JP2003142768A - 光伝送装置、それに用いられる半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝送速度を速くしても、高い伝送品質を確保
することが可能な光伝送装置を提供する。 【解決手段】 信号光を伝送する送信側光伝送路の下流
側の端部に、光ファイバ増幅器が接続されている。送信
側光伝送路を伝送された信号光が光ファイバ増幅器に入
射し、励起光の作用によって増幅される。増幅された信
号光が受信側光伝送路に入射する。励起光源が、励起光
を発生し、励起光を光ファイバ増幅器に導入する。励起
光源は、光ファイバ増幅器に導入される励起光を出射す
る出射面と、出射面とともに光共振器を画定する背面
と、光共振器内に配置された発光領域とを有する。出射
面上に低反射膜が形成され、背面上に高反射膜が形成さ
れている。ている。信号光の波長における高反射膜の反
射率が２０％以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光伝送装置に関
し、特に光ファイバ増幅器を備え、広帯域光通信に適し
た光伝送装置に関する。さらに、本発明は、この光伝送
装置に用いられる励起用半導体レーザ装置及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】広帯域光通信を実現する方式として、波
長分割多重（Wavelength Division Multiplexing；ＷＤ
Ｍ）通信方式が脚光を浴びている。この通信システムで
は、光線路の一部に、たとえばＥｒドープ光ファイバ増
幅器（Erbium doped fiber amplifier；ＥＤＦＡ）が配
置される。ポンピングレーザモジュールからＥＤＦＡに
励起用レーザ光が導入され、信号光源から光線路を伝送
されてきた信号光が、ＥＤＦＡ内で増幅される。増幅さ
れた信号光がさらに下流側へ伝送される。ポンピングレ
ーザモジュールでは、励起用レーザ光の光源として半導
体レーザ装置が用いられる。例えば、１．５５μｍ帯の
光伝送システムにおいては、波長０．９８μｍの励起用
レーザ光が使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の光伝送シ
ステムは、伝送速度が比較的遅い場合には実用に耐え得
るが、伝送速度が速くなると、雑音の増大によって、十
分な伝送品質を確保できないことがわかった。

【０００４】本発明の目的は、伝送速度を速くしても、
高い伝送品質を確保することが可能な光伝送装置、この
光伝送装置に用いられる半導体レーザ装置、及び半導体
レーザ装置の製造方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、信号光を伝送する送信側光伝送路と、前記送信側光
伝送路の下流側の端部に接続され、該送信側光伝送路を
伝送された前記信号光が入射し、該信号光の波長とは異
なる波長を有する励起光の作用によって該信号光を増幅
する光ファイバ増幅器と、前記光ファイバ増幅器により
増幅された前記信号光が入射し、入射した該信号光を伝
送する受信側光伝送路と、前記励起光を発生し、該励起
光を前記光ファイバ増幅器に導入する励起光源とを有
し、前記励起光源は、前記光ファイバ増幅器に入力され
る励起光を出射する出射面と、前記出射面とともに光共
振器を画定する背面と、前記光共振器内に配置された発
光領域と、前記出射面上に形成された低反射膜と、前記
背面上に形成され、前記励起光の波長における反射率
が、前記低反射膜のそれよりも高く、前記信号光の波長
における反射率が２０％以下である高反射膜とを含む光
伝送装置が提供される。

【０００６】信号光の一部が、励起光源に入射する。励
起光源に入射した信号光の一部は、その出射面を通過
し、背面の高反射膜で反射され、光ファイバ増幅器に戻
る。この戻り光が、ノイズの原因になる。信号光の波長
における高反射膜の反射率を２０％以下とすることによ
り、戻り光の強度を低減させることができる。

【０００７】本発明の他の観点によると、信号光を伝送
する送信側光伝送路と、前記送信側光伝送路の下流側の
端部に接続され、該送信側光伝送路を伝送された前記信
号光が入射し、該信号光の波長とは異なる波長を有する
励起光の作用によって該信号光を増幅する光ファイバ増
幅器と、前記光ファイバ増幅器により増幅された前記信
号光が入射し、入射した該信号光を伝送する受信側光伝
送路と、前記励起光を発生し、該励起光を前記光ファイ
バ増幅器に導入する励起光源とを有し、前記励起光源
は、前記光ファイバ増幅器に入力される励起光を出射す
る出射面と、前記出射面とともに光共振器を画定する背
面と、前記光共振器内に配置された発光領域と、前記出
射面上に形成され、前記信号光の波長における反射率
が、前記励起光の波長における反射率以下である低反射
膜と、前記背面上に形成され、前記励起光の波長におけ
る反射率が、前記低反射膜のそれよりも高く、前記信号
光の波長における反射率が、前記励起光の波長における
反射率の１／１０以下である高反射膜とを含む光伝送装
置が提供される。

【０００８】信号光の波長における低反射膜の反射率
が、励起光の波長における反射率以下であるため、低反
射膜で反射して光ファイバ増幅器に戻る戻り光の強度を
低減させることができる。また、信号光の波長における
高反射膜の反射率を低くしているため、励起光源の出射
面を通過し、背面の高反射膜で反射して光ファイバ増幅
器に戻る戻り光の強度を低減させることができる。

【０００９】本発明の他の観点によると、上述の光伝送
装置の励起光源に使用される半導体レーザ装置が提供さ
れる。

【００１０】本発明の他の観点によると、（ａ）第１の
波長の信号光を増幅する光ファイバ増幅器に、第２の波
長の励起用レーザ光を導入するための半導体レーザ装置
の製造方法であって、（ｂ）出射端面と背面とが画定さ
れており、キャリアの注入により誘導放出を生じさせ、
該出射端面から第２の波長の励起用レーザ光を出射する
半導体レーザ積層構造を形成する工程と、（ｃ）前記半
導体レーザ積層構造の前記出射端面に形成する低反射膜
の、前記第１の波長及び第２の波長における反射率を決
定する工程と、（ｄ）前記半導体レーザ積層構造の前記
背面に形成する高反射膜の、前記第１の波長における反
射率を決定する工程と、（ｅ）前記第１の波長及び前記
第２の波長における反射率が、前記工程（ｃ）で決定さ
れた反射率以下となるように、前記出射端面上に低反射
膜を形成する工程と、（ｆ）前記背面上に、前記第２の
波長における反射率が、前記低反射膜のそれよりも高
く、前記第１の波長における反射率が、前記工程（ｄ）
で決定された反射率以下となるように高反射膜を形成す
る工程とを有する半導体レーザ装置の製造方法が提供さ
れる。

