CN1379562A - 半导体激光组件、采用它的光纤放大器与光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种进行高光输出动作且波长稳定良好而用作为喇曼放大用激励光源的半导体激光组件。该组件是在法布里·珀罗型半导体激光元件的前端面上使得具有波长选择性且相对于特定波长显示峰值反射率的光纤布喇格光栅光耦合,当半导体激光元件的谐振器长度为L(单位:μm)、光纤布喇格光栅的反射带宽Δλ(nm)、相对于半导体激光元件发出的振荡激光的前端面与光纤布喇格光栅的峰值反射率分别为R1(%)、R2(%)时,下式成立:1000μm≤L≤3500μm,0.01%≤R1+c2R2≤4%(c表示半导体激光元件与光反馈部件之间的耦合效率)以及R1/R2≤0.8。更进一步,最好0.2nm≤Δλ≤3nm成立。

Description

半导体激光组件、采用它的光纤放大器与光通信系统
技术领域
本发明涉及作为光通信系统的激励光源所设计的半导体激光组件。更详细地，涉及法布里·珀罗(Febry-Perot)型半导体激光元件与光纤布喇格光栅(Fiber Brag Grating，FBG)、介电质多层滤波器、分布布喇格反射镜(DBR)等的光反馈部件进行光耦合而形成的复合谐振器类型的半导体激光组件，它可以作为具备使得高输出的激励用激光振荡的特性的激光组件、光稳定性良好并且具备使得激励用激光振荡的特性的激光组件、还能够抑制扭曲，例如适用于喇曼放大方式的波分复用通信方式所采用的激励用光源。
背景技术
作为传送多个信号光的光通信系统，波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing：WDM)正在逐步发展。在该系统中，在光线路的规定位置配置光放大器，这里，连接组装了法布里·珀罗型半导体激光元件的激光组件，从该激光组件向光放大器入射具有规定振荡光谱的激励用激光，由此，放大上游线路传送过程中衰减的光信号，将放大后的信号光再向下游线路传送。
现在，作为系统的光放大器，广泛采用掺铒光纤(EDFA)放大器。
该EDFA进行受激发射型的光放大。即，利用从激光组件入射的激励用激光，开始激励铒离子，在EDFA内，发现由其能决定的平坦的增益波长区域。这样，将包含在该平坦的增益波长区域中的波长的信号光进行光放大。
对于上述的进行受激发射型的光放大的EDFA，相关于信号光的光放大的实用增益波长区域即平坦的增益波长区域为1530～1610nm左右。即采用EDFA时，将在该系统中可进行光放大的信号光的波长控制在上述区域中。
另一方面，作为信号光的光放大方式，以往已知喇曼放大方式。该放大方式与上述EDFA放大器的情况相比，具备能够对于更宽频带的信号光进行放大的特征，因此，近年来非常希望将其适用于光通信系统中。
该喇曼放大方式是利用下述现象的光放大方式，当向光纤入射极高输出的激光(激励用激光)时，在该光纤中产生受激喇曼散射，在比该激励用激光的波长小13THz的频率(大概100nm左右长波长侧)处发现产生增益，向处于这样的被激励的状态的光纤入射包含于获得上述增益的波长区域中的波长的信号光时，该信号光被放大。
该喇曼放大方式与上述的EDFA的情况不同，不需要采用特殊的光纤，能够将光纤(光线路)其本身作为放大媒体使用，因此能够直接地适用于已经设置的光线路中。即，与EDFA的情况不同，能够减少光线路整体中的光放大用中继点。由此，能够简化系统整体的维护及管理，能够降低系统整体的建设费以及维持费，同时，能够提高系统整体的可靠性。
又，对于喇曼放大方式的情况，原理上能够放大任意波长区域的信号光。这是由于，在这种方式的情况下，通过改变入射到光纤的激励用激光的波长，即通过向光纤入射任意波长的激励用激光，能够发现在比该波长小13THz频率(大概100nm左右的长波长侧)处产生增益。
由此可见，在对于WDM通信方式采用喇曼放大方式的情况下，能够使得信号光的通道增加。
然而，在喇曼放大方式的情况下，产生于光纤的增益反映了构成光纤的玻璃分子的各种波动姿态并且具有某种波长分布。例如，激励用激光显示出在1430nm具有中心波长的振荡光谱时，由喇曼放大所产生的增益在波长1530nm附近具有峰值，形成以其峰值的波长作为中心并具有20nm左右宽度的非对称增益分布形状。
因此，在喇曼放大方式中，为了使得在较宽波长频带产生平坦的增益，将调整了中心波长以及光输出的多个励用激光多路复用并且使之入射到光纤。
具体地，将来自多个激光组件的中心波长不同的多个激励用激光由波长合成耦合器进行多路复用，通过将该波长多路复用后的1个激励用激光入射到光纤，在100nm左右的长波长侧使得各激励用激光的增益为连续多路复用的状态，整体上产生宽波长频带的增益。
