JP7154057B2 - 半導体レーザモジュール - Google Patents

Description

本発明は半導体レーザモジュール、より詳しくは、半導体レーザと空間フィルターとが組み合わされてなる半導体レーザモジュールに関するものである。

半導体レーザは、規定の電流値以上の電流を流すと、出力端面発光部の活性層が発熱して破壊することある。また、半導体レーザを長期にエージングすると、出力端面付近の発光部の結晶が徐々に劣化して破壊することも知られている。この破壊のメカニズムは、結晶劣化が起きると出力端面付近が発熱し始め、そのことで更に結晶の破壊が進み、そしてある時に急激に出力が出なくなる、というものである。

一方、半導体レーザ自身が発振したレーザ光をミラー等で活性層に戻すと、戻り光の吸収による再励起で、半導体レーザの光出力が増大する。この場合、駆動電流による光出力成分に、戻り光により再励起された成分が加わることで、規定値以上の出力のレーザ光が発振することもある。そのとき、半導体レーザの出力端面の活性層が高光密度に耐えられないと、活性層が破壊される。ただし、通常に市販されている半導体レーザを規定値の電流で駆動しているならば、規定値に安全係数が見込まれていることもあって、このような戻り光による破壊は滅多に生じない。

ただし、発振波長が６３０ｎｍ～６９０ｎｍの可視域にある半導体レーザに関しては事情がやや異なって、当業者の間では、他の半導体レーザと比べると戻り光による破壊が起こりやすいことが認められている。

戻り光が半導体レーザに戻った場合は、活性層の破壊に加えて更に、例えば光ノイズ等の特性上の問題が生じることもある。この場合は、光アイソレータを使って戻り光が半導体レーザに戻らないようにすることで、特性上の問題を回避することができる。特許文献１および２には、そのような構成を有する半導体レーザモジュールの例が示されている。

光アイソレータとしては、レーザ光の波長が光通信帯等における１．３～１．６μｍの場合は、偏光を回転させるベルデ定数が大きいYIG結晶を用いた、安価で小型の光アイソレータが広く適用されている。一方、レーザ光の波長が可視域の波長帯にある場合、YIG結晶はレーザ光を吸収してしまって使えないので、それに代わってTGG結晶を使った光アイソレータが適用されることも多い。しかし、この種の光アイソレータは、TGG結晶のベルデ定数が小さくて大型化しやすく、かつ数十万円程度と高価であるので、特殊な光源にしか使われていない。

特開２００５－２６８５０６号公報 特開２００８－２９４１０７号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、発振波長が６３０ｎｍ～６９０ｎｍの可視域にある半導体レーザにおいて、戻り光により光出力が急激に低下したり、破壊されることを、高価な光アイソレータを使用せずに防止することを目的とする。

上述の課題を解決するために本発明は、半導体レーザに、該半導体レーザの出力端面への戻り光入射位置を制御する空間フィルターを組み合わせてなる半導体レーザモジュールを提供するものである。

すなわち、本発明による半導体レーザモジュールは、
発振波長が６３０ｎｍ～６９０ｎｍの範囲にあって、横モードがシングルモードである半導体レーザであって、出力端面上に、半導体レーザから出射したレーザ光が外部で正反射して該半導体レーザに向けて戻る戻り光が入射したとき光出力のサブピークが立ち得る領域を有する半導体レーザと、
前記サブピークが立ち得る領域に前記戻り光が入射することを抑制する空間フィルターと、
からなるものである。
なお、後述する実施の形態の説明において、「ミラーで反射する」とは、特に説明しない限り、より詳しく言えば「ミラーで正反射」することを意味する。

通常、半導体レーザにおいては、その積層方向に関する活性層中央位置において光出力のピークが立つが、本発明者は、発振波長が６３０ｎｍ～６９０ｎｍの範囲にあって、横モードがシングルモードである半導体レーザにおける破壊の原因を解明する過程で、その種の半導体レーザでは、その本来のピークよりもやや低い光出力のピークが活性層中央位置から離れた所で立つことがあることを突き止めた。上に述べた「サブピーク」とは、そのやや低い光出力のピークを示すものである。また、上に述べた「抑制する」とは、上記領域に戻り光が入射することを完全に無くすことは勿論、完全に無くすまでは至らなくても該入射を部分的に抑えることも含む概念である。

