JPS5941316B2 - 高速変調が可能な半導体レ−ザ装置 - Google Patents

高速変調が可能な半導体レ−ザ装置

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JPS5941316B2
JPS5941316B2 JP50059005A JP5900575A JPS5941316B2 JP S5941316 B2 JPS5941316 B2 JP S5941316B2 JP 50059005 A JP50059005 A JP 50059005A JP 5900575 A JP5900575 A JP 5900575A JP S5941316 B2 JPS5941316 B2 JP S5941316B2
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JP
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semiconductor laser
light
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optical
spike
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JP50059005A
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功郎 小林
ラング ロイ
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、半導体レーザ、特に信号パルス電流による
光出力直接変調に際して高速変調が可能な半導体レーザ
装置に関する。
半導体レーザは、小型、軽量、高効率、直接変調容易等
の多くの利点を持つているために光通信や光情報処理等
の重要な光源となりつつあるが、現状では信号パルス電
流による直接変調の上限は実用上毎秒400メガビット
程度にとどまつている。
その主な原因は、光出力パルスの最初の部分にあられれ
るスパイク状の振動によつて光出力パルス波形がひどく
乱される点にある。したがつて、より高速の変調を行な
おうとする場合には、この光出力のスパイク状の振動を
消す必要があり、その一方法として直接変調される半導
体レーザの共振器に外部から光を注入する方法が考えら
れている(外部光の注入によるスパイク状振動の抑圧に
ついては例えば特願昭49−96737を参照されたい
)。この方法によれば、光出力のスパイク状の振動がほ
ぼ完全に抑圧されるとともに、レーザ発振の立上りの遅
れ時間も減少するために、良好な高速変調が可能となる
が、次のような欠点も有している。すなわち、外部から
注入する光の光源としても半導体レーザを用いるのが望
ましくそのためにひとつの半導体レーザ装置の中にふた
つの半導体レーザ素子を用いることになり、素子の寿命
の点でひとつの半導体レーザ素子だけを使う場合より劣
ることや、スパイク状の振動をおさえることによつて光
出力パルスの波高値を振動がないときの平均値に落して
しまうためにスパイク状振動の高い波高値を有効に利用
できないことなどである。この発明の目的は、上記欠点
を除去しひとつの半導体レーザ素子を用いた高速変調が
可能な半導体レーザ装置を提供することにある。
この発明によれば、高速の信号パルス電流が印加される
半導体レーザ素子と、その少なとも一方の出力側に設置
されその出力光をおり返してその一部を前記半導体レー
ザ素子の活性領域へ帰還させる反射鏡とからなる半導体
レーザ装置が得られる。
この発明では、信号パルス電流で変調された半導体レー
ザの出力光の一部を適当な時間後にその半導体レーザに
もどしてやることによつて前述のスパイク状の振動の周
期および谷の落ち込みを減少させて変調特性を改善する
すなわち出力光の一部をおり返してスパイク状の振動の
周期よりも短かい時間でもどしてやることにより、出力
光の振動の谷を埋めるのである。この方法は出力光の振
動を利用しているため出力光パルスはその振動による高
い波高値がそのまま有効に利用できる。また半導体レー
ザ素子はひとつで良いため素子の寿命の点でも他の方法
と較べて特に劣らない。帰還させる光強度は出力光強度
の数%以下で良いので、反射鏡等の設置は容易で長期的
な安定度も問題がない。尚、本発明に類似の発明が特開
昭49一 91386及び特開昭49−97582公報に記載され
ている。
しかし、本発明は下記に示すように上記公報記載の発明
とは技術思想、構成、効果において異なつている。すな
わち、本発明は、単体の半導体レーザに反射鏡を付加し
て、その半導体レーザの出力光の一部を半導体レーザに
帰還する。一方、上記公報記載の発明は、半導体レーザ
