JP7453519B2

JP7453519B2 - Oscillation adjustment method

Info

Publication number: JP7453519B2
Application number: JP2020034944A
Authority: JP
Inventors: 哲至高野
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: JP2021141106A

Description

本発明は、発振調整方法に関し、特に体積ブラッグ回折格子を用いた外部共振器半導体レーザの発振調整方法に関する。 The present invention relates to a method for adjusting oscillation, and particularly to a method for adjusting oscillation of an external cavity semiconductor laser using a volume Bragg grating.

体積ブラッグ回折格子を使用して外部共振器を構成することで単一縦モード動作させた外部共振器半導体レーザが知られている（たとえば、特許文献１参照）。外部共振器半導体レーザでは、波長選択格子によって一部のスペクトルのみを選択的に光フィードバックすることにより、特定の波長のみで狭線幅のレーザ発振が可能である。特に、体積ブラッグ回折格子を用いた外部共振器半導体レーザは、従来の手法（例えば、回折格子の波長選択性を用いる方法）と比較し、ブラッグ回折を用いるために角度のずれに対しても発振波長が変わりづらい等の性質を有する。 An external cavity semiconductor laser is known that operates in a single longitudinal mode by constructing an external cavity using a volumetric Bragg diffraction grating (for example, see Patent Document 1). In an external cavity semiconductor laser, laser oscillation with a narrow linewidth is possible only at a specific wavelength by selectively optically feeding back only a part of the spectrum using a wavelength selection grating. In particular, compared to conventional methods (for example, methods that use the wavelength selectivity of the diffraction grating), external cavity semiconductor lasers using a volumetric Bragg diffraction grating can oscillate even with angular shifts because they use Bragg diffraction. It has properties such as its wavelength is difficult to change.

通常の回折格子は、入射光線を、波長に応じて様々な角度に回折する。幅広い入射角で回折が見えるため、回折光線を目安にして発振調整が可能である。これに対し、体積ブラッグ回折格子は、ブラッグ回折を基本にするため、高度の波長選択性を有する。体積ブラッグ回折格子は、所定の入射角に対して、ブラッグ条件を満たす波長（ブラッグ波長）成分のみを回折し、それ以外の光を透過させる。体積ブラッグ回折格子を用いて外部共振器を構成する場合、半導体レーザ単体のスペクトル幅が、体積ブラッグ回折格子の波長幅よりも広いため、ごく一部の光しか回折しない。したがって、目安となる回折光が見えにくく、レーザの発振調整が困難である。 A typical diffraction grating diffracts an incident light beam into different angles depending on the wavelength. Since diffraction is visible over a wide range of incident angles, oscillation adjustment can be made using the diffracted beam as a guide. On the other hand, a volume Bragg diffraction grating is based on Bragg diffraction and therefore has a high degree of wavelength selectivity. A volumetric Bragg diffraction grating diffracts only a wavelength component satisfying a Bragg condition (Bragg wavelength) at a predetermined incident angle, and transmits other light. When an external resonator is constructed using a volumetric Bragg grating, only a small portion of the light is diffracted because the spectral width of a single semiconductor laser is wider than the wavelength width of the volumetric Bragg grating. Therefore, it is difficult to see the diffracted light that serves as a guide, and it is difficult to adjust the laser oscillation.

特開２０１５－８８５０５号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-88505

本発明は、体積ブラッグ回折格子を用いた外部共振器半導体レーザの発振調整を容易にすることを目的とする。 An object of the present invention is to facilitate the oscillation adjustment of an external cavity semiconductor laser using a volumetric Bragg grating.

本発明の一つの側面において、発振調整方法は、
半導体レーザからの光を第１の光路と第２の光路に分岐して、前記第１の光路で外部共振器を形成して単一縦モード発振させ、
前記第２の光路に体積ブラッグ回折格子を配置し、前記体積ブラッグ回折格子による回折光が前記半導体レーザに戻るように、前記第２の光路の光軸に対する前記体積ブラッグ回折格子の角度を調整し、
前記体積ブラッグ回折格子の角度調整の後に、前記第１の光路を遮断して、前記体積ブラッグ回折格子で発振するように前記体積ブラッグ回折格子の位置を調整する。 In one aspect of the present invention, the oscillation adjustment method includes:
branching light from a semiconductor laser into a first optical path and a second optical path, forming an external resonator in the first optical path and causing single longitudinal mode oscillation;
A volume Bragg diffraction grating is arranged in the second optical path, and an angle of the volume Bragg diffraction grating with respect to the optical axis of the second optical path is adjusted so that the diffracted light by the volume Bragg diffraction grating returns to the semiconductor laser. ,
After adjusting the angle of the volume Bragg diffraction grating, the first optical path is blocked and the position of the volume Bragg diffraction grating is adjusted so that the volume Bragg diffraction grating oscillates.

上記の手法により、体積ブラッグ回折格子を用いた外部共振器半導体レーザの発振調整が容易になる。 The above method facilitates oscillation adjustment of an external cavity semiconductor laser using a volumetric Bragg grating.

