JP2004055622A

JP2004055622A - Semiconductor laser, semiconductor laser module, and optical fiber amplifier

Info

Publication number: JP2004055622A
Application number: JP2002207494A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Oki; 大木　泰; Naoki Tsukiji; 築地　直樹; Jiyunji Yoshida; 吉田　順自; Yutaka Shimizu; 清水　裕; Naoki Hayamizu; 早水　尚樹
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor laser which emits a laser light, that does not increase in relative intensity noise after the light, is transmitted for a prescribed distance. <P>SOLUTION: An n-type InP buffer layer 2, a GRIN-SCH-MQW active layer 3, and a p-type InP spacer layer 4 are laminated on an n-type InP substrate 1. Then a p-type InP blocking layer 8 and an n-type InP blocking layer 9 are laminated on the substrate 1 adjacently to the upper region of the buffer layer 2, active layer 3, and spacer layer 4. In addition, a p-type InP clad layer 6, a p-type GaInAsP contact layer 7, and a p-side electrode 10 are laminated on the spacer layer 4 and blocking layer 9 and an n-side electrode 11 is arranged on the rear surface of the substrate 1. Moreover, a diffraction grating 13 is arranged in the spacer layer 4. The grating 13 selects the laser light which only has 60 or fewer longitudinal oscillation modes, having differential values of ≤10 dB with respect to the maximum intensity. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の発振縦モードを有するレーザ光を出力す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し、特に、所定距離伝送した後に相対強度雑音の強度が増加することのない半導体レーザ装置、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】
近年のインターネット等をはじめとする光通信の発展に伴い、長距離に渡って信号光を伝送するために、伝送用光ファイバ等の光伝送路の途中に光ファイバ増幅器を配設することが広く行われている。光通信システムにおいては、信号光が光伝送路中を伝送するに従って強度の低下が生じることから、光ファイバ増幅器によって信号光の強度を回復することで信号光の強度を所定範囲内に維持する必要があるためである。
【０００３】
具体的には、光ファイバ増幅器として、光ファイバのコアにエルビウムをドープしたＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等の不純物添加型のものと、ラマン増幅を利用した光増幅器に大別される。特に、ラマン増幅を利用した光ファイバ増幅器は信号光の波長を任意に選択することができる等の利点を有することから、近い将来における光ファイバ増幅器として有望視されている。
【０００４】
エルビウム等の希土類イオンを媒体とした不純物添加型の光ファイバ増幅器がイオンのエネルギー準位によって利得波長帯が決定されるのに対し、ラマン増幅を用いた光ファイバ増幅器は励起光の波長によって利得波長帯が決定されるという特徴を有する。従って、ラマン増幅を用いた光ファイバ増幅器では、励起光波長を選択することによって任意の波長帯の信号光を増幅することができる。
【０００５】
ラマン増幅を利用した光ファイバ増幅器においては、励起光源として半導体レーザ装置が使用されている。ここで、光ファイバ増幅器の増幅利得は半導体レーザ装置の出力強度に対応するため、励起光源として使用する半導体レーザ装置は高出力のものが望ましい。一方、単位波長あたりの励起光の強度が大きい場合、誘導ブリルアン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ　Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）が問題となる。誘導ブリルアン散乱は、単位波長あたりの励起光の強度が大きいほど顕著に生じるため、励起光源を構成する半導体レーザ装置は、複数の発振縦モードを備えたレーザ光を出力するいわゆるマルチモードの半導体レーザ装置が用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マルチモードの半導体レーザ装置を励起光源として使用した場合、シングルモードの半導体レーザ装置を用いた場合と比較して相対強度雑音（Ｒｅｌａｔｉｖｅ　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｎｏｉｓｅ）の問題が無視できなくなる。
【０００７】
ラマン増幅では、光増幅の生じる過程が早く起こるため、励起光強度が揺らぐことによってラマン利得も揺らぎ、増幅された信号光の強度も揺らぎが生じることとなる。従って、相対強度雑音が大きい場合には安定したラマン増幅が行えないという問題が存在する。特に、マルチモードレーザでは、出力直後の相対強度雑音の値は小さいものの、一定の距離だけ伝送した後には相対強度雑音が増加することが知られている。ラマン増幅を利用した光ファイバ増幅器においては、励起光を数十ｋｍ程度伝送させる必要があるため、伝送後の相対強度雑音の増加が著しい場合、特に増幅利得が不安定化することとなる。
【０００８】
発振縦モードの数が単数の、例えばＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザから出力されるレーザ光に関しては、所定距離伝送した後の相対強度雑音の強度は伝送前とそれほど相違しない。従って、相対強度雑音を低減する観点からは発振縦モードの本数を単数とすることで解決は可能である。しかし、発振縦モードが単数の半導体レーザ装置を用いた場合、既に述べたように誘導ブリルアン散乱の発生が問題となるため、ＤＦＢ半導体レーザ装置等のシングルモードの半導体レーザ装置を励起光源として使用することは妥当ではない。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、複数の発振縦モードを有するレーザ光を出力する半導体レーザ装置において、相対強度雑音の増加を抑制す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を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、ラマン増幅を利用して光増幅を行い、かつ前方励起方式を採用する光ファイバ増幅器の励起光源として使用される半導体レーザ装置であって、レーザ光の出射側端面に設けられた第１反射膜と該レーザ光の反射側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、前記出射側端面と前記入射側端面とによって形成され、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内となる発振縦モードが６０本以下存在する光を選択する光共振器とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この請求項１の発明によれば、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内となる発振縦モードの本数を６０本以下としたため、出力されるレーザ光が光伝送路中を所定の距離だけ伝送した後であっても、相対強度雑音の増大を抑制することができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００１２】
また、請求項２にかかる半導体レーザ装置は、レーザ光の出射側端面に設けられた第１反射膜と該レーザ光の反射側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を備えた半導体レーザ装置であって、該活性層近傍に配設され、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内となる発振縦モードが６０本以下存在する光を選択する回折格子を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この請求項２の発明によれば、回折格子によって最大強度との差分値が１０ｄＢ以内となる発振縦モードの本数を６０本以下としたため、出力されるレーザ光が光伝送路中を所定の距離だけ伝送した後であっても、相対強度雑音の増大を抑制することができる半導体レーザ装置を提供することができる。
【００１４】
また、請求項３にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記回折格子によって選択される発振縦モードの波長が１１００ｎｍ以上、１５５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
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。
【００１６】
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、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。
【００１７】
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、前記光共振器の共振器長は、８００μｍ以上であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項７にかかる半導体レーザモジュールは、請求項１〜６のいずれか一つ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力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。
【００１９】
また、請求項８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設され、前記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。
【００２０】
また、請求項９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、前記光ファイバの半導体レーザ装置側の端面は、光出射方向に対して斜めになるよう形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１０にかかる光ファイバ増幅器は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置もしくは請求項７〜９のいずれか一つ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伝送路と、該光伝送路と接続され、ラマン増幅によって光増幅を行う増幅用光ファイバと、前記励起光源から出力される励起光を増幅用光ファイバに入力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用光伝送路とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態である半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール、光ファイバ増幅器およびＷＤＭ光通信システムについて説明する。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の符号を付し、特に言及しない限り同等の機能を有するものとする。また、図面は模式的なものであって、層の厚みと幅との関係、各層の厚みの比率等は現実のものと異なることに留意する必要がある。さらに、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）
この発明の実施の形態１について説明する。本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、複数の発振縦モードを出力する半導体レーザ装置であって、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内である発振縦モードの本数を６０本以下に抑制することで相対強度雑音の強度を低減している。
【００２４】
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。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。
【００２５】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ｎ−ＩｎＰ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。
【００２６】
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−ＳＣＨ−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。
【００２７】
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−ＭＱＷ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。
【００２８】
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。
【００２９】
ｐ−ＩｎＰブロッキング層８およびｎ−ＩｎＰ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、ＧＲＩＮ−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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。この回折格子１３の存在により、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は出射するレーザ光が複数の発振縦モードを有する。そして、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の構造を調整することによって、最大の光強度を有する発振縦モードとの光強度の差分値が１０ｄＢ以内となる発振縦モードの本数が６０本以下となるよう構成されている。
【００３２】
回折格子１３は、たとえば、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）＝３００：１３００の関係を維持するため、回折格子長Ｌｇが３００μｍ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Ｌｇ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）。
【００３３】
つぎに、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λ_０は、１１００ｎｍ〜１５５０ｎｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３２００μｍ以下としている。
【００３４】
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＝λ_０ ^２／（２・ｎ・Ｌ）
である。ここで、発振波長λ_０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Δλ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。
【００３５】
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。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内に多数の発振縦モードを含ませてレーザ発振するようにしている。
【００３６】
つぎに、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内である発振縦モードの本数を変化させる回折格子１３の構造について説明する。まず、回折格子１３の回折格子長Ｌｇあるいは結合係数κを変化させる構造が挙げられる。一般に、回折格子長Ｌｇが減少するにつれて、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈは広くなり、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内である発振縦モードの本数も増大する。所望の発振縦モードを選択するためには、結合係数κと回折格子長Ｌｇとの積κ・Ｌｇは一定以上の値を有する必要があるものの、その条件下で回折格子長Ｌｇの値を変化させることで、発振縦モードの本数を変化させることができる。
【００３７】
また、回折格子１３のグレーティング周期を変化させることも有効である。図４は、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を用いた例について示す。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、発振縦モードの本数を変化させることが可能である。すなわち、図５に示すように、半値幅Δλｈを半値幅ｗｃに広げたり、逆に半値幅Δλｈを狭めることで発振縦モードの本数を変化させるようにしている。
【００３８】
図４に示すように、回折格子１３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１３の反射帯域は、約２ｎｍの半値幅を有し、これによって、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内である発振縦モードの本数を変化させることができる。
【００３９】
また、図４の例では、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Λ_１（２２０ｎｍ＋０．０２ｎｍ）と周期Λ_２（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。
【００４０】
