JP2005019639A - 光モジュール及び光増幅器 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体レーザ素子の発光波長とは異なる波長の外部雑音光による半導体レーザ素子への影響を抑えることができる光モジュール及び光増幅器を提供する。
【解決手段】光モジュール１ａは、半導体レーザ素子３４ａ、第１のアイソレータ４１ａ、及び第２のアイソレータ５４ａを備えている。半導体レーザ素子３４ａの発光波長は、１．５５μｍ帯に含まれる所定波長に設定されている。第１のアイソレータ４１ａは、中心波長が１．５５μｍ帯に含まれるように設計されている。第２のアイソレータ５４ａは、中心波長が１．４８μｍ帯に含まれるように設計されている。例えば光増幅器を含むシステムにおいて、１．４８μｍ帯の励起光が外部雑音光として光モジュール１ａに入射すると、第２のアイソレータ５４ａによって遮断される。
【選択図】 図１
【解決手段】光モジュール１ａは、半導体レーザ素子３４ａ、第１のアイソレータ４１ａ、及び第２のアイソレータ５４ａを備えている。半導体レーザ素子３４ａの発光波長は、１．５５μｍ帯に含まれる所定波長に設定されている。第１のアイソレータ４１ａは、中心波長が１．５５μｍ帯に含まれるように設計されている。第２のアイソレータ５４ａは、中心波長が１．４８μｍ帯に含まれるように設計されている。例えば光増幅器を含むシステムにおいて、１．４８μｍ帯の励起光が外部雑音光として光モジュール１ａに入射すると、第２のアイソレータ５４ａによって遮断される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を発生する光モジュール、及び該光モジュールを備える光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいては、例えば光モジュールから出射されたレーザ光が光ファイバ伝送路同士の融着部分などにおいて反射されること等により、光モジュールへの戻り光が発生する。この戻り光が光送信装置の半導体レーザ素子などへ外部雑音光として入射すると、半導体レーザ素子の発光特性に悪影響を及ぼすこととなる。従って、半導体レーザ素子に戻り光などの外部雑音光が入射することを防ぐために、外部雑音光を遮断するためのアイソレータが設けられる（例えば、特許文献１及び２参照）。アイソレータの遮光特性は外部雑音光の波長に依存するので、通常、レーザ光の波長に応じてアイソレータの遮光特性における中心波長が決定される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−１０７０４１号公報
【特許文献２】
特開平１０−２９００５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば特許文献１及び２に開示された装置及び光モジュールにおいては、半導体レーザ素子の発光波長とは異なる波長の外部雑音光を遮断することに関しては何ら考慮されていない。発光波長よりも短波長の外部雑音光が半導体レーザ素子の活性層に入射すると、活性層内部のレーザ発振が擾乱されて半導体レーザ素子の発光特性が劣化する恐れがある。また、発光波長よりも長波長の外部雑音光は、活性層を透過してレーザ光強度をモニタするためのモニタ用受光素子へ入射する。これにより、モニタ用受光素子のモニタ精度が悪化し、半導体レーザ素子の発光状態を精度良く制御できない恐れがある。
【０００５】
例えば、光通信システムが、希土類元素をドープした光ファイバを用いた光増幅器を備えているような場合に、上記した問題が顕著となる。すなわち、このような光通信システムにおいては、希土類元素を励起するための励起光を発生する励起光源が用いられるので、信号光を発生する光送信装置においては励起光が外部雑音光となり、励起光源においては信号光が外部雑音光となり得る。
【０００６】
このような光通信システムにおいては、励起光の波長として１．４８μｍ帯が用いられ、信号光の波長として１．５５μ帯が用いられることが多い。ここで、図９は、中心波長が１．５５μｍ帯のアイソレータの遮光特性の一例を示すグラフである。このグラフからわかるように、中心波長が１．５５μｍ帯のアイソレータでは、１．４８μｍ帯の外部雑音光を充分に遮断できない可能性がある。また、図示しないが、中心波長が１．４８μｍ帯のアイソレータについても同様であり、１．５５μｍ帯の外部雑音光を充分に遮断できない可能性がある。従って、光送信装置側のアイソレータは励起光に起因する外部雑音光を充分に遮断できないおそれがあり、充分に遮断できない場合にはレーザ発振が擾乱されて半導体レーザ素子の発光特性が劣化する。また、励起光源側のアイソレータは信号光に起因する外部雑音光を充分に遮断できないおそれがあり、充分に遮断できない場合には半導体レーザ素子の発光状態を精度良く制御できなくなる。
【０００７】
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、半導体レーザ素子の発光波長とは異なる波長の外部雑音光による半導体レーザ素子への影響を抑えることができる光モジュール及び光増幅器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による光モジュールは、レーザ光を発生する半導体レーザ素子と、レーザ光を伝搬する光ファイバと、レーザ光の光軸上に配置され、半導体レーザ素子からのレーザ光を通過させるとともに光ファイバからの光を遮断する第１のアイソレータ及び第２のアイソレータとを備え、第１のアイソレータが半導体レーザ素子の発光波長と同じ波長の光を遮断するように第１のアイソレータの中心波長が設定されており、第２のアイソレータが半導体レーザ素子の発光波長よりも短波長の光を遮断するように第２のアイソレータの中心波長が設定されていることを特徴とする。
【０００９】
上記した光モジュールでは、半導体レーザ素子の発光波長よりも短い波長の外部雑音光が、第２のアイソレータにおいて遮断される。従って、半導体レーザ素子の発光波長よりも短い波長の外部雑音光が半導体レーザ素子に入射することを防止できるので、半導体レーザ素子内部のレーザ発振が擾乱される等、このような外部雑音光による半導体レーザ素子への影響を抑えることができる。
【００１０】
また、光モジュールは、第１のアイソレータの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれており、第２のアイソレータの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれていることを特徴としてもよい。これによって、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光通信システムの光送信装置において、信号光に起因する外部雑音光と励起光に起因する外部雑音光との双方を好適に遮断できる光モジュールを提供できる。
【００１１】
また、本発明による光モジュールは、レーザ光を発生する半導体レーザ素子と、レーザ光を伝搬する光ファイバと、レーザ光の光軸上に配置され、半導体レーザ素子からのレーザ光を通過させるとともに光ファイバからの光を遮断する第１のアイソレータ及び第２のアイソレータと、レーザ光の光軸上において、半導体レーザ素子に対して光ファイバの反対側に配置された受光素子とを備え、第１のアイソレータが半導体レーザ素子の発光波長と同じ波長の光を遮断するように第１のアイソレータの中心波長が設定されており、第２のアイソレータが半導体レーザ素子の発光波長よりも長波長の光を遮断するように第２のアイソレータの中心波長が設定されていることを特徴とする。
【００１２】
上記した光モジュールでは、半導体レーザ素子の発光波長よりも長い波長の外部雑音光が、第２のアイソレータにおいて遮断される。従って、半導体レーザ素子の発光波長よりも長い波長の外部雑音光が半導体レーザ素子を透過して受光素子に入射することを防止できるので、受光素子におけるレーザ光強度検出結果に基づいて半導体レーザ素子の発光状態を制御する際に、外部雑音光による影響を抑えることができる。
【００１３】
また、光モジュールは、第１のアイソレータの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれており、第２のアイソレータの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれていることを特徴としてもよい。これによって、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光通信システムの励起光源において、信号光に起因する外部雑音光と励起光に起因する外部雑音光との双方を好適に遮断できる光モジュールを提供できる。
【００１４】
また、光モジュールは、レーザ光の光軸上に配置され、半導体レーザ素子からのレーザ光をコリメートする第１のレンズと、レーザ光の光軸上において第１のレンズと光ファイバとの間に配置され、第１のレンズによりコリメートされたレーザ光を集光して該レーザ光を光ファイバへ提供する第２のレンズとをさらに備え、第１のアイソレータ及び第２のアイソレータが、第１のレンズと第２のレンズとの間に設けられていることが好ましい。
【００１５】
また、光モジュールは、レーザ光の光軸上に配置され、半導体レーザ素子からのレーザ光をコリメートする第１のレンズと、レーザ光の光軸上において第１のレンズと光ファイバとの間に配置され、第１のレンズによりコリメートされたレーザ光を集光して該レーザ光を光ファイバへ提供する第２のレンズとをさらに備え、第１のアイソレータが、第１のレンズと第２のレンズとの間に設けられており、第２のアイソレータが、第２のレンズと光ファイバとの間に設けられていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明による光増幅器は、光送信装置からの信号光を増幅する光増幅器であって、第１のアイソレータの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれており、第２のアイソレータの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれている光モジュールを有する励起光源と、光送信装置及び励起光源と光学的に結合されており、励起光源から励起光を受けることにより光送信装置からの信号光を増幅する増幅用光ファイバとを備えることを特徴とする。
【００１７】
上記した光増幅器によれば、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光増幅器の励起光源において、信号光に起因する外部雑音光と励起光に起因する外部雑音光との双方が好適に遮断される。従って、励起光源内部の半導体レーザ素子の発光状態を制御する際に、信号光に起因する外部雑音光による影響を抑えることができる光増幅器を実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明においては、光モジュールがレーザ光を出射する方向を前方と定義する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による光モジュールの第１実施形態を示す平面図である。また、図２は、図１に示す光モジュール１ａのＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【００２０】
図１及び図２を参照すると、光モジュール１ａは、主要部３及びパッケージ５を備えている。パッケージ５は、本実施形態ではバタフライ型パッケージといった容器である。パッケージ５は、主要部３を収納しているパッケージ本体部５ａ、レーザ光を主要部３から光ファイバ５９へ導く筒状部５ｂ、及び複数のリードピン７５ａ〜７５ｎを備えている。主要部３は、パッケージ本体部５ａ内の底面上に配置されている。主要部３は、不活性ガス、例えば窒素ガスが封入された状態でパッケージ本体部５ａ内に封止されている。
【００２１】
主要部３は、ペルチェ素子３１、半導体レーザ素子３４ａ、フォトダイオード３６といった受光素子、第１のレンズ３８、第１のアイソレータ４１ａ、及びサーミスタ７２といった温度検知素子を有している。また、主要部３は、搭載部材３２、３３、３５、及び保持部材３７を有している。第１のアイソレータ４１ａ、第１のレンズ３８、半導体レーザ素子３４ａ、及びフォトダイオード３６は、光ファイバ５９の中心軸、及び半導体レーザ素子３４ａから出射されるレーザ光の光軸と一致する所定の軸７０上に前から順に配置されている。また、第１のアイソレータ４１ａは、後述する第２のアイソレータ５４ａとともに、所定の軸７０上において第１のレンズ３８と第２のレンズ５６（後述）との間に配置されている。
