(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射端から自由空間に向けて光を出射する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射されて入射端の端面に入射した光のうちクラッドモード光となった光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する回折格子が前記入射端近傍に形成された光ファイバと、
を備えることを特徴とする光ファイバ結合系。
【請求項２】
出射端から自由空間に向けて光を出射する光導波路と、
前記光導波路から出射されて入射端の端面に入射した光のうちクラッドモード光となった光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する回折格子が前記入射端近傍に形成された光ファイバと、
を備えることを特徴とする光ファイバ結合系。
【請求項３】
前記光ファイバは、互いに次数の異なる複数のクラッドモード光それぞれを伝搬モード光に変換する複数の回折格子それぞれが形成されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ結合系。
【請求項４】
前記光ファイバは、前記回折格子がコア部およびクラッド部の双方に形成されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ結合系。
【請求項５】
前記半導体発光素子は、反射端と低反射処理された前記出射端との間に前記光を発生するとともに増幅する活性領域を備え、
前記光ファイバは、前記伝搬モード光の一部を逆方向に伝搬する伝搬モード光に変換する反射用回折格子が更に形成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ結合系。
【請求項６】
請求項１記載の光ファイバ結合系を備えることを特徴とする半導体発光モジュール。
【請求項７】
請求項２記載の光ファイバ結合系を備えることを特徴とする光導波路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザや光導波路の出射端から自由空間に向けて出射された光を光ファイバの入射端に入射させる光ファイバ結合系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザや光導波路の出射端から自由空間に向けて出射された光を光ファイバの入射端に入射させる光ファイバ結合系として、幾つかのタイプのものが知られている。例えば、図７に示す第１の従来技術による光ファイバ結合系は、半導体レーザ光源１から出射されたレーザ光を、レンズ２およびレンズ３により集光して光ファイバ４のコア部に入射させ、これによりレーザ光を光ファイバ４に伝搬させるものである。
【０００３】
また、図８に示す第２の従来技術による光ファイバ結合系では、光ファイバ５は、入射端５ａが非球面レンズ加工されていて、半導体レーザ１から出射されたレーザ光をこの非球面レンズにより高効率に結合するものである（ H.M.Presby et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.5, No.2, pp.184-186, 1993）。
【０００４】
また、図９に示す第３の従来技術による光ファイバ結合系では、光ファイバ６は、コア部のない先球状ファイバ６ａと、コア部が二乗型屈折率分布を有する所定長のＧＩファイバ６ｂとが、先端に融着接続されている（白石和男ら、電子情報通信学会、第７回光ファイバ応用技術研究会、OFT96-2、1996 ）。この光ファイバ結合系によれば、半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、先球状ファイバ６ａの先球部に入射して略平行光とされてＧＩファイバ６ｂのコア部に入射し、そして、そのＧＩファイバ６ｂのコア部における屈折率分布に従って次第に中心に集光されて、光ファイバ６を伝搬していく。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術それぞれは以下のような問題点がある。第１の従来技術（図７）の場合には、レンズが必要であることから、調心が困難であり、コストが高く、また、他の光ファイバ結合系と比較して大型であるという問題点がある。
【０００６】
また、第２の従来技術（図８）の場合には、半導体レーザ１から出射されたレーザ光を高効率に光ファイバ５内に伝搬させるためには、半導体レーザ１と光ファイバ５との間の間隔を狭くして、光ファイバ５の入射端５ａの露出したコア部にレーザ光の殆どを直接に入射させる必要がある。そのため、半導体レーザ１と光ファイバ５との間の間隔の許容範囲が狭く、調心および組立自動化が困難であり、また、入射端５ａの露出した細いコア部が破損する危険が大きいという問題点がある。