さらに、図６（ａ）に示すように、周期Λ_１と周期Λ_２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６（ｂ）に示すように、周期Λ_３と周期Λ_４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６（ｃ）に示すように、連続する複数回の周期Λ_５と連続する複数回の周期Λ_６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Λ_１、Λ_３、Λ_５と周期Λ_２、Λ_４、Λ_６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。
【００４１】
つぎに、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置が相対強度雑音を低減するメカニズムについて説明する。図７〜図９は、最大強度との強度の差分値が１０ｄＢ以内となる発振縦モードの本数を変化させた場合における相対強度の変化を示すグラフである。なお、発振縦モードの本数を変化させるため、図７のグラフに示す測定においてはファブリ・ペロー型共振器を備えた半導体レーザ装置を使用し、図８の測定においてはＤＦＢ半導体レーザ装置を使用しているが、かかる構造の相違は測定結果に本質的な影響を与えるものではない。
【００４２】
図７〜図９において、相対強度雑音の測定は光ファイバ伝送前と、３７ｋｍ伝送後と、７４ｋｍ伝送後において行った。また、レーザ光の伝送に使用した光ファイバは、分散値が０となる波長が１４６３ｎｍであって、かかる波長近傍における分散値の傾きが０．０４７４ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ、モードフィールド径（Ｍｏｄｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｄｉａｍｅｔｅｒ）の値が１５５０ｎｍにおいて８．５μｍとなるルーセント社製のＴｒｕｅＷａｖｅ（Ｒ）ＲＳファイバを用いている。また、相対強度雑音は５００ｋＨｚ〜２２ＧＨｚの周波数範囲において測定している。さらに、測定対象である半導体レーザ装置は、図７〜図９それぞれにおいてＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成された埋め込みヘテロ構造（Ｂｕｒｉｅｄ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）および多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）を備える。また、出射側端面および反射側端面上には所定の反射膜を成膜し、出射側端面と反射側端面との間の距離によって規定される共振器長は１５００μｍのものを用いている。
【００４３】
図７のグラフは、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内の発振縦モードの本数が６３本となる半導体レーザ装置を用いて相対強度雑音の測定を行った結果を示している。図７において、曲線ｌ_１は光ファイバ中を伝送する前における相対強度雑音の周波数依存性を示し、曲線ｌ_２、曲線ｌ_３はそれぞれ３７ｋｍ伝送後、７４ｋｍ伝送後の相対強度雑音の周波数依存性について示している。
【００４４】
図７から明らかなように、伝送前の相対強度雑音に比べ、伝送後の相対強度雑音は著しい増加を示し、特に１ＧＨｚ程度以下の低周波数領域においては顕著に増大し、０．１〜０．２ＧＨｚにおいてピークが存在する。また、曲線ｌ_２と曲線ｌ_３とを対比すれば明らかなように、伝送距離が増大するにつれて低周波数領域における相対強度雑音は増加する。
【００４５】
図８は、比較のためシングルモードのレーザ光を出力するＤＦＢ半導体レーザ装置について相対強度雑音を測定した結果を示す。図８において、曲線ｌ_４は伝送前における相対強度雑音の周波数依存性を示し、曲線ｌ_５は、３７ｋｍ伝送後の相対強度雑音の周波数依存性を示す。なお、ＤＦＢ半導体レーザ装置は元来出力強度が低いため、７４ｋｍ伝送後のレーザ光の強度が他の半導体レーザ装置に比べ著しく低下し、相対強度雑音に関して信頼性を有するデータを得ることができないことから７４ｋｍ伝送後の相対強度雑音については割愛している。また、ＤＦＢ半導体レーザ装置に注入される電流値は１５０ｍＡであって、出力されるレーザ光の中心波長は１５４７ｎｍである。
【００４６】
図８に示す測定結果からは、ＤＦＢ半導体レーザ装置においては相対強度雑音の値は全体に渡って低く抑制されており、伝送後においてもそれほど変化はない。また、図７に示すファブリ・ペロー型共振器を用いた半導体レーザ装置と異なり、低周波数領域において相対強度雑音が増加することもなく、全体として良好な値を維持している。
【００４７】
つぎに、図９に示す測定結果について説明する。図９の測定において使用した半導体レーザ装置は、活性層近傍に回折格子を設け、かかる回折格子を設けたことによって複数の発振縦モードを有する光を出力する構造を有する。なお、図９の測定に使用した半導体レーザ装置の構造の詳細については後で説明する。また、図９の測定において半導体レーザ装置に注入された電流値は９００ｍＡであって、出力されたレーザ光の中心波長は１５０１ｎｍ、レーザ光の包絡線に関して、最大強度との差分値が１０ｄＢとなる部分での幅は３．４ｎｍである。また、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内の発振縦モードの本数は１８本である。
【００４８】
図９において、曲線ｌ_６は伝送前における相対強度雑音の波長依存性を示し、曲線ｌ_７、曲線ｌ_８はそれぞれ３７ｋｍ伝送後、７４ｋｍ伝送後の相対強度雑音の波長依存性を示す。図９に示すように、伝送前と伝送後を対比すると、０．３ＧＨｚ〜３ＧＨｚの周波数範囲において相対強度雑音が若干増加しているものの、図７と比較して相対強度雑音の増加は低い値に抑制されている。具体的には、例えば０．１ＧＨｚにおいて図７では伝送前と伝送後とで３０〜３５ｄＢ程度の差が見られるが、図９の場合相対強度雑音の増加はせいぜい５ｄＢ程度に抑制されている。
【００４９】
図７〜図９に示す測定結果より、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内の発振縦モードの本数が少ないほど、伝送後の相対強度雑音の増加を抑制することができることが明らかである。特に、図７〜図９のグラフのうち、伝送前（曲線ｌ_１、ｌ_４、ｌ_６）における相対強度はほぼ同等の値となるにも関わらず、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内の発振縦モードの本数が相違することで、伝送後の相対強度雑音の値は大きく異なる。
【００５０】
図１０〜図１２は、それぞれ図７〜図９の測定に使用した半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の波長強度特性を示すグラフである。具体的には、例えば、図１０に示すグラフは、図７の測定に使用した半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の波長強度特性を示す。
【００５１】
測定に用いた半導体レーザ装置は、それぞれ出力されるレーザ光の波長選択を行う構造が相違するため、出力されるレーザ光の波長強度特性が相違する。例えば、図１０に示すように、図７の測定に使用したファブリ・ペロー型共振器を備えた半導体レーザ装置は、波長強度特性の包絡線が比較的なだらかとなる一方、図１１に示すように、図８の測定に使用したＤＦＢ半導体レーザ装置は、単一の発振縦モードのみの強度が高く、他の発振縦モードの強度は低く、本数も少ない。また、図１２に示すように、図９の測定に使用した半導体レーザ装置から出力されるレーザ光は、図１０に示すファブリ・ペロー型共振器を備えた半導体レーザ装置と比較して発振縦モードの本数は同等であるが、包絡線は中心波長付近で急峻な形状となり、図１０のグラフと比較して中心波長からはなれた部分における強度は低くなる。このため、例えば図７の測定に使用した半導体レーザ装置と図９の測定に使用した半導体レーザ装置に注入した電流値は等しいにもかかわらず、所定強度以上の発振縦モードの本数が相違することとなる。
【００５２】
所定強度以上の発振縦モードの本数によって長距離伝送後の相対強度雑音の強度が異なる理由については以下のように考えることが可能である。複数の発振縦モードを有するレーザ光を出力するマルチモードレーザにおいては、従来からモード分配雑音（Ｍｏｄｅ　Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ　Ｎｏｉｓｅ）の存在が知られている。モード分配雑音とは、マルチモードレーザにおいて誘導放出された光子が各発振縦モードにランダムに分配することに起因する雑音である。
【００５３】
半導体レーザ装置からレーザ光が出力された直後において、個々の発振縦モードの光強度はモード分配雑音によってランダムに揺らいでも、各発振縦モードの光強度の和は半導体レーザ装置に注入された電流、換言すれば注入されたエネルギーに対応した値になる。すなわち、注入されたエネルギーが一定である限り、半導体レーザ装置から出力された直後の各発振縦モードの光強度の和は常に一定となり、出力されたレーザ光全体で考えると、半導体レーザ装置からは揺らぎのない一定の出力が得られる。
【００５４】
例えば、図１３は、波長λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃの３つの発振縦モードを有するレーザ光と、各発振縦モードの和の時間的な揺らぎの一例を示す。時刻ｔ_１において、波長λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃの各発振縦モードは、各発振縦モードの平均強度に対してそれぞれ揺らぎΔａ_１、Δｂ_１、Δｃ_１を有し、これらの和（Δａ_１＋Δｂ_１＋Δｃ_１）は、互いの平均強度からの揺らぎを相殺してゼロとなる。時刻ｔ_２においても、波長λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃの各発振縦モードの光強度の揺らぎの和（Δａ_２＋Δｂ_２＋Δｃ_２）は相殺されてゼロとなる。このことから、半導体レーザ装置から出力された直後のレーザ光は、各発振縦モードの光強度の和が一定に保たれ、相対強度雑音も低い値となる。
【００５５】
しかしながら、光ファイバ等の光伝送路中を伝送するレーザ光は、光伝送路中における波長分散の影響を受け、各発振縦モードの伝搬速度は波長ごとに異なり、各発振縦モードには異なる遅延が生じる。例えば、図１４は、図１３に示した各発振縦モードが光ファイバ中を所定距離だけ伝送した結果を示している。図１４に示すように、波長λ_ｂの発振縦モードは波長λ_ａの発振縦モードに比べ遅延し、波長λ_ｃの発振縦モードは波長λ_ｂの発振縦モードに比べて遅延する。この結果、時刻ｔ_１’における波長λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃの各発振縦モードの光強度の平均値からの揺らぎの和（Δａ_１’＋Δｂ_１’＋Δｃ_１’）は零とならず、揺らぎΔｅ_１の値を持つこととなる。同様に時刻ｔ_２’における揺らぎの和（Δａ_２’＋Δｂ_２’＋Δｃ_２’）も零とはならず、Δｅ_１と異なる値Δｅ_２の揺らぎを有することとなる。このように、光伝送路中を伝送したレーザ光の相対強度雑音は、波長分散によって各発振縦モードの和が一定とならず、時間の変化に伴って変動することとなる。
【００５６】
かかるモード分配雑音に起因して、マルチモードレーザでは長距離伝送後の相対強度雑音が増加するものと考えることができる。仮にモード分配雑音に起因して相対強度雑音が増加するとした場合、モード分配雑音において、各発振縦モードに対する光子の分配の揺らぎは１ＧＨｚ程度以下であるため、相対強度雑音の増加も１ＧＨｚ程度以下の低周波数領域において生じることとなる。このことは、図７、図９に示す相対強度雑音の増加傾向と同様であり、モード分配雑音に起因して相対強度雑音が増加するとした場合と矛盾しない。また、伝送前の相対強度雑音は小さく、長距離伝送した後に相対強度雑音が増加する事実も、モード分配雑音に起因して相対強度雑音が増加することの傍証となる。
【００５７】
また、一般に発振縦モードの光強度が大きいほど、相対強度雑音の増加に対するモード分配雑音の影響は大きくなる。これは、光強度の大きい発振縦モードにおける光強度変動の絶対値は光強度の小さい発振縦モードの変動に比して大きくなるため、所定距離伝送した後におけるレーザ光全体の光強度変動が大きくなるためである。
【００５８】
このため、本発明においては、複数の発振縦モードを有するレーザ光を出力するマルチモードレーザにおいて、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内となる発振縦モードの本数が６０本以下となるよう半導体レーザ装置を構成している。ここで所定強度以上の発振縦モードの本数を６０本以下としたのは、本願発明者等が行った測定によって、かかる条件のレーザ光について、光伝送路中を伝送したことによる相対強度雑音の増加を許容範囲内に抑制できることを確認したためである。具体的には、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内となる発振縦モードの本数が６０本を超えると、伝送後の相対強度雑音が急激に増加するため、本実施の形態１では、所定強度以上の発振縦モードの本数を６０本以下としている。なお、図７〜図９に示す測定結果からも明らかなように、所定強度以上の発振縦モード本数が少ないほど相対強度雑音の増加を抑制できる。例えば、６０本より５０本の方が相対強度雑音の増加を抑制でき、順次４０本、３０本と所定強度以上の発振縦モードの本数を減少させることで伝送後の相対強度雑音の増加を抑制することができることとなる。
【００５９】
以上のように、複数の発振縦モードを有するレーザ光を出力するマルチモードレーザにおいて、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内となる発振縦モードの本数を６０本以下とすることで、長距離伝送による相対強度雑音の増加を抑制することが可能となる。かかる半導体レーザ装置は、例えば、ラマン増幅を利用した光ファイバ増幅器の励起光源として使用した場合に大きな利点を有する。ラマン増幅では励起光の揺らぎに対応してラマン利得が揺らぐため、相対強度雑音を抑制することで増幅される信号光の揺らぎを抑制し、安定したラマン増幅を行うことが可能となるためである。
【００６０】
なお、本実施の形態１においては回折格子１３によって所定強度以上の発振縦モードの本数を制御することとしたが、本発明において重要なのは所定強度以上の発振縦モードの本数であり、半導体レーザ装置の構造ではない。従って、上記の構造以外、例えばファブリ・ペロー型共振器を採用した半導体レーザ装置であっても、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内の発振縦モードの本数が６０本以下であればよい。特に、所定の活性層を有し、出射側端面と反射側端面によって光共振器を形成するファブリ・ペロー型共振器を採用した半導体レーザ装置は、前方励起方式を採用したラマン増幅器における励起光源としての用途が近年有望視されている。このため、発振縦モードの本数を制限したものを用いた場合、相対強度雑音が小さく、従って励起される信号光の強度の揺らぎが少なく、安定したラマン増幅を行うことが可能となるという利点を有する。
【００６１】
また、半導体レーザ装置の構造について、導電型を逆にしても良いし、図１に示すようなＢＨ構造のレーザではなく、リッジレーザやＳＡＳ（Ｓｅｌｆ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ：自己整合構造）型レーザとしても良い。さらに、回折格子１３の位置についてもＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の上部領域のみならず、下部領域でも良い。さらに、回折格子１３は、レーザ発振時に光が分布する領域であれば原則としてどこでも配置可能である。また、回折格子１３の水平方向の幅について、全面的にグレーティングを配置しても良いし、部分的に配置しても良い。さらに、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。
【００６２】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２では、上述した実施の形態１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。
【００６３】
図１５は、この発明の実施の形態２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１５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３１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３９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３８が配置される。ペルチェモジュール３８上にはベース３７が配置され、このベース３７上にはヒートシンク３７ａが配置される。ペルチェモジュール３８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３１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３８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３７ａ上であって、半導体レーザ装置３１の近傍に配置されたサーミスタ３８ａ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３７ａの温度が一定に保たれるようにペルチェモジュール３８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３１の駆動電流を上昇させるに従って、ヒートシンク３７ａの温度が下がるようにペルチェモジュール３８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３１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３７ａ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３７ａ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。
【００６４】
ベース３７上には、半導体レーザ装置３１およびサーミスタ３８ａを配置したヒートシンク３７ａ、第１レンズ３２、およびモニタフォトダイオード３６が配置される。半導体レーザ装置３１から出射されたレーザ光は、第１レンズ３２、アイソレータ３３、および第２レンズ３４を介し、光ファイバ３５上に導波される。第２レンズ３４は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ３９上に設けられ、外部接続される光ファイバ３５に光結合される。なお、モニタフォトダイオード３６は、半導体レーザ装置３１の反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【００６５】
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３１と光ファイバ３５との間にアイソレータ３３を介在させている。このアイソレータ３３には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、アイソレータによる挿入損失を小さくすることができ、低コスト化できる。
【００６６】
