(57)【要約】  チップ間の反射光による影響を抑制できるレーザモジュールを提供する。本発明の一実施形態に係るレーザモジュール１００は、レーザ光を発生させるレーザ発振部およびレーザ光を導波する第１の光導波路を有し、第１の基板上に設けられるレーザ素子１１０と、レーザ光を導波する第２の光導波路を有し、第２の基板上に設けられる光増幅器１２０と、を備え、第１の光導波路は、第１の基板の端面に傾いて接続されており、第２の光導波路は、第２の基板の端面に傾いて接続されており、第１の光導波路から出力されるレーザ光が第２の光導波路に光結合されるように、第１の基板および第２の基板が配置されている。
2017138649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生させるレーザ発振部および前記レーザ光を導波する第１の光導波路を有し、第１の基板上に設けられるレーザ素子と、
前記レーザ光を導波する第２の光導波路を有し、第２の基板上に設けられる光学素子と、
を備え、
前記第１の光導波路は、前記第１の基板の端面に傾いて接続されており、
前記第１の光導波路から出力される前記レーザ光が前記第２の光導波路に光結合されるように、前記第１の基板および前記第２の基板が配置されている
ことを特徴とするレーザモジュール。
【請求項２】
前記第１の光導波路は、前記第１の基板の前記端面に垂直な第１の軸に対して０度より大きい第１の角度で、前記第１の基板の前記端面に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項３】
前記第１の光導波路は、前記第１の軸に沿って延在する直線状の第１の直線部、湾曲した湾曲部、および第３の軸に沿って延在する直線状の第２の直線部を順に有し、
前記第１の光導波路の前記湾曲部は、前記第１の軸と前記第３の軸とが前記第１の角度をなすように湾曲していることを特徴とする、請求項２に記載のレーザモジュール。
【請求項４】
前記第１の角度は３度より大きく１８．４度未満であることを特徴とする、請求項２または３に記載のレーザモジュール。
【請求項５】
前記レーザ素子と前記光学素子との間の空間における前記レーザ光の進行方向は、前記第１の軸に対して前記第１の光導波路から前記レーザ光が出力される第３の角度をなすことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
【請求項６】
前記第３の角度は９度より大きく９０度未満であることを特徴とする、請求項５に記載のレーザモジュール。
【請求項７】
前記第２の光導波路は、前記第２の基板の端面に傾いて接続されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
【請求項８】
前記第２の光導波路は、前記第２の基板の前記端面に垂直な第２の軸に対して０度より大きい第２の角度で、前記第２の基板の前記端面に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載のレーザモジュール。
【請求項９】
前記第２の光導波路は、前記第２の軸に沿って延在する直線状の第１の直線部、湾曲した湾曲部、および第４の軸に沿って延在する直線状の第２の直線部を順に有し、
前記第２の光導波路の前記湾曲部は、前記第２の軸と前記第４の軸とが前記第２の角度をなすように湾曲していることを特徴とする、請求項８に記載のレーザモジュール。
【請求項１０】
前記第２の角度は３度より大きく１８．４度未満であることを特徴とする、請求項８または９に記載のレーザモジュール。
【請求項１１】
前記第１の軸と前記第２の軸とが平行でないように、前記第１の基板および前記第２の基板が配置されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
【請求項１２】
前記レーザ素子と前記光学素子との間の空間における前記レーザ光の進行方向は、前記第２の軸に対して前記第２の光導波路に前記レーザ光が光結合される第４の角度をなすことを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
【請求項１３】
前記第４の角度は９度より大きく９０度未満であることを特徴とする、請求項１２に記載のレーザモジュール。
【請求項１４】
前記第１の基板および前記第２の基板が互いに交差する方向に沿って配置されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
【請求項１５】
前記光学素子は、前記レーザ光を増幅する半導体光増幅器であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
【請求項１６】
前記第１の基板および前記第２の基板には、前記第１の基板および前記第２の基板の温度を調節するためのそれぞれ異なる温度調節素子が設けられることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を出力するレーザモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を発生させるレーザ素子と、レーザ光を増幅する光増幅器とが１つのチップ上に集積されたレーザモジュールが知られている。レーザ素子において発振されるレーザ光の波長は温度によって変化し、また光増幅器はレーザ光の増幅に伴って発熱する。そのため、レーザモジュールは一般的にペルチェ素子等の温度調節素子を備えており、所望の波長のレーザ光が発振されるようにレーザ素子の温度を制御し、また加熱した光増幅器を冷却することができる。【０００３】
