JP4043929B2

JP4043929B2 - Semiconductor laser device, semiconductor laser module, and Raman amplifier using the same

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Publication number: JP4043929B2
Application number: JP2002350145A
Authority: JP
Inventors: 順自吉田; 尚樹早水; 俊雄木村; 直樹築地; 裕清水
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP2003338659A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットをはじめとする様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１３１０ｎｍ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。
【０００３】
そこで、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：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、主にエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）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。
【０００４】
このＥＤＦＡを用いた一般的なＷＤＭ通信方式では、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。
【０００５】
ラマン増幅器は、エルビウムのような希土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。
【０００６】
ラマン増幅では、光ファイバに強い励起光を入射すると、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。
【０００７】
図３８は、ＷＤＭ通信システムに用いられ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３８において、ファブリペロー型の半導体発光素子１８０ａ〜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。
【０００８】
ＷＤＭカプラ６２は、アイソレータ６０を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。
【０００９】
増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅された信号光（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。
【００１０】
制御回路６８は、入力された一部の増幅信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。
【００１１】
図３９は、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の概要構成を示す図である。図３９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。
【００１２】
半導体発光素子２０２の光出射面２２３には、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２３３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。
【００１３】
【特許文献１】
特開平５−１４５１９４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した半導体レーザモジュール２０１（１８２ａ〜１８２ｄ）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。
【００１５】
ここで、ラマン増幅器としては、図３８に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が、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おいて、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。
【００１６】
また、上述した半導体レーザモジュール２０１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、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。
【００１７】
さらに、ラマン増幅器におけるラマン増幅では、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、デポ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 Polarization）を小さくする必要がある。
【００１８】
ここで、半導体レーザ素子をラマン増幅器などの分布型増幅器の励起用光源として用いる場合、ラマン増幅利得を大きくするために励起光出力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を有し、この閾値を高くする必要がある。
【００１９】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、ラマン増幅器などの励起用光源に適し、所望の発振波長のレーザ光を安定かつ高効率に出力することができ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。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明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に沿って部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって複数の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装置において、前記活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳する変調手段を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、回折格子による波長選択特性によって複数の発振縦モードをもたせ、かつ、変調手段が、前記活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳し、各発振縦モードのスペクトル幅を広げるようにしている。
【００２２】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記回折格子を含む周囲近傍への電流注入が抑制される非電流注入領域が形成され、前記変調手段によって前記変調信号が重畳された電流を前記非電流注入領域外の領域から注入することを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、前記変調手段が、前記変調信号が重畳された電流を前記非電流注入領域外の領域から注入するようにしているので、たとえば、回折格子近傍の屈折率が変化しないようにしている。
【００２４】
また、この発明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反射膜との間に活性層と光導波路層とを設け、該光導波路層の近傍に沿って部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって複数の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装置において、前記活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳する変調手段を備えたことを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、回折格子による波長選択特性によって複数の発振縦モードをもたせ、かつ、変調手段が、前記活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳し、各発振縦モードのスペクトル幅を広げるようにしている。
【００２６】
また、この発明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反射膜との間に活性層と光導波路層とを設け、該光導波路層の近傍に沿って部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって複数の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装置において、前記光導波路層に変調信号を印加する変調手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、回折格子による波長選択特性によって複数の発振縦モードをもたせ、かつ、変調手段が、前記光導波路層に変調信号を印加し、各発振縦モードのスペクトル幅を広げるようにしている。
【００２８】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記変調信号は、正弦波信号であることを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、前記変調信号を正弦波信号としているので、ノイズ成分の広がりを抑えることができる。
【００３０】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記変調信号の電流振幅は、前記バイアス電流の電流値の０．１〜１０％の電流振幅をもつことを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、前記変調信号の電流振幅を、前記バイアス電流の電流値の０．１〜１０％とすることによって、レーザ光のスペクトル幅を所望の値に設定でき、かつ誘導ブリルアン散乱を抑制することができる。
【００３２】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記変調信号の光振幅は、前記レーザ光の光出力の０．１〜１０％の光振幅をもつことを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、前記変調信号の光振幅を、前記レーザ光の光出力の０．１〜１０％とすることによって、レーザ光のスペクトル幅を所望の値に設定でき、かつ誘導ブリルアン散乱を抑制することができる。
【００３４】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記変調信号の周波数は、５〜１０００ｋＨｚの範囲であることを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、前記変調信号の周波数は、５〜１０００ｋＨｚの範囲とすることによって、レーザ光のスペクトル幅を所望の値に設定でき、かつ誘導ブリルアン散乱を抑制することができる。
【００３６】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記変調信号の周波数および変調度は、当該半導体レーザ装置のレーザ光を用いる装置に最終的に外部出力されるまでの減衰量を加味して決定することを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、前記変調信号の周波数および変調度を、当該半導体レーザ装置のレーザ光を用いる装置に最終的に外部出力されるまでの減衰量を加味して決定し、可能な限り小さな値にすることによってＲＩＮの抑制とともに誘導ブリルアン散乱を抑制することができる。
【００３８】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、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。
【００３９】
この発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記回折格子の回折格子長を、３００μｍ以下としている。
【００４０】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、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。
【００４１】
この発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記回折格子の回折格子長を、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下としている。
【００４２】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、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。
【００４３】
この発明によれば、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以下とし、駆動電流−光出力特性の線形性を良好にし、光出力の安定性を高めるようにしている。
【００４４】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、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をランダムあるいは所定周期で変化させたことを特徴とする。
【００４５】
この発明によれば、前記回折格子の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、回折格子の波長選択に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトルの半値幅を広げるようにしている。
【００４６】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さは、８００μｍ以上であることを特徴とする。
【００４７】
この発明によれば、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さを、８００μｍ以上とし、高出力動作を可能としている。
【００４８】
また、この発明にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明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の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。
【００４９】
この発明によれば、ＲＩＮを小さく、誘導ブリルアン散乱の閾値を大きくすることができることに加え、ファイ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、かつ安定して出力し、さらに低コスト化を実現することができる。
【００５０】
また、この発明にかかる半導体レーザモジュールは、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。
【００５１】
この発明によれば、ファイ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、偏波無依存アイソレータを使用することができ、挿入損失が小さく、さらにＲＩＮが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。
【００５２】
また、この発明にかかるラマン増幅器は、上記の発明に記載の半導体レーザ装置、あるいは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。
【００５３】
この発明によれば、上記の発明に記載の半導体レーザ装置、あるいは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。
【００５４】
また、この発明にかかるラマン増幅器は、上記の発明に記載の半導体レーザ装置、あるいは半導体レーザモジュールは、広帯域ラマン増幅用の励起光源であって、前方励起用光源あるいは双方向励起方式における前方励起用光源として用いられることを特徴とする。
【００５５】
この発明によれば、上記の発明に記載の半導体レーザ装置、あるいは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であって、前方励起用光源あるいは双方向励起方式における前方励起用光源として用い、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。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この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これを用いたラマン増幅器の好適な実施の形態について説明する。
【００５７】
（実施の形態１)
まず、この発明の実施の形態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を斜めからみた破断図である。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。また、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−ＳＣＨ−ＭＱＷ（Graded Index-Separate Confinement Heterostructure Multi Quantum Well）活性層３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、およびｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が積層された構造を有する。
【００５８】
ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内には、膜厚２０ｎｍを有し、出射側反射膜１５の反射端面から反射膜１４側に向けて長さＬｇ＝５０μｍの回折格子１３が設けられ、この回折格子１３は、ピッチ約２２０ｎｍで周期的に形成され、中心波長１．４８μｍのレーザ光を波長選択する。ここで、回折格子１３は、回折格子の結合係数κと回折格子長Ｌｇとの乗算値を０．３以下とすることによって、駆動電流−光出力特性の線形性を良好にし、光出力の安定性を高めている（特願２００１−１３４５４５参照）。また、共振器長Ｌが１３００μｍの場合、回折格子長Ｌｇが約３００μｍ以下のときに複数の発振縦モード数で発振するので、回折格子長Ｌｇは３００μｍ以下とすることが好ましい。ところで、共振器長Ｌの長短に比例して、発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Ｌｇ：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。すなわち、回折格子長Ｌｇは、共振器長Ｌとの比を保つように設定され、共振器長Ｌの（３００／１３００）倍の値以下としている（特願２００１−１３４５４５参照）。この回折格子１３を含むｐ−ＩｎＰスペーサ層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、メサストライプの長手方向の両側には、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−ＩｎＰブロッキング層９とによって埋め込まれている。また、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｐ側電極１０が形成される。一方、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面には、ｎ側電極１１が形成される。なお、この半導体レーザ装置２０から出力されたレーザ光は、単一横モード発振していればよく、活性層あるいは光導波路の構造はストライプ構造に限られない。
【００５９】
半導体レーザ装置２０の長手方向の一端面である光反射端面には、反射率８０％以上、好ましくは９８％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１０％以下、好ましくは５％、１％、０．５％以下、さらに好ましくは０．１％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ＧＲＩＮ−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が、この際、回折格子１３によって波長選択されて出射される。
【００６０】
また、この半導体レーザ装置２０は、バイアス電流をｐ側電極１０に印加する電流駆動部２１と、このバイアス電流を変調する変調周波数信号を印加する変調信号印加部２２とを有する。変調信号印加部２２から出力された変調周波数信号は、接続点２３においてバイアス電流に重畳され、この変調周波数信号が重畳された重畳信号はｐ側電極１０に印加されることになる。
【００６１】
この変調周波数信号は、５〜１０００ｋＨｚの正弦波信号であり、バイアス電流の値の０．１〜１０％程度の振幅値を有する。すなわち、この変調周波数信号はバイアス電流の値の±１０％まで変調される。なお、レーザ光の変調は、バイアス電流の値の１〜１０％程度の振幅値に限らず、光出力の値の１〜１０％程度の振幅値で変調するように定義してもよい。さらに、変調周波数信号は、正弦波信号に限らず、三角波信号などの周期信号であってもよい。この場合、三角波信号などの他の周期信号は複数の正弦波成分を含むため、正弦波信号を変調周波数信号とするのが好ましい。
【００６２】
この実施の形態１における半導体レーザ装置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３２００μｍ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、実効屈折率を「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。
【００６３】
一方、回折格子１３は、そのブラッグ波長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４に示す発振波長スペクトル３０として表される。
【００６４】
図４に示すように、この実施の形態１では、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ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）半導体レーザ装置あるいはＤＦＢ（Distributed Feedback）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４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。
【００６５】
ところで、図４に示した各発振縦モード３１〜３３のスペクトル幅は、電流駆動部２１から出力されるバイアス電流のみによって駆動される場合に比して広くなっている。これは、変調信号印加部２２から出力された変調周波数信号によって広げられたものである。図５は、バイアス電流に変調周波数信号が重畳された重畳信号によって駆動された場合における光出力の時間変化を示す図である。図５において、変調周波数信号は、バイアス電流の値の１％の振幅値を有する正弦波信号であり、バイアス電流のみによって駆動された場合の光出力の振幅を、正弦的に１％変化させている。この動作は、図６に示すように、半導体レーザ装置の電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性に変調をかけた場合に相当する。
【００６６】
図６に示した変調領域では、Ｉ−Ｌ特性がリニアであるため、変調周波数信号によって変調された駆動電流の変調度がそのまま光出力の変調度となる。したがって、この変調領域においては、図７に示すように、変調周波数の振幅を１％に維持した駆動電流を印加するのみで、常に光出力の変調度は１％に維持され、光出力の変調度の制御が容易になる。一方、さらに光出力が増大する領域では、変調周波数信号によって変調された駆動電流の変調度と光出力の変調度とが一致しなくなる。この場合、変調周波数信号の振幅値を調整し、図５に示すように、常に光出力の変調度が１％になるように制御する。
【００６７】
このようにして、半導体レーザ装置に印加される駆動電流の値が変化すると、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３などのレーザ光の発光領域の実効屈折率ｎが変化する。この実効屈折率ｎが変化すると、光学的な共振器長Ｌopも変化する。
すなわち、物理的な共振器長を「Ｌ」とすると、光学的な共振器長Ｌopは、
Ｌop＝ｎ・Ｌ
で表され、実効屈折率ｎの変化に追随して、光学的な共振器長Ｌopが変化する。
この光学的な共振器長Ｌopが変化すれば、ファブリペローモードでは、その共振器波長も変化する。すなわち、その共振器波長も正弦的に変化することになる。
【００６８】
図８は、半導体レーザ装置での電流変化に対する波長変化を示す図である。図８に示すように、発振縦モードの波長は、上述したように電流変化に対応した実効屈折率ｎが変化し、この屈折率変化によって発振縦モードの波長が微少に変化する。なお、電流変化が大きい場合には、隣接する発振縦モードにホップすることになり、発振縦モードの波長は急激に変化する。したがって、微少な波長変化となる範囲において微少な電流変化を生じさせる変調周波数信号とする必要がある。この変調周波数信号は、ノイズ成分となる。図９は、周波数に対する相対強度雑音（ＲＩＮ：Relative Intensity Noise）の関係を示す図であり、低い周波数の変調周波数信号成分は、大きなＲＩＮの値を呈するが、この周波数領域は、既知であり、信号増幅領域として使用しなければよい。
【００６９】
このような電流変化に対応した波長変化は、結果的に発振縦モードのスペクトル幅を増大させることになる。図１０は、変調周波数信号を重畳しないＤＦＢ型半導体レーザ装置の発振縦モードのスペクトル波形と、変調周波数信号が重畳されたこの実施の形態１である半導体レーザ装置の発振縦モードのスペクトル波形とを示す図である。図１０（ａ）は、ＤＦＢ型半導体レーザ装置に変調周波数信号を重畳しない場合における発振縦モードのスペクトル波形を示し、図１０（ｂ）は、変調周波数信号を重畳したこの実施の形態１である半導体レーザ装置の発振縦モードのスペクトル波形を示している。図１０（ｂ）に示した発振縦モードのスペクトル幅は、波長変化することによって広がり、しかも図４に示したように、複数の発振縦モードによってエネルギーが分散されるため、同じ光出力エネルギーを得る場合（図１０（ａ）と図１０（ｂ））、ピーク値が減少することになる。この結果、複数の発振縦モードの形成と変調周波数信号の重畳とによって、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐthを相対的に高くすることができる。
【００７０】
一般に、図１１に示すように、変調周波数信号の振幅値を増大すると、各発振縦モードのスペクトル幅は増大し、図１２に示すように、スペクトル幅が増大すると、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐthは、光出力に対して増大する。したがって、誘導ブリルアン散乱を低減することができる安定した高い光出力の半導体レーザ装置を実現することができる。
【００７１】
なお、発振縦モード３１〜３３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。
【００７２】
上述した観点から、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈ内に含まれる発振縦モードの本数は、複数であることが望ましく、各発振縦モードのスペクトル幅も広いことが望ましい。ところで、ラマン増幅では、増幅利得に偏波依存性があるため、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。このための方法として、励起光を無偏光化（デポラライズ）する方法があり、具体的には、２台の半導体レーザ装置２０からの出力光を偏波合成カプラを用いて偏波合成する方法のほか、デポラライザとして所定長の偏波面保持ファイバを用いて、１台の半導体レーザ装置２０から出射されたレーザ光を、この偏波面保持ファイバに伝搬させる方法がある。無偏光化の方法として、後者の方法を使用する場合には、発振縦モードの本数の増大および発振縦モードのスペクトル幅の拡大に従ってレーザ光のコヒーレンシーが低くなるので、無偏光化に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。従って、ラマン増幅器に使用するために半導体レーザ装置２０から出射されるレーザ光を無偏光化する場合に、２台の半導体レーザ装置の出射光を偏波合成して利用しなくても、１台の半導体レーザ装置２０の出射レーザ光を無偏光化して利用することが容易となるので、ラマン増幅器に使用される部品数の削減、小型化を促進することができる。
【００７３】
ここで、発振波長スペクトル幅が広すぎると、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。
【００７４】
さらに、従来の半導体レーザ装置では、図３８または図３９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。
【００７５】
また、図３８または図３９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。
【００７６】
なお、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、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もよい。
【００７７】
図１３は、回折格子１３のグレーティング周期の周期的変化を示す図である。この回折格子１３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としている。図１４では、この回折格子１３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Δλh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。
【００７８】
図１３に示すように、回折格子１３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±０．０２ｎｍ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。
【００７９】
たとえば、図１４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１４において、周期Λ₁の回折格子は、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、周期Λ₂の回折格子は、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、周期Λ₁，Λ₂の回折格子による複合発振波長スペクトル４５は、この複合発振波長スペクトル４５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。
【００８０】
なお、回折格子１３の構成としては、一定の周期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に限らず、グレーティング周期を、周期Λ₁（２２０ｎｍ＋０．０２ｎｍ）と周期Λ₂（２２０ｎｍ−０．０２ｎｍ）との間でランダムに変化させるようにしてもよい。
【００８１】
さらに、図１５（ａ）に示すように、異なる周期Λ₃と周期Λ₄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１５（ｂ）に示すように、異なる周期Λ₅と周期Λ₆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１５（ｃ）に示すように、連続する複数回の周期Λ₇と、周期Λ₇と異なる周期で連続する複数回の周期Λ₈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Λ₃，Λ₅，Λ₇と周期Λ₄，Λ₆，Λ₈との間に、それぞれ離散的な異なる値をもつ周期を補完して、周期を段階的に変化させる配置を行ってもよい。
【００８２】
この実施の形態１では、共振器長Ｌに対して、出射側反射膜１５側に部分的に設けられた回折格子１３によって複数の発振縦モードを形成するとともに、変調周波数信号をバイアス電流に重畳することによって、レーザ光の光出力エネルギーを分散し、ラマン増幅器の励起用光源として用いた場合における誘導ブリルアン散乱の発生を抑制し、所望の発振波長のレーザ光を安定し、かつ高効率に出力することができる。
【００８３】
なお、上述した実施の形態１では、出射側反射膜１５側に回折格子１３を設けるようにしていたが、これに限らず、反射膜１４側あるいは反射膜１４側および出射側反射膜１５側の双方に回折格子を設けるようにしてもよい。この場合、反射膜１４側の回折格子は、波長選択性を持たせるとともに反射特性とを持たせるため、結合係数κと回折格子長Ｌｇとの積は、大きな値、たとえば「２」以上に設定するとよい。
【００８４】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２では、図１６に示すように、実施の形態１に示した半導体レーザ装置２０において、回折格子１３の上部に対応する部分であって、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面に、ｐ側電極１０を形成しない非電流注入領域Ｅ１を形成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。
【００８５】
これによって、ｐ側電極１０が形成されない非電流注入領域Ｅ１に対する電流注入が抑制され、回折格子１３の屈折率が抑制され、光増幅制御が簡易かつ容易になる。また、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の出射側反射膜１５端面では、端面温度の上昇→バンドギャップの縮小→光吸収→再結合電流→端面温度の上昇という帰還サイクルが発生することによって、端面が溶融し、瞬時にして劣化してしまうＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage）が発生しやすいが、注入電流の抑制による発熱抑制によってＣＯＤの発生確率を低減することが期待できる。
【００８６】
この実施の形態２によっても、実施の形態１と同様に、回折格子１３によって複数の発振縦モードを形成するとともに、変調周波数信号をバイアス電流に重畳することによって、レーザ光の光出力エネルギーを分散し、ラマン増幅器の励起用光源として用いた場合における誘導ブリルアン散乱の発生を抑制し、所望の発振波長のレーザ光を安定し、かつ高効率に出力することができる。
【００８７】
なお、非電流注入領域Ｅ１は、空気層に代えて絶縁膜を形成するようにしてもよい。要は回折格子１３の近傍に電流が注入されなければよい（特願２００１−２０６９９５参照）。
【００８８】
ここで、実施の形態１，２に示した半導体レーザ装置が誘導ブリルアン散乱を具体的に抑制できることについて説明する。図１７〜図１９は、変調度をパラメータとしたリターンロスの変調周波数依存性の実験結果を示す図である。ここで、リターンロスとは、入射した光に対する誘導ブリルアン散乱によって反射してきた光の比をいう。誘導ブリルアン散乱が生じない場合におけるリターンロスは、約−３０ｄＢである。したがって、約−３０ｄＢ以下の場合に誘導ブリルアン散乱が抑制されることになる。なお、図２０〜図２２は、それぞれ図１７〜図１９に示した半導体レーザ装置の無変調時のスペクトル波形を示す図である。
【００８９】
図１７は、共振器長Ｌ＝１０００μｍ、回折格子長Ｌｇ＝５０μｍであり、実施の形態２に示したように回折格子１３の上部に非電流注入構造を有し、非電流注入領域の長さＬｉ＝６０μｍであり、駆動電流は９００ｍＡのときに、光出力に対する変調度を０％（無変調）〜１０％に変化させた場合のリターンロスの変調周波数依存性を示している。なお、変調度が０％，０．１％，０．２％，０．５％の特性は、変調度１％，２％，５％，１０％の特性から外挿法を用いて求めている。図１７では、変調度を増大するとリターンロスが減少し、誘導ブリルアン散乱が抑制される。また、変調周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度であって変調度１〜１０％であれば、誘導ブリルアン散乱を確実に抑制することができることを示している。なお、この図１７に示した半導体レーザ装置では、無変調（変調度０％）時におけるリターンロスの値は、−５．２４８ｄＢであった。
【００９０】
また、図１８は、図１７に示した半導体レーザ装置の共振器長Ｌを１５００μｍとした場合における実験結果であり、図１７と同様に、変調度が０％，０．１％，０．２％，０．５％の特性は、変調度１％，２％，５％，１０％の特性から外挿法を用いて求めている。ただし、非電流注入領域は形成されていない。図１８に示すように、この半導体レーザ装置では、図１７と同様に変調度を増大するとリターンロスが減少し、誘導ブリルアン散乱が抑制される傾向があり、変調周波数が５ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ程度であって変調度１〜１０％であれば、誘導ブリルアン散乱を確実に抑制することができる。図１８の実験結果が、図１７の実験結果に比して、誘導ブリルアン散乱が抑制されるのは、共振器長が長くなって、図２１に示すように、図２０に比して発振する縦モード本数が増大することによって各縦モードのピーク値が抑えられ、誘導ブリルアン散乱の閾値が相対的に高くなったためと推定される。なお、図１８に示した半導体レーザ装置では、無変調時のリターンロスは、−１４．８２ｄＢであった。
【００９１】
