JP2003204118A - 光合成モジュール及びその製造方法、半導体レーザモジュール及びその製造方法並びに光増幅器 - Google Patents
光合成モジュール及びその製造方法、半導体レーザモジュール及びその製造方法並びに光増幅器Info
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Abstract
ができる光合成モジュール及びその製造方法、半導体レ
ーザモジュール及びその製造方法並びに光増幅器を提供
する。 【解決手段】この光合成モジュール59は、複数のレー
ザ光を平行にするプリズム5と、プリズム5を通過した
複数のレーザ光を光合成する光合成部材7と、プリズム
5及び光合成部材7を一体に保持して固定するホルダ部
材14とを有する。
Description
及びその製造方法、半導体レーザモジュール及びその製
造方法並びに光増幅器に関する。
ムの分野では、複数のレーザ光を平行にするプリズム
や、複数のレーザ光を光合成する光合成部材等の光学部
品が用いられる。
報に開示された従来の半導体レーザ装置を説明するため
の説明図である。
装置は、同一波長で互いに直交する方向にレーザ光を出
射する第1の半導体レーザ素子100及び第2の半導体
レーザ素子101と、第1の半導体レーザ素子100か
ら出射されたレーザ光を平行にする第1の平行レンズ1
02と、第2の半導体レーザ素子101から出射された
レーザ光を平行にする第2の平行レンズ103と、第1
の平行レンズ102及び第2の平行レンズ103によっ
て平行になったレーザ光を直交偏波合成する偏波合成カ
プラ104と、偏波合成カプラ104によって偏波合成
されたレーザ光を集光する集光レンズ105と、集光レ
ンズ105によって集光されたレーザ光が入射され外部
に送出するファイバブラッググレーティング(FBG)
106付き光ファイバ107とを有する。
半導体レーザ素子100及び第2の半導体レーザ素子1
01から互いに直交する方向に出射されたレーザ光が偏
波合成カプラ104によって偏波合成されるので、光フ
ァイバ107からは偏光度の小さいレーザ光を出射する
ことができる。また、光ファイバ107にファイバブラ
ッググレーティング106が形成されているので、半導
体レーザ素子100、101の発振波長が同一波長に固
定され、光ファイバ107から波長が固定されたレーザ
光を出射することができる。
は、高い光出力が要求される光増幅器の励起光源、とり
わけ低偏波依存性及び波長安定性が要求されるラマン増
幅器の励起光源として適用することが可能である。
れ別体に構成されており、一体に構成されているものは
なかった。
光合成部材とを含む光合成モジュールを組み立てる場
合、プリズムの調芯と光合成部材の調芯をそれぞれ別々
に行う必要がある。そのため、調芯時間が長くなり、光
合成モジュール全体としての製造時間が長くなるという
課題があった。
下し、光合成モジュールの信頼性が低下するという課題
があった。
造時間の短縮化及び信頼性の向上を図ることができる光
合成モジュール及びその製造方法、半導体レーザモジュ
ール及びその製造方法並びに光増幅器を提供することを
目的とする。
ルは、複数のレーザ光の光路を補正するプリズムと、前
記プリズムを通過した複数のレーザ光を光合成する光合
成部材と、前記プリズム及び光合成部材を一体に保持す
るホルダ部材とを有することを特徴とするものである。
前記ホルダ部材は、収容部が形成されており、前記ホル
ダ部材の収容部に配置される1つ又は複数の調整シート
を有し、記プリズム及び光合成部材は前記いずれかの調
整シート上に配置され、前記プリズムと前記光合成部材
とに当接し、これらを前記調整シートに挟み込む板部材
を有してもよい。前記調整シートは、変形可能な材質で
作られてもよい。前記調整シートは、柔軟部材又は弾性
部材で作られてもよい。前記ホルダ部材の収容部の両端
部に取り付けられた第1のストッパー及び第2のストッ
パーを有してもよい。前記第1のストッパー及び第2の
ストッパーは、予めホルダ部材に一体に成形されていて
もよい。前記調整シートの間に挟まれ、前記ホルダ部材
の収容部に配置される仕切部材を有してもよい。前記仕
切部材に保持され、前記複数のレーザ光のいずれか1つ
のレーザ光が入射され、入射されたレーザ光の偏光面を
所定角度に回転させる偏光回転部材を有してもよい。前
記板部材の、プリズムや光合成部材との当接面の加工精
度は、面粗度が最大高さ10μm以下、中心線平均粗さ
5μm以下、10点平均粗さ10μm以下の少なくとも
一つを満たすのが好ましい。前記調整シートは、前記プ
リズムが配置される第1の調整シートと、前記光合成部
材が配置される第2の調整シートとからなるものでもよ
い。前記収容部は、長手方向に形成される溝部を有して
もよい。本発明の光合成モジュールの製造方法は、前記
仕切部材をホルダ部材の溝部に固定する工程と、前記第
1のストッパーと仕切部材との間のホルダ部材の収容部
に第1の調整シートを嵌めて配置するとともに、第2の
ストッパーと仕切部材との間のホルダ部材の収容部に第
2の調整シートを嵌めて配置する工程と、前記第1の調
整シート上にプリズムを載置するとともに、前記第2の
調整シート上に光合成部材を載置する工程と、前記ホル
ダ部材の収容部の開口側に板部材を嵌めて、前記板部材
に面接触した前記プリズム及び光合成部材を押圧して位
置決めする工程と、前記板部材とホルダ部材とを固定す
る工程とを有してもよい。本発明の半導体レーザモジュ
ールは、間隔を隔てて形成された複数のストライプを有
し、前記各ストライプの一方側端面から複数のレーザ光
を出射する半導体レーザ素子と、その半導体レーザ素子
から出射された複数のレーザ光を別焦点に集光させる第
1レンズと、その第1レンズを通過した複数のレーザ光
を光合成する前記光合成モジュールと、その光合成モジ
ュールから出射されるレーザ光を受光し外部に送出する
光ファイバとを有することを特徴とするものである。本
発明の半導体レーザモジュールの製造方法は、前記半導
体レーザ素子を基台上に固定する第1の工程と、前記半
導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、前記第
1レンズを調芯して前記基台上に固定する第2の工程
と、前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態
で、前記光合成モジュールを調芯して前記基台上に固定
する第3の工程と、前記半導体レーザ素子からレーザ光
を出射した状態で、前記光ファイバを調芯して固定する
第4の工程とを有することを特徴とするものである。本
発明の光増幅器は、前記半導体レーザモジュールを光増
幅用の励起光源として用いていることを特徴とするもの
である。前記励起光源は、ラマン増幅に用いられてもよ
い。
を参照しながら説明する。 (第1の実施形態例)図1(A)は、本発明の第1の実
施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す側
面断面図、図2は本発明の第1の実施形態例に係る半導
体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図であ
る。
実施形態例に係る半導体レーザモジュールM1は、内部
を気密封止したパッケージ1と、そのパッケージ1内に
設けられ、レーザ光を出射する半導体レーザ素子2と、
フォトダイオード(受光素子)3と、第1レンズ4と、
プリズム5と、半波長板(偏光回転手段)6と、光合成
手段となるPBC(Polarization Bea
m Combiner)7と、光ファイバ8とを有す
る。
に、間隔を隔てて長手方向に互いに同一平面上に平行に
形成された第1のストライプ9(ストライプ状発光部)
及び第2のストライプ10を有し、第1のストライプ9
及び第2のストライプ10の端面からそれぞれ第1のレ
ーザ光K1及び第2のレーザ光K2を出射する。図2中
に示すK1及びK2は、それぞれ第1のストライプ9及
び第2のストライプ10から出射されるビームの中心の
軌跡を示す。ビームは、図2に破線で示すように、この
中心のまわりにある広がりをもって伝搬する。第1のス
トライプ9と第2のストライプ10との間隔は、それぞ
れから出射された光K1、K2を1つの第1レンズ4に
入射させるために、100μm以下、例えば約40〜6
0μm程度に設定される。また、ストライプ同士の間隔
が狭いことにより、ストライプ同士の光出力特性の差が
小さくなる。
子2はチップキャリア11上に固定して取り付けられ
る。なお、半導体レーザ素子2は、2つのレーザ光K
1,K2を出射するため、1つのレーザ光を出射する半
導体レーザ素子に比べて発熱しやすい。そこで、半導体
レーザ素子2の放熱性を高めるため、図1(B)に示す
ように、半導体レーザ素子2は、ダイヤモンド等の熱伝
導率の良好な材質で作られたヒートシンク58上に固定
して取り付けられ、そのヒートシンク58がチップキャ
リア11上に固定して取り付けられていることが好まし
い。
2の後側(図1(A)では左側)端面2b(図2参照)
から出射されたモニタ用のレーザ光を受光する。フォト
ダイオード3は、フォトダイオードキャリア12に固定
して取り付けられている。
側(図1(A)では右側)端面2a(図2参照)から出
射された第1のレーザ光K1と第2のレーザ光K2とが
入射され、レーザ光K1、K2を交差させ、第1のレー
ザ光K1と第2のレーザ光K2との間隔をストライプ
9,10の並び方向に広げ、分離するように、それぞれ
の光を異なる焦点位置(F1,F2)に集光させる作用
をもつ(図2参照)。
平行ビーム同士では、角度のトレランスが0.1°以下
と厳しいが、焦点位置(F1,F2)に集光させる集光
系では角度のトレランスはゆるくなる。第1レンズ4を
集光光学系とすることにより、光部品の部品形状や位置
決め、光の角度調整トレランスがゆるくなり、好まし
い。
は、第1のレンズ保持部材13によって保持されてい
る。第1レンズ4は、第1のストライプ9から出射され
た第1のレーザ光K1の光軸と第2のストライプ10か
ら出射された第2のレーザ光K2の光軸とが、第1レン
ズ4の中心軸を挟んで略対称になるように位置決めされ
るのが好ましい。これによって、第1のレーザ光K1及
び第2のレーザ光K2が、ともに収差の小さい領域であ
る第1レンズ4の中心軸近傍を通過するため、レーザ光
の波面の乱れが少なくなり、光ファイバ8との光結合効
率が高くなる。その結果、より高光出力の半導体レーザ
モジュールM1が得られる。なお、球面収差の影響を抑
え、高い結合効率を得るためには、第1のレンズ4は、
非球面レンズを用いるのが望ましい。
の間に配設され、入射された第1のレーザ光K1及び第
2のレーザ光K2の光路を補正し、互いの光軸を略平行
にして出射する。プリズム5は、BK7(ホウケイ酸ク
ラウンガラス)等の光学ガラスで作られている。第1レ
ンズ4から非平行に伝搬する第1及び第2のレーザ光K
1,K2の光軸が、プリズム5の屈折により平行とされ
るため、そのプリズム5の後方に配置されるPBC7の
作製が容易になるとともに、PBC7を小型化し半導体
レーザモジュールM1を小型にすることが可能となる。
図、(B)はその平面図である。図3に示すように、プ
リズム5は、平坦状に形成された入射面5aと、所定角
度αに傾斜した出射面5bを有する。たとえば、プリズ
ム5がBK7から作製され、半導体レーザ素子の各スト
ライプ間の間隔が40μmで、焦点距離0.7mmの第
1レンズを使用する場合には、プリズム5の全長L1は
約1.0mm、角度αは3.2°±0.1°とする。
ム5を通過した第1のレーザ光K1と第2のレーザ光K
2のうち、第1のレーザ光K1のみが入射され、入射さ
れた第1のレーザ光K1の偏光面を90度回転させる偏
光回転手段である。第1レンズ4によって、第1、第2
