(57)【要約】【課題】  モード同期半導体レーザ装置において、光周波数コムの各モードのスペクトル線幅を狭めるとともに、Ｓ／Ｎを向上させる。また、構造が簡単で安価なモード同期半導体レーザ装置を実現する。【解決手段】  本発明のモード同期半導体レーザ装置１０は、周期τでパルスレーザ光を発振する自励発振型半導体レーザ装置と自励発振型半導体レーザ装置を挟む共振器を備えてモード同期レーザ光を出射するモード同期レーザ光出射部１１と、モード同期レーザ光に注入する注入用レーザ光を出射する注入用レーザ光出射部１２とを備えている。【選択図】  図１
2006216923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数軸上で見ると多数のレーザ光が等しい周波数間隔で並んだ集合体である光周波数コムとなるモード同期半導体レーザ装置において、
周期τでパルスレーザ光を発振する自励発振型半導体レーザ装置と、上記自励発振型半導体レーザ装置を挟む少なくとも２個の反射部を備えて閉光回路を構成し、該閉光回路の１周期の光路長２Ｌが（２Ｌ／ｃ）＜τ（ｃは光速）の関係を満たす共振器とを備えることによって、モード同期レーザ光を出射するモード同期レーザ光出射部と、
上記モード同期レーザ光に注入するレーザ光であって、上記モード同期レーザ光の一つのピーク周波数を引き込む単一周波数を持つ注入用レーザ光を出射する注入用レーザ光出射部とを備えたことを特徴とするモード同期半導体レーザ装置。
【請求項２】
上記注入用レーザ光が注入されたモード同期レーザ光を偏光分析器にて２つに分け、該分かれた２つの光の強度差が零になって上記モード同期レーザ光の一つのピークの周波数と上記注入用レーザ光の単一周波数とが常に一致するように、上記注入用レーザ光出射部またはモード同期レーザ光出射部のうちの一方を制御するフィードバック制御器を備えたことを特徴とする請求項１に記載のモード同期半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザ光を発振するモード同期半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モード同期レーザはパルスレーザ光を発振することができるレーザである。レーザは通常、光を増幅する利得媒質と、共振器長がＬの共振器とを有する。この共振器の縦モードの共振周波数はｃ／２Ｌ（ｃは光速）の間隔を持つ。そして、レーザが発振するレーザ光のスペクトルの幅は非常に狭いが、そのスペクトル幅よりも共振器の共振周波数の間隔が狭いと、レーザ光は共振器において複数のモード（周波数）で共振する。この時、何らかの方法を用いて各モードの位相を揃える（モード同期）ことにより、周期Ｔ＝２Ｌ／ｃでレーザ光が強められる。これにより、周期Ｔのパルスレーザ光が生成される。
【０００３】
図７に示すように、このモード同期レーザにより発振されるパルスレーザ光は、周波数軸上に等しい周波数間隔１／Ｔで櫛状に並ぶ多数のモードの集合体となる。このように周波数軸上に櫛状に並ぶレーザ光の集合体は、「光周波数コム」と呼ばれる。光周波数コムは、その周波数間隔が等しいという性格を利用して、光の周波数の「物差し」として、光周波数計測に用いることができる。周波数間隔は１／Ｔで定められるため、これを用いて測定対象となる２つの光の周波数の差を求めることができる。また、何らかの方法で各モードの周波数の絶対値を定めることにより、測定対象となる光の周波数の絶対値を測定することができる。光周波数コムは、高精度の波長標準や周波数標準として用いることができ、あるいは、波長多重光通信における基準周波数として用いることができる。また、時間領域で見ると、モード同期レーザは、正確なパルス繰り返し周波数で発振する超短パルス光源であるため、測距技術に応用することができる。
【０００４】
このようなモード同期半導体レーザ装置としては、特許文献１に記載のモノリシック型モード同期半導体レーザや、特許文献２に記載の変調回路を用いた外部共振器型モード同期半導体レーザがある。
【０００５】
