JP2002118325A

JP2002118325A - 半導体レーザモジュール、それを用いた励起光源装置

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Publication number: JP2002118325A
Application number: JP2001026642A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Aikiyo; 武愛清; Jiyunji Yoshida; 順自吉田; Naoki Tsukiji; 直樹築地; Satoshi Koyanagi; 諭小柳
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-04-19
Anticipated expiration: 2021-02-02
Also published as: JP5074645B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高光出力であり、電流−光出力特性における
キンク発生が抑制され、かつスペクトル幅が狭いレーザ
光を出力する半導体レーザモジュールと、そのレーザ光
を波長多重化することにより高光出力である励起光源装
置が提供される。【解決手段】共振器長１８００μｍ以上であるファブ
リ・ペロー型半導体レーザ素子３と、その半導体レーザ
素子に光結合するファイバグレーティング７ａとを有す
る半導体レーザモジュールＡであって、ファイバグレー
ティング７ａの反射帯域幅は、３nm以下であり、かつ、
半導体レーザ素子３からの発振レーザ光における縦モー
ドの波長間隔よりも大きい値になっている半導体レーザ
モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ素子と
それを用いた励起光源装置に関し、更に詳しくは、高光
出力であり、波長合成して光ファイバ増幅器用の励起光
源装置を組み立てるときに用いて有効なファブリ・ペロ
ー型半導体レーザ素子と、それを用いた高光出力の励起
光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＷＤＭ (Dense-Wavelength Division
Multiplexing) の進展により、光ファイバ増幅器の高光
出力化の要求が強まっているが、このことに伴い、光フ
ァイバ増幅器用の励起光源装置に対しても高光出力化へ
の要求が強まっている。とくに、最近では、ごく普通の
シングルモード光ファイバを用いて極めて広い帯域で利
得が得られるラマン増幅に関する研究開発が盛んに行わ
れているが、このラマン増幅に使用される励起光源装置
としては、信号波長に対してラマンシフトだけ短い種々
の波長のレーザ光を発振する多数の半導体レーザモジュ
ールの光出力を合成した高出力の励起光源装置が必要と
される。

【０００３】励起光源装置の高出力化に関しては、米国
特許第５,９３６,７６３号には次のような励起光源装置
が開示されている。この装置は、互いに異なる発振波長
でレーザ光を発振する複数個の半導体レーザモジュール
からの当該各発振波長のレーザ光を波長多重カプラで多
重化して高光出力化する装置である。その具体例として
は、図６で示したように、光出力が１００mWであり、か
つ１４５０〜１４８５nmの波長帯域において５nm間隔の
各波長で発振する８個の半導体レーザモジュールＭから
の各発振波長のレーザ光を波長多重カプラＣで多重化し
て６８０mWの光出力を得る励起光源装置が開示されてい
る。

【０００４】上記した先行技術のように、各モジュール
の光出力を波長多重化する場合、各モジュールに組み込
まれているファブリ・ペロー型半導体レーザ素子からの
発振レーザ光の発振波長は、当該半導体レーザ素子の駆
動電流や環境温度と無関係に、一定の波長に固定されて
いることが好ましい。このようなモジュールに組み込ま
れるファブリ・ペロー型半導体レーザ素子からの発振レ
ーザ光の波長を固定する方法としては、従来から、当該
レーザ素子に光結合させる光ファイバにファイバグレー
ティングを形成する方法が知られている。

【０００５】ここで、ファイバグレーティングとは、光
ファイバのコアの長手方向における屈折率分布を所定の
周期で繰返し変化させたものであって、図７で示したよ
うに、特定波長、つまり中心波長（図では１４８０nm）
を中心とした波長帯域にのみ反射率を有する反射スペク
トルを示すという特性を備えている。そして、反射率が
ピーク反射率（Ｒ）の１／２になるときの反射率のスペ
クトル幅は反射帯域幅と呼ばれ、この反射帯域幅はピー
ク反射率とともにファイバグレーティングを特徴づける
パラメータの１つになっている。

【０００６】このファイバグレーティングを半導体レー
ザ素子に光結合した状態で当該半導体レーザ素子を駆動
すると、当該半導体レーザ素子から発振した各種波長の
うち、前記特定波長を中心とする反射帯域幅内の波長の
みが半導体レーザ素子に帰還するので、その半導体レー
ザ素子の発振レーザ光の波長が固定され、またその特定
波長を中心とする狭い波長領域ではレーザ発振に必要な
光出力利得を得ることができる。

