JP4715171B2

JP4715171B2 - Semiconductor laser module and Raman amplifier

Info

Publication number: JP4715171B2
Application number: JP2004335695A
Authority: JP
Inventors: 具展妹尾; 浩一村田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: JP2006147833A

Description

本発明は、光通信に使用する半導体レーザモジュール及びこの半導体レーザモジュールを励起光源として使用するラマン増幅器に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser module used for optical communication and a Raman amplifier using the semiconductor laser module as a pumping light source.

現在の光ファイバ通信システムでは、希土類添加ファイバ増幅器が多く使用されており、特にエルビウム（Ｅｒ）を添加したエルビウム添加光ファイバ増幅器が良く用いられている。しかし、このエルビウム添加光ファイバ増幅器では、実用的な利得波長帯域が１５３０〜１６１０ｎｍ程度と限られており、利得に波長依存性があるため、波長分割多重光に用いる場合、信号光波長によって利得に差がでる。 In current optical fiber communication systems, rare earth doped fiber amplifiers are often used, and in particular, erbium doped optical fiber amplifiers doped with erbium (Er) are often used. However, in this erbium-doped optical fiber amplifier, the practical gain wavelength band is limited to about 1530 to 1610 nm, and the gain is wavelength-dependent. Therefore, when used for wavelength division multiplexed light, the gain depends on the signal light wavelength. There is a difference.

高密度波長多重についての技術が進展する中、更に広帯域の増幅方式として、ラマン増幅器に対する期待が高まっている。このラマン増幅は、光ファイバに強い励起光（通常、半導体レーザを用いる）を入射すると、誘導ラマン散乱により励起光波長から約１００ｎｍ程度長波長側に利得のピークが現われる。この励起された光ファイバに上記利得が得られる波長帯域の信号光を入れると、その信号光が増幅される。また、励起光の波長を変更することにより、利得が得られる波長を任意に選ぶことができるため、波長の異なる複数の励起光を最適な波長及び光出力に制御して用いることで、広帯域特性が実現される。 As technology for high-density wavelength multiplexing advances, expectations for Raman amplifiers are increasing as a further wideband amplification method. In this Raman amplification, when strong excitation light (usually using a semiconductor laser) is incident on an optical fiber, a gain peak appears on the long wavelength side by about 100 nm from the excitation light wavelength due to stimulated Raman scattering. When signal light in a wavelength band that provides the above gain is put into the excited optical fiber, the signal light is amplified. In addition, by changing the wavelength of the pumping light, it is possible to arbitrarily select the wavelength at which gain can be obtained. By using a plurality of pumping lights with different wavelengths controlled to the optimum wavelength and optical output, wideband characteristics can be obtained. Is realized.

しかしこのラマン増幅では、励起光と信号光の偏光状態の相対関係に強く依存した利得の偏光依存性（ＰＤＲＧ；Polarization Dependence of Raman Gain）がある。例えば、直線偏光の励起光に対して、信号光が励起光の偏光に平行な直線偏光ではラマン利得は増大し、励起光の偏光方向に垂直な直線偏光であればラマン利得は減少する。このため、ラマン増幅で安定した利得を得るためには、ラマン利得の偏光依存性を解消する必要がある。そのためには、ラマン増幅に用いる励起光の偏光度（ＤＯＰ；Degree of Polarization）を小さくすることが必要となる。ここでＤＯＰは、全光パワーに対する偏光成分パワーの割合であり、
ＤＯＰ（％）＝（偏光成分のパワー/全光パワー）×１００
で記述される。 However, this Raman amplification has a polarization dependence of Raman gain (PDRG) that strongly depends on the relative relationship between the polarization states of the excitation light and the signal light. For example, with respect to the linearly polarized excitation light, the Raman gain increases if the signal light is linearly polarized parallel to the polarization of the excitation light, and the Raman gain decreases if the linearly polarized light is perpendicular to the polarization direction of the excitation light. For this reason, in order to obtain a stable gain by Raman amplification, it is necessary to eliminate the polarization dependence of the Raman gain. For this purpose, it is necessary to reduce the degree of polarization (DOP) of excitation light used for Raman amplification. Where DOP is the ratio of the polarization component power to the total optical power,
DOP (%) = (power of polarization component / total optical power) × 100
It is described by.

そこで、励起光である半導体レーザ光のＤＯＰを小さくする手段として、半導体レーザの出力端に非偏光化装置（デポラライザ、Depolarizer）を備える方法がある。このデポラライザの一つとして、例えば長さがＬ_１とＬ_２（Ｌ_１：Ｌ_２＝１：２）からなる２本の偏波保持光ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）の光学主軸（偏光方向を保持する方向）の相対的角度が４５°になるように融着した、光ファイバ型デポラライザが特許文献１に記載されている。
このとき、ＤＯＰをほぼ零にするために必要となる偏波保持光ファイバの長さＬ_１は、半導体レーザのコヒーレント長Ｌ_ｃと偏波保持光ファイバの複屈折量Ｂから次式（１）で求められる。
Ｂ・Ｌ_１＞Ｌ_ｃ・・・（１） Therefore, as a means for reducing the DOP of the semiconductor laser light, which is the pumping light, there is a method in which a depolarizer (depolarizer) is provided at the output end of the semiconductor laser. As one of the depolarizers, for example, the optical main axis (polarization direction) of two polarization maintaining optical fibers (PMFs) having lengths L ₁ and L ₂ (L ₁ : L ₂ = 1: 2). Patent Document 1 discloses an optical fiber type depolarizer which is fused so that the relative angle of the direction in which the optical fiber is held is 45 °.
At this time, the length L ₁ of the polarization maintaining optical fiber required to make DOP substantially zero is obtained from the following equation (1) from the coherent length L _c of the semiconductor laser and the birefringence amount B of the polarization maintaining optical fiber. Is required.
B · L ₁ > L _c (1)

また、光学主軸の相対的角度の誤差は、ＤＯＰの値に影響し、例えばＤＯＰ値を５％以下にするためには、光学主軸の相対的角度誤差を±２°以下になるよう、一対の偏波保持ファイバを融着する必要があることが特許文献２に記載されている。そこで、この特許文献２では、ＤＯＰ値を測定しながら、ＤＯＰ値が最小になるよう一対の偏波保持光ファイバの光学主軸角度を調整し融着接続することで、ＤＯＰ値の低いデポラライザを得ている。
特開２００２−３１７３５公報特開２００３−１８５８５２公報 Further, the error of the relative angle of the optical main axis affects the value of DOP. For example, in order to reduce the DOP value to 5% or less, a pair of optical main axes has a relative angle error of ± 2 ° or less. Patent Document 2 describes that it is necessary to fuse a polarization maintaining fiber. Therefore, in Patent Document 2, a depolarizer having a low DOP value is obtained by adjusting the optical principal axis angle of the pair of polarization maintaining optical fibers so as to minimize the DOP value while measuring the DOP value, and performing fusion splicing. ing.
JP 2002-31735 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-185852

しかしながら、デポラライザとして従来の偏波保持光ファイバを用いた場合、その偏波保持光ファイバ長が長くなることから、収納スペースが大きくなり、小型化ができない問題がある。また、特許文献１に記載の光ファイバ型デポラライザにおいても、半値全幅Δλが１ｎｍの半導体レーザ（Ｌ_ｃ；２．１９ｍｍ、発振波長１４８０ｎｍ帯）と、複屈折値Ｂが、Ｂ＝４×１０^-4の偏波保持光ファイバを用いた場合、ＤＯＰ＜５％を得るために必要な偏波保持光ファイバの長さは、１２ｍ（Ｌ_１；４ｍ、Ｌ_２；８ｍ）となる。ところがファイバの許容曲げ半径の制約から、この偏波保持光ファイバの半径はどうしても大きなものとなり、偏波保持光ファイバ型デポラライザの小型化が難しい。その結果、励起用半導体レーザモジュールの小型化、およびラマン増幅器の小型化が困難となる問題がある。 However, when a conventional polarization-maintaining optical fiber is used as a depolarizer, the length of the polarization-maintaining optical fiber becomes long, so that there is a problem that the storage space becomes large and the size cannot be reduced. Also in the optical fiber type depolarizer described in Patent Document 1, a semiconductor laser (L _c ; 2.19 mm, oscillation wavelength 1480 nm band) having a full width at half maximum Δλ of 1 nm and a birefringence value B of B = 4 × 10 ^{− When} the polarization maintaining optical fiber of ⁴ is used, the length of the polarization maintaining optical fiber required to obtain DOP <5% is 12 m (L ₁ ; 4 m, L ₂ ; 8 m). However, due to restrictions on the allowable bending radius of the fiber, the radius of the polarization maintaining optical fiber is inevitably large, and it is difficult to reduce the size of the polarization maintaining optical fiber type depolarizer. As a result, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the pumping semiconductor laser module and the size of the Raman amplifier.

