JP2002141607A - 半導体レーザモジュールとそれを用いた光増幅器 - Google Patents
半導体レーザモジュールとそれを用いた光増幅器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ポンプ光強度が揺らぐとラマン利得も揺ら
ぎ、信号光強度の揺らぎとなる。励起光のノイズがその
まま信号光のノイズとなる。誘導ブリュアン散乱が顕著
に生じて増幅効率が低下する。デポラライザの長さが長
くなる。 【解決手段】 フェルールの外側で、保護チューブ内の
光ファイバにファイバグレーテイング（ＦＢＧ）を設け
て、ＦＢＧと半導体レーザ素子との間でキャビティを構
成した。フェルールの外側で、保護ブーツの内側で、保
護チューブの内側の光ファイバにＦＢＧを設けた。保護
チューブ内であって且つ接着剤の無い部分にＦＢＧを設
けた。前記半導体励起光源モジュールを励起光源に使用
してラマン増幅器とした。
ぎ、信号光強度の揺らぎとなる。励起光のノイズがその
まま信号光のノイズとなる。誘導ブリュアン散乱が顕著
に生じて増幅効率が低下する。デポラライザの長さが長
くなる。 【解決手段】 フェルールの外側で、保護チューブ内の
光ファイバにファイバグレーテイング（ＦＢＧ）を設け
て、ＦＢＧと半導体レーザ素子との間でキャビティを構
成した。フェルールの外側で、保護ブーツの内側で、保
護チューブの内側の光ファイバにＦＢＧを設けた。保護
チューブ内であって且つ接着剤の無い部分にＦＢＧを設
けた。前記半導体励起光源モジュールを励起光源に使用
してラマン増幅器とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信に使用される
光増幅器と、光増幅器の励起光源として使用され得る半
導体レーザモジュールに関するものである。
光増幅器と、光増幅器の励起光源として使用され得る半
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】現在の光ファイバ通信システムでは光増
幅器が多く使用されている。特にエルビウム（Er）を添
加したエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下「ＥＤＦ
Ａ」と記載する。）を始めとする希土類添加ファイバ増
幅器がよく用いられている。近年では、ラマン増幅作用
を利用したラマン増幅器も用いられるようになってき
た。
幅器が多く使用されている。特にエルビウム（Er）を添
加したエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下「ＥＤＦ
Ａ」と記載する。）を始めとする希土類添加ファイバ増
幅器がよく用いられている。近年では、ラマン増幅作用
を利用したラマン増幅器も用いられるようになってき
た。
【０００３】光増幅器に使用される励起光源としては、
たとえばファイバグレーティング（ＦＢＧ）により波長
を安定化した高出力の半導体レーザモジュールが使用さ
れている。
たとえばファイバグレーティング（ＦＢＧ）により波長
を安定化した高出力の半導体レーザモジュールが使用さ
れている。
【０００４】ＦＢＧ付の半導体レーザモジュールの一つ
として図５のようなものがある。これは半導体レーザ素
子Ａから出射されたレーザ光が第一のレンズＢにより平
行光とされ、その平行光が第二のレンズＣにより光ファ
イバＤの入射端面に集光されて、半導体レーザ素子Ａと
光ファイバＤとが光結合される。光ファイバＤには所定
波長の光のみを反射させるファイバグレーティング（Ｆ
ＢＧ）Ｅが形成されている。図５の半導体レーザモジュ
ールでは、パッケージＥ内に温度制御用のペルチエ素子
Ｐを設け、その上にベースＫが設けられ、ベースＫの上
にモニタ用フォトダイオードＰＤ、サーミスタＳ、半導
体レーザ素子Ａを搭載してある。
として図５のようなものがある。これは半導体レーザ素
子Ａから出射されたレーザ光が第一のレンズＢにより平
行光とされ、その平行光が第二のレンズＣにより光ファ
イバＤの入射端面に集光されて、半導体レーザ素子Ａと
光ファイバＤとが光結合される。光ファイバＤには所定
波長の光のみを反射させるファイバグレーティング（Ｆ
ＢＧ）Ｅが形成されている。図５の半導体レーザモジュ
ールでは、パッケージＥ内に温度制御用のペルチエ素子
Ｐを設け、その上にベースＫが設けられ、ベースＫの上
にモニタ用フォトダイオードＰＤ、サーミスタＳ、半導
体レーザ素子Ａを搭載してある。
【０００５】図５のＦＢＧ付半導体レーザモジュールの
ＦＢＧは、図６の様に、例えばピーク反射率が約４％
で、半値全幅（ＦＷＨＭ）が２ｎｍの反射率スペクトル
を有していて、光ファイバＤに結合したレーザ光のうち
の一部のみを半導体レーザ素子Ａの方に帰還させる。こ
の帰還光により半導体レーザ素子ＡとＦＢＧとから構成
される外部共振器の損失は、ＦＢＧの中心波長において
のみ小さいものとなるため、半導体レーザ素子Ａの駆動
電流や環境温度が変化した場合であっても、半導体レー
ザＡの発振波長は、上記中心波長において固定される。
ＦＢＧは、図６の様に、例えばピーク反射率が約４％
で、半値全幅（ＦＷＨＭ）が２ｎｍの反射率スペクトル
を有していて、光ファイバＤに結合したレーザ光のうち
の一部のみを半導体レーザ素子Ａの方に帰還させる。こ
の帰還光により半導体レーザ素子ＡとＦＢＧとから構成
