DE60214727T2 - Halbleiterlasermodul, optischer verstärker und verahren zum herstellen des halbleiterlasermoduls. - Google Patents

Halbleiterlasermodul, optischer verstärker und verahren zum herstellen des halbleiterlasermoduls. Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterlasermodul, einen optischen Lichtleiterverstärker und ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterlasermoduls. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Halbleiterlasermodul und einen Lichtleiterverstärker, wobei zwei Laserstrahlen polarisationssynthetisiert sind und dann an einen Lichtleiter gekoppelt werden, und auf ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterlasermoduls.
  • Mit dem Fortschritt in der optischen Kommunikation während der letzten Jahre, die auf einem Dichte-Wellenlängen-Multiplexer-Übertragungssystem beruht, wird immer mehr ein höherer Output von einer für den optischen Verstärker verwendeten Pumplichtquelle gefordert.
  • Außerdem wird seit kurzem eine höhere Erwartung an einen Raman-Verstärker gestellt, als einen Verstärker zum Verstärken von Licht, der ein viel breiteres Band umfasst als ein Erbiumdotierter optischer Verstärker, der bisher als optischer Verstärker angewendet wurde. Der Raman-Verstärker kann als ein Verfahren zum Verstärken der optischen Signale verstanden werden, das solch ein Phänomen nutzt, dass eine Verstärkung in Höhe von Frequenzen von 13 THz auftritt aufgrund einer gepumpten Wellenlänge wegen der angeregten Raman-Diffusion, die auftritt, wenn die Pumpstrahlen in einen Lichtleiter eintreten, und diese Signale werden verstärkt, wenn die Signalstrahlen, die einen Wellenlängenbereich haben, der eine vorher beschriebene Verstärkung aufweist, in diesem angeregten Zustand in den Lichtleiter geschickt werden.
  • Gemäß der Ramanverstärkung werden diese Signalstrahlen in einen Zustand verstärkt, in dem die Polarisationsrichtung der Signalstrahlen mit der Polarisationsrichtung der Pumpstrahlen zusammenfällt, und es daher erforderlich ist, dass eine Beeinflussung durch eine Abweichung zwischen Polarisationsrichtungen der Signalstrahlen und der Pumpstrahlen minimiert wird. Um das zu erreichen wurde bisher ein Grad der Polarisation (DOP) durch Vermeiden der Polarisation der Pumpstrahlen verringert, was man Depolarisation nennen kann.
  • Als ein Verfahren zum Erzielen eines erhöhten optischen Outputs aus einer Pumplichtquelle und zum gleichzeitigen Depolarisieren eines daraus hervorgehenden Laserstrahls, ist eines, wie in USP 5589684 offenbart bekannt, in dem zwei durch zwei Halbleiterlaser emittierte, mit identischer Wellenlänge oszillierende Laserstrahlen, durch Verwenden eines polarisationssynthetisierenden Kopplers polarisationssynthetisiert werden.
  • 22 ist ein erläuternde Abbildung, das eine herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung zeigt, wie in USP 5589684 offenbart.
  • Wie in 22 gezeigt, umfasst die herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung eine erstes Halbleiterlasergerät 100 und ein zweites Halbleiterlasergerät 101, die Laserstrahlen identischer Wellenlänge in zueinander orthogonale Richtungen emittieren; eine erste parallel richtende Linse 102, die gestaltet ist, um den vom ersten Halbleiterlasergerät 100 emittierten Laserstrahl parallel zu richten; eine zweite parallel richtende Linse 103, die gestaltet ist, um den vom zweiten Halbleiterlasergerät 101 emittierten Laserstrahl parallel zur richten; einen polarisationssynthetisierenden Koppler (d.h. kubischer Strahlenteiler) 104, der gestaltet ist, um die Laserstrahlen, die durch die erste parallel richtende Linse 102 und die zweite parallel richtende Linse 103 parallel gerichtet wurden, zu polarisationssynthetisieren; eine Konvergenzlinse 105, die gestaltet ist, um den durch den polarisationssynthetisierenden Koppler 104 polarisationssynthetisierten Laserstrahl zusammenzuführen; und ein Lichtleiter 106 zur Aufnahme der durch die Konvergenzlinse 105 zusammengeführten Laserstrahlen und zum Herausleiten der Laserstrahlen. (Diese Technologie wird im Folgenden Stand der Technik genannt.)
  • Im Stand der Technik werden die Laserstrahlen vom ersten Halbleiterlasergerät 100 und dem zweiten Halbleiterlasergerät 101 in zueinander orthogonalen Richtungen emittiert und werden durch den polarisationssynthetisierenden Koppler 104 polarisationssynthetisiert, um einen Laserstrahl mit reduziertem DOP aus dem Lichtleiter 106 zu erhalten.
  • Laserdiodenmodule zum Pumpen von Lichtleiterverstärkern sind zum Beispiel bekannt aus USP 5291571 oder USP 5692082.
  • Zusätzlich hat der Anmelder der vorliegenden Erfindung ein Halbleiterlasermodul vorgeschlagen, in dem zwei Laserstrahlen, emittiert von einem einzigen Halbleiterlasergerät, das zwei Streifen aufweist, polarisationssynthetisiert und von einem Lichtleiter aufgenommen werden. (Siehe zum Beispiel die japanische Patentanmeldung Nr. 2001-402819. Diese Technologie wird im Folgenden verwandte Technik genannt.)
  • 2(A) ist eine erklärende Abbildung, das schematisch eine Konfiguration des Halbleiterlasermoduls der verwandten Technik zeigt.
  • Wie in 2(A) gezeigt, schließt das Halbleiterlasermodul M1 der verwandten Technik ein einzelnes Halbleiterlasergerät 2 mit einem ersten Streifen (einen Licht emittierenden Streifen) 9 und einen zweiten Streifen 10 ein, das mit einem dazwischen liegenden Abstand ausgebildet ist, und das einen ersten Laserstrahl K1 und einen zweiten Laserstrahl K2 aus einer Vorderfläche (d.h. eine Vorderfläche rechts in 2(A)) des ersten Streifens 9 bzw. des zweiten Streifens 10 emittiert; eine erste Linse 4, die so gestaltet ist, dass der erste Laserstrahl K1 und der zweite Laserstrahl K2 dort entlang einfallen und in die Richtung, in die der erste und zweite Streifen 9, 10 angeordnet sind, getrennt werden; eine Halbwellenplatte 6, die so gestaltet ist, um die Polarisationsrichtung von mindestens einem der ersten und zweiten Laserstrahlen K1, K2 (d.h. den erste Laserstrahl K1 in 2(A)) um einen vorbestimmten Winkel (um 90 Grad zum Beispiel) zu drehen; ein PBC (Polarisationsstrahlverbinder) 7, so gestaltet, um den ersten Laserstrahl K1 und den zweiten Laserstrahl K2 dort entlang optisch zu synthetisieren; und einen Lichtleiter 8 zur Aufnahme des aus dem PBC hervorgehenden Laserstrahls und zum Herausleiten der Strahlen.
  • Zusätzlich wird ein Prisma 5 zwischen die erste Linse 4 und der Halbwellenplatte 6 gestellt, sodass der erste Laserstrahl K1 und der zweite Laserstrahl K2 hier einfallen und hiervon entlang ihrer zueinander parallelen jeweiligen optischen Achsen ausgestrahlt werden. Weiterhin wird eine zweite Linse 16 zwischen das PBC 7 und den Lichtleiter 8 gestellt, um die vom PBC 7 polarisationssynthetisierten ersten und zweiten Laserstrahlen K1, K2 mit dem Lichtleiter 8 optisch zu koppeln.
  • Der erste Laserstrahl K1 und der zweite Laserstrahl K2, jeweils emittiert von der Vorderfläche 2a des ersten Streifens 9 und des zweiten Streifens 10 des Halbleiterlasergeräts 2, nehmen den Weg durch die erste Linse 4, kreuzen sich und trennen sich bis die Trennung zwischen den beiden Strahlen ausreichend ist, bevor sie in das Prisma 5 eintreten.
  • Der erste Laserstrahl K1 und der zweite Laserstrahl K2 werden während der Ausbreitung durch das Prisma 5 parallel gerichtet und von dort herausgeleitetet. Der erste Laserstrahl K1 tritt dann die Halbwellenplatte 6 ein, wo seine Polarisationsrichtung um 90 Grad gedreht wird, und tritt dann in einen ersten Eingang 7a des PBC 7 ein, während der zweite Laserstrahl K2 in einen zweiten Eingang 7b des PBC 7 eintritt.
  • Der am ersten Eingang 7a einfallende erste Laserstahl K1 und der am zweiten Eingang 7b einfallende zweite Laserstrahl K2 werden entlang des PBC synthetisiert und von einem Ausgang 7 ausgegeben.
  • Die vom PBC 7 ausgehenden Laserstrahlen werden dann durch eine zweite Linse 16 konvergiert, treten, unterstützt durch die Hülse 23, in ein Ende des Lichtleiters 8 ein und breiten sich nach außen aus.
  • Beim Stand der Technik resultiert der Unterschied in der Intensität der ausgegebenen Laserstrahlen, in ihrem Kopplungswirkungsgrad zum Lichtleiter oder in einigen anderen Beziehungen zwischen dem ersten Halbleiterlasergerät 100 und dem zweiten Halbleiterlasergerät 101, manchmal in einem ungenügend abgesenkten DOP der mit dem Lichtleiter 107 gekoppelten, polarisationssynthetisierten Laserstrahlen.
  • Zusätzlich unterscheiden sich bei dem Halbleiterlasermodul der verwandten Technik die Intensitäten der mit dem Lichtleiter 8 gekoppelten Laserstrahlen in K1 und K2, da (1) die Strahlen K1, K2 unterschiedliche Schwächungen erfahren, da nur einer (K1) der Laserstrahlen durch die Halbwellenplatte 6 hindurch geht und da die Laserstrahlen K1, K2 sich entlang unterschiedlicher optischer Pfadlängen zum Lichtleiter 8 ausbreiten, oder (2) weil die Laserstrahlen K1, K2 an verschiedenen Positionen der nachgelagerten Optik der zweiten Linse 16 fokussiert werden ( und zwar schaffen es die Strahlen-Taillen der jeweiligen durch die zweite Linse 16 gebildeten Laserstrahlen nicht zusammenzufallen), wegen einer Differenz der von den Laserstrahlen K1, K2 bis zum Lichtleiter 8 zurückgelegten optischen Pfadlängen. Aus diesem Grund ist der Polarisationsgrad (DOP) des mit dem Lichtleiter 8 gekoppelten Laserstrahls manchmal ungenügend abgeschwächt.
  • Außerdem resultiert manchmal, sowohl in dem Halbleiterlasermodul des Standes der Technik als auch in dem der verwandten Technik, eine Veränderung des optischen Kopplungswirkungsgrads zum Lichtleiter 8 des betreffenden Laserstrahls, der aufgrund einer Veränderung der Umgebungstemperatur oder dergleichen auftreten kann, in einer Fluktuation des DOP des synthetisierten Laserstrahls, der durch den Lichtleiter 8 erhalten wurde.
  • Dieses und andere Probleme werden durch das Halbleiterlasermodul, gemäß Anspruch 1, und den Ramanverstärkter, gemäß Anspruch 4, gelöst.
  • Weitere bevorzugte Aspekte und Verbesserungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen, den Abbildungen und der Beschreibung offenbart.
  • Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Halbleiterlasermodul zur Verfügung zu stellen, das geeignet ist, den DOP (Polarisationsgrad) eines polarisationssynthetisierten Laserstrahls, der optisch mit einem Lichtleiter gekoppelt ist, weiter abzuschwächen und zu stabilisieren, einen optischen Verstärker und eine Methode zur Herstellung des Halbleitermoduls.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Halbleiterlasermodul zur Verfügung, umfassend: ein Halbleiterlasergerät mit einem ersten Streifen, der einen ersten Laserstrahl emittiert, und einen zweiten Streifen, der einen zweiten Laserstrahl emittiert; einen Polarisationssynthetisierer, der so ausgelegt ist, einen, von dem Streifen des Halbleiterlasergeräts emittierten, ersten und zweiten Laserstrahl zu polarisationssynthetisieren; ein Gehäuse, das das Halbleiterlasergerät aufnimmt; und einen Lichtleiter zur Aufnahme des, vom Polarisationssynthetisierer ausgehenden, synthetisierten Laserstrahls, wobei der Lichtleiter ein polarisationserhaltender Leiter ist, und wobei der Lichtleiter an diesem Gehäuse so angebracht ist, dass zwei zueinander orthogonale Hauptachsen des polarisationserhaltenden Lichtleiters in ungefähr 45 Grad zu jeder der Polarisationsrichtungen des ersten und zweiten Laserstrahls ausgerichtet sind.
  • Jeder der Streifen des Halbleiterlasergeräts umfasst ein Beugungsgitter.
  • Es wird vermieden, dass sich das Oszillationsspektrum des ersten Laserstrahls und das Oszillationsspektrum des zweiten Laserstrahls in einem Bereich überschneiden, in dem der Intensitätsunterschied 3dB oder weniger vom Maximum abweicht.
  • Das Halbleiterlasergerät kann ein einzelnes Halbleiterlasergerät sein, das einen ersten und einen zweiten Streifen umfasst, die mit einem dazwischen gelegten Abstand ausgebildet sind, und die jeweils den ersten Laserstrahl und den zweiten Laserstrahl aus einer Endfläche emittieren.
  • Der erste Streifen und der zweite Streifen können mit einem Abstand von 100μm oder weniger angeordnet werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch einen Raman-Verstärker zur Verfügung, der das oben erwähnte Halbleiterlasermodul als eine Pumplichtquelle umfasst.
  • Die folgenden Abbildungen und deren Beschreibung legen exemplarisch Ausführungsformen gemäß der Erfindung offen:
  • 1(A) ist eine seitliche Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Halbleiterlasermoduls in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 1(B) ist eine Seitenansicht, die einen Zustand zeigt, in der ein Halbleiterlasergerät auf einem Kühlkörper fixiert ist;
  • 2(A) ist eine erläuternde Abbildung, die schematisch eine Konfiguration eines, im Halbleiterlasermodul der verwandten Technik und der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten, optischen Systems zeigt.
  • 2(B) ist ein Querschnitt aus einer Längsposition eines Lichtleiters, eines, in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten, polarisationserhaltenden Lichtleiters;
  • 3(A) ist eine Seitenansicht, die die Gestalt eines Prismas zeigt; 3(B) ist eine Draufsicht hiervon;
  • 4(A) ist ein waagrechter Schnitt eines polarisationssynthetisierenden Moduls entlang der Schnittlinie A-A in 4(B); 4(B) ist eine senkrechter Schnitt hiervon; 4(C) ist eine Vorderansicht hiervon; 4(D) ist eine perspektivische Ansicht hiervon;
  • 5 ist eine erläuternde Abbildung, die eine Abgleichmethode des Lichtleiter in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6 ist eine erläuternde Abbildung, die ein modifiziertes Beispiel des Halbleiterlasergeräts in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 7(A) und (B) sind erläuternde Abbildungen, die einen Abgleichprozess der ersten Linse zeigen;
  • 8(A) und (B) sind erläuternde Abbildungen, die den Aufbau eines Halbleiterlasergeräts zeigen, wobei 8(B) eine Querschnittsabbildung entlang der Schnittlinie a-a in 8(A) ist;
  • 9 ist eine erläuternde Abbildung, die ein weiteres Beispiel des Halbleiterlasergeräts zeigt;
  • 10 ist eine erläuternde Abbildung, die schematisch eine Konfiguration eines modifizierten Beispiels des Halbleiterlasermoduls in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 11 ist eine erläuternde Abbildung, die schematisch eine Konfiguration eines modifizierten Beispiels des Halbleiterlasermoduls in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 12 ist eine erläuternde Abbildung, die schematisch eine Konfiguration eines modifizierten Beispiels des Halbleiterlasermoduls in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 13 ist eine erläuternde Abbildung, die schematisch eine Konfiguration eines modifizierten Beispiels des Halbleiterlasermoduls in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 14(A) bis (C) sind erläuternde Abbildungen, die einen Aufbau eines, in einem Halbleiterlasermodul in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten, Halbleiterlasergeräts zeigen, wobei 14(B) und (C) Querschnittsabbildungen, jeweils entlang der Schnittlinien b-b und c-c in 14(A), sind;
  • 15 ist ein Graph, der die Relation zwischen dem Oszillationsspektrum und den Longitudinalmoden des Halbleiterlasergeräts zeigt, das im Halbleiterlasermodul in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 16(A) und (B) sind Graphen, die eine Relation zwischen der Intensität der Longitudinalmoden und dem Grenzwert von stimulierter Brillouin-Streuung zeigen, in den betreffenden Fällen von Einzel-Longitudinalmoden-Oszilliation bzw. von Multi-Longitudinalmoden-Oszilliation;
  • 17 ist ein Graph, der eine optische Lichtstärke über Wellenlängencharakteristiken zeigt, um die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären;
  • 18 ist ein Graph, der eine optische Lichtstärke über Wellenlängencharakteristiken zeigt, um die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären;
  • 19 ist eine erläuternde Abbildung, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlasermoduls in Übereinstimmung mit einem zweiten, für das Verstehen nützlichen, Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 20 ist eine erläuternde Abbildung, die schematisch eine Konfiguration eines Halbleiterlasermoduls in Übereinstimmung mit einem dritten, für das Verstehen nützlichen, Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 21 ist ein Blockschema, das eine Konfiguration eines Raman-Verstärkers in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 22 ist eine erläuternde Abbildung, die eine herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung, wie in USP 5589684 offenbart, zeigt; Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • 1(A) ist eine seitliche Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Halbleiterlasermoduls in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, und 2 ist eine erläuternde Abbildung, die schematisch eine Konfiguration eines für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlichen Beispiels eines Halbleiterlasermoduls zeigt.
  • Wie in 1(A) gezeigt, weist das für das Verständnis nützliche Beispiels eines Halbleiterlasermoduls M1 der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 1 auf, das den eingeschlossenen Raum hermetisch abdichtet, ein im Gehäuse 1 angeordnetes Halbleiterlasergerät 2, das Laserstrahlen emittiert, eine Fotodiode (Licht aufnehmendes Element) 3, eine erste Linse 4, ein Prisma 5, eine Halbwellenplatte (Polarisationsschieber) 6, ein PBC (Polarisationsstrahlverbinder) als einen optischen Synthetisierer, und einen Lichtleiter (polarisationserhaltender Lichtleiter) 8.
  • Wie in 2 gezeigt, weist das Halbleiterlasergerät 2 einen ersten Streifen 9 und einen zweiten Streifen 10 auf, die planparallel ausgebildet sind und sich parallel zueinander, entlang ihrer Längsrichtungen, mit einem dazwischen liegenden Abstand, erstrecken, und ein erster Laserstrahl K1 und ein zweiter Laserstrahl K2 werden, jeweils von Endflächen des ersten Streifens 9 und des zweiten Streifens 10 emittiert. Die Symbole K1 und K2 in 2 stellen Trajektorien der Zentren der vom ersten bzw. zweiten Streifen 9 und 10 emittierten Laserstrahlen dar. Die Laserstrahlen breiten sich mit etwas Streuung um ihre jeweiligen Achsen aus, wie durch unterbrochene Linien in 2 angezeigt. Um die Strahlen K1 und K2 auf einer einzelnen ersten Linse 4 einfallen zu lassen, wird der Abstand zwischen dem ersten Streifen 9 und dem zweiten Streifen 10 auf 100μm oder weniger festgesetzt, oder zum Beispiel auf ungefähr 40 bis 60μm. Der geringe Abstand zwischen den Streifen macht den Unterschied der zwischen den Streifen liegenden optischen Ausgabeeigenschaften weniger bedeutend.
  • Wie in 1(A) gezeigt, ist das Halbleiterlasergerät 2 fest auf einem Chipträger 11 angebracht. Man beachte, dass das Halbleitelasergerät 2 die beiden Laserstrahlen K1 und K2 emittiert und daher exothermer ist als ein Halbleiterlasergerät, das einen einzelnen Laserstrahl emittiert. Es ist daher vorzuziehen, das Halbleiterlasergerät 2 fest auf einem aus hochwärmeleitendem Material, wie Diamant usw., bestehenden Kühlkörper 58 anzubringen, der fest auf dem Chipträger 11 angebracht ist.
  • Die Fotodiode 3 nimmt Laserstrahlen auf, die von einer Rückseite (linke Seite in 1(A)) 2b des Halbleiterlasergeräts 2 (siehe 2) emittiert werden. Die Fotodiode 3 ist fest an den Fotodiodenträger 12 angebaut.
  • Die erste Linse 4, auf der der erste Laserstrahl K1 und der zweite Laserstrahl K2, emittiert von einer Vorderseite 2a (rechte Seite in 1(A)) eines Halbleiterlasergeräts 2 einfallen (siehe 2) wirkt in der Art, dass die Laserstrahlen K1, K2 sich überkreuzen, sich danach, in die Richtung, in der die Streifen 9, 10 angeordnet sind, trennen, wobei ihr Abstand mit dem Weg zunimmt, beziehungsweise an verschiedenen Positionen (F1, F2) fokussiert werden: d. h. so, dass sie entsprechende Strahlen-Taillen (siehe 2) bilden.
  • Normalerweise wird, wenn die Strahlen zu kollimierten Strahlenbündeln mit großen Punkten umgeformt werden, eine Winkelabweichung in den optischen Bauteilen von lediglich 0,1 Grad oder kleiner toleriert. Wenn sich die Strahlen jedoch in Form konvergenter Strahlen ausbreiten, kann mehr Winkelabweichung toleriert werden. Die Verwendung der ersten Linse 4 als konvergente Linse wird daher bevorzugt zum Vergrößern, der, während der Herstellung, Abgleich und Winkelabgleich der optischen Bauteile geforderten, Toleranz.
  • Zusätzlich hilft das Verwenden der ersten Linse 4 als eine konvergente Linse, die Größe der Punkte, der sich ausbreitenden Laserstrahlen, zu reduzieren, was ein Verkleinern der verwendeten optischen Bauteile ermöglicht.
  • Wie in 1(A) gezeigt, wird die erste Linse 4 durch einen erstes Linsenhalteelement 13 gehalten. Vorzugsweisen ist die erste Linse 4 so angeordnet, dass die optischen Achsen des vom ersten Streifen 9 emittierten ersten Laserstrahls K1 und des vom zweiten Streifen 10 emittierten zweiten Laserstrahls K2 symmetrisch bezüglich einer Mittelachse davon sind. Die Konfiguration erlaubt sowohl dem ersten Laserstrahl K1, als auch dem zweiten Laserstrahl K2, sich nahe am Zentralbereich geringer Abbildungsfehler auszubreiten, was zu weniger Störeinflüssen auf die Wellenfronten der Laserstrahlen führt und dadurch den Kopplungswirkungsgrad des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 erhöht. Demzufolge kann das Halbleiterlasermodul M1 mit erhöhtem optischem Output zur Verfügung gestellt werden. Man beachte, dass die erste Linse 4 vorzugsweise eine asphärische Linse sein kann, um einen nachteiligen Effekt der sphärischen Aberrationen zu vermeiden und dadurch einen höheren Kopplungswirkungsgrad zu erzielen.
