JP2006216695A - 半導体レーザモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体レーザ素子の前端面から出射されるレーザ光を分岐するためのビームスプリッタを必要とせず、小型で低コストな半導体レーザモジュールを提供すること。
【解決手段】 前端面から直線偏光したレーザ光を出射する単一縦モード半導体レーザ素子１と、前記レーザ光が入射する入射偏光子２ａ１を有し前記レーザ光を一方向にのみ通過させる光アイソレータ２と、前記レーザ光の一部を受光し前記レーザ光の特性に応じた電気信号を出力する光検出部３と、前記光検出部３を主面４ａに載置する基台４とを有し、前記光アイソレータ２は前記入射偏光子２ａ１の入射面が前記レーザ光の入射光軸に対して所定角度傾いた状態で、かつ前記入射偏光子２ａ１の偏光方向が前記レーザ光の通過を最大限許容する状態で調芯固定され、前記光検出部は前記入射偏光子２ａ１の前記入射面で反射されるレーザ光を受光するように前記基台４の前記主面４ａに固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号を送信する光送信器に用いられる半導体レーザモジュール等の光モジュールに関し、特に、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）通信システムにおける光信号送信用に好適な半導体レーザモジュールに関する。

一般に、高密度ＷＤＭ（ＤＷＤＭ：Dense WDM）通信の分野では、光信号の波長が長期に亘って安定していることが要求される。そのため、半導体レーザからの出射光の波長をモニタする波長モニタの機能をパッケージ内に設けた波長モニタ内蔵型モジュールが開発されている。たとえば、特開２００２−３３５０３６号公報には、単一縦モード発振する分布帰還型半導体レーザ素子（ＤＦＢレーザ素子）の後端面側から出射されたレーザ光を２分岐し、一方を直接に強度モニタ用受光素子により、他方を光フィルタを介して波長モニタ用受光素子により、それぞれ受光し、両受光素子からの信号を比較することによってＤＦＢ半導体レーザ素子の発振波長を精密に制御可能とした半導体レーザモジュールが開示されている。

しかし、この従来技術のように、ＤＦＢ半導体レーザ素子の後端面側から出射されるレーザ光をモニタする方法では、前端面側から出射された光の強度が必ずしも正確にモニタできるわけではない。

また、複数のＤＦＢレーザ素子と合波器、及び半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）とが一つの半導体基板上に集積されてなる、所謂アレイ集積型のＤＦＢレーザ素子では、各ＤＦＢレーザ素子にて発生され前端面から前方に出射される光の強度がＳＯＡに注入される電流によって調整されるため、前方に出射されるレーザ光の強度をモニタすることが望ましい。

この点、たとえば特開２００２−１８５０７４号公報に開示された半導体レーザモジュールは、ＤＦＢレーザ素子の前端面から出射されるレーザ光を２分岐し、その一つを光アイソレータを介して出力用光ファイバに導く一方、他の一つの分岐光の一部を強度モニタ用受光素子及び波長モニタ用受光素子とからなる波長モニタ部に導くことにより、ＤＦＢレーザ素子の前端面から出射される光の信号に基づいた制御が可能である。

しかし、かかる方式では、ＤＦＢレーザ素子の前端面から出射されるレーザ光を分岐するためのビームスプリッタを要し、コスト高となるばかりでなく、光路長が長くなるので、半導体レーザモジュールの小型化が困難である。

特開２００２−３３５０３６号公報 特開２００２−１８５０７４号公報

本発明は、上記課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、前端面から直線偏光したレーザ光を出射する単一縦モード半導体レーザ素子と、前記レーザ光が入射する入射偏光子を具備し前記レーザ光を一方向にのみ通過させる光アイソレータと、前記入射偏光子の入射面で反射された前記レーザ光の一部を受光し前記レーザ光の特性に応じた電気信号を出力する光検出部と、前記光検出部を主面上に載置する基台とを有し、前記光アイソレータは前記入射偏光子の前記入射面が前記レーザ光の入射光軸に対して所定角度傾いた状態で、かつ前記入射偏光子の偏光方向が前記レーザ光の通過を最大限許容する状態で調芯固定され、前記光検出部は前記入射偏光子の前記入射面で反射される前記レーザ光を受光するように前記基台の前記主面に固定されていること、を特徴とする半導体レーザモジュールである。

上記構成において、単一縦モード半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の偏光方向と、光アイソレータの入射偏光子の偏光方向とは、ともに光検出部が載置された前記基台の主面に略平行としてもよい。

また、上記構成において、光アイソレータは、光検出部が載置された前記基台の前記主面上に固定されていてもよい。

また、光アイソレータは、ベース板と、該ベース板上に配置されたファラデー回転子と、前記ベース板上の前記ファラデー回転子の中心軸を挟む両側に配置された磁石対と、偏光方向が前記ベース板に平行となるように前記ベース板上に固定され、かつ前記ファラデー回転子の中心軸と交差するように配置された前記入射偏光子と、前記ファラデー回転子を挟んで前記入射偏光子と反対側に配置された出射偏光子とを含んでなるものであり、前記ベース板において前記基台の主面上に固定されていてもよい。

