JP2001257422A

JP2001257422A - 半導体レーザモジュール

Info

Publication number: JP2001257422A
Application number: JP2000067472A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nakatani; 洋幸中谷; Atsushi Miki; 淳三木; Masaichi Mobara; 政一茂原; Goro Sasaki; 吾朗佐々木
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-09-21
Also published as: US20010021210A1; EP1133036A3; EP1133036A2

Abstract

(57)【要約】【課題】光出力を安定化させることが可能な半導体レ
ーザモジュールを提供すること。【解決手段】半導体レーザモジュールは、半導体発光
素子と、回折格子が設けられた光ファイバとを有してい
る。回折格子は、屈折率の周期が光ファイバの光軸方向
（光導波方向）に沿って連続的に変化するチャープトグ
レーティングであり、このチャープトグレーティングの
屈折率の振幅は、光導波方向に沿って包絡線（アポタイ
ズ曲線）を描くように変化している。また、このチャー
プトグレーティングの回折格子幅は、半導体発光素子に
近い側が最も短く、レーザ光の進行方向（光導波方向）
に沿って格子幅が順次拡大している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を出力す
る半導体レーザモジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光を出力する半導体レーザモジュ
ールとしては、半導体発光素子から所定の間隔をおいて
回折格子が設けられた光ファイバを配置したものが存在
する。この半導体レーザモジュールの半導体発光素子
は、クラッド層の間に活性領域が形成されており、その
活性領域の端面には光射出面と光反射面が設けられてい
る。光射出面は光ファイバと対面しており光の反射率の
低い低反射面とされており、光反射面はその光射出面と
対向して形成されており光の反射率の高い高反射面とさ
れている。一方、光ファイバは、導光路となるコアに高
屈折率の領域を所定のピッチで複数形成してなる回折格
子が設けられ、半導体発光素子の光射出面側に所定の距
離隔てて配設されている。そして、この半導体レーザモ
ジュールは、半導体発光素子への電流注入により活性領
域で光を生じ、光反射面と回折格子の間で反射させ増幅
させて、回折格子のピッチ幅で決まる単一波長のレーザ
光を光ファイバを通じて出力するものである。上述した
構成の半導体レーザモジュールは、特に高出力が要求さ
れるような、光増幅器あるいはラマン増幅器の励起用光
源などに用いるのに適している。

【０００３】上述したような半導体レーザモジュールと
して、たとえば特開平１０−２９３２３４号公報に開示
されたようなものが知られている。この特開平１０−２
９３２３４号公報に開示された半導体レーザモジュール
は、光を出射するための半導体発光素子と、半導体発光
素子を収納するパッケージと、半導体発光素子からの出
射光のなかで所定の波長の光のみを反射するための回折
格子が設けられた光ファイバと、パッケージとこの光フ
ァイバを結合するフェルール及びコネクタスリーブとを
具備しており、回折格子が、図１３に示されるように、
屈折率の周期が連続的に変化するチャープトグレーティ
ング（chirped grating 、「チャープ格子」ともい
う。）とされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザモ
ジュールからの光出力を安定化させることが可能な半導
体レーザモジュールを提供することを課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らの調査研究の
結果、以下のような事実を新たに見出した。回折格子と
してチャープトグレーティングを採用した場合、図１４
に示されるように、回折格子の反射スペクトル特性は略
台形状となって広がるため、レーザ光の発振波長帯域内
に複数の縦モードが存在することになる。しかしなが
ら、チャープトグレーティングを採用した場合の回折格
子の反射スペクトル特性においては、反射スペクトル特
性のサイドローブに含まれるサブピークの影響を受け
て、図１４に示されるように、反射スペクトル特性に複
数のピークが存在することになる。このため、図１５に
示されるように、レーザ光の発振スペクトルにリップル
（図１５中、Ａ部）が生じることが判明した。

【０００６】上述したように、発振スペクトルにリップ
ルが生じていることから、電流注入に伴いモードホップ
が発生して光出力が大きく変化して、図１６に示される
ように、注入電流−光出力の特性においてキンク（Ｂ領
域）が生じてしまい、半導体レーザモジュールからの光
出力が安定しないことも判明した。なお、図１２におい
て、特性Ｃが注入電流−光出力特性を示しており、特性
Ｄが注入電流−スロープ効率特性を示している。

