JPH0831663B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
- Publication number
- JPH0831663B2 JPH0831663B2 JP4994790A JP4994790A JPH0831663B2 JP H0831663 B2 JPH0831663 B2 JP H0831663B2 JP 4994790 A JP4994790 A JP 4994790A JP 4994790 A JP4994790 A JP 4994790A JP H0831663 B2 JPH0831663 B2 JP H0831663B2
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- Japan
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- region
- reflectance
- film
- partial reflection
- refractive index
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体レーザに関し、特に幅の広い光導
波路を有する高出力半導体レーザのモード制御法におい
て出射光の位相を制御する方法に関するものである。
波路を有する高出力半導体レーザのモード制御法におい
て出射光の位相を制御する方法に関するものである。
第５図は従来の端面部分反射膜付半導体レーザ（特願
昭63−254345号）の動作を示す概念図である。１は光導
波路で、一般には活性領域に対応する。2,3および４は
共振器端面のコーティング膜を示し、一般に誘電体膜を
使う。特に、４は部分反射膜であり、高反射率を実現す
るためと、この高反射率領域を透過する光の位相とその
周辺を透過する光の位相を一致させる働きをする。
昭63−254345号）の動作を示す概念図である。１は光導
波路で、一般には活性領域に対応する。2,3および４は
共振器端面のコーティング膜を示し、一般に誘電体膜を
使う。特に、４は部分反射膜であり、高反射率を実現す
るためと、この高反射率領域を透過する光の位相とその
周辺を透過する光の位相を一致させる働きをする。
次に動作について説明する。部分反射膜４の厚さを厚
くしていくと反射率は周期的に変化する。また部分反射
領域を透過する光、およびその周辺部分を透過する光の
位相も部分反射膜４の厚さを変えることで変わる。
くしていくと反射率は周期的に変化する。また部分反射
領域を透過する光、およびその周辺部分を透過する光の
位相も部分反射膜４の厚さを変えることで変わる。
部分反射膜４の屈折率1.5で発振波長750mmのとき、部
分反射膜４の厚さを1.5μｍにすると部分反射領域を透
過する光と、その周辺部を透過する光の位相を一致させ
ることができる。
分反射膜４の厚さを1.5μｍにすると部分反射領域を透
過する光と、その周辺部を透過する光の位相を一致させ
ることができる。
従来の半導体レーザ装置は以上のように構成されてお
り、部分反射領域が全面コーティング膜２を含めて２層
で、かつ部分反射膜４の屈折率が1.5で、発振波長が750
nmの場合の位相一致条件しか示されていなかった。ま
た、屈折率はコーティング条件によって変化するので一
般的でなかった。更に、位相を一致させたときの部分反
射領域の反射率が何％になるかも示されていなかった。
り、部分反射領域が全面コーティング膜２を含めて２層
で、かつ部分反射膜４の屈折率が1.5で、発振波長が750
nmの場合の位相一致条件しか示されていなかった。ま
た、屈折率はコーティング条件によって変化するので一
般的でなかった。更に、位相を一致させたときの部分反
射領域の反射率が何％になるかも示されていなかった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、部分反射領域が前面コーティング膜を含め
て２層で構成されている場合、および３層で構成されて
いる場合において、任意波長かつ任意屈折率で位相一致
を得ることのできる基本横モード高出力半導体レーザを
得ることを目的とする。
れたもので、部分反射領域が前面コーティング膜を含め
て２層で構成されている場合、および３層で構成されて
いる場合において、任意波長かつ任意屈折率で位相一致
を得ることのできる基本横モード高出力半導体レーザを
得ることを目的とする。
この発明に係る半導体レーザ装置は、部分反射領域が
前面コーティング膜を含めて２層で構成されている場
合、部分反射膜を構成する物質の任意波長および任意屈
折率における位相一致条件を導出し、それを半導体レー
ザの前端面に形成したものである。