【０００７】しかしながら、半導体レーザ素子の駆動電
流や周囲の温度が変化すると、当該半導体レーザ素子か
らの発振レーザ光における縦モードがシフトし、そのこ
とにより、電流−光出力特性には図８で示したようなキ
ンクが発生する。そして、半導体レーザモジュールは、
そこから出力する励起用レーザ光の強度をモニターしな
がらこれが一定値となるように制御して使用されるた
め、そのレーザモジュールに組み込まれている半導体レ
ーザ素子の発振レーザ光に上記したようなキンクが発生
して電流−光出力特性に負の微分係数が存在すると、そ
の半導体レーザ素子が組み込まれているモジュールから
の光出力を、自動光出力制御（ＡＰＣ：Automatic Powe
r Control）することが困難になるという問題が生ず
る。

【０００８】このような問題を解決するために、米国特
許第５,８４５,０３０号には次のような半導体レーザモ
ジュールが開示されている。このモジュールは、ファイ
バグレーティング付きのモジュールであって、ファイバ
グレーティングの反射帯域幅を、組み込まれている半導
体レーザ素子の共振器長で定まる、発振レーザ光におけ
る縦モードの波長間隔よりも大きい値に設定するもので
ある。具体的には、半導体レーザ素子として、共振器長
が９００μｍで１４８０nmの波長帯域で発振する半導体
レーザ素子を用い、ファイバグレーティングの反射帯域
幅は２nm以上であるモジュールが例示されている。

【０００９】ところで、半導体レーザ素子の発振レーザ
光における縦モードの波長間隔（Δλ）は、次式： Δλ＝λ²／２ｎ・Ｌ ……（１）（ただし、λはレーザ光の発振波長、ｎは活性層の実効
屈折率、Ｌは共振器長を表す。）で与えられる。

【００１０】上記米国特許第５,８４５,０３０号で例示
されているファブリ・ペロー型半導体レーザ素子の場
合、λ＝１４８０nm、ｎ＝３.５、Ｌ＝９００μｍであ
るから、その縦モードの波長間隔（Δλ）は（１）式か
ら約０.３５nmになる。ところで、このモジュールで
は、ファイバグレーティングの反射帯域幅は、発振レー
ザ光における縦モードの波長間隔よりも大きくなるよう
に設計されている。そのため、ファイバグレーティング
の反射帯域幅（２nm以上）の中には、図９で示したよう
に、半導体レーザ素子の縦モードが約５.８個含まれて
いることになる。

【００１１】このような場合には、半導体レーザ素子の
駆動電流や周囲の温度が変化して発振レーザ光の縦モー
ドがシフトし、当該縦モードが反射帯域幅から出たり入
ったりしても、反射帯域幅内には常に複数個の縦モード
が存在しているので光出力に与える影響は小さくなり、
その結果、電流−光出力特性におけるキンク発生は低減
することになる。

【００１２】ところで、上記したようなファイバグレー
ティング付きの半導体レーザモジュールからの発振レー
ザ光を波長多重化して高光出力の励起光源装置を組み立
てる場合には、透過帯域が狭い波長多重カプラにおける
損失を低減させるために、モジュールの光ファイバから
出力されるレーザ光のスペクトル幅を狭くすることが必
要になる。そのためには、ファイバグレーティングの反
射帯域幅をできるだけ狭くすることが必要になる。

【００１３】しかしながら、ファイバグレーティングの
反射帯域幅を狭くすると、図９から明らかなように、こ
の反射帯域幅内に、常時、含まれている縦モードの個数
は減少することになる。その結果、電流−光出力特性に
キンクが発生しやすくなり、モジュールからの光出力の
ＡＰＣ制御は困難になるという問題が生じてくる。この
ようなことから、従来の励起光源装置においては、モジ
ュールからの光出力の電流−光出力特性におけるキンク
発生を抑制しつつ、しかもファイバグレーティングの反
射帯域幅を狭くすることができないので、波長多重カプ
ラにおける損失を抑制しながら同時に波長多重化度を高
めることができず、高光出力化が制限を受けるという問
題があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のファ
イバグレーティング付きの半導体レーザモジュールにお
ける上記した問題を解決し、高光出力であり、キンク発
生が抑制されていて、しかも波長多重化度を高めること
ができるレーザ光を出力する半導体レーザモジュールの
提供を目的とする。