【０００７】
また、第３の従来技術（図９）の場合には、光ファイバ６を形成するに際して、３つの部材を融着接続するとともに、先球状ファイバ６ａの先端を先球加工する必要があり、さらに、ＧＩファイバ６ｂの長さを所定値に厳密に管理する必要があるため、生産歩留まりが悪いという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、調心が容易で、破損の危険性が小さく、生産性に優れた光ファイバ結合系を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光ファイバ結合系は、(1) 出射端から自由空間に向けて光を出射する半導体発光素子と、(2) 半導体発光素子から出射されて入射端の端面に入射した光のうちクラッドモード光となった光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する回折格子が入射端近傍に形成された光ファイバと、を備えることを特徴とする。この光ファイバ結合系では、半導体発光素子の出射端から自由空間に向けて出射された光のうち、光ファイバの入射端の端面から入射してクラッドモード光になった光は、光ファイバの入射端近傍に形成された回折格子により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換されて、光ファイバを伝搬する。
【００１０】
請求項２記載の光ファイバ結合系は、(1) 出射端から自由空間に向けて光を出射する光導波路と、(2) 光導波路から出射されて入射端の端面に入射した光のうちクラッドモード光となった光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する回折格子が入射端近傍に形成された光ファイバと、を備えることを特徴とする。この光ファイバ結合系では、光導波路の出射端から自由空間に向けて出射された光のうち、光ファイバの入射端の端面から入射してクラッドモード光になった光は、光ファイバの入射端近傍に形成された回折格子により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換されて、光ファイバを伝搬する。
【００１１】
請求項３記載の光ファイバは、請求項１または２記載の光ファイバ結合系であって、さらに、光ファイバは互いに次数の異なる複数のクラッドモード光それぞれを伝搬モード光に変換する複数の回折格子それぞれが形成されていることを特徴とするものである。この場合、複数の回折格子それぞれにおいて、その周期に応じた次数のクラッドモード光それぞれが伝搬モード光に変換されるので、伝搬モード光への変換効率が高い。
【００１２】
請求項４記載の光ファイバは、請求項１または２記載の光ファイバ結合系であって、さらに、光ファイバは回折格子がコア部およびクラッド部の双方に形成されていることを特徴とするものである。この場合、クラッドモード光は、高効率に伝搬モード光へ変換される。
【００１３】
請求項５記載の光ファイバ結合系は、請求項１記載の光ファイバ結合系であって、さらに、(1) 半導体発光素子は反射端と低反射処理された出射端との間に光を発生するとともに増幅する活性領域を備え、(2) 光ファイバは伝搬モード光の一部を逆方向に伝搬する伝搬モード光に変換する反射用回折格子が更に形成されている、ことを特徴とするものである。この場合、半導体発光素子の反射端と光ファイバの反射用回折格子とによりファブリペロー型の共振器が構成され、反射用回折格子のブラッグ波長の発振波長を有するレーザ発振が生じる。
【００１４】
請求項６記載の半導体発光モジュールは、請求項１記載の光ファイバ結合系を備えることを特徴とする。また、請求項７記載の光導波路モジュールは、請求項２記載の光ファイバ結合系を備えることを特徴とする。何れの場合も取り扱いが容易となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。この光ファイバ結合系は、半導体レーザ（半導体発光素子）１０と光ファイバ２０とを備えて構成されている。
【００１７】
半導体レーザ１０は、光の発生および増幅を行う活性領域１０１と、その活性領域１０１よりも屈折率が小さいクラッド層１０２および１０３とが積層されており、また、一方の端面である反射端１０４は、光を略全反射するものであり、他方の端面である出射端１０５は、光の一部を透過させ残部を反射させるものであり、反射端１０４と出射端１０５とは互いに平行である。このような半導体レーザ１０の活性領域１０１に電流が注入されると光が発生し、その光が反射端１０４と出射端１０５との間で活性領域１０１内を往復する間に誘導放出が起こり、そして、その誘導放出光すなわちレーザ光が出射端１０５から外部へ出射される。