に反射鏡を付加して外部共振器型の半導体レーザを構成
している。本発明では、レーザ発振は、単体の半導体レ
ーザで行ない、その出力光を一部帰還することにより波
形整形を可能にするものである。
一方、上記公報記載の発明では、特開昭49−9138
6公報第470頁右上14行目〜17行目、「共振器は
ダイオードのレンズと反対側の端面、レンズ及び平面鏡
で構成され、・・・・・・この共振器で決まる固有モー
ドの発振が得られる。]同第471頁右上10行目「へ
き開の片側に蒸着により『無反射鏡11」を施したレー
ザダイオード1を・・・・・・」とあり、また特開昭4
9−97582公報第485頁左下特許請求の範囲11
行目〜15行目「前記半導体レーザ素子の一方の端面に
設けた第一の反射部材と、この第一の反射部材とともに
光共振器を構成するように前記光伝送体の外側の端面に
設けた第二の反射部材とを含む半導体レーザ装置・・・
・・・」(1)同P.488左上8行目から9行目「実
施例では、光共振器は反射面6と反射面7とにより構成
されている。」、とあるように、半導体レーザと反射鏡
でレーザ共振器を構成するので、半導体レーザ単体では
レーザ発振を起すことはできない。以上より明確なよう
に、本発明の反射鏡は、単なる反射鏡なのに対して、上
記公報記載の発明の反射鏡は、レーザ共振器を構成する
反射鏡の一方であり、趣きを異にする。
したがつて、刊行物1,2のレーザでは、反射鏡を含ん
だ外部共振器型の半導体レーザとして発振する。
その結果、この構成で緩和振動が発生すればそれを抑止
する作用は、公報記載の発明のどこにも無いことは明確
である。これに対して、本発明では、レーザ発振は単体
の半導体レーザで行なわれ、その出力光の緩和振動を外
部の反射鏡で抑えようとするものである。以上より、本
発明は、前記公報記載の発明とは、その目的のみならず
、構成、機能、効果においても明確に異なる。
次に図面を参照してこの発明を詳しく説明する。
第1図はこの発明の基本的な構成を示す。すなわち半導
体レーザ素子1の一方の出力側に光学的距離Lだけ離し
て反射鏡を設置したものである。光学的距離とは現実の
距離とその媒質の屈折率の積のことをさす。第2図は反
射鏡2による光の帰還の効果を示す。すなわち第2図a
は変調電流波形を、第2図bは反射鏡2がないときの半
導体レーザ素子1の他方の出力光3の波形を、第2図C
は反射鏡2による光の帰還があるときの出力光3の波形
をそれぞれ示す。光学的距離Lで折り返されることによ
り半導体レーザ素子1の一方の出力光4はT=2L/C
(Cは真空中での光速)の時間だけ遅れて半導体レーザ
素子1に帰還される。Tを反射鏡2が無いときの振動の
周期T,よりも小さくすることにより第2図bに示す振
動の谷をうめるように帰還した光が働き、第2図cのよ
うに振動の周期および谷の落ち込みを減少させることが
でき、信号パルス電流に良く応答した出力光パルスが得
られ高速変調が可能になる。この場合振動の周期はほぼ
Tとなる。レーザ発振の立上りの時点では帰還されてく
る光はほとんどないので、レーザ発振の立上りは反射鏡
2が無いときとほぼ同じで高い波高値の出力光パルスが
出る。光の帰還がある場合にも波高値はほぼそのまま保
たれるので、信号出力が大きくなり、効率が増す。第3
図はこの発明の第一の実施例の斜視図を示す。半導体レ
ーザ素子1は電極兼用の銅製ヒートシンク6の上にスズ
で融着し、電流印加用引出線7がつけてある。ヒートシ
ンク6の上に半導体レーザ素子1の一方の共振器端面に
近接して中心からの距離の二乗にほぼ比例して減少する
屈折率分布を有する長さ3TItTL1中心の屈折率が
1.6の集束性光伝送体5を設置し、半導体レーザ素子
1の一方の出力光4をほぼ平行な光ビーム8に変換する
。光ビーム8は集束性光伝送体5から20T1Lm離れ
て設置した反射率50(Ft)の平面の反射鏡2により
折り返されて半導体レーザ素子1に帰還される。この実
施例では反射鏡2までの光学的距離は約25關となり、
T=0.17+1秒で、光の帰還が無いときのスパイク
状振動の周期T,=0.8+1秒よりも短かく選ばれて
いるので帰還した光の効果によりスパイク状振動の深い
谷が埋められて、信号電流波形に艮く応答した波形が得
られ、高速変調が可能になつた。自分自身から出た光の
帰還により半導体レーザの出力光の波形が改善される様
子は第2図に示したのとほぼ同じであつた。反射鏡2の
後方に設置した光検出器9により反射鏡2を通り抜けた
出力光強度を検出して、半導体レーザ素子1の劣化や周
囲温度の変化にともなう出力光強度の変動をおさえるた
めのモニタ出力が得られた。
半導体レーザ素子1のもう一方の出力光3は何の制約も
うけずに他の光学系、例えば光フアイバ等へ結合するこ
とができるのは言うまでもない。光の帰還時間Tとして