【００１５】また、本発明は、複数の上記したレーザモ
ジュールからのレーザ光を波長多重化することにより、
非常に高光出力の励起用レーザ光を出力することがで
き、光ファイバ増幅器用として有効な励起光源装置の提
供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、ファブリ・ペロー型半導体
レーザ素子とファイバグレーティングが光結合されてい
る半導体レーザモジュールにおいて、前記ファブリ・ペ
ロー型半導体レーザ素子の共振器長は１８００μｍ以上
であり、前記ファイバグレーティングの反射帯域幅は３
nm以下、好ましくは２nm以下であり、しかも、前記ファ
ブリ・ペロー型半導体素子からの発振レーザ光の縦モー
ドの波長間隔よりも大きい値になっていることを特徴と
する半導体レーザモジュール、または、前記ファブリ・
ペロー型半導体素子の共振器長は１８００μｍ以上であ
り、前記ファイバグレーティングの反射帯域幅内には、
前記ファブリ・ペロー型半導体レーザ素子からの発振レ
ーザ光の縦モードが２〜２０個含まれていることを特徴
とする半導体レーザモジュールが提供される。

【００１７】好ましくは、前記半導体レーザ素子の発振
レーザ光の波長が１０００〜１７００nm、好ましくは１
２００〜１５５０μｍであり、前記半導体レーザ素子の
活性層が歪量子井戸構造から成り、かつ前記量子井戸構
造が歪量が０.５％以上の圧縮歪量子井戸構造であり、
前記活性層における量子井戸の個数が１０個以下であ
り、前記半導体レーザ素子は、共振器長が１８００〜３
５００μｍであり、一方の端面（前端面）の反射率が２
％以下、他方の端面（後端面）の反射率は９０％以上で
あるファブリ・ペロー型半導体レーザ素子と、そのレー
ザ素子とファイバグレーティングとを組み合わせた半導
体レーザモジュールが提供される。

【００１８】更に、本発明においては、互いに異なる波
長のレーザ光を出力する、上記半導体レーザモジュール
の複数と、各半導体レーザモジュールから出力する複数
のレーザ光を波長多重化する手段とを備えている励起光
源装置が提供される。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１に、本発明のモジュールの１
例Ａを示す。図１において、パッケージ１の中には、ペ
ルチェモジュール２が配置され、そのペルチェモジュー
ル２の上には、更に、後述する半導体レーザ素子３とサ
ーミスタ４とレンズ５ａを固定した基板６が固定配置さ
れている。そして、パッケージ１の側壁１ａに形成され
ている貫通孔１ｂには、レンズ５ｂと、後述するファイ
バグレーティング７ａを有する光ファイバ７が固定され
ている。

【００２０】図１のモジュールＡにおいて、半導体レー
ザ素子３の前端面Ｓ₁からの発振レーザ光はレンズ５
ａ，５ｂで集光されて光ファイバ７の端面に入射し、光
ファイバのコア内を導波していく。そして、導波するレ
ーザ光のうち、特定波長のレーザ光のみがファイバグレ
ーティング７ａで反射して半導体レーザ素子に帰還す
る。

【００２１】このとき、レーザ素子３の駆動過程で、駆
動電流によりレーザ素子３が発熱して素子温度が上昇
し、そのことにより、レーザ素子３からの発振レーザ光
の波長と光出力が変動する。そのため、レーザ素子３の
近傍に配置されたサーミスタ４で素子温度を測定し、そ
の測定値を用いて外部の制御回路（図示しない）を作動
してペルチェモジュール２の動作電流を調整することに
より、レーザ素子３の温度が一定となるように制御され
る。

【００２２】このモジュールＡに組み込まれている半導
体レーザ素子はファブリ・ペロー型のものであって、そ
の１例を図２と図２のIII−III線に沿う断面図である図
３に示す。このレーザ素子３は、例えば有機金属気相成
長法、液相法、分子線エピタキシャル成長法、ガスソー
ス分子線エピタキシャル成長法、化学線エピタキシャル
成長法などの公知のエピタキシャル成長法により、所定
の半導体から成る基板１１の上に所定の半導体のエピタ
キシャル結晶成長を行って後述する積層構造を形成した
のち、劈開を行って所定の共振器長（Ｌ）とし、更に一
方の劈開面に後述する低反射膜を成膜して前端面Ｓ₁を
形成し、他方の劈開面に高反射膜を成膜して後端面Ｓ₂
を形成し、更に基板１１の裏面に下部電極１９、積層構
造の上面に上部電極１８を形成した構造になっている。