【０００７】このため、本発明に係る半導体レーザモジ
ュールは、光を出射するための半導体発光素子と、半導
体発光素子からの出射光のなかで所定の波長の光を反射
するための回折格子が設けられた光ファイバと、備え、
半導体発光素子と光ファイバとが光学的に結合された半
導体レーザモジュールであって、回折格子は、チャープ
トグレーティングであり、チャープトグレーティングの
屈折率の振幅は、光導波方向に沿ってアポタイズされて
いることを特徴としている。

【０００８】本発明に係る半導体レーザモジュールで
は、回折格子が、チャープトグレーティングであり、チ
ャープトグレーティングの屈折率の振幅が、光導波方向
に沿ってアポタイズされているので、回折格子の反射ス
ペクトル特性は、反射スペクトルの半値幅以上の領域に
おいて単一のピークを有して緩やかに変化することにな
り、反射スペクトル特性における複数のピークの発生が
抑制される。このように、回折格子の反射スペクトル特
性は、反射スペクトルの半値幅以上の領域において単一
のピークを有して緩やかに変化することとなるから、外
乱等により半導体発光素子の光反射面と光射出面間で共
振する光の縦モードの波長が変動したとしても、回折格
子の反射スペクトル特性に基づいて発振するレーザ光の
出力に対する影響が小さいから、そのレーザ光の注入電
流−光出力特性においてキンクの発生が抑制される。こ
の結果、半導体レーザモジュールからの光出力を安定化
させることができる。

【０００９】また、回折格子の反射スペクトルの半値幅
が２ｎｍ以上であることが好ましい。このように、回折
格子の反射スペクトルの半値幅が２ｎｍ以上であること
により、レーザ光の発振波長帯域内に複数の縦モードが
存在することとなるから、それらの縦モードが波長変動
しても、レーザ光の出力に与える影響は小さく、そのレ
ーザ光の注入電流−光出力特性においてキンクの発生が
抑制できる。

【００１０】また、回折格子の反射スペクトルの半値幅
が６ｎｍ以下であることが好ましい。このように、回折
格子の反射スペクトルの半値幅が６ｎｍ以下であること
により、波長を合成する場合において最適な発振線幅を
得ることができる。

【００１１】また、回折格子の反射率が１％以上である
ことが好ましい。このように、回折格子の反射率が１％
以上であることにより、回折格子のブラッグ波長での発
振を得ることができる。

【００１２】また、回折格子は、光導波方向における第
１の位置での格子幅が、光導波方向に見て第１の位置よ
りも半導体発光素子に近い第２の位置での格子幅に比し
て大きくされたチャープトグレーティングであることが
好ましい。このように、前記回折格子が、光導波方向に
おける第１の位置での格子幅が、光導波方向に見て第１
の位置よりも半導体発光素子に近い第２の位置での格子
幅に比して大きくされたチャープトグレーティングであ
ることにより、発振スペクトル特性におけるリップルの
発生が抑制される。これにより、レーザ光の注入電流−
光出力特性においてキンクの発生が抑制できる。

【００１３】また、光ファイバは、偏波面保存光ファイ
バであることが好ましい。このように、光ファイバが偏
波面保存光ファイバであることにより、半導体発光素子
と回折格子の間で形成される共振器内での光の偏光状態
が保持されるので、光出力の安定性を高めることができ
る。また、上述した共振器の外部の光ファイバ部分にお
ける曲げ、ねじれに対する共振器内の偏波の擾乱を抑制
することができる。

【００１４】また、パッケージと光ファイバを結合する
結合手段を更に備え、結合手段は、パッケージに取り付
けられ光ファイバを保持するフェルールを含み、回折格
子は、光ファイバのフェルール内に保持されている部分
に設けられていることが好ましい。このような構成とし
た場合、光ファイバと半導体発光素子との結合効率が向
上して、振動等の衝撃に対する光出力の変化を抑制する
ことができる。

【００１５】また、光ファイバの半導体発光素子側の先
端端面は、光導波方向に対して直角な面から一定の角度
だけ傾斜していることが好ましい。このように、光ファ
イバの半導体発光素子側の先端端面が、光導波方向に対
して直角な面から一定の角度だけ傾斜していることによ
り、光ファイバの半導体発光素子側の先端端面における
反射を抑制して、光ファイバの先端端面から半導体発光
素子への光出力の減少を抑制することができる。

