JP2002329927A - 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器 - Google Patents
半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器Info
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Abstract
音特性と広いダイナミックレンジとを有し、安定かつ高
利得増幅を可能とすること。 【解決手段】 レーザ光の出射端面に設けた出射側反射
膜15と該レーザ光の反射端面に設けた反射膜14との
間に形成されたGRIN−SCH−MQW活性層3の近
傍であって出射側反射膜15側に回折格子13を設け、
回折格子13の結合係数κiと回折格子長Lgとの乗算値
を0.3以下に設定する、共振器長Lrと回折格子13
の波長選択特性とを含む発振パラメータの組み合わせ設
定によって発振波長スペクトルの半値幅内に2本以上の
発振縦モードを含むレーザ光を出力する。
Description
ファイバ増幅器(EDFA:Erbium Doped FiberAmplif
ier)やラマン増幅器などの励起用光源に適した半導体
レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用い
たラマン増幅器に関するものである。
々なマルチメディアの普及に伴って、光通信に対する大
容量化の要求が大きくなっている。従来、光通信では、
光ファイバによる光の吸収が少ない波長である1310
nmもしくは1550nmの帯域において、それぞれ単
一の波長による伝送が一般的であった。この方式では、
多くの情報を伝達するためには伝送経路に敷設する光フ
ァイバの芯数を増やす必要があり、伝送容量の増加に伴
ってコストが増加するという問題点があった。
Dense-Wavelength Division Multiplexing)通信方式が
用いられるようになった。このDWDM通信方式は、主
にEDFAを用い、この動作帯域である1550nm帯
において、複数の波長を使用して伝送を行う方式であ
る。このDWDM通信方式あるいはWDM通信方式で
は、1本の光ファイバを用いて複数の異なる波長の光信
号を同時に伝送することから、新たな線路を敷設する必
要がなく、ネットワークの伝送容量の飛躍的な増加をも
たらすことを可能としている。
方式では、利得平坦化の容易な1550nmから実用化
され、最近では、利得係数が小さいために利用されてい
なかった1580nm帯にまで拡大している。しかしな
がら、EDFAで増幅可能な帯域に比して光ファイバの
低損失帯域の方が広いことから、EDFAの帯域外で動
作する光増幅器、すなわちラマン増幅器への関心が高ま
っている。
類イオンを媒体とした光増幅器がイオンのエネルギー準
位によって利得波長帯が決まるのに対し、励起光の波長
によって利得波長帯が決まるという特徴を持ち、励起光
波長を選択することによって任意の波長帯を増幅するこ
とができる。
を入射すると、誘導ラマン散乱によって、励起光波長か
ら約100nm程度長波長側に利得が現れ、この励起さ
れた状態の光ファイバに、この利得を有する波長帯域の
信号光を入射すると、この信号光が増幅されるというも
のである。したがって、ラマン増幅器を用いたWDM通
信方式では、EDFAを用いた通信方式に比して、信号
光のチャネル数をさらに増加させることができる。
る従来のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図27において、ファブリペロー型の半導体発光素子1
80a〜180dとファイバグレーティング181a〜
181dとがそれぞれ対となった半導体レーザモジュー
ル182a〜182dは、励起光のもとになるレーザ光
を偏波合成カプラ61a,61bに出力する。各半導体
レーザモジュール182a,182bが出力するレーザ
光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ61aによっ
て異なる偏波面をもった光を合成している。同様にし
て、各半導体レーザモジュール182c,182dが出
力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ
61bによって異なる偏波面をもった光を合成してい
る。偏波合成カプラ61a,61bは、それぞれ偏波合
成したレーザ光をWDMカプラ62に出力する。なお、
偏波合成カプラ61a,61bから出力されるレーザ光
の波長は異なる。
介して偏波合成カプラ61a,61bから出力されたレ
ーザ光を合波し、WDMカプラ65を介し、励起光とし
て増幅用ファイバ64に出力する。この励起光が入力さ
れた増幅用ファイバ64には、増幅対象の信号光が、信
号光入力ファイバ69からアイソレータ63を介して入
力され、励起光と合波してラマン増幅される。
された信号光(増幅信号光)は、WDMカプラ65およ
びアイソレータ66を介してモニタ光分配用カプラ67
に入力される。モニタ光分配用カプラ67は、増幅信号
光の一部を制御回路68に出力し、残りの増幅信号光を
出力レーザ光として信号光出力ファイバ70に出力す
る。
号光をもとに各半導体発光素子180a〜180dの発
光状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯
域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。
た半導体レーザモジュールの概要構成を示す図である。
図28において、この半導体レーザモジュール201
は、半導体発光素子202と光ファイバ203とを有す
る。半導体発光素子202は、活性層221を有する。
活性層221は、一端に光反射面222が設けられ、他
端に光出射面223が設けられる。活性層221内で生
じた光は、光反射面222で反射して、光出射面223
から出力される。
は、光ファイバ203が配置され、光出射面223と光
結合される。光ファイバ203内のコア232には、光
出射面223から所定位置にファイバグレーティング2
33が形成され、ファイバグレーティング233は、特
性波長の光を選択的に反射する。すなわち、ファイバグ
レーティング233は、外部共振器として機能し、ファ
イバグレーティング233と光反射面222との間で共
振器を形成し、ファイバグレーティング233によって
選択された特定波長のレーザ光が増幅されて出力レーザ
光241として出力される。
た半導体レーザモジュール201(182a〜182
d)は、ファイバグレーティング233と半導体発光素
子202との間隔が長いため、ファイバグレーティング
233と光反射面222との間の共振によって相対強度
雑音(RIN:Relative Intensity Noise)が大きくな
る。ラマン増幅では、増幅の生じる過程が早く起こるた
め、励起光強度が揺らいでいると、ラマン利得も揺らぐ
ことになり、このラマン利得の揺らぎがそのまま増幅さ
れた信号強度の揺らぎとして出力されてしまい、安定し
たラマン増幅を行わせることができないという問題点が
あった。
示したラマン増幅器のように信号光に対して後方から励
起する後方励起方式のほかに、信号光に対して前方から
励起する前方励起方式および双方向から励起する双方向
励起方式がある。現在、ラマン増幅器として多用されて
いるのは、後方励起方式である。その理由は、弱い信号
光が強い励起光とともに同方向に進行する前方励起方式
では、励起光強度が揺らぐという問題があるからであ
る。したがって、前方励起方式にも適用できる安定した
励起光源の出現が要望されている。すなわち、従来のフ
ァイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュール
を用いると、適用できる励起方式が制限されるという問
題点があった。
01は、ファイバグレーティング233を有した光ファ
イバ203と、半導体発光素子202とを光結合する必