【００１１】信号光の波長及び励起用レーザ光の波長の
双方における反射率を規定することにより、励起用レー
ザ光の波長のみの反射率を規定する場合に比べて、信号
光の波長における低反射膜の反射率を低くすることが可
能になる。これにより、低反射膜で反射して光ファイバ
増幅器に戻る戻り光の強度を低減させることができる。
また、信号光の波長における高反射膜の反射率を低くす
ることにより、出射端面を通過して高反射膜で反射し、
出射端面から再出射する信号光の強度を低減させること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施例による光
伝送装置の概略図を示す。信号光源１が、波長分割多重
された波長１．５５μｍ帯の信号光を出射する。信号光
源１から出射された信号光は、送信側光ファイバ２内を
伝送される。送信側光ファイバ２の下流側の端部に、Ｅ
ＤＦＡ３が接続されている。ポンピングレーザモジュー
ル１０から出射された励起用レーザ光が、光ファイバ６
を通ってＥＤＦＡ３内に導入される。励起用レーザ光の
作用により、信号光が増幅される。

【００１３】ＥＤＦＡ３の出射端に、受信側光ファイバ
４が接続されている。ＥＤＦＡ３内で増幅された信号光
が、受信側光ファイバ４に入射し、ファイバ内を伝送さ
れる。受信側光ファイバ４の下流側の端部に、光受信装
置５が接続されている。光受信装置５は、受信側光ファ
イバ４内を伝送された信号光を受信し、波長分割多重さ
れた信号光を、波長ごとに分離する。

【００１４】励起用レーザ光をＥＤＦＡ３に導入するた
めの光ファイバ６に、ファイバブラッググレーティング
６Ａが形成されている。励起用レーザ光の波長０．９８
μｍは、ファイバブラッググレーティング６Ａの反射帯
域内に入る。このため、ポンピングレーザモジュール１
０から出射された励起用レーザ光が、ファイバブラッグ
グレーティング６Ａにより、ポンピングレーザモジュー
ル１０に帰還される。これにより、ポンピングレーザモ
ジュール１０内の半導体レーザ装置の発振波長が０．９
８μｍに収斂し、時間的に安定した光出力を得ることが
できる。

【００１５】図２に、図１に示した実施例による光伝送
装置に用いられるポンピングレーザモジュール１０の断
面図を示す。パッケージ１１の底板１１ａの上に、ペル
チェモジュール１２が配置されている。ペルチェモジュ
ール１２の上に、コバール製のベース材１３が取り付け
られている。

【００１６】ベース材１３の上に、チップキャリア１４
を介して半導体レーザ装置２０が配置されている。光フ
ァイバ６の入射端面が、半導体レーザ装置２０の出射端
面に対向するように配置され、両者が光結合している。
光ファイバ６の入射端面は楔形に加工されており、高い
光結合効率が得られる。集束レンズ等を配置する必要が
無いため、部品点数を少なくし、製造コストの低減を図
ることが可能になる。光ファイバ６の入射端面の近傍
が、ファイバ固定部材１６によりベース材１３の上に固
定されている。光ファイバ６は、パッケージ１１に設け
られた筒状穴１１ｂ内を通ってパッケージ１１の外部に
導出されている。筒状穴１１ｂ内にスリーブ１７を配置
することにより、パッケージ１１内の気密性が保たれて
いる。

【００１７】半導体レーザ装置２０の、出射端面とは反
対側の面（背面）に対向するように、フォトダイオード
１８が配置されている。フォトダイオード１８により、
半導体レーザ装置２０の背面から出射したレーザビーム
の強度が監視される。

【００１８】図３（Ａ）に、図２に示した半導体レーザ
装置２０の斜視図を示す。ｎ型ＧａＡｓからなる基板２
１の表面上に、Ｓｉがドープされたｎ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓからなる下部クラッド層２５が形成されている。下
部クラッド層２５の厚さは４μｍであり、そのＳｉ濃度
は３×１０¹⁷ｃｍ^-3である。下部クラッド層２５の上
に、アンドープのＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓからなる下部分離
閉込ヘテロ（ＳＣＨ）層２６ａが形成されている。下部
ＳＣＨ層２６ａの厚さは５０ｎｍである。

【００１９】下部ＳＣＨ層２６ａの上に、活性層２７が
形成されている。活性層２７は、量子井戸層を障壁層で
挟んだ３層構造を有する。量子井戸層は、Ｓｉがドープ
されたｎ型のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓで形成され、その厚さ
は１２ｎｍ、Ｓｉ濃度は５×１０¹⁷ｃｍ^-3である。障壁
層の各々は、アンドープのＧａＡｓ_0.91Ｐ_0.09で形成さ
れ、その厚さは１０ｎｍである。活性層２７の上に、ア
ンドープのＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓからなる上部ＳＣＨ層２
６ｂが形成されている。上部ＳＣＨ層２６ｂの厚さは、
５０ｎｍである。

【００２０】上部ＳＣＨ層２６ｂの上に、Ｚｎドープの
ｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓからなる上部クラッド層２８が
形成され、その上にＺｎドープのｐ型ＧａＡｓからなる
キャップ層２９が形成されている。上部クラッド層２８
とキャップ層２９との２層は、リッジ状に加工されてお
り、出射端面から背面に至るリッジ導波路を画定してい
る。キャップ層２９は、リッジ部分３０の上面にのみ残
っている。

