JP2010239079A - 半導体レーザモジュール - Google Patents

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

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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

Claims (9)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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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