また、偏波保持光ファイバでデポラライザを製造する場合、光学主軸の相対的角度の誤差がＤＯＰの値に影響するため、前述したように、特許文献２において、ＤＯＰ値を測定しながら、ＤＯＰ値が最小になるよう一対の偏波保持光ファイバの光学主軸角度を調整し、融着接続する製造方法が示されている。ところが、この製造方法では、融着前後でＤＯＰ値が劣化し、その劣化量もばらつくため、安定したＤＯＰ性能の励起用半導体レーザモジュール、および利得の偏光依存性（ＰＤＲＧ）が低いラマン増幅器について、安定した品質のものの製造が難しくなる問題がある。 Further, when a depolarizer is manufactured using a polarization maintaining optical fiber, since the error of the relative angle of the optical principal axis affects the DOP value, as described above, in Patent Document 2, the DOP value is measured while measuring the DOP value. A manufacturing method is shown in which the optical principal axis angle of a pair of polarization maintaining optical fibers is adjusted so as to be minimized and fusion spliced. However, in this manufacturing method, the DOP value deteriorates before and after the fusion, and the amount of the deterioration also varies. Therefore, for the semiconductor laser module for excitation with stable DOP performance and the Raman amplifier with low polarization dependence (PDRG), There is a problem that it becomes difficult to manufacture products of stable quality.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型でＤＯＰの小さい励起用の半導体レーザモジュール、およびそれを用いた小型でＰＤＲＧの低いラマン増幅器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a small-sized semiconductor laser module for excitation with a small DOP and a small-sized and low PDRG Raman amplifier using the semiconductor laser module.

本発明は、光源である半導体レーザと、この半導体レーザから出力される光を伝送する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザと前記光ファイバとの間に、前記半導体レーザから出力される光の偏光状態を変化させる位相板を備えるとともに、前記位相板は、遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも前記遅相軸方向について、前記位相板面内での分布状態に偏りを有し、前記遅相軸方向は、前記半導体レーザからの光の光軸を中心にした同心円の半径方向または接線方向に一致することを特徴とする半導体レーザモジュールを提供する。 The present invention provides a semiconductor laser module having a semiconductor laser as a light source and an optical fiber that transmits light output from the semiconductor laser, and is output from the semiconductor laser between the semiconductor laser and the optical fiber. A phase plate that changes a polarization state of light, and the phase plate has a bias in a distribution state in the phase plate plane in at least the slow axis direction of the slow axis direction and the retardation value. The slow axis direction coincides with a radial direction or a tangential direction of a concentric circle centering on an optical axis of light from the semiconductor laser.

また、前記位相板のリタデーション値は、前記位相板面内において均一であるとともに、前記半導体レーザから出射の光の波長の（ｍ／２）倍（但し、ｍは１以上の奇数）にほぼ等しい上記の半導体レーザモジュールを提供する。 Also, the retardation value of the phase plate, as well as a uniform in the phase plate plane, the semiconductor laser from a wavelength of the emitted light (m / 2) times (where, m is 1 or more odd number) approximately equal to The semiconductor laser module is provided.

また、前記位相板は、複屈折媒質で形成されている上記の半導体レーザモジュールを提供する。 The phase plate may provide the semiconductor laser module described above formed of a birefringent medium.

また、前記位相板の複屈折媒質は、液晶を高分子化した高分子液晶である上記の半導体レーザモジュールを提供する。 Further, the semiconductor laser module is provided in which the birefringent medium of the phase plate is a polymer liquid crystal obtained by polymerizing liquid crystal.

また、前記高分子液晶は、透明な基板上に形成されているとともに、前記高分子液晶には前記光軸を中心とする同心円状または放射状の溝が形成されている上記の半導体レーザモジュールを提供する。 Further, the polymer liquid crystal, together are formed on a transparent substrate, providing the semiconductor laser module of the liquid crystalline polymers concentric or radial grooves around the optical axis is formed To do.

また、前記基板の屈折率ｎ_aと前記溝が形成された前記高分子液晶の常光方向屈折率ｎ_oまたは異常光方向屈折率ｎ_eとの差と、溝の深さｄとの積、｜ｎ_o−ｎ_a｜・ｄまたは｜ｎ_e−ｎ_a｜・ｄは、前記半導体レーザから出射の光の波長の１０分の１以下である上記の半導体レーザモジュールを提供する。 Further, the difference between the refractive index n _a and ordinary direction refractive index of the polymer liquid crystal in which the grooves are formed n _o or extraordinary light direction refractive index n _e of the substrate, the product of the depth d of the groove, | n _o -n _a | · d or | n _e -n _a | · d provides the semiconductor laser module of less than one-tenth of the wavelength of the emitted light from the semiconductor laser.

また、前記位相板は、複屈折媒質で形成されているとともに同心円状または放射状の溝を設けた複屈折媒質層を有し、前記複屈折媒質層の前記溝の窪みは、前記複屈折媒質の常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eのいずれか一方の値と等しいか、または前記２つの屈折率値の中間の屈折率を有する充填剤で充填されて前記溝を埋めてある上記の半導体レーザモジュールを提供する。 The phase plate includes a birefringent medium layer formed of a birefringent medium and provided with concentric or radial grooves, and the recess of the groove of the birefringent medium layer is formed on the birefringent medium. ordinary or equal to one value of refractive index n _o and extraordinary refractive index n _e, or the has been Aru above which fills the grooves filled with two refractive index values of the filler having a refractive index of the intermediate A semiconductor laser module is provided.

また、本発明は、前記半導体レーザと前記位相板との間に、前記半導体レーザから出力される光を前記位相板に伝送する他の光ファイバを備える上記の半導体レーザモジュールを提供する。 The present invention also provides the above-described semiconductor laser module comprising another optical fiber that transmits light output from the semiconductor laser to the phase plate between the semiconductor laser and the phase plate .

本発明は、励起光源として、上記のいずれかに記載の半導体レーザモジュールを備えたことを特徴とするラマン増幅器を提供する。 The present invention provides a Raman amplifier comprising the semiconductor laser module described above as an excitation light source.

本発明によれば、光源である半導体レーザと、この半導体レーザから出力される光を伝送する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールとして、半導体レーザと前記光ファイバとの間に、前記半導体レーザから出力される光の偏光状態を変える位相板を備えるとともに、位相板は、遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも一方について、前記位相板面内での分布状態に偏りがあるものを用いており、半導体レーザモジュールの偏光度（ＤＯＰ）低減と小型化に効果があり、さらにこれをラマン増幅器の励起用光源として用いることで、小型でラマン利得の偏光依存性（ＰＤＲＧ）の低いラマン増幅器を提供できる。 According to the present invention, as a semiconductor laser module having a semiconductor laser as a light source and an optical fiber for transmitting light output from the semiconductor laser, an output from the semiconductor laser is provided between the semiconductor laser and the optical fiber. A phase plate that changes the polarization state of the light to be used, and the phase plate uses at least one of the slow axis direction and the retardation value that is biased in the distribution state in the plane of the phase plate. Is effective in reducing the degree of polarization (DOP) and miniaturization of semiconductor laser modules, and using this as a pumping light source for Raman amplifiers, provides a small Raman amplifier with low polarization dependence (PDRG) of Raman gain it can.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュール１０を示すものであり、この半導体レーザモジュール１０は、光源である半導体レーザ１からの光を光ファイバ５から出力するようになっており、半導体レーザ１と、この半導体レーザ１から出射される光を平行光にする第１レンズ２と、この第１レンズ２から出射される平行光の偏光をデポラライズ（非偏光化）する位相板３と、位相板３から出射される光を集光する第２レンズ４と、この第２レンズ４で集光された光を伝送する光ファイバ５とを備えている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a semiconductor laser module 10 according to a first embodiment of the present invention. This semiconductor laser module 10 outputs light from a semiconductor laser 1 as a light source from an optical fiber 5. And a phase for depolarizing (depolarizing) the polarization of the parallel light emitted from the first lens 2 and the first lens 2 for making the light emitted from the semiconductor laser 1 parallel light. A plate 3, a second lens 4 that collects the light emitted from the phase plate 3, and an optical fiber 5 that transmits the light collected by the second lens 4 are provided.