【００２２】
半導体レーザ素子３４ａは、搭載部材３３上に搭載されている。半導体レーザ素子３４ａは、活性層（図示せず）を有するとともに、該活性層を挟んで光共振器を構成する光出射面６５および光反射面６６（図２を参照）を有している。半導体レーザ素子３４ａの発光波長は、波長１．５５μｍ帯の波長範囲のうちの所定波長となっている。すなわち、半導体レーザ素子３４ａの発光波長は半導体レーザ素子３４ａの活性層のバンドギャップ波長によって決まるので、半導体レーザ素子３４ａの活性層のバンドギャップ波長が１．５５μｍ帯の波長範囲のうちの所定波長となっている。半導体レーザ素子３４ａのカソード端子は、配線パターン及びワイヤ４４ｇを介してリードピン７５ｃに電気的に接続されている。また、半導体レーザ素子３４ａのカソード端子は、配線パターン及びワイヤ４４ｂを介してリードピン７５ｊに電気的に接続されている。半導体レーザ素子３４ａのアノード端子は、配線パターン及びワイヤ４４ｋ、４４ａを介してリードピン７５ｉに電気的に接続されている。
【００２３】
リードピン７５ｃは、光モジュール１ａの外部に用意される電流生成回路（図示せず）に接続される。この電流生成回路は、半導体レーザ素子３４ａを発光させるためのバイアス電流を半導体レーザ素子３４ａに供給するための回路である。また、リードピン７５ｊは、光モジュール１ａの外部に用意される信号生成回路（図示せず）に電気的に接続される。この信号生成回路は、電流生成回路から送られるバイアス電流を変調して、半導体レーザ素子３４ａが送信光を生成するための周期的な電気信号を半導体レーザ素子３４ａに供給するための回路である。また、リードピン７５ｉは、光モジュール１ａの外部回路において基準電位（ＧＮＤ）に接続される。
【００２４】
フォトダイオード３６は、半導体レーザ素子３４ａが発生するレーザ光の光強度に応じた光強度信号を生成する受光素子である。フォトダイオード３６は、半導体レーザ素子３４ａが発生するレーザ光を受けるための受光面３６ａを有している。フォトダイオード３６は、半導体レーザ素子３４ａに対して光ファイバ５９の反対側に位置するように、搭載部材３５の側面上に搭載されている。搭載部材３５は、フォトダイオード３６の受光面３６ａが所定の軸７０上において半導体レーザ素子３４ａの光反射面６６と光学的に結合されるように、搭載部材３２上に搭載されている。フォトダイオード３６のカソード電極は、ワイヤ４４ｊ及び４４ｆを介してリードピン７５ｄに電気的に接続されている。フォトダイオード３６のアノード電極は、配線パターン及びワイヤ４４ｅを介してリードピン７５ｅに電気的に接続されている。リードピン７５ｄ及び７５ｅは、光モジュール１ａの外部において電流生成回路に接続される。電流生成回路は、フォトダイオード３６から受けた光強度信号に基づいて、半導体レーザ素子３４ａへの駆動電流量を制御する。
【００２５】
第１のレンズ３８は、半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５から出射されるレーザ光をコリメートするための光学部品である。第１のレンズ３８は、所定の軸７０上において半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５と光学的に結合されるように保持部材３７に保持されている。保持部材３７は、搭載部材３２の支持部３２ａに保持されている。
【００２６】
第１のアイソレータ４１ａは、光ファイバ５９からの外部雑音光を遮断するための光学部品である。第１のアイソレータ４１ａは、所定の軸７０上において第１のレンズ３８の前方に配置され、第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５と光学的に結合されている。
【００２７】
ここで、図３は、第１のアイソレータ４１ａの外観を示す斜視図である。図３に示すように、第１のアイソレータ４１ａは円筒状を呈しており、その両端に光入射面８０と光出射面８１とを有している。光入射面８０及び光出射面８１にはレーザ光が通過するアパーチャ７７が設けられている。光入射面８０のアパーチャ７７は、第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａと光学的に結合されており、光出射面８１のアパーチャ７７は、後述する第２のアイソレータ５４ａ及び第２のレンズ５６を介して光ファイバ５９と光学的に結合されている。第１のアイソレータ４１ａは、例えば２枚の偏光子、ファラデー素子、及び磁石（図示せず）を有しており、ファラデー効果を利用して、光入射面８０のアパーチャ７７から入射する光を通過するとともに、光出射面８１のアパーチャ７７から入射する光を遮断するように構成されている。第１のアイソレータ４１ａの中心波長は、半導体レーザ素子３４ａの発光波長と同じ波長の光を遮断するように設定されており、１．５５μｍ帯に含まれている。第１のアイソレータ４１ａは、保持部材３７に挿入されており、ＹＡＧレーザ溶接などによって固定されている。
【００２８】
再び図１及び図２を参照すると、サーミスタ７２は、搭載部材３３上に配置されており、半導体レーザ素子３４ａの温度に応じた電気信号を生成するための素子である。サーミスタ７２の一方の電極は、ワイヤ４４ｈを介してリードピン７５ｂに電気的に接続されている。また、サーミスタ７２の他方の電極は、ワイヤ４４ｉを介してリードピン７５ａに電気的に接続されている。ワイヤ４４ｈ及び４４ｉは、光モジュール１ａの外部に用意される温度制御回路（図示せず）に接続される。この温度制御回路は、サーミスタ７２からの電気信号に基づいて、半導体レーザ素子３４ａの温度を制御するための温度制御信号を生成する回路である。
【００２９】
ペルチェ素子３１（図２参照）は、温度制御回路からの温度制御信号に基づいて、半導体レーザ素子３４ａの温度を変化させるための素子である。ペルチェ素子３１は、パッケージ本体部５ａの底面上に配置されている。ペルチェ素子３１上には、搭載部材３２が載置されている。ペルチェ素子３１のアノード端子は、ワイヤ４４ｄを介してリードピン７５ｆに電気的に接続されている。ペルチェ素子３１のカソード端子は、ワイヤ４４ｃを介してリードピン７５ｇに電気的に接続されている。リードピン７５ｆ及び７５ｇは、温度制御回路に接続されており、温度制御信号を温度制御回路から受ける。
【００３０】
パッケージ本体部５ａの内壁には、筒状部５ｂに通じる部分に、ハーメチックガラス５１で封止された光学的な窓が形成されている。パッケージ５の筒状部５ｂは、パッケージ本体部５ａに通じる貫通孔を有する。この貫通孔を、半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５から光ファイバ５９の端面５９ａへ伝搬するレーザ光が通過する。筒状部５ｂの先端部分には、筒状の保持部材５３がＹＡＧレーザ溶接などによって固定されている。保持部材５３は、内部に第２のアイソレータ５４ａを保持している。
【００３１】
第２のアイソレータ５４ａは、光ファイバ５９からの外部雑音光を遮断するための光学部品である。第２のアイソレータ５４ａは、所定の軸７０上において第１のアイソレータ４１ａの前方に配置され、第１のアイソレータ４１ａ及び第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５と光学的に結合されている。
【００３２】
ここで、図４は、第２のアイソレータ５４ａの外観を示す斜視図である。図４に示すように、第２のアイソレータ５４ａは円筒状を呈しており、その両端に光入射面８２と光出射面８３とを有している。光入射面８２及び光出射面８３にはレーザ光が通過するアパーチャ７９が設けられている。光入射面８２のアパーチャ７９は、第１のアイソレータ４１ａ及び第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａと光学的に結合されている。光出射面８３のアパーチャ７９は、後述する第２のレンズ５６を介して光ファイバ５９と光学的に結合されている。第２のアイソレータ５４ａは、第１のアイソレータ４１ａと同様に、例えば２枚の偏光子、ファラデー素子、及び磁石（図示せず）を有しており、ファラデー効果を利用して、光入射面８２のアパーチャ７９から入射する光を通過し、光出射面８３のアパーチャ７９から入射する光を遮断するように構成されている。第２のアイソレータ５４ａの中心波長は、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短波長の光を遮断するように設定されている。例えば、本実施形態の第２のアイソレータ５４ａの中心波長は、１．４８μｍ帯に含まれるように設定されている。
【００３３】
また、保持部材５３の前面には、保持部材５５がＹＡＧレーザ溶接などによって固定されている。保持部材５５は、内部に第２のレンズ５６を保持している。
第２のレンズ５６は、半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５から出射されるレーザ光を集光して光ファイバ５９の端面５９ａに入射させるための光学部品である。第２のレンズ５６は、所定の軸７０上において、第２のアイソレータ５４ａ、第１のアイソレータ４１ａ、及び第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５と光学的に結合されている。
【００３４】
保持部材５５の前面には、スリーブ５７が固定されている。スリーブ５７には所定の軸７０に沿った貫通孔が形成されており、該貫通孔にフェルール５８が挿入されている。フェルール５８は光ファイバ５９の端部を保持しており、スリーブ５７の貫通孔にフェルール５８が挿入されることによって、所定の軸７０上において光ファイバ５９の端面５９ａと第２のレンズ５６とが光学的に結合される。
【００３５】
以上が、光モジュール１ａの詳細な構成である。次に、図５を参照しながら、光モジュール１ａの動作について説明する。図５は、図１及び図２に示す光モジュール１ａの光結合関係を簡略化したブロック図である。
【００３６】
電流生成回路から半導体レーザ素子３４ａに電流が供給され、信号生成回路から半導体レーザ素子３４ａに変調信号が供給されると、半導体レーザ素子３４ａは、光出射面６５からレーザ光Ｌ１を出射する。また、これと同時に、半導体レーザ素子３４ａは、光反射面６６からモニタ光Ｌ２を出射する。モニタ光Ｌ２は、フォトダイオード３６の受光面３６ａに入射する。フォトダイオード３６は、モニタ光Ｌ２の光強度に応じた光強度信号を生成し、この光強度信号を電流生成回路に提供する。電流生成回路は、フォトダイオード３６からの光強度信号に基づいて、半導体レーザ素子３４ａに供給する電流量を制御する。
【００３７】
また、サーミスタ７２（図１参照）は、半導体レーザ素子３４ａの温度を示す温度信号を生成し、この温度信号を温度制御回路に提供する。温度制御回路は、この温度信号に基づいて温度制御信号を生成し、この温度制御信号をペルチェ素子３１に提供する。ペルチェ素子３１は、温度制御回路からの温度制御信号に基づいて、半導体レーザ素子３４ａの温度を変化させる。こうして、半導体レーザ素子３４ａの温度が所定の一定温度に保たれる。
【００３８】
半導体レーザ素子３４ａから出射されたレーザ光Ｌ１は、第１のレンズ３８によってコリメートされ、第１のアイソレータ４１ａに順方向に入射する。そして、レーザ光Ｌ１は、第１のアイソレータ４１ａを通過し、第２のアイソレータ５４ａに順方向に入射する。レーザ光Ｌ１は、第２のアイソレータ５４ａを通過し、第２のレンズ５６によって集光されて光ファイバ５９の端面５９ａに入射する。レーザ光Ｌ１は、光ファイバ５９を伝搬して光モジュール１ａの外部へ提供される。
【００３９】
ここで、光ファイバ５９の先に接続された光ファイバの融着部分などにおいてレーザ光Ｌ１が反射することにより、或いは光ファイバ内部においてレーザ光Ｌ１がレーリー散乱することにより、レーザ光Ｌ１の戻り光が光ファイバ５９を逆方向に伝搬して光モジュール１ａに外部雑音光Ｌ３として入射する場合がある。
このような、レーザ光Ｌ１に起因する外部雑音光Ｌ３の波長はレーザ光Ｌ１の波長と同じなので、外部雑音光Ｌ３は第１のアイソレータ４１ａによって遮断される。すなわち、第１のアイソレータ４１ａの中心波長は、半導体レーザ素子３４ａの発光波長と同じ波長の光を遮断するように設定されている。従って、レーザ光Ｌ１の波長と同じ波長の外部雑音光Ｌ３は第１のアイソレータ４１ａにおいて遮断されることとなる。
【００４０】
