JP4336127B2 - 光ファイバ増幅器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
安定した光利得を得ることのできる光ファイバ増幅器の励起光源と、レーザ光の発振波長を広範囲の波長域に渡って制御することができる励起光源、およびこれらを用いた光ファイバ増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットをはじめとする様々なマルチメディアの普及に伴って、光通信に対する大容量化の要求が大きくなっている。従来、光通信では、光ファイバによる光の吸収が少ない波長である１３１０ｎｍもしくは１５５０ｎｍの帯域において、それぞれ単一の波長による伝送が一般的であった。この方式では、多くの情報を伝達するためには伝送経路に敷設する光ファイバの芯数を増やす必要があり、伝送容量の増加に伴ってコストが増加するという問題点があった。
【０００３】
そこで、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：Dense-Wavelength Division Multiplexing）通信方式が用いられるようになった。このＤＷＤＭ通信方式は、主にＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）を用い、この動作帯域である１５５０ｎｍ帯において、複数の波長を使用して伝送を行う方式である。このＤＷＤＭ通信方式あるいはＷＤＭ通信方式では、１本の光ファイバを用いて複数の異なる波長の光信号を同時に伝送することから、新たな線路を敷設する必要がなく、ネットワークの伝送容量の飛躍的な増加をもたらすことを可能としている。
【０００４】
このＥＤＦＡを用いた一般的なＷＤＭ通信方式では、利得平坦化の容易な１５５０ｎｍ帯から実用化され、最近では、利得係数が小さいために利用されていなかった１５８０ｎｍ帯にまで拡大している。しかしながら、ＥＤＦＡで増幅可能な帯域に比して光ファイバの低損失帯域の方が広いことから、ＥＤＦＡの帯域外で動作する光ファイバ増幅器、たとえば、ラマン増幅器への関心が高まっている。
【０００５】
ラマン増幅器は、エルビウムのような希土類イオンを媒体とした光ファイバ増幅器がイオンのエネルギー準位によって利得波長帯が決まるのに対し、励起光の波長によって利得波長帯が決まるという特徴を持ち、励起光波長を選択することによって任意の波長帯を増幅することができる。
【０００６】
ラマン増幅では、光ファイバに強い励起光を入射すると、誘導ラマン散乱によって、励起光波長から約１００ｎｍ程度長波長側に利得が現れ、この励起された状態の光ファイバに、この利得を有する波長帯域の信号光を入射すると、この信号光が増幅されるというものである。したがって、ラマン増幅器を用いたＷＤＭ通信方式では、ＥＤＦＡを用いた通信方式に比して、信号光のチャネル数をさらに増加させることができる。
【０００７】
図２２は、ＷＤＭ通信システムに用いられる従来のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図２２において、ファブリペロー型の半導体発光素子１８０ａ〜１８０ｄとファイバグレーディング１８１ａ〜１８１ｄとがそれぞれ対となった半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄは、励起光のもとになるレーザ光を偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂに出力する。各半導体レーザモジュール１８２ａ，１８２ｂが出力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ６１ａによって異なる偏波面をもった光を合成している。同様にして、各半導体レーザモジュール１８２ｃ，１８２ｄが出力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ６１ｂによって異なる偏波面をもった光を合成している。偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂは、それぞれ偏波合成したレーザ光をＷＤＭカプラ６２に出力する。なお、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されるレーザ光の波長は異なる。
【０００８】
ＷＤＭカプラ６２は、アイソレータ６０を介して偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されたレーザ光を合波し、ＷＤＭカプラ６５を介し、励起光として増幅用ファイバ６４に出力する。この励起光が入力された増幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が、信号光入力ファイバ６９からアイソレータ６３を介して入力され、励起光と合波してラマン増幅される。
【０００９】
増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およびアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力する。
【００１０】
制御回路６８は、入力された一部の増幅信号光をもとに各半導体発光素子１８０ａ〜１８０ｄの発光状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。
【００１１】
図２３は、ファイバグレーディングを用いた半導体レーザモジュールの概要構成を示す図である。図２３において、この半導体レーザモジュールは、半導体発光素子２０２と光ファイバ２０３とを有する。半導体発光素子２０２は、活性層２２１を有する。活性層２２１は、一端に光反射面２２２が設けられ、他端に光出射面２２３が設けられる。活性層２２１内で生じた光は、光反射面２２２で反射して、光出射面２２３から出力される。
【００１２】
半導体発光素子２０２の光出射面２２３には、光ファイバ２０３が配置され、光出射面２２３と光結合される。光ファイバ２０３内のコア２３２には、光出射面２２３から所定位置にファイバグレーディング２３３が形成され、ファイバグレーディング２３３は、特性波長の光を選択的に反射する。すなわち、ファイバグレーディング２３３は、外部共振器として機能し、ファイバグレーディング２３３と光反射面２２２との間で共振器を形成し、ファイバグレーディング２３３によって選択された特定波長のレーザ光が増幅されて出力レーザ光２４１として出力される。
【００１３】
【非特許文献１】
Yuichi Tohmori 他６名、「Broad-Range Wavelength-Tunable Superstructure Grating(SSG) DBR Lasers」、IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS、pp1817-1823、VOL.29、NO.6、JUNE 1993
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した半導体レーザモジュール（１８２ａ〜１８２ｄ）は、ファイバグレーディング２３３と半導体発光素子２０２との間隔が長いため、ファイバグレーディング２３３と光反射面２２２との間の共振によって相対強度雑音（ＲＩＮ：Relative Intensity Noise）が大きくなる。ラマン増幅では、増幅の生じる過程が早く起こるため、励起光強度が揺らいでいると、ラマン利得も揺らぐことになり、このラマン利得の揺らぎがそのまま増幅された信号強度の揺らぎとして出力されてしまい、安定したラマン増幅を行わせることができないという問題点があった。
【００１５】
また、上述した半導体レーザモジュールは、ファイバグレーディング２３３を有した光ファイバ２０３と、半導体発光素子２０２とを光結合する必要があり、組立時の光軸合わせに時間と労力とがかかるとともに、共振器内における機械的な光結合であるために、レーザの発振特性が機械的振動などによって変化してしまうおそれがあり、安定した励起光を提供することができない場合が生じるという問題点があった。
【００１６】
なお、ラマン増幅器としては、図２２に示したラマン増幅器のように信号光に対して後方から励起する後方励起方式のほかに、信号光に対して前方から励起する前方励起方式および双方向から励起する双方向励起方式がある。現在、ラマン増幅器として多用されているのは、後方励起方式である。その理由は、弱い信号光が強い励起光とともに同方向に進行する前方励起方式では、励起光強度が揺らぐという問題があるからである。したがって、前方励起方式にも適用できる安定した励起光源の出現が要望されている。すなわち、従来のファイバグレーディングを用いた半導体レーザモジュールを用いると、適用できる励起方式が制限されるという問題点があった。
【００１７】
また、ラマン増幅器におけるラマン増幅では、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とが一致することを条件としている。すなわち、ラマン増幅では、増幅利得の偏波依存性があり、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とのずれによる影響を小さくする必要がある。ここで、後方励起方式の場合、信号光は、伝搬中に偏波がランダムとなるため、問題は生じないが、前方励起方式の場合、偏波依存性が強く、励起光の直交偏波合成、デボラライズなどによって偏波依存性を小さくする必要がある。すなわち、偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Polarization）を小さくする必要がある。
【００１８】
さらに、ラマン増幅は、得られるラマン利得が比較的低いため、高出力のラマン増幅用励起光源の出現が望まれていた。また、波長多重されたラマン増幅器に使用される励起光源は波長に対する要求が厳しく、波長の種類が多いだけでなくいったん波長が固定されると変更ができないため、製造、在庫、コストなどの面で問題となっていた。
【００１９】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、安定し、高利得を得ることができ、また発振波長を任意に制御できるラマン増幅器用光源に適した半導体レーザ装置を使用したラマン増幅器を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる半導体レーザ装置は、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板上に積層された第１導電型の半導体バッファ層と、該半導体バッファ層上に積層された活性層と、該活性層上に積層された第１の電極と、前記半導体基板下面に配置された第２の電極とを有する半導体レーザ装置において、前記活性層上に積層された第２導電型のスペーサ層と、該第２導電型のスペーサ層の一部領域に配置され、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えたレーザ光を選択する回折格子とを備え、前記第１の電極が、前記回折格子が配置された前記一部領域上に配置された第３の電極と、他の領域に配置された第４の電極とに空間的に、または、電気的に分離されていることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、回折格子が配置された一部領域上に配置された第３の電極と、それ以外の領域に配置された第４の電極とに空間的に、または、電気的に分離されているため、光発光出力を制御する電流と、回折格子の屈折率変化を制御する電流とを別々に印加することができる。
【００２２】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板上に積層された第１導電型の半導体バッファ層と、該半導体バッファ層上に積層された活性層と、該活性層上に積層された第１の電極と、前記半導体基板下面に配置された第２の電極とを有する半導体レーザ装置において、前記活性層上に積層された第２導電型のスペーサ層と、該第２導電型のスペーサ層の一部領域に配置され、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えたレーザ光を選択する回折格子とを備え、前記第１の電極が、前記回折格子が配置された前記一部領域上において、櫛形構造を有することを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、回折格子に流入する電流が一様でなく、場所に応じて電流密度が異なるため、回折格子を構成する各格子の屈折率を任意に変化させることができる。