ところで、従来より、モード同期レーザとして、例えば、パルスレーザ光を発振するレーザとして、例えば特許文献３に記載の自励発振型半導体レーザが知られている。自励発振型半導体レーザは、図３に示すように、活性層３２及び可飽和吸収層３３が半導体チップ３１の層間に組み込まれたものであり、上記モード同期半導体レーザよりも簡単な構造を有するため、低コストで製造することができる。ただし、この自励発振型半導体レーザでは、モード同期はかけられない。上記モード同期半導体レーザが反射面の間の距離により定まる周波数でパルス発振するのに対して、従来の自励発振型半導体レーザではそれらとは無関係な周波数でパルス発振する。
【０００６】
特許文献１のモノリシック型モード同期半導体レーザは、微小な半導体チップに全ての構成要素を形成するために、複雑な微細加工を行わなければならない。そして、パルス繰り返し周波数は、半導体レーザのチップ長で決まるため所望の値に設定することが難しいという欠点を有する。
【０００７】
特許文献２の変調回路を用いた外部共振器型モード同期半導体レーザは、注入電流を変調すると位相変調がかかるという問題がある。また、可飽和吸収ミラーを用いた外部共振器型モード同期半導体レーザは、可飽和吸収ミラーが特殊な部品であり高価であるという欠点を有する。
【０００８】
上記特許文献３の自励発振型半導体レーザは、上述のような欠点がないものの、モード同期がかけられていないため、光周波数コムを生成することができず、上記光周波数計測に用いることができない。
【特許文献１】特開平７−２２６９４号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４３３５号公報
【特許文献３】特開平６−２６０７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のモード同期半導体レーザ装置においては、各モードのスペクトル線幅が広いという問題や、Ｓ／Ｎが低いという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、各モードのスペクトル線幅を狭めることができるとともに、Ｓ／Ｎを向上させることができるモード同期半導体レーザ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明に係るモード同期半導体レーザ装置は、周波数軸上で見ると多数のレーザ光が等しい周波数間隔で並んだ集合体である光周波数コムとなるモード同期半導体レーザ装置において、周期τでパルスレーザ光を発振する自励発振型半導体レーザ装置と、上記自励発振型半導体レーザ装置を挟む少なくとも２個の反射部を備えて閉光回路を構成し、該閉光回路の１周期の光路長２Ｌが（２Ｌ／ｃ）＜τ（ｃは光速）の関係を満たす共振器とを備えることによって、モード同期レーザ光を出射するモード同期レーザ光出射部と、上記モード同期レーザ光に注入するレーザ光であって、上記モード同期レーザ光の一つのピーク周波数を引き込む単一周波数を持つ注入用レーザ光を出射する注入用レーザ光出射部とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
上記の構成により、モード同期レーザ光に、注入用レーザ光出射部から出射される注入用レーザ光が注入される。上記注入用レーザ光によって上記モード同期レーザ光の一つのピーク周波数を引き込んだ結果、そのモード同期レーザ光のピーク周波数は上記注入用レーザ光の周波数に一致する。したがって、注入により得られるモード同期レーザ光は、注入前と比べて、各モードのスペクトル線幅を狭めることができるとともに、Ｓ／Ｎを向上させることができるという効果を奏する。
【００１３】
また、上記の構成により、上記モード同期レーザ光が自励発振型半導体レーザ装置であり、共振器により閉光回路が構成される。自励発振型半導体レーザ装置から、モード同期のかかっていないパルスレーザ光を発振する。このパルスレーザ光は共振器によりｃ／２Ｌの整数倍の周波数のモードが強められる。そして、このモードの光は自励発振型半導体レーザ装置の可飽和吸収体により弱められることはなく、それ以外の波長の光は可飽和吸収体により弱められる。これによりモード同期がかけられ、周波数領域においてｃ／２Ｌの間隔で並ぶ特定の周波数のパルスレーザ光が得られる。したがって、上記の構成による効果に加えて、モード同期をかけて光周波数コムを生成することができ、構造が簡単で安価なモード同期半導体レーザ装置を実現することができるという効果を奏する。
