JP2760451B2 - Ultrashort pulse laser light generator - Google Patents
Ultrashort pulse laser light generatorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超短パルスレーザ光発生装置、ことに超短
光パルスを用いた高速過渡現象の計測に好適なものに関
するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrashort pulse laser light generator, and more particularly to an apparatus suitable for measuring a fast transient phenomenon using an ultrashort light pulse.
従来の技術 ピコ秒より時間幅の短い光パルスを発生する光源とし
て、モード同期色素レーザが最も広く用いられてきた。
しかし、色素レーザは、装置自体が大きく、非常に大が
かりなシステムを組まなければ測定ができなかった。2. Description of the Related Art Mode-locked dye lasers have been most widely used as light sources for generating light pulses having a time width shorter than picoseconds.
However, the dye laser has a large device itself and cannot be measured unless a very large system is constructed.
近年、半導体レーザーが色素レーザと同程度の利得周
波数帯域を有していることから、半導体レーザをモード
同期させ超短光パルスが得られるようになった。In recent years, since a semiconductor laser has a gain frequency band almost equal to that of a dye laser, an ultrashort light pulse can be obtained by mode-locking the semiconductor laser.
モード同期半導体レーザ装置の一従来例を第２図に示
す。第２図において、７はGaAs/AlGaAs半導体レーザ、
８は低反射率コーティング（ARコート）膜、9,10はレン
ズ、11はプリズム、12はGaAs/AlGaAsの多重量子井戸（M
QW）膜、13は全反射ミラーである。FIG. 2 shows a conventional example of a mode-locked semiconductor laser device. In FIG. 2, 7 is a GaAs / AlGaAs semiconductor laser,
8 is a low reflectance coating (AR coating) film, 9 and 10 are lenses, 11 is a prism, and 12 is a GaAs / AlGaAs multiple quantum well (M
QW) film, 13 is a total reflection mirror.
以下、図面を用いながら、従来の超短パルスレーザ光
発生装置の一例を説明する。Hereinafter, an example of a conventional ultrashort pulse laser light generator will be described with reference to the drawings.
半導体レーザ７を順方向にバイアスすると、半導体レ
ーザ７のコーティングされていない側の端面と、全反射
ミラー13から形成される共振器間でレーザ発振が生じ
る。このとき、全反射ミラー13に接して配置された多重
量子井戸膜12の励起子による可飽和吸収効果により、レ
ーザ光は受動モードに同期される。出力パルス光の時間
幅は、バイアス電流に大きく依存し、最短パルスは、バ
イアス電流が発振しきい値電流の1.1倍のとき得られ、
そのパルス幅（半値全幅）は1.6ps、平均出力は1mWであ
り、平均出力と周期から計算された最大出力は0.3Wであ
った。When the semiconductor laser 7 is biased in the forward direction, laser oscillation occurs between the uncoated end face of the semiconductor laser 7 and the resonator formed by the total reflection mirror 13. At this time, the laser light is synchronized with the passive mode due to the saturable absorption effect by the excitons of the multiple quantum well film 12 arranged in contact with the total reflection mirror 13. The time width of the output pulse light greatly depends on the bias current, and the shortest pulse is obtained when the bias current is 1.1 times the oscillation threshold current.
The pulse width (full width at half maximum) was 1.6 ps, the average output was 1 mW, and the maximum output calculated from the average output and the period was 0.3 W.
しかし、第２図に示したモード同期半導体レーザ装置
は、レンズ，プリズム，ミラー等の光学部品の数が多い
ため、それぞれのアライメントの微調整が困難である。
また、多重量子井戸膜12へレンズ10で絞り込まれたレー
ザ・ビームの直径が、モード同期の状態を大きく左右
し、最適なアライメントを決定するのに多大の労力を要
した。したがって、第２図に示したモード同期半導体レ
ーザ装置では、安定して、再現性よくピコ秒光パルスを
得ることが困難である。However, the mode-locked semiconductor laser device shown in FIG. 2 has a large number of optical components such as lenses, prisms and mirrors, so that it is difficult to finely adjust the alignment of each device.
