JPH0738480B2 - Laser light source - Google Patents
Laser light sourceInfo
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- JPH0738480B2 JPH0738480B2 JP24539887A JP24539887A JPH0738480B2 JP H0738480 B2 JPH0738480 B2 JP H0738480B2 JP 24539887 A JP24539887 A JP 24539887A JP 24539887 A JP24539887 A JP 24539887A JP H0738480 B2 JPH0738480 B2 JP H0738480B2
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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、外部共振器を用いた狭スペクトラムで波長可
変のレーザ光源に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser light source having a narrow spectrum and variable wavelength using an external resonator.
《従来の技術》 コヒーレント通信は、次世代の光通信方式として実用化
研究が鋭意進められている。しかし、実用化にあたって
半導体レーザのスペクトル純度の改善(狭スペクトル
化)が技術課題となっている。要求されるスペクトル幅
はおよそ1MHz以下とされている。これと同様の要求は光
応用計測の分野にもある。また狭スペクトル化と同時に
発振波長が可変のレーザ光源も望まれている。<< Prior Art >> Coherent communication is being energetically studied as a next-generation optical communication system. However, improvement of the spectral purity of semiconductor lasers (narrowing of the spectrum) has become a technical issue for practical use. The required spectral width is about 1 MHz or less. Similar requirements exist in the field of optical applied measurement. There is also a demand for a laser light source whose oscillation wavelength is variable at the same time as narrowing the spectrum.
従来は、このような狭スペクトルの半導体レーザを、半
導体レーザの外部に共振器を設け、共振器長を長くする
ことにより実現していた。外部共振器としては一般に、
全反射ミラーや回析格子等が用いられていた。回析格子
を用いた例を第2図に示す。半導体レーザ21の両方向へ
の出射光は左右のレンズ22で平行光となり、回析格子2
および出力ミラー24の間で共振する。回析格子23を回転
すれば共振波長を変えることもできる。しかしこのよう
な構成の外部共振型レーザでは戻り光の位相がずれると
スペクトル幅が広くなるので、外部ミラーとレーザの位
置関係が発振波長の数10分の1程度で安定でなければ所
望のスペクトル幅が得られず、機械的に極めて不安定な
ものになり易い。Conventionally, such a narrow spectrum semiconductor laser has been realized by providing a resonator outside the semiconductor laser and increasing the resonator length. As an external resonator,
A total reflection mirror and a diffraction grating were used. An example using a diffraction grating is shown in FIG. The light emitted from the semiconductor laser 21 in both directions is collimated by the left and right lenses 22, and the diffraction grating 2
And resonate between the output mirror 24. The resonance wavelength can be changed by rotating the diffraction grating 23. However, in the external resonance type laser with such a configuration, the spectrum width becomes wider when the phase of the return light is shifted, so if the positional relationship between the external mirror and the laser is several tenths of the oscillation wavelength and is not stable, the desired spectrum The width cannot be obtained and it tends to be mechanically extremely unstable.
第3図はこの欠点を除くためにカリフォルニア工科大学
のYarivらが提案した方式で、位相共役(いそうきょう
やく)ミラーを外部共振器とした半導体レーザ光源であ
る。半導体レーザ31から出射された光は非線形光学結晶
BaTiO3単結晶からなる位相共役ミラー32を通り、ミラー
33,34で反射されて再び位相共役ミラー32内に戻され
(光線35)、レーザ光と斜めに交差する。この光線35は
結晶32内部の散乱等により、逆方向に進む光線36を生じ
る。すなわち、結晶32→ミラー33→ミラー34→結晶32→
ミラー34→ミラー33→結晶32というループでリング共振
器を形成して定在波を発生する。このため、見掛け上、
光線35,36がポンプ光となり、レーザ31からの入射光に
対してその位相共役波を発生し(自己位相共役)、結晶
32から反射光として入射光と同一の光路を逆に戻る。
(ここで位相共役波とは、入射光Eに対してその複素共
役E*を指している。BaTiO3単結晶では位相共役波の発
生は縮退4光子混合という過程によって行われる。)こ
の結果結晶32がレーザ31の外部共振器として動作する。
位相共役波の性質から、レーザ31と位相共役ミラー32の
位置が動いても、自動的にこれらを打消すように光がレ
ーザ31に戻るため、機械的に安定な外部共振器となる。FIG. 3 is a method proposed by Yariv et al. Of the California Institute of Technology in order to eliminate this drawback, which is a semiconductor laser light source using a phase conjugate mirror as an external resonator. The light emitted from the semiconductor laser 31 is a nonlinear optical crystal.
