JPH03116992A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、光情報処理、光計測及び光通信等に用いられ
る半導体レーザ装置に係わり、特に外部共振器構造の改
良をはかった半導体レーザ装置に関する。

（従来の技術） 近年、光デイスクシステムや光スキャナ等の光情報処理
装置或いは光計ハ１、光通信等への応用を目的として、
様々な構造の半導体レーザが開発されている。これらの
半導体レーザでは、用途に応じて、横モード特性、光ス
ペクトル特性及び雑音特性等に対する様々な要求がある
。

例えば、ホログラムスキャナ等に用いる半導体レーザに
おいては、温度等による波長変動の少ないことが要求さ
れる。

このような波長安定化レーザを実現する手段として、外
部共振器を設けた複合共振器構造が各種開発されている
。例えば、第１０図に示したように、半導体レーザ素子
９１の後方に反射鏡９２を設け、後面出射光の一部を半
導体レーザ素子９１に戻すことにより、複合共振器を形
成した半導体レーザ装置が開発されている（昭和６１年
春季応用物理学会、　４ｐ−に−８）。

しかしながら、この種の装置にあっては次のような問題
があった。即ち、半導体レーザ素子から出射される光に
は一般にビームの広がり（第１Ｏ図中破線で示す）があ
り、これを平面の反射鏡でフィードバックする構成では
、光フイードバツク量が少ない。このため、複合共振器
効果による波長安定化を実現するためには、半導体レー
ザ素子の後面をコーティングにより低反射とする必要が
あり、これにより発振しきい値が上昇する。また、この
構造では、モニタ光を取り出すことが難しく、定光出力
（ＡＰＣ）動作をさせることは極めて困難であった。

一方、外部共振器による戻り光の半導体レーザ索子への
結合効率を向上させるため、レンズ等を用いて反射光を
有効にレーザ素子に戻す方法が各種考えられているが、
これらはいずれも光学系が複雑で、また位置合わせが困
難であった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来、反射鏡による複合共振器構造では光フ
イードバツク量が少ない、モニタ光を取出すことが難し
く光出力のモニタが困難になる等の問題がある。また、
レンズ等を用いて戻り光の半導体レーザ素子への結合効
率を向上させる方法は、光学系が複雑で、位置合わせが
困難になる問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、外部共振器を設けた外部共振器構造
において、簡単な光学系で十分な光フイードバツク量を
得ることができ、且つ光出力のモニタも容易な半導体レ
ーザ装置を提供することにある。

〔発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の骨子は、外部共振器として波長分散素子を含む
光フイードバツク光学系を設けることにより、簡単な光
学系で十分な光フイードバツク量を得ることを可能とし
、さらに光出力のモニタを容易とすることにある。

即ち本発明は、半導体レーザ素子と、このレーザ素子の
光出射端面の一方に離間対向して設けられた焦点距離に
波長依存性を有するレンズと、このレンズを透過又は該
レンズで反射して集光された光を検出する光検出器とを
備えた半導体レーザ装置であって、前記レンズに前記レ
ーザ素子からの後面出射光を光検出器に集光すると共に
、該光検出器からの反射光を前記レーザ索子の光出射端
面に集光する機能を持たせるようにしたものである。

（作用） 本発明によれば、回折格子等からなるグレーティングレ
ンズの集光作用と光検出器による反射作用を利用するこ
とにより、簡単な光学系で十分な光フイードバツク量を
得ることが可能となる。さらに、グレーティングレンズ
を用いていることから、半導体レーザ素子とレンズとの
位置合わせが容易となる。即ち、半導体レーザ素子とレ
ンズとの相対位置がずれると本来発振すべき波長の光の
フィードバック量は少なくなるが、他の波長のフィード
バック量が多くなる。

この場合、半導体レーザ素子は発振波長が変わるものの
、依然としてレーザ発振する。従って、発振波長があま
り問題とならない場合には、半導体レーザ素子とグレー
ティングレンズとの相対位置を厳密に合わせる必要はな
くなる。また、グレーティングレンズを透過した光を光
検出器に導く構成としているので、光出力のモニタも容
易となる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係わる半導体レーザ装
置を示す概略構成図である。図中ＩＯは半導体レーザ素
子であり、このレーザ素子ｌＯの光出射端面（後面）に
は所定距離離してグレーティングレンズ２０が配置され
、さらにグレーティングレンズ２０より遠方には光検出
器３０が配置されている。ここで、半導体レーザ素子１
０は化合物半導体材料を用いたヘテロ構造のレーザであ
り、光検出器３０はフォトダイオードやフォトトランジ
スタ等である。また、グレーティングレンズ２０は後述
するように回折洛子から形成されたものである。

