JP2003179298A - Semiconductor laser module and its designing method - Google Patents

Semiconductor laser module and its designing method

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JP2003179298A
JP2003179298A JP2002294043A JP2002294043A JP2003179298A JP 2003179298 A JP2003179298 A JP 2003179298A JP 2002294043 A JP2002294043 A JP 2002294043A JP 2002294043 A JP2002294043 A JP 2002294043A JP 2003179298 A JP2003179298 A JP 2003179298A
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JP
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semiconductor laser
module
laser element
laser
peltier
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JP2002294043A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Tsukiji
直樹 築地
Toshio Kimura
俊雄 木村
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser module in which current dependency and temperature dependency are suppressed. <P>SOLUTION: The semiconductor laser module A<SB>1</SB>comprises a semiconductor laser element 5 having a diffraction grating arranged in the vicinity of an active layer, an optical fiber 8 for transmitting light emitted from the semiconductor laser element 5, and a Peltier module 2 for regulating the temperature of the semiconductor laser element 5, wherein the semiconductor laser element 5 and the Peltier module 2 are connected electrically in series and the wavelength of light emitted from the semiconductor laser element 5 is substantially constant in the working region of driving current of the semiconductor laser element 5. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザモジュ
ールに関し、更に詳しくは、自らの駆動電流で冷却する
ことができるレーザ素子が組み込まれ、そのことにより
レーザ素子の発振波長の温度依存性と電流依存性を抑制
できるように設計されていて、例えばラマン増幅器用の
励起光源として有用な半導体レーザモジュールに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser module, more specifically, a laser element which can be cooled by its own driving current is incorporated, whereby the temperature dependence of the oscillation wavelength of the laser element and the current dependence thereof. The present invention relates to a semiconductor laser module that is designed to suppress the characteristics and is useful as a pumping light source for, for example, a Raman amplifier.

【0002】また、本発明は、一定の電源電圧で駆動す
る半導体レーザモジュールを設計する際に、最小の消費
電力で最適な光出力特性を発揮させる設計方法に関す
る。
The present invention also relates to a design method for exhibiting optimum light output characteristics with minimum power consumption when designing a semiconductor laser module driven by a constant power supply voltage.

【0003】[0003]

【従来の技術】波長分割多重(Wavelength Division Mu
ltiplexing:WDM)通信方式が複数の信号光を伝送す
る光通信システムとして発展している。このシステムで
は光線路の所定箇所に光増幅器を配置し、ここに、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レ
ーザモジュールを接続し、このレーザモジュールから所
定の発振スペクトルを有する励起用レーザ光を光増幅器
に入射することにより上流線路の伝送過程で減衰した光
信号を増幅し、その光増幅した信号光を再び下流線路へ
伝送する。
2. Description of the Related Art Wavelength Division Mu
The ltiplexing (WDM) communication system has been developed as an optical communication system for transmitting a plurality of signal lights. In this system, an optical amplifier is arranged at a predetermined position of an optical line, a laser module incorporating a Fabry-Perot type semiconductor laser device is connected to the optical amplifier, and an excitation laser beam having a predetermined oscillation spectrum is emitted from this laser module. Is incident on the optical amplifier, the optical signal attenuated in the transmission process of the upstream line is amplified, and the optically amplified signal light is transmitted again to the downstream line.

【0004】現在、このシステムにおける光増幅器とし
ては、Erドープファイバ増幅器(EDFA)が広く用
いられている。このEDFAは誘導放出型の光増幅を行
い、レーザモジュールから入射した励起用レーザ光によ
りErイオンの励起が起こり、そのエネルギー準位に規
定された平坦な利得波長帯域がEDFA内に発現する。
そして、この平坦な利得波長帯域に含まれている波長の
信号光が光増幅される。
At present, an Er-doped fiber amplifier (EDFA) is widely used as an optical amplifier in this system. This EDFA performs stimulated emission type optical amplification, Er ions are excited by the excitation laser light incident from the laser module, and a flat gain wavelength band defined by the energy level is expressed in the EDFA.
Then, the signal light of the wavelength included in this flat gain wavelength band is optically amplified.

【0005】このような誘導放出型の光増幅を行うED
FAにおいて、信号光の光増幅に関与する実用的な利得
波長帯域はその平坦性からいって1530〜1610nm
程度である。すなわち、EDFAを用いた場合、そのシ
ステムで光増幅が可能な信号光は、その波長が上記帯域
内にあるものに制約されることになる。他方、信号光の
光増幅方式としては、従来からラマン増幅方式が知られ
ている。この増幅方式は、上記したEDFA増幅器の場
合に比べてより広帯域の信号光を光増幅することができ
る特徴を備えているので、近年、光通信システムへの適
用への期待が高まっている。
ED for performing such stimulated emission type optical amplification
In FA, the practical gain wavelength band involved in optical amplification of signal light is 1530 to 1610 nm due to its flatness.
It is a degree. That is, when the EDFA is used, the signal light that can be optically amplified by the system is limited to the one whose wavelength is within the above band. On the other hand, a Raman amplification method has been conventionally known as an optical amplification method for signal light. Since this amplification system has a feature that it can optically amplify a signal light of a wider band than the case of the above-mentioned EDFA amplifier, the expectation for its application to an optical communication system is increasing in recent years.

【0006】このラマン増幅方式は、極めて高い光出力
のレーザ光(励起用レーザ光)を光ファイバに入射する
と、この光ファイバでは誘導ラマン散乱が起こり、当該
励起用レーザ光の波長よりも概ね100nm程度長波長側
に利得が発現し、このような励起された状態にある光フ
ァイバに、上記利得を与える波長帯域に含まれる波長の
信号光を入射すると、その信号光が光増幅されるという
現象を利用した光増幅方式である。
In this Raman amplification system, when a laser beam (excitation laser beam) having an extremely high optical power is incident on an optical fiber, stimulated Raman scattering occurs in this optical fiber, and the wavelength of the excitation laser beam is about 100 nm. Phenomenon in which a gain appears on a relatively long wavelength side, and when a signal light having a wavelength included in the wavelength band that gives the above-mentioned gain is incident on an optical fiber in such an excited state, the signal light is optically amplified. Is an optical amplification method that utilizes the.

【0007】このラマン増幅方式は、前記したEDFA
の場合と異なり、特殊な光ファイバを使用することな
く、光ファイバ(光線路)それ自体を増幅媒体として使
用することができるので、直接、既設の光線路に適用す
ることができる。すなわち、EDFAの場合と異なり、
全体の光線路における光増幅用の中継点を減少させるこ
とができ、そのことにより、システム全体の保守管理も
簡素化でき、システム全体の建設費や維持費も低減し、
同時にシステム全体の信頼性も高くなるという利点を備
えている。そして、このラマン増幅方式を海底光通信ケ
ーブルシステムに適用することが検討されはじめてい
る。
This Raman amplification system is based on the above-mentioned EDFA.
Unlike the above case, since the optical fiber (optical line) itself can be used as the amplification medium without using a special optical fiber, it can be directly applied to the existing optical line. That is, unlike the case of EDFA,
It is possible to reduce the number of relay points for optical amplification in the entire optical line, which can simplify the maintenance management of the entire system and reduce the construction cost and maintenance cost of the entire system.
At the same time, it has the advantage of increasing the reliability of the entire system. Then, application of this Raman amplification method to a submarine optical communication cable system has begun to be studied.