はスパイク状振動の周期T1よりも短かければ出力光波
形は改善されるが、最も望ましい波形を得るためには、
TTlTlが一≦T≦−の範囲になければならないこと
がわかつているので、この発明を実施する上ではTがこ
の範囲に入るように反射鏡までの光学的距離を設定する
ことが望ましい。
第4図はこの発明の第二の実施例の断面図を示す。
これは長さ3Tnmの集束性光伝送体5と、長さが16
muで一方の端面にSiO2とTiO2の多層膜を蒸着
により形成した反射膜11を有する円柱ガラス10とを
半導体レーザ素子1の片方の出力側に近接してヒートシ
ンク6上に設置したものである。集束性光伝送体5と円
柱ガラス10の屈折率はともに約1.6で光学的距離は
約30mmとなり、T=0.2+1秒で、スパイク状振
動の周期TlO.8+1秒よりも小さく、光出力3のス
パイク状振動は実用上問題ない程度におさえられ、高速
変調が可能になつた。第5図はこの発明の第三の実施例
の斜視図を示す。
第三の実施例では第二の実施例で用いた円柱ガラス10
のかわりに、中心部の屈折率が周辺よりも大きい光フア
イバ12を用い、集束性光伝送体5の長さを4.5mm
1こすることによつて半導体レーザ素子1の片方の出力
光を集束して光フアイバ12に結合している。光フアイ
バ12の一方の端面には反射膜11がつけてあることは
第二の実施例と同様である。この実施例でもTをスパイ
ク振動の周期T1よりも小さくすることにより、光出力
のスパイク状振動がおさえられ高速変調が実現できた。
光フアイバ12は可撓性に富むために丸めて例えば半導
体レーザ素子1のパツケジ内へ入れてしまうことも可能
である。以上、代表的な実施例について説明したが、こ
の発明では半導体レーザ素子はひとつで済むので、例え
ば同一の装置内に半導体レーザ素子を複数個用いる場合
に較べて装置の信頼性が増す。
また帰還させる光強度はわずかで良いので反射鏡等の設
置は容易である。この発明は以上の代表的な実施例の他
にいくつかの変形が考えられる。
反射鏡2へ向う出力光4を集束するために用いた集束性
光伝送体5は、レンズ等の他の光集束素子で置き換えて
も良い。また反射鏡2は必ずしも平面鏡でなくても良く
光を半導体レーザ素子1へ帰還できれば、例えば球面鏡
であつても良い。また球面鏡であればそれ自体集束作用
を持つので他の光集束素子を特に用いなくても良い。さ
らに実施例では反射鏡2(あるいは反射膜11)と半導
体レーザ素子1の共振器端面との光学的距離は固定した
が、これは一定である必要はなく、例えば反射鏡2を調
整台上に設置して光学的距離を可変にし、出力光波形が
最良になるように調節できるようにすることも可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の基本的な構成図、第2図はこの発明
の効果を説明するための図、第3図はこの発明の第一の
実施例の斜視図、第4図はこの発明の第二の実施例の断
面図、第5図はこの発明の第三の実施例の斜視図をそれ
ぞれあられす。 なお図において、1は半導体レーザ素子、2は反射鏡、
3および4は半導体レーザ素子1の出力光、5は集束性
光伝送体、6はヒートシンク、7は電流印加用引出線、
8は光ビーム、9は光検出器、10は円柱ガラス、11
は反射膜、12は光フアイバ をそれぞれあられす。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 信号電流の印加によつてスパイク状振動を伴つた出
    力光を放出する半導体レーザ素子と、その少なくとも一
    方の出力側に設置され前記出力光の少なくとも一部を前
    記スパイク状振動の周期よりも短かい時間のうちに前記
    半導体レーザ素子に帰還させる手段とよりなる高速変調
    が可能な半導体レーザ装置。
JP50059005A 1975-05-17 1975-05-17 高速変調が可能な半導体レ−ザ装置 Expired JPS5941316B2 (ja)

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JP50059005A JPS5941316B2 (ja) 1975-05-17 1975-05-17 高速変調が可能な半導体レ−ザ装置
US05/685,915 US4079339A (en) 1975-05-17 1976-05-12 Light self-injecting semiconductor laser device

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JPS51134593A JPS51134593A (en) 1976-11-22
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