また、光モジュール１ａが接続された光通信システムにおいて、レーザ光Ｌ１の１．５５μｍ帯よりも短い波長帯のレーザ光が用いられている場合がある。例えば、光増幅器を備える光通信システムにおいて光モジュール１ａが光送信装置に用いられている場合に、光増幅器の増幅用光ファイバを励起するために１．４８μｍ帯といった波長帯のレーザ光が用いられている場合がある。このような場合には、この１．４８μｍ帯のレーザ光が光ファイバ５９を逆方向に伝搬して外部雑音光Ｌ４として光モジュール１ａに入射する可能性がある。しかしながら、光モジュール１ａにおいて、第２のアイソレータ５４ａの中心波長は、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短波長である１．４８μｍ帯に含まれている。
従って、外部雑音光Ｌ４は第２のアイソレータ５４ａにおいて遮断されることとなる。
【００４１】
以上に説明した本実施形態による光モジュール１ａは、次の効果を有する。すなわち、本実施形態による光モジュール１ａでは、半導体レーザ素子３４ａが発生するレーザ光Ｌ１に起因する外部雑音光Ｌ３が第１のアイソレータ４１ａにおいて遮断される。そして、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短い波長の外部雑音光Ｌ４が、第２のアイソレータ５４ａにおいて遮断される。従って、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短い波長の外部雑音光Ｌ４が半導体レーザ素子３４ａの活性層に入射することを防止できるので、半導体レーザ素子３４ａの活性層内部のレーザ発振が擾乱される等、外部雑音光Ｌ４による半導体レーザ素子３４ａへの影響を抑えることができる。
【００４２】
また、本実施形態による光モジュール１ａでは、第１のアイソレータ４１ａの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれており、第２のアイソレータ５４ａの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれている。これによって、信号光波長が１．５５μｍ帯に含まれ、励起光波長が１．４８μｍ帯に含まれる光通信システムにおいて、信号光を送信する光送信装置に光モジュール１ａが用いられる場合に、信号光に起因する外部雑音光Ｌ３と励起光に起因する外部雑音光Ｌ４との双方を好適に遮断することができる。
【００４３】
（第１の変形例）
続いて、上記した第１実施形態による光モジュール１ａの変形例を説明する。本変形例による光モジュール１ｂ（図１〜図５参照）は、上記した実施形態による光モジュール１ａと以下の点で異なっている。すなわち、光モジュール１ｂは、半導体レーザ素子３４ａに代えて半導体レーザ素子３４ｂを備えている。また、光モジュール１ｂは、第１のアイソレータ４１ａに代えて第１のアイソレータ４１ｂを備えている。また、光モジュール１ｂは、第２のアイソレータ５４ａに代えて第２のアイソレータ５４ｂを備えている。
【００４４】
半導体レーザ素子３４ｂは、以下の点を除いて第１実施形態の半導体レーザ素子３４ａと同様の構成及び機能を有している。すなわち、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長は、１．４８μｍ帯のうちの所定波長となっている。
【００４５】
また、第１のアイソレータ４１ｂは、以下の点を除いて第１実施形態の第１のアイソレータ４１ａと同様の構成及び機能を有している。すなわち、第１のアイソレータ４１ｂの中心波長は、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長と同じ波長の光を遮断するように設定されている。すなわち、第１のアイソレータ４１ｂの中心波長は、１．４８μｍ帯に含まれるように設定されている。
【００４６】
また、第２のアイソレータ５４ｂは、以下の点を除いて第１実施形態の第２のアイソレータ５４ａと同様の構成及び機能を有している。すなわち、第２のアイソレータ５４ｂの中心波長は、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長よりも長波長の光を遮断するように設定されている。例えば、本実施形態の第２のアイソレータ５４ｂの中心波長は、１．５５μｍ帯に含まれるように設定されている。
【００４７】
以上の構成を有する光モジュール１ｂは、次の動作を行う。すなわち、半導体レーザ素子３４ｂから出射されたレーザ光Ｌ５は、第１のレンズ３８によってコリメートされ、第１のアイソレータ４１ｂ及び第２のアイソレータ５４ｂに順方向に入射した後、第２のレンズ５６によって集光されて光ファイバ５９の端面５９ａに入射する。レーザ光Ｌ５は、光ファイバ５９を伝搬して光モジュール１ｂの外部へ提供される。また、レーザ光Ｌ５に起因する外部雑音光Ｌ６は、第１のアイソレータ４１ｂによって遮断される。
【００４８】
また、光モジュール１ｂが接続された光通信システムにおいて、レーザ光Ｌ５の１．４８μｍ帯よりも長い波長帯のレーザ光が用いられている場合がある。例えば、光増幅器を備える光通信システムにおいて光モジュール１ｂが光増幅器の励起光源として用いられている場合に、光送信装置からの信号光として１．５５μｍ帯といった波長帯のレーザ光が用いられている場合がある。このような場合には、この１．５５μｍ帯のレーザ光が外部雑音光Ｌ７として光モジュール１ｂに入射する可能性がある。しかしながら、光モジュール１ｂにおいて、第２のアイソレータ５４ｂの中心波長は１．５５μｍ帯に含まれているので、外部雑音光Ｌ７は第２のアイソレータ５４ｂにおいて遮断される。
【００４９】
本変形例による光モジュール１ｂは、次の効果を有する。すなわち、本変形例による光モジュール１ｂでは、半導体レーザ素子３４ｂが発生するレーザ光Ｌ５に起因する外部雑音光Ｌ６が第１のアイソレータ４１ｂにおいて遮断される。そして、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長よりも長い波長の外部雑音光Ｌ７が、第２のアイソレータ５４ｂにおいて遮断される。従って、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長よりも長い波長の外部雑音光Ｌ７が半導体レーザ素子３４ｂの活性層を透過してフォトダイオード３６に入射することを防止できるので、フォトダイオード３６が光強度信号を精度良く生成することができる。これにより、フォトダイオード３６からの光強度信号に基づいて半導体レーザ素子３４ｂの発光状態を制御する際に、外部雑音光Ｌ７による影響を抑えることができる。
【００５０】
また、本変形例による光モジュール１ｂでは、第１のアイソレータ４１ｂの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれており、第２のアイソレータ５４ｂの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれている。これによって、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光通信システムにおいて、励起光を発生する励起光源に光モジュール１ｂが用いられる場合に、信号光に起因する外部雑音光Ｌ７と励起光に起因する外部雑音光Ｌ６との双方を好適に遮断することができる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明による光モジュールの第２実施形態を示す断面図である。本実施形態による光モジュール２ａは、前述した第１実施形態の光モジュール１ａと以下の点において異なっている。すなわち、図６を参照すると、光モジュール２ａは、第１実施形態の第２のアイソレータ５４ａを備えていない。また、光モジュール２ａは保持部材５３を備えておらず、第２のレンズ５６を保持する保持部材５５はパッケージ５の筒状部５ｂの先端に固定されている。
【００５２】
また、光モジュール２ａは、第２のアイソレータ６３ａを備えている。第２のアイソレータ６３ａは、光ファイバ５９からの外部雑音光を遮断するための光学部品である。第２のアイソレータ６３ａは、所定の軸７０上において第２のレンズ５６の前方に配置され、第２のレンズ５６、第１のアイソレータ４１ａ、及び第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５と光学的に結合されている。すなわち、本実施形態では、第１のアイソレータ４１ａが、第１のレンズ３８と第２のレンズ５６との間に設けられており、第２のアイソレータ６３ａが、第２のレンズ５６と光ファイバ５９との間に設けられている。
【００５３】
本実施形態においては、第２のアイソレータ６３ａは、光ファイバ５９の端部を保持するフェルール５８に固定されており、光ファイバ５９の端面５９ａを覆っている。そして、第２のアイソレータ６３ａは、フェルール５８とともにスリーブ６２の貫通孔に挿入されている。
【００５４】
第２のアイソレータ６３ａの中心波長は、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短波長の光を遮断するように設定されている。例えば、本実施形態の第２のアイソレータ６３ａの中心波長は、１．４８μｍ帯に含まれるように設定されている。
【００５５】
ここで、図７は、光モジュール２ａの光学的結合関係を簡略的に示したブロック図である。以下、光モジュール２ａの動作について図７を参照しながら説明する。ただし、第１実施形態の光モジュール１ａの動作と重複する動作については、説明を省略している。
【００５６】
半導体レーザ素子３４ａは、波長１．５５μｍ帯のレーザ光Ｌ１を出射する。レーザ光Ｌ１は、第１のレンズ３８によってコリメートされ、第１のアイソレータ４１ａに順方向に入射する。そして、レーザ光Ｌ１は、第１のアイソレータ４１ａを通過し、第２のレンズ５６によって集光される。このとき、集光点は光ファイバ５９の端面５９ａとなっている。第２のレンズ５６を通過したレーザ光Ｌ１は、第２のアイソレータ６３ａに順方向に入射する。レーザ光Ｌ１は、第２のアイソレータ６３ａを通過し、光ファイバ５９の端面５９ａに入射する。レーザ光Ｌ１は、光ファイバ５９を伝搬して光モジュール２ａの外部へ提供される。
【００５７】
レーザ光Ｌ１の戻り光など、レーザ光Ｌ１に起因する外部雑音光Ｌ３が光ファイバ５９を逆方向に伝搬して光モジュール２ａに入射した場合、外部雑音光Ｌ３は第１のアイソレータ４１ａによって遮断される。
【００５８】
また、光増幅器を備える光通信システムにおいて光モジュール２ａが光送信装置に用いられている場合に、励起光源から出射された１．４８μｍ帯のレーザ光が、外部雑音光Ｌ４として光ファイバ５９を逆方向に伝搬して光モジュール２ａに入射する可能性がある。光モジュール２ａにおいて、第２のアイソレータ６３ａの中心波長は１．４８μｍ帯に含まれているので、外部雑音光Ｌ４は第２のアイソレータ６３ａにおいて遮断される。
【００５９】
以上に説明した本実施形態による光モジュール２ａは、次の効果を有する。すなわち、本実施形態による光モジュール２ａでは、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短い波長の外部雑音光Ｌ４が、第２のアイソレータ６３ａにおいて遮断される。従って、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短い波長の外部雑音光Ｌ４が半導体レーザ素子３４ａの活性層に入射することを防止できるので、半導体レーザ素子３４ａの活性層内部のレーザ発振が擾乱される等、外部雑音光Ｌ４による半導体レーザ素子３４ａへの影響を抑えることができる。
【００６０】
（第２の変形例）
続いて、上記した第２実施形態による光モジュール２ａの変形例を説明する。本変形例による光モジュール２ｂ（図６及び図７参照）は、上記した実施形態による光モジュール２ａと以下の点で異なっている。すなわち、光モジュール２ｂは、半導体レーザ素子３４ａに代えて半導体レーザ素子３４ｂを備えている。また、光モジュール２ｂは、第１のアイソレータ４１ａに代えて第１のアイソレータ４１ｂを備えている。また、光モジュール２ｂは、第２のアイソレータ６３ａに代えて第２のアイソレータ６３ｂを備えている。
【００６１】
半導体レーザ素子３４ｂは、以下の点を除いて第２実施形態の半導体レーザ素子３４ａと同様の構成及び機能を有している。すなわち、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長は、１．４８μｍ帯のうちの所定波長となっている。
【００６２】