半導体レーザ１は、単一縦モードを発振するものでも、マルチモード発振するものでも良い。出射波長は、ラマン増幅用としては、通常、１４５０〜１５５０ｎｍを用いるが、それ以外の波長を発振するものであっても良い。また、図示しないが半導体レーザ１に付属して、半導体レーザ１の温度を調整する温調モジュールを備えても良い。また、第１レンズ２や第２レンズ４には、非球面レンズを用いても良いし、屈折率分布型レンズや球レンズを用いても良い。 The semiconductor laser 1 may oscillate in a single longitudinal mode or may oscillate in a multimode. The emission wavelength is usually 1450 to 1550 nm for Raman amplification, but may oscillate other wavelengths. Although not shown, a temperature control module for adjusting the temperature of the semiconductor laser 1 may be provided attached to the semiconductor laser 1. Further, as the first lens 2 and the second lens 4, an aspherical lens may be used, or a gradient index lens or a spherical lens may be used.

次に、位相板３について説明する。なお、この位相板３の遅相軸方向とリタデーション値（複屈折量Δｎとその複屈折媒質の厚さｄの積）の具体例を、図２と図３に模式的に示す。
この位相板３では、図２、３において、矢印の方向が遅相軸βの方向に対応する。例えば、図２の例では、遅相軸βの方向は、光軸αを中心とする同心円の半径方向に平行である。一方、図３の例では、遅相軸βの方向は、光軸αを中心とする同心円の接線方向に平行である。また、図２、図３では、位相板３のリタデーション値は面内均一であり、その値は半導体レーザ１の発振波長（λ）の（ｍ／２）倍（ｍは１以上の奇数）にほぼ等しいが、特にｍ＝１、すなわちリタデーション値がλ／２の場合が、複屈折媒質の厚さｄが薄くできるので製造上好ましい。 Next, the phase plate 3 will be described. A specific example of the slow axis direction and retardation value (product of birefringence amount Δn and thickness d of the birefringent medium) of the phase plate 3 is schematically shown in FIGS.
In this phase plate 3, the direction of the arrow in FIGS. 2 and 3 corresponds to the direction of the slow axis β. For example, in the example of FIG. 2, the direction of the slow axis β is parallel to the radial direction of concentric circles centered on the optical axis α. On the other hand, in the example of FIG. 3, the direction of the slow axis β is parallel to the tangential direction of the concentric circle with the optical axis α as the center. 2 and 3, the retardation value of the phase plate 3 is uniform in the plane, and the value is (m / 2) times the oscillation wavelength (λ) of the semiconductor laser 1 (m is an odd number of 1 or more). Although approximately equal, in particular, when m = 1, that is, when the retardation value is λ / 2, the thickness d of the birefringent medium can be reduced, which is preferable in manufacturing.

次に、位相板３の作用について、図２の位相板３Ａを用いて説明する。
前述したように、位相板３のリタデーション値は面内均一で（λ／２）であり、遅相軸βの方向は光軸αを中心とする同心円の半径方向に平行であることから、位相板３Ａはリタデーション値が遅相軸βの方向と回転対称性を有する。
ここで、図２に示すように、位相板３Ａの横軸をＸ軸、縦軸をＹ軸とし、Ｘ軸からの反時計回りの角度をθとする。また、この位相板３Ａに、Ｘ軸方向（θ＝０°）に偏光した直線偏光が入射する場合を考える。位相板３Ａは回転対称性を有するため、直線偏光の偏光方向は自由に選ぶことができ、例えばθ＝０°とすることに問題はない。 Next, the operation of the phase plate 3 will be described using the phase plate 3A of FIG.
As described above, the retardation value of the phase plate 3 is in-plane uniform (λ / 2), and the direction of the slow axis β is parallel to the radial direction of the concentric circle centered on the optical axis α. The plate 3A has a rotational symmetry that the retardation value is in the direction of the slow axis β.
Here, as shown in FIG. 2, the horizontal axis of the phase plate 3A is the X axis, the vertical axis is the Y axis, and the counterclockwise angle from the X axis is θ. Further, consider a case where linearly polarized light polarized in the X-axis direction (θ = 0 °) is incident on the phase plate 3A. Since the phase plate 3A has rotational symmetry, the polarization direction of linearly polarized light can be freely selected. For example, there is no problem in setting θ = 0 °.

ここで、位相板３Ａにおいて、Ｘ軸から角度θ（これを、「θＡ」とする）に位置する微小領域部分（図示せず）について考える。この部分の遅相軸βの方向は同心円の半径方向に平行であるため、遅相軸βの方向もθＡとなる。遅相軸βの方向は実際には連続的に変化しているが、ここでは説明を簡単にするために、光軸αからの半径が等しい０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°の第一象限における６ヶ所の微小領域部分（図示せず）について考える。 Here, in the phase plate 3A, consider a minute region portion (not shown) located at an angle θ (referred to as “θA”) from the X axis. Since the direction of the slow axis β in this part is parallel to the radial direction of the concentric circle, the direction of the slow axis β is also θA. Although the direction of the slow axis β actually changes continuously, here, in order to simplify the explanation, the radii from the optical axis α are equal to 0 °, 15 °, 30 °, 45 °, 60 Consider six minute region portions (not shown) in the first quadrant of 75 ° and 75 °.

位相板３Ａは、リタデーション値がλ／２であることから1／２波長板となる。１／２波長板は、界面反射や内部の吸収や散乱がない場合、光パワーを維持しながら、光の偏光方向を遅相軸βを中心として線対称の方向に変換する機能がある。
例えば、θ＝０°の直線偏光が入射した場合、Ｘ軸から角度θＡに位置する部分においては、遅相軸βの方向もθＡであることから、透過後の偏光方向は２×θＡとなる。具体的には、上記の６ヶ所の微小領域部分を透過した後の偏光方向は各々、０°、３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°となり、光ビーム面内において均一な直線偏光の入射光が、光ビーム面内の角度θに応じて偏光方向が変化する出射光となる。さらに６ヶ所の微小領域部分の各々の偏光方向は、光パワーの等しい直交する偏光方向の組合せ（０°と９０°、３０°と１２０°、６０°と１５０°）になるので、微小領域全体として偏光度（ＤＯＰ）を低く抑えることができる。第一象限以外も同様に機能し、また、位相板３Ａの遅相軸βの方向は実際には連続的に変化していることから、位相板３Ａを透過した光は、光ビーム面内において偏光方向が動径方向に０°から１８０°まで連続的に変化する。このとき、全ての領域で光パワーの等しい直交する偏光方向の組合せが存在し、光ビーム全体として偏光度がキャンセルされ、入射光の偏光方向に関係なくデポラライズされる。このデポラライズされた光を第２レンズ４で光ファイバ５に集光することで、光ファイバ５内をデポラライズされた状態で伝播し、ＤＯＰの低い半導体レーザモジュール１０が得られる。 The phase plate 3A is a half-wave plate because the retardation value is λ / 2. When there is no interface reflection or internal absorption or scattering, the half-wave plate has a function of converting the polarization direction of light into a line-symmetric direction around the slow axis β while maintaining the optical power.
For example, when linearly polarized light of θ = 0 ° is incident, the direction of the slow axis β is also θA in the portion located at the angle θA from the X axis, so the polarization direction after transmission is 2 × θA. . Specifically, the polarization directions after passing through the above-mentioned six minute regions are 0 °, 30 °, 60 °, 90 °, 120 °, and 150 °, respectively, and are uniform straight lines in the light beam plane. The polarized incident light becomes outgoing light whose polarization direction changes according to the angle θ in the light beam plane. Furthermore, the polarization directions of each of the six micro area portions are a combination of orthogonal polarization directions having equal optical power (0 ° and 90 °, 30 ° and 120 °, 60 ° and 150 °), so the entire micro area As a result, the degree of polarization (DOP) can be kept low. The functions other than the first quadrant also function in the same manner, and the direction of the slow axis β of the phase plate 3A actually changes continuously, so that the light transmitted through the phase plate 3A is in the plane of the light beam. The polarization direction changes continuously from 0 ° to 180 ° in the radial direction. At this time, there is a combination of orthogonal polarization directions having the same optical power in all regions, the degree of polarization of the entire light beam is canceled, and the polarization is depolarized regardless of the polarization direction of the incident light. By condensing the depolarized light on the optical fiber 5 by the second lens 4, it propagates in the optical fiber 5 in a depolarized state, and the semiconductor laser module 10 having a low DOP is obtained.

