JP2004103808A - Semiconductor laser module - Google Patents
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Abstract
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のレーザ光を出力する半導体レーザ素子を具備した半導体レーザモジュールに関し、特に駆動電流が変化しても安定した光出力を得ることができる半導体レーザモジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年のインターネットの急速な普及や企業内LAN間接続の急増等によって、データトラヒックの増加が問題となっており、通信パフォーマンスの低下を防止するためにも、高密度波長分割多重(DWDM:Dense−Wavelength Division Multiplexing)伝送システムがめざましい発展を遂げ普及している。
【0003】
DWDM伝送システムでは、複数の光信号をそれぞれ異なる波長に乗せることにより1本のファイバで従来の100倍にも及ぶ大容量伝送を実現している。特に既存のDWDM伝送システムは、エルビウム添加ファイバアンプ(以下、EDFA)を用いることで、広帯域・長距離伝送を可能としている。ここで、EDFAは、エルビウムという元素を添加した特殊な光ファイバに波長1480nm、あるいは波長980nmの励起レーザで通光した際に、伝送信号である波長1550nm帯の光が上記特殊ファイバの中で増幅されるという原理を応用した光ファイバ増幅装置である。
【0004】
一方で、EDFAは、光信号を励起する部分が集中している集中型光アンプであって、雑音の累積につながる伝送路光ファイバの損失や、信号の歪みや雑音の原因となる非線形性を受けるという制限があった。さらに、EDFAは、エルビウムのバンドギャップエネルギーによって定まる波長帯での光増幅を可能とするものであり、さらなる多重化を実現するための広帯域化が困難であった。
【0005】
そこで、EDFAに代わる光ファイバ増幅装置として、ラマン増幅器が注目されている。ラマン増幅器は、EDFAのようにエルビウム添加ファイバといった特殊なファイバを必要とせずに、通常の伝送路ファイバを利得媒体とする分布型光アンプであるため、従来のEDFAをベースとしたDWDM伝送システムに比べ広帯域で平坦な利得を有する伝送帯域を実現することができるという特徴を有している。
【0006】
図12は、ラマン増幅器等で用いられる従来のファブリペロー型の半導体レーザ素子を備えた半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。図12において、半導体レーザモジュール300は、Cu−W合金などによって形成されたパッケージ202の内部底面上に、サーモモジュール200が配置される。サーモモジュール200上にはベース197が配置され、このベース197上にはキャリア198が配置され、さらにその上にサブマウント199が配置される。また、このサブマウント199上に、半導体レーザ素子191が配置される。
【0007】
サーモモジュール200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なうが、半導体レーザ素子191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、サーモモジュール200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、冷却するように制御し、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、加熱するように制御する。この温度制御は、具体的に、サブマウント199上であって、半導体レーザ素子191の近傍に配置されたサーミスタ(図示せず)の検出値をもとに制御され、図示しない制御装置は、通常、半導体レーザ素子191の温度が一定に保たれるようにサーモモジュール200を制御する。
【0008】
また、ベース197上には、上記したキャリア198以外にも、第1レンズ192、光アイソレータ193およびモニタフォトダイオード196が配置される。半導体レーザ素子191から出射されたレーザ光は、第1レンズ192および光アイソレータ193を介して、第2レンズ194によって集光される。第2レンズ194によって集光されたレーザ光は、フェルール201で固定された光ファイバ203内に導波される。モニタフォトダイオード196は、半導体レーザ素子191の後方反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【0009】
この半導体レーザモジュール300では、光アイソレータ193を用いて半導体レーザ素子191への戻り光を低減させ、たとえば第2レンズ194に対する非反射膜101のように各光学部品の光入射面に非反射膜を施し、さらに光ファイバ203の入射端を斜めに研磨することによって、半導体レーザ素子への戻り光を低減させるようにしている。なお、この半導体レーザモジュール300では、さらに光ファイバ203の入射端に非反射膜102を設けている。
【0010】
なお、たとえば特許文献1には、光アイソレータを有するモジュールであって、コリメート用レンズと光ファイバ端面とを斜めにして反射による戻り光を防止するものが記載されている。また、たとえば特許文献2,3には、複数本の縦モードを発振する半導体レーザ素子を有する光モジュールが記載されている。さらに、たとえば特許文献4には、誘導ブリルアン散乱を低減することができる半導体レーザモジュールが記載されている。
【0011】
【特許文献1】
特開平3−135511号公報
【特許文献2】
特開2002−204024号公報
【特許文献3】
特開2002−141599号公報
【特許文献4】
