JP2013026350A - 光発振装置及び記録装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡易な構成で所望のパルス光周波数が容易に得られる光発振装置、記録装置を提供することを目的とする。
【解決手段】二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧を印加する過飽和吸収体部２と、ゲイン電流を注入するゲイン部３を含む自励発振半導体レーザ１と、自励発振半導体レーザ１から出射した発振光の位相とマスタークロック信号との位相差に基づいて、自励発振半導体レーザ１のゲイン部３に注入するゲイン電流を制御する制御部３８または、過飽和吸収体部２に印加する負のバイアス電圧を制御する制御部４５を含んで光発振装置及び記録装置を構成する。
【選択図】図１０

Description

本技術は、レーザ光を出射する光発振装置、及びこの光発振装置を用いた記録装置に関する。
近年、社会のＩＴ（Information technology）化が進むにつれ、通信の大容量化、高速化がより要求されるようになっている。このため、情報を伝播する媒体には、無線通信のような例えば周波数が２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯の電磁波だけでなく、例えば波長が１．５μｍ帯（から周波数で数百ＴＨｚ領域）の光を用いた光通信技術が急速に普及している。
また、光による情報の伝送は、例えば光ファイバ通信のような光通信だけでなく、記録媒体への情報の記録、再生手段としても用いられるなど、光情報技術は、今後の情報化社会の発展を支える重要な基盤となっている。
このような光による情報の伝送、記録には、特定のパルスを発振する光源が必要とされる。特に通信、記録・再生情報の大容量化、高速化には、高出力かつ短パルスの光源が不可欠であり、これらを満たす光源として様々な半導体レーザが研究・開発されている。
例えば、シングルモードレーザを用いて光ディスクの再生を行う場合には、光学系の干渉によるノイズが生じるだけでなく、温度変化によっても発振波長が変化し、出力変動やノイズが発生する。
このため、外部から高周波重畳回路による変調を行うことで、レーザをマルチモード化し、温度変化や光ディスクからの戻り光による出力変動を抑制することが行われている。ところが、この方法では、高周波重畳回路を付加する分だけ装置が大きくなり、またコストも増大する。
これに対して、自励発振半導体レーザでは、高周波で点滅しながら直接マルチモード発振するため、高周波重畳回路が無くても、出力変動を抑えることができる。
例えば、本提案者らは、自励発振のＧａＮ青紫色半導体レーザによって、１ＧＨｚの周波数においてパルス幅１５ｐｓｅｃ、１０Ｗの発振出力が可能な光源を実現している（非特許文献１を参照）。
この半導体レーザは、過飽和吸収体部と、過飽和吸収体部を挟むように設けられる二つのゲイン部と、によって構成されるTriple-Sectional型の自励発振半導体レーザである。
この半導体レーザでは、過飽和吸収体部に逆バイアスの電圧を加える。そしてこの時、二つのゲイン部に対して電流を注入することにより、例えば波長４０７ｎｍのレーザ光が出射される。
Hideki Watanabe, Takao Miyajima, Masaru Kuramoto, Masao Ikeda, and Hiroyuki Yokoyama Applied Physics Express 3,(2010)052701
このような高出力かつパルス幅の短い光源は、例えば二光子吸収記録媒体への記録光源や、非線形光学生体イメージング、マイクロマシニング等、様々な分野への応用が期待される。
他にも近年においては、信号転送の高速化のために、シリコン電子デバイス間を光配線で接続し、光で信号転送を行う光回路も提案されている。将来、光回路による演算処理を可能とするためには、電子回路のマスタークロックを発生させる光発振子が必要となる。
このような光発振子として自励発振型のレーザを用いる場合には、用途に応じて特定の周波数のものを用意しなければならない。
また、記録再生装置においては、光記録媒体から読み取ったウォルブ信号や、光記録媒体を回転させるスピンドルモータからの回転同期信号に同期させた記録信号を光源から出射させる必要がある。
しかし、自励発振型のレーザの周波数は、一般的にその構造によって特有のパルス光周波数に決まってしまう。このため、用途毎にそれぞれレーザを製造する必要がある上に、非常に高い製造精度も必要とする。したがって、コストは高くなる。
上述の点を鑑みて、本技術は、簡易な構成で所望のパルス光周波数が容易に得られる光発振装置、記録装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本技術による光発振装置は、二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧が印加される過飽和吸収体部と、ゲイン電流が注入されるゲイン部を含む自励発振半導体レーザを含む。
また、本技術の光発振装置は、自励発振半導体レーザからの発振光を分離する光分離部と、光分離部によって分離された一方の発振光を受光する受光素子と、受光素子が受光した発振光のパルスを検出するパルス検出部と、を含む。
また、本技術の光発振装置は、マスタークロック信号を生成する基準信号生成部と、マスタークロック信号及びパルス間との位相差を算出する位相比較部を含む。
さらに、本技術の光発振装置は、マスタークロック信号のタイミングに合わせて負の電圧で所定の信号を生成して、所定の信号を負のバイアス電圧として自励発振半導体レーザの過飽和吸収体部に印加する信号生成部を含む。
そして、本技術の光発振装置は、上述の位相差に基づいて、自励発振半導体レーザのゲイン部に注入するゲイン電流または、過飽和吸収体部に印加する負のバイアス電圧を変化させ、自励発振半導体レーザの発振周波数を制御する制御部を含む。
