JP2002319738A - 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器 - Google Patents

半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いたラマン増幅器

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政樹 舟橋
Naoki Tsukiji
直樹 築地
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定かつ高利得を得ることができるラマン増
幅器用光源に適した半導体レーザ装置を得ること。 【解決手段】 レーザ光の出射端面に設けた反射率５％
以下の出射側反射膜１５と反射端面に設けた反射率８０
％以上の反射膜１４との間に形成された活性層３の近傍
であって、少なくとも反射膜１４側に回折格子１３ａを
設け、回折格子１３ａは、該回折格子の結合係数と該回
折格子長Ｌｇｒとの積の値が２以上であり、活性層３が
形成する共振器長ＬＲと回折格子Ｌｇｒの波長選択特性
とを含む発振パラメータの組み合わせ設定によって発振
波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードを
含むレーザ光を出力する。

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、エルビウム添加
ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped FiberAmplif
ier）やラマン増幅器などの励起用光源に適した半導体
レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用い
たラマン増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、インターネットをはじめとする様
々なマルチメディアの普及に伴って、光通信に対する大
容量化の要求が大きくなっている。従来、光通信では、
光ファイバによる光の吸収が少ない波長である１３１０
ｎｍもしくは１５５０ｎｍの帯域において、それぞれ単
一の波長による伝送が一般的であった。この方式では、
多くの情報を伝達するためには伝送経路に敷設する光フ
ァイバの芯数を増やす必要があり、伝送容量の増加に伴
ってコストが増加するという問題点があった。
【０００３】そこで、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：
Dense-Wavelength Division Multiplexing）通信方式が
用いられるようになった。このＤＷＤＭ通信方式は、主
にエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium D
oped Fiber Amplifier）を用い、この動作帯域である１
５５０ｎｍ帯において、複数の波長を使用して伝送を行
う方式である。このＤＷＤＭ通信方式あるいはＷＤＭ通
信方式では、１本の光ファイバを用いて複数の異なる波
長の光信号を同時に伝送することから、新たな線路を敷
設する必要がなく、ネットワークの伝送容量の飛躍的な
増加をもたらすことを可能としている。
【０００４】このＥＤＦＡを用いた一般的なＷＤＭ通信
方式では、利得平坦化の容易な１５５０ｎｍから実用化
され、最近では、利得係数が小さいために利用されてい
なかった１５８０ｎｍ帯にまで拡大している。しかしな
がら、ＥＤＦＡで増幅可能な帯域に比して光ファイバの
低損失帯域の方が広いことから、ＥＤＦＡの帯域外で動
作する光増幅器、すなわちラマン増幅器への関心が高ま
っている。
【０００５】ラマン増幅器は、エルビウムのような希土
類イオンを媒体とした光増幅器がイオンのエネルギー準
位によって利得波長帯が決まるのに対し、励起光の波長
によって利得波長帯が決まるという特徴を持ち、励起光
波長を選択することによって任意の波長帯を増幅するこ
とができる。
【０００６】ラマン増幅では、光ファイバに強い励起光
を入射すると、誘導ラマン散乱によって、励起光波長か
ら約１００ｎｍ程度長波長側に利得が現れ、この励起さ
れた状態の光ファイバに、この利得を有する波長帯域の
信号光を入射すると、この信号光が増幅されるというも
のである。したがって、ラマン増幅器を用いたＷＤＭ通
信方式では、ＥＤＦＡを用いた通信方式に比して、信号
光のチャネル数をさらに増加させることができる。
【０００７】図１５は、ＷＤＭ通信システムに用いられ
る従来のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図１５において、ファブリペロー型の半導体発光素子１
８０ａ〜１８０ｄとファイバグレーティング１８１ａ〜
１８１ｄとがそれぞれ対となった半導体レーザモジュー
ル１８２ａ〜１８２ｄは、励起光のもとになるレーザ光
を偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂに出力する。各半導体
レーザモジュール１８２ａ，１８２ｂが出力するレーザ
光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ６１ａによっ
て異なる偏波面をもった光を合成している。同様にし
て、各半導体レーザモジュール１８２ｃ，１８２ｄが出
力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ
６１ｂによって異なる偏波面をもった光を合成してい
る。偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂは、それぞれ偏波合
成したレーザ光をＷＤＭカプラ６２に出力する。なお、
偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されるレーザ光
の波長は異なる。
【０００８】ＷＤＭカプラ６２は、アイソレータ６０を
介して偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されたレ
ーザ光を合波し、ＷＤＭカプラ６５を介し、励起光とし
て増幅用ファイバ６４に出力する。この励起光が入力さ
れた増幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が、信
号光入力ファイバ６９からアイソレータ６３を介して入
力され、励起光と合波してラマン増幅される。
【０００９】増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅
された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およ
びアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７
に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号
光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を
出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力す
る。
【００１０】制御回路６８は、入力された一部の増幅信
号光をもとに各半導体発光素子１８０ａ〜１８０ｄの発
光状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯
域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。
【００１１】図１６は、ファイバグレーティングを用い
た半導体レーザモジュールの概要構成を示す図である。
図１６において、この半導体レーザモジュール２０１
は、半導体発光素子２０２と光ファイバ２０３とを有す
る。半導体発光素子２０２は、活性層２２１を有する。
活性層２２１は、一端に光反射面２２２が設けられ、他
端に光出射面２２３が設けられる。活性層２２１内で生
じた光は、光反射面２２２で反射して、光出射面２２３
から出力される。
【００１２】半導体発光素子２２２の光出射面２２３に
は、光ファイバ２０３が配置され、光出射面２２３と光
結合される。光ファイバ２０３内のコア２３２には、光
出射面２２３から所定位置にファイバグレーティング２
３３が形成され、ファイバグレーティング２３３は、特
性波長の光を選択的に反射する。すなわち、ファイバグ
レーティング２３３は、外部共振器として機能し、ファ
イバグレーティング２３３と光反射面２２２との間で共
振器を形成し、ファイバグレーティング２３３によって
選択された特定波長のレーザ光が増幅されて出力レーザ
光２４１として出力される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ラマン増幅