【００１４】
また、本発明に係るモード同期半導体レーザ装置は、上記の構成において、上記注入用レーザ光が注入されたモード同期レーザ光を偏光分析器にて２つに分け、該分かれた２つの光の強度差が零になって上記モード同期レーザ光の一つのピークの周波数と上記注入用レーザ光の単一周波数とが常に一致するように、上記注入用レーザ光出射部またはモード同期レーザ光出射部のうちの一方を制御するフィードバック制御器を備えたことを特徴としている。
【００１５】
上記の構成により、上記モード同期レーザ光の一つのピークの周波数と上記注入用レーザ光の単一周波数とが一致するようにフィードバック制御される。偏光分析器は、例えば、４分の１波長板と偏光ビームスプリッタとを有する。したがって、両方の周波数を長時間互いに一致させることができる。それゆえ、上記の構成による効果に加えて、長時間安定的に、各モードのスペクトル線幅を狭めることができるとともにＳ／Ｎを向上させることができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明に係るモード同期半導体レーザ装置は、周期τでパルスレーザ光を発振する自励発振型半導体レーザ装置と、上記自励発振型半導体レーザ装置を挟む少なくとも２個の反射部を備えて閉光回路を構成し、該閉光回路の１周期の光路長２Ｌが（２Ｌ／ｃ）＜τ（ｃは光速）の関係を満たす共振器とを備えることによって、モード同期レーザ光を出射するモード同期レーザ光出射部と、上記モード同期レーザ光に注入するレーザ光であって、上記モード同期レーザ光の一つのピーク周波数を引き込む単一周波数を持つ注入用レーザ光を出射する注入用レーザ光出射部とを備えた構成である。
【００１７】
これにより、注入により得られるモード同期レーザ光は、注入前と比べて、各モードのスペクトル線幅を狭めることができるとともに、Ｓ／Ｎを向上させることができるという効果を奏する。
【００１８】
また、これにより、上記の構成による効果に加えて、モード同期をかけて光周波数コムを生成することができ、構造が簡単で安価なモード同期半導体レーザ装置を実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係るモード同期半導体レーザ装置１０は、モード同期レーザ光出射部１１、注入用レーザ光出射部１２、ハーフミラー１３、ミラー１４を備えている。モード同期レーザ光出射部１１は、モード同期レーザ光Ａを出射するものである。注入用レーザ光出射部１２は、ＣＷ（Continuous Wave：連続発振）レーザであり、モード同期レーザ光Ａに注入する注入用レーザ光Ｂを出射するものである。注入用レーザ光Ｂの周波数は単一であり、ｆｂとする。
【００２０】
ハーフミラー１３は、入射する光の一部を透過し、一部を反射するものであり、後述の自励発振型半導体レーザ素子２１のモード同期レーザ光出射側端面２１ａから発振されるパルスレーザ光の光路上に配置されている。それにより、モード同期レーザ光Ａはモード同期レーザ光出射部１１を出射してハーフミラー１３を通過するようになっている。
【００２１】
また、ミラー１４およびハーフミラー１３は、注入用レーザ光Ｂがミラー１４およびハーフミラー１３で反射されてモード同期レーザ光出射部１１に入射（注入）するように、注入用レーザ光Ｂの光路上にも位置するような配置となっている。
【００２２】
図３に示すように、自励発振型半導体レーザ素子２１と直流電源２２とで、パルスレーザ光を発振する自励発振型半導体レーザ装置が構成されている。自励発振型半導体レーザ素子２１は、活性層３２および可飽和吸収層３３が半導体チップ３１・３４の層間に組み込まれたものであり、特許文献１・２のモード同期半導体レーザよりも簡単な構造を有するため、低コストで製造することができる。ただし、この自励発振型半導体レーザ装置では、モード同期はかけられない。特許文献１・２のモード同期半導体レーザが反射面の間の距離により定まる周波数でパルス発振するのに対して、この自励発振型半導体レーザ装置ではそれらとは無関係な周波数でパルス発振する。
【００２３】