【００２３】図３で示した積層構造は埋込み型ＢＨ構造
になっていて、例えばｎ−ＩｎＰから成る基板１１の上
に、例えばｎ−ＩｎＰから成る下部クラッド層１２、例
えばノンドープＧａＩｎＡｓＰから成る下部ＧＲＩＮ−
ＳＣＨ層１３、例えばＧａＩｎＡｓＰから成る格子不整
合系の多重量子井戸構造の活性層１４、例えばノンドー
プＧａＩｎＡｓＰから成る上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層１５
が順次積層されており、更に、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層
１５の上に、例えばｐ−ＩｎＰから成る上部クラッド層
１６、例えばｐ−ＧａＩｎＡｓＰから成るキャップ層１
７が積層されている。そして、このキャップ層１７の上
に上部電極１８が形成され、また基板１１の裏面には下
部電極１９が形成されている。

【００２４】また、上記した下部クラッド層１２、下部
ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層１３、活性層１４、および上部ＧＲ
ＩＮ−ＳＣＨ層１５の側面に例えばｐ−ＩｎＰ層２１と
ｎ−ＩｎＰ層２２をこの順序で積層することにより、活
性層１４への電流注入用の狭窄部が形成されている。こ
の積層構造において、活性層１４は歪み多重量子井戸構
造で構成されている。具体的には、基板１１に対して格
子不整合率が０.５％以上となるような圧縮歪み多重量
子井戸構造になっている。

【００２５】なお、ここでは、歪み量子井戸構造を採用
したが、本発明は格子整合系の量子井戸構造を採用して
実現することもできる。しかしながら、格子不整合系、
すなわち歪み量子井戸構造を採用した方が、レーザ共振
器内の内部吸収が小さくなるためレーザ素子の高出力化
にとって好適であり、そして、この効果を得るには、格
子不整合率が０.５％以上であることが好適である。

【００２６】また、歪み量子井戸構造として、その障壁
層を井戸層の歪みと反対の引張り歪みを導入して成る歪
み補償構造にすれば、等価的に格子整合条件を満たすこ
とができるため、井戸層の格子不整合率に対してはとく
に上限を設けることは必要ではない。しかしながら、歪
み補償構造を使用しない場合は、活性層に蓄積される歪
みエネルギーに起因する結晶性の劣化が問題となる。と
くに、井戸数が多くなればなるほど、また井戸層が厚く
なればなるほど、この歪みエネルギーは大きくなるの
で、結晶劣化は一層重要な問題となり、レーザ素子の高
光出力化、高信頼性動作を妨げる原因になる。

【００２７】したがって、歪み補償構造を使用しない場
合には、レーザ素子の動作特性および長期信頼性実現の
観点から、圧縮歪み量子井戸層の格子不整合率は２％以
下、好ましくは１.５％以下にするのがよい。また、本
発明においては、井戸数は活性層の体積を大きく変えな
い範囲で適宜選択することができるが、実質的にその値
は１０個以下にする。これは、活性層の体積が大きくな
りすぎると、活性層において材料固有の内部損失の影響
が大きくなり、高出力化の妨げとなるからである。

【００２８】本発明による半導体レーザ素子において
は、後述するように共振器長（Ｌ）は１８００μｍ以上
と大きな値に設定されている。そのため、内部損失の影
響が、共振器長が短いものよりも比較的大きい。しか
し、とくに井戸層の厚みを１７ｎｍ以下にした場合、井
戸数を５個以下とすることにより、より確実に前記内部
損失の影響を無視できるようになる。したがって、井戸
数は１０個以下であることが好適であり、１〜５個であ
ることがより好適である。

【００２９】このレーザ素子３において、共振器長
（Ｌ）は１８００nm以上に設定される。一般に共振器長
（Ｌ）を長くすればするほど、素子の直列抵抗が小さく
なり、放熱面積が大きくなる。そのため、素子の発熱に
基づく光出力の飽和、すなわち熱飽和を抑制することが
できる。そして、そのことにより、駆動電流を大きくす
ることができ、レーザ素子の高光出力化が可能となる。

