(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の出力ビームに沿った光軸上に配置され、磁石を含む第１の光部品と、
前記半導体レーザ素子と前記第１の光部品との間の前記光軸上に配置され、鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）の少なくともいずれか一方を含む第１の支持体を有する第２の光部品と、
前記第１の光部品と前記第２の光部品との間において、前記第１の光部品に近接して配置され、前記磁石の磁気回路の一部に含まれる磁性体と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記磁性体は、ＦｅおよびＮｉの少なくともいずれか一方を含んだことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第２の光部品が固定された前記磁性体を含む第２の支持体をさらに備え、
前記光軸方向において、前記第２の支持体の端と、前記第１の光部品の端と、が当接したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第２の光部品が固定された前記磁性体を含む第２の支持体と、
前記第１の光部品が固定された第３の支持体と、
をさらに備え、
前記光軸方向において、前記第２の支持体の端と、前記第３の支持体の端と、が当接したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第２の光部品が固定された前記磁性部材を含む第２の支持体と、
前記第１の光部品が固定された第３の支持体と、
前記第２の支持体と前記第３の支持体との間に設けられた第４の支持体と、
をさらに備え、
前記光軸方向において、前記第２の支持体の端と前記第３の支持体の端とが、前記第４の支持体に当接したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第２の支持体は、前記光軸と交差する方向の両端から前記光軸に沿って前記半導体レーザ素子の方向に延在する第１のアーム部と第２のアーム部とを有し、
前記第２の光部品が、前記第１アーム部と前記第２アーム部との間に挟持されたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記半導体レーザ素子および前記第２の光部品が固定された第１の基板と、
前記第１の光部品が固定された第２の基板と、
をさらに備え、
前記光軸方向において、前記第１の基板の端と、前記第２の基板の端と、が当接したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記半導体レーザ素子および前記第２の光部品が固定された主面を有した第３の基板をさらに備え、
前記磁性体は、前記第３の基板の前記主面上において、前記主面から前記光軸までの高さよりも低い位置に配置されたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバー通信網の大容量化に伴い、光源に用いられる半導体レーザ装置の高性能化、小型化が求められている。これに対応するためには、小型ケースの中に多数の光部品を収納する技術が求められ、必然的に部品相互の間隔が狭くなる。光部品の中には、相互に作用を及ぼすものがあり、部品間の間隔が狭くなるとその影響を考慮する必要がある。
【０００３】
例えば、半導体レーザへの戻り光を遮断するために用いられる光アイソレータは、磁石を内蔵しており、部品間の間隔が狭くなると、他の部品に磁場の影響を及ぼす場合がある。特許文献１には、光アイソレータの漏洩磁場を積極的に利用してレーザの発振周波数を安定化させる装置が記載されている。
【０００４】
一方、光部品相互の間隔が狭くなると、光アイソレータの磁場が半導体レーザ装置に悪影響を及ぼす場合もある。例えば、磁性体を含む光部品に磁場による吸引力が作用し、光軸の変動などの不具合を生じさせる懸念がある。