JP2005135953A - 半導体レーザモジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ファイバグレーティングを内蔵した半導体レーザモジュールにおいて、温度変化に対する共振器長の不安定性を解消し、モードホップの起こりにくいモジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の半導体レーザモジュールは、マウント１０２上に半導体レーザ１０１、光ファイバ１０３、波長選択フィルタ１０５、受信用受光素子１０６がパッシブアライメントにより組み立てられた表面実装型モジュールであり、ファイバグレーティング１０４は光ファイバ１０３の内部に形成されている。また、パッケージ１０８の中にこれらが組み込まれており、ペルチエ素子１０７は、半導体レーザ１０１、光ファイバ１０３、ファイバグレーティング１０４の温度を同時に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ内にグレーティングを有する光通信用半導体レーザモジュールに関する。

光信号を用いたデータ通信技術において、半導体レーザと光ファイバを用いることにより、信号劣化が少なく、数十ｋｍから数千ｋｍの中・長距離送受信時にも、データ劣化が少なく高品質の通信が行えるため、一般的技術として利用されている。

半導体レーザから出射された信号光は、光ファイバに導入され、光ファイバ内を伝播することにより、所望の位置まで送信される。

その送信距離が長い場合には、光ファイバ内での波長分散により、同一信号光内での信号光の遅延が生じる。その遅延は、送信距離と送信周波数を制限している。

半導体レーザの発振波長の幅を狭くする事は、この遅延を抑制する事に有効である。その方法の一つは、半導体レーザ近傍の光ファイバ内部に、ファイバグレーティングを形成し、そのファイバグレーティングを外部共振器としてレーザ光を生成する事である。

ファイバグレーティングを内蔵した半導体レーザモジュールの従来例（例えば特許文献１参照）を、図２を用いて以下に説明する。

図２において、２０１は半導体レーザであり、２０２は半導体レーザ２０１を支持しているキャリアであり、２０３はレンズであり、２０４はマウントである。キャリア２０２とレンズ２０３とは、マウント２０４に固定されている。２０５は温度制御を行うペルチエ素子である。２０６は光ファイバであり、２０７はファイバグレーティングである。ファイバグレーティング２０７は、光ファイバ２０６の内部に形成されており、半導体レーザ２０１と同一波長の光に対し反射率を有する。２０８は光ファイバ２０６を保護する被覆であり、２０９は光ファイバ２０６を支持するフェルールであり、２１０はフォルダであり、２１１は部品２０１〜２０５を収めるパッケージである。フェルール２０９は、フォルダ２１０によりパッケージ２１１に固定されている。

図２の従来例では、半導体レーザ２０１から出射されたレーザ光が、レンズ２０３により集光され、光ファイバ２０６に導入される。半導体レーザ２０１の光ファイバ２０６側の第一の端面には反射防止用のＡＲコートが施されていて、その反対側の第二の端面には高反射用のＨＲコートが施されている。半導体レーザ２０１では第二の端面とファイバグレーティング２０７により、波長の幅の狭いレーザ光が発振される。

図２の従来例の製造方法の従来例（例えば特許文献２参照）を、図３を用いて以下に説明する。

３０１は、被覆２０８を部分的に除去した剥離部であり、３０２は、２本の紫外線レーザ光である。

図３（ａ）において、予め組立てられている半導体レーザモジュールの被覆２０８の一部を剥離し、剥離部３０１を形成する。次に図３（ｂ）において、この半導体レーザモジュールから発振されるレーザ光の波長の幅を測定しながら、２本の紫外線レーザ光３０２を、光ファイバ２０６に照射する。この時、２本の紫外線レーザ光３０２の干渉により、導波損失の大きな部分が、一定間隔で光ファイバ２０６の内部に形成される。そして、レーザ光の波長の幅が十分狭くなった時に、２本の紫外線レーザ光３０２の照射を止める。

最後に、剥離部３０１を樹脂で覆い、光ファイバ２０６の保護を図る。
特開２００２−１４１６０７号公報 特開平１１−６９２３号公報

図２の従来例では、ファイバグレーティング２０７と半導体レーザ２０１とが、別々の構造物に固定されている。その為、機械的に不安定である。特に温度変化に対して機械的に不安定であり、モードホップを生じ易い。ファイバグレーティング２０７と半導体レーザ２０１との間にレンズ２０３とパッケージ２１１内の雰囲気が介在し、温度変化に対する共振器長の安定性を損なっている。光ファイバ２０６の湾曲に伴い、偏波と共振器長が変化する事も、モードホップの原因となる。