Pass through the phase conjugate mirror 32 made of BaTiO 3 single crystal
The light is reflected by 33 and 34 and returned to the inside of the phase conjugate mirror 32 (ray 35), and intersects the laser light at an angle. This ray 35 produces a ray 36 traveling in the opposite direction due to scattering inside the crystal 32. That is, crystal 32 → mirror 33 → mirror 34 → crystal 32 →
A loop of mirror 34 → mirror 33 → crystal 32 forms a ring resonator to generate a standing wave. Therefore, apparently,
The light rays 35 and 36 become pump light and generate a phase conjugate wave for the incident light from the laser 31 (self-phase conjugation) and crystal.
From 32, it returns as reflected light along the same optical path as the incident light.
(Here, the phase conjugate wave refers to its complex conjugate E * with respect to the incident light E. In the BaTiO 3 single crystal, the generation of the phase conjugate wave is performed by the process of degenerate four-photon mixing.) As a result, the crystal 32 acts as an external cavity for laser 31.
Due to the nature of the phase conjugate wave, even if the positions of the laser 31 and the phase conjugate mirror 32 move, the light automatically returns to the laser 31 so as to cancel them, so that a mechanically stable external resonator is provided.
《発明が解決しようとする問題点》 しかしながら、上記のような構成の半導体レーザ光源で
は、結晶32における散乱等により、共振器が形成される
のに時間がかかるので、レーザ31が光を出し始めてから
位相共役波を発生するまでに数秒から数時間もかかる場
合がある。特に波長が長くなるほど、安定に要する時間
が長くなることが知られている。また、発振波長の制御
も困難である。<< Problems to be Solved by the Invention >> However, in the semiconductor laser light source configured as described above, it takes time for the resonator to be formed due to scattering in the crystal 32, etc., so that the laser 31 starts to emit light. It may take several seconds to several hours to generate a phase conjugate wave. In particular, it is known that the longer the wavelength, the longer the time required for stabilization. Moreover, it is difficult to control the oscillation wavelength.
本発明ではこのような実用上の問題点を解決するために
なされたもので、スペクトル特性が機械的・熱的に安定
で、その特性がレーザ駆動後直ちに得られ、かつ発振波
長の制御が可能な外部共振型レーザ光源を実現すること
を目的とする。The present invention has been made in order to solve such a practical problem. The spectral characteristics are mechanically and thermally stable, the characteristics can be obtained immediately after laser driving, and the oscillation wavelength can be controlled. The object is to realize a simple external resonance type laser light source.
《問題点を解決するための手段》 本発明は位相共役ミラーを外部共振器とするレーザ光源
に係るもので、その特徴とするところはレーザからの出
射光を入射する位相共役ミラーと、この位相共役ミラー
内でその透過光を波長選択手段を介しポンプ光として前
記レーザ光と斜めに交差させる光学手段と、前記位相共
役ミラーを透過した前記ポンプ光を反射して元に戻すミ
ラーと、このミラーの反射光が前記レーザへ戻ることを
阻止する阻止手段とを備え、波長選択手段を制御するこ
とにより発振波長が可変となるように構成した点にあ
る。<< Means for Solving the Problems >> The present invention relates to a laser light source using a phase conjugate mirror as an external resonator, and is characterized by a phase conjugate mirror that makes light emitted from a laser incident and a phase conjugate mirror Optical means for obliquely intersecting the laser light with the transmitted light as pump light in the conjugate mirror through the wavelength selection means, a mirror for reflecting the pump light transmitted through the phase conjugate mirror and returning it to the original state, and this mirror And a blocking means for blocking the reflected light from returning to the laser, and the oscillation wavelength is variable by controlling the wavelength selecting means.