【0008】ところで、上記したようなシステムに励起
光源として組み込まれるレーザモジュールは、通常、パ
ッケージの中にペルチェモジュールを収容し、更にその
上にファブリ・ペロー型の半導体レーザ素子を配置し、
そのレーザ素子の出射端面と光ファイバとを光結合した
構造になっている。そして、レーザ素子を所定の駆動電
流と駆動電圧で駆動して、当該レーザ素子で決まる所定
波長のレーザ光を励起光として出力させる。
By the way, the laser module incorporated in the above-mentioned system as an excitation light source usually contains a Peltier module in a package, and a Fabry-Perot type semiconductor laser element is further arranged thereon.
It has a structure in which the emission end face of the laser element and an optical fiber are optically coupled. Then, the laser element is driven with a predetermined drive current and a drive voltage, and laser light having a predetermined wavelength determined by the laser element is output as excitation light.

【0009】その場合、励起光に対しては、主として、
次のような特性が要求される。まず第1に、レーザ素子
の駆動電流や環境温度が変動しても、その発振波長が変
動することなく、所定の発振スペクトルで安定している
ことである。とくに、ラマン増幅においては、励起光波
長の所定量長波長側に利得が発現する特性を備えている
ので、励起光の波長が安定していることは非常に重要で
ある。このような要求に対して、例えばラマン増幅器用
のレーザモジュールの場合、レーザ素子と光結合される
光ファイバに所定周期のファイバグレーティング(FB
G)を形成して高い波長安定性を実現している。
In this case, the excitation light is mainly
The following characteristics are required. First of all, even if the driving current of the laser element or the environmental temperature changes, the oscillation wavelength does not change and the oscillation wavelength is stable in a predetermined oscillation spectrum. In particular, Raman amplification has a characteristic that a gain appears on the long wavelength side of the pumping light wavelength by a predetermined amount, so that it is very important that the pumping light wavelength is stable. In response to such requirements, for example, in the case of a laser module for a Raman amplifier, a fiber grating (FB
G) is formed to realize high wavelength stability.

【0010】しかしながら、このFBG付きレーザモジ
ュールの場合、当該FBGとレーザ素子の反射端面間の
共振に基づく雑音が不可避的に発生し、この雑音をなく
すことは原理的には不可能である。したがって、励起光
が低雑音(低RIN)であることを必要条件とするラマ
ン増幅器の励起光源として上記したFBG付きレーザモ
ジュールを組み込むことは好ましいことではない。
However, in the case of this laser module with an FBG, noise is inevitably generated due to the resonance between the FBG and the reflection end face of the laser element, and it is impossible in principle to eliminate this noise. Therefore, it is not preferable to incorporate the above-mentioned laser module with an FBG as a pumping light source of a Raman amplifier which requires that pumping light has low noise (low RIN).

【0011】第2に要求されることは励起光の高出力化
である。この要求は、レーザ素子の駆動電流を大きくす
ることによって実現可能である。しかしながら、駆動電
流が大きくなるにつれて、レーザ素子それ自体が発熱し
てその光出力は低下し、同時に発振波長は長波長側にシ
フトしていく。このような事態の発生は、高出力でかつ
波長安定性が強く求められているラマン増幅器用のレー
ザモジュールにとっては極めて不都合である。
The second requirement is to increase the output power of the excitation light. This requirement can be realized by increasing the drive current of the laser element. However, as the drive current increases, the laser element itself generates heat and its optical output decreases, and at the same time, the oscillation wavelength shifts to the long wavelength side. The occurrence of such a situation is extremely inconvenient for a laser module for a Raman amplifier, which is strongly required to have high output and wavelength stability.

【0012】このような問題に対しては、通常、レーザ
素子に例えばサーミスタのような検温素子を配置して当
該レーザ素子の温度を測定し、その温度信号に基づい
て、レーザ素子の駆動電源とは別系統のペルチェモジュ
ール駆動電源から所定値の電流をペルチェモジュールに
通電して当該ペルチェモジュールを駆動することによ
り、レーザ素子を冷却して当該レーザ素子を所定温度に
保持するという処置が採られている。
To solve such a problem, usually, a temperature detecting element such as a thermistor is arranged in the laser element, the temperature of the laser element is measured, and the driving power supply of the laser element is determined based on the temperature signal. The Peltier module driving power supply of another system supplies a current of a predetermined value to the Peltier module to drive the Peltier module, thereby cooling the laser element and maintaining the laser element at a predetermined temperature. There is.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、ラマン増幅
方式は海底光通信ケーブルシステムにも採用されはじめ
ている。そして、このシステムに組み込まれるレーザモ
ジュールは通常ペルチェモジュールを配置しない構造の
ものになっている。仮に、ペルチェモジュールが組み込
まれているとすれば、そのレーザモジュールの消費電流
は、レーザ素子の駆動電流とペルチェモジュールの駆動
電流の総和になる。しかしながら、レーザモジュールの
駆動電力は遠距離から送電されるため、送電ケーブルの
抵抗損との関係で大電流送電ができない。その結果、レ
ーザモジュールへの供給電流は制限を受けざるを得ない
ため、ペルチェモジュールの組み込みが省略されている
のである。
By the way, the Raman amplification system has begun to be adopted in submarine optical communication cable systems. The laser module incorporated in this system usually has a structure in which no Peltier module is arranged. If the Peltier module is incorporated, the current consumption of the laser module is the sum of the drive current of the laser element and the drive current of the Peltier module. However, since the driving power of the laser module is transmitted from a long distance, large current transmission cannot be performed due to the resistance loss of the power transmission cable. As a result, the supply current to the laser module must be limited, and the Peltier module is not installed.

【0014】このようなことから、海底用の励起光源と
して用いられるレーザモジュール、とくに発振波長が1
300〜1550nm帯域のレーザモジュールの場合、高
出力化を意図してレーザ素子に大きな駆動電流を流すと
発熱して逆にその光出力が低下してしまうので、高出力
化を実現することが困難である。また、低雑音化のた
め、FBGを用いるという、出力光の波長安定化処理を
施さない場合には、出力光の波長が長波長側へずれてし
まい、励起光の波長安定化を行うことは困難であった。
From the above, the laser module used as the pumping light source for the seabed, especially the oscillation wavelength of 1
In the case of a laser module of 300 to 1550 nm band, when a large driving current is applied to the laser element in order to increase the output power, heat is generated and the optical output is reduced, which makes it difficult to achieve the high output power. Is. Further, in order to reduce the noise, if the wavelength stabilization process of the output light is not performed, that is, the FBG is used, the wavelength of the output light shifts to the long wavelength side, and the wavelength stabilization of the pump light is not possible. It was difficult.

【0015】本発明は、上記した問題を解決し、供給す
べき電流を小さくすることができ、消費電力を低く抑
え、かつ、出力光の波長安定性、低雑音性も優れている
半導体レーザモジュールの提供を目的とする。また、そ
のような半導体レーザモジュールの設計方法の提供を目
的とする。
The present invention solves the above-mentioned problems, makes it possible to reduce the current to be supplied, suppresses the power consumption, and is excellent in wavelength stability of output light and low noise. For the purpose of providing. Moreover, it aims at providing the design method of such a semiconductor laser module.

【0016】[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、活性層の近傍に回折格子が
配置されている半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ
素子からの出射光を伝送する光ファイバと、前記半導体
レーザ素子を温度調節するペルチェモジュールとを備
え、前記半導体レーザ素子と前記ペルチェモジュール
は、電気的に直列に接続されており、かつ、前記半導体
レーザ素子からの出射光の波長が、前記半導体レーザ素
子の駆動電流の使用領域内で略一定とされていることを
特徴とする半導体レーザモジュールが提供される。
In order to achieve the above-mentioned object, in the present invention, a semiconductor laser device in which a diffraction grating is arranged in the vicinity of an active layer, and a light emitted from the semiconductor laser device are transmitted. Optical fiber and a Peltier module for adjusting the temperature of the semiconductor laser element, the semiconductor laser element and the Peltier module are electrically connected in series, and the emitted light from the semiconductor laser element. Provided is a semiconductor laser module, wherein the wavelength is set to be substantially constant within a usage region of the drive current of the semiconductor laser device.