Also, the diameter of the laser beam focused on the multiple quantum well film 12 by the lens 10 greatly affects the mode-locked state, and much effort was required to determine the optimal alignment. Therefore, in the mode-locked semiconductor laser device shown in FIG. 2, it is difficult to obtain picosecond light pulses stably and with good reproducibility.
発明が解決しようとする課題 本発明は、従来例に見られるような、光学部品の多さ
や、可飽和吸収体すなわち、多重量子井戸膜へのビーム
絞り込み直径の不確定性に起因する不安定性や再現性の
悪さを最小限にし、安定してピコ秒パルスを発生させら
れる超短パルスレーザ光発生装置をあたえるものであ
る。Problems to be Solved by the Invention The present invention, as seen in the prior art, has a large number of optical components, saturable absorbers, that is, instability due to uncertainty of the beam converging diameter to the multiple quantum well film, An ultrashort pulse laser light generator capable of stably generating picosecond pulses while minimizing poor reproducibility is provided.
課題を解決するための手段 本発明の超短パルスレーザ光発生装置は、半導体基板
内部に、二重異種接合構造発光部と、この二重異種接合
構造発光部から射出される光を吸収することによりパル
ス光を発生する多重量子井戸膜とが互いに接するように
形成され、前記半導体基板の光射出側には、前記二重異
種接合構造発光部に達する光射出用の円錐穴が設けられ
ており、前記二重異種接合構造発光部の表面には低反射
率コーティング膜が形成され、前記多重量子井戸膜の表
面には高反射率コーティング膜が形成され、前記低反射
コーティング膜に対向して、前記二重異種接合構造発光
部から射出される光を反射およびコリメートさせるため
の出力ミラーが配設されていることを特徴とする超短パ
ルスレーザ光発生装置配設されたものである。Means for Solving the Problems An ultrashort pulse laser light generating device according to the present invention has a double heterojunction structure light emitting portion and a light emitted from the double heterojunction structure light emitting portion inside a semiconductor substrate. A multiple quantum well film that generates pulsed light is formed so as to be in contact with each other, and a conical hole for light emission reaching the light emitting portion of the double heterogeneous junction structure is provided on the light emission side of the semiconductor substrate. A low reflectance coating film is formed on a surface of the double heterojunction structure light emitting unit, a high reflectance coating film is formed on a surface of the multiple quantum well film, and faces the low reflection coating film; An output mirror for reflecting and collimating light emitted from the light emitting section of the double heterojunction structure is provided.
作用 本発明により、超短パルスレーザ光発生装置の部品点
数を削減することができるため、光学系の調整が容易と
なる。また、二重異種接合構造発光部と多重量子井戸膜
とが一体形成されているために、両者間の位置調整が不
要であり、またそのため出力光のビーム径が一定とな
る。さらに、出力光の射出側には円錐穴が設けられてい
るため、出力光は半導体基板にけられることなく射出さ
れる。Operation According to the present invention, the number of components of the ultrashort pulse laser beam generator can be reduced, so that the adjustment of the optical system is facilitated. Further, since the double heterojunction structure light emitting portion and the multiple quantum well film are integrally formed, there is no need to adjust the position between the two, and the beam diameter of the output light is constant. Further, since a conical hole is provided on the emission side of the output light, the output light is emitted without being cut by the semiconductor substrate.
実施例 以下、図面を参照しながら、本発明の一実施例につい
て説明する。Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図に、本発明の一実施例における超短パルスレー
ザ光発生装置を示す。FIG. 1 shows an ultrashort pulse laser light generator according to an embodiment of the present invention.
