JP2003086893A

JP2003086893A - 半導体レーザモジュール及びこれを用いたラマン増幅器

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Publication number: JP2003086893A
Application number: JP2001272118A
Authority: JP
Inventors: Takeji Yamaguchi; 武治山口
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: JP4809554B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＲＩＮの発生を抑制して、安定した高光出力
を得ることが可能な半導体レーザモジュールを提供する
と共に、その半導体レーザモジュールを用いて安定した
高利得を得ることが可能なラマン増幅器を提供すること
を目的とする。【解決手段】半導体レーザモジュール１０の半導体レ
ーザ素子１４は、光軸上に順に配置されている第１のレ
ンズ（平行化レンズ）１６、半導体レーザ素子１４から
出射されるレーザ光の一部を半導体レーザ素子１４に帰
還させる光帰還部としての反射フィルタが付設されてい
る反射フィルタ付き光アイソレータ１８、及び第２のレ
ンズ（集光レンズ）２０を介して、フェルール２６に挿
着されているＰＡＮＤＡ光ファイバ２４に光結合されて
いる。そして、反射フィルタ付き光アイソレータ１８に
おいては、そのファラデー回転子３８の半導体レーザ素
子１４側の表面に、誘電体多層膜からなる反射フィルタ
４６が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信の分野にお
いて使用する半導体レーザモジュール及びこれを用いた
ラマン増幅器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在の光ファイバ通信システムにおいて
は、希土類添加ファイバ増幅器が多く使用されている。
中でも、Ｅｒ（エルビウム）を用いたＥＤＦＡ（Erbium
DopedFiber Amplifier；エルビウム添加ファイバ増幅
器）が特に多用されている。しかし、このＥＤＦＡの実
用的な利得波長帯は、１５３０〜１６１０ｎｍ程度であ
る。また、ＥＤＦＡは利得に波長依存性を有しており、
ＷＤＭ（WavelengthDivision Multiplexing；波長分割
多重）通信システムに使用する場合には、信号光の波長
によって利得に差が生じるという問題がある。

【０００３】このため、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength D
ivision Multiplexing；高密度波長分割多重）通信シス
テムの進展に伴い、ＥＤＦＡよりも更に広帯域の増幅が
可能なラマン（Raman）増幅器に対する期待が高まって
いる。ラマン増幅器は、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１０
０ｎｍ長波長側に利得のピークが現れ、更にこの励起さ
れた状態の光ファイバに上記の利得が得られる波長帯の
信号光を入射すると、この信号光が増幅されるという現
象を利用したものである。

【０００４】ＥＤＦＡはその利得波長帯がイオンのエネ
ルギー順位によって決定され、実用的には１５３０〜１
６１０ｎｍ程度であるのに対して、ラマン増幅器はその
利得波長帯が励起光の波長によって決定されるため、殆
ど制約がない。即ち、光ファイバに入射する励起光の波
長を変えれば、その励起光の波長から所定の波長だけ長
波長側に利得が生じるため、任意の波長において増幅利
得を得ることができる。但し、実際には信号光として１
３００〜１６５０ｎｍ程度の波長帯が使用されると考え
られるため、励起光の波長帯は１２００〜１５５０ｎｍ
程度になる。こうして、ＤＷＤＭ通信システムにおい
て、ラマン増幅器はＥＤＦＡよりも更に信号光のチャネ
ル数を増加させることが可能になる。

【０００５】なお、ラマン増幅器における利得は、光フ
ァイバを構成するガラス分子が種々の振動姿態を有して
いるため、波長分布を持った利得分布、例えば２０ｎｍ
程度の幅のある分布となる。この利得の波長依存性を広
い波長帯域に亘ってフラットにするためには、種々の波
長の励起光を多重化し、各励起レーザの波長や出力等を
適宜調整することが行われている。

【０００６】また、ラマン増幅器においては、既設の通
信用光ファイバを増幅媒体として使用することが可能で
あるが、それを使用した場合のラマン利得は１００ｍＷ
の励起光入力で３ｄＢ程度と小さい。このため、多重化
によって強い励起光を得ることが必要となる。一般に
は、多重化によってトータルで５００ｍＷ〜１Ｗ程度の
励起光とする。

