JP2006147833A - 半導体レーザモジュール及びラマン増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で偏光度の小さい半導体レーザモジュール、およびそれを励起用光源に用いた、小型で利得の偏光依存性の小さいラマン増幅器を得る。
【解決手段】 光源である半導体レーザ１と、この半導体レーザ１から出力される光を伝送する光ファイバ５とを有する半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ１と光ファイバ５との間に、半導体レーザ１から出力される光の偏光状態を変化させる位相板３を備えるとともに、位相板３は、屈折率の高い遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも一方について、位相板３面内での分布状態に偏りを持たせて光ビーム内の場所による偏光方向の分布を発生させ、光ビーム全体として偏光を解消させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信に使用する半導体レーザモジュール及びこの半導体レーザモジュールを励起光源として使用するラマン増幅器に関する。

現在の光ファイバ通信システムでは、希土類添加ファイバ増幅器が多く使用されており、特にエルビウム（Ｅｒ）を添加したエルビウム添加光ファイバ増幅器が良く用いられている。しかし、このエルビウム添加光ファイバ増幅器では、実用的な利得波長帯域が１５３０〜１６１０ｎｍ程度と限られており、利得に波長依存性があるため、波長分割多重光に用いる場合、信号光波長によって利得に差がでる。

高密度波長多重についての技術が進展する中、更に広帯域の増幅方式として、ラマン増幅器に対する期待が高まっている。このラマン増幅は、光ファイバに強い励起光（通常、半導体レーザを用いる）を入射すると、誘導ラマン散乱により励起光波長から約１００ｎｍ程度長波長側に利得のピークが現われる。この励起された光ファイバに上記利得が得られる波長帯域の信号光を入れると、その信号光が増幅される。また、励起光の波長を変更することにより、利得が得られる波長を任意に選ぶことができるため、波長の異なる複数の励起光を最適な波長及び光出力に制御して用いることで、広帯域特性が実現される。

しかしこのラマン増幅では、励起光と信号光の偏光状態の相対関係に強く依存した利得の偏光依存性（ＰＤＲＧ；Polarization Dependence of Raman Gain）がある。例えば、直線偏光の励起光に対して、信号光が励起光の偏光に平行な直線偏光ではラマン利得は増大し、励起光の偏光方向に垂直な直線偏光であればラマン利得は減少する。このため、ラマン増幅で安定した利得を得るためには、ラマン利得の偏光依存性を解消する必要がある。そのためには、ラマン増幅に用いる励起光の偏光度（ＤＯＰ；Degree of Polarization）を小さくすることが必要となる。ここでＤＯＰは、全光パワーに対する偏光成分パワーの割合であり、
ＤＯＰ（％）＝（偏光成分のパワー/全光パワー）×１００
で記述される。

そこで、励起光である半導体レーザ光のＤＯＰを小さくする手段として、半導体レーザの出力端に非偏光化装置（デポラライザ、Depolarizer）を備える方法がある。このデポラライザの一つとして、例えば長さがＬ_１とＬ_２（Ｌ_１：Ｌ_２＝１：２）からなる２本の偏波保持光ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）の光学主軸（偏光方向を保持する方向）の相対的角度が４５°になるように融着した、光ファイバ型デポラライザが特許文献１に記載されている。
このとき、ＤＯＰをほぼ零にするために必要となる偏波保持光ファイバの長さＬ_１は、半導体レーザのコヒーレント長Ｌ_ｃと偏波保持光ファイバの複屈折量Ｂから次式（１）で求められる。
Ｂ・Ｌ_１＞Ｌ_ｃ ・・・（１）

また、光学主軸の相対的角度の誤差は、ＤＯＰの値に影響し、例えばＤＯＰ値を５％以下にするためには、光学主軸の相対的角度誤差を±２°以下になるよう、一対の偏波保持ファイバを融着する必要があることが特許文献２に記載されている。そこで、この特許文献２では、ＤＯＰ値を測定しながら、ＤＯＰ値が最小になるよう一対の偏波保持光ファイバの光学主軸角度を調整し融着接続することで、ＤＯＰ値の低いデポラライザを得ている。
特開２００２−３１７３５公報 特開２００３−１８５８５２公報