また、本技術による記録装置は、上述の光発振装置において、信号生成部の代わりに記録信号を生成する記録信号生成部を設け、さらに、上述の光分離部によって分離されたもう一方の発振光を光記録媒体上に集光する対物レンズを配置したものである。
本技術の光発振装置及び記録装置によれば、自励発振半導体レーザのゲイン部に注入するゲイン電流もしくは、過飽和吸収体部に印加する負のバイアス電圧のどちらか一方を制御することにより、発振光の発振周波数を制御することができる。
このため、任意の発振周波数で、容易に自励発振半導体レーザを発光させることができる。
本技術の光発振装置及び記録装置によれば、任意の発振周波数の発振光を容易に得ることができる。
自励発振半導体レーザを示す概略構成図である。 自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流と、この自励発振半導体レーザから出射した発振光の発振周波数との関係を示す図である。 自励発振半導体レーザに印加した逆バイアス電圧と、この自励発振半導体レーザから出射した発振光の発振周波数との関係を示す図である。 自励発振半導体レーザに印加した逆バイアス電圧と、この自励発振半導体レーザから出射した発振光のピークパワーとの関係を示す図である。 自励発振半導体レーザに印加した逆バイアス電圧と、この自励発振半導体レーザから出射した発振光のピークパワーとの関係を示す図である。 自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流と、この自励発振半導体レーザから出射した発振光のピークパワーとの関係を示す図である。 図７Ａは、自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流、電荷密度及び発光閾値の関係を示す図であり、図７Ｂは、このときに自励発振半導体レーザ１から出射するパルス光の波形を示す図である。 図８Ａは、二値信号を示す図であり、図８Ｂは、このときに自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流、電荷密度及び発光閾値の関係を示す図であり、図８Ｃは、このときに自励発振半導体レーザ１から出射するパルス光の波形を示す図である。 図９Ａは、自励発振半導体レーザから出射した発振光の波形を示す図であり、図９Ｂは、自励発振半導体レーザに印加した逆バイアス電圧を示す図である。 図１０Ａは、自励発振半導体レーザから出射した発振光の波形を示す図であり、図１０Ｂは、自励発振半導体レーザに印加した逆バイアス電圧を示す図である。 第１の実施形態に係る記録装置を示す概略構成図である。 第２の実施形態に係る記録装置を示す概略構成図である。
以下本技術を実施するための最良の形態の例を説明するが、本技術は以下の例に限定されるものではない。説明は以下の順序で行う。
１．自励発振半導体レーザの構成
２．第１の実施形態（発振周波数を発振期間における直流電流で制御する例）
３．第２の実施形態（発振周波数を発振期間における直流電圧で制御する例）
１．自励発振半導体レーザの構成
まず初めに、本技術において用いる自励発振半導体レーザ１の構成について説明する。
図１は、本技術における自励発振半導体レーザ１を示す概略構成図である。この自励発振半導体レーザ１は、上述の非特許文献１において示されている自励発振半導体レーザである。
自励発振半導体レーザ１は、過飽和吸収体部２と、第１のゲイン部３と、第２のゲイン部４とによって構成されるTriple-Sectional型の自励発振半導体レーザである。
図１に示すように、過飽和吸収体部２は、第１のゲイン部３と、第２のゲイン部４とに挟まれるように位置する。
過飽和吸収体部２を設けると、吸収体に入射する光の強度が大きくなるにつれて吸収体の吸収率が低下し、強度の大きいパルスしか吸収体を透過できないため、より狭いパルスが得られる。
また、第１のゲイン部３及び第２のゲイン部４にはゲイン電流が注入される。
ｎ型ＧａＮ基板６の（０００１）面上には、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ材料による二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造が形成されている。
すなわち、ｎ型ＧａＮ基板６の一方の表面上に、ｎ型ＧａＮ層７、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層８、ｎ型ＧａＮガイド層９、二重量子井戸活性層１０がこの順で積層して形成される。さらに、二重量子井戸活性層１０上に、ＧａＩｎＮガイド層１１、ｐ型ＡｌＧａＮ層１２、ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層１３、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子第一クラッド層１４がこの順で積層して形成される。
このヘテロ構造は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によって形成することができる。
このｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子第一クラッド層１４の中央部には、図１に示すようにリッジ構造が形成され、リッジ上面には、ｐ型ＧａＮコンタクト層１６が形成される。また、リッジ側面や、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子第一クラッド層１４のリッジが形成されていない部分の上には、ＳｉＯ２／Ｓｉ絶縁層１５が形成される。
ｐ型ＧａＮコンタクト層１６及びＳｉＯ２／Ｓｉ絶縁層１５上には、ｐ型電極である第１の主電極１７、第２の主電極１８並びに副電極１９がオーミックコンタクトにより形成される。
