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バーニア効果を用いた 外部共振器型半導体レーザー. も と. 秋山研M2  木下 基. 発表内容. 目的 原理 エタロンフィルタによる機械的な発振周波数制御実験 電気的な発振周波数制御の原理と予備実験 今後の展望. 目的. 1.5m m 帯半導体レーザーの高速広帯域での発振周波数制御. 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.). ・・・. 0. 100. 200. 300.

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Presentation Transcript
slide1
バーニア効果を用いた外部共振器型半導体レーザーバーニア効果を用いた外部共振器型半導体レーザー

も と

秋山研M2  木下 基

発表内容

  • 目的
  • 原理
  • エタロンフィルタによる機械的な発振周波数制御実験
  • 電気的な発振周波数制御の原理と予備実験
  • 今後の展望
slide2
目的

1.5mm 帯半導体レーザーの高速広帯域での発振周波数制御

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.)

・・・

0

100

200

300

detuning (GHz)

detuning (GHz)

detuning (GHz)

detuning (GHz)

slide3
バーニア効果

個々の共振器の透過率

1

複合共振器を作成し、

そのビートを制御する

透過率

0

周波数

2つの共振器のビート透過率

1

透過率

片方の

共振器の

FSRを変化

0

周波数

個々の共振器の透過率

1

透過率

0

周波数

2つの共振器のビート透過率

1

透過率

0

周波数

slide4
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

1

0.16

透過率

透過率

0

0

196

195.8

196.2

196.4

196.6

196

195.8

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

0

196

195.8

196.2

196.4

196.6

周波数(THz)

slide5
エタロンフィルタによる機械的な発振周波数制御実験エタロンフィルタによる機械的な発振周波数制御実験

etalon

polarizing beam splitter

(PBS)

l/2 plate

optical isolator

lens

LD

mirror

laser diode

spectrum

analyzer

linewidth

50 kHz

slide6
結果

エタロンの角度による発振スペクトルの変化

16 ch

100GHz

q (deg)

intensity (a.u.)

6.1

6.2

6.3

6.4

6.5

196

196.5

195

195.5

197

197.5

frequency (THz)

slide7
電気的な制御

今まで

エタロンの角度による

機械的な制御

遅い変調

屈折率

次の目的

速い変調

エタロンの屈折率による

電気的な制御

slide8
電気光学効果を有するエタロン

石英のエタロン板に直接電圧を印加しても屈折率の変化はほとんど期待できない。

(E.O素子でも同様だと思われる)

1.5 mm帯以外の半導体レーザーチップを利用する。

キャリア濃度を変化させることで10-3程度の屈折率変化、

ピーク位置では数十GHzの変化が期待できる。

ファブリペロー共振器型をしている。

製品としての供給が多いため、手に入れやすい。

V

slide10
電流注入によるレーザーチップの縦モードの変化電流注入によるレーザーチップの縦モードの変化

ピーク位置の変化

レーザーチップの透過スペクトル

194.35

電流

194.3

透過光強度 (a.u.)

周波数 (THz)

194.25

194.2

194.2

194.35

194.3

194.25

0

1

電流 (mA)

周波数 (THz)

slide11
問題点

1

25 GHz

2枚のエタロンのビート

transmittance

0

frequency

1

25 GHz

transmittance

0

frequency

共振器縦モード

1

今までは2枚のエタロンの

ビートのみを考えていたが、

共振器の縦モードも考慮する必要が

あるのではないか?

1 GHz

transmittance

0

frequency

slide12
1枚のエタロンと共振器の縦モードで発振周波数を制御する1枚のエタロンと共振器の縦モードで発振周波数を制御する

Gain

Phase

AR

HR

ビート

エタロン

共振器の縦モード

×

transmittance

transmittance

transmittance

frequency

frequency

frequency

transfer matrix

Er+= tEf+exp(-ikL)

L

Er+= tEf+‐rEr-

Ef+

t

Ef+

r

Er-

Er-

Ef- = rEf+ + tE-

Ef- = Er-exp(-ikL)

P

M

Transfer Matrix による発振スペクトルのシミュレーション

Transfer matrix

ある光学的要素による入射、反射、透過光の関係を行列で表現

P

M

反射型

伝搬型

slide14
発振スペクトルの計算

M

E

G

P

P1

P2

発光

出力

Er+

Ef+

Er−

Ef−

rH

帰還光

外部ノイズ

H

Transfer Matrixを用いて出力光を計算

(帰還光を計算   発光+帰還光を入力とする   出力光を求める)

slide15
発振スペクトルの計算結果

The calculated lasing spectrum

SMSR > 30 dB

intensity (a.u.)

frequency (Hz)

slide16

発振周波数がシフトする様子

intensity (a.u.)

frequency (Hz)

slide17
今後の展望

一方のエタロンをレーザーチップに置き換え、そのFSRを電気的に制御することで、高速での変調を実現させる。

共振器の縦モードとエタロンによるバーニア効果を利用した外部共振器型半導体レーザーの設計・作成。

40chくらいを目標に変調可能な周波数チャンネル数を増やす(SMSRの向上)。

Transfer Matrix法の確立