《作用》 ポンプ光がミラーにより強制的に作られるので、レーザ
駆動後直ちに位相共役波が発生して位相共役共振器とし
て動作し、波長選択手段により定在波の波長を制御して
位相共役波の波長を変えることにより、発振波長を可変
とすることができる。<Operation> Since the pump light is forcibly produced by the mirror, a phase conjugate wave is generated immediately after the laser is driven and operates as a phase conjugate resonator, and the wavelength of the standing wave is controlled by the wavelength selection means to make the phase conjugate wave. The oscillation wavelength can be made variable by changing the wavelength.
《実施例》 以下本発明を図面を用いて詳しく説明する。<Example> The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第1図は本発明に係るレーザ光源の一実施例を示す構成
ブロック図である。1は半導体レーザ、11はこの半導体
レーザ1の無反射(AR)コーティングされた端面、2は
この端面11から出射された光を入射し非線形光学結晶で
あるBaTiO3(チタン酸バリウム)単結晶からなる位相共
役ミラー(以下結晶2と呼ぶ)、3はこの結晶2を透過
する光を入射するコリメートレンズ、4はこのコリメー
トレンズ3を通過した光を入射する第1のミラー、5は
このミラー4の反射光を入射する光アイソレータ、6は
波長選択手段を構成しこの光アイソレータ5の出力光を
入射する回析格子、7はこの回析格子6の回析光が前記
結晶2を透過後入射する第3のミラー、8は前記半導体
レーザ1の電流や温度等を制御する制御回路である。レ
ンズ3,ミラー4,回析格子6は位相共役ミラー2の透過光
をポンプ光として戻し、位相共役ミラー2内で前記レー
ザ光と斜めに交差させる光学手段を構成している。光ア
イソレータ5はミラーの反射光がレーザ光源1へ戻るこ
とを阻止する阻止手段を構成する。ここで、結晶2,コリ
メートレンズ3,光アイソレータ5は、それぞれの表面に
おけるフレネル反射光がレーザ1に戻らないように、光
軸に対して数度傾けて配置されることが好ましい。光ア
イソレータ5としては光の偏波面を変えないものが望ま
しく、例えばYIG等7のファラデー効果を用いたアイソ
レータを逆向きに2つつなげたもの等を用いることがで
きる。FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of a laser light source according to the present invention. 1 is a semiconductor laser, 11 is an anti-reflection (AR) coated end face of the semiconductor laser 1, and 2 is a nonlinear optical crystal of BaTiO 3 (barium titanate) single crystal that receives the light emitted from the end face 11. 3 is a phase conjugate mirror (hereinafter referred to as crystal 2), 3 is a collimator lens that makes light transmitted through the crystal 2 incident, 4 is a first mirror that makes light that has passed through the collimator lens 3 incident, and 5 is this mirror 4. Is an optical isolator for injecting the reflected light, and 6 is a diffraction grating for forming the wavelength selecting means to inject the output light of the optical isolator 5, and 7 is an incident light after the diffraction light of the diffraction grating 6 has passed through the crystal 2. A third mirror 8 is a control circuit for controlling the current and temperature of the semiconductor laser 1. The lens 3, the mirror 4 and the diffraction grating 6 constitute an optical means for returning the transmitted light of the phase conjugate mirror 2 as pump light and obliquely intersecting the laser light in the phase conjugate mirror 2. The optical isolator 5 constitutes blocking means for blocking the reflected light of the mirror from returning to the laser light source 1. Here, it is preferable that the crystal 2, the collimator lens 3, and the optical isolator 5 are arranged so as to be inclined by a few degrees with respect to the optical axis so that the Fresnel reflected light on each surface does not return to the laser 1. The optical isolator 5 is preferably one that does not change the plane of polarization of light, and for example, an isolator using the Faraday effect such as YIG 7 connected in the opposite direction can be used.