【０００７】ＥＤＦＡやラマン増幅器等の光増幅器に使
用される励起光源としては、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grat
ing；ファイバグレーティング）によって波長を安定化
すると共に高出力化した半導体レーザモジュールが使用
されている。このような従来のＦＢＧ付き半導体レーザ
モジュールの一例を、図７を用いて説明する。図７に示
されるように、従来のＦＢＧ付き半導体レーザモジュー
ル８０は、半導体レーザ素子８２、ＦＢＧ８４が形成さ
れた光ファイバ８６を挿着しているフェルール８８、こ
れら半導体レーザ素子８２とフェルール８８に挿着され
た光ファイバ８６とを光結合する第１及び第２のレンズ
９０，９２等から構成される。そして、半導体レーザ素
子８２から出射されたレーザ光を第１のレンズ９０によ
って平行化し、その平行レーザ光を第２のレンズ９２に
よって集光して、光ファイバ８６に入射させるようにな
っている。

【０００８】ここで、図８に示されるように、ＦＢＧ８
４が例えば約４％のピーク反射率をもち、ＦＷＨＭ（Fu
ll Width Half Maximum；半値全幅）が２ｎｍの反射率
スペクトルを有しているとすると、半導体レーザ素子８
２とＦＢＧ８４とから構成される外部共振器の損失は、
ＦＢＧ８４の中心波長１４８０ｎｍにおいてのみ小さく
なるため、半導体レーザ素子８２の駆動電流や環境温度
が変化した場合であっても、半導体レーザ素子８２の発
振波長は上記の中心波長１４８０ｎｍにおいて固定され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のＦ
ＢＧ付き半導体レーザモジュールを光増幅用の励起光源
として用いる場合には、次のような課題がある。先ず、
半導体レーザ素子の安定発振を阻害する要因となる反射
戻り光を防止する光アイソレータを配置することが困難
になるという問題が生じる。即ち、半導体レーザ素子８
２とＦＢＧ８４との間には光アイソレータを配置できな
いため、その配置位置が制限され、例えばＦＢＧ８４の
外側の光ファイバ８６に配置しなければならない。

【００１０】しかし、その場合には、光ファイバ８６を
一端切断し、その間に光アイソレータを介在させて融着
接合しなければならないため、融着接合部が増加して、
それに伴う挿入損失が増大することになる。また、この
ＦＢＧ８４の外側の光ファイバ８６に配置する光アイソ
レータは、偏光依存性のない、高価な光アイソレータを
使用する必要が生じるため、コストの上昇を招くことに
もなる。

【００１１】また、半導体レーザ素子８２とＦＢＧ８４
との間隔が長くなるため、その共振の際に生じるＲＩＮ
（Relative Intensity Noise；相対強度雑音）が大きく
なる。特に、ラマン増幅器においては、その増幅の生じ
る過程が早く起こるため、励起光強度が揺らいでいる
と、ラマン利得も揺らぐことになる。従って、ＲＩＮが
大きい場合には、ラマン利得の揺らぎがそのまま増幅さ
れた信号強度の揺らぎとして出力されてしまい、安定し
たラマン増幅を行うことができなくなるという問題もあ
る。

【００１２】更に、ＦＢＧ付き半導体レーザモジュール
８０を作製する際、光ファイバ８６にＦＢＧ８４を形成
しなければならないため、量産性に欠け、コストの上昇
を招くという問題もある。そこで本発明は、上記事情を
考慮してなされたものであり、ＲＩＮの発生を抑制し
て、安定した高光出力を得ることが可能な半導体レーザ
モジュールを提供すると共に、その半導体レーザモジュ
ールを用いて安定した高利得を得ることが可能なラマン
増幅器を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の本発
明に係る半導体レーザモジュール及びラマン増幅器によ
って達成される。即ち、請求項１に係る半導体レーザモ
ジュールは、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素
子から出射されたレーザ光を受光して伝送する光ファイ
バと、これら半導体レーザ素子と光ファイバとの間に設
置された光アイソレータと、この光アイソレータに付設
され、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を半導
体レーザ素子に帰還させる光帰還部とを具備することを
特徴とする。

【００１４】なお、上記請求項１に係る半導体レーザモ
ジュールにおいて、光帰還部が、所定の反射率を有する
反射フィルタであることが好適である（請求項２）。そ
してこの反射フィルタが、光アイソレータを構成する光
学素子の表面に形成された誘電体多層膜からなることが
好適である（請求項３）。更にこの誘電体多層膜が、光
学素子の１つであるファラデー回転素子の半導体レーザ
素子側の表面に形成されていることが好適である（請求
項４）。

【００１５】また、上記請求項１に係る半導体レーザモ
ジュールにおいて、半導体レーザ素子及び光帰還部から
構成される共振器の長さと光帰還部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が好適である（請求項５）。
また、上記請求項１に係る半導体レーザモジュールにお
いて、光ファイバが、偏光面保持光ファイバであること
が好適である（請求項６）。そして、この偏光面保持光
ファイバの偏光保持軸と第２のレンズを介して偏光面保
持光ファイバに入射されるレーザ光の偏光方向とのなす
角度が、４５±１２°以下であることが更に好適である
（請求項７）。

