JP2009147154A - Array semiconductor laser, semiconductor laser device, semiconductor laser module, and raman amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は,アレイ型半導体レーザ,半導体レーザ装置,半導体レーザ・モジュール,およびラマン増幅器に関する。 The present invention relates to an array type semiconductor laser, a semiconductor laser device, a semiconductor laser module, and a Raman amplifier.
ラマン増幅器における利得帯域の拡大を図るために,波長の異なる励起光(レーザ光)をそれぞれが出射する複数個の半導体レーザを用いることが提案されている。特許文献1では,異なる波長のレーザ光をそれぞれが出射する複数個の半導体レーザを用意し,複数個の半導体レーザのそれぞれから出射されるレーザ光を合波(合成)したものを,ラマン増幅器における励起光として用いている。
しかしながら,複数個の独立した半導体レーザのそれぞれから出射されるレーザ光を合波するには,合波等のための光学部材が当然に必要とされる。上述した特許文献1には,偏波合成のための偏波合成器と,合波のためのWDMカプラとが設けられている。複数の独立した半導体レーザと偏波合成器との間,偏波合成器とWDMカプラとの間には,それぞれレーザ光を導くための光ファイバも必要とされる。
However, in order to multiplex laser beams emitted from each of a plurality of independent semiconductor lasers, an optical member for multiplexing or the like is naturally required. In
この発明は,複雑な光学部材を用いることなく,合波されたレーザ光を出力できるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to be able to output a combined laser beam without using a complicated optical member.
またこの発明は,複雑な光学部材を用いることなく,偏波合成されたレーザ光を出力できるようにすることを目的とする。 It is another object of the present invention to be able to output a polarization-synthesized laser beam without using a complicated optical member.
この発明によるアレイ型半導体レーザは,半導体基板の上方の前記半導体基板の基板面と平行な面内に,後方端面から出射端面にかけて,ストライプ状の活性層が互いに間隔をあけて複数形成され,前記複数の活性層のそれぞれは,前記活性層を導波される光の光軸線が出射端面の位置において出射端面の法線方向に対して斜めを向き,前記複数の活性層のそれぞれを通じて出射端面から出射される複数のレーザ光のいずれもが同じ位置に達するように曲がっており,前記複数の活性層のそれぞれの少なくとも一部分の上方または下方に,ブラッグ波長が単調に増大または減少する回折格子がそれぞれ形成されており,前記後方端面および前記回折格子によって光共振器が構成されているものである。複数の活性層のそれぞれを通じて出射端面から出射される複数のレーザ光が達する(通過する)位置は一点であってもある程度の広がりを有する領域であってもよい。 In the array type semiconductor laser according to the present invention, a plurality of stripe-shaped active layers are formed in a plane parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate above the semiconductor substrate from the rear end surface to the emission end surface, spaced apart from each other, Each of the plurality of active layers has an optical axis of light guided through the active layer inclined obliquely with respect to the normal direction of the emission end face at the position of the emission end face, and from the emission end face through each of the plurality of active layers. Each of the plurality of emitted laser beams is bent so as to reach the same position, and a diffraction grating whose Bragg wavelength monotonously increases or decreases is provided above or below at least a part of each of the plurality of active layers. The optical resonator is formed by the rear end face and the diffraction grating. The position where a plurality of laser beams emitted from the emission end face through each of the plurality of active layers reaches (passes) may be a single point or a region having a certain extent.
ブラッグ波長を単調に増大または減少させる回折格子は,一実施態様では,ピッチが均一である回折格子を,前記複数の活性層の曲がり部分の上方または下方にそれぞれ形成したものである。活性層の曲がり部分の上方または下方に回折格子が形成されているので,ピッチが均一であっても,回折格子を構成する多数の単位格子間の光の光路は,出射端面に向かうにしたがって長くなる。このため,回折格子によって反射される光の波長(ブラッグ波長)がチャープし,複数の波長成分を含む光の発振(共振)が達成される。発振波長がシングルモードではなくマルチモードとなる。活性層を通じて出射端面から出射されるレーザ光は,複数の波長成分を含むものになる。 In one embodiment, the diffraction grating that monotonously increases or decreases the Bragg wavelength is formed by forming diffraction gratings having a uniform pitch above or below the bent portions of the plurality of active layers, respectively. Since the diffraction grating is formed above or below the bent portion of the active layer, even if the pitch is uniform, the optical path of light between the many unit gratings constituting the diffraction grating becomes longer toward the emission end face. Become. For this reason, the wavelength of light reflected by the diffraction grating (Bragg wavelength) is chirped, and oscillation (resonance) of light including a plurality of wavelength components is achieved. The oscillation wavelength is not single mode but multimode. The laser light emitted from the emission end face through the active layer includes a plurality of wavelength components.
ブラッグ波長を単調に増大または減少させる回折格子は,他の実施態様では,ピッチが変化しているチャープ型回折格子を,前記複数の活性層の上方または下方にそれぞれ形成したものである。ピッチが変化しているチャープ型回折格子においても,回折格子によって反射される光の波長(ブラッグ波長)がチャープし,複数の波長成分を含む光の発振(共振)が達成される。発振波長がマルチモードとなり,活性層を通じて出射されるレーザ光は複数の波長成分を含むものになる。 In another embodiment, the diffraction grating that monotonously increases or decreases the Bragg wavelength is formed by forming chirped diffraction gratings with varying pitches above or below the plurality of active layers. Even in a chirped diffraction grating having a varying pitch, the wavelength of light reflected by the diffraction grating (Bragg wavelength) is chirped, and oscillation (resonance) of light including a plurality of wavelength components is achieved. The oscillation wavelength becomes multimode, and the laser light emitted through the active layer contains a plurality of wavelength components.
この発明によると,複数のストライプ状活性層が,出射端面から出射される複数のレーザ光のいずれもが同じ位置に達するように曲がっているので,出射端面から出射される複数のレーザ光(上述のように,いずれのレーザ光も複数の波長成分を含む)は同じ位置に達する。このため,レーザ光の合波ための光学部材を要することなく,パワーの大きいマルチモードのレーザ光を得ることができ,レーザ光を1本の光ファイバ,または1つのレンズ部材に効率よく入射させることができる。 According to the present invention, the plurality of stripe-shaped active layers are bent so that all of the plurality of laser beams emitted from the emission end face reach the same position. Therefore, the plurality of laser lights emitted from the emission end face (described above) (Each laser beam includes a plurality of wavelength components) reaches the same position. For this reason, it is possible to obtain a high-power multimode laser beam without requiring an optical member for combining the laser beams, and to efficiently make the laser beams incident on one optical fiber or one lens member. be able to.
さらに,活性層のそれぞれは,出射端面の位置において前記活性層を導波される光の光軸線が出射端面の法線方向に対して斜めを向いているので,複数のレーザ光はいずれも出射端面から斜めに出射する。出射端面からその法線方向に出射する場合に比べて出射端面におけるレーザ光の反射率が低められ,不適切な端面反射を抑制することもできる。 Further, since each of the active layers has an optical axis of light guided through the active layer at the position of the emission end face, the optical axis is inclined with respect to the normal direction of the emission end face. Light is emitted obliquely from the end face. Compared with the case where the light is emitted from the emission end face in the normal direction, the reflectance of the laser beam at the emission end face is lowered, and inappropriate end face reflection can be suppressed.
好ましくは,前記複数の活性層の上方または下方に形成されている前記回折格子は,互いにピッチ(チャープ型回折格子の場合は平均ピッチ)が異なっている。複数のレーザ光の中心波長を互いに異ならせることができる。回折格子の平均ピッチを調整することによって,複数のレーザ光の中心波長を,所望の間隔で互いに離間させることができる。所望の中心波長をもつ複数のレーザ光であって,それぞれがマルチ・モード化している複数のレーザ光が出射端面から出射される。 Preferably, the diffraction gratings formed above or below the plurality of active layers have different pitches (average pitch in the case of a chirped diffraction grating). The center wavelengths of the plurality of laser beams can be made different from each other. By adjusting the average pitch of the diffraction grating, the center wavelengths of the plurality of laser beams can be separated from each other at a desired interval. A plurality of laser beams having desired center wavelengths, each of which is in a multi-mode, are emitted from the emission end face.
一実施態様では,前記アレイ型半導体レーザに含まれる複数のストライプ状の活性層は2つずつペアが組まれ,ペアをなす2つの活性層の上方または下方には,同じ中心波長を有する複数の波長成分を含む光を反射する回折格子が形成されており,上記ペアをなす2つの活性層のうちのいずれか一方を通して出射されるレーザ光の偏波面を90度回転させる偏波面回転手段が備えられる。同じ中心波長をもつ2つのレーザ光のうち,一方のレーザ光の偏波を水平偏波とし,他方のレーザ光の偏波を垂直偏波とすることができる。上述したように,アレイ型半導体レーザの出射端面から出射される複数のレーザ光は同じ位置に達するので,水平偏波面をもつレーザ光と,垂直偏波面をもつレーザ光とが,偏波合成のための光学部材を要することなく合成された(偏波合成された)レーザ光を得ることができる。 In one embodiment, a plurality of striped active layers included in the array type semiconductor laser are paired, and a plurality of active layers having the same central wavelength are formed above or below the two active layers forming the pair. A diffraction grating that reflects light including wavelength components is formed, and includes a polarization plane rotating unit that rotates the polarization plane of the laser light emitted through one of the two active layers forming the pair by 90 degrees. It is done. Of the two laser beams having the same center wavelength, the polarization of one laser beam can be a horizontal polarization, and the polarization of the other laser beam can be a vertical polarization. As described above, since a plurality of laser beams emitted from the emission end face of the array type semiconductor laser reach the same position, a laser beam having a horizontal polarization plane and a laser beam having a vertical polarization plane are combined in the polarization synthesis. Therefore, it is possible to obtain a synthesized (polarized synthesized) laser beam without requiring an optical member.
この発明は,光ファイバ内に形成された回折格子を利用した外部共振器型半導体レーザ装置も提供している。この発明による外部共振器型半導体レーザ装置は,ストライプ状の複数の活性層が,後方端面から出射端面にかけて,半導体基板の上方の半導体基板の基板面と平行な面内に,互いに間隔をあけて形成されているアレイ型ゲイン・チップ,およびブラッグ波長が単調に増大または減少するチャープ型回折格子が内部に形成された光ファイバを備えている。前記アレイ型ゲイン・チップの複数の活性層のそれぞれは,前記活性層を導波される光の光軸線が出射端面の位置において出射端面の法線方向に対して斜めを向き,前記複数の活性層を通じて出射端面から出射される複数の光のいずれもが上記光ファイバに入射するように曲がっている。前記アレイ型ゲイン・チップの後方端面および前記光ファイバ内のチャープ型回折格子によって光共振器が構成される。 The present invention also provides an external resonator type semiconductor laser device using a diffraction grating formed in an optical fiber. In the external cavity semiconductor laser device according to the present invention, a plurality of stripe-shaped active layers are spaced from each other in a plane parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate above the semiconductor substrate from the rear end surface to the emission end surface. An array type gain chip is formed, and an optical fiber in which a chirped diffraction grating whose Bragg wavelength monotonously increases or decreases is formed. Each of the plurality of active layers of the array-type gain chip has the optical axis of light guided through the active layer obliquely with respect to the normal direction of the exit end face at the exit end face, A plurality of lights emitted from the emission end face through the layer are bent so as to enter the optical fiber. An optical resonator is constituted by the rear end face of the array type gain chip and the chirped diffraction grating in the optical fiber.
この発明による外部共振器型半導体レーザ装置では,アレイ型ゲイン・チップの後方端面と,光ファイバ内に形成されたチャープ型回折格子とによって,光共振器が構成される。アレイ型ゲイン・チップはそれ自体ではレーザ発振しない(したがって,「レーザ」と呼ばず,「ゲイン・チップ」と呼ぶ)。アレイ型ゲイン・チップに,複数のストライプ状の活性層が形成されており,活性層のそれぞれは,前記活性層を導波される光の光軸線が出射端面の位置において出射端面の法線方向に対して斜めを向き,前記複数の活性層のそれぞれを通じて出射端面から出射される複数の光のいずれもが同じ位置に達するように曲がっているので,光の合波のための光学部材を要することなく,アレイ型ゲイン・チップから出射される複数の光を,チャープ型回折格子が形成された光ファイバに効率よく入射させることができる。 In the external resonator type semiconductor laser device according to the present invention, an optical resonator is constituted by the rear end face of the array type gain chip and the chirped diffraction grating formed in the optical fiber. An array-type gain chip does not oscillate by itself (thus, it is not called “laser” but called “gain chip”). A plurality of stripe-shaped active layers are formed on the array-type gain chip, and each of the active layers has a normal direction of the exit end face at the position of the exit end face where the optical axis of the light guided through the active layer is located. Since the plurality of lights emitted from the emission end face through each of the plurality of active layers are bent so as to reach the same position, an optical member for combining the lights is required. Therefore, a plurality of lights emitted from the array type gain chip can be efficiently incident on the optical fiber on which the chirped diffraction grating is formed.
チャープ型回折格子が形成された光ファイバにアレイ型ゲイン・チップからの光が入射すると,チャープ型回折格子によって反射される光の波長がチャープし,複数の波長成分を含む光の発振が達成される。発振波長がマルチモード化されるので,レーザ光は複数の波長成分を含むものになる。 When light from an array-type gain chip is incident on an optical fiber on which a chirped diffraction grating is formed, the wavelength of the light reflected by the chirped diffraction grating is chirped, and oscillation of light containing multiple wavelength components is achieved. The Since the oscillation wavelength is made multimode, the laser light includes a plurality of wavelength components.
一実施態様では,上記アレイ型ゲイン・チップに含まれる複数のストライプ状の活性層は2つずつペアが組まれ,上記ペアをなす2つの活性層のうちのいずれか一方を通じて出射される光の偏波面を90度回転させる偏波面回転手段が備えられる。偏波合成のための光学部材を要することなく,偏波合成されたレーザ光を得ることができる。 In one embodiment, a plurality of stripe-shaped active layers included in the array-type gain chip are paired, and light emitted through one of the two active layers forming the pair is reflected. Polarization plane rotating means for rotating the polarization plane by 90 degrees is provided. A polarization-synthesized laser beam can be obtained without requiring an optical member for polarization synthesis.
この発明は,上述したアレイ型半導体レーザ,アレイ型半導体レーザおよび偏波面合成手段を備えた半導体レーザ装置,または外部共振器型半導体レーザ装置に含まれるアレイ型ゲイン・チップをパッケージングしたモジュールも提供している。この発明によるモジュールは,前記アレイ型半導体レーザ,前記アレイ型半導体レーザおよび偏波面回転手段を備えた半導体レーザ装置,または前記外部共振器型半導体レーザ装置に含まれるアレイ型ゲイン・チップと,前記アレイ型半導体レーザの出射端面から出射する複数のレーザ光またはアレイ型ゲイン・チップから出射する複数の光を収束するレンズと,上記アレイ型半導体レーザまたは上記アレイ型ゲイン・チップを冷却する冷却素子とが筐体内に格納されたものである。前記筐体には,レーザ光を筐体の外部に導くための光ファイバが接続されている。アレイ型ゲイン・チップを筐体内に格納する場合には,筐体に接続される光ファイバにはその内部にチャープ型回折格子が形成されたものが用いられる。 The present invention also provides a module in which an array type gain chip included in an array type semiconductor laser, an array type semiconductor laser, and a polarization plane synthesizing unit as described above or an external resonator type semiconductor laser device is packaged. is doing. The module according to the present invention includes an array type gain chip included in the array type semiconductor laser, a semiconductor laser device including the array type semiconductor laser and a polarization plane rotating means, or the external resonator type semiconductor laser device, and the array. A lens for converging a plurality of laser beams emitted from the emission end face of the semiconductor laser or a plurality of light emitted from the array gain chip, and a cooling element for cooling the array semiconductor laser or the array gain chip It is stored in the housing. An optical fiber for guiding laser light to the outside of the casing is connected to the casing. When the array-type gain chip is stored in the housing, an optical fiber connected to the housing having a chirped diffraction grating formed therein is used.
さらに,この発明によるアレイ型半導体レーザ(半導体レーザ・モジュール)は,複数の波長成分を含むマルチ・モードのレーザ光を出射することができるので,ラマン増幅器における励起光用光源として利用するのに適している。この発明は,アレイ型半導体レーザ等が筐体内に格納された半導体レーザ・モジュール,および前記半導体レーザ・モジュールからのレーザ光が励起光として入射し,誘導ラマン散乱を生じさせる光ファイバを備えたラマン増幅器を提供している。 Furthermore, since the array type semiconductor laser (semiconductor laser module) according to the present invention can emit multi-mode laser light including a plurality of wavelength components, it is suitable for use as a light source for excitation light in a Raman amplifier. ing. The present invention relates to a semiconductor laser module in which an array-type semiconductor laser or the like is housed in a housing, and a Raman having an optical fiber on which laser light from the semiconductor laser module is incident as excitation light and causes stimulated Raman scattering. An amplifier is provided.
(第1実施例)
図1は第1実施例のアレイ型半導体レーザの外観を,アレイ型半導体レーザに内包されている活性層および回折格子とともに示す斜視図である。図2は,図1に示すアレイ型半導体レーザの平面図である。図2において,分かりやすくするために,アレイ型半導体レーザに内包されている活性層および回折格子が実線で描かれている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the array type semiconductor laser of the first embodiment together with an active layer and a diffraction grating included in the array type semiconductor laser. FIG. 2 is a plan view of the array type semiconductor laser shown in FIG. In FIG. 2, for the sake of clarity, the active layer and the diffraction grating included in the array type semiconductor laser are drawn with solid lines.
アレイ型半導体レーザ1は端面出射型の半導体レーザであり,その両端面(出射端面1aおよび後方端面1b)は互いに平行に劈開されている。アレイ型半導体レーザ1の出射端面1aには反射防止膜51が,後方端面1bには反射膜52がそれぞれコーティングされている。
The array
アレイ型半導体レーザ1には,その基板面と平行な面内に,4本のストライプ状(筋状,細線状)の活性層が,後方端面1bから出射端面1aにかけて,互いに所定の間隔をあけて形成されている。以下,4本のストライプ状の活性層を,それぞれ第1,第2,第3および第4の活性層14a〜14dと呼ぶ。第1〜第4の活性層14a〜14dは,いずれも一端がアレイ型半導体レーザ1の後方端面1bに接し,他端がアレイ型半導体レーザ1の出射端面1aに接している。
In the array
一般に半導体レーザは,半導体基板上に,組成,不純物の種類と量等の異なる複数の半導体層が積層されて構成される。ストライプ状の第1〜第4の活性層14a〜14dは,その一または複数層内にストライプ状に光を閉じ込めることができる形態で形成される。
In general, a semiconductor laser is configured by laminating a plurality of semiconductor layers having different compositions, types and amounts of impurities on a semiconductor substrate. The stripe-shaped first to fourth
第1〜第4の活性層14a〜14dは,いずれも後方端面1bから出射端面1aに向けて直線状に延びる部分(直線状部分)と,出射端面1aに向かう途中において曲がっている部分(曲がり部分)をもつ。第1〜第4の活性層14a〜14dの曲がり部分の角度は少しずつ異なっている。このため,第1〜第4の活性層14a〜14dを通して出射端面1aから出射される4つのレーザ光は,いずれも出射端面1aから斜めに出射し,かつアレイ型半導体レーザ1の外部の一点(ある程度の広がりを持つ範囲を含む)に達する(詳細は後述する)。
Each of the first to fourth
回折格子21a〜21dは,第1〜第4の活性層14a〜14dのそれぞれにおける曲がり部分に対応する位置であって,かつ第1〜第4の活性層14a〜14dの下方に形成されている。回折格子21a〜21dのそれぞれは,均一ピッチ(実質的に均一ピッチとみなされる程度のばらつきを含む)に形成されている。回折格子21a〜21dは,いずれもアレイ型半導体レーザ1の出射端面1aおよび反射端面1bと平行な方向を向いている。回折格子21a〜21bは,第1〜第4の活性層14a〜14dの上方,または半導体基板上に形成してもよい。
The
アレイ型半導体レーザ1の上面の,第1〜第4の活性層14a〜14dのそれぞれの上方に対応する範囲に,上面電極41a,41b,41c,41dが互いに離れて設けられている。アレイ型半導体レーザ1の下面の全面には下面電極42が設けられている。
第1の活性層14aの上方の上面電極41aと下面電極42との間に電流を流すと,第1の活性層14aにおいて光が発生する。第1の活性層14aにおいて発生した光は第1の活性層14a(第1の活性層14aを含む光導波路)に沿って進行し,回折格子21aと,後方端面1b(および反射膜52)との間で反射が繰り返され,これにより光が共振してレーザ光となる。レーザ光は出射端面1aから出射される。
When a current is passed between the
第2〜第4の活性層14b〜14dも同様にして,上面電極41b〜41dと下面電極42との間に電流を流すと,第2〜第4の活性層14b〜14dにおいて光が発生し,発生した光は回折格子21b〜21dと後方端面1b(および反射膜52)との間で反射が繰り返され,これにより光が共振してレーザ光となり,出射端面1aから出射される。
Similarly, in the second to fourth
図3は,アレイ型半導体レーザ1の出射端面1a付近における第1の活性層14aおよび回折格子21aを拡大して示すものである。図3においても,分かりやすくするために,第1の活性層14aおよび回折格子21aが実線で描かれている。また,上面電極41aの図示および反射防止膜51の図示は省略されている。
FIG. 3 is an enlarged view of the first
上述のように,回折格子21aは均一ピッチで形成されている。しかしながら,回折格子21aは,第1の活性層14aの曲がり部分の下方に形成されているので,回折格子21aを構成する単位格子間の間隔が均一であっても,単位格子間の光の光路は出射端面1aに向かうにしたがって長くなる。このため,回折格子21aによって反射される光の波長(ブラッグ波長)がチャープする。すなわち,回折格子21aでは複数の波長成分の光が反射し,第1の活性層14aを通して出射端面1aから出射されるレーザ光は複数の波長成分を含む(複数の縦モードを含む)ものになる(マルチ・モード発振)。単位格子間の間の光路が比較的短い回折格子21aの部分(出射端面1aに遠い部分)において反射される光の波長(λI )は比較的短く,単位格子間の光の光路が比較的長い回折格子21aの部分(出射端面1aに近い部分)において反射される光の波長(λII)は比較的長い(λI <λII)。
As described above, the
回折格子21b〜21dも,第2〜第4の活性層14b〜14dの曲がり部分に下方に形成されているので,上述と同様に,第2〜第4の活性層14を通して出射端面1aから出射されるレーザ光も,複数の波長成分を含む(複数の縦モードを含む)ものになる。
Since the
図1および図2に戻って,上述のように,ストライプ状の第1〜第4の活性層14a〜14dの下方に形成されている回折格子21a〜21dは,いずれも均一ピッチで形成されているが,回折格子21a〜21dのそれぞれのピッチは,互いに異なっている。具体的には,第1の活性層14aの下方に形成されている回折格子21aのピッチΛ1 は,第2の活性層14bの下方に形成されている回折格子21bのピッチΛ2 よりも広い(Λ1>Λ2)。第2の活性層14bの下方の回折格子21bのピッチΛ2 は第3の活性層14cの下方の回折格子21cのピッチΛ3よりも広い(Λ2>Λ3)。第3の活性層14cの下方の回折格子21cのピッチΛ3は第4の活性層14dの下方の回折格子21dのピッチΛ4 よりも広い(Λ3>Λ4)。すなわち,第1〜第4の活性層14a〜14dの下方に形成されている回折格子21a〜21dのピッチは,Λ1>Λ2>Λ3>Λ4の関係を持つ。図1および図2では,回折格子21a〜21dのピッチが強調して描かれている。
Returning to FIGS. 1 and 2, as described above, the
回折格子を内包する半導体レーザから出射されるマルチ・モードのレーザ光の中心波長は,回折格子のピッチによって規定される。上述のように,第1〜第4の活性層14a〜14dのそれぞれの下方に形成された回折格子21a〜21dは,互いにピッチが異なるので,第1〜第4の活性層14a〜14dを通して出射端面1aから出射される4つのレーザ光の中心波長λ1,λ2,λ3,λ4は,互いに異なる波長となる。回折格子のピッチが広いと,レーザ光の波長は長波長となる。上述のように,第1〜第4の活性層14a〜14dに下方にそれぞれ形成された回折格子21a〜21dのピッチは,Λ1>Λ2>Λ3>Λ4の関係を持つので,第1〜第4の活性層14a〜14dを通して出射されるレーザ光の中心波長は,λ1>λ2>λ3>λ4の関係を持つものとなる。アレイ型半導体レーザ1の出射端面1aからは,中心波長が互いに異なっており,かつそのそれぞれにおいて複数の波長成分を含む4つのレーザ光が,出射される。
The center wavelength of the multi-mode laser beam emitted from the semiconductor laser including the diffraction grating is defined by the pitch of the diffraction grating. As described above, since the
図4は,アレイ型半導体レーザ1の第1〜第4の活性層14a〜14dのそれぞれを通じて出射端面1aから出射される4つのレーザ光の進行方向を示している。図4において,θ1〜θ4は,出射端面1aに入射する4つのレーザ光と出射端面1aの法線方向とがなす角度(以下,「導波路角度」という)のそれぞれを,α1〜α4は出射端面1aから出射する4つのレーザ光と出射端面1aの法線方向とがなす角度(以下,「出射角度」という)のそれぞれを示している。
FIG. 4 shows the traveling directions of the four laser beams emitted from the emission end face 1 a through the first to fourth
上述したように,第1〜第4の活性層14a〜14dは,いずれも後方端面1bから出射端面1aに向かう途中において曲がって形成されている(図1および図2参照)。このため,第1〜第4の活性層14a〜14dを通じてアレイ型半導体レーザ1の出射端面1aから出射される4つのレーザ光は,いずれも出射端面1aに斜めに入射し,出射端面1aから斜めに出射する。出射端面1aに垂直にレーザ光が入射する場合に比べて,レーザ光の出射端面1aにおける反射率を低く抑えることができる。
As described above, each of the first to fourth
さらに,4つの活性層14a〜14dの導波路角度θ1〜θ4は,4つのレーザ光のいずれもがアレイ型半導体レーザ1の外部の一点(到達点または通過点)に達する(通過する)(導かれる)ような角度を持っている。この実施例では,第1〜第4の活性層14a〜14dの導波路角度θ1〜θ4は,θ1>θ2>θ3>θ4の関係を持つ。もちろん,第1〜第4の活性層14a〜14dから出射される4つのレーザ光の出射角度α1〜α4も,α1>α2>α3>α4の関係を持つ。なお,アレイ型半導体レーザ1の半導体層の屈折率よりも空気層の屈折率は小さいので,空気層に入射するレーザ光は屈折する。すなわち,導波路角度θi <出射角度αi の関係がある(i=1,2,3,4)。
Moreover, four active layers waveguide angle theta 1 through? 4 of 14a~14d, any of the four laser beam outside the single point of the array
第1〜第4の活性層14a〜14dのそれぞれを通じて出射端面1aから出射されるレーザ光は,いずれも外部の一点(到達点,通過点)に達する(通過する)。このため,到達点の位置またはその近傍に光ファイバまたはレンズ部材を配置することによって,中心波長が互いに異なっており,かつそれぞれが複数の波長成分を含む4つのレーザ光のいずれもを,効率よく一本の光ファイバまたはレンズ部材に入射させることができる。
The laser light emitted from the
アレイ型半導体レーザ1は,出射端面1aから到達点に至るまでの4つのレーザ光の光路長が異なる。互いの光路長を一致させるために,負の屈折率を持つ材料から構成される光路長差補正部材を,アレイ型半導体レーザ1と光ファイバ(またはレンズ部材)との間に挿入してもよい。
The array
図5は,アレイ型半導体レーザ1から出射される4つのレーザ光を合波した後のレーザ光(以下,合波レーザ光という)におけるスペクトル(横軸を波長,縦軸をスペクトル強度とするグラフ)を示している。図5において,実線がスペクトルを示し,破線がスペクトルの包洛線を示している。
FIG. 5 is a graph of a laser beam (hereinafter referred to as a combined laser beam) after the four laser beams emitted from the array
上述のように,アレイ型半導体レーザ1からは,互いに異なる中心波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 をもつ4つのレーザ光が出射される(λ1>λ2>λ3>λ4)。これらの4つのレーザ光は,アレイ型半導体レーザ1の外部の1点(到達点,通過点)において合波される。
As described above, the array
合波レーザ光は,互いに異なる中心波長λ1,λ2,λ3,λ4をもち,かつそれぞれが複数の波長成分を含む4つのレーザ光が合波されたものである。このため,図5に示すように,スペクトルは,4つの包絡線E1,E2,E3およびE4を描く。複雑な光学系(カプラ,半導体レーザからカプラにレーザ光を導くための光ファイバ等)を設けなくても,複数の波長成分(複数の発振縦モード)をそれぞれが含む複数のレーザ光が合波された合波レーザ光を得ることができる。 The combined laser beam is obtained by combining four laser beams having different center wavelengths λ 1 , λ 2 , λ 3 , and λ 4 and each including a plurality of wavelength components. Therefore, as shown in FIG. 5, the spectrum draws four envelopes E 1 , E 2 , E 3 and E 4 . Multiple laser beams each containing multiple wavelength components (multiple oscillation longitudinal modes) can be combined without providing a complicated optical system (coupler, optical fiber for guiding laser light from a semiconductor laser to a coupler, etc.) The combined laser beam can be obtained.
図6(A)〜図13(C)は,図1および図2に示すアレイ型半導体レーザ1の製造工程を示している。これらの図面において,(A)は紙面下側を出射端面とする平面図である。(B)および(C)は,それぞれ(A)におけるB−B線およびC−C線に沿う端面図である。なお,図6(A)〜図13(C)では,作図の便宜上および分かりやすくするために,半導体層の積層(厚さ)方向,回折格子の幅,回折格子のピッチ等が強調して描かれている。
6A to 13C show a manufacturing process of the array
図6(A)〜図6(C)を参照して,n型InP(インジウム−リン)基板11上に,InGaAsP(インジウム−ガリウム−ヒ素−リン)回折格子形成層12を結晶成長し,その後InGaAsP回折格子形成層12上の全面にレジスト36を塗布する。InGaAsP回折格子形成層12および後述する他の半導体層の結晶成長には,有機金属気相成長法(MOCVD法)(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を用いることができる。
6A to 6C, an InGaAsP (indium-gallium-arsenic-phosphorus) diffraction
図7(A)〜図7(C)を参照して,レジスト36を電子ビームによるパターン描画によって露光する。最終的に作成されるアレイ型半導体レーザ1には,上述したように,曲がり部分を持つ第1〜第4のストライプ状の活性層14a〜14dが形成され,その曲がり部分の下方に,ピッチが互いに異なる回折格子21a〜21dがそれぞれ形成される(図2参照)。電子ビームを用いたパターン描画は,第1〜第4の活性層14a〜14dを形成すべき領域のうちの曲がり部分となるべき領域のそれぞれに沿って,光共振軸方向と直交する方向に,互いにピッチを異ならせて行われる。
Referring to FIGS. 7A to 7C, the resist 36 is exposed by pattern drawing with an electron beam. As described above, the array
図8(A)〜図8(C)を参照して,レジスト36に対する上述した露光の後,現像を行い,露光によって感光した部分のレジスト36を除去する。この状態で全体を硫酸および過酸化水素水を含むエッチング液に浸す。回折格子形成層12に,回折格子21a〜21dが形成される。その後,全てのレジスト36を除去する。
With reference to FIGS. 8A to 8C, after the above-described exposure of the resist 36, development is performed, and the resist 36 exposed in the exposure is removed. In this state, the whole is immersed in an etching solution containing sulfuric acid and hydrogen peroxide solution.
図9(A)〜図9(C)を参照して,InPスペーサ層13,InGaAsP活性層14,およびInPクラッド層15を順次結晶成長する。詳細な図示および説明は省略するが,InGaAsP活性層14は井戸層および障壁層を交互に複数積層した多重量子井戸構造を有している。活性層14の上層および下層にさらに光分離閉込め層を積層してもよい。
With reference to FIGS. 9A to 9C, an
図10(A)〜図10(C)を参照して,InPクラッド層15の上面に,p型InPクラッド層18を結晶成長し,p型InPクラッド層18上にプラズマCVD法によって,SiO2 膜を堆積する。第1〜第4の活性層14a〜14dとなるべき領域のそれぞれについて,後方端面となるべき位置から出射端面となるべき位置にかけて,その途中において曲がっている4つ(4本)ストライプ状のマスクをフォトリソグラフィ工程によってSiO2 膜上に転写する(詳細な工程は省略)。レジストによってマスクされた部分以外のSiO2 膜を除去する。p型InPクラッド層18の上面には,曲がり部分を有する4つのストライプ状のSiO2 マスク19が残る。
10A to 10C, a p-type InP clad
図11(A)〜図11(C)を参照して,ストライプ状のSiO2 マスク19を残した状態でエッチングを行う。ストライプ状のSiO2 マスク19の周囲がエッチングによって削られ,4つのメサ構造が形成される。第1〜第4のストライプ状の活性層14a〜14dが形成される。
Referring to FIGS. 11A to 11C, etching is performed with the striped SiO 2 mask 19 left. The periphery of the striped SiO 2 mask 19 is etched away to form four mesa structures. First to fourth stripe-shaped
図12(A)〜図12(C)を参照して,p型InPブロック層31およびn型InPブロック層32を順次結晶成長する。4つのメサ構造の両側がp型InPブロック層31およびn型InPブロック層32によって埋め込まれる。その後,SiO2 マスク19を除去する。
Referring to FIGS. 12A to 12C, a p-type
図13(A)〜図13(C)を参照して,p型InPクラッド層33およびp型InGaAsコンタクト層34を順次結晶成長する。その後,全体の厚さが100μm程度になるまでn型InP基板11の下面(裏面)を研磨する。p型InGaAsコンタクト層34の上面には,活性層14a〜14dをそれぞれ覆うように,回折格子21a〜21dが形成されている範囲に沿って上面電極(p型電極)41a〜41dを蒸着し,n型InP基板11の下面の全体には下面電極(n型電極)42を蒸着する。その後,両端面(出射端面となるべき位置および後方端面となるべき位置)を劈開する。出射端面には低光反射率の反射防止膜51をコーティングし,後方端面には高光反射率の反射膜52をコーティングする。アレイ型半導体レーザ1が完成する。
Referring to FIGS. 13A to 13C, a p-type InP clad
(変形例)
図14はアレイ型半導体レーザの他の変形例を示すもので,アレイ型半導体レーザ1Aの平面図を示している。図15(A)〜(D)は,第1〜4の活性層14a〜14dの下方に形成されている回折格子22a〜22dの断面図である。回折格子22a〜22dが第1〜第4の活性層14a〜14dの曲がり部分の下方ではなく直線状部分の下方に形成されている点,および回折格子22a〜22dのそれぞれにおいて,ピッチが均一でなく,チャープしている点が,図1および2に示すアレイ型半導体レーザ1と異なる。第1実施例のアレイ型半導体レーザ1と同一部材には同一の符号を付し,重複説明を避ける。
(Modification)
FIG. 14 shows another modification of the array type semiconductor laser, and shows a plan view of the array
第1〜4の活性層14a〜14dの直線状部分の下方に形成されている回折格子22a〜22dのそれぞれの平均ピッチは,互いに異なっている(図15(A)〜(D))。このため,第1実施例のアレイ型半導体レーザ1と同様に,第1〜第4の活性層14a〜14dを通して出射端面1aから出射されるレーザ光の中心波長λ1〜λ4は互いに異なり,λ1>λ2>λ3>λ4の関係を持つ。
The average pitches of the
上述した第1実施例のアレイ型半導体レーザ1(図1および図2)において,回折格子21a〜21dのそれぞれは,均一ピッチで形成されている。第1実施例では,このような回折格子21a〜21aを,第1〜第4の活性層14a〜14dの曲がり部分の下方にそれぞれ形成することによって,発振波長をマルチモード化させている。これに対し,変形例のアレイ型半導体レーザ1Aでは,回折格子22a〜22dはそれぞれにおいて,ピッチが変化している(図15(A)〜(D))。変形例のアレイ型半導体レーザ1Aにおいても,回折格子22a〜22dによって反射される光の波長がチャープし,第1〜第4の活性層14a〜14dを通して出射端面1aから出射される4つのレーザ光は,いずれも複数の波長成分を含む(複数の縦モードを含む)ものになる(マルチ・モード発振)。
In the array type semiconductor laser 1 (FIGS. 1 and 2) of the first embodiment described above, each of the
それぞれが複数の波長成分を有し,かつ中心波長が互いに異なる4つのレーザ光のいずれもが,アレイ型半導体レーザ1Aの外部の一点(到達点または通過点)に達して(通過して)合波されるのは,上述したアレイ型半導体レーザ1と同じである。したがって,変形例におけるアレイ型半導体レーザ1Aから出射されて合波された後の合波レーザ光についてのスペクトルも,図5に示すものと同様になる。なお,回折格子22a〜22dは第1〜第4の活性層14a〜14dの直線状部分の全体に形成されていてもよい。
All of the four laser beams each having a plurality of wavelength components and having different center wavelengths reach (pass through) one point (arrival point or passing point) outside the array
(第2実施例)
図16は,1/4波長板を備えた第2実施例のアレイ型半導体レーザ2(半導体レーザ・モジュール)の平面図を示している。
(Second embodiment)
FIG. 16 shows a plan view of an array type semiconductor laser 2 (semiconductor laser module) of the second embodiment provided with a quarter wavelength plate.
4本のストライプ状の活性層14a〜14dが,後方端面1bから出射端面1aにかけて,互いに所定の間隔をあけて形成されており,いずれも出射端面1aに向かう途中において曲がって形成されているのは,上述した第1実施例のアレイ型半導体レーザ1(図1および図2)と同じである。また,活性層14a〜14dのそれぞれにおける曲がり部分に対応する位置であって,かつ活性層14a〜14dの下方には,ピッチが均一である回折格子が形成されている点も,第1実施例のアレイ型半導体レーザ1と同じである。
Four stripe-shaped
アレイ型半導体レーザ2に形成されている第1〜第4の活性層14a〜14dの曲がり部分の下方に,回折格子23a〜23dが形成されている。
第1および第2の活性層14a,14bを通じて出射端面1aから出射される2つのレーザ光はいずれも中心波長λ1 を有し,第3および第4の活性層14a,14bを通じて出射端面1aから出射される2つのレーザ光はいずれも中心波長λ2 を有している。第1の活性層14aの曲がり部分の角度は第2の活性層14bの曲がり部分の角度よりも大きいので,第1の活性層14aの下方の回折格子23aのピッチΛ1 を第2の活性層14bの下方の回折格子23bのピッチΛ2 よりも少し狭くすることによって,第1および第2の活性層14a,14bを通じて出射端面1aから出射される2つのレーザ光を同じ中心波長λ1 を有するものとすることができる。同様に,第3の活性層14cの下方の回折格子23cのピッチΛ3 を第4の活性層14dの下方の回折格子23dのピッチΛ4 よりも少し狭くすることによって,第3および第4の活性層14c,14dを通じて出射端面1aから出射される2つのレーザ光をいずれも同じ中心波長λ2 を有するものとすることができる。
Both of the two laser beams emitted from the
また,第1および第2の活性層14a,14bの曲がり部分の下方に形成されている回折格子23aのピッチΛ1 ,ピッチΛ2 は,第3および第4の活性層14c,14dの下方に形成されている回折格子21bのピッチΛ3 ,ピッチΛ4 よりも広い。このため,第1および第2の活性層14a,14bを通じて出射端面1aから出射される2つのレーザ光の中心波長λ1 は,第3および第4の活性層14a,14bを通じて出射端面1aから出射される2つのレーザ光の中心波長λ2 よりも長い(λ1>λ2)。回折格子23a〜24dは,いずれも活性層14a〜14dの曲がり部分の下方に形成されているので,第1〜第4の活性層14a〜14dを通じて出射端面1aから出射するレーザ光は,いずれも複数の波長成分を含む。
The pitches Λ 1 and Λ 2 of the
第1の活性層14aを通じて出射端面1aから出射されるレーザ光の光路上,および第3の活性層14cを通じて出射端面1aから出射されるレーザ光の光路上に,それぞれ1/4波長板61が設けられている。第1の活性層14aおよび第3の活性層14cを通じて出射されるレーザ光は,1/4波長板61によって偏波面が90度回転し,垂直偏波のレーザ光となる。他方,第2の活性層14bおよび第4の活性層14dを通じて出射されるレーザ光には偏波面回転は行われず,したがって水平偏波のレーザ光がそのまま出射される。
A quarter-
図17は,図16に示す1/4波長板61を備えたアレイ型半導体レーザ2(半導体レーザ・モジュール)から出射される4つのレーザ光を合波した後のレーザ光(合波レーザ光)のスペクトルを示している。図17において実線が水平偏波のレーザ光のスペクトルを,一点鎖線が垂直偏波のレーザ光のスペクトルを,それぞれ示す。
FIG. 17 shows a laser beam (combined laser beam) after combining four laser beams emitted from the array type semiconductor laser 2 (semiconductor laser module) having the
上述のように,アレイ型半導体レーザ2からは,中心波長がλ1 である垂直偏波のレーザ光および中心波長がλ1である水平偏波のレーザ光と,中心波長がλ2である垂直偏波のレーザ光,および中心波長がλ2 である水平偏波のレーザ光が出射される。そして,これらの4つのレーザ光はいずれも複数の波長成分を含む。このため,図17に示すように,中心波長がλ1である水平および垂直偏波のレーザ光によって包絡線E1が描かれ,中心波長がλ2である水平および垂直偏波の2つのレーザ光によって包絡線E2がそれぞれ描かれる。
As described above, from the
第2実施例のアレイ型半導体レーザ2では,偏波合成され,かつ合波されたレーザ光(合波レーザ光)を得ることができる。複雑な光学系部材(カプラ,半導体レーザからカプラにレーザ光を導くための光ファイバ等)を設けなくても,偏波合成され,かつ合波されたレーザ光を得ることができる。
In the array
第2実施例のアレイ型半導体レーザ2においても,上述した第1実施例の変形例と同様に,回折格子23a,23b自体のピッチを変化させることによって,活性層14a〜14dの曲がり部分の下方ではなく,活性層14a〜14dの直線状部分の下方に回折格子23a,23bを形成するようにしてもよい。
Also in the array
(第3実施例)
図18は第3実施例を示すもので,ファイバブラッググレーティングを用いた外部共振器型半導体レーザ装置の構成を示すブロック図である。
(Third embodiment)
FIG. 18 shows the third embodiment and is a block diagram showing a configuration of an external resonator type semiconductor laser device using a fiber Bragg grating.
外部共振器型半導体レーザ装置4は,アレイ型ゲイン・チップ3,1/4波長板61,コリメート・レンズ62,および光ファイバ63を備えている。光ファイバ63の内部には,そのコア部に周期的な屈折率変調が与えられることによって回折格子63aが形成されている。回折格子63aはチャープしており,複数の波長の光が回折格子63aによって反射される。
The external resonator type semiconductor laser device 4 includes an array
アレイ型ゲイン・チップ3の両端面(出射端面3aおよび後方端面3b)は互いに平行に劈開されている。出射端面3aには反射防止膜51が,後方端面3bには高光反射率の反射膜52が,それぞれコーティングされている。
Both end faces (the
アレイ型ゲイン・チップ3内には,その基板面と平行な面内に,2本のストライプ状(筋状,細線状)の活性層14e,14fが,後方端面3bから出射端面3aにかけて,所定の間隔をあけて形成されている。2本のストライプ状の活性層14e,14fのそれぞれを,第1の活性層14eおよび第2の活性層14fと呼ぶ。第1および第2の活性層14e,14fbの一端がアレイ型ゲイン・チップ3の出射端面3aに接し,他端がアレイ型ゲイン・チップ3の後方端面3bに接している。
In the array-
ストライプ状の第1,第2の活性層14e,14fは,出射端面3aに向かう途中において互いに向き合う方向に曲がって形成されている。第1,第2の活性層14e,14fにおいて発生する光は,いずれも出射端面3aから斜めに出射してコリメート・レンズ62に入射する。
The stripe-shaped first and second
1/4波長板61が,第1の活性層14eを通して出射する光が通過する位置に設けられている。第1の活性層14eを通して出射する光は1/4波長板61によって90度偏波回転され,垂直偏波とされる。第2の活性層14fを通して出射する光は水平偏波のままである。
A quarter-
アレイ型ゲイン・チップ3の上面の,第1,第2の活性層14e,14fのそれぞれの上方に対応する範囲に,上面電極41e,41fがそれぞれ設けられている。アレイ型ゲイン・チップ10の下面の全面には下面電極(図18において下面電極は見えない)が設けられている。アレイ型ゲイン・チップ3はダイオード構造を有しており,第1,第2の活性層14e,14fの上方の上面電極41e,41fと下面電極との間に順方向電流を流すと,第1,第2の活性層14e,14fにおいて光が発生する。
第1の活性層14eにおいて発生した光は第1の活性層14eに沿って進行して出射端面3aから出射する。出射端面3aから出射された光は1/4波長板61によって90度偏波回転された後,コリメート・レンズ62によって平行光とされて光ファイバ63に入射する。
The light generated in the first
光ファイバ63に入射した光は,光ファイバ63内の回折格子63aに入射してここで反射される。上述したように,回折格子63はチャープしているので,複数の波長の光が回折格子63aによって反射される。回折格子63aで反射された光は,コリメート・レンズ62および1/4波長板61を通じて第1の活性層14eに帰還し,アレイ型ゲイン・チップ10の後方端面3b(反射膜52)によって反射される。アレイ型ゲイン・チップ3の後方端面3b(反射膜52)と回折格子63aとの間で光反射が繰返されてレーザ発振が生じる。複数の波長成分を含む垂直偏波のレーザ光が得られる。
The light incident on the
第2の活性層14fにおいて発生した光は第2の活性層14fに沿って進行して出射端面3aから出射する。出射端面3aから出射された光は,コリメート・レンズ62によって平行光とされて光ファイバ63に入射する。光ファイバ63内の回折格子63aで反射された光は,コリメート・レンズ62を通じて第2の活性層14fに帰還し,アレイ型ゲイン・チップ10の後方端面3b(反射膜52)によって反射される。アレイ型ゲイン・チップ3の後方端面3b(反射膜52)と回折格子63aとの間で光反射が繰返されてレーザ発振が生じる。複数の波長成分を含む水平偏波のレーザ光が得られる。
The light generated in the second
図19は,図18に示す外部共振器型半導体レーザ装置4によって得られるレーザ光のスペクトルを示している。図19において実線が水平偏波のレーザ光のスペクトルを,一点鎖線が垂直偏波のレーザ光のスペクトルを,それぞれ示す。 FIG. 19 shows the spectrum of the laser light obtained by the external resonator type semiconductor laser device 4 shown in FIG. In FIG. 19, the solid line indicates the spectrum of horizontally polarized laser light, and the alternate long and short dash line indicates the spectrum of vertically polarized laser light.
外部共振器型半導体レーザ装置4では,上述のように,複数の波長成分を含む垂直偏波および水平偏波のレーザ光が得られる。このため,図19に示すように,垂直偏波および水平偏波のレーザ光のスペクトルによって包絡線Eが描かれる。 In the external cavity semiconductor laser device 4, as described above, vertically polarized and horizontally polarized laser beams including a plurality of wavelength components can be obtained. For this reason, as shown in FIG. 19, the envelope E is drawn by the spectrum of the vertically polarized laser beam and the horizontally polarized laser beam.
第3実施例のファイバブラッググレーティングを用いた外部共振器型半導体レーザ装置4では,偏波合成された複数の波長成分をもつレーザ光を得ることができる。複雑な光学系(カプラ,ゲイン・チップからカプラにレーザ光を導くための光ファイバ等)を設けなくても,偏波合成されたレーザ光を得ることができる。 In the external resonator type semiconductor laser device 4 using the fiber Bragg grating of the third embodiment, it is possible to obtain a laser beam having a plurality of wavelength components synthesized by polarization. Polarized and synthesized laser light can be obtained without providing a complicated optical system (coupler, optical fiber for guiding laser light from the gain chip to the coupler, etc.).
図20は,上述したアレイ型半導体レーザ1を備えた半導体レーザ・モジュールの一例を平面的に示すものである。
FIG. 20 is a plan view showing an example of a semiconductor laser module provided with the arrayed
半導体レーザ・モジュール70のパッケージ77内に板状の冷却素子71が固定されている。この冷却素子71上にアレイ型半導体レーザ1,サーミスタ72および受光素子73が固定されている。
A plate-
サーミスタ72によって検出される周囲温度に基づいて,冷却素子71の温度が制御(冷却)される。
Based on the ambient temperature detected by the
受光素子73はアレイ型半導体レーザ1の後方端面からわずかに出射する光を受光して,アレイ型半導体レーザ1の動作のモニタリングするためのものである。受光素子73は,その受光面がアレイ型半導体レーザ1の後方端面に対して斜めを向くように冷却素子71上に配置されている。これは,受光素子73の受光面に入射したアレイ型半導体レーザ1の後方端面からの光が,再びアレイ型半導体レーザ1に戻ってしまうのを防止するためである。
The
アレイ型半導体レーザ1の出射端面からは,上述したように,それぞれが複数の波長成分を含む4つのレーザ光が斜めに出射する。斜めに出射する4つのレーザ光は,コリメートおよび光収束のためのレンズ74,ならびに戻り光の阻止のための光アイソレータ75を通過した後,パッケージ77から出射される。パッケージ77に連結(接続)されている光ファイバ76に,合波レーザ光が入射する。
As described above, four laser beams each including a plurality of wavelength components are emitted obliquely from the emission end face of the array
上述した変形例のアレイ型半導体レーザ1A(図14),または第2実施例の1/4波長板61およびアレイ型半導体レーザ2を備えたモジュール(図16)も,上述と同様にして,パッケージ77内に収納することができるのは言うまでもない。また,第3実施例の外部共振器型半導体レーザ装置4(図18)についても,アレイ型ゲイン・チップ3および1/4波長板61をパッケージ77内に収容することができる。アレイ型ゲイン・チップ3および1/4波長板61をパッケージ77に収容する場合には,パッケージ77に連結される光ファイバ76には,その内部に回折格子63a(図18)が形成されたものが用いられる。
In the same manner as described above, the array-
図21は,上述した半導体レーザ・モジュール70を励起光用光源として用いたラマン増幅器のブロック図を示している。
FIG. 21 shows a block diagram of a Raman amplifier using the above-described
ラマン増幅器80では,半導体レーザ・モジュール70から出力されたレーザ光は,励起光としてカプラ82を通じて増幅用光ファイバ81に入力する。増幅用光ファイバ81において誘導ラマン散乱が生じ,レーザ光の波長(励起光波長)から約100nm程度長波長側に利得が生じる。増幅用ファイバ81に信号光が入射すると,増幅用光ファイバ81中に生じた利得によって信号光が増幅される(ラマン増幅)。半導体レーザ・モジュール70に含まれる半導体レーザ1は複数の波長成分を含む4つのレーザ光を出射し,このレーザ光が励起光として用いられるので,増幅用光ファイバ81において誘導ブルリアン散乱が生じにくく,信号光を長距離にわたってファイバ伝送することができる。
In the
1,1A,2 アレイ型半導体レーザ
3 アレイ型ゲイン・チップ
4 外部共振器型半導体レーザ装置
14a,14b,14c,14d,14e,14f 活性層
21a,21b,21c,21d,22a,22b,22c,22d,23a,23b,63a 回折格子
70 半導体レーザ・モジュール
71 冷却素子
63,76,81 光ファイバ
77 パッケージ
80 ラマン増幅器
1, 1A, 2 Array
14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f Active layer
21a, 21b, 21c, 21d, 22a, 22b, 22c, 22d, 23a, 23b, 63a
70 Semiconductor laser module
71 Cooling element
63, 76, 81 optical fiber
77 packages
80 Raman amplifier
Claims (9)
前記複数の活性層のそれぞれは,前記活性層を導波される光の光軸線が出射端面の位置において出射端面の法線方向に対して斜めを向き,前記複数の活性層のそれぞれを通じて出射端面から出射される複数のレーザ光の光軸線のいずれもが同じ位置に達するように曲がっており,
前記複数の活性層のそれぞれの少なくとも一部分の上方または下方に,ブラッグ波長が単調に増大または減少する回折格子が形成されており,
前記後方端面および前記回折格子によって光共振器が構成されている,
アレイ型半導体レーザ。 A plurality of stripe-shaped active layers are formed in a plane parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate above the semiconductor substrate from the rear end surface to the emission end surface, spaced apart from each other,
Each of the plurality of active layers has an optical axis line of light guided through the active layer obliquely with respect to the normal direction of the emission end face at the position of the emission end face, and the emission end face through each of the plurality of active layers. Are bent so that all of the optical axes of the laser beams emitted from the laser beam reach the same position.
A diffraction grating having a Bragg wavelength monotonously increasing or decreasing is formed above or below at least a portion of each of the plurality of active layers;
An optical resonator is constituted by the rear end face and the diffraction grating.
Array type semiconductor laser.
請求項1に記載のアレイ型半導体レーザ。 Diffraction gratings having a uniform pitch are formed above or below the bent portions of the plurality of active layers, respectively.
The array type semiconductor laser according to claim 1.
請求項1に記載のアレイ型半導体レーザ。 Chirped diffraction gratings with varying pitches are respectively formed above or below the plurality of active layers,
The array type semiconductor laser according to claim 1.
請求項1から3のいずれか一項に記載のアレイ型半導体レーザ。 The diffraction gratings above or below the plurality of active layers have different pitches from each other,
The array type semiconductor laser according to any one of claims 1 to 3.
前記アレイ型半導体レーザに含まれる複数のストライプ状の活性層は2つずつペアが組まれ,ペアをなす2つの活性層の上方または下方には,同じ中心波長を有する複数の波長成分を含む光を反射する回折格子が形成されており,
上記ペアをなす2つの活性層のうちのいずれか一方を通して出射されるレーザ光の偏波面を90度回転させる偏波面回転手段を備えている,
半導体レーザ装置。 An array type semiconductor laser according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of stripe-shaped active layers included in the array type semiconductor laser are paired two by two, and light including a plurality of wavelength components having the same center wavelength above or below the two active layers forming the pair A diffraction grating is formed,
A polarization plane rotating means for rotating the polarization plane of the laser light emitted through any one of the two active layers forming the pair by 90 degrees;
Semiconductor laser device.
ブラッグ波長が単調に増大または減少するチャープ型回折格子が内部に形成された光ファイバを備え,
前記アレイ型ゲイン・チップの複数の活性層のそれぞれは,前記活性層を導波される光の光軸線が出射端面の位置において出射端面の法線方向に対して斜めを向き,前記複数の活性層を通じて出射端面から出射される複数の光のいずれもが上記光ファイバに入射するように曲がっており,
前記アレイ型ゲイン・チップの後方端面および前記光ファイバ内のチャープ型回折格子によって光共振器が構成されている,
外部共振器型半導体レーザ装置。 An array type gain chip in which a plurality of stripe-shaped active layers are formed in a plane parallel to the substrate surface of the semiconductor substrate above the semiconductor substrate from the rear end surface to the emission end surface; and Bragg An optical fiber having a chirped diffraction grating with a monotonically increasing or decreasing wavelength;
Each of the plurality of active layers of the array-type gain chip has the optical axis of light guided through the active layer obliquely with respect to the normal direction of the exit end face at the exit end face, A plurality of lights emitted from the emission end face through the layer are bent so as to enter the optical fiber,
An optical resonator is constituted by the rear end face of the array type gain chip and the chirped diffraction grating in the optical fiber.
External cavity semiconductor laser device.
請求項6に記載の外部共振器型半導体レーザ装置。 A plurality of stripe-shaped active layers included in the array-type gain chip are paired, and the polarization plane of light emitted through one of the two active layers forming the pair is 90 degrees. Equipped with rotating polarization plane rotating means,
The external resonator type semiconductor laser device according to claim 6.
前記筐体に接続され,前記レーザ光または光を前記筐体の外部に導く光ファイバを備えている,
半導体レーザ・モジュール。 An array type gain chip included in the array type semiconductor laser according to any one of claims 1 to 4, the semiconductor laser device according to claim 5, or the external resonator type semiconductor laser device according to claim 6. A lens for converging a plurality of laser beams emitted from the emission end face of the array type semiconductor laser or a plurality of lights emitted from the array type gain chip, and cooling for cooling the array type semiconductor laser or the array type gain chip The element is stored in the housing,
An optical fiber that is connected to the housing and guides the laser light or light to the outside of the housing;
Semiconductor laser module.
前記半導体レーザ・モジュールからのレーザ光が励起光として入射し,誘導ラマン増幅を生じさせる光ファイバ,
を備えたラマン増幅器。 The semiconductor laser module according to claim 8, and an optical fiber in which laser light from the semiconductor laser module is incident as excitation light and causes stimulated Raman amplification,
Raman amplifier equipped with.
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- 2007-12-14 JP JP2007323609A patent/JP2009147154A/en active Pending
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