JP2010239079A - 半導体レーザモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の小型化、消費電力や製造コストの低減を図ることができ、トラッキングエラーやロック波長の変動を改善でき、正確な光出力をモニタすることができる半導体レーザモジュールを提供する。
【解決手段】半導体レーザモジュールM1は、発光素子1と、発光素子1から出射されるレーザ光を第1のレーザ光L1及び第2のレーザ光L2に分岐する光分岐部材2と、第1のレーザ光L1を受光する第1の受光素子3と、第2のレーザ光L2を受光する第2の受光素子4と、光ファイバ5と有し、第1の受光素子3は、表面に高反射膜3aがコーティングされたフォトダイオードであり、受光した第1のレーザ光L1を反射して光ファイバ5に導くとともに、透過した一部のレーザ光を電流に変換してモニタし、第2の受光素子4は、表面に反射防止膜4aがコーティングされたフォトダイオードであり、受光した第2のレーザ光L2を電流に変換してモニタする。
【選択図】 図1
【解決手段】半導体レーザモジュールM1は、発光素子1と、発光素子1から出射されるレーザ光を第1のレーザ光L1及び第2のレーザ光L2に分岐する光分岐部材2と、第1のレーザ光L1を受光する第1の受光素子3と、第2のレーザ光L2を受光する第2の受光素子4と、光ファイバ5と有し、第1の受光素子3は、表面に高反射膜3aがコーティングされたフォトダイオードであり、受光した第1のレーザ光L1を反射して光ファイバ5に導くとともに、透過した一部のレーザ光を電流に変換してモニタし、第2の受光素子4は、表面に反射防止膜4aがコーティングされたフォトダイオードであり、受光した第2のレーザ光L2を電流に変換してモニタする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、主に光通信分野に用いられる半導体レーザモジュールに関する。
一般に、光通信における信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源等として半導体レーザモジュールが用いられている。
半導体レーザモジュールでは、レーザ光の光出力(パワー)や波長を安定的に制御する必要がある。そのため、発光素子から出射されたレーザ光をモニタ用のレーザ光として受光素子で受光し、光出力や波長を検出して制御しており、モニタ用のレーザ光を発光素子の前側端面から出射されたレーザ光を用いるタイプ(FFM(Front Facet Monitor))と、発光素子の後側端面から出射されたレーザ光を用いるタイプ(RFM(Rear Facet Monitor))とが知られている。
図8は従来のFFMタイプの半導体レーザモジュールの一例を示す説明図である。
図8に示すように、従来の半導体レーザモジュールM8は、レーザダイオード(半導体レーザ素子)等の発光素子50と、発光素子50から出射されたレーザ光を平行にする平行レンズ51と、平行レンズ51によって平行になったレーザ光を2つに分岐する第1のビームスプリッタ52と、第1のビームスプリッタ52によって分岐された一方のレーザ光を受光するフォトダイオード等の第1の受光素子53と、第1のビームスプリッタ52によって分岐された他方のレーザ光を2つに分岐する第2のビームスプリッタ54と、第2のビームスプリッタ54によって分岐された一方のレーザ光をエタロン等の光フィルタ55に透過させた後に受光するフォトダイオード等の第2の受光素子56と、第2のビームスプリッタ54によって分岐された他方のレーザ光を集光する集光レンズ57と、集光レンズ57によって集光されたレーザ光を入射して外部に送出する光ファイバ58とを有する。
図8に示すように、従来の半導体レーザモジュールM8は、レーザダイオード(半導体レーザ素子)等の発光素子50と、発光素子50から出射されたレーザ光を平行にする平行レンズ51と、平行レンズ51によって平行になったレーザ光を2つに分岐する第1のビームスプリッタ52と、第1のビームスプリッタ52によって分岐された一方のレーザ光を受光するフォトダイオード等の第1の受光素子53と、第1のビームスプリッタ52によって分岐された他方のレーザ光を2つに分岐する第2のビームスプリッタ54と、第2のビームスプリッタ54によって分岐された一方のレーザ光をエタロン等の光フィルタ55に透過させた後に受光するフォトダイオード等の第2の受光素子56と、第2のビームスプリッタ54によって分岐された他方のレーザ光を集光する集光レンズ57と、集光レンズ57によって集光されたレーザ光を入射して外部に送出する光ファイバ58とを有する。
平行レンズ51と第1のビームスプリッタ52との間には、第1のビームスプリッタ52からの反射戻り光を阻止する光アイソレータ59が配置されている。
従来の半導体レーザモジュールM8では、第1の受光素子53により光出力をモニタし、そのモニタ結果に基づいて、例えばAPC(Auto Power Control)回路によって発光素子50への駆動電流量を調整することにより、光出力が一定になるように制御している。