また、第１のアイソレータ４１ｂ及び第２のアイソレータ６３ｂは、以下の点を除いて上記実施形態の第１のアイソレータ４１ａ及び第２のアイソレータ６３ａと同様の構成及び機能を有している。すなわち、第１のアイソレータ４１ｂの中心波長は、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長と同じ波長の光を遮断するように設定されており、１．４８μｍ帯に含まれるように設定されている。また、第２のアイソレータ５４ｂの中心波長は、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長よりも長波長の光を遮断するように設定されている。例えば、本変形例の第２のアイソレータ６３ｂの中心波長は、１．５５μｍ帯に含まれるように設定されている。
【００６３】
以上の構成を有する光モジュール２ｂは、次の動作を行う。すなわち、半導体レーザ素子３４ｂから出射されたレーザ光Ｌ５は、第１のレンズ３８によってコリメートされ、第１のアイソレータ４１ｂを通過する。そして、レーザ光Ｌ５は、第２のレンズ５６によって集光され、第２のアイソレータ６３ｂを通過した後、光ファイバ５９の端面５９ａに入射する。レーザ光Ｌ５は、光ファイバ５９を伝搬して光モジュール２ｂの外部へ提供される。また、レーザ光Ｌ５に起因する外部雑音光Ｌ６は、第１のアイソレータ４１ｂによって遮断される。
【００６４】
また、光増幅器を備える光通信システムにおいて光モジュール２ｂが光増幅器の励起光源として用いられている場合に、光送信装置から出射された１．５５μｍ帯の信号光が外部雑音光Ｌ７として光モジュール２ｂに入射する可能性がある。光モジュール２ｂでは、第２のアイソレータ６３ｂの中心波長が、１．５５μｍ帯に含まれているので、外部雑音光Ｌ７は第２のアイソレータ６３ｂにおいて遮断される。
【００６５】
本変形例による光モジュール２ｂは、前述した第１の変形例による光モジュール１ｂと同様の効果を有する。すなわち、本変形例による光モジュール２ｂによれば、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長よりも長い波長の外部雑音光Ｌ７が半導体レーザ素子３４ｂの活性層を透過してフォトダイオード３６に入射することを防止できる。これにより、フォトダイオード３６からの光強度信号に基づいて半導体レーザ素子３４ｂの発光状態を制御する際に、外部雑音光Ｌ７による影響を抑えることができる。また、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光通信システムにおいて、励起光を発生する励起光源に光モジュール２ｂが用いられる場合に、信号光に起因する外部雑音光Ｌ７と励起光に起因する外部雑音光Ｌ６との双方を好適に遮断することができる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
図８は、本発明による光増幅器を備える光通信システムの第３実施形態を示す構成図である。図８を参照すると、光通信システム１００は、光送信装置１０１及び光増幅器１０８を備えている。
【００６７】
光送信装置１０１は、波長１．５５μｍ帯の信号光Ｌ１０を送信するための装置である。光送信装置１０１は、第１実施形態による光モジュール１ａまたは第２実施形態による光モジュール２ａを備えている。光送信装置１０１は出力１０１ａを有しており、出力１０１ａは光ファイバ１０７ａといった光伝送媒体に光学的に結合されている。光送信装置１０１は、出力１０１ａから光ファイバ１０７ａへ信号光Ｌ１０を送信する。
【００６８】
光増幅器１０８は、順方向からの励起光Ｌ１１及び逆方向からの励起光Ｌ１２によって励起される双方向励起のＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）である。光増幅器１０８は、第１の励起光源１０２、第２の励起光源１０６、第１のカプラ１０３、第２のカプラ１０５、及び増幅用光ファイバ１０４を備えている。
【００６９】
増幅用光ファイバ１０４としては、Ｅｒが所定の添加量で添加された石英系の光ファイバであるＥｒ添加光ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）が用いられている。Ｅｒ添加光ファイバは、所定の信号光波長帯域内（例えば、１．５５μｍ帯）にある信号光を、例えば波長１．４８μｍ帯の励起光によって増幅することが可能な光ファイバである。増幅用光ファイバ１０４は、第１の励起光源１０２からの励起光Ｌ１１及び第２の励起光源１０６からの励起光Ｌ１２により励起されて光送信装置１０１からの信号光Ｌ１０を増幅する。
【００７０】
第１の励起光源１０２は、波長１．４８μｍ帯の励起光Ｌ１１を増幅用光ファイバ１０４に供給するための手段である。第１の励起光源１０２は、第１の変形例による光モジュール１ｂまたは第２の変形例による光モジュール２ｂを備えている。第１の励起光源１０２は出力１０２ａを有しており、出力１０２ａは光ファイバ１０７ｂに光学的に結合されている。第１の励起光源１０２は、出力１０２ａから光ファイバ１０７ｂへ励起光Ｌ１１を出射する。
【００７１】
第１のカプラ１０３は、光送信装置１０１からの信号光Ｌ１０を増幅用光ファイバ１０４へと通過させるとともに、第１の励起光源１０２から供給された励起光Ｌ１１を増幅用光ファイバ１０４へと順方向に合波させる手段である。第１のカプラ１０３は、入出力端１０３ａ〜１０３ｃを有している。入出力端１０３ａ及び１０３ｂは、それぞれ光ファイバ１０７ａ及び１０７ｂと光学的に結合されている。入出力端１０３ｃは、増幅用光ファイバ１０４と光学的に結合されている。第１のカプラ１０３は、光送信装置１０１から光ファイバ１０７ａを介して入出力端１０３ａに受けた信号光Ｌ１０を、入出力端１０３ｃから増幅用光ファイバ１０４へ通過させる。また、第１のカプラ１０３は、励起光源１０２から光ファイバ１０７ｂを介して入出力端１０３ｂに受けた励起光Ｌ１１を、信号光Ｌ１０に合波させて入出力端１０３ｃから増幅用光ファイバ１０４へ伝搬させる。
【００７２】
第２の励起光源１０６は、波長１．４８μｍ帯の励起光Ｌ１２を、信号光Ｌ１０とは逆の方向から増幅用光ファイバ１０４に提供するための装置である。第２の励起光源１０６は、第１の変形例による光モジュール１ｂまたは第２の変形例による光モジュール２ｂを備えている。第２の励起光源１０６は出力１０６ａを有しており、出力１０６ａは光ファイバ１０７ｃに光学的に結合されている。第２の励起光源１０６は、出力１０６ａから光ファイバ１０７ｃへ励起光Ｌ１２を出射する。
【００７３】
第２のカプラ１０５は、増幅用光ファイバ１０４からの増幅された信号光Ｌ１３を順方向に通過させるとともに、第２の励起光源１０６から供給された励起光Ｌ１２を増幅用光ファイバ１０４へと逆方向に合波させる手段である。第２のカプラ１０５は、入出力端１０５ａ〜１０５ｃを有している。入出力端１０５ａ及び１０５ｃは、それぞれ増幅用光ファイバ１０４及び光ファイバ１０７ｃと光学的に結合されている。入出力端１０３ｃは、光ファイバ１０７ｄと光学的に結合されている。第２のカプラ１０５は、増幅用光ファイバ１０４から入出力端１０５ａに受けた信号光Ｌ１３を、入出力端１０５ｂから光ファイバ１０７ｄへ通過させる。また、第２のカプラ１０５は、励起光源１０６から光ファイバ１０７ｃを介して入出力端１０５ｃに受けた励起光Ｌ１２を、入出力端１０５ａから増幅用光ファイバ１０４へ伝搬させる。
【００７４】
上記した構成の光通信システム１００において、光送信装置１０１から信号光Ｌ１０が送信されると、信号光Ｌ１０は第１のカプラ１０３を通過して増幅用光ファイバ１０４に達する。また、第１の励起光源１０２から励起光Ｌ１１が出射されると、励起光Ｌ１１は第１のカプラ１０３によって信号光Ｌ１０と合波されて増幅用光ファイバ１０４に達する。また、第２の励起光源１０６から励起光Ｌ１２が出射されると、励起光Ｌ１２は第２のカプラ１０５によって逆方向に合波されて増幅用光ファイバ１０４に達する。増幅用光ファイバ１０４は、励起光Ｌ１１及びＬ１２によって励起され、信号光Ｌ１０を増幅する。増幅用光ファイバ１０４によって増幅された信号光Ｌ１３は、第２のカプラ１０５を通過した後、光ファイバ１０７ｄを介して図示しない光受信装置へ送信される。
【００７５】
以上説明した本実施形態による光増幅器１０８は、以下の効果を有する。すなわち、光増幅器１０８では、第１の変形例の光モジュール１ｂまたは第２の変形例の光モジュール２ｂが励起光源１０２及び１０６に用いられている。これにより、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光通信システム１００において光増幅器１０８が使用される場合に、励起光源１０２及び１０６において、信号光Ｌ１０に起因する外部雑音光と励起光Ｌ１１及びＬ１２に起因する外部雑音光との双方を好適に遮断できる。従って、本実施形態による光増幅器１０８によれば、励起光源１０２及び１０６内部の半導体レーザ素子の発光状態を制御する際に、信号光Ｌ１０に起因する外部雑音光による影響を抑えることができる。
【００７６】
本発明による光モジュール及び光増幅器は、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、半導体レーザ素子の発光波長及び第１のアイソレータの中心波長は、１．５５μｍ帯及び１．４８μｍ帯に限らず、他の様々な波長帯に含まれるように設定することができる。また、第２のアイソレータの中心波長についても、半導体レーザ素子の発光波長よりも短い（あるいは長い）波長帯であれば、１．４８μｍ帯及び１．５５μｍ帯に限らず、他の様々な波長帯に含まれるように設定することができる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明による光モジュール及び光増幅器によれば、半導体レーザ素子の発光波長とは異なる波長の外部雑音光による半導体レーザ素子への影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による光モジュールの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示す光モジュールのＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図３】図３は、第１のアイソレータの外観を示す斜視図である。
【図４】図４は、第２のアイソレータの外観を示す斜視図である。
【図５】図５は、図１及び図２に示す光モジュールの光結合関係を簡略化したブロック図である。
【図６】図６は、本発明による光モジュールの第２実施形態を示す断面図である。
【図７】図７は、図６に示す光モジュールの光学的結合関係を簡略的に示したブロック図である。
【図８】図８は、本発明による光増幅器を備える光通信システムの第３実施形態を示す構成図である。
【図９】図９は、中心波長が１．５５μｍ帯のアイソレータのアイソレーション特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ…光モジュール、３…主要部、５…パッケージ、５ａ…パッケージ本体部、５ｂ…筒状部、３１…ペルチェ素子、３２、３３、３５…搭載部材、３２ａ…支持部、３４ａ、３４ｂ…半導体レーザ素子、３６…フォトダイオード、３６ａ…受光面、３７、５３、５５…保持部材、３８…第１のレンズ、４１ａ、４１ｂ…第１のアイソレータ、４４ａ〜４４ｋ…ワイヤ、５１…ハーメチックガラス、５４ａ、５４ｂ、６３ａ、６３ｂ…第２のアイソレータ、５６…第２のレンズ、５７、６２…スリーブ、５８…フェルール、５９…光ファイバ、６５…光出射面、６６…光反射面、７０…所定の軸、７２…サーミスタ、７５ａ〜７５ｎ…リードピン、７７、７９…アパーチャ、１００…光通信システム、１０１…光送信装置、１０２…第１の励起光源、１０３…第１のカプラ、１０４…増幅用光ファイバ、１０５…第２のカプラ、１０６…第２の励起光源、１０７ａ〜１０７ｄ…光ファイバ、１０８…光増幅器。
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を発生する光モジュール、及び該光モジュールを備える光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいては、例えば光モジュールから出射されたレーザ光が光ファイバ伝送路同士の融着部分などにおいて反射されること等により、光モジュールへの戻り光が発生する。この戻り光が光送信装置の半導体レーザ素子などへ外部雑音光として入射すると、半導体レーザ素子の発光特性に悪影響を及ぼすこととなる。従って、半導体レーザ素子に戻り光などの外部雑音光が入射することを防ぐために、外部雑音光を遮断するためのアイソレータが設けられる（例えば、特許文献１及び２参照）。アイソレータの遮光特性は外部雑音光の波長に依存するので、通常、レーザ光の波長に応じてアイソレータの遮光特性における中心波長が決定される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０７−１０７０４１号公報