器用の励起光源としては、高出力特性のほか、約±１ｎ
ｍ程度の発振波長精度、３ｎｍ以下の発振スペクトル
幅、複数、好ましくは３本以上の発振スペクトル本数、
低ノイズ性などが要求される。
【００１４】ここで、従来のファブリペロ型の高出力半
導体レーザ装置では、共振器自体が発振波長の選択機構
を有しておらず、このため、発振波長は、活性層の利得
ピーク波長で決定され、十分な波長制御を行うことがで
きないとともに、環境温度や注入電流による影響を受け
て、発振波長が大きく変動するという問題点があった。
この結果、従来のファブリペロ型の高出力半導体レーザ
装置を、ラマン増幅用の励起光源として用いることは困
難であった。
【００１５】一方、ファイバブラッググレーティング
（ＦＢＧ）付き半導体レーザ装置では、このファイバブ
ラッググレーティングを外部共振器として取り付け、発
振波長の安定化を図るようにしているが、このＦＢＧ付
き半導体レーザ装置では、いわゆる複合共振器を形成
し、発振モードが不安定となり、たとえば相対強度雑音
（ＲＩＮ）などのノイズ特性が十分でなく、やはり、ラ
マン増幅用の励起光源として最適であるとは言えなかっ
た。
【００１６】なお、ラマン増幅は、得られる増幅率が比
較的低いため、高出力のラマン増幅用励起光源の出現が
望まれていた。
【００１７】この発明は上記に鑑みてなされたもので、
安定し、高利得を得ることができるラマン増幅器用光源
に適した半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールお
よびこれを用いたラマン増幅器を提供することを目的と
する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる半導体レーザ装置は、レーザ光の
出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に
設けた第２反射膜との間に形成された活性層の近傍であ
って、少なくとも該第２の反射膜側に部分的に設けられ
た回折格子を有し、前記第２の反射膜側に設けられた回
折格子は、該回折格子の結合係数と該回折格子長との積
の値が２以上であり、前記活性層が形成する共振器長と
前記回折格子の波長選択特性とを含む発振パラメータの
組み合わせ設定によって発振波長スペクトルの半値幅内
に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力するこ
とを特徴とする。
【００１９】この請求項１の発明によれば、前記第２の
反射膜側に設けられた回折格子の結合係数と該回折格子
長との積の値を２以上に設定し、活性層が形成する共振
器長と前記回折格子の波長選択特性とを含む発振パラメ
ータの組み合わせ設定によって発振波長スペクトルの半
値幅内に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力
するようにしている。
【００２０】また、請求項２にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、発振波長が１１００〜１５５
０ｎｍであることを特徴とする。
【００２１】この請求項２の発明によれば、前記第２の
反射膜側に設けられた回折格子の結合係数と該回折格子
長との積の値を２以上に設定し、活性層が形成する共振
器長と前記回折格子の波長選択特性とを含む発振パラメ
ータの組み合わせ設定によって、発振波長が１１００〜
１５５０ｎｍの範囲内において、発振波長スペクトルの
半値幅内に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出
力するようにしている。
【００２２】また、請求項３にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記発振波長スペクトルの半
値幅は、３ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２３】この請求項３の発明によれば、前記発振波
長スペクトルの半値幅が３ｎｍ以下である２本以上の発
振縦モードを含むレーザ光を出力するようにしている。
【００２４】また、請求項４にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記活性層が形成する共振器
長は、８００μｍ以上であることを特徴とする。
【００２５】この請求項４の発明によれば、前記活性層
が形成する共振器長を８００μｍ以上として高出力のレ
ーザ光を発振できるようにしている。
【００２６】また、請求項５にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記回折格子の最大長さは、
前記共振器長の１／２近傍あるいは１／２以下であるこ
とを特徴とする。
【００２７】この請求項５の発明によれば、前記回折格
子の最大長さを、前記共振器長の１／２近傍あるいは１
／２以下として、回折格子自体によってレーザ光を反射
できるようにしている。
【００２８】また、請求項６にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記第１反射膜の反射率は、
５％以下であり、前記第２反射膜の反射率は、８０％以
上であることを特徴とする。
【００２９】この請求項６の発明によれば、前記第１反
射膜の反射率を５％以下とし、前記第２反射膜の反射率
を８０％以上とした共振器を形成し、回折格子によるレ
ーザ光の高反射に加えて、反射端面側の反射率を高く設
定している。
【００３０】また、請求項７にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記第１反射膜および前記第
２反射膜の反射率は、ともに５％以下であることを特徴
とする。
【００３１】この請求項７の発明によれば、前記第１反
射膜および前記第２反射膜の反射率を、ともに５％以下
とし、反射端面側におけるレーザ光の反射を抑制するこ
とにより、半導体レーザ装置製造時の該半導体レーザ装
置の劈開端面における反射と回折格子による反射とが、
劈開端面と回折格子との位相関係のばらつきによって打
ち消し合い、レーザ光出力が低下することを防ぐように
している。
【００３２】また、請求項８にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記２本以上の発振縦モード
間のしきい値利得差が、１ｃｍ-1以内となり、非発振縦
モードと前記発振縦モードとの間のしきい値利得差が、
１．５ｃｍ-1以上となるように前記回折格子の結合係数
と該回折格子長との積が設定されることを特徴とする。
【００３３】この請求項８の発明によれば、前記２本以
上の発振縦モード間のしきい値利得差が、１ｃｍ-1以内
になり、非発振縦モードと前記発振縦モードとの間のし
きい値利得差が、１．５ｃｍ-1以上となるように前記回
折格子の結合係数と該回折格子長との積を設定するよう
にしている。
【００３４】また、請求項９にかかる半導体レーザ装置
は、上記の発明において、前記第２反射膜から出力され
るレーザ光の出力に対する前記第１反射膜から出力され
るレーザ光の出力の比は、２０以上であることを特徴と
する。
【００３５】この請求項９の発明によれば、前記第２反
射膜から出力されるレーザ光の出力に対する前記第１反
射膜から出力されるレーザ光の出力の比が２０以上とな
るように前記回折格子、第１反射膜および第２反射膜を
設定するようにしている。
【００３６】また、請求項１０にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記発振縦モードの発振波
長は、前記活性層によって決定される利得スペクトルの
ピーク波長の短波長側に設定されることを特徴とする。
【００３７】この請求項１０の発明によれば、半導体レ
ーザ装置の動的特性および雑音特性を加味し、前記発振
縦モードの発振波長を、前記活性層によって決定される
利得スペクトルのピーク波長の短波長側に設定するよう
にしている。
【００３８】また、請求項１１にかかる半導体レーザ装
置は、上記の発明において、前記発振縦モードの発振波
長は、前記活性層によって決定される利得スペクトルの
ピーク波長の長波長側に設定されることを特徴とする。
【００３９】この請求項１１の発明によれば、半導体レ
ーザ装置の高出力および高温特性を加味し、前記発振縦
モードの発振波長を、前記活性層によって決定される利
得スペクトルのピーク波長の長波長側に設定するように
している。
【００４０】また、請求項１２にかかる半導体レーザモ
ジュールは、請求項１〜１１に記載の半導体レーザ装置
と、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外
部に導波する光ファイバと、前記半導体レーザ装置と前
記光ファイバとの光結合を行う光結合レンズ系とを備え
たことを特徴とする。
【００４１】この請求項１２の発明によれば、ファイバ
グレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて該
半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていない
ため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レーザ
モジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動な
どによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安定
したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力すること
ができる。
【００４２】また、請求項１３にかかる半導体レーザモ
ジュールは、上記の発明において、前記半導体レーザ装
置の温度を制御する温度制御装置と、前記光結合レンズ
系内に配置され、光ファイバ側からの反射戻り光の入射
を抑制するアイソレータとをさらに備えたことを特徴と
する。
【００４３】この請求項１３の発明によれば、ファイバ
グレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いてい
るため、インライン式のファイバ型と異なり、大型のア
イソレータを使用することができ、挿入損失の小さい半
導体レーザモジュールを実現することができる。
【００４４】また、請求項１４にかかるラマン増幅器
は、請求項１〜１１に記載の半導体レーザ装置、あるい
は請求項１２または１３に記載の半導体レーザモジュー
ルを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用いたことを
特徴とする。
【００４５】この請求項１４の発明によれば、請求項１
〜１１に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項１２
または１３に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラ
マン増幅用の励起光源として用い、上述した各半導体レ
ーザ装置あるいは各半導体レーザモジュールの作用効果
を奏するようにしている。
【００４６】また、請求項１５にかかるラマン増幅器
は、上記の発明において、前記半導体レーザモジュール
を用いて、増幅対象媒体の光ファイバに対して信号光の
入射側から励起する前方励起あるいは信号光の出力側か
ら励起する後方励起あるいは信号光の入射側および出力
側の双方向から励起する双方向励起のいずれかを行うこ
とを特徴とする。
【００４７】この請求項１５の発明によれば、安定した
励起光を出力する前記半導体レーザモジュールを用いて
いるので、増幅対象媒体の光ファイバに対して信号光の
入射側から励起する前方励起あるいは信号光の出力側か
ら励起する後方励起あるいは信号光の入射側および出力
側の双方向から励起する双方向励起のいずれかをも行う
ことができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュー
ルおよびこれを用いたラマン増幅器の好適な実施の形態
について説明する。
【００４９】(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である半導体レーザ装置の概要構成を示す斜めからみ
た破断図である。また、図２は、図１に示した半導体レ
ーザ装置の長手方向の縦断面図である。さらに、図３
は、図２に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図で
ある。図１〜図３において、この半導体レーザ装置２０
は、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、順次、ｎ−
ＩｎＰによるバッファ層と下部クラッド層とを兼ねたｎ
−ＩｎＰバッファ層２、圧縮歪みをもつＧＲＩＮ−ＳＣ
Ｈ−ＭＱＷ（Graded Index-Separate Confinement Hete
rostructure Multi Quantum Well）活性層３、ｐ−Ｉｎ
Ｐスペーサ層４、およびｐ−ＩｎＰクラッド層６、Ｉｎ
ＧａＡｓＰギャップ層７が積層された構造を有する。
【００５０】ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内には、膜厚２０
ｎｍを有したｐ−ＩｎＧａＡｓＰの回折格子１３が、ピ
ッチ２３０ｎｍで形成され、中心波長１．４８μｍのレ
ーザ光を選択するようにしている。回折格子１３は、回
折格子１３ａ，１３ｂを有し、回折格子１３ａは、反射
膜１４側に部分的に形成され、回折格子１３ｂは、出射
側反射膜１５側に部分的に形成される。これらの回折格
子１３ａ，１３ｂは、活性層で生じた光をレーザ光とし
て分布帰還させ、出射側反射膜１５から主として出力す
る。
【００５１】この回折格子１３を含むｐ−ＩｎＰスペー
サ層４、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、およびｎ
−ＩｎＰバッファ層２の上部は、メサストライプ状に加
工され、メサストライプの両側は、電流ブロッキング層
として形成されたｐ−ＩｎＰブロッキング層８とｎ−Ｉ
ｎＰブロッキング層９によって埋め込まれている。ま
た、ＩｎＧａＡｓＰキャップ層７の上面には、ｐ側電極
１０が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面には、ｎ側電
極１１が形成される。
【００５２】半導体レーザ装置２０の長手方向の一端面
である光反射端面には、反射率８０％以上の高光反射率
をもつ上述した反射膜１４が形成され、他端面である光
出射端面には、反射率が５％以下の低光反射率をもつ上
述した出射側反射膜１５が形成される。
【００５３】この実施の形態１における半導体レーザ装
置２０は、ラマン増幅器の励起用光源として用いられる
ことを前提とし、その発振波長λ0は、１３００ｎｍ〜
１５５０ｎｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３
２００μｍ以下としている。
【００５４】図１〜図３に示した半導体レーザ装置は、
共振器長を１２００μｍとし、回折格子１３ａの結合係
数κｉを４０ｃｍ-1とし、回折格子長Ｌｇｒを５００μ
ｍとしている。この回折格子１３ａの結合係数κｉと回
折格子長Ｌｇｒとは、発振縦モードの発振波長スペクト
ルを決定する上で、重要なパラメータとなる。この結合
係数κｉと回折格子長Ｌｇｒとを適切に設定することに
よって、波長１４８０±１ｎｍの波長帯域で、ほぼ平坦
な発振しきい値利得を実現でき、この平坦な発振しきい
値利得を実現することによって、安定した複数本の発振
縦モードを発振出力することができる。
【００５５】図４は、図１〜図３に示した半導体レーザ
装置の発振波長に対するしきい値利得との関係を示す図
である。なお、しきい値利得とは、発振するために必要
な利得であり、しきい値利得が低い程発振し易く、しき
い値利得が高い程発振しにくいことを示す。図４におけ
る各プロットは、縦モードを示し、プロットＰ１〜Ｐ４
は、他のプロットに対してしきい値利得が低く、４つの
発振縦モードとなる。他のプロットの縦モードは、発振
しない縦モードすなわち非発振縦モードである。
【００５６】図４に示すように、プロットＰ１〜Ｐ４
は、回折格子１３ａの周期２３０ｎｍに対応するブラッ
グ波長１４８０ｎｍ近傍に形成され、他のプロットとの
しきい値利得差は、１．５ｃｍ-1以上あり、各プロット
Ｐ１〜Ｐ４との間のしきい値利得差は、１ｃｍ-1以下と
なっている。発振縦モードと非発振縦モードとの間のし
きい値利得差Δａは、大きい程良い。すなわち、この発
振縦モードと非発振縦モードとの間のしきい値利得差Δ
ａが小さいと、注入電流を高注入していくに従って、発
振し始めたりして、発振スペクトル幅が広がってしま
い、光出力特性にキンクが発生してしまうことになる。
この場合、発振縦モードと非発振縦モードとのしきい値
利得差Δａは、１．５ｃｍ-1以上とすることが望まし
い。
【００５７】一方、発振縦モード間のしきい値利得差Δ
ｂは小さい程良い。すなわち、しきい値利得差Δｂが小
さいと、同一条件で、常に各発振縦モードが発振するか
らである。この場合、発振縦モード間のしきい値利得差
Δｂは、１ｃｍ-1以下とすることが好ましい。
【００５８】ところで、一般に、半導体レーザ装置の共
振器によって発生する縦モードのモード間隔Δλは、等
価屈折率を「ｎ」とすると、次式で表すことができる。
すなわち、 Δλ＝λ0 2／（２・ｎ・Ｌ） である。ここで、発振波長λ0を１４８０μｍとし、等
価屈折率を３．５とすると、共振器長が８００μｍのと
き、縦モードのモード間隔Δλは、約０．３９ｎｍとな
り、共振器長が３２００μｍのとき、縦モードのモード