前面コーティング膜を含めて２層で構成されている場
合、部分反射膜を構成する物質の任意波長および任意屈
折率における位相一致条件を導出し、それを半導体レー
ザの前端面に形成したものである。
またこの発明に係る半導体レーザ装置は、部分反射領
域が前面コーティング膜を含めて３層で構成されている
場合、部分反射膜Ｉおよび部分反射膜IIを構成する物質
の任意波長および任意屈折率における位相一致条件を導
出し、それを半導体レーザの前端面に形成したものであ
る。
域が前面コーティング膜を含めて３層で構成されている
場合、部分反射膜Ｉおよび部分反射膜IIを構成する物質
の任意波長および任意屈折率における位相一致条件を導
出し、それを半導体レーザの前端面に形成したものであ
る。
この発明においては、部分反射膜を構成する物質の任
意波長および任意屈折率における位相一致条件を導出
し、該一致条件で形成した部分反射領域を備えた構成と
したから、集光性の良いレーザ光を出力する半導体レー
ザを容易に得ることができる。
意波長および任意屈折率における位相一致条件を導出
し、該一致条件で形成した部分反射領域を備えた構成と
したから、集光性の良いレーザ光を出力する半導体レー
ザを容易に得ることができる。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第１図は本発明の第１の実施例による半導体レーザを
示し、図において、１は光導波路で、一般に活性層に対
応するものであり、屈折率n1からなっている。２は前面
コーティング膜であり、低反射率を可能にする屈折率
n2,膜厚h2（＝λ0/4n2,λ０は自由空間での波長）から
なっている。３は後面のコーティング膜である。4aは高
反射率を可能にするとともに、周辺を透過する光との位
相を完全に一致させるように設計された部分反射膜であ
り、屈折率n3,膜厚ｘλ０からなっている。
示し、図において、１は光導波路で、一般に活性層に対
応するものであり、屈折率n1からなっている。２は前面
コーティング膜であり、低反射率を可能にする屈折率
n2,膜厚h2（＝λ0/4n2,λ０は自由空間での波長）から
なっている。３は後面のコーティング膜である。4aは高
反射率を可能にするとともに、周辺を透過する光との位
相を完全に一致させるように設計された部分反射膜であ
り、屈折率n3,膜厚ｘλ０からなっている。
第２図は本発明の第２の実施例による半導体レーザを
示し、図において、4bは高反射率を可能にするととも
に、周辺を透過する光との位相を完全に一致させるよう
に設計された部分反射膜であり、部分反射膜I41及び部
分反射膜II42の２膜からなっている。部分反射膜Ｉは屈
折率n2,膜厚ｘλ０であり、部分反射膜IIは屈折率n3,膜
厚ｙλ０である。
示し、図において、4bは高反射率を可能にするととも
に、周辺を透過する光との位相を完全に一致させるよう
に設計された部分反射膜であり、部分反射膜I41及び部
分反射膜II42の２膜からなっている。部分反射膜Ｉは屈
折率n2,膜厚ｘλ０であり、部分反射膜IIは屈折率n3,膜
厚ｙλ０である。
第３図は第１図に示した第１の実施例の前端面近傍を
拡大したものである。領域Ｉは半導体レーザ結晶（屈折
率n1）、領域IIは低反射率である前面コーティング膜
（屈折率n2,膜厚h0＝λ0/4n2,λ0:発振波長）、領域III
は部分反射膜（屈折率n3,膜厚ｘλ０）と空気（屈折率n
0＝１）、領域IVは空気（屈折率n0＝１）から構成され
ている。部分反射領域に関する透過係数tpと反射係数rp
はそれぞれ第６図の（１），（２）式のように表わされ
る（M.ボーン アンド E.ウルフ，“プリンシプルズ
オブ オプティクス”（M.Born and E.Wolf,“Principl
es of Optics",PERGAMON PRESS,NEW YORK,6th ed.,pp.5
2−70）参照）。
拡大したものである。領域Ｉは半導体レーザ結晶（屈折
率n1）、領域IIは低反射率である前面コーティング膜
（屈折率n2,膜厚h0＝λ0/4n2,λ0:発振波長）、領域III
は部分反射膜（屈折率n3,膜厚ｘλ０）と空気（屈折率n
0＝１）、領域IVは空気（屈折率n0＝１）から構成され
ている。部分反射領域に関する透過係数tpと反射係数rp
はそれぞれ第６図の（１），（２）式のように表わされ
る（M.ボーン アンド E.ウルフ，“プリンシプルズ
オブ オプティクス”（M.Born and E.Wolf,“Principl
es of Optics",PERGAMON PRESS,NEW YORK,6th ed.,pp.5
2−70）参照）。
同様にして、部分反射領域の周辺に関する透過係数tf
