JP2716122B2 - アイソレータ内蔵型半導体レーザモジュール - Google Patents

アイソレータ内蔵型半導体レーザモジュール

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JP2716122B2 JP62054618A JP5461887A JP2716122B2 JP 2716122 B2 JP2716122 B2 JP 2716122B2 JP 62054618 A JP62054618 A JP 62054618A JP 5461887 A JP5461887 A JP 5461887A JP 2716122 B2 JP2716122 B2 JP 2716122B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュール
に関し、特に経済的で小型化が可能であり、かつ温度特
性が優れるとともに実装性の優れたアイソレータ内蔵型
半導体レーザモジュールに関するものである。 〔従来の技術〕 光ファイバ通信に用いられる半導体レーザは光出力用
のファイバを備えたモジュールとして供給され、その終
端にコネクタを設けて伝送用のファイバに接続する場合
が多い。この場合、コネクタ部で生ずる反射戻り光は半
導体レーザに再注入され、半導体レーザの動作状態を不
安定化させることが知られている。このことは高速度長
距離伝送を行なう場合には特に大きな障害になる。この
ため、反射戻り光を除去するアイソレータを内蔵した半
導体レーザモジュールが開発されている。 第3図は、T.Sugie,M.Saruwatariの両氏により発表さ
れた論文「An Effective Nonreciprocal Circuit for S
emiconductor Laser−to−Fiber Coupling a YIG Spher
e」(JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.LT−1,NO.
1,MARCH 1983)の中で説明されているアイソレータ内蔵
型半導体レーザモジュールの構造を示したものである。
同図において、半導体レーザ1より放射された光ビーム
はYIG球21により収束ビームに交換され、さらにレンズ2
2および偏光子23を経由してシングルモードファイバ24
に結合する。YIG球21の周囲に配置されたリング状の磁
石9により、光軸方向の磁界がYIG球21に印加されてお
り、YIG球21を通過するビームの偏光方向はファラデー
効果により45度だけ回転する。偏光子23としては方解石
のプレートが用いられている。 このような構造のモジュールでは、半導体レーザから
出射する光は効率よくファイバに結合するが、逆にファ
イバの中を逆方向に戻って来る光は半導体レーザに戻ら
ず、安定に動作する。その原理について以下説明する。
半導体レーザから出射するビームは一般にTE偏光であ
り、図において紙面に垂直な方向に偏光している。この
ビームの偏光方向はYIG球21によって45度だけ回転した
のち偏光子に入射するが、そのときには常光屈折率のみ
を感じるので、光ビームは分離されずにそのままファイ
バに結合する。逆に、ファイバを逆方向に進んで来た光
は偏光方向が不定であるから、偏光子23によって常光屈
折率のみを感じる光と異常光屈折率を感じる光の二つの
ビームに分かれる。このうち、常光屈折率のみを感じた
光は半導体レーザの偏光方向に対し45度回転している
が、YIG球を通過するさいにさらに45度回転するので半
導体レーザに戻ったときには合計90度回転してTM偏光に
なっており、半導体レーザの動作に影響を与えない。ま
た、異常光屈折率を感じた光のビームは横方向にシフト
し、半導体レーザに戻ったときには発光点からずれたと
ころに戻るので同じく半導体レーザの動作に影響を与え
ない。従って、このモジュールは反射戻り光の影響が除
去されており、安定な動作をさせることができる。 第4図は、近間,渡辺,後藤,三浦,峠氏らにより発
表された論文「光アイソレータ内蔵DFB−LDモジュー
ル」(昭和60年度電子通信学会半導体・材料部門全国大
会305)の中で説明されているアイソレータ内蔵型半導
体レーザモジュールの構造を示したものである。同図に
おいて、半導体レーザ1より放射された光ビームは第一
レンズ5により平行ビームに変換され、ルチルプリズ
ム,YIG結晶および磁石から成るアイソレータ25を通過し
たのち、第二レンズ14によって収束されて、シングルモ
ードファイバ24に結合する。この場合、プリズムが二個
用いられているところが図5の場合と異なっている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 ところで、一般に半導体レーザは温度が変化すると、
発振しきい値,微分量子効率,発振波長が変化すること
が知られている。特に発振波長が変化すると、半導体レ
ーザから雑音が発生したりファイバの分散が変化したり
して、伝送特性に好ましくない影響を与える。またファ
ラデー回転素子は材料にもよるが温度変化によってファ
ラデー回転角が変化し、反射戻り光に対するアイソレー
ションが劣化することが考えられる。従って、半導体レ
ーザとファラデー回転素子はモジュールに内蔵されたペ
ルチェ素子によって温度制御されることが望ましいが、
前述のモジュールはそれが不可能である。 同時に前述のアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュ
ールは同軸型の形状であり、DIP型の形状のモジュール
と比較すると、小型化が困難であるのみならず通信機器
に搭載するさいの実装性が悪い。 また、上述した従来のアイソレータ内蔵型半導体レー
ザモジュールは、いずれもYIG結晶をファラデー回転素
子として用いているが、その価格は高価である。 これに対して、本発明は経済的で小型化が可能であ
り、かつ温度特性の優れたアイソレータ内蔵型半導体レ
ーザモジュールを提供することを目的としている。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明のアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュール
は、半導体レーザ,単数または複数の結合用レンズ,フ
ァラデー回転素子,磁石,偏光子および光出力用ファイ
バを備えたアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュール
であって、少なくとも前記半導体レーザ,前記単数また
は複数の結合用レンズのうち最も前記半導体レーザに近
いレンズ,前記ファラデー回転素子,前記磁石が同一の
基板上に搭載され、かつ前記基板がペルチェ素子の上に
固定されていることを特徴としている。 本発明のアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュール
は、経済的で小型化が可能であり、かつ温度特性が優れ
るとともに実装性の優れたアイソレータ内蔵型半導体レ
ーザモジュールを実現できるという点で独創性を有す
る。 〔実施例1〕 第1図は本発明のアイソレータ内蔵型半導体レーザモ
ジュールの一実施例の構造図である。同図において、半
導体レーザ1はヒートシンク2およびチップキャリア3
を介して基板4の上にマウントされている。基板4の上
には同時に第一レンズ5,モニタフォトダイオード6およ
びサーミスタ7がマウントされている。基板4の上には
さらに、ファラデー回転素子8が磁石9を介してマウン
トされている。このような部品の配置により、半導体レ
ーザ1より出射した光ビームは、第一レンズ5により平
行ビームまたは擬似平行ビームに変換されたのち、ファ
ラデー回転素子8により、偏光方向が45度回転する。フ
ァラデー回転素子としては、T.Hibiya氏らにより発表さ
れた論文「Growth and Magneto−Optic Properties of
Liquid Phase Epitaxial Bi−Substituted Garnet Film
s for Optical Isolator」(NEC Res. & Develop,No.8
0,January 1986)の中で紹介されているビスマス置換ガ
ーネット厚膜が有用である。このガーネット厚膜は、量
産性に優れ、わずかな磁界で飽和磁界に達しその回転能
も大きいので、経済的でかつ小型のアイソレータ内蔵型
半導体レーザモジュールを実現する場合に有利である。 基板4はペルチェ素子10および放熱ブロック11を介し
てDIP型ケース12の内部に固定されている。DIP型ケース
12は窓ガラス13を有しており、さらにその外側には第二
レンズ14を保持したレンズホルダ15,スライドリング16
および先端部が金属筒17により保護された偏波保持ファ
イバ18がこの順序で固定されている。偏波保持ファイバ
18の先端は斜めに研磨されており、反射防止用のガラス
板19が光学接着剤により接着されている。また、レンズ
ホルダ15,スライドリング16および金属筒17の周囲は保
護スリーブ20により保護されており、外力が直接加わら
ないようになっている。また、図においては省略されて
いるが、DIP型ケース12の開口部はキャップにより封止
される。通常、半導体レーザモジュールは1メートルな
いし2メートルの短いファイバが取り付けられた形態で
供給されるが、このような短いファイバは豚の尾を連想
させることからピグテールと呼ばれる。モジュールを実
際に使用する場合には、ピグテールの終端にコネクタを
取り付け、伝送用のファイバと接続して使用するのが普
通である。 以上説明した第1図の構造のモジュールがアイソレー
タ内蔵型半導体レーザモジュールとして動作することを
以下説明する。半導体レーザ1から出射した光は第一レ
ンズ5,ファラデー回転素子8,窓ガラス13,第二レンズ14
およびガラス板19を介して偏波保持ファイバ18に入射す
るが、ここでの偏光方向は半導体レーザ1を出射すると
ころと比較して45度回転している。偏波保持ファイバ18
に入射した光はそのまま終端へ向かって進むが、その偏
光方向は途中で変化しない。コネクタに達した光の一部
は反射して逆進し、入射側へ達するが、そこでの偏光方
向も変化していない。その光は再度ファラデー回転素子
を通過して半導体レーザに戻るが、その偏光方向はさら
に45度回転するので、結局半導体レーザ1に戻ったとき
には、合計90度回転してTM偏光になっている。従ってコ
ネクタで発生する戻り光は半導体レーザの動作に影響を
与えないことになる。このように図1に説明したモジュ
ールはアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュールとし
て動作することは明らかである。またここで注目すべき
ことは、第1図のモジュールは本質的に偏光子を含んで
いないということである。偏光子が無いのにアイソレー
タ内蔵型半導体レーザモジュールとして機能する理由
は、半導体レーザ自体の偏光性を利用して自動的に偏光
方向の整合がとれる構成となっているからである。 次に第1図で説明した本発明のモジュールの利点につ
いて説明する。まず、半導体レーザおよびファラデー回
転素子がペルチェ素子の上に搭載されているので半導体
レーザの特性やファラデー回転素子のファラデー回転角
を周囲温度に関係なく一定に保つことができる。また高
価なYIG結晶の替わりにファラデー回転能が高く、量産
性のすぐれたビスマスガーネットをファラデー回転素子
として用いているので、経済的で小型化が可能である。
また同時にDIP型の外形を有しているので実装性にも優
れている。 〔実施例2〕 第2図は本発明のアイソレータ内蔵型LDモジュールの
他の実施例の構造図である。同図においてはファラデー
回転素子8および磁石9′が基板4′を介さずにペルチ
ェ素子10′の上にマウントされていることが第1図の場
合と異なっているが、第1図の場合と同様に、半導体レ
ーザやファラデー回転素子の特性を環境温度に関係なく
一定に保つことができ、同時に経済的で小型化が可能で
あることが利点となっている。 第2図の場合は第1図と比較するとペルチェ素子が大
型化し消費電力が大きくなり、ファラデー回転素子の第
1レンズに対する固定強度が劣ることが不利になるが、
ファラデー回転素子に対する冷却効率に優れる点が逆に
有利である。 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明のアイソレータ内蔵型半
導体レーザモジュールは、半導体レーザ,単数または複
数の結合用レンズ,ファラデー回転素子,磁石,偏光子
および光出力用ファイバを備えたアイソレータ内蔵型半
導体レーザモジュールにおいて、少なくとも前記半導体
レーザ,前記単数または複数の結合用レンズのうち最も
前記半導体レーザに近いレンズ,前記ファラデー回転素
子,前記磁石が同一の基板上に搭載され、かつ前記基板
がペルチェ素子の上に固定されていることを特徴として
おり、その特徴により、半導体レーザの特性やファラデ
ー回転素子のファラデー回転角を周囲温度に関係なく一
定に保つことができ、経済的で小型化が可能であると同
時にDIP型の外形を有しているので実装性に優れている
という効果が得られている。
【図面の簡単な説明】 第1図(a),(b)および第2図(a),(b)は本
発明のアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュールの実
施例1,2を示す縦断面図およびその平面図である。第3
図は従来のアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュール
の構造を示す図である。第4図は他の従来のアイソレー
タ内蔵型半導体レーザモジュールの構造を示す図であ
る。 1……半導体レーザ、2……ヒートシンク、3……チッ
プキャリア、4,4′……基板、5……第一レンズ、6…
…モニタフォトダイオード、7……サーミスタ、8……
ファラデー回転素子、9,9′……磁石、10,10′……ペル
チェ素子、11……放熱ブロック、12……DIP型ケース、1
3……窓ガラス、14……第二レンズ、15……レンズホル
ダ、16……スライドリング、17……金属筒、18……偏波
保持ファイバ、19……ガラス板、20……保護スリーブ、
21……YIG球、22……レンズ、23……偏光子、24……シ
ングルモードファイバ、25……アイソレータ。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.半導体レーザからのレーザ光をレンズを介してファ
    ラデー回転素子へ入射し、前記ファラデー回転素子から
    の出射光を光出力用ファイバに向けて出射するように構
    成されたアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュールに
    おいて、前記光出力用ファイバは前記モジュールケース
    の側面に連結されて支持固定されており、前記半導体レ
    ーザとレンズとは同一の基板上に搭載されて前記モジュ
    ールケースの底部にとりつけられたペルチェ素子の上に
    固定されているとともに、前記ファラデー回転素子は前
    記光出力用ファイバの支持固定部と独立して前記ペルチ
    ェ素子の上に固定されていることを特徴とするアイソレ
    ータ内蔵型半導体レーザモジュール。
JP62054618A 1987-03-09 1987-03-09 アイソレータ内蔵型半導体レーザモジュール Expired - Lifetime JP2716122B2 (ja)

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