【0017】また、本発明においては、半導体レーザ素
子とペルチェモジュールとが電気的に直列に接続され、
かつ一定の電源電圧で駆動する半導体レーザモジュール
を設計する際に、最大出力駆動時の前記半導体レーザ素
子の駆動電流と駆動電圧を、それぞれ、Imax,VLD
し、前記電源電圧をEとし、また、前記ペルチェモジュ
ールの駆動電流と駆動電圧を、それぞれ、IPE,VPE
したときに、 0.8E<VPE+VLD<E,IPE=Imax を満たすように、好ましくは、 0.9E<VPE+VLD<E を満たすように、前記ペルチェモジュールにおけるペル
チェ素子の形状、使用する対数、および配列を設計する
ことを特徴とする半導体レーザモジュールの設計方法が
提供される。
In the present invention, the semiconductor laser device and the Peltier module are electrically connected in series,
When designing a semiconductor laser module that is driven with a constant power supply voltage, the drive current and drive voltage of the semiconductor laser device at the time of maximum output drive are I max and V LD , respectively, and the power supply voltage is E, Further, when the drive current and drive voltage of the Peltier module are I PE and V PE , respectively, 0.8E <V PE + V LD <E, I PE = I max , preferably 0 There is provided a method for designing a semiconductor laser module, characterized in that the shape, the number of logarithms, and the arrangement of the Peltier elements in the Peltier module are designed so as to satisfy 0.9E <V PE + V LD <E.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明のレーザモジュールの1例
1を図1に概略図として示す。このレーザモジュール
では、例えばセラミックスから成るパッケージ1の内部
底面に、例えばAl23製の上板2aと下板2bで挟持
された状態の複数のペルチェ素子2cから成るペルチェ
モジュール2が配置されている。このペルチェモジュー
ル2は、p型およびn型のペルチェ素子から成る対を、
複数対電気的に直列に接続して構成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example A 1 of a laser module of the present invention is shown in FIG. 1 as a schematic view. In this laser module, a Peltier module 2 including a plurality of Peltier elements 2c sandwiched between an upper plate 2a and a lower plate 2b made of Al 2 O 3 , for example, is arranged on the inner bottom surface of a package 1 made of ceramics. There is. The Peltier module 2 includes a pair of P-type and N-type Peltier elements,
A plurality of pairs are electrically connected in series.

【0019】上板2aの上には例えばCu−W系合金か
ら成るベース3が配置され、更にその上に、後述する半
導体レーザ素子5が装着されたヒートシンク4が配置さ
れている。そして、レーザ素子5の背面側には、キャリ
ア付けされた電流モニタ用のホトダイオード6が配置さ
れ、更にレーザ素子5の前面側には、第1レンズ7aと
第2レンズ7bを介して光ファイバ8が互いに光結合し
た状態で配置されている。
A base 3 made of, for example, a Cu--W alloy is arranged on the upper plate 2a, and a heat sink 4 having a semiconductor laser element 5 to be described later mounted thereon is further arranged thereon. A carrier-attached photodiode 6 for current monitoring is arranged on the back side of the laser element 5, and further, on the front side of the laser element 5, an optical fiber 8 is provided via a first lens 7a and a second lens 7b. Are optically coupled to each other.

【0020】本発明のレーザモジュールの別の例A2
図2に示す。このレーザモジュールA2におけるペルチ
ェモジュール2は、複数対のペルチェ素子を直列に接続
して成る2個のモジュール2A,2Bを電気的に並列に
接続配置された構造になっている。これらのレーザモジ
ュールA1,A2は、次の特徴を備えている。
Another example A 2 of the laser module of the present invention is shown in FIG. The Peltier module 2 in the laser module A 2 has a structure in which two modules 2A and 2B each formed by connecting a plurality of pairs of Peltier elements in series are electrically connected in parallel. These laser modules A 1 and A 2 have the following features.

【0021】(1)組み込まれているレーザ素子5は、
その活性層の近傍に回折格子が形成されている。 (2)レーザ素子5とペルチェモジュール2は電気的に
直列に接続されていて、レーザ素子5の駆動電流がその
ままペルチェモジュールの駆動電流として機能する。
(1) The incorporated laser element 5 is
A diffraction grating is formed near the active layer. (2) The laser element 5 and the Peltier module 2 are electrically connected in series, and the drive current of the laser element 5 directly functions as the drive current of the Peltier module.

【0022】最初に、InP系半導体材料を用いて製造
したレーザ素子5につき、その層構造の1例Bを図3に
示す。このレーザ素子5では、n−InP基板5aの
(100)面上に、バッファ層と下部クラッド層を兼ね
たn−InPから成る下部クラッド層5b、InGaA
sPから成る多重量子井戸構造がInGaAsPから成
るGRIN−SCH層で挟まれた層構造になっている活
性層5c、p−InPから成る後述のスペーサ層5d、
p−InPから成る上部クラッド層5e、InGaAs
Pから成るキャップ層5fが順次積層されている。
First, FIG. 3 shows an example B of the layer structure of the laser element 5 manufactured using the InP semiconductor material. In this laser device 5, a lower clad layer 5b made of n-InP that also serves as a buffer layer and a lower clad layer is formed on the (100) plane of the n-InP substrate 5a, and InGaA.
An active layer 5c having a layer structure in which a multiple quantum well structure made of sP is sandwiched between GRIN-SCH layers made of InGaAsP, and a spacer layer 5d described later made of p-InP,
Upper clad layer 5e made of p-InP, InGaAs
A cap layer 5f made of P is sequentially stacked.

【0023】そして、スペーサ層5dの中には、例えば
厚みが20nmで、周期が約230nmであるp−InGa
Asから成る回折格子5gが形成されている。この回折
格子5gは、光帰還機能と波長選択特性を有するので、
この層構造はそれ自体で光帰還機能を発揮するととも
に、回折格子の周期で規定される特定波長のレーザ光を
出射する機能を備えている。
In the spacer layer 5d, for example, p-InGa having a thickness of 20 nm and a period of about 230 nm is used.
A diffraction grating 5g made of As is formed. Since this diffraction grating 5g has an optical feedback function and a wavelength selection characteristic,
This layer structure has a function of emitting light by itself and a function of emitting laser light having a specific wavelength defined by the period of the diffraction grating.

【0024】この回折格子5gを含むスペーサ層5d、
活性層5c、および下部クラッド層5bの上部はメサス
トライプ形状に加工され、その両側には、p−InP層
5hとn−InP層5iが順次積層されて電流ブロッキ
ング層が形成されている。更に、キャップ層5fの上に
はp型電極5jが形成され、基板5aの裏面にはn型電
極5kが形成されている。
A spacer layer 5d including the diffraction grating 5g,
The active layer 5c and the upper part of the lower clad layer 5b are processed into a mesa stripe shape, and a p-InP layer 5h and an n-InP layer 5i are sequentially stacked on both sides thereof to form a current blocking layer. Further, a p-type electrode 5j is formed on the cap layer 5f, and an n-type electrode 5k is formed on the back surface of the substrate 5a.