のレーザ光K1、K2が十分分離されることにより、半
波長板6が配置しやすくなっている。
れる第1の入力部7aと、第2のレーザ光K2が入射さ
れる第2の入力部7bと、第1の入力部7aから入射さ
れる第1のレーザ光K1と第2の入力部7bから入射さ
れる第2のレーザ光K2とが合波されて出射される出力
部7cとを有する。PBC7は、例えば、第1のレーザ
光K1を常光線として出力部7cに伝搬させるととも
に、第2のレーザ光K2を異常光線として出力部7cに
伝搬させる複屈折素子である。PBC7は、複屈折素子
の場合、複屈折率性が高くレーザ光間の分離幅を大きく
とれるように、例えばTiO2(ルチル)で作られる。
長板6及びPBC7を同一のホルダ部材14に固定した
偏波合成モジュール59を用いている。図4(A)は偏
波合成モジュール59を示す平面図、(B)はその側面
断面図、(C)はその正面図である。図4に示すよう
に、偏波合成モジュール59のホルダ部材14は、YA
Gレーザ溶接に好適な材料(例えばSUS403、30
4等)で作られ、その全長L2は約7.0mmであり、
全体が略円柱状に形成されている。ホルダ部材14の内
部には収容部14aが形成され、その収容部14aにプ
リズム5、半波長板6及びPBC7がそれぞれ固定され
る。ホルダ部材14の上部は開口され、その下部は平坦
状に形成されている。
aから入射する第1のレーザ光K1及び第2の入力部7
bから入射する第2のレーザ光K2をともに出力部7c
から出射するように、プリズム5、PBC7の中心軸C
1周りの位置を調整することが非常に容易になる。
れらの光部品を一体化しておくと、ホルダ部材14を移
動させるだけで、レーザ光K1、K2同士のXY平面上
における重なり合い具合を調節できる。
C7の出力部7cから出射されるレーザ光を受光し、パ
ッケージ1の外部に送出する。光ファイバ8には、図2
に示すように、所定の波長帯の光を反射するFBG(F
iber Bragg Grating:ファイバブラ
ッググレーティング)からなる光反射部15が設けられ
ている。この光反射部15によって、所定波長の光が半
導体レーザ素子2に帰還され、半導体レーザ素子2の発
振波長が固定されるとともに、発振スペクトル幅を狭く
することができる。従って、この半導体レーザモジュー
ルM1からの出射光を、波長合成カプラ(WDM)によ
り合波して、エルビウムドープ光増幅器やラマン増幅器
の励起光源として用いた場合には、波長合成カプラの損
失を低く抑えて高出力の合波光を得ることができるとと
もに、ラマン増幅器に使用した場合には、ラマン増幅の
利得変動を抑えることができる。光反射部15は、例え
ばフェーズマスクを介して干渉縞となった紫外光を光フ
ァイバ8のコア部に照射することによって周期的に屈折
率の変化を生じさせて形成される。
C7の出力部7cから出射されるレーザ光を光ファイバ
8に光結合させる第2レンズ16が配設されている。好
ましくは、第1レンズ4は、第1のレーザ光K1及び第
2のレーザ光K2が、第1レンズ4と第2レンズ16と
の間で焦点(F1、F2)を結ぶように位置合わせされ
ている。これによって、第1レンズ4と焦点(F1、F
2)間におけるレーザ光のスポットサイズが小さくなっ
て両レーザ光の重なりが防止されるので、第1のレーザ
光K1の光路上にのみ半波長板6を挿入できるために十
分な第1のレーザ光K1と第2のレーザ光K2の分離幅
D’を得るために必要な伝搬距離Lが短くなる。このた
め、半導体レーザモジュールM1の光軸方向の長さを短
くすることができる。その結果、例えば高温環境下にお
ける半導体レーザ素子2と光ファイバ8との光結合の経
時安定性が優れた、信頼性の高い半導体レーザモジュー
ルM1を提供できる。
固定したチップキャリア11と、フォトダイオード3を
固定したフォトダイオードキャリア12とは、断面略L
字形状の第1の基台17上に半田付けして固定される。
第1の基台17は、半導体レーザ素子2の発熱に対する
放熱性を高めるためにCuW系合金等で作られているの
が好ましい。
部材13と、プリズム5、半波長板6及びPBC7をホ
ルダ部材14に固定した偏波合成モジュール59とは、
第2の基台18上にそれぞれ第1の支持部材19a及び
第2の支持部材19bを介してYAGレーザ溶接により
固定される。このため第2の基台18は、溶接性の良好
なステンレス鋼等で作られているのが好ましい。また、
第2の基台18は、第1の基台17の平坦部17a上に
銀ろう付けして固定される。
らなる冷却装置20が設けられている。半導体レーザ素
子2からの発熱による温度上昇はチップキャリア11上
に設けられたサーミスタ20aによって検出され、サー
ミスタ20aより検出された温度が一定温度になるよう
に、冷却装置20が制御される。これによって、半導体
レーザ素子2のレーザ出射を高出力化かつ安定化させる
ことができる。
部1aの内部には、PBC7を通過した光が入射する窓
部1bが設けられ、また、フランジ部1bの端部には、
レーザ光を集光する第2レンズ16が固定されている。
第2レンズ16は、フランジ部1aの端部にYAGレー
ザ溶接により固定された第2のレンズ保持部材21によ
って保持され、第2のレンズ保持部材21の端部には金
属製のスライドリング22がYAGレーザ溶接により固
定される。
持され、そのフェルール23は、スライドリング22の
内部にYAGレーザ溶接により固定されている。
導体レーザモジュールM1の動作について説明する。
第1のストライプ9及び第2のストライプ10の前側端
面2aからそれぞれ出射された第1のレーザ光K1及び
第2のレーザ光K2は、第1レンズ4を通過し、交差し
た後、間隔が広がり十分分離された後、プリズム5に入
射される。プリズム5に入射した時の第1のレーザ光K
1と第2のレーザ光K2との間隔(D)は約460μm
である。プリズム5によって第1のレーザ光K1と第2
のレーザ光K2は平行となって出射し(両者の間隔は約
500μmになる)、第1のレーザ光K1は半波長板6
に入射され、偏光面を90度回転させた後、PBC7の
第1の入力部7aに入射され、第2のレーザ光K2はP
BC7の第2の入力部7bに入射される。
される第1のレーザ光K1と第2の入力部7bから入射
される第2のレーザ光K2とが合波されて出力部7cか
ら出射される。
レンズ16によって集光され、フェルール23によって
保持された光ファイバ8の端面に入射され外部に送出さ
れる。また、光ファイバ8の光反射部15によってレー
ザ光の一部が反射され、反射された光は、半導体レーザ
素子2に帰還され、半導体レーザ素子2の後側端面2b
と光反射部15との間で外部共振器が構成されるので、
光反射部15によって決定される波長でのレーザ発振が
可能となる。
から出射されたモニタ用のレーザ光は、フォトダイオー
ド3によって受光され、フォトダイオード3の受光量に
基づいて半導体レーザ素子2の駆動電流を変化させるこ
とにより、半導体レーザ素子2の光出力等を調整する。
ーザモジュールM1によれば、1つの半導体レーザ素子
2に100μm以下という狭い間隔で形成された第1、
第2のストライプ9,10から偏光面のそろった第1の
レーザ光K1及び第2のレーザ光K2が出射され、第1
レンズ4で十分分離された後、半波長板6によって第1
のレーザ光K1の偏光面が正確に90度回転される。す
なわち、このときレーザ光K1、K2の偏光面は互いに
略完全に90°となる。この状態で、PBC7によって
第1のレーザ光K1と第2のレーザ光K2が偏波合成さ
れるので、光ファイバ8からは高出力で、かつ偏光度の
小さいレーザ光を出射することができる。また、光ファ
イバ8にFBGからなる光反射部15が形成されている
ので、光ファイバ8から波長が固定されたレーザ光を出
射することができる。従って、上記の半導体レーザモジ
ュールM1を、高出力が要求されるエルビウムドープ光
増幅器や、さらに増幅利得に低偏波依存性及び安定性が
要求されるラマン増幅器の励起光源として適用すること
ができる。
ストライプを備えた1個の半導体レーザ素子2と、レー
ザ光K1、K2両方を分離する単一の第1レンズ4を用
いているので、半導体レーザ素子2や第1レンズ4の位
置決め時間が短くなる。その結果、半導体レーザモジュ
ールM1の製造時間を短縮化できる。
9684号公報に開示されるように、2つの半導体レー
ザ素子からそれぞれ互いに直交する軸方向に光が出射さ
れる半導体レーザモジュール(図35参照)もあった
が、この半導体レーザモジュールでは、それぞれの軸方
向(図35ではX方向及びZ方向)でのパッケージの反
り等を考慮してモジュールを設計しなければ、環境温度
の変化等によって生じたパッケージの反りによる光出力
変動を抑制できなかった。これに対し、本実施形態例の
構成によれば、1個の半導体レーザ素子2から出射され
る2つの光は略同じ方向に伝搬されるため、パッケージ
の反りの影響を1方向(図2中、Z方向)においてのみ
抑制することにより、光ファイバ8から出射される光出
力の安定化を図ることができる。
の光を出射することにより、これら2つの光はパッケー
ジの反り等に対して、光ファイバ8との結合効率が同じ
傾向で変動する。従って、温度変動等があった場合でも
光ファイバ8から出射される光の偏光度が安定化する。
ので、半導体レーザ素子2から発生した熱を冷却するた
めのペルチェモジュール等の冷却装置20を小型化で
き、低消費電力化を図ることができる。
入ガスをXeとすることにより、2つのストライプ9,
10から発生する莫大な熱を冷却装置20で放熱する際
に必要な消費電力を大幅に抑制することができ、好まし
い。
光を出射するダブルストライプ型半導体レーザモジュー
ルにファイバブラッググレーティング(FBG)を形成
した偏波保存ファイバを取り付けた場合、同じFBG半
値幅を有し、1つのレーザ光を出射するシングルストラ
イプ型半導体レーザモジュールに比べ、多くの縦モード
をスペクトル幅内に含ませることができる。
レーザモジュールM1において駆動電流2A(つまりス
トライプ1本あたり1A)を印加した時のスペクトルを
示すグラフである。図5からわかるように、ダブルスト
ライプ型半導体レーザモジュールM1では、5本の縦モ
ードがスペクトル半値幅内に含まれる。一方、シングル
ストライプ型半導体レーザモジュールの場合、駆動電流
1Aでスペクトル半値幅内に含まれる縦モードは3〜4
本である。
ow軸とfast軸で異なる屈折率を持つため、FBG
部分で選択される波長が0.4nm程度異なる。そのた
め、互いに0.4nmずれた各ストライプからの発振ス
ペクトルの重ね合わせとして得られるスペクトルの半値
幅内に含まれる縦モードの数が増加する。
ールでは、2つのストライプから出射されたレーザ光が
偏波合成されて出力されるため、1つのストライプから
の出射レーザ光と比較して偏光度(DOP)の低い出力
レーザ光が得られるが、その偏光度が十分低くない場合
には、デポラライザとして偏波保持ファイバを用いるこ
とにより、さらに無偏光化する必要が生じる場合があ
る。本実施形態例の半導体レーザモジュールは、上述の
ように、多くの縦モードが発振しているため、出力され
た光をデポラライザ内で伝搬させることにより、より効
果的にDOP(Degree Of Polariza
tion:偏光度)を低減できる。従って、本実施形態
例の半導体レーザモジュールは、増幅利得の低偏波依存
性が要求されるラマン増幅器の励起光源として好適であ
る。
モジュールの場合、高い光出力を得ることができる。図
6は、ダブルストライプ型半導体レーザモジュールにお
いてLD駆動電流に対するファイバ出力を示すグラフで
ある。図6からわかるように、駆動電流が2400mA
で約570mWの光出力を得ることができる。従って、
本実施形態例のダブルストライプ型半導体レーザモジュ
ールは、高い光出力が要求されるラマン増幅器用の14
