WO2015098459A1 - 半導体レーザ装置の設計方法、ラマンアンプの設計方法、半導体レーザ装置の製造方法、半導体レーザ装置、ラマンアンプ、及び光通信システム - Google Patents

半導体レーザ装置の設計方法、ラマンアンプの設計方法、半導体レーザ装置の製造方法、半導体レーザ装置、ラマンアンプ、及び光通信システム Download PDF

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英明 長谷川
則之 横内
壮嗣 澤村
聡 入野
吉田　順自
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古河電気工業株式会社
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    • H01S5/142—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon which comprises an additional resonator

Definitions

  • the present invention relates to a method for designing a semiconductor laser device used for an excitation light source for Raman amplification, a method for designing a Raman amplifier, a method for producing a semiconductor laser device, a semiconductor laser device, a Raman amplifier, and an optical communication system.
  • EDFA Erbium Doped Optical Fiber Amplifier
  • the semiconductor laser device having a semiconductor laser element and a fiber Bragg grating (FBG), and laser light output from the semiconductor laser device is excited.
  • An optical fiber that is input as light and has an optical fiber that Raman-amplifies signal light is used.
  • the semiconductor laser device includes a semiconductor light emitting unit including an active layer, and an optical resonator having first reflecting means (reflective film) that reflects light output from the semiconductor light emitting unit.
  • the laser light output from the semiconductor laser having the optical resonator described above may temporarily be in a single mode oscillation state in the spectral region (longitudinal mode), for example, on the low output side of 50 mW or less.
  • the single-mode oscillation the light intensity per longitudinal mode is increased, and stimulated Brillouin scattering (SBS) occurs in the optical fiber due to the nonlinear optical effect, and the stimulated Brillouin scattered light is emitted from the semiconductor laser.
  • SBS stimulated Brillouin scattering
  • the present invention has been made in view of the above, and a semiconductor laser device capable of suppressing stimulated Brillouin scattering in an optical fiber caused by a laser beam output from a semiconductor laser device used as an excitation light source for Raman amplification It is an object of the present invention to provide a design method, a Raman amplifier design method, a semiconductor laser device manufacturing method, a semiconductor laser device, a Raman amplifier, and an optical communication system.
  • a method for designing a semiconductor laser device is used as an excitation light source for Raman amplification, and the semiconductor light emitting unit and the semiconductor light emitting unit output
  • a method of designing a semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser element including an optical resonator having first reflecting means for reflecting light; and second reflecting means provided on a laser light output side of the semiconductor laser element
  • the first reflecting means comprises an output side reflecting means provided on the laser light output side and a rear end side reflecting means provided on the side opposite to the laser light output side, The distance from the output-side reflecting means to the second reflecting means, the light circulation time ⁇ in the semiconductor laser element, the reflectance R 1 of the output-side reflecting means, and the reflectance R 2 of the second reflecting means It is defined by the following formula (1) including A semiconductor laser device in which high-speed switching between the FBG mode and the FP mode occurs in a semiconductor laser device having an LFF period of 20 ns or less by controlling an effective amount of
  • a semiconductor laser device that is used as a semiconductor laser device that oscillates in a coherent collapse mode, and finds a semiconductor laser device in which high-speed switching between the FBG mode and the FP mode occurs, and outputs from the semiconductor laser device.
  • the point where the intensity drop is the largest is the reference peak, and the absolute value of the intensity is the nearest neighbor of 60% or more of the reference peak.
  • the LFF cycle interval between peaks of the defined LFF period is characterized by selecting determined as the semiconductor laser device should be used as it was in when 20ns or less.
  • the semiconductor laser device design method according to an aspect of the present invention is characterized in that the intensity of laser light output from the semiconductor laser device is set to 50 mW or less.
  • the semiconductor laser device design method is characterized in that the intensity of the laser beam output from the semiconductor laser device is set to 20 mW or more.
  • the wavelength of the laser beam output from the semiconductor laser element is in the range of 1.3 ⁇ m or more and 1.6 ⁇ m or less, and the output side reflecting means
  • the relationship between the physical distance L (cm) to the second reflecting means and the effective return light quantity ⁇ (1 / ps) satisfies the relationship of L> 5333 ⁇ ⁇ 33.
  • a Raman amplifier design method includes a semiconductor laser device manufactured by the above-described semiconductor laser device design method, and Raman amplification light to which laser light output from the semiconductor laser device is input.
  • a method for manufacturing a semiconductor laser device according to an aspect of the present invention is characterized in that a semiconductor laser device is manufactured using the above-described method for designing a semiconductor laser device.
  • a semiconductor laser device is used as an excitation light source for Raman amplification, and includes a semiconductor light emitting unit and an optical resonator having first reflecting means for reflecting light output from the semiconductor light emitting unit.
  • a semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser element; and a second reflecting means provided on the laser light output side of the semiconductor laser element, wherein the first reflecting means is provided on the laser light output side.
  • the output side reflection means and the rear end side reflection means provided on the opposite side of the laser beam output side, the wavelength of the laser beam output from the semiconductor laser element is 1.3 ⁇ m or more and 1.6 ⁇ m or less
  • the semiconductor laser device includes a distance L (cm) from the output-side reflecting means to the second reflecting means, a light circulation time ⁇ in the semiconductor laser element, and a reflection of the output-side reflecting means.
  • the LFF cycle is 20 ns.
  • the following semiconductor laser device is selected as a semiconductor laser device in which high-speed switching between the FBG mode and the FP mode occurs, and the semiconductor laser device oscillates in the coherent collapse mode, and the high-speed switching between the FBG mode and the FP mode is performed.
  • the relationship between the intensity of the laser beam output from the semiconductor laser device and the time is measured.
  • the semiconductor laser device is characterized in that the intensity of the output laser light is set to 50 mW or less.
  • the semiconductor laser device is characterized in that the intensity of the output laser light is set to 20 mW or more.
  • a Raman amplifier includes the semiconductor laser device described above and a Raman amplification optical fiber to which laser light output from the semiconductor laser device is input, and the optical fiber is generated by the laser light.
  • the variation rate of the reflection amount of the laser beam due to stimulated Brillouin scattering generated in the laser beam is 10% or less.
  • An optical communication system includes the above-described Raman amplifier.
  • a semiconductor laser device design method and a Raman amplifier design method capable of suppressing stimulated Brillouin scattering in an optical fiber caused by laser light output from a semiconductor laser device used as an excitation light source for Raman amplification
  • a semiconductor laser device manufacturing method, a semiconductor laser device, a Raman amplifier, and an optical communication system can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an optical communication system and a Raman amplifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic explanatory diagram of a semiconductor laser element used in the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a cross section of the semiconductor light emitting unit of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the positional relationship between the semiconductor laser element and the optical fiber in the semiconductor laser device of FIG.
  • FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of an experimental apparatus for measuring the fluctuation rate of the reflection amount due to stimulated Brillouin scattering of the laser light output from the semiconductor laser device.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an optical communication system and a Raman amplifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram of the semiconductor laser device according to the embodiment of
  • FIG. 7 is a schematic explanatory diagram of a method for measuring an instantaneous time waveform in the method of measuring the fluctuation rate of the reflection amount of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing experimental results of Example 1 of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a part of the experimental result of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing experimental results of Example 6 of the present invention.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a part of the experimental result of FIG.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating experimental results of Example 2.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between L and R FBG in the oscillation mode of the semiconductor laser device according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between L and ⁇ in the oscillation mode of the semiconductor laser device according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an optical communication system 100 and a Raman amplifier 10 according to an embodiment of the present invention.
  • an optical communication system 100 includes a transmitter 1 that transmits signal light S1, a Raman amplifier 10 for Raman amplification of the signal light S1, and the signal light S1 that has been Raman amplified by the Raman amplifier 10. And a receiver 2 that receives the signal light S2.
  • the Raman amplifier 10 includes a plurality of semiconductor laser devices 20, a Raman amplification optical fiber 11 to which laser light output from the semiconductor laser device 20 is input, a wavelength multiplexer 12, and an optical multiplexer / demultiplexer 13. I have.
  • the wavelength multiplexer 12 multiplexes the laser beams output from the plurality of semiconductor laser devices 20.
  • the optical multiplexer / demultiplexer 13 multiplexes the laser light combined with the wavelength multiplexer 12 and the signal light S1, or demultiplexes the laser light combined with the wavelength multiplexer 12 and the signal light S2.
  • An optical isolator 3 is provided between the optical wavelength multiplexer 12 and the transmitter 1 and between the optical wavelength multiplexer 12 and the receiver 2.
  • the optical fiber 11 also functions as an optical transmission line that connects the transmitter 1 and the receiver 2 and transmits the signal lights S1 and S2.
  • the semiconductor laser device 20 is used as an excitation light source for Raman amplification.
  • the semiconductor laser device 20 includes a Peltier module 21, which is an electronic cooling element, a substrate 22, a semiconductor laser element 30 including an optical resonator 33 having a first reflecting means, a thermistor 23, Lenses 24 and 25 and an optical fiber 26 (11) having second reflecting means 28 (fiber Bragg grating) are provided. These are accommodated in a package 27.