然而，在已经建立的通信用光纤中，例如当从激光组件使得入射100mW的激励用激光时，获得的喇曼增益较小而为3dB，这样程度的增益很难实现信号光的光放大。
由此，在喇曼放大方式中，对于用于使得产生信号光能够进行光放大的增益的激励用激光，一般地要求其为200mW以上，最好为300mW以上，更进一步地，最好为400mW～1W的高输出光。
因此，一般地采用下述对应方法，即通过多路复用从多个激光组件输出的各激光，作为所要求强度的光输出，将其多路复用后的激光作为激励用激光入射到光纤。
如此，将喇曼放大方式适用于WDM通信方式具备许多优点。然而，在将其作为激励光源使用的激光组件中，还存在许多需要解决的问题。
以下，对于喇曼放大方式的激励光源所要求的必要特性进行说明。
(1)首先，作为激励光源的激光组件必须以非常高的光输出进行振荡。具体，如上所述，必须要以200mW以上的光输出进行振荡。为此，如上所述，一般采用将来自多个激光组件的各激光多路复用的方式，而这种情况下，不仅要求多路复用后的全部光输出为高输出，而且要求各个激光组件也同样进行高输出动作。
(2)当来自激光组件的激励用激光的中心波长发生变动时，对应于该变动，喇曼增益的波长频带也发生变动，在要进行光放大的信号光的波长之间产生不匹配，很难进行作为目的的光放大。特别地，在WDM通信方式中，当产生上述的增益变化时，由于上述增益波长频带的平坦性受到损坏，结果是很难进行较宽频带的信号光的稳定的光放大。
由此，作为激光组件，要求具备振荡中心波长变动幅度小的激励用激光这样的优良波长稳定性。具体地，在环境温度0～70℃、驱动电流0～1A的驱动条件下，要求激励用激光的中心波长的变动幅度为±1nm以内的激光组件。
(3)在喇曼放大方式中，当存在激励用激光的强度变动(摆动)时，喇曼增益摆动并且它使得信号光的信号对噪声之比(S/N比，信噪比)下降。由此，要求在来自激光组件的激励用激光中不产生噪声。
又，作为喇曼放大中的激励方式，有前方激励方式、后方激励方式以及双方激励方式这3种类型，现在主要采用后方激励方式。其理由在于，当低输出光的信号光与高输出光的激励用激光同时、同方向地前进的前方激励方式下，信号光大大受到所述激励用激光的强度变动(摆动)的影响，存在系统可靠性方面的问题。
由此，即使作为前方激励方式的激励光源使用时，也要求开发激励用激光的强度不发生变动并且光稳定性良好的激光组件。
(4)然而，喇曼放大是在信号光的偏振方向与激励用激光的偏振方向一致的状态下产生。即，喇曼放大存在偏振依赖性。因此，为了使得产生喇曼放大，必须减小信号光的偏振方向与激励用激光的偏振方向的偏差的影响。
此时，作为喇曼放大若采用后方激励方式，则由于信号光在传输中其偏振方向为随机，故上述的偏振依赖性在实用上不存在问题。
然而，在上述前方激励方式中，由于喇曼放大的偏振依赖性增强，对于所使用的激光，它必须是减小喇曼放大偏振依赖性的激励用激光。因此，对于激励用激光进行去偏振(depolarization)，必须减小该偏振度(DOP：Degree ofPolarization)。
然而，将多个激光组件与波长合成耦合器光连接并获得高光输出的激励用激光时，为了使得增益变化减小并且获得高光输出的激励用激光，则要求下述内容。即，在位于波长合成耦合器透过频带内、来自激光组件的激光功率中位于波长合成耦合器透过频带内的功率比例相对于全部功率为大于规定值，具体地，例如大于90％，而且该比例在驱动激光组件的期间保持稳定。
这样，当认为来自激光组件的激励用激光是由多个法布里·珀罗模式构成的振荡光谱时，为了满足上述要求，该振荡频谱宽度的大小程度成为重要的因素。
假定，当振荡频谱宽度过大时，由于位于该振荡频谱宽度内的法布里·珀罗模式的数目增多，在驱动激光组件时法布里·珀罗模式间的功率分布会发生变动，而不能够忽略噪声以及增益的变动。而且，通过波长合成耦合器进行合波时，合波损失变大。反之，当振荡频谱宽度过窄时，很难减小喇曼增益的偏振依赖性，而且，对于激光组件的电流—光输出特性，会产生扭曲，从激光组件输出的光会受到限制。
又，这里所谓的振荡频谱宽度是指在来自激光组件的激励用激光的光谱曲线中从其峰值降低3dB的光谱强度的波长间隔(nm)。
由此，必须使得振荡频谱宽度小于3nm，最好小于2nm。如此，激励用激光其偏振度减小，而且其振荡频谱宽度必须为3nm以下。而且可见，在振荡频谱宽度中至少存在3条、最好4～5条法布里·珀罗模式的多模激励用激光其偏振度减小。
因此，对于将喇曼放大方式应用于WDM通信方式的时所采用的激光组件，要求其振荡频谱宽度小于3nm，对于在该振荡频谱宽度中至少包含3条法布里·珀罗模式的多模激励用激光进行振荡。