XX(1300〜1550)nm帯励起光源や、EDF
A用の980nm帯や1480nm帯の励起光源として
好適である。
導体レーザモジュールM1の製造方法について説明す
る。
第2の基台18を銀ろう付けして固定する。
ップキャリア11と、フォトダイオード3を固定したフ
ォトダイオードキャリア12を第1の基台17上に半田
付けして固定する。
を調芯して固定する。この第1レンズ4の調芯工程で
は、半導体レーザ素子2に電流を供給して第1のレーザ
光K1及び第2のレーザ光K2を半導体レーザ素子2の
第1のストライプ9及び第2のストライプ10の双方か
ら出射させ、その出射方向を基準方向として設定した
後、第1レンズ4を挿入し、XYZ軸方向の位置を決め
る。
るための説明図である。X軸方向については、図7
(A)に示すように、上記のようにして設定された基準
方向(中心軸C2)と第1のレーザ光K1との角度θ1
と、中心軸C2と第2のレーザ光K2との角度θ2とが
等しくなる位置で決める。Y軸方向については、図7
(B)に示すように、第1のレーザ光K1及び第2のレ
ーザ光K2が第1レンズ4の中心を通る位置で決める。
Z軸については、半導体レーザ素子2からの規定の距離
で、レーザ光のスポット径が最小となる位置で決める。
以上の調芯工程で決まった位置で第1レンズ4を保持す
る第1のレンズ保持部材13を、第2の基台18上に第
1の支持部材19aを介してYAGレーザ溶接して固定
する。
5、半波長板6、PBC7を一体化した偏波合成モジュ
ール59を調芯して固定する。この偏波合成モジュール
59の調芯工程では、位置合わせ用光ファイバコリメー
タを用いて、そのファイバに結合する光強度が最大にな
るように、ホルダ部材14の中心軸C1(図4参照)回
りθ、XYZ軸方向の位置を決める。ホルダ部材14の
中心軸C1回りの位置決めでは、ホルダ部材14を中心
軸C1の周りに回転させて第1の入力部7aに入射した
第1のレーザ光K1と第2の入力部7bに入射した第2
のレーザ光K2がともに出力部7cから出射されるよう
に位置調整する。
力されたレーザ光K1、K2のXY平面上での重なり具
合を調節する。例えば完全に重ねることもできるし、互
いのビームスポットの位置をずらしておくこともでき
る。後者はレーザ光K1、K2の光強度が異なっていた
場合、光強度の小さい方の光をより多く受光するよう
に、光ファイバ8を調芯することにより、光ファイバ8
に入射されるレーザ光K1、K2の光強度を均等にし
て、偏光度を十分に下げることができるので好ましい。
材14を第2の基台18上に第2の支持部材19bを介
してYAGレーザ溶接して固定する。
ジ1の底板上に固定された冷却装置20上に半田付けし
て固定する。
のフォトダイオード3は、金ワイヤ(図示せず)を介し
てパッケージ1のリード(図示せず)と電気的に接続さ
れる。
雰囲気においてパッケージ1上部に蓋1cを被せて、そ
の周縁部を抵抗溶接することにより気密封止する。
対し第2レンズ16をXY面内及びZ軸方向で調芯して
固定する。この工程では、第2レンズ16の出射光がパ
ッケージ1のフランジ部1aの中心軸と平行となる位置
でYAGレーザ溶接により固定する。
る。この工程では、第2のレンズ保持部材21の端部に
金属製のスライドリング22を固定する。スライドリン
グ22は、第2のレンズ保持部材21の端面において、
光ファイバ8の光軸と垂直な面内(XY平面)で位置調
整後、両者の境界部においてYAGレーザ溶接して固定
される。光ファイバ8を保持するフェルール23は、光
ファイバ8の出射が最大となる位置で、スライドリング
22の内部にYAGレーザ溶接により固定される。その
際、光ファイバ8は、合成される複数のレーザ光のパワ
ーバランスを考慮して調芯される。これにより光ファイ
バ8の光軸方向(Z軸方向)の位置が固定される。
ザモジュールに使用される半導体レーザ素子2について
説明する。図8(A)〜(C)は本発明の半導体レーザ
モジュールに使用される半導体レーザ素子2の構成を説
明するための説明図、図9は半導体レーザ素子2の他の
例を示す説明図である。なお、図8(B)及び(C)は
図8(A)のa−a線断面図である。
子2は、例えば有機金属気相成長法、液相法、分子線エ
ピタキシャル成長法、ガスソース分子線エピタキシャル
成長法等の公知のエピタキシャル成長法により、所定の
半導体からなる基板24の上に、所定の半導体のエビタ
キシャル結晶成長を行って後述する積層構造25を形成
した後、基板24の底面に下部電極26、積層構造25
の上面に上部電極27を形成し、へき開を行って所定の
共振器長L3とし、更に一方のへき開面(前端面2a)
に低反射膜28(例えば反射率5%以下)を成膜し、他
方のへき開面(後端面2b)に高反射膜29(例えば反
射率90%以上)を成膜した構造になっている。
層構造25は、例えば埋め込み型BH(Buried
Heterostructure)構造になっていて、
例えばInPから成る基板24の上に、例えばn−In
Pクラッド層31、例えばGaInAsP多層膜により
構成されたGRIN−SCH−MQW(GradedI
ndex Separate Confinement
Heterostructure Mu’lti Q
uantumn Well)から成る活性層32、例え
ばp−InPクラッド層33が順次積層されており、更
に、p−InPクラッド層33の上に、例えばp−In
Pから成る埋め込み層34、例えばp−GaInAsP
から成るキャップ層35が積層されている。
極27が形成され、また基板24の底面には下部電極2
6が形成されている。
層31、活性層32、p−InPクラッド層33は、4
0−60μmの間隔を介して互いに平行に並んだ2本の
ストライプ状に加工され、その側面に例えばp−InP
ブロッキング層36とn−InPブロッキング層37を
この順序で積層することにより、活性層32への注入電
流狭窄部が形成されている。
板24に対する格子不整合率が0.5%以上1.5%以
下となるような圧縮歪み量子井戸構造を採用し、かつ井
戸数が5個程度の多重量子井戸構造を使用するのが、高
出力化の観点から有利である。また、歪み量子井戸構造
として、その障壁層を井戸層の歪みと反対の引っ張り歪
みを導入して成る歪み補償構造とすれば、等価的に格子
整合条件を満たすことができるため、井戸層の格子不整
合度に関しては更に高い値を用いることも可能である。
ド層31、GRIN−SCH−MQW活性層32、p−
InPクラッド層33からなる発光部が、図8の紙面に
垂直な方向にストライプ状に延びて形成されており、こ
の部分をそれぞれストライプ9,10と称する。
製造方法について説明する。
線エピタキシャル成長法、ガスソース分子線エピタキシ
ャル成長法等の公知のエピタキシャル成長法により、基
板24の上に、下部n−InPクラッド層31、GRI
N−SCH−MQW活性層32、p−InPクラッド層
33の順に積層する。
いに平行に並んだ2本のマスクを上記p−InPクラッ
ド層33上に形成してから、所定のエッチャントを用い
て上部p−InPクラッド層33、GRIN−SCH−
MQW活性層32、下部n−InPクラッド層31、及
びInP基板24の一部を溶解し、上記ストライプ上に
さらに、p−InPブロッキング層36とn−InPブ
ロッキング層37をこの順序で積層することによって、
活性層32への注入電流狭窄部を形成する。
ャル成長させて積層する。
35を積層する。
27を形成し、基板24の底面に下部電極26を形成す
る。
し、更に一方のへき開面(前端面2a)に低反射膜28
を成膜し、他方のへき開面(後端面2b)に高反射膜2
9を成膜する。最後に、このバーをさらにへき開して共
振器長L3の半導体レーザ素子2を得る。
子2は、上部電極27側を、図1(B)に示すヒートシ
ンク58にAuSn半田等により接着される。そして、
2つのストライプは、上部電極27(本実施形態例では
p側)及び下部電極26(本実施形態例ではn側)を通
して外部より供給される電流により、同時にレーザ発振
し、低反射膜28からの2つの出射光が前述したPBC
7により合波されて所望の用途に供される。
じであるとすると、本実施形態例に係る半導体レーザ素
子2のしきい値電流は、ストライプ1本のしきい値電流
の2倍、全光出力は、ストライプ1本の光出力の2倍と
なる。すなわち、半導体レーザ素子2全体としては、ス
トライプ1本当たりの駆動電流の約2倍の駆動電流で約
2倍の光出力が得られ、半導体レーザ素子2のスロープ
効率は1本のストライプを有する半導体レーザ素子2と
変わらない。
が同時に駆動される構造を示したが、例えば図8(C)
に示すように、2つのストライプの間に上部電極27か
ら下部クラッド層30の深さにまで及ぶ分離溝38を形
成し、その分離溝38表面を絶縁膜39で被覆すること
により、2つのストライプを電気的に分離することがで
きる。このような半導体レーザ素子2の下部電極26側
を、図示しないヒートシンクにAuSn半田等により接
着すれば、2つのストライプに供給する駆動電流を独立
に制御することも可能となり、光ファイバ8から出射さ
れるレーザ光の偏光面をランダム化することが容易とな
る。この場合、2つのストライプの少なくとも正極側も
しくは負極側の片方を電気的に絶縁すればよい。
2の構造の場合、一方のストライプだけに駆動電流を流
して使用し、他方のストライブは、一方のストライプの
活性層が異常になった場合に電流を流して使用するよう
にしてもよい。この場合、片方のストライプを冗長系と
することになるので、半導体レーザ素子2の製品寿命を
延ばすことができる。
に接着して使用する場合には、ヒートシンク58側に、
上部電極27に対応した電極パターンを形成しておくこ
とにより、これら2つのストライプを独立に駆動するこ
とができる。
2は、InP系の埋め込み型BH構造のものを説明した
が、例えば図9に示すようなGaAs系のリッジ導波路
型の半導体レーザ素子2であってもよい。図9に示すよ
うに、この半導体レーザ素子2は、n−GaAsからな
る基板40上に、n型下部クラッド層41、活性層4
2、p型上部クラッド層43、絶縁層44、p−GaA
s層45を積層し、2つのリッジ部が形成されている。
絶縁層44及びp−GaAs層45上には上部電極(p
電極)46が形成され、基板40の底面には下部電極
(n電極)47が形成されている。
トライプ状に延びて形成され、当該リッジ部直下の部分
の活性層42がそれぞれ発光する。この発光部をそれぞ
れストライプ9,10と称する。もちろん、InP系の
リッジ型LDとすることも可能である。
素子2の基本構造であるファブリ・ペロー型の半導体レ
ーザ素子2を説明したが、本実施形態例では、後述する
ような波長選択手段を具備した半導体レーザ素子2を用
いてもよい。このような半導体レーザ素子2を使用すれ
ば、FBG付の光ファイバ8を使用しなくても、発振波
長の安定化された光出力を得ることが可能となる。
第2の実施形態例に係る半導体レーザモジュールM2の
構成を模式化して示す説明図である。図10に示すよう
に、第2の実施形態例では、常光線である第1のレーザ
光K1が光ファイバ8の軸線方向に伝搬するように、P
BC7の第1のレーザ光K1及び第2のレーザ光K2の
入射面が楔形に傾斜して形成されている。それ以外は第
1の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様であ
る。第2の実施形態例によれば、常光線である第1のレ
ーザ光K1が光ファイバ8の軸線方向に伝搬するので、
半波長板6と第1レンズ4との間にプリズム5を配設す
る必要がなくなり、構成を簡単にすることができる。
方向の長さを短くできるので、高温環境における光出力
特性に対するパッケージの反りの影響を低減できる。
軸周りの角度調整を容易にするため、半波長板6とPB
C7とを同一のホルダ部材14に固定し偏波合成モジュ
