JP3403318B2 - Mode-locked semiconductor laser device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、モード同期半導体
レーザ装置に関する。詳しくは、外部共振器長を大幅低
減し、より高い周波数帯域への適用を可能とするもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mode-locked semiconductor laser device. More specifically, the length of the external resonator is significantly reduced, and application to a higher frequency band is possible.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、中心波長可変のモード同期半導体
レーザ装置を実現するため、波長選択機能を有する光フ
ィルタ又は反射グレーティングを共振器内に挿入してい
る。このフィルタは同時に半導体の利得媒質中で発生す
る自己位相変調によるチャープによる過剰な光スペクト
ルの広がりを制限してトランスフォームリミットの良質
な光パルスを提供する役割も果たしており、モード同期
半導体レーザ装置を光伝送システムに応用する場合には
極めて重要である。2. Description of the Related Art Conventionally, in order to realize a mode-locked semiconductor laser device having a variable center wavelength, an optical filter having a wavelength selection function or a reflective grating is inserted in a resonator. At the same time, this filter also serves to limit the excessive spread of the optical spectrum due to the chirp due to self-phase modulation generated in the gain medium of the semiconductor, and to provide a good optical pulse of the transform limit. It is extremely important when applied to optical transmission systems.
【０００３】従来の外部共振器型のモード同期半導体レ
ーザ装置の一例を図７に示す。この例は、誘電体多層膜
６による回転式光フィルタ５を用いるものである。同図
に示すように、活性層２を備えた半導体レーザ１の片端
面に反射防止膜３を付与して半導体レーザ共振器１２に
おける発振を抑圧し、外部ミラー８と反射防止膜を付与
していない端面とで構成する共振器でレーザ発振を起こ
させようとするものである。FIG. 7 shows an example of a conventional external cavity type mode-locked semiconductor laser device. In this example, the rotary optical filter 5 having a dielectric multilayer film 6 is used. As shown in the figure, the antireflection film 3 is provided on one end surface of the semiconductor laser 1 having the active layer 2 to suppress oscillation in the semiconductor laser resonator 12, and the external mirror 8 and the antireflection film are provided. It is intended to cause laser oscillation in the resonator constituted by the non-facet.
【０００４】光フィルタ５は、半導体レーザ１の利得帯
域よりも狭い通過帯域を有しており、回転軸９（紙面に
垂直な方向）のまわりに光フィルタ５を回転させて光軸
１０となす角度θを調整することにより透過光の中心波
長を選択することができる。なお、透過光帯域は誘電体
多層膜６の構成により予め設定されている。The optical filter 5 has a pass band narrower than the gain band of the semiconductor laser 1, and the optical filter 5 is rotated about a rotation axis 9 (direction perpendicular to the paper surface) to form an optical axis 10. The central wavelength of the transmitted light can be selected by adjusting the angle θ. The transmitted light band is preset by the structure of the dielectric multilayer film 6.
【０００５】このような光フィルタリングの効果を得る
ため、外部共振器１３では半導体レーザから出射するビ
ームはコリメートレンズ４によりコリメートビーム１１
とされ、外部ミラー８により反射して再び半導体レーザ
１内へ帰還する。なお帰還率を最大にするためには外部
ミラー８のあおり調整が必要である。In order to obtain such an optical filtering effect, the beam emitted from the semiconductor laser in the external resonator 13 is collimated by the collimating lens 4 and collimated by the collimated beam 11.
And is reflected by the external mirror 8 and returned to the inside of the semiconductor laser 1 again. The tilt adjustment of the external mirror 8 is necessary to maximize the feedback rate.
【０００６】従来の外部共振器型モード同期半導体レー
ザ装置の別の例を図８に示す。この例は、反射グレーテ
ィング１４を用いるものである。半導体レーザ１及びコ
リメートレンズ４からなる光学系等の構成は、図７に示
された例と同じである。反射グレーティング１４は、角
度θに依存して帰還光の波長を選択できるという特徴を
有している。Another example of a conventional external cavity mode-locked semiconductor laser device is shown in FIG. In this example, the reflective grating 14 is used. The configuration of the optical system including the semiconductor laser 1 and the collimator lens 4 is the same as that of the example shown in FIG. The reflective grating 14 has a feature that the wavelength of the return light can be selected depending on the angle θ.