  • the substrate 22 is provided on one surface (upper surface in FIG. 2) of the Peltier module 21, and on one surface (upper surface in FIG. 2) of the substrate 22, a semiconductor laser element 30, a thermistor 23, and a lens are provided. 24 is provided.
  • a through hole 29 is formed in the side wall of the package 27. The through hole 29 is provided with a lens 25 and an optical fiber 26, and the optical fiber 26 further extends toward the outside of the package 27.
  • the laser light output from the semiconductor laser element 30 is collected by lenses 24 and 25, input to the end face of the optical fiber 26, and guided in the core of the optical fiber 26.
  • a part of the laser light guided in the core is reflected by the second reflecting means 28 (fiber Bragg grating) and returned to the semiconductor laser element 30.
  • the reflectance R FBG of the second reflecting means 28 is, for example, in the range of 0.1% to 7.0%.
  • the reflection bandwidth ⁇ of the second reflecting means 28 is, for example, in the range of 0.1 nm to 30 nm.
  • the semiconductor laser element 30 may generate heat due to the drive current, the element temperature may rise, and the wavelength of the laser light may fluctuate. Therefore, the temperature of the semiconductor laser element 30 is measured by the thermistor 23 provided in the vicinity of the semiconductor laser element 30, and the Peltier module 21 is operated according to the measured value so that the temperature of the semiconductor laser element 30 becomes constant. It is controlled.
  • the semiconductor laser element 30 includes a semiconductor light emitting unit 40 and an optical resonator 33 having first reflecting means for reflecting light output from the semiconductor light emitting unit 40.
  • the first reflecting means is provided on the output side reflecting means 31 provided on the laser light output side (right side in FIGS. 2 and 3) and on the side opposite to the laser light output side (left side in FIGS. 2 and 3).
  • rear end side reflecting means 32 is provided on the output-side reflecting means 31 and the rear-end-side reflecting means 32.
  • the output-side reflecting means 31 and the rear-end-side reflecting means 32 are specifically reflective films, and the output-side reflecting means 31 and the rear-end-side reflecting means 32 are Fabry-Perot type. Functions as an optical resonator.
  • the wavelength of light output from the semiconductor laser element 30 is in the range of 1.3 ⁇ m to 1.6 ⁇ m. Further, the distance (resonator length) between the output side reflection means 31 and the rear end side reflection means 32 is set within a range of 0.2 mm to 10 mm, for example.
  • the semiconductor light emitting unit 40 extends in one direction (left and right direction in FIG. 3), and the output side reflecting means 31 and the rear side are arranged at one end (right end) and the other end (left end) which are the end surfaces of the semiconductor light emitting unit 40, respectively. End side reflection means 32 is formed.
  • These output-side reflecting means 31 and rear-end-side reflecting means 32 are set such that the reflectance R HR of the rear-end-side reflecting means 32 is higher than the reflectance R AR of the output-side reflecting means 31. (R HR > R AR ).
  • the reflectance R AR of the output side reflecting means 31 of the semiconductor laser element 30 is set lower than the reflectance R HR of the rear end side reflecting means 32 provided on the opposite side. is there. More specifically, the reflectance R HR of the rear end side reflecting means 32 is 90 to 100%, and the reflectance R AR of the output side reflecting means 31 is within the range of 0.1 to 10%. Has been. Therefore, in the semiconductor laser device 20, laser light is output mainly from one end side (right side in FIG. 3).
  • the semiconductor light emitting unit 40 has a buried hetero (BH) structure.
  • the semiconductor light emitting unit 40 includes, for example, a lower cladding layer 42 made of n-InP, a lower GRIN-SCH (GRed Index Separate Constriction Structure) layer 43 made of non-doped GaInAsP, on one surface of a substrate 41 made of n-InP, An active layer 44 having a lattice-mismatched multi-quantum well structure made of GaInAsP and an upper GRIN-SCH layer 45 made of non-doped GaInAsP are sequentially laminated, and further, p-type so as to cover the upper GRIN-SCH layer 45.
  • a lower cladding layer 42 made of n-InP
  • a lower GRIN-SCH (GRed Index Separate Constriction Structure) layer 43 made of non-doped GaInAsP
  • An upper cladding layer 46 made of InP and a contact layer 47 made of p-GaInAsP are sequentially stacked.
  • An upper electrode 48 that is a p-side electrode is formed so as to cover the contact layer 47.
  • a lower electrode 49 that is an n-side electrode is formed on the other surface of the substrate 41.
  • the p-InP layer 51 and the n-InP layer 52 are stacked in this order on the side surfaces of the lower cladding layer 42, the lower GRIN-SCH layer 43, the active layer 44, and the upper GRIN-SCH layer 45 described above.
  • a narrowing portion for injecting current into the active layer 44 is formed.
  • the active layer 44 has a strained multiple quantum well structure. Specifically, it has a compressive strain multiple quantum well structure in which the lattice mismatch rate with respect to the substrate 41 is 0.5% or more.
  • a lattice-matched quantum well structure can also be employed.
  • the use of a lattice mismatch system, that is, a strained quantum well structure is preferable for increasing the output of the semiconductor laser device 30 because internal absorption in the optical resonator is reduced.
  • the lattice mismatch rate is preferably 0.5% or more.
  • the semiconductor light emitting unit 40 can be manufactured by using a known epitaxial growth method such as a metal organic chemical vapor deposition method, a liquid phase method, a molecular beam epitaxial growth method, a gas source molecular beam epitaxial growth method, a chemical beam epitaxial growth method, or the like.
  • a known epitaxial growth method such as a metal organic chemical vapor deposition method, a liquid phase method, a molecular beam epitaxial growth method, a gas source molecular beam epitaxial growth method, a chemical beam epitaxial growth method, or the like.
  • the semiconductor light emitting unit 40 first, epitaxial crystal growth of a predetermined semiconductor is performed on a substrate 41 made of a predetermined semiconductor to form the above-described stacked structure, followed by cleavage to perform a predetermined process.
  • the output side reflection means 31 (reflective film) is formed by forming a low reflection film, which will be described later, on one of the cleavage planes.
  • a highly reflective film is formed on the other cleaved surface to form the rear end reflecting means 32, and further, a lower electrode 49 is formed on the back surface of the substrate 41, and an upper electrode 48 is formed on the upper surface of the laminated structure.
  • the light emitting unit 40 is manufactured.
  • Laser light (excitation light) output from a semiconductor laser device for Raman amplification may be stimulated Brillouin scattering in an optical fiber, particularly in an optical fiber for Raman amplification.
  • the present inventors diligently studied a method for designing a semiconductor laser device for Raman amplification.
  • oscillation modes there are several oscillation modes in a semiconductor laser device having an optical resonator and an external optical resonator constituted by the rear end side reflecting means and the second reflecting means.
  • oscillation modes specifically, an FBG mode that oscillates only with an external optical resonator, an FP chip mode that oscillates only with an optical resonator, an FBG mode and an FP (Fabry-Perot) chip mode alternately at high speed (several There is a mode (LFF (Low Frequency Fluctuation) mode) that switches to 10 MHz), and a coexistence state mode that switches the FBG mode and the LFF mode at a low speed (several ms).
  • a semiconductor laser device having an optical resonator and an external optical resonator has a coherent collapse mode in which the FBG mode and the FP chip mode have the same gain and coexist in an incoherent state.
  • the laser beam output is stable and a stable multimode (spectral region) is obtained.
  • the inventors adjust the distance from the output-side reflecting means to the second reflecting means, the reflectance R AR of the output-side reflecting means, and the reflectance R FBG of the second reflecting means. It was found that by controlling the effective return light amount, the LFF cycle of the semiconductor laser device can be set to a predetermined time or less, and the semiconductor laser device can be oscillated in a coherent collapse state (see FIG. 5).
  • the distance from the output-side reflecting means to the second reflecting means specifically means a physical distance L from the output-side reflecting means 31 to the second reflecting means 28 as shown in FIG. Yes.
  • the second reflecting means 28 is a distributed reflecting means such as a fiber Bragg grating
  • the distance to the second reflecting means 28 is a distance to the center in the longitudinal direction.
  • the LFF period is a place where the intensity drop is the largest during a predetermined time when the relationship between the intensity of the laser beam output from the semiconductor laser device 20 and the time is measured (the minimum with the lowest intensity).
  • (Point) is a reference peak
  • the absolute value of intensity (magnitude of intensity decrease) means a distance from the nearest peak that is 60% or more of the reference peak.
  • the reference peak (Minimum point with the lowest voltage) is the reference peak, and the absolute value of the voltage value (the magnitude of the voltage drop) means the interval with the nearest peak that is 60% or more of the aforementioned reference peak ( (See FIGS. 9 and 11 described later).
  • the peak with the narrower time interval may be set as the LFF cycle.
  • the voltage difference between the reference peak and the reference peak and the above-mentioned nearest peak (the portion where the voltage is highest in the positive direction between the two peaks) is 30 mV (5% of the average input power to the photodetector). ) Or more.
  • 30 mV is 0.1 mW in terms of optical output, which corresponds to 5% of the optical output detected by a measuring instrument such as a power meter.
  • the semiconductor laser device 20 is made on the basis of the above-described knowledge, and is designed in the following configuration. That is, the semiconductor laser device 20 has an effective amount of return light that is adjusted by the distance from the output-side reflecting means 31 to the second reflecting means 28, the reflectance of the output-side reflecting means 31, and the reflectance of the second reflecting means 28. And the LFF cycle of the semiconductor laser device 20 is set to 20 ns or less.
  • the LFF cycle of the semiconductor laser device 20 is preferably 15 ns or less, and more preferably 5 ns or less. Further, there is no particular lower limit of the LFF period of the semiconductor laser device 20, but it can be defined as an ideal coherent collapse state if it is 0 ns, and as a coherent collapse state if it is greater than 0 ns and 20 ns or less.
  • L the typical return light quantity
  • a preferable aspect of the designing method of the semiconductor laser device 20 according to the embodiment of the present invention is the distance from the output-side reflecting means 31 to the second reflecting means 28, the light circulation time ⁇ in the semiconductor laser element 30, and the output.
  • the effective amount of return light ⁇ to the semiconductor laser element 30 defined by the above-described equation (1) including the reflectance R AR of the side reflecting means 31 and the reflectance R FBG of the second reflecting means 28 is controlled.
  • a semiconductor laser device having an LFF period of 20 ns or less is selected as a semiconductor laser device in which high-speed switching between the FBG mode and the FP mode occurs, and is used as a semiconductor laser device that oscillates in a coherent collapse mode.
  • the above-described selection is performed while measuring the relationship between the intensity of the laser beam output from the semiconductor laser device and time.
  • Control When measuring the relationship between the intensity of the laser beam output from the semiconductor laser device and time, the point where the intensity drop is greatest during a predetermined time is taken as the reference peak, and the absolute value of the intensity is 60% of the reference peak.
  • the interval between the above adjacent peaks is defined as the LFF cycle, and the semiconductor laser device to be used is determined and selected when the LFF cycle defined as described above becomes 20 ns or less.
  • the wavelength of the laser light output from the semiconductor laser element 30 is in the range of 1.3 ⁇ m or more and 1.6 ⁇ m or less
  • the semiconductor laser device 20 is The distance L (cm) from the output-side reflecting means 31 to the second reflecting means 28, the light circulation time ⁇ in the semiconductor laser element 30, the reflectance R AR of the output-side reflecting means 31, and the second reflecting means 28
  • the relationship with the effective return light quantity ⁇ (1 / ps) to the semiconductor laser element 30 defined by the above-described equation (1) including the reflectance R FBG satisfies the relationship L> 5333 ⁇ ⁇ 33.
  • the LFF cycle becomes 20 ns or less.
  • the body laser device is selected as a semiconductor laser device in which high-speed switching between the FBG mode and the FP mode occurs, and oscillates in a coherent collapse mode. Then, in order to find a semiconductor laser device in which high-speed switching between the FBG mode and the FP mode occurs and perform the above-described selection, the above-described selection is performed while measuring the relationship between the intensity of the laser beam output from the semiconductor laser device and time. Is controlled.
  • the reference peak When measuring the relationship between the intensity of the laser beam output from the semiconductor laser device and time, the point where the intensity drop is greatest during a predetermined time is taken as the reference peak, and the absolute value of the intensity is 60% of the reference peak.
  • the interval between the above adjacent peaks is defined as the LFF cycle, and the semiconductor laser device to be used is determined and selected when the specified LFF cycle is 20 ns or less.
  • the output side reflection means 31 to the second reflection means In the design method of the semiconductor laser device 20 according to the present embodiment configured as described above, and in the semiconductor laser device 20 using this design method of the semiconductor laser device 20, the output side reflection means 31 to the second reflection means.
  • the LFF cycle of the semiconductor laser device 20 is 20 ns or less by controlling the distance up to 28 and the effective return light amount adjusted by the reflectance of the output side reflection means 31 and the reflectance of the second reflection means 28. It is said that.
  • the oscillation mode of the semiconductor laser device becomes a coherent collapse mode, and the stimulated Brillouin scattering in the optical fiber 11 can be suppressed. Therefore, the reliability of the Raman amplifier 10 and the optical communication system 100 including the semiconductor laser device 20 is further improved.
  • the semiconductor laser device 20 is designed to satisfy L> 5333 ⁇ ⁇ 33, so that the semiconductor laser element 30 can be more reliably oscillated in a coherent collapse state. Thereby, it is possible to reliably suppress the light output from the semiconductor laser device 20 from being stimulated Brillouin scattered in the optical fiber 11.
  • the semiconductor laser device 20 is preferably used within the range where the intensity of the output laser light is 20 mW or more and 50 mW or less. Since the semiconductor laser device 20 has an LFF period of 20 ns or less as described above, the output laser light is stimulated Brillouin scattering in the optical fiber 11 even when the light intensity is low, such as 50 mW or less. Can be suppressed.
  • Example 1 Next, examples of the present invention will be described. Hereinafter, an experiment for confirming the effect of suppressing the stimulated Brillouin scattering in the semiconductor laser device according to the embodiment of the present invention will be described. First, Example 1 will be described.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of an experimental apparatus for confirming whether or not the light output from the semiconductor laser device has been stimulated Brillouin scattered.
  • this experimental apparatus includes a semiconductor laser device 120 that outputs pump light for Raman amplification, an optical fiber 11 that propagates laser light output from the semiconductor laser device 120, and a semiconductor laser device 120.
  • the optical isolator 61 provided on the output side, the power meter 62 for measuring the intensity of the return light, the laser light output from the semiconductor laser device 120 is input to the optical fiber 11, and the return light is input to the power meter 62.
  • an optical coupler 63 is provided on the output side, the power meter 62 for measuring the intensity of the return light, the laser light output from the semiconductor laser device 120 is input to the optical fiber 11, and the return light is input to the power meter 62.
  • an optical coupler 63 is an optical coupler 63.
  • the semiconductor laser device 120 has the same basic configuration as the semiconductor laser device 20 described in the above embodiment. However, the semiconductor laser device 120 is designed under the conditions of the present invention examples and comparative examples shown below. Specifically, the experiment was performed by setting the reflectance R FBG of the second reflecting means and the physical distance L from the output-side reflecting means to the second reflecting means to various values. Further, in this embodiment, the semiconductor laser device 120 is used which has an oscillation wavelength ⁇ FBG center wavelength (reflection center wavelength of the second reflecting means) when the optical resonator is not attached with an FBG when the optical output is 20 mW. ing.
  • ⁇ FBG center wavelength reflection center wavelength of the second reflecting means
  • the optical fiber 11 is an optical fiber for Raman amplification.
  • laser light (excitation light) output from the semiconductor laser device 120 is input, stimulated Brillouin scattering or the like occurs, and isolator 61 or power meter 62 is used as return light. Will return.
  • the optical isolator 61 is provided to prevent the return light from returning to the semiconductor laser device 120.
  • the presence or absence of stimulated Brillouin scattering was confirmed by obtaining the fluctuation rate of the reflection amount using the above-described experimental apparatus.
  • a method of measuring the variation rate of the reflection amount will be described.
  • the maximum value P max of the reflection amount, the minimum value P min of the reflection amount, and the average value P ave of the reflection amount were measured, and the variation rate of the reflection amount was calculated by the following equation.
  • the variation rate of the reflection amount is substantially constant.
  • the relationship between R AR and R FBG is 1/100 ⁇ R AR ⁇ R FBG ⁇ 100 ⁇ R AR
  • the fluctuation rate of the reflection amount was measured for inventive examples 1 to 6 and comparative example 1.
  • “O” indicates that stimulated Brillouin scattering is prevented
  • “X” indicates that stimulated Brillouin scattering occurs.
  • Example 1 in order to determine whether or not the oscillation mode of the semiconductor laser device 120 is in the coherent collapse state, the method of measuring the instantaneous time waveform shown in FIG. 7 was adopted.
  • the oscilloscope 64 was used to evaluate the voltage-time waveform and confirm the oscillation mode.
  • the power meter 62 was also used.
  • an optical attenuator 66 is provided between the semiconductor laser device 120 and the photodetector 65.
  • the photodetector 65 includes a photodiode, receives the laser beam attenuated by the optical attenuator 66, and outputs a current having a value corresponding to the intensity to the oscilloscope 64.
  • the oscilloscope 64 converts the input current into a voltage value.
  • the photodetector 65 and the oscilloscope 64 have response frequencies sufficiently higher than several tens of MHz, which is the vibration period of the LFF mode.
  • An internal trigger was used as a trigger for the oscilloscope 64.
  • the optical / electrical conversion efficiency of the photodetector 65 is 300 V / W, and the power to the photodetector 65 is constant at 2 mW.
  • the time resolution was set to 1 ns or less.
  • Table 1 also shows the value of ⁇ .
  • the results of Example 1 of the present invention are shown in FIGS. 8 and 9, and the results of Example 6 of the present invention are shown in FIGS.
  • the LFF period was 20 ns or less, the fluctuation rate of the reflection amount was small, and stimulated Brillouin scattering was prevented.
  • the LLF cycle was 25 ns, the fluctuation rate of the reflection amount was large, and stimulated Brillouin scattering occurred.
  • the current value (drive current value) of the semiconductor laser device is set to 100 mA to 200 mA using the same experimental apparatus (see FIGS. 6 and 7) as described in the first embodiment, and the LFF period and reflection are set. The rate of variation of the quantity was measured.
  • the experimental conditions were set as follows.
  • Example 7 of the present invention The result of evaluation of the fluctuation rate of the reflection amount is shown in FIG. As shown in FIG. 12, in Example 7 of the present invention, it was confirmed that the fluctuation rate of the reflection amount was as small as 10% or less and the stimulated Brillouin scattering was suppressed in the current value range of 100 mA to 200 mA. In addition, it was confirmed that Example 7 of the present invention had an LFF cycle of 20 ns or less. On the other hand, in Comparative Example 2, when the current value is in the range of 100 to 120 mA compared to the range of 130 to 200 mA, the variation rate of the reflection amount is about 1000 times larger, and stimulated Brillouin scattering occurs.
  • a current value of 100 mA corresponds to a laser beam intensity of 20 mW.
  • a current value of 120 mA corresponds to a laser beam intensity of 50 mW.
  • FIG. 13 shows the relationship between the oscillation mode of the semiconductor laser element with respect to the reflectance R FBG of the second reflecting means in the semiconductor laser device 120 and the distance L from the output-side reflecting means to the second reflecting means.
  • Each plot point in FIG. 13 is a summary of the results of various experiments conducted as in Example 1.
  • the oscillation mode of the semiconductor laser device 120 is in the coherent collapse state.
  • R FBG the wavelength pull-in means that the laser oscillation wavelength of the semiconductor laser device 120 is pulled into the reflection center wavelength of the second reflecting means.
  • the distance L from the output-side reflecting means to the second reflecting means is preferably as short as possible.
  • the reflectance R FBG in FIG. 13 is replaced with an effective return light quantity ⁇ .
  • ⁇ (1 / ⁇ ) ⁇ (1 ⁇ R AR ) ⁇ (R FBG / R AR ) 1/2
  • ⁇ is the light circulation time in the semiconductor laser element. Since the semiconductor laser element used in this example has an optical resonator length of 2.0 mm and a group refractive index of 3.4, ⁇ is 45 ps. R AR is 1.2%.
  • the conditions for causing the semiconductor laser element to oscillate in the coherent collapse state are as follows: L> 5333 ⁇ ⁇ -33 As required. In this linear approximation, the effective return light quantity ⁇ (1 / ps) is 0.0 or more and 0.053 or less, the reflectance R AR (%) of the output side reflection means is 0% or more and 7% or less, and the semiconductor laser element
  • the optical resonator length is established within the range of 0.2 mm to 10 mm. Note that there is a limitation that the wavelength cannot be drawn unless ⁇ is 0.027 (1 / ps) or more.
  • the relationship of L> 5333 ⁇ ⁇ 33 described in the above embodiment can be derived. When L and ⁇ satisfy this relationship, the oscillation mode of the semiconductor laser device 120 can be reliably A coherent collapse state can be achieved, and the occurrence of stimulated Brillouin scattering can be suppressed.
  • a semiconductor laser device design method, a Raman amplifier design method, a semiconductor laser device manufacturing method, and a semiconductor laser device according to the present invention are suitable for use in a semiconductor laser device used as an excitation light source for Raman amplification. is there.
  • the Raman amplifier and the optical communication system according to the present invention are suitable for use in optical communication.

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Abstract

　半導体レーザ装置の設計方法は、出力側反射手段から第二反射手段までの距離と、半導体レーザ素子中における光の周回時間τと出力側反射手段の反射率Ｒ１と第二反射手段の反射率Ｒ２とを含むκ＝（１／τ）×（１－Ｒ１）×（Ｒ２／Ｒ１）１/２の式で定義される半導体レーザ素子への実効的な戻り光量κと、を制御することによって、ＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった半導体レーザ装置を、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置として選択し、コヒーレント・コラプスモードで発振する半導体レーザ装置として使用する。

Description

半導体レーザ装置の設計方法、ラマンアンプの設計方法、半導体レーザ装置の製造方法、半導体レーザ装置、ラマンアンプ、及び光通信システム
　本発明は、ラマン増幅用の励起光源に用いられる半導体レーザ装置の設計方法、ラマンアンプの設計方法、半導体レーザ装置の製造方法、半導体レーザ装置、ラマンアンプ、及び光通信システムに関するものである。
　光ファイバ通信においては、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用いることによって、伝送距離、伝送容量の拡大がなされてきた。最近では、ＥＤＦＡを用いることに加えて、ラマンアンプを活用することによって、さらなる伝送距離の長距離化、大容量化、高出力化などが図られている。
　前述のラマンアンプとして、例えば特許文献１、２に示すように、半導体レーザ素子及びファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　Ｇｒａｔｉｎｇ）を有する半導体レーザ装置と、この半導体レーザ装置から出力されたレーザ光が励起光として入力され、信号光をラマン増幅する光ファイバとを備えたものが使用されている。ここで、半導体レーザ素子は、活性層を備える半導体発光部と、この半導体発光部が出力する光を反射する第一反射手段（反射膜）を有する光共振器と、を備えている。
特許第５０７４６４５号公報 特開２００２－５０８２８号公報
Ｔｋａｃｈ，Ｒ．Ｗ．ｅｔ　ａｌ．，　Ｌｉｈｇｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｖｏｌｕｍｅ４，　Ｉｓｓｕｅ１１
　ところで、前述の光共振器を有する半導体レーザが出力するレーザ光は、例えば５０ｍＷ以下の低出力側では、スペクトル領域（縦モード）において、一時的にシングルモード発振の状態になる場合がある。このようなシングルモード発振時では、縦モード１本当たりの光強度が強くなり、光ファイバ中で非線形光学効果により誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ　Ｂｒｉｌｌｏｕｎｉｎ　Ｓｃａｔｔｅｒｒｉｎｇ)が発生し、誘導ブリルアン散乱光が半導体レーザから出力される光とは逆方向に、戻り光として伝播するという問題が生じる。この戻り光は、光通信システムの安定な動作を妨げる要因となってしまう。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ラマン増幅用の励起光源に用いられる半導体レーザ装置が出力するレーザ光に起因する光ファイバ中での誘導ブリルアン散乱を抑制可能な半導体レーザ装置の設計方法、ラマンアンプの設計方法、半導体レーザ装置の製造方法、半導体レーザ装置、ラマンアンプ、及び光通信システムを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体レーザ装置の設計方法は、ラマン増幅用の励起光源に用いられ、半導体発光部と該半導体発光部が出力する光を反射する第一反射手段を有する光共振器とを備えた半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子のレーザ光出力側に設けられた第二反射手段と、を備えた半導体レーザ装置の設計方法であって、前記第一反射手段は、前記レーザ光出力側に設けられた出力側反射手段と、前記レーザ光出力側とは反対側に設けられた後端側反射手段と、からなり、前記出力側反射手段から前記第二反射手段までの距離と、前記半導体レーザ素子中における光の周回時間τと前記出力側反射手段の反射率Ｒ１と前記第二反射手段の反射率Ｒ２とを含む下記（１）式で定義される前記半導体レーザ素子への実効的な戻り光量κと、を制御することによって、ＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった半導体レーザ装置を、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置として選択し、コヒーレント・コラプスモードで発振する半導体レーザ装置として使用し、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置を見つけて前記選択を行うために、前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定しながら前記制御を行い、前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定する際は、所定の時間の間において、強度低下が最も大きいところを基準ピークとし、強度の絶対値が前記基準ピークの６０％以上の最隣接のピークとの間隔を前記ＬＦＦ周期と規定し、前記規定されたＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった時のものを使用すべき半導体レーザ装置として決定して選択することを特徴としている。
　κ＝（１／τ）×（１－Ｒ１）×（Ｒ２／Ｒ１）１/２・・・・・（１）
　また、本発明の一態様に係る半導体レーザ装置の設計方法は、前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度を５０ｍＷ以下に設定することを特徴としている。
　また、本発明の一態様に係る半導体レーザ装置の設計方法は、前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度を２０ｍＷ以上に設定することを特徴としている。
　また、本発明の一態様に係る半導体レーザ装置の設計方法は、前記半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長が１．３μｍ以上１．６μｍ以下の範囲であり、前記出力側反射手段から前記第二反射手段までの物理的な距離Ｌ（ｃｍ）と、前記実効的な戻り光量κ（１/ｐｓ）との関係が、　Ｌ＞５３３３×κ－３３　の関係を満たすことを特徴としている。
　本発明の一態様に係るラマンアンプの設計方法は、前述の半導体レーザ装置の設計方法によって製造された半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出力されるレーザ光が入力されるラマン増幅用の光ファイバとを備えたラマンアンプの設計方法であって、前記レーザ光により前記光ファイバ内で発生する誘導ブリルアン散乱による、前記レーザ光の反射量の変動率を１０％以下に設定することを特徴としている。
　本発明の一態様に係る半導体レーザ装置の製造方法は、前述の半導体レーザ装置の設計方法を用いて半導体レーザ装置を製造することを特徴としている。
　本発明の一態様に係る半導体レーザ装置は、ラマン増幅用の励起光源に用いられ、半導体発光部と該半導体発光部が出力する光を反射する第一反射手段を有する光共振器とを備えた半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子のレーザ光出力側に設けられた第二反射手段と、を備えた半導体レーザ装置であって、前記第一反射手段は、前記レーザ光出力側に設けられた出力側反射手段と、前記レーザ光出力側とは反対側に設けられた後端側反射手段と、からなり、前記半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長が１．３μｍ以上１．６μｍ以下の範囲であり、当該半導体レーザ装置は、前記出力側反射手段から前記第二反射手段までの距離Ｌ（ｃｍ）と、前記半導体レーザ素子中における光の周回時間τと前記出力側反射手段の反射率Ｒ１と前記第二反射手段の反射率Ｒ２とを含む下記（１）式で定義される前記半導体レーザ素子への実効的な戻り光量κ（１/ｐｓ）との関係が、　Ｌ＞５３３３×κ－３３　の関係を満たすように、前記出力側反射手段から前記第二反射手段までの距離Ｌと、前記半導体レーザ素子への実効的な戻り光量κと、を制御することによって、ＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった半導体レーザ装置を、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置として選択したものであり、コヒーレント・コラプスモードで発振させ、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置を見つけて前記選択を行うために、前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定しながら前記制御を行い、前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定する際は、所定の時間の間において、強度低下が最も大きいところを基準ピークとし、強度の絶対値が前記基準ピークの６０％以上の最隣接のピークとの間隔を前記ＬＦＦ周期と規定し、前記規定されたＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった時のものを使用すべき半導体レーザ装置として決定して選択したことを特徴としている。
　κ＝（１／τ）×（１－Ｒ１）×（Ｒ２／Ｒ１）１/２・・・・・（１）
　また、本発明の一態様に係る半導体レーザ装置は、出力されるレーザ光の強度が５０ｍＷ以下に設定されていることを特徴としている。
　また、本発明の一態様に係る半導体レーザ装置は、出力されるレーザ光の強度が２０ｍＷ以上に設定されていることを特徴としている。
　本発明の一態様に係るラマンアンプは、前述の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出力されるレーザ光が入力されるラマン増幅用の光ファイバと、を備え、前記レーザ光により前記光ファイバ内で発生する誘導ブリルアン散乱による、前記レーザ光の反射量の変動率が１０％以下とされていることを特徴としている。
　本発明の一態様に係る光通信システムは、前述のラマンアンプを備えることを特徴としている。
　本発明によれば、ラマン増幅用の励起光源に用いられる半導体レーザ装置が出力するレーザ光に起因する光ファイバ中での誘導ブリルアン散乱を抑制可能な半導体レーザ装置の設計方法、ラマンアンプの設計方法、半導体レーザ装置の製造方法、半導体レーザ装置、ラマンアンプ、及び光通信システムを提供することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る光通信システム及びラマンアンプの概略説明図である。 図２は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置の概略説明図である。 図３は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置に用いられる半導体レーザ素子の概略説明図である。 図４は、図３の半導体発光部の断面を示す概略図である。 図５は、図３の半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子と光ファイバとの位置関係を説明するための概略図である。 図６は、半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の誘導ブリルアン散乱による反射量の変動率を測定する実験装置の概略説明図である。 図７は、図６の反射量の変動率を測定する方法において、瞬時時間波形を計測するための方法の概略説明図である。 図８は、本発明例１の実験結果を示す図である。 図９は、図８の実験結果の一部の拡大図である。 図１０は、本発明例６の実験結果を示す図である。 図１１は、図１０の実験結果の一部の拡大図である。 図１２は、実施例２の実験結果を示す図である。 図１３は、実施例３に係る半導体レーザ装置の発振モードにおけるＬとＲＦＢＧとの関係を示す図である。 図１４は、実施例３に係る半導体レーザ装置の発振モードにおけるＬとκとの関係を示す図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係る半導体レーザ装置２０の設計方法、ラマンアンプ１０の設計方法、半導体レーザ装置２０の製造方法、半導体レーザ装置２０、ラマンアンプ１０、及び光通信システム１００の実施形態を説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。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場合がある。
　まず、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置２０を備えた光通信システム１００及びラマンアンプ１０について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光通信システム１００及びラマンアンプ１０の概略説明図である。図１に示すように、光通信システム１００は、信号光Ｓ１を送信する送信機１と、信号光Ｓ１をラマン増幅するためのラマンアンプ１０と、ラマンアンプ１０によって信号光Ｓ１がラマン増幅されたものである信号光Ｓ２を受信する受信機２と、を備えている。
　ラマンアンプ１０は、複数の半導体レーザ装置２０と、半導体レーザ装置２０から出力されるレーザ光が入力されるラマン増幅用の光ファイバ１１と、波長合波器１２と、光合分波器１３とを備えている。波長合波器１２は、複数の半導体レーザ装置２０から出力されたレーザ光を合波する。光合分波器１３は、波長合波器１２によって合波されたレーザ光と信号光Ｓ１とを合波する、または波長合波器１２によって合波されたレーザ光と信号光Ｓ２とを分波する。この光波長合波器１２と送信機１、及び光波長合波器１２と受信機２との間には、光アイソレータ３が設けられている。なお、光ファイバ１１は、送信機１と受信機２との間を接続し、信号光Ｓ１、Ｓ２を伝送する光伝送路としても機能している。
　半導体レーザ装置２０は、ラマン増幅用の励起光源として用いられる。半導体レーザ装置２０は、図２に示すように、電子冷却素子であるペルチェモジュール２１と、基板２２と、第一反射手段を有する光共振器３３を備えた半導体レーザ素子３０と、サーミスタ２３と、レンズ２４，２５と、第二反射手段２８（ファイバブラッググレーティング）を有する光ファイバ２６（１１）とを備えている。これらは、パッケージ２７中に収容されている。
　基板２２は、ペルチェモジュール２１の一方の面（図２において上面）に設けられており、この基板２２の一方の面（図２において上面）には、半導体レーザ素子３０と、サーミスタ２３と、レンズ２４とが設けられている。そして、パッケージ２７の側壁には、貫通孔２９が形成されている。この貫通孔２９には、レンズ２５と、光ファイバ２６とが設けられ、この光ファイバ２６は、パッケージ２７の外方へ向けてさらに延在している。
　この半導体レーザ装置２０においては、半導体レーザ素子３０が出力したレーザ光がレンズ２４，２５で集光されて光ファイバ２６の端面に入力され、光ファイバ２６のコア内を導波していく。そして、コア内を導波するレーザ光の一部が、第二反射手段２８（ファイバブラッググレーティング）によって反射されて半導体レーザ素子３０に帰還する。
　本実施形態において、第二反射手段２８の反射率ＲＦＢＧは、例えば０．１％～７．０％の範囲内とされている。また、第二反射手段２８の反射帯域幅Δλは、例えば０．１ｎｍ～３０ｎｍの範囲内とされている。
　半導体レーザ素子３０の駆動過程で、駆動電流により半導体レーザ素子３０が発熱して素子温度が上昇し、レーザ光の波長が変動してしまうことがある。そのため、半導体レーザ素子３０の近傍に設けられたサーミスタ２３によって半導体レーザ素子３０の温度を測定し、その測定値に応じてペルチェモジュール２１を動作させ、半導体レーザ素子３０の温度が一定となるように制御されている。
　半導体レーザ素子３０は、図３に示すように、半導体発光部４０と、この半導体発光部４０が出力する光を反射する第一反射手段を有する光共振器３３とを備えている。第一反射手段は、レーザ光出力側（図２及び図３において右側）に設けられた出力側反射手段３１と、レーザ光出力側とは反対側（図２及び図３において左側）に設けられた後端側反射手段３２と、から構成されている。本実施形態において、出力側反射手段３１及び後端側反射手段３２は、具体的には反射膜とされており、これらの出力側反射手段３１及び後端側反射手段３２は、ファブリーペロー型の光共振器として機能する。また、本実施形態においては、半導体レーザ素子３０から出力される光の波長は、１．３μｍ以上１．６μｍ以下の範囲とされている。また、出力側反射手段３１及び後端側反射手段３２の間の距離（共振器長）は、例えば０．２ｍｍ～１０ｍｍの範囲内に設定されている。
　半導体発光部４０は一方向（図３の左右方向）に延在しており、半導体発光部４０の端面である一端（右端）及び他端（左端）に、それぞれ、出力側反射手段３１及び後端側反射手段３２が形成されている。これらの出力側反射手段３１及び後端側反射手段３２は、出力側反射手段３１の反射率ＲＡＲよりも、後端側反射手段３２の反射率ＲＨＲの方が、反射率が高く設定されている（ＲＨＲ＞ＲＡＲ）。
　すなわち、半導体レーザ素子３０の出力側反射手段３１の反射率ＲＡＲの方が、その反対側に設けられた後端側反射手段３２の反射率ＲＨＲよりも反射率が低く設定されているのである。より具体的には、後端側反射手段３２の反射率ＲＨＲの反射率は９０～１００％、出力側反射手段３１の反射率ＲＡＲの反射率は０．１～１０％の範囲内とされている。
　したがって、半導体レーザ装置２０においては、主に一端側（図３において右側）からレーザ光が出力されるようになっている。
　半導体発光部４０は、図４に示すように、埋め込み型ヘテロ（ＢＨ：Ｂｕｒｉｅｄ　Ｈｅｔｅｒｏ）構造になっている。この半導体発光部４０は、例えば、ｎ－ＩｎＰから成る基板４１の一方の面に、ｎ－ＩｎＰから成る下部クラッド層４２、ノンドープＧａＩｎＡｓＰから成る下部ＧＲＩＮ－ＳＣＨ（ＧＲａｄｅｄ　ＩＮｎｄｅｘ　Ｓｅｐａｒａｔｅ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層４３、ＧａＩｎＡｓＰから成る格子不整合系の多重量子井戸構造を有する活性層４４、ノンドープＧａＩｎＡｓＰから成る上部ＧＲＩＮ－ＳＣＨ層４５が順次積層されており、更に、上部ＧＲＩＮ－ＳＣＨ層４５を覆うように、ｐ－ＩｎＰから成る上部クラッド層４６、ｐ－ＧａＩｎＡｓＰから成るコンタクト層４７が順次積層されている。そして、このコンタクト層４７を覆うようにｐ側電極である上部電極４８が形成されている。また、基板４１の他方の面にはｎ側電極である下部電極４９が形成されている。
　また、上記した下部クラッド層４２、下部ＧＲＩＮ－ＳＣＨ層４３、活性層４４、及び上部ＧＲＩＮ－ＳＣＨ層４５の側面に、ｐ－ＩｎＰ層５１とｎ－ＩｎＰ層５２をこの順序で積層することにより、活性層４４への電流注入用の狭窄部が形成されている。この積層構造において、活性層４４は歪み多重量子井戸構造で構成されている。具体的には、基板４１に対して格子不整合率が０．５％以上となるような圧縮歪み多重量子井戸構造になっている。
　なお、ここでは、歪み多重量子井戸構造を採用したが、格子整合系の量子井戸構造を採用することもできる。
　また、格子不整合系、すなわち歪み量子井戸構造を採用した方が、光共振器内の内部吸収が小さくなるため半導体レーザ素子３０の高出力化にとって好ましい。そして、この効果を得るには、格子不整合率が０.５％以上であることが好ましい。
　次いで、この半導体発光部４０の製造方法について説明する。半導体発光部４０は、例えば有機金属気相成長法、液相法、分子線エピタキシャル成長法、ガスソース分子線エピタキシャル成長法、化学線エピタキシャル成長法などの公知のエピタキシャル成長法を用いることによって製造することができる。
　具体的には、半導体発光部４０の製造方法は、まず、所定の半導体から成る基板４１の上に所定の半導体のエピタキシャル結晶成長を行って上述した積層構造を形成したのち、劈開を行って所定の共振器長とし、更に一方の劈開面に後述する低反射膜を成膜して出力側反射手段３１（反射膜）を形成する。そして、他方の劈開面に高反射膜を成膜して後端側反射手段３２を形成し、更に基板４１の裏面に下部電極４９、積層構造の上面に上部電極４８を形成することによって、半導体発光部４０が製造される。
　次に、本実施形態に係る半導体レーザ装置２０の設計方法について、さらに詳細に説明する。
　ラマン増幅用の半導体レーザ装置が出力するレーザ光（励起光）は、光ファイバ中、特にラマン増幅用の光ファイバ中で誘導ブリルアン散乱されることがある。この誘導ブリルアン散乱を抑制するために、本発明者らは、ラマン増幅用の半導体レーザ装置の設計方法について鋭意検討した。
　光共振器、及び後端側反射手段と第二反射手段とが構成する外部光共振器を有する半導体レーザ装置には、発振モードがいくつか存在する。これらの発振モードとして、具体的には、外部光共振器のみで発振するＦＢＧモード、光共振器のみで発振するＦＰチップモード、ＦＢＧモードとＦＰ（Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ）チップモードを交互に高速（数１０ＭＨｚ）にスイッチングするモード（ＬＦＦ（Ｌｏｗ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）モード）、ＦＢＧモードとＬＦＦモードを低速（数ｍｓ）でスイッチングする共存状態モードがある。
　さらに、光共振器及び外部光共振器を有する半導体レーザ装置には、ＦＢＧモードとＦＰチップモードが同程度の利得で、インコヒーレントな状態で共存するコヒーレント・コラプスモードが存在する。
　このコヒーレント・コラプスモードで発振している状態では、レーザ光出力が安定で、安定なマルチモード(スペクトル領域)になる。本発明者らは、ラマン増幅用の半導体レーザ装置において、出力側反射手段から第二反射手段までの距離と、出力側反射手段の反射率ＲＡＲ及び第二反射手段の反射率ＲＦＢＧにより調節される実効的な戻り光量と、を制御して半導体レーザ装置のＬＦＦ周期を所定の時間以下とし、半導体レーザ装置をコヒーレント・コラプス状態で発振させることができることを見出した（図５参照）。
　なお、出力側反射手段から第二反射手段までの距離は、具体的には、図５に示すように、出力側反射手段３１から第二反射手段２８までの物理的な距離Ｌを意味している。また、第二反射手段２８がファイバブラッググレーティングのように分布型の反射手段の場合は、第二反射手段２８までの距離とは長手方向中央までの距離である。
　ここで、ＬＦＦ周期とは、半導体レーザ装置２０から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定した場合に、所定の時間の間において、強度低下が最も大きいところ（強度が最も低い極小点）を基準ピークとし、強度の絶対値（強度低下の大きさ）が前述の基準ピークの６０％以上の最隣接のピークとの間隔のことを意味している。たとえば、レーザ光の強度を光検出器で測定してその強度を電圧に換算する際には、電圧と時間との関係を測定した場合に、所定の時間の間において、電圧降下が最も大きいところ（電圧が最も低い極小点）を基準ピークとし、電圧値の絶対値（電圧降下の大きさ）が前述の基準ピークの６０％以上の最隣接のピークとの間隔のことを意味している（後述する図９及び図１１参照）。なお、基準ピークの両隣にピークがある場合は、時間間隔の狭い方のピークをＬＦＦ周期とすれば良い。また、基準ピークと、基準ピークと前述の最隣接のピーク（２つのピーク間で、電圧が正方向に最も高い部分)との電圧差は、３０ｍＶ（光検出器への平均入力パワーの５％）以上とする。後述する実験系では、３０ｍＶは、光出力に換算すると０．１ｍＷであり、パワーメータなどの測定器で検出される光出力の５％に相当する。
　本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置２０は、上述の知見に基づいてなされたものであり、次のような構成に設計されている。すなわち、半導体レーザ装置２０は、出力側反射手段３１から第二反射手段２８までの距離と、出力側反射手段３１の反射率及び第二反射手段２８の反射率により調節される実効的な戻り光量と、を制御することによって、半導体レーザ装置２０のＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下とされている。
　ここで、本実施形態において、半導体レーザ装置２０のＬＦＦ周期は、１５ｎｓ以下であることが好ましく、５ｎｓ以下であることがさらに好ましい。
　また、半導体レーザ装置２０のＬＦＦ周期の下限は特にないが、０ｎｓであれば理想的なコヒーレント・コラプス状態であり、０ｎｓより大きく２０ｎｓ以下であれば、コヒーレント・コラプス状態と規定することができる。
　さらに、本実施形態においては、出力側反射手段３１から第二反射手段２８までの物理的な距離Ｌ（ｃｍ）と、半導体レーザ素子３０が出力したレーザ光が再度半導体レーザ素子３０に帰還する実効的な戻り光量κ（１/ｐｓ）との関係が、　Ｌ＞５３３３×κ－３３　を満たすことが好ましい。
　ここで、κ（１/ｐｓ）は、κ＝（１／τ）×（１－ＲＡＲ）×（ＲＦＢＧ／ＲＡＲ）１/２・・・（１）である。また、τは、半導体レーザ素子３０中の光の周回時間であり、　τ＝２×（半導体レーザ素子長）×（群屈折率）／（光速）　で表される。
　上述の式の導出については、後述する実施例で詳細を説明する。
　すなわち、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置２０の設計方法の好ましい態様は、出力側反射手段３１から第二反射手段２８までの距離と、半導体レーザ素子３０中における光の周回時間τと出力側反射手段３１の反射率ＲＡＲと第二反射手段２８の反射率ＲＦＢＧとを含む前述の（１）式で定義される半導体レーザ素子３０への実効的な戻り光量κと、を制御することによって、ＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった半導体レーザ装置を、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置として選択し、コヒーレント・コラプスモードで発振する半導体レーザ装置として使用する。そして、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置を見つけて前述の選択を行うために、半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定しながら前述の制御を行う。半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定する際は、所定の時間の間において、強度低下が最も大きいところを基準ピークとし、強度の絶対値が基準ピークの６０％以上の最隣接のピークとの間隔をＬＦＦ周期と規定し、前述のように規定されたＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった時のものを使用すべき半導体レーザ装置として決定して選択する。
　また、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置２０の好ましい態様において、半導体レーザ素子３０から出力されるレーザ光の波長が１．３μｍ以上１．６μｍ以下の範囲であり、当該半導体レーザ装置２０は、出力側反射手段３１から第二反射手段２８までの距離Ｌ（ｃｍ）と、半導体レーザ素子３０中における光の周回時間τと出力側反射手段３１の反射率ＲＡＲと第二反射手段２８の反射率ＲＦＢＧとを含む前述の（１）式で定義される半導体レーザ素子３０への実効的な戻り光量κ（１/ｐｓ）との関係が、　Ｌ＞５３３３×κ－３３　の関係を満たすように、出力側反射手段３１から第二反射手段２８までの距離Ｌと、半導体レーザ素子３０への実効的な戻り光量κと、を制御することによって、ＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった半導体レーザ装置を、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置として選択したものであり、コヒーレント・コラプスモードで発振するようになっている。そして、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置を見つけて前述の選択を行うために、半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定しながら前述の制御が行われる。半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定する際は、所定の時間の間において、強度低下が最も大きいところを基準ピークとし、強度の絶対値が基準ピークの６０％以上の最隣接のピークとの間隔をＬＦＦ周期と規定し、規定されたＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった時のものを使用すべき半導体レーザ装置として決定して選択している。
　以上のような構成とされた本実施形態に係る半導体レーザ装置２０の設計方法、及びこの半導体レーザ装置２０の設計方法を用いた半導体レーザ装置２０においては、出力側反射手段３１から第二反射手段２８までの距離と、出力側反射手段３１の反射率及び第二反射手段２８の反射率により調節される実効的な戻り光量と、を制御することによって、半導体レーザ装置２０のＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下とされている。これにより、半導体レーザ装置の発振モードがコヒーレント・コラプスモードとなり、光ファイバ１１中での誘導ブリルアン散乱を抑制することができる。
　したがって、この半導体レーザ装置２０を備えたラマンアンプ１０及び光通信システム１００は、より信頼性が向上する。
　また、本実施形態において、半導体レーザ装置２０は、　Ｌ＞５３３３×κ－３３　を満たすように設計されているので、より確実に半導体レーザ素子３０をコヒーレント・コラプス状態で発振させることができる。これにより、半導体レーザ装置２０が出力する光が、光ファイバ１１中において誘導ブリルアン散乱されることを確実に抑制することができる。
　また、本実施形態において、半導体レーザ装置２０は、出力されるレーザ光の強度が２０ｍＷ以上５０ｍＷ以下の範囲内で用いられることが好ましい。半導体レーザ装置２０は、上述のようにＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下とされているので、５０ｍＷ以下のような光強度が低い場合であっても、出力されるレーザ光が光ファイバ１１中で誘導ブリルアン散乱されることを抑制できる。
　また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
（実施例１）
　次に、本発明の実施例について説明する。以下では、本発明の実施形態に係る半導体レーザ装置における誘導ブリルアン散乱の抑制効果の確認実験について説明する。まず、実施例１について説明する。
　図６に、半導体レーザ装置が出力した光が誘導ブリルアン散乱されたかどうかを確認するための実験装置の概略図を示す。この実験装置は、図６に示すように、ラマン増幅用の励起光を出力する半導体レーザ装置１２０と、この半導体レーザ装置１２０が出力するレーザ光を伝播する光ファイバ１１と、半導体レーザ装置１２０の出力側に設けられた光アイソレータ６１と、戻り光の強度を測定するパワーメータ６２と、半導体レーザ装置１２０が出力するレーザ光を光ファイバ１１に入力させるとともに、戻り光をパワーメータ６２に入力させる光カプラ６３とを備えている。
　半導体レーザ装置１２０は、前述の実施形態で説明した半導体レーザ装置２０と同様の基本構成とした。ただし、半導体レーザ装置１２０は、以下に示すそれぞれの本発明例及び比較例の条件に、設計されている。具体的には、第二反射手段の反射率ＲＦＢＧ、及び出力側反射手段から第二反射手段までの物理的な距離Ｌなどを種々の値に設定して実験を行った。また、本実施例においては、光出力２０ｍＷ時で、ＦＢＧが付いていない光共振器単体時での発振波長＜ＦＢＧ中心波長（第二反射手段の反射中心波長）となる半導体レーザ装置１２０を用いている。
　光ファイバ１１は、ラマン増幅用の光ファイバであり、半導体レーザ装置１２０から出力されるレーザ光（励起光）が入力されると誘導ブリルアン散乱などが発生し、戻り光としてアイソレータ６１やパワーメータ６２に帰還することになる。なお、光アイソレータ６１は、半導体レーザ装置１２０に戻り光が帰還することを防止するために設けられている。
　本実施例では、上述の実験装置を用いて反射量の変動率を求めることによって、誘導ブリルアン散乱の発生の有無を確認した。以下に、反射量の変動率の測定方法を説明する。
　本実施例では、反射量の最大値Ｐｍａｘ、反射量の最小値Ｐｍｉｎ、反射量の平均値Ｐａｖｅを測定し、以下の式によって、反射量の変動率を算出した。
　（反射量の変動率）＝（Ｐｍａｘ－Ｐｍｉｎ）／Ｐａｖｅ
　ここで、反射量の最大値Ｐｍａｘ及び反射量の最小値Ｐｍｉｎはパワーメータ６２によって測定される最大及び最小の測定値であり、反射量の平均値Ｐａｖｅはパワーメータ６２によって測定される平均値である。
　なお、レーザ光（励起光）が光増幅用の光ファイバ１１に入力されると、通常レイリー散乱光などが観測されるが、誘導ブリルアン散乱が発生した場合には、反射量の変動率が大きくなる。
　ここで、コヒーレント・コラプスモード、ＦＢＧモード、ＦＰモードでは、反射量の変動率がほぼ一定となる。このとき、ＲＡＲとＲＦＢＧとの関係が、
　１／１００×ＲＡＲ＜ＲＦＢＧ＜１００×ＲＡＲ
　の関係を満たすとき、反射量の変動率が一定であれば、コヒーレント・コラプス状態であると判断することができる。
　上述のようにして反射量の変動率を、本発明例１～６及び比較例１について測定した。反射量の変動率が１０％以下のものは、誘導ブリルアン散乱が防止されているとして「○」、反射量の変動率が１０％超のものは、誘導ブリルアン散乱が発生しているとして「×」の評価とした。
　さらに、実施例１では、半導体レーザ装置１２０の発振モードがコヒーレント・コラプス状態となっているかどうかを判断するために、図７に示す瞬時時間波形を計測する方法を採用した。ここでは、オシロスコープ６４によって、電圧－時間波形を評価して、発振モードの確認を行った。また、半導体レーザ装置１２０からの出力を把握するために、パワーメータ６２も使用した。また、半導体レーザ装置１２０と光検出器６５との間には、光減衰器６６を設けた。光検出器６５はフォトダイオードを備えており、光減衰器６６で減衰されたレーザ光を受光してその強度に応じた値の電流をオシロスコープ６４に出力する。オシロスコープ６４は入力された電流を電圧値に変換する。
　なお、光検出器６５及びオシロスコープ６４は、ＬＦＦモードの振動周期である数１０ＭＨｚよりも十分高い応答周波数ものを使用した。また、オシロスコープ６４のトリガとしては、内部トリガを使用した。また、オシロスコープ６４の測定時には、ＤＣ成分を除外して電圧－時間波形を５分間測定した。また、光検出器６５の光・電気変換効率は、３００Ｖ／Ｗであり、光検出器６５へのパワーは、２ｍＷで一定とした。また、時間分解能は、１ｎｓ以下に設定した。
　このようにして、本発明例１～６及び比較例１について表１に示す条件で実験を行い、それぞれのＬＦＦ周期を求めた。
　上記の実験の結果を表１に示す。表１には、κの値も示した。また、電圧－時間波形の測定結果の一例として、本発明例１の結果を図８及び図９に、本発明例６の結果を図１０及び図１１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、本発明例１～６では、ＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下となっており、反射量の変動率が小さく誘導ブリルアン散乱が防止されていることが確認された。
　一方、比較例１では、ＬＬＦ周期が２５ｎｓとなっており、反射量の変動率が大きく誘導ブリルアン散乱が発生した。
（実施例２）
　実施例２では、実施例１で説明したものと同様の実験装置（図６、７参照）を用いて半導体レーザ装置の電流値（駆動電流値）を１００ｍＡ～２００ｍＡに設定してＬＦＦ周期及び反射量の変動率を測定した。
　実験条件は以下のように設定した。
＜本発明例７の実験条件＞
光共振器長：２．０ｍｍ
出力側反射手段から第二反射手段までの物理的な距離Ｌ：１８０ｃｍ
ＲＦＢＧ：１．８％
ＲＡＲ：１．５％
＜比較例２の実験条件＞
光共振器長：２．０ｍｍ
出力側反射手段から第二反射手段までの物理的な距離Ｌ：１００ｃｍ
ＲＦＢＧ：３．６％
ＲＡＲ：１．５％
　反射量の変動率の評価の結果を図１２に示す。
　図１２に示すように、本発明例７は、電流値が１００ｍＡ～２００ｍＡの範囲内において、反射量の変動率が１０％以下と小さく、誘導ブリルアン散乱が抑制されていることが確認された。また、本発明例７は、ＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下であることが確認された。
　一方、比較例２では、電流値が１３０～２００ｍＡの範囲に比べて、電流値が１００～１２０ｍＡの範囲では、反射量の変動率が約１０００倍と大きくなっており、誘導ブリルアン散乱が生じていることが確認された。また、比較例２は、ＬＦＦ周期が２０ｎｓ超であることが確認された。
　なお、電流値１００ｍＡは、レーザ光強度２０ｍＷに相当する。また、電流値１２０ｍＡは、レーザ光強度５０ｍＷに相当する。
（実施例３）
　図１３に、半導体レーザ装置１２０における第二反射手段の反射率ＲＦＢＧと、出力側反射手段から第二反射手段までの距離Ｌとに対する半導体レーザ素子の発振モードの関係を示す。この図１３のそれぞれのプロット点は、実施例１のように種々の実験を行い、その実験結果をまとめたものである。
　図１３より、半導体レーザ装置１２０の発振モードが、コヒーレント・コラプス状態となるのは、
　Ｌ（ｃｍ）＞２３×ＲＦＢＧ（％）＋８９
　のときであることがわかる。
　ただし、ＲＦＢＧは、１．８％以上でないと、波長引き込みができないといった制限がある。ここで、波長引き込みとは、半導体レーザ装置１２０のレーザ発振波長が、第二反射手段の反射中心波長に引き込まれることを意味する。
　なお、半導体レーザ装置１２０のコストを考慮すると、出力側反射手段から第二反射手段までの距離Ｌは、できるだけ短い方が望ましい。
　ここで、図１３における反射率ＲＦＢＧを実効的な戻り光量κに置き換える。
　κ＝（１／τ）×（１－ＲＡＲ）×（ＲＦＢＧ／ＲＡＲ）１／２
　ここで、τは半導体レーザ素子中の光の周回時間である。本実施例で用いた半導体レーザ素子の光共振器長は２．０ｍｍ、群屈折率は３．４であるため、τは４５ｐｓとなる。また、ＲＡＲは１．２％のものを使用している。
　このような実効的な戻り光量κで図１３に示す関係を置き換えた、半導体レーザ装置１２０における第二反射手段の反射率ＲＦＢＧと実効的な戻り光量κとに対する半導体レーザ素子の発振モードの関係を図１４に示す。
　なお、上述の　κ＝（１／τ）×（１－ＲＡＲ）×（ＲＦＢＧ／ＲＡＲ）１／２　の関係は、例えば、非特許文献１に詳細に記載されている。
　図１４より、半導体レーザ素子をコヒーレント・コラプス状態で発振させるための条件は、
　Ｌ＞５３３３×κ－３３
　として求められる。
　この線形近似式は、実効的な戻り光量κ（１／ｐｓ）が０．０以上０．０５３以下、出力側反射手段の反射率ＲＡＲ（％）が０％以上７％以下、半導体レーザ素子の光共振器長が０．２ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内において成立する。なお、κは、０．０２７（１／ｐｓ）以上でないと、波長引き込みができないといった制限がある。
　以上のようにして、前述の実施形態で説明した　Ｌ＞５３３３×κ－３３　の関係を導出することができ、Ｌとκがこの関係を満たす場合、半導体レーザ装置１２０の発振モードは、確実にコヒーレント・コラプス状態にすることができ、誘導ブリルアン散乱の発生を抑制することができる。
　本発明に係る半導体レーザ装置の設計方法、ラマンアンプの設計方法、半導体レーザ装置の製造方法、及び半導体レーザ装置は、ラマン増幅用の励起光源に用いられる半導体レーザ装置に利用して好適なものである。また、本発明に係るラマンアンプ、及び光通信システムは、光通信の用途に利用して好適なものである。
１　送信機
２　受信機
３、６１　光アイソレータ
１０　ラマンアンプ
１１、２６　光ファイバ
１２　波長合波器
１３　光合分波器
２０、１２０　半導体レーザ装置
２１　ペルチェモジュール
２２　基板
２３　サーミスタ
２４、２５　レンズ
２７　パッケージ
２８　第二反射手段
２９　貫通孔
３０　半導体レーザ素子
３１　出力側反射手段
３２　後端側反射手段
３３　光共振器
４０　半導体発光部
４１　基板
４２　下部クラッド層
４３　下部ＧＲＩＮ－ＳＣＨ層
４４　活性層
４５　上部ＧＲＩＮ－ＳＣＨ層
４６　上部クラッド層
４７　コンタクト層
４８　上部電極
４９　下部電極
５１　ｐ－ＩｎＰ層
５２　ｎ－ＩｎＰ層
６２　パワーメータ
６３　光カプラ
６４　オシロスコープ
６５　光検出器
６６　光減衰器

Claims (11)

  1. 　ラマン増幅用の励起光源に用いられ、
    　半導体発光部と該半導体発光部が出力する光を反射する第一反射手段を有する光共振器とを備えた半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子のレーザ光出力側に設けられた第二反射手段と、を備えた半導体レーザ装置の設計方法であって、
    　前記第一反射手段は、前記レーザ光出力側に設けられた出力側反射手段と、前記レーザ光出力側とは反対側に設けられた後端側反射手段と、からなり、
    　前記出力側反射手段から前記第二反射手段までの距離と、
    　前記半導体レーザ素子中における光の周回時間τと前記出力側反射手段の反射率Ｒ１と前記第二反射手段の反射率Ｒ２とを含む下記（１）式で定義される前記半導体レーザ素子への実効的な戻り光量κと、
    　を制御することによって、ＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった半導体レーザ装置を、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置として選択し、コヒーレント・コラプスモードで発振する半導体レーザ装置として使用し、
    　ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置を見つけて前記選択を行うために、
    　前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定しながら前記制御を行い、
    　前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定する際は、
    　所定の時間の間において、強度低下が最も大きいところを基準ピークとし、強度の絶対値が前記基準ピークの６０％以上の最隣接のピークとの間隔を前記ＬＦＦ周期と規定し、
    　前記規定されたＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった時のものを使用すべき半導体レーザ装置として決定して選択することを特徴とする半導体レーザ装置の設計方法。
    　κ＝（１／τ）×（１－Ｒ１）×（Ｒ２／Ｒ１）１/２・・・・・（１）
  2. 　前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度を５０ｍＷ以下に設定することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置の設計方法。
  3. 　前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度を２０ｍＷ以上に設定することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置の設計方法。
  4. 　前記半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長が１．３μｍ以上１．６μｍ以下の範囲であり、
    　前記出力側反射手段から前記第二反射手段までの物理的な距離Ｌ（ｃｍ）と、前記実効的な戻り光量κ（１/ｐｓ）との関係が、
    　Ｌ＞５３３３×κ－３３
    　の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置の設計方法。
  5. 　請求項１に記載の半導体レーザ装置の設計方法によって製造された半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出力されるレーザ光が入力されるラマン増幅用の光ファイバとを備えたラマンアンプの設計方法において、
    　前記レーザ光により前記光ファイバ内で発生する誘導ブリルアン散乱による、前記レーザ光の反射量の変動率を１０％以下に設定することを特徴とするラマンアンプの設計方法。
  6. 　請求項１に記載の半導体レーザ装置の設計方法を用いて半導体レーザ装置を製造することを特徴する半導体レーザ装置の製造方法。
  7. 　ラマン増幅用の励起光源に用いられ、
    　半導体発光部と該半導体発光部が出力する光を反射する第一反射手段を有する光共振器とを備えた半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子のレーザ光出力側に設けられた第二反射手段と、を備えた半導体レーザ装置であって、
    　前記第一反射手段は、前記レーザ光出力側に設けられた出力側反射手段と、前記レーザ光出力側とは反対側に設けられた後端側反射手段と、からなり、
    　前記半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の波長が１．３μｍ以上１．６μｍ以下の範囲であり、
    　当該半導体レーザ装置は、前記出力側反射手段から前記第二反射手段までの距離Ｌ（ｃｍ）と、前記半導体レーザ素子中における光の周回時間τと前記出力側反射手段の反射率Ｒ１と前記第二反射手段の反射率Ｒ２とを含む下記（１）式で定義される前記半導体レーザ素子への実効的な戻り光量κ（１/ｐｓ）との関係が、
    　Ｌ＞５３３３×κ－３３
    　の関係を満たすように、
    　前記出力側反射手段から前記第二反射手段までの物理的な距離Ｌと、前記半導体レーザ素子への実効的な戻り光量κと、
    　を制御することによって、ＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった半導体レーザ装置を、ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置として選択したものであり、コヒーレント・コラプスモードで発振させ、
    　ＦＢＧモードとＦＰモードとの高速スイッチングが生じている半導体レーザ装置を見つけて前記選択を行うために、
    　前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定しながら前記制御を行い、
    　前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の強度と時間との関係を測定する際は、
    　所定の時間の間において、強度低下が最も大きいところを基準ピークとし、強度の絶対値が前記基準ピークの６０％以上の最隣接のピークとの間隔を前記ＬＦＦ周期と規定し、
    　前記規定されたＬＦＦ周期が２０ｎｓ以下になった時のものを使用すべき半導体レーザ装置として決定して選択したことを特徴とする半導体レーザ装置。
    　κ＝（１／τ）×（１－Ｒ１）×（Ｒ２／Ｒ１）１/２・・・・・（１）
  8. 　出力されるレーザ光の強度が５０ｍＷ以下に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ装置。
  9. 　出力されるレーザ光の強度が２０ｍＷ以上に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ装置。
  10. 　請求項７に記載の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出力されるレーザ光が入力されるラマン増幅用の光ファイバと、を備え、
    　前記レーザ光により前記光ファイバ内で発生する誘導ブリルアン散乱による、前記レーザ光の反射量の変動率が１０％以下とされていることを特徴とするラマンアンプ。
  11. 　請求項１０に記載のラマンアンプを備えることを特徴とする光通信システム。　
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