また、第1の受光素子53及び第2の受光素子56に受光される光量からレーザ光の波長をモニタし、そのモニタ結果に基づいて、例えばペルチェモジュール等の温度調整部によって発光素子50の温度を調整することにより、所定の発光波長(ロック波長)を維持するように制御している(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−185074号公報
従来例では、2つのビームスプリッタが必要であるので、部品点数の増大や部品の設置スペースの増大のため、装置の大型化、温度調整に必要な消費電力の増大及び製造コストの増大を招くという課題があった。
また、光路長が長くなるため、光軸の変動量が増大し、トラッキングエラー(レーザ光の光出力値の変化率)やロック波長の変動が生じやすいという課題があった。
さらに、光ファイバに導かれるメインのレーザ光をモニタしていないので、光軸のずれを反映した光出力を正確にモニタすることは困難であるという課題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、装置の小型化、消費電力や製造コストの低減を図ることができ、トラッキングエラーやロック波長の変動を改善でき、正確な光出力をモニタすることができる半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
本発明の第1の半導体レーザモジュールは、発光素子と、当該発光素子から出射されるレーザ光を第1のレーザ光及び第2のレーザ光に分岐する光分岐部材と、前記第1のレーザ光を受光する第1の受光素子と、前記第2のレーザ光を受光する第2の受光素子と、光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、
前記第1の受光素子は、その表面に高反射膜がコーティングされ、受光した前記第1のレーザ光を反射して前記光ファイバに導くとともに、透過した一部のレーザ光をモニタし、
前記第2の受光素子は、その表面に反射防止膜がコーティングされ、受光した前記第2のレーザ光をモニタする、
ことを特徴とするものである。
前記第1の受光素子は、その表面に高反射膜がコーティングされ、受光した前記第1のレーザ光を反射して前記光ファイバに導くとともに、透過した一部のレーザ光をモニタし、
前記第2の受光素子は、その表面に反射防止膜がコーティングされ、受光した前記第2のレーザ光をモニタする、
ことを特徴とするものである。
前記光分岐部材と前記第2の受光素子との間には、所定波長のレーザ光を選択的に透過する光フィルタが配置されていてもよい。
前記光分岐部材は、平板形状のビームスプリッタであってもよい。
前記光分岐部材は、キューブ形状のビームスプリッタであってもよい。
前記光分岐部材は、レーザ光を反射する偏光子を備えた光アイソレータであってもよい。
前記発光素子と前記光分岐部材との間には、反射戻り光を阻止するための光アイソレータが配置されていてもよい。
本発明の第2の半導体レーザモジュールは、発光素子と、当該発光素子の一方の端面から出射される第1のレーザ光を受光する第1の受光素子と、前記発光素子の他方の端面から出射される第2のレーザ光を受光する第2の受光素子と、光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、
前記第1の受光素子は、表面に高反射膜がコーティングされ、受光した前記第1のレーザ光を反射して前記光ファイバに導くとともに、透過した一部のレーザ光をモニタし、
前記第2の受光素子は、表面に反射防止膜がコーティングされ、受光した前記第2のレーザ光をモニタする、
ことを特徴とするものである。
前記第1の受光素子は、表面に高反射膜がコーティングされ、受光した前記第1のレーザ光を反射して前記光ファイバに導くとともに、透過した一部のレーザ光をモニタし、
前記第2の受光素子は、表面に反射防止膜がコーティングされ、受光した前記第2のレーザ光をモニタする、
ことを特徴とするものである。
前記発光素子と前記第2の受光素子との間には、所定波長のレーザ光を選択的に透過する光フィルタが配置されていてもよい。
前記第1の受光素子と前記光ファイバとの間には、反射戻り光を阻止するための光アイソレータが配置されていてもよい。
本発明の第1の半導体レーザモジュールによれば、第1の受光素子によって第1のレーザ光を反射して光ファイバに導くので、レーザ光を分岐するための光分岐部材(ビームスプリッタ)が1つでよく、部品点数が減少し、部品の設置スペースを狭くできる。その結果、装置の小型化、温度調整に伴う消費電力の低減及び製造コストの低減を図ることができる。
また、光路長が短くなるので、光軸の変動量が低減し、トラッキングエラーやロック波長の変動を低減できる。
さらに、光ファイバに導くためのメインのレーザ光をモニタしているので、光軸のずれを反映した光出力を正確にモニタすることができる。
