JP3022437B2 - モード同期半導体レーザ - Google Patents
モード同期半導体レーザInfo
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- JP3022437B2 JP3022437B2 JP9260254A JP26025497A JP3022437B2 JP 3022437 B2 JP3022437 B2 JP 3022437B2 JP 9260254 A JP9260254 A JP 9260254A JP 26025497 A JP26025497 A JP 26025497A JP 3022437 B2 JP3022437 B2 JP 3022437B2
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Description
光情報処理等に有用な高繰り返しの超短光パルス列を発
生させるモード同期半導体レーザに関する。
処理の基本技術として数十GHzの繰り返し周波数を有
する光パルス列の発生を可能にする技術への要求が高ま
っている。さらに光計測においては、広範囲の波長可変
性、周波数可変性が要求されている。これらの要求を満
たす光源の例として、可飽和吸収領域および利得領域を
有する2電極半導体レーザを用いた外部共振器型モード
同期半導体レーザが挙げられる。
5152号公報に開示されているように、図3におい
て、可飽和吸収領域74と、光導波路領域72と、光増
幅領域71と、光変調領域73とが直列に基板21上に
おいて接続された短光パルス光源70がある。
イ・イー・イー・イー・ジャーナル・オブ・カンタム・
エレクトロニクス、第28巻、2186〜2202頁
(D.J.Derickson et al., IEEE Journal of Quantum El
ectronics Vol. 28, pp. 2186-2202)に示されている技
術がある。本従来例は図4に示すように、可飽和吸収領
域111と利得領域112を有する半導体レーザ101
と、それに直列に配設されたレンズ131,132、光
フィルタ133、反射鏡150から構成される。上記の
ように構成されたモード同期半導体レーザにおいては、
可飽和吸収領域111にバイアスティー145を介し
て、逆バイアスと高周波信号とを印加し、利得領域11
2に直流電流を注入することにより、適切な条件のもと
でモード同期動作を実現することが可能となっている。
導体レーザにおいては、光通信の応用上光パルス列の繰
り返し周波数の精度や動作の安定性を高めるために、安
定化高周波電源による電気的な制御が必要であり、上述
した従来のモード同期半導体レーザにおいては可飽和吸
収領域または利得領域のどちらかに高周波信号とバイア
ス電圧とを重畳させる方法が用いられている。この高周
波重畳の方法においては、高周波信号を効率よく注入す
るために寄生容量の低減やインピーダンス整合等による
高周波回路の最適化が必要である。
長およびバイアス条件等があり、上述した従来の技術に
よる半導体装置においては、デバイス設計に制限を受け
るために、高周波特性を最適化するのは非常に困難であ
った。そのため、高周波信号源への負荷が大きいという
問題があった。
器型モード同期半導体レーザのもつ欠点を除去して、高
周波信号の注入効率が高く、高周波信号源への負荷が小
さく、かつ波長が広範囲に可変であり、かつ繰り返し周
波数可変なモード同期半導体レーザを提供することにあ
る。
半導体レーザは、第1のベース上に設けられた、可飽和
吸収領域および利得領域を有する半導体レーザと、第2
のベース上に設けられた電界吸収型光変調器と、前記半
導体レーザと前記電界吸収型光変調器とを光学的に結合
させる光結合手段とを有し、前記半導体レーザを構成す
る光共振器の出力側端面と前記電界吸収型光変調器の一
端面とにより外部共振器が構成されたことを特徴とす
る。
器の出力側端面の側に可飽和吸収領域、他方の端面の側
に利得領域を有し、該利得領域側の端面に反射防止膜が
形成され、前記電界吸収型光変調器は、前記外部共振器
の一端面を構成する端面に高反射膜が形成され、前記利
得領域側の端面と対向する他端面に反射防止膜が形成さ
れた構成としてもよい。
波長を制御するための波長制御素子をさらに有するよう
にしてもよい。この場合、前記光結合手段が、前記波長
制御素子としての光フィルタを含む構成としてもよい。
ーザと前記電界吸収型光変調器との間において同軸上に
直列に配設された1対の光学レンズを含んでいてもよ
い。この場合、前記1対の光学レンズの一方が前記第1
のベース上に固定され、他方が前記第2のベース上に固
定されてもよい。
ザのいずれかの形態において、前記第1および第2のベ
ースの間隔が調整可能に構成されてもよい。
第1のベース上に設けられた、電界吸収型光変調領域お
