JPH02395A - 超短光パルス半導体レーザ装置および波長変換型超短光パルス発生装置 - Google Patents
超短光パルス半導体レーザ装置および波長変換型超短光パルス発生装置Info
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- JPH02395A JPH02395A JP29985588A JP29985588A JPH02395A JP H02395 A JPH02395 A JP H02395A JP 29985588 A JP29985588 A JP 29985588A JP 29985588 A JP29985588 A JP 29985588A JP H02395 A JPH02395 A JP H02395A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、光コンピユーテイング、光情報処理、光計測
、光通信等に応用される半導体レーザのモードロック技
術を用いた超短光パルス発生装置に関するものである。
、光通信等に応用される半導体レーザのモードロック技
術を用いた超短光パルス発生装置に関するものである。
従来の技術
本発明は、2つの主たる課題について提案される。1つ
の課題とは、従来より広く用いられる半導体レーザのT
Mモード発振でのモード同期よりも、ここで提案するT
Mモード発撮でのモード同期の方が超短光パルス発生に
明らかに有効であることについてである。もう1つの課
題とは、上記1つ目の新しい技術を用いた短波長の超短
光パルスを発生する波長変換型の超短光パルス発生装置
を提案するものである。
の課題とは、従来より広く用いられる半導体レーザのT
Mモード発振でのモード同期よりも、ここで提案するT
Mモード発撮でのモード同期の方が超短光パルス発生に
明らかに有効であることについてである。もう1つの課
題とは、上記1つ目の新しい技術を用いた短波長の超短
光パルスを発生する波長変換型の超短光パルス発生装置
を提案するものである。
まず第1の課題の背景について説明する。
半導体レーザを用いてピコ秒程度の時間幅の光パルスを
発生させるのは、光コンピュータ、光情報処理、光計測
、光通信への応用上、重要な技術である。同業者の間で
は公知の事実として、半導体レーザを用いて超短光パル
スを発生する方法の1つに半導体レーザを外部共娠器化
するモード同期技術があるこの技術を大別すると能動モ
ード同期(active mode−1ocking)
と受動モード同期(passive modeloc
king)の2つがある。これらは例えば、J、P、フ
ァンデアツイール“モードロッキング オブ セミコン
ダクター レーザーズセミコンダクターズアンドセミメ
タルズ(J。
発生させるのは、光コンピュータ、光情報処理、光計測
、光通信への応用上、重要な技術である。同業者の間で
は公知の事実として、半導体レーザを用いて超短光パル
スを発生する方法の1つに半導体レーザを外部共娠器化
するモード同期技術があるこの技術を大別すると能動モ
ード同期(active mode−1ocking)
と受動モード同期(passive modeloc
king)の2つがある。これらは例えば、J、P、フ
ァンデアツイール“モードロッキング オブ セミコン
ダクター レーザーズセミコンダクターズアンドセミメ
タルズ(J。
P、Vander Ziel、 “Mode L
oking of Somiconductor
La5ers Sem1conductors
and Semimetals、vol、22.P
art B、Chapter 1.Page 1
+(1985)に詳しく解説されている。能動モード同
期は半導体レーザへの注入電流を外部共振器のラウンド
トリップ周波数で変調を行う。受動モード同期は共振器
内に可飽和吸収体を含むことにより行う。いずれの場合
も外部共振器のラウンドトリップ周波数C/2L(ここ
でC;光速、L;外部共振器長)、すなわち2L/Cの
時間間隔で光パルス発振し、その光パルスの時間幅は1
〜20ピコ秒程度である。発振スペクトルの幅から見積
ると、はぼフーリエトランスフオームリミテッドな光パ
ルス幅が得られている。
oking of Somiconductor
La5ers Sem1conductors
and Semimetals、vol、22.P
art B、Chapter 1.Page 1
+(1985)に詳しく解説されている。能動モード同
期は半導体レーザへの注入電流を外部共振器のラウンド
トリップ周波数で変調を行う。受動モード同期は共振器
内に可飽和吸収体を含むことにより行う。いずれの場合
も外部共振器のラウンドトリップ周波数C/2L(ここ
でC;光速、L;外部共振器長)、すなわち2L/Cの
時間間隔で光パルス発振し、その光パルスの時間幅は1
〜20ピコ秒程度である。発振スペクトルの幅から見積
ると、はぼフーリエトランスフオームリミテッドな光パ
ルス幅が得られている。
ところで、前述したように半導体レーザを用いてモード
同期を行うには半導体レーザを外部共振器構成とする。
同期を行うには半導体レーザを外部共振器構成とする。
また半導体レーザ端面の外部共振器側は反射防止膜が施
される。
される。
従来例の基本的構成を第9図に示す。電流注入を行うこ
とにより誘導放出を行う活性層10及び結晶のへき開面
を用いる第1及び第2の端面14かつ12からなる半導
体レーザ16の第1の端面14上に反射防止膜18が施
されている。この半導体レーザ16から出射するレーザ
光20は、外部に配置された外部反射器22により反射
され、反射されたレーザ光20は半導体レーザ16に帰
還される。第1の端面14に反射防止膜18が施されて
いるのでこのレーザの共振器は外部共振器とは反対側の
第2の端面12及び外部反射器22により構成されてい
る。半導体レーザ16への注入電流のバイアスをしきい
値以下に設定し、外部共振器のラウンドトリップ周波数
で電流変調を行うと、半導体レーザ16の第2の端面1
2からの出射レーザ光24は、光パルス列26として発
振する。これが−船釣な能動モード同期である。
とにより誘導放出を行う活性層10及び結晶のへき開面
を用いる第1及び第2の端面14かつ12からなる半導
体レーザ16の第1の端面14上に反射防止膜18が施
されている。この半導体レーザ16から出射するレーザ
光20は、外部に配置された外部反射器22により反射
され、反射されたレーザ光20は半導体レーザ16に帰
還される。第1の端面14に反射防止膜18が施されて
いるのでこのレーザの共振器は外部共振器とは反対側の
第2の端面12及び外部反射器22により構成されてい
る。半導体レーザ16への注入電流のバイアスをしきい
値以下に設定し、外部共振器のラウンドトリップ周波数
で電流変調を行うと、半導体レーザ16の第2の端面1
2からの出射レーザ光24は、光パルス列26として発
振する。これが−船釣な能動モード同期である。
通常の単体の半導体レーザは、その出力光の偏光特性は
、光の電界方向が活性層に平行な方向のTEモードで発
振する。もともと半導体レーザは、その出力光の電界方
向が活性層に垂直な方向のTMモードで発振することも
可能であるが、TMモードで発振する。このことは、例
えば、T。
、光の電界方向が活性層に平行な方向のTEモードで発
振する。もともと半導体レーザは、その出力光の電界方
向が活性層に垂直な方向のTMモードで発振することも
可能であるが、TMモードで発振する。このことは、例
えば、T。
イケガミ、“リフレクテイビテイーオブモードアットフ
ァセットアンドオシレーションモード イン ダブル−
ヘテロストラフチャー インジェクションレーザーズ、
ア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(T、Ikegami Ref 1ecti
vityst Facet and 0scil
lati。
ァセットアンドオシレーションモード イン ダブル−
ヘテロストラフチャー インジェクションレーザーズ、
ア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(T、Ikegami Ref 1ecti
vityst Facet and 0scil
lati。
n Mode in Double−Heter
。
。
5tructure Injection La5e
rs IEEE Journal of Q
uantum Electronics、vol −
QE−8,rIh6P、470 (1972)に詳しく
記載されている。この文献中の図を、抜粋して第10図
に示す。第10図は、TEモード(実線)とTMモード