間隔Δλは、約０．１ｎｍとなる。したがって、共振器
長を長くすればするほど、縦モードのモード間隔Δλは
狭くなり、単一縦モードのレーザ光を発振するための選
択条件が厳しくなる。
【００５９】一方、回折格子１３ａは、そのブラッグ波
長によって縦モードを選択する。この回折格子１３によ
る選択波長特性は、図５に示す発振波長スペクトル３０
として表される。この発振波長スペクトル３０は、図４
に示した発振波長としきい値利得との関係と同等な意義
をもつ。
【００６０】図５に示すように、この実施の形態１で
は、回折格子１３ａの選択特性によって、発振波長スペ
クトル３０の半値幅Δλｈで示される波長選択特性内
に、発振縦モードを複数存在させることができる。図５
では、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に３つの発
振縦モード３１〜３３を有している。
【００６１】複数の発振縦モードを有するレーザ光を用
いると、単一縦モードのレーザ光を用いた場合に比し
て、レーザ出力のピーク値を抑えて、高いレーザ出力値
を得ることができる。たとえば、この実施の形態１に示
した半導体レーザ装置では、図６（ｂ）に示すプロファ
イルを有し、低いピーク値で高レーザ出力を得ることが
できる。これに対し、図６（ａ）は、同じレーザ出力を
得る場合の単一縦モード発振の半導体レーザ装置のプロ
ファイルであり、高いピーク値を有している。
【００６２】ここで、半導体レーザ装置をラマン増幅器
の励起用光源として用いる場合、ラマン利得を大きくす
るために励起光出力パワーを増大することが好ましい
が、そのピーク値が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生
し、雑音が増加するという不具合が発生する。誘導ブリ
ルアン散乱の発生は、誘導ブリルアン散乱が発生する閾
値Ｐｔｈを有し、同じレーザ出力パワーを得る場合、図
６（ｂ）に示すように、複数の発振縦モードを持たせ、
そのピーク値を抑えることによって、誘導ブリルアン散
乱の閾値Ｐｔｈ内で、高い励起光出力パワーを得ること
ができ、その結果、高いラマン利得を得ることが可能と
なる。
【００６３】また、発振縦モード３１〜３３の波長間隔
（モード間隔）Δλは、０．１ｎｍ以上としている。こ
れは、半導体レーザ装置２０をラマン増幅器の励起用光
源として用いる場合、モード間隔Δλが０．１ｎｍ以上
でないと、誘導ブリルアン散乱が発生する可能性が高く
なるからである。この結果、上述したモード間隔Δλの
式によって、上述した共振器長Ｌが３２００μｍ以下で
あることが好ましいことになる。
【００６４】一方、発振波長スペクトル３０の半値幅Δ
λｈ内に含まれる発振縦モードの本数は、３本以上であ
ることが好ましい。これは、半導体レーザ装置２０をラ
マン増幅器の励起用光源として用いる場合、ラマン増幅
が、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とを一致させ
た状態で生じるという偏波依存性を有しているため、半
導体レーザ装置２０から出力された励起光を偏波面保持
ファイバを用いて偏波合成し、偏光がない励起光とする
必要があるが、一般に、発振縦モードの本数が増大する
に従って、必要な偏波面保持ファイバの長さを短くする
ことができる。特に、発振縦モードが４，５本となる
と、急激に、必要な偏波面保持ファイバの長さが短くな
る。したがって、発振縦モードの本数を３本以上、特に
４本以上とすることによって、ラマン増幅器に用いる偏
波面保持ファイバの長さを短くすることができ、ラマン
増幅器を簡素化し、小型化を促進する。さらに、発振縦
モードの本数が増大すると、コヒーレント長が短くな
り、デボラライズによって偏光度（ＤＯＰ：Degree Of
Polarization）が小さくなり、偏波依存性をなくすこと
が可能となり、これによっても、ラマン増幅器の簡素化
と小型化とを促進することができる。
【００６５】ここで、発振波長スペクトル幅が広すぎる
と、波長合成カプラによる合波ロスが大きくなるととも
に、発振波長スペクトル幅内における波長の動きによっ
て、雑音や利得変動を発生させることになる。このた
め、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈは、３ｎｍ
以下、好ましくは２ｎｍ以下とする必要がある。
【００６６】さらに、ファイバブラッググレーティング
を用いた半導体レーザモジュールでは、ファイバブラッ
ググレーティングと光反射面（光出射面）との間の共振
によって相対強度雑音（ＲＩＮ）が大きくなり、安定し
たラマン増幅を行うことができないが、この実施の形態
１に示した半導体レーザ装置２０では、ファイバグレー
ティングを用いず、出射側反射膜１５から出射したレー
ザ光をそのまま、ラマン増幅器の励起用光源として用い
ているため、相対強度雑音が小さくなり、その結果、ラ
マン利得の揺らぎが小さくなり、安定したラマン増幅を
行わせることができる。
【００６７】また、ファイバブラッググレーティングを
有した光ファイバと半導体レーザ素子とを光結合させる
必要があるため、半導体レーザ装置の組立時における光
軸合わせが必要となり、そのための時間と労力とがかか
るが、この実施の形態１の半導体レーザ装置では、共振
器ではなく、光出力のための光軸合わせであるため、そ
の組立が容易となる。また、ファイバブラッググレーテ
ィングを用いた半導体レーザモジュールでは、共振器内
に機械的な結合を必要とするため、振動などによってレ
ーザの発振特性が変化する場合が発生するが、この実施
の形態１の半導体レーザ装置では、機械的な振動などに
よるレーザの発振特性の変化がなく、安定した光出力を
得ることができる。
【００６８】ここで、さらに回折格子１３ａの設定によ
る発振波長スペクトルの形状設定について説明する。図
７は、回折格子１３ａによる発振波長に対する選択レベ
ルの特性を示す図である。図７に示した特性４０は、図
４に示した発振波長に対するしきい値利得の特性に設定
した場合における、発振波長に対する選択レベルの特性
を示している。この発振波長に対する選択レベルの特性
は、１４８０ｎｍを中心とした２ｎｍ帯域でフラットで
かつ高い選択レベルとなっている。
【００６９】この特性すなわち発振波長スペクトル４０
は、回折格子１３ａの回折格子長Ｌｇｒを５００μｍな
どのように長くし、回折格子１３ａの結合係数κｉを変
化させた場合に得ることができる。
【００７０】一般に、発振波長に対する選択レベルを示
す発振波長スペクトルは、図８（ａ）に示すように、結
合係数κｉを一定とし、回折格子長Ｌｇｒを可変とする
場合、回折格子長Ｌｇｒが小さい場合には比較的スペク
トル幅が狭い急峻な山型形状を成すが、大きくなるに従
って膨らみ、最終的選択レベルが高くかつフラットな特
性を示す。
【００７１】ここで、図８（ｂ）に示すように、回折格
子長Ｌｇｒを比較的短く、たとえば１００μｍ程度と
し、結合係数κｉを変化させると、結合係数κｉが小さ
い場合には、図８（ａ）と同様に、比較的スペクトル幅
が狭い急峻な山型形状を成し、結合係数κｉを大きくす
るに従って、この山型形状を全体的に膨らました形状を
成す。ただし、図８（ａ）に示すように、選択レベルが
高くかつフラットな特性を形成することはできない。
【００７２】一方、図８（ｃ）に示すように、回折格子
長Ｌｇｒを比較的長くし、たとえば５００μｍ程度と
し、結合係数κｉを変化させると、結合係数κｉが小さ
い場合、比較的スペクトル幅が狭く、選択レベルが高く
かつフラットな特性を成し、結合係数κｉを大きくする
に従って、スペクトル幅が広がる特性を成す。すなわ
ち、回折格子長Ｌｇｒが比較的長い場合には、結合係数
κｉを大きくするに従って選択レベルを維持したまま、
選択する発振波長選択幅を広げることができる。なお、
回折格子長Ｌｇｒの長さが比較的長いとは、回折格子長
Ｌｇｒが共振器長ＬＲの１／２程度である場合をいう。
これは、回折格子長Ｌｇｒを共振器長ＬＲの１／２以上
にすると、出射端面側の光出力が低下してくるため、望
ましくないからである。
【００７３】したがって、この実施の形態１では、この
発振波長選択幅を２ｎｍとするため、上述したように、
回折格子長Ｌｇｒを５００μｍとし、結合係数κｉを４
０ｃｍ-1としている。すなわち、回折格子長Ｌｇｒと結
合係数κｉとの積を「２」としている。一般に、回折格
子長Ｌｇｒと結合係数κｉとの積を「２」以上とするこ
とによって、波長間隔Δλが０．１ｎｍ以上である２本
以上の発振縦モードをほぼ同一発振レベルで得ることが
できる。
【００７４】ここで、回折格子１３ａの回折格子長Ｌｇ
ｒと結合係数κｉとの積は「２」以上であるが、この値
は、別の観点からみれば、レーザ光の反射率を高めるこ
とができる。すなわち、反射膜１４側に設けられた回折
格子１３ａは、波長選択を行うとともに、高反射膜とし
ても機能する。したがって、反射膜１４の高反射特性
と、回折格子１３ａの高反射特性とによって、レーザ光