具体的には、第１のゲイン部３上には第１の主電極１７が形成され、過飽和吸収体部２上には副電極１９が形成される。また、第２のゲイン部４上には、第２の主電極１８が形成される。これらの電極は、溝状の分離部２０によって分離されており、互いに電気的に分離される。
また、ｎ型ＧａＮ基板６のｎ型ＧａＮ層７とは反対側の面には、ｎ型の下部電極５がオーミックコンタクトにより形成される。
図１に示すように、この自励発振半導体レーザ１では、副電極１９によって、過飽和吸収体部２に逆バイアスの電圧を加える。そしてこの時、第１のゲイン部３及び第２のゲイン部４に対してそれぞれ第１の主電極１７及び第２の主電極１８から電流（ゲイン電流）を注入することにより、レーザ光が出射される。
本提案者らは、この自励発振半導体レーザ１に対し、上述の逆バイアス電圧の変化によって発振光を変調し、かつ、上述のゲイン電流（直流電流）を変化させることにより発振周波数を制御できることを見出した。
さらに、本提案者らは、逆バイアス電圧の変化によって発振光を変調し、かつ、自励発振半導体レーザ１の発振期間における、逆バイアス電圧（発振期間において直流電圧）の値を変化させることにより、発振周波数を制御できることを見出した。なお、ここで発振期間における逆バイアス電圧は、その期間において電圧値一定の直流電圧である。
すなわち、本技術において、発振光の変調は、逆バイアス電圧を制御することで行い、発振周波数の制御は、発振期間における逆バイアス電圧またはゲイン電流による直流信号の値の制御によって行われる。
ここで、発振期間における直流信号とは、本技術において、自励発振半導体レーザ１が発振している間において、逆バイアス電圧は直流電圧であり、かつ、ゲイン電流が直流電流であることを意味する。そして、この逆バイアス電圧及びゲイン電流のどちらか一方の値を制御することにより、発振周波数を制御できる。
例えば、図２に、本技術の自励発振半導体レーザ１において、発振時の逆バイアス電圧（直流電圧）を一定にし、ゲイン電流を変化させたときの発振光の発振周波数を測定した結果を示す。横軸はゲイン電流（Igain）であり、縦軸は、発振周波数である。なお、逆バイアス電圧（Vsa）は、０Ｖから−６．０Ｖまで、１．０Ｖ刻みで変化させ、それぞれの電圧値における発振周波数の変化を調べた。
図２に示すように、逆バイアス電圧（Vsa）が一定であるとき、ゲイン電流（Igain）を大きくすると、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の発振周波数は大きくなることがわかる。したがって、自励発振半導体レーザ１の発振時において、ゲイン電流（直流電流）の値を変化させることで、発振周波数を制御することが可能である。
一方で、図３は、ゲイン電流（直流電流）を一定にし、自励発振半導体レーザ１の発振時における逆バイアス電圧（発振時において直流電圧）の変化に対する発振周波数の変化を調べたものである。横軸は逆バイアス電圧（Vsa）であり、縦軸は、発振周波数である。なお、ゲイン電流は、８０ｍＡから２００ｍＡまで、２０ｍＡ刻みで変化させ、それぞれの電流値における発振周波数の変化を調べた。
図３に示すように、ゲイン電流（Igain）が一定であるとき、逆バイアス電圧（Vsa）を負の方向に大きくすると、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の発振周波数は小さくなることがわかる。すなわち、自励発振半導体レーザ１の発振時（発振期間）において、逆バイアス電圧（直流電圧）の値を変化させることで、発振周波数を制御することが可能である。
また、図４は、ゲイン電流（Igain）を２００ｍＡ以下で一定にしたときの自励発振半導体レーザ１に印加した逆バイアス電圧（Vsa）と、自励発振半導体レーザ１からの発振光のピークパワーとの関係を示す図である。横軸は逆バイアス電圧（Vsa）であり、縦軸は、ピークパワーである。
図４からわかるように、逆バイアス電圧（Vsa）をゼロから負の方向に大きくすると、ピークパワーが大きくなる。またさらに、ある所定の電圧よりも負の方向に大きくなると、ピークパワーは小さくなっていき、最終的には発振が停止する。
このように、逆バイアス電圧（Vsa）によって、ピークパワーの値が変化するので、逆バイアス電圧（Vsa）によりピークパワーを制御することが可能である。
また、図５は、ゲイン電流（Igain）を２００ｍＡ以上で一定にしたときの自励発振半導体レーザ１に印加した逆バイアス電圧（Vsa）と、自励発振半導体レーザ１からの発振光のピークパワーとの関係を調べたものである。横軸は逆バイアス電圧（Vsa）であり、縦軸はピークパワーである。ゲイン電流は、２００ｍＡから２３５ｍＡまで５ｍＡ刻みで変化させ、それぞれの電流値におけるピークパワーの変化を調べた。
図５に示すように、このゲイン電流（Igain）の範囲では、逆バイアス電圧（Vsa）が約−７Ｖよりも負の方向に大きくなると、自励発振半導体レーザ１の発振が停止する。したがって、例えば、図５の線Ｌ１に示す逆バイアス電圧が−５．５Ｖの時を自励発振半導体レーザ１のオン（発振）状態とし、線Ｌ２に示す逆バイアス電圧が−７．５Ｖの時を自励発振半導体レーザ１のオフ（非発振）状態とすることができる。すなわち、例えば逆バイアス電圧を、−５．５Ｖと−７．５Ｖとで切り替えを行うことにより、自励発振半導体レーザ１のオン（発振）とオフ（非発振）を制御することができる。
このように、逆バイアス電圧の制御を行うことで、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の変調を行うことが可能である。
なお、この図4，5で示すピークパワー値は、光出力の平均パワーモニター値と高速フォトディテクタ（40GHz）で測定したパルス幅から換算している。ディテクタの帯域不足で実際の最小パルス幅15psに対して40ps程度までしか検出できていないため、ピーク値が低めに表示されている。