しかしながら、デポラライザとして従来の偏波保持光ファイバを用いた場合、その偏波保持光ファイバ長が長くなることから、収納スペースが大きくなり、小型化ができない問題がある。また、特許文献１に記載の光ファイバ型デポラライザにおいても、半値全幅Δλが１ｎｍの半導体レーザ（Ｌ_ｃ；２．１９ｍｍ、発振波長１４８０ｎｍ帯）と、複屈折値Ｂが、Ｂ＝４×１０^-4の偏波保持光ファイバを用いた場合、ＤＯＰ＜５％を得るために必要な偏波保持光ファイバの長さは、１２ｍ（Ｌ_１；４ｍ、Ｌ_２；８ｍ）となる。ところがファイバの許容曲げ半径の制約から、この偏波保持光ファイバの半径はどうしても大きなものとなり、偏波保持光ファイバ型デポラライザの小型化が難しい。その結果、励起用半導体レーザモジュールの小型化、およびラマン増幅器の小型化が困難となる問題がある。

また、偏波保持光ファイバでデポラライザを製造する場合、光学主軸の相対的角度の誤差がＤＯＰの値に影響するため、前述したように、特許文献２において、ＤＯＰ値を測定しながら、ＤＯＰ値が最小になるよう一対の偏波保持光ファイバの光学主軸角度を調整し、融着接続する製造方法が示されている。ところが、この製造方法では、融着前後でＤＯＰ値が劣化し、その劣化量もばらつくため、安定したＤＯＰ性能の励起用半導体レーザモジュール、および利得の偏光依存性（ＰＤＲＧ）が低いラマン増幅器について、安定した品質のものの製造が難しくなる問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型でＤＯＰの小さい励起用の半導体レーザモジュール、およびそれを用いた小型でＰＤＲＧの低いラマン増幅器を提供することを目的とする。

本発明は、光源である半導体レーザと、この半導体レーザから出力される光を伝送する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、前記半導体レーザと前記光ファイバとの間に、前記半導体レーザから出力される光の偏光状態を変化させる位相板を備えるとともに、前記位相板は、遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも一方について、前記位相板面内での分布状態に偏りを有することを特徴とする半導体レーザモジュールを提供する。

また、前記位相板の前記遅相軸方向は、前記半導体レーザからの光の光軸を中心にした同心円の半径方向または接線方向に一致した、前記位相板面内での分布状態を有し、前記位相板のリタデーション値は、前記位相板面内において均一であるとともに、前記半導体レーザから出射の光の波長の（ｍ／２）倍（但し、ｍは１以上の奇数）にほぼ等しい上記の半導体レーザモジュールを提供する。

また、前記位相板は、複屈折媒質で形成されている上記の半導体レーザモジュールを提供する。

また、前記位相板の複屈折媒質は、液晶を高分子化した高分子液晶である上記の半導体レーザモジュールを提供する。

また、前記高分子液晶は、透明な基板上に形成されているとともに、前記基板の表面には前記光軸を中心とする同心円状または放射状の溝が形成されている上記の半導体レーザモジュールを提供する。

また、前記高分子液晶は、透明な基板上に形成されているとともに、前記基板表面は、前記光軸を中心とする同心円状または放射状の溝が形成され、かつ、前記溝が形成された前記基板の屈折率ｎ_aと前記高分子複晶の常光方向屈折率ｎ_oまたは異常光方向屈折率ｎ_eとの差と、溝の深さｄとの積、｜ｎ_o−ｎ_a｜・ｄまたは｜ｎ_e−ｎ_a｜・ｄは、前記半導体レーザから出射の光の波長の１０分の１以下である上記の半導体レーザモジュールを提供する。

また、前記位相板は、複屈折媒質で形成されているとともに前記同心円状または放射状の溝を設けた複屈折媒質層を有し、前記複屈折媒質層の前記溝の窪みは、前記複屈折媒質の常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eのいずれか一方の値と等しいか、または前記２つの屈折率値の中間の屈折率を有する充填剤で充填されて前記溝を埋めてある上記の半導体レーザモジュールを提供する。

また、本発明は、光源である半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子から出力される光を伝送する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、前記光ファイバの出射側に光の偏光状態を変える位相板を備えるとともに、前記位相板は、遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも一方について、前記位相板面内での分布状態に偏りがあることを特徴とする半導体レーザモジュールを提供する。

本発明は、励起光源として、上記のいずれかに記載の半導体レーザモジュールを備えたことを特徴とするラマン増幅器を提供する。

本発明によれば、光源である半導体レーザと、この半導体レーザから出力される光を伝送する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールとして、半導体レーザと前記光ファイバとの間に、前記半導体レーザから出力される光の偏光状態を変える位相板を備えるとともに、位相板は、遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも一方について、前記位相板面内での分布状態に偏りがあるものを用いており、半導体レーザモジュールの偏光度（ＤＯＰ）低減と小型化に効果があり、さらにこれをラマン増幅器の励起用光源として用いることで、小型でラマン利得の偏光依存性（ＰＤＲＧ）の低いラマン増幅器を提供できる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュール１０を示すものであり、この半導体レーザモジュール１０は、光源である半導体レーザ１からの光を光ファイバ５から出力するようになっており、半導体レーザ１と、この半導体レーザ１から出射される光を平行光にする第１レンズ２と、この第１レンズ２から出射される平行光の偏光をデポラライズ（非偏光化）する位相板３と、位相板３から出射される光を集光する第２レンズ４と、この第２レンズ４で集光された光を伝送する光ファイバ５とを備えている。