さらに、光アイソレータの入射偏光子の前記入射面は、前記基台の主面に垂直としてもよい。

本発明において、前記単一縦モード半導体レーザ素子は、前記基台の主面上に固定されていてもよい。

また、光検出部の一つの態様としては、入射偏光子の前記入射面で反射されたレーザ光の一部を受光し前記レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第１の受光素子と、入射偏光子の前記入射面で反射されたレーザ光の一部が入射され波長に対して周期的な透過率特性を有するフィルタと、該フィルタを通過したレーザ光を受光しその波長に応じた電気信号を出力する第２の受光素子とを含んでなるものであってもよい。

上記光検出部においては、第１の受光素子は光検出部に入射するレーザ光のうち前記基台の主面側の一部又は前記主面側と反対側の一部のいずれかを受光し、第２の受光素子は光検出部に入射するレーザ光のうち他の一部を受光するものとしてもよい。

なお、かかる光検出部におけるフィルタとしては、エタロン型フィルタが好適である。

本発明においては、さらに、前記単一縦モード半導体レーザ素子の前記前端面から出射されたレーザ光をコリメートし、前記入射偏光子に向けて出射する第１レンズを有してもよい。また、前記光アイソレータを通過した光を集光する第２レンズと、該第２レンズによって集光されたレーザ光を受光する光ファイバとを有してもよい。

また、本発明において、単一縦モード半導体レーザ素子としては、分布帰還型半導体レーザ素子、又は、複数の単一縦モード半導体レーザと半導体光増幅器と前記複数の単一縦モード半導体レーザの出力を前記半導体光増幅器に導く合波器とを集積してなるアレイ集積型半導体レーザ素子を用いることができる。

本発明に係る半導体レーザモジュールでは、光アイソレータの入射偏光子は、その入射面が単一縦モード半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光軸に対して所定角度傾けられ、該入射面で反射された光が基台の主面上に配置された光検出部に入射するように、かつ入射偏光子の偏光方向が単一縦モード半導体レーザから出射されたレーザ光の通過を最大限許容するように調芯固定されている。このため、単一縦モード半導体レーザ素子から光アイソレータに入射するレーザ光の大部分がアイソレータを通過するとともに、光アイソレータの入射偏光子によって反射された一部のレーザ光が基台の主面上に固定された光検出部に入射し、検出される。

本発明では、このように、光アイソレータの入射偏光子の偏光方向や入射面の配置角度が、単一縦モード半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の偏光方向及び伝搬方向との関係で、レーザ光の通過を最大限許容すると同時に、光検出部における強度や波長等のモニタのための光検出が可能となるように設定されている。したがって、本発明によれば、光アイソレータを通過して得られるレーザ光の強度を最大化しつつ、光アイソレータの入射偏光子からの反射光を強度や波長等のモニタのための検出に利用できるので、半導体レーザの前方に出射されるレーザ光から光検出用のレーザ光を取り出すためにビームスプリッタを設ける必要がなくなり、部品数を削減することが可能となる。よって、単一縦モード半導体レーザ素子として、たとえば複数の単一縦モード半導体レーザと半導体光増幅器（ＳＯＡ）と前記複数の単一縦モード半導体レーザの出力を前記半導体光増幅器に導く合波器とを集積してなるアレイ集積型半導体レーザ素子を使用した場合でも、部品点数を増大させることなく、半導体光増幅器を介して出力されるレーザ光の強度や波長を直接モニターすることができる。

また、本発明では、入射偏光子が、その通過偏光方向がベース板に平行となるように予めベース板上に固定されてなる光アイソレータを用い、かかる光アイソレータのベース板において光アイソレータを光検出部が固定された基台の主面上に固定することにより、入射偏光子の通過偏光方向のレーザ光の直線偏光方向に対する調整が不要となるとともに、入射偏光子の基台への固定位置を、基台の主面を基準として合わせることができる。したがって、光アイソレータを基台上で位置合わせするに際し、入射偏光子からの反射光が光検出部に正確に入射するよう位置合わせすることが容易となる。

さらに、本発明では、入射偏光子の入射面で反射されたレーザ光の一部を受光しその強度に応じた電気信号を出力する第１の受光素子と、入射偏光子の入射面で反射されたレーザ光の一部が入射され波長に対して周期的な透過率特性を有するフィルタと、該フィルタを通過したレーザ光を受光しその波長に応じた電気信号を出力する第２の受光素子とを含んでなる光検出部を用い、かかる光検出部に光アイソレータの入射側偏光子からの反射光を入射させて、単一縦モード半導体レーザ素子の前端面から出射されるレーザ光の強度及び波長をモニタできる構成とすることができる。

さらに、かかる構成において、上記２つの受光素子を基台主面に垂直方向に配列し、第１の受光素子は光検出部に入射するレーザ光のうち基台の主面側の一部又は前記主面と反対側の一部のいずれかを、第２の受光素子は光検出部に入射するレーザ光のうち他の一部を、それぞれ受光するものとすることによって、光検出部の基台主面上に占めるサイズを小さくできる。よって、光検出部によって、単一縦モード半導体レーザから出射され光アイソレータの入射偏光子に入射するレーザ光が遮られることを防止できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態である半導体レーザモジュールについて説明する。