図１９は、図１８に示した半導体レーザ装置の回折格子長Ｌｇを１００μｍと長くした場合における実験結果である。図１９においても、変調度を増大するとリターンロスが減少し、誘導ブリルアン散乱が抑制される傾向がある。しかし、誘導ブリルアン散乱が確実に抑制されるのは、変調度が１０％であって変調周波数が５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚのときである。これは、回折格子長Ｌｇが長くなったため、図２２に示すように、図２１に比して発振する縦モード本数が減少し、この結果、この半導体レーザ装置における誘導ブリルアン散乱の閾値が、図１８に示した半導体レーザ装置における誘導ブリルアン散乱の閾値よりも高くなったためと推定される。なお、図１９に示した半導体レーザ装置では、無変調時のリターンロスは、−４．３０８ｄＢであった。
【００９２】
この図１７〜図１９の実験結果から言えることは、図１１および図１２で示したように、変調度が高い程、誘導ブリルアン散乱を抑制することができる。しかし、変調度を大きくするとＲＩＮが大きくなる。すなわち、その変調周波数分のノイズが増大することになる。したがって、変調度は誘導ブリルアン散乱とＲＩＮとを考えた適切な値にすることが好ましい。また、誘導ブリルアン散乱を確実に抑制できる変調周波数は、５０ｋＨｚを中心とした範囲であり、縦モード本数の多少にも影響を受け、縦モード本数が多い方がその範囲が広がる。一方、光信号から周波数的に離隔した方がＲＩＮの影響を小さくすることができるので、変調周波数は小さいことが好ましい。図１７〜図１９では、各半導体レーザ装置に適切な変調周波数が存在する。たとえば、図１７に示した半導体レーザ装置では、ＲＩＮの影響を考えて、変調周波数を２０ｋＨｚ程度とすることが好ましい。
【００９３】
ここで、上述したように、リターンロスは、縦モード本数によっても変化する。図２３は、変調度をパラメータとした場合におけるリターンロスの縦モード本数依存性を示す図である。図２３では、３本、５本、６本、８本、１５本の縦モード本数を有する５つの半導体レーザ装置をサンプルとして用い、それぞれ変調度を０％、１％、２％、５％、１０％に変化させた場合のリターンロスを示している。なお、このサンプルに加えられる変調周波数は１０ｋＨｚであり、駆動電流は９００ｍＡである。図２３に示すように、各サンプルとも、上述したように、変調度の増大によってリターンロスは減少するが、それとともに、縦モード本数が増大するに従って、リターンロスが減少する傾向を示している。したがって、縦モード本数に対応させて、比較的小さな変調度で十分なリターンロスを得ることができ、この比較的小さな変調度で誘導ブリルアン散乱を抑制することができる。すなわち、縦モード本数に対応した最適な変調度が存在する。たとえば、図２３において、縦モード本数が５本以下の半導体レーザ装置では、１０％またはこれ以上の変調度とすることによって誘導ブリルアン散乱を抑制することができ、縦モード本数が６本以上の半導体レーザ装置では、５％またはこれ以下の変調度とすることによって誘導ブリルアン散乱を抑制することができる。
【００９４】
ところで、上述したリターンロスの変調周波数依存性は、すべて同じ光出力であったが、リターンロスは、光出力依存性も有する。図２４は、縦モード本数をパラメータとした場合におけるリターンロスの減衰量依存性を示す図である。図２４では、１本、３本、７本、９本、１６本、７本の縦モード本数を有する６つのサンプルに対するリターンロスの減衰量依存性を示している。図２４に示すように、各サンプルのリターンロスは、各サンプルによって異なるが、全て減衰量の増大に伴ってリターンロスが減少する傾向を示している。これは光出力の減衰によって光ピーク値が減衰し、これによって誘導ブリルアン散乱の閾値以下となって誘導ブリルアン散乱が抑制されるからである。
【００９５】
ここで、上述したリターンロスの減衰量依存性を利用した誘導ブリルアン散乱の具体的抑制について説明する。図２５は、リターンロスの入射出力依存性を示す図である。図２５では、８０ｍＷあたりから、急激にリターンロスが小さくなり、誘導ブリルアン散乱が減少し、約４０ｍＷで誘導ブリルアン散乱が確実に抑制されている。なお、この実験は、図２６に示すように、半導体レーザ装置を有する半導体レーザモジュールＬＤの出力を一定とし、この半導体レーザモジュールＬＤから出力された一定の光出力を可変減衰器４６で減衰させ、光ファイバＦＩからのリターンロスを点ＰＡにおいて計測した結果である。なお、この減衰方法では、縦モード本数などのスペクトル形状を変形することなく、光出力を低下させることができる。
【００９６】
一方、図２７に示すように、一般に半導体レーザ装置から出力されるレーザ光は、最終的に減衰されて出力される。図２７では、半導体レーザ装置が搭載された２つの半導体レーザモジュールＬＤ１，ＬＤ２からレーザ光が出力され、カプラ４７によって偏波合成され、さらにアイソレータ４８を介して半導体レーザモジュールＬＤ１，ＬＤ２への戻り光をなくして、最終的にレーザ光が光ファイバＦＩ側に出力される。この場合、各半導体レーザモジュールＬＤ１，ＬＤ２内で小さなロスが生じ、さらにカプラ４７やアイソレータ４８などで大きな減衰を受け、最終的な光出力はアイソレータ４８からの光出力となる。たとえば、アイソレータ４８からの光出力は、半導体レーザ装置からの光出力に比べ３ｄＢ低下、すなわち半分の光出力になる。
【００９７】
この場合、半導体レーザ装置からの光出力が８０ｍＷでアイソレータ４８からの光出力が４０ｍＷである場合、図２５から、リターンロスは−１５ｄＢから−３０ｄＢとなり、アイソレータ４８から出力されるレーザ光の誘導ブリルアン散乱は確実に抑えられることになる。このことは、図１７〜図１９において、−１５ｄＢ程度以下のリターンロスを有する範囲は、完全に誘導ブリルアン散乱を抑制できることなる。すなわち、誘導ブリルアン散乱を確実に抑制できる範囲が広がることになる。具体的に、図１７において変調周波数が０．５ｋＨｚであっても、アイソレータ４８から出力されるレーザ光は確実に誘導ブリルアン散乱を抑制できることになる。したがって、適用できる変調周波数および変調度の範囲も広がることになる。このため、実際に誘導ブリルアン散乱を確実に抑制したシステムを構築する場合、レーザ光が最終出力されるまでの減衰量を加味し、図１７〜図１９に示した各半導体レーザ装置の変調周波数依存性をもとに、適切な変調周波数および変調度を決定するとよい。なお、変調周波数および変調度は上述したように、ＲＩＮへの影響を考えると、ともに小さい方がよい。
【００９８】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２では、いずれもＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に沿って部分的に回折格子１３が設けられる半導体レーザ装置について説明したが、この実施の形態３では、たとえば、図２８に示すように、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に隣接する光導波路層１６，１７を有し、この光導波路層１７に沿って回折格子１３が形成される半導体レーザ装置にも適用することができる。図２８に示した半導体レーザ装置は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３から長手方向（レーザ光出射方向）に光導波路層１６、回折格子１３を含む光導波路層１７が順次配置される。なお、図２８に示した光導波路層１６，１７の上部に対応する部分には、それぞれ分離されたｐ側電極１０ｃ，１０ｂおよびｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｃ，７ｂなどが形成される。また、電流駆動部２１から出力されるバイアス電流に、変調信号印加部２２から出力された変調周波数信号が重畳された重畳信号は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部に対応したｐ側電極１０ａに印加される。
【００９９】
この実施の形態３によっても、実施の形態１と同様に、回折格子１３によって複数の発振縦モードを形成するとともに、変調周波数信号をバイアス電流に重畳することによって、レーザ光の光出力エネルギーを分散し、ラマン増幅器の励起用光源として用いた場合における誘導ブリルアン散乱の発生を抑制し、所望の発振波長のレーザ光を安定し、かつ高効率に出力することができる。
【０１００】
図２９は、図２８に示した半導体レーザ装置の変形例を示す図である。図２９において、この半導体レーザ装置は、図２８に示す構成において、回折格子１３の上部に対応する部分に、ｐ側電極１０ｂおよびｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｂが形成されている。この場合、光導波路層１６の上部に対応する部分の一部領域にｐ側電極１０ｃおよびｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７ｃが形成されるようにしてもよい。ただし、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部に形成されたｐ側電極１０ａとｐ側電極１０ｂとは絶縁されるように形成する。
【０１０１】
図２９において、電流駆動部２１から供給されるバイアス電流はｐ側電極１０ａに印加され、変調信号印加部２２から供給される変調周波数信号はｐ側電極１０ｂに印加される。この結果、光導波路層１７の屈折率変化が生じ、光学的な共振器長が変化することによって、発振縦モードのスペクトル幅が広くなる。
【０１０２】
この実施の形態３の変形例によっても、実施の形態１と同様に、回折格子１３によって複数の発振縦モードを形成するとともに、変調周波数信号をバイアス電流に重畳することによって、レーザ光の光出力エネルギーを分散し、ラマン増幅器の励起用光源として用いた場合における誘導ブリルアン散乱の発生を抑制し、所望の発振波長のレーザ光を安定し、かつ高効率に出力することができる。
【０１０３】
また、上述した実施の形態１〜３では、いずれも回折格子１３が出射側反射膜１５側の近傍に設けられた半導体レーザ装置であったが、これに限らず、反射膜１４側の近傍のみに回折格子を設けた半導体レーザ装置であっても、また出射側反射膜１５および反射膜１４側の近傍のそれぞれに回折格子を設けた構成であってもよい。
【０１０４】
反射膜１４側の近傍に回折格子を設けた半導体レーザ装置の場合、反射膜１４側に、結合係数κと回折格子長Ｌｇ２との積が「２」以上の値をもつ回折格子１３ｂを設けるようにする。
【０１０５】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態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１〜３に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。
【０１０６】
図３０は、この発明の実施の形態４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３０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１〜３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。なお、この半導体レーザ装置５１は、ｐ側電極がヒートシンク５７ａに接合されるジャンクションダウン構成としている。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５８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。
【０１０７】
ベース５７上には、半導体レーザ装置５１およびサーミスタ５８ａを配置したヒートシンク５７ａ、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５１の反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【０１０８】
ここで、この半導体レーザモジュール５０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５５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。
【０１０９】
この実施の形態４では、実施の形態１〜３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。
【０１１０】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５では、上述した実施の形態４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。
【０１１１】
図３１は、この発明の実施の形態５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３１において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態４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３８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。
【０１１２】
各半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂ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６１ａ，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。
【０１１３】
各偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力された異なる波長をもったレーザ光は、ＷＤＭカプラ６２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。
【０１１４】
増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅された信号光（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。
【０１１５】
制御回路６８は、入力された一部の増幅信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。
【０１１６】
この実施の形態５に示したラマン増幅器では、たとえば図３８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１〜３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７１の使用を削減することができるとともに、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。
【０１１７】
なお、図３１に示したラマン増幅器では、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂを用いているが、図３２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ＷＤＭ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。ここで、上述したように、各半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃ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７１を短くすることができる。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をなくすことができ、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。
【０１１８】
また、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄ内に内蔵される半導体レーザ装置として発振縦モード数が多い半導体レーザ装置を用いると、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。
【０１１９】
また、このラマン増幅器では、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光軸合わせが容易であり、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。
【０１２０】
さらに、上述した実施の形態１〜３の半導体レーザ装置では、複数の発振モードを有し、かつ変調周波数信号の印加によって発振縦モードのスペクトル幅が広くなっているため、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。
【０１２１】
また、図３１および図３２に示したラマン増幅器は、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。
【０１２２】
たとえば、図３３は、前方励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図３３に示したラマン増幅器は、図３１に示したラマン増幅器にＷＤＭカプラ６５´をアイソレータ６３の近傍に設けている。このＷＤＭカプラ６５´には、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄ、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂおよびＷＤＭカプラ６２にそれぞれ対応した半導体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´、偏波合成カプラ６１ａ´，６１ｂ´およびＷＤＭカプラ６２´を有した回路が接続され、ＷＤＭカプラ６２´から出力される励起光を信号光と同じ方向に出力する前方励起を行う。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´は、上述した実施の形態１〜４で用いられる半導体レーザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【０１２３】
同様に、図３４は、前方励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図３４に示したラマン増幅器は、図３２に示したラマン増幅器にＷＤＭカプラ６５´をアイソレータ６３の近傍に設けている。このＷＤＭカプラ６５´には、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃおよびＷＤＭカプラ６２にそれぞれ対応した半導体レーザモジュール６０ａ´，６０ｃ´およびＷＤＭカプラ６２´を有した回路が接続され、ＷＤＭカプラ６２´から出力される励起光を信号光と同じ方向に出力する前方励起を行う。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ´，６０ｃ´は、上述した実施の形態１〜４で用いられる半導体レーザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【０１２４】
また、図３５は、双方向励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図３５に示したラマン増幅器は、図３１に示したラマン増幅器の構成に、図３３に示したＷＤＭカプラ６５´、半導体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´、偏波合成カプラ６１ａ´，６１ｂ´およびＷＤＭカプラ６２´をさらに設け、後方励起と前方励起とを行う。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´は、上述した実施の形態１〜４で用いられる半導体レーザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【０１２５】
同様に、図３６は、双方向励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図３５に示したラマン増幅器は、図３２に示したラマン増幅器の構成に、図３４に示したＷＤＭカプラ６５´、半導体レーザモジュール６０ａ´，６０ｃ´およびＷＤＭカプラ６２´をさらに設け、後方励起と前方励起とを行う。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ´，６０ｃ´は、上述した実施の形態１〜４で用いられる半導体レーザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【０１２６】
上述した図３３〜図３６に示したラマン増幅器は、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３７は、図３１〜図３６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。
【０１２７】
図３７において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔｘｎから送出された波長λ₁〜λ_n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３３〜図３６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〜λ_n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 Multiplexer）が挿入される場合もある。
【０１２８】
なお、上述した実施の形態５では、実施の形態１〜３に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形態４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。
【０１２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、回折格子による波長選択特性によって複数の発振縦モードをもたせ、かつ、変調手段が、前記活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳し、各発振縦モードのスペクトル幅を広げるようにしているので、誘導ブリルアン散乱の閾値を相対的に高め、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。
【０１３０】
また、この発明によれば、前記変調手段が、前記変調信号が重畳された電流を前記非電流注入領域外の領域から注入するようにしているので、たとえば、回折格子近傍の屈折率が変化しないようにしているので、光増幅制御を簡易かつ容易に行うことができるかつ精度高く行うことができるともに、ＣＯＤの発生確率を低くすることが期待できるという効果を奏する。
【０１３１】
また、この発明によれば、回折格子による波長選択特性によって複数の発振縦モードをもたせ、かつ、変調手段が、前記活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳し、各発振縦モードのスペクトル幅を広げるようにしているので、誘導ブリルアン散乱の閾値を相対的に高め、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。
【０１３２】
また、この発明によれば、回折格子による波長選択特性によって複数の発振縦モードをもたせ、かつ、変調手段が、前記光導波路層に変調信号を印加し、各発振縦モードのスペクトル幅を広げるようにしているので、誘導ブリルアン散乱の閾値を相対的に高め、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。
【０１３３】
また、この発明によれば、前記変調信号を正弦波信号としているので、ノイズ成分の広がりを抑えることができるという効果を奏する。
【０１３４】
また、この発明によれば、前記変調信号の電流振幅を、前記バイアス電流の電流値の０．１〜１０％とすることによって、レーザ光のスペクトル幅を所望の値に設定でき、かつ誘導ブリルアン散乱を抑制することができるという効果を奏する。
【０１３５】
また、この発明によれば、前記変調信号の光振幅を、前記レーザ光の光出力の０．１〜１０％とすることによって、レーザ光のスペクトル幅を所望の値に設定でき、かつ誘導ブリルアン散乱を抑制することができるという効果を奏する。
【０１３６】
また、この発明によれば、前記変調信号の周波数は、５〜１０００ｋＨｚの範囲とすることによって、レーザ光のスペクトル幅を所望の値に設定でき、かつ誘導ブリルアン散乱を抑制することができるという効果を奏する。
【０１３７】
また、この発明によれば、前記変調信号の周波数および変調度を、当該半導体レーザ装置のレーザ光を用いる装置に最終的に外部出力されるまでの減衰量を加味して決定し、可能な限り小さな値することによってＲＩＮの抑制とともに誘導ブリルアン散乱を抑制することができるという効果を奏する。
【０１３８】
また、この発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記回折格子の回折格子長を、３００μｍ以下としているので、２本以上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。
【０１３９】
また、この発明によれば、第１反射膜側に設けられる前記回折格子の回折格子長を、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下としているので、任意の共振器長に対しても、２本以上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。
【０１４０】
また、この発明によれば、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以下とし、駆動電流−光出力特性の線形性を良好にし、光出力の安定性を高めるようにしているので、発振波長の駆動電流依存性を小さくすることができ、出力安定性の高い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。
【０１４１】
また、この発明によれば、前記回折格子の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、回折格子の波長選択に揺らぎを発生させ、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。
【０１４２】
また、この発明によれば、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さを、８００μｍ以上とし、高出力動作を可能としているので、高出力動作を可能にし、回折格子によって選択される発振波長を安定かつ高効率に出力することができるという効果を奏する。
【０１４３】
また、この発明によれば、ＲＩＮを小さく、誘導ブリルアン散乱の閾値を大きくすることができることに加え、ファイ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、かつ安定して出力し、さらに低コスト化を実現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。
【０１４４】
また、この発明によれば、ファイ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、偏波無依存アイソレータを使用することができ、挿入損失が小さく、さらにＲＩＮが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。
【０１４５】
また、この発明によれば、上記の発明に記載の半導体レーザ装置、あるいは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、回折格子によって選択される発振波長を安定かつ高効率に出力することができるという効果を奏する。
【０１４６】
また、この発明によれば、上記の発明に記載の半導体レーザ装置、あるいは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であって、前方励起用光源あるいは双方向励起方式における前方励起用光源として用い、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、回折格子によって選択される発振波長を安定かつ高効率に出力することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置を斜めからみた破断図である。
【図２】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図３】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４】図１に示した半導体レーザ装置の発振波長スペクトルと発振縦モードとの関係を示す図である。
【図５】バイアス電流に変調周波数信号を重畳した場合における光出力の時間変化を示す図である。
【図６】電流−光出力特性を用いて重畳信号が印加された場合における光出力変化を示す図である。
【図７】バイアス電流に変調周波数信号を重畳した場合における駆動電流の時間変化を示す図である。
【図８】重畳信号が印加された場合における波長変化を示す図である。
【図９】重畳信号が印加された場合におけるＲＩＮの周波数特性を示す図である。
【図１０】重畳信号が印加され、かつ共振器長に対して部分的に回折格子が設けられた場合に誘導ブリルアン散乱の閾値が相対的に上昇することを示す図である。
【図１１】重畳信号を印加した場合における変調周波数信号振幅に対する発振縦モードのスペクトル幅の変化を示す図である。
【図１２】発振縦モードのスペクトル幅に対する誘導ブリルアン散乱の閾値の変化を示す図である。
【図１３】回折格子に適用されるチャープドグレーティングの構成を示す図である。
【図１４】回折格子にチャープドグレーティングを適用した場合における発振波長スペクトルを示す図である。
【図１５】周期揺らぎのあるグレーティングの変形例を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態２である半導体レーザ装置の長手方向の構成を示す縦断面図である。
【図１７】変調度をパラメータとした場合におけるリターンロスの変調周波数依存性の一例を示す図である。
【図１８】変調度をパラメータとした場合におけるリターンロスの変調周波数依存性の一例を示す図である。
【図１９】変調度をパラメータとした場合におけるリターンロスの変調周波数依存性の一例を示す図である。
【図２０】図１７に示した半導体レーザ装置の無変調時のスペクトル波形を示す図である。
【図２１】図１８に示した半導体レーザ装置の無変調時のスペクトル波形を示す図である。
【図２２】図１９に示した半導体レーザ装置の無変調時のスペクトル波形を示す図である。
【図２３】変調度をパラメータとしたリターンロスの縦モード本数依存性を示す図である。
【図２４】縦モード本数をパラメータとしたリターンロスの減衰量依存性を示す図である。
【図２５】リターンロスの入射出力依存性を示す図である。
【図２６】図２５の実験結果を求めるための実験装置の一例を示す図である。
【図２７】半導体レーザ装置から最終的な外部出力までにレーザ光が減衰される場合の一例を示す図である。
【図２８】この発明の実施の形態３である半導体レーザ装置の長手方向の構成を示す縦断面図である。
【図２９】図２８に示した半導体レーザ装置の変形例を示す縦断面図である。
【図３０】この発明の実施の形態４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３１】この発明の実施の形態４であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３２】図３１に示したラマン増幅器の応用例を示すブロック図である。
【図３３】図３１に示したラマン増幅器の変形例であって、前方励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３４】図３３に示したラマン増幅器の応用例を示すブロック図である。
【図３５】図３１に示したラマン増幅器の変形例であって、双方向励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３６】図３５に示したラマン増幅器の応用例を示すブロック図である。
【図３７】図３１〜図３６に示したラマン増幅器を用いたＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図である。
【図３８】従来のラマン増幅器の概要構成を示すブロック図である。
【図３９】図３８に示したラマン増幅器に用いた半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ｎ−ＩｎＰ基板
２ｎ−Ｉｎｐバッファ層
３ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
４ｐ−ＩｎＰスペーサ層
６ｐ−ＩｎＰクラッド層
７ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
８ｐ−ＩｎＰブロッキング層
９ｎ−ＩｎＰブロッキング層
１０ｐ側電極
１１ｎ側電極
１３回折格子
１４反射膜
１５出射側反射膜
１６，１７光導波路層
２０半導体レーザ装置
２１電流駆動部
２２変調信号印加部
２３接続点
３０発振波長スペクトル
３１〜３３発振縦モード
４５複合発振波長スペクトル
４６可変減衰器
４７カプラ
４８，５３，６３，６６アイソレータ
５０，６０ａ〜６０ｄ，６０ａ´〜６０ｄ´ 半導体レーザモジュール
５２第１レンズ
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，６１ａ´，６１ｂ´ 偏波合成カプラ
６２，６５，６２´，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偏波面保存ファイバ
８１，８３ラマン増幅器
Ｌｇ回折格子長[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device suitable for an excitation light source such as a Raman amplifier, a semiconductor laser module, and a Raman amplifier using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the spread of various multimedia including the Internet, a demand for a large capacity for optical communication has been increasing. Conventionally, in optical communication, transmission using a single wavelength is generally performed in a band of 1310 nm or 1550 nm, which is a wavelength with less light absorption by an optical fiber. In this method, in order to transmit a large amount of information, it is necessary to increase the number of optical fibers laid on the transmission path, and there is a problem that the cost increases as the transmission capacity increases.
[0003]
Accordingly, a dense wavelength division multiplexing (DWDM) communication system has come to be used. This DWDM communication system is a system that mainly uses an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) and performs transmission using a plurality of wavelengths in the 1550 nm band which is the operating band. In this DWDM communication system or WDM communication system, optical signals of a plurality of different wavelengths are transmitted simultaneously using a single optical fiber, so there is no need to lay a new line and the transmission capacity of the network is dramatically increased. It is possible to bring about an increase.
[0004]
A general WDM communication system using this EDFA has been put into practical use from 1550 nm, where gain flattening is easy, and has recently expanded to the 1580 nm band, which has not been used because the gain coefficient is small. However, since the low loss band of the optical fiber is wider than the band that can be amplified by the EDFA, there is a growing interest in an optical amplifier that operates outside the band of the EDFA, that is, a Raman amplifier.
[0005]
The Raman amplifier is characterized in that the gain wavelength band is determined by the wavelength of the pumping light, while the gain wavelength band is determined by the energy level of the ion in an optical amplifier using rare earth ions such as erbium as a medium. Any wavelength band can be amplified by selecting.