実施形態の発振調整方法の第１ステップの模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of the first step of the oscillation adjustment method according to the embodiment. 実施形態の発振調整方法の第２ステップの模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of the second step of the oscillation adjustment method according to the embodiment. 実施形態の発振調整方法の第３ステップの模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of the third step of the oscillation adjustment method according to the embodiment. 実施形態の発振調整方法の第４ステップの模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of the fourth step of the oscillation adjustment method according to the embodiment. 反射器による単一縦モード発振と、レーザ出力光、及び体積ブラッグ回折格子の設計波長を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing single longitudinal mode oscillation by a reflector, laser output light, and a design wavelength of a volume Bragg diffraction grating. 体積ブラッグ回折格子の特性を説明する模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the characteristics of a volume Bragg diffraction grating. 体積ブラッグ回折格子の特性を説明する模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the characteristics of a volume Bragg diffraction grating. 実施形態の発振調整方法のフローチャートである。It is a flow chart of an oscillation adjustment method of an embodiment.

図１Ａ～図１Ｄは、実施形態の発振調整方法の手順を示す模式図である。上述したように、体積ブラッグ回折格子（ＶｏｌｕｍｅＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ；以下、適宜「ＶＢＧ」と略称する）は通常の回折格子と異なり、特定の波長の光が特定の角度で入射したときのみ光を回折する。そのため、ＶＢＧで外部共振器を構成して半導体レーザを単一縦モード発振させるときに、可視光レーザであっても調整の目安となる光が見えにくく、発振調整が難しい。そこで、実施形態では、スペクトルをブラッグ波長近傍にあらかじめ集中させることで発振調整を容易とする。 1A to 1D are schematic diagrams showing the procedure of the oscillation adjustment method according to the embodiment. As mentioned above, a Volume Bragg Grating (hereinafter abbreviated as "VBG" as appropriate) differs from a normal diffraction grating in that it diffracts light only when light of a specific wavelength is incident at a specific angle. . Therefore, when an external resonator is configured with VBG and a semiconductor laser is caused to oscillate in a single longitudinal mode, it is difficult to see the light that serves as a guide for adjustment even with a visible light laser, making it difficult to adjust the oscillation. Therefore, in the embodiment, the oscillation adjustment is facilitated by concentrating the spectrum in the vicinity of the Bragg wavelength in advance.

実施形態では、図１Ａ～図１Ｄの手順で調整することで、ＶＢＧを用いた外部共振器半導体レーザ（ＥｘｔｅｒｎａｌＣａｖｉｔｙＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ；以下、「ＥＣＬＤ」と称する）の発振調整が容易になる。 In the embodiment, the oscillation adjustment of an external cavity laser diode (hereinafter referred to as "ECLD") using VBG is facilitated by adjusting according to the procedures shown in FIGS. 1A to 1D.

（第１ステップ）
図１Ａで、半導体レーザ１（以下、「ＬＤ１」と称する）の出力光を、偏光ビームスプリッタ４（以下、「ＰＢＳ４」と称する）や部分反射ミラー等で、第１の光路Ｐ１と第２の光路Ｐ２に分岐し、第１の光路Ｐ１で外部共振器を形成して単一縦モード発振させる。ＬＤ１の一方の端面は反射防止（ＡＲ）面、もしくは部分反射（ＰＲ）面１ａとなっており、他方の端面は高反射面１ｂである。ＡＲ面の反射率は５％未満が好ましく、１％以下がより好ましい。ＰＲ面の反射率は５％～５０％が好ましく、１０％～３０％がより好ましい。高反射面の反射率は９５％以上が好ましく、９８％以上がより好ましい。 (1st step)
In FIG. 1A, output light from a semiconductor laser 1 (hereinafter referred to as "LD1") is divided into a first optical path P1 and a second optical path by a polarizing beam splitter 4 (hereinafter referred to as "PBS4"), a partial reflection mirror, etc. The light is branched into an optical path P2, and an external resonator is formed in the first optical path P1 to cause single longitudinal mode oscillation. One end surface of the LD 1 is an antireflection (AR) surface or a partially reflective (PR) surface 1a, and the other end surface is a high reflection surface 1b. The reflectance of the AR surface is preferably less than 5%, more preferably 1% or less. The reflectance of the PR surface is preferably 5% to 50%, more preferably 10% to 30%. The reflectance of the highly reflective surface is preferably 95% or more, more preferably 98% or more.

第１の光路Ｐ１に波長選択性の反射器３が配置され、反射器３と、ＬＤ１の高反射面１ｂとで、共振器が形成される。反射器３として、通常の回折格子を用いてもよいし、干渉フィルタまたは分布ブラッグ反射器のいずれかと、ミラーとを組み合わせた構成を採用してもよい。反射器３で形成される外部共振器を、便宜上、「第１共振器（以下、「ＥＲ１」と称する）」と呼ぶ。後のステップでＶＢＧとＬＤ１との間に構成される外部共振器と区別するためである。 A wavelength selective reflector 3 is arranged on the first optical path P1, and a resonator is formed by the reflector 3 and the high reflection surface 1b of the LD1. As the reflector 3, a normal diffraction grating may be used, or a configuration in which either an interference filter or a distributed Bragg reflector is combined with a mirror may be adopted. For convenience, the external resonator formed by the reflector 3 is referred to as a "first resonator (hereinafter referred to as "ER1")." This is to distinguish it from an external resonator that will be constructed between VBG and LD1 in a later step.