【００１６】また、請求項８に係るラマン増幅器は、上
記請求項１〜７に係る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ることを特徴とす
る。なお、ラマン増幅用の励起光源として用いられる半
導体レーザモジュールには、次のような特性が要求され
る。（ａ）励起光のノイズが小さいこと。ＲＩＮが０〜２Ｇ
Ｈｚの範囲において、場合によっては０〜２２ＧＨｚの
範囲において、励起光のノイズは−１３０ｄＢ／Ｈｚ以
下であることが要求される。

【００１７】（ｂ）ＤＯＰ（Degree of Polarization；
偏光度）が小さいこと。コヒーレント長が短いこと、即
ち多モードであっても非偏光化（デポラライズ；depora
lize）することが容易であること又は偏光合成によって
偏光がないものとされることが必要である。ここで、多
モードであるとは、発振スペクトル幅（スペクトルのピ
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本入っている場合をい
う。

【００１８】（ｃ）光出力が高いこと。半導体レーザモ
ジュールの光出力が５０ｍＷ以上であること、好ましく
は１００ｍＷ以上であること、更に好ましくは３００ｍ
Ｗ以上であること、最も好ましくは４００ｍＷ以上であ
ることが要求される。

【００１９】（ｄ）波長安定性が良好であること。発振
波長が変動すると利得波長帯域が変動するため、波長安
定化技術が必須である。発振波長の変動幅は、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。（ｅ）各励起レーザモジュールの発振スペクトル幅が狭
いこと。各励起レーザモジュールの発振スペクトル幅が
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、スペ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働き、ノイズや利得変動の原因
となる。このため、発振スペクトル幅は２ｎｍ以下、又
は３ｎｍ以下であることが必要である。また、余り狭す
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じる。なお、上記
（ｂ）に記載したように、発振スペ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本入っていれ
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。

【００２０】（ｆ）低消費電力であること。偏光合成、
波長合成等が採用されることから、励起レーザを多数使
用することが必要となる。このため、全体の消費電力が
大きくなる。従って、単体の励起レーザモジュールの消
費電力が低いことが好ましい。（ｇ）誘導ブリルアン散乱（Stimulated Brillouin Sca
ttering）が発生しないこと。狭い波長帯域に高光出力
が集中すると、誘導ブリルアン散乱が発生して、励起効
率が低下する。この点からも、発振スペクトル幅内に複
数の縦モードが存在する多モードであることが好適であ
る。

【００２１】（ｈ）ＰＩＢ（Power in Band）が高いこ
と。複数波長の光を合波する際、高光出力化の観点か
ら、波長幅２ｎｍ以内におけるＰＩＢが９０％以上とな
る比較的狭い線幅のレーザ光を出力することが求められ
る。本発明に係る半導体レーザモジュールにおいて、以
上のような要求特性を更に満たすことが望ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールを、図
１〜図５を用いて詳細に説明する。ここで、図１は本実
施形態に係る半導体レーザモジュールを示す概略図、図
２は図１の半導体レーザモジュールにおける反射フィル
タ付き光アイソレータの詳細を示す概略断面図、図３は
図１の半導体レーザモジュールにおける偏光保持光ファ
イバを示す断面斜視図、図４は図１の半導体レーザモジ
ュールの発振波長スペクトル及び複数発振縦モードを示
すグラフ、図５は図１の半導体レーザモジュールの複数
発振縦モードと誘導ブリルアン散乱の閾値との関係を、
単一発振縦モードと誘導ブリルアン散乱の閾値との関係
と比較して示すグラフである。

【００２３】図１に示されるように、本実施形態に係る
半導体レーザモジュール１０においては、例えばセラミ
ック等からなる筐体としてのパッケージ１２内に、半導
体レーザ素子１４、この半導体レーザ素子１４から出射
されるレーザ光を平行化する第１のレンズ（平行化レン
ズ）１６、半導体レーザ素子１４から出射されるレーザ
光の一部を半導体レーザ素子１４に帰還させる光帰還部
としての反射フィルタが付設されている反射フィルタ付
き光アイソレータ１８、及びこの反射フィルタ付き光ア
イソレータ１８を透過した平行レーザ光を集光する第２
のレンズ（集光レンズ）２０が光軸上に順に配置されて
いる。