要があり、組立時の光軸合わせに時間と労力とがかか
り、結果的にコストが高くなるとともに、共振器内にお
ける機械的な光結合であるために、レーザの発振特性が
機械的振動などによって変化してしまうおそれがあり、
安定した励起光を提供することができない場合が生じる
という問題点があった。
では、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とが一致す
ることを条件としている。すなわち、ラマン増幅では、
増幅利得の偏波依存性があり、信号光の偏波方向と励起
光の偏波方向とのずれによる影響を小さくする必要があ
る。ここで、後方励起方式の場合、信号光は、伝搬中に
偏波がランダムとなるため、問題は生じないが、前方励
起方式の場合、偏波依存性が強く、励起光の直交偏波合
成、デボラライズなどによって偏波依存性を小さくする
必要がある。すなわち、偏光度(DOP:Degree Of Po
larization)を小さくする必要がある。
式に用いられるため、入力される信号光の波長数などに
応じて増幅利得特性を変化させる場合があり、このため
に広いダイナミックレンジをもった高出力動作が要求さ
れ、この場合に、駆動範囲の全域にわたり、所望の発振
スペクトルが維持されることが要求される。すなわち、
駆動電流−光出力特性(I−L)特性の線形性が要求さ
れる。
ラマン増幅器などの励起用光源に適し、低雑音特性と広
いダイナミックレンジとを有し、安定かつ高利得増幅を
可能とする半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール
およびこれを用いたラマン増幅器を提供することを目的
とする。
め、請求項1にかかる半導体レーザ装置は、レーザ光の
出射端面に設けた第1反射膜と該レーザ光の反射端面に
設けた第2反射膜との間に形成された活性層の近傍であ
って前記第1反射膜側に部分的に設けられた回折格子を
有し、前記活性層を挟む前記第1反射膜と前記第2反射
膜とによって形成される光共振器の共振器長と前記回折
格子の波長選択特性とを含む発振パラメータの組み合わ
せ設定によって発振波長スペクトルの半値幅内に2本以
上の発振縦モードを含むレーザ光を出力することを特徴
とする。
出射端面に設けた第1反射膜と該レーザ光の反射端面に
設けた第2反射膜との間に形成された活性層の近傍であ
って前記第1反射膜側に回折格子を部分的に設け、前記
活性層を挟む前記第1反射膜と前記第2反射膜とによっ
て形成される光共振器の共振器長と前記回折格子の波長
選択特性とを含む発振パラメータの組み合わせ設定によ
って発振波長スペクトルの半値幅内に2本以上の発振縦
モードを含むレーザ光を出力するようにしている。
は、上記の発明において、前記回折格子の第1反射膜側
端面は、該第1反射膜に接合されることを特徴とする。
子の第1反射膜側端面は、該第1反射膜に接合するよう
にしている。
は、上記の発明において、前記回折格子は、回折格子長
が300μm以下であることを特徴とする。
子の回折格子長を300μm以下としている。
は、上記の発明において、前記回折格子の回折格子長
は、前記共振器長の(300/1300)倍の値以下で
あることを特徴とする。
子の回折格子長を、前記共振器長の(300/130
0)倍の値以下としている。
は、上記の発明において、前記回折格子は、該回折格子
の結合係数と回折格子長との乗算値が0.3以下である
ことを特徴とする。
子の結合係数と回折格子長との乗算値を0.3以下の小
さな値として駆動電流−光出力特性の線形性を良好にし
ている。
は、上記の発明において、前記回折格子は、グレーティ
ング周期に所定の周期揺らぎを持たせたことを特徴とす
る。
子に、グレーティング周期に所定の周期揺らぎを持たせ
たるようにし、これによって、発振波長スペクトルの半
値幅を広げるようにしている。
は、上記の発明において、前記回折格子は、前記グレー
ティング周期をランダムあるいは所定周期で変化させた
グレーティングであることを特徴とする。
子を、前記グレーティング周期をランダムあるいは所定
周期で変化させたグレーティングとし、これによって、
回折格子に周期的揺らぎを発生させ、発振波長スペクト
ルの半値幅を広げるようにしている。
は、上記の発明において、前記共振器長は、800μm
以上であることを特徴とする。
長を、800μm以上とし、高出力動作を可能としてい
る。
ュールは、請求項1〜8に記載の半導体レーザ装置と、
前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に
導波する光ファイバと、前記半導体レーザ装置と前記光
ファイバと光結合を行う光結合レンズ系とを備えたこと
を特徴とする。
レーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて該半
導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていないた
め、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レーザモ
ジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動など
によってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安定し
たレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力することが
できる。
ジュールは、上記の発明において、前記半導体レーザ装
置の温度を制御する温度制御装置と、前記光結合レンズ
系内に配置され、光ファイバ側からの反射戻り光の入射
を抑制するアイソレータとをさらに備えたことを特徴と
する。
グレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いてい
るため、インライン式のファイバ型と異なり、偏波無依
存アイソレータを使用することができ、挿入損失の小さ
い半導体レーザモジュールを実現することができる。
は、請求項1〜8に記載の半導体レーザ装置、あるいは
請求項9または10に記載の半導体レーザモジュールを
広帯域ラマン増幅用の励起光源として用いたことを特徴
とする。
〜8に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項9また
は10に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン
増幅用の励起光源として用い、上述した各半導体レーザ
装置あるいは各半導体レーザモジュールの作用効果を奏
するようにしている。
は、上記の発明において、前記半導体レーザモジュール
を用いて、増幅対象媒体の光ファイバに対して信号光の
入射側から励起する前方励起あるいは信号光の出力側か
ら励起する後方励起あるいは信号光の入射側および出力
側の双方向から励起する双方向励起のいずれかを行うこ
とを特徴とする。
励起光を出力する前記半導体レーザモジュールを用いて
いるので、増幅対象媒体の光ファイバに対して信号光の
入射側から励起する前方励起あるいは信号光の出力側か
ら励起する後方励起あるいは信号光の入射側および出力
側の双方向から励起する双方向励起のいずれかをも行う
ことができる。
発明にかかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュー
ルおよびラマン増幅器の好適な実施の形態について説明
する。
態1について説明する。図1は、この発明の実施の形態
1である半導体レーザ装置の概要構成を示す斜めからみ
た破断図である。また、図2は、図1に示した半導体レ
ーザ装置の長手方向の縦断面図である。さらに、図3
は、図2に示した半導体レーザ装置のA−A線断面図で
ある。図1〜図3において、この半導体レーザ装置20
は、n−InP基板1の(100)面上に、順次、n−
InPによるバッファ層と下部クラッド層とを兼ねたn