なお、上述の説明は入射光が直線偏光である場合の説明であるが、入射光が円偏光や楕円偏光の場合でもデポラライズされる。また、上述の説明は位相板３Ａの説明であるが、図３の位相板３Ｂでも同様の結果となる。
また、位相板３の遅相軸β方向の面内分布は、図２や図３に示すように滑らかに変化させてもよいし、図４に示すように、複数の領域に分割して、同一領域内は均一な遅相軸方向とリタデーション値分布として、領域ごとに遅相軸の方向やリタデーション値を変化させてもよい。この場合、分割数が多いほど光ビーム面内に多くの直交する偏光方向が存在することになり、より好ましい。
なお、位相板３は、複屈折媒質として、水晶やＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）のような複屈折のある単結晶を加工したり、複屈折性のある樹脂フィルムを加工したり、樹脂の射出成型品により作成してもよい。また、液晶を高分子化した高分子液晶を用いれば、液晶の配向方向を制御することで遅相軸方向を自由に設定できるのでより好ましい。 Although the above description is for the case where the incident light is linearly polarized light, it is depolarized even when the incident light is circularly polarized light or elliptically polarized light. Although the above description is for the phase plate 3A, the same result is obtained for the phase plate 3B of FIG.
Further, the in-plane distribution in the slow axis β direction of the phase plate 3 may be changed smoothly as shown in FIG. 2 or FIG. 3, or divided into a plurality of regions as shown in FIG. In the same region, the slow axis direction and retardation value distribution may be uniform, and the slow axis direction and retardation value may be changed for each region. In this case, the greater the number of divisions, the more orthogonal polarization directions exist in the light beam plane, which is more preferable.
The phase plate 3 is a birefringent medium that processes a single crystal having birefringence such as quartz or LiNbO ₃ (lithium niobate), a resin film having birefringence, or a resin injection. You may create by a molded article. Further, it is more preferable to use a polymer liquid crystal obtained by polymerizing a liquid crystal because the slow axis direction can be freely set by controlling the alignment direction of the liquid crystal.

次に、この位相板３において、リタデーション値や遅相軸β方向の面内分布作成法の具体例を、複屈折媒質として高分子液晶を用いる場合について説明する。このリタデーション値分布の作成方法としては、高分子液晶層の厚さに分布をつける方法や、高分子液晶層の厚さを等しくしてリタデーション値を変える方法がある。 Next, in the phase plate 3, a specific example of the method of creating the retardation value and the in-plane distribution in the slow axis β direction will be described in the case of using a polymer liquid crystal as a birefringent medium. As a method for creating this retardation value distribution, there are a method of distributing the thickness of the polymer liquid crystal layer and a method of changing the retardation value by equalizing the thickness of the polymer liquid crystal layer.

初めに、図５に示す模式的断面図を用いて、位相板３の構成について説明する。なお、図５(Ａ)は高分子液晶層に厚さ分布がある場合、図５（Ｂ）は高分子液晶層に厚さ分布がない場合である。
図５(Ａ)の位相板３は、透明な第１の基板３１と、厚さ分布をつけて形成した複屈折媒質層である高分子液晶層３２と、充填媒質層３３と、第２の基板３４とを積層させた構成となっている。 First, the configuration of the phase plate 3 will be described using the schematic cross-sectional view shown in FIG. 5A shows the case where the polymer liquid crystal layer has a thickness distribution, and FIG. 5B shows the case where the polymer liquid crystal layer has no thickness distribution.
The phase plate 3 in FIG. 5A includes a transparent first substrate 31, a polymer liquid crystal layer 32 that is a birefringent medium layer formed with a thickness distribution, a filling medium layer 33, and a second medium layer. The substrate 34 is laminated.

高分子液晶層３２の厚さは、この高分子液晶層３２を成膜後、フォトリソグラフィーおよびエッチング工程で所望の分布に形成することもでき、第１の基板３１に所定の凹凸をつけることで厚さを変えることも可能である。ここで、第１、第２の基板３１、３４は、ガラスやプラスティックを用いることができる。 The thickness of the polymer liquid crystal layer 32 can be formed to have a desired distribution by photolithography and etching processes after the polymer liquid crystal layer 32 is formed. It is also possible to change the thickness. Here, the first and second substrates 31 and 34 can be made of glass or plastic.

複屈折媒質層である高分子液晶層３２の凹凸部分の窪みには、この高分子液晶層３２の常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eのいずれか一方の値と等しいか、またはこの２つの屈折率の中間屈折率を有する充填剤である充填媒質層３３が充填されている。このため、高分子液晶層３２の外面は、高低差のないフラット面を形成している。 The recesses of the uneven portions of the polymer liquid crystal layer 32 is a birefringent medium layer, or equal to the value of either the ordinary refractive index n _o and extraordinary refractive index n _e of the liquid crystal polymer layer 32, or the A filling medium layer 33 which is a filler having an intermediate refractive index between two refractive indexes is filled. For this reason, the outer surface of the polymer liquid crystal layer 32 forms a flat surface having no height difference.

この充填媒質層３３の屈折率ｎには、高分子液晶層３２の常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eの中間の屈折率値を選択することにより、透過した光の波面の乱れを抑えることができるので好ましい。特に、この充填媒質層３３の屈折率ｎは、ｎ_eまたはｎ_oと一致させるか、ｎ_eとｎ_oの平均値にあわせることが一層好ましい。 The refractive index n of the packed medium layer 33, by selecting the refractive index of the intermediate of the ordinary refractive index n _o and extraordinary refractive index n _e of the liquid crystal polymer layer 32, the disturbance of the wavefront of transmitted light Since it can suppress, it is preferable. In particular, the refractive index n of the packed medium layer 33 may either match the n _e or n _o, it is more preferable to adjust the average value of n _e and n _o.

また、高分子液晶層３２の厚さに分布をつける上記のような方法の他に、上述したように面内均一な厚さの高分子液晶層３２にリタデーション分布を作成する方法もあり、高分子液晶層３２にチルト角の面内分布を作ることでもできる。ここで、チルト角とは、図５（Ｂ）に示す位相板３の断面図において、高分子液晶層３２内の液晶分子と第１の基板３１のなす角であり、例えば、リタデーション値を小さくするにはチルト角を９０度近くに、つまり液晶分子を第１の基板３１に対して垂直近くにすることで、リタデーション値を小さくすることができる。なお、高分子液晶層３２に厚さ分布がない図５（Ｂ）の場合、充填媒質層３３をなくして、均一厚さの高分子液晶層３２を第１の基板３１と第２の基板３４で挟んだ構造にしても良い。さらに第２の基板３４をなくして、第１の基板３１と高分子液晶層３２の構成にすれば、位相板３の光軸方向の厚さを薄くすることができて好ましい。 In addition to the above-described method of distributing the thickness of the polymer liquid crystal layer 32, there is also a method of creating a retardation distribution in the polymer liquid crystal layer 32 having a uniform in-plane thickness as described above. It is also possible to create an in-plane distribution of tilt angles in the molecular liquid crystal layer 32. Here, the tilt angle is an angle formed by the liquid crystal molecules in the polymer liquid crystal layer 32 and the first substrate 31 in the cross-sectional view of the phase plate 3 shown in FIG. 5B. For example, the retardation value is reduced. For this purpose, the retardation value can be reduced by making the tilt angle close to 90 degrees, that is, making the liquid crystal molecules near the first substrate 31 perpendicular. In the case of FIG. 5B in which the polymer liquid crystal layer 32 has no thickness distribution, the filling medium layer 33 is eliminated, and the polymer liquid crystal layer 32 having a uniform thickness is replaced with the first substrate 31 and the second substrate 34. The structure may be sandwiched between. Further, it is preferable to eliminate the second substrate 34 and configure the first substrate 31 and the polymer liquid crystal layer 32 so that the thickness of the phase plate 3 in the optical axis direction can be reduced.

一方、遅相軸β方向の制御方法としては、液晶の配向方向を決める配向膜を所望の方向（例えば同心円状）にラビングする方式や、光配向する材料を配向膜として用いて配向方向を制御する方法が使用できる。 On the other hand, the slow axis β direction can be controlled by rubbing an alignment film that determines the alignment direction of the liquid crystal in a desired direction (for example, concentric circles) or by using a photo-aligning material as the alignment film. Can be used.

