(57)【要約】【課題】優れた光出力安定性を有する半導体レーザの出力光安定化方法および半導体レーザ装置を提供すること。【解決手段】半導体レーザから出射されるレーザ光の光路に、波長選択されたレーザ光を半導体レーザに帰還する光帰還部を設け、光帰還部の光学的上流の一点において光路を伝搬する光を分岐し、前記一点よりも光学的上流において光路に合流するループ光路を設ける。また、半導体レーザから出射された出力光が入射され伝搬する前段光ファイバと、所定の分岐比を有し、前段光ファイバの終端が入力端の一つに接続された双方向性光結合器と、双方向性光結合器の出力端の一つに接続された出力光ファイバと、出力光ファイバに形成され、所定の反射中心波長を有するファイバグレーティングと、を備え、前記双方向性光結合器の入力端の他の一つと、出力端の他の一つとが光学的に連結されていることにより、前記ループ光路が形成される。【選択図】図１
2010010725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザから出射されるレーザ光の光路に、波長選択された前記レーザ光を前記半導体レーザに帰還する光帰還部を設け、
前記光帰還部の光学的上流の一点において前記光路を伝搬する光を分岐し、前記一点よりも光学的上流において前記光路に合流するループ光路を設けることを特徴とする半導体レーザの出力光安定化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光出力安定化方法により光出力を安定させた半導体レーザ装置であって、
出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射された前記出力光が入射され伝搬する前段光ファイバと、
所定の分岐比を有し、前記前段光ファイバの終端が入力端の一つに接続された双方向性光結合器と、
前記双方向性光結合器の出力端の一つに接続された出力光ファイバと、
前記出力光ファイバに形成され、所定の反射中心波長を有するファイバグレーティングと、
を備え、
前記双方向性光結合器の入力端の他の一つと、出力端の他の一つとが光学的に連結されていることにより、前記ループ光路が形成されることを特徴とする半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザの出力光安定化方法および半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野においては、伝送の大容量化を目指して波長分割多重伝送方式(WDM：wave  length  division  multiplexing)による光伝送方式が発展している。このＷＤＭ方式で用いる光ファイバアンプの励起光源として、１４８０ｎｍもしくは９８０ｎｍ帯のポンプ半導体レーザの需要が高まっている。半導体レーザモジュールにおける出射光の波長を安定させるためには、光ファイバ中にファイバブラッググレーティング（fiber  bragg  grating、以下、単にＦＢＧという)を設ける技術が非常に有効であることが知られている。
【０００３】
このようなＦＢＧを用いた半導体レーザ装置における従来の問題点として、出射されるレーザ光の出力が時間的に変動し、不安定になるという問題があった。
【０００４】
この点を改善する方法として、光ファイバ中に反射波長・反射スペクトル半値幅および反射率が等しいＦＢＧをもう一つ設ける方法が提案されている。特に、非特許文献１では、ＦＢＧ同士の間隔や、半導体レーザから一方（半導体レーザに近い方）のＦＢＧまでの距離をいろいろと変えることにより、安定したレーザ出力が得られる条件が検討されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】R.McGowan  and  D.Crawford,  ThGG42  ''Dual  Bragg  Grating  Frequency  Stabilization  of  a  980nm  Diode  Laser'',  OFC2002  Technical  Digest,  p.671-672
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＦＢＧを用いた半導体レーザ装置において光出力が不安定な場合における発振スペクトルを観測すると、半導体レーザの発振縦モードがシングルモードの状態とマルチモードの状態で時間的に入れ替わる現象が観測される。光出力の安定性を得るためには、常にマルチモード発振を保つことが重要である。このような状態は、コヒーレンス・コラップスと呼ばれている。非特許文献１に示されている技術は、このようなコヒーレンス・コラップス状態を得るためには有効である。しかし、マルチモード発振を保っていてもなお、光出力が時間的に変動する場合がある。
【０００７】
また、一般に、半導体レーザの閾値電流近傍では光出力の時間的変動が起こりやすいが、近年の光ファイバアンプの高性能化に伴い、より閾値電流に近い電流範囲まで光出力の安定性が求められるようになっている。
【０００８】
本発明はこの点に鑑みてなされたものであって、ＦＢＧを用いながら、優れた光出力安定性を有する半導体レーザの出力光安定化方法および半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記出力光の光路上において前記前端面からの光学距離がＬ１の位置に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還する第１の光帰還部と、前記出力光の光路上において前記前端面からの光学距離がＬｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ；Ｌｉ＞Ｌ１）の位置に配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長と略同一の反射中心波長を有し、前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還する（ｎ−１）個（ｎ≧２）の第ｉの光帰還部と、を備えた半導体レーザ装置であって、光学距離比Ｌｉ／Ｌ１は、Ｍ−１＜Ｌｉ／Ｌ１≦Ｍ  を満たす自然数Ｍ（Ｍ≧２）に対して  （Ｍ−１）＋０．０１＜Ｌｉ／Ｌ１＜Ｍ−０．０１  の関係を満たすことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上述した発明において、前記光学距離比Ｌｉ／Ｌ１は、（Ｍ−１）＋０．０２７＜Ｌｉ／Ｌ１＜Ｍ−０．０２７  の関係を満たすことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上述した発明において、前記光学距離比Ｌｉ／Ｌ１は、４．０１以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上述した発明において、前記半導体レーザから出射された前記出力光が入射され伝搬する前記光路を含む光ファイバをさらに備え、前記第１および第ｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ）の光帰還部は、前記光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上述した発明において、前記出力光の波長は、１４８０ｎｍ帯であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上述した発明において、前記光路は、前記半導体レーザから出射された前記出力光が入射する前段光路と、該前段光路が分岐してなるｍ個（ｍ≧２）の第ｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）の分岐光路を備え、前記第１および第ｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ）の光帰還部は、前記前段光路または前記第ｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）の分岐光路のいずれかの光路上に配設されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記出力光の光路上において前記前端面からの光学距離がＬ１の位置に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還する第１の光帰還部と、前記出力光の光路上において前記前端面からの光学距離がＬｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ；Ｌｉ＞Ｌ１）の位置に配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長と略同一の反射中心波長を有し、前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還する（ｎ−１）個（ｎ≧２）の第ｉの光帰還部と、を備えた半導体レーザ装置であって、光学距離比Ｌｉ／Ｌ１は、ｐ＋ｑ≦５かつｐ＞ｑを満たすように選択された互いに素な自然数ｐ，ｑの組み合わせすべてについて  Ｌｉ／Ｌ１＜ｐ／ｑ−０．０１  または  Ｌｉ／Ｌ１＞ｐ／ｑ＋０．０１  の関係を満たすことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上述した発明において、前記光学距離比Ｌｉ／Ｌ１は、すべての自然数Ｎに対して、ｐ＋ｑ≦Ｎかつｐ＞ｑを満たすように選択された互いに素な自然数ｐ，ｑの組み合わせすべてについて  Ｌｉ／Ｌ１＜ｐ／ｑ−０．０１  または  Ｌｉ／Ｌ１＞ｐ／ｑ＋０．０１  の関係を満たすことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上述した発明において、前記光学距離比Ｌｉ／Ｌ１は、４．０１以上であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、上述した発明において、前記半導体レーザから出射された前記出力光が入射され伝搬する前記光路を含む光ファイバをさらに備え、前記第１および第ｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ）の光帰還部は、前記光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、上述した発明において、前記出力光の波長は、１４８０ｎｍ帯であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、上述した発明において、前記光路は、前記半導体レーザから出射された前記出力光が入射する前段光路と、該前段光路が分岐してなるｍ個（ｍ≧２）の第ｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）の分岐光路を備え、前記第１および第ｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ）の光帰還部は、前記前段光路または前記第ｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）の分岐光路のいずれかの光路上に配設されることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記出力光の光路上において前記前端面からの光学距離がＬ１の位置に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還する第１の光帰還部と、前記出力光の光路上において前記前端面からの光学距離がＬｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ；Ｌｉ＞Ｌ１）の位置に配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長と略同一の反射中心波長を有し、前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還する（ｎ−１）個（ｎ≧２）の第ｉの光帰還部と、を備えた半導体レーザ装置であって、前記光路は、前記半導体レーザから出射された前記出力光が入射する前段光路と、該前段光路が分岐してなるｍ個（ｍ≧２）の第ｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）の分岐光路を備え、前記第１および第ｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ）の光帰還部は、前記前段光路または前記第ｊ（ｊ＝１，２，…，ｍ）の分岐光路のいずれかの光路上に配設されることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、上述した発明において、光学距離比Ｌｉ／Ｌ１は、Ｍ−１＜Ｌｉ／Ｌ１≦Ｍ  を満たす自然数Ｍ（Ｍ≧２）に対して  （Ｍ−１）＋０．０１＜Ｌｉ／Ｌ１＜Ｍ−０．０１  の関係を満たすことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、上述した発明において、光学距離比Ｌｉ／Ｌ１は、ｐ＋ｑ≦５かつｐ＞ｑを満たすように選択された互いに素な自然数ｐ，ｑの組み合わせすべてについて  Ｌｉ／Ｌ１＜ｐ／ｑ−０．０１  または  Ｌｉ／Ｌ１＞ｐ／ｑ＋０．０１  の関係を満たすことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、上述した発明において、前記光学距離比Ｌｉ／Ｌ１は、４．０１以上であることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、上述した発明において、前記ｍ個の第ｊの分岐光路を伝搬する光を直交偏波合成出力する後段光路をさらに備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、上述した発明において、前記半導体レーザから出射された前記出力光が入射され伝搬する前記光路を含む光ファイバをさらに備え、前記第１および第ｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ）の光帰還部は、前記光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティングであることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、上述した発明において、前記出力光の波長は、１４８０ｎｍ帯であることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記出力光の光路上において前記前端面からの光学距離がＬ１の位置に配置され、所定の反射中心波長を有し、前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還する第１の光帰還部と、前記出力光の光路上において前記前端面からの光学距離がＬｉ（ｉ＝２，３，…，ｎ；Ｌｉ＞Ｌ１）の位置に配置され、前記第１の光帰還部の反射中心波長と略同一の反射中心波長を有し、前記半導体レーザに前記出力光の一部を帰還する（ｎ−１）個（ｎ≧２）の第ｉの光帰還部と、を備えた半導体レーザ装置であって、光学距離比Ｌｉ／Ｌ１は、４．０１以上であることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、半導体レーザから出射されるレーザ光の光路に、波長選択された前記レーザ光を前記半導体レーザに帰還する光帰還部を設け、前記光帰還部の光学的上流の一点において前記光路を伝搬する光を分岐し、前記一点よりも光学的上流において前記光路に合流するループ光路を設けることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、上記発明により光出力を安定させた半導体レーザ装置であって、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射された前記出力光が入射され伝搬する前段光ファイバと、所定の分岐比を有し、前記前段光ファイバの終端が入力端の一つに接続された双方向性光結合器と、前記双方向性光結合器の出力端の一つに接続された出力光ファイバと、前記出力光ファイバに形成され、所定の反射中心波長を有するファイバグレーティングと、を備え、前記双方向性光結合器の入力端の他の一つと、出力端の他の一つとが光学的に連結されていることにより、前記ループ光路が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、ＦＢＧを用いながらも高度な光出力安定性を持つ半導体レーザの出力光安定化方法および半導体レーザ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の概要構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示したＦＢＧ１の反射率スペクトルを示すグラフである。
【図３】図３は、図１に示したＦＢＧ２の反射率スペクトルを示すグラフである。
【図４】図４は、ファイバ端からの光出力の変動率ΔＰｆ／ＰｆとＬ２／Ｌ１との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、フォトダイオードの受光検出電流の変動率ΔＩｍ／ＩｍとＬ２／Ｌ１との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、ＦＢＧを一つのみ有する半導体レーザ装置におけるＲＩＮの周波数スペクトルを示すグラフである。
【図７】図７は、ＦＢＧを二つ有し、Ｌ２／Ｌ１がほぼ整数となるように設定されている半導体レーザ装置におけるＲＩＮの周波数スペクトルを示すグラフである。
【図８】図８は、ＦＢＧを二つ有し、Ｌ２／Ｌ１が整数値から外れるように設定されている半導体レーザ装置におけるＲＩＮの周波数スペクトルを示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置の変形例の概要構成を示す図である。
【図１０】図１０は、ＦＢＧを用いた半導体レーザ装置のＮ＝２の場合の縦モード間隔を説明する説明図である。
【図１１】図１１は、ＦＢＧを用いた半導体レーザ装置のＰ＝３，Ｑ＝２の場合の縦モード間隔を説明する説明図である。
【図１２】図１２は、ＦＢＧを用いた半導体レーザ装置のＰ＝４，Ｑ＝３の場合の縦モード間隔を説明する説明図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置の概要構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態２の変形例である半導体レーザ装置の概要構成を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の概要構成を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態４にかかる半導体レーザ装置の概要構成を示す図である。
【図１７】図１７は、ＦＢＧによって反射する光の経路パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に、本発明にかかる半導体レーザの出力光安定化方法および半導体レーザ装置の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
本発明に係る半導体レーザモジュールの構成例を図１に示す。半導体レーザモジュール２０には、パッケージ２１、光ファイバ５、半導体レーザ６およびフォトダイオード７等が収納されている。パッケージ２１の外部には、光帰還部となるＦＢＧ１およびＦＢＧ２が形成されている。
【００３５】
図２および図３は、ＦＢＧ１およびＦＢＧ２における波長λに対する反射率スペクトルである。ＦＢＧ１とＦＢＧ２は、ほぼ等しい反射中心波長λｃを持つ。反射中心波長は完全に同一でなくともよく、その差は２ｎｍ以内が好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ以内であるとする。また、これらのＦＢＧ１，２の反射率Ｒのピーク値は１〜１０％、より好ましくは２〜４％とする。実際には、ＦＢＧ１の反射中心波長においてＦＢＧ２がゼロでない値を持つ、更に好ましくは０．１％以上の反射率を持つことが重要である。また、これらのＦＢＧ１，２の反射スペクトルの半値幅Δλ１およびΔλ２は、１〜３ｎｍが好ましい。
【００３６】
ここで、半導体レーザ６とＦＢＧ１との光学距離をＬ１とし、半導体レーザ６とＦＢＧ２との光学距離をＬ２とすると、Ｌ２／Ｌ１の値が、Ｎを２以上の整数として、Ｎ−０．０１〜Ｎ＋０．０１の範囲に含まれないようにＦＢＧ１，２の位置がそれぞれ設定されている。Ｌ２／Ｌ１の値はＮ−０．０５〜Ｎ＋０．０５の範囲に含まれないようにすれば一層好ましい。なお、Ｌ１またはＬ２は、半導体レーザの前端面ｆすなわちレーザ光が出射される端面と、ＦＢＧ１またはＦＢＧ２の中心までの光学距離を指すものとする。なお、光学距離は、光路の屈折率と長さとの積で表される。通常、Ｌ１は数十ｃｍ〜１ｍ程度であるが、これより大きい値や小さい値であってもよい。
【００３７】
また、光ファイバ５は、シングルモードファイバの他、コアに非軸対称の応力が付与され、応力付与部の断面形状が円形であるＰＡＮＤＡ（polarization-maintaining  and  absorption-reducing）ファイバ、断面扇状のボウタイファイバ、断面楕円形状の楕円ジャケットファイバ、あるいはコアの導波構造が非軸対称に設定され、コアの断面形状が楕円形の楕円コアファイバ等の複屈折ファイバを利用することができる。
【００３８】
なお、半導体レーザ６の前端面ｆから出射されるレーザ光を光ファイバ５に入射させるため、光結合手段として、ディスクリートレンズ系、レンズドファイバ、先球ファイバ等が適宜選択される。
【００３９】
半導体レーザ６は、レーザ光を前端面ｆから光ファイバ５に出射すると共に、後端面ｒからフォトダイオード７にモニタ光を出射する。
【００４０】
次に、本発明に係る半導体レーザ装置の光出力の安定性を、従来の半導体レーザ装置と比較して示す。半導体レーザ６として、１４８０ｎｍ帯のものを使用している。用いた半導体レーザの共振器長は１．３ｍｍ、活性層の実効屈折率は約３．２である。ＦＢＧ１、ＦＢＧ２の二つのＦＢＧを有する半導体レーザ装置を用いて測定を行った。比較試料として、Ｌ２／Ｌ１の値が整数Ｎに対しＮ−０．０１〜Ｎ＋０．０１の範囲に含まれるような半導体レーザ装置を作製した。
【００４１】
表１は、本発明にかかる半導体レーザ装置の光出力安定性を示すものであり、本発明にかかる半導体レーザ装置試料１〜１２ならびに比較試料１３〜１７について、ファイバ５の端部からの光出力Ｐｆおよびフォトダイオード７の受光検出電流Ｉｍの変動率ΔＰｆ／ＰｆおよびΔＩｍ／Ｉｍを測定した結果である。なお、測定を行っていないところは「−」で示している。測定条件１は、半導体レーザ６への注入電流が１００−１５０ｍＡであり、測定条件２は、半導体レーザ６への注入電流が２００−１０００ｍＡであり、表１には、それぞれ平均値を示している。また、表１において、Ｌ１，Ｌ２の値は、それぞれヒューレット・パッカード社製のプレシジョン・リフレクトメータ（ＨＰ−８５０４Ｂ）により測定された光学距離を用いている。
【００４２】
【表１】
2010010725.tif 000003
【００４３】
表１に示した結果を、横軸にＬ２／Ｌ１の値、縦軸にΔＰｆ／ＰｆおよびΔＩｍ／Ｉｍをとってグラフとしたものを図４および図５に示す。
【００４４】
上の結果からわかるように、本発明に係る試料１〜１２におけるＰｆおよびＩｍの変動率は、比較試料１３〜１７における変動率に比べて小さい。また、試料１〜１２の中でも、Ｌ２／Ｌ１の値がＮ±０．０１の範囲には含まれないがＮ±０．０２７の範囲に含まれている試料８、９、１１などに比べて、Ｎ±０．０２７の範囲にも含まれない試料１〜５や試料１２などにおける変動率はさらに小さい。したがって、本発明のより好ましい形態は、Ｌ２／Ｌ１の値がＮ−０．０２７〜Ｎ＋０．０２７の範囲に含まれないものとする。また、さらに好ましくは、Ｎ−０．０５〜Ｎ＋０．０５の範囲に含まれないものとする。
【００４５】
以上のように、本発明により、ファイバ端光出力およびモニタ光出力の変動がきわめて小さく安定性に優れた半導体レーザモジュールが実現できることが示された。
【００４６】
ところで、本発明者らは、相対強度雑音（relative  intensity  noise、以下、単にＲＩＮという）を測定することにより、Ｌ２／Ｌ１が整数付近の値であるか否かを判断できることを見出した。以下、このことについて説明する。
【００４７】
図６〜８は、ＦＢＧの個数や位置の異なる半導体レーザ装置について測定されたＲＩＮの周波数スペクトルである。測定時のレーザ注入電流は１０００ｍＡとした。このうち、図６に係る半導体レーザ装置は、ＦＢＧを一つのみ有している。図６には、ＦＢＧを有する半導体レーザ装置の特徴として、ＲＩＮの周期性が表れている。
【００４８】
一方、図７に係る半導体レーザ装置は、ＦＢＧを二つ有し、Ｌ２／Ｌ１がほぼ整数となるように設定されている。この場合のＲＩＮスペクトルは、複数の周期成分が重ね合わされた形となっている。この半導体レーザ装置においては、光出力の不安定性が見られた。
【００４９】
これに対し、図８に係る半導体レーザ装置は、ＦＢＧを二つ有し、Ｌ２／Ｌ１が整数値から外れるように設定されている。この場合のＲＩＮスペクトルは、図６に示されたような単一の周期成分に周期性を持たない不規則な成分が重ね合わされた形となっている。この半導体レーザ装置において、光出力は時間変動を示さず安定していた。
【００５０】
このように、ＲＩＮスペクトルを測定することによって、Ｌ２／Ｌ１がほぼ整数値であるか否かを判断することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態１として、二つのＦＢＧを有する半導体レーザ装置の例を示したが、図９に示すようにＦＢＧの個数は３個以上であってもよく、その場合には、半導体レーザの前端面ｆから第ｉのＦＢＧｉ（ｉ＝２、３、・・・、ｎ）までの光学距離をＬｉとして、Ｌｉ／Ｌ１がＮ−０．０１〜Ｎ＋０．０１の範囲に含まれないように各ＦＢＧｉの位置を設定するものとする。より好ましくはＬｉ／Ｌ１がＮ−０．０５〜Ｎ＋０．０５の範囲に含まれないように設定する。
【００５２】
本発明の構成をとることによる作用は、次のように説明される。ＦＢＧで構成される外部共振器を有する半導体レーザ装置においては、Ｌ1、Ｌｉ（ｉ＝２、３、・・・、ｎ）の逆数に比例した周波数間隔で外部共振器縦モードが存在する。たとえばＬｉ／Ｌ１がほぼ整数値をとる場合、ＦＢＧｉに起因する縦モードのうちＮ本に１本がＦＢＧ１に起因する縦モードと重なり合うことになる。この様子を図１０に示す。図１１は、Ｎ＝２の場合について示している。この重なりが多いほど、縦モード間の競合が大きくなり、光出力の不安定性が増す。なお、Ｎが大きければ縦モードが重なる割合が小さくなるので、不安定の度合いは小さくなる。
【００５３】
さらに、ＬｉがＬ１のＰ／Ｑ倍（Ｐ、Ｑは互いに素な自然数で、Ｐ＞Ｑ）の場合（すなわち、Ｌｉ／Ｌ１が１よりも大きな有理数となる場合）について考えると、この場合、両外部共振器の縦モードの間隔に関して（１／Ｌ１）×Ｑ＝（１／Ｌｉ）×Ｐが成立するから、ＦＢＧ１に起因する縦モードについてみればＱ本に１本の割合で、ＦＢＧｉに起因する縦モードについてみればＰ本に１本の割合で、２つのＦＢＧに起因する縦モードが重なることになる。たとえば、Ｐ／Ｑ＝３／２の場合にはＦＢＧ１に起因する縦モードについてみれば２本に１本の割合で、ＦＢＧｉに起因する縦モードについてみれば３本に１本の割合で２つのＦＢＧに起因する縦モードが重なる（図１１参照）。同様に、Ｐ／Ｑ＝４／３の場合には、ＦＢＧ１に起因する縦モードについてみれば３本に１本の割合で、ＦＢＧｉに起因する縦モードについてみれば４本に１本の割合で２つのＦＢＧに起因する縦モードが重なる（図１２参照）。このように、複数の外部共振器の縦モードが重なると、光出力が不安定となりうる。したがって、Ｌｉ／Ｌ１の値が、有理数Ｐ／Ｑに対し、Ｐ／Ｑ−０．０１〜Ｐ／Ｑ＋０．０１の範囲に含まれないようにＦＢＧの光学距離を設定することも効果的である。
【００５４】
なお、Ｐ、Ｑの値が大きい場合には、縦モードの重なりの影響は小さくなると考えられ、光出力不安定の度合いは小さくなる。実用的には、ＰとＱの和が５以下となるような互いに素な自然数の組合せ（Ｐ，Ｑ）（Ｐ＞Ｑ）のすべてについて、Ｌｉ／Ｌ１の値がＰ／Ｑ−０．０１〜Ｐ／Ｑ＋０．０１の範囲に含まれないようにＦＢＧの光学距離を設定すれば十分である。
【００５５】
また、図４および図５からわかるように、Ｌ２／Ｌ１の値が４よりも大きい場合（Ｌ２／Ｌ１＞４．０１）には、上記Ｎ，Ｐ，Ｑが如何様であっても、ΔＰｆ／ＰｆおよびΔＩｍ／Ｉｍは小さい。したがって、Ｌｉ／Ｌ１＞４．０１とすることによって、光出力を安定化させることができる。
【００５６】
以上のことから、出力光が出射される前端面を有する半導体レーザと、前記半導体レーザから出射された前記出力光が入射される光ファイバと、前記半導体レーザに前記出力光を帰還し、前記前端面からの光学距離がＬ１である第１の光帰還部と、前記半導体レーザに前記出力光を帰還し、前記前端面からの光学距離がＬｉ（ｉ＝２、３、・・・ｎ）であるｎ個（ｎ≧２）の第ｉの光帰還部とを有する半導体レーザ装置において、Ｐ／Ｑを整数でない正の有理数として、Ｌｉ／Ｌ１の値がＰ／Ｑ−０．０１〜Ｐ／Ｑ＋０．０１の範囲に含まれないように前記第ｉの光帰還部の位置を設定した場合にも、優れた光出力安定性を得ることができる。
【００５７】
なお、隣接する光帰還部の間の光学距離は、５ｍｍ以上、好ましくは１０ｃｍ以上、さらに好ましくは５０ｃｍ以上とすることが望ましい。
【００５８】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、１本の光ファイバ５上にＦＢＧ１〜ＦＢＧｎである複数の光帰還部を直列に設けるようにしていたが、この実施の形態２では、少なくともＦＢＧ２〜ＦＢＧｎを並列接続するようにしている。
【００５９】
図１３は、本発明の実施の形態２である半導体レーザ装置の構成を示す図である。図１３に示すように、この半導体レーザ装置３０は、ＦＢＧ１とＦＢＧ２〜ｎとの間に１対（ｎ−１）の光分岐を行う分岐部４１を設けている。ＦＢＧ１は、光ファイバ５に対応する光ファイバ５−１上であって、光学距離Ｌ１の位置に設けられる。ＦＢＧ２〜ｎは、分岐部４１によって分岐された光ファイバ５−２〜５−ｎ上であって、それぞれ光学距離Ｌ２〜Ｌｎの位置に設けられる。ここで、半導体レーザ６の前端面ｆと分岐部４１の接続点までが前段光路３１を形成し、分岐部４１および光ファイバ５−１〜５−ｎが後段光路３２を形成する。なお、各ＦＢＧ１〜ｎの反射中心波長や光学距離などのパラメータは全て実施の形態１と同じであるとともに、実施の形態１の変形例も全て適用することができる。
【００６０】
なお、ＦＢＧ２〜ｎの出力端は、レーザ光を全反射させてもよいし、一部出力するようにしてもよい。さらに、分岐部４１による各光ファイバ５−１〜５−ｎの光分岐配分は任意に設定できる。
【００６１】
この実施の形態２では、１本の光ファイバ５上に複数のＦＢＧを作るのではなく、各光ファイバ５−１〜５−ｎ上にそれぞれ１つのＦＢＧを作り、このＦＢＧが設けられた各光ファイバ５−１〜５−ｎを分岐部４１で結合するようにしているので、複数のＦＢＧ間の多重反射を抑制するとともに、製作上容易であり、しかも修理などのメンテナンスも容易になる。
【００６２】
なお、図１４に示す半導体レーザ装置３０のように、前段光路３１にＦＢＧ１を設けず、後段光路３２にＦＢＧ１を設けるようにしてもよい。この場合、分岐部４１によって分岐される光ファイバはｎ本となる。もちろん、ＦＢＧ１の光学距離Ｌ１は、他のＦＢＧ２〜ｎの各光学距離Ｌ２〜Ｌｎに比して短い。
【００６３】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３では、実施の形態２に示した構成に、直交偏波合成部を設け、偏光度が低減された光として出力できるようにしている。
【００６４】
図１５は、本発明の実施の形態３である半導体レーザ装置の構成を示す図である。図１５に示すように、この半導体レーザ装置４０は、２つのＦＢＧ１，２をもつ分岐光路３２の後段に直交偏波合成部５１をもつ後段光路３３を設けている。直交偏波合成部５１は、たとえばルチルなどの複屈折結晶によって実現され、入力部Ｐ１，Ｐ２に入力される光はそれぞれ直交している。光ファイバ５−１，５−２を偏波保持ファイバによって構成すれば、入力端Ｐ１，Ｐ２の光の直交入力は容易に実現することができる。直交偏波合成部５１に入力された光は、光ファイバ５ｂを介して外部に出力される。
【００６５】
ここで、レーザ光のデポラライズ（無偏光化）は、デポラライズされる光のコヒーレンシーが低いほど効率的に行うことができる。この場合、直交偏波合成部５１に入力される光は、複数のＦＢＧを用いてコヒーレンシーが低くされているため、光ファイバ５ｂから出力される光は確実に偏光度が低減された光として出力されることになる。
【００６６】
なお、デポラライズによって偏光度が低減されたレーザ光を得る方策として、出力用ＰＭＦ（偏波保持ファイバ；Polarization  Maintaining  Fiber）の先端に主軸を４５度ずらして別のＰＭＦを融着接続し、この別のＰＭＦ中を伝搬させることによって、その他端から偏光度の低減された光を得る技術が知られているが、この技術では、環境温度等の条件によって出力されるレーザ光の偏光度が変動する場合があるという問題があった。さらに、この技術では、デポラライズに使用する他のＰＭＦの長さを適切に選択する必要があり、この長さの調整が困難であり、確実に偏光度が低減された光を得ることができなかった。これに対し、この実施の形態３に示した半導体レーザ装置４０では、上述したように、確実に偏光度が低減されたレーザ光を出力することができる。
【００６７】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１〜３では、いずれも複数のＦＢＧ１〜ｎを設け、各ＦＢＧ１〜ｎの光学距離を各ＦＢＧ１〜ｎの光ファイバの配置位置によって得るようにしていたが、この実施の形態４では、１つのＦＢＧのみによって複数の光学距離を得るようにしている。
【００６８】
図１６は、本発明の実施の形態４にかかる半導体レーザ装置の構成を示す図である。図１６に示すように、この半導体レーザ装置５０は、１つのＦＢＧのみを用い、このＦＢＧと半導体レーザ６の前端面ｆとの間に双方向性光結合器６１を設けるとともに、ループ光路６２を設けている。
【００６９】
半導体レーザ６の前端面ｆとＦＢＧとの間の光学距離はＬ１（ループ光路６２を介しない場合の光学距離）に設定される。双方向性光結合器６１は、２対２の光カプラなどによって実現され、４つの入出力端Ｐ１１〜Ｐ１４を有する。入出力端Ｐ１１は、光ファイバ５を介して半導体レーザ６側に接続される。入出力端Ｐ１２は、光ファイバ６５を介してＦＢＧに接続される。入出力端Ｐ１３，Ｐ１４は、光学距離Ｌαをもつ光ファイバが接続され、ループ光路６２が形成される。
【００７０】
半導体レーザ６から出力されたレーザ光は光ファイバ５を介して入出力端Ｐ１１に入力され、図１７に示すように、ＦＢＧに入力する光は、出力端Ｐ１２を介して直接ＦＢＧに出力する光と、入出力端Ｐ１４，Ｐ１３を介してループ光路６２を周回してＦＢＧに出力する光とが存在する。一方、ＦＢＧから反射する光は、入出力端Ｐ１２に入力されるが、直接入出力端Ｐ１１から半導体レーザ６側に出力する光と、ループ光路６２を周回して半導体レーザ６側に出力する光とが存在する。
【００７１】
ここで、ループ光路６２の周回数をＳとすると、（Ｓ＋１）×（Ｓ＋１）の組み合わせからなる光学距離Ｌ１〜Ｌｎを有した複数のＦＢＧ１〜ｎが仮想的に存在したことと同じになる。特に、１つのループ光路６２のみで、周回による無限に近い多数の光学経路を形成できるため、多数のＦＢＧを設けたと同じ作用効果を得ることができるとともに、簡易な構成で実施の形態１〜３と同様にコヒーレンシーの低下を一層得ることができる。さらに、半導体レーザ装置の小型軽量化を促進することができる。
【００７２】
なお、双方向性光結合器６１は、２対２すなわち入出力がともに２つであったが、これに限らず、ｍ対ｎの入出力端を有し、入出力端Ｐ１１，Ｐ１２以外の入出力端が光ファイバによって接続されたループ光路を形成するようにしてもよい。この場合、複数のループ光路が形成されるが、各ループ光路の光学距離を異ならせることが好ましい。また、双方向性光結合器６１の各入出力端間の結合度を異ならせるようにしてもよい。
【００７３】
ところで、上述した実施の形態１〜４では、光帰還部がＦＢＧである場合について説明したが、少なくとも一つの光帰還部を誘電体膜やファイバの断面などとしてもよい。
【００７４】
また、上述した実施の形態１〜４では、ＥＤＦＡ用の励起光源として用いられる出射波長が１４８０ｎｍ帯の半導体レーザ装置について示したが、本発明を適用できる波長帯に特に限定はなく、ラマンアンプ用の励起光源として用いられる１３８０ｎｍ〜１５２０ｎｍの出射波長帯域のものや、９８０ｎｍ帯、９３０ｎｍ〜１０６０ｎｍ程度の出射波長帯域を有する半導体レーザ装置に適用することもできる。また、本発明の半導体レーザ装置の用途は光ファイバアンプに限られるものではなく、広く産業用のレーザデバイスに用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明にかかる半導体レーザの出力光安定化方法および半導体レーザ装置は、ラマンアンプやＥＤＦＡ用の励起光源として有用であり、特に出射波長が１４８０ｎｍ帯（１３８０ｎｍ〜１５２０ｎｍ程度）の半導体レーザ装置について適用される。さらに、どのような波長の半導体レーザ装置にも適用できることは言うまでもなく、特に、９８０ｎｍ帯(９３０ｎｍ〜１０６０ｎｍ程度)半導体レーザ装置に適用する効果は大きい。また、本発明の半導体レーザの出力光安定化方法および半導体レーザ装置の用途は光ファイバアンプに限られず、広く産業用のレーザデバイスに用いることが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
５，５−１〜５−ｎ，５ａ，５ｂ，６５  光ファイバ
６  半導体レーザ
７  フォトダイオード
２０，３０，４０，５０  半導体レーザ装置
２１  パッケージ
３１  前段光路
３２  分岐光路
３３  後段光路
４１  分岐部
６１  双方向性光結合器
６２  ループ光路
ＦＢＧ１〜ＦＢＧｎ  ファイバブラッググレーティング（光帰還部）
Ｌ１〜Ｌｎ，Ｌα  光学距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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