特開2002−141609号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した光アイソレータ193、非反射膜101,102の設置、光ファイバ203の斜め端面化を施しても、半導体レーザ素子191に入射する反射戻り光が存在し、この反射戻り光によって半導体レーザ素子191のレーザ発振動作が不安定になるという問題点があった。
【0013】
たとえば、半導体レーザ素子191は、反射戻り光が再入射されることによって、図7に示すように、発振スペクトル波形に「歯抜け」が生じ、発振縦モード本数が実質的に減るという現象が発生する。この「歯抜け」の現象が、半導体レーザ素子191に加えられる駆動電流Iopの大きさによって発生したり、発生しなかったりするという不安定な発振動作を招来している。
【0014】
ここで、ラマン増幅などでは、励起光の光出力を変化させて、各信号波長帯域の利得特性を変化させる処理を行うが、この励起光の光出力は、一般に励起光源である半導体レーザ素子191への駆動電流Iopの値を変化させることによって行われる。ここで、上述した発振縦モード本数の実質的な変化が発生すると、各発振縦モードが担う光出力の大きさが変化し、誘導ブリルアン散乱の発生量が変化する。すなわち、「歯抜け」の現象によって、発振縦モード本数が実質的に減少し、実質的に「歯抜け」していない発振縦モードの光出力が増大し、誘導ブリルアン散乱の閾値を越え、誘導ブリルアン散乱の発生量が急激に増大するという問題点があった。この誘導ブリルアン散乱が発生すると、入射した励起光の一部が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り、この励起光強度の低下によって不安定なラマン利得をもたらす。
【0015】
また、「歯抜け」の現象が生じると、発振縦モード間隔が実質的に大きくなり、非偏光化素子を用いてデポラライズする場合、半導体レーザ素子191の駆動電流Iopの変化に伴って偏光度(DOP:Degree Of Polarization)が変化してしまうという問題点があった。ここで、ラマン増幅では、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とが一致することを条件としている。すなわち、ラマン増幅では、増幅利得の偏波依存性があり、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とのずれによる影響をデポラライズなどによって小さくする必要があるが、上述した「歯抜け」の発生によってDOPが変化し、安定したラマン増幅を行うことができない。
【0016】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、駆動電流Iopの変化に伴って発生する誘導ブリルアン散乱およびDOPの変化を減少し、安定した増幅動作を行うことができる励起光を出力する半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1にかかる半導体レーザモジュールは、発振波長スペクトルの半値幅内に2本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の出射端面近傍に設けられ、前記半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の光軸に対して主面が傾斜したレンズと、を備えたことを特徴とする。
【0018】
この請求項1の発明によれば、レンズの主面を光軸に対して傾斜させることによって、レンズから半導体レーザ素子側への反射戻り光を低減し、半導体レーザ素子内部に形成される内部共振器と、半導体レーザ素子の反射端面とレンズとの間に形成される外部共振器とによって形成された複合共振器のうちの外部共振器の形成をなくし、駆動電流の変化に伴う発振縦モードの「歯抜け」を抑止するようにしている。この結果、駆動電流を変化しても、誘導ブリルアン散乱の発生量が変化せず、DOPの変化もなく、安定したレーザ光出力を実現している。
【0019】
また、請求項2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、前記半導体レーザ素子は、レーザ光の出射端面に設けた第1反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第2反射膜との間に形成された活性層の近傍に回折格子を設け、前記活性層が形成する共振器長と前記回折格子の波長選択特性とを含む発振パラメータの組み合わせ設定によって発振波長スペクトルの半値幅内に2本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力することを特徴とする。
【0020】
また、請求項3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、前記半導体レーザ素子は、ファブリペロー型の半導体レーザ素子であって、発振波長スペクトルの半値幅内に2本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力することを特徴とする。
【0021】
また、請求項4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、前記レンズの主面の光軸に対する傾斜角度は、4°以下であることを特徴とする。
【0022】
また、請求項5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、前記レンズを介して前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を受光して外部に伝送する光ファイバと、前記レンズと前記光ファイバとの間に設けられた光アイソレータと、を備えたことを特徴とする。
【0023】