と反射係数rfはそれぞれ第６図の（３），（４）式のよ
うに表わされる。
と反射係数rfはそれぞれ第６図の（３），（４）式のよ
うに表わされる。
（１），（３）式とから透過波の位相一致条件は第６
図の（５）式のようになる。
図の（５）式のようになる。
一例として、領域ＩをGaAs（n1＝3.6）、領域IIをAl2
O3（n2＝1.6）、領域IIIの部分反射膜をSiO2（n3＝1.4
5）とすると、位相が一致する正規化膜厚（ｘ）とその
ときの反射率は表１のようになる。
O3（n2＝1.6）、領域IIIの部分反射膜をSiO2（n3＝1.4
5）とすると、位相が一致する正規化膜厚（ｘ）とその
ときの反射率は表１のようになる。
表１から周期的に位相が一致する膜厚が存在すること
がわかる。また、この時、部分反射領域の周辺の反射率
は2.9％となるが、部分反射膜の反射率はその値に比べ
て大きいので高反射率となる。
がわかる。また、この時、部分反射領域の周辺の反射率
は2.9％となるが、部分反射膜の反射率はその値に比べ
て大きいので高反射率となる。
以上のような膜厚及び屈折率を半導体レーザ前端面に
形成したならば、部分反射領域が前面コーティング膜を
含めて２層で構成されているとき、部分反射領域を透過
する光とその周辺を透過する光の位相が一致するため、
極めて集光性の良い出射光が得られる。
形成したならば、部分反射領域が前面コーティング膜を
含めて２層で構成されているとき、部分反射領域を透過
する光とその周辺を透過する光の位相が一致するため、
極めて集光性の良い出射光が得られる。
第４図は第２図に示した第２の実施例の前端面近傍を
拡大したものである。領域Ｉは半導体レーザ結晶（屈折
率n1）、領域IIは前面コーティング膜（低反射率膜，屈
折率n2,膜厚h2＝λ0/4n2）、領域IIIは部分反射膜Ｉ
（屈折率n3,膜厚ｘλ０）と空気、領域IVは部分反射膜I
I（屈折率n4,膜厚ｙλ０）と空気、領域Ｖは空気であ
る。
拡大したものである。領域Ｉは半導体レーザ結晶（屈折
率n1）、領域IIは前面コーティング膜（低反射率膜，屈
折率n2,膜厚h2＝λ0/4n2）、領域IIIは部分反射膜Ｉ
（屈折率n3,膜厚ｘλ０）と空気、領域IVは部分反射膜I
I（屈折率n4,膜厚ｙλ０）と空気、領域Ｖは空気であ
る。
部分反射領域に関する透過係数tpと反射係数rpはそれ
ぞれ第６図の（６），（７）式のように表わされる。
ぞれ第６図の（６），（７）式のように表わされる。
同様にして、部分反射領域の周辺に関する透過係数tf
と反射係数rfはそれぞれ第６図の（８），（９）式のよ
うに表わされる。
と反射係数rfはそれぞれ第６図の（８），（９）式のよ
うに表わされる。
第６図の（６）式と（８）式とから透過波の位相一致
条件は第６図の（10）式のようになる。
条件は第６図の（10）式のようになる。
特に、ｘλ0n3＝λ0/4の関係を満たすとき、部分反射
領域の透過係数tp a,反射係数rp a,周辺部分の透過係数tf
aはそれぞれ第６図の（11），（12），（13）式のよう
に表わされる。また、このときの位相一致条件は第６図
の（14）式のようになる。
領域の透過係数tp a,反射係数rp a,周辺部分の透過係数tf
aはそれぞれ第６図の（11），（12），（13）式のよう
に表わされる。また、このときの位相一致条件は第６図
の（14）式のようになる。
一例として、領域ＩをGaAs（屈折率n1＝3.6）、領域I
IをY2O3（屈折率n2＝1.76）、領域IIIの部分反射膜Ｉを
アモルファスSi（屈折率n3＝3.2）、領域Ｖの部分反射
膜IIをAl2O3（屈折率n4＝1.6）とし、かつｘλ0n3＝λ0
/4を満足するとき、位相が一致する正規化膜厚ｙとその
ときの部分反射領域反射率|rp a|2は表２のようになる。
位相が一致する膜厚が周期的に依存することがわかる。
このとき、部分反射領域の周辺の反射率は約0.6％とな
るので、部分反射領域は高反射率となる。
IをY2O3（屈折率n2＝1.76）、領域IIIの部分反射膜Ｉを
アモルファスSi（屈折率n3＝3.2）、領域Ｖの部分反射
膜IIをAl2O3（屈折率n4＝1.6）とし、かつｘλ0n3＝λ0
/4を満足するとき、位相が一致する正規化膜厚ｙとその
ときの部分反射領域反射率|rp a|2は表２のようになる。
位相が一致する膜厚が周期的に依存することがわかる。
このとき、部分反射領域の周辺の反射率は約0.6％とな
るので、部分反射領域は高反射率となる。
以上のような膜厚及び屈折率を半導体レーザ端面に形
成したならば、部分反射領域が前面コーティング膜を含
めて３層で構成されているとき、部分反射領域を透過す
る光とその周辺を透過する光の位相が完全に一致するた
め、極めて集光性の良い出射光が得られる。なお、上記