−InPバッファ層2、圧縮歪みをもつGRIN−SC
H−MQW(Graded Index-Separate Confinement Hete
rostructure Multi Quantum Well)活性層3、p−In
Pスペーサ層4、およびp−InPクラッド層6、In
GaAsPキャップ層7が積層された構造を有する。
射膜15から100μm延び、膜厚20nmを有したp
−InGaAsPの回折格子13が、ピッチ約220n
mで周期的に形成され、中心波長1.48μmのレーザ
光を選択するようにしている。この回折格子13は、出
射側反射膜15に接する配置にすることが望ましいが、
必ずしも接する配置にしなくても、回折格子13の機能
を発揮する範囲内、たとえば20μm〜100μm程度
の範囲内で出射側反射膜15から離隔する配置としても
よい。また、半導体レーザ装置20の製造時における半
導体レーザ装置20の劈開位置のばらつきなどによっ
て、回折格子13が反射膜14側に残っていてもよい。
ばらつきによる回折格子13の配置ばらつきを示す図で
ある。図4に示した劈開は、ウェハなどの半導体基板上
においてマトリクス状に形成された複数の半導体レーザ
装置から、一連の半導体レーザ装置が隣接したレーザバ
ーを生成する場合である。なお、レーザバーは、一連の
半導体レーザ装置の長手方向側面が隣接した半導体レー
ザ装置群である。このレーザバーの劈開に際し、それぞ
れ正確な劈開位置Ctによって劈開される場合、半導体
レーザ装置20のように、各半導体レーザ装置の回折格
子13−1〜13−3は、各半導体レーザ装置の出射側
反射膜15に接することになる。しかし、レーザバーの
劈開位置が劈開位置Ct−1,Ct―2となった場合、
すなわち劈開位置が正確な劈開位置Ctから出射側にシ
フトした場合、この劈開によって切り出される半導体レ
ーザ装置21の回折格子13−1は、その後成膜される
出射側反射膜15との間に距離Δd離隔することにな
る。また、レーザバーの劈開位置が劈開位置Ct−2,
Ct−3のように正確な劈開位置Ct間の間隔を広げる
ような場合、この劈開によって切り出される半導体レー
ザ装置22の回折格子13−2は、その後成膜される出
射側反射膜15との間に距離Δd離隔するとともに、反
射膜14側に隣接する半導体レーザ装置の回折格子13
−3の一部の回折格子13−3aが残って配置されてし
まう。このように回折格子13−1,13−2が出射側
反射膜15から離隔する場合あるいは反射膜14側に回
折格子13−3aとして残る場合であっても、半導体レ
ーザ装置20とほぼ同じ機能を発揮することができる。
サ層4、GRIN−SCH−MQW活性層3、およびn
−InPバッファ層2の上部は、メサストライプ状に加
工され、メサストライプの両側は、電流ブロッキング層
として形成されたp−InPブロッキング層8とn−I
nPブロッキング層9によって埋め込まれている。ま
た、InGaAsPキャップ層7の上面には、p側電極
10が形成され、n−InP基板1の裏面には、n側電
極11が形成される。
である光反射端面には、反射率80%以上の高光反射率
をもつ反射膜14が形成され、他端面である光出射端面
には、反射率が2%以下、好ましくは1%以下の低光反
射率をもつ出射側反射膜15が形成される。反射膜14
と出射側反射膜15とによって形成された光共振器のG
RIN−SCH−MQW活性層3内に発生した光は、反
射膜14によって反射し、出射側反射膜15を介し、レ
ーザ光として出射される。
置20は、ラマン増幅器の励起用光源として用いられる
ことを前提とし、その発振波長λ0は、1100nm〜
1550nmであり、共振器長Lは、800μm以上3
200μm以下としている。ところで、一般に、半導体
レーザ装置の共振器によって発生する縦モードのモード
間隔Δλは、等価屈折率を「n」とすると、次式で表す
ことができる。すなわち、 Δλ=λ0 2/(2・n・L) である。ここで、発振波長λ0を1480μmとし、実
効屈折率を3.5とすると、共振器長Lが800μmの
とき、縦モードのモード間隔Δλは、約0.39nmと
なり、共振器長が3200μmのとき、縦モードのモー
ド間隔Δλは、約0.1nmとなる。すなわち、共振器
長Lを長くすればするほど、縦モードのモード間隔Δλ
は狭くなり、単一縦モードのレーザ光を発振するための
選択条件が厳しくなる。
によって縦モードを選択する。この回折格子13による
選択波長特性は、図5に示す発振波長スペクトル30と
して表される。
は、回折格子13を有した半導体レーザ装置20による
発振波長スペクトル30の半値幅Δλhで示される波長
選択特性内に、発振縦モードを複数存在させるようにし
ている。従来のDFB半導体レーザ装置では、共振器長
Lを800μm以上とすると、単一縦モード発振が困難
であったため、かかる共振器長Lを有した半導体レーザ
装置は用いられなかった。しかしながら、この実施の形
態1の半導体レーザ装置20では、共振器長Lを積極的
に800μm以上とすることによって、発振波長スペク
トルの半値幅Δλh内に複数の発振縦モードを含ませて
レーザ出力するようにしている。図5では、発振波長ス
ペクトルの半値幅Δλh内に3つの発振縦モード31〜
33を有している。
いると、単一縦モードのレーザ光を用いた場合に比し
て、レーザ出力のピーク値を抑えて、高いレーザ出力値
を得ることができる。たとえば、この実施の形態1に示
した半導体レーザ装置では、図6(b)に示すプロファ
イルを有し、低いピーク値で高レーザ出力を得ることが
できる。これに対し、図6(a)は、同じレーザ出力を
得る場合の単一縦モード発振の半導体レーザ装置のプロ
ファイルであり、高いピーク値を有している。
の励起用光源として用いる場合、ラマン利得を大きくす
るために励起光出力パワーを増大することが好ましい
が、そのピーク値が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生
し、雑音が増加するという不具合が発生する。誘導ブリ
ルアン散乱の発生は、誘導ブリルアン散乱が発生する閾
値Pthを有し、同じレーザ出力パワーを得る場合、図6
(b)に示すように、複数の発振縦モードを持たせ、そ
のピーク値を抑えることによって、誘導ブリルアン散乱
の閾値Pth内で、高い励起光出力パワーを得ることがで
き、その結果、高いラマン利得を得ることが可能とな
る。
(モード間隔)Δλは、0.1nm以上としている。こ
れは、半導体レーザ装置20をラマン増幅器の励起用光
源として用いる場合、モード間隔Δλが0.1nm以下
であると、誘導ブリルアン散乱が発生する可能性が高く
なるからである。この結果、上述したモード間隔Δλの
式によって、上述した共振器長Lが3200μm以下で
あることが好ましいことになる。
λh内に含まれる発振縦モードの本数は、3本以上であ
ることが好ましい。これは、半導体レーザ装置20をラ
マン増幅器の励起用光源として用いる場合、ラマン増幅
が、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とを一致させ
た状態で生じるという偏波依存性を有しているため、半
導体レーザ装置20から出力された励起光を偏波面保持
ファイバを用いて偏波合成し、偏光がない励起光とする
必要があるが、一般に、発振縦モードの本数が増大する
に従って、必要な偏波面保持ファイバの長さを短くする
ことができる。特に、発振縦モードが4,5本となる
と、急激に、必要な偏波面保持ファイバの長さが短くな
る。したがって、発振縦モードの本数を3本以上、特に
4本以上とすることによって、ラマン増幅器に用いる偏
波面保持ファイバの長さを短くすることができ、ラマン
増幅器を簡素化し、小型化を促進する。さらに、発振縦
モードの本数が増大すると、コヒーレント長が短くな
り、デボラライズによって偏光度(DOP:Degree Of
Polarization)が小さくなり、偏波依存性をなくすこと
が可能となり、これによっても、ラマン増幅器の簡素化
と小型化とを促進することができる。