第１図において、GaAsで構成された半導体基板14の内
部には、二重異種接合（DH）構造発光部１およびGaAs/A
lGaAs層からなる多重量子井戸膜２がMOCVD法（有機金属
気相成長法）により一体形成されている。半導体基板14
の光射出側表面の中央部には、化学エッチングにより、
二重異種接合構造発光部１に達する光射出用の円錐穴15
が形成されている。また、多重量子井戸膜２の表面に
は、Al2O3/Si多層膜による高反射率（反射率97％）コー
ティング膜３、二重異種接合構造発光部２の表面にAl2O
3膜による低反射率（反射率４％）コーティング膜４が
形成されている。出力ミラー５には、半射率60％の球面
鏡を使用した。In FIG. 1, a double heterojunction (DH) structure light emitting section 1 and a GaAs / A
A multiple quantum well film 2 composed of an lGaAs layer is integrally formed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Semiconductor substrate 14
The central part of the light emission side surface of the
Conical hole 15 for light emission reaching light emitting part 1 with double heterogeneous junction structure
Are formed. The surface of the multiple quantum well film 2 is coated with a high reflectance (reflectance 97%) coating film 3 of Al 2 O 3 / Si multilayer film, and the surface of the light emitting section 2 of double heterojunction structure is Al 2 O
A low reflectance (reflectance 4%) coating film 4 is formed by three films. As the output mirror 5, a spherical mirror having a semi-irradiation rate of 60% was used.
この超短パルスレーザ光発生装置において、二重異種
接合構造発光部１に、順方向のバイアス電流を流すと、
高反射率コーティング膜３と出力ミラー５で形成される
共振器間（距離7cm）でレーザ発振が生じる。このと
き、多重量子井戸膜２の励起子による可飽和吸収効果に
より、出力光６はモード同期し、ピコ秒のパルスが発生
する。In this ultrashort pulse laser light generator, when a forward bias current is applied to the double heterojunction structure light emitting section 1,
Laser oscillation occurs between the resonator formed by the high reflectance coating film 3 and the output mirror 5 (a distance of 7 cm). At this time, the output light 6 is mode-locked due to the saturable absorption effect of the exciton of the multiple quantum well film 2 and a picosecond pulse is generated.
この装置により得られた光パルスのSHG（第２次高調
波発生）自己相関波形を第３図に示す。パルス幅（半値
全幅）は、sech2型を仮定すると0.6psと見積もられる。
同パルスは、バイアス電流が、発振しきい値電流の1.2
倍のときに得られ、平均出力パワーは1.5mWであった。FIG. 3 shows an SHG (second harmonic generation) autocorrelation waveform of the optical pulse obtained by this apparatus. The pulse width (full width at half maximum) is estimated to be 0.6 ps assuming the sech 2 type.
The pulse has a bias current equal to the oscillation threshold current of 1.2
The average output power was 1.5 mW.
最短パルス発生までの、光学部品等の調整に要する時
間は、従来２〜３時間程度必要であったが、本発明の超
短パルスレーザ光発生装置では、約20分で調整が可能で
あった。特に、多重量子井戸膜２に入射する出力光６の
ビーム径が、デバイスの寸法で規定されるため、従来の
ような多重量子井戸に入射するビーム径の調整は、まっ
たく不要になった。また、光学部品の数が少ないため、
機械的振動にも比較的強く、長時間安定性にも優れてい
る。また、半導体基板14の射出側には円錐穴15が設けら
れているため、円錐状に広がって射出される出力光６が
半導体基板14によってけられることなく、したがって、
効率の良いレーザ発振状態を得ることができる。The time required for adjustment of optical components and the like until the generation of the shortest pulse has conventionally required about 2 to 3 hours. However, the ultrashort pulse laser light generator of the present invention can adjust in about 20 minutes. . In particular, since the beam diameter of the output light 6 incident on the multiple quantum well film 2 is determined by the dimensions of the device, the conventional adjustment of the beam diameter incident on the multiple quantum well becomes unnecessary. Also, because the number of optical components is small,
Relatively resistant to mechanical vibration and excellent long-term stability. In addition, since the conical hole 15 is provided on the emission side of the semiconductor substrate 14, the output light 6 which is emitted while spreading conically is not shaken by the semiconductor substrate 14, and therefore,
An efficient laser oscillation state can be obtained.
