JPH06196779A - 光発生装置 - Google Patents

光発生装置

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JPH06196779A
JPH06196779A JP4343921A JP34392192A JPH06196779A JP H06196779 A JPH06196779 A JP H06196779A JP 4343921 A JP4343921 A JP 4343921A JP 34392192 A JP34392192 A JP 34392192A JP H06196779 A JPH06196779 A JP H06196779A
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JP
Japan
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semiconductor laser
grating
laser
light
face
Prior art date
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Pending
Application number
JP4343921A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Kitaoka
康夫 北岡
Kazuhisa Yamamoto
和久 山本
Kiminori Mizuuchi
公典 水内
Makoto Kato
誠 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 光ディスクの高密度記録や画像処理等で要求
されている小型且つ安定で高効率な短波長光源を提供す
る。 【構成】 マルチモード半導体レーザー1とグレーティ
ング3を組み合わせることで、安定で高効率な短波長光
や固体レーザーが実現される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高密度光ディスクシス
テム等に使用する半導体レーザーや半導体レーザーを励
起光源とする固体レーザー及び短波長光源の高効率化及
び安定化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザーを励起光源として高効率
波長変換によりグリーン、ブルー光源を得ることが、光
ディスクの高密度記録や画像処理等で要求されている。
ここで得られる出力光は横モードがガウシアンで回折限
界近くまで集光でき、且つ出力が数mW程度で周波数的に
も時間的にも安定であることが必要である。
【0003】半導体レーザーを光源として数十mW以上の
高出力短波長光源を得るには、波長変換素子として擬位
相整合(以下、QPMと記す。)方式の分極反転導波路
(山本他、オプティクス・レターズ Optics Letters V
ol.16, No.15, 1156 (1991))を用いたり、単一縦モー
ドスペクトルの半導体レーザーを励起光源として固体レ
ーザーの共振器内部に波長変換素子を挿入して高調波を
得る内部共振器型が有力である。ここでは非線形光学結
晶としてQPM方式の分極反転導波路を例にとって説明
する。
【0004】現在、QPM方式の分極反転導波路を用い
て、半導体レーザーの導波路内への入射光強度35mWに対
し1.1mWのブルー光が得られている。しかし、QPM分
極反転導波路素子は波長許容度が0.2nmしかなく、また
半導体レーザーの温度の変化に対する発振波長の揺らぎ
が0.2nm/℃あり、戻り光によるモードホップが1nm程度
あるため、出力は数秒しか安定しない。そのため、半導
体レーザーの波長安定化が不可欠となる。
【0005】また、固体レーザーの内部共振器型を用い
て、半導体レーザーのNd:YVO4への励起強度が50mWに対
し3mW程度のグリーン光を得ている。しかし、レーザー
材料の吸収スペクトルの半値幅はNd:YVO4の場合数nmで
あり、モードホップや縦モードのマルチ化は出力ノイズ
の原因となる。そのため、半導体レーザーの波長安定化
が不可欠となる。
【0006】このように縦モードがシングルモードの半
導体レーザーを励起光とした光発生装置においては、半
導体レーザーの出射側にグレーティングを設置した半導
体レーザーを励起光とした分極反転型導波路型短波長光
源(概略構成図を図5)や、内部共振器型固体レーザー
を用いた短波長光源(概略構成図を図6)が提案され
た。
【0007】概略構成図5において501は0.83μm帯
の50mW級AlGaAs半導体レーザー、502はコリメートレ
ンズ、503はλ/2板、504はN.A.=0.6のフォーカ
シングレンズ、505は半導体レーザーの光軸に対して
θだけ傾斜して設置されたグレーティングである。グレ
ーティング505の形状は直線形状である。半導体レー
ザー501の後端面506には高反射率コートが施して
ある。グレーティングで反射した波長830nmのレーザー
光は、λ/2板503で偏向方向を回転させフォーカシ
ングレンズ504で導波路端面507に集光され、周期
3.7μmの分極反転層をもつ分極反転導波路508を伝ぱ
んした光は波長415nmに波長変換され、導波路端面50
9より出射される。
【0008】同様に概略構成図6において、601は80
9nm帯の60mW級AlGaAs半導体レーザー、602はコリメ
ートレンズ、603はf=12.5mmのフォーカシングレン
ズ、604は半導体レーザーの光軸に対してθだけ傾斜
して設置されたグレーティングである。グレーティング
604の形状は直線形状である。入射角30゜に対し深さ
0.29μm、ピッチ0.83μmの時、回折効率は10%程度が得
られ、安定な単一モード発振が得られた。半導体レーザ