半導体レーザ１は、単一縦モードを発振するものでも、マルチモード発振するものでも良い。出射波長は、ラマン増幅用としては、通常、１４５０〜１５５０ｎｍを用いるが、それ以外の波長を発振するものであっても良い。また、図示しないが半導体レーザ１に付属して、半導体レーザ１の温度を調整する温調モジュールを備えても良い。また、第１レンズ２や第２レンズ４には、非球面レンズを用いても良いし、屈折率分布型レンズや球レンズを用いても良い。

次に、位相板３について説明する。なお、この位相板３の遅相軸方向とリタデーション値（複屈折量Δｎとその複屈折媒質の厚さｄの積）の具体例を、図２と図３に模式的に示す。
この位相板３では、図２、３において、矢印の方向が遅相軸βの方向に対応する。例えば、図２の例では、遅相軸βの方向は、光軸αを中心とする同心円の半径方向に平行である。一方、図３の例では、遅相軸βの方向は、光軸αを中心とする同心円の接線方向に平行である。また、図２、図３では、位相板３のリタデーション値は面内均一であり、その値は半導体レーザ１の発振波長（λ）の（ｍ／２）倍（ｍは１以上の奇数）にほぼ等しいが、特にｍ＝１、すなわちリタデーション値がλ／２の場合が、複屈折媒質の厚さｄが薄くできるので製造上好ましい。

次に、位相板３の作用について、図２の位相板３Ａを用いて説明する。
前述したように、位相板３のリタデーション値は面内均一で（λ／２）であり、遅相軸βの方向は光軸αを中心とする同心円の半径方向に平行であることから、位相板３Ａはリタデーション値が遅相軸βの方向と回転対称性を有する。
ここで、図２に示すように、位相板３Ａの横軸をＸ軸、縦軸をＹ軸とし、Ｘ軸からの反時計回りの角度をθとする。また、この位相板３Ａに、Ｘ軸方向（θ＝０°）に偏光した直線偏光が入射する場合を考える。位相板３Ａは回転対称性を有するため、直線偏光の偏光方向は自由に選ぶことができ、例えばθ＝０°とすることに問題はない。

ここで、位相板３Ａにおいて、Ｘ軸から角度θ（これを、「θＡ」とする）に位置する微小領域部分（図示せず）について考える。この部分の遅相軸βの方向は同心円の半径方向に平行であるため、遅相軸βの方向もθＡとなる。遅相軸βの方向は実際には連続的に変化しているが、ここでは説明を簡単にするために、光軸αからの半径が等しい０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°の第一象限における６ヶ所の微小領域部分（図示せず）について考える。

位相板３Ａは、リタデーション値がλ／２であることから1／２波長板となる。１／２波長板は、界面反射や内部の吸収や散乱がない場合、光パワーを維持しながら、光の偏光方向を遅相軸βを中心として線対称の方向に変換する機能がある。
例えば、θ＝０°の直線偏光が入射した場合、Ｘ軸から角度θＡに位置する部分においては、遅相軸βの方向もθＡであることから、透過後の偏光方向は２×θＡとなる。具体的には、上記の６ヶ所の微小領域部分を透過した後の偏光方向は各々、０°、３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°となり、光ビーム面内において均一な直線偏光の入射光が、光ビーム面内の角度θに応じて偏光方向が変化する出射光となる。さらに６ヶ所の微小領域部分の各々の偏光方向は、光パワーの等しい直交する偏光方向の組合せ（０°と９０°、３０°と１２０°、６０°と１５０°）になるので、微小領域全体として偏光度（ＤＯＰ）を低く抑えることができる。第一象限以外も同様に機能し、また、位相板３Ａの遅相軸βの方向は実際には連続的に変化していることから、位相板３Ａを透過した光は、光ビーム面内において偏光方向が動径方向に０°から１８０°まで連続的に変化する。このとき、全ての領域で光パワーの等しい直交する偏光方向の組合せが存在し、光ビーム全体として偏光度がキャンセルされ、入射光の偏光方向に関係なくデポラライズされる。このデポラライズされた光を第２レンズ４で光ファイバ５に集光することで、光ファイバ５内をデポラライズされた状態で伝播し、ＤＯＰの低い半導体レーザモジュール１０が得られる。