[0006]
In Raman amplification, when strong excitation light is incident on an optical fiber, a gain appears on the long wavelength side about 100 nm from the excitation light wavelength due to stimulated Raman scattering, and this excited optical fiber has this gain. When signal light of a band is incident, this signal light is amplified. Therefore, in the WDM communication system using the Raman amplifier, the number of signal light channels can be further increased as compared with the communication system using the EDFA.
[0007]
FIG. 38 is a block diagram showing a configuration of a conventional Raman amplifier used in a WDM communication system. In FIG. 38, semiconductor laser modules 182a to 182d in which Fabry-Perot type semiconductor light emitting elements 180a to 180d and fiber gratings 181a to 181d are paired respectively convert the laser light that is the source of the excitation light into the polarization beam combiner 61a. , 61b. The wavelengths of the laser beams output from the respective semiconductor laser modules 182a and 182b are the same, but light having different polarization planes are synthesized by the polarization synthesis coupler 61a. Similarly, the wavelengths of the laser beams output from the respective semiconductor laser modules 182c and 182d are the same, but lights having different polarization planes are synthesized by the polarization synthesis coupler 61b. The polarization combining couplers 61 a and 61 b output the laser light combined with the polarization to the WDM coupler 62. Note that the wavelengths of the laser beams output from the polarization combining couplers 61a and 61b are different.
[0008]
The WDM coupler 62 combines the laser beams output from the polarization combining couplers 61 a and 61 b via the isolator 60, and outputs the multiplexed light to the amplification fiber 64 via the WDM coupler 65. To the amplification fiber 64 to which the excitation light is input, the signal light to be amplified is input from the signal light input fiber 69 through the isolator 63, and is combined with the excitation light and is Raman-amplified.
[0009]
The signal light (amplified signal light) Raman-amplified in the amplification fiber 64 is input to the monitor light distribution coupler 67 through the WDM coupler 65 and the isolator 66. The monitor light distribution coupler 67 outputs a part of the amplified signal light to the control circuit 68 and outputs the remaining amplified signal light to the signal light output fiber 70 as output laser light.
[0010]
The control circuit 68 controls the light emission state, for example, the light intensity, of each of the semiconductor light emitting elements 180a to 180d based on a part of the input amplified signal light, and provides feedback so that the gain band of Raman amplification has a flat characteristic. Control.
[0011]
FIG. 39 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor laser module using a fiber grating. In FIG. 39, the semiconductor laser module 201 includes a semiconductor light emitting element 202 and an optical fiber 203. The semiconductor light emitting device 202 has an active layer 221. The active layer 221 is provided with a light reflecting surface 222 at one end and a light emitting surface 223 at the other end. The light generated in the active layer 221 is reflected by the light reflecting surface 222 and output from the light emitting surface 223.
[0012]
An optical fiber 203 is disposed on the light emitting surface 223 of the semiconductor light emitting element 202 and is optically coupled to the light emitting surface 223. A fiber grating 233 is formed on the core 232 in the optical fiber 203 at a predetermined position from the light emitting surface 223, and the fiber grating 233 selectively reflects light having a characteristic wavelength. That is, the fiber grating 233 functions as an external resonator, forms a resonator between the fiber grating 233 and the light reflecting surface 222, and a laser beam having a specific wavelength selected by the fiber grating 233 is amplified to output laser. Output as light 241.
[0013]
[Patent Document 1]
JP-A-5-145194
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the semiconductor laser module 201 (182a to 182d) described above has a long interval between the fiber grating 233 and the semiconductor light emitting element 202, the relative intensity noise (RIN :) is caused by resonance between the fiber grating 233 and the light reflecting surface 222. Relative Intensity Noise) increases. In Raman amplification, the process of amplification occurs early, so if the excitation light intensity fluctuates, the Raman gain also fluctuates, and this fluctuation of Raman gain is output as fluctuation of the amplified signal intensity as it is, There was a problem that stable Raman amplification could not be performed.
[0015]
Here, as the Raman amplifier, in addition to the backward pumping method for pumping the signal light from the rear as in the Raman amplifier shown in FIG. 38, the forward pumping method for pumping the signal light from the front and the bidirectional pumping method. There is a bidirectional excitation system that excites. At present, the backward pumping method is widely used as a Raman amplifier. This is because the forward pumping method in which weak signal light travels in the same direction along with strong pumping light has a problem that the pumping light intensity fluctuates in a semiconductor laser module using a fiber grating. Therefore, there is a demand for the appearance of a stable excitation light source that can be applied to the forward excitation method. That is, when a conventional semiconductor laser module using a fiber grating is used, there is a problem that applicable pumping methods are limited.
[0016]
Further, since the semiconductor laser module 201 described above needs to optically couple the optical fiber 203 having the fiber grating 233 and the semiconductor light emitting element 202, and is a mechanical optical coupling in the resonator, There is a possibility that the oscillation characteristics may change due to mechanical vibration or the like, and there is a problem that stable excitation light may not be provided.
[0017]
Furthermore, the Raman amplification in the Raman amplifier is based on the condition that the polarization direction of the signal light and the polarization direction of the pumping light match. That is, in the Raman amplification, the amplification gain has a polarization dependency, and it is necessary to reduce the influence of the deviation between the polarization direction of the signal light and the polarization direction of the pumping light. Here, in the case of the backward pumping method, since the polarization of the signal light is random during propagation, there is no problem. However, in the case of the forward pumping method, the polarization dependence is strong, and the orthogonal polarization synthesis of the pumping light is performed. It is necessary to reduce the polarization dependence by depolarization or the like. That is, it is necessary to reduce the degree of polarization (DOP: Degree Of Polarization).
[0018]
Here, when the semiconductor laser device is used as a pumping light source for a distributed amplifier such as a Raman amplifier, it is preferable to increase the pumping light output in order to increase the Raman amplification gain. Scattering occurs and noise increases. The occurrence of stimulated Brillouin scattering has a threshold at which stimulated Brillouin scattering occurs, and this threshold needs to be increased.
[0019]
The present invention has been made in view of the above, and is suitable for an excitation light source such as a Raman amplifier, and can stably and efficiently output a laser beam having a desired oscillation wavelength. An object is to provide a Raman amplifier used.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above objective,This inventionThe semiconductor laser device according to the present invention is partially along the vicinity of the active layer formed between the first reflective film provided on the laser light emitting end face and the second reflective film provided on the laser light reflective end face. In a semiconductor laser device having a provided diffraction grating and outputting laser light having a plurality of longitudinal oscillation modes by at least wavelength selection characteristics of the diffraction grating, a modulation signal for modulating a bias current injected into the active layer is provided. Modulation means for generating and superimposing the modulation signal on the bias current is provided.
[0021]
  This inventionAccording to the present invention, a plurality of oscillation longitudinal modes are provided according to the wavelength selection characteristics of the diffraction grating, and the modulation means generates a modulation signal for modulating the bias current injected into the active layer, and the modulation signal is converted into the bias current. And the spectral width of each oscillation longitudinal mode is widened.
[0022]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the present invention, in the above invention, a non-current injection region in which current injection to the vicinity including the diffraction grating is suppressed is formed, and the current on which the modulation signal is superimposed by the modulation means is The injection is performed from a region outside the current injection region.
[0023]
  This inventionSince the modulation means injects the current with the modulation signal superimposed from the region outside the non-current injection region, for example, the refractive index in the vicinity of the diffraction grating is not changed. .
[0024]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the present invention, an active layer and an optical waveguide layer are provided between a first reflective film provided on a laser light emitting end face and a second reflective film provided on the laser light reflective end face. In a semiconductor laser device having a diffraction grating partially provided along the vicinity of the layer and outputting laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes by at least wavelength selection characteristics of the diffraction grating, the semiconductor laser device is injected into the active layer. Modulation means for generating a modulation signal for modulating the bias current and superimposing the modulation signal on the bias current.
[0025]
  This inventionAccording to the present invention, a plurality of oscillation longitudinal modes are provided according to the wavelength selection characteristics of the diffraction grating, and the modulation means generates a modulation signal for modulating the bias current injected into the active layer, and the modulation signal is converted into the bias current. And the spectral width of each oscillation longitudinal mode is widened.
[0026]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the present invention, an active layer and an optical waveguide layer are provided between a first reflective film provided on a laser light emitting end face and a second reflective film provided on the laser light reflective end face. In a semiconductor laser device having a diffraction grating partially provided along the vicinity of the layer and outputting laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes by at least wavelength selection characteristics of the diffraction grating, the optical waveguide layer is modulated. A modulation means for applying a signal is provided.
[0027]
  This inventionAccording to the present invention, a plurality of oscillation longitudinal modes are provided according to the wavelength selection characteristics of the diffraction grating, and the modulation means applies a modulation signal to the optical waveguide layer to widen the spectrum width of each oscillation longitudinal mode.
[0028]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the above aspect, the modulation signal is a sine wave signal.
[0029]
  This inventionSince the modulation signal is a sine wave signal, the spread of noise components can be suppressed.
[0030]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the above aspect, the current amplitude of the modulation signal has a current amplitude of 0.1 to 10% of the current value of the bias current.
[0031]
  This inventionAccording to the present invention, by setting the current amplitude of the modulation signal to 0.1 to 10% of the current value of the bias current, the spectral width of the laser beam can be set to a desired value and the stimulated Brillouin scattering is suppressed. be able to.
[0032]
  Also,This inventionThe semiconductor laser device according to the above invention is characterized in that, in the above invention, the optical amplitude of the modulation signal has an optical amplitude of 0.1 to 10% of the optical output of the laser beam.
[0033]
  This inventionAccording to the above, by setting the optical amplitude of the modulation signal to 0.1 to 10% of the optical output of the laser beam, the spectral width of the laser beam can be set to a desired value, and the stimulated Brillouin scattering is suppressed. be able to.
[0034]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the above invention, the frequency of the modulation signal is in the range of 5 to 1000 kHz.
[0035]
  This inventionAccordingly, by setting the frequency of the modulation signal in the range of 5 to 1000 kHz, the spectral width of the laser light can be set to a desired value, and stimulated Brillouin scattering can be suppressed.
[0036]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the present invention, in the above invention, the frequency and the modulation degree of the modulation signal are determined in consideration of an attenuation amount until the semiconductor laser device finally uses the laser beam of the semiconductor laser device to be externally output. It is characterized by that.
[0037]
  This inventionAccording to the above, the frequency and degree of modulation of the modulation signal are determined in consideration of the amount of attenuation until it is finally output to the device using the laser beam of the semiconductor laser device, and set to the smallest possible value. Accordingly, the stimulated Brillouin scattering can be suppressed together with the suppression of RIN.
[0038]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the invention described above, the diffraction grating has a diffraction grating length of 300 μm or less.
[0039]
  This inventionAccording to the above, the diffraction grating length of the diffraction grating provided on the first reflection film side is set to 300 μm or less.
[0040]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the present invention, the diffraction grating length of the diffraction grating is not more than (300/1300) times the resonator length.
[0041]
  This inventionAccording to the above, the diffraction grating length of the diffraction grating provided on the first reflection film side is set to a value not more than (300/1300) times the resonator length.
[0042]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the above invention, the diffraction grating has a multiplication value of the coupling coefficient of the diffraction grating and the diffraction grating length of 0.3 or less.
[0043]
  This inventionAccording to the above, in the diffraction grating, the multiplication value of the coupling coefficient of the diffraction grating and the diffraction grating length is set to 0.3 or less, the linearity of the drive current-light output characteristic is improved, and the stability of the light output is improved. I am doing so.
[0044]
  Also,This inventionThe semiconductor laser device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the diffraction grating has a grating period changed randomly or at a predetermined period.
[0045]
  This inventionAccording to the above, the grating period of the diffraction grating is changed randomly or at a predetermined period to generate fluctuations in the wavelength selection of the diffraction grating, thereby widening the half-value width of the oscillation wavelength spectrum.
[0046]
  Also,This inventionIn the semiconductor laser device according to the above invention, the length of the resonator formed by the active layer formed between the first reflective film and the second reflective film is 800 μm or more. And
[0047]
  This inventionAccording to the above, the length of the resonator formed by the active layer formed between the first reflective film and the second reflective film is set to 800 μm or more, thereby enabling high output operation.
[0048]
  Also,This inventionThe semiconductor laser module according toThe above inventionAnd an optical fiber that guides laser light emitted from the semiconductor laser device to the outside, and an optical coupling lens system that optically couples the semiconductor laser device and the optical fiber. It is characterized by that.
[0049]