なお、本実施例では、利得媒質，可飽和吸収体として
GaAs/AlGaAs系材料を用いたが、他の半導体材料でも、
同様に、超短パルスの発生が可能である。In this embodiment, a gain medium and a saturable absorber are used.
Although GaAs / AlGaAs material was used, other semiconductor materials
Similarly, generation of ultrashort pulses is possible.
発明の効果 以上のように、本発明の超短パルスレーザ光発生装置
は、構成部品の点数を削減することができるため、光学
系の調整が容易となる。また、二重異種接合構造発光部
と多重量子井戸膜とが一体形成されているために、両者
の位置関係を調整する必要がなく、これにより出力光の
ビーム径が一定となる。さらに、半導体基板の光射出側
には円錐穴が設けられているため、出力光が半導体基板
にけられることなく射出され、効率の良いレーザ発振状
態を得ることができる。Effect of the Invention As described above, the ultrashort pulse laser light generator of the present invention can reduce the number of components, and thus can easily adjust the optical system. Further, since the double heterojunction structure light emitting portion and the multiple quantum well film are integrally formed, there is no need to adjust the positional relationship between the two, and the beam diameter of the output light becomes constant. Further, since the conical hole is provided on the light emission side of the semiconductor substrate, the output light is emitted without being emitted to the semiconductor substrate, and an efficient laser oscillation state can be obtained.
第１図は本発明の超短パルスレーザ光発生装置の配置
図、第２図は従来の超短パルスレーザ光発生装置の配置
図、第３図は本発明の超短パルスレーザ光発生装置から
得られた光パルスのSHG自己相関波形図である。 １……二重異種接合構造発光部、２……多重量子井戸
膜、３……高反射率コーティング膜、４……低反射率コ
ーティング膜、５……出力ミラー、６……出力光、７…
…半導体レーザ、８……低反射率コーティング膜、９…
…レンズ、10……レンズ、11……プリズム、12……多重
量子井戸膜、13……全反射ミラー、14……半導体基板、
15……円錐穴。FIG. 1 is a layout diagram of an ultrashort pulse laser light generator of the present invention, FIG. 2 is a layout diagram of a conventional ultrashort pulse laser light generator, and FIG. FIG. 9 is an SHG autocorrelation waveform diagram of the obtained light pulse. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Double heterojunction structure light emitting part, 2 ... Multiple quantum well film, 3 ... High reflectivity coating film, 4 ... Low reflectivity coating film, 5 ... Output mirror, 6 ... Output light, 7 …
... Semiconductor laser, 8 ... Low reflectivity coating film, 9 ...
... Lens, 10 ... Lens, 11 ... Prism, 12 ... Multiple quantum well film, 13 ... Total reflection mirror, 14 ... Semiconductor substrate,
15 ... Conical hole.
Claims (1)
部と、この二重異種接合構造発光部から射出される光を
吸収することによりパルス光を発生する多重量子井戸膜
とが互いに接するように形成され、前記半導体基板の光
射出側には、前記二重異種接合構造発光部に達する光射
出用の円錐穴が設けられており、前記二重異種接合構造
発光部の表面には低反射率コーティング膜が形成され、
前記多重量子井戸膜の表面には高反射率コーティング膜
が形成され、前記低反射コーティング膜に対向して、前
記二重異種接合構造発光部から射出される光を反射およ
びコリメートさせるための出力ミラーが配設されている
ことを特徴とする超短パルスレーザ光発生装置。In a semiconductor substrate, a double heterojunction structure light emitting section and a multiple quantum well film that generates pulsed light by absorbing light emitted from the double heterojunction structure light emitting section are in contact with each other. The light emitting side of the semiconductor substrate is provided with a conical hole for light emission reaching the light emitting portion of the double heterogeneous junction structure. A reflectance coating film is formed,
A high-reflectance coating film is formed on a surface of the multiple quantum well film, and an output mirror for reflecting and collimating light emitted from the double heterojunction structure light-emitting portion, facing the low-reflection coating film. An ultra-short pulse laser light generator characterized by being provided.
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