【0025】そして、この層構造Bの両端面には、図4
で示したように、一対の反射膜5l,5mが成膜されて
いる。すなわち、層構造Bの一端面には、反射率が80
%以上である反射膜5lが形成されてレーザ素子5の後
端面を構成し、他方の端面には、反射率が1〜5%の反
射膜5mが形成されてレーザ素子5の前端面を構成して
いる。
On both end faces of this layer structure B, as shown in FIG.
As shown in, a pair of reflection films 5l and 5m are formed. That is, one end surface of the layer structure B has a reflectance of 80
% Reflection film 5l is formed to form the rear end surface of the laser element 5, and the other end surface is formed with a reflection film 5m having a reflectance of 1 to 5% to form the front end surface of the laser element 5. is doing.

【0026】このレーザ素子5は、ラマン増幅器の励起
光源として用いることを前提としており、その発振波長
は1300〜1550nmであり、また共振器長(L)は
800〜3200μmに設定されている。駆動電流を活
性層5cに注入すると、当該活性層にはレーザ光が発振
し、そのレーザ光は共振器内で励起して図4の矢印で示
したように前端面から出射される。
This laser element 5 is premised to be used as a pumping light source of a Raman amplifier, its oscillation wavelength is 1300 to 1550 nm, and its cavity length (L) is set to 800 to 3200 μm. When a drive current is injected into the active layer 5c, laser light oscillates in the active layer, the laser light is excited in the resonator and emitted from the front end face as shown by the arrow in FIG.

【0027】ここで、共振器で生成する励起光における
縦モードのモード間隔(Δλ)は、次式: Δλ=λ0 2/(2nL) (λ0は励起光の発振波長、nは共振器の実効屈折率、
Lは共振器長を表す)で示される。
Here, the mode interval (Δλ) of the longitudinal mode in the excitation light generated by the resonator is expressed by the following equation: Δλ = λ 0 2 / (2nL) (λ 0 is the oscillation wavelength of the excitation light, n is the resonator Effective refractive index of
L represents the resonator length).

【0028】今、励起光の発振波長(λ0)を1480n
m、実効屈折率(n)を3.5、共振器長(L)を800
μmとすると、縦モードのモード間隔(Δλ)は、約
0.39nmとなる。また、共振器長(L)を3200μ
mにすると、モード間隔(Δλ)は約0.1nmになる。
一方、活性層の上部、反射膜5m側に位置する回折格子
5gは、そのブラッグ波長によって所定の縦モードを選
択する。そのときの回折格子の波長選択特性は、図5で
示したようなスペクトル曲線を描く。
Now, the oscillation wavelength (λ 0 ) of the excitation light is 1480n
m, effective refractive index (n) 3.5, resonator length (L) 800
If it is μm, the mode interval (Δλ) of the longitudinal mode is about 0.39 nm. In addition, the resonator length (L) is 3200μ
At m, the mode interval (Δλ) is about 0.1 nm.
On the other hand, the diffraction grating 5g located on the reflection film 5m side above the active layer selects a predetermined longitudinal mode according to its Bragg wavelength. The wavelength selection characteristic of the diffraction grating at that time draws a spectrum curve as shown in FIG.

【0029】そして、レーザ素子5においては、回折格
子5gの周期、共振器長(L)を適宜な値に設定するこ
とにより、図5のスペクトル曲線におけるピーク値のス
ペクトル強度(Pmax)から3dB低いスペクトル強度を
与える波長間隔内に複数本(図では3本)の縦モードが
含まれるように設計されている。したがって、このレー
ザ素子5はマルチ縦モード発振をし、シングル縦モード
発振をするレーザ素子に比べて、スペクトル強度のピー
ク値が抑制された状態で高い光出力のレーザ光を出射す
ることができる。
In the laser element 5, by setting the period of the diffraction grating 5g and the cavity length (L) to appropriate values, the spectral intensity (Pmax) of the peak value in the spectrum curve of FIG. 5 is 3 dB lower. It is designed so that a plurality of (three in the figure) longitudinal modes are included in the wavelength interval that gives the spectral intensity. Therefore, this laser element 5 oscillates in a multi-longitudinal mode and can emit laser light having a high optical output in a state in which the peak value of the spectrum intensity is suppressed, as compared with a laser element which oscillates in a single longitudinal mode.

【0030】このことは、ラマン増幅器の励起光源にと
って有利な特性である。すなわち、ラマン増幅器の場
合、そのラマン利得を大きくするためには、励起光の光
出力を増大させることが好ましいが、そのとき、光出力
のピーク値が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生して雑
音が増加する。しかし、このレーザ素子5の場合、光出
力のピーク値を誘導ブリルアン散乱が発生するしきい値
より低くなる状態にして、全体としては、励起光の光出
力を増大させることができ、その結果、大きいラマン利
得を得ることができるからである。
This is an advantageous characteristic for the pumping light source of the Raman amplifier. That is, in the case of a Raman amplifier, in order to increase the Raman gain, it is preferable to increase the optical output of the pump light, but at that time, if the peak value of the optical output is high, stimulated Brillouin scattering occurs and noise is generated. Will increase. However, in the case of this laser device 5, the peak value of the light output can be set to be lower than the threshold value at which stimulated Brillouin scattering occurs, and the light output of the excitation light can be increased as a whole. This is because a large Raman gain can be obtained.

【0031】また、このレーザ素子5はマルチ縦モード
発振するので、次のような効果を奏する。例えば、ラマ
ン増幅は信号光の偏波方向と励起光の偏波方向を一致さ
せることによって実現するが、そのためには、励起光を
無偏光化することが好ましい。これを実現するために
は、例えば複数の偏光を直交偏波合成する手法や、偏波
面と偏波保存軸が45°になった状態で励起光を偏波保
存ファイバ内に伝搬させる手法を採用することができ
る。後者の偏波保存ファイバを利用する手法の場合、偏
波保存ファイバの長さは励起光のスペクトル幅が広いほ
ど短くすることができる。本実施形態例では、レーザ素
子5からの励起光はマルチ縦モードであるため、用いる
偏波保存ファイバの長さを短くすることができる。その
結果、ラマン増幅の小型化が実現される。また、縦モー
ドの本数が増加すると、コヒーレント長は短くなり、偏
光度(DOP:Degree Of Polarization)は小さくなっ
て偏波依存性を解消できるので、このことによっても、
ラマン増幅器の簡素化と小型化が実現可能となる。
Further, since the laser element 5 oscillates in the multi-longitudinal mode, the following effects can be obtained. For example, Raman amplification is realized by matching the polarization direction of the signal light with the polarization direction of the pumping light. For that purpose, it is preferable to depolarize the pumping light. In order to realize this, for example, a method of combining two or more polarized waves with orthogonal polarization or a method of propagating pumping light into a polarization maintaining fiber with the polarization plane and the polarization maintaining axis at 45 ° is adopted. can do. In the latter method using the polarization maintaining fiber, the length of the polarization maintaining fiber can be shortened as the spectrum width of the pumping light is wider. In the present embodiment, the pumping light from the laser element 5 has a multi-longitudinal mode, so that the length of the polarization maintaining fiber used can be shortened. As a result, downsizing of Raman amplification is realized. Further, as the number of longitudinal modes increases, the coherence length becomes shorter, the degree of polarization (DOP: Degree Of Polarization) becomes smaller, and the polarization dependence can be eliminated.
The Raman amplifier can be simplified and downsized.