半導体レーザ1の端面11から出射した光は結晶2を透過
し、コリメートレンズ3により平行光となり、ミラー4
で反射され、光アイソレータ5を通る。光アイソレータ
5を通過した光は回析格子6で回析され、特定の波長の
回析光のみが再び結晶2を通過し、ミラー7で反射して
逆向きに元の光路を戻る。このミラー7の反射光は強制
ポンプ光として回析格子6の回析光との間で定在波を生
じ、レーザ1からの入射光に対してその位相共役波を直
ちに発生させる。この位相共役波は定在波と同じ波長の
光(非線形媒質によっては若干波長がずれるものもある
が、一般に極めてわずかなので無視できる)となる。す
なわち、レーザ1から結晶2に入射する光のうち、回析
格子6によって選択された波長の光のみがレーザ1へ位
相共役波として戻り、これがレーザ1の発振波長とな
る。ここで結晶2はレーザ1の外部共振器(ここでは位
相共役共振器)として動作する。したがって、回析格子
6を回転して角度を変えれば、定在波の波長が変り、発
振波長を変えることができる。ミラー7の反射光が、レ
ーザ1へ戻ってその共振状態を乱さないように、光アイ
ソレータ5により阻止する。外部へのレーザ出力は半導
体レーザ1の端面11と反対側の端面から取出される。The light emitted from the end face 11 of the semiconductor laser 1 passes through the crystal 2 and becomes a parallel light by the collimator lens 3, and the mirror 4
Is reflected by and passes through the optical isolator 5. The light that has passed through the optical isolator 5 is diffracted by the diffraction grating 6, and only the diffracted light having a specific wavelength passes through the crystal 2 again, is reflected by the mirror 7, and returns to the original optical path in the opposite direction. The reflected light of the mirror 7 forms a standing wave as the forced pump light with the diffracted light of the diffraction grating 6, and immediately generates a phase conjugate wave of the incident light from the laser 1. This phase conjugate wave becomes light of the same wavelength as the standing wave (the wavelength may be slightly shifted depending on the nonlinear medium, but it is generally extremely small and can be ignored). That is, of the light incident on the crystal 2 from the laser 1, only the light of the wavelength selected by the diffraction grating 6 returns to the laser 1 as a phase conjugate wave, and this becomes the oscillation wavelength of the laser 1. Here, the crystal 2 operates as an external resonator (here, a phase conjugate resonator) of the laser 1. Therefore, if the diffraction grating 6 is rotated to change the angle, the wavelength of the standing wave changes and the oscillation wavelength can be changed. The light reflected by the mirror 7 is blocked by the optical isolator 5 so as not to return to the laser 1 and disturb its resonance state. The laser output to the outside is taken out from the end surface of the semiconductor laser 1 opposite to the end surface 11.
このような構成のレーザ光源によれば、定在波の波長を
制御することにより、狭スペクトルの可変波長レーザ光
源を簡単な構成で実現できる。According to the laser light source having such a configuration, a variable wavelength laser light source with a narrow spectrum can be realized with a simple configuration by controlling the wavelength of the standing wave.
またミラーによって強制的にポンプ光を作り出すので、
レーザが光を出すと、すぐに位相共役ミラーが動作す
る。このため、従来のものに比べ、応答性が非常に優れ
ている。安定化したポンプ光源も不要なので構成も簡単
である。Also, because the pump light is forcibly created by the mirror,
As soon as the laser emits light, the phase conjugate mirror is activated. Therefore, the responsiveness is extremely superior to the conventional one. A stable pump light source is not required, so the configuration is simple.
また位相共役波の性質から、レーザ1と位相共役ミラー
2の位置が動いても、自動的にこれらを打消すように光
がレーザ1に戻るため、熱的・機械的に安定な外部共振
器となる。Further, due to the nature of the phase conjugate wave, even if the positions of the laser 1 and the phase conjugate mirror 2 move, the light automatically returns to the laser 1 so as to cancel them, so that a thermally and mechanically stable external resonator is provided. Becomes
なお上記の実施例において、ミラー4の代りに光ファイ
バ等で光の方向を変えてもよい。In the above embodiment, the direction of light may be changed by an optical fiber or the like instead of the mirror 4.
またBaTiO3の代りにBSO単結晶に電界を加えたものや、N
aガス等位相共役波を発生できる任意の材料を用いるこ
とができる。Also, instead of BaTiO 3 , a BSO single crystal with an electric field applied or N
Any material that can generate a phase conjugate wave such as a gas can be used.
またコリメータレンズ3はレーザ1と結晶2の間に配置
することもできる。The collimator lens 3 can also be arranged between the laser 1 and the crystal 2.
またミラー4と回析格子6を入替えてもよい。Further, the mirror 4 and the diffraction grating 6 may be exchanged.