【００２４】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板上に積層された第１導電型の半導体バッファ層と、該半導体バッファ層上に積層された活性層と、該活性層上に積層された第１の電極と、前記半導体基板下面に配置された第２の電極とを有する半導体レーザ装置において、前記活性層上に積層された第２導電型のスペーサ層と、該第２導電型のスペーサ層の一部領域に配置され、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えたレーザ光を選択する回折格子と、を備え、前記第１の電極が、前記回折格子が配置された前記一部領域上に配置された第３の電極と、他の領域に配置された第４の電極とに空間的に、または、電気的に分離され、前記第３の電極は、櫛形構造を有することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、第３の電極と第４の電極とに空間的に、または、電気的に分離することで光出力制御のための電流と、回折格子の屈折率制御のための電流とを別々に制御することができ、櫛形構造を有することで、回折格子に流入する電流の密度を場所に応じて変化させることにより回折格子を構成する各格子の屈折率を任意に変化させることができる。
【００２６】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、前記回折格子の上部に形成された前記第３の電極あるいは前記第１の電極に印加する電流量を変化させて前記特定の中心波長をシフトさせることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、前記回折格子の上部に形成された前記第３の電極あるいは前記第１の電極に印加する電流量を変化させて前記特定の中心波長をシフトさせるようにし、マルチモード発振の可変波長レーザを実現している。
【００２８】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、前記一部領域と異なる他の一部領域に設けられ、前記回折格子の反射モード間隔とは異なる他の反射モード間隔を有する他の回折格子を備え、前記第１の電極が、前記他の回折格子が配置された前記他の一部領域上に配置された第５の電極にさらに分離され、前記第３の電極と前記第５の電極とに対する少なくとも一方の電流量を変化させ、前記回折格子の反射モード間隔と前記他の回折格子の反射モード間隔との差に基づいて前記特定の中心波長をシフトさせることを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、前記第３の電極と前記第５の電極とに対する少なくとも一方の電流量を変化させ、前記回折格子の反射モード間隔と前記他の回折格子の反射モード間隔との差に基づいて前記特定の中心波長をシフトさせるようにし、大きなシフト量を有するマルチモード発振の可変波長レーザを実現している。
【００３０】
また、この発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１導電型の半導体バッファ層と前記活性層との間に積層された第１導電型のクラッド層と、前記第２導電型のスペーサ層と前記第１の電極との間に積層された第２導電型のクラッド層とをさらに有することを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、活性層を上下からクラッド層で挟み込む構造とすることで、ダブルへテロ構造となり活性層にキャリアが集中するため、高い効率でレーザ発振する半導体レーザ装置を実現できる。
【００３２】
また、この発明にかかる半導体レーザモジュールは、この発明の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置の温度を制御する温調モジュールと、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に導波する光ファイバと、前記半導体レーザ装置と前記光ファイバと光結合をおこなう光結合レンズ系とを備えたことを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、この発明の半導体レーザ装置を用いることで、ファイバグレーディングを不要とし光軸あわせなどをおこなう必要がなく、組立容易でありかつ機械的振動などによって発振特性が変化することのない半導体レーザモジュールを実現することができる。
【００３４】
また、この発明にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記半導体レーザ装置の光出力を測定する光検出器と、光ファイバ側からの反射戻り光の入射を抑制するアイソレータとをさらに備えたことを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、光検出器を設けることで光出力のモニタが可能で光出力の安定化を図ることができ、アイソレータを備えたことで外部からの反射光を防ぐことができる。
【００３６】
また、この発明にかかる光ファイバ増幅器は、この発明の半導体レーザ装置、あるいはこの発明の半導体レーザモジュールを用いた励起光源と、信号光と励起光とを合成するためのカプラと、増幅用光ファイバとを備えたことを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、上記半導体レーザ装置もしくは半導体レーザモジュールを含むことによって高い増幅率を有し、かつ安定した増幅をおこなうことのできる光ファイバ増幅器を実現することができる。
【００３８】
また、この発明にかかる光ファイバ増幅器は、上記の発明において、前記増幅用光ファイバは、ラマン増幅により光を増幅することを特徴とする。
【００３９】
この発明によれば、ラマン増幅によりおこなうことでより好適に光増幅をおこなうことができる。
【００４０】
また、この発明にかかる光ファイバ増幅器は、レーザ光の波長を制御する手段を有する１以上の励起光源と、前記励起光源から出力された励起光を光伝送路に導入する合波器と、信号光を前記励起光によって増幅する増幅媒体と、増幅された信号光出力の波長特性を測定する測定手段と、前記励起光源を制御する制御回路と、前記測定手段および前記制御回路と電気的に接続された演算手段を有する光ファイバ増幅器であって、前記演算手段は所定の利得波長特性を目標値として持ち、前記測定手段による信号光出力の波長特性の測定結果をもとにその測定結果が前記目標値に略一致するよう前記制御回路の動作条件を与えることを特徴とする。
【００４１】
この発明によれば、柔軟に励起光波長を制御することにより容易に所望の利得波長特性を満足するラマン増幅を行うことができる。
【００４２】
また、この発明にかかる光ファイバ増幅器は、励起光源の数が２以上であって、レーザ光の波長を制御する手段を有する１以上の励起光源と複数の励起光を合波する合波器を有し、前記複数の励起光源から出力された励起光を前記合波器で合波したのちに合波器を介して光伝送路に導入することを特徴とする。
【００４３】
この発明によれば、励起光波長を任意に制御することにより励起光源を交換することなく容易に増幅帯域を変化させることが可能な光ファイバ増幅器を与えることができる。
【００４４】
またこの発明にかかる光ファイバ増幅器は、この発明の光ファイバ増幅器であって、前記複数の励起光を合波する合波器は、波長合波器であることを特徴とする。
【００４５】
この発明によれば、波長合波器の適用波長帯を適切なものに設定することによって、より広範囲の波長帯に適用可能な増幅帯域可変の光ファイバ増幅器を与えることができる。
【００４６】
また、この発明にかかる光ファイバ増幅器は、この発明の光ファイバ増幅器であって、前記複数の励起光を合波する合波器は、偏波合成器であることを特徴とする。
【００４７】
この発明によれば、レーザ光の波長を制御する手段を有する励起光源によって、その他の任意の励起光源が所定の増幅利得を発生しなくなった場合でも速やかに所定の光増幅特性に復帰させることのできる、信頼度の高い光増幅器を与えることができる。
【００４８】
また、この発明にかかる光通信システムは、この発明の光ファイバ増幅器が複数接続され、前記複数の光ファイバ増幅器が互いに増幅利得の波長特性を補償しあうように構成されていることを特徴とする。
【００４９】
この発明によれば、複数の光ファイバ増幅器が互いに増幅利得の波長特性を補償しあうことによって、システム全体として常に好適な光信号強度を保つことができる。
【００５０】
また、この発明にかかる光ファイバ増幅器は、この発明の光ファイバ増幅器と、前記光ファイバ増幅器の動作状態を確認する監視部、前記光ファイバ増幅器を制御するための条件の入出力部を備えた制御部を有し、前記光ファイバ増幅器と前記監視部、前記制御部は互いに通信回線によって接続されていることを特徴とする。
【００５１】
この発明の発明によれば、この発明の光ファイバ増幅器の動作状況をシステム管理者が随時管理し、適切な増幅特性を保つための作業を容易に行うことができる。
【００５２】
また、この発明にかかる光通信システムは、この発明の光通信システムであって、複数の光ファイバ増幅器が通信回線上で接続されており、前記通信回線にはさらに前記複数の光ファイバ増幅器の動作状態を確認する監視部、制御するための制御部とが接続されており、前記監視部は前記複数の光ファイバ増幅器を含む光通信システムの動作状況を監視し、前記制御部は前記複数の光ファイバ増幅器を、前記監視部から得た情報に基づき制御を行うことを特徴とする。
【００５３】
この発明によれば、光通信システムの動作状況をシステム管理者が監視し、システム全体として常に好適な光増幅特性を保つように複数の光ファイバ増幅器を統合的に制御することが可能となる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明にかかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび光ファイバ増幅器の好適な実施の形態について説明する。図面の記載において同一または類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００５５】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置について、説明する。図１は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の側面断面図を示し、図２は、図１に示す半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。
【００５６】
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、図１に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ（Graded Index-Separate Confinement Hetero structure Multi Quantum Well： 分布屈折率分離閉じこめ単一量子井戸）活性層３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８、ｐ側電極１０が順次積層されている。また、ｎ−ＩｎＰ基板１下には、ｎ側電極１１が配置されている。
【００５７】
ｎ−ＩｎＰクラッド層２は、バッファ層としての機能およびクラッド層としての機能を果たすためのものである。ｎ−ＩｎＰクラッド層２およびｐ−ＩｎＰクラッド層６によってＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３を挟み込むことで本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置はダブルへテロ構造を有し、キャリアを効果的に閉じ込めることで高い発光効率を有する。