又，采用多模激励用激光时，在窄宽度的波长频带集中高光输出时，不容易产生由于受激布里渊散射引起的激励效率下降的问题。此时，激励用激光中的法布里·珀罗模式间的间隔最好大于0.1nm。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种以非常高的输出并且产生波长稳定性良好的激光的半导体激光组件。
本发明的另一目的在于，作为适用于喇曼放大方式的WDM通信方式中的激励光源，提供一种有用的半导体激光组件。
本发明的再一目的是提供一种采用了上述半导体激光组件的光纤放大器与采用了该光纤放大器的光通信系统。
为了达成上述目的，在本发明中首先提供这样的半导体激光组件(称作组件A)。
该组件A是在法布里·珀罗型半导体激光元件的前端面上光耦合地配置具有波长选择性并且相对于特定波长显示特定反射率的光反馈部件的半导体激光组件，
当所述半导体激光元件的谐振器长度为L(单位：μm)、相对于所述半导体激光元件发出的振荡激光所述前端面与所述光反馈部件的峰值反射率分别为R1(％)、R2(％)时，成立下式：
1000μm≤L≤3500μm   …(1)    以及
0.01％≤R1+c2R2≤4％  …(2)
(且c表示半导体激光元件与光反馈部件之间的耦合效率)。
又，最好对于组件A，成立下式：
1000μm≤L≤3500μm    …(1)
0.1％≤R1+c2R2≤4％  …(2)
又，在本发明中提供下一半导体激光组件(称作组件B)。
即，组件B是在法布里·珀罗型半导体激光元件的前端面上光耦合地配置具有波长选择性并且相对于特定波长显示特定反射率的光反馈部件的半导体激光组件，
当所述半导体激光元件的谐振器长度为L(单位：μm)、相对于所述半导体激光元件发出的振荡激光所述前端面与所述光反馈部件的峰值反射率分别为R1(％)、R2(％)时，下式成立：
1000μm≤L≤3500μm    …(1)以及
R1/R2≤0.8             …(3)。
又，在本发明中，提供下述的组件(组件C)。
即，该组件C是在法布里·珀罗型半导体激光元件的前端面上光耦合地配置使得具有波长选择性并且相对于特定波长显示特定反射率的光反馈部件的半导体激光组件，
当所述半导体激光元件的谐振器长度为L(单位：μm)、相对于所述半导体激光元件发出的振荡激光所述前端面与所述光反馈部件的峰值反射率分别为R1(％)、R2(％)时，成立下式：
1000μm≤L≤3500μm    …(1)
0.01％≤R1+c2R2≤4％   …(2)
(且c表示半导体激光元件与光反馈部件之间的耦合效率)，以及
R1/R2≤0.8             …(3)
又，最好组件C满足下式：
1000μm≤L≤3500μm    …(1)
0.1％≤R1+c2R2≤4％    …(2’)
R1/R2≤0.8             …(3)。
这样，在本发明中，对于上述的组件A、B、C中的任意之一，更进一步地，作为光组件，最好提供所述光反馈部件的反射带宽(Δλ)满足下式：
2nm≤Δλ≤3nm         …(4)的附加条件的组件。
又，在本发明中，提供将上述组件A、B、C任意之一作为激励光源的光纤放大器、以及具备该光纤放大器与上述组件A、B、或C的光通信系统。
附图简述
图1是表示本发明的激光组件的1示例的概要图。
图2表示作为激光组件主要部件的半导体激光元件与光纤布喇格光栅的光耦合状态的模式图。
图3是表示沿图2的III-III线的剖视图。
图4是表示半导体激光元件的谐振器长度(L)、前端面的峰值反射率(R1)、最大输出光(Pmax)的关系的曲线图。
图5是表示半导体激光元件的谐振器长度(L)、前端面的峰值反射率(R1)、最大输出光(Pmax)的关系的曲线图。
图6是用于说明激光组件的带内功率的说明图。
图7是表示试验II的结果曲线。
图8是表示在本发明的激光组件C中半导体激光元件的前端面的峰值反射率(R1)与光纤布喇格光栅的峰值反射率(R2)的关系的曲线。
图9是表示实施例1与实施例2的电流—光输出特性的曲线。
最佳实施形态
首先，对于开发本发明组件的思考过程进行说明。
发明者们为了达成上述目的，在反复研究的过程中，实际上关注下述情况，即如本发明者们已经在WO00/46893号发明专利中所揭示的那样，对于谐振器长度大于1000μm的法布里·珀罗型半导体激光元件，降低前端面(出射端面)的反射率并且使得适当值时，能够进行高光输出动作。这样得出下述结论，当以制作要求进行200mW以上的高光输出动作的喇曼放大用半导体激光组件为目的时，对于组装到其中的激光元件(光源)，应该采用上述的谐振器长的法布里·珀罗型激光元件。