また、請求項6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、前記光アイソレータは、偏光子/ファラデーローテータ/偏光子の1段構造に、さらにファラデーローテータ/偏光子を加えた1.5段以上の構造であり、光軸に対して少なくとも前記半導体レーザ素子側の偏光子が4°傾いて配置されていることを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、この発明にかかる半導体レーザモジュールの実施の形態について詳細に説明する。
【0025】
図1は、この発明の実施の形態である半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。図1において、この半導体レーザモジュール100は、図12に示した第1レンズ192に代えて、光軸に対して主面が傾斜したレンズである第1レンズ21を設けている。また、半導体レーザ素子191に代えて、複数の発振縦モードを出力する半導体レーザ素子20を有する。その他の構成は、図12に示した半導体レーザモジュール300と同じ構成であり、同一構成部分には同一符号を付している。
【0026】
この第1レンズ21は、レンズであり、半導体レーザ素子20から出射されるレーザ光の光軸に対して主面が3°傾けて配置される。このため、第1レンズ21は、ベース197上の凹部に配置されるレンズホルダ保持部23が、ベース197上に設けられ、このレンズホルダ保持部23によってレンズホルダ22が固定され、さらにこのレンズホルダ22によって第1レンズ21の主面が半導体レーザ素子20の光軸に対して3°傾いた状態で保持される。
【0027】
なお、図1では、第1レンズ21の主面が半導体レーザモジュール100の垂直面(X−Z平面)に対して垂直を維持しながら傾けられているが、これに限らず、たとえば半導体レーザモジュール100の水平面(Y−Z平面)に対して垂直を維持しながら、傾けるようにしてもよい。この場合、第1レンズ21の保持の安定性を考慮すると、水平面に対して垂直を維持しつつ傾けるのが好ましい。
【0028】
このように、第1レンズ21の主面を、半導体レーザ素子20が出射するレーザ光の光軸に対して3°傾けることによって、半導体レーザ素子20への反射戻り光がほとんどなくなり、駆動電流Iopを変化させても、図7に示した「歯抜け」の発振スペクトルをもつレーザ光が出力されなくなる。
【0029】
ここで、半導体レーザ素子20について説明する。図2は、この発明の実施の形態である半導体レーザモジュール100内の半導体レーザ素子20の概要構成を示す斜めからみた破断図である。また、図3は、図2に示した半導体レーザ素子20の長手方向の縦断面図である。さらに、図4は、図3に示した半導体レーザ素子20のA−A線断面図である。図2において、半導体レーザ素子20は、n−InP基板1の(100)面上に、順次、n−InPによるバッファ層と下部クラッド層とを兼ねたn−InPバッファ層2、圧縮歪みをもつGRIN−SCH−MQW(Graded Index−Separate Confinement Heterostructure Multi Quantum Well)活性層3、p−InPスペーサ層4、およびp−InPクラッド層6、p−InGaAsPコンタクト層7が積層されて構成される。
【0030】
また、図3に示すように、半導体レーザ素子20の長手方向の一端面である光反射端面には、反射率80%以上の高光反射率をもつ反射膜14が形成され、他端面である光出射端面には、反射率が2%以下、好ましくは1%以下の低光反射率をもつ出射側反射膜15が形成される。反射膜14と出射側反射膜15とによって形成された光共振器のGRIN−SCH−MQW活性層3内に発生した光は、反射膜14によって反射し、出射側反射膜15を介し、レーザ光として出射される。
【0031】
さらに、図3において、半導体レーザ素子20は、p−InPスペーサ層4内に周期的に配置されたp−InGaAsPの回折格子13を有している。特にここでは、その回折格子13は、GRIN−SCH−MQW活性層3の利得領域で生じたレーザ光のうち中心波長1480nmの光が選択されるように、出射側反射膜15から100μm延び、膜厚20nmを有し、かつピッチ約220nmで形成されている。なお、回折格子13は、出射側反射膜15に接して配置されることが望ましいが、必ずしも接する配置にしなくても、回折格子13の機能を発揮する範囲内、たとえば20μm〜100μm程度の範囲内で出射側反射膜15から離隔する配置とすることもできる。また、半導体レーザ素子20の製造時において生じる半導体レーザ素子20の劈開位置のばらつきなどによって、回折格子13が反射膜14側に残っていてもよい。また、この回折格子13は、活性層全面にわたって配置されてもよいし、活性層の一部分に配置されてもよい。
【0032】
また、図4に示すように、n−InPバッファ層2の上部、GRIN−SCH−MQW活性層3、および回折格子13を含むp−InPスペーサ層4は、メサストライプ状に加工され、メサストライプの両側は、電流ブロッキング層として形成されたp−InPブロッキング層8とn−InPブロッキング層9によって埋め込まれている。また、p−InGaAsPコンタクト層7の上面には、p側電極10が形成され、n−InP基板1の裏面には、n側電極11が形成される。
【0033】
上述した半導体レーザ素子20をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合には、その発振波長λ0を、1100nm〜1550nmとし、共振器長Lを、800μm以上3200μm以下とする。ところで、一般に、半導体レーザ素子の共振器によって発生する縦モードのモード間隔Δλは、等価屈折率を「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1480nmとし、実効屈折率を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。図5は、回折格子13による選択波長特性を説明するための図であり、回折格子13による選択波長特性は、図示するような発振波長スペクトル30として表される。
【0035】
