JP2003234539A

JP2003234539A - 半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび光ファイバ増幅器

Info

Publication number: JP2003234539A
Application number: JP2002033250A
Authority: JP
Inventors: Naoki Tsukiji; 直樹築地; Jiyunji Yoshida; 順自吉田; Yasushi Oki; 泰大木
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高出力時に誘導ブリルアン散乱の発生を抑制
する半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】ｎ−ＩｎＰ基板１上に順次ｎ−ＩｎＰバ
ッファ層２、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ−
ＩｎＰスペーサ層４が積層され、ｎ−ＩｎＰバッファ層
２の上部領域、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３およ
びｐ−ＩｎＰスペーサ層４はメサストライプ状の構造と
なっている。これに隣接してｐ−ＩｎＰブロッキング層
８、ｎ−ＩｎＰブロッキング層９が積層されている。さ
らに、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコ
ンタクト層７、ｐ側電極１０が配置され、ｎ−ＩｎＰ基
板１の裏面にはｎ側電極１１が配置されている。ｐ−Ｉ
ｎＰスペーサ層４内には、回折格子１３が配置されてい
る。回折格子１３によって選択される中心波長は、ファ
ブリ・ペロー共振器によって選択される中心波長よりも
大きな値を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光の出射端
面に設けられた第１反射膜と、該レーザ光の反射端面に
設けられた第２反射膜との間に形成された活性層とを備
えた半導体レーザ装置、半導体レーザ装置を含む半導体
レーザモジュールおよび光ファイバ増幅器に関し、特
に、高出力時に誘導ブリルアン散乱の発生を抑制できる
半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび光フ
ァイバ増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネットをはじめとする光
通信の発展に伴い、長距離に渡って光信号を伝送するた
めに、伝送用光ファイバの途中に光ファイバ増幅器を配
置することが広くおこなわれている。この光ファイバ増
幅器は、光ファイバ中を信号光が伝送する途上におい
て、強度の低下した信号光を増幅することによって信号
光の強度を回復する。具体的には、エルビウムを添加し
た光ファイバ（以下、「ＥＤＦ」と言う）を用いて増幅
する方式や、ラマン増幅を利用した方式などが提案さ
れ、実用化されている。また、ＥＤＦにおいて、海底に
敷設された伝送用光ファイバの途中で信号光の増幅をお
こなう場合に、励起光源を陸上に配置し、励起光源から
励起光伝送用光ファイバによって励起光をＥＤＦに入射
させるいわゆるリモートポンプ式の光ファイバ増幅器が
提案されている。リモートポンプ式の光ファイバ増幅器
では、励起光源を陸上に配置することで、励起光源の保
守・交換を容易におこなうことができる。

【０００３】ここで、光ファイバ増幅器における増幅利
得が大きいほど、配置する光ファイバ増幅器の数を低減
することができ、低コストで信号光の伝送をおこなうこ
とができる。そして、光ファイバ増幅器は、励起光源と
して機能する半導体レーザ装置を備えており、信号光の
増幅利得は一般に光ファイバ増幅器に備えられた半導体
レーザ装置から出射されるレーザ光の強度に対応する。
したがって、高い増幅利得を有する光ファイバ増幅器を
実現するためには、励起光源に使用する半導体レーザ装
置が高い光出力を有することが望ましい。このような理
由から、現在高出力半導体レーザ装置の開発が盛んにお
こなわれ、一部では励起光源として十分な光出力を有す
る半導体レーザ装置が実現している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、励起光源を構
成する半導体レーザ装置の高出力化にともなって、新た
な問題が生じている。上記したように、励起光源から出
射された励起光は光ファイバ中を伝送増幅用光ファイバ
に入射するが、一定の閾値よりも高い強度を有する光が
光ファイバに入射した場合、誘導ブリルアン散乱が発生
する。誘導ブリルアン散乱は、入射した光が音響波（フ
ォノン）と交互作用することによって散乱（反射）が生
ずる非線形光学現象である。フォノンのエネルギー相当
を失うことにより、約１１ＧＨｚ低い周波数の光が入射
光と逆方向に反射される現象として観測される。

【０００５】ラマン増幅を用いた光ファイバ増幅を用い
た光ファイバ増幅器では、上述のように励起光の誘導ブ
リルアン散乱が発生する際には、入射した励起光の一部
は、後方に反射されてしまい、ラマン利得生成に寄与し
なくなる。また、この散乱光が意図しない雑音を生成す
る可能性がある。この励起光強度の低下は、励起光の伝
送距離が短い場合はそれほど問題とはならない。しか
し、上述のリモートポンプを用いた光ファイバ増幅器に
おいては、励起光源から増幅用光ファイバに到達するま
でに励起光の長距離伝送が必要であるため、光強度の低
下を無視することはできない。リモートポンプを用いた
光ファイバ増幅器の場合、通常の光ファイバ中における
光損失よりも高い割合で励起光の強度が低下することと
なるため、増幅用光ファイバにおいて、増幅利得が低下
するという問題が生じる。

【０００６】上記従来技術の欠点に鑑みて、本発明は、
誘導ブリルアン散乱の発生を抑制する高出力半導体レー
ザ装置を実現することを目的とする。

【０００７】

【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
出射端面に設けられた第１反射膜と、該レーザ光の反射
端面に設けられた第２反射膜との間に形成された活性層
とを備えた半導体レーザ装置であって、前記第１反射膜
と前記第２反射膜とによって形成され、レーザ発振時に
第１波長を中心とした光を選択する光共振器と、前記活
性層近傍に配置され、レーザ発振時に前記第１波長に比
して大きな値を有する第２波長を中心とした複数の発振
縦モードを有する光を選択する回折格子とを備えたこと
を特徴とする。

【０００８】請求項１の発明によれば、複数の発振縦モ
ードを選択する回折格子を有し、回折格子によって選択
される第２波長が光共振器によって選択される第１波長
よりも大きな値を有することとしたため、複数の発振縦
モードを有し、各発振縦モードの線幅が大きなレーザ光
を出射することができる。

【０００９】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、設計動作温度において設計動
作電流を注入した際に、前記第２波長が前記第１波長に
比して３ｎｍ以上大きな値を有することを特徴とする。
ここで「設計動作温度」とは、設計段階であらかじめ想
定されたレーザ発振時の温度のことをいい、通常は２５
度である。ただし、この値は設計段階で任意に定めうる
ものであり、２５度以外の温度でも良い。また、「設計
動作電流」とは、設計段階であらかじめ想定されたレー
ザ発振時に注入する電流の値をいう。

【００１０】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、設計動作温度において閾値電
流を注入した際に、前記第２波長が前記第１波長に比し
て８ｎｍ以上大きな値を有することを特徴とする。

【００１１】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、前記回折格子によって選択さ
れる第２波長が１１００〜１５５０ｎｍであることを特
徴とする。

【００１２】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、前記回折格子は、回折格子長
が３００μｍ以下であることを特徴とする。

【００１３】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、前記回折格子の回折格子長
は、前記共振器長の（３００／１３００）倍の値以下で
あることを特徴とする。

【００１４】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反射膜側または前記
第１反射膜近傍に設けられる回折格子は、該回折格子の
結合係数と回折格子長との乗算値が０．３以下であるこ
とを特徴とする。