【００２４】また、パッケージ１２の円筒状の出射部２
２に、基本モードを構成する直交二軸方向のＥ_Xモード
及びＥ_Yモードの位相差を大きくして所定の偏光面を保
持するようにしたＰＭＦ（Polarization Maintaining F
iber；偏光保持光ファイバ）としてのＰＡＮＤＡ（Pola
rization Maintaining and Absorption Reducing）光フ
ァイバ２４を挿着したフェルール２６が差し込まれて固
定されている。こうして、半導体レーザ素子１４が、第
１のレンズ１６、反射フィルタ付き光アイソレータ１
８、及び第２のレンズ２０を介して、フェルール２６に
固定されたＰＡＮＤＡ光ファイバ２４に光結合され、第
２のレンズ２０によって集光されたレーザ光が、ＰＡＮ
ＤＡ光ファイバ２４に入射し、伝送されるようになって
いる。また、半導体レーザ素子１４の前方光出射面１４
ａには、反射率０〜１０％の低反射膜が形成され、その
後方光出射面１４ｂには、反射率５０〜１００％の高反
射膜が形成されている。

【００２５】また、パッケージ１２内には、温度制御装
置としてのペルチェ素子２８が設置されており、このペ
ルチェ素子２８上にベース３０及びヒートシンク３２を
介して半導体レーザ素子１４が搭載されている。また、
半導体レーザ素子１４の近傍には、その温度を検出する
ためのサーミスタ３４が配置されている。こうして、半
導体レーザ素子１４を所望の温度に制御して、レーザ光
の波長安定性を確保するようになっている。また、半導
体レーザ素子１４の後方には、その光出力をモニタする
モニタフォトダイオード３５が設けられており、半導体
レーザ素子１４からの光出力が一定となるように自動出
力制御されている。

【００２６】また、図２に示されるように、反射フィル
タ付き光アイソレータ１８においては、その光軸上に半
導体レーザ素子１４側から順に、その偏光面と一致した
偏光成分のレーザ光のみを透過する偏光子３６、ファラ
デー効果（磁気光学効果）によってレーザ光の偏光面を
回転させるファラデー回転子３８、及び偏光子３６の偏
光面に対してファラデー回転子３８による回転角だけ傾
けた偏光面をもつ検光子４０が配置され、これらの光学
素子が例えばステンレス材からなるリング状のホルダ４
２によって保持されている。また、このホルダ４２に
は、ファラデー回転子３８に所定の方向の磁界をかける
ための磁石４４が取り付けられている。

【００２７】そして、ファラデー回転子３８の半導体レ
ーザ素子１４側の表面に、例えば誘電体多層膜からなる
反射フィルタ４６が形成され、半導体レーザ素子１４か
らの出射光に対する光帰還部となっている。この誘電体
多層膜は、例えば低屈折率物質であるＳｉＯ₂と高屈折
率物質であるＴａ₂Ｏ₅を交互に積層してなるものであ
り、その設計によって反射波長を任意に設定することが
できる。

【００２８】こうして、反射フィルタ付き光アイソレー
タ１８は、半導体レーザ素子１４から出射されるレーザ
光に対するアイソレータとして機能すると共に、そこに
付設されている光帰還部としての反射フィルタ４６が半
導体レーザ素子１４に光を帰還させ、半導体レーザ素子
１４から出射されるレーザ光の波長を安定化させてい
る。

【００２９】また、図３に示されるように、ＰＡＮＤＡ
光ファイバ２４は、応力による複屈折現象を利用した応
力付与型のＰＭＦであって、コア４８の外周を被覆する
クラッド５０に、コア４８を挟んで２つの断面円形状の
応力付与部５２ａ、５２ｂが設けられている。そして、
これら２つの応力付与部５２ａ、５２ｂから付与される
応力によってコア４８に複屈折を発生させ、光ファイバ
の偏光保持特性が得られるようになっている。

【００３０】このＰＡＮＤＡ光ファイバ２４の光軸に直
交する断面において、応力付与部５２ａ、コア４８、応
力付与部５２ｂの各中心を結ぶ線Ｘとこれに垂直に交わ
る線Ｙは共に偏光保持軸であり、通常、線Ｘ、Ｙのいず
れか一方にレーザ光の偏光方向を一致させ、レーザ光の
偏光方向を安定させることが行われる。例えば、本実施
形態に係る半導体レーザモジュール１０をラマン増幅用
の励起光源として使用する場合には、偏光合成の観点か
ら、半導体レーザ素子１４から出射され反射フィルタ付
き光アイソレータ１８を透過してＰＡＮＤＡ光ファイバ
２４に入射するレーザ光の偏光方向と、ＰＡＮＤＡ光フ
ァイバ２４の偏光保持軸とを一致させる。