と、波長合成カプラによる合波ロスが大きくなるととも
に、発振波長スペクトル幅内における波長の動きによっ
て、雑音や利得変動を発生させることになる。このた
め、発振波長スペクトル30の半値幅Δλhは、3nm
以下、好ましくは2nm以下とする必要がある。
28に示したように、ファイバグレーティングを用いた
半導体レーザモジュールとしていたため、ファイバグレ
ーティング233と光反射面222との間の共振によっ
て相対強度雑音(RIN)が大きくなり、安定したラマ
ン増幅を行うことができないが、この実施の形態1に示
した半導体レーザ装置20では、ファイバグレーティン
グ233を用いず、出射側反射膜15から出射したレー
ザ光をそのまま、ラマン増幅器の励起用光源として用い
ているため、相対強度雑音が小さくなり、その結果、ラ
マン利得の揺らぎが小さくなり、安定したラマン増幅を
行わせることができる。
ールでは、ファイバグレーティング233を有する光フ
ァイバ203と半導体発光素子202とを光結合させる
必要があるため、半導体レーザ装置の組立時における光
軸合わせが必要となり、そのための時間と労力とがかか
るが、この実施の形態1の半導体レーザ装置では、共振
器ではなく、光出力のための光軸合わせであるため、そ
の組立が容易となる。また、図28に示した半導体レー
ザモジュールでは、共振器内に機械的な結合を必要とす
るため、振動などによってレーザの発振特性が変化する
場合が発生するが、この実施の形態1の半導体レーザ装
置では、機械的な振動などによるレーザの発振特性の変
化がなく、安定した光出力を得ることができる。
出力されたスペクトル図であり、図7では、安定した3
本の発振縦モードをもつレーザ光を出力している。な
お、図7に示したスペクトルは、回折格子長Lg=10
0μm、共振器長L=1300μm、回折格子の結合係
数κiと共振器長Lとの積κi・Lg=0.11、出射側
反射膜15の反射率が0.1%、反射膜14の反射率が
97%、駆動電流Iop=700mAのときに、148
0nm近傍において3本の発振縦モード出力で210m
Wの光出力を得、半値幅Δλhは、0.5〜0.6nm
となっている。この場合におけるファーフィールドパタ
ーン(FFP:Far Field Pattern)の半値幅(FWH
M:Full Width Half Maximum)は、水平方向の半値幅
が16〜18度であり、垂直方向の半値幅が21〜24
度となる。
子13の構成について詳述する。上述したように、発振
縦モード数は複数であることがラマン増幅器の励起用光
源として適切である。そこで、回折格子13の長さが発
振縦モード数に与える影響について考察した。図8は、
共振器長Lが1300μmのときにおける回折格子長L
gに対する発振縦モード数の関係を示す図である。図8
では、回折格子長Lgが400μmのときに、1本の発
振縦モード数で発振(単一縦モード発振)を行ってお
り、回折格子長Lgが200μmのときに、1〜3本の
発振縦モード数で発振し、回折格子長Lgが300μm
のときに、2〜4本の発振縦モード数で発振している。
したがって、回折格子長Lgが100μmのときに、確
実に2本以上の発振縦モードで発振しているが、傾向と
して回折格子長Lgが200μm以下で2本以上の発振
縦モード数となることを示している。
係数κiの値を、11cm-1と20cm-1とのときに求
めているが、回折格子長Lgに対する発振縦モード数
は、結合係数κiには無関係であり、ともに一致した特
性を示している。したがって、共振器長Lが1300μ
mのとき、回折格子長Lgを300μm以下、好ましく
は200μm以下、さらに好ましくは100μm以下と
することによって、複数本の発振縦モードを得ることが
できる。
振縦モード間隔も変化するため、回折格子長Lgは、共
振器長Lに比例した値となる。すなわち、回折格子長L
g:共振器長L=300:1300の関係を維持するた
め、回折格子長Lgが300μm以下で複数の発振縦モ
ードが得られる関係は、 Lg×(1300(μm)/L)≦300(μm) として拡張することができる。
κiと回折格子長Lgとの関係について考察した。まず、
図9は、GRIN−SCH−MQW活性層3と回折格子
13との配置関係を示しており、GRIN−SCH−M
QW活性層3は、MQW層3bがGRIN−SCH層3
a,3cに挟まれた構造となっている。図8において、
回折格子13の回折格子長は「Lg」(μm)であり、
回折格子の厚さは「tgr」(nm)であり、回折格子1
3とGRIN−SCH層3aとの間の厚さは「dsp」
(nm)であり、回折格子13の結合係数は「κi」
(cm-1)であり、回折格子組成波長は「λgr」(μ
m)である。なお、回折格子組成波長λgrは、n−In
P基板1にほぼ格子整合するために、回折格子13を組
成する材料のバンドギャップエネルギーに対応した波長
である。
の間の厚さdsp、回折格子の厚さtgr、回折格子組成波
長λgr、結合係数κiを変化させた組み合わせに対し
て、回折格子長Lgを30μm、60μm、100μ
m、200μm、400μmと変化させた場合における
電流−光出力(I−L)特性を調べてみた。すなわち、
回折格子とGRIN−SCH層との間の厚さdsp=20
0nm、回折格子の厚さtgr=20nm、回折格子組成
波長λgr=1.1μm、結合係数κi=11cm-1のと
きに、回折格子長Lgrを30μm、60μm、100μ
m、200μm、400μmと変化させた場合と、回折
格子とGRIN−SCH層との間の厚さdsp=200n
m、回折格子の厚さtgr=20nm、回折格子組成波長
λgr=1.25μm、結合係数κi=20cm-1のとき
に、回折格子長Lgrを30μm、60μm、100μ
m、200μm、400μmと変化させた場合と、回折
格子とGRIN−SCH層との間の厚さdsp=100n
m、回折格子の厚さtgr=25nm、回折格子組成波長
λgr=1.35μm、結合係数κi=44cm-1のとき
に、回折格子長Lgrを100μm、200μm、400
μmと変化させた場合とについて考察した。なお、共振
器長Lは、1300μmである。
電流Iopに対する光出力Po)特性の判定結果を示す図
である。結果として、結合係数κi=11cm-1のとき
において回折格子長Lgが60μmおよび100μmの
ときに、良好なI−L特性を示し、結合係数κi=20
cm-1のときにおいて回折格子長Lgが30μmおよび
60μmのときに良好なI−L特性を示し、その他の場
合においては、良好なI−L特性は得られなかった。な
お、結合係数κi=11cm-1のときにおいて回折格子
長Lgが200μmのときと、結合係数κi=20cm-1
のときにおいて回折格子長Lgが100μmのときに
は、やや良好なI−L特性が得られた。
きは、キンクが多いことと高出力動作ができないことで
ある。たとえば、図11は、結合係数κiが20cm-1
であって回折格子長Lgが30μmのときのI−L特性
であり、I−L特性が良好な場合を示し、図12は、結
合係数κiが20cm-1であって回折格子長Lgが100
μmのときのI−L特性であり、I−L特性がやや良好
な場合を示し、図13は、結合係数κiが11cm-1で
あって回折格子長Lgが400μmのときのI−L特性
であり、I−L特性が不良な場合を示している。なお、
図11〜図13では、各I−L特性の変化をわかりやす
くするため、I−L曲線LP1〜LP3の1次微分であ
る微分曲線SE1〜SE3も併せて示している。
mAから1500mA程度まで、大きなキンクが発生し
ておらず、駆動電流Iopが1200mA近傍で約400
mWの高出力かつ高効率動作を可能としている。これに
対し、図12に示したやや良好でないI−L特性は、駆
動電流Iopが900mAおよび1200mA近傍でキン
クK1,K2を発生し、不安定な発振動作を示してい
る。さらに、図13に示した不良なI−L特性は、駆動
電流が900mA近傍で大きなキンクK3を発生し、非
常に不安定な発振動作を示している。
が、回折格子13の屈折率変化と回折格子層での光閉じ