なお、上述の説明は入射光が直線偏光である場合の説明であるが、入射光が円偏光や楕円偏光の場合でもデポラライズされる。また、上述の説明は位相板３Ａの説明であるが、図３の位相板３Ｂでも同様の結果となる。
また、位相板３の遅相軸β方向の面内分布は、図２や図３に示すように滑らかに変化させてもよいし、図４に示すように、複数の領域に分割して、同一領域内は均一な遅相軸方向とリタデーション値分布として、領域ごとに遅相軸の方向やリタデーション値を変化させてもよい。この場合、分割数が多いほど光ビーム面内に多くの直交する偏光方向が存在することになり、より好ましい。
なお、位相板３は、複屈折媒質として、水晶やＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）のような複屈折のある単結晶を加工したり、複屈折性のある樹脂フィルムを加工したり、樹脂の射出成型品により作成してもよい。また、液晶を高分子化した高分子液晶を用いれば、液晶の配向方向を制御することで遅相軸方向を自由に設定できるのでより好ましい。

次に、この位相板３において、リタデーション値や遅相軸β方向の面内分布作成法の具体例を、複屈折媒質として高分子液晶を用いる場合について説明する。このリタデーション値分布の作成方法としては、高分子液晶層の厚さに分布をつける方法や、高分子液晶層の厚さを等しくしてリタデーション値を変える方法がある。

初めに、図５に示す模式的断面図を用いて、位相板３の構成について説明する。なお、図５(Ａ)は高分子液晶層に厚さ分布がある場合、図５（Ｂ）は高分子液晶層に厚さ分布がない場合である。
図５(Ａ)の位相板３は、透明な第１の基板３１と、厚さ分布をつけて形成した複屈折媒質層である高分子液晶層３２と、充填媒質層３３と、第２の基板３４とを積層させた構成となっている。

高分子液晶層３２の厚さは、この高分子液晶層３２を成膜後、フォトリソグラフィーおよびエッチング工程で所望の分布に形成することもでき、第１の基板３１に所定の凹凸をつけることで厚さを変えることも可能である。ここで、第１、第２の基板３１、３４は、ガラスやプラスティックを用いることができる。

複屈折媒質層である高分子液晶層３２の凹凸部分の窪みには、この高分子液晶層３２の常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eのいずれか一方の値と等しいか、またはこの２つの屈折率の中間屈折率を有する充填剤である充填媒質層３３が充填されている。このため、高分子液晶層３２の外面は、高低差のないフラット面を形成している。

この充填媒質層３３の屈折率ｎには、高分子液晶層３２の常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eの中間の屈折率値を選択することにより、透過した光の波面の乱れを抑えることができるので好ましい。特に、この充填媒質層３３の屈折率ｎは、ｎ_eまたはｎ_oと一致させるか、ｎ_eとｎ_oの平均値にあわせることが一層好ましい。

また、高分子液晶層３２の厚さに分布をつける上記のような方法の他に、上述したように面内均一な厚さの高分子液晶層３２にリタデーション分布を作成する方法もあり、高分子液晶層３２にチルト角の面内分布を作ることでもできる。ここで、チルト角とは、図５（Ｂ）に示す位相板３の断面図において、高分子液晶層３２内の液晶分子と第１の基板３２のなす角であり、例えば、リタデーション値を小さくするにはチルト角を９０度近くに、つまり液晶分子を第１の基板３２に対して垂直近くにすることで、リタデーション値を小さくすることができる。なお、高分子液晶層３２に厚さ分布がない図５（Ｂ）の場合、充填媒質層３３をなくして、均一厚さの高分子液晶層３２を第１の基板３１と第２の基板３４で挟んだ構造にしても良い。さらに第２の基板３４をなくして、第１の基板３１と高分子液晶層３２の構成にすれば、位相板３の光軸方向の厚さを薄くすることができて好ましい。

一方、遅相軸β方向の制御方法としては、液晶の配向方向を決める配向膜を所望の方向（例えば同心円状）にラビングする方式や、光配向する材料を配向膜として用いて配向方向を制御する方法が使用できる。

また、図５（Ｂ）において、高分子液晶層３２と接する第１の基板３１の面に、図６のような微小な凹凸溝３１Ａを作成し、その凹凸溝３１Ａの長手方向に液晶分子が配向しやすい性質を用いることで、配向方向を制御することもできる。このような凹凸溝３１Ａを多数放射状に作成することで、図２のような放射状の遅相軸分布を実現できる。また、多数の同心円状の溝を作成することで、図３のような同心円状の遅相軸分布を実現することもできる。