【００３０】また、共振器長（Ｌ）を長くすると、
（１）式で与えられる縦モードの波長間隔（Δλ）が狭
くなり、そのことによって、波長多重化して励起光源装
置を組み立てるときに、合波して得られる励起用レーザ
光の高光出力化が可能になるという効果が得られる。す
なわち、レーザ素子３からの発振レーザ光における縦モ
ードの波長間隔（Δλ）が狭くなっているので、後述す
る光ファイバに形成したファイバグレーティングの反射
帯域幅を狭くしたとしても、その反射帯域幅内に多数個
の縦モードを常時含ませることが可能になる。そのた
め、光ファイバから出力する励起用レーザ光のスペクト
ル幅は狭くなり、狭い反射帯域幅のファイバグレーティ
ングを使用しても電流−光出力特性におけるキンク発生
を抑制することができる。

【００３１】一方、半導体レーザ素子の共振器長（Ｌ）
を単純に長くしただけでは、ミラー損失が低減し、共振
器の内部損失の影響が大きくなる。このため、外部微分
量子効率が低下し、半導体レーザ素子の光出力は低くな
る。このようなことから、この素子にファイバグレーテ
ィングを組み合わせてモジュールを構成したとしても、
そのモジュールの高光出力動作は困難となる。

【００３２】このようなことから、本発明のファイバグ
レーティング付き半導体レーザモジュールの場合、従来
のレーザ素子における低反射膜の反射率が共振器長
（Ｌ）の長さとは関係なくほぼ一定の値（例えば４％程
度）であったことと異なり、素子３の低反射膜の反射率
を、共振器長（Ｌ）が１８００μｍ以上の領域において
従来の場合よりも低くし、更に共振器長（Ｌ）が長くな
るにつれてより低くすることにより、上記したような問
題を解決している。

【００３３】すなわち、本発明のファイバグレーティン
グ付き半導体レーザモジュールに使用される半導体レー
ザ素子３は、その共振器長（Ｌ）が１８００μｍ以上で
あり、かつ、前端面Ｓ₁の反射率が２％以下、後端面Ｓ₂
の反射率が９０％以上となるように構成されている。こ
のような構成を採ることにより、共振器長（Ｌ）を１８
００μｍ以上とした場合であっても、半導体レーザ素子
３の前端面Ｓ₁から５００mW以上の光出力を得ることが
できる。これは、共振器長１０００μｍ程度の半導体レ
ーザ素子の光出力が３００mW程度であることに比べれ
ば、１.７倍程度の高出力化を達成したことになる。

【００３４】更に、本発明においては、長共振器長化に
伴ない、放熱面積が大きくなるので、優れた低消費電力
のレーザ素子を実現することができる。しかしながら、
共振器長（Ｌ）を長くしすぎると、高光出力化にとって
の上記した不都合な問題が生ずるとともに、素子３の製
造時においてチップ化するときに、共振器の途中で割れ
や折損などが起こりはじめて製造歩留まりの低下を招く
ようになる。また、１枚のウエハから製造されるレーザ
素子の個数も、共振器長（Ｌ）が長くなればなるほど減
少する。このようなことを考慮して、本発明では共振器
長（Ｌ）の上限を３５００μｍに設定することが好まし
い。

【００３５】したがって、このレーザ素子３をファイバ
グレーティング付き半導体レーザモジュールに組み込ん
だ場合、高光出力動作が可能なモジュールを製作できる
とともに、反射帯域幅の狭いファイバグレーティングを
使用しても、電流−光出力特性におけるキンク発生が抑
制されるため、出力するレーザ光の発振スペクトル幅を
狭くすることができる。すなわち、透過帯域の狭い波長
多重カプラに接続した場合であっても、当該カプラにお
ける損失は抑制されるので、波長多重化度が高まり、高
光出力の励起光源装置の組み立てが可能となる。

【００３６】次に、図１で示したモジュールＡの場合、
半導体レーザ素子３の前端面Ｓ₁からの発振レーザ光は
レンズ５ａ，５ｂで集光されて光ファイバ７の端面に入
射し、光ファイバのコア内を導波していく。そして、導
波するレーザ光のうち、特定波長のレーザ光のみがファ
イバグレーティング７ａで反射してレーザ素子に帰還す
る。

【００３７】本発明のモジュールＡにおいては、上記し
たファイバグレーティング７ａは、そのピーク反射率が
例えば２〜１０％になっていて、反射帯域幅が３nm以
下、好ましくは２nm以下、更に好ましくは１.５nm以
下、更により好ましくは１nm以下で、かつ、前記したレ
ーザ素子３からの発振レーザ光における縦モードの波長
間隔（Δλ）よりも大きい値に設定されている。