【0032】また、このレーザ素子5は、共振器内に回
折格子が形成されているので、前記したFGB付きレー
ザモジュールに比べて、超かに良好な雑音特性を備えて
いる。このように、本発明のレーザモジュールは、活性
層の近傍に回折格子を内蔵するレーザ素子を光源として
用いているので、その励起光は上記した特性を発揮し、
ラマン増幅器用の励起光源として有効である。
Further, since the laser element 5 has the diffraction grating formed in the resonator, the laser element 5 has an extremely excellent noise characteristic as compared with the above-mentioned laser module with FGB. As described above, the laser module of the present invention uses the laser element having the built-in diffraction grating in the vicinity of the active layer as a light source, and therefore its excitation light exhibits the above-mentioned characteristics,
It is effective as a pumping light source for Raman amplifiers.

【0033】なお、ここでは、回折格子5としては反射
膜5m側に部分的に形成したものを用いたが、反射膜5
l側に形成したものであってもよいし、光伝播方向全域
に形成したものであってもよい。ところで、本発明のレ
ーザモジュールに組み込まれているレーザ素子5は、環
境温度が上昇したり、または駆動電流が大きくなると、
回折格子5gの屈折率が変化することによりその発振波
長は長波長側に単調にシフトしていく。
Although the diffraction grating 5 partially formed on the reflective film 5m side is used here, the reflective film 5 is used.
It may be formed on the 1 side or may be formed on the entire region in the light propagation direction. By the way, in the laser element 5 incorporated in the laser module of the present invention, when the environmental temperature rises or the drive current increases,
As the refractive index of the diffraction grating 5g changes, its oscillation wavelength monotonically shifts to the long wavelength side.

【0034】例えば、環境温度が変化すると、レーザ素
子5の発振波長は図6で示したように変化する。比較の
ために、InP系材料で製作した通常のファブリ・ペロ
ー型レーザ素子の挙動も図6に示す。図6から明らかな
ように、本発明に係るレーザ素子5も温度依存性を有し
ているが、通常のファブリ・ペロー型レーザ素子に比べ
れば、レーザ素子5における発振波長の長波長側へのシ
フト量は小さく、その値は約0.1nm/℃程度である。
For example, when the environmental temperature changes, the oscillation wavelength of the laser element 5 changes as shown in FIG. For comparison, the behavior of a normal Fabry-Perot type laser device made of InP-based material is also shown in FIG. As is apparent from FIG. 6, the laser element 5 according to the present invention also has temperature dependence, but compared to a normal Fabry-Perot type laser element, the oscillation wavelength of the laser element 5 is closer to the long wavelength side. The shift amount is small, and the value is about 0.1 nm / ° C.

【0035】また、駆動電流と発振波長の関係を図7に
示す。図7から明らかなように、本発明に係るレーザ素
子5も電流依存性を有しているが通常のファブリ・ペロ
ー型レーザ素子に比べればそのシフト量は非常に小さ
く、約0.003nm/mA程度である。いずれにしても、
本発明のレーザモジュールに組み込まれるレーザ素子5
は少ないとはいえ温度依存性と電流依存性を有している
ので、このレーザモジュールを、例えばラマン増幅器用
の励起光源として使用する場合には、組み込まれている
レーザ素子に対し、その発振波長の温度依存性と電流依
存性を極力小さくするか、またはゼロ化することが望ま
しいことになる。
FIG. 7 shows the relationship between the drive current and the oscillation wavelength. As is apparent from FIG. 7, the laser element 5 according to the present invention also has current dependency, but the shift amount is very small as compared with a normal Fabry-Perot type laser element, and is about 0.003 nm / mA. It is a degree. In any case,
Laser element 5 incorporated in the laser module of the present invention
However, when this laser module is used as, for example, a pumping light source for a Raman amplifier, its oscillation wavelength is different from that of the built-in laser element. It is desirable to minimize the temperature dependence and the current dependence of the above, or to make them zero.

【0036】そのために、本発明においては、レーザモ
ジュールに次のような第2の特徴を具備させている。す
なわち、このレーザモジュールの場合、図8で示したよ
うに、ペルチェモジュール2とレーザ素子5が直列に接
続されている。すなわち、パッケージ1に形成されてい
る複数本のリードピン9aの1本にレーザ素子5の入力
端が接続され、その出力端はペルチェモジュール2の入
力端に接続され、そしてペルチェモジュール2の出力端
は他のリードピン9bに接続されている。
Therefore, in the present invention, the laser module is provided with the following second feature. That is, in the case of this laser module, as shown in FIG. 8, the Peltier module 2 and the laser element 5 are connected in series. That is, the input end of the laser element 5 is connected to one of the lead pins 9a formed in the package 1, the output end thereof is connected to the input end of the Peltier module 2, and the output end of the Peltier module 2 is It is connected to another lead pin 9b.

【0037】したがって、このレーザモジュールAで
は、レーザ素子5の駆動電流は同時にペルチェモジュー
ル2の駆動電流として機能する。ただし、レーザ素子5
への駆動電流が増加したときに、ペルチェモジュール2
がレーザ素子5を冷却するように接続されていることが
必要である。なお、図8において、ホトダイオード6は
別のリードピンに結線され、別系統の電源で駆動するよ
うになっている。
Therefore, in this laser module A, the drive current of the laser element 5 simultaneously functions as the drive current of the Peltier module 2. However, laser element 5
Peltier module 2 when the drive current to the
Must be connected to cool the laser element 5. Note that, in FIG. 8, the photodiode 6 is connected to another lead pin and is driven by a power supply of another system.

【0038】これらのレーザモジュールA1,A2の場
合、励起光の出力を高めるためにレーザ素子5への駆動
電流を大きくすると、当該レーザ素子5からの発振波長
は長波長側にシフトする。しかしながら、その大きな駆
動電流は同時にペルチェモジュール2も駆動するので、
ペルチェモジュール2の吸熱量も大きくなり、その結
果、レーザ素子5に対する冷却効果も大きくなるため、
レーザ素子5は温度低下する。すなわち、レーザ素子5
における発振波長の長波長化は抑制される。したがっ
て、レーザ素子5への駆動電流が増加しても、当該レー
ザ素子の出力光の波長が一定となるように、ペルチェモ
ジュールの駆動条件を設定すればレーザ素子の駆動条件
内で発振波長を略一定に保持することが可能になる。
In the case of these laser modules A 1 and A 2 , when the drive current to the laser element 5 is increased in order to increase the output of pumping light, the oscillation wavelength from the laser element 5 shifts to the long wavelength side. However, since the large drive current also drives the Peltier module 2,
The amount of heat absorbed by the Peltier module 2 also increases, and as a result, the cooling effect on the laser element 5 also increases,
The temperature of the laser element 5 drops. That is, the laser element 5
It is possible to suppress the oscillation wavelength from becoming longer. Therefore, if the driving condition of the Peltier module is set so that the wavelength of the output light of the laser device becomes constant even if the driving current to the laser device 5 increases, the oscillation wavelength will be approximately within the driving condition of the laser device. It is possible to keep it constant.

【0039】ここで上記したような構成により、所定の
駆動電流範囲内でレーザ素子5から出力される光の波長
を一定に保つためには、レーザ素子5とペルチェモジュ
ール2についてのパラメータフィッティングが行われる
必要がある。すなわち、駆動電流依存性を無視した場
合、光の波長を一定に保つためにはレーザ素子5の温度
を一定に保てばよい。これは熱量にすると所定の駆動電
流範囲内で下記の関係式が満たされていることを意味す
る。
Here, in order to keep the wavelength of the light output from the laser element 5 constant within a predetermined drive current range with the above-described configuration, parameter fitting is performed on the laser element 5 and the Peltier module 2. Need to be told. That is, when the drive current dependency is ignored, the temperature of the laser element 5 may be kept constant in order to keep the wavelength of light constant. This means that, in terms of heat quantity, the following relational expression is satisfied within a predetermined drive current range.