近年レーザモジュールは高出力化が求められており、レーザ素子および光増幅器は高電流で駆動されるため、レーザ素子および光増幅器からの発熱量は増大している。発熱量が増大すると、上述のような１つのチップ上にレーザ素子および光増幅器が集積された構成では、レーザ素子の波長調整のための温度制御と光増幅器の発熱の冷却とを合わせた２台分の温度調整を１つの温度調節素子でする必要がある。したがって、温度調整素子の制御に必要な電流値が非常に高くなり、電源の電流容量を超えて制御ができなくなってしまう場合がある。【０００４】
特許文献１には、レーザ素子と光増幅器とを異なる２つの支持部材上に設け、別々の温度調節素子によって該２つの支持部材の温度の調節を行う技術が開示されている。このような構成によれば、レーザ素子と光増幅器との間の熱の移動を抑制でき、別々の温度調節素子によりレーザ素子および光増幅器の温度を独立して制御できる。そのため、レーザ素子および光増幅器をそれぞれ適切な温度に調節することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１８０２９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者は、特許文献１に記載の技術のようにレーザ素子と光増幅器とを異なるチップに分けて配置する場合に、レーザ素子のチップの端面の内側または光増幅器のチップの端面の外側における反射光がレーザ素子に戻り、ノイズが発生してレーザ特性が悪化することを見出した。また、本発明者は、光増幅器のチップの端面の内側においてもレーザ光が反射して該チップ内で意図しないレーザ発振が起こり、レーザ特性がさらに悪化することを見出した。２つのチップ間に反射光を除去するための光アイソレータを設けたとしても、それぞれのチップ内における反射光を除去することはできない。【０００７】
本発明は上述の問題に鑑みて行われたものであって、チップ間の反射光による影響を抑制できる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】
【０００８】
本発明の一態様は、レーザモジュールであって、レーザ光を発生させるレーザ発振部および前記レーザ光を導波する第１の光導波路を有し、第１の基板上に設けられるレーザ素子と、前記レーザ光を導波する第２の光導波路を有し、第２の基板上に設けられる光学素子と、を備え、前記第１の光導波路は、前記第１の基板の端面に傾いて接続されており、前記第１の光導波路から出力される前記レーザ光が前記第２の光導波路に光結合されるように、前記第１の基板および前記第２の基板が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るレーザモジュールにおいては、レーザ素子および光学素子は異なる基板に設けられ、少なくともレーザ素子を構成する光導波路は基板の端面に傾いて接続される。このような構成により、基板の端面における反射光が光導波路に戻ってレーザ光に影響を及ぼすことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るレーザモジュールの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係るレーザ素子の概略構成図である。
【図３】第１の実施形態に係るレーザ素子から出力されるレーザ光の角度を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る光導波路の角度および相対反射率のグラフを示す図である。
【図５】第１の実施形態に係る光増幅器の概略構成図である。
【図６】第１の実施形態に係る光増幅器に入力されるレーザ光の角度を示す模式図である。
【図７】第１の実施形態に係るレーザ素子および光増幅器の配置を示す模式図である。
【図８】第２の実施形態に係るレーザモジュールの概略構成図である。
【図９】第２の実施形態に係るレーザ素子および光増幅器の配置を示す模式図である。
【図１０】第３の実施形態に係るレーザモジュールの概略構成図である。
【図１１】第３の実施形態に係る光増幅器の概略構成図である。
【図１２】第４の実施形態に係るレーザモジュールの概略構成図である。
【図１３】第５の実施形態に係るレーザモジュールの概略構成図である。
【図１４】第６の実施形態に係るレーザモジュールの概略構成図である。
【図１５】第７の実施形態に係るレーザモジュールの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るレーザモジュール１００の概略構成図である。レーザモジュール１００は、筐体１８０（パッケージ）中に、レーザ素子１１０と、光増幅器１２０と、コリメートレンズ１３１と、集光レンズ１３２、１３３と、光アイソレータ１４０と、光スプリッタ１５１、１５２と、フォトダイオード１６１、１６２と、エタロンフィルタ１７０とを備える。レーザモジュール１００中の各部材は不図示の制御部に接続され、電力の供給および挙動の制御が行われる。
【００１３】
レーザ素子１１０は、レーザ光Ａを発生させて出力する。レーザ素子１１０の詳細な構成については、図２を用いて後述する。
【００１４】