本発明の第2の半導体レーザモジュールによれば、RFMタイプであり、かつ第1の受光素子によって第1のレーザ光を反射して光ファイバに導くので、レーザ光を分岐するための光分岐部材が不要となり、部品点数がさらに減少し、部品の設置スペースを狭くできる。その結果、装置の小型化、温度調整に伴う消費電力の低減及び製造コストの低減を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1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一例を示す説明図である。
図1に示すように、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M1は、発光素子1と、発光素子1から出射されるレーザ光を第1のレーザ光L1及び第2のレーザ光L2に分岐する光分岐部材2と、第1のレーザ光L1を受光する第1の受光素子3と、第2のレーザ光L2を受光する第2の受光素子4と、光ファイバ5と、これらの部材を収容するパッケージ6と、制御部7とを有する。
発光素子1は、レーザ光を出射するレーザダイオード(半導体レーザ素子)である。
発光素子1と光分岐部材2との間には、発光素子1から出射されたレーザ光を平行にする平行レンズ8と、光分岐部材2からの反射戻り光を阻止する光アイソレータ9とが配置されている。
光分岐部材2は、キューブ形状のビームスプリッタ2aであり、入射したレーザ光の一部を90度反射させて第1のレーザ光L1に分岐するとともに、その一部を透過させて第2のレーザ光L2に分岐する。
第1の受光素子3は、表面に高反射膜3a(HR膜)がコーティングされたフォトダイオードであり、受光した第1のレーザ光L1を反射して光ファイバ5に導くとともに、透過した一部のレーザ光を電流に変換してモニタする。第1の受光素子3の反射率は、メインのレーザ光の光出力や自身の受光感度等により決定される。
第2の受光素子4は、表面に反射防止膜4a(AR膜)がコーティングされたフォトダイオードであり、受光した第2のレーザ光L2を電流に変換してモニタする。
光分岐部材2と第2の受光素子4との間には、所定波長のレーザ光を選択的に透過するエタロン等の光フィルタ10が配置されている。
第1の受光素子3と光ファイバ5との間には、第1のレーザ光L1を集光し、光ファイバ5に光結合するための集光レンズ11が配置されている。
制御部7は、第1の受光素子3によるモニタ結果に基づいて、例えばAPC回路によって発光素子1への駆動電流量を調整することにより、光出力が一定になるように制御する。
また、制御部7は、第1の受光素子3及び第2の受光素子4に受光される光量からレーザ光の波長をモニタし、そのモニタ結果に基づいて、例えばペルチェモジュール等の温度調整部によって発光素子1の温度を調整することにより、所定の発光波長を維持するように制御する。
次に、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M1の動作を説明する。
発光素子1から出射されたレーザ光は、平行レンズ8によって平行になり、光アイソレータ9を通過して、光分岐部材2に入射される。
入射されたレーザ光は、光分岐部材2により第1のレーザ光L1と第2のレーザ光L2とに分岐される。
光分岐部材2によって分岐された第1のレーザ光L1は、第1の受光素子3に受光され、表面にコーティングされた高反射膜3aによって反射されるとともに、透過した一部のレーザ光は電流に変換されてモニタされる。
第1の受光素子3によって反射された第1のレーザ光L1は、集光レンズ11によって集光されて光ファイバ5に入射して外部に送出される。
一方、光分岐部材2によって分岐された第2のレーザ光L2は、光フィルタ10を通って、第2の受光素子4に受光され、電流に変換されてモニタされる。
本発明の第1の実施形態例によれば、第1の受光素子3によって第1のレーザ光L1を反射して光ファイバ5に導くので、レーザ光を分岐するための光分岐部材(ビームスプリッタ)が1つでよく、部品点数が減少し、部品の設置スペースを狭くできる。その結果、装置の小型化、温度調整に伴う消費電力の低減及び製造コストの低減を図ることができる。
また、光路長が短くなるので、光軸の変動量が低減し、トラッキングエラーやロック波長の変動を低減できる。
さらに、光ファイバ5に導くためのメインのレーザ光をモニタしているので、光軸のずれを反映した光出力を正確にモニタすることができる。
図2は本発明の第2の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの一例を示す説明図である。
図2に示すように、本発明の第2の実施形態例に係る半導体レーザモジュールM2では、反射戻り光を阻止するための光アイソレータ9が第1の受光素子3と光ファイバ5との間に配置されている。