よび利得領域を有する半導体レーザと、第2のベース上
に設けられた、多重量子井戸構造を有する可飽和吸収鏡
と、前記半導体レーザと前記可飽和吸収鏡とを光学的に
結合させる光結合手段とを有し、前記可飽和吸収鏡は、
鏡面の面内方向において多重量子井戸の膜厚の分布に差
を有し、前記光結合手段の光軸に対して垂直方向に移動
可能に構成され、前記半導体レーザを構成する光共振器
の出力側端面と前記可飽和吸収鏡とにより外部共振器が
構成されたことを特徴とする。
ザ発振波長を制御するための波長制御素子をさらに有す
る構成としてもよい。この場合、前記光結合手段が、前
記波長制御素子としての光フィルタを含むようにしても
よい。
ザと前記可飽和吸収鏡との間において同軸上に配設され
た光学レンズを含むように構成されてもよい。この場
合、前記光学レンズが前記第1のベース上に固定されて
もよい。
ザのいずれかの形態において、前記第1および第2のベ
ースの間隔が調整可能に構成されてもよい。
調器がモード同期条件を決定する可飽和吸収領域と利得
領域から分離して設けられ、かつそれらの間に光結合手
段を設け、さらに分離した光変調器と、可飽和吸収領域
および利得領域とを別個のベースに搭載して互いに軸方
向に可動としたため、モード同期条件と高周波特性を独
立に最適化することが可能である。すなわちモード同期
状態が最適になるように可飽和吸収領域と利得領域の領
域長および材料組成設計を行い、高周波特性が最適にな
るように独立に電界吸収型光変調器の素子長および材料
組成設計が可能である。そのため、高周波信号源の負担
を軽くすることが可能であり、超短光パルス列の繰り返
し周波数の精度や発振モードの安定性を容易に高めるこ
とができる。
同様に、光変調領域がモード同期条件を決定する可飽和
吸収鏡および利得領域とは別個に設けられているため、
モード同期条件と高周波特性を独立に最適化することが
可能である。さらに、モード同期半導体レーザの共振器
中の光学系を簡略化できるため実装コストの低減が可能
である。また可飽和吸収鏡の材料組成、材料膜厚の面内
分布を利用することにより、モード同期条件の最適化を
容易に行うことができる。
て、図面を参照して説明する。図1は本発明のモード同
期半導体レーザの第1の実施の形態の模式的縦断面図で
ある。
リーペロー型半導体レーザであって、長さ75μmの可
飽和吸収領域11と、長さ500μmの利得領域12と
の2分割された電極を備えたInGaAs/InGaA
sP多重量子井戸構造を有している。さらにファブリー
ペロー型共振器の対向する端面の利得領域側の端面には
反射防止膜13が設けられている。可飽和吸収領域11
には、逆バイアスを印加するための直流電圧源41が接
続され、利得領域12には、順電流を注入するための直
流電流源42が接続されている。
と同軸上に直列に、距離を隔てて配設されてレーザ共振
器を形成している。光変調器2の軸方向の対向する端面
には、半導体レーザ1の側の端面に反射防止膜23が施
され、反対側の端面には高反射膜24が施されている。
さらにバイアスティー45を介して、光変調器2に対し
て逆バイアスを印加するための直流電圧源43と、正弦
波を重畳するための安定化高周波電源44とが接続され
ている。
両者を光学的に結合するための手段として、両者と同一
軸上に光軸を有する1組のレンズ31および32と、両
レンズの間に波長制御素子である光フィルタ33とが設
けられている。ここにおいて、半導体レーザ1とレンズ
31とはベース1a上に固設され、電界吸収型光変調器
2とレンズ32とは別のベース2a上に固設されてい
る。ベース1aと2aとは、半導体レーザ1および光変
調器2の中心軸と平行に互いに可動である。したがっ
て、ベース1aとベース2aとの間の距離を変えること
により、共振器の光路長を変えることができるので、光
パルスの周回周波数を広範囲に変化させることができ
る。さらにまた、光フィルタ33の傾斜を光軸に対して
変えることにより、フィルタ33の中心周波数を変化さ
せることができるから、発振波長を広帯域で変化させる
ことが可能となる。
ーザにおいて、半導体レーザ1の可飽和吸収領域11に
直流電圧源41により逆バイアス−1Vを印加し、利得
領域12に直流電源42によって順電流100mAを注
入した。また電界吸収型光変調器2には、バイアスティ
ー45を介して直流電圧源43により逆バイアス−2V
を印加し、安定化高周波電源44により約+7dBmで
10GHzの正弦波を重畳した。その結果として、光パ
ルス幅が約3psで、タイミングジッタが約0.4ps
の超短光パルス出力が得られた。
第2の実施の形態について、図2に示す模式的縦断面図
を参照して説明する。
リーペロー型半導体レーザであって、選択成長により形
成した長さ250μmの電界吸収型光変調領域3と、長
さ500μmの利得領域12aとの2分割された電極を
備えたInGaAs/InGaAsP多重量子井戸構造
