り、光が透過する角度を変化させることによって透過波
長をわずかに変化させることができる。光バンドパスフ
ィルタ１５は図示のように円形の回転テーブル１６上に
配置され、平行ビームに対する入射角度が例えば０〜２
７°の間で連続的に変化できるものとする。又この光軸
上には外部反射ミラー１７を有し、Ｘ軸方向にその位置
をわずかに変化させるアクチュエータ１８が設けられて
いる。そして半導体レーザ１１の増反射膜１２と外部反
射ミラー１７によって外部共振器が構成される。光バン
ドパスフィルタ１５の回転テーブル１６とアクチュエー
タ１８とはドライバ１９，２０を介して制御部２１によ
って制御されるものとする。
明の第１の実施の形態による外部共振器型波長可変半導
体レーザ光源を示す図である。本図において半導体レー
ザ１１の一方の面に増反射膜１２、他方の面に無反射膜
１３が形成されている。そして無反射膜１３側のレーザ
光が出射する面には、光を平行光とするコリメータレン
ズ１４及び光バンドパスフィルタ１５が設けられる。光
バンドパスフィルタ１５はガラス基板上に低屈折率誘電
体層と高屈折率誘電体層とを多層に積層したものであ
り、光が透過する角度を変化させることによって透過波
長をわずかに変化させることができる。光バンドパスフ
ィルタ１５は図示のように円形の回転テーブル１６上に
配置され、平行ビームに対する入射角度が例えば０〜２
７°の間で連続的に変化できるものとする。又この光軸
上には外部反射ミラー１７を有し、Ｘ軸方向にその位置
をわずかに変化させるアクチュエータ１８が設けられて
いる。そして半導体レーザ１１の増反射膜１２と外部反
射ミラー１７によって外部共振器が構成される。光バン
ドパスフィルタ１５の回転テーブル１６とアクチュエー
タ１８とはドライバ１９，２０を介して制御部２１によ
って制御されるものとする。
【０００８】又半導体レーザ１１の増反射膜１２側には
出射したレーザ光を平行ビームにするコリメートレンズ
２２、光アイソレータ２３、レーザ光を集光するレンズ
２４及びその光を入射する光ファイバ２５が設けられて
いる。
出射したレーザ光を平行ビームにするコリメートレンズ
２２、光アイソレータ２３、レーザ光を集光するレンズ
２４及びその光を入射する光ファイバ２５が設けられて
いる。
【０００９】次にこの実施の形態による半導体レーザの
動作について説明する。図２はこのバンドパスフィルタ
の特性と外部共振モードでの特性及び発振スペクトルを
示すものである。半導体レーザ１１を駆動すると、増反
射膜１２とアクチュエータで保持される外部反射ミラー
１７の間が外部共振器長（光路長）となってレーザ光が
発振する。この光路長をＬ、発振波長をλとすると、外
部共振器モード間隔Δλext は次式で表される。 Δλext ＝λ2 ／２Ｌ ここでバンドパスフィルタの半値幅Δλbfを外部共振器
モード間隔の２倍以下、即ちΔλbf≦２Δλext とすれ
ば、図２（ａ）に示すようにバンドパスフィルタの半値
幅の中に図２（ｂ）に示す外部共振器モードが２〜３個
入るようになる。そしてこの２〜３個の外部共振器モー
ドの中で最も利得を持ったモードで図２（ｃ）に示すよ
うに単一モード発振する。
動作について説明する。図２はこのバンドパスフィルタ
の特性と外部共振モードでの特性及び発振スペクトルを
示すものである。半導体レーザ１１を駆動すると、増反
射膜１２とアクチュエータで保持される外部反射ミラー
１７の間が外部共振器長（光路長）となってレーザ光が
発振する。この光路長をＬ、発振波長をλとすると、外
部共振器モード間隔Δλext は次式で表される。 Δλext ＝λ2 ／２Ｌ ここでバンドパスフィルタの半値幅Δλbfを外部共振器
モード間隔の２倍以下、即ちΔλbf≦２Δλext とすれ
ば、図２（ａ）に示すようにバンドパスフィルタの半値
幅の中に図２（ｂ）に示す外部共振器モードが２〜３個
入るようになる。そしてこの２〜３個の外部共振器モー
ドの中で最も利得を持ったモードで図２（ｃ）に示すよ
うに単一モード発振する。
【００１０】例えば外部共振器長Ｌを７ｍｍ、λを１５
５０ｎｍとすると、外部共振器モード間隔Δλext は
０．１７ｎｍとなる。波長可変時には光バンドパスフィ
ルタ１５を回転させると同時に外部反射ミラー１７をア
クチュエータ１８によってＸ軸方向に変化させ、外部共
振器長Ｌを変化させる。図３はこのバンドパスフィルタ
１５の角度変化に対する波長の変化の特性を示すグラフ
である。
５０ｎｍとすると、外部共振器モード間隔Δλext は
０．１７ｎｍとなる。波長可変時には光バンドパスフィ