また、図５（Ｂ）において、高分子液晶層３２と接する第１の基板３１の面に、図６のような微小な凹凸溝３１Ａを作成し、その凹凸溝３１Ａの長手方向に液晶分子が配向しやすい性質を用いることで、配向方向を制御することもできる。このような凹凸溝３１Ａを多数放射状に作成することで、図２のような放射状の遅相軸分布を実現できる。また、多数の同心円状の溝を作成することで、図３のような同心円状の遅相軸分布を実現することもできる。 Further, in FIG. 5B, a minute uneven groove 31A as shown in FIG. 6 is formed on the surface of the first substrate 31 in contact with the polymer liquid crystal layer 32, and the liquid crystal molecules are arranged in the longitudinal direction of the uneven groove 31A. By using the property of being easily oriented, the orientation direction can be controlled. By creating a large number of such concave and convex grooves 31A in a radial manner, a radial slow axis distribution as shown in FIG. 2 can be realized. Also, by creating a large number of concentric grooves, a concentric slow axis distribution as shown in FIG. 3 can be realized.

この配向を制御する凹凸溝３１Ａの深さｄ（図６参照）は、大きくなると光が散乱や回折をおこし迷光の発生や透過率の低下を招くために好ましくない。この散乱や回折を抑制するために、凹凸溝３１Ａを形成した第１の基板３１の屈折率ｎ_aと高分子液晶の常光方向屈折率ｎ。または異常光方向屈折率ｎ_eとの差と、溝の深さｄとの積、つまり
｜ｎ_o−ｎ_a｜・ｄおよび｜ｎ_e−ｎ_a｜・ｄ
は、前述の半導体レーザ１からの出射光の波長λの１０分の１以下であることが好ましく、特に２０分の１以下、すなわち
｜ｎ_o−ｎ_a｜・ｄ≦（１／２０）λ
および
｜ｎ_e−ｎ_a｜・ｄ≦（１／２０）λ
であることが好ましい。 When the depth d (see FIG. 6) of the concavo-convex groove 31A for controlling the orientation is increased, the light is scattered and diffracted to cause generation of stray light and a decrease in transmittance. In order to suppress the scattering and diffraction, refractive index n _a and the polymer liquid crystal ordinary direction refractive index n of the first substrate 31 formed with uneven groove 31A. Or the difference between the extraordinary light direction refractive index n _e, the product of the depth d of the grooves, i.e.
| N _o -n _a | · d and | n _e -n _a | · d
Is preferably 1/10 or less of the wavelength λ of the light emitted from the semiconductor laser 1 described above, in particular, 1/20 or less, that is,
| N _o −n _a | · d ≦ (1/20) λ
and
| N _e −n _a | · d ≦ (1/20) λ
It is preferable that

また、凹凸溝３１Ａを形成した第１の基板３１の屈折率ｎ_aと高分子液晶層３２の屈折率差は、高分子液晶層３２と第１の基板３１との界面での反射、散乱、回折の影響を抑えるために、小さいほうが好ましい。例えば、０．２５以下が好ましく、さらに０．２以下が特に好ましい。すなわち、
｜ｎ_o−ｎ_a｜≦０．２および｜ｎ_e−ｎ_a｜≦０．２
であることが、特に好ましい。 The refractive index difference between the refractive index n _a and the polymer liquid crystal layer 32 of the first substrate 31 formed with irregularities groove 31A is reflected at the interface between the polymer liquid crystal layer 32 and the first substrate 31, scattering, In order to suppress the influence of diffraction, the smaller one is preferable. For example, 0.25 or less is preferable, and 0.2 or less is particularly preferable. That is,
| N _o −n _a | ≦ 0.2 and | n _e −n _a | ≦ 0.2
It is particularly preferred that

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザモジュール２０の構成例を、図７に示す。なお、同図において、図１と同一部分には同じ符号を付与して重複説明を避ける。
第２の実施形態の半導体レーザモジュール２０は、図７に示すように、光源である半導体レーザ１（１Ｂ）と、この半導体レーザ１から出力される光を伝送する光ファイバ５を有する半導体レーザモジュールにおいて、光ファイバ１１を半導体レーザ１の出射側に備えたところが、主として、第１の実施形態と異なる。 [Second Embodiment]
Next, FIG. 7 shows a configuration example of the semiconductor laser module 20 according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.
As shown in FIG. 7, the semiconductor laser module 20 of the second embodiment includes a semiconductor laser 1 (1 </ b> B) that is a light source and an optical fiber 5 that transmits light output from the semiconductor laser 1. However, the optical fiber 11 provided on the emission side of the semiconductor laser 1 is mainly different from the first embodiment.

この半導体レーザモジュール２０は、光ファイバ付き半導体レーザ１Ｂからの出射される光をデポラライズして光ファイバ５から出力するものであり、光ファイバ付き半導体レーザ１Ｂと、光ファイバ付き半導体レーザ１Ｂから出射される光を平行光にする第１レンズ２と、出射される平行光の偏光をデポラライズする位相板３と、平行光を集光する第２レンズ４と、第２レンズ４で集光された光を伝送する光ファイバ５を備えている。
このような構成にすることで、第１の実施形態と同じ作用により、デポラライズされていない光ファイバ付半導体レーザの出射光を、デポラライズすることができる。 This semiconductor laser module 20 depolarizes the light emitted from the semiconductor laser with optical fiber 1B and outputs it from the optical fiber 5, and is emitted from the semiconductor laser with optical fiber 1B and the semiconductor laser with optical fiber 1B. The first lens 2 that converts the parallel light into parallel light, the phase plate 3 that depolarizes the polarization of the emitted parallel light, the second lens 4 that condenses the parallel light, and the light collected by the second lens 4 Is provided.
With such a configuration, it is possible to depolarize the emitted light of the semiconductor laser with an optical fiber that has not been depolarized by the same action as in the first embodiment.

［第３の実施形態］
次に、図１に示す半導体レーザモジュール１０を励起用光源として用いたラマン増幅器１００の構成例について、図８に示す。ここでは、半導体レーザモジュール１０の位相板３として、第１の実施形態で述べた図２の位相板３Ａを用いて説明するが、図３の位相板３Ｂ、図４の位相板３Ｃを用いても良い。 [Third Embodiment]
Next, FIG. 8 shows a configuration example of the Raman amplifier 100 using the semiconductor laser module 10 shown in FIG. 1 as an excitation light source. Here, the phase plate 3 of the semiconductor laser module 10 will be described using the phase plate 3A of FIG. 2 described in the first embodiment, but the phase plate 3B of FIG. 3 and the phase plate 3C of FIG. 4 are used. Also good.

図８に示す前方励起型のラマン増幅器は、ラマン増幅の励起用光源として異なる波長の光を出力する複数のデポラライズされた半導体レーザモジュール１０と、各半導体レーザモジュール１０から出力された光を、光ファイバ５を経て波長合成するＷＤＭカプラ６０と、波長合成された光を伝送する光ファイバ７０と、光ファイバ７０に内蔵された偏波無依存型の光アイソレータ８０とを有する。 The forward-pumped Raman amplifier shown in FIG. 8 has a plurality of depolarized semiconductor laser modules 10 that output light of different wavelengths as light sources for pumping Raman amplification, and light output from each semiconductor laser module 10 is converted into light. A WDM coupler 60 that performs wavelength synthesis via the fiber 5, an optical fiber 70 that transmits the wavelength-synthesized light, and a polarization-independent optical isolator 80 that is built in the optical fiber 70 are included.

光アイソレータ８０は、ＷＤＭカプラ６０から出力されたレーザ光を通過させるとともに、半導体レーザモジュール１０への戻り光をカットしている。ただし、半導体レーザモジュール１０内に光アイソレータを内蔵する場合には、光アイソレータ８０は不要である。 The optical isolator 80 passes the laser beam output from the WDM coupler 60 and cuts the return beam to the semiconductor laser module 10. However, when the optical isolator is built in the semiconductor laser module 10, the optical isolator 80 is not necessary.

このようなラマン増幅器１００において、各半導体レーザモジュール１０から出力された波長の異なる励起光は、ＷＤＭカプラ６０で合波され、光ファイバ７０から、別のＷＤＭカプラ２００によって、信号光γが伝送される光ファイバ３００内に入射される。この入射された励起光によって、光ファイバ３００内の信号光γはラマン増幅されながら伝送される。 In such a Raman amplifier 100, pumping lights having different wavelengths output from the respective semiconductor laser modules 10 are combined by the WDM coupler 60, and the signal light γ is transmitted from the optical fiber 70 by another WDM coupler 200. Is incident on the optical fiber 300. By the incident excitation light, the signal light γ in the optical fiber 300 is transmitted while being Raman-amplified.