【０００７】厳密には特定の波長のみが反射グレーティ
ング１４により帰還するが、実際にはグレーティングの
形状により幅をもった帰還が可能で、帯域制限フィルタ
としての役割を果たす。Strictly speaking, only a specific wavelength is returned by the reflection grating 14, but in actuality, a feedback having a width depending on the shape of the grating is possible, and it functions as a band limiting filter.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、光フ
ィルタ及び反射グレーティング等の波長選択機能を有す
る光部品の機能を発現するためには、回折による波長ベ
クトルのばらつきを抑圧するため波長に対して十分大き
なビーム径のコリメートビームが必要である。このため
光部品はある程度の大きさを持つ必要があり、従って、
それら部品を組み込む外部共振器型のモード同期半導体
レーザ装置では、共振器長の最小値に限界があった。In the prior art, in order to exhibit the function of an optical component having a wavelength selection function such as an optical filter and a reflection grating, it is necessary to suppress the variation of the wavelength vector due to diffraction with respect to the wavelength. Therefore, a collimated beam having a sufficiently large beam diameter is required. Therefore, the optical component needs to have a certain size, and
In the external cavity type mode-locked semiconductor laser device incorporating these components, there is a limit to the minimum value of the cavity length.
【０００９】例えば、コリメートレンズとして微小なボ
ールレンズ（直径３００μｍ程度）を使用しても全共振
器長の最小値は高々５〜１０ｍｍ程度である。モード同
期パルスの繰返し周波数は共振器長に反比例して増大す
るので、上記のように共振器長に制限があると繰り返し
周波数の最大値が１５〜３０ＧＨｚ程度にまで制限され
る。For example, even if a minute ball lens (diameter of about 300 μm) is used as the collimator lens, the minimum value of the total resonator length is about 5 to 10 mm at the most. Since the repetition frequency of the mode-locking pulse increases in inverse proportion to the resonator length, if the resonator length is limited as described above, the maximum repetition frequency is limited to about 15 to 30 GHz.
【００１０】このため、これより高い周波数帯域へ従来
の構成のモード同期半導体レーザ装置を適用するのは困
難であった。本発明は、上述した従来技術に鑑みてなさ
れたものであり、中心波長が可変で高繰返しのモード同
期半導体レーザ装置を提供しようとするものである。For this reason, it is difficult to apply the conventional mode-locked semiconductor laser device to a higher frequency band. The present invention has been made in view of the above-described conventional technique, and an object of the present invention is to provide a mode-locking semiconductor laser device having a variable center wavelength and high repetition rate.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、光軸方向に移動可能な２枚１組のコリ
メートビームの照射面を２分割する簡易な構成の反射選
択機能ミラーを外部ミラーとして採用し、外部共振器長
の大幅低減を達成することを最も大きな特徴とする。In order to solve the above problems, according to the present invention, a reflection selection function mirror having a simple structure in which an irradiation surface of a pair of collimated beams movable in the optical axis direction is divided into two. The most significant feature is that it is used as an external mirror and the external cavity length is significantly reduced.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】本発明の基本構成を図１に示す。
図１に示すように、ビームを２分割ミラー１５、１６で
分割した場合（反射率は便宜上１００％とする）、反射
光の電界は、以下に示す通りである。
Ｅ＝Ｅ0（１＋Ｅｘｐ［４ｉＬπ／λ］）／２ …（１）FIG. 1 shows the basic configuration of the present invention.
As shown in FIG. 1, when the beam is split by the two-split mirrors 15 and 16 (the reflectance is 100% for convenience), the electric field of the reflected light is as shown below. E = E 0 (1 + Exp [4iLπ / λ]) / 2 (1)
【００１３】但し、Ｌは２つのミラー間での反射光の光
路差、λは波長である。反射光はこの二つのミラー１
５，１６により位相差をもって元の半導体レーザ１へ向
い、レンズ４により集光されたビームウェストでは干渉
して光帰還率に変動を与える。However, L is the optical path difference of the reflected light between the two mirrors, and λ is the wavelength. The reflected light is these two mirrors 1
5 and 16 have a phase difference toward the original semiconductor laser 1 and interfere with the beam waist condensed by the lens 4 to give a variation in the optical feedback rate.