また、図６は、逆バイアス電圧（Vsa）を一定にしたときの自励発振半導体レーザ１に注入するゲイン電流（Igain）と、自励発振半導体レーザ１からの発振光のピークパワーとの関係を示す図である。横軸はゲイン電流であり、縦軸は、ピークパワーである。
この図６からわかるように、ゲイン電流（Igain）を大きくする程、発振光のピークパワーが大きくなることがわかる。したがって、ゲイン電流（Igain）によって自励発振半導体レーザ１の発振光のピークパワーを制御することが可能である。
自励発振半導体レーザ１の上述した特性は、図７Ａ、図７Ｂを用いて以下のように説明できる。
図７Ａは、自励発振半導体レーザ１に注入したゲイン電流と、電流の注入により自励発振半導体レーザ１内に蓄積された電荷の密度との関係を示す図であり、図７Ｂは、このときに自励発振半導体レーザ１から出射される光の波形を示す図である。なお、このとき、逆バイアス電圧は一定の値としている。
図７Ａにおいて、特性Ｌ３は、自励発振半導体レーザ１に注入した電流であり、特性Ｌ４は、そのときに自励発振半導体レーザ１内に蓄積された電荷の密度である（以下、電荷密度という）。
矢印Ａ１に示すように、ゲイン電流を大きくしていくと、自励発振半導体レーザ１内に蓄積された電荷の密度が高くなる。そして、この電荷密度が特性Ｌ５に示す発光閾値に到達すると、図７Ｂに示すパルス光Ｐｕ１が放出される。このとき、パルス光の放出により電荷が消費され、矢印Ａ２に示すように、自励発振半導体レーザ１内の電荷密度は低下する。
そして再びゲイン電流によって自励発振半導体レーザ１内に電荷が蓄積され、電荷密度が特性Ｌ５の発光閾値に到達するとパルス光を放出する。こうした過程を繰り返すことによって、自励発振半導体レーザ１はパルス光の連続発振を行う。
特性Ｌ５に示す、電荷密度に対する発光閾値は、自励発振半導体レーザ１に印加する逆バイアス電圧の値によって変化する。
例えば、逆バイアス電圧を負の方向に大きくすると、特性Ｌ５に示す電荷密度に対する発光閾値は、矢印Ａ３に示すように大きくなる。このため、電荷密度が発光閾値に到達するまでの時間が長くなるので、パルス光が放出される間隔は長くなり、自励発振半導体レーザ１の発振周波数は小さくなる。
すなわち、この原理により、自励発振半導体レーザ１の発振周波数を逆バイアス電圧によって制御することができる。
また、逆バイアス電圧を負の方向に大きくすることにより発光閾値が大きくなると、レーザ光の発振に必要とされる電荷密度が大きくなり、発振時に消費される電荷量も大きくなるので、放出されるパルス光のエネルギーも大きくなる。このため、逆バイアス電圧によって、自励発振半導体レーザ１の発振光のピークパワーを制御することができる。
また、ゲイン電流の値が大きくなると、電荷密度が特性Ｌ５に示す発光閾値に到達するまでの時間が短くなる。このため、パルス光が放出される間隔は短くなり、自励発振半導体レーザ１の発振周波数は大きくなる。
すなわち、この原理により、自励発振半導体レーザ１の発振周波数をゲイン電流によって制御することができる。
また一方で、自励発振半導体レーザ１に蓄積された電荷は、パルス光の放出によって消費される以外に、自励発振半導体レーザ１から自然に流出する（消費される）ことでも失われる。このため、自励発振半導体レーザ１に蓄積させることのできる電荷量（電荷密度）には、限界が存在する。
したがって、逆バイアス電圧Ｖｓａの値を負の方向に大きくし過ぎると、蓄積可能な電荷密度に対して発光閾値が大きくなり過ぎ、発光閾値にまで、電荷密度を高めることができなくなる。このため、図４に示したように、逆バイアス電圧Ｖｓａを負の方向に所定の値にまで大きくすると、自励発振半導体レーザ１は発振しなくなる。
このように、逆バイアス電圧Ｖｓａには、負の値の領域において、自励発振半導体レーザ１が発振しなくなる閾値が存在する。したがって、自励発振半導体レーザ１のオン・オフの切り替えを行う際には、オフ時の逆バイアス電圧を、この閾値よりも負の方向に大きい値に設定することが好ましい。言い換えると、こうした設定を行った自励発振半導体レーザ１では、レーザ光の発振が停止された非発振期間におけるバイアス電圧が、レーザ光の発振が行われる発振期間における逆バイアス電圧よりも負の方向に大きくなる。
このような設定を行うことにより、精度良く、自励発振半導体レーザ１のオン・オフの切り替えを行うことができる。
また、逆バイアス電圧の制御によって、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の変調が可能となる原理について、図８Ａ〜図８Ｃをもとに以下に説明する。
図８Ａに示すように、例えば自励発振半導体レーザ１の発振光に対して、０、１、１、０、０の順に二値信号を載せる場合を考える。また、図８Ｂは自励発振半導体レーザ１に印加した逆バイアス電圧の波形（特性Ｌ６）、このときの発光閾値（特性Ｌ７）、自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流の波形（特性Ｌ８）、自励発振半導体レーザ１に蓄えられた電荷密度（特性Ｌ９）を示す図である。また、図８Ｃは、このときに自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の波形を示す図である。
なお、図８Ｃに示すように、自励発振半導体レーザ１から出射するパルス光２個分が、二値信号の‘１’に対応するものとする。
まず、二値信号の‘０’を自励発振半導体レーザ１によって表現するときには、図８Ｂに示す期間Ｔ１において、特性Ｌ９に示す電荷密度は、特性Ｌ７に示す発光閾値を超えない。したがって、期間Ｔ１においては、自励発振半導体レーザ１は発振しない（非発振期間）。