ＬＤ１とＰＢＳ４との間に、半波長板２が挿入されてもよい。半波長板２は、入射光が直交する２つの直線偏光成分に１８０度の位相差を与える。その結果、直線偏光を入射した際に、その偏光面を任意の角度に回転することができる。ＬＤ１からの出力光の偏光方向を回転させることにより、ＰＢＳ４への入射角と反射角を調整できる。また、ＬＤ１と半波長板２との間に、コリメートレンズが挿入されていてもよい。 A half-wave plate 2 may be inserted between the LD1 and the PBS4. The half-wave plate 2 gives a phase difference of 180 degrees to two orthogonal linearly polarized components of the incident light. As a result, when linearly polarized light is incident, the plane of polarization can be rotated to any angle. By rotating the polarization direction of the output light from the LD 1, the angle of incidence and the angle of reflection on the PBS 4 can be adjusted. Furthermore, a collimating lens may be inserted between the LD 1 and the half-wave plate 2.

ＰＢＳ４の分岐比は、たとえば１対１であるが、これに限定されず、適切な分岐比を設計することができる。ＰＢＳ４で反射された偏光成分は、反射器３に入射し、反射器３からの戻り光は、ＰＢＳ４で反射され、半波長板２を通ってＬＤ１の活性層に入射する。反射器３とＬＤ１との間の光の反復により、ＬＤ１はＥＲ１の共振波長で単一縦モード発振する。 The branching ratio of the PBS 4 is, for example, 1:1, but is not limited to this, and an appropriate branching ratio can be designed. The polarized light component reflected by the PBS 4 enters the reflector 3, and the return light from the reflector 3 is reflected by the PBS 4, passes through the half-wave plate 2, and enters the active layer of the LD 1. The repetition of light between the reflector 3 and LD1 causes LD1 to oscillate in a single longitudinal mode at the resonant wavelength of ER1.

第２の光路Ｐ２上に波長計５が配置され、ＰＢＳ４の透過光を測定して、ＥＲ１を用いた単一縦モードの発振波長をモニタする。波長計５で測定される波長が、目的の波長になるように、第１の光路Ｐ１の光軸に対する反射器３の波長選択域が調整される。第１ステップは、ＬＤ１を単一縦モード発振させる手順である。換言すると、発振前のＬＤ１のブロードな波長スペクトルを、ブラッグ波長を含む特定の波長範囲に絞り込む手順である。可視光を出力するＬＤ１を用いる場合でも、最初からＬＤ１の発振波長を、狭い幅のＶＢＧ波長に合わせ込むのは困難である。第１ステップを行うことで、ＬＤ１の出力光のスペクトルを、ブラッグ波長の近傍の発振波長に絞り込むことができる。 A wavelength meter 5 is placed on the second optical path P2, and measures the transmitted light of the PBS 4 to monitor the oscillation wavelength of a single longitudinal mode using ER1. The wavelength selection range of the reflector 3 with respect to the optical axis of the first optical path P1 is adjusted so that the wavelength measured by the wavelength meter 5 becomes the target wavelength. The first step is a procedure for causing LD1 to oscillate in a single longitudinal mode. In other words, this is a procedure for narrowing down the broad wavelength spectrum of the LD 1 before oscillation to a specific wavelength range that includes the Bragg wavelength. Even when using an LD1 that outputs visible light, it is difficult to match the oscillation wavelength of the LD1 to the narrow VBG wavelength from the beginning. By performing the first step, the spectrum of the output light of the LD 1 can be narrowed down to an oscillation wavelength near the Bragg wavelength.

反射器３の角度は、ＥＲ１の共振波長、すなわち、単一縦モード発振の中心波長が、ＶＢＧの設計波長（入射した方向と回折する方向とが等しくなるブラッグ波長）よりも若干、短波長側にシフトするように調整されてもよい。後のステップで、ＶＢＧを第２の光路Ｐ２に組み込む際に、ＶＢＧで回折される光の量は入射光の光量に比べて少ない。ＶＢＧで回折された光が、単一縦モード発振してＶＢＧに入射した光と同じ光路をたどってＬＤ１に向かうと、ＶＢＧの回折光が入射レーザ光に埋もれて、回折光をＬＤ１の活性層へ戻す調整が困難になる。波長計５でモニタする共振波長を、ＶＢＧの設計波長よりも若干短波長側に設定することで、ＶＢＧの回折光を入射光の光路からわずかに逸れた状態で、ＬＤ１に戻すことができる。この詳細については、図１Ｂを参照して後述する。 The angle of the reflector 3 is such that the resonant wavelength of ER1, that is, the center wavelength of single longitudinal mode oscillation, is slightly on the shorter wavelength side than the design wavelength of the VBG (Bragg wavelength where the direction of incidence is equal to the direction of diffraction). It may be adjusted to shift to . In a later step, when incorporating the VBG into the second optical path P2, the amount of light diffracted by the VBG is smaller than the amount of incident light. When the light diffracted by the VBG oscillates in a single longitudinal mode and follows the same optical path as the light incident on the VBG toward LD1, the diffracted light from the VBG is buried in the incident laser light, and the diffracted light is transferred to the active layer of LD1. Adjustment to return to normal becomes difficult. By setting the resonant wavelength monitored by the wavelength meter 5 to be slightly shorter than the design wavelength of the VBG, the diffracted light of the VBG can be returned to the LD 1 while being slightly deviated from the optical path of the incident light. The details will be described later with reference to FIG. 1B.