【特許文献２】
特開平１０−２９００５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば特許文献１及び２に開示された装置及び光モジュールにおいては、半導体レーザ素子の発光波長とは異なる波長の外部雑音光を遮断することに関しては何ら考慮されていない。発光波長よりも短波長の外部雑音光が半導体レーザ素子の活性層に入射すると、活性層内部のレーザ発振が擾乱されて半導体レーザ素子の発光特性が劣化する恐れがある。また、発光波長よりも長波長の外部雑音光は、活性層を透過してレーザ光強度をモニタするためのモニタ用受光素子へ入射する。これにより、モニタ用受光素子のモニタ精度が悪化し、半導体レーザ素子の発光状態を精度良く制御できない恐れがある。
【０００５】
例えば、光通信システムが、希土類元素をドープした光ファイバを用いた光増幅器を備えているような場合に、上記した問題が顕著となる。すなわち、このような光通信システムにおいては、希土類元素を励起するための励起光を発生する励起光源が用いられるので、信号光を発生する光送信装置においては励起光が外部雑音光となり、励起光源においては信号光が外部雑音光となり得る。
【０００６】
このような光通信システムにおいては、励起光の波長として１．４８μｍ帯が用いられ、信号光の波長として１．５５μ帯が用いられることが多い。ここで、図９は、中心波長が１．５５μｍ帯のアイソレータの遮光特性の一例を示すグラフである。このグラフからわかるように、中心波長が１．５５μｍ帯のアイソレータでは、１．４８μｍ帯の外部雑音光を充分に遮断できない可能性がある。また、図示しないが、中心波長が１．４８μｍ帯のアイソレータについても同様であり、１．５５μｍ帯の外部雑音光を充分に遮断できない可能性がある。従って、光送信装置側のアイソレータは励起光に起因する外部雑音光を充分に遮断できないおそれがあり、充分に遮断できない場合にはレーザ発振が擾乱されて半導体レーザ素子の発光特性が劣化する。また、励起光源側のアイソレータは信号光に起因する外部雑音光を充分に遮断できないおそれがあり、充分に遮断できない場合には半導体レーザ素子の発光状態を精度良く制御できなくなる。
【０００７】
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、半導体レーザ素子の発光波長とは異なる波長の外部雑音光による半導体レーザ素子への影響を抑えることができる光モジュール及び光増幅器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による光モジュールは、レーザ光を発生する半導体レーザ素子と、レーザ光を伝搬する光ファイバと、レーザ光の光軸上に配置され、半導体レーザ素子からのレーザ光を通過させるとともに光ファイバからの光を遮断する第１のアイソレータ及び第２のアイソレータとを備え、第１のアイソレータが半導体レーザ素子の発光波長と同じ波長の光を遮断するように第１のアイソレータの中心波長が設定されており、第２のアイソレータが半導体レーザ素子の発光波長よりも短波長の光を遮断するように第２のアイソレータの中心波長が設定されていることを特徴とする。
【０００９】
上記した光モジュールでは、半導体レーザ素子の発光波長よりも短い波長の外部雑音光が、第２のアイソレータにおいて遮断される。従って、半導体レーザ素子の発光波長よりも短い波長の外部雑音光が半導体レーザ素子に入射することを防止できるので、半導体レーザ素子内部のレーザ発振が擾乱される等、このような外部雑音光による半導体レーザ素子への影響を抑えることができる。
【００１０】
また、光モジュールは、第１のアイソレータの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれており、第２のアイソレータの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれていることを特徴としてもよい。これによって、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光通信システムの光送信装置において、信号光に起因する外部雑音光と励起光に起因する外部雑音光との双方を好適に遮断できる光モジュールを提供できる。
【００１１】
また、本発明による光モジュールは、レーザ光を発生する半導体レーザ素子と、レーザ光を伝搬する光ファイバと、レーザ光の光軸上に配置され、半導体レーザ素子からのレーザ光を通過させるとともに光ファイバからの光を遮断する第１のアイソレータ及び第２のアイソレータと、レーザ光の光軸上において、半導体レーザ素子に対して光ファイバの反対側に配置された受光素子とを備え、第１のアイソレータが半導体レーザ素子の発光波長と同じ波長の光を遮断するように第１のアイソレータの中心波長が設定されており、第２のアイソレータが半導体レーザ素子の発光波長よりも長波長の光を遮断するように第２のアイソレータの中心波長が設定されていることを特徴とする。
【００１２】
上記した光モジュールでは、半導体レーザ素子の発光波長よりも長い波長の外部雑音光が、第２のアイソレータにおいて遮断される。従って、半導体レーザ素子の発光波長よりも長い波長の外部雑音光が半導体レーザ素子を透過して受光素子に入射することを防止できるので、受光素子におけるレーザ光強度検出結果に基づいて半導体レーザ素子の発光状態を制御する際に、外部雑音光による影響を抑えることができる。
【００１３】
また、光モジュールは、第１のアイソレータの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれており、第２のアイソレータの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれていることを特徴としてもよい。これによって、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光通信システムの励起光源において、信号光に起因する外部雑音光と励起光に起因する外部雑音光との双方を好適に遮断できる光モジュールを提供できる。
【００１４】
また、光モジュールは、レーザ光の光軸上に配置され、半導体レーザ素子からのレーザ光をコリメートする第１のレンズと、レーザ光の光軸上において第１のレンズと光ファイバとの間に配置され、第１のレンズによりコリメートされたレーザ光を集光して該レーザ光を光ファイバへ提供する第２のレンズとをさらに備え、第１のアイソレータ及び第２のアイソレータが、第１のレンズと第２のレンズとの間に設けられていることが好ましい。
【００１５】
また、光モジュールは、レーザ光の光軸上に配置され、半導体レーザ素子からのレーザ光をコリメートする第１のレンズと、レーザ光の光軸上において第１のレンズと光ファイバとの間に配置され、第１のレンズによりコリメートされたレーザ光を集光して該レーザ光を光ファイバへ提供する第２のレンズとをさらに備え、第１のアイソレータが、第１のレンズと第２のレンズとの間に設けられており、第２のアイソレータが、第２のレンズと光ファイバとの間に設けられていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明による光増幅器は、光送信装置からの信号光を増幅する光増幅器であって、第１のアイソレータの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれており、第２のアイソレータの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれている光モジュールを有する励起光源と、光送信装置及び励起光源と光学的に結合されており、励起光源から励起光を受けることにより光送信装置からの信号光を増幅する増幅用光ファイバとを備えることを特徴とする。
【００１７】
上記した光増幅器によれば、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光増幅器の励起光源において、信号光に起因する外部雑音光と励起光に起因する外部雑音光との双方が好適に遮断される。従って、励起光源内部の半導体レーザ素子の発光状態を制御する際に、信号光に起因する外部雑音光による影響を抑えることができる光増幅器を実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明においては、光モジュールがレーザ光を出射する方向を前方と定義する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による光モジュールの第１実施形態を示す平面図である。また、図２は、図１に示す光モジュール１ａのＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【００２０】
図１及び図２を参照すると、光モジュール１ａは、主要部３及びパッケージ５を備えている。パッケージ５は、本実施形態ではバタフライ型パッケージといった容器である。パッケージ５は、主要部３を収納しているパッケージ本体部５ａ、レーザ光を主要部３から光ファイバ５９へ導く筒状部５ｂ、及び複数のリードピン７５ａ〜７５ｎを備えている。主要部３は、パッケージ本体部５ａ内の底面上に配置されている。主要部３は、不活性ガス、例えば窒素ガスが封入された状態でパッケージ本体部５ａ内に封止されている。
【００２１】
主要部３は、ペルチェ素子３１、半導体レーザ素子３４ａ、フォトダイオード３６といった受光素子、第１のレンズ３８、第１のアイソレータ４１ａ、及びサーミスタ７２といった温度検知素子を有している。また、主要部３は、搭載部材３２、３３、３５、及び保持部材３７を有している。第１のアイソレータ４１ａ、第１のレンズ３８、半導体レーザ素子３４ａ、及びフォトダイオード３６は、光ファイバ５９の中心軸、及び半導体レーザ素子３４ａから出射されるレーザ光の光軸と一致する所定の軸７０上に前から順に配置されている。また、第１のアイソレータ４１ａは、後述する第２のアイソレータ５４ａとともに、所定の軸７０上において第１のレンズ３８と第２のレンズ５６（後述）との間に配置されている。
【００２２】
半導体レーザ素子３４ａは、搭載部材３３上に搭載されている。半導体レーザ素子３４ａは、活性層（図示せず）を有するとともに、該活性層を挟んで光共振器を構成する光出射面６５および光反射面６６（図２を参照）を有している。半導体レーザ素子３４ａの発光波長は、波長１．５５μｍ帯の波長範囲のうちの所定波長となっている。すなわち、半導体レーザ素子３４ａの発光波長は半導体レーザ素子３４ａの活性層のバンドギャップ波長によって決まるので、半導体レーザ素子３４ａの活性層のバンドギャップ波長が１．５５μｍ帯の波長範囲のうちの所定波長となっている。半導体レーザ素子３４ａのカソード端子は、配線パターン及びワイヤ４４ｇを介してリードピン７５ｃに電気的に接続されている。また、半導体レーザ素子３４ａのカソード端子は、配線パターン及びワイヤ４４ｂを介してリードピン７５ｊに電気的に接続されている。半導体レーザ素子３４ａのアノード端子は、配線パターン及びワイヤ４４ｋ、４４ａを介してリードピン７５ｉに電気的に接続されている。
【００２３】
リードピン７５ｃは、光モジュール１ａの外部に用意される電流生成回路（図示せず）に接続される。この電流生成回路は、半導体レーザ素子３４ａを発光させるためのバイアス電流を半導体レーザ素子３４ａに供給するための回路である。また、リードピン７５ｊは、光モジュール１ａの外部に用意される信号生成回路（図示せず）に電気的に接続される。この信号生成回路は、電流生成回路から送られるバイアス電流を変調して、半導体レーザ素子３４ａが送信光を生成するための周期的な電気信号を半導体レーザ素子３４ａに供給するための回路である。また、リードピン７５ｉは、光モジュール１ａの外部回路において基準電位（ＧＮＤ）に接続される。
【００２４】
フォトダイオード３６は、半導体レーザ素子３４ａが発生するレーザ光の光強度に応じた光強度信号を生成する受光素子である。フォトダイオード３６は、半導体レーザ素子３４ａが発生するレーザ光を受けるための受光面３６ａを有している。フォトダイオード３６は、半導体レーザ素子３４ａに対して光ファイバ５９の反対側に位置するように、搭載部材３５の側面上に搭載されている。搭載部材３５は、フォトダイオード３６の受光面３６ａが所定の軸７０上において半導体レーザ素子３４ａの光反射面６６と光学的に結合されるように、搭載部材３２上に搭載されている。フォトダイオード３６のカソード電極は、ワイヤ４４ｊ及び４４ｆを介してリードピン７５ｄに電気的に接続されている。フォトダイオード３６のアノード電極は、配線パターン及びワイヤ４４ｅを介してリードピン７５ｅに電気的に接続されている。リードピン７５ｄ及び７５ｅは、光モジュール１ａの外部において電流生成回路に接続される。電流生成回路は、フォトダイオード３６から受けた光強度信号に基づいて、半導体レーザ素子３４ａへの駆動電流量を制御する。
