WO2016080252A1 - 外部共振器型半導体レーザ - Google Patents
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- H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
Definitions
- the present invention relates to a semiconductor laser, and more particularly to a semiconductor laser capable of generating high-power laser light.
- the present invention relates to an external resonator type semiconductor laser.
- the present invention relates to a solid-state laser.
- the present invention relates to transverse mode control.
- Patent Document 1 discloses a method of performing single transverse mode oscillation by providing a lens and an aperture in a solid-state laser resonator using a rod-shaped YAG crystal to limit the optical path.
- Patent Document 2 discloses a technique of forming an external resonator type semiconductor laser using a semiconductor laser array, a lens, and a fiber Bragg grating filter, and generating a multimode laser beam.
- Patent Document 3 discloses an external resonator type semiconductor laser in which a wide stripe semiconductor laser (broad area type semiconductor laser) and a single mode waveguide are coupled via a mode converter using a prism. Further, an external resonator type semiconductor laser in which a wide stripe semiconductor laser (broad area type semiconductor laser) and a fiber grating are coupled via a tapered waveguide is disclosed.
- Patent Document 4 discloses an external resonator type semiconductor laser in which a semiconductor laser array and an optical path conversion element are combined.
- Patent Document 5 discloses an external resonator type semiconductor laser in which a semiconductor laser array and an inclined reflecting mirror are combined.
- Japanese Patent Laid-Open No. 3-102887 JP 2004-71694 A Japanese Patent No. 4271704 Japanese Patent No. 4002286 Japanese Patent No. 4024270
- the purpose is to realize a compact laser oscillator by reducing the size of the resonator when unitizing the transverse mode or lowering the mode.
- an external cavity semiconductor laser of the present invention is an external cavity semiconductor laser including a semiconductor laser chip and an external optical system
- the semiconductor laser chip is a broad area semiconductor laser.
- In the in-plane direction of this broad area semiconductor laser there is an optical confinement function in which the transverse mode becomes a multimode optical waveguide, and in the direction perpendicular to the substrate, an optical confinement function in which the transverse mode becomes a single mode.
- high reflectivity coating is applied to the first end face
- non-reflective coating is applied to the second end face
- the second end face is optically coupled to the external optical system
- a semiconductor is incorporated in the external optical system.
- a spatial filter that restricts the optical path in the direction of the substrate surface of the laser chip is provided.
- the laser of the present invention is suitable for applications where a laser with a high output and a transverse mode controlled is required.
- a processing laser light source a processing laser pumping light source, a rare earth-doped optical fiber amplifier pumping light source, and a Raman optical amplifier pumping light source.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an external resonator type semiconductor laser 10 according to a first embodiment of the present invention. It is the schematic which shows the structure of the external resonator type semiconductor laser 20 of the 2nd Example of this invention. It is the schematic which shows the structure of the thin film solid-state laser 40 of the 3rd Example of this invention. It is the schematic which shows the structure of the external resonator type semiconductor laser 50 of 4th Example of this invention. It is the schematic which shows the structure of the external resonator type semiconductor laser 60 of 5th Example of this invention. It is the schematic which shows the structure of the thin film solid-state laser 70 of the 6th Example of this invention. It is the schematic which shows the structure of the solid state laser 80 of 7th Example of this invention.
- FIG. 1 shows a configuration of an external resonator type semiconductor laser 10 according to a first embodiment of the present invention.
- the external cavity semiconductor laser 10 includes a broad area semiconductor laser chip 1, a lens 5, a spatial filter 6, a cylindrical lens 7, and a partial reflection mirror 8.
- An external optical system is formed by the lens 5, the spatial filter 6, the cylindrical lens 7, and the partial reflection mirror 8.
- FIG. 1A is a view of the external resonator type semiconductor laser 10 as viewed from the upper surface side of the broad area semiconductor laser chip 1.
- FIG. 1B is a view of the external cavity semiconductor laser 10 as viewed from the side of the broad area semiconductor laser chip 1.
- FIG. 1C shows the structure of the spatial filter 6.
- FIG. 1D is a diagram showing a slab-shaped optical waveguide 12 that can replace the spatial filter 6. In FIG. 1, the coordinate axes are indicated by arrows.
- the broad area semiconductor laser chip 1 has an active region 2 on a substrate.
- the active region 2 is sufficiently wide, and the substrate in-plane direction (coordinate axis Y direction) of the active region 2 functions as a multimode optical waveguide.
- it has an optical confinement capability that functions as a single mode optical waveguide in the direction perpendicular to the substrate of the active region 2 (coordinate axis Z direction).
- the coordinate axis X direction is the laser beam traveling direction
- the coordinate axis Y direction is perpendicular to the laser beam traveling direction.
- the end surface 3 of the broad area semiconductor laser chip 1 is provided with a high reflectivity coat (reflectance 98%). Further, the end surface 4 of the broad area semiconductor laser chip 1 is provided with a non-reflective coating (reflectance of 0.1% or less). For this reason, laser oscillation does not occur in the broad area semiconductor laser chip 1 alone.
- a laser beam is generated by combining the broad area semiconductor laser chip 1 and an external optical system.
- Broad area semiconductor laser chip 1 is made of a GaAs material.
- the material system of the broad area semiconductor laser chip 1 is not limited to the GaAs system, and any material system can be used.
- a Fabry-Perot resonator is formed by the end face 3 and the partial reflecting mirror 8.
- the transverse mode is limited by the lens 5, the spatial filter 6, and the cylindrical lens 7 provided in the resonator, and single mode laser oscillation occurs.
- Part of the generated laser light is extracted from the partial reflection mirror 8 as output light 11.
- the light from the broad area semiconductor laser chip 1 is focused on the slit-shaped opening (aperture) 9 of the spatial filter 6 by the lens 5.
- the light from the opening (aperture) 9 is converted into parallel light by the cylindrical lens 7 and is incident on the partial reflection mirror 8 which is an output mirror.
- the coordinate mode Z direction is limited by the optical waveguide structure of the broad area semiconductor laser chip 1 so that the transverse mode becomes a single mode. Further, in the coordinate axis Y direction, since the optical path is limited by the spatial filter 6, the transverse mode becomes a single mode. As a result, the external cavity semiconductor laser 10 oscillates in a single transverse mode.
- Fig. 1 (c) shows the structure of the spatial filter 6.
- the spatial filter 6 has a structure in which a slit-shaped opening 9 is provided in the light shielding portion.
- the spatial filter 6 was obtained by photoetching a metal and providing an opening 9 and then applying a black paint.
- a light shielding material such as a metal was provided on a glass substrate, photoetching was performed, and a black electrodeposition paint was further applied. Things can be used.
- FIG. 1D shows another example of replacing the spatial filter 6.
- the slab optical waveguide 12 includes a core layer 13 that guides light.
- the slab optical waveguide 12 performs single-mode optical confinement in the Y direction. For this reason, the slab-shaped optical waveguide 12 functions as a spatial filter.
- the lens 5 and the cylindrical lens 7 in FIG. 1 can be replaced with a reflection optical system.
- an optical system combining a reflecting mirror and a lens can be used.
- a window area may be provided on the end face 3 and the end face 4 of the broad area semiconductor laser chip 1.
- the laser output can be increased by providing a window region.
- an optical waveguide type solid-state laser can also be used.
- An optical waveguide solid-state laser in which the transverse mode is single in the vertical direction with respect to the substrate and the transverse mode is multimode in the horizontal direction with respect to the substrate can replace the broad area semiconductor laser chip 1 of this embodiment. it can. This also applies to the configuration shown in FIG. 4 and the configuration shown in FIG.
- the laser oscillation is generated by the broad area semiconductor laser chip 1 having the wide active region 2, a large output laser beam can be obtained.
- the laser oscillation mode can be controlled by the spatial filter 6 to obtain single mode laser oscillation or low order mode laser oscillation.
- the configuration of FIG. 1 if there is no non-reflective coating on the end face 3, laser oscillation corresponding to the transverse mode (multi-mode) in the substrate surface of the active region 2 (coordinate axis Y direction) occurs.
- the non-reflective coating is applied to the end face 3, laser oscillation corresponding to such a transverse mode (multimode) is suppressed.
- laser oscillation corresponding to the transverse mode limited by the external optical system is generated. That is, it is possible to obtain single transverse mode or low order transverse mode laser oscillation.
- FIG. 2 shows the configuration of an external cavity semiconductor laser 20 according to the second embodiment of the present invention.
- the external cavity semiconductor laser 20 includes an external cavity VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) chip 21, a lens 25, a spatial filter 26, a lens 27, and a partial reflection mirror 28.
- the lens 25, the spatial filter 26, the lens 27, and the partial reflection mirror 28 form an external optical system.
- the spatial filter 26 has a pinhole-shaped opening 29.
- FIG. 2A is a diagram showing a configuration of the external resonator type semiconductor laser 20 .
- FIG. 2B is a cross-sectional view of the VCSEL chip 21.
- the VCSEL chip 21 can be provided with a wide light emitting area.
- FIG. 2C shows an optical fiber 37 that substitutes for the spatial filter 26.
- the external resonance VCSEL chip 21 includes a substrate 22, a semiconductor multilayer Bragg diffraction grating 23, a lower cladding layer 32, an active layer 24, an upper cladding layer 33, and an electrode 34.
- a non-reflective coating layer 39 is applied to the light emitting portion 36 from the upper cladding layer 33.
- the non-reflective coating layer 39 can also serve as a passivation film.
- the external resonant VCSEL chip 21 has a light confinement function so as to have a multimode transverse mode in the in-plane direction of the substrate. Further, the multi-mode region is divided into a plurality of parts by the electrode 34. Although the laser light output is small, only a single multimode region can be used.
- a contact layer (not shown) is provided between the upper clad layer 33 and the electrode 34 of the external resonance VCSEL chip 21.
- the outgoing light 35 from the external resonant VCSEL chip 21 passes through the lens 25, the spatial filter 26, and the lens 27, and reaches the partial reflection mirror 28, where it is reflected and light feedback occurs. Since the optical path is limited by the spatial filter 26, the external resonator type semiconductor laser 20 oscillates in a single transverse mode. The generated laser light is extracted from the partial reflection mirror 28 as output light 31.
- Fig. 2 (c) shows another example of replacing the spatial filter 26.
- the optical fiber 37 includes a core 38 that guides light. Since the optical fiber 37 is a single transverse mode optical fiber, it functions as a spatial filter. An optical waveguide can be used instead of the optical fiber 37.
- the lens 25 and the lens 27 in FIG. 2 can be replaced with a reflection optical system.
- an optical system combining a reflecting mirror and a lens can be used.
- the laser oscillation is generated by the external resonance type VCSEL chip 21 having a wide light emitting region, a high output laser beam can be obtained.
- the mode of laser oscillation can be controlled by the spatial filter 26 to obtain single mode laser oscillation or low order mode laser oscillation.
- FIG. 3A shows the configuration of a thin film solid-state laser 40 according to the third embodiment of the present invention.
- the thin film solid laser 40 includes a thin film solid laser chip 41, a lens 25, a spatial filter 26, a lens 27, and a partial reflection mirror 28.
- the thin film solid laser chip 41 is provided on the heat sink 43.
- An active region 42 is provided in the thin film solid state laser chip 41.
- the active region 42 has an optical confinement function in which the transverse mode becomes a multimode in the in-plane direction of the thin film solid-state laser chip 41.
- the thin film solid-state laser chip 41 can use YAG crystal, YAG ceramics, or the like.
- the active region 42 is doped with Nd, Yb, or the like.
- the material of the thin film solid state laser chip 41 is not limited to YAG.
- the material of the thin-film solid-state laser chip 41 is not limited to YAG, and any doping element can be used.
- the thin film solid state laser chip 41 is laterally excited by the excitation light 44.
- oblique excitation can be performed using the excitation light 45.
- the lens 25 and the thin film solid laser chip 41 can be brought close to each other.
- the thin film solid state laser chip 41 is obliquely excited by the excitation light 45, it is necessary to widen the distance between the lens 25 and the thin film solid state laser chip 41 to provide a space for the excitation light 45 to enter.
- a high reflectance coating layer 46 is provided on the surface of the thin film solid state laser chip 41 on the heat sink 43 side.
- a resonator optical system is formed by the high reflectivity coat layer 46, the lens 25, the spatial filter 26, the lens 27, and the partial reflection mirror 28 of the thin film solid-state laser chip 41.
- the spatial filter 26 has a pinhole-shaped opening 29.
- an independent reflecting mirror may be provided instead of the high reflectance coating layer 46.
- the light from the thin-film solid-state laser chip 41 passes through the lens 25, the spatial filter 26, and the lens 27, and reaches the partial reflection mirror 28, where it is reflected and light returns. Since the optical path is limited by the spatial filter 26, the thin-film solid-state laser 40 oscillates in a single transverse mode.
- low-order multimode laser oscillation can be generated in the external resonator type semiconductor laser 20 .
- An optical fiber 37 can be used in place of the spatial filter 26.
- the lens 25 and the lens 27 in FIG. 2 can be replaced with a reflection optical system.
- an optical system combining a reflecting mirror and a lens can be used.
- laser oscillation is generated by the thin-film solid-state laser chip 41 having the wide active region 42, so that high-power laser light can be obtained.
- the mode of laser oscillation can be controlled by the spatial filter 26 to obtain single mode laser oscillation or low order mode laser oscillation.
- the thin-film solid-state laser has a very small thin-film solid-state laser chip compared to a solid-state laser using a rod-shaped laser crystal.
- a solid-state laser using a rod-shaped laser crystal In order to unify or reduce the transverse mode of the laser light, it is necessary to increase the length of the optical resonator. For this reason, the size of the laser oscillator has become much smaller than that of a solid-state laser using a rod-shaped laser crystal.
- the size of the pinhole-shaped opening 29 is appropriately selected, so that the laser beam A single mode or a lower mode can be realized. Therefore, the laser oscillator can be reduced in size.
- the lens 25 and the semiconductor laser chip 41 can be brought close to each other, which is very effective in reducing the size of the laser oscillator.
- FIG. 4 shows the configuration of an external cavity semiconductor laser 50 according to the fourth embodiment of the present invention.
- FIG. 4A is a view of the external cavity semiconductor laser 50 as viewed from the upper surface side of the broad area semiconductor laser chip 1.
- FIG. 4B is a view of the external cavity semiconductor laser 50 as viewed from the side of the broad area semiconductor laser chip 1.
- the external resonator type semiconductor laser 50 includes a broad area semiconductor laser chip 1, a cylindrical lens 51, a lens 52, and an output optical fiber 53.
- the output optical fiber 53 has a single transverse mode, and a fiber Bragg diffraction grating 54 is provided.
- An external optical system is formed by the cylindrical lens 51, the lens 52, and the fiber Bragg diffraction grating 54.
- the light from the broad area semiconductor laser chip 1 is collimated in the coordinate axis Z direction by the cylindrical lens 51 and then guided to the output optical fiber 53 by the lens 52. Then, it is reflected by the fiber Bragg diffraction grating 54 provided in the output optical fiber 53, and returns to the broad area semiconductor laser chip 1 along the reverse path.
- the active region 2 of the broad area semiconductor laser chip 1 functions as a single mode optical waveguide in a direction perpendicular to the substrate.
- the outgoing light from the single mode optical waveguide has a divergence angle and is not parallel light. For this reason, it is necessary to use the cylindrical lens 51 to make parallel light in free space.
- the cylindrical lens 51 if the cylindrical lens 51 is not provided, the coupling coefficient between the active region 2 and the output optical fiber 53 becomes extremely small, and the optical loss becomes very large.
- the end face 3 and the fiber Bragg diffraction grating 54 form a Fabry-Perot resonator.
- the transverse mode is limited by the output optical fiber 53, and single mode laser oscillation occurs.
- a multimode optical fiber can also be used as the output optical fiber 53. In this case, laser oscillation in which the transverse mode is multimode occurs.
- the transverse mode of laser oscillation of the external resonator type semiconductor laser 50 can be controlled.
- the laser oscillation is generated by the broad area semiconductor laser chip 1 having the wide active region 2, a large output laser beam can be obtained.
- the laser oscillation mode can be controlled by the output optical fiber 53 to obtain single mode laser oscillation or low order mode laser oscillation.
- the longitudinal mode of laser oscillation can be controlled by using the fiber Bragg diffraction grating 54, and single longitudinal mode oscillation can also be realized.
- the generated laser beam 55 is coupled to the output optical fiber 53, the laser beam 55 can be guided to an arbitrary location using the output optical fiber 53.
- the fiber Bragg diffraction grating 54 is provided in the output optical fiber 53, there is an advantage that the number of parts is reduced. The number of parts is also reduced in that the optical system for laser oscillation also serves as a coupling optical system with the output optical fiber 53.
- Patent Document 3 discloses an external resonator type semiconductor laser in which a wide stripe semiconductor laser (broad area type semiconductor laser) and a single mode waveguide are coupled via a mode converter using a prism.