この配向を制御する凹凸溝３１Ａの深さｄ（図６参照）は、大きくなると光が散乱や回折をおこし迷光の発生や透過率の低下を招くために好ましくない。この散乱や回折を抑制するために、凹凸溝３１Ａを形成した第１の基板３１の屈折率ｎ_aと高分子液晶の常光方向屈折率ｎ。または異常光方向屈折率ｎ_eとの差と、溝の深さｄとの積、つまり
｜ｎ_o−ｎ_a｜・ｄおよび｜ｎ_e−ｎ_a｜・ｄ
は、前述の半導体レーザ１からの出射光の波長λの１０分の１以下であることが好ましく、特に２０分の１以下、すなわち
｜ｎ_o−ｎ_a｜・ｄ≦（１／２０）λ
および
｜ｎ_e−ｎ_a｜・ｄ≦（１／２０）λ
であることが好ましい。

また、凹凸溝３１Ａを形成した第１の基板３１の屈折率ｎ_aと高分子液晶層３２の屈折率差は、高分子液晶層３２と第１の基板３１との界面での反射、散乱、回折の影響を抑えるために、小さいほうが好ましい。例えば、０．２５以下が好ましく、さらに０．２以下が特に好ましい。すなわち、
｜ｎ_o−ｎ_a｜≦０．２および｜ｎ_e−ｎ_a｜≦０．２
であることが、特に好ましい。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザモジュール２０の構成例を、図７に示す。なお、同図において、図１と同一部分には同じ符号を付与して重複説明を避ける。
第２の実施形態の半導体レーザモジュール２０は、図７に示すように、光源である半導体レーザ１（１Ｂ）と、この半導体レーザ１から出力される光を伝送する光ファイバ５を有する半導体レーザモジュールにおいて、光ファイバ１１を半導体レーザ１の出射側に備えたところが、主として、第１の実施形態と異なる。

この半導体レーザモジュール２０は、光ファイバ付き半導体レーザ１Ｂからの出射される光をデポラライズして光ファイバ５から出力するものであり、光ファイバ付き半導体レーザ１Ｂと、光ファイバ付き半導体レーザ１Ｂから出射される光を平行光にする第１レンズ２と、出射される平行光の偏光をデポラライズする位相板３と、平行光を集光する第２レンズ４と、第２レンズ４で集光された光を伝送する光ファイバ５を備えている。
このような構成にすることで、第１の実施形態と同じ作用により、デポラライズされていない光ファイバ付半導体レーザの出射光を、デポラライズすることができる。

［第３の実施形態］
次に、図１に示す半導体レーザモジュール１０を励起用光源として用いたラマン増幅器１００の構成例について、図８に示す。ここでは、半導体レーザモジュール１０の位相板３として、第１の実施形態で述べた図２の位相板３Ａを用いて説明するが、図３の位相板３Ｂ、図４の位相板３Ｃを用いても良い。

図８に示す前方励起型のラマン増幅器は、ラマン増幅の励起用光源として異なる波長の光を出力する複数のデポラライズされた半導体レーザモジュール１０と、各半導体レーザモジュール１０から出力された光を、光ファイバ５を経て波長合成するＷＤＭカプラ６０と、波長合成された光を伝送する光ファイバ７０と、光ファイバ７０に内蔵された偏波無依存型の光アイソレータ８０とを有する。

光アイソレータ８０は、ＷＤＭカプラ６０から出力されたレーザ光を通過させるとともに、半導体レーザモジュール１０への戻り光をカットしている。ただし、半導体レーザモジュール１０内に光アイソレータを内蔵する場合には、光アイソレータ８０は不要である。

このようなラマン増幅器１００において、各半導体レーザモジュール１０から出力された波長の異なる励起光は、ＷＤＭカプラ６０で合波され、光ファイバ７０から、別のＷＤＭカプラ２００によって、信号光γが伝送される光ファイバ３００内に入射される。この入射された励起光によって、光ファイバ３００内の信号光γはラマン増幅されながら伝送される。

ここでＤＯＰの低い半導体レーザモジュール１０からの励起光は、第１の実施形態と同様に、光ファイバ３００内をデポラライズされた状態、すなわち、どの偏光方向の光パワーも等しい状態で伝播する。信号光γは、ラマン増幅器１００までに伝送されてきた光ファイバの環境温度や歪み等の影響で、信号光γの偏光方向は変動するが、上記のように励起光がデポラライズされているため、ラマン増幅器１００の利得の偏光依存性を抑えることができる。