一方、二値信号の‘１’を自励発振半導体レーザ１によって表現するときには、図８Ｂに示す期間Ｔ２において、特性Ｌ６に示す逆バイアス電圧を、負の値の範囲内で、正の方向に大きくする。これにより、特性Ｌ７に示す発光閾値が低下して、特性Ｌ９に示す電荷密度が発光閾値に到達する。そしてその結果、図８Ｃに示すパルス光Ｐｕ２が放出される。
パルス光Ｐｕ２の放出により電荷が消費されることで、図８Ｂの矢印Ａ４に示すように、電荷密度は低下する。一方、特性Ｌ８に示すゲイン電流は、期間Ｔ１（非発振期間）及び期間Ｔ２（発振期間）の両方において値が一定である直流電流なので、再び自励発振半導体レーザ１には電荷が蓄えられ、矢印Ａ５に示すように電荷密度が上昇する。また、このとき特性Ｌ６に示す逆バイアス電圧は、期間Ｔ２内においては値が一定の直流電圧であるので、特性Ｌ７に示す発光閾値は低下したままである。したがって、電荷密度は再び発光閾値に到達する。これにより、図８Ｃに示すパルス光Ｐｕ３が放出され、二値信号の‘１’が表現される。
また、二値信号の‘１’から‘０’へ切り替わるときには、図８Ｂの期間Ｔ３（非発振期間）に示すように、特性Ｌ６の逆バイアス電圧を負の方向に大きくする。これにより、期間Ｔ３において、特性Ｌ７に示す発光閾値が上昇し、特性Ｌ９に示す電荷密度が発光閾値に到達しなくなる。このため、自励発振半導体レーザは発振せずに停止状態となり、二値信号の‘０’が表現される。
この変調動作の確認実験を行った結果を図９Ａ、図９Ｂに示す。図９Ａは、自励発振半導体レーザ１から出射した発振光の波形を示す図であり、図９Ｂは、自励発振半導体レーザ１に印加した逆バイアス電圧を示す図である。
逆バイアス電圧は、期間Ｔ４に示す発振期間（３０ｎｓｅｃ）において−５．６Ｖとし、期間Ｔ５に示す非発振期間（１２０ｎｓｅｃ）において−７．７Ｖとした。また、ゲイン電流は、期間Ｔ４及び期間Ｔ５の両方において一定の２３０ｍＡとした。
図９Ａ及び図９Ｂからわかるように、逆バイアス電圧が−７．７Ｖである期間Ｔ５において自励発振半導体レーザ１は発振しなかった。一方で、逆バイアス電圧が−５．６Ｖである期間Ｔ４では、自励発振半導体レーザ１は複数のパルス光を連続発振し、７．９Ｗの発振出力が得られた。
このことから、逆バイアス電圧を−５．６Ｖと−７．７Ｖとで切り替えることにより、自励発振半導体レーザ１のオン状態（発振期間）とオフ状態（非発振期間）との切り替えが可能であることがわかる。すなわち、逆バイアス電圧を制御することで、自励発振半導体レーザ１が出射する発振光の変調を行うことができる。
また、図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれこの期間Ｔ４（発振期間）において自励発振半導体レーザ１から出射した発振光の波形の拡大図、及び、このときの逆バイアス電圧の波形の拡大図である。また、波形は逆バイアス電圧をトリガーとした同期による複数の繰り返し発光波形の残像を表示しており、同期性を示すものである。
この図１０より、逆バイアス電圧が−７．７Ｖから−５．６Ｖに向かって立ち上がり始めてから１０ｎｓｅｃ以内に、自励発振半導体レーザ１の発振が始まっていることがわかる。したがって、自励発振半導体レーザ１は、逆バイアス電圧として自励発振半導体レーザ１に印加された変調信号に対して、良好に同期した発振光を出射していると言える。
２．第１の実施形態（発振周波数を発振期間における直流電流で制御する例）
上述の特性を有する自励発振半導体レーザ１を用いて構成した記録装置について、以下に説明する。
図１１は、第１の実施形態に係る記録装置１００を示す概略構成図である。本実施形態の記録装置１００は、光発振部１１０と、光発振部１１０から出射した発振光を光記録媒体４３上に集光する対物レンズ４１とを有する。
また、本実施形態の記録装置１００は、光発振部１１０から出射した発振光を対物レンズに導くミラー４０と、光記録媒体４３を光記録媒体４３の面内方向に回転させるスピンドルモータ４２とを有する。
光発振部１１０は、光源として上述の自励発振半導体レーザ１と、自励発振半導体レーザ１からの光をコリメートするコリメータレンズ３１と、コリメータレンズ３１を透過した光を分離する光分離部３２とを備える。
また、光発振部１１０は、光分離部３２によって分離された一方の光を集光する集光レンズ３３と、集光レンズ３３によって集光された光を受光する受光素子３４とを備える。
またさらに、光発振部１１０は、受光素子３４によって受光された光を検出するパルス検出部３５と、マスタークロック信号を生成する基準信号生成部３６と、パルス検出部３５によって検出された光の位相とマスタークロック信号の位相とを比較する位相比較部３７とを備える。
また、本実施形態の光発振部１１０は、位相比較部３７が求めた位相差及び受光素子３４が受光した光の強度に基づいて、自励発振半導体レーザ１に注入するゲイン電流を制御する制御部３８を備える。
また、本実施形態の光発振部１１０は、マスタークロック信号にタイミングを合わせて、記録信号を生成する記録信号生成部３９を備える。
まず、記録信号生成部３９は、基準信号生成部３６によって生成されるマスタークロックのタイミングに合わせて、例えば光ディスク等の光記録媒体に記録する記録信号（二値信号）を生成する。この記録信号は、自励発振半導体レーザ１に対して逆バイアス電圧として印加される。
このとき、既述のように、自励発振半導体レーザ１の非発振期間（二値信号の‘０’）における逆バイアス電圧は、発振期間（二値信号の‘１’）における逆バイアス電圧よりも負の方向に大きい値とする。これにより、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光を、記録信号に応じて変調することができる（図８Ａ〜図８Ｃ参照）。
記録信号に応じて変調された自励発振半導体レーザ１からの発振光は、コリメータレンズ３１によってコリメートされた後、光分離部３２に入射する。