ールとして構成してもよい。
第3の実施形態例に係る半導体レーザモジュールM3の
構成を模式化して示す説明図である。図11に示すよう
に、第3の実施形態例では、常光線である第1のレーザ
光K1が第1レンズ4を通過後光ファイバ8の軸線方向
に伝搬するように、半導体レーザ素子2及び第1レンズ
4は、軸線方向に対して所定角度傾斜して配置されてい
る。それ以外は第1の実施形態例の半導体レーザモジュ
ールと略同様である。第3の実施形態例によれば、常光
線である第1のレーザ光K1が光ファイバ8の軸線方向
に伝搬するので、半波長板6と第1レンズ4との間にプ
リズム5を配設する必要がなくなり、構成を簡単にする
ことができる。また、PBC7の研磨を片方だけ行えば
よいので、第2の実施形態例に比べ研磨の簡略化が可能
となる。
方向の長さを短くできるので、高温状態における光出力
特性に対するパッケージの反りの影響を低減できる。
軸周りの角度調整を容易にするため、半波長板6とPB
C7とを同一のホルダ部材14に固定し偏波合成モジュ
ールとして構成してもよい。
ュールM1〜M3は、高出力で偏光度が小さく、波長が
安定したレーザ光を出射することができるので、エルビ
ウムドープ光増幅器やラマン増幅器の励起光源として用
いることが可能である。
態例の半導体レーザモジュールに用いられ、図4に示す
偏波合成モジュール59の他の例を表した第4の実施形
態例の偏波合成モジュール60を示す分解斜視図、図1
3は、図12の偏波合成モジュール60を示す側面断面
図である。なお、図4の偏波合成モジュール59と同一
の部材は同一の符号を付して説明を省略する。
施形態例の偏波合成モジュール60は、長手方向に、収
容部となる溝部61aが形成されたホルダ部材61と、
ホルダ部材61の溝部61aに嵌って配置される第1の
調整シート62及び第2の調整シート63と、第1の調
整シート62上に配置されるプリズム5と、第2の調整
シート63上に配置されるPBC7と、ホルダ部材61
の溝部61aに嵌って配置される半波長板ホルダ64
と、半波長板ホルダ64に保持される半波長板6と、ホ
ルダ部材61の溝部61aの開口側に形成された段差部
61bに嵌って固定される板状のトップカバー65とを
有する。
トップカバー65は、YAGレーザ溶接の可能な材質
(例えばFe−Ni−Co合金(商標:コバール))で
作られている。また、半波長板ホルダ64は仕切板を兼
ねてもよい。
長板ホルダ64の上部は金メッキされており、半波長板
6の上部と半波長板ホルダ64の上部とが半田付けされ
て固定される。
ト63は、プリズム5及びPBC7の位置決めを容易に
するために変形可能な材質で作られており、例えば、ソ
フトメタル(In等)、半田シート(Sn−Pb等)の
ような柔軟部材や樹脂等の弾性部材で作られている。
61の溝部61aの両端部にYAGレーザ溶接で固定さ
れる第1のストッパー66及び第2のストッパー67が
取り付けられる。図13に示すように、第1のストッパ
ー66及び半波長板ホルダ64は、第1の調整シート6
2を挟んで保持することにより、第1の調整シート62
の流れ止めとなる仕切板としての役割を有する。また、
第2のストッパー67及び半波長板ホルダ64は、第2
の調整シート63を挟んで保持することにより、第2の
調整シート63の流れ止めとなる仕切板としての役割を
有する。
トッパー67は、予めホルダ部材61に一体に成形され
ていてもよい。また、第1のストッパー66及び第2の
ストッパー67は、光が透過する材料、例えばガラスや
樹脂で作られてもよい。また、第1のストッパー66及
び第2のストッパー67は、レンズ、プリズム、光合成
部材、偏光回転部材のいずれかでもよい。
ール60の組立方法について説明する。まず、ホルダ部
材61の溝部61aの両端部に第1のストッパー66及
び第2のストッパー67をYAGレーザ溶接で固定す
る。
に半田付けして保持する。
ルダ64をホルダ部材61の溝部61aにYAGレーザ
溶接して固定する。その際、第1のストッパー62及び
第2のストッパー63と半波長板ホルダ64との間に第
1の調整シート62及び第2の調整シート63がそれぞ
れ嵌るように、半波長板ホルダ64を位置決めする。
ホルダ64との間のホルダ部材61の溝部61aに第1
の調整シート62を嵌めて配置する。また、第2のスト
ッパー67と半波長板ホルダ64との間にホルダ部材6
1の溝部61aに第2の調整シート63を嵌めて配置す
る。
ム5を載置し、第2の調整シート63上にPBC7を載
置する。
口側に形成された段差部61bにトップカバー65を嵌
める。プリズム5及びPBC7は、トップカバー65の
裏面65aと面接触して押圧される。これによって、第
1の調整シート62及び第2の調整シート63が変形
し、プリズム5及びPBC7は所望の位置に位置決めさ
れる。
1とをYAGレーザ溶接で固定する。
リズム5及びPBC7の上面がトップカバー65の裏面
65aと面接触して押圧され、第1の調整シート62及
び第2のシート63の変形により、位置決めされる。ト
ップカバー65の裏面65aは、溝部61a表面よりも
加工精度が高い平面に形成される。従って、トップカバ
ー65の裏面65aに面接触されたプリズム5及びPB
C7の光入射面は、トップカバー65の裏面65aに対
して垂直に精密に位置決めされるので、光軸回りの回転
方向θを精度よく位置決めすることができる。
ズム5や光合成部材7との当接面の加工精度は、JIS
B 0601(JIS B 0031)により、面粗
度が、最大高さRmax≦10μm、中心線平均粗さR
a≦5μm、10点平均粗さRz≦10μm、の少なく
とも一つを満たすのが好ましい。
整シート63は一体となっていてもよい。また、プリズ
ム5及びPBC7に金メッキを施し、ホルダ部材61の
溝部61aに直接、半田付けして固定してもよい。この
場合、第1の調整シート62及び第2の調整シート63
は不要となるが、溝部61aの加工面を精度よく形成す
ることが好ましい。
ザ素子2の第1のストライプ9と第2のストライプ10
は、互いに長手方向に平行に延びて形成されているが、
これに限らず例えば図14に示すように、傾斜して形成
されていてもよい。図14では、右側が光を出射させる
方向であり、右側に行くに従ってストライプ9,10の
間隔が狭くなっている。この場合、2本のストライプ
9,10から出射される2本のレーザ光は半導体レーザ
素子2から短距離で交差するので、第1のレーザ光K1
及び第2のレーザ光K2が第1レンズ4を通過後、第1
のレーザ光K1の光路上にのみ半波長板6を挿入できる
程度に十分に分離する(図2においてD’が十分大きく
なることをいう)ために必要な伝搬距離(図2における
L)が短くなるため、半導体レーザモジュールMの光軸
方向の長さを短くすることができる。
させても同様に上記伝搬距離Lを短くすることができ
る。
(C)は、本発明の実施形態例に係る半導体レーザモジ
ュールに使用され、図8に示す半導体レーザ素子2とは
異なる構成の第6の実施形態例の半導体レーザ素子68
を示す。図15(B)及び(C)は、それぞれ図15
(A)のb−b線断面図、c−c線断面図である。
半導体レーザ素子68は、n−InP基板69の(10
0)面上に、順次、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70、GRIN−SCH−M
QW(分布屈折率分離閉込め多重量子井戸)活性層7
1、p−InPクラッド層72、および埋め込み層7
3、GaInAsPキャップ層74が積層された構造を
有する。
層72内には、それぞれ膜厚20nmを有したp−In
GaAsの回折格子75が、ピッチ約230nmで周期
的に形成されている。この回折格子75により、たとえ
ば中心波長が1480nm帯のレーザ光を選択するよう
にしている。この回折格子75を含むp−InPクラッ
ド層72、GRIN−SCH−MQW活性層71及びn
−InPバッファ層70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76とn−
InPブロッキング層77によって埋め込まれている。
また、GaInAsPキャップ層74の上面には、P側
電極78が形成され、n−InP基板69の裏面には、
n側電極79が形成されている。
である光反射端面には、反射率80%以上の高光反射率
をもつ第1の反射膜80が形成され、他端面である光出
射端面には、反射率が5%以下の低光反射率をもつ第2
の反射膜81が形成される。第1の反射膜80と第2の
反射膜81とによって形成された光共振器のGRIN−
SCH−MQW活性層71内に発生した光は、第1の反
射膜80によって反射し、第2の反射膜81を介し、レ
ーザ光として出射される。
幅器の励起用光源として用いられる場合、その発振波長
λ0は、1300nm〜1550nmであり、共振器長
LRは、800μm以上3200μm以下に設定され
る。
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・LR)である。こ
こで、発振波長λ0を1480μmとし、等価屈折率を
3.5とすると、共振器長が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、
このことは、一般に共振器長を長くすればするほど単一
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
なることを意味する。
によって縦モードを選択する。この回折格子75による
選択波長特性は、図16に示す発振波長スペクトル82
として表される。図16に示すように、この実施の形態
例では、回折格子75を有した半導体レーザ素子による
発振波長スペクトルの半値幅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。ここで、従来のDFB(Distributed
Feedback)等の半導体レーザ素子は、単一縦モ
ード発振を得ることを目的としていたため、縦モード間
隔が狭くモード選択性が弱いために単一縦モード発振が
困難となる800μm以上の共振器長は使用されなかっ
た。しかしながら、この実施形態例の半導体レーザ素子
68では、共振器長LR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んだ状態でレーザ発振するよ
うにしている。図16では、発振波長スペクトルの半値
幅△λh内に3つの発振縦モード83a〜83cを有し
ている。
用いると、単一縦モードで発振するレーザ光を用いた場
合に比して、各縦モードのピーク強度を抑えつつ、複数
の縦モード全体としては高いレーザ出力値を得ることが
できる。例えば、この実施の形態例に示した半導体レー
ザ素子68では、図17(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17(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素子のプロファイ
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
るためには励起光出力パワーを増大することが好ましい
一方で、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には、誘導ブリルアン散乱が発生
するしきい値光強度Pthが存在するので、図17
(B)に示すように、半導体レーザ素子を複数の縦モー
ドで発振させ、各縦モードのピーク強度を誘導ブリルア
ン散乱のしきい値光強度Pth内に抑えることによっ
て、誘導ブリルアン散乱の発生を抑えつつ高い励起光出
力パワーを得ることができる。その結果、雑音の増加を
抑えつつ高いラマン利得を得ることが可能となる。
83a〜83cの波長間隔(モード間隔)Δλは、0.
