JPH09162490A - 発光素子モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定したレーザを効率良く出力できる発光素
子モジュールを提供すること。 【解決手段】 活性領域２１を挟んで相対向する光反射
面２２と光射出面２３が形成された半導体発光素子２
と、その半導体発光素子２の光射出面２３に端面を対向
して配設され光を導光するコア３２に所定波長の光のみ
を反射する回折格子３４が形成され少なくとも端面から
回折格子３４までが偏波保存機能を有する偏波保存ファ
イバにより形成された光ファイバとを備えて構成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を出力す
る発光素子モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の発光素子モジュールとしては、図
３に示すように、発光源となる半導体発光素子Ａと導光
路となる光ファイバＢを備えたものが知られている。す
なわち、この発光素子モジュールは、ｐ型半導体とｎ型
半導体を接合してなる半導体発光素子Ａの相対向する各
側面に高反射率の光反射面Ｃと低反射率の光射出面Ｄが
設けられると共に、光ファイバＢのコアＥに回折格子Ｆ
が設けられており、半導体発光素子Ａの光射出面Ｄ側に
所定の距離隔てて光ファイバＢが配設されたものであ
る。そして、この発光素子モジュールは、半導体発光素
子Ａ内で発生した光Ｇを光反射面Ｃと回折格子Ｆの間で
反射させ増幅させることにより、それらを共振器として
機能させて、単一波長のレーザ光Ｈを光ファイバＢを通
じて出力しようとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
発光素子モジュールにあっては、次のような問題点があ
る。半導体発光素子Ａ内から射出される光と入射される
光の偏波面の不一致により、レーザ発振が不安定にな
り、レーザを出力するために大きなしきい値電流を必要
となり、また、微分効率（レーザ発振状態における入力
電流に対する光出力の特性）が悪くなったりする不具合
を生ずる。すなわち、半導体発光素子Ａの光射出面Ｄか
ら射出される光は、伝搬方向に対し直交する向きの偏波
面を有しているが、その光が光ファイバＢ内を進行する
際、光ファイバＢにおけるコアＥの不整、残留応力、ま
た屈折率変化等により光の偏波面の向きがコアＥの円周
方向へ微妙に回転し変動してしまう。このため、このよ
うな光が回折格子Ｆで反射された後、再び半導体発光素
子Ａへ入射されるときに、射出時の偏波面と一致せず、
その光の増幅効率が悪くなり、前述のごとく様々な不具
合を生ずることとなる。

【０００４】そこで本発明は、以上のような問題点を解
決するためになされたものであって、安定したレーザを
効率良く出力できる発光素子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】すなわち本発明は、活性
領域を挟んで相対向する光反射面と光射出面が形成され
た半導体発光素子と、光射出面と相互に光の入射及び出
射を可能に端面が光結合され、内部を進行する光のうち
所定波長の光のみを反射する回折格子が形成され、少な
くとも端面から回折格子までが偏波保存機能を有する偏
波保存ファイバにより形成された光ファイバとを備えて
構成される。

【０００６】このような発明によれば、半導体発光素子
から射出された光が光ファイバへ入射されてそのコアに
沿って進行する際に、その光の偏波状態が保持される。
このため、光反射面と回折格子の間を往復する光の偏波
状態が一致し、光の増幅効率が向上する。

【０００７】また本発明は、前述の光ファイバが回折格
子を設けた偏波無依存ファイバの先端に偏波保存ファイ
バを融着接続して形成されたことを特徴とする。

【０００８】このような発明によれば、光ファイバの回
折格子から出力側が低コストの偏波無依存ファイバによ
り形成されるから、経済的に製造可能となる。

【０００９】また本発明は、前述の光ファイバが偏波無
依存光ファイバの先端に偏波保存ファイバを融着接続し
その偏波無依存ファイバに回折格子を設けて形成された
ことを特徴とする。

【００１０】このような発明によれば、前述同様に経済
的に製造可能となると共に、偏波保存ファイバの融着接
続後に回折格子が設けられるから、融着時の熱により回
折格子の特性劣化が防止される。

【００１１】更に本発明は、前述の偏波保存ファイバ
が、コアの両脇に断面円形状の応力付与部を形成してな
るパンダファイバ、コアの両脇に断面扇状の応力付与部
を形成してなるボウタイファイバ又はコアを取り巻いて
断面楕円状の応力付与部を形成してなる楕円ジャケット
ファイバであることを特徴とする。

【００１２】このような発明によれば、偏波保存ファイ
バ内に形成される応力付与部により、その偏波保存ファ
イバ内を伝搬する光の偏波面が確実に保持される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
に係る実施形態の一例について説明する。なお、各図に
おいて同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
また、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致して
いない。