【００１６】また、光ファイバの半導体発光素子側の先
端端面は、反射率１％以下の反射防止膜がコーティング
されていることが好ましい。このように、光ファイバの
半導体発光素子側の先端端面に、反射率１％以下の反射
防止膜がコーティングされることにより、光ファイバの
先端端面におけるレーザ光の反射を抑制して、光ファイ
バの先端端面から半導体発光素子への光出力の減少を抑
制することができる。

【００１７】また、半導体発光素子の光射出面は、反射
率０．０５％以上１％以下の反射防止膜がコーティング
されていることが好ましい。このように、前記半導体発
光素子の光射出面に、反射率０．０５％以上１％以下の
反射防止膜がコーティングされることにより、半導体発
光素子の光射出面におけるレーザ光の反射を抑制し、半
導体発光素子から光ファイバへの光出力の減少を抑制す
ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
による半導体レーザモジュールの好適な実施形態につい
て詳細に説明する。なお、各図において同一要素には同
一符号を付して説明を省略する。また、図面の寸法比率
は説明のものと必ずしも一致していない。

【００１９】図１は、本発明の実施形態に係る半導体レ
ーザモジュールの概略縦断面図である。この半導体レー
ザモジュールＭは、パッケージ１及び回折格子コネクタ
２を備えている。パッケージ１には半導体発光素子３が
収納され、この半導体発光素子３は、チップキャリア１
１上に載置されている。

【００２０】半導体発光素子３は、図２に示されるよう
に、光の発生及び増幅を行う活性領域４を有しており、
その活性領域４を挟んで相対向する光反射面５、光射出
面６が設けられている。この半導体発光素子３は、活性
領域４へ電流を注入されることにより光を生じ増幅し
て、その光を光反射面５で反射して光射出面６から射出
するようになっている。半導体発光素子３としては、た
とえば、ファブリペロー型のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰの
ダブルヘテロ構造の半導体チップが用いられ、ＩｎＰか
らなるクラッド層の間にＩｎＧａＡｓＰからなる活性領
域が設けられた構造とされる。また、半導体発光素子３
として、たとえば、発振波長が１.４８μｍ帯用のもの
が用いられる。この場合、半導体レーザモジュールＭを
光増幅器の励起用光源として利用できる。

【００２１】半導体発光素子３における電流の注入手段
としては、たとえば、半導体発光素子３に電流注入用の
駆動回路（図示なし）を接続したものが採用され、クラ
ッド層７，７を通じて活性領域４へ電流を流せるような
構造のものであればよい。このような駆動回路から半導
体発光素子３に所定の電流が注入されることで、活性領
域４を含むｐ−ｎ接合構造は反転分布を生じる。この活
性領域４は、自然放出光を引き金として誘導放出によっ
て増幅した光を放出し、これらの自然放出光と誘導放出
光とが光射出面６から射出されることとなる。なお、半
導体発光素子３は、前述のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰのダ
ブルヘテロ構造体のものに限られるものでなく、光を発
生し増幅すると共に前述の光反射面５及び光射出面６を
有するものであれば、その他の半導体等により形成され
たものであってもよい。また、半導体発光素子３は、
１.４８μｍ帯用のものに限られるものではなく、その
他の波長でレーザ光を発振させるものであってもよい。

【００２２】半導体発光素子３の光射出面６には、反射
防止膜がコーティングされており、光反射率が非常に低
いものとされている。この光射出面６の反射防止膜とし
ては、たとえば、誘電体多層膜８が用いられる。この誘
電体多層膜８は、シリカ（ＳｉＯ₂ ）、窒化けい素（Ｓ
ｉ₃Ｎ₄）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃ ）、アモルフ
ァスシリコンなどの薄い膜を積層して構成したものであ
って、その膜の材質の屈折率、厚さ及び層数を適宜変え
ることにより特定波長における光反射率を任意に設定す
ることが可能である。この光射出面６の反射防止膜（誘
電体多層膜８）は、光反射率が反射率０．０５％以上１
％以下とされていることが望ましい。このような光反射
率にすることにより、半導体発光素子３の光射出面６に
おけるレーザ光の反射を抑制し、図４に示されるよう
に、半導体発光素子３から光ファイバ２１への光出力の
減少を抑制することができる。本実施形態において、誘
電体多層膜８の厚さは、λ／４である０．３μｍ程度に
設定している。

【００２３】一方、半導体発光素子３の光反射面５側
は、発振波長における光反射率が非常に高いものとされ
ている。本実施形態においては、この光反射面５に光射
出面６と同様な誘電体多層膜９を形成することにより、
高い光反射率を得ている。