【００１５】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、前記回折格子は、グレーティ
ング周期をランダムあるいは所定周期で変化させたこと
を特徴とする。

【００１６】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１反射膜と前記第２反
射膜との間に形成された活性層によって形成された共振
器の長さは、８００μｍ以上であることを特徴とする。

【００１７】また、請求項１０にかかる半導体レーザモ
ジュールは、請求項１〜９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。

【００１８】また、請求項１１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。

【００１９】また、請求項１２にかかる光ファイバ増幅
器は、請求項１〜９のいずれか一つに記載の半導体レー
ザ装置若しくは請求項１０または１１に記載の半導体レ
ーザモジュールを備えた励起光源と、信号光を伝送する
光ファイバと、該光ファイバと接続された増幅用光ファ
イバと、前記励起光源から出射される励起光を増幅用光
ファイバに入射させるためのカプラと、前記励起光源と
前記カプラとを接続する励起光伝送用光ファイバとを備
えたことを特徴とする。

【００２０】また、請求項１３にかかる光ファイバ増幅
器は、上記の発明において、前記増幅用光ファイバは、
ラマン増幅により光を増幅することを特徴とする。

【００２１】また、請求項１４にかかる光ファイバ増幅
器は、上記の発明において、前記増幅用光ファイバは、
エルビウム添加光ファイバであって、前記励起光源と前
記増幅用光ファイバとは遠隔に配置されることを特徴と
する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明に
かかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよ
び光ファイバ増幅器の好適な実施の形態について説明す
る。図面の記載において同一または類似部分には同一あ
るいは類似な符号を付している。ただし、図面は模式的
なものであり、層の厚みと幅との関係、各層の厚みの比
率などは現実のものとは異なることに留意する必要があ
る。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や
比率が異なる部分が含まれていることはもちろんであ
る。

【００２３】（実施の形態１）実施の形態１にかかる半
導体レーザ装置について説明する。図１は、本実施の形
態１にかかる半導体レーザ装置の概略斜視図を示し、図
２は、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の側面
断面図を示す。

【００２４】まず、図１および図２を適宜参照して実施
の形態１にかかる半導体レーザ装置の構造を説明する。
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１上に順次ｎ−ＩｎＰバッファ層２、ＧＲＩＮ−
ＳＣＨ−ＭＱＷ（Graded Index-Separate Confinement
Hetero structure Multi Quantum Well：分布屈折率
分離閉じこめ多重量子井戸）活性層３、ｐ−ＩｎＰスペ
ーサ層４が積層されている。ここで、ｎ−ＩｎＰバッフ
ァ層２の上部領域、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３
およびｐ−ＩｎＰスペーサ層４は光出射方向に長手方向
を有するメサストライプ状の構造となっており、この構
造に隣接してｐ−ＩｎＰブロッキング層８、ｎ−ＩｎＰ
ブロッキング層９が順に積層されている。ｐ−ＩｎＰス
ペーサ層４およびｎ−ＩｎＰブロッキング層９上にはｐ
−ＩｎＰクラッド層６、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト
層７が積層されている。また、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコン
タクト層７上にはｐ側電極１０が配置され、ｎ−ＩｎＰ
基板１の裏面にはｎ側電極１１が配置されている。さら
に、図２で示すように、レーザ光出射端面に出射側反射
膜１５が配置され、レーザ光出射端面と対向する反射端
面に反射側反射膜１４が配置されている。そして、ｐ−
ＩｎＰスペーサ層４内には、回折格子１３が配置されて
いる。

【００２５】ｎ−ＩｎＰバッファ層２は、バッファ層と
しての機能の他に、クラッド層としての機能を有する。
具体的には、ｎ−ＩｎＰバッファ層２は、ＧＲＩＮ−Ｓ
ＣＨ−ＭＱＷ活性層３の実効屈折率よりも低い屈折率を
有することでＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３から発
生する光を縦方向に閉じ込める機能を有する。

【００２６】ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３は、分
布屈折率分離閉じ込め多重量子井戸構造を有し、ｐ側電
極１０およびｎ側電極１１から注入されたキャリアを効
果的に閉じ込める機能を有する。ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−Ｍ
ＱＷ活性層３は複数の量子井戸層を有し、各量子井戸層
において量子閉じ込め効果を発揮する。この量子閉じ込
め効果によって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ
装置は高い発光効率を有する。

【００２７】ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層７は、ｐ
−ＩｎＰクラッド層６とｐ側電極１０との間をオーミッ
ク接合させるためのものである。ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコ
ンタクト層７にはｐ型不純物が大量にドープされてお
り、高不純物密度を有することでｐ側電極１０との間で
オーミック接触を実現している。

【００２８】ｐ−ＩｎＰブロッキング層８およびｎ−Ｉ
ｎＰブロッキング層９は、注入された電流を内部で狭窄
するためのものである。本実施の形態１にかかる半導体
レーザ装置においては、ｐ側電極１０が陽極として機能
するため、電圧が印加された際にはｎ−ＩｎＰブロッキ
ング層９とｐ−ＩｎＰブロッキング層８との間には逆バ
イアスが印加される。そのため、ｎ−ＩｎＰブロッキン
グ層９からｐ−ＩｎＰブロッキング層８に対して電流が
流れることはなく、ｐ側電極１０から注入された電流
は、狭窄されて高い密度でＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活
性層３に流入する。電流が高密度で流入することで、Ｇ
ＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３におけるキャリア密度
が高まり、発光効率を向上させている。

【００２９】反射側反射膜１４は、反射率８０パーセン
ト以上、好ましくは９８パーセント以上の光反射率を有
する。一方、出射側反射膜１５は、出射側端面における
レーザ光の反射を防止するためのものである。したがっ
て、出射側反射膜１５は反射率の低い膜構造からなり、
光反射率は５パーセント以下、望ましくは１パーセント
程度の膜構造からなる。ただし、出射側反射膜１５の光
反射率は、共振器長に応じて最適化されるため、これら
以外の値となる場合もある。

【００３０】回折格子１３は、ｐ−ＧａＩｎＡｓＰから
なる。周囲のｐ−ＩｎＰスペーサ層４と異なる半導体材
料から構成されるため、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性
層３から発生した光のうち、所定波長を有する成分につ
いては回折格子１３によって反射されることとなる。

【００３１】回折格子１３は、膜厚２０ｎｍを有し、出
射側反射膜１５の反射端面から反射側反射膜１４側に向
けて長さＬｇ＝５０μｍの回折格子１３が設けられ、こ
の回折格子１３は、ピッチ約２２０ｎｍで周期的に形成
され、中心波長１．４８μｍのレーザ光を波長選択す
る。ここで、回折格子１３は、回折格子の結合係数κと
回折格子長Ｌｇとの乗算値を０．３以下とすることによ
って、駆動電流−光出力特性の線形性を良好にし、光出
力の安定性を高めている（特願２００１−１３４５４５
参照）。また、共振器長Ｌが１３００μｍの場合、回折
格子長Ｌｇが約３００μｍ以下のときに複数の発振縦モ
ード数で発振するので、回折格子長Ｌｇは３００μｍ以
下とすることが好ましい。ところで、共振器長Ｌの長短
に比例して、発振縦モード間隔も変化するため、回折格
子長Ｌｇは、共振器長Ｌに比例した値となる。すなわ
ち、（回折格子長Ｌｇ）：（共振器長Ｌ）＝３００：１
３００の関係を維持するため、回折格子長Ｌｇが３００
μｍ以下で複数の発振縦モードが得られる関係は、Ｌｇ×（１３００（μｍ）／Ｌ）≦３００（μｍ）として拡張することができる。すなわち、回折格子長Ｌ
ｇは、共振器長Ｌとの比を保つように設定され、共振器
長Ｌの（３００／１３００）倍の値以下としている（特
願２００１−１３４５４５参照）。

