CN102362400B - 半导体激光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半导体激光模块，包含集成了至少一个半导体激光器和弯曲波导的半导体器件、束分离器、多个检测器，从所述半导体激光器射出的激光经由所述弯曲波导传播，经由所述弯曲波导射出的所述激光入射向所述束分离器，入射到所述束分离器的激光的一部分由所述束分离器分路，由配置于该光束断面内的不同的位置的所述多个检测器检测所述分路的所述激光的一部分，其中，在光路上设有用于使所述半导体激光器的输出和所述多个检测器的检测值的相关关系接近线性的波形整形装置。由此，可以进行精度高且稳定的波长锁定控制。

Description

半导体激光模块
技术领域
本发明涉及能够使用弯曲波导将从半导体激光元件输出的激光以倾斜的方式向输出端面射出并降低反射光的半导体激光模块。 
背景技术
以往以来，在从半导体激光元件输出激光的情况下，为降低射出端面的反射返回光，例如设有相对于射出端面弯曲了7度程度的弯曲波导。由此，为了降低向半导体激光元件的共振器的反射返回光，可以进行稳定的激光输出。 
另一方面，将从半导体激光元件输出的光向光纤导波并输出的以往的半导体激光模块中，将输出的激光的一部分由束分离器等分路，使用光功率监视器及对规定波长的光功率进行监视的波长监视器进行波长锁定控制。此时，如果相对于光功率监视器及波长监视器分别设置束分离器，则光学零件数量增加，且阻碍半导体激光模块的小型化，因此，有在利用一个束分离器分路的光的光束上并列配置光功率监视器和波长监视器，将分路的光沿光轴方向分割并分别受光的技术(参照专利文献1)。 
以往技术文献 
专利文献 
专利文献1：特开2006-216695号公报 
发明内容
但是，如果设置弯曲波导，则在从射出端面输出的激光中除沿射出端面的导波方向射出的导波光外，还存在从该弯曲波导泄漏的泄漏光，由于该泄漏光的存在，从射出端面输出的激光的分布图案即FFP(远场图案)在泄漏光侧产生旁瓣(サィドロ一ブ)，关于光轴中心成为非对称。 
在此，在使用具有该弯曲波导的半导体器件，且使用由一个束分离器 分路的光通过功率监视器和波长监视器进行监视时，由于上述的FFP的非对称性，在功率监视器和波长监视器所检测的光输出中产生差异，因此，存在不能进行精度高的波长锁定控制的问题点。特别是FFP根据激光的光输出而变化，所以上述差异的大小也发生变化，因此，存在不能进行精度高的波长锁定控制的问题点。 
因此，本发明是鉴于上述情况而创立的，其目的在于，提供一种半导体激光模块，即使在使用从具有弯曲波导的半导体器件输出的光、即沿光轴方向分割的光分别监视光功率和波长的情况下，也能够进行精度高且稳定的波长锁定控制。 
用于解决课题的手段 
为解决上述课题，实现目的，本发明提供一种半导体激光模块，其包含：集成了至少一个半导体激光器和弯曲波导的半导体器件、束分离器、多个检测器，从所述半导体激光器射出的激光经由所述弯曲波导传播，经由所述弯曲波导射出的所述激光入射向所述束分离器，入射到所述束分离器的激光的一部分由所述束分离器分路，由配置于该光束截面内的不同的位置的所述多个检测器检测所述分路后的所述激光的一部分，其中，在光路上设有用于使所述半导体激光器的输出和所述多个检测器的检测值的相关关系接近线性的波形整形装置。 
另外，本发明的半导体激光模块的特征在于，在上述发明中，所述波形整形装置将光输出分布图案关于所述激光的光轴大致对称的进行整形。 
另外，本发明的半导体激光模块的特征在于，在上述发明中，所述波形整形装置是弯曲半径为1000μm以上的所述弯曲波导。 
另外，本发明的半导体激光模块的特征在于，在上述发明中，所述波形整形装置的所述弯曲波导的弯曲半径R、所述弯曲波导的波导部和包层部的等效折射率差Δn＝{(波导部的折射率)-(包层部的折射率)}/(波导部的折射率)满足 
R≥A×Δn^(-B)(A＝0.62、B＝1.59)。 
另外，本发明的半导体激光模块的特征在于，在上述发明中，所述波形整形装置以使所述弯曲波导带来的光输出的损失为2％以下的方式对所述光输出分布图案进行整形。 
另外，本发明的半导体激光模块的特征在于，在上述发明中，所述半导体器件具备：选择型可变波长激光器，其具有多个半导体激光器，从该多个半导体激光器选择一个半导体激光器射出可变波长激光；光合流器，其将从所述选择型可变波长激光器输出的激光向所述弯曲波导侧输出，所述波形整形装置具有将从所述光合流器泄漏的光遮断的泄漏光阻止部。 