なお、上記空間フィルターは特に戻り光を、半導体レーザの出力端面において発光点およびその近傍部分のみに入射させるように構成されていることが望ましい。

上述の空間フィルターは例えば、レーザ光の進行方向に互いに離して同じ光軸上に配置された２枚の凸レンズと、これらの凸レンズの間に配されたピンホール構造の遮蔽板とから構成することができる。

上述のようなピンホール構造の遮蔽板が適用される場合、そのピンホールの径は、上記２枚の凸レンズの間におけるレーザ光の最小ビーム径の２～５倍であることが望ましい。

上述の空間フィルターはその他例えば、レーザ光の進行方向に互いに離して同じ光軸上に配置された２枚の凸レンズと、これらの凸レンズの間に配されたファイバーフェルールとから構成することができる。

さらに上述の空間フィルターは、レーザ光の進行方向に互いに離して同じ光軸上に配置された２枚の凸レンズと、これらの凸レンズの間に配されたナイフエッジ構造の遮蔽板とから構成することができる。

上記ナイフエッジ構造の遮蔽板は、２枚の凸レンズの間における戻り光の最小ビーム径に対して２～５倍のビーム径の戻り光が通過し得る位置に配されていることが望ましい。

なお、本発明の半導体レーザモジュールにおいて、より具体的には、前述のサブピークが立つ領域は例えば、半導体レーザの出力端面における出射レーザ光の層厚方向のビーム径をωとして、半導体レーザの積層方向に関する活性層中央位置から基板と反対側に５ω離れた点を中心とする領域である。このような領域を持つ半導体レーザと組み合わされる空間フィルターとしては、例えば出力端面における発光点を中心として半径５ω以上の範囲には入射しないように戻り光を一部遮断する空間フィルターが好適に用いられる。

また、上記サブピークが立つ領域はその他例えば、半導体レーザの積層方向に関する活性層中央位置から基板と反対側に２ω離れた点を中心とする領域である。このような領域を持つ半導体レーザと組み合わされる空間フィルターとしては、例えば出力端面における発光点を中心として半径２ω以上の範囲には入射しないように戻り光を一部遮断する空間フィルターが好適に用いられる。

本発明による半導体レーザモジュールによれば、半導体レーザから出射したレーザ光が外部で反射して該半導体レーザに向けて戻る戻り光が、出力端面上のサブピークが立つ領域に入射することを抑制する空間フィルターを有していることにより、戻り光により半導体レーザの光出力が急激に低下したり、半導体レーザが破壊されたりすることが防止される。その理由は、後述する実施形態に即して詳しく説明する。

半導体レーザにおける戻り光を説明する概略図 半導体レーザにおける戻り光の入射位置を説明する図 半導体レーザにおける戻り光の入射位置と光出力との関係を説明する図 本発明の第１実施形態による半導体レーザモジュールを示す側面図 上記半導体レーザモジュールに用いられた遮蔽板を示す正面図 本発明の第２実施形態による半導体レーザモジュールを示す側面図 本発明の第３実施形態による半導体レーザモジュールを示す側面図 図５に示す遮蔽板のピンホール径と、戻り光のビーム径との関係を示す図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。発明者は、発振波長が６３０ｎｍ～６９０ｎｍの範囲にあって、横モードがシングルモードである高出力タイプ（最大光出力が１５０ｍＷ程度）の半導体レーザにおいて、戻り光により劣化が生じ、光出力が低下する原因を解析した。まず、その解析結果について説明する。図１はその解析に用いた実験系を示し、図２はその実験系に適用された半導体レーザ１の詳しい構成を示している。