ルタ１５を回転させると同時に外部反射ミラー１７をア
クチュエータ１８によってＸ軸方向に変化させ、外部共
振器長Ｌを変化させる。図３はこのバンドパスフィルタ
１５の角度変化に対する波長の変化の特性を示すグラフ
である。
【００１１】又アクチュエータ１８には例えば圧電現象
を利用したＰＺＴや、ボイスコイルモータ等を用い、ド
ライバ２０で駆動することによって外部共振器長Ｌを変
化させる。外部共振器長Ｌと発振波長λとは次式 ｍλ＝２Ｌ という関係が成り立っている。ここでｍは整数である。
例えばｍが９０００のときＬ（λ）＝４５００λという
関係が成り立つ。外部共振器長をＬ（λ）＝４５００λ
の関係に従って変化させ、これに従ってフィルタ角度を
変化させれば、連続波長可変が可能となる。ここでボイ
スコイルモータのような変位量の大きいアクチュエータ
を用いた場合、図２（ｂ）に示す選択特性の特定のピー
クを波長変化の範囲で連続して変化させることができる
ため、モードホップのない連続波長可変が可能となる。
又ＰＺＴのような変位量の小さい小型アクチュエータを
用いた場合には、ｍの値を一定に保ったままでは可変範
囲が狭いので、モードホップが起こることがある。しか
し可変範囲が外部共振器モード間隔、即ち発振波長λ 0
±Δλext ／２以上で連続波長可変が可能であれば、ｍ
の値を順次切換えていくことによって波長可変範囲全体
で単一モード発振を保証することができる。
を利用したＰＺＴや、ボイスコイルモータ等を用い、ド
ライバ２０で駆動することによって外部共振器長Ｌを変
化させる。外部共振器長Ｌと発振波長λとは次式 ｍλ＝２Ｌ という関係が成り立っている。ここでｍは整数である。
例えばｍが９０００のときＬ（λ）＝４５００λという
関係が成り立つ。外部共振器長をＬ（λ）＝４５００λ
の関係に従って変化させ、これに従ってフィルタ角度を
変化させれば、連続波長可変が可能となる。ここでボイ
スコイルモータのような変位量の大きいアクチュエータ
を用いた場合、図２（ｂ）に示す選択特性の特定のピー
クを波長変化の範囲で連続して変化させることができる
ため、モードホップのない連続波長可変が可能となる。
又ＰＺＴのような変位量の小さい小型アクチュエータを
用いた場合には、ｍの値を一定に保ったままでは可変範
囲が狭いので、モードホップが起こることがある。しか
し可変範囲が外部共振器モード間隔、即ち発振波長λ 0
±Δλext ／２以上で連続波長可変が可能であれば、ｍ
の値を順次切換えていくことによって波長可変範囲全体
で単一モード発振を保証することができる。
【００１２】（第２の実施の形態）次に本発明の第２の
実施の形態について説明する。図４は本発明の第２の実
施の形態による外部共振器型波長可変半導体レーザ光源
を示す図である。本図において半導体レーザ１１には、
その一方の面に増反射膜１２、他方の面に無反射膜１３
が形成されている。そして無反射膜１３側のレーザ光が
出射する面には、光を平行光とするコリメータレンズ１
４及び光バンドパスフィルタ１５が設けられる。光バン
ドパスフィルタ１５はガラス基板上に低屈折率誘電体層
と高屈折率誘電体層とを多層に積層したものであり、光
が透過する角度を変化させることによって透過波長をわ
ずかに変化させることができる。光バンドパスフィルタ
１５は図示のように円形の回転テーブル１６上に配置さ
れ、平行ビームに対する入射角度が例えば０〜２７°の
間で連続的に変化できるものとする。又この光軸上には
外部反射ミラー１７を有し、Ｘ軸方向にその位置をわず
かに変化させるアクチュエータ１８が設けられている。
そして半導体レーザ１１の増反射膜１２と外部反射ミラ
ー１７によって外部共振器が構成される。光バンドパス
フィルタ１５の回転テーブル１６とアクチュエータ１８
とはドライバ１９，２０を介して制御部２１によって制
御されるものとする。そして部分反射ミラー１７の透過
光側には、光アイソレータ２３とレーザ光を集光するた
めレンズ２４及びその光を入射する光ファイバ２５が設
けられている。
実施の形態について説明する。図４は本発明の第２の実
施の形態による外部共振器型波長可変半導体レーザ光源
を示す図である。本図において半導体レーザ１１には、
その一方の面に増反射膜１２、他方の面に無反射膜１３
が形成されている。そして無反射膜１３側のレーザ光が
出射する面には、光を平行光とするコリメータレンズ１
４及び光バンドパスフィルタ１５が設けられる。光バン
ドパスフィルタ１５はガラス基板上に低屈折率誘電体層
と高屈折率誘電体層とを多層に積層したものであり、光
が透過する角度を変化させることによって透過波長をわ