【００３２】次に、回折格子１３を備えたことにより、
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置がレーザ発振
時に複数の発振縦モードを有する光を選択する理由につ
いて説明する。なお、本実施の形態１にかかる半導体レ
ーザ装置の発振波長λ₀は、１１００ｎｍ〜１５５０ｎ
ｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３２００μｍ
以下としている。また、理解を容易にするため、以下の
説明では回折格子１３によって選択される複数の発振縦
モードの中心波長と、ファブリ・ペロー共振器によって
選択される中心波長との波長差Δλｃについては考慮し
ないものとする。波長差Δλｃによる作用については別
欄にて改めて説明する。

【００３３】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、実効屈折率を
「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、実
効屈折率ｎを３．５とすると、共振器長Ｌ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。すなわち、共振
器長Ｌを長くすればするほど、縦モードのモード間隔Δ
λは狭くなり、単一発振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。

【００３４】一方、回折格子１３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３に示す発振波長スペクトル１６と
して表される。なお、ここでは後述する波長差Δλｃに
起因する発振波長スペクトルの変化については考慮せ
ず、回折格子１３の存在による複数の発振縦モードの存
在についてのみ示している。

【００３５】図３に示すように、この実施の形態１で
は、回折格子１３を有した半導体レーザ装置による発振
波長スペクトル１６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ようにしてい
る。従来のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）半
導体レーザ装置あるいはＤＦＢ（Distributed Feedbac
k）半導体レーザ装置では、共振器長Ｌを８００μｍ以
上とすると、単一発振縦モード発振が困難であったた
め、かかる共振器長Ｌを有した半導体レーザ装置は用い
られなかった。しかしながら、この実施の形態１の半導
体レーザ装置では、共振器長Ｌを積極的に８００μｍ以
上とすることによって、発振波長スペクトル１６の半値
幅Δλｈ内に複数の発振縦モードを含ませてレーザ出力
するようにしている。図３では、発振波長スペクトル１
６の半値幅Δλｈ内に３つの発振縦モード１７〜１９を
有している。なお参考として、図４（ａ）において従来
の単一縦モードを有するスペクトルを示し、図４（ｂ）
で本実施の形態にかかる半導体レーザ装置の発振波長ス
ペクトルについて示す。

【００３６】次に、レーザ発振時に回折格子１３によっ
て選択される光の中心波長が、出射側反射膜１５と反射
側反射膜１４とで形成されるファブリ・ペロー共振器に
よって選択される光の中心波長よりも大きな値を有する
ことによる利点について説明する。各共振器によって選
択される中心波長の差が存在することで、本実施の形態
１にかかる半導体レーザ装置では、回折格子１３によっ
て選択される各発振縦モードの線幅が増大し、発振縦モ
ードの本数も増大する。以下にその理由について説明す
る。

【００３７】図５は、ファブリ・ペロー共振器で選択さ
れる光の中心波長と、回折格子１３によって選択される
光の中心波長とを示すグラフである。なお、図５のグラ
フでは、横軸を波長とし、縦軸を光強度とする。図５に
おいて、波長差Δλｃは回折格子１３によって選択され
る光の中心波長とファブリ・ペロー共振器で選択される
光の中心波長との差分値を示し、長波長側の鋭いピーク
は回折格子１３によって選択される光を示す。実際に
は、回折格子１３によって選択される光は、複数の発振
縦モードを有するが、各発振縦モードの波長差は、波長
差Δλｃに比して微小であるため、１本のピークにて示
している。また、短波長側のブロードなピークはファブ
リ・ペロー共振器によって選択された光を示す。

【００３８】ここで、本実施の形態１にかかる半導体レ
ーザ装置に関して、温度を設計動作温度である２５度に
維持し、使用時の動作電流である７００ｍＡの電流を注
入した場合の波長差Δλｃは８ｎｍとする。なお、実際
には７００ｍＡの電流を注入した際にはファブリ・ペロ
ー共振器によって選択される光の強度は回折格子１３に
よって選択される光の強度に比べて非常に小さな値とな
り、波長差Δλｃの測定は実際には容易ではない。した
がって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置で
は、閾値電流（約３０ｍＡ）付近において波長差Δλｃ
を測定し、注入電流の増加に伴う波長シフトを考慮して
動作電流における波長差Δλｃを推測している。本実施
の形態１にかかる半導体レーザ装置に閾値電流を注入し
た際の波長差Δλｃは、１５ｎｍである。

【００３９】ここで、本実施の形態１にかかる半導体レ
ーザ装置の場合、注入電流が１００ｍＡ増加すると波長
差Δλｃは１ｎｍ減少することが判っている。そのた
め、７００ｍＡの注入電流における波長差Δλｃが８ｎ
ｍと推測されている。以下で波長差Δλｃを定義する際
には、動作電流における波長差をいい、波長差Δλｃの
測定が困難な場合は、波長差Δλｃの値は、閾値電流を
注入した際の値から推測しているものとする。

【００４０】一般に、半導体レーザ装置において、波長
差Δλｃが増大するにしたがってピークの幅も増大する
ことが知られている。参考として、図６に、従来技術に
かかるＤＦＢレーザに関する波長差Δλｃと線幅の相関
関係に関するグラフを示す。ここで、図６のグラフの横
軸は波長差Δλｃであり、縦軸は２０ｍＷの光出力時に
おける線幅（一つの縦モードにおけるスペクトル幅）を
示す。図６のグラフを見ると、全体の傾向として、波長
差Δλｃが増大するにしたがって、線幅Δνの値も増大
することが分かる。本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置から出射される光は複数の発振縦モードを有する
ことから線幅を直接測定することは困難である。そのた
め、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置につい
て、波長差Δλｃと線幅との相関関係についての確認は
なされていない。しかし、発明者等は、本実施の形態１
にかかる半導体レーザ装置とＤＦＢレーザとは活性層近
傍に設けられた回折格子で波長選択をおこなっている点
で共通することから、本実施の形態１にかかる半導体レ
ーザ装置でも同様の傾向が存在すると推測している。ま
た、発明者等は、本実施の形態１にかかる半導体レーザ
装置は、単一発振縦モードのＤＦＢレーザとは異なり複
数の発振縦モードを有するため、モード間の揺らぎ等に
起因して線幅の絶対値はＤＦＢレーザよりも大きいと推
測している。

【００４１】図７は、波長差Δλｃの存在によって各発
振縦モードの波形の変化を示す。ここで、図７（ａ）
は、波長差Δλｃが０の時の波形を模式的に示す図であ
り、図７（ｂ）は、波長差Δλｃが一定の値を有する
（Δλｃ＞０）場合の各発振モードの波形を模式的に示
す図である。図７（ａ）および図７（ｂ）を比較する
と、それぞれの発振縦モードにおいても、線幅が増大
し、その結果、同一光強度（すなわち、図７（ａ）およ
び図７（ｂ）の積分値が同一であるとき）の場合にはピ
ーク値が減少することが分かる。

【００４２】以上の説明より、本実施の形態１にかかる
半導体レーザ装置は、回折格子１３の存在により所定波
長を中心として複数の発振縦モードを有し、波長差Δλ
ｃの存在により各発振縦モードの線幅が広いという特徴
を有することとなる。このことについて、図８（ａ）お
よび図８（ｂ）に模式的な発振波形を示す。ここで、図
８（ａ）は、従来の半導体レーザ装置の波形について比
較のために示したものであり、図８（ｂ）は、本実施の
形態１にかかる半導体レーザ装置について、波長差Δλ
ｃの存在を考慮した波形について示したものである。な
お、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置から出射
されるレーザ光にはファブリ・ペロー共振器に起因した
波形も含まれるが、使用時の動作電流を注入した際に
は、ファブリ・ペロー共振器に起因する波形のピーク値
は回折格子１３によって選択される発振縦モードと比較
して非常に小さくなるため、図８（ｂ）では省略する。

【００４３】次に、本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置から出射されるレーザ光が図８（ｂ）のような波
形を有することによって、誘導ブリルアン散乱の発生を
抑制できることについて説明する。一般に、誘導ブリル
アン散乱は、狭い一定の周波数帯における光強度の大き
さが所定値を超えた際に発生する。たとえば本実施の形
態１のように、出射波長が１１００〜１５５０ｎｍとな
る半導体レーザ装置の場合、周波数帯が２０ＭＨｚの範
囲における光強度の合計が約４ｍＷを超えると、長さ約
５５ｋｍのＤＳＦ（Dispersion Shifted Fiber）におい
て、誘導ブリルアン散乱が発生するといわれている。

【００４４】ここで、単純に誘導ブリルアン散乱の発生
を抑制するためには、全体の光強度を抑制すればよい。
しかし、光ファイバ増幅器の励起光源の場合のように、
半導体レーザ装置の光出力は高い方が望ましい。したが
って、出射する光の強度を高めながらも誘導ブリルアン
散乱を回避するためには、各周波数における光強度を低
減しながらも、広い周波数帯で光発振させることで、全
体として光強度を高めることが必要となる。

【００４５】図８（ａ）および図８（ｂ）でも示したよ
うに、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、従
来の半導体レーザ装置と異なり、複数の発振縦モードを
有し、各発振縦モードの線幅が広い波形を有する。した
がって、全体として同等の光強度を有する場合であって
も、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置から出射
されるレーザ光では、各発振縦モードのピーク値は従来
と比して低い値となっている。このことは、所定周波数
帯における光強度が低下していることを意味し、誘導ブ
リルアン散乱は所定周波数帯における光強度が閾値を超
えることで発生することから、本実施の形態１にかかる
半導体レーザ装置は誘導ブリルアン散乱の発生を効果的
に抑制することができることが分かる。なお、本発明に
おける発明者等は、波長差Δλｃが増大した場合、個々
の発振縦モードの線幅が増大するだけでなく、発振縦モ
ードの数も増大すると推測している。全体として同一の
光強度を有する際には、発振縦モードの数が多いほど、
個々の発振縦モードのピーク値をさらに低い値とするこ
とが可能となる。したがって、本実施の形態１にかかる
半導体レーザ装置は、誘導ブリルアン散乱の発生をさら
に抑制することができる。

【００４６】次に、本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置が、従来の半導体レーザ装置と比して実際に誘導
ブリルアン散乱の発生が抑制されていることを測定結果
により示す。図９は、誘導ブリルアン散乱の発生の程度
を検出するための測定装置の構造を示す模式図である。

【００４７】この測定装置では、カプラ２１を介して一
方に半導体レーザ装置２２と反射光測定手段２３が配置
され、他方に伝送用光ファイバ２４と入力光測定手段２
５が配置されている。また、一方と他方はカプラ２１を
介して互いに接続されており、伝送用光ファイバ２４
は、出力光測定手段２６に接続されている。なお、伝送
用光ファイバ２４には、ＤＳＦを用いており、伝送用光
ファイバ２４の長さは５５ｋｍ、コア径は１０μｍとす
る。

【００４８】測定装置の動作は次の通りである。まず、
半導体レーザ装置２２から出射されたレーザ光は、カプ
ラ２１で所定の割合で分岐されて伝送用光ファイバ２４
と入力光測定手段２５に入射する。そして、伝送用光フ
ァイバ２４に入射したレーザ光は、大部分が伝送用光フ
ァイバ２４を通過して出力光測定手段２６に入射し、一
部は伝送用光ファイバ２４中で散乱して逆方向に進行
し、カプラ２１で所定の割合で分岐されて半導体レーザ
装置２２および反射光測定手段２３に入射する。したが
って入力光測定手段２５には半導体レーザ装置から出力
されるレーザ光の強度と一定の比率を有する光が入射
し、反射光測定手段２３には伝送用光ファイバ２４で散
乱されて戻ってきた光の強度と一定の比率を有する光が
入射する。

【００４９】ここで、誘導ブリルアン散乱が生じている
場合、反射光測定手段２３に入射する光の強度は増大す
るため、半導体レーザ装置２２から伝送用光ファイバ２
４に入射される光と、伝送用光ファイバ２４で散乱され
て戻ってきた光の強度との比（以下、本実施の形態１に
おいて「強度比」と言う）をとることで誘導ブリルアン
散乱が生じているか否かの判断が可能となる。一般に、
光通信における励起光源として半導体レーザ装置を使用
する場合には、本測定系において、強度比が−２８ｄＢ
程度の値に抑制できれば、レイリー散乱によるバックグ
ラウンドレベルと考えられ、誘導ブリルアン散乱が発生
しておらず、励起光源としての使用に支障がないとされ
ている。

【００５０】ここで、図９に示す測定装置を用いて、本
実施の形態１にかかる半導体レーザ装置について測定を
おこなった。また、比較例として、回折格子を有し、波
長差Δλｃが異なる複数の半導体レーザ装置についても
測定をおこなった。具体的にはΔλｃ＝８ｎｍの半導体
レーザ装置の他に、Δλｃ＝２ｎｍである２つの半導体
レーザ装置と、Δλｃ＝１２の半導体レーザ装置につい
て測定をおこなった。なお、本測定においては、誘導ブ
リルアン散乱がどの程度抑制できるかを観察するため、
測定に用いた半導体レーザ装置は元来誘導ブリルアン散
乱を発生しやすい構造をあえて有している。すなわち、
波長差Δλｃの有無に関わらず、回折格子１３の設計の
みで本来誘導ブリルアン散乱を抑制できるが、本測定で
は、回折格子１３の周期等を変化させ、波長差Δλｃ＝
０では容易に誘導ブリルアン散乱を発生する構造として
いる。

【００５１】測定結果は次の通りである。波長差Δλｃ
が２ｎｍの半導体レーザ装置では、強度比が−８．４ｄ
Ｂ、−１４．６ｄＢとなり、従来の半導体レーザ装置よ
りは誘導ブリルアン散乱を抑制できていることが分か
る。一方、波長差Δλｃが８ｎｍの半導体レーザ装置
は、強度比が約−２８．９ｄＢとなり、誘導ブリルアン
散乱が全く発生していない。また、波長差Δλｃが１２
ｎｍの半導体レーザ装置でも、強度比は−２７．３ｄＢ
と良好な値を有することが明らかとなった。

【００５２】本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置
では波長差Δλｃは８ｎｍであるため、出射レーザ光を
光ファイバに入射させても誘導ブリルアン散乱を発生す
ることがない。また、単純に波長差Δλｃ＞０であれば
誘導ブリルアン散乱を低減することができるが、波長差
Δλｃ≧３ｎｍであれば誘導ブリルアン散乱の発生を効
果的に防止できると推定される。波長差Δλｃ≧８ｎｍ
であれば、使用時における誘導ブリルアン散乱の発生を
完全に防止することのできる半導体レーザ装置を実現す
ることが可能である。なお、測定結果からも明らかなよ
うに、波長差Δλｃが増大するにつれて強度比が減少し
て誘導ブリルアン散乱が抑制されており、各発振縦モー
ドの線幅と発振縦モードの本数の少なくとも一方と、波
長差Δλｃとが相関関係を有することが測定結果からも
裏付けられる。

【００５３】したがって、本実施の形態１にかかる半導
体レーザ装置は、全体として有する強い光強度に比し
て、所定周波数帯幅における光強度が低減されることと
なり、光ファイバに入射した際における誘導ブリルアン
散乱の発生を効果的に抑制することが可能となる。

【００５４】なお、上述の説明より明らかなように、本
実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、回折格子１
３を設け、波長差Δλｃを有することで誘導ブリルアン
散乱の発生を抑制している。したがって、本実施の形態
１にかかる半導体レーザ装置の構造に関して、回折格子
１３以外の部分については、上記した以外の構造を採用
することが可能である。たとえば、活性層については必
ずしもＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ構造とする必要はな
く、単純なダブルへテロ構造としても良いし、ホモ接合
レーザとしても良い。また、多重量子井戸構造とはせず
に単一量子井戸を用いても良い。さらに、半導体レーザ
装置全体の構造としても、いわゆる埋め込み型ヘテロ構
造とはせず、リッジ型レーザやＳＡＳ（Self Aligned S
tructure：自己整合構造）型レーザとしても良い。さら
に、各層の導電型について、上記した導電型と反対の導
電型としても良い。すなわち、ｐ型の基板上にｐ型のク
ラッド層、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層、ｎ型のス
ペーサ層、ｎ型のクラッド層等のように積層した構造と
しても誘導ブリルアン散乱の発生を抑制する半導体レー
ザ装置を構成することが可能である。

【００５５】（実施の形態２）次に、実施の形態２にか
かる半導体レーザ装置について説明する。本実施の形態
２においては、回折格子のグレーティング長Ｌ_Gあるい
は結合係数を変化させることによって、発振波長スペク
トル１６の半値幅Δλｈを変化させ、これによって半値
幅Δλｈ内の縦モード数が相対的に複数となるようにし
ている。なお、回折格子によって選択される中心波長
が、ファブリ・ペロー共振器によって選択される中心波
長よりも長波長側にシフトしているのは実施の形態１と
同様である。また、実施の形態２にかかる半導体レーザ
装置について、その他の構造、機能等についても以下で
特に言及しない限り、実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置と同様とする。

【００５６】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概要構成を示す長手方向の側面断面
図である。この半導体レーザ装置は、実施の形態１にか
かる半導体レーザ装置の回折格子１３に対応する回折格
子４３の構成が、実施の形態１とは異なる。

【００５７】回折格子４３は、反射率０．１〜２％の低
光反射率をもつ出射側反射膜１５から反射率８０％以上
の高光反射率をもつ反射側反射膜１４側に向けて所定長
Ｌ_G1分、形成され、所定長Ｌ_G1以外のｐ−ＩｎＰスペー
サ層４には、回折格子４３は形成されない。

【００５８】また、図１１は、この発明の実施の形態２
の変形例である半導体レーザ装置の概要構成を示す長手
方向の側面断面図である。この半導体レーザ装置は、図
１０に示した回折格子４３に代えて、反射側反射膜１４
側に設けた回折格子４４を有するとともに、反射側反射
膜１４の反射率を低光反射率としている。すなわち、回
折格子４４は、反射率０．１〜２％の低光反射率をもつ
反射膜１４から反射率１〜５％の低光反射率をもつ出射
側反射膜１５側に向けて所定長Ｌ_G2分、形成され、所定
長Ｌ_G2以外のｐ−ＩｎＰスペーサ層４には、回折格子４
４が形成されない。

【００５９】さらに、図１２は、この発明の実施の形態
２の他の変形例である半導体レーザ装置の概要構成を示
す長手方向の側面断面図である。この半導体レーザ装置
は、図１０に示した回折格子４３および図１１に示した
回折格子４４の構成を適用したものである。

【００６０】すなわち、この半導体レーザ装置は、反射
率０．１〜２％の低光反射率をもつ出射側反射膜１５か
ら反射率０．１〜２％の低光反射率をもつ反射側反射膜
１４側に向けて所定長Ｌ_G3分、形成された回折格子４５
と、この反射側反射膜１４から出射側反射膜１５側に向
けて所定長Ｌ_G4分、形成された回折格子４６とを有す
る。

【００６１】図１０〜図１２に示した回折格子４３〜４
６の所定長Ｌ_G1〜Ｌ_G4を変化させることによって、発振
縦モードのモード間隔Δλが固定的であっても、図３に
示した発振波長スペクトル１６の半値幅Δλｈを変化さ
せることができる。すなわち、発振波長スペクトル１６
の半値幅Δλｈを広くするためには、回折格子の長さを
短くすることも有効である。

【００６２】この場合、共振器に対する回折格子の位置
によっては、位相発振条件がずれ、これによってレーザ
発振特性が悪化するおそれがあるため、図１０に示した
ように、回折格子４３を、光出射側である出射側反射膜
１５を起点として反射側反射膜１４方向に、共振器の途
中まで延ばして形成する場合、出射側反射膜１５として
０．１〜２％の反射率をもつ低光反射コートを施し、反
射側反射膜１４として８０％以上の反射率をもつ高反射
コートを施すようにする。また、図１１に示したよう
に、回折格子４４を、反射側反射膜１４を起点として出
射側反射膜１５方向に、共振器の途中まで延ばして形成
する場合、反射側反射膜１４として０．１〜２％の反射
率をもつ低光反射コートを施し、出射側反射膜１５とし
て反射率１〜５％の反射率をもつ低反射コートを施す。
さらに、図１２に示したように、回折格子４５、４６を
それぞれ出射側反射膜１５側および反射側反射膜１４側
に形成する場合、出射側反射膜１５および反射側反射膜
１４として、ともに反射率０．１〜２％の低光反射コー
トを施す。

【００６３】また、図１０に示したように、回折格子４
３を光出射側である出射側反射膜１５側に形成する場
合、回折格子４３自体の反射率を低めに設定し、図１１
に示したように、回折格子４４を光反射側である反射側
反射膜１４側に形成する場合、回折格子４４自体の反射
率を高めに設定することが好ましい。また、図１２に示
したように、回折格子を出射側反射膜１５側および反射
側反射膜１４側の双方に形成する場合、回折格子４５自
体の反射率を低めに設定し、回折格子４６自体の反射率
を高めに設定する。これによって、回折格子４３〜４６
による波長選択特性を満足させつつ、反射側反射膜１４
および出射側反射膜１５によるファブリ・ペロー型共振
器の影響を小さくすることができる。

【００６４】具体的に、図１０に示した半導体レーザ装
置では、発振波長λ₀が１４８０ｎｍであり、共振器長
Ｌが１３００μｍであり、回折格子４３のグレーティン
グ長Ｌ_G1が２２０μｍ、結合係数κ_LG（ｃｍ^-1）とグレ
ーティング長Ｌ_G1との積κ_LG・Ｌ_G1が０．０９３であ
る。また、図１１に示した半導体レーザ装置では、共振
器長Ｌが１３００μｍであり、回折格子４４のグレーテ
ィング長Ｌ_G2が４００μｍ、結合係数κ_LGとグレーティ
ング長Ｌ_G2との積κ_LG・Ｌ_G2が２．９７である。このよ
うな回折格子４３、４４を適用した場合、発振波長スペ
クトル１６の半値幅Δλｈは、１〜２ｎｍとなり、半値
幅Δλｈ内に３〜５本程度の発振縦モードを含ませるこ
とができる。

【００６５】なお、図１０〜図１２では、回折格子４３
〜４６を、出射側反射膜１５側または反射側反射膜１４
側、あるいは出射側反射膜１５側および反射側反射膜１
４側に設けたが、これに限らず、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−Ｍ
ＱＷ活性層３に沿い、共振器長Ｌに対して部分的な長さ
をもつ回折格子を形成するようにしてもよい。ただし、
回折格子の反射率を考慮することが好ましい。

【００６６】この実施の形態２では、共振器長Ｌに対す
る回折格子の長さを部分的なものとし、この回折格子の
グレーティング長Ｌ_Gおよび結合係数κ_LGを適切に変化
させることによって、所望の発振波長スペクトル１６の
半値幅Δλｈを得ることができ、この半値幅Δλｈ内に
複数の発振縦モードをもったレーザ光を発振させること
ができ、実施の形態１と同様な作用効果をもった半導体
レーザ装置を実現することができる。

【００６７】なお、回折格子の位置について、実施の形
態１または実施の形態２で示した場所以外に配置するこ
とも可能である。たとえば、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ
活性層３の下部に回折格子を設けても、実施の形態１お
よび実施の形態２と同様の作用効果を得ることが可能で
ある。より詳しくいえば、半導体レーザ装置内部におい
て、光が存在する領域であればどのような場所に回折格
子を配置しても構わず、実施の形態１および２に記載し
た作用効果を実現することができる。

【００６８】（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。上述した実施の形態１で
は、回折格子１３のグレーティング周期は一定であった
が、この実施の形態３では、回折格子のグレーティング
周期を周期的に変化させたチャープドグレーティングを
用い、これによって、回折格子の波長選択特性に揺らぎ
を発生させ、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈを広げ
て、半値幅Δλｈ内の発振縦モード数が相対的に複数と
なるようにしている。すなわち、図１３に示すように、
半値幅Δλｈを半値幅ｗｃに広げて、半値幅ｗｃ内に含
まれる発振縦モードの本数を増大するようにしている。

【００６９】図１４は、この発明の実施の形態３である
半導体レーザ装置の概要構成を示す長手方向の側面断面
図である。この半導体レーザ装置では、実施の形態１に
かかる半導体レーザ装置の回折格子１３のグレーティン
グ周期を周期的に変化させたチャープドグレーティング
である回折格子４７を有している。その他の構成は、実
施の形態１にかかる半導体レーザ装置と同様であり、波
長差Δλｃが存在すること、およびそれによる利点につ
いても実施の形態１および２と同様である。また、実施
の形態１おび実施の形態２と同一または類似の構成部分
には、同一または類似の符号を付している。

【００７０】図１５は、回折格子４７のグレーティング
周期の周期的変化を示す図である。図１５に示すよう
に、この回折格子４７は、平均周期が２２０ｎｍであ
り、±０．０２ｎｍの周期揺らぎ（偏差）を周期Ｃで繰
り返す構造を有している。この±０．０２ｎｍの周期揺
らぎによって回折格子４７の反射帯域は、約２ｎｍの半
値幅を有し、これによって、発振波長スペクトルの半値
幅Δλｈ内に３〜６本程度の発振縦モードを持たせるこ
とができる。

【００７１】また、上述した実施の形態３では、一定の
周期Ｃでグレーティング周期を変化させるチャープドグ
レーティングとしたが、これに限らず、グレーティング
周期を、周期Λ₁（２２０ｎｍ＋０．０２ｎｍ）と周期
Λ₂（２２０ｎｍ−０．０２ｎｍ）との間で、ランダム
に変化させるようにしてもよい。

【００７２】さらに、図１６（ａ）に示すように、周期
Λ₁と周期Λ₂とを１回ずつ交互に繰り返す回折格子とし
て、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、図
１６（ｂ）に示すように、周期Λ₃と周期Λ₄とをそれぞ
れ複数回、交互に繰り返す回折格子として、周期揺らぎ
を持たせるようにしてもよい。さらに、図１６（ｃ）に
示すように、連続する複数回の周期Λ₅と連続する複数
回の周期Λ₆とをもつ回折格子として、周期揺らぎを持
たせるようにしてもよい。また、周期Λ₁、Λ₃、Λ₅と
周期Λ₂、Λ₄、Λ₆との間の離散的な異なる値をもつ周
期をそれぞれ補完して配置するようにしてもよい。

【００７３】この実施の形態３では、半導体レーザ装置
に設けられる回折格子をチャープドグレーティングなど
によって、平均周期に対して±０．０１〜０．２ｎｍ程
度の周期揺らぎをもたせ、これによって、反射帯域の半
値幅を所望の値に設定し、最終的に発振波長スペクトル
の半値幅Δλｈを決定し、半値幅Δλｈ内に複数の発振
縦モードが含まれるレーザ光を出力するようにし、実施
の形態１あるいは実施の形態２と同様な作用効果をもっ
た半導体レーザ装置を実現することができる。

【００７４】（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１〜３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。

【００７５】図１７は、この発明の実施の形態４である
半導体レーザモジュールの構成を示す側面断面図であ
る。図１７において、この半導体レーザモジュールは、
上述した実施の形態１〜３で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
モジュールの筐体として、Ｃｕ−Ｗ合金などによって形
成されたパッケージ５９の内部底面上に、温度制御装置
としてのペルチェモジュール５８が配置される。ペルチ
ェモジュール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
チェモジュール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
ェモジュール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モジ
ュール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
モジュール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。
なお、ヒートシンク５７ａは、たとえばダイヤモンドな
どの高熱伝導率をもつ材質によって形成することが望ま
しい。これは、ヒートシンク５７ａがダイヤモンドで形
成されると、高電流注入時の発熱が抑制されるからであ
る。この場合、波長安定性がさらに向上し、しかも温度
制御も容易になる。

【００７６】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、およびモニタフォトダイオード５
６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、モニタフォトダイオード５
６は、半導体レーザ装置５１の反射膜側から漏れた光を
モニタ検出する。

【００７７】ここで、この半導体レーザモジュールで
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
式の偏波無依存型でなく、小型の偏波依存型アイソレー
タを用いることができるため、低い相対強度雑音（ＲＩ
Ｎ）を達成することができ、アイソレータによる挿入損
失を小さくすることができる。

【００７８】この実施の形態４では、実施の形態１〜３
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、大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。

【００７９】また、実施の形態４では、実施の形態１〜
３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、複数の発振縦モードを有し、各発振縦モードの線幅
が大きくなる。したがって、レーザ光が光ファイバ５５
に入射しても誘導ブリルアン散乱が発生せず、高出力の
半導体レーザモジュールを実現することができる。

【００８０】（実施の形態５）つぎに、実施の形態５に
かかる光ファイバ増幅器について説明する。本実施の形
態５は、上述した実施の形態４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。

【００８１】図１８は、この発明の実施の形態５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１８
において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態４
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を用いた構成となってい
る。

【００８２】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。

【００８３】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
６２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。

【００８４】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
出力光として信号光出力ファイバ７０に出力する。

【００８５】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。

【００８６】この実施の形態５に示したラマン増幅器で
は、実施の形態１〜３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。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削減
を実現することができる。

【００８７】なお、図１８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１９
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。ここで、上述したように、各半導体レーザ
モジュール６０ａ、６０ｃ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７１の長さを短くす
ることができる。これによって、偏波面保持ファイバ７
１から出力される光出力の偏波依存性をなくすことがで
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。

【００８８】また、半導体レーザモジュール６０ａ〜６
０ｄに内蔵される半導体レーザ装置として発振縦モード
数が多い半導体レーザ装置を用いると、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。

【００８９】また、上述した実施の形態１〜４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、ラマン増幅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。

【００９０】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、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。

【００９１】さらに、上述した実施の形態１〜３の半導
体レーザ装置では、複数の発振縦モードを有し、各発振
縦モードの線幅が大きいという特徴を有している。その
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。

【００９２】なお、図１８および図１９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。

【００９３】たとえば、図２０は、前方励起方式を採用
したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図２
０に示したラマン増幅器は、図１８に示したラマン増幅
器にＷＤＭカプラ６５’をアイソレータ６３の近傍に設
けている。このＷＤＭカプラ６５’には、半導体レーザ
モジュール６０ａ〜６０ｄ、偏波合成カプラ６１ａ、６
１ｂおよびＷＤＭカプラ６２にそれぞれ対応した半導体
レーザモジュール６０ａ’〜６０ｄ’、偏波合成カプラ
６１ａ’、６１ｂ’およびＷＤＭカプラ６２’を有した
回路が接続され、ＷＤＭカプラ６２’から出力される励
起光を信号光と同じ方向に出力する前方励起を行う。こ
の場合、半導体レーザモジュール６０ａ’〜６０ｄ’
は、上述した実施の形態１〜４で用いられる半導体レー
ザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を
効果的に行うことができる。

【００９４】同様に、図２１は、前方励起方式を採用し
たラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図２１
に示したラマン増幅器は、図１９に示したラマン増幅器
にＷＤＭカプラ６５’をアイソレータ６３の近傍に設け
ている。このＷＤＭカプラ６５’には、半導体レーザモ
ジュール６０ａ、６０ｃおよびＷＤＭカプラ６２にそれ
ぞれ対応した半導体レーザモジュール６０ａ’、６０
ｃ’およびＷＤＭカプラ６２’を有した回路が接続さ
れ、ＷＤＭカプラ６２’から出力される励起光を信号光
と同じ方向に出力する前方励起を行う。この場合、半導
体レーザモジュール６０ａ’、６０ｃ’は、上述した実
施の形態１〜４で用いられる半導体レーザ装置を用いて
いるため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うこ
とができる。

【００９５】また、図２２は、双方向励起方式を採用し
たラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図２２
に示したラマン増幅器は、図１８に示したラマン増幅器
の構成に、図２０に示したＷＤＭカプラ６５’、半導体
レーザモジュール６０ａ’〜６０ｄ’、偏波合成カプラ
６１ａ’、６１ｂ’およびＷＤＭカプラ６２’をさらに
設け、後方励起と前方励起とを行う。この場合、半導体
レーザモジュール６０ａ’〜６０ｄ’は、上述した実施
の形態１〜４で用いられる半導体レーザ装置を用いてい
るため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うこと
ができる。

【００９６】同様に、図２３は、双方向励起方式を採用
したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図２
３に示したラマン増幅器は、図１９に示したラマン増幅
器の構成に、図２１に示したＷＤＭカプラ６５’、半導
体レーザモジュール６０ａ’、６０ｃ’およびＷＤＭカ
プラ６２’をさらに設け、後方励起と前方励起とを行
う。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ’、６０
ｃ’は、上述した実施の形態１〜４で用いられる半導体
レーザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励
起を効果的に行うことができる。

【００９７】なお、上述した前方励起方式あるいは双方
向励起方式における前方励起に用いられるラマン増幅用
光源は、共振器長Ｌが８００μｍ未満であってもよい。
共振器長Ｌを８００μｍ未満とすると、上述したように
発振縦モードのモード間隔Δλが狭くなり、ラマン増幅
用光源として用いる場合に発振縦モードの本数が少なく
なり、大きな光出力を得ることができなくなるが、前方
励起は後方励起に比較して低出力で済むため、必ずしも
共振器長Ｌが８００μｍ以上である必要はない。

【００９８】上述した図１８〜図２３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２４は、図１８〜図２３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。

【００９９】図２４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１８、図
１９、図２０〜図２３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〜Ｒ
ｘｎに受信される。なお、光ファイバ８５上には、任意
の波長の光信号の付加、取り出しをおこなうＡＤＭ（Ad
d/Drop Multiplexer）が挿入される場合もある。

【０１００】なお、上述した実施の形態５では、実施の
形態１〜３に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形
態４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、０．９８μｍ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。特に、励起光の
ＥＤＦまでの伝送距離が数ｋｍ〜数十ｋｍ以上となるよ
うなＥＤＦＡにおいては、実施の形態１〜３にかかる半
導体レーザ装置を励起光源に用いることで、伝送中の誘
導ブリルアン散乱に起因した増幅利得の低下を効果的に
抑制することができる。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜９の発
明によれば、回折格子を有することで複数の発振縦モー
ドを有し、波長差Δλｃが存在することで各発振縦モー
ドの線幅が大きなレーザ光を出射することができる。こ
のため、出射光を光ファイバに導波した場合に、光ファ
イバ中において誘導ブリルアン散乱を生じることがな
く、高出力の半導体レーザ装置を提供できるという効果
を奏する。

【０１０２】また、請求項１０および請求項１１の発明
によれば、請求項１〜９にかかる半導体レーザ装置を用
いているため、同様の理由により誘導ブリルアン散乱の
発生を抑制した半導体レーザモジュールを提供できると
いう効果を奏する。

【０１０３】また、請求項１２および請求項１３の発明
によれば、上記の半導体レーザ装置または半導体レーザ
モジュールを使用することで増幅利得が安定し、かつ高
利得の光ファイバ増幅器を提供できるという効果を奏す
る。

【０１０４】また、請求項１４の発明によれば、リモー
トポンプ方式を採用したＥＤＦＡにおいて、励起光を長
距離伝送しても増幅利得の低下することがないＥＤＦＡ
を提供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】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構造
を示す概略斜視図である。

【図２】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構造
を示す側面断面図である。

【図３】回折格子を備えたことにより実施の形態１にか
かる半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の波形を
示す模式的なグラフである。

【図４】（ａ）は、従来の単一発振縦モードを有する半
導体レーザ装置から出射されるレーザ光の波形を示す模
式的なグラフであり、（ｂ）は、本実施の形態１にかか
る半導体レーザ装置から出射されるレーザ光の波形を示
す模式的なグラフである。

【図５】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の、フ
ァブリ・ペロー共振器によって選択される波形と回折格
子によって選択される波形とを示す模式図である。

【図６】従来のＤＦＢレーザにおいて、波長差Δλｃの
値に対する単一発振縦モードの線幅の変化を示すグラフ
である。

【図７】（ａ）は、実施の形態１にかかる半導体レーザ
装置において、波長差Δλｃが０の場合の任意の発振縦
モードの波形を示す模式的なグラフであり、（ｂ）は波
長差Δλｃが０でない場合の任意の発振縦モードの波形
を示す模式的なグラフである。

【図８】（ａ）は、従来の単一発振縦モードを有する半
導体レーザ装置か裸出射されるレーザ光の波形を示す模
式的なグラフであり、（ｂ）は、波長差Δλｃが０でな
い場合の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置から出
射されるレーザ光の波形を示す模式的なグラフである。

【図９】誘導ブリルアン散乱が発生するか否かを判定す
る測定装置の構成を示すブロック図である。

【図１０】実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構
造を示す側面断面図である。

【図１１】実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構
造を示す側面断面図である。

【図１２】実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構
造を示す側面断面図である。

【図１３】実施の形態２にかかる半導体レーザ装置から
出射されるレーザ光の波形を示す模式的なグラフであ
る。

【図１４】実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の構
造を示す側面断面図である。

【図１５】実施の形態３における回折格子の構造を示す
模式図である。

【図１６】実施の形態３における回折格子の構造の変形
例を示す模式図である。

【図１７】実施の形態４にかかる半導体レーザモジュー
ルの構造を示す側面断面図である。

【図１８】実施の形態５にかかる光ファイバ増幅器の構
成を示すブロック図である。

【図１９】実施の形態５にかかる光ファイバ増幅器の応
用例を示すブロック図である。

【図２０】実施の形態５にかかる光ファイバ増幅器の変
形例であって、前方励起方式を採用した光ファイバ増幅
器の構成を示すブロック図である。

【図２１】図２０に示した光ファイバ増幅器の応用例を
示すブロック図である。

【図２２】実施の形態５にかかる光ファイバ増幅器の変
形例であって、双方向励起方式を採用した光ファイバ増
幅器の構成を示すブロック図である。

【図２３】図２２に示した光ファイバ増幅器の応用例を
示すブロック図である。

【図２４】実施の形態５にかかる光ファイバ増幅器を用
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。

【符号の説明】

１ｎ−ＩｎＰ基板２ｎ−ＩｎＰバッファ層３ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層４ｐ−ＩｎＰスペーサ層６ｐ−ＩｎＰクラッド層７ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層８ｐ−ＩｎＰブロッキング層９ｎ−ＩｎＰブロッキング層１０ｐ側電極１１ｎ側電極１３回折格子１４反射側反射膜１５、１６出射側反射膜１６発振波長スペクトル１７〜１９発振縦モード２１カプラ２２半導体レーザ装置２３反射光測定手段２４伝送用光ファイバ２５入力光測定手段２６出力光測定手段４３〜４７回折格子５１半導体レーザ装置５２レンズ５３アイソレータ５４レンズ５５光ファイバ５６モニタフォトダイオード５７ａヒートシンク５７ベース５８ａサーミスタ５８ペルチェモジュール５９パッケージ６０ａ〜６０ｄ半導体レーザモジュール６１ａ、６１ｂ偏波合成カプラ６２、６５ＷＤＭカプラ６３、６６アイソレータ６４増幅用ファイバ６７モニタ光分配用カプラ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偏波面保持ファイバ８０光合波器８１、８３ラマン増幅器８４光分波器８５光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大木泰東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB30 BA01 CA15 DA10 EA10 EB15 HA24 5F072 AB09 AK06 JJ20 KK30 PP07 QQ07 RR01 YY17 5F073 AA46 AA64 AA65 AA74 AA83 AB27 AB28 AB30 BA03 CB02 EA01 EA04 EA29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光の出射端面に設けられた第１反
射膜と、該レーザ光の反射端面に設けられた第２反射膜
との間に形成された活性層とを備えた半導体レーザ装置
であって、前記第１反射膜と前記第２反射膜とによって形成され、
レーザ発振時に第１波長を中心とした光を選択する光共
振器と、前記活性層近傍に配置され、レーザ発振時に前記第１波
長に比して大きな値を有する第２波長を中心とした複数
の発振縦モードを有する光を選択する回折格子と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】設計動作温度において設計動作電流を注
入した際に、前記第２波長が前記第１波長に比して３ｎ
ｍ以上大きな値を有す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。
【請求項３】設計動作温度において閾値電流を注入し
た際に、前記第２波長が前記第１波長に比して８ｎｍ以
上大きな値を有す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。
【請求項４】前記回折格子によって選択される第２波
長が１１００ｎｍ以上、１５５０ｎｍ以下であることを
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。
【請求項５】前記回折格子は、回折格子長が３００μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】前記回折格子の回折格子長は、前記共振
器長の（３００／１３００）倍の値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。
【請求項７】前記第１反射膜側または前記第１反射膜
近傍に設けられる回折格子は、該回折格子の結合係数と
回折格子長との乗算値が０．３以下であることを特徴と
する請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザ
装置。
【請求項８】前記回折格子は、グレーティング周期を
ランダムあるいは所定周期で変化させたことを特徴とす
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。
【請求項９】前記第１反射膜と前記第２反射膜との間
に形成された活性層によって形成された共振器の長さ
は、８００μｍ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。
【請求項１０】請求項１〜９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。
【請求項１１】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１０に記載の半
導体レーザモジュール。
【請求項１２】請求項１〜９のいずれか一つに記載の
半導体レーザ装置若しくは請求項１０または１１に記載
の半導体レーザモジュールを備えた励起光源と、信号光を伝送する光ファイバと、該光ファイバと接続された増幅用光ファイバと、前記励起光源から出射される励起光を増幅用光ファイバ
に入射させるためのカプラと、前記励起光源と前記カプラとを接続する励起光伝送用光
ファイバと、を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１３】前記増幅用光ファイバは、ラマン増幅
により光を増幅することを特徴とする請求項１２に記載
の光ファイバ増幅器。
【請求項１４】前記増幅用光ファイバは、エルビウム
添加光ファイバであって、前記励起光源と前記増幅用光ファイバとは遠隔に配置さ
れることを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバ増
幅器。