の反射率を格段に高めることができ、レーザ出力効率を
高めることができることになる。
【００７５】この場合、出射側反射膜１５は、上述した
ように５％の反射率をもつため、回折格子１３ｂは、設
けなくてもよい。回折格子１３ｂは、出射側において少
なくともレーザ光の一部が共振器内に戻されることを担
保するために設けられている。したがって、回折格子１
３ｂの回折格子長Ｌｇｆは、回折格子１３ｂが存在する
程度の長さでよく、可能な限り、出射側に設けられ、回
折格子１３ｂによる反射率が低くなるようにしている。
このような回折格子１３ａ，１３ｂとの構成によって、
反射膜１５側から出力されるレーザ光の出力は、後方の
反射膜１４から出力されるレーザ光の出力に比して、
「２０」以上の値をもち、レーザ光出力効率の高い半導
体レーザ装置を実現することができる。なお、回折格子
１３ａ，１３ｂは、それぞれ反射膜１４および出射側反
射膜１５に接する配置にすることが望ましいが、必ずし
も接する配置にしなくても、各回折格子１３ａ，１３ｂ
の機能を発揮する範囲内で反射膜１４および出射側反射
膜１５から離隔する配置としてもよい。
【００７６】ところで、これまでの説明では、上述した
発振波長スペクトル４０の静的な特性について述べてい
たが、実際にレーザ発振させる場合、活性層３の利得ス
ペクトルが変化する。たとえば、図９において、活性層
３自体によって決定される利得スペクトルが利得スペク
トル４１である場合、利得スペクトル４１は、駆動電流
の増大とともに、数ｎｍ程度、長波長側にシフトする。
【００７７】この場合、波長選択を行う回折格子１３ａ
の発振波長スペクトル４０を、利得スペクトル４１のピ
ーク波長４１ａに対して長波長側に設定すると、駆動電
流の増大とともに、ピーク波長４１ａが発振波長スペク
トル４０に取り込まれ、高出力でかつ安定したレーザ光
出力を得ることができる。
【００７８】一方、活性層３自体によって決定される利
得スペクトルが利得スペクトル４２である場合、利得ス
ペクトル４２は、利得スペクトル４１と同様に、駆動電
流の増大とともに、数ｎｍ程度、長波長側にシフトす
る。ここで、波長選択を行う回折格子１３ａの発振波長
スペクトル４０を、利得スペクトル４２のピーク波長４
２ａに対して短波長側に設定すると、微分利得が増大
し、この結果、相対強度雑音（ＲＩＮ）が小さくなり、
雑音の少ないレーザ光を出力することができる。
【００７９】すなわち、レーザ光の高出力と安定化とが
必要とされる場合には、発振波長スペクトル４０を、活
性層自体の利得スペクトルの長波長側に設定し、雑音の
少ないレーザ光が必要とされる場合には、発振波長スペ
クトル４０を、活性層自体の利得スペクトルの短波長側
に設定するとよい。
【００８０】（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。上述した実施の形態１で
は、反射膜１４の反射率を８０％以上としていたが、こ
の実施の形態２では、反射膜１４の反射率を５％以下と
している。すなわち、この実施の形態２では、反射膜１
４側におけるレーザ光の反射の大部分を、回折格子１３
ａによって行うようにしている。
【００８１】図１０は、この発明の実施の形態２である
半導体レーザ装置の反射膜側の断面図である。図１０に
おいて、大部分のレーザ光は、回折格子１３ａによって
反射され、５％以下の反射率を有する反射膜２４では、
回折格子１３ａによって反射されずに透過されたレーザ
光のうち、５％以下のレーザ光Ｌ２が再び活性層３側に
反射され、ほとんどのレーザ光Ｌ０は、そのまま反射膜
２４を透過し、外部に出力される。
【００８２】この場合、反射膜２４に到達するレーザ光
は、回折格子１３ａで反射されるレーザ光Ｌ１の残りの
成分であり、そのうちの５％以下のレーザ光Ｌ２が反射
膜２４で反射されて活性層３側に戻り、残りのレーザ光
Ｌ０は、外部に出力される。したがって、回折格子１３
ａによる反射率をさらに高めておくことがレーザ光出力
効率を高めることになる。
【００８３】ところで、反射膜２４がコーティングされ
る劈開面と、回折格子１３ａの最も近い回折格子要素と
の間の距離は、劈開状態によってずれが生ずる。したが
って、ある場合は、反射膜２４への入射光と反射光との
位相が同位相の場合と逆位相になる場合とがある。同位
相である場合には、問題ないが、逆位相の場合、入射光
と反射光とは相殺され、レーザ光出力が弱められてしま
う。もちろん、逆位相でなくても、入射光と反射光との
位相ずれが生じた場合であっても、この位相ずれに対応
したレーザ光の出力低下が生ずる。ここで、図１０に示
すように、５％以下の反射率をもつ反射膜２４を設ける
ことによって、回折格子１３ａによって反射されなかっ
たレーザ光Ｌ０は外部に出力され、たとえ、劈開面の位
置によって逆位相の反射光が生じる場合であっても、こ
れによるレーザ光出力の低下が無視できる程度となり、
安定したレーザ光出力を得ることができる。
【００８４】なお、レーザ光Ｌ０は、そのまま外部に出
力されるため、反射膜２４は必要がないように思われる
が、反射膜２４がコーティングされていない状態におけ
る劈開面の反射率は高いため、５％以下という低反射率
の反射膜２４をコーティングすることによって反射膜２
４から外部への出力を確実に行うようにしている。
【００８５】また、劈開面を露出する場合、この劈開面
と回折格子１３ａの劈開面側の回折格子要素との間の距
離を精度良く保たれるように劈開し、逆位相の反射光が
戻されることがないようにする必要があるが、低反射率
の膜をコーティングすることによって、このような精度
の高い劈開を行う必要がないので、半導体レーザ装置の
歩留まりを高めることができる。
【００８６】なお、上述した実施の形態１，２では、回
折格子１３ａ，１３ｂの結合定数の同一性については言
及していなかったが、同一であっても、異なっていても
よい。結合係数が同一である場合、半導体レーザ装置の
製造工程が簡便になり、結合係数が異なる場合、設計の
自由度が増すことになる。
【００８７】（実施の形態３）つぎに、この発明の実施
の形態３について説明する。この実施の形態３では、上
述した実施の形態１，２で示した半導体レーザ装置をモ
ジュール化したものである。
【００８８】図１１は、この発明の実施の形態３である
半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。
図１１において、この半導体レーザモジュール５０は、
上述した実施の形態１，２示した半導体レーザ装置に対
応する半導体レーザ装置５１を有する。半導体レーザモ
ジュール５０の筐体として、パッケージ５９の内部底面
上に、温度制御装置としてのペルチェ素子５８が配置さ
れる。ペルチェ素子５８上にはベース５７が配置され、
このベース５７上にはヒートシンク５７ａが配置され
る。ペルチェ素子５８には、図示しない電流が与えら
れ、その極性によって冷却および加熱を行うが、半導体
レーザ装置５１の温度上昇による発振波長ずれを防止す
るため、主として冷却器として機能する。すなわち、ペ
ルチェ素子５８は、レーザ光が所望の波長に比して長い
波長である場合には、冷却して低い温度に制御し、レー
ザ光が所望の波長に比して短い波長である場合には、加
熱して高い温度に制御する。この温度制御は、具体的
に、ヒートシンク５７ａ上であって、半導体レーザ装置
５１の近傍に配置されたサーミスタ５８ａの検出値をも
とに制御され、図示しない制御装置は、通常、ヒートシ
ンク５７ａの温度が一定に保たれるようにペルチェ素子
５８を制御する。また、図示しない制御装置は、半導体
レーザ装置５１の駆動電流を上昇させるに従って、ヒー
トシンク５７ａの温度が下がるようにペルチェ素子５８
を制御する。このような温度制御を行うことによって、
半導体レーザ装置５１の波長安定性を向上させることが
でき、歩留まりの向上にも有効となる。
【００８９】ベース５７上には、半導体レーザ装置５１
およびサーミスタ５８ａを配置したヒートシンク５７
ａ、第１レンズ５２、および電流モニタ５６が配置され
る。半導体レーザ装置５１から出射されたレーザ光は、
第１レンズ５２、アイソレータ５３、および第２レンズ
５４を介し、光ファイバ５５上に導波される。第２レン
ズ５４は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ５９
上に設けられ、外部接続される光ファイバ５５に光結合
される。なお、電流モニタ５６は、半導体レーザ装置５
１の後端面側から出た光をモニタ検出する。
【００９０】ここで、この半導体レーザモジュール５０
では、他の光学部品などによる反射戻り光が共振器内に
再入力しないように、半導体レーザ装置５１と光ファイ
バ５５との間にアイソレータ５３を介在させている。こ
のアイソレータ５３には、ファイバグレーティングを用
いた従来の半導体レーザモジュールと異なり、インライ
ン式のファイバ型でなく、半導体レーザモジュール５０
内に内蔵できる偏波無依存型のアイソレータを用いるこ
