JP3735064B2 - 半導体レーザモジュール及びその製造方法並びに光増幅器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザモジュール及びその製造方法並びにその半導体レーザモジュールを用いた光増幅器に関し、特に、２つのレーザ光を出射させる２つのストライプを備えた半導体レーザ素子を用いた半導体レーザモジュール及びその製造方法並びに光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における高密度波長分割多重伝送方式による光通信の進展に伴い、光増幅器に使用される励起光源に対する高出力化の要求がますます高まっている。
【０００３】
また、最近では、光増幅器として従来より使用されてきたエルビウムドープ光増幅器よりも更に広帯域の光を増幅する手段としてラマン増幅器に対する期待が高まっている。ラマン増幅は、光ファイバに励起光を入射したときに発生する誘導ラマン散乱により、励起光波長から約１３ＴＨｚ低周波側に利得が現れ、このように励起された状態の光ファイバに、上記利得を有する波長帯域の信号光を入力すると、その信号光が増幅されるという現象を利用した光信号の増幅方法である。
【０００４】
ラマン増幅においては、信号光と励起光（ポンプ光）の偏波方向が一致している状態で信号光が増幅されるので、信号光と励起光との偏光面のずれの影響を極力小さくする必要がある。そのため、励起光の偏波を解消（無偏光化：デポラライズ）して、偏光度（DOP：Degree Of Polarization）を低減させることが行われている。
【０００５】
光増幅器の励起光源等に用いられる従来の半導体レーザモジュールからのレーザ光を無偏光化する方法として、たとえば、２つのレーザ光を偏波合成して光ファイバから出力するものが知られている。
【０００６】
図３５は、米国特許第５５８９６８４号公報に開示された従来の半導体レーザ装置を説明するための説明図である。
【０００７】
図３５に示すように、従来の半導体レーザ装置は、同一波長で互いに直交する方向にレーザ光を出射する第１の半導体レーザ素子１００及び第２の半導体レーザ素子１０１と、第１の半導体レーザ素子１００から出射されたレーザ光を平行にする第１の平行レンズ１０２と、第２の半導体レーザ素子１０１から出射されたレーザ光を平行にする第２の平行レンズ１０３と、第１の平行レンズ１０２及び第２の平行レンズ１０３によって平行になったレーザ光を直交偏波合成する偏波合成カプラ１０４と、偏波合成カプラ１０４によって偏波合成されたレーザ光を集光する集光レンズ１０５と、集光レンズ１０５によって集光されたレーザ光が入射され外部に送出するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）１０６付き光ファイバ１０７とを有する。
【０００８】
従来の半導体レーザ装置によれば、第１の半導体レーザ素子１００及び第２の半導体レーザ素子１０１から互いに直交する方向に出射されたレーザ光が偏波合成カプラ１０４によって偏波合成されるので、光ファイバ１０７からは偏光度の小さいレーザ光を出射することができる。また、光ファイバ１０７にファイバブラッググレーティング１０６が形成されているので、半導体レーザ素子１００、１０１の発振波長が同一波長に固定され、光ファイバ１０７から波長が固定されたレーザ光を出射することができる。
【０００９】
従って、上記の従来の半導体レーザ装置は、高い光出力が要求される光増幅器の励起光源、とりわけ低偏波依存性及び波長安定性が要求されるラマン増幅器の励起光源として適用することが可能である。
【００１０】
また、特開昭６０−７６７０７号公報には、ヒートシンク上に配置され、光軸及び偏光面が互いに平行で且つ出射端面が略一致し、第１及び第２のレーザ光をそれぞれ出射する第１及び第２の半導体レーザ素子と、第１の半導体レーザ素子から出射された第１のレーザ光の光路上に配置され、第１のレーザ光の偏光面を９０°回転させて、第２のレーザ光の偏光面に対し直角にする偏光回転子と、偏光面が互いに直角になった第１及び第２のレーザ光の光路を複屈折効果で合流させる偏光素子（方解石板）と、偏光素子側からのレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバと、偏光素子で合流したレーザ光を光ファイバに結合するレンズとを有する半導体レーザモジュールが開示されている。この半導体レーザモジュールでは、第１及び第２の半導体レーザ素子がパッケージ内に収納されユニット化されている（以下、この技術を従来例１という）。
【００１１】
また、特開２０００−３１５７５号公報には、電子冷却素子と、電子冷却素子上に実装された第１及び第２の半導体レーザ素子と、電子冷却素子上に実装され、第１及び第２の半導体レーザ素子から出射された第１及び第２のレーザ光をそれぞれ集光する第１及び第２の集光レンズと、第１及び第２のレーザ光を偏波合成する偏波合成素子と、偏波合成素子から出力されたレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールが開示されている。また、第１及び第２の半導体レーザ素子は、発光中心間ピッチ５００μｍで形成されたＬＤアレイとして構成されている。また、第１及び第２の集光レンズは、球レンズアレイやフレネルレンズアレイ等の集光用レンズアレイとして構成されている（以下、この技術を従来例２という）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１では、半導体レーザ素子からのレーザ光を偏光回転素子又は偏光素子で直接受光する構成になっている。そのため、従来例１の構成で高い光結合効率を得るためには半導体レーザ素子ーレンズ間の間隔を３００〜５００μｍ程度に設計する必要があり、実際上、半導体レーザ素子ーレンズ間に偏光回転素子及び偏光素子を配置することは非常に困難である。レンズを大きくすることにより、スペースを作ることができるが、パッケージが現在用いられているものよりも数倍大型化してしまい、半導体レーザモジュールの大型化につながってしまうという課題がある。
【００１３】
一方、従来例２では、２つの半導体レーザ素子に対応した集光レンズを配置し、その後偏波合成しているので、従来例１のスペースの課題は解消している。
【００１４】
しかし、広い間隔（発光中心間ピッチ５００μｍ）で出射された２つのビームをそれぞれ異なるレンズで受けることにより、互いに平行な２つのレーザ光を得る構成であるため、半導体レーザ素子が大型化してしまい、１枚のウェハから得られる半導体チップの量が減るので、大量生産に不向きである。これを解消するために、半導体レーザ素子のストライプの間隔を狭くすると、レンズの小型化が必要となり、それぞれのストライプから出た光同士の分離も困難になるので、その後の偏波合成や光合成を行うことが困難になる。
【００１５】
また、半導体レーザ素子から出力されたレーザ光に対してレンズをそれぞれ位置決めする必要があるので、製造工程が複雑になり、製造時間がかかるという課題がある。従来例２では、このような位置決めの困難さを解消するために、レンズとして球レンズアレイやフレネルレンズアレイ等、通常使用されないようなレンズアレイを使用しているため、製造コストがかかると共に、このようなレンズアレイの製造にも時間がかかるという課題がある。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高い光結合効率を得ることができ、小型化、大量生産化、製造時間の短縮化、製造コストの低減を図ることができる半導体レーザモジュール及びその製造方法並びに光増幅器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザモジュールは、間隔を隔てて形成された第１のストライプ及び第２のストライプを有し、前記第１のストライプ及び第２のストライプの一方側端面からそれぞれ第１のレーザ光及び第２のレーザ光を出射する単一の半導体レーザ素子と、
その半導体レーザ素子から出射された前記第１のレーザ光と第２のレーザ光とが入射され、前記第１のレーザ光と第２のレーザ光とを前記第１，第２のストライプの並び方向に分離させる第１レンズと、
前記第１、第２のレーザ光の少なくとも一方の偏光面を回転させる偏光回転手段と、
前記第１のレーザ光が入射される第１の入力部と、前記第２のレーザ光が入射される第２の入力部と、前記第１の入力部から入射される第１のレーザ光と前記第２の入力部から入射される第２のレーザ光とが合波されて出射される出力部とを有する光合成手段と、
その光合成手段の前記出力部から出射されるレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバと、
を有することを特徴とするものである。
【００１８】
前記半導体レーザ素子の各ストライプから出射された光を受光してモニタする受光素子を有してもよい。
【００１９】
前記受光素子は、前記半導体レーザ素子の各ストライプの他方側端面から出射された光を受光する導波路型受光素子であってもよい。
【００２０】
前記受光素子は、半導体レーザ素子の各ストライプの他方側端面から出射された各光を受光してモニタするように複数設けられていてもよい。
【００２１】
前記半導体レーザ素子と受光素子との間に、前記半導体レーザ素子から出射された各光の間隔を広げるように分離させるレンズを配置してもよい。
【００２２】
前記光合成手段によって反射された光を受光してモニタする受光素子を有してもよい。
【００２３】
前記半導体レーザ素子の第１のストライプと第２のストライプは、互いに平行に延びて形成されていてもよい。
【００２４】
前記第１のストライプと第２のストライプとの間隔が１００μｍ以下であってもよい。
【００２５】
前記半導体レーザ素子の第１のストライプと第２のストライプとを少なくとも正極側もしくは負極側の片方を電気的に絶縁し、それぞれ独立に駆動させてもよい。
【００２６】
前記第１レンズは、前記第１のストライプから出射された第１のレーザ光の光軸と前記第２のストライプから出射された第２のレーザ光の光軸とが、前記第１レンズの中心軸を挟んで略対称になるように位置決めされてもよい。
【００２７】
前記光合成手段は、前記第１の入力部から入射した第１のレーザ光と前記第２の入力部から入射した第２のレーザ光の何れか一方を常光線として前記出力部に伝搬させるとともに、他方を異常光線として前記出力部に伝搬させる複屈折素子であってもよい。
【００２８】
前記常光線が光ファイバの軸線方向に伝搬するように、前記光合成手段の第１の入力部と第２の入力部が形成されている各々の面が傾斜して形成されていてもよい。
【００２９】
前記常光線が光ファイバの軸線方向に伝搬するように、前記半導体レーザ素子及び第１レンズは、前記軸線方向に対して所定角度傾斜して配置されていてもよい。
【００３０】
前記第１レンズと前記光合成手段との間には、第１のレーザ光及び第２のレーザ光を入射し、互いの光軸を略平行にして出射するプリズムが配設されていてもよい。
【００３２】
前記光合成手段により合成された第１、第２のレーザ光を前記光ファイバに光結合させる第２レンズを有してもよい。
【００３３】
前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光が、前記第１レンズと前記第２レンズとの間で焦点を結ぶように前記第１レンズが位置決めされていてもよい。
【００３４】
所定の波長の光を半導体レーザ素子に帰還させる光反射部が設けられていてもよい。
【００３５】
前記光反射部は、前記光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングであってもよい。
【００３６】
前記半導体レーザ素子を冷却する冷却装置と、その冷却装置上に固定され、前記半導体レーザ素子を載置する基台とを有し、前記第１レンズ、前記偏光回転手段及び光合成手段は、前記基台上に固定されていてもよい。
【００３７】
前記半導体レーザ素子は、ヒートシンクを介して前記基台に載置されていてもよい。
【００３８】
前記基台は、前記半導体レーザ素子を固定する第１の基台と、その第１の基台上に固定され、前記第１レンズ、前記偏光回転手段及び光合成手段を固定する第２の基台とからなるものでもよい。
【００３９】
本発明の半導体レーザモジュールの製造方法は、前記半導体レーザ素子を基台上に固定する第１の工程と、前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、前記第１レンズを調芯して前記基台上に固定する第２の工程と、前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、前記光合成手段を調芯して前記基台上に固定する第４の工程と、前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、前記光ファイバを調芯して固定する第５の工程とを有することを特徴とするものである。
【００４０】
前記第２の工程の次に、前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、前記偏光回転手段を調芯して前記基台上に固定する第３の工程を有してもよい。
【００４１】
本発明の光増幅器は、前記半導体レーザモジュールを光増幅用の励起光源として用いていることを特徴とするものである。
【００４２】
前記励起光源は、ラマン増幅に用いられてもよい。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態例）
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の構成を示す側面断面図、図２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の構成を模式化して示す説明図である。
【００４４】
図１（Ａ）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、内部を気密封止したパッケージ１と、そのパッケージ１内に設けられ、レーザ光を出射する半導体レーザ素子２と、フォトダイオード（受光素子）３と、第１レンズ４と、プリズム５と、半波長板（偏光回転手段）６と、光合成手段となるＰＢＣ（Ｐolarizatioｎ Beam Combiｎer）７と、光ファイバ８とを有する。
【００４５】
半導体レーザ素子２は、図２に示すように、間隔を隔てて長手方向に互いに同一平面上に平行に形成された第１のストライプ９（ストライプ状発光部）及び第２のストライプ１０を有し、第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の端面からそれぞれ第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を出射する。図２中に示すＫ１及びＫ２は、それぞれ第１のストライプ９及び第２のストライプ１０から出射されるビームの中心の軌跡を示す。ビームは、図２に破線で示すように、この中心のまわりにある広がりをもって伝搬する。第１のストライプ９と第２のストライプ１０との間隔は、それぞれから出射された光Ｋ１、Ｋ２を１つの第１レンズ４に入射させるために、１００μｍ以下、例えば約４０〜６０μｍ程度に設定される。また、ストライプ同士の間隔が狭いことにより、ストライプ同士の光出力特性の差が小さくなる。
【００４６】
図１（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子２はチップキャリア１１上に固定して取り付けられる。なお、半導体レーザ素子２は、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２を出射するため、１つのレーザ光を出射する半導体レーザ素子に比べて発熱しやすい。そこで、半導体レーザ素子２の放熱性を高めるため、図１（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子２は、ダイヤモンド等の熱伝導率の良好な材質で作られたヒートシンク５８上に固定して取り付けられ、そのヒートシンク５８がチップキャリア１１上に固定して取り付けられていることが好ましい。
【００４７】
フォトダイオード３は、半導体レーザ素子２の後側（図１（Ａ）では左側）端面２ｂ（図２参照）から出射されたモニタ用のレーザ光を受光する。フォトダイオード３は、フォトダイオードキャリア１２に固定して取り付けられている。
【００４８】
第１レンズ４は、半導体レーザ素子２の前側（図１（Ａ）では右側）端面２ａ（図２参照）から出射された第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とが入射され、レーザ光Ｋ１、Ｋ２を交差させ、第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２との間隔をストライプ９，１０の並び方向に広げ、分離するように、それぞれの光を異なる焦点位置（Ｆ１，Ｆ２）に集光させる作用をもつ（図２参照）。
【００４９】
通常、大きなスポットサイズに変換された平行ビーム同士では、角度のトレランスが０．１°以下と厳しいが、焦点位置（Ｆ１，Ｆ２）に集光させる集光系では角度のトレランスはゆるくなる。第１レンズ４を集光光学系とすることにより、光部品の部品形状や位置決め、光の角度調整トレランスがゆるくなり、好ましい。
【００５０】
図１（Ａ）に示すように、第１レンズ４は、第１のレンズ保持部材１３によって保持されている。第１レンズ４は、第１のストライプ９から出射された第１のレーザ光Ｋ１の光軸と第２のストライプ１０から出射された第２のレーザ光Ｋ２の光軸とが、第１レンズ４の中心軸を挟んで略対称になるように位置決めされるのが好ましい。これによって、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が、ともに収差の小さい領域である第１レンズ４の中心軸近傍を通過するため、レーザ光の波面の乱れが少なくなり、光ファイバ８との光結合効率が高くなる。その結果、より高光出力の半導体レーザモジュールＭ１が得られる。なお、球面収差の影響を抑え、高い結合効率を得るためには、第１のレンズ４は、非球面レンズを用いるのが望ましい。
【００５１】
プリズム５は、第１レンズ４とＰＢＣ７との間に配設され、入射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の光路を補正し、互いの光軸を略平行にして出射する。プリズム５は、ＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）等の光学ガラスで作られている。第１レンズ４から非平行に伝搬する第１及び第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２の光軸が、プリズム５の屈折により平行とされるため、そのプリズム５の後方に配置されるＰＢＣ７の作製が容易になるとともに、ＰＢＣ７を小型化し半導体レーザモジュールＭ１を小型にすることが可能となる。
【００５２】
図３（Ａ）はプリズム５の構成を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。図３に示すように、プリズム５は、平坦状に形成された入射面５ａと、所定角度αに傾斜した出射面５ｂを有する。たとえば、プリズム５がＢＫ７から作製され、半導体レーザ素子の各ストライプ間の間隔が４０μｍで、焦点距離０．７ｍｍの第１レンズを使用する場合には、プリズム５の全長Ｌ１は約１．０ｍｍ、角度αは３．２°±０．１°とする。
【００５３】
図２に示すように、半波長板６は、プリズム５を通過した第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２のうち、第１のレーザ光Ｋ１のみが入射され、入射された第１のレーザ光Ｋ１の偏光面を９０度回転させる偏光回転手段である。第１レンズ４によって、第１、第２のレーザ光Ｋ１、Ｋ２が十分分離されることにより、半波長板６が配置しやすくなっている。
【００５４】
ＰＢＣ７は、第１のレーザ光Ｋ１が入射される第１の入力部７ａと、第２のレーザ光Ｋ２が入射される第２の入力部７ｂと、第１の入力部７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂから入射される第２のレーザ光Ｋ２とが合波されて出射される出力部７ｃとを有する。ＰＢＣ７は、例えば、第１のレーザ光Ｋ１を常光線として出力部７ｃに伝搬させるとともに、第２のレーザ光Ｋ２を異常光線として出力部７ｃに伝搬させる複屈折素子である。ＰＢＣ７は、複屈折素子の場合、複屈折率性が高くレーザ光間の分離幅を大きくとれるように、例えばＴｉＯ２（ルチル）で作られる。
【００５５】
本実施形態例においてはプリズム５、半波長板６及びＰＢＣ７を同一のホルダ部材１４に固定した偏波合成モジュール５９を用いている。図４（Ａ）は偏波合成モジュール５９を示す平面図、（Ｂ）はその側面断面図、（Ｃ）はその正面図である。図４に示すように、偏波合成モジュール５９のホルダ部材１４は、ＹＡＧレーザ溶接に好適な材料（例えばＳＵＳ４０３、３０４等）で作られ、その全長Ｌ２は約７．０ｍｍであり、全体が略円柱状に形成されている。ホルダ部材１４の内部には収容部１４ａが形成され、その収容部１４ａにプリズム５、半波長板６及びＰＢＣ７がそれぞれ固定される。ホルダ部材１４の上部は開口され、その下部は平坦状に形成されている。
【００５６】
これによって、ＰＢＣ７の第１の入力部７ａから入射する第１のレーザ光Ｋ１及び第２の入力部７ｂから入射する第２のレーザ光Ｋ２をともに出力部７ｃから出射するように、プリズム５、ＰＢＣ７の中心軸Ｃ１周りの位置を調整することが非常に容易になる。
【００５７】
このように、ホルダ部材１４によって、これらの光部品を一体化しておくと、ホルダ部材１４を移動させるだけで、レーザ光Ｋ１、Ｋ２同士のＸＹ平面上における重なり合い具合を調節できる。
【００５８】
図２に示すように、光ファイバ８は、ＰＢＣ７の出力部７ｃから出射されるレーザ光を受光し、パッケージ１の外部に送出する。光ファイバ８には、図２に示すように、所定の波長帯の光を反射するＦＢＧ（Fiber Bragg Grating：ファイバブラッググレーティング）からなる光反射部１５が設けられている。この光反射部１５によって、所定波長の光が半導体レーザ素子２に帰還され、半導体レーザ素子２の発振波長が固定されるとともに、発振スペクトル幅を狭くすることができる。従って、この半導体レーザモジュールＭ１からの出射光を、波長合成カプラ（ＷＤＭ）により合波して、エルビウムドープ光増幅器やラマン増幅器の励起光源として用いた場合には、波長合成カプラの損失を低く抑えて高出力の合波光を得ることができるとともに、ラマン増幅器に使用した場合には、ラマン増幅の利得変動を抑えることができる。光反射部１５は、例えばフェーズマスクを介して干渉縞となった紫外光を光ファイバ８のコア部に照射することによって周期的に屈折率の変化を生じさせて形成される。
【００５９】
ＰＢＣ７と光ファイバ８との間には、ＰＢＣ７の出力部７ｃから出射されるレーザ光を光ファイバ８に光結合させる第２レンズ１６が配設されている。好ましくは、第１レンズ４は、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が、第１レンズ４と第２レンズ１６との間で焦点（Ｆ１、Ｆ２）を結ぶように位置合わせされている。これによって、第１レンズ４と焦点（Ｆ１、Ｆ２）間におけるレーザ光のスポットサイズが小さくなって両レーザ光の重なりが防止されるので、第１のレーザ光Ｋ１の光路上にのみ半波長板６を挿入できるために十分な第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２の分離幅Ｄ’を得るために必要な伝搬距離Ｌが短くなる。このため、半導体レーザモジュールＭ１の光軸方向の長さを短くすることができる。その結果、例えば高温環境下における半導体レーザ素子２と光ファイバ８との光結合の経時安定性が優れた、信頼性の高い半導体レーザモジュールＭ１を提供できる。
【００６０】
図１に示すように、半導体レーザ素子２を固定したチップキャリア１１と、フォトダイオード３を固定したフォトダイオードキャリア１２とは、断面略Ｌ字形状の第１の基台１７上に半田付けして固定される。第１の基台１７は、半導体レーザ素子２の発熱に対する放熱性を高めるためにＣｕＷ系合金等で作られているのが好ましい。
【００６１】
第１レンズ４を固定した第１のレンズ保持部材１３と、プリズム５、半波長板６及びＰＢＣ７をホルダ部材１４に固定した偏波合成モジュール５９とは、第２の基台１８上にそれぞれ第１の支持部材１９ａ及び第２の支持部材１９ｂを介してＹＡＧレーザ溶接により固定される。このため第２の基台１８は、溶接性の良好なステンレス鋼等で作られているのが好ましい。また、第２の基台１８は、第１の基台１７の平坦部１７ａ上に銀ろう付けして固定される。
【００６２】
第１の基台１７の下部にはペルチェ素子からなる冷却装置２０が設けられている。半導体レーザ素子２からの発熱による温度上昇はチップキャリア１１上に設けられたサーミスタ２０ａによって検出され、サーミスタ２０ａより検出された温度が一定温度になるように、冷却装置２０が制御される。これによって、半導体レーザ素子２のレーザ出射を高出力化かつ安定化させることができる。
【００６３】
パッケージ１の側部に形成されたフランジ部１ａの内部には、ＰＢＣ７を通過した光が入射する窓部１ｂが設けられ、また、フランジ部１ｂの端部には、レーザ光を集光する第２レンズ１６が固定されている。第２レンズ１６は、フランジ部１ａの端部にＹＡＧレーザ溶接により固定された第２のレンズ保持部材２１によって保持され、第２のレンズ保持部材２１の端部には金属製のスライドリング２２がＹＡＧレーザ溶接により固定される。
【００６４】
光ファイバ８はフェルール２３によって保持され、そのフェルール２３は、スライドリング２２の内部にＹＡＧレーザ溶接により固定されている。
【００６５】
次に、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の動作について説明する。
【００６６】
図２に示すように、半導体レーザ素子２の第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の前側端面２ａからそれぞれ出射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２は、第１レンズ４を通過し、交差した後、間隔が広がり十分分離された後、プリズム５に入射される。プリズム５に入射した時の第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２との間隔（Ｄ）は約４６０μｍである。プリズム５によって第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２は平行となって出射し（両者の間隔は約５００μｍになる）、第１のレーザ光Ｋ１は半波長板６に入射され、偏光面を９０度回転させた後、ＰＢＣ７の第１の入力部７ａに入射され、第２のレーザ光Ｋ２はＰＢＣ７の第２の入力部７ｂに入射される。
【００６７】
ＰＢＣ７では、第１の入力部７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂから入射される第２のレーザ光Ｋ２とが合波されて出力部７ｃから出射される。
【００６８】
ＰＢＣ７から出射されたレーザ光は、第２レンズ１６によって集光され、フェルール２３によって保持された光ファイバ８の端面に入射され外部に送出される。また、光ファイバ８の光反射部１５によってレーザ光の一部が反射され、反射された光は、半導体レーザ素子２に帰還され、半導体レーザ素子２の後側端面２ｂと光反射部１５との間で外部共振器が構成されるので、光反射部１５によって決定される波長でのレーザ発振が可能となる。
【００６９】
一方、半導体レーザ素子２の後側端面２ｂから出射されたモニタ用のレーザ光は、フォトダイオード３によって受光され、フォトダイオード３の受光量に基づいて半導体レーザ素子２の駆動電流を変化させることにより、半導体レーザ素子２の光出力等を調整する。
【００７０】
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によれば、１つの半導体レーザ素子２に１００μｍ以下という狭い間隔で形成された第１、第２のストライプ９，１０から偏光面のそろった第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が出射され、第１レンズ４で十分分離された後、半波長板６によって第１のレーザ光Ｋ１の偏光面が正確に９０度回転される。すなわち、このときレーザ光Ｋ１、Ｋ２の偏光面は互いに直交する。この状態で、ＰＢＣ７によって第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２が偏波合成されるので、光ファイバ８からは高出力で、かつ偏光度の小さいレーザ光を出射することができる。また、光ファイバ８にＦＢＧからなる光反射部１５が形成されているので、光ファイバ８から波長が固定されたレーザ光を出射することができる。従って、上記の半導体レーザモジュールＭ１を、高出力が要求されるエルビウムドープ光増幅器や、さらに増幅利得に低偏波依存性及び安定性が要求されるラマン増幅器の励起光源として適用することができる。
【００７１】
また、２つのレーザ光を出射させる２つのストライプを備えた１個の半導体レーザ素子２と、レーザ光Ｋ１、Ｋ２両方を分離する単一の第１レンズ４を用いているので、半導体レーザ素子２や第１レンズ４の位置決め時間が短くなる。その結果、半導体レーザモジュールＭ１の製造時間を短縮化できる。
【００７２】
また、従来は、たとえば米国特許第５５８９６８４号公報に開示されるように、２つの半導体レーザ素子からそれぞれ互いに直交する軸方向に光が出射される半導体レーザモジュール（図３５参照）もあったが、この半導体レーザモジュールでは、それぞれの軸方向（図３５ではＸ方向及びＺ方向）でのパッケージの反り等を考慮してモジュールを設計しなければ、環境温度の変化等によって生じたパッケージの反りによる光出力変動を抑制できなかった。これに対し、本実施形態例の構成によれば、１個の半導体レーザ素子２から出射される２つの光は略同じ方向に伝搬されるため、パッケージの反りの影響を１方向（図２中、Ｚ方向）においてのみ抑制することにより、光ファイバ８から出射される光出力の安定化を図ることができる。
【００７３】
また、１個の半導体レーザ素子２から２つの光を出射することにより、これら２つの光はパッケージの反り等に対して、光ファイバ８との結合効率が同じ傾向で変動する。従って、温度変動等があった場合でも光ファイバ８から出射される光の偏光度が安定化する。
【００７４】
また、１つの半導体レーザ素子２を用いるので、半導体レーザ素子２から発生した熱を冷却するためのペルチェモジュール等の冷却装置２０を小型化でき、低消費電力化を図ることができる。
【００７５】
なお、パッケージ１内を真空にするか、封入ガスをＸｅとすることにより、２つのストライプ９，１０から発生する莫大な熱を冷却装置２０で放熱する際に必要な消費電力を大幅に抑制することができ、好ましい。
【００７６】
また、本実施形態例のように２つのレーザ光を出射するダブルストライプ型半導体レーザモジュールにファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を形成した偏波保存ファイバを取り付けた場合、同じＦＢＧ半値幅を有し、１つのレーザ光を出射するシングルストライプ型半導体レーザモジュールに比べ、多くの縦モードをスペクトル幅内に含ませることができる。
【００７７】
例えば図５は、ダブルストライプ型半導体レーザモジュールＭ１において駆動電流２Ａ（つまりストライプ１本あたり１Ａ）を印加した時のスペクトルを示すグラフである。図５からわかるように、ダブルストライプ型半導体レーザモジュールＭ１では、５本の縦モードがスペクトル半値幅内に含まれる。一方、シングルストライプ型半導体レーザモジュールの場合、駆動電流１Ａでスペクトル半値幅内に含まれる縦モードは３〜４本である。
【００７８】
すなわち、偏波保存ファイバの場合、slow軸とfast軸で異なる屈折率を持つため、ＦＢＧ部分で選択される波長が０．４ｎｍ程度異なる。そのため、互いに０．４ｎｍずれた各ストライプからの発振スペクトルの重ね合わせとして得られるスペクトルの半値幅内に含まれる縦モードの数が増加する。
【００７９】
一方、本実施形態例の半導体レーザモジュールでは、２つのストライプから出射されたレーザ光が偏波合成されて出力されるため、１つのストライプからの出射レーザ光と比較して偏光度（ＤＯＰ）の低い出力レーザ光が得られるが、その偏光度が十分低くない場合には、デポラライザとして偏波保持ファイバを用いることにより、さらに無偏光化する必要が生じる場合がある。本実施形態例の半導体レーザモジュールは、上述のように、多くの縦モードが発振しているため、出力された光をデポラライザ内で伝搬させることにより、より効果的にＤＯＰ（Degree Of Polarizatioｎ：偏光度）を低減できる。従って、本実施形態例の半導体レーザモジュールは、増幅利得の低偏波依存性が要求されるラマン増幅器の励起光源として好適である。
【００８０】
さらに、ダブルストライプ型半導体レーザモジュールの場合、高い光出力を得ることができる。図６は、ダブルストライプ型半導体レーザモジュールにおいてＬＤ駆動電流に対するファイバ出力を示すグラフである。図６からわかるように、駆動電流が２４００ｍＡで約５７０ｍＷの光出力を得ることができる。従って、本実施形態例のダブルストライプ型半導体レーザモジュールは、高い光出力が要求されるラマン増幅器用の１４ＸＸ（１３００〜１５５０）ｎｍ帯励起光源や、ＥＤＦＡ用の９８０ｎｍ帯や１４８０ｎｍ帯の励起光源として好適である。
【００８１】
次に、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の製造方法について説明する。
【００８２】
まず、第１の基台１７の平坦部１７ａ上に第２の基台１８を銀ろう付けして固定する。
【００８３】
次いで、半導体レーザ素子２を固定したチップキャリア１１と、フォトダイオード３を固定したフォトダイオードキャリア１２を第１の基台１７上に半田付けして固定する。
【００８４】
次いで、第２の基台１８上に第１レンズ４を調芯して固定する。この第１レンズ４の調芯工程では、半導体レーザ素子２に電流を供給して第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を半導体レーザ素子２の第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の双方から出射させ、その出射方向を基準方向として設定した後、第１レンズ４を挿入し、ＸＹＺ軸方向の位置を決める。
【００８５】
図７は、第１レンズ４の調芯工程を説明するための説明図である。Ｘ軸方向については、図７（Ａ）に示すように、上記のようにして設定された基準方向（中心軸Ｃ２）と第１のレーザ光Ｋ１との角度θ１と、中心軸Ｃ２と第２のレーザ光Ｋ２との角度θ２とが等しくなる位置で決める。Ｙ軸方向については、図７（Ｂ）に示すように、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４の中心を通る位置で決める。Ｚ軸については、半導体レーザ素子２からの規定の距離で、レーザ光のスポット径が最小となる位置で決める。以上の調芯工程で決まった位置で第１レンズ４を保持する第１のレンズ保持部材１３を、第２の基台１８上に第１の支持部材１９ａを介してＹＡＧレーザ溶接して固定する。
【００８６】
次いで、第２の基台１８上に、プリズム５、半波長板６、ＰＢＣ７を一体化した偏波合成モジュール５９を調芯して固定する。この偏波合成モジュール５９の調芯工程では、位置合わせ用光ファイバコリメータを用いて、そのファイバに結合する光強度が最大になるように、ホルダ部材１４の中心軸Ｃ１（図４参照）回りθ、ＸＹＺ軸方向の位置を決める。ホルダ部材１４の中心軸Ｃ１回りの位置決めでは、ホルダ部材１４を中心軸Ｃ１の周りに回転させて第１の入力部７ａに入射した第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂに入射した第２のレーザ光Ｋ２がともに出力部７ｃから出射されるように位置調整する。
【００８７】
Ｚ軸方向の位置決めでは、ＰＢＣ７から出力されたレーザ光Ｋ１、Ｋ２のＸＹ平面上での重なり具合を調節する。例えば完全に重ねることもできるし、互いのビームスポットの位置をずらしておくこともできる。後者はレーザ光Ｋ１、Ｋ２の光強度が異なっていた場合、光強度の小さい方の光をより多く受光するように、光ファイバ８を調芯することにより、光ファイバ８に入射されるレーザ光Ｋ１、Ｋ２の光強度を均等にして、偏光度を十分に下げることができるので好ましい。
【００８８】
以上の調芯工程で決まった位置でホルダ部材１４を第２の基台１８上に第２の支持部材１９ｂを介してＹＡＧレーザ溶接して固定する。
【００８９】
次いで、第１の基台１７を、予めパッケージ１の底板上に固定された冷却装置２０上に半田付けして固定する。
【００９０】
次いで、半導体レーザ素子２及びモニタ用のフォトダイオード３は、金ワイヤ（図示せず）を介してパッケージ１のリード（図示せず）と電気的に接続される。
【００９１】
次いで、不活性ガス（例えばＮ２、Ｘｅ）雰囲気においてパッケージ１上部に蓋１ｃを被せて、その周縁部を抵抗溶接することにより気密封止する。
【００９２】
次いで、パッケージ１のフランジ部１ａに対し第２レンズ１６をＸＹ面内及びＺ軸方向で調芯して固定する。この工程では、第２レンズ１６の出射光がパッケージ１のフランジ部１ａの中心軸と平行となる位置でＹＡＧレーザ溶接により固定する。
【００９３】
最後に、光ファイバ８を調芯して固定する。この工程では、第２のレンズ保持部材２１の端部に金属製のスライドリング２２を固定する。スライドリング２２は、第２のレンズ保持部材２１の端面において、光ファイバ８の光軸と垂直な面内（ＸＹ平面）で位置調整後、両者の境界部においてＹＡＧレーザ溶接して固定される。光ファイバ８を保持するフェルール２３は、光ファイバ８の出射が最大となる位置で、スライドリング２２の内部にＹＡＧレーザ溶接により固定される。その際、光ファイバ８は、合成される複数のレーザ光のパワーバランスを考慮して調芯される。これにより光ファイバ８の光軸方向（Ｚ軸方向）の位置が固定される。
【００９４】
ここで、本発明の実施形態例の半導体レーザモジュールに使用される半導体レーザ素子２について説明する。図８（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の半導体レーザモジュールに使用される半導体レーザ素子２の構成を説明するための説明図、図９は半導体レーザ素子２の他の例を示す説明図である。なお、図８（Ｂ）及び（Ｃ）は図８（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
【００９５】
図８（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子２は、例えば有機金属気相成長法、液相法、分子線エピタキシャル成長法、ガスソース分子線エピタキシャル成長法等の公知のエピタキシャル成長法により、所定の半導体からなる基板２４の上に、所定の半導体のエビタキシャル結晶成長を行って後述する積層構造２５を形成した後、基板２４の底面に下部電極２６、積層構造２５の上面に上部電極２７を形成し、へき開を行って所定の共振器長Ｌ３とし、更に一方のへき開面（前端面２ａ）に低反射膜２８（例えば反射率５％以下）を成膜し、他方のへき開面（後端面２ｂ）に高反射膜２９（例えば反射率９０％以上）を成膜した構造になっている。
【００９６】
図８（Ｂ）に示すように、基板２４上の積層構造２５は、例えば埋め込み型ＢＨ(Buried Heterostructure)構造になっていて、例えばＩｎＰから成る基板２４の上に、例えばｎ−ＩｎＰクラッド層３１、例えばＧａＩｎＡｓＰ多層膜により構成されたＧＲＩＮ―ＳＣＨ−ＭＱＷ（Graded Index Separate Confinement Heterostructure Multi Quantumn Well）から成る活性層３２、例えばｐーＩｎＰクラッド層３３が順次積層されており、更に、ｐーＩｎＰクラッド層３３の上に、例えばｐ−ＩｎＰから成る埋め込み層３４、例えばｐ−ＧａＩｎＡｓＰから成るキャップ層３５が積層されている。そして、このキャップ層３５の上に上部電極２７が形成され、また基板２４の底面には下部電極２６が形成されている。
【００９７】
そして、上記した下部ｎ−ＩｎＰクラッド層３１、活性層３２、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３は、４０−６０μｍの間隔を介して互いに平行に並んだ２本のストライプ状に加工され、その側面に例えばｐ−ＩｎＰブロッキング層３６とｎ−ＩｎＰブロッキング層３７をこの順序で積層することにより、活性層３２への注入電流狭窄部が形成されている。
【００９８】
上記した活性層３２としては、例えば、基板２４に対する格子不整合率が０．５％以上1．５％以下となるような圧縮歪み量子井戸構造を採用し、かつ井戸数が５個程度の多重量子井戸構造を使用するのが、高出力化の観点から有利である。また、歪み量子井戸構造として、その障壁層を井戸層の歪みと反対の引っ張り歪みを導入して成る歪み補償構造とすれば、等価的に格子整合条件を満たすことができるため、井戸層の格子不整合度に関しては更に高い値を用いることも可能である。
【００９９】
本実施形態例では、下部ｎ−Ｉｎｐクラッド層３１、ＧＲＩＮ―ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３２、ｐーＩｎＰクラッド層３３からなる発光部が、図８の紙面に垂直な方向にストライプ状に延びて形成されており、この部分をそれぞれストライプ９，１０と称する。
【０１００】
次に、上記の構造の半導体レーザ素子２の製造方法について説明する。
【０１０１】
まず、有機金属気相成長法、液相法、分子線エピタキシャル成長法、ガスソース分子線エピタキシャル成長法等の公知のエピタキシャル成長法により、基板２４の上に、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層３１、ＧＲＩＮ―ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３２、ｐーＩｎＰクラッド層３３の順に積層する。
【０１０２】
次いで、４０〜６０μｍの間隔を介して互いに平行に並んだ２本のマスクを上記ｐ−ＩｎＰクラッド層３３上に形成してから、所定のエッチャントを用いて上部ｐーＩｎＰクラッド層３３、ＧＲＩＮ―ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３２、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層３１、及びＩｎＰ基板２４の一部を溶解し、上記ストライプ上にさらに、ｐ−ＩｎＰブロッキング層３６とｎ−ＩｎＰブロッキング層３７をこの順序で積層することによって、活性層３２への注入電流狭窄部を形成する。
【０１０３】
次いで、上部埋め込み層３４をエピタキシャル成長させて積層する。
【０１０４】
また、上部埋め込み層３４上にキャップ層３５を積層する。
【０１０５】
次いで、キャップ層３５の上面に上部電極２７を形成し、基板２４の底面に下部電極２６を形成する。
【０１０６】
その後、基板を所定幅Ｌ３のバーにへき開し、更に一方のへき開面（前端面２ａ）に低反射膜２８を成膜し、他方のへき開面（後端面２ｂ）に高反射膜２９を成膜する。最後に、このバーをさらにへき開して共振器長Ｌ３の半導体レーザ素子２を得る。
【０１０７】
このようにして作製された半導体レーザ素子２は、上部電極２７側を、図１（Ｂ）に示すヒートシンク５８にＡｕＳｎ半田等により接着される。そして、２つのストライプは、上部電極２７（本実施形態例ではｐ側）及び下部電極２６（本実施形態例ではｎ側）を通して外部より供給される電流により、同時にレーザ発振し、低反射膜２８からの２つの出射光が前述したＰＢＣ７により合波されて所望の用途に供される。
【０１０８】
ここで、２つのストライプの特性が全く同じであるとすると、本実施形態例に係る半導体レーザ素子２のしきい値電流は、ストライプ１本のしきい値電流の２倍、全光出力は、ストライプ１本の光出力の２倍となる。すなわち、半導体レーザ素子２全体としては、ストライプ１本当たりの駆動電流の約２倍の駆動電流で約２倍の光出力が得られ、半導体レーザ素子２のスロープ効率は１本のストライプを有する半導体レーザ素子２と変わらない。
【０１０９】
なお、上記した例では、２つのストライプが同時に駆動される構造を示したが、例えば図８（Ｃ）に示すように、２つのストライプの間に上部電極２７から下部クラッド層３０の深さにまで及ぶ分離溝３８を形成し、その分離溝３８表面を絶縁膜３９で被覆することにより、２つのストライプを電気的に分離することができる。このような半導体レーザ素子２の下部電極２６側を、図示しないヒートシンクにＡｕＳｎ半田等により接着すれば、２つのストライプに供給する駆動電流を独立に制御することも可能となり、光ファイバ８から出射されるレーザ光の偏光面をランダム化することが容易となる。この場合、２つのストライプの少なくとも正極側もしくは負極側の片方を電気的に絶縁すればよい。
【０１１０】
なお、図８（Ｃ）に示す半導体レーザ素子２の構造の場合、一方のストライプだけに駆動電流を流して使用し、他方のストライブは、一方のストライプの活性層が異常になった場合に電流を流して使用するようにしてもよい。この場合、片方のストライプを冗長系とすることになるので、半導体レーザ素子２の製品寿命を延ばすことができる。
【０１１１】
また、上部電極２７側をヒートシンク５８に接着して使用する場合には、ヒートシンク５８側に、上部電極２７に対応した電極パターンを形成しておくことにより、これら２つのストライプを独立に駆動することができる。
【０１１２】
また、上記した例では、半導体レーザ素子２は、ＩｎＰ系の埋め込み型ＢＨ構造のものを説明したが、例えば図９に示すようなＧａＡｓ系のリッジ導波路型の半導体レーザ素子２であってもよい。図９に示すように、この半導体レーザ素子２は、ｎ−ＧａＡｓからなる基板４０上に、ｎ型下部クラッド層４１、活性層４２、ｐ型上部クラッド層４３、絶縁層４４、ｐ−ＧａＡｓ層４５を積層し、２つのリッジ部が形成されている。絶縁層４４及びｐ−ＧａＡｓ層４５上には上部電極（ｐ電極）４６が形成され、基板４０の底面には下部電極（ｎ電極）４７が形成されている。
【０１１３】
リッジ部は、図９の紙面に垂直な方向にストライプ状に延びて形成され、当該リッジ部直下の部分の活性層４２がそれぞれ発光する。この発光部をそれぞれストライプ９，１０と称する。もちろん、ＩｎＰ系のリッジ型ＬＤとすることも可能である。
【０１１４】
さらに、本実施形態例では、半導体レーザ素子２の基本構造であるファブリ・ペロー型の半導体レーザ素子２を説明したが、本実施形態例では、後述するような波長選択手段を具備した半導体レーザ素子２を用いてもよい。このような半導体レーザ素子２を使用すれば、ＦＢＧ付の光ファイバ８を使用しなくても、発振波長の安定化された光出力を得ることが可能となる。
【０１１５】
（第２の実施形態例）
図１０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の構成を模式化して示す説明図である。図１０に示すように、第２の実施形態例では、常光線である第１のレーザ光Ｋ１が光ファイバ８の軸線方向に伝搬するように、ＰＢＣ７の第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の入射面が楔形に傾斜して形成されている。それ以外は第１の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。
第２の実施形態例によれば、常光線である第１のレーザ光Ｋ１が光ファイバ８の軸線方向に伝搬するので、半波長板６と第１レンズ４との間にプリズム５を配設する必要がなくなり、構成を簡単にすることができる。
【０１１６】
また、半導体レーザモジュールＭ２の光軸方向の長さを短くできるので、高温環境における光出力特性に対するパッケージの反りの影響を低減できる。
【０１１７】
なお、第２の実施形態例においても、中心軸周りの角度調整を容易にするため、半波長板６とＰＢＣ７とを同一のホルダ部材１４に固定し偏波合成モジュールとして構成してもよい。
【０１１８】
（第３の実施形態例）
図１１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の構成を模式化して示す説明図である。図１１に示すように、第３の実施形態例では、常光線である第１のレーザ光Ｋ１が第１レンズ４を通過後光ファイバ８の軸線方向に伝搬するように、半導体レーザ素子２及び第１レンズ４は、軸線方向に対して所定角度傾斜して配置されている。それ以外は第１の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。
第３の実施形態例によれば、常光線である第１のレーザ光Ｋ１が光ファイバ８の軸線方向に伝搬するので、半波長板６と第１レンズ４との間にプリズム５を配設する必要がなくなり、構成を簡単にすることができる。また、ＰＢＣ７の研磨を片方だけ行えばよいので、第２の実施形態例に比べ研磨の簡略化が可能となる。
【０１１９】
また、半導体レーザモジュールＭ３の光軸方向の長さを短くできるので、高温状態における光出力特性に対するパッケージの反りの影響を低減できる。
【０１２０】
なお、第３の実施形態例においても、中心軸周りの角度調整を容易にするため、半波長板６とＰＢＣ７とを同一のホルダ部材１４に固定し偏波合成モジュールとして構成してもよい。
【０１２１】
上記の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１〜Ｍ３は、高出力で偏光度が小さく、波長が安定したレーザ光を出射することができるので、エルビウムドープ光増幅器やラマン増幅器の励起光源として用いることが可能である。
【０１２２】
（第４の実施形態例）
図１２は、本実施形態例の半導体レーザモジュールに用いられ、図４に示す偏波合成モジュール５９の他の例を表した第４の実施形態例の偏波合成モジュール６０を示す分解斜視図、図１３は、図１２の偏波合成モジュール６０を示す側面断面図である。なお、図４の偏波合成モジュール５９と同一の部材は同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２３】
図１２及び図１３に示すように、第４の実施形態例の偏波合成モジュール６０は、長手方向に、収容部となる溝部６１ａが形成されたホルダ部材６１と、ホルダ部材６１の溝部６１ａに嵌って配置される第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３と、第１の調整シート６２上に配置されるプリズム５と、第２の調整シート６３上に配置されるＰＢＣ７と、ホルダ部材６１の溝部６１ａに嵌って配置される半波長板ホルダ６４と、半波長板ホルダ６４に保持される半波長板６と、ホルダ部材６１の溝部６１ａの開口側に形成された段差部６１ｂに嵌って固定される板状のトップカバー６５とを有する。
【０１２４】
ホルダ部材６１、半波長板ホルダ６４及びトップカバー６５は、ＹＡＧレーザ溶接の可能な材質（例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（商標：コバール））で作られている。また、半波長板ホルダ６４は仕切板を兼ねてもよい。
【０１２５】
半波長板６の上部はメタライズされ、半波長板ホルダ６４の上部は金メッキされており、半波長板６の上部と半波長板ホルダ６４の上部とが半田付けされて固定される。
【０１２６】
第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３は、プリズム５及びＰＢＣ７の位置決めを容易にするために変形可能な材質で作られており、例えば、ソフトメタル（Ｉｎ等）、半田シート（Ｓｎ−Ｐｂ等）のような柔軟部材や樹脂等の弾性部材で作られている。
【０１２７】
偏波合成モジュール６０は又、ホルダ部材６１の溝部６１ａの両端部にＹＡＧレーザ溶接で固定される第１のストッパー６６及び第２のストッパー６７が取り付けられる。図１３に示すように、第１のストッパー６６及び半波長板ホルダ６４は、第１の調整シート６２を挟んで保持することにより、第１の調整シート６２の流れ止めとなる仕切板としての役割を有する。また、第２のストッパー６７及び半波長板ホルダ６４は、第２の調整シート６３を挟んで保持することにより、第２の調整シート６３の流れ止めとなる仕切板としての役割を有する。
【０１２８】
なお、第１のストッパー６６及び第２のストッパー６７は、予めホルダ部材６１に一体に成形されていてもよい。また、第１のストッパー６６及び第２のストッパー６７は、光が透過する材料、例えばガラスや樹脂で作られてもよい。また、第１のストッパー６６及び第２のストッパー６７は、レンズ、プリズム、光合成部材、偏光回転部材のいずれかでもよい。
【０１２９】
次に、第４の実施形態例の偏波合成モジュール６０の組立方法について説明する。まず、ホルダ部材６１の溝部６１ａの両端部に第１のストッパー６６及び第２のストッパー６７をＹＡＧレーザ溶接で固定する。
【０１３０】
次いで、半波長板６を半波長板ホルダ６４に半田付けして保持する。
【０１３１】
次いで、半波長板６を保持した半波長板ホルダ６４をホルダ部材６１の溝部６１ａにＹＡＧレーザ溶接して固定する。その際、第１のストッパー６２及び第２のストッパー６３と半波長板ホルダ６４との間に第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３がそれぞれ嵌るように、半波長板ホルダ６４を位置決めする。
【０１３２】
次いで、第１のストッパー６６と半波長板ホルダ６４との間のホルダ部材６１の溝部６１ａに第１の調整シート６２を嵌めて配置する。また、第２のストッパー６７と半波長板ホルダ６４との間にホルダ部材６１の溝部６１ａに第２の調整シート６３を嵌めて配置する。
【０１３３】
次いで、第１の調整シート６２上にプリズム５を載置し、第２の調整シート６３上にＰＢＣ７を載置する。
【０１３４】
次いで、ホルダ部材６１の溝部６１ａの開口側に形成された段差部６１ｂにトップカバー６５を嵌める。プリズム５及びＰＢＣ７は、トップカバー６５の裏面６５ａと面接触して押圧される。これによって、第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３が変形し、プリズム５及びＰＢＣ７は所望の位置に位置決めされる。
【０１３５】
最後に、トップカバー６５とホルダ部材６１とをＹＡＧレーザ溶接で固定する。
【０１３６】
この偏波合成モジュール６０によれば、プリズム５及びＰＢＣ７の上面がトップカバー６５の裏面６５ａと面接触して押圧され、第１の調整シート６２及び第２のシート６３の変形により、位置決めされる。トップカバー６５の裏面６５ａは、溝部６１ａ表面よりも加工精度が高い平面に形成される。従って、トップカバー６５の裏面６５ａに面接触されたプリズム５及びＰＢＣ７の光入射面は、トップカバー６５の裏面６５ａに対して垂直に精密に位置決めされるので、光軸回りの回転方向θを精度よく位置決めすることができる。
【０１３７】
この観点から、トップカバー６５の、プリズム５や光合成部材７との当接面の加工精度は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（ＪＩＳ Ｂ ００３１）により、面粗度が、最大高さＲmax≦１０μｍ、中心線平均粗さＲa≦５μｍ、１０点平均粗さＲz≦１０μｍ、の少なくとも一つを満たすのが好ましい。
【０１３８】
なお、第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３は一体となっていてもよい。また、プリズム５及びＰＢＣ７に金メッキを施し、ホルダ部材６１の溝部６１ａに直接、半田付けして固定してもよい。この場合、第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３は不要となるが、溝部６１ａの加工面を精度よく形成することが好ましい。
【０１３９】
（第５の実施形態例）
上述した半導体レーザ素子２の第１のストライプ９と第２のストライプ１０は、互いに長手方向に平行に延びて形成されているが、これに限らず例えば図１４に示すように、傾斜して形成されていてもよい。図１４では、右側が光を出射させる方向であり、右側に行くに従ってストライプ９，１０の間隔が狭くなっている。この場合、２本のストライプ９，１０から出射される２本のレーザ光は半導体レーザ素子２から短距離で交差するので、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４を通過後、第１のレーザ光Ｋ１の光路上にのみ半波長板６を挿入できる程度に十分に分離する（図２においてＤ’が十分大きくなることをいう）ために必要な伝搬距離（図２におけるＬ）が短くなるため、半導体レーザモジュールＭの光軸方向の長さを短くすることができる。
【０１４０】
なお、図１４において左側方向に光を出射させても同様に上記伝搬距離Ｌを短くすることができる。
【０１４１】
（第６の実施形態例）
図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施形態例に係る半導体レーザモジュールに使用され、図８に示す半導体レーザ素子２とは異なる構成の第６の実施形態例の半導体レーザ素子６８を示す。図１５（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図１５（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、ｃ−ｃ線断面図である。
【０１４２】
図１５に示すように、第６の実施形態例の半導体レーザ素子６８は、ｎ−ＩｎＰ基板６９の（１００）面上に、順次、バッファ層と下部クラッド層とを兼ねたｎ−ＩｎＰバッファ層７０、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ（分布屈折率分離閉込め多重量子井戸）活性層７１、ｐ−ＩｎＰクラッド層７２、および埋め込み層７３、ＧａＩｎＡｓＰキャップ層７４が積層された構造を有する。
【０１４３】
２つのストライプの各ｐ−ＩｎＰクラッド層７２内には、それぞれ膜厚２０ｎｍを有したｐ−ＩｎＧａＡｓの回折格子７５が、ピッチ約２３０ｎｍで周期的に形成されている。この回折格子７５により、たとえば中心波長が１４８０ｎｍ帯のレーザ光を選択するようにしている。この回折格子７５を含むｐ−ＩｎＰクラッド層７２、ＧＲＩN−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７１及びｎ−ＩｎＰバッファ層７０上部は、メサストライプ状に加工され、メサストライプの両側は、電流ブロッキング層として形成されたp−ＩｎＰブロッキング層７６とｎ−ＩｎＰブロッキング層７７によって埋め込まれている。また、ＧａＩｎＡｓＰキャップ層７４の上面には、Ｐ側電極７８が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板６９の裏面には、ｎ側電極７９が形成されている。
【０１４４】
半導体レーザ素子６８の長手方向の一端面である光反射端面には、反射率８０％以上の高光反射率をもつ第１の反射膜８０が形成され、他端面である光出射端面には、反射率が５％以下の低光反射率をもつ第２の反射膜８１が形成される。第１の反射膜８０と第２の反射膜８１とによって形成された光共振器のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７１内に発生した光は、第１の反射膜８０によって反射し、第２の反射膜８１を介し、レーザ光として出射される。
【０１４５】
半導体レーザ素子６８は、例えばラマン増幅器の励起用光源として用いられる場合、その発振波長λ0は、1３００ｎｍ〜1５５０ｎｍであり、共振器長ＬＲは、８００μｍ以上３２００μｍ以下に設定される。
【０１４６】
ところで、一般に、半導体レーザ素子の共振器によって発生する縦モードのモード間隔Δλは、等価屈折率を「ｎ」とすると、次式で表すことができる。すなわち、
Δλ＝λ0 ２／（２・ｎ・LＲ）
である。ここで、発振波長λ0を１４８０μｍとし、等価屈折率を３．５とすると、共振器長が８００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．３９ｎｍとなり、共振器長が３２００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．1ｎｍとなる。すなわち、共振器長を長くすればするほど、縦モードのモード間隔Δλは狭くなり、このことは、一般に共振器長を長くすればするほど単一縦モードのレーザ光を発振するための選択条件が厳しくなることを意味する。
【０１４７】
一方、回折格子７５は、そのブラッグ波長によって縦モードを選択する。この回折格子７５による選択波長特性は、図１６に示す発振波長スペクトル８２として表される。図１６に示すように、この実施の形態例では、回折格子７５を有した半導体レーザ素子による発振波長スペクトルの半値幅Δλｈで示される波長選択特性内に、発振縦モードを複数存在させるようにしている。ここで、従来のＤＦＢ（Distributed Feedback）等の半導体レーザ素子は、単一縦モード発振を得ることを目的としていたため、縦モード間隔が狭くモード選択性が弱いために単一縦モード発振が困難となる８００μｍ以上の共振器長は使用されなかった。しかしながら、この実施形態例の半導体レーザ素子６８では、共振器長ＬＲを積極的に８００μｍ以上とすることによって、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードを含んだ状態でレーザ発振するようにしている。図１６では、発振波長スペクトルの半値幅△λｈ内に３つの発振縦モード８３ａ〜８３ｃを有している。
【０１４８】
複数の発振縦モードで発振するレーザ光を用いると、単一縦モードで発振するレーザ光を用いた場合に比して、各縦モードのピーク強度を抑えつつ、複数の縦モード全体としては高いレーザ出力値を得ることができる。例えば、この実施の形態例に示した半導体レーザ素子６８では、図１７（Ｂ）に示すプロファイルを有し、低いピーク値で高レーザ出力を得ることができる。これに対し、図１７（Ａ）は、同じレーザ出力を得る場合の単一縦モード発振の半導体レーザ素子のプロファイルであり、高いピーク値を有している。
【０１４９】
ここで、半導体レーザ素子をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、ラマン利得を大きくするためには励起光出力パワーを増大することが好ましい一方で、そのピーク値が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生し、雑音が増加するという不具合が発生する。誘導ブリルアン散乱の発生には、誘導ブリルアン散乱が発生するしきい値光強度Ｐthが存在するので、図１７（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子を複数の縦モードで発振させ、各縦モードのピーク強度を誘導ブリルアン散乱のしきい値光強度Ｐth内に抑えることによって、誘導ブリルアン散乱の発生を抑えつつ高い励起光出力パワーを得ることができる。その結果、雑音の増加を抑えつつ高いラマン利得を得ることが可能となる。
【０１５０】
また、図１６に示すように、発振縦モード８３ａ〜８３ｃの波長間隔（モード間隔）Δλは、０．1ｎｍ以上としている。これは、半導体レーザ素子６８をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、モード間隔Δλが０．1ｎｍ以下であると、誘導ブリルアン散乱が発生する可能性が高くなるからである。その結果、上述したモード間隔△λの式によって、発振波長λ0が１４８０μｍの場合には、上述した共振器長ＬＲが３２００μｍ以下であることが好ましいことになる。
【０１５１】
また、ラマン増幅においては利得が信号光の偏光方向に依存することから、信号光の偏光方向のランダム性による利得変動の問題を解決するため、励起光をデポラライズ（無偏光化）しておく必要がある。本発明の第１乃至第６の実施形態例による半導体レーザモジュールでは、偏波合成されたレーザ光が得られ、単一のストライプからの出力光と比較して偏光度（ＤＯＰ）が低いため、そのままラマン増幅に好適に使用できるものではあるが、偏波合成のみでＤＯＰの低減が十分達成できない場合には、さらにデポラライズを行う必要が生じる。このためには、偏波保持ファイバにレーザ光を伝搬させてデポラライズを行う方法がある。この場合、発振している縦モードの数が多いほど、レーザ光のコヒーレント長（可干渉長）が短くなるため、デポラライズに必要な偏波保持ファイバの長さが短くなる。この観点から、発振スペクトルの半値幅Δλｈ内に３本以上の縦モードが存在していることが好ましく、特に４本又は５本の縦モードが存在していると、必要な偏波保持ファイバの長さは急激に短くなる。したがって、発振スペクトルの半値幅Δλｈ内に３本以上、より好ましくは４本以上の縦モードが存在していると、デポラライズに使用する偏波保持ファイバの長さを短くできるので、増幅器の構成を簡略化できるとともに、コストを低くすることができる。
【０１５２】
ここで、発振波長スペクトル幅が広すぎると、波長合成カプラによる合波ロスが大きくなるとともに、発振波長スペクトル幅内における縦モードの変動によって、雑音や利得変動を発生させることになる。このため、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈは、３ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以下とするのが好ましい。
【０１５３】
さらに、ファイバブラッググレーディング（ＦＢＧ）を用いた半導体レーザモジュールの場合、ＦＢＧと光反射面との間の共振によって相対強度雑音（RＩN）プロファイルの周波数軸上に周期的なピークが現れ、これにより増幅された信号光にノイズが加わる。これに対し、この実施形態例の半導体レーザ素子６８を用いた半導体レーザモジュールでは、ストライプに回折格子７５が設けられているので、そのようなノイズピークのない、波長安定化されたレーザ光を得ることができるため、低ノイズのラマン増幅を行わせることができる。
【０１５４】
また、ＦＢＧを用いた半導体レーザモジュールの場合、共振器内に機械的な結合部（すなわち、フランジ１ａとＦＢＧ付きファイバ８を保持したフェルール２３とのＹＡＧレーザ溶接による結合）を有するため、振動や温度変化などによってレーザの発振特性が変化する場合が発生する。これに対し、この実施形態例の半導体レーザ素子６８では、共振器を構成するために機械的な結合部を要しないため、機械的な振動や温度変化などによるレーザの発振特性の変化がなく、安定した光出力を得ることができる。
【０１５５】
この実施の形態例によれば、半導体レーザ素子６８が回折格子７５によって波長選択を行い、発振波長を1３００〜1５５０μｍ帯とし、共振器長ＬＲを８００〜３２００μｍ帯とすることによって、発振波長スペクトル８２の半値幅△λｈ内に複数の発振縦モード、好ましくは４本以上の発振縦モードをもつレーザ光を出射するようにしている。その結果、ラマン増幅器の励起用光源として用いた場合に誘導ブリルアン散乱を発生せずに、安定し、かつ高いラマン利得を得ることができる。
【０１５６】
また、回折格子７５が半導体レーザ素子６８のストライプ内に形成されているため、半導体レーザ素子の外部にＦＢＧ付きのファイバを光結合させる場合のように、機械的振動や温度変化などによって光結合が変動することがない。
【０１５７】
（第７の実施形態例）
図１８（Ａ）〜（Ｃ）は第７の実施形態例である半導体レーザ素子の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【０１５８】
上述した第６の実施形態例では、共振器長ＬＲを長くすることによって、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈ内の縦モード数が複数となるようにしている。これに対し、第７の実施形態例では、回折格子のグレーティング長ＬＧあるいは結合係数を変化させることによって、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈを変化させ、これによって半値幅Δλｈ内の縦モード数を増やすようにしている。
【０１５９】
図１８（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子８４ａは、回折格子７５の配置構成が、第６の実施形態例に係る半導体レーザ素子６８と異なるとともに、第２の反射膜８１の反射率が異なる。その他の構成は、半導体レーザ素子６８と同じであり、同一構成部分には、同一符号を付して、説明を省略する。
【０１６０】
回折格子７５は、反射率２％以下、より好ましくは１％以下、さらに好ましくは０．２％以下の低光反射率をもつ第２の反射膜８１から反射率８０％以上の高光反射率をもつ第１の反射膜８０側に向けて所定長ＬＧ１分、形成され、所定長ＬＧ１以外のｐ−ＩｎＰクラッド層７２には、回折格子７５が形成されていない。
【０１６１】
また、図１８（Ｂ）は、第７の実施形態例の変形例である半導体レーザ素子８４ｂの横成を示す長手方向の縦断面図である。この半導体レーザ素子８４ｂは、第１の反射膜８０側に設けた回折格子７５を有するとともに、第１の反射膜８０の反射率を低光反射率としている。すなわち、回折格子７５は、反射率０．1〜２％の低光反射率をもつ第１の反射膜８０から反射率1〜５％の低光反射率をもつ第２の反射膜８１側に向けて所定長ＬＧ２分、形成され、所定長ＬＧ２以外のｐ−ＩｎＰクラッド層７２には、回折格子７５が形成されない。
【０１６２】
さらに、図１８（Ｃ）は、第７の実施形態例のさらなる変形例である半導体レーザ素子８４ｃの構成を示す長手方向の縦断面図である。この半導体レーザ素子８４ｃは、図１８（Ａ）に示した回折格子７５および図１８（Ｂ）に示した回折格子７５の構成を適用したものである。
【０１６３】
すなわち、この半導体レーザ素子８４ｃは、２％以下の低光反射率をもつ第２の反射膜８１から反射率２％以下の低光反射率をもつ第１の反射膜８０側に向けて所定長ＬＧ３分、形成された回折格子７５と、この第１の反射膜８０から第２の反射膜８１側に向けて所定長ＬＧ４分、形成された回折格子７５とを有する。
【０１６４】
図１８に示した回折格子７５の所定長を変化させることによって、発振縦モードのモード間隔Δλが固定的であっても、図１６に示した発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈを変化させることができる。
【０１６５】
すなわち、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈを広くするためには、回折格子７５の長さを短くすることも有効である。このため、実施の形態例に示したように、回折格子７５を共振器（ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７１）の長さ全体に施すのではなく、この共振器の一部に形成するようにする。
【０１６６】
この場合、共振器に対する回折格子７５の位置によっては、発振の位相条件が満たされず、十分な特性が得られないおそれがあるため、図１８（Ａ）に示したように、回折格子７５を第２の反射膜８１を起点として第１の反射膜８０に向かう方向に共振器の途中まで延ばして形成する場合には、第２の反射膜８１として２％以下の反射率をもつ低光反射コートを施すとともに、第１の反射膜８０として８０％以上の反射率をもつ高反射コートを施すようにするのが好ましい。また、図１８（Ｂ）に示したように、回折格子７５を第１の反射膜８０を起点として第２の反射膜８１に向かう方向に共振器の途中まで延ばして形成する場合には、第１の反射膜８０として２％以下の反射率をもつ低光反射コートを施すとととに、第２の反射膜８１として1〜５％の反射率をもつ低反射コートを施すようにするのが好ましい。さらに、図１８（Ｃ）に示したように、回折格子７５をそれぞれ第２の反射膜８１側および第１の反射膜８０側に形成する場合には、第２の反射膜８１および第１の反射膜８０として、ともに反射率２％以下の低光反射コートを施すのが好ましい。
【０１６７】
また、図１８（Ａ）に示したように、回折格子７５を第２の反射膜８１側に形成する場合には、回折格子７５自体の反射率を低めに設定するのが好ましく、図１８（Ｂ）に示したように、回折格子７５を第１の反射膜８０側に形成する場合には、回折格子７５自体の反射率を高めに設定することが好ましい。また、図１８（Ｃ）に示したように、回折格子７５を第２の反射膜８１側および第１の反射膜８０側の双方に形成する場合には、一方の回折格子７５自体の反射率を低めに設定するとともに、他方の回折格子７５自体の反射率を高めに設定するのが好ましい。これによって、回折格子７５による波長選択特性を満足させつつ、第１の反射膜８０および第２の反射膜８１によるファプリペロー型共振器の影響を小さくすることができる。
【０１６８】
具体的に、図１８（Ａ）に示した半導体レーザ素子では、共振器長ＬＲが1３００μｍであり、回折格子７５のグレーティング長ＬＧ１が５０μｍ、結合係数Kと、グレーティング長の積ｋ・ＬＧが０．１２５である。このような回折格子７５を適用した場合、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈは、約２ｎｍとなり、半値幅Δλｈ内に３〜８本程度の発振縦モードを含ませることができる。
【０１６９】
また、図１８では、回折格子７５を、第２の反射膜８１側または第１の反射膜８０側、あるいは第２の反射膜８１側および第１の反射膜８０側の双方に設けたが、これに限らず、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７１に沿い、共振器長に対して部分的な長さをもつ回折格子７５を形成するようにしてもよい。
【０１７０】
この第７の実施形態例では、共振器長ＬＲに対する回折格子７５の長さを部分的なものとし、この回折格子７５のグレーティング長ＬＧおよび結合係数KＬＧを適切に変化させることによって、所望の発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈを得ることができ、この半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードをもったレーザ光を発振させることができ、第６の実施形態例と同様な作用効果をもった半導体レーザ素子を実現することができる。
【０１７１】
（第８の実施形態例）
図１９は本発明の第８の実施形態例である半導体レーザ素子の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【０１７２】
上述した第６及び第７の実施形態例では、回折格子７５のグレーティング周期は一定であったが、この第８の実施形態例では、回折格子７５のグレーティング周期を周期的に変化させたチャープドグレーティングを用い、これによって、回折格子７５の波長選択特性に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈを広げて、半値幅Δλｈ内の縦モード数を増加させるようにしている。
【０１７３】
図１９に示すように、半導体レーザ素子８５は、グレーティング周期を周期的に変化させたチャープドグレーティング７５を有している。その他の構成は、第６の実施形態例の半導体レーザ素子６８と同じであり、同一構成部分には、同一符号を付して、説明を省略する。
【０１７４】
図２０は、回折格子７５のグレーティング周期の周期的変化を示す図である。図２０に示すように、この回折格子７５は、平均周期が２３０ｎｍであり、±０．1５ｎｍの周期揺らぎ（偏差）を周期Ｃで繰り返す構造を有している。この±０．1５ｎｍの周期揺らぎによって回折格子７５の反射帯域は、約２ｎｍの半値幅を有し、これによって、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に３〜６本程度の発振縦モードを持たせることができる。
【０１７５】
上述した第８の実施形態例では、共振器長ＬＲ全体にわたってチャープドグレーティングを形成するようにしていたが、これに限らず、第７の実施形態例に示したようにチャープドグレーティングの回折格子７５を、共振器長ＬＲに対して部分的に配置するようにしてもよい。すなわち、上述した第８の実施形態例に示したチャープドグレーティングを第７の実施形態例に適用するようにしてもよい。
【０１７６】
また、上述した第８の実施形態例では、一定の周期Ｃでグレーティング周期を変化させるチャープドグレーティングとしたが、これに限らず、グレーティング周期を、周期∧1（２３０ｎｍ＋０．1５ｎｍ）と周期∧２（２３０ｎｍ−０．1５ｎｍ）との間で、ランダムに変化させるようにしてもよい。
【０１７７】
さらに、図２１（Ａ）に示すように、周期∧1と周期∧２とを１回ずつ交互に繰り返す回折格子７５ａとして、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、図２１（Ｂ）に示すように、周期∧1と周期∧２とをそれぞれ複数回、交互に繰り返す回折格子７５ｂとして、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。さらに、図２１（Ｃ）に示すように、連続する複数回の周期∧1と連続する複数回の周期∧２とをもつ回折格子７５ｃとして、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、周期∧1と周期∧２との間の離散的な異なる値をもつ周期を補間して配置するようにしてもよい。
【０１７８】
この第８の実施形態例では、半導体レーザ素子に設けられる回折格子７５としてチャープドグレーティングなどを用い、平均周期に対して±０．０５〜０．２ｎｍ程度の周期揺らぎをもたせることによって、回折格子７５の反射帯域の半値幅ひいては発振波長スペクトルの半値幅Δλｈを決定し、該半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードが含まれるレーザ光が出力されるようにする。この結果、第６の実施形態例あるいは第７の実施形態例と同様な作用効果をもった半導体レーザ素子を実現することができる。
【０１７９】
（第９の実施形態例）
第６〜第８の実施形態例の半導体レーザ素子では、２つのストライプに設けられた回折格子７５で選択される波長は略同一である。これに対し、第９の実施形態例の半導体レーザ素子では、２つのストライプに設けられた回折格子７５で選択される波長が異なるように選択して設定されている。
【０１８０】
２つのストライプの回折格子７５で選択される波長がわずかにずれている場合（０．１以上３ｎｍ未満、例えば約０．５ｎｍ程度）、両ストライプの出射光の重ね合わせとして得られるスペクトルは、そのスペクトル半値幅内により多くの縦モードを有する。このため、ＤＯＰが効率的に低減され、ラマン増幅に好適に使用することができる。
【０１８１】
また、２つのストライプが互いに数ｎｍ〜数十ｎｍ異なった波長（例えば３ｎｍ以上異なっていてもよい。）のレーザ光を出射するように異なった波長の回折格子７５を設計することもできる。この場合、１つの半導体レーザ素子の２つのストライプから出射されるレーザ光は、パッケージ１内に内蔵される波長合成素子によって波長合成され、これによって従来複数の半導体レーザモジュールからの出力光を波長合成する際に使用していた外部の波長合成カプラが不要となり、小型化、省部品化が可能となる。
【０１８２】
なお、この場合、光出力をそれぞれの波長毎に制御することが必要となる場合がある。そこで、図８（Ｃ）に示すように、２つのストライプの間に分離溝３８を形成し、その分離溝３８表面を絶縁膜で被覆することにより、２つのストライプを電気的に分離するのが好ましい。
【０１８３】
以上第６〜第９実施形態例においては、回折格子７５を任意に組み合わせて２つのストライプを形成することにより、半導体レーザモジュールから出力される光の波長を任意に設定することができる。
【０１８４】
なお、このように互いに異波長のレーザ光を出射する２つのストライプから出射された光を、ルチル等の複屈折物質を用いずに波長合成する場合、すなわち、例えばプリズムを用いて波長合成する場合には、半波長板６は使用しなくてもよい。
【０１８５】
（第１０の実施形態例）
第１〜第５の実施形態例のように、２つのレーザ光を出射するダブルストライプ型半導体レーザモジュールでは、ＦＢＧを形成した偏波保存ファイバを取り付ける場合には、通常、偏波保存ファイバの偏波保存軸にレーザ光の偏光方向が一致するように調整することが行われる。
【０１８６】
これに対し、第１０の実施形態例では、２つのストライプに回折格子７５を設けた第６〜第９の実施形態例の半導体レーザ素子を用いて、ＦＢＧを不要とし、さらに偏波保存ファイバの偏波保存軸を半導体レーザ素子の各レーザ光の偏光方向と４５度ずれるように光結合している。これによって、偏波保存ファイバをデポラライザとして機能させることができ、ＤＯＰをより効果的に低減することができる。
【０１８７】
（第１１の実施形態例）
図２２（Ａ）は、本発明の第１１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０１８８】
図２２（Ａ）に示すように、第１１の実施形態例では、２つのストライプに回折格子７５を設けた第６〜第１０の実施形態例の半導体レーザ素子（代表して符号８６とする）を用いて、光ファイバ８にＦＢＧ等の光反射部１５を設ける必要をなくし、さらに、半導体レーザ素子８６から出射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を光ファイバ８に向かう方向にだけ透過させる光アイソレータ９４が、第１レンズ４と第２レンズ１６との間に配置されている。それ以外は第１の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。光アイソレータ９４を配置することにより、反射戻り光を防止して半導体レーザ素子８６の動作を安定化させることができる。なお、光アイソレータ９４は、第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２が平行になっている箇所、例えばプリズム５と半波長板６との間に配置されることにより、１つの光アイソレータ９４で両方のレーザ光に対応することができる。
【０１８９】
なお、アイソレータ９４を用いずに、レーザ光Ｋ１，Ｋ２がＰＢＣ７の入射面に斜めに入射するよう、ＰＢＣ７を傾けることにより、反射戻り光が半導体レーザ素子２に結合することを防止するようにしてもよい。なお、本発明では、半波長板６とＰＢＣ７は同一の保持部財１４に固定されて偏波合成モジュール６０が構成されているため、角度調整が容易に行える。さらに、図２２（Ｂ）に示すように、ＰＢＣ７の入射面をＺ軸方向に角度β（例えば４°）だけ傾斜して加工しておくことによっても、反射戻り光が半導体レーザ素子２に結合することを防止することができる。
【０１９０】
（第１２の実施形態例）
図２３は、本発明の第１２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０１９１】
図２３に示すように、第１２の実施形態例では、２つのストライプ９，１０を備えた半導体レーザ素子２から出射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２のうち、第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４の中心点及び光ファイバ８の軸線方向を通過するように構成されていることを特徴としている。
【０１９２】
ＰＢＣ７において、第２のレーザ光Ｋ２の入力部７ｂと出力部７ｃとは第２のレーザ光Ｋ２の光軸に対して垂直に形成され、第１のレーザ光Ｋ１の入力部７ａはこれらの面に対して傾斜して形成されている。それ以外の点は第１の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。
【０１９３】
第１２の実施形態例によれば、第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４の中心点及び光ファイバ８の軸線方向を通過し、第１のレーザ光Ｋ１が第１レンズ４によって第２のレーザ光Ｋ２との間隔を広げられるので、プリズムを設ける必要がなくなり、構成を簡単にすることができる。
【０１９４】
また、半導体レーザモジュールの光軸方向の長さを短くできるので、高温状態において生じるパッケージの反りに起因した光出力特性の変動を低減できる。
【０１９５】
さらに、ＰＢＣ７の入力部７ａの傾斜面を形成するために研磨を片側だけ行えばよいので、ＰＢＣ７を低コストで作製することができる。
【０１９６】
なお、第１２の実施形態例においても、中心軸周りの角度調整を容易にするため、半波長板６とＰＢＣ７とを同一のホルダ部材１４に固定し偏波合成モジュールとして構成してもよい。
【０１９７】
（第１３の実施形態例）
図２４は、本発明の第１３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０１９８】
図２４に示すように、第１３の実施形態例では、複数（図２４の例では２つ）のプリズム５ａ，５ｂが光軸方向に沿って設けられていることを特徴としている。プリズム５ａ、５ｂは、２つのレーザ光Ｋ１、Ｋ２を入力する平坦な入力部と、これと非平行に形成された平坦な出力部を有している。それ以外の点は第１の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。第１３の実施形態例によれば、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２を精度よく平行にすることが可能となる。なお、本実施形態例では、第６乃至第９の実施形態例で示した各ストライプに互いに異波長の回折格子７５を具備した半導体レーザ素子を用いてもよい。
【０１９９】
（第１４の実施形態例）
図２５は、本発明の第１４の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０２００】
図２５に示すように、第１４の実施形態例では、第１３の実施形態例と同様のプリズム５ａ、５ｂを用いるが、第１レンズ４を通過した第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とが略重なる位置にプリズム５ａの入射面が配置されていることを特徴としている。また、本実施形態例における半導体レーザ素子２では、各ストライプ９、１０が互いに異波長の回折格子７５を具備している。第１４の実施形態例によれば、プリズム５を通過した略重なった２つのレーザ光Ｋ１、Ｋ２を集光レンズ６に入射させることになるので、構成をより簡単にすることができる。なお、ここではプリズム５ａ、５ｂは波長合成手段として機能している。
【０２０１】
また、半導体レーザモジュールの光軸方向の長さを短くできるので、高温状態において生じるパッケージの反りに起因した光出力特性の変動を低減できる。
【０２０２】
（第１５の実施形態例）
図２６は、本発明の第１５の実施形態例に係るフォトダイオード（受光素子）３の例を示す説明図である。
【０２０３】
フォトダイオード３は、図２６（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子２の各ストライプ９，１０の後側端面（図２６では左側）から出射された光を受光する導波路型受光素子であってもよい。
【０２０４】
また、フォトダイオード３は、図２６（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子２の各ストライプ９，１０の後側端面から出射された各光を受光してモニタするように複数設けられていてもよい。この場合、半導体レーザ素子２とフォトダイオード３との間に、半導体レーザ素子２から出射された各光の間隔を広げるように分離させるレンズ９５を配置するのが好ましい。
【０２０５】
さらに、図２６（Ｃ）に示すように、フォトダイオード３は、半導体レーザ素子２の各ストライプ９，１０の前側端面から出射されプリズム５によって反射された各光をそれぞれ受光してモニタしてもよい。
【０２０６】
フォトダイオード３のモニタ結果に基づいて、例えばＡＰＣ（Auto Power Control)回路によってそれぞれ半導体レーザ素子２への駆動電流量を調整して光出力が一定に制御される。
【０２０７】
これらの構成によれば、２つのストライプそれぞれに独立してＡＰＣ制御をかけることが可能となり、レーザ光Ｋ１、Ｋ２を任意の光強度バランスに保つことができる。
【０２０８】
（第１６の実施形態例）
図２７は、本発明の第１６の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０２０９】
図２７（Ａ）に示すように、第１６の実施形態例に係る半導体レーザモジュールは、間隔を隔てて形成された複数（図２７の例では２つ）のストライプ９，１０を有し、各ストライプ９，１０の前側端面から複数のレーザ光Ｋ１、Ｋ２を出射する半導体レーザ素子２と、半導体レーザ素子２から出射された複数のレーザ光を別焦点に集光させる第１レンズ４と、第１レンズ４を通過した複数のレーザ光の光合成手段として機能するプリズム９７と、プリズム９７から出射されるレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバ８とを有する。
【０２１０】
半導体レーザ素子２のストライプ９，１０には前述した回折格子７５が設けられ、ストライプ９，１０から各々異なる波長でレーザ光が出射される。
【０２１１】
第１６の実施形態例では、プリズム９７として、図２７（Ｂ）に示すようにクサビ形プリズムが用いられている。このクサビ形プリズムの入射側表面には、入射光の波長及び入射角に応じて光を反射又は透過する波長選択フィルタ９７ａが設けられている。波長選択フィルタ９７ａは、例えば誘電体多層膜により形成されている。
【０２１２】
図２８は、波長選択フィルタ９７ａに入射したときの光透過率を示すグラフである。図２８に示すように、波長選択フィルタ９７ａへの入射角度の違いにより光の透過率に違いがあり、入射角度がθｂの場合には、入射する光の波長がλｘ（θｂ）以下の光はほぼ１００％透過し、λｘ（θｂ）よりも長い光はほぼ１００％反射する。また、入射角度がθａの場合には、入射する光の波長がλｘ（θａ）以下の光はほぼ１００％透過し、λｘ（θａ）よりも長い光はほぼ１００％反射する。
【０２１３】
また、このクサビ形プリズムの出射側表面には、全ての波長の光を反射する全反射膜９７ｂと、光の反射を防止する反射防止膜９７ｃが設けられている。
【０２１４】
第１６の実施形態例では、レーザ光Ｋ１、Ｋ２の波長をそれぞれλａ、λｂとした場合に、波長選択フィルタ９７ａへのレーザ光Ｋ１、Ｋ２の入射角度がそれぞれθａ、θｂとなるように、プリズム９７を傾けて配置している。
【０２１５】
すなわち、この場合、第１のレーザ光Ｋ１は、波長選択フィルタ９７ａの第１入力部Ｉ1に角度θａで入射すると、プリズム９７の屈折率Ｎｐによって角度θ’ａで透過して、全反射膜９７ｂ（反射部）でθｓ（θａ＋クサビ角度ψ）の角度で反射し、第２のレーザ光Ｋ２の入射位置に達する。
【０２１６】
一方、第２のレーザ光Ｋ２は、波長選択フィルタ９７ａの第２入力部Ｉ2に角度θｂで入射すると、プリズム９７の屈折率Ｎｐによって角度θ’ｂで透過する。第１のレーザ光Ｋ１は、波長選択フィルタ９７ａの第２入力部Ｉ2においてθ’ｂ（２θｓ＋クサビ角度ψ）で反射するので、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２は合成される。合成されたレーザ光（Ｋ１＋Ｋ２）は、反射防止膜９７ｃが形成された出力部Ｏを透過する。
【０２１７】
本実施形態例の光モジュールは、例えば、以下のような数値に設計することにより実施することが可能である。
【０２１８】
（１）半導体レーザ素子の各ストライプの発振波長：λａ＝１４８０ｎｍ、λｂ＝１４６０ｎｍ
（２）半導体レーザ素子の出射端面（前側端面）におけるレーザ光のスポット半径：ωLD＝１．７μｍ
（３）第１のストライプ９と第１レンズ４の光軸Ｃとの距離：ｄａ＝−tanαａ・ｆ２＝１９．１６μｍ
【０２１９】
（４）第２のストライプ１０と第１レンズ４の光軸Ｃとの距離：ｄｂ＝−tanαｂ・ｆ２＝ー１９．１６μｍ
（５）第１レンズの焦点距離：ｆ２＝７２０μｍ
（６）第１レンズ４の光軸Ｃと第１のレーザ光Ｋ１とのなす角度：αａ＝（θａーθｂ）／２＝−１．５２４°
【０２２０】
（７）第１レンズの光軸Ｃと第２のレーザ光Ｋ２とのなす角度：αｂ＝（θｂーθａ）／２＝１．５２４°
（８）プリズム９７のパラメータ：ψ＝１°、Ｎｐ＝１．５
（９）第１のレーザ光Ｋ１の入射位置でのプリズム９７の厚さ：ｔ＝１ｍｍ
【０２２１】
（１０）レーザ光のプリズムへの入射・透過角：θａ＝１２．０５０°、θ’ａ＝８°、θｂ＝１５．０９８°、θ’ｂ＝１０°
（１１）第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の入射位置の間隔：Δｙ≒２（tanθａ＋ψ）ｔ≒０．４６２ｍｍ
（１２）第１レンズ４の焦点位置からプリズム端面までの光軸上の距離：Ｄ≒Δｙ／（θｂ−θａ）＝８．７ｍｍ
【０２２２】
（１３）波長選択フィルタ９７ａの遮断波長：λｘ（θａ）＝１４８６．５ｎｍ，λｘ（θｂ）＝１４７０ｎｍ、，λｘ（０）＝１５２２．６ｎｍ
（１４）第２レンズの焦点距離：ｆ３＝２１００μｍ
（１５）光ファイバのモードフィールド半径：ωｆ＝５μｍ
【０２２３】
なお、このとき、第１レンズ４出射後の両レーザ光の交差角度θの許容誤差（光ファイバとの結合効率が最大値から１ｄＢ低下する角度幅）Δθは０．０１３°程度であり、両レーザ光の交差角度の誤差をこの許容範囲内に抑えるためには、くさび角ψ＝１±０．００３°、ｄａ＝−ｄｂ＝１９．１６±０．０３μｍ、ｆ２＝７２０±０．７μｍとなるように、各々の部品を作製すればよい。これにより、ストライプ９，１０と光ファイバ８との結合効率を、それぞれ８０％以上にすることが可能となる。
【０２２４】
（第１７の実施形態例）
図２９は、本発明の第１７の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０２２５】
図２９に示すように、第１７の実施形態例に係る半導体レーザモジュールは、間隔を隔てて形成された複数（図２９の例では３つ）のストライプ９ａ，９ｂ，９ｃを有し、各ストライプ９ａ，９ｂ，９ｃの前側端面から複数のレーザ光Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を出射する半導体レーザ素子２と、半導体レーザ素子２から出射された複数のレーザ光をそれぞれ別焦点に集光させる第１レンズ４と、第１レンズ４を通過した複数のレーザ光を光合成するプリズム９７と、プリズム９７から出射されるレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバ８とを有する。
【０２２６】
半導体レーザ素子２のストライプ９ａ、９ｂ、９ｃは前述した回折格子７５が設けられ、ストライプ９ａ、９ｂ、９ｃから各々異なる波長でレーザ光が出射される。
【０２２７】
また、第１７の実施形態例では、プリズム９７として、図３０に示すように、クサビ形プリズムが用いられている。このクサビ形プリズムの入射側表面には、入射光の波長及び入射角に応じて光を反射又は透過する波長選択フィルタ９７ａが設けられている。波長選択フィルタ９７ａは、例えば誘電体多層膜により形成されている。さらに、クサビ形プリズムの出射側表面には、全ての波長の光を反射する全反射膜（反射部）９７ｂと、反射を防止する反射防止膜（出力部）９７ｃが形成されている。
【０２２８】
第１７の実施形態例では、レーザ光Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の波長をそれぞれλａ、λｂ、λｃとした場合に、波長選択フィルタ９７ａへのレーザ光Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の入射角度がそれぞれθａ、θｂ、θｃとなるように、プリズム９７を傾けて配置している。
【０２２９】
すなわち、この場合、第１のレーザ光Ｋ１は、波長選択フィルタ９７ａの第１入力部Ｉ1に角度θａで入射すると、プリズム９７の屈折率Ｎｐによって角度θ’ａで透過して、全反射膜９７ｂ（反射部）でθｓ（θａ＋クサビ角度ψ）の角度で反射し、第２のレーザ光Ｋ２の第２入力部Ｉ２に達する。
【０２３０】
一方、第２のレーザ光Ｋ２は、波長選択フィルタ９７ａの第２入力部Ｉ２に角度θｂで入射すると、プリズム９７の屈折率Ｎｐによって角度θ’ｂで透過する。第１のレーザ光Ｋ１は、波長選択フィルタ９７ａの第２入力部Ｉ２においてθ’ｂ（θｓ＋クサビ角度ψ）で反射するので、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２は合成される。合成されたレーザ光（Ｋ１＋Ｋ２）は、全反射膜９７ｂでθｔ（θ’ｂ＋クサビ角度ψ）の角度で反射し、第３のレーザ光Ｋ３の第３入力部Ｉ３に達する。
【０２３１】
また、第３のレーザ光Ｋ３は、波長選択フィルタ９７ａの第３入力部Ｉ３に角度θｃで入射すると、プリズム９７の屈折率Ｎｐによって角度θ’ｃで透過する。合成レーザ光（Ｋ１＋Ｋ２）は、波長選択フィルタ９７ａの第３入力部Ｉ３においてθ’ｃ（θｔ＋クサビ角度ψ）で反射するので、第３のレーザ光Ｋ３及び合成レーザ光（Ｋ１＋Ｋ２）は合成される。合成されたレーザ光（Ｋ１＋Ｋ２＋Ｋ３）は、反射防止膜９７ｃが形成された出力部Ｏを透過する。
【０２３２】
ここで、各レーザ光毎にクサビ形プリズム内で反射される回数が異なっているため、出力部Ｏに到達するまでに伝搬する光路長が異なっている。このような複数のレーザ光を単一の光ファイバに光結合させようとすると、各レーザ光のビームウェストの位置がずれているため、高い結合効率を得ることが困難になる。このため、各レーザ光の光路長の補正を行うことが必要になる。
【０２３３】
この目的のため、第１７の実施形態例では、第１のレーザ光Ｋ１の光路補正を行うための光路補正プリズム９６がプリズム９７の前側に配置されている（図３１参照）。
【０２３４】
光路補正プリズム９６により、各ストライプから出射されたレーザ光のｚ方向におけるガウシアンビーム（例えば図３２参照）のビームウェストの位置ずれΔｚのほか、ｘ，ｙ各方向におけるガウシャンビームのビームウェストの位置ずれ（Δｘ、Δｙ）を補正することもできる。（なお、ここで、図３１において、ｘ方向は紙面表から裏に向かう方向、ｙ方向は、紙面下から上に向かう方向、ｚ方向は紙面左から右に向かう方向を示している。）
【０２３５】
ここで、光路補正プリズム９６の光軸方向の長さをＬ、ｙ−ｚ平面内における光路補正プリズム９６へのレーザ光の入射角をθyz、透過角をθyz’、屈折率をＮｃとすると、ｙ方向の補正量Δｙは、次のように表すことができる。
【０２３６】
ｓｉｎθyz＝Ｎｃｓｉｎθyz’
Δｙ＝Ｌ・ｔａｎ（θyz−θyz’）／（１−ｔａｎ（θyz−θyz’）ｔａｎθyz）≒Ｌθyz（rad)・（１−１／Ｎｃ）
なお、ｘ方向の補正量Δｘも、ｚｘ平面内における入射角θzxと透過角θzx’を用いて、同様の式で表現できる。
【０２３７】
また、ｚ方向の補正量Δｚは、Δｚ≒（１−１／Ｎｃ）Ｌとなる。
【０２３８】
上式から、光路補正プリズムの挿入により、ｚ方向の光路長を補正することが可能であると同時に、該光路補正プリズム９６をｙ軸の周りに（ｚｘ平面内で）回転調整することにより、第１のレーザ光Ｋ１のビームウェストのｘ軸方向の位置ずれΔｘを補正することができる。また、光路補正プリズム９６をｘ軸の周りに（ｙｚ平面内で）回転調整することによりビームウェストのｙ軸方向の位置ずれΔｙの補正を行うことができる。
【０２３９】
このように、本実施形態例では、光路補正プリズム９６を挿入することにより、光路長差をほぼ完全に補正できる。同様に、第２のレーザ光Ｋ２に対しても光路補正プリズム９６を挿入して光路長補正を行ってもよい。
【０２４０】
本実施形態例によれば、レーザ光の光路上に光路補正プリズム９６を挿入しているので、各部品の加工公差を比較的ゆるくしても、各レーザ光の光ファイバ８への光結合を約８０パーセント以上とすることが可能である。
【０２４１】
なお、本実施形態例では、第１レンズ４により複数のレーザ光の間隔が広げられ、各レーザ光が重なることなく独立しているので、各レーザ光について光路補正プリズム９６を挿入することができる。
【０２４２】
本実施形態例の光モジュールは、例えば、以下のような数値に設計することにより実施することが可能である。
【０２４３】
（１）半導体レーザ素子の各ストライプの発振波長：λａ＝１４９０ｎｍ、λｂ＝１４７０ｎｍ、λｃ＝１４５０ｎｍ
（２）半導体レーザ素子の出射端面（前側端面）におけるレーザ光のスポットサイズ：ωLD＝１．７μｍ
（３）第１のストライプ９ａと第１レンズ４の光軸Ｃとの距離：ｄａ＝−tanαａ・ｆ２＝−３８．４μｍ
（４）第２のレーザ光Ｋ２の光路と第１レンズ４の中心軸Ｃを一致させる。
（５）第３のストライプ９ｃと第１レンズ４の光軸Ｃとの距離：ｄｃ＝−tanαｃ・ｆ２＝３８．６μｍ
（６）第１レンズの焦点距離：ｆ２＝７２０μｍ
（７）第１レンズ４の光軸Ｃと第１のレーザ光Ｋ１とのなす角度：αａ＝θａ−θｂ＝−３．０５°
（８）第１レンズの光軸Ｃと第３のレーザ光Ｋ３とのなす角度：αｃ＝θｃーθａ＝３．０７°
（９）プリズム９７のパラメータ：ψ＝１°、Ｎｐ＝１．５
（１０）第１のレーザ光Ｋ１の入射位置でのプリズム９７の厚さ：ｔ＝１ｍｍ
（１１）レーザ光のプリズムへの入射・透過角：θａ＝１２．０５０°、θ’ａ＝８°、θｂ＝１５．１０°、θ’ｂ＝１０°、θｃ＝１８．１７°、θ’c＝１２°
（１２）第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２との入射位置の間隔：Δｙ１≒２（tanθａ＋ψ）ｔ≒０．４６２ｍｍ
（１３）第２のレーザ光Ｋ２と第３のレーザ光Ｋ３との入射位置の間隔：Δｙ２≒２（tanθａ＋２ψ／cos2θａ＋ψ）ｔ≒０．５３５ｍｍ
（１４）第１レンズ４の焦点位置からプリズム９７端面までの光軸上の距離：Ｄ≒Δｙ２／（θｃ−θｂ）(rad)＝１０．０ｍｍ
（１５）波長選択フィルタ９７ａの遮断波長：λｘ（θａ）＝１５０２．７７ｎｍ、λｘ（θｂ）＝１４８３．５７ｎｍ、λｘ（θｃ）＝１４６０ｎｍ、λｘ（０）＝１５３６．６２ｎｍ
【０２４４】
このとき、第１のレーザ光Ｋ１と第３のレーザ光Ｋ３の光路差は、約２．５ｍｍとなる。この光路差を補正するための光路補正プリズムとしては、シリコン（Ｎｃ＝３．４）を用い、かつ長さＬを３．５ｍｍとすればよい。この場合、図３１を参照して、光路長の補正量Δｚは、
Δｚ≒（１−１／Ｎｃ）Ｌ≒２．５ｍｍ
となり、ｙ方向の補正量Δｙは、
Δｙ＝Ｄ・（θｂ−θａ）（rad）−Δｙ１＝０．０７０ｍｍ
また、ｙｚ面内におけるプリズム入射角θyzは、
θyz≒１．２５°
である。
【０２４５】
なお、第１レンズ４と第２レンズ１６の間におけるビームスポット径が、擬似平行光とされている場合よりも小さくなるよう、第１レンズ４と第２レンズ１６の位置を調整すれば、第１レンズ４出射後のビームの交差角度θの許容誤差Δθを大きく取ることができるようになり、これによってプリズム９７のくさび角ψの許容誤差はψ＝１±０．０５°、ｄａ、ｄｃの作製公差を±０．１μｍとすることができ、また、プリズムをほぼ無調整で配置し、低損失での合波が可能となる。
【０２４６】
上記第１６及び第１７の実施形態例を一般化すると、半導体レーザ素子２の第１〜ｎ（ｎは２以上の整数）のストライプからそれぞれ第１〜第ｎ波長の光を出射した場合、プリズム９７は、第１〜第ｎ波長の光をそれぞれ入射する第１〜第ｎ入力部と、光を全反射する反射部と、出力部とを備えたものであり、各第ｉ（ｉは２〜ｎの全ての整数）入力部と反射部は、第ｉ−１入力部から光合成手段内に入射した第１乃至第ｉ−１光が反射部において第ｉ入力部に向かって反射され、第ｉ入力部において第ｉ波長の光の進行方向に反射されて、第ｉ波長の光と合成されるように構成され、かくして合成された第１〜第ｎ波長の光は出力部を介して光ファイバに結合される。
【０２４７】
（第１８の実施形態例）
第１８の実施形態例は、上述した第１〜第１７の実施形態例に示した半導体レーザモジュールをラマン増幅器に適用したものである。
【０２４８】
図３３は、本発明の第１２の実施形態例であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。このラマン増幅器は、例えばＷＤＭ通信システムに用いられる。図３３に示すように、本発明の第１８の実施形態例に係るラマン増幅器４８は、信号光が入力される入力部４９と、信号光が出力される出力部５０と、入力部４９と出力部５０の間で信号光を伝送する光ファイバ（増幅用ファイバ）５１と、励起光を発生させる励起光発生部５２と、励起光発生部５２によって発生された励起光と光ファイバ（増幅用ファイバ）５１に伝送される信号光とを合波するＷＤＭカプラ５３とを有する。入力部４９とＷＤＭカプラ５３との間及び出力部５０とＷＤＭカプラ５３との間には、入力部４９から出力部５０への方向の信号光だけを透過させる光アイソレータ５４がそれぞれ設けられている。
【０２４９】
励起光発生部５２は、互いに波長帯の異なるレーザ光を出射する本発明の実施形態例に係る複数の半導体レーザモジュールＭと、半導体レーザモジュールＭから出射されたレーザ光を合成するＷＤＭカプラ５５とを有する。
【０２５０】
半導体レーザモジュールＭから出射された励起光は、偏波保存ファイバ５５ａを介してＷＤＭカプラ５５によって合成され、励起光発生部５２の出射光となる。
【０２５１】
励起光発生部５２で発生した励起光は、ＷＤＭカプラ５３により光ファイバ５１に結合され、一方、入力部４９から入力された信号光は、光ファイバ５１で励起光と合波されて増幅され、ＷＤＭカプラ５３を通過し、出力部５０から出力される。
【０２５２】
光ファイバ５１内において増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ５３及び光アイソレータ５４を介してモニタ光分配用カプラ５６に入力される。モニタ光分配用カプラ５６は、増幅信号光の一部を制御回路５７に分配し、残りの増幅信号光は出射レーザ光として出力部５０から出力される。
【０２５３】
制御回路５７は、入力された一部の増幅信号光をもとに各半導体レーザモジュールＭのレーザ出射状態、例えば光強度を制御し、光増幅の利得が波長に対して平坦な特性となるようにフイードバック制御する。
【０２５４】
このラマン増幅器４８では、各ストライプからの出射光が偏波合成されて無偏光化された半導体レーザモジュールを用いた場合には、高い利得を得ることができるとともに、信号光の偏波状態によらず、安定した利得を得ることができる。
【０２５５】
また、ストライプに回折格子７５が設けられた半導体レーザ素子が内蔵された半導体レーザモジュールを用いた場合には、ＦＢＧを用いた半導体レーザモジュールに比して相対強度雑音（RＩN）を低減することができるので、増幅された信号光のノイズを抑えることができる。
【０２５６】
さらに、半導体レーザ素子が、多くの縦モードで発振しているため、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、安定し、低ノイズで、かつ高いラマン利得を得ることができる。
【０２５７】
また、図３３に示したラマン増幅器は、後方励起方式であるが、上述したように、半導体レーザモジュールが無偏光化され、かつ相対雑音強度（RIN）の低減された励起光を出力するため、前方励起方式であっても、双方向励起方式であっても、信号光の偏波状態によらず、安定した利得を得ることができる。
【０２５８】
この図３３に示したラマン増幅器は、上述したようにＷＤＭ通信システムに適用することができる。図３４は、図３３に示したラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの構成を示すブロック図である。
【０２５９】
図３４において、複数の送信機８７から送出された波長λ1〜λｎの光信号は、光合波器８８によって合波され、1つの光ファイバ８９に集約される。この光ファイバ８９の伝送路上には、図３３に示したラマン増幅器に対応した複数のラマン増幅器９０が距離に応じて配置され、減衰した光信号を増幅する。
【０２６０】
この光ファイバ９０上を伝送した信号は、光分波器９１によって、複数の波長λ1〜λｎの光信号に分波され、複数の受信機９２に受信される。なお、光ファイバ８９上には、任意の波長の光信号を付加し、取り出したりするＡＤＭ９３（Add／DropMultiplexer）が挿入される場合もある。
【０２６１】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。
【０２６２】
前記の実施の形態に係る半導体レーザモジュールＭでは、半導体レーザ素子２とホルダ部材１４とは同一の冷却装置２０によって冷却されるが、別個の冷却装置を用いて、半導体レーザ素子２とホルダ部材１４とを独立に温度制御してもよい。
【０２６３】
また、偏光回転手段としては、半波長板６を用いることを示したが、例えばファラデー素子を用いて偏光面を回転させてもよい。この場合、ファラデー素子をコイルの内部に配置し、ファラデー素子に印加する磁界強度をコイルに流す電流の大きさによって可変とすれば、レーザの波長のばらつきや、温度のばらつきによる偏光面の回転角のばらつきを、コイルに流す電流の大きさを調整することによって個々に補償することが可能となる。
【０２６４】
また、本発明の実施形態例の半導体レーザモジュールは、ラマン増幅用の励起光源に用いるだけでなく、例えば、０．９８μｍなどのＥＤＦＡ励起用光源として用いることができるのは明らかである。さらに、本発明の実施形態例の半導体レーザモジュールを信号光源として用いることも可能である。
【０２６５】
また、本半導体レーザ素子２に形成されるストライプの数は、２本又は３本に限定されず、４本以上あってもよい。
【０２６６】
【発明の効果】
本発明によれば、偏光回転手段及び光合成手段の前段に、間隔を隔てて形成された第１のストライプ及び第２のストライプを有し、第１のストライプ及び第２のストライプの一方側端面からそれぞれ第１のレーザ光及び第２のレーザ光を出射する単一の半導体レーザ素子を備えている。このようなストライプは精度よく配列させることができるので、２つのレーザ光のビームスポットやその位置を精度良く、かつ再現性良く決定することができる、安定して光ファイバに高い光結合効率で光を入射することが可能となる。
【０２６７】
また、半導体レーザ素子から出射された第１のレーザ光と第２のレーザ光とが入射され、これらをストライプの並び方向に分離させる単一の第１レンズを具備し、これにより高い位置精度で２つのレーザ光の間隔を広げることができるので、これら２つのレーザ光をその先の光学部品により精度良く光合成することができる。その結果、光学部品の加工やモジュール内での位置決めが容易となる。
【０２６８】
また、ストライプ間隔の狭い単一の半導体レーザ素子を用いることができるので、１枚のウェハから得られる半導体チップの量が従来例よりも増大し、大量生産に適する。
【０２６９】
また、単一の半導体レーザ素子の２つのストライプからそれぞれレーザ光を出射し、ストライプの並び方向に分離させるので、２つのストライプ間の間隔を狭くすることができ、半導体レーザ素子からのレーザ光を受光する第１レンズは１つで足りる。その結果、半導体レーザモジュールの小型化を図ることができるとともに、第１レンズの位置決め時間が短くなり、半導体レーザモジュールの製造時間の短縮化を図ることができる。
【０２７０】
また、レンズとして球レンズアレイやフレネルレンズアレイ等、通常使用されないようなレンズアレイを使用する必要はなく、通常使用されているレンズで実施可能であるので、製造コストを低減できる。
【０２７１】
また、１個の半導体レーザ素子から出射される複数の光は略同じ方向に伝搬されるため、パッケージの反りの影響を１方向だけに限定することにより、光ファイバから出射される光出力の安定化を図ることができる。
【０２７２】
また、１個の半導体レーザ素子から複数のレーザ光を出射することにより、これらの光はパッケージの反り等に対して、光ファイバとの結合効率が同じ傾向で変動する。従って、温度変動等があった場合でも光ファイバから出射される光の偏光度が安定化する。
【０２７３】
また、１つの半導体レーザ素子を用いるので、半導体レーザ素子から発生した熱を冷却するためのペルチェモジュール等の冷却装置を小型化でき、低消費電力化を図ることができる。
【０２７４】
さらに、半導体レーザ素子から第１のレーザ光及び第２のレーザ光が出射され、偏光回転手段によって第１のレーザ光又は第２のレーザ光の偏光面が回転し、光合成手段によって第１のレーザ光と第２のレーザ光が偏波合成されるので、光ファイバからは高出力で、かつ偏光度の小さいレーザ光を出射することができる。また、光ファイバにＦＢＧからなる光反射部が形成されている場合には、光ファイバから波長が固定されたレーザ光を出射することができる。従って、上記の半導体レーザモジュールを、高出力が要求されるエルビウムドープ光増幅器や、さらに低偏波依存性及び波長安定性が要求されるラマン増幅器の励起光源として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【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の構成を示す側面断面図、（Ｂ）は半導体レーザ素子がヒートシンク上に固定して取り付けられている状態を示す側面図である。
【図２】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の構成を模式化して示す説明図である。
【図３】（Ａ）はプリズムの構成を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。
【図４】（Ａ）は偏波合成モジュールを示す平面図、（Ｂ）はその側面断面図、（Ｃ）はその正面図である。
【図５】ダブルストライプ型半導体レーザモジュールにおいて駆動電流２Ａ（つまりストライプ１本あたり１Ａ）を印加した時のスペクトルを示すグラフである。
【図６】ダブルストライプ型半導体レーザモジュールにおいてＬＤ駆動電流に対するファイバ出力を示すグラフである。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は第１レンズの調芯工程を説明するための説明図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は半導体レーザ素子の構成を説明するための説明図であり、図８（Ｂ）及び（Ｃ）は図８（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
【図９】半導体レーザ素子の他の例を示す説明図である。
【図１０】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構成を模式化して示す説明図である。
【図１１】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の構成を模式化して示す説明図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態例の偏波合成モジュールを示す分解斜視図である。
【図１３】図１２の偏波合成モジュールを示す側面断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態例の半導体レーザ素子を示す説明図である。
【図１５】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第６の実施形態例の半導体レーザ素子の構成を説明するための説明図であり、図１５（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図１５（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、ｃ−ｃ線断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態例の半導体レーザ素子の発振波長スペクトルと発振縦モードとの関係を示すグラフである。
【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）は、単一発振縦モードと複数発振縦モードとのレーザ光出力パワーの関係及び誘導プリルアン散乱のしきい値を示す図である。
【図１８】（Ａ）〜（Ｃ）は第７の実施形態例である半導体レーザ素子の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態例である半導体レーザ素子の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２０】図１９に示した半導体レーザ素子に設けられた回折格子の周期揺らぎを示す説明図である。
【図２１】図１９に示した半導体レーザ素子に設けられた回折格子の周期揺らぎを実現する変形例を示す説明図である。
【図２２】本発明の第１１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図２３】本発明の第１２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図２４】本発明の第１３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図２５】本発明の第１４の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図２６】本発明の第１５の実施形態例に係るフォトダイオード（受光素子）の例を示す説明図である。
【図２７】本発明の第１６の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図２８】波長選択フィルタ７ａに入射したときの光透過率を示すグラフである。
【図２９】本発明の第１７の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図３０】クサビ形プリズムを説明するための説明図である。
【図３１】光路補正プリズムを説明するための説明図である。
【図３２】ガウシャンビームの結合を説明するための説明図である。
【図３３】本発明の第１２の実施形態例であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３４】図２３に示したラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの構成を示すブロック図である。
【図３５】米国特許第５５８９６８４号公報に開示された従来の半導体レーザ装置を説明するための説明図である。
【符号の説明】
Ｋ１：第１のレーザ光
Ｋ２：第２のレーザ光
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：半導体レーザモジュール
１：パッケージ
１ａ：フランジ部
１ｂ：窓部
１ｃ：蓋
２：半導体レーザ素子
３：フォトダイオード
４：第１レンズ
５：プリズム
６：半波長板（偏光回転手段）
７：ＰＢＣ
７ａ：第１の入力部
７ｂ：第２の入力部
７ｃ：出力部
８：光ファイバ
９：第１のストライプ
１０：第２のストライプ
１１：チップキャリア
１２：フォトダイオードキャリア
１３：第１のレンズ保持部材
１４：ホルダ部材
１５：光反射部
１６：第２レンズ
１７：第１の基台
１８：第２の基台
１９ａ：第１の支持部材
１９ｂ：第２の支持部材
２０：冷却装置
２０ａ：サーミスタ
２１：第２のレンズ保持部材
２２：スライドリング
２３：フェルール
２４：基板
２５：積層構造
２６：下部電極
２７：上部電極
２８：低反射膜
２９：高反射膜
３１：ｎ−ＩｎＰクラッド層
３２：ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
３３：ｐ−ＩｎＰクラッド層
３４：上部埋め込み層
３５：キャップ層
３６：ｐ−ＩｎＰブロッキング層
３７：ｎ−ＩｎＰブロッキング層
３８：分離溝
３９：絶縁膜
４０：基板
４１：ｎ型下部クラッド層
４２：活性層
４３：ｐ型上部クラッド層
４４：絶縁層
４５：ｐ−ＧａＡｓ層
４６：上部電極
４７：下部電極
４８：ラマン増幅器
４９：入力部
５０：出力部
５１：光ファイバ
５２：励起光発生部
５３：ＷＤＭカプラ
５４：光アイソレータ
５５：ＷＤＭカプラ
５６：モニタ光分配用カプラ
５７：制御回路
５８：ヒートシンク
５９：偏波合成モジュール
６０：偏波合成モジュール
６１：ホルダ部材
６２：第１の調整シート
６３：第２の調整シート
６４：半波長板ホルダ
６５：トップカバー
６６：第１のストッパー
６７：第２のストッパー
６８：半導体レーザ素子
６９：ｎ−ＩｎＰ基板
７０：ｎ−ＩｎＰバッファ層
７１：ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
７２：ｐ−ＩｎＰクラッド層
７３：埋め込み層
７４：キャップ層
７５：回折格子
７６：ｐ−ＩｎＰブロッキング層
７７：ｎ−ＩｎＰブロッキング層
７８：Ｐ側電極
７９：ｎ側電極
８０：第１の反射膜
８１：第２の反射膜
８２：発振波長スペクトル
８３ａ〜８３ｃ：発振縦モード
８４ａ〜８４ｃ：半導体レーザ素子
８５：半導体レーザ素子
８５：半導体レーザ素子
８６：半導体レーザ素子
８７：送信機
８８：光合波器
８９：光ファイバ
９０：ラマン増幅器
９１：光分波器
９２：受信機
９３：ＡＤＭ
９４：光アイソレータ
９５：レンズ
９６：光路補正プリズム
９７：プリズム
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザモジュール及びその製造方法並びにその半導体レーザモジュールを用いた光増幅器に関し、特に、２つのレーザ光を出射させる２つのストライプを備えた半導体レーザ素子を用いた半導体レーザモジュール及びその製造方法並びに光増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における高密度波長分割多重伝送方式による光通信の進展に伴い、光増幅器に使用される励起光源に対する高出力化の要求がますます高まっている。
【０００３】
また、最近では、光増幅器として従来より使用されてきたエルビウムドープ光増幅器よりも更に広帯域の光を増幅する手段としてラマン増幅器に対する期待が高まっている。ラマン増幅は、光ファイバに励起光を入射したときに発生する誘導ラマン散乱により、励起光波長から約１３ＴＨｚ低周波側に利得が現れ、このように励起された状態の光ファイバに、上記利得を有する波長帯域の信号光を入力すると、その信号光が増幅されるという現象を利用した光信号の増幅方法である。
【０００４】
ラマン増幅においては、信号光と励起光（ポンプ光）の偏波方向が一致している状態で信号光が増幅されるので、信号光と励起光との偏光面のずれの影響を極力小さくする必要がある。そのため、励起光の偏波を解消（無偏光化：デポラライズ）して、偏光度（DOP：Degree Of Polarization）を低減させることが行われている。
【０００５】
光増幅器の励起光源等に用いられる従来の半導体レーザモジュールからのレーザ光を無偏光化する方法として、たとえば、２つのレーザ光を偏波合成して光ファイバから出力するものが知られている。
【０００６】
図３５は、米国特許第５５８９６８４号公報に開示された従来の半導体レーザ装置を説明するための説明図である。
【０００７】
図３５に示すように、従来の半導体レーザ装置は、同一波長で互いに直交する方向にレーザ光を出射する第１の半導体レーザ素子１００及び第２の半導体レーザ素子１０１と、第１の半導体レーザ素子１００から出射されたレーザ光を平行にする第１の平行レンズ１０２と、第２の半導体レーザ素子１０１から出射されたレーザ光を平行にする第２の平行レンズ１０３と、第１の平行レンズ１０２及び第２の平行レンズ１０３によって平行になったレーザ光を直交偏波合成する偏波合成カプラ１０４と、偏波合成カプラ１０４によって偏波合成されたレーザ光を集光する集光レンズ１０５と、集光レンズ１０５によって集光されたレーザ光が入射され外部に送出するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）１０６付き光ファイバ１０７とを有する。
【０００８】
従来の半導体レーザ装置によれば、第１の半導体レーザ素子１００及び第２の半導体レーザ素子１０１から互いに直交する方向に出射されたレーザ光が偏波合成カプラ１０４によって偏波合成されるので、光ファイバ１０７からは偏光度の小さいレーザ光を出射することができる。また、光ファイバ１０７にファイバブラッググレーティング１０６が形成されているので、半導体レーザ素子１００、１０１の発振波長が同一波長に固定され、光ファイバ１０７から波長が固定されたレーザ光を出射することができる。
【０００９】
従って、上記の従来の半導体レーザ装置は、高い光出力が要求される光増幅器の励起光源、とりわけ低偏波依存性及び波長安定性が要求されるラマン増幅器の励起光源として適用することが可能である。
【００１０】
また、特開昭６０−７６７０７号公報には、ヒートシンク上に配置され、光軸及び偏光面が互いに平行で且つ出射端面が略一致し、第１及び第２のレーザ光をそれぞれ出射する第１及び第２の半導体レーザ素子と、第１の半導体レーザ素子から出射された第１のレーザ光の光路上に配置され、第１のレーザ光の偏光面を９０°回転させて、第２のレーザ光の偏光面に対し直角にする偏光回転子と、偏光面が互いに直角になった第１及び第２のレーザ光の光路を複屈折効果で合流させる偏光素子（方解石板）と、偏光素子側からのレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバと、偏光素子で合流したレーザ光を光ファイバに結合するレンズとを有する半導体レーザモジュールが開示されている。この半導体レーザモジュールでは、第１及び第２の半導体レーザ素子がパッケージ内に収納されユニット化されている（以下、この技術を従来例１という）。
【００１１】
また、特開２０００−３１５７５号公報には、電子冷却素子と、電子冷却素子上に実装された第１及び第２の半導体レーザ素子と、電子冷却素子上に実装され、第１及び第２の半導体レーザ素子から出射された第１及び第２のレーザ光をそれぞれ集光する第１及び第２の集光レンズと、第１及び第２のレーザ光を偏波合成する偏波合成素子と、偏波合成素子から出力されたレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールが開示されている。また、第１及び第２の半導体レーザ素子は、発光中心間ピッチ５００μｍで形成されたＬＤアレイとして構成されている。また、第１及び第２の集光レンズは、球レンズアレイやフレネルレンズアレイ等の集光用レンズアレイとして構成されている（以下、この技術を従来例２という）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１では、半導体レーザ素子からのレーザ光を偏光回転素子又は偏光素子で直接受光する構成になっている。そのため、従来例１の構成で高い光結合効率を得るためには半導体レーザ素子ーレンズ間の間隔を３００〜５００μｍ程度に設計する必要があり、実際上、半導体レーザ素子ーレンズ間に偏光回転素子及び偏光素子を配置することは非常に困難である。レンズを大きくすることにより、スペースを作ることができるが、パッケージが現在用いられているものよりも数倍大型化してしまい、半導体レーザモジュールの大型化につながってしまうという課題がある。
【００１３】
一方、従来例２では、２つの半導体レーザ素子に対応した集光レンズを配置し、その後偏波合成しているので、従来例１のスペースの課題は解消している。
【００１４】
しかし、広い間隔（発光中心間ピッチ５００μｍ）で出射された２つのビームをそれぞれ異なるレンズで受けることにより、互いに平行な２つのレーザ光を得る構成であるため、半導体レーザ素子が大型化してしまい、１枚のウェハから得られる半導体チップの量が減るので、大量生産に不向きである。これを解消するために、半導体レーザ素子のストライプの間隔を狭くすると、レンズの小型化が必要となり、それぞれのストライプから出た光同士の分離も困難になるので、その後の偏波合成や光合成を行うことが困難になる。
【００１５】
また、半導体レーザ素子から出力されたレーザ光に対してレンズをそれぞれ位置決めする必要があるので、製造工程が複雑になり、製造時間がかかるという課題がある。従来例２では、このような位置決めの困難さを解消するために、レンズとして球レンズアレイやフレネルレンズアレイ等、通常使用されないようなレンズアレイを使用しているため、製造コストがかかると共に、このようなレンズアレイの製造にも時間がかかるという課題がある。
【００１６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高い光結合効率を得ることができ、小型化、大量生産化、製造時間の短縮化、製造コストの低減を図ることができる半導体レーザモジュール及びその製造方法並びに光増幅器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザモジュールは、間隔を隔てて形成された第１のストライプ及び第２のストライプを有し、前記第１のストライプ及び第２のストライプの一方側端面からそれぞれ第１のレーザ光及び第２のレーザ光を出射する単一の半導体レーザ素子と、
その半導体レーザ素子から出射された前記第１のレーザ光と第２のレーザ光とが入射され、前記第１のレーザ光と第２のレーザ光とを前記第１，第２のストライプの並び方向に分離させる第１レンズと、
前記第１、第２のレーザ光の少なくとも一方の偏光面を回転させる偏光回転手段と、
前記第１のレーザ光が入射される第１の入力部と、前記第２のレーザ光が入射される第２の入力部と、前記第１の入力部から入射される第１のレーザ光と前記第２の入力部から入射される第２のレーザ光とが合波されて出射される出力部とを有する光合成手段と、
その光合成手段の前記出力部から出射されるレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバと、
を有することを特徴とするものである。
【００１８】
前記半導体レーザ素子の各ストライプから出射された光を受光してモニタする受光素子を有してもよい。
【００１９】
前記受光素子は、前記半導体レーザ素子の各ストライプの他方側端面から出射された光を受光する導波路型受光素子であってもよい。
【００２０】
前記受光素子は、半導体レーザ素子の各ストライプの他方側端面から出射された各光を受光してモニタするように複数設けられていてもよい。
【００２１】
前記半導体レーザ素子と受光素子との間に、前記半導体レーザ素子から出射された各光の間隔を広げるように分離させるレンズを配置してもよい。
【００２２】
前記光合成手段によって反射された光を受光してモニタする受光素子を有してもよい。
【００２３】
前記半導体レーザ素子の第１のストライプと第２のストライプは、互いに平行に延びて形成されていてもよい。
【００２４】
前記第１のストライプと第２のストライプとの間隔が１００μｍ以下であってもよい。
【００２５】
前記半導体レーザ素子の第１のストライプと第２のストライプとを少なくとも正極側もしくは負極側の片方を電気的に絶縁し、それぞれ独立に駆動させてもよい。
【００２６】
前記第１レンズは、前記第１のストライプから出射された第１のレーザ光の光軸と前記第２のストライプから出射された第２のレーザ光の光軸とが、前記第１レンズの中心軸を挟んで略対称になるように位置決めされてもよい。
【００２７】
前記光合成手段は、前記第１の入力部から入射した第１のレーザ光と前記第２の入力部から入射した第２のレーザ光の何れか一方を常光線として前記出力部に伝搬させるとともに、他方を異常光線として前記出力部に伝搬させる複屈折素子であってもよい。
【００２８】
前記常光線が光ファイバの軸線方向に伝搬するように、前記光合成手段の第１の入力部と第２の入力部が形成されている各々の面が傾斜して形成されていてもよい。
【００２９】
前記常光線が光ファイバの軸線方向に伝搬するように、前記半導体レーザ素子及び第１レンズは、前記軸線方向に対して所定角度傾斜して配置されていてもよい。
【００３０】
前記第１レンズと前記光合成手段との間には、第１のレーザ光及び第２のレーザ光を入射し、互いの光軸を略平行にして出射するプリズムが配設されていてもよい。
【００３２】
前記光合成手段により合成された第１、第２のレーザ光を前記光ファイバに光結合させる第２レンズを有してもよい。
【００３３】
前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光が、前記第１レンズと前記第２レンズとの間で焦点を結ぶように前記第１レンズが位置決めされていてもよい。
【００３４】
所定の波長の光を半導体レーザ素子に帰還させる光反射部が設けられていてもよい。
【００３５】
前記光反射部は、前記光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングであってもよい。
【００３６】
前記半導体レーザ素子を冷却する冷却装置と、その冷却装置上に固定され、前記半導体レーザ素子を載置する基台とを有し、前記第１レンズ、前記偏光回転手段及び光合成手段は、前記基台上に固定されていてもよい。
【００３７】
前記半導体レーザ素子は、ヒートシンクを介して前記基台に載置されていてもよい。
【００３８】
前記基台は、前記半導体レーザ素子を固定する第１の基台と、その第１の基台上に固定され、前記第１レンズ、前記偏光回転手段及び光合成手段を固定する第２の基台とからなるものでもよい。
【００３９】
本発明の半導体レーザモジュールの製造方法は、前記半導体レーザ素子を基台上に固定する第１の工程と、前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、前記第１レンズを調芯して前記基台上に固定する第２の工程と、前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、前記光合成手段を調芯して前記基台上に固定する第４の工程と、前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、前記光ファイバを調芯して固定する第５の工程とを有することを特徴とするものである。
【００４０】
前記第２の工程の次に、前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射した状態で、前記偏光回転手段を調芯して前記基台上に固定する第３の工程を有してもよい。
【００４１】
本発明の光増幅器は、前記半導体レーザモジュールを光増幅用の励起光源として用いていることを特徴とするものである。
【００４２】
前記励起光源は、ラマン増幅に用いられてもよい。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態例）
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の構成を示す側面断面図、図２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の構成を模式化して示す説明図である。
【００４４】
図１（Ａ）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、内部を気密封止したパッケージ１と、そのパッケージ１内に設けられ、レーザ光を出射する半導体レーザ素子２と、フォトダイオード（受光素子）３と、第１レンズ４と、プリズム５と、半波長板（偏光回転手段）６と、光合成手段となるＰＢＣ（Ｐolarizatioｎ Beam Combiｎer）７と、光ファイバ８とを有する。
【００４５】
半導体レーザ素子２は、図２に示すように、間隔を隔てて長手方向に互いに同一平面上に平行に形成された第１のストライプ９（ストライプ状発光部）及び第２のストライプ１０を有し、第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の端面からそれぞれ第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を出射する。図２中に示すＫ１及びＫ２は、それぞれ第１のストライプ９及び第２のストライプ１０から出射されるビームの中心の軌跡を示す。ビームは、図２に破線で示すように、この中心のまわりにある広がりをもって伝搬する。第１のストライプ９と第２のストライプ１０との間隔は、それぞれから出射された光Ｋ１、Ｋ２を１つの第１レンズ４に入射させるために、１００μｍ以下、例えば約４０〜６０μｍ程度に設定される。また、ストライプ同士の間隔が狭いことにより、ストライプ同士の光出力特性の差が小さくなる。
【００４６】
図１（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子２はチップキャリア１１上に固定して取り付けられる。なお、半導体レーザ素子２は、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２を出射するため、１つのレーザ光を出射する半導体レーザ素子に比べて発熱しやすい。そこで、半導体レーザ素子２の放熱性を高めるため、図１（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子２は、ダイヤモンド等の熱伝導率の良好な材質で作られたヒートシンク５８上に固定して取り付けられ、そのヒートシンク５８がチップキャリア１１上に固定して取り付けられていることが好ましい。
【００４７】
フォトダイオード３は、半導体レーザ素子２の後側（図１（Ａ）では左側）端面２ｂ（図２参照）から出射されたモニタ用のレーザ光を受光する。フォトダイオード３は、フォトダイオードキャリア１２に固定して取り付けられている。
【００４８】
第１レンズ４は、半導体レーザ素子２の前側（図１（Ａ）では右側）端面２ａ（図２参照）から出射された第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とが入射され、レーザ光Ｋ１、Ｋ２を交差させ、第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２との間隔をストライプ９，１０の並び方向に広げ、分離するように、それぞれの光を異なる焦点位置（Ｆ１，Ｆ２）に集光させる作用をもつ（図２参照）。
【００４９】
通常、大きなスポットサイズに変換された平行ビーム同士では、角度のトレランスが０．１°以下と厳しいが、焦点位置（Ｆ１，Ｆ２）に集光させる集光系では角度のトレランスはゆるくなる。第１レンズ４を集光光学系とすることにより、光部品の部品形状や位置決め、光の角度調整トレランスがゆるくなり、好ましい。
【００５０】
図１（Ａ）に示すように、第１レンズ４は、第１のレンズ保持部材１３によって保持されている。第１レンズ４は、第１のストライプ９から出射された第１のレーザ光Ｋ１の光軸と第２のストライプ１０から出射された第２のレーザ光Ｋ２の光軸とが、第１レンズ４の中心軸を挟んで略対称になるように位置決めされるのが好ましい。これによって、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が、ともに収差の小さい領域である第１レンズ４の中心軸近傍を通過するため、レーザ光の波面の乱れが少なくなり、光ファイバ８との光結合効率が高くなる。その結果、より高光出力の半導体レーザモジュールＭ１が得られる。なお、球面収差の影響を抑え、高い結合効率を得るためには、第１のレンズ４は、非球面レンズを用いるのが望ましい。
【００５１】
プリズム５は、第１レンズ４とＰＢＣ７との間に配設され、入射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の光路を補正し、互いの光軸を略平行にして出射する。プリズム５は、ＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）等の光学ガラスで作られている。第１レンズ４から非平行に伝搬する第１及び第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２の光軸が、プリズム５の屈折により平行とされるため、そのプリズム５の後方に配置されるＰＢＣ７の作製が容易になるとともに、ＰＢＣ７を小型化し半導体レーザモジュールＭ１を小型にすることが可能となる。
【００５２】
図３（Ａ）はプリズム５の構成を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。図３に示すように、プリズム５は、平坦状に形成された入射面５ａと、所定角度αに傾斜した出射面５ｂを有する。たとえば、プリズム５がＢＫ７から作製され、半導体レーザ素子の各ストライプ間の間隔が４０μｍで、焦点距離０．７ｍｍの第１レンズを使用する場合には、プリズム５の全長Ｌ１は約１．０ｍｍ、角度αは３．２°±０．１°とする。
【００５３】
図２に示すように、半波長板６は、プリズム５を通過した第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２のうち、第１のレーザ光Ｋ１のみが入射され、入射された第１のレーザ光Ｋ１の偏光面を９０度回転させる偏光回転手段である。第１レンズ４によって、第１、第２のレーザ光Ｋ１、Ｋ２が十分分離されることにより、半波長板６が配置しやすくなっている。
【００５４】
ＰＢＣ７は、第１のレーザ光Ｋ１が入射される第１の入力部７ａと、第２のレーザ光Ｋ２が入射される第２の入力部７ｂと、第１の入力部７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂから入射される第２のレーザ光Ｋ２とが合波されて出射される出力部７ｃとを有する。ＰＢＣ７は、例えば、第１のレーザ光Ｋ１を常光線として出力部７ｃに伝搬させるとともに、第２のレーザ光Ｋ２を異常光線として出力部７ｃに伝搬させる複屈折素子である。ＰＢＣ７は、複屈折素子の場合、複屈折率性が高くレーザ光間の分離幅を大きくとれるように、例えばＴｉＯ２（ルチル）で作られる。
【００５５】
本実施形態例においてはプリズム５、半波長板６及びＰＢＣ７を同一のホルダ部材１４に固定した偏波合成モジュール５９を用いている。図４（Ａ）は偏波合成モジュール５９を示す平面図、（Ｂ）はその側面断面図、（Ｃ）はその正面図である。図４に示すように、偏波合成モジュール５９のホルダ部材１４は、ＹＡＧレーザ溶接に好適な材料（例えばＳＵＳ４０３、３０４等）で作られ、その全長Ｌ２は約７．０ｍｍであり、全体が略円柱状に形成されている。ホルダ部材１４の内部には収容部１４ａが形成され、その収容部１４ａにプリズム５、半波長板６及びＰＢＣ７がそれぞれ固定される。ホルダ部材１４の上部は開口され、その下部は平坦状に形成されている。
【００５６】
これによって、ＰＢＣ７の第１の入力部７ａから入射する第１のレーザ光Ｋ１及び第２の入力部７ｂから入射する第２のレーザ光Ｋ２をともに出力部７ｃから出射するように、プリズム５、ＰＢＣ７の中心軸Ｃ１周りの位置を調整することが非常に容易になる。
【００５７】
このように、ホルダ部材１４によって、これらの光部品を一体化しておくと、ホルダ部材１４を移動させるだけで、レーザ光Ｋ１、Ｋ２同士のＸＹ平面上における重なり合い具合を調節できる。
【００５８】
図２に示すように、光ファイバ８は、ＰＢＣ７の出力部７ｃから出射されるレーザ光を受光し、パッケージ１の外部に送出する。光ファイバ８には、図２に示すように、所定の波長帯の光を反射するＦＢＧ（Fiber Bragg Grating：ファイバブラッググレーティング）からなる光反射部１５が設けられている。この光反射部１５によって、所定波長の光が半導体レーザ素子２に帰還され、半導体レーザ素子２の発振波長が固定されるとともに、発振スペクトル幅を狭くすることができる。従って、この半導体レーザモジュールＭ１からの出射光を、波長合成カプラ（ＷＤＭ）により合波して、エルビウムドープ光増幅器やラマン増幅器の励起光源として用いた場合には、波長合成カプラの損失を低く抑えて高出力の合波光を得ることができるとともに、ラマン増幅器に使用した場合には、ラマン増幅の利得変動を抑えることができる。光反射部１５は、例えばフェーズマスクを介して干渉縞となった紫外光を光ファイバ８のコア部に照射することによって周期的に屈折率の変化を生じさせて形成される。
【００５９】
ＰＢＣ７と光ファイバ８との間には、ＰＢＣ７の出力部７ｃから出射されるレーザ光を光ファイバ８に光結合させる第２レンズ１６が配設されている。好ましくは、第１レンズ４は、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が、第１レンズ４と第２レンズ１６との間で焦点（Ｆ１、Ｆ２）を結ぶように位置合わせされている。これによって、第１レンズ４と焦点（Ｆ１、Ｆ２）間におけるレーザ光のスポットサイズが小さくなって両レーザ光の重なりが防止されるので、第１のレーザ光Ｋ１の光路上にのみ半波長板６を挿入できるために十分な第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２の分離幅Ｄ’を得るために必要な伝搬距離Ｌが短くなる。このため、半導体レーザモジュールＭ１の光軸方向の長さを短くすることができる。その結果、例えば高温環境下における半導体レーザ素子２と光ファイバ８との光結合の経時安定性が優れた、信頼性の高い半導体レーザモジュールＭ１を提供できる。
【００６０】
図１に示すように、半導体レーザ素子２を固定したチップキャリア１１と、フォトダイオード３を固定したフォトダイオードキャリア１２とは、断面略Ｌ字形状の第１の基台１７上に半田付けして固定される。第１の基台１７は、半導体レーザ素子２の発熱に対する放熱性を高めるためにＣｕＷ系合金等で作られているのが好ましい。
【００６１】
第１レンズ４を固定した第１のレンズ保持部材１３と、プリズム５、半波長板６及びＰＢＣ７をホルダ部材１４に固定した偏波合成モジュール５９とは、第２の基台１８上にそれぞれ第１の支持部材１９ａ及び第２の支持部材１９ｂを介してＹＡＧレーザ溶接により固定される。このため第２の基台１８は、溶接性の良好なステンレス鋼等で作られているのが好ましい。また、第２の基台１８は、第１の基台１７の平坦部１７ａ上に銀ろう付けして固定される。
【００６２】
第１の基台１７の下部にはペルチェ素子からなる冷却装置２０が設けられている。半導体レーザ素子２からの発熱による温度上昇はチップキャリア１１上に設けられたサーミスタ２０ａによって検出され、サーミスタ２０ａより検出された温度が一定温度になるように、冷却装置２０が制御される。これによって、半導体レーザ素子２のレーザ出射を高出力化かつ安定化させることができる。
【００６３】
パッケージ１の側部に形成されたフランジ部１ａの内部には、ＰＢＣ７を通過した光が入射する窓部１ｂが設けられ、また、フランジ部１ｂの端部には、レーザ光を集光する第２レンズ１６が固定されている。第２レンズ１６は、フランジ部１ａの端部にＹＡＧレーザ溶接により固定された第２のレンズ保持部材２１によって保持され、第２のレンズ保持部材２１の端部には金属製のスライドリング２２がＹＡＧレーザ溶接により固定される。
【００６４】
光ファイバ８はフェルール２３によって保持され、そのフェルール２３は、スライドリング２２の内部にＹＡＧレーザ溶接により固定されている。
【００６５】
次に、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の動作について説明する。
【００６６】
図２に示すように、半導体レーザ素子２の第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の前側端面２ａからそれぞれ出射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２は、第１レンズ４を通過し、交差した後、間隔が広がり十分分離された後、プリズム５に入射される。プリズム５に入射した時の第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２との間隔（Ｄ）は約４６０μｍである。プリズム５によって第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２は平行となって出射し（両者の間隔は約５００μｍになる）、第１のレーザ光Ｋ１は半波長板６に入射され、偏光面を９０度回転させた後、ＰＢＣ７の第１の入力部７ａに入射され、第２のレーザ光Ｋ２はＰＢＣ７の第２の入力部７ｂに入射される。
【００６７】
ＰＢＣ７では、第１の入力部７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂから入射される第２のレーザ光Ｋ２とが合波されて出力部７ｃから出射される。
【００６８】
ＰＢＣ７から出射されたレーザ光は、第２レンズ１６によって集光され、フェルール２３によって保持された光ファイバ８の端面に入射され外部に送出される。また、光ファイバ８の光反射部１５によってレーザ光の一部が反射され、反射された光は、半導体レーザ素子２に帰還され、半導体レーザ素子２の後側端面２ｂと光反射部１５との間で外部共振器が構成されるので、光反射部１５によって決定される波長でのレーザ発振が可能となる。
【００６９】
一方、半導体レーザ素子２の後側端面２ｂから出射されたモニタ用のレーザ光は、フォトダイオード３によって受光され、フォトダイオード３の受光量に基づいて半導体レーザ素子２の駆動電流を変化させることにより、半導体レーザ素子２の光出力等を調整する。
【００７０】
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によれば、１つの半導体レーザ素子２に１００μｍ以下という狭い間隔で形成された第１、第２のストライプ９，１０から偏光面のそろった第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が出射され、第１レンズ４で十分分離された後、半波長板６によって第１のレーザ光Ｋ１の偏光面が正確に９０度回転される。すなわち、このときレーザ光Ｋ１、Ｋ２の偏光面は互いに直交する。この状態で、ＰＢＣ７によって第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２が偏波合成されるので、光ファイバ８からは高出力で、かつ偏光度の小さいレーザ光を出射することができる。また、光ファイバ８にＦＢＧからなる光反射部１５が形成されているので、光ファイバ８から波長が固定されたレーザ光を出射することができる。従って、上記の半導体レーザモジュールＭ１を、高出力が要求されるエルビウムドープ光増幅器や、さらに増幅利得に低偏波依存性及び安定性が要求されるラマン増幅器の励起光源として適用することができる。
【００７１】
また、２つのレーザ光を出射させる２つのストライプを備えた１個の半導体レーザ素子２と、レーザ光Ｋ１、Ｋ２両方を分離する単一の第１レンズ４を用いているので、半導体レーザ素子２や第１レンズ４の位置決め時間が短くなる。その結果、半導体レーザモジュールＭ１の製造時間を短縮化できる。
【００７２】
また、従来は、たとえば米国特許第５５８９６８４号公報に開示されるように、２つの半導体レーザ素子からそれぞれ互いに直交する軸方向に光が出射される半導体レーザモジュール（図３５参照）もあったが、この半導体レーザモジュールでは、それぞれの軸方向（図３５ではＸ方向及びＺ方向）でのパッケージの反り等を考慮してモジュールを設計しなければ、環境温度の変化等によって生じたパッケージの反りによる光出力変動を抑制できなかった。これに対し、本実施形態例の構成によれば、１個の半導体レーザ素子２から出射される２つの光は略同じ方向に伝搬されるため、パッケージの反りの影響を１方向（図２中、Ｚ方向）においてのみ抑制することにより、光ファイバ８から出射される光出力の安定化を図ることができる。
【００７３】
また、１個の半導体レーザ素子２から２つの光を出射することにより、これら２つの光はパッケージの反り等に対して、光ファイバ８との結合効率が同じ傾向で変動する。従って、温度変動等があった場合でも光ファイバ８から出射される光の偏光度が安定化する。
【００７４】
また、１つの半導体レーザ素子２を用いるので、半導体レーザ素子２から発生した熱を冷却するためのペルチェモジュール等の冷却装置２０を小型化でき、低消費電力化を図ることができる。
【００７５】
なお、パッケージ１内を真空にするか、封入ガスをＸｅとすることにより、２つのストライプ９，１０から発生する莫大な熱を冷却装置２０で放熱する際に必要な消費電力を大幅に抑制することができ、好ましい。
【００７６】
また、本実施形態例のように２つのレーザ光を出射するダブルストライプ型半導体レーザモジュールにファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を形成した偏波保存ファイバを取り付けた場合、同じＦＢＧ半値幅を有し、１つのレーザ光を出射するシングルストライプ型半導体レーザモジュールに比べ、多くの縦モードをスペクトル幅内に含ませることができる。
【００７７】
例えば図５は、ダブルストライプ型半導体レーザモジュールＭ１において駆動電流２Ａ（つまりストライプ１本あたり１Ａ）を印加した時のスペクトルを示すグラフである。図５からわかるように、ダブルストライプ型半導体レーザモジュールＭ１では、５本の縦モードがスペクトル半値幅内に含まれる。一方、シングルストライプ型半導体レーザモジュールの場合、駆動電流１Ａでスペクトル半値幅内に含まれる縦モードは３〜４本である。
【００７８】
すなわち、偏波保存ファイバの場合、slow軸とfast軸で異なる屈折率を持つため、ＦＢＧ部分で選択される波長が０．４ｎｍ程度異なる。そのため、互いに０．４ｎｍずれた各ストライプからの発振スペクトルの重ね合わせとして得られるスペクトルの半値幅内に含まれる縦モードの数が増加する。
【００７９】
一方、本実施形態例の半導体レーザモジュールでは、２つのストライプから出射されたレーザ光が偏波合成されて出力されるため、１つのストライプからの出射レーザ光と比較して偏光度（ＤＯＰ）の低い出力レーザ光が得られるが、その偏光度が十分低くない場合には、デポラライザとして偏波保持ファイバを用いることにより、さらに無偏光化する必要が生じる場合がある。本実施形態例の半導体レーザモジュールは、上述のように、多くの縦モードが発振しているため、出力された光をデポラライザ内で伝搬させることにより、より効果的にＤＯＰ（Degree Of Polarizatioｎ：偏光度）を低減できる。従って、本実施形態例の半導体レーザモジュールは、増幅利得の低偏波依存性が要求されるラマン増幅器の励起光源として好適である。
【００８０】
さらに、ダブルストライプ型半導体レーザモジュールの場合、高い光出力を得ることができる。図６は、ダブルストライプ型半導体レーザモジュールにおいてＬＤ駆動電流に対するファイバ出力を示すグラフである。図６からわかるように、駆動電流が２４００ｍＡで約５７０ｍＷの光出力を得ることができる。従って、本実施形態例のダブルストライプ型半導体レーザモジュールは、高い光出力が要求されるラマン増幅器用の１４ＸＸ（１３００〜１５５０）ｎｍ帯励起光源や、ＥＤＦＡ用の９８０ｎｍ帯や１４８０ｎｍ帯の励起光源として好適である。
【００８１】
次に、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の製造方法について説明する。
【００８２】
まず、第１の基台１７の平坦部１７ａ上に第２の基台１８を銀ろう付けして固定する。
【００８３】
次いで、半導体レーザ素子２を固定したチップキャリア１１と、フォトダイオード３を固定したフォトダイオードキャリア１２を第１の基台１７上に半田付けして固定する。
【００８４】
次いで、第２の基台１８上に第１レンズ４を調芯して固定する。この第１レンズ４の調芯工程では、半導体レーザ素子２に電流を供給して第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を半導体レーザ素子２の第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の双方から出射させ、その出射方向を基準方向として設定した後、第１レンズ４を挿入し、ＸＹＺ軸方向の位置を決める。
【００８５】
図７は、第１レンズ４の調芯工程を説明するための説明図である。Ｘ軸方向については、図７（Ａ）に示すように、上記のようにして設定された基準方向（中心軸Ｃ２）と第１のレーザ光Ｋ１との角度θ１と、中心軸Ｃ２と第２のレーザ光Ｋ２との角度θ２とが等しくなる位置で決める。Ｙ軸方向については、図７（Ｂ）に示すように、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４の中心を通る位置で決める。Ｚ軸については、半導体レーザ素子２からの規定の距離で、レーザ光のスポット径が最小となる位置で決める。以上の調芯工程で決まった位置で第１レンズ４を保持する第１のレンズ保持部材１３を、第２の基台１８上に第１の支持部材１９ａを介してＹＡＧレーザ溶接して固定する。
【００８６】
次いで、第２の基台１８上に、プリズム５、半波長板６、ＰＢＣ７を一体化した偏波合成モジュール５９を調芯して固定する。この偏波合成モジュール５９の調芯工程では、位置合わせ用光ファイバコリメータを用いて、そのファイバに結合する光強度が最大になるように、ホルダ部材１４の中心軸Ｃ１（図４参照）回りθ、ＸＹＺ軸方向の位置を決める。ホルダ部材１４の中心軸Ｃ１回りの位置決めでは、ホルダ部材１４を中心軸Ｃ１の周りに回転させて第１の入力部７ａに入射した第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂに入射した第２のレーザ光Ｋ２がともに出力部７ｃから出射されるように位置調整する。
【００８７】
Ｚ軸方向の位置決めでは、ＰＢＣ７から出力されたレーザ光Ｋ１、Ｋ２のＸＹ平面上での重なり具合を調節する。例えば完全に重ねることもできるし、互いのビームスポットの位置をずらしておくこともできる。後者はレーザ光Ｋ１、Ｋ２の光強度が異なっていた場合、光強度の小さい方の光をより多く受光するように、光ファイバ８を調芯することにより、光ファイバ８に入射されるレーザ光Ｋ１、Ｋ２の光強度を均等にして、偏光度を十分に下げることができるので好ましい。
【００８８】
以上の調芯工程で決まった位置でホルダ部材１４を第２の基台１８上に第２の支持部材１９ｂを介してＹＡＧレーザ溶接して固定する。
【００８９】
次いで、第１の基台１７を、予めパッケージ１の底板上に固定された冷却装置２０上に半田付けして固定する。
【００９０】
次いで、半導体レーザ素子２及びモニタ用のフォトダイオード３は、金ワイヤ（図示せず）を介してパッケージ１のリード（図示せず）と電気的に接続される。
【００９１】
次いで、不活性ガス（例えばＮ２、Ｘｅ）雰囲気においてパッケージ１上部に蓋１ｃを被せて、その周縁部を抵抗溶接することにより気密封止する。
【００９２】
次いで、パッケージ１のフランジ部１ａに対し第２レンズ１６をＸＹ面内及びＺ軸方向で調芯して固定する。この工程では、第２レンズ１６の出射光がパッケージ１のフランジ部１ａの中心軸と平行となる位置でＹＡＧレーザ溶接により固定する。
【００９３】
最後に、光ファイバ８を調芯して固定する。この工程では、第２のレンズ保持部材２１の端部に金属製のスライドリング２２を固定する。スライドリング２２は、第２のレンズ保持部材２１の端面において、光ファイバ８の光軸と垂直な面内（ＸＹ平面）で位置調整後、両者の境界部においてＹＡＧレーザ溶接して固定される。光ファイバ８を保持するフェルール２３は、光ファイバ８の出射が最大となる位置で、スライドリング２２の内部にＹＡＧレーザ溶接により固定される。その際、光ファイバ８は、合成される複数のレーザ光のパワーバランスを考慮して調芯される。これにより光ファイバ８の光軸方向（Ｚ軸方向）の位置が固定される。
【００９４】
ここで、本発明の実施形態例の半導体レーザモジュールに使用される半導体レーザ素子２について説明する。図８（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の半導体レーザモジュールに使用される半導体レーザ素子２の構成を説明するための説明図、図９は半導体レーザ素子２の他の例を示す説明図である。なお、図８（Ｂ）及び（Ｃ）は図８（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
【００９５】
図８（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子２は、例えば有機金属気相成長法、液相法、分子線エピタキシャル成長法、ガスソース分子線エピタキシャル成長法等の公知のエピタキシャル成長法により、所定の半導体からなる基板２４の上に、所定の半導体のエビタキシャル結晶成長を行って後述する積層構造２５を形成した後、基板２４の底面に下部電極２６、積層構造２５の上面に上部電極２７を形成し、へき開を行って所定の共振器長Ｌ３とし、更に一方のへき開面（前端面２ａ）に低反射膜２８（例えば反射率５％以下）を成膜し、他方のへき開面（後端面２ｂ）に高反射膜２９（例えば反射率９０％以上）を成膜した構造になっている。
【００９６】
図８（Ｂ）に示すように、基板２４上の積層構造２５は、例えば埋め込み型ＢＨ(Buried Heterostructure)構造になっていて、例えばＩｎＰから成る基板２４の上に、例えばｎ−ＩｎＰクラッド層３１、例えばＧａＩｎＡｓＰ多層膜により構成されたＧＲＩＮ―ＳＣＨ−ＭＱＷ（Graded Index Separate Confinement Heterostructure Multi Quantumn Well）から成る活性層３２、例えばｐーＩｎＰクラッド層３３が順次積層されており、更に、ｐーＩｎＰクラッド層３３の上に、例えばｐ−ＩｎＰから成る埋め込み層３４、例えばｐ−ＧａＩｎＡｓＰから成るキャップ層３５が積層されている。そして、このキャップ層３５の上に上部電極２７が形成され、また基板２４の底面には下部電極２６が形成されている。
【００９７】
そして、上記した下部ｎ−ＩｎＰクラッド層３１、活性層３２、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３は、４０−６０μｍの間隔を介して互いに平行に並んだ２本のストライプ状に加工され、その側面に例えばｐ−ＩｎＰブロッキング層３６とｎ−ＩｎＰブロッキング層３７をこの順序で積層することにより、活性層３２への注入電流狭窄部が形成されている。
【００９８】
上記した活性層３２としては、例えば、基板２４に対する格子不整合率が０．５％以上1．５％以下となるような圧縮歪み量子井戸構造を採用し、かつ井戸数が５個程度の多重量子井戸構造を使用するのが、高出力化の観点から有利である。また、歪み量子井戸構造として、その障壁層を井戸層の歪みと反対の引っ張り歪みを導入して成る歪み補償構造とすれば、等価的に格子整合条件を満たすことができるため、井戸層の格子不整合度に関しては更に高い値を用いることも可能である。
【００９９】
本実施形態例では、下部ｎ−Ｉｎｐクラッド層３１、ＧＲＩＮ―ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３２、ｐーＩｎＰクラッド層３３からなる発光部が、図８の紙面に垂直な方向にストライプ状に延びて形成されており、この部分をそれぞれストライプ９，１０と称する。
【０１００】
次に、上記の構造の半導体レーザ素子２の製造方法について説明する。
【０１０１】
まず、有機金属気相成長法、液相法、分子線エピタキシャル成長法、ガスソース分子線エピタキシャル成長法等の公知のエピタキシャル成長法により、基板２４の上に、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層３１、ＧＲＩＮ―ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３２、ｐーＩｎＰクラッド層３３の順に積層する。
【０１０２】
次いで、４０〜６０μｍの間隔を介して互いに平行に並んだ２本のマスクを上記ｐ−ＩｎＰクラッド層３３上に形成してから、所定のエッチャントを用いて上部ｐーＩｎＰクラッド層３３、ＧＲＩＮ―ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３２、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層３１、及びＩｎＰ基板２４の一部を溶解し、上記ストライプ上にさらに、ｐ−ＩｎＰブロッキング層３６とｎ−ＩｎＰブロッキング層３７をこの順序で積層することによって、活性層３２への注入電流狭窄部を形成する。
【０１０３】
次いで、上部埋め込み層３４をエピタキシャル成長させて積層する。
【０１０４】
また、上部埋め込み層３４上にキャップ層３５を積層する。
【０１０５】
次いで、キャップ層３５の上面に上部電極２７を形成し、基板２４の底面に下部電極２６を形成する。
【０１０６】
その後、基板を所定幅Ｌ３のバーにへき開し、更に一方のへき開面（前端面２ａ）に低反射膜２８を成膜し、他方のへき開面（後端面２ｂ）に高反射膜２９を成膜する。最後に、このバーをさらにへき開して共振器長Ｌ３の半導体レーザ素子２を得る。
【０１０７】
このようにして作製された半導体レーザ素子２は、上部電極２７側を、図１（Ｂ）に示すヒートシンク５８にＡｕＳｎ半田等により接着される。そして、２つのストライプは、上部電極２７（本実施形態例ではｐ側）及び下部電極２６（本実施形態例ではｎ側）を通して外部より供給される電流により、同時にレーザ発振し、低反射膜２８からの２つの出射光が前述したＰＢＣ７により合波されて所望の用途に供される。
【０１０８】
ここで、２つのストライプの特性が全く同じであるとすると、本実施形態例に係る半導体レーザ素子２のしきい値電流は、ストライプ１本のしきい値電流の２倍、全光出力は、ストライプ１本の光出力の２倍となる。すなわち、半導体レーザ素子２全体としては、ストライプ１本当たりの駆動電流の約２倍の駆動電流で約２倍の光出力が得られ、半導体レーザ素子２のスロープ効率は１本のストライプを有する半導体レーザ素子２と変わらない。
【０１０９】
なお、上記した例では、２つのストライプが同時に駆動される構造を示したが、例えば図８（Ｃ）に示すように、２つのストライプの間に上部電極２７から下部クラッド層３０の深さにまで及ぶ分離溝３８を形成し、その分離溝３８表面を絶縁膜３９で被覆することにより、２つのストライプを電気的に分離することができる。このような半導体レーザ素子２の下部電極２６側を、図示しないヒートシンクにＡｕＳｎ半田等により接着すれば、２つのストライプに供給する駆動電流を独立に制御することも可能となり、光ファイバ８から出射されるレーザ光の偏光面をランダム化することが容易となる。この場合、２つのストライプの少なくとも正極側もしくは負極側の片方を電気的に絶縁すればよい。
【０１１０】
なお、図８（Ｃ）に示す半導体レーザ素子２の構造の場合、一方のストライプだけに駆動電流を流して使用し、他方のストライブは、一方のストライプの活性層が異常になった場合に電流を流して使用するようにしてもよい。この場合、片方のストライプを冗長系とすることになるので、半導体レーザ素子２の製品寿命を延ばすことができる。
【０１１１】
また、上部電極２７側をヒートシンク５８に接着して使用する場合には、ヒートシンク５８側に、上部電極２７に対応した電極パターンを形成しておくことにより、これら２つのストライプを独立に駆動することができる。
【０１１２】
また、上記した例では、半導体レーザ素子２は、ＩｎＰ系の埋め込み型ＢＨ構造のものを説明したが、例えば図９に示すようなＧａＡｓ系のリッジ導波路型の半導体レーザ素子２であってもよい。図９に示すように、この半導体レーザ素子２は、ｎ−ＧａＡｓからなる基板４０上に、ｎ型下部クラッド層４１、活性層４２、ｐ型上部クラッド層４３、絶縁層４４、ｐ−ＧａＡｓ層４５を積層し、２つのリッジ部が形成されている。絶縁層４４及びｐ−ＧａＡｓ層４５上には上部電極（ｐ電極）４６が形成され、基板４０の底面には下部電極（ｎ電極）４７が形成されている。
【０１１３】
リッジ部は、図９の紙面に垂直な方向にストライプ状に延びて形成され、当該リッジ部直下の部分の活性層４２がそれぞれ発光する。この発光部をそれぞれストライプ９，１０と称する。もちろん、ＩｎＰ系のリッジ型ＬＤとすることも可能である。
【０１１４】
さらに、本実施形態例では、半導体レーザ素子２の基本構造であるファブリ・ペロー型の半導体レーザ素子２を説明したが、本実施形態例では、後述するような波長選択手段を具備した半導体レーザ素子２を用いてもよい。このような半導体レーザ素子２を使用すれば、ＦＢＧ付の光ファイバ８を使用しなくても、発振波長の安定化された光出力を得ることが可能となる。
【０１１５】
（第２の実施形態例）
図１０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の構成を模式化して示す説明図である。図１０に示すように、第２の実施形態例では、常光線である第１のレーザ光Ｋ１が光ファイバ８の軸線方向に伝搬するように、ＰＢＣ７の第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の入射面が楔形に傾斜して形成されている。それ以外は第１の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。
第２の実施形態例によれば、常光線である第１のレーザ光Ｋ１が光ファイバ８の軸線方向に伝搬するので、半波長板６と第１レンズ４との間にプリズム５を配設する必要がなくなり、構成を簡単にすることができる。
【０１１６】
また、半導体レーザモジュールＭ２の光軸方向の長さを短くできるので、高温環境における光出力特性に対するパッケージの反りの影響を低減できる。
【０１１７】
なお、第２の実施形態例においても、中心軸周りの角度調整を容易にするため、半波長板６とＰＢＣ７とを同一のホルダ部材１４に固定し偏波合成モジュールとして構成してもよい。
【０１１８】
（第３の実施形態例）
図１１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の構成を模式化して示す説明図である。図１１に示すように、第３の実施形態例では、常光線である第１のレーザ光Ｋ１が第１レンズ４を通過後光ファイバ８の軸線方向に伝搬するように、半導体レーザ素子２及び第１レンズ４は、軸線方向に対して所定角度傾斜して配置されている。それ以外は第１の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。
第３の実施形態例によれば、常光線である第１のレーザ光Ｋ１が光ファイバ８の軸線方向に伝搬するので、半波長板６と第１レンズ４との間にプリズム５を配設する必要がなくなり、構成を簡単にすることができる。また、ＰＢＣ７の研磨を片方だけ行えばよいので、第２の実施形態例に比べ研磨の簡略化が可能となる。
【０１１９】
また、半導体レーザモジュールＭ３の光軸方向の長さを短くできるので、高温状態における光出力特性に対するパッケージの反りの影響を低減できる。
【０１２０】
なお、第３の実施形態例においても、中心軸周りの角度調整を容易にするため、半波長板６とＰＢＣ７とを同一のホルダ部材１４に固定し偏波合成モジュールとして構成してもよい。
【０１２１】
上記の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１〜Ｍ３は、高出力で偏光度が小さく、波長が安定したレーザ光を出射することができるので、エルビウムドープ光増幅器やラマン増幅器の励起光源として用いることが可能である。
【０１２２】
（第４の実施形態例）
図１２は、本実施形態例の半導体レーザモジュールに用いられ、図４に示す偏波合成モジュール５９の他の例を表した第４の実施形態例の偏波合成モジュール６０を示す分解斜視図、図１３は、図１２の偏波合成モジュール６０を示す側面断面図である。なお、図４の偏波合成モジュール５９と同一の部材は同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２３】
図１２及び図１３に示すように、第４の実施形態例の偏波合成モジュール６０は、長手方向に、収容部となる溝部６１ａが形成されたホルダ部材６１と、ホルダ部材６１の溝部６１ａに嵌って配置される第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３と、第１の調整シート６２上に配置されるプリズム５と、第２の調整シート６３上に配置されるＰＢＣ７と、ホルダ部材６１の溝部６１ａに嵌って配置される半波長板ホルダ６４と、半波長板ホルダ６４に保持される半波長板６と、ホルダ部材６１の溝部６１ａの開口側に形成された段差部６１ｂに嵌って固定される板状のトップカバー６５とを有する。
【０１２４】
ホルダ部材６１、半波長板ホルダ６４及びトップカバー６５は、ＹＡＧレーザ溶接の可能な材質（例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（商標：コバール））で作られている。また、半波長板ホルダ６４は仕切板を兼ねてもよい。
【０１２５】
半波長板６の上部はメタライズされ、半波長板ホルダ６４の上部は金メッキされており、半波長板６の上部と半波長板ホルダ６４の上部とが半田付けされて固定される。
【０１２６】
第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３は、プリズム５及びＰＢＣ７の位置決めを容易にするために変形可能な材質で作られており、例えば、ソフトメタル（Ｉｎ等）、半田シート（Ｓｎ−Ｐｂ等）のような柔軟部材や樹脂等の弾性部材で作られている。
【０１２７】
偏波合成モジュール６０は又、ホルダ部材６１の溝部６１ａの両端部にＹＡＧレーザ溶接で固定される第１のストッパー６６及び第２のストッパー６７が取り付けられる。図１３に示すように、第１のストッパー６６及び半波長板ホルダ６４は、第１の調整シート６２を挟んで保持することにより、第１の調整シート６２の流れ止めとなる仕切板としての役割を有する。また、第２のストッパー６７及び半波長板ホルダ６４は、第２の調整シート６３を挟んで保持することにより、第２の調整シート６３の流れ止めとなる仕切板としての役割を有する。
【０１２８】
なお、第１のストッパー６６及び第２のストッパー６７は、予めホルダ部材６１に一体に成形されていてもよい。また、第１のストッパー６６及び第２のストッパー６７は、光が透過する材料、例えばガラスや樹脂で作られてもよい。また、第１のストッパー６６及び第２のストッパー６７は、レンズ、プリズム、光合成部材、偏光回転部材のいずれかでもよい。
【０１２９】
次に、第４の実施形態例の偏波合成モジュール６０の組立方法について説明する。まず、ホルダ部材６１の溝部６１ａの両端部に第１のストッパー６６及び第２のストッパー６７をＹＡＧレーザ溶接で固定する。
【０１３０】
次いで、半波長板６を半波長板ホルダ６４に半田付けして保持する。
【０１３１】
次いで、半波長板６を保持した半波長板ホルダ６４をホルダ部材６１の溝部６１ａにＹＡＧレーザ溶接して固定する。その際、第１のストッパー６２及び第２のストッパー６３と半波長板ホルダ６４との間に第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３がそれぞれ嵌るように、半波長板ホルダ６４を位置決めする。
【０１３２】
次いで、第１のストッパー６６と半波長板ホルダ６４との間のホルダ部材６１の溝部６１ａに第１の調整シート６２を嵌めて配置する。また、第２のストッパー６７と半波長板ホルダ６４との間にホルダ部材６１の溝部６１ａに第２の調整シート６３を嵌めて配置する。
【０１３３】
次いで、第１の調整シート６２上にプリズム５を載置し、第２の調整シート６３上にＰＢＣ７を載置する。
【０１３４】
次いで、ホルダ部材６１の溝部６１ａの開口側に形成された段差部６１ｂにトップカバー６５を嵌める。プリズム５及びＰＢＣ７は、トップカバー６５の裏面６５ａと面接触して押圧される。これによって、第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３が変形し、プリズム５及びＰＢＣ７は所望の位置に位置決めされる。
【０１３５】
最後に、トップカバー６５とホルダ部材６１とをＹＡＧレーザ溶接で固定する。
【０１３６】
この偏波合成モジュール６０によれば、プリズム５及びＰＢＣ７の上面がトップカバー６５の裏面６５ａと面接触して押圧され、第１の調整シート６２及び第２のシート６３の変形により、位置決めされる。トップカバー６５の裏面６５ａは、溝部６１ａ表面よりも加工精度が高い平面に形成される。従って、トップカバー６５の裏面６５ａに面接触されたプリズム５及びＰＢＣ７の光入射面は、トップカバー６５の裏面６５ａに対して垂直に精密に位置決めされるので、光軸回りの回転方向θを精度よく位置決めすることができる。
【０１３７】
この観点から、トップカバー６５の、プリズム５や光合成部材７との当接面の加工精度は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（ＪＩＳ Ｂ ００３１）により、面粗度が、最大高さＲmax≦１０μｍ、中心線平均粗さＲa≦５μｍ、１０点平均粗さＲz≦１０μｍ、の少なくとも一つを満たすのが好ましい。
【０１３８】
なお、第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３は一体となっていてもよい。また、プリズム５及びＰＢＣ７に金メッキを施し、ホルダ部材６１の溝部６１ａに直接、半田付けして固定してもよい。この場合、第１の調整シート６２及び第２の調整シート６３は不要となるが、溝部６１ａの加工面を精度よく形成することが好ましい。
【０１３９】
（第５の実施形態例）
上述した半導体レーザ素子２の第１のストライプ９と第２のストライプ１０は、互いに長手方向に平行に延びて形成されているが、これに限らず例えば図１４に示すように、傾斜して形成されていてもよい。図１４では、右側が光を出射させる方向であり、右側に行くに従ってストライプ９，１０の間隔が狭くなっている。この場合、２本のストライプ９，１０から出射される２本のレーザ光は半導体レーザ素子２から短距離で交差するので、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４を通過後、第１のレーザ光Ｋ１の光路上にのみ半波長板６を挿入できる程度に十分に分離する（図２においてＤ’が十分大きくなることをいう）ために必要な伝搬距離（図２におけるＬ）が短くなるため、半導体レーザモジュールＭの光軸方向の長さを短くすることができる。
【０１４０】
なお、図１４において左側方向に光を出射させても同様に上記伝搬距離Ｌを短くすることができる。
【０１４１】
（第６の実施形態例）
図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施形態例に係る半導体レーザモジュールに使用され、図８に示す半導体レーザ素子２とは異なる構成の第６の実施形態例の半導体レーザ素子６８を示す。図１５（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図１５（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、ｃ−ｃ線断面図である。
【０１４２】
図１５に示すように、第６の実施形態例の半導体レーザ素子６８は、ｎ−ＩｎＰ基板６９の（１００）面上に、順次、バッファ層と下部クラッド層とを兼ねたｎ−ＩｎＰバッファ層７０、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ（分布屈折率分離閉込め多重量子井戸）活性層７１、ｐ−ＩｎＰクラッド層７２、および埋め込み層７３、ＧａＩｎＡｓＰキャップ層７４が積層された構造を有する。
【０１４３】
２つのストライプの各ｐ−ＩｎＰクラッド層７２内には、それぞれ膜厚２０ｎｍを有したｐ−ＩｎＧａＡｓの回折格子７５が、ピッチ約２３０ｎｍで周期的に形成されている。この回折格子７５により、たとえば中心波長が１４８０ｎｍ帯のレーザ光を選択するようにしている。この回折格子７５を含むｐ−ＩｎＰクラッド層７２、ＧＲＩN−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７１及びｎ−ＩｎＰバッファ層７０上部は、メサストライプ状に加工され、メサストライプの両側は、電流ブロッキング層として形成されたp−ＩｎＰブロッキング層７６とｎ−ＩｎＰブロッキング層７７によって埋め込まれている。また、ＧａＩｎＡｓＰキャップ層７４の上面には、Ｐ側電極７８が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板６９の裏面には、ｎ側電極７９が形成されている。
【０１４４】
半導体レーザ素子６８の長手方向の一端面である光反射端面には、反射率８０％以上の高光反射率をもつ第１の反射膜８０が形成され、他端面である光出射端面には、反射率が５％以下の低光反射率をもつ第２の反射膜８１が形成される。第１の反射膜８０と第２の反射膜８１とによって形成された光共振器のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７１内に発生した光は、第１の反射膜８０によって反射し、第２の反射膜８１を介し、レーザ光として出射される。
【０１４５】
半導体レーザ素子６８は、例えばラマン増幅器の励起用光源として用いられる場合、その発振波長λ0は、1３００ｎｍ〜1５５０ｎｍであり、共振器長ＬＲは、８００μｍ以上３２００μｍ以下に設定される。
【０１４６】
ところで、一般に、半導体レーザ素子の共振器によって発生する縦モードのモード間隔Δλは、等価屈折率を「ｎ」とすると、次式で表すことができる。すなわち、
Δλ＝λ0 ２／（２・ｎ・LＲ）
である。ここで、発振波長λ0を１４８０μｍとし、等価屈折率を３．５とすると、共振器長が８００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．３９ｎｍとなり、共振器長が３２００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．1ｎｍとなる。すなわち、共振器長を長くすればするほど、縦モードのモード間隔Δλは狭くなり、このことは、一般に共振器長を長くすればするほど単一縦モードのレーザ光を発振するための選択条件が厳しくなることを意味する。
【０１４７】
一方、回折格子７５は、そのブラッグ波長によって縦モードを選択する。この回折格子７５による選択波長特性は、図１６に示す発振波長スペクトル８２として表される。図１６に示すように、この実施の形態例では、回折格子７５を有した半導体レーザ素子による発振波長スペクトルの半値幅Δλｈで示される波長選択特性内に、発振縦モードを複数存在させるようにしている。ここで、従来のＤＦＢ（Distributed Feedback）等の半導体レーザ素子は、単一縦モード発振を得ることを目的としていたため、縦モード間隔が狭くモード選択性が弱いために単一縦モード発振が困難となる８００μｍ以上の共振器長は使用されなかった。しかしながら、この実施形態例の半導体レーザ素子６８では、共振器長ＬＲを積極的に８００μｍ以上とすることによって、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードを含んだ状態でレーザ発振するようにしている。図１６では、発振波長スペクトルの半値幅△λｈ内に３つの発振縦モード８３ａ〜８３ｃを有している。
【０１４８】
複数の発振縦モードで発振するレーザ光を用いると、単一縦モードで発振するレーザ光を用いた場合に比して、各縦モードのピーク強度を抑えつつ、複数の縦モード全体としては高いレーザ出力値を得ることができる。例えば、この実施の形態例に示した半導体レーザ素子６８では、図１７（Ｂ）に示すプロファイルを有し、低いピーク値で高レーザ出力を得ることができる。これに対し、図１７（Ａ）は、同じレーザ出力を得る場合の単一縦モード発振の半導体レーザ素子のプロファイルであり、高いピーク値を有している。
【０１４９】
ここで、半導体レーザ素子をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、ラマン利得を大きくするためには励起光出力パワーを増大することが好ましい一方で、そのピーク値が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生し、雑音が増加するという不具合が発生する。誘導ブリルアン散乱の発生には、誘導ブリルアン散乱が発生するしきい値光強度Ｐthが存在するので、図１７（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子を複数の縦モードで発振させ、各縦モードのピーク強度を誘導ブリルアン散乱のしきい値光強度Ｐth内に抑えることによって、誘導ブリルアン散乱の発生を抑えつつ高い励起光出力パワーを得ることができる。その結果、雑音の増加を抑えつつ高いラマン利得を得ることが可能となる。
【０１５０】
また、図１６に示すように、発振縦モード８３ａ〜８３ｃの波長間隔（モード間隔）Δλは、０．1ｎｍ以上としている。これは、半導体レーザ素子６８をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、モード間隔Δλが０．1ｎｍ以下であると、誘導ブリルアン散乱が発生する可能性が高くなるからである。その結果、上述したモード間隔△λの式によって、発振波長λ0が１４８０μｍの場合には、上述した共振器長ＬＲが３２００μｍ以下であることが好ましいことになる。
【０１５１】
また、ラマン増幅においては利得が信号光の偏光方向に依存することから、信号光の偏光方向のランダム性による利得変動の問題を解決するため、励起光をデポラライズ（無偏光化）しておく必要がある。本発明の第１乃至第６の実施形態例による半導体レーザモジュールでは、偏波合成されたレーザ光が得られ、単一のストライプからの出力光と比較して偏光度（ＤＯＰ）が低いため、そのままラマン増幅に好適に使用できるものではあるが、偏波合成のみでＤＯＰの低減が十分達成できない場合には、さらにデポラライズを行う必要が生じる。このためには、偏波保持ファイバにレーザ光を伝搬させてデポラライズを行う方法がある。この場合、発振している縦モードの数が多いほど、レーザ光のコヒーレント長（可干渉長）が短くなるため、デポラライズに必要な偏波保持ファイバの長さが短くなる。この観点から、発振スペクトルの半値幅Δλｈ内に３本以上の縦モードが存在していることが好ましく、特に４本又は５本の縦モードが存在していると、必要な偏波保持ファイバの長さは急激に短くなる。したがって、発振スペクトルの半値幅Δλｈ内に３本以上、より好ましくは４本以上の縦モードが存在していると、デポラライズに使用する偏波保持ファイバの長さを短くできるので、増幅器の構成を簡略化できるとともに、コストを低くすることができる。
【０１５２】
ここで、発振波長スペクトル幅が広すぎると、波長合成カプラによる合波ロスが大きくなるとともに、発振波長スペクトル幅内における縦モードの変動によって、雑音や利得変動を発生させることになる。このため、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈは、３ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以下とするのが好ましい。
【０１５３】
さらに、ファイバブラッググレーディング（ＦＢＧ）を用いた半導体レーザモジュールの場合、ＦＢＧと光反射面との間の共振によって相対強度雑音（RＩN）プロファイルの周波数軸上に周期的なピークが現れ、これにより増幅された信号光にノイズが加わる。これに対し、この実施形態例の半導体レーザ素子６８を用いた半導体レーザモジュールでは、ストライプに回折格子７５が設けられているので、そのようなノイズピークのない、波長安定化されたレーザ光を得ることができるため、低ノイズのラマン増幅を行わせることができる。
【０１５４】
また、ＦＢＧを用いた半導体レーザモジュールの場合、共振器内に機械的な結合部（すなわち、フランジ１ａとＦＢＧ付きファイバ８を保持したフェルール２３とのＹＡＧレーザ溶接による結合）を有するため、振動や温度変化などによってレーザの発振特性が変化する場合が発生する。これに対し、この実施形態例の半導体レーザ素子６８では、共振器を構成するために機械的な結合部を要しないため、機械的な振動や温度変化などによるレーザの発振特性の変化がなく、安定した光出力を得ることができる。
【０１５５】
この実施の形態例によれば、半導体レーザ素子６８が回折格子７５によって波長選択を行い、発振波長を1３００〜1５５０μｍ帯とし、共振器長ＬＲを８００〜３２００μｍ帯とすることによって、発振波長スペクトル８２の半値幅△λｈ内に複数の発振縦モード、好ましくは４本以上の発振縦モードをもつレーザ光を出射するようにしている。その結果、ラマン増幅器の励起用光源として用いた場合に誘導ブリルアン散乱を発生せずに、安定し、かつ高いラマン利得を得ることができる。
【０１５６】
また、回折格子７５が半導体レーザ素子６８のストライプ内に形成されているため、半導体レーザ素子の外部にＦＢＧ付きのファイバを光結合させる場合のように、機械的振動や温度変化などによって光結合が変動することがない。
【０１５７】
（第７の実施形態例）
図１８（Ａ）〜（Ｃ）は第７の実施形態例である半導体レーザ素子の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【０１５８】
上述した第６の実施形態例では、共振器長ＬＲを長くすることによって、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈ内の縦モード数が複数となるようにしている。これに対し、第７の実施形態例では、回折格子のグレーティング長ＬＧあるいは結合係数を変化させることによって、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈを変化させ、これによって半値幅Δλｈ内の縦モード数を増やすようにしている。
【０１５９】
図１８（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子８４ａは、回折格子７５の配置構成が、第６の実施形態例に係る半導体レーザ素子６８と異なるとともに、第２の反射膜８１の反射率が異なる。その他の構成は、半導体レーザ素子６８と同じであり、同一構成部分には、同一符号を付して、説明を省略する。
【０１６０】
回折格子７５は、反射率２％以下、より好ましくは１％以下、さらに好ましくは０．２％以下の低光反射率をもつ第２の反射膜８１から反射率８０％以上の高光反射率をもつ第１の反射膜８０側に向けて所定長ＬＧ１分、形成され、所定長ＬＧ１以外のｐ−ＩｎＰクラッド層７２には、回折格子７５が形成されていない。
【０１６１】
また、図１８（Ｂ）は、第７の実施形態例の変形例である半導体レーザ素子８４ｂの横成を示す長手方向の縦断面図である。この半導体レーザ素子８４ｂは、第１の反射膜８０側に設けた回折格子７５を有するとともに、第１の反射膜８０の反射率を低光反射率としている。すなわち、回折格子７５は、反射率０．1〜２％の低光反射率をもつ第１の反射膜８０から反射率1〜５％の低光反射率をもつ第２の反射膜８１側に向けて所定長ＬＧ２分、形成され、所定長ＬＧ２以外のｐ−ＩｎＰクラッド層７２には、回折格子７５が形成されない。
【０１６２】
さらに、図１８（Ｃ）は、第７の実施形態例のさらなる変形例である半導体レーザ素子８４ｃの構成を示す長手方向の縦断面図である。この半導体レーザ素子８４ｃは、図１８（Ａ）に示した回折格子７５および図１８（Ｂ）に示した回折格子７５の構成を適用したものである。
【０１６３】
すなわち、この半導体レーザ素子８４ｃは、２％以下の低光反射率をもつ第２の反射膜８１から反射率２％以下の低光反射率をもつ第１の反射膜８０側に向けて所定長ＬＧ３分、形成された回折格子７５と、この第１の反射膜８０から第２の反射膜８１側に向けて所定長ＬＧ４分、形成された回折格子７５とを有する。
【０１６４】
図１８に示した回折格子７５の所定長を変化させることによって、発振縦モードのモード間隔Δλが固定的であっても、図１６に示した発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈを変化させることができる。
【０１６５】
すなわち、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈを広くするためには、回折格子７５の長さを短くすることも有効である。このため、実施の形態例に示したように、回折格子７５を共振器（ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７１）の長さ全体に施すのではなく、この共振器の一部に形成するようにする。
【０１６６】
この場合、共振器に対する回折格子７５の位置によっては、発振の位相条件が満たされず、十分な特性が得られないおそれがあるため、図１８（Ａ）に示したように、回折格子７５を第２の反射膜８１を起点として第１の反射膜８０に向かう方向に共振器の途中まで延ばして形成する場合には、第２の反射膜８１として２％以下の反射率をもつ低光反射コートを施すとともに、第１の反射膜８０として８０％以上の反射率をもつ高反射コートを施すようにするのが好ましい。また、図１８（Ｂ）に示したように、回折格子７５を第１の反射膜８０を起点として第２の反射膜８１に向かう方向に共振器の途中まで延ばして形成する場合には、第１の反射膜８０として２％以下の反射率をもつ低光反射コートを施すとととに、第２の反射膜８１として1〜５％の反射率をもつ低反射コートを施すようにするのが好ましい。さらに、図１８（Ｃ）に示したように、回折格子７５をそれぞれ第２の反射膜８１側および第１の反射膜８０側に形成する場合には、第２の反射膜８１および第１の反射膜８０として、ともに反射率２％以下の低光反射コートを施すのが好ましい。
【０１６７】
また、図１８（Ａ）に示したように、回折格子７５を第２の反射膜８１側に形成する場合には、回折格子７５自体の反射率を低めに設定するのが好ましく、図１８（Ｂ）に示したように、回折格子７５を第１の反射膜８０側に形成する場合には、回折格子７５自体の反射率を高めに設定することが好ましい。また、図１８（Ｃ）に示したように、回折格子７５を第２の反射膜８１側および第１の反射膜８０側の双方に形成する場合には、一方の回折格子７５自体の反射率を低めに設定するとともに、他方の回折格子７５自体の反射率を高めに設定するのが好ましい。これによって、回折格子７５による波長選択特性を満足させつつ、第１の反射膜８０および第２の反射膜８１によるファプリペロー型共振器の影響を小さくすることができる。
【０１６８】
具体的に、図１８（Ａ）に示した半導体レーザ素子では、共振器長ＬＲが1３００μｍであり、回折格子７５のグレーティング長ＬＧ１が５０μｍ、結合係数Kと、グレーティング長の積ｋ・ＬＧが０．１２５である。このような回折格子７５を適用した場合、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈは、約２ｎｍとなり、半値幅Δλｈ内に３〜８本程度の発振縦モードを含ませることができる。
【０１６９】
また、図１８では、回折格子７５を、第２の反射膜８１側または第１の反射膜８０側、あるいは第２の反射膜８１側および第１の反射膜８０側の双方に設けたが、これに限らず、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７１に沿い、共振器長に対して部分的な長さをもつ回折格子７５を形成するようにしてもよい。
【０１７０】
この第７の実施形態例では、共振器長ＬＲに対する回折格子７５の長さを部分的なものとし、この回折格子７５のグレーティング長ＬＧおよび結合係数KＬＧを適切に変化させることによって、所望の発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈを得ることができ、この半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードをもったレーザ光を発振させることができ、第６の実施形態例と同様な作用効果をもった半導体レーザ素子を実現することができる。
【０１７１】
（第８の実施形態例）
図１９は本発明の第８の実施形態例である半導体レーザ素子の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【０１７２】
上述した第６及び第７の実施形態例では、回折格子７５のグレーティング周期は一定であったが、この第８の実施形態例では、回折格子７５のグレーティング周期を周期的に変化させたチャープドグレーティングを用い、これによって、回折格子７５の波長選択特性に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトル８２の半値幅Δλｈを広げて、半値幅Δλｈ内の縦モード数を増加させるようにしている。
【０１７３】
図１９に示すように、半導体レーザ素子８５は、グレーティング周期を周期的に変化させたチャープドグレーティング７５を有している。その他の構成は、第６の実施形態例の半導体レーザ素子６８と同じであり、同一構成部分には、同一符号を付して、説明を省略する。
【０１７４】
図２０は、回折格子７５のグレーティング周期の周期的変化を示す図である。図２０に示すように、この回折格子７５は、平均周期が２３０ｎｍであり、±０．1５ｎｍの周期揺らぎ（偏差）を周期Ｃで繰り返す構造を有している。この±０．1５ｎｍの周期揺らぎによって回折格子７５の反射帯域は、約２ｎｍの半値幅を有し、これによって、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に３〜６本程度の発振縦モードを持たせることができる。
【０１７５】
上述した第８の実施形態例では、共振器長ＬＲ全体にわたってチャープドグレーティングを形成するようにしていたが、これに限らず、第７の実施形態例に示したようにチャープドグレーティングの回折格子７５を、共振器長ＬＲに対して部分的に配置するようにしてもよい。すなわち、上述した第８の実施形態例に示したチャープドグレーティングを第７の実施形態例に適用するようにしてもよい。
【０１７６】
また、上述した第８の実施形態例では、一定の周期Ｃでグレーティング周期を変化させるチャープドグレーティングとしたが、これに限らず、グレーティング周期を、周期∧1（２３０ｎｍ＋０．1５ｎｍ）と周期∧２（２３０ｎｍ−０．1５ｎｍ）との間で、ランダムに変化させるようにしてもよい。
【０１７７】
さらに、図２１（Ａ）に示すように、周期∧1と周期∧２とを１回ずつ交互に繰り返す回折格子７５ａとして、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、図２１（Ｂ）に示すように、周期∧1と周期∧２とをそれぞれ複数回、交互に繰り返す回折格子７５ｂとして、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。さらに、図２１（Ｃ）に示すように、連続する複数回の周期∧1と連続する複数回の周期∧２とをもつ回折格子７５ｃとして、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、周期∧1と周期∧２との間の離散的な異なる値をもつ周期を補間して配置するようにしてもよい。
【０１７８】
この第８の実施形態例では、半導体レーザ素子に設けられる回折格子７５としてチャープドグレーティングなどを用い、平均周期に対して±０．０５〜０．２ｎｍ程度の周期揺らぎをもたせることによって、回折格子７５の反射帯域の半値幅ひいては発振波長スペクトルの半値幅Δλｈを決定し、該半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードが含まれるレーザ光が出力されるようにする。この結果、第６の実施形態例あるいは第７の実施形態例と同様な作用効果をもった半導体レーザ素子を実現することができる。
【０１７９】
（第９の実施形態例）
第６〜第８の実施形態例の半導体レーザ素子では、２つのストライプに設けられた回折格子７５で選択される波長は略同一である。これに対し、第９の実施形態例の半導体レーザ素子では、２つのストライプに設けられた回折格子７５で選択される波長が異なるように選択して設定されている。
【０１８０】
２つのストライプの回折格子７５で選択される波長がわずかにずれている場合（０．１以上３ｎｍ未満、例えば約０．５ｎｍ程度）、両ストライプの出射光の重ね合わせとして得られるスペクトルは、そのスペクトル半値幅内により多くの縦モードを有する。このため、ＤＯＰが効率的に低減され、ラマン増幅に好適に使用することができる。
【０１８１】
また、２つのストライプが互いに数ｎｍ〜数十ｎｍ異なった波長（例えば３ｎｍ以上異なっていてもよい。）のレーザ光を出射するように異なった波長の回折格子７５を設計することもできる。この場合、１つの半導体レーザ素子の２つのストライプから出射されるレーザ光は、パッケージ１内に内蔵される波長合成素子によって波長合成され、これによって従来複数の半導体レーザモジュールからの出力光を波長合成する際に使用していた外部の波長合成カプラが不要となり、小型化、省部品化が可能となる。
【０１８２】
なお、この場合、光出力をそれぞれの波長毎に制御することが必要となる場合がある。そこで、図８（Ｃ）に示すように、２つのストライプの間に分離溝３８を形成し、その分離溝３８表面を絶縁膜で被覆することにより、２つのストライプを電気的に分離するのが好ましい。
【０１８３】
以上第６〜第９実施形態例においては、回折格子７５を任意に組み合わせて２つのストライプを形成することにより、半導体レーザモジュールから出力される光の波長を任意に設定することができる。
【０１８４】
なお、このように互いに異波長のレーザ光を出射する２つのストライプから出射された光を、ルチル等の複屈折物質を用いずに波長合成する場合、すなわち、例えばプリズムを用いて波長合成する場合には、半波長板６は使用しなくてもよい。
【０１８５】
（第１０の実施形態例）
第１〜第５の実施形態例のように、２つのレーザ光を出射するダブルストライプ型半導体レーザモジュールでは、ＦＢＧを形成した偏波保存ファイバを取り付ける場合には、通常、偏波保存ファイバの偏波保存軸にレーザ光の偏光方向が一致するように調整することが行われる。
【０１８６】
これに対し、第１０の実施形態例では、２つのストライプに回折格子７５を設けた第６〜第９の実施形態例の半導体レーザ素子を用いて、ＦＢＧを不要とし、さらに偏波保存ファイバの偏波保存軸を半導体レーザ素子の各レーザ光の偏光方向と４５度ずれるように光結合している。これによって、偏波保存ファイバをデポラライザとして機能させることができ、ＤＯＰをより効果的に低減することができる。
【０１８７】
（第１１の実施形態例）
図２２（Ａ）は、本発明の第１１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０１８８】
図２２（Ａ）に示すように、第１１の実施形態例では、２つのストライプに回折格子７５を設けた第６〜第１０の実施形態例の半導体レーザ素子（代表して符号８６とする）を用いて、光ファイバ８にＦＢＧ等の光反射部１５を設ける必要をなくし、さらに、半導体レーザ素子８６から出射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を光ファイバ８に向かう方向にだけ透過させる光アイソレータ９４が、第１レンズ４と第２レンズ１６との間に配置されている。それ以外は第１の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。光アイソレータ９４を配置することにより、反射戻り光を防止して半導体レーザ素子８６の動作を安定化させることができる。なお、光アイソレータ９４は、第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２が平行になっている箇所、例えばプリズム５と半波長板６との間に配置されることにより、１つの光アイソレータ９４で両方のレーザ光に対応することができる。
【０１８９】
なお、アイソレータ９４を用いずに、レーザ光Ｋ１，Ｋ２がＰＢＣ７の入射面に斜めに入射するよう、ＰＢＣ７を傾けることにより、反射戻り光が半導体レーザ素子２に結合することを防止するようにしてもよい。なお、本発明では、半波長板６とＰＢＣ７は同一の保持部財１４に固定されて偏波合成モジュール６０が構成されているため、角度調整が容易に行える。さらに、図２２（Ｂ）に示すように、ＰＢＣ７の入射面をＺ軸方向に角度β（例えば４°）だけ傾斜して加工しておくことによっても、反射戻り光が半導体レーザ素子２に結合することを防止することができる。
【０１９０】
（第１２の実施形態例）
図２３は、本発明の第１２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０１９１】
図２３に示すように、第１２の実施形態例では、２つのストライプ９，１０を備えた半導体レーザ素子２から出射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２のうち、第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４の中心点及び光ファイバ８の軸線方向を通過するように構成されていることを特徴としている。
【０１９２】
ＰＢＣ７において、第２のレーザ光Ｋ２の入力部７ｂと出力部７ｃとは第２のレーザ光Ｋ２の光軸に対して垂直に形成され、第１のレーザ光Ｋ１の入力部７ａはこれらの面に対して傾斜して形成されている。それ以外の点は第１の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。
【０１９３】
第１２の実施形態例によれば、第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４の中心点及び光ファイバ８の軸線方向を通過し、第１のレーザ光Ｋ１が第１レンズ４によって第２のレーザ光Ｋ２との間隔を広げられるので、プリズムを設ける必要がなくなり、構成を簡単にすることができる。
【０１９４】
また、半導体レーザモジュールの光軸方向の長さを短くできるので、高温状態において生じるパッケージの反りに起因した光出力特性の変動を低減できる。
【０１９５】
さらに、ＰＢＣ７の入力部７ａの傾斜面を形成するために研磨を片側だけ行えばよいので、ＰＢＣ７を低コストで作製することができる。
【０１９６】
なお、第１２の実施形態例においても、中心軸周りの角度調整を容易にするため、半波長板６とＰＢＣ７とを同一のホルダ部材１４に固定し偏波合成モジュールとして構成してもよい。
【０１９７】
（第１３の実施形態例）
図２４は、本発明の第１３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０１９８】
図２４に示すように、第１３の実施形態例では、複数（図２４の例では２つ）のプリズム５ａ，５ｂが光軸方向に沿って設けられていることを特徴としている。プリズム５ａ、５ｂは、２つのレーザ光Ｋ１、Ｋ２を入力する平坦な入力部と、これと非平行に形成された平坦な出力部を有している。それ以外の点は第１の実施形態例の半導体レーザモジュールと略同様である。第１３の実施形態例によれば、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２を精度よく平行にすることが可能となる。なお、本実施形態例では、第６乃至第９の実施形態例で示した各ストライプに互いに異波長の回折格子７５を具備した半導体レーザ素子を用いてもよい。
【０１９９】
（第１４の実施形態例）
図２５は、本発明の第１４の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０２００】
図２５に示すように、第１４の実施形態例では、第１３の実施形態例と同様のプリズム５ａ、５ｂを用いるが、第１レンズ４を通過した第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とが略重なる位置にプリズム５ａの入射面が配置されていることを特徴としている。また、本実施形態例における半導体レーザ素子２では、各ストライプ９、１０が互いに異波長の回折格子７５を具備している。第１４の実施形態例によれば、プリズム５を通過した略重なった２つのレーザ光Ｋ１、Ｋ２を集光レンズ６に入射させることになるので、構成をより簡単にすることができる。なお、ここではプリズム５ａ、５ｂは波長合成手段として機能している。
【０２０１】
また、半導体レーザモジュールの光軸方向の長さを短くできるので、高温状態において生じるパッケージの反りに起因した光出力特性の変動を低減できる。
【０２０２】
（第１５の実施形態例）
図２６は、本発明の第１５の実施形態例に係るフォトダイオード（受光素子）３の例を示す説明図である。
【０２０３】
フォトダイオード３は、図２６（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子２の各ストライプ９，１０の後側端面（図２６では左側）から出射された光を受光する導波路型受光素子であってもよい。
【０２０４】
また、フォトダイオード３は、図２６（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子２の各ストライプ９，１０の後側端面から出射された各光を受光してモニタするように複数設けられていてもよい。この場合、半導体レーザ素子２とフォトダイオード３との間に、半導体レーザ素子２から出射された各光の間隔を広げるように分離させるレンズ９５を配置するのが好ましい。
【０２０５】
さらに、図２６（Ｃ）に示すように、フォトダイオード３は、半導体レーザ素子２の各ストライプ９，１０の前側端面から出射されプリズム５によって反射された各光をそれぞれ受光してモニタしてもよい。
【０２０６】
フォトダイオード３のモニタ結果に基づいて、例えばＡＰＣ（Auto Power Control)回路によってそれぞれ半導体レーザ素子２への駆動電流量を調整して光出力が一定に制御される。
【０２０７】
これらの構成によれば、２つのストライプそれぞれに独立してＡＰＣ制御をかけることが可能となり、レーザ光Ｋ１、Ｋ２を任意の光強度バランスに保つことができる。
【０２０８】
（第１６の実施形態例）
図２７は、本発明の第１６の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０２０９】
図２７（Ａ）に示すように、第１６の実施形態例に係る半導体レーザモジュールは、間隔を隔てて形成された複数（図２７の例では２つ）のストライプ９，１０を有し、各ストライプ９，１０の前側端面から複数のレーザ光Ｋ１、Ｋ２を出射する半導体レーザ素子２と、半導体レーザ素子２から出射された複数のレーザ光を別焦点に集光させる第１レンズ４と、第１レンズ４を通過した複数のレーザ光の光合成手段として機能するプリズム９７と、プリズム９７から出射されるレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバ８とを有する。
【０２１０】
半導体レーザ素子２のストライプ９，１０には前述した回折格子７５が設けられ、ストライプ９，１０から各々異なる波長でレーザ光が出射される。
【０２１１】
第１６の実施形態例では、プリズム９７として、図２７（Ｂ）に示すようにクサビ形プリズムが用いられている。このクサビ形プリズムの入射側表面には、入射光の波長及び入射角に応じて光を反射又は透過する波長選択フィルタ９７ａが設けられている。波長選択フィルタ９７ａは、例えば誘電体多層膜により形成されている。
【０２１２】
図２８は、波長選択フィルタ９７ａに入射したときの光透過率を示すグラフである。図２８に示すように、波長選択フィルタ９７ａへの入射角度の違いにより光の透過率に違いがあり、入射角度がθｂの場合には、入射する光の波長がλｘ（θｂ）以下の光はほぼ１００％透過し、λｘ（θｂ）よりも長い光はほぼ１００％反射する。また、入射角度がθａの場合には、入射する光の波長がλｘ（θａ）以下の光はほぼ１００％透過し、λｘ（θａ）よりも長い光はほぼ１００％反射する。
【０２１３】
また、このクサビ形プリズムの出射側表面には、全ての波長の光を反射する全反射膜９７ｂと、光の反射を防止する反射防止膜９７ｃが設けられている。
【０２１４】
第１６の実施形態例では、レーザ光Ｋ１、Ｋ２の波長をそれぞれλａ、λｂとした場合に、波長選択フィルタ９７ａへのレーザ光Ｋ１、Ｋ２の入射角度がそれぞれθａ、θｂとなるように、プリズム９７を傾けて配置している。
【０２１５】
すなわち、この場合、第１のレーザ光Ｋ１は、波長選択フィルタ９７ａの第１入力部Ｉ1に角度θａで入射すると、プリズム９７の屈折率Ｎｐによって角度θ’ａで透過して、全反射膜９７ｂ（反射部）でθｓ（θａ＋クサビ角度ψ）の角度で反射し、第２のレーザ光Ｋ２の入射位置に達する。
【０２１６】
一方、第２のレーザ光Ｋ２は、波長選択フィルタ９７ａの第２入力部Ｉ2に角度θｂで入射すると、プリズム９７の屈折率Ｎｐによって角度θ’ｂで透過する。第１のレーザ光Ｋ１は、波長選択フィルタ９７ａの第２入力部Ｉ2においてθ’ｂ（２θｓ＋クサビ角度ψ）で反射するので、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２は合成される。合成されたレーザ光（Ｋ１＋Ｋ２）は、反射防止膜９７ｃが形成された出力部Ｏを透過する。
【０２１７】
本実施形態例の光モジュールは、例えば、以下のような数値に設計することにより実施することが可能である。
【０２１８】
（１）半導体レーザ素子の各ストライプの発振波長：λａ＝１４８０ｎｍ、λｂ＝１４６０ｎｍ
（２）半導体レーザ素子の出射端面（前側端面）におけるレーザ光のスポット半径：ωLD＝１．７μｍ
（３）第１のストライプ９と第１レンズ４の光軸Ｃとの距離：ｄａ＝−tanαａ・ｆ２＝１９．１６μｍ
【０２１９】
（４）第２のストライプ１０と第１レンズ４の光軸Ｃとの距離：ｄｂ＝−tanαｂ・ｆ２＝ー１９．１６μｍ
（５）第１レンズの焦点距離：ｆ２＝７２０μｍ
（６）第１レンズ４の光軸Ｃと第１のレーザ光Ｋ１とのなす角度：αａ＝（θａーθｂ）／２＝−１．５２４°
【０２２０】
（７）第１レンズの光軸Ｃと第２のレーザ光Ｋ２とのなす角度：αｂ＝（θｂーθａ）／２＝１．５２４°
（８）プリズム９７のパラメータ：ψ＝１°、Ｎｐ＝１．５
（９）第１のレーザ光Ｋ１の入射位置でのプリズム９７の厚さ：ｔ＝１ｍｍ
【０２２１】
（１０）レーザ光のプリズムへの入射・透過角：θａ＝１２．０５０°、θ’ａ＝８°、θｂ＝１５．０９８°、θ’ｂ＝１０°
（１１）第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の入射位置の間隔：Δｙ≒２（tanθａ＋ψ）ｔ≒０．４６２ｍｍ
（１２）第１レンズ４の焦点位置からプリズム端面までの光軸上の距離：Ｄ≒Δｙ／（θｂ−θａ）＝８．７ｍｍ
【０２２２】
（１３）波長選択フィルタ９７ａの遮断波長：λｘ（θａ）＝１４８６．５ｎｍ，λｘ（θｂ）＝１４７０ｎｍ、，λｘ（０）＝１５２２．６ｎｍ
（１４）第２レンズの焦点距離：ｆ３＝２１００μｍ
（１５）光ファイバのモードフィールド半径：ωｆ＝５μｍ
【０２２３】
なお、このとき、第１レンズ４出射後の両レーザ光の交差角度θの許容誤差（光ファイバとの結合効率が最大値から１ｄＢ低下する角度幅）Δθは０．０１３°程度であり、両レーザ光の交差角度の誤差をこの許容範囲内に抑えるためには、くさび角ψ＝１±０．００３°、ｄａ＝−ｄｂ＝１９．１６±０．０３μｍ、ｆ２＝７２０±０．７μｍとなるように、各々の部品を作製すればよい。これにより、ストライプ９，１０と光ファイバ８との結合効率を、それぞれ８０％以上にすることが可能となる。
【０２２４】
（第１７の実施形態例）
図２９は、本発明の第１７の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【０２２５】
図２９に示すように、第１７の実施形態例に係る半導体レーザモジュールは、間隔を隔てて形成された複数（図２９の例では３つ）のストライプ９ａ，９ｂ，９ｃを有し、各ストライプ９ａ，９ｂ，９ｃの前側端面から複数のレーザ光Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を出射する半導体レーザ素子２と、半導体レーザ素子２から出射された複数のレーザ光をそれぞれ別焦点に集光させる第１レンズ４と、第１レンズ４を通過した複数のレーザ光を光合成するプリズム９７と、プリズム９７から出射されるレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバ８とを有する。
【０２２６】
半導体レーザ素子２のストライプ９ａ、９ｂ、９ｃは前述した回折格子７５が設けられ、ストライプ９ａ、９ｂ、９ｃから各々異なる波長でレーザ光が出射される。
【０２２７】
また、第１７の実施形態例では、プリズム９７として、図３０に示すように、クサビ形プリズムが用いられている。このクサビ形プリズムの入射側表面には、入射光の波長及び入射角に応じて光を反射又は透過する波長選択フィルタ９７ａが設けられている。波長選択フィルタ９７ａは、例えば誘電体多層膜により形成されている。さらに、クサビ形プリズムの出射側表面には、全ての波長の光を反射する全反射膜（反射部）９７ｂと、反射を防止する反射防止膜（出力部）９７ｃが形成されている。
【０２２８】
第１７の実施形態例では、レーザ光Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の波長をそれぞれλａ、λｂ、λｃとした場合に、波長選択フィルタ９７ａへのレーザ光Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の入射角度がそれぞれθａ、θｂ、θｃとなるように、プリズム９７を傾けて配置している。
【０２２９】
すなわち、この場合、第１のレーザ光Ｋ１は、波長選択フィルタ９７ａの第１入力部Ｉ1に角度θａで入射すると、プリズム９７の屈折率Ｎｐによって角度θ’ａで透過して、全反射膜９７ｂ（反射部）でθｓ（θａ＋クサビ角度ψ）の角度で反射し、第２のレーザ光Ｋ２の第２入力部Ｉ２に達する。
【０２３０】
一方、第２のレーザ光Ｋ２は、波長選択フィルタ９７ａの第２入力部Ｉ２に角度θｂで入射すると、プリズム９７の屈折率Ｎｐによって角度θ’ｂで透過する。第１のレーザ光Ｋ１は、波長選択フィルタ９７ａの第２入力部Ｉ２においてθ’ｂ（θｓ＋クサビ角度ψ）で反射するので、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２は合成される。合成されたレーザ光（Ｋ１＋Ｋ２）は、全反射膜９７ｂでθｔ（θ’ｂ＋クサビ角度ψ）の角度で反射し、第３のレーザ光Ｋ３の第３入力部Ｉ３に達する。
【０２３１】
また、第３のレーザ光Ｋ３は、波長選択フィルタ９７ａの第３入力部Ｉ３に角度θｃで入射すると、プリズム９７の屈折率Ｎｐによって角度θ’ｃで透過する。合成レーザ光（Ｋ１＋Ｋ２）は、波長選択フィルタ９７ａの第３入力部Ｉ３においてθ’ｃ（θｔ＋クサビ角度ψ）で反射するので、第３のレーザ光Ｋ３及び合成レーザ光（Ｋ１＋Ｋ２）は合成される。合成されたレーザ光（Ｋ１＋Ｋ２＋Ｋ３）は、反射防止膜９７ｃが形成された出力部Ｏを透過する。
【０２３２】
ここで、各レーザ光毎にクサビ形プリズム内で反射される回数が異なっているため、出力部Ｏに到達するまでに伝搬する光路長が異なっている。このような複数のレーザ光を単一の光ファイバに光結合させようとすると、各レーザ光のビームウェストの位置がずれているため、高い結合効率を得ることが困難になる。このため、各レーザ光の光路長の補正を行うことが必要になる。
【０２３３】
この目的のため、第１７の実施形態例では、第１のレーザ光Ｋ１の光路補正を行うための光路補正プリズム９６がプリズム９７の前側に配置されている（図３１参照）。
【０２３４】
光路補正プリズム９６により、各ストライプから出射されたレーザ光のｚ方向におけるガウシアンビーム（例えば図３２参照）のビームウェストの位置ずれΔｚのほか、ｘ，ｙ各方向におけるガウシャンビームのビームウェストの位置ずれ（Δｘ、Δｙ）を補正することもできる。（なお、ここで、図３１において、ｘ方向は紙面表から裏に向かう方向、ｙ方向は、紙面下から上に向かう方向、ｚ方向は紙面左から右に向かう方向を示している。）
【０２３５】
ここで、光路補正プリズム９６の光軸方向の長さをＬ、ｙ−ｚ平面内における光路補正プリズム９６へのレーザ光の入射角をθyz、透過角をθyz’、屈折率をＮｃとすると、ｙ方向の補正量Δｙは、次のように表すことができる。
【０２３６】
ｓｉｎθyz＝Ｎｃｓｉｎθyz’
Δｙ＝Ｌ・ｔａｎ（θyz−θyz’）／（１−ｔａｎ（θyz−θyz’）ｔａｎθyz）≒Ｌθyz（rad)・（１−１／Ｎｃ）
なお、ｘ方向の補正量Δｘも、ｚｘ平面内における入射角θzxと透過角θzx’を用いて、同様の式で表現できる。
【０２３７】
また、ｚ方向の補正量Δｚは、Δｚ≒（１−１／Ｎｃ）Ｌとなる。
【０２３８】
上式から、光路補正プリズムの挿入により、ｚ方向の光路長を補正することが可能であると同時に、該光路補正プリズム９６をｙ軸の周りに（ｚｘ平面内で）回転調整することにより、第１のレーザ光Ｋ１のビームウェストのｘ軸方向の位置ずれΔｘを補正することができる。また、光路補正プリズム９６をｘ軸の周りに（ｙｚ平面内で）回転調整することによりビームウェストのｙ軸方向の位置ずれΔｙの補正を行うことができる。
【０２３９】
このように、本実施形態例では、光路補正プリズム９６を挿入することにより、光路長差をほぼ完全に補正できる。同様に、第２のレーザ光Ｋ２に対しても光路補正プリズム９６を挿入して光路長補正を行ってもよい。
【０２４０】
本実施形態例によれば、レーザ光の光路上に光路補正プリズム９６を挿入しているので、各部品の加工公差を比較的ゆるくしても、各レーザ光の光ファイバ８への光結合を約８０パーセント以上とすることが可能である。
【０２４１】
なお、本実施形態例では、第１レンズ４により複数のレーザ光の間隔が広げられ、各レーザ光が重なることなく独立しているので、各レーザ光について光路補正プリズム９６を挿入することができる。
【０２４２】
本実施形態例の光モジュールは、例えば、以下のような数値に設計することにより実施することが可能である。
【０２４３】
（１）半導体レーザ素子の各ストライプの発振波長：λａ＝１４９０ｎｍ、λｂ＝１４７０ｎｍ、λｃ＝１４５０ｎｍ
（２）半導体レーザ素子の出射端面（前側端面）におけるレーザ光のスポットサイズ：ωLD＝１．７μｍ
（３）第１のストライプ９ａと第１レンズ４の光軸Ｃとの距離：ｄａ＝−tanαａ・ｆ２＝−３８．４μｍ
（４）第２のレーザ光Ｋ２の光路と第１レンズ４の中心軸Ｃを一致させる。
（５）第３のストライプ９ｃと第１レンズ４の光軸Ｃとの距離：ｄｃ＝−tanαｃ・ｆ２＝３８．６μｍ
（６）第１レンズの焦点距離：ｆ２＝７２０μｍ
（７）第１レンズ４の光軸Ｃと第１のレーザ光Ｋ１とのなす角度：αａ＝θａ−θｂ＝−３．０５°
（８）第１レンズの光軸Ｃと第３のレーザ光Ｋ３とのなす角度：αｃ＝θｃーθａ＝３．０７°
（９）プリズム９７のパラメータ：ψ＝１°、Ｎｐ＝１．５
（１０）第１のレーザ光Ｋ１の入射位置でのプリズム９７の厚さ：ｔ＝１ｍｍ
（１１）レーザ光のプリズムへの入射・透過角：θａ＝１２．０５０°、θ’ａ＝８°、θｂ＝１５．１０°、θ’ｂ＝１０°、θｃ＝１８．１７°、θ’c＝１２°
（１２）第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２との入射位置の間隔：Δｙ１≒２（tanθａ＋ψ）ｔ≒０．４６２ｍｍ
（１３）第２のレーザ光Ｋ２と第３のレーザ光Ｋ３との入射位置の間隔：Δｙ２≒２（tanθａ＋２ψ／cos2θａ＋ψ）ｔ≒０．５３５ｍｍ
（１４）第１レンズ４の焦点位置からプリズム９７端面までの光軸上の距離：Ｄ≒Δｙ２／（θｃ−θｂ）(rad)＝１０．０ｍｍ
（１５）波長選択フィルタ９７ａの遮断波長：λｘ（θａ）＝１５０２．７７ｎｍ、λｘ（θｂ）＝１４８３．５７ｎｍ、λｘ（θｃ）＝１４６０ｎｍ、λｘ（０）＝１５３６．６２ｎｍ
【０２４４】
このとき、第１のレーザ光Ｋ１と第３のレーザ光Ｋ３の光路差は、約２．５ｍｍとなる。この光路差を補正するための光路補正プリズムとしては、シリコン（Ｎｃ＝３．４）を用い、かつ長さＬを３．５ｍｍとすればよい。この場合、図３１を参照して、光路長の補正量Δｚは、
Δｚ≒（１−１／Ｎｃ）Ｌ≒２．５ｍｍ
となり、ｙ方向の補正量Δｙは、
Δｙ＝Ｄ・（θｂ−θａ）（rad）−Δｙ１＝０．０７０ｍｍ
また、ｙｚ面内におけるプリズム入射角θyzは、
θyz≒１．２５°
である。
【０２４５】
なお、第１レンズ４と第２レンズ１６の間におけるビームスポット径が、擬似平行光とされている場合よりも小さくなるよう、第１レンズ４と第２レンズ１６の位置を調整すれば、第１レンズ４出射後のビームの交差角度θの許容誤差Δθを大きく取ることができるようになり、これによってプリズム９７のくさび角ψの許容誤差はψ＝１±０．０５°、ｄａ、ｄｃの作製公差を±０．１μｍとすることができ、また、プリズムをほぼ無調整で配置し、低損失での合波が可能となる。
【０２４６】
上記第１６及び第１７の実施形態例を一般化すると、半導体レーザ素子２の第１〜ｎ（ｎは２以上の整数）のストライプからそれぞれ第１〜第ｎ波長の光を出射した場合、プリズム９７は、第１〜第ｎ波長の光をそれぞれ入射する第１〜第ｎ入力部と、光を全反射する反射部と、出力部とを備えたものであり、各第ｉ（ｉは２〜ｎの全ての整数）入力部と反射部は、第ｉ−１入力部から光合成手段内に入射した第１乃至第ｉ−１光が反射部において第ｉ入力部に向かって反射され、第ｉ入力部において第ｉ波長の光の進行方向に反射されて、第ｉ波長の光と合成されるように構成され、かくして合成された第１〜第ｎ波長の光は出力部を介して光ファイバに結合される。
【０２４７】
（第１８の実施形態例）
第１８の実施形態例は、上述した第１〜第１７の実施形態例に示した半導体レーザモジュールをラマン増幅器に適用したものである。
【０２４８】
図３３は、本発明の第１２の実施形態例であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。このラマン増幅器は、例えばＷＤＭ通信システムに用いられる。図３３に示すように、本発明の第１８の実施形態例に係るラマン増幅器４８は、信号光が入力される入力部４９と、信号光が出力される出力部５０と、入力部４９と出力部５０の間で信号光を伝送する光ファイバ（増幅用ファイバ）５１と、励起光を発生させる励起光発生部５２と、励起光発生部５２によって発生された励起光と光ファイバ（増幅用ファイバ）５１に伝送される信号光とを合波するＷＤＭカプラ５３とを有する。入力部４９とＷＤＭカプラ５３との間及び出力部５０とＷＤＭカプラ５３との間には、入力部４９から出力部５０への方向の信号光だけを透過させる光アイソレータ５４がそれぞれ設けられている。
【０２４９】
励起光発生部５２は、互いに波長帯の異なるレーザ光を出射する本発明の実施形態例に係る複数の半導体レーザモジュールＭと、半導体レーザモジュールＭから出射されたレーザ光を合成するＷＤＭカプラ５５とを有する。
【０２５０】
半導体レーザモジュールＭから出射された励起光は、偏波保存ファイバ５５ａを介してＷＤＭカプラ５５によって合成され、励起光発生部５２の出射光となる。
【０２５１】
励起光発生部５２で発生した励起光は、ＷＤＭカプラ５３により光ファイバ５１に結合され、一方、入力部４９から入力された信号光は、光ファイバ５１で励起光と合波されて増幅され、ＷＤＭカプラ５３を通過し、出力部５０から出力される。
【０２５２】
光ファイバ５１内において増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ５３及び光アイソレータ５４を介してモニタ光分配用カプラ５６に入力される。モニタ光分配用カプラ５６は、増幅信号光の一部を制御回路５７に分配し、残りの増幅信号光は出射レーザ光として出力部５０から出力される。
【０２５３】
制御回路５７は、入力された一部の増幅信号光をもとに各半導体レーザモジュールＭのレーザ出射状態、例えば光強度を制御し、光増幅の利得が波長に対して平坦な特性となるようにフイードバック制御する。
【０２５４】
このラマン増幅器４８では、各ストライプからの出射光が偏波合成されて無偏光化された半導体レーザモジュールを用いた場合には、高い利得を得ることができるとともに、信号光の偏波状態によらず、安定した利得を得ることができる。
【０２５５】
また、ストライプに回折格子７５が設けられた半導体レーザ素子が内蔵された半導体レーザモジュールを用いた場合には、ＦＢＧを用いた半導体レーザモジュールに比して相対強度雑音（RＩN）を低減することができるので、増幅された信号光のノイズを抑えることができる。
【０２５６】
さらに、半導体レーザ素子が、多くの縦モードで発振しているため、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、安定し、低ノイズで、かつ高いラマン利得を得ることができる。
【０２５７】
また、図３３に示したラマン増幅器は、後方励起方式であるが、上述したように、半導体レーザモジュールが無偏光化され、かつ相対雑音強度（RIN）の低減された励起光を出力するため、前方励起方式であっても、双方向励起方式であっても、信号光の偏波状態によらず、安定した利得を得ることができる。
【０２５８】
この図３３に示したラマン増幅器は、上述したようにＷＤＭ通信システムに適用することができる。図３４は、図３３に示したラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの構成を示すブロック図である。
【０２５９】
図３４において、複数の送信機８７から送出された波長λ1〜λｎの光信号は、光合波器８８によって合波され、1つの光ファイバ８９に集約される。この光ファイバ８９の伝送路上には、図３３に示したラマン増幅器に対応した複数のラマン増幅器９０が距離に応じて配置され、減衰した光信号を増幅する。
【０２６０】
この光ファイバ９０上を伝送した信号は、光分波器９１によって、複数の波長λ1〜λｎの光信号に分波され、複数の受信機９２に受信される。なお、光ファイバ８９上には、任意の波長の光信号を付加し、取り出したりするＡＤＭ９３（Add／DropMultiplexer）が挿入される場合もある。
【０２６１】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。
【０２６２】
前記の実施の形態に係る半導体レーザモジュールＭでは、半導体レーザ素子２とホルダ部材１４とは同一の冷却装置２０によって冷却されるが、別個の冷却装置を用いて、半導体レーザ素子２とホルダ部材１４とを独立に温度制御してもよい。
【０２６３】
また、偏光回転手段としては、半波長板６を用いることを示したが、例えばファラデー素子を用いて偏光面を回転させてもよい。この場合、ファラデー素子をコイルの内部に配置し、ファラデー素子に印加する磁界強度をコイルに流す電流の大きさによって可変とすれば、レーザの波長のばらつきや、温度のばらつきによる偏光面の回転角のばらつきを、コイルに流す電流の大きさを調整することによって個々に補償することが可能となる。
【０２６４】
また、本発明の実施形態例の半導体レーザモジュールは、ラマン増幅用の励起光源に用いるだけでなく、例えば、０．９８μｍなどのＥＤＦＡ励起用光源として用いることができるのは明らかである。さらに、本発明の実施形態例の半導体レーザモジュールを信号光源として用いることも可能である。
【０２６５】
また、本半導体レーザ素子２に形成されるストライプの数は、２本又は３本に限定されず、４本以上あってもよい。
【０２６６】
【発明の効果】
本発明によれば、偏光回転手段及び光合成手段の前段に、間隔を隔てて形成された第１のストライプ及び第２のストライプを有し、第１のストライプ及び第２のストライプの一方側端面からそれぞれ第１のレーザ光及び第２のレーザ光を出射する単一の半導体レーザ素子を備えている。このようなストライプは精度よく配列させることができるので、２つのレーザ光のビームスポットやその位置を精度良く、かつ再現性良く決定することができる、安定して光ファイバに高い光結合効率で光を入射することが可能となる。
【０２６７】
また、半導体レーザ素子から出射された第１のレーザ光と第２のレーザ光とが入射され、これらをストライプの並び方向に分離させる単一の第１レンズを具備し、これにより高い位置精度で２つのレーザ光の間隔を広げることができるので、これら２つのレーザ光をその先の光学部品により精度良く光合成することができる。その結果、光学部品の加工やモジュール内での位置決めが容易となる。
【０２６８】
また、ストライプ間隔の狭い単一の半導体レーザ素子を用いることができるので、１枚のウェハから得られる半導体チップの量が従来例よりも増大し、大量生産に適する。
【０２６９】
また、単一の半導体レーザ素子の２つのストライプからそれぞれレーザ光を出射し、ストライプの並び方向に分離させるので、２つのストライプ間の間隔を狭くすることができ、半導体レーザ素子からのレーザ光を受光する第１レンズは１つで足りる。その結果、半導体レーザモジュールの小型化を図ることができるとともに、第１レンズの位置決め時間が短くなり、半導体レーザモジュールの製造時間の短縮化を図ることができる。
【０２７０】
また、レンズとして球レンズアレイやフレネルレンズアレイ等、通常使用されないようなレンズアレイを使用する必要はなく、通常使用されているレンズで実施可能であるので、製造コストを低減できる。
【０２７１】
また、１個の半導体レーザ素子から出射される複数の光は略同じ方向に伝搬されるため、パッケージの反りの影響を１方向だけに限定することにより、光ファイバから出射される光出力の安定化を図ることができる。
【０２７２】
また、１個の半導体レーザ素子から複数のレーザ光を出射することにより、これらの光はパッケージの反り等に対して、光ファイバとの結合効率が同じ傾向で変動する。従って、温度変動等があった場合でも光ファイバから出射される光の偏光度が安定化する。
【０２７３】
また、１つの半導体レーザ素子を用いるので、半導体レーザ素子から発生した熱を冷却するためのペルチェモジュール等の冷却装置を小型化でき、低消費電力化を図ることができる。
【０２７４】
さらに、半導体レーザ素子から第１のレーザ光及び第２のレーザ光が出射され、偏光回転手段によって第１のレーザ光又は第２のレーザ光の偏光面が回転し、光合成手段によって第１のレーザ光と第２のレーザ光が偏波合成されるので、光ファイバからは高出力で、かつ偏光度の小さいレーザ光を出射することができる。また、光ファイバにＦＢＧからなる光反射部が形成されている場合には、光ファイバから波長が固定されたレーザ光を出射することができる。従って、上記の半導体レーザモジュールを、高出力が要求されるエルビウムドープ光増幅器や、さらに低偏波依存性及び波長安定性が要求されるラマン増幅器の励起光源として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【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の構成を示す側面断面図、（Ｂ）は半導体レーザ素子がヒートシンク上に固定して取り付けられている状態を示す側面図である。
【図２】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の構成を模式化して示す説明図である。
【図３】（Ａ）はプリズムの構成を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。
【図４】（Ａ）は偏波合成モジュールを示す平面図、（Ｂ）はその側面断面図、（Ｃ）はその正面図である。
【図５】ダブルストライプ型半導体レーザモジュールにおいて駆動電流２Ａ（つまりストライプ１本あたり１Ａ）を印加した時のスペクトルを示すグラフである。
【図６】ダブルストライプ型半導体レーザモジュールにおいてＬＤ駆動電流に対するファイバ出力を示すグラフである。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は第１レンズの調芯工程を説明するための説明図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は半導体レーザ素子の構成を説明するための説明図であり、図８（Ｂ）及び（Ｃ）は図８（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
【図９】半導体レーザ素子の他の例を示す説明図である。
【図１０】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構成を模式化して示す説明図である。
【図１１】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の構成を模式化して示す説明図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態例の偏波合成モジュールを示す分解斜視図である。
【図１３】図１２の偏波合成モジュールを示す側面断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態例の半導体レーザ素子を示す説明図である。
【図１５】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第６の実施形態例の半導体レーザ素子の構成を説明するための説明図であり、図１５（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図１５（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、ｃ−ｃ線断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態例の半導体レーザ素子の発振波長スペクトルと発振縦モードとの関係を示すグラフである。
【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）は、単一発振縦モードと複数発振縦モードとのレーザ光出力パワーの関係及び誘導プリルアン散乱のしきい値を示す図である。
【図１８】（Ａ）〜（Ｃ）は第７の実施形態例である半導体レーザ素子の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態例である半導体レーザ素子の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図２０】図１９に示した半導体レーザ素子に設けられた回折格子の周期揺らぎを示す説明図である。
【図２１】図１９に示した半導体レーザ素子に設けられた回折格子の周期揺らぎを実現する変形例を示す説明図である。
【図２２】本発明の第１１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図２３】本発明の第１２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図２４】本発明の第１３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図２５】本発明の第１４の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図２６】本発明の第１５の実施形態例に係るフォトダイオード（受光素子）の例を示す説明図である。
【図２７】本発明の第１６の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図２８】波長選択フィルタ７ａに入射したときの光透過率を示すグラフである。
【図２９】本発明の第１７の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図３０】クサビ形プリズムを説明するための説明図である。
【図３１】光路補正プリズムを説明するための説明図である。
【図３２】ガウシャンビームの結合を説明するための説明図である。
【図３３】本発明の第１２の実施形態例であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３４】図２３に示したラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの構成を示すブロック図である。
【図３５】米国特許第５５８９６８４号公報に開示された従来の半導体レーザ装置を説明するための説明図である。
【符号の説明】
Ｋ１：第１のレーザ光
Ｋ２：第２のレーザ光
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：半導体レーザモジュール
１：パッケージ
１ａ：フランジ部
１ｂ：窓部
１ｃ：蓋
２：半導体レーザ素子
３：フォトダイオード
４：第１レンズ
５：プリズム
６：半波長板（偏光回転手段）
７：ＰＢＣ
７ａ：第１の入力部
７ｂ：第２の入力部
７ｃ：出力部
８：光ファイバ
９：第１のストライプ
１０：第２のストライプ
１１：チップキャリア
１２：フォトダイオードキャリア
１３：第１のレンズ保持部材
１４：ホルダ部材
１５：光反射部
１６：第２レンズ
１７：第１の基台
１８：第２の基台
１９ａ：第１の支持部材
１９ｂ：第２の支持部材
２０：冷却装置
２０ａ：サーミスタ
２１：第２のレンズ保持部材
２２：スライドリング
２３：フェルール
２４：基板
２５：積層構造
２６：下部電極
２７：上部電極
２８：低反射膜
２９：高反射膜
３１：ｎ−ＩｎＰクラッド層
３２：ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
３３：ｐ−ＩｎＰクラッド層
３４：上部埋め込み層
３５：キャップ層
３６：ｐ−ＩｎＰブロッキング層
３７：ｎ−ＩｎＰブロッキング層
３８：分離溝
３９：絶縁膜
４０：基板
４１：ｎ型下部クラッド層
４２：活性層
４３：ｐ型上部クラッド層
４４：絶縁層
４５：ｐ−ＧａＡｓ層
４６：上部電極
４７：下部電極
４８：ラマン増幅器
４９：入力部
５０：出力部
５１：光ファイバ
５２：励起光発生部
５３：ＷＤＭカプラ
５４：光アイソレータ
５５：ＷＤＭカプラ
５６：モニタ光分配用カプラ
５７：制御回路
５８：ヒートシンク
５９：偏波合成モジュール
６０：偏波合成モジュール
６１：ホルダ部材
６２：第１の調整シート
６３：第２の調整シート
６４：半波長板ホルダ
６５：トップカバー
６６：第１のストッパー
６７：第２のストッパー
６８：半導体レーザ素子
６９：ｎ−ＩｎＰ基板
７０：ｎ−ＩｎＰバッファ層
７１：ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
７２：ｐ−ＩｎＰクラッド層
７３：埋め込み層
７４：キャップ層
７５：回折格子
７６：ｐ−ＩｎＰブロッキング層
７７：ｎ−ＩｎＰブロッキング層
７８：Ｐ側電極
７９：ｎ側電極
８０：第１の反射膜
８１：第２の反射膜
８２：発振波長スペクトル
８３ａ〜８３ｃ：発振縦モード
８４ａ〜８４ｃ：半導体レーザ素子
８５：半導体レーザ素子
８５：半導体レーザ素子
８６：半導体レーザ素子
８７：送信機
８８：光合波器
８９：光ファイバ
９０：ラマン増幅器
９１：光分波器
９２：受信機
９３：ＡＤＭ
９４：光アイソレータ
９５：レンズ
９６：光路補正プリズム
９７：プリズム
Claims (21)
- 基板と、前記基板の一方の面に半導体のエピタキシャル結晶成長により形成された積層構造と、前記基板の他方の面に形成された第１の電極と、前記積層構造上に形成された第２の電極と、同じ前記積層構造内に１００μｍ以下の間隔を隔てて形成された第１のストライプ及び第２のストライプとを有し、前記第１の電極及び第２の電極に駆動電流を供給して前記第１のストライプ及び第２のストライプを同時に駆動させ、前記第１のストライプ及び第２のストライプの一方側端面からそれぞれ同一方向に直線偏光し、かつ後に偏波合成すべき第１のレーザ光及び第２のレーザ光を出射する単一の半導体レーザ素子と
その半導体レーザ素子から出射された前記第１のレーザ光と第２のレーザ光とが入射され、前記第１のレーザ光と第２のレーザ光とを前記第１，第２のストライプの並び方向に分離又は収束させる単一の第１レンズと、
前記第１、第２のレーザ光の少なくとも一方の偏光面を回転させ、前記第１、第２のレーザ光の偏光面を直交させる偏光回転手段と、
前記第１のレーザ光が入射される第１の入力部と、前記第２のレーザ光が入射される第２の入力部と、前記第１の入力部から入射される第１のレーザ光と前記第２の入力部から入射される第２のレーザ光とが合波されて偏光度が低減された合成光が出射される出力部とを有する光合成手段と、
その光合成手段の前記出力部から出射される前記合成光を受光し外部に送出する光ファイバと、
を有することを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 前記半導体レーザ素子の各ストライプから出射された光を受光してモニタする受光素子を有す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。
- 前記受光素子は、前記半導体レーザ素子の各ストライプの他方側端面から出射された光を受光する導波路型受光素子であ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。
- 前記受光素子は、半導体レーザ素子の各ストライプの他方側端面から出射された各光を受光してモニタするように複数設けら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。
- 前記半導体レーザ素子と受光素子との間に、前記半導体レーザ素子から出射された各光の間隔を広げるように分離させるレンズを配置した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。
- 前記受光素子は、前記光合成手段によって反射された光を受光してモニタす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。
- 前記半導体レーザ素子の第１のストライプと第２のストライプは、互いに平行に延びて形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第１レンズは、前記第１のストライプから出射された第１のレーザ光の光軸と前記第２のストライプから出射された第２のレーザ光の光軸とが、前記第１レンズの中心軸を挟んで略対称になるように位置決めされることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光合成手段は、前記第１の入力部から入射した第１のレーザ光と前記第２の入力部から入射した第２のレーザ光の何れか一方を常光線として前記出力部に伝搬させるとともに、他方を異常光線として前記出力部に伝搬させる複屈折素子であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記常光線が光ファイバの軸線方向に伝搬するように、前記光合成手段の第１の入力部と第２の入力部が形成されている各々の面が傾斜して形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記常光線が光ファイバの軸線方向に伝搬するように、前記半導体レーザ素子及び第１レンズは、前記軸線方向に対して所定角度傾斜して配置されることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第１レンズと前記光合成手段との間には、第１のレーザ光及び第２のレーザ光を入射し、互いの光軸を略平行にして出射するプリズムが配設されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光合成手段により合成された第１、第２のレーザ光を前記光ファイバに光結合させる第２レンズを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光が、前記第１レンズと前記第２レンズとの間で焦点を結ぶように前記第１レンズが位置決めされていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザモジュール。
- 所定の波長の光を半導体レーザ素子に帰還させる光反射部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１つに記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光反射部は、前記光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングであることを特徴とする請求項１５に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記半導体レーザ素子を冷却する冷却装置と、その冷却装置上に固定され、前記半導体レーザ素子を載置する基台とを有し、前記第１レンズ、前記偏光回転手段及び光合成手段は、前記基台上に固定されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記半導体レーザ素子は、ヒートシンクを介して前記基台に載置されていることを特徴とする請求項１７に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記基台は、前記半導体レーザ素子を固定する第１の基台と、その第１の基台上に固定され、前記第１レンズ、前記偏光回転手段及び光合成手段を固定する第２の基台とからなることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記請求項１乃至１９のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュールを光増幅用の励起光源として用いていることを特徴とする光増幅器。
- 前記励起光源は、ラマン増幅に用いられることを特徴とする請求項２０に記載の光増幅器。
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