ーの端面605から放射された光はコリメートレンズ6
02により平行光にされグレーティング604により一
部が半導体レーザーの活性層606に帰還し、残りは反
射光(0次回折光)として、f=12.5mmのフォーカシング
レンズ603によりNd:YVO4607の端面608に集光
される。出力ミラー609とNd:YVO4の端面608で共
振した基本波は非線形光学結晶610により波長変換さ
れ出力ミラー609より出射される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】現状では単一縦モード
で発振可能な半導体レーザーの出力は100mW程度で
あり、これらの半導体レーザーを励起光とした場合に得
られるグリーンやブルー光の出力は10mW以下であ
る。しかしながら、光ディスクの書き込み用光源などの
ように10mW以上のグリーン、ブルー光源も求められ
ている。
【0010】100mW以上の半導体レーザーは縦モー
ドスペクトルがマルチモードであり高効率でかつ安定な
出力を得ることが難しい。
【0011】本発明は以上示したような半導体レーザー
と分極反転型導波路や固体レーザーを組み合わせた短波
長光源の課題を克服し、高効率且つ安定な高調波出力を
提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、 (1)縦モードスペクトルがマルチモードの半導体レー
ザーと、溝本数が1400本/mm以上2000本/m
m以下のフィードバック用グレーティングを備え、前記
グレーティングにより半導体レーザーの縦モードスペク
トルをロックし、前記グレーティングからの反射光を固
体レーザー結晶の励起光源として用いることで安定でか
つ高効率な光源を得ようとするものである。
【0013】また本発明は、 (2)縦モードスペクトルがマルチモードの半導体レー
ザーと、溝本数が1400本/mm以上2000本/m
m以下のフィードバック用グレーティングを備え、前記
グレーティングにより半導体レーザーの縦モードスペク
トルをロックし、前記グレーティングからの反射光を非
線形光学結晶の励起光源として用いることで安定でかつ
高効率な光源を得ようとするものである。
【0014】
【作用】本発明は、縦モードがマルチモードの高出力
(100mW以上)半導体レーザーとグレーティングを
組み合わせ、グレーティングからの回折光を半導体レー
ザーに戻して半導体レーザから出射する光の波長を安定
化でき、また縦モードスペクトルを狭くできるため、安
定でかつ高効率なグリーンやブルーの高調波光が実現さ
れるものである。
【0015】
【実施例】本発明のマルチモード半導体レーザーとグレ
ーティングフィードバックを備えた概略構成図を図1に
示す。
【0016】図1は1は0.83μm帯の200mW級AlGaAs半導
体レーザー、2はN.A.=0.55のコリメートレンズ、3は
半導体レーザーの光軸に対してθだけ傾斜して設置され
たグレーティングである。
【0017】半導体レーザーの端面4から出射したレー
ザー光はN.A.=0.55のコリメートレンズ2により平行光
にされグレーティング3の波長分散効果によりある特定
の波長だけが半導体レーザーの端面4に集光され活性層
5に光帰還して半導体レーザーの波長が安定化する。グ
レーティング3は、次式ピッチdを持つ直線形状であ
る。
【0018】d=λ/(2sinθ) (1) λはLDの発振波長、dはグレーティングのピッチ、θ
はレーザー光の光軸とグレーティングのなす角である。
【0019】このときに重要なパラメータは (1)半導体レーザーの端面4の反射率 (2)半導体レーザーの活性層の厚みとグレーティングの
ピッチの関係 である。グレーティングによる半導体レーザーの活性層
へのフィードバック量を数%程度にしたとき、端面4の
反射率と相対雑音強度(RIN)の関係を図2に示す。
0.5%以下の反射率ではグレーティングによるフィー
ドバック量が小さいため発振しきい値が上がってしまう
ため高い出力が取り出せなかった。また、フィードバッ
ク量の変化に対する出力の変化が大きかった。0.5%
以上の反射率では容易に発振が起こり、出力も200m
W程度まで取り出すことが可能であり、そのときのRI
Nは-150dB/Hz以下であった。しかしながら端面4の反
射率が2.5%以上ではロックの状態が不安定となり、
5%以上ではロックがかからなくなった。このときのR
INは-115dB/Hz程度であった。この結果、半導体レー
ザーの出射端面4の反射率は0.5%以上2.5%以下
であることが最適であることがわかる。
【0020】次に半導体レーザーの活性層の厚みとグレ
ーティングのピッチの関係を示す。半導体レーザーの活
性層の長さは600μm程度でありこのときの縦モード
間隔は0.2nm程度である。この0.2nmに対する
グレーティングの波長分散効果を(1)式を使って求め
る。結果を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】この結果から、N.A.=0.55のコリメートレ
ンズ用いたときの半導体レーザーの端面5上での集光位
置のとなりの縦モードとの距離を計算した。この結果も
表1に示す。半導体レーザーの活性層の厚みが1μm程
度であることを考慮して、実際に実験を行った。単一縦
モードにロックされたのは、ピッチが1400本/mm
以上2000本/mm以下であった。2000本/mm
以上のグレーティングでロックがかからなかったのは、
830nm程度の波長に対してほとんど回折効率が得ら
れないためであり、波長830nm帯のマルチモード半
導体レーザーをシングルモード化するためには、ピッチ
が1400本/mm以上2000本/mm以下のグレー
ティングを用いなければならない。
【0023】ここでもう一つ重要なことは半導体レーザ