コリメートレンズ１３１は、レーザ素子１１０がレーザ光Ａを出力する方向に設けられ、レーザ素子１１０から出力されるレーザ光Ａを平行光に変換する。光アイソレータ１４０は、コリメートレンズ１３１がレーザ光Ａを出力する方向に設けられる。光アイソレータ１４０は、レーザ素子１１０から光増幅器１２０に向かう方向の光を通し、逆方向の光を遮断する。光アイソレータ１４０として、周知の構成を用いてよく、例えば２つの偏光子の間にファラデー回転子が設けられている構成を用いてよい。
【００１５】
光スプリッタ１５１は、光アイソレータ１４０がレーザ光Ａを出力する方向に設けられる。光スプリッタ１５１は、入射したレーザ光Ａを所定の比率で２つの方向に分岐する。光スプリッタ１５１として、例えばハーフミラーやその他のビームスプリッタを用いてよい。
【００１６】
集光レンズ１３２は、光スプリッタ１５１がレーザ光Ａを出力する一方の方向に設けられる。集光レンズ１３２は、レーザ光Ａを光増幅器１２０の光導波路に集光して光結合させる。
【００１７】
光増幅器１２０は、レーザ素子ではない光学素子である。光増幅器１２０は、集光レンズ１３２がレーザ光Ａを出力する方向に設けられ、レーザ光Ａを増幅して出力する。光増幅器１２０の詳細な構成については、図５を用いて後述する。
【００１８】
集光レンズ１３３は、光増幅器１２０がレーザ光Ａを出力する方向であって、筐体１８０の側壁１８１上に設けられる。集光レンズ１３３は、光増幅器１２０から出力されるレーザ光Ａを筐体１８０の外部に集光する。
【００１９】
光スプリッタ１５２は、光スプリッタ１５１がレーザ光Ａを出力する他方の方向に設けられる。光スプリッタ１５２は、入射したレーザ光Ａを所定の比率で２つの方向に分岐する。光スプリッタ１５２として、例えばハーフミラーやその他のビームスプリッタを用いてよい。
【００２０】
エタロンフィルタ１７０は、光スプリッタ１５２がレーザ光Ａを出力する一方の方向に設けられる。エタロンフィルタ１７０は、レーザ素子１１０が発生するレーザ光Ａの波長を所定の値に制御する波長ロック制御のために設けられる。エタロンフィルタ１７０は、波長に対して周期的な透過特性を有する。
【００２１】
フォトダイオード１６１は、光スプリッタ１５２がレーザ光Ａを出力する他方の方向に設けられる。フォトダイオード１６１は、エタロンフィルタ１７０を透過していないレーザ光Ａの強度を検出する。一方、フォトダイオード１６２は、エタロンフィルタ１７０がレーザ光Ａを出力する方向に設けられる。フォトダイオード１６２は、エタロンフィルタ１７０を透過したレーザ光Ａの強度を検出する。不図示の制御部は、フォトダイオード１６１が検出したレーザ光Ａの強度と、フォトダイオード１６２が検出したレーザ光Ａの強度とが所定の比になるように、レーザ素子１１０へ供給する電力を制御する。このような構成により、レーザ素子１１０が発生するレーザ光Ａの波長を所定の値に制御することができる。
【００２２】
筐体１８０は、レーザモジュール１００中の各部材の側方を取り囲む４つの側壁１８１、１８２、１８３、１８４、ならびに各部材の上方および下方を覆う上壁および底壁を有する。図１においては、視認性のために上壁および底壁は図示されていない。側壁１８１、１８２、１８３、１８４、上壁および底壁の少なくとも一部に開口部が設けられ、筐体１８０の内部空間が該開口部を介して外部空間に連通するように構成されてもよい。
【００２３】
図１に示すレーザモジュール１００の構成は一例であり、適宜変更されてよい。例えば、光アイソレータ１４０、エタロンフィルタ１７０およびその他の光学系は省略されてよく、あるいは同等の機能を有する他の構成に置換されてよい。また、レーザモジュール１００に、光変調器、光スイッチ等の光学素子や、レンズ、光スプリッタ等の光学系が追加で設けられてよい。
【００２４】
図２は、本実施形態に係るレーザ素子１１０の概略構成図である。レーザ素子１１０は、基板１１４（第１の基板）上に、レーザ発振部１１１と、光導波路１１２（第１の光導波路）とを備える。基板１１４は、レーザ素子１１０の温度を調節（冷却）するためにペルチェ素子等の温度調節素子（不図示）上に配置されている。
【００２５】
基板１１４は平板形状を有し、該平板形状の周囲を取り囲む４つの端面１１５、１１６、１１７、１１８を有する。第１の端面１１５および第２の端面１１６は、互いに対面するように設けられる。第３の端面１１７および第４の端面１１８は、互いに対面し、第１の端面１１５および第２の端面１１６を結ぶように設けられる。基板１１４として、Ｓｉ基板、石英基板、ＩｎＰ基板等、内部または表面に光導波路を形成可能な任意の基板を用いてよい。
【００２６】
レーザ発振部１１１は、その長手方向（すなわち、レーザ光の進行方向）が第３の端面１１７および第４の端面１１８に沿って延在するように設けられる。本実施形態において、レーザ発振部１１１は、半導体レーザであり、より具体的にはＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｌａｓｅｒ）レーザ、ＤＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザ、またはＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザである。レーザ発振部１１１は、活性層を含むストライプ状の光導波路を有し、電力が供給されることによってレーザ光を発生させる。発生するレーザ光の波長は、光通信に用いられる範囲内（例えば１２６０ｎｍ〜１６７５ｎｍ）の波長であり、単一または複数の波長を含んでよい。レーザ発振部１１１として、ここに示したものに限られず、レーザ光を出力可能な任意の構成を用いてよい。
【００２７】