図１に示す実験系は、半導体レーザ１から発せられたレーザ光Ｌを、コリメータレンズ２により平行光化してから反射率５８％のミラー３に入射させ、そこで反射したレーザ光を戻り光Ｌｒとして半導体レーザ１に戻す系である。図中、ミラー３に向かうレーザ光Ｌを実線で示し、戻り光Ｌｒを破線で示している。この系においては、ミラー３の向きを変えることにより、戻り光Ｌｒが半導体レーザ１に入射する位置を変更可能である。なお本実験において、半導体レーザ１の駆動電流値は２８０ｍＡとし、最大光出力１５０ｍＷが得られるように設定した。

図２には、半導体レーザ１の出力端面、つまり図１の矢印Ａ方向から見た端面の構造を示す。この図２に示す通り半導体レーザ１は、ＧａＡｓ基板１０の上にバッファ層１１、クラッド層１２、ガイド層１３、活性層１４、ガイド層１５、クラッド層１６およびキャップ層１７がこの順に積層され、そしてＧａＡｓ基板１０の外側に電極１８が形成されると共に、キャップ層１７の外側に電極１９が形成されてなるものであり、その発振波長は６４０ｎｍである。なお本実験系においては、結晶成長面をサブマウント２０側に接合するジャンクションダウン接合する構造を採用している。これは、例えば特開２０１７－５９６２０号公報等に示されている従来公知の接合構造であり、高出力の半導体レーザに対しては、放熱を良くするためにこの接合構造が採用されることが多い。

最初の実験は、戻り光Ｌｒを半導体レーザ１の出力端面部の活性層１４に戻す状態、すなわち図１中の実線の光路と破線の光路とが重なる状態とし、駆動電流を０～２８０ｍＡの範囲で数回上げ下げし、２８０ｍＡで３０秒維持するという駆動を行った。このように駆動した場合、半導体レーザ１の劣化は確認できなかった。次にミラー３として、反射率が３８％のもの、９１％のものを適用して同様のことを行ったが、これらの場合も半導体レーザ１の劣化は確認できなかった。これらの結果は、通常の半導体レーザならば十分起こり得ることである。つまり、半導体レーザの寿命には安全係数が見込まれているので、半導体レーザの劣化は無くても当然と言え、この実験では戻り光による半導体レーザ劣化の原因を求めることは不可能であった。

そこで次に、半導体レーザ１の出力端面部の活性層１４以外に戻り光Ｌｒを戻すようにして、その場合の半導体レーザ１の劣化を調べた。まず半導体レーザ１を２８０ｍＡで駆動した状態で、最初に半導体レーザ１の出力端面部の活性層発光点に戻り光Ｌｒを戻した。なお図２中では、発光点を楕円で示している。この状態では半導体レーザ１に変化が無いことが確認されたので、この位置を初期状態とした。この初期状態から、図２中に矢印（1）で示す方位に戻り光Ｌｒを数秒かけて数回往復（スキャン）させたが、半導体レーザ１の劣化は確認できなかった。

以上のことを、図２中に矢印（2）、（3）、（4）で示す各方位に関しても同様に行った。すると矢印（4）の方位とした場合のみ、１回目のスキャンで瞬時に半導体レーザ１の光出力がほぼゼロとなり、半導体レーザ１の劣化が確認された。この結果は、互いに異なる複数個の半導体レーザ１に関して同様に得られた。なお上記（4）の方位は、半導体レーザ製造工程においてＧａＡｓウエハー上にエピタキシャル膜を形成する中で、活性層１４からキャップ層１７に向けて膜を形成する方向である。

