JP2005033126A - 波長安定化フィルターを用いたレーザー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体レーザーの共振器ミラーの一方をウェッジ型の狭帯域反射ミラーとする。すなわち本発明は、半導体レーザーチップからの出射光をコリメートし、ウェッジ型の狭帯域反射ミラーで特定波長の光を一部帰還させ、特定波長に発振波長を固定するものであり、半導体レーザーの発振波長安定化に、ウェッジ型のフィルターを用いた波長安定化レーザーであって、ウェッジ型のフィルターの一面が狭帯域バンドパスフィルターであり、もう一方の面が反射率制御された広帯域フィルターまたは光学研磨面からなり、狭帯域バンドパスフィルター側の面が半導体レーザーと対向する側に設置される。
【選択図】 なし
Description
本発明は、簡単な方法で、高精度に発振波長を安定化した半導体レーザーを提供する事を課題とする。
背景の技術で述べたように、これまでの波長安定化は、以下の3種の方法に大別できる。
a)DFBまたはDBRにより、帰還波長を固定して発振波長の安定化を図る。
b)ファブリペロー型の場合は、図2に示すように、外部共振器としてFBGを設置して、発振波長の安定化を図る。
c)上記に加え、DFB、DBRの波長制御範囲を超えないように温度制御して、発振波長の安定化を図る。
d)波長選択フィルターと反射鏡を用いて、コヒーレント長よりも長い共振器を構成する。
a)の方法は、半導体プロセスで形成可能だが、価格が高くなる上に、高出力化が難しい問題がある。b)の方法は、モジュール外部にFBGを接続するため、実効的なモジュールサイズが大きくなる問題がある。特に、図2に示すように、半導体レーザー6からFBG9までの距離10は一般に1〜2mであり、ファイバーの収容スペースが必要になる上に、取り扱いが煩雑である。c)の方法は、電子冷却素子の消費電力量が大きいため、制御電子部品に負担がかかる上に、高価になるという問題がある。d)の方法では、FBGと同じようにコヒーレント長よりも長い共振器長が必要であり、モジュール長は5〜10cm程度必要になる。また、複数の光学部品が必要であり、組立が煩雑になるという問題がある。
本発明の特徴を以下にまとめる。
A)従来は透過型波長選択フィルターと反射鏡に分かれていた光学部品を一つのウェッジ型のフィルターにまとめ、かつ、ウェッジ型とすることでコヒーレント長以下の共振器長でも安定に動作する事を見いだした。
B)ウェッジ型のフィルターは、表側の面が狭帯域バンドパスフィルター、裏面は反射率制御された広帯域フィルターまたは光学研磨面からなっており、DWDM用の半導体レーザーに必要な帯域幅と波長安定性を容易に実現できる。また、裏面の反射率が4%程度の場合は、光学研磨面を形成するだけで膜形成が不要となり、安価にフィルターを作製することができる。
実験の配置を図5に示す。LD48は室温での自由発振波長が984nm、コヒーレント長100mmの高出力シングルモードLDであり、ファセット端面は後方(図のLD左端)が反射率99%以上の全反射、前方(図のLD右端)が反射率1%以下の無反射にしてある。LDからの放射光は、コリメートレンズ49に入射し、平行光に変換される。コリメートレンズ49は、非球面レンズで焦点距離1.8mm、作動距離1.1mm、LD側開口数0.3である。コリメートレンズ49で平行光に変換されたLD放射光は、ウェッジ型フィルター50に入射し、選択波長のみが4%帰還し、LDとの間で共振器を構成する。ウェッジ型フィルターのウェッジ角は4度、セッティング角は2度、LDファセット面とウェッジ型フィルター裏面で構成される共振器長は20mmである。ウェッジ型フィルターの表面の狭帯域バンドパスフィルターは、中心波長980±1nm、半値全幅3nmで、ピーク透過率98.5%である。ウェッジ型フィルターの裏面は研磨のみであり、コーティングはないため、反射率は広帯域で4%となっている。フィルター透過後のレーザー光は、集光レンズ51で高NAファイバー52に結合され、光スペクトラムアナライザまたはパワーメーター53で発振スペクトル変化と発振パワーをモニターした。
注入電流170mAで、ファセット発振出力150mWの時の発振スペクトルを図6に示す。この時のLDチップ温度は57度であり、発振中心波長はウェッジ型フィルターの帰還中心波長と同じ980nmである。ファイバー端での出力は74mWであった。
ファイバー端出力を70mWに固定し、チップ温度を−20度から70度まで変化させたときの発振中心波長変化を図7に示す。発振波長は、LDの温度に係わらず980±1nm以内に収まっている事が判る。
実験の配置を図10に示す。LD54は室温での自由発振波長が982nmの高出力マルチモードLDであり、ファセット端面は後方(図のLD左端)が反射率99%以上の全反射、前方(図のLD右端)が反射率1%以下の無反射にしてある。LDからの放射光は、コリメートレンズ55に入射し、略コリメート光に変換される。ファーフィールド測定から、略コリメート後の光は発散光で、発散角は約1度であった。コリメートレンズ55は、非球面レンズで焦点距離1.8mm、作動距離1.1mm、LD側開口数0.3である。コリメートレンズ55で略コリメート光に変換されたLD放射光は、ウェッジ型フィルター56に入射し、選択波長のみが6%反射し、LDの発光スポット内に反射光が帰還できる立体角内で、LDとの間で共振器を構成する。ウェッジ型フィルターのウェッジ角は4度、セッティング角は2度、共振器長は20mmである。ウェッジ型フィルター表面の狭帯域バンドパスフィルターは、中心波長980±1nmで、ピーク透過率99%である。ウェッジ型フィルター裏面は反射率6%の広帯域部分反射膜が形成されている。フィルター透過後のレーザー光は、集光レンズ57で高NAマルチモードファイバー58に結合され、光スペクトラムアナライザまたはパワーメーター59で発振スペクトル変化と発振パワーをモニターした。