【0040】 (レーザ素子5の発熱量QLD)=(ペルチェモジュール2の吸熱量QPE) ・・・(1) ただし、レーザ素子5から出力される光の波長には、厳
密に言うと、温度依存性だけでなく、駆動電流依存性も
ある(いずれも駆動電流の増加に対して波長が単調増
加)。
(Heat generation amount Q LD of laser element 5) = (Heat absorption amount Q PE of Peltier module 2) (1) However, strictly speaking, the wavelength of the light output from the laser element 5 is There is not only temperature dependence but also drive current dependence (both wavelengths increase monotonically with increase in drive current).

【0041】よって駆動電流依存性をキャンセルするた
めには、駆動電流が増加するにしたがってレーザ素子5
の温度が少しずつ低下していくことが好ましい。これは
熱量にすると所定の駆動電流範囲内で下記の関係式が満
たされていることを意味する。 QLD<QPE ・・・(2) 図9はペルチェモジュール2の熱特性を模式的に示すグ
ラフである。図9に示すように、ペルチェモジュール2
の熱特性を決めるパラメータとしては、駆動電流Iと吸
熱量QPEと、ペルチェモジュール2の上面と下面の温度
差ΔTがあり、このうち2つのパラメータを決めるとも
うひとつのパラメータが決まる。また駆動電流Iを
1,I2,I3・・・と増加させると、ΔTとQPEの切
片ΔTmax,Q PE,maxがそれぞれ増加する関係にある。
Therefore, the driving current dependency can be canceled.
In order to increase the driving current, the laser element 5
It is preferable that the temperature of is gradually decreased. this is
When the amount of heat is set, the following relational expression is satisfied within the specified drive current range.
It means being done. QLD<QPE            ... (2) FIG. 9 is a schematic diagram showing the thermal characteristics of the Peltier module 2.
It's rough. As shown in FIG. 9, the Peltier module 2
As the parameters that determine the thermal characteristics of the
Calorie QPEAnd the temperature of the upper and lower surfaces of the Peltier module 2
There is a difference ΔT, and if two of these parameters are decided
Another parameter is decided. In addition, drive current I
I1, I2, I3... and increase, ΔT and QPEOff
Piece ΔTmax, Q PE, maxHave a relationship to increase.

【0042】本実施形態例においては、ペルチェモジュ
ール2の駆動電流Iはレーザ素子5の駆動電流と同じで
あり、吸熱量QPEは上記した式(1)もしくは(2)を
満たす所定の値をとる必要がある。この条件下で、所定
の駆動電流Iに対してQPE,ΔTがレーザ素子5の発熱
特性に合致した所定の値になるように、ペルチェモジュ
ール2のペルチェ素子の対数や、上面、下面の面積、材
質や、ペルチェ素子の配置などを適宜設定することによ
り、レーザ素子の出力光の波長を一定とすることができ
る。
In this embodiment, the drive current I of the Peltier module 2 is the same as the drive current of the laser element 5, and the heat absorption amount Q PE is a predetermined value that satisfies the above equation (1) or (2). Need to take. Under these conditions, the number of pairs of Peltier elements of the Peltier module 2, the area of the upper surface and the lower surface of the Peltier module 2 are set so that Q PE and ΔT have predetermined values that match the heat generation characteristics of the laser element 5 for a predetermined drive current I. The wavelength of the output light of the laser element can be made constant by appropriately setting the material, the arrangement of the Peltier element, and the like.

【0043】本発明のレーザモジュールAでは、レーザ
素子5の駆動電流の使用領域内、好ましくは全領域に亘
って、上記した設計基準に依拠することにより、発振波
長の変動を±1nmの範囲内に規制することができる。次
に、本発明の半導体レーザモジュールの設計方法につい
て説明する。この設計方法は、半導体レーザ素子とペル
チェモジュールとを直列に接続したタイプの半導体レー
ザモジュールであって、それが一定の電源電圧(E)で
作動するレーザモジュールでありさえすれば、組み込ま
れている半導体レーザ素子の種類とは無関係に適用する
ことができる。
In the laser module A of the present invention, the fluctuation of the oscillation wavelength is within ± 1 nm by relying on the above-mentioned design criteria in the use range of the drive current of the laser element 5, preferably in the whole range. Can be regulated. Next, a method of designing the semiconductor laser module of the present invention will be described. This design method is incorporated as long as it is a semiconductor laser module of a type in which a semiconductor laser device and a Peltier module are connected in series, and the laser module operates at a constant power supply voltage (E). It can be applied regardless of the type of the semiconductor laser device.

【0044】まず、用いる半導体レーザ素子が最大の光
出力で発振するときの駆動電流(I maxとする)と駆動
電圧(VLDとする)は、そのレーザ素子の特性として設
計時に一義的に与えられている。そして、このことを与
件にしてレーザ素子がこの状態を維持するようにペルチ
ェモジュールの設計がなされる。
First, the semiconductor laser element used is the maximum light source.
Drive current (I maxAnd drive)
Voltage (VLDIs set as a characteristic of the laser device.
It is given uniquely in the timing. And give this
In order to keep the laser element in this state,
The module is designed.

【0045】その場合、レーザ素子とペルチェモジュー
ルは直列に接続されているので、ペルチェモジュールの
駆動電流(IPEとする)はレーザ素子の駆動電流(I
max)と等価であることが必要である。すなわち、IPE
=Imaxに設計される。また、ペルチェモジュールの駆
動電流がIPEである時のペルチェモジュールの駆動電圧
(VPEとする)は、VPE≦E−VLDになっていなければ
ならない。
In this case, since the laser element and the Peltier module are connected in series, the driving current (I PE ) of the Peltier module is the driving current (I PE ) of the laser element.
must be equivalent to max ). That is, I PE
= I max is designed. In addition, the drive voltage (referred to as V PE ) of the Peltier module when the drive current of the Peltier module is I PE must be V PE ≦ E−V LD .

【0046】すなわち、レーザ素子を最大の光出力で駆
動するためには、ペルチェモジュールは、IPE=Imax
である時にVPEが(E−VLD)値を超えない範囲の最大
値に近い値で駆動するように設計されていることが必要
である。このことは、ペルチェモジュールを構成するペ
ルチェ素子の形状、対数、配列などを適宜選択すること
によって実現することができる。その1例を以下に示
す。
That is, in order to drive the laser device with the maximum light output, the Peltier module has I PE = I max.
It is necessary that V PE be designed to be driven at a value close to the maximum value in the range that does not exceed the (E−V LD ) value. This can be realized by appropriately selecting the shape, logarithm, arrangement, etc. of the Peltier elements that form the Peltier module. One example is shown below.

【0047】縦0.64mm、横0.64mm、高さ0.82m
mの直方体バルクで、ゼーベック係数2.0×10-4V/
K、性能指数2.8×10-3V/K、抵抗率1.1×10
-5Ωm、熱伝導率1.3W/K/mのペルチェ素子を用
意した。このペルチェ素子を、表1で示した対数で直列
に接続して図1で示したレーザモジュールA1を組み立
てた。また、直列に接続したペルチェ素子25対の群2
A,2Bを2個並列に接続して図2で示したレーザモジ
ュールA2を組み立てた。
Length 0.64 mm, width 0.64 mm, height 0.82 m
Seebeck coefficient of 2.0 × 10 −4 V / in a cubic bulk of m
K, performance index 2.8 × 10 -3 V / K, resistivity 1.1 × 10
A Peltier device having a -5 Ωm and a thermal conductivity of 1.3 W / K / m was prepared. The Peltier device was connected in series in the logarithm shown in Table 1 to assemble the laser module A 1 shown in FIG. In addition, a group 2 of 25 pairs of Peltier elements connected in series
Two laser modules A and 2B were connected in parallel to assemble the laser module A 2 shown in FIG.