次に、（4）の方位内のどの位置に戻り光Ｌｒを戻すと、半導体レーザ１の劣化を招くのかを求める実験を行った。この実験においては、半導体レーザ１の駆動電流を発振しきい値の１１２ｍＡに設定し、反射率５８％のミラー３で戻り光Ｌｒを戻しながら半導体レーザ１を発振させた。このように半導体レーザ１を駆動し、戻り光Ｌｒの出力端面部への入射位置を前述の矢印（1）および（4）で示す各方位にスキャンした。このときの、スキャン位置と半導体レーザ１の光出力との関係を図３の上段に示す。同図の横軸に示すスキャン位置は、戻り光Ｌｒのビーム中心位置の、半導体レーザ１の積層方向に関する活性層中央位置からの距離を示している。なお図３の下段には、上記スキャン位置におおよそ対応する、半導体レーザ１の各層の位置（厳密な位置ではない）を示している。

ここで、後述するように特にビームの崩れがない通常の場合は、発光点からビーム径ωでレーザ光Ｌが出射すると、その発光点と同じ位置にビーム径が略ωの戻り光Ｌｒが戻って来るので、上記スキャン位置は本質的に、出射レーザ光Ｌの発光点位置と考えて差し支えない。したがって、上記スキャン位置がゼロという位置は、レーザ光Ｌの発光点中心位置である。

通常、半導体レーザは発振しきい値の駆動電流では発振しないが、この場合は戻り光Ｌｒによりアシストされて発振している。活性層１４に戻り光Ｌｒが戻ったとき、より正確には戻り光Ｌｒのビーム中心位置が上記活性層中央位置と一致したとき、戻り光Ｌｒの吸収が最大となって、最大の光出力が得られた。そして興味深いことに、スキャン位置がサブマウント２０側に移って行く途中で、上記活性層中央位置から５μｍの位置で光出力のサブピークが出現している。この現象は、発振波長が６３０ｎｍ～６９０ｎｍの範囲にあって、横モードがシングルモードである半導体レーザ特有のものであり、上記５μｍの位置で半導体レーザ１への光吸収が起こり、レーザ発振がアシストされたことに起因すると考えられる。このことから、半導体レーザ１の活性層１４以外の位置に戻り光Ｌｒを入射させると、半導体レーザ１の発振に寄与する電流が流れ、半導体レーザ１の劣化に繋がる可能性が有ると考えられる。

以上の実験より本発明者は、一般的な半導体レーザでは戻り光が活性層に戻った場合にのみ半導体レーザが戻り光を再吸収し、それにより光出力が増大して端面破壊が起こるという故障モードが有るのに対し、発振波長が６４０ｎｍで横モードがシングルモードである高出力タイプの半導体レーザにおいては、上記故障モードとは全く異なる故障モードがあることを発見した。すなわち、この種の半導体レーザでは、出力端面部の活性層近傍以外の部位に戻り光が入射しても、戻り光に対する光吸収が起こり、そのことで半導体レーザの破壊が起こるということを発見した。

以上の実験から得た知見に基づいて本発明者は、上記サブピークが立つことになる半導体レーザの出力端面上の領域に戻り光が入射することを抑制する空間フィルターを設けることにより、前述した課題を解決するに至った。

以下、本発明の第１の実施形態について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態による半導体レーザモジュールを示している。なおこの図４において、先に説明した図１中のものと同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は、特に必要の無い限り省略する（以下、同様）。この図４に示す半導体レーザモジュールは、半導体レーザ１と、コリメータレンズ２と、空間フィルター３０とを有している。

この半導体レーザモジュールにおいても、半導体レーザ１から発せられたレーザ光Ｌはコリメータレンズ２により平行光とされた後、例えば図１に示した反射率５８％のミラー３（図４では不図示）において反射し、この反射したレーザ光が戻り光Ｌｒとして半導体レーザ１に入射する。なお戻り光Ｌｒは、上記ミラー３以外の要素において反射した光であってもよい。通常、半導体レーザ１が用いられる機器類においては、半導体レーザ１から発せられたレーザ光がレンズ、ミラー等の光学要素や、光学要素の保持具等で反射、散乱して半導体レーザ１側に戻ることが多い。その種の戻り光は、図１に示した戻り光Ｌｒのように綺麗な光路を辿る訳ではなく、何も対策が施されなければ、半導体レーザ１の出力端面に、断面が拡がった状態で入射する。

