JP2001021772A - レーザダイオードモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザダイオードモジュールから出射される
光出力を増大させるとともに、レーザダイオードモジュ
ール全体の構成を小型軽量化すること。 【解決手段】 所定波長帯で発振するレーザダイオード
１と、レーザダイオード１の出射端面２から出射された
出射ビームを集光する集光光学系４と、集光光学系４の
集光位置に光ファイバ６の入射端面１１を配置した光フ
ァイバ６と、を備え、所定波長帯のうちの所望波長のレ
ーザ光を光ファイバ６の光路に伝播させて出力するレー
ザダイオードモジュールにおいて、光ファイバ６は、コ
ア層８を伝播する所望波長のコア層伝播光１２に対する
反射率に比してクラッド層９を伝播する所望波長のクラ
ッド層伝播光１３に対する反射率を高く設定したグレー
ティング７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバ増幅
器の励起用光源として用いるレーザダイオードモジュー
ルに関し、特に励起用の光出力を増大するとともに、小
型軽量化を実現できるレーザダイオードモジュールに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、光増幅媒体として光ファイバ
を用いた光ファイバ増幅器がある。この光ファイバ増幅
器は、光ファイバ中にＥｒ、Ｎｄ等の希土類元素のイオ
ンを添加し、これを励起することによってエネルギー準
位間の誘導放出現象を利用するものや、光ファイバの材
料自体の非線形光学応答である誘導ラマン散乱や誘導ブ
リュアン散乱等を利用するものがある。いずれの場合に
おいても、光ファイバ増幅器による増幅を行う際の光励
起用光源が必要となる。この光励起用光源は、光ファイ
バの材料自体の非線形光学応答を用いる場合、光ファイ
バ自体が９８０ｎｍの光を効率的に吸収するため、９８
０ｎｍの発振波長に精度高く調整されていることが必要
である。

【０００３】図３は、光ファイバ増幅器の励起用光源と
して用いる従来のレーザダイオードモジュールの構成を
示す図であり、米国特許５，４８５，４８１号公報に記
載された構成を参照している。図３において、レーザダ
イオード１０１は、９８０ｎｍ帯のレーザ光を出射端面
１０２から出射ビーム１０３として出射する。集光光学
系１０４は、凸レンズ１０５を有し、出射ビーム１０３
を集光する。光ファイバ１０６は、集光光学系１０４に
よって集光された出射ビーム１０３の集光位置に入射端
面が位置するように配置されるとともに、グレーティン
グ１０７を有する。

【０００４】レーザダイオード１０１は、上述したよう
に９８０ｎｍ近傍の出射ビーム１０３を出射端面１０２
から出射するが、これは、光励起増幅対象の光ファイバ
増幅器の増幅媒質が９８０ｎｍの波長をもつ光を効率的
に吸収するからである。このため、レーザダイオード１
０１は、レーザダイオード１０１単体で９８０±１０ｎ
ｍの発振波長光を出力する。

【０００５】出射端面１０３から出射された出射ビーム
１０３は、集光光学系１０４によって光ファイバ１０６
の入射端面の中心近傍に集光される。集光光学系１０４
の凸レンズ１０５は、開口が十分に広い凸レンズであ
り、適切な倍率で単一横モード発振している出射ビーム
１０３を効率的に光ファイバ１０６の導波モードに変換
する。

【０００６】光ファイバ１０６には、光導波性を向上さ
せる目的でドーパントが混入されている。グレーティン
グ１０７は、光ファイバ１０６の外部の所定位置から紫
外線を照射し、屈折率を周期的に変化させることによっ
て形成する。この場合、光ファイバ１０６のコア層には
ゲルマニウム等のドーパントが混入されており、このコ
ア層のドーパントによって紫外線に対する感光性がクラ
ッド層に比して高くなり、グレーティング１０７は、主
として光ファイバ１０６のコア層に形成される。