込め係数Γgとの関数で表され、さらに光閉じ込め係数
Γgは、回折格子とGRIN−SCH層との間の厚さds
p、回折格子の厚さtgr、回折格子組成波長λgrなどを
パラメータとする関数で表され、結果的に、結合係数κ
iは、回折格子とGRIN−SCH層との間の厚さds
p、回折格子の厚さtgr、回折格子組成波長λgrなどを
パラメータとする関数で表されることである。すなわ
ち、結合係数κiは、回折格子とGRIN−SCH層と
の間の厚さdsp、回折格子の厚さtgr、回折格子組成波
長λgrなどによって依存する値であり、逆に、これらを
代表する値であるとも言える。
結合係数κiと回折格子長Lgとの積である無次元の「κ
i・Lg」によってI−L特性を評価できることになる。
図10では、積κi・Lgが「0.06」と「0.1」と
「0.12」のときにI−L特性が良好であり、積κi
・Lgが「0.2」のときに、やや良好でないI−L特
性が得られ、積κi・Lgが「0.4」以上のときに、不
良なI−L特性が得られている。この結果から、積κi
・Lgが「0.3」程度以下のときに良好なI−L特性
が得られ、特に積κi・Lgが「0.1」のときに最適な
I−L特性が得られ、低雑音特性と広いダイナミックレ
ンジが得られる。ここで、積κi・Lgが「0.2」のと
きに、やや良好でないI−L特性であり、キンクの発生
によって発振波長がシフトするなどによって波長安定性
が阻害されるが、このような波長不安定性は、たとえば
温度制御などを行って波長安定制御を行うことによって
解消される。このような波長安定制御を行うことによっ
て、I−L曲線LP2から、キンクK1,K2がなくな
り、良好なI−L特性を示すことになる。なお、積κi
・Lgが「0.03」と非常に小さい場合には、波長の
引き込みが十分に行えず、波長選択性が劣化するため、
実用に耐えない。
体レーザ装置の積κi・Lgに対する光出力の関係を示
し、各プロットは、駆動電流Iopを600mA与えたと
きの積κi・Lgに対する光出力の関係を示している。こ
こで、積κi・Lgが「0.1」のときに光出力が最大値
「260」mWを示し、つぎに、大きな値を示すのは積
κi・Lgが「0.06」のときであり、このときの光出
力は「243」mWである。また、積κi・Lgが「0.
1」以上になると、積κi・Lgが大きくなるに従って、
順次光出力が低下する傾向がある。したがって、積κi
・Lgが「0.1」のときが最適であるといえ、安定
し、かつ高効率動作が実現される。
定値を満足するのであれば、結合係数κiと回折格子長
Lgとを任意に設定することができる。また、上述した
ように、結合係数κiは、回折格子とGRIN−SCH
層との間の厚さdsp、回折格子の厚さtgr、回折格子組
成波長λgrなどによって依存する値であるため、これら
の値も任意に設定することができる。たとえば、図15
に示すように、これらの各パラメータを適切に設定した
回折格子13を構成することができる。この場合、積κ
i・Lgの値は、最適な「0.1」あるいは準最適な
「0.05」となるように設定している。
(cm-1)、回折格子長Lgを「40」(μm)とし、
積κi・Lgを「0.0976≒0.10」に設定すると
良好なI−L特性が得られる。この場合、回折格子とG
RIN−SCH層との間の厚さdspを「50」(n
m)、回折格子の厚さtgrを「30」(nm)、回折格
子組成波長λgrを「1.1」(μm)としている。
をGRIN−SCH−MQW活性層3の近傍であって、
出射側反射膜15側に設け、発振波長が1100〜15
50μmの場合であって、共振器長Lが1300μmの
場合、回折格子長Lgを300μm以下とすることによ
って、発振波長スペクトル内に複数本の発振縦モードを
得ることができるので、ラマン増幅器用の励起用光源と
して用いた場合に、誘導ブリルアン散乱を発生せずに、
安定かつ高いラマン利得を得ることができる。
κi・Lgの値を0.3以下、好ましくは0.2以下、さ
らに好ましくは0.1以下とすることによって、大きな
キンクが少なく、広いダイナミックレンジをもつI−L
特性を得ることができ、高効率かつ高出力動作の半導体
レーザ装置を実現できる。
導体レーザモジュールのように、ファイバグレーティン
グをもつ光ファイバと半導体発光素子との光結合を共振
器内において行わないので、組立が容易となり、機械的
振動などによる不安定出力を回避することができる。
れている半導体レーザ装置に限らず、活性層に隣接する
光導波路を有する半導体レーザ装置においても、同様に
適用することができるのは明らかである。
の形態2について説明する。上述した実施の形態1で
は、回折格子13が中心波長に対して揺らぎを持つ波長
選択性によって、複数本の発振縦モードを出力するよう
にしていたが、この実施の形態2では、回折格子13に
対して積極的に揺らぎをもたせ、発振縦モードの数を増
やすことができる半導体レーザ装置を得るようにしてい
る。
半導体レーザ装置の構成を示す縦断面図である。また、
図17は、異なる周期Λ1,Λ2の回折格子を有する半導
体レーザ装置の発振波長スペクトルを示す図である。図
17において、回折格子13aは、波長λ1の発振波長
スペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内に3本
の発振縦モードを選択する。一方、回折格子13bは、
波長λ2の発振波長スペクトルを形成し、この発振波長
スペクトル内に3本の発振縦モードを選択する。したが
って、回折格子13a,13bによる複合発振波長スペ
クトル40は、個々の発振波長スペクトルの半値幅Δλ
hよりも広がった半値幅Δλh’を有し、この複合発振
波長スペクトル40内に4〜5本の発振縦モードが含ま
れることになる。この結果、単一の発振波長スペクトル
を形成するときに比べ、一層多くの発振縦モードを容易
に選択出力することができ、光出力の増大をもたらすこ
とができる。
装置によって実現される。図16において、この半導体
レーザ装置では、実施の形態1に示した回折格子13に
代わって、2つの回折格子13a,13bが設けられ
る。なお、共振器長Lは、1300μmである。その他
の構成は、実施の形態1と同じであり、同一構成部分に
は同一符号を付している。回折格子13aは、活性層3
に沿って長さ50μmであって波長λ1の波長選択性を
有し、回折格子13bは、活性層3に沿って長さ50μ
mであって波長λ2の波長選択性を有する。回折格子1
3aは、出射側反射膜15近傍に設けられ、回折格子1
3bは、回折格子13aの反射膜14側端面と距離1μ
mをおいて反射膜14側に設けられる。波長λ1を選択
する回折格子13aの周期Λ1と、波長λ2を選択する
回折格子13bの周期Λ2との関係は、 Λ1=Λ2+0.2(nm) であり、周期Λ1,Λ2は、1480nm近傍の値であ
る。なお、回折格子13aの出射側反射膜15側端面と
出射側反射膜15との間は、接することが望ましいが、
必ずしも接する配置にしなくても、回折格子13a,1
3bの機能を発揮する範囲内、たとえば20μm〜10
0μm程度の範囲内で出射側反射膜15から離隔する配
置としてもよい。また、半導体レーザ装置20の製造時
における半導体レーザ装置20の劈開位置のばらつきな
どによって、回折格子13bの一部が反射膜14側に残
っていてもよい。
13a,13bを設けた場合におけるI−L特性の結果
を示す図である。なお、ここでは、各回折格子13a,
13bの長さが50μmであるため、回折格子長Lgが
100μmの場合と比較している。図18において、結
合係数κiと回折格子長Lgとの積κi・Lgが「0.2」
のとき、I−L特性はやや良好であったが、この回折格
子13a,13bを用いると、I−L特性が良好にな
り、キンクの発生がなく、安定した発振動作と高効率動
作とを確実にすることができる。なお、この場合におけ
る発振縦モード本数は、4本であった。
様には次のようなものがある。図19は、この発明の実
施の形態2である半導体レーザ装置の応用例の構成を示
す縦断面図である。図19において、回折格子47は、