ここでＤＯＰの低い半導体レーザモジュール１０からの励起光は、第１の実施形態と同様に、光ファイバ３００内をデポラライズされた状態、すなわち、どの偏光方向の光パワーも等しい状態で伝播する。信号光γは、ラマン増幅器１００までに伝送されてきた光ファイバの環境温度や歪み等の影響で、信号光γの偏光方向は変動するが、上記のように励起光がデポラライズされているため、ラマン増幅器１００の利得の偏光依存性を抑えることができる。 Here, similarly to the first embodiment, the pumping light from the semiconductor laser module 10 having a low DOP propagates in the optical fiber 300 in a depolarized state, that is, in the state where the optical power in any polarization direction is equal. The signal light γ changes the polarization direction of the signal light γ due to the environmental temperature of the optical fiber transmitted to the Raman amplifier 100, distortion, etc., but the excitation light is depolarized as described above. The polarization dependence of the gain of the Raman amplifier 100 can be suppressed.

また、この本実施形態のラマン増幅器１００では、第１の実施形態に係る半導体レーザモジュール１０において、デポラライズの方法として従来の偏波保持光ファイバでなく、位相板３を使用しているため、半導体レーザモジュール１０が小型化されており、その結果、ラマン増幅器１００も小型化される。 In the Raman amplifier 100 according to the present embodiment, the semiconductor laser module 10 according to the first embodiment uses the phase plate 3 instead of the conventional polarization maintaining optical fiber as a depolarization method. The laser module 10 is reduced in size, and as a result, the Raman amplifier 100 is also reduced in size.

本実施形態では、第１の実施形態における半導体レーザモジュール１０を用いた構成のラマン増幅器１００について説明したが、第２の実施形態における半導体レーザモジュール２０を用いた構成のラマン増幅器についても、同様の作用、効果が得られる。 In the present embodiment, the Raman amplifier 100 having the configuration using the semiconductor laser module 10 in the first embodiment has been described. However, the same applies to the Raman amplifier having the configuration using the semiconductor laser module 20 in the second embodiment. Action and effect are obtained.

「例１」
次に、本発明の半導体レーザモジュール１０の具体的な実施例について、図１に示す模式図を参照しながら詳細に説明する。
本例１では、光源１として、波長１４８０ｎｍで単一縦モード発振する半導体レーザ１Ａを用いる。この半導体レーザ１Ａから出た光は、第１レンズ２、位相板３、第２レンズ４を透過し、光ファイバ５に集光される。なお、半導体レーザ１Ａから出た光を平行にする第１レンズ２や光ファイバ５に集光する第２レンズ４には非球面レンズを用いる。 "Example 1"
Next, a specific example of the semiconductor laser module 10 of the present invention will be described in detail with reference to the schematic diagram shown in FIG.
In this example 1, a semiconductor laser 1A that oscillates in a single longitudinal mode at a wavelength of 1480 nm is used as the light source 1. The light emitted from the semiconductor laser 1 </ b> A passes through the first lens 2, the phase plate 3, and the second lens 4 and is collected on the optical fiber 5. An aspherical lens is used for the first lens 2 that collimates the light emitted from the semiconductor laser 1A and the second lens 4 that condenses the light on the optical fiber 5.

位相板３には、図４に示すもの（位相板３Ｃ）を用いている。この位相板３Ｃは、具体的には、同図に示すように、全体の領域を８分割して各領域内は均一な遅相軸方向とリタデーション値分布とし、隣りあう領域ごとに遅相軸βの方向が、光軸αを中心とする同心円の接線方向に４５°で変化させている。一方、リタデーション値は、８分割領域すべてにおいて均一であり、半導体レーザ１Ａの発振波長（１４８０ｎｍ）の（１／２）倍、すなわち７４０ｎｍある。 The phase plate 3 shown in FIG. 4 (phase plate 3C) is used. Specifically, as shown in the figure, the phase plate 3C divides the entire region into eight parts so that each region has a uniform slow axis direction and retardation value distribution, and each adjacent region has a slow axis. The direction of β is changed by 45 ° in a tangential direction of a concentric circle centered on the optical axis α. On the other hand, the retardation value is uniform in all the eight divided regions, and is (1/2) times the oscillation wavelength (1480 nm) of the semiconductor laser 1A, that is, 740 nm.

この位相板３Ｃは、図５（Ｂ）の構成を有しており、厚さ０．２ｍｍの透明なガラス基板である第１の基板３１に、所望の均一厚さに形成した高分子液晶層３２を有し、この上に充填媒質層３３を介して厚さ０．２ｍｍのガラス基板である第２の基板３４を積層している。位相板３Ｃの厚さは、約０.４２ｍｍである。高分子液晶層３２の常光屈折率ｎ_oは１．５０、異常光屈折率ｎ_eは１．５８、複屈折量Δｎは０.０８である。また、高分子液晶層３２の厚さｄは、Δｎ・ｄ（＝７４０ｎｍ）となるよう、９．２５μｍとする。なお、充填媒質層３３の屈折率は１．５２であり、ガラス基板である第１、第２の基板３１、３４の屈折率は１．５２である。 The phase plate 3C has the configuration shown in FIG. 5B, and is a polymer liquid crystal layer formed on the first substrate 31 which is a transparent glass substrate having a thickness of 0.2 mm so as to have a desired uniform thickness. 32, and a second substrate 34, which is a glass substrate having a thickness of 0.2 mm, is laminated thereon with a filling medium layer 33 interposed therebetween. The thickness of the phase plate 3C is about 0.42 mm. The ordinary refractive index n _o of the liquid crystal polymer layer 32 1.50, the extraordinary refractive index n _e 1.58, the birefringence amount Δn is 0.08. Further, the thickness d of the polymer liquid crystal layer 32 is set to 9.25 μm so as to be Δn · d (= 740 nm). The refractive index of the filling medium layer 33 is 1.52, and the refractive indexes of the first and second substrates 31 and 34 that are glass substrates are 1.52.

ここで、ガラス基板である第１の基板３１の高分子液晶層３２と接する面には、図６のような微小な凹凸溝３１Ａを作成することで、その凹凸溝３１Ａの長手方向に液晶が配向しやすい性質を用いて、液晶分子を配向させ、その状態で高分子化する。なお、凹凸溝３１Ａを、８分割した領域に多数放射状に作成することで、高分子液晶層３２に、図４のような放射状の遅相軸分布を実現できる。 Here, on the surface that is in contact with the polymer liquid crystal layer 32 of the first substrate 31 that is a glass substrate, a minute uneven groove 31A as shown in FIG. 6 is formed, so that the liquid crystal is formed in the longitudinal direction of the uneven groove 31A. The liquid crystal molecules are aligned using the property of being easily aligned and polymerized in that state. It should be noted that a radial slow axis distribution as shown in FIG. 4 can be realized in the polymer liquid crystal layer 32 by forming a large number of the concave and convex grooves 31 </ b> A radially in eight divided regions.

この図６において、本実施例では基板３１上に屈折率１．４７の薄膜を形成し、この薄膜をフオトリソグラフーおよびエッチングの技術により液晶分子の配向を制御する凹凸溝３１Ａを作成する。この凹凸溝３１Ａの深さｄは８０ｎｍとする。この凹凸溝３１Ａの屈折率ｎ_aは１．４７である。 In FIG. 6, in this embodiment, a thin film having a refractive index of 1.47 is formed on a substrate 31, and a concave / convex groove 31A for controlling the alignment of liquid crystal molecules is formed on the thin film by photolithography and etching techniques. The depth d of the uneven groove 31A is 80 nm. Refractive index n _a of the uneven groove 31A is 1.47.

凹凸溝３１Ａの屈折率ｎ_aと高分子液晶層３２の屈折率差は、
｜ｎ。−ｎ_a｜＝｜１．５０−１．４７｜
＝０．０３
および、
｜ｎ_e−ｎ_a｜＝｜１．５８−１．４７｜
＝０．１１
であり、十分に小さい。 Refractive index difference between the refractive index n _a and the polymer liquid crystal layer 32 of the concave-convex groove 31A is
| N. −n _a | = | 1.50-1.47 |
= 0.03
and,
_{_{| N e -n a | = |}} 1.58-1.47 |
= 0.11
And small enough.