  This inventionSince the RIN can be reduced and the threshold of stimulated Brillouin scattering can be increased, the resonator of the semiconductor laser device is not physically separated using a semiconductor laser device that does not use a fiber grating. There is no need to align the optical axis, and assembling of the semiconductor laser module is facilitated, and the laser oscillation characteristics are less likely to change due to mechanical vibration, etc., and stable laser light is output with high reliability and stability. In addition, further cost reduction can be realized.
[0050]
  Also,This inventionThe semiconductor laser module according to the present invention includes a temperature control device that controls the temperature of the semiconductor laser device and an isolator that is disposed in the optical coupling lens system and that suppresses incident reflected return light from the optical fiber side. And further comprising.
[0051]
  This inventionAccording to the present invention, since a semiconductor laser device that does not use a fiber grating is used, a polarization-independent isolator can be used, unlike an in-line fiber type, a semiconductor laser module having a small insertion loss and a small RIN. Can be realized.
[0052]
  Also,This inventionThe Raman amplifierThe above inventionA semiconductor laser device according to claim 1,OrThe semiconductor laser module is used as an excitation light source for broadband Raman amplification.
[0053]
  This inventionAccording toThe above inventionA semiconductor laser device according to claim 1,OrThe semiconductor laser module is used as an excitation light source for broadband Raman amplification, and the operational effects of each semiconductor laser device or each semiconductor laser module described above are exhibited.
[0054]
  Also,This inventionThe Raman amplifierThe above inventionA semiconductor laser device according to claim 1,OrThe semiconductor laser module is an excitation light source for broadband Raman amplification, and is used as a forward excitation light source or a forward excitation light source in a bidirectional excitation system.
[0055]
  This inventionAccording toThe above inventionA semiconductor laser device according to claim 1,OrThe semiconductor laser module is an excitation light source for broadband Raman amplification and used as a forward excitation light source or a forward excitation light source in the bidirectional excitation system, so that the above-described semiconductor laser device or each semiconductor laser module has the operational effects. I have to.
[0056]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a semiconductor laser device, a semiconductor laser module, and a Raman amplifier using the same will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0057]
(Embodiment 1)
First, a first embodiment of the present invention will be described. 1 is a cutaway view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention as seen from an oblique direction. FIG. 2 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction of the semiconductor laser device shown in FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device shown in FIG. 1 to 3, the semiconductor laser device 20 includes an n-InP buffer layer 2 that serves as both a buffer layer made of n-InP and a lower cladding layer on the (100) plane of the n-InP substrate 1. GRIN-SCH-MQW (Graded Index-Separate Confinement Multi-Quantum Well) active layer 3, p-InP spacer layer 4, p-InP cladding layer 6, and p-InGaAsP contact layer 7 having a compressive strain Have
[0058]
In the p-InP spacer layer 4, a diffraction grating 13 having a film thickness of 20 nm and having a length Lg = 50 μm from the reflection end face of the emission-side reflection film 15 toward the reflection film 14 is provided. Is periodically formed with a pitch of about 220 nm and wavelength-selects a laser beam having a center wavelength of 1.48 μm. Here, the diffraction grating 13 has a multiplication value of the coupling coefficient κ of the diffraction grating and the diffraction grating length Lg of 0.3 or less, thereby improving the linearity of the drive current-light output characteristics and stabilizing the light output. (See Japanese Patent Application No. 2001-134545). In addition, when the resonator length L is 1300 μm, oscillation occurs at a plurality of oscillation longitudinal modes when the diffraction grating length Lg is about 300 μm or less. Therefore, the diffraction grating length Lg is preferably 300 μm or less. Incidentally, since the oscillation longitudinal mode interval changes in proportion to the length of the resonator length L, the diffraction grating length Lg is a value proportional to the resonator length L. That is, in order to maintain the relationship of diffraction grating length Lg: resonator length L = 300: 1300, the relationship in which a plurality of longitudinal oscillation modes can be obtained when the diffraction grating length Lg is 300 μm or less is
Lg × (1300 (μm) / L) ≦ 300 (μm)
Can be extended as That is, the diffraction grating length Lg is set so as to maintain a ratio with the resonator length L, and is not more than (300/1300) times the resonator length L (see Japanese Patent Application No. 2001-134545). The upper portions of the p-InP spacer layer 4, the GRIN-SCH-MQW active layer 3, and the n-InP buffer layer 2 including the diffraction grating 13 are processed into a mesa stripe shape, and on both sides in the longitudinal direction of the mesa stripe, The p-InP blocking layer 8 and the n-InP blocking layer 9 formed as a current blocking layer are buried. A p-side electrode 10 is formed on the upper surface of the p-InGaAsP contact layer 7. On the other hand, an n-side electrode 11 is formed on the back surface of the n-InP substrate 1. The laser beam output from the semiconductor laser device 20 only needs to oscillate in a single transverse mode, and the structure of the active layer or the optical waveguide is not limited to the stripe structure.
[0059]
A reflection film 14 having a high light reflectance of 80% or more, preferably 98% or more is formed on the light reflecting end face that is one end face in the longitudinal direction of the semiconductor laser device 20, and the light emitting end face that is the other end face is formed on the light emitting end face. In this case, the output side reflection film 15 having a low light reflectance of 10% or less, preferably 5%, 1%, 0.5% or less, more preferably 0.1% or less is formed. The light generated in the GRIN-SCH-MQW active layer 3 of the optical resonator formed by the reflection film 14 and the emission-side reflection film 15 is reflected by the reflection film 14, and passes through the emission-side reflection film 15 to be laser light. In this case, the wavelength is selected by the diffraction grating 13 and emitted.
[0060]
The semiconductor laser device 20 includes a current driver 21 that applies a bias current to the p-side electrode 10 and a modulation signal application unit 22 that applies a modulation frequency signal that modulates the bias current. The modulation frequency signal output from the modulation signal applying unit 22 is superimposed on the bias current at the connection point 23, and the superimposed signal on which the modulation frequency signal is superimposed is applied to the p-side electrode 10.
[0061]
This modulation frequency signal is a sine wave signal of 5 to 1000 kHz and has an amplitude value of about 0.1 to 10% of the value of the bias current. That is, this modulation frequency signal is modulated to ± 10% of the value of the bias current. The modulation of the laser beam is not limited to an amplitude value of about 1 to 10% of the bias current value, but may be defined to be modulated with an amplitude value of about 1 to 10% of the light output value. Furthermore, the modulation frequency signal is not limited to a sine wave signal, and may be a periodic signal such as a triangular wave signal. In this case, since other periodic signals such as a triangular wave signal include a plurality of sine wave components, the sine wave signal is preferably used as a modulation frequency signal.
[0062]
The semiconductor laser device 20 according to the first embodiment is assumed to be used as an excitation light source for a Raman amplifier, and has an oscillation wavelength λ.₀Is 1100 nm to 1550 nm, and the resonator length L is 800 μm or more and 3200 μm or less.
By the way, in general, the mode interval Δλ of the longitudinal mode generated by the resonator of the semiconductor laser device can be expressed by the following equation where the effective refractive index is “n”. That is,
Δλ = λ₀ ²/ (2 ・ n ・ L)
It is. Where the oscillation wavelength λ₀Is 1480 μm and the effective refractive index is 3.5, when the resonator length L is 800 μm, the longitudinal mode mode spacing Δλ is about 0.39 nm, and when the resonator length is 3200 μm, the longitudinal mode mode spacing is Δλ is about 0.1 nm. That is, the longer the resonator length L, the narrower the longitudinal mode mode interval Δλ, and the stricter the selection conditions for oscillating single longitudinal mode laser light.
[0063]
On the other hand, the diffraction grating 13 selects the longitudinal mode according to its Bragg wavelength. The selected wavelength characteristic by the diffraction grating 13 is expressed as an oscillation wavelength spectrum 30 shown in FIG.
[0064]
As shown in FIG. 4, in the first embodiment, a plurality of oscillation longitudinal modes are present in the wavelength selection characteristic indicated by the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum 30 by the semiconductor laser device 20 having the diffraction grating 13. I have to. In a conventional DBR (Distributed Bragg Reflector) semiconductor laser device or DFB (Distributed Feedback) semiconductor laser device, it is difficult to oscillate a single longitudinal mode when the resonator length L is 800 μm or more. The semiconductor laser device was not used. However, in the semiconductor laser device 20 of the first embodiment, by making the resonator length L positively 800 μm or more, laser output is performed with a plurality of oscillation longitudinal modes included in the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum. I am doing so. In FIG. 4, there are three oscillation longitudinal modes 31 to 33 within the half width Δλh of the oscillation wavelength spectrum.
[0065]
Incidentally, the spectral width of each of the oscillation longitudinal modes 31 to 33 shown in FIG. 4 is wider than that in the case of being driven only by the bias current output from the current driver 21. This is expanded by the modulation frequency signal output from the modulation signal applying unit 22. FIG. 5 is a diagram illustrating a temporal change in optical output when driven by a superimposed signal in which a modulation frequency signal is superimposed on a bias current. In FIG. 5, the modulation frequency signal is a sine wave signal having an amplitude value of 1% of the value of the bias current, and the amplitude of the optical output when driven by only the bias current is changed sinusoidally by 1%. Yes. This operation corresponds to the case where the current-light output (IL) characteristic of the semiconductor laser device is modulated as shown in FIG.
[0066]
In the modulation region shown in FIG. 6, since the IL characteristic is linear, the modulation degree of the drive current modulated by the modulation frequency signal becomes the modulation degree of the optical output as it is. Therefore, in this modulation region, as shown in FIG. 7, only by applying a drive current maintaining the amplitude of the modulation frequency at 1%, the modulation degree of the optical output is always maintained at 1%, and the modulation of the optical output is performed. The degree of control becomes easier. On the other hand, in a region where the light output further increases, the modulation degree of the drive current modulated by the modulation frequency signal does not match the modulation degree of the light output. In this case, the amplitude value of the modulation frequency signal is adjusted so that the modulation degree of the light output is always 1% as shown in FIG.
[0067]
When the value of the drive current applied to the semiconductor laser device changes in this way, the effective refractive index n of the laser light emission region such as the GRIN-SCH-MQW active layer 3 changes. When the effective refractive index n changes, the optical resonator length Lop also changes.
That is, when the physical resonator length is “L”, the optical resonator length Lop is
Lop = n · L
The optical resonator length Lop changes following the change in the effective refractive index n.
If the optical resonator length Lop changes, the resonator wavelength also changes in the Fabry-Perot mode. That is, the resonator wavelength also changes sinusoidally.
[0068]
FIG. 8 is a diagram illustrating a wavelength change with respect to a current change in the semiconductor laser device. As shown in FIG. 8, the wavelength of the oscillation longitudinal mode changes the effective refractive index n corresponding to the current change as described above, and the wavelength of the oscillation longitudinal mode slightly changes due to this change in refractive index. When the current change is large, it hops to the adjacent oscillation longitudinal mode, and the wavelength of the oscillation longitudinal mode changes abruptly. Therefore, it is necessary to obtain a modulation frequency signal that causes a slight current change in a range where a slight wavelength change occurs. This modulation frequency signal becomes a noise component. FIG. 9 is a diagram showing the relationship of RIN (Relative Intensity Noise) with respect to frequency. A low frequency modulation frequency signal component exhibits a large RIN value, but this frequency region is known, If not used as a signal amplification region.
[0069]
Such a wavelength change corresponding to the current change results in an increase in the spectral width of the oscillation longitudinal mode. FIG. 10 shows an oscillation longitudinal mode spectrum waveform of the DFB type semiconductor laser device in which the modulation frequency signal is not superimposed, and an oscillation longitudinal mode spectrum waveform of the semiconductor laser device according to the first embodiment in which the modulation frequency signal is superimposed. FIG. FIG. 10A shows a spectrum waveform of the oscillation longitudinal mode when the modulation frequency signal is not superimposed on the DFB type semiconductor laser device, and FIG. 10B is the first embodiment in which the modulation frequency signal is superimposed. The spectrum waveform of the oscillation longitudinal mode of the semiconductor laser device is shown. The spectral width of the oscillation longitudinal mode shown in FIG. 10B is broadened by changing the wavelength, and as shown in FIG. 4, the energy is dispersed by a plurality of oscillation longitudinal modes. When it is obtained (FIG. 10 (a) and FIG. 10 (b)), the peak value decreases. As a result, the threshold Pth of stimulated Brillouin scattering can be relatively increased by forming a plurality of oscillation longitudinal modes and superimposing modulation frequency signals.
[0070]
In general, as shown in FIG. 11, when the amplitude value of the modulation frequency signal is increased, the spectral width of each oscillation longitudinal mode is increased. As shown in FIG. 12, the threshold Pth of stimulated Brillouin scattering is increased as the spectral width is increased. Increases with respect to the light output. Therefore, a stable and high light output semiconductor laser device capable of reducing stimulated Brillouin scattering can be realized.
[0071]
Note that the wavelength interval (mode interval) Δλ of the oscillation longitudinal modes 31 to 33 is set to 0.1 nm or more. This is because, when the semiconductor laser device 20 is used as a pump light source for a Raman amplifier, if the mode interval Δλ is 0.1 nm or less, there is a high possibility of stimulated Brillouin scattering. As a result, it is preferable that the resonator length L described above is 3200 μm or less by the above-described equation of the mode interval Δλ.
[0072]
From the viewpoint described above, the number of oscillation longitudinal modes included in the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum 30 is preferably plural, and the spectrum width of each oscillation longitudinal mode is preferably wide. By the way, in Raman amplification, since the amplification gain has polarization dependence, it is necessary to reduce the influence of the deviation between the polarization direction of the signal light and the polarization direction of the pumping light. As a method for this purpose, there is a method of depolarizing the excitation light. Specifically, a method of polarization combining the output light from the two semiconductor laser devices 20 using a polarization combining coupler. In addition, there is a method of propagating laser light emitted from one semiconductor laser device 20 to this polarization plane holding fiber using a polarization plane holding fiber having a predetermined length as a depolarizer. When the latter method is used as a method for depolarization, the coherency of the laser light decreases as the number of oscillation longitudinal modes increases and the spectrum width of the oscillation longitudinal modes increases. The length of the wavefront holding fiber can be shortened. In particular, when the oscillation longitudinal mode is 4 or 5, the required length of the polarization maintaining fiber is abruptly shortened. Therefore, when depolarizing the laser light emitted from the semiconductor laser device 20 for use in the Raman amplifier, one unit can be used without using the outgoing light of the two semiconductor laser devices by combining the polarized light. This makes it easy to make the outgoing laser light of the semiconductor laser device 20 non-polarized and use it, so that the number of parts used in the Raman amplifier can be reduced and the size can be reduced.