活性層3に沿って、出射側反射膜15側に設けられ、そ
のグレーティング周期を周期的に変化させたチャープド
グレーティングであり、この回折格子47の波長選択性
に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトルの半値幅Δλ
hを広げ、半値幅Δλh内の発振縦モードの本数を増大す
るようにしている。その他の構成は、実施の形態1と同
じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
周期の周期的変化を示す図である。図20に示すよう
に、回折格子47は、平均周期が220nmであり、±
0.02nmの周期揺らぎ(偏差)を周期Cで繰り返す
構造を有している。この±0.02の周期揺らぎによっ
て、発振波長スペクトルの半値幅Δλh内に3〜6本程
度の発振縦モードをもたせることができる。
の周期Cでグレーティング周期を変化させるチャープド
グレーティングに限らず、グレーティング周期を、周期
Λ1(220nm+0.02nm)と周期Λ2(220n
m−0.02nm)との間でランダムに変化させるよう
にしてもよい。
Λ1と周期Λ2とを一回ずつ交互に繰り返す回折格子とし
て、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、図
21(b)に示すように、周期Λ1と周期Λ2とをそれぞ
れ複数回、交互に繰り返す回折格子として、周期揺らぎ
を持たせるようにしてもよい。さらに、図21(c)に
示すように、連続する複数回の周期Λ1と連続する複数
回の周期Λ2とをもつ回折格子として、周期揺らぎを持
たせるようにしてもよい。また、周期Λ1と周期Λ2との
間の離散的な異なる値をもつ周期を補完して配置するよ
うにしてもよい。
様に、適切な回折格子長Lgと、積κi・Lgとを持たせ
ることによって良好なI−L特性をもたせるとともに、
回折格子47に大きな揺らぎを設け、複合発振波長スペ
クトルの半値幅Δλhを広げ、さらに多くの発振縦モー
ドを持たせるようにし、高出力かつ安定した半導体レー
ザ装置を実現している。
の形態3について説明する。この実施の形態3では、上
述した実施の形態1,2で示した半導体レーザ装置をモ
ジュール化したものである。
半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。
図22において、この半導体レーザモジュール50は、
上述した実施の形態1,2で示した半導体レーザ装置に
対応する半導体レーザ装置51を有する。半導体レーザ
モジュール50の筐体として、セラミックなどによって
形成されたパッケージ59の内部底面上に、温度制御装
置としてのペルチェ素子58が配置される。ペルチェ素
子58上にはベース57が配置され、このベース57上
にはヒートシンク57aが配置される。ペルチェ素子5
8には、図示しない電流が与えられ、その極性によって
冷却および加熱を行うが、半導体レーザ装置51の温度
上昇による発振波長ずれを防止するため、主として冷却
器として機能する。すなわち、ペルチェ素子58は、レ
ーザ光が所望の波長に比して長い波長である場合には、
冷却して低い温度に制御し、レーザ光が所望の波長に比
して短い波長である場合には、加熱して高い温度に制御
する。この温度制御は、具体的に、ヒートシンク57a
上であって、半導体レーザ装置51の近傍に配置された
サーミスタ58aの検出値をもとに制御され、図示しな
い制御装置は、通常、ヒートシンク57aの温度が一定
に保たれるようにペルチェ素子58を制御する。また、
図示しない制御装置は、半導体レーザ装置51の駆動電
流を上昇させるに従って、ヒートシンク57aの温度が
下がるようにペルチェ素子58を制御する。このような
温度制御を行うことによって、半導体レーザ装置51の
波長安定性を向上させることができ、歩留まりの向上に
も有効となる。なお、ヒートシンク57aは、たとえば
ダイヤモンドなどの高熱伝導率をもつ材質によって形成
することが望ましい。これは、ヒートシンク57aがダ
イヤモンドで形成されると、高電流印加時の発熱が抑制
されるからである。
およびサーミスタ58aを配置したヒートシンク57
a、第1レンズ52、および電流モニタ56が配置され
る。半導体レーザ装置51から出射されたレーザ光は、
第1レンズ52、アイソレータ53、および第2レンズ
54を介し、光ファイバ55上に導波される。第2レン
ズ54は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ59
上に設けられ、外部接続される光ファイバ55に光結合
される。なお、電流モニタ56は、半導体レーザ装置5
1の反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
では、他の光学部品などによる反射戻り光が共振器内に
戻らないように、半導体レーザ装置51と光ファイバ5
5との間にアイソレータ53を介在させている。このア
イソレータ53には、ファイバグレーティングを用いた
従来の半導体レーザモジュールと異なり、インライン式
のファイバ型でなく、半導体レーザモジュール50内に
内蔵できる偏波無依存型のアイソレータを用いることが
できるため、アイソレータによる挿入損失を小さく、さ
らに低い相対強度雑音(RIN)を達成することがで
き、部品点数も減らすことができる。
で示した半導体レーザ装置をモジュール化しているた
め、偏波無依存型のアイソレータを用いることができ、
挿入損失を小さくすることができ、低雑音化および部品
点数の減少を促進することができる。
の形態4について説明する。この実施の形態4では、上
述した実施の形態3に示した半導体レーザモジュールを
ラマン増幅器に適用したものである。
ラマン増幅器の構成を示すブロック図である。このラマ
ン増幅器は、WDM通信システムに用いられる。図23
において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態3
に示した半導体レーザモジュールと同一構成の半導体レ
ーザモジュール60a〜60dを用い、図27に示した
半導体レーザモジュール182a〜182dを、上述し
た半導体レーザモジュール60a〜60dに置き換えた
構成となっている。
は、偏波面保持ファイバ71を介して、複数の発振縦モ
ードを有するレーザ光を偏波合成カプラ61aに出力
し、各半導体レーザモジュール60c,60dは、偏波
面保持ファイバ71を介して、複数の発振縦モードを有
するレーザ光を偏波合成カプラ61bに出力する。ここ
で、半導体レーザモジュール60a,60bが発振する
レーザ光は、同一波長である、また、半導体レーザモジ
ュール60c,60dが発振するレーザ光は、同一波長
であるが半導体レーザモジュール60a,60bが発振
するレーザ光の波長とは異なる。これは、ラマン増幅が
偏波依存性を有するためであり、偏波合成カプラ61
a,61bによって偏波依存性が解消されたレーザ光と
して出力するようにしている。
された異なる波長をもったレーザ光は、WDMカプラ6
2によって合成され、合成されたレーザ光は、WDMカ
プラ65を介してラマン増幅用の励起光として増幅用フ
ァイバ64に出力される。この励起光が入力された増幅
用ファイバ64には、増幅対象の信号光が入力され、ラ
マン増幅される。
された信号光(増幅信号光)は、WDMカプラ65およ
びアイソレータ66を介してモニタ光分配用カプラ67
に入力される。モニタ光分配用カプラ67は、増幅信号
光の一部を制御回路68に出力し、残りの増幅信号光を
出力レーザ光として信号光出力ファイバ70に出力す
る。
号光をもとに各半導体レーザモジュール60a〜60d
のレーザ出力状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増
幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック
制御する。
は、たとえば図27に示した半導体発光素子180aと