特に、この半導体レーザ素子20は、図5に示すように、回折格子13の存在によって、発振波長スペクトル30の半値幅Δλhで示される波長選択特性内に、発振縦モードが複数存在するように設計される。従来の半導体レーザ素子では、共振器長Lを800μm以上とすると、単一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素子は用いられなかったが、この半導体レーザ素子20では、共振器長Lを積極的に800μm以上とすることで、発振波長スペクトルの半値幅Δλh内に複数の発振縦モードを含んだレーザ光を出力する。図5では、発振波長スペクトルの半値幅Δλh内に3つの発振縦モード31〜33を有している。
【0036】
複数の発振縦モードを有するレーザ光を用いると、単一縦モードのレーザ光を用いた場合に比して、レーザ出力のピーク値を抑えて、高いレーザ出力値を得ることができる。図6は、単一縦モードのレーザ光と複数の発振縦モードのレーザ光の各プロファイルを説明するための説明図である。たとえば、この半導体レーザ素子20では、図6(b)に示すプロファイルを有し、低いピーク値で高レーザ出力を得ることができる。これに対し、図6(a)は、同じレーザ出力を得る場合の単一縦モード発振の半導体レーザ装置のプロファイルであり、高いピーク値を有している。
【0037】
ここで、半導体レーザ素子20をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、ラマン利得を大きくするために励起光出力パワーを増大することが好ましいが、そのピーク値が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生し、雑音が増加するという不具合が発生する。誘導ブリルアン散乱は、図6(a)に示すように、レーザ出力が、誘導ブリルアン散乱が発生する閾値Pthを超えた場合に発生する。そこで、半導体レーザ素子20では、図6(a)に示すプロファイルと同じレーザ出力パワーを得るために、図6(b)に示すように、誘導ブリルアン散乱の閾値Pth以下にピーク値を抑えた複数の発振縦モードでレーザ光を出射する。これにより、高い励起光出力パワーを得ることができ、その結果、高いラマン利得を得ることが可能となる。
【0038】
また、図5において、発振縦モード31〜33の波長間隔(モード間隔)Δλは、0.1nm以上としている。これは、半導体レーザ素子20をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、モード間隔Δλが0.1nm以下であると、誘導ブリルアン散乱が発生する可能性が高くなるからである。この結果、上述したモード間隔Δλの式によって、上述した共振器長Lが3200μm以下であることが好ましいことになる。このような観点から、発振波長スペクトル30の半値幅Δλh内に含まれる発振縦モードの本数は、複数であることが望ましい。
【0039】
よって、上述したように、この実施の形態にかかる半導体レーザモジュール100内に設けられる半導体レーザ素子20は、発振波長スペクトルの半値幅内に2本以上の発振縦モードが含まれるように、回折格子13の配置位置と共振器長Lが設定されているので、誘導ブリルアン散乱を生じさせることなく、安定に高出力のレーザ出力を得ることができる。
【0040】
なお、半導体レーザモジュール100内の半導体レーザ素子20としては、上述した構成以外にも、特願2000−323118号、特願2001−134545号および特願2001−228669号の各実施の形態に記載された種々の「半導体レーザ素子」を用いることができる。
【0041】
ところで、このような半導体レーザ素子20を用いても、上述したように、半導体レーザ素子20への反射戻り光のために、図7に示すように駆動電流Iopの変化に伴った発振縦モードの「歯抜け」が生じ、この結果、発振縦モード本数の減少が生じ、誘導ブリルアン散乱の変化やDOPの変化が生じ、不安定な発振動作を呈していた。ここで、本発明者らは、この「歯抜け」が、半導体レーザ素子20自体の内部共振器すなわち回折格子13を含む出射側反射膜15と反射膜14とによって形成される内部共振器と、反射膜14と第1レンズ21との間によって形成される外部共振器とからなる複合共振器による発振現象によって形成されるものと考え、上述したように、第1レンズ21を、半導体レーザ素子20の光軸に対して3°傾けて、第1レンズ21から半導体レーザ素子20への反射戻り光をなくし、上述した外部共振器を形成しないようにした。
【0042】
この第1レンズ21の斜め配置によって、駆動電流Iopを変化しても、図8に示すような半導体レーザ素子20の内部共振器自体が有する発振スペクトルをもつレーザ光が出力された。すなわち、駆動電流Iopを変化させても、「歯抜け」が生じない発振スペクトルをもつレーザ光を出力させることができた。
【0043】
この結果、「歯抜け」の時に生ずる発振縦モードのモード間隔が広がることがなくなり、DOPの変動を抑止することができる。すなわち、モード間隔が広がると、デポラライザなどに用いられる偏波保持ファイバの長さに対応したDOPの極小値が、長さが短くなる方向にシフトし、結果としてDOPが変動するが、この実施の形態ではモード間隔が変化しないため、駆動電流Iopが変化してもDOPが変化せず、安定かつ小さいDOPを得ることができる。また、実験の結果、半導体レーザモジュールの駆動電流200mA時に、第1レンズ21を斜めにする前のDOPが約47%であったものが、第1レンズ21を光軸に対して3°傾けることによってDOPを約15%に低減することができた。
【0044】
ここで、上述した第1レンズ21の斜め配置を有した半導体レーザモジュール100から出力されるレーザ光の誘導ブリルアン散乱の駆動電流依存性の実験結果について説明する。図9は、半導体レーザモジュール100から出力されるレーザ光における誘導ブリルアン散乱発生の駆動電流依存性の測定装置の構成を示す図である。また、図10は、誘導ブリルアン散乱発生の駆動電流依存性の測定結果を示す図である。
【0045】
