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JPH0812946B2 - 光増幅器へのレーザビーム入射方法および装置 - Google Patents

光増幅器へのレーザビーム入射方法および装置

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JPH0812946B2
JPH0812946B2 JP63264681A JP26468188A JPH0812946B2 JP H0812946 B2 JPH0812946 B2 JP H0812946B2 JP 63264681 A JP63264681 A JP 63264681A JP 26468188 A JP26468188 A JP 26468188A JP H0812946 B2 JPH0812946 B2 JP H0812946B2
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JP
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laser beam
optical amplifier
optical
incident
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JP63264681A
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英俊 品田
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Fujifilm Holdings Corp
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Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光増幅器へのレーザビーム入射方法および装
置に係り、特に活性領域のストライブ幅が所定値以上の
いわゆるブロードコンタクト型の光増幅器へレーザビー
ムを入射させる方法および装置に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕
近時、レーザダイオードの鏡面を無反射状態にして光
増幅器として使用することが検討されている。この光増
幅器は、第2図(1)、(2)に示すように、n型半導
体領域10とp型半導体領域12との間に活性領域14を挟持
し、n型半導体領域10にストライプ幅Tの陽極電極16を
設けると共にp型半導体領域12に陰極電極18を設けて構
成されている。また、鏡面20、22は無反射状態になるよ
うコーテイングされている。この光増幅器24には、第3
図に示すように、レーザダイオード26から発振されたレ
ーザビームがコリメータ27、光アイソレータ28および集
光レンズ29を介して入射される。この光増幅器に順方向
にバイアスを印加すると正孔と電子が流れ、活性領域14
内で発光再結合する。この状態で、鏡面20側から活性領
域14に入射光Pinを入射すると、鏡面22側から増幅され
た射出光Poutが放出される。すなわち、通常の熱平衡状
態では半導体は入射光Pinを吸収してしまうが、正孔と
電子との注入量が多く、活性領域14内での正孔および電
子のエネルギ分布が、いわゆる反射分布状態になると、
入射光は吸収されずに活性領域14内の光導波領域を伝播
しながら増幅され、誘導放出によって射出光Poutとなっ
て放出される。このとき、活性領域14に平行な方向の水
平横モードは、利得導波機構または屈折率導波機構によ
って制御される。利得導波機構は、屈折率分布がない場
合に、利得が高い部分に沿って誘導放出により光が増幅
されることを利用するもので、利得が高い領域に光が閉
じ込められこの領域が導波領域になる。また、屈折率導
波機構は、屈折率の差が存在する境界で光が反射するこ
とを利用するもので、活性領域内に高屈折率部分を設け
てこの高屈折率部分を導波領域とするものであり、この
導波領域に光を導入すると光屈折率部分の境界面で全反
射が繰返えされて伝播される。上記光増幅器の規格化周
波数Vと光の閉じ込め度合を示す規格化導波領域屈折率
Bとは、第4図に示す関係がある。なお、図のMは水平
横モードの次数を示す。第4図から理解されるように、
規格化周波数Vが高くなるに従って導波領域を伝播する
光はマルチモード化する。
ところで、導波領域の幅、従ってストライプ幅が所定
値以上(10μm以上)のブロードコンタクト型の光増幅
器では、数百mW〜1Wの高出力レーザビームを得ることが
できるが、ストライプ幅が広いことから横方向への制限
が緩和されて水平横モードがマルチモード化している
(第3図の射出光Pout参照)ため光学系によって数μm
のスポツトに絞り込めない、という問題がある。すなわ
ち、屈折率導波機構を利用した光増幅器(屈折率導波型
光増幅器)について考えると、規格化周波数Vが次の
(1)式で表わされるため、ストライプ幅Tが広くなる
と規格化周波数Vが高くなって第4図から理解されるよ
うに導波領域を伝播するレーザビームがマルチモード化
してレーザビームをガウス分布における回折限界まで絞
り込めなくなる。
ただし、k0は定数、n1は導波領域の屈折率、n2は活性
領域の、導波領域に隣接する部分の屈折率である。
上記の問題を解決するためには、ストライプ幅Tを狭
くするかn1 2−n2 2を小さくして規格化周波数Vを低くす
ることにより伝播モードを単一横モードとすればよい
