(57)【要約】【課題】反射手段の数より多い出射光の波長数を得ることができる光源モジュールを提供する。【解決手段】光源モジュール１は、半導体光増幅素子１０、光導波路型回折格子素子２０、１／２波長板３０およびレンズ４０を備える。半導体光増幅素子１０は、光活性層１１を挟んで互いに対向する光反射面１４と光出射面１５とを端面に有している。光導波路型回折格子素子２０は、複屈折率を有するコア２２にブラッググレーティング２５が形成されていて、半導体光増幅素子１０の光反射面１４とともに共振器を構成している。１／２波長板３０は、半導体光増幅素子１０の光出射面１５と光導波路型回折格子素子２０の端面２６との間の光路に挿入および待避が自在に設けられる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放出する光活性層を挟んで互いに対向する光反射面と光出射面とを有し、前記光出射面を経て光を入出射し得る半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の前記光出射面から出射された光のうち一部を透過させて残部を前記光出射面へ反射させ、前記半導体発光素子の前記光反射面とともに共振器を構成しており、光の偏波により反射波長が異なる反射手段と、
前記半導体発光素子の前記光出射面と前記反射手段との間を伝搬する光の偏波面を回転させる偏波面回転手段と、
を備えることを特徴とする光源モジュール。
【請求項２】
前記反射手段が光導波路にブラッググレーティングが形成された光導波路型回折格子素子であることを特徴とする請求項１記載の光源モジュール。
【請求項３】
前記光導波路が平面基板に形成され複屈折率を有する平面光導波路であることを特徴とする請求項２記載の光源モジュール。
【請求項４】
前記光導波路が偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項２記載の光源モジュール。
【請求項５】
前記偏波面回転手段が、１／２波長板と、前記半導体発光素子の前記光出射面と前記反射手段との間の光路に前記１／２波長板を挿入し待避させる手段と、を含むことを特徴とする請求項１記載の光源モジュール。
【請求項６】
前記偏波面回転手段が光軸を中心として前記半導体発光素子と前記反射手段とを相対的に回転させる手段を含むことを特徴とする請求項１記載の光源モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子と反射手段とを備える光源モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子は、光活性層を挟んで互いに対向する光反射面と光出射面とを有し、光反射面と光出射面とが共振器を構成しており、光活性層で発生した放出光を該共振器で共振させて、レーザ光を光出射面から外部へ出射することができる。しかし、半導体発光素子は、一般に、出射光のスペクトル幅が広く、また、出射光の波長が不安定である。
【０００３】
そこで、半導体発光素子と反射手段（例えば光導波路にブラッググレーティングが形成された光導波路型回折格子素子）とを備える光源モジュールが構成される（例えば特許文献１や特許文献２を参照）。この光源モジュールでは、反射手段は、半導体発光素子の光出射面から出射された光のうち一部を透過させて残部を光出射面へ反射させ、半導体発光素子の光反射面とともに共振器を構成している。そして、半導体発光素子の光反射面と反射手段とからなる共振器により光が共振されて、その共振光の一部が反射手段を透過して出射される。したがって、出射光のスペクトル幅については、反射手段の反射帯域に応じて狭いものとすることができ、また、出射光の波長については、反射手段の反射波長の安定性に応じて比較的安定とすることができる。
【０００４】
また、特許文献２に開示された光源モジュールは、反射波長が互いに異なる複数の反射手段を備え、これら複数の反射手段のうちから何れかの反射手段を選択し、その選択した反射手段と半導体発光素子の光出射面とを光学的に結合することで、出射光の波長を可変とすることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−９７７８４号公報
【特許文献２】
特開平１０−２６７７９１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の波長可変の光源モジュールでは、Ｎ波長の出射光を得るには、反射波長が互いに異なるＮ個の反射手段を備える必要がある。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、反射手段の数より多い出射光の波長数を得ることができる光源モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光源モジュールは、（１）  光を放出する光活性層を挟んで互いに対向する光反射面と光出射面とを有し、光出射面を経て光を入出射し得