図9に示す測定装置では、カプラ41を介して一方に半導体レーザモジュール100と反射光測定手段43とが配置され、他方に伝送用光ファイバ44と入力光測定手段45とが配置されている。また、一方と他方はカプラ41を介して互いに接続されており、伝送用光ファイバ44は、出力光測定手段46に接続されている。なお、伝送用光ファイバ44には、たとえばNZDF(非ゼロ分散ファイバ)である37kmのTrueWave(R)−RSが用いられている。
【0046】
図9に示す測定装置において、入力光測定手段45には半導体レーザモジュール100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43には伝送用光ファイバ44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。
【0047】
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43に入射する光の強度が増大する。そのため、半導体レーザモジュール100から伝送用光ファイバ44に入射される光と、伝送用光ファイバ44で散乱されて戻ってきた光の強度との比(以下、「リターンロス」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できる。
【0048】
図10は、上述したように、半導体レーザモジュール100に対する駆動電流Iopを変化させた場合におけるリターンロスの変化を示している。図10において、従来の半導体レーザモジュール300では、駆動電流Iopを100mA〜1300mAに変化させると、リターンロスは、−28dBから−5dBの間を大きく変化しているが、半導体レーザモジュール100では、駆動電流Iopを100mA〜1300mAに大きく変化させても、リターンロスは、ほぼ−15dBで安定している。すなわち、半導体レーザモジュール100のリターンロスには駆動電流依存性がほとんどない。換言すれば、半導体レーザモジュール100の誘導ブリルアン散乱の発生は駆動電流にほとんど依存しないといえる。また、従来の半導体レーザモジュール300では、リターンロスが−5dBという大きなピーク値を有していたが、半導体レーザモジュール100のリターンロスは、ほぼ−15dBであり、大きなリターンロス、すなわち大きな誘導ブリルアン散乱を抑制することができる。このことは、上述した第1レンズ21の斜め配置によって、図7に示した「歯抜け」の発生を抑制することができたからである。
【0049】
ところで、上述した半導体レーザモジュール100における第1レンズ21の主面は、半導体レーザ素子20の光軸に対して3°傾けるようにしていたが、この傾きは傾け過ぎると、レーザ光の出力低下を来す。図11は、半導体レーザモジュール100から出力されるレーザ光の第1レンズの傾き依存性を示す図である。なお、図11では、レーザ光の光出力を、0°近傍の最大値で正規化している。図11において、実測値では、3°を越えると急激に光出力が低下し、計算値では、4°を越えると急激に光出力が低下する。したがって、実測値の誤差を考慮すると、第1レンズの傾きは、4°以下の傾きをもたせるのが好ましい。また、第1レンズは、コリメートレンズや、レンズの形状がたとえば非球面レンズであってもよい。
【0050】
なお、上述した光アイソレータ193としては、1.5段構造(偏光子/ファラデーローテータ/偏光子/ファラデーローテータ/偏光子)またはそれ以上の段数構造の光アイソレータを用いるのが好ましい。また、光アイソレータ193は、光軸に対して少なくとも半導体レーザ素子のある側の偏光子が4°程度傾けて配置させるのがより好ましい。さらに、この光アイソレータ193の入射面上に非反射膜を形成してもよい。これらによって、戻り光を一層確実に低減させることができる。
【0051】
また、上述した実施の形態では、半導体レーザモジュール100内の半導体レーザ素子20として、GRIN−SCH−MQW活性層3などの活性層近傍に回折格子13を設け、複数の発振縦モードを出力するものを用いていたが、これに限らず、たとえば回折格子13を有しないファブリペロー型の半導体レーザ素子であってもよい。要は、半導体レーザ素子20が複数の発振縦モードを出力するマルチモードレーザであればよい。
【0052】
さらに、上述した実施の形態では、半導体レーザ素子20の発振波長λ0を1480nmとした場合を例に挙げたが、例えば980nm等のその他の発振波長の半導体レーザ素子を設ける場合にも本発明を適用することができることは言うまでもない。
【0053】
また、上述した半導体レーザモジュール100は、ラマン増幅器などの励起光源として用いられ、特に前方励起方式あるいは双方向励起方式に用いることができる。
【0054】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、レンズの主面を光軸に対して傾斜させることによって、レンズから半導体レーザ素子側への反射戻り光を低減し、半導体レーザ素子内部に形成される内部共振器と、半導体レーザ素子の反射端面とレンズとの間に形成される外部共振器とによって形成された複合共振器のうちの外部共振器の形成をなくし、駆動電流の変化に伴う発振縦モードの「歯抜け」を抑止するようにしている。この結果、駆動電流を変化しても、誘導ブリルアン散乱の発生量が変化せず、DOPの変化もなく、安定したレーザ光出力を実現することができ、また、この安定したレーザ光出力によって安定した増幅動作が可能なラマン増幅器を実現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】この発明の実施の形態である半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。
【図2】図1に示した半導体レーザ素子の概要構成を示す斜めからみた破断図である。
【図3】図2に示した半導体レーザ素子の長手方向の縦断面図である。
【図4】図3に示した半導体レーザ素子のA−A線断面図である。
【図5】図1に示した半導体レーザ素子の回折格子による選択波長特性を説明する説明図である。