図３の従来例では、（ａ）においてファイバグレーティング２０７を形成する時に、一旦被覆２０８を剥離して、光ファイバ２０６を露出させなければならない。この時、光ファイバ２０６は損傷しやすくなり、扱いが難しい。図３（ｂ）では、光ファイバ２０６が固定されていない為、安定したファイバグレーティング２０７の形成が難しい。

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、温度安定性に優れた半導体レーザモジュールおよび簡便で歩留まりの高い製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の半導体レーザモジュールは、半導体レーザと光ファイバとが同一マウント上に固定されていて、前記半導体レーザから出射されたレーザ光がレンズを介さずに前記光ファイバに導入される半導体レーザモジュールであって、前記光ファイバの内、前記マウントに固定された部分にファイバグレーティングが設置されており、前記半導体レーザからの出射光が前記ファイバグレーティングにより単モード発振光に変換されることを特徴とする。

また、本発明の別の半導体レーザモジュールは、半導体レーザと波長選択板と受信用受光素子と光ファイバとが同一マウント上に固定されていて、前記半導体レーザから出射されたレーザ光がレンズを介さずに前記光ファイバに導入され、前記光ファイバの一部に波長選択板が斜めに挿入され、その波長選択板の近傍に設置されている前記受信用受光素子に特定の受信光のみを導入する半導体レーザモジュールであって、前記光ファイバの内、前記半導体レーザと前記波長選択板との間にファイバグレーティングが設置されており、前記半導体レーザからの出射光が前記ファイバグレーティングにより単モード発振光に変換されることを特徴とする。

本発明の半導体モジュールの製造方法は、半導体レーザと光ファイバとをマウント上に固定する工程と、前記光ファイバの内、前記マウントに固定された部分に２つの互いに入射角が異なる紫外線レーザ光を照射して、前記光ファイバの一部にファイバグレーティングを形成する工程を備えている。

本発明の別の半導体モジュールの製造方法は、半導体レーザと光ファイバとをマウント上に固定する工程と、前記光ファイバにおける前記マウントに固定された部分の一部をカットし、前記カットされた部分に波長選択板を斜めに挿入する工程と、前記波長選択板の近傍における前記半導体レーザからの出射光または前記光ファイバからの光を受信できる位置に受信用受光素子を設置する工程と、前記半導体レーザと前記波長選択板との間に位置する前記光ファイバの一部に、２つの互いに入射角が異なる紫外線レーザ光を照射して、前記光ファイバの一部にファイバグレーティングを形成する工程を備えている。

本発明によれば、半導体レーザとファイバグレーティングとが同じマウントに固定されている為、レーザ発振が安定である。また、ファイバグレーティングは、マウントに固定されている為湾曲せず、偏波の変化を生じない。さらに、半導体レーザと光ファイバとの間の空間が狭くでき、レーザ発振がパッケージ内温度の変化に対して安定となる。

また、本発明の製造方法によれば、光ファイバの被覆を損なう事無くファイバグレーティングを形成できる。光ファイバの内、マウントに固定された部分にファイバグレーティングを形成するので、安定に製造できる。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態における半導体レーザモジュールの模式図である。

図１において１０１は半導体レーザであり、１０２はマウントであり、１０３は光ファイバである。半導体レーザ１０１と光ファイバ１０３とはマウント１０２に固定されている。１０４はファイバグレーティングであり、光ファイバ１０３の内部に形成されている。１０５は波長選択フィルタであり、１０６は受信用受光素子である。

マウント１０２上に半導体レーザ１０１、光ファイバ１０３、波長選択フィルタ１０５、受信用受光素子１０６がパッシブアライメントにより組み立てられた表面実装型モジュールである。

波長選択フィルタ１０５は、受信光のみを反射して受信用受光素子１０６に導入する機能を有する。但し、この波長は、半導体レーザ１０１の波長とは異なる。１０７は温度制御を行うペルチエ素子であり、１０８は部品１０１〜１０７を収めるパッケージである。１０９はパッケージ１０８の蓋であり、１１０は、光ファイバ１０３を保護する被覆である。

半導体レーザ１０１より出射されたレーザ光は、光ファイバ１０３に導入される。半導体レーザ１０１の光ファイバ１０３側の第三の端面にはＡＲコートが施されており、その反対側の第四の端面にはＨＲコートが施されている。半導体レーザ１０１は、ファイバグレーティング１０４を外部共振器としてレーザ光を発振する。