このような構成であれば、半導体レーザ素子１０の後面
から出射された光はグレーティングレンズ２０によって
回折され、光検出器３０上に集光する。これにより、光
検出器３０で半導体レーザ素子１０は光出力がモニタさ
れる。また、光検出器３０によって反射された光は再び
グレーティングレンズ２０によって回折され、半導体レ
ーザ素子１０の光出射端面に戻る。そして、この戻り光
の波長により半導体レーザ素子１０の発振波長が定まる
。この配置では、光検出器３０が光出力モニタ及び外部
共振器の反射鏡としての役割を同時に果たしている。

本実施例では、グレーティングレンズ２０が波長分散素
子として働くため、光学系の位置合わせ精度が緩和され
る。即ち、半導体レーザ索子１０に対するグレーティン
グレンズ２０或いは光検出器３０の相対位置が設計値か
ら多少ずれた場合でも、半導体レーザ索子１０への戻り
光は光出射端面に焦点を結び、結合効率が低下すること
はない。これは、自動フォーカシングと呼ばれる現象で
ある。この原理は、グレーティングレンズの焦点距離の
波長依存性を利用するもので、位置ずれが波長のずれに
より補正されることを用いたものである。また、この自
動フォーカシング現象は、グレーティングレンズの代わ
りに、色収差の大きいガラスレンズを用いた場合でも観
Δｐ１される（Ａｐｐｌ、　Ｏｐｔ、、　ｖｏｌ、２６
゜Ｎｏ、１３　、Ｉ）Ｉ）、２５４９−２５３３．）。

前記グレーティングレンズ２０の構造例を第２図に示す
。このグレーティングレンズ２０において、中心からｎ
番目の格子線の半径をＲｎとすると、Ｒｏは次式で与え
られる。

Ｊ百扁］猶へＪＴ”Ｗ’首几Ｔ −ｆ、　−ｆ２　ｍｎλ　・・・■ ここで、ｆｌ＋ｆ２は第１図に示したように、ｆｌは半
導体レーザ素子１０の光出射端面からグレーティングレ
ンズ２０までの距離、ｆ２はグレーティングレンズ２０
から光検出器３０までの距離である。また、λは半導体
レーザ素子１０の発振波長である。グレーティングレン
ズ２０の半径が小さい場合には、上式■は次のように近
似される。

Ｒｎ　−２ｎλ／　（１／　ｆ　＋　＋ｔ７　ｆ　２　
）　　　１１１１１１■いま、あるλ＊　　’ｌ＋　　
ｆ２に対して、Ｒｎが０式で与えられるように、グレー
ティングレンズが設計されていた場合、実際の配置でｆ
ｌ又はｆ２が僅かにずれると、■式を満たすように発振
波長がずれ、戻り光は半導体レーザ素子Ｉｎの光出射端
面に焦点を結ぶことになる。これは、レーザ素子に戻る
光量が大きい波長に対して発振利得が大きいからである
。なお、グレーティングレンズの波長分散の大きさは、
焦点距離及びグレーティングレンズの傾き角によって異
なる。

かくして本実施例によれば、外部共振器構造を有する半
導体レーザ装置において、回折格子からなるグレーティ
ングレンズ２０の集光作用と光検出器３０による反射作
用を利用することにより、簡単な光学系で十分な光フイ
ードバツク量を得ることができる。そしてこの場合、半
導体レーザ索子１０とグレーティングレンズ２゜との相
対位置を厳密に合わせる必要がなくなり、半導体レーザ
素子１０とレンズ２０との位置合わせが容易となる。ま
た、グレーティングレンズ２０を透過した光を光検出器
３０に導く構成としているので、光出力のモニタが極め
て容易となり、ＡＰＣ動作させることが可能となる。

第３図は本発明の第２の実施例を示す概略構成図である
。この実施例が先に説明した実施例と異なる点は、グレ
ーティングレンズを傾けて用いることにより、波長分散
を大きくし、焦点合わせの許容度を大きくしたものであ
る。なお、この場合のグレーティングレンズ２１は、前
記第２図に示すグレーティングレンズ２ｏの上半分の溝
を有するものである。このような構成であっても、先の
第１の実施例と同様に十分な光フイードバツク量を得る
ことができ、位置合わせ及びモニタの容品化をはかるこ
とができる。