される外部共振器の損失は、ＦＢＧの中心波長において
のみ小さいものとなるため、半導体レーザ素子Ａの駆動
電流や環境温度が変化した場合であっても、半導体レー
ザＡの発振波長は、上記中心波長において固定される。
【０００６】ＦＢＧ付半導体レーザモジュールとしては
図７に示す様なものもある。これは光ファイバＤが挿入
固定されたフェルールＦにＦＢＧを設けたものである。
図７では光ファイバＤの外側の保護チューブＩ、その外
側の保護ブーツＨも示してある。
図７に示す様なものもある。これは光ファイバＤが挿入
固定されたフェルールＦにＦＢＧを設けたものである。
図７では光ファイバＤの外側の保護チューブＩ、その外
側の保護ブーツＨも示してある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図７の様にＦＢＧをフ
ェルールに設けたものは、フェルール内に光ファイバを
接着固定するための接着剤がある。接着剤は外部温度の
変化により軟化したり、硬くなったりし、その変化によ
り生ずる応力がＦＢＧに影響を及ぼすことがあり、その
場合は、ＦＢＧの反射率や反射波長（中心波長）が変化
し、所望の波長特性が得られなかった。たとえばこのよ
うな半導体レーザモジュールを励起光源として使用した
ラマン増幅器では、励起光波長が揺らぐことにより、ラ
マン利得波長も揺らいで信号光波長も揺らぐという問題
がある。
ェルールに設けたものは、フェルール内に光ファイバを
接着固定するための接着剤がある。接着剤は外部温度の
変化により軟化したり、硬くなったりし、その変化によ
り生ずる応力がＦＢＧに影響を及ぼすことがあり、その
場合は、ＦＢＧの反射率や反射波長（中心波長）が変化
し、所望の波長特性が得られなかった。たとえばこのよ
うな半導体レーザモジュールを励起光源として使用した
ラマン増幅器では、励起光波長が揺らぐことにより、ラ
マン利得波長も揺らいで信号光波長も揺らぐという問題
がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、発振波
長が一定に保たれた半導体レーザモジュール、とりわけ
光増幅器の励起光源として特に好適な半導体レーザモジ
ュールを提供することにある。
長が一定に保たれた半導体レーザモジュール、とりわけ
光増幅器の励起光源として特に好適な半導体レーザモジ
ュールを提供することにある。
【０００９】本発明の第１の半導体レーザモジュール
は、半導体レーザ素子１、該半導体レーザ素子１から出
力された光を受光して伝送する光ファイバ２を有し、該
光ファイバ２の受光側先端にはフェルール５を備えた半
導体レーザモジュールにおいて、フェルール５の外側
で、且つ保護チューブ６の内側における光ファイバ２に
ファイバグレーティング（ＦＢＧ）を設けて、ＦＢＧと
半導体レーザ素子１との間でキャビティを構成したもの
である。
は、半導体レーザ素子１、該半導体レーザ素子１から出
力された光を受光して伝送する光ファイバ２を有し、該
光ファイバ２の受光側先端にはフェルール５を備えた半
導体レーザモジュールにおいて、フェルール５の外側
で、且つ保護チューブ６の内側における光ファイバ２に
ファイバグレーティング（ＦＢＧ）を設けて、ＦＢＧと
半導体レーザ素子１との間でキャビティを構成したもの
である。
【００１０】本発明の第２の半導体レーザモジュール
は、半導体レーザ素子１、該半導体レーザ素子１から出
力された光を受光して伝送する光ファイバ２を有し、該
光ファイバ２の受光側先端にはフェルール５を備えた半
導体レーザモジュールにおいて、フェルール５の外側
で、且つ保護ブーツ７の内側で、且つ保護チューブ６の
内側における光ファイバ２にＦＢＧを設けて、ＦＢＧと
半導体レーザ素子１との間でキャビティを構成したこも
のである。
は、半導体レーザ素子１、該半導体レーザ素子１から出
力された光を受光して伝送する光ファイバ２を有し、該
光ファイバ２の受光側先端にはフェルール５を備えた半
導体レーザモジュールにおいて、フェルール５の外側
で、且つ保護ブーツ７の内側で、且つ保護チューブ６の
内側における光ファイバ２にＦＢＧを設けて、ＦＢＧと
半導体レーザ素子１との間でキャビティを構成したこも
のである。
【００１１】本発明の第３の半導体レーザモジュール
は、前記第１、第２の半導体レーザモジュールにおい
て、ＦＢＧを保護チューブ６内であって且つ接着剤の無
い部分における光ファイバ２に設けたものである。
は、前記第１、第２の半導体レーザモジュールにおい
て、ＦＢＧを保護チューブ６内であって且つ接着剤の無
い部分における光ファイバ２に設けたものである。
【００１２】本発明の光増幅器は、請求項１乃至請求項
３のいずれかに記載の半導体レーザモジュールを、励起
光源として使用したものである。
３のいずれかに記載の半導体レーザモジュールを、励起
光源として使用したものである。
【００１３】
【発明の実施形態１】本発明の半導体レーザモジュール
の第１の実施形態を図１に示す。この半導体レーザモジ
ュールは、パッケージ２０内に、モニタ用フォトダイオ
ード（ＰＤ）、半導体レーザ素子１、同素子１から出射
されるレーザ光を平行光にする第１のレンズ（平行化レ
ンズ）３が収容されており、そのうちフォトダイオード
（ＰＤ）、半導体レーザ素子１、平行化レンズ３はペル
チエ素子１５で温度制御されるベース１６の上に搭載さ
れている。更に、パッケージ２０には取付け部２１が突
