JPWO2019049952A1 - 光モジュール - Google Patents

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Abstract

特性の劣化を十分に抑制することができ、高い光出力を得ることができる光モジュールを提供する。光モジュールは、出射端を有し、出射端から光を出射する第１の光機能素子と、入射端及び出射端とを有し、第１の光機能素子の前記出射端から出射された光が入射端に入射され、入射端に入射された光を増幅して出射端から出射する第２の光機能素子と、第１の光機能素子の前記出射端と前記第２の光機能素子の入射端との間に配置され、第１の光機能素子の出射端から第２の光機能素子の入射端に向かう第１の方向の光を透過し、第１の方向とは逆方向の第２の方向の光を遮断又は減衰する第１の光非相反素子と、前記第２の光機能素子の出射端の側に配置され、第２の光機能素子の出射端から外部に向かう第３の方向の光を透過し、第３の方向とは逆方向の第４の方向の光を遮断又は減衰する第２の光非相反素子とを有する。

Description

本発明は、光を増幅する光機能素子を有する光モジュールに関する。
近時、光通信分野等において広く用いられているレーザモジュールは、高出力化が求められており、そのレーザ素子及び光増幅器の発熱量が増大している。このような素子の発熱等に対応するため、レーザ素子及び光増幅器が１つのチップに集積されたレーザモジュールのみならず、レーザ素子と光増幅器とが分離されて設けられたレーザモジュールが提案されている（特許文献１乃至３）。
特許文献１には、半導体レーザを有する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から出力されるレーザ光を増幅する半導体光増幅器を有する半導体光素子とを有する半導体レーザモジュールが記載されている。特許文献１記載の半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子を載置する第１の支持部材と、第１の支持部材を温度調整する第１の温度調節素子と、半導体光素子を載置する第２の支持部材と、第２の支持部材を温度調整する第２の温度調節素子を有している。
特許文献２には、信号光を出力する半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子から出力された信号光を増幅する半導体光増幅素子と、これらを固定するキャリアと、キャリアを固定する電子冷却素子とを備えた半導体レーザモジュールが記載されている。
特許文献３には、複数の波長を発振可能なレーザと、レーザの発振波長を制御する制御部と、外部に取り出されるべきレーザ光を増幅する光増幅部とを有する波長可変安定化レーザが記載されている。
特許第５５６７２２６号公報 特開２００５−１９８２０号公報 特開２００１−２５１０１３号公報
従来、レーザ素子と光増幅器とが分離されて設けられたレーザモジュールにおいては、レーザ素子への戻り光を阻止するため、光アイソレータが用いられている。特許文献１には、レーザ素子と半導体光増幅素子との間に光アイソレータが配置され、光アイソレータによりレーザ素子に戻り光が入力されることが防止されることが記載されている。また、特許文献２には、半導体レーザ素子と半導体光増幅素子との間に半導体レーザ素子への戻り光を阻止する光アイソレータが設けられることが記載されている。また、特許文献３には、半導体光増幅器の出射側に、アイソレータが設けられることが記載されている。
しかしながら、従来のように、レーザ素子と光増幅器との間に光アイソレータを配置したり、光増幅器の出射側に光アイソレータを配置したりするだけでは、反射による戻り光や光増幅器におけるＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光によるモジュールの特性の劣化を十分に抑制することは困難であった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、特性の劣化を十分に抑制することができ、高い光出力を得ることができる光モジュールを提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、出射端を有し、前記出射端から光を出射する第１の光機能素子と、入射端及び出射端とを有し、前記第１の光機能素子の前記出射端から出射された前記光が前記入射端に入射され、前記入射端に入射された前記光を増幅して前記出射端から出射する第２の光機能素子と、前記第１の光機能素子の前記出射端と前記第２の光機能素子の前記入射端との間に配置され、前記第１の光機能素子の前記出射端から前記第２の光機能素子の前記入射端に向かう第１の方向の光を透過し、前記第１の方向とは逆方向の第２の方向の光を遮断又は減衰する第１の光非相反素子と、前記第２の光機能素子の前記出射端の側に配置され、前記第２の光機能素子の前記出射端から外部に向かう第３の方向の光を透過し、前記第３の方向とは逆方向の第４の方向の光を遮断又は減衰する第２の光非相反素子とを有することを特徴とする光モジュールが提供される。
本発明によれば、特性の劣化を十分に抑制することができ、高い光出力を得ることができる。