【００３８】とくに、このモジュールＡをラマン増幅器
用として使用する場合には、使用温度条件、使用駆動条
件の全てにおいて、励起用レーザ光のスペクトル幅２nm
の領域に光出力の大部分（例えば９０％）を含ませると
いうことが必要になってくるが、この必要性を満たすた
めにも、ファイバグレーティングの反射帯域幅を２nm以
下にすることが好適である。

【００３９】ここで、例えば、レーザ素子の共振器長
（Ｌ）が、１８００μｍ、２５００μｍ、３２００μ
ｍ、３５００μｍである各場合につき、組合せるファイ
バグレーティングの反射帯域幅が１nm、１.５nm、２n
m、３nmであると想定すると、レーザ素子からの発振レ
ーザ光の縦モードの波長間隔（Δλ）、およびファイバ
グレーティングの反射帯域幅内に存在する縦モードの数
は表１で示したようになる。なお、表１の数値は、前記
式（１）において、λ＝１４８０nm、ｎ＝３．５とした
ときの値である。

【００４０】

【表１】

【００４１】例えば、共振器長（Ｌ）が１８００μｍの
レーザ素子と、反射帯域幅が３nm以下のファイバグレー
ティングを組み合わせて使用した場合には、ファイバグ
レーティングの反射帯域幅の中に最大で１７.３個の縦
モードを含ませることができる。したがって、このモジ
ュールの場合、レーザ素子３の駆動電流や周囲の温度が
変化して縦モードが変動しても、上記反射帯域幅内には
常に複数個の縦モードが存在しているので、電流−光出
力特性におけるキンク発生の抑制が可能となる。

【００４２】また、光ファイバからの発振レーザ光のス
ペクトル幅を狭くするために、ファイバグレーティング
の反射帯域幅を２nm，１.５nm、更には１nmと狭く設定
した場合であっても、ファイバグレーティングの反射帯
域幅内には、少なくとも前記した米国特許第５,８４５,
０３０号の場合と同じように、約５.８個の縦モードが
含まれていることになり、電流−光出力特性におけるキ
ンク発生が抑制されることになる。

【００４３】更に、共振器長（Ｌ）を１８００μｍより
も長くすると、表１のようにファイバグレーティングの
反射帯域幅内に含まれる縦モードの数を更に多くするこ
とができるため、電流−光出力特性におけるキンク発生
の防止効果を更に確実に得ることができる。なお、上記
した表１において説明した各例において、電流−光出力
特性におけるキンクの発生を防止するという効果が発揮
されるためには、ファイバグレーティングの反射帯域幅
の大きさはレーザ素子の縦モード間隔よりも大きいこ
と、またはファイバグレーティングの反射帯域幅内に縦
モードが２個以上存在することが必要であることは言う
までもない。

【００４４】このように、本発明では、モジュールＡに
組み込むレーザ素子３の共振器長（Ｌ）に基づいて反射
帯域幅を適切に設計することにより、当該反射帯域幅内
に複数個の縦モードを存在させて、電流−光出力特性に
おけるキンク発生の抑制が可能となる。逆にいえば、共
振器長（Ｌ）を適宜設計することにより、ファイバグレ
ーティングの反射帯域幅を狭くしても、そこに複数個の
縦モードを存在させることが可能になる。

【００４５】なお、反射帯域幅内に存在する縦モードの
個数が多いほど、電流−光出力特性におけるキンク発生
は有効に抑制されることになるが、本発明においては、
上記個数が２〜２０個となるように、共振器長（Ｌ）と
反射帯域幅の大きさを設計することが好ましい。例え
ば、半導体レーザ素子の共振器長（Ｌ）が１８００μｍ
である場合、縦モードの波長間隔（Δλ）は０.１７nm
になる。したがって、ファイバグレーティング７ａの反
射帯域幅を１.０nmとなるように形成すれば、その反射
帯域幅内には、前記した米国特許第５,８４５,０３０号
の場合と同じように、約５.８個の縦モードが含まれて
いることになり、電流−光出力特性におけるキンク発生
が抑制されることになる。

【００４６】また、共振器長（Ｌ）を例えば３２００μ
ｍにすると、共振器長（Ｌ）が長くなることによってそ
の半導体レーザ素子３の前端面Ｓ₁からの発振レーザ光
は高光出力化し、同時に、その縦モードの波長間隔（Δ
λ）は０.９８nmになる。したがって、ファイバグレー
ティング７ａの反射帯域幅を例えば１nmにすると、その
反射帯域幅内には約１０個の縦モードが存在することに
なり、光ファイバ７から出力するレーザ光は高光出力化
していると同時に、電流−光出力特性におけるキンク発
生が抑制される。