設されており、その取付け部２１内に平行化レンズ３で
平行化されたレーザを集光する第２レンズ（集光レン
ズ）４が収容され、その前方に、光ファイバ２が挿着接
続されたフェルール５が差し込まれて固定されて、Ｐ
Ｄ、半導体レーザ素子１、平行化レンズ３、集光レンズ
４、フェルール５、光ファイバ２が光軸上に一列に配置
されている。また、光ファイバ２にはファイバグレーテ
ィング（ＦＢＧ）１７が設けられている。このＦＢＧ１
７はフェルール５よりも外側で、光ファイバ２の外側の
保護チューブ６の内側であり、且つ、保護チューブ６の
外側からパッケージ２０の取付け部２１にかけて被せて
ある保護ブーツ７の内側位置に形成してある。ＦＢＧが
形成された位置には光ファイバ２をフェルール５に接着
固定するための接着剤は存在しない。ＦＢＧ１７は二つ
以上形成してもよく、それらＦＢＧ１７は反射中心波長
が同じものでも、多少異なるものでもよい。
の第１の実施形態を図１に示す。この半導体レーザモジ
ュールは、パッケージ２０内に、モニタ用フォトダイオ
ード（ＰＤ）、半導体レーザ素子１、同素子１から出射
されるレーザ光を平行光にする第１のレンズ（平行化レ
ンズ）３が収容されており、そのうちフォトダイオード
（ＰＤ）、半導体レーザ素子１、平行化レンズ３はペル
チエ素子１５で温度制御されるベース１６の上に搭載さ
れている。更に、パッケージ２０には取付け部２１が突
設されており、その取付け部２１内に平行化レンズ３で
平行化されたレーザを集光する第２レンズ（集光レン
ズ）４が収容され、その前方に、光ファイバ２が挿着接
続されたフェルール５が差し込まれて固定されて、Ｐ
Ｄ、半導体レーザ素子１、平行化レンズ３、集光レンズ
４、フェルール５、光ファイバ２が光軸上に一列に配置
されている。また、光ファイバ２にはファイバグレーテ
ィング（ＦＢＧ）１７が設けられている。このＦＢＧ１
７はフェルール５よりも外側で、光ファイバ２の外側の
保護チューブ６の内側であり、且つ、保護チューブ６の
外側からパッケージ２０の取付け部２１にかけて被せて
ある保護ブーツ７の内側位置に形成してある。ＦＢＧが
形成された位置には光ファイバ２をフェルール５に接着
固定するための接着剤は存在しない。ＦＢＧ１７は二つ
以上形成してもよく、それらＦＢＧ１７は反射中心波長
が同じものでも、多少異なるものでもよい。
【００１４】
【発明の実施形態２】本発明の半導体レーザモジュール
の第２の実施形態を図２に示す。この半導体レーザモジ
ュールの基本的構成は図１と同じであり、異なるのは、
ＦＢＧ１７を、光ファイバ２のうち、フェルール５より
も外で、保護ブーツ７よりも外側の保護チューブ５内の
位置に形成したことである。ＦＢＧ１７が形成されたこ
の位置にも光ファイバ２をフェルール５に接着固定する
ための接着剤は存在しない。図２でもＦＢＧ１７は二つ
以上形成してもよく、それらＦＢＧは反射中心波長が同
じものでも、多少異なるものでもよい。
の第２の実施形態を図２に示す。この半導体レーザモジ
ュールの基本的構成は図１と同じであり、異なるのは、
ＦＢＧ１７を、光ファイバ２のうち、フェルール５より
も外で、保護ブーツ７よりも外側の保護チューブ５内の
位置に形成したことである。ＦＢＧ１７が形成されたこ
の位置にも光ファイバ２をフェルール５に接着固定する
ための接着剤は存在しない。図２でもＦＢＧ１７は二つ
以上形成してもよく、それらＦＢＧは反射中心波長が同
じものでも、多少異なるものでもよい。
【００１５】図１、２における構成部品のうち、半導体
レーザ素子１の後端面には高反射膜（ＨＲ膜）１１がコ
ーティングされ、前端面には反射防止膜（ＡＲ膜）１２
がコーティングされている。半導体レーザ素子１の前端
面から高出力のレーザ光を得るために、ＨＲ膜１１の反
射率は例えば９０％以上に設定され、ＡＲ膜１２の反射
率は５％以下に設定される。ＨＲ膜、ＡＲ膜としては誘
電体多層膜が適する。誘電体多層膜の材質にはTa2O 5 と
SiO2、TiO2とSiO2、Al2O3 とSiO2等がある。図１、２で
はこの半導体レーザ素子１の後端面とＦＢＧとにより共
振器（キャビティ）が構成される。キャビティ長は半導
体レーザ素子１又はＦＢＧ１７の位置を変えることによ
り調整可能であり、その長さは光路長で７５ｍｍ以下が
好ましい。
レーザ素子１の後端面には高反射膜（ＨＲ膜）１１がコ
ーティングされ、前端面には反射防止膜（ＡＲ膜）１２
がコーティングされている。半導体レーザ素子１の前端
面から高出力のレーザ光を得るために、ＨＲ膜１１の反
射率は例えば９０％以上に設定され、ＡＲ膜１２の反射
率は５％以下に設定される。ＨＲ膜、ＡＲ膜としては誘
電体多層膜が適する。誘電体多層膜の材質にはTa2O 5 と
SiO2、TiO2とSiO2、Al2O3 とSiO2等がある。図１、２で
はこの半導体レーザ素子１の後端面とＦＢＧとにより共
振器（キャビティ）が構成される。キャビティ長は半導
体レーザ素子１又はＦＢＧ１７の位置を変えることによ
り調整可能であり、その長さは光路長で７５ｍｍ以下が
好ましい。
【００１６】図１、２のＰＤ、平行化レンズ３、集光レ
ンズ４には既存のものを使用することができる。例え
ば、平行化レンズ３には非球面レンズ、ボールレンズ、
分布屈折率レンズ、平凸レンズを使用することができ
る。それらの焦点距離はｆ＝0.4〜２ｍｍ（通常ｆ0.7
〜0.8 ｍｍ程度）のものが適する。同レンズ３の前後両