また、光ファイバ３５端面における反射戻り光が半導体レーザ装置３１に再入力することを避けるため、光ファイバ３５の端面は光出射方向に対して斜めになるように形成されていることが好ましい。光ファイバ３５の端面を斜めに形成することで、光ファイバ３５の端面で反射した光はレーザ光出射方向に対して斜めに進行し、半導体レーザ装置３１に再入力することはない。
【００６７】
また、実施の形態２では、実施の形態１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、発振縦モードの本数が６０本以下のレーザ光を出力することができる。このため、長距離伝送した後であってもモード分配雑音に起因した相対強度雑音の増加を抑制することができるという利点を有する。
【００６８】
（実施の形態３）
つぎに、実施の形態３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３は、上述した実施の形態２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。
【００６９】
図１６は、この発明の実施の形態３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１６において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態２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４０ａ〜４０ｄを用いた構成となっている。
【００７０】
各半導体レーザモジュール４０ａ、４０ｂは、偏波面保持ファイバ５１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４１ａに出力し、各半導体レーザモジュール４０ｃ、４０ｄは、偏波面保持ファイバ５１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４１ｂに出力する。ここで、半導体レーザモジュール４０ａ、４０ｂ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４０ｃ、４０ｄ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４０ａ、４０ｂ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４１ａ、４１ｂ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。
【００７１】
各偏波合成カプラ４１ａ、４１ｂ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４２によって合成され、合成されたレーザ光は、ＷＤＭカプラ４５を介してラマン増幅用の励起光として増幅用ファイバ４４に出力される。この励起光が入力された増幅用ファイバ４４には、増幅対象の信号光が入力され、ラマン増幅される。
【００７２】
増幅用ファイバ４４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４５およびアイソレータ４６を介してモニタ光分配用カプラ４７に入力される。モニタ光分配用カプラ４７は、増幅信号光の一部を制御回路４８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５０に出力する。
【００７３】
制御回路４８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４０ａ〜４０ｄ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。
【００７４】
この実施の形態３に示したラマン増幅器では、実施の形態１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４０ａ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４０ａ〜４０ｄ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。
【００７５】
なお、図１６に示したラマン増幅器では、偏波合成カプラ４１ａ、４１ｂを用いているが、図１７に示すように半導体レーザモジュール４０ａ、４０ｃから、それぞれ偏波面保持ファイバ５１を介して直接ＷＤＭカプラ４２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４０ａ、４０ｃの偏波面は、偏波面保持ファイバ５１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４０ａ、４０ｃ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５１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５１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。
【００７６】
また、半導体レーザモジュール４０ａ〜４０ｄ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５１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５１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。
【００７７】
さらに、このラマン増幅器では、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。
【００７８】
さらに、上述した実施の形態１の半導体レーザ装置は、最大強度との差分値が１０ｄ以内の発振縦モードの本数が６０本以下となるよう構成されているため、ラマン増幅器内において励起光が長距離伝送した場合であってもモード分配雑音に起因した相対強度雑音の増加を抑制でき、安定したラマン利得を得ることができる。
【００７９】
なお、図１６および図１７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４０ａ〜４０ｄ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。
【００８０】
たとえば、図１８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１８に示したラマン増幅器は、図１６に示したラマン増幅器にＷＤＭカプラ４５’をアイソレータ４３の近傍に設けている。このＷＤＭカプラ４５’には、半導体レーザモジュール４０ａ〜４０ｄ、偏波合成カプラ４１ａ、４１ｂおよびＷＤＭカプラ４２にそれぞれ対応した半導体レーザモジュール４０ａ’〜４０ｄ’、偏波合成カプラ４１ａ’、４１ｂ’およびＷＤＭカプラ４２’を有した回路が接続され、ＷＤＭカプラ４２’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４０ａ’〜４０ｄ’は、上述した実施の形態２で用いられる半導体レーザモジュールを用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【００８１】
同様に、図１９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１９に示したラマン増幅器は、図１７に示したラマン増幅器にＷＤＭカプラ４５’をアイソレータ４３の近傍に設けている。このＷＤＭカプラ４５’には、半導体レーザモジュール４０ａ、４０ｃおよびＷＤＭカプラ４２にそれぞれ対応した半導体レーザモジュール４０ａ’、４０ｃ’およびＷＤＭカプラ４２’を有した回路が接続され、ＷＤＭカプラ４２’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４０ａ’、４０ｃ’は、上述した実施の形態２で用いられる半導体レーザモジュールを用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【００８２】
また、図２０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２０に示したラマン増幅器は、図１６に示したラマン増幅器の構成に、図１８に示したＷＤＭカプラ４５’、半導体レーザモジュール４０ａ’〜４０ｄ’、偏波合成カプラ４１ａ’、４１ｂ’およびＷＤＭカプラ４２’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４０ａ’〜４０ｄ’は、上述した実施の形態２にかかる半導体レーザモジュールを用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【００８３】
同様に、図２１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２１に示したラマン増幅器は、図１７に示したラマン増幅器の構成に、図１９に示したＷＤＭカプラ４５’、半導体レーザモジュール４０ａ’、４０ｃ’およびＷＤＭカプラ４２’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４０ａ’、４０ｃ’は、上述した実施の形態２にかかる半導体レーザモジュールを用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【００８４】
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。
【００８５】
上述した図１６〜図２１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２２は、図１６〜図２１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。
【００８６】
図２２において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔｘｎから送出された波長λ１〜λｎの光信号は、光合波器６０によって合波され、１つの光ファイバ６５に集約される。この光ファイバ６５の伝送路上には、図１６〜図２１に示したラマン増幅器に対応した複数のラマン増幅器６１、６３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６５上を伝送した信号は、光分波器６４によって、複数の波長λ１〜λｎの光信号に分波され、複数の受信機Ｒｘ１〜Ｒｘｎに受信される。なお、光ファイバ６５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（Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）が挿入される場合もある。
【００８７】
なお、上述した実施の形態３では、実施の形態１に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形態２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。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、複数の発振縦モードを有するレーザ光を出力する半導体レーザ装置において、最大強度との差分値が１０ｄＢ以内となる発振縦モードの本数を６０本以下に制限することで、所定距離だけ伝送した後に相対強度雑音の強度が増加することを抑制することができるという効果を奏する。
【００８９】
また、かかる半導体レーザ装置を励起光源としてラマン増幅を用いた光ファイバ増幅器を構成した場合、励起光の揺らぎを抑制することが可能となり、安定した増幅利得を有する光ファイバ増幅器を実現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】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の発振波形を示す模式図である。
【図４】実施の形態１において回折格子の構造の一例を示す図である。
【図５】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の発振波形を示す模式図である。
【図６】実施の形態１において回折格子の構造の他の例を示す図である。
【図７】最大強度との差分値が１０ｄＢ以内の発振縦モードの本数が６３本であるレーザ光における相対強度雑音の周波数依存性を示すグラフである。
【図８】シングルモードのレーザ光における相対強度雑音の周波数依存性を示すグラフである。
【図９】最大強度との差分値が１０ｄＢ以内の発振縦モードの本数が１８本であるレーザ光における相対強度雑音の周波数依存性を示すグラフである。
【図１０】図７の測定に用いたレーザ光の波長強度依存性を示すグラフである。
【図１１】図８の測定に用いたレーザ光の波長強度依存性を示すグラフである。
【図１２】図９の測定に用いたレーザ光の波長強度依存性を示すグラフである。
【図１３】レーザ光の出力直後において、モード分配雑音が生じていないことを説明する図である。
【図１４】レーザ光が所定距離伝送した後に、モード分配雑音が生じることを説明する図である。
【図１５】実施の形態２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１６】実施の形態３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１７】実施の形態３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１８】実施の形態３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１９】図１８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２０】実施の形態３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３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】
１　　　　　ｎ−ＩｎＰ基板
２　　　　　ｎ−ＩｎＰバッファ層
３　　　　　ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
４　　　　　ｐ−ＩｎＰスペーサ層
６　　　　　ｐ−ＩｎＰクラッド層
７　　　　　ｐ−ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層
８　　　　　ｐ−ＩｎＰブロッキング層
９　　　　　ｎ−ＩｎＰブロッキング層
１０　　　ｐ側電極
１１　　　ｎ側電極
１３　　　回折格子
１４　　　反射側反射膜
１５　　　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
３１　　　半導体レーザ装置
３２　　　レンズ
３３　　　アイソレータ
３４　　　レンズ
３５　　　光ファイバ
３６　　　モニタフォトダイオード
３７ａ　ヒートシンク
３７　　　ベース
３８ａ　サーミスタ
３８　　　ペルチェモジュール
３９　　　パッケージ
４０ａ〜４０ｄ　　半導体レーザモジュール
４１ａ、４１ｂ　　偏波合成カプラ
４２、４５　　　　ＷＤＭカプラ
４３　　　アイソレータ
４４　　　増幅用ファイバ
４６　　　アイソレータ
４７　　　モニタ光分配用カプラ
４８　　　制御回路
５０　　　信号光出力ファイバ
５１　　　偏波面保持ファイバ
６０　　　光合波器
６１　　　ラマン増幅器
６４　　　光分波器
６５　　　光ファイバ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device that outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes, a semiconductor laser module, and an optical fiber amplifier, and in particular, a semiconductor laser device in which the intensity of relative intensity noise does not increase after transmission over a predetermined distance. , A semiconductor laser module and an optical fiber amplifier.
[0002]
[Prior art]
With the development of optical communication such as the Internet in recent years, it is widely used to install an optical fiber amplifier in the middle of an optical transmission line such as a transmission optical fiber in order to transmit signal light over a long distance. Is being done. In an optical communication system, the intensity of the signal light is reduced as the signal light is transmitted through the optical transmission line. Therefore, it is necessary to maintain the signal light intensity within a predetermined range by recovering the signal light intensity by using an optical fiber amplifier. Because there is.
[0003]
Specifically, optical fiber amplifiers are broadly classified into impurity-doped ones such as EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) in which the core of an optical fiber is doped with erbium, and optical amplifiers using Raman amplification. In particular, an optical fiber amplifier using Raman amplification has advantages such as that the wavelength of signal light can be arbitrarily selected, and is therefore expected to be an optical fiber amplifier in the near future.
[0004]
The gain wavelength band is determined by the energy level of ions in an impurity-doped optical fiber amplifier using a rare earth ion such as erbium as a medium, whereas the gain wavelength band is determined by the wavelength of the pump light in an optical fiber amplifier using Raman amplification. It has the characteristic that the band is determined. Therefore, in an optical fiber amplifier using Raman amplification, signal light in an arbitrary wavelength band can be amplified by selecting a pump light wavelength.