光導波路１１２は、その長手方向（すなわち、レーザ光の進行方向）が第３の端面１１７および第４の端面１１８に沿って延在するように設けられ、レーザ光を出力するための出力ポート１１３を第１の端面１１５上に有する。光導波路１１２は、例えばＳｉ、石英、ＩｎＰ等を用いて基板１１４の内部または表面に形成される。光導波路１１２は、レーザ発振部１１１において発生したレーザ光を出力ポート１１３へ導波する。
【００２８】
光導波路１１２は、レーザ発振部１１１から出力ポート１１３に向かって、第１の直線部１１２ａと、湾曲部１１２ｂと、第２の直線部１１２ｃとを順に有する。第１の直線部１１２ａは、直線状の光導波路であり、レーザ発振部１１１と湾曲部１１２ｂとの間に光学的に結合される。第１の直線部１１２ａは、出力ポート１１３が設けられている第１の端面１１５（出力端面）に垂直な軸Ｂ（第１の軸）に沿って延在する。第２の直線部１１２ｃは、直線状の光導波路であり、湾曲部１１２ｂと出力ポート１１３との間に光学的に結合される。第２の直線部１１２ｃは、軸Ｂに対して所定の角度で傾いている軸Ｃ（第３の軸）に沿って延在する。
【００２９】
湾曲部１１２ｂは、湾曲した光導波路である。湾曲部１１２ｂの曲げ半径は、光導波路１１２の許容曲げ半径以下である。湾曲部１１２ｂは、第１の直線部１１２ａと第２の直線部１１２ｃとの間の角度を角度θ１（第１の角度）に設定するように湾曲している。換言すると、光導波路１１２が出力端面１１５に接続される部分である第２の直線部１１２ｃの軸Ｃは、出力端面１１５に垂直な軸Ｂに対して、角度θ１で傾いている。角度θ１は０度より大きい角度であり、その好ましい範囲については後述する。
【００３０】
出力端面１１５には、公知の設計による低反射コーティングが施される。この低反射コーティングは誘電体の多層膜からなるものであってよい。また、コーティングは入射角度がθ１であることを前提として設計したものであることが好ましい。低反射コーティングによって、出力端面１１５での反射を低減することができる。ただし、誘電体の屈折率や厚さを厳密に制御することは難しいので、実用上で反射を厳密に０とすることを要するものではない。
【００３１】
図３は、レーザ素子１１０から出力されるレーザ光Ａの角度を示す模式図である。図３は、図２における出力ポート１１３を含む部分を拡大して示している。光導波路１１２（第２の直線部１１２ｃ）は出力端面１１５に垂直な軸Ｂに対して角度θ１で傾いて出力端面１１５に接続されるため、光導波路１１２を通るレーザ光Ａは出力端面１１５に対して垂直ではない角度で入射する。そのため、レーザ光Ａは光導波路１１２と外部空間（例えば窒素）との間の屈折率差によって、屈折してレーザ素子１１０から出射する。具体的には、レーザ光Ａは、出力端面１１５に垂直な軸Ｂに対して、角度θ１０（第３の角度）の方向に出射する。レーザ光Ａの出射の角度θ１０は、光導波路１１２が出力端面１１５に接続される角度θ１に依存して変化し、レーザ素子１１０の外部空間が窒素または大気である場合には角度θ１よりも大きい値となる。
【００３２】
特許文献１に記載の技術のように光導波路を端面に対して垂直に接続すると、該端面における反射光が該光導波路に逆向きに入射してしまう。それに対して、本実施形態に係るレーザ素子１１０においては、光導波路１１２を出力端面１１５に対して所定の角度で傾けて接続することによって、出力端面１１５において反射したレーザ光Ａは基板１１４内で光導波路１１２とは異なる方向に進行する。そのため、出力端面１１５における反射光が光導波路１１２に戻り光雑音を発生させることを抑制することができる。
【００３３】
図４は、光導波路１１２の角度θ１および相対反射率のグラフを示す図である。図４の横軸は光導波路１１２が出力端面１１５に接続される角度θ１を示し、縦軸は出力端面１１５における相対反射率を示す。この相対反射率は出力端面１１５において反射される光がどれだけ光導波路に戻るかを求めた値であり、実際の反射率はこの相対反射率とコーティング膜があるときの端面反射率の積である。図４においては、光導波路１１２の幅を１．８μｍ、２．８μｍ、または３．８μｍに設定した３つの対数グラフが示されている。図４からわかるように、いずれの導波路幅においても、角度θ１が大きいほど相対反射率が小さくなる傾向がある。これは、角度が大きいほど、反射された光が光導波路の向きとは異なる方向に向くので、たとえ反射があっても光導波路には結合しなくなるためである。そのため、角度θ１を大きくするほどレーザ光Ａの反射量を低減し、出力端面１１５における反射光が光導波路１１２に戻ることをより効果的に抑制することができる。
【００３４】
具体的には、出力端面１１５に垂直な軸Ｂに対する光導波路１１２の角度θ１は、３度より大きく１８．４度未満であることが望ましい。このとき、レーザ光Ａの出射の角度θ１０は、９度より大きく９０度未満の範囲になる。角度θ１が３度以下だと、出力端面１１５における反射光が基板１１４内で光導波路１１２に戻る場合がある。また、角度θ１が１８．４度以上だと、レーザ光Ａの出射の角度θ１０が９０度以上になり、レーザ光Ａがレーザ素子１１０から出射しない場合がある。
【００３５】
図５は、本実施形態に係る光増幅器１２０の概略構成図である。光増幅器１２０は、基板１２４（第２の基板）上に、光増幅部１２１と、光導波路１２２（第２の光導波路）とを備える。基板１２４は、光増幅器１２０の温度を調節（冷却）するためにペルチェ素子等の温度調節素子（不図示）上に配置されている。
【００３６】