【００１４】帰還率ηは、上式（１）で示される電界強
度の絶対値の比で定義される。ただし、ここではレンズ
４の開口の影響を無視した理想的な半導体レーザ導波路
への結合（効率１００％）を仮定している。干渉により
変動する帰還率ηにより波長選択性が生じるが、帯域幅
及び中心波長は光路差Ｌにより任意に設計することが可
能である。The feedback ratio η is defined by the ratio of the absolute value of the electric field strength shown by the above equation (1). However, here, it is assumed that the coupling to the ideal semiconductor laser waveguide (efficiency 100%) is ignored by neglecting the influence of the aperture of the lens 4. Although the wavelength selectivity is generated by the feedback ratio η that fluctuates due to the interference, the bandwidth and the center wavelength can be arbitrarily designed by the optical path difference L.
【００１５】図２は、種々の光路差Ｌに対して帰還率η
を計算したものである。図２（ａ）はＬ＝１００μｍ前
後の場合で、帯域幅（３ｄＢ幅）は約６ｎｍとなってい
る。また、光路長のわずかな変化に対して中心波長は敏
感で、０．５μｍのずれに対して中心波長は８ｎｍ変化
させられる。FIG. 2 shows the feedback ratio η for various optical path differences L.
Is calculated. FIG. 2A shows the case where L = about 100 μm, and the bandwidth (3 dB width) is about 6 nm. Further, the center wavelength is sensitive to a slight change in the optical path length, and the center wavelength can be changed by 8 nm for a shift of 0.5 μm.
【００１６】図２（ｂ）は、Ｌ＝２００μｍ近傍とした
場合で、帯域幅は４ｎｍとなっている。中心波長は同様
に８ｎｍ／μｍと敏感である。なお、隣接する波長ピー
ク間は１６ｎｍであり、通常使用する量子井戸活性層を
持つ半導体レーザへの適用にはほとんど問題がない。FIG. 2B shows the case where L = 200 μm and the bandwidth is 4 nm. The center wavelength is similarly sensitive to 8 nm / μm. The wavelength peak between adjacent wavelengths is 16 nm, and there is almost no problem in application to a semiconductor laser having a quantum well active layer that is normally used.
【００１７】[0017]
〔実施例１〕本発明の第１の実施例を図３に示す。本実
施例は、段差付基板３０の片面にマイクロ可動ミラーを
集積化したものである。本実施例によれば、半導体レー
ザ１、ボールレンズ（直径３００μｍ程度）１８との組
み合わせにより、全共振器長を２〜３ｍｍ程度にするこ
とが可能で、これに対応して繰り返し周波数は５０〜７
５ＧＨｚ程度にまで高めることができる。[Embodiment 1] FIG. 3 shows a first embodiment of the present invention. In this embodiment, micro movable mirrors are integrated on one surface of the stepped substrate 30. According to the present embodiment, the total cavity length can be set to about 2 to 3 mm by combining the semiconductor laser 1 and the ball lens (diameter of about 300 μm) 18, and correspondingly, the repetition frequency is 50 to. 7
It can be increased to about 5 GHz.
【００１８】パルス発生には、従来より用いられている
注入電流にＲＦ信号を重畳する強制モード同期法が利用
できるほか、高繰り返しに対しては変調された光注入に
よる強制モード同期も利用できる。２分割ミラー１５，
１６は静電力により駆動することができ、その駆動方法
は公知の一般的な技術が使用できる。For the pulse generation, the forced mode-locking method which superimposes an RF signal on the injection current which has been conventionally used can be used, and the forced mode-locking by modulated light injection can also be used for high repetition. 2 split mirror 15,
16 can be driven by electrostatic force, and a known general technique can be used for the driving method.