【００３１】このため、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４を挿
着したフェルール２６をパッケージ１２の出射部２２に
差し込んで固定し、第２のレンズ２０とＰＡＮＤＡ光フ
ァイバ２４とを光結合する際に、ＰＡＮＤＡ光ファイバ
２４から出力されるレーザ光をモニタしながらフェルー
ル２６を光軸回りに回転させ、消光比が最大となる位置
において固定する。

【００３２】また、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４をデポラ
ライザ（Deporalizer）として使用する場合には、ＰＡ
ＮＤＡ光ファイバ２４の偏光方向とＰＡＮＤＡ光ファイ
バ２４の偏光保持軸とを光軸回りに４０゜ずらす。その
ためには、上述の場合と異なり、消光比が最小となるよ
うにフェルール２６をパッケージ１２に固定する。但
し、消光比が小さく０ｄＢ近傍においては、消光比の測
定精度が悪くなり、また角度変化に対する消光比の変化
率も小さくなることから、高精度の調整が困難になり、
角度調整に要するタクトタイムが長くなる場合がある。
このような場合には、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４から出
力されるレーザ光の消光比が最大となる角度を決定し、
その角度から４５±１２°以下、好ましくは４５±６°
以下だけフェルール２６を光軸回りに回転させて固定す
る方法を採ってもよい。この角度は、半導体レーザ素子
１４から出射されてＰＡＮＤＡ光ファイバ２４に入射す
るレーザ光の偏光方向とＰＡＮＤＡ光ファイバ２４の偏
光保持軸とのなす角度に対応する。

【００３３】このとき、消光比が最大となる近傍におい
ては、消光比の測定精度が高く、角度変化に対する消光
比の変化率も大きいことから、高精度の調整が容易にな
り、角度調整に要するタクトタイムを短くすることが可
能になる。また、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４に入射する
レーザ光の偏光方向とＰＡＮＤＡ光ファイバ２４の偏光
保持軸とのなす角度が４５±６°以下という設定範囲に
おいては、ＤＯＰが１５％以下になり、ラマン増幅器の
ＰＤＧ（Polarization Dependent Gain）が０．０５ｄ
Ｂ以下になることを実現することが可能になる。

【００３４】次に、本実施形態に係る半導体レーザモジ
ュール１０の発振スペクトルについて、図４及び図５を
用いて説明する。いま、この半導体レーザモジュール１
０をラマン増幅用の励起光源として使用する場合を想定
して、半導体レーザ素子１４の発振波長を１３００〜１
５５０ｎｍとし、半導体レーザ素子１４のキャビティ長
を８００〜３２００μｍとする。この場合における選択
波長特性は、図４に示す発振波長スペクトル５４として
表される。

【００３５】ここでは、半導体レーザ素子１４のキャビ
ティ長を８００μｍ以上としていることにより、反射フ
ィルタ４６の反射帯域内に含まれる発振モード数が増え
て、発振波長スペクトル５４の半値幅Δλｈ内に複数の
発振縦モード、例えば３つの発振縦モード５６ａ，５６
ｂ，５６ｃが存在するようになる。そして、このように
複数の発振縦モード５６ａ，５６ｂ，５６ｃが存在する
場合を単一の発振縦モードの場合と比較すると、図５
（ａ）,（ｂ）に示されるように、複数の発振縦モード
の場合におけるレーザ出力のピーク値が、単一の発振縦
モードの場合よりも抑制され、高いレーザ出力が得られ
る。

【００３６】また、ラマン増幅器の利得を大きくするた
めには、励起光源として使用される半導体レーザモジュ
ール１０の光出力パワーを増大することが好ましいが、
図５（ｂ）に示されるように、レーザ出力のピーク値が
高くなり、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐthを超えると、
誘導ブリルアン散乱が発生して、ノイズが増加するとい
う不具合が生じる。これに対して、図５（ａ）に示され
るように、複数の発振縦モード５６ａ，５６ｂ，５６ｃ
が存在して、レーザ出力のピーク値が抑制されると、誘
導ブリルアン散乱の閾値Ｐth内において、誘導ブリルア
ン散乱の発生によるノイズの増加を招くことなく高い励
起光出力パワーが得られ、その結果、高いラマン利得が
得られる。