図２に示すように、モード同期レーザ光出射部１１は、自励発振型半導体レーザ素子２１、直流電源２２、コリメータレンズ２３、ハーフミラー２４を備えている。自励発振型半導体レーザ素子２１は、モード同期レーザ光出射側端面２１ａ、モード同期レーザ光反射側端面２１ｂを備えている。モード同期レーザ光反射側端面２１ｂとハーフミラー２４との距離をＬとする。
【００２４】
直流電源２２は、自励発振型半導体レーザ素子２１に直流電流を注入するためのものである。
【００２５】
自励発振型半導体レーザ素子２１は、それ自体がパルス繰り返し周波数τのパルスレーザ光をモード同期レーザ光出射側端面２１ａから発振することができるものである。モード同期レーザ光出射側端面２１ａに対向するモード同期レーザ光反射側端面２１ｂの内側には、パルスレーザ光を反射する反射面を形成する。
【００２６】
ハーフミラー２４は、モード同期レーザ光出射側端面２１ａから発振されるパルスレーザ光の光路上に設けられている。コリメータレンズ２３は上記光路上に設けられており、自励発振型半導体レーザ素子２１から発振される光を平行光にし、ハーフミラー２４において反射される光を自励発振型半導体レーザ素子２１のモード同期レーザ光出射側端面２１ａに収束させるためのものである。また、モード同期レーザ光反射側端面２１ｂとハーフミラー２４との間の距離Ｌは、τｃ／２よりも小さくなるように設定されている（ｃは光速）。
【００２７】
このような構成とすることにより、モード同期レーザ光反射側端面２１ｂとハーフミラー２４とのそれぞれが共振器となって、上記自励発振型半導体レーザ装置を挟む少なくとも２個の反射部を備えて閉光回路を構成し、該閉光回路の１周期の光路長２Ｌが（２Ｌ／ｃ）＜τの関係を満たす。その結果、周波数軸上で見ると、前述の図７のように、多数のレーザ光が等しい周波数間隔で櫛状に並んだ集合体である光周波数コム（comb）を得ることができる。
【００２８】
また、図１のモード同期半導体レーザ装置１０の代わりに、図８のモード同期半導体レーザ装置５０を用いることもできる。すなわち、モード同期半導体レーザ装置５０は、図１と同様のモード同期レーザ光出射部１１および注入用レーザ光出射部１２を備えている。モード同期レーザ光出射部１１からの出射光の経路上には、モード同期レーザ光出射部１１に近い側から順に、ビーム整形光学系５１、４５°ファラデーローテータ５２、偏光ビームスプリッタ５３が配置されている。注入用レーザ光出射部１２からの出射光の経路上には、注入用レーザ光出射部１２に近い側から順に、ビーム整形光学系５４、光アイソレータ５５、光減衰器５６、レンズ５７が配置されており、さらに、レンズ５７は、単一モード光ファイバ５８を介してレンズ５９に接続され、レンズ５９からの出射光は偏光ビームスプリッタ５３に入射するようになっている。
【００２９】
これは、図１の原理をより確実に動作させる構成である。
【００３０】
注入同期を確実に実現させるには、自励発振型モード同期レーザを出射するモード同期レーザ光出射部１１の空間モードと、単一周波数レーザ光を出射する注入用レーザ光出射部１２の空間モードとが、できるだけ一致していることが重要である。レンズやプリズムなどの光学素子でこれを実現させるほかに、より確実な方法として、図９に示したように、単一モード光ファイバ５８を利用し、双方向から両者のレーザ光を最大の結合効率で入射させる方法がある。これは単一モードファイバ５８が１つの空間モードしか伝播を許さないことを利用している。同様の機能は、ピンホールとレンズを用いた空間フィルターでも果たすことができる。
【００３１】
単一周波数レーザ光（注入用レーザ光Ｂ）が自励発振型半導体レーザ光（モード同期レーザ光Ａ）に注入されて動作が不安定になることを避けるため、注入用レーザ光出射部１２の出射直後に光アイソレータ５５を設置する。
【００３２】
モード同期レーザ光出射部１１側は、自分自身の戻り光の影響を避けつつ、単一周波数レーザ光の注入を行うため、偏光方向を４５°回転させるファラデーローテータ５２と偏光ビームスプリッタ５３とで光アイソレータを構成する。図９の構成では、モード同期レーザ光Ａの偏光方向をファラデーローテータ５２出射後で紙面に水平な偏光とする。水平偏光の光は偏光ビームスプリッタ５３を透過するので、注入用レーザ光出射部１２の方への反射は非常に小さくなる。一方、単一周波数レーザの偏光は偏光ビームスプリッタ５３の前で紙面に垂直とすると、この光は偏光ビームスプリッタ５３で反射され、ファラデーローテータ５２を透過してモード同期レーザ光出射部１１へ向かう。ファラデーローテータ５２では、ビームの進行方向によって、偏光の回転方向が逆になる。図９の配置では、ファラデーローテータ５２透過後の単一周波数レーザの偏光と、ファラデーローテータ５２入射前の自励発振型モード同期半導体レーザの偏光とが一致するので、単一周波数レーザ光が効率よく自励発振型モード同期半導体レーザに注入される。このファラデーローテータ５２と偏光ビームスプリッタ５３との機能は、光サーキュレータでも実現できる。