【００２４】再び、図１を参照すると、チップキャリア
１１は、例えば、冷却手段１２を介してパッケージ１の
底部ベッドに固定される。この冷却手段１２は、例え
ば、ペルチェ効果素子のような放熱要素で構成されてお
り、駆動中半導体発光素子３に対して適切な放熱機能を
与える。

【００２５】パッケージ１内には、必要に応じて、さら
に、「コリメートレンズ」と呼ばれる第１レンズ１３が
設けられる。この第１レンズ１３は、半導体発光素子３
の出射光側に光軸を合わせてチップキャリア１１上に支
持されている。

【００２６】また、半導体レーザモジュールＭでは、図
１に示されるように、パッケージ１のケーシング１４が
延長され、この延長された部分に、回折格子コネクタ２
が入り込みパッケージ１内に配置されている。回折格子
コネクタ２は、光ファイバ２１、フェルール３１、及
び、コネクタスリーブ３２を有している。光ファイバ２
１はフェルール３１の内部に挿通され、フェルール３１
は、金属製のものであって、コネクタスリーブ３２を介
してケーシング１４及び内壁１５（パッケージ１）に安
定して固定される。このフェルール３１の主たる機能
は、光ファイバ２１が半導体発光素子３に光学的に結合
されるように光ファイバ２１を支持する結合手段、並び
に、この光ファイバ２１に外乱的に応力が与えられない
ように保護する保護手段を提供することである。また、
回折格子コネクタ２は、破線で示されるコネクタカバー
３３によって全体が支持され且つ保護される。

【００２７】光ファイバ２１と第１レンズ１３との間の
光学的な経路には、集光用の第２レンズ３４などの所要
の光学的要素が配置されている。これらの光学的要素
は、必要に応じて、その全部又は一部をパッケージ１側
又は回折格子コネクタ２側に設けることができる。図１
に示された例では、第２レンズ３４が、半導体発光素子
３からのレーザ出射光の光軸に合わせて、コネクタスリ
ーブ３２内に設けられている。これにより、半導体発光
素子３から出射される光は、第１レンズ１３及び第２レ
ンズ３４を介して、回折格子コネクタ２（光ファイバ２
１）側に導かれる。

【００２８】光ファイバ２１は、図３に示されるよう
に、クラッド２２の中心位置に沿って高屈折率のコア２
３が形成されている。そして、光ファイバ２１のフェル
ール３１内に保持されている部分の少なくともコア２３
には、特定波長の光を反射するための回折格子２４が設
けられている。このように、フェルール３１が金属製で
あって、且つ、回折格子２４が光ファイバ２１のフェル
ール３１内に保持されている部分に設けられることによ
り、光ファイバ２１の高精度実装が可能となり、光ファ
イバ２１と半導体発光素子３との結合効率が向上して、
環境温度変化や振動等の衝撃に対する光出力の変化を抑
制することができる。

【００２９】また、光ファイバ２１として偏波面保存光
ファイバを用いるのが好ましく、このように偏波面保存
光ファイバを用いて、偏波面保存光ファイバにて伝搬す
る光の偏光面と半導体発光素子３から出射された光の偏
光面とを合わせることにより、半導体発光素子３と回折
格子２４の間で形成される共振器内での光の偏光状態が
保持され、光出力の安定性を高めることができる。ま
た、上述した共振器の外部の光ファイバ部分における曲
げ、ねじれに対する共振器内の偏波の擾乱を抑制するこ
とができる。

【００３０】光ファイバ２１の半導体発光素子３側の先
端端面２５は、反射防止コーティング（ＡＲコーティン
グ）されており、光反射率が非常に低いものとされてい
る。この先端端面２５の反射防止コーティングとして
は、たとえば、ＴｉＯ₂＋ＳｉＯ₂をＩＡＤ製法によって
４層積層した厚さ０．７μｍの誘電体多層膜２６が用い
られる。この誘電体多層膜２６は、その膜の材質の屈折
率、厚さ及び層数を適宜変えることにより特定波長にお
ける光反射率を様々に設定することが可能である。この
先端端面２５の反射防止コーティングは、光反射率が１
％以下とされていることが望ましい。このような光反射
率にすることにより、光ファイバ２１の先端端面２５に
おける反射を抑制して、光ファイバ２１の先端端面２５
から半導体発光素子３への光出力の減少を抑制すること
ができる。