【図6】単一縦モードのレーザ光と複数の発振縦モードのレーザ光の各プロファイルを説明するための説明図である。
【図7】従来の半導体レーザ素子において駆動電流を変化させた場合に発生する歯抜けを有した発振波長スペクトルを示す図である。
【図8】この発明の実施の形態である半導体レーザモジュールから出力された発振波長スペクトルを示す図である。
【図9】誘導ブリルアン散乱の発生量に対応するリターンロスを測定する測定図である。
【図10】この発明の実施の形態である半導体レーザモジュールと従来の半導体レーザモジュールとによるリターンロスの駆動電流依存性を示す図である。
【図11】この発明の実施の形態である半導体レーザモジュールからのレーザ光出力の第1レンズ傾斜角依存性を示す図である。
【図12】従来の半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。
【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−InGaAsP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 反射膜
15 出射側反射膜
20 半導体レーザ素子
21 第1レンズ
22 レンズホルダ
23 レンズホルダ保持部
193 光アイソレータ
100 半導体レーザモジュール
101,102 非反射膜
194 第2レンズ
196 モニタフォトダイオード
197 ベース
198 キャリア
199 サブマウント
200 サーモモジュール
201 フェルール
202 パッケージ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser module including a semiconductor laser element that outputs a plurality of oscillation longitudinal mode laser beams, and more particularly to a semiconductor laser module that can obtain a stable optical output even when a drive current changes. .
[0002]
[Prior art]
Due to the rapid spread of the Internet in recent years and the rapid increase in connections between corporate LANs, an increase in data traffic has become a problem. In order to prevent a reduction in communication performance, high-density wavelength division multiplexing (DWDM: Dense- (Wavelength \ Division \ Multiplexing) transmission systems have made remarkable developments and have become widespread.
[0003]
In the DWDM transmission system, large-capacity transmission that is 100 times larger than that of the related art is realized by using one fiber by putting a plurality of optical signals on different wavelengths. In particular, the existing DWDM transmission system enables broadband and long-distance transmission by using an erbium-doped fiber amplifier (hereinafter, EDFA). Here, when the EDFA passes through a special optical fiber doped with an element called erbium with a pumping laser having a wavelength of 1480 nm or 980 nm, light having a wavelength of 1550 nm as a transmission signal is amplified in the special fiber. This is an optical fiber amplifier that applies the principle of being performed.
[0004]
On the other hand, an EDFA is a centralized optical amplifier in which a portion that excites an optical signal is concentrated, and the EDFA reduces transmission line optical fiber loss leading to accumulation of noise and nonlinearity that causes signal distortion and noise. There was a limitation of receiving it. Furthermore, the EDFA enables optical amplification in a wavelength band determined by the band gap energy of erbium, and it has been difficult to widen the band to realize further multiplexing.