を有している。電界吸収型光変調領域3には、バイアス
ティー45を介して逆バイアスを印加するための直流電
圧源43と、正弦波を重畳するための安定化高周波電源
44とが接続され、また利得領域12aには順電流を注
入するための直流電流源42が接続されている。
可飽和吸収鏡50には、InGaAs/InGaAsP
多重量子井戸の片面に金蒸着を施して形成された鏡面を
有し、他方の面には反射防止膜が施されている。ここで
可飽和吸収鏡50は製作時に基板を傾斜させて結晶成長
を行わせることにより、多重量子井戸の膜厚の基板面内
での分布に差を生じさせておくことが可能である。
間には、半導体レーザ10の軸と光軸を一致させてレン
ズ32aが設けられ、レンズ32aと可飽和吸収鏡50
との間に、波長制御素子である光フィルタ33が設けら
れている。
10aの上に固設され、可飽和吸収鏡50はベース50
a上に固設されて、ベース10aとベース50aとは半
導体レーザ10の軸と平行に互いに可動である。したが
ってベース間の距離を変えることによって、共振器の光
路長を変えることができるので、光パルスの周回周波数
を広範囲に変化させることが可能になっている。さらに
また、光フィルタ33の傾斜を光軸に対して変えること
により、光フィルタ33の中心周波数を変化させること
ができるから、発振波長を広帯域で変化させることが可
能となる。
膜厚の分布の差を設けたため、可飽和吸収鏡50を光軸
に垂直方向に移動させることにより、可飽和吸収特性を
変化させることができ、したがってモード同期条件の最
適化を行うことができる。
ーザにおいて、半導体レーザ10の利得領域12aに直
流電流源42より順電流100mAを注入し、電界吸収
型光変調領域3にバイアスティー45を介して直流電圧
源43より逆バイアス−2Vと安定化高周波電源44に
より約+7dBmで10GHzの正弦波を重畳した。そ
の結果として光パルス幅が約3psでタイミングジッタ
が約0.4psの超短光パルス出力が得られた。
系多重量子井戸構造を有する半導体レーザについて記載
したが、本発明は原理的な見地から、特定の材料系に限
定されないことは明らかである。
をモード同期条件を決定する可飽和吸収領域および利得
領域から分離したため、モード同期条件と高周波特性と
を独立にそれぞれ最適化することができるので、高周波
信号源の負荷を軽減することが可能となり、したがっ
て、光パルス列の繰り返し周波数の精度や発振モードの
安定性を容易に高めることができるという効果がある。
を決定する可飽和吸収鏡および利得領域とは別個に設け
た本発明の別の発明においても、上述の発明と同様に、
モード同期条件と高周波特性を独立に最適化することが
できるので、上述と同様の効果があるほか、さらにモー
ド同期半導体レーザの共振器中の光学系を簡略化するこ
とができるため実装コストを低減できるという効果があ
る。
の模式的断面図である。
形態の模式的断面図である。
す断面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 第1のベース上に設けられた、可飽和吸
収領域および利得領域を有する半導体レーザと、 第2のベース上に設けられた電界吸収型光変調器と、 前記半導体レーザと前記電界吸収型光変調器とを光学的
に結合させる光結合手段とを有し、 前記半導体レーザを構成する光共振器の出力側端面と前
記電界吸収型光変調器の一端面とにより外部共振器が構
成された ことを特徴とするモード同期半導体レーザ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のモード同期半導体レー
ザにおいて、 前記半導体レーザは、光共振器の出力側端面の側に可飽
和吸収領域、他方の端面の側に利得領域を有し、該利得
領域側の端面に反射防止膜が形成され、 前記電界吸収型光変調器は、前記外部共振器の一端面を
構成する端面に高反射膜が形成され、前記利得領域側の
端面と対向する他端面に反射防止膜が形成されているこ
とを特徴とする モード同期半導体レーザ。 - 【請求項3】 請求項1に記載のモード同期半導体レー
ザにおいて、 前記外部共振器におけるレーザ発振波長を制御するため
の波長制御素子をさらに有することを特徴とする モード
同期半導体レーザ。 - 【請求項4】 請求項3に記載のモード同期半導体レー
ザにおいて、 前記光結合手段が、前記波長制御素子としての光フィル
タを含むことを特徴とする モード同期半導体レーザ。 - 【請求項5】 請求項1に記載のモード同期半導体レー
ザにおいて、 前記光結合手段は、 前記半導体レーザと前記電界吸収型
光変調器との間において同軸上に直列に配設された1対
の光学レンズを含むことを特徴とするモード同期半導体
レーザ。 - 【請求項6】 請求項5に記載のモード同期半導体レー
ザにおいて、 前記1対の光学レンズの一方が前記第1のベース上に固