【００２１】上部クラッド層２８の厚さは、リッジ部分
３０において２μｍであり、その他の部分において０．
９μｍである。また、上部クラッド層２８のＺｎ濃度は
３×１０¹⁷ｃｍ^-3である。キャップ層２９の厚さは０．
５μｍであり、そのＺｎ濃度は１×１０²⁰ｃｍ^-3であ
る。

【００２２】絶縁性の保護膜２３が、上部クラッド層２
８及びキャップ層２９の表面を覆う。保護膜２３には、
リッジ部分３０の上面に、出射端面から背面まで連続す
る開口２３Ａが形成されている。開口２３Ａの底面に、
キャップ層２９が現れる。保護膜２３は、窒化シリコン
（ＳｉＮ）で形成され、その厚さは０．１２μｍであ
る。

【００２３】上部電極２４が、開口２３Ａの底面に現れ
ているキャップ層２９の表面及び保護膜２３の表面を覆
う。上部電極２４は、基板側から順番にＴｉ層、Ｐｔ
層、Ａｕ層が積層された３層構造を有し、開口２３Ａの
底面においてキャップ層２９にオーミック接触する。

【００２４】下部電極２２が、基板２１の裏面を覆う。
下部電極２２は、基板側から順番にＡｕＧｅＮｉ合金層
とＡｕ層とが積層された２層構造を有し、基板２１にオ
ーミック接触する。

【００２５】上述の各化合物半導体層は、公知の有機金
属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）や電子線エピタキシ（Ｍ
ＢＥ）等により形成することができる。リッジ部分３０
は、リッジ部分３０の上面をレジストパターンで覆い、
クエン酸系エッチャント（クエン酸を含むエッチャン
ト）を用いてキャップ層２９と上部クラッド層２８とを
エッチングすることより形成することができる。窒化シ
リコンからなる保護膜２３は、反応性スパッタリングに
より形成することができる。開口２３Ａは、開口２３Ａ
以外の領域をレジストパターンで覆い、弗酸系エッチャ
ント（弗酸を含むエッチャント）を用いて保護膜２３を
エッチングすることより形成することができる。上部電
極２４及び下部電極２２は、真空蒸着により形成するこ
とができる。

【００２６】図３（Ｂ）に、図３（Ａ）に示した半導体
レーザ装置２０の側面図を示す。出射端面４０の表面上
に、低反射膜４５が形成され、背面５０の表面上に高反
射膜５５が形成されている。

【００２７】まず、低反射膜４５の積層構造について説
明する。出射端面４０及び背面５０の表面上に、ＩｎＧ
ａＰからなる厚さ１００ｎｍの端面成長膜４１が形成さ
れている。端面成長膜４１の上に、Ａｌ₂Ｏ₃膜とアモル
ファスシリコン膜とが交互に形成され、合計３層の多層
膜を構成している。

【００２８】第１層目のＡｌ₂Ｏ₃膜４２Ａ、第２層目の
アモルファスシリコン膜４３Ａ、及び第３層目のＡｌ₂
Ｏ₃膜４２Ｂの厚さは、それぞれ４７．５ｎｍ、１８．
９ｎｍ、１７６．７ｎｍである。

【００２９】次に、高反射膜５５の積層構造について説
明する。背面５０の表面上に、ＩｎＧａＰからなる厚さ
１００ｎｍの端面成長膜５１が形成されている。端面成
長膜５１の上に、ＳｉＯ₂膜とアモルファスシリコン膜
とが交互に積層され、合計７層の多層膜を構成してい
る。

【００３０】第１、第３、第５及び第７層目のＳｉＯ₂
膜５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、及び５２Ｄの厚さは、それ
ぞれ９６ｎｍ、１３０ｎｍ、２９１ｎｍ、及び４５６ｎ
ｍである。第２、第４、及び第６層目のアモルファスシ
リコン膜５３Ａ、５３Ｂ、及び５３Ｃの厚さは、それぞ
れ６６ｎｍ、５７ｎｍ、１０ｎｍである。

【００３１】端面成長膜４１は、ＭＯＣＶＤにより形成
される。低反射膜４５を構成するＡｌ₂Ｏ₃膜、及びアモ
ルファスシリコン膜は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣ
Ｒ）プラズマを用いたＣＶＤにより形成される。高反射
膜５５を構成するＳｉＯ₂膜とアモルファスシリコン膜
は、プラズマＣＶＤにより形成される。なお、Ａｌ₂Ｏ₃
膜、アモルファスシリコン膜、及びＳｉＯ₂膜は、スパ
ッタリングや電子ビーム蒸着により形成することも可能
である。

【００３２】図４（Ａ）に、低反射膜４５の反射率の波
長依存性を、従来の低反射膜の反射率の波長依存性と比
較して示す。図４（Ｂ）に、高反射膜５５の反射率の波
長依存性を、従来の高反射膜の反射率の波長依存性と比
較して示す。各グラフの横軸は波長を単位「ｎｍ」で表
し、縦軸は反射率を単位「％」で表す。曲線ａ₁が、実
施例による半導体レーザ装置の低反射膜４５の反射率を
示し、曲線ａ₂が、従来の低反射膜の反射率の例を示
す。また、曲線ｂ₁が、実施例による半導体レーザ装置
の高反射膜５５の反射率を示し、曲線ｂ₂が、従来の高
反射膜の反射率の例を示す。

【００３３】図４（Ａ）に反射率を示されている従来の
低反射膜は、ＩｎＧａＰからなる厚さ１００ｎｍの端面
成長膜と、厚さ１５０〜２３０ｎｍのＡｌ₂Ｏ₃膜との２
層構造を有する。図４（Ｂ）に反射率を示されている従
来の高反射膜は、ＩｎＧａＰからなる厚さ１００ｎｍの
端面成長膜、及びその上に厚さ１６７ｎｍのＳｉＯ₂膜
と厚さ７１ｎｍのアモルファスシリコン膜とが交互に３
層ずつ積層された７層構造を有する。