【００５８】
また、図２に示すように、ｎ−ＩｎＰクラッド層２の上部およびＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４、およびｐ−ＩｎＰクラッド層６の下部に接触してｐ−ＩｎＰブロッキング層９ｂ、ｎ−ＩｎＰブロッキング層９ａが順に配置されている。これらｐ−ＩｎＰブロッキング層９ｂ、ｎ−ＩｎＰブロッキング層９ａは、注入される電流がリークしないよう電流をブロックするためのもの（ＢＨ構造）であり、かかる構造とすることでＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３を流れる電流の密度が高められ、発光効率が向上する構造となっている。また、ＢＨ構造にすることで、横モードが単一に制御された光を出力するので、レーザの安定動作を行う機能がある。
【００５９】
また、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、出射側端面（図１における右側面）において低反射膜１５が全面に渡って配置され、反射側端面（図１における左側面）において高反射膜１４が全面に渡って配置されている。
【００６０】
高反射膜１４は、反射率８０パーセント以上、好ましくは９８パーセント以上の光反射率を有する。一方、低反射膜１５は、出射側端面におけるレーザ光の反射を防止するためのものである。したがって、低反射膜１５は反射率の低い膜構造からなり、光反射率は１パーセント以下、望ましくは０．５パーセント以下の膜構造からなる。さらに好適には、0.1%以下の反射膜を有する誘電体反射膜からなる。
【００６１】
さらに、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内部でありかつ出射側端面近傍において、回折格子１３がレーザ光の出射方向に配置されている。また、回折格子１３は、膜厚２０ｎｍを有し、レーザ光出射方向に５０μｍの長さを有し、周期が約２２０ｎｍである周期的な構造となっているため、中心波長１４８０ｎｍ帯で複数の発振縦モードを有するレーザ光を選択する。
【００６２】
回折格子１３を構成する各格子は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰで構成されており、本実施の形態１において回折格子１３は単一の周期からなる各格子の配列によって形成される。なお、回折格子１３の低反射膜１５側の端部は、低反射膜１５と接する構造とすることが望ましいが、１００μｍ以内の距離であれば、低反射膜１５から離れた構造としてもよい。
【００６３】
回折格子１３の上部であって、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８とｐ側電極１０ｂとの間には電気的分離溝１６が配置されている。電気的分離溝１６は、ｐ側電極１０から注入された電流を回折格子１３を含む低反射膜１５の近傍において流さないためのものである。
【００６４】
次に、本実施の形態にかかる半導体レーザ装置の動作について、説明する。ｐ側電極１０から注入された電流は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３においてキャリアの発光再結合を引き起こし、発光した光は回折格子１３によって特定波長成分が選択され、出射側端面から出射される。まず、簡単のためｐ側電極１０ｂを通じて流入する電流ＩbについてＩb＝０とした場合について、説明する。
【００６５】
本実施の形態１における半導体レーザ装置は、ラマン増幅器の励起用光源として用いられることを前提とし、その発振波長λ0は、１１００ｎｍ〜１５５０ｎｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３２００μｍ以下としている。ところで、一般に、半導体レーザ装置の共振器によって発生する縦モードのモード間隔Δλは、実効屈折率を「ｎ」とすると、次式で表すことができる。すなわち、
Δλ＝λ02／（２・ｎ・Ｌ）
である。ここで、発振波長λ0を１４８０ｎｍとし、実効屈折率を３．５とすると、共振器長Ｌ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Ｌ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、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。
【００６６】
一方、本実施の形態１において、回折格子１３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１３による選択波長特性は、図３に示す発振波長スペクトル２０として表される。
【００６７】
図３に示すように、本実施の形態１では、回折格子１３を有した半導体レーザ装置による発振波長スペクトル２０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。従来のＤＦＢ（DistributedFeedback）半導体レーザ装置あるいはＤＢＲ（Distributed Bragg Reflrector）半導体レーザ装置では、共振器長Ｌを８００μｍ以上とすると、単一縦モード発振が困難であったため、かかる共振器長Ｌを有した半導体レーザ装置は用いられなかった。しかしながら、この実施の形態１の半導体レーザ装置では、共振器長Ｌ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ませてレーザ出力するようにしている。図３では、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に３つの発振縦モード２１〜２３を有している。
【００６８】
複数の発振縦モードを有するレーザ光を用いると、単一縦モードのレーザ光を用いた場合に比して、レーザ出力のピーク値を抑えて、高いレーザ出力値を得ることができる。たとえば、この実施の形態１に示した半導体レーザ装置では、図４（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４（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装置のプロファイルであり、高いピーク値を有している。
【００６９】
ここで、半導体レーザ装置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励起光出力パワーを増大することが好ましいが、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は、誘導ブリルアン散乱が発生する閾値Ｐthを有し、同じレーザ出力パワーを得る場合、図４（ｂ）に示すように、複数の発振縦モードを持たせ、そのピーク値を抑えることによって、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐth内で、高い励起光出力パワーを得ることができ、その結果、高いラマン利得を得ることが可能となる。
【００７０】
また、発振縦モード２１〜２３の波長間隔（モード間隔）Δλは、０．１ｎｍ以上としている。これは、半導体レーザ装置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。この結果、上述したモード間隔Δλの式によって、上述した共振器長Ｌが３２００μｍ以下であることが好ましいことになる。
【００７１】
このような観点から、発振波長スペクトル２０の半値幅Δλｈ内に含まれる発振縦モードの本数は、複数であることが望ましい。ところで、ラマン増幅では、増幅利得に偏波依存性があるため、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とのずれによる影響を小さくする必要がある。このための方法として、励起光を無偏光化（デポラライズ）する方法があり、具体的には、２台の半導体レーザ装置からの出力光を偏波合成する方法のほか、デポラライザとして所定長の偏波面保持ファイバを用いて、１台の半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を、この偏波面保持ファイバに伝搬させる方法がある。無偏光化の方法として、後者の方法を使用する場合には、発振縦モードの本数が増大するに従ってレーザ光のコヒーレンシーが低くなるので、無偏光化に必要な偏波面保持ファイバの長さを短くすることができる。特に、発振縦モードが４，５本となると、急激に、必要な偏波面保持ファイバの長さが短くなる。従って、ラマン増幅器に使用するために半導体レーザ装置から出射されるレーザ光を無偏光化する場合に、２台の半導体レーザ装置の出射光を偏波合成して利用しなくても、１台の半導体レーザ装置の出射レーザ光を無偏光化して利用することが容易となるので、ラマン増幅器に使用される部品数の削減、小型化を促進することができる。
【００７２】
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波長の動きによって、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２０の半値幅Δλｈは、３ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以下とする必要がある。
【００７３】
さらに、従来の半導体レーザ装置では、図２３に示したように、ファイバグレーディングを用いた半導体レーザモジュールとしていたため、ファイバグレーディング２３３と光反射面２２２との間の共振によって相対強度雑音（ＲＩＮ）が大きくなり、安定したラマン増幅を行うことができないが、この実施の形態１に示した半導体レーザ装置では、ファイバグレーディング２３３を用いず、低反射膜１５から出射したレーザ光をそのまま、ラマン増幅器の励起用光源として用いているため、相対強度雑音が小さくなり、その結果、ラマン利得の揺らぎが小さくなり、安定したラマン増幅を行わせることができる。
【００７４】
また、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８上であって、回折格子１３に対応した領域にｐ側電極１０ｂが配置され、ｐ側電極１０ｂを通じて電流Ｉbが回折格子１３に対して注入される。以下、回折格子１３に対して電流Ｉbが注入されることによる影響について、説明する。
【００７５】
一般に、回折格子１３を構成するｐ−ＩｎＧａＡｓＰおよびｐ−ＩｎＰスペーサ層４は、注入電流Ｉbが印加されることにより、発熱による影響が支配的で、屈折率が増大するする。そのため、Ｉb＝０の場合と比較して光路長は長くなり、回折格子１３の実効的な周期も変化する。そのため、Ｉb≠０においては、Ｉbの値の変化に対応して、回折格子１３によって選択される中心波長は変化する。
【００７６】
したがって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、Ｉbの値を制御することによって選択される中心波長を制御することができる。これにより、たとえば、実際に製造した半導体レーザ装置が、設計段階で想定した中心波長を選択できない場合であっても、Ｉbを制御することで所望の中心波長を選択することができる。そのため、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、実際の製造工程において、歩留まりを向上させることができる。また、設計段階で想定した中心波長と異なる中心波長を選択させたい場合であっても、Ｉbを制御することで所望の中心波長を選択させることができる。
【００７７】
さらに、光出力を制御するＩaは、回折格子１３の選択する中心波長を制御するＩbとは無関係に変動させることができるため、選択する中心波長を一定に保持したままで、半導体レーザ装置の光出力を任意に変化させることができる。
【００７８】