【００３７】以上のように本実施形態に係る半導体レー
ザモジュール１０によれば、反射フィルタ付き光アイソ
レータ１８に付設された光帰還部としての反射フィルタ
４６と半導体レーザ素子１４によって外部共振器を構成
して、反射フィルタ４６の反射中心波長に発振波長を安
定化させ、例えば発振波長を１３００〜１５５０ｎｍと
し、反射フィルタ４６の反射プロファイルの制御を行う
（端的には、半値幅を広くとる）と共に、キャビティ長
を８００〜３２００μｍと長くしてファブリ−ペローモ
ード間隔を狭くすることにより、発振波長スペクトル５
４の半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モード５６ａ，５６
ｂ，５６ｃを存在させてレーザ出力のピーク値を抑制
し、誘導ブリルアン散乱が発生しないようにしている。
このため、この半導体レーザモジュール１０をラマン増
幅用の励起光源として使用すると、誘導ブリルアン散乱
に起因するノイズの増加を招くことなく高い励起光出力
パワーを得ることが可能になり、安定した高ラマン利得
を得ることができる。

【００３８】また、本実施形態に係る半導体レーザモジ
ュール１０によれば、半導体レーザ素子１４とＰＡＮＤ
Ａ光ファイバ２４との間に、光帰還部としての反射フィ
ルタ４６が付設された反射フィルタ付き光アイソレータ
１８を配置し、この反射フィルタ４６から半導体レーザ
素子１４に所定波長の光を帰還させるので、上記図７に
示す従来の半導体レーザモジュールのようにＦＢＧを用
いて光帰還を行う場合に比べて、半導体レーザ素子と光
帰還部との距離が短くなり、半導体レーザ素子と光帰還
部との共振周波数において生じる雑音特性の落ち込みが
高周波数側にシフトすると共に、光アイソレータにより
余分な光が半導体レーザ素子に戻ることが防止されるた
め、ラマン利得の揺らぎが小さくなり、安定したラマン
増幅を行うことができる。

【００３９】また、半導体レーザ素子１４に光帰還を行
う光帰還部としての反射フィルタ４６が反射フィルタ付
き光アイソレータ１８に付設されているため、偏光子３
６、ファラデー回転子３８、及び検光子４０等からなる
光アイソレータを第１及び第２レンズ１６、２０間に配
置することが可能になり、外部から半導体レーザ素子１
４への反射戻り光を有効に防止することが可能になる。
また、従来のＦＢＧを用いる半導体レーザモジュールの
場合のような高価な無偏光光アイソレータを使用する必
要がなく、安価な偏光光アイソレータを使用することが
可能になるため、コストを低減することができる。ま
た、光ファイバを一端切断して光アイソレータとの融着
接合を行う必要もなくなるため、光アイソレータの配置
に伴う挿入損失を小さくすることができる。

【００４０】更に、光帰還部としての反射フィルタ４６
は光アイソレータのファラデー回転子３８表面に誘電体
多層膜を形成することによって作製されるため、従来の
ように光ファイバにＦＢＧを形成する場合と比較する
と、その作製が遥かに容易になり、量産性を飛躍的に向
上することができる。なお、上記実施形態において、反
射フィルタ付き光アイソレータ１８に付設されている光
帰還部としての反射フィルタ４６は、具体的にはファラ
デー回転子３８の半導体レーザ素子１４側の表面に形成
されているが、その形成位置はここに限定されるもので
はない。例えば偏光子３６の両表面のいずれかに形成し
てもよい。但し、ファラデー回転子３８の検光子４０側
の表面や検光子４０の両表面に反射フィルタを形成する
と、光アイソレータの機能を阻害することになり、好ま
しくない。

【００４１】また、フェルール２６に挿着したＰＭＦと
してＰＡＮＤＡ光ファイバ２４を用いているが、この代
わりに、コアの両側に断面扇形状の応力付与部が設けら
れているボウタイ（Bow-Tie）光ファイバやその他の構
造のＰＭＦを用いてもよい。更に、ここではラマン増幅
用の励起光源として使用する場合を想定してＰＭＦを用
いているが、一般には通常のシングルモード光ファイバ
を用いてもよい。

【００４２】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態に係るラマン増幅器を、図６を用いて詳細に説
明する。ここで、図６は本実施形態に係るラマン増幅器
を示す概略ブロック図である。本実施形態に係るラマン
増幅器は、上記第１の実施形態に係る半導体レーザモジ
ュールを励起光源として用いている点に特徴がある。即
ち、図６に示されるように、本実施形態に係るラマン増
幅器においては、その励起光源として上記第１の実施形
態に係る半導体レーザモジュール１０と同一構成の半導
体レーザモジュール１０ａ，１０ｂ，…，１０ｄが用い
られている。そして、これらのうちの半導体レーザモジ
ュール１０ａ，１０ｂは、複数の発振縦モードを有する
同一波長のレーザ光を、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４ａ，
２４ｂを介して偏光合成カプラ５８ａに出力するように
なっている。同様に、半導体レーザモジュール１０ｃ，
１０ｄも、複数の発振縦モードを有する同一波長のレー
ザ光を、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４ｃ，２４ｄを介して
偏光合成カプラ５８ｂに出力するようになっている。但
し、半導体レーザモジュール１０ａ，１０ｂの発振する
レーザ光の波長と半導体レーザモジュール１０ｃ，１０
ｄの発振するレーザ光の波長とは互いに異なる。