図１は、本発明の第１実施形態による光モジュールを示す概略図である。 図２は、半導体レーザ素子の特性に対する半導体光増幅器からのＡＳＥ光の流入の影響を計算した一例を示すグラフである。 図３は、半導体光増幅器の特性に対する反射による戻り光の影響を計算した一例を示すグラフである。 図４は、本発明の第１実施形態による光モジュールにおける第１の光アイソレータのアイソレーションと半導体レーザ素子のレーザ光のスペクトル線幅との関係を示すグラフである。 図５は、本発明の第１実施形態による光モジュールにおける第２の光アイソレータのアイソレーションと光出力との関係を示すグラフである。 図６は、本発明の第１実施形態による光モジュールの光出力と半導体光増幅器の駆動電流との関係の一例を示すグラフである。 図７は、本発明の第１実施形態による光モジュールの偏波消光比と半導体光増幅器の駆動電流との関係の一例を示すグラフである。 図８は、本発明の第２実施形態による光モジュールを示す概略図である。 図９は、本発明の第３実施形態による光モジュールを示す概略図である。 図１０Ａは、本発明の第４実施形態による光モジュールにおける素子の配置を示す概略図である。 図１０Ｂは、本発明の第４実施形態による光モジュールにおける素子の配置を示す概略図である。 図１１Ａは、本発明の第５実施形態による光モジュールに用いられる偏波無依存型の光アイソレータを示す概略図である。 図１１Ｂは、本発明の第５実施形態による光モジュールに用いられる偏波無依存型の光アイソレータを示す概略図である。 図１２は、本発明の第６実施形態による光モジュールを示す概略図である。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による光モジュールについて図１乃至図７を用いて説明する。図１は、本実施形態による光モジュールを示す概略図である。図２は、半導体レーザ素子の特性に対する半導体光増幅器からのＡＳＥ光の流入の影響を計算した一例を示すグラフである。図３は、半導体光増幅器の特性に対する反射による戻り光の影響を計算した一例を示すグラフである。図４は、本実施形態による光モジュールにおける第１の光アイソレータのアイソレーションと半導体レーザ素子のレーザ光のスペクトル線幅との関係を示すグラフである。図５は、本実施形態による光モジュールにおける第２の光アイソレータのアイソレーションと光出力との関係を示すグラフである。図６は、本実施形態による光モジュールの光出力と半導体光増幅器の駆動電流との関係の一例を示すグラフである。図７は、本実施形態による光モジュールの偏波消光比と半導体光増幅器の駆動電流との関係の一例を示すグラフである。
まず、本実施形態による光モジュールの構成について図１を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態による光モジュール１０は、半導体レーザ素子１２と、半導体光増幅器（ＳＯＡ、Semiconductor Optical Amplifier）１４と、第１の光アイソレータ１６と、第２の光アイソレータ１８と、光ファイバ２０とを有している。また、本実施形態による光モジュール１０は、パッケージ２２と、保持部材２４と、筒状部材２６とを有している。パッケージ２２は、半導体レーザ素子１２、ＳＯＡ１４及び第１の光アイソレータ１６を収容している。保持部材２４は、第２の光アイソレータ１８を保持している。筒状部材２６は、光ファイバ２０を保持している。
パッケージ２２は、半導体レーザ素子１２と、ＳＯＡ１４と、第１の光アイソレータ１６とをその内部に収容する筐体である。パッケージ２２は、例えば金属製のものであり、内部に不活性ガス、窒素ガス等が充填されて気密封止されている。パッケージ２２は、特に限定されるものではないが、例えば、バタフライ型、デュアルインライン型のものである。
半導体レーザ（レーザダイオード）素子１２は、出射端１２ｂを有し、出射端１２ｂからレーザ光を出射する発光素子として機能する第１の光機能素子である。半導体レーザ素子１２は、特に限定されるものではないが、例えば、分布帰還型（ＤＦＢ、Distributed FeedBack）レーザである。
半導体レーザ素子１２は、基板１２２と、基板１２２上に形成されたレーザ発振部１２４とを有している。基板１２２は、半導体レーザ素子１２を冷却して温度を調節するためのペルチェ素子等の温度調節素子（不図示）上に配置されている。レーザ発振部１２４は、活性層を含むストライプ状のメサ構造の光導波路であり、電力が供給されることによりレーザ光を発生させる。レーザ発振部１２４の一端は、出射端１２ｂになっている。なお、半導体レーザ素子１２の構成は、これに限定されるものではなく、種々の構成を採用することができる。
ＳＯＡ１４は、入射端１４ａ及び出射端１４ｂを有し、半導体レーザ素子１２の出射端１２ｂから出射されたレーザ光が、入射端１４ａに入射されるように配置されている。ＳＯＡ１４は、入射端１４ａに入射されたレーザ光を増幅して出射端１４ｂから出射する光増幅素子として機能する第２の光機能素子である。
ＳＯＡ１４は、半導体レーザ素子１２とは分離されて設けられており、基板１４２と、基板１４２上に形成された光増幅部１４４とを有している。基板１４２は、ＳＯＡ１４を冷却して温度を調節するためのペルチェ素子等の温度調節素子（不図示）上に配置されている。光増幅部１４４は、活性層を含むストライプ状のメサ構造の光導波路であり、電力が供給されることによりレーザ光を増幅する。光増幅部１４４の一端は、入射端１４ａになっている。光増幅部１４４の他端は、出射端１４ｂになっている。なお、ＳＯＡ１４の構成は、これに限定されるものではなく、種々の構成を採用することができる。