半導体レーザ１は、発振波長が６４０ｎｍ、駆動電流値が２８０ｍＡで、最大光出力が１５０ｍＷのものである。空間フィルター３０は、レーザ光Ｌの進行方向に互いに離して同じ光軸上に配置された２枚の凸レンズ３１および３２と、これらの凸レンズ３１および３２の間に配されたピンホール構造の遮蔽板３３とから構成されている。凸レンズ３１および３２としては、共に焦点距離ｆ＝６ｍｍのものが用いられている。一方、コリメータレンズ２の焦点距離ｆ＝２ｍｍである。そこで本空間フィルター３０は、３倍の拡大光学系となっている。なお図５に、ピンホール構造の遮蔽板３３の正面形状を示す。図示の通り遮蔽板３３は円形の薄板状に形成され、中心部に一例として直径６μｍの円形のピンホール３３ａが開けられた構造を有する。また図８には、遮蔽板３３の周辺構造の斜視形状を示す。

上記遮蔽板３３は、凸レンズ３１と凸レンズ３２との間の、戻り光Ｌｒのビームウエスト位置において、ピンホール３３ａの中心が戻り光Ｌｒのビーム中心と一致する状態に配置されている。ビームウエスト位置における戻り光Ｌｒの最小ビーム径は３μｍである。なお、この最小ビーム径は垂直方向、つまり図４中で上下方向のビーム径であり、水平方向のビーム径は９μｍである。図８に示すように戻り光Ｌｒの最小ビーム径をωとすると、ピンホール３３ａの直径６μｍは２ωである。このような遮蔽板３３を配置することにより戻り光Ｌｒは、半導体レーザ１の出力端面において、ほぼ発光点（図２および３において実線の楕円で示す）に重なる部分のみに戻る。つまり戻り光Ｌｒは、半導体レーザ１の出力端面において、図３で示したようなサブピークが立つ領域には入射しない。上述した通り空間フィルター３０は３倍の拡大光学系となっているので、半導体レーザ１の出力端面における戻り光Ｌｒのビーム径は、垂直方向では１μｍ、水平方向では３μｍである。

なお、上述の「戻り光Ｌｒの最小ビーム径をωとする」のωは、元々は半導体レーザ１から出射するレーザ光Ｌの、出力端面上の発光点のビーム径ωである。この半導体レーザ１からビーム径ωで出射したレーザ光Ｌは、ミラー３で反射されて戻り光Ｌｒとなり、凸レンズ３１、３２およびコリメータレンズ２を通過して上記出力端面に戻る。そして、特にビームの崩れがない通常の場合は、発光点からビーム径（層厚方向の径でも、それと垂直な方向の径でも）ωでレーザ光Ｌが出射すると、その発光点と同じ位置にビーム径が略ωの戻り光Ｌｒが戻って来る。したがって通常の場合は、戻り光Ｌｒの最小ビーム径は、レーザ光Ｌの発光点のビーム径ωと考えて差し支えない。

上記の構成において、ミラー３により戻り光Ｌｒを上下、左右方向に往復させて半導体レーザ１側に戻したが、半導体レーザ１の劣化は一切確認されなかった。このように、半導体レーザ１の出力端面部の発光点近傍にのみ戻り光Ｌｒを入射させることにより、戻り光による半導体レーザ１の劣化を防止することができた。なお、ピンホール３３ａの直径６μｍは、上記のように戻り光Ｌｒを往復させる際に、半導体レーザ１の出力端面上で、積層方向に関する活性層中央位置から積層方向両外側にそれぞれ２μｍの位置までビーム中心位置を変えて戻り光Ｌｒが入射し得ることに対応する。

なお、ピンホール構造の遮蔽板３３として、ピンホール３３ａの直径が９μｍのもの、１５μｍのものを適用して、上記と同様のことを行った。ここで、ピンホール３３ａの直径９μｍ、１５μｍはそれぞれ、上記のように戻り光Ｌｒを往復させる際に、半導体レーザ１の出力端面上で、積層方向に関する活性層中央位置から積層方向両外側にそれぞれ３μｍ、５μｍの位置までビーム中心位置を変えて戻り光Ｌｒが入射し得ることに対応する。