ここで、図５は、上述した波長可変レーザとしての半導体レーザ装置の反射特性を示している。図５に示すように、ある波長帯域では高反射膜１４は、８０％以上の反射率を有し、ほぼこの反射率は変化しない。これは、たとえば、高反射率を有する誘電体多層膜を反射側劈開面にコーティングすることによって実現できる。ところが、図５に示すように、低反射膜１５の反射特性は、回折格子１３による波長選択特性を有する。この回折格子１３の物理特性は、回折格子１３が、図３に示すような多重モード発振を許容するに十分な帯域幅の光を反射するような選択がなされる。すなわち、図５に示した反射曲線２０´は、図３に示した発振波長スペクトル２０に対応する。さらに、図５において、反射曲線２０´は、ｐ側電極１０ｂを介して回折格子１３に注入される電流値に対応して波長がシフトする。図６は、注入電流の変化によって達成される波長変化の具体例を示している。図６に示すように、回折格子１３への注入電流によって２ｎｍ以上波長可変することができる。
【００７９】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置について、説明する。図７は、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構造を示す側面断面図である。実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置と同様に、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８が順次積層されている。また、ｎ−ＩｎＰ基板１下には、ｎ側電極１１が配置されている。さらに、レーザ光出射側（図７における右方向）端面に低反射膜１５が配置され、反射側（図７における左方向）端面に高反射膜１４を有し、高反射膜１４の光反射率は８０パーセント以上、低反射膜１５の光反射率は１パーセント以下としているのも実施の形態１と同様である。さらに、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内部であって、低反射膜１５の近傍には同一の周期および同一の周期を有する回折格子１３が配置されている。
【００８０】
そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８上にはｐ側電極２４が配置されている。ここで、ｐ側電極２４は、回折格子１３の上部に対応した領域であるｐ側電極２４ｂと、それ以外の領域であるｐ側電極２４ａに分離して考えることができる。ｐ側電極２４ａは、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８上に一様に堆積された構造を有するのに対し、ｐ側電極２４ｂは、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８に対して歯が接する誘電体電気的分離溝を用いた櫛形構造からなる。したがって、ｐ側電極２４から注入される電流は、ｐ側電極２４ａの下部においては一様に流入するのに対して、ｐ側電極２４ｂの下部においては、櫛形構造の歯の部分から電流が注入される。したがって、ｐ側電極２４ｂの下部においては、流れる電流は一様ではなく、櫛形構造に依存して電流密度は変化する。
【００８１】
ここで、実施の形態１においても説明したように、回折格子１３およびその周囲の領域では、流入する電流の大きさに応じて屈折率の変化が生じる。したがって、元来回折格子１３は単一の周期からなる構造であるが、ｐ側電極２４ｂから注入される電流の密度の変化に応じて屈折率が変化し、光路長も変化する。したがって、回折格子１３は、実効的には異なる周期を有する回折格子の集合となり、各周期は、ｐ側電極２４ｂを通じて注入される電流の大きさによって制御される。
【００８２】
一例として、図８（ａ）に示すようにｐ側電極２４ｂの櫛形構造が、歯の太さが周期的に変化する場合を示す。この場合に、ｐ側電極２４ｂから電流を注入することにより回折格子１３も、屈折率を加味して考えると図８（ａ）に示すような構造となる。すなわち、ｐ側電極２４ｂの櫛の歯の太さに対応して、注入される電流の値は変化するため、その電流の大きさに応じて回折格子１３を構成する各格子はレーザ光出射方向に対して大きさが変化する。ｐ側電極２４ｂの櫛の歯の太さを周期的に変化させることによって、回折格子１３は、実質的にはグレーティング周期を周期的に変化させた、図８（ｂ）に示すような、いわゆるチャープドグレーティングとなる。このようなチャープドグレーティング構造とすることにより、回折格子１３の波長選択性に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトルの半値幅を広げ、半値幅内の発振縦モードの本数を増大させることができる。
【００８３】
また、他の例として、ｐ側電極２４ｂをさらに２つに分割し、櫛形構造が周期Λ1を有するｐ側電極２５ａと、櫛形構造が周期Λ2（≠Λ1）を有するｐ側電極２５ｂとからなるｐ側電極２４ｂを考える。この場合、ｐ側電極２５ａから流入する電流と、ｐ側電極２５ｂから流入する電流の密度は異なり、電流密度の違いに起因して回折格子１３は、屈折率を考慮した実効的な周期Λ1を有する部分と、同じく実効的な周期Λ2（≠Λ1）を有する部分とに分かれる。
【００８４】
したがって、回折格子１３によって、異なる２つの中心波長λ1、λ2が選択され、発振されるレーザ光のスペクトルは図９（ｂ）に示すような複合発振波長スペクトルとなる。図９（ｂ）において、周期Λ1の部分によって、波長λ1の発振波長スペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内に３本の発振縦モードを選択する。一方、周期Λ2の部分によって、波長λ2の発振波長スペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内に３本の発振縦モードを形成する。また、図７においては、中心波長λ1の短波長側の発振縦モードと、中心波長λ2の長波長側の発振縦モードとが重なり合う構成となっている。
【００８５】
したがって、周期Λ1，Λ2の回折格子による複合発振波長スペクトル３５は、この複合発振波長スペクトル３５内に４〜５本の発振縦モードが含まれることになる。この結果、単一の中心波長に基づく複数の発振縦モードを形成するときに比べ、一層多くの発振縦モードを容易に選択出力することができ、光出力の増大をもたらすことができる。
【００８６】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる半導体レーザ装置について、図１０を参照して説明する。図１０は、実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の構造を示す側面断面図である。なお、図１０において、図１および図７と同一または類似の部分についての説明は省略する。
【００８７】
実施の形態３にかかる半導体レーザ装置は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８上に配置されたｐ側電極が、一様に堆積されたｐ側電極２７ａと、櫛形構造からなるｐ側電極２７ｂとからなり、ｐ側電極２７ａ、２７ｂの間には電気的分離溝２６が配置された構造を有する。したがって、ｐ側電極２７ａ、２７ｂから注入される電流Ｉa、Ｉbは相互に独立に制御することができる。
【００８８】
本実施の形態３にかかる半導体レーザ装置は、ｐ側電極２７ａ、２７ｂを電気的に絶縁した構造を有することで、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置と同様の利点を有する。すなわち、半導体レーザ装置の光出力を制御するために変動するＩaと無関係にＩbを一定の値に保持することができるため、Ｉbにより特定波長の発振を得ることができる。
【００８９】
また、実施の形態１の場合と同様に、光出力を制御する電流Ｉbと、回折格子１３の選択する中心波長を制御するＩaとを互いに無関係に制御できるため、半導体レーザ装置の光出力を一定に保持したまま選択する中心波長を変化させることができる。
【００９０】
さらに、本実施の形態３にかかる半導体レーザ装置が、櫛形構造を有するｐ側電極２７ｂを有することで実施の形態２にかかる半導体レーザ装置同様、次の利点を有する。すなわち、櫛形構造を有することで回折格子１３に流入する電流密度は一様ではなく、場所によって異なる。したがって、回折格子１３を構成する各格子およびその周囲の領域における屈折率の変化は一様とはならずに、櫛形構造に依存する。そのため櫛形構造をたとえば図８（ａ）、図９（ａ）に示すパターンとすることにより回折格子１３の周期等を変化させたのと同様の効果を得ることができ、チャープドグレイティング構造や、２つの異なる選択波長を有する半導体レーザ装置を実現することができる。なお、実施の形態１から３において、電流注入を防ぐために絶縁膜を用いたが、ｐ型コンタクト層の上にｎ型半導体層、又は、n-p-n型半導体多層構造による電流非注入構造であっても良い。さらに、実施の形態2、または、３に図示されている、電極分離溝の下部に位置するｐ-ＧａＩｎＡｓＰコンタクト層および、ｐ-ＩｎＰクラッド層の一部を除去した構造は、作製プロセス上、工程が複雑になるが、電気的分離を行なうには、より好適な構造である。
【００９１】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。図１１は、この発明の実施の形態４である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。図１１において、この半導体レーザ装置は、実施の形態１に示した半導体レーザ装置の構成に、さらに高反射膜１４側に回折格子１３ｃを設け、この回折格子１３ｃの上部には、ｐ側電極１０とは電気的に分離されたｐ側電極１０ｃを有する。なお、回折格子１３ｂは、図１に示した回折格子１３に対応する。
【００９２】
ここで、回折格子１３ｂ，１３ｃは物理的に分離された領域に形成され、かつｐ側電極１０ｂ，１０ｃによってそれぞれ独立して電流注入を行うことができ、回折格子１３ｂ，１３ｃの波長選択性を個別に制御することができる。これによって、さらに波長選択性を詳細かつ柔軟に設定することができる。
【００９３】
この実施の形態４に示すように、低反射膜１５側と高反射膜１４側との双方に回折格子１３ｂ，１３ｃを設けると、各回折格子１３ｂ，１３ｃの離散的な反射モードのバーニア効果によって広い可変波長域を実現することができる。
【００９４】
図１２に示すように、回折格子１３ｃによって選択される波長がλ１〜λｎとし、回折格子１３ｂによって選択される波長がλ１´〜λｎ´とすると、λ１´〜λｎ´の各波長間隔は、λ１〜λｎの各波長間隔に比してほんの少し異なるように設定される。この選択状態において、それぞれ電流注入の変化ΔＩを与えると、各波長λ１〜λｎおよび各波長λ１´〜λｎ´は、シフトする。バーニア効果は、この状態において、波長λ１〜λｎと波長λ１´〜λｎ´とが一致する波長のみが発振波長して選択出力される。図１２では、波長λ１と波長λ１´とが一致し、波長λ１（＝λ１´）が発振波長として選択される。例えば数十ｎｍ程度の波長シフトレンジを実現できる。なお、回折格子１３ｂあるいは回折格子１３ｃの一方の選択波長のみを電流注入量変化によってシフトさせてもよいし、回折格子１３ｂ，１３ｃの双方の選択波長を、それぞれ独立して電流注入量変化によってシフトさせるようにしてもよい。
【００９５】
図１３〜図１５は、この実施の形態４の具体例を示している。図１３は、この発明の実施の形態４の具体例である半導体レーザ装置の一部破断図である。図１３において、この半導体レーザ装置は、長さ１２００μｍの活性領域（３）と長さ２００μｍの前部回折格子領域（１３ｂ）と長さ７５０μｍの後部回折格子領域（１３ｃ）とを形成している。
【００９６】
図１４は、回折格子の周期構成を示す図である。図１４に示すように、回折格子は、１４００ｎｍに一致する周期Λ1から１５００ｎｍに一致する周期Λnまでリニアにチャープされている。このリニアなチャープ周期Δｓは各回折格子内の反射モード間隔を決定する。ここで、図１３に示した回折格子領域（１３ｂ）の反射モード間隔は９．７ｎｍであり、回折格子領域（１３ｃ）の反射モード間隔は８．７ｎｍである。このような回折格子構造は、上述したバーニア効果に要求されるモード間隔の違いを与える。
【００９７】