[0005]
Therefore, a Raman amplifier has been attracting attention as an optical fiber amplifier instead of the EDFA. The Raman amplifier is a distributed optical amplifier that does not require special fibers such as erbium-doped fibers as in EDFAs and uses a normal transmission path fiber as a gain medium, so it can be used in conventional DWDM transmission systems based on EDFAs. It has a feature that a transmission band having a flat gain can be realized in a relatively wide band.
[0006]
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor laser module including a conventional Fabry-Perot type semiconductor laser element used in a Raman amplifier or the like. 12, in a
[0007]
The
[0008]
In addition to the
[0009]
In this
[0010]
In addition, for example,
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-3-135511
[Patent Document 2]
JP-A-2002-204024
[Patent Document 3]
JP-A-2002-141599
[Patent Document 4]
JP 2002-141609 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if the
[0013]
For example, in the
[0014]
Here, in Raman amplification or the like, a process of changing the optical output of the pump light to change the gain characteristic of each signal wavelength band is performed. The optical output of the pump light generally uses the
[0015]
In addition, when the phenomenon of “missing teeth” occurs, the oscillation longitudinal mode interval substantially increases, and when depolarization is performed using a non-polarizing element, the polarization degree (depending on the change in the driving current Iop of the semiconductor laser element 191) is changed. DOP: Degree \ Of \ Polarization changes. Here, the Raman amplification is based on the condition that the polarization direction of the signal light matches the polarization direction of the pump light. That is, in Raman amplification, the amplification gain has polarization dependence, and it is necessary to reduce the influence of the deviation between the polarization direction of the signal light and the polarization direction of the pump light by depolarization or the like. Changes the DOP, and stable Raman amplification cannot be performed.
[0016]
The present invention has been made in view of the above, and it is possible to reduce a stimulated Brillouin scattering and a change in DOP caused by a change in a driving current Iop, and to output a pumping light capable of performing a stable amplification operation. The purpose is to provide.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a semiconductor laser module according to
[0018]
According to the first aspect of the present invention, the main surface of the lens is inclined with respect to the optical axis to reduce reflected return light from the lens to the semiconductor laser element side, thereby reducing internal resonance formed inside the semiconductor laser element. Of the composite resonator formed by the resonator and the external resonator formed between the reflection end face of the semiconductor laser device and the lens, eliminating the formation of the external resonator, and the oscillation longitudinal mode accompanying the change in the drive current. It tries to suppress "missing teeth". As a result, even if the driving current is changed, the amount of stimulated Brillouin scattering does not change, and the DOP does not change, realizing a stable laser light output.
[0019]
Further, in the semiconductor laser module according to
[0020]
Further, in the semiconductor laser module according to
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, in the above-described semiconductor laser module, the inclination angle of the main surface of the lens with respect to the optical axis is 4 ° or less.
[0022]
The semiconductor laser module according to
[0023]
Further, in the semiconductor laser module according to
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a semiconductor laser module according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention. 1, the
[0026]
The
[0027]
In FIG. 1, the main surface of the
[0028]
As described above, by inclining the main surface of the
[0029]
Here, the
[0030]
As shown in FIG. 3, a
[0031]
Further, in FIG. 3, the
[0032]
Further, as shown in FIG. 4, the upper part of the n-
[0033]
When the above-described
Δλ = λ0 2/ (2nL)
It is. Here, the oscillation wavelength λ0Is 1480 nm and the effective refractive index is 3.5, when the resonator length L is 800 μm, the longitudinal mode mode interval Δλ is about 0.39 nm, and when the resonator length is 3200 μm, the longitudinal mode mode interval is Δλ is about 0.1 nm. In other words, the longer the resonator length L, the narrower the mode interval Δλ in the longitudinal mode, and the more severe the selection conditions for oscillating single longitudinal mode laser light.