而且，如下文所述，在改变谐振器长度与前端面的反射率来测定激光元件的最大光输出时，发现在谐振器长度、前端面的反射率、最大光输出之间存在某种相关关系。
又，对于实现激励用激光的波长稳定性，关注作为以往的固定法布里·珀罗型半导体激光元件的振荡波长的方法而已知的该激光元件与对于光纤布喇格光栅进行光耦合并形成复合谐振器类型的光耦合系统的方法。
即，在上述复合谐振器类型的光耦合系统中，当驱动电流以及环境温度发生变动时，激光元件的振荡光谱也发生变动，由此，获得增益波长频带的中心波长也会变动。然而，在该光耦合系统的全体中，根据光纤布喇格光栅，镜面损失特性为恒定，因此，结果使得来自激光元件的振荡光谱靠近光纤布喇格光栅的反射带宽的中心波长附近(进入激光元件的振荡光谱)，由此，从光耦合系统出射的激光即激励用激光的波长频带被固定在其中心波长附近。
这样，如下所述，改变激光元件的前端面的反射率与光纤布喇格光栅的反射率并构成上述复合谐振器类型的光耦合系统，研究从该光耦合系统中的激光元件引入振荡光谱的条件，结果发现为了实现可靠的引入，必须如上述那样设定激光元件的前端面的反射率与光纤布喇格光栅的反射率的关系，成功地将波长稳定化的必要条件作为式(1)、式(2)、式(3)、式(4)以及它们的组合进行常量化，由此，开发了本发明的组件。
然而，在组件A、B、C中，式(1)、式(2)是使得上述的复合谐振器类型的光耦合系统高光输出化的必要条件。而且，式(3)表示用于将来自激光元件的振荡光谱引入到光反馈部件的反射带宽的中心波长附近的必要条件，再者，式(4)如下所述，表示抑制在组件驱动时产生纵模跳动引起的扭曲的必要条件。
因此，组件A的情况是其他功能暂且不提，当前作为以高光输出进行振荡的复合谐振器类型的激励光源发挥作用。
因此，组件B的情况是其他功能暂且不提，当前虽然具有以高光输出进行振荡的可能性，而仅波长稳定就可作为实际具有的复合谐振器类型的激励光源发挥作用。
接着，满足式(1)、式(2)、式(3)的组件C可靠地具备高光输出并且波长稳定型良好的两方特性，它可以用作为喇曼放大方式的激励光源。
接着，满足式(4)的组件A、B、C的任意之一可以发挥上述各个功能并且同时能够抑制扭曲的产生。
又，作为这些组件中的光反馈部件，只要是具有波长选择性并且相对于特定波长能够显示特定反射率的部件即可，例如，可以例举光纤布喇格光栅、介电质多层膜滤波器、布喇格分布反射镜(DBR)等。其中，光纤布喇格光栅最适合。
这里，本发明的组件A、B、C的基本构造示例如图1所示。又，例举了该组件作为光反馈部件采用光纤布喇格光栅的示例。
在图1中，在组件1中配置珀耳帖组件2，在该珀耳帖组件2上固定配置有基板6，在该基板6上固定了后面将要描述的抑制横模的法布里·珀罗型半导体激光元件3与热敏电阻4以及透镜5a、5b。而且，在形成于插件1的侧壁1a的通孔1b上固定具有光纤布喇格光栅7A的光纤7。
在该组件中反复进行下述动作，即从激光元件3的前端面3A出射并且具有由多个法布里·珀罗模形成的振荡光谱的振荡激光通过两个透镜5a、5b而会聚，使得入射到光纤7的端面中的该纤芯内进行导波，在导波的振荡激光中，光纤布喇格光栅7A的反射带宽(Δλ)中所包含的法布里·珀罗模由该光纤布喇格光栅反射，由此，便为特定波长的反射光谱并且反馈到激光元件。即，该组件成为使得复合地产生激光元件3的前端面3A与后端面3B之间的谐振动作、以及激光元件的后端面3B与光纤布喇格光栅7A之间的谐振动作的复合谐振器类型的组件。
又，这里，代替2个透镜5a、5b，也可以采用1个透镜与晶状体光纤。
在本发明的组件中，通过激光元件3的驱动所获得的振荡激光成为在进行激光元件3谐振器内的谐振动作、与后端面3B与光纤布喇格光栅7A之间的谐振动作复合之后的一连串谐振动作中的高输出激励用激光，并且从光纤7被传送到光通路的规定位置。
在进行上述动作式，利用流过激光元件3的驱动电流，该激光元件3发热，元件温度上升。这样，当元件温度升高时，振荡激光的振荡光谱中的中心波长以及光谱强度发生变动。如此，为了防止不良情况，在该组件中，通过配置在激光元件3附近的热敏电阻4测定元件温度，利用该测定值外部的控制电路(没有图示)进行工作，调整珀耳帖组件2的工作电流，由此适当地冷却激光元件，使得激光元件3的温度为恒定。
这样，在该图1所示构造的组件中，组件A的情况是式(1)与(2)成立，组件B的情况是式(1)与式(3)成立，而且，组件C的情况式(1)与(2)以及(3)同时成立。
再者，对于这些组件中的任意之一，通过使得光纤布喇格光栅7A的反射带宽(Δλ)为3nm以下，能够使得该组件为能够抑制产生因纵模跳动引起的扭曲。
这里，从图1的组件将中除去其他元件，在图2以模式图表示半导体激光元件3与光纤布喇格光栅的光耦合系统。