図１５は、図１３に示した半導体レーザ装置における前部回折格子領域と後部回折格子領域の反射モードの波長間隔を示している。図１５において波長λ1〜λnは、反射率２％以下の前部回折格子領域における選択波長を示し、波長λ1´〜λn´は、反射率９５％以上の後部回折格子領域における選択波長を示している。図１５において、波長λ1と波長λ1´のみが一致し、その他の波長、たとえば、波長λ2と波長λ2´、波長λ3と波長λ3´、などは一致していない。この場合、前部回折格子領域あるいは後部回折格子領域のいづれか一方あるいは双方に対する電流注入量を変化させて反射モードをシフトさせることによって、他の波長、たとえば波長λ2と波長λ2´のみを一致させることができる。このようにして、広範囲の波長シフトを実現できる可変波長レーザとしての半導体レーザ装置が得られる。
【００９８】
図１６は、図１３に示した半導体レーザ装置のマルチモード可変波長範囲を示す図である。図１６では、電流変化量±８０ｍＡで、１０３ｎｍという広範囲の波長シフトを実現している。
【００９９】
さらに、この実施の形態４の変形例について説明する。この変形例では図１３に対応した半導体レーザ装置であるが、後部回折格子領域が電流注入変化されずに、固定されたやや平坦な反射特性を有する回折格子が含まれ波長選択特性はシフトしない。これに対し、前部回折格子領域には電流注入変化が与えられ、離散的な反射モードλ1〜λnが広範囲に出現している。図１７は、この変形例に対応した後部回折格子領域と前部回折格子領域の選択波長特性を示す図である。上述したように、後部回折格子領域の選択波長特性は固定であり、平坦な特性を有するため、この後部回折格子領域の選択波長領域に含まれる前部回折格子領域の反射モードの複数の波長が選択されることなる。したがって、マルチモードスペクトルの出力が複数選択されるが、この選択されたマルチモードスペクトルのうちの不要なマルチモードスペクトルは、選択的な減衰機構を用い、あるいは半導体レーザ装置の外部に波長減衰器を接続することによって排除すればよい。
【０１００】
なお、上述した実施の形態２，３も同様に適用することができ、チャーピングによって選択波長スペクトルを広げるようにしてもよい。また、半導体レーザ装置のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に注入される電流は、ｐ側電極１０ｂ，１０ｃに注入される電流も加えられた値であり、この電流値で半導体レーザ装置の出力が決定される。したがって、ｐ側電極１０ｂ，１０ｃに加えられる電流量を加味したレーザ出力の電流制御を行う必要がある。
【０１０１】
（実施の形態５）
次に、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５では、上述した実施の形態１〜４に示した半導体レーザ装置をモジュール化したものである。
【０１０２】
図１８は、この発明の実施の形態５である半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。本実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールは、上述した実施の形態１〜４で示した半導体レーザ装置に対応する半導体レーザ装置５１を有する。なお、この半導体レーザ装置５１は、ｐ側電極がヒートシンク５７ａに接合されるジャンクションダウン構成としている。半導体レーザモジュールの筐体として、セラミックなどによって形成されたパッケージ５９の内部底面上に、温度制御装置としてのペルチェ素子５８が配置される。ペルチェ素子５８上にはベース５７が配置され、このベース５７上にはヒートシンク５７ａが配置される。ペルチェ素子５８には、図示しない電流が与えられ、その極性によって冷却および加熱を行うが、半導体レーザ装置５１の温度上昇による発振波長ずれを防止するため、主として冷却器として機能する。すなわち、ペルチェ素子５８は、レーザ光が所望の波長に比して長い波長である場合には、冷却して低い温度に制御し、レーザ光が所望の波長に比して短い波長である場合には、加熱して高い温度に制御する。この温度制御は、具体的に、ヒートシンク５７ａ上であって、半導体レーザ装置５１の近傍に配置されたサーミスタ５８ａの検出値をもとに制御され、図示しない制御装置は、通常、ヒートシンク５７ａの温度が一定に保たれるようにペルチェ素子５８を制御する。また、図示しない制御装置は、半導体レーザ装置５１の駆動電流を上昇させるに従って、ヒートシンク５７ａの温度が下がるようにペルチェ素子５８を制御する。このような温度制御を行うことによって、半導体レーザ装置５１の出力安定性を向上させることができ、歩留まりの向上にも有効となる。なお、ヒートシンク５７ａは、たとえばダイヤモンドなどの高熱伝導率をもつ材質によって形成することが望ましい。これは、ヒートシンク５７ａがダイヤモンドで形成されると、高電流印加時の発熱が抑制されるからである。
【０１０３】
ベース５７上には、半導体レーザ装置５１およびサーミスタ５８ａを配置したヒートシンク５７ａ、第１レンズ５２、および電流モニタ５６が配置される。半導体レーザ装置５１から出射されたレーザ光は、第１レンズ５２、アイソレータ５３、および第２レンズ５４を介し、光ファイバ５５上に導波される。第２レンズ５４は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ５９上に設けられ、外部接続される光ファイバ５５に光結合される。なお、電流モニタ５６は、半導体レーザ装置５１の反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【０１０４】
ここで、この半導体レーザモジュールでは、他の光学部品などによる反射戻り光が共振器内に戻らないように、半導体レーザ装置５２と光ファイバ５５との間にアイソレータ５３を介在させている。このアイソレータ５３には、ファイバグレーディングを用いた従来の半導体レーザモジュールと異なり、インライン式のファイバ型でなく、半導体レーザモジュール内に内蔵できる偏波依存型のアイソレータを用いることができるため、アイソレータによる挿入損失を小さく、さらに低い相対強度雑音（ＲＩＮ）を達成することができ、部品点数も減らすことができる。
【０１０５】
この実施の形態５では、実施の形態１〜４で示した半導体レーザ装置をモジュール化しているため、偏波依存型のアイソレータを用いることができ、挿入損失を小さくすることができ、低雑音化および部品点数の減少を促進することができる。
【０１０６】
（実施の形態６）
次に、この発明の実施の形態６について説明する。この実施の形態６では、上述した実施の形態５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。
【０１０７】
図１９は、この発明の実施の形態６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、ＷＤＭ通信システムに用いられる。図１９において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態５に示した半導体レーザモジュールと同一構成の半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄを用い、図２２に示した半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄを、上述した半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄに置き換えた構成となっている。
【０１０８】
各半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂは、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ａに出力し、各半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄは、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ｂに出力する。ここで、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振するレーザ光は、同一波長である。また、半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄが発振するレーザ光は、同一波長であるが半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振するレーザ光の波長とは異なる。これは、ラマン増幅が偏波依存性を有するためであり、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂによって偏波依存性が解消されたレーザ光として出力するようにしている。
【０１０９】
各偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力された、異なる波長をもったレーザ光は、ＷＤＭカプラ６２によって合成され、合成されたレーザ光は、ＷＤＭカプラ６５を介してラマン増幅用の励起光として増幅用ファイバ６４に出力される。この励起光が入力された増幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が入力され、ラマン増幅される。
【０１１０】
増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およびアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力する。
【０１１１】
制御回路６８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６０ａ〜６０ｄのレーザ出力状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。
【０１１２】
この実施の形態６に示したラマン増幅器では、たとえば図２２に示した半導体発光素子１８０ａとファイバグレーディング１８１ａとが偏波面保持ファイバ７１ａで結合された半導体レーザモジュール１８２ａを用いず、実施の形態１〜４で示した半導体レーザ装置が内蔵された半導体レーザモジュール６０ａを用いるようにしているので、偏波面保持ファイバ７１ａの使用を削減することができる。なお、上述したように、各半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄは、複数の発振縦モードを有しているため、偏波面保持ファイバ長を短くすることができる。この結果、ラマン増幅器の小型軽量化とコスト低減を実現することができる。
【０１１３】
なお、図１９に示したラマン増幅器では、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂを用いているが、図２０に示すように半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃから、それぞれ偏波面保持ファイバ７１を介して直接ＷＤＭカプラ６２に光出力するようにしてもよい。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃの偏波面は、偏波面保持ファイバ７１に対して４５度となるように入射する。これによって、偏波面保持ファイバ７１から出力される光出力の偏波依存性をなくすことができ、一層、小型かつ部品点数の少ないラマン増幅器を実現することができる。
【０１１４】
また、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄ内に内蔵される半導体レーザ装置として発振縦モード数が多い半導体レーザ装置を用いると、必要な偏波面保持ファイバ７１の長さを短くすることができる。特に、発振縦モードが４，５本になると、急激に、必要な偏波面保持ファイバ７１の長さが短くなるため、ラマン増幅器の簡素化と小型化を促進することができる。さらに、発振縦モードの本数が増大すると、コヒーレント長が短くなり、デポラライズによって偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Polarization）が小さくなり、偏波依存性をなくすことが可能となり、これによっても、ラマン増幅器の簡素化と小型化とを一層促進することができる。
【０１１５】