  • Das Prisma 5 ist zwischen der ersten Linse 4 und dem PBC 7 angeordnet, um die Strahlengänge, des darauf einfallenden ersten Laserstrahls K1 und des zweiten Laserstrahls K2 so zu berichtigen, dass die beiden Strahlen das Prisma längs ihrer jeweiligen zueinander parallelen optischen Achsen verlassen. Das Prisma 5 kann aus optischem Glas, wie BK 7 (Borosilikatkronglas) hergestellt sein. Da die optischen Achsen der ersten und zweiten Laserstrahlen K1, K2, die von der ersten Linse nicht parallel zueinander ausgehen, durch die Brechung des Prismas 5 parallel gerichtet werden, wird es leicht, nicht nur das dem Prisma 5 nachgelagert angeordnete PBC 7 herzustellen sondern auch das PBC 7 zu verkleinern und dadurch das Halbleiterlasermodul M1 zu verkleinern.
  • 3(A) ist eine Seitenansicht, die die Gestalt des Prismas 5 zeigt, 3(B) ist eine Draufsicht davon. Wie in 3 gezeigt, umfasst das Prisma 5 eine flache Einfallsoberfläche 5a und, in einem vorbestimmten Winkel α geneigte, Ausfallsoberflächen 5b. Das Prisma 5 kann eine Gesamtlänge L1 von ungefähr 1,0 mm haben und der Winkel α hiervon kann, für den Fall, dass das Prisma 5 aus BK 7 hergestellt wurde, 3.2E0.1 Grad betragen, wobei der Abstand zwischen den Streifen des Halbleiterlasergeräts 40μm ist und die Brennweite der ersten Linse 4 wird mit 0,7 mm gewählt.
  • Wie in 2 gezeigt, wirkt die Halbwellenplatte 6 als ein Polarisationsschieber, der nur den ersten Laserstrahl K1 des ersten und zweiten Laserstrahls K1, K2 durch das Prisma 5 aufnimmt, und die Polarisationsrichtung um 90 Grad dreht. Da der erste und zweite Laserstrahl K1, K2 durch die erste Linse 4 ausreichend getrennt sind, ist die Halbwellenplatte 6 leichter anzuordnen.
  • Das PBC 7 umfasst einen ersten Eingang 7a, auf dem der erste Laserstrahl K1 einfällt, einen zweiten Eingang 7b, auf dem der zweite Laserstrahl K2 einfällt, und einen Ausgang 7c, von dem der erste, auf dem ersten Eingang 7a eingefallene, Laserstrahl K1 und der, auf dem zweiten Eingang 7b eingefallene, zweite Laserstrahl K2 gebündelt und emittiert werden. Zum Beispiel kann das PBC 7 ein Doppelbrechungselement sein, das dem ersten Laserstrahl K1 erlaubt als ein normaler Strahl zum Ausgang 7c zu gehen und dem zweiten Laserstrahl K2 erlaubt als ein nicht normaler Strahl zum Ausgang 7c zu gehen. Wenn das PBC 7 durch ein Doppelbrechungselement gebildet wird, kann es zum Beispiel TiO2 (Rutil) sein.
  • Das vorliegende Beispiel verwendet ein polarisationssynthetisierendes Modul 59, in dem das Prisma 5, die Halbwellenplatte 6 und das PBC 7 fest in ein einzelnes Halteelement 14 eingegliedert sind. 4(A) ist ein waagrechter Schnitt des polarisationssynthetisierenden Moduls 59 entlang der Schnittlinie A-A in 4(B); 4(B) ist eine senkrechter Schnitt hiervon; 4(C) ist eine Vorderansicht hiervon; 4(D) ist eine perspektivische Ansicht hiervon, die mit einem zweiten Auflageelement 19b dargestellt ist. Das Halteelement 14 des polarisationssynthetisierenden Moduls ist aus für YAG-Laserschweißen geeignetem Material (zum Beispiel SUS 403 oder 304) hergestellt, die Gesamtlänge L2 ist ungefähr 7,0 mm, und seine Gesamtgestalt ist im wesentlichen zylinderförmig, wie in 4 gezeigt. Das Halteelement 14 weist einen, im Inneren ausgebildeten, Aufnahmebereich 14a aus, in dem das Prisma 5, die Halbwellenplatte 6 und das PBC 7 angebracht sind. Die oberen und unteren Teile des Halteelements 14 sind flach ausgebildet.
  • Wie in 4(D) gezeigt, ist das polarisationssynthetisierende Modul 59 zwischen zwei aufrechten Wänden eines, im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden, zweiten Auflageelements 19b, platziert, das hier in Y, Z, Θ (Azimuth um Z-Achse) und Ψ (Azimuth um X-Achse) Richtungen positioniert ist und ebenso in X und Φ (Azimuth um Y-Achse) Richtungen positioniert ist, indem es mit dem zweiten Auflageelement 19b mitbewegt wird. In dieser Lage wird das polarisationssynthetisierende Modul 59 durch YAG-Laserschweißen an einem zweiten Träger 18 (auf den später Bezug genommen wird) durch das zweite Auflageelement 19b befestigt.
  • Die Konfiguration erlaubt leichtere Anordnung des Prismas 5 und des PBC 7 so, dass sowohl der auf dem ersten Eingang 7a des PBC 7 einfallende erste Laserstrahl K1, als auch der, auf dem zweiten Eingang 7b einfallende, zweite Laserstrahl K2 vom Ausgang 7c emittiert werden.
  • Außerdem ist es möglich, wenn diese optischen Teile in ein einzelnes Gehäuse eingegliedert werden, indem das Halteelement 14 auf diese Art verwendet wird, einen Grad der Überlappung der Laserstrahlen K1, K2 am Ausgang 7c des PBC 7 einzustellen, indem das Halteelement 14 einfach mittels des zweiten Auflageelements 19b mitbewegt wird.
  • Der Lichtleiter 8 empfängt die vom Ausgang 7 des PBC 7 ausgehenden Laserstrahlen und überträgt sie nach außerhalb des Gehäuses 1.
  • Im vorliegenden Beispiel wird der DOP des polarisationssynthetisierten Laserstrahls, durch Verwendung einer polarisationserhaltenden Faser (eine Doppelbrechungsfaser) als Lichtleiter 8, weiter verringert. Das bedeutet, wie in 2(B) gezeigt, der polarisationserhaltende Lichtleiter 8 wird so angeordnet, dass die beiden zueinander orthogonalen Hauptachsen (d. h. die langsame Achse S und die schnelle Achse F) in ungefähr 45 Grad zu den Polarisationsrichtungen des ersten Laserstrahls K1 und des zweiten Laserstrahls K2, emittiert von den ersten und zweiten Streifen 9, 10 des Halbleiterlasergeräts 2, ausgerichtet werden.
  • Die Konfiguration erlaubt dem polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 als ein Depolarisierer (depolarisierendes Element) zu wirken, und ermöglicht es einen ausreichend depolarisierten Laserstrahl von einem Ende des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 zu erhalten sogar bei, zum Beispiel, dem Ungleichgewicht der Stärken der mit dem polarisationserhaltenden Lichtleiter gekoppelten Laserstrahlen K1, K2, die den DOP des synthetisierten Strahls daran hindern würde, ausreichend niedrig zu sein. Daher ist das Halbleiterlasermodul der vorliegenden Erfindung geeignet zum Einsatz als eine Pumplichtquelle für Raman-Verstärker, die eine niedrige Polarisationsabhängigkeit im Verstärkungsfaktor erfordern.
  • Zusätzlich kann, im vorliegenden Beispiel die Länge des polarisationserhaltenden Lichtleiters, der für die Depolarisation notwendig ist, geringer sein, da die Depolarisation in gewissem Ausmaß schon an der Kopplungsposition der Laserstrahlen K1, K2 zum polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 erreicht wird, und sie kann zum Beispiel zwischen 3m und 6m oder dergleichen betragen, verglichen mit dem Fall bei dem ein linear polarisierter Strahl depolarisiert wird. Daher hilft die Konfiguration beim Verringern der Anlagenkosten.
  • Zwischen dem PBC 7 und dem polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 wird eine zweite Linse 16 zum Koppeln der vom Ausgang 7c des PBC 7 zum polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 gehenden Laserstrahlen angeordnet. Man beachte, dass in der Ausführungsform die erste Linse 4 so positioniert ist, dass der erste Laserstrahl K1 und der zweite Laserstrahl K2 Brennpunkte (F1, F2), zwischen der ersten Linse 4 und der zweiten Linse 16 aufweisen. Die Konfiguration erlaubt, kleinere Punktgrößen der Laserstrahlen zwischen der ersten Linse 4 und den Brennpunkten (F1, F2) und verhindert ein Überlappen der Strahlen, wobei ein für die Trennung D' zwischen dem ersten Laserstrahl K1 und dem zweiten Laserstrahl K2 notwendiges Reduzieren der Ausbreitungslänge L (siehe 2(A)) groß genug ist, um zu gestatten, dass die Halbwellenplatte 6 nur in den optischen Pfad des ersten Laserstrahls K1 eingesetzt wird. Daher kann eine Länge des Halbleiterlasermoduls M1 längs der optischen Achse kleiner sein, und folglich ist es möglich, ein hoch zuverlässiges Halbleiterlasermodul mit höherer Langzeitstabilität der optischen Kopplung zwischen dem Halbleiterlasergerät 2 und dem polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 in einer Hochtemperaturumgebung zur Verfügung zu stellen.
  • Zusätzlich ist es auch möglich, die hier verwendeten optischen Komponenten zu verkleinern, da die Punktgrößen der Laserstrahlen zwischen der ersten Linse 4 und der zweiten Linse 16 kleiner sein können.
  • Wie in 1 gezeigt, werden ein Chipträger 11, an dem das Halbleiterlasergerät 2 angebracht ist, und ein Fotodiodenträger 12, an dem eine Fotodiode 3 angebracht ist, mit einem ersten Trägermaterial 17, das einen L-förmigen Querschnitt aufweist, verlötet. Das erste Trägermaterial 17 ist vorzugsweise aus Kupfer-Wolfram-Legierung etc. hergestellt, um eine höhere Ableitung der durch das Halbleiterlasergerät 2 erzeugten Hitze sicherzustellen.
  • Ein erstes, die erste Linse 4 fest haltendes, Linsenhalteelement 13 und ein polarisationssynthetisierendes Modul 59, in dem das Prisma 5, die Halbwellenplatte 6 und das PBC 7 auf dem Halteelement 14 angebracht sind, werden mittels YAG-Laserschweißen auf einem aus Edelstahl bestehenden Träger 18 befestigt, das vorher auf einem flachen Bereich 17a des ersten Trägers 17 durch ein erstes Auflageelement 19a bzw. ein zweites Auflageelement 19b verlötet wurde.
  • Unter dem ersten Trägermaterial ist ein Kühler 20 angeordnet, der Peltierelemente enthält. Die Temperaturerhöhung durch die Hitzeerzeugung des Halbleiterlasergeräts 2 wird durch einen, auf dem Chipträger 11 angeordneten, Thermistor 20a erfasst, indem der Kühler 20 so geregelt wird, dass die, vom Thermistor 20a erfasste Temperatur, auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Auf diese Weise wird die Stärke der Laseremission aus dem Halbleiterlasergerät 2 erhöht und stabilisiert.