另外，本发明的半导体激光模块的特征在于，在上述发明中，所述半导体器件中还集成有将从所述半导体激光器射出的激光放大的半导体光放大器，所述波形整形装置通过在向所述半导体光放大器的光输入前级设置所述弯曲波导而对所述光输出分布图案进行整形。 
另外，本发明的半导体激光模块的特征在于，在上述发明中，所述多个检测器是：检测所述半导体器件的光输出的输出检测器、检测从所述半导体器件输出的激光的规定波长区域的光输出的波长检测器。 
另外，本发明的半导体激光模块的特征在于，在上述发明中，所述弯曲波导的弯曲部分被设于距包含所述弯曲波导的波导的激光输入端5～30％的位置。 
根据本发明，波形整形装置通过将弯曲波导的弯曲半径设为1000μm以上，将与激光的光轴相垂直的面内的光输出分布图案整形为不依赖于所述激光的输出的光输出分布图案，因此，即使在分别检测从具有弯曲波导的半导体器件输出的光、即光束上的不同的位置的光的情况下，也能够进行精度高且稳定的波长锁定控制。 
附图说明
图1是从上方观察本发明实施方式1的半导体激光模块的剖面示意图。 
图2是表示图1所示的半导体器件的构成的示意图。 
图3是表示以往的FFP及将弯曲半径设为1000μm以上的情况下的FFP的图。 
图4是表示从弯曲波导输出的导波光和泄漏光的说明图。 
图5是表示以往及该实施方式1的光纤端光输出的功率监视器电流值依存性的图。 
图6是表示以往及该实施方式1的波长监视器电流值/功率监视器电流值的振荡频率依存性的图。 
图7是表示透过率的弯曲半径依存性的图。 
图8是表示弯曲半径的等效折射率差依存性的图。 
图9是表示本发明实施方式2的半导体器件的构成的示意图。 
图10是表示本发明实施方式3的半导体器件的构成的示意图。 
图11是表示将弯曲波导设于输出端附近的半导体器件的构成的示意图。 
图12是表示将弯曲波导设于波导的输入端附近的半导体器件的构成的示意图。 
图13是表示图11所示的半导体器件的光纤端光输出的FFP的图。 
图14是表示图12所示的半导体器件的光纤端光输出的FFP的图。 
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的半导体激光模块的最佳实施方式进行详细说明。另外，本发明不受该实施方式限定。 
(实施方式1) 
图1是从上方观察本发明实施方式1的半导体激光模块的构成的剖面示意图。该半导体激光模块1在框体2内具有输出激光的半导体器件3，从该半导体器件3输出的激光由设于该激光的射出端面附近的准直透镜4变换为平行光。该准直光通过束分离器5反射例如4％的光，而使96％的光透过。 
由束分离器5反射的光通过功率监视器PD6检测光输出，并通过波长监视器PD8检测经由校准器7进行了波长选择的波长区域的光输出。由该功率监视器PD6及波长监视器PD8检测到的光输出被用于波长锁定控制。 
另一方面，透过了束分离器5后的光经由光隔离器9及聚光透镜10与单模光纤即光纤11耦合并输出。另外，半导体器件3被配置于作为调温元件的珀耳帖(ペルチュ)元件21上，通过该珀耳帖元件21的温度控制来控制激光的振荡波长。另外，校准器7被配置于作为调温元件的珀耳帖元件22上，通过珀耳帖元件22的温度控制来控制选择波长。 
半导体器件3为图2所示的波长选择型的可变波长激光器，将多个半导体激光器12阵列状排列。各半导体激光器12例如可进行3～4nm程度的波长变化，各半导体激光器12以其振荡波长按3～4nm程度的间隔并排的方式设计。而且，通过驱动的半导体激光器12的切换和元件温度的控制，可覆盖比单体的半导体激光器更宽带域的连续的波长带。在此，为覆盖WDM光通信用的波长带域、例如1.53～1.56μm的C带或1.57～1.61μm的L带整体，例如只要将10个以上的半导体激光器12(3～4nm可变)集成化，即可遍及30nm以上的波长范围使波长可变。 
从排列的多个半导体激光器12即半导体激光器阵列13选择性输出的激光经由多个波导14的任一个被输入到光合流器15，且向一个波导16输出。在波导16导波的光经由半导体光放大器(SOA)17进行光放大，然后，经由弯曲波导18相对于射出端面以约7度的倾斜输出。另外，该倾斜角度优选为6度～12度的范围。由此，可减少向半导体激光器阵列13侧的反射返回光。在此，弯曲波导18作为波形整形装置，将弯曲半径R设为1000μm以上。另外，弯曲波导18的波导的波导部和包层部的等效折射率差Δn＝{(波导部的折射率)-(包层部的折射率)}/(波导部的折射率)为1.06。 