- the laser beam is converted using the cylindrical lens 51 and the (spherical) lens 52.
- the cylindrical lens 51 and the (spherical) lens 52 there is no restriction on the ratio of the minor axis to the major axis of the laser beam. For this reason, since the stripe width of the wide stripe semiconductor laser (broad area type semiconductor laser) can be widened, the output of the laser beam can be increased.
- Patent Document 3 discloses an external resonator type semiconductor laser in which a wide stripe semiconductor laser (broad area type semiconductor laser) and a fiber grating are coupled via a tapered waveguide.
- mode conversion occurs in the tapered waveguide, and the loss of light is large.
- a large optical loss occurs in a path from the single mode waveguide (optical fiber) side to the wide stripe semiconductor laser (broad area type semiconductor laser) side. For this reason, there has been a problem that the efficiency of laser oscillation is lowered.
- the laser beam is converted using the cylindrical lens 51 and the lens 52. With this method, the above optical loss does not occur. Therefore, the laser oscillation efficiency does not decrease.
- the cylindrical lens 51 can be replaced with a cylindrical mirror.
- the lens 52 can be replaced with a concave mirror.
- the lens 5 can be replaced with a concave mirror.
- the cylindrical lens 7 can be replaced with a cylindrical mirror.
- the lens 27 and the partial reflecting mirror 28 can be replaced with one concave reflecting mirror (partial reflecting mirror).
- This configuration has the advantage that the number of parts is reduced and the number of steps for optical alignment is also reduced.
- FIG. 5 shows the configuration of an external cavity semiconductor laser 60 according to the fifth embodiment of the present invention.
- the external cavity semiconductor laser 60 includes an external cavity VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) chip 21, a lens 25, and an output optical fiber 53.
- the output optical fiber 53 has a single transverse mode, and a fiber Bragg diffraction grating 54 is provided.
- An external optical system is formed by the lens 25 and the fiber Bragg diffraction grating 54.
- the configuration of the external resonant VCSEL chip 21 is as described in the second embodiment.
- the outgoing light 35 from the external resonant VCSEL chip 21 is coupled to the output optical fiber 53 by the lens 25, and a part thereof is reflected by the fiber Bragg diffraction grating 54.
- the reflected light follows the reverse path and returns to the external resonant VCSEL chip 21.
- the feedback light is amplified and reaches the fiber Bragg diffraction grating 54 again through the lens 25. As a result, laser oscillation occurs.
- the transverse mode is limited by the output optical fiber 53, and single mode laser oscillation occurs. If a multimode optical fiber is used as the output optical fiber 53, the order of the transverse mode that oscillates can be controlled.
- laser oscillation is generated by the external resonance type VCSEL chip having a wide active region, so that a high-power laser beam can be obtained.
- the laser oscillation mode can be controlled by the output optical fiber 53 to obtain single mode laser oscillation or low order mode laser oscillation.
- the longitudinal mode of laser oscillation can be controlled by using the fiber Bragg diffraction grating 54, and single longitudinal mode oscillation can also be realized.
- the generated laser light is coupled to the output optical fiber 53, the laser light can be guided to an arbitrary place using the output optical fiber 53.
- the fiber Bragg diffraction grating 54 is provided in the output optical fiber 53, there is an advantage that the number of parts is reduced. The number of parts is also reduced in that the optical system for laser oscillation also serves as a coupling optical system with the output optical fiber 53.
- FIG. 6 shows the configuration of a thin film solid-state laser 70 according to the sixth embodiment of the present invention.
- the thin film solid state laser 70 includes a thin film solid state laser chip 41, a lens 25, and an output optical fiber 53.
- the output optical fiber 53 has a single transverse mode, and a fiber Bragg diffraction grating 54 is provided.
- An external optical system is formed by the lens 25 and the fiber Bragg diffraction grating 54.
- the thin film solid state laser chip 41 is provided on the heat sink 43.
- An active region 42 is provided in the thin film solid state laser chip 41.
- the configuration of the thin film solid state laser chip 41 is as described in the third embodiment.
- the light from the thin film solid-state laser chip 41 is coupled to the output optical fiber 53 by the lens 25, and a part thereof is reflected by the fiber Bragg diffraction grating 54.
- the reflected light follows the reverse path and returns to the thin film solid state laser chip 41.
- the feedback light is amplified and reaches the fiber Bragg diffraction grating 54 again through the lens 25. As a result, laser oscillation occurs.
- the transverse mode is limited by the output optical fiber 53, and single mode laser oscillation occurs. If a multimode optical fiber is used as the output optical fiber 53, the order of the transverse mode that oscillates can be controlled.
- laser oscillation is generated by the thin-film solid-state laser chip 41 having a wide active region, so that high-power laser light can be obtained.
- the laser oscillation mode can be controlled by the output optical fiber 53 to obtain single mode laser oscillation or low order mode laser oscillation.
- the longitudinal mode of laser oscillation can be controlled by using the fiber Bragg diffraction grating 54, and single longitudinal mode oscillation can also be realized.
- the generated laser light is coupled to the output optical fiber 53, the laser light can be guided to an arbitrary place using the output optical fiber 53.
- the fiber Bragg diffraction grating 54 is provided in the output optical fiber 53, there is an advantage that the number of parts is reduced. The number of parts is also reduced in that the optical system for laser oscillation also serves as a coupling optical system with the output optical fiber 53.
- FIG. 7 shows the configuration of a solid-state laser 80 according to the seventh embodiment of the present invention.
- the solid laser 80 includes a reflecting mirror 82, a solid laser rod 81, a lens 25, and an output optical fiber 53.
- the output optical fiber 53 has a single transverse mode, and a fiber Bragg diffraction grating 54 is provided.
- An external optical system is formed by the lens 25 and the fiber Bragg diffraction grating 54.
- the solid laser rod 81 may be a YAG crystal, a YAG ceramic, or the like.
- the solid laser rod 81 is doped with Nd, Yb, or the like.
- the material of the solid laser rod 81 is not limited to YAG.
- the active region 42 is doped with Nd, Yb, or the like.
- the material of the solid-state laser rod 81 is not limited to YAG, and any doping element can be used.
- the solid laser rod 81 has a cylindrical shape, but a slab shape can also be used.
- the solid laser rod 81 is laterally excited by the excitation light 83. Further, end face excitation can also be performed using the excitation light 84. When end face excitation is performed using the excitation light 84, the reflecting mirror 82 is configured to reflect the laser oscillation light and transmit the excitation light 84.
- the solid laser rod 81 has an optical confinement function in which the transverse mode is a multimode in a plane perpendicular to the laser oscillation direction. Many solid state laser rods satisfy such a condition.
- the light from the solid laser rod 81 is coupled to the output optical fiber 53 by the lens 25, and a part thereof is reflected by the fiber Bragg diffraction grating 54.
- the reflected light follows the reverse path and returns to the thin film solid state laser chip 41.
- the feedback light is amplified and reaches the fiber Bragg diffraction grating 54 again through the lens 25. As a result, laser oscillation occurs.
- the transverse mode is limited by the output optical fiber 53, and single mode laser oscillation occurs. If a multimode optical fiber is used as the output optical fiber 53, the order of the transverse mode that oscillates can be controlled.
- the laser oscillation is generated by the solid laser rod 81 having a wide active region, a high-power laser beam can be obtained.
- the laser oscillation mode can be controlled by the output optical fiber 53 to obtain single mode laser oscillation or low order mode laser oscillation.
- the longitudinal mode of laser oscillation can be controlled by using the fiber Bragg diffraction grating 54, and single longitudinal mode oscillation can also be realized.
- the generated laser light is coupled to the output optical fiber 53, the laser light can be guided to an arbitrary place using the output optical fiber 53.
- the fiber Bragg diffraction grating 54 is provided in the output optical fiber 53, there is an advantage that the number of parts is reduced. The number of parts is also reduced in that the optical system for laser oscillation also serves as a coupling optical system with the output optical fiber 53.
- FIG. 8A shows the configuration of the semiconductor laser array chip 91 used in the eighth embodiment of the present invention.
- a plurality of active regions 92 are provided on the semiconductor laser array chip 91.
- Each of the active regions 92 functions as a multimode optical waveguide in the substrate in-plane direction (coordinate axis Y direction).
- a non-excitation region 96 where current is not injected is provided between the plurality of active regions 92. Absorption of laser light occurs in the non-excitation region 96.
- the end face 93 of the semiconductor laser array chip 91 is provided with a high reflectivity coat (reflectance 98%). Further, the end face 94 of the broad area semiconductor laser chip 1 is provided with a non-reflective coating (reflectance of 0.1% or less).
- a semiconductor laser array chip 91 can be used in place of the broad area semiconductor laser chip 1.
- parasitic oscillation light 95 is likely to be generated in the coordinate axis Y direction.
- the semiconductor laser array chip 91 is used, laser light is absorbed (lost) by the non-excitation region 96 between the plurality of active regions 92, and thus such parasitic oscillation can be suppressed. Note that laser light loss may be caused between the active regions 92 by using other means.
- a semiconductor laser array chip 91 can be used in place of the broad area semiconductor laser chip 1. This also has the effect of suppressing parasitic oscillation in the direction of the coordinate axis Y.
- FIG. 9 shows the configuration of an external cavity semiconductor laser 100 according to the ninth embodiment of the present invention.
- FIG. 9A is a view of the external cavity semiconductor laser 100 as seen from the upper surface side of the broad area semiconductor laser chip 1.
- FIG. 9B is a view of the external cavity semiconductor laser 100 as viewed from the side surface side of the broad area semiconductor laser chip 1.
- FIG. 9C is a diagram showing another configuration of the partial reflection mirror.
- the external cavity semiconductor laser 100 includes a broad area semiconductor laser chip 1, a cylindrical lens 51, and a partial reflection mirror 101. An external optical system is formed by the cylindrical lens 51 and the partial reflection mirror 101. The generated laser light is extracted as output light 102.
- the partial reflecting mirror 101 is a plane mirror. Instead of the partial reflection mirror 101, a concave mirror 103 as shown in FIG.
- the light from the broad area semiconductor laser chip 1 is collimated in the coordinate axis Z direction by the cylindrical lens 51 and then guided to the partial reflecting mirror 101. Then, the light is reflected by the partial reflecting mirror 101 and returns to the broad area semiconductor laser chip 1 along the reverse path.
- the end face 3 and the partial reflection mirror 101 form a Fabry-Perot resonator.
- the transverse mode is controlled to a low-order mode or a single mode. can do.
- the semiconductor laser array chip 91 shown in FIG. 8 can be used.
- the present embodiment has an advantage that the number of parts can be reduced as compared with the configuration shown in FIG. However, the length of the resonator needs to be longer than the configuration shown in FIG.
- FIG. 10 shows the configuration of an external cavity semiconductor laser 110 according to the tenth embodiment of the present invention.
- the external cavity semiconductor laser 110 includes an external cavity VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) chip 21 and a partial reflection mirror 111.
- VCSEL vertical cavity surface emitting laser
- the configuration of the external resonant VCSEL chip 21 is as described in the second embodiment.
- a part of the outgoing light 35 from the external resonant VCSEL chip 21 is reflected by the partial reflecting mirror 111.
- the reflected light returns to the external resonance type VCSEL chip 21.
- the feedback light is amplified and reaches the partial reflection mirror 111 again. As a result, laser oscillation occurs.
- Part of the generated laser light is extracted as output light 112.
- the lateral mode can be controlled to a low-order mode or a single mode by setting the distance between the external resonant VCSEL chip 21 and the partial reflection mirror 111 to be sufficiently larger than the width of the active region.
- the partial reflection mirror 111 either a plane mirror or a concave mirror can be used.
- This embodiment has an advantage that the number of parts can be reduced as compared with the configuration shown in FIG. However, the length of the resonator needs to be longer than that shown in FIG.
- FIG. 11 shows the configuration of an external cavity semiconductor laser 120 according to the eleventh embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the external cavity semiconductor laser 50 shown in FIG.
- FIG. 11A is a view of the external resonator type semiconductor laser 120 as viewed from the upper surface side.
- FIG. 11B is a view of the external cavity semiconductor laser 120 as viewed from the side.
- the external resonator type semiconductor laser 120 uses a semiconductor laser array chip 91 instead of the broad area semiconductor laser chip 1.
- an aperture 121 and a plane reflecting mirror 122 are provided between the cylindrical lens 51 and the lens 52.
- a multimode optical fiber 123 is provided in place of the output optical fiber 53.
- the aperture 121 has an opening corresponding to each active region 92 (92a, 92b, 92c, 92d) of the semiconductor laser array chip 91.
- the semiconductor laser array chip 91 functions as a multimode optical waveguide in the substrate surface direction (coordinate axis Y direction) of the active region 92.
- it has an optical confinement capability that functions as a single-mode optical waveguide in the direction perpendicular to the substrate of the active region 92 (coordinate axis Z direction).
- a Fabry-Perot resonator is formed by the end face 93 and the planar reflecting mirror 122. Since the optical path is separated by the aperture 121, laser beams 124a, 124b, 125c, and 125d are generated corresponding to the active regions 92a, 92b, 92c, and 92d of the semiconductor laser array chip 91.
- the laser beam 124 which is a set of the laser beams 124a, 124b, 125c, and 125d, has a multimode transverse mode, and is condensed by the lens 52 and coupled to the multimode optical fiber 123 as output light.
- a plurality of apertures 121 can be provided in the optical path. By providing a plurality of apertures 121, the degree of optical path separation can be increased. Alternatively, as the aperture 121, an aperture having a thickness in the direction of the laser beam 124 may be used. This configuration can also increase the degree of optical path separation.
- the transverse mode of the laser beams 124a, 124b, 125c, and 125d may be a single mode or a relatively low-order transverse mode.
- the generation of the laser beam 124 can be adjusted first by optically aligning the planar reflecting mirror 122.
- the introduction of the laser beam 124 into the multimode optical fiber 123 can be adjusted by the optical alignment of the lens 52 and the multimode optical fiber 123. Since optical alignment can be performed step by step in this way, adjustment is easy.
- the resonator length L be sufficiently large with respect to the width w of the active region 92.
- the resonator length L is the distance from the end surface 93 to the reflecting surface of the planar reflecting mirror 122 as shown in FIG.
- the ratio of the width w of the active region 92 to the resonator length L is preferably L / w ⁇ 100.
- L ⁇ 1 cm for w 100 ⁇ m. The larger this ratio, the lower the transverse mode of the laser beams 124a, 124b, 125c, and 125d.
- the transverse mode of the laser beams 124a, 124b, 125c, and 125d particularly refers to a transverse mode in the substrate surface direction (coordinate axis Y direction) of the active region 92.
- the semiconductor laser array chip 91 functions as a single mode optical waveguide. Therefore, a single mode laser beam is formed in this direction.
- the width w of the active region 92 can be made narrower than that of the broad area semiconductor laser chip 1. Therefore, high L / w can be obtained even with a short resonator length.
- the relationship between the ratio of the active region width w to the resonator length L also applies to the case of FIG. In the case of FIG. 9, if the width of the active region 2 is 1 mm, the resonator length L ⁇ 10 cm is preferable.
- the spatial filter 6 when the spatial filter 6 is inserted into the resonator as shown in FIG. 1 or the like, the transverse mode control is performed by the spatial filter 6, and therefore the L / w ratio may be small. That is, the configuration in which the spatial filter is introduced into the resonator has an advantage that the resonator can be reduced in size.
- the planar reflecting mirror 122 may be a reflective filter that partially reflects only a specific wavelength.
- the laser beam 124 has a wavelength of 976 nm. This wavelength is suitable for exciting an optical amplification fiber having a core doped with ytterbium (Yb) in silica.
- planar reflecting mirror 122 for example, glass having a dielectric multilayer film formed on the surface can be used. According to this configuration, it is possible to adjust the peak wavelength of reflectance, the reflectance, and the like of the planar reflecting mirror 122 over a wide range.
- the configuration in which the reflecting mirror reflects only a specific wavelength can also be applied to the partial reflecting mirror 8 in FIG. 1, the partial reflecting mirror 28 in FIG. 2, the partial reflecting mirror 101 in FIG. it can.
- the external cavity semiconductor laser having such a configuration is suitable for exciting a solid-state laser having an absorption region in a narrow wavelength range.
- the optical path corresponding to each active region 92 in the external optical system is optically separated by the aperture 121. Therefore, a single transverse mode or low-order transverse mode laser beam is generated corresponding to each active region 92.
- the transverse mode of the laser beam 124 which is a set of laser beams generated for each active region 92, is a multimode.
- Optical alignment with the multimode optical fiber 123 is easier than a single mode output optical fiber.
- the multi-mode optical fiber has a large core area, it is possible to couple light with higher output.
- the lateral mode control is facilitated by optically separating each active region 92 of the semiconductor laser array chip 91.
- a complicated super mode may be formed. Formation of such a super mode can be prevented by the aperture 121.