在图2中，在半导体激光元件3的前端面3A上，对向配置形成光纤布喇格光栅7A的光纤7，构成激光元件3与光纤布喇格光栅7A的光耦合系统。
采用该光耦合系统对于式(1)～式(4)的含义进行说明。
最初，对于作为使得该光耦合系统的高光输出化的必要条件的式(1)与式(2)进行说明。
该光耦合系统的发光源为激光元件3。因此，若要实现该光耦合系统的高光输出化，则首先要实现作为发光源的激光元件3的高光输出化。若如此，首先必须研究用于实现激光元件3的高光输出化的条件。
又，该光耦合系统中的半导体激光元件3是法布里·珀罗型元件，以图2与作为沿着图2的III-III线的剖视图的图3表示该1示例。
该激光元件3根据例如有机金属气相成长法、液相成长法、分子线外延成长法、气源分子线外延成长法、化学线外延成长法等的公知外延成长法，在由规定半导体形成的基板11上顺次层积下部金属包层12、下部GRIN-SCH层13、量子阱构造的活性层14、上部GRIN-SCH层15。再者，在上部GRIN-SCH层13上层积上部金属包层16、覆盖层17，在该覆盖层17上形成上部电极18，在基板11的里面形成下部电极19。
又，在下部金属包层12、下部GRIN-SCH层13、活性层14以及上部GRIN-SCH层15的侧面依次层积p型层21与n型层22，形成向活性层14的电流注入用的狭窄部分。
如下述这样制造激光元件3，即在以规定的外延结晶成长法形成半导体材料的层积构造之后，将其切开，作为规定长度的谐振器长度(L)，在一切开面上形成低反射膜并且形成峰值反射率R1(％)的前端面3A，在另一切开面上形成高反射膜并且形成后端面3B。
又，根据与使用于信号光的光放大中的激励用激光的指定波长(中心波长)的关系，适当地选择构成该激光元件3的半导体材料。例如，当要获得指定波长为1300～1600nm的激励用激光时，能够采用GaInAs、GaInAsP、AlGaINas、GaInNAs系的材料制作激光元件3。
一般地，对于该激光元件，使得谐振器的长度(L)越长，则越能够降低驱动时激光元件的串联电阻并且增大散热面积，故由此可以抑制光输出的热饱和，也可以抑制振荡光谱的中心波长的变动。因此，能够增大激光元件的驱动电流，而且在能够实现高光输出化的同时，可以稳定振荡光谱的中心波长。
然而，而仅单单地增长谐振器的长度(L)，则前端面3A与后端面3B上的镜面损失降低，谐振器内部损失的影响也变大，相反地激光元件3的光输出降低。
这里，发明者们进行下述的试验I来研究谐振器长度(L)与前端面的峰值反射率(R1)与光输出的关系。
试验I
首先，下部GRIN-SCH层13、上部GRIN-SCH层15都由非掺杂GaInAs形成，活性层14具有图3所示的由GaInAsP形成的光栅不匹配系统的量子阱构造的构造层，使得后端面3B的反射率恒定为95％，改变谐振器长度(L)与前端面3A的峰值反射率(R1)，制作成各种激光元件。然后，驱动这些激光元件，并且测定激光元件的最大光输出(Pmax：mW)。结果如图4与图5所示。
根据图4与图5，可以明确下述内容。
1)如图4可知，在使得前断面3A的峰值反射率(R1)为恒定的状态下，将谐振器的长度(L)增长到1000μm以上时，当R1值小于4％时，随着谐振器(L)变长，该激光元件的Pmax值变大。
2)如图5可知，使得谐振器的长度(L)为恒定的状态下，当增大前端面3A的峰值反射率(R1)时，激光元件的Pmax值呈曲线变化而在某个R1值下达到最大值。而且，谐振器的长度(L)越大，Pmax值也越大，而各曲线中的Pmax值的最大值为当R1值越小而越大。
3)由此，为了增大激光元件的Pmax值，如图5可知，可以增长谐振器的长度(L)，同时减小前端面3A的峰值反射率(R1)。
4)当研究喇曼放大方式下所要求的激励光源的光输出为200mW以上的情况，将上述的激光元件作为该激励光源使用时，如图5可知，使得谐振器的长度(L)为1000μm以上并且设定前端面的峰值反射率(R1)为0.01～4％、最好设定为0.1～4％的范围内。
然而，当谐振器的长度(L)过长时，如上所述，会开始产生下述不良情况，即谐振器内部损失的影响增大并且镜面损失减少而导致光输出的下降，同时在激光元件3的制造过程中，使得芯片化时，在谐振器中会产生折断以及折损等，导致制造的成品率下降。由此，将激光元件3的谐振器长度(L)的上限设定为3500μm。
由此，当设计以200mW以上的高光输出进行振荡的激光元件时，使其谐振器的长度(L)为1000～3500μm从防止受激布理渊散射的观点出发，最好纵模间隔为0.1nm以上、3200μm以下。又，将前端面的反射率设定为0.01～4％，最好设定为0.1～4％。