第４図は本発明の第３の実施例を示す概略構成因である
。この実施例は、グレーティングレンズの端面に光検出
器３０を接触配置したものである。この場合のグレーテ
ィングレンズ２２は、先の第１の実施例よりも厚みを厚
く形成されている。この配置は、外部共振器の光路長さ
を短くする場合に有効である。

第５図は本発明の第４の実施例を示す概略構成図である
。この実施例は、波長分散素子（焦点距離の波長依存性
の大な素子）として、グレーティングレンズの代わりに
、色収差の大きいロッドレンズ４０を用いたものである
。このようなロッドレンズ４０を用いた場合も、前述し
た自動フォーカシング現象が生じ、先の第１の実施例と
同様の効果が得られる。

第６図は本発明の第５の実施例を示す概略構成図である
。この実施例は、反射型グレーティングレンズ２３を用
いて、半導体レーザ索子ｌＯの後面から出射された光を
光検出器３０へ集光させている。第１の実施例との違い
は、グレーティングレンズが反射型であることのみで、
原理は全く同じである。この実施例では、光検出器を半
導体レーザと並べておいであるが、必ずしもこの位置で
ある必要はなく、任意の位置に置くことができる。

以上の実施例例では光検出器３０を外部共振器の反射鏡
として用いる場合を示したが、必ずしも光検出器３０を
反射鏡として用いる必要はない。

第７図は本発明の第６の実施例を示す概略構成図であり
、反射型グレーティングレンズ２４を外部共振器の反射
鏡としている。このグレーティングレンズ２４は表面に
コーティングを施して反射率を上げ、半導体レーザ素子
１０への戻り光が多くなるようにしであるが、回折光の
一部は透過して光検出器３０に入射するようになってい
る。

この実施例の場合、第１の実施例の場合とは異なり、光
検出器３０は光モニタを行うのみなので、位置を精密に
合わせる必要はない。この場合、発振波長はグレーティ
ングレンズ２４の位置のみが決まる。このグレーティン
グレンズ２４の中心からｎ番目の格子線の半径Ｒｎは次
式により与えられる。

２Ｊ「ｙ「飢（”−−２ｆ　１　ｍｎλ・・・■前記■
式と同様に、上式■は次のように近似される。

Ｒ１Ｊ　　　　　　　　・・・■ 第８図は本発明の第７の実施例を示す概略構成図である
。この実施例は、第２の実施例におけるグレーティング
レンズを反射型グレーティングレンズ２５としたもので
ある。即ち、グレーティングレンズ２５には、先の第６
の実施例と同様に表面にコーティングが施されている。

このような構成であっても、先の第６の実施例と同様の
効果が得られるのは勿論である。

第９図は本発明の第８の実施例を示７す概略構成図であ
る。この実施例は、グレーティジグレンズ２５の透過光
ではなく、反射光（例えば０次反射光）をモニタ光とし
て用いたものである。

このような構成であれば、光検出器をグレーティングレ
ンズ２５に対してレーザ素子１０と同じ側に配置するこ
とが可能となる。

なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施
することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、回折光子からなる
グレーティングレンズを用いることにより、簡単な光学
系で十分な光フイードバツク量の得られる外部共振器半
導体レーザ装置の実現が可能となり、また光出力のモニ
タも容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わる半導体装置を示
す概略構成図、第２Ｅは上記実施例に用いたグレーティ
ングレンズの溝構成を示す図、第３図乃至第９図はそれ
ぞれ本発明の他の実施例を示す概略構成図、第１０図は
従来装置を示す概略構成図である。 １０・・・半導体レーザ素子、 ２０゜ ２５・・・グレーティングレンズ、 ０・・・光検出器、 ４０・・・ロッ ドレンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザ素子と、このレーザ素子の光出射端面の一
   方に離間対向して設けられた焦点距離に波長依存性を有
   するレンズと、このレンズを透過又は該レンズで反射し
   て集光された光を検出する光検出器とを具備してなり、
   前記レンズは前記レーザ素子からの後面出射光を光検出
   器に集光すると共に、該光検出器からの反射光を前記レ
   ーザ素子の光出射端面に集光するものであることを特徴
   とする半導体レーザ装置。