1nm以上としている。これは、半導体レーザ素子68
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。その結果、
上述したモード間隔△λの式によって、発振波長λ0が
1480μmの場合には、上述した共振器長LRが32
00μm以下であることが好ましいことになる。
の偏光方向に依存することから、信号光の偏光方向のラ
ンダム性による利得変動の問題を解決するため、励起光
をデポラライズ(無偏光化)しておく必要がある。本発
明の第1乃至第6の実施形態例による半導体レーザモジ
ュールでは、偏波合成されたレーザ光が得られ、単一の
ストライプからの出力光と比較して偏光度(DOP)が
低いため、そのままラマン増幅に好適に使用できるもの
ではあるが、偏波合成のみでDOPの低減が十分達成で
きない場合には、さらにデポラライズを行う必要が生じ
る。このためには、偏波保持ファイバにレーザ光を伝搬
させてデポラライズを行う方法がある。この場合、発振
している縦モードの数が多いほど、レーザ光のコヒーレ
ント長(可干渉長)が短くなるため、デポラライズに必
要な偏波保持ファイバの長さが短くなる。この観点か
ら、発振スペクトルの半値幅Δλh内に3本以上の縦モ
ードが存在していることが好ましく、特に4本又は5本
の縦モードが存在していると、必要な偏波保持ファイバ
の長さは急激に短くなる。したがって、発振スペクトル
の半値幅Δλh内に3本以上、より好ましくは4本以上
の縦モードが存在していると、デポラライズに使用する
偏波保持ファイバの長さを短くできるので、増幅器の構
成を簡略化できるとともに、コストを低くすることがで
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縦モードの変動に
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82の半値幅Δλhは、3n
m以下、好ましくは2nm以下とするのが好ましい。
(FBG)を用いた半導体レーザモジュールの場合、F
BGと光反射面との間の共振によって相対強度雑音(R
IN)プロファイルの周波数軸上に周期的なピークが現
れ、これにより増幅された信号光にノイズが加わる。こ
れに対し、この実施形態例の半導体レーザ素子68を用
いた半導体レーザモジュールでは、ストライプに回折格
子75が設けられているので、そのようなノイズピーク
のない、波長安定化されたレーザ光を得ることができる
ため、低ノイズのラマン増幅を行わせることができる。
ールの場合、共振器内に機械的な結合部(すなわち、フ
ランジ1aとFBG付きファイバ8を保持したフェルー
ル23とのYAGレーザ溶接による結合)を有するた
め、振動や温度変化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。これに対し、この実施形態例の
半導体レーザ素子68では、共振器を構成するために機
械的な結合部を要しないため、機械的な振動や温度変化
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。
素子68が回折格子75によって波長選択を行い、発振
波長を1300〜1550μm帯とし、共振器長LRを
800〜3200μm帯とすることによって、発振波長
スペクトル82の半値幅△λh内に複数の発振縦モー
ド、好ましくは4本以上の発振縦モードをもつレーザ光
を出射するようにしている。その結果、ラマン増幅器の
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、安定し、かつ高いラマン利得を得ることがで
きる。
8のストライプ内に形成されているため、半導体レーザ
素子の外部にFBG付きのファイバを光結合させる場合
のように、機械的振動や温度変化などによって光結合が
変動することがない。
(C)は第7の実施形態例である半導体レーザ素子の構
成を示す長手方向の縦断面図である。
LRを長くすることによって、発振波長スペクトル82
の半値幅Δλh内の縦モード数が複数となるようにして
いる。これに対し、第7の実施形態例では、回折格子の
グレーティング長LGあるいは結合係数を変化させるこ
とによって、発振波長スペクトル82の半値幅Δλhを
変化させ、これによって半値幅Δλh内の縦モード数を
増やすようにしている。
素子84aは、回折格子75の配置構成が、第6の実施
形態例に係る半導体レーザ素子68と異なるとともに、
第2の反射膜81の反射率が異なる。その他の構成は、
半導体レーザ素子68と同じであり、同一構成部分に
は、同一符号を付して、説明を省略する。
ましくは1%以下、さらに好ましくは0.2%以下の低
光反射率をもつ第2の反射膜81から反射率80%以上
の高光反射率をもつ第1の反射膜80側に向けて所定長
LG1分、形成され、所定長LG1以外のp−InPク
ラッド層72には、回折格子75が形成されていない。
の変形例である半導体レーザ素子84bの横成を示す長
手方向の縦断面図である。この半導体レーザ素子84b
は、第1の反射膜80側に設けた回折格子75を有する
とともに、第1の反射膜80の反射率を低光反射率とし
ている。すなわち、回折格子75は、反射率0.1〜2
%の低光反射率をもつ第1の反射膜80から反射率1〜
5%の低光反射率をもつ第2の反射膜81側に向けて所
定長LG2分、形成され、所定長LG2以外のp−In
Pクラッド層72には、回折格子75が形成されない。
例のさらなる変形例である半導体レーザ素子84cの構
成を示す長手方向の縦断面図である。この半導体レーザ
素子84cは、図18(A)に示した回折格子75およ
び図18(B)に示した回折格子75の構成を適用した
ものである。
は、2%以下の低光反射率をもつ第2の反射膜81から
反射率2%以下の低光反射率をもつ第1の反射膜80側
に向けて所定長LG3分、形成された回折格子75と、
この第1の反射膜80から第2の反射膜81側に向けて
所定長LG4分、形成された回折格子75とを有する。
化させることによって、発振縦モードのモード間隔Δλ
が固定的であっても、図16に示した発振波長スペクト
ル82の半値幅Δλhを変化させることができる。
幅Δλhを広くするためには、回折格子75の長さを短
くすることも有効である。このため、実施の形態例に示
したように、回折格子75を共振器(GRIN−SCH
−MQW活性層71)の長さ全体に施すのではなく、こ
の共振器の一部に形成するようにする。
位置によっては、発振の位相条件が満たされず、十分な
特性が得られないおそれがあるため、図18(A)に示
したように、回折格子75を第2の反射膜81を起点と
して第1の反射膜80に向かう方向に共振器の途中まで
延ばして形成する場合には、第2の反射膜81として2
%以下の反射率をもつ低光反射コートを施すとともに、
第1の反射膜80として80%以上の反射率をもつ高反
射コートを施すようにするのが好ましい。また、図18
(B)に示したように、回折格子75を第1の反射膜8
0を起点として第2の反射膜81に向かう方向に共振器
の途中まで延ばして形成する場合には、第1の反射膜8
0として2%以下の反射率をもつ低光反射コートを施す
とととに、第2の反射膜81として1〜5%の反射率を
もつ低反射コートを施すようにするのが好ましい。さら
に、図18(C)に示したように、回折格子75をそれ
ぞれ第2の反射膜81側および第1の反射膜80側に形
成する場合には、第2の反射膜81および第1の反射膜
80として、ともに反射率2%以下の低光反射コートを
施すのが好ましい。
格子75を第2の反射膜81側に形成する場合には、回
折格子75自体の反射率を低めに設定するのが好まし
く、図18(B)に示したように、回折格子75を第1
の反射膜80側に形成する場合には、回折格子75自体
の反射率を高めに設定することが好ましい。また、図1
8(C)に示したように、回折格子75を第2の反射膜
81側および第1の反射膜80側の双方に形成する場合
には、一方の回折格子75自体の反射率を低めに設定す
るとともに、他方の回折格子75自体の反射率を高めに
設定するのが好ましい。これによって、回折格子75に
よる波長選択特性を満足させつつ、第1の反射膜80お
よび第2の反射膜81によるファプリペロー型共振器の
影響を小さくすることができる。
ーザ素子では、共振器長LRが1300μmであり、回
折格子75のグレーティング長LG1が50μm、結合
係数Kと、グレーティング長の積k・LGが0.125
である。このような回折格子75を適用した場合、発振
波長スペクトル82の半値幅Δλhは、約2nmとな
り、半値幅Δλh内に3〜8本程度の発振縦モードを含
ませることができる。
の反射膜81側または第1の反射膜80側、あるいは第
2の反射膜81側および第1の反射膜80側の双方に設
けたが、これに限らず、GRIN−SCH−MQW活性
層71に沿い、共振器長に対して部分的な長さをもつ回
折格子75を形成するようにしてもよい。
に対する回折格子75の長さを部分的なものとし、この
回折格子75のグレーティング長LGおよび結合係数K
LGを適切に変化させることによって、所望の発振波長
スペクトル82の半値幅Δλhを得ることができ、この
半値幅Δλh内に複数の発振縦モードをもったレーザ光
を発振させることができ、第6の実施形態例と同様な作
用効果をもった半導体レーザ素子を実現することができ
る。
8の実施形態例である半導体レーザ素子の構成を示す長
手方向の縦断面図である。
回折格子75のグレーティング周期は一定であったが、
この第8の実施形態例では、回折格子75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
グを用い、これによって、回折格子75の波長選択特性
に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトル82の半値幅
Δλhを広げて、半値幅Δλh内の縦モード数を増加さ
せるようにしている。
5は、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75を有している。その他の構成
は、第6の実施形態例の半導体レーザ素子68と同じで
あり、同一構成部分には、同一符号を付して、説明を省
略する。
周期の周期的変化を示す図である。図20に示すよう
に、この回折格子75は、平均周期が230nmであ
り、±0.15nm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±0.15nmの周期揺
らぎによって回折格子75の反射帯域は、約2nmの半
値幅を有し、これによって、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持たせるこ
とができる。
LR全体にわたってチャープドグレーティングを形成す
るようにしていたが、これに限らず、第7の実施形態例
に示したようにチャープドグレーティングの回折格子7
5を、共振器長LRに対して部分的に配置するようにし
てもよい。すなわち、上述した第8の実施形態例に示し
たチャープドグレーティングを第7の実施形態例に適用
するようにしてもよい。
定の周期Cでグレーティング周期を変化させるチャープ
ドグレーティングとしたが、これに限らず、グレーティ
ング周期を、周期∧1(230nm+0.15nm)と
周期∧2(230nm−0.15nm)との間で、ラン
ダムに変化させるようにしてもよい。
∧1と周期∧2とを1回ずつ交互に繰り返す回折格子7
5a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∧1と周期∧2
とをそれぞれ複数回、交互に繰り返す回折格子75b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
∧1と連続する複数回の周期∧2とをもつ回折格子75
c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∧1と周期∧2との間の離散的な異なる値をも