【００３４】図４（Ａ）に示されているように、実施例
による半導体レーザ装置に用いられる低反射膜４５は、
励起用レーザ光の波長０．９８μｍにおいて約２％、信
号光の波長１．５５μｍにおいて約１％の反射率を有す
る。これに対し、従来の低反射膜は、励起用レーザ光の
波長０．９８μｍにおいて、反射率が約２％であるが、
信号光の波長１．５５μｍにおける反射率は、約６％で
ある。

【００３５】図４（Ｂ）に示されているように、実施例
による半導体レーザ装置に用いられている高反射膜も、
従来の高反射膜も、励起用レーザ光の波長０．９８μｍ
において、約９２％程度の高い反射率を有する。ところ
が、信号光の波長１．５５μｍにおいては、実施例によ
る半導体レーザ装置に用いられている高反射膜の反射率
が約１％であるのに対し、従来の高反射膜の反射率は、
約５０％である。

【００３６】図１を参照しながら、上記実施例の効果に
ついて説明する。送信側光ファイバ２を伝送される信号
光は、ＥＤＦＡ３に入射して増幅されるが、一部の信号
光は、ＥＤＦＡ３と光ファイバ６との接続部で分岐し、
ポンピングレーザモジュール１０に入力される。

【００３７】ポンピングレーザモジュール１０に入力さ
れた信号光は、半導体レーザ装置の出射端面に形成され
た低反射膜で反射し、再びＥＤＦＡ３に導入される。ま
た、低反射膜を透過した信号光は、半導体レーザ装置の
背面に形成されている高反射膜で反射し、出射端面の低
反射膜を透過して、再びＥＤＦＡ３に導入される。ＥＤ
ＦＡ３に再度導入された信号光は、ノイズ成分となり、
伝送品質を低下させる。伝送速度が遅い場合には、この
ノイズ成分は顕在化しないが、特に、伝送速度が速い場
合に、このノイズ成分による伝送品質の低下が懸念され
る。

【００３８】実施例による半導体レーザ装置の場合に
は、信号光の波長域において、出射端面上の低反射膜及
び背面の高反射膜の反射率が、従来のものに比べて低
い。このため、半導体レーザ装置の出射端面や背面で反
射してＥＤＦＡ３に戻る信号光の強度が弱められる。こ
れにより、ノイズ成分の少ない高品質な光伝送を行うこ
とが可能になる。

【００３９】上記実施例では、出射端面上の低反射膜の
反射率が、励起用レーザ光及び信号光の両方の波長域に
おいて約１％であったが、必ずしも反射率を１％程度に
する必要はない。ポンピングレーザモジュールからの戻
り光による伝送品質の低下を防止するためには、信号光
の波長域における反射率を２％以下とすることが好まし
く、０．５％以下とすることがより好ましい。また、励
起用レーザ光の十分な出力を確保するために、励起用レ
ーザ光の波長域における反射率を１５％以下とすること
が好ましい。

【００４０】また、低反射膜の反射率は、一般的に、励
起用レーザ光の波長域において低くなるように設計され
る。この場合、励起用レーザ光の波長とは異なる信号光
の波長域においては、反射率が高くなってしまう。本実
施例の場合には、低反射膜の反射率が、励起用レーザ光
及び信号光の双方の波長域において低くなるように設計
される。特に、信号光の波長域における反射率が、励起
用レーザ光の波長域における反射率以下である場合、ポ
ンピングレーザモジュールからの戻り光による伝送品質
の低下を防止する十分な効果を得られるであろう。

【００４１】半導体レーザ装置の背面に形成された高反
射膜の反射率は、励起用レーザ光の波長域において、出
射端面に形成された低反射膜の反射率よりも高くなるよ
うに、通常は８５％以上になるように設計される。この
場合、信号光の波長域においても、反射率が比較的高く
なってしまう。本実施例の場合には、高反射膜の反射率
が、励起用レーザ光の波長域において高くなり、信号光
の波長域において低くなるように設計される。特に、ポ
ンピングレーザモジュールからの戻り光による伝送品質
の低下を防止する十分な効果を得るために、信号光の波
長域における反射率を２０％以下とすることが好まし
く、１０％以下とすることがより好ましい。さらには、
５％以下とすることがより好ましく、２％以下とするこ
とが最も好ましい。また、信号光の波長域における高反
射膜の反射率を、励起用レーザ光の波長域における反射
率の１／１０以下とすることが好ましい。

【００４２】次に、上記実施例による半導体レーザ装置
に用いられた低反射膜及び高反射膜の設計方法について
説明する。

【００４３】まず、信号光の波長域及び励起用レーザ光
の波長域における低反射膜と高反射膜との目標とする反
射率を決定する。例えば、信号光の波長域における低反
射膜の目標反射率２％以下とし、励起用レーザ光の波長
域における低反射膜の目標反射率を１５％以下とする。
または、信号光の波長域における低反射膜の目標反射率
を、励起用レーザ光の波長域における目標反射率以下に
する。励起用レーザ光の波長域における高反射膜の目標
反射率を８５％以上とし、信号光の波長域における高反
射膜の目標反射率を、励起用レーザ光の波長域における
目標反射率の１／１０以下にする。または、信号光の波
長域における高反射膜の目標反射率を例えば５％以下と
する。

【００４４】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に、上記実施例
で使用された低反射膜及び高反射膜の各層の材料の屈折
率を示す。各グラフの横軸は波長を単位「ｎｍ」で現
し、縦軸は屈折率を表す。図５（Ａ）の曲線ｃ₁及びｃ₂
は、それぞれＡｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂の屈折率を示す。図
５（Ｂ）の曲線ｄ₁及びｄ₂は、それぞれ高反射膜に用い
られるアモルファスシリコンの屈折率、及び低反射膜に
用いられるアモルファスシリコンの屈折率を示す。高反
射膜に用いられるアモルファスシリコンの屈折率と、低
反射膜に用いられるアモルファスシリコンの屈折率とが
異なるのは、成膜方法が異なるためである。