【００２５】
第１のレンズ３８は、半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５から出射されるレーザ光をコリメートするための光学部品である。第１のレンズ３８は、所定の軸７０上において半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５と光学的に結合されるように保持部材３７に保持されている。保持部材３７は、搭載部材３２の支持部３２ａに保持されている。
【００２６】
第１のアイソレータ４１ａは、光ファイバ５９からの外部雑音光を遮断するための光学部品である。第１のアイソレータ４１ａは、所定の軸７０上において第１のレンズ３８の前方に配置され、第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５と光学的に結合されている。
【００２７】
ここで、図３は、第１のアイソレータ４１ａの外観を示す斜視図である。図３に示すように、第１のアイソレータ４１ａは円筒状を呈しており、その両端に光入射面８０と光出射面８１とを有している。光入射面８０及び光出射面８１にはレーザ光が通過するアパーチャ７７が設けられている。光入射面８０のアパーチャ７７は、第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａと光学的に結合されており、光出射面８１のアパーチャ７７は、後述する第２のアイソレータ５４ａ及び第２のレンズ５６を介して光ファイバ５９と光学的に結合されている。第１のアイソレータ４１ａは、例えば２枚の偏光子、ファラデー素子、及び磁石（図示せず）を有しており、ファラデー効果を利用して、光入射面８０のアパーチャ７７から入射する光を通過するとともに、光出射面８１のアパーチャ７７から入射する光を遮断するように構成されている。第１のアイソレータ４１ａの中心波長は、半導体レーザ素子３４ａの発光波長と同じ波長の光を遮断するように設定されており、１．５５μｍ帯に含まれている。第１のアイソレータ４１ａは、保持部材３７に挿入されており、ＹＡＧレーザ溶接などによって固定されている。
【００２８】
再び図１及び図２を参照すると、サーミスタ７２は、搭載部材３３上に配置されており、半導体レーザ素子３４ａの温度に応じた電気信号を生成するための素子である。サーミスタ７２の一方の電極は、ワイヤ４４ｈを介してリードピン７５ｂに電気的に接続されている。また、サーミスタ７２の他方の電極は、ワイヤ４４ｉを介してリードピン７５ａに電気的に接続されている。ワイヤ４４ｈ及び４４ｉは、光モジュール１ａの外部に用意される温度制御回路（図示せず）に接続される。この温度制御回路は、サーミスタ７２からの電気信号に基づいて、半導体レーザ素子３４ａの温度を制御するための温度制御信号を生成する回路である。
【００２９】
ペルチェ素子３１（図２参照）は、温度制御回路からの温度制御信号に基づいて、半導体レーザ素子３４ａの温度を変化させるための素子である。ペルチェ素子３１は、パッケージ本体部５ａの底面上に配置されている。ペルチェ素子３１上には、搭載部材３２が載置されている。ペルチェ素子３１のアノード端子は、ワイヤ４４ｄを介してリードピン７５ｆに電気的に接続されている。ペルチェ素子３１のカソード端子は、ワイヤ４４ｃを介してリードピン７５ｇに電気的に接続されている。リードピン７５ｆ及び７５ｇは、温度制御回路に接続されており、温度制御信号を温度制御回路から受ける。
【００３０】
パッケージ本体部５ａの内壁には、筒状部５ｂに通じる部分に、ハーメチックガラス５１で封止された光学的な窓が形成されている。パッケージ５の筒状部５ｂは、パッケージ本体部５ａに通じる貫通孔を有する。この貫通孔を、半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５から光ファイバ５９の端面５９ａへ伝搬するレーザ光が通過する。筒状部５ｂの先端部分には、筒状の保持部材５３がＹＡＧレーザ溶接などによって固定されている。保持部材５３は、内部に第２のアイソレータ５４ａを保持している。
【００３１】
第２のアイソレータ５４ａは、光ファイバ５９からの外部雑音光を遮断するための光学部品である。第２のアイソレータ５４ａは、所定の軸７０上において第１のアイソレータ４１ａの前方に配置され、第１のアイソレータ４１ａ及び第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５と光学的に結合されている。
【００３２】
ここで、図４は、第２のアイソレータ５４ａの外観を示す斜視図である。図４に示すように、第２のアイソレータ５４ａは円筒状を呈しており、その両端に光入射面８２と光出射面８３とを有している。光入射面８２及び光出射面８３にはレーザ光が通過するアパーチャ７９が設けられている。光入射面８２のアパーチャ７９は、第１のアイソレータ４１ａ及び第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａと光学的に結合されている。光出射面８３のアパーチャ７９は、後述する第２のレンズ５６を介して光ファイバ５９と光学的に結合されている。第２のアイソレータ５４ａは、第１のアイソレータ４１ａと同様に、例えば２枚の偏光子、ファラデー素子、及び磁石（図示せず）を有しており、ファラデー効果を利用して、光入射面８２のアパーチャ７９から入射する光を通過し、光出射面８３のアパーチャ７９から入射する光を遮断するように構成されている。第２のアイソレータ５４ａの中心波長は、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短波長の光を遮断するように設定されている。例えば、本実施形態の第２のアイソレータ５４ａの中心波長は、１．４８μｍ帯に含まれるように設定されている。
【００３３】
また、保持部材５３の前面には、保持部材５５がＹＡＧレーザ溶接などによって固定されている。保持部材５５は、内部に第２のレンズ５６を保持している。
第２のレンズ５６は、半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５から出射されるレーザ光を集光して光ファイバ５９の端面５９ａに入射させるための光学部品である。第２のレンズ５６は、所定の軸７０上において、第２のアイソレータ５４ａ、第１のアイソレータ４１ａ、及び第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５と光学的に結合されている。
【００３４】
保持部材５５の前面には、スリーブ５７が固定されている。スリーブ５７には所定の軸７０に沿った貫通孔が形成されており、該貫通孔にフェルール５８が挿入されている。フェルール５８は光ファイバ５９の端部を保持しており、スリーブ５７の貫通孔にフェルール５８が挿入されることによって、所定の軸７０上において光ファイバ５９の端面５９ａと第２のレンズ５６とが光学的に結合される。
【００３５】
以上が、光モジュール１ａの詳細な構成である。次に、図５を参照しながら、光モジュール１ａの動作について説明する。図５は、図１及び図２に示す光モジュール１ａの光結合関係を簡略化したブロック図である。
【００３６】
電流生成回路から半導体レーザ素子３４ａに電流が供給され、信号生成回路から半導体レーザ素子３４ａに変調信号が供給されると、半導体レーザ素子３４ａは、光出射面６５からレーザ光Ｌ１を出射する。また、これと同時に、半導体レーザ素子３４ａは、光反射面６６からモニタ光Ｌ２を出射する。モニタ光Ｌ２は、フォトダイオード３６の受光面３６ａに入射する。フォトダイオード３６は、モニタ光Ｌ２の光強度に応じた光強度信号を生成し、この光強度信号を電流生成回路に提供する。電流生成回路は、フォトダイオード３６からの光強度信号に基づいて、半導体レーザ素子３４ａに供給する電流量を制御する。
【００３７】
また、サーミスタ７２（図１参照）は、半導体レーザ素子３４ａの温度を示す温度信号を生成し、この温度信号を温度制御回路に提供する。温度制御回路は、この温度信号に基づいて温度制御信号を生成し、この温度制御信号をペルチェ素子３１に提供する。ペルチェ素子３１は、温度制御回路からの温度制御信号に基づいて、半導体レーザ素子３４ａの温度を変化させる。こうして、半導体レーザ素子３４ａの温度が所定の一定温度に保たれる。
【００３８】
半導体レーザ素子３４ａから出射されたレーザ光Ｌ１は、第１のレンズ３８によってコリメートされ、第１のアイソレータ４１ａに順方向に入射する。そして、レーザ光Ｌ１は、第１のアイソレータ４１ａを通過し、第２のアイソレータ５４ａに順方向に入射する。レーザ光Ｌ１は、第２のアイソレータ５４ａを通過し、第２のレンズ５６によって集光されて光ファイバ５９の端面５９ａに入射する。レーザ光Ｌ１は、光ファイバ５９を伝搬して光モジュール１ａの外部へ提供される。
【００３９】
ここで、光ファイバ５９の先に接続された光ファイバの融着部分などにおいてレーザ光Ｌ１が反射することにより、或いは光ファイバ内部においてレーザ光Ｌ１がレーリー散乱することにより、レーザ光Ｌ１の戻り光が光ファイバ５９を逆方向に伝搬して光モジュール１ａに外部雑音光Ｌ３として入射する場合がある。
このような、レーザ光Ｌ１に起因する外部雑音光Ｌ３の波長はレーザ光Ｌ１の波長と同じなので、外部雑音光Ｌ３は第１のアイソレータ４１ａによって遮断される。すなわち、第１のアイソレータ４１ａの中心波長は、半導体レーザ素子３４ａの発光波長と同じ波長の光を遮断するように設定されている。従って、レーザ光Ｌ１の波長と同じ波長の外部雑音光Ｌ３は第１のアイソレータ４１ａにおいて遮断されることとなる。
【００４０】
また、光モジュール１ａが接続された光通信システムにおいて、レーザ光Ｌ１の１．５５μｍ帯よりも短い波長帯のレーザ光が用いられている場合がある。例えば、光増幅器を備える光通信システムにおいて光モジュール１ａが光送信装置に用いられている場合に、光増幅器の増幅用光ファイバを励起するために１．４８μｍ帯といった波長帯のレーザ光が用いられている場合がある。このような場合には、この１．４８μｍ帯のレーザ光が光ファイバ５９を逆方向に伝搬して外部雑音光Ｌ４として光モジュール１ａに入射する可能性がある。しかしながら、光モジュール１ａにおいて、第２のアイソレータ５４ａの中心波長は、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短波長である１．４８μｍ帯に含まれている。
従って、外部雑音光Ｌ４は第２のアイソレータ５４ａにおいて遮断されることとなる。
【００４１】
以上に説明した本実施形態による光モジュール１ａは、次の効果を有する。すなわち、本実施形態による光モジュール１ａでは、半導体レーザ素子３４ａが発生するレーザ光Ｌ１に起因する外部雑音光Ｌ３が第１のアイソレータ４１ａにおいて遮断される。そして、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短い波長の外部雑音光Ｌ４が、第２のアイソレータ５４ａにおいて遮断される。従って、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短い波長の外部雑音光Ｌ４が半導体レーザ素子３４ａの活性層に入射することを防止できるので、半導体レーザ素子３４ａの活性層内部のレーザ発振が擾乱される等、外部雑音光Ｌ４による半導体レーザ素子３４ａへの影響を抑えることができる。
【００４２】
また、本実施形態による光モジュール１ａでは、第１のアイソレータ４１ａの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれており、第２のアイソレータ５４ａの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれている。これによって、信号光波長が１．５５μｍ帯に含まれ、励起光波長が１．４８μｍ帯に含まれる光通信システムにおいて、信号光を送信する光送信装置に光モジュール１ａが用いられる場合に、信号光に起因する外部雑音光Ｌ３と励起光に起因する外部雑音光Ｌ４との双方を好適に遮断することができる。
【００４３】
（第１の変形例）