(破線)の2つの異なる直交する偏光が半導体レーザ端
面において反射率が全(異なっていることを示した図で
あり、横軸は半導体レーザの活性層の膜厚で、縦軸はレ
ーザ端面の強度反射率である。横モードは0次の基本モ
ード発振とし、また活性層の屈折率を3.6.またΔn
はクラッド層と活性層の屈折率差の比を表している。第
10図よりわかることは、レーザを構成する層膜厚、屈
折率差等に依存するが、TEモードの方がTMモードよ
りもかなり端面の反射率が大きいことである。すなわち
、両端面がへき開により構成されている半導体レーザは
TEモードの方がTMモードよりも共振器反射率が大き
いため、誘導放出を起こすのに必要なしきい値利得が小
さくて済むためTEモードで発振する。単体の半導体レ
ーザの場合のみならず、モード同期半導体し−ザの場合
も同様であって、従来報告されているモード同期半導体
レーザは、第9図に示すように、レーザ光20は、光の
電界の振動方向がTEモード28で発振している。
rs IEEE Journal of Q
uantum Electronics、vol −
QE−8,rIh6P、470 (1972)に詳しく
記載されている。この文献中の図を、抜粋して第10図
に示す。第10図は、TEモード(実線)とTMモード
(破線)の2つの異なる直交する偏光が半導体レーザ端
面において反射率が全(異なっていることを示した図で
あり、横軸は半導体レーザの活性層の膜厚で、縦軸はレ
ーザ端面の強度反射率である。横モードは0次の基本モ
ード発振とし、また活性層の屈折率を3.6.またΔn
はクラッド層と活性層の屈折率差の比を表している。第
10図よりわかることは、レーザを構成する層膜厚、屈
折率差等に依存するが、TEモードの方がTMモードよ
りもかなり端面の反射率が大きいことである。すなわち
、両端面がへき開により構成されている半導体レーザは
TEモードの方がTMモードよりも共振器反射率が大き
いため、誘導放出を起こすのに必要なしきい値利得が小
さくて済むためTEモードで発振する。単体の半導体レ
ーザの場合のみならず、モード同期半導体し−ザの場合
も同様であって、従来報告されているモード同期半導体
レーザは、第9図に示すように、レーザ光20は、光の
電界の振動方向がTEモード28で発振している。
一方、最近半導体レーザの共振器内の偏光器を挿入し、
半導体レーザ出射光の偏光を制御する研、究が行われて
いる。例えば、T、フジタ他、“ボラライゼイションス
イッチング イン ア シングル フリケンシーエキス
ターナル キャビティーセミコンダクター レーザ、エ
レクトロニクスレター(T、Fuj ita eta
l、 “Po1arization switch
ing ina single frequen
cy ext6rnal cavity sem
iconductor 1aser Elect
ronics Letters vol、23P、
803(1987))、T、フジタ他“ボラライゼイシ
ョン パイスタビリテイ イン エクスターナル キャ
ビティ セミコンダクターレーザーズ、アプライド フ
ィジクス レターズ (T、Fuj 1taeta1.
“Po1arization bistabil
ity in external cavit
y semicondactor 1asers
、Applied physics Lett
ers vol、 51.P、392(1987)
)に詳しく説明されている。これらの文献においては、
半導体レーザ出射光が1Mモードで発振することが示さ
れている。すなわち第11図に示すように、第1の端面
14と、外部共振器面としての外部反射器22の間に、
偏光器30として、例えばグラントムソンプリズムを挿
入すると、共振器内部のレーザ光32は、その光の電界
方向はTMモード34で発振する。この時偏光器30は
、1Mモードが通過する方向に配置されている。従って
出力レーザ光36も1Mモードで発振する。
半導体レーザ出射光の偏光を制御する研、究が行われて
いる。例えば、T、フジタ他、“ボラライゼイションス
イッチング イン ア シングル フリケンシーエキス
ターナル キャビティーセミコンダクター レーザ、エ
レクトロニクスレター(T、Fuj ita eta
l、 “Po1arization switch
ing ina single frequen
cy ext6rnal cavity sem
iconductor 1aser Elect
ronics Letters vol、23P、
803(1987))、T、フジタ他“ボラライゼイシ
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ビティ セミコンダクターレーザーズ、アプライド フ
ィジクス レターズ (T、Fuj 1taeta1.
“Po1arization bistabil
ity in external cavit
y semicondactor 1asers
、Applied physics Lett
ers vol、 51.P、392(1987)
)に詳しく説明されている。これらの文献においては、
半導体レーザ出射光が1Mモードで発振することが示さ
れている。すなわち第11図に示すように、第1の端面
14と、外部共振器面としての外部反射器22の間に、
偏光器30として、例えばグラントムソンプリズムを挿
入すると、共振器内部のレーザ光32は、その光の電界
方向はTMモード34で発振する。この時偏光器30は
、1Mモードが通過する方向に配置されている。従って
出力レーザ光36も1Mモードで発振する。
モード同期により超短光パルスを発生させるためには、
半導体レーザの外部共振モードが精密に等しい周波数間
隔で並んで、これらたくさんのモードが同位相で発振す
る必要がある。そのためには、外部共振器構成の半導体
レーザの外部共振器側出射端面、すなわち第1の端面の
反射率を理想的にはゼロにする必要がある。すなわち第
9図の従来例で示すように、第1の端面14上に反射防
止膜18が施されている。しかしながら現実には、半導
体レーザがTEモード発振する時には完全にこの端面の
反射率がゼロとはならないで、ある程度残留反射率が存
在することが報告されている。この中間端面に残留反射
率が存在する時には発振するレーザ光の周波数スペクト
ルの各外部共振モードのモード間隔は等しくならない。
半導体レーザの外部共振モードが精密に等しい周波数間
隔で並んで、これらたくさんのモードが同位相で発振す
る必要がある。そのためには、外部共振器構成の半導体
レーザの外部共振器側出射端面、すなわち第1の端面の
反射率を理想的にはゼロにする必要がある。すなわち第
9図の従来例で示すように、第1の端面14上に反射防
止膜18が施されている。しかしながら現実には、半導
体レーザがTEモード発振する時には完全にこの端面の
反射率がゼロとはならないで、ある程度残留反射率が存
在することが報告されている。この中間端面に残留反射
率が存在する時には発振するレーザ光の周波数スペクト
ルの各外部共振モードのモード間隔は等しくならない。
外部共振モード間隔の中間端面反射率依存性は、例えば
H,サトー他“インテンシティーフラクチュエイション
インセミコンダクターレーザーズカップルド トウ エ
クスターナル キャビティ”、ア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 (H,5ato
etal、 “Intensity fluct
uation insemiconductor
1asers c。
H,サトー他“インテンシティーフラクチュエイション
インセミコンダクターレーザーズカップルド トウ エ
クスターナル キャビティ”、アイイーイーイージャー
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upled to external cavi
ty + IEEE Journal of
Quantum Electronics vo
l、 QE −21、P46 (1985)’)に詳
しく説明されている。この様子を第10図を用いて説明
する。第10図に示したような従来のTEモードで発振
するモード同期半導体レーザの光の周波数スペクトルは
、第12図(a>のようになっており、シ、+n+1−
シ、+1≠ν −νや なる関係となm+nmn−す る。ここでνは各外部共振器モードの発振周波数を表わ
しており、m、nは整数である。超短光パルス発生を実
現するためには第12図(b)に示すよう(こνp+n
+l pan pan pan−1なる関
係式が必要で、この時各々のスペクトルのモードが同位