ファイバグレーティング181aとが偏波面保持ファイ
バ71aで結合された半導体レーザモジュール182a
を用いず、実施の形態1,2で示した半導体レーザ装置
が内蔵された半導体レーザモジュール60aを用いるよ
うにしているので、偏波面保持ファイバ71aの使用を
削減することができる。なお、上述したように、各半導
体レーザモジュール60a〜60dは、複数の発振縦モ
ードを有しているため、偏波面保持ファイバ長を短くす
ることができる。この結果、ラマン増幅器の小型軽量化
とコスト低減を実現することができる。
偏波合成カプラ61a,61bを用いているが、図24
に示すように半導体レーザモジュール60a,60cか
ら、それぞれ偏波面保持ファイバ71を介して直接WD
Mカプラ62に光出力するようにしてもよい。この場
合、半導体レーザモジュール60a,60cの偏波面
は、偏波面保持ファイバ71に対して45度となるよう
に入射する。これによって、偏波面保持ファイバ71か
ら出力される光出力の偏波依存性がなくすことができ、
一層、小型かつ部品点数の少ないラマン増幅器を実現す
ることができる。
0d内に内蔵される半導体レーザ装置として実施の形態
2に示した半導体レーザ装置を用いると、発振縦モード
数が多いため、必要な偏波面保持ファイバ71の長さを
短くすることができる。特に、発振縦モードが4,5本
になると、急激に、必要な偏波面保持ファイバ71の長
さが短くなるため、ラマン増幅器の簡素化と小型化を促
進することができる。さらに、発振縦モードの本数が増
大すると、コヒーレント長が短くなり、デポラライズに
よって偏光度(DOP:Degree Of Polarization)が小
さくなり、偏波依存性をなくすことが可能となり、これ
によっても、ラマン増幅器の簡素化と小型化とを一層促
進することができる。
作用効果をラマン増幅器に与えることができる。たとえ
ば、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジ
ュールに比して相対強度雑音(RIN)を低減すること
ができるので、ラマン利得の揺らぎを抑えることがで
き、安定したラマン増幅を行うことができる。たとえ
ば、図25は、半導体レーザ装置に対する駆動電流Iop
が300mA以上のときに、周波数0.1〜15GHz
の信号光を増幅した場合の相対強度雑音を示す雑音スペ
クトル図である。図25に示すように、相対強度雑音
は、−150dB/Hz以下であり、低雑音化が促進さ
れたラマン増幅器を実現している。
グレーティングを用いた半導体レーザモジュールに比し
て光軸合わせが容易であり、組立性が向上し、共振器内
に機械的な光結合がないため、この点からも、ラマン増
幅の安定性、信頼性を高めることができる。
体レーザ装置では、複数の発振モードを有しているた
め、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、高出力の励起
光を発生することができるので、安定し、かつ高いラマ
ン利得を得ることができる。
増幅器は、後方励起方式であるが、上述したように、半
導体レーザモジュール60a〜60dが安定した励起光
を出力するため、前方励起方式であっても、双方向励起
方式であっても、安定したラマン増幅を行うことができ
る。
増幅器は、上述したようにWDM通信システムに適用す
ることができる。図26は、図23あるいは図24に示
したラマン増幅器を適用したWDM通信システムの概要
構成を示すブロック図である。
xnから送出された波長λ1〜λnの光信号は、光合波器
80によって合波され、1つの光ファイバ85に集約さ
れる。この光ファイバ85の伝送路上には、図23ある
いは図24に示したラマン増幅器に対応した複数のラマ
ン増幅器81,83が距離に応じて配置され、減衰した
光信号を増幅する。この光ファイバ85上を伝送した信
号は、光分波器84によって、複数の波長λ1〜λnの
光信号に分波され、複数の受信機Rx1〜Rxnに受信
される。なお、光ファイバ85上には、任意の波長の光
信号を付加し、取り出したりするADM(Add/Drop Mul
tiplexer)が挿入される場合もある。
形態1,2に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形
態3に示した半導体レーザモジュールを、ラマン増幅用
の励起光源に用いる場合を示したが、これに限らず、た
とえば、980nm,1480nmなどのEDFA励起
用光源として用いることができるのは明らかである。
よれば、レーザ光の出射端面に設けた第1反射膜と該レ
ーザ光の反射端面に設けた第2反射膜との間に形成され
た活性層の近傍であって前記第1反射膜側に回折格子を
部分的に設け、前記活性層を挟む前記第1反射膜と前記
第2反射膜とによって形成される光共振器の共振器長と
前記回折格子の波長選択特性とを含む発振パラメータの
組み合わせ設定によって発振波長スペクトルの半値幅内
に2本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力するよ
うにしているので、ファイバグレーティングを用いた半
導体レーザ装置に比して、共振器内に雑音が入り込む余
地がないため、相対強度雑音が、周波数0.1〜10G
Hzにおいて−150dB/Hz程度まで低減され、ラ
マン増幅器に用いた場合に安定したラマン増幅を行うこ
とができるという効果を奏する。
ため、光軸合わせなどを行う必要がなく、組立が容易に
なるとともに、機械的振動などによってレーザの発振特
性が変化しにくくなり、安定したレーザ光を信頼性高く
出力することができ、ラマン増幅器に用いた場合に安定
かつ信頼性の高いラマン増幅を行うことができるという
効果を奏する。
て光出力ピーク値を抑えて、光出力パワーを増大させる
ことができ、ラマン増幅器に用いた場合に、誘導ブリル
アン散乱を抑えつつ、高いラマン増幅を行うことができ
るという効果を奏する。
て、偏光度が小さくなり、偏波面保存ファイバ長を短く
することができ、小型軽量化を促進できるとともに、コ
ストを低減することができるという効果を奏する。
格子の第1反射膜側端面は、該第1反射膜に接合するよ
うにしているので、レーザ光出射時の波長選択を確実か
つ効率的に行うことができるという効果を奏する。
格子の回折格子長を300μm以下としているので、複
数の発振縦モードを容易に生成でき、かつ光出力の効率
を向上させることができるという効果を奏する。
格子の回折格子長を、前記共振器長の(300/130
0)倍の値以下としているので、任意の共振器長に対し
ても、複数の発振縦モードを容易に生成でき、かつ高出
力の光出力効率を向上させることができるという効果を
奏する。
格子の結合係数と回折格子長との乗算値を0.3以下の
小さな値として駆動電流−光出力特性の線形性を良好に
しているので、駆動電流−光出力特性上のキンクの発生
を抑えることができ、安定したレーザ光を出力すること
ができるという効果を奏する。
格子に、グレーティング周期に所定の周期揺らぎを持た
せたるようにし、これによって、発振波長スペクトルの
半値幅を広げるようにしているので、発振波長スペクト
ルの半値幅内に含まれる発振縦モード数の増大を容易に
行うことができ、安定かつ高効率の半導体レーザ装置を
実現することができるという効果を奏する。
格子を、前記グレーティング周期をランダムあるいは所
定周期で変化させたグレーティングとし、これによっ
て、回折格子に周期的揺らぎを発生させ、発振波長スペ
クトルの半値幅を広げるようにしているので、発振波長
スペクトルの半値幅内に含まれる発振縦モード数の増大
を容易に行うことができ、安定かつ高効率の半導体レー
ザ装置を実現することができるという効果を奏する。
器長を、800μm以上とし、高出力動作を可能として
いるので、上述した低雑音特性および駆動電流−光出力
特性の良好な線形性を、広いダイナミックレンジで得る
ことができるという効果を奏する。
グレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて該