【００３１】また、光ファイバ２１の先端端面２５は、
光ファイバ２１の光軸方向（光導波方向）ｎに対して直
角な面ｐから一定の角度θを有するように斜めに研磨さ
れている。このように、光ファイバ２１の先端端面２５
が、光ファイバ２１の光軸方向（光導波方向）ｎに対し
て直角な面ｐから一定の角度θを有するように斜めに研
磨されていることにより、光ファイバ２１の先端端面２
５におけるレーザ光の反射を抑制し、光出力の減少を抑
制することができる。光ファイバ２１の光軸方向（光導
波方向）ｎに対して直角な面ｐと光ファイバ２１の先端
端面２５とが成す角度θの大きさは、４°≦θ≦８°に
設定することが好ましい。角度θをθ≧４°に設定する
ことにより、図５に示されるように、光出力の減少をよ
り一層抑制することができる。また、角度θをθ≦８°
に設定することにより、光ファイバ２１の結合損失を低
減することができる。角度θを８°以上に設定すること
により、図６に示されるように、第２レンズ３４と光フ
ァイバ２１との軸ずれ量が大きくなり、光ファイバ２１
と半導体発光素子３との結合効率が悪化することにな
る。

【００３２】回折格子２４は、干渉露光法を用いること
により光ファイバ２１に設ければよい。すなわち、ゲル
マニウムが添加されたコア２３へ向けて干渉された紫外
光を光ファイバ２１の外側から照射することにより、紫
外光の干渉の光強度分布に応じた屈折率を有する回折格
子２４がコア２３に設けられることとなる。なお、この
回折格子２４は、図１及び図３においては光ファイバ２
１の先端端面２５から所定の距離隔てて設けられている
が、その距離を隔てず光ファイバ２１の先端端面２５か
ら直に設けられていてもよい。

【００３３】回折格子２４は、半導体発光素子３の光反
射面５と共にファブリペロー型の共振器を構成するもの
であって、光ファイバ２１の光軸方向に沿ってコア２３
の屈折率を周期的に変化させて設けられている。その屈
折率の周期により光の反射波長特性が設定されることと
なる。ここで、回折格子２４は、回折格子２４における
屈折率の周期が連続的に変化するチャープトグレーティ
ングとされている。チャープトグレーティングは、図７
に示されるように、ファイバの光導波方向の屈折率変化
の周期、すなわちグレーティング周期を光導波方向に連
続的に変化させたものである。換言すればグレーティン
グ周期が一定ではなく、徐々に変化しているものであ
る。これにより、反射光の波長を、グレーティング周期
の短いものから長いものまでに対応して連続的に変化さ
せることができるようになる。

【００３４】このチャープトグレーティング（回折格子
２４）の屈折率の振幅は、光導波方向に沿ってアポタイ
ズされており、図７に示されるように、包絡線（アポタ
イズ曲線）を描くように変化している。なお、ここで言
う包絡線とは、三角形やガウス型をいずれも含んでい
る。

【００３５】また、チャープトグレーティング（回折格
子２４）の格子幅は、図１及び図７に示されるように、
光導波方向における第１の位置での格子幅が、光導波方
向に見て第１の位置よりも半導体発光素子３に近い第２
の位置での格子幅に比して大きくなるように、半導体発
光素子３（光ファイバ２１の入射光側端面２５）に近い
側が最も短く、レーザ光の進行方向（光導波方向）に沿
って格子幅が順次拡大している。

【００３６】回折格子２４の反射スペクトル特性は、図
８に示されるに、回折格子２４の反射帯域幅が２ｎｍ以
上６ｎｍ以下となるような特性を呈する。回折格子２４
の反射帯域幅は、半導体発光素子３の光反射面５と光射
出面６の間で共振する光の縦モードの波長間隔より大き
く設定されることなり、レーザ光の発振波長帯域内に複
数の縦モードが存在することになる。

【００３７】回折格子２４の反射スペクトル特性は、図
８に示されるように、回折格子２４の反射帯域幅の領域
において、中心波長λｃにて単一のピークを有し且つ緩
やかに変化することになり、反射スペクトル特性におけ
る複数のピークの発生が抑制される。回折格子２４の反
射スペクトル特性が、単一のピーク（中心波長λｃ）を
有し且つ緩やかに変化することとなるから、外乱等によ
り半導体発光素子３の光反射面５と光射出面６間で共振
する光の縦モードの波長が変動したとしても、回折格子
２４の反射スペクトル特性に基づいて発振するレーザ光
の出力に対する影響が小さいから、そのレーザ光の注入
電流−光出力特性においてキンクの発生が抑制される。
この結果、半導体レーザモジュールＭからの光出力を安
定化させることができる。ここで、回折格子２４の反射
帯域幅とは、図８に示されるように、回折格子２４を形
成した光ファイバ２１に光を伝送させたときに、回折格
子２４で最大に反射される光の波長（中心波長λｃ）を
中心とし、その最大反射量Ｒに対し半減した反射量Ｒ／
２となる短波長と長波長との間の波長領域、いわゆる回
折格子２４の反射スペクトルの半値幅Δλｃをいう。