[0073]
Here, if the oscillation wavelength spectrum width is too wide, the multiplexing loss due to the wavelength synthesis coupler increases, and noise and gain fluctuations are generated by the movement of the wavelength within the oscillation wavelength spectrum width. For this reason, the half width Δλh of the oscillation wavelength spectrum 30 needs to be 3 nm or less, preferably 2 nm or less.
[0074]
Further, in the conventional semiconductor laser device, as shown in FIG. 38 or FIG. 39, the semiconductor laser module using the fiber grating is used. Therefore, the relative intensity noise (by the resonance between the fiber grating 233 and the light reflecting surface 222). RIN) becomes large, and stable Raman amplification cannot be performed. However, in the semiconductor laser device 20 shown in the first embodiment, the laser beam emitted from the emission side reflection film 15 is used as it is without using the fiber grating 233. Since it is used as a light source for excitation of a Raman amplifier, the relative intensity noise is reduced. As a result, the fluctuation of the Raman gain is reduced, and stable Raman amplification can be performed.
[0075]
Further, in the semiconductor laser module shown in FIG. 38 or FIG. 39, since the mechanical coupling is required in the resonator, the laser oscillation characteristics may change due to vibration or the like. In this semiconductor laser device, there is no change in laser oscillation characteristics due to mechanical vibration or the like, and a stable light output can be obtained.
[0076]
In the above-described first embodiment, the diffraction grating 13 outputs a plurality of oscillation longitudinal modes based on the wavelength selectivity having fluctuations with respect to the center wavelength. A semiconductor laser device that can increase the number of oscillation longitudinal modes may be obtained.
[0077]
FIG. 13 is a diagram showing a periodic change in the grating period of the diffraction grating 13. The diffraction grating 13 is a chirped grating in which the grating period is periodically changed. In FIG. 14, the wavelength selectivity of the diffraction grating 13 is fluctuated, the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum is widened, and the number of oscillation longitudinal modes within the half-value width Δλh is increased.
[0078]
As shown in FIG. 13, the diffraction grating 13 has a structure in which an average period is 220 nm and a periodic fluctuation (deviation) of ± 0.02 nm is repeated in a period C. By this period fluctuation of ± 0.02 nm, about 3 to 6 oscillation longitudinal modes can be provided within the half-value width Δλh of the oscillation wavelength spectrum.
[0079]
For example, FIG. 14 shows different periods Λ₁, Λ₂It is a figure which shows the oscillation wavelength spectrum of the semiconductor laser apparatus which has this diffraction grating. In FIG. 14, the period Λ₁Has a wavelength λ₁The oscillation wavelength spectrum is formed, and three oscillation longitudinal modes are selected within the oscillation wavelength spectrum. On the other hand, the period Λ₂Has a wavelength λ₂The oscillation wavelength spectrum is formed, and three oscillation longitudinal modes are selected within the oscillation wavelength spectrum. Therefore, the period Λ₁, Λ₂In the composite oscillation wavelength spectrum 45 by the diffraction gratings, 4 to 5 oscillation longitudinal modes are included in the composite oscillation wavelength spectrum 45. As a result, as compared with the case where a single oscillation wavelength spectrum is formed, a larger number of oscillation longitudinal modes can be easily selected and output, and the optical output can be increased.
[0080]
The configuration of the diffraction grating 13 is not limited to the chirped grating in which the grating period is changed at a constant period C, and the grating period is a period Λ.₁(220nm + 0.02nm) and period Λ₂You may make it change at random between (220nm-0.02nm).
[0081]
Further, as shown in FIG._ThreeAnd period Λ_FourAs a diffraction grating that alternately repeats the above and the like once, periodic fluctuations may be provided. In addition, as shown in FIG._FiveAnd period Λ₆As a diffraction grating that alternately repeats a plurality of times, periodic fluctuations may be provided. Further, as shown in FIG. 15 (c), a plurality of consecutive periods Λ₇And period Λ₇Multiple consecutive periods Λ with different periods₈As a diffraction grating having the above, periodic fluctuations may be provided. Also, the period Λ_Three, Λ_Five, Λ₇And period Λ_Four, Λ₆, Λ₈Between the two, a period having discrete and different values may be complemented, and an arrangement in which the period is changed stepwise may be performed.
[0082]
In the first embodiment, a plurality of oscillation longitudinal modes are formed with respect to the resonator length L by the diffraction grating 13 partially provided on the output side reflection film 15 side, and the modulation frequency signal is superimposed on the bias current. By dispersing the light output energy of the laser light, suppressing the generation of stimulated Brillouin scattering when used as the excitation light source of the Raman amplifier, the laser light of the desired oscillation wavelength is output stably and with high efficiency. can do.
[0083]
In the first embodiment described above, the diffraction grating 13 is provided on the output side reflection film 15 side. However, the present invention is not limited to this, and the reflection film 14 side or the reflection film 14 side and the output side reflection film 15 side are provided. You may make it provide a diffraction grating in both. In this case, since the diffraction grating on the reflective film 14 side has wavelength selectivity and reflection characteristics, the product of the coupling coefficient κ and the diffraction grating length Lg is set to a large value, for example, “2” or more. Good.
[0084]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, as shown in FIG. 16, in the semiconductor laser device 20 shown in the first embodiment, a portion corresponding to the upper part of the diffraction grating 13, on the upper surface of the p-InGaAsP contact layer 7, A non-current injection region E1 in which the p-side electrode 10 is not formed is formed. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same components.
[0085]
As a result, current injection to the non-current injection region E1 where the p-side electrode 10 is not formed is suppressed, the refractive index of the diffraction grating 13 is suppressed, and light amplification control is simple and easy. Further, at the end face of the emission side reflection film 15 of the GRIN-SCH-MQW active layer 3, the end face temperature is increased, the band gap is reduced, the light absorption, the recombination current, and the end face temperature is increased. Although COD (Catastrophic Optical Damage), which melts and deteriorates instantaneously, is likely to occur, it can be expected that the occurrence probability of COD is reduced by suppressing heat generation by suppressing the injection current.
[0086]
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, a plurality of longitudinal oscillation modes are formed by the diffraction grating 13 and the optical output energy of the laser light is dispersed by superimposing the modulation frequency signal on the bias current. In addition, the generation of stimulated Brillouin scattering when used as a light source for excitation of a Raman amplifier can be suppressed, and laser light having a desired oscillation wavelength can be output stably and with high efficiency.
[0087]
In the non-current injection region E1, an insulating film may be formed instead of the air layer. In short, it is sufficient that no current is injected in the vicinity of the diffraction grating 13 (see Japanese Patent Application No. 2001-206995).
[0088]
Here, it will be described that the semiconductor laser device shown in the first and second embodiments can specifically suppress the stimulated Brillouin scattering. FIGS. 17 to 19 are diagrams showing experimental results of the modulation frequency dependence of the return loss with the modulation degree as a parameter. Here, the return loss means the ratio of light reflected by stimulated Brillouin scattering to incident light. When no stimulated Brillouin scattering occurs, the return loss is about -30 dB. Therefore, the stimulated Brillouin scattering is suppressed when it is about −30 dB or less. 20 to 22 are diagrams showing spectrum waveforms when the semiconductor laser device shown in FIGS. 17 to 19 is not modulated, respectively.
[0089]
FIG. 17 shows the resonator length L = 1000 μm and the diffraction grating length Lg = 50 μm, and has a non-current injection structure above the diffraction grating 13 as shown in the second embodiment, and the length of the non-current injection region. When Li = 60 μm and the drive current is 900 mA, it shows the modulation frequency dependence of the return loss when the modulation degree with respect to the optical output is changed from 0% (no modulation) to 10%. Note that the characteristics with a modulation degree of 0%, 0.1%, 0.2%, and 0.5% are obtained by extrapolation from the characteristics with a modulation degree of 1%, 2%, 5%, and 10%. Yes. In FIG. 17, when the modulation degree is increased, the return loss is reduced and the stimulated Brillouin scattering is suppressed. Further, when the modulation frequency is about 10 kHz to 100 kHz and the modulation degree is 1 to 10%, it indicates that the stimulated Brillouin scattering can be reliably suppressed. In the semiconductor laser device shown in FIG. 17, the value of return loss at the time of no modulation (modulation degree 0%) was −5.248 dB.
[0090]
FIG. 18 shows the experimental results when the resonator length L of the semiconductor laser device shown in FIG. 17 is 1500 μm, and the degree of modulation is 0%, 0.1%, 0.2 as in FIG. The characteristics of% and 0.5% are obtained by extrapolation from the characteristics of the modulation degree of 1%, 2%, 5%, and 10%. However, the non-current injection region is not formed. As shown in FIG. 18, in this semiconductor laser device, the return loss decreases and the stimulated Brillouin scattering tends to be suppressed when the modulation degree is increased as in FIG. 17, and the modulation frequency is about 5 kHz to 1000 kHz. If the degree of modulation is 1 to 10%, stimulated Brillouin scattering can be reliably suppressed. In the experimental result of FIG. 18, the stimulated Brillouin scattering is suppressed as compared with the experimental result of FIG. 17, because the resonator length becomes longer and, as shown in FIG. 21, oscillation occurs compared to FIG. 20. It is estimated that the peak value of each longitudinal mode is suppressed by increasing the number of longitudinal modes, and the threshold for stimulated Brillouin scattering is relatively high. In the semiconductor laser device shown in FIG. 18, the return loss at the time of no modulation was -14.82 dB.
[0091]
FIG. 19 shows experimental results when the diffraction grating length Lg of the semiconductor laser device shown in FIG. 18 is increased to 100 μm. Also in FIG. 19, when the modulation degree is increased, the return loss is decreased and the stimulated Brillouin scattering tends to be suppressed. However, the stimulated Brillouin scattering is surely suppressed when the modulation degree is 10% and the modulation frequency is 5 kHz to 50 kHz. This is because the diffraction grating length Lg is increased, and as shown in FIG. 22, the number of longitudinal modes oscillating is reduced as compared with FIG. 21, and as a result, the threshold of stimulated Brillouin scattering in this semiconductor laser device is This is presumed to be higher than the threshold of stimulated Brillouin scattering in the semiconductor laser device shown in FIG. In the semiconductor laser device shown in FIG. 19, the return loss at the time of no modulation was −4.308 dB.
[0092]
It can be said from the experimental results of FIGS. 17 to 19 that, as shown in FIGS. 11 and 12, the higher the degree of modulation, the more the stimulated Brillouin scattering can be suppressed. However, increasing the modulation factor increases RIN. That is, noise corresponding to the modulation frequency increases. Therefore, the modulation degree is preferably set to an appropriate value considering stimulated Brillouin scattering and RIN. Further, the modulation frequency that can surely suppress stimulated Brillouin scattering is in a range centered on 50 kHz, and is affected by the number of longitudinal modes, and the range increases as the number of longitudinal modes increases. On the other hand, since the influence of RIN can be reduced by separating the frequency from the optical signal, the modulation frequency is preferably small. 17 to 19, there is an appropriate modulation frequency for each semiconductor laser device. For example, in the semiconductor laser device shown in FIG. 17, it is preferable to set the modulation frequency to about 20 kHz in consideration of the influence of RIN.
[0093]
Here, as described above, the return loss also varies depending on the number of longitudinal modes. FIG. 23 is a diagram illustrating the dependence of the return loss on the number of longitudinal modes when the modulation factor is used as a parameter. In FIG. 23, five semiconductor laser devices having three, five, six, eight, and fifteen longitudinal mode numbers are used as samples, and the modulation degrees are 0%, 1%, 2%, 5%, The return loss when changed to 10% is shown. Note that the modulation frequency applied to this sample is 10 kHz, and the drive current is 900 mA. As shown in FIG. 23, as described above, each sample shows a tendency that the return loss decreases as the modulation degree increases, but the return loss tends to decrease as the number of longitudinal modes increases. Therefore, a sufficient return loss can be obtained with a relatively small modulation degree in correspondence with the number of longitudinal modes, and stimulated Brillouin scattering can be suppressed with this relatively small modulation degree. That is, there is an optimum modulation degree corresponding to the number of longitudinal modes. For example, in FIG. 23, a semiconductor laser device having 5 or less longitudinal modes can suppress stimulated Brillouin scattering by setting the modulation degree to 10% or more, and a semiconductor having 6 or more longitudinal modes. In the laser device, the stimulated Brillouin scattering can be suppressed by setting the modulation degree to 5% or less.
[0094]
By the way, all of the above-described return loss modulation frequency dependencies have the same optical output, but the return loss also has optical output dependency. FIG. 24 is a diagram illustrating the attenuation dependency of return loss when the number of longitudinal modes is used as a parameter. FIG. 24 shows the attenuation dependence of return loss for six samples having 1, 3, 7, 9, 16, and 7 longitudinal mode numbers. As shown in FIG. 24, the return loss of each sample varies depending on each sample, but all show a tendency that the return loss decreases as the amount of attenuation increases. This is because the light peak value is attenuated due to the attenuation of the light output, and thereby becomes less than the threshold of stimulated Brillouin scattering, thereby suppressing stimulated Brillouin scattering.
[0095]
Here, specific suppression of stimulated Brillouin scattering using the above-described return loss attenuation dependency will be described. FIG. 25 is a diagram showing the dependence of return loss on incident power. In FIG. 25, the return loss suddenly decreases from around 80 mW, the stimulated Brillouin scattering is reduced, and the stimulated Brillouin scattering is reliably suppressed at about 40 mW. In this experiment, as shown in FIG. 26, the output of the semiconductor laser module LD having the semiconductor laser device is made constant, the constant optical output outputted from the semiconductor laser module LD is attenuated by the variable attenuator 46, It is the result of measuring the return loss from the optical fiber FI at the point PA. In this attenuation method, the light output can be reduced without changing the spectral shape such as the number of longitudinal modes.
[0096]