（実施の形態１）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１を模式的に現した平面断面図、図１（Ｂ）は、側面断面図である。図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１は、前端面から直線偏光したレーザ光を出射する単一縦モード半導体レーザ素子（本実施形態例では、分布帰還型半導体レーザ素子である。）１と、単一縦モード半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光ＬＦが入射する入射偏光子２ａ１を有し、レーザ光を一方向（図１（Ａ），（Ｂ）においては右方向）にのみ通過させる光アイソレータ２と、入射偏光子２ａ１で反射されたレーザ光ＬＲを受光し、このレーザ光の特性に応じた電気信号を出力する光検出部３と、光検出部３を主面４ａ上に載置する基台４とを有する。

本実施形態例において、単一縦モード半導体レーザ素子１は、いわゆるＴＥモードで直線偏光したレーザ光をその前端面（図１における単一縦モード半導体レーザ素子１の右側端面）から出力するものであり、本実施形態例では、単一縦モード半導体レーザ素子１から出射されるレーザ光は、図１（Ａ）の紙面上下方向に直線偏光している。この単一縦モード半導体レーザ素子１は、ＬＤキャリア５を介して基台４とは別個の基台６に固定されており、基台６、基台４は、それぞれ別個の電子冷却装置７ａ，７ｂ上に固定されている。ＬＤキャリア５上には、単一縦モード半導体レーザ素子１の近傍に、サーミスタ８ａが固定されている。サーミスタ８ａによって検出される温度に基づいて、電子冷却装置７ａに供給する電流の大きさを調整することによって単一縦モード半導体レーザ素子１の温度を変化せしめ、レーザ光ＬＦの波長を制御することが可能である。

また、基台６には、単一縦モード半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光をコリメートとする第１レンズ９が固定されている。

これら単一縦モード半導体レーザ素子１、第１レンズ９、基台４、６、光検出部３、電子冷却装置７ａ，７ｂは、パッケージ１０内に収容され、その内部は気密に保たれている。

光アイソレータ２は、入射偏光子２ａ１、ファラデー回転子２ｂ、出射偏光子２ａ２、及びファラデー回転子２ｂに直流磁界を印加する磁石２ｃを有する。入射偏光子２ａ１、出射偏光子２ａ２は、ファラデー回転子２ｂの中心軸と交差するように設けられている。光アイソレータ２は、入射偏光子２ａ１側から出射偏光子２ａ２側に向う方向にのみ光を通過させるものである。

また、光アイソレータ２は、図１（Ａ）に示すように、入射偏光子２ａ１が、平面図上で単一縦モード半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光ＬＦの光軸に垂直な面に関して所定角度α（約６〜７°）だけ傾斜した状態でパッケージ１０の外壁に固定され、同時に、入射偏光子２ａ１の通過偏光方向が、直線偏光されたレーザ光ＬＦに対し、通過する光量が最大となるように、その中心軸周りでの位置合わせされている。本実施形態例では、単一縦モード半導体レーザ素子１からの出射光の偏光方向は紙面上下方向であり、入射偏光子２ａ１の通過偏光方向も、紙面に平行となるように位置合わせされている。

光検出部３は、基台４の主面４ａ上において、単一縦モード半導体レーザ素子１の前端面から出射されコリメートされたレーザ光ＬＦが光アイソレータ２の入射偏光子２ａ１の表面で反射し、この反射光ＬＲが入射される位置に配置されている。図２は、反射光ＬＲの光軸に沿った光検出部３の断面を表した図である。図２に示すように、光検出部３には、反射光ＬＲの伝搬方向上流から順に、反射光ＬＲの一部を直接受光するフォトダイオード（第１の受光素子）３ａ、反射光ＬＲの一部が入射されるように配置されたフィルタ(本実施形態例では、エタロン)３ｂ、該フィルタ３ｂの通過光を受光するフォトダイオード（第２の受光素子）３ｃが配置されている。

したがって、フォトダイオード３ａからは、単一縦モード半導体レーザ素子１の前端面から出射されたレーザ光の強度に応じた電気信号が得られる。また、フィルタ３ｂは、図３に示すように、波長に対して周期的な透過率特性を有する。したがって、かかるフィルタ３ｂを通してレーザ光をフォトダイオード３ｃで受光することにより、単一縦モード半導体レーザ素子１の前端面から出射されたレーザ光の波長に応じた電気信号が得られることになる。

また、光検出部３においては、例えば図２に示すように、フォトダイオード３ａは反射光ＬＲのうち基台４側の一部を、フォトダイオード３ｃは反射光ＬＲのうち基台４側と反対側の一部を、それぞれ受光するよう、各部品の基台４からの高さが設定されている。かかる構成をとることにより、光検出部３は基台４の主面４ａ上に占める大きさを小さくできるので、光検出部３を基台４上に配置するに際し、第１レンズ９を出射して光アイソレータ２に向って伝搬するレーザ光ＬＦを遮らないようにすることが容易である。また、これにより半導体レーザモジュールＭ１の小型化も図ることができる。なお、光検出部３は、フォトダイオード３ａが反射光ＬＲのうち基台４と反対側の一部を、フォトダイオード３ｃが反射光ＬＲのうち基台４側の一部を、それぞれ受光するよう、各部品の基台４からの高さが設定されていてもよい。

また、図１（Ａ）に示すように、基台４には、サーミスタ８ｂが固定されている。サーミスタ８ｂによって検出される温度に基づいて、電子冷却装置７ｂに供給する電流の大きさを調整することにより、光検出部３の温度を制御することが可能である。

光アイソレータ２の端部には、光アイソレータ２からの出射光を集光する第２レンズ１１、該第２レンズ１１によって集光されたレーザ光を受光して伝送する光ファイバ１２が固定されている。

本実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１では、単一縦モード半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光ＬＦは、第１レンズ９によってコリメートされ、光アイソレータ２の入射偏光子２ａ１に入射する。入射偏光子２ａ１の通過偏光方向とレーザ光ＬＦの偏光方向とは、ともにほぼ紙面に平行であるから、その大部分が光アイソレータ２を通過して第２レンズ１１に入射し、集光されて光ファイバ１２に結合する。光ファイバ１２に結合したレーザ光は、その内部を伝搬し、所望の用途に供されることとなる。

一方、入射偏光子２ａ１の表面では、わずかながら反射光ＬＲが生じる。そして、入射偏光子２ａ１は、レーザ光ＬＦの光軸に対して所定角度α傾斜しているため、反射光ＬＲは、入射光ＬＦの光軸に対してずれた方向に進行する。この反射光ＬＲは、基台４上に、入射光ＬＦを遮らないように配置された光検出部３に入射する。光検出部３では、図２に示すように該光検出部３に入射した反射光ＬＲの一部を第１の受光素子（フォトダイオード）３ａで直接受光することにより強度に応じた電気信号が、波長に対して周期的な透過率特性を有するフィルタ３ｂを通して第２の受光素子（フォトダイオード）３ｃで受光することにより波長に応じた電気信号が、それぞれ生成される。このようにして光検出部３において生成される電気信号及びサーミスタ８ａ，８ｂによって検出される温度に基づいて、半導体レーザモジュールＭ１の光ファイバ１２に結合したレーザ光の強度、波長を所望の値に制御すべく、単一縦モード半導体レーザ素子１の駆動電流、電子冷却装置７ａ，７ｂの電流が調整されることとなる。

なお、光検出部３として、本実施形態例では、レーザ光の一部を受光しその強度に応じた電気信号を出力する第１の受光素子３ａと、レーザ光の一部が入射され波長に対して周期的な透過率特性を有するフィルタ３ｂと、該フィルタ３ｂを通過したレーザ光を受光しレーザ光の波長に応じた電気信号を出力する第２の受光素子３ｃとを有するものを使用している。しかし、光検出部３としては、半導体レーザモジュールＭ１の用途に応じて、レーザ強度に応じた電気信号を出力する受光素子のみを具備するものであってもよいし、又は波長に対して周期的な透過率特性を有するフィルタと、該フィルタを通過したレーザ光を受光しレーザ光の波長に応じた電気信号を出力する受光素子のみを具備するものであってもよい。

次に、本実施形態例の半導体レーザモジュールの製造方法について説明する。

まず、パッケージ１０の底部１０ａに、電子冷却装置７ａ，７ｂを半田固定する。

次に、基台６上に単一縦モード半導体レーザ素子１およびサーミスタ８ａを固定したＬＤキャリア５を固定し、単一縦モード半導体レーザ素子１の前方に、第１レンズ９を位置合わせ固定する。第１レンズ９の位置合わせは、単一縦モード半導体レーザ素子１を駆動した状態で第１レンズ９を配置し、これを通過したレーザ光の広がり角が最小となるような位置を決定し、固定する。

また、基台４上の予め設計によって決められた位置に光検出部３を固定する。

そして、ＬＤキャリア５を固定した基台６を電子冷却装置７ａ上に、光検出部３を固定した基台４を電子冷却装置７ｂ上に、それぞれ半田で固定する。なお、基台４を電子冷却装置７ｂ上で固定するに際しては、パッケージ１０の窓部１０ｃ外部に光アイソレータ２を配置し、該光アイソレータ２を通過するレーザ光の通過光量が最大となるように位置合わせした状態で光検出部３を固定した基台４を配置し、光アイソレータ２の入射偏光子２ａ１からの反射光が入射する位置に光検出部３が位置するようにした状態で、基台４を電子冷却装置７ｂ上で半田固定する。

なお、ここにおいて、基台６、４は、ともにパッケージ１０の底部１０ａ上面に略平行となる主面６ａ，４ａを有している。本実施形態例において、単一縦モード半導体レーザ素子１は、図１（Ａ）の紙面上下方向に直線偏光をしているから、レーザ光の偏光方向は主面６ａ，４ａにともに略平行となっている。

そして、不活性ガス雰囲気において、パッケージ１０の上面にカバー１０ｂを被せ、端部をシーム溶接する。これにより、パッケージ１０内部は気密封止される。

しかる後、パッケージ１０の窓部１０ｃ外側に光アイソレータ２を配置し、これをその中心軸の周りで回転させ、光アイソレータ２を通過する光量が最大となる位置を求める。そして、その位置で光アイソレータ２をパッケージ１０にレーザ溶接する。光検出部３は、最大通過光量が得られるように光アイソレータ２を位置合わせしたときに入射偏光子２ａ１からの反射光ＬＲが入射するような位置に予め位置合わせされているので、光アイソレータ２を通過する光量が最大となる位置で光アイソレータ２を固定することにより、入射偏光子２ａ１からの反射光ＬＲが光検出部３に入射するようにすることができる。

最後に、光アイソレータ２の端部に第２レンズ１１を固定し、続いて第２レンズ１１からの出射光が集光される位置に光ファイバ１２を位置合わせし、固定する。

以上により、本実施形態に係る半導体レーザモジュールＭ１が完成する。

上記のような半導体レーザモジュールＭ１では、光アイソレータ２の入射偏光子２ａ１の偏光方向や入射面の配置角度（α）が、単一縦モード半導体レーザ素子１から出射されるレーザ光ＬＦの偏光方向及び伝搬方向との関係で、レーザ光の通過を最大限許容すると同時に、光検出部３における強度や波長等のモニタのための光検出が可能となるように設定されている。したがって、本発明によれば、光アイソレータ２を通過して得られるレーザ光の強度を最大化しつつ、光アイソレータ２の入射偏光子２ａ１からの反射光ＬＲを強度や波長等のモニタのための検出に利用できるので、単一縦モード半導体レーザ素子１の前端面から前方に出射されるレーザ光ＬＦから光検出用のレーザ光を取り出すためにビームスプリッタを設ける必要がなくなり、部品数を削減することが可能となる。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ２について図４〜図６を用いて説明する。本第２の実施形態例において、第１の実施形態例と同じ部品には同じ符号を付し、その重複した説明は省略する。

図４（Ａ）は、本発明の第２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの平面断面図、図４（Ｂ）は、側面断面図を示したものである。本第２の実施形態例においては、光アイソレータ２２が、光検出部２３が載置された、例えば銅タングステン合金などの金属製の基台４上に固定されている。

図５（Ａ）は、光アイソレータ２２の平面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の中心軸Ｃに沿った側面断面図、図５（Ｃ）は、入射偏光子２２ａ１側から見た側面図である。図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、本第２の実施形態例の半導体レーザモジュールＭ２に使用される光アイソレータ２２は、ステンレス製のベース板２２ｄ上に、光の進行方向に沿って順に、入射偏光子２２ａ１、ファラデー回転子２２ｂ１、入射偏光子２２ａ２、ファラデー回転子２２ｂ２、出射偏光子２２ａ３が固定され、これらの両側部にファラデー回転子２２ｂ１，２２ｂ２に磁界を印加するための磁石対２２ｃが固定されてなっている。各偏光子２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３は、ベース板２２ｄの表面に垂直となるように、また、平面図上で、入射偏光子２２ａ１の入射面が（ファラデー回転子２２ｂ１，２２ｂ２の）中心軸Ｃに交差し、かつこれに垂直な面に関し、約６〜７°程度の所定角度α（図５（Ａ）参照）で傾斜するように、固定されている。また、入射偏光子２２ａ１の通過偏光方向は、図５（Ｃ）において矢印Ａで示すように、ベース板２２ｄの表面に略平行とされている。

この光アイソレータ２２は、図４（Ａ）に示すように、ベース板２２ｄの下面において、光検出部２３が固定された基台４の主面４ａ上に固定されている。したがって、入射偏光子２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３の各入射面は、光アイソレータ２２が基台４に固定された状態において基台４の主面４ａに垂直となり、かつ、入射偏光子２２ａ１の通過偏光方向（図５（Ｃ）の矢印Ａ）は基台４に略平行となる。

図６は、本発明の第２の実施形態例に用いられる光検出部２３と光アイソレータ２２を基台４に固定した状態を表した図である。図６に示したように、本実施形態例に使用される光検出部２３は、レーザ光ＬＲの一部を受光しその強度に応じた電気信号を出力する第１の受光素子２３ａと、レーザ光ＬＲの一部が入射され波長に対して周期的な透過率特性を有するフィルタ（エタロン）２３ｂと、該フィルタを通過したレーザ光を受光しレーザ光の波長に応じた電気信号を出力する第２の受光素子２３ｃとを有し、第１の受光素子２３ａからなる強度検出部と第２の受光素子２３ｃ及び光フィルタ２３ｂからなる波長検出部が、基台４の主面４ａに沿って反射光ＬＲを横切る方向に配列されている。

本第２の実施形態例においても、単一縦モード半導体レーザ素子１から出射され、第１レンズ９によりコリメートされて入射偏光子２２ａ１に入射するレーザ光ＬＦの偏光方向は、基台４の主面４ａに平行である。よって、上記構成の光アイソレータ２２を用いることにより、光アイソレータ２２を固定するに際し、入射偏光子２２ａ１の通過偏光方向をレーザ光ＬＦの偏光方向に合わせる必要がなくなるので、光アイソレータ２２の調芯作業が容易となる。すなわち、光アイソレータ２２の位置合わせは、単一縦モード半導体レーザ素子１、第１レンズ９及び光検出部２３を固定した後、基台４の主面４ａ上に光アイソレータ２２を配置し、単一縦モード半導体レーザ素子１を駆動してその前端面からレーザ光を出射させた状態で、光検出部２３が入射偏光子２２ａ１からの反射光を受光してその強度若しくは波長に応じた電気信号を発生するよう、もっぱら主面４ａに沿った位置調整のみによって行なうことができる。

また、本第２の実施形態例では、第１の受光素子２３ａからなる強度検出部と、第２の受光素子２３ｃ及び光フィルタ２３ｂからなる波長検出部とが基台４の主面４ａに沿って反射光ＬＲを横切る方向に配列されているので、光アイソレータ２２の入射レーザ光ＬＦに対する固定角度を適宜調整し、入射偏光子２２ａ１によって反射されて生じる反射光ＬＲの方向を調整すれば、第１の受光素子２３ａと第２の受光素子２３ｃにそれぞれ入射される光量比を所望の値に調整することができるという点で有利である。

なお、本第２の実施形態例においては、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、光アイソレータ２２及び光検出部２３は、パッケージ１０の底部１０ａに直接固定された金属製の基台４の主面上に配設されているが、第１の実施形態例に示したように、パッケージ１０の底部１０ａ上に電子冷却装置を介して固定してもよいことは言うまでもない。この場合、フィルタ２３ｂなどを含んでなる光検出部２３ばかりでなく、光アイソレータ２２も電子冷却装置により温度制御されることとなるので、半導体レーザモジュールの特性の安定化が期待できる。

また、基台４としては、このほか、上部に載置される光検出部２３などを加熱することのできるヒータブロックなどを用いてもよい。かかる構成によれば、電子冷却装置を用いた場合と比較して消費電力を低減することができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ３について図７及び図８を用いて説明する。

図７は、本発明の第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ３を模式的に現した平面図である。図７に示すように、本第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ３は、前端面から直線偏光したレーザ光を出射する単一縦モード半導体レーザ素子３１と、該単一縦モード半導体レーザ素子３１から出射されたレーザ光ＬＦが入射する入射偏光子２２ａ１を有し、レーザ光を一方向（図７においては右方向）にのみ通過させる光アイソレータ２２（図５参照）と、前記入射偏光子２２ａ１で反射されたレーザ光ＬＲを受光し、このレーザ光の特性に応じた電気信号を出力する光検出部３３と、光検出部３３を主面４ａ上に載置する基台４とを有する。本実施形態例においては、単一縦モード半導体レーザ素子３１も、光検出部３３と同じ基台４の主面４ａ上に固定されている。また、単一縦モード半導体レーザ素子３１の前端面から出射されたレーザ光をコリメートする第１レンズ９、光アイソレータ２２を通過したレーザ光を集光する第２レンズ１１、第２レンズ１１によって集光されたレーザ光を受光する光ファイバ１２、及び単一縦モード半導体レーザ素子３１の温度を制御するためのサーミスタ８ａと電子冷却装置７ａを有する点は、第１または第２の実施形態例と同様である。

図８は、本第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ３に使用されている単一縦モード半導体レーザ素子３１を模式的に現した平面図である。図８に示すように、単一縦モード半導体レーザ素子３１は、各チャンネルに対応した互いに異波長の単一縦モードレーザ光を発生する複数の半導体レーザストライプ（３１ｄ１〜３１ｄｎ）からなるレーザ光発生部３１ｄと、レーザ光発生部３１ｄの各ストライプ前端（図８における右端）から送出されたレーザ光を導波する導波路を合流させる前側合波部３１ｅと、前側合波部３１ｅから出力されるレーザ光を増幅する増幅部３１ｇと、増幅部３１ｇの出力光を導波し、単一縦モード半導体レーザ素子３１の前端面３１ｂから外部に射出する前側出力導波路３１ｈと、レーザ光発生部３１ｄの各ストライプ後端（図８における左端）から送出されたレーザ光を導波する導波路を合流させる後側合波部３１ｆと、後側合波部３１ｆから出力されるレーザ光を導波し、単一縦モード半導体レーザ素子３１の後端面３１ｃから外部に射出する後側出力導波路３１ｉとが、単一の半導体基板３１ａ上に集積化されている。レーザ光発生部３１ｄの各々の半導体レーザストライプは、例えば分布帰還型半導体レーザであり、増幅部３１ｇは半導体光増幅器（ＳＯＡ）である。また、前側合波部３１ｅと後側合波部３１ｆは、それぞれ各半導体レーザストライプ３１ｄ１〜３１ｄｎに接続された導波路と各導波路を合流させる光合流器（ＭＭＩカプラ）とからなっている。

なお、図８では、各半導体レーザストライプ３１ｄ１〜３１ｄｎ及び増幅部３１ｇに電流を注入するための電極構造を含む詳細は、図示が省略されている。

単一縦モード半導体レーザ素子３１の前側出力導波路３１ｈと後側出力導波路３１ｉは、それぞれ前端面３１ｂ及び後端面３１ｃ近傍において曲げられているので、前端面３１ｂ及び後端面３１ｃから出射されるレーザ光ＬＦ，ＬＢは、これら各端面に対して斜めに出射される。このため、端面における反射光によって、レーザ光発生部３１ｄにおける各半導体レーザストライプ（３１ｄ１〜３１ｄｎ）の発振が不安定となることが防止できるようになっている。

図８に示したアレイ集積型の単一モード半導体レーザ素子３１では、各半導体レーザストライプ３１ｄ１〜３１ｄｎのいずれか一つに電流を注入してレーザ発振させることにより発生したレーザ光は、前側においては増幅部３１ｇにて所定の強度となるように増幅されてレーザ光ＬＦとして出射されるとともに、後側にもレーザ光ＬＢとして出射される。

図７に示すように、本第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ３では、上記単一縦モード半導体レーザ素子３１がサーミスタ８ａとともにＬＤキャリア５に固定され、基台４の主面４ａ上に固定されている。

単一縦モード半導体レーザ素子３１の前端面３１ｂから出射されたレーザ光ＬＦは、第１レンズ９によってコリメートされ、光アイソレータ２２の入射偏光子２２ａ１で反射して光検出部３３に入射する。本実施形態例における光検出部３３は、入射偏光子２２ａ１からの反射光ＬＲを直接受光するフォトダイオードである。すなわち、光検出部３３は、単一縦モード半導体レーザ素子３１の前端面３１ｂから出射されたレーザ光ＬＦの強度に応じた電気信号を出力する。

一方、単一縦モード半導体レーザ素子３１の後端面３１ｃから出射されたレーザ光ＬＢは、レンズ３２によってコリメートされ、その下流に配置された波長モニタ部３４に入射する。波長モニタ部３４は、単一縦モード半導体レーザ素子３１の後端面３１ｃから出射されるレーザ光ＬＢが入射され波長に対して周期的な透過率特性を有するフィルタと、該フィルタを通過したレーザ光を受光するフォトダイオードとからなるものである。すなわち、波長モニタ部３４は、単一縦モード半導体レーザ素子３１から出射されるレーザ光の波長に応じた電気信号を発生する。

このようにして光検出部３３において生成される強度に応じた電気信号と、波長モニタ部３４において生成される波長に応じた電気信号、及びサーミスタ８ａによって検出される温度に基づいて、半導体レーザモジュールＭ３の光ファイバ１２に結合したレーザ光の強度、波長を所望の値に制御すべく、単一縦モード半導体レーザ素子３１の駆動電流、電子冷却装置７ａの電流が調整されることとなる。

本第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ３では、レーザ光が単一縦モード半導体レーザ素子３１の前方にＳＯＡを介して出射される場合であっても、ビームスプリッタなど、前方出射光を分岐する手段を設けることなく、その強度をモニタすることができる。よって、半導体レーザモジュールに使用される部品数を削減することができる。

なお、本第３の実施形態例においては、単一縦モード半導体レーザ素子の前端面から前方に出射されるレーザ光ＬＦの強度のみをモニタし、波長のモニタには単一縦モード半導体レーザ素子３１の後端面３１ｃから出射されるレーザ光ＬＢを用いた。しかしながら、第１または第２の実施形態例で示したように、図２又は図６に示したような光検出部３又は２３を使用して、前方に出射されるレーザ光ＬＦを強度と波長の双方のモニタに使用してもよいことはいうまでもない。

なお、上記第１乃至第３の実施形態例では、単一縦モード半導体レーザ素子１、３１からの出射光の偏光方向は紙面上下方向であり、入射偏光子２ａ１，２２ａ１の通過偏光方向は、紙面に平行となるように位置合わせされているが、単一縦モード半導体レーザ素子１、３１からの出射光の偏光方向はかかる方向に限定される必要はなく、入射偏光子２ａ１，２２ａ１の通過偏光方向が、直線偏光された単一縦モード半導体レーザ素子１、３１からの出射光ＬＦに対し、通過する光量が最大となるように、その中心軸周りでの位置合わせさえされていれば、必ずしも紙面に平行に合わせられていなくてもよい。すなわち、単一縦モード半導体レーザ素子１、３１からの直線偏光された出射光の偏光方向が、単一縦モード半導体レーザ素子１、３１を固定した基台４又は６の主面４ａ又は６ａとの関係で一定の関係で決定され、光アイソレータ２、２２の通過偏光方向が、これら主面４ａ又は６ａに対し、単一縦モード半導体レーザ素子１、３１からの出射光の偏光方向と同じ関係に立つように合わせられていればよい。したがって、たとえば、単一縦モード半導体レーザ素子１、３１として、いわゆるＴＭモードで直線偏光したレーザ光を出射するものを使用して偏光方向が紙面に垂直となる場合にも、本発明が適用できることは言うまでもない。

図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１を模式的に示した平面図、図１（Ｂ）は側面断面図である。 図２は、図１（Ａ）において、反射光ＬＲの光軸に沿ってみた光検出部３の断面図である。 図３は、光フィルタ（エタロン）の波長に対する透過率特性を表した図である。 図４は、本発明の第２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ２を模式的に示した平面図である。 図５（Ａ）は、本発明の第２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ２に使用される光アイソレータを示す平面図、図５（Ｂ）は側面断面図、図５（Ｃ）は左側面図（入射側からみた側面図）である。 図６は、本発明の第２の実施形態例に用いられる光検出部と光アイソレータを基台に固定した状態を表した図である。 図７は、本発明の第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ３を模式的に示した平面図である。 図８は、本発明の第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ３に使用される単一縦モード半導体レーザ素子であるアレイ集積型半導体レーザ素子を模式的に示した平面図である。

符号の説明

１ 単一縦モード半導体レーザ素子
２ 光アイソレータ
２ａ１ 入射偏光子
２ａ２ 出射偏光子
２ｂ ファラデー回転子
２ｃ 磁石
３ 光検出部
３ａ フォトダイオード（第１の受光素子）
３ｂ フイルタ（ファブリ・ペローエタロン）
３ｃ フォトダイオード（第２の受光素子）
４ 基台
４ａ 主面
５ ＬＤキャリア
６ 基台
６ａ 主面
７ａ，７ｂ 電子冷却装置
８ａ，８ｂ サーミスタ
９ 第１レンズ
１０ パッケージ
１０ａ 底板
１０ｂ カバー
１０ｃ 窓部
１１ 第２レンズ
１２ 光ファイバ
２２ 光アイソレータ
２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３ 偏光子
２２ｂ１，２２ｂ２ ファラデー回転子
２２ｃ 磁石
２２ｄ ベース板
２３ 光検出部
２３ａ フォトダイオード（第１の受光素子）
２３ｂ フイルタ（ファブリ・ペローエタロン）
２３ｃ フォトダイオード（第２の受光素子）
３１ 単一縦モード半導体レーザ素子
３１ａ 半導体基板
３１ｂ 前端面
３１ｃ 後端面
３１ｄ レーザ光発生部
３１ｄ１〜３１ｄｎ 半導体レーザストライプ
３１ｅ 前側合波部
３１ｆ 後側合波部
３１ｇ 増幅部
３１ｈ 前側出力導波路
３１ｉ 後側出力導波路
３２ レンズ
３３ 光検出部
３４ 波長モニタ部
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 半導体レーザモジュール
ＬＦ レーザ光（前方出射光）
ＬＲ レーザ光（反射光）
ＬＢ レーザ光（後方出射光）

Claims (13)

1. 前端面から直線偏光したレーザ光を出射する単一縦モード半導体レーザ素子と、
   前記レーザ光が入射する入射偏光子を具備し、前記レーザ光を一方向にのみ通過させる光アイソレータと、
   前記入射偏光子の入射面で反射された前記レーザ光の一部を受光し前記レーザ光の特性に応じた電気信号を出力する光検出部と、
   前記光検出部を主面上に載置する基台とを有し、
   前記光アイソレータは、前記入射偏光子の入射面が前記レーザ光の入射光軸に対して所定角度傾いた状態で、かつ、前記入射偏光子の偏光方向が前記レーザ光の通過を最大限許容する状態で調芯固定され、
   前記光検出部は、前記入射偏光子の前記入射面で反射される前記レーザ光を受光するように前記基台の前記主面に固定されていること
   を特徴とする半導体レーザモジュール。
2. 前記単一縦モード半導体レーザ素子から出射される前記レーザ光の偏光方向と、前記入射偏光子の偏光方向とが、ともに前記主面に略平行であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
3. 前記光アイソレータが前記主面上に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザモジュール。
4. 前記光アイソレータは、ベース板と、該ベース板上に配置されたファラデー回転子と、前記ベース板上の前記ファラデー回転子の中心軸を挟む両側に配置された磁石対と、偏光方向が前記ベース板に平行となるように前記ベース板上に固定され、かつ前記中心軸と交差するように配置された前記入射偏光子と、前記ファラデー回転子を挟んで前記入射偏光子と反対側に配置された出射偏光子とからなり、
   前記ベース板が前記基台の前記主面上に固定されていること
   を特徴とする請求項２に記載の半導体レーザモジュール。
5. 前記入射偏光子の前記入射面が前記主面に垂直であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
6. 前記単一縦モード半導体レーザ素子が前記基台の前記主面上に固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
7. 前記光検出部は、前記レーザ光の一部を受光し前記レーザ光の強度に応じた電気信号を出力する第１の受光素子と、前記レーザ光の一部が入射され波長に対して周期的な透過率特性を有するフィルタと、該フィルタを通過したレーザ光を受光し前記レーザ光の波長に応じた電気信号を出力する第２の受光素子とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
8. 前記第１の受光素子は前記光検出部に入射するレーザ光のうち前記主面側の一部又は前記主面側と反対側の一部のいずれかを受光し、前記第２の受光素子は前記光検出部に入射するレーザ光のうち他の一部を受光することを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザモジュール。
9. 前記フィルタはエタロン型フィルタであることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体レーザモジュール。
10. 前記単一縦モード半導体レーザ素子の前記前端面から出射されたレーザ光をコリメートし、前記入射偏光子に向けて出射する第１レンズを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
11. 前記光アイソレータを通過した光を集光する第２レンズと、該第２レンズによって集光されたレーザ光を受光する光ファイバとを有することを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザモジュール。
12. 前記単一縦モード半導体レーザ素子は、分布帰還型半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
13. 前記単一縦モード半導体レーザ素子は、複数の単一縦モード半導体レーザと半導体光増幅器と前記複数の単一縦モード半導体レーザの出力を前記半導体光増幅器に導く合波器とを集積してなるアレイ型半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
    
    
    

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