また、凹凸溝部３１Ａを形成している第１の基板３１の屈折率ｎ_aと、高分子液晶３２の常光方向屈折率ｎ_oおよび異常光方向屈折率ｎ_eとの差と、溝の深さｄとの積、
｜ｎ。−ｎ_a｜・ｄおよび｜ｎ_e−ｎ_a｜・ｄ
は、それぞれ、３．２ｎｍ（約（１／４５０）・λ）および８.８ｎｍ（約（１／１５０）・λ）と十分に小さく、界面の反射や散乱、回折が小さく抑えられている。
以上のようにして作られる位相板３をダイシングにより１ｍｍサイズ角に切断して、半導体レーザモジュール１０を構成する。 The refractive index and n _a of the first substrate 31 forming the grooved portions 31A, the difference between the ordinary direction refractive index n _o and the extraordinary light direction refractive index n _e of the liquid crystal polymer 32, the depth of the groove product with d,
| N. -N _a | · d and | n _e -n _a | · d
Are sufficiently small at 3.2 nm (about (1/450) · λ) and 8.8 nm (about (1/150) · λ), respectively, and reflection, scattering, and diffraction at the interface are kept small.
The phase plate 3 produced as described above is cut into 1 mm size squares by dicing to constitute the semiconductor laser module 10.

図４の位相板３Ｃは、領域を８分割しているが、リタデーション値はどの領域も全て面内均一で７４０ｎｍ（半導体レーザ１の波長１４８０の１／２）であり、遅相軸βに関しては、となりあう領域ごとに遅相軸βの方向が、光軸αを中心とする放射状方向に４５°で変化させている。ここで８分割された領域の任意のとなり合う領域とは、例えば、図４における３０Ａと３０Ｂの部分である。 The phase plate 3C of FIG. 4 divides the region into eight, but the retardation value is all in-plane uniform and is 740 nm (1/2 of the wavelength 1480 of the semiconductor laser 1). , The direction of the slow axis β is changed by 45 ° in a radial direction centered on the optical axis α. Here, the arbitrary adjacent region of the eight divided regions is, for example, portions 30A and 30B in FIG.

ここで、図４に示すように、位相板３Ｃの横軸をＸ軸、縦軸をＹ軸とするとともに、Ｘ軸からの反時計方向の角度をθとし、この位相板３Ｃに、Ｘ軸方向（θ＝０°）の直線偏光が入射するよう半導体レーザ１Ａを半導体レーザモジュール１０内に固定する。このとき、位相板３Ｃの領域３１における遅相軸β方向は０°であり、領域３２における遅相軸β方向は４５°である。
位相板３Ｃの領域３０Ａ、３０Ｂはともにリタデーション値がλ／２であることから、1／２波長板となる。この１／２波長板は、界面反射や内部の吸収や散乱がない場合、光パワーを維持しながら、光の偏光方向を遅相軸βを中心として線対称の方向に変換する機能がある。このため、位相板３Ｃの領域３０Ａを透過した光の偏光方向は０°、位相板３Ｃの領域３０Ｂを透過した光の偏光方向は９０°となり、領域３０Ａの透過光と領域３０Ｂの透過光は、出力が等しく直交した偏光方向となるため、この２領域（３０Ａと３０Ｂ）における偏光は解消される。他の６領域についても同様な作用により、位相板３Ｃを透過した光のビーム面内おける偏光方向は、各々４分割からなる０°偏光方向と９０°偏光方向となり、光ビーム全体としてみれば偏光は解消され、デポラライズされる。入射光の偏光方向がＸ軸方向（θ＝０°）でない場合であっても、となり合う２領域を透過したあとの偏光方向は直交するため、光ビーム全体としてみれば偏光は解消される。このデポラライズされた光を第２レンズ４で光ファイバ５に集光することで、ＤＯＰが３％の半導体レーザモジュール１０が得られる。また、位相板３Ｃは約１ｍｍ×１ｍｍ×０.４２ｍｍと小さいので、ＤＯＰを低減した半導体レーザモジュール１０を小型化することが容易である。 Here, as shown in FIG. 4, the horizontal axis of the phase plate 3C is the X axis, the vertical axis is the Y axis, and the counterclockwise angle from the X axis is θ. The semiconductor laser 1A is fixed in the semiconductor laser module 10 so that linearly polarized light in the direction (θ = 0 °) is incident. At this time, the slow axis β direction in the region 31 of the phase plate 3C is 0 °, and the slow axis β direction in the region 32 is 45 °.
Since the retardation value of each of the regions 30A and 30B of the phase plate 3C is λ / 2, it becomes a half-wave plate. This half-wave plate has a function of converting the polarization direction of light into a line-symmetric direction around the slow axis β while maintaining optical power when there is no interface reflection or internal absorption or scattering. Therefore, the polarization direction of the light transmitted through the region 30A of the phase plate 3C is 0 °, the polarization direction of the light transmitted through the region 30B of the phase plate 3C is 90 °, and the transmitted light of the region 30A and the transmitted light of the region 30B are Since the outputs have the polarization directions that are equally orthogonal, the polarization in these two regions (30A and 30B) is eliminated. Due to the same action for the other six regions, the polarization directions in the beam plane of the light transmitted through the phase plate 3C are divided into 0 ° polarization direction and 90 ° polarization direction, respectively, which are divided into four parts. Is resolved and depolarized. Even if the polarization direction of the incident light is not the X-axis direction (θ = 0 °), the polarization direction after passing through the two adjacent regions is orthogonal, so that the polarization is canceled when viewed as a whole light beam. By condensing the depolarized light onto the optical fiber 5 by the second lens 4, the semiconductor laser module 10 having a DOP of 3% is obtained. Further, since the phase plate 3C is as small as about 1 mm × 1 mm × 0.42 mm, it is easy to downsize the semiconductor laser module 10 with reduced DOP.

「例２」
次に、「例１」で述べた半導体レーザモジュール１０を励起用光源として用いたラマン増幅器１００の具体的な構成例について、図８に示す。 "Example 2"
Next, FIG. 8 shows a specific configuration example of the Raman amplifier 100 using the semiconductor laser module 10 described in “Example 1” as an excitation light source.

図８は、異なる波長の光を出力する複数の半導体レーザモジュール１０と、半導体レーザモジュール１０から出力された光を波長合成するＷＤＭカプラ６０と、波長合成された光を伝送する光ファイバ７０と、光ファイバ７０に内蔵された偏波無依存型の光アイソレータ８０とを有する前方励起型のラマン増幅器である。
光アイソレータ８０は、ＷＤＭカプラ６０から出力されたレーザ光を通過させるとともに、半導体レーザモジュール１０への戻り光をカットしている。
このようなラマン増幅器１００において、各半導体レーザモジュール１０から出力された波長の異なる励起光は、ＷＤＭカプラ６０で合波され、光ファイバ７０から、別のＷＤＭカプラ２００によって、信号光γが伝送される光ファイバ３００内に入射される。この入射された励起光によって、光ファイバ３００内の信号光γはラマン増幅されながら伝送される。 FIG. 8 shows a plurality of semiconductor laser modules 10 that output light of different wavelengths, a WDM coupler 60 that combines the wavelengths of light output from the semiconductor laser module 10, an optical fiber 70 that transmits the wavelength-synthesized light, This is a forward-pumped Raman amplifier having a polarization-independent optical isolator 80 built in the optical fiber 70.
The optical isolator 80 passes the laser beam output from the WDM coupler 60 and cuts the return beam to the semiconductor laser module 10.
In such a Raman amplifier 100, pumping lights having different wavelengths output from the respective semiconductor laser modules 10 are combined by the WDM coupler 60, and the signal light γ is transmitted from the optical fiber 70 by another WDM coupler 200. Is incident on the optical fiber 300. By the incident excitation light, the signal light γ in the optical fiber 300 is transmitted while being Raman-amplified.

ここで、ラマン増幅に用いられる励起光の光ファイバ３００内における偏光は、「例１」で述べたように、光ファイバ３００中の伝送断面内では、各々４分割からなる０°偏光方向と９０°偏光方向となり、各々の偏光方向の光パワーも等しい状態で光ファイバ３００内を伝播する。ラマン増幅器１００まで伝播してきた伝送光ファイバの環境温度や歪み等により、信号光γの偏光方向は変動するが、励起光は、偏光が直交する各々４部分の光ビームからなり、光ビーム全体としてデポラライズされており、ラマン増幅器１００の利得の偏光依存性を抑えることができる。なお、「例１」の半導体レーザモジュール１０を用いたこの「例２」のラマン増幅器１００の利得の偏光依存性は、０．０５ｄＢ以下となる。 Here, as described in “Example 1”, the polarization of the pumping light used for Raman amplification in the optical fiber 300 is divided into four 0 ° polarization directions and 90 in the transmission cross section in the optical fiber 300. It becomes the polarization direction and propagates in the optical fiber 300 with the optical power in each polarization direction being equal. Although the polarization direction of the signal light γ varies depending on the environmental temperature and distortion of the transmission optical fiber that has propagated to the Raman amplifier 100, the excitation light is composed of four light beams whose polarizations are orthogonal to each other. Since it is depolarized, the polarization dependence of the gain of the Raman amplifier 100 can be suppressed. The polarization dependence of the gain of the Raman amplifier 100 of “Example 2” using the semiconductor laser module 10 of “Example 1” is 0.05 dB or less.