On the other hand, as shown in FIG. 27, generally, the laser light output from the semiconductor laser device is finally attenuated and output. In FIG. 27, laser light is output from the two semiconductor laser modules LD1 and LD2 on which the semiconductor laser device is mounted, and is combined by the coupler 47, and further returned to the semiconductor laser modules LD1 and LD2 via the isolator 48. The laser beam is finally output to the optical fiber FI side. In this case, a small loss occurs in each of the semiconductor laser modules LD 1 and LD 2, and further a large attenuation is received by the coupler 47, the isolator 48, etc., and the final optical output becomes the optical output from the isolator 48. For example, the optical output from the isolator 48 is 3 dB lower than the optical output from the semiconductor laser device, that is, half the optical output.
[0097]
In this case, when the optical output from the semiconductor laser device is 80 mW and the optical output from the isolator 48 is 40 mW, the return loss is −15 dB to −30 dB from FIG. 25, and the laser beam guided Brillouin output from the isolator 48 is obtained. Scattering is surely suppressed. This means that in FIGS. 17 to 19, the range having a return loss of about −15 dB or less can completely suppress stimulated Brillouin scattering. That is, the range in which the stimulated Brillouin scattering can be reliably suppressed is expanded. Specifically, even if the modulation frequency is 0.5 kHz in FIG. 17, the laser light output from the isolator 48 can surely suppress stimulated Brillouin scattering. Therefore, the range of applicable modulation frequency and modulation degree is also expanded. For this reason, when a system that actually suppresses stimulated Brillouin scattering is constructed, the amount of attenuation until the laser beam is finally output is taken into account, and the dependence on the modulation frequency of each semiconductor laser device shown in FIGS. Based on the characteristics, an appropriate modulation frequency and degree of modulation may be determined. Note that, as described above, it is preferable that both the modulation frequency and the modulation degree are small in consideration of the influence on RIN.
[0098]
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first and second embodiments described above, the semiconductor laser device in which the diffraction grating 13 is partially provided along the GRIN-SCH-MQW active layer 3 has been described. In the third embodiment, for example, FIG. 28, the present invention is also applicable to a semiconductor laser device having optical waveguide layers 16 and 17 adjacent to the GRIN-SCH-MQW active layer 3 and having a diffraction grating 13 formed along the optical waveguide layer 17. Can do. In the semiconductor laser device shown in FIG. 28, the optical waveguide layer 16 and the optical waveguide layer 17 including the diffraction grating 13 are sequentially arranged in the longitudinal direction (laser light emission direction) from the GRIN-SCH-MQW active layer 3. Separated p-side electrodes 10c and 10b and p-InGaAsP contact layers 7c and 7b are formed in portions corresponding to the upper portions of the optical waveguide layers 16 and 17 shown in FIG. In addition, the superimposed signal obtained by superimposing the modulation frequency signal output from the modulation signal applying unit 22 on the bias current output from the current driving unit 21 is a p-side electrode corresponding to the upper part of the GRIN-SCH-MQW active layer 3. 10a.
[0099]
Also in the third embodiment, as in the first embodiment, a plurality of longitudinal oscillation modes are formed by the diffraction grating 13 and the optical output energy of the laser light is dispersed by superimposing the modulation frequency signal on the bias current. In addition, the generation of stimulated Brillouin scattering when used as a light source for excitation of a Raman amplifier can be suppressed, and laser light having a desired oscillation wavelength can be output stably and with high efficiency.
[0100]
FIG. 29 is a diagram showing a modification of the semiconductor laser device shown in FIG. 29, in this semiconductor laser device, in the configuration shown in FIG. 28, a p-side electrode 10b and a p-InGaAsP contact layer 7b are formed in a portion corresponding to the upper part of the diffraction grating 13. In this case, the p-side electrode 10c and the p-InGaAsP contact layer 7c may be formed in a partial region corresponding to the upper portion of the optical waveguide layer 16. However, the p-side electrode 10a and the p-side electrode 10b formed above the GRIN-SCH-MQW active layer 3 are formed so as to be insulated.
[0101]
In FIG. 29, the bias current supplied from the current driver 21 is applied to the p-side electrode 10a, and the modulation frequency signal supplied from the modulation signal applying unit 22 is applied to the p-side electrode 10b. As a result, the refractive index of the optical waveguide layer 17 changes and the optical resonator length changes, so that the spectral width of the oscillation longitudinal mode becomes wide.
[0102]
Also according to the modification of the third embodiment, as in the first embodiment, a plurality of oscillation longitudinal modes are formed by the diffraction grating 13 and the modulation frequency signal is superimposed on the bias current, so that the optical output of the laser beam is obtained. When energy is dispersed and stimulated Brillouin scattering is suppressed when used as an excitation light source for a Raman amplifier, laser light having a desired oscillation wavelength can be output stably and with high efficiency.
[0103]
In each of the first to third embodiments described above, the diffraction grating 13 is a semiconductor laser device provided in the vicinity of the exit-side reflection film 15 side. However, the present invention is not limited to this, and only the vicinity of the reflection film 14 side. A semiconductor laser device provided with a diffraction grating may be provided, or a diffraction grating may be provided in the vicinity of the exit-side reflection film 15 and the reflection film 14 side.
[0104]
In the case of a semiconductor laser device provided with a diffraction grating in the vicinity of the reflective film 14 side, a diffraction grating 13b having a product of the coupling coefficient κ and the diffraction grating length Lg2 of “2” or more is provided on the reflective film 14 side. To.
[0105]
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, the semiconductor laser device shown in the first to third embodiments is modularized.
[0106]
FIG. 30 is a longitudinal sectional view showing the structure of the semiconductor laser module according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 30, this semiconductor laser module 50 has a semiconductor laser device 51 corresponding to the semiconductor laser device shown in the first to third embodiments. The semiconductor laser device 51 has a junction-down configuration in which the p-side electrode is joined to the heat sink 57a. As a housing of the semiconductor laser module 50, a Peltier element 58 as a temperature control device is disposed on the inner bottom surface of a package 59 formed of ceramic or the like. A base 57 is disposed on the Peltier element 58, and a heat sink 57 a is disposed on the base 57. The Peltier element 58 is supplied with a current (not shown) and is cooled and heated depending on its polarity, but mainly functions as a cooler in order to prevent the oscillation wavelength shift due to the temperature rise of the semiconductor laser device 51. That is, the Peltier element 58 is cooled and controlled to a lower temperature when the laser beam has a longer wavelength than the desired wavelength, and when the laser beam has a shorter wavelength than the desired wavelength. Is heated and controlled at a high temperature. Specifically, this temperature control is controlled on the basis of the detection value of the thermistor 58a disposed on the heat sink 57a and in the vicinity of the semiconductor laser device 51. The control device (not shown) normally has the temperature of the heat sink 57a. Is controlled to be kept constant. A control device (not shown) controls the Peltier element 58 so that the temperature of the heat sink 57a is lowered as the drive current of the semiconductor laser device 51 is increased. By performing such temperature control, the wavelength stability of the semiconductor laser device 51 can be improved, which is effective in improving the yield. The heat sink 57a is preferably formed of a material having high thermal conductivity such as diamond. This is because if the heat sink 57a is formed of diamond, heat generation when a high current is applied is suppressed.
[0107]
On the base 57, the heat sink 57a in which the semiconductor laser device 51 and the thermistor 58a are arranged, the first lens 52, and the current monitor 56 are arranged. Laser light emitted from the semiconductor laser device 51 is guided onto the optical fiber 55 through the first lens 52, the isolator 53, and the second lens 54. The second lens 54 is provided on the package 59 on the optical axis of the laser beam, and is optically coupled to an optical fiber 55 that is externally connected. The current monitor 56 monitors and detects light leaking from the reflective film side of the semiconductor laser device 51.
[0108]
Here, in this semiconductor laser module 50, an isolator 53 is interposed between the semiconductor laser device 51 and the optical fiber 55 so that reflected return light from other optical components or the like does not return into the resonator. Unlike the conventional semiconductor laser module using a fiber grating, the isolator 53 can be a polarization-independent isolator that can be built in the semiconductor laser module 50 instead of an inline fiber type. The insertion loss due to the above can be reduced, lower relative intensity noise (RIN) can be achieved, and the number of parts can be reduced.
[0109]
In the fourth embodiment, since the semiconductor laser device shown in the first to third embodiments is modularized, a polarization-independent isolator can be used, insertion loss can be reduced, and low noise can be achieved. And reduction of the number of parts can be promoted.
[0110]
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the fifth embodiment, the semiconductor laser module shown in the fourth embodiment is applied to a Raman amplifier.
[0111]
FIG. 31 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier according to the fifth embodiment of the present invention. This Raman amplifier is used in a WDM communication system. In FIG. 31, this Raman amplifier uses semiconductor laser modules 60a to 60d having the same configuration as that of the semiconductor laser module shown in the fourth embodiment, and the semiconductor laser modules 182a to 182d shown in FIG. The laser modules 60a to 60d are replaced.
[0112]
Each of the semiconductor laser modules 60a and 60b outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes to the polarization beam combining coupler 61a via the polarization plane holding fiber 71, and each of the semiconductor laser modules 60c and 60d includes the polarization plane holding fiber. A laser beam having a plurality of oscillation longitudinal modes is output to the polarization beam combining coupler 61b via 71. Here, the laser beams oscillated by the semiconductor laser modules 60a and 60b have the same wavelength, and the laser beams oscillated by the semiconductor laser modules 60c and 60d have the same wavelength but the semiconductor laser modules 60a and 60b oscillate. It is different from the wavelength of the laser beam. This is because Raman amplification has polarization dependency, and is output as laser light whose polarization dependency is eliminated by the polarization combining couplers 61a and 61b.
[0113]
The laser beams having different wavelengths output from the respective polarization beam combining couplers 61 a and 61 b are combined by the WDM coupler 62, and the combined laser light is amplified as pumping light for Raman amplification via the WDM coupler 65. It is output to the fiber 64. Amplifying fiber 64 to which the excitation light is input receives the signal light to be amplified and is Raman amplified.
[0114]
The signal light (amplified signal light) Raman-amplified in the amplification fiber 64 is input to the monitor light distribution coupler 67 through the WDM coupler 65 and the isolator 66. The monitor light distribution coupler 67 outputs a part of the amplified signal light to the control circuit 68 and outputs the remaining amplified signal light to the signal light output fiber 70 as output laser light.
[0115]
The control circuit 68 controls the laser output state of each of the semiconductor laser modules 60a to 60d, for example, the light intensity based on a part of the input amplified signal light, so that the gain band of Raman amplification becomes flat. Feedback control.
[0116]
In the Raman amplifier shown in the fifth embodiment, for example, the semiconductor laser module 182a in which the semiconductor light emitting element 180a and the fiber grating 181a shown in FIG. 3 is used, the use of the polarization-maintaining fiber 71 can be reduced, and the Raman amplifier can be reduced in size and weight and cost can be reduced. be able to.
[0117]
In the Raman amplifier shown in FIG. 31, the polarization combining couplers 61a and 61b are used. However, as shown in FIG. 32, the WDM couplers are directly connected from the semiconductor laser modules 60a and 60c through the polarization plane holding fibers 71, respectively. The light may be output to 62. In this case, the polarization planes of the semiconductor laser modules 60 a and 60 c are incident on the polarization plane holding fiber 71 at 45 degrees. Here, as described above, since each of the semiconductor laser modules 60a and 60c has a plurality of oscillation longitudinal modes, the polarization-maintaining fiber length 71 can be shortened. As a result, the polarization dependence of the optical output output from the polarization maintaining fiber 71 can be eliminated, and a Raman amplifier with a smaller size and a smaller number of parts can be realized.
[0118]
Further, when a semiconductor laser device having a large number of oscillation longitudinal modes is used as a semiconductor laser device incorporated in the semiconductor laser modules 60a to 60d, the required length of the polarization plane holding fiber 71 can be shortened. In particular, when the oscillation longitudinal mode is 4 or 5, the required polarization plane maintaining fiber 71 is abruptly shortened, so that the simplification and miniaturization of the Raman amplifier can be promoted. Furthermore, when the number of oscillation longitudinal modes increases, the coherent length is shortened, and the degree of polarization (DOP: Degree Of Polarization) is reduced by depolarization, which also makes it possible to eliminate the polarization dependence. Simplification and miniaturization can be further promoted.
[0119]
In addition, this Raman amplifier is easier to align with the optical axis than a semiconductor laser module using a fiber grating, and there is no mechanical optical coupling in the resonator. , Can increase the reliability.
[0120]
Further, in the semiconductor laser devices of the above-described first to third embodiments, since there are a plurality of oscillation modes and the spectrum width of the oscillation longitudinal mode is widened by applying a modulation frequency signal, stimulated Brillouin scattering is generated. Therefore, high-output excitation light can be generated, and a stable and high Raman gain can be obtained.
[0121]
The Raman amplifier shown in FIGS. 31 and 32 is a backward pumping method, but as described above, since the semiconductor laser modules 60a to 60d output stable pumping light, Even with the bidirectional excitation method, stable Raman amplification can be performed.
[0122]
For example, FIG. 33 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier that employs the forward excitation method. The Raman amplifier shown in FIG. 33 is provided with a WDM coupler 65 ′ in the vicinity of the isolator 63 in the Raman amplifier shown in FIG. 31. The WDM coupler 65 'includes semiconductor laser modules 60a-60d, semiconductor laser modules 60a'-60d', polarization couplers 61a ', 61b' and WDM respectively corresponding to the semiconductor laser modules 60a-60d, the polarization couplers 61a, 61b, and the WDM coupler 62. A circuit having a coupler 62 'is connected, and forward pumping is performed to output pumping light output from the WDM coupler 62' in the same direction as the signal light. In this case, since the semiconductor laser modules 60a ′ to 60d ′ use the semiconductor laser device used in the above-described first to fourth embodiments, RIN is small and forward pumping can be performed effectively.
[0123]