  • Innerhalb eines auf einer Seite des Gehäuses 1 ausgebildeten Flansches 1a wird ein Fenster 1b angeordnet auf das die durch das PBC 7 hindurch gegangenen Strahlen einfallen können. Zusätzlich wird die zweite Linse 16 zum Konvergieren des Laserstrahls an einem Ende des Flansches 1a angebracht. Die zweite Linse 16 wird durch einen zweites Linsenhalteelement 21 gehalten, das am Ende des Flansches 1a YAG-laserverschweißt wird, und eine Hülse 23, die den polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 hält, wird mit einem Ende des zweiten Linsenhalteelements 21 mittels eines metallischen Gleitrings 22 YAG-laserverschweißt.
  • Als Nächstes wird im Folgenden die Arbeitsweise des Halbleiterlasermoduls M1 gemäß dem ersten für das Verständnis nützlichen Beispiel der vorliegenden Erfindung erklärt.
  • Wie in 2 gezeigt, nehmen der erste Laserstrahl K1 und der zweite Laserstrahl K2, jeweils emittiert von den Vorderflächen 2a des ersten Streifens 9 und des zweiten Streifens 10 des Halbleiterlasergeräts 2, den Weg durch die erste Linse 4, überkreuzen einander, und trennen sich danach, bis die Trennung zwischen den beiden Strahlen ausreicht, und treten in das Prisma 5 ein. Beim Eintritt in das Prisma 5 beträgt die Trennung (D) zwischen dem ersten Laserstrahl K1 und dem zweiten Laserstrahl K2 ungefähr 460μm. Der erste Laserstrahl K1 und der zweite Laserstrahl K2 werden durch das Prisma 5 zueinander parallelisiert und in diesem Zustand (wobei ihre Trennung auf ungefähr 500μm vergrößert wird) ermittiert. Dann tritt der erste Laserstrahl K1 in die Halbwellenplatte 6 ein, wo er eine Drehung seiner Polarisation um 90 Grad erfährt, und tritt in den ersten Eingang 7a des PBC 7 ein, während der zweite Laserstrahl K2 in den zweiten Eingang 7b des PBC 7 eintritt.
  • Der erste Laserstrahl K1, der in den ersten Eingang 7a eintritt, und der zweite Laserstrahl K2 der in den zweiten Eingang 7b eintritt, werden im PBC 7 gebündelt und vom Ausgang 7c emittiert.
  • Die vom PBC 7 ausgehenden Laserstrahlen werden dann durch die zweite Linse 16 konvergiert, und werden auf der Endfläche des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 zum Einfallen gebracht, der so angebracht wurde, dass die beiden Hauptachsen in ungefähr 45 Grad zu den Polarisationsrichtungen des ersten und zweiten Laserstrahls ausgerichtet sind, und sich darin ausbreiten.
  • Dadurch wird der synthetisierte Laserstrahl während der Ausbreitung durch den polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 depolarisiert, und folglich kann ein ausreichend depolarisierter Laserstrahl von einem Ausgangsende des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 erhalten werden, sogar in Gegenwart von Störfaktoren, wie zum Beispiel der Unausgewogenheit der Intensitäten der mit dem polarisationserhaltenden Lichtleiter gekoppelten Laserstrahlen K1, K2, die den DOP des synthetisierten Strahls daran hindert, am Eingangsende des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 ausreichend gering zu sein.
  • Das Halbleiterlasermodul M1 in solcher Konfiguration kann einen Laserstrahl von hoher Intensität und verringertem Polarisationsgrad emittieren, und kann daher vorzugsweise als eine Pumplichtquelle von Raman-Verstärkern verwendet werden.
  • Man beachte, dass die zum Einrichten des Halbleiterlasergeräts 2 und der ersten Linse 4 erforderliche Zeit verkürzt werden kann, da das Halbleiterlasermodul M1 des vorliegenden Beispiels ein einzelnes Halbleiterlasergerät 2 mit zwei Streifen und eine einzelne erste Linse 4 zum Trennen beider Laserstrahlen K1, K2 aufweist. Auf diese Weise kann die Herstellungszeit des Halbleiterlasermoduls M1 verkürzt werden.
  • Überdies werden die beiden Laserstrahlen, die jeweils aus den beiden Streifen emittiert werden, die in einem Abstand von 100μm oder weniger auf dem einzelnen Halbleiterlasergerät 2 ausgebildet sind, wenig Unterschied in der Schwankung des Kopplungswirkungsgrades zum polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 finden, bedingt durch den Verzug des Gehäuses 1, der in senkrechter Richtung zu den Streifen (d. h. in X-Richtung in 1) auftreten kann. Daher können nachteilige Effekte durch den Verzug des Gehäuses 1 auf lediglich die axiale Richtung des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 (in Z-Richtung in 1) begrenzt werden, was den optischen Output und den Polarisationsgrad aus dem Halbleiterlasermodul beständiger gegenüber dem Verzug des Gehäuses 1 macht. Außerdem kann, da die beiden Streifen 9, 10 in einem Abstand von 100μm oder weniger auf dem einzelnen Halbleiterlasergerät 2 ausgebildet sind, die aus einem einzelnen Halbleiterwafer gewonnene Anzahl von Halbleiterlasergeräten beträchtlich sein, was bei der Kostenreduzierung hilfreich ist.
  • Zusätzlich ist es leicht, da das Halbleiterlasermodul M1 ein einzelnes Halbleiterlasergerät 2 verwendet, den Kühler 20, wie zum Beispiel ein Peltierelement zum Kühlen der durch das Halbleiterlasergerät 2 erzeugten Hitze zu verkleinern, was vorteilhaft beim Verringern des Verbrauchs von elektrischer Leistung ist.
  • Weiter wird die Herstellungsmethode des Halbleiterlasermoduls M1 gemäß dem ersten für das Verständnis nützlichen Beispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Zuerst werden ein Chipträger 11, an dem ein Halbleiterlasergerät 2 angebracht ist, und ein Fotodiodenträger 12, an dem eine Fotodiode 3 angebracht ist, auf ein erstes Trägermaterial 17 gelötet.
  • Dann wird eine erste Linse 4 auf einem zweiten Träger 18, der vorher auf den ersten Träger 17 hartgelötet wurde, ausgerichtet und daran befestigt. Beim Ausrichten der ersten Linse 4 werden, sowohl der erste Laserstrahl K1, als auch der zweite Laserstrahl K2, durch Stromanlegen an das Halbleiterlasergerät 2, aus dem ersten Streifens 9 und dem zweiten Streifen 10 des Halbleiterlasergeräts 2 emittiert und die Richtung ihrer Emission wird als Bezugsrichtung festgesetzt. Danach wird die erste Linse eingesetzt und in jede der X-, Y- und Z-Richtungen positioniert.
  • 7 ist eine erläuternde Abbildung, die einen Ausrichtprozess der ersten Linse 4 zeigt. Wie in 7(A) gezeigt, wird die erste Linse 4 in der X-Achsenrichtung so positioniert, dass der Winkel Θ1 zwischen der, in der oben beschriebenen Art festgesetzten, Bezugsrichtung (d. h. eine Zentralachse C2) und dem ersten Laserstrahl K1 gleich dem Winkel Θ2, zwischen der Zentralachse C2 und dem zweiten Laserstrahl K2, ist. In der Y- Achsenrichtung wird die erste Linse 4 so positioniert, dass der erste Laserstrahl K1 und der zweite Laserstrahl den Weg auf der Zentralachse der ersten Linse 4 nehmen, wie in 7(B) gezeigt. Und in Z-Achsenrichtung wird die erste Linse 4 so positioniert, dass die Laserstrahlen minimale Punktdurchmesser in einem vorbestimmten Abstand vom Halbleiterlasergerät 2 aufweisen. Vorzugsweise wird die erste Linse 4 in der Z-Achsenrichtung so positioniert, dass jeder der aus der ersten Linse 4 kommenden Laserstrahlen einen minimalen Punktdurchmesser an einer vorbestimmten Position zwischen der erste Linse 4 und der zweiten Linse 16 aufweist. Das erste Linsenhalteelement 13, das die in der oben beschriebenen Art einrichtete erste Linse 4 hält, wird dann am zweiten Träger 18 mittels YAG-Laserschweißen über ein erstes Auflageelement 19a befestigt.
  • Danach wird ein polarisationssynthetisierendes Modul 59, in dem ein Prisma 5, eine Halbwellenplatte 6 und ein PBC 7 integriert sind, auf dem zweiten Träger 18 ausgerichtet und daran befestigt. Beim Ausrichten des polarisationssynthetisierendes Moduls 59 wird ein Dummylichtleiter zum Ausrichten (d. h. Lichtleiter mit Linse, nicht abgebildet) so positioniert, um den vom Ausgang 7c des PBC 7 ausgehenden, synthetisierten Strahl aufzunehmen. Dann wird das Halteelement 14 in jeder der X-, Y-, Z, Θ (Azimuth um Z-Achse), Φ-( Azimuth um Y-Achse), und Ψ-(Azimuth um X-Achse) Richtungen positioniert, so dass die optische Leistung des daran gekoppelten Dummylichtleiters maximiert wird. Auf diese Weise wird, wie in FIG.(D) gezeigt, das Halteelement 14 zwischen zwei aufrechte Wände eines zweiten Auflageelements 19b, das im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt aufweist, platziert, und in jede der Y-, Z-, Θ-, und Ψ-Richtungen positioniert und ebenso in X- und Φ-Richtungen positioniert, indem es durch das zweite Auflageelement 19b mitbewegt wird.
  • Nachdem die Anordnung des polarisationssynthetisierenden Moduls 59 in dieser Art und Weise beendet wurde, wird dann das zweite Auflageelement 19b mit dem zweiten Träger 18 YAG-laserverschweißt, wie in 4(D) gezeigt, gefolgt von dem Halteelement 14, das mit den aufrechten Wänden des zweiten Auflageelements 19b YAG-laserverschweißt wird. Somit ist das Halteelement 14 an dem zweiten Träger 18 angebracht.
  • Dann wird der erste Träger 17 auf dem Kühler 20, der vorher an einer Bodenplatte eines Gehäuses 1 befestigt worden ist, so ausgerichtet, dass der vom Ausgang 7c des PBC 7 ausgehende Laserstahl den Weg in die Mitte des Flansches 1a des Gehäuses 1 nimmt. Danach wird der erste Träger 17 durch Löten daran befestigt.
  • Dann werden das Halbleiterlasergerät 2 und die Fotodiode 3 zum Überwachen mittels Golddrähten (nicht abgebildet) elektrisch mit Kabeln (nicht abgebildet) des Gehäuses 1 verbunden.
  • Dann wird ein Deckel 1c an einem oberen Ende des Gehäuses 1 in einer Inertgasatmosphäre (wie zum Beispiel N2 oder Xe) aufgesetzt, in der das Gehäuse durch Widerstandsschweißen der Außenkanten des Deckels hermetisch abgedichtet wird.
  • Danach wird eine zweite Linse 16 in X-, Y-Ebene und in Z-Richtung auf dem Flansch 1a des Gehäuses 1 positioniert, und dort befestigt. In diesem Schritt wird das in einen Gleitring 1d eingesetzte zweite Linsenhalteelement 21, auf einer Randfläche des Flansches 1a bewegt, bis der aus der zweiten Linse 16 ausgehende Laserstrahl parallel wird zur Zentralachse des Flansches 1a des Gehäuses 1 (das parallel zur Z-Achse steht). Der Gleitring 1d wird dann mit dem Rand des Flansches 1a YAG-laserverschweißt. Danach wird, während des Überwachens des Divergenzwinkels des von der zweiten Linse 16 ausgehenden Strahls, das zweite Linsenhalteelement 21 in Z-Achsenrichtung bewegt, bis der Divergenzwinkel im wesentlichen mit einer numerischen Apertur (NA) des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 zusammenpasst. Das zweite Linsenhalteelement 21 und der Gleitring 1d werden dann YAG-laserverschweißt.