図２は、ＥＲ１による発振波長の絞り込みを説明する図である。ＬＤ１が一般的な利得導波路型のレーザダイオードである場合、単一縦モード発振する前のＬＤ１の出力光のスペクトルには、多数のピークが含まれている。マルチ縦モードの平均的な分布をとると、図２のように、広い波長範囲に拡がるスペクトルとなる。 FIG. 2 is a diagram illustrating narrowing down of the oscillation wavelength by ER1. When LD1 is a general gain waveguide type laser diode, the spectrum of output light from LD1 before single longitudinal mode oscillation includes many peaks. If we take the average distribution of multiple longitudinal modes, we get a spectrum that spreads over a wide wavelength range, as shown in FIG.

第１の光路Ｐ１に適切な角度で反射器３を配置することで、ＬＤ１をＥＲ１の共振波長で単一縦モード発振させることができる。ＥＲ１の共振ピーク波長が、ＶＢＧの設計波長λ_０よりもやや短波長側にあるように、反射器３の角度が調整される。 By arranging the reflector 3 at an appropriate angle in the first optical path P1, the LD1 can be caused to oscillate in a single longitudinal mode at the resonant wavelength of the ER1. The angle of the reflector 3 is adjusted so that the resonance peak wavelength of ER1 is on the slightly shorter wavelength side than the design wavelength λ ₀ of the VBG.

ＶＢＧの回折波長幅をΔλとすると、ＥＲ１の共振の中心波長λresntが、
λresnt＝λ_０－ｂΔλ （０．５＜ｂ＜３．０）
となるように、反射器３の角度を調整してもよい。ここで、ｂは係数である。ｂの値は、一例として、０．５よりも大きく、３．０よりも小さい範囲、より好ましくは、１．０以上、２．５以下である。ｂの値が０．５以下では、ＶＢＧの回折光と入射光を区別することが難しい。ｂの値が３．０を超えると、ＶＢＧの回折光の方向が第２の光路Ｐ２から逸脱しすぎて、回折光をＬＤ１に戻すことが難しい。第１の光路Ｐ１で、反射器３の角度を適切に調整することで、ＥＲ１によるＬＤ１の単一縦モード発振波長を、ＶＢＧの回折光の波長よりもやや短波長側に設定することができる。 If the diffraction wavelength width of VBG is Δλ, the center wavelength of resonance of ER1 λresnt is
λresnt=λ ₀ −bΔλ (0.5<b<3.0)
The angle of the reflector 3 may be adjusted so that. Here, b is a coefficient. The value of b is, for example, greater than 0.5 and less than 3.0, more preferably 1.0 or more and 2.5 or less. When the value of b is 0.5 or less, it is difficult to distinguish between the VBG diffracted light and the incident light. When the value of b exceeds 3.0, the direction of the diffracted light from the VBG deviates too much from the second optical path P2, making it difficult to return the diffracted light to LD1. By appropriately adjusting the angle of the reflector 3 in the first optical path P1, the single longitudinal mode oscillation wavelength of the LD1 by the ER1 can be set to a slightly shorter wavelength side than the wavelength of the diffracted light of the VBG. .

（第２ステップ）
ＬＤ１を単一縦モード発振させた後に、図１Ｂで、ＶＢＧ７を第２の光路Ｐ２に配置して、ＶＢＧ７による回折光ＬdifがＬＤ１に戻るように、第２の光路Ｐ２の光軸に対するＶＢＧ７の角度を調整する。 (Second step)
After causing LD1 to oscillate in a single longitudinal mode, as shown in FIG. 1B, VBG7 is placed in second optical path P2, and VBG7 is adjusted relative to the optical axis of second optical path P2 so that the diffracted light Ldif by VBG7 returns to LD1. Adjust the angle.

ＶＢＧ７は、ガラスに屈折率異方性の層が幾千も形成された回折格子であり、層（界面）の積み重ね方向の厚さは、立体と呼べる程度に厚く形成されている。実施形態では、一例として、５ｍｍ×５ｍｍ×２．５ｍｍのＶＢＧ７を用いた。ＶＢＧ７内部の界面で反射された光が強め合う条件のときに、回折が起きる。 The VBG 7 is a diffraction grating in which thousands of layers with refractive index anisotropy are formed in glass, and the thickness of the layers (interfaces) in the stacking direction is so thick that it can be called three-dimensional. In the embodiment, VBG7 of 5 mm x 5 mm x 2.5 mm is used as an example. Diffraction occurs under conditions where the light reflected at the interface inside the VBG 7 strengthens each other.

図３、及び図４は、ＶＢＧ７の特性を説明する模式図である。図３は、ＶＢＧ７を上面から見た図である。ＶＢＧ７には、多くの屈折率異方性の層７１が一定の周期Λで形成されている。ＶＢＧ７の内部の周期的な屈折率分布により、限られた入射角θと波長λ_Ｂの組み合わせの光だけが回折され、それ以外の光は透過する。一般的には、屈折率異方性の層７１は、ＶＢＧ７の入射面と平行に配置されるのではなく、所定の角度を持って形成されている。 3 and 4 are schematic diagrams illustrating the characteristics of the VBG7. FIG. 3 is a top view of the VBG7. In the VBG 7, many refractive index anisotropic layers 71 are formed at a constant period Λ. Due to the periodic refractive index distribution inside the VBG 7, only light having a limited combination of incident angle θ and wavelength λ _B is diffracted, and other light is transmitted. Generally, the refractive index anisotropic layer 71 is not arranged parallel to the incident plane of the VBG 7, but is formed at a predetermined angle.