【００３８】また、回折格子２４の反射スペクトル特性
が、中心波長λｃにおいて単一のピークを有しており、
回折格子２４の反射スペクトル特性における複数のピー
クの発生が抑制されるので、レーザ光が、発振波長帯域
内に存在する複数の縦モードのうちのどの縦モードで発
振するのかを設計上管理することができ、半導体レーザ
モジュールＭ毎に発振の中心波長がばらついてしまうの
を抑制することができる。

【００３９】また、回折格子２４の反射スペクトル特性
が広がり、レーザ光の発振波長帯域内に複数の縦モード
が存在することになるので、半導体発光素子３と回折格
子２４との間の距離を短くしても、安定化された光出力
発振スペクトルを得ることができる。また、回折格子２
４がパッケージ１内、及び、フェルール３１（コネクタ
スリーブ３２）内に相当する位置に設けられていること
によって、半導体発光素子３と回折格子２４との間の光
ファイバ内に形成される共振器は、外乱により曲げや捩
じり（ひねり）といった影響を受けることが低減されて
所望の偏光状態が得られ、出力特性の変動が小さくな
る。

【００４０】回折格子２４の反射率Ｒｃ、及び、この反
射スペクトルの半値幅Δλｃは、次の関係になるように
選ばれるのが好ましい。Ｒｃ≧１％好ましくは、１％≦Ｒｃ≦６％回折格子２４の反射率Ｒｃが１％以上であることによ
り、図９に示されるように、反射率Ｒｃがこれより小さ
過ぎる場合に比べて、回折格子２４のブラッグ波長での
発振を得ることができる。また、回折格子２４の反射率
Ｒｃが６％以下であることにより、回折格子２４のブラ
ッグ波長での最適な発振を得ることができる。

【００４１】そして、 Δλｃ≧２ｎｍ好ましくは、２ｎｍ≦Δλｃ≦６ｎｍ回折格子２４の反射スペクトルの半値幅Δλｃが２ｎｍ
以上であることにより、レーザ光の発振波長帯域内に複
数の縦モードが存在することとなるから、それらの縦モ
ードが波長変動しても、レーザ光の発振状態に与える影
響は小さく、そのレーザ光の注入電流−光出力特性にお
いて非直線性（キンク）の発生が防止される。また、回
折格子２４の反射スペクトルの半値幅Δλｃが６ｎｍ以
下であることにより、図１０に示されるように、波長を
合成する場合において最適な発振線幅１０ｎｍ以下を得
ることができる。ここで、発振線幅とは、Envelope法に
て、ピークから−１０ｄＢの位置における線幅のことで
ある。

【００４２】次に、半導体レーザモジュールＭの作動に
ついて説明する。

【００４３】図１〜図３において、半導体発光素子３の
クラッド層７，７間に所定の電圧を印加して、活性領域
４へ電流を注入する。すると、活性領域４が励起されて
自然放出光を発する。この自然放出光は、活性領域４内
で誘導放出を引き起こして誘導放出光と共に進行して、
反射率の高い光反射面５で反射されて反射率の低い光射
出面６から射出されていく。

【００４４】光射出面６から光ファイバ２１側へ射出さ
れた光は、光ファイバ２１のコア２３内へ入射されて、
コア２３に沿って進行し回折格子２４で反射される。そ
の際、回折格子２４により反射された所定の波長帯域の
光のみが半導体発光素子３側へ進行し、光ファイバ２１
の先端端面２５から射出され半導体発光素子３の光射出
面６を通じて活性領域４内へ入射される。そして、活性
領域４内を進行する光は、再び増幅されながら光反射面
５で反射され、その光反射面５と光ファイバ２１の回折
格子２４との間での往復を繰り返し増幅され、回折格子
２４を透過して所望のレーザ光として出力されていく。
その際、回折格子２４の反射波長帯域幅がレーザ光にお
ける縦モードの波長間隔より広く設定されているから、
レーザ光の発振スペクトルはその縦モードの波長間隔よ
り広い帯域を有するものとなる。

