JP3833882B2 - 半導体レーザモジュール - 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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野においては、伝送する情報の大容量化を目指して波長分割多重伝送方式(WDM: wavelength division multiplexing)による光伝送方式が発展しており、特に北米を中心として加速的に伸びている。
このＷＤＭ方式で用いる光ファイバアンプの励起光源として、１４８０，９８０ｎｍ帯域のポンプ半導体レーザの需要が高まっている。特に、１４８０ｎｍ帯域では波長合成、９８０ｎｍ帯域ではゲインプロファイルの平坦化、をそれぞれ図るため、ファイバブラッググレーティング（以下、単に「ＦＢＧ」という）を用いて半導体レーザモジュールにおける出射光の波長を安定させるの必要性が高まっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記半導体レーザモジュールでは、例えば光ファイバアンプの出力制御を図るうえで、半導体レーザにおけるレーザ出力、例えば前方からの出力光、もしくは後方のモニタ光の不安定性が問題となっている。特に、上記半導体レーザモジュールでは、ＦＢＧを用いて波長の安定化を図ると、レーザ出力が一層不安定になるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、レーザ出力を安定させることができる半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願発明においては、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記半導体レーザを収容するパッケージと、前記出力光が入射する端部を有する光ファイバと、前記半導体レーザから前記光ファイバを通過して延びる前記出力光の光路に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる第１の光帰還部と、前記光路に前記第１の光帰還部から離間して配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長において反射率を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる少なくとも１つの第２の光帰還部とを備え、前記第１及び第２の光帰還部は前記パッケージの外部に配置され、かつ、前記半導体レーザの後端面から、前記第１及び第２の光帰還部のうちいずれかの中心位置までの前記出力光の光路に沿ってみた距離が１０ｃｍ以上であるとともに、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部のうち隣接する光帰還部間の中心位置の間隔が５ｍｍ以上である構成としたのである（請求項１）。
請求項２の本願発明は、前記第２の光帰還部が、所定の反射中心波長を有することを特徴としている。
請求項３の本願発明は、前記第１及び第２の光帰還部は、前記光ファイバに設けられていることを特徴としている。
請求項４の本願発明は、前記第２の光帰還部が、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有することを特徴としている。
請求項５の本願発明は、前記第１の光帰還部が、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している。
請求項６の本願発明は、前記第２の光帰還部が、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している。
請求項７の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部のそれぞれは、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している。
請求項８の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴としている。
請求項９の本願発明は、前記第２の光帰還部の反射特性における半値全幅は、前記第１の光帰還置の反射特性における半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項１０の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部の最大反射率は、近くに位置する第２の光帰還部の最大反射率以下であることを特徴としている。
請求項１１の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、前記第１の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であり、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、近くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項１２の本願発明は、前記第１の光帰還部の反射中心波長と前記第２の光帰還部の反射中心波長との差が２ｎｍ以内であることを特徴としている。
請求項１３の本願発明は、前記第１の光帰還部の反射中心波長と前記第２の光帰還部の反射中心波長との差が０．５ｎｍ以内であることを特徴としている。
請求項１４の本願発明は、前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴としている。
請求項１５の本願発明は、前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴としている。
請求項１６の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴としている。
請求項１７の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は、前記第１の光帰還部の反射中心波長で決まることを特徴としている。
請求項１８の本願発明は、前記第１及び第２の光帰還部は、前記光ファイバに設けられていることを特徴としている。
請求項１９の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有することを特徴としている。
請求項２０の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴としている。
請求項２１の本願発明は、前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴としている。
請求項２２の本願発明は、前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴としている。
請求項２３の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴としている。
また、上記目的を達成するため本願発明においては、パッケージ内に収容され、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記パッケージの一側壁に取り付けられ、前記出力光が入射する一端部を有し、前記出力光を前記パッケージの外部に導出する光ファイバと、前記パッケージの外部にて前記半導体レーザから前記光ファイバを通過して延びる前記出力光の光路に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる第１の光帰還部と、前記パッケージの外部にて前記光路に前記第１の光帰還部から離間して配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長において反射率を有し、前記半導体レーザの出力光が安定化されるように前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還させる少なくとも１つの第２の光帰還部とを備え、前記半導体レーザの後端面から、前記第１及び第２の光帰還部のうちいずれかの中心位置までの前記出力光の光路に沿ってみた距離が１０ｃｍ以上であるとともに、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部のうち隣接する光帰還部間の中心位置の間隔が５ｍｍ以上である構成としたのである（請求項２４）。
請求項２５の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザの出力光のコヒーレンシーを低下させるように前記半導体レーザに出力光を帰還させることを特徴としている。
請求項２６の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下の反射率を有することを特徴としている。
請求項２７の本願発明は、前記第１の光帰還部は、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している。
請求項２８の本願発明は、前記第２の光帰還部は、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している。
請求項２９の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部のそれぞれは、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している。
請求項３０の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴としている。
請求項３１の本願発明は、前記第２の光帰還部は所定の反射中心波長を有し、前記第２の光帰還部の反射特性における半値全幅は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項３２の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部の最大反射率は、近くに位置する第２の光帰還部の最大反射率以下であることを特徴としている。
請求項３３の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部は所定の反射中心波長を有し、前記第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、前記第１の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であり、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、近くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項３４の本願発明は、前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴としている。
請求項３５の本願発明は、前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴としている。
請求項３６の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴としている。
請求項３７の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は、前記第１の光帰還部の反射中心波長で決まることを特徴としている。
また、上記目的を達成するため本願発明においては、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記半導体レーザを収容するパッケージと、前記出力光が入射する端部を有する光ファイバと、前記半導体レーザから前記光ファイバを通過して延びる前記出力光の光路に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる第１の光帰還部と、前記光路に前記第１の光帰還部から離間して配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長と同一の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる少なくとも１つの第２の光帰還部とを備え、前記第１及び第２の光帰還部は前記パッケージの外部に配置され、かつ、前記半導体レーザの後端面から、前記第１及び第２の光帰還部のうちいずれかの中心位置までの前記出力光の光路に沿ってみた距離が１０ｃｍ以上であるとともに、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部のうち隣接する光帰還部間の中心位置の間隔が５ｍｍ以上である構成としたのである（請求項３８）。
請求項３９の本願発明は、前記第１及び第２の光帰還部は、前記光ファイバに設けられていることを特徴としている。
請求項４０の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有することを特徴としている。
請求項４１の本願発明は、前記第１の光帰還部は、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している。
請求項４２の本願発明は、前記第２の光帰還部は、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している。
請求項４３の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部のそれぞれは、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している。
請求項４４の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴としている。
請求項４５の本願発明は、前記第２の光帰還部の反射特性における半値全幅は、前記第１の光帰還置の反射特性における半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項４６の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部の最大反射率は、近くに位置する第２の光帰還部の最大反射率以下であることを特徴としている。
請求項４７の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、前記第１の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であり、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、近くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項４８の本願発明は、前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴としている。
請求項４９の本願発明は、前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴としている。
請求項５０の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴としている。
請求項５１の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は、前記第１の光帰還部の反射中心波長で決まることを特徴としている。
【０００６】
好ましくは、前記第２の光帰還部は、少なくとも第１の光帰還部における半値全幅の波長範囲内では第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有するものを用いる。
また好ましくは、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部との反射中心波長を略同一とする。
【０００７】
更に好ましくは、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部との反射中心波長の差を０．５ｎｍ以内に設定する。
好ましくは、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部は、反射中心波長が異なるものとする。
また好ましくは、前記第２の光帰還部は、実質的に波長依存性のないフラットな反射レベル特性を有し、反射率が前記第１の光帰還部の最大反射率よりも小さいものとする。
【０００８】
更に好ましくは、前記第１及び第２の光帰還部のいずれかをファイバブラッググレーティングで構成する。
好ましくは、前記第１及び第２の光帰還部は、隣接する光帰還部間の長手方向中心位置の距離を少なくとも５ｍｍ以上に設定する。
また好ましくは、前記第１の光帰還部および前記少なくとも１つの第２の光帰還部のうち、いずれか２つ以上のものが、それぞれの反射特性を重ねあわせた反射特性を有するチャープトブラッググレーティングとする。
【０００９】
更に好ましくは、、前記光帰還部を前記パッケージの外部に配置する。
好ましくは、前記光ファイバは、前記半導体レーザと前記光帰還部との間に光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段を設ける。
また好ましくは、前記偏波変動防止手段を複屈折ファイバとする。
更に好ましくは、前記複屈折ファイバを、コアに非軸対称性の応力が付与され、応力付与部の断面形状が円形であるＰＡＮＤＡファイバ、断面扇状のボウタイファイバ、断面楕円形状の楕円ジャケットファイバ、あるいはコアの導波構造が非軸対称に設定され、コアの断面形状が楕円形の楕円コアファイバのいずれかとする。
【００１０】
好ましくは、前記半導体レーザの後端面から前記第１及び第２の光帰還部のいずれかの光帰還部の長手方向中心位置までの距離を１０ｃｍ以上とする。
また好ましくは、前記半導体レーザの発振波長を９８０ｎｍ帯とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体レーザモジュールに係る実施形態例を図１乃至図１２に基づいて詳細に説明する。
ここで、以下に説明する各実施形態においては、同一の構成要素に同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。
【００１２】
先ず、第１の実施形態に係る半導体レーザモジュール１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、パッケージ２、ぺルチェ素子３、ベース４、光ファイバ５、半導体レーザ６及びフォトダイオード７を備えている。
パッケージ２は、ぺルチェ素子３、ベース４、光ファイバ５の一端側、半導体レーザ６及びフォトダイオード７等を収納する。パッケージ２は、底板２ａ、周壁２ｂ及びカバー２ｃを有し、周壁２ｂの上部にカバー２ｃが被着されている。また、パッケージ２は、周壁２ｂにスリーブ２ｄが設けられ、スリーブ２ｄに光ファイバ５の後述する第２フェルール５ｂが挿着されている。パッケージ２は、内部が、例えば窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とされている。
【００１３】
ぺルチェ素子３は、底板２ａ上に設置され、半導体レーザ６の駆動に伴う発熱を冷却して所定温度に制御する温度制御素子である。ペルチェ素子３の上にベース４が載置されている。ペルチェ素子３は、リード線３ａによって駆動電流がパッケージ２の外部から供給される。
ベース４は、図１に示すように、第１キャリア８，ヒートシンク９を介して半導体レーザ６が載置されている。また、ベース４は、半導体レーザ６の後端面６ｂ側に第２キャリア１０が、前端面６ａ側に光ファイバ５の一端に取り付けた第１フェルール５ａが、それぞれ配置されている。
【００１４】
光ファイバ５は、シングルモードファイバの他、種々の光ファイバが用いられ、レンズドファイバと、ＦＢＧを形成した光ファイバとが融着接続されている。前記レンズドファイバは、半導体レーザ６と対向配置される光結合手段としての楔型のレンズ部が一端に形成されている。また、光ファイバ５は、一端側に第１フェルール５ａと第２フェルール５ｂが取り付けられている。光ファイバ５は、第２フェルール５ｂを介してスリーブ２ｄからパッケージ２の外へ延出している。第１フェルール５ａは、支持部品５ｃ，５ｄによってベース４に設置されている。
【００１５】
更に、光ファイバ５は、図１（ｂ）に示すように、第１あるいは第２の光帰還部となるＦＢＧ1，ＦＢＧ2，………ＦＢＧi，………，ＦＢＧnが形成されている。ＦＢＧ1〜ＦＢＧnは、どのような並び順で配置しても構わないし、半値全幅の大きさの大小関係も問わない。
ここで、ＦＢＧ1は本発明の第１の光帰還部として機能し、それ以外のＦＢＧ2〜ＦＢＧnは、それぞれ第２の光帰還部として機能する。第１の光帰還部（ＦＢＧ1）は、半導体レーザ６の発振波長を決める所定の反射中心波長に設定されている。一方、第２の光帰還部（ＦＢＧ2〜ＦＢＧn）は、レーザ出力を安定化させるための構成部分であり、１つだけでもよいし複数あってもよい。
【００１６】
本実施形態の半導体レーザモジュール１は、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnをパッケージ２の外部に配置している。これは、半導体レーザモジュール１に特性不良が生じた場合、高価なＦＢＧ1〜ＦＢＧnの部分のみを取り外せば、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnの部分を他のモジュールに転用できる、という理由からである。
また、波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザモジュールの場合、パッケージ２内において半導体レーザ６を前記レンズドファイバと光結合させている。これは、前記レンズドファイバとＦＢＧ1〜ＦＢＧnとを光ファイバの短い長さの中に作り込むことが困難であるという理由による。
【００１７】
ここで、図２（ａ）〜（ｄ）には、縦軸を反射率Ｒ（％）、横軸を波長λ（ｎｍ）として、例えば、ＦＢＧ1，ＦＢＧ2，ＦＢＧi，ＦＢＧnの反射特性の一例を示す。このとき、本実施形態の半導体レーザモジュール１においては、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnは、それぞれ反射中心波長λc1〜λcnをそれぞれ略同一（例えば波長差２ｎｍ以内）とした。
【００１８】
即ち、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnは、それぞれ反射中心波長λc1〜λcnが略同一（例えば波長差２ｎｍ以内）で、半導体レーザ６から最も近い第１番目のＦＢＧ1の半値全幅をΔλ1、第２番目に近いＦＢＧ2の半値全幅をΔλ2、…………、第ｉ番目に近いＦＢＧiの半値全幅をΔλi、…………、第ｎ番目に近いＦＢＧnの半値全幅をΔλnとすると、Δλ1≦Δλ2≦…………≦Δλi≦…………≦Δλnの関係が同時に成立するように設定した。
【００１９】
このとき、ＦＢＧ1〜ＦＢＧn相互間における反射中心波長の差は、好ましくは２ｎｍ以内、より好ましくは０．５ｎｍ以内、さらに好ましくは０．２ｎｍ以内とする。反射中心波長をこのように設定すると、半導体レーザを所望の波長で安定して発振させ易く好ましい。
また、ＦＢＧ2〜ＦＢＧnは、少なくともＦＢＧ1における半値全幅の波長範囲内ではＦＢＧ1の最大反射率以下の反射率を有するものを使用することが望ましい。
【００２０】
更に、他の態様として、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnは、縦軸を反射率Ｒ（％）、横軸を波長λ（ｎｍ）としたときに、それぞれ反射中心波長λc1〜λcnが同一で、半導体レーザ６から最も近い第１番目のＦＢＧ1の最大反射率をＲ1、第２番目に近いＦＢＧ2の最大反射率をＲ2、…………、第ｉ番目に近いＦＢＧiの最大反射率をＲi、…………、第ｎ番目に近いＦＢＧnの最大反射率をＲnとすると、Ｒ1≧Ｒ2≧…………≧Ｒi≧…………≧Ｒnの関係が同時に成立するように設定してもよい。
【００２１】
半導体レーザ６は、例えば、波長９８０ｎｍ帯のレーザ光を前端面６ａから光ファイバ５に出射すると共に、後端面６ｂからフォトダイオード７にモニタ光を出射する。このとき、半導体レーザ６は、例えば活性層と光ファイバ５の光軸との高さ方向の差ができるだけ小さく、好ましくは数μｍ以内となるように、第１フェルール５ａに対して位置決めされる。このとき、第１フェルール５ａは、半導体レーザ６から出射される光と光結合効率が略最大になる位置に配置されている。
【００２２】
フォトダイオード７は、図１（ａ）に示すように、受光面を傾けて第２キャリア１０上に設けられ、半導体レーザ６の後端面６ｂから出射されるモニタ光を受光するモニタである。ここで、前方から出力される光を分岐してモニタする構成もあるので、半導体レーザモジュール１ではフォトダイオード７は必須の構成要素ではない。
【００２３】
本実施形態の半導体レーザモジュール１は以上のように構成され、以下、半導体レーザモジュール１の動作について説明する。
先ず、半導体レーザ６から出射された光は、光ファイバ５に入射され、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnによって元の半導体レーザ６側に帰還される。この帰還動作が繰り返されることで、半導体レーザ６はＦＢＧ1の反射中心波長λc1においてレーザ発振する。このレーザ発振によって、半導体レーザ６は、前端面６ａから出力光となるレーザ光を、後端面６ｂからモニタ光となるレーザ光を、それぞれ出射する。
【００２４】
このとき、半導体レーザ６からの距離の異なるＦＢＧ１〜ＦＢＧｎからの光帰還によって、半導体レーザ６の発振状態のコヒーレンシーが下がるため、レーザ出力が安定し、フォトダイオード７におけるモニタ電流も安定化する。
図４（ａ），（ｂ）に、半導体レーザモジュール１について、横軸を時間（秒）、縦軸をモニター電流の変動率（％）としたグラフを示す。ここで、モニター電流の変動率は、６００秒測定した間のモニター電流の平均値（＝変動率０％）からのずれとして定義される。
【００２５】
図４（ａ）は、本実施形態において、第１の光帰還部が反射中心波長９７９ｎｍ、反射率７％、半値全幅１ｎｍの１つのＦＢＧ1であり、第２の光帰還部が反射中心波長９７９ｎｍ、反射率２％、半値全幅２ｎｍのＦＢＧ2（すなわちこの例では第２の光帰還部となるＦＢＧが１つのみ）である場合の結果を示す。一方、図４（ｂ）は本実施形態の比較例として、光帰還部が反射中心波長９７９ｎｍ、反射率１２％、半値全幅１．５ｎｍのＦＢＧ１つのみである場合の結果を示す。
【００２６】
図４（ｂ）では、モニター電流の変動率が非常に大きく変動しているのに対し、図４（ａ）では、モニター電流の変動率が非常に安定していることが分かる。このことから、本実施形態の構成とすることによって、半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ６のレーザ出力が安定化することが確認された。
一方、簡単のため第２の光帰還部が１つのときを考え、図５に示す半導体レーザモジュール１５のように、光ファイバ５において第１の光帰還部となるＦＢＧ1と第２の光帰還部となるＦＢＧ2とを距離Ｌ（≧５ｍｍ）をおいて隣接させて形成する。
【００２７】
半導体レーザモジュール１５は、上記のように光帰還部がモジュール構成全体で２つあると、発振波長λ、光ファイバの屈折率ｎで決定される波長間隔λ2／２ｎＬ程度の反射率の変動が反射波形に形成される。このとき、半導体レーザモジュール１５は、距離Ｌが短すぎると波長間隔が長くなり過ぎ、第１の光帰還部の中心波長近傍で形成される反射特性内で反射率の大きい部分があらわれる回数が少なくなってしまう。このため、半導体レーザモジュール１５は、発振状態が不安定となるものと推定される。このような状況を回避するため、距離Ｌを５ｍｍ以上に設定すると、半導体レーザモジュール１５は、更に半導体レーザ６の発振状態のコヒーレンシーを有効に下げることができ、レーザ出力を安定化することができるので好ましい。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態を図６乃至図８に基づいて説明する。
半導体レーザモジュール２０は、図６に示すように、光ファイバ５に光帰還部となるＦＢＧ５ｅが形成されている。縦軸を反射率Ｒ（％）、横軸を波長λ（ｎｍ）としたときに、第１の光帰還部と第２の光帰還部の反射特性を重ねあわせてなる全体として図７に示す反射特性を有するチャープトグレーティングとして形成されている。
【００２９】
ＦＢＧ５ｅは、第１の光帰還部と第２の光帰還部の反射特性を示す複数のガウシアン関数、例えば、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、反射中心波長λc1〜λc4がそれぞれ等しく（λc1＝λc2＝λc3＝λc4）、最大反射率がそれぞれＲ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4の４つのガウシアン関数ＦG1，ＦG2，ＦG3，ＦG4の重ね合わせで表される反射特性を有し、屈折率変化の周期が光ファイバ５の光軸方向に変化するチャープトグレーティングを使用した。
【００３０】
なお、チャープトグレーティングは、任意の光帰還部相互を組み合わせた反射波長特性を有するように形成することができる。
以上のように、半導体レーザモジュール２０は、複数のＦＢＧの反射特性を重ね合わせたチャープトグレーティングとして形成されたＦＢＧ５ｅを有する光ファイバ５を用いても、半導体レーザ６の発振状態のコヒーレンシーを下げ、モニタ電流を安定させることができた。
【００３１】
このように、本発明の半導体レーザモジュールは、第１の光帰還部と第２の光帰還部とを備える構成であるが、これら複数の光帰還部のそれぞれの反射特性を重ねあわせた単一の光帰還部も使用可能である。
次いで、本発明の第３の実施形態を図１（ｂ）及び図９に基づいて説明する。
本実施形態の半導体レーザモジュールは、図１（ｂ）に示す半導体レーザモジュール１において、光ファイバ５の第１の光帰還部を構成するＦＢＧ1と第２の光帰還部ＦＢＧ2，・・・，ＦＢＧnに関し、その反射中心波長及びこれらの反射中心波長における反射レベルが相違している点に特徴がある。
【００３２】
図９は、光ファイバ５の第１の光帰還部と第２の光帰還部に関する反射率（％）の分布の一例を示す。
図９に示すように、第１の光帰還部であるＦＢＧ1は、反射中心波長９７９ｎｍ、反射率Ｒ＝７％、半値全幅１ｎｍである。第２の光帰還部であるＦＢＧ2は、反射中心波長９８３ｎｍ、反射率Ｒ＝１０％、半値全幅５ｎｍである。第２の光帰還部（ＦＢＧ2）は、反射中心波長における反射率が第１の光帰還部（ＦＢＧ1）の反射中心波長における反射率より大きい。しかし、第２の光帰還部（ＦＢＧ2）は、第１の光帰還部（ＦＢＧ1）における半値全幅の波長範囲内では第１の光帰還部の最大反射率よりも反射率が小さくなる反射特性を有している。
【００３３】
一般に、半導体レーザ６が、第１の光帰還部（ＦＢＧ1）と第２の光帰還部（ＦＢＧ2〜ＦＢＧn）のどちらからの光によって発振するかは損失と利得の関係によって決まる。従って、半導体レーザモジュール１は、波長に対する利得の形状が適切である半導体レーザ６を用いて構成する。
すなわち、半導体レーザ６における活性層の利得係数をｇ、光の閉じ込め係数をΓとすると、半導体レーザ６の導波構造における実効的な利得はΓgと表すことができる。
【００３４】
ここで、半導体レーザ６の共振器長をＬre、散乱などによる半導体レーザ内の損失をαin、半導体レーザ６の後端面６ｂにおける振幅反射率をｒbとおく。また、半導体レーザ６の前端面反射率、半導体レーザ６−光ファイバ５間のパワー結合効率、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnの反射率等から計算される出射方向の実効反射率（一般に複素数）をｒfとおく。
【００３５】
このとき、ミラー損失αmは
αm=（1/Ｌre）ln（1/ｒb｜ｒf｜）…………式（１）
と表すことができる。
これらを用いて電界振幅のレーザ発振条件は、損失と利得がつり合う条件で
Γg（λ）=αin+αm(λ)……………………式（２）
と表すことができる。上式の括弧はレーザ発振条件に波長依存性があることを表している。
【００３６】
また、位相のレーザ発振条件は活性層の屈折率ｎ1を用いて
４πｎ1Ｌre/λ−２ｍπ=arg(ｒf)…………式（３）
と表すことができる。ｍは整数である。
一般的には、上記式（２）と式（３）によって半導体レーザ６の発振波長が決定される。式（２）をグラフに表すと、左辺は上に凸であり、右辺は下に凸である。よって、両辺の波長依存性のグラフを描いた時にその交点が半導体レーザ６の発振波長となり得る。
【００３７】
よって、半導体レーザ６の特性によって決まる式（２）の左辺の波長依存性に対して、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnで決定される右辺の波長依存性が第１の光帰還部（ＦＢＧ1）でのみ交点を持つように、半導体レーザ６とＦＢＧを、選択すれば良い。
このように、半導体レーザ６とＦＢＧ1〜ＦＢＧnを適切に選定することにより、図９のように、第１の光帰還部（ＦＢＧ1）よりも第２の光帰還部（ＦＢＧ2）の方が反射中心波長における反射率が大きい関係になっていたとしても、第１の光帰還部の中心波長のみで発振させることができる。
【００３８】
また、図９に示すように、第２の光帰還部は、第１の光帰還部（ＦＢＧ1）の反射中心波長においては、第１の光帰還部（ＦＢＧ1）よりも反射率は小さいが反射を生じている。この第２の光帰還部（ＦＢＧ2）からの光帰還によって、本実施形態の半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ６におけるレーザ発振のコヒーレンシーが下がり、モニター電流を安定させることができる。
【００３９】
更に、本発明の第４の実施形態例を図１０乃至図１２に基づいて説明する。
本実施形態の半導体レーザモジュール２５は、図１０に示すように、第１の光帰還部として、例えばＦＢＧ５ｆを用い、第２の光帰還部として、波長依存性のほとんどないフラットな反射率特性を有し、前記第２の光帰還部の反射率が前記第１の光帰還部の最大反射率よりも小さい光帰還部１６を用いる。ここで、第１の光帰還部であるＦＢＧ５ｆ及び第２の光帰還部である光帰還部１６の反射率（％）の分布を図１１に示す。
【００４０】
このような光帰還部１６としては、例えばＦＢＧ５ｆの反射中心波長を含んだ広い波長帯域内でフラットな反射レベル特性を有する誘電体多層膜、ＦＢＧその他の光フィルタ、もしくは所定の反射率に設定された光ファイバの出射端面を用いることができる。
本実施形態では、ファイバ長手方向に対して先端を球面状に研磨、もしくは垂直に切断した光ファイバの出射端面を光帰還部１６として有する、例えばＰＣ(Physical Contact)コネクタを用いた場合について説明する。
【００４１】
図１２（ａ），（ｂ）には、半導体レーザモジュール２５にかかる光出力Ｐo（ｍＷ）及びスロープ効率Ｓe（Ｗ／Ａ）の注入電流（ｍＡ）に対する電流依存性を示す。ここで、第１の光帰還部となるＦＢＧ５ｆとしては反射中心波長９７９ｎｍ、反射率７％、半値全幅１ｎｍのものを用いた。
図１２（ａ）は、本実施形態例の半導体レーザモジュールについて、例えば光帰還部１６の反射率が３％である上記ＰＣコネクタの場合の結果を示している。一方、図１２（ｂ）は、本実施形態の比較例として、光ファイバの出射端面を第２の光帰還部として有するＡＰＣ (Angled Physical Contact)コネクタを用いた場合の結果を示している。ＡＰＣコネクタは、反射光をファイバに再び結合させないように、突合せ端面に斜め研磨加工が施された光コネクタである。
【００４２】
従って、この場合の第２の光帰還部は、光ファイバの出射端面が斜め研磨されているので、反射率が１０-6％と非常に小さくなる。
図１２（ｂ）のＡＰＣコネクタを用いた半導体レーザモジュールでは、スロープ効率がなだらかではなく、不安定になっていることが分かる。これに対して、図１２（ａ）のＰＣコネクタを用いた半導体レーザモジュール２０では、スロープ効率がなだらかであり、図１２（ｂ）のような不安定性が解消されているのが分かる。
【００４３】
このように、波長依存性のほとんどないフラットな反射レベル特性を有し、反射率が第１の光帰還部であるＦＢＧ５ｆの最大反射率よりも小さい光帰還部１６を用いた場合でも、半導体レーザモジュール２５は、発振状態が安定することが確認できた。
ここで、光帰還部１６として、誘電体多層膜、ＦＢＧその他の光フィルタを用い、これらの光フィルタを通過した光を他のモジュールその他に接続する光コネクタとしてＡＰＣコネクタを用いると、光コネクタでの反射が低く抑えられる。従って、ＡＰＣコネクタを用いた半導体レーザモジュールは、光フィルタにより所望の反射率で光を半導体レーザ側に反射させることができるという点で好ましい。
【００４４】
ここで、上記各実施形態の半導体レーザモジュールは、波長９８０ｎｍ帯の光を出力する半導体レーザ６を使用している。
この種の半導体レーザ６は、一般的に、他の波長帯の光を出力するものに比べて、モニタ光の出力強度の時間的安定性が低いことが知られている。
よって、本発明は、どのような波長の半導体レーザ６にも適用できるものであるが、本発明を波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザ６を用いた半導体レーザモジュールに適用することは非常に効果が大きい。
【００４５】
また、ＦＢＧをパッケージ２の外部に配置することは、共振器長を長くすることも意味する。これにより、半導体レーザモジュールは、レーザ発振のコヒーレンシーをより効果的に下げることができるので、好ましい。本実施形態では、例えば半導体レーザ６の後端面６ｂから第１の光帰還部の光ファイバ５に沿った長手方向中心位置までの距離を１０ｃｍ以上とした。
【００４６】
更に、上記各実施形態のように、ＦＢＧをパッケージ２の外部に配置すると、半導体レーザ６とＦＢＧとの間における光ファイバ５の屈折率の変動等により、半導体レーザモジュールは、レーザ発振が不安定になることが懸念される。
よって、半導体レーザモジュールは、少なくとも半導体レーザ６とＦＢＧとの間では、光ファイバ５として、コアに非軸対称性の応力が付与され、応力付与部の断面形状が円形であるＰＡＮＤＡ(polarization-maintaining and absorption-reducing)ファイバ、断面扇状のボウタイファイバ、断面楕円形状の楕円ジャケットファイバ、あるいはコアの導波構造が非軸対称に設定され、コアの断面形状が楕円形の楕円コアファイバ等の複屈折ファイバを使用し、光の偏波変動を抑制する構成とした方が好ましい。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の半導体レーザモジュールは、上記構成に限定されるものではない。一例として、光結合手段については、光ファイバ５に対し、半導体レーザ６の前端面６ａから出射されるレーザ光を、大きな接続損失を伴うことなく入射できれば、レンズドファイバの楔型レンズ部に限定されるものでない。例えば、先球ファイバの先球部や単体レンズを用いたレンズ系等、適当な光学系による光結合手段を使用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１乃至１５の発明によれば、レーザ出力を安定させることができる半導体レーザモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールの全体構成を示す断面正面図（ａ）と、半導体レーザモジュール及び光ファイバに形成される複数のＦＢＧを示す概略構成図（ｂ）である。
【図２】図１の半導体レーザモジュールで使用する光ファイバに形成される複数のＦＢＧ1〜ＦＢＧnに関し、横軸に波長、縦軸に反射率をとった、反射レベルの波長依存性を示す特性図の一例である。
【図３】図１の半導体レーザモジュールで使用する光ファイバに形成される複数のＦＢＧ1〜ＦＢＧnに関し、横軸に波長、縦軸に反射率をとった、反射レベルの波長依存性を示す特性図の他の例である。
【図４】図１の半導体レーザモジュールについて、横軸に時間、縦軸にモニタ電流の変動率をとった、モニタ電流の変動率の経時変化を測定した結果を示す計測図で、第１の光帰還部と第２の光帰還部を設けた本実施形態の結果（ａ）と、第１の光帰還部のみの比較例の結果（ｂ）である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールの変形例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザモジュール及び光ファイバに形成される光帰還部を示す概略構成図である。
【図７】図６の光ファイバに形成されるＦＢＧに関し、横軸に波長、縦軸に反射率をとった、反射レベルの波長依存性を示す特性図である。
【図８】図６のＦＢＧが有する波長特性を形成する複数のガウシアン関数のそれぞれを反射率と波長との関係で個々に示した、反射レベルの波長依存性を示す特性図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザモジュールに形成される第１、第２の光帰還部となるＦＢＧに関し、横軸に波長、縦軸に反射率をとった、反射レベルの波長依存性を示す特性図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザモジュール及び光ファイバに形成される光帰還部を示す概略構成図である。
【図１１】半導体レーザモジュールに形成される第１、第２の光帰還部となるＦＢＧに関し、横軸に波長、縦軸に反射率をとった、反射レベルの波長依存性を示す特性図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザモジュールに関し、横軸に注入電流をとり、縦軸に出力光の電流値とスロープ効率をとった特性図で、第２の光帰還部としてＰＣコネクタを用いた本実施形態の場合（ａ）と、第２の光帰還部としてＡＰＣコネクタを用いた比較例の場合である（ｂ）。
【符号の説明】
１ 半導体レーザモジュール
２ パッケージ
３ ぺルチェ素子
４ ベース
５ 光ファイバ
５ｅ，５ｆ ファイバブラッググレーティング（光帰還部）
６ 半導体レーザ
７ フォトダイオード
８ 第１キャリア
９ ヒートシンク
１０ 第２キャリア
１５，２０，２５ 半導体レーザモジュール
ＦＢＧ1〜ＦＢＧn ファイバブラッググレーティング（光帰還部）
【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の分野においては、伝送する情報の大容量化を目指して波長分割多重伝送方式(WDM: wavelength division multiplexing)による光伝送方式が発展しており、特に北米を中心として加速的に伸びている。
このＷＤＭ方式で用いる光ファイバアンプの励起光源として、１４８０，９８０ｎｍ帯域のポンプ半導体レーザの需要が高まっている。特に、１４８０ｎｍ帯域では波長合成、９８０ｎｍ帯域ではゲインプロファイルの平坦化、をそれぞれ図るため、ファイバブラッググレーティング（以下、単に「ＦＢＧ」という）を用いて半導体レーザモジュールにおける出射光の波長を安定させるの必要性が高まっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記半導体レーザモジュールでは、例えば光ファイバアンプの出力制御を図るうえで、半導体レーザにおけるレーザ出力、例えば前方からの出力光、もしくは後方のモニタ光の不安定性が問題となっている。特に、上記半導体レーザモジュールでは、ＦＢＧを用いて波長の安定化を図ると、レーザ出力が一層不安定になるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、レーザ出力を安定させることができる半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願発明においては、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記半導体レーザを収容するパッケージと、前記出力光が入射する端部を有する光ファイバと、前記半導体レーザから前記光ファイバを通過して延びる前記出力光の光路に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる第１の光帰還部と、前記光路に前記第１の光帰還部から離間して配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長において反射率を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる少なくとも１つの第２の光帰還部とを備え、前記第１及び第２の光帰還部は前記パッケージの外部に配置され、かつ、前記半導体レーザの後端面から、前記第１及び第２の光帰還部のうちいずれかの中心位置までの前記出力光の光路に沿ってみた距離が１０ｃｍ以上であるとともに、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部のうち隣接する光帰還部間の中心位置の間隔が５ｍｍ以上である構成としたのである（請求項１）。
請求項２の本願発明は、前記第２の光帰還部が、所定の反射中心波長を有することを特徴としている。
請求項３の本願発明は、前記第１及び第２の光帰還部は、前記光ファイバに設けられていることを特徴としている。
請求項４の本願発明は、前記第２の光帰還部が、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有することを特徴としている。
請求項５の本願発明は、前記第１の光帰還部が、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している。
請求項６の本願発明は、前記第２の光帰還部が、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している。
請求項７の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部のそれぞれは、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している。
請求項８の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴としている。
請求項９の本願発明は、前記第２の光帰還部の反射特性における半値全幅は、前記第１の光帰還置の反射特性における半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項１０の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部の最大反射率は、近くに位置する第２の光帰還部の最大反射率以下であることを特徴としている。
請求項１１の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、前記第１の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であり、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、近くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項１２の本願発明は、前記第１の光帰還部の反射中心波長と前記第２の光帰還部の反射中心波長との差が２ｎｍ以内であることを特徴としている。
請求項１３の本願発明は、前記第１の光帰還部の反射中心波長と前記第２の光帰還部の反射中心波長との差が０．５ｎｍ以内であることを特徴としている。
請求項１４の本願発明は、前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴としている。
請求項１５の本願発明は、前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴としている。
請求項１６の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴としている。
請求項１７の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は、前記第１の光帰還部の反射中心波長で決まることを特徴としている。
請求項１８の本願発明は、前記第１及び第２の光帰還部は、前記光ファイバに設けられていることを特徴としている。
請求項１９の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有することを特徴としている。
請求項２０の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴としている。
請求項２１の本願発明は、前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴としている。
請求項２２の本願発明は、前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴としている。
請求項２３の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴としている。
また、上記目的を達成するため本願発明においては、パッケージ内に収容され、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記パッケージの一側壁に取り付けられ、前記出力光が入射する一端部を有し、前記出力光を前記パッケージの外部に導出する光ファイバと、前記パッケージの外部にて前記半導体レーザから前記光ファイバを通過して延びる前記出力光の光路に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる第１の光帰還部と、前記パッケージの外部にて前記光路に前記第１の光帰還部から離間して配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長において反射率を有し、前記半導体レーザの出力光が安定化されるように前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還させる少なくとも１つの第２の光帰還部とを備え、前記半導体レーザの後端面から、前記第１及び第２の光帰還部のうちいずれかの中心位置までの前記出力光の光路に沿ってみた距離が１０ｃｍ以上であるとともに、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部のうち隣接する光帰還部間の中心位置の間隔が５ｍｍ以上である構成としたのである（請求項２４）。
請求項２５の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザの出力光のコヒーレンシーを低下させるように前記半導体レーザに出力光を帰還させることを特徴としている。
請求項２６の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下の反射率を有することを特徴としている。
請求項２７の本願発明は、前記第１の光帰還部は、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している。
請求項２８の本願発明は、前記第２の光帰還部は、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している。
請求項２９の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部のそれぞれは、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している。
請求項３０の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴としている。
請求項３１の本願発明は、前記第２の光帰還部は所定の反射中心波長を有し、前記第２の光帰還部の反射特性における半値全幅は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項３２の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部の最大反射率は、近くに位置する第２の光帰還部の最大反射率以下であることを特徴としている。
請求項３３の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部は所定の反射中心波長を有し、前記第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、前記第１の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であり、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、近くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項３４の本願発明は、前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴としている。
請求項３５の本願発明は、前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴としている。
請求項３６の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴としている。
請求項３７の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は、前記第１の光帰還部の反射中心波長で決まることを特徴としている。
また、上記目的を達成するため本願発明においては、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記半導体レーザを収容するパッケージと、前記出力光が入射する端部を有する光ファイバと、前記半導体レーザから前記光ファイバを通過して延びる前記出力光の光路に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる第１の光帰還部と、前記光路に前記第１の光帰還部から離間して配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長と同一の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる少なくとも１つの第２の光帰還部とを備え、前記第１及び第２の光帰還部は前記パッケージの外部に配置され、かつ、前記半導体レーザの後端面から、前記第１及び第２の光帰還部のうちいずれかの中心位置までの前記出力光の光路に沿ってみた距離が１０ｃｍ以上であるとともに、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部のうち隣接する光帰還部間の中心位置の間隔が５ｍｍ以上である構成としたのである（請求項３８）。
請求項３９の本願発明は、前記第１及び第２の光帰還部は、前記光ファイバに設けられていることを特徴としている。
請求項４０の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有することを特徴としている。
請求項４１の本願発明は、前記第１の光帰還部は、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している。
請求項４２の本願発明は、前記第２の光帰還部は、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している。
請求項４３の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部のそれぞれは、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している。
請求項４４の本願発明は、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴としている。
請求項４５の本願発明は、前記第２の光帰還部の反射特性における半値全幅は、前記第１の光帰還置の反射特性における半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項４６の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部の最大反射率は、近くに位置する第２の光帰還部の最大反射率以下であることを特徴としている。
請求項４７の本願発明は、２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、前記第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、前記第１の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であり、前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、近くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であることを特徴としている。
請求項４８の本願発明は、前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴としている。
請求項４９の本願発明は、前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴としている。
請求項５０の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴としている。
請求項５１の本願発明は、前記半導体レーザの発振波長は、前記第１の光帰還部の反射中心波長で決まることを特徴としている。
【０００６】
好ましくは、前記第２の光帰還部は、少なくとも第１の光帰還部における半値全幅の波長範囲内では第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有するものを用いる。
また好ましくは、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部との反射中心波長を略同一とする。
【０００７】
更に好ましくは、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部との反射中心波長の差を０．５ｎｍ以内に設定する。
好ましくは、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部は、反射中心波長が異なるものとする。
また好ましくは、前記第２の光帰還部は、実質的に波長依存性のないフラットな反射レベル特性を有し、反射率が前記第１の光帰還部の最大反射率よりも小さいものとする。
【０００８】
更に好ましくは、前記第１及び第２の光帰還部のいずれかをファイバブラッググレーティングで構成する。
好ましくは、前記第１及び第２の光帰還部は、隣接する光帰還部間の長手方向中心位置の距離を少なくとも５ｍｍ以上に設定する。
また好ましくは、前記第１の光帰還部および前記少なくとも１つの第２の光帰還部のうち、いずれか２つ以上のものが、それぞれの反射特性を重ねあわせた反射特性を有するチャープトブラッググレーティングとする。
【０００９】
更に好ましくは、、前記光帰還部を前記パッケージの外部に配置する。
好ましくは、前記光ファイバは、前記半導体レーザと前記光帰還部との間に光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段を設ける。
また好ましくは、前記偏波変動防止手段を複屈折ファイバとする。
更に好ましくは、前記複屈折ファイバを、コアに非軸対称性の応力が付与され、応力付与部の断面形状が円形であるＰＡＮＤＡファイバ、断面扇状のボウタイファイバ、断面楕円形状の楕円ジャケットファイバ、あるいはコアの導波構造が非軸対称に設定され、コアの断面形状が楕円形の楕円コアファイバのいずれかとする。
【００１０】
好ましくは、前記半導体レーザの後端面から前記第１及び第２の光帰還部のいずれかの光帰還部の長手方向中心位置までの距離を１０ｃｍ以上とする。
また好ましくは、前記半導体レーザの発振波長を９８０ｎｍ帯とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体レーザモジュールに係る実施形態例を図１乃至図１２に基づいて詳細に説明する。
ここで、以下に説明する各実施形態においては、同一の構成要素に同一の符号を付すことで、重複した説明を省略する。
【００１２】
先ず、第１の実施形態に係る半導体レーザモジュール１は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、パッケージ２、ぺルチェ素子３、ベース４、光ファイバ５、半導体レーザ６及びフォトダイオード７を備えている。
パッケージ２は、ぺルチェ素子３、ベース４、光ファイバ５の一端側、半導体レーザ６及びフォトダイオード７等を収納する。パッケージ２は、底板２ａ、周壁２ｂ及びカバー２ｃを有し、周壁２ｂの上部にカバー２ｃが被着されている。また、パッケージ２は、周壁２ｂにスリーブ２ｄが設けられ、スリーブ２ｄに光ファイバ５の後述する第２フェルール５ｂが挿着されている。パッケージ２は、内部が、例えば窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とされている。
【００１３】
ぺルチェ素子３は、底板２ａ上に設置され、半導体レーザ６の駆動に伴う発熱を冷却して所定温度に制御する温度制御素子である。ペルチェ素子３の上にベース４が載置されている。ペルチェ素子３は、リード線３ａによって駆動電流がパッケージ２の外部から供給される。
ベース４は、図１に示すように、第１キャリア８，ヒートシンク９を介して半導体レーザ６が載置されている。また、ベース４は、半導体レーザ６の後端面６ｂ側に第２キャリア１０が、前端面６ａ側に光ファイバ５の一端に取り付けた第１フェルール５ａが、それぞれ配置されている。
【００１４】
光ファイバ５は、シングルモードファイバの他、種々の光ファイバが用いられ、レンズドファイバと、ＦＢＧを形成した光ファイバとが融着接続されている。前記レンズドファイバは、半導体レーザ６と対向配置される光結合手段としての楔型のレンズ部が一端に形成されている。また、光ファイバ５は、一端側に第１フェルール５ａと第２フェルール５ｂが取り付けられている。光ファイバ５は、第２フェルール５ｂを介してスリーブ２ｄからパッケージ２の外へ延出している。第１フェルール５ａは、支持部品５ｃ，５ｄによってベース４に設置されている。
【００１５】
更に、光ファイバ５は、図１（ｂ）に示すように、第１あるいは第２の光帰還部となるＦＢＧ1，ＦＢＧ2，………ＦＢＧi，………，ＦＢＧnが形成されている。ＦＢＧ1〜ＦＢＧnは、どのような並び順で配置しても構わないし、半値全幅の大きさの大小関係も問わない。
ここで、ＦＢＧ1は本発明の第１の光帰還部として機能し、それ以外のＦＢＧ2〜ＦＢＧnは、それぞれ第２の光帰還部として機能する。第１の光帰還部（ＦＢＧ1）は、半導体レーザ６の発振波長を決める所定の反射中心波長に設定されている。一方、第２の光帰還部（ＦＢＧ2〜ＦＢＧn）は、レーザ出力を安定化させるための構成部分であり、１つだけでもよいし複数あってもよい。
【００１６】
本実施形態の半導体レーザモジュール１は、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnをパッケージ２の外部に配置している。これは、半導体レーザモジュール１に特性不良が生じた場合、高価なＦＢＧ1〜ＦＢＧnの部分のみを取り外せば、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnの部分を他のモジュールに転用できる、という理由からである。
また、波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザモジュールの場合、パッケージ２内において半導体レーザ６を前記レンズドファイバと光結合させている。これは、前記レンズドファイバとＦＢＧ1〜ＦＢＧnとを光ファイバの短い長さの中に作り込むことが困難であるという理由による。
【００１７】
ここで、図２（ａ）〜（ｄ）には、縦軸を反射率Ｒ（％）、横軸を波長λ（ｎｍ）として、例えば、ＦＢＧ1，ＦＢＧ2，ＦＢＧi，ＦＢＧnの反射特性の一例を示す。このとき、本実施形態の半導体レーザモジュール１においては、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnは、それぞれ反射中心波長λc1〜λcnをそれぞれ略同一（例えば波長差２ｎｍ以内）とした。
【００１８】
即ち、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnは、それぞれ反射中心波長λc1〜λcnが略同一（例えば波長差２ｎｍ以内）で、半導体レーザ６から最も近い第１番目のＦＢＧ1の半値全幅をΔλ1、第２番目に近いＦＢＧ2の半値全幅をΔλ2、…………、第ｉ番目に近いＦＢＧiの半値全幅をΔλi、…………、第ｎ番目に近いＦＢＧnの半値全幅をΔλnとすると、Δλ1≦Δλ2≦…………≦Δλi≦…………≦Δλnの関係が同時に成立するように設定した。
【００１９】
このとき、ＦＢＧ1〜ＦＢＧn相互間における反射中心波長の差は、好ましくは２ｎｍ以内、より好ましくは０．５ｎｍ以内、さらに好ましくは０．２ｎｍ以内とする。反射中心波長をこのように設定すると、半導体レーザを所望の波長で安定して発振させ易く好ましい。
また、ＦＢＧ2〜ＦＢＧnは、少なくともＦＢＧ1における半値全幅の波長範囲内ではＦＢＧ1の最大反射率以下の反射率を有するものを使用することが望ましい。
【００２０】
更に、他の態様として、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnは、縦軸を反射率Ｒ（％）、横軸を波長λ（ｎｍ）としたときに、それぞれ反射中心波長λc1〜λcnが同一で、半導体レーザ６から最も近い第１番目のＦＢＧ1の最大反射率をＲ1、第２番目に近いＦＢＧ2の最大反射率をＲ2、…………、第ｉ番目に近いＦＢＧiの最大反射率をＲi、…………、第ｎ番目に近いＦＢＧnの最大反射率をＲnとすると、Ｒ1≧Ｒ2≧…………≧Ｒi≧…………≧Ｒnの関係が同時に成立するように設定してもよい。
【００２１】
半導体レーザ６は、例えば、波長９８０ｎｍ帯のレーザ光を前端面６ａから光ファイバ５に出射すると共に、後端面６ｂからフォトダイオード７にモニタ光を出射する。このとき、半導体レーザ６は、例えば活性層と光ファイバ５の光軸との高さ方向の差ができるだけ小さく、好ましくは数μｍ以内となるように、第１フェルール５ａに対して位置決めされる。このとき、第１フェルール５ａは、半導体レーザ６から出射される光と光結合効率が略最大になる位置に配置されている。
【００２２】
フォトダイオード７は、図１（ａ）に示すように、受光面を傾けて第２キャリア１０上に設けられ、半導体レーザ６の後端面６ｂから出射されるモニタ光を受光するモニタである。ここで、前方から出力される光を分岐してモニタする構成もあるので、半導体レーザモジュール１ではフォトダイオード７は必須の構成要素ではない。
【００２３】
本実施形態の半導体レーザモジュール１は以上のように構成され、以下、半導体レーザモジュール１の動作について説明する。
先ず、半導体レーザ６から出射された光は、光ファイバ５に入射され、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnによって元の半導体レーザ６側に帰還される。この帰還動作が繰り返されることで、半導体レーザ６はＦＢＧ1の反射中心波長λc1においてレーザ発振する。このレーザ発振によって、半導体レーザ６は、前端面６ａから出力光となるレーザ光を、後端面６ｂからモニタ光となるレーザ光を、それぞれ出射する。
【００２４】
このとき、半導体レーザ６からの距離の異なるＦＢＧ１〜ＦＢＧｎからの光帰還によって、半導体レーザ６の発振状態のコヒーレンシーが下がるため、レーザ出力が安定し、フォトダイオード７におけるモニタ電流も安定化する。
図４（ａ），（ｂ）に、半導体レーザモジュール１について、横軸を時間（秒）、縦軸をモニター電流の変動率（％）としたグラフを示す。ここで、モニター電流の変動率は、６００秒測定した間のモニター電流の平均値（＝変動率０％）からのずれとして定義される。
【００２５】
図４（ａ）は、本実施形態において、第１の光帰還部が反射中心波長９７９ｎｍ、反射率７％、半値全幅１ｎｍの１つのＦＢＧ1であり、第２の光帰還部が反射中心波長９７９ｎｍ、反射率２％、半値全幅２ｎｍのＦＢＧ2（すなわちこの例では第２の光帰還部となるＦＢＧが１つのみ）である場合の結果を示す。一方、図４（ｂ）は本実施形態の比較例として、光帰還部が反射中心波長９７９ｎｍ、反射率１２％、半値全幅１．５ｎｍのＦＢＧ１つのみである場合の結果を示す。
【００２６】
図４（ｂ）では、モニター電流の変動率が非常に大きく変動しているのに対し、図４（ａ）では、モニター電流の変動率が非常に安定していることが分かる。このことから、本実施形態の構成とすることによって、半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ６のレーザ出力が安定化することが確認された。
一方、簡単のため第２の光帰還部が１つのときを考え、図５に示す半導体レーザモジュール１５のように、光ファイバ５において第１の光帰還部となるＦＢＧ1と第２の光帰還部となるＦＢＧ2とを距離Ｌ（≧５ｍｍ）をおいて隣接させて形成する。
【００２７】
半導体レーザモジュール１５は、上記のように光帰還部がモジュール構成全体で２つあると、発振波長λ、光ファイバの屈折率ｎで決定される波長間隔λ2／２ｎＬ程度の反射率の変動が反射波形に形成される。このとき、半導体レーザモジュール１５は、距離Ｌが短すぎると波長間隔が長くなり過ぎ、第１の光帰還部の中心波長近傍で形成される反射特性内で反射率の大きい部分があらわれる回数が少なくなってしまう。このため、半導体レーザモジュール１５は、発振状態が不安定となるものと推定される。このような状況を回避するため、距離Ｌを５ｍｍ以上に設定すると、半導体レーザモジュール１５は、更に半導体レーザ６の発振状態のコヒーレンシーを有効に下げることができ、レーザ出力を安定化することができるので好ましい。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態を図６乃至図８に基づいて説明する。
半導体レーザモジュール２０は、図６に示すように、光ファイバ５に光帰還部となるＦＢＧ５ｅが形成されている。縦軸を反射率Ｒ（％）、横軸を波長λ（ｎｍ）としたときに、第１の光帰還部と第２の光帰還部の反射特性を重ねあわせてなる全体として図７に示す反射特性を有するチャープトグレーティングとして形成されている。
【００２９】
ＦＢＧ５ｅは、第１の光帰還部と第２の光帰還部の反射特性を示す複数のガウシアン関数、例えば、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、反射中心波長λc1〜λc4がそれぞれ等しく（λc1＝λc2＝λc3＝λc4）、最大反射率がそれぞれＲ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4の４つのガウシアン関数ＦG1，ＦG2，ＦG3，ＦG4の重ね合わせで表される反射特性を有し、屈折率変化の周期が光ファイバ５の光軸方向に変化するチャープトグレーティングを使用した。
【００３０】
なお、チャープトグレーティングは、任意の光帰還部相互を組み合わせた反射波長特性を有するように形成することができる。
以上のように、半導体レーザモジュール２０は、複数のＦＢＧの反射特性を重ね合わせたチャープトグレーティングとして形成されたＦＢＧ５ｅを有する光ファイバ５を用いても、半導体レーザ６の発振状態のコヒーレンシーを下げ、モニタ電流を安定させることができた。
【００３１】
このように、本発明の半導体レーザモジュールは、第１の光帰還部と第２の光帰還部とを備える構成であるが、これら複数の光帰還部のそれぞれの反射特性を重ねあわせた単一の光帰還部も使用可能である。
次いで、本発明の第３の実施形態を図１（ｂ）及び図９に基づいて説明する。
本実施形態の半導体レーザモジュールは、図１（ｂ）に示す半導体レーザモジュール１において、光ファイバ５の第１の光帰還部を構成するＦＢＧ1と第２の光帰還部ＦＢＧ2，・・・，ＦＢＧnに関し、その反射中心波長及びこれらの反射中心波長における反射レベルが相違している点に特徴がある。
【００３２】
図９は、光ファイバ５の第１の光帰還部と第２の光帰還部に関する反射率（％）の分布の一例を示す。
図９に示すように、第１の光帰還部であるＦＢＧ1は、反射中心波長９７９ｎｍ、反射率Ｒ＝７％、半値全幅１ｎｍである。第２の光帰還部であるＦＢＧ2は、反射中心波長９８３ｎｍ、反射率Ｒ＝１０％、半値全幅５ｎｍである。第２の光帰還部（ＦＢＧ2）は、反射中心波長における反射率が第１の光帰還部（ＦＢＧ1）の反射中心波長における反射率より大きい。しかし、第２の光帰還部（ＦＢＧ2）は、第１の光帰還部（ＦＢＧ1）における半値全幅の波長範囲内では第１の光帰還部の最大反射率よりも反射率が小さくなる反射特性を有している。
【００３３】
一般に、半導体レーザ６が、第１の光帰還部（ＦＢＧ1）と第２の光帰還部（ＦＢＧ2〜ＦＢＧn）のどちらからの光によって発振するかは損失と利得の関係によって決まる。従って、半導体レーザモジュール１は、波長に対する利得の形状が適切である半導体レーザ６を用いて構成する。
すなわち、半導体レーザ６における活性層の利得係数をｇ、光の閉じ込め係数をΓとすると、半導体レーザ６の導波構造における実効的な利得はΓgと表すことができる。
【００３４】
ここで、半導体レーザ６の共振器長をＬre、散乱などによる半導体レーザ内の損失をαin、半導体レーザ６の後端面６ｂにおける振幅反射率をｒbとおく。また、半導体レーザ６の前端面反射率、半導体レーザ６−光ファイバ５間のパワー結合効率、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnの反射率等から計算される出射方向の実効反射率（一般に複素数）をｒfとおく。
【００３５】
このとき、ミラー損失αmは
αm=（1/Ｌre）ln（1/ｒb｜ｒf｜）…………式（１）
と表すことができる。
これらを用いて電界振幅のレーザ発振条件は、損失と利得がつり合う条件で
Γg（λ）=αin+αm(λ)……………………式（２）
と表すことができる。上式の括弧はレーザ発振条件に波長依存性があることを表している。
【００３６】
また、位相のレーザ発振条件は活性層の屈折率ｎ1を用いて
４πｎ1Ｌre/λ−２ｍπ=arg(ｒf)…………式（３）
と表すことができる。ｍは整数である。
一般的には、上記式（２）と式（３）によって半導体レーザ６の発振波長が決定される。式（２）をグラフに表すと、左辺は上に凸であり、右辺は下に凸である。よって、両辺の波長依存性のグラフを描いた時にその交点が半導体レーザ６の発振波長となり得る。
【００３７】
よって、半導体レーザ６の特性によって決まる式（２）の左辺の波長依存性に対して、ＦＢＧ1〜ＦＢＧnで決定される右辺の波長依存性が第１の光帰還部（ＦＢＧ1）でのみ交点を持つように、半導体レーザ６とＦＢＧを、選択すれば良い。
このように、半導体レーザ６とＦＢＧ1〜ＦＢＧnを適切に選定することにより、図９のように、第１の光帰還部（ＦＢＧ1）よりも第２の光帰還部（ＦＢＧ2）の方が反射中心波長における反射率が大きい関係になっていたとしても、第１の光帰還部の中心波長のみで発振させることができる。
【００３８】
また、図９に示すように、第２の光帰還部は、第１の光帰還部（ＦＢＧ1）の反射中心波長においては、第１の光帰還部（ＦＢＧ1）よりも反射率は小さいが反射を生じている。この第２の光帰還部（ＦＢＧ2）からの光帰還によって、本実施形態の半導体レーザモジュール１は、半導体レーザ６におけるレーザ発振のコヒーレンシーが下がり、モニター電流を安定させることができる。
【００３９】
更に、本発明の第４の実施形態例を図１０乃至図１２に基づいて説明する。
本実施形態の半導体レーザモジュール２５は、図１０に示すように、第１の光帰還部として、例えばＦＢＧ５ｆを用い、第２の光帰還部として、波長依存性のほとんどないフラットな反射率特性を有し、前記第２の光帰還部の反射率が前記第１の光帰還部の最大反射率よりも小さい光帰還部１６を用いる。ここで、第１の光帰還部であるＦＢＧ５ｆ及び第２の光帰還部である光帰還部１６の反射率（％）の分布を図１１に示す。
【００４０】
このような光帰還部１６としては、例えばＦＢＧ５ｆの反射中心波長を含んだ広い波長帯域内でフラットな反射レベル特性を有する誘電体多層膜、ＦＢＧその他の光フィルタ、もしくは所定の反射率に設定された光ファイバの出射端面を用いることができる。
本実施形態では、ファイバ長手方向に対して先端を球面状に研磨、もしくは垂直に切断した光ファイバの出射端面を光帰還部１６として有する、例えばＰＣ(Physical Contact)コネクタを用いた場合について説明する。
【００４１】
図１２（ａ），（ｂ）には、半導体レーザモジュール２５にかかる光出力Ｐo（ｍＷ）及びスロープ効率Ｓe（Ｗ／Ａ）の注入電流（ｍＡ）に対する電流依存性を示す。ここで、第１の光帰還部となるＦＢＧ５ｆとしては反射中心波長９７９ｎｍ、反射率７％、半値全幅１ｎｍのものを用いた。
図１２（ａ）は、本実施形態例の半導体レーザモジュールについて、例えば光帰還部１６の反射率が３％である上記ＰＣコネクタの場合の結果を示している。一方、図１２（ｂ）は、本実施形態の比較例として、光ファイバの出射端面を第２の光帰還部として有するＡＰＣ (Angled Physical Contact)コネクタを用いた場合の結果を示している。ＡＰＣコネクタは、反射光をファイバに再び結合させないように、突合せ端面に斜め研磨加工が施された光コネクタである。
【００４２】
従って、この場合の第２の光帰還部は、光ファイバの出射端面が斜め研磨されているので、反射率が１０-6％と非常に小さくなる。
図１２（ｂ）のＡＰＣコネクタを用いた半導体レーザモジュールでは、スロープ効率がなだらかではなく、不安定になっていることが分かる。これに対して、図１２（ａ）のＰＣコネクタを用いた半導体レーザモジュール２０では、スロープ効率がなだらかであり、図１２（ｂ）のような不安定性が解消されているのが分かる。
【００４３】
このように、波長依存性のほとんどないフラットな反射レベル特性を有し、反射率が第１の光帰還部であるＦＢＧ５ｆの最大反射率よりも小さい光帰還部１６を用いた場合でも、半導体レーザモジュール２５は、発振状態が安定することが確認できた。
ここで、光帰還部１６として、誘電体多層膜、ＦＢＧその他の光フィルタを用い、これらの光フィルタを通過した光を他のモジュールその他に接続する光コネクタとしてＡＰＣコネクタを用いると、光コネクタでの反射が低く抑えられる。従って、ＡＰＣコネクタを用いた半導体レーザモジュールは、光フィルタにより所望の反射率で光を半導体レーザ側に反射させることができるという点で好ましい。
【００４４】
ここで、上記各実施形態の半導体レーザモジュールは、波長９８０ｎｍ帯の光を出力する半導体レーザ６を使用している。
この種の半導体レーザ６は、一般的に、他の波長帯の光を出力するものに比べて、モニタ光の出力強度の時間的安定性が低いことが知られている。
よって、本発明は、どのような波長の半導体レーザ６にも適用できるものであるが、本発明を波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザ６を用いた半導体レーザモジュールに適用することは非常に効果が大きい。
【００４５】
また、ＦＢＧをパッケージ２の外部に配置することは、共振器長を長くすることも意味する。これにより、半導体レーザモジュールは、レーザ発振のコヒーレンシーをより効果的に下げることができるので、好ましい。本実施形態では、例えば半導体レーザ６の後端面６ｂから第１の光帰還部の光ファイバ５に沿った長手方向中心位置までの距離を１０ｃｍ以上とした。
【００４６】
更に、上記各実施形態のように、ＦＢＧをパッケージ２の外部に配置すると、半導体レーザ６とＦＢＧとの間における光ファイバ５の屈折率の変動等により、半導体レーザモジュールは、レーザ発振が不安定になることが懸念される。
よって、半導体レーザモジュールは、少なくとも半導体レーザ６とＦＢＧとの間では、光ファイバ５として、コアに非軸対称性の応力が付与され、応力付与部の断面形状が円形であるＰＡＮＤＡ(polarization-maintaining and absorption-reducing)ファイバ、断面扇状のボウタイファイバ、断面楕円形状の楕円ジャケットファイバ、あるいはコアの導波構造が非軸対称に設定され、コアの断面形状が楕円形の楕円コアファイバ等の複屈折ファイバを使用し、光の偏波変動を抑制する構成とした方が好ましい。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の半導体レーザモジュールは、上記構成に限定されるものではない。一例として、光結合手段については、光ファイバ５に対し、半導体レーザ６の前端面６ａから出射されるレーザ光を、大きな接続損失を伴うことなく入射できれば、レンズドファイバの楔型レンズ部に限定されるものでない。例えば、先球ファイバの先球部や単体レンズを用いたレンズ系等、適当な光学系による光結合手段を使用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１乃至１５の発明によれば、レーザ出力を安定させることができる半導体レーザモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールの全体構成を示す断面正面図（ａ）と、半導体レーザモジュール及び光ファイバに形成される複数のＦＢＧを示す概略構成図（ｂ）である。
【図２】図１の半導体レーザモジュールで使用する光ファイバに形成される複数のＦＢＧ1〜ＦＢＧnに関し、横軸に波長、縦軸に反射率をとった、反射レベルの波長依存性を示す特性図の一例である。
【図３】図１の半導体レーザモジュールで使用する光ファイバに形成される複数のＦＢＧ1〜ＦＢＧnに関し、横軸に波長、縦軸に反射率をとった、反射レベルの波長依存性を示す特性図の他の例である。
【図４】図１の半導体レーザモジュールについて、横軸に時間、縦軸にモニタ電流の変動率をとった、モニタ電流の変動率の経時変化を測定した結果を示す計測図で、第１の光帰還部と第２の光帰還部を設けた本実施形態の結果（ａ）と、第１の光帰還部のみの比較例の結果（ｂ）である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールの変形例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザモジュール及び光ファイバに形成される光帰還部を示す概略構成図である。
【図７】図６の光ファイバに形成されるＦＢＧに関し、横軸に波長、縦軸に反射率をとった、反射レベルの波長依存性を示す特性図である。
【図８】図６のＦＢＧが有する波長特性を形成する複数のガウシアン関数のそれぞれを反射率と波長との関係で個々に示した、反射レベルの波長依存性を示す特性図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザモジュールに形成される第１、第２の光帰還部となるＦＢＧに関し、横軸に波長、縦軸に反射率をとった、反射レベルの波長依存性を示す特性図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザモジュール及び光ファイバに形成される光帰還部を示す概略構成図である。
【図１１】半導体レーザモジュールに形成される第１、第２の光帰還部となるＦＢＧに関し、横軸に波長、縦軸に反射率をとった、反射レベルの波長依存性を示す特性図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る半導体レーザモジュールに関し、横軸に注入電流をとり、縦軸に出力光の電流値とスロープ効率をとった特性図で、第２の光帰還部としてＰＣコネクタを用いた本実施形態の場合（ａ）と、第２の光帰還部としてＡＰＣコネクタを用いた比較例の場合である（ｂ）。
【符号の説明】
１ 半導体レーザモジュール
２ パッケージ
３ ぺルチェ素子
４ ベース
５ 光ファイバ
５ｅ，５ｆ ファイバブラッググレーティング（光帰還部）
６ 半導体レーザ
７ フォトダイオード
８ 第１キャリア
９ ヒートシンク
１０ 第２キャリア
１５，２０，２５ 半導体レーザモジュール
ＦＢＧ1〜ＦＢＧn ファイバブラッググレーティング（光帰還部）
Claims (51)
- 出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、
前記半導体レーザを収容するパッケージと、
前記出力光が入射する端部を有する光ファイバと、
前記半導体レーザから前記光ファイバを通過して延びる前記出力光の光路に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる第１の光帰還部と、
前記光路に前記第１の光帰還部から離間して配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長において反射率を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる少なくとも１つの第２の光帰還部と
を備え、
前記第１及び第２の光帰還部は前記パッケージの外部に配置され、かつ、前記半導体レーザの後端面から、前記第１及び第２の光帰還部のうちいずれかの中心位置までの前記出力光の光路に沿ってみた距離が１０ｃｍ以上であるとともに前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部のうち隣接する光帰還部間の中心位置の間隔が５ｍｍ以上であることを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 前記第２の光帰還部が、所定の反射中心波長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。
- 前記第１及び第２の光帰還部は、前記光ファイバに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。
- 前記第２の光帰還部は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第１の光帰還部は、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３又は４に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第２の光帰還部は、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５に記載の半導体レーザモジュール。
- ２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、
前記第２の光帰還部のそれぞれは、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５に記載の半導体レーザモジュール。 - 前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第２の光帰還部の反射特性における半値全幅は、前記第１の光帰還置の反射特性における半値全幅以上であることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザモジュール。
- ２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、
前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、
前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部の最大反射率は、近くに位置する第２の光帰還部の最大反射率以下であることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザモジュール。 - ２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、
前記第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、前記第１の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であり、
前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、
前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、近くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザモジュール。 - 前記第１の光帰還部の反射中心波長と前記第２の光帰還部の反射中心波長との差が２ｎｍ以内であることを特徴とする請求項２乃至１１に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 前記第１の光帰還部の反射中心波長と前記第２の光帰還部の反射中心波長との差が０．５ｎｍ以内であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１３に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴とする請求項１４に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴とする請求項１乃至１５に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 前記半導体レーザの発振波長は、前記第１の光帰還部の反射中心波長で決まることを特徴とする請求項１乃至１６に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 前記第１の光帰還部は、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り、
前記第２の光帰還部は、前記光ファイバに設けられた誘電体多層膜からな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。 - 前記第２の光帰還部は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有することを特徴とする請求項１８に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１８乃至２０に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴とする請求項２１に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴とする請求項１８乃至２２に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- パッケージ内に収容され、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、
前記パッケージの一側壁に取り付けられ、前記出力光が入射する一端部を有し、前記出力光を前記パッケージの外部に導出する光ファイバと、
前記パッケージの外部にて前記半導体レーザから前記光ファイバを通過して延びる前記出力光の光路に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる第１の光帰還部と、
前記パッケージの外部にて前記光路に前記第１の光帰還部から離間して配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長において反射率を有し、前記半導体レーザの出力光が安定化されるように前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還させる少なくとも１つの第２の光帰還部とを備え、
前記半導体レーザの後端面から、前記第１及び第２の光帰還部のうちいずれかの中心位置までの前記出力光の光路に沿ってみた距離が１０ｃｍ以上であるとともに、前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部のうち隣接する光帰還部間の中心位置の間隔が５ｍｍ以上であることを特徴とする半導体レーザモジュール。 - 前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザの出力光のコヒーレンシーを低下させるように前記半導体レーザに出力光を帰還させることを特徴とする請求項２４に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第２の光帰還部は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下の反射率を有することを特徴とする請求項２４又は２５に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第１の光帰還部は、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２４乃至２６に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 前記第２の光帰還部は、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２７に記載の半導体レーザモジュール。
- ２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、
前記第２の光帰還部のそれぞれは、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２７に記載の半導体レーザモジュール。 - 前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴とする請求項２６に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第２の光帰還部は所定の反射中心波長を有し、
前記第２の光帰還部の反射特性における半値全幅は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅以上であることを特徴とする請求項３０に記載の半導体レーザモジュール。 - ２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、
前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、
前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部の最大反射率は、近くに位置する第２の光帰還部の最大反射率以下であることを特徴とする請求項２６に記載の半導体レーザモジュール。 - ２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、
前記第２の光帰還部は所定の反射中心波長を有し、
前記第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、前記第１の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であり、
前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、
前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、近くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であることを特徴とする請求項２６に記載の半導体レーザモジュール。 - 前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴とする請求項２４乃至３３に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴とする請求項３４に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴とする請求項２４乃至３５に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 前記半導体レーザの発振波長は、前記第１の光帰還部の反射中心波長で決まることを特徴とする請求項２４乃至３６に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、
前記半導体レーザを収容するパッケージと、
前記出力光が入射する端部を有する光ファイバと、
前記半導体レーザから前記光ファイバを通過して延びる前記出力光の光路に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる第１の光帰還部と、
前記光路に前記第１の光帰還部から離間して配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長と同一の反射中心波長を有し、前記出力光の一部を前記半導体レーザに向かって帰還させる少なくとも１つの第２の光帰還部と
を備え、
前記第１及び第２の光帰還部は前記パッケージの外部に配置され、かつ、前記半導体レーザの後端面から、前記第１及び第２の光帰還部のうちいずれかの中心位置までの前記出力光の光路に沿ってみた距離が１０ｃｍ以上であるとともに前記第１の光帰還部と前記第２の光帰還部のうち隣接する光帰還部間の中心位置の間隔が５ｍｍ以上であること
を特徴とする半導体レーザモジュール。 - 前記第１及び第２の光帰還部は、前記光ファイバに設けられていることを特徴とする請求項３８に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第２の光帰還部は、前記第１の光帰還部の反射特性における半値全幅の波長範囲内では前記第１の光帰還部の最大反射率以下となる反射率を有することを特徴とする請求項３９に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第１の光帰還部は、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３９又は４０に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第２の光帰還部は、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４１に記載の半導体レーザモジュール。
- ２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、
前記第２の光帰還部のそれぞれは、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４１に記載の半導体レーザモジュール。 - 前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザから前記第１の光帰還部よりも離れて配置されていることを特徴とする請求項４０に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記第２の光帰還部の反射特性における半値全幅は、前記第１の光帰還置の反射特性における半値全幅以上であることを特徴とする請求項４４に記載の半導体レーザモジュール。
- ２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、
前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、
前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部の最大反射率は、近くに位置する第２の光帰還部の最大反射率以下であることを特徴とする請求項４０に記載の半導体レーザモジュール。 - ２つ以上の前記第２の光帰還部を備え、
前記第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、前記第１の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であり、
前記第２の光帰還部は、前記半導体レーザからみて前記第１の光帰還部よりも離れた前記光路の領域に互いに離れて配列され、
前記第２の光帰還部の配列では、前記第１の光帰還部からみて相対的に遠くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅は、近くに位置する第２の光帰還部における反射特性の半値全幅以上であることを特徴とする請求項４０に記載の半導体レーザモジュール。 - 前記光ファイバには、前記半導体レーザと前記第１の光帰還部又は前記第２の光帰還部との間に前記出力光の偏波変動を防止する偏波変動防止手段が設けられていることを特徴とする請求項３８乃至４７に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 前記偏波変動防止手段は複屈折ファイバであることを特徴とする請求項４８に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記半導体レーザの発振波長は９８０ｎｍ帯であることを特徴とする請求項３８乃至４９に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
- 前記半導体レーザの発振波長は、前記第１の光帰還部の反射中心波長で決まることを特徴とする請求項３８乃至５０に記載の何れかの半導体レーザモジュール。
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