ずかに変化させることができる。光バンドパスフィルタ
１５は図示のように円形の回転テーブル１６上に配置さ
れ、平行ビームに対する入射角度が例えば０〜２７°の
間で連続的に変化できるものとする。又この光軸上には
外部反射ミラー１７を有し、Ｘ軸方向にその位置をわず
かに変化させるアクチュエータ１８が設けられている。
そして半導体レーザ１１の増反射膜１２と外部反射ミラ
ー１７によって外部共振器が構成される。光バンドパス
フィルタ１５の回転テーブル１６とアクチュエータ１８
とはドライバ１９，２０を介して制御部２１によって制
御されるものとする。そして部分反射ミラー１７の透過
光側には、光アイソレータ２３とレーザ光を集光するた
めレンズ２４及びその光を入射する光ファイバ２５が設
けられている。
【００１３】このように構成しても前述した第１の実施
の形態と同様に、波長可変範囲で単一モード発振が可能
となる。そしてこのように部分反射ミラー１７の透過光
から出力光を得ることにより、自然放出光の抑えられた
出力光が得られる。
の形態と同様に、波長可変範囲で単一モード発振が可能
となる。そしてこのように部分反射ミラー１７の透過光
から出力光を得ることにより、自然放出光の抑えられた
出力光が得られる。
【００１４】尚第１，第２の本実施の形態では利得媒質
として半導体レーザを用いているが、半導体増幅器を用
いてもよい。尚第１，第２の本実施の形態では利得媒質
として半導体レーザを用いているが、面発光レーザを用
いてもよい。又第１，第２の本実施の形態では、半導体
レーザの増反射膜１２と外部反射ミラー１７によって外
部共振器が構成されているが、増反射膜を用いる代わり
に半導体レーザの壁開面を用いてもよい。
として半導体レーザを用いているが、半導体増幅器を用
いてもよい。尚第１，第２の本実施の形態では利得媒質
として半導体レーザを用いているが、面発光レーザを用
いてもよい。又第１，第２の本実施の形態では、半導体
レーザの増反射膜１２と外部反射ミラー１７によって外
部共振器が構成されているが、増反射膜を用いる代わり
に半導体レーザの壁開面を用いてもよい。
【００１５】尚第１，第２の本実施の形態では、光バン
ドパスフィルタへの入射角を変化させて波長を変化させ
ているが、特公平７−９２５３０号に示されるように、
入射位置に応じて透過波長の変化する光干渉フィルタを
用いてもよい。
ドパスフィルタへの入射角を変化させて波長を変化させ
ているが、特公平７−９２５３０号に示されるように、
入射位置に応じて透過波長の変化する光干渉フィルタを
用いてもよい。
【００１６】又第１，第２の実施の形態では、光バンド
パスフィルタへの入射角度を変化させて波長を変化させ
ているが、入射角度に応じて透過波長が変化する透過型
の回折格子を用いてもよい。
パスフィルタへの入射角度を変化させて波長を変化させ
ているが、入射角度に応じて透過波長が変化する透過型
の回折格子を用いてもよい。
【００１７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、比較的簡単な構成で連続して波長を可変することが
できる。又エタロンを用いた場合に比べ温度制御を行う
必要がなく、制御が容易で小型化が可能となる。更に波
長変化速度の速い外部共振器型半導体レーザを得ること
ができるという優れた効果が得られる。
ば、比較的簡単な構成で連続して波長を可変することが
できる。又エタロンを用いた場合に比べ温度制御を行う
必要がなく、制御が容易で小型化が可能となる。更に波
長変化速度の速い外部共振器型半導体レーザを得ること
ができるという優れた効果が得られる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による外部共振器型
波長可変半導体レーザを示すブロック図である。
波長可変半導体レーザを示すブロック図である。
【図２】本実施の形態によるバンドパスフィルタと外部
共振器の波長選択特性、及び発振波長の関係を示す図で
ある。
共振器の波長選択特性、及び発振波長の関係を示す図で
ある。
【図３】フィルタの角度に対する波長の変化特性を示す
グラフである。
グラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態による外部共振器型
波長可変半導体レーザを示すブロック図である。
波長可変半導体レーザを示すブロック図である。
１１ 半導体レーザ １２ 増反射膜 １３ 無反射膜 １４，２２ コリメータレンズ １５ 光バンドパスフィルタ １６ 回転テーブル １７ 外部反射ミラー １８ アクチュエータ １９，２０ ドライバ ２１ 制御部 ２３ 光アイソレータ ２５ 光ファイバ