【０００７】グレーティング１０７は、屈折率の変調ピ
ッチを調整して最大反射波長を９８０ｎｍとしている。
その結果、レーザダイオード１０１の発振波長とグレー
ティング１０７の最大反射波長との間の波長ずれは、１
０ｎｍ以下となる。また、グレーティング１０７の長さ
および屈折率の変化率を調整することによって、グレー
ティング１０７の反射率を２〜１０％、グレーティング
１０７の反射帯域を０．０５〜１ｎｍにしている。これ
により、グレーティング１０７と出射端面１０２との間
は、レーザダイオード１０１に対して、複合共振器とし
て作用し、本来単独では９８０ｎｍから最大１０ｎｍ離
れて発振すべきレーザダイオード１０１の発振波長を９
８０ｎｍに正確にロックすることができる。

【０００８】上述したように、レーザダイオード１０１
は、単独で共振器構造を有しているのでグレーティング
１０７を付加したことによって三つの反射点（面）をも
つ複合共振器となるが、この場合、波長に依存した共振
モードの強弱が発生し、この強弱によって光出力が不安
定となる。このため、図３に示したレーザダイオードモ
ジュールでは、グレーティング１０７を故意にレーザダ
イオード１０１の出射端面１０２から距離的に離し、反
射光の位相揺らぎを発生させてレーザダイオード１０１
の出力および波長を安定化させている。一般的に、出射
端面１０２とグレーティング１０７との間の距離は、数
ｃｍから数ｋｍである。このようなグレーティング１０
７のレーザダイオード１０１からの離隔によって、レー
ザダイオード１０１の発振波長スペクトルは、グレーテ
ィング１０７の反射帯域全般に広がり、レーザダイオー
ドモジュールの外部からの反射戻り光が存在する場合で
あっても安定動作することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のレーザダイオードモジュールでは、コア層に形
成されたグレーティング１０７によって、レーザダイオ
ードモジュールの光ファイバ１０６から出射される光量
を減少させてしまうという問題点があった。

【００１０】また、従来のレーザダイオードモジュール
では、光出力を安定化させるため、光ファイバ１０６に
おけるグレーティング１０７の形成位置を、レーザダイ
オード１０１の出射端面１０２から遠ざける構成とする
ことから、レーザダイオードモジュール全体の構成が大
きくなるという問題点があった。

【００１１】この発明は上記に鑑みてなされたもので、
レーザダイオードモジュールから出射される光出力を増
大させるとともに、レーザダイオードモジュール全体の
構成を小型軽量化することができるレーザダイオードモ
ジュールを得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかるレーザダイオードモジュールは、
所定波長帯で発振するレーザダイオードと、前記レーザ
ダイオードの端面から出射されたレーザ光を集光する集
光光学系と、前記集光光学系の集光位置に当該光ファイ
バの入射端面を配置した光ファイバと、を備え、前記所
定波長帯のうちの所望波長のレーザ光を前記光ファイバ
の光路に伝播させて出力するレーザダイオードモジュー
ルにおいて、前記光ファイバは、該光ファイバのコア層
を伝播する前記所望波長のレーザ光に対する反射率に比
して該光ファイバのクラッド層を伝播する前記所望波長
のレーザ光に対する反射率を高く設定したグレーティン
グを備えたことを特徴とする。

【００１３】この発明によれば、光ファイバ内に、該光
ファイバのコア層を伝播する前記所望波長のレーザ光に
対する反射率に比して該光ファイバのクラッド層を伝播
する前記所望波長のレーザ光に対する反射率を高く設定
したグレーティングが設けられ、このグレーティングに
よって、主としてクラッド層において所望波長のレーザ
光がレーザダイオード側に反射し、本来は無効な光であ
るクラッド層の伝播光が有効利用されてレーザダイオー
ドの発振波長を所望波長にロックするとともに、マルチ
モード光ファイバとみなされるクラッド層内の伝播光の
位相揺らぎによってレーザダイオードの発振スペクトル
がグレーティングの反射帯域全般に広がり、レーザダイ
オードモジュールの外部からの反射戻り光が存在する場
合であっても安定動作を行わせる。

【００１４】つぎの発明にかかるレーザダイオードモジ
ュールは、上記の発明において、前記光ファイバのクラ
ッド層は、前記光ファイバのコア層に比して紫外光に感
光し易い材料であることを特徴とする。