図４で、説明を簡単にするために、多数の屈折率異方性の層がＶＢＧ７の入射面と平行に設けられる場合を考える。ＶＢＧ７でブラッグ回折が起きる条件は、
２ｎ_０Λｃｏｓθ＝λ_Ｂ
が満たされるときである。ここで、ｎ_０はガラス本体の屈折率である。ここでは、一般的な光学の分野で用いられる入射角（入射面の法線と入射光が成す角度）をθとして説明する。この条件をブラッグ条件と呼ぶ。 In FIG. 4, to simplify the explanation, consider the case where a large number of refractive index anisotropic layers are provided parallel to the incident plane of the VBG 7. The conditions for Bragg diffraction to occur in VBG7 are:
2n ₀ Λcosθ=λ _B
This is when the requirements are met. Here, n ₀ is the refractive index of the glass body. Here, the description will be made assuming that the incident angle (the angle formed by the normal line of the incident surface and the incident light) used in the field of general optics is θ. This condition is called the Bragg condition.

θ＝０のとき、すなわち、入射光が回折面に対して垂直に入射するときに、λ_Ｂは最大になる（ｃｏｓθ＝１）。入射光の波長λがλ_０＝２ｎ_０Λを満たすときに、θ＝０であり、光は入射した方向に回折される。ここでは、このλ_０をＶＢＧの設計波長と定義する。 When θ=0, that is, when the incident light is perpendicular to the diffraction surface, λ _B becomes maximum (cos θ=1). When the wavelength λ of the incident light satisfies λ ₀ =2n ₀ Λ, θ=0, and the light is diffracted in the direction of incidence. Here, this λ ₀ is defined as the design wavelength of the VBG.

実際は、ＶＢＧ７への入射光線波長λ_inが、 Actually, the wavelength λ _{in of} the incident light to VBG7 is

を満たすとき、入射光は効率よく回折される。同様に、

When the equation is satisfied, the incident light is efficiently diffracted. Similarly,

の範囲の入射角θinで入射した光が効率よく回折される。

Light incident at an incident angle θin in this range is efficiently diffracted.

実施形態では、一例として、設計波長λ_０が、４９６．２３±０．１２ｎｍ、回折波長幅Δλが、０．０５ｎｍ程度のＶＢＧ７を用いた。第２ステップでは、このＶＢＧ７を、ＶＢＧ７の最終的な配置位置よりもＬＤ１から離れた位置において、回折面の角度を調整する。ＶＢＧ７の角度をＬＤ１から離れた位置で調整するのは、ＶＢＧ７がＬＤ１から離れるほど、第２の光路Ｐ２でＶＢＧ７に入射する光と、ＶＢＧ７の回折光Ｌdifとを区別しやすくなるからである。実施形態では、一例として、ＶＢＧ７をＬＤ１から３０ｃｍ程度離して、第２の光路Ｐ２上に配置した。 In the embodiment, as an example, VBG7 with a design wavelength λ ₀ of 496.23±0.12 nm and a diffraction wavelength width Δλ of about 0.05 nm is used. In the second step, the angle of the diffraction surface of the VBG 7 is adjusted at a position farther from the LD 1 than the final arrangement position of the VBG 7. The reason why the angle of VBG7 is adjusted at a position farther from LD1 is that the farther VBG7 is from LD1, the easier it becomes to distinguish between the light incident on VBG7 on the second optical path P2 and the diffracted light Ldif of VBG7. In the embodiment, as an example, the VBG 7 is placed about 30 cm away from the LD 1 and placed on the second optical path P2.

ＬＤ１からＰＢＳ４を透過してＶＢＧ７に入射する光は、ＥＲ１により単一縦モード発振した光である。上述のように、単一縦モード発振した光の中心波長は、ＶＢＧ７の設計波長よりも若干、短波長側に設定されている。そのため、入射レーザ光に含まれるほぼすべての光が、ブラッグ条件を満たす、入射レーザ光の光軸からわずかに逸れた方向に回折される。ＬＤ１からＶＢＧ７までの距離を長くとることで、回折光Ｌdifの偏向が認識しやすくなる。回折光Ｌdifが見える状態で、ＶＢＧ７の角度を調整して回折光Ｌdifの方向を第２の光路Ｐ２に合わせ込むことで、回折光Ｌdifを精度良く、ＬＤ１の活性層に入射させる。 The light that passes through the PBS4 from the LD1 and enters the VBG7 is light oscillated in a single longitudinal mode by the ER1. As described above, the center wavelength of the light oscillated in a single longitudinal mode is set to be slightly shorter than the design wavelength of the VBG 7. Therefore, almost all of the light contained in the incident laser beam is diffracted in a direction slightly deviating from the optical axis of the incident laser beam, which satisfies the Bragg condition. By increasing the distance from LD1 to VBG7, it becomes easier to recognize the deflection of the diffracted light Ldif. With the diffracted light Ldif visible, the angle of the VBG 7 is adjusted to align the direction of the diffracted light Ldif with the second optical path P2, thereby making the diffracted light Ldif enter the active layer of the LD1 with high precision.