つ周期を補間して配置するようにしてもよい。
素子に設けられる回折格子75としてチャープドグレー
ティングなどを用い、平均周期に対して±0.05〜
0.2nm程度の周期揺らぎをもたせることによって、
回折格子75の反射帯域の半値幅ひいては発振波長スペ
クトルの半値幅Δλhを決定し、該半値幅Δλh内に複
数の発振縦モードが含まれるレーザ光が出力されるよう
にする。この結果、第6の実施形態例あるいは第7の実
施形態例と同様な作用効果をもった半導体レーザ素子を
実現することができる。
態例の半導体レーザ素子では、2つのストライプに設け
られた回折格子75で選択される波長は略同一である。
これに対し、第9の実施形態例の半導体レーザ素子で
は、2つのストライプに設けられた回折格子75で選択
される波長が異なるように選択して設定されている。
れる波長がわずかにずれている場合(0.1以上3nm
未満、例えば約0.5nm程度)、両ストライプの出射
光の重ね合わせとして得られるスペクトルは、そのスペ
クトル半値幅内により多くの縦モードを有する。このた
め、DOPが効率的に低減され、ラマン増幅に好適に使
用することができる。
数十nm異なった波長(例えば3nm以上異なっていて
もよい。)のレーザ光を出射するように異なった波長の
回折格子75を設計することもできる。この場合、1つ
の半導体レーザ素子の2つのストライプから出射される
レーザ光は、パッケージ1内に内蔵される波長合成素子
によって波長合成され、これによって従来複数の半導体
レーザモジュールからの出力光を波長合成する際に使用
していた外部の波長合成カプラが不要となり、小型化、
省部品化が可能となる。
毎に制御することが必要となる場合がある。そこで、図
8(C)に示すように、2つのストライプの間に分離溝
38を形成し、その分離溝38表面を絶縁膜で被覆する
ことにより、2つのストライプを電気的に分離するのが
好ましい。
折格子75を任意に組み合わせて2つのストライプを形
成することにより、半導体レーザモジュールから出力さ
れる光の波長を任意に設定することができる。
を出射する2つのストライプから出射された光を、ルチ
ル等の複屈折物質を用いずに波長合成する場合、すなわ
ち、例えばプリズムを用いて波長合成する場合には、半
波長板6は使用しなくてもよい。
形態例のように、2つのレーザ光を出射するダブルスト
ライプ型半導体レーザモジュールでは、FBGを形成し
た偏波保存ファイバを取り付ける場合には、通常、偏波
保存ファイバの偏波保存軸にレーザ光の偏光方向が一致
するように調整することが行われる。
つのストライプに回折格子75を設けた第6〜第9の実
施形態例の半導体レーザ素子を用いて、FBGを不要と
し、さらに偏波保存ファイバの偏波保存軸を半導体レー
ザ素子の各レーザ光の偏光方向と45度ずれるように光
結合している。これによって、偏波保存ファイバをデポ
ラライザとして機能させることができ、DOPをより効
果的に低減することができる。
本発明の第11の実施形態例に係る半導体レーザモジュ
ールの構成を模式化して示す説明図である。
形態例では、2つのストライプに回折格子75を設けた
第6〜第10の実施形態例の半導体レーザ素子(代表し
て符号86とする)を用いて、光ファイバ8にFBG等
の光反射部15を設ける必要をなくし、さらに、半導体
レーザ素子86から出射された第1のレーザ光K1及び
第2のレーザ光K2を光ファイバ8に向かう方向にだけ
透過させる光アイソレータ94が、第1レンズ4と第2
レンズ16との間に配置されている。それ以外は第1の
実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。
光アイソレータ94を配置することにより、反射戻り光
を防止して半導体レーザ素子86の動作を安定化させる
ことができる。なお、光アイソレータ94は、第1のレ
ーザ光K1と第2のレーザ光K2が平行になっている箇
所、例えばプリズム5と半波長板6との間に配置される
ことにより、1つの光アイソレータ94で両方のレーザ
光に対応することができる。
ザ光K1,K2がPBC7の入射面に斜めに入射するよ
う、PBC7を傾けることにより、反射戻り光が半導体
レーザ素子2に結合することを防止するようにしてもよ
い。なお、本発明では、半波長板6とPBC7は同一の
保持部財14に固定されて偏波合成モジュール60が構
成されているため、角度調整が容易に行える。さらに、
図22(B)に示すように、PBC7の入射面をZ軸方
向に角度β(例えば4°)だけ傾斜して加工しておくこ
とによっても、反射戻り光が半導体レーザ素子2に結合
することを防止することができる。
の第12の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの
構成を模式化して示す説明図である。
では、2つのストライプ9,10を備えた半導体レーザ
素子2から出射された第1のレーザ光K1及び第2のレ
ーザ光K2のうち、第2のレーザ光K2が第1レンズ4
の中心点及び光ファイバ8の軸線方向を通過するように
構成されていることを特徴としている。
入力部7bと出力部7cとは第2のレーザ光K2の光軸
に対して垂直に形成され、第1のレーザ光K1の入力部
7aはこれらの面に対して傾斜して形成されている。そ
れ以外の点は第1の実施形態例の半導体レーザモジュー
ルと略同様である。
ザ光K2が第1レンズ4の中心点及び光ファイバ8の軸
線方向を通過し、第1のレーザ光K1が第1レンズ4に
よって第2のレーザ光K2との間隔を広げられるので、
プリズムを設ける必要がなくなり、構成を簡単にするこ
とができる。
の長さを短くできるので、高温状態において生じるパッ
ケージの反りに起因した光出力特性の変動を低減でき
る。
形成するために研磨を片側だけ行えばよいので、PBC
7を低コストで作製することができる。
心軸周りの角度調整を容易にするため、半波長板6とP
BC7とを同一のホルダ部材14に固定し偏波合成モジ
ュールとして構成してもよい。
係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説
明図である。
では、複数(図24の例では2つ)のプリズム5a,5
bが光軸方向に沿って設けられていることを特徴として
いる。プリズム5a、5bは、2つのレーザ光K1、K
2を入力する平坦な入力部と、これと非平行に形成され
た平坦な出力部を有している。それ以外の点は第1の実
施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。第
13の実施形態例によれば、2つのレーザ光K1,K2
を精度よく平行にすることが可能となる。なお、本実施
形態例では、第6乃至第9の実施形態例で示した各スト
ライプに互いに異波長の回折格子75を具備した半導体
レーザ素子を用いてもよい。
の第14の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの
構成を模式化して示す説明図である。
では、第13の実施形態例と同様のプリズム5a、5b
を用いるが、第1レンズ4を通過した第1のレーザ光K
1と第2のレーザ光K2とが略重なる位置にプリズム5
aの入射面が配置されていることを特徴としている。ま
た、本実施形態例における半導体レーザ素子2では、各
ストライプ9、10が互いに異波長の回折格子75を具
備している。第14の実施形態例によれば、プリズム5
を通過した略重なった2つのレーザ光K1、K2を集光
レンズ6に入射させることになるので、構成をより簡単
にすることができる。なお、ここではプリズム5a、5
bは波長合成手段として機能している。
の長さを短くできるので、高温状態において生じるパッ
ケージの反りに起因した光出力特性の変動を低減でき
る。
の第15の実施形態例に係るフォトダイオード(受光素
子)3の例を示す説明図である。
すように、半導体レーザ素子2の各ストライプ9,10
の後側端面(図26では左側)から出射された光を受光
する導波路型受光素子であってもよい。
(B)に示すように、半導体レーザ素子2の各ストライ
プ9,10の後側端面から出射された各光を受光してモ
ニタするように複数設けられていてもよい。この場合、
半導体レーザ素子2とフォトダイオード3との間に、半
導体レーザ素子2から出射された各光の間隔を広げるよ
うに分離させるレンズ95を配置するのが好ましい。
トダイオード3は、半導体レーザ素子2の各ストライプ
9,10の前側端面から出射されプリズム5によって反
射された各光をそれぞれ受光してモニタしてもよい。
て、例えばAPC(Auto Power Contr
ol)回路によってそれぞれ半導体レーザ素子2への駆
動電流量を調整して光出力が一定に制御される。
それぞれに独立してAPC制御をかけることが可能とな
り、レーザ光K1、K2を任意の光強度バランスに保つ
ことができる。
の第16の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの
構成を模式化して示す説明図である。
形態例に係る半導体レーザモジュールは、間隔を隔てて
形成された複数(図27の例では2つ)のストライプ
9,10を有し、各ストライプ9,10の前側端面から
複数のレーザ光K1、K2を出射する半導体レーザ素子
2と、半導体レーザ素子2から出射された複数のレーザ
光を別焦点に集光させる第1レンズ4と、第1レンズ4
を通過した複数のレーザ光の光合成手段として機能する
プリズム97と、プリズム97から出射されるレーザ光
を受光し外部に送出する光ファイバ8とを有する。
には前述した回折格子75が設けられ、ストライプ9,
10から各々異なる波長でレーザ光が出射される。
して、図27(B)に示すようにクサビ形プリズムが用
いられている。このクサビ形プリズムの入射側表面に
は、入射光の波長及び入射角に応じて光を反射又は透過
する波長選択フィルタ97aが設けられている。波長選
択フィルタ97aは、例えば誘電体多層膜により形成さ
れている。
したときの光透過率を示すグラフである。図28に示す
ように、波長選択フィルタ97aへの入射角度の違いに
より光の透過率に違いがあり、入射角度がθbの場合に
は、入射する光の波長がλx(θb)以下の光はほぼ1
00%透過し、λx(θb)よりも長い光はほぼ100
%反射する。また、入射角度がθaの場合には、入射す
る光の波長がλx(θa)以下の光はほぼ100%透過
し、λx(θa)よりも長い光はほぼ100%反射す
る。
には、全ての波長の光を反射する全反射膜97bと、光
の反射を防止する反射防止膜97cが設けられている。
K2の波長をそれぞれλa、λbとした場合に、波長選
択フィルタ97aへのレーザ光K1、K2の入射角度が
それぞれθa、θbとなるように、プリズム97を傾け
て配置している。
は、波長選択フィルタ97aの第1入力部I1に角度θ
aで入射すると、プリズム97の屈折率Npによって角
度θ’aで透過して、全反射膜97b(反射部)でθs
(θa+クサビ角度Ψ)の角度で反射し、第2のレーザ
光K2の入射位置に達する。
ィルタ97aの第2入力部I2に角度θbで入射する
と、プリズム97の屈折率Npによって角度θ’bで透
過する。第1のレーザ光K1は、波長選択フィルタ97
aの第2入力部I2においてθ’b(2θs+クサビ角
度Ψ)で反射するので、第1のレーザ光K1及び第2の
レーザ光K2は合成される。合成されたレーザ光(K1
+K2)は、反射防止膜97cが形成された出力部Oを
透過する。
以下のような数値に設計することにより実施することが
可能である。
発振波長:λa=1480nm、λb=1460nm (2)半導体レーザ素子の出射端面(前側端面)におけ
るレーザ光のスポット半径:ωLD=1.7μm (3)第1のストライプ9と第1レンズ4の光軸Cとの
距離:da=−tanαa・f2=19.16μm
4の光軸Cとの距離:db=−tanαb・f2=−1
9.16μm (5)第1レンズの焦点距離:f2=720μm (6)第1レンズ4の光軸Cと第1のレーザ光K1との
なす角度:αa=(θa−θb)/2=−1.524°
光K2とのなす角度:αb=(θb−θa)/2=1.
