半導体レーザは小型,軽量であること,注入電流による同調や変調が容易であることなど数多くの利点を有することから光計測用の光源として広く用いられている.この半導体レーザの増幅機能を活用したものが半導体光増幅器であり,通常の半導体レーザに類似して以下のような利点を有する.

　・小型,軽量

　・高効率,低消費電力

　・広帯域

　・種々の動作波長帯が選択可能

　・集積化・高機能化が可能

　・注入電流による利得制御・高速直接変調が可能

　・長寿命・高信頼性

　・比較的安価

　これらの利点とは対照的に,一般に光増幅器として用いる場合の欠点としては,

　・利得の偏波依存性

　・不均一な利得帯域(リップル構造を有する)

　が挙げられる.特に光通信への応用の際には光ファイバとの整合性に乏しいことも欠点と言える.

　このような欠点のため,結局光通信用の光増幅器としては,事実上,利得の偏波依存性のないEr³⁺ドープファイバ光増幅器が実用の運びとなった.しかしながら,半導体光増幅器は前述のように数多くの利点を有することから,光通信分野に限らず様々な分野において大きな可能性を有していると言える.半導体レーザと同様の利点を持つ半導体光増幅器を活用した事例は光源(スーパールミネッセントダイオード)としての利用以外は非常に少なく,半導体ベースでありかつ半導体レーザに高機能を付加した光源・デバイスとしてその研究・開発が期待されている.

　そこで本研究では,この半導体光増幅器の利点を活かし,さらに一般に光増幅器として用いる場合の欠点である,利得の偏波依存性を利用して,半導体光増幅器を用いた新しい高機能レーザを作製し,その動作特性の解析とセンサへの応用を行った.作製したレーザは

　1.半導体光増幅器を利得媒質とした鉛ガラス光ファイバを用いたファイバリングレーザ

　2.半導体光増幅器を利得媒質としたビート可変直交2周波リングレーザ

　3.半導体光増幅器を外部光強度制御素子として用いた出力一定FM半導体レーザ

　の3種である.

　本論文は「半導体光増幅器を用いた高機能レーザ」と題し、センサあるいはセンサ用光源への応用を目指し、半導体光増幅器を用いて数種類の高機能レーザを作製した結果をまとめたものであり、さらに実際にそれらがセンサ応用の可能性を有していることを示したものとなっている。

　半導体光増幅器は半導体レーザの両端面に無反射コートしたものを基本構成としていることから、小型、軽量、高効率、注入電流による利得制御、集積化可能など数多くの特徴を有する。しかしながらこれらの特徴を活かした事例としては光源(スーパールミネッセントダイオード)としての利用以外は非常に少なく、これを活用した研究・開発が期待されている。

　本論文ではこの半導体光増幅器の特徴を活かし、センサあるいはセンサ用光源への応用を目指して、レーザ利得媒質、あるいは外部光制御素子として半導体光増幅器を用いた高機能レーザとして、鉛ガラス光ファイバリングレーザ、ビート可変直交2周波リングレーザ、出力一定FM半導体レーザの3種のレーザを提案・作製し、それぞれその動作特性の評価・解析とセンサ応用の実験を行っている。

　本論文は5章より構成されている。

　第1章は「序論」であり、研究の背景と目的、さらに、論文の構成について述べている。

　第2章は「鉛ガラス光ファイバリングレーザ」と題し、光量変動に不感な周波数検出型の光ファイバセンサへの応用を目指し、半導体光増幅器を利得媒質として用い加えて偏光伝搬特性の極めて優れた鉛ガラスをリングレーザ共振器内に配した、鉛ガラス光ファイバリングレーザの提案及び作製を行いその動作特性の評価を行っている。また半導体光増幅器によるリングレーザファイバセンサの初めての事例となる周波数検出型センサへの応用例として、光ファイバ電流センサと光ファイバ回転センサへの適用実験を行い、さらにセンサ応用時の測定誤差要因について理論解析を行っている。

　第3章は「ビート可変直交2周波リングレーザ」と題し、近年適用が進んでいる光ヘテロダイン計測用光源の作製を目的として、利得媒質である半導体光増幅器と可変位相子を共振器内に配し、従来から用いられている高価で電力効率の低いレーザ光源の欠点を克服しうる直交2周波リングレーザの提案及び作製を行っている。端面反射率及び動作波長の異なる2種の半導体光増幅器を用いてレーザを作製した際の発振特性の評価により、端面反射率の低いものを用いた場合では可変位相子を調節することによりビート周波数が可変な直交2周波リングレーザとなることを確認している。一方、直交2周波発振の得られなかった端面反射率の高いものを用いた場合では、観測された出力特性に関して、半導体光増幅器とリング共振器の複合共振器モデルを導入して理論計算を行い、その特性の解析に成功している。

　第4章は「出力一定FM半導体レーザ」と題し、光センシング用光源として広く用いられている半導体レーザの周波数変調時に付随する光強度変調を抑制する実用的なレーザの提案・作製を行っている。半導体レーザでは注入電流を変化させることにより簡便に周波数を変調・制御することが可能であるが、これには出力変動が付随してしまうため計測への適用の際に測定誤差を引き起こしたり周波数変調域を制限したりする原因となっている。そこで本章では半導体光増幅器を光制御素子として用いることでこのような出力変動を本質的に除去した出力一定FM半導体レーザを提案し、また実際に作製したレーザでこの出力変動が抑制されることを確認している。このレーザを周波数変調干渉計測の絶対距離測定へ適用した実験では、特別な処理を施すことなく簡便にサブフリンジまでの高精度の計測が可能なことが示されている。また出力一定半導体レーザ帰還干渉計の実験では外乱に対する干渉計の安定度の向上が期待できることが示されている。

　第5章は「総括」と題し、本論文の内容、得られた結果を簡潔にまとめている。

　以上のように、本論文は数多くの利点を有する半導体光増幅器の特徴を活かし、センサあるいはセンサ用光源への応用を目指した高機能レーザを提案し実際に作製を行いセンサ応用の実験を行っている。ここで作製された3種の高機能レーザは半導体光増幅器を活用した新しいレーザとして位置づけられ、また光計測の分野においても新たな計測法を開拓し光センサの性能向上に大きく寄与するものであり、物理工学への貢献が大きい。よって、本論文は博士(工学)の学位請求論文として合格と認められる。