また、この本実施形態例のラマン増幅器１００では、第１の実施形態に係る半導体レーザモジュール１０において、デポラライズの方法として従来の偏波保持光ファイバでなく、位相板３Ｃを使用しているため、半導体レーザモジュール１０が小型化されており、その結果、半導体レーザモジュール１０を励起光とするラマン増幅器１００も小型化される。 Further, in the Raman amplifier 100 of the present embodiment example, the semiconductor laser module 10 according to the first embodiment uses the phase plate 3C instead of the conventional polarization maintaining optical fiber as a depolarization method. The semiconductor laser module 10 is downsized. As a result, the Raman amplifier 100 using the semiconductor laser module 10 as excitation light is also downsized.

本発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の実施が可能である。また上記の実施例では、前方励起型のラマン増幅器について説明したが、後方励起型又は双方向励起型のラマン増幅器にも用いることが可能である。 The present invention is not limited to these embodiments, and various implementations are possible without departing from the scope of the present invention. In the above-described embodiment, the forward-pumped Raman amplifier has been described. However, the present invention can also be used for a backward-pumped or bidirectional-pumped Raman amplifier.

本発明の半導体レーザモジュールは、位相板の遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも一方が位相板の面内において分布が一様でなく、例えば位相板での遅相軸方向が光軸を中心に放射状もしくは同心円方向により異なり、リタデーション値が面内均一の１／２波長板相当である位相板を半導体レーザモジュールに組込むことにより、小型でＤＯＰの低い半導体レーザモジュールを得ることができ、光通信用に用いられるラマン増幅器の励起用光源として利用することにより、小型でラマン利得の偏光依存性（ＰＤＲＧ）の低いラマン増幅器などとして利用でき有用である。 In the semiconductor laser module of the present invention, at least one of the slow axis direction and retardation value of the phase plate is not uniformly distributed in the plane of the phase plate. For example, the slow axis direction of the phase plate has the optical axis as the slow axis direction. A semiconductor laser module having a small size and low DOP can be obtained by incorporating into the semiconductor laser module a phase plate that differs depending on the radial or concentric direction in the center and has a retardation value equivalent to a half-wave plate with a uniform in-plane retardation. By using it as a light source for exciting a Raman amplifier used for communication, it can be used as a Raman amplifier having a small Raman gain with low polarization dependence (PDRG).

本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールの一例を示す模式的図。1 is a schematic diagram showing an example of a semiconductor laser module according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係る位相板の遅相軸分布の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of slow axis distribution of the phase plate which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る位相板の遅相軸分布の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of slow axis distribution of the phase plate which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る位相板の遅相軸分布の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of slow axis distribution of the phase plate which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る位相板の一例を示す模式的断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a phase plate according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態に係る位相板に用いる基板形状の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the board | substrate shape used for the phase plate which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザモジュールを示す模式図。The schematic diagram which shows the semiconductor laser module which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係るラマン増幅器の一例を示す模式的図。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of a Raman amplifier according to a third embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１、１Ａ、１Ｂ半導体レーザ（光源）
２第１レンズ
３位相板
４第２レンズ
５光ファイバ
１０、２０半導体レーザモジュール
１、１Ｂ光ファイバ付半導体レーザ
３０Ａ、３０Ｂ分割領域
３１第１の基板
３４第２の基板
３１Ａ凹凸溝
３２複屈折媒質層（高分子液晶層）
３３充填媒質層（充填剤）
１００ラマン増幅器
６０ＷＤＭカップラ
７０光ファイバ
８０光アイソレータ
２００ＷＤＭカップラ
３００光ファイバ
α 光軸
β 遅相軸
γ 信号光 1, 1A, 1B Semiconductor laser (light source)
2 1st lens 3 Phase plate 4 2nd lens 5 Optical fiber 10, 20 Semiconductor laser module 1, 1B Semiconductor laser with optical fiber 30A, 30B Divided region 31 1st substrate 34 2nd substrate 31A Uneven groove 32 Birefringent medium Layer (polymer liquid crystal layer)
33 Filling medium layer (filler)
100 Raman amplifier 60 WDM coupler 70 optical fiber 80 optical isolator 200 WDM coupler 300 optical fiber α optical axis β slow axis γ signal light

Claims

光源である半導体レーザと、この半導体レーザから出力される光を伝送する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、
前記半導体レーザと前記光ファイバとの間に、前記半導体レーザから出力される光の偏光状態を変化させる位相板を備えるとともに、
前記位相板は、遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも前記遅相軸方向について、前記位相板面内での分布状態に偏りを有し、
前記遅相軸方向は、前記半導体レーザからの光の光軸を中心にした同心円の半径方向または接線方向に一致することを特徴とする半導体レーザモジュール。 In a semiconductor laser module having a semiconductor laser that is a light source and an optical fiber that transmits light output from the semiconductor laser,
Between the semiconductor laser and the optical fiber, with a phase plate that changes the polarization state of the light output from the semiconductor laser,
It said phase plate, for at least the slow axis direction of the slow axis direction and retardation value, have a bias in the distribution of at the phase plate plane,
The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the slow axis direction coincides with a radial direction or a tangential direction of a concentric circle centering on an optical axis of light from the semiconductor laser.

前記位相板のリタデーション値は、前記位相板面内において均一であるとともに、前記半導体レーザから出射の光の波長の（ｍ／２）倍（但し、ｍは１以上の奇数）にほぼ等しい請求項１に記載の半導体レーザモジュール。 The retardation value of the phase plate is uniform in the plane of the phase plate and is substantially equal to (m / 2) times the wavelength of light emitted from the semiconductor laser (where m is an odd number of 1 or more). 2. The semiconductor laser module according to 1.

前記位相板は、複屈折媒質で形成されている請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。 The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the phase plate is formed of a birefringent medium.

前記位相板の複屈折媒質は、液晶を高分子化した高分子液晶である請求項３に記載の半導体レーザモジュール。 4. The semiconductor laser module according to claim 3, wherein the birefringent medium of the phase plate is a polymer liquid crystal obtained by polymerizing liquid crystal.

前記高分子液晶は、透明な基板上に形成されているとともに、
前記高分子液晶には前記光軸を中心とする同心円状または放射状の溝が形成されている請求項４に記載の半導体レーザモジュール。 The polymer liquid crystal is formed on a transparent substrate,
The semiconductor laser module according to claim 4, wherein concentric or radial grooves having the optical axis as a center are formed in the polymer liquid crystal.

前記基板の屈折率ｎ_aと前記溝が形成された前記高分子液晶の常光方向屈折率ｎ_oまたは異常光方向屈折率ｎ_eとの差と、溝の深さｄとの積、｜ｎ_o−ｎ_a｜・ｄまたは｜ｎ_e−ｎ_a｜・ｄは、前記半導体レーザから出射の光の波長の１０分の１以下である請求項５に記載の半導体レーザモジュール。 The difference between the refractive index n _a and ordinary direction refractive index of said polymer liquid crystal having a groove formed n _o or extraordinary light direction refractive index n _e of the substrate, the product of the depth d of the groove, | n _o -n _a | · d or | n _e -n _a | · d, the semiconductor laser module according to claim 5 semiconductor laser is less than one tenth of the wavelength of light emitted from the.

前記位相板は、複屈折媒質で形成されているとともに同心円状または放射状の溝を設けた複屈折媒質層を有し、
前記複屈折媒質層の前記溝の窪みは、前記複屈折媒質の常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eのいずれか一方の値と等しいか、または前記２つの屈折率値の中間の屈折率を有する充填剤で充填されて前記溝を埋めてある請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。 The phase plate has a birefringent medium layer formed of a birefringent medium and provided with concentric or radial grooves,
The recess of the groove of the birefringent medium layer, the equal and one value of the ordinary refractive index n _o and extraordinary refractive index n _e of the birefringent medium, or intermediate refraction of the two refractive index values 3. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the groove is filled with a filler having a rate.

前記半導体レーザと前記位相板との間に、前記半導体レーザから出力される光を前記位相板に伝送する他の光ファイバを備える請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。 The semiconductor laser module according to claim 1, further comprising another optical fiber that transmits light output from the semiconductor laser to the phase plate between the semiconductor laser and the phase plate .

励起光源として、請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュールを備えたことを特徴とするラマン増幅器。 A Raman amplifier comprising the semiconductor laser module according to claim 1 as an excitation light source.