の例はｘλ0n3＝λ0/4（ｘ＝1/4n3）と固定したが、ｙ
の方を固定して考えても良いし、またはx,yともに固定
せず、（10）式を満足する解を求めてもよい。
成したならば、部分反射領域が前面コーティング膜を含
めて３層で構成されているとき、部分反射領域を透過す
る光とその周辺を透過する光の位相が完全に一致するた
め、極めて集光性の良い出射光が得られる。なお、上記
の例はｘλ0n3＝λ0/4（ｘ＝1/4n3）と固定したが、ｙ
の方を固定して考えても良いし、またはx,yともに固定
せず、（10）式を満足する解を求めてもよい。
第１の実施例の他の例として領域ＩをGaAs（n1＝3.
6）、領域IIをY2O3（n2＝1.76）、領域IIIをSiO2（n3＝
1.45）の場合、位相が一致する正規化膜厚ｘとそのとき
の部分反射領域の反射率|rp|2を表３に示す。
6）、領域IIをY2O3（n2＝1.76）、領域IIIをSiO2（n3＝
1.45）の場合、位相が一致する正規化膜厚ｘとそのとき
の部分反射領域の反射率|rp|2を表３に示す。
第１の実施例の更に他の例として領域ＩをGaAs（n1＝
3.6）、領域IIをY2O3（n2＝1.76）、領域IIIをAl2O3（n
3＝1.6）の場合、位相が一致する正規化膜厚ｘとそのと
きの部分反射領域の反射率|rp|2を表４に示す。
3.6）、領域IIをY2O3（n2＝1.76）、領域IIIをAl2O3（n
3＝1.6）の場合、位相が一致する正規化膜厚ｘとそのと
きの部分反射領域の反射率|rp|2を表４に示す。
第２の実施例の他の例として領域ＩをGaAs（n1＝3.
6）、領域IIをY2O3（n2＝1.76）、領域IIIの部分反射膜
ＩをSiO2（n3＝1.45）、領域IVの部分反射膜IIをAl2O3
（n4＝1.6）の場合、位相が一致する正規化膜厚ｙとそ
のときの部分反射領域の反射率|rp a|2を表５に示す。た
だし、ｘλ0n3＝λ0/4とした。
6）、領域IIをY2O3（n2＝1.76）、領域IIIの部分反射膜
ＩをSiO2（n3＝1.45）、領域IVの部分反射膜IIをAl2O3
（n4＝1.6）の場合、位相が一致する正規化膜厚ｙとそ
のときの部分反射領域の反射率|rp a|2を表５に示す。た
だし、ｘλ0n3＝λ0/4とした。
なお、ここでは部分反射領域が前面コーティング膜を
含めて２層および３層で構成されている場合の例を示し
たが、部分反射領域が前面コーティング膜を含めて４層
以上で構成されている場合でも同様に考えることができ
る。
含めて２層および３層で構成されている場合の例を示し
たが、部分反射領域が前面コーティング膜を含めて４層
以上で構成されている場合でも同様に考えることができ
る。
〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、部分反射領域が前
面コーティング膜を含めて２層で構成されているとき、
上述の条件で形成した部分反射領域を備えた構成とした
から、部分反射領域を透過する光とその周辺を透過する
光の位相を完全に一致させることができるので、集光性
の良い出射ビームが得られる効果がある。
面コーティング膜を含めて２層で構成されているとき、
上述の条件で形成した部分反射領域を備えた構成とした
から、部分反射領域を透過する光とその周辺を透過する
光の位相を完全に一致させることができるので、集光性
の良い出射ビームが得られる効果がある。
また、この発明によれば、部分反射領域が前面コーテ
ィング膜を含めて３層で構成されているとき、上述の条
件で形成した部分反射領域を備えた構成としたから、部
分反射領域を透過する光とその周辺を透過する光の位相
を完全に一致させることができるので、集光性の良い出
射ビームが得られる効果がある。
ィング膜を含めて３層で構成されているとき、上述の条
件で形成した部分反射領域を備えた構成としたから、部
分反射領域を透過する光とその周辺を透過する光の位相
を完全に一致させることができるので、集光性の良い出
射ビームが得られる効果がある。
第１図はこの発明の第１の実施例による位相を一致させ
た端面部分反射膜付半導体レーザの概略図、第２図はこ
の発明の第２の実施例による位相を一致させた端面部分
反射膜付半導体レーザの概略図、第３図は第１図の出射
端面近傍を詳細に描いた図、第４図は第２図の出射端面
近傍を詳細に描いた図、第５図は従来の端面部分反射膜
付半導体レーザの概略図、第６図は本発明の実施例を説
明するための式を示す図である。 １は光導波路で一般に活性領域に対応するもの、２は前
面コーティング膜（低反射率膜）、３は後面コーティン
グ膜、４は部分反射膜、4aは位相を完全に一致させるよ
うに設計された部分反射膜、41は部分反射膜Ｉ、42は部