図2に示すように、本発明の第2の実施形態例に係る半導体レーザモジュールM2では、反射戻り光を阻止するための光アイソレータ9が第1の受光素子3と光ファイバ5との間に配置されている。
なお、発光素子1と光分岐部材2との間に光アイソレータ9を配置しない場合、光分岐部材2は、光軸に対して多少(約2〜4度程度)入射面が斜めになるように配置して、光分岐部材2からの反射戻り光を阻止する必要がある。
図3は本発明の第3の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの一例を示す説明図である。
図3に示すように、本発明の第3の実施形態例に係る半導体レーザモジュールM3では、光分岐部材2として、ビーム形状のビームスプリッタ2aの代わりに平板形状のビームスプリッタ2bが用いられている。
図3に示すように、本発明の第3の実施形態例に係る半導体レーザモジュールM3では、光分岐部材2として、ビーム形状のビームスプリッタ2aの代わりに平板形状のビームスプリッタ2bが用いられている。
図4は本発明の第4の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの一例を示す説明図である。
図4に示すように、本発明の第4の実施形態例に係る半導体レーザモジュールM4では、光分岐部材2として平板形状のビームスプリッタ2bが用いられ、入射したレーザ光の一部を光軸に対して所定角度θ1で反射させて第2のレーザ光L2に分岐するとともに、その一部を透過させて第1のレーザ光L1に分岐している。
なお、光分岐部材2として、キューブ形状のビームスプリッタ2aが用いられてもよい。
図5は本発明の第5の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの一例を示す説明図である。
図5に示すように、本発明の第5の実施形態例に係る半導体レーザモジュールM5では、光分岐部材2は、レーザ光を反射する偏光子12を備えた光アイソレータ2cが用いられ、入射したレーザ光の一部を光ファイバ5の設置側(図5では右側)に光軸に対して所定角度θ2で反射させて第2のレーザ光L2に分岐するとともに、その一部を透過させて第1のレーザ光L1に分岐している。
なお、レーザ光を反射する偏光子12を備えた光アイソレータ2cは、例えば本発明者らが発明し、本出願人が出願した特開2007−142110号公報(半導体レーザモジュール)に開示されている。
本発明の第5の実施形態例によれば、レーザ光を反射する偏光子12を備えた光分岐部材2cが光アイソレータ及びビームスプリッタの役割を兼用しているので、部品点数をさらに減少でき、部品の設置スペースをさらに狭くできる。その結果、装置の小型化、温度調整に伴う消費電力の低減及び製造コストの低減をより図ることができる。
図6は本発明の第6の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの一例を示す説明図である。
図6に示すように、本発明の第6の実施形態例に係る半導体レーザモジュールM6では、光分岐部材2は、レーザ光を反射する偏光子12を備えた光アイソレータ2cが用いられ、入射したレーザ光の一部を光ファイバ5の設置側の反対側(図6では左側)に所定角度θ3で反射させて第2のレーザ光L2に分岐するとともに、その一部を透過させて第1のレーザ光L1に分岐している。
本発明の第6の実施形態例では、光分岐部材2cにより、入射したレーザ光の一部を光ファイバ5の設置側の反対側に反射させているので、発光素子1から光ファイバ5までの光路長をさらに短くでき、トラッキングエラーやロック波長の変動をさらに低減できる。
図7は本発明の第7の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの一例を示す説明図である。
図7に示すように、本発明の第7の実施形態例に係る半導体レーザモジュールM7は、RFMタイプの半導体レーザモジュールであり、発光素子1と、発光素子1の一方の端面から出射される第1のレーザ光L1を受光する第1の受光素子3と、発光素子1の他方の端面から出射される第2のレーザ光L2を受光する第2の受光素子4と、光ファイバ5とを有する。
発光素子1と第2の受光素子4との間には、所定波長のレーザ光を選択的に透過するエタロン等の光フィルタ10が配置されている。
発光素子1と第1の受光素子3との間には、発光素子1の一方の端面から出射される第1のレーザ光L1を平行にする第1の平行レンズ8aが配置されている。
発光素子1と光フィルタ10との間には、発光素子1の他方の端面から出射される第2のレーザ光L2を平行にする第2の平行レンズ8bが配置されている。
反射戻り光を阻止するための光アイソレータ9が第1の受光素子3と光ファイバ5(図7の例では集光レンズ11)との間に配置されている。