  • Im letzten Schritt wird der polarisationserhaltende Lichtleiters 8 ausgerichtet und befestigt. Bei diesem Schritt werden erstens ein Leistungsmesser 61 und ein Polarimeter 62 über einen Verbinder 60 mit einem Endbereich des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 verbunden, wie in 5 gezeigt.
  • Dann wird eine in einen Gleitring 22 eingesetzte Hülse 23 durch Hülseneinstellungshilfen gehalten. In diesem Zustand wird die Hülse 23 in der Ebene orthogonal zur optischen Achse des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 (d. h. in X-Y Ebene) und in der Richtung längs der optischen Achse des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 (d. h. in Z-Richtung) so positioniert, dass die Intensität des durch den Leistungsmesser 61 gemessenen Strahls maximiert wird.
  • Danach wird der polarisationserhaltende Lichtleiter 8 um ihre Zentralachse gedreht, indem der DOP des synthetisierten Strahls mit dem Polarimeter 62 gemessen wird, bis der DOP minimiert ist oder bis der DOP unter einen vorbestimmten Wert (8 %, oder vorzugsweise 5 %) fällt. Wenn die Ausrichtung beendet ist, sind die beiden Hauptachsen des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 in 45 Grad zu den Polarisationsrichtungen der beiden Laserstrahlen K1, K2 ausgerichtet.
  • Nachdem das Ausrichten des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 in dieser Weise beendet wurde, wird der Hülse 23 am Gleitring 22 mittels YAG-Laserschweißen in seinem Inneren befestigt. Danach werden der Gleitring 22 und das zweite Linsenhalteelement 21 durch YAG-Laserschweißen an ihrer Trennungslinie miteinander verbunden. Somit ist der Zusammenbau des Halbleiterlasermoduls M1 beendet.
  • Man beachte, dass das Halbleiterlasermodul gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf das eine, wie oben beschrieben aufgebaute, beschränkt ist. Zum Beispiel kann es ein Halbleiterlasermodul M2, wie in 10 gezeigt, sein, bei dem der erste Laserstrahl K1 und der zweite Laserstrahl K2 nicht parallel zueinander auf dem PBC 7 einfallen, dessen Eingangsfläche in Keilform ausgebildet ist, so dass der erste Laserstrahl K1 den Weg als ein normaler Strahl in einer axialen Richtung des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 nimmt und der zweite Laserstrahl K2 den Weg als ein nicht normaler Strahl nimmt und parallel zur optischen Achse des polarisationserhaltenden Lichtleiters aus dem Ausgang 7c des PBC 7 zusammen mit dem ersten Laserstrahl K1 emittiert wird.
  • Es kann auch ein Halbleiterlasermodul M3, wie in 11 gezeigt, sein, bei dem das Halbleiterlasergerät 2 und die erste Linse 4 in Neigungen um einen vorgegebenen Winkel zur axialen Richtung des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 so angeordnet sind, dass der von der ersten Linse 4 ausgehende Laserstrahl K1 den Weg in axialer Richtung des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 nimmt, und bei dem der zweite Eingang 7b des PBC 7 in Bezug zum ersten Eingang 7a geneigt ist.
  • Weiter kann es auch ein Halbleiterlasermodul M4, wie in 12 gezeigt, sein, bei dem die erste Linse 4 so positioniert ist, dass der zweite Laserstrahl K2 den Weg nahezu auf der Zentralachse der ersten Linse nimmt, und bei dem der erste Eingang 7a in Bezug zum zweiten Eingang 7b so geneigt ist, dass der zweite Laserstrahl K2 den Weg parallel zur axialen Richtung des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 nimmt, und dass der erste Laserstrahl K1 zusammen mit dem zweiten Laserstrahl K2 aus dem Ausgang 7c emittiert wird.
  • Die oben beschriebenen Halbleiterlasermodule M1 bis M4 können, da es kein zwischen der Halbwellenplatte 6 und der erste Linse 4 angeordnetes Prisma 5 gibt, einfacher im Aufbau und kürzer längs der optischen Achse sein, was zu einer Verringerung ungünstiger Einflüsse eines Gehäuseverzugs auf die optischen Ausgabeeigenschaften in einer Hochtemperaturumgebung führt.
  • Des Weiteren kann das Halbleiterlasermodul nach der vorliegenden Erfindung ein Halbleiterlasermodul M5, wie in 13 gezeigt, sein, bei dem eine Vielzahl (d. h. zwei in
  • 13) keilförmig gestalteter Prismen 5a, 5b längs der optischen Achse so angeordnet sind, dass die aus der ersten Linse 4 kommenden Laserstrahlen K1, K2 zueinander parallelisiert werden. In dieser Ausführungsform ist es leicht die beiden Laserstrahlen K1, K2 genau zueinander zu parallelisieren.
  • Das Halbleiterlasergerät 2, das im Halbleiterlasermodul gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird im Folgenden erklärt. 8(A), (B) sind erläuternde Abbildungen, die einen Aufbau des im Halbleiterlasermodul der vorliegenden Erfindung verwendeten Halbleiterlasergeräts 2 zeigen, 9 ist eine erläuternde Abbildung, die ein weiteres Beispiel des Halbleiterlasergeräts 2 zeigt. Man beachte, dass 8(B) ein Querschnittsabbildung entlang der Schnittlinie a-a in 8(A) ist.
  • Wie in 8(A) gezeigt, weist das Halbleiterlasergerät 2 eine Schichtstruktur 25 aus vorbestimmten Halbleitermaterialien auf, die durch eine bekannte Technik zum Aufwachsen einer Halbleiterschicht, wie die metallorganische Gasphasenabscheidung, die Flüssigphasenepitaxie, die Molekularstrahlepitaxie, oder die Gasquellen-Molekularstrahlepitaxie (GSMBE) auf einem Substrat 24 ausgebildet sind. Eine untere Elektrode 26 ist an einer Unterseite des Substrats 24 ausgebildet und eine obere Elektrode 27 ist auf der Schichtstruktur 25 ausgebildet und danach wird die Schichtstruktur gespalten, um eine Aussparung mit einer vorbestimmten Länge L3 zu bilden. Dann wird eine schwach reflektierende Schicht 28 (zum Beispiel mit einem Reflexionsgrad kleiner oder gleich 5 %) auf ihrer einen gespaltenen Fläche (Vorderfläche 2a) und eine hoch reflektierende Schicht 29 (zum Beispiel mit einem Reflexionsgrad größer oder gleich 90 %) auf der anderen gespaltenen Oberfläche (rückwärtige Fläche 2b) ausgebildet.
  • Wie in 8(B) gezeigt, ist die Schichtstruktur 25 auf dem Substrat 24 zum Beispiel eine BH-Struktur (buried heterostructure), die zum Beispiel ein InP-Substrat 24 und gestapelte Schichten von z.B. einer n-InP-kaschierten Schicht 31, einer aus z.B. einem GRIN-SCH-MQW (Graded Index Separate Confinement Heterostructure Multi Quantum Well) bestehenden aktiven Schicht 32, die aus vielen Schichten von GaInAsP besteht, und z. B. eine p-InP-kaschierte Schicht 33, die nacheinander in dieser Reihenfolge geschichtet sind, einschließt. Die Schichtstruktur 25 schließt weiterhin eine obere vergrabene Schicht 34 ein, die z.B. aus p-InP besteht, und eine Deckelschicht 35, die z. B. aus p-GAInAsP besteht, die auf der p-InP-kaschierten Schicht 33 geschichtet sind. Zusätzlich ist die obere Elektrode 27 auf der Deckelschicht 35 und die untere Elektrode 26 auf der Unterseite des Substrats 24 ausgebildet.
  • Dann werden die untere n-InP-kaschierte Schicht 31, die aktive Schicht 32 und die p-InP-kaschierte Schicht 33 in zwei streifenartigen Erhöhungen ausgebildet, die parallel zueinander mit einem dazwischen liegenden Abstand von 40 bis 60μm angeordnet sind. Eine p-InP Sperrschicht 36 und eine p-InP Sperrschicht 37, die in dieser Reihenfolge auf den Seitenflächen der streifenartigen Erhöhungen geschichtet sind, bestimmen einen Strombegrenzungbereich zur aktiven Schicht 32.
  • Um den optischen Output zu vergrößern, umfasst die aktive Schicht 32 vorzugsweise kompressiv verspannte Quantum-Wells mit einer Gitterfehlanpassung in den Well-Schichten bezüglich des Substrats 24 innerhalb des Bereichs zwischen 0,5 % und 1,5 %, der in einer Multi-Quantum-Well-Struktur mit einer Anzahl von etwa fünf Wells ausgebildet ist. Weiter kann ein größerer Wert in der Gitterfehlanpassung in den Well-Schichten toleriert werden, wenn eine Spannungsausgleichsstruktur, in der Barriereschichten Dehnungsspannungen entgegengesetzt zu den Spannungen der Well-Schichten aufweisen, in der verspannten Quantum-Well-Struktur eingesetzt werden, um die Gitteranpassung auf gleichwertige Weise zu realisieren.
  • Gemäß dem ersten Beispiel werden die Licht emittierenden Bereiche, welche die untere n-InP-kaschierte Schicht 31, die GRIN-SCH-MQW aktive Schicht 32 und die p-InP-kaschierte Schicht 33, als Streifen ausgebildet, die sich in einer Richtung vertikal zur Schichtoberfläche in 8(B) erstrecken. Diese Bereiche werden Streifen 9 bzw. 10 genannt.
  • Wie in 1(B) ist das Halbleiterlasergerät 2 an seiner oberen Elektrode 27 mit dem Kühlkörper 58 durch Verwendung von AuSn-Lot verbunden. Dadurch können die beiden Streifen gleichzeitig oszillieren und zwei Laserstrahlen aus der schwach reflektierenden Schicht 28 emittieren, wenn sie von außen mit einem Strom durch die obere Elektrode 27 (d. h. p-Seite in der vorliegenden Ausführungsform) und die untere Elektrode 26 (d. h. n-Seite in der vorliegenden Ausführungsform) versorgt werden.
  • Hier ist, wenn die beiden Streifen vollständig die gleichen Eigenschaften aufweisen, ein Schwellwert des Stroms des Halbleiterlasergeräts 2 in der vorliegenden Ausführung zweimal so groß, wie der Schwellwert des Stroms eines Streifens, und der gesamte optische Output ist zweimal so groß, wie der optische Output aus einem Streifen. Das Halbleiterlasergerät 2 als Ganzes produziert nämlich zweimal so viel optische Leistung bei annähernd zweimal so viel Strom wie ein Streifen, wobei der Wirkungsgrad unverändert bleibt verglichen mit in dem Fall, in dem das Halbleiterlasergerät nur einen einzelnen Streifen aufweist.