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体レーザと、前記半導体レーザの反
射膜と共に外部共振器を形成する外部反射ミラーと、 前記外部共振器中に設けられ、外部共振モード間隔の２
倍以下のフィルタ半値幅を有し、透過波長を変化させる
光バンドパスフィルタと、 前記外部反射ミラーの光行路長を調整するアクチュエー
タと、を具備し、 前記外部反射ミラーの位置と前記光バンドパスフィルタ
の中心波長の変化を連動させる制御部と、を具備するこ
とを特徴とする外部共振器型波長可変半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001155071A JP2002353555A (ja) | 2001-05-24 | 2001-05-24 | 外部共振器型波長可変半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001155071A JP2002353555A (ja) | 2001-05-24 | 2001-05-24 | 外部共振器型波長可変半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002353555A true JP2002353555A (ja) | 2002-12-06 |
Family
ID=18999319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001155071A Pending JP2002353555A (ja) | 2001-05-24 | 2001-05-24 | 外部共振器型波長可変半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002353555A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005217428A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 干渉フィルタを有する表面放出半導体レーザ |
| CN100392447C (zh) * | 2003-12-24 | 2008-06-04 | 招远招金光电子科技有限公司 | 低偏振相关损耗的宽范围内波长可调光学滤波器 |
| US7656911B2 (en) | 2004-07-15 | 2010-02-02 | Nec Corporation | External resonator type wavelength-variable laser |
| GB2554393A (en) * | 2016-09-23 | 2018-04-04 | Univ Sheffield | Tuneable laser |
-
2001
- 2001-05-24 JP JP2001155071A patent/JP2002353555A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100392447C (zh) * | 2003-12-24 | 2008-06-04 | 招远招金光电子科技有限公司 | 低偏振相关损耗的宽范围内波长可调光学滤波器 |
| JP2005217428A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 干渉フィルタを有する表面放出半導体レーザ |
| US7903716B2 (en) | 2004-01-30 | 2011-03-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Surface emitting semiconductor laser having an interference filter |
| US7656911B2 (en) | 2004-07-15 | 2010-02-02 | Nec Corporation | External resonator type wavelength-variable laser |
| GB2554393A (en) * | 2016-09-23 | 2018-04-04 | Univ Sheffield | Tuneable laser |
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