本発明の第7の実施形態例では、RFMタイプの半導体レーザモジュールであり、かつ第1の受光素子3によって第1のレーザ光L1を反射して光ファイバ5に導くので、レーザ光を分岐するための光分岐部材2が不要となり、部品点数がさらに減少し、部品の設置スペースを狭くできる。その結果、装置の小型化、温度調整に伴う消費電力の低減及び製造コストの低減を図ることができる。
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、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。
本発明は、例えば光通信における信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源等に用いられる半導体レーザモジュールで利用される。
M1〜M7:半導体レーザモジュール
L1:第1のレーザ光
L2:第2のレーザ光
1:発光素子
2:光分岐部材
2a:キューブ形状のビームスプリッタ
2b:平板形状のビームスプリッタ
2c:偏光子を備えた光アイソレータ
3:第1の受光素子
3a:高反射膜
4:第2の受光素子
4a:反射防止膜
5:光ファイバ
6:パッケージ
7:制御部
8:平行レンズ
8a:第1の平行レンズ
8b:第2の平行レンズ
9:光アイソレータ
10:光フィルタ
11:集光レンズ
12:偏光子
L1:第1のレーザ光
L2:第2のレーザ光
1:発光素子
2:光分岐部材
2a:キューブ形状のビームスプリッタ
2b:平板形状のビームスプリッタ
2c:偏光子を備えた光アイソレータ
3:第1の受光素子
3a:高反射膜
4:第2の受光素子
4a:反射防止膜
5:光ファイバ
6:パッケージ
7:制御部
8:平行レンズ
8a:第1の平行レンズ
8b:第2の平行レンズ
9:光アイソレータ
10:光フィルタ
11:集光レンズ
12:偏光子
Claims (9)
- 発光素子と、当該発光素子から出射されるレーザ光を第1のレーザ光及び第2のレーザ光に分岐する光分岐部材と、前記第1のレーザ光を受光する第1の受光素子と、前記第2のレーザ光を受光する第2の受光素子と、光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、
前記第1の受光素子は、その表面に高反射膜がコーティングされ、受光した前記第1のレーザ光を反射して前記光ファイバに導くとともに、透過した一部のレーザ光をモニタし、
前記第2の受光素子は、その表面に反射防止膜がコーティングされ、受光した前記第2のレーザ光をモニタする、
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 前記光分岐部材と前記第2の受光素子との間には、所定波長のレーザ光を選択的に透過する光フィルタが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光分岐部材は、平板形状のビームスプリッタであることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光分岐部材は、キューブ形状のビームスプリッタであることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光分岐部材は、レーザ光を反射する偏光子を備えた光アイソレータであることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記発光素子と前記光分岐部材との間には、反射戻り光を阻止するための光アイソレータが配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つの項に記載の半導体レーザモジュール。
- 発光素子と、当該発光素子の一方の端面から出射される第1のレーザ光を受光する第1の受光素子と、前記発光素子の他方の端面から出射される第2のレーザ光を受光する第2の受光素子と、光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、
前記第1の受光素子は、表面に高反射膜がコーティングされ、受光した前記第1のレーザ光を反射して前記光ファイバに導くとともに、透過した一部のレーザ光をモニタし、
前記第2の受光素子は、表面に反射防止膜がコーティングされ、受光した前記第2のレーザ光をモニタする、
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 前記発光素子と前記第2の受光素子との間には、所定波長のレーザ光を選択的に透過する光フィルタが配置されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第1の受光素子と前記光ファイバとの間には、反射戻り光を阻止するための光アイソレータが配置されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1つの項に記載の半導体レーザモジュール。
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