半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていない
ため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レーザ
モジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動な
どによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安定
したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力すること
ができる半導体レーザモジュールを実現することができ
るという効果を奏する。
バグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて
いるため、インライン式のファイバ型と異なり、偏波面
無依存型のアイソレータを、ファイバの導波口の前段に
挿入することができ、挿入損失の小さい半導体レーザモ
ジュールを実現することができるという効果を奏する。
1〜8に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項9ま
たは10に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマ
ン増幅用の励起光源として用い、上述した各半導体レー
ザ装置あるいは各半導体レーザモジュールの作用効果を
奏するようにし、安定かつ光利得のラマン増幅を行うこ
とができるという効果を奏する。
た励起光を出力する前記半導体レーザモジュールを用い
ているので、増幅対象媒体の光ファイバに対して信号光
の入射側から励起する前方励起あるいは信号光の出力側
から励起する後方励起あるいは信号光の入射側および出
力側の双方向から励起する双方向励起のいずれかをも行
うことができるので、ラマン増幅器を適用するシステム
に応じて、励起方式を柔軟に選択することができるとい
う効果を奏する。
置を斜めからみた破断図である。
す長手方向の縦断面図である。
図である。
折格子位置の変化を示す図である。
クトルと発振縦モードとの関係を示す図である。
ザ光出力パワーの関係および誘導ブリルアン散乱の閾値
を示す図である。
る。
振縦モード本数との関係を示す図である。
る。
さ、回折格子の厚さ、回折格子組成波長、結合係数と、
回折格子長とを組み合わせた場合における駆動電流−光
出力特性の線形性結果を示す図である。
との関係を示す図である。
ける回折格子とGRIN−SCH層との間の厚さ、回折
格子の厚さ、回折格子組成波長、結合係数と、回折格子
長との組み合わせの一例を示す図である。
装置の構成を示す縦断面図である。
スペクトルを示す図である。
態1で示した条件を適用した場合のI−L特性の線形性
結果を示す図である。
にチャープドグレーティングを適用した場合の半導体レ
ーザ装置の構成を示す縦断面図である。
構成を示す図である。
示す図である。
モジュールの構成を示す縦断面図である。
の構成を示すブロック図である。
ある。
波数0.1〜15GHzの相対強度雑音の雑音スペクト
ルを示す図である。
を用いたWDM通信システムの概要構成を示すブロック
図である。
ク図である。
レーザモジュールの構成を示す図である。
折格子 14 反射膜 15 出射側反射膜 20〜22,51 半導体レーザ装置 30 発振波長スペクトル 31〜33 発振縦モード 40 複合発振波長スペクトル 50,60a〜60d 半導体レーザモジュール 52 第1レンズ 53,63,66 アイソレータ 54 第2レンズ 55 光ファイバ 56 電流モニタ 57 ベース 57a ヒートシンク 58 ペルチェ素子 58a サーミスタ 59 パッケージ 61a,61b 偏波合成カプラ 62,65 WDMカプラ 64 増幅用ファイバ 67 モニタ用光分配カプラ 68 制御回路 69 信号光入力ファイバ 70 信号光出力ファイバ 71 偏波面保持ファイバ 81,83 ラマン増幅器 Lr 共振器長 Lg 回折格子長 κi 結合係数 dsp 回折格子とGRIN−SCH層との間の厚さ tgr 回折格子の厚さ λgr 回折格子組成波長 Γg 光閉じ込め係数 K1〜K3 キンク Pth 閾値 Ct,Ct−1〜Ct−3 劈開位置
Claims (12)
- 【請求項1】 レーザ光の出射端面に設けた第1反射膜
と該レーザ光の反射端面に設けた第2反射膜との間に形
成された活性層の近傍であって前記第1反射膜側に部分
的に設けられた回折格子を有し、 前記活性層を挟む前記第1反射膜と前記第2反射膜とに
よって形成される光共振器の共振器長と前記回折格子の
波長選択特性とを含む発振パラメータの組み合わせ設定
によって発振波長スペクトルの半値幅内に2本以上の発
振縦モードを含むレーザ光を出力することを特徴とする
半導体レーザ装置。 - 【請求項2】 前記回折格子の第1反射膜側端面は、該
第1反射膜に接合されることを特徴とする請求項1に記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項3】 前記回折格子は、回折格子長が300μ
m以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体
レーザ装置。 - 【請求項4】 前記回折格子の回折格子長は、前記共振
器長の(300/1300)倍の値以下であることを特
徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項5】 前記回折格子は、該回折格子の結合係数
と回折格子長との乗算値が0.3以下であることを特徴
とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項6】 前記回折格子は、グレーティング周期に
所定の周期揺らぎを持たせたことを特徴とする請求項3
〜5のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項7】 前記回折格子は、前記グレーティング周
期をランダムあるいは所定周期で変化させたグレーティ
ングであることを特徴とする請求項6に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項8】 前記共振器長は、800μm以上である
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の
半導体レーザ装置。 - 【請求項9】 請求項1〜8に記載の半導体レーザ装置
と、 前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に
導波する光ファイバと、 前記半導体レーザ装置と前記光ファイバと光結合を行う
光結合レンズ系と、 を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 【請求項10】 前記半導体レーザ装置の温度を制御す
る温度制御装置と、 前記光結合レンズ系内に配置され、光ファイバ側からの
反射戻り光の入射を抑制するアイソレータと、 をさらに備えたことを特徴とする請求項9に記載の半導
体レーザモジュール。 - 【請求項11】 請求項1〜8に記載の半導体レーザ装
置、あるいは請求項9または10に記載の半導体レーザ
モジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用い
たことを特徴とするラマン増幅器。 - 【請求項12】 前記半導体レーザモジュールを用い
て、増幅対象媒体の光ファイバに対して信号光の入射側
から励起する前方励起あるいは信号光の出力側から励起
する後方励起あるいは信号光の入射側および出力側の双
方向から励起する双方向励起のいずれかを行うことを特
徴とする請求項11に記載のラマン増幅器。
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