【００１５】この発明によれば、光ファイバのクラッド
層が、前記光ファイバのコア層に比して紫外光に感光し
易い材料によって形成し、紫外光を照射することによっ
て主としてクラッド層の所望位置に屈折率が周期的に変
化するグレーティングが形成される。

【００１６】つぎの発明にかかるレーザダイオードモジ
ュールは、上記の発明において、前記光ファイバは、少
なくとも前記集光位置から前記グレーティングの設置位
置に至るまでの間における前記前記光ファイバのクラッ
ド層の外周面を該クラッド層の屈折率に比して小さい屈
折率をもつ材料で再コーティングした再コーティング層
を備えたことを特徴とする。

【００１７】この発明によれば、光ファイバが、少なく
とも前記集光位置から前記グレーティングの設置位置に
至るまでの間における前記光ファイバのクラッド層の外
周面を該クラッド層の屈折率に比して小さい屈折率をも
つ材料で再コーティングされ、この再コーティングによ
って、クラッド層内の光伝播量を増加させ、ひいてはグ
レーティングからレーザダイオード側への反射光量を増
加させることができるようにしている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかるレーザダイオードモジュールの好適な実施
の形態を詳細に説明する。

【００１９】実施の形態１．まず、この発明の実施の形
態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態
１であるレーザダイオードモジュールの構成を示す断面
図である。図１において、このレーザダイオードモジュ
ールは、９８０ｎｍ帯で単一横モード発振するレーザダ
イオード１、レーザダイオード１の出射端面２から出力
された出射ビーム３を凸レンズ５を用いて集光する集光
光学系４、およびグレーティング７を有した光ファイバ
６によって大きく構成される。

【００２０】光ファイバ６のレーザダイオード１側の入
射端面１１は、集光光学系４による集光位置に配置され
る。光ファイバ６は、その軸中心のコア層８と、コア層
８の外周に設けられたクラッド層９と、クラッド層９の
外周を覆うコーティング層１０とを有する。周知のよう
にコア層８の屈折率は、クラッド層９の屈折率に比して
大きな値をもち、これによってコア層８に入射した光
は、コア層８とクラッド層９との境界層で全反射を繰り
返して伝播する。

【００２１】上述したようにレーザダイオード１は、出
射端面２から９８０ｎｍの波長近傍のレーザビームを出
射する。これは、レーザダイオードモジュールによって
光励起される光ファイバ増幅器の増幅媒体が９８０ｎｍ
帯の波長を効率的に吸収するからである。したがって、
レーザダイオード１は、その発振波長が９８０ｎｍ±１
０ｎｍとなるように製作されたものである。

【００２２】レーザダイオード１の出射端面２から出射
された出射ビーム３は、集光光学系４によって光ファイ
バ６の入射端面１１の中心近傍に集光される。集光光学
系４は、開口の十分広い凸レンズ５を有し、適切な倍率
で単一横モード発振しているレーザダイオード１の出射
ビーム３を効率的に光ファイバ６の導波モードに変換す
る。この際、出射ビーム３の７０％程度の光出力は、コ
ア層８を伝播するコア層伝播光１２となり、出射ビーム
３の残りの３０％程度の光出力は、コア層８と結合する
ことなく、クラッド層９を伝播するクラッド層伝播光１
３となる。

【００２３】光ファイバ６のコア層８およびクラッド層
９は、ともにガラス素材であり、特にクラッド層９には
紫外線の照射によって屈折率が変化するＧｅ等のドーパ
ントが混入されている。グレーティング７は、光ファイ
バ６に対して横から紫外線を照射することによって周期
的な屈折率の変化を起こさせて形成する。この場合、ク
ラッド層９の屈折率変化は、ドーパントの混入によって
コア層８の屈折率変化に比して大きいため、グレーティ
ング７は、主としてクラッド層９に形成されることにな
る。なお、クラッド層９に混入されるドーパントは、可
能であれば、グレーティング７を形成する部分に対して
のみ行えばよい。