が、n1 2−n2 2を小さくすると屈折率の差が小さくなって
導波領域から活性領域へ光が透過し易くなって光の閉じ
込め度合が低下してしまう。また、ストライプ幅を狭く
すれば、導波領域内の光子密度が高くなって光学損傷が
発生する。
また、利得導波機構を利用した光増幅器(利得導波型
光増幅器)についても、利得の大きさが屈折率の大きさ
に対応するため同様である。なお、ストライプ幅が狭い
単一モードの光増幅器では、上記で説明したマルチモー
ド化は発生しないが、高出力を得るのに限界があり、あ
まり大きな出力が得られない。
また、SPIE Vol.723 Progress in Semiconductor Las
er Diodes(1986、P.36〜P.39)には、ストライプ幅が
広い光増幅器で高出力を得る技術が開示されているが、
光アイソレータとして2つのシリンドリカルレンズの間
に配置したスリツトを用いているため、スリツトの端部
でレーザビームの一部が遮光されてモードがくずれ、光
増幅器に入射されるレーザビームはマルチモードにな
る。このため、高解像度が要求されかつ極めて狭い範囲
に高パワーでレーザビームを集光させる場合には不適当
である。
本発明は上記問題点を解決すべく成されたもので、光
学損傷を発生させることなく、高出力でかつ高解像度の
レーザビームを光増幅器から発生させることができる光
増幅器へのレーザビーム入射方法および装置を提供する
ことを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明は光導波領域の幅が
所定値以上の光増幅器の光導波領域にレーザビームを入
射させるにあたって、前記レーザビームの強度分布を、
前記光導波領域における基本モードの電磁界分布に合せ
て入射させることを特徴とする。また、基本モードで発
振するレーザダイオードからレーザビームを発振し、該
レーザビームを光学系を介して入射させることによっ
て、前記レーザビームの強度分布を前記電磁界分布に合
せるようにすることができる。
また、他の発明は基本モードのレーザビームを出力す
るレーザビーム源と、前記レーザビームを平行にするコ
レメータと、前記レーザビーム源から前記光増幅器方向
にのみレーザビームを伝播させる光アイソレータと、前
記光増幅器へ入射するレーザビームの分布が前記光増幅
器の基本モードの分布と同一または近似するようにレー
ザビームを整形するビーム整形器と、前記整形されたレ
ーザビームを集光して前記光増幅器に入射させる集光素
子と、で光導波領域の幅が所定値以上の光増幅器にレー
ザビームを入射させるレーザビーム入射装置を構成した
ものである。
〔作用〕
本発明は、活性領域のストライプ幅が所定値以上の光
増幅器の光導波領域にレーザビームを入射させる場合、
レーザビームの強度分布を光導波領域における基本モー
ドの電磁界分布に合せて入射させるものである。このと
き、基本モードのレーザビームを出力するレーザビーム
源からのレーザビームを光学系を介して入射させること
によってレーザビームの強度分布を光導波領域における
基本モードの電磁界分布に合せるようにすることができ
る。上記レーザビーム源としてはレーザダイオード等を
使用することができ、光学系としてはコリメータ、光ア
イソレータ、光増幅器へ入射するレーザビームの分布が
光増幅器の基本モードの分布と同一または近似するよう
にレーザビームを整形するビーム整形器、整形されたレ
ーザビームを集光して光増幅器に入射させる集光素子か
ら成る系を使用することができる。この基本モード、す
なわち最低次数の横モードは、光軸に垂直な断面上の波
動の振幅分布がガウス関数で表わされる。従って、基本
モードの電磁界分布に強度分布が合されたレーザビーム
は、単峰のガウスビームになり、このガウスビームが光
増幅器に入射されるため、伝播モードは基本モードのみ
となり、光増幅器から増幅されたガウスビームが射出さ
れる。このため光増幅器から射出されたレーザビームを
ガウス分布における回折限界まで絞って数μmのスポツ
トにすることができる。また、伝播モードが基本モード
のみになるため、ストライプ幅を広くすることができ、
入射レーザビームとの結合効率が上がって高出力化を実
現することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、導波領域の固有
基本モードの電磁界分布に入射レーザビームの強度分布
を合せたので、高出力でかつ高解像度のレーザビームを
得ることができる、という効果が得られる。
〔実施例〕
第1図(1)、(2)は、本発明の実施例を示す概略
図である。この装置は、単一横モードで発振するレーザ
ダイオード26を備えている。レーザダイオード26のレー
ザビーム発振側には、コリメータレンズ30と光アイソレ
ータ28とが順に配置されている。光アイソレータ28は、
フアラデー回転子32を挟むように偏光子34、36を配置す
ると共に、偏光子36側にλ/2板38を配置して構成されて
おり、レーザダイオード26から光増幅器24方向にのみレ
ーザビームを伝播させる。光アイソレータ28のレーザビ
ーム射出側には、焦点距離f1のシリンドリカルレンズ4
0、焦点距離f2のシリンドリカルレンズ42、結合レンズ4
4が順に配置され、また結合レンズ44の焦点位置に入射
部が位置するように第2図(1)、(2)と同様の構成
のストライプ幅が10μm以上の光増幅器24が配置されて
いる。シリンドリカルレンズ40、42は活性領域14と直交
する方向に延在している。
光増幅器24の基本モードは、屈折率導波型光増幅器と