第１の光アイソレータ１６は、半導体レーザ素子１２の出射端１２ｂとＳＯＡ１４の入射端１４ａとの間に配置されている。第１の光アイソレータ１６は、非相反性を有し、半導体レーザ素子１２の出射端１２ｂからＳＯＡ１４の入射端１４ａに向かう第１の方向のレーザ光を透過し、この第１の方向とは逆方向の第２の方向のレーザ光を遮断又は減衰する第１の光非相反素子である。第１の光アイソレータ１６は、半導体レーザ素子１２の出射端１２ｂから出射されたレーザ光が入射される入射端１６ａと、ＳＯＡ１４の入射端１４ａに向かうレーザ光を透過して出射する出射端１６ｂとを有している。
第１の光アイソレータ１６としては、特に限定されるものではないが、例えば、半導体レーザ素子１２が直線偏光のレーザ光を出射する場合には、偏光依存型の光アイソレータを用いることができる。この場合、第１の光アイソレータ１６は、互いに透過軸が４５°傾いた２つの偏光子と、２つの偏光子間に挿入されたファラデー回転角が４５°のファラデー回転子と、ファラデー回転子に磁界を印加する磁石とを有している。なお、第１の光アイソレータ１６として、半導体光アイソレータを用いることもできる。
パッケージ２２の側壁には、ＳＯＡ１４により増幅されて出射端１４ｂから出射されたレーザ光が出射される窓部２２２が設けられている。窓部２２２が設けられたパッケージ２２の側壁には、保持部材２４が設けられている。保持部材２４は、第２の光アイソレータ１８、レンズ（不図示）等の光学素子を収容して保持する他の筐体になっている。
保持部材２４のパッケージ２２と反対側の端部には、筒状部材２６が設けられている。筒状部材２６内には、光ファイバ２０が挿入されて固定されている。筒状部材２６内に固定された光ファイバ２０は、その入射端２０ａを保持部材２４側に向けている。光ファイバ２０の出射端２０ｂ側の部分は、筒状部材２６外に出ている。
第２の光アイソレータ１８は、保持部材２４内に保持されており、ＳＯＡ１４の出射端１４ｂ側、すなわち、ＳＯＡ１４の出射端１４ｂと光ファイバ２０の入射端２０ａとの間に配置されている。第２の光アイソレータ１８は、非相反性を有し、ＳＯＡ１４の出射端１４ｂからその外部の光ファイバ２０の入射端２０ａに向かう第３の方向のレーザ光を透過し、この第３の方向とは逆方向の第４の方向のレーザ光を遮断又は減衰する第２の光非相反素子である。第２の光アイソレータ１８は、ＳＯＡ１４の出射端１４ｂから出射されたレーザ光が入射される入射端１８ａと、光ファイバ２０の入射端２０ａに向かうレーザ光を透過して出射する出射端１８ｂとを有している。
第２の光アイソレータ１８としても、特に限定されるものではないが、第１の光アイソレータ１６と同様に例えば偏光依存型の光アイソレータを用いることができる。また、なお、第２の光アイソレータ１８として、半導体光アイソレータを用いることもできる。
光ファイバ２０は、第２の光アイソレータ１８を透過したレーザ光が入射端２０ａに入射されるように筒状部材２６内に固定されている。光ファイバ２０の入射端２０ａは、ＳＯＡ１４の出射端１４ｂに光学的に接続されている。光ファイバ２０は、特に限定されるものではないが、例えば、シングルモード光ファイバである。また、光ファイバ２０は、ＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバ、ボウタイファイバ、楕円コア光ファイバ等の偏波保持能力を有する偏波保持光ファイバであってもよい。
こうして、発光素子である半導体レーザ素子１２と光増幅素子であるＳＯＡ１４とが互いに分離されて設けられた本実施形態による光モジュール１０が構成されている。
本実施形態による光モジュール１０において、半導体レーザ素子１２の出射端１２ｂから出射したレーザ光は、第１の光アイソレータ１６の入射端１６ａに入射する。第１の光アイソレータ１６の入射端１６ａに入射したレーザ光は、第１の光アイソレータ１６を透過してその出射端１６ｂから出射する。第１の光アイソレータ１６の出射端１６ｂから出射したレーザ光は、ＳＯＡ１４の入射端１４ａに入射する。ＳＯＡ１４の入射端１４ａに入射したレーザ光は、ＳＯＡ１４により増幅されてその出射端１４ｂから出射する。ＳＯＡ１４の出射端１４ｂから増幅されて出射したレーザ光は、第２の光アイソレータ１８の入射端１８ａに入射する。第２の光アイソレータ１８の入射端１８ａに入射したレーザ光は、第２の光アイソレータ１８を透過してその出射端１８ｂから出射する。第２の光アイソレータ１８の出射端１８ｂから出射したレーザ光は、光ファイバ２０の入射端２０ａに入射する。光ファイバ２０の入射端２０ａに入射したレーザ光は、光ファイバ２０内を伝播してその出射端２０ｂから光モジュール１０の出力光として出射する。
上述のようにして光モジュール１０が出力光を出力する間、第１の光アイソレータ１６は、第１の光アイソレータ１６を透過するレーザ光の方向とは逆方向の光、すなわち反射による戻り光やＳＯＡ１４からのＡＳＥ光を遮断又は減衰する。また、第２の光アイソレータ１８は、第２の光アイソレータ１８を透過するレーザ光の方向とは逆方向の光、すなわち反射による戻り光を遮断又は減衰する。
なお、光モジュール１０における半導体レーザ素子１２、第１の光アイソレータ１６、ＳＯＡ１４、第２の光アイソレータ１８、光ファイバ２０の各素子の間には、ミラー、レンズ、ビームスプリッタ等の光学素子等の素子が配置されていてもよい。