とができるため、アイソレータによる挿入損失を小さ
く、さらに低い相対強度雑音（ＲＩＮ）を達成すること
ができ、部品点数も減らすことができる。
【００９１】この実施の形態３では、実施の形態１，２
で示した半導体レーザ装置をモジュール化しているた
め、偏波無依存型のアイソレータを用いることができ、
挿入損失を小さくすることができ、低雑音化および部品
点数の減少を促進することができる。
【００９２】（実施の形態４）つぎに、この発明の実施
の形態４について説明する。この実施の形態４では、上
述した実施の形態３に示した半導体レーザモジュールを
ラマン増幅器に適用したものである。
【００９３】図１２は、この発明の実施の形態４である
ラマン増幅器の構成を示すブロック図である。このラマ
ン増幅器は、ＷＤＭ通信システムに用いられる。図１２
において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態３
に示した半導体レーザモジュールと同一構成の半導体レ
ーザモジュール６０ａ〜６０ｄを用い、図１５に示した
半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄを、上述し
た半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄに置き換えた
構成となっている。
【００９４】各半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂ
は、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モ
ードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ａに出力
し、各半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄは、偏波
面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有
するレーザ光を偏波合成カプラ６１ｂに出力する。ここ
で、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振する
レーザ光は、同一波長である、また、半導体レーザモジ
ュール６０ｃ，６０ｄが発振するレーザ光は、同一波長
であるが半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振
するレーザ光の波長とは異なる。これは、ラマン増幅が
偏波依存性を有するためであり、偏波合成カプラ６１
ａ，６１ｂによって偏波依存性が解消されたレーザ光と
して出力するようにしている。
【００９５】各偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力
された異なる波長をもったレーザ光は、ＷＤＭカプラ６
２によって合成され、合成されたレーザ光は、ＷＤＭカ
プラ６５を介してラマン増幅用の励起光として増幅用フ
ァイバ６４に出力される。この励起光が入力された増幅
用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が入力され、ラ
マン増幅される。
【００９６】増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅
された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およ
びアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７
に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号
光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を
出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力す
る。
【００９７】制御回路６８は、入力された一部の増幅信
号光をもとに各半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄ
のレーザ出力状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増
幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック
制御する。
【００９８】この実施の形態３に示したラマン増幅器で
は、たとえば図１５に示した半導体発光素子１８０ａと
ファイバグレーティング１８１ａとが偏波面保持ファイ
バ７１ａで結合された半導体レーザモジュール１８２ａ
を用いず、実施の形態１，２で示した半導体レーザ装置
が内蔵された半導体レーザモジュール６０ａを用いるよ
うにしているので、偏波面保持ファイバ７１ａの使用を
削減することができる。なお、上述したように、各半導
体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄは、複数の発振縦モ
ードを有しているため、偏波面保持ファイバ長を短くす
ることができる。この結果、ラマン増幅器の小型軽量化
とコスト低減を実現することができる。
【００９９】なお、図１２に示したラマン増幅器では、
偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂを用いているが、図１３
に示すように半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃか
ら、それぞれ偏波面保持ファイバ７１を介して直接ＷＤ
Ｍカプラ６２に光出力するようにしてもよい。この場
合、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃの偏波面
は、偏波面保持ファイバ７１に対して４５度となるよう
に入射する。これによって、偏波面保持ファイバ７１か
ら出力される光出力の偏波依存性がなくすことができ、
一層、小型かつ部品点数の少ないラマン増幅器を実現す
ることができる。
【０１００】また、半導体レーザモジュール６０ａ〜６
０ｄ内に内蔵される半導体レーザ装置として実施の形態
２に示した半導体レーザ装置を用いると、発振縦モード
数が多いため、必要な偏波面保持ファイバ７１の長さを
短くすることができる。特に、発振縦モードが４，５本
になると、急激に、必要な偏波面保持ファイバ７１の長
さが短くなるため、ラマン増幅器の簡素化と小型化を促
進することができる。さらに、発振縦モードの本数が増
大すると、コヒーレント長が短くなり、デポラライズに
よって偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Polarization）が小
さくなり、偏波依存性をなくすことが可能となり、これ
によっても、ラマン増幅器の簡素化と小型化とを一層促
進することができる。
【０１０１】また、上述した実施の形態１，２が有する
作用効果をラマン増幅器に与えることができる。たとえ
ば、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジ
ュールに比して相対強度雑音（ＲＩＮ）を低減すること
ができるので、ラマン利得の揺らぎを抑えることがで
き、安定したラマン増幅を行うことができる。
【０１０２】さらに、このラマン増幅器では、ファイバ
グレーティングを用いた半導体レーザモジュールに比し
て光軸合わせが容易であり、組立性が向上し、共振器内
に機械的な光結合がないため、この点からも、ラマン増
幅の安定性、信頼性を高めることができる。
【０１０３】さらに、上述した実施の形態１，２の半導
体レーザ装置では、複数の発振モードを有しているた
め、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、高出力の励起
光を発生することができるので、安定し、かつ高いラマ
ン利得を得ることができる。
【０１０４】また、図１２および図１３に示したラマン
増幅器は、後方励起方式であるが、上述したように、半
導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄが安定した励起光
を出力するため、前方励起方式であっても、双方向励起
方式であっても、安定したラマン増幅を行うことができ
る。
【０１０５】この図１２あるいは図１３に示したラマン
増幅器は、上述したようにＷＤＭ通信システムに適用す
ることができる。図１４は、図１２あるいは図１３に示
したラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの概要
構成を示すブロック図である。
【０１０６】図１４において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔ
ｘｎから送出された波長λ1〜λnの光信号は、光合波器
８０によって合波され、１つの光ファイバ８５に集約さ
れる。この光ファイバ８５の伝送路上には、図１２ある
いは図１３に示したラマン増幅器に対応した複数のラマ
ン増幅器８１，８３が距離に応じて配置され、減衰した
光信号を増幅する。この光ファイバ８５上を伝送した信
号は、光分波器８４によって、複数の波長λ１〜λｎの
光信号に分波され、複数の受信機Ｒｘ１〜Ｒｘｎに受信
される。なお、光ファイバ８５上には、任意の波長の光
信号を付加し、取り出したりするＡＤＭ（Add/Drop Mul
tiplexer）が挿入される場合もある。
【０１０７】なお、上述した実施の形態４では、実施の
形態１，２に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形
態３に示した半導体レーザモジュールを、ラマン増幅用
の励起光源に用いる場合を示したが、これに限らず、た
とえば、９８０ｎｍ，１４８０ｎｍなどのＥＤＦＡ励起
用光源として用いることができるのは明らかである。
【０１０８】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、前記第２の反射膜側に設けられた回折格子の結
合係数と該回折格子長との積の値を２以上に設定し、活
性層が形成する共振器長と前記回折格子の波長選択特性
とを含む発振パラメータの組み合わせ設定によって発振
波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードを
含むレーザ光を出力するようにしているので、２本以上
の所望の発振縦モードを含むレーザ光を確実かつ安定し
て得ることができるという効果を奏する。
【０１０９】また、請求項２の発明によれば、前記第２
の反射膜側に設けられた回折格子の結合係数と該回折格
子長との積の値を２以上に設定し、活性層が形成する共
振器長と前記回折格子の波長選択特性とを含む発振パラ
メータの組み合わせ設定によって、発振波長が１１００
〜１５５０ｎｍの範囲内において、発振波長スペクトル
の半値幅内に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を
出力するようにしているので、１１００〜１５５０ｎｍ
帯における２本以上の所望の発振縦モードを確実に得る
ことができるとともに、たとえばラマン増幅器などの励
起用光源として用いることができるという効果を奏す
る。
【０１１０】また、請求項３の発明によれば、前記発振
波長スペクトルの半値幅が３ｎｍ以下である２本以上の
発振縦モードを含むレーザ光を出力するようにしている
ので、１３００〜１５５０ｎｍ帯における２本以上の所
望の発振縦モードを確実に得ることができるとともに、
波長合成カプラによる合波ロスを少なくでき、雑音や利
得変動の発生を抑えることができるという効果を奏す
る。
【０１１１】また、請求項４の発明によれば、前記活性
層が形成する共振器長を８００μｍ以上として高出力の
レーザ光を発振できるようにしているので、２本以上の
所望の発振縦モードを含む高出力のレーザ光を確実かつ
安定して得ることができるという効果を奏する。
【０１１２】また、請求項５の発明によれば、前記回折
格子の最大長さを、前記共振器長の１／２近傍あるいは
１／２以下として、回折格子自体によってレーザ光を反
射できるようにしているので、特に共振器長を１／２近
傍として回折格子によるレーザ光の反射率を高めること
によって、回折格子本来の波長選択性に加えてレーザ光
の前記第２反射膜としての機能を持たせることができる
ため、簡易な構成の半導体レーザ装置を実現することが
できるという効果を奏する。
【０１１３】また、請求項６の発明によれば、前記第１
反射膜の反射率を５％以下とし、前記第２反射膜の反射
率を８０％以上とした共振器を形成し、回折格子による
レーザ光の高反射に加えて、反射端面側の反射率を高く
設定しているので、高出力のレーザ光を得ることができ
るという効果を奏する。
【０１１４】また、請求項７の発明によれば、前記第１
反射膜および前記第２反射膜の反射率を、ともに５％以
下とし、レーザ光の反射を主として回折格子によって引
き起こし、回折格子によって反射されないレーザ光のほ
とんどを外部に出力し、半導体レーザ装置製造時の該半
導体レーザ装置の劈開による反射端面と回折格子の反射
端面側位置との距離のばらつきによって位相ずれした反
射レーザ光が共振器内に入力することによるレーザ光出
力の低下を防ぐようにしているので、レーザ光出力の不
安定性と高出力とを維持することができ、しかも当該半
導体レーザ装置の歩留まりを高めることができるという
効果を奏する。
【０１１５】また、請求項８の発明によれば、前記２本
以上の発振縦モード間のしきい値利得差が、１ｃｍ-1以
内になり、非発振縦モードと前記発振縦モードとの間の
しきい値利得差が、１．５ｃｍ-1以上となるように前記
回折格子の結合係数と該回折格子長との積を設定するよ
うにしているので、発振縦モードと非発振縦モードとの
レーザ光を確実に選択でき、しかも複数の発振縦モード
のレーザ光を確実に発振させることができるという効果
を奏する。
【０１１６】また、請求項９の発明によれば、前記第２
反射膜から出力されるレーザ光の出力に対する前記第１
反射膜から出力されるレーザ光の出力の比が２０以上と
なるように前記回折格子、第１反射膜および第２反射膜
を設定するようにしているので、レーザ光出力を高出力
に維持することができるという効果を奏する。
【０１１７】また、請求項１０の発明によれば、半導体
レーザ装置の動的特性および雑音特性を加味し、前記発
振縦モードの発振波長を、前記活性層によって決定され
る利得スペクトルのピーク波長の短波長側に設定するよ
うにしているので、微分利得による相対強度雑音（ＲＩ
Ｎ）を小さくすることができ、安定したラマン増幅を行
うことができるという効果を奏する。
【０１１８】また、請求項１１の発明によれば、半導体
レーザ装置の高出力および高温特性を加味し、前記発振
縦モードの発振波長を、前記活性層によって決定される
利得スペクトルのピーク波長の長波長側に設定するよう
にしているので、発振時における駆動電流増加に伴う利
得スペクトルの長波長側へのシフトによって、実際のレ
ーザ発振時の出力を高出力かつ安定に維持することがで
きるという効果を奏する。
【０１１９】また、請求項１２の発明によれば、ファイ
バグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて
該半導体レーザ装置の共振器が物理的に分離されていな
いため、光軸合わせなどを行う必要がなく、半導体レー
ザモジュールの組立が容易になるとともに、機械的振動
などによってレーザの発振特性が変化しにくくなり、安
定したレーザ光を信頼性高く、かつ安定して出力するこ
とができるので、２本以上の所望の発振縦モードを含む
レーザ光を確実かつ安定して得ることができるという効
果を奏する。
【０１２０】また、請求項１３の発明によれば、ファイ
バグレーティングを用いない半導体レーザ装置を用いて
いるため、インライン式のファイバ型と異なり、大型の
アイソレータを使用することができ、挿入損失の小さい
半導体レーザモジュールを実現することができるので、
２本以上の所望の発振縦モードを含むレーザ光を確実か
つ安定して得ることができるという効果を奏する。
【０１２１】また、請求項１４の発明によれば、請求項
１〜１１に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項１
２または１３に記載の半導体レーザモジュールを広帯域
ラマン増幅用の励起光源として用い、上述した各半導体
レーザ装置あるいは各半導体レーザモジュールの作用効
果を奏するようにし、安定かつ光利得のラマン増幅を行
うことができるという効果を奏する。
【０１２２】また、請求項１５の発明によれば、安定し
た励起光を出力する前記半導体レーザモジュールを用い
ているので、増幅対象媒体の光ファイバに対して信号光
の入射側から励起する前方励起あるいは信号光の出力側
から励起する後方励起あるいは信号光の入射側および出
力側の双方向から励起する双方向励起のいずれかをも行
うことができるので、ラマン増幅器を適用するシステム
に応じて、励起方式を柔軟に選択することができるとい
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である半導体レーザ装
置を斜めからみた破断図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ装置の概要構成を示
す長手方向の縦断面図である。
【図３】図２に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面
図である。
【図４】図１に示した半導体レーザ装置の発振波長に対
するしきい値利得の関係を示す図である。
【図５】図１に示した半導体レーザ装置の発振波長スペ