また、この本実施形態のラマン増幅器１００では、第１の実施形態に係る半導体レーザモジュール１０において、デポラライズの方法として従来の偏波保持光ファイバでなく、位相板３を使用しているため、半導体レーザモジュール１０が小型化されており、その結果、ラマン増幅器１００も小型化される。

本実施形態では、第１の実施形態における半導体レーザモジュール１０を用いた構成のラマン増幅器１００について説明したが、第２の実施形態における半導体レーザモジュール２０を用いた構成のラマン増幅器についても、同様の作用、効果が得られる。

「例１」
次に、本発明の半導体レーザモジュール１０の具体的な実施例について、図１に示す模式図を参照しながら詳細に説明する。
本例１では、光源１として、波長１４８０ｎｍで単一縦モード発振する半導体レーザ１Ａを用いる。この半導体レーザ１Ａから出た光は、第１レンズ２、位相板３、第２レンズ４を透過し、光ファイバ５に集光される。なお、半導体レーザ１Ａから出た光を平行にする第１レンズ２や光ファイバ５に集光する第２レンズ４には非球面レンズを用いる。

位相板３には、図４に示すもの（位相板３Ｃ）を用いている。この位相板３Ｃは、具体的には、同図に示すように、全体の領域を８分割して各領域内は均一な遅相軸方向とリタデーション値分布とし、隣りあう領域ごとに遅相軸βの方向が、光軸αを中心とする同心円の接線方向に４５°で変化させている。一方、リタデーション値は、８分割領域すべてにおいて均一であり、半導体レーザ１Ａの発振波長（１４８０ｎｍ）の（１／２）倍、すなわち７４０ｎｍある。

この位相板３Ｃは、図５（Ｂ）の構成を有しており、厚さ０．２ｍｍの透明なガラス基板である第１の基板３１に、所望の均一厚さに形成した高分子液晶層３２を有し、この上に充填媒質層３３を介して厚さ０．２ｍｍのガラス基板である第２の基板３４を積層している。位相板３Ｃの厚さは、約０.４２ｍｍである。高分子液晶層３２の常光屈折率ｎ_oは１．５０、異常光屈折率ｎ_eは１．５８、複屈折量Δｎは０.０８である。また、高分子液晶層３２の厚さｄは、Δｎ・ｄ（＝７４０ｎｍ）となるよう、９．２５μｍとする。なお、充填媒質層３３の屈折率は１．５２であり、ガラス基板である第１、第２の基板３１、３４の屈折率は１．５２である。

ここで、ガラス基板である第１の基板３１の高分子液晶層３２と接する面には、図６のような微小な凹凸溝３１Ａを作成することで、その凹凸溝３１Ａの長手方向に液晶が配向しやすい性質を用いて、液晶分子を配向させ、その状態で高分子化する。なお、凹凸溝３１Ａを、８分割した領域に多数放射状に作成することで、高分子液晶層３２に、図４のような放射状の遅相軸分布を実現できる。

この図６において、本実施例では基板３１上に屈折率１．４７の薄膜を形成し、この薄膜をフオトリソグラフーおよびエッチングの技術により液晶分子の配向を制御する凹凸溝３１Ａを作成する。この凹凸溝３１Ａの深さｄは８０ｎｍとする。この凹凸溝３１Ａの屈折率ｎ_aは１．４７である。

凹凸溝３１Ａの屈折率ｎ_aと高分子液晶層３２の屈折率差は、
｜ｎ。−ｎ_a｜＝｜１．５０−１．４７｜
＝０．０３
および、
｜ｎ_e−ｎ_a｜＝｜１．５８−１．４７｜
＝０．１１
であり、十分に小さい。

また、凹凸溝部３１Ａを形成している第１の基板３１の屈折率ｎ_aと、高分子液晶３２の常光方向屈折率ｎ_oおよび異常光方向屈折率ｎ_eとの差と、溝の深さｄとの積、
｜ｎ。−ｎ_a｜・ｄおよび｜ｎ_e−ｎ_a｜・ｄ
は、それぞれ、３．２ｎｍ（約（１／４５０）・λ）および８.８ｎｍ（約（１／１５０）・λ）と十分に小さく、界面の反射や散乱、回折が小さく抑えられている。
以上のようにして作られる位相板３をダイシングにより１ｍｍサイズ角に切断して、半導体レーザモジュール１０を構成する。

図４の位相板３Ｃは、領域を８分割しているが、リタデーション値はどの領域も全て面内均一で７４０ｎｍ（半導体レーザ１の波長１４８０の１／２）であり、遅相軸βに関しては、となりあう領域ごとに遅相軸βの方向が、光軸αを中心とする放射状方向に４５°で変化させている。ここで８分割された領域の任意のとなり合う領域とは、例えば、図４における３０Ａと３０Ｂの部分である。

ここで、図４に示すように、位相板３Ｃの横軸をＸ軸、縦軸をＹ軸とするとともに、Ｘ軸からの反時計方向の角度をθとし、この位相板３Ｃに、Ｘ軸方向（θ＝０°）の直線偏光が入射するよう半導体レーザ１Ａを半導体レーザモジュール１０内に固定する。このとき、位相板３Ｃの領域３１における遅相軸β方向は０°であり、領域３２における遅相軸β方向は４５°である。
位相板３Ｃの領域３０Ａ、３０Ｂはともにリタデーション値がλ／２であることから、1／２波長板となる。この１／２波長板は、界面反射や内部の吸収や散乱がない場合、光パワーを維持しながら、光の偏光方向を遅相軸βを中心として線対称の方向に変換する機能がある。このため、位相板３Ｃの領域３０Ａを透過した光の偏光方向は０°、位相板３Ｃの領域３０Ｂを透過した光の偏光方向は９０°となり、領域３０Ａの透過光と領域３０Ｂの透過光は、出力が等しく直交した偏光方向となるため、この２領域（３０Ａと３０Ｂ）における偏光は解消される。他の６領域についても同様な作用により、位相板３Ｃを透過した光のビーム面内おける偏光方向は、各々４分割からなる０°偏光方向と９０°偏光方向となり、光ビーム全体としてみれば偏光は解消され、デポラライズされる。入射光の偏光方向がＸ軸方向（θ＝０°）でない場合であっても、となり合う２領域を透過したあとの偏光方向は直交するため、光ビーム全体としてみれば偏光は解消される。このデポラライズされた光を第２レンズ４で光ファイバ５に集光することで、ＤＯＰが３％の半導体レーザモジュール１０が得られる。また、位相板３Ｃは約１ｍｍ×１ｍｍ×０.４２ｍｍと小さいので、ＤＯＰを低減した半導体レーザモジュール１０を小型化することが容易である。

「例２」
次に、「例１」で述べた半導体レーザモジュール１０を励起用光源として用いたラマン増幅器１００の具体的な構成例について、図８に示す。

図８は、異なる波長の光を出力する複数の半導体レーザモジュール１０と、半導体レーザモジュール１０から出力された光を波長合成するＷＤＭカプラ６０と、波長合成された光を伝送する光ファイバ７０と、光ファイバ７０に内蔵された偏波無依存型の光アイソレータ８０とを有する前方励起型のラマン増幅器である。
光アイソレータ８０は、ＷＤＭカプラ６０から出力されたレーザ光を通過させるとともに、半導体レーザモジュール１０への戻り光をカットしている。
このようなラマン増幅器１００において、各半導体レーザモジュール１０から出力された波長の異なる励起光は、ＷＤＭカプラ６０で合波され、光ファイバ７０から、別のＷＤＭカプラ２００によって、信号光γが伝送される光ファイバ３００内に入射される。この入射された励起光によって、光ファイバ３００内の信号光γはラマン増幅されながら伝送される。

ここで、ラマン増幅に用いられる励起光の光ファイバ３００内における偏光は、「例１」で述べたように、光ファイバ３００中の伝送断面内では、各々４分割からなる０°偏光方向と９０°偏光方向となり、各々の偏光方向の光パワーも等しい状態で光ファイバ３００内を伝播する。ラマン増幅器１００まで伝播してきた伝送光ファイバの環境温度や歪み等により、信号光γの偏光方向は変動するが、励起光は、偏光が直交する各々４部分の光ビームからなり、光ビーム全体としてデポラライズされており、ラマン増幅器１００の利得の偏光依存性を抑えることができる。なお、「例１」の半導体レーザモジュール１０を用いたこの「例２」のラマン増幅器１００の利得の偏光依存性は、０．０５ｄＢ以下となる。

また、この本実施形態例のラマン増幅器１００では、第１の実施形態に係る半導体レーザモジュール１０において、デポラライズの方法として従来の偏波保持光ファイバでなく、位相板３Ｃを使用しているため、半導体レーザモジュール１０が小型化されており、その結果、半導体レーザモジュール１０を励起光とするラマン増幅器１００も小型化される。

本発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の実施が可能である。また上記の実施例では、前方励起型のラマン増幅器について説明したが、後方励起型又は双方向励起型のラマン増幅器にも用いることが可能である。

本発明の半導体レーザモジュールは、位相板の遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも一方が位相板の面内において分布が一様でなく、例えば位相板での遅相軸方向が光軸を中心に放射状もしくは同心円方向により異なり、リタデーション値が面内均一の１／２波長板相当である位相板を半導体レーザモジュールに組込むことにより、小型でＤＯＰの低い半導体レーザモジュールを得ることができ、光通信用に用いられるラマン増幅器の励起用光源として利用することにより、小型でラマン利得の偏光依存性（ＰＤＲＧ）の低いラマン増幅器などとして利用でき有用である。

本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールの一例を示す模式的図。 本発明の第１の実施形態に係る位相板の遅相軸分布の一例を示す模式図。 本発明の第１の実施形態に係る位相板の遅相軸分布の一例を示す模式図。 本発明の第１の実施形態に係る位相板の遅相軸分布の一例を示す模式図。 本発明の第１の実施形態に係る位相板の一例を示す模式的断面図。 本発明の第１の実施形態に係る位相板に用いる基板形状の一例を示す模式図。 本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザモジュールを示す模式図。 本発明の第３の実施形態に係るラマン増幅器の一例を示す模式的図。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ 半導体レーザ（光源）
２ 第１レンズ
３ 位相板
４ 第２レンズ
５ 光ファイバ
１０、２０ 半導体レーザモジュール
１、１Ｂ 光ファイバ付半導体レーザ
３０Ａ、３０Ｂ 分割領域
３１ 第１の基板
３４ 第２の基板
３１Ａ 凹凸溝
３２ 複屈折媒質層（高分子液晶層）
３３ 充填媒質層（充填剤）
１００ ラマン増幅器
６０ ＷＤＭカップラ
７０ 光ファイバ
８０ 光アイソレータ
２００ ＷＤＭカップラ
３００ 光ファイバ
α 光軸
β 遅相軸
γ 信号光

Claims (9)

1. 光源である半導体レーザと、この半導体レーザから出力される光を伝送する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、
   前記半導体レーザと前記光ファイバとの間に、前記半導体レーザから出力される光の偏光状態を変化させる位相板を備えるとともに、
   前記位相板は、遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも一方について、前記位相板面内での分布状態に偏りを有することを特徴とする半導体レーザモジュール。
2. 前記位相板の前記遅相軸方向は、前記半導体レーザからの光の光軸を中心にした同心円の半径方向または接線方向に一致した、前記位相板面内での分布状態を有し、
   前記位相板のリタデーション値は、前記位相板面内において均一であるとともに、前記半導体レーザから出射の光の波長の（ｍ／２）倍（但し、ｍは１以上の奇数）にほぼ等しい請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
3. 前記位相板は、複屈折媒質で形成されている請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
4. 前記位相板の複屈折媒質は、液晶を高分子化した高分子液晶である請求項３に記載の半導体レーザモジュール。
5. 前記高分子液晶は、透明な基板上に形成されているとともに、
   前記基板の表面には前記光軸を中心とする同心円状または放射状の溝が形成されている請求項４に記載の半導体レーザモジュール。
6. 前記高分子液晶は、透明な基板上に形成されているとともに、
   前記基板表面は、前記光軸を中心とする同心円状または放射状の溝が形成され、かつ、
   前記溝が形成された前記基板の屈折率ｎ_aと前記高分子複晶の常光方向屈折率ｎ_oまたは異常光方向屈折率ｎ_eとの差と、溝の深さｄとの積、｜ｎ_o−ｎ_a｜・ｄまたは｜ｎ_e−ｎ_a｜・ｄは、前記半導体レーザから出射の光の波長の１０分の１以下である請求項５に記載の半導体レーザモジュール。
7. 前記位相板は、複屈折媒質で形成されているとともに前記同心円状または放射状の溝を設けた複屈折媒質層を有し、
   前記複屈折媒質層の前記溝の窪みは、前記複屈折媒質の常光屈折率ｎ_oと異常光屈折率ｎ_eのいずれか一方の値と等しいか、または前記２つの屈折率値の中間の屈折率を有する充填剤で充填されて前記溝を埋めてある請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体レーザモジュール。
8. 光源である半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子から出力される光を伝送する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールにおいて、
   前記光ファイバの出射側に光の偏光状態を変える位相板を備えるとともに、
   前記位相板は、遅相軸方向とリタデーション値とのうち少なくとも一方について、前記位相板面内での分布状態に偏りがあることを特徴とする半導体レーザモジュール。
9. 励起光源として、請求項１から８のいずれかに記載の半導体レーザモジュールを備えたことを特徴とするラマン増幅器。

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