ＶＢＧ７の角度調整で、ＶＢＧ７への入射光と、ＶＢＧ７からの回折光Ｌdifは、同じ高さ位置（Ｙ方向の位置）にある。ＶＢＧ７への入射光のうち、所定の角度で入射したＶＢＧ波長の光だけが回折され、入射光の光軸から若干逸れて、Ｘ－Ｚ面内をＬＤ１に向かって伝搬する。 By adjusting the angle of VBG7, the incident light to VBG7 and the diffracted light Ldif from VBG7 are at the same height position (position in the Y direction). Of the light incident on the VBG 7, only the light of the VBG wavelength that is incident at a predetermined angle is diffracted, deviates slightly from the optical axis of the incident light, and propagates in the XZ plane toward the LD1.

ＶＢＧ７の角度調整は、ＬＤ１の発振パワーやモニタ電流値が最大となるように調整されてもよい。発振パワーをモニタする場合は、パワーメータをＶＢＧ７の透過側に配置してパワーを測定してもよい。ＬＤ１の出力を電流測定する場合は、ＬＤパッケージに設置されたフォトダイオード（ＰＤ）８の電流値が最大となるように角度調整してもよい。 The angle of VBG7 may be adjusted so that the oscillation power and monitor current value of LD1 are maximized. When monitoring the oscillation power, a power meter may be placed on the transmission side of the VBG 7 to measure the power. When measuring the current of the output of the LD 1, the angle may be adjusted so that the current value of the photodiode (PD) 8 installed in the LD package is maximized.

ＰＤ８でモニタされる電流値は、ＥＲ１で得られる中心波長λresntの光と、ＶＢＧ７で得られる中心波長λ_０の回折光を足し合わせた光の強さを表わす。反射器３の角度は、第１ステップで単一縦モード発振させるときに調整されているので、ＰＤ８の電流値を最大にするＶＢＧ７の角度が、回折光ＬdifをＬＤ１の活性層に戻すことのできる正しい角度である。 The current value monitored by the PD8 represents the intensity of the light that is the sum of the light with the center wavelength λresnt obtained by the ER1 and the diffracted light with the center wavelength _λ0 obtained by the VBG7. Since the angle of the reflector 3 is adjusted when generating single longitudinal mode oscillation in the first step, the angle of VBG7 that maximizes the current value of PD8 is the one that returns the diffracted light Ldif to the active layer of LD1. This is the correct angle.

（第３ステップ）
図１Ｃで、反射器３が置かれた第１の光路Ｐ１を遮断し、ＶＢＧ７を、第２ステップで角度調整した位置から、第２の光路Ｐ２に沿って徐々にＬＤ１に近づけて、ＶＢＧ７単体で単一縦モード発振するように調整する。この時点では、反射器３を第１の光路Ｐ１上に置いたままの状態で、第１の光路Ｐ１を遮る。ＶＢＧ７からの回折光Ｌdifを見失ったときに、直ちに第１の光路Ｐ１を光学的に接続して、ＬＤ１を単一縦モード発振させるためである。 (3rd step)
In FIG. 1C, the first optical path P1 in which the reflector 3 is placed is blocked, and the VBG 7 is gradually brought closer to the LD1 along the second optical path P2 from the position where the angle was adjusted in the second step. Adjust so that it oscillates in a single longitudinal mode. At this point, the first optical path P1 is interrupted while the reflector 3 remains placed on the first optical path P1. This is because when the diffracted light Ldif from the VBG 7 is lost, the first optical path P1 is immediately optically connected to cause the LD1 to oscillate in a single longitudinal mode.

第１の光路Ｐ１を遮断するときに、半波長板２をＸ－Ｚ面内で回転させて、ＬＤ１の出力光のほぼすべてがＶＢＧ７が配置された第２の光路Ｐ２に透過するように調整してもよい。 When blocking the first optical path P1, rotate the half-wave plate 2 in the X-Z plane and adjust so that almost all of the output light of the LD 1 is transmitted to the second optical path P2 where the VBG 7 is arranged. You may.

第２ステップでの角度調整により、ＶＢＧ７からの回折光ＬdifがＬＤ１の活性層に入射するように調整されている。第３ステップでは、ＶＢＧ７を適切な位置までＬＤ１に近づけることで、ＶＢＧ７だけでＬＤ１を単一縦モード発振させ、かつ最終的なレーザ装置のサイズをコンパクトにすることができる。 By adjusting the angle in the second step, the diffracted light Ldif from the VBG7 is adjusted to enter the active layer of the LD1. In the third step, by bringing the VBG 7 close to the LD 1 to an appropriate position, the LD 1 can be caused to oscillate in a single longitudinal mode using only the VBG 7, and the size of the final laser device can be made compact.

