ファブリ・ペローエタロンを用いた リング型外部共振器付半導体レーザーの 発振周波数制御

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1 ファブリ・ペローエタロンを用いた リング型外部共振器付半導体レーザーの 発振周波数制御
東大物性研、科技団 CREST、アルネアラボラトリA 木下基、秋山英文、田中佑一A 発表内容 背景・目的 原理 外部共振器型半導体レーザー エタロンフィルタ エタロンフィルタによる発振周波数制御実験 実験結果の解析 まとめ・今後の展望

2 背景 光通信 WDM (Wavelength Division Multiplexing)
１本の光ファイバに波長の異なる複数の光信号を多重化し同時に伝送する方法 大容量伝送を実現 半導体レーザー l1 l2 l3 ln … 合波器 ～ 0.8nm(=100GHz)間隔の複数のチャンネル 現状では・・・ 半導体レーザーの広帯域変調は困難なため１つの波長に対して１つの光源が必要

3 半導体レーザーの新しい発振周波数制御法の開発
目的 半導体レーザーの新しい発振周波数制御法の開発 100 GHz間隔で可変の発振周波数チャンネル (= 0.4 meV) 発振スペクトルのイメージ 100 GHz 100 GHz 100 GHz Intensity (a.u.) ・・・ 100 200 300 detuning (GHz) detuning (GHz) detuning (GHz) detuning (GHz)

4 Sampled Grating DBR laserによる広帯域変調
Gain Phase R1 R2 Beat コンパクトである反面、動作が複雑であることや 高度な結晶成長技術が必要であるという短所もある。 本実験では 制御性や拡張性の良さ、温度安定性などを見込んで、 外部共振器付半導体レーザーとエタロンフィルタを用いた。

5 外部共振器型半導体レーザー 通常は・・・ 外部共振器型は・・・ 注入電流によって周波数と強度が同時に変調されてしまう。 狭帯域。
反射防止膜 結晶へき開面に 反射防止加工(AR coating)を施し、 その外部に共振器を作成する。 結晶へき開面が反射鏡として働き、 ファブリペロー共振器を構成している。 注入電流によって周波数と強度が同時に変調されてしまう。 狭帯域。 外部に作成した共振器によって 周波数だけを広帯域にわたって制御可能。

6 直線型外部共振器 長所 効率が良い lens 扱い易い mirror laser diode 短所（本実験における） 戻り光に弱い
　効率が良い 　扱い易い 短所（本実験における） 　戻り光に弱い 　光が往復している lens mirror laser diode etalon LD AR coating リング型外部共振器 長所 　空間的ホールバーニング 　がない 　戻り光を防ぐことができる 　光は一方通行 optical isolator LD

7 エタロンフィルタ 透過率 共振周波数間隔(Free Spectral Range) 鋭さ(finesse) エタロンフィルタの透過率
1 FSR FWHM 透過率 0.5 周波数 n

8 片方の エタロン板 を回転 個々のエタロン板の透過率 ２つのエタロン板のビート透過率 個々のエタロン板の透過率
1 透過率 わずかにFSRの異なる ２枚のエタロン板 周波数 ２つのエタロン板のビート透過率 1 透過率 片方の エタロン板 を回転 周波数 個々のエタロン板の透過率 1 透過率 周波数 ２つのエタロン板のビート透過率 1 透過率 周波数

9 エタロンフィルタの透過スペクトル FSR=95 GHz, finesse=5.1 FSR=100 GHz, finesse=36
0.1 透過率 透過率 195.8 196 196.2 196.4 196.6 195.8 196 196.2 196.4 196.6 周波数(THz) 周波数(THz) ２枚のビート 0.1 透過率 分解能：6.4 GHz 195.8 196 196.2 196.4 196.6 周波数(THz)

10 polarizing beam splitter
実験 etalon angle 6~6.5 deg 0 deg FSR 95.0GHz 100GHz Finesse 5.1 36 polarizing beam splitter (PBS) l/2 plate optical isolator lens LD mirror laser diode spectrum analyzer linewidth 50 kHz

11 結果 エタロンの角度による発振スペクトルの変化 16 ch intensity (a.u.) frequency (THz) 100GHz
q (deg) intensity (a.u.) 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 195 195.5 196 196.5 197 197.5 frequency (THz)

12 解析 エタロン板の角度によるピーク位置のズレを計算 1 100GHz 透過率 0.5 Dq 周波数 1 100GHz 透過率 0.5 周波数

13 エタロンの角度による発振周波数シフトの解析
197.5 197 196.5 発振周波数 (THz) 196 195.5 195 5.9 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 エタロンの角度 (deg)

14 まとめ ２枚のFSRの異なるファブリ・ペローエタロンを用いてリング型外部共振器付半導体レーザーの発振周波数を1ch(100 GHz)ずつシフトさせることが出来た。 ２枚のエタロンの透過率を計算することによって得られた発振周波数のエタロン板の角度に対する依存性は実験結果と良く一致した。

15 今後の展望 片方のエタロンを導波路構造を有する半導体素子を用いて作成し、屈折率をキャリア濃度によって制御することでFSRを変調する。
これによって、高速での変調が可能になる。 変調可能な周波数チャンネル数を増やす。 （30～40chくらいが目標） 外部共振器の縦モードを制御する。