- the active fiber can be excited stably, a stable optical amplifier or laser oscillator can be realized.
- an external resonator type semiconductor laser in which the partial reflection mirror 8 in FIG. 1, the partial reflection mirror 28 in FIG. 2, and the partial reflection mirror 101 in FIG. The combination of these functions as an optical amplifier or a laser oscillator.
- the solid-state laser medium can be stably excited, a stable optical amplifier or laser oscillator can be realized.
- FIG. 12 shows the configuration of an external cavity semiconductor laser 130 according to the twelfth embodiment of the present invention.
- This embodiment is a modification of the external cavity semiconductor laser 120 shown in FIG.
- FIG. 12A is a diagram of the external cavity semiconductor laser 130 viewed from the upper surface side, and corresponds to FIG.
- FIG. 12B is a view of the external cavity semiconductor laser 130 viewed from the side surface side, and corresponds to FIG.
- FIG. 12A corresponds to a view of FIG. 12B viewed from the arrow A side.
- the external resonator type semiconductor laser 130 is provided with a plurality of mounts 132 on the cooling surface 134 of the heat sink 133.
- a semiconductor laser array chip 91 is provided on each mount 132 in a junction-down manner.
- a cylindrical lens 51 is provided above the heat sink 133 so as to correspond to each semiconductor laser array chip 91.
- An aperture 131 and a plane reflecting mirror 122 are provided between the cylindrical lens 51 and the lens 52.
- the aperture 131 is different from the aperture 121 in that the openings are two-dimensionally arranged.
- the mount 132 may be insulative or conductive. Further, a submount can be provided between the mount 132 and the semiconductor laser array chip 91. The submount may be insulative or conductive.
- the light emitted from the plurality of semiconductor laser array chips 91 is substantially perpendicular to the cooling surface 134 of the heat sink 133.
- the light emitted from the plurality of semiconductor laser array chips 91 is arranged in a two-dimensional manner.
- a Fabry-Perot resonator is formed by the end face 93 and the planar reflecting mirror 122.
- the generated laser beam 124 is collected by the lens 52 and coupled to the multimode optical fiber 123 as output light.
- the active region 92 of the semiconductor laser array chip 91 is two-dimensionally arranged. Similar to the case of FIG. 11, also in FIG. 12, the optical path corresponding to each active region 92 of the external optical system is optically separated by the aperture 121. Therefore, a single transverse mode or low-order transverse mode laser beam is generated corresponding to each active region 92. As a result, the transverse mode of the laser beam 124, which is a set of laser beams generated for each active region 92, is a multimode.
- the laser light 124 generated by the plurality of semiconductor laser array chips 91 is coupled to the output optical fiber 123, so that a larger output laser light is extracted as output light. Can do.
- the semiconductor laser array chip 91 can be replaced with a broad area semiconductor laser chip. This configuration has the advantage that the structure is simple.
- FIG. 13 shows the configuration of an external resonator type semiconductor laser 140 according to the thirteenth embodiment of the present invention.
- This embodiment is a modification of the external cavity semiconductor laser 120 shown in FIG.
- FIG. 13A is a view of the external cavity semiconductor laser 140 as viewed from the side.
- FIG. 13B is a view of the mount 141, the semiconductor laser array chip 91, and the prism type reflecting mirror 142 provided on the heat sink 133 as seen from the upper surface of the heat sink 133.
- the external resonator type semiconductor laser 140 is provided with a plurality of mounts 141 on the cooling surface 134 of the heat sink 133.
- a semiconductor laser array chip 91 is provided on each mount 141 in a junction-down manner.
- a prism type reflecting mirror 142 is provided on the cooling surface 134 of the heat sink 133 corresponding to each semiconductor laser array chip 91.
- a cylindrical lens 51 is provided above the heat sink 133 so as to correspond to each semiconductor laser array chip 91.
- An aperture 131 and a plane reflecting mirror 122 are provided between the cylindrical lens 51 and the lens 52.
- the aperture 131 has two-dimensionally arranged openings.
- the light emitted from the plurality of semiconductor laser array chips 91 is reflected by the prism type reflecting mirror 142 and emitted in the direction perpendicular to the cooling surface 134 of the heat sink 133.
- Light emitted from the plurality of semiconductor laser array chips 91 is two-dimensionally arranged.
- a Fabry-Perot resonator is formed by the end face 93 and the planar reflecting mirror 122.
- the generated laser beam 124 is collected by the lens 52 and coupled to the multimode optical fiber 123 as output light.
- the semiconductor laser array chip 91 having a long active region 92 can be efficiently cooled.
- the semiconductor laser array chip 91 can be replaced with a broad area semiconductor laser chip. This configuration has the advantage that the structure is simple.
- FIG. 14 shows the configuration of an external resonator type semiconductor laser 150 according to the fourteenth embodiment of the present invention.
- This embodiment is a modification of the external cavity semiconductor laser 120 shown in FIG.
- FIG. 14A is a view of the external cavity semiconductor laser 150 as viewed from the upper surface side.
- FIG. 14B is a view of the external cavity semiconductor laser 150 as viewed from the side.
- FIG. 14B corresponds to FIG. 14A viewed from the arrow B side.
- the external resonator type semiconductor laser 150 is provided with a plurality of mounts 132 on the cooling surface 134 of the heat sink 133. On each mount 132, a broad area semiconductor laser chip 1 is provided in a junction-down manner. The broad area semiconductor laser chip 1 is provided so that the Y direction (see FIG. 1) of the broad area semiconductor laser chip 1 is perpendicular to the cooling surface 134 of the heat sink 133.
- a cylindrical lens 51 is provided on the heat sink 133 corresponding to each broad area semiconductor laser chip 1.
- a planar reflecting mirror 122, cylindrical lenses 151, and 152 are provided on the heat sink 133.
- a multimode optical fiber 123 is attached on the heat sink 133 by a support portion 153.
- a Fabry-Perot resonator is formed by the end face 3 of the broad area semiconductor laser chip 1 and the planar reflecting mirror 122.
- the generated laser beam 124 is condensed by the cylindrical lenses 151 and 152 and coupled to the multimode optical fiber 123 as output light.
- the laser beam 124 is generated in a direction parallel to the cooling surface 134 of the heat sink 133.
- the external optical system including the cylindrical lens 51, the planar reflecting mirror 122, the cylindrical lenses 151 and 152, and the multimode optical fiber 123 is formed on the cooling surface 134 of the heat sink 133.
- the cooling surface 134 also functions as a surface plate for aligning the external optical system. According to this configuration, there is an advantage that optical alignment is easy.
- FIG. 15 shows the configuration of an external cavity semiconductor laser 160 according to the fifteenth embodiment of the present invention.
- This embodiment is a modification of the external cavity semiconductor laser 130 shown in FIG.
- FIG. 15A is a view of the external cavity semiconductor laser 160 as viewed from the upper surface side.
- FIG. 15B is a view of the external cavity semiconductor laser 160 as viewed from the side.
- an optical fiber 162 including a fiber Bragg diffraction grating 161 is provided instead of the planar reflecting mirror 122 and the multimode optical fiber 123.
- a Fabry-Perot resonator is formed by the end face 93 and the fiber Bragg diffraction grating 161.
- the generated laser light 124 is collected by the lens 52 and coupled to the optical fiber 162 as output light.
- the transverse mode of the optical fiber 162 is a single mode or a multimode.
- the transverse mode of the laser beam 124 is a single mode or a multimode.
- the external cavity semiconductor laser 160 has an advantage that a laser beam whose transverse mode is a single mode can be generated.
- the oscillation wavelength can be controlled by the fiber Bragg diffraction grating 161.
- the configuration is also simple.
- an optical fiber 162 including a fiber Bragg diffraction grating 161 can be provided instead of the planar reflecting mirror 122 and the multimode optical fiber 123.
- FIG. 16 shows the configuration of an external resonator type semiconductor laser 170 according to the sixteenth embodiment of the present invention.
- This embodiment is a modification of the external cavity semiconductor laser 120 shown in FIG.
- FIG. 16A is a view of the external cavity semiconductor laser 170 as viewed from the upper surface side, and corresponds to FIG.
- FIG. 16B is a view of the external resonator type semiconductor laser 170 as viewed from the side, and corresponds to FIG.
- the external resonator type semiconductor laser 170 includes a semiconductor laser array chip 91, a cylindrical lens 51, a cylindrical lens array 171, a spatial filter 172, a cylindrical lens array 173, a plane reflecting mirror 122, a lens 52, and A multimode optical fiber 123 is provided.
- a cylindrical lens array 171 In place of the aperture 121 in FIG. 11, a cylindrical lens array 171, a spatial filter 172, and a cylindrical lens array 173 are provided.
- the cylindrical lens array 171 focuses light from each active region 92 of the semiconductor laser array chip 91 on the spatial filter 171.
- the cylindrical lens array 173 guides the light from the spatial filter 171 to the plane reflecting mirror 122 instead of parallel light.
- a Fabry-Perot resonator is formed by the end face 93 of the semiconductor laser array chip 91 and the planar reflecting mirror 122.
- the generated laser beam 124 is collected by the lens 52 and coupled to the multimode optical fiber 123 as output light.
- the transverse mode of the laser beam 124 can be reduced to a lower order or a single mode. This principle is the same as that of the external resonator type semiconductor laser 10 shown in FIG. For this reason, the low-order mode or single-mode laser beam 124 can be obtained even if the L / w ratio is small.
- Cylindrical lens arrays 171 and 173 can divert off-the-shelf ready-made optical components as slow-phase (slow) axis collimators.
- the slow-phase (slow) axis collimator is an optical component used in combination with a semiconductor laser array, and is easily available and inexpensive. Therefore, in the external cavity semiconductor laser 160 , development cost and product manufacturing cost can be reduced.
- an off-the-shelf optical component widely distributed as a fast axis collimator can be used as the cylindrical lens 51.
- a spherical lens array (an array of lenses corresponding to the lens 5 in FIG. 1) can be used instead of the cylindrical lens 51 and the cylindrical lens array 171.
- This configuration is a modification of the external resonator type semiconductor laser 160 and has the optical system array structure of FIG.
- FIG. 17A shows the configuration of a semiconductor laser 180 according to the seventeenth embodiment of the present invention.
- the semiconductor laser 180 includes a conductive mount 181, a conductive submount 183, a broad area semiconductor laser chip 1, an insulator block 184, an electrode 185, and a collimator lens 190.
- the mount 181 includes an optical system mounting portion 191 having a step structure.
- Mount 182 includes screw holes 186 and 187.
- a collimator lens 190 is provided on the optical system mounting portion 191 of the mount 181.
- the submount 183 is bonded on the mount 181, and the broad area semiconductor laser chip 1 is bonded on the submount 183.
- An insulator block 184 is bonded onto the mount 181, and an electrode 185 is bonded onto the insulator block 184.
- the electrode 185 and the semiconductor laser chip 182 are connected by a conductive wire 188.
- Light from the broad area semiconductor laser chip 1 is converted into parallel light by a collimator 190 and emitted as laser light 193.
- the mount 181 is attached to the heat sink 196 using two screws 194.
- the semiconductor laser 180 can be applied to the external resonator type semiconductor laser 150 shown in FIG.
- the semiconductor laser 180 can replace the mount 132, the broad area semiconductor laser chip 1, and the cylindrical lens 51.
- the semiconductor laser 180 can be attached to the heat sink 196 by the screw 194, there is an advantage that it is easy to assemble.
- a dielectric multilayer film may be provided on the flat portion 192 of the collimator lens 190 to provide a partial reflection mirror that reflects a specific wavelength.
- the semiconductor laser 180 functions as an external resonator type semiconductor laser.
- the transverse mode is relatively high-order, but the oscillation wavelength is cobanded. Therefore, it is suitable as an excitation light source for a rod-shaped, slab-shaped, or disk-shaped solid laser medium.
- a light guide made of a glass plate can be provided in the optical system mounting portion 191 of the semiconductor laser 180 .
- this configuration is a simple structure, the laser beam 193 can be prevented from being scattered by the mount 181.
- the mounting portion 191 is configured by providing a step on the mount 181, but it may be a simple planar structure. When the collimator lens 190 is small or a light guide is used, the optical system mounting portion 191 may be a flat surface. A structure in which the optical system mounting portion 191 is flat is easy to manufacture.
- FIG. 18A shows the configuration of a semiconductor laser 200 according to the eighteenth embodiment of the present invention.
- the semiconductor laser 200 includes a conductive mount 201, a conductive submount 183, a semiconductor laser array chip 91, an insulator block 184, an electrode 185, and a collimator lens 203.
- FIG. 18B is a cross-sectional view of the semiconductor laser 200 taken along the line CC ′.
- the mount 181 includes an optical system mounting portion 202 having a step structure.
- Mount 182 includes screw holes 186 and 187.
- a collimator lens 203 is provided on the optical system mounting portion 202 of the mount 181. The light from the semiconductor laser array chip 91 is converted into parallel light by the collimator lens 203 and emitted as laser light 204.
- the semiconductor laser 180 can be applied to the external resonator type semiconductor laser 130 shown in FIG.
- the semiconductor laser 180 can replace the mount 132, the semiconductor laser array chip 91, and the cylindrical lens 51.
- the semiconductor laser 200 can be attached to the heat sink using screws, there is an advantage that it is easy to assemble.
- a dielectric multilayer film may be provided on the flat portion 205 of the collimator lens 203 to provide a partial reflection mirror that reflects a specific wavelength.
- the semiconductor laser 200 functions as an external resonator type semiconductor laser.
- the transverse mode is relatively high-order, but the oscillation wavelength is cobanded. Therefore, it is suitable as an excitation light source for a rod-shaped, slab-shaped, or disk-shaped solid laser medium.
- a light guide made of a glass plate can be provided in the optical system mounting portion 202 of the semiconductor laser 200 .
- this configuration is a simple structure, the laser beam 204 can be prevented from being scattered by the mount 201.
- the optical system mounting portion 202 is configured by providing a step on the mount 201, but it may be a simple planar structure. When the collimator lens 203 is small or a light guide is used, the mounting portion 202 may be a flat surface. A structure in which the optical system mounting portion 202 is flat is easy to manufacture.
- An external resonator type semiconductor laser characterized in that a spatial filter is provided in the external optical system for limiting the optical path in the substrate surface direction of the semiconductor laser chip.
- a lens is provided in the external optical system, and the lens converts light from the broad area semiconductor laser in a direction perpendicular to the substrate into parallel light, and light in a direction horizontal to the substrate.
- An external cavity semiconductor laser characterized in that light is condensed at an opening of a spatial filter.
- the thin-film solid-state laser chip has an optical confinement function in which the transverse mode becomes multimode in the in-plane direction,
- the thin-film solid-state laser chip is provided on a heat sink, a high-reflectivity reflecting mirror is provided on the heat sink side of the thin-film solid-state laser chip, and the surface of the thin-film solid-state laser chip opposite to the heat sink is optically coupled to the resonator optical system
- a thin-film solid-state laser comprising a spatial filter for limiting an optical path in a resonator optical system.
- the first end face is given a high reflectivity coat
- the second end face is given a non-reflective coat
- the second end face and the external optical system are optically coupled
- An external resonator type semiconductor laser wherein an optical fiber having a fiber Bragg diffraction grating is provided in an external optical system.
- the thin-film solid-state laser chip has an optical confinement function in which the transverse mode becomes multimode in the in-plane direction,
- the thin-film solid-state laser chip is provided on a heat sink, a high-reflectivity reflecting mirror is provided on the heat sink side of the thin-film solid-state laser chip, and the surface of the thin-film solid-state laser chip opposite to the heat sink is optically coupled to the resonator optical system
- a thin-film solid-state laser comprising an optical fiber having a fiber Bragg diffraction grating in an external optical system.
- the solid-state laser medium has an optical confinement function in which the transverse mode becomes a multimode in a plane perpendicular to the laser oscillation light,
- a solid-state laser characterized in that a solid-state laser medium and an optical fiber including a fiber Bragg diffraction grating are optically coupled by a lens, and a resonator is constituted by a reflecting mirror and a fiber Bragg diffraction grating.
- This semiconductor laser chip is a semiconductor laser array having a plurality of active regions, and each active region constituting this semiconductor laser array has a light confinement function as a multimode optical waveguide in the substrate in-plane direction.
- the vertical direction there is a light confinement function in which the transverse mode is single.
- a high reflectivity coat is applied to the first end face of the semiconductor laser chip, and a non-reflective coat is applied to the second end face.
- An external resonator type semiconductor laser characterized in that a spatial filter is provided in the external optical system for limiting the optical path in the substrate surface direction of the semiconductor laser chip.
- This semiconductor laser chip is a semiconductor laser array having a plurality of active regions, and each active region constituting this semiconductor laser array has a light confinement function as a multimode optical waveguide in the substrate in-plane direction.
- this broad area semiconductor laser there is an optical confinement function in which the transverse mode becomes a multimode optical waveguide, and in the direction perpendicular to the substrate.