基板１２４は平板形状を有し、該平板形状の周囲を取り囲む４つの端面１２５、１２６、１２７、１２８を有する。第１の端面１２５および第２の端面１２６は、互いに対面するように設けられる。第３の端面１２７および第４の端面１２８、互いに対面し、第１の端面１２５および第２の端面１２６を結ぶように設けられる。基板１２４として、Ｓｉ基板、石英基板、ＩｎＰ基板等、内部または表面に光導波路を形成可能な任意の基板を用いてよい。
【００３７】
光増幅部１２１は、その長手方向（すなわち、レーザ光の進行方向）が第３の端面１２７および第４の端面１２８に沿って延在するように設けられる。本実施形態において、光増幅部１２１は、半導体光増幅器（ＳＯＡ）である。光増幅部１２１は、ＩｎＧａＡｓＰからなる多重量子井戸−分離閉じ込めヘテロ構造（ＭＱＷ−ＳＣＨ）の活性層を含むメサ構造を有し、電力の供給時に通過するレーザ光を増幅する。増幅されたレーザ光は、光増幅器１２０の外部へ出射する。光増幅部１２１として、ここに示したものに限られず、レーザ光を増幅可能な任意の構成を用いてよい。
【００３８】
光導波路１２２は、その長手方向（すなわち、レーザ光の進行方向）が第３の端面１２７および第４の端面１２８に沿って延在するように設けられ、レーザ素子１１０からのレーザ光を受け入れるための入力ポート１２３を第１の端面１２５上に有し、増幅したレーザ光を出力するための出力ポート１２９を第２の端面１２６上に有する。光導波路１２２は、例えばＳｉ、石英、ＩｎＰ等を用いて基板１２４の内部または表面に形成される。光導波路１２２は、入力ポート１２３から入力されたレーザ光を光増幅部１２１へ導波する。
【００３９】
光導波路１２２は、光増幅部１２１から入力ポート１２３に向かって、第１の直線部１２２ａと、湾曲部１２２ｂと、第２の直線部１２２ｃとを順に有する。第１の直線部１２２ａは、直線状の光導波路であり、光増幅部１２１と湾曲部１２２ｂとの間に光学的に結合される。第１の直線部１２２ａは、入力ポート１２３が設けられている第１の端面１２５（入力端面）に垂直な軸Ｄ（第２の軸）に沿って延在する。第２の直線部１２２ｃは、直線状の光導波路であり、湾曲部１２２ｂと入力ポート１２３との間に光学的に結合される。第２の直線部１２２ｃは、軸Ｄに対して所定の角度で傾いている軸Ｅ（第４の軸）に沿って延在する。
【００４０】
湾曲部１２２ｂは、湾曲した光導波路である。湾曲部１２２ｂの曲げ半径は、光導波路１２２の許容曲げ半径以下である。湾曲部１２２ｂは、第１の直線部１２２ａと第２の直線部１２２ｃとの間の角度を角度θ２（第２の角度）に設定するように湾曲している。換言すると、光導波路１２２が入力端面１２５に接続される部分である第２の直線部１２２ｃの軸Ｅは、入力端面１２５に垂直な軸Ｄに対して、角度θ２で傾いている。角度θ２は０度より大きい角度であり、その好ましい範囲については後述する。
【００４１】
入力端面１２５には、レーザ素子１１０の出力端面１１５と同様に、公知の設計による低反射コーティングが施される。この低反射コーティングは誘電体の多層膜からなるものであってよい。また、コーティングは入射角度がθ２であることを前提として設計したものであることが好ましい。低反射コーティングによって、入力端面１２５での反射を低減することができる。
【００４２】
さらに、光導波路１２２は、出力ポート１２９が設けられている第２の端面１２６（出力端面）側においても、第１の直線部１２２ａ、湾曲部１２２ｂ、および第２の直線部１２２ｃと同様の構成を有する。これにより、光導波路１２２が出力端面１２６に接続される部分の軸は、出力端面１２５に垂直な軸に対して、角度θ２で傾いている。入力端面１２５側の角度θ２および出力端面１２６側の角度θ２は、好ましい範囲中であれば異なる角度でよい。
【００４３】
図６は、光増幅器１２０に入力されるレーザ光Ａの角度を示す模式図である。図６は、図５における入力ポート１２３を含む部分を拡大して示している。光導波路１２２（第２の直線部１２２ｃ）は入力端面１２５に垂直な軸Ｄに対して角度θ２で傾いて入力端面１２５に接続される。外部空間からのレーザ光Ａが光導波路１２２に光結合するためには、外部空間（例えば窒素）と光導波路１２２との間に屈折率差にしたがって、レーザ光Ａは所定の角度で光導波路１２２に入射する必要がある。具体的には、レーザ光Ａは、入力端面１２５に垂直な軸Ｄに対して、角度θ２０（第４の角度）の方向から入射する必要がある。レーザ光Ａの入射の角度θ２０は、光導波路１１２が入力端面１２５に接続される角度θ２に依存して変化し、光増幅器１２０の外部空間が窒素または大気である場合には角度θ２よりも大きい値となる。
【００４４】
レーザ素子１１０と同様に、本実施形態に係る光増幅器１２０においては、光導波路１２２を入力端面１２５に対して所定の角度で傾けて接続することによって、入力端面１２５において反射した光は基板１２４内で光導波路１２２とは異なる方向に進行する。そのため、レーザ光Ａが光増幅器１２０の端面１２５、１２６間で反射を繰り返して意図しないレーザ発振が起こることを抑制することができる。さらに、本実施形態に係る光増幅器１２０においては、光導波路１２２を出力端面１２６に対して所定の角度で傾けて接続することによって、出力端面１２６において反射した光も基板１２４内で光導波路１２２とは異なる方向に進行する。これにより、光増幅器１２０内の意図しないレーザ発振をさらに効果的に抑制することができる。
【００４５】