图3(a)表示设弯曲半径为不足1000μm的以往的半导体器件中使光输出变化时的从射出端面输出的激光的FFP，图3(b)表示设弯曲半径为1000μm以上的本发明实施方式1的半导体器件3中使光输出变化时的从射出端面输出的激光的FFP。另外，对于图3所示的角度θ而言，如图2所示，设激光的光轴为0度，并设定其正负的朝向。 
图3(a)所示的以往的FFP在波长监视器PD8侧产生旁瓣SB，同时，在使光输出每次变化为10mW、15mW、20mW、25mW时，FFP发生变化。特别是，角度0度附近及旁瓣SB附近的变动大。与之相对，在将弯曲半径设为1000μm以上的情况下，如图3(b)所示，即使使光输出变化，FFP也几乎不变化，而呈现稳定的FFP。而且，以角度0度为中心呈现大致对称的高斯分布。 
这认为是由于，如图4所示，如果将弯曲波导18的弯曲半径R设为不足1000μm，则产生被导波的光直接直行并输出的泄漏光I2，因该泄漏 光I2而产生旁瓣SB，而且，每次使输出变化时，该泄漏光I2的量发生变化。与之相对，在该实施方式1中，认为是由于，通过将弯曲波导18的弯曲半径R设为1000μm以上，消减泄漏光I2，可完全作为射出端面的导波方向的光即导波光I1输出。 
在此，如图3(a)所示，当FFP因光输出的变化而发生变化时，泄漏光I2的成分损耗，向光纤11的光耦合效率发生变化，因此，如图5所示，相对于功率监视器PD6检测到的功率监视器电流值Im(μA)的光纤端光输出Pf(mW)相对不成比例。另一方面，在该实施方式1中，由于泄漏光I2少且如图3(b)所示FFP不因光输出而发生变化，因此，向光纤11的光耦合效率恒定。结果如图5所示，相对于功率监视器电流值Im的光纤端光输出Pf(及所选择的半导体激光器12的光输出)为大致成比例的相关关系。另外，在该实施方式1中，由于FFP几乎不因光输出而变化，因此，相对于作为波长监视器PD8的输出的波长监视器电流Iwm的光纤端光输出Pf(及所选择的半导体激光器12的光输出)也大致成比例。 
在此，对功率监视器PD6及波长监视器PD8的监视结果的波长锁定控制进行说明。该波长锁定控制首先预先测定成为所希望的光纤端光输出Pf及振荡波长λ时的波长监视器电流Iwm、和波长监视器电流Iwm与功率监视器电流值之比Iwm/Im，以光纤端光输出Pf和值Iwm/Im为目标值控制半导体光放大器17的驱动电流Isoa，并由珀耳帖元件21控制半导体器件3的温度。即，通过将值Iwm/Im的比设为恒定，进行波长锁定控制。 
在以往的半导体激光模块中，如图5所示，为光纤端光输出Pf与功率监视器电流值Im及波长监视器电流Iwm不成比例的特性，因此，在进行使用了该特性的波长锁定控制的情况下，如图6所示，值Iwm/Im发生变化。例如，图6中，以与光纤端光输出Pf＝17mW时相同的值Iwm/Im为目标值P1，进行设为Pf＝6.5mW或Pf＝13mW的光输出变化(光输出控制)时，振荡频率(振荡波长)发生错位，不能维持波长锁定控制。 
另一方面，该实施方式1中，由于具有光纤端光输出Pf与功率监视器电流值Im及波长监视器电流Iwm成比例的特性(线形性)，所以，即 使光输出发生变化，值Iwm/Im也不会变化，而如图5所示，可以与光输出变化无关地设为相同的目标值P2，不使振荡频率(振荡波长)发生偏差。因此，可以进行精度高的波长锁定控制。 
在此，在上述的实施方式1中，在弯曲波导18的等效折射率差Δn为1.06时，将弯曲半径R设为1000μm以上。这是由于，如图7所示，如果将弯曲半径R设为1000μm以上，则透射率为98％以上，被认为是由泄漏光引起的光功率损耗PL为2％以下，如果光功率损耗PL为2％以下，则即使光输出发生变化，FFP也几乎不变化。 
在此，光功率损耗PL为2％的弯曲半径R和等效折射率差Δn的关系如图8所示。该曲线可以由下式 
R＝A×Δn^(-B)(A＝0.62、B＝1.59) 
表示。其中，“^”是表示指数的标记。因此，在使用某等效折射率差Δn的波导的情况下，通过做成具有由上述的式计算出的弯曲半径R以上的弯曲半径的弯曲波导18，FFP不会因光输出变化而大致变化，可以进行精度高的光输出控制及波长锁定控制。 
(实施方式2) 