  • Man beachte, dass das im vorigen ersten Beispiel beschriebene Halbleiterlasergerät 2 veranschaulicht wurde, als hätte es die InP-basierte BH-Struktur. Jedoch kann das Halbleiterlasergerät 2 ein Typ eines GaAs-basierten kantengeführten Typs sein, wie in 9 gezeigt. In 9 weist das Halbleiterlasergerät 2 auf eine untere n-kaschierte Schicht 41, eine aktive Schicht 42, eine obere p-kaschierte Schicht 43, eine Isolationsschicht 44, und eine p-GaAs Schicht 45, die auf einem aus n-GaAs bestehenden Substrat 40 auflaminiert sind, und worin zwei Kanten ausgebildet sind. Eine obere Elektrode (p-Seiten Elektrode) 46 ist auf der Isolationsschicht 44 und einer p-GaAs-Schicht 45 ausgebildet, und eine untere Elektrode(n-Seiten Elektrode) 47 ist an der Unterseite des Substrats 40 ausgebildet.
  • Die Kanten sind als Streifen geformt, die sich in einer Richtung senkrecht zur Sheetoberfläche in 9 erstrecken, und es sind die Bereiche der aktiven Schichten 42, gerade unterhalb der Kanten, die Licht emittieren. Diese Licht emittierenden Bereiche werden Streifen 9 bzw. 10 genannt. Es ist überflüssig zu erwähnen, dass die Kanten-LD in InP-basiertem Material ausgeführt werden kann.
  • Im oben beschriebenen Halbleiterlasergerät 2 erstrecken sich der erste Streifen 9 und der zweite Streifen 10 parallel zueinander in Längsrichtung. Jedoch sind die Streifen nicht notwendigerweise so angeordnet, sondern können, wie in 6 gezeigt, schräg zueinander verlaufen. In 6 werden die Laserstrahlen nach rechts emittiert und der Abstand zwischen den Streifen 9 und 10 wird bei der Annäherung an den rechten Rand schmaler. Solch eine Anordnung der Streifen erlaubt den aus den beiden Streifen 9, 10 emittierten Laserstrahlen, sich an einer Position näher am Halbleiterlasergerät 2 zu überkreuzen, und hilft die Länge (in 2 mit L bezeichnet) zu reduzieren, die für den ersten Laserstrahl K1 und den zweiten Laserstrahl K2, die durch die erste Linse 4 hindurch gegangen sind, notwendig ist, um sich auszubreiten bis ihre Trennung groß genug ist, um das Einsetzen einer Halbwellenplatte 6 lediglich in den optischen Weg des ersten Laserstrahls K1 (d. h. bis D' in 2 ausreichend groß ist) zu erlauben. Daher ist es möglich ein Halbleiterlasermodul M mit reduzierter Länge längs seiner optischen Achse zur Verfügung zu stellen.
  • Man beachte, dass die Ausbreitungslänge L ebenso verringert werden kann, wenn die Streifen gegensätzlich schräg zu jenen in 6 angeordnet werden, nämlich derart, dass der Abstand zwischen den Streifen 9 und 10 bei der Annäherung an den rechten Rand größer wird. (Erste Ausführungsform)
  • 14(A) bis (C) zeigt ein Halbleiterlasergerät 68, das im Halbleiterlasermodul in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wurde, mit einem von dem in 8 gezeigten Halbleiterlasergerät 2 verschiedenen Aufbau.
  • 14(B) bzw. (C) sind Querschnittsabbildungen, entlang der Schnittlinien b-b und c-c in 14(A).
  • In der ersten Ausführungsform werden die Wellenlängen der aus den Streifen emittierten Laserstrahlen K1, K2 durch Ausbilden eines Beugungsgitter 75 stabilisiert, das eine Lichtwellenlänge um eine vorbestimmte Mittelwellenlänge λ0 innerhalb jedem der Streifen des Halbleiterlasergeräts 68 auswählt.
  • Wie in 14 gezeigt, weist das Halbleiterlasergerät 68 der ersten Ausführungsform auf eine Schichtstruktur, in der eine n-InP Schicht 70, die sowohl als Pufferschicht, als auch als eine untere kaschierte Schicht dient, eine GRIN-SCH-MQW aktive Schicht 71, eine p-InP-kaschierte Schicht 72, eine p-InP-vergrabene Schicht 73 und eine GaInAsP-Deckelschicht 74, die aufeinander folgend auf einer Oberfläche (100) eines InP-Substrats 69 geschichtet sind.
  • Innerhalb eines jeden der Streifen 9 und 10 ist ein Beugungsgitter 75 durch periodisches Anordnen von 20 nm starken p-InGaAs-Schichten in einem vorbestimmten Abstand ausgebildet. Das Beugungsgitter 75 ist in einer vorbestimmten Länge LG1 ausgebildet, die sich von einer zweiten Reflexionsschicht 81, mit einem Reflexionsgrad in Höhe von 2 % oder weniger, vorzugsweise 1 % oder weniger, noch weiter zu bevorzugen 0,2 % oder weniger, bis zu einer ersten Reflexionsschicht 80 mit einem Reflexionsgrad in Höhe von 80 % oder mehr erstreckt, jedoch nicht über den Bereich der vorbestimmten Länge L1 hinaus ausgebildet. Die Beugungsgitter 75 sind ausgelegt, um Laserlichtzu selektieren, das eine Mittelwellenlänge λ0 zwischen 1300 nm bis 1550 nm aufweist. Zusätzlich wird die Aussparungslänge LR des Halbleiterlasergeräts 68 auf 800μm oder länger gesetzt. Die übrige Beschaffenheit des Halbleiterlasergeräts 68 ist die gleiche, wie die des Halbleiterlasergeräts 2 (wie in 8 gezeigt).
  • Das in der GRIN-SCH-MQW aktiven Schicht 71 der optischen Aussparung, die zwischen der ersten Reflexionsschicht 80 und der zweiten Reflexionsschicht 81 ausgebildet ist, erzeugte Licht wird verstärkt, indem es wiederholt durch die erste Reflexionsschicht 80 und die zweite Reflexionsschicht 81 reflektiert wird, bis es als ein Laserstrahl aus der zweiten Reflexionsschicht 81 emittiert wird.
  • Es ist allgemein bekannt, dass das Modenintervall Δλ der durch eine Aussparung eines Halbleitergeräts erzeugten Longitudinalmoden so ausgedrückt wird:
    Δλ = λ0 2/(2nLR) wobei n ein äquivalenter Brechungsindex ist.
  • Wenn die Oszillationswellenlänge λ0 auf 1480 nm und der äquivalente Brechungsindex auf 3,5 gesetzt wird, errechnet sich das longitudinale Modenintervall zu ungefähr 0,39 nm für den Fall einer Aussparungslänge von 800μm, und ungefähr 0,1 nm für eine Aussparungslänge von 3200μm. Das bedeutet, je länger die Aussparungslänge, desto kleiner wird das Longitudinalmodenintervall Δλ, was allgemein impliziert, dass die Moden-Auswahlbedingung zum Durchführen der Einzel-Longitudinahnoden-Oszillation beim Vergrößern der Aussparungslänge genau wird.
  • Andererseits selektieren die innerhalb der Streifen des Halbleiterlasergeräts der vorliegenden Ausführungsform ausgebildeten Beugungsgitter 75 Longitudinalmoden gemäß ihrer Bragg-Wellenlängen. Die Wellenlängenselektion durch die Beugungsgitter 75 ist durch das Oszillationsspektrum 82, wie in 15 gezeigt, charakterisiert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Halbleiterlasergerät mit den Beugungsgittern 75 ausgelegt, um in einer Vielzahl von Longitudinalmoden innerhalb des gewählten Wellenlängenbereichs, repräsentiert durch eine Halbwertsbreite Δλh des Oszillationsspektrums, zu oszillieren.
  • Man beachte, dass das aus dem Stand der Technik bekannte oder ähnliche DFB Halbleiterlasergerät ausgelegt wurde, um in einer Einzel-Longitudinalmode zu oszillieren, und die Aussparungslänge für diese Art von Laser wurde nicht größer oder gleich 800μm gewählt, wo ein enges Longitudinalmodenintervall verantwortlich ist für eine schwache Modenselektivität und der daraus folgenden Unfähigkeit in einer Einzel-Longitudinalmode zu oszillieren. Das Halbleiterlasergerät 68 der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch ausgelegt, um in einer erhöhten Anzahl von Longitudinalmoden zu oszillieren, innerhalb der Halbwertsbreite Δλh, durch tatsächliches Anwenden einer Aussparungslänge LR auf 800μm Halbwertsbreite oder größer und gleichzeitiges Verändern der Halbwertsbreite Δλh des Oszillationsspektrums 82 mittels Ändern der Länge LG1 oder eines Kopplungskoeffizienten der Beugungsgitter. Man beachte, dass 15 beispielhaft drei Longitudinalmoden 83a bis 83c zeigt, die innerhalb der Halbwertsbreite Δλh, des Oszillationsspektrums oszillieren.
  • Das heißt, je kürzer die Kohärenzlänge des zu depolarisierenden Laserstrahls ist, desto kürzer kann die Länge des für den zu depolarisierenden Strahl notwendigen polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 sein. Das Halbleiterlasergerät 68, mit drei oder mehr, vorzugsweise vier oder mehr Longitudinalmoden, die in voller Breite bei halbem Maximum des Oszillationsspektrums eines jeden der Streifen vorliegen, aufgrund des Beugungsgitters 75, das innerhalb der Wellenleiterstreifen wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet ist, zeigt eine kürzere Kohärenzlänge des Laserstrahls als das in einer Einzel-Longitudinalmode oszillierende. Daher ermöglicht das Verwenden des Halbleiterlasergeräts 68 gemäß der ersten Ausführungsform nicht nur einen wellenlängenstabilisierten Laserstrahl zu erhalten, sondern auch das Verkürzen der Länge eines für die Depolarisation notwendigen polarisationserhaltenden Lichtleiters. Darüber hinaus kann das Halbleiterlasergerät 68 der ersten Ausführungsform, da es Beugungsgitter 75 innerhalb der Streifen aufweist, Laserstrahlen mit verringertem relativen Intensitätsrauschen (RIN) gegenüber dem Fall emittieren, wo die Oszillationswellenlängen über ein Bragg-Gitter (FBG) stabilisiert werden. Daher kann es vorzugsweise als eine Pumplichtquelle in vorwärts gepumpten Raman-Verstärkern verwendet werden.
  • Weiter trägt im Halbleiterlasergerät 68, da es eine Vielzahl von Longitudinalmoden aufweist, die innerhalb einer vollen Breite bei halbem Maximum Δλh seines Oszillationsspektrums oszillieren, jeder der Longitudinalmoden eine verringerte Leistungsstärke verglichen mit dem Fall, in dem das Halbleiterlasergerät in einer Einzel-Longitudinalmode oszilliert und als Ganzes die gleiche Intensität an optischem Output emittiert.
  • 16(A) und (B) sind Graphen, die schematisch Longitudinalmoden-Spektren von Halbleiterlasergeräten 68 zeigen, die ein Licht von der gleichen Intensität emittieren für die Fälle, dass das Halbleiterlasergerät (A) in einer einzelnen Longitudinalmode, bzw. (B) in einer Vielzahl von Longitudinalmoden oszilliert, wobei die gestrichelte Linie, in der Figur mit Pth bezeichnet, einen Schwellwert für eintretende stimulierte Brillouin-Streuung (SBS) markiert (im Folgenden SBS-Schwellwert genannt). Da das Halbleiterlasergerät 68 der ersten Ausführungsform eine Vielzahl von Longitudinalmoden aufweist, die innerhalb ihrer vollen Breite bei halbem Maximum des Oszillationsspektrums oszillieren, kann die Intensität, die von jeder der oszillierenden Longitudinalmoden aufgenommen wurde, auf den SBS-Schwellwert oder darunter gedrückt werden, wobei SBS vermieden wird und eine Verstärkung mit vergrößertem Gewinn und verringertem Rauschen resultieren kann.