- There is a light confinement function in which the transverse mode becomes a single mode the first end face is given a high reflectivity coat, the second end face is given a non-reflective coat, The second end face and the external optical system are optically coupled,
- the external optical system includes a cylindrical lens and a reflecting mirror,
- the cylindrical lens is an external resonator type semiconductor laser that converts light in a direction in which the transverse mode of the broad area type semiconductor laser becomes a single mode into parallel light, and then guides the light to a reflecting mirror.
- This semiconductor laser chip is a semiconductor laser array having a plurality of active regions, and each active region constituting this semiconductor laser array has a light confinement function as a multimode optical waveguide in the substrate in-plane direction.
- the external optical system includes a cylindrical lens and a reflecting mirror,
- the cylindrical lens is an external cavity semiconductor laser characterized by converting light in a direction in which the transverse mode of the broad area semiconductor laser becomes a single mode into parallel light and then guiding the light to a partial reflection mirror.
- SYMBOLS 1 Broad area semiconductor laser chip, 2 ... Active area
- external cavity type semiconductor laser 111 ... partially reflecting mirror, 112 ... output light 120 ... external cavity type semiconductor laser, 121 ... aperture 122 ... plane reflecting mirror, 123 ... Multimode optical fiber, 124 (collective) laser light, 124a ... laser light corresponding to the active region 92a, 124b ... laser light corresponding to the active region 92b, 124c ... laser light corresponding to the active region 92c, 124d ... Laser light corresponding to the active region 92d, 130 ... external cavity semiconductor laser, 131 ... aperture, 132 ... mount, 133 ... heat sink, 134 ... cooling surface of the heat sink 133, 140 ... external cavity semiconductor laser, 141 ... mount , 142 ...
- prismatic reflector 150 ... external cavity semiconductor laser, 1 1,152 ... cylindrical lens 153 ... support portion, 160 ... external cavity type semiconductor laser, 161 ... fiber Bragg grating, 162 ... optical fiber, 170 external cavity semiconductor laser, 171 ... cylindrical lens array, 172 ... space Filter, 173 ... Cylindrical lens array, 180 ... Semiconductor laser, 181 ... Conductive mount, 183 ... Conductive submount, 184 ... Insulator block, 185 ... Electrode, 186, 187 ... Screw hole, 188 ... Conductive Wire: 190 ... Collimator lens, 191 ... Optical system mounting portion, 192 ... Planar portion of collimator lens 190, 193 ...
- Laser light 194 ... Screw, 196 ... Heat sink, 200 ... Semiconductor laser, 201 ... Conductive mount, 202 ... Optical system mounting part, 20 Planar portion of ... collimator lens, 204 ... laser light, 205 ... collimator lens 203.
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Abstract
【課題】レーザ発振出力を大出力化しつつ、横モードを単一化もしくは低次モード化する。 【解決手段】半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザが提供される。半導体レーザチップはブロードエリア型半導体レーザであり、このブロードエリア半導体レーザの基板面内方向には、横モードがマルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一モードとなる光閉じ込め機能がある。第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、外部光学系中に半導体レーザチップの基板面内方向の光路を制限する空間フィルタが設けられる。
Description
本発明は半導体レーザに関し、特に高出力のレーザ光を生成できる半導体レーザに関する。本発明は外部共振器型の半導体レーザに関する。本発明は固体レーザに関する。本発明は横モード制御に関する。
特許文献1には、ロッド状のYAG結晶を用いた固体レーザの共振器中に、レンズとアパーチャーを設けて光路の制限を行うことによって、単一横モード発振を行う手法が開示されている。
特許文献2には、半導体レーザアレイ、レンズ、及び、ファイバーブラッググレーティングフィルタを用いて外部共振器型半導体レーザを形成し、横モードがマルチモードのレーザ光を生成する手法が開示されている。
特許文献3には、ワイドストライプの半導体レーザ(ブロードエリア型半導体レーザ)とシングルモード導波路を、プリズムを用いたモード変換器を介して結合させた外部共振器型半導体レーザが開示されている。また、ワイドストライプの半導体レーザ(ブロードエリア型半導体レーザ)とファイバーグレーティングを、テーパ導波路を介して結合させた外部共振器型半導体レーザが開示されている。
特許文献4には、半導体レーザアレイと光路変換素子を組み合わせた外部共振器型半導体レーザが開示されている。
特許文献5には、半導体レーザアレイと傾斜した反射鏡を組み合わせた外部共振器型半導体レーザが開示されている。
大出力のレーザ発振を得るためにレーザ媒質の体積を大きくすることが有効であるが、この場合、横モードの単一化あるいは低次モード化が難しくなる。本発明はレーザ発振出力を大出力化しつつ、横モードを単一化もしくは低次モード化することを目的とする。
また、横モードの単一化もしくは低次モード化にあたって、共振器の大きさを縮減し、コンパクトなレーザ発振器を実現することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の外部共振器型半導体レーザは、半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザであって、半導体レーザチップはブロードエリア型半導体レーザであり、このブロードエリア半導体レーザの基板面内方向には、横モードがマルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一モードとなる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、外部光学系中に半導体レーザチップの基板面内方向の光路を制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、広い活性領域を有するブロードエリア半導体レーザチップを用いても、外部光学系中に半導体レーザチップの基板面内方向の光路を制限する空間フィルタが設けられているために、光路が制限され、その結果、レーザ発振の横モードを単一化もしくは低次モード化することができる。
本発明のレーザは、大出力で横モードが制御されたレーザが必要とされる用途に適している。例えば、加工用レーザの光源、加工用レーザの励起光源、希土類ドープ光ファイバ増幅器の励起光源、及び、ラマン光増幅器の励起光源に適している。
本発明のレーザは、大出力で横モードが制御されたレーザが必要とされる用途に適している。例えば、加工用レーザの光源、加工用レーザの励起光源、希土類ドープ光ファイバ増幅器の励起光源、及び、ラマン光増幅器の励起光源に適している。
以下に、図面を参照して本発明に係わる半導体レーザの実施の形態を詳細に説明する。この実施の形態により本発明が限定されるものではない。なお、各図面において、同一の構成要素には同一の符号を付与している。
[第一実施例]
図1に本発明の第一実施例の外部共振器型半導体レーザ10の構成を示す。外部共振器型半導体レーザ10はブロードエリア半導体レーザチップ1、レンズ5、空間フィルタ6、シリンドリカルレンズ7、及び、部分反射鏡8を備えている。レンズ5、空間フィルタ6、シリンドリカルレンズ7、及び、部分反射鏡8によって、外部光学系が形成されている。
図1に本発明の第一実施例の外部共振器型半導体レーザ10の構成を示す。外部共振器型半導体レーザ10はブロードエリア半導体レーザチップ1、レンズ5、空間フィルタ6、シリンドリカルレンズ7、及び、部分反射鏡8を備えている。レンズ5、空間フィルタ6、シリンドリカルレンズ7、及び、部分反射鏡8によって、外部光学系が形成されている。
図1(a)は外部共振器型半導体レーザ10をブロードエリア半導体レーザチップ1の上面側から見た図である。図1(b)は外部共振器型半導体レーザ10をブロードエリア半導体レーザチップ1の側面側から見た図である。図1(c)は空間フィルタ6の構造を示す図である。図1(d)は空間フィルタ6を代替することのできるスラブ状光導波路12を示す図である。図1には座標軸を矢印で示してある。
ブロードエリア半導体レーザチップ1は、基板上に活性領域2を備えている。この活性領域2は十分に広く、活性領域2の基板面内方向(座標軸Y方向)はマルチモード光導波路として機能する。一方、活性領域2の基板に対して垂直方向(座標軸Z方向)には単一モード光導波路として機能するような光閉じ込め能力を有している。なお、座標軸X方向はレーザ光の進行方向であり、座標軸Y方向はレーザ光の進行方向に対して垂直である。
ブロードエリア半導体レーザチップ1の端面3には高反射率コート(反射率98%)が施されている。また、ブロードエリア半導体レーザチップ1の端面4には無反射コート(反射率0.1%以下)が施されている。このため、ブロードエリア半導体レーザチップ1単体ではレーザ発振が生じない。ブロードエリア半導体レーザチップ1と外部光学系を組み合わせることによって、レーザ光が生成される。
ブロードエリア半導体レーザチップ1はGaAs系の材料で構成されている。ただし、ブロードエリア半導体レーザチップ1の材料系はGaAs系に限定されず、任意の材料系を用いることができる。
端面3と部分反射鏡8とでファブリーペロー共振器が形成されている。この共振器中には設けられたレンズ5、空間フィルタ6、及び、シリンドリカルレンズ7によって横モードが制限されており、単一モードのレーザ発振が生じる。生成されたレーザ光の一部が出力光11として部分反射鏡8から取り出される。
図1(a)に示すように、座標軸Y方向については、レンズ5によってブロードエリア半導体レーザチップ1からの光が空間フィルタ6のスリット状の開口部(アパーチャ)9に焦点を結ぶ。開口部(アパーチャ)9からの光はシリンドリカルレンズ7によって平行光に変えられて、出力鏡である部分反射鏡8に入射する。
図1(b)に示すように、座標軸Z方向については、レンズ5によってブロードエリア半導体レーザチップ1からの光が平行光に変えられた後、開口部9、シリンドリカルレンズ7を経て、部分反射鏡8に入射する。
外部共振器型半導体レーザ10においては、座標軸Z方向については、ブロードエリア半導体レーザチップ1の光導波路構造によって、横モードが単一モードとなるように制限されている。また、座標軸Y方向については、空間フィルタ6によって光路が制限されているために横モードが単一モードとなる。この結果、外部共振器型半導体レーザ10は単一横モードでレーザ発振する。
図1(c)に空間フィルタ6の構造を示す。空間フィルタ6は遮光部中にスリット状の開口部9を設けた構造である。空間フィルタ6は金属をフォトエッチングして開口部9を設けた後、黒色塗装をしたもの、ガラス基板上に金属などの遮光材料を設けてフォトエッチングを施し、さらに黒色の電着塗装を施したものなどを用いることができる。
空間フィルタ6の開口部9の大きさを調整することによって、外部共振器型半導体レーザ10において、低次のマルチモードレーザ発振を生じさせることもできる。
図1(d)に空間フィルタ6を代替する別の例を示す。スラブ状光導波路12は光を導波するコア層13を備えている。スラブ状光導波路12はY方向には単一モードの光閉じ込めを行う。このためスラブ状光導波路12は空間フィルタとして機能する。
図1(d)に空間フィルタ6を代替する別の例を示す。スラブ状光導波路12は光を導波するコア層13を備えている。スラブ状光導波路12はY方向には単一モードの光閉じ込めを行う。このためスラブ状光導波路12は空間フィルタとして機能する。
図1における、レンズ5とシリンドリカルレンズ7を反射光学系に置き換えることもできる。あるいは、反射鏡とレンズを組み合わせた光学系を用いることもできる。
ブロードエリア半導体レーザチップ1の端面3と端面4にはウインドー領域を設けても良い。ウインドー領域を設けることによってレーザ出力を大出力かできる。
ブロードエリア半導体レーザチップ1に代えて、光導波路型固体レーザを用いることもできる。基板に対して垂直方向について横モードが単一となり、基板に対して水平方向について横モードがマルチモードとなる光導波路型固体レーザは、本実施例のブロードエリア半導体レーザチップ1を代替することができる。このことは、後述の図4に示す構成と図9に示す構成についても当てはまる。
本実施例によれば、広い活性領域2を有するブロードエリア半導体レーザチップ1によってレーザ発振を生じさせるので、大出力のレーザ光を得ることができる。しかも、空間フィルタ6によってレーザ発振のモードを制御して、単一モードレーザ発振、あるいは、低次モードのレーザ発振を得ることができる。図1の構成において、端面3に無反射コートが無いと、活性領域2の基板面内(座標軸Y方向)の横モード(マルチモード)に対応したレーザ発振が生じる。しかし、本実施例においては、端面3に無反射コートが施されているので、このような横モード(マルチモード)に対応したレーザ発振は抑制される。この結果、外部光学系によって制限された横モードに対応したレーザ発振が生成される。すなわち、単一横モード発しくは低次横モードのレーザ発振を得ることができる。
[第二実施例]
図2に本発明の第二実施例の外部共振器型半導体レーザ20の構成を示す。外部共振器型半導体レーザ20は外部共振型VCSEL(垂直共振器型面発光レーザ)チップ21、レンズ25、空間フィルタ26、レンズ27、及び、部分反射鏡28を備えている。レンズ25、空間フィルタ26、レンズ27、及び、部分反射鏡28によって、外部光学系が形成されている。空間フィルタ26はピンホール状の開口部29を有している。
図2に本発明の第二実施例の外部共振器型半導体レーザ20の構成を示す。外部共振器型半導体レーザ20は外部共振型VCSEL(垂直共振器型面発光レーザ)チップ21、レンズ25、空間フィルタ26、レンズ27、及び、部分反射鏡28を備えている。レンズ25、空間フィルタ26、レンズ27、及び、部分反射鏡28によって、外部光学系が形成されている。空間フィルタ26はピンホール状の開口部29を有している。
図2(a)は外部共振器型半導体レーザ20の構成を示す図である。図2(b)はVCSELチップ21の断面図である。VCSELチップ21には、広い発光領域を設けることができる。図2(c)は空間フィルタ26を代替する光ファイバ37を示す図である。
図2(b)に示すように外部共振型VCSELチップ21は、基板22、半導体多層膜ブラッグ回折格子23、下部クラッド層32、活性層24、上部クラッド層33、及び、電極34から成る。上部クラッド層33からの光出射部36には、無反射コート層39が施されている。無反射コート層39はパッシベーション膜をかねることができる。
外部共振型VCSELチップ21は基板面内方向にマルチモードの横モードを持つように光閉じ込め機能を有している。また、電極34によって、このマルチモード領域は複数に分割されている。レーザ光出力は小さくなるが、単一のマルチモード領域だけを用いることもできる。
通常のVCSELチップでは上部クラッド層33の上にもう一つの半導体多層膜ブラッグ回折格子が設けられているが、外部共振型VCSELチップ21には設けられていない。
外部共振型VCSELチップ21の上部クラッド層33と電極34の間には図示しないコンタクト層が設けられている。
外部共振型VCSELチップ21からの出射光35はレンズ25、空間フィルタ26、レンズ27を経て、部分反射鏡28に達し、ここで反射されて光の帰還が生じる。空間フィルタ26によって光路が制限されるために、外部共振器型半導体レーザ20では単一横モードでのレーザ発振が生じる。生成したレーザ光は出力光31として部分反射鏡28から取り出される。
空間フィルタ26の開口部29の大きさを調整することによって、外部共振器型半導体レーザ20において、低次のマルチモードレーザ発振を生じさせることもできる。
図2(c)に空間フィルタ26を代替する別の例を示す。光ファイバ37は光を導波するコア38を備えている。光ファイバ37は単一横モードの光ファイバであるので、空間フィルタとして機能する。光ファイバ37の代わりに光導波路を用いることもできる。
図2における、レンズ25とレンズ27を反射光学系に置き換えることもできる。あるいは、反射鏡とレンズを組み合わせた光学系を用いることもできる。
本実施例によれば、広い発光領域を有する外部共振型VCSELチップ21によってレーザ発振を生じさせるので、大出力のレーザ光を得ることができる。しかも、空間フィルタ26によってレーザ発振のモードを制御して、単一モードレーザ発振、あるいは、低次モードのレーザ発振を得ることができる。
[第三実施例]
図3(a)に本発明の第三実施例の薄膜固体レーザ40の構成を示す。薄膜固体レーザ40は薄膜固体レーザチップ41、レンズ25、空間フィルタ26、レンズ27、及び、部分反射鏡28を備えている。薄膜固体レーザチップ41はヒートシンク43上に設けられている。薄膜固体レーザチップ41中に活性領域42が設けられている。
図3(a)に本発明の第三実施例の薄膜固体レーザ40の構成を示す。薄膜固体レーザ40は薄膜固体レーザチップ41、レンズ25、空間フィルタ26、レンズ27、及び、部分反射鏡28を備えている。薄膜固体レーザチップ41はヒートシンク43上に設けられている。薄膜固体レーザチップ41中に活性領域42が設けられている。
活性領域42は薄膜固体レーザチップ41の面内方向に横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有している。
薄膜固体レーザチップ41はYAG結晶、YAG系セラミクスなどを用いることができる。活性領域42にはNdやYbなどがドープされている。薄膜固体レーザチップ41の材料はYAGには限定されない。薄膜固体レーザチップ41の材料はYAGには限定されず、ドープ元素も任意のものを用いることができる。
