波長可変半導体レーザー（Tunable laser）の波長可変原理

チューニング原理波長可変半導体レーザー(波長可変レーザー)

波長可変半導体レーザーは、レーザー出力の波長を一定の範囲で連続的に変化させることができるレーザーの一種です。波長可変半導体レーザーは、熱チューニング、電気チューニング、機械チューニングを採用し、キャビティ長、格子反射スペクトル、位相、その他の変数を調整して波長チューニングを実現します。この種のレーザーは、光通信、分光法、センシング、医療などの分野で幅広い用途があります。図 1 に基本構成を示します。波長可変レーザー、光利得ユニット、フロントミラーとリアミラーで構成されるFPキャビティ、および光モード選択フィルタユニットを含む。最後に、反射キャビティの長さを調整することにより、光学モード フィルターは波長選択出力に達することができます。

図1

チューニング方法とその導出

チューナブルのチューニング原理半導体レーザーこれは主に、出力レーザー波長の連続的または離散的な変化を実現するレーザー共振器の物理パラメーターの変更に依存します。これらのパラメータには、屈折率、キャビティ長、およびモード選択が含まれますが、これらに限定されません。以下では、いくつかの一般的なチューニング方法とその原則について詳しく説明します。

1. キャリア注入チューニング

キャリア注入チューニングは、半導体レーザーの活性領域に注入される電流を変更することで材料の屈折率を変更し、波長チューニングを実現します。電流が増加すると、活性領域のキャリア濃度が増加し、その結果屈折率が変化し、それがレーザー波長に影響を与えます。

2. 熱チューニング 熱チューニングとは、レーザーの動作温度を変更することで材料の屈折率と共振器長を変更し、波長チューニングを実現することです。温度の変化は、材料の屈折率と物理的サイズに影響を与えます。

3. メカニカルチューニング メカニカルチューニングとは、レーザーの外部光学素子の位置や角度を変えることで波長をチューニングすることです。一般的な機械的調整方法には、回折格子の角度を変更したり、ミラーの位置を移動したりすることが含まれます。

4 電気光学チューニング 電気光学チューニングは、半導体材料に電界を印加して材料の屈折率を変化させ、それによって波長チューニングを達成することによって達成されます。この方法は一般的に使用されています電気光学変調器 (EOM）および電気光学的に調整されたレーザー。

要約すると、チューナブル半導体レーザーのチューニング原理は、主に共振器の物理パラメータを変更することによって波長チューニングを実現します。これらのパラメータには、屈折率、キャビティ長、およびモード選択が含まれます。特定の調整方法には、キャリア注入調整、熱調整、機械的調整、および電気光学的調整が含まれます。各方法には独自の物理的メカニズムと数学的導出があり、適切な調整方法の選択は、調整範囲、調整速度、分解能、安定性などの特定のアプリケーション要件に従って考慮する必要があります。