JPS63252497A - アイソレ−タ内蔵型半導体レ−ザモジユ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュールに
関し、特に経済的でかつ製造が容易なアイソレータ内蔵
型半導体レーザモジュールに関するものである。

〔従来の技術〕

光フアイバ通信に用いられる半導体レーザは光出力用の
ファイバを備えたモジュールとして供給され、その終端
にコネクタを設けて伝送用のファイバに接続する場合が
多い。この場合、コネクタ部で生ずる反射戻り光は半導
体レーザに再注入され、半導体レーザの動作状態を不安
定化させることが知られている。このことは高速度長距
離伝送を行なう場合には特に大きな障害になる。このな
め、反射戻り光を除去するアイソレータを内蔵した半導
体レーザモジュールが開発されている。

第５図は、Ｔ、Ｓｕｇｉｅ、Ｍ、Ｓａｒｕｗａｔａｒｉ
の両氏により発表された論文　「７ン・工７エクティプ
・ノンリシ向カル・サーキット・７ｔ・・セミフンダク
タ・ジーず・トウ・ファイバ・カフ１リング・ユージン
グ・７・ワイ・アイ・ジー・スフェア（Ａｎ　　Ｅｆｆ
ｅｃｔｉｖｅ　　Ｎｏｎｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ　　Ｃ１
ｒｃｕｉｔｆｏｒ　　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　　
Ｌａ５ｅｒ−ｔｏ−Ｆｉｂｅｒ　　ＣｏｕｐｌｉｎｇＵ
ｓｉｎｇ　　ａ　　ＹＩＧ　　５ｐｈｅｒｅ）　　Ｊ　
　ＪＯＵＲＮＡＬ　　ＯＦ　　ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ’ｒ
ＥｃＩ（ＮＯＬＯＧＹ　、ＶＯＬ、ＬＴ−１，ＮＯ，１
，ＭＡＲＣＨ１９８３）　ノ中で説明されているアイソ
レータ内蔵型半導体レーザモジュールの構造を示したも
のである。同図において、半導体レーザ１より放射され
た光ビームはＹＩＧ球２５により収束ビームに変換され
、さらにレンズ２６および偏光子２７を経由してシング
ルモードファイバ２８に結合する。ＹＩＧ球２５の周囲
に配置されたリング状の磁石９により、光軸方向の磁界
がＹＩＧ球２５に印加されており、ＹＩＧ球２５を通過
する光ビームの偏光方向はファラデー効果により４５度
だけ回転する。偏光子２７としては方解石のプレートが
用いられている。

このような構造のモジュールでは、半導体レーザから出
射する光は効率よくファイバに結合するが、逆にファイ
バの中を逆方向に戻ってくる光は半導体レーザに戻らず
、安定に動作する。その原理について以下説明する。半
導体レーザから出射する光ビームは一般にＴＥ偏光であ
り、図において紙面に垂直な方向に偏光している。この
光ビームの偏光方向はＹＩＧ球２５によって４５度だけ
回転したのち偏光子に入射するが、そのときには常光屈
折率のみを感じるので、光ビームは分離されずにそのま
まファイバに結合する。逆に、ファイバを逆方向に進ん
で来た光は偏光方向が不定であるから、偏光子２７によ
って常光屈折率のみを感じる光と異常光屈折率を感じる
光の二つのビームに分かれる。このうち、常光屈折率の
みを感じ・た光は半導体レーザの偏光方向に対し４５度
回転しているが、ＹＩＧ球２５を通過するさいにさらに
４５度回転するので半導体レーザに戻ったときには合計
９０度回転して７Ｍ偏光になっており、半導体レーザの
動作に影響を与えない。また、異常光屈折率を感じた光
ビームは横方向にシフトし、半導体レーザに戻ったとき
には発光点からずれなところに戻るので同じく半導体レ
ーザの動作に影響を与えない。従って、このモジュール
は反射戻り光の影響が除去されており、安定な動作をさ
せることができる。

第６図は近間、渡辺、後藤、三浦、峠氏らにより発表さ
れた論文「光アイソレータ内蔵ＤＦＢ−ＬＤモジュール
」　（昭和６０年度電子通信学会半導体・材料部門全国
大会３０５）の中で説明されているアイソレータ内蔵型
半導体レーザモジュールの構造を示したものである。同
図において、半導体レーザ１より放射された光ビームは
第一レンズ５により平行ビームに変換され、ルチルプリ
ズム、ＹＩＧ結晶および磁石から成るアイソレータ２９
を通過したのち、第二レンズ１４によって収束されて、
シングルモードファイバ２８に結合する。この場合、プ
リズムが二個用いられているところが第５図の場合と異
なっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュ
ールは、いずれも異方性光学結晶を偏光子として用いて
いるが、その価格は著しく高価であり、またモジュール
の組み立て作業のさいには、破損しやすく取り扱いが困
難であるという欠点がある。