薄膜固体レーザチップ41は励起光44によって側方励起されている。また、励起光45を用いて斜方励起を行うこともできる。薄膜固体レーザチップ41が励起光44によって側方励起されている場合は、レンズ25と薄膜固体レーザチップ41を近接させることができる。一方、薄膜固体レーザチップ41が励起光45によって斜方励起されている場合は、レンズ25と薄膜固体レーザチップ41の間隔を広げて励起光45が入射する空間を設ける必要がある。
図3(b)に示すように、薄膜固体レーザチップ41のヒートシンク43側の面には高反射率コート層46が設けられている。薄膜固体レーザチップ41の高反射率コート層46、レンズ25、空間フィルタ26、レンズ27、及び、部分反射鏡28によって、共振器光学系が形成されている。空間フィルタ26はピンホール状の開口部29を有している。
なお、高反射率コート層46に代えて独立した反射鏡を設けても良い。
薄膜固体レーザチップ41からの光はレンズ25、空間フィルタ26、レンズ27を経て、部分反射鏡28に達し、ここで反射されて光の帰還が生じる。空間フィルタ26によって光路が制限されるために、薄膜固体レーザ40では単一横モードでのレーザ発振が生じる。
空間フィルタ26の開口部29の大きさを調整することによって、外部共振器型半導体レーザ20において、低次のマルチモードレーザ発振を生じさせることもできる。空間フィルタ26に代えて光ファイバ37を用いることもできる。
図2における、レンズ25とレンズ27を反射光学系に置き換えることもできる。あるいは、反射鏡とレンズを組み合わせた光学系を用いることもできる。
本実施例によれば、広い活性領域42を有する薄膜固体レーザチップ41によってレーザ発振を生じさせるので、大出力のレーザ光を得ることができる。しかも、空間フィルタ26によってレーザ発振のモードを制御して、単一モードレーザ発振、あるいは、低次モードのレーザ発振を得ることができる。
薄膜固体レーザは、ロッド状のレーザ結晶を用いる固体レーザに比べて、薄膜固体レーザチップが非常に小型である。しかしながら、レーザ光の横モードを単一化もしくは低次化するためには、光学共振器の長さを長くする必要があった。このため、レーザ発振器の大きさがロッド状のレーザ結晶を用いる固体レーザとあまり変わらない大きさになってしまっていた。
本実施例によれば、レンズ25とレンズ27の焦点距離を短くすることによって共振器の長さを短くしても、ピンホール状の開口部29の大きさを適切に選ぶことによって、レーザ光の単一モード化もしくは低次モード化が実現できる。したがって、レーザ発振器を小型化できる。
特に、薄膜固体レーザチップ41を励起光44によって側方励起した場合は、レンズ25と半導体レーザチップ41を近接させることができるので、レーザ発振器の小型化に非常に効果がある。
[第四実施例]
図4に本発明の第四実施例の外部共振器型半導体レーザ50の構成を示す。図4(a)は外部共振器型半導体レーザ50をブロードエリア半導体レーザチップ1の上面側から見た図である。図4(b)は外部共振器型半導体レーザ50をブロードエリア半導体レーザチップ1の側面側から見た図である。
図4に本発明の第四実施例の外部共振器型半導体レーザ50の構成を示す。図4(a)は外部共振器型半導体レーザ50をブロードエリア半導体レーザチップ1の上面側から見た図である。図4(b)は外部共振器型半導体レーザ50をブロードエリア半導体レーザチップ1の側面側から見た図である。
外部共振器型半導体レーザ50はブロードエリア半導体レーザチップ1、シリンドリカルレンズ51、レンズ52、及び、出力光ファイバ53を備えている。出力光ファイバ53は横モードが単一であり、また、ファイバーブラッグ回折格子54が設けられている。シリンドリカルレンズ51、レンズ52、及び、ファイバーブラッグ回折格子54によって外部光学系が形成されている。
ブロードエリア半導体レーザチップ1からの光はシリンドリカルレンズ51によって、座標軸Z方向についてコリメートされた後、レンズ52によって出力光ファイバ53に導かれる。そして、出力光ファイバ53に設けられたファイバーブラッグ回折格子54によって反射され、逆の経路をたどってブロードエリア半導体レーザチップ1へと帰還する。
前に述べたとおり、ブロードエリア半導体レーザチップ1の活性領域2は、基板に対して垂直方向には単一モード光導波路として機能する。単一モード光導波路からの出射光は拡がり角を有しており、平行光ではない。このため、シリンドリカルレンズ51を用いて自由空間において平行光とする必要がある。図4の構成において、シリンドリカルレンズ51が無いと、活性領域2と出力光ファイバ53の結合係数は著しく小さなものとなってしまい、光損失が非常に大きくなってしまう。
端面3とファイバーブラッグ回折格子54とでファブリーペロー共振器が形成されている。出力光ファイバ53によって横モードが制限されており、単一モードのレーザ発振が生じる。出力光ファイバ53としてマルチモード光ファイバを用いることもできる。この場合は、横モードがマルチモードのレーザ発振が生じる。出力光ファイバ53を適切に選択することによって、外部共振器型半導体レーザ50のレーザ発振の横モードを制御することができる。
本実施例によれば、広い活性領域2を有するブロードエリア半導体レーザチップ1によってレーザ発振を生じさせるので、大出力のレーザ光を得ることができる。しかも、出力光ファイバ53によってレーザ発振のモードを制御して、単一モードレーザ発振、あるいは、低次モードのレーザ発振を得ることができる。
また、ファイバーブラッグ回折格子54を用いることによってレーザ発振の縦モードも制御可能であり、単一縦モード発振を実現することもできる。
さらに、生成したレーザ光55は出力光ファイバ53に結合するので、出力光ファイバ53を用いてレーザ光55を任意の場所に導くことができる。
ファイバーブラッグ回折格子54を出力光ファイバ53に設けたので部品点数が減少するという利点も生じる。レーザ発振のための光学系が出力光ファイバ53との結合光学系を兼ねるという点でも部品点数が減少する。
特許文献3には、ワイドストライプの半導体レーザ(ブロードエリア型半導体レーザ)とシングルモード導波路を、プリズムを用いたモード変換器を介して結合させた外部共振器型半導体レーザが開示されている。この構成では、モード変換器の変換比が2から3程度と比較的小さいという問題があった。すなわち、プリズムを用いたモード変換器は、レーザビームの長径と短径の比率が2から3のレーザビームを真円(長径/短径=1)のレーザビームに変換するのに適しており、極端に長径と短径の比率が大きなレーザビームは取り扱うことができない。このため、ワイドストライプ半導体レーザ(ブロードエリア型半導体レーザ)のストライプ幅をあまり広くできず、レーザ光の大出力化が難しい。
これに対して、本実施例の構成ではシリンドリカルレンズ51と(球面)レンズ52を用いてレーザビームの変換を行っている。この手法では、レーザビームの短径と長径の比率には制限が無い。このため、ワイドストライプ半導体レーザ(ブロードエリア型半導体レーザ)のストライプ幅を広くできるのでレーザ光の大出力化が実現できる。
また、特許文献3には、ワイドストライプの半導体レーザ(ブロードエリア型半導体レーザ)とファイバーグレーティングを、テーパ導波路を介して結合させた外部共振器型半導体レーザが開示されている。この構成では、テーパ導波路においてモード変換が生じてしまい、光の損失が大きい。特に、シングルモード導波路(光ファイバ)側からワイドストライプ半導体レーザ(ブロードエリア型半導体レーザ)側へ向かう経路で大きな光損失が発生する。このため、レーザ発振の効率が低下するという問題があった。
これに対して、本実施例の構成ではシリンドリカルレンズ51とレンズ52を用いてレーザビームの変換を行っている。この手法では、上記のような光損失は生じない。したがってレーザ発振の効率が低下することはない。
なお、本実施例において、シリンドリカルレンズ51をシリンドリカルミラーに置き換えることができる。また、レンズ52を凹面鏡に置き換えることができる。
同様に、図1の構成において、レンズ5を凹面鏡に置き換えることができる。また、シリンドリカルレンズ7をシリンドリカルミラーに置き換えることができる。
同様に、図2もしくは図3の構成において、レンズ27と部分反射鏡28を一つの凹面反射鏡(部分反射鏡)に置き換えることができる。この構成では部品点数が減少し、光学アライメントの工数も減るという利点がある。
[第五実施例]
図5に本発明の第五実施例の外部共振器型半導体レーザ60の構成を示す。外部共振器型半導体レーザ60は外部共振型VCSEL(垂直共振器型面発光レーザ)チップ21、レンズ25、出力光ファイバ53を備えている。出力光ファイバ53は横モードが単一であり、また、ファイバーブラッグ回折格子54が設けられている。レンズ25、及び、ファイバーブラッグ回折格子54によって外部光学系が形成されている。
図5に本発明の第五実施例の外部共振器型半導体レーザ60の構成を示す。外部共振器型半導体レーザ60は外部共振型VCSEL(垂直共振器型面発光レーザ)チップ21、レンズ25、出力光ファイバ53を備えている。出力光ファイバ53は横モードが単一であり、また、ファイバーブラッグ回折格子54が設けられている。レンズ25、及び、ファイバーブラッグ回折格子54によって外部光学系が形成されている。
外部共振型VCSELチップ21の構成については、第二実施例において述べたとおりである。
外部共振型VCSELチップ21からの出射光35はレンズ25によって出力光ファイバ53に結合され、ファイバーブラッグ回折格子54によって、一部が反射される。反射された光は、逆の道筋をたどって外部共振型VCSELチップ21に帰還する。帰還光は増幅されて、再び、レンズ25を経てファイバーブラッグ回折格子54に至る。この結果、レーザ発振が生じる。
出力光ファイバ53によって横モードが制限されており、単一モードのレーザ発振が生じる。出力光ファイバ53としてマルチモード光ファイバを用いれば、発振する横モードの次数を制御することができる。
本実施例によれば、広い活性領域を有する外部共振型VCSELチップによってレーザ発振を生じさせるので、大出力のレーザ光を得ることができる。しかも、出力光ファイバ53によってレーザ発振のモードを制御して、単一モードレーザ発振、あるいは、低次モードのレーザ発振を得ることができる。
また、ファイバーブラッグ回折格子54を用いることによってレーザ発振の縦モードも制御可能であり、単一縦モード発振を実現することもできる。
さらに、生成したレーザ光は出力光ファイバ53に結合するので、出力光ファイバ53を用いてレーザ光を任意の場所に導くことができる。
ファイバーブラッグ回折格子54を出力光ファイバ53に設けたので部品点数が減少するという利点も生じる。レーザ発振のための光学系が出力光ファイバ53との結合光学系を兼ねるという点でも部品点数が減少する。
[第六実施例]
図6に本発明の第六実施例の薄膜固体レーザ70の構成を示す。薄膜固体レーザ70は薄膜固体レーザチップ41、レンズ25、出力光ファイバ53を備えている。出力光ファイバ53は横モードが単一であり、また、ファイバーブラッグ回折格子54が設けられている。レンズ25、及び、ファイバーブラッグ回折格子54によって外部光学系が形成されている。
図6に本発明の第六実施例の薄膜固体レーザ70の構成を示す。薄膜固体レーザ70は薄膜固体レーザチップ41、レンズ25、出力光ファイバ53を備えている。出力光ファイバ53は横モードが単一であり、また、ファイバーブラッグ回折格子54が設けられている。レンズ25、及び、ファイバーブラッグ回折格子54によって外部光学系が形成されている。
薄膜固体レーザチップ41はヒートシンク43上に設けられている。薄膜固体レーザチップ41中に活性領域42が設けられている。薄膜固体レーザチップ41の構成は第三実施例において説明したとおりである。
薄膜固体レーザチップ41からの光はレンズ25によって出力光ファイバ53に結合され、ファイバーブラッグ回折格子54によって、一部が反射される。反射された光は、逆の道筋をたどって薄膜固体レーザチップ41に帰還する。帰還光は増幅されて、再び、レンズ25を経てファイバーブラッグ回折格子54に至る。この結果、レーザ発振が生じる。
出力光ファイバ53によって横モードが制限されており、単一モードのレーザ発振が生じる。出力光ファイバ53としてマルチモード光ファイバを用いれば、発振する横モードの次数を制御することができる。
本実施例によれば、広い活性領域を有する薄膜固体レーザチップ41によってレーザ発振を生じさせるので、大出力のレーザ光を得ることができる。しかも、出力光ファイバ53によってレーザ発振のモードを制御して、単一モードレーザ発振、あるいは、低次モードのレーザ発振を得ることができる。
また、ファイバーブラッグ回折格子54を用いることによってレーザ発振の縦モードも制御可能であり、単一縦モード発振を実現することもできる。
さらに、生成したレーザ光は出力光ファイバ53に結合するので、出力光ファイバ53を用いてレーザ光を任意の場所に導くことができる。
ファイバーブラッグ回折格子54を出力光ファイバ53に設けたので部品点数が減少するという利点も生じる。レーザ発振のための光学系が出力光ファイバ53との結合光学系を兼ねるという点でも部品点数が減少する。
[第七実施例]
図7に本発明の第七実施例の固体レーザ80の構成を示す。固体レーザ80は、反射鏡82、固体レーザロッド81、レンズ25、出力光ファイバ53を備えている。出力光ファイバ53は横モードが単一であり、また、ファイバーブラッグ回折格子54が設けられている。レンズ25、及び、ファイバーブラッグ回折格子54によって外部光学系が形成されている。
図7に本発明の第七実施例の固体レーザ80の構成を示す。固体レーザ80は、反射鏡82、固体レーザロッド81、レンズ25、出力光ファイバ53を備えている。出力光ファイバ53は横モードが単一であり、また、ファイバーブラッグ回折格子54が設けられている。レンズ25、及び、ファイバーブラッグ回折格子54によって外部光学系が形成されている。
固体レーザロッド81はYAG結晶、YAG系セラミクスなどを用いることができる。固体レーザロッド81にはNdやYbなどがドープされている。固体レーザロッド81の材料はYAGには限定されない。活性領域42にはNdやYbなどがドープされている。固体レーザロッド81の材料はYAGには限定されず、ドープ元素も任意のものを用いることができる。また、固体レーザロッド81は円柱状であるが、スラブ状の形状を用いることもできる。
固体レーザロッド81は励起光83によって側方励起されている。また、励起光84を用いて端面励起を行うこともできる。励起光84を用いて端面励起を行う場合は、反射鏡82は、レーザ発振光は反射し、励起光84は透過する構成とする。
固体レーザロッド81はレーザ発振方向とは垂直は面内において、横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有している。多くの固体レーザロッドはこのような条件を満たしている。
固体レーザロッド81からの光はレンズ25によって出力光ファイバ53に結合され、ファイバーブラッグ回折格子54によって、一部が反射される。反射された光は、逆の道筋をたどって薄膜固体レーザチップ41に帰還する。帰還光は増幅されて、再び、レンズ25を経てファイバーブラッグ回折格子54に至る。この結果、レーザ発振が生じる。
出力光ファイバ53によって横モードが制限されており、単一モードのレーザ発振が生じる。出力光ファイバ53としてマルチモード光ファイバを用いれば、発振する横モードの次数を制御することができる。
本実施例によれば、広い活性領域を有する固体レーザロッド81によってレーザ発振を生じさせるので、大出力のレーザ光を得ることができる。しかも、出力光ファイバ53によってレーザ発振のモードを制御して、単一モードレーザ発振、あるいは、低次モードのレーザ発振を得ることができる。
また、ファイバーブラッグ回折格子54を用いることによってレーザ発振の縦モードも制御可能であり、単一縦モード発振を実現することもできる。
さらに、生成したレーザ光は出力光ファイバ53に結合するので、出力光ファイバ53を用いてレーザ光を任意の場所に導くことができる。
ファイバーブラッグ回折格子54を出力光ファイバ53に設けたので部品点数が減少するという利点も生じる。レーザ発振のための光学系が出力光ファイバ53との結合光学系を兼ねるという点でも部品点数が減少する。
[第八実施例]
図8(a)に本発明の第八実施例に用いられる半導体レーザアレイチップ91の構成を示す。半導体レーザアレイチップ91上には複数の活性領域92が設けられている。活性領域92は、それぞれ、基板面内方向(座標軸Y方向)ではマルチモード光導波路として機能する。複数の活性領域92の間には電流注入されない非励起領域96が設けられている。非励起領域96ではレーザ光の吸収が生じる。
図8(a)に本発明の第八実施例に用いられる半導体レーザアレイチップ91の構成を示す。半導体レーザアレイチップ91上には複数の活性領域92が設けられている。活性領域92は、それぞれ、基板面内方向(座標軸Y方向)ではマルチモード光導波路として機能する。複数の活性領域92の間には電流注入されない非励起領域96が設けられている。非励起領域96ではレーザ光の吸収が生じる。
半導体レーザアレイチップ91の端面93には高反射率コート(反射率98%)が施されている。また、ブロードエリア半導体レーザチップ1の端面94には無反射コート(反射率0.1%以下)が施されている。
図1に示した構成において、ブロードエリア半導体レーザチップ1に代えて半導体レーザアレイチップ91を用いることができる。
図8(b)に示すように、ブロードエリア半導体レーザチップ1の活性領域の幅を広げると座標軸Y方向に寄生発振光95が生じやすくなる。半導体レーザアレイチップ91を用いると、複数の活性領域92の間では、非励起領域96によるレーザ光の吸収(損失)が生じるために、このような寄生発振を抑制できる。なお、活性領域92の間には他の手段を用いてレーザ光の損失を生じさせても良い。
また、図4に示した構成において、ブロードエリア半導体レーザチップ1に代えて半導体レーザアレイチップ91を用いることができる。この場合も、座標軸Y方向の寄生発振を抑制する効果がある。
[第九実施例]
図9に本発明の第九実施例の外部共振器型半導体レーザ100の構成を示す。図9(a)は外部共振器型半導体レーザ100をブロードエリア半導体レーザチップ1の上面側から見た図である。図9(b)は外部共振器型半導体レーザ100をブロードエリア半導体レーザチップ1の側面側から見た図である。図9(c)は部分反射鏡の別の構成を示す図である。
図9に本発明の第九実施例の外部共振器型半導体レーザ100の構成を示す。図9(a)は外部共振器型半導体レーザ100をブロードエリア半導体レーザチップ1の上面側から見た図である。図9(b)は外部共振器型半導体レーザ100をブロードエリア半導体レーザチップ1の側面側から見た図である。図9(c)は部分反射鏡の別の構成を示す図である。
外部共振器型半導体レーザ100はブロードエリア半導体レーザチップ1、シリンドリカルレンズ51、及び、部分反射鏡101を備えている。シリンドリカルレンズ51、及び、部分反射鏡101によって外部光学系が形成されている。生成したレーザ光は出力光102として取り出される。
部分反射鏡101は平面鏡である。部分反射鏡101代えて、図9(c)に示すような凹面鏡103を用いることもできる。
ブロードエリア半導体レーザチップ1からの光はシリンドリカルレンズ51によって、座標軸Z方向についてコリメートされた後、部分反射鏡101に導かれる。そして、部分反射鏡101によって反射され、逆の経路をたどってブロードエリア半導体レーザチップ1へと帰還する。端面3と部分反射鏡101とでファブリーペロー共振器が形成されている。
端面3と部分反射鏡101の距離を活性領域2の幅(活性領域2のY軸方向の長さ)に比べて、十分、大きく取ることにより、横モードを低次モードあるいは単一モードに制御することができる。
ブロードエリア半導体レーザチップ1に代えて、図8に示した半導体レーザアレイチップ91を用いることもできる。
本実施例は、図1に示した構成と比べて、部品点数が少なくて済む利点がある。ただし、共振器の長さは図1に示した構成より長くする必要がある。
[第十実施例]
図10に本発明の第十実施例の外部共振器型半導体レーザ110の構成を示す。外部共振器型半導体レーザ110は外部共振型VCSEL(垂直共振器型面発光レーザ)チップ21、及び、部分反射鏡111を備えている。
図10に本発明の第十実施例の外部共振器型半導体レーザ110の構成を示す。外部共振器型半導体レーザ110は外部共振型VCSEL(垂直共振器型面発光レーザ)チップ21、及び、部分反射鏡111を備えている。
外部共振型VCSELチップ21の構成については、第二実施例において述べたとおりである。
外部共振型VCSELチップ21からの出射光35は部分反射鏡111によって、一部が反射される。反射された光は、外部共振型VCSELチップ21に帰還する。帰還光は増幅されて、再び、部分反射鏡111に至る。この結果、レーザ発振が生じる。生成したレーザ光の一部は出力光112として取り出される。
外部共振型VCSELチップ21と部分反射鏡111の距離を活性領域の幅に比べて、十分、大きく取ることにより、横モードを低次モードあるいは単一モードに制御することができる。
部分反射鏡111としては、平面鏡、凹面鏡のどちらも用いることができる。
本実施例は、図2に示した構成と比べて、部品点数が少なくて済む利点がある。ただし、共振器の長さは図2に示した構成より長くする必要がある。
[第十一実施例]
図11に本発明の第十一実施例の外部共振器型半導体レーザ120の構成を示す。本実施例は図4に示した外部共振器型半導体レーザ50の変形例である。図11(a)は外部共振器型半導体レーザ120を上面側から見た図である。図11(b)は外部共振器型半導体レーザ120を側面側から見た図である。
図11に本発明の第十一実施例の外部共振器型半導体レーザ120の構成を示す。本実施例は図4に示した外部共振器型半導体レーザ50の変形例である。図11(a)は外部共振器型半導体レーザ120を上面側から見た図である。図11(b)は外部共振器型半導体レーザ120を側面側から見た図である。