  • Man beachte, dass, wenn das Halbleiterlasergerät in einer Vielzahl von Longitudinalmoden innerhalb eines zu breiten Oszillationsspektrums oszilliert, das Laserlicht einen erhöhten Kopplungsverlust an einem Wellenlängen-Multiplex-Koppler erleiden kann, und manchmal einen Zuwachs an Rauschen oder Schwankungen im Gewinn wegen der innerhalb des Oszillationsspektrums aufgetretenen Longitudinalmoden-Sprünge. Aus diesem Grund wird die volle Breite bei halbem Maximum Δλh des Oszillationsspektrums 82 vorzugsweise auf 3 nm oder kleiner, oder in noch mehr zu bevorzugender Weise, auf 2 nm oder kleiner gesetzt.
  • Im Halbleiterlasermodul gemäß dieser Ausführungsform werden die durch die Beugungsgitter selektierten Wellenlängen unterschiedlich eingestellt. Der polarisationserhaltende Lichtleiter 8 wird befestigt, indem er so angeordnet wird, dass jede der Polarisationsrichtungen der beiden Laserstrahlen K1, K2 mit derart unterschiedlichen Wellenlängen in ungefähr 45 Grad zu jeder der beiden zueinander orthogonalen Hauptachsen des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 ausgerichtet ist. Vorzugsweise werden die durch die Beugungsgitter, die innerhalb der Streifen ausgebildet sind, selektierten Oszillationswellenlängen zueinander unterschiedlich eingestellt so, dass die Wellenlängen der Longitudinalmoden, die in jedem der aus den Streifen emittierten Laserstrahlen K1, K2 enthalten sind, sich nicht in ihren starken Longitudinalmoden überlappen.
  • Zum Beispiel können die durch die Beugungsgitter selektierten Oszillationswellenlängen, wie in 17 gezeigt, so eingestellt sein, dass die spektralen Einhüllenden 64, 65 der aus den Streifen emittierten Laserstrahlen K1, K2 sich nicht in den Bereichen einer vorbestimmten oder höheren Intensität überlappen. Um anschaulicher zu sein, wird die Trennung der durch die Beugungsgitter der Streifen selektierten Mittelwellenlängen so eingestellt, dass die Oszillationsspektren 64, 65 sich nicht in dem Bereich überschneiden, wo der Intensitätsunterschied zu den maximalen Intensitäten der Laserstrahlen 3dB oder weniger beträgt. In der schematischen Abbildung in 17 beträgt der Intensitätsunterschied der Longitudinalmode 67a zur maximalen Intensität des Laserstrahls 3dB oder mehr, obwohl sich die Longitudinalmode 66a, die zum Oszillationsspektrum 64 gehört, und die Longitudinalmode 67a, die zum Oszillationsspektrum 65 gehört, überlappen. Wenn zwei derartige Laserstrahlen auf den polarisationserhaltenden Lichtleiter 8, der in 45 Grad zu den Hauptachsen ausgerichtet ist, einfallen, werden sie in Komponenten längs der Hauptachsen zerlegt. Da jedoch diese Komponenten daran gehindert werden störend einzuwirken, ist der Polarisationsgrad des synthetisierten Strahls nicht sehr stark betroffen. In gleicher Weise, ist obwohl sich die Longitudinalmode 67b, die zum Oszillationsspektrum 65 gehört, mit der Longitudinalmode 66b, die zum Oszillationsspektrum 64 gehört, überlappt, der Polarisationsgrad des synthetisierten Strahls nicht betroffen. Man beachte, dass, um den Polarisationsgrad weiter abzusenken, die Trennung der durch die Beugungsgitter der Streifen selektierten Mittelwellenlängen so eingestellt werden kann, dass die Oszillationsspektren 64, 65 sich nicht in dem Bereich überkreuzen, wo der Intensitätsunterschied zu den maximalen Intensitäten der Laserstrahlen 10 dB oder weniger beträgt.
  • Weiterhin kann eine andere Anordnung (wie in 18 gezeigt) sein, dass die Longitudinalmoden der aus den Streifen emittierten Laserstrahlen K1, K2 so angeordnet werden, dass jede der Longitudinalmoden, die zum Laserstrahl K1 gehören, in den Wellenlängen von den Longitudinalmoden, die zum Laserstrahl K2 gehören, abweicht, auch wenn sich das Spektrum des Laserstrahls K1 und das des Laserstrahls K2 in ihrem starken Bereich überlappen. Vorzugsweise können die Longitudinalmoden der Laserstrahlen K1, K2 so angeordnet werden, dass jede der Longitudinalmoden, die zum Laserstrahl K1 gehören, nahezu in der Mitte zweier benachbarter Longitudinalmoden, die zum Laserstrahl K2 gehören, liegt. Wenn zwei derartige Laserstrahlen auf den polarisationserhaltenden Lichtleiter 8, der in 45 Grad zu den Hauptachsen ausgerichtet ist, einfallen, werden sie in Komponenten längs den Hauptachsen zerlegt. Da jedoch diese Komponenten daran gehindert werden störend einzuwirken, ist der Polarisationsgrad des synthetisierten Strahls nicht sehr stark betroffen. Man beachte, dass eine alternierende Anordnung der Longitudinalmoden realisiert werden kann durch, zum Beispiel Veränderung der Streifenbreite L1 des ersten Streifens im Verhältnis zur Streifenbreite L2 des zweiten Streifens, was die Wärmeableitung aus den Licht emittierenden Streifen unterschiedlich macht und zur Temperaturdifferenz der aktiven Schichten zwischen den Streifen führt. Die oben beschriebene andere Anordnung ist nicht nur auf das Halbleiterlasergerät mit einem Beugungsgitter in jedem Streifen, wie in 14 gezeigt, anwendbar, sondern auch auf das Halbleiterlasergerät ohne Beugungsgitter, wie in 8 gezeigt.
  • 19 ist eine Draufsicht, die ein Halbleiterlasermodul gemäß einem für das Verständnis nützlichen zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 19 gezeigt, umfasst das Halbleiterlasermodul M6 gemäß einem für das Verständnis nützlichen zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung: ein erstes Halbleiterlasergerät 94, das einen ersten Laserstrahl K1 emittiert; ein zweites Halbleiterlasergerät 95, das einen zweiten Laserstrahl K2 emittiert; zwei erste Linsen 96a, 96b, die jede jeden der beiden aus den beiden Halbleiterlasergeräten 94, 95 emittierten Laserstrahlen K1, K2 parallel richten; ein Polarisationssynthetisierer (kubischer Strahlenteiler) 97; und einen Reflektionsspiegel 97a zum Zurückwerfen des Laserstrahls K2 auf den Polarisationssynthetisierer 97. Die anderen Einrichtungen des Halbleiterlasermoduls gleichen jenen des ersten, für das Verständnis nützlichen Beispiels.
  • Im zweiten Beispiel wird in gleicher Weise wie im ersten der polarisationserhaltende Lichtleiter 8 befestigt, indem er so angepasst ist, dass seine Hauptachsen in 45 Grad zu jeder der Polarisationsrichtungen der beiden Laserstrahlen K1, K2 ausgerichtet sind. Infolgedessen wird der synthetisierte Strahl während der Ausbreitung durch den polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 depolarisiert, und somit wird ein ausreichend depolarisierter Laserstrahl von einem Ende des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 erhalten, sogar bei Faktoren, wie dem Ungleichgewicht der Stärken der mit dem polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 gekoppelten Laserstrahlen K1, K2, die den Polarisationsgrad des synthetisierten Strahls daran hindern würde, am Eingangsende des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 ausreichend niedrig zu sein.
  • Man beachte, dass in ähnlicher Weise wie im ersten Beispiel die Wellenlängen der Laserstrahlen oder die aus den Streifen der Halbleiterlasergeräte emittierten Wellenlängen der Longitudinalmoden verschoben werden können, sodass der Polarisationsgrad sicher verringert wird.
  • 20 ist eine Draufsicht, die ein Halbleiterlasermodul gemäß einem dritten für das Verständnis nützlichen Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Das Halbleiterlasermodul M7 gemäß dem dritten Beispiel umfasst: ein Halbleiterlasergerät 98, das ein Array-Laser ist, mit einem ersten Streifen 98a und einem zweiten Streifen 98, die parallel zueinander mit einem dazwischen liegenden Abstand von ungefähr 500μm ausgebildet sind; eine erste Linse 99a zum Parallelisieren eines aus dem zweiten Streifen 98b emittierten zweiten Laserstrahls K2. Die anderen Einrichtungen des Halbleiterlasermoduls ähneln jenen des ersten Beispiels.
  • Im dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung wird, in ähnlicher Weise wie im ersten, der polarisationserhaltende Lichtleiter 8 befestigt, indem er so angeordnet ist, dass seine Hauptachsen in 45 Grad zu jeder der Polarisationsrichtungen der beiden Laserstrahlen K1, K2 ausgerichtet sind. Infolgedessen wird der synthetisierte Strahl während der Ausbreitung durch den polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 depolarisiert und somit wird ein ausreichend depolarisierter Laserstrahl von einem Ende des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 erhalten, sogar bei Faktoren, wie dem Ungleichgewicht der Stärken der mit dem polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 gekoppelten Laserstrahlen K1, K2, das den Polarisationsgrad des synthetisierten Strahls daran hindern würde, am Eingangsende des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 ausreichend niedrig zu sein.
  • Im dritten Beispiel können in gleicher Weise wie im ersten Beispiel die Wellenlängen der Laserstrahlen oder die aus den Streifen emittierten Wellenlängen der Longitudinalmoden verschoben werden, sodass der Polarisationsgrad sicher verringert wird.
  • Im dritten Beispiel ist das Halbleiterlasergerät 98 ein Array Laser, der zwei Streifen aufweist (in einem Abstand von ungefähr 500μm zwischen den Streifen). Jedoch kann es durch zwei einzelne Halbleiterlasergeräte, die parallel zueinander mit einem kleinen, dazwischen liegenden Abstand angeordnet sind, ersetzt werden. Zusätzlich kann die erste Linse durch eine Linsenanordnung ersetzt werden.
  • Im zweiten und dritten Beispiel wird der synthetisierte Strahl während der Ausbreitung durch den polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 ausreichend depolarisiert, sogar in Gegenwart von Störfaktoren, wie zum Beispiel, dem Verzug des Gehäuses, der senkrecht zur axialen Richtung des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 auftritt, was Unterschiede im Kopplungswirkungsgrad jedes der beiden Laserstrahlen zum polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 und folgenden Anstieg des Polarisationsgrads des synthetisierten Strahls verursachen kann. Daher ist der Polarisationsgrad gegenüber der Schwankung der Umgebungstemperatur stabil.
  • Zusätzlich ist es bei den Halbleiterlasermodulen M6 und M7 gemäß dem zweiten und dritten Beispiel nicht nötig den Injektionsstrom zu den Lasergeräten (oder den Streifen) fein zu justieren, um den Polarisationsgrad zu verringern. Das heißt, im zweiten Beispiel (19), in dem zwei Lasergeräte verwendet werden, und im dritten Beispiel (20) in dem ein Array Laser mit getrennten Streifen verwendet wird, werden die Mengen des an die Streifen geleiteten Stroms manchmal unterschiedlich voneinander eingestellt, um den Unterschied in den Eigenschaften zwischen den Streifen auszugleichen. Jedoch kann, gemäß der vorliegenden Erfindung, da der polarisationserhaltende Lichtleiter in der Lage befestigt ist, in der seine Hauptachsen in 45 Grad zu jeder der Polarisationsrichtungen der Laserstrahlen ausgerichtet sind, ein synthetisierter Strahl mit verringertem Polarisationsgrad aus einem Ende des polarisationserhaltenden Lichtleiters 8 zur Verfügung stehen, trotz irgendeiner kleinen Stromschwankung, die, wenn überhaupt, eine Änderung in den Intensitäten der beiden Laserstrahlen verursachen würde.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • In einer zweiten Ausführungsform wird das Halbleiterlasermodul gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform bei einem Raman-Verstärker angewendet.
