JP2007157937A - 半導体レーザモジュール及び半導体レーザモジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の光軸にずれが生じる場合であっても、検出される光出力のレベルが変動せず、信頼性の高い光出力レベルの検出を可能にする。
【解決手段】光分岐手段２０により反射して分岐されたレーザ光を受光しレーザ光の特性に応じた電気信号を出力する光検出部３０が、光分岐手段２０が固定される固定部材２１に直接固定されたものなので、光分岐手段２０と光検出部３０との調芯が不要であるから、光分岐手段２０を調芯するために必要であった光分岐手段２０の周囲のスペースを省略することができる。その結果、光分岐手段２０と光検出部３０を近づけることができるので、レーザ光の光軸のずれが生じても、光検出部３０により検出される光出力のレベルが変動しないので、正確な光出力のモニタが可能となり、検出した光出力レベルの信頼性が高いものとなる。
【選択図】 図１−１

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及び半導体レーザモジュールの製造方法に関するものである。

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、特許文献１に開示された半導体レーザモジュールは、ＤＦＢレーザ素子（分布帰還型半導体レーザ素子）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からなる波長モニタ部に導くこととしている。これにより、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となっている。

一方、特許文献２では、光アイソレータの入射側偏光子及び出射側偏光子で反射したレーザ光をモニタ光として利用している。特許文献２では、入射側偏光子での反射光を強度モニタに、出射側偏光子での反射光を波長モニタに、それぞれ利用している。

特開２００２−１８５０７４号公報 米国特許第６４００７３９号明細書

従来の半導体レーザモジュールにおいては、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の一部を分岐用の光学素子により分岐して、分岐したレーザ光を光検出部により受光しモニタしている。図１１は、従来の半導体レーザモジュールの一部を模式的に表す平面概略図である。半導体レーザモジュールＭ１０のパッケージ２４４内において、半導体レーザ素子２００はＬＤキャリア２０６に搭載され、ＬＤキャリア２０６は基台２４１に固定されている。光検出部２３０は、基台２４１の主面２４１ａに直接固定されている。一方、分岐素子２２０は、基板２２１に固定されている。そして、基板２２１は基台２４１の主面２４１ａに固定される。半導体レーザモジュールＭ１０を製造する際には、半導体レーザ素子２００からレーザ光ＬＦを出射させ、コリメートレンズ２４３で平行光線とした状態でレーザ光ＬＦを分岐素子２２０に入射させる。そして、基板２２１は、分岐光ＬＳが光検出部２３０に導入されて検出されるように位置、方向が調整され、調整後に基台２４１に固定される。その結果、分岐素子２２０と光検出部２３０との位置関係が固定される。

しかし、分岐素子と光検出部の位置関係の固定後に、例えば半導体レーザ素子やコリメートレンズ２４３を基台に取り付ける際に用いる半田やＹＡＧレーザによる溶接部の経時的な緩和や、環境温度変化による基台等の伸縮により、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の光軸にずれが生じる場合がある。レーザ光の光軸にずれが生じると、光検出部に導入される光量が変化し、光検出部において検出される光出力のレベルが変動してしまうことがある。

例えば、図１２に示すように、実際には半導体レーザ素子からの光出力レベルＬ３が変動していなくても、光検出部において検出される光出力レベルＬ４が時間の経過とともに変動してしまうことがある。その結果、半導体レーザ素子の光出力レベルの安定なモニタができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の光軸にずれが生じる場合であっても、検出される光出力のレベルが変動せず、安定な光出力レベルの検出を可能にする半導体レーザモジュールおよび半導体モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に係る半導体レーザモジュールは、端面から直線偏光したレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、前記レーザ光の一部を分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段によって分岐されたレーザ光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、前記光分岐手段が固定される固定部材とを有し、前記光検出部は、前記光分岐手段が固定される前記固定部材に直接固定されたものであることを特徴とする。

請求項２に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記光分岐手段は、前記レーザ光が入射する側に該レーザ光の光軸に対して傾斜した反射面を有するものであることを特徴とする。

請求項３に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記固定部材は、該半導体レーザモジュールのパッケージから外部に突出して設けられたネック部に固定されていることを特徴とする。

請求項４に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記半導体レーザ素子の前端面側に、前記レーザ光を透過する光アイソレータを有することを特徴とする。

請求項５に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記光アイソレータは、前記光分岐手段が固定される前記固定部材に直接固定されたものであることを特徴とする。

請求項６に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記光分岐手段の前記レーザ光の出射面側に配置され前記レーザ光の光軸を該レーザ光の前記光分岐手段への入射光軸と一致させて出射させる光透過手段を有し、前記光アイソレータは、前記光分岐手段と前記光透過手段との間に配置されるものであることを特徴とする。

請求項７に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記固定部材上において前記光分岐手段の前記レーザ光の出射面側に固定され前記レーザ光の光軸を該レーザ光の前記光分岐手段への入射光軸と一致させて出射させる光透過手段と、前記固定部材上において前記光分岐手段と該光透過手段との間に固定されるファラデー回転子とを有し、前記光分岐手段と前記光透過手段は偏光子であり、かつ前記光分岐手段、前記ファラデー回転子、前記光透過手段は、光アイソレーション機能を有するように配置されるものであることを特徴とする。

請求項８に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記光分岐手段と前記光透過手段とは、同一形状からなり、前記レーザ光の光軸上の一点に関して点対称に配置されていることを特徴とする。

請求項９に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記光分岐手段と前記光透過手段とは、同一の楔形状であることを特徴とする。

請求項１０に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記光分岐手段は、前記レーザ光の光束に対向する側辺を有し該レーザ光が出射する側に側面を有する多角柱状であることを特徴とする。

請求項１１に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、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１２に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記半導体レーザ素子は、単一縦モード半導体レーザ素子であることを特徴とする。

請求項１３に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記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１４に係る半導体レーザモジュールは、上記発明において、前記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。

また、請求項１５に係る半導体レーザモジュールの製造方法は、端面から直線偏光したレーザ光を出射する半導体レーザ素子を基台に固定する工程と、前記レーザ光の一部を分岐する光分岐手段を固定部材に固定する工程と、前記光分岐手段が固定された前記固定部材に、前記光分岐手段によって分岐されたレーザ光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を直接固定する工程と、前記光分岐手段と前記光検出部とが固定された前記固定部材を、前記基台に固定する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る半導体レーザモジュールによれば、光分岐手段により分岐されたレーザ光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が、前記光分岐手段を固定する固定部材に直接固定されたものなので、光分岐手段と光検出部との調芯が不要であるから、光分岐手段を調芯するために必要であった光分岐手段の周囲のスペースを省略することができる。その結果、光分岐手段と光検出部を近づけることができるので、レーザ光の光軸のずれが生じても、光検出部により検出される光出力のレベルが変動しないので、正確な光出力のモニタが可能となり、検出した光出力レベルの信頼性が高いという効果を奏する。

さらに、光分岐手段と光検出部との調芯が不要であることにより、製造工程を時間短縮することができるし、光分岐手段の調芯を行う際に発生していた光検出部の出力レベルのばらつきを防止することができる。また、光分岐手段を調芯するために必要であった光分岐手段の周囲のスペースを省略することができることにより、半導体レーザモジュールを小型化できるという効果を奏する。

本発明の半導体レーザモジュールを実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、実施の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変更実施の形態が可能である。

（実施の形態１）
図１−１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザモジュールＭ１を模式的に表した水平断面図であり、図１−２は、その縦断側面図である。図１−１及び図１−２に示すように、本実施の形態１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ＬＦを出射する半導体レーザ素子１０と、レーザ光ＬＦの一部を分岐する板状の光分岐手段２０と、光分岐手段２０によって分岐されたレーザ光を受光しレーザ光の特性に応じた電気信号を出力する光検出部３０と、光分岐手段２０が固定される基板（固定部材）２１とを有する。そして、光検出部３０は、光分岐手段２０を固定する基板２１に直接取り付けられたものである。

半導体レーザ素子１０は、いわゆるＴＥモードで直線偏光したレーザ光ＬＦをその前端面（図１−１等における右側端面）から出力するものであり、本実施の形態１では、図１−１の紙面上下方向に直線偏光している。図２は、本実施の形態１の半導体レーザ１０の構成例を模式的に示す平面図である。本実施の形態１の半導体レーザ１０は、図２に示すように、それぞれ異なる波長のレーザ光を発するストライプ形状の複数の単一縦モード半導体レーザ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎと、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）１２と、複数の単一縦モード半導体レーザ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎからそれぞれ個別の導波路１３を介して出力されるレーザ光を半導体光増幅器１２に導く合波器１４とを同一基板１５上に集積してなるアレイ型半導体レーザ素子として構成されている。各単一縦モード半導体レーザ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎで発生し前端面から前方に出射されるレーザ光の強度は半導体光増幅器１２に注入される電流によって調整される。ここで、単一縦モード半導体レーザ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎは、ＤＦＢレーザ素子（分布帰還型半導体レーザ素子）であっても、ＤＢＲレーザ素子（分布ブラッグ反射型半導体レーザ素子）であってもよい。

また、半導体レーザ素子１０は、ＬＤキャリア１６を介して基台４１上に固定されている。この基台４１は、電子冷却装置４２上に固定されている。ＬＤキャリア１６上には、半導体レーザ素子１０の近傍に位置させて、サーミスタ１７が固定されている。サーミスタ１７によって検出される温度に基づいて電子冷却装置４２に供給する電流の大きさを調整することにより、半導体レーザ素子１０の温度を変化させることで、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４１上には、半導体レーザ素子１０の前端面から出射されるレーザ光ＬＦをコリメートする第１のレンズとしてのコリメートレンズ４３が固定されている。

光分岐手段２０は、レーザ光ＬＦの一部を分岐するものであり、基板２１に固定されている。本実施の形態１では、光分岐手段２０は、レーザ光ＬＦが入射する側にレーザ光ＬＦの光軸に対して傾斜した反射面２０ａを有するものである。その結果、反射面２０ａによって反射されたレーザ光ＬＲは、レーザ光ＬＦの光軸に対して傾斜した方向に進行する。

光検出部３０は、レーザ光ＬＦの強度検出のためのものであり、光分岐手段２０が固定される基板２１に直接取り付けられたものである。基台４１の主面４１ａ上において、半導体レーザ素子１０の前端面から出射されコリメートされたレーザ光ＬＦが、光分岐素子２０の反射面２０ａで反射し、この反射されたレーザ光ＬＲが入射される位置に配置されている。ここで、光検出部３０は、コリメートレンズ４３を出射して伝搬するレーザ光ＬＦを遮らないように配置される。したがって、光検出部３０からは、半導体レーザ素子１０の前端面から出射されたレーザ光ＬＦの強度に応じた電気信号が得られる。

また、本実施の形態１では、半導体レーザモジュールＭ１は、半導体レーザ素子１０の前端面側に、レーザ光ＬＦを図１−１において右方向にのみ透過する光アイソレータ５０を有する。この光アイソレータ５０は、平面実装型の光アイソレータであり、透過偏光方向をレーザ光ＬＦの偏光方向と揃えて配置されている。光アイソレータ５０は、レーザ光ＬＦを透過する一方、半導体レーザ素子１０に帰還する反射光を遮断するので、半導体レーザ素子１０は安定したレーザ発振を行うことができる。

これら半導体レーザ素子１０、光分岐手段２０、基板２１、光検出部３０、基台４１、電子冷却装置４２、コリメートレンズ４３、及び光アイソレータ５０は、パッケージ４４内に収容され、その内部は気密に保たれている。

また、光分岐素子２０のレーザ光ＬＦの出射側には、光分岐素子２０を通過したレーザ光を集光する第２のレンズとしての集光レンズ４５、及びこの集光レンズ４５によって集光されたレーザ光が結合され、伝送する光ファイバ４６が固定されている。

本実施の形態１に係る半導体レーザモジュールＭ１では、半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光ＬＦは、コリメートレンズ４３によってコリメートされ、光アイソレータ５０に入射し、レーザ光ＬＦの大部分が光アイソレータ５０を通過する。光アイソレータ２０を通過した後、レーザ光ＬＦは、光分岐手段２０に入射し、レーザ光ＬＦの大部分が光分岐手段２０を通過する。そして、光分岐手段２０を出射したレーザ光ＬＦは、集光レンズ４５に入射し、集光されて光ファイバ４６に結合する。光ファイバ４６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、光分岐手段２０の反射面２０ａで反射したレーザ光ＬＲは、レーザ光ＬＦの光軸に対して傾斜した方向に進行し、レーザ光ＬＦを遮らないように配置された光検出部３０に入射する。光検出部３０では、この反射光ＬＲを受光素子（フォトダイオード）で受光することにより強度に応じた電気信号が生成される。このようにして光検出部３０において生成される電気信号及びサーミスタ１７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４６に結合したレーザ光のレーザ光の強度を所望の値に制御し、波長を一定に制御すべく、半導体レーザ素子１０の駆動電流、電子冷却装置４２の電流が調整されることとなる。

ここで、光検出部３０は、光分岐手段２０が固定される基板２１に直接固定されたものなので、光分岐手段２０と光検出部３０との調芯が不要であるから、光分岐手段２０を調芯するために必要であった光分岐手段２０の周囲のスペースを省略することができ、光分岐手段２０と光検出部３０を近づけることができる。その結果、レーザ光の光軸のずれが生じても、光検出部３０により検出される光出力のレベルが変動しない。すなわち、図３に示すように、半導体レーザ素子からの光出力レベルＬ１が時間の経過とともに変動していない場合には、光検出部において検出される光出力レベルＬ２も変動しない。その結果、安定な光出力のモニタが可能となる。

次に、本実施の形態１の半導体レーザモジュールＭ１の製造方法について説明する。まず、基台４１上に部品を配置する。すなわち、半導体レーザ素子１０及びサーミスタ１７がボンディング実装済みのＬＤキャリア１６を基台４１上に半田付けにより固定し、さらに、半導体レーザ素子１０の前端面からの出射光路上にコリメートレンズ４３を位置合わせして固定する。コリメートレンズ４３の位置合わせは、半導体レーザ素子１０を駆動した状態でコリメートレンズ４３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、ＹＡＧレーザ溶接により固定する。

次いで、基台４１上の半導体レーザ素子１０の前面に、光アイソレータ５０を取り付ける。この際、光アイソレータ５０を透過する光量が最大となるように光アイソレータ５０の位置を調整し、ＹＡＧレーザ光照射により、その位置で光アイソレータ５０をレーザ溶接して固定する。半導体レーザ素子１０から出射されるレーザ光ＬＦの偏光方向は図１−１の紙面上下方向であるが、光アイソレータ５０は、透過偏光方向を半導体レーザ素子１０の偏光方向と揃えておくことにより、組立て時の入射光軸周りの回転調芯を不要にすることができる。

次いで、光分岐手段２０を基板２１上に取り付け、光検出部３０を、光分岐手段２０を固定した基板２１に直接取り付け、光分岐手段２０により反射されるレーザ光ＬＲが光検出部３０に導入されるように定められた位置において、光検出部３０を半田付けにより固定する。前述のように、後工程での光分岐手段２０と光検出部３０との調芯が不要であるから、光分岐手段２０を調芯するために必要であった光分岐手段２０の周囲のスペースを省略することができ、光分岐手段２０と光検出部３０を近づけることができる。

次いで、光分岐手段２０と光検出部３０とが固定された基板２１を、基台４１に取り付ける。そして、透過する光量が最大となるように基板２１の位置と方向を調整して、YAG溶接により基台４１に固定する。このとき、光分岐手段２０と光検出部３０との調芯が不要であることにより、製造工程を時間短縮することができるし、調芯を行う際に発生していた光検出部の出力レベルのばらつきを防止することができる。

次いで、パッケージ４４の底部４４ａに電子冷却装置４２を半田付けにより固定し、その後、電子冷却装置４２上に基台４１をボンディング実装する。この際、半導体レーザ素子１０を駆動しニアフィールドパターン（ＮＦＰ）を観察しながら、レーザ光がパッケージ４４の窓部４４ｂの中心軸に沿って出射されるように基台４１の半田付けを行う。

そして、不活性ガス雰囲気において、パッケージ４４の上面にカバー４４ｃを被せ、端部をシーム溶接する。これにより、パッケージ４４の内部は気密封止される。最後に、半導体レーザモジュールＭ２のパッケージ４４から外部に突出して設けられたネック部４７の端部に集光レンズ４５を固定し、続いて集光レンズ４５からの出射光が集光される位置に光ファイバ４６を位置合わせし、固定する。以上により、本実施の形態１の半導体レーザモジュールＭ１が完成する。

このように本実施の形態１の半導体レーザモジュールＭ１によれば、光分岐手段２０により反射して分岐されたレーザ光を受光しレーザ光の特性に応じた電気信号を出力する光検出部３０が、光分岐手段２０が固定される基板２１に直接固定されたものなので、光分岐手段２０と光検出部３０との調芯が不要であるから、光分岐手段２０を調芯するために必要であった光分岐手段２０の周囲のスペースを省略することができる。その結果、光分岐手段２０と光検出部３０を近づけることができるので、半導体レーザ素子１０やコリメートレンズ４３を基台に取り付ける際に用いる半田やＹＡＧレーザによる溶接部の経時的な緩和や、環境温度変化による基台４１等の伸縮により、半導体レーザ素子１０から出射されるレーザ光ＬＦの光軸のずれが生じても、光検出部３０により検出される光出力のレベルが変動しないので、安定な光出力のモニタが可能となる。

さらに、光分岐手段２０と光検出部３０との調芯が不要であることにより、製造工程を時間短縮することができるし、光分岐手段２０と光検出部３０を近づけることができることにより、調芯を行う際に発生していた光検出部３０の出力レベルのばらつきを防止することができる。また、光分岐手段２０を調芯するために必要であった光分岐手段２０の周囲のスペースを省略することができることにより、半導体レーザモジュールＭ１を小型化できる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザモジュールＭ２について図４を参照して説明する。なお、本実施の形態２において、実施の形態１で示した部分と同一部分又は相当する部分は同一符号を用いている。

実施の形態１に係る半導体レーザモジュールにおいては、光分岐手段と光検出部とが固定された固定部材（基板）が半導体レーザモジュールのパッケージ内に収容されていたが、本実施の形態２に係る半導体レーザモジュールにおいては、前記固定部材は半導体レーザモジュールのパッケージから外部に突出して設けられたネック部に固定されたものである。

図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザモジュールＭ２を模式的に表した水平断面図である。図４に示すように、本実施の形態２に係る半導体レーザモジュールＭ２においては、光分岐手段２０が固定されている固定部材２１は、半導体レーザモジュールのパッケージ４４から外部に突出して設けられたネック部４７に固定されている。固定部材２１は、光分岐手段２０を調芯するために必要であった光分岐手段２０の周囲のスペースを省略することができるものなので、小型化できる。その結果、固定部材２１をネック部４７に固定することが可能となる。

次に、半導体レーザモジュールＭ２の製造方法について説明する。まず、基台４１上に平面実装型の光アイソレータ５０を固定するまでの工程は、実施の形態１と同様に行う。

次いで、パッケージ４４の底部４４ａに電子冷却装置４２を半田付けにより固定し、その後、電子冷却装置４２上に基台４１をボンディング実装する。この際、半導体レーザ素子１０を駆動しニアフィールドパターン（ＮＦＰ）を観察しながら、レーザ光がパッケージ４４の窓部４４ｂの中心軸に沿って出射されるように基台４１の半田付けを行う。

次いで、光分岐手段２０と光検出部３０とを、固定部材２１に固定し、この固定部材２１を、パッケージ４４から外部に突出して設けられたネック部４７の端部に当接し、そして、光検出部３０において検出される光出力レベルが最大になるように固定部材２１の位置と方向を調整して、ＹＡＧレーザ溶接によりネック部４７の端部に固定する。

そして、不活性ガス雰囲気において、パッケージ４４の上面にカバー４４ｃを被せ、端部をシーム溶接する。これにより、パッケージ４４の内部は気密封止される。最後に、ネック部４７の端部に集光レンズ４５を固定し、続いて集光レンズ４５からの出射光が集光される位置に光ファイバ４６を位置合わせし、固定する。以上により、半導体レーザモジュールＭ２が完成する。

本実施の形態２の半導体レーザモジュールＭ２によれば、固定部材２１がネック部４７に固定されていることによって、半導体レーザモジュールのさらなる小型化が実現できる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザモジュールＭ３について図５及び６を参照して説明する。なお、本実施の形態３においても、実施の形態１で示した部分と同一部分又は相当する部分は同一符号を用いている。

実施の形態１に係る半導体レーザモジュールにおいては、光分岐手段が固定される固定部材（基板）と光アイソレータは別々に基台に固定されていたが、本実施の形態３に係る半導体レーザモジュールにおいては、光アイソレータは前記固定部材（基板）に直接固定されたものである。

図５は、本発明の実施の形態３に係る半導体レーザモジュールＭ３を模式的に表した水平断面図であり、図６は、光分岐手段が固定される基板に固定される光検出部、光アイソレータ、光透過手段を模式的に表した平面図である。図５及び６に示すように、本実施の形態３に係る半導体レーザモジュールＭ３においては、光アイソレータ７０は、光分岐手段６０が固定され、かつ光検出部３０が直接固定される固定部材（基板）６１に直接固定されたものである。本実施の形態３の半導体レーザモジュールＭ３によれば、光アイソレータ７０が、基板６１に直接固定されたものであることによって、半導体レーザモジュールのさらなる小型化が実現できる。

光アイソレータ７０は、平面実装型であり、レーザ光ＬＦが入射する入射側偏光子７１、該入射側偏光子７１を経たレーザ光ＬＦを出射させる出射側偏光子７２、及び入射側偏光子７１と出射側偏光子７２の間に配置されレーザ光ＬＦの偏光方向を回転させるファラデー回転子７３、ファラデー回転子７３に直流磁界を印加する磁石７４を有し、レーザ光ＬＦを図５において右方向にのみ通過させる。

また、本実施の形態３に係る半導体レーザモジュールＭ３は、光分岐手段６０のレーザ光の出射面６０ｂ側に配置されレーザ光の光軸を該レーザ光の光分岐手段６１への入射光軸と一致させて出射させる光透過手段６２を有し、光アイソレータ７０は、光分岐手段６０と光透過手段６２との間に配置される。

一方、光分岐手段６０と光透過手段６２とは、平面的に見て楔形状（左右対称の台形形状）に形成され、それぞれの入射面６０ａ，６２ａと出射面６０ｂ，６２ｂとが非平行とされている。また、本実施の形態３では、光分岐手段６０と光透過手段６２とは、同一形状で、レーザ光ＬＦの光軸Ｃ上の一点に関して点対称となる如く配置されている。すなわち、入射面６０ａと出射面６２ｂとが平行で、出射面６０ｂと入射面６２ａとが平行となるように配置されている。入射側偏光子７１、出射側偏光子７２及びファラデー回転子７３のそれぞれの入出射面は、出射面６０ｂと入射面６２ａとに平行に配置されている。また、入射面６０ａ，６２ａ及び出射面６０ｂ，６２ｂは、いずれもレーザ光ＬＦの光軸に対しては直交せず傾斜角度を持つように配置されている。光分岐手段６０と光透過手段６２とは、石英などの、レーザ光ＬＦの波長における光の透過率が十分高く、複屈折性がなく、加工性がよい光学材料からなるのが好ましい。

また、半導体レーザ素子１０から出射されるレーザ光ＬＦの偏光方向は図５の紙面上下方向であるが、光アイソレータ７０は、入射側偏光子７１の透過偏光方向を半導体レーザ素子１０の偏光方向と揃えておき、出射側偏光子７２の透過偏光方向を半導体レーザ素子１０の偏光方向と４５°の角度をなすように配置することにより、組立て時の入射光軸周りの回転調芯を不要にすることができる。

本実施の形態３に係る半導体レーザモジュールＭ３では、半導体レーザ素子１０から出射されたレーザ光ＬＦは、コリメートレンズ４３によってコリメートされ、光分岐手段６０を通過し、光アイソレータ７０の入射側偏光子２１に入射する。入射側偏光子２１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ため、レーザ光ＬＦの大部分が光アイソレータ２０を通過する。光アイソレータ２０を通過した後、レーザ光ＬＦは、光透過手段６２に入射するが、光透過手段６２は、光分岐手段６０を通過する際に屈折により上方向にずれたレーザ光ＬＦの光軸を、光分岐手段６０への入射光軸と一致させて出射させる。光透過手段６２を出射したレーザ光ＬＦは、集光レンズ４５に入射し、集光されて光ファイバ４６に結合する。光ファイバ４６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、光分岐手段６０の入射面６０ａで反射したレーザ光ＬＲは、レーザ光ＬＦの光軸に対して傾斜した方向に進行し、レーザ光ＬＦを遮らないように配置された光検出部３０に入射する。光検出部３０では、この反射光ＬＲを受光素子（フォトダイオード）で受光することにより強度に応じた電気信号が生成される。このようにして光検出部３０において生成される電気信号及びサーミスタ１７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４６に結合したレーザ光のレーザ光の強度を所望の値に制御し、波長を一定に制御すべく、半導体レーザ素子１０の駆動電流、電子冷却装置４２の電流が調整されることとなる。

ここで、光分岐手段６０の出射面６０ｂ、入射側偏光子７１、出射側偏光子７２及びファラデー回転子７３のそれぞれの入出射面、並びに光透過手段６２の入射面６２ａにおいても、わずかながら反射されて分岐される他の分岐光を生ずる。この際、光分岐手段６０の出射面６０ｂ、入射側偏光子７１、出射側偏光子７２及びファラデー回転子７３のそれぞれの入出射面、並びに光透過手段６２の入射面６２ａは、レーザ光ＬＦの入射光軸に対して傾斜しているため、これら他の分岐光は、入射光軸に対してずれた方向に進行する。このため、他の分岐光が半導体レーザ素子１０に帰還しないようにすることができる。

また、光分岐手段６０の出射面６０ｂ、入射側偏光子７１、出射側偏光子７２及びファラデー回転子７３のそれぞれの入出射面、並びに光透過手段６２の入射面６２ａは、光分岐手段６０の入射面６０ａと平行ではないため、上記他の分岐光は、レーザ光ＬＲとは異なる方向に反射される。よって、これら他の分岐光が、光検出部３０に入射してレーザ光ＬＲと干渉しないようにすることができる。これにより、光検出部３０で受光されて検出される検出値が、上記干渉によって波長依存性を有することが回避される。このため、本実施形態例では、光分岐手段６０の入射面６０ａと光分岐手段６０の出射面６０ｂ等とが非平行であることにより、レーザ光の強度を精密に制御することができるという点でも有利である。

このためにも、光分岐手段６０の入射面６０ａと出射面６０ｂ、入射側偏光子７１、出射側偏光子７２及びファラデー回転子７３のそれぞれの入出射面、並びに光透過手段６２の入射面６２ａとのなす角度は、他の分岐光が、光検出部３０に入らない角度であればよい。より好ましくは、レーザ光ＬＲと他の分岐光との分岐方向が入射光軸を挟んで異なる側に進行するように入射面６０ａと出射面６０ｂは入射光軸に対する傾斜方向を異ならせるのがよい。

また、本実施の形態３では、光分岐手段６０と光透過手段６２とが同一形状で光軸Ｃ上の一点に関して点対称となるように配置されているので、光分岐手段６０への入射光と光透過手段６２からの出射光との光軸が容易に一致するため、組立て時の出射方向の調整が一層容易となる。

なお、本実施の形態３では、光分岐手段６０と光透過手段６２とが同一形状で光軸Ｃ上の一点に関して点対称となるように配置されているので、光透過手段６２の出射面６２ｂで反射されて分岐される分岐光とレーザ光ＬＲとの進行方向は同一方向となる。しかしながら、光透過手段６２の出射面６２ｂで反射されて分岐される分岐光は、ファラデー回転子７３により偏光方向が回転されて入射側偏光子７１により遮断されるので、レーザ光ＬＲと干渉を起こすことはない。

また、本実施の形態３では、光検出部３０として、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を使用している。しかし、光検出部３０としては、半導体レーザモジュールＭ３の用途に応じて、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し、レーザ光の一部を受光し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、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ものであってもよい。

なお、半導体レーザモジュールＭ３の製造方法については、実施の形態１に係る半導体レーザモジュールＭ１の製造方法と同様である。ただし、光アイソレータ７０を基板６１に固定する点や、光分岐手段６０と光透過手段６２とを光軸Ｃ上の一点に関して点対称となるように配置する点や、基板６１を基台４１に固定する際には光アイソレータ７０を透過する光量が最大となるように基板６１の位置と方向を調整する点は異なる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る半導体レーザモジュールＭ４について図７及び８を参照して説明する。なお、本実施の形態４においても、実施の形態１で示した部分と同一部分又は相当する部分は同一符号を用いている。

実施の形態３に係る半導体レーザモジュールは、光透過手段を有し、光アイソレータは光分岐手段と光透過手段との間に配置されていたが、本実施の形態４に係る半導体レーザモジュールは、光分岐手段が固定される固定部材（基板）上において光分岐手段のレーザ光の出射面側に固定される光透過手段と、前記固定部材（基板）上において光分岐手段と光透過手段との間に固定されるファラデー回転子を有し、光分岐手段と光透過手段は偏光子であり、かつ光分岐手段、ファラデー回転子、光透過手段は、光アイソレーション機能を有するように配置される。

図７は、本発明の実施の形態４に係る半導体レーザモジュールＭ４を模式的に表した水平断面図であり、図８は、偏光子である光分岐手段が固定される固定部材（基板）に固定される光検出部、ファラデー回転子、偏光子である光透過手段を模式的に表した平面図である。図７及び８に示すように、本実施の形態４に係る半導体レーザモジュールＭ４は、光分岐手段８０が固定される固定部材（基板）８１上において光分岐手段８０のレーザ光ＬＦの出射面８０ｂ側に固定されレーザ光ＬＦの光軸をレーザ光ＬＦの光分岐手段８０への入射光軸と一致させて出射させる光透過手段８２と、基板８１上において光分岐手段８０と光透過手段８２との間に固定されるファラデー回転子８３とを有し、光分岐手段８０と光透過手段８２は偏光子であり、かつ光分岐手段８０、ファラデー回転子８３、光透過手段８２は、光アイソレーション機能を有するように配置されるものである。また、ファラデー回転子８３に直流磁界を印加する磁石８４を基板８１上に配置する。本実施の形態４の半導体レーザモジュールＭ４によれば、光分岐手段８０及び光透過手段８２が、光アイソレータの入射側偏光子と出射側偏光子として機能するので、使用する部品を減らすことができ、さらなる小型化と低コスト化が実現できる。

なお、本実施の形態４の半導体レーザモジュールＭ４の機能や製造方法については、実施の形態３の半導体レーザモジュールＭ３と同様である。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５に係る半導体レーザモジュールＭ５について図９を参照して説明する。なお、本実施の形態５においても、実施の形態１で示した部分と同一部分又は相当する部分は同一符号を用いている。

実施の形態１〜４に係る半導体レーザモジュールは、光分岐手段が、レーザ光が入射する側にレーザ光の光軸に対して傾斜した反射面を有するものであったが、本実施の形態５に係る半導体レーザモジュールでは、光分岐手段は、レーザ光の光束に対向する側辺を有し該レーザ光が出射する側に側面を有する多角柱状である。

図９は、本発明の実施の形態５に係る半導体レーザモジュールＭ５を模式的に表した水平断面図である。図９に示すように、半導体レーザ素子１０は、前端面からレーザ光ＬＦを出射し、後端面からレーザ光ＬＢを出射する。本実施の形態５に係る半導体レーザモジュールＭ５においては、光分岐手段９０は、基板１００に固定され、半導体レーザ素子１０の後端面から出射したレーザ光ＬＢの光束に対向する側辺９１を有しレーザ光ＬＢが出射する側に側面９２を有する三角柱状のものである。そして、光検出部１１０は、基板１００に直接固定されている。光分岐手段９０は、石英などの、レーザ光ＬＦの波長における光の透過率が十分高く、複屈折性がなく、加工性がよい光学材料からなるのが好ましい。

図９において、レーザ光ＬＢは、コリメートレンズ４８で平行光線とした状態で光分岐手段９０の側辺９１に入射する。レーザ光ＬＢのうち、三角柱状の光分岐手段９０の側辺９１よりも下の部分は上側に屈折され、側辺９１よりも上の部分は下側に屈折され、それぞれＬＢ１，ＬＢ２となって、側面９２から出射される。光検出部１１０は、レーザ光ＬＢ１を受光し半導体レーザ素子１０の前端面から出射されるレーザ光ＬＦの強度に応じた電気信号を出力する第１の受光素子であるフォトダイオード１１１と、レーザ光ＬＢ２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であるエタロンフィルタ１１２と、フィルタ１１２を通過したレーザ光を受光しレーザ光ＬＦの波長に応じた電気信号を出力する第２の受光素子であるフォトダイオード１１３とを有する。

フォトダイオード１１１からは、半導体レーザ素子１０の前端面から出射されたレーザ光ＬＦの強度に応じた電気信号が得られる。また、エタロンフィルタ１１２は、図１０に実線で示すように、波長に対して周期的な透過率特性を有する。したがって、かかるエタロンフィルタ１１２を通してレーザ光をフォトダイオード１１３で受光することにより、半導体レーザ素子１０の前端面から出射されたレーザ光ＬＦの波長に応じた電気信号が得られることになる。これにより、フォトダイオード１１１，１１３の受光比率が一定となるように設定しておき、半導体レーザ素子１０の単一縦モード半導体レーザ１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎが、ＤＦＢレーザ素子（分布帰還型半導体レーザ素子）の場合であれば、温度を調整し、ＤＢＲレーザ素子（分布ブラッグ反射型半導体レーザ素子）の場合であれば、電流を調整することによって、波長の制御が可能となる。

次に、本実施の形態５の半導体レーザモジュールＭ５の製造方法について説明する。まず、光アイソレータ５０を基台４１上に固定するまでの工程は、実施の形態１の場合と同様に行う。そして、光分岐手段９０と光検出部１１０を固定した基板１００の基台４１上への固定に際しては、フォトダイオード１１３の検出出力をモニタしながら所望の光透過特性となるようにエタロン１１２のレーザ光ＬＢ２の光軸に対する傾き角度が適切となるよう、エタロン１１２が固定されている基板１１０の方向及び位置を調整する。基板１１０の調整により、エタロン１１２の透過率の波長特性を、たとえば図１０中の破線に示すようにずらすことができる。位置合わせ後に、基板１１０を基台４１上に固定する。後の工程は、実施の形態１の場合と同様に行えばよい。

このように、本実施の形態５の半導体レーザモジュールＭ５によれば、三角柱状の光分岐手段９０によりレーザ光ＬＢを２分岐して、分岐したレーザ光の一方をレーザ光ＬＦの光出力の検出に用い、分岐したレーザ光のもう一方をレーザ光ＬＦの波長の検出に用いることによって、精密な光出力の検出とともに、精密な波長検出が可能となる。

なお、これら実施の形態１〜５では、半導体レーザ素子１０として、アレイ型半導体レーザ素子を用いたが、半導体光増幅器１２や合波器１４を有しない単体のＤＦＢレーザ素子（分布帰還型半導体レーザ素子）や、ＤＢＲレーザ素子（分布ブラッグ反射型半導体レーザ素子）による単一縦モード半導体レーザ素子であってもよい。

また、これら実施の形態１〜５では、光アイソレータを、一対の偏光子とファラデー回転子との組合せからなる１段構成のもので説明したが、ｎ＋１枚の偏光子とｎ枚のファラデー回転子とを組合せてなる多段構成のものであってもよい。

本発明の実施の形態１に係る半導体レーザモジュールを模式的に表した水平断面図である。 図１−１の縦断側面図である。 半導体レーザの構成例を模式的に示す平面図である。 半導体レーザ素子からの光出力レベルと光検出部において検出される光出力レベルとの時間変動を示す特性図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体レーザモジュールＭ２を模式的に表した水平断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体レーザモジュールＭ３を模式的に表した水平断面図である。 光分岐手段が固定される基板に固定される光検出部、光アイソレータ、光透過手段を模式的に表した平面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体レーザモジュールＭ４を模式的に表した水平断面図である。 偏光子である光分岐手段が固定される基板に固定される光検出部、ファラデー回転子、偏光子である光透過手段を模式的に表した平面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体レーザモジュールＭ５を模式的に表した水平断面図である。 エタロンの波長−透過率の関係を示す特性図である。 従来の半導体レーザモジュールの一部を模式的に表す平面概略図である。 従来の半導体レーザモジュールにおける光出力レベルの時間的変動を示す特性図である。

符号の説明

１０ 半導体レーザ素子
２０ 光分岐手段
２０ａ 入射面
２１ 固定部材（基板）
３０ 光検出手段
４１ 基台
４１ａ 主面
４３ コリメートレンズ
４５ 集光レンズ
４６ 光ファイバ
４７ ネック部
５０ 光アイソレータ

Claims (15)

1. 端面から直線偏光したレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
   前記レーザ光の一部を分岐する光分岐手段と、
   前記光分岐手段によって分岐されたレーザ光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、
   前記光分岐手段が固定される固定部材と、
   を有し、
   前記光検出部は、前記光分岐手段が固定される前記固定部材に直接固定されたものであることを特徴とする半導体レーザモジュール。
2. 前記光分岐手段は、前記レーザ光が入射する側に該レーザ光の光軸に対して傾斜した反射面を有するもの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. 前記固定部材は、該半導体レーザモジュールのパッケージから外部に突出して設けられたネック部に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
4. 前記半導体レーザ素子の前端面側に、前記レーザ光を透過する光アイソレータを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
5. 前記光アイソレータは、前記光分岐手段が固定される前記固定部材に直接固定されたものであることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザモジュール。
6. 前記光分岐手段の前記レーザ光の出射面側に配置され前記レーザ光の光軸を該レーザ光の前記光分岐手段への入射光軸と一致させて出射させる光透過手段を有し、前記光アイソレータは、前記光分岐手段と前記光透過手段との間に配置されるものであることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体レーザモジュール。
7. 前記固定部材上において前記光分岐手段の前記レーザ光の出射面側に固定され前記レーザ光の光軸を該レーザ光の前記光分岐手段への入射光軸と一致させて出射させる光透過手段と、前記固定部材上において前記光分岐手段と該光透過手段との間に固定されるファラデー回転子とを有し、前記光分岐手段と前記光透過手段は偏光子であり、かつ前記光分岐手段、前記ファラデー回転子、及び前記光透過手段は、光アイソレーション機能を有するように配置されるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
8. 前記光分岐手段と前記光透過手段とは、同一形状からなり、前記レーザ光の光軸上の一点に関して点対称に配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体レーザモジュール。
9. 前記光分岐手段と前記光透過手段とは、同一の楔形状であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
10. 前記光分岐手段は、前記レーザ光の光束に対向する側辺を有し該レーザ光が出射する側に側面を有する多角柱状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。
11. 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１〜１０のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
12. 前記半導体レーザ素子は、単一縦モード半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
13. 前記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１〜１２のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
14. 前記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１〜１３のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
15. 端面から直線偏光したレーザ光を出射する半導体レーザ素子を基台に固定する工程と、
    前記レーザ光の一部を分岐する光分岐手段を固定部材に固定する工程と、
    前記光分岐手段が固定された前記固定部材に、前記光分岐手段によって分岐されたレーザ光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を直接固定する工程と、
    前記光分岐手段と前記光検出部とが固定された前記固定部材を、前記基台に固定する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。

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