【００３３】
注入レーザ光のパワーを最適値にするために、必要に応じて単一レーザ光の光路中に光減衰器５６を設置する。
【００３４】
なお、半導体レーザから出射されるビーム形状は、一般に楕円であり、光ファイバーへの結合効率を高めるなど、ビームの利用効率を高めるために、アナモルフィックプリズムペアなどビーム形状を真円にするためのビーム整形光学系５１・５４が用いられる。戻り光の問題を発生しない限りは、光路中のどこにおいてもよいが、通常は出射直後に光アイソレータと前後して配置される。
【００３５】
また、調整をやりやすくする、あるいは、反射による損失を低減させる、などの目的で、光路中に、２分の１波長板などの偏光を回転させる素子（図示せず）を適宜挿入してもよい。
【００３６】
さて、上述の通り、図１の構成では、注入用レーザ光出射部１２から出射される注入用レーザ光Ｂが、モード同期レーザ光出射部から出射するモード同期レーザ光Ａに注入されるようになっている。
【００３７】
ここで、図１の構成において、注入用レーザ光Ｂの注入を行わない状態のモード同期レーザ光Ａの周波数スペクトルを図５中、ａで示す。同図には、注入用レーザ光Ｂの周波数スペクトル（単一の周波数ｆｂ）も併せて記載している（ｂで示す）。この状態では、モード同期レーザ光Ａは、各モードのスペクトル線幅が広く、また、Ｓ／Ｎも小さいものとなっている。
【００３８】
また、図１の構成において、注入用レーザ光Ｂの注入を行った状態のモード同期レーザ光Ａの周波数スペクトルを図６中、ｃで示す。同図には、注入用レーザ光Ｂの周波数スペクトル（単一の周波数ｆｂ）も併せて記載している（ｄで示す）。この状態では、モード同期レーザ光Ａは、各モードのスペクトル線幅が狭く、また、Ｓ／Ｎも大きいものとなっていることがわかる。
【００３９】
ここでは、注入するレーザ光（注入用レーザ光Ｂ）の周波数ｆｂが、注入対象のレーザ光（モード同期レーザ光Ａ）が有する複数の周波数ピークのうちの任意の一つの周波数と一致するように、モード同期レーザ光出射部１１においてモード同期レーザ光Ａを調整、または、注入用レーザ光出射部１２において注入用レーザ光Ｂを調整してある。すなわち、図５、図６では、周波数ピークが７個示されているが、ｆｂが、そのうち、周波数の高いほうから２番目のピークと一致するようにしている。
【００４０】
図５、図６の結果から、以下のように言うことができる。モード同期レーザ、すなわち、周波数軸上で見ると、多数のレーザ光が等しい周波数間隔で並んだ集合体、光周波数コムとなっているレーザを利用すれば、光の周波数を測定することが可能である。現在この技術はチタニウムサファイアレーザなど高価で大型のレーザを用いて実現されているが、上記図２の構成を用いれば、小型化することができる。ただ、このモード同期半導体レーザでは、図１の構成とはせずに図２の構成のままであると、図５に示す通り、別のＣＷレーザとのビート信号がＳ／Ｎ良く検出できない。これに対し、今回の発明は、図１に示すように、ＣＷレーザをモード同期半導体レーザに注入し、注入するレーザ光のパワーを適切に設定することによって、図６に示す通り、モード同期半導体レーザに注入同期がかかり、モード同期半導体レーザの各モードのスペクトル線幅を狭くすることができる。
【００４１】
上記のように、モード同期半導体レーザのスペクトル範囲内のどの周波数でも、充分なＳ／ＮでＣＷレーザとのビート信号が検出される。また、ビート信号の各モードのスペクトル線幅も充分狭い。したがって、ビート周波数の測定には実用上充分である。本構成を用いれば、光周波数測定システム全体として、小型、安価、かつ低消費電力の光周波数計測システムが実現できる。また、例えば、光周波数計測技術以外にも、原子時計への応用や、人工衛星に搭載可能なレベルになればＧＰＳ（global positioning system）のような測地システムや資源探査への応用も期待できる。
