波長可変半導体レーザー（波長可変レーザー）の波長可変原理

調整原理可変半導体レーザー（チューナブルレーザー）

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内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、熱調整、電気調整、機械調整の3つの手法を用いて、共振器長、回折格子反射スペクトル、位相などの変数を調整することで波長可変を実現します。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は、波長可変半導体レーザーの基本構成を示しています。可変波長レーザー光利得ユニット、前面ミラーと背面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で構成されています。最後に、反射キャビティの長さを調整することで、光モードフィルタは波長選択出力に到達できます。

図1

チューニング法とその導出

調整可能な調整原理半導体レーザー出力レーザー波長の連続的または離散的な変化は、主にレーザー共振器の物理的パラメータを変化させることによって実現されます。これらのパラメータには、屈折率、共振器長、モード選択などが含まれますが、これらに限定されるものではありません。以下に、一般的なチューニング方法とその原理をいくつか示します。

1. キャリア注入調整

キャリア注入チューニングとは、半導体レーザーの活性領域に注入する電流を変化させることで材料の屈折率を変化させ、波長チューニングを実現することです。電流が増加すると、活性領域におけるキャリア濃度が増加し、屈折率の変化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化させることで材料の屈折率と共振器長を変化させ、波長チューニングを実現することです。温度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. 機械的チューニング 機械的チューニングは、レーザーの外部光学素子の位置または角度を変更することで波長調整を実現する方法です。一般的な機械的チューニング方法としては、回折格子の角度を変更する方法と、ミラーの位置を移動させる方法があります。

4 電気光学的チューニング電気光学的チューニングは、半導体材料に電界を印加して材料の屈折率を変化させ、波長をチューニングすることで実現されます。この方法は、電気光学変調器 (終了) および電気光学的に調整されたレーザーです。

要約すると、波長可変半導体レーザーの波長調整原理は、主に共振器の物理的パラメータを変化させることによって実現されます。これらのパラメータには、屈折率、共振器長、モード選択が含まれます。具体的な調整方法には、キャリア注入調整、熱調整、機械調整、電気光学調整などがあります。各方法にはそれぞれ固有の物理的メカニズムと数学的導出があり、調整範囲、調整速度、分解能、安定性などの具体的なアプリケーション要件に応じて適切な調整方法を選択する必要があります。