光分離部３２は、例えばビームスプリッタ等によって構成され、自励発振半導体レーザ１から出射した光を二つの光束に分離する。二つに分離された光束のうち、例えば、光分離部３２によって反射された光束は、集光レンズ３３によって受光素子３４上に集光される。この受光素子３４には、例えばフォトダイオード等が用いられる。
また、パルス検出部３５は、コンデンサ４４を介して受光素子３４に接続され、受光素子３４によって受光された光のパルスを検出する。
そして、位相比較部３７は、基準信号生成部３６において生成されたマスタークロックと、パルス検出部３５において検出されたパルスの位相とを比較し、両者の位相差を算出する。
制御部３８は、位相比較部３７において求められた位相差に基づいて、自励発振半導体レーザ１に注入するゲイン電流の大小を制御することにより、自励発振半導体レーザ１から発振するパルス光の周波数を制御する。
なお、制御部３８は、受光素子３４において受光された光の強度に基づいて、自励発振半導体レーザ１に注入するゲイン電流の制御も行う。すなわち、本実施形態では、ゲイン電流（発振期間及び非発振期間の両方において一定の直流電流）の値を制御することにより、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の周波数制御及びパワー制御の両方を行う。
一方で、光分離部３２を透過した自励発振半導体レーザ１からの発振光は、ミラー４０に入射する。そして、この発振光はミラー４０によって反射されて光路を変え、対物レンズ４１に入射する。
対物レンズ４１に入射した発振光は、光記録媒体４３上に集光される。光記録媒体４３は、スピンドルモータ４２によって光記録面の面内方向に回転する。また、レーザ光の集光スポットは、図示しないスレッドモータ等によって光記録媒体４３の径方向に随時移動する。これにより、自励発振半導体レーザ１からの発振光は、光記録媒体４３の光記録面に対して渦巻き状、もしくは同心円状に照射され、発振光に載せられた記録情報が、光記録媒体４３に順次記録される。
このように、本実施形態の記録装置１００では、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光を、自励発振半導体レーザ１に印加する逆バイアス電圧によって変調する。この逆バイアス電圧は、記録信号に対応して自励発振半導体レーザ１に印加されるので、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光に対して、記録情報を載せることができる。
また、さらに、本実施形態の記録装置１００では、発振光の周波数及び出力パワーを、自励発振半導体レーザ１に注入するゲイン電流によって制御することができる。このため、発振光の周波数を任意に設定することができ、また、出力パワーを常に一定に維持することが可能となる。このため、光記録媒体への情報の記録を精度良く行うことが可能である。
なお、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光のパワーは、自励発振半導体レーザ１に印加する逆バイアス電圧の値を変化させることによって制御することも可能である（図４参照）。したがって、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の変調が可能な範囲内であれば、発振期間における逆バイアス電圧（発振期間内において直流電圧）の値を変化させることにより発振光のパワー制御を行ってもよい。
この場合には、制御部３８は、受光素子３４での受光強度に基づいて、発振期間における逆バイアス電圧（発振期間内において直流電圧）の値を制御すればよい。
また、自励発振半導体レーザ１からの発振光に載せる信号は、記録信号に限らず任意の信号であってよい。すなわち、記録信号生成部３９の代わりに、任意の信号を生成する信号生成部を設けることにより、任意の信号が載った発振光を出射する光発振装置として光発振部１１０を構成することも可能である。
また、ここでは自励発振半導体レーザ１には、二つのゲイン部を有するTriple-Sectional型の自励発振半導体レーザを用いたが、ゲイン部が一つであるbi-Sectional型の自励発振半導体レーザを用いても、同様の作用、効果を得ることができる。
３．第２の実施形態（発振周波数を発振期間における直流電圧で制御する例）
第１の実施形態においては、自励発振半導体レーザ１の発振周波数を、発振期間におけるゲイン電流の値によって制御した。しかし、図３において示したように、自励発振半導体レーザ１の発振周波数は、逆バイアス電圧の値によっても変化する。ここでは、自励発振半導体レーザ１の発振周波数を、逆バイアス電圧によって制御する記録装置の例について説明する。
図１２は、第２の実施形態に係る記録装置２００を示す概略構成図である。なお、第１の実施形態（図１１参照）と対応する部位には同一符号を付し、重複した説明を避ける。
本実施形態の記録装置２００は、光発振部２１０と、光発振部１１０から出射した発振光を光記録媒体４３上に集光する対物レンズ４１と、を有する。
また、本実施形態の記録装置１００は、光発振部１１０から出射した発振光を対物レンズに導くミラー４０と、光記録媒体４３を光記録媒体４３の面内方向に回転させるスピンドルモータ４２とを有する。
本実施形態の記録装置２００は、光発振部２１０において、制御部４５の動作が、第１の実施形態（図１１）の制御部３８と異なること以外は、第１の実施形態の記録装置１００と同様である。
制御部４５は、まず、受光素子３４において受光された自励発振半導体レーザ１の強度に基づいて、自励発振半導体レーザ１に注入するゲイン電流を制御する（発振期間及び非発振期間において値一定の直流電流）。これによって、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光のパワーを制御することができる。