【００１９】例えば、本実施例では、図４に示すよう
に、駆動アクチュエータと共に集積化した集積化マイク
ロ可動ミラー機構１９を使用した。図４は、その可動機
構部を拡大して示すものであり、図４（ａ）はその断面
図、図４（ｂ）はそのミラー面を垂直視した平面図であ
る。For example, in this embodiment, as shown in FIG. 4, an integrated micro movable mirror mechanism 19 integrated with a drive actuator is used. 4A and 4B are enlarged views of the movable mechanism portion. FIG. 4A is a cross-sectional view thereof, and FIG. 4B is a plan view of the mirror surface thereof as viewed vertically.
【００２０】同図に示すように、段差付基板３０の片面
側には段差を境にしてミラー１５，１６が配置されると
共にこれらミラー１５，１６が複数のサスペンション２
１を介して浮上支持され、更に、上記基板３０と各ミラ
ー１５，１６の対向面には静電アクチュエータ用の電極
２０がそれぞれ配置されている。複数のサスペンション
２１は、上記基板３０にアンカー２２にて固定され、卍
状の平行バネ構造として機能し、ミラー面の平行度を保
持する役割を果たす。As shown in the figure, mirrors 15 and 16 are arranged on one side of the stepped substrate 30 with a step as a boundary, and the mirrors 15 and 16 are provided with a plurality of suspensions 2.
1 is floated and supported, and furthermore, electrodes 20 for electrostatic actuators are arranged on the opposing surfaces of the substrate 30 and the mirrors 15 and 16, respectively. The plurality of suspensions 21 are fixed to the substrate 30 by the anchors 22, function as a swastika parallel spring structure, and play a role of maintaining the parallelism of the mirror surfaces.
【００２１】従って、電極２０に印加する電圧を調整し
て、電極２０間の静電力を増減させ、各ミラー１５，１
６の浮上量を変化させることにより、ミラー１５，１６
間の光路差Ｌを制御できる。尚、この機構による可動範
囲は数ミクロン程度であるが、本発明の仕様を十分満足
する。Therefore, the voltage applied to the electrodes 20 is adjusted to increase or decrease the electrostatic force between the electrodes 20, and each mirror 15, 1
6 by changing the flying height of the mirrors 15, 16
The optical path difference L between them can be controlled. Although the movable range of this mechanism is about several microns, it sufficiently satisfies the specifications of the present invention.
【００２２】〔実施例２〕本発明の第２の実施例を図５
に示す。本実施例は、平面平行基板２４の表裏にマイク
ロ可動ミラーを集積化したものである。パルス発生法は
実施例１と同じである。[Second Embodiment] FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
Shown in. In this embodiment, micro movable mirrors are integrated on the front and back of the plane parallel substrate 24. The pulse generation method is the same as in the first embodiment.
【００２３】その詳細は図６に示すように、平行平面基
板２４の表面及び裏面を利用して、両面型集積化マイク
ロ可動ミラー機構を構成したものであり、基板２４の両
面に反射防止膜３を形成している点と、ミラー１６にビ
ームを照射するため、裏面のミラー１６では電極２０が
照射部に存在しない点である。マイクロミラーの可動機
構等その他の構成は、実施例１と同じである。As shown in FIG. 6 in detail, the double-sided integrated micro movable mirror mechanism is constructed by using the front and back surfaces of the plane-parallel substrate 24, and the antireflection film 3 is formed on both surfaces of the substrate 24. And the point that the electrode 20 does not exist in the irradiation portion of the mirror 16 on the back surface because the mirror 16 is irradiated with the beam. Other structures such as the moving mechanism of the micromirror are the same as those in the first embodiment.
【００２４】なお、本実施例では、実施例１に比べ、２
つのミラー１５，１６の重なりが許されるため、ミラー
エッジ部での回折の影響を無視すれば、ビーム分割によ
る損失を完全に除去することができる。In this embodiment, as compared with the first embodiment, 2
Since the two mirrors 15 and 16 are allowed to overlap with each other, the loss due to beam splitting can be completely eliminated by ignoring the influence of diffraction at the mirror edge portion.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明のモード同期半導体レーザ装置を利用
すれば、変換リミットに近い良質な光パルスを任意（半
導体の利得帯域内で）の中心波長で発生することが可能
である。また、本発明では、外部共振器長を大幅低減
し、より高い周波数帯域への適用を可能とするものであ
る。As described above in detail with reference to the embodiments, by using the mode-locked semiconductor laser device of the present invention, a high-quality optical pulse close to the conversion limit can be arbitrarily generated (within the semiconductor gain band). ) Center wavelength. In addition, the present invention significantly reduces the length of the external resonator and enables application to a higher frequency band.