また分解能は低下するが、波長選択手段として回析格子
の代りにプリズムを用いることもできる。Although the resolution is lowered, a prism can be used as the wavelength selecting means instead of the diffraction grating.
また回析格子6をミラーで置きかえ、このミラーと結晶
2の間の光路に波長選択手段として音響光学変調器(AO
M)を配置し、その超音波周波数を変えることにより、
電気的に定在波の波長を変えることもできる。Further, the diffraction grating 6 is replaced with a mirror, and an acousto-optic modulator (AO) is used as a wavelength selecting means in the optical path between the mirror and the crystal 2.
M) and by changing its ultrasonic frequency,
It is also possible to electrically change the wavelength of the standing wave.
またミラー4の代りに偏光プリズムと1/4波長板を組合
せれば、光アイソレータ5を使用せずに阻止手段を構成
できる。If a polarizing prism and a quarter-wave plate are combined instead of the mirror 4, the blocking means can be constructed without using the optical isolator 5.
《発明の効果》 以上述べたように本発明によれば、スペクトル特性が機
械的・熱的に安定で、その特性がレーザ駆動後直ちに得
られ、かつ発振波長の制御が可能な外部共振型レーザ光
源を簡単な構成で実現することができる。<< Effects of the Invention >> As described above, according to the present invention, the external resonance type laser whose spectral characteristics are mechanically and thermally stable, the characteristics are obtained immediately after laser driving, and the oscillation wavelength can be controlled. The light source can be realized with a simple structure.
第1図は本発明に係るレーザ光源の一実施例を示す構成
ブロック図、第2図および第3図は従来のレーザ光源を
示す構成ブロック図である。 1……レーザ、2……位相共役ミラー、3,4,6……光学
手段、5……阻止手段、6……波長選択手段、7……ミ
ラー。FIG. 1 is a structural block diagram showing an embodiment of a laser light source according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are structural block diagrams showing a conventional laser light source. 1 ... Laser, 2 ... Phase conjugate mirror, 3, 4, 6 ... Optical means, 5 ... Blocking means, 6 ... Wavelength selecting means, 7 ... Mirror.
Claims (4)
光源において、レーザからの出射光を入射する位相共役
ミラーと、この位相共役ミラー内でその透過光を波長選
択手段を介しポンプ光として前記レーザ光と斜めに交差
させる光学手段と、前記位相共役ミラーを透過した前記
ポンプ光を反射して元に戻すミラーと、このミラーの反
射光が前記レーザへ戻ることを阻止する阻止手段とを備
え、波長選択手段を制御することにより発振波長が可変
となるように構成したことを特徴とするレーザ光源。1. A laser light source using a phase conjugate mirror as an external resonator, wherein a phase conjugate mirror into which emitted light from a laser is incident and transmitted light in the phase conjugate mirror as pump light via wavelength selecting means. Optical means for obliquely intersecting the laser light, a mirror for reflecting the pump light transmitted through the phase conjugate mirror and returning it to the original state, and a blocking means for blocking the reflected light of the mirror from returning to the laser are provided. A laser light source characterized in that the oscillation wavelength is variable by controlling the wavelength selection means.
範囲第1項記載のレーザ光源。2. The laser light source according to claim 1, wherein a mirror is used as the optical means.
請求の範囲第1項記載のレーザ光源。3. A laser light source according to claim 1, wherein a diffraction grating is used as the wavelength selecting means.
許請求の範囲第1項記載のレーザ光源。4. The laser light source according to claim 1, wherein an optical isolator is used as the blocking means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24539887A JPH0738480B2 (en) | 1987-09-29 | 1987-09-29 | Laser light source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24539887A JPH0738480B2 (en) | 1987-09-29 | 1987-09-29 | Laser light source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6489383A JPS6489383A (en) | 1989-04-03 |
| JPH0738480B2 true JPH0738480B2 (en) | 1995-04-26 |
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ID=17133060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24539887A Expired - Fee Related JPH0738480B2 (en) | 1987-09-29 | 1987-09-29 | Laser light source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738480B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6842725B2 (en) * | 2019-07-09 | 2021-03-17 | 株式会社金門光波 | Laser device and laser oscillation method |
-
1987
- 1987-09-29 JP JP24539887A patent/JPH0738480B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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|---|---|
| JPS6489383A (en) | 1989-04-03 |
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