  • 21 ist ein Blockschema, das eine Konfiguration eines Raman-Verstärkers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Raman-Verstärker wird zum Beispiel in einem WDM Kommunikationsübertragungssystem verwendet.
  • Wie in 21 gezeigt, umfasst der Raman-Verstärker 48 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Eingangsbereich 49, dem ein Lichtsignal zugeführt wird, einen Ausgangsbereich 50 aus dem das Lichtsignal ausgegeben wird, einen Lichtleiter 51 (einen Verstärkungsleiter) zum Übertragen des Lichtsignals zwischen dem Eingangsbereich 49 und dem Ausgangsbereich 50, eine Pumplicht erzeugende Einheit 52 zum Erzeugen eines Pumplichts, und einen WDM-Koppler 53 zum Koppeln des von der Pumplicht erzeugenden Einheit 52 erzeugten Pumplichts und des in den Lichtleiter (den Verstärkungsleiter) 51 übertragenen Lichtsignals. Optische Isolatoren 54 sind zwischen dem Eingangsbereich 49 und dem WDM-Koppler 53 angeordnet, und ebenso zwischen dem Ausgangsbereich 50 und dem WDM-Koppler 53, wobei jeder dem Lichtsignal erlaubt nur in der Richtung vom Eingangsbereich 49 zum Ausgangsbereich 50 übertragen zu werden.
  • Die Pumplicht erzeugende Einheit 52 umfasst eine Vielzahl von Halbleiterlasermodulen M gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei jedes ein Laserlicht mit einer von den anderen unterschiedlichen Wellenlänge erzeugt, und einen WDM-Koppler 55 zum Synthetisieren des durch die Vielzahl der Halbleiterlasermodule M erzeugten Laserlichts.
  • Das durch die Halbleiterlasermodule M erzeugte Pumplicht, das durch die polarisationserhaltenden Lichtleiter 55a übertragen und durch den WDM-Koppler 55 synthetisiert wird, bildet das Ausgangslicht der Pumplicht erzeugenden Einheit 52.
  • Das aus der Pumplicht erzeugenden Einheit 52 ausgegebene Pumplicht wird mit dem optischen Lichtleiter 51 durch den WDM-Koppler 53 gekoppelt, wenn das in den Eingangsbereich 49 eingehende Lichtsignal mit dem Pumplicht im optischen Lichtleiter 51 gemischt wird. Das Lichtsignal wird dann verstärkt, durch den WDM-Koppler 53 übertragen, und vom Ausgangsbereich 50 ausgegeben.
  • Das im Lichtleiter 51 (das verstärkte Lichtsignal) verstärkte Lichtsignal wird durch den WDM-Koppler 53 und den optischen Isolator 54 übertragen, und tritt dann in einen Kontrolllichtverteilungskoppler 56 ein, in dem ein Teil des verstärkten Lichtsignals auf eine Regeleinheit 57 verteilt wird und der davon verbleibende Teil aus dem Ausgangsbereich 50 als das Ausgangslichtsignal ausgegeben wird.
  • Die Regeleinheit 57 regelt die Laseremissionszustände, wie zum Beispiel die Intensität des optischen Outputs von jedem der Halbleiterlasermodule M basierend auf einem Teil des eingegangenen verstärkten optischen Signals, und führt eine Rückkopplungs-Regelung der Halbleiterlasermodule M so durch, dass ein daraus hervorgehender optischer Verstärkungsgewinn gleichförmig über die Wellenlänge verläuft.
  • Der Raman-Verstärker 48 ist in der Lage, da er das Halbleiterlasermodul einsetzt, in dem die von den Streifen ausgehenden Strahlen polarisationssynthetisiert und durch den polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 weiter depolarisiert werden, einen Verstärkungsgewinn zu erreichen, der nicht nur hoch, sondern auch stabil ist, ungeachtet des Polarisationszustands des Lichtsignals.
  • Zusätzlich ist es möglich, wenn er das in der ersten Ausführungsform erklärte Halbleiterlasermodul verwendet, in dem das Halbleiterlasergerät weiterhin ein innerhalb jedes Streifen ausgebildetes Beugungsgitter 75 einschließt, um in einer Vielzahl von Longitudinalmoden zu oszillieren, das dem verstärkten Signal beigefügte Rauschen zu verringern wegen eines verringerten relativen Intensitätsrauschen (RIN) des Pumplichts, verglichen mit dem Fall in dem das Halbleiterlasermodul mit einem FBG verwendet wird. Noch weiter, ist es möglich das Auftreten von stimulierter Brillouin-Streuung des Pumplichts zu verhindern, wodurch die Verstärkung mit geringem zusätzlichen Rauschen und hohem Gewinn ausgeführt werden kann.
  • In 21 ist der Raman-Verstärker als ein rückwärts gepumpter Verstärker umgesetzt. Jedoch sollte beachtet werden, dass es möglich ist, da der Raman-Verstärker das Halbleiterlasermodul anwendet, das ein depolarisiertes Pumplicht mit niedrigem relativen Intensitätsrauschen emittiert, einen stabilen Gewinn zu erzielen, ungeachtet des Polarisationsstatus des Lichtsignals, sogar wenn er als vorwärts gepumpter oder als bidirektional gepumpter Verstärker ausgeführt wird.
  • Offensichtlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt und zusätzliche vielfältige Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind im Hinblick auf die beigefügten Ansprüche möglich.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Lichtleiter ein polarisationserhaltender Leiter, und ist so angeordnet, dass seine beiden zueinander orthogonalen Hauptachsen in ungefähr 45 Grad zu jeder der Polarisationsrichtungen der beiden Laserstrahlen ausgerichtet sind, was dem polarisationserhaltenden Lichtleiter erlaubt als ein Depolarisierer zu wirken. Auf diese Weise kann ein ausreichend depolarisierter Laserstrahl von einem Ausgangsende des Lichtleiters erhalten werden, trotz eines möglichen Ungleichgewichts der Intensitäten der mit dem polarisationserhaltenden Lichtleiter 8 gekoppelten Laserstrahlen, welches den Polarisationsgrad (DOP) daran hindern würde, ausreichend niedrig zu sein. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung ein Halbleiterlasermodul zur Verfügung stellen, in dem der Polarisationsgrad des aus dem Lichtleiter ausgegebenen synthetisierten Strahls stabil gegenüber Schwankungen in der Umgebungstemperatur oder ähnlichem ist. Daher können die Halbleiterlasermodule der vorliegenden Ausführungsformen vorzugsweise als Pumplichtquellen von Raman-Verstärkern verwendet werden, die im Allgemeinen eine geringe Polarisationsabhängigkeit des Verstärkungsbereichs erfordern.
  • Weiter kann in der vorliegenden Erfindung, da die Depolarisation in gewissem Ausmaß an der Kopplungsposition der Laserstrahlen zum Lichtleiter erreicht wird, die Länge des für die Depolarisation notwendigen polarisationserhaltenden Lichtleiters kurz gehalten werden. Dadurch ist es möglich die Geräte zu verkleinern und deren Kosten zu reduzieren.
  • Zusammenfassend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Halbleiterlasermodul, umfassend ein Halbleiterlasergerät mit einem einen Laserstrahl emittierenden Streifen, einen Polarisationssynthetisierer, der ausgelegt ist, um einen aus dem Streifen des Halbleiterlasergeräts emittierten ersten und zweiten Laserstrahl zu polarisationssynthetisieren, ein das Halbleiterlasergerät aufnehmendes Gehäuse, und einen Lichtleiter zur Aufnahme des synthetisierten Laserstrahls, der aus dem besagten Polarisationssynthetisierer austritt, wobei der Lichtleiter ein polarisationserhaltender Lichtleiter ist, und wobei der Lichtleiter in einem Zustand am besagten Gehäuse befestigt ist, so dass zwei zueinander orthogonale Hauptachsen davon in ungefähr 45 Grad zu jeder der Polarisationsrichtungen von besagtem ersten und zweiten Laserstrahl ausgerichtet sind. Jeder der Streifen des Halbleiterlasergeräts umfasst ein Beugungsgitter. Das Oszillationsspektrum des ersten Laserstrahls und das Oszillationsspektrum des zweiten Laserstrahls überschneiden sich nicht in dem Bereich in dem der Intensitätsunterschied 3dB oder weniger vom Maximum beträgt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleiterlasergerät ein einzelnes Halbleiterlasergerät, das einen ersten und einen zweiten Streifen mit einem dazwischen liegenden Abstand aufweist und das den ersten Laserstrahl beziehungsweise besagten zweiten Laserstrahl aus einer Endfläche emittiert. Weiter wird bevorzugt, dass besagter erster und zweiter Streifen mit einem Abstand vom 100μm oder weniger angeordnet sind.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenso auf einen Raman-Verstärker, der eine der oben erwähnten Halbleiterlasermodule als Pumplichtquelle aufweist.

Claims (4)

  1. Halbleiterlasermodul (M1; M2; M3; M4; M5; M6; M7; M) umfassend: einen ersten Streifen (9; 98a), der einen ersten Laserstrahl (K1) emittiert, und einen zweiten Streifen (10; 98b), der einen zweiten Laserstrahl (K2) emittiert, wobei der erste Streifen und der zweite Streifen jeweils ein Beugungsgitter (75) beinhalten; einen Polarisationssynthesizer (59; 97), der ausgebildet ist, um den ersten Laserstrahl und den zweiten Laserstrahl, die von dem ersten Streifen und dem zweiten Streifen emittiert werden, zu polarisationssynthetisieren; ein Gehäuse (1), das das Halbleiterlasergerät aufnimmt; und einen Lichtleiter (8), der ausgebildet ist, um den synthetisierten Laserstrahl, der aus dem Polarisationssynthesizer hervorgeht, aufzunehmen, wobei der Lichtleiter (8) ein polarisationserhaltender Lichtleiter ist, wobei der Lichtleiter (8) an dem Gehäuse (1) in einem Zustand befestigt ist, so daß zwei zueinander orthogonale Hauptachsen davon ungefähr mit 45° zu einer jeweiligen Polarisationsrichtung des ersten Laserstrahls und des zweiten Laserstrahls ausgerichtet sind, und wobei die in einem jeweiligen der Streifen ausgebildeten Beugungsgitter (75) so ausgebildet sind, daß das Schwingungsspektrum des ersten Laserstrahls (K1) und das Schwingungsspektrum des zweiten Laserstrahls (K2) sich nicht dem Bereich überlappen, in dem der Intensitätsunterschied bezüglich des Maximums 3 dB oder weniger ist.
  2. Halbleiterlasermodul nach Anspruch 1, wobei der erste Streifen und der zweite Streifen auf einem einzigen Halbleitersubstrat (24; 69) mit einem Abstand zwischen sich angeordnet sind, um ein einzelnes Halbleiterlasergerät zu bilden.
  3. Halbleiterlasermodul nach Anspruch 2, wobei der erste Streifen und der zweite Streifen mit einem Abstand von 100 μm oder weniger angeordnet sind.
  4. Ramanverstärker (48), umfassend ein Halbleiterlasermodul (M1; M2; M3; M4; M5; M6; M7; M) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Pumplichtquelle.
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