【００４５】しかしながら、回折格子２４の反射スペク
トル特性が、回折格子２４の反射帯域幅の領域において
単一のピークを有し且つ緩やかに変化する特性を有して
いるから、外乱等により半導体発光素子３の光反射面５
と光射出面６間で共振する光の縦モードの波長が変動し
たとしても、回折格子２４の反射スペクトル特性に基づ
いて発振するレーザ光の出力に対する影響が小さいか
ら、そのレーザ光の注入電流−光出力特性においてキン
クの発生が抑制できる。また、レーザ光の発振波長帯域
内に存在する複数の縦モードのうち、どの縦モードで発
振するのかを設計上管理することができ、半導体レーザ
モジュールＭ毎に発振の中心波長がばらついてしまうの
を抑制することができる。

【００４６】ここで、半導体レーザモジュールＭを実際
に作動させたときの、発振スペクトル特性を図１１に、
また、注入電流−光出力特性及び注入電流−スロープ効
率特性を図１２に示す。半導体レーザモジュールＭにあ
っては、図１１に示されるように、発振スペクトルにリ
ップルが発生せず、安定した発振スペクトル特性が得ら
れた。また、半導体レーザモジュールＭにあっては、図
１２に示されるように、注入電流を徐々に増加させても
光出力Ｐにおけるキンクの発生が抑制されて、安定した
光出力特性が得られた。このときの半導体レーザモジュ
ールＭは、半導体発光素子３として１.４８μｍ帯用の
ものを用い、回折格子２４の反射率Ｒｃを３．５％と
し、回折格子２４の反射スペクトルの半値幅Δλｃを
３．０ｎｍとしたものである。ここで、スロープ効率Ｓ
については、よく知られているように、注入電流−出力
特性において、光強度Ｌは半導体発光素子電流に対して
発光閾値電流Ｉthから所定の傾きで立上がるが、この傾
きΔＬ／ΔＩが「スロープ効率」と呼ばれている。な
お、図１２において、特性Ｃ１が注入電流−光出力特性
を示しており、特性Ｄ１が注入電流−スロープ効率特性
を示している。

【００４７】一方、図１３に示されたようなチャープト
グレーティングが設けられた光ファイバを用いた従来の
半導体レーザモジュールを作動させたときの、発振スペ
クトル特性、注入電流−光出力特性、及び、注入電流−
スロープ効率特性は、前述したように図１５及び図１６
に示すとおりである。この従来の半導体レーザモジュー
ルは、半導体発光素子として１.４８μｍ帯用のものを
用い、回折格子２４の反射率Ｒｃを３．０％とし、回折
格子２４の反射スペクトルの半値幅Δλｃを７．５ｎｍ
としたものである。従来の半導体レーザモジュールにあ
っては、図１５に示されるように、発振スペクトルにリ
ップルが発生しており、発振スペクトル特性は不安定と
なる。また、従来の半導体レーザモジュールにあって
は、図１６に示されるように、注入電流を徐々に増加さ
せると光出力にキンクが発生し、光出力特性が不安定と
なる。

【００４８】図１１及び図１２と、図１５及び図１６と
に示された特性を対比して明らかなように、光ファイバ
２１に設けられる回折格子２４が、屈折率の周期が光導
波方向に沿って連続的に変化するチャープトグレーティ
ングであり、また、このチャープトグレーティングの屈
折率の分布が、光導波方向に沿って包絡線を描くように
変化する場合（図１１及び図１２）には、光ファイバ２
１に設けられる回折格子がチャープトグレーティングで
ある場合（図１５及び図１６）と比較して、発振波長の
ばらつきが抑制されると共に、注入電流−光出力特性を
キンクの発生が抑制されたものにすることができ、安定
した光出力発振スペクトルを得ることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、光出力を安定化させることが可能な半導体レー
ザモジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュー
ルの概略縦断面図である。

【図２】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュー
ルに含まれる、半導体発光素子の構成図である。

【図３】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュー
ルに含まれる、光ファイバの構成図である。

【図４】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュー
ルにおける、半導体発光素子反射防止膜の反射率と、半
導体発光素子からの光出力との関係を示す線図である。

【図５】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュー
ルにおける、光ファイバの光軸方向に対して直角な面と
光ファイバの先端端面とが成す角度と、光ファイバの先
端端面での反射減衰率との関係を示す線図である。