ファイバー端出力を250mWに固定し、チップ温度を−20度から70度まで変化させたときの発振中心波長変化を図12に示す。発振波長は、LDの温度に係わらず980±1nm以内に収まっている事が判る。
実施例1と同じ配置で、ウェッジ型フィルターを使用しないで、ファイバー端出力を70mWに固定し、LDチップ温度を−20度から70度まで変化させた場合の、発振中心波長を計測した。結果を図8に示す。波長が972nmから998nmまで変化しており、波長が全く安定していないことが判る。また、室温で注入電流170mAの時の発振スペクトルを図9に示す。波形が複数に***し、単一波長で発振していないことが判る。
実施例2と同じ配置で、ウェッジ型フィルターを使用しないで、ファイバー端出力を250mWに固定し、LDチップ温度を−20度から70度まで変化させた場合の、発振中心波長を計測した。結果を図13に示す。波長が970nmから999nmまで変化し、波長が全く安定していないことが判る。
7.コリメートレンズ
8.集光レンズ
9.ファイバー・ブラッグ・グレーティング(FBG)
10.FBGまでの距離
11.出射光観測位置
12.LD
13.コリメートレンズ
14.集光レンズ
15.ファイバー
16.出射光観測位置
17.ウェッジ型フィルター
23.狭帯域バンドパスフィルター
24.反射率制御された広帯域フィルターまたは光学研磨面
25.ウェッジ角
26.LD放射光(未発振)
27.狭帯域バンドパスフィルター透過光
28.ウェッジ型フィルター透過光
29.部分反射光
30.狭帯域バンドパスフィルターでの反射光
31.LDへの帰還光
48.980nm高出力LD
49.コリメートレンズ
50.ウェッジ型フィルター
51.集光レンズ
52.ファイバー
53.光スペアナまたはパワーメーター
54.980nm高出力LD
55.コリメートレンズ
56.ウェッジ型フィルター
57.集光レンズ
58.ファイバー
59.光スペクトラムアナライザまたはパワーメーター
Claims (4)
- 半導体レーザーの発振波長安定化に、ウェッジ型のフィルターを用いた波長安定化レーザーであって、ウェッジ型のフィルターの一面が狭帯域バンドパスフィルターであり、もう一方の面が反射率制御された広帯域フィルターまたは光学研磨面からなり、狭帯域バンドパスフィルター側の面が半導体レーザーと対向する側に設置されていることを特徴とする、波長安定化半導体レーザー。
- 請求項1に記載の波長安定化レーザーにおいて、半導体レーザーとウェッジ型のフィルターで構成される共振器長が20mm以下であることを特徴とする、波長安定化レーザー。
- 請求項1または請求項2に記載の、ウェッジ型のフィルターのウェッジ角が、0.1度以上10度以下であることを特徴とする、波長安定化半導体レーザー。
- 請求項1から請求項3のいずれかに記載の波長安定化レーザーにおいて、半導体レーザーとウェッジ型のフィルターで構成されるレーザー共振器の帰還率が1%以上かつ10%以下であることを特徴とする波長安定化レーザー。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2003273403A JP2005033126A (ja) | 2003-07-11 | 2003-07-11 | 波長安定化フィルターを用いたレーザー |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003273403A JP2005033126A (ja) | 2003-07-11 | 2003-07-11 | 波長安定化フィルターを用いたレーザー |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005033126A true JP2005033126A (ja) | 2005-02-03 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2003273403A Pending JP2005033126A (ja) | 2003-07-11 | 2003-07-11 | 波長安定化フィルターを用いたレーザー |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2005033126A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7639717B2 (en) | 2006-08-11 | 2009-12-29 | Seiko Epson Corporation | Laser source device and projector equipped with the laser source device |
US11705348B2 (en) | 2019-08-26 | 2023-07-18 | Samsung Display Co., Ltd. | Laser light source and a laser crystallization apparatus including the same |
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2003
- 2003-07-11 JP JP2003273403A patent/JP2005033126A/ja active Pending
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