相に同期されて発振する必要があるにもかかわらず、実
現されていない。これは前述したように、外部共振器半
導体レーザの中間端面の反射率が残留していることによ
る効果が大きいためである。
ty + IEEE Journal of
Quantum Electronics vo
l、 QE −21、P46 (1985)’)に詳
しく説明されている。この様子を第10図を用いて説明
する。第10図に示したような従来のTEモードで発振
するモード同期半導体レーザの光の周波数スペクトルは
、第12図(a>のようになっており、シ、+n+1−
シ、+1≠ν −νや なる関係となm+nmn−す る。ここでνは各外部共振器モードの発振周波数を表わ
しており、m、nは整数である。超短光パルス発生を実
現するためには第12図(b)に示すよう(こνp+n
+l pan pan pan−1なる関
係式が必要で、この時各々のスペクトルのモードが同位
相に同期されて発振する必要があるにもかかわらず、実
現されていない。これは前述したように、外部共振器半
導体レーザの中間端面の反射率が残留していることによ
る効果が大きいためである。
従って、第12図(b)に示すようにモード同期半導体
レーザの各外部共振モードが等周波数間隔で発振するよ
うにすれば、より超短光パルスを得ることが可能となる
。
レーザの各外部共振モードが等周波数間隔で発振するよ
うにすれば、より超短光パルスを得ることが可能となる
。
次に、第2の課題の背景について説明する。
従来、波長が0.6μm以下の短波長領域においては、
IV−V族化合物半導体を使用する限り、バンドギャッ
プエネルギの限界によりレーザ発振は不可能であり、従
って短波長で発振するレーザが存在せず、大型の気体レ
ーザが使用されている。そのためレーザを利用する装置
が極めて大型となり、産業上の利用分野が限定されてい
る。もしも小型の短波長光源、例えば青色の波長域にお
ける光源が実用化されると、光ディスク、レーザプリン
タ等の情報処理分野、またあらゆる光計測分野等に極め
て大きなインパクトを与えるものである。そのため、第
2次高調波発生を利用して半導体レーザ光を半分の波長
に変換する素子が研究されており、例えば、谷内、山車
、“ミニチャアライズド ライト ソース オブ コヒ
ーレント ブルー ラディエーション” (T、Ta
n1uchi and K、Yamamoto ;
“M i n i turized light
5ource of ceherent b
lue radiation)テクラカルダイジェス
ト オブシーエルイーオーj87(Technical
Digest of(LEOI87)wp6 (
1987)に報告されている。
IV−V族化合物半導体を使用する限り、バンドギャッ
プエネルギの限界によりレーザ発振は不可能であり、従
って短波長で発振するレーザが存在せず、大型の気体レ
ーザが使用されている。そのためレーザを利用する装置
が極めて大型となり、産業上の利用分野が限定されてい
る。もしも小型の短波長光源、例えば青色の波長域にお
ける光源が実用化されると、光ディスク、レーザプリン
タ等の情報処理分野、またあらゆる光計測分野等に極め
て大きなインパクトを与えるものである。そのため、第
2次高調波発生を利用して半導体レーザ光を半分の波長
に変換する素子が研究されており、例えば、谷内、山車
、“ミニチャアライズド ライト ソース オブ コヒ
ーレント ブルー ラディエーション” (T、Ta
n1uchi and K、Yamamoto ;
“M i n i turized light
5ource of ceherent b
lue radiation)テクラカルダイジェス
ト オブシーエルイーオーj87(Technical
Digest of(LEOI87)wp6 (
1987)に報告されている。
第13図に従来のLiNb0.光導波路を使用した光波
長変換素子により半導体レーザ光を波長変換する構成図
を示す。半導体レーザ16から出射されたTEモード発
振の基板波50は、レンズ52でコリメートされ、λ/
2板54でTMモードに変換された後レンズ56で集光
されてLtNbo、58上に形成された先導波路60に
入射する。この際、光導波路60中を伝搬する基本波を
チェレンコフ放射される第2高調波62の位相速度が等
しくなり、効率良く第2高調波が発生する。現在、波長
0.84μmの半導体レーザの光出力120mWにおい
て、約1mWの波長0.42μmの第2高調波が得られ
ている。
長変換素子により半導体レーザ光を波長変換する構成図
を示す。半導体レーザ16から出射されたTEモード発
振の基板波50は、レンズ52でコリメートされ、λ/
2板54でTMモードに変換された後レンズ56で集光
されてLtNbo、58上に形成された先導波路60に
入射する。この際、光導波路60中を伝搬する基本波を
チェレンコフ放射される第2高調波62の位相速度が等
しくなり、効率良く第2高調波が発生する。現在、波長
0.84μmの半導体レーザの光出力120mWにおい
て、約1mWの波長0.42μmの第2高調波が得られ
ている。
この従来の実施例においては、λ/2板54が使用され
ており、これは半導体レーザ出射光がTEモード発賑し
ているのを、TMモードに変換するためである。TMモ
ードに変換する理由は、LiNb0.上に形成された光
導波路60に半導体レーザを伝播させる時、TMモード
のみが有効に伝搬するからである。
ており、これは半導体レーザ出射光がTEモード発賑し
ているのを、TMモードに変換するためである。TMモ
ードに変換する理由は、LiNb0.上に形成された光
導波路60に半導体レーザを伝播させる時、TMモード
のみが有効に伝搬するからである。
そうすると、もともと半導体レーザを90°回転してや
り、TEモード発発振見かけ上TMモード発振のように
みなすことが可能と考えられるが、その方法はよ(ない
。この様子を第14図で説明する。
り、TEモード発発振見かけ上TMモード発振のように
みなすことが可能と考えられるが、その方法はよ(ない
。この様子を第14図で説明する。
第14図は、半導体レーザ及びL i N b O3光
導波路の配置、ならびに、半導体レーザが光導波路端面
に結合された時の近視野像にニアフィールドパターン)
及び電界の振動方向を示している。
導波路の配置、ならびに、半導体レーザが光導波路端面
に結合された時の近視野像にニアフィールドパターン)
及び電界の振動方向を示している。
第14図(a)は単純に半導体レーザと光導波路を配置
した場所であり、近視野像はマツチするが偏光方向を直
交するため、半導体レーザ光は光導波路を伝搬しない。
した場所であり、近視野像はマツチするが偏光方向を直
交するため、半導体レーザ光は光導波路を伝搬しない。
第14図(b)は、第13図の従来例に示した如(、λ
/2板を用いることにより、半導体レーザ光が光導波路
を伝搬し、SHG光が得られる。
/2板を用いることにより、半導体レーザ光が光導波路
を伝搬し、SHG光が得られる。
第14図(C)は、半導体レーザを90°回転した場合
であり、この時偏光方向は一致するが、ニアフィールド
パターンかまった(マツチせず、良い結果が得られない
。
であり、この時偏光方向は一致するが、ニアフィールド
パターンかまった(マツチせず、良い結果が得られない
。
従って、第14図(d)に示すように、半導体レーザに
技術的に+αを加え、もともと近視野像及び偏光方向が
TMモードであれば、結合効率も増加し、装置が簡単化
できる。
技術的に+αを加え、もともと近視野像及び偏光方向が
TMモードであれば、結合効率も増加し、装置が簡単化
できる。
一方超短光パルスの発生は、谷内、山車rSHGを用い
た青色レーザ光源によるピコ秒発生」第49回応用物理
学会学術講演予稿集7a−ZD−8に報告されている。
た青色レーザ光源によるピコ秒発生」第49回応用物理
学会学術講演予稿集7a−ZD−8に報告されている。
第13図の構成において、半導体レーザをゴムジェネレ
ータで直接変調するゲインスイッチ法により、半値幅約
10psec程度の第2高調波が得られてる。
ータで直接変調するゲインスイッチ法により、半値幅約
10psec程度の第2高調波が得られてる。
発明が解決しようとする課題
上記従来の技術で述べたように、半導体レーザのTEモ
ード発振でのモード同期では、半導体レーザの中間端面
の残留反射率が大きいため、短パルス化の妨げとなって
いる。
ード発振でのモード同期では、半導体レーザの中間端面
の残留反射率が大きいため、短パルス化の妨げとなって
いる。
また、波長変換型の短パルス発生では、チェレンコフ放
射された第2高調波は、導波路の厚み方向はコリメート