然而，图1所示的组件是将激光元件3与光纤布喇格光栅7A进行光耦合后的复合谐振器类型的组件。而且该组件不是如上述试验1所采用的激光元件那样，在1个前端面与1个后端面之间进行共振动作，而是复合了激光元件3的谐振动作、与光纤布喇格光栅7A与激光元件的后端面3B之间的谐振动作，结果是从光纤7起振荡激励用激光。
因此，能够假设该组件是具有一个谐振器构造的激光元件。此时，该假设的激光元件的后端面的反射率相当于实际的激光元件3的后端面3B的反射率。然而，该假定的激光元件中的前端面实际上不存在，但当假设前端面存在的情况下，该前端面的峰值反射率当实际上激光元件3的前端面3A的峰值反射率与光纤布喇格光栅7A的峰值反射率分别为R1、R2时能够实际地表现为R1+c2R2。
因此，向该假设激光元件，即图1所示的组件中适用试验I所获得的结果，能够使得该组件的光输出为200mW的高光输出。
即，使得作为组装入的发光源的激光元件3的谐振器的长度(L)为1000μm以上(式(1)的充足条件)并且使得为能够进行200mW以上高光输出的振荡的状态，以此为前提，若设计激光元件3的前端面3A的峰值反射率(R1)与光纤布喇格光栅7A的峰值反射率(R2)，使得上述该组件的实际的前端面的反射率(R1+c2R2)为0.01％≤R1+c2R2≤4％，最好为0.1％≤R1+c2R2≤4％，该组件的最大光输出(Pmax)可以为200mW以上。
如此，决定作为本发明组件A的必要条件的式(2)。
又，式(2)中的耦合效率(c)表示激光元件与光纤布喇格光栅(光反馈部件)之间的光耦合效率，通常设定为0.75≤c≤0.9范围内的值。
如此，通过同时满足式(1)与式(2)的关系，本发明的组件A能够作为以200mW以上的高光输出振荡激励用激光的激励光源进行驱动。
其次，对于本发明的组件B进行说明。
该组件B由于组装入的激光元件3的谐振器的长度(L)满足式(1)而能够以高输出光进行振荡。同时，由于满足式(3)，进行振荡的激励用激光的波长稳定性良好。
即，该组件B即使当来自激光元件3的振荡激光的振荡光谱中的中心波长发生变动，也能够将该振荡光谱引入并固定在光纤布喇格光栅7A的反射带宽(Δλ)的中心波长附近，由此，将该组件B作为波长稳定性优良的激励用激光即喇曼放大用激励用激光使用的情况下，能够振荡没有产生喇曼增益变动的激励用激光。
这里，为了获得将来自上述激光元件3的振荡激光引入的光纤布喇格光栅7A的反射频带(Δλ)的中心波长附近的条件，进行下述试验II。
试验II
准备谐振器的长度(L)为1000μm并且前端面3A的峰值反射率(R1)为1％、4％的2种激光元件3，以及反射带宽(Δλ)为1.5nm并且峰值反射率(R2)为1％、3％、5％、7％的4种光纤布喇格光栅7A，适当地组合两者，组成图1所示的组件。然后，对于每个组件，测定同一条件下光输出光谱，从该光输出的波长光谱中以下述方法，计算出与反射带宽(Δλ)耦合的光输出的比例(带内功率，％)。
获得光输出的光谱曲线如图6所示，在光纤布喇格光栅7A的反射带宽(从)中的中心波长(λFBG)的位置上具有峰值光输出(P0)。这样，首先计算该光谱曲线下的全部面积(S0)。
另一方面，求出获得峰值光输出(P0)的1/2光输出(1/2P0)的波长λ1、λ1’，计算出位于该波长λ1与波长λ1’之间的图上斜线所示部分的面积(S1)。然后，计算S1×100/S0(％)，将该值作为“带内功率的值”。
该值越大，表示假定即使来自激光元件3的振荡光谱的中心波长发生变动，该振荡光谱也被引入光纤布喇格光栅7A的反射带宽(Δλ)的中心波长(λFBG)附近，能够稳定来自该组件的进行振荡的激励用激光的波长。换言之，通过光纤布喇格光栅7的动作，能够有效地实现对于来自激光元件3的振荡激光的引入。
一般地，若上述S1×100/S0的值为60％以上，则能够有效地实现引入，能够使得来自组件的激励用激光的波长稳定性良好。
这里，设定R1/R2的参数，在试验II中，求得了这样计算出的“带内功率值”与“R1/R2”的关系。结果如图7所示。
如图7可知，对于R1/R2值在0.8以下的组件，其S1×100/S0的值在60％以上。即，可知，在图1所示的组件中，为了实现通过光纤布喇格光栅7A引入来自激光元件3的振荡激光，必须要将R1/R2值设计在0.8以下。
组件B是根据上述试验II而开发的组件。它由于组装入了谐振器长度长的激光元件，故能够振荡高光输出的激励用激光，同时它是具备了确保该激励用激光的波长稳定性的条件的组件。
其次，本发明的组件C是满足式(1)、式(2)、式(3)的组件。因此，该组件C具备能够可靠地振荡200mW以上的高输出且波长稳定性良好的激励用激光的性能，故可以用作为适用于喇曼放大方式时的激励光源。