524° (8)プリズム97のパラメータ:Ψ=1°、Np=
1.5 (9)第1のレーザ光K1の入射位置でのプリズム97
の厚さ:t=1mm
過角:θa=12.050°、θ’a=8°、θb=1
5.098°、θ’b=10° (11)第1のレーザ光K1及び第2のレーザ光K2の
入射位置の間隔:Δy≒2(tanθa+Ψ)t≒0.
462mm (12)第1レンズ4の焦点位置からプリズム端面まで
の光軸上の距離:D≒Δy/(θb−θa)=8.7m
m
長:λx(θa)=1486.5nm,λx(θb)=
1470nm、,λx(0)=1522.6nm (14)第2レンズの焦点距離:f3=2100μm (15)光ファイバのモードフィールド半径:ωf=5
μm
レーザ光の交差角度θの許容誤差(光ファイバとの結合
効率が最大値から1dB低下する角度幅)Δθは0.0
13°程度であり、両レーザ光の交差角度の誤差をこの
許容範囲内に抑えるためには、くさび角Ψ=1±0.0
03°、da=−db=19.16±0.03μm、f
2=720±0.7μmとなるように、各々の部品を作
製すればよい。これにより、ストライプ9,10と光フ
ァイバ8との結合効率を、それぞれ80%以上にするこ
とが可能となる。
の第17の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの
構成を模式化して示す説明図である。
に係る半導体レーザモジュールは、間隔を隔てて形成さ
れた複数(図29の例では3つ)のストライプ9a,9
b,9cを有し、各ストライプ9a,9b,9cの前側
端面から複数のレーザ光K1、K2、K3を出射する半
導体レーザ素子2と、半導体レーザ素子2から出射され
た複数のレーザ光をそれぞれ別焦点に集光させる第1レ
ンズ4と、第1レンズ4を通過した複数のレーザ光を光
合成するプリズム97と、プリズム97から出射される
レーザ光を受光し外部に送出する光ファイバ8とを有す
る。
b、9cは前述した回折格子75が設けられ、ストライ
プ9a、9b、9cから各々異なる波長でレーザ光が出
射される。
97として、図30に示すように、クサビ形プリズムが
用いられている。このクサビ形プリズムの入射側表面に
は、入射光の波長及び入射角に応じて光を反射又は透過
する波長選択フィルタ97aが設けられている。波長選
択フィルタ97aは、例えば誘電体多層膜により形成さ
れている。さらに、クサビ形プリズムの出射側表面に
は、全ての波長の光を反射する全反射膜(反射部)97
bと、反射を防止する反射防止膜(出力部)97cが形
成されている。
K2、K3の波長をそれぞれλa、λb、λcとした場
合に、波長選択フィルタ97aへのレーザ光K1、K
2、K3の入射角度がそれぞれθa、θb、θcとなる
ように、プリズム97を傾けて配置している。
は、波長選択フィルタ97aの第1入力部I1に角度θ
aで入射すると、プリズム97の屈折率Npによって角
度θ’aで透過して、全反射膜97b(反射部)でθs
(θa+クサビ角度Ψ)の角度で反射し、第2のレーザ
光K2の第2入力部12に達する。
ィルタ97aの第2入力部I2に角度θbで入射する
と、プリズム97の屈折率Npによって角度θ’bで透
過する。第1のレーザ光K1は、波長選択フィルタ97
aの第2入力部I2においてθ’b(θs+クサビ角度
Ψ)で反射するので、第1のレーザ光K1及び第2のレ
ーザ光K2は合成される。合成されたレーザ光(K1+
K2)は、全反射膜97bでθt(θ’b+クサビ角度
Ψ)の角度で反射し、第3のレーザ光K3の第3入力部
I3に達する。
ィルタ97aの第3入力部I3に角度θcで入射する
と、プリズム97の屈折率Npによって角度θ’cで透
過する。合成レーザ光(K1+K2)は、波長選択フィ
ルタ97aの第3入力部I3においてθ’c(θt+ク
サビ角度Ψ)で反射するので、第3のレーザ光K3及び
合成レーザ光(K1+K2)は合成される。合成された
レーザ光(K1+K2+K3)は、反射防止膜97cが
形成された出力部Oを透過する。
内で反射される回数が異なっているため、出力部Oに到
達するまでに伝搬する光路長が異なっている。このよう
な複数のレーザ光を単一の光ファイバに光結合させよう
とすると、各レーザ光のビームウェストの位置がずれて
いるため、高い結合効率を得ることが困難になる。この
ため、各レーザ光の光路長の補正を行うことが必要にな
る。
は、第1のレーザ光K1の光路補正を行うための光路補
正プリズム96がプリズム97の前側に配置されている
(図31参照)。
プから出射されたレーザ光のz方向におけるガウシアン
ビーム(例えば図32参照)のビームウェストの位置ず
れΔzのほか、x,y各方向におけるガウシャンビーム
のビームウェストの位置ずれ(ΔX、Δy)を補正する
こともできる。(なお、ここで、図31において、x方
向は紙面表から裏に向かう方向、y方向は、紙面下から
上に向かう方向、z方向は紙面左から右に向かう方向を
示している。)
の長さをL、y−z平面内における光路補正プリズム9
6へのレーザ光の入射角をθyz、透過角をθyz’、
屈折率をNcとすると、y方向の補正量Δyは、次のよ
うに表すことができる。
(θyz−θyz’)tanθyz)≒Lθyz(ra
d)・(1−1/Nc) なお、x方向の補正量Δxも、zx平面内における入射
角θzxと透過角θzx’を用いて、同様の式で表現で
きる。
−1/Nc)Lとなる。
り、z方向の光路長を補正することが可能であると同時
に、該光路補正プリズム96をy軸の周りに(zx平面
内で)回転調整することにより、第1のレーザ光K1の
ビームウェストのx軸方向の位置ずれΔxを補正するこ
とができる。また、光路補正プリズム96をx軸の周り
に(yz平面内で)回転調整することによりビームウェ
ストのy軸方向の位置ずれΔyの補正を行うことができ
る。
プリズム96を挿入することにより、光路長差をほぼ完
全に補正できる。同様に、第2のレーザ光K2に対して
も光路補正プリズム96を挿入して光路長補正を行って
もよい。
に光路補正プリズム96を挿入しているので、各部品の
加工公差を比較的ゆるくしても、各レーザ光の光ファイ
バ8への光結合を約80パーセント以上とすることが可
能である。
より複数のレーザ光の間隔が広げられ、各レーザ光が重
なることなく独立しているので、各レーザ光について光
路補正プリズム96を挿入することができる。
以下のような数値に設計することにより実施することが
可能である。
発振波長:λa=1490nm、λb=1470nm、
λc=1450nm (2)半導体レーザ素子の出射端面(前側端面)におけ
るレーザ光のスポットサイズ:ωLD=1.7μm (3)第1のストライプ9aと第1レンズ4の光軸Cと
の距離:da=−tanαa・f2=−38.4μm (4)第3のストライプ9cと第1レンズ4の光軸Cと
の距離:dc=−tanαc・f2=38.6μm (5)第1レンズの焦点距離:f2=720μm (6)第1レンズ4の光軸Cと第1のレーザ光K1との
なす角度:αa=θa−θb=−3.05° (7)第1レンズの光軸Cと第3のレーザ光K3とのな
す角度:αc=θc−θa=3.07° (8)プリズム97のパラメータ:Ψ=1°、Np=
1.5 (9)第1のレーザ光K1の入射位置でのプリズム97
の厚さ:t=1mm (10)レーザ光のプリズムへの入射・透過角:θa=
12.050°、θ’a=8°、θb=15.10°、
θ’b=10°、θc=18.17°、θ’c=12° (11)第1のレーザ光K1と第2のレーザ光K2との
入射位置の間隔:Δy1≒2(tanθa+Ψ)t≒
0.462mm (12)第2のレーザ光K2と第3のレーザ光K3との
入射位置の間隔:Δy2≒2(tanθa+2Ψ/co
s2θa+Ψ)t≒0.535mm (13)第1レンズ4の焦点位置からプリズム97端面
までの光軸上の距離:D≒Δy2/(θc−θb)(r
ad)=10.0mm (14)波長選択フィルタ97aの遮断波長:λx(θ
a)=1502.77nm、λx(θb)=1483.