【００４３】また、これらの偏光合成カプラ５８ｃ，５
８ｂは、ＷＤＭカプラ６０，６２を介して増幅用光ファ
イバ６４に接続されている。そして、偏光合成カプラ５
８ｃ，５８ｂにおいて、半導体レーザモジュール１０
ａ，１０ｂ；１０ｅ，１０ｄからのレーザ光をそれぞれ
非偏光化し、偏光依存性を解消した後、ＷＤＭカプラ６
０において、これら互いに波長の異なるレーザ光を合成
して励起光とし、ＷＤＭカプラ６２を介して増幅用光フ
ァイバ６４に出力するようになっている。

【００４４】また、この励起光が入力された増幅用光フ
ァイバ６４には、増幅対象の信号光が信号光入力ファイ
バ６６から光アイソレータ６８を介して入力され、励起
光と合波されてラマン増幅されるようになっている。そ
して、この増幅用光ファイバ６４においてラマン増幅さ
れた増幅信号光は、ＷＤＭカプラ６２及び光アイソレー
タ７０を介してモニタ光分配用カプラ７２に入力され、
このモニタ光分配用カプラ７２において、その増幅信号
光の一部を制御回路７４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７６に出力す
る。そして、この制御回路７４において、入力された一
部の増幅信号光を基にして、各半導体レーザモジュール
１０ａ，１０ｂ，…，１０ｄの発光状態、例えば光強度
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。

【００４５】また、増幅用光ファイバ６４においてラマ
ン増幅された増幅信号光は、ＷＤＭカプラ６２及び光ア
イソレータ７０を介してモニタ光分配用カプラ７２に入
力されるようになっている。そして、このモニタ光分配
用カプラ７２は、増幅信号光の一部を制御回路７４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７６に出力するようになっている。そして、
この制御回路７４において、入力された一部の増幅信号
光を基にして、各半導体レーザモジュール１０ａ，１０
ｂ，…，１０ｄの発光状態、例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
バック制御している。

【００４６】以上のように本実施形態に係るラマン増幅
器によれば、上記第１の実施形態に係る半導体レーザモ
ジュール１０と同一構成の半導体レーザモジュール１０
ａ，１０ｂ，…，１０ｄを励起光源として用いることに
より、安定した高利得のラマン増幅を実現することがで
きる。なお、上記実施形態においては、信号光に対して
後方から励起する後方励起方式を採用しているが、この
代わりに、信号光に対して前方から励起する前方励起方
式や双方方向から励起する双方方向励起方式を採用して
もよい。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る半導体レーザモジュール及びラマン増幅器によれ
ば、以下の効果を奏することができる。即ち、請求項１
に係る半導体レーザモジュールによれば、光アイソレー
タに付設された光帰還部によって半導体レーザ素子に所
定波長の光を帰還させることにより、従来の半導体レー
ザモジュールのようにＦＢＧを用いて光帰還を行う場合
に比べて、半導体レーザ素子と光帰還部との距離が短く
なり、半導体レーザ素子と光帰還部との共振周波数にお
いて生じる雑音特性の落ち込みが高周波数側にシフトす
ると共に、光アイソレータにより余分な光が半導体レー
ザ素子に戻ることが防止されるため、ラマン増幅用の励
起光源として使用する場合に、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実現することができ
る。

【００４８】また、光アイソレータを半導体レーザ素子
と光ファイバとの間に配置したことにより、外部から半
導体レーザ素子への反射戻り光を有効に防止することが
可能になることに加え、安価な偏光光アイソレータを使
用することが可能になり、光ファイバを一端切断して光
アイソレータとの融着接合を行う必要がなくなるため、
コストを低減することができると共に、光アイソレータ
の配置に伴う挿入損失を小さくすることができる。

【００４９】また、請求項２〜４に係る半導体レーザモ
ジュールによれば、光帰還部が所定の反射率を有する反
射フィルタであり、更にこの反射フィルタが光アイソレ
ータを構成する光学素子の表面、例えばファラデー回転
素子の半導体レーザ素子側の表面に形成された誘電体多
層膜からなることにより、従来のように光ファイバにＦ
ＢＧを形成する場合と比較すると、遥かにその作製が容
易になるため、量産性を飛躍的に向上することができ
る。