【００１８】
この半導体レーザ１０の出射端１０５から出射されたレーザ光は、所定の拡がり角で拡がって自由空間に出射され、光ファイバ２０の入射端２０３に入射する。光ファイバ２０は、コア部２０１とその周囲に屈折率の低いクラッド部２０２とが同心円状に形成された細径の線材であって、そのコア部２０１とクラッド部２０２との境界面で全反射しながら光をコア部２０１内に伝搬させるものである。また、この光ファイバ２０の入射端２０３の近傍のコア部２０１には、回折格子２０４が形成されている。この回折格子２０４が形成される位置は、光ファイバ２０の入射端２０３から１ｍ以内であり、好ましくは１０ｃｍ以内である。
【００１９】
この回折格子２０４は、クラッドモード光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換するためのものである。ここで、クラッドモード光は、クラッド部２０２の外側の境界面で全反射しながら伝搬する光であり、伝搬モード光は、コア部２０１とクラッド部２０２との間の境界面で全反射しながらコア部２０１内を伝搬する光である。光ファイバ２０がシングルモード光ファイバであるとして伝搬モード光が基底モード光のみであるとし、また、クラッドモード光のうちｍ次のクラッドモード光を回折格子２０４により基底モード光に変換するものとすれば、回折格子２０４の周期Λm は、
β0 − βcm ＝ ２π／Λm    … (1)
なる関係式を満たすものである。ここで、β0 は基底モード光の伝搬定数であり、βcmはｍ次のクラッドモード光の伝搬定数であり、πは円周率である。基底モード光の伝搬定数β0 とクラッドモード光の伝搬定数βcmとの差は一般に小さいので、回折格子２０４の周期Λm は数百μｍ程度である。
【００２０】
この回折格子２０４は、Ｇｅ（ゲルマニウム）元素が添加された石英ガラスに所定波長の紫外光を照射すると、照射された紫外光の強度に応じて屈折率が大きくなることを利用して形成される。すなわち、光ファイバ２０のコア部２０１にＧｅ元素を添加しておき、その光ファイバ２０の光軸方向に干渉縞ができるように外部から紫外光を照射することにより、その干渉縞の光強度分布に応じた屈折率を有する回折格子２０４がコア部２０１に形成される。したがって、干渉縞のパターンすなわち紫外光の入射角度を適切に設定することにより、この回折格子２０４の周期Λm を、上記（１）式を満たす所望値にすることができる。
【００２１】
この光ファイバ結合系は以下のように作用する。半導体レーザ１０の活性領域１０１に電流が注入されることにより、出射端１０５から自由空間に向けて所定の拡がり角でレーザ光が出射され、このレーザ光は、光ファイバ２０の入射端２０３に入射する。入射端２０３に入射したレーザ光のうち、一部は伝搬モード光として光ファイバ２０を伝搬するが、大部分はクラッドモード光となる。このクラッドモード光が回折格子２０４が形成されている領域まで達すると、クラッドモード光のうち（１）式を満たすｍ次のクラッドモード光は、回折格子２０４により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換され、光ファイバ２０を伝搬して行く。
【００２２】
このように、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光を光ファイバ２０の入射端２０３の広い面で受光することとし、光ファイバ２０の回折格子２０４によりクラッドモード光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する構成にしたので、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光を高効率に光ファイバ２０に伝搬モード光として伝搬させることができる。また、半導体レーザ１０と光ファイバ２０との間の距離の許容範囲が広いので調心が容易であり、光ファイバ２０の入射端２０３に特別の加工を施すことを要しないので、破損の危険性が小さく、生産性に優れる。
【００２３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図２は、第２の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。この光ファイバ結合系は、半導体レーザ１０と光ファイバ２１とを備えて構成されている。本実施形態に係る光ファイバ結合系における半導体レーザ１０は、第１の実施形態におけるものと同様のものである。一方、本実施形態における光ファイバ２１は、第１の実施形態における光ファイバ２０と比べて、複数（図２では２つ）の回折格子が形成されている点が異なる。
【００２４】
光ファイバ２１は、コア部２１１とその周囲に屈折率の低いクラッド部２１２とが同心円状に形成された細径の線材であり、この光ファイバ２１の入射端２１３の近傍のコア部２１１には、回折格子２１４および２１５が形成されている。この回折格子２１４および２１５それぞれは、互いに異なる次数のクラッドモード光それぞれを同方向に伝搬する伝搬モード光に変換するためのものである。
【００２５】
すなわち、光ファイバ２１がシングルモード光ファイバであるとして伝搬モード光が基底モード光のみであるとし、また、クラッドモード光のうちｍ次のクラッドモード光を回折格子２１４により基底モード光に変換するものとすれば、回折格子２１４の周期Λm は前述の（１）式を満たすものであり、また、ｎ次のクラッドモード光を回折格子２１５により基底モード光に変換するものとすれば、回折格子２１５周期Λn は、
β0 − βcn ＝ ２π／Λn    … (2)
なる関係式を満たすものである。ここで、β0 は基底モード光の伝搬定数であり、βcmはｍ次のクラッドモード光の伝搬定数であり、βcnはｎ次のクラッドモード光の伝搬定数であり、πは円周率であり、ｍとｎとは異なる値である。なお、次数が異なるとクラッドモード光の伝搬定数も異なるので、回折格子２１４の周期Λm と回折格子２１５の周期Λn とは互いに異なる。
【００２６】
この光ファイバ結合系は以下のように作用する。半導体レーザ１０の活性領域１０１に電流が注入されることにより、出射端１０５から自由空間に向けて所定の拡がり角でレーザ光が出射され、このレーザ光は、光ファイバ２１の入射端２１３に入射する。入射端２１３に入射したレーザ光のうち、一部は伝搬モード光として光ファイバ２１を伝搬するが、大部分はクラッドモード光となる。このクラッドモード光のうち（１）式を満たすｍ次のクラッドモード光は、回折格子２１４が形成されている領域まで達すると、その回折格子２１４により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換され光ファイバ２１を伝搬して行く。一方、クラッドモード光のうち（２）式を満たすｎ次のクラッドモード光は、回折格子２１４が形成されている領域まで達しても、（１）式を満たさないので伝搬モード光に変換されることなく、そのまま通過する。しかし、その後、このｎ次のクラッドモード光は、回折格子２１５が形成されている領域まで達すると、その回折格子２１５により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換され光ファイバ２１を伝搬していく。
【００２７】
このように、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光を光ファイバ２１の入射端２１３の広い面で受光することとし、光ファイバ２１の互いに周期の異なる回折格子２１４および２１５それぞれによりクラッドモード光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する構成にしたので、前述の第１の実施形態の場合に比較して、半導体レーザ１０から出射されたレーザ光を更に高効率に光ファイバ２１に伝搬モード光として伝搬させることができる。
【００２８】
なお、本実施形態に係る光ファイバ結合系は、互いに異なる周期の２つの回折格子を光ファイバに形成したものであるが、回折格子の個数は２に限られることはなく、３以上であってもよい。この場合、それぞれの回折格子の周期それぞれは、各次数のクラッドモード光の伝搬定数それぞれについて、（１）式および（２）式と同様の関係式を満たす必要がある。また、格子間隔が光ファイバ光軸方向に連続的に変化する回折格子であってもよい。
【００２９】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。図３は、第３の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。この光ファイバ結合系は、半導体レーザ１０と光ファイバ２２とを備えて構成されている。本実施形態に係る光ファイバ結合系における半導体レーザ１０は、第１の実施形態におけるものと同様のものである。一方、本実施形態における光ファイバ２２は、第１の実施形態における光ファイバ２０と比べて、回折格子２２４がコア部２２１だけでなくクラッド部２２２にも及んで形成されている点が異なる。
【００３０】
この光ファイバ２２は、コア部２２１だけでなくクラッド部２２２にもＧｅ元素を添加しておき、その光ファイバ２２の光軸方向に干渉縞ができるように外部から紫外光を照射することにより、その干渉縞の光強度分布に応じた屈折率を有する回折格子２２４がコア部２２１およびクラッド部２２２に形成される。