【図１】本発明の動作原理の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of an operation principle of the present invention.
【図２】種々の光路差Ｌに対して帰還率ηを計算したグ
ラフである。FIG. 2 is a graph in which a feedback ratio η is calculated for various optical path differences L.
【図３】本発明の第１の実施例に係るモード同期半導体
レーザ装置の構造図である。FIG. 3 is a structural diagram of a mode-locked semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図４】集積化マイクロ可動ミラー機構に係り、図４
（ａ）はその断面図、図４（ｂ）はそのミラー面を垂直
視した平面図である。4 relates to an integrated micro movable mirror mechanism, and FIG.
4A is a sectional view thereof, and FIG. 4B is a plan view of the mirror surface thereof as viewed vertically.
【図５】本発明の第２の実施例に係るモード同期半導体
レーザ装置の構造図である。FIG. 5 is a structural diagram of a mode-locked semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
【図６】両面型集積化マイクロ可動ミラー機構の断面図
である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a double-sided integrated micro movable mirror mechanism.
【図７】従来の外部共振器型のモード同期半導体レーザ
装置の一例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a conventional external cavity type mode-locked semiconductor laser device.
【図８】従来の外部共振器型のモード同期半導体レーザ
装置の別の例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing another example of a conventional external cavity type mode-locked semiconductor laser device.
１ 半導体レーザ ２ 活性層 ３ 反射防止膜 ４ コリメートレンズ ５ 光フィルタ ６ 誘電体多層膜 ８ 外部ミラー ９ 回転軸 １０ 光軸 １１ コリメートビーム １２ 半導体レーザ共振器 １３ 外部共振器 １５，１６ ２分割ミラー １９ 集積化マイクロ可動ミラー機構 ２０ 静電アクチュエータ用電極 ２１ サスペンション ２２ アンカー ２３ 両面型集積化マイクロ可動ミラー機構 ２４ 平行平面基板 ３０ 基板 1 Semiconductor laser 2 Active layer 3 Antireflection film 4 Collimating lens 5 Optical filter 6 Dielectric multilayer film 8 external mirror 9 rotation axis 10 optical axes 11 Collimated beam 12 Semiconductor laser cavity 13 External resonator 15,16 2 split mirror 19 Integrated micro movable mirror mechanism 20 Electrode for electrostatic actuator 21 suspension 22 anchor 23 Double-sided integrated micro movable mirror mechanism 24 parallel flat substrate 30 substrates
Claims (2)
片端面を反射防止し、前記端面から出射するビームをコ
リメートして外部ミラーより反射・帰還させることによ
りなる外部共振器型の半導体レーザ装置において、前記
外部ミラーは、コリメートビームを２分割する２個１組
のミラーであって、光軸方向に独立に移動できることを
特徴とするモード同期半導体レーザ装置。1. An external resonator type semiconductor laser device comprising one end facet of a Fabry-Perot resonator type semiconductor laser is prevented from being reflected, and a beam emitted from the end facet is collimated and reflected / returned from an external mirror. The mode-locking semiconductor laser device, wherein the external mirror is a set of two mirrors that divide a collimated beam into two and can move independently in the optical axis direction.
クチュエータと共に集積化されていることを特徴とする
請求項１記載のモード同期半導体レーザ装置。2. The mode-locked semiconductor laser device according to claim 1, wherein the external mirror is integrated with a drive actuator on the same substrate.
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| JP16229197A JP3403318B2 (en) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | Mode-locked semiconductor laser device |
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1997
- 1997-06-19 JP JP16229197A patent/JP3403318B2/en not_active Expired - Fee Related
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