【００４５】各材料の屈折率は、成膜方法や成膜条件に
依存するため、反射膜の設計に先立ち、実際に用いられ
る成膜方法や成膜条件で形成した各材料の屈折率を測定
しておくことが好ましい。多層反射膜を構成する各層の
材料の屈折率が既知であり、２つの波長域における目標
反射率が決まると、公知の方法により、積層構造及び各
層の膜厚を求めることができる。

【００４６】上記実施例では、半導体レーザ装置の出射
端面及び背面のいずれにも、ＩｎＧａＰからなる端面成
長膜が形成されている。これは、半導体レーザ装置のカ
タストロフィックオプティカルダメージ（ＣＯＤ）の発
生を防止するためのものである。従って、ＣＯＤが生じ
ない場合には、端面成長膜を設ける必要はない。

【００４７】上記実施例では、図２（Ｂ）に示したよう
に、低反射膜４５を、端面成長膜４１とその他の３層か
らなる多層膜としたが、多層膜の層数を変えてもよい。

【００４８】図６に、低反射膜の層数を変えた場合の反
射率の波長依存性を示す。横軸は波長を単位「ｎｍ」で
現し、縦軸は反射率を単位「％」で現す。図中の曲線ｅ
₁、ｅ₂、及びｅ₃が、それぞれ端面成長膜を除いた層数
が３層、５層、及び８層である低反射膜の反射率を示
す。すなわち、曲線ｅ₁は、図４（Ａ）に示された曲線
ａ₁と同一である。

【００４９】図６から、励起用レーザ光の波長０．９８
μｍ及び信号光の波長１．５５μｍの波長域における反
射率は、端面成長膜を除いた層数が５層及び８層である
場合も、上記実施例の場合と比べて有意な差がないこと
がわかる。このため、実施例では、端面成長膜を除いた
層数が３層の多層構造を採用した。ただし、励起用レー
ザ光及び信号光の波長が、上記実施例の場合の波長と異
なる場合には、３層よりも多い多層構造を採用した方が
好ましい場合もあるであろう。

【００５０】上記実施例では、図３（Ｂ）に示した低反
射膜４５を、端面成長膜４１と、Ａｌ₂Ｏ₃膜と、アモル
ファスシリコン膜とで構成したが、他の材料からなる膜
で構成してもよい。例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ_x）
膜とＳｉＯ₂膜とを含む多層構造としてもよい。

【００５１】図７（Ａ）に、ＳｉＮ_x膜とＳｉＯ₂膜との
多層膜からなる低反射膜の反射率の波長依存性を示す。
横軸は波長を単位「ｎｍ」で現し、縦軸は反射率を単位
「％」で現す。ＳｉＮ_xの屈折率は、図５（Ａ）の曲線
ｃ₃で示されている。図中の曲線ｆ₁は、第１層目が厚さ
４０６．７８ｎｍのＳｉＮ_x膜、第２層目が厚さ２６
５．０８ｎｍのＳｉＯ₂膜である２層構造の低反射膜の
反射率を示す。曲線ｆ₂は、第１層目が厚さ１８１．７
３ｎｍのＳｉＮ_x膜、第２層目が厚さ６３．５８ｎｍの
ＳｉＯ₂膜、第３層目が厚さ３２９．９０ｎｍのＳｉＮ_x
膜、第４層目が厚さ１５６．１５ｎｍのＳｉＯ₂膜であ
る４層構造の低反射膜の反射率を示す。なお、端面成長
膜は形成されておらず、出射端面上に、直接第１層目の
ＳｉＮ_x膜が形成されている。

【００５２】低反射膜を２層構造とした場合には、信号
光の波長域（１．５５μｍ）における反射率が約５％に
なっているが、４層構造にすることにより、約１％まで
反射率を低くすることができる。なお、曲線ｆ₁で示し
た２層構造の場合にも、図４（Ａ）の曲線ａ₂で示した
従来の低反射膜に比べて、信号光の波長域における反射
率が小さい。このため、ポンピングレーザモジュールか
らの戻り光によるノイズを低減させる効果が得られるで
あろう。

【００５３】また、アモルファシシリコンは、波長０．
９８μｍ帯の光を吸収する。図７（Ａ）に示した例で
は、低反射膜の構成材料として、アモルファスシリコン
を用いないため、吸収による励起用レーザ光の損失を低
減することができる。

【００５４】図７（Ｂ）に、ＩｎＧａＰからなる端面成
長膜を配置した場合の低反射膜の反射率の波長依存性を
示す。横軸及び縦軸は、図７（Ａ）と同一である。曲線
ｇ₁及びｇ₂は、それぞれ端面成長膜の上に形成された多
層膜が、図７（Ａ）の曲線ｆ₁及びｆ₂で示された多層膜
と同一の構成を有する低反射膜の反射率を示す。図７
（Ｂ）の曲線ｇ₁及びｇ₂を、図７（Ａ）の曲線ｆ₁及び
ｆ₂と比較すると、反射率は、端面成長膜の影響をほと
んど受けないことがわかる。

【００５５】多層膜構造を有する反射膜として、上述の
各種材料以外の誘電体材料を用いることも可能である。
例えば、ＳｉＮ_x膜とＴｉＯ₂膜との積層構造や、ＳｉＮ
_x膜とＴａ₂Ｏ₅膜との積層構造を用いることも可能であ
る。

【００５６】図８に、さらに他の積層構造を有する低反
射膜の反射率を示す。横軸は波長を単位「ｎｍ」で表
し、縦軸は反射率を単位「％」で表す。図中の曲線ｈ₁
は、誘電体として窒化シリコンと酸化シリコンとを用い
た５層構造の低反射膜の反射率を示す。第１層目は厚さ
１００ｎｍの端面成長膜、第２層目は厚さ２４６．６ｎ
ｍの窒化シリコン膜、第３層目は厚さ２２．９ｎｍの酸
化シリコン膜、第４層目は厚さ２９５．７ｎｍの窒化シ
リコン膜、第５層目は厚さ１３３．７ｎｍの酸化シリコ
ン膜である。