[0034]
On the other hand, the
[0035]
In particular, as shown in FIG. 5, the
[0036]
When a laser beam having a plurality of oscillation longitudinal modes is used, a peak value of a laser output can be suppressed and a higher laser output value can be obtained as compared with a case where a single longitudinal mode laser beam is used. FIG. 6 is an explanatory diagram for describing each profile of a single longitudinal mode laser beam and a plurality of oscillation longitudinal mode laser beams. For example, the
[0037]
Here, when the
[0038]
In FIG. 5, the wavelength interval (mode interval) Δλ of the oscillation
[0039]
Therefore, as described above, the
[0040]
The
[0041]
By the way, even when such a
[0042]
Due to the oblique arrangement of the
[0043]
As a result, the mode interval of the oscillating longitudinal mode generated at the time of “missing tooth” does not increase, and the fluctuation of DOP can be suppressed. That is, when the mode interval is widened, the minimum value of the DOP corresponding to the length of the polarization maintaining fiber used for the depolarizer or the like shifts in the direction of decreasing the length, and as a result, the DOP fluctuates. In the embodiment, since the mode interval does not change, even if the drive current Iop changes, the DOP does not change, and a stable and small DOP can be obtained. Also, as a result of the experiment, when the driving current of the semiconductor laser module was 200 mA, the DOP before the
[0044]
Here, an experimental result of the drive current dependence of stimulated Brillouin scattering of laser light output from the
[0045]
In the measuring device shown in FIG. 9, the
[0046]
In the measuring apparatus shown in FIG. 9, light having a certain ratio with the intensity of the laser light output from the
[0047]
Here, when stimulated Brillouin scattering occurs, the intensity of light incident on the reflected light measuring means 43 increases. Therefore, the ratio between the light incident on the transmission
[0048]
FIG. 10 shows a change in the return loss when the drive current Iop for the
[0049]
By the way, the main surface of the
[0050]
Note that, as the
[0051]
In the above-described embodiment, the
[0052]
Further, in the above-described embodiment, the oscillation wavelength λ of the semiconductor laser0Is set to 1480 nm as an example, but it is needless to say that the present invention can be applied to a case where a semiconductor laser device having another oscillation wavelength such as 980 nm is provided.
[0053]
The above-described
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the main surface of the lens is inclined with respect to the optical axis to reduce the reflected return light from the lens to the semiconductor laser element side, and is formed inside the semiconductor laser element. Of the composite resonator formed by the internal resonator and the external resonator formed between the reflection end face of the semiconductor laser element and the lens, eliminating the formation of the external resonator, and the oscillation accompanying the drive current change. It is designed to suppress "missing teeth" in the vertical mode. As a result, even if the drive current is changed, the amount of stimulated Brillouin scattering does not change, the DOP does not change, and a stable laser light output can be realized. This provides an effect that a Raman amplifier capable of performing the above-described amplification operation can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an oblique cutaway view showing a schematic configuration of the semiconductor laser device shown in FIG. 1;
3 is a longitudinal sectional view of the semiconductor laser device shown in FIG. 2 in a longitudinal direction.
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of the semiconductor laser device shown in FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining selected wavelength characteristics of the semiconductor laser device shown in FIG. 1 by a diffraction grating.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining each profile of a single longitudinal mode laser beam and a plurality of oscillation longitudinal mode laser beams.
FIG. 7 is a diagram illustrating an oscillation wavelength spectrum having tooth skipping that occurs when a drive current is changed in a conventional semiconductor laser device.
FIG. 8 is a diagram showing an oscillation wavelength spectrum output from the semiconductor laser module according to the embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a measurement diagram for measuring a return loss corresponding to the amount of stimulated Brillouin scattering generated.
FIG. 10 is a diagram showing the drive current dependence of return loss between the semiconductor laser module according to the embodiment of the present invention and a conventional semiconductor laser module.
FIG. 11 is a diagram showing a first lens tilt angle dependency of a laser beam output from a semiconductor laser module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor laser module.
[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-InGaAsP 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
15 ° Outgoing side reflective film
20mm semiconductor laser device
21 ° first lens
22mm lens holder
23 lens holder holder
193 optical isolator
100mm semiconductor laser module
101, 102 non-reflective film
194 Second lens
196 monitor photodiode
197 base
198 career
199mm sub mount
200 thermo module
201 ferrule
202 package
Claims (6)
前記半導体レーザ素子の出射端面近傍に設けられ、前記半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の光軸に対して主面が傾斜したレンズと、
を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。A semiconductor laser device that outputs laser light including two or more oscillation longitudinal modes within the half-value width of the oscillation wavelength spectrum,
A lens provided near the emission end face of the semiconductor laser element, the main surface of which is inclined with respect to the optical axis of laser light output from the semiconductor laser element;
A semiconductor laser module comprising:
前記レンズと前記光ファイバとの間に設けられた光アイソレータと、
を備えた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モジュール。An optical fiber that receives laser light output from the semiconductor laser element through the lens and transmits the laser light to the outside,
An optical isolator provided between the lens and the optical fiber,
The semiconductor laser module according to claim 1, further comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=32263042
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2002263225A Pending JP2004103808A (en) | 2002-09-09 | 2002-09-09 | Semiconductor laser module |
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-
2002
- 2002-09-09 JP JP2002263225A patent/JP2004103808A/en active Pending
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