一方、ピンホール構造の遮蔽板３３を取り除いて戻り光Ｌｒを半導体レーザ１に戻すと、半導体レーザ１は駆動条件次第では瞬時に劣化してしまった。より具体的に説明すると、遮蔽板３３を取り除いた上で、半導体レーザ１の出力端面上で戻り光Ｌｒのビーム中心位置を、活性層中央位置からサブマウント２０側に１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、５μｍと変えて駆動した。その場合、１μｍ～４μｍでは半導体レーザ１が駆動電流２８０ｍＡで劣化が認められず正常に作動したのに対し、５μｍでは駆動電流を２３０ｍＡとしたときに半導体レーザ１が劣化した。このことにより、凸レンズ３１、３２および遮蔽板３３からなる空間フィルター３０が、戻り光Ｌｒによる半導体レーザ１の劣化を防ぐ効果を奏していることが確認された。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態による半導体レーザモジュールを示している。この図６に示す半導体レーザモジュールは、半導体レーザ１と、コリメータレンズ２と、空間フィルター４０とを有している。空間フィルター４０は、図４の凸レンズ３１、３２と同様の凸レンズ４１、４２および、先端がナイフエッジからなり両凸レンズ４１、４２の間に配置された遮蔽板４３とから構成されている。

本実施形態において、半導体レーザ１の駆動条件は第１の実施形態と同様とした。また凸レンズ４１および４２は、どちらも焦点距離ｆ＝６ｍｍのものである。遮蔽板４３は両凸レンズ４１および４２間で、戻り光Ｌｒのビーム径が最小の３μｍとなるビームウエスト位置において、そのナイフエッジ先端が戻り光Ｌｒのビーム中心からビーム進行方向に対して垂直方向に６μｍ離れる状態にして配置した。

この状態で戻り光Ｌｒを半導体レーザ１に戻したが、半導体レーザ１の劣化は確認されなかった。さらに遮蔽板４３を、そのナイフエッジ先端が戻り光Ｌｒのビーム中心からビーム進行方向に対して垂直方向に９μｍ、１５μｍ離れる状態に配置し、同様の実験を行ったが、いずれの場合も半導体レーザ１の劣化は確認されなかった。それに対して、遮蔽板４３を、そのナイフエッジ先端が戻り光Ｌｒのビーム中心からビーム進行方向に対して垂直方向に３０μｍ離れる状態に配置し、同様の実験を行ったところ、半導体レーザ１は瞬時に光出力が低下した。以上の通り、ピンホール構造の遮蔽板３３に代えてナイフエッジ構造の遮蔽板４３を用いても、戻り光Ｌｒによる半導体レーザ１の劣化を防ぐ効果が同様に得られることが確認された。

なお、ナイフエッジ構造の遮蔽板４３の代わりにスリット板が用いられても構わない。半導体レーザのメーカによっては、ジャンクションダウン実装でなく、ジャンクションアップ実装に適した構造の半導体レーザも提供されているが、スリット板はどちらの構造に対しても対応可能となる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態による半導体レーザモジュールを示している。この図７に示す半導体レーザモジュールは、半導体レーザ１と、コリメータレンズ２と、空間フィルター５０とを有している。空間フィルター５０は、図４の凸レンズ３１、３２と同様の凸レンズ５１、５２および、両凸レンズ５１、５２の間に配置されたファイバーフェルール５３とから構成されている。

ファイバーフェルール５３は、例えばジルコニアからなるフェルールの中心部に外径１２５μｍのファイバー挿入孔を有し、そこにファイバーが挿入され接着剤で固定された後に、光入出力端面に研磨および反射防止コートが施されたものである。ファイバーは、中心部に配置されたコア径４．５μｍのコア５３ｂと、その外周に配されたクラッド５３ａとから構成されている。試作したファイバーフェルールは、長さが１０ｍｍで、外径が２．５ｍｍのものである。このファイバーフェルール５３を有する空間フィルター５０を用いて、第１および第２の実施形態と同様に、戻り光Ｌｒに対する半導体レーザ１の劣化の有無を確認したが、半導体レーザ１の劣化は確認されなかった。