Similarly, FIG. 34 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier that employs the forward pumping method. The Raman amplifier shown in FIG. 34 is provided with a WDM coupler 65 ′ in the vicinity of the isolator 63 in the Raman amplifier shown in FIG. 32. The WDM coupler 65 'is connected to a circuit having semiconductor laser modules 60a', 60c 'and a WDM coupler 62' corresponding to the semiconductor laser modules 60a, 60c and the WDM coupler 62, respectively, and is output from the WDM coupler 62 '. Forward pumping is performed to output the pumping light in the same direction as the signal light. In this case, since the semiconductor laser modules 60a ′ and 60c ′ use the semiconductor laser device used in the above-described first to fourth embodiments, RIN is small and forward pumping can be performed effectively.
[0124]
FIG. 35 is a block diagram showing the configuration of a Raman amplifier that employs the bidirectional excitation method. The Raman amplifier shown in FIG. 35 has the same structure as the Raman amplifier shown in FIG. 31, but the WDM coupler 65 ′, the semiconductor laser modules 60a ′ to 60d ′, the polarization combining couplers 61a ′ and 61b ′, and the WDM shown in FIG. A coupler 62 'is further provided to perform backward excitation and forward excitation. In this case, since the semiconductor laser modules 60a ′ to 60d ′ use the semiconductor laser device used in the above-described first to fourth embodiments, RIN is small and forward pumping can be performed effectively.
[0125]
Similarly, FIG. 36 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier that employs the bidirectional excitation method. The Raman amplifier shown in FIG. 35 further includes the WDM coupler 65 ′, the semiconductor laser modules 60a ′ and 60c ′ and the WDM coupler 62 ′ shown in FIG. 34 in the configuration of the Raman amplifier shown in FIG. Perform forward excitation. In this case, since the semiconductor laser modules 60a ′ and 60c ′ use the semiconductor laser device used in the above-described first to fourth embodiments, RIN is small and forward pumping can be performed effectively.
[0126]
The Raman amplifiers shown in FIGS. 33 to 36 described above can be applied to the WDM communication system as described above. FIG. 37 is a block diagram showing a schematic configuration of a WDM communication system to which the Raman amplifier shown in FIGS. 31 to 36 is applied.
[0127]
In FIG. 37, the wavelength λ transmitted from a plurality of transmitters Tx1 to Txn.₁~ Λ_nAre combined by an optical multiplexer 80 and collected in one optical fiber 85. On the transmission path of the optical fiber 85, a plurality of Raman amplifiers 81 and 83 corresponding to the Raman amplifiers shown in FIGS. 33 to 36 are arranged according to the distance, and amplifies the attenuated optical signal. The signal transmitted on the optical fiber 85 is transmitted by the optical demultiplexer 84 to a plurality of wavelengths λ₁~ Λ_nAre demultiplexed into a plurality of optical signals and received by a plurality of receivers Rx1 to Rxn. An ADM (Add / Drop Multiplexer) may be inserted on the optical fiber 85 to add and take out an optical signal having an arbitrary wavelength.
[0128]
In the fifth embodiment, the case where the semiconductor laser device shown in the first to third embodiments or the semiconductor laser module shown in the fourth embodiment is used as an excitation light source for Raman amplification is shown. It is obvious that the light source can be used as an EDFA excitation light source such as 980 nm and 1480 nm.
[0129]
【The invention's effect】
  As explained above,This inventionAccording to the present invention, a plurality of oscillation longitudinal modes are provided according to the wavelength selection characteristics of the diffraction grating, and the modulation means generates a modulation signal for modulating the bias current injected into the active layer, and the modulation signal is converted into the bias current. Since the spectrum width of each oscillation longitudinal mode is broadened, the threshold of stimulated Brillouin scattering is relatively increased, and a stable and highly efficient semiconductor laser device can be realized.
[0130]
  Also,This inventionSince the modulation means injects the current with the modulation signal superimposed from the region outside the non-current injection region, for example, the refractive index in the vicinity of the diffraction grating is not changed. Therefore, the optical amplification control can be easily and easily performed with high accuracy, and it is possible to expect to reduce the probability of occurrence of COD.
[0131]
  Also,This inventionAccording to the present invention, a plurality of oscillation longitudinal modes are provided according to the wavelength selection characteristics of the diffraction grating, and the modulation means generates a modulation signal for modulating the bias current injected into the active layer, and the modulation signal is converted into the bias current. Since the spectral width of each oscillation longitudinal mode is broadened, the threshold of stimulated Brillouin scattering is relatively increased, and a stable and highly efficient semiconductor laser device can be realized.
[0132]
  Also,This inventionAccording to the present invention, a plurality of oscillation longitudinal modes are provided by wavelength selection characteristics of the diffraction grating, and the modulation means applies a modulation signal to the optical waveguide layer so as to widen the spectrum width of each oscillation longitudinal mode. Thus, the threshold of stimulated Brillouin scattering is relatively increased, and a stable and highly efficient semiconductor laser device can be realized.
[0133]
  Also,This inventionAccording to the above, since the modulation signal is a sine wave signal, it is possible to suppress the spread of noise components.
[0134]
  Also,This inventionAccording to the present invention, by setting the current amplitude of the modulation signal to 0.1 to 10% of the current value of the bias current, the spectral width of the laser beam can be set to a desired value and the stimulated Brillouin scattering is suppressed. There is an effect that can be.
[0135]
  Also,This inventionAccording to the above, by setting the optical amplitude of the modulation signal to 0.1 to 10% of the optical output of the laser beam, the spectral width of the laser beam can be set to a desired value, and the stimulated Brillouin scattering is suppressed. There is an effect that can be.
[0136]
  Also,This inventionAccording to the present invention, by setting the frequency of the modulation signal in the range of 5 to 1000 kHz, the spectral width of the laser beam can be set to a desired value, and stimulated Brillouin scattering can be suppressed.
[0137]
  Also,This inventionAccording to the above, the frequency and the modulation degree of the modulation signal are determined in consideration of the amount of attenuation until the semiconductor laser device that uses the laser beam is finally output to the outside, and the value is made as small as possible. There is an effect that the stimulated Brillouin scattering can be suppressed together with the suppression of RIN.
[0138]
  Also,This inventionAccording to the above, since the diffraction grating length of the diffraction grating provided on the first reflective film side is set to 300 μm or less, it is possible to easily generate two or more oscillation longitudinal modes and improve the light output efficiency. There is an effect that can be done.
[0139]
  Also,This inventionAccording to the above, since the diffraction grating length of the diffraction grating provided on the first reflection film side is set to a value not more than (300/1300) times the resonator length, even for any resonator length, 2 There are effects that it is possible to easily generate more than one oscillation longitudinal mode and to improve the light output efficiency of high output.
[0140]
  Also,This inventionAccording to the above, in the diffraction grating, the multiplication value of the coupling coefficient of the diffraction grating and the diffraction grating length is set to 0.3 or less, the linearity of the drive current-light output characteristic is improved, and the stability of the light output is improved. As a result, the dependence of the oscillation wavelength on the drive current can be reduced, and the semiconductor laser device with high output stability can be realized.
[0141]
  Also,This inventionAccording to the above, since the grating period of the diffraction grating is changed randomly or at a predetermined period, fluctuations in the wavelength selection of the diffraction grating are generated, and the half width of the oscillation wavelength spectrum is widened. It is possible to easily increase the number of oscillation longitudinal modes included therein, and it is possible to realize a stable and highly efficient semiconductor laser device.
[0142]
  Also,This inventionAccording to the above, since the length of the resonator formed by the active layer formed between the first reflective film and the second reflective film is set to 800 μm or more and high power operation is possible, The operation can be performed, and the oscillation wavelength selected by the diffraction grating can be output stably and efficiently.
[0143]
  Also,This inventionSince the RIN can be reduced and the threshold of stimulated Brillouin scattering can be increased, the resonator of the semiconductor laser device is not physically separated using a semiconductor laser device that does not use a fiber grating. There is no need to align the optical axis, and assembling of the semiconductor laser module is facilitated, and the laser oscillation characteristics are less likely to change due to mechanical vibration, etc., and stable laser light is output with high reliability and stability. In addition, there is an effect that it is possible to realize a semiconductor laser module that can realize further cost reduction.
[0144]
  Also,This inventionAccording to the present invention, since a semiconductor laser device that does not use a fiber grating is used, a polarization-independent isolator can be used, unlike an in-line fiber type, a semiconductor laser module having a small insertion loss and a small RIN. There is an effect that can be realized.
[0145]
  Also,This inventionAccording toThe above inventionA semiconductor laser device according to claim 1,OrA semiconductor laser module is used as an excitation light source for broadband Raman amplification so that the above-described semiconductor laser device or each semiconductor laser module has the operational effects, and the oscillation wavelength selected by the diffraction grating is output stably and efficiently. There is an effect that can be.
[0146]
  Also,This inventionAccording toThe above inventionA semiconductor laser device according to claim 1,OrThe semiconductor laser module is an excitation light source for broadband Raman amplification and used as a forward excitation light source or a forward excitation light source in the bidirectional excitation system, so that the above-described semiconductor laser device or each semiconductor laser module has the operational effects. The oscillation wavelength selected by the diffraction grating can be output stably and with high efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cutaway view of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention as seen from an oblique direction.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view in the longitudinal direction showing the configuration of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view taken along line AA of the semiconductor laser device shown in FIG.
4 is a diagram showing a relationship between an oscillation wavelength spectrum and an oscillation longitudinal mode of the semiconductor laser device shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a temporal change in optical output when a modulation frequency signal is superimposed on a bias current.
FIG. 6 is a diagram showing a change in light output when a superimposed signal is applied using current-light output characteristics.
FIG. 7 is a diagram showing a change over time of a drive current when a modulation frequency signal is superimposed on a bias current.
FIG. 8 is a diagram illustrating wavelength change when a superimposed signal is applied.
FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency characteristic of RIN when a superimposed signal is applied.
FIG. 10 is a diagram showing that the threshold value of stimulated Brillouin scattering relatively increases when a superimposed signal is applied and a diffraction grating is partially provided with respect to the resonator length.
FIG. 11 is a diagram showing a change in the spectrum width of the longitudinal oscillation mode with respect to the modulation frequency signal amplitude when a superimposed signal is applied.
FIG. 12 is a diagram showing a change in threshold value of stimulated Brillouin scattering with respect to the spectrum width of the oscillation longitudinal mode.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a chirped grating applied to a diffraction grating.
FIG. 14 is a diagram showing an oscillation wavelength spectrum when a chirped grating is applied to a diffraction grating.
FIG. 15 is a diagram showing a modified example of a grating having periodic fluctuations.
FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing the configuration in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a diagram showing an example of modulation frequency dependence of return loss when the modulation factor is used as a parameter.
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of modulation frequency dependence of return loss when the modulation factor is used as a parameter.
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the modulation frequency dependence of the return loss when the modulation degree is used as a parameter.
20 is a diagram showing a spectrum waveform when the semiconductor laser device shown in FIG. 17 is not modulated.
21 is a diagram showing a spectrum waveform when the semiconductor laser device shown in FIG. 18 is not modulated.
22 is a diagram showing a spectrum waveform when the semiconductor laser device shown in FIG. 19 is not modulated.
FIG. 23 is a diagram illustrating the dependence of return loss on the number of longitudinal modes with the modulation factor as a parameter.
FIG. 24 is a diagram showing the attenuation dependence of return loss with the number of longitudinal modes as a parameter.
FIG. 25 is a diagram showing the dependence of return loss on incident power.
26 is a diagram showing an example of an experimental apparatus for obtaining the experimental result of FIG. 25. FIG.
FIG. 27 is a diagram illustrating an example in which laser light is attenuated from a semiconductor laser device to final external output.
FIG. 28 is a longitudinal sectional view showing the structure in the longitudinal direction of a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention.
29 is a longitudinal sectional view showing a modified example of the semiconductor laser device shown in FIG. 28;
30 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor laser module according to a fourth embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 31 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier according to a fourth embodiment of the present invention.
32 is a block diagram illustrating an application example of the Raman amplifier illustrated in FIG. 31;
FIG. 33 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier that employs a forward pumping system, which is a modification of the Raman amplifier shown in FIG. 31;
34 is a block diagram showing an application example of the Raman amplifier shown in FIG. 33. FIG.
FIG. 35 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier that is a modification of the Raman amplifier shown in FIG. 31 and that employs a bidirectional excitation method.
36 is a block diagram showing an application example of the Raman amplifier shown in FIG. 35;
37 is a block diagram showing a schematic configuration of a WDM communication system using the Raman amplifier shown in FIGS. 31 to 36. FIG.
FIG. 38 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional Raman amplifier.
39 is a diagram showing a configuration of a semiconductor laser module used in the Raman amplifier shown in FIG. 38.
[Explanation of symbols]
1 n-InP substrate
2 n-Inp buffer layer
3 GRIN-SCH-MQW active layer
4 p-InP spacer layer
6 p-InP cladding layer
7 p-InGaAsP contact layer
8 p-InP blocking layer
9 n-InP blocking layer
10 p-side electrode
11 n-side electrode
13 Diffraction grating
14 Reflective film
15 Output side reflective film
16, 17 Optical waveguide layer
20 Semiconductor laser device
21 Current driver
22 Modulation signal application unit
23 connection points
30 Oscillation wavelength spectrum
31-33 Longitudinal oscillation mode
45 Compound oscillation wavelength spectrum
46 Variable attenuator
47 coupler
48, 53, 63, 66 Isolator
50, 60a to 60d, 60a 'to 60d' Semiconductor laser module
52 1st lens
54 Second lens
55 Optical fiber
56 Current monitor
57 base
57a heat sink
58 Peltier element
58a thermistor
59 packages
61a, 61b, 61a ′, 61b ′ Polarization combining coupler
62, 65, 62 ', 65' WDM coupler
64 Amplifying fiber
67 Optical distribution coupler for monitor
68 Control circuit
69 Signal light input fiber
70 Signal light output fiber
71 Polarization plane preserving fiber
81,83 Raman amplifier
Lg diffraction grating length