【００５７】図中の曲線ｈ₂は、誘電体として窒化シリ
コンと酸化シリコンとを用いた７層構造の低反射膜の反
射率を示す。第１層目は厚さ１００ｎｍの端面成長膜、
第２層目は厚さ１２９．１ｎｍの窒化シリコン膜、第３
層目は厚さ４５７．６ｎｍの酸化シリコン膜、第４層目
は厚さ１１４．７ｎｍの窒化シリコン膜、第５層目は厚
さ２９２．２ｎｍの酸化シリコン膜、第６層目は厚さ２
９５．５ｎｍの窒化シリコン膜、第７層目は厚さ１９
８．８ｎｍの酸化シリコン膜である。

【００５８】図中の曲線ｈ₃は、誘電体としてＴａ₂Ｏ₅
と酸化シリコンとを用いた５層構造の低反射膜の反射率
を示す。第１層目は厚さ１００ｎｍの端面成長膜、第２
層目は厚さ１３３．６ｎｍのＴａ₂Ｏ₅膜、第３層目は厚
さ４１０．５ｎｍの酸化シリコン膜、第４層目は厚さ２
３７．５ｎｍのＴａ₂Ｏ₅膜、第５層目は厚さ２３０．９
ｎｍの酸化シリコン膜である。

【００５９】図８に示したいずれの低反射膜において
も、信号光の波長域１．５５μｍにおける反射率が０．
５％以下になっており、励起光の波長域０．９８μｍに
おける反射率が約２％になっている。

【００６０】上記実施例では、半導体レーザ装置の低反
射膜の反射率の好適な範囲の上限を示した。理論的に
は、信号光の波長における低反射膜の反射率は０％であ
ることが好ましい。ところが、現実には、信号光の波長
における反射率を０％にすることは困難である。設計の
容易さ、製造上の歩留まり等の制約から、現実的には、
この反射率の下限値を０．０１％とすることが好まし
い。

【００６１】上記実施例では、信号光の波長が１．５５
μｍ、励起用レーザ光の波長が０．９８μｍである場合
を例にとって説明したが、これらのレーザ光の波長がそ
の他の波長であっても、上記実施例を適用することが可
能である。

【００６２】図７（Ａ）、（Ｂ）、及び図８に示したよ
うに、低反射膜の反射率のスペクトルは、励起光の波長
（９８０ｎｍ）と信号光の波長（１５５０ｎｍ）との間
に少なくとも一つの極大値を示す。

【００６３】また、低反射膜の反射率のスペクトルが、
励起光の波長を中心とし、その波長の±５％の範囲内で
少なくとも一つの極小値を示すようにすることが好まし
い。さらに、低反射膜の反射率のスペクトルが、信号光
の波長を中心とし、その波長の±５％の範囲内で少なく
とも一つの極小値を示すようにすることが好ましい。

【００６４】低反射膜の反射率のスペクトルをこのよう
な形状とすることにより、励起光の波長と信号光の波長
とで反射率が低くなるような低反射膜を、容易に設計す
ることができる。例えば、低反射膜の各層を薄くし、層
数を少なくすることが可能になる。また、製造上のばら
つきにより、極小値を示す波長がずれたとしても、励起
光及び信号光の波長における反射率の変動を少なくする
ことができる。

【００６５】次に、図２に示した光ファイバ６の端面処
理について説明する。通常、光ファイバ６の入射端面
は、半導体レーザ装置２０から出射された励起光が効率
よく光ファイバ６に導入されるように、励起光の波長に
おいて反射率が低くなるように低反射膜が形成されてい
る。ところが、信号光の波長における反射率は特に調節
されていない。信号光が、光ファイバ６の出射端面で反
射して光ファイバ６内に戻る戻り光の強度を低下させる
ために、信号光の波長においても反射率を低くすること
が好ましい。少なくとも、無コーティング時の反射率よ
りも低くすることが好ましい。

【００６６】励起光導入用の光ファイバ６の入射端面に
形成された低反射膜の反射率のスペクトルが、励起光の
波長と信号光の波長との間に、少なくとも一つの極大値
を持つような特性とすることが好ましい。これにより、
低反射膜の設計を容易に行うことができる。また、低反
射膜の反射率のスペクトルが、励起光の波長を中心と
し、その波長の±５％の範囲内で少なくとも一つの極小
値を示すようにすることが好ましい。さらに、低反射膜
の反射率のスペクトルが、信号光の波長を中心とし、そ
の波長の±５％の範囲内で少なくとも一つの極小値を示
すようにすることが好ましい。

【００６７】光ファイバ６の入射端面上の低反射膜は、
例えば、光ファイバ６の出射端面上に、厚さ２６．１ｎ
ｍの第１層目Ｔａ₂Ｏ₅膜、厚さ４１８．７ｎｍの第２層
目ＳｉＯ₂膜、厚さ３００．４ｎｍの第３層目Ｔａ₂Ｏ₅
膜、及び厚さ１９１．４ｎｍの第４層目ＳｉＯ₂膜がこ
の順番に積層された４層構造とすることができる。Ｔａ
₂Ｏ₅及びＳｉＯ₂の屈折率は、それぞれ２．１４及び
１．４６である。なお、光ファイバ６のコアの屈折率は
１．４６である。

【００６８】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ポンピングレーザモジュールで反射して光ファイバ増幅
器に戻る信号光の強度を低減することにより、戻り光に
起因するノイズを低減し、伝送品質の低下を防止するこ
とができる。これにより、より広帯域の光伝送を行うこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光伝送装置の概略図であ
る。