面には反射防止膜（ＡＲ）が施されており、その反射率
は0.5 ％以下が適する。集光レンズ４にも非球面レン
ズ、ボールレンズ、分布屈折率レンズ、平凸レンズを使
用することができる。それらの焦点距離はｆ＝１〜５ｍ
ｍ（通常ｆ３ｍｍ程度）のものが適する。同レンズ４の
前後両面にも反射防止膜（ＡＲ）が施されている。その
反射率は0.5 ％以下が適する。平行化レンズ３と集光レ
ンズ４は半導体レーザ素子１のＭＦＤ・ＮＡとファイバ
のＭＦＤ・ＮＡに関係する。
ンズ４には既存のものを使用することができる。例え
ば、平行化レンズ３には非球面レンズ、ボールレンズ、
分布屈折率レンズ、平凸レンズを使用することができ
る。それらの焦点距離はｆ＝0.4〜２ｍｍ（通常ｆ0.7
〜0.8 ｍｍ程度）のものが適する。同レンズ３の前後両
面には反射防止膜（ＡＲ）が施されており、その反射率
は0.5 ％以下が適する。集光レンズ４にも非球面レン
ズ、ボールレンズ、分布屈折率レンズ、平凸レンズを使
用することができる。それらの焦点距離はｆ＝１〜５ｍ
ｍ（通常ｆ３ｍｍ程度）のものが適する。同レンズ４の
前後両面にも反射防止膜（ＡＲ）が施されている。その
反射率は0.5 ％以下が適する。平行化レンズ３と集光レ
ンズ４は半導体レーザ素子１のＭＦＤ・ＮＡとファイバ
のＭＦＤ・ＮＡに関係する。
【００１７】光ファイバ２にはシングルモード光ファイ
バ（ＳＭＦ）の他に、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）を使
用することもできる。ＰＭＦの目の方向はレーザの偏光
方向に合わせるとよい。またデポラライズ目的で偏光方
向に対して45度に合わせても良い。ＳＭＦの入射端面の
形状は垂直若しくは５度〜２０度（実際は６〜８度）の
斜めカットにしたり、先球ファイバとすることができ
る。その入射端面には反射率0.5 ％以下（実際は0.1
％）の反射防止膜を設けるのが好ましいが、反射防止膜
を設けずに、斜めに開劈したままでもよい。
バ（ＳＭＦ）の他に、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）を使
用することもできる。ＰＭＦの目の方向はレーザの偏光
方向に合わせるとよい。またデポラライズ目的で偏光方
向に対して45度に合わせても良い。ＳＭＦの入射端面の
形状は垂直若しくは５度〜２０度（実際は６〜８度）の
斜めカットにしたり、先球ファイバとすることができ
る。その入射端面には反射率0.5 ％以下（実際は0.1
％）の反射防止膜を設けるのが好ましいが、反射防止膜
を設けずに、斜めに開劈したままでもよい。
【００１８】ＰＤの前にはレンズを置いても、置かなく
ともよい。ＰＤに入射した光が反射してキャビティ内に
戻らないようにするためには、ＰＤを傾ける必要があ
る。
ともよい。ＰＤに入射した光が反射してキャビティ内に
戻らないようにするためには、ＰＤを傾ける必要があ
る。
【００１９】上記各実施形態例に記載の半導体レーザモ
ジュールを励起光源モジュールとして使用する光増幅
器、ここではラマン増幅器の一実施形態例となる構成を
図３に示す。図３において、ラマン増幅器１００は、異
なる波長の光を出力する複数のレーザユニット１０１
と、該レーザユニット１０１から出力された光を波長合
成するＷＤＭカプラ１０２と、該波長合成された光を伝
送する光ファイバ１０３と、該光ファイバ１０３中に配
置された偏波無依存型の光アイソレータ１０４とを有す
る、前方励起方式の光増幅器である。
ジュールを励起光源モジュールとして使用する光増幅
器、ここではラマン増幅器の一実施形態例となる構成を
図３に示す。図３において、ラマン増幅器１００は、異
なる波長の光を出力する複数のレーザユニット１０１
と、該レーザユニット１０１から出力された光を波長合
成するＷＤＭカプラ１０２と、該波長合成された光を伝
送する光ファイバ１０３と、該光ファイバ１０３中に配
置された偏波無依存型の光アイソレータ１０４とを有す
る、前方励起方式の光増幅器である。
【００２０】各レーザユニット１０１は、上記各実施形
態例のいずれかに記載の半導体レーザモジュール１０５
と、該半導体レーザモジュール１０５から出力されたレ
ーザ光を伝送する光ファイバ１０６と、該光ファイバ１
０６内に挿入されたＰＭＦからなるデポラライザ１０７
と、制御部１０８と、を有する。
態例のいずれかに記載の半導体レーザモジュール１０５
と、該半導体レーザモジュール１０５から出力されたレ
ーザ光を伝送する光ファイバ１０６と、該光ファイバ１
０６内に挿入されたＰＭＦからなるデポラライザ１０７
と、制御部１０８と、を有する。
【００２１】前記半導体レーザモジュール１０５は、制
御部１０８による半導体レーザ素子の動作制御、例えば
注入電流やペルチェモジュール温度の制御に基づいて、
それぞれ異なる波長のレーザ光を出射している。本発明
者らの検討によれば、ラマン増幅器では励起光源となる
半導体レーザモジュール１０５には次のような特性が要
求される。 （１）励起光のノイズが小さいこと。相対強度雑音（Ｒ
ＩＮ）が０〜２GHz の範囲で−130 ｄＢ/ Ｈｚ以下〜−
153ｄＢ/ Ｈｚ以下（場合によっては０〜22GHz で要求
されることもある。）であること。 （２）偏光度（ＤＯＰ）が小さいこと。コヒーレント長
が短いこと、すなわち多モードであってデボラライズが
し易いこと、若しくは偏波合成により偏光がないものと