ペルチエ素子１０７は、半導体レーザ１０１、光ファイバ１０３、ファイバグレーティング１０４の温度を同時に制御する。

本実施形態によれば、半導体レーザ１０１とファイバグレーティング１０４とが同じマウント１０２に固定されている為、レーザ発振が安定である。また、ペルチエ素子１０７は外部共振器を含む共振器全体の温度を制御する為、レーザ発振が安定である。ファイバグレーティング１０４は、マウント１０２に固定されている為湾曲せず、偏波の変化を生じない。また、半導体レーザ１０１と光ファイバ１０３との間の空間が狭いので、レーザ発振がパッケージ内温度の変化に対して安定となる。このことにより、モードホップを生ぜず、安定したレーザ光の送信が可能となる。また、波長選択フィルタ１０５および受信用受光素子１０６を同一パッケージ１０８内に収納しているため、レーザ光の送受信を同時に実現できる。

（第二の実施形態）
図４は本発明の第二の実施形態における半導体レーザモジュールの製造方法の説明図である。４０１は２本の紫外線レーザ光である。

図１に示したモジュールの組み立て中に、蓋１０９を組立てず、モジュールから発振されるレーザ光の波長の幅を測定しながら、２本の紫外線レーザ光４０１を、光ファイバ１０３に照射する。この時、２本の紫外線レーザ光４０１の干渉により、導波損失の大きな部分が、一定間隔で光ファイバ１０３の内部に形成される。そして、レーザ光の波長の幅が十分狭くなった時に、２本の紫外線レーザ光４０１の照射を止める。

最後に、蓋１０９を組立て、パッケージの封止を図る。

本実施形態によれば、２つの互いに入射角が異なる紫外線レーザ光を照射する事により、ファイバの一部に被覆１１０を損なう事無くファイバグレーティング１０４を形成できる。光ファイバ１０３の内、マウント１０２に固定された部分にファイバグレーティング１０４を形成するので、安定に製造できる。

本発明に係る半導体レーザモジュールは、簡便な構造でモードホップを生じない高品質の光通信が可能なモジュールとして有用である。

本発明の第一の実施形態における半導体レーザモジュールの模式図 従来の技術における半導体レーザモジュールの模式図 従来の技術における半導体レーザモジュールの製造方法の説明図 本発明の第二の実施形態における半導体レーザモジュールの製造方法の説明図

符号の説明

１０１ 半導体レーザ
１０２ マウント
１０３ 光ファイバ
１０４ ファイバグレーティング
１０５ 波長選択フィルタ
１０６ 受信用受光素子
１０７ ペルチエ素子
１０８ パッケージ
１０９ 蓋
１１０ 被覆
２０１ 半導体レーザ
２０２ キャリア
２０３ レンズ
２０４ マウント
２０５ ペルチエ素子
２０６ 光ファイバ
２０７ ファイバグレーティング
２０８ 被覆
２０９ フェルール
２１０ フォルダ
２１１ パッケージ
３０１ 剥離部
３０２ 紫外線レーザ光
４０１ 紫外線レーザ光

Claims (4)

1. 半導体レーザと光ファイバとが同一マウント上に固定されていて、前記半導体レーザから出射されたレーザ光がレンズを介さずに前記光ファイバに導入される半導体レーザモジュールであって、
   前記光ファイバの内、前記マウントに固定された部分にファイバグレーティングが設置されており、前記半導体レーザからの出射光が前記ファイバグレーティングにより単モード発振光に変換されることを特徴とする半導体レーザモジュール。
2. 半導体レーザと波長選択板と受信用受光素子と光ファイバとが同一マウント上に固定されていて、前記半導体レーザから出射されたレーザ光がレンズを介さずに前記光ファイバに導入され、前記光ファイバの一部に波長選択板が斜めに挿入され、その波長選択板の近傍に設置されている前記受信用受光素子に特定の受信光のみを導入する半導体レーザモジュールであって、
   前記光ファイバの内、前記半導体レーザと前記波長選択板との間にファイバグレーティングが設置されており、前記半導体レーザからの出射光が前記ファイバグレーティングにより単モード発振光に変換されることを特徴とする半導体レーザモジュール。
3. 半導体レーザと光ファイバとをマウント上に固定する工程と、
   前記光ファイバの内、前記マウントに固定された部分に２つの互いに入射角が異なる紫外線レーザ光を照射して、前記光ファイバの一部にファイバグレーティングを形成する工程を備えた半導体レーザモジュールの製造方法。
4. 半導体レーザと光ファイバとをマウント上に固定する工程と、
   前記光ファイバにおける前記マウントに固定された部分の一部をカットし、前記カットされた部分に波長選択板を斜めに挿入する工程と、
   前記波長選択板の近傍における前記半導体レーザからの出射光または前記光ファイバからの光を受信できる位置に受信用受光素子を設置する工程と、
   前記半導体レーザと前記波長選択板との間に位置する前記光ファイバの一部に、２つの互いに入射角が異なる紫外線レーザ光を照射して、前記光ファイバの一部にファイバグレーティングを形成する工程を備えた半導体レーザモジュールの製造方法。

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