【図２】本発明の実施例による光伝送装置で用いられる
ポンピングレーザモジュールの断面図である。

【図３】本発明の実施例による半導体レーザ装置の斜視
図及び側面図である。

【図４】図４（Ａ）は、本発明の実施例による半導体レ
ーザ装置に用いられる低反射膜の反射率の波長依存性
を、従来の低反射膜の反射率と対比して示すグラフであ
り、図４（Ｂ）は、高反射膜の反射率の波長依存性を、
従来の高反射膜の反射率と対比して示すグラフである。

【図５】本発明の実施例による半導体レーザ装置に用い
られる低反射膜及び高反射膜の材料の屈折率の波長依存
性を示すグラフである。

【図６】本発明の実施例による半導体レーザ装置の低反
射膜の層数を３層、５層、及び８層とした場合の反射率
の波長依存性を示すグラフである。

【図７】本発明の実施例による半導体レーザ装置の低反
射膜を、ＳｉＮ_x膜とＳｉＯ₂膜とで構成した場合の反射
率の波長依存性を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例による半導体レーザ装置の低反
射膜の層数や誘電体を変えた場合の反射率の波長依存性
を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 信号光源 ２ 送信側光ファイバ ３ Ｅｒドープ光ファイバ増幅器 ４ 受信側光ファイバ ５ 受信装置 ６ 光ファイバ ６Ａ ファイバブラッググレーティング １０ ポンピングレーザモジュール １１ パッケージ １２ ペルチェモジュール １３ ベース材 １４ チップキャリア １６ ファイバ固定部材 １７ スリーブ １８ フォトダイオード ２０ 半導体レーザ装置 ２１ 基板 ２２ 下部電極 ２３ 保護膜 ２４ 上部電極 ２５ 下部クラッド層 ２６ａ 下部ＳＣＨ層 ２６ｂ 上部ＳＣＨ層 ２７ 活性層 ２８ 上部クラッド層 ２９ キャップ層 ３０ リッジ部分 ４０ 出射端面 ４１ 端面成長膜 ４２Ａ、４２Ｂ Ａｌ₂Ｏ₃膜 ４３Ａ アモルファスシリコン膜 ４５ 低反射膜 ５０ 背面 ５１ 端面成長膜 ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ ＳｉＯ₂膜 ５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ アモルファスシリコン膜 ５５ 高反射膜

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０４Ｂ 10/28 (72)発明者 杉原 左樹子 神奈川県横浜市西区岡野２丁目４番３号 古河電気工業株式会社横浜研究所内 Ｆターム(参考） 5F072 AB09 AK06 JJ20 PP07 5F073 AA13 AA45 AA67 AA74 AA83 AA84 AB25 AB28 BA03 CA07 CB20 DA05 DA22 DA33 DA35 EA03 EA26 EA27 EA28 FA02 FA07 FA25 5K102 AA01 AD01 KA12 KA42 PB05 PC03 PC13 PH13 RB02