ファイバーフェルール５３を有する空間フィルター５０を用いても半導体レーザ１の劣化が防止される理由は、以下のように推定される。戻り光Ｌｒがファイバーフェルール５３の端部に戻った際にコア５３ｂに戻った成分は、伝播ロスは無く、そのままファイバー内を伝播して半導体レーザ１側に戻り、その出力端面部の活性層近傍に入射する。一方、コア周辺のクラッド５３ａに戻った戻り光Ｌｒの成分は、半導体レーザ１の側にクラッド５３ａ内を伝播する。しかし、クラッド５３ａは光伝播のために形成されたものではなく、伝播ロスは１０ｄＢ／ｃｍ以上と非常に大きいので、ファイバーフェルール５３の半導体レーザ１側に到達した時点で戻り光Ｌｒは、１／１０以下に光パワーが減衰している。更にファイバーのコア径４．５μｍに対して、クラッド５３ａの径は例えば１２５μｍと大きいので、戻り光Ｌｒのビーム径も１２５μｍに拡大している。そのため、クラッド５３ａを伝播してきた戻り光Ｌｒは、半導体レーザ１の出力端面まで戻ってきたとき、この出力端面上では、ぼやけたビームとなる。

すなわち、コア５３ｂを伝播してきた戻り光Ｌｒは半導体レーザ１の出力端面部の活性層に戻り、一方、クラッド５３ａを伝播してきた戻り光Ｌｒは半導体レーザ１の出力端面上では弱い光強度で、かつ、ビームがぼやけた状態となるため、戻り光Ｌｒは実質的に、半導体レーザ１の出力端面部の活性層近傍にしか存在しなくなる。この作用は、前述したピンホール構造の遮蔽板３３による作用と同等であり、そのため、半導体レーザ１の劣化が防止されると推定できる。

以上、２つの凸レンズのレンズ焦点距離が同一である例を示したが、それらの凸レンズは互いに異なる焦点距離のものであっても構わない。例えば図７に即して説明すれば、凸レンズ５１の焦点距離ｆ＝３ｍｍで、凸レンズ５２の焦点距離ｆ＝６ｍｍとしてもよい。この場合、出射するレーザ光Ｌのビーム径が２倍となり、ズームレンズの機能を兼ねることも可能となる。

２枚の凸レンズ３１、３２の焦点距離ｆについて原理的に制約は無いが、焦点距離ｆが小さ過ぎるレンズは作製が困難であり、ピンホールのエッジや遮蔽板のナイフエッジからの散乱光により、所望の遮蔽効果が得られないこともある。その一方、焦点距離ｆが大き過ぎてもモジュールが長くなるので、適切な値を選ぶのが望ましく、一例として１０ｍｍ前後が好ましい。

より具体的に説明すると、凸レンズ３１、３２として前述した焦点距離ｆ＝６ｍｍのものの他に、ｆ＝１２ｍｍ、１５ｍｍ、２３ｍｍのものを上記第１～３の実施形態に適用したが、得られる効果に変わりはなかった。この凸レンズ３１、３２の焦点距離ｆがより大であれば、空間フィルターの光学倍率がより大きくなることから、該空間フィルターにおけるレーザ光Ｌや戻り光Ｌｒの最小ビーム径が大きくなる。そうであれば、空間フィルターに求められる作製精度や調整精度が緩くなるので、その組立がし易くなって、低コストで得られるようになる。