该实施方式2的半导体器件23中，如图9所示，在上述的实施方式1的光合流器15和弯曲波导18之间设有遮断来自光合流器15等的泄漏光的作为波形整形装置的泄漏光阻止部20。由此，由于来自光合流器15的泄漏光不会对FFP造成影响，所以可以得到稳定的FFP。特别是在来自光合流器15的泄漏光中有时含有高次模，可以防止该高次模引起的FFP的晃动。另外，泄漏光阻止部20可以空间上遮断，也可以积极地由吸收光的部件形成。 
(实施方式3) 
该实施方式3的半导体器件33中，如图10所示，弯曲波导18不是最终波导，而由光合流器15和半导体光放大器17之间的波导实现。半导体光放大器17的后段的波导30相对于射出端面倾斜形成，因此，可以抑制反射返回光。 
(实施方式4) 
该实施方式4中，将用于使弯曲波导18倾斜7度的弯曲部分不仅设于如图11所示的输出端附近，而且设于如图12所示的由弯曲波导18、半导体光放大器17、波导30构成的输出侧波导的激光的输入端附近。图13 是表示图11所示的构成的光纤端光输出的FFP的图。图14是表示图12所示的构成的光纤端光输出的FFP的图。另外，图13、14中，将弯曲波导18的弯曲半径R设为不足1000μm。根据以往的构造，可以在分布形状的边缘(裾)有变化为如箭头所示的包(瘤)那样的非线性的区域。但是，根据本发明的构造，得到激光输出和检测器的检测值成为线性的关系的如图14的理想的分布形状。弯曲部分根据使波导倾斜的角度、波导的材料特性、及输出光的光束利用状况而变化，但大多情况下如果设为从输出侧波导的输入端到输出端的距离的5～30％的范围的位置，则可以得到良好的结果。 
产业上的可利用性 
本发明的半导体激光模块例如适用于光通信用的信号光源的用途。 
符号说明 
1  半导体激光模块 
2  框体 
3、23、33  半导体器件 
4  准直透镜 
5  束分离器 
6  功率监视器PD 
7  校准器(ェタロン) 
8  波长监视器PD 
9  光隔离器 
10 聚光透镜 
11 光纤 
12 半导体激光器 
13 半导体激光器阵列 
14、16、30  波导 
15 光合流器 
17 半导体光放大器 
18 弯曲波导 
20 泄漏光阻止部 
21、22  珀耳帖元件 

Claims (8)

1.一种半导体激光模块，其包含：集成了至少一个半导体激光器和弯曲波导的半导体器件、束分离器、多个检测器，从所述半导体激光器射出的激光经由所述弯曲波导传播，经由所述弯曲波导射出的所述激光入射向所述束分离器，入射到所述束分离器的激光的一部分由所述束分离器分路，由配置于该光束截面内的不同的位置的所述多个检测器检测所述分路后的所述激光的一部分，其特征在于，
在光路上设有用于使所述半导体激光器的输出和所述多个检测器的检测值的相关关系接近线性的波形整形装置，
所述弯曲波导的弯曲半径R、所述弯曲波导的波导部和包层部的等效折射率差Δn＝{(波导部的折射率)-(包层部的折射率)}/(波导部的折射率)满足
R≥A×Δn^(-B)  (A＝0.62，B＝1.59)。
2.如权利要求1所述的半导体激光模块，其特征在于，
所述波形整形装置将光输出分布图案整形为关于所述激光的光轴大致对称。
3.如权利要求1所述的半导体激光模块，其特征在于，
所述弯曲半径R为1000μm以上。
4.如权利要求1所述的半导体激光模块，其特征在于，
所述弯曲波导的光输出的损失为2％以下。
5.如权利要求1所述的半导体激光模块，其特征在于，
所述半导体器件具备：
选择型可变波长激光器，其具有多个半导体激光器，从该多个半导体激光器选择一个半导体激光器射出可变波长激光,
光合流器，其将从所述选择型可变波长激光器输出的激光向所述弯曲波导侧输出，
所述波形整形装置具有将从所述光合流器泄漏的光遮断的泄漏光阻止部。
6.如权利要求2所述的半导体激光模块，其特征在于， 
所述半导体器件中还集成有将从所述半导体激光器射出的激光放大的半导体光放大器，
在向所述半导体光放大器的光输入前级设置所述弯曲波导。
7.如权利要求2所述的半导体激光模块，其特征在于，
所述多个检测器是：
检测所述半导体器件的光输出的输出检测器，
检测从所述半导体器件输出的激光的规定波长区域的光输出的波长检测器。
8.如权利要求2所述的半导体激光模块，其特征在于，
所述弯曲波导的弯曲部分，被设于距包含所述弯曲波导的波导的激光输入端5～30％的位置。 
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