たとえば、ＶＢＧ７の透過側にパワーメータ１２を接続して、単一のピークが最大パワーで発生するように、ＶＢＧ７の位置を調整する。一例として、ＶＢＧ７を、ＬＤ１から３０ｃｍ程度離れた位置から、５ｍｍ程度の距離まで近づけてもよい。第２の光路Ｐ２に沿ったＶＢＧ７の位置移動の間に、あるいは、ＶＢＧ７の最終位置が決まった時点で、単一ピークの強度が最大となるように、ＶＢＧ７の角度を、ＶＢＧ７の配置面と平行な面内で回転させて、再度調整してもよい。 For example, a power meter 12 is connected to the transmission side of VBG 7, and the position of VBG 7 is adjusted so that a single peak occurs at maximum power. As an example, the VBG 7 may be moved from a position approximately 30 cm away from the LD 1 to a distance of approximately 5 mm. During the movement of the VBG 7 along the second optical path P2, or once the final position of the VBG 7 is determined, the angle of the VBG 7 with respect to the placement plane of the VBG 7 is adjusted such that the intensity of a single peak is maximized. You may also adjust it again by rotating it in a parallel plane.

（第４ステップ）
図１Ｄで、ＶＢＧ７単体でのＬＤ１の単一縦モード発振の後に、ＶＢＧ７とＬＤ１を除く不要な光学素子を除去する。実施形態の構成では、半波長板２、反射器３、ＰＢＳ４を除去する。ＬＤ１とＶＢＧ７は調整された位置関係と角度関係で、レーザ装置のパッケージ内に配置されてもよい。これにより、高強度かつ狭帯域の外部共振器型の半導体レーザ装置が得られる。 (4th step)
In FIG. 1D, after single longitudinal mode oscillation of LD1 with VBG7 alone, unnecessary optical elements except VBG7 and LD1 are removed. In the configuration of the embodiment, the half-wave plate 2, reflector 3, and PBS 4 are removed. LD1 and VBG7 may be arranged within the package of the laser device with adjusted positional and angular relationships. As a result, a high-intensity, narrow-band external cavity type semiconductor laser device can be obtained.

図５は、実施形態の発振調整方法のフローチャートである。ＬＤの出力光を、第１の光路（Ｐ１）と第２の光路（Ｐ２）に分岐する（Ｓ１）。上述した実施形態ではＰＢＳ４を用いて、ｓ偏光の反射光とｐ偏光の透過光に分岐させていたが、１対１の分割比率を持つ無偏光ビームスプリッタで、ＬＤの出射光を第１の光路（Ｐ１）と第２の光路（Ｐ２）に分割してもよい。 FIG. 5 is a flowchart of the oscillation adjustment method according to the embodiment. The output light of the LD is branched into a first optical path (P1) and a second optical path (P2) (S1). In the embodiment described above, the PBS4 was used to split the reflected light of s-polarized light and the transmitted light of p-polarized light, but a non-polarizing beam splitter with a 1:1 splitting ratio splits the emitted light of the LD into the first one. It may be divided into an optical path (P1) and a second optical path (P2).

次に、第１の光路（Ｐ１）で外部共振器を形成して、ＬＤを単一縦モード発振させる（Ｓ２）。実施形態では、第１の光路（Ｐ１）に配置される反射器として通常の回折格子を用い、ＬＤの高反射面との間に外部共振器を形成していたが、干渉フィルタとミラーの組み合わせ、分布ブラッグ反射器とミラーの組み合わせなどを用いてもよい。 Next, an external resonator is formed in the first optical path (P1) to cause the LD to oscillate in a single longitudinal mode (S2). In the embodiment, an ordinary diffraction grating was used as a reflector disposed in the first optical path (P1), and an external resonator was formed between it and the high reflection surface of the LD, but a combination of an interference filter and a mirror , a combination of a distributed Bragg reflector and a mirror, etc. may also be used.

上述のように、反射器でＬＤ１を単一縦モード発振させるときに、第１の光路（Ｐ１）に対する反射器の角度を調整することで、単一縦モードの発振波長を、ＶＢＧ波長よりも若干、短波長側に設定してもよい。 As mentioned above, when oscillating LD1 in a single longitudinal mode with a reflector, by adjusting the angle of the reflector with respect to the first optical path (P1), the oscillation wavelength of the single longitudinal mode can be made to be shorter than the VBG wavelength. It may be set to a slightly shorter wavelength side.

次に、第２の光路（Ｐ２）にＶＢＧを配置して、第２の光路（Ｐ２）に対する回折面の角度を調整する（Ｓ３）。角度調整は、ＶＢＧがＬＤから十分に離れた位置で行うことが望ましい。単一縦モード発振した入射光の波長よりも、ＶＢＧの設計波長をわずかに長波長とすることで、ＶＢＧの回折光を入射光と区別しやすくなる。 Next, a VBG is placed in the second optical path (P2), and the angle of the diffraction surface with respect to the second optical path (P2) is adjusted (S3). It is desirable that the angle adjustment be performed at a position where the VBG is sufficiently far away from the LD. By making the design wavelength of the VBG slightly longer than the wavelength of the incident light oscillated in a single longitudinal mode, it becomes easier to distinguish the diffracted light of the VBG from the incident light.

次に、第１の光路（Ｐ１）を遮断して、ＶＢＧ単独で発振するようにＶＢＧの位置、及び／または角度を調整する（Ｓ４）。この位置調整で、ＥＣＬＤを単一かつ最大のピークで発振させる。 Next, the first optical path (P1) is blocked and the position and/or angle of the VBG is adjusted so that the VBG alone oscillates (S4). This position adjustment causes the ECLD to oscillate with a single, maximum peak.