【００４７】また、ファイバグレーティング７ａの反射
帯域幅を狭くすると、その光ファイバ７から出力するレ
ーザ光のスペクトル幅は狭くなる。例えば、上記したよ
うに、反射帯域幅が１nmである場合には、光ファイバ７
から出力するレーザ光（波長１４８０nm）のスペクトル
幅は約１nmと狭くなる。したがって、このレーザ光を波
長多重カプラで波長多重化した場合には、その損失が抑
制されることになり、波長多重化度を高めることが可能
となる。すなわち、このモジュールを用いることによ
り、波長多重化による高光出力の励起光源装置の組み立
てが可能になる。

【００４８】なお、上記したスペクトル幅とは、レーザ
光のスペクトル曲線においてピーク強度から強度が１０
dB低下する波長幅のことをいう。次に、本発明の励起光
源装置について説明する。図４は、本発明の励起光源装
置の１例Ｂ₁を示す概略図である。この装置Ｂ₁は、既に
説明した本発明の半導体レーザモジュールＡの複数個
と、それらモジュールから出力するレーザ光の波長を波
長多重化する手段（波長多重カプラ）Ｃ₁で構成されて
いる。

【００４９】ここで、これらモジュールＡは、組込まれ
ている各ファイバグレーティングの中心波長が互いに
２.５nm間隔で異なるように設計されていて、それぞれ
が異なった波長のレーザ光を出力する。そして、各モジ
ュールにおけるレーザ素子は、その共振器長（Ｌ）が１
８００μｍ以上であり、ファイバグレーティングの反射
帯域幅は３ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以下、更に好ま
しくは１．５ｎｍ以下、更により好ましくは１ｎｍ以下
の値になっていて、反射帯域幅内には、電流−光出力特
性におけるキンク発生を抑制するに充分な個数の縦モー
ドが存在するように設計されている。

【００５０】したがって、この装置Ｂ₁の場合、各モジ
ュールＡの光ファイバから出力されるレーザ光のスペク
トル幅は狭くなるため、波長多重化手段Ｃ₁における損
失が抑制される。そのため、この装置Ｂ₁の場合、波長
多重手段Ｃ₁に接続可能なモジュールＡの台数を多くす
ることができるので、非常に高光出力の励起光源装置と
して機能することができる。

【００５１】図５は本発明の別の励起光源装置の例Ｂ₂
を示す概略図である。この装置Ｂ₂は、同一波長で発振
し、かつ互いに直交する偏光方向を有するレーザ光を出
力する２個のモジュールＡ₁，Ａ₂と、これらモジュール
から出力するレーザ光を合波する偏波多重化手段（ＰＢ
Ｓ：Polarization Beam Splitter）Ｃ ₂と、その合波さ
れたレーザ光を互いに波長をずらして複数組準備し、そ
れらを波長多重化する前記した波長多重手段Ｃ₁とで構
成されている。

【００５２】この装置Ｂ₂の場合も、装置Ｂ₁の場合と同
じように、非常に高光出力の励起光源装置として機能す
る。なお、前記した米国特許第５,９３６,７６３号で例
示されている波長多重化励起光源装置の場合は、１４８
０nm帯域で発振し、共振器長が９００μｍで、光出力が
１００mWのＤＦＢレーザ素子を組み込んだモジュールが
用いられている。

【００５３】一方、本発明のモジュールの場合は、上記
したＤＦＢレーザ素子に比べれば格段に安価に製造する
ことができ、しかも共振器長（Ｌ）が１８００μｍ以上
であって、５００mW程度の光出力を発振するファブリ・
ペロー型半導体レーザ素子が組み込まれている。そのた
め、このレーザ素子と光ファイバとの結合効率が約８５
％であり、またファイバグレーティングによる挿入損失
が約８％であると見込んだ場合でも、本発明のモジュー
ルの光ファイバからは約３９０mWの光出力を得ることが
できる。

【００５４】このように、本発明によれば、前記した先
行技術のモジュールやそれを用いた励起光源装置に比べ
て、格段に安価で、かつ格段に高光出力のモジュールと
励起光源装置を組み立てることができる。逆にいえば、
本発明の励起光源装置では、所定の光出力を得ようとす
る場合、組み込むモジュールと波長多重化手段の数を従
来に比べて少なくすることができ、そのことにより、装
置の低コスト化や小型化を実現することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
半導体レーザモジュールは、組み込まれている半導体レ
ーザ素子の共振器長（Ｌ）を１８００μｍ以上とし、か
つファイバグレーティングの反射帯域幅を３nm以下に設
定しているので、反射帯域幅内には多数の縦モードを存
在させながら、出力するレーザ光のスペクトル幅を狭く
することができる。