[0005]
In an optical fiber amplifier using Raman amplification, a semiconductor laser device is used as an excitation light source. Here, since the amplification gain of the optical fiber amplifier corresponds to the output intensity of the semiconductor laser device, it is desirable that the semiconductor laser device used as the excitation light source has a high output. On the other hand, when the intensity of the excitation light per unit wavelength is large, stimulated Brillouin scattering (Stimulated {Brillouin} Scattering) becomes a problem. Since stimulated Brillouin scattering occurs more remarkably as the intensity of excitation light per unit wavelength increases, a semiconductor laser device constituting an excitation light source is a so-called multi-mode semiconductor laser that outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes. A device is used.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a multi-mode semiconductor laser device is used as an excitation light source, the problem of relative intensity noise (Relative / Intensity / Noise) cannot be ignored as compared with a case where a single-mode semiconductor laser device is used.
[0007]
In Raman amplification, since the process of optical amplification occurs quickly, the Raman gain fluctuates due to the fluctuation of the pumping light intensity, and the intensity of the amplified signal light also fluctuates. Therefore, there is a problem that stable Raman amplification cannot be performed when the relative intensity noise is large. In particular, in a multimode laser, although the value of relative intensity noise immediately after output is small, it is known that the relative intensity noise increases after transmission over a certain distance. In an optical fiber amplifier using Raman amplification, pumping light needs to be transmitted by about several tens of km, so that when the relative intensity noise after transmission is remarkably increased, the amplification gain becomes unstable, particularly.
[0008]
Regarding the laser light output from a single oscillation longitudinal mode, for example, a DFB (Distributed @ Feedback) laser, the intensity of the relative intensity noise after transmission for a predetermined distance is not so different from that before transmission. Therefore, from the viewpoint of reducing the relative intensity noise, it is possible to solve the problem by using only one oscillation longitudinal mode. However, when a semiconductor laser device having a single oscillation longitudinal mode is used, since the occurrence of stimulated Brillouin scattering becomes a problem as described above, a single mode semiconductor laser device such as a DFB semiconductor laser device is used as an excitation light source. That is not valid.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and is directed to a semiconductor laser device that outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes, and a semiconductor laser device that suppresses an increase in relative intensity noise. It is an object to provide a laser module and an optical fiber amplifier.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a semiconductor laser device according to claim 1 is a semiconductor laser device that performs optical amplification using Raman amplification and is used as an excitation light source of an optical fiber amplifier employing a forward excitation method. An active layer formed between a first reflection film provided on the end face of the laser light emission side and a second reflection film provided on the reflection side end face of the laser light; An optical resonator that is formed by the side end face and selects light having 60 or less oscillation longitudinal modes whose difference value from the maximum intensity is within 10 dB.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, since the number of oscillation longitudinal modes whose difference value from the maximum intensity is within 10 dB is set to 60 or less, the output laser light is transmitted through the optical transmission path by a predetermined distance. It is possible to provide a semiconductor laser device that can suppress an increase in relative intensity noise even afterward.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser device comprising: an active layer formed between a first reflection film provided on a laser light emitting side end face and a second reflection film provided on the laser light reflection side end face; A semiconductor laser device having a layer, wherein the diffraction grating is provided near the active layer and selects a light in which there are 60 or less oscillation longitudinal modes whose difference from the maximum intensity is within 10 dB. It is characterized by.
[0013]
According to the second aspect of the present invention, since the number of longitudinal oscillation modes whose difference value with the maximum intensity is within 10 dB by the diffraction grating is set to 60 or less, the output laser light travels a predetermined distance in the optical transmission path. It is possible to provide a semiconductor laser device capable of suppressing an increase in relative intensity noise even after transmission of only the laser beam.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, in the above-described semiconductor laser device, the wavelength of the oscillation longitudinal mode selected by the diffraction grating is 1100 nm or more and 1550 nm or less.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the above-mentioned invention, a multiplication value of a coupling coefficient of the diffraction grating and a diffraction grating length is 0.3 or less.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor laser device according to the above invention, the diffraction grating has a grating period changed at random or at a predetermined period.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, in the above-described semiconductor laser device, the optical resonator has a resonator length of 800 μm or more.
[0018]
Further, a semiconductor laser module according to claim 7, a semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6, and an optical fiber that guides a laser beam output from the semiconductor laser device to the outside, The semiconductor laser device and an optical coupling lens system for performing optical coupling with the optical fiber are provided.
[0019]
Further, in the semiconductor laser module according to the present invention, in the above invention, a temperature control device for controlling a temperature of the semiconductor laser device is provided in the optical coupling lens system, and a reflection return from the optical fiber side is provided. An isolator for suppressing the incidence of light is further provided.
[0020]
According to a ninth aspect of the present invention, in the above-mentioned invention, the end face of the optical fiber on the semiconductor laser device side is formed so as to be oblique with respect to the light emitting direction.
[0021]
An optical fiber amplifier according to claim 10 is an excitation light source including the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6 or the semiconductor laser module according to any one of claims 7 to 9. And an optical transmission line for transmitting signal light, an amplification optical fiber connected to the optical transmission line and performing optical amplification by Raman amplification, and inputting the excitation light output from the excitation light source to the amplification optical fiber. And an optical transmission line for excitation light that connects the excitation light source and the coupler.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor laser device, a semiconductor laser module, an optical fiber amplifier, and a WDM optical communication system according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals, and have the same functions unless otherwise specified. Also, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and width of the layers, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from actual ones. Further, it goes without saying that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
[0023]
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described. The semiconductor laser device according to the first embodiment is a semiconductor laser device that outputs a plurality of oscillation longitudinal modes, and suppresses the number of oscillation longitudinal modes whose difference value with the maximum intensity is within 10 dB to 60 or less. Thus, the intensity of the relative intensity noise is reduced.