【００３１】
本実施形態に係る光ファイバ結合系も、第１の実施形態と同様に作用する。すなわち、半導体レーザ１０の出射端１０５から出射されたレーザ光は、光ファイバ２２の入射端２２３に入射して、大部分はクラッドモード光となる。このクラッドモード光が回折格子２２４が形成されている領域まで達すると、クラッドモード光のうち（１）式を満たすｍ次のクラッドモード光は、回折格子２２４により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換され、光ファイバ２２を伝搬して行く。
【００３２】
本実施形態では、回折格子２２４におけるクラッドモード光から伝搬モード光への変換の効率は、回折格子２２４がコア部２２１およびクラッド部２２２の双方に形成されているので、第１の実施形態の場合と比較して高い。
【００３３】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。図４は、第４の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。この光ファイバ結合系は、半導体発光素子１１と光ファイバ２３とを備えて構成されている。
【００３４】
半導体発光素子１１は、光の発生および増幅を行う活性領域１１１と、その活性領域１１１よりも屈折率が小さいクラッド層１１２および１１３とが積層されており、また、一方の端面である反射端１１４は、光を略全反射するものであり、他方の端面である出射端１１５は、低反射処理が施されていて光を殆ど透過させるものであり、反射端１１４と出射端１１５とは互いに平行とするか、または、出射端１１５を活性領域１１１に対して斜めとしてもよい。このような半導体発光素子１１の活性領域１１１に電流が注入されると光が発生し、その光は、出射端１１５から外部へ出射される。また、光が外部から出射端１１５を経て活性領域１１１内に入射すると、その光が反射端１１４と出射端１１５との間で活性領域１１１内を往復する間に誘導放出が起こる。
【００３５】
この半導体発光素子１１の出射端１１５から出射された光は、所定の拡がり角で拡がって自由空間に出射され、光ファイバ２３の入射端２３３に入射する。光ファイバ２３は、コア部２３１とその周囲に屈折率の低いクラッド部２３２とが同心円状に形成された細径の線材であって、そのコア部２３１とクラッド部２３２との境界面で全反射しながら光をコア部２３１内に伝搬させるものである。また、この光ファイバ２３の入射端２３３の近傍のコア部２３１には、入射端２３３に近い方から順に変換用回折格子２３４および反射用回折格子２３５が形成されている。これら変換用回折格子２３４および反射用回折格子２３５も、第１の実施形態で説明した方法と同様にして形成される。
【００３６】
この変換用回折格子２３４は、クラッドモード光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換するとともに、伝搬モード光を同方向に伝搬するクラッドモード光に変換するためのものである。光ファイバ２３がシングルモード光ファイバであるとして伝搬モード光が基底モード光のみであるとし、また、クラッドモード光のうちｍ次のクラッドモード光と基底モード光との間で相互に変換するものとすれば、変換用回折格子２３４の周期Λm は、上記（１）式を満たすものである。
【００３７】
一方、反射用回折格子２３５は、変換用回折格子２３４により変換されて生成された伝搬モード光の一部を反射させ残部を透過させるためのものである。この反射用回折格子２３５の周期ΛB は、伝搬定数β0 の基底モード光をブラッグ回折する条件式：
β0 ＝ π／ΛB    … (3)
で表される。この反射用回折格子２３５の周期ΛB は、変換用回折格子２３４の周期Λm と比べて短周期であり、光の波長の半分の程度である。
【００３８】
この光ファイバ結合系は以下のように作用する。半導体発光素子１１の活性領域１１１に電流が注入されることにより生じた光は、出射端１１５から自由空間に向けて所定の拡がり角で出射され、この光は、光ファイバ２３の入射端２３３に入射する。入射端２３３に入射した光のうち、一部は伝搬モード光として光ファイバ２３を伝搬するが、大部分はクラッドモード光となる。
【００３９】
このクラッドモード光が変換用回折格子２３４が形成されている領域まで達すると、クラッドモード光のうち（１）式を満たすｍ次のクラッドモード光は、変換用回折格子２３４により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換され、光ファイバ２３を伝搬して行く。そして、この伝搬モード光が反射用回折格子２３５が形成されている領域まで達すると、（３）式を満たす伝搬モード光は、反射用回折格子２３５により一部が反射される。
【００４０】
この反射用回折格子２３５により反射された伝搬モード光は、反対方向に進んで反射用回折格子２３４に達して、ｍ次のクラッドモード光に変換され、そのｍ次のクラッドモード光は、光ファイバ２３の入射端２３３から外部へ出射し、半導体発光素子１１の出射端１１５から活性領域１１１内に入射する。そして、その光が活性領域１１１内において反射端１１４で反射されて往復する間に誘導放出が起こる。
【００４１】
このように、半導体発光素子１１の反射端１１４と光ファイバ２３の反射用回折格子２３５との間にファブリベロー型の共振器が構成されるとともに、半導体発光素子１１の活性領域１１１において光の発生と増幅が行われるので、レーザ発振器が構成されることになる。反射用回折格子２３５から出射されるレーザ光の波長は、半導体発光素子１１において発生する光の波長スペクトルおよびファブリペロー型共振器の共振器長から決まるのみならず、反射用回折格子２３５におけるブラッグ回折の条件式である上記（３）式をも満たすものである。
【００４２】
このように、半導体発光素子１１および光ファイバ２３により構成されるレーザ発振器において、半導体発光素子１１と光ファイバ２３との間の光結合が、光ファイバ２３に形成された変換用回折格子２３４により高効率に行われるので、効率のよいレーザ発振が可能となる。
【００４３】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。図５は、第５の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。この光ファイバ結合系は、光ファイバ２４と光導波路１２と光ファイバ２５とを備えて構成される。
【００４４】
光ファイバ２４は、コア部２４１とその周囲に屈折率の低いクラッド部２４２とが同心円状に形成された細径の線材であって、そのコア部２４１とクラッド部２４２との境界面で全反射しながら光をコア部２４１内に伝搬させるものである。また、光導波路１２は、平板状またはストライプ状のコア部１２１が屈折率の低いクラッド部１２２および１２３に囲まれた２次元または３次元の光導波路であって、そのコア部１２１とクラッド部１２２，１２３との境界面で全反射しながら光をコア部１２１内に伝搬させるものである。
【００４５】
光ファイバ２４の出射端２４３と光導波路１２の入射端１２４とは密着接続しており、光ファイバ２４のコア部２４１内を伝搬してきて出射端２４３に達した伝搬モード光は、直ちに入射端１２４から光導波路１２に入射して、光導波路１２のコア部１２１を伝搬する光となる。そして、その伝搬光は、光導波路１２の出射端１２５に達して、その出射端１２５から自由空間に向けて出射される。
【００４６】
この光導波路１２の出射端１２５から出射された光は、所定の拡がり角で拡がって自由空間に出射され、光ファイバ２５の入射端２５３に入射する。光ファイバ２５は、コア部２５１とその周囲に屈折率の低いクラッド部２５２とが同心円状に形成された細径の線材であって、そのコア部２５１とクラッド部２５２との境界面で全反射しながら光をコア部２５１内に伝搬させるものである。また、この光ファイバ２５の入射端２５３の近傍のコア部２５１には、回折格子２５４が形成されている。この光ファイバ２５は、第１の実施形態における光ファイバ２０と同様のものであり、同様の作用を奏する。
【００４７】
この光ファイバ結合系では、光ファイバ２４から光導波路１２へと伝搬した光は、光導波路１２の出射端１２５から自由空間に向けて所定の拡がり角で出射され、その光は、光ファイバ２５の入射端２５３に入射する。入射端２５３に入射した光のうち、一部は伝搬モード光として光ファイバ２５を伝搬するが、大部分はクラッドモード光となる。このクラッドモード光が回折格子２５４が形成されている領域まで達すると、クラッドモード光のうち（１）式を満たすｍ次のクラッドモード光は、回折格子２５４により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換され、光ファイバ２５を伝搬して行く。
【００４８】
このように、本実施形態に係る光ファイバ結合系においても、第１の実施形態の場合と同様に、光導波路１２から出射された光を光ファイバ２５の入射端２５３の広い面で受光することとし、光ファイバ２５の回折格子２５４によりクラッドモード光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する構成にしたので、光導波路１２から出射された光を高効率に光ファイバ２５に伝搬モード光として伝搬させることができる。また、光導波路１２と光ファイバ２５との間の距離の許容範囲が広いので調心が容易であり、光ファイバ２５の入射端２５３に特別の加工を施すことを要しないので、破損の危険性が小さく、生産性に優れる。
【００４９】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。図６は、第６の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。この光ファイバ結合系は、光ファイバ２６と光導波路１３と光ファイバ２７とを備えて構成される。
【００５０】
光ファイバ２６は、コア部２６１とその周囲に屈折率の低いクラッド部２６２とが同心円状に形成された細径の線材であって、そのコア部２６１とクラッド部２６２との境界面で全反射しながら光をコア部２６１内に伝搬させるものである。この光ファイバ２６を伝搬してきた光は、出射端２６３に達すると、その出射端２６３から所定の拡がり角で拡がって自由空間に出射され、光導波路１３の入射端１３４に入射する。
【００５１】
光導波路１３は、平板状またはストライプ状のコア部１３１が屈折率の低いクラッド部１３２および１３３に囲まれた２次元または３次元の光導波路であって、そのコア部１３１とクラッド部１３２，１３３との境界面で全反射しながら光をコア部１３１内に伝搬させるものである。また、この光導波路１３の入射端１３４の近傍のコア部１３１には、回折格子１３６が形成されている。この回折格子１３６は、光ファイバの入射端近傍に形成された回折格子と同様に、クラッドモード光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換するものであり、また、光ファイバの回折格子の形成方法と同様の方法で形成される。
【００５２】
光導波路１３の回折格子１３６において伝搬モード光に変換された光は、コア部１３１を伝搬して出射端１３５に達し、その出射端１３５から所定の拡がり角で拡がって自由空間に向けて出射され、光ファイバ２７の入射端２７３に入射する。光ファイバ２７は、コア部２７１とその周囲に屈折率の低いクラッド部２７２とが同心円状に形成された細径の線材であって、そのコア部２７１とクラッド部２７２との境界面で全反射しながら光をコア部２７１内に伝搬させるものである。また、この光ファイバ２７の入射端２７３の近傍のコア部２７１には、回折格子２７４が形成されている。この光ファイバ２７は、第１の実施形態における光ファイバ２０と同様のものであり、同様の作用を奏する。
【００５３】
この光ファイバ結合系では、光ファイバ２６を伝搬してきた光は、その出射端２６３から所定の拡がり角で拡がって自由空間に出射され、光導波路１３の入射端１３４に入射する。光導波路１３の入射端１３４に入射した光のうち、一部は伝搬モード光として光導波路１３を伝搬するが、大部分はクラッドモード光となる。このクラッドモード光が回折格子１３６が形成されている領域まで達すると、クラッドモード光のうちで（１）式と同様の条件を満たすクラッドモード光は、回折格子１３６により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換され、光導波路１３を伝搬して行く。そして、光導波路１３を伝搬した光は、その出射端１３５から自由空間に向けて所定の拡がり角で出射され、その光は、光ファイバ２７の入射端２７３に入射する。入射端２７３に入射した光のうち、一部は伝搬モード光として光ファイバ２７を伝搬するが、大部分はクラッドモード光となる。このクラッドモード光が回折格子２７４が形成されている領域まで達すると、クラッドモード光のうち（１）式を満たすｍ次のクラッドモード光は、回折格子２７４により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換され、光ファイバ２７を伝搬して行く。
【００５４】
このように、本実施形態に係る光ファイバ結合系においては、光ファイバ２６から出射された光を光導波路１３の入射端１３４の広い面で受光することとし、光導波路１３の回折格子１３６によりクラッドモード光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する構成にしたので、光ファイバ２６から出射された光を高効率に光導波路１３に伝搬モード光として伝搬させることができる。また、光導波路１３と光ファイバ２７との間の距離の許容範囲が広いので調心が容易である。
【００５５】
また、第１の実施形態の場合と同様に、光導波路１３から出射された光を光ファイバ２７の入射端２７３の広い面で受光することとし、光ファイバ２７の回折格子２７４によりクラッドモード光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する構成にしたので、光導波路１３から出射された光を高効率に光ファイバ２７に伝搬モード光として伝搬させることができる。また、光導波路１３と光ファイバ２７との間の距離の許容範囲が広いので調心が容易であり、光ファイバ２７の入射端２７３に特別の加工を施すことを要しないので、破損の危険性が小さく、生産性に優れる。
【００５６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記の各実施形態において、半導体レーザ（半導体発光素子）と光ファイバとの相対的位置関係を固定して一体成形して半導体発光モジュールとしてもよいし、光導波路と光ファイバとの相対的位置関係を固定して一体成形して光導波路モジュールとしてもよい。これら何れの場合においても取り扱いが容易になる。
【００５７】
また、第５の実施形態において、光ファイバ２５に複数の回折格子を形成してもよいし、回折格子をコア部およびクラッド部の双方の領域に形成してもよい。
【００５８】
同様に、第６の実施形態において、光導波路１３および光ファイバ２７それぞれに複数の回折格子を形成してもよいし、回折格子をコア部およびクラッド部の双方の領域に形成してもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり本発明によれば、半導体発光素子または光導波路の出射端から自由空間に向けて出射された光のうち、光ファイバの入射端の端面から入射してクラッドモード光になった光は、光ファイバの入射端近傍に形成された回折格子により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換されて、光ファイバを伝搬する。このように、半導体発光素子または光導波路から出射された光を光ファイバの入射端の端面の広い面で受光することとし、光ファイバの回折格子によりクラッドモード光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する構成にしたので、半導体発光素子または光導波路から出射された光を高効率に光ファイバに伝搬モード光として伝搬させることができる。また、半導体発光素子または光導波路と光ファイバとの間の距離の許容範囲が広いので調心が容易であり、光ファイバの入射端に特別の加工を施すことを要しないので、破損の危険性が小さく、生産性に優れる。
【００６０】
また、互いに次数の異なる複数のクラッドモード光それぞれを伝搬モード光に変換する複数の回折格子それぞれが光ファイバに形成されている場合には、複数の回折格子それぞれにおいて、その周期に応じた次数のクラッドモード光それぞれが伝搬モード光に変換されるので、伝搬モード光への変換効率が高い。また、回折格子が光ファイバのコア部およびクラッド部の双方に形成されている場合にも、クラッドモード光から伝搬モード光への変換効率が高い。
【００６１】
また、半導体発光素子を、反射端と低反射処理された出射端との間に光を発生するとともに増幅する活性領域を備えるものとし、光ファイバを、伝搬モード光の一部を逆方向に伝搬する伝搬モード光に変換する反射用回折格子が更に形成されているものとすれば、半導体発光素子の反射端と光ファイバの反射用回折格子とによりファブリペロー型の共振器が構成される。これにより得られるレーザ光は、その波長が反射用回折格子のブラッグ波長の発振波長であって、極めて単色性に優れたものとなる。
【００６２】
また、半導体発光素子または光導波路と光ファイバとが一体に成形されてモジュール化されている場合には、取り扱いが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。
【図２】第２の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。
【図３】第３の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。
【図４】第４の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。
【図５】第５の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。
【図６】第６の実施形態に係る光ファイバ結合系の模式図である。
【図７】第１の従来技術による光ファイバ結合系の模式図である。
【図８】第２の従来技術による光ファイバ結合系の模式図である。
【図９】第３の従来技術による光ファイバ結合系の模式図である。
【符号の説明】
１０…半導体レーザ、１１…半導体発光素子、１２，１３…光導波路、
２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７…光ファイバ。
【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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