【００５０】また、請求項５に係る半導体レーザモジュ
ールによれば、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させることによ
り、誘導ブリルアン散乱が発生しないようにしているた
め、ラマン増幅用の励起光源として使用する場合に、誘
導ブリルアン散乱に起因するノイズの増加を招くことな
く高い励起光出力パワーを得ることが可能になり、安定
した高ラマン利得を得ることができる。

【００５１】また、請求項８に係るラマン増幅器は、上
記請求項１〜７に係る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ることにより、安定
した高利得のラマン増幅を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモ
ジュールを示す概略図である。

【図２】図１の半導体レーザモジュールにおける反射フ
ィルタ付き光アイソレータの詳細を示す概略断面図であ
る。

【図３】図１の半導体レーザモジュールにおける偏光保
持光ファイバを示す断面斜視図である。

【図４】図１の半導体レーザモジュールの発振波長スペ
クトル及び複数発振縦モードを示すグラフである。

【図５】図１の半導体レーザモジュールの複数発振縦モ
ードと誘導ブリルアン散乱の閾値との関係を、単一発振
縦モードと誘導ブリルアン散乱の閾値との関係と比較し
て示すグラフである。

【図６】本発明の第２の実施形態に係るラマン増幅器を
示す概略ブロック図である。

【図７】従来の半導体レーザモジュールを示す概略図で
ある。

【図８】図７の半導体レーザモジュールの反射スペクト
ルを示すグラフである。

【符号の説明】

１０，１０ａ，１０ｂ，…，１０ｄ半導体レーザモ
ジュール１２パッケージ１４半導体レーザ素子１４ａ前方光出射面１４ｂ後方光出射面１６第１のレンズ（平行化レンズ）１８反射フィルタ付き光アイソレータ２０第２のレンズ（集光レンズ）２２円筒状の出射部２４，２４ａ，２４ｂ，…，２４ｄＰＡＮＤＡ光フ
ァイバ２６フェルール２８ペルチェ素子３０ベースヒートシンク３２ヒートシンク３４サーミスタ３５モニタフォトダイオード３６偏光子３８ファラデー回転子４０検光子４２ホルダ４４磁石４６反射フィルタ４８コア５０クラッド５２ａ、５２ｂ応力付与部５４発振波長スペクトル５６ａ，５６ｂ，５６ｃ発振縦モード５８ｃ，５８ｂ偏光合成カプラ６０，６２ＷＤＭカプラ６４増幅用光ファイバ６６信号光入力ファイバ６８，７０光アイソレータ７２モニタ光分配用カプラ７４制御回路７６信号光出力ファイバ

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）Ｇ０２Ｆ 1/35 ５０１Ｇ０２Ｆ 1/35 ５０１５Ｆ０７３Ｈ０１Ｓ 3/30 Ｈ０１Ｓ 3/30 ＺＦターム(参考） 2H037 AA01 BA03 CA03 CA21 DA38 2H048 FA01 FA09 FA13 FA22 FA24 GA04 GA09 GA11 GA24 GA62 2H049 BA08 BA42 BB63 BC25 2K002 AA02 AB30 BA03 CA15 DA10 EA30 EB15 GA05 HA24 5F072 AK06 JJ04 KK30 PP07 QQ07 YY17 5F073 AB27 AB28 AB29 AB30 BA03 EA03 FA25 FA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を受光し
て伝送する光ファイバと、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバとの間に設置さ
れた光アイソレータと、前記光アイソレータに付設され、前記半導体レーザ素子
から出射されたレーザ光を前記半導体レーザ素子に帰還
させる光帰還部とを具備することを特徴とする半導体レ
ーザモジュール。
【請求項２】前記光帰還部が、所定の反射率を有する
反射フィルタである、請求項１記載の半導体レーザモジ
ュール。
【請求項３】前記反射フィルタが、前記光アイソレー
タを構成する光学素子の表面に形成された誘電体多層膜
からなる、請求項２記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】前記光学素子が、ファラデー回転素子で
あり、前記誘電体多層膜が、前記ファラデー回転素子の
前記半導体レーザ素子側の表面に形成されている、請求
項３記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】前記半導体レーザ素子及び前記光帰還部
から構成される共振器の長さと前記光帰還部の波長選択
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、請求項１記載の半導
体レーザモジュール。
【請求項６】前記光ファイバが、偏光面保持光ファイ
バである、請求項１記載の半導体レーザモジュール。
【請求項７】前記第２のレンズを介して前記偏光面保
持光ファイバに入射されるレーザ光の偏光方向と前記偏
光面保持光ファイバの偏光保持軸とのなす角度が、４５
±１２°以下である、請求項６記載の半導体レーザモジ
ュール。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の半導
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
して用いることを特徴とするラマン増幅器。