ーのグレーティングからの反射光が固体レーザー結晶上
や非線形光学結晶上に集光できることである。1W級の
マルチモードの半導体レーザーは活性層の幅が50μm
以上あり、たとえ縦モードスペクトルを単一化しても高
効率化が望めない。半導体レーザー励起固体レーザーに
おいてLD出力100mWに対して得られた出力と活性
層の幅の関係を図3に示す。活性層の幅が50μmの半
導体レーザーで励起したときに得られる出力強度は、シ
ングルモードレーザー(活性層幅、4μm)の約85%
程度が得られたが、活性層幅が100μmで励起した場
合には得られた出力の強度は30%程度しか得られなか
った。この結果、高効率な固体レーザーの発振が得られ
るためには活性層の幅が50μm以下であることが必要
である。
【0024】半導体レーザー励起固体レーザにおいて、
最適にマルチモード半導体レーザーのロックしたとき、
LD出力と得られた固体レーザー出力の関係を図4に示
す。ロックされていない時と比べると2倍の出力が得ら
れることがわかる。
【0025】以上の実施例においては半導体レーザー励
起固体レーザーについて説明したが、QPM方式の分極
反転導波路のような非線形光学結晶による波長変換にお
いても、上記実施例に示すグレ−ティングフィードバッ
ク半導体レーザー用いると同じような効果が得られる。
【0026】
【発明の効果】本発明は、マルチモードの半導体レーザ
ーとフィードバック用グレーティングを備えた光発生装
置を励起光源として、QPM分極反転導波路などの非線
形光学結晶及び固体レーザーにより安定で高出力のグリ
ーンやブルーの短波長光源が実現されるので、出力が低
ノイズで安定であることが必要とされる光ディスクや計
測用の光源を実現できその実用的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマルチモード半導体レーザーとフィー
ドバック用グレーティングを組み合せた光発生装置の概
略構成図
【図2】本発明の光発生装置の半導体レーザーの端面反
射率と相対雑音強度の関係図
【図3】本発明の光発生装置の半導体レーザーの活性層
の幅と出力強度の関係図
【図4】励起用マルチモード半導体レーザーのフィード
バック用グレーティングが有る場合と無い場合の固体レ
ーザーから得られる出力強度を表す図
【図5】従来のグレーティングフィードバックを用いた
半導体レーザーと分極反転型導波路の組み合わせによる
短波長光源の概略構成図
【図6】従来のグレーティングフィードバックを用いた
半導体レーザーと内部共振器型固体レーザーの組み合わ
せによる短波長光源の概略構成図
【符号の説明】
1 半導体レーザ 2 コリメートレンズ 3 グレーティング 4 端面 5 活性層 501 半導体レーザー 502 コリメートレンズ 503 λ/2 504 フォーカシングレンズ 505 グレーティング 506 端面 507 端面 508 分極反転導波路 509 端面 601 半導体レーザー 602 コリメートレンズ 603 フォーカシングレンズ 604 グレーティング 605 端面 606 活性層 607 Nd:YVO4 608 端面 609 出力ミラー 610 非線形光学結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/109 8934−4M 3/133 (72)発明者 加藤 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】縦モードスペクトルがマルチモードの半導
    体レーザーと、溝本数が1400本/mm以上2000
    本/mm以下のフィードバック用グレーティングを備
    え、前記グレーティングにより半導体レーザーの縦モー
    ドスペクトルをロックし、前記グレーティングからの反
    射光を固体レーザー結晶の励起光源として用いる構成を
    特徴とする光発生装置。
  2. 【請求項2】縦モードスペクトルがマルチモードの半導
    体レーザーと、溝本数が1400本/mm以上2000
    本/mm以下のフィードバック用グレーティングを備
    え、前記グレーティングにより半導体レーザーの縦モー
    ドスペクトルをロックし、前記グレーティングからの反
    射光を非線形光学結晶の励起光源として用いる構成を特
    徴とする光発生装置。
  3. 【請求項3】上記半導体レーザーにおいて、出射端面の
    反射率が0.5%以上2.5%以下であることを特徴と
    する請求項1または2記載の光発生装置。
  4. 【請求項4】上記半導体レーザーにおいて、活性層の幅
    が50μm以下であることを特徴とする請求項1または
    2記載の光発生装置。
JP4343921A 1992-12-24 1992-12-24 光発生装置 Pending JPH06196779A (ja)

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JP4343921A JPH06196779A (ja) 1992-12-24 1992-12-24 光発生装置

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004100331A1 (ja) * 2003-05-09 2004-11-18 Hamamatsu Photonics K.K. 半導体レーザ装置
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JP2009540582A (ja) * 2006-06-13 2009-11-19 アー・ファウ・エル・リスト・ゲー・エム・ベー・ハー モノリシック構造の共振器を備える固体レーザ

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