また、このラマン増幅器では、ファイバグレーディングを用いた半導体レーザモジュールに比して光軸合わせが容易であり、共振器内に機械的な光結合がないため、この点からも、ラマン増幅の安定性、信頼性を高めることができる。
【０１１６】
さらに、上述した実施の形態１〜４の半導体レーザ装置では、複数の発振モードを有しているため、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、高出力の励起光を発生することができるので、安定し、かつ高いラマン利得を得ることができる。
【０１１７】
また、図１９および図２０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６０ａ〜６０ｄが安定し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、安定したラマン増幅を行うことができる。
【０１１８】
この図９あるいは図１０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１２は、図９あるいは図１０に示したラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図である。
【０１１９】
図１１において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔｘｎから送出された波長λ1〜λnの光信号は、光合波器８０によって合波され、１つの光ファイバ８５に集約される。この光ファイバ８５の伝送路上には、図９あるいは図１０に示したラマン増幅器に対応した複数のラマン増幅器８１，８３が距離に応じて配置され、減衰した光信号を増幅する。この光ファイバ８５上を伝送した信号は、光分波器８４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Ｒｘ１〜Ｒｘｎに受信される。なお、光ファイバ８５上には、任意の波長の光信号を付加し、取り出したりするＡＤＭ（Add/Drop Multiplexer）が挿入される場合もある。
【０１２０】
なお、上述した実施の形態６では、実施の形態１〜４に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形態５に示した半導体レーザモジュールを、ラマン増幅用の励起光源に用いる場合を示したが、これに限らず、たとえば、９８０ｎｍ，１４８０ｎｍ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。
【０１２１】
（実施の形態７）
次に、この発明の実施の形態７について説明する。この実施の形態７は、上述した実施の形態５に示した半導体レーザモジュールのうち、特に実施の形態３もしくは実施の形態４に示した半導体レーザ装置を使用したものをラマン増幅器の励起光源として適用したものである。
【０１２２】
本実施の形態では、図１９に示すラマン増幅器において、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄには実施の形態４に示した半導体レーザ装置が使用されており、駆動電流を制御することで光出力を制御できるだけでなく、外部からＩｂおよび／もしくはＩｃを与えることによって発振波長を任意に変化させることができる。また、制御回路６８は例えば図２４に示すように、中央制御部１０１、波長制御部１０２、励起光出力制御部１０３から構成されている。さらに、波長制御部１０２は図２５に示すように、波長分波器１１１、受光器１１５、波長調節回路１０５から構成されている。
【０１２３】
図１９に示すラマン増幅器において、増幅用ファイバ６４を伝搬してきた信号光は、ラマン増幅されたのちにモニタ光分配用カプラ６７でその一部が分岐され、制御回路６８に導入される。このモニタ光は図２４に示すように、制御回路６８を構成する波長制御部１０２に導入される。波長制御部１０２では、ラマン増幅された信号光出力の波長特性が測定される。
【０１２４】
波長制御部１０２の動作の詳細について、図２５を用いて説明する。モニタ光はまず波長分波器１１１で各波長成分に分波され、複数の受光器１１５に導入される。複数の受光器１１５で検出された各波長の信号光強度情報は、電気信号に変換されて波長調節回路１０５から中央制御部１０１および励起光出力制御部１０３に送られる。
【０１２５】
図２４ではモニタ光分配用カプラ６７は増幅用ファイバ６４の後方側にのみ設置しているが、もちろん、増幅用ファイバの前方にも設置して同様に波長分波器１１１、複数の受光器１１５と接続し、増幅用ファイバへの入力光の波長依存性をモニタしてもよい。受光器１１５を波長制御回路に接続し、増幅用ファイバの前後で信号光強度の波長特性をモニタすることにより、利得の波長特性を測定することができる。
【０１２６】
中央制御部１０１には所望の利得波長プロファイルを得るために必要な情報および演算手段等がメモリされており、目標とする利得波長特性との差から各励起光の波長および光出力の設定値を計算する。これらの情報が制御指令として波長制御部１０２および励起光出力制御部１０３に送られ、それをもとに波長制御部１０２および励起光出力制御部１０３は各励起光源の波長および出力を制御する。
【０１２７】
波長制御部は、その他に図２６のような構成を取ることもできる。図２６において、分岐器１１２はモニタ光分配用カプラ６７で分岐された信号光の一部をさらに分岐の数だけ光パワーを等配分する。配分された信号光の一部は、バンドパスフィルタ１１３で各信号光波長成分のみ取り出されたのちに各受光器１１５に導入される。その後の過程は前述のものと同一であるので、説明は割愛する。
【０１２８】
なお、波長モニタの手段としては、上述のものの他に、光スペクトラムアナライザなどの測定器を用いてより精密な測定を行ってもかまわない。上述の方法においては、サンプリングする波長ポイントは最小で２箇所となる。この場合は利得波長プロファイルの傾きの情報のみが得られる。サンプリングポイントは多いほど精密な測定ができるが、各励起光のラマン利得が得られる波長、およびその間隔に合わせて設置したり、信号光波長に合わせる形で設置したりしてもよい。前者は利得の各ピークにモニタ波長が一致し、後者は信号光の一部にモニタ波長が一致するため、より正確な測定が期待できる。
【０１２９】
また、励起光源としては、本発明による広い可変波長域をもち、発光電流と独立に発振波長の制御を行うことができる半導体レーザ装置およびそれを適用した半導体レーザモジュールだけでなく、その他光出力と波長のそれぞれを制御でき、ラマン増幅に必要な特性が得られる光源であれば、どのようなものを用いてもよい。
【０１３０】
以上のように、ラマン増幅器から出力される信号光の出力、もしくは利得の波長プロファイルをモニタし、その情報をもとに各励起光源の波長と光出力の両方にフィードバックをかけ制御することにより、より柔軟にかつ精密に最適なラマン増幅特性を得ることができるようになる。このフィードバック制御を繰り返し行うことによって、より最適に近い条件を得ることができるようになる。
【０１３１】
中央制御部１０１は、図２４に示すように、ネットワークを介してその他複数の増幅器２０１、２０２およびリモートデバイスコントローラ１２１とも接続される。リモートデバイスコントローラ１２１はヒューマンインターフェースを有し、システム管理者が遠隔地からシステムを監視しながら、その他複数の増幅器２０１、２０２と共にシステム全体の伝送品質を所望のレベルに保つよう制御を行うことができる。リモートデバイスコントローラ１２１では、システム状態を左右するパラメータである各増幅器間のファイバ損失や励起光間ラマン効果、その他付加された損失媒体などの情報を加味してシミュレーション等を行い、各増幅器ごとに最適な波長および励起光出力の条件を算出し、その結果をもとに各増幅器に対し動作条件や指令等を送るようにすることができる。なお、このようにして計算したり測定で得た情報は、リモートデバイスコントローラや中央制御部１０１にメモリしておき、ラマン増幅器を動作させる際の設定条件として使用することができる。
【０１３２】
（実施の形態８）
次に、この発明の実施の形態８について説明する。以後の実施の形態においては、実施の形態７で示された半導体レーザモジュールを波長可変励起光源と称する。この実施の形態８は図２７に示すように、波長可変励起光源１４１〜１４５が波長合波器１３２で合波され、そののち波長可変励起光源１４６と合波器１３１を介して接続されている。各波長可変励起光源１４１〜１４６は、実施の形態３もしくは実施の形態４に示した半導体レーザ装置を用いたレーザモジュールを使用している。なお、波長制御部１０２等を含む制御回路６８やリモートデバイスコントローラ１２１等、実施の形態７で説明したものはこれと同様であり、特に図示はしない。
【０１３３】
波長合波器１３２は、マッハツェンダ型や多層膜フィルタ型などが用いられる。波長可変励起光源１４１〜１４５は、あらかじめ合波器によって決められる波長に調節される。これらはそれぞれ順に、２１１ＴＨｚ〜２０７ＴＨｚまで、１ＴＨｚ間隔で波長設定されている。合波器１３１は、偏波合成器や波長合波器などが使用できるが、本実施の形態では波長可変励起光源１４５の設定波長である２０７ＴＨｚ（１４４８．３ｎｍ）から２ＴＨｚ（約６ｎｍ）程度長波長側のところより始まり少なくとも２ＴＨｚ（約２５ｎｍ）の間はほぼ一定の透過率を有する多層膜フィルタ型の波長合波器を使用している。このような合波器を用いることで、波長可変励起光源１４６の波長を変化させ、ラマン利得帯域を変化させることができる。なお、本実施の形態においては、ラマン利得の励起光偏波依存性を解消するためのデポラライザ（図示しない）は、各波長可変励起光源１４１〜１４６の出力用光ファイバか、合波器１３１の直後に取り付けられる。
【０１３４】
波長可変励起光源１４６の設定波長を、上記の条件下では２０５ＴＨｚから２０４ＴＨｚまで、励起光源１４５との波長間隔が２ＴＨｚから３ＴＨｚまで０．５ＴＨｚ間隔で変化させた時のラマン利得波長プロファイルを図２８〜３３に示す。図２８、３０、３２はそれぞれ波長間隔が２、２．５、３ＴＨｚの利得波長プロファイル、図２９、３１、３３はそれらの拡大図を示している。図中、「Ａ」は増幅器全体でのラマン利得プロファイル、「Ｂ」は励起光源１４１〜１４５によるトータルのラマン利得プロファイル、「Ｃ」は波長可変励起光源１４６によるラマン利得プロファイルを示す。また、各図において、細線はそれぞれ、励起光源１４１〜１４５単独のラマン利得プロファイルを示す。
【０１３５】
図２９、３１、３３を比較すると、波長可変励起光源１４６の発振波長を２ＴＨｚ変化させることで、平坦な利得が得られる帯域が、３ＴＨｚから５ＴＨｚまで拡大できることがわかる。しかし反面、若干のリップルが発生し、平坦性は低下している。
【０１３６】
波長合波器１３２はフィルタ型でもマッハツェンダ型でもよい。マッハツェンダ型は透過帯域が狭いことから、その中で各波長可変光源の発振波長を変化させるのには適さない。しかし、多層膜フィルタ型の場合は、各励起波長の間隔の設定によって設計を変えられ、所定の帯域では平坦な透過特性が得られるため、本実施例のように長波長側の励起光源だけでなく、各励起光源の波長を変えられるように設定することも可能である。例えば、波長可変励起光源１４１〜１４５までの波長間隔を本実施例の１ＴＨｚ程度からそれぞれ、２ＴＨｚ程度にすることによって、各波長可変励起光源の波長調節幅は約１ＴＨｚ程度得ることができる。各励起光源の波長間隔は、だいたい６〜３５ｎｍ（約１〜４ＴＨｚ程度）の間にあれば概ね平坦な利得プロファイルが得られることがわかっている。
【０１３７】
なお、本実施の形態においては６つの波長可変励起光源１４１〜１４６を使用したが、波長可変励起光源１４１〜１４５までは波長可変機能を有する励起光源でなく通常の励起光源を使用しても良い。その場合は、波長可変励起光源１４６のみで増幅帯域の調節を行う。
【０１３８】
（実施の形態９）
次に、この発明の実施の形態９について説明する。本実施の形態は、実施の形態８の構成において合波器１３１は持たず、波長合波器１３２が５波でなく８波であり、第1から第８までの励起光源がそれぞれ２１１〜２０４ＴＨｚまで、１ＴＨｚおきになるよう、波長が調節され配置されている。すなわち、第１から第５までの励起光源は実施の形態８と同一であるが、本実施例では第６の励起光源は動作させず、第７と第８の励起光源を動作させている。この場合も、デポラライザは図示しないが、各波長可変励起光源の出力用ファイバか、波長合波器１３２の直後に接続される。