[0024]
FIG. 1 is a schematic perspective view of the semiconductor laser device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a side sectional view of the semiconductor laser device according to the first embodiment. First, the structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0025]
In the semiconductor laser device according to the first embodiment, an n-InP buffer layer 2 and a GRIN-SCH-MQW (Graded Index-Separate Configuration / Hetero / Structure / Multi / Quantum / Well) are sequentially distributed on an n-InP substrate 1. A quantum well) active layer 3 and a p-InP spacer layer 4 are stacked. Here, the upper region of the n-InP buffer layer 2, the GRIN-SCH-MQW active layer 3 and the p-InP spacer layer 4 have a mesa stripe structure having a longitudinal direction in the light emission direction. The p-InP blocking layer 8 and the n-InP blocking layer 9 are sequentially stacked adjacently. On the p-InP spacer layer 4 and the n-InP blocking layer 9, a p-InP cladding layer 6 and a p-GaInAsP contact layer 7 are laminated. A p-side electrode 10 is arranged on the p-GaInAsP contact layer 7, and an n-side electrode 11 is arranged on the back surface of the n-InP substrate 1. Further, as shown in FIG. 2, an emission side reflection film 15 is arranged on the laser light emission end face, and a reflection side reflection film 14 is arranged on the reflection end face facing the laser light emission end face. The diffraction grating 13 is arranged in the p-InP spacer layer 4.
[0026]
The n-InP buffer layer 2 has a function as a cladding layer in addition to a function as a buffer layer. Specifically, the n-InP buffer layer 2 has a refractive index lower than the effective refractive index of the GRIN-SCH-MQW active layer 3 so that light generated from the GRIN-SCH-MQW active layer 3 is vertically emitted. It has the function of confining.
[0027]
The GRIN-SCH-MQW active layer 3 has a distributed index separated confinement multiple quantum well structure, and has a function of effectively confining carriers injected from the p-side electrode 10 and the n-side electrode 11. The GRIN-SCH-MQW active layer 3 has a plurality of quantum well layers, and exhibits a quantum confinement effect in each quantum well layer. Due to this quantum confinement effect, the semiconductor laser device according to the first embodiment has high luminous efficiency.
[0028]
The p-GaInAsP contact layer 7 is for making an ohmic junction between the p-InP clad layer 6 and the p-side electrode 10. The p-GaInAsP contact layer 7 is heavily doped with a p-type impurity, and has a high impurity density to realize ohmic contact with the p-side electrode 10.
[0029]
The p-InP blocking layer 8 and the n-InP blocking layer 9 are for narrowing the injected current inside. In the semiconductor laser device according to the first embodiment, since the p-side electrode 10 functions as an anode, when a voltage is applied, there is a gap between the n-InP blocking layer 9 and the p-InP blocking layer 8. A reverse bias is applied. Therefore, no current flows from the n-InP blocking layer 9 to the p-InP blocking layer 8, and the current injected from the p-side electrode 10 is narrowed and the GRIN-SCH-MQW active layer 3 has a high density. Flows into. When the current flows at a high density, the carrier density in the GRIN-SCH-MQW active layer 3 is increased, and the luminous efficiency is improved.
[0030]
The reflection side reflection film 14 has a light reflectance of 80% or more, preferably 98% or more. On the other hand, the emission-side reflection film 15 is for preventing reflection of laser light on the emission-side end face. Therefore, the emission-side reflection film 15 has a film structure with a low reflectance, and a light reflectance of 5% or less, preferably about 1%. However, since the light reflectance of the emission side reflection film 15 is optimized according to the length of the resonator, it may be a value other than these values.
[0031]
The diffraction grating 13 is made of p-GaInAsP. Since the surrounding p-InP spacer layer 4 is made of a different semiconductor material, a component having a predetermined wavelength in the light generated from the GRIN-SCH-MQW active layer 3 is reflected by the diffraction grating 13. . Due to the presence of the diffraction grating 13, the semiconductor laser device according to the first embodiment emits laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes. The semiconductor laser device according to the first embodiment adjusts the structure of the diffraction grating 13 so that the difference in the light intensity between the oscillation longitudinal mode having the maximum light intensity and the oscillation longitudinal mode is within 10 dB. It is configured such that the number is 60 or less.
[0032]
The diffraction grating 13 has, for example, a thickness of 20 nm, and is provided with a length Lg = 50 μm from the reflection end face of the emission-side reflection film 15 toward the reflection-side reflection film 14. The laser beam is periodically formed with a pitch of about 220 nm and has a center wavelength of 1.48 μm. Here, the diffraction grating 13 improves the linearity of the driving current-optical output characteristics by stabilizing the optical output by setting the multiplication value of the coupling coefficient κ of the diffraction grating and the diffraction grating length Lg to 0.3 or less. (See Japanese Patent Application No. 2001-134545). When the resonator length L is 1300 μm, oscillation occurs in a plurality of oscillation longitudinal modes when the diffraction grating length Lg is about 300 μm or less. Therefore, it is preferable that the diffraction grating length Lg be 300 μm or less. Incidentally, since the oscillation longitudinal mode interval also changes in proportion to the length of the resonator length L, the diffraction grating length Lg becomes a value proportional to the resonator length L. That is, in order to maintain the relationship of (diffraction grating length Lg) :( resonator length L) = 300: 1300, the relationship that a plurality of oscillation longitudinal modes can be obtained when the diffraction grating length Lg is 300 μm or less is as follows.
Lg × (1300 (μm) / L) ≦ 300 (μm)
Can be extended as That is, the diffraction grating length Lg is set so as to maintain the ratio with the resonator length L, and is equal to or less than (300/1300) times the resonator length L (see Japanese Patent Application No. 2001-134545).
[0033]
Next, the reason that the semiconductor laser device according to the first embodiment selects light having a plurality of oscillation longitudinal modes at the time of laser oscillation by providing the diffraction grating 13 will be described. Note that the oscillation wavelength λ of the semiconductor laser device according to the first embodiment is₀Is 1100 nm to 1550 nm, and the cavity length L is 800 μm or more and 3200 μm or less.
[0034]
Generally, the mode interval Δλ of the longitudinal mode generated by the resonator of the semiconductor laser device can be expressed by the following equation, where the effective refractive index is “n”. That is,
Δλ = λ₀ ²/ (2nL)
It is. Here, the oscillation wavelength λ₀Is 1480 μm and the effective refractive index n is 3.5, when the cavity length L is 800 μm, the longitudinal mode mode interval Δλ is about 0.39 nm, and when the cavity length is 3200 μm, the longitudinal mode mode The interval Δλ is about 0.1 nm. That is, the longer the resonator length L is, the narrower the mode interval Δλ of the longitudinal mode becomes, and the more strict the selection conditions for oscillating the single oscillation longitudinal mode laser beam become.
[0035]
On the other hand, the diffraction grating 13 selects a longitudinal mode according to its Bragg wavelength. The selected wavelength characteristic by the diffraction grating 13 is represented as an oscillation wavelength spectrum 16 shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the first embodiment, a plurality of oscillation longitudinal modes exist in a wavelength selection characteristic indicated by a half width Δλh of an oscillation wavelength spectrum 16 of a semiconductor laser device having a diffraction grating 13. ing. In a conventional DBR (Distributed Bragg Reflector) semiconductor laser device or a DFB semiconductor laser device, when the resonator length L is 800 μm or more, it is difficult to perform single oscillation longitudinal mode oscillation. The device was not used. However, in the semiconductor laser device of the first embodiment, laser oscillation is performed by including a large number of oscillation longitudinal modes in the half-width Δλh of the oscillation wavelength spectrum 16 by positively setting the resonator length L to 800 μm or more. Like that.
[0036]
Next, the structure of the diffraction grating 13 that changes the number of oscillation longitudinal modes whose difference value with the maximum intensity is within 10 dB will be described. First, there is a structure in which the diffraction grating length Lg or the coupling coefficient κ of the diffraction grating 13 is changed. Generally, as the diffraction grating length Lg decreases, the half width Δλh of the oscillation wavelength spectrum increases, and the number of oscillation longitudinal modes whose difference from the maximum intensity is within 10 dB also increases. In order to select a desired oscillation longitudinal mode, the product κ · Lg of the coupling coefficient κ and the diffraction grating length Lg needs to have a certain value or more, but the value of the diffraction grating length Lg changes under that condition. By doing so, the number of oscillation longitudinal modes can be changed.
[0037]
It is also effective to change the grating period of the diffraction grating 13. FIG. 4 shows an example using a chirped grating in which the grating period of the diffraction grating 13 is periodically changed. This makes it possible to cause fluctuations in the wavelength selection characteristics of the diffraction grating, widen the half-width Δλh of the oscillation wavelength spectrum, and change the number of oscillation longitudinal modes. That is, as shown in FIG. 5, the number of oscillation longitudinal modes is changed by widening the half width Δλh to the half width wc, or narrowing the half width Δλh.
[0038]
As shown in FIG. 4, the diffraction grating 13 has a structure in which the average period is 220 nm and the period fluctuation (deviation) of ± 0.02 nm is repeated in the period C. Due to the period fluctuation of ± 0.02 nm, the reflection band of the diffraction grating 13 has a half-value width of about 2 nm, whereby the number of oscillation longitudinal modes whose difference from the maximum intensity is within 10 dB can be changed. it can.
[0039]
Further, in the example of FIG. 4, a chirped grating in which the grating period is changed at a constant period C is used, but the present invention is not limited to this.₁(220 nm + 0.02 nm) and period Λ₂(220 nm−0.02 nm) may be randomly changed.
[0040]
Further, as shown in FIG.₁And period Λ₂May be made to have a periodic fluctuation as a diffraction grating which alternately repeats the above once. In addition, as shown in FIG.₃And period Λ₄May be repeated a plurality of times, respectively, so as to have a periodic fluctuation as a diffraction grating. Further, as shown in FIG. 6C, a plurality of continuous cycles Λ₅And a plurality of successive cycles Λ₆May be provided with periodic fluctuations. Also, the period Λ₁, Λ₃, Λ₅And period Λ₂, Λ₄, Λ₆The periods having discrete different values between and may be arranged to complement each other.
[0041]
Next, the mechanism by which the semiconductor laser device according to the first embodiment reduces relative intensity noise will be described. FIGS. 7 to 9 are graphs showing changes in relative intensity when the number of oscillation longitudinal modes in which the difference between the intensity and the maximum intensity is within 10 dB is changed. In order to change the number of oscillation longitudinal modes, a semiconductor laser device having a Fabry-Perot type resonator was used in the measurement shown in the graph of FIG. 7, and a DFB semiconductor laser device was used in the measurement of FIG. However, such a difference in structure does not substantially affect the measurement results.