Claims

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に沿って部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって発振縦モードのピークの包絡線として定義される発振波長スペクトルの半値幅内に前記活性層が形成する共振器の発振縦モード間隔だけ離れて隣接する複数の発振縦モードをもつレーザ光を出力するラマン増幅器励起光源用の半導体レーザ装置において、
前記活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳する変調手段を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。There is a diffraction grating provided partially along the vicinity of the active layer formed between the first reflective film provided on the laser light emitting end face and the second reflective film provided on the laser light reflective end face. And a plurality of adjacent resonators separated by an oscillation longitudinal mode interval of the resonator formed by the active layer within a half-value width of an oscillation wavelength spectrum defined as an envelope of the oscillation longitudinal mode peak by at least the wavelength selection characteristic of the diffraction grating In a semiconductor laser device for a Raman amplifier excitation light source that outputs laser light having a longitudinal mode of oscillation of
2. A semiconductor laser device comprising: modulation means for generating a modulation signal for modulating a bias current injected into the active layer and superimposing the modulation signal on the bias current.

前記回折格子を含む周囲近傍への電流注入が抑制される非電流注入領域が形成され、
前記変調手段によって前記変調信号が重畳された電流を前記非電流注入領域外の領域から注入す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。A non-current injection region is formed in which current injection to the vicinity including the diffraction grating is suppressed,
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a current on which the modulation signal is superimposed by the modulation means is injected from a region outside the non-current injection region.

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反射膜との間に活性層と光導波路層とを設け、該光導波路層の近傍に沿って部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって発振縦モードのピークの包絡線として定義される発振波長スペクトルの半値幅内に前記活性層および前記光導波路層が形成する共振器の発振縦モード間隔だけ離れて隣接する複数の発振縦モードをもつレーザ光を出力するラマン増幅器励起光源用の半導体レーザ装置において、
前記活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳する変調手段を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。An active layer and an optical waveguide layer are provided between the first reflective film provided on the laser light emitting end face and the second reflective film provided on the laser light reflective end face, and a portion along the vicinity of the optical waveguide layer is provided. The active layer and the optical waveguide layer are formed within a half-value width of an oscillation wavelength spectrum defined as an envelope of a peak of an oscillation longitudinal mode by at least a wavelength selection characteristic by the diffraction grating. In a semiconductor laser device for a Raman amplifier excitation light source that outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes adjacent to each other by an oscillation longitudinal mode interval of the resonator ,
2. A semiconductor laser device comprising: modulation means for generating a modulation signal for modulating a bias current injected into the active layer and superimposing the modulation signal on the bias current.

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反射膜との間に活性層と光導波路層とを設け、該光導波路層の近傍に沿って部分的に設けられた回折格子を有し、少なくとも該回折格子による波長選択特性によって発振縦モードのピークの包絡線として定義される発振波長スペクトルの半値幅内に前記活性層および前記光導波路層が形成する共振器の発振縦モード間隔だけ離れて隣接する複数の発振縦モードをもつレーザ光を出力するラマン増幅器励起光源用の半導体レーザ装置において、
前記光導波路層に変調信号を印加する変調手段を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。An active layer and an optical waveguide layer are provided between the first reflective film provided on the laser light emitting end face and the second reflective film provided on the laser light reflective end face, and a portion along the vicinity of the optical waveguide layer is provided. The active layer and the optical waveguide layer are formed within a half-value width of an oscillation wavelength spectrum defined as an envelope of a peak of an oscillation longitudinal mode by at least a wavelength selection characteristic by the diffraction grating. In a semiconductor laser device for a Raman amplifier excitation light source that outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes adjacent to each other by an oscillation longitudinal mode interval of the resonator ,
A semiconductor laser device comprising modulation means for applying a modulation signal to the optical waveguide layer.

前記変調信号は、正弦波信号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。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the modulation signal is a sine wave signal.

前記変調信号の電流振幅は、前記バイアス電流の電流値の０．１〜１０％の電流振幅をもつことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。 6. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a current amplitude of the modulation signal has a current amplitude of 0.1 to 10% of a current value of the bias current.

前記変調信号の光振幅は、前記レーザ光の光出力の０．１〜１０％の光振幅をもつことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。 6. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein an optical amplitude of the modulation signal has an optical amplitude of 0.1 to 10% of an optical output of the laser light.

前記変調信号の周波数は、５〜１０００ｋＨｚの範囲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。 8. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the frequency of the modulation signal is in a range of 5 to 1000 kHz.

前記変調信号の周波数および変調度は、当該半導体レーザ装置のレーザ光を用いる装置に最終的に外部出力されるまでの減衰量を加味して決定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。 9. The frequency and the modulation degree of the modulation signal are determined in consideration of an attenuation amount until finally output to a device using laser light of the semiconductor laser device. The semiconductor laser device according to claim 1.

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請求項１〜９のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the diffraction grating has a diffraction grating length of 300 μm or less.

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１〜１０のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。 11. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein a diffraction grating length of the diffraction grating is equal to or less than (300/1300) times the resonator length.

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１〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。 12. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the diffraction grating has a multiplication value of a coupling coefficient of the diffraction grating and a diffraction grating length of 0.3 or less.

前記回折格子は、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ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the diffraction grating has a grating period changed randomly or at a predetermined period.

前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さは、８００μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。 The length of the resonator formed by the active layer formed between the first reflective film and the second reflective film is 800 μm or more. The semiconductor laser device described in 1.

請求項１〜１４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の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。A semiconductor laser device according to claim 1;
An optical fiber for guiding the laser beam emitted from the semiconductor laser device to the outside;
An optical coupling lens system for optically coupling the semiconductor laser device and the optical fiber;
A semiconductor laser module comprising:

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１５に記載の半導体レーザモジュール。A temperature control device for controlling the temperature of the semiconductor laser device;
An isolator that is disposed in the optical coupling lens system and suppresses the incidence of reflected return light from the optical fiber side;
The semiconductor laser module according to claim 15, further comprising:

請求項１〜１４に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項１５または１６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。 15. A Raman amplifier comprising the semiconductor laser device according to claim 1 or the semiconductor laser module according to claim 15 or 16 as an excitation light source for broadband Raman amplification.

請求項１〜１４に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項１５または１６に記載の半導体レーザモジュールは、広帯域ラマン増幅用の励起光源であって、前方励起用光源あるいは双方向励起方式における前方励起用光源として用いられることを特徴とするラマン増幅器。 The semiconductor laser device according to claim 1 or the semiconductor laser module according to claim 15 or 16 is an excitation light source for broadband Raman amplification and is used for forward excitation in a forward excitation light source or a bidirectional excitation system. A Raman amplifier characterized by being used as a light source.