定され、他方が前記第2のベース上に固定されているこ
とを特徴とする モード同期半導体レーザ。 - 【請求項7】 請求項1から6のいずれか1項に記載の
モード同期半導体レ ーザにおいて、 前記第1および第2のベースの間隔が調整可能に構成さ
れていることを特徴とする モード同期半導体レーザ。 - 【請求項8】 第1のベース上に設けられた、電界吸収
型光変調領域および利得領域を有する半導体レーザと、 第2のベース上に設けられた、多重量子井戸構造を有す
る可飽和吸収鏡と、 前記半導体レーザと前記可飽和吸収鏡とを光学的に結合
させる光結合手段とを有し、 前記可飽和吸収鏡は、鏡面の面内方向において多重量子
井戸の膜厚の分布に差を有し、前記光結合手段の光軸に
対して垂直方向に移動可能に構成され、 前記半導体レーザを構成する光共振器の出力側端面と前
記可飽和吸収鏡とにより外部共振器が構成されたことを
特徴とする モード同期半導体レーザ。 - 【請求項9】 請求項8に記載のモード同期半導体レー
ザにおいて、 前記外部共振器におけるレーザ発振波長を制御するため
の波長制御素子をさらに有することを特徴とする モード
同期半導体レーザ。 - 【請求項10】 請求項9に記載のモード同期半導体レ
ーザにおいて、 前記光結合手段が、前記波長制御素子としての光フィル
タを含むことを特徴とする モード同期半導体レーザ。 - 【請求項11】 請求項8に記載のモード同期半導体レ
ーザにおいて、 前記光結合手段は、前記半導体レーザと前記可飽和吸収
鏡との間において同軸上に配設された光学レンズを含む
ことを特徴とする モード同期半導体レーザ。 - 【請求項12】 請求項11に記載のモード同期半導体
レーザにおいて、 前記光学レンズが前記第1のベース上に固定されている
ことを特徴とする モード同期半導体レーザ。 - 【請求項13】 請求項8から12のいずれか1項に記
載のモード同期半導体レーザにおいて、 前記第1および第2のベースの間隔が調整可能に構成さ
れていることを特徴とする モード同期半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9260254A JP3022437B2 (ja) | 1997-09-25 | 1997-09-25 | モード同期半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9260254A JP3022437B2 (ja) | 1997-09-25 | 1997-09-25 | モード同期半導体レーザ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11103122A JPH11103122A (ja) | 1999-04-13 |
JP3022437B2 true JP3022437B2 (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=17345499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9260254A Expired - Fee Related JP3022437B2 (ja) | 1997-09-25 | 1997-09-25 | モード同期半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3022437B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2011187579A (ja) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Sony Corp | モードロック半導体レーザ素子及びその駆動方法 |
JP2014007434A (ja) * | 2013-10-18 | 2014-01-16 | Sony Corp | モードロック半導体レーザ素子及び半導体レーザ装置組立体 |
CN112166534A (zh) * | 2018-05-03 | 2021-01-01 | 宽腾矽公司 | 表征光学元件 |
-
1997
- 1997-09-25 JP JP9260254A patent/JP3022437B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
IEEE Journal of Quantum Electronics,Vol.28,No.10(1992)p.2186−2201 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11103122A (ja) | 1999-04-13 |
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