図11(a)と図11(b)に示すように、外部共振器型半導体レーザ120は、ブロードエリア半導体レーザチップ1に代えて半導体レーザアレイチップ91を用いている。また、シリンドリカルレンズ51とレンズ52の間に、アパーチャ121と平面反射鏡122を設けている。また、出力光ファイバ53に代えて、マルチモード光ファイバ123を設けている。アパーチャ121は半導体レーザアレイチップ91の各活性領域92(92a、92b、92c、92d)に対応した開口部を有している。
半導体レーザアレイチップ91は、前述のとおり、活性領域92の基板面内方向(座標軸Y方向)はマルチモード光導波路として機能する。一方、活性領域92の基板に対して垂直方向(座標軸Z方向)には単一モード光導波路として機能するような光閉じ込め能力を有している。
外部共振器型半導体レーザ120では、端面93と平面反射鏡122によってファブリーペロー共振器が形成されている。アパーチャ121によって光路が分離されているので、半導体レーザアレイチップ91の活性領域92a、92b、92c、及び、92dに対応してレーザ光124a、124b、125c、及び、125dが生成する。レーザ光124a、124b、125c、及び、125dの集合であるレーザ光124は横モードがマルチモードであり、レンズ52によって集光されて出力光としてマルチモード光ファイバ123に結合される。
なお、アパーチャ121は光路中に複数設けることもできる。アパーチャ121を複数設けることによって、光路の分離の度合いを大きくすることができる。あるいはアパーチャ121として、レーザ光124方向に厚さを有するアパーチャを用いてもよい。この構成によっても、光路の分離の度合いを大きくすることができる。
レーザ光124a、124b、125c、及び、125dの横モードは単一モードである場合もあるし、比較的低次の横モードである場合もある。レーザ光124a、124b、125c、及び、125dの横モードの次数が小さいほど、より多数の個別のレーザ光を同じコア径のマルチモード光ファイバ123に結合することができる。
この構成では、平面反射鏡122を光学アライメントすることによって、まず、レーザ光124の生成を調整することができる。次いで、レンズ52とマルチモード光ファイバ123の光学アライメントによってレーザ光124のマルチモード光ファイバ123への導入を調整できる。このように段階的に光学アライメントが行えるので、調整が容易である。
一方、図4に示した構成ではレーザ発振の調整と光ファイバ53へのレーザ光の導入の調整を、光ファイバ53の光学アライメントによって同時に行う。この場合は、光学的な位置関係がずれている場合には、レーザ光が生成されていないので、光学アライメントの目標が無く、調整が難しい。図11に示した構成ではこのような問題が無い。
活性領域92の幅wに対して、共振器長Lは十分大きく取ることが望ましい。共振器長Lは図11に示すように端面93から平面反射鏡122の反射面までの距離である。活性領域92の幅wと共振器長Lの比率は、具体的には、L/w≧100が望ましい。例えば、w=100μmに対してはL≧1cmとすることが望ましい。この比率が大きいほど、レーザ光124a、124b、125c、及び、125dの横モードが低次となる。
この場合、レーザ光124a、124b、125c、及び、125dの横モードとは、特に、活性領域92の基板面内方向(座標軸Y方向)の横モードを指す。活性領域92の基板に対して垂直方向(座標軸Z方向)には、半導体レーザアレイチップ91が単一モード光導波路として機能する。したがって、この方向には単一モードのレーザ光が形成される。
本実施例では、半導体レーザアレイチップ91を用いたので、ブロードエリア半導体レーザチップ1より活性領域92の幅wを狭くすることができる。したがって、短い共振器長でも高いL/wが得られる。
活性領域の幅wと共振器長Lの比の関係は図9の場合にも当てはまる。図9の場合において、活性領域2の幅が1mmであったとすると、共振器長L≧10cmが好ましい。一方、図1などのように共振器中に空間フィルタ6を挿入した場合は、空間フィルタ6によって横モード制御がおこなわれるので、L/wの比率は小さくてもよい。すなわち、空間フィルタを共振器中に導入した構成は共振器を小型化できるという利点がある。
平面反射鏡122は特定の波長のみを部分反射する反射型のフィルタとすることもできる。例えば、平面反射鏡122を976nmの中心波長を反射する反射型フィルタとした場合、レーザ光124は波長976nmとなる。この波長は、イッテルビウム(Yb)をシリカにドープしたコアを有する光増幅用ファイバの励起に適している。
平面反射鏡122としては、一例として、表面に誘電体多層膜を形成したガラスを用いることができる。この構成によれば、平面反射鏡122の反射率のピーク波長、反射率などを広い範囲にわたって調整することができる。
なお、反射鏡を特定の波長のみを反射する構成とすることは、図1における部分反射鏡8、図2における部分反射鏡28、及び、図9における部分反射鏡101などにも適用することができる。このような構成の外部共振器型半導体レーザは、狭い波長範囲に吸収領域を有する固体レーザの励起に適している。
本実施例の構成によれば、外部光学系における各活性領域92に対応する光路がアパーチャ121によって光学的に分離されている。このため、各活性領域92に対応して単一の横モードもしくは低次の横モードのレーザ光が生じる。この結果、活性領域92ごとに生成したレーザ光の集合であるレーザ光124は横モードがマルチモードとなる。マルチモード光ファイバ123との光学的位置合わせはシングルモードの出力光ファイバより容易となる。また、マルチモード光ファイバはコア面積が大きいので、より大出力の光を結合させることができる。
さらに、半導体レーザアレイチップ91の各活性領域92が光学的に分離されることにより横モード制御が容易になる。複数の活性領域92が光学的に結合した場合、複雑なスーパーモードが形成されることがある。アパーチャ121によってこのようなスーパーモードの形成を防ぐことができる。
平面反射鏡122を特定の波長のみを反射する反射型のフィルタとした外部共振器型半導体レーザ120と、希土類などをドープした増幅作用のある光ファイバ(アクティブファイバ)を組み合わせた構成は、光増幅器あるいはレーザ発振器として機能する。この構成では、アクティブファイバを安定に励起できるので、安定な光増幅器あるいはレーザ発振器を実現できる。
同様に、図1における部分反射鏡8、図2における部分反射鏡28、及び、図9における部分反射鏡101を特定の波長のみを反射する構成とした外部共振器型半導体レーザと、固体レーザ媒質を組み合わせた構成は、光増幅器あるいはレーザ発振器として機能する。この構成では、固体レーザ媒質を安定に励起できるので、安定な光増幅器あるいはレーザ発振器を実現できる。
[第十二実施例]
図12に本発明の第十二実施例の外部共振器型半導体レーザ130の構成を示す。本実施例は図11に示した外部共振器型半導体レーザ120の変形例である。図12(a)は外部共振器型半導体レーザ130を上面側から見た図であり、図11(a)に対応する。図12(b)は外部共振器型半導体レーザ130を側面側から見た図であり、図11(b)に対応する。図12(a)は図12(b)を矢印A側から見た図に相当する。
図12に本発明の第十二実施例の外部共振器型半導体レーザ130の構成を示す。本実施例は図11に示した外部共振器型半導体レーザ120の変形例である。図12(a)は外部共振器型半導体レーザ130を上面側から見た図であり、図11(a)に対応する。図12(b)は外部共振器型半導体レーザ130を側面側から見た図であり、図11(b)に対応する。図12(a)は図12(b)を矢印A側から見た図に相当する。
外部共振器型半導体レーザ130は、ヒートシンク133の冷却面134上に複数のマウント132が設けられている。各マウント132上には半導体レーザアレイチップ91がジャンクションダウンで設けられている。
ヒートシンク133の上方には、各半導体レーザアレイチップ91に対応してシリンドリカルレンズ51が設けられている。シリンドリカルレンズ51とレンズ52の間には、アパーチャ131と平面反射鏡122が設けられている。アパーチャ131は開口部が二次元配置されている点がアパーチャ121と異なっている。
マウント132は絶縁性であっても導電性であってもよい。また、マウント132と半導体レーザアレイチップ91の間にサブマウントを設けることができる。サブマウントは絶縁性であっても導電性であってもよい。
外部共振器型半導体レーザ130においては、複数の半導体レーザアレイチップ91から出射される光はヒートシンク133の冷却面134に対して略垂直方向である。また、複数の半導体レーザアレイチップ91から出射される光は二次元状に配列されている。
外部共振器型半導体レーザ130では、端面93と平面反射鏡122によってファブリーペロー共振器が形成されている。生成したレーザ光124は、レンズ52によって集光されて出力光としてマルチモード光ファイバ123に結合される。
外部共振器型半導体レーザ130の構成では、半導体レーザアレイチップ91の活性領域92は二次元配置されている。図11の場合と同様に、図12においても、外部光学系の各活性領域92に対応する光路がアパーチャ121によって光学的に分離されている。このため、各活性領域92に対応して単一の横モードもしくは低次の横モードのレーザ光が生じる。この結果、活性領域92ごとに生成したレーザ光の集合であるレーザ光124は横モードがマルチモードとなる。
外部共振器型半導体レーザ130の構成によれば、複数の半導体レーザアレイチップ91によって生成されたレーザ光124が出力光ファイバ123に結合されるので、より大出力のレーザ光が出力光として取り出すことができる。
外部共振器型半導体レーザ130において、半導体レーザアレイチップ91をブロードエリア半導体レーザチップに置き換えることができる。この構成は構造が簡易であるという利点がある。
[第十三実施例]
図13に本発明の第十三実施例の外部共振器型半導体レーザ140の構成を示す。本実施例は図11に示した外部共振器型半導体レーザ120の変形例である。図13(a)は外部共振器型半導体レーザ140を側面側から見た図である。図13(b)はヒートシンク133上に設けられたマウント141、半導体レーザアレイチップ91、及び、プリズム型反射鏡142を、ヒートシンク133の上面からみた図である。
図13に本発明の第十三実施例の外部共振器型半導体レーザ140の構成を示す。本実施例は図11に示した外部共振器型半導体レーザ120の変形例である。図13(a)は外部共振器型半導体レーザ140を側面側から見た図である。図13(b)はヒートシンク133上に設けられたマウント141、半導体レーザアレイチップ91、及び、プリズム型反射鏡142を、ヒートシンク133の上面からみた図である。
外部共振器型半導体レーザ140は、ヒートシンク133の冷却面134上に複数のマウント141が設けられている。各マウント141上には半導体レーザアレイチップ91がジャンクションダウンで設けられている。また、ヒートシンク133の冷却面134上にプリズム型反射鏡142が、各半導体レーザアレイチップ91に対応して設け羅ら得ている。
ヒートシンク133の上方には、各半導体レーザアレイチップ91に対応して、シリンドリカルレンズ51が設けられている。シリンドリカルレンズ51とレンズ52の間には、アパーチャ131と平面反射鏡122を設けられている。アパーチャ131は開口部が二次元配置されている。
外部共振器型半導体レーザ140においては、複数の半導体レーザアレイチップ91から出射した光はプリズム型反射鏡142によって反射されて、ヒートシンク133の冷却面134に対して垂直方向に出射される。複数の半導体レーザアレイチップ91から出射される光は二次元状に配列されている。
外部共振器型半導体レーザ140では、端面93と平面反射鏡122によってファブリーペロー共振器が形成されている。生成したレーザ光124は、レンズ52によって集光されて出力光としてマルチモード光ファイバ123に結合される。
外部共振器型半導体レーザ140では、活性領域92の長さを長くしてもマウント1441の厚さを厚くする必要がない。したがって、活性領域92が長い半導体レーザアレイチップ91を用いても、半導体レーザアレイチップ91を効率よく冷却できる。
外部共振器型半導体レーザ140において、半導体レーザアレイチップ91をブロードエリア半導体レーザチップに置き換えることができる。この構成は構造が簡易であるという利点がある。
[第十四実施例]
図14に本発明の第十四実施例の外部共振器型半導体レーザ150の構成を示す。本実施例は図11に示した外部共振器型半導体レーザ120の変形例である。図14(a)は外部共振器型半導体レーザ150を上面側から見た図である。図14(b)は外部共振器型半導体レーザ150を側面側から見た図である。図14(b)は図14(a)を矢印B側から見た図に相当する。
図14に本発明の第十四実施例の外部共振器型半導体レーザ150の構成を示す。本実施例は図11に示した外部共振器型半導体レーザ120の変形例である。図14(a)は外部共振器型半導体レーザ150を上面側から見た図である。図14(b)は外部共振器型半導体レーザ150を側面側から見た図である。図14(b)は図14(a)を矢印B側から見た図に相当する。
外部共振器型半導体レーザ150は、ヒートシンク133の冷却面134上に複数のマウント132が設けられている。各マウント132上にはブロードエリア半導体レーザチップ1がジャンクションダウンで設けられている。ブロードエリア半導体レーザチップ1は、ブロードエリア半導体レーザチップ1のY方向(図1参照)がヒートシンク133の冷却面134に対して垂直になるように設けられている。
ヒートシンク133上に、各ブロードエリア半導体レーザチップ1に対応してシリンドリカルレンズ51が設けられている。また、ヒートシンク133上に平面反射鏡122、シリンドリカルレンズ151、及び、152が設けられている。さらに、ヒートシンク133上にマルチモード光ファイバ123がサポート部153によって取り付けられている。
ブロードエリア半導体レーザチップ1の端面3と平面反射鏡122によって、ファブリーペロー共振器が形成されている。生成したレーザ光124は、シリンドリカルレンズ151及び152によって集光されて出力光としてマルチモード光ファイバ123に結合される。レーザ光124は、ヒートシンク133の冷却面134に対して平行方向に生成されている。
外部共振器型半導体レーザ150の構成によれば、シリンドリカルレンズ51、平面反射鏡122、シリンドリカルレンズ151、152、及び、マルチモード光ファイバ123から成る外部光学系はヒートシンク133の冷却面134上に形成されている。このため、冷却面134は外部光学系をアライメントするための定盤としても機能する。本構成によれば、光学的アライメントが容易であるという利点がある。
[第十五実施例]
図15に本発明の第十五実施例の外部共振器型半導体レーザ160の構成を示す。本実施例は図12に示した外部共振器型半導体レーザ130の変形例である。図15(a)は外部共振器型半導体レーザ160を上面側から見た図である。図15(b)は外部共振器型半導体レーザ160を側面側から見た図である。
図15に本発明の第十五実施例の外部共振器型半導体レーザ160の構成を示す。本実施例は図12に示した外部共振器型半導体レーザ130の変形例である。図15(a)は外部共振器型半導体レーザ160を上面側から見た図である。図15(b)は外部共振器型半導体レーザ160を側面側から見た図である。
外部共振器型半導体レーザ160は平面反射鏡122とマルチモード光ファイバ123の代わりに、ファイバーブラッグ回折格子161を備えた光ファイバ162を設けた。端面93とファイバーブラッグ回折格子161によってファブリーペロー共振器が形成されている。生成したレーザ光124は、レンズ52によって集光されて出力光として光ファイバ162に結合される。
光ファイバ162の横モードは単一モード、もしくはマルチモードである。外部共振器型半導体レーザ160では、レーザ光124の横モードは単一モード、もしくは、マルチモードである。
外部共振器型半導体レーザ160においては、横モードが単一モードのレーザ光を生成できるという利点がある。また、ファイバーブラッグ回折格子161によって発振波長を制御できる。構成も簡易である。
なお、図13に示した外部共振器型半導体レーザ140においても、平面反射鏡122とマルチモード光ファイバ123の代わりに、ファイバーブラッグ回折格子161を備えた光ファイバ162を設けることができる。
[第十六実施例]
図16に本発明の第十六実施例の外部共振器型半導体レーザ170の構成を示す。本実施例は図11に示した外部共振器型半導体レーザ120の変形例である。図16(a)は外部共振器型半導体レーザ170を上面側から見た図であり、図11(a)に対応する。図16(b)は外部共振器型半導体レーザ170を側面側から見た図であり、図11(b)に対応する。
図16に本発明の第十六実施例の外部共振器型半導体レーザ170の構成を示す。本実施例は図11に示した外部共振器型半導体レーザ120の変形例である。図16(a)は外部共振器型半導体レーザ170を上面側から見た図であり、図11(a)に対応する。図16(b)は外部共振器型半導体レーザ170を側面側から見た図であり、図11(b)に対応する。
図16に示すように、外部共振器型半導体レーザ170は、半導体レーザアレイチップ91、シリンドリカルレンズ51、シリンドリカルレンズアレイ171、空間フィルタ172、シリンドリカルレンズアレイ173、平面反射鏡122、レンズ52、及び、マルチモード光ファイバ123を備えている。
図11のアパーチャ121に代えて、シリンドリカルレンズアレイ171、空間フィルタ172、及び、シリンドリカルレンズアレイ173が設けられている。シリンドリカルレンズアレイ171は、半導体レーザアレイチップ91の各活性領域92からの光を空間フィルタ171に結像させる。シリンドリカルレンズアレイ173は空間フィルタ171からの光を平行光に代えて平面反射鏡122に導く。
外部共振器型半導体レーザ160では、半導体レーザアレイチップ91の端面93と平面反射鏡122によってファブリーペロー共振器が形成されている。生成したレーザ光124は、レンズ52によって集光されて出力光としてマルチモード光ファイバ123に結合される。
空間フィルタ172によって光路が制限されるので、レーザ光124の横モードは低次化もしくは単一モード化することができる。この原理は図1に示した外部共振器型半導体レーザ10の原理と同様である。このため、L/wの比率は小さい値でも低次モードもしくは単一モードのレーザ光124を得ることができる。
シリンドリカルレンズアレイ171と173は、遅相(スロー)軸コリメータとして、広く流通している既製の光学部品を流用できる。遅相(スロー)軸コリメータは、半導体レーザアレイと組み合わせて用いられる光学部品であり、入手が容易であり低コストである。したがって、外部共振器型半導体レーザ160では、開発コストと製品製造コストを低減することができる。同様に、シリンドリカルレンズ51としては、進相(ファースト)軸コリメータとして広く流通している既製の光学部品を用いることができる。
なお、図16においてシリンドリカルレンズ51とシリンドリカルレンズアレイ171に代えて球面レンズアレイ(図1におけるレンズ5に相当するレンズのアレイ)を用いることができる。この構成は、外部共振器型半導体レーザ160の変形例であり、図1の光学系のアレイ構造となる。
[第十七実施例]
図17(a)に本発明の第十七実施例の半導体レーザ180の構成を示す。半導体レーザ180は、導電性のマウント181、導電性のサブマウント183、ブロードエリア半導体レーザチップ1、絶縁体ブロック184、電極185、及び、コリメータレンズ190を備えている。
図17(a)に本発明の第十七実施例の半導体レーザ180の構成を示す。半導体レーザ180は、導電性のマウント181、導電性のサブマウント183、ブロードエリア半導体レーザチップ1、絶縁体ブロック184、電極185、及び、コリメータレンズ190を備えている。
マウント181は、段差構造を有する光学系取り付け部191を備えている。マウント182はねじ穴186と187を備えている。マウント181の光学系取り付け部191にはコリメータレンズ190が設けられている。
マウント181上にはサブマウント183が接着され、サブマウント183上にはブロードエリア半導体レーザチップ1が接着されている。マウント181上には絶縁体ブロック184が接着され、絶縁体ブロック184上には電極185が接着されている。電極185と半導体レーザチップ182は導電性のワイヤー188によって接続されている。ブロードエリア半導体レーザチップ1からの光はコリメータ190によって平行光に変換されてレーザ光193として出射する。
図17(b)に示すように、マウント181はヒートシンク196に、二つのねじ194を用いて取り付けられている。
半導体レーザ180は、図14に示した外部共振器型半導体レーザ150に適用することができる。半導体レーザ180は、マウント132、ブロードエリア半導体レーザチップ1、及び、シリンドリカルレンズ51を代替することができる。
半導体レーザ180は、ねじ194によってヒートシンク196に取り付けることができるので、組立てが容易であるという利点がある。
コリメータレンズ190の平面部192に誘電体多層膜を設けて、特定の波長を反射する部分反射鏡とすることができる。この構成では、半導体レーザ180は外部共振器型半導体レーザとして機能する。
この構成においては、共振器の長さが短いので横モードは比較的高次であるが、発振波長は共帯域化される。したがって、ロッド状、スラブ状、あるいは、ディスク状の固体レーザ媒質の励起光源としては適している。