【００１４】図１は発光素子モジュール１の斜視図であ
る。図１において、発光素子モジュール１は、半導体発
光素子２と光ファイバ３とを備えて構成されている。半
導体発光素子２は、光の発生及び増幅を行う活性領域２
１を有し、その活性領域２１を挟んで相対向する光反射
面２２、光射出面２３が設けられた構造とされており、
その活性領域２１へ電流を注入することで光を発生し増
幅すると共に、その光を光反射面２２で反射して光射出
面２３から射出するようになっている。この半導体発光
素子２としては、例えば、一般のファブリペロー型の半
導体レーザと同様にＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰのダブルヘ
テロ構造体が採用され、ＩｎＰからなるクラッド層２
４、２４の間にＩｎＧａＡｓＰからなる活性領域２１を
配置した構造とする。この活性領域２１は混晶とされる
ことによりその屈折率がクラッド層２４のものより大き
くなり、活性領域２１に沿って光が導光されるようにな
る。

【００１５】また、半導体発光素子２における光反射面
２２と光射出面２３は、例えば、活性領域２１の両端を
含む半導体発光素子２の対向する面にそれぞれ誘電体多
層膜が付設されて形成される。誘電体多層膜は、シリカ
（ＳｉＯ₂ ）、チタニア（ＴｉＯ₂ ）、窒化けい素（Ｓ
ｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、フッ化マグ
ネシウム（ＭｇＦ₂ ）、アモルファスシリコンなどの薄
い膜を数十層に積層して構成したものであって、その膜
の材質の屈折率、厚さ及び層数を適宜変えることによ
り、特定波長における透過率を任意に設定可能としたも
のである。このように光反射面２２及び光射出面２３を
形成することにより、それらの光の反射率を容易に、か
つ確実に所望の値とすることが可能となる。具体的に
は、光反射面２２は高い反射率に設定され、また光射出
面２３は低い反射率に設定されており、例えば、光反射
面２２は８０％以上の高い反射率に設定され、光射出面
２３は０．５％以下の低い反射率に設定される。なお、
光反射面２２は結晶へき開面とし蒸着するなどして形成
され、光射出面２３はその他公知の手法により形成され
ていてもよい。

【００１６】また、この半導体発光素子２には、電流注
入用の駆動回路（図示なし）が接続されており、内部の
クラッド層２４を通じて活性領域２１へ電流を流せるよ
うに構成されている。すなわち、図１のように、駆動回
路から半導体発光素子２に所定の作動電流が流されるこ
とでクラッド層２４及び活性領域２１が励起されて自然
放出光が発生し、この自然放出光が誘導放出を引き起こ
しながら活性領域を進行し、誘導放出光とともに光射出
面２３から射出されることとなる。なお、半導体発光素
子２は、前述のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰのダブルヘテロ
構造体のものに限られるものでなく、光を発生し増幅す
ると共に光反射面２２及び光射出面２３を有するもので
あれば、その他の半導体等により形成されたものであっ
てもよい。

【００１７】一方、図１のように、その半導体発光素子
２と光結合されて光ファイバ３が配設されている。すな
わち、光ファイバ３は、その端面が光射出面２３と相互
に光の入射及び出射を可能に光結合される共に、増幅さ
れた光をレーザ光として出力する細径線材であって、例
えば、その端面を半導体発光素子２の光射出面２３に対
向して配置される。また、光ファイバ３は、クラッド３
１の中心位置に高い屈折率を有するコア３２がその長手
方向（光軸方向）に沿って形成されて導光路とされると
共に、そのコア３２に並行して応力付与部３３が形成さ
れてコア３２に沿って導光される光の偏波状態が保持さ
れるように構成されている。例えば、光ファイバ３にお
いて、クラッド３１は石英（ＳｉＯ₂ ）により形成さ
れ、コア３２はその石英に屈折率上昇材であるゲルマニ
ア（ＧｅＯ₂ ）を添加したもので形成され、応力付与部
３３は石英に応力付与材であるボロニア（Ｂ₂ Ｏ₃ ）を
添加したもので形成される。なお、図１における光ファ
イバ３はコア３２の両脇に断面円形状の応力付与部３
３、３３を形成してなるパンダファイバが示されている
が、これに限られるものではなく、二つの応力付与部３
３をそれぞれ断面扇状としコア３２側から外周側へ広が
る向きに配設したボウタイファイバ又はコア３２を取り
巻いて断面楕円状の応力付与部３３を設けた楕円ジャケ
ットファイバなどであってもよい。

【００１８】また、光ファイバ３には、その内部を進行
する光のうち所定波長のもののみを反射する回折格子３
４が設けられている。この回折格子３４は、コア３２又
はクラッド３１内における実効屈折率を光ファイバ３の
光軸方向に沿って所定間隔で周期的に変化させることに
より形成されており、半導体発光素子２の光反射面２２
と共にファブリペロー型の共振器を構成するものであ
る。また、回折格子３４における屈折率変化量や形成間
隔（周期）を所望の値とすることにより光の反射率や光
の反射波長を適宜設定することが可能である。この回折
格子３４は、例えば、ゲルマニウムが添加された石英ガ
ラスに紫外光を照射すると照射部分の屈折率が紫外光の
強度に応じて上昇することを利用して形成することがで
きる。すなわち、光ファイバ３の外側からゲルマニウム
が添加されたコア３２等へ向けてその軸方向へ干渉縞と
なった紫外光を照射することにより、コア３２等にその
干渉縞の光強度分布に応じた実効屈折率を有する回折格
子３４が形成されることとなる。なお、この回折格子３
４は、図１において光ファイバ３の端部から所定の距離
隔てて形成されているが、その距離を置かず端部から直
に形成されているものであってもよい。

【００１９】この回折格子３４により反射される光の回
折波長（ブラッグ波長）λ_R は、次の（１）式で表され
る。

【００２０】λ_R ＝２・ｎ・Λ ……（１） ｎ：回折格子３４における最小屈折率 Λ：回折格子３４の周期 つまり、この回折格子３４は、回折波長λ_R を中心とし
た狭い範囲の波長帯にわたって光を反射する機能を有し
ている。このため、従って、この回折格子３４と半導体
発光素子２の光反射面２２とにより構成される共振器に
より、所定の波長の光のみが反射往復されて、レーザ光
として出力されることとなる。

【００２１】また、図示されていないが、半導体発光素
子２と光ファイバ３の間には、それらの間で進行する光
の結合を行うレンズ系を設けてもよい。例えば、半導体
発光素子２及び光ファイバ３と別個のロッドレンズ又は
円柱レンズなどを配設し、また光ファイバ３の端部を球
状に加工して、半導体発光素子２の光射出面２３又は光
ファイバ３のコア３２から出射される光の広がりを集束
してコア３２又は光射出面２３へ結合させる。このレン
ズ系の配設により、半導体発光素子２の光反射面２２と
光ファイバ３の回折格子３４との間で光が往復する際
に、半導体発光素子２と光ファイバ３の間での光結合効
率を向上させることが可能となる。

【００２２】次に、前述した発光素子モジュール１の作
動について説明する。

【００２３】図１において、半導体発光素子２のクラッ
ド層２４、２４間に所定の電圧を印加して、各クラッド
層２４及び活性領域２１へ作動電流を供給する。する
と、クラッド層２４と活性領域２１が励起されて自然放
出光を発する。この自然放出光は、活性領域２１内で誘
導放出を引き起こして誘導放出光と共に進行して、反射
率の高い光反射面２２で反射されて反射率の低い光射出
面２３から射出されていく。その際、光射出面２３から
射出された光は、進行方向と直交する向きに偏波面（電
界面）を有している。そして、その光は、光ファイバ３
のコア３２内へ入射されて、コア３２に沿って進行し回
折格子３４で反射される。その際、光ファイバ３は、偏
波保存ファイバであるから、その端面から回折格子３４
まで伝搬される光の偏波状態は確実に保持され、コア３
２の不整などの影響を受けて偏波状態が変動することが
ない。そして、回折格子３４により反射された所定の波
長の光のみが半導体発光素子２側へ進行し、光ファイバ
３の端面から射出され半導体発光素子２の光射出面２３
を通じて活性領域２１へ入射される。その際、光射出面
２３からの射出時と同様な偏波状態となっているから、
活性領域２１での光の増幅が効率良く行われることとな
る。そして、活性領域２１内を進行する光は、再び増幅
されながら光反射面２２で反射され、その光反射面２２
と光ファイバ３の回折格子３４との間での往復を繰り返
し増幅された後、回折格子３４を透過してレーザ光とし
て出力されていく。

【００２４】このように、発光素子モジュール１によれ
ば、光反射面２２と回折格子３４との間で反射増幅され
る光の偏波状態が一定に保たれるから、その光の増幅効
率が良い。このため、安定してレーザ光が出力でき、レ
ーザ出力時のしきい値電流を小さくできる。また、入力
電流−光出力特性、即ち微分効率が非常に良いものとな
る。

【００２５】次に、発光素子モジュールにおける他の実
施形態について説明する。

【００２６】前述の発光素子モジュール１において、図
２に示すように、光ファイバ３は、偏波保存ファイバ３
ａと偏波無依存ファイバ３ｂを接続して形成したもので
あってもよい。例えば、発光素子モジュール１ａは、光
ファイバ３が回折格子３４を設けた偏波無依存ファイバ
３ｂの先端に偏波保存ファイバ３ａを融着接続して形成
されている。この偏波無依存ファイバ３ｂは、導光する
光の偏波状態の保存機能を有しない光ファイバであっ
て、そのコアに回折格子３４を設けたものである。ま
た、偏波保存ファイバ３ａは、前述のパンダファイバ、
ボウタイファイバ又は楕円ジャケットファイバなどが採
用される。このような発光素子モジュール１ａにあって
も、前述の発光素子モジュール１と同様に、光ファイバ
３の端部から回折格子３４までの間を進行する光の偏波
状態が保持され、結局光反射面２２と回折格子３４間で
往復し増幅される光の偏波状態に変動を生じないから、
光の増幅効率が良い。このため、安定してレーザ光が出
力でき、レーザ出力時のしきい値電流を小さくでき、ま
た、入力電流−光出力特性、即ち微分効率が非常に良い
ものとなる。更に、発光素子モジュール１ａによれば、
光ファイバ３の回折格子３４から出力側が低価な偏波無
依存ファイバにより形成されるから、経済的に光ファイ
バの製造が行える。なお、発光素子モジュール１ａ、偏
波無依存ファイバ３ｂを通じてレーザ光が出力されるこ
とになるが、発光素子モジュール１ａが通常の光通信な
どにおいて使用される場合、レーザ光の強度を変調する
ことにより用いられるので、レーザ光における偏波面の
変動は何等問題とならない。

【００２７】また、前述の発光素子モジュール１ａは、
光ファイバ３において、偏波無依存ファイバ３ｂの先端
に偏波保存ファイバ３ａを融着接続した後に、回折格子
３４を設けてもよい。この場合、偏波無依存ファイバ３
ｂと偏波保存ファイバ３ａとを融着接続する際の熱によ
り回折格子３４の特性が劣化するのを回避できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。すなわち、半導体発
光素子の光反射面と光ファイバの回折格子との間を往復
して増幅される光の偏波状態が光ファイバ内で変動する
ことなく確実に保持される。このため、往復する光の偏
波状態が一定となり、光の増幅効率が向上する。従っ
て、安定してレーザ光が出力でき、レーザ出力時のしき
い値電流を小さくできる。また、入力電流−光出力特
性、即ち微分効率が非常に良いものとなる。

【００２９】また、光ファイバとして偏波保存ファイバ
と偏波無依存ファイバを接続したものを用いれば、経済
的に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発光素子モジュールの斜視図である。

【図２】その他の実施形態に係る発光素子モジュールの
模式図である。

【図３】従来の発光素子モジュールの説明図である。

【符号の説明】

１…発光素子モジュール、２…半導体発光素子、２１…
活性領域 ２２…光反射面、２３…光射出面、３…光ファイバ、３
１…クラッド ３２…コア、３３…応力付与部、３４…回折格子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性領域を挟んで相対向する光反射面と
   光射出面が形成された半導体発光素子と、 前記半導体発光素子の前記光射出面と相互に光の入射及
   び出射を可能に端面が光結合され、内部を進行する光の
   うち所定波長の光のみを反射する回折格子が形成され、
   少なくとも前記端面から前記回折格子までが偏波保存機
   能を有する偏波保存ファイバにより形成された光ファイ
   バと、を備えた発光素子モジュール。
2. 【請求項２】 前記光ファイバは、前記回折格子を設け
   た偏波無依存ファイバの先端に前記偏波保存ファイバを
   融着接続して形成されたことを特徴とする請求項１に記
   載の発光素子モジュール。
3. 【請求項３】 前記光ファイバは、偏波無依存光ファイ
   バの先端に前記偏波保存ファイバを融着接続し、その偏
   波無依存ファイバの部分に前記回折格子を設けて形成さ
   れたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子モジュ
   ール。
4. 【請求項４】 前記偏波保存ファイバは、前記コアの両
   脇に断面円形状の応力付与部を形成してなるパンダファ
   イバ、前記コアの両脇に断面扇状の応力付与部を形成し
   てなるボウタイファイバ又は前記コアを取り巻いて断面
   楕円状の応力付与部を形成してなる楕円ジャケットファ
   イバであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
   に記載の発光素子モジュール。