这里，以式(2)与式(3)规定的R1与R2的关系如图8所示。当R1与R2为满足图8的斜线区域内的值时，能够组成同时满足式(2)与式(3)的条件的组件C。
此时，式(2)所示的(R1+c2R2)的值由于耦合系数(c)为变量，故根据c的值而进行变化。
因此，对应于作为要制造的激光组件中的设计数值的激光元件3与光纤布喇格光栅7A的耦合效率，可以从图8中选择适当的R1、R2。
又，如试验I的图5所示，组装如组件C的激光元件3的最大光输出(Pmax)根据其前端面3A的峰值反射率(R1)的大小与谐振器长度(L)的长短而变化。例如，当谐振器的长度(L)为1300μm的激光元件3的情况下，其前端面3A的峰值反射率(R1)为0.6～2％时，Pmax显示350～400mW的较大值。另外，当谐振器的长度(L)为1500μm的激光元件的情况下，其前端面3A的峰值反射率(R1)为0.14～1.7％时，Pmax显示400～470mW的较大值。即，越增长谐振器长度(L)，为了获得高光输出，从图5可知必须减小该激光元件的前端面的峰值反射率(R1)。
因此，对于组件C的情况下，当组装如的激光元件3的谐振器长度(L)为较长时，(R1+c2R2)的值也减小，反之，当谐振器的长度(L)较短时，也必须增大(R1+c2R2)的值。
然而，在来自上述组件A、B、C的激励用激光中，当激光元件3的谐振频率的中心频率引入到光纤布喇格光栅7A的反射带宽(Δλ)的中心波长附近式，激光元件3的振荡频谱宽度包含于光纤布喇格光栅7A的反射带宽中。
这样，如上所述，为了获得能够减小来自组件的激励用激光的偏振度、还能够抑制扭曲的产生而且能够抑制喇曼增益变化的多模激励用激光，将来自激光元件3的振荡频谱宽度设定为3nm以下，最好为2nm以下时，则光纤布喇格光栅7A的反射带宽(Δλ)最好为3nm以下。然而，当过分减小Δλ式，由于不会引入到光纤布喇格光栅的反射带宽内，故Δλ最好在式(4)即0.2nm≤Δλ≤3nm的范围内。
这里，对于光纤布喇格光栅7A的反射带宽(Δλ)与峰值反射率(R2)进行下述的试验III。
试验III
准备谐振器的长度(L)为1300μm、前端面3A的峰值反射率为1.2％、振荡光谱中心波长为1480nm的激光元件。又，准备峰值反射率(R2)与反射带宽(Δλ)为以表1所示的值的光纤布喇格光栅7A。然后，组合该激光元件与上述光线布喇格光栅并且组成15个组件，测定该光输出-电流特性，研究有无产生扭曲。作为峰值反射率(R2)与反射带宽(Δλ)的关系，在表1表示结果。
又，表1中○标记表示到最大驱动电流为止没有产生扭曲、△表示产生较小扭曲、×表示产生较大扭曲。
                                   表1
                           Δλ(nm)
    0.5     1.0     1.5     2.0     3.0
R2(％)     1     ×     ○     ○     ○     △
    5     未测定     ○     ○     ○     未测定
    7     ×     △     △     △     ×
从表1可知，为了抑制产生扭曲，必须要适当地组合反射带宽(Δλ)与反射率(R2)。这样，若采用大致峰值反射率(R2)为7％以下、同时反射带宽(Δλ)为3nm以下的光纤布喇格光栅，组装成的组件能够抑制扭曲的产生。
由此，希望光纤布喇格光栅7A的反射带宽(Δλ)为3nm以下，最好为2nm以下。
实施例
在基板上采用GaInAsP系的半导体材料形成图3所示的层构造中，劈开使得谐振器长度(L)为1300μm、1500μm，形成反射率为95％的高反射膜并作为后端面3B，在另一劈开面上形成反射率为1.2％的低反射膜并作为前端面3A，制作成2种类型的激光元件3。这些激光元件分别产生中心波长为1480nm的振荡光谱的激光。
这些激光元件的情况归纳在表2中。
                                   表2
  激光元件a   激光元件b
    谐振器长度(L：μm)     1300     1500
反射率(％)     后端面     95     95
    前端面(R1)     0.1     0.1
  振荡光谱的中心波长(nm)     1480     1480
接着，将上述的各激光元件的前端面3A与形成了光纤布喇格光栅7A的光纤7的端面进行光耦合并组成图1所示的组件。此时，两者的耦合效率(c)，对于L＝1300μm的激光元件为0.76，对于L＝1500μm的激光元件为0.85。