分反射膜II、4bは前記部分反射膜１と前記部分反射膜II
とからなり、位相を完全に一致させるように設計された
部分反射膜である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
た端面部分反射膜付半導体レーザの概略図、第２図はこ
の発明の第２の実施例による位相を一致させた端面部分
反射膜付半導体レーザの概略図、第３図は第１図の出射
端面近傍を詳細に描いた図、第４図は第２図の出射端面
近傍を詳細に描いた図、第５図は従来の端面部分反射膜
付半導体レーザの概略図、第６図は本発明の実施例を説
明するための式を示す図である。 １は光導波路で一般に活性領域に対応するもの、２は前
面コーティング膜（低反射率膜）、３は後面コーティン
グ膜、４は部分反射膜、4aは位相を完全に一致させるよ
うに設計された部分反射膜、41は部分反射膜Ｉ、42は部
分反射膜II、4bは前記部分反射膜１と前記部分反射膜II
とからなり、位相を完全に一致させるように設計された
部分反射膜である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 豊 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社光・マイクロ波デバイス研究所内 (56)参考文献 特開 平２−100391（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−17094（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−118470（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】高次横モードの伝搬が許容される程度に幅
の広い光導波路を有し、かつ少なくとも一方の共振器端
面上に、前記光導波路の幅よりも狭い領域の反射率を高
く、広い領域の反射率を低くした半導体レーザにおい
て、 前記低反射率領域の膜厚が、前記低反射率領域の屈折率
ｎと発振波長λ０を用いると、約λ0/4nと表され、 かつ前記高反射率領域が前記低反射率膜を含めて２層で
構成されているとき、該低反射率膜を１層目として第２
層目の膜厚を調整して、高反射率領域を透過する光の位
相と低反射率領域を透過する光の位相を一致させたこと
を特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】高次横モードの伝搬が許容される程度に幅
の広い光導波路を有し、かつ少なくとも一方の共振器端
面上に、前記光導波路の幅よりも狭い領域の反射率を高
く、広い領域の反射率を低くした半導体レーザにおい
て、 前記低反射率領域の膜厚が、前記低反射率領域の屈折率
ｎと発振波長λ０を用いると、約λ0/4nと表され、 かつ前記高反射率領域が前記低反射率膜を含めて３層で
構成されているとき、該低反射率膜を１層目として第２
層目と第３層目の膜厚と屈折率を調整することで、高反
射率領域を透過する光の位相と低反射率領域を透過する
光の位相を一致させたことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4994790A JPH0831663B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4994790A JPH0831663B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03252189A JPH03252189A (ja) | 1991-11-11 |
| JPH0831663B2 true JPH0831663B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=12845220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4994790A Expired - Lifetime JPH0831663B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831663B2 (ja) |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP4994790A patent/JPH0831663B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03252189A (ja) | 1991-11-11 |
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