【００５６】そのため、このモジュールは、電流−光出
力特性におけるキンク発生が抑制されていて、同時に波
長多重化に好適なレーザ光を出力する。また、本発明の
励起光源装置は、上記したモジュールが組み込まれてい
るので、非常に高光出力であり、光ファイバ増幅器用の
励起光源装置として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体レーザモジュールの１例Ａを示
す概略図である。

【図２】本発明のモジュールＡに組み込まれる半導体レ
ーザ素子を示す側面図である。

【図３】図２のIII−III線に沿う断面図である。

【図４】本発明の励起光源装置の１例Ｂ₁を示す概略図
である。

【図５】本発明の励起光源装置の別の例Ｂ₂を示す概略
図である。

【図６】米国特許第５,９３６,７６３号に例示されてい
る波長多重化による励起光源装置を示す概略図である。

【図７】ファイバグレーティングの反射スペクトル例を
示すグラフである。

【図８】レーザモジュールから出力したレーザ光の電流
−光出力特性図である。

【図９】ファイバグレーティングの反射帯域幅と、半導
体レーザ素子の発振レーザ光の縦モードとの関係を説明
するためのグラフである。

【符号の説明】

１パッケージ１ａパッケージ１の側壁１ｂパッケージ１の貫通孔２ペルチェモジュール３半導体レーザ素子４サーミスタ５ａ，５ｂレンズ６基板７光ファイバ７ａファイバグレーティングＳ₁ 前端面Ｓ₂ 後端面１１基板１２下部クラッド層１３下部Ｇｒｉｎ−ＳＣＨ層１４活性層１５上部Ｇｒｉｎ−ＳＣＨ層１６上部クラッド層１７キャップ層１８上部電極１９下部電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者築地直樹東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者小柳諭東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 5F073 AA22 AA46 AA65 AA67 AA74 AB05 AB06 AB21 AB27 AB28 BA09 CA12 FA06 FA25 GA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ファブリ・ペロー型半導体レーザ素子と
ファイバグレーティングが光結合されている半導体レー
ザモジュールにおいて、前記ファブリ・ペロー型半導体レーザ素子の共振器長は
１８００μｍ以上であり、前記ファイバグレーティング
の反射帯域幅は、３nm以下であり、しかも、前記ファブ
リ・ペロー型半導体素子からの発振レーザ光の縦モード
の波長間隔よりも大きい値になっ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】前記ファイバグレーティングの反射帯域
幅が２nm以下である請求項１の半導体レーザモジュー
ル。
【請求項３】ファブリ・ペロー型半導体素子とファイ
バグレーティングが光結合されている半導体レーザモジ
ュールにおいて、前記ファブリ・ペロー型半導体素子の共振器長は１８０
０μｍ以上であり、前記ファイバグレーティングの反射
帯域幅内には、前記ファブリ・ペロー型半導体レーザ素
子からの発振レーザ光の縦モードが２〜２０個含まれて
いることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項４】前記ファブリ・ペロー型半導体レーザ素
子からの発振レーザ光の波長は１２００〜１５５０μｍ
である請求項１〜３のいずれかの半導体レーザモジュー
ル。
【請求項５】前記ファブリ・ペロー型半導体レーザ素
子の活性層は量子井戸構造から成り、かつ、その量子井
戸構造は、歪量が０.５％以上である圧縮歪量子井戸構
造である請求項１〜３のいずれかの半導体レーザモジュ
ール。
【請求項６】前記活性層に含まれる量子井戸の個数は
１０個以下である請求項５の半導体レーザモジュール。
【請求項７】前記ファブリ・ペロー型半導体レーザ素
子の共振器長は１８００〜３５００μｍであり、前端面
の反射率は２％以下、そして後端面の反射率は９０％以
上である請求項１〜６のいずれかの半導体レーザモジュ
ール。
【請求項８】互いに異なる波長のレーザ光を出力す
る、請求項１〜７のいずれかの半導体レーザモジュール
の複数と、各半導体レーザモジュールから出力する複数
のレーザ光を波長多重化する手段とを備えていることを
特徴とする励起光源装置。