そこで、光部品間の相互作用を緩和し安定に動作する半導体レーザ装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８４７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、光部品の磁界の影響を低減して安定に動作する半導体レーザ装置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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の出力ビームに沿った光軸上に配置され、磁石を含む第１の光部品と、前記半導体レーザ素子と前記第１の光部品との間の前記光軸上に配置され、鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）の少なくともいずれか一方を含む第１の支持体を有する第２の光部品と、前記第１の光部品と前記第２の光部品との間において、前記第１の光部品に近接して配置され、前記磁石の磁気回路の一部に含まれる磁性体と、を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光部品の磁界の影響を低減して安定に動作する半導体レーザ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係る半導体レーザ装置の部品配置を示す模式図である。
【図２】一実施形態に係る半導体レーザ装置のケース内の部品配置を示す模式図である。
【図３】第１の実施例に係る半導体レーザ装置の部品配置を示す模式図である。
【図４】第２の実施例に係る半導体レーザ装置の部品配置を示す模式図である。
【図５】第３の実施例に係る半導体レーザ装置の部品配置を示す模式図である。
【図６】第４の実施例に係る半導体レーザ装置の部品配置を示す模式図である。
【図７】比較例に係る半導体レーザ装置の部品配置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。
【００１１】
図１は、一実施形態に係る半導体レーザ装置１００の部品配置を例示する模式図である。図１（ａ）は、基板１０の主面上の部品配置を示す平面図であり、図１（ｂ）は、正面図である。以下、図３〜図７についても同様である。
【００１２】
半導体レーザ装置１００は、半導体レーザ素子２０と、第１の光部品である光アイソレータ３０と、第２の光部品であるコリメートレンズ４０と、を備えている。  
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子２０は、ヒートシンク２１を介して基板１０の主面上に配置され、同図中の光軸ＬＸの方向にレーザビームを放射する。光アイソレータ３０は光軸ＬＸ上に配置され、半導体レーザ素子２０の出力ビームを一方向に通過させ、戻り光を遮断する。半導体レーザ素子２０と光アイソレータ３０との間の光軸ＬＸ上には、コリメートレンズ４０が配置されている。
【００１３】
光アイソレータ３０は、例えば、ファラデー回転子を含む光学結晶３２と、光学結晶３２の中に磁場を形成する磁石３３ａおよび３３ｂを有している。  
コリメートレンズ４０は、半導体レーザ素子２０から放射されるレーザ光を平行光にするレンズ４３と、第１の支持体であるレンズホルダ４１と、を有している。レンズホルダは、鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）の少なくともいずれか一方を含む。例えば、レンズ４３が硬質硝子である場合には、線膨張係数が硝子に近いコバールを用いることができる。
【００１４】
さらに、半導体レーザ装置１００は、光アイソレータ３０とコリメートレンズ４０との間において、光アイソレータ３０に近接して配置された磁性体５０を備えている。磁性体５０は、光アイソレータ３０に含まれる磁石３３ａおよび３３ｂが形成する磁気回路の一部に含まれる。すなわち、磁石３３ａおよび３３ｂのそれぞれの磁束の一部が磁性体５０を貫く閉磁路３５（磁気回路）を形成するように配置される。
【００１５】
例えば、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、磁石３３ａおよび３３ｂの磁束が、磁性体５０と光学結晶３２とを貫いて閉磁路３５を形成する。磁性体５０を貫く磁束は、磁石３３ａおよび３３ｂの全磁束の一部であれば良い。これにより、磁石３３ａおよび３３ｂと、レンズホルダ４１と、の間に働く吸引力ＭＦ１を、磁性体５０を配置しない場合よりも低減することができる。
【００１６】
次に、本実施形態に係る半導体レーザ装置１００の作用効果について説明する。  
図２は、半導体レーザ装置１００のケース７０に含まれる光部品の平面配置を示す模式図である。ここでは、半導体レーザ装置１００として、半導体レーザ素子の発振波長を安定化させるためのフィードバック系、所謂波長ロッカを含むレーザ装置を例示するが、これに限定される訳ではなく、ケースの小型化により光部品間の間隔が狭くなるレーザ装置全般に対して、本実施形態の効果が生じることは明らかである。
【００１７】
ケース７０の内部に載置された基板１０の主面上には、ヒートシンク２１を介して半導体レーザ素子２０が配置されている。半導体レーザ素子２０の出力ビームに沿った光軸ＬＸ上には、コリメートレンズ４０および光アイソレータ３０、さらにビームスプリッタ７２が配置されている。ビームスプリッタ７２は、半導体レーザ素子２０の出力ビームをメインビームとモニタービームとに分離する。メインビームは、図２中に示す光軸ＬＭに沿って、ケースの窓７８から外部へ伝搬し、集光レンズ７６により光結合された光ファイバ８０の中を伝搬して行く。
【００１８】
一方、モニタービームは、図２中に示す光軸ＬＳに沿って伝搬し、さらに反射ミラー７３によって伝播方向が変えられ受光素子７５に入射する。反射ミラー７３と受光素子７５の間には、エタロン板７４が配置されている。受光素子７５は、エタロン板７４を通過したモニタービームを検出し、出力ビームの波長変動をモニタービームのパワー変化として出力する。例えば、受光素子７５の出力を半導体レーザ素子２０の駆動回路にフィードバックすることにより、半導体レーザ素子２０の発振波長を安定化させることができる。
【００１９】
上記のように複数の光部品を備える半導体レーザ装置１００を小型化すると、ケース７０のサイズが縮小され、必然的に光部品相互の間隔が狭くなる。  
光アイソレータ３０は、半導体レーザ素子２０の出力ビームをビームスプリッタ７２の方向に通過させ、例えば、光ファイバ８０から半導体レーザ素子２０に戻る反射光を遮断する。これにより、半導体レーザ素子２０の動作を安定させることができる。  
一方、光アイソレータ３０は、ファラデー回転子を機能させるための磁石を有しており、光部品相互の間隔が狭くなると周辺に配置された光部品に磁界の影響を及ぼすようになる。
【００２０】
図７（ａ）および（ｂ）に示す比較例に係る半導体レーザ装置１５０では、光アイソレータ３０は、コリメートレンズ４０を挟んで、半導体レーザ素子２０の近くに配置されている。前述した光ファイバ８０からの反射光に限らず、ケース７０の内部に配置された光部品からの反射光などの戻り光を遮断し、半導体レーザ素子２０を安定に動作させるためには、光アイソレータ３０を半導体レーザ素子２０に近づけて配置することが望ましい。
【００２１】
一方、半導体レーザ素子２０と光アイソレータ３０との間に配置されるコリメートレンズ４０には、レーザ光の透過率が高い石英などの硬質硝子を材料とするレンズ４３が用いられる。したがって、レンズ４３を保持するレンズホルダ４１には、線膨張係数が硬質硝子に近いＦｅおよびＮｉの少なくともいずれか一方を含む材料を用いることが望ましい。したがって、レンズホルダ４１は磁性体であり、光アイソレータ３０に近い位置に配置すると、光アイソレータ３０に含まれる磁石３３ａおよび３３ｂの磁界により、常時、吸引力ＭＦ２の作用を受けることになる。
【００２２】
このため、半導体レーザ素子２０の出力ビームに沿った光軸ＬＸが変動し、半導体レーザ装置１５０の特性に影響を与えることが懸念される。具体的には、例えば、通信システム内で動作している半導体レーザ素子１５０が経時劣化を起こし、図７（ｂ）中の４０ｂに示すようにコリメートレンズ４０が傾き光軸ＬＸが変化するおそれがある。これにより、光ファイバ８０との間の光結合がずれて光出力が変動する等の問題を生じさせることが懸念される。
【００２３】
これに対し、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ装置１００では、光アイソレータ３０とコリメートレンズ４０との間に、光アイソレータ３０に近接して配置された磁性体５０を備える。磁性体５０には、空気中よりも高い密度の磁束が通り抜け、磁性体５０と光学結晶３２とを貫いた閉磁路３５が形成される。これにより、光アイソレータ３０とコリメートレンズ４０との間の磁界の強度が低減される。
【００２４】
したがって、光アイソレータ３０とコリメートレンズ４０との間に作用する吸引力ＭＦ１は、半導体レーザ装置１５０において作用する吸引力ＭＦ２よりも小さくなり、光軸ＬＸの変動を抑制することができる。  
また、基板１０の上に光アイソレータ３０およびコリメートレンズ４０を配置する際に吸引力ＭＦ１が小さいと、相互の位置合わせが容易となり作業性を向上させることができる。
【００２５】
磁性体５０は、半導体レーザ素子２０およびコリメートレンズ４０が固定された基板１０（第３の基板）の主面から光軸ＬＸまでの高さよりも低い位置に配置しても良い。これにより、光アイソレータ３０における戻り光の遮断特性を変化させないように、光学結晶３２の内部磁界の変化を抑制することができる。すなわち、光アイソレータ３０に含まれるファラデー回転子の飽和磁界よりも大きな磁界を確保した上で、光アイソレータ３０とコリメートレンズ４０との間に作用する吸引力ＭＦ１を低減することができる。
【００２６】
図３は、第１の実施例に係る半導体レーザ装置２００の部品配置を示す模式図である。図３（ａ）は、基板１０上の平面配置を示し、図３（ｂ）は、正面から見た配置を示している。
【００２７】
半導体レーザ装置２００は、第２の支持体であるレンズガイド５１を備えている点で、半導体レーザ装置１００と相違する。  
レンズガイド５１は、光軸ＬＸと交差する支持部５３と、支持部５３の両端から、光軸ＬＸに沿って半導体レーザ素子２０の方向に延在する第１のアーム部であるアーム５５ａと、第２のアーム部であるアーム５５ｂとを有している。支持部５３は、磁性体を含む。
【００２８】
一方、光アイソレータ３０は、第３の支持体であるベース３１上に固定されている。具体的には、図３（ａ）に示すように、ベース３１上に光学結晶３２が固定され、さらに光学結晶３２を挟んで磁石３３ａおよび３３ｂが固定されている。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、コリメートレンズ４０は、アーム５５ａとアーム５５ｂとの間に挟持されて固定される。すなわち、レンズガイド５１が、基板１０の主面に固定され、コリメートレンズ４０は、レンズガイド５１に固定されることにより、間接的に基板１０の主面に固定される。これにより、コリメートレンズ４０に含まれるレンズ４３の位置調整を容易にする。
【００３０】
コリメートレンズ４０は、レンズガイド５１との間の相対的な位置関係において、アーム５５ａとアーム５５ｂとの間に挟持された状態で、図３中に示す光軸ＬＸに沿ったＹ方向にスライド可能である。また、図３（ｂ）中に示すＺ方向への移動、およびＹ方向への傾き角θ２の修正が可能である。一方、レンズガイド５１は、基板１０の主面上において、図３（ａ）に示すＸ方向への移動、および、Ｚ軸を中心とした回転（θ１方向）が可能である。  
したがって、レンズガイド５１を使用することによって、光軸ＬＸ上におけるレンズ４３のＸ、Ｙ、Ｚ方向の位置、および、θ１、θ２の調整をすることができる。
【００３１】
具体的には、アーム５５ａとアーム５５ｂとの間にコリメートレンズ４０を挟み込んだ状態で、コリメートレンズ４０およびレンズガイド５１の双方を移動させて、レンズ４３のＸ、Ｙ、Ｚ方向の位置およびθ１、θ２を調整する。その後、レンズガイド５１を、例えば、レーザ溶着法を用いて基板１０の主面上に固定する。続いて、コリメートレンズ４０のレンズホルダ４１をアーム５５ａおよび５５ｂに固定する。
【００３２】
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、半導体レーザ装置２００では、光軸ＬＸの方向において、レンズガイド５１の端と、光アイソレータ３０のベース３１の端と、が当接して配置されている。
【００３３】
ベース３１に当接するレンズガイド５１の端部は、磁性体を含む支持部５３である。すなわち、磁性体を含む支持部５３は、光アイソレータ３０の磁石３３ａおよび３３ｂに近接して配置され、磁石３３ａおよび３３ｂの磁気回路の一部に含まれる。これにより、光アイソレータ３０とコリメートレンズ４０との間の磁界強度が低減される。  
さらに、レンズガイド５１の端と、光アイソレータ３０のベース３１の端と、を当接させることにより双方の相対的な位置が安定し、光軸ＬＸの変動を抑制することができる。
【００３４】
図３に示す例では、支持部５３の端面とベース３１の端面とが面接触している状態が表されているが、これに限られず、例えば、レンズガイド５１およびベース３１のいずれか一方が傾いて固定され、いずれか一方の端辺と他方の端面とが接触しても良い。
【００３５】
支持部５３には、ＦｅおよびＮｉの少なくともいずれか一方を含む磁性材を用いることができる。さらに、アーム５５ａおよび５５ｂも、ＦｅおよびＮｉの少なくともいずれか一方を含むことができる。すなわち、レンズガイド５１は、ＦｅおよびＮｉの少なくともいずれか一方を含む磁性材を用いて一体に成形することができる。
【００３６】
また、レンズガイド５１は、レンズホルダ４１と同じ材質、または、線膨張係数の近い材料を用いると良い。例えば、ＦｅおよびＮｉを含む合金であるコバールを用いて製作することができる。
【００３７】
図４は、第２の実施例に係る半導体レーザ装置２１０の部品配置を示す模式図である。
本実施例に係る半導体レーザ装置２１０では、光軸ＬＸの方向において、レンズガイド５１の端と、光アイソレータ３０ｂの端と、が当接している。  
具体的には、光アイソレータ３０ｂの光学結晶３２および磁石３３ａ、３３ｂが、半導体レーザ素子２０の側にせり出してベース３１に固定されており、レンズガイド５１の端に接触している。
【００３８】
このような配置であっても、レンズガイド５１の支持部５３に貫通する閉磁路３５が形成され、コリメートレンズ４０と光アイソレータ３０ｂとの間の磁界の強度を低減することができる。  
図４に示す配置では、光アイソレータ３０ｂの光学結晶３２および磁石３３ａ、３３ｂがレンズガイド５１の支持部５３に接触する構成となっているが、例えば、磁石３３ａおよび３３ｂのみが接触するようにしても良い。
【００３９】
図５は、第３の実施例に係る半導体レーザ装置２２０の部品配置を示す模式図である。
本実施例に係る半導体レーザ装置２２０では、コリメートレンズ４０が固定されたレンズガイド５１と、光アイソレータ３０が固定されたベース３１と、の間に、第４の支持体であるスペーサ６１および６２が設けられている。
【００４０】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、レンズガイド５１の端とベース３１の端とは、光軸ＬＸの方向において、スペーサ６１および６２に当接している。スペーサ６１および６２に接するレンズガイド５１の支持部５３は磁性体を含み、光アイソレータ３０の磁石３３ａ、３３ｂの閉磁路３５の一部を含む。すなわち、磁石３３ａおよび３３ｂの磁気回路の一部に含まれる。
【００４１】
このように、レンズガイド５１と光アイソレータ３０との間に、スペーサ６１、６２を介在させても、相互に作用する吸引力ＭＦ１を小さくすることが可能であり、光軸ＬＸの変動を抑制することができる。
【００４２】
スペーサ６１および６２は、例えば、基板１０の主面に設けられた位置決めのマーカであっても良い。また、スペーサ６１とスペーサ６２とを一体に設けることもできる。さらに、スペーサ６１および６２の少なくとも一方を、レンズガイド５１の端部または光アイソレータ３０のベース３１の端部に接着しても良い。
【００４３】
図６は、第４の実施例に係る半導体レーザ装置２３０の部品配置を示す模式図である。
本実施例に係る半導体レーザ装置２３０は、半導体レーザ素子２０およびコリメートレンズ４０が固定された第１の基板である基板１４と、光アイソレータ３０が固定された第２の基板である基板１２と、を備えている。  
図６（ａ）および（ｂ）に示すように、光軸ＬＸの方向において、基板１４の端と基板１２の端と、が当接している。
【００４４】
さらに、基板１４の主面上に固定されたレンズガイド５１の端と、基板１２の主面上に固定された光アイソレータ３０のベース３１の端と、が対向して配置されている。レンズガイド５１の支持部５３は、磁性体を含み光アイソレータ３０に近接して配置されている。これにより、光アイソレータ３０の磁石３３ａおよび３３ｂが形成する閉磁路３５の一部が、支持部５３を貫通する。
【００４５】
したがって、レンズガイド５１に固定されたコリメートレンズ４０と、光アイソレータ３０と、の間に作用する吸引力ＭＦ１が弱められ、光軸ＬＸの変動を抑制することができる。さらに、基板１４と基板１２とを当接させることにより、光アイソレータ３０とコリメートレンズ４０との間に吸引力ＭＦ１が作用する状態において、相対的な位置関係を安定させることができる。
【００４６】
以上、本発明に係る一実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。また、出願時の技術水準に基づいて、当業者がなし得る設計変更や、材料の変更等、本発明と技術的思想を同じとする実施態様も本発明の技術的範囲に含有される。
【符号の説明】
【００４７】
１０、１２、１４・・・基板、  ２０・・・半導体レーザ素子、  ２１・・・ヒートシンク、  ３０、３０ｂ・・・光アイソレータ、  ３１・・・ベース、  ３２・・・光学結晶、  ３３ａ、３３ｂ・・・磁石、  ３５・・・閉磁路、  ４０・・・コリメートレンズ、  ４１・・・レンズホルダ、  ４３・・・レンズ、  ５０・・・磁性体、  ５１・・・レンズガイド、  ５３・・・支持部、  ５５ａ、５５ｂ・・・アーム、  ６１、６２・・・スペーサ、  ７０・・・ケース、  ７２・・・ビームスプリッタ、  ７３・・・反射ミラー、  ７４・・・エタロン板、  ７５・・・受光素子、  ７６・・・集光レンズ、  ７８・・・窓、  ８０・・・光ファイバ、  １００、１５０、２００、２１０、２２０、２３０・・・半導体レーザ装置、  ＬＸ、ＬＭ、ＬＳ・・・光軸、  ＭＦ１、ＭＦ２・・・吸引力
【図１】
0005416639.tif 000002
【図２】
0005416639.tif 000003
【図３】
0005416639.tif 000004
【図４】
0005416639.tif 000005
【図５】
0005416639.tif 000006
【図６】
0005416639.tif 000007
【図７】
0005416639.tif 000008