されているが、横方向は拡がり角約14°の発散光であ
る。従って、点に集光するためピンホール等を用いた場
合には出力の多(がむだとなるため、実用化のためには
より高出力化が課題となっている。従って、短パルス光
の波長変換効率を大幅に向上させ、さらに、短パルス光
の幅を減少させることが課題となっている。
射された第2高調波は、導波路の厚み方向はコリメート
されているが、横方向は拡がり角約14°の発散光であ
る。従って、点に集光するためピンホール等を用いた場
合には出力の多(がむだとなるため、実用化のためには
より高出力化が課題となっている。従って、短パルス光
の波長変換効率を大幅に向上させ、さらに、短パルス光
の幅を減少させることが課題となっている。
本発明の第1の目的は、半導体レーザを従来にないTM
モード発撮でモード同期を行い、時間的に短い光パルス
を発生することである。
モード発撮でモード同期を行い、時間的に短い光パルス
を発生することである。
また、第2の目的は上記TMモード発撮のモード同期半
導体レーザを先導波路型波長変換素子に結合し、従来よ
りも高出力で、時間的に短い光パルスを発生することで
ある。また、光導波路自体をモード同期半導体レーザの
一部にも含めることが可能である。
導体レーザを先導波路型波長変換素子に結合し、従来よ
りも高出力で、時間的に短い光パルスを発生することで
ある。また、光導波路自体をモード同期半導体レーザの
一部にも含めることが可能である。
課題を解決するための手段
本発明の構成は以下に記載されるものである。
第1の端面に反射防止膜を施された半導体レーザと前記
第1の端面から出射されるレーザ光を平行光とする光学
系と、前記レーザ光を前記半導体レーザの第1の端面へ
帰還せしめる共振器面としての外部反射器と、前記半導
体レーザに電流注入を行うための電源を有し、レーザの
共振器としては、半導体レーザの第2の端面と前記外部
反射器により構成され、前記光学系と前記外部反射器の
間に偏光を制御する偏光器が、前記レーザ光のTMモー
ドのみ通過するように配置され、前記半導体レーザの第
1及び第2の端面から出射されるレーザ光がTMモード
でモード同期発振することを特徴とする超短光パルス半
導体レーザ装置である。
第1の端面から出射されるレーザ光を平行光とする光学
系と、前記レーザ光を前記半導体レーザの第1の端面へ
帰還せしめる共振器面としての外部反射器と、前記半導
体レーザに電流注入を行うための電源を有し、レーザの
共振器としては、半導体レーザの第2の端面と前記外部
反射器により構成され、前記光学系と前記外部反射器の
間に偏光を制御する偏光器が、前記レーザ光のTMモー
ドのみ通過するように配置され、前記半導体レーザの第
1及び第2の端面から出射されるレーザ光がTMモード
でモード同期発振することを特徴とする超短光パルス半
導体レーザ装置である。
あるいは、第1の端面に反射防止膜を施された半導体レ
ーザと、前記第1の端面から出射されるレーザ光を結合
し、導波する光ファイバと、前記レーザ光を前記半導体
レーザの第1の端面へ帰還せしめる共振器面としての外
部反射器と、前記半導体レーザに電流注入を行うための
電源を有し、レーザの共振器としては、半導体レーザの
第2の端面と前記外部反射器により構成され、前記光フ
ァイバと前記外部反射器の間に偏光を制御する偏光器が
、前記レーザ光のTMモードのみ通過するように配置さ
れ、前記半導体レーザの第1及び第2の端面から出射さ
れるレーザ光がTMモードでモード同期発振することを
特徴とする、超短光パルス半導体レーザ装置である。ま
た、波長制御器としてのエタロンが、前記偏光器と前記
外部反射体の間に配置されていてもよく、また外部反射
器として波長制御機能をもつ回折格子を用いてもよい。
ーザと、前記第1の端面から出射されるレーザ光を結合
し、導波する光ファイバと、前記レーザ光を前記半導体
レーザの第1の端面へ帰還せしめる共振器面としての外
部反射器と、前記半導体レーザに電流注入を行うための
電源を有し、レーザの共振器としては、半導体レーザの
第2の端面と前記外部反射器により構成され、前記光フ
ァイバと前記外部反射器の間に偏光を制御する偏光器が
、前記レーザ光のTMモードのみ通過するように配置さ
れ、前記半導体レーザの第1及び第2の端面から出射さ
れるレーザ光がTMモードでモード同期発振することを
特徴とする、超短光パルス半導体レーザ装置である。ま
た、波長制御器としてのエタロンが、前記偏光器と前記
外部反射体の間に配置されていてもよく、また外部反射
器として波長制御機能をもつ回折格子を用いてもよい。
あるいは上記した超短光パルス半導体レーザ装置を用い
て、前記半導体レーザの第2の端面から出射されるレー
ザ光が光導波路構造を有する波長変換素子に光学的に結
合した構造を備え、前記半導体レーザの第2の端面から
出射されるTMモードでモード同期発振する超短光パル
ス光を基本波として前記波長変換素子に結合し、前記波
長変換素子からの出力光として、前記基本波の第2高調
波を発生することを特徴とする波長変換型超短光パルス
発生装置である。
て、前記半導体レーザの第2の端面から出射されるレー
ザ光が光導波路構造を有する波長変換素子に光学的に結
合した構造を備え、前記半導体レーザの第2の端面から
出射されるTMモードでモード同期発振する超短光パル
ス光を基本波として前記波長変換素子に結合し、前記波
長変換素子からの出力光として、前記基本波の第2高調
波を発生することを特徴とする波長変換型超短光パルス
発生装置である。
また、半導体レーザと光導波路構造を有する波長変換素
子が光学的に結合した構造を備え、前記半導体レーザに
電流注入を行うための電源を有し、前記半導体レーザは
前記波長変換素子と結合する第1の端面に反射防止膜を
有し、前記波長変換素子より遠い第2の端面に高反射膜
を有しており、前記波長変換素子は、前記半導体レーザ
と結合する第1の端面に基本波に対する反射防止膜を有
し、前記半導体レーザより遠い第2の端面に基本波とし
て結合されたレーザ光を半導体レーザへ帰還せしめる外
部反射体として機能する高反射膜を有しており、前記波
長変換素子を伝搬する基本波の導波モードがTMモード
であり、半導体レーザ素子がTMモードでモード同期発
振することを特徴とする波長変換型超短光パルス発生装
置である。この時半導体レーザ素子を波長変換素子ベコ
リメートレンズとフォーカシングレンズで光学的に結合
しても良く、あるいは半導体レーザ素子と波長変換素子
がパット結合していてもよい。また半導体レーザとして
分布帰還型半導体レーザを用いてもよく、また半導体レ
ーザの内部に可飽和吸収領域を有してもよい。また電源
から半導体レーザに注入される電流が、半導体レーザの
第1の端面と外部反射体までの光学距111Lに対して
、そのラウンドトリップ周波数C/2L(C,光速)で
変調されていてもよい。
子が光学的に結合した構造を備え、前記半導体レーザに
電流注入を行うための電源を有し、前記半導体レーザは
前記波長変換素子と結合する第1の端面に反射防止膜を
有し、前記波長変換素子より遠い第2の端面に高反射膜
を有しており、前記波長変換素子は、前記半導体レーザ
と結合する第1の端面に基本波に対する反射防止膜を有
し、前記半導体レーザより遠い第2の端面に基本波とし
て結合されたレーザ光を半導体レーザへ帰還せしめる外
部反射体として機能する高反射膜を有しており、前記波
長変換素子を伝搬する基本波の導波モードがTMモード
であり、半導体レーザ素子がTMモードでモード同期発
振することを特徴とする波長変換型超短光パルス発生装
置である。この時半導体レーザ素子を波長変換素子ベコ
リメートレンズとフォーカシングレンズで光学的に結合
しても良く、あるいは半導体レーザ素子と波長変換素子
がパット結合していてもよい。また半導体レーザとして
分布帰還型半導体レーザを用いてもよく、また半導体レ
ーザの内部に可飽和吸収領域を有してもよい。また電源
から半導体レーザに注入される電流が、半導体レーザの
第1の端面と外部反射体までの光学距111Lに対して
、そのラウンドトリップ周波数C/2L(C,光速)で
変調されていてもよい。
作 用
本発明は上記した構成により、モード同期半導体レーザ
の偏光を制御し、半導体レーザの中間端面の残留反射率
の小さいTMモードで発振させることにより、各外部共
振器モード間隔が等しくなるため、従来よりも時間的に
短い超短光パルスを発生することが可能となる。
の偏光を制御し、半導体レーザの中間端面の残留反射率
の小さいTMモードで発振させることにより、各外部共
振器モード間隔が等しくなるため、従来よりも時間的に
短い超短光パルスを発生することが可能となる。
また、波長変換を行った場合には、第2次高調波は、基
本波の出力の2乗に比例して変換されるため、さらに短
パルス化が可能となる。
本波の出力の2乗に比例して変換されるため、さらに短
パルス化が可能となる。
実施例
以下に本発明を実施例を用いて説明する。
図に本発明の一実施例を示す。各手段に用いる番号は従
来例に用いた手段と同じ場合、同じ番号を用いて説明す
る。
来例に用いた手段と同じ場合、同じ番号を用いて説明す
る。
第1及び第2のへき開端面14及び12により構成され
る半導体レーザ16の活性層10に、電源38より電流
を注入する。反射防止膜18が施された第1の端面14
から出射したレーザ光40はレンズ42で平行光とされ
、偏光制御器としての偏光子44.及び波長制御器とし
てのエタロン46を通過し、外部反射器22で反射され
半導体レーザ16に光帰還される。この時偏光子44を
半導体レーザ16からの出射光のTM偏光成分のみが通
過するように配置すると、レーザ光40はTMモード3
4で発振する。本モード同期半導体レーザ装置の注入電
流をしきい値電流以下にバイアスし、外部共振器のラウ
ンドトリップ周波数で電流変調を行うと、へき開端面1
2から出射するレーザ光48は超短光パルス全搬をする
。実際にはその超短光パルスの時間幅は、ストリークカ
メラあるいは第2次高調波変換器2例えばLi1O。
る半導体レーザ16の活性層10に、電源38より電流
を注入する。反射防止膜18が施された第1の端面14
から出射したレーザ光40はレンズ42で平行光とされ
、偏光制御器としての偏光子44.及び波長制御器とし
てのエタロン46を通過し、外部反射器22で反射され
半導体レーザ16に光帰還される。この時偏光子44を
半導体レーザ16からの出射光のTM偏光成分のみが通
過するように配置すると、レーザ光40はTMモード3
4で発振する。本モード同期半導体レーザ装置の注入電
流をしきい値電流以下にバイアスし、外部共振器のラウ
ンドトリップ周波数で電流変調を行うと、へき開端面1
2から出射するレーザ光48は超短光パルス全搬をする
。実際にはその超短光パルスの時間幅は、ストリークカ
メラあるいは第2次高調波変換器2例えばLi1O。
のようなものを用いたオートコリレータで観測すること
が可能である。外部共振器長さ7.5cmとすると、外
部共振器のラウンドドリップ周波数を2GHzとなり、
電源38からの注入電流をその周波数で変調を行うと能
動モード同期が実現され、出射レーザ光48のパルス幅
は1ピコ秒以下となる。すなわちモード同期発振する際
、光のスペクトルが第12図すに示すように、各外部共
振モードが精密に等隔で並び、 一ν −ν −レや なる関係が得らν9+n+i
pan pan p n−lれたことに
よる。すなわち従来報告されているモード同期半導体レ
ーザは、本発明で示したような、偏光を制御する手段と
しての偏光子44を有していないため、常にTMモード
で発振し、従ってへき開端面14の残留反射率の影響が
大であり、発振する光のスペクトルは第12図(a)の
ように各外部共振モードの間隔は等しくな(シffi+
n+I−シman≠νn+。−νや となってしまっn
−1 ており、各外部共振モードが同位相に同期して発損しに
(いため理想的なモード同期が得られに(いのである。
が可能である。外部共振器長さ7.5cmとすると、外
部共振器のラウンドドリップ周波数を2GHzとなり、
電源38からの注入電流をその周波数で変調を行うと能
動モード同期が実現され、出射レーザ光48のパルス幅
は1ピコ秒以下となる。すなわちモード同期発振する際
、光のスペクトルが第12図すに示すように、各外部共
振モードが精密に等隔で並び、 一ν −ν −レや なる関係が得らν9+n+i
pan pan p n−lれたことに
よる。すなわち従来報告されているモード同期半導体レ
ーザは、本発明で示したような、偏光を制御する手段と
しての偏光子44を有していないため、常にTMモード
で発振し、従ってへき開端面14の残留反射率の影響が
大であり、発振する光のスペクトルは第12図(a)の
ように各外部共振モードの間隔は等しくな(シffi+
n+I−シman≠νn+。−νや となってしまっn
−1 ており、各外部共振モードが同位相に同期して発損しに
(いため理想的なモード同期が得られに(いのである。
それに対して、本発明によるモード同期半導体レーザは
偏光を制御し、始めてTMモードで発振させているため
、従来よりも時間的に短かい超短光パルスを発生するこ
とが可能となるわけである。
偏光を制御し、始めてTMモードで発振させているため
、従来よりも時間的に短かい超短光パルスを発生するこ
とが可能となるわけである。
第3図に半導体レーザをモード同期した時の、オートコ
リレータにより測定されるパルス波形を示す。第3図(
a) 、 (b)はそれぞれ従来のTEモードでのモー
ド同期の場合、及びTMモードでのモード同期の場合で
ある。図から明らかなようにTMモードでのモード同期
の方が光パルスの幅を短かくすることが可能であること
は明らかである。
リレータにより測定されるパルス波形を示す。第3図(
a) 、 (b)はそれぞれ従来のTEモードでのモー
ド同期の場合、及びTMモードでのモード同期の場合で
ある。図から明らかなようにTMモードでのモード同期
の方が光パルスの幅を短かくすることが可能であること
は明らかである。
第2図に第2の実施例として光ファイバを用いたTMモ
ード同期半導体レーザ装置の場合を示す。第1の実施例
と概念的には同じであり、第1の実施例におけるレンズ
光学系を光ファイバに置き換えである。すなわち、反射
防止III 18の施された第1の端面14から出射し
たレーザ光は、光ファイバ64に結合され、光フアイバ
64中を伝搬する。光ファイバの端面には偏光器44及
び外部反射器22が配置され、半導体レーザ16からの
出射光のTM酸成分みが通過するように偏光子44を配
置すると、レーザ光60はTMモードで発振する。電源
38から注入する電流をしきい値電流以下にバイアスし
、外部共振器のラウンドトリップ周波数で電流変調を行
うと、第2の端面12から出射するレーザ光66は、超
短光パルス発振となる。
ード同期半導体レーザ装置の場合を示す。第1の実施例
と概念的には同じであり、第1の実施例におけるレンズ
光学系を光ファイバに置き換えである。すなわち、反射
防止III 18の施された第1の端面14から出射し
たレーザ光は、光ファイバ64に結合され、光フアイバ
64中を伝搬する。光ファイバの端面には偏光器44及
び外部反射器22が配置され、半導体レーザ16からの
出射光のTM酸成分みが通過するように偏光子44を配
置すると、レーザ光60はTMモードで発振する。電源
38から注入する電流をしきい値電流以下にバイアスし
、外部共振器のラウンドトリップ周波数で電流変調を行
うと、第2の端面12から出射するレーザ光66は、超
短光パルス発振となる。
本発明においては第1の実施例では、波長制御器として
エタロンを用いて説明したが、いかなる波長制御器であ
ってもよい。回折格子は、波長制御器及び外部反射体と
しての機能を兼ね備える。
エタロンを用いて説明したが、いかなる波長制御器であ
ってもよい。回折格子は、波長制御器及び外部反射体と
しての機能を兼ね備える。
また半導体レーザととしては、通常のファプリーペロー
型半導体レーザのみならず、分布帰還型(DFB)ある
いは分布反射型(DBR)構造のレーザや、複合共振器
構成としたような単一モードレーザ1例えばIPCレー
ザであってもよ(、この場合縦単一モードで発振するた
め波長制御器46が含まれな(でも良い。また半導体レ
ーザ材料としては、発振波長0.7〜0.8μm帯のA
lGaAs系、1.2〜1.6μm帯のInP系のみな
らず、他のあらゆる材料であってもよい。
型半導体レーザのみならず、分布帰還型(DFB)ある
いは分布反射型(DBR)構造のレーザや、複合共振器
構成としたような単一モードレーザ1例えばIPCレー
ザであってもよ(、この場合縦単一モードで発振するた
め波長制御器46が含まれな(でも良い。また半導体レ
ーザ材料としては、発振波長0.7〜0.8μm帯のA
lGaAs系、1.2〜1.6μm帯のInP系のみな
らず、他のあらゆる材料であってもよい。
また本実施例では電源38からの注入電流を変調する能
動モード同期を示したが、半導体レーザ内部に可飽和吸
収領域を有し、CWの注入電流で駆動した受動モード同
期であってもよい。
動モード同期を示したが、半導体レーザ内部に可飽和吸
収領域を有し、CWの注入電流で駆動した受動モード同
期であってもよい。
次に、波長変換型の超短光パルス発生装置の実施例につ
いて説明する。そもそもモード同期半導体レーザの波長
変換効率は、単一モード半導体レーザの場合の(2N2
+1 )/3N倍に増加する。
いて説明する。そもそもモード同期半導体レーザの波長
変換効率は、単一モード半導体レーザの場合の(2N2
+1 )/3N倍に増加する。
ここで、Nは同期している縦モードの本数である。この
ことは、例えば、F、ザーニック、J。
ことは、例えば、F、ザーニック、J。
E、ミツドウィンター「アプライド ノンリニアオブテ
ィクスJ (F、ZERNIKE andJ、E、M
IDWINTER″App1iedNonlinear
0ptics”)A WILEY−INTER8C
IENCE PUBLICATION p、111
に詳しく記載されている。
ィクスJ (F、ZERNIKE andJ、E、M
IDWINTER″App1iedNonlinear
0ptics”)A WILEY−INTER8C
IENCE PUBLICATION p、111
に詳しく記載されている。
また、モード同期半導体レーザの出力光パルスのパルス
幅は論理的には0.1psecぐらいまで短パルス化が
可能であり、ゲインスイッチ法により発生させた場合の
1/10〜1/100程度に抑圧される。
幅は論理的には0.1psecぐらいまで短パルス化が
可能であり、ゲインスイッチ法により発生させた場合の
1/10〜1/100程度に抑圧される。
従って、上に述べた本発明の実施例の構成によって、モ
ード同期された半導体レーザの短パルス出力を波長変換
することにより、第2高調波の高出力化および短パルス
化が可能となる。
ード同期された半導体レーザの短パルス出力を波長変換
することにより、第2高調波の高出力化および短パルス
化が可能となる。
第4図に本発明の第3の実施例による波長変換超短光パ
ルス発生装置の構成図を示す。16は波長0.84μm
のAlGaAs半導体レーザ、52.56.70はレン
ズ、46はエタロン板、22は外部反射器、44は偏光
器、58は波長変換素子、60は光導波路である。半導
体レーザ16の第1の端面には反射防止膜18が施され
ている。波長変換素子58は、Z−CutのLiNbO
3基板(サイズ2 X 2 X 6m5)にプロトン交
換により光導波路(幅×厚み×長さ=2μmX0.4μ
m X 6 vm )を形成したもので、基本波は最低
次TMモード、高調波はTM放射モードである。
ルス発生装置の構成図を示す。16は波長0.84μm
のAlGaAs半導体レーザ、52.56.70はレン
ズ、46はエタロン板、22は外部反射器、44は偏光
器、58は波長変換素子、60は光導波路である。半導
体レーザ16の第1の端面には反射防止膜18が施され
ている。波長変換素子58は、Z−CutのLiNbO
3基板(サイズ2 X 2 X 6m5)にプロトン交
換により光導波路(幅×厚み×長さ=2μmX0.4μ
m X 6 vm )を形成したもので、基本波は最低
次TMモード、高調波はTM放射モードである。
半導体レーザ素子16.レンズ70および外部反射体2
2はモード同期半導体レーザを構成しており、半導体レ
ーザ素子16の第1の端面より出射したレーザ光68は
レンズ70でコリメートされTMモードのみを通過する
偏光器44及びエタロン板46を通過し、外部反射体2
2で反射された後、再び半導体レーザ素子16に帰還さ
れる。
2はモード同期半導体レーザを構成しており、半導体レ
ーザ素子16の第1の端面より出射したレーザ光68は
レンズ70でコリメートされTMモードのみを通過する
偏光器44及びエタロン板46を通過し、外部反射体2
2で反射された後、再び半導体レーザ素子16に帰還さ
れる。
半導体レーザ素子16をしきい値電流以下にバイアスし
、変調周波数f =C/2L(Cは光速。
、変調周波数f =C/2L(Cは光速。
Lは半導体レーザ)端面18と外部反射体22間の光学
長)で変調することにより、モード間隔Δν=C/2L
の各モードが同期して発振し、TMモードの短パルス光
50が発生する。
長)で変調することにより、モード間隔Δν=C/2L
の各モードが同期して発振し、TMモードの短パルス光
50が発生する。
半導体レーザ16の第2の端面12より出射した短パル
ス光50はレンズ52でコリメートされ、レンズ56で
光導波路60に入射される。
ス光50はレンズ52でコリメートされ、レンズ56で
光導波路60に入射される。
光導波路60に入射した基本波の一部は波長0.42μ
mの第2高調波に波長変換されてチェレンコフ放射72
として基板側に出力される。
mの第2高調波に波長変換されてチェレンコフ放射72
として基板側に出力される。
第2高調波の強度は基本波の強度の2乗に比例するため
、第2の高調波のパルス光のパルス幅は基本波のパルス
幅よりも短(なる。本実施例では、パルス幅10pse
cの基本波より7pseCの第2高調波が得られた。
、第2の高調波のパルス光のパルス幅は基本波のパルス
幅よりも短(なる。本実施例では、パルス幅10pse
cの基本波より7pseCの第2高調波が得られた。
第8図にストリークカメラで測定された第2高調波の光
パルス波形を示す。第11図(a)及び(b)はそれぞ
れ半導体レーザをゲインスイッチングした場合とTMモ
ードでモード同期した場合である。
パルス波形を示す。第11図(a)及び(b)はそれぞ
れ半導体レーザをゲインスイッチングした場合とTMモ
ードでモード同期した場合である。
図より明らかなようにTMモード同期した方がパルス幅
を時間的に短か(することが可能である。
を時間的に短か(することが可能である。
第5図に本発明の第4の実施例を示す。本実施例は、第
2の実施例で示した、光ファイバを用いたTMモード同
期半導体レーザを波長変換素子に結合したものである。
2の実施例で示した、光ファイバを用いたTMモード同
期半導体レーザを波長変換素子に結合したものである。
従ってモード同期半導体レーザ部分の説明を省略する。
半導体レーザ16の第2の端面12から出射するTMモ
ードの短パルス光50を、レンズ52.56を介して波
長変換素子58上に形成された光導波路60上に結合す
ると、第2高調波光72がチェレンコフ放射として基板
側に出力される。
ードの短パルス光50を、レンズ52.56を介して波
長変換素子58上に形成された光導波路60上に結合す
ると、第2高調波光72がチェレンコフ放射として基板
側に出力される。
この第3及び第4の本発明の実施例で強調すべきことは
、第5図に示した従来例と比較すると、TMモードでの
モード同期を用いているため以下の特長がある。λ/2
板を用いる必要がなく、容易に半導体レーザと光導波路
の高い結合が得られる。従来のゲインスイッチ法と比較
しても第2高調波光のパルス幅が短く、かつ高出力化が
可能である。
、第5図に示した従来例と比較すると、TMモードでの
モード同期を用いているため以下の特長がある。λ/2
板を用いる必要がなく、容易に半導体レーザと光導波路
の高い結合が得られる。従来のゲインスイッチ法と比較
しても第2高調波光のパルス幅が短く、かつ高出力化が
可能である。
第6図に本発明の第5の実施例による波長変換超短光パ
ルス発生装置の構成図を示す。
ルス発生装置の構成図を示す。
半導体レーザ16の第1の端面には反射防止膜18が第
2の端面には高反射膜74が施されている。波長変換素
子58の入射端には基本波の波長に対する反射防止膜7
6が、出射端には基本波に対する高反射膜78が施され
ている。
2の端面には高反射膜74が施されている。波長変換素
子58の入射端には基本波の波長に対する反射防止膜7
6が、出射端には基本波に対する高反射膜78が施され
ている。
半導体レーザ16の出射光78はレンズ52゜56を介
して波長変換素子58に入射し、光導波路60を導波し
た後、高反射膜78で反射され再び半導体レーザ素子1
6に帰還される。光導波路60はTEモードは放射モー
ドとなり、導波しないためTMモードのみが導波して半
導体レーザ素子16に帰還されるため、半導体レーザ素
子16はTMモードしきい利得がTEモードより小さ(
なり、1Mモード発振となる。
して波長変換素子58に入射し、光導波路60を導波し
た後、高反射膜78で反射され再び半導体レーザ素子1
6に帰還される。光導波路60はTEモードは放射モー
ドとなり、導波しないためTMモードのみが導波して半
導体レーザ素子16に帰還されるため、半導体レーザ素
子16はTMモードしきい利得がTEモードより小さ(
なり、1Mモード発振となる。
本実施例では、波長変換素子58の高反射膜78を施さ
れた端面を外部反射器としてモード同期半導体レーザを
構成しており、半導体レーザをしきい値電流以下にバイ
アスして変調周波数f、=C/2L (Lは端面18.
端面78間の光学長)で変調することにより、小型かつ
安定な構成で第2高調波の短パルス光が得られる。
れた端面を外部反射器としてモード同期半導体レーザを
構成しており、半導体レーザをしきい値電流以下にバイ
アスして変調周波数f、=C/2L (Lは端面18.
端面78間の光学長)で変調することにより、小型かつ
安定な構成で第2高調波の短パルス光が得られる。
第7図に本発明の第6の実施例による波長変換超短光パ
ルス発生装置の構成図を示す。
ルス発生装置の構成図を示す。
半導体レーザ素子16と波長変換素子58がバパット結
合されている以外は第5の実施例と同様であるが、レン
ズ系を用いないため装置がさらに小型化され、光軸合せ
も容易となる。
合されている以外は第5の実施例と同様であるが、レン
ズ系を用いないため装置がさらに小型化され、光軸合せ
も容易となる。
以上、第3〜第6の実施例においては、波長変換素子と
してLiNb0.基板を用いたが、L i Tag、、
L t 10.、HIO3,KNbO3等の材料であっ
てもよい。また、位相整合は、導波モードと放射モード
間で行ったが、2つの導波モード間で行ってもよい。ま
たもちろん能動モード同期のみならず受動モード同期で
あってもよい。
してLiNb0.基板を用いたが、L i Tag、、
L t 10.、HIO3,KNbO3等の材料であっ
てもよい。また、位相整合は、導波モードと放射モード
間で行ったが、2つの導波モード間で行ってもよい。ま
たもちろん能動モード同期のみならず受動モード同期で
あってもよい。
発明の効果
以上のように本発明の超短光パルス半導体レーザ装置は
、従来にないTMモードを用いた装置であり、短い光パ
ルスを発生させることが可能である。従って光パルス発
掘器として高性能化されており、例えば光コンピュータ
の基準クロック光パルスとしても非常に有効である。ま
た光パルスの時間幅が小さいことにより、高ビツトレー
ト化が可能であり、外部変調器と組み合わさせると光通
信用光源としても適している。また本超短光パルス半導
体レーザ装置は、従来の装置と比較しても、光のスペク
トルとしての外部共振モードが精密に等しい周波数間隔
で並んでいるため、光の周波数基準として用いることも
可能である。また、モード同期技術によって発生した短
パルス光を波長変換することにより、従来のゲインスイ
ッチ法により発生した短パルス光の波長変換よりも変換
効率の向上および短パルス化が可能であり、また、波長
変換素子の出射端面でモード同期用の反射器を構成する
ことにより、装置の小型化も可能となる。
、従来にないTMモードを用いた装置であり、短い光パ
ルスを発生させることが可能である。従って光パルス発
掘器として高性能化されており、例えば光コンピュータ
の基準クロック光パルスとしても非常に有効である。ま
た光パルスの時間幅が小さいことにより、高ビツトレー
ト化が可能であり、外部変調器と組み合わさせると光通
信用光源としても適している。また本超短光パルス半導
体レーザ装置は、従来の装置と比較しても、光のスペク
トルとしての外部共振モードが精密に等しい周波数間隔
で並んでいるため、光の周波数基準として用いることも
可能である。また、モード同期技術によって発生した短
パルス光を波長変換することにより、従来のゲインスイ
ッチ法により発生した短パルス光の波長変換よりも変換
効率の向上および短パルス化が可能であり、また、波長
変換素子の出射端面でモード同期用の反射器を構成する
ことにより、装置の小型化も可能となる。
第1図、第2図は本発明の第1および第2の実施例にお
ける超短光パルス半導体レーザ装置の概略構成図、第3
図はオートコリレータで測定されたTEモードでの短パ
ルス測定結果とTMモードでの短パルス測定結果をそれ
ぞれ示す特性図、第4図〜第7図は本発明の第3〜第6
の実施例における波長変換型超短光パルス発生装置の概
略構成図、第8図はストリークカメラで測定したゲイン
スイッチ法により得られた短パルスの波形とTMモード
のモード同期法により得られた短パルスの波形をそれぞ
れ示す特性図、第9図は従来のTEモードのモード同期
半導体レーザの概略構成図、第1O図は半導体レーザ端
面反射率の偏光依存性を示す特性図、第11図は半導体
レーザをTMモード発娠させるための構造図、第12図
は外部共振モード間隔の周波数分布についてTEモード
とTMモードの違いを示す図、第13図は従来の波長変
換型超短光パルス発生装置の概略図、第14図は半導体
レーザと波長変換素子の配置、半導体レーザのニアフィ
ールドパターンと偏光方向、波長変換素子内の導波可能
な光のニアフィールドパターンと偏光方向を示す図であ
る。 10・・・・・・活性層、12.14・・・・・・へき
開面、16・・・・・・半導体レーザ、18.76・・
・・・・反射防止膜、22・・・・・・反射体、34・
・・・・・TMモード、38・・・・・・電源、40.