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号光を伝送する送信側光伝送路と、 前記送信側光伝送路の下流側の端部に接続され、該送信
   側光伝送路を伝送された前記信号光が入射し、該信号光
   の波長とは異なる波長を有する励起光の作用によって該
   信号光を増幅する光ファイバ増幅器と、 前記光ファイバ増幅器により増幅された前記信号光が入
   射し、入射した該信号光を伝送する受信側光伝送路と、 前記励起光を発生し、該励起光を前記光ファイバ増幅器
   に導入する励起光源とを有し、 前記励起光源は、 前記光ファイバ増幅器に入力される励起光を出射する出
   射面と、 前記出射面とともに光共振器を画定する背面と、 前記光共振器内に配置された発光領域と、 前記出射面上に形成された低反射膜と、 前記背面上に形成され、前記励起光の波長における反射
   率が、前記低反射膜のそれよりも高く、前記信号光の波
   長における反射率が２０％以下である高反射膜とを含む
   光伝送装置。
2. 【請求項２】 前記低反射膜の反射率のスペクトルが、
   前記励起光の波長と前記信号光の波長との間に少なくと
   も１つの極大値をもつ請求項１に記載の光伝送装置。
3. 【請求項３】 前記低反射膜の反射率のスペクトルは、
   前記励起光の波長を中心とし、該励起光の波長の±５％
   の範囲内で少なくとも一つの極小値を示す請求項１また
   は２に記載の光伝送装置。
4. 【請求項４】 前記低反射膜の反射率のスペクトルは、
   前記信号光の波長を中心とし、該信号光の波長の±５％
   の範囲内で少なくもと一つの極小値を示す請求項１〜３
   のいずれかに記載の光伝送装置。
5. 【請求項５】 前記信号光の波長における前記低反射膜
   の反射率が２％以下である請求項１〜４のいずれかに記
   載の光伝送装置。
6. 【請求項６】 前記励起光の波長における前記高反射膜
   の反射率が８５％以上であり、前記低反射膜の反射率が
   １５％以下である請求項１〜５のいずれかに記載の光伝
   送装置。
7. 【請求項７】 信号光を伝送する送信側光伝送路と、 前記送信側光伝送路の下流側の端部に接続され、該送信
   側光伝送路を伝送された前記信号光が入射し、該信号光
   の波長とは異なる波長を有する励起光の作用によって該
   信号光を増幅する光ファイバ増幅器と、 前記光ファイバ増幅器により増幅された前記信号光が入
   射し、入射した該信号光を伝送する受信側光伝送路と、 前記励起光を発生し、該励起光を前記光ファイバ増幅器
   に導入する励起光源とを有し、 前記励起光源は、 前記光ファイバ増幅器に入力される励起光を出射する出
   射面と、 前記出射面とともに光共振器を画定する背面と、 前記光共振器内に配置された発光領域と、 前記出射面上に形成され、前記信号光の波長における反
   射率が、前記励起光の波長における反射率以下である低
   反射膜と、 前記背面上に形成され、前記励起光の波長における反射
   率が、前記低反射膜のそれよりも高く、前記信号光の波
   長における反射率が、前記励起光の波長における反射率
   の１／１０以下である高反射膜とを含む光伝送装置。
8. 【請求項８】 励起光の作用によって信号光を増幅する
   光ファイバ増幅器の励起光を出射する半導体レーザ装置
   であって、 出射端面と背面とが画定され、キャリアの注入によって
   誘導放出が生ずる活性層を含む半導体積層構造と、 前記出射端面上に形成された低反射膜と、 前記背面上に形成され、前記励起光の波長における反射
   率が、前記低反射膜のそれよりも高く、前記信号光の波
   長における反射率が２０％以下である高反射膜とを有す
   る半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】 前記低反射膜の反射率のスペクトルが、
   前記励起光の波長と前記信号光の波長との間に少なくと
   も１つの極大値をもつ請求項８に記載の半導体レーザ装
   置。
10. 【請求項１０】 前記低反射膜の反射率のスペクトル
    は、前記励起光の波長を中心とし、該励起光の波長の±
    ５％の範囲内で少なくとも一つの極小値を示す請求項８
    または９に記載の半導体レーザ装置。
11. 【請求項１１】 前記低反射膜の反射率のスペクトル
    は、前記信号光の波長を中心とし、該信号光の波長の±
    ５％の範囲内で少なくもと一つの極小値を示す請求項８
    〜１０のいずれかに記載の半導体レーザ装置。
12. 【請求項１２】 前記信号光の波長における前記低反射
    膜の反射率が２％以下である請求項８〜１１のいずれか
    に記載の半導体レーザ装置。
13. 【請求項１３】 前記励起光の波長における前記高反射
    膜の反射率が８５％以上であり、前記低反射膜の反射率
    が１５％以下である請求項８〜１２のいずれかに記載の
    半導体レーザ装置。
14. 【請求項１４】 励起光の作用によって信号光を増幅す
    る光ファイバ増幅器の励起光を出射する半導体レーザ装
    置であって、 出射端面と背面とが画定され、キャリアの注入によって
    誘導放出が生ずる活性層を含む半導体積層構造と、 前記出射端面上に形成され、前記信号光の波長における
    反射率が、前記励起光の波長における反射率以下である
    低反射膜と、 前記反射端面上に形成され、前記励起光の波長における
    反射率が、前記低反射膜のそれよりも高く、前記信号光
    の波長における反射率が、前記励起光の波長における反
    射率の１／１０以下である高反射膜とを有する半導体レ
    ーザ装置。
15. 【請求項１５】 信号光を伝送する送信側光伝送路と、 前記送信側光伝送路の下流側の端部に接続され、該送信
    側光伝送路を伝送された前記信号光が入射し、該信号光
    の波長とは異なる波長を有する励起光の作用によって該
    信号光を増幅する光ファイバ増幅器と、 前記光ファイバ増幅器により増幅された前記信号光が入
    射し、入射した該信号光を伝送する受信側光伝送路と、 前記励起光を発生する励起光源と、 入射端面において前記励起光源に光結合し、該励起光源
    から発生された励起光を前記光ファイバ増幅器に導入す
    る励起光導入用光ファイバと、 前記励起光導入用光ファイバの前記入射端面上に形成さ
    れ、前記信号光の波長における反射率を、無コーティン
    グ状態の該入射端面の反射率よりも低くする低反射膜と
    を有する光伝送装置。
16. 【請求項１６】 前記励起光導入用光ファイバの前記入
    射端面に形成された低反射膜の反射率のスペクトルが、
    前記励起光の波長と前記信号光の波長との間に、少なく
    とも一つの極大値を持つ請求項１５に記載の光伝送装
    置。
17. 【請求項１７】 前記励起光源は、 前記光ファイバ増幅器に入力される励起光を出射する出
    射面と、 前記出射面とともに光共振器を画定する背面と、 前記光共振器内に配置された発光領域と、 前記出射面上に形成された低反射膜と、 前記背面上に形成され、前記励起光の波長における反射
    率が、前記低反射膜のそれよりも高く、前記信号光の波
    長における反射率が２０％以下である高反射膜とを含む
    請求項１５または１６に記載の光伝送装置。
18. 【請求項１８】 （ａ）第１の波長の信号光を増幅する
    光ファイバ増幅器に、第２の波長の励起用レーザ光を導
    入するための半導体レーザ装置の製造方法であって、 （ｂ）出射端面と背面とが画定されており、キャリアの
    注入により誘導放出を生じさせ、該出射端面から第２の
    波長の励起用レーザ光を出射する半導体レーザ積層構造
    を形成する工程と、 （ｃ）前記半導体レーザ積層構造の前記出射端面に形成
    する低反射膜の、前記第１の波長及び第２の波長におけ
    る反射率を決定する工程と、 （ｄ）前記半導体レーザ積層構造の前記背面に形成する
    高反射膜の、前記第１の波長における反射率を決定する
    工程と、 （ｅ）前記第１の波長及び前記第２の波長における反射
    率が、前記工程（ｃ）で決定された反射率以下となるよ
    うに、前記出射端面上に低反射膜を形成する工程と、 （ｆ）前記背面上に、前記第２の波長における反射率
    が、前記低反射膜のそれよりも高く、前記第１の波長に
    おける反射率が、前記工程（ｄ）で決定された反射率以
    下となるように高反射膜を形成する工程とを有する半導
    体レーザ装置の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記工程（ｃ）において、前記第１の
    波長における反射率が、前記第２の波長における反射率
    以下になるように反射率を決定する請求項１８に記載の
    半導体レーザ装置の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記工程（ｃ）において、前記第１の
    波長における反射率が２％以下になり、前記第２の波長
    における反射率が１５％以下になるように反射率を決定
    する請求項１８に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記工程（ｄ）において、前記第１の
    波長における前記高反射膜の反射率が２０％以下になる
    ように反射率を決定する請求項１８〜２０のいずれかに
    記載の半導体レーザ装置の製造方法。