【００２４】グレーティング７は、このように形成され
るが、さらに屈折率の変調ピッチを調整することによっ
て最大反射波長が９８０ｎｍに設定される。この結果、
レーザダイオード１の発振波長とグレーティング７の最
大反射波長との間の波長ずれは、１０ｎｍ以下となる。
なお、グレーティング７の反射率は２％以上、グレーテ
ィング７の反射帯域は０．０５〜１ｎｍ以下となるよう
に、さらにグレーティング７の長さおよび屈折率が調整
される。

【００２５】このようにして形成されたグレーティング
７は、主としてクラッド層９に形成されるため、コア層
伝播光１に対する反射率に比してクラッド層伝播光１３
に対する反射率を高くすることができ、本来、光ファイ
バ６の伝播モードとならないクラッド層伝播光１３のう
ちの９８０ｎｍの光のみを効果的にレーザダイオード１
側に反射することになり、９８０ｎｍの共振器が形成さ
れる。そして、この結果、本来、単独では９８０ｎｍか
ら最大１０ｎｍ離れて発振するレーザダイオード１の発
振波長を、９８０ｎｍにロックすることになる。

【００２６】さらに詳述すると、レーザダイオード１は
単独で共振器構造を有しており、グレーティング７を付
加することによって三つの反射点（面）をもった複合共
振器を形成する。この場合、クラッド層９はマルチモー
ドファイバとみなすことができるので、グレーティング
７からの反射光の位相揺らぎを故意に発生し、これによ
って、レーザダイオード１の出力および波長をマルチモ
ード化して安定させることができる。

【００２７】このような位相揺らぎをもった反射光をレ
ーザダイオード１側に戻すことによって、レーザダイオ
ード１の出射スペクトルは、グレーティング７の反射帯
域全般に広がり、レーザダイオードモジュールの外部か
らの反射戻り光が存在する場合においても安定動作する
ことができる。したがって、従来のレーザダイオードモ
ジュールのようにグレーティングをレーザダイオード側
から大きく離隔した位置に形成する必要なない。

【００２８】この実施の形態１によれば、グレーティン
グ７を主としてクラッド層８に形成し、本来、無効な光
であるクラッド層伝播光１３を有効利用し、このグレー
ティング７からの反射光を用いてレーザダイオードモジ
ュールからの出射ビームを９８０ｎｍにロックするよう
にしているので、コア層８を伝播するコア層伝播光１２
の光出力を低減することなく発振波長を９８０ｎｍにロ
ックすることができる。

【００２９】また、クラッド層伝播光１３は位相揺らぎ
をもっているため、レーザダイオードモジュールの外部
からの反射戻り光が存在する場合にも、レーザダイオー
ド１側から大きく離隔した位置にグレーティングを設け
ずに安定動作させることができ、レーザダイオードモジ
ュール全体の小型軽量化を促進することができる。

【００３０】さらに、クラッド層９は、紫外光に感光す
る材料によって形成されているため、容易に、クラッド
層９のみにグレーティング７を形成することができる。

【００３１】実施の形態２．つぎに、この発明の実施の
形態２について説明する。実施の形態１では、クラッド
層９の外周を通常のコーティング層１０によって覆って
いたが、実施の形態２では、光ファイバ６の入射端面１
１からグレーティング７に至るまでの間のコーティング
層を、クラッド層９に比して屈折率の小さい材料によっ
てコーティングした再コーティング層１４を設け、クラ
ッド層９における光伝播量を増加させるようにしてい
る。

【００３２】図２は、この発明の実施の形態２であるレ
ーザダイオードモジュールの構成を示す断面図である。
図２において、このレーザダイオードモジュールは、ク
ラッド層９に比して屈折率の小さい樹脂をクラッド層９
の外周に塗布した再コーティング層１４を有する。その
他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分
については同一符号を付している。

【００３３】再コーティング層１４は、クラッド層９の
屈折率に比して小さいため、クラッド層伝播光１３は、
クラッド層１３内において光伝播量を増加させることが
でき、この結果、グレーティング７によってレーザダイ
オード１側に反射される反射光量も増加させることがで
き、９８０ｎｍのロックを一層確実に行うことができ
る。

【００３４】この実施の形態２によれば、実施の形態１
と同様な作用効果を奏するとともに、さらに、再コーテ
ィング層１４によってグレーティング７からの反射光量
を増加させることができ、これによって９８０ｎｍのロ
ックを一層確実に行うことができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光ファイバ内に、該光ファイバのコア層を伝播する
前記所望波長のレーザ光に対する反射率に比して該光フ
ァイバのクラッド層を伝播する前記所望波長のレーザ光
に対する反射率を高く設定したグレーティングが設けら
れ、このグレーティングによって、主としてクラッド層
において所望波長のレーザ光がレーザダイオード側に反
射し、本来は無効な光であるクラッド層の伝播光が有効
利用されてレーザダイオードの発振波長を所望波長にロ
ックするとともに、マルチモード光ファイバとみなされ
るクラッド層内の伝播光の位相揺らぎによってレーザダ
イオードの発振スペクトルがグレーティングの反射帯域
全般に広がり、レーザダイオードモジュールの外部から
の反射戻り光が存在する場合であっても安定動作を行わ
せるようにしているので、コア層を伝播する光出力を低
減させることなく、当該レーザダイオードモジュールか
らの出力を所望波長にロックすることができるととも
に、クラッド層の伝播光の位相揺らぎを有効利用でき、
グレーティングをレーザダイオード側から大きく離隔す
る必要がないので、レーザダイオードモジュール全体の
構成を小型軽量化することができるという効果を奏す
る。

【００３６】つぎの発明によれば、光ファイバのクラッ
ド層が、前記光ファイバのコア層に比して紫外光に感光
し易い材料によって形成し、紫外光を照射することによ
って主としてクラッド層の所望位置に屈折率が周期的に
変化するグレーティングが形成されるようにしている
の、クラッド層に対するグレーティングを容易に形成す
ることができるという効果を奏する。

【００３７】つぎの発明によれば、光ファイバが、少な
くとも前記集光位置から前記グレーティングの設置位置
に至るまでの間における前記光ファイバのクラッド層の
外周面を該クラッド層の屈折率に比して小さい屈折率を
もつ材料で再コーティングされ、この再コーティングに
よって、クラッド層内の光伝播量を増加させ、ひいては
グレーティングからレーザダイオード側への反射光量を
増加させることができるようにしているので、所望波長
へのロックを一層確実に行うことができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１であるレーザダイオ
ードモジュールの構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態２であるレーザダイオ
ードモジュールの構成を示す断面図である。

【図３】 従来におけるレーザダイオードモジュールの
構成を示す図である。

【符号の説明】

１ レーザダイオード、２ 出射端面、３ 出射ビー
ム、４ 集光光学系、５凸レンズ、６ 光ファイバ、７
グレーティング、８ コア層、９ クラッド層、１０
コーティング層、１１ 入射端面、１２ コア層伝播
光、１３ クラッド層伝播光、１４ 再コーティング
層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定波長帯で発振するレーザダイオード
   と、 前記レーザダイオードの端面から出射されたレーザ光を
   集光する集光光学系と、 前記集光光学系の集光位置に当該光ファイバの入射端面
   を配置した光ファイバと、 を備え、 前記所定波長帯のうちの所望波長のレーザ光を前記光フ
   ァイバの光路に伝播させて出力するレーザダイオードモ
   ジュールにおいて、 前記光ファイバは、該光ファイバのコア層を伝播する前
   記所望波長のレーザ光に対する反射率に比して該光ファ
   イバのクラッド層を伝播する前記所望波長のレーザ光に
   対する反射率を高く設定したグレーティングを備えたこ
   とを特徴とするレーザダイオードモジュール。
2. 【請求項２】 前記光ファイバのクラッド層は、前記光
   ファイバのコア層に比して紫外光に感光し易い材料であ
   ることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオード
   モジュール。
3. 【請求項３】 前記光ファイバは、少なくとも前記集光
   位置から前記グレーティングの設置位置に至るまでの間
   における前記光ファイバのクラッド層の外周面を該クラ
   ッド層の屈折率に比して小さい屈折率をもつ材料で再コ
   ーティングした再コーティング層を備えたことを特徴と
   する請求項１または２に記載のレーザダイオードモジュ
   ール。