最後に、反射器、ビームスプリッタ等の不要な光学素子を除去して、ＶＢＧとＬＤで形成されるレーザ装置から、高強度、かつ狭帯域のレーザ光を出力する（Ｓ５）。実施形態の発振調整方法により、ＶＢＧを用いた半導体レーザの発振調整が容易になる。 Finally, unnecessary optical elements such as reflectors and beam splitters are removed, and high-intensity, narrow-band laser light is output from the laser device formed by the VBG and LD (S5). The oscillation adjustment method of the embodiment facilitates oscillation adjustment of a semiconductor laser using VBG.

このように発振調整されたレーザ装置は、非常に狭いスペクトル幅の光を出力することができ、環境計測、分光分析、医療など、多様な分野に適用することができる。 A laser device whose oscillation is adjusted in this manner can output light with a very narrow spectral width, and can be applied to various fields such as environmental measurement, spectroscopic analysis, and medical care.

１半導体レーザ
２半波長板
３反射器
４偏光ビームスプリッタ
５波長計
７体積ブラッグ回折格子
１２パワーメータ 1 Semiconductor laser 2 Half-wave plate 3 Reflector 4 Polarizing beam splitter 5 Wavemeter 7 Volume Bragg grating 12 Power meter

Claims

半導体レーザからの光を第１の光路と第２の光路に分岐して、前記第１の光路に配置した反射器で外部共振器を形成して単一縦モード発振させ、
前記第２の光路に配置した波長計で、分岐された透過光を測定して、単一縦モードの発振波長を測定し、
前記波長計で測定される発振波長が、ブラッグ波長の近傍の発振波長であって、使用する体積ブラッグ回折格子の設計波長よりも短波長側になるように前記反射器の角度を調整し、
前記第２の光路に前記体積ブラッグ回折格子を配置し、前記体積ブラッグ回折格子による回折光が前記半導体レーザに戻るように、前記第２の光路の光軸に対する前記体積ブラッグ回折格子の角度を調整し、
前記体積ブラッグ回折格子の角度調整の後に、前記第１の光路を遮断して、前記体積ブラッグ回折格子単体で単一縦モード発振するように前記体積ブラッグ回折格子を前記第２の光路に沿って前記半導体レーザに近づけるように移動させて位置調整する、
ことを特徴とする発振調整方法。 branching light from a semiconductor laser into a first optical path and a second optical path, forming an external resonator with a reflector disposed in the first optical path, and causing single longitudinal mode oscillation;
measuring the split transmitted light with a wavelength meter placed in the second optical path to measure the oscillation wavelength of a single longitudinal mode;
Adjusting the angle of the reflector so that the oscillation wavelength measured by the wavelength meter is near the Bragg wavelength and is on the shorter wavelength side than the design wavelength of the volumetric Bragg grating used;
The volume Bragg diffraction grating is arranged in the second optical path, and the angle of the volume Bragg diffraction grating with respect to the optical axis of the second optical path is adjusted so that the diffracted light by the volume Bragg diffraction grating returns to the semiconductor laser. death,
After adjusting the angle of the volume Bragg grating, the first optical path is blocked and the volume Bragg grating is moved along the second optical path so that the volume Bragg grating alone oscillates in a single longitudinal mode. adjusting the position by moving it closer to the semiconductor laser ;
An oscillation adjustment method characterized by:

前記体積ブラッグ回折格子の前記位置調整は、前記移動と同時に、または前記移動の後に、前記体積ブラッグ回折格子を前記体積ブラッグ回折格子の配置面と平行な面内で回転させる調整を含むことを特徴とする請求項１に記載の発振調整方法。 The position adjustment of the volumetric Bragg diffraction grating includes, simultaneously with the movement or after the movement, adjusting the volumetric Bragg diffraction grating to be rotated within a plane parallel to a plane in which the volumetric Bragg diffraction grating is arranged. The oscillation adjustment method according to claim 1 .

前記体積ブラッグ回折格子の前記位置調整が完了した後に、前記反射器を除去することを特徴とする請求項１または２に記載の発振調整方法。 3. The oscillation adjustment method according to claim 1 , wherein the reflector is removed after the position adjustment of the volumetric Bragg grating is completed.

前記反射器は、回折格子である請求項１～３のいずれか１項に記載の発振調整方法。 The oscillation adjustment method according to claim 1 , wherein the reflector is a diffraction grating.

前記反射器は、干渉フィルタまたは分布ブラッグ反射器のいずれかと、ミラーと、を有する請求項１～３のいずれか１項に記載の発振調整方法。 The oscillation adjustment method according to claim 1, wherein the reflector comprises either an interference filter or a distributed Bragg reflector, and a mirror.

前記半導体レーザからの光を、偏光ビームスプリッタによって前記第１の光路と前記第２の光路に分岐し、
前記体積ブラッグ回折格子の前記位置調整が完了した後に、前記偏光ビームスプリッタを除去することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の発振調整方法。
splitting the light from the semiconductor laser into the first optical path and the second optical path by a polarizing beam splitter;
The oscillation adjustment method according to any one of claims 1 to 5 , characterized in that the polarization beam splitter is removed after the position adjustment of the volumetric Bragg grating is completed.