続いて、上記した第１実施形態による光モジュール１ａの変形例を説明する。本変形例による光モジュール１ｂ（図１〜図５参照）は、上記した実施形態による光モジュール１ａと以下の点で異なっている。すなわち、光モジュール１ｂは、半導体レーザ素子３４ａに代えて半導体レーザ素子３４ｂを備えている。また、光モジュール１ｂは、第１のアイソレータ４１ａに代えて第１のアイソレータ４１ｂを備えている。また、光モジュール１ｂは、第２のアイソレータ５４ａに代えて第２のアイソレータ５４ｂを備えている。
【００４４】
半導体レーザ素子３４ｂは、以下の点を除いて第１実施形態の半導体レーザ素子３４ａと同様の構成及び機能を有している。すなわち、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長は、１．４８μｍ帯のうちの所定波長となっている。
【００４５】
また、第１のアイソレータ４１ｂは、以下の点を除いて第１実施形態の第１のアイソレータ４１ａと同様の構成及び機能を有している。すなわち、第１のアイソレータ４１ｂの中心波長は、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長と同じ波長の光を遮断するように設定されている。すなわち、第１のアイソレータ４１ｂの中心波長は、１．４８μｍ帯に含まれるように設定されている。
【００４６】
また、第２のアイソレータ５４ｂは、以下の点を除いて第１実施形態の第２のアイソレータ５４ａと同様の構成及び機能を有している。すなわち、第２のアイソレータ５４ｂの中心波長は、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長よりも長波長の光を遮断するように設定されている。例えば、本実施形態の第２のアイソレータ５４ｂの中心波長は、１．５５μｍ帯に含まれるように設定されている。
【００４７】
以上の構成を有する光モジュール１ｂは、次の動作を行う。すなわち、半導体レーザ素子３４ｂから出射されたレーザ光Ｌ５は、第１のレンズ３８によってコリメートされ、第１のアイソレータ４１ｂ及び第２のアイソレータ５４ｂに順方向に入射した後、第２のレンズ５６によって集光されて光ファイバ５９の端面５９ａに入射する。レーザ光Ｌ５は、光ファイバ５９を伝搬して光モジュール１ｂの外部へ提供される。また、レーザ光Ｌ５に起因する外部雑音光Ｌ６は、第１のアイソレータ４１ｂによって遮断される。
【００４８】
また、光モジュール１ｂが接続された光通信システムにおいて、レーザ光Ｌ５の１．４８μｍ帯よりも長い波長帯のレーザ光が用いられている場合がある。例えば、光増幅器を備える光通信システムにおいて光モジュール１ｂが光増幅器の励起光源として用いられている場合に、光送信装置からの信号光として１．５５μｍ帯といった波長帯のレーザ光が用いられている場合がある。このような場合には、この１．５５μｍ帯のレーザ光が外部雑音光Ｌ７として光モジュール１ｂに入射する可能性がある。しかしながら、光モジュール１ｂにおいて、第２のアイソレータ５４ｂの中心波長は１．５５μｍ帯に含まれているので、外部雑音光Ｌ７は第２のアイソレータ５４ｂにおいて遮断される。
【００４９】
本変形例による光モジュール１ｂは、次の効果を有する。すなわち、本変形例による光モジュール１ｂでは、半導体レーザ素子３４ｂが発生するレーザ光Ｌ５に起因する外部雑音光Ｌ６が第１のアイソレータ４１ｂにおいて遮断される。そして、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長よりも長い波長の外部雑音光Ｌ７が、第２のアイソレータ５４ｂにおいて遮断される。従って、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長よりも長い波長の外部雑音光Ｌ７が半導体レーザ素子３４ｂの活性層を透過してフォトダイオード３６に入射することを防止できるので、フォトダイオード３６が光強度信号を精度良く生成することができる。これにより、フォトダイオード３６からの光強度信号に基づいて半導体レーザ素子３４ｂの発光状態を制御する際に、外部雑音光Ｌ７による影響を抑えることができる。
【００５０】
また、本変形例による光モジュール１ｂでは、第１のアイソレータ４１ｂの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれており、第２のアイソレータ５４ｂの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれている。これによって、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光通信システムにおいて、励起光を発生する励起光源に光モジュール１ｂが用いられる場合に、信号光に起因する外部雑音光Ｌ７と励起光に起因する外部雑音光Ｌ６との双方を好適に遮断することができる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明による光モジュールの第２実施形態を示す断面図である。本実施形態による光モジュール２ａは、前述した第１実施形態の光モジュール１ａと以下の点において異なっている。すなわち、図６を参照すると、光モジュール２ａは、第１実施形態の第２のアイソレータ５４ａを備えていない。また、光モジュール２ａは保持部材５３を備えておらず、第２のレンズ５６を保持する保持部材５５はパッケージ５の筒状部５ｂの先端に固定されている。
【００５２】
また、光モジュール２ａは、第２のアイソレータ６３ａを備えている。第２のアイソレータ６３ａは、光ファイバ５９からの外部雑音光を遮断するための光学部品である。第２のアイソレータ６３ａは、所定の軸７０上において第２のレンズ５６の前方に配置され、第２のレンズ５６、第１のアイソレータ４１ａ、及び第１のレンズ３８を介して半導体レーザ素子３４ａの光出射面６５と光学的に結合されている。すなわち、本実施形態では、第１のアイソレータ４１ａが、第１のレンズ３８と第２のレンズ５６との間に設けられており、第２のアイソレータ６３ａが、第２のレンズ５６と光ファイバ５９との間に設けられている。
【００５３】
本実施形態においては、第２のアイソレータ６３ａは、光ファイバ５９の端部を保持するフェルール５８に固定されており、光ファイバ５９の端面５９ａを覆っている。そして、第２のアイソレータ６３ａは、フェルール５８とともにスリーブ６２の貫通孔に挿入されている。
【００５４】
第２のアイソレータ６３ａの中心波長は、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短波長の光を遮断するように設定されている。例えば、本実施形態の第２のアイソレータ６３ａの中心波長は、１．４８μｍ帯に含まれるように設定されている。
【００５５】
ここで、図７は、光モジュール２ａの光学的結合関係を簡略的に示したブロック図である。以下、光モジュール２ａの動作について図７を参照しながら説明する。ただし、第１実施形態の光モジュール１ａの動作と重複する動作については、説明を省略している。
【００５６】
半導体レーザ素子３４ａは、波長１．５５μｍ帯のレーザ光Ｌ１を出射する。レーザ光Ｌ１は、第１のレンズ３８によってコリメートされ、第１のアイソレータ４１ａに順方向に入射する。そして、レーザ光Ｌ１は、第１のアイソレータ４１ａを通過し、第２のレンズ５６によって集光される。このとき、集光点は光ファイバ５９の端面５９ａとなっている。第２のレンズ５６を通過したレーザ光Ｌ１は、第２のアイソレータ６３ａに順方向に入射する。レーザ光Ｌ１は、第２のアイソレータ６３ａを通過し、光ファイバ５９の端面５９ａに入射する。レーザ光Ｌ１は、光ファイバ５９を伝搬して光モジュール２ａの外部へ提供される。
【００５７】
レーザ光Ｌ１の戻り光など、レーザ光Ｌ１に起因する外部雑音光Ｌ３が光ファイバ５９を逆方向に伝搬して光モジュール２ａに入射した場合、外部雑音光Ｌ３は第１のアイソレータ４１ａによって遮断される。
【００５８】
また、光増幅器を備える光通信システムにおいて光モジュール２ａが光送信装置に用いられている場合に、励起光源から出射された１．４８μｍ帯のレーザ光が、外部雑音光Ｌ４として光ファイバ５９を逆方向に伝搬して光モジュール２ａに入射する可能性がある。光モジュール２ａにおいて、第２のアイソレータ６３ａの中心波長は１．４８μｍ帯に含まれているので、外部雑音光Ｌ４は第２のアイソレータ６３ａにおいて遮断される。
【００５９】
以上に説明した本実施形態による光モジュール２ａは、次の効果を有する。すなわち、本実施形態による光モジュール２ａでは、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短い波長の外部雑音光Ｌ４が、第２のアイソレータ６３ａにおいて遮断される。従って、半導体レーザ素子３４ａの発光波長よりも短い波長の外部雑音光Ｌ４が半導体レーザ素子３４ａの活性層に入射することを防止できるので、半導体レーザ素子３４ａの活性層内部のレーザ発振が擾乱される等、外部雑音光Ｌ４による半導体レーザ素子３４ａへの影響を抑えることができる。
【００６０】
（第２の変形例）
続いて、上記した第２実施形態による光モジュール２ａの変形例を説明する。本変形例による光モジュール２ｂ（図６及び図７参照）は、上記した実施形態による光モジュール２ａと以下の点で異なっている。すなわち、光モジュール２ｂは、半導体レーザ素子３４ａに代えて半導体レーザ素子３４ｂを備えている。また、光モジュール２ｂは、第１のアイソレータ４１ａに代えて第１のアイソレータ４１ｂを備えている。また、光モジュール２ｂは、第２のアイソレータ６３ａに代えて第２のアイソレータ６３ｂを備えている。
【００６１】
半導体レーザ素子３４ｂは、以下の点を除いて第２実施形態の半導体レーザ素子３４ａと同様の構成及び機能を有している。すなわち、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長は、１．４８μｍ帯のうちの所定波長となっている。
【００６２】
また、第１のアイソレータ４１ｂ及び第２のアイソレータ６３ｂは、以下の点を除いて上記実施形態の第１のアイソレータ４１ａ及び第２のアイソレータ６３ａと同様の構成及び機能を有している。すなわち、第１のアイソレータ４１ｂの中心波長は、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長と同じ波長の光を遮断するように設定されており、１．４８μｍ帯に含まれるように設定されている。また、第２のアイソレータ５４ｂの中心波長は、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長よりも長波長の光を遮断するように設定されている。例えば、本変形例の第２のアイソレータ６３ｂの中心波長は、１．５５μｍ帯に含まれるように設定されている。
【００６３】
以上の構成を有する光モジュール２ｂは、次の動作を行う。すなわち、半導体レーザ素子３４ｂから出射されたレーザ光Ｌ５は、第１のレンズ３８によってコリメートされ、第１のアイソレータ４１ｂを通過する。そして、レーザ光Ｌ５は、第２のレンズ５６によって集光され、第２のアイソレータ６３ｂを通過した後、光ファイバ５９の端面５９ａに入射する。レーザ光Ｌ５は、光ファイバ５９を伝搬して光モジュール２ｂの外部へ提供される。また、レーザ光Ｌ５に起因する外部雑音光Ｌ６は、第１のアイソレータ４１ｂによって遮断される。
【００６４】
また、光増幅器を備える光通信システムにおいて光モジュール２ｂが光増幅器の励起光源として用いられている場合に、光送信装置から出射された１．５５μｍ帯の信号光が外部雑音光Ｌ７として光モジュール２ｂに入射する可能性がある。光モジュール２ｂでは、第２のアイソレータ６３ｂの中心波長が、１．５５μｍ帯に含まれているので、外部雑音光Ｌ７は第２のアイソレータ６３ｂにおいて遮断される。
【００６５】
本変形例による光モジュール２ｂは、前述した第１の変形例による光モジュール１ｂと同様の効果を有する。すなわち、本変形例による光モジュール２ｂによれば、半導体レーザ素子３４ｂの発光波長よりも長い波長の外部雑音光Ｌ７が半導体レーザ素子３４ｂの活性層を透過してフォトダイオード３６に入射することを防止できる。これにより、フォトダイオード３６からの光強度信号に基づいて半導体レーザ素子３４ｂの発光状態を制御する際に、外部雑音光Ｌ７による影響を抑えることができる。また、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光通信システムにおいて、励起光を発生する励起光源に光モジュール２ｂが用いられる場合に、信号光に起因する外部雑音光Ｌ７と励起光に起因する外部雑音光Ｌ６との双方を好適に遮断することができる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