本実施形態による光モジュール１０は、上述のように、半導体レーザ素子１２の出射端１２ｂとＳＯＡ１４の入射端１４ａとの間に第１の光アイソレータ１６が配置されているとともに、ＳＯＡ１４の出射端１４ｂ側に第２の光アイソレータ１８が配置されている。このように第１の光アイソレータ１６及び第２の光アイソレータ１８が配置されていることにより、本実施形態による光モジュール１０では、半導体レーザ素子１２及びＳＯＡ１４の両素子の特性の劣化を抑制することができ、高い光出力を得ることができる。以下、この点について詳述する。
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、レーザ光を増幅して出力するＳＯＡとが互いに分離されたモジュールでは、従来、半導体レーザ素子の出射端とＳＯＡの入射端との間、又はＳＯＡの出射端側のみに光アイソレータが配置されていた。
まず、ＳＯＡの出射端側のみに光アイソレータが配置された構成では、ＳＯＡの入射端での反射光が半導体レーザ素子に戻って入射する。さらに、ＳＯＡにおいて発生したＡＳＥ光が半導体レーザ素子に戻って入射する。こうしてＳＯＡの入射端での反射光やＡＳＥ光が半導体レーザ素子に戻って入射する結果、半導体レーザ素子では、ノイズが発生してレーザ特性が劣化する。
図２は、半導体レーザ素子の特性に対するＳＯＡからのＡＳＥ光の流入の影響を計算した一例を示すグラフである。図２に示すグラフにおいて、横軸は半導体レーザ素子の駆動電流であるレーザ電流を示し、縦軸は半導体レーザ素子から出射されるレーザ光のスペクトル線幅を示している。図２には、半導体レーザ素子にＳＯＡからのＡＳＥ光の流入がある場合とない場合とを示している。
図２に示すように、半導体レーザ素子にＳＯＡからのＡＳＥ光の流入がある場合は、ＡＳＥ光の流入がない場合と比較して、レーザ電流の全範囲にわたって、レーザ光のスペクトル線幅が増加してレーザ特性が劣化している。
一方、半導体レーザ素子の出射端とＳＯＡの入射端との間のみに光アイソレータが配置された構成では、コネクタ等の端面における反射光がＳＯＡに戻って入射する。こうして反射光がＳＯＡに戻って入射する結果、ＳＯＡでは、上述した半導体レーザ素子の特性劣化とは異なるメカニズムによりＳＯＡの出力が低下する。
図３は、ＳＯＡの特性に対する反射による戻り光の影響を計算した一例を示すグラフである。図３に示すグラフにおいて、横軸はＳＯＡの駆動電流であるＳＯＡ電流を示し、左側縦軸はＳＯＡの出力を示している。図３には、反射がない場合と、３．５％の反射がある場合とを示している。さらに、図３には、反射のない場合の出力に対する反射がある場合の出力の比率を示している。図３に示すグラフの右側縦軸はこの比率を示している。
図３に示す計算例によると、３．５％の反射がある場合、ＳＯＡの出力は、その反射率よりも大きい比率で低下している。ＳＯＡの出力は、最大で４０％弱低下している。このようにＳＯＡの出力が反射による戻り光のために低下するのは、反射による戻り光としてＳＯＡの出射端に入射してＳＯＡの入射端に向かってＳＯＡの後方に伝播する光があると、この後方に伝播する光をＳＯＡが増幅するためである。ＳＯＡの後方に伝播する光の増幅にＳＯＡに注入したキャリアが消費されると、ＳＯＡが本来増幅すべき前方に伝播する光の増幅に用いうる注入キャリアが減少する。その結果、ＳＯＡの効率が劣化してＳＯＡの出力が低下する。図３では、３．５％の反射の場合を示しているが、反射率が変動するとＳＯＡの出力も変動することになる。ＳＯＡの出力が変動すると、出力光が伝播する光ファイバから空気中に出力光が出力される際のフレネル反射等のために、光モジュールの特性の評価が困難になるという問題がある。
これらに対して、本実施形態による光モジュール１０では、第１の光アイソレータ１６により、反射による戻り光やＳＯＡ１４からのＡＳＥ光を遮断又は減衰することができ、上記のような半導体レーザ素子１２の特性劣化を抑制することができる。さらに、第２の光アイソレータ１８により、反射による戻り光を遮断又は減衰することができ、上記のようなＳＯＡ１４の特性劣化を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、光モジュール１０の特性の劣化を抑制することができ、高い光出力を得ることができる。
第１の光アイソレータ１６のアイソレーションは、好ましくは以下のように設定することができる。
図４は、第１の光アイソレータ１６のアイソレーションと半導体レーザ素子１２のレーザ光のスペクトル線幅との関係を示すグラフである。図４に示すグラフにおいて、横軸は第１の光アイソレータ１６のアイソレーションを示し、縦軸は半導体レーザ素子１２のレーザ光のスペクトル線幅を示している。
図４に示すグラフによれば、第１の光アイソレータ１６のアイソレーションが０ｄＢから３０ｄＢまでは、第１の光アイソレータ１６のアイソレーションが大きくなるに従って、半導体レーザ素子１２のレーザ光のスペクトル線幅が狭くなっている。第１の光アイソレータ１６のアイソレーションが３０ｄＢ以上になると、アイソレーションの大きさによらず、半導体レーザ素子１２のレーザ光のスペクトル線幅はほぼ一定になっている。
したがって、半導体レーザ素子１２を安定して駆動して狭いスペクトル線幅のレーザ光を得るためには、第１の光アイソレータ１６のアイソレーションを３０ｄＢ以上に設定することが好ましい。なお、第１の光アイソレータ１６のアイソレーションの上限は、特に限定されるものではないが、工業的な入手可能性の観点等からは８０ｄＢ以下であることが現実的である。
他方、また、第２の光アイソレータ１８のアイソレーションは、好ましくは以下のように設定することができる。
図５は、第２の光アイソレータ１８のアイソレーションと光出力との関係を示すグラフである。図５に示すグラフにおいて、横軸はＳＯＡ１４の駆動電流であるＳＯＡ電流を示し、縦軸は光モジュール１０の光出力を示している。なお、光モジュール１０の光出力は、光ファイバ２０の出射端２０ｂでのレーザ光の出力である。図５には、アイソレーションが０ｄＢ、５ｄＢ、１５ｄＢ及び２５ｄＢの場合をそれぞれ示している。
図５に示すグラフによれば、第２の光アイソレータ１８のアイソレーションが０ｄＢから１５ｄＢまでは、第２の光アイソレータ１８のアイソレーションが大きくなるに従って、光モジュール１０の光出力が大きくなっている。第２の光アイソレータ１８のアイソレーションが１５ｄＢ以上になると、アイソレーションの大きさによらず、同一のＳＯＡ電流について光モジュール１０の光出力はほぼ一定になっている。また、第２の光アイソレータ１８のアイソレーションが０ｄＢ及び５ｄＢの場合は、ＳＯＡ電流の変化により光モジュール１０の光出力が大きく増減する揺らぎが見られ、光出力が不安定になっている。一方、第２の光アイソレータ１８のアイソレーションが１５ｄＢ及び２５ｄＢの場合は、光モジュール１０の光出力にそのような揺らぎは見られず、光出力が安定している。
したがって、ＳＯＡ１４を安定して駆動して高い光出力を得るためには、第２の光アイソレータ１８のアイソレーションを１５ｄＢ以上に設定することが好ましい。また、光出力を分岐して、光出力をモニタする場合で、わずかな光を分岐して微弱な光をモニタする場合は、光出力のわずかな変動でも影響を受ける場合があるので、第２の光アイソレータ１８のアイソレーションを３０ｄＢ以上に設定することがより好ましい。なお、第２の光アイソレータ１８のアイソレーションの上限は、特に限定されるものではないが、第１の光アイソレータ１６と同様、工業的な入手可能性の観点からは８０ｄＢ以下であることが現実的である。
図６は、本実施形態による光モジュール１０の光出力とＳＯＡ電流との関係の一例を示すグラフである。図６では、第１の光アイソレータ１６及び第２の光アイソレータ１８を有する本実施形態の場合（「第２の光アイソレータあり」）と、両光アイソレータのうちの第２の光アイソレータ１８のない場合（「第２の光アイソレータなし」）の場合とを示している。
図６に示すように、ＳＯＡ電流の全範囲にわたって、第１の光アイソレータ１６及び第２の光アイソレータ１８を有する本実施形態の場合は、第２の光アイソレータ１８のない場合と比較して、光出力が大きくなっている。このように、本実施形態によれば、光モジュール１０の光出力を向上することができ、高い光出力を得ることができる。換言すれば、本実施形態によれば、同一の光出力をより低いＳＯＡ電流で得ることができ、光モジュール１０の消費電力を低減することができる。
また、図７は、本実施形態による光モジュール１０の偏波消光比とＳＯＡ電流との関係の一例を示すグラフである。図７では、図６と同様、本実施形態の場合（「第２の光アイソレータあり」）と、第２の光アイソレータ１８のない場合（「第２の光アイソレータなし」）の場合とを示している。
図７に示すように、第２の光アイソレータ１８がない場合は、ＳＯＡ電流の変化により光モジュールの偏波消光比が大きく増減する揺らぎが見られ、偏波消光比が不安定になっている。一方、第１の光アイソレータ１６及び第２の光アイソレータ１８を有する本実施形態の場合は、光モジュール１０の偏波消光比にそのような揺らぎは見られず、偏波消光比が安定している。このように、本実施形態によれば、安定した偏波消光比を得ることができる。
以上のとおり、本実施形態によれば、光モジュール１０の特性の劣化を十分に抑制することができ、高い光出力を得ることができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による光モジュールについて図８を用いて説明する。図８は、本実施形態による光モジュールを示す概略図である。なお、上記第１実施形態による光モジュールと同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態による光モジュールの基本的構成は、第１実施形態による光モジュール１０の構成とほぼ同様である。本実施形態による光モジュールは、第２の光アイソレータ１８が配置される位置の点で第１実施形態による光モジュール１０とは異なっている。
図８に示すように、本実施形態による光モジュール２１０において、第２の光アイソレータ１８は、第１実施形態とは異なり、保持部材２４に保持されておらず、パッケージ２２に収容されている。
パッケージ２２に収容された第２の光アイソレータ１８は、ＳＯＡ１４の出射端１４ｂ側、すなわち、ＳＯＡ１４の出射端１４ｂと光ファイバ２０の入射端２０ａとの間に配置されている。
本実施形態のように、第２の光アイソレータ１８は、必ずしもパッケージ２２外に配置されている必要はなく、パッケージ２２内に配置されていてもよい。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による光モジュールについて図９を用いて説明する。図９は、本実施形態による光モジュールを示す概略図である。なお、上記第１及び第２実施形態による光モジュールと同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
本実施形態による光モジュールの基本的構成は、第１実施形態による光モジュール１０の構成とほぼ同様である。本実施形態による光モジュールは、第２の光アイソレータ１８が、光ファイバ２０内に設けられたインライン型の光アイソレータになっている点で、第１実施形態による光モジュール１０とは異なっている。
図９に示すように、本実施形態による光モジュール３１０では、第１実施形態による第２の光アイソレータ１８が、光ファイバ２０の途中に設けられたインライン型の光アイソレータになっている。
インライン型の第２の光アイソレータ１８は、第１実施形態による第２の光アイソレータ１８と同等の機能を有している。インライン型の第２の光アイソレータ１８は、ＳＯＡ１４の出射端１４ｂからその外部の光ファイバ２０の入射端２０ａに入射してその出射端２０ｂに向かう第５の方向のレーザ光を透過し、この第５の方向とは逆方向の第６の方向のレーザ光を遮断又は減衰する。インライン型の第２の光アイソレータ１８は、光ファイバ２０の入射端２０ａに入射してその出射端２０ｂに向かうレーザ光が入射する入射端１８ａと、光ファイバ２０の出射端２０ｂに向かうレーザ光を透過して出射する出射端１８ｂとを有している。
光ファイバ２０に設けられたインライン型の第２の光アイソレータ１８も、第１実施形態と同様に、反射による戻り光を遮断又は減衰することができ、ＳＯＡ１４の特性劣化を抑制することができる。なお、インライン型の第２の光アイソレータ１８のアイソレーションも、第２の光アイソレータ１８と同様に設定することができる。
本実施形態のように、第２の光アイソレータ１８が、光ファイバ２０に設けられたインライン型の光アイソレータになっていてもよい。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による光モジュールについて図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施形態による光モジュールにおける素子の配置を示す概略図である。なお、上記第１乃至第３実施形態による光モジュールと同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
上記第１乃至第３実施形態においては、第１の光アイソレータ１６及び第２の光アイソレータ１８を傾斜して配置することができる。これにより、第１の光アイソレータ１６の入射端１６ａの端面における反射による戻り光が半導体レーザ素子１２に入射したり、第２の光アイソレータ１８の入射端１８ａの端面における反射による戻り光がＳＯＡ１４に入射したりするのを抑制することができる。本実施形態では、第１の光アイソレータ１６及び第２の光アイソレータ１８を傾斜して配置する場合について詳述する。
図１０Ａは、光モジュール１０において配置された半導体レーザ素子１２、第１の光アイソレータ１６、ＳＯＡ１４及び第２の光アイソレータ１８を、これらが配置された配置面の上方から見た平面図である。図１０Ｂは、光モジュール１０において配置された半導体レーザ素子１２、第１の光アイソレータ１６、ＳＯＡ１４及び第２の光アイソレータ１８を、これらが配置された配置面の側方から見た側面図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第１の光アイソレータ１６は、半導体レーザ素子１２に対して相対的に傾斜して配置されている。すなわち、第１の光アイソレータ１６は、第１の光アイソレータ１６の入射端１６ａの端面に対する半導体レーザ素子１２からのレーザ光の入射方向が、第１の光アイソレータ１６の入射端１６ａの端面の法線方向に対して傾斜するように、傾斜して配置されている。
このように第１の光アイソレータ１６が傾斜して配置されていることにより、第１の光アイソレータ１６の入射端１６ａの端面での反射による戻り光が、半導体レーザ素子１２に入射するのを抑制することができる。これにより、半導体レーザ素子１２の特性劣化をさらに抑制することができる。
また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第２の光アイソレータ１８は、ＳＯＡ１４に対して相対的に傾斜して配置されている。すなわち、第２の光アイソレータ１８は、第２の光アイソレータ１８の入射端１８ａの端面に対するＳＯＡ１４からの増幅されたレーザ光の入射方向が、第２の光アイソレータ１８の入射端１８ａの端面の法線方向に対して傾斜するように、傾斜して配置されている。
このように第２の光アイソレータ１８が傾斜して配置されていることにより、第２の光アイソレータ１８の入射端１８ａの端面での反射による戻り光が、ＳＯＡ１４に入射するのを抑制することができる。これにより、ＳＯＡ１４の特性劣化をさらに抑制することができる。
なお、第２及び第３実施形態においても、本実施形態と同様に第１の光アイソレータ１６及び第２の光アイソレータ１８を傾斜して配置することができる。
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による光モジュールについて図１１Ａ及び図１１Ｂを用いて説明する。図１１Ａ及び図１１Ｂは、本実施形態による光モジュールに用いられる偏波無依存型の光アイソレータを示す概略図である。なお、上記第１乃至第４実施形態による光モジュールと同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
上記第１乃至第４実施形態において、例えば、コネクタ等の端面における反射光等のように光モジュールに戻る戻り光の偏光状態が一定でない場合がありうる。このような場合、第１乃至第４実施形態において、偏光依存型の第１及び第２の光アイソレータ１６、１８に代えて、偏光無依存型の光アイソレータを用いることできる。本実施形態では、偏光依存型の第２の光アイソレータ１８に代えて偏光無依存型の光アイソレータを用いた場合について説明する。
図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、偏光無依存型の光アイソレータ５１８は、複屈折結晶５３０と、ファラデー素子５３２と、１／２波長板５３４と、複屈折結晶５３６とを有している。複屈折結晶５３０、ファラデー素子５３２、１／２波長板５３４及び複屈折結晶５３６は、光アイソレータ５１８の入射端５１８ａ側から出射端５１８ｂ側に向かってこの順に並んで配置されている。なお、図１１Ａは、偏光無依存型の光アイソレータ５１８に対して、入射端５１８ａに順方向の光Ｌｆが入射した場合を示している。また、図１１Ｂは、偏光無依存型の光アイソレータ５１８に対して、出射端５１８ｂに光Ｌｆとは逆方向の光Ｌｒが入射した場合を示している。
図１１Ａに示すように、順方向の光Ｌｆは、入射端５１８ａから複屈折結晶５３０に入射すると、常光線と異常光線との２つの光線に分離される。複屈折結晶５３０で分離された２つの光線は、ファラデー素子５３２及び１／２波長板５３４により順次偏光が回転されることにより常光線と異常光線とが入れ替わって複屈折結晶５３６に入射する。この結果、ファラデー素子５３２及び１／２波長板５３４を順次経て複屈折結晶５３６に入射した２本の光線は、複屈折結晶５３６により合波されて、順方向の光Ｌｆとして出射端５１８ｂから出射される。
一方、図１１Ｂに示すように、逆方向の光Ｌｒは、出射端５１８ｂから複屈折結晶５３６に入射すると、常光線と異常光線との２本の光線に分離される。複屈折結晶５３６で分離された２本の光線は、１／２波長板５３４及びファラデー素子５３２により順次偏光が回転されるが、ファラデー素子５３２が光の入射方向によらず同一方向に偏光を回転する。このため、１／２波長板５３４及びファラデー素子５３２を順次経て複屈折結晶５３０に入射した２本の光線は、複屈折結晶５３０で合波されずに、光アイソレータ５１８の筐体（不図示）に吸収される等して、入射端５１８ａからの出射が阻止される。
上述した偏光無依存型の光アイソレータ５１８を、第１乃至第４実施形態における第２の光アイソレータ１８に代えて用いることもできる。
なお、第１乃至第４実施形態における第１の光アイソレータ１６についても、これに代えて上記と同様の偏光無依存型の光アイソレータを用いることもできる。
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による光モジュールについて図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態による光モジュールを示す概略図である。なお、上記第１乃至第５実施形態による光モジュールと同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し又は簡略にする。
上記第１乃至第５実施形態による光モジュールおいては、半導体レーザ素子１２に対しては、そのレーザ光を変調する光変調器が設けられていてもよい。本実施形態では、第１実施形態において、光変調器が設けられている場合について説明する。
図１２に示すように、本実施形態による光モジュール６１０は、第１実施形態による光モジュール１０の構成に加えて、さらに光変調器６４０を有している。光変調器６４０は、パッケージ２２に収容されている。また、光変調器６４０は、半導体レーザ素子１２の出射端１２ｂと第１の光アイソレータ１６の入射端１６ａとの間に配置されている。
光変調器６４０は、入射端６４０ａ及び出射端６４０ｂを有し、半導体レーザ素子１２の出射端１２ｂから出射されたレーザ光が、入射端６４０ａに入射されるように配置されている。光変調器６４０は、入射端６４０ａに入射されたレーザ光を変調して出射端６４０ｂから出射する光変調素子として機能する。第１の光アイソレータ１６は、光変調器６４０により変調されたレーザ光が入射端１６ａに入射するように配置されている。
光変調器６４０は、基板６４２と、基板６４２上に形成された例えばマッハツェンダ型光導波路等の光変調機能を有する光導波路６４４とを有している。光変調器６４０は、その変調方式が特に限定されるものではなく、レーザ光に対して、例えば強度変調、位相変調等を行うものである。
また、光変調器６４０は、半導体レーザ素子１２と同一基板上にモノリシックに設けられていてもよいし、半導体レーザ素子１２とは分離されて設けられていてもよい。
本実施形態のように、光モジュール６１０がさらに光変調器６４０を有していてもよい。なお、第２乃至第５実施形態においても、上記と同様に光変調器６４０を設けることができる。
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、第１の光機能素子として半導体レーザ素子１２を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。第１の光機能素子は、反射等による戻り光やＡＳＥ光による影響を受けうる光機能を有するものであればよい。第１の光機能素子としては、半導体レーザ素子のほか、発光ダイオード素子等の発光素子であってもよい。また、第１の光機能素子は、発光素子のみならず、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）等の光導波路、光変調器、光ミキサ等であってもよい。
また、上記実施形態では、第２の光機能素子としてＳＯＡ１４を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。第２の光機能素子は、反射等による戻り光の影響を受けうる機能であって、入射された光を増幅して出射する機能を有するものであればよい。
１０、２１０、３１０、６１０…光モジュール
１２…半導体レーザ素子
１４…ＳＯＡ
１６…第１の光アイソレータ
１８…第２の光アイソレータ
２０…光ファイバ
２２…パッケージ
２４…保持部材
２６…筒状部材

Claims (17)

  1. 出射端を有し、前記出射端から光を出射する第１の光機能素子と、
    入射端及び出射端とを有し、前記第１の光機能素子の前記出射端から出射された前記光が前記入射端に入射され、前記入射端に入射された前記光を増幅して前記出射端から出射する第２の光機能素子と、
    前記第１の光機能素子の前記出射端と前記第２の光機能素子の前記入射端との間に配置され、前記第１の光機能素子の前記出射端から前記第２の光機能素子の前記入射端に向かう第１の方向の光を透過し、前記第１の方向とは逆方向の第２の方向の光を遮断又は減衰する第１の光非相反素子と、
    前記第２の光機能素子の前記出射端の側に配置され、前記第２の光機能素子の前記出射端から外部に向かう第３の方向の光を透過し、前記第３の方向とは逆方向の第４の方向の光を遮断又は減衰する第２の光非相反素子と
    を有することを特徴とする光モジュール。
  2. 前記第２の光機能素子の前記出射端に光学的に接続された光ファイバを有する
    ことを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
  3. 前記光ファイバが、偏波保持光ファイバ又はシングルモード光ファイバである
    ことを特徴とする請求項２記載の光モジュール。
  4. 前記第１の光機能素子が、発光素子である
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光モジュール。
  5. 前記第１の光機能素子が、半導体レーザである
    ことを特徴とする請求項４記載の光モジュール。
  6. 前記第１の光機能素子の前記出射端から出射された前記光を変調する光変調素子をさらに有する
    ことを特徴とする請求項４又は５に記載の光モジュール。
  7. 前記第２の光機能素子が、半導体光増幅器である
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光モジュール。
  8. 前記第１の光非相反素子が、第１の光アイソレータであり、
    前記第２の光非相反素子が、第２の光アイソレータである
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光モジュール。
  9. 前記第１の光アイソレータが、２０ｄＢ以上のアイソレーションを有する
    ことを特徴とする請求項８記載の光モジュール。
  10. 前記第２の光アイソレータが、１５ｄＢ以上のアイソレーションを有する
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の光モジュール。
  11. 前記第２の光アイソレータが、３０ｄＢ以上のアイソレーションを有する
    ことを特徴とする請求項１０記載の光モジュール。
  12. 前記第１の光機能素子と、前記第２の光機能素子とを収容する筐体を有し、
    前記筐体が、少なくとも前記第１の光非相反素子を収容する筐体を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光モジュール。
  13. 前記筐体が、前記第１の光非相反素子と前記第２の光非相反素子とを収容する
    ことを特徴とする請求項１２記載の光モジュール。
  14. 前記筐体が、前記第１の光非相反素子を収容し、
    前記第２の光非相反素子を収容する他の筐体をさらに有する
    ことを特徴とする請求項１２記載の光モジュール。
  15. 前記筐体が、前記第１の光非相反素子を収容し、
    前記第２の光非相反素子が、前記第２の光機能素子の前記出射端から出射された前記光が入射される光ファイバに設けられている
    ことを特徴とする請求項１２記載の光モジュール。
  16. 前記第１の光非相反素子が、前記第１の光機能素子の前記出射端から出射された前記光が入射する入射端を有し、
    前記第１の光非相反素子の前記入射端の端面に対する前記光の入射方向が、前記第１の光非相反素子の前記入射端の前記端面の法線方向に対して傾斜するように前記第１の光非相反素子が配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光モジュール。
  17. 前記第２の光非相反素子が、前記第２の光機能素子の前記出射端から出射された前記光が入射する入射端を有し、
    前記第２の光非相反素子の前記入射端の端面に対する前記光の入射方向が、前記第２の光非相反素子の前記入射端の前記端面の法線方向に対して傾斜するように前記第２の光非相反素子が配置されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光モジュール。
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