利得導波型光増幅器とで別々に演算によって求めるか、
または鏡面の反射率が異る以外は光増幅器と同一構成の
レーザダイオードを発振させてモノクロメータで分光し
て基本モードを測定することで求めることができる。
一方、上記のようにして求めた基本モードの電磁界分
布と一致した強度分布のレーザビームを光増幅器24に入
射させるには、基本モードが光増幅器24の基本モードと
一致したレーザダイオード26を使用するか、または計算
によってコリメータレンズ30、光アイソレータ28、シリ
ンドリカルレンズ40、シリンドリカルレンズ42および結
合レンズ44から成る光学系を調整して光増幅器24に基本
モードのレーザビームが入射されるようにする。
次に、第1図を参照して、光軸に垂直な平面で切断し
たときのレーザビームの断面形状と光強度分布(活性領
域に対して垂直な面でのパターン)とについで説明す
る。なお、以下では活性領域に沿う方向を横方向、活性
領域に垂直な方向を縦方向として説明する。また、第1
図の断面形状および光強度分布は、目視的に理解しやす
くしたものであり、実際の形状および分布が図の通りに
なっているものではなく、例えば、光増幅器前と後の強
度差は増幅器の種類によって異なるが、100倍以上にな
るものもある。
レーザダイオード26の射出面近傍でのレーザビームの
断面形状は横方向に長い長円形をしている。コリメータ
30の入射側では、縦方向に長い長円形をしており、この
形状はコリメータ30の射出側でも同じである。結合レン
ズ44の入射側では、シリンドリカルレンズ42、44によっ
てレーザビームが横方向にのみ集束されるため、コリメ
ータ30の射出側の長円に比例して横方向が更に収縮した
長円形になっている。結合レンズ44の集点近傍では、横
方向に長い小長円形になっている。この小長円の横方向
および縦方向の長さは、第1図(3)に示すように、光
導波領域25の端面形状と略等しくするのが好ましい。光
強度分布については、各個所で単峰となっており、光増
幅器24からは単峰で高パワーのレーザビームが得られて
いる。
なお、上記では基本モードのレーザビームを出力する
レーザビーム源としてレーザダイオードを用いた例につ
いて説明したが、基本モードのレーザビームを発振する
レーザダイオード、ガスレーザ、固定レーザ等から光フ
アイバ等の伝送路で伝送したレーザビームであってもよ
い。また、ビーム整形器としてシリンドリカルレンズを
用いた例について説明したが、横方向にのみレーザビー
ムを集束させる光素子であればよく、プリズム等も用い
ることができる。
本実施例は、高出力でかつ2〜3μmまで絞り込んだ
スポツトが得られるため、3360ドツト/7.2mm程度の高解
像度でヒートモード記録材料へ記録するレーザコンピユ
ータアウトプツトマイクロフイルマー(LCOM)に好適で
ある。また、高精細に画像を読取るスキヤナや多量の情
報を書込む光デイスク等への適用も可能である。
【図面の簡単な説明】 第1図(1)、(2)は本発明の実施例の平面と側面と
を示す概略図、第1図(3)はレーザビームが光導波領
域に入射される状態を示す概略図、第2図(1)、
(2)はブロードコンタクト型の光増幅器の正面と側面
とを示す概略断面図、第3図は従来のレーザダイオード
と光増幅器との配置関係を示すブロツク図、第4図は規
格化周波数Vと規格化導波路屈折率Bとの関係を示す線
図である。 24……光増幅器、 26……レーザダイオード、 28……光アイソレータ、 40……シリンドリカルレンズ、 42……シリンドリカルレンズ、 44……結合レンズ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光導波領域の幅が所定値以上の光増幅器の
    光導波領域にレーザビームを入射させるにあたって、前
    記レーザビームの強度分布を、前記光導波領域における
    基本モードの電磁界分布に合せて入射させることを特徴
    とする光増幅器へのレーザビーム入射方法。
  2. 【請求項2】基本モードで発振するレーザダイオードか
    らレーザビームを発振し、該レーザビームを光学系を介
    して入射させることによって、前記レーザビームの強度
    分布を前記電磁界分布に合せるようにした請求項(1)
    記載のレーザビーム入射方法。
  3. 【請求項3】光導波領域の幅が所定値以上の光増幅器に
    レーザビームを入射させる光増幅器へのレーザビーム入
    射装置において、 基本モードのレーザビームを出力するレーザビーム源
    と、 前記レーザビームを平行にするコリメータと、 前記レーザビーム源から前記光増幅器方向にのみレーザ
    ビームを伝播させる光アイソレータと、 前記光増幅器へ入射するレーザビームの分布が前記光増
    幅器の基本モードの分布と同一または近似するようにレ
    ーザビームを整形するビーム整形器と、 前記整形されたレーザビームを集光して前記光増幅器に
    入射させる集光素子と、 を設けたことを特徴とする光増幅器へのレーザビーム入
    射装置。
JP63264681A 1987-10-28 1988-10-20 光増幅器へのレーザビーム入射方法および装置 Expired - Fee Related JPH0812946B2 (ja)

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US4945315A (en) 1990-07-31

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