されていることが必要である。前記多モードであるこ
と、については、発振スぺクトル幅（スぺクトルのピー
クから３ｄＢダウンした波長の幅）内に縦モードが少な
くとも３本、好ましくは４〜５本入っていればよい。 （３）光出力が高いこと。300 ｍＷ以上、更には400 ｍ
Ｗ以上が要求される。 （４）波長安定性が良いこと。発振波長が変動すると利
得波長帯域が変動するためファイバグレーティング、Ｄ
ＦＢレーザ（Distributed −Feedback Laser）、ＤＢＲ
レーザ（DistributedBragg Reflecter Laser ）等によ
る波長安定化技術が必須である。変動幅は全ての駆動条
件（環境温度：０〜75℃、駆動電流：０〜１Ａ）におい
て、例えば±１ｎｍ以内であることが必要である。 （５）各励起レーザモジュールの発振スぺクトル幅が狭
いこと。各励起レーザモジュールの発振スぺクトル幅
は、広すぎると波長合成カプラの合波ロスが大きくなる
と共に、スぺクトル幅内に含まれる縦モード数が大きく
なって発振中に縦モードが動き、ノイズ、利得変動の原
因になる。このため発振スぺクトル幅は２ｎｍ以下又は
３ｎｍ以下であることが必要である。あまり狭すぎると
電流−光出力特性においてキンクが現れ、レーザ駆動時
における制御に支障が生ずる。なお、前記（２）に記し
たように発振スぺクトル幅内に縦モードが少なくとも３
本、好ましくは４〜５本入って入れば、コヒーレンシー
が低減され、ＤＯＰが低減され易いと考えられる。 （６）低消費電力であること。偏波合成、波長合成等が
採用されるため、励起レーザを数多く使用する。このた
め全体の消費電力が大きくなる。単体の励起レーザモジ
ュールの消費電力が低いことが必要である。 （７）ＳＢＳ（Stimulated Brillouin Scattering ) が
出ないこと。ファイバグレーティング等により、狭い波
長帯域に高光出力が集中すると、ＳＢＳが発生して励起
効率が低下する。この点からも多モード（発振スぺクト
ル幅内に複数の縦モードが存在すること）が適する。 （８）アイソレータ内蔵が好ましい。反射戻り光により
レーザの動作が不安定にならないようにするために、ア
イソレータが内蔵されていることが好ましい。 （９）温度依存性が無いか、殆ど無いこと。半導体レー
ザモジュール１０５は上記（１）〜（９）の要求特性を
略満たすように設定される。
御部１０８による半導体レーザ素子の動作制御、例えば
注入電流やペルチェモジュール温度の制御に基づいて、
それぞれ異なる波長のレーザ光を出射している。本発明
者らの検討によれば、ラマン増幅器では励起光源となる
半導体レーザモジュール１０５には次のような特性が要
求される。 （１）励起光のノイズが小さいこと。相対強度雑音（Ｒ
ＩＮ）が０〜２GHz の範囲で−130 ｄＢ/ Ｈｚ以下〜−
153ｄＢ/ Ｈｚ以下（場合によっては０〜22GHz で要求
されることもある。）であること。 （２）偏光度（ＤＯＰ）が小さいこと。コヒーレント長
が短いこと、すなわち多モードであってデボラライズが
し易いこと、若しくは偏波合成により偏光がないものと
されていることが必要である。前記多モードであるこ
と、については、発振スぺクトル幅（スぺクトルのピー
クから３ｄＢダウンした波長の幅）内に縦モードが少な
くとも３本、好ましくは４〜５本入っていればよい。 （３）光出力が高いこと。300 ｍＷ以上、更には400 ｍ
Ｗ以上が要求される。 （４）波長安定性が良いこと。発振波長が変動すると利
得波長帯域が変動するためファイバグレーティング、Ｄ
ＦＢレーザ（Distributed −Feedback Laser）、ＤＢＲ
レーザ（DistributedBragg Reflecter Laser ）等によ
る波長安定化技術が必須である。変動幅は全ての駆動条
件（環境温度：０〜75℃、駆動電流：０〜１Ａ）におい
て、例えば±１ｎｍ以内であることが必要である。 （５）各励起レーザモジュールの発振スぺクトル幅が狭
いこと。各励起レーザモジュールの発振スぺクトル幅
は、広すぎると波長合成カプラの合波ロスが大きくなる
と共に、スぺクトル幅内に含まれる縦モード数が大きく
なって発振中に縦モードが動き、ノイズ、利得変動の原
因になる。このため発振スぺクトル幅は２ｎｍ以下又は
３ｎｍ以下であることが必要である。あまり狭すぎると
電流−光出力特性においてキンクが現れ、レーザ駆動時
における制御に支障が生ずる。なお、前記（２）に記し
たように発振スぺクトル幅内に縦モードが少なくとも３
本、好ましくは４〜５本入って入れば、コヒーレンシー
が低減され、ＤＯＰが低減され易いと考えられる。 （６）低消費電力であること。偏波合成、波長合成等が
採用されるため、励起レーザを数多く使用する。このた
め全体の消費電力が大きくなる。単体の励起レーザモジ
ュールの消費電力が低いことが必要である。 （７）ＳＢＳ（Stimulated Brillouin Scattering ) が
出ないこと。ファイバグレーティング等により、狭い波
長帯域に高光出力が集中すると、ＳＢＳが発生して励起
効率が低下する。この点からも多モード（発振スぺクト
ル幅内に複数の縦モードが存在すること）が適する。 （８）アイソレータ内蔵が好ましい。反射戻り光により
レーザの動作が不安定にならないようにするために、ア
イソレータが内蔵されていることが好ましい。 （９）温度依存性が無いか、殆ど無いこと。半導体レー