図８は、本発明による光増幅器を備える光通信システムの第３実施形態を示す構成図である。図８を参照すると、光通信システム１００は、光送信装置１０１及び光増幅器１０８を備えている。
【００６７】
光送信装置１０１は、波長１．５５μｍ帯の信号光Ｌ１０を送信するための装置である。光送信装置１０１は、第１実施形態による光モジュール１ａまたは第２実施形態による光モジュール２ａを備えている。光送信装置１０１は出力１０１ａを有しており、出力１０１ａは光ファイバ１０７ａといった光伝送媒体に光学的に結合されている。光送信装置１０１は、出力１０１ａから光ファイバ１０７ａへ信号光Ｌ１０を送信する。
【００６８】
光増幅器１０８は、順方向からの励起光Ｌ１１及び逆方向からの励起光Ｌ１２によって励起される双方向励起のＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）である。光増幅器１０８は、第１の励起光源１０２、第２の励起光源１０６、第１のカプラ１０３、第２のカプラ１０５、及び増幅用光ファイバ１０４を備えている。
【００６９】
増幅用光ファイバ１０４としては、Ｅｒが所定の添加量で添加された石英系の光ファイバであるＥｒ添加光ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ）が用いられている。Ｅｒ添加光ファイバは、所定の信号光波長帯域内（例えば、１．５５μｍ帯）にある信号光を、例えば波長１．４８μｍ帯の励起光によって増幅することが可能な光ファイバである。増幅用光ファイバ１０４は、第１の励起光源１０２からの励起光Ｌ１１及び第２の励起光源１０６からの励起光Ｌ１２により励起されて光送信装置１０１からの信号光Ｌ１０を増幅する。
【００７０】
第１の励起光源１０２は、波長１．４８μｍ帯の励起光Ｌ１１を増幅用光ファイバ１０４に供給するための手段である。第１の励起光源１０２は、第１の変形例による光モジュール１ｂまたは第２の変形例による光モジュール２ｂを備えている。第１の励起光源１０２は出力１０２ａを有しており、出力１０２ａは光ファイバ１０７ｂに光学的に結合されている。第１の励起光源１０２は、出力１０２ａから光ファイバ１０７ｂへ励起光Ｌ１１を出射する。
【００７１】
第１のカプラ１０３は、光送信装置１０１からの信号光Ｌ１０を増幅用光ファイバ１０４へと通過させるとともに、第１の励起光源１０２から供給された励起光Ｌ１１を増幅用光ファイバ１０４へと順方向に合波させる手段である。第１のカプラ１０３は、入出力端１０３ａ〜１０３ｃを有している。入出力端１０３ａ及び１０３ｂは、それぞれ光ファイバ１０７ａ及び１０７ｂと光学的に結合されている。入出力端１０３ｃは、増幅用光ファイバ１０４と光学的に結合されている。第１のカプラ１０３は、光送信装置１０１から光ファイバ１０７ａを介して入出力端１０３ａに受けた信号光Ｌ１０を、入出力端１０３ｃから増幅用光ファイバ１０４へ通過させる。また、第１のカプラ１０３は、励起光源１０２から光ファイバ１０７ｂを介して入出力端１０３ｂに受けた励起光Ｌ１１を、信号光Ｌ１０に合波させて入出力端１０３ｃから増幅用光ファイバ１０４へ伝搬させる。
【００７２】
第２の励起光源１０６は、波長１．４８μｍ帯の励起光Ｌ１２を、信号光Ｌ１０とは逆の方向から増幅用光ファイバ１０４に提供するための装置である。第２の励起光源１０６は、第１の変形例による光モジュール１ｂまたは第２の変形例による光モジュール２ｂを備えている。第２の励起光源１０６は出力１０６ａを有しており、出力１０６ａは光ファイバ１０７ｃに光学的に結合されている。第２の励起光源１０６は、出力１０６ａから光ファイバ１０７ｃへ励起光Ｌ１２を出射する。
【００７３】
第２のカプラ１０５は、増幅用光ファイバ１０４からの増幅された信号光Ｌ１３を順方向に通過させるとともに、第２の励起光源１０６から供給された励起光Ｌ１２を増幅用光ファイバ１０４へと逆方向に合波させる手段である。第２のカプラ１０５は、入出力端１０５ａ〜１０５ｃを有している。入出力端１０５ａ及び１０５ｃは、それぞれ増幅用光ファイバ１０４及び光ファイバ１０７ｃと光学的に結合されている。入出力端１０３ｃは、光ファイバ１０７ｄと光学的に結合されている。第２のカプラ１０５は、増幅用光ファイバ１０４から入出力端１０５ａに受けた信号光Ｌ１３を、入出力端１０５ｂから光ファイバ１０７ｄへ通過させる。また、第２のカプラ１０５は、励起光源１０６から光ファイバ１０７ｃを介して入出力端１０５ｃに受けた励起光Ｌ１２を、入出力端１０５ａから増幅用光ファイバ１０４へ伝搬させる。
【００７４】
上記した構成の光通信システム１００において、光送信装置１０１から信号光Ｌ１０が送信されると、信号光Ｌ１０は第１のカプラ１０３を通過して増幅用光ファイバ１０４に達する。また、第１の励起光源１０２から励起光Ｌ１１が出射されると、励起光Ｌ１１は第１のカプラ１０３によって信号光Ｌ１０と合波されて増幅用光ファイバ１０４に達する。また、第２の励起光源１０６から励起光Ｌ１２が出射されると、励起光Ｌ１２は第２のカプラ１０５によって逆方向に合波されて増幅用光ファイバ１０４に達する。増幅用光ファイバ１０４は、励起光Ｌ１１及びＬ１２によって励起され、信号光Ｌ１０を増幅する。増幅用光ファイバ１０４によって増幅された信号光Ｌ１３は、第２のカプラ１０５を通過した後、光ファイバ１０７ｄを介して図示しない光受信装置へ送信される。
【００７５】
以上説明した本実施形態による光増幅器１０８は、以下の効果を有する。すなわち、光増幅器１０８では、第１の変形例の光モジュール１ｂまたは第２の変形例の光モジュール２ｂが励起光源１０２及び１０６に用いられている。これにより、信号光波長が１．５５μｍ帯であり、励起光波長が１．４８μｍ帯である光通信システム１００において光増幅器１０８が使用される場合に、励起光源１０２及び１０６において、信号光Ｌ１０に起因する外部雑音光と励起光Ｌ１１及びＬ１２に起因する外部雑音光との双方を好適に遮断できる。従って、本実施形態による光増幅器１０８によれば、励起光源１０２及び１０６内部の半導体レーザ素子の発光状態を制御する際に、信号光Ｌ１０に起因する外部雑音光による影響を抑えることができる。
【００７６】
本発明による光モジュール及び光増幅器は、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、半導体レーザ素子の発光波長及び第１のアイソレータの中心波長は、１．５５μｍ帯及び１．４８μｍ帯に限らず、他の様々な波長帯に含まれるように設定することができる。また、第２のアイソレータの中心波長についても、半導体レーザ素子の発光波長よりも短い（あるいは長い）波長帯であれば、１．４８μｍ帯及び１．５５μｍ帯に限らず、他の様々な波長帯に含まれるように設定することができる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明による光モジュール及び光増幅器によれば、半導体レーザ素子の発光波長とは異なる波長の外部雑音光による半導体レーザ素子への影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による光モジュールの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示す光モジュールのＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図３】図３は、第１のアイソレータの外観を示す斜視図である。
【図４】図４は、第２のアイソレータの外観を示す斜視図である。
【図５】図５は、図１及び図２に示す光モジュールの光結合関係を簡略化したブロック図である。
【図６】図６は、本発明による光モジュールの第２実施形態を示す断面図である。
【図７】図７は、図６に示す光モジュールの光学的結合関係を簡略的に示したブロック図である。
【図８】図８は、本発明による光増幅器を備える光通信システムの第３実施形態を示す構成図である。
【図９】図９は、中心波長が１．５５μｍ帯のアイソレータのアイソレーション特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ…光モジュール、３…主要部、５…パッケージ、５ａ…パッケージ本体部、５ｂ…筒状部、３１…ペルチェ素子、３２、３３、３５…搭載部材、３２ａ…支持部、３４ａ、３４ｂ…半導体レーザ素子、３６…フォトダイオード、３６ａ…受光面、３７、５３、５５…保持部材、３８…第１のレンズ、４１ａ、４１ｂ…第１のアイソレータ、４４ａ〜４４ｋ…ワイヤ、５１…ハーメチックガラス、５４ａ、５４ｂ、６３ａ、６３ｂ…第２のアイソレータ、５６…第２のレンズ、５７、６２…スリーブ、５８…フェルール、５９…光ファイバ、６５…光出射面、６６…光反射面、７０…所定の軸、７２…サーミスタ、７５ａ〜７５ｎ…リードピン、７７、７９…アパーチャ、１００…光通信システム、１０１…光送信装置、１０２…第１の励起光源、１０３…第１のカプラ、１０４…増幅用光ファイバ、１０５…第２のカプラ、１０６…第２の励起光源、１０７ａ〜１０７ｄ…光ファイバ、１０８…光増幅器。
Claims (7)
- レーザ光を発生する半導体レーザ素子と、
前記レーザ光を伝搬する光ファイバと、
前記レーザ光の光軸上に配置され、前記半導体レーザ素子からの前記レーザ光を通過させるとともに前記光ファイバからの光を遮断する第１のアイソレータ及び第２のアイソレータとを備え、
前記第１のアイソレータが前記半導体レーザ素子の発光波長と同じ波長の光を遮断するように前記第１のアイソレータの中心波長が設定されており、前記第２のアイソレータが前記半導体レーザ素子の発光波長よりも短波長の光を遮断するように前記第２のアイソレータの中心波長が設定されていることを特徴とする光モジュール。 - 前記第１のアイソレータの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれており、前記第２のアイソレータの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
- レーザ光を発生する半導体レーザ素子と、
前記レーザ光を伝搬する光ファイバと、
前記レーザ光の光軸上に配置され、前記半導体レーザ素子からの前記レーザ光を通過させるとともに前記光ファイバからの光を遮断する第１のアイソレータ及び第２のアイソレータと、
前記レーザ光の光軸上において、前記半導体レーザ素子に対して前記光ファイバの反対側に配置された受光素子とを備え、
前記第１のアイソレータが前記半導体レーザ素子の発光波長と同じ波長の光を遮断するように前記第１のアイソレータの中心波長が設定されており、前記第２のアイソレータが前記半導体レーザ素子の発光波長よりも長波長の光を遮断するように前記第２のアイソレータの中心波長が設定されていることを特徴とする光モジュール。 - 前記第１のアイソレータの中心波長が１．４８μｍ帯に含まれており、前記第２のアイソレータの中心波長が１．５５μｍ帯に含まれていることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
- 前記レーザ光の光軸上に配置され、前記半導体レーザ素子からの前記レーザ光をコリメートする第１のレンズと、
前記レーザ光の光軸上において前記第１のレンズと前記光ファイバとの間に配置され、前記第１のレンズによりコリメートされた前記レーザ光を集光して該レーザ光を前記光ファイバへ提供する第２のレンズとをさらに備え、
前記第１のアイソレータ及び前記第２のアイソレータが、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に設けられていることを特徴とする請求項１または３に記載の光モジュール。 - 前記レーザ光の光軸上に配置され、前記半導体レーザ素子からの前記レーザ光をコリメートする第１のレンズと、
前記レーザ光の光軸上において前記第１のレンズと前記光ファイバとの間に配置され、前記第１のレンズによりコリメートされた前記レーザ光を集光して該レーザ光を前記光ファイバへ提供する第２のレンズとをさらに備え、
前記第１のアイソレータが、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に設けられており、
前記第２のアイソレータが、前記第２のレンズと前記光ファイバとの間に設けられていることを特徴とする請求項１または３に記載の光モジュール。 - 光送信装置からの信号光を増幅する光増幅器であって、
請求項４に記載の光モジュールを有する励起光源と、
前記光送信装置及び前記励起光源と光学的に結合されており、前記励起光源から励起光を受けることにより前記光送信装置からの前記信号光を増幅する増幅用光ファイバとを備えることを特徴とする光増幅器。
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