【図６】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュー
ルにおける、光ファイバの光軸方向に対して直角な面と
光ファイバの先端端面とが成す角度と、第２レンズの軸
ずれ量との関係を示す線図である。

【図７】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュー
ルに含まれる、回折格子の屈折率分布を示す線図であ
る。

【図８】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュー
ルに含まれる、回折格子の反射スペクトル特性を示す線
図である。

【図９】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュー
ルにおける、回折格子の反射率と、回折格子から半導体
発光素子への光出力との関係を示す線図である。

【図１０】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュ
ールにおける、回折格子の反射スペクトルの半値幅と、
発振線幅との関係を示す線図である。

【図１１】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュ
ールの特性例として、発振スペクトル特性を示す線図で
ある。

【図１２】本発明の実施形態に係る半導体レーザモジュ
ールの特性例として、注入電流−光出力特性、及び、注
入電流−スロープ効率特性を示す線図である。

【図１３】従来の半導体レーザモジュールに含まれる、
回折格子（チャープトグレーティング）の屈折率分布を
示す線図である。

【図１４】従来の半導体レーザモジュールに含まれる、
回折格子（チャープトグレーティング）の反射スペクト
ル特性を示す線図である。

【図１５】従来の半導体レーザモジュールの特性例とし
て、発振スペクトル特性を示す線図である。

【図１６】従来の半導体レーザモジュールの特性例とし
て、注入電流−光出力特性、及び、注入電流−スロープ
効率特性を示す線図である。

【符号の説明】

１…パッケージ、２…回折格子コネクタ、３…半導体発
光素子、４…活性領域、５…光反射面、６…光射出面、
７…クラッド層、８…誘電体多層膜、９…誘電体多層
膜、１１…チップキャリア、１２…冷却手段、１３…第
１レンズ、１４…ケーシング、１５…内壁、２１…光フ
ァイバ、２２…クラッド、２３…コア、２４…回折格
子、２５…先端端面、２６…誘電体多層膜、３１…フェ
ルール、３２…コネクタスリーブ、３３…コネクタカバ
ー、３４…第２レンズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｓ 5/028 Ｈ０１Ｓ 5/028 (72)発明者茂原政一神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者佐々木吾朗神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 CA05 2H038 BA25 2H050 AA07 AB03Z AC84 AD16 5F073 AA83 AB27 CA12 CB02 EA15 FA06 FA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を出射するための半導体発光素子と、
前記半導体発光素子からの出射光のなかで所定の波長の
光を反射するための回折格子が設けられた光ファイバ
と、備え、前記半導体発光素子と前記光ファイバとが光
学的に結合された半導体レーザモジュールであって、前記回折格子は、チャープトグレーティングであり、前記チャープトグレーティングの屈折率の振幅は、前記
光導波方向に沿ってアポタイズされていることを特徴と
する半導体レーザモジュール。
【請求項２】前記回折格子の反射スペクトルの半値幅
が２ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の
半導体レーザモジュール。
【請求項３】前記回折格子の反射スペクトルの半値幅
が６ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求
項２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】前記回折格子の反射スペクトルが１％以
上であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれ
か一項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】前記回折格子は、光導波方向における第
１の位置での格子幅が、光導波方向に見て前記第１の位
置よりも前記半導体発光素子に近い第２の位置での格子
幅に比して大きくされたチャープトグレーティングであ
ることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項
に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項６】前記光ファイバは、偏波面保存光ファイ
バであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれ
か一項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項７】前記パッケージと前記光ファイバを結合
する結合手段を更に備え、前記結合手段は、前記パッケージに取り付けられ前記光
ファイバを保持するフェルールを含み、前記回折格子は、前記光ファイバの前記フェルール内に
保持されている部分に設けられていることを特徴とする
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の半導体レー
ザモジュール。
【請求項８】前記光ファイバの前記半導体発光素子側
の先端端面は、前記光導波方向に対して直角な面から一
定の角度だけ傾斜していることを特徴とする請求項１〜
請求項７のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュー
ル。
【請求項９】前記光ファイバの前記半導体発光素子側
の先端端面は、反射率１％以下の反射防止膜がコーティ
ングされていることを特徴とする請求項１〜請求項８の
いずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１０】前記半導体発光素子の光射出面は、反
射率０．０５％以上１％以下の反射防止膜がコーティン
グされていることを特徴とする請求項１〜請求項９のい
ずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。