また、半導体レーザ180の光学系取り付け部191にガラス板からなるライトガイドを設けることもできる。この構成は簡易な構造でありながら、レーザ光193がマウント181によってけられることを防げる。
取り付け部191はマウント181上に段差を設けて構成されているが、単純な平面構造とすることもできる。コリメータレンズ190が小さい場合やライトガイドを用いる場合は、光学系取り付け部191が平面であってもよい。光学系取り付け部191が平面である構造は製造が容易である。
[第十八実施例]
図18(a)に本発明の第十八実施例の半導体レーザ200の構成を示す。半導体レーザ200は、導電性のマウント201、導電性のサブマウント183、半導体レーザアレイチップ91、絶縁体ブロック184、電極185、及び、コリメータレンズ203を備えている。図18(b)は半導体レーザ200のC-C’断面図である。
図18(a)に本発明の第十八実施例の半導体レーザ200の構成を示す。半導体レーザ200は、導電性のマウント201、導電性のサブマウント183、半導体レーザアレイチップ91、絶縁体ブロック184、電極185、及び、コリメータレンズ203を備えている。図18(b)は半導体レーザ200のC-C’断面図である。
マウント181は、段差構造を有する光学系取り付け部202を備えている。マウント182はねじ穴186と187を備えている。マウント181の光学系取り付け部202にはコリメータレンズ203が設けられている。半導体レーザアレイチップ91からの光はコリメータレンズ203によって平行光に変換されてレーザ光204として出射する。
半導体レーザ180は、図12に示した外部共振器型半導体レーザ130に適用することができる。半導体レーザ180は、マウント132、半導体レーザアレイチップ91、及び、シリンドリカルレンズ51を代替することができる。
半導体レーザ200は、ねじを用いてヒートシンクに取り付けることができるので、組立てが容易であるという利点がある。
コリメータレンズ203の平面部205に誘電体多層膜を設けて、特定の波長を反射する部分反射鏡とすることができる。この構成では、半導体レーザ200は外部共振器型半導体レーザとして機能する。
この構成においては、共振器の長さが短いので横モードは比較的高次であるが、発振波長は共帯域化される。したがって、ロッド状、スラブ状、あるいは、ディスク状の固体レーザ媒質の励起光源として適している。
また、半導体レーザ200の光学系取り付け部202にガラス板からなるライトガイドを設けることもできる。この構成は簡易な構造でありながら、レーザ光204がマウント201によってけられことを防げる。
光学系取り付け部202はマウント201上に段差を設けて構成されているが、単純な平面構造とすることもできる。コリメータレンズ203が小さい場合やライトガイドを用いる場合は、取り付け部202が平面であってもよい。光学系取り付け部202が平面である構造は製造が容易である。
以下、ここで説明した技術的特徴をまとめておく。
[外部共振器型半導体レーザ(図1)の特徴について]
[技術的特徴1]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップはブロードエリア型半導体レーザであり、このブロードエリア半導体レーザの基板面内方向には、横モードがマルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一モードとなる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中に半導体レーザチップの基板面内方向の光路を制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴2]
技術的特徴1の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系中にレンズが設けられており、このレンズは前記ブロードエリア型半導体レーザからの、前記基板に対して垂直方向の光は平行光に変え、前記基板に対して水平方向の光は空間フィルタの開口部に集光することを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[垂直共振器型面発光レーザ(図2)の特徴について]
[技術的特徴3]
半導体基板の上に形成された垂直共振器型面発光レーザにおいて、
基板の上に半導体多層膜ブラッグ回折格子が設けられ、
半導体多層膜ブラッグ回折格子上に半導体レーザの接合構造が形成され、
半導体レーザの接合構造の上にコンタクト層と電極が形成され、
電極の間の光出射部分に無反射コートが施されたことを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
[技術的特徴4]
技術的特徴3の垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記基板面内方向に横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有していることを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図2)の特徴について]
[技術的特徴5]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップは技術的特徴3の垂直共振器型面発光レーザであり、
垂直共振器型面発光レーザの無反射コートが施された面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中に光路を制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[薄膜固体レーザ(図3)の特徴について]
[技術的特徴6]
薄膜固体レーザチップと共振器光学系を備えた薄膜固体レーザにおいて、
薄膜固体レーザチップはその面内方向に横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有し、
薄膜固体レーザチップはヒートシンク上に設けられ、薄膜固体レーザチップのヒートシンク側に高反射率反射鏡が設けられ、薄膜固体レーザチップのヒートシンクとは反対側の面と共振器光学系が光学的に結合し、
共振器光学系中に光路を制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする薄膜固体レーザ。
[技術的特徴7]
技術的特徴6の薄膜固体レーザにおいて、
前記薄膜固体レーザチップは側方励起されていることを特徴とする薄膜固体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図4)の特徴について]
[技術的特徴8]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップはブロードエリア型半導体レーザであり、このブロードエリア半導体レーザの基板面内方向にはマルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一となる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中にファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図5)の特徴について]
[技術的特徴9]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップは技術的特徴3の垂直共振器型面発光レーザであり、
垂直共振器型面発光レーザの無反射コートが施された面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中にファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[薄膜固体レーザ(図6)の特徴について]
[技術的特徴10]
薄膜固体レーザチップと共振器光学系を備えた薄膜固体レーザにおいて、
薄膜固体レーザチップはその面内方向に横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有し、
薄膜固体レーザチップはヒートシンク上に設けられ、薄膜固体レーザチップのヒートシンク側に高反射率反射鏡が設けられ、薄膜固体レーザチップのヒートシンクとは反対側の面と共振器光学系が光学的に結合し、
外部光学系中にファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバを備えていることを特徴とする薄膜固体レーザ。
[固体レーザ(図7)の特徴について]
[技術的特徴11]
反射鏡、固体レーザ媒体、レンズ、及び、ファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバを設けた固体レーザにおいて、
固体レーザ媒体はレーザ発振光とは垂直方向の面内において、横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有し、
固体レーザ媒体とファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバはレンズによって光学的に結合し
反射鏡とファイバーブラッグ回折格子によって共振器を構成したことを特徴とする固体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図8)の特徴について]
[技術的特徴12]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
この半導体レーザチップは複数の活性領域を有する半導体レーザアレイであり、この半導体レーザアレイを構成する各活性領域は基板面内方向には、マルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一となる光閉じ込め機能があり、
複数の活性領域の間には発振するレーザ光に対して損失を生じさせる領域が設けられており、
この半導体レーザチップの第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中に半導体レーザチップの基板面内方向の光路を制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴13]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
この半導体レーザチップは複数の活性領域を有する半導体レーザアレイであり、この半導体レーザアレイを構成する各活性領域は基板面内方向には、マルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一となる光閉じ込め機能があり、
複数の活性領域の間には光を吸収する非励起領域が設けられており、
この半導体レーザチップの第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中にファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図9)の特徴について]
[技術的特徴14]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
この半導体レーザチップはブロードエリア型半導体レーザであり、このブロードエリア半導体レーザの基板面内方向には、横モードがマルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一モードとなる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系はシリンドリカルレンズと反射鏡を備え、
シリンドリカルレンズはブロードエリア型半導体レーザの横モードが単一モードとなる方向の光を平行光に変換した後、反射鏡にこの光を導くことを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴15]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
この半導体レーザチップは複数の活性領域を有する半導体レーザアレイであり、この半導体レーザアレイを構成する各活性領域は基板面内方向には、マルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一となる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系はシリンドリカルレンズと反射鏡を備え、
シリンドリカルレンズはブロードエリア型半導体レーザの横モードが単一モードとなる方向の光を平行光に変換した後、部分反射鏡にこの光を導くことを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図10)の特徴について]
[技術的特徴16]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
この半導体レーザチップは技術的特徴3の垂直共振器型面発光レーザであり、
垂直共振器型面発光レーザの無反射コートが施された面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系は反射鏡を備え、
垂直共振器型面発光レーザと反射鏡によって共振器を形成していることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図11)の特徴について]
[技術的特徴17]
半導体レーザアレイチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
外部光学系は半導体レーザアレイチップの各活性領域に対応したアパーチャを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴18]
技術的特徴17の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系に、さらに特定波長を反射する反射鏡を設けて共振器を形成したことを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴19]
技術的特徴18の外部共振器型半導体レーザとアクティブファイバを組み合わせたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
[技術的特徴20]
技術的特徴14の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記ブロードエリア半導体レーザチップの活性領域の幅wと、前記外部高角系によって形成される共振器の長さLの比率L/wが100以上であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図12)の特徴について]
[技術的特徴21]
複数の半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップはヒートシンク上に設けられ、半導体レーザチップから出射光はこのヒートシンクの冷却面に対して略垂直方向に出射されることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴22]
技術的特徴21の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記半導体レーザチップは半導体レーザアレイチップであることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴23]
技術的特徴22の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系は半導体レーザアレイチップの各活性領域に対応したアパーチャを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図13)の特徴について]
[技術的特徴24]
技術的特徴21の外部共振器型半導体レーザにおいて、
さらに、前記半導体レーザチップに対応した複数の反射鏡を備え、これらの反射鏡によって、前記半導体レーザチップから出射した光がヒートシンクに対して略垂直方向に出射されることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図14)の特徴について]
[技術的特徴25]
複数の半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップはヒートシンク上に設けられ、半導体レーザチップから出射光はこのヒートシンクの冷却面に対して略水平方向に出射されることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図15)の特徴について]
[技術的特徴26]
技術的特徴23の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系は、さらに、ファイバーブラッグ回折格子を設けた光ファイバを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図16)の特徴について]
[技術的特徴27]
技術的特徴17の外部共振器型半導体レーザにおいて、
さらに一対のシリンドリカルレンズアレイを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図17、図18)の特徴について]
[技術的特徴28]
半導体レーザチップ、導電性マウント、絶縁体ブロック、及び、電極を備え、導電性マウント第一の面に半導体レーザチップと絶縁体ブロックを接着し、絶縁体ブロック上に電極を接着し、電極の上面と半導体レーザチップを、導電性ワイヤーを介して接続し、導電性マウントの第二の面に下部電極を接着した半導体レーザにおいて、
導電性マウントは光学系取り付け部を備え、光学系取り付け部上に光学系が取り付けられ、光学系と半導体レーザチップが光学的に結合していることを特徴とする半導体レーザ。
[技術的特徴29]
技術的特徴28の半導体レーザにおいて、
前記光学系取り付け部は段差構造を有していることを特徴とする半導体レーザ。
[技術的特徴30]
技術的特徴28の半導体レーザにおいて、
前記光学系取り付け部は平面構造を有していることを特徴とする半導体レーザ。
[技術的特徴31]
技術的特徴28の半導体レーザにおいて、
前記光学系はコリメータレンズであることを特徴とする半導体レーザ。
[技術的特徴32]
技術的特徴31の半導体レーザにおいて、
前記コリメータレンズの平面部に部分反射層が設けられており、外部共振器型半導体レーザとして機能することを特徴とする半導体レーザ。
[技術的特徴33]
技術的特徴32の半導体レーザと固体レーザ媒質を備えた固体レーザ。
[技術的特徴34]
技術的特徴28の半導体レーザにおいて、
前記光学系はライトガイドであることを特徴とする半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図1)の特徴について]
[技術的特徴1]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップはブロードエリア型半導体レーザであり、このブロードエリア半導体レーザの基板面内方向には、横モードがマルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一モードとなる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中に半導体レーザチップの基板面内方向の光路を制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴2]
技術的特徴1の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系中にレンズが設けられており、このレンズは前記ブロードエリア型半導体レーザからの、前記基板に対して垂直方向の光は平行光に変え、前記基板に対して水平方向の光は空間フィルタの開口部に集光することを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[垂直共振器型面発光レーザ(図2)の特徴について]
[技術的特徴3]
半導体基板の上に形成された垂直共振器型面発光レーザにおいて、
基板の上に半導体多層膜ブラッグ回折格子が設けられ、
半導体多層膜ブラッグ回折格子上に半導体レーザの接合構造が形成され、
半導体レーザの接合構造の上にコンタクト層と電極が形成され、
電極の間の光出射部分に無反射コートが施されたことを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
[技術的特徴4]
技術的特徴3の垂直共振器型面発光レーザにおいて、前記基板面内方向に横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有していることを特徴とする垂直共振器型面発光レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図2)の特徴について]
[技術的特徴5]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップは技術的特徴3の垂直共振器型面発光レーザであり、
垂直共振器型面発光レーザの無反射コートが施された面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中に光路を制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[薄膜固体レーザ(図3)の特徴について]
[技術的特徴6]
薄膜固体レーザチップと共振器光学系を備えた薄膜固体レーザにおいて、
薄膜固体レーザチップはその面内方向に横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有し、