【０１３９】
図３４に本実施例によるラマン増幅器の利得プロファイル全体を、図３５に拡大図を示す。実施の形態８において、図３３で示した結果と同程度の利得帯域が確保されていることが、図３５からわかる。しかし、図３２のＣで示したように、実施の形態８においては波長可変励起光源１４６の１つだけで約８ｄＢの利得を確保しているのに対し、本実施の形態では図３４細線のうち、右側の２つ（第７および第８の励起光源によるラマン利得プロファイル）の光源によって同等の利得を確保している（図３４のＣ）。そのため、第７および第８の励起光源は、単独では約５ｄＢ以下のラマン利得となっている。このように動作させることで、個々の励起光源に対する負荷を低減させることが可能となる。
【０１４０】
本実施の形態のように、励起波長数が多い方が同等の特性を確保する上でもより柔軟にシステム全体の設計を行うことができる。なお、励起波長数は本実施形態のものに限らず、より多くても少なくてもよい。
【０１４１】
（実施の形態１０）
次に、この発明の実施の形態１０について説明する。図２７に示すラマン増幅器において、合波器１３１として偏波合成器を使用する。この場合は、波長可変励起光源１４１〜１４６、および波長合波器１３２からの出力ファイバは偏波保持ファイバからなる。なお、波長可変励起光源１４６に偏波合成される励起光源は、必ずしも複数の波長可変励起光源１４１〜１４５が波長合波器１３２のようなもので合波されている必要はなく、また波長可変励起光源である必要もない。すなわち、少なくとも１つの励起光源があればよい。したがって、最小限の場合、１つの波長可変励起光源を含む２つの励起光源が合波器１３１（偏波合成器）によって偏波合成されればよいことになる。この場合、デポラライザは合波器１３１（偏波合成器）の直後に取り付けられる。
【０１４２】
図２７に示すラマン増幅器の合波器１３１に偏波合成器を用いた場合、通常の増幅器動作は波長可変励起光源１４１〜１４５を使用することによって行う。波長可変励起光源１４６はこの状態では動作しておらず、そのため励起光も発生しない。波長可変励起光源１４６は、その他の励起光源のいずれか１つが何らかの理由によって通常の光出力特性が得られなくなった場合に動作するようになっており、いわゆる冗長系を構成している。
【０１４３】
本実施の形態におけるラマン増幅器の動作時、増幅された信号光出力の波長プロファイルは図示されない制御回路６８によってモニタされており、波長可変励起光源１４１〜１４５のいずれかが正常な動作を行わなくなった場合には、それによって起こる信号光出力の波長プロファイルの変化を検知する。制御回路６８はその変化がどの励起光波長に起因するのかを解析し、正常な状態に復帰させるために最適な励起波長に波長可変励起光源１４６の波長を調節し、適切な駆動電流によって励起光強度を調節する。このようにして本発明による波長可変励起光源１４６を使用することにより、予備の励起光源を余分に用意する必要もなく、非常に広いラマン増幅帯域をカバーする冗長構成が非常に簡便に実現される。その結果、励起光源に起因するトラブルに対しても非常に信頼度の高いラマン増幅器を構成することができる。
【０１４４】
本実施の形態において合波器に偏波合成器を使用することと実施の形態８において波長合波器を使用することの相違点は次に説明する通りである。まず実施の形態８の様に波長合波器を使用する場合は、波長合波器の特性上、波長可変励起光源１４６の波長をその他励起光源の波長帯域と重複させることができない。すなわち、この場合は波長可変励起光源１４６は帯域拡張の用途に使用される。
【０１４５】
偏波合成器を合波器として使用する場合は、合波される波長可変励起光源１４６からの励起光ともう一方の励起光は互いに直交する偏光状態を有しているため、両者の波長は一致していても違っていても構わない。実際、複屈折結晶等を使用した偏波合成器は合波する光の波長が２０〜３０ｎｍ程度違っていても、過剰な損失がほとんどなく合波できることが知られている。すなわち、偏波合成器を使用する場合は、帯域拡張の用途と冗長系を構成する用途の両方で使用することができる。
【０１４６】
（実施の形態１１）
次に、この発明の実施の形態１１について説明する。図３６に示すように複数の光ファイバ増幅器１５１ａ〜１５１ｃが光伝送路上に縦列に接続されている。複数の光ファイバ増幅器はラマン増幅器であっても、エルビウムなどに代表される、希土類を添加したファイバを増幅媒体として使用した光ファイバ増幅器であってもよい。図面左側より光ファイバ増幅器１５１ａに入力した信号光は、光ファイバ増幅器１５１ｂ、１５１ｃによって順次増幅された後に画面右側より出力される。図３７の図中、Ａに光ファイバ増幅器１５１ａ〜１５１ｃによる信号光の利得プロファイルを示す。図示されたように、この状態での利得プロファイルには波長λａ、λｂ付近に利得のくぼみがある。
【０１４７】
光ファイバ増幅器１５１ｃの出力後には、ＷＤＭカプラ６５を介して波長可変励起光源１５２が接続される。この波長可変励起光源１５２は図示されない制御回路６８によって、少なくとも図３７中、λａ〜λｂを含む波長帯において、自由に発振波長を設定することができるようになっている。
【０１４８】
図示されない制御回路６８は、この利得のくぼみを検知したのち、利得プロファイル全体の情報から波長可変励起光源１５２が最も効果的にこれを補償することができる波長を演算する。その結果によって、制御回路６８は波長可変励起光源１５２の発振波長および駆動電流を設定し制御する。
【０１４９】
図３７の図中、Ｂ１ａとＢ１ｂはそれぞれ、波長可変励起光源の発振波長がλａ、λｂに設定され、適切な光出力に制御された場合を示している。このように、本発明による波長可変励起光源を適切に制御することにより、効果的に所望の利得プロファイル（この場合は波長に対し平坦な利得プロファイル）により近いものを得ることができるようになる。
【０１５０】
このような構成は、例えばエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の利得プロファイルの平坦化などに有効である。ＥＤＦＡの利得プロファイルは波長依存性が大きいため、従来は利得等価器（ＧＥＱ）などを使用し、利得が高い波長に対し損失を与えることで増幅帯域全体として平坦な利得プロファイルを得ていた。この方法には効率が悪いことや、雑音特性が低下するなどの問題がある。またそれだけでなく、利得を調整するために励起光出力を調節した際、平坦な利得プロファイルを維持することができない。
【０１５１】
本実施の形態のように波長可変励起光源を用いることによって、利得が低い波長帯域を重点的に増幅し効率を改善することができ、雑音特性も改善できる。また、ＥＤＦＡの利得を変化させた時にもそれに応じて波長可変励起光源の波長と励起光出力を制御し、適切なラマン利得を得ることによって平坦な利得プロファイルを維持することができるようになる。
【０１５２】
（実施の形態１２）
次に、この発明の実施の形態１２について説明する。図３８において、光伝送路上に複数のラマン増幅用励起光源１６１〜１６３が縦列にＷＤＭカプラ６５を介して接続されている。各ラマン増幅用励起光源はそれぞれ、ｎ個の波長可変励起光源からなるものとする。合波器、デポラライザ、アイソレータなどの各機能部品については図示しないが、それぞれ適切な場所に配置されているものとする。
【０１５３】
ラマン増幅用励起光源１６１の励起光波長の組合せを、図３８に示すようにλ１、λ２・・λｎとする。このとき図３９のＡに示されたような利得プロファイルが得られた。図示されたように励起光源の利得ピークに対応した波長が凸となっており、その中間には利得のくぼみがある。ラマン増幅用励起光源１６２、１６３の各波長可変励起光源はそれぞれ図示されない制御装置６８によって、この利得のくぼみを補償し平坦な利得プロファイルが得られるよう、最適な発振波長と励起光出力に設定される。このようにして設定された励起光源１６２、１６３の励起波長の組合せはそれぞれ、図３８に示したようにλ１１、λ１２・・λ１ｎ、および、λ２１、λ２２・・λ２ｎとなった。図３９のＢとＣに、その結果得られた励起光源１６２、１６３の利得プロファイルを示す。ＢとＣは、それぞれＡのパターンとは少しずつずれ、Ａのくぼみを補って全体として平坦な利得プロファイルが得られるように設定されている。
【０１５４】
図３８の各波長可変励起光源の発振波長λ１、λ２・・λｎ、λ１１、λ１２・・λ１ｎ、および、λ２１、λ２２・・λ２ｎは必ずしも図３９Ａ〜Ｃのような利得プロファイルに設定されるとは限らない。その組合せは発振波長を決定するための最適化手法によって異なる組合せとなる場合もある。最適化手法の一つとして、利得プロファイルの波形をフーリエ変換などによって解析し、各励起光源の利得波形が凹凸を打ち消しあうようにするものなどがあげられる。
【０１５５】
（実施の形態１３）
次に、この発明の実施の形態１３について説明する。本実施の形態は図４０に示すように、一つの波長可変励起光源１７１からなるラマン増幅器である。波長可変励起光源１７１から出力された励起光は、図示しないデポラライザ、アイソレータ等を経てＷＤＭカプラ６５によって光伝送路に導入され、信号光と合波される。
【０１５６】
図４１に本実施の形態によるラマン増幅器の利得プロファイルを示す。励起光源は１波のみなので、増幅帯域を広く取ることができない反面（図中、Ｒａ０とＲａ１）、励起光源の発振波長が広い範囲（図中、Ｒｐ）で調節することができる。実施の形態４に示された半導体レーザ装置が波長可変励起光源１７１の発光素子として使用された場合、Ｒｐは１０３ｎｍという広範囲で調節される。信号光の増幅波長帯域（図中、Ｒｓ）も同程度が確保される。すなわち、１種類の励起光源のみ用意されれば、１００ｎｍ以上の範囲におよぶ多様な増幅器の仕様に対応できることになり、かつ、同一のラマン増幅器を波長の異なるラマン増幅器として使用する際にも最小限の変更で済ませることができ、非常に経済的である。
【０１５７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、回折格子が配置された一部領域上に配置された第３の電極と、それ以外の領域に配置された第４の電極とに空間的に、または、電気的に分離された構成としたため、光発光出力を制御する電流と、回折格子の屈折率変化を制御する電流とを別々に印加することができるという効果を奏する。
【０１５８】
また、この発明によれば、回折格子に流入する電流が一様でなく、場所に応じて電流密度が異なるため、回折格子を構成する各格子の屈折率を任意に変化させることができるという効果を奏する。
【０１５９】
また、この発明によれば、第３の電極と第４の電極とに空間的に、または、電気的に分離することで光出力制御のための電流と、回折格子の屈折率制御のための電流とを別々に制御することができ、櫛形構造を有することで、回折格子に流入する電流の密度を場所に応じて変化させることにより回折格子を構成する各格子の屈折率を任意に変化させることができるという効果を奏する。
【０１６０】
また、この発明によれば、前記回折格子の上部に形成された前記第３の電極あるいは前記第１の電極に印加する電流量を変化させて前記特定の中心波長をシフトさせるようにし、マルチモード発振の可変波長レーザを実現することができるという効果を奏する。
【０１６１】
また、この発明によれば、前記第３の電極と前記第５の電極とに対する少なくとも一方の電流量を変化させ、前記回折格子の反射モード間隔と前記他の回折格子の反射モード間隔との差に基づいて前記特定の中心波長をシフトさせるようにし、大きなシフト量を有するマルチモード発振の可変波長レーザを実現することができるという効果を奏する。
【０１６２】
また、この発明によれば、活性層を上下からクラッド層で挟み込む構造とすることで、ダブルへテロ構造となり活性層にキャリアが集中するため、高い効率でレーザ発振する半導体レーザ装置を実現できるという効果を奏する。
【０１６３】
また、この発明によれば、この発明の半導体レーザ装置を用いることで、ファイバグレーディングを不要とし光軸あわせなどをおこなう必要がなく、組立容易でありかつ機械的振動などによって発振特性が変化することのない半導体レーザモジュールを実現することができるという効果を奏する。
【０１６４】