【0048】そして、電源電圧をE=5ボルトと一定に
した状態でレーザモジュールA1,A2をそれぞれ駆動し
た。このときのレーザ素子とペルチェモジュールの駆動
条件を表1に示す。
Then, the laser modules A 1 and A 2 were driven while the power supply voltage was kept constant at E = 5 volts. Table 1 shows the driving conditions of the laser element and the Peltier module at this time.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】表1から明らかなように、ペルチェ素子の
使用対数、配列を変えると、ペルチェモジュールの駆動
電圧、駆動電流を変化させることができる。したがっ
て、レーザ素子のImaxとそのときのVLDを決定すれ
ば、そのImax値で駆動するペルチェモジュールのVPE
を把握することができ、それに応じてペルチェ素子の対
数、配列などを選択することができる。
As is clear from Table 1, the driving voltage and driving current of the Peltier module can be changed by changing the logarithm used and the arrangement of the Peltier device. Therefore, if I max of the laser element and V LD at that time are determined, V PE of the Peltier module driven by the I max value is determined.
And the logarithm and arrangement of the Peltier elements can be selected accordingly.

【0051】そして、このような設計思想で組み立てら
れたレーザモジュールは、消費電力を低く抑え、且つ、
レーザ素子の光出力特性を最大限引き出すことになる。
実際の設計においては、駆動時の電源電圧のマージンを
考慮して合計電圧VLD+VPEを、0.8E<VLD+VPE
<Eを満たすように、好ましくは、0.9E<VLD+V
PE<Eを満たすように設定することが望ましい。
And assembled by such a design concept
The laser module has low power consumption, and
The light output characteristics of the laser device will be maximized.
In the actual design, set the margin of the power supply voltage during driving.
Considering total voltage VLD+ VPETo 0.8E <VLD+ VPE
<E, preferably 0.9E <VLD+ V
PEIt is desirable to set so as to satisfy <E.

【0052】[0052]

【実施例】(1)レーザ素子 図3と図4で示したレーザ素子をInP系材料で製作し
た。このレーザ素子の場合、回折格子5gはp−InG
aAsPから成り、厚みは20nm、周期は約230nmに
なっている。このレーザ素子は、共振器長は1500μ
mであり、1480nm帯域で発振する。またその消費電
力は、駆動電流が500mAのときに0.75Wであり、
駆動電流が800mAのときに1.4Wであり、消費電力
の20%は光に転換し、残りは熱となって消費される。
EXAMPLES (1) Laser device The laser device shown in FIGS. 3 and 4 was manufactured from an InP-based material. In the case of this laser device, the diffraction grating 5g is p-InG.
It is made of aAsP and has a thickness of 20 nm and a period of about 230 nm. This laser element has a cavity length of 1500μ.
m, and oscillates in the 1480 nm band. The power consumption is 0.75W when the driving current is 500mA,
When the drive current is 800mA, it is 1.4W, 20% of power consumption is converted to light, and the rest is consumed as heat.

【0053】(2)レーザモジュールの組み立て 上記したレーザ素子を用いて図1で示したレーザモジュ
ールA1を組み立てた。そのとき、レーザ素子5とペル
チェモジュール2は図8で示したように直列に結線し
た。このときのペルチェモジュール2としては、サイズ
が8mm×12mm×1.65mmtのペルチェ素子を32対
有するものであって、上面と下面の間で温度差がないと
きの最大吸熱量(QPE max)は10Wで、そのときの電
流値(I)は4.7Aであり、また吸熱がないときの上
面と下面との最大温度差(ΔTmax)が95℃であるも
のを用いた。比較のために、レーザ素子としては前記し
たファブリ・ペロー型のものを用い、かつペルチェモジ
ュールを組み込まないレーザモジュールも組み立てた。
(2) Assembly of Laser Module The laser module A 1 shown in FIG. 1 was assembled using the above laser device. At that time, the laser element 5 and the Peltier module 2 were connected in series as shown in FIG. At this time, the Peltier module 2 has 32 pairs of Peltier elements having a size of 8 mm × 12 mm × 1.65 mmt, and the maximum heat absorption amount (Q PE max ) when there is no temperature difference between the upper surface and the lower surface. Was 10 W, the current value (I) at that time was 4.7 A, and the maximum temperature difference (ΔT max ) between the upper surface and the lower surface when there was no heat absorption was 95 ° C. For comparison, the above-mentioned Fabry-Perot type laser element was used as a laser element, and a laser module without a Peltier module was also assembled.

【0054】(3)特性 環境温度を45℃に設定した状態でレーザモジュールを
駆動した。駆動電流を変化させ、そのときの励起光の発
振波長を測定した。結果を図9に示した。なお、各場合
の発振波長(y)と駆動電流(x)との近似式を図中に
示した。図9から明らかなように、本発明のレーザモジ
ュールは、駆動電流が大きくなっても発振波長の長波長
側へのシフト量は少なく、電流依存性が大幅に小さくな
っている。
(3) The laser module was driven with the characteristic environmental temperature set to 45 ° C. The driving current was changed and the oscillation wavelength of the excitation light at that time was measured. The results are shown in Fig. 9. An approximate expression of the oscillation wavelength (y) and the drive current (x) in each case is shown in the figure. As is clear from FIG. 9, in the laser module of the present invention, the amount of shift of the oscillation wavelength to the long wavelength side is small even if the drive current is large, and the current dependence is significantly reduced.

【0055】また、環境温度を45℃に保持し、駆動電
流を変化させ、レーザモジュールの光ファイバからの出
力を測定した。結果を図10に示した。図10から明ら
かなように、本発明のレーザモジュールは比較例のレー
ザモジュールに比べてその出力が大幅に高くなってい
る。これは、駆動電流が大きくなればなるほどペルチェ
モジュールの冷却効果が強く作用してレーザ素子の温度
低下が実現していることを示している。
The output from the optical fiber of the laser module was measured while keeping the ambient temperature at 45 ° C. and changing the drive current. The results are shown in Fig. 10. As is apparent from FIG. 10, the output of the laser module of the present invention is significantly higher than that of the laser module of the comparative example. This indicates that the larger the driving current, the stronger the cooling effect of the Peltier module and the lower the temperature of the laser element.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
レーザモジュールは、組み込まれているレーザ素子が活
性層の近傍に光帰還機能と波長選択特性を有する回折格
子を内蔵するものであるため、それ自体として波長安定
性に優れている。そして同時に、レーザ素子とペルチェ
モジュールを直列に接続しているので、レーザ素子の駆
動電流が即ペルチェモジュールの駆動電流として機能
し、その結果、レーザ素子は自らの駆動電流で自らを冷
却することができ、もって発振波長の長波長側へのシフ
トは抑制され、かつ高出力駆動が可能になる。
As is apparent from the above description, in the laser module of the present invention, the incorporated laser element has a built-in diffraction grating having an optical feedback function and wavelength selection characteristics in the vicinity of the active layer. Therefore, the wavelength stability itself is excellent. At the same time, since the laser element and the Peltier module are connected in series, the drive current of the laser element immediately functions as the drive current of the Peltier module, and as a result, the laser element can cool itself with its own drive current. Therefore, the shift of the oscillation wavelength to the long wavelength side is suppressed, and high output driving becomes possible.