また、記録信号生成部３９において、基準信号生成部３６からのマスタークロック信号のタイミングに合わせて、負の電圧により生成された記録信号は、自励発振半導体レーザ１の過飽和吸収体部に逆バイアス電圧として印加される。
このとき、例えば記録信号（二値信号）の‘０’に対応する逆バイアス電圧は、記録信号の‘１’に対応する逆バイアス電圧よりも負の方向に大きい。
したがって、第１の実施形態と同様に、記録信号の‘１’を表現するときには、自励発振半導体レーザ１は発振光を出射し（発振期間）、記録信号（二値信号）の‘０’を表現するときには、自励発振半導体レーザは発振光を出射しない（非発振期間）。これにより、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光を変調して、記録信号に対応した発振光を自励発振半導体レーザ１から出射させることができる。
これらの動作は、第１の実施の形態と同様である。ただし、本実施形態では、制御部４５は、発振期間（二値信号の‘１’の期間）において自励発振半導体レーザ１に印加する逆バイアス電圧（記録信号）の値を制御する。
発振期間における逆バイアス電圧（直流電圧）の値を制御することにより、発振期間における発光閾値が変化する（図８Ａ〜図８Ｃ参照）。このとき、自励発振半導体レーザ１のオン（発振）、オフ（非発振）に影響を与えない程度の範囲内で発光閾値を変化させる。既述のように、発光閾値の変化によって発振周波数が変化するので、これにより、発振光の変調を行いながら、かつ、発振周波数の制御を行うことができる。
なお、本実施形態においても、発振期間における逆バイアス電圧の値によって自励発振半導体レーザ１から出射する発振光のパワーを制御する（図４参照）ように、制御部４５を構成してもよい。
また、自励発振半導体レーザ１からの発振光に載せる信号は、記録信号に限らず任意の信号であってよい。すなわち、本実施の形態においても、記録信号生成部３９の代わりに、任意の信号を生成する信号生成部を設けることにより、任意の信号が載った発振光を出射する光発振装置として光発振部１１０を構成することも可能である。
また、ここでは自励発振半導体レーザ１には、ゲイン部が一つであるbi-Sectional型の自励発振半導体レーザを用いても、同様の作用、効果を得ることが可能である。
以上、本技術による光発振装置及び記録装置について説明した。本技術は上記実施の形態にとらわれることなく、特許請求の範囲に記載した本技術の要旨を逸脱しない限りにおいて、なお考えられる種々の形態を含むものであることは言うまでもない。
また、本技術は、以下のような構成を取ることもできる。
（１）
二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧が印加される過飽和吸収体部と、ゲイン電流が注入されるゲイン部を含む自励発振半導体レーザと、
前記自励発振半導体レーザからの発振光を二つに分離する光分離部と、
前記分離された一方の前記発振光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、
前記光分離部によって分離された他方の発振光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した発振光のパルスを検出するパルス検出部と、
マスタークロック信号を生成する基準信号生成部と、
前記マスタークロック信号及び前記パルス間の位相差を算出する位相比較部と、
前記マスタークロック信号のタイミングに合わせて負の電圧で記録信号を生成して、前記記録信号を前記負のバイアス電圧として前記自励発振半導体レーザの過飽和吸収体部に印加する記録信号生成部と、
前記位相差に基づいて、前記自励発振半導体レーザの前記ゲイン部に注入する前記ゲイン電流または、前記過飽和吸収体部に印加する前記負のバイアス電圧を変化させ、前記自励発振半導体レーザの発振周波数を制御する制御部と、
を含む
記録装置。
（２）
前記制御部は、前記自励発振半導体レーザの発振期間における前記負のバイアス電圧を制御する（１）に記載の記録装置。
（３）
前記発振期間における前記負のバイアス電圧は、一定の直流電圧である（２）に記載の記録装置。
（４）
前記制御部は、前記自励発振半導体レーザの発振期間における前記ゲイン電流を制御する（３）に記載の記録装置。
（５）
前記発振期間における前記ゲイン電流は、一定の直流電流である（４）に記載の記録装置。
（６）
前記制御部は、前記発振期間における前記ゲイン電流または前記発振期間における前記負のバイアス電圧を制御することにより、前記発振光のパワーを制御する（３）または（５）に記載の記録装置。
（７）
前記自励発振半導体レーザは、活性層の一方の表面上に、ＧａＩｎＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第一クラッド層、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第二クラッド層１１０をこの順に備える（１）〜（６）に記載の光発振装置。
（８）
前記自励発振半導体レーザは、活性層の他方の表面上に、ｎ型ＧａＮガイド層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ層をこの順に備える（１）〜（７）に記載の光発振装置。
（９）
二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧が印加される過飽和吸収体部と、ゲイン電流が注入されるゲイン部を含む自励発振半導体レーザと、
前記自励発振半導体レーザからの発振光を分離する光分離部と、
前記光分離部によって分離された一方の発振光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した発振光のパルスを検出するパルス検出部と、
マスタークロック信号を生成する基準信号生成部と、
前記マスタークロック信号及び前記パルス間の位相差を算出する位相比較部と、