ザモジュール１０５は上記（１）〜（９）の要求特性を
略満たすように設定される。
【００２２】次にデポラライザ１０７は、例えば光ファ
イバ１０６の少なくとも一部に設けられた偏波保持ファ
イバで、半導体レーザモジュール１０５から出力された
レーザ光の偏波面に対して固有軸が４５度傾けられたも
のである。このような配置とすることで半導体レーザモ
ジュール１０５から出力されるレーザ光のＤＯＰを低減
し非偏光化することができる。
イバ１０６の少なくとも一部に設けられた偏波保持ファ
イバで、半導体レーザモジュール１０５から出力された
レーザ光の偏波面に対して固有軸が４５度傾けられたも
のである。このような配置とすることで半導体レーザモ
ジュール１０５から出力されるレーザ光のＤＯＰを低減
し非偏光化することができる。
【００２３】光アイソレータ１０４は、半導体レーザモ
ジュール１０５から出力されたレーザ光を通過させると
ともに、半導体レーザモジュール１０５への戻り光をカ
ットしている。
ジュール１０５から出力されたレーザ光を通過させると
ともに、半導体レーザモジュール１０５への戻り光をカ
ットしている。
【００２４】このようなラマン増幅器１００において、
各半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ
光は、デポラライザ１０７によってＤＯＰが低減された
後、異なる波長の光同士がＷＤＭカプラ１０２で合波さ
れ、光ファイバ１０３から光アイソレータ１０４を介し
て、ＷＤＭカプラ１０９によって、信号光が伝送される
光ファイバ１１０内に入射される。この入射されたレー
ザ光（励起光）によって、光ファイバ１１０内の信号光
はラマン増幅されながら伝送される。
各半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ
光は、デポラライザ１０７によってＤＯＰが低減された
後、異なる波長の光同士がＷＤＭカプラ１０２で合波さ
れ、光ファイバ１０３から光アイソレータ１０４を介し
て、ＷＤＭカプラ１０９によって、信号光が伝送される
光ファイバ１１０内に入射される。この入射されたレー
ザ光（励起光）によって、光ファイバ１１０内の信号光
はラマン増幅されながら伝送される。
【００２５】この本実施形態例のラマン増幅器１００で
は、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１０５お
よびレーザユニット１０１を使用することで、ラマン利
得波長が安定化される。
は、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１０５お
よびレーザユニット１０１を使用することで、ラマン利
得波長が安定化される。
【００２６】また上記半導体レーザモジュールを励起光
源モジュールとして使用した光増幅器、ここではラマン
増幅器の他の実施形態を図４の構成図に示す。図４にお
いて、ラマン増幅器１１１は、異なる波長の光を出力す
る複数のレーザユニット１０１と、該レーザユニット１
０１から出力された光を波長合成するＷＤＭカプラ１０
２と、該波長合成された光を伝送する光ファイバ１０３
と、該光ファイバ１０３中に配置された偏波無依存型の
光アイソレータ１０４とを有する、前方励起方式の光増
幅器である。
源モジュールとして使用した光増幅器、ここではラマン
増幅器の他の実施形態を図４の構成図に示す。図４にお
いて、ラマン増幅器１１１は、異なる波長の光を出力す
る複数のレーザユニット１０１と、該レーザユニット１
０１から出力された光を波長合成するＷＤＭカプラ１０
２と、該波長合成された光を伝送する光ファイバ１０３
と、該光ファイバ１０３中に配置された偏波無依存型の
光アイソレータ１０４とを有する、前方励起方式の光増
幅器である。
【００２７】各レーザユニット１０１は、上記各実施形
態例のいずれかに記載の、２つの半導体レーザモジュー
ル１０５と、該半導体レーザモジュール１０５から出力
されたレーザ光をそれぞれ伝送する光ファイバ１０６
と、これらレーザ光を偏波合波するＰＢＣ（Polarizati
on Beam Combiner：偏波合成器）１１２と、この合波さ
れた光を伝送する光ファイバ１０６と、本発明の制御手
段を構成する制御部１０８と、を有する。前記複数の半
導体レーザモジュール１０５は、上述した（１）〜
（９）の要求特性を略満たす設定のものであって、制御
部１０８による半導体レーザ素子の動作制御、例えば注
入電流やペルチェモジュール温度の制御に基づいて、そ
れぞれ異なる波長のレーザ光を出射している。光アイソ
レータ１０４は、半導体レーザモジュール１０５から出
力されたレーザ光を通過させるとともに、半導体レーザ
モジュール１０５への戻り光をカットしている。
態例のいずれかに記載の、２つの半導体レーザモジュー
ル１０５と、該半導体レーザモジュール１０５から出力
されたレーザ光をそれぞれ伝送する光ファイバ１０６
と、これらレーザ光を偏波合波するＰＢＣ（Polarizati
on Beam Combiner：偏波合成器）１１２と、この合波さ
れた光を伝送する光ファイバ１０６と、本発明の制御手
段を構成する制御部１０８と、を有する。前記複数の半
導体レーザモジュール１０５は、上述した（１）〜
（９）の要求特性を略満たす設定のものであって、制御