薄膜固体レーザチップはヒートシンク上に設けられ、薄膜固体レーザチップのヒートシンク側に高反射率反射鏡が設けられ、薄膜固体レーザチップのヒートシンクとは反対側の面と共振器光学系が光学的に結合し、
共振器光学系中に光路を制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする薄膜固体レーザ。
[技術的特徴7]
技術的特徴6の薄膜固体レーザにおいて、
前記薄膜固体レーザチップは側方励起されていることを特徴とする薄膜固体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図4)の特徴について]
[技術的特徴8]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップはブロードエリア型半導体レーザであり、このブロードエリア半導体レーザの基板面内方向にはマルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一となる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中にファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図5)の特徴について]
[技術的特徴9]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップは技術的特徴3の垂直共振器型面発光レーザであり、
垂直共振器型面発光レーザの無反射コートが施された面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中にファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[薄膜固体レーザ(図6)の特徴について]
[技術的特徴10]
薄膜固体レーザチップと共振器光学系を備えた薄膜固体レーザにおいて、
薄膜固体レーザチップはその面内方向に横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有し、
薄膜固体レーザチップはヒートシンク上に設けられ、薄膜固体レーザチップのヒートシンク側に高反射率反射鏡が設けられ、薄膜固体レーザチップのヒートシンクとは反対側の面と共振器光学系が光学的に結合し、
外部光学系中にファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバを備えていることを特徴とする薄膜固体レーザ。
[固体レーザ(図7)の特徴について]
[技術的特徴11]
反射鏡、固体レーザ媒体、レンズ、及び、ファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバを設けた固体レーザにおいて、
固体レーザ媒体はレーザ発振光とは垂直方向の面内において、横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有し、
固体レーザ媒体とファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバはレンズによって光学的に結合し
反射鏡とファイバーブラッグ回折格子によって共振器を構成したことを特徴とする固体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図8)の特徴について]
[技術的特徴12]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
この半導体レーザチップは複数の活性領域を有する半導体レーザアレイであり、この半導体レーザアレイを構成する各活性領域は基板面内方向には、マルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一となる光閉じ込め機能があり、
複数の活性領域の間には発振するレーザ光に対して損失を生じさせる領域が設けられており、
この半導体レーザチップの第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中に半導体レーザチップの基板面内方向の光路を制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴13]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
この半導体レーザチップは複数の活性領域を有する半導体レーザアレイであり、この半導体レーザアレイを構成する各活性領域は基板面内方向には、マルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一となる光閉じ込め機能があり、
複数の活性領域の間には光を吸収する非励起領域が設けられており、
この半導体レーザチップの第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中にファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図9)の特徴について]
[技術的特徴14]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
この半導体レーザチップはブロードエリア型半導体レーザであり、このブロードエリア半導体レーザの基板面内方向には、横モードがマルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一モードとなる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系はシリンドリカルレンズと反射鏡を備え、
シリンドリカルレンズはブロードエリア型半導体レーザの横モードが単一モードとなる方向の光を平行光に変換した後、反射鏡にこの光を導くことを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴15]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
この半導体レーザチップは複数の活性領域を有する半導体レーザアレイであり、この半導体レーザアレイを構成する各活性領域は基板面内方向には、マルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一となる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系はシリンドリカルレンズと反射鏡を備え、
シリンドリカルレンズはブロードエリア型半導体レーザの横モードが単一モードとなる方向の光を平行光に変換した後、部分反射鏡にこの光を導くことを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図10)の特徴について]
[技術的特徴16]
半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
この半導体レーザチップは技術的特徴3の垂直共振器型面発光レーザであり、
垂直共振器型面発光レーザの無反射コートが施された面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系は反射鏡を備え、
垂直共振器型面発光レーザと反射鏡によって共振器を形成していることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図11)の特徴について]
[技術的特徴17]
半導体レーザアレイチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
外部光学系は半導体レーザアレイチップの各活性領域に対応したアパーチャを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴18]
技術的特徴17の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系に、さらに特定波長を反射する反射鏡を設けて共振器を形成したことを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴19]
技術的特徴18の外部共振器型半導体レーザとアクティブファイバを組み合わせたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
[技術的特徴20]
技術的特徴14の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記ブロードエリア半導体レーザチップの活性領域の幅wと、前記外部高角系によって形成される共振器の長さLの比率L/wが100以上であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図12)の特徴について]
[技術的特徴21]
複数の半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップはヒートシンク上に設けられ、半導体レーザチップから出射光はこのヒートシンクの冷却面に対して略垂直方向に出射されることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴22]
技術的特徴21の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記半導体レーザチップは半導体レーザアレイチップであることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[技術的特徴23]
技術的特徴22の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系は半導体レーザアレイチップの各活性領域に対応したアパーチャを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図13)の特徴について]
[技術的特徴24]
技術的特徴21の外部共振器型半導体レーザにおいて、
さらに、前記半導体レーザチップに対応した複数の反射鏡を備え、これらの反射鏡によって、前記半導体レーザチップから出射した光がヒートシンクに対して略垂直方向に出射されることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図14)の特徴について]
[技術的特徴25]
複数の半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップはヒートシンク上に設けられ、半導体レーザチップから出射光はこのヒートシンクの冷却面に対して略水平方向に出射されることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図15)の特徴について]
[技術的特徴26]
技術的特徴23の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系は、さらに、ファイバーブラッグ回折格子を設けた光ファイバを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図16)の特徴について]
[技術的特徴27]
技術的特徴17の外部共振器型半導体レーザにおいて、
さらに一対のシリンドリカルレンズアレイを備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
[外部共振器型半導体レーザ(図17、図18)の特徴について]
[技術的特徴28]
半導体レーザチップ、導電性マウント、絶縁体ブロック、及び、電極を備え、導電性マウント第一の面に半導体レーザチップと絶縁体ブロックを接着し、絶縁体ブロック上に電極を接着し、電極の上面と半導体レーザチップを、導電性ワイヤーを介して接続し、導電性マウントの第二の面に下部電極を接着した半導体レーザにおいて、
導電性マウントは光学系取り付け部を備え、光学系取り付け部上に光学系が取り付けられ、光学系と半導体レーザチップが光学的に結合していることを特徴とする半導体レーザ。
[技術的特徴29]
技術的特徴28の半導体レーザにおいて、
前記光学系取り付け部は段差構造を有していることを特徴とする半導体レーザ。
[技術的特徴30]
技術的特徴28の半導体レーザにおいて、
前記光学系取り付け部は平面構造を有していることを特徴とする半導体レーザ。
[技術的特徴31]
技術的特徴28の半導体レーザにおいて、
前記光学系はコリメータレンズであることを特徴とする半導体レーザ。
[技術的特徴32]
技術的特徴31の半導体レーザにおいて、
前記コリメータレンズの平面部に部分反射層が設けられており、外部共振器型半導体レーザとして機能することを特徴とする半導体レーザ。
[技術的特徴33]
技術的特徴32の半導体レーザと固体レーザ媒質を備えた固体レーザ。
[技術的特徴34]
技術的特徴28の半導体レーザにおいて、
前記光学系はライトガイドであることを特徴とする半導体レーザ。
1…ブロードエリア半導体レーザチップ、2…活性領域、3…高反射率コートが施された端面、4…無反射コートが施された端面、5…レンズ、6…空間フィルタ、7…シリンドリカルレンズ、8…部分反射鏡、9…スリット状の開口部(アパーチャ)、10…外部共振器型半導体レーザ、11…出力光、12…スラブ状光導波路、13…コア層、20…外部共振器型半導体レーザ、21…外部共振型VCSEL(垂直共振器型面発光レーザ)チップ、22…基板、23…半導体多層膜ブラッグ回折格子、24…活性層、25…レンズ、26…空間フィルタ、27…レンズ、28…部分反射鏡、29…ピンホール状の開口部、31…出力光、32…下部クラッド層、33…上部クラッド層、34…電極、35…出射光、36…光出射部、37…光ファイバ、38…コア、39…無反射コート層、40…薄膜固体レーザ、41…薄膜固体レーザチップ、42…活性領域、43…ヒートシンク、44…励起光、45…励起光、46…高反射率コート層、50…外部共振器型半導体レーザ、51…シリンドリカルレンズ、52…レンズ、53…出力光ファイバ、54…ファイバーブラッグ回折格子、55…レーザ光、60…外部共振器型半導体レーザ、70…薄膜固体レーザ、80…固体レーザ、81…固体レーザロッド、82…反射鏡、83…励起光、84…励起光、91…半導体レーザアレイチップ、92、92a、92b、92c、92d…活性領域、93、94…端面、95…寄生発振光、96…非励起領域、100…外部共振器型半導体レーザ、101…部分反射鏡、102…出力光、103…凹面鏡、110…外部共振器型半導体レーザ、111…部分反射鏡、112…出力光、120…外部共振器型半導体レーザ、121…アパーチャ、122…平面反射鏡、123…マルチモード光ファイバ、124…(集合的な)レーザ光、124a…活性領域92aに対応するレーザ光、124b…活性領域92bに対応するレーザ光、124c…活性領域92cに対応するレーザ光、124d…活性領域92dに対応するレーザ光、130…外部共振器型半導体レーザ、131…アパーチャ、132…マウント、133…ヒートシンク、134…ヒートシンク133の冷却面、140…外部共振器型半導体レーザ、141…マウント、142…プリズム型反射鏡、150…外部共振器型半導体レーザ、151、152…シリンドリカルレンズ、153…サポート部、160…外部共振器型半導体レーザ、161…ファイバーブラッグ回折格子、162…光ファイバ、170外部共振器型半導体レーザ、171…シリンドリカルレンズアレイ、172…空間フィルタ、173…シリンドリカルレンズアレイ、180…半導体レーザ、181…導電性のマウント、183…導電性のサブマウント、184…絶縁体ブロック、185…電極、186、187…ねじ穴、188…導電性のワイヤー、190…コリメータレンズ、191…光学系取り付け部、192…コリメータレンズ190の平面部、193…レーザ光、194…ねじ、196…ヒートシンク、200…半導体レーザ、201…導電性のマウント、202…光学系取り付け部、203…コリメータレンズ、204…レーザ光、205…コリメータレンズ203の平面部。
Claims (15)
- 半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップはブロードエリア型半導体レーザであり、このブロードエリア半導体レーザの基板面内方向には、横モードがマルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一モードとなる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中に半導体レーザチップの基板面内方向に対応する光路のみを制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記空間フィルタはスリット状の開口であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系中にレンズもしくは凹面鏡が設けられており、このレンズもしくは凹面鏡は前記ブロードエリア型半導体レーザからの、前記基板に対して垂直方向の光は平行光に変え、前記基板に対して水平方向の光は空間フィルタの開口部に集光することを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系中にシリンドリカルレンズもしくはシリンドリカルミラーが設けられており、このシリンドリカルレンズもしくはシリンドリカルミラーは前記空間フィルタからの、前記基板に対して水平方向の光を平行光に変えることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系中に反射鏡を備え、この反射鏡と前記半導体レーザチップの第一の端面がファブリーペロー共振器を形成していることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項1の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記ブロードエリア型半導体レーザは複数の活性領域を有する半導体レーザアレイであり、
複数の活性領域の間には光を吸収する非励起領域が設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップは、基板の上に半導体多層膜ブラッグ回折格子が設けられ、半導体多層膜ブラッグ回折格子上に半導体レーザの接合構造が形成され、半導体レーザの接合構造の上にコンタクト層と電極が形成され、電極の間の光出射部分に無反射コートが施され、基板面内方向に横モードがマルチモードとなる光閉じ込め機能を有しており、
垂直共振器型面発光レーザの無反射コートが施された面と前記外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系中に光路を制限する空間フィルタが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項7の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記空間フィルタはピンホール状の開口であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項7の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記空間フィルタは単一モードの光ファイバもしくは光導波路であることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項7の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系は、第一のレンズ、第二レンズ、及び、反射鏡を備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項7の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系は、レンズと凹面鏡を備えていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項9の外部共振器型半導体レーザにおいて、
さらに、ファイバーブラッグ回折格子を備えたことを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項12の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記外部光学系はレンズを備え、このレンズが前記半導体レーザチップからの光を前記光ファイバもしくは光導波路に結合させることを特徴する外部共振器型半導体レーザ。 - 半導体レーザチップと外部光学系を備えた外部共振器型半導体レーザにおいて、
半導体レーザチップはブロードエリア型半導体レーザであり、このブロードエリア半導体レーザの基板面内方向にはマルチモードの光導波路となる光閉じ込め機能があり、基板に対して垂直方向には横モードが単一となる光閉じ込め機能があり、第一の端面には高反射率コートが施され、第二の端面には無反射コートが施され、
第二の端面と外部光学系が光学的に結合し、
外部光学系は、シリンドリカルレンズもしくはシリンドリカルミラー、及び、ファイバーブラッグ回折格子を備えた光ファイバが設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 - 請求項14の外部共振器型半導体レーザにおいて、
前記ブロードエリア型半導体レーザは複数の活性領域を有する半導体レーザアレイであり、
複数の活性領域の間には光を吸収する非励起領域が設けられていることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。
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