[0042]
7 to 9, the relative intensity noise was measured before transmission of the optical fiber, after transmission of 37 km, and after transmission of 74 km. The optical fiber used for transmitting the laser light has a wavelength at which the dispersion value becomes 0 is 1463 nm, and the gradient of the dispersion value near the wavelength is 0.0474 ps / nm.²/ Km, a Lucent TrueWave® RS fiber having a mode field diameter (Mode Field Diameter) of 8.5 μm at 1550 nm is used. The relative intensity noise is measured in a frequency range from 500 kHz to 22 GHz. Further, the semiconductor laser device to be measured has a buried heterostructure (Multi-Quantum Well) and a buried heterostructure (Multi-Quantum Well) formed by MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) method in each of FIGS. Further, a predetermined reflection film is formed on the emission side end face and the reflection side end face, and the resonator length defined by the distance between the emission side end face and the reflection side end face is 1500 μm.
[0043]
The graph of FIG. 7 shows the result of measurement of relative intensity noise using a semiconductor laser device having 63 oscillation longitudinal modes whose difference value from the maximum intensity is within 10 dB. In FIG.₁Shows the frequency dependence of the relative intensity noise before transmission through the optical fiber, and the curve l₂, Curve l₃Shows the frequency dependence of the relative intensity noise after transmission of 37 km and transmission of 74 km, respectively.
[0044]
As is clear from FIG. 7, the relative intensity noise after transmission shows a remarkable increase as compared with the relative intensity noise before transmission, especially in a low frequency region of about 1 GHz or less, and is 0.1 to 0.2. There is a peak at 2 GHz. Also, the curve l₂And the curve l₃As is clear from the comparison, the relative intensity noise in the low frequency region increases as the transmission distance increases.
[0045]
FIG. 8 shows the result of measuring the relative intensity noise of a DFB semiconductor laser device that outputs a single-mode laser beam for comparison. In FIG. 8, curve l₄Shows the frequency dependence of the relative intensity noise before transmission, and the curve l₅Shows the frequency dependence of the relative intensity noise after 37 km transmission. Since the DFB semiconductor laser device originally has a low output intensity, the intensity of the laser beam after transmission of 74 km is significantly lower than that of other semiconductor laser devices, and it is not possible to obtain reliable data on relative intensity noise. The relative intensity noise after 74 km transmission is omitted. The current value injected into the DFB semiconductor laser device is 150 mA, and the center wavelength of the output laser light is 1547 nm.
[0046]
From the measurement results shown in FIG. 8, in the DFB semiconductor laser device, the value of the relative intensity noise is suppressed low throughout, and does not change much after transmission. Also, unlike the semiconductor laser device using the Fabry-Perot resonator shown in FIG. 7, the relative intensity noise does not increase in the low frequency region, and a good value is maintained as a whole.
[0047]
Next, the measurement results shown in FIG. 9 will be described. The semiconductor laser device used in the measurement of FIG. 9 has a structure in which a diffraction grating is provided near the active layer and light having a plurality of oscillation longitudinal modes is output by providing the diffraction grating. The details of the structure of the semiconductor laser device used for the measurement in FIG. 9 will be described later. Further, in the measurement of FIG. 9, the current value injected into the semiconductor laser device is 900 mA, the center wavelength of the output laser light is 1501 nm, and the difference from the maximum intensity of the envelope of the laser light is 10 dB. The width at the portion is 3.4 nm. In addition, the number of oscillation longitudinal modes whose difference value with the maximum intensity is within 10 dB is 18 lines.
[0048]
In FIG.₆Shows the wavelength dependence of the relative intensity noise before transmission, and the curve l₇, Curve l₈Indicates the wavelength dependence of the relative intensity noise after transmission of 37 km and transmission of 74 km, respectively. As shown in FIG. 9, when comparing before transmission and after transmission, although the relative intensity noise slightly increases in the frequency range of 0.3 GHz to 3 GHz, the increase in relative intensity noise is lower than that in FIG. 7. Is suppressed. Specifically, for example, at 0.1 GHz, a difference of about 30 to 35 dB is observed between before and after transmission in FIG. 7, but in FIG. 9, an increase in relative intensity noise is suppressed to about 5 dB at most.
[0049]
From the measurement results shown in FIGS. 7 to 9, it is clear that the smaller the number of oscillation longitudinal modes whose difference value from the maximum intensity is within 10 dB, the more the increase in relative intensity noise after transmission can be suppressed. In particular, in the graphs of FIGS.₁, L₄, L₆Although the relative intensity in ()) is almost the same value, the value of the relative intensity noise after transmission greatly differs due to the difference in the number of oscillation longitudinal modes whose difference value from the maximum intensity is within 10 dB.
[0050]
FIGS. 10 to 12 are graphs showing the wavelength intensity characteristics of the laser light output from the semiconductor laser device used for the measurements of FIGS. 7 to 9, respectively. Specifically, for example, the graph shown in FIG. 10 shows the wavelength intensity characteristics of the laser light output from the semiconductor laser device used for the measurement in FIG.
[0051]
The semiconductor laser devices used for the measurement have different structures for selecting the wavelength of the output laser light, and therefore have different wavelength intensity characteristics of the output laser light. For example, as shown in FIG. 10, the semiconductor laser device provided with the Fabry-Perot resonator used in the measurement of FIG. 7 has a relatively gentle envelope of the wavelength intensity characteristic, while the envelope shown in FIG. The DFB semiconductor laser device used for the measurement in FIG. 8 has a high intensity only in a single oscillation longitudinal mode, a low intensity in other oscillation longitudinal modes, and a small number of lines. Further, as shown in FIG. 12, the laser beam output from the semiconductor laser device used for the measurement in FIG. 9 has an oscillation longitudinal mode that is smaller than that of the semiconductor laser device having the Fabry-Perot resonator shown in FIG. Are the same, but the envelope has a steep shape near the center wavelength, and the intensity at a portion separated from the center wavelength is lower than that in the graph of FIG. For this reason, for example, the number of oscillation longitudinal modes having a predetermined intensity or more differs even though the current values injected into the semiconductor laser device used for the measurement in FIG. 7 and the semiconductor laser device used in the measurement in FIG. 9 are equal. It becomes.
[0052]
The reason why the intensity of the relative intensity noise after long-distance transmission differs depending on the number of oscillation longitudinal modes having a predetermined intensity or more can be considered as follows. 2. Description of the Related Art In a multi-mode laser that outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes, the existence of mode distribution noise (Mode / Partition / Noise) is conventionally known. The mode distribution noise is noise caused by the random distribution of photons stimulated in a multi-mode laser into each oscillation longitudinal mode.
[0053]
Immediately after the laser light is output from the semiconductor laser device, even if the light intensity of each oscillation longitudinal mode fluctuates randomly due to mode distribution noise, the sum of the light intensity of each oscillation longitudinal mode is the current injected into the semiconductor laser device, In other words, it has a value corresponding to the injected energy. In other words, as long as the injected energy is constant, the sum of the light intensities of the respective oscillation longitudinal modes immediately after output from the semiconductor laser device is always constant. A constant output without fluctuation is obtained.
[0054]
For example, FIG._a, Λ_b, Λ_cAn example of the laser light having the three oscillation longitudinal modes and the temporal fluctuation of the sum of the respective oscillation longitudinal modes is shown. Time t₁At the wavelength λ_a, Λ_b, Λ_cEach oscillation longitudinal mode has a fluctuation Δa with respect to the average intensity of each oscillation longitudinal mode.₁, Δb₁, Δc₁And their sum (Δa₁+ Δb₁+ Δc₁) Cancels out fluctuations from each other's average intensity and becomes zero. Time t₂At wavelength λ_a, Λ_b, Λ_cOf the fluctuation of the light intensity of each oscillation longitudinal mode (Δa₂+ Δb₂+ Δc₂) Are offset to zero. Accordingly, the laser light immediately after being output from the semiconductor laser device has a constant sum of the light intensities of the respective oscillation longitudinal modes, and has a low relative intensity noise.
[0055]
However, laser light transmitted through an optical transmission line such as an optical fiber is affected by chromatic dispersion in the optical transmission line, and the propagation speed of each oscillation longitudinal mode differs for each wavelength, and each oscillation longitudinal mode has a different delay. Occurs. For example, FIG. 14 shows a result of transmission of each oscillation longitudinal mode shown in FIG. 13 through a predetermined distance in an optical fiber. As shown in FIG._bOscillation longitudinal mode is wavelength λ_aIs delayed compared to the oscillation longitudinal mode of_cOscillation longitudinal mode is wavelength λ_bIs delayed compared to the oscillation vertical mode. As a result, time t₁Λ_a, Λ_b, Λ_cOf fluctuations from the average value of the light intensity of each oscillation longitudinal mode (Δa₁′ + Δb₁′ + Δc₁′) Is not zero and the fluctuation Δe₁Will have the value of Similarly, at time t₂′ '(Δa₂′ + Δb₂′ + Δc₂′) Does not become zero, and Δe₁Different from Δe₂Of the fluctuation. As described above, the relative intensity noise of the laser light transmitted through the optical transmission line does not have a constant sum of the respective oscillation longitudinal modes due to chromatic dispersion, but varies with time.
[0056]
It can be considered that the relative intensity noise after long-distance transmission increases in the multimode laser due to the mode distribution noise. If it is assumed that the relative intensity noise increases due to the mode distribution noise, the fluctuation of the distribution of photons with respect to each oscillation longitudinal mode is about 1 GHz or less in the mode distribution noise. Therefore, the increase in the relative intensity noise is also about 1 GHz or less. This will occur in the low frequency range. This is similar to the tendency of the relative intensity noise shown in FIGS. 7 and 9 to increase, and does not contradict the case where the relative intensity noise increases due to the mode distribution noise. Further, the fact that the relative intensity noise before transmission is small and the relative intensity noise increases after long-distance transmission is also a proof that the relative intensity noise increases due to mode distribution noise.
[0057]
In general, the higher the light intensity of the oscillation longitudinal mode is, the greater the influence of the mode distribution noise on the increase of the relative intensity noise is. This is because the absolute value of the light intensity fluctuation in the oscillation longitudinal mode with a large light intensity is larger than the fluctuation in the oscillation longitudinal mode with a small light intensity, so that the light intensity fluctuation of the entire laser light after transmitting a predetermined distance is large. It is because it becomes.
[0058]
For this reason, in the present invention, in a multi-mode laser that outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes, the semiconductor laser is so arranged that the number of oscillation longitudinal modes whose difference from the maximum intensity is within 10 dB is 60 or less. Make up the device. Here, the reason why the number of oscillation longitudinal modes having a predetermined intensity or more is set to 60 or less is that the relative intensity noise caused by the transmission of the laser light under such conditions through the optical transmission line is measured by the present inventors. This is because it has been confirmed that the increase can be suppressed within an allowable range. More specifically, if the number of oscillation longitudinal modes whose difference value from the maximum intensity is within 10 dB exceeds 60, the relative intensity noise after transmission sharply increases. The number of the above oscillation longitudinal modes is set to 60 or less. Note that, as is clear from the measurement results shown in FIGS. 7 to 9, an increase in the relative intensity noise can be suppressed as the number of oscillation longitudinal modes having a predetermined intensity or more is small. For example, 50 lines can suppress an increase in relative intensity noise more than 60 lines, and an increase in relative intensity noise after transmission can be suppressed by sequentially reducing the number of oscillation longitudinal modes of 40 lines and 30 lines to a predetermined intensity or more. Can be done.