クトルと発振縦モードとの関係を示す図である。
【図６】単一発振縦モードと複数発振縦モードとのレー
ザ光出力パワーの関係および誘導ブリルアン散乱の閾値
を示す図である。
【図７】図４に対応した発振波長スペクトルを示す図で
ある。
【図８】回折格子の結合係数と回折格子長とを変化した
場合の発振波長スペクトルの変化を示す図である。
【図９】発振波長スペクトルと活性層の利得スペクトル
との関係を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２である半導体レーザ
装置の反射膜近傍の構成を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態３である半導体レーザ
モジュールの構成を示す縦断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態４であるラマン増幅器
の構成を示すブロック図である。
【図１３】この発明の実施の形態４の応用例を示す図で
ある。
【図１４】図１２あるいは図１３に示したラマン増幅器
を用いたＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック
図である。
【図１５】従来のラマン増幅器の概要構成を示すブロッ
ク図である。
【図１６】図１５に示したラマン増幅器に用いた半導体
レーザモジュールの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ３ ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層 ４ ｐ−ＩｎＰスペーサ層 ６ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ７ ＩｎＧａＡｓＰキャップ層 ８ ｐ−ＩｎＰブロッキング層 ９ ｎ−ＩｎＰブロッキング層 １０ ｐ側電極 １１ ｎ側電極 １３，１３ａ，１３ｂ 回折格子 １４ 反射膜 １５ 出射側反射膜 ２０，５１ 半導体レーザ装置 ３０ 発振波長スペクトル ３１〜３３ 発振縦モード ５０，６０ａ〜６０ｄ 半導体レーザモジュール ５２ 第１レンズ ５３，６３，６６ アイソレータ ５４ 第２レンズ ５５ 光ファイバ ５６ 電流モニタ ５７ ベース ５７ａ ヒートシンク ５８ ペルチェ素子 ５８ａ サーミスタ ５９ パッケージ ６１ａ，６１ｂ 偏波合成カプラ ６２，６５ ＷＤＭカプラ ６４ 増幅用ファイバ ６７ モニタ用光分配カプラ ６８ 制御回路 ６９ 信号光入力ファイバ ７０ 信号光出力ファイバ ７１ 偏波面保存ファイバ ８１，８３ ラマン増幅器 Ｌｇｒ、Ｌｇｆ 回折格子長 κｉ 結合係数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 順自 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 DA03 DA04 DA05 DA36 DA38 2K002 AA02 AB30 BA04 DA10 EA30 EB15 GA07 HA23 5F072 AB09 AK06 HH02 HH03 JJ05 PP07 QQ07 RR01 TT15 TT27 YY17 5F073 AA22 AA63 AA74 AA83 BA02 CA12 CB02 DA33 EA03 FA24

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜
    と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形
    成された活性層の近傍であって、少なくとも該第２の反
    射膜側に部分的に設けられた回折格子を有し、 前記第２の反射膜側に設けられた回折格子は、該回折格
    子の結合係数と該回折格子長との積の値が２以上であ
    り、 前記活性層が形成する共振器長と前記回折格子の波長選
    択特性とを含む発振パラメータの組み合わせ設定によっ
    て発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モ
    ードを含むレーザ光を出力することを特徴とする半導体
    レーザ装置。
  2. 【請求項２】 発振波長が１１００〜１５５０ｎｍ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装
    置。
  3. 【請求項３】 前記発振波長スペクトルの半値幅は、３
    ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記
    載の半導体レーザ装置。
  4. 【請求項４】 前記活性層が形成する共振器長は、８０
    ０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいず
    れか一つに記載の半導体レーザ装置。
  5. 【請求項５】 前記回折格子の最大長さは、前記共振器
    長の１／２近傍あるいは１／２以下であることを特徴と
    する請求項４に記載の半導体レーザ装置。
  6. 【請求項６】 前記第１反射膜の反射率は、５％以下で
    あり、前記第２反射膜の反射率は、８０％以上であるこ
    とを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半
    導体レーザ装置。
  7. 【請求項７】 前記第１反射膜および前記第２反射膜の
    反射率は、ともに５％以下であることを特徴とする請求
    項１〜５のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
  8. 【請求項８】 前記２本以上の発振縦モード間のしきい
    値利得差が、１ｃｍ -1以内となり、非発振縦モードと前
    記発振縦モードとの間のしきい値利得差が、１．５ｃｍ
    -1以上となるように前記回折格子の結合係数と該回折格
    子長との積が設定されることを特徴とする請求項１〜７
    のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
  9. 【請求項９】 前記第２反射膜から出力されるレーザ光
    の出力に対する前記第１反射膜から出力されるレーザ光
    の出力の比は、２０以上であることを特徴とする請求項
    １〜８のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
  10. 【請求項１０】 前記発振縦モードの発振波長は、前記
    活性層によって決定される利得スペクトルのピーク波長
    の短波長側に設定されることを特徴とする請求項１〜９
    のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
  11. 【請求項１１】 前記発振縦モードの発振波長は、前記
    活性層によって決定される利得スペクトルのピーク波長
    の長波長側に設定されることを特徴とする請求項１〜９
    のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１〜１１に記載の半導体レーザ
    装置と、 前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に
    導波する光ファイバと、 前記半導体レーザ装置と前記光ファイバとの光結合を行
    う光結合レンズ系と、 を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
  13. 【請求項１３】 前記半導体レーザ装置の温度を制御す
    る温度制御装置と、 前記光結合レンズ系内に配置され、光ファイバ側からの
    反射戻り光の入射を抑制するアイソレータと、 をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の半
    導体レーザモジュール。
  14. 【請求項１４】 請求項１〜１１に記載の半導体レーザ
    装置、あるいは請求項１２または１３に記載の半導体レ
    ーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として
    用いたことを特徴とするラマン増幅器。
  15. 【請求項１５】 前記半導体レーザモジュールを用い
    て、増幅対象媒体の光ファイバに対して信号光の入射側
    から励起する前方励起あるいは信号光の出力側から励起
    する後方励起あるいは信号光の入射側および出力側の双
    方向から励起する双方向励起のいずれかを行うことを特
    徴とする請求項１４に記載のラマン増幅器。
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