図４を用いて説明したように、入力端面１２５に垂直な軸Ｄに対する光導波路１２２（第２の直線部１２２ｃの軸Ｅ）の角度θ２が大きいほど、入力端面１２５における相対反射率が小さくなる傾向があるため、反射光による影響を低減することができる。具体的には、角度θ２は、３度より大きく１８．４度未満であることが望ましい。このとき、レーザ光Ａの入射の角度θ２０は、９度より大きく９０度未満の範囲になる。角度θ２が３度以下だと、入力端面１２５における反射光が基板１２４内で光導波路１２２に戻る場合がある。また、角度θ２が１８．４度以上だと、レーザ光Ａの入射の角度θ２０が９０度以上になり、レーザ光Ａが光導波路１２２に光結合できない場合がある。
【００４６】
図７は、本実施形態におけるレーザ素子１１０および光増幅器１２０の配置を示す模式図である。レーザ素子１１０および光増幅器１２０は、レーザ素子１１０の出力ポート１１３から出力されたレーザ光Ａが光増幅器１２０の入力ポート１２３に入力されるように、直線状または平行ではない角度をもって配置される。すなわち、レーザ素子１１０および光増幅器１２０は、互いに交差する方向に沿って、つまり、出力端面１１５に垂直な軸Ｂと入力端面１２５に垂直な軸Ｄとが交差するように配置されている。レーザ光Ａは、出力端面１１５に垂直な軸Ｂに対して角度θ１０でレーザ素子１１０から出射し、入力端面１２５に垂直な軸Ｄに対して角度θ２０で光増幅器１２０に入射する。換言すると、レーザ光Ａの進行方向と出力端面１１５に垂直な軸Ｂとの間の角度が角度θ１０であり、かつレーザ光Ａの進行方向と入力端面１２５に垂直な軸Ｄとの間の角度が角度θ２０になるように、レーザ素子１１０および光増幅器１２０は配置される。角度θ２０は角度θ１０と同じである必要はなく、すなわち、角度θ２は角度θ１と同じ角度である必要はなく、それぞれ許容範囲内の任意の角度とする。
【００４７】
このような配置によって、出力端面１１５に対して傾いた光導波路１１２を有するレーザ素子１１０から出力されるレーザ光Ａは、入力端面１２５に対して傾いた光導波路１２２を有する光増幅器１２０に光結合される。さらに、レーザ素子１１０および光増幅器１２０を直線状または平行ではない角度をもって配置することによって、筐体１８０の長手方向（すなわち、レーザ素子１１０から光増幅器１２０へのレーザ光Ａの進行方向）の長さを縮めることができる。直線状または平行ではない角度をもって配置されている箇所の、２素子の角度の交差部により近い場所にエタロンフィルタ１７０等の光学系を設けることができる。すなわち、レーザ素子１１０および光増幅器１２０がそれぞれ配置された互いに交差する方向の交差点により近い領域に、エタロンフィルタ１７０等の光学系を設けることができる。これにより、エタロンフィルタ１７０等の光学系の少なくとも一部は、互いに交差する方向に沿って配置されたレーザ素子１１０と光増幅器１２０との間に挟まれた領域に設けることができる。このため、筐体１８０の短手方向（すなわち、レーザ素子１１０から光増幅器１２０へのレーザ光Ａの進行方向に垂直な方向）の長さを伸ばす必要はない。
【００４８】
本実施形態に係るレーザモジュール１００において、光増幅器１２０の代わりに、少なくとも光導波路を備える基板を用いてよい。この場合には、該基板はレーザ素子ではない光学素子、例えば光変調器や光スイッチ等の半導体光学素子を構成してよい。すなわち、本実施形態に係るレーザモジュール１００の構成は、第１の基板上に実装されたレーザ素子と、該レーザ素子からのレーザ光が光結合する光導波路を有する、第２の基板上に実装された光学素子とを備える任意の構成に適用できる。
【００４９】
以上のように、本実施形態においては、レーザ素子１１０および光増幅器１２０（すなわち、レーザ素子ではない光学素子）の両方において、光導波路が端面に接続される角度が０度より大きい所定の角度に設定されている。これにより、端面における反射光が光導波路に戻ることを抑制できるため、レーザ素子１１０におけるノイズを低減し、光増幅器１２０における意図しないレーザ発振を低減することができる。さらに、レーザ素子１１０が実装されている基板および光増幅器１２０が実装されている基板が直線状または平行ではない角度で配置されるため、筐体１８０の大きさを低減することができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図８は、本実施形態に係るレーザモジュール２００の概略構成図である。レーザモジュール２００は、第１の実施形態のレーザモジュール１００と同様の構成要素を備えるが、光増幅器１２０の配置が異なる。具体的には、第１の実施形態とは異なり、光増幅器１２０が筐体１８０の短手方向に沿って反転している。
【００５１】
図９は、本実施形態におけるレーザ素子１１０および光増幅器１２０の配置を示す模式図である。レーザ素子１１０および光増幅器１２０は、レーザ素子１１０の出力ポート１１３から出力されたレーザ光Ａが光増幅器１２０の入力ポート１２３に入力されるように、互いに傾いて配置される。第１の実施形態とは異なり、レーザ素子１１０および光増幅器１２０は直線状または平行ではない角度をもって配置されておらず、ほぼ同じ方向に沿って配置される。レーザ光Ａは、出力端面１１５に垂直な軸Ｂに対して角度θ１０でレーザ素子１１０から出射し、入力端面１２５に垂直な軸Ｄに対して角度θ２０で光増幅器１２０に入射する。換言すると、レーザ光Ａの進行方向と出力端面１１５に垂直な軸Ｂとの間の角度が角度θ１０であり、かつレーザ光Ａの進行方向と入力端面１２５に垂直な軸Ｄとの間の角度が角度θ２０になるように、レーザ素子１１０および光増幅器１２０は配置される。
【００５２】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に端面における反射光の影響を抑制することができる。また、第１の実施形態のように直線状または平行の配置ではないため、筐体１８０の短手方向の長さが若干大きくなるものの、長手方向の長さを縮めることができる。
【００５３】
（第３の実施形態）
図１０は、本実施形態に係るレーザモジュール３００の概略構成図である。レーザモジュール３００は、入力ポート１２３が設けられている第１の端面（入力端面）１２５側と光増幅部１２１との間において、光導波路１２２が、湾曲部１２２ｂを有さずに第１の直線部１２２ａのみから構成されている点で、第１実施形態とは異なっている。また、これに伴い、レーザモジュール３００は、素子の配置および構成が第１の実施形態とは一部異なっている。
【００５４】
第１および第２の実施形態では、レーザ素子１１０において光導波路１１２が出力端面１１５に傾いて接続され、光増幅器１２０において光導波路１２２が入力端面１２５に傾いて接続されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。少なくともレーザ素子１１０において、光導波路１１２が出力端面１１５に傾いて接続されていればよい。例えば、光増幅器１２０においては、光導波路１２２が入力端面１２５に傾いて接続されていなくてもよい。
【００５５】
図１０に示すように、レーザモジュール３００では、光スプリッタ１５１がレーザ光Ａを出力する一方の方向に、プリズム３０１が設けられている。プリズム３０１は、レーザ光Ａの進行方向が光増幅器１２０の入力端面１２５に垂直になるように、レーザ光Ａを屈折させる。プリズム３０１がレーザ光Ａを出力する方向には、集光レンズ１３２が設けられている。集光レンズ１３２は、プリズム３０１により屈折されたレーザ光Ａを光増幅器１２０の光導波路１２２に集光して光結合させる。
【００５６】
図１１は、本実施形態に係る光増幅器１２０の概略構成図である。図１１に示すように、入力ポート１２３が設けられている第１の端面（入力端面）１２５側、すなわち入力端面１２５と光増幅部１２１との間において、光導波路１２２が第１の直線部１２２ａのみから構成されている。入力端面１２５と光増幅部１２１との間において、光導波路１２２は、第１の実施形態とは異なり、湾曲部１２２ｂおよび第２の直線部１２２ｃを有していない。
【００５７】
なお、出力ポート１２９が設けられている第２の端面１２６（出力端面）側、すなわち光増幅部１２１と出力端面１２６との間においては、光導波路１２２は、第１の実施形態と同様に構成されている。すなわち、光増幅部１２１と出力端面１２６との間において、光導波路１２２は、第１の直線部１２２ａ、湾曲部１２２ｂ、および第２の直線部１２２ｃと同様の構成を有している。
【００５８】
入力端面１２５と光増幅部１２１との間において、光導波路１２２は、入力端面１２５に垂直な軸Ｄに沿って延在し、入力端面１２５に垂直に接続されている。すなわち、光導波路１２２は、入力端面１２５に傾かずに接続されている。
【００５９】
光増幅器１２０は、プリズム３０１により屈折されて集光レンズ１３２により集光されたレーザ光Ａが、入力端面１２５に垂直な軸Ｄに沿って入力ポート１２３から光導波路１２２に入射するように配置されている。本実施形態では、このように、レーザ光Ａが、入射端面１２５に垂直に接続された光導波路１２２に入射して光導波路１２２に光結合される。
【００６０】
光増幅器１２０から出力されたレーザ光Ａは、第１の実施形態と同様に、光増幅器１２０がレーザ光Ａを出力する方向に設けられた集光レンズ１３３により、筐体１８０の外部に集光される。
【００６１】
なお、本実施形態は、光スプリッタ１５２、エタロンフィルタ１７０およびフォトダイオード１６２の配置が、第１の実施形態とは異なっている。本実施形態では、光スプリッタ１５２が、レーザ光Ａを出力する一方の方向として光増幅器１２０の側の方向に出力するように配置されている。これに伴い、エタロンフィルタ１７０およびフォトダイオード１６２は、光スプリッタ１５２がレーザ光Ａを出力する光増幅器１２０の側の方向に順次配置されている。すなわち、エタロンフィルタ１７０は、光スプリッタ１５２がレーザ光Ａを出力する光増幅器１２０の側の方向に設けられている。フォトダイオード１６２は、エタロンフィルタ１７０がレーザ光Ａを出力する方向に設けられている。
【００６２】
本実施形態のように、光増幅器１２０における光導波路１２２が、入力端面１２５に垂直に接続され、レーザ光Ａが、入力端面１２５に垂直な軸Ｄに沿って光導波路１２２に入射するように構成されていてもよい。
【００６３】
なお、光導波路１２２が入力端面１２５に垂直に接続された図１１示す光増幅器１２０を用いたレーザモジュールの構成は、図１０に示す構成に限定されるものではない。以下、第４〜第７の実施形態において、他の構成の例について説明する。
【００６４】
（第４の実施形態）
図１２は、本実施形態に係るレーザモジュール４００の概略構成図である。レーザモジュール４００は、第３の実施形態と同様に光増幅器１２０が構成されており、素子の配置および構成が第３の実施形態とは一部異なっている。
【００６５】
図１２に示すように、レーザモジュール４００では、光スプリッタ１５１がレーザ光Ａを出力する一方の方向に、第１の実施形態と同様に、集光レンズ１３２が設けられている。集光レンズ１３２がレーザ光Ａを集光して出力する方向には、図１１に示す第３実施形態と同様の光増幅器１２０が配置されている。
【００６６】
光増幅器１２０は、集光レンズ１３２により集光されたレーザ光Ａが、入力端面１２５に垂直な軸Ｄに沿って入力ポート１２３から光導波路１２２に入射するように配置されている。
【００６７】
光増幅器１２０がレーザ光Ａを出力する方向には、集光レンズ４０１およびプリズム４０２が順次設けられている。集光レンズ４０１は、光増幅器１２０から出力されたレーザ光Ａをプリズム４０２に集光する。プリズム４０２は、集光レンズ４０１により集光されたレーザ光Ａを、筐体１８０の側壁１８１上に設けられた集光レンズ１３３に向けて屈折させる。集光レンズ１３３は、プリズム４０２により屈折されたレーザ光Ａを外部に集光する。
【００６８】
（第５の実施形態）
図１３は、本実施形態に係るレーザモジュール５００の概略構成図である。レーザモジュール５００は、第３の実施形態と同様に光増幅器１２０が構成されており、素子の配置および構成が第３の実施形態とは一部異なっている。
【００６９】
図１３に示すように、レーザモジュール５００では、第１の実施形態と同様のレーザ素子１１０、コリメートレンズ１３１、光アイソレータ１４０、光スプリッタ１５１および集光レンズ１３２が、筐体１８０に対して傾斜して設けられている。また、第１の実施形態と同様の光スプリッタ１５２、フォトダイオード１６１、１６２およびエタロンフィルタ１７０も、筐体１８０に対して傾斜して設けられている。
【００７０】
集光レンズ１３２がレーザ光Ａを集光して出力する方向には、図１１に示す第３実施形態と同様の光増幅器１２０が配置されている。光増幅器１２０は、第４の実施形態と同様に、集光レンズ１３２により集光されたレーザ光Ａが、入力端面１２５に垂直な軸Ｄに沿って入力ポート１２３から光導波路１２２に入射するように配置されている。
【００７１】
光増幅器１２０から出力されたレーザ光Ａは、第１の実施形態と同様に、光増幅器１２０がレーザ光Ａを出力する方向に設けられた集光レンズ１３３により、筐体１８０の外部に集光される。
【００７２】
（第６の実施形態）
図１４は、本実施形態に係るレーザモジュール６００の概略構成図である。レーザモジュール６００は、光スプリッタ１５２、エタロンフィルタ１７０およびフォトダイオード１６２の配置が、第５の実施形態とは異なっている。
【００７３】
第５の実施形態では、図１３に示すように、光スプリッタ１５２が、レーザ光Ａを出力する一方の方向としてレーザ素子１１０の側の方向に出力するように配置されている。エタロンフィルタ１７０およびフォトダイオード１６２は、光スプリッタ１５２がレーザ光Ａを出力するレーザ素子１１０の側の方向に順次配置されている。すなわち、エタロンフィルタ１７０は、光スプリッタ１５２がレーザ光Ａを出力するレーザ素子１１０の側の方向に設けられている。フォトダイオード１６２は、エタロンフィルタ１７０がレーザ光Ａを出力する方向に設けられている。
【００７４】
これに対し、図１４に示すように、レーザモジュール６００では、光スプリッタ１５２が、レーザ光Ａを出力する一方の方向として光増幅器１２０の側の方向に出力するように配置されている。これに伴い、エタロンフィルタ１７０およびフォトダイオード１６２は、光スプリッタ１５２がレーザ光Ａを出力する光増幅器１２０の側の方向に順次配置されている。すなわち、エタロンフィルタ１７０は、光スプリッタ１５２がレーザ光Ａを出力する光増幅器１２０の側の方向に設けられている。フォトダイオード１６２は、エタロンフィルタ１７０がレーザ光Ａを出力する方向に設けられている。
【００７５】
（第７の実施形態）
図１５は、本実施形態に係るレーザモジュール７００の概略構成図である。レーザモジュール７００は、集光レンズ１３２により集光されたレーザ光Ａを反射して光増幅器１２０に導くミラー７０１を有する点で、第６の実施形態とは異なっている。
【００７６】
図１５に示すように、レーザモジュール７００では、光スプリッタ１５１がレーザ光Ａを出力する一方の方向に、ミラー７０１が設けられている。ミラー７０１がレーザ光Ａを反射する方向には、ミラー７０１により反射された光を集光する集光レンズ１３２が設けられている。
【００７７】
光増幅器１２０は、ミラー７０１により反射されて集光レンズ１３２により集光されたレーザ光Ａが、光増幅器１２０の入力端面１２５に垂直な軸Ｄに沿って入力ポート１２３から光導波路１２２に入射するように配置されている。
【００７８】
光増幅器１２０から出力されたレーザ光Ａは、光増幅器１２０がレーザ光Ａを出力する方向に設けられた集光レンズ１３３により、筐体１８０の外部に集光される。なお、本実施形態では、光増幅器１２０が、出力端面１２６に垂直な軸に対して、第６の実施形態とは逆側にレーザ光Ａを出力するように構成されている。
【００７９】
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００  レーザモジュール
１１０  レーザ素子
１１１  レーザ発振部
１１２、１２２  光導波路
１２０  光増幅器
１２１  光増幅部
１１４、１２４  基板
【図１】
2017138649.tif 000003
【図２】
2017138649.tif 000004
【図３】
2017138649.tif 000005
【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】
2017138649.tif 000017
【国際調査報告】
2017138649.tif 000018
2017138649.tif 000019
2017138649.tif 000020
2017138649.tif 000021