57nm、λx(θc)=1460nm、λx(0)=
1536.62nm
ーザ光K3の光路差は、約2.5mmとなる。この光路
差を補正するための光路補正プリズムとしては、シリコ
ン(Nc=3.4)を用い、かつ長さLを3.5mmと
すればよい。この場合、図31を参照して、光路長の補
正量Δzは、 Δz≒(1−1/Nc)L≒2.5mm となり、y方向の補正量Δyは、 Δy=D・(θb−θa)(rad)−Δy1=0.0
70mm また、yz面内におけるプリズム入射角θyzは、 θyz≒1.25° である。
におけるビームスポット径が、擬似平行光とされている
場合よりも小さくなるよう、第1レンズ4と第2レンズ
16の位置を調整すれば、第1レンズ4出射後のビーム
の交差角度θの許容誤差Δθを大きく取ることができる
ようになり、これによってプリズム97のくさび角Ψの
許容誤差はΨ=1±0.05°、da、dcの作製公差
を±0.1μmとすることができ、また、プリズムをほ
ぼ無調整で配置し、低損失での合波が可能となる。
化すると、半導体レーザ素子2の第1〜n(nは2以上
の整数)のストライプからそれぞれ第1〜第n波長の光
を出射した場合、プリズム97は、第1〜第n波長の光
をそれぞれ入射する第1〜第n入力部と、光を全反射す
る反射部と、出力部とを備えたものであり、各第i(i
は2〜nの全ての整数)入力部と反射部は、第i−1入
力部から光合成手段内に入射した第1乃至第i−1光が
反射部において第i入力部に向かって反射され、第i入
力部において第i波長の光の進行方向に反射されて、第
i波長の光と合成されるように構成され、かくして合成
された第1〜第n波長の光は出力部を介して光ファイバ
に結合される。
例は、上述した第1〜第17の実施形態例に示した半導
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。
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、例えばWDM通信システムに用いられ
る。図33に示すように、本発明の第18の実施形態例
に係るラマン増幅器48は、信号光が入力される入力部
49と、信号光が出力される出力部50と、入力部49
と出力部50の間で信号光を伝送する光ファイバ(増幅
用ファイバ)51と、励起光を発生させる励起光発生部
52と、励起光発生部52によって発生された励起光と
光ファイバ(増幅用ファイバ)51に伝送される信号光
とを合波するWDMカプラ53とを有する。入力部49
とWDMカプラ53との間及び出力部50とWDMカプ
ラ53との間には、入力部49から出力部50への方向
の信号光だけを透過させる光アイソレータ54がそれぞ
れ設けられている。
るレーザ光を出射する本発明の実施形態例に係る複数の
半導体レーザモジュールMと、半導体レーザモジュール
Mから出射されたレーザ光を合成するWDMカプラ55
とを有する。
励起光は、偏波保存ファイバ55aを介してWDMカプ
ラ55によって合成され、励起光発生部52の出射光と
なる。
DMカプラ53により光ファイバ51に結合され、一
方、入力部49から入力された信号光は、光ファイバ5
1で励起光と合波されて増幅され、WDMカプラ53を
通過し、出力部50から出力される。
光(増幅信号光)は、WDMカプラ53及び光アイソレ
ータ54を介してモニタ光分配用カプラ56に入力され
る。モニタ光分配用カプラ56は、増幅信号光の一部を
制御回路57に分配し、残りの増幅信号光は出射レーザ
光として出力部50から出力される。
号光をもとに各半導体レーザモジュールMのレーザ出射
状態、例えば光強度を制御し、光増幅の利得が波長に対
して平坦な特性となるようにフイードバック制御する。
からの出射光が偏波合成されて無偏光化された半導体レ
ーザモジュールを用いた場合には、高い利得を得ること
ができるとともに、信号光の偏波状態によらず、安定し
た利得を得ることができる。
れた半導体レーザ素子が内蔵された半導体レーザモジュ
ールを用いた場合には、FBG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、増幅された信号光のノイズを抑えるこ
とができる。
ードで発振しているため、誘導ブリルアン散乱を発生さ
せずに、安定し、低ノイズで、かつ高いラマン利得を得
ることができる。
方励起方式であるが、上述したように、半導体レーザモ
ジュールが無偏光化され、かつ相対雑音強度(RIN)
の低減され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、信号光の偏波状態
によらず、安定した利得を得ることができる。
したようにWDM通信システムに適用することができ
る。図34は、図33に示したラマン増幅器を適用した
WDM通信システムの構成を示すブロック図である。
出された波長λ1〜λnの光信号は、光合波器88によ
って合波され、1つの光ファイバ89に集約される。こ
の光ファイバ89の伝送路上には、図33に示したラマ
ン増幅器に対応した複数のラマン増幅器90が距離に応
じて配置され、減衰した光信号を増幅する。
光分波器91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92に受信される。なお、光
ファイバ89上には、任意の波長の光信号を付加し、取
り出したりするADM93(Add/DropMult
iplexer)が挿入される場合もある。
とはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範
囲内において、種々の変更が可能である。
ュールMでは、半導体レーザ素子2とホルダ部材14と
は同一の冷却装置20によって冷却されるが、別個の冷
却装置を用いて、半導体レーザ素子2とホルダ部材14
とを独立に温度制御してもよい。
を用いることを示したが、例えばファラデー素子を用い
て偏光面を回転させてもよい。この場合、ファラデー素
子をコイルの内部に配置し、ファラデー素子に印加する
磁界強度をコイルに流す電流の大きさによって可変とす
れば、レーザの波長のばらつきや、温度のばらつきによ
る偏光面の回転角のばらつきを、コイルに流す電流の大
きさを調整することによって個々に補償することが可能
となる。
モジュールは、ラマン増幅用の励起光源に用いるだけで
なく、例えば、0.98μm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。さらに、
本発明の実施形態例の半導体レーザモジュールを信号光
源として用いることも可能である。
ストライプの数は、2本又は3本に限定されず、4本以
上あってもよい。
材をホルダ部材に一体に保持して固定するので、プリズ
ム及び光合成部材を一緒に調芯することができる。その
結果、調芯時間が短縮化され、光合成モジュールの製造
時間を短縮化することができる。
芯するので、調芯精度が向上し、光合成モジュールの信
頼性が向上する。
体レーザモジュールの構成を示す側面断面図、(B)は
半導体レーザ素子がヒートシンク上に固定して取り付け
られている状態を示す側面図である。
モジュールの構成を模式化して示す説明図である。
はその平面図である。
(B)はその側面断面図、(C)はその正面図である。
おいて駆動電流2A(つまりストライプ1本あたり1
A)を印加した時のスペクトルを示すグラフである。
おいてLD駆動電流に対するファイバ出力を示すグラフ
である。
明するための説明図である。
明するための説明図であり、図8(B)及び(C)は図
8(A)のa−a線断面図である。
る。
ザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
ザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
ールを示す分解斜視図である。
図である。
子を示す説明図である。
例の半導体レーザ素子の構成を説明するための説明図で
あり、図15(B)及び(C)は、それぞれ図15
(A)のb−b線断面図、c−c線断面図である。
子の発振波長スペクトルと発振縦モードとの関係を示す
グラフである。
数発振縦モードとのレーザ光出力パワーの関係及び誘導
プリルアン散乱のしきい値を示す図である。
導体レーザ素子の構成を示す長手方向の縦断面図であ
る。
ザ素子の構成を示す長手方向の縦断面図である。
た回折格子の周期揺らぎを示す説明図である。
た回折格子の周期揺らぎを実現する変形例を示す説明図
である。
ーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
ーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
ーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
ーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
イオード(受光素子)の例を示す説明図である。
ーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
過率を示すグラフである。
ーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
ある。
ある。
明図である。
幅器の構成を示すブロック図である。
M通信システムの構成を示すブロック図である。
た従来の半導体レーザ装置を説明するための説明図であ
る。
Claims (16)
- 【請求項1】複数のレーザ光の光路を補正するプリズム
と、 前記プリズムを通過した複数のレーザ光を光合成する光
合成部材と、 前記プリズム及び光合成部材を一体に保持するホルダ部
材と、 を有することを特徴とする光合成モジュール。 - 【請求項2】前記ホルダ部材は、収容部が形成されてお
り、 前記ホルダ部材の収容部に配置される1つ又は複数の調
整シートを有し、前記プリズム及び光合成部材は前記い
ずれかの調整シート上に配置され、前記プリズムと前記
光合成部材とに当接し、これらを前記調整シートとの間
に挟み込む板部材を有することを特徴とする請求項1に
記載の光合成モジュール。 - 【請求項3】前記調整シートは、変形可能な材質で作ら
れていることを特徴とする請求項2に記載の光合成モジ
ュール。 - 【請求項4】前記調整シートは、柔軟部材又は弾性部材
で作られていることを特徴とする請求項3に記載の光合
成モジュール。 - 【請求項5】前記ホルダ部材の収容部の両端部に取り付
けられた第1のストッパー及び第2のストッパーを有す
ることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つの項
に記載の光合成モジュール。 - 【請求項6】前記第1のストッパー及び第2のストッパ
ーは、予めホルダ部材に一体に成形されていることを特
徴とする請求項5に記載の光合成モジュール。 - 【請求項7】前記調整シートの間に挟まれ、前記ホルダ
部材の収容部に配置される仕切部材を有することを特徴
とする請求項2乃至6のいずれか1つの項に記載の光合
成モジュール。 - 【請求項8】前記仕切部材に保持され、前記複数のレー
ザ光のいずれか1つのレーザ光が入射され、入射された
レーザ光の偏光面を所定角度に回転させる偏光回転部材
を有することを特徴とする請求項7に記載の光合成モジ
ュール。 - 【請求項9】前記板部材の、プリズムや光合成部材との
当接面の加工精度は、面粗度が、最大高さ10μm以
下、中心線平均粗さ5μm以下、10点平均粗さ10μ
m以下の少なくとも一つを満たすことを特徴とする請求
項2乃至8のいずれか1つの項に記載の光合成モジュー
ル。 - 【請求項10】前記調整シートは、前記プリズムが配置
される第1の調整シートと、前記光合成部材が配置され
る第2の調整シートとからなることを特徴とする請求項
2乃至9のいずれか1つの項に記載の光合成モジュー
ル。 - 【請求項11】前記収容部は、長手方向に形成される溝
部を有することを特徴とする請求項2乃至10のいずれ
か1つの項に記載の光合成モジュール。 - 【請求項12】前記請求項10に記載の光合成モジュー
ルの製造方法において、 前記仕切部材をホルダ部材の収容部に固定する工程と、 前記第1のストッパーと仕切部材との間のホルダ部材の
収容部に第1の調整シートを嵌めて配置するとともに、
第2のストッパーと仕切部材との間のホルダ部材の収容
部に第2の調整シートを嵌めて配置する工程と、 前記第1の調整シート上にプリズムを載置するととも
に、前記第2の調整シート上に光合成部材を載置する工
程と前記ホルダ部材の収容部の開口側に板部材を嵌め
て、前記板部材に面接触した前記プリズム及び光合成部
材を押圧して位置決めする工程と、 前記板部材とホルダ部材とを固定する工程と、 を有することを特徴とする光合成モジュールの製造方
法。 - 【請求項13】間隔を隔てて形成された複数のストライ
プを有し、前記各ストライプの一方側端面から複数のレ
ーザ光を出射する半導体レーザ素子と、 その半導体レーザ素子から出射された複数のレーザ光を
別焦点に集光させる第1レンズと、 その第1レンズを通過した複数のレーザ光を光合成する
前記請求項1乃至11のいずれか1つの項に記載の光合
成モジュールと、 その光合成モジュールから出射されるレーザ光を受光し
外部に送出する光ファイバと、 を有することを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 【請求項14】請求項13に記載された半導体レーザモ
ジュールの製造方法において、 前記半導体レーザ素子を基台上に固定する第1の工程
と、 前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、
前記第1レンズを調芯して前記基台上に固定する第2の
工程と、 前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、
前記光合成モジュールを調芯して前記基台上に固定する
第3の工程と、 前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、
前記光ファイバを調芯して固定する第4の工程と、 を有することを特徴とする半導体レーザモジュールの製
造方法。 - 【請求項15】前記請求項13に記載の半導体レーザモ
ジュールを光増幅用の励起光源として用いていることを
特徴とする光増幅器。 - 【請求項16】前記励起光源は、ラマン増幅に用いられ
ることを特徴とする請求項15に記載の光増幅器。
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