また、本発明が適用される半導体レーザの発振波長は前述した６４０ｎｍに限らず、例えば図２に示したのと同じ層構成を有する、発振波長が６３０ｎｍ～６９０ｎｍの範囲にある半導体レーザが全て適用可能である。そしてそのような半導体レーザ全般に対して、本発明の効果が得られ得る。また、発振波長が６４０ｎｍで最大光出力が１５０ｍＷの半導体レーザを、出力１００ｍＷの条件で駆動した場合でも本発明の効果が得られることを確認した。

さらに、発振波長が６４０ｎｍで最大光出力が８０ｍＷの半導体レーザについて、光出力が８０ｍＷ、５０ｍＷとなる条件で駆動し、上記と同様の実験を行ったところ、同様の結果が得られることを確認した。ただしその場合、前述したサブピークが立つ半導体レーザの出力端面上の位置は、積層方向に関する活性層中央位置から外側に２μｍの位置であった。これは、半導体レーザの構造の相違によるものと推定される。そこでこの実験では、上記２μｍの位置を中心とする領域に戻り光が入射することを抑制する空間フィルターを用いた。

１ 半導体レーザ
２ コリメータレンズ
３ ミラー
１０ ＧａＡｓ基板
１４ 活性層
３０、４０、５０ 空間フィルター
３１、３２、４１、４２、５１、５２ 凸レンズ
３３ ピンホール構造の遮蔽板
４３ ファイバーフェルール
５３ ナイフエッジ構造の遮蔽板
Ｌ レーザ光
Ｌｒ 戻り光
Ｚ ２枚のレンズの光軸

Claims (5)

1. 発振波長が６３０ｎｍ～６９０ｎｍの範囲にあって、横モードがシングルモードである半導体レーザであって、出力端面上の発光点中心位置から積層方向に離れた位置に、半導体レーザから出射したレーザ光が外部で正反射して該半導体レーザに向けて戻る戻り光が入射したとき光出力のサブピークが立ち得る領域を有する半導体レーザと、
   前記レーザ光の進行方向に互いに離して同じ光軸上に配置された２枚の凸レンズと、これらの凸レンズの間に配されたピンホール構造の遮蔽板とから構成されて、前記サブピークが立ち得る領域に前記戻り光が入射することを抑制する空間フィルターと、
   からなる半導体レーザモジュール。
2. 前記ピンホール構造の遮蔽板におけるピンホールの径が、前記２枚の凸レンズの間における前記戻り光の最小ビーム径の２～４倍である請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
3. 発振波長が６３０ｎｍ～６９０ｎｍの範囲にあって、横モードがシングルモードである半導体レーザであって、出力端面上の発光点中心位置から積層方向に離れた位置に、半導体レーザから出射したレーザ光が外部で正反射して該半導体レーザに向けて戻る戻り光が入射したとき光出力のサブピークが立ち得る領域を有する半導体レーザと、
   前記レーザ光の進行方向に互いに離して同じ光軸上に配置された２枚の凸レンズと、これらの凸レンズの間に配されたファイバーフェルールとから構成されて、前記サブピークが立ち得る領域に前記戻り光が入射することを抑制する空間フィルターと、
   からなる半導体レーザモジュール。
4. 発振波長が６３０ｎｍ～６９０ｎｍの範囲にあって、横モードがシングルモードである半導体レーザであって、出力端面上の発光点中心位置から積層方向に離れた位置に、半導体レーザから出射したレーザ光が外部で正反射して該半導体レーザに向けて戻る戻り光が入射したとき光出力のサブピークが立ち得る領域を有する半導体レーザと、
   前記レーザ光の進行方向に互いに離して同じ光軸上に配置された２枚の凸レンズと、これらの凸レンズの間に配されたナイフエッジ構造の遮蔽板とから構成されて、前記サブピークが立ち得る領域に前記戻り光が入射することを抑制する空間フィルターと、
   からなる半導体レーザモジュール。
5. 前記ナイフエッジ構造の遮蔽板が、前記２枚の凸レンズの間における前記戻り光の最小ビーム径に対して２～４倍のビーム径の戻り光が通過し得る位置に配されている請求項４に記載の半導体レーザモジュール。

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