48・・・・・・レーザ光、42,52.56.70・
・・・・・レンズ、44・・・・・・偏光子、46・・
・・・・エタロン、64・・・・・・光ファイバ 58
・・・・・・波長変換素子、60・・・・・・光導波路
、74.78・・・・・・高反射膜。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか1名第 図 delay t;me (Psec) 弔 図 弔 図 H3,76−反罰防止腹 72.74−K 反# till 粥 図 time(Psec) time (PSeす 第1 0図 活 粧 厚 (μm)
ける超短光パルス半導体レーザ装置の概略構成図、第3
図はオートコリレータで測定されたTEモードでの短パ
ルス測定結果とTMモードでの短パルス測定結果をそれ
ぞれ示す特性図、第4図〜第7図は本発明の第3〜第6
の実施例における波長変換型超短光パルス発生装置の概
略構成図、第8図はストリークカメラで測定したゲイン
スイッチ法により得られた短パルスの波形とTMモード
のモード同期法により得られた短パルスの波形をそれぞ
れ示す特性図、第9図は従来のTEモードのモード同期
半導体レーザの概略構成図、第1O図は半導体レーザ端
面反射率の偏光依存性を示す特性図、第11図は半導体
レーザをTMモード発娠させるための構造図、第12図
は外部共振モード間隔の周波数分布についてTEモード
とTMモードの違いを示す図、第13図は従来の波長変
換型超短光パルス発生装置の概略図、第14図は半導体
レーザと波長変換素子の配置、半導体レーザのニアフィ
ールドパターンと偏光方向、波長変換素子内の導波可能
な光のニアフィールドパターンと偏光方向を示す図であ
る。 10・・・・・・活性層、12.14・・・・・・へき
開面、16・・・・・・半導体レーザ、18.76・・
・・・・反射防止膜、22・・・・・・反射体、34・
・・・・・TMモード、38・・・・・・電源、40.
48・・・・・・レーザ光、42,52.56.70・
・・・・・レンズ、44・・・・・・偏光子、46・・
・・・・エタロン、64・・・・・・光ファイバ 58
・・・・・・波長変換素子、60・・・・・・光導波路
、74.78・・・・・・高反射膜。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか1名第 図 delay t;me (Psec) 弔 図 弔 図 H3,76−反罰防止腹 72.74−K 反# till 粥 図 time(Psec) time (PSeす 第1 0図 活 粧 厚 (μm)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)第1の端面に反射防止膜を施された半導体レーザ
と、前記第1の端面から出射されるレーザ光を平行光と
する光学系と、前記レーザ光を前記半導体レーザの第1
の端面へ帰還せしめる共振器面としての外部反射器と、
前記半導体レーザに電流注入を行うための電源を有し、
レーザの共振器としては、半導体レーザの第2の端面と
前記外部反射器により構成され、前記光学系と前記外部
反射器の間に、偏光を制御する偏光器が、前記レーザ光
のTMモードのみ通過するように配置され、前記半導体
レーザの第1及び第2の端面から出射される前記レーザ
光がTMモードでモード同期発振することを特徴とする
超短光パルス半導体レーザ装置。 (2)第1の端面に反射防止膜を施された半導体レーザ
と、前記第1の端面から出射されるレーザ光を結合し、
導波する光ファイバと、前記レーザ光を前記半導体レー
ザの第1の端面へ帰還せしめる共振器面としての外部反
射器と、前記半導体レーザに電流注入を行うための電源
を有し、レーザの共振器としては、半導体レーザの第2
の端面と前記外部反射器により構成され、前記光ファイ
バと前記外部反射器の間に、偏光を制御する偏光器が、
前記レーザ光のTMモードのみ通過するように配置され
、前記半導体レーザの第1及び第2の端面から出射され
るレーザ光がTMモードでモード同期発振することを特
徴とする超短光パルス半導体レーザ装置。 (3)波長制御器としてのエタロンが、前記偏光器と前
記外部反射体の間に配置されていることを特徴とする請
求項1又は2記載の超短光パルス半導体レーザ装置。 (4)外部反射器として波長制御機能をもつ回折格子を
用いることを特徴とする請求項1又は2記載の超短光パ
ルス半導体レーザ装置。 (5)請求項1又は2記載の超短光パルス半導体レーザ
装置の第2の端面から出射されるレーザ光が、光導波路
構造を有する波長変換素子に光学的に結合した構造を備
え、前記半導体レーザ装置の第2の端面から出射される
TMモードでモード同期発振する超短光パルス光を基本
波として前記波長変換素子に結合し、前記波長変換素子
からの出力光として、前記基本波の第2高調波を発生す
ることを特徴とする波長変換型超短光パルス発生装置。 (6)半導体レーザ装置と光導波路構造を有する波長変
換素子が光学的に結合した構造を備え、前記半導体レー
ザ装置に電流注入を行うための電源を有し、前記半導体
レーザ装置は前記波長変換素子と結合する第1の端面に
反射防止膜を有し、前記波長変換素子より遠い第2の端
面に高反射膜を有しており、前記波長変換素子は、前記
半導体レーザ装置と結合する第1の端面に基本波に対す
る反射防止膜を有し、前記半導体レーザ装置より遠い第
2の端面に基本波として結合されたレーザ光を前記半導
体レーザ装置へ帰還せしめる外部反射体として機能する
高反射膜を有しており、前記波長変換素子を伝搬する基
本波の導波モードがTMモードであり、半導体レーザ装
置がTMモードでモード同期発振することを特徴とする
波長変換型超短光パルス発生装置。 (7)半導体レーザ装置を波長変換素子がコリメートレ
ンズとフォーカシングレンズで光学的に結合したことを
特徴とする請求項5又は6記載の波長変換型超短光パル
ス発生装置。 (8)半導体レーザ装置を波長変換素子がパット結合し
たことを特徴とする請求項5又は6記載の波長変換型超
短光パルス発生装置。 (9)半導体レーザとして分布帰還型半導体レーザを用
いる請求項1又は2に記載の超短光パルス半導体レーザ
装置。 (10)半導体レーザの内部に可飽和吸収領域を有する
請求項1又は2に記載の超短光パルス半導体レーザ装置
。 (11)電源から半導体レーザに注入される電流が、半
導体レーザの第1の端面と外部反射体までの光学距離L
に対して、そのラウンドトリップ周波数C/2L(C;
光速)で変調されていることを特徴とする請求項1又は
2に記載の超短光パルス半導体レーザ装置。(12)半
導体レーザ装置として分布帰還型半導体レーザ装置を用
いる請求項5又は6に記載の波長変換型超短光パルス発
生装置。 (13)半導体レーザ装置の内部に可飽和吸収領域を有
する請求項5又は6に記載の波長変換型超短光パルス発
生装置。 (14)電源から半導体レーザ装置に注入される電流が
、半導体レーザ装置の第1の端面と外部反射体までの光
学距離Lに対して、そのラウンドトリップ周波数C/2
L(C;光速)で変調されていることを特徴とする請求
項5又は6に記載の波長変換型超短光パルス発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63299855A JPH0793475B2 (ja) | 1987-11-27 | 1988-11-28 | 超短光パルス半導体レーザ装置および波長変換型超短光パルス発生装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62-300706 | 1987-11-27 | ||
JP30070687 | 1987-11-27 | ||
JP63299855A JPH0793475B2 (ja) | 1987-11-27 | 1988-11-28 | 超短光パルス半導体レーザ装置および波長変換型超短光パルス発生装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02395A true JPH02395A (ja) | 1990-01-05 |
JPH0793475B2 JPH0793475B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=26562098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63299855A Expired - Fee Related JPH0793475B2 (ja) | 1987-11-27 | 1988-11-28 | 超短光パルス半導体レーザ装置および波長変換型超短光パルス発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0793475B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03229478A (ja) * | 1990-02-05 | 1991-10-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | モード同期レーザ装置 |
US6015118A (en) * | 1997-06-23 | 2000-01-18 | Shimano, Inc. | Control cable guide for a bicycle |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS562265U (ja) * | 1979-06-18 | 1981-01-10 | ||
JPS58225684A (ja) * | 1982-06-24 | 1983-12-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザ装置 |
-
1988
- 1988-11-28 JP JP63299855A patent/JPH0793475B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS562265U (ja) * | 1979-06-18 | 1981-01-10 | ||
JPS58225684A (ja) * | 1982-06-24 | 1983-12-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体レ−ザ装置 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03229478A (ja) * | 1990-02-05 | 1991-10-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | モード同期レーザ装置 |
US6015118A (en) * | 1997-06-23 | 2000-01-18 | Shimano, Inc. | Control cable guide for a bicycle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0793475B2 (ja) | 1995-10-09 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |