JP3857868B2 - 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し、特に発振状態の安定した外部共振器を構成する半導体レーザモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザは、光通信の分野において信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源として大量に用いられるようになってきた。半導体レーザを光通信の信号用光源や励起用光源として用いる場合、半導体レーザ（半導体レーザ素子）からのレーザ光を、光結合手段によって光ファイバに光学的に結合させるデバイスである半導体レーザモジュールとして使用される場合が多い。
【０００３】
この半導体レーザーモジュールは、半導体レーザ素子から出射される光の波長を安定させるために、例えば、半導体レーザ素子の光をファイバブラッググレーティング（以下単にＦＢＧという）によって光帰還させている。
【０００４】
しかし、ＦＢＧにより外部共振器を構成した場合、光ファイバの形状状態、例えば巻き方によって帰還光の偏光状態が半導体レーザの増幅可能な偏波方向とは異なる成分を持つことがあり、光の帰還量が実効的に変化し、結果として発振状態が変化してしまうことがある。
【０００５】
この対策として、前記光ファイバとして複屈折ファイバを使用することが考えられる。複屈折ファイバによれば偏波面が保持され、光帰還量をほぼ一定に保つことができ、光ファイバの巻き方等の形状状態の変化に起因する発振状態の変動を抑制することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複屈折ファイバを使用すると、スペクトル上に等間隔のピークが立ち、発振状態が時間的に不安定になるという悪影響を及ぼすことがわかった。
【０００７】
ここで、光ファイバにおける光結合手段側の入射端から反射部の中心までの長さをＬ、光ファイバの複屈折量をΔｎ、発振波長をλとすると、複屈折ファイバの特性として、固有軸であるＸ軸、Ｙ軸間における光の伝搬定数が異なるため、光がＦＢＧから反射されて戻ってきたときに、それぞれの固有軸を伝搬した光の間で位相差４π・Δｎ・Ｌ／λが生じる。
【０００８】
一方、半導体レーザ素子は、ＴＥ（transverse electric）モードで発振しているが、非常に極僅かではあるがＴＭ（transverse magnetic）モードも存在する。
また、複屈折ファイバの固有軸が半導体レーザ素子のＴＥモードの方向と僅かにずれてモジュールに固定された場合、複屈折ファイバ中にはＸ軸、Ｙ軸両方の光が入射されていることになる。
また、複屈折ファイバの固有軸間のクロストークも完全に０となることは有り得ない。
【０００９】
以上のような要因によって僅かにでもＸ軸、Ｙ軸の両軸に光が入射され、それぞれの光が伝搬したときの位相差により干渉を起こした光が、増幅可能な偏波方向で半導体レーザ素子に帰還されると、スペクトル上にλ2／（２・Δｎ・Ｌ）間隔のピークが立つことになると推量される。
【００１０】
このような余分なピークは、上記ＦＢＧ付き半導体レーザ素子の発振状態に時間的不安定性を引き起こす悪影響を及ぼす原因の一つになっていた。
【００１１】
図６は従来の半導体レーザモジュール１０の概要図である。
図６において、半導体レーザモジュール１０は、パッケ−ジ１２内に半導体レーザ素子１２ａとレンズ等からなる光結合手段１２ｂを有している。
また、パッケ−ジ１２内には、半導体レーザ素子１２ａから出射された光を、光結合手段１２ｂを介して受光する複屈折ファイバからなる光ファイバ１３ａの一端（入射端）側が配置され、パッケ−ジ１２の外に延出されている。
光ファイバ１３ａの他端側には光コネクタ１５が設けられている。１４は光ファイバ１３ａ内に設けられ外部共振器を構成するＦＢＧである。
【００１２】
図７は、半導体レーザモジュール１０の出力強度と発振波長の関係を示す説明図である。図７に示す通り、ＦＢＧの反射中心波長λFBGで高いモード抑圧比を確保して安定発振することができず、λ2／（２・Δｎ・Ｌ）間隔のピークが現れていることが分かる。
【００１３】
本発明は、このような従来の半導体レーザモジュールの不安定な発振状態の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、巻き方等の形状状態の変動にかかわらず安定した発振状態が得られる半導体レーザモジュールを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、本第１の発明の半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と光ファイバとが光結合手段によって光結合された半導体レーザモジュールであって、前記光ファイバには、前記半導体レーザ素子から出射された光を前記半導体レーザ素子側に反射する反射部と、固有軸を有して複屈折性を備えた複屈折ファイバとが設けられ、該複屈折ファイバは前記光ファイバの光結合手段側の入射端から前記反射部直前までの間に設けられ、前記複屈折ファイバは、光ファイバの光結合手段側の入射端から反射部の中心までの長さをＬとしたとき、前記光結合手段側からの長さがＬ／２±Ｌ／３以内の発振状態が安定化する位置に、複屈折ファイバ同士を接続してなる接続部を有しており、該接続部では、前記接続された複屈折ファイバの固有軸同士が互いに９０度±１０度以内の設定回転角度θだけずれた状態とされている。なお、前記固有軸は互いに屈折率が異なる。
【００１８】
また、本第２の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１の発明の構成に加え、前記反射部が、ファイバブラッググレーティングである構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
また、本第３の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１の発明の構成に加え、前記反射部が、光コネクタで構成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
また、本第４の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１の発明の構成に加え、前記反射部が、ファイバ切断面で構成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
また、本第５の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１ないし本第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記接続部が融着接続で構成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
また、本第６の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１ないし本第５のいずれか一つの発明の構成に加え、前記複屈折ファイバは、コアに非軸対称性の応力を付与した光ファイバであって、その応力付与部が断面円形状であるパンダファイバ、断面扇状のボウタイファイバ、断面楕円状の楕円ジャケットファイバ、又はコアの導波構造を非軸対称にした光ファイバであって、コアを楕円にした楕円コア光ファイバのいずれかである構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
また、本第７の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１または第２の発明の構成に加え、前記光ファイバは、反射部の長手方向中心位置より光の伝送方向側に設けられた設定長さＬ３の複屈折ファイバを有している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
また、本第８の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第７の発明の構成に加え、前記光ファイバは、前記設定長さＬ３の複屈折ファイバの先に接続された設定長さＬ４の偏光無依存ファイバを有している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
また、本第９の発明の半導体レーザモジュールは、上記第７または第８の発明の構成に加え、前記光ファイバの光結合手段側の入射端から前記反射部直前までの間に設けられた複屈折ファイバの入射端から接続部までの長さをＬ１、前記複屈折ファイバの接続部から前記反射部の中心位置までの長さをＬ２、｜Ｌ１−Ｌ２｜をΔＬと定義すると、ΔＬ≠０の時に、前記反射部の中心位置から光の伝送方向に設けられた前記光ファイバの光結合手段側の入射端から前記反射部の中心位置間に設けられた複屈折ファイバの複屈折量と等しい複屈折量を有する複屈折ファイバの設定長さＬ３は、１／ΔＬ≦１／Ｌ３である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２６】
また、本第１０の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１または第２の発明の構成に加え、前記光ファイバは、反射部の中心位置から光の伝送方向に設けられた設定長さＬ３の複屈折ファイバを有し、光の発振波長をλ、複屈折ファイバの複屈折量をΔｎ、前記光ファイバの入射端から接続部までの長さをＬ１、複屈折ファイバの接続部から反射部の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３又はそれらの加法減法すべての組み合わせから計算される量で、次式で定義される量をＬＸとしたとき、
ＬＸ＝｜Ｐ１Ｌ１±Ｐ２Ｌ２±Ｐ３Ｌ３｜
（Ｐｉ＝０ｏｒ１，ΣＰｉ≠０，ｉ＝１，２，３）
発振スペクトルがλ２／（２・Δｎ・ＬＸ）で表す全てのピーク間隔を持たない構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２９】
かかる構成の本発明の半導体レーザモジュールによれば、発振状態の安定化のために、光が複屈折ファイバに入射し反射部から戻ってきた時点での、複屈折ファイバの固有軸間の位相差（以下、単に位相差という）を操作することにより目的を達成する。
【００３０】
本発明では、複屈折ファイバの固有軸を外部共振器の途中（接続部）で設定角度θだけ回転させる、光ファイバ長手方向における接続部の位置を適切に調整する、という２つの具体的操作により位相差を操作し、その結果として発振状態の安定化を図っている。
【００３１】
複屈折ファイバの軸を回転して接続することは、光の位相を操作するのみであり、本来の偏波保持の効果は失われないので光帰還量は一定に保たれる。
【００３２】
ただし位相差があると、該位相差を生み出す原因となっている、外部共振器の一部を構成している光ファイバの部分的な長さＬXに対応して、発振スペクトル上にλ2／（２・Δｎ・ＬX）の間隔のピークが立つことになる。なお、λは外部共振器の発振波長、Δｎは複屈折ファイバの固有軸同士の屈折率差（以下、複屈折量という）である。
【００３３】
そこで、本発明では、位相差を小さくすることによって、このピーク間隔を非常に広く、例えば半導体レーザ素子のゲインスペクトルより広く、またはＦＢＧを用いた場合にはその反射スペクトルの半値幅より広くすることにより、発振スペクトルに現れるピークをなくす若しくは非常に小さくする。
好ましくは位相差を無くすことができれば、ピーク間隔が無限大となり、実質的にはピークが存在しないことになるので、外部共振器の発振状態は安定する。
【００３４】
逆に位相差を非常に大きくして、半導体レーザ素子の共振器長ＬLDから計算される縦モード間隔λ2／（２・ｎLD・ＬLD）よりもピーク間隔を狭くすることにより、位相差の発振状態に対する影響を少なくすることもできる。
【００３５】
ここで、外部共振器の一部を構成している複屈折ファイバの中点で複屈折ファイバの軸を互いに90度回転させて接続することにより、ほとんど位相差がなくなる。
【００３６】
ただし、この方法において、光ファイバに接続部を形成するので、接続部での反射を考慮することが好ましい。接続部を無反射にすることは事実上不可能であるし、無反射で無い限りどんなに小さい反射でも固有軸間の位相に影響がないとは言えないからである。
【００３７】
また、反射部としてＦＢＧを用いると、位相変化を伴う複素振幅反射率を考慮しなくてはならないので位相条件も単なる反射面とは異なる。
つまり、外部共振器を構成する複屈折ファイバの中点に接続部を設けると、以上の理由から、実際には、位相差は０とはなり得ない。
【００３８】
このような場合、外部共振器を構成する複屈折ファイバの長さをＬ、複屈折ファイバの入射端から接続部までの長さをＬ１、該複屈折ファイバの接続部から前記反射部の中心位置までの長さをＬ２としたときに、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２，Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ／２の条件ではなく、Ｌ１とＬ２の大きさを適切に変えることによって半導体レーザ素子に戻る光の位相状態を操作することが可能となる。
【００３９】
また、ＦＢＧより光伝送方向側の光ファイバ端面からの反射を考慮する場合、Ｌ１、Ｌ２だけでなく、ΔＬ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜とＬ３の関係も最適化する必要がある。ΔＬ≠0のときは、Ｌ３によっておこるピーク間隔λ2／（２・Δｎ・Ｌ３）が、ΔＬによる間隔λ2／（２・Δｎ・ΔＬ）よりも広ければ影響が少ない。つまり１／ΔＬ≦１／Ｌ３となるようにＬ３を選択すればよいことになる。
【００４０】
以上のように、本発明ではＬ１、Ｌ２、Ｌ３を適切に選ぶことにより、ＬXから計算される全ての波長間隔のピークをさらに最適に抑制し、安定に外部共振器を発振させることが可能となる。
【００４１】
また、ＦＢＧのない複屈折ファイバ付き半導体レーザモジュールも実用上重要である。半導体レーザモジュールは様々な地点からの反射に非常に敏感であり、ＦＢＧがない場合でもコネクタや光ファイバの切断面を波長選択性のない外部帰還部分とみなすことができる。光ファイバの切断面は光ファイバの長手方向に対して垂直あるいは斜めカットされてもよい。
【００４２】
本発明によれば、コネクタや光ファイバの切断面の反射が影響するような状況であっても、上記のような適切な外部共振器を構成することによって安定発振を可能とすることができる。
【００４３】
また、複屈折ファイバの固有軸を45度回転させて融着接続した場合には、完全には位相を補償することはできないが、固有軸間の相互作用を低減する効果がある。
【００４４】
さらに、本発明は、複屈折ファイバの先に偏光無依存ファイバを接続することが可能である。その場合、他の偏光無依存ファイバと治具により接続した時、モードフィールドの違いなどによる損失が少ないという利点がある。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施形態例１）
図１は本発明の実施形態例１を示す概要図である。図１において、半導体レーザモジュール１Ａは、パッケ−ジ２内に半導体レーザ素子２ａとレンズ等からなる光結合手段２ｂを有している。
【００４６】
また、パッケ−ジ２内には、半導体レーザ素子２ａから出射された光を、光結合手段２ｂを介して受光する光ファイバ３ａの一端（入射端）側が配置され、パッケ−ジ２の外に延出されている。光ファイバ３ａの他端側には光ファイバ３ｂが接続され、光ファイバ３ｂの他端には光コネクタ５が設けられている。
【００４７】
４は光ファイバ３ａに設けられた反射部であり、ここではＦＢＧである。反射部４は半導体レーザ素子２ａと共に外部共振器を形成している。６は、光ファイバ３ａと光ファイバ３ａとを融着接続した接続部である。７は光ファイバ３ａと光ファイバ３ｂとを融着接続した接続部である。
なお、光結合手段２ｂは単体のレンズであってもよいし、楔形状などのレンズ形状をなした光ファイバ３ａの端部であってもよい。
【００４８】
光ファイバ３ａとして複屈折ファイバが使用される。複屈折ファイバとしては、コアに非軸対称性の応力を付与したものを選定する。例えば、図３（ａ）に示す、応力付与部が断面円形状であるパンダファイバ３０ａ、断面扇状のボウタイファイバ３０ｂ、断面楕円状の楕円ジャケットファイバ３０ｃ等が使用される。なお、図３（ａ）において、斜線の部分は応力付与部である。
【００４９】
また、上記複屈折ファイバとして、図３（ａ）に示す、コアを楕円にした楕円コア光ファイバ３０ｄが使用される。この楕円コア光ファイバは、コアの導波構造を非軸対称にした光ファイバである。
【００５０】
複屈折ファイバでは、導波構造や応力の非軸対称性を作ることによって、屈折率の大きい固有軸と屈折率の小さい固有軸が形成され、固有軸同士には屈折率の差、すなわち複屈折量Δｎが生じている。
【００５１】
また、光ファイバ３ｂとしては、偏光無依存ファイバ、例えば、ＳＭＦ（single mode fiber），ＤＳＦ(dispersion sift fiber)，ＲＤＦ(reverse dispersion fiber,古河電気工業株式会社製)等が使用される。
【００５２】
図３（ｂ）は、複屈折ファイバの固有軸を回転して接続した状態を分かりやすくするために、複屈折ファイバの長手方向一部の断面を拡大して図示した説明図である。
図３（ｂ）に示すように、接続部６は、複屈折ファイバ同士を、固有軸を設定回転角度θ（＝９０度）回転した状態で、互いに長手方向一連続に接続して形成されている。
【００５３】
光ファイバ３ａは、光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さをＬ１とし、接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、反射部４の中心位置から接続部７までの長さをＬ３としている。
【００５４】
また、光ファイバ３ａは、光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１と接続部６から反射部４の中心位置までの長さＬ２との合計の長さをＬとしている。光ファイバ３ｂは接続部７からコネクタ５までの長さをＬ４としている。
【００５５】
ここで本実施形態例１の具体例を以下に示す。
光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部４をＦＢＧとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１およびＬ２をＬ／２±Ｌ／３以内に設定した、Ｌ１＝０．９ｍ、Ｌ２＝１．２ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
（３）｜Ｌ１−Ｌ２｜をΔＬと定義し、ΔＬ≠０のときに１／ΔＬ≦１／Ｌ３であることを満足する、Ｌ３＝０．２ｍとする。
【００５６】
このような構成で半導体レーザ素子２ａと反射部４の中心位置の間で形成される外部共振器でレーザ発振を行うと、接続部６で接続された光ファイバ３ａと光ファイバ３ａでそれぞれ固有軸Ｘと固有軸Ｙの位相差が生じるが、これら光ファイバ３ａ同士が略同じ長さであり、かつ、回転角度θ＝９０度の状態で接続されているため、前記位相差がキャンセルされる。
【００５７】
また、１／ΔＬ≦１／Ｌ３の条件も満たされているので、Ｌ３によっておこるピーク間隔λ2／（２・Δｎ・Ｌ３）が、ΔＬによる間隔λ2／（２・Δｎ・ΔＬ）よりも広くなる。よって光伝送方向側の光ファイバ端面からの反射の影響が少なくなる。
よって、上記外部共振器におけるレーザ発振は時間的に安定する。
【００５８】
また、光ファイバ３ａの先に、偏光無依存ファイバである光ファイバ３ｂを介してコネクタ５が接続されているため、コネクタ５を他の一般的なコネクタ（図示せず）と接続した場合に、光ファイバのモードフィールドが一致する点で好ましい。
【００５９】
（実施形態例２）
図２は本発明の実施形態例２を示す概要図である。図２の半導体レーザモジュール１Ｂの特徴は、実施形態例１の半導体レーザモジュール１Ａに設けられている光ファイバ３ｂを省いて直接光ファイバ３ａの端部に光コネクタ５が設けられていることである。また、光ファイバ３ａは反射部４の中心位置からコネクタ５までの長さをＬ３としている。その他の構成は半導体レーザモジュール１Ａと同様に付き詳細な説明は省略する。
【００６０】
ここで本実施形態例２の具体例を以下に示す。
光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部４をＦＢＧとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１およびＬ２をＬ／２±Ｌ／３以内に設定した、Ｌ１＝０．９ｍ、Ｌ２＝１．２ｍとした。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とした。
（３）｜Ｌ１−Ｌ２｜をΔＬと定義し、ΔＬ≠０のときに１／ΔＬ≦１／Ｌ３であることを満足する、Ｌ３＝０．２ｍとした。
この例でも実施形態例１と同様に外部共振器のレーザ発振が安定した。
【００６１】
また、本実施形態例２では、光ファイバ３ｂを省いて直接光ファイバ３ａの端部に光コネクタ５が設けられていることにより、光コネクタ５に、光ファイバ３ａと同様の複屈折ファイバが設けられた他の光コネクタ（図示せず）が接続される場合に、光のモードフィールドが合うので好ましい。
【００６３】
（実施形態例３）
図４（ａ）は、本発明の実施形態例３を示す概要図である。図４（ａ）の半導体レーザモジュール１Ｃの特徴は、反射部として光コネクタ５を用いていることである。
この場合、光コネクタ５の先、出射側には光ファイバ３ａは存在せず、該光コネクタ５の先端から光の空間伝送を行う構成となっている。その他の構成は半導体レーザモジュール１Ａと同様に付き詳細な説明は省略する。
【００６４】
ここで本実施形態例３の具体例を以下に示す。
図４（a）の半導体レーザモジュール1Cにおいて、光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部を光コネクタ５とし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から光コネクタ５までの長さをＬ２とし、Ｌ１およびＬ２をＬ／２±Ｌ／３以内に設定した、Ｌ１＝1ｍ、Ｌ２＝１．２ｍとした。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とした。
この例でも実施形態例１と同様に外部共振器のレーザ発振が安定した。
【００６５】
（実施形態例４）
図４（ｂ）は本発明の実施形態例４を示す概要図である。図４（ｂ）の半導体レーザモジュール１Ｄの特徴は、反射部としてファイバ切断面５Ａを用いていることである。
したがって、この場合光ファイバ切断面５Ａの先、出射側には光ファイバ３ａは存在しない。その他の構成は半導体レーザモジュール１Ａと同様に付き詳細な説明は省略する。
【００６６】
本実施形態例の具体例を示す。図４（ｂ）の半導体レーザモジュール１Ｄにおいて、光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部を光ファイバ切断面５Ａとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から光ファイバ切断面５Ａまでの長さをＬ２とし、Ｌ１およびＬ２をＬ／２±Ｌ／３以内に設定した、Ｌ１＝２.２ｍ、Ｌ２＝２ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
この例でも実施形態例１と同様に外部共振器のレーザ発振が安定した。
【００６７】
（参考例１）
本発明に関連する参考例１をここで説明する。この参考例は、図１，図２の半導体レーザモジュール１Ａ、１Ｂにおいて、前記複屈折ファイバ３ａの互いに屈折率が異なる２つの直交する固有軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸としたとき、前記半導体レーザ素子から出た光が、光ファイバに入射し反射部で反射されて入射端に戻って来た際に、Ｘ軸偏光で入射しＸ軸偏光で戻ってきた光とＹ軸偏光で入射しＹ軸偏光で戻ってきた光の位相差の値ΔΦに特徴がある。
すなわち、本参考例は、前記位相差の値ΔΦが、少なくとも光ファイバの複屈折量Δｎ、発振波長λから導かれる４π・Δｎ・Ｌ／λのピーク間隔を形成する位相差より小さいことを特徴とする。
そのために光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部４をＦＢＧとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１＝０．６ｍ、Ｌ２＝０．４ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
【００６８】
このような値に設定すると、
Ｌ＝Ｌ１+Ｌ２＝１ｍ、
ΔＬ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜＝０．２ｍとなり、
Δｎ＝３×１０-4，λ＝９８０ｎｍとしたとき、
４π・Δn・Ｌ／λ≒３８００
ΔΦ≒４π・Δn・ΔＬ／λ≒７７０
となり、確かにΔΦが４π・Δn・Ｌ／λより小さくなっている。
このようにすると、前記位相差の値ΔΦを小さくできるので、発振スペクトルに現れるピークをなくす若しくは非常に小さくすることができ、光の発振状態を安定化することができる。
【００６９】
（参考例２）
本参考例２では、図１、図２の半導体レーザモジュール１Ａ、１Ｂにおいて、前記位相差の値ΔΦを、半導体レーザ（素子）の屈折率ｎＬＤ、半導体レーザ（素子）共振器長ＬＬＤから導かれる４π・ｎＬＤ・ＬＬＤ／λの値の位相差より大きくしたことを特徴とする。そのために光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部４をＦＢＧとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１＝１１ｍ、Ｌ２＝１ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
【００７０】
このような値に設定すると、ΔＬ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜＝１０ｍとなり、
ｎLD＝３．５，ＬLD＝８００μｍ，λ＝９８０ｎｍ、Δｎ＝３×１０-4，したとき、
４π・ｎLD・ＬLD／λ≒３６０００
ΔΦ≒４π・Δn・ΔＬ／λ≒３８０００
となり、確かにΔΦが４π・ｎLD・ＬLD／λより大きくなっている。
このようにすると、前記位相差の値ΔΦを非常に大きくすることができるので、該位相差の発振状態に対する影響を少なくすることができる。
【００７１】
（実施形態例５）
本実施形態例では、図１、図２の半導体レーザモジュール１Ａ、１Ｂにおいて、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３又はそれらの加法減法のすべての組み合わせから計算される量で、次式で定義される量をＬＸとしたとき、
ＬＸ＝｜Ｐ１Ｌ１±Ｐ２Ｌ２±Ｐ３Ｌ３｜
（Ｐｉ＝０ｏｒ１，ΣＰｉ≠０，ｉ＝１，２，３）
λ２／（２ΔｎＬＸ）で表す、いわゆるビートによる全てのピーク間隔を持たないことを特徴とする。そのために光ファイバ３ａにパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部４をＦＢＧとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１＝２ｍ、Ｌ２＝１ｍ，Ｌ３＝０．５ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
【００７２】
このような値に設定すると、λ＝９８０ｎｍ、Δｎ＝３×１０-4としたときＬXは、ＬX＝０．５ｍ，１ｍ，１．５ｍ，２ｍ，２．５ｍ，３ｍ，３．５ｍという値を取り、そこからそれぞれ、λ2／（２・Δｎ・ＬX）≒３．２ｎｍ，１．６ｎｍ，１．１ｎｍ，０．８０ｎｍ，０．６４ｎｍ，０．５３ｎｍ，０．４６ｎｍと計算されるピーク間隔を持たない。
よってビートによる発振波長不安定化を防止することができる。
【００７３】
（実施形態例６）
本実施形態例では、図２の半導体レーザモジュール１Ｂにおいて、光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用し、その長さを以下の値に設定し、反射部を光コネクタ５とし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１およびＬ２をＬ／２±Ｌ／３以内に設定した、Ｌ１＝２ｍ、Ｌ２＝２．１ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
この例でも外部共振器のレーザ発振が安定した。
【００７４】
以上説明したように、上記各実施形態例１ないし６及び参考例１、２において、それぞれ半導体レーザモジュールからの出力強度を確認したところ、従来の半導体レーザモジュールにみられたλ2／（２・Δｎ・Ｌ）間隔のピークが無く、各実施形態例のスペクトル代表図、図５に示すように、λFBGで発振しているモードが高いモード抑圧比を保って安定に発振させることが確認できた。
【００７５】
また、上記実施形態例４または実施形態例６において、反射部として光コネクタ５または光ファイバ切断面５Ａを使用した場合についても、接続部６における回転角度θを最適に設定すると、発振しているモードが高いモード抑圧比を保って安定に発振させることが確認できた。
【００７６】
なお、上記各実施形態例および参考例において複屈折ファイバの軸を中心にして回転させて接続するための具体的手段として、複屈折ファイバ同士を長手方向一連続に接続したものを示したが、本発明においては、光カプラのごとく横並びに接続したものであってもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体レーザモジュールによれば、巻き方等の形状状態の変動に基づく、不安定な発振状態となる半導体レーザモジュールに対して、外部共振器を構成する光ファイバに複屈折ファイバを使用し、外部共振器の途中で複屈折ファイバの軸を中心にして設定角度回転させて接続することによって、外部共振器を有する半導体レーザ素子の発振モードが、高いモード抑圧比を保って安定に発振する半導体レーザモジュールが達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体レーザモジュールの第１の実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明に係る半導体レーザモジュールの第２の実施形態を示す説明図である。
【図３】（ａ）は、本発明に係る半導体レーザモジュールに用いられる複屈折ファイバの断面を示す説明図である。
（ｂ）は、本発明に係る半導体レーザモジュールの第２の実施形態を示す他の説明図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係る半導体レーザモジュールの第３の実施形態を示す説明図である。
（ｂ）は、本発明に係る半導体レーザモジュールの第４の実施形態を示す説明図である。
【図５】本発明に係る半導体レーザモジュールの出力スペクトル特性を示す説明図である。
【図６】従来の半導体レーザモジュールの一例を示す説明図である。
【図７】従来の半導体レーザモジュールの出力スペクトル特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 半導体レーザモジュール
２ パッケージ
２ａ 半導体レーザ素子
２ｂ 光結合手段
３ａ 複屈折ファイバ
３ｂ 偏光無依存ファイバ
４ 反射部
５ 光コネクタ
５Ａ 光ファイバ切断面
６ 接続部
【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し、特に発振状態の安定した外部共振器を構成する半導体レーザモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザは、光通信の分野において信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源として大量に用いられるようになってきた。半導体レーザを光通信の信号用光源や励起用光源として用いる場合、半導体レーザ（半導体レーザ素子）からのレーザ光を、光結合手段によって光ファイバに光学的に結合させるデバイスである半導体レーザモジュールとして使用される場合が多い。
【０００３】
この半導体レーザーモジュールは、半導体レーザ素子から出射される光の波長を安定させるために、例えば、半導体レーザ素子の光をファイバブラッググレーティング（以下単にＦＢＧという）によって光帰還させている。
【０００４】
しかし、ＦＢＧにより外部共振器を構成した場合、光ファイバの形状状態、例えば巻き方によって帰還光の偏光状態が半導体レーザの増幅可能な偏波方向とは異なる成分を持つことがあり、光の帰還量が実効的に変化し、結果として発振状態が変化してしまうことがある。
【０００５】
この対策として、前記光ファイバとして複屈折ファイバを使用することが考えられる。複屈折ファイバによれば偏波面が保持され、光帰還量をほぼ一定に保つことができ、光ファイバの巻き方等の形状状態の変化に起因する発振状態の変動を抑制することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複屈折ファイバを使用すると、スペクトル上に等間隔のピークが立ち、発振状態が時間的に不安定になるという悪影響を及ぼすことがわかった。
【０００７】
ここで、光ファイバにおける光結合手段側の入射端から反射部の中心までの長さをＬ、光ファイバの複屈折量をΔｎ、発振波長をλとすると、複屈折ファイバの特性として、固有軸であるＸ軸、Ｙ軸間における光の伝搬定数が異なるため、光がＦＢＧから反射されて戻ってきたときに、それぞれの固有軸を伝搬した光の間で位相差４π・Δｎ・Ｌ／λが生じる。
【０００８】
一方、半導体レーザ素子は、ＴＥ（transverse electric）モードで発振しているが、非常に極僅かではあるがＴＭ（transverse magnetic）モードも存在する。
また、複屈折ファイバの固有軸が半導体レーザ素子のＴＥモードの方向と僅かにずれてモジュールに固定された場合、複屈折ファイバ中にはＸ軸、Ｙ軸両方の光が入射されていることになる。
また、複屈折ファイバの固有軸間のクロストークも完全に０となることは有り得ない。
【０００９】
以上のような要因によって僅かにでもＸ軸、Ｙ軸の両軸に光が入射され、それぞれの光が伝搬したときの位相差により干渉を起こした光が、増幅可能な偏波方向で半導体レーザ素子に帰還されると、スペクトル上にλ2／（２・Δｎ・Ｌ）間隔のピークが立つことになると推量される。
【００１０】
このような余分なピークは、上記ＦＢＧ付き半導体レーザ素子の発振状態に時間的不安定性を引き起こす悪影響を及ぼす原因の一つになっていた。
【００１１】
図６は従来の半導体レーザモジュール１０の概要図である。
図６において、半導体レーザモジュール１０は、パッケ−ジ１２内に半導体レーザ素子１２ａとレンズ等からなる光結合手段１２ｂを有している。
また、パッケ−ジ１２内には、半導体レーザ素子１２ａから出射された光を、光結合手段１２ｂを介して受光する複屈折ファイバからなる光ファイバ１３ａの一端（入射端）側が配置され、パッケ−ジ１２の外に延出されている。
光ファイバ１３ａの他端側には光コネクタ１５が設けられている。１４は光ファイバ１３ａ内に設けられ外部共振器を構成するＦＢＧである。
【００１２】
図７は、半導体レーザモジュール１０の出力強度と発振波長の関係を示す説明図である。図７に示す通り、ＦＢＧの反射中心波長λFBGで高いモード抑圧比を確保して安定発振することができず、λ2／（２・Δｎ・Ｌ）間隔のピークが現れていることが分かる。
【００１３】
本発明は、このような従来の半導体レーザモジュールの不安定な発振状態の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、巻き方等の形状状態の変動にかかわらず安定した発振状態が得られる半導体レーザモジュールを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、本第１の発明の半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と光ファイバとが光結合手段によって光結合された半導体レーザモジュールであって、前記光ファイバには、前記半導体レーザ素子から出射された光を前記半導体レーザ素子側に反射する反射部と、固有軸を有して複屈折性を備えた複屈折ファイバとが設けられ、該複屈折ファイバは前記光ファイバの光結合手段側の入射端から前記反射部直前までの間に設けられ、前記複屈折ファイバは、光ファイバの光結合手段側の入射端から反射部の中心までの長さをＬとしたとき、前記光結合手段側からの長さがＬ／２±Ｌ／３以内の発振状態が安定化する位置に、複屈折ファイバ同士を接続してなる接続部を有しており、該接続部では、前記接続された複屈折ファイバの固有軸同士が互いに９０度±１０度以内の設定回転角度θだけずれた状態とされている。なお、前記固有軸は互いに屈折率が異なる。
【００１８】
また、本第２の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１の発明の構成に加え、前記反射部が、ファイバブラッググレーティングである構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１９】
また、本第３の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１の発明の構成に加え、前記反射部が、光コネクタで構成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
また、本第４の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１の発明の構成に加え、前記反射部が、ファイバ切断面で構成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
また、本第５の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１ないし本第４のいずれか一つの発明の構成に加え、前記接続部が融着接続で構成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
また、本第６の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１ないし本第５のいずれか一つの発明の構成に加え、前記複屈折ファイバは、コアに非軸対称性の応力を付与した光ファイバであって、その応力付与部が断面円形状であるパンダファイバ、断面扇状のボウタイファイバ、断面楕円状の楕円ジャケットファイバ、又はコアの導波構造を非軸対称にした光ファイバであって、コアを楕円にした楕円コア光ファイバのいずれかである構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
また、本第７の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１または第２の発明の構成に加え、前記光ファイバは、反射部の長手方向中心位置より光の伝送方向側に設けられた設定長さＬ３の複屈折ファイバを有している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
また、本第８の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第７の発明の構成に加え、前記光ファイバは、前記設定長さＬ３の複屈折ファイバの先に接続された設定長さＬ４の偏光無依存ファイバを有している構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２５】
また、本第９の発明の半導体レーザモジュールは、上記第７または第８の発明の構成に加え、前記光ファイバの光結合手段側の入射端から前記反射部直前までの間に設けられた複屈折ファイバの入射端から接続部までの長さをＬ１、前記複屈折ファイバの接続部から前記反射部の中心位置までの長さをＬ２、｜Ｌ１−Ｌ２｜をΔＬと定義すると、ΔＬ≠０の時に、前記反射部の中心位置から光の伝送方向に設けられた前記光ファイバの光結合手段側の入射端から前記反射部の中心位置間に設けられた複屈折ファイバの複屈折量と等しい複屈折量を有する複屈折ファイバの設定長さＬ３は、１／ΔＬ≦１／Ｌ３である構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２６】
また、本第１０の発明の半導体レーザモジュールは、上記本第１または第２の発明の構成に加え、前記光ファイバは、反射部の中心位置から光の伝送方向に設けられた設定長さＬ３の複屈折ファイバを有し、光の発振波長をλ、複屈折ファイバの複屈折量をΔｎ、前記光ファイバの入射端から接続部までの長さをＬ１、複屈折ファイバの接続部から反射部の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３又はそれらの加法減法すべての組み合わせから計算される量で、次式で定義される量をＬＸとしたとき、
ＬＸ＝｜Ｐ１Ｌ１±Ｐ２Ｌ２±Ｐ３Ｌ３｜
（Ｐｉ＝０ｏｒ１，ΣＰｉ≠０，ｉ＝１，２，３）
発振スペクトルがλ２／（２・Δｎ・ＬＸ）で表す全てのピーク間隔を持たない構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２９】
かかる構成の本発明の半導体レーザモジュールによれば、発振状態の安定化のために、光が複屈折ファイバに入射し反射部から戻ってきた時点での、複屈折ファイバの固有軸間の位相差（以下、単に位相差という）を操作することにより目的を達成する。
【００３０】
本発明では、複屈折ファイバの固有軸を外部共振器の途中（接続部）で設定角度θだけ回転させる、光ファイバ長手方向における接続部の位置を適切に調整する、という２つの具体的操作により位相差を操作し、その結果として発振状態の安定化を図っている。
【００３１】
複屈折ファイバの軸を回転して接続することは、光の位相を操作するのみであり、本来の偏波保持の効果は失われないので光帰還量は一定に保たれる。
【００３２】
ただし位相差があると、該位相差を生み出す原因となっている、外部共振器の一部を構成している光ファイバの部分的な長さＬXに対応して、発振スペクトル上にλ2／（２・Δｎ・ＬX）の間隔のピークが立つことになる。なお、λは外部共振器の発振波長、Δｎは複屈折ファイバの固有軸同士の屈折率差（以下、複屈折量という）である。
【００３３】
そこで、本発明では、位相差を小さくすることによって、このピーク間隔を非常に広く、例えば半導体レーザ素子のゲインスペクトルより広く、またはＦＢＧを用いた場合にはその反射スペクトルの半値幅より広くすることにより、発振スペクトルに現れるピークをなくす若しくは非常に小さくする。
好ましくは位相差を無くすことができれば、ピーク間隔が無限大となり、実質的にはピークが存在しないことになるので、外部共振器の発振状態は安定する。
【００３４】
逆に位相差を非常に大きくして、半導体レーザ素子の共振器長ＬLDから計算される縦モード間隔λ2／（２・ｎLD・ＬLD）よりもピーク間隔を狭くすることにより、位相差の発振状態に対する影響を少なくすることもできる。
【００３５】
ここで、外部共振器の一部を構成している複屈折ファイバの中点で複屈折ファイバの軸を互いに90度回転させて接続することにより、ほとんど位相差がなくなる。
【００３６】
ただし、この方法において、光ファイバに接続部を形成するので、接続部での反射を考慮することが好ましい。接続部を無反射にすることは事実上不可能であるし、無反射で無い限りどんなに小さい反射でも固有軸間の位相に影響がないとは言えないからである。
【００３７】
また、反射部としてＦＢＧを用いると、位相変化を伴う複素振幅反射率を考慮しなくてはならないので位相条件も単なる反射面とは異なる。
つまり、外部共振器を構成する複屈折ファイバの中点に接続部を設けると、以上の理由から、実際には、位相差は０とはなり得ない。
【００３８】
このような場合、外部共振器を構成する複屈折ファイバの長さをＬ、複屈折ファイバの入射端から接続部までの長さをＬ１、該複屈折ファイバの接続部から前記反射部の中心位置までの長さをＬ２としたときに、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２，Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ／２の条件ではなく、Ｌ１とＬ２の大きさを適切に変えることによって半導体レーザ素子に戻る光の位相状態を操作することが可能となる。
【００３９】
また、ＦＢＧより光伝送方向側の光ファイバ端面からの反射を考慮する場合、Ｌ１、Ｌ２だけでなく、ΔＬ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜とＬ３の関係も最適化する必要がある。ΔＬ≠0のときは、Ｌ３によっておこるピーク間隔λ2／（２・Δｎ・Ｌ３）が、ΔＬによる間隔λ2／（２・Δｎ・ΔＬ）よりも広ければ影響が少ない。つまり１／ΔＬ≦１／Ｌ３となるようにＬ３を選択すればよいことになる。
【００４０】
以上のように、本発明ではＬ１、Ｌ２、Ｌ３を適切に選ぶことにより、ＬXから計算される全ての波長間隔のピークをさらに最適に抑制し、安定に外部共振器を発振させることが可能となる。
【００４１】
また、ＦＢＧのない複屈折ファイバ付き半導体レーザモジュールも実用上重要である。半導体レーザモジュールは様々な地点からの反射に非常に敏感であり、ＦＢＧがない場合でもコネクタや光ファイバの切断面を波長選択性のない外部帰還部分とみなすことができる。光ファイバの切断面は光ファイバの長手方向に対して垂直あるいは斜めカットされてもよい。
【００４２】
本発明によれば、コネクタや光ファイバの切断面の反射が影響するような状況であっても、上記のような適切な外部共振器を構成することによって安定発振を可能とすることができる。
【００４３】
また、複屈折ファイバの固有軸を45度回転させて融着接続した場合には、完全には位相を補償することはできないが、固有軸間の相互作用を低減する効果がある。
【００４４】
さらに、本発明は、複屈折ファイバの先に偏光無依存ファイバを接続することが可能である。その場合、他の偏光無依存ファイバと治具により接続した時、モードフィールドの違いなどによる損失が少ないという利点がある。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施形態例１）
図１は本発明の実施形態例１を示す概要図である。図１において、半導体レーザモジュール１Ａは、パッケ−ジ２内に半導体レーザ素子２ａとレンズ等からなる光結合手段２ｂを有している。
【００４６】
また、パッケ−ジ２内には、半導体レーザ素子２ａから出射された光を、光結合手段２ｂを介して受光する光ファイバ３ａの一端（入射端）側が配置され、パッケ−ジ２の外に延出されている。光ファイバ３ａの他端側には光ファイバ３ｂが接続され、光ファイバ３ｂの他端には光コネクタ５が設けられている。
【００４７】
４は光ファイバ３ａに設けられた反射部であり、ここではＦＢＧである。反射部４は半導体レーザ素子２ａと共に外部共振器を形成している。６は、光ファイバ３ａと光ファイバ３ａとを融着接続した接続部である。７は光ファイバ３ａと光ファイバ３ｂとを融着接続した接続部である。
なお、光結合手段２ｂは単体のレンズであってもよいし、楔形状などのレンズ形状をなした光ファイバ３ａの端部であってもよい。
【００４８】
光ファイバ３ａとして複屈折ファイバが使用される。複屈折ファイバとしては、コアに非軸対称性の応力を付与したものを選定する。例えば、図３（ａ）に示す、応力付与部が断面円形状であるパンダファイバ３０ａ、断面扇状のボウタイファイバ３０ｂ、断面楕円状の楕円ジャケットファイバ３０ｃ等が使用される。なお、図３（ａ）において、斜線の部分は応力付与部である。
【００４９】
また、上記複屈折ファイバとして、図３（ａ）に示す、コアを楕円にした楕円コア光ファイバ３０ｄが使用される。この楕円コア光ファイバは、コアの導波構造を非軸対称にした光ファイバである。
【００５０】
複屈折ファイバでは、導波構造や応力の非軸対称性を作ることによって、屈折率の大きい固有軸と屈折率の小さい固有軸が形成され、固有軸同士には屈折率の差、すなわち複屈折量Δｎが生じている。
【００５１】
また、光ファイバ３ｂとしては、偏光無依存ファイバ、例えば、ＳＭＦ（single mode fiber），ＤＳＦ(dispersion sift fiber)，ＲＤＦ(reverse dispersion fiber,古河電気工業株式会社製)等が使用される。
【００５２】
図３（ｂ）は、複屈折ファイバの固有軸を回転して接続した状態を分かりやすくするために、複屈折ファイバの長手方向一部の断面を拡大して図示した説明図である。
図３（ｂ）に示すように、接続部６は、複屈折ファイバ同士を、固有軸を設定回転角度θ（＝９０度）回転した状態で、互いに長手方向一連続に接続して形成されている。
【００５３】
光ファイバ３ａは、光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さをＬ１とし、接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、反射部４の中心位置から接続部７までの長さをＬ３としている。
【００５４】
また、光ファイバ３ａは、光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１と接続部６から反射部４の中心位置までの長さＬ２との合計の長さをＬとしている。光ファイバ３ｂは接続部７からコネクタ５までの長さをＬ４としている。
【００５５】
ここで本実施形態例１の具体例を以下に示す。
光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部４をＦＢＧとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１およびＬ２をＬ／２±Ｌ／３以内に設定した、Ｌ１＝０．９ｍ、Ｌ２＝１．２ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
（３）｜Ｌ１−Ｌ２｜をΔＬと定義し、ΔＬ≠０のときに１／ΔＬ≦１／Ｌ３であることを満足する、Ｌ３＝０．２ｍとする。
【００５６】
このような構成で半導体レーザ素子２ａと反射部４の中心位置の間で形成される外部共振器でレーザ発振を行うと、接続部６で接続された光ファイバ３ａと光ファイバ３ａでそれぞれ固有軸Ｘと固有軸Ｙの位相差が生じるが、これら光ファイバ３ａ同士が略同じ長さであり、かつ、回転角度θ＝９０度の状態で接続されているため、前記位相差がキャンセルされる。
【００５７】
また、１／ΔＬ≦１／Ｌ３の条件も満たされているので、Ｌ３によっておこるピーク間隔λ2／（２・Δｎ・Ｌ３）が、ΔＬによる間隔λ2／（２・Δｎ・ΔＬ）よりも広くなる。よって光伝送方向側の光ファイバ端面からの反射の影響が少なくなる。
よって、上記外部共振器におけるレーザ発振は時間的に安定する。
【００５８】
また、光ファイバ３ａの先に、偏光無依存ファイバである光ファイバ３ｂを介してコネクタ５が接続されているため、コネクタ５を他の一般的なコネクタ（図示せず）と接続した場合に、光ファイバのモードフィールドが一致する点で好ましい。
【００５９】
（実施形態例２）
図２は本発明の実施形態例２を示す概要図である。図２の半導体レーザモジュール１Ｂの特徴は、実施形態例１の半導体レーザモジュール１Ａに設けられている光ファイバ３ｂを省いて直接光ファイバ３ａの端部に光コネクタ５が設けられていることである。また、光ファイバ３ａは反射部４の中心位置からコネクタ５までの長さをＬ３としている。その他の構成は半導体レーザモジュール１Ａと同様に付き詳細な説明は省略する。
【００６０】
ここで本実施形態例２の具体例を以下に示す。
光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部４をＦＢＧとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１およびＬ２をＬ／２±Ｌ／３以内に設定した、Ｌ１＝０．９ｍ、Ｌ２＝１．２ｍとした。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とした。
（３）｜Ｌ１−Ｌ２｜をΔＬと定義し、ΔＬ≠０のときに１／ΔＬ≦１／Ｌ３であることを満足する、Ｌ３＝０．２ｍとした。
この例でも実施形態例１と同様に外部共振器のレーザ発振が安定した。
【００６１】
また、本実施形態例２では、光ファイバ３ｂを省いて直接光ファイバ３ａの端部に光コネクタ５が設けられていることにより、光コネクタ５に、光ファイバ３ａと同様の複屈折ファイバが設けられた他の光コネクタ（図示せず）が接続される場合に、光のモードフィールドが合うので好ましい。
【００６３】
（実施形態例３）
図４（ａ）は、本発明の実施形態例３を示す概要図である。図４（ａ）の半導体レーザモジュール１Ｃの特徴は、反射部として光コネクタ５を用いていることである。
この場合、光コネクタ５の先、出射側には光ファイバ３ａは存在せず、該光コネクタ５の先端から光の空間伝送を行う構成となっている。その他の構成は半導体レーザモジュール１Ａと同様に付き詳細な説明は省略する。
【００６４】
ここで本実施形態例３の具体例を以下に示す。
図４（a）の半導体レーザモジュール1Cにおいて、光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部を光コネクタ５とし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から光コネクタ５までの長さをＬ２とし、Ｌ１およびＬ２をＬ／２±Ｌ／３以内に設定した、Ｌ１＝1ｍ、Ｌ２＝１．２ｍとした。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とした。
この例でも実施形態例１と同様に外部共振器のレーザ発振が安定した。
【００６５】
（実施形態例４）
図４（ｂ）は本発明の実施形態例４を示す概要図である。図４（ｂ）の半導体レーザモジュール１Ｄの特徴は、反射部としてファイバ切断面５Ａを用いていることである。
したがって、この場合光ファイバ切断面５Ａの先、出射側には光ファイバ３ａは存在しない。その他の構成は半導体レーザモジュール１Ａと同様に付き詳細な説明は省略する。
【００６６】
本実施形態例の具体例を示す。図４（ｂ）の半導体レーザモジュール１Ｄにおいて、光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部を光ファイバ切断面５Ａとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から光ファイバ切断面５Ａまでの長さをＬ２とし、Ｌ１およびＬ２をＬ／２±Ｌ／３以内に設定した、Ｌ１＝２.２ｍ、Ｌ２＝２ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
この例でも実施形態例１と同様に外部共振器のレーザ発振が安定した。
【００６７】
（参考例１）
本発明に関連する参考例１をここで説明する。この参考例は、図１，図２の半導体レーザモジュール１Ａ、１Ｂにおいて、前記複屈折ファイバ３ａの互いに屈折率が異なる２つの直交する固有軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸としたとき、前記半導体レーザ素子から出た光が、光ファイバに入射し反射部で反射されて入射端に戻って来た際に、Ｘ軸偏光で入射しＸ軸偏光で戻ってきた光とＹ軸偏光で入射しＹ軸偏光で戻ってきた光の位相差の値ΔΦに特徴がある。
すなわち、本参考例は、前記位相差の値ΔΦが、少なくとも光ファイバの複屈折量Δｎ、発振波長λから導かれる４π・Δｎ・Ｌ／λのピーク間隔を形成する位相差より小さいことを特徴とする。
そのために光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部４をＦＢＧとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１＝０．６ｍ、Ｌ２＝０．４ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
【００６８】
このような値に設定すると、
Ｌ＝Ｌ１+Ｌ２＝１ｍ、
ΔＬ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜＝０．２ｍとなり、
Δｎ＝３×１０-4，λ＝９８０ｎｍとしたとき、
４π・Δn・Ｌ／λ≒３８００
ΔΦ≒４π・Δn・ΔＬ／λ≒７７０
となり、確かにΔΦが４π・Δn・Ｌ／λより小さくなっている。
このようにすると、前記位相差の値ΔΦを小さくできるので、発振スペクトルに現れるピークをなくす若しくは非常に小さくすることができ、光の発振状態を安定化することができる。
【００６９】
（参考例２）
本参考例２では、図１、図２の半導体レーザモジュール１Ａ、１Ｂにおいて、前記位相差の値ΔΦを、半導体レーザ（素子）の屈折率ｎＬＤ、半導体レーザ（素子）共振器長ＬＬＤから導かれる４π・ｎＬＤ・ＬＬＤ／λの値の位相差より大きくしたことを特徴とする。そのために光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部４をＦＢＧとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１＝１１ｍ、Ｌ２＝１ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
【００７０】
このような値に設定すると、ΔＬ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜＝１０ｍとなり、
ｎLD＝３．５，ＬLD＝８００μｍ，λ＝９８０ｎｍ、Δｎ＝３×１０-4，したとき、
４π・ｎLD・ＬLD／λ≒３６０００
ΔΦ≒４π・Δn・ΔＬ／λ≒３８０００
となり、確かにΔΦが４π・ｎLD・ＬLD／λより大きくなっている。
このようにすると、前記位相差の値ΔΦを非常に大きくすることができるので、該位相差の発振状態に対する影響を少なくすることができる。
【００７１】
（実施形態例５）
本実施形態例では、図１、図２の半導体レーザモジュール１Ａ、１Ｂにおいて、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３又はそれらの加法減法のすべての組み合わせから計算される量で、次式で定義される量をＬＸとしたとき、
ＬＸ＝｜Ｐ１Ｌ１±Ｐ２Ｌ２±Ｐ３Ｌ３｜
（Ｐｉ＝０ｏｒ１，ΣＰｉ≠０，ｉ＝１，２，３）
λ２／（２ΔｎＬＸ）で表す、いわゆるビートによる全てのピーク間隔を持たないことを特徴とする。そのために光ファイバ３ａにパンダファイバを使用しその長さを以下の値に設定し、反射部４をＦＢＧとし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１＝２ｍ、Ｌ２＝１ｍ，Ｌ３＝０．５ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
【００７２】
このような値に設定すると、λ＝９８０ｎｍ、Δｎ＝３×１０-4としたときＬXは、ＬX＝０．５ｍ，１ｍ，１．５ｍ，２ｍ，２．５ｍ，３ｍ，３．５ｍという値を取り、そこからそれぞれ、λ2／（２・Δｎ・ＬX）≒３．２ｎｍ，１．６ｎｍ，１．１ｎｍ，０．８０ｎｍ，０．６４ｎｍ，０．５３ｎｍ，０．４６ｎｍと計算されるピーク間隔を持たない。
よってビートによる発振波長不安定化を防止することができる。
【００７３】
（実施形態例６）
本実施形態例では、図２の半導体レーザモジュール１Ｂにおいて、光ファイバ３ａとしてパンダファイバを使用し、その長さを以下の値に設定し、反射部を光コネクタ５とし、接続部６における回転角度θを以下の値に設定する。
（１）光ファイバ３ａの一端（入射端）から接続部６までの長さＬ１および接続部６から反射部４の中心位置までの長さをＬ２とし、Ｌ１およびＬ２をＬ／２±Ｌ／３以内に設定した、Ｌ１＝２ｍ、Ｌ２＝２．１ｍとする。
（２）接続部６における回転角度θを９０度±１０度以内に設定した、９０度とする。
この例でも外部共振器のレーザ発振が安定した。
【００７４】
以上説明したように、上記各実施形態例１ないし６及び参考例１、２において、それぞれ半導体レーザモジュールからの出力強度を確認したところ、従来の半導体レーザモジュールにみられたλ2／（２・Δｎ・Ｌ）間隔のピークが無く、各実施形態例のスペクトル代表図、図５に示すように、λFBGで発振しているモードが高いモード抑圧比を保って安定に発振させることが確認できた。
【００７５】
また、上記実施形態例４または実施形態例６において、反射部として光コネクタ５または光ファイバ切断面５Ａを使用した場合についても、接続部６における回転角度θを最適に設定すると、発振しているモードが高いモード抑圧比を保って安定に発振させることが確認できた。
【００７６】
なお、上記各実施形態例および参考例において複屈折ファイバの軸を中心にして回転させて接続するための具体的手段として、複屈折ファイバ同士を長手方向一連続に接続したものを示したが、本発明においては、光カプラのごとく横並びに接続したものであってもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体レーザモジュールによれば、巻き方等の形状状態の変動に基づく、不安定な発振状態となる半導体レーザモジュールに対して、外部共振器を構成する光ファイバに複屈折ファイバを使用し、外部共振器の途中で複屈折ファイバの軸を中心にして設定角度回転させて接続することによって、外部共振器を有する半導体レーザ素子の発振モードが、高いモード抑圧比を保って安定に発振する半導体レーザモジュールが達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体レーザモジュールの第１の実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明に係る半導体レーザモジュールの第２の実施形態を示す説明図である。
【図３】（ａ）は、本発明に係る半導体レーザモジュールに用いられる複屈折ファイバの断面を示す説明図である。
（ｂ）は、本発明に係る半導体レーザモジュールの第２の実施形態を示す他の説明図である。
【図４】（ａ）は、本発明に係る半導体レーザモジュールの第３の実施形態を示す説明図である。
（ｂ）は、本発明に係る半導体レーザモジュールの第４の実施形態を示す説明図である。
【図５】本発明に係る半導体レーザモジュールの出力スペクトル特性を示す説明図である。
【図６】従来の半導体レーザモジュールの一例を示す説明図である。
【図７】従来の半導体レーザモジュールの出力スペクトル特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 半導体レーザモジュール
２ パッケージ
２ａ 半導体レーザ素子
２ｂ 光結合手段
３ａ 複屈折ファイバ
３ｂ 偏光無依存ファイバ
４ 反射部
５ 光コネクタ
５Ａ 光ファイバ切断面
６ 接続部
Claims (10)
- 半導体レーザ素子と光ファイバとが光結合手段によって光結合された半導体レーザモジュールであって、
前記光ファイバには、前記半導体レーザ素子から出射された光を前記半導体レーザ素子側に反射する反射部と、固有軸を有して複屈折性を備えた複屈折ファイバとが設けられ、
該複屈折ファイバは前記光ファイバの光結合手段側の入射端から前記反射部直前までの間に設けられ、
前記複屈折ファイバは、光ファイバの光結合手段側の入射端から反射部の中心までの長さをＬとしたとき、前記光結合手段側からの長さがＬ／２±Ｌ／３以内の発振状態が安定化する位置に、複屈折ファイバ同士を接続してなる接続部を有しており、
該接続部では、前記接続された複屈折ファイバの固有軸同士が互いに９０度±１０度以内の設定回転角度θだけずれた状態とされていること
を特徴とする半導体レーザモジュール。 - 前記反射部が、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１に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記反射部が、光コネクタで構成されてい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。
- 前記反射部が、ファイバ切断面で構成されてい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。
- 前記接続部が融着接続で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
- 前記複屈折ファイバは、コアに非軸対称性の応力を付与した光ファイバであって、
その応力付与部が断面円形状であるパンダファイバ、
断面扇状のボウタイファイバ、
断面楕円状の楕円ジャケットファイバ、又は
コアの導波構造を非軸対称にした光ファイバであって、コアを楕円にした楕円コア光ファイバ
のいずれかである
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。 - 前記光ファイバは、反射部の長手方向中心位置より光の伝送方向側に設けられた設定長さＬ３の複屈折ファイバを有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光ファイバは、前記設定長さＬ３の複屈折ファイバの先に接続された設定長さＬ４の偏光無依存ファイバを有していることを特徴とする請求項７記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光ファイバの光結合手段側の入射端から前記反射部直前までの間に設けられた複屈折ファイバの入射端から接続部までの長さをＬ１、前記複屈折ファイバの接続部から前記反射部の中心位置までの長さをＬ２、｜Ｌ１−Ｌ２｜をΔＬと定義すると、ΔＬ≠０の時に、前記反射部の中心位置から光の伝送方向に設けられた前記光ファイバの光結合手段側の入射端から前記反射部の中心位置間に設けられた複屈折ファイバの複屈折量と等しい複屈折量を有する複屈折ファイバの設定長さＬ３は、１／ΔＬ≦１／Ｌ３であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の半導体レーザモジュール。
- 前記光ファイバは、反射部の中心位置から光の伝送方向に設けられた設定長さＬ３の複屈折ファイバを有し、
光の発振波長をλ、複屈折ファイバの複屈折量をΔｎ、前記光ファイバの入射端から接続部までの長さをＬ１、複屈折ファイバの接続部から反射部の中心位置までの長さとＬ２とし、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３又はそれらの加法減法すべての組み合わせから計算される量で、次式で定義される量をＬＸとしたとき、
ＬＸ＝｜Ｐ１Ｌ１±Ｐ２Ｌ２±Ｐ３Ｌ３｜
（Ｐｉ＝０ｏｒ１，ΣＰｉ≠０，ｉ＝１，２，３）
発振スペクトルがλ２／（２・Δｎ・ＬＸ）で表す全てのピーク間隔を持たないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザモジュール。
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