这里，根据图5的试验I的结果，即谐振器长度(L)为1300μm的激光元件的最大光输出(Pmax)曲线中提供最大值的前端面3A的峰值反射率(R1)约为1.2％，又，谐振器长度(L)为1500μm的激光元件的情况下为0.5％，为了使得采用激光元件a的组件与采用激光元件b的组件的有效反射率分别为1.2％、0.5％而对于各自的情况选择光纤布喇格光栅。
即，对于采用激光元件a的组件(实施例1)，选择反射带宽(Δλ)为1.5nm、峰值反射率(R2)为1.91％的光纤布喇格光栅7A的光纤7，对于采用激光元件b的组件(实施例2)，选择反射带宽(Δλ)为1.5nm、峰值反射率(R2)为0.55％的光纤布喇格光栅7A的光纤7。组成的2种类型的组件中的式(1)、式(2)、式(3)的值如表3。
                                   表3
           条件     实施例1     实施例2
式(1)：L(μm)     1300     1500
式(2)：R1+c2R2(％)     1.2     0.5
式(3)：R1/R2     0.052     0.182
光纤布喇格光栅的波长带宽(Δλ：nm)     1.5     1.5
如表3可知，实施例1、2的组件都为本发明的组件C。
驱动上述2个类型的组件，求出电流—光输出特性。结果如图9所示。
如图9可知，实施例1、2的组件它们的Pmax都大于280mW并进行高光输出动作。这样，如图9可知，提供Pmax的驱动电流在实施例1中为1300mA以下时、在实施例2中为2000mA以下时，不会产生扭曲。
如上所述，可知本发明的组件能够发挥下述效果。
(1)组件A的情况，由于组装入的激光元件的谐振器长度(L)为满足式(1)的长度并且满足式(2)，故它是以300mW以上的高光输出进行动作的组件。
组件B由于具备式(1)之外的式(3)的条件，能够以高光输出进行动作，同时振荡的激励用激光其波长稳定性良好。
组件C由于同时满足式(1)、式(2)、式(3)，故能够以300mW以上的高光输出产生波长稳定性良好的激励用激光，能够作为适用喇曼放大方式的WDM通信方式的激励光源。

Claims (9)

1.一种半导体激光组件，其特征在于，
法布里·珀罗型半导体激光元件的前端面上，使得具有波长选择性并且相对于特定波长显示特定反射率的光反馈部件进行光耦合，而且当所述半导体激光元件的谐振器长度记为L、以μm为单位，相对于所述半导体激光元件发出的振荡激光所述前端面与所述光反馈部件的峰值反射率分别记为R1(％)、R2(％)时，在L、R1、R2之间下式成立：
1000μm≤L≤3500μm，而且
0.01％≤R1+c2R2≤4％，其中c表示半导体激光元件与光反馈部件之间的耦合效率。
2.如权利要求1所述的半导体激光组件，其特征在于，
在R1、R2之间，成立下式：
0.1％≤R1+c2R2≤4％。
3.一种半导体激光组件，其特征在于，
在法布里·珀罗型半导体激光元件的前端面上，使得具有波长选择性并且相对于特定波长显示特定反射率的光反馈部件进行光耦合，而且
当所述半导体激光元件的谐振器长度为记L、以μm为单位，相对于所述半导体激光元件发出的振荡激光所述前端面与所述光反馈部件的峰值反射率分别为R1(％)、R2(％)时，
在L、R1、R2之间下式成立：
1000μm≤L≤3500μm，而且
R1/R2≤0.8。
4.一种半导体激光组件，其特征在于，
在法布里·珀罗型半导体激光元件的前端面上，使得具有波长选择性并且相对于特定波长显示特定反射率的光反馈部件进行光耦合，而且
当所述半导体激光元件的谐振器长度为记L、以μm为单位，相对于所述半导体激光元件发出的振荡激光所述前端面与所述光反馈部件的峰值反射率分别为R1(％)、R2(％)时，
在L、R1、R2之间下式成立：
1000μm≤L≤3500μm
0.01％≤R1+c2R2≤4％以及
R1/R2≤0.8
其中c表示半导体激光元件与光反馈部件之间的耦合效率。
5.如权利要求4所述的半导体激光组件，其特征在于，
在R1、R2之间下式成立：
0.1％≤R1+c2R2≤4％，而且
R1/R2≤0.8。
6.如权利要求1～5任意一项所述的半导体激光组件，其特征在于，
所述光反馈部件的反射带宽Δλ满足下式：
2nm≤Δλ≤3nm。
7.如权利要求1～6任意一项所述的半导体激光组件，其特征在于，
所述光反馈部件是光纤布喇格光栅。
8.一种光纤放大器，其特征在于，
将权利要求1～7中的任意一项所述的半导体激光组件用作为激励光源。
9.一种光通信系统，其特征在于，
具备权利要求1～7中的任意一项所述的半导体激光组件与权利要求8所述的光纤放大器。
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