【００４２】
さらに、注入同期がかかった状態は、そのままでは数１０秒程度しか保てないが、フィードバック制御を行えば、モード同期半導体レーザと注入レーザの周波数の一致を長時間保つことも可能である。フィードバック制御には、周波数のずれの検出に偏光を利用する公知の技術を適宜使用することができる。本発明においては、非常に弱いパワーの注入レーザ光を、Ｑ値（quality factor）の低いモード同期半導体レーザの共振器に注入するという、一見信号が得にくい条件下で、鋭い誤差信号が取得できる。
【００４３】
このフィードバックについて説明する。まず、光共振器の共鳴周波数と、光共振器に共鳴させるレーザ周波数とのずれを検出する方法として、図９に示した偏光を利用する方法がある。レーザ装置１０１から出た光は光共振器１０２で反射して、４分の１波長板６１を通過し、偏光ビームスプリッタ６２にて２方向に分かれ、それぞれがフォトダイオード６３ａ、６３ｂで受光され、比較器６４で光の強度に応じた電圧同士が比較されて出力されるようになっている。光共振器１０２としては、共焦点光共振器や、リング共振器等を用いることができる。フォトダイオード６３ａ、６３ｂおよび比較器６４にて差動光検出器が構成されている。また、４分の１波長坂６１、偏光ビームスプリッタ６２、およびこの差動光検出器にて偏光分析器が構成されている。
【００４４】
ここで、光共振器１０２に共鳴する光の偏光が直線偏光で、かつその角度が、光共振器１０２内の図示しない光学素子で規定され、かつ、レーザ装置１０１から入射するレーザ光が直線偏光で、その偏光方向は光共振器１０２に共鳴する偏光の偏光方向とは違った角度であるとする。
【００４５】
レーザ装置１０１から光共振器１０２に入射するレーザ周波数が共鳴周波数からわずかにずれると、光共振器１０２からの反射光は楕円偏光となるので、上記偏光分析器で検出すると、光共振器１０２の共鳴周波数ｆ０の近傍では、図１０のようなゼロクロスの信号が得られる。なお、横軸ｘはレーザ装置１０１のレーザ光の周波数であり、縦軸ｙは差動光検出器の出力電圧である。この信号が零になるようにフィードバック制御を行うことで、レーザ装置１０１からのレーザ光の周波数を光共振器１０２の共鳴周波数に保つことができる。
【００４６】
この方法を本発明に適応したものを図１１に示す。注入光と反射光とは同軸であるので、偏光ビームスプリッタ６６で一部を取り出して信号を検出する。その後、図９に示した６１ないし６４と同じ構成を配置する。そして、比較器６４の出力電圧に応じて、フィードバック制御器６５にて、注入用レーザ光出射部１２からのレーザ光またはモード同期レーザ光出射部１１からのレーザ光のうちの一方について、レーザの周波数を増減する制御を行う。すなわち、注入用レーザ光出射部１２を制御する場合は、そのレーザ光の周波数を増減する。また、モード同期レーザ光出射部１１を制御する場合は、その共振器長や注入電流を制御することで、そのレーザ光の周波数を増減する。共振器長の制御は、フィードバック制御器６５の出力信号に基づき、例えばピエゾ素子等を用いて、共振器の位置を電気的に動かせばよい。このフィードバック制御器６５の出力信号を用いて、モード同期半導体レーザの特定のモード周波数と、注入する単一周波数レーザの周波数とのどちらか一方のレーザをフィードバック制御器６５にて制御することにより、両方の周波数を長時間互いに一致させることができる。
【００４７】
ここで、注入する単一周波数レーザ光（注入用レーザ光Ｂ）のパワーは、ここでは、モード同期発振を継続させるためにかなり弱く設定する。モード同期半導体レーザであるモード同期レーザ光出射部１１の共振器のＱ値は低いため、当初、非常にＳ／Ｎの悪い信号しか得られないと考えられ、実際に、自励発振型モード同期半導体レーザをオフにした状態では、光共振器の共鳴を示す信号は全く検出できなかった。しかし、自励発振型モード同期半導体レーザが発振している状態で、モード同期レーザのモード周波数と注入する単一周波数レーザの周波数とが、注入同期がかかる程度に互いに近い場合には、注入したレーザ光がモード同期半導体レーザ側で増幅された形となり、前述の図１０のように、信号強度が増幅されて観測されることがわかった。