これに対して、本発明は経済的でかつ製造の容易なアイ
ソレータ内蔵型半導体レーザモジュールを提供すること
を目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュールは
、半導体レーザと、単数または複数の結合用レンズと、
ファラデー回転素子および磁石と、光出力用ファイバと
を含み、前記ファイバが偏波保持ファイバであることを
特徴としている。

本発明のアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュールは
、従来のモジュールにおいて価格が高価になる原因とな
っていた異方性光学結晶からなる偏光子が除去されてい
るので、経済的でかつ製造が容易であるという利点を有
する。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照−して説明する。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明のアイソレータ内蔵型半
導体レーザモジュールの第１の実施例の構造図である。

同図において、半導体レーザ１はヒートシンク２および
チップキャリア３を介して基板４の上にマウントされて
いる。基板４の上には同時に第一レンズ５、モニタフォ
トダイオード６およびサーミスタ７がマウントされてい
る。基板４の上にはさらに、ファラデー回転素子８が磁
石９を介してマウントされている。このような部品の配
置により、半導体レーザ１より出射した光ビームは、第
一レンズ５により平行ビームまたは疑似平行ビームに変
換されたのち、ファラデー回転素子８により偏光方向が
４５度回転する。ファラデー回転素子としては、Ｔ、Ｈ
ｉｂｉｙａ氏らにより発表された論文「グロース・アン
ド・マグネ７ト・第１テイク・１ｖパテイズ・第１・リ
キッド・７エ・ス・　エピタキシャル・Ｄｉサブスティ
チヱーテフド・ガーネット・フィルム・７ｔ−・第１チ
カル・アイソレータ（Ｇｒｏｕｔｂ　　ａｎｄ　　Ｍａ
ｇｎｅｔｏ−ＯｐｔｉｃＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　　ｏｆ
　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｐｈａｓｅ　　Ｅｐｉｔａｘｉａ
ｌ　　Ｂ１−５ｕｂ−ｓｔｉｔｕｔｅｄ　　Ｇａｒｎｅ
ｔ　　Ｆｉ！ｎ＋ｓ　　ｆｏｒ　　０ｐｔｉｃａｌ　　
ｌ５ｏｌａｔｏｒ）Ｊ（ＮＥＣＲｅｓ、＆　Ｄｅｖｅｌ
ｏｐ、Ｎｏ、８０．Ｊａｎｕａｒｙ　１９８６）の中で
紹介されているビスマス置換ガーネット厚膜が有用であ
る。このガーネット厚膜は、わずかな磁界で飽和磁界に
達し、その回転能も大きいので、超小型のファラデー回
転素子を容易に実現できる。

基板４はペルチェ素子１０および放熱ブロック１１を介
してＤＩＰ型ケース１２の内部に固定されている。ＤＩ
Ｐ型ケース１２は窓ガラス１３を有しており、さらにそ
の外側には第二レンズ１４を保持したレンズホルダ１５
、スライドリング１６および先端部が金属筒１７により
保護された偏波保持ファイバ１８がこの順序で固定され
ている。偏波保持ファイバ１８の先端は斜めに研磨され
ており、反射防止用のガラス板１９が光学接着剤により
接着されている。また、レンズホルダ１５、スライドリ
ング１６および金属筒１７の周囲は保護スリーブ２０に
より保護されており、外力が直接加わらないようになっ
ている。また、図においては、省略されているが、ＤＩ
Ｐ型ケース１２の開口部はキャップにより封止される。

通常、半導体レーザモジュールは１メートルないし２メ
ートルの短いファイバが取り付けられた形態で供給され
るが、このような短いファイバは豚の尾を連想させるこ
とがらピグテールと呼ばれる。

モジュールを実際に使用する場合には、ピグテールの終
端にコネクタを取り付け、伝送用のファイバと接続して
使用するのが普通である。

以上説明した第１図の構造のモジュールがアイソレータ
内蔵型半導体レーザモジュールとして動作することを以
下説明する。半導体レーザ１から出射したＴＥ偏光の光
は第一レンズ５、ファラデー回転素子８、窓ガラス１３
、第二レンズ１４およびガラス板１つを介して偏波保持
ファイバ１８に入射するが、ここでの偏光方向は半導体
レーザ１を出射するところと比較して４５度回転してい
る。偏波保持ファイバ１８に入射した光はそのまま終端
へ向かって進むが、その偏光方向は途中で変化しない。

コネクタに達した光の一部は反射して逆進し、入射側へ
達するが、そこでの偏光方向も変化していない。その光
は再度ファラデー回転素子を通過して半導体レーザに戻
るが、その偏光方向はさらに４５度回転するので、結局
半導体レーザ１に戻ったときには、合計９０度回転して
ＴＭｉ光になっている。従ってコネクタで発生する戻り
光は半導体レーザの動作に影響を与えないことになる。

このように第１図に示したモジュールはアイソレータ内
蔵型半導体レーザモジュールとして動作する。またここ
で注目すべきことは、第１図のモジュールは本質的に偏
光子を含んでいないということである。偏光子が無いの
にアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュールとして機
能する理由は、半導体レーザ自体の偏光性を利用して自
動的に偏光方向の整合がとれる構成となっているからで
ある。

次に第１図で説明した本発明のモジュールの利点につい
て説明する。まず第一に、従来のモジュールにおいて価
格が高価になる原因となっていた異方性光学結晶からな
る偏光子が除去され、経済的であることがあげられる。

異方性光学結晶のかわりに偏波保持ファイバが必要にな
るが、このファイバは従来のモジュールで用いていた通
常のファイバに置き替えて用いるだけでよいし、ピグテ
ールとして必要な長さは高々１メートルないし２メート
ルであり偏光子と比較してはるかに安価である。また第
二の利点として、まず破損しやすく取り扱いの困難な部
品が除去されたため組み立て作業が容易になり、同時に
偏光子の方向を調節する工程が除去されたために、通常
のモジュールと比較して製造が容易になることがあげら
れる。なお、偏波保持ファイバは従来のファイバと異な
り軸対称構造ではないが、任意の方向へ偏光した光が入
射するとその偏光方向をそのまま保存して伝送するので
、モジュールの組み立て作業のさいには、その光軸に対
する回転方向への調整は不要である。即ちこの構造のモ
ジュールでは、ファラデー回転素子を挿入することと従
来のファイバを偏波保持ファイバに置き換えること以外
は特別な作業を必要としない。以上の説明から明らかな
ように、第１図のモジュールは従来のモジュールと比較
して、経済性と量産性の両面で有利である。

第１図の第１の実施例で示したモジュールの場合、反射
戻り光がピグテールの終端で発生する反射戻り光であれ
ば、半導体レーザは反射戻り光の影響を受けない。しか
しとグテールと接続された伝送用ファイバの途中や受信
端で発生する反射光を無視できない場合には、実施例１
の構成では不十分である。なぜなら、伝送用のファイバ
としては通常のファイバが用いられるのが普通であり、
その場合ファイバに加わる代かな曲がりや捻じりによっ
てファイバ中を転送される光の偏光状態は任意に変化し
、半導体レーザに戻ったときにはＴＭｉ光にならないか
らである。

第２図は上述のような場合にもアイソレータ内蔵型半導
体レーザモジュールとして機能する第２の実施例の構成
法を示したものである。ここで、モジュールの構造自体
は第１図と同じであるが、後述するように、偏波保持フ
ァイバの複屈折主軸の方向をファイバに入射する光の偏
光方向に一致させたことと、モジュール本体とピグテー
ル終端のあいだでファイバをボビン２１に数回巻きつけ
たことが第１図の場合と異なっている。以下、この構成
でのモジュールの動作原理について説明する。

第３図は、偏波保持ファイバの例としてＰＡＮＤＡファ
イバの断面構造を占めしたものである。

このファイバでは図に示すように、通常のファイバにみ
られるコア２２とクラッド２３のほかに、コアの左右両
側に応力付与部２４が設けられており、コアの屈折率に
異方性を生ずる。その結果基本モードがＸ方向とＹ方向
に偏光した二つのモードに分離され、偏光方向が回転し
なくなる。さらにこのファイバをある直径でボビンに巻
きつけると、ファイバ型偏光子として動作する。第４図
はその様子を示すグラフで、菊池、用土、姫野、給水、
福山、稲田氏らによる論文「偏波保持光ファイバの開発
」　（藤倉電線技報第７０号、ｐ４１〜５１）の図３１
より引用したものである。図よりあきらかなように例え
ば波長１．３μｍの光の場合、Ｘ方向に偏光した光に対
してはほとんど損失がないのに対し、Ｙ方向に偏光した
光に対しては約３０ｄＢの損失を示している。このファ
イバは消光比が約３０ｄＢのファイバ型偏光子として動
作していることになるから、もし複屈折主軸方向くＸ方
向）がファイバに入射する光の偏光方向に一致していれ
ば、ファイバに入射した光は損失を受けることなくピグ
テール終端に達し、伝送用ファイバに送り出されるのに
対し、ファイバを逆進してくる光はどのように偏光して
いても入射端に達するときにはＹ偏光成分が減衰してＸ
偏光成分のみになっているから、さらに逆進して半導体
レーザに達するときにはＴＩＶＩＩ光になっていること
になる０以上のように、この構成モジュールがアイソレ
ータ内蔵型モジュールとして機能することは明らかであ
る。

次にこの構成のモジュールの利点について説明する。こ
の場合も第１の実施例の場合と同様に経済性と量産性の
両面で有利なことは明らかである。ただし、第１の実施
例と異なりモジュールを組み立てるさいに、主軸方向（
Ｘ方向）がファイバに入射する光の偏光方向に一致する
ようにファイバの光軸に対する回転方向への調整を行な
う必要がある。この作業はファイバへの結合効率が最大
になるように回転方向への調整を行うことによりできる
が、このとき部品の取り扱いは従来のモジュールと比較
してはるかに容易である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のアイソレータ内蔵型半導
体レーザモジュールは、半導体レーザおよび光出力用フ
ァイバを備えた半導体レーザモジュールにおいて、前記
半導体レーザ、単数または複数の結合用レンズ、ファラ
デー回転素子、磁石および光出力用ファイバから成り、
かつ前記ファイバが偏波保持ファイバであることを特徴
としており、その特徴により、従来のモジュールと比較
して経済性と量産性の両面で有利である、即ち、（イ）
高価な偏光子が含まれないので経済的である、（υ）収
り扱いの困難な部品が含まれないので組み立て作業が容
易である、（ハ）偏光子の回転方向の調整が不要なので
工程が短縮される、という効果が得られる。第２の実施
例のような場合には連光保存ファイバ自体が偏光子にな
っているから、上記うち（ハ）についてはあてはまらな
いが、それでもこの場合の回転方向への調整は容易であ
るので、有利であることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明のアイソレータ内蔵型半
導体レーザモジュールの第１の実施例を示す縦断面図、
第２図は本発明の第２の実施例の構成を示す図、第３図
は、ＰＡＮＤＡファイバの断面構造を示す図、第４図は
ファイバ型偏光子の特性を示す図、第５図は従来のアイ
ソレータ内蔵型半導体レーザモジュールの構造を示す図
、第６図は他の従来のアイソレータ内蔵型半導体レーザ
モジュールの構造を示す図である。 １・・・半導体レーザ、２・・・ヒートシンク、３・・
・チップキャリア、４・・・基板、５・・・第一レンズ
、６・・・モニタフォトダイオード、７・・・サーミス
タ、８・・・ファラデー回転素子、９・・・磁石、１ｏ
・・・ベルチェ素子、１１・・・放熱ブロック、１２・
・・ＤＴＰ型ケース、１３・・・窓ガラス、１４・・・
第二レンズ、１５・・・レンズホルダ、１６・・・スラ
イドリング、１７・・・金属筒、１８・・・偏波保持フ
ァイバ、１９・・・ガラス板、２０・・・保護スリーブ
、２１・・・ボビン、２２・・・コア、２３・・・クラ
ッド、２４・・・応力付与部、２５・・・ＹＩＧ球、２
６・・・レンズ、２７・・・偏光子、２８・・・シング
ルモールドファイバ、２つ・・・アイソレータ。 ブ 代理人　弁理士　内　原　　晋／− 第ｔＴ２Ｊ 第４図 暗Ｓ図 第乙図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザと、単数または複数の結合用レンズと、フ
   ァラデー回転素子および磁石と、光出力用ファイバとを
   有し、光出力用ファイバが偏波保持ファイバであること
   を特徴とするアイソレータ内蔵型半導体レーザモジュー
   ル。