部１０８による半導体レーザ素子の動作制御、例えば注
入電流やペルチェモジュール温度の制御に基づいて、そ
れぞれ異なる波長のレーザ光を出射している。光アイソ
レータ１０４は、半導体レーザモジュール１０５から出
力されたレーザ光を通過させるとともに、半導体レーザ
モジュール１０５への戻り光をカットしている。
【００２８】このようなラマン増幅器１１１において、
各半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ
光は、ＰＢＣ１１２で同一波長、異なる偏波面の偏光同
士が合波され偏光度が低減された後、さらに異なる波長
の光同士がＷＤＭカプラ１０２で合波され、光ファイバ
１０３から光アイソレータ１０４、ＷＤＭカプラ１０９
を介して、信号光が伝送される光ファイバ１１０内に入
射される。この入射されたレーザ光（励起光）によっ
て、光ファイバ１１０内の信号光はラマン増幅されなが
ら伝送される。
各半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ
光は、ＰＢＣ１１２で同一波長、異なる偏波面の偏光同
士が合波され偏光度が低減された後、さらに異なる波長
の光同士がＷＤＭカプラ１０２で合波され、光ファイバ
１０３から光アイソレータ１０４、ＷＤＭカプラ１０９
を介して、信号光が伝送される光ファイバ１１０内に入
射される。この入射されたレーザ光（励起光）によっ
て、光ファイバ１１０内の信号光はラマン増幅されなが
ら伝送される。
【００２９】このラマン増幅器１１１では、本実施形態
に係る半導体レーザモジュール１０５およびレーザユニ
ット１０１を使用することで、ラマン利得波長が安定化
される。上記の光増幅器の実施形態例では、ラマン増幅
器について説明したが、本発明はこれに限らず、ＥＤＦ
Ａなどの希土類添加ファイバ増幅器にも用いることが可
能である。
に係る半導体レーザモジュール１０５およびレーザユニ
ット１０１を使用することで、ラマン利得波長が安定化
される。上記の光増幅器の実施形態例では、ラマン増幅
器について説明したが、本発明はこれに限らず、ＥＤＦ
Ａなどの希土類添加ファイバ増幅器にも用いることが可
能である。
【００３０】本発明は、これら実施形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変
形実施が可能である。
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変
形実施が可能である。
【００３１】
【発明の効果】本発明の半導体レーザモジュールは次の
ような効果がある。 １．ＦＢＧにより半導体レーザ素子の発振波長がロック
されるため、ポンプ光強度が安定し、ラマン利得も安定
し、前方励起も使用可能となる。 ２．ＦＢＧを、光ファイバのうち、保護チューブの内側
位置に形成したので、ＦＢＧが曲げなどの外力の影響を
受けにくくなり、発振特性が安定する。 ３．ＦＢＧを、光ファイバのうち、保護チューブ内で、
更に保護ブーツの内側位置に形成したので、ＦＢＧが更
に曲げなどの外力の影響を受けにくくなり、発振特性が
一層安定する。 ４．ＦＢＧを、光ファイバのうち、光ファイバをフェル
ールに接着固定するための接着剤がない箇所に形成した
ので、温度変化により生ずる接着剤の応力を受けること
がない。このためＦＢＧの反射率や反射波長（中心波
長）の変化を防止できる。
ような効果がある。 １．ＦＢＧにより半導体レーザ素子の発振波長がロック
されるため、ポンプ光強度が安定し、ラマン利得も安定
し、前方励起も使用可能となる。 ２．ＦＢＧを、光ファイバのうち、保護チューブの内側
位置に形成したので、ＦＢＧが曲げなどの外力の影響を
受けにくくなり、発振特性が安定する。 ３．ＦＢＧを、光ファイバのうち、保護チューブ内で、
更に保護ブーツの内側位置に形成したので、ＦＢＧが更
に曲げなどの外力の影響を受けにくくなり、発振特性が
一層安定する。 ４．ＦＢＧを、光ファイバのうち、光ファイバをフェル
ールに接着固定するための接着剤がない箇所に形成した
ので、温度変化により生ずる接着剤の応力を受けること
がない。このためＦＢＧの反射率や反射波長（中心波
長）の変化を防止できる。
【図１】本発明の半導体レーザモジュールの一例の概要
側面図。
側面図。
【図２】本発明の半導体レーザモジュールの他の例の概
要側面図。
要側面図。
【図３】本発明の光増幅器の一例の概要側面図。
【図４】本発明の光増幅器の他の例の概要側面図。
【図５】従来の半導体レーザモジュールの説明図。
【図６】図５の半導体レーザモジュールの動作説明図。
【図７】従来の半導体レーザモジュールの他の説明図。
１は半導体レーザ素子 ２は光ファイバ ３は第１レンズ（平行化レンズ） ４は第２レンズ（集光レンズ） ５はフェルール ６は保護チューブ ７は保護ブーツ １１は半導体レーザ素子の後端面の反射防止膜 １２は半導体レーザ素子の前端面の反射防止膜 １５はペルチエ素子 １６はベース ２０はパッケージ ２１は取付け部 １００，１１１はラマン増幅器 １０１はレーザユニット １０２，１０９はＷＤＭカプラ １０３，１０６は光ファイバ １０４は光アイソレータ １０５は半導体レーザモジュール １０７はデポラライザ １０８は制御部