また、この発明によれば、光検出器を設けることで光出力のモニタが可能で光出力の安定化を図ることができ、アイソレータを備えたことで外部からの反射光を防ぐことができるという効果を奏する。
【０１６５】
また、この発明によれば、上記半導体レーザ装置もしくは半導体レーザモジュールを含むことによって高いラマン利得を有し、かつ安定した増幅をおこなうことのできる光ファイバ増幅器を実現することができるという効果を奏する。
【０１６６】
また、この発明によれば、ラマン増幅によりおこなうことでより好適に光り増幅をおこなうことができるという効果を奏する。
【０１６７】
また、この発明によれば、柔軟に励起光波長を制御することにより容易に所望の利得波長特性を満足するラマン増幅を行うことができるという効果を奏する。
【０１６８】
また、この発明によれば、励起光波長を任意に制御することにより励起光源を交換することなく容易に増幅帯域を変化させることが可能な光ファイバ増幅器を与えることができるという効果を奏する。
【０１６９】
また、この発明によれば、波長合波器の適用波長帯を適切なものに設定することによって、より広範囲の波長帯に適用可能な増幅帯域可変の光ファイバ増幅器を与えることができるという効果を奏する。
【０１７０】
また、この発明によれば、レーザ光の波長を制御する手段を有する励起光源によって、その他の任意の励起光源が所定の増幅利得を発生しなくなった場合でも速やかに所定の光増幅特性に復帰させることのできる、信頼度の高い光増幅器を与えることができるという効果を奏する。
【０１７１】
また、この発明によれば、複数の光ファイバ増幅器が互いに増幅利得の波長特性を補償しあうことによって、システム全体として常に好適な光信号強度を保つことができるという効果を奏する。
【０１７２】
また、この発明によれば、この発明の光ファイバ増幅器の動作状況をシステム管理者が随時管理し、適切な増幅特性を保つための作業を容易に行うことができるという効果を奏する。
【０１７３】
また、この発明によれば、光通信システムの動作状況をシステム管理者が監視し、システム全体として常に好適な光増幅特性を保つように複数の光ファイバ増幅器を統合的に制御することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構造を示す側面断面図である。
【図２】図１に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示した半導体レーザ措置において、１つの中心波長に関する発振波長スペクトルと発振縦モードとの関係図である。
【図４】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および誘導ブリルアン散乱のしきい値を示す図である。
【図５】後部端面と前部回折格子領域における反射モードスペクトルを示す図である。
【図６】回折格子に電流注入した場合における発振波長の注入電流依存性を示す図である。
【図７】実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構造を示す側面断面図である。
【図８】（ａ）は、実施の形態２におけるｐ側電極の構造の一例を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の構造により回折格子の屈折率を考慮した実効的な周期の変動を示すグラフ図である。
【図９】（ａ）は、実施の形態２におけるｐ側電極の構造の一例を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の構造を有する場合に半導体レーザ装置が出力するレーザ光の複合発振波長スペクトルを示すグラフ図である。
【図１０】実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の構造を示す側面断面図である。
【図１１】実施の形態４にかかる半導体レーザ装置の構造を示す側面断面図である。
【図１２】後部回折格子領域と前部回折格子領域における反射モードスペクトルを示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態４である半導体レーザ装置の具体例を示す破断図である。
【図１４】回折格子の周期設定を示す図である。
【図１５】バーニア効果を説明する図である。
【図１６】回折格子への電流注入による発振波長の注入電流依存性を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態４の変形例を説明する図である。
【図１８】実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールの構成を示す側面断面図である。
【図１９】実施の形態６にかかるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２０】実施の形態６にかかるラマン増幅器の変形例の構成を示すブロック図である。
【図２１】実施の形態６にかかるラマン増幅器を用いたＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図である。
【図２２】従来のラマン増幅器の概要構成を示すブロック図である。
【図２３】従来のラマン増幅器に用いる半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図２４】本発明に関するラマン増幅器の制御回路の詳細を説明する図である。
【図２５】本発明に関するラマン増幅器の制御回路に使用する波長制御部の構成を説明する図である。
【図２６】本発明に関するラマン増幅器の制御回路に使用する波長制御部のその他の構成について説明する図である。
【図２７】実施の形態８、実施の形態１０にかかるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２８】実施の形態８において、波長可変励起光源の設定波長を、隣り合う励起光源の波長との間隔が２ＴＨｚになるように調節した際のラマン増幅器のラマン利得プロファイルを示すグラフ図である。
【図２９】図２８のラマン利得帯域を拡大したグラフ図である。
【図３０】実施の形態８において、波長可変励起光源の設定波長を、隣り合う励起光源の波長との間隔が２．５ＴＨｚになるように調節した際のラマン増幅器のラマン利得プロファイルを示すグラフ図である。
【図３１】図３０のラマン利得帯域を拡大したグラフ図である。
【図３２】実施の形態８において、波長可変励起光源の設定波長を、隣り合う励起光源の波長との間隔が３ＴＨｚになるように調節した際のラマン増幅器のラマン利得プロファイルを示すグラフ図である。
【図３３】図３２のラマン利得帯域を拡大したグラフ図である。
【図３４】実施の形態９にかかるラマン増幅器のラマン利得プロファイルを示すグラフ図である。
【図３５】図３４のラマン利得帯域を拡大したグラフ図である。
【図３６】実施の形態１１にかかるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３７】実施の形態１１にかかるラマン増幅器の動作による利得波長プロファイルの制御の概念を示す図である。
【図３８】実施の形態１２にかかるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図３９】実施の形態１２にかかるラマン増幅器の動作による利得波長プロファイルの制御の概念を示す図である。
【図４０】実施の形態１３にかかるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図４１】実施の形態１３にかかるラマン増幅器の動作による利得波長プロファイルの制御の概念を示す図である。
【符号の説明】
１ ｎ−ＩｎＰ基板
２ ｎ−ＩｎＰクラッド層
３ ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
４ ｐ−ＩｎＰスペーサ層
６ ｐ−ＩｎＰクラッド層
８ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
９ａ ｎ−ＩｎＰブロッキング層
９ｂ ｐ−ＩｎＰブロッキング層
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、２４、２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２７ａ、２７ｂ ｐ側電極
１１ ｎ側電極
１３ 回折格子
１４ 高反射膜
１５ 低反射膜
１６、２６ 電気的分離溝
２０ 発振波長スペクトル
２１、２２、２３ 発振縦モード
３５ 複合発振波長スペクトル
５１ 半導体レーザ装置
５２ 第１レンズ
５３ アイソレータ
５４ 第２レンズ
５５ 光ファイバ
５６ 電流モニタ
５７ ベース
５７ａ ヒートシンク
５８ ペルチェ素子
５８ａ サーミスタ
５９ パッケージ
６０ａ〜６０ｄ 半導体レーザモジュール
６１ａ，６１ｂ 偏波合成カプラ
６２，６５ ＷＤＭカプラ
６３，６６ アイソレータ
６４ 増幅用ファイバ
６７ モニタ光分配用カプラ
６８ 制御回路
６９ 信号光入力ファイバ
７０ 信号光出力ファイバ
７１ 偏波面保持ファイバ
８１，８３ ラマン増幅器
１０１ 中央制御部
１０２ 波長制御部
１０３ 励起出力制御部
１０５ 波長調節回路
１１１ 波長分波器
１１２ 分岐器
１１３ バンドパスフィルタ
１１５ 受光器
１２１ リモートデバイスコントローラ
１２２ ネットワーク
１３１ 合波器
１３２ 波長合波器
１４１〜１４６ 波長可変励起光源
１５１ａ〜１５１ｃ 光ファイバ増幅器
１５２ 波長可変励起光源
１６１〜１６３ ラマン増幅用励起光源
１７１ 波長可変励起光源
２０１、２０２ その他の増幅器

Claims (6)

1. 第１導電型の半導体基板と、該半導体基板上に積層された第１導電型の半導体バッファ層と、該半導体バッファ層上に積層された活性層と、該活性層上に積層された第１の電極と、前記半導体基板下面に配置された第２の電極と、前記活性層上に積層された第２導電型のスペーサ層と、該第２導電型のスペーサ層の一部領域に配置され、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えたレーザ光を選択する回折格子と、を備え、前記第１の電極が、前記回折格子が配置された前記一部領域上に配置された第３の電極と、他の領域に配置された第４の電極とに空間的に、または、電気的に分離されている半導体レーザ装置と、
   信号光と励起光とを合成するためのカプラと、
   増幅用光ファイバと、
   を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
2. 前記増幅用光ファイバは、ラマン増幅により光を増幅することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ増幅器。
3. 前記半導体レーザ装置は、前記回折格子の上部に形成された前記第３の電極に印加する電流量を変化させて前記特定の中心波長をシフトさせることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ増幅器。
4. 前記半導体レーザ装置は、前記第１導電型の半導体バッファ層と前記活性層との間に積層された第１導電型のクラッド層と、前記第２導電型のスペーサ層と前記第１の電極との間に積層された第２導電型のクラッド層と、をさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ファイバ増幅器。
5. 前記半導体レーザ装置の温度を制御する温調モジュールと、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に導波する光ファイバと、前記半導体レーザ装置と前記光ファイバと光結合をおこなう光結合レンズ系と、を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ファイバ増幅器。
6. 前方励起方式であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光ファイバ増幅器。

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