【0057】したがって、本発明のレーザモジュールは
高出力で、かつ波長安定性に優れているのでラマン増幅
器用の励起光源として有用であり、しかも消費電力は少
ないので海底光通信ケーブルシステムの励起光源として
有効である。また、本発明の設計方法によれば、一定の
電源電圧の下で消費電力を低くすることができ、しかも
最適の光出力特性を発揮するレーザモジュールを作製す
ることができる。
Therefore, the laser module of the present invention has a high output and excellent wavelength stability, and is useful as a pumping light source for a Raman amplifier. Moreover, since it consumes less power, it can be used as a pumping light source for a submarine optical communication cable system. It is valid. Further, according to the designing method of the present invention, it is possible to manufacture a laser module that can reduce power consumption under a constant power supply voltage and exhibit optimum light output characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のレーザモジュールの1例A1を示す概
略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example A 1 of a laser module of the present invention.

【図2】本発明の別のレーザモジュールの1例A2を示
す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example A 2 of another laser module of the present invention.

【図3】組み込まれるレーザ素子5の層構造例Bを示す
部分切欠斜視図である。
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing a layer structure example B of a laser element 5 to be incorporated.

【図4】レーザ素子5の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a laser device 5.

【図5】レーザ素子5からのレーザ光のスペクトル図の
1例である。
5 is an example of a spectrum diagram of laser light from a laser element 5. FIG.

【図6】レーザ素子5の環境温度と発振波長との関係を
示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the environmental temperature of the laser device 5 and the oscillation wavelength.

【図7】レーザ素子5の駆動電流と発振波長との関係を
示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the drive current of the laser element 5 and the oscillation wavelength.

【図8】本発明のレーザモジュールにおけるレーザ素子
5とペルチェモジュール2の結線状態を示す概略図であ
る。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a connection state of the laser element 5 and the Peltier module 2 in the laser module of the present invention.

【図9】ペルチェモジュールの熱特性を示す模式図であ
る。
FIG. 9 is a schematic diagram showing thermal characteristics of a Peltier module.

【図10】レーザモジュールの駆動電流と発振波長の関
係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the drive current of the laser module and the oscillation wavelength.

【図11】レーザモジュールの駆動電流とファイバ出力
の関係を示すグラフである。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the drive current of the laser module and the fiber output.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パッケージ 2 ペルチェモジュール 3 ベース 4 ヒートシンク 5 レーザ素子 5a 基板(n−InP) 5b 下部クラッド層(n−InP) 5c 活性層 5d スペーサ層(p−InP) 5e 上部クラッド層(p−InP) 5f キャップ層(InGaAsP) 5g 回折格子(p−InGaAs) 5h p−InP層(電流ブロッキング層) 5i n−InP層(電流ブロッキング層) 5j p型電極 5k n型電極 6 ホトダイオード 7a 第1レンズ 7b 第2レンズ 8 光ファイバ 9a,9b リードピン 1 package 2 Peltier module 3 base 4 heat sink 5 Laser device 5a substrate (n-InP) 5b Lower clad layer (n-InP) 5c active layer 5d spacer layer (p-InP) 5e Upper clad layer (p-InP) 5f Cap layer (InGaAsP) 5g diffraction grating (p-InGaAs) 5h p-InP layer (current blocking layer) 5 in-InP layer (current blocking layer) 5j p-type electrode 5k n-type electrode 6 photodiodes 7a first lens 7b Second lens 8 optical fibers 9a, 9b Lead pin

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F073 AA22 AA45 AA65 AA74 AB27 AB28 CA12 EA01 EA03 FA02 FA06 FA25 GA12 GA21    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 5F073 AA22 AA45 AA65 AA74 AB27                       AB28 CA12 EA01 EA03 FA02                       FA06 FA25 GA12 GA21

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層の近傍に回折格子が配置されてい
る半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子からの出
射光を伝送する光ファイバと、前記半導体レーザ素子を
温度調節するペルチェモジュールとを備え、 前記半導体レーザ素子と前記ペルチェモジュールは、電
気的に直列に接続されており、かつ、前記半導体レーザ
素子からの出射光の波長が、前記半導体レーザ素子の駆
動電流の使用領域内で略一定とされていることを特徴と
する半導体レーザモジュール。
1. A semiconductor laser device having a diffraction grating arranged in the vicinity of an active layer, an optical fiber for transmitting light emitted from the semiconductor laser device, and a Peltier module for controlling the temperature of the semiconductor laser device. The semiconductor laser device and the Peltier module are electrically connected in series, and the wavelength of the emitted light from the semiconductor laser device is substantially constant within the use region of the drive current of the semiconductor laser device. A semiconductor laser module characterized in that
【請求項2】 前記半導体レーザ素子は、その出射光の
スペクトル曲線における最大ピーク値の光出力と前記光
出力から3dB低い光出力との間に、複数本の縦モードが
含まれているレーザ光を出射する請求項1の半導体レー
ザモジュール。
2. The semiconductor laser device includes a laser beam including a plurality of longitudinal modes between an optical output having a maximum peak value in a spectrum curve of its emitted light and an optical output 3 dB lower than the optical output. The semiconductor laser module according to claim 1, which emits a laser beam.
【請求項3】 前記駆動電流の最大値が300mA以上の
いずれかの値である請求項1または2の半導体レーザモ
ジュール。
3. The semiconductor laser module according to claim 1, wherein the maximum value of the drive current is any value of 300 mA or more.
【請求項4】 海底光通信ケーブル用の光増幅器として
使用される請求項1〜3のいずれかの半導体レーザモジ
ュール。
4. The semiconductor laser module according to claim 1, which is used as an optical amplifier for a submarine optical communication cable.
【請求項5】 ラマン増幅器の励起光源として使用され
る請求項1〜4のいずれかの半導体レーザモジュール。
5. The semiconductor laser module according to claim 1, which is used as a pumping light source for a Raman amplifier.
【請求項6】 半導体レーザ素子とペルチェモジュール
とが電気的に直列に接続され、かつ一定の電源電圧で駆
動する半導体レーザモジュールを設計する際に、 最大出力駆動時の前記半導体レーザ素子の駆動電流と駆
動電圧を、それぞれ、Imax,VLDとし、前記電源電圧
をEとし、また、前記ペルチェモジュールの駆動電流と
駆動電圧を、それぞれ、IPE,VPEとしたときに、 0.8E<VPE+VLD<E,IPE=Imax を満たすように、前記ペルチェモジュールにおけるペル
チェ素子の形状、使用する対数、および配列を設計する
ことを特徴とする半導体レーザモジュールの設計方法。
6. When designing a semiconductor laser module in which a semiconductor laser device and a Peltier module are electrically connected in series and driven by a constant power supply voltage, a drive current of the semiconductor laser device at the maximum output drive time. And drive voltage are I max and V LD , respectively, the power supply voltage is E, and the drive current and drive voltage of the Peltier module are I PE and V PE , respectively, 0.8E < A method of designing a semiconductor laser module, characterized in that the shape, the number of logarithms, and the arrangement of the Peltier elements in the Peltier module are designed so as to satisfy V PE + V LD <E, I PE = I max .
【請求項7】 0.9E<VPE+VLD<E の関係を満たすことを特徴とする請求項6の半導体レー
ザモジュールの設計方法。
7. The method of designing a semiconductor laser module according to claim 6, wherein the relationship of 0.9E <V PE + V LD <E is satisfied.
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