波長可変半導体レーザー（波長可変レーザー）のチューニング原理

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、一定の範囲内でレーザー出力の波長を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、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く応用されています。図1は、基本的な構成を示しています。波長可変レーザー光利得ユニット、前部ミラーと後部ミラーで構成されるFP共振器、および光モード選択フィルタユニットを含む。最終的に、反射共振器の長さを調整することにより、光モードフィルタは波長選択出力を得ることができる。

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ために、主にレーザー共振器の物理的パラメータを変更することに依存します。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、これらに限定されません。以下に、いくつかの一般的なチューニング方法とその原理を詳しく説明します。

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手法である。電流が増加すると活性領域内のキャリア濃度が増加し、その結果として屈折率が変化し、それがレーザー波長に影響を与える。

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. 機械的チューニング 機械的チューニングとは、レーザーの外部光学素子の位置や角度を変更することによって波長を調整することです。一般的な機械的チューニングの方法としては、回折格子の角度を変更したり、ミラーの位置を移動させたりすることが挙げられます。

4 電気光学チューニング 電気光学チューニングは、半導体材料に電場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実現するものです。この方法は一般的に、電気光学変調器 (終わり）および電気光学的に調整されたレーザー。

要約すると、波長可変半導体レーザーの波長調整原理は、主に共振器の物理パラメータを変更することによって波長調整を実現するものです。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。具体的な調整方法としては、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。それぞれの方法には固有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、安定性といった具体的な用途要件に応じて検討する必要があります。