[0059]
As described above, in a multi-mode laser that outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes, by setting the number of oscillation longitudinal modes whose difference from the maximum intensity is within 10 dB to 60 or less, long-distance transmission is possible. It is possible to suppress an increase in relative intensity noise due to Such a semiconductor laser device has a great advantage when used as an excitation light source of an optical fiber amplifier utilizing Raman amplification, for example. In Raman amplification, the Raman gain fluctuates in response to the fluctuations in the pump light, so that the fluctuations in the signal light to be amplified are suppressed by suppressing the relative intensity noise, making it possible to perform stable Raman amplification. .
[0060]
In the first embodiment, the number of oscillation longitudinal modes having a predetermined intensity or more is controlled by the diffraction grating 13. However, in the present invention, the number of oscillation longitudinal modes having a predetermined intensity or more is controlled. The structure is not. Therefore, other than the above-described structure, for example, even in a semiconductor laser device employing a Fabry-Perot resonator, the number of oscillation longitudinal modes whose difference from the maximum intensity is within 10 dB may be 60 or less. In particular, a semiconductor laser device having a predetermined active layer and employing a Fabry-Perot resonator in which an optical cavity is formed by an emission side end surface and a reflection side end surface is used as an excitation light source in a Raman amplifier employing a forward excitation method. The use of is promising in recent years. For this reason, in the case of using the one in which the number of oscillation longitudinal modes is limited, there is an advantage that the relative intensity noise is small, the intensity fluctuation of the pumped signal light is small, and stable Raman amplification can be performed. Have.
[0061]
Further, the conductivity type of the semiconductor laser device may be reversed, or a ridge laser or a SAS (Self Aligned Structure) type laser may be used instead of the laser having the BH structure as shown in FIG. . Further, the position of the diffraction grating 13 may be not only in the upper region of the GRIN-SCH-MQW active layer 3 but also in the lower region. Furthermore, the diffraction grating 13 can be arranged in principle anywhere as long as light is distributed during laser oscillation. Further, the grating may be arranged on the entire surface of the diffraction grating 13 in the horizontal direction, or may be partially arranged. Further, the active layer does not necessarily have to have the GRIN-SCH-MQW structure, but may have a simple double heterostructure or a homojunction laser. Further, a single quantum well may be used instead of the multiple quantum well structure.
[0062]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the semiconductor laser device described in the first embodiment is modularized.
[0063]
FIG. 15 is a side sectional view showing a configuration of a semiconductor laser module according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 15, the semiconductor laser module has a semiconductor laser device 31 corresponding to the semiconductor laser device described in the first embodiment. As a housing of the semiconductor laser module, a Peltier module 38 as a temperature control device is arranged on an inner bottom surface of a package 39 formed of a Cu-W alloy or the like. A base 37 is arranged on the Peltier module 38, and a heat sink 37a is arranged on the base 37. A current (not shown) is applied to the Peltier module 38, and cooling and heating are performed according to the polarity. That is, the Peltier module 38 controls the temperature by cooling to a low temperature when the laser light has a longer wavelength than the desired wavelength, and controls the temperature when the laser light has a shorter wavelength than the desired wavelength. Is heated to a high temperature. This temperature control is specifically controlled based on a detection value of a thermistor 38a disposed on the heat sink 37a and in the vicinity of the semiconductor laser device 31, and a control device (not shown) usually controls the temperature of the heat sink 37a. The Peltier module 38 is controlled so that is kept constant. Further, a control device (not shown) controls the Peltier module 38 so that the temperature of the heat sink 37a decreases as the drive current of the semiconductor laser device 31 increases. By performing such temperature control, the wavelength stability of the semiconductor laser device 31 can be improved, which is also effective for improving the yield. The heat sink 37a is desirably formed of a material having a high thermal conductivity, such as diamond. This is because when the heat sink 37a is formed of diamond, heat generation during high current injection is suppressed. In this case, the wavelength stability is further improved, and the temperature control becomes easier.
[0064]
On the base 37, a heat sink 37a on which the semiconductor laser device 31 and the thermistor 38a are arranged, the first lens 32, and a monitor photodiode 36 are arranged. Laser light emitted from the semiconductor laser device 31 is guided onto the optical fiber 35 via the first lens 32, the isolator 33, and the second lens 34. The second lens 34 is provided on the package 39 on the optical axis of the laser light, and is optically coupled to an optical fiber 35 connected externally. The monitor photodiode 36 monitors and detects light leaked from the reflection film side of the semiconductor laser device 31.
[0065]
Here, in this semiconductor laser module, an isolator 33 is interposed between the semiconductor laser device 31 and the optical fiber 35 so that the return light reflected by other optical components does not re-enter the resonator. Since a small polarization-dependent isolator can be used for the isolator 33 instead of an in-line polarization-independent type, the insertion loss due to the isolator can be reduced and the cost can be reduced.
[0066]
Further, in order to prevent the return light reflected from the end face of the optical fiber 35 from re-entering the semiconductor laser device 31, the end face of the optical fiber 35 is preferably formed to be oblique to the light emitting direction. By forming the end face of the optical fiber 35 obliquely, the light reflected on the end face of the optical fiber 35 travels obliquely with respect to the laser light emission direction, and does not re-enter the semiconductor laser device 31.
[0067]
In the second embodiment, since the semiconductor laser device described in the first embodiment is modularized, laser light having 60 or less oscillation longitudinal modes can be output. Therefore, there is an advantage that an increase in relative intensity noise due to mode distribution noise can be suppressed even after long-distance transmission.
[0068]
(Embodiment 3)
Next, an optical fiber amplifier according to the third embodiment will be described. In the third embodiment, the semiconductor laser module described in the second embodiment is applied to a Raman amplifier.
[0069]
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of the Raman amplifier according to the third embodiment of the present invention. This Raman amplifier is used for a WDM communication system. In FIG. 16, the Raman amplifier has a configuration using semiconductor laser modules 40a to 40d having the same configuration as the semiconductor laser module described in the second embodiment.
[0070]
Each of the semiconductor laser modules 40a, 40b outputs a laser beam having a plurality of oscillation longitudinal modes to the polarization combining coupler 41a via the polarization maintaining fiber 51, and each of the semiconductor laser modules 40c, 40d outputs a polarization maintaining fiber. The laser beam having a plurality of oscillation longitudinal modes is output to the polarization combining coupler 41b via 51. Here, the laser beams oscillated by the semiconductor laser modules 40a and 40b have the same wavelength. The laser beams oscillated by the semiconductor laser modules 40c and 40d have the same wavelength, but are different from the wavelengths of the laser beams oscillated by the semiconductor laser modules 40a and 40b. This is because Raman amplification has polarization dependency, and the laser light is output as laser light whose polarization dependency has been eliminated by the polarization combining couplers 41a and 41b.
[0071]
The laser lights having different wavelengths output from the respective polarization combining couplers 41a and 41b are combined by the WDM coupler 42, and the combined laser lights are amplified as excitation light for Raman amplification via the WDM coupler 45. To the output fiber 44. The signal light to be amplified is input to the amplification fiber 44 to which the pumping light is input, and Raman-amplified.
[0072]
The signal light (amplified signal light) Raman-amplified in the amplification fiber 44 is input to the monitor light distribution coupler 47 via the WDM coupler 45 and the isolator 46. The monitor light distribution coupler 47 outputs a part of the amplified signal light to the control circuit 48, and outputs the remaining amplified signal light to the signal light output fiber 50 as output light.
[0073]
The control circuit 48 controls the laser output state, for example, the light intensity of each of the semiconductor laser modules 40a to 40d based on the input part of the amplified signal light so that the gain band of the Raman amplification has a flat characteristic. Perform feedback control.
[0074]
In the Raman amplifier described in the third embodiment, a semiconductor laser module 40a in which the semiconductor laser device described in the first embodiment is incorporated is used. As described above, since each of the semiconductor laser modules 40a to 40d has a plurality of oscillation longitudinal modes, the length of the polarization maintaining fiber can be shortened. As a result, it is possible to reduce the size, weight, and cost of the Raman amplifier.
[0075]
The Raman amplifier shown in FIG. 16 uses the polarization combining couplers 41a and 41b. However, as shown in FIG. 17, the WDM couplers are directly transmitted from the semiconductor laser modules 40a and 40c via the polarization maintaining fibers 51, respectively. The light may be output to the reference numeral 42. In this case, the polarization planes of the semiconductor laser modules 40a and 40c are incident on the polarization maintaining fiber 51 at 45 degrees. Here, as described above, since each of the semiconductor laser modules 40a and 40c has a plurality of oscillation longitudinal modes, the length 51 of the polarization maintaining fiber can be shortened. As a result, it is possible to eliminate the polarization dependence of the optical output from the polarization maintaining fiber 51, and to realize a Raman amplifier with a smaller size and a reduced number of components.
[0076]
When a semiconductor laser device having a large number of oscillation longitudinal modes is used as the semiconductor laser device built in the semiconductor laser modules 40a to 40d, the necessary length of the polarization maintaining fiber 51 can be shortened. In particular, when the number of oscillation longitudinal modes becomes four or five, the necessary length of the polarization maintaining fiber 51 is suddenly shortened, so that the Raman amplifier can be simplified and downsized. Furthermore, when the number of oscillation longitudinal modes increases, the coherent length becomes shorter, the degree of polarization (DOP: Degree of Polarization) becomes smaller by depolarization, and it becomes possible to eliminate polarization dependence. Simplification and miniaturization can be further promoted.
[0077]
Furthermore, in this Raman amplifier, the alignment of the optical axis is easy, and there is no mechanical optical coupling in the resonator. Therefore, the stability and reliability of the Raman amplification can be improved from this point as well.
[0078]
Further, the semiconductor laser device of the above-described first embodiment is configured so that the number of oscillation longitudinal modes whose difference value with the maximum intensity is within 10d is 60 or less, so that the pump light is long in the Raman amplifier. Even in the case of distance transmission, an increase in relative intensity noise caused by mode distribution noise can be suppressed, and a stable Raman gain can be obtained.
