バーニア効果を用いた 外部共振器型半導体レーザー - PowerPoint PPT Presentation

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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
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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

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  1. 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

  2. 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)

  3. 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

  4. 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)

  5. 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

  6. 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)

  7. 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

  8. 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

  9. レーザーチップの顕微鏡写真 100 mm 300 mm 100 mm 300 mm

  10. 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)

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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)

  15. 発振スペクトルの計算結果 The calculated lasing spectrum SMSR > 30 dB intensity (a.u.) frequency (Hz)

  16. 発振周波数がシフトする様子 intensity (a.u.) frequency (Hz)

  17. 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