フロントページの続き (72)発明者 大木 泰 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 BA03 CA01 DA04 DA06 DA35 5F072 AK06 KK07 KK30 PP07 QQ07 5F073 AA65 AA67 AA83 AB21 AB25 AB27 AB28 AB30 BA09 EA03 FA07 FA25
Claims (4)
- 【請求項１】半導体レーザ素子（１）、該半導体レーザ
素子（１）から出力された光を受光して伝送する光ファ
イバ（２）を有し、該光ファイバ（２）の受光側先端に
はフェルール（５）を備えた半導体レーザモジュールに
おいて、 フェルール（５）の外側で、且つ保護チューブ（６）の
内側における光ファイバ（２）にファイバグレーティン
グ（ＦＢＧ）を設けて、ＦＢＧと半導体レーザ素子
（１）との間でキャビティを構成したことを特徴とする
半導体レーザモジュール。 - 【請求項２】半導体レーザ素子（１）、該半導体レーザ
素子（１）から出力された光を受光して伝送する光ファ
イバ（２）を有し、該光ファイバ（２）の受光側先端に
はフェルール（５）を備えた半導体レーザモジュールに
おいて、 フェルール（５）の外側で、且つ保護ブーツ（７）の内
側で、且つ保護チューブ（６）の内側における光ファイ
バ（２）に、ＦＢＧを設けて、ＦＢＧと半導体レーザ素
子（１）との間でキャビティを構成したことを特徴とす
る半導体レーザモジュール。 - 【請求項３】請求項１又は請求項２記載の半導体レーザ
モジュールにおいて、保護チューブ（６）内で且つ接着
剤の無い部分における光ファイバ（２）にＦＢＧを形成
したことを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
半導体レーザモジュールを、励起光源として使用したこ
とを特徴とする光増幅器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000336254A JP4629852B2 (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 半導体レーザモジュールとそれを用いた光増幅器 |
| CA002360974A CA2360974A1 (en) | 2000-11-02 | 2001-11-01 | Semiconductor laser module and amplifier using the module |
| US09/985,008 US6618405B2 (en) | 2000-11-02 | 2001-11-01 | Semiconductor laser module and amplifier using the module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000336254A JP4629852B2 (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 半導体レーザモジュールとそれを用いた光増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002141607A true JP2002141607A (ja) | 2002-05-17 |
| JP4629852B2 JP4629852B2 (ja) | 2011-02-09 |
Family
ID=18811861
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000336254A Expired - Lifetime JP4629852B2 (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | 半導体レーザモジュールとそれを用いた光増幅器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6618405B2 (ja) |
| JP (1) | JP4629852B2 (ja) |
| CA (1) | CA2360974A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006132285A1 (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-14 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | 光源 |
| JPWO2021095164A1 (ja) * | 2019-11-13 | 2021-05-20 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3987680A (en) * | 1973-08-27 | 1976-10-26 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Uhf tuner device |
| US20020130403A1 (en) * | 2000-03-01 | 2002-09-19 | Takayuki Onodera | Optical semiconductor module and light amplifier |
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