前記マスタークロック信号のタイミングに合わせて負の電圧で所定の信号を生成して、前記所定の信号を前記負のバイアス電圧として前記自励発振半導体レーザの過飽和吸収体部に印加する信号生成部と、
前記位相差に基づいて、前記自励発振半導体レーザの前記ゲイン部に注入する前記ゲイン電流または、前記過飽和吸収体部に印加する前記負のバイアス電圧を変化させ、前記自励発振半導体レーザの発振周波数を制御する制御部と、
を含む
光発振装置。
１・・・自励発振半導体レーザ、２・・・過飽和吸収体部、３・・・第１のゲイン部、４・・・第２のゲイン部、５・・・下部電極、６・・・ｎ型ＧａＮ基板、７・・・ｎ型ＧａＮ層、８・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、９・・・ｎ型ＧａＮガイド層、１０・・・二重量子井戸活性層、１１・・・ＧａＩｎＮガイド層、１２・・・ｐ型ＡｌＧａＮ層、１３・・・ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層、１４・・・ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子第一クラッド層、１５・・・ＳｉＯ２／Ｓｉ絶縁層、１６・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、１７・・・第１の主電極、１８・・・第２の主電極、１９・・・副電極、２０・・・分離部、３１・・・コリメータレンズ、３２・・・光分離部、３３・・・集光レンズ、３４・・・受光素子、３５・・・パルス検出部、３６・・・基準信号生成部、３７・・・位相比較部、３８，４５・・・制御部、３９・・・記録信号生成部、４０・・・ミラー、４１・・・対物レンズ、４２・・・スピンドルモータ、４３・・・光記録媒体、４４・・・コンデンサ、１００，２００・・・記録装置、１１０，２１０・・・光発振部

Claims (9)

  1. 二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧が印加される過飽和吸収体部と、ゲイン電流が注入されるゲイン部を含む自励発振半導体レーザと、
    前記自励発振半導体レーザからの発振光を二つに分離する光分離部と、
    前記分離された一方の前記発振光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、
    前記光分離部によって分離された他方の発振光を受光する受光素子と、
    前記受光素子が受光した発振光のパルスを検出するパルス検出部と、
    マスタークロック信号を生成する基準信号生成部と、
    前記マスタークロック信号及び前記パルス間の位相差を算出する位相比較部と、
    前記マスタークロック信号のタイミングに合わせて負の電圧で記録信号を生成して、前記記録信号を前記負のバイアス電圧として前記自励発振半導体レーザの過飽和吸収体部に印加する記録信号生成部と、
    前記位相差に基づいて、前記自励発振半導体レーザの前記ゲイン部に注入する前記ゲイン電流または、前記過飽和吸収体部に印加する前記負のバイアス電圧を変化させ、前記自励発振半導体レーザの発振周波数を制御する制御部と、
    を含む
    記録装置。
  2. 前記制御部は、前記自励発振半導体レーザの発振期間における前記負のバイアス電圧を制御する請求項１に記載の記録装置。
  3. 前記発振期間における前記負のバイアス電圧は、一定の直流電圧である請求項２に記載の記録装置。
  4. 前記制御部は、前記自励発振半導体レーザの発振期間における前記ゲイン電流を制御する請求項１に記載の記録装置。
  5. 前記発振期間における前記ゲイン電流は、一定の直流電流である請求項４に記載の記録装置。
  6. 前記制御部は、前記発振期間における前記ゲイン電流または前記負のバイアス電圧を制御することにより、前記発振光のパワーを制御する請求項３または５に記載の記録装置。
  7. 前記自励発振半導体レーザは、活性層の一方の表面上に、ＧａＩｎＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第一クラッド層及びｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第二クラッド層をこの順に備える請求項６に記載の光発振装置。
  8. 前記自励発振半導体レーザは、前記活性層の他方の表面上に、ｎ型ＧａＮガイド層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ層をこの順に備える請求項7に記載の光発振装置。
  9. 二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧を印加する過飽和吸収体部と、ゲイン電流を注入するゲイン部を含む自励発振半導体レーザと、
    前記自励発振半導体レーザからの発振光を分離する光分離部と、
    前記光分離部によって分離された一方の発振光を受光する受光素子と、
    前記受光素子が受光した発振光のパルスを検出するパルス検出部と、
    マスタークロック信号を生成する基準信号生成部と、
    前記マスタークロック信号と前記パルスとの位相差を算出する位相比較部と、
    前記マスタークロック信号のタイミングに合わせて負の電圧による所定の信号を生成して、前記所定の信号を前記負のバイアス電圧として前記自励発振半導体レーザの過飽和吸収体部に印加する信号生成部と、
    前記位相差に基づいて、前記自励発振半導体レーザの前記ゲイン部に注入する前記ゲイン電流もしくは、前記過飽和吸収体部に印加する前記負のバイアス電圧を制御する制御部と、
    を含む
    光発振装置。



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