【００４８】
このように、注入される側のレーザがモード同期発振していて、モード同期発振を保つために、注入するレーザ光のパワーを弱くせざるを得ない状況下でも、半導体レーザの大きな利得によって弱い注入レーザ光が増幅され、高いＳ／Ｎの信号が得られる。
【００４９】
なお、図２のモード同期レーザ光出射部１１の代わりに、図４のモード同期レーザ光出射部４０を用いることもできる。
【００５０】
すなわち、この構成例は、図２のモード同期レーザ光出射部１１の共振器を、４個の反射器４１〜４４からなる外部共振器に置き換えたものである。自励発振型半導体レーザ装置の構成は図２のものと同様である。反射器４１〜４４を頂点とする四角形のループの長さ２Ｌは（２Ｌ／ｃ）＜τの関係を満たすように設定する。この構成例では、自励発振型半導体レーザ素子２１から発振されるパルスレーザ光が外部共振器のループを周回することにより、ｃ／２Ｌの整数倍の周波数の光が干渉により増幅され、自励発振型半導体レーザ素子２１中の可飽和吸収層３３により、この増幅された周波数の光の強度が他の周波数の光よりも相対的に強められる。これにより、ｃ／２Ｌの周波数間隔でモード同期のかけられたパルスレーザ光が生成される。このパルスレーザ光は、例えば反射器４１〜４４のうちの１個をハーフミラーとすることにより、外部共振器の外に取り出すことができる。
【００５１】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
光周波数計測システムのような用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係るモード同期半導体レーザ装置の一構成例を示す図である。
【図２】モード同期レーザ光出射部の構成例を示す図である。
【図３】自励発振型半導体レーザ装置の構成例を示す図である。
【図４】モード同期レーザ光出射部の構成例を示す図である。
【図５】注入同期をかけない状態のモード同期半導体レーザの周波数スペクトルを示す図である。
【図６】注入同期をかけた状態のモード同期半導体レーザの周波数スペクトルを示す図である。
【図７】モード同期半導体レーザの周波数スペクトルを示す図である。
【図８】本発明に係るモード同期半導体レーザ装置の一構成例を示す図である。
【図９】偏光を用いるフィードバック制御の一構成例を示す図である。
【図１０】差動光検出器の出力を示す図である。
【図１１】偏光を用いるフィードバック制御を行う本発明に係るモード同期半導体レーザ装置の一構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０    モード同期半導体レーザ装置
１１    モード同期レーザ光出射部
１２    注入用レーザ光出射部
１３    ハーフミラー
１４    ミラー
２１    自励発振型半導体レーザ素子（自励発振型半導体レーザ装置）
２１ａ  モード同期レーザ光出射側端面
２１ｂ  モード同期レーザ光反射側端面（共振器）
２２    直流電源（自励発振型半導体レーザ装置）
２３    コリメータレンズ
２４    ハーフミラー（共振器）
３１    半導体チップ
３２    活性層
３３    可飽和吸収層
３４    半導体チップ
４０    モード同期レーザ光出射部
４１、４２、４３、４４    反射器
５０    モード同期半導体レーザ装置
５１    ビーム整形光学系
５２    ４５°ファラデーローテータ
５３    偏光ビームスプリッタ
５４    ビーム整形光学系
５５    光アイソレータ
５６    光減衰器
５７    レンズ
５８    単一モード光ファイバ
５９    レンズ
６１    ４分の１波長板
６２    偏光ビームスプリッタ
６３ａ、６３ｂ    フォトダイオード
６４    比較器
６５    フィードバック制御器
６６    偏光ビームスプリッタ
１０１  レーザ装置
１０２  光共振器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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