[0079]
The Raman amplifiers shown in FIGS. 16 and 17 are of the backward pumping type. However, as described above, the semiconductor laser modules 40a to 40d output stable pumping light. Even with the bidirectional pumping method, stable Raman amplification can be performed.
[0080]
For example, FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of a Raman amplifier employing a forward pumping scheme. In the Raman amplifier shown in FIG. 18, the WDM coupler 45 'is provided near the isolator 43 in the Raman amplifier shown in FIG. The WDM coupler 45 'includes semiconductor laser modules 40a' to 40d, polarization combining couplers 41a and 41b, and semiconductor laser modules 40a 'to 40d' corresponding to the WDM coupler 42, polarization combining couplers 41a 'and 41b' and a WDM coupler, respectively. A circuit having a coupler 42 'is connected, and performs forward pumping for outputting pumping light output from the WDM coupler 42' in the same direction as signal light. In this case, since the semiconductor laser modules 40a 'to 40d' use the semiconductor laser module used in the above-described second embodiment, the RIN is small, and forward pumping can be effectively performed.
[0081]
Similarly, FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier employing a forward pumping method. In the Raman amplifier shown in FIG. 19, a WDM coupler 45 'is provided near the isolator 43 in the Raman amplifier shown in FIG. A circuit having semiconductor laser modules 40a ', 40c' and a WDM coupler 42 'corresponding to the semiconductor laser modules 40a, 40c and WDM coupler 42, respectively, is connected to the WDM coupler 45', and output from the WDM coupler 42 '. Forward pumping for outputting the pumping light in the same direction as the signal light. In this case, since the semiconductor laser modules 40a 'and 40c' use the semiconductor laser modules used in the above-described second embodiment, the RIN is small, and forward pumping can be performed effectively.
[0082]
FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier employing a bidirectional pumping method. The Raman amplifier shown in FIG. 20 is different from the Raman amplifier shown in FIG. 16 in that the WDM coupler 45 ′, the semiconductor laser modules 40a ′ to 40d ′, the polarization combining couplers 41a ′ and 41b ′, and the WDM A coupler 42 'is further provided to perform backward excitation and forward excitation. In this case, since the semiconductor laser modules 40a 'to 40d' use the semiconductor laser module according to the second embodiment, the RIN is small, and forward pumping can be effectively performed.
[0083]
Similarly, FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of a Raman amplifier employing a bidirectional pumping system. The Raman amplifier shown in FIG. 21 further includes the WDM coupler 45 ′, the semiconductor laser modules 40a ′ and 40c ′, and the WDM coupler 42 ′ shown in FIG. 19 in the configuration of the Raman amplifier shown in FIG. Perform forward excitation. In this case, since the semiconductor laser modules 40a 'and 40c' use the semiconductor laser module according to the second embodiment, the RIN is small, and forward pumping can be performed effectively.
[0084]
The Raman amplification light source used for forward pumping in the above-described forward pumping method or bidirectional pumping method may have a resonator length L of less than 800 μm. When the resonator length L is less than 800 μm, the mode interval Δλ of the oscillation longitudinal mode is narrowed as described above, and when used as a light source for Raman amplification, the number of oscillation longitudinal modes is reduced, and a large optical output can be obtained. However, since the forward excitation requires lower output than the backward excitation, the resonator length L does not necessarily need to be 800 μm or more.
[0085]
The Raman amplifiers shown in FIGS. 16 to 21 can be applied to the WDM communication system as described above. FIG. 22 is a block diagram showing a schematic configuration of a WDM communication system to which the Raman amplifier shown in FIGS. 16 to 21 is applied.
[0086]
In FIG. 22, optical signals of wavelengths λ1 to λn transmitted from a plurality of transmitters Tx1 to Txn are multiplexed by an optical multiplexer 60 and collected into one optical fiber 65. A plurality of Raman amplifiers 61 and 63 corresponding to the Raman amplifiers shown in FIGS. 16 to 21 are arranged on the transmission path of the optical fiber 65 according to the distance, and amplify the attenuated optical signal. The signal transmitted on the optical fiber 65 is split by the optical splitter 64 into optical signals of a plurality of wavelengths λ1 to λn, and received by a plurality of receivers Rx1 to Rxn. An ADM (Add / Drop @ Multiplexer) for adding and extracting an optical signal of an arbitrary wavelength may be inserted on the optical fiber 65.
[0087]
In the above-described third embodiment, the case where the semiconductor laser device described in the first embodiment or the semiconductor laser module described in the second embodiment is used as a pump light source for Raman amplification has been described. However, for example, it can be clearly used as an EDFA excitation light source of 0.98 μm or the like.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a semiconductor laser device that outputs laser light having a plurality of oscillation longitudinal modes, the number of oscillation longitudinal modes whose difference from the maximum intensity is within 10 dB is reduced to 60 or less. By restricting, it is possible to suppress an increase in the intensity of the relative intensity noise after transmission for a predetermined distance.
[0089]
Further, when an optical fiber amplifier using Raman amplification is configured with such a semiconductor laser device as an excitation light source, fluctuations of the excitation light can be suppressed, and an optical fiber amplifier having a stable amplification gain can be realized. Play.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a structure of a semiconductor laser device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a side sectional view showing the structure of the semiconductor laser device according to the first embodiment;
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an oscillation waveform of the semiconductor laser device according to the first embodiment;
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a structure of a diffraction grating in the first embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an oscillation waveform of the semiconductor laser device according to the first embodiment;
FIG. 6 is a diagram showing another example of the structure of the diffraction grating in the first embodiment.
FIG. 7 is a graph showing the frequency dependence of relative intensity noise in laser light having 63 oscillation longitudinal modes whose difference value from the maximum intensity is within 10 dB.
FIG. 8 is a graph showing frequency dependence of relative intensity noise in single mode laser light.
FIG. 9 is a graph showing the frequency dependence of relative intensity noise in laser light having 18 oscillation longitudinal modes whose difference value from the maximum intensity is within 10 dB.
FIG. 10 is a graph showing the wavelength intensity dependence of the laser light used for the measurement of FIG.
FIG. 11 is a graph showing the wavelength intensity dependence of the laser beam used for the measurement of FIG.
12 is a graph showing the wavelength intensity dependence of the laser beam used for the measurement in FIG.
FIG. 13 is a diagram for explaining that mode distribution noise does not occur immediately after laser beam output.
FIG. 14 is a diagram illustrating that mode distribution noise occurs after laser light has been transmitted for a predetermined distance.
FIG. 15 is a side sectional view showing the structure of the semiconductor laser module according to the second embodiment;
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of an optical fiber amplifier according to a third embodiment;
FIG. 17 is a block diagram illustrating an application example of the optical fiber amplifier according to the third embodiment;
FIG. 18 is a modified example of the optical fiber amplifier according to the third embodiment, and is a block diagram illustrating a configuration of an optical fiber amplifier employing a forward pumping method.
FIG. 19 is a block diagram showing an application example of the optical fiber amplifier shown in FIG.
FIG. 20 is a modified example of the optical fiber amplifier according to the third embodiment and is a block diagram showing a configuration of an optical fiber amplifier employing a bidirectional pumping method.
FIG. 21 is a block diagram showing an application example of the optical fiber amplifier shown in FIG.
FIG. 22 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a WDM communication system using an optical fiber amplifier according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
1 @ n-InP substrate
2 n-InP buffer layer
3 GRIN-SCH-MQW active layer
4 p-InP spacer layer
6 p-InP cladding layer
7 p-GaInAsP contact layer
8 @ p-InP blocking layer
9 n-InP blocking layer
10 p side electrode
11 n side electrode
13 diffraction grating
14 reflective film on the reflective side
15 ° Outgoing side reflective film
16 ° oscillation wavelength spectrum
17-19 ° oscillation vertical mode
21 coupler
22 ° semiconductor laser device
23 ° reflected light measuring means
24 optical fiber for transmission
25 ° input light measuring means
26 ° output light measuring means
31 semiconductor laser device
32mm lens
33 isolator
34 lens
35 ° optical fiber
36mm monitor photodiode
37a heat sink
37mm base
38a @ Thermistor
38 Peltier module
39 package
40a-40d semiconductor laser module
41a, 41b polarization combining coupler
42, 45 WDM coupler
43 isolator
44 ° amplification fiber
46 isolator
47 Monitor light distribution coupler
48 ° control circuit
50 ° signal light output fiber
51 ° polarization maintaining fiber
60 ° optical multiplexer
61 Raman amplifier
64 ° optical splitter
65 optical fiber

Claims

A semiconductor laser device used as an excitation light source of an optical fiber amplifier that performs optical amplification using Raman amplification and employs a forward excitation method,
An active layer formed between a first reflection film provided on the end face of the laser light emission side and a second reflection film provided on the reflection side end face of the laser light;
An optical resonator that is formed by the emission-side end face and the incidence-side end face and selects light in which there are 60 or less oscillation longitudinal modes whose difference value from the maximum intensity is within 10 dB,
A semiconductor laser device comprising:

A semiconductor laser device comprising: an active layer formed between a first reflection film provided on a laser light emission side end face and a second reflection film provided on the laser light reflection side end face,
A semiconductor laser device, comprising: a diffraction grating disposed in the vicinity of the active layer to select light having 60 or less oscillation longitudinal modes whose difference value from the maximum intensity is within 10 dB.

3. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein a wavelength of an oscillation longitudinal mode selected by the diffraction grating is 1100 nm or more and 1550 nm or less.

4. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein a multiplication value of a coupling coefficient of the diffraction grating and a diffraction grating length is 0.3 or less.

The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the diffraction grating changes a grating period at random or at a predetermined period.

The semiconductor laser device according to claim 2, wherein a length of the optical resonator is 800 μm or more.

A semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6, and an optical fiber that guides laser light output from the semiconductor laser device to the outside,
An optical coupling lens system for performing optical coupling with the semiconductor laser device and the optical fiber,
A semiconductor laser module comprising:

A temperature control device for controlling the temperature of the semiconductor laser device,
An isolator that is disposed in the optical coupling lens system and suppresses incidence of reflected return light from the optical fiber side,
The semiconductor laser module according to claim 7, further comprising:

The semiconductor laser module according to claim 7, wherein an end face of the optical fiber on a semiconductor laser device side is formed to be oblique with respect to a light emission direction.

An excitation light source comprising the semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 6 or the semiconductor laser module according to any one of claims 7 to 9;
An optical transmission line for transmitting signal light;
Amplifying optical fiber connected to the optical transmission line and performing optical amplification by Raman amplification,
A coupler for inputting the pumping light output from the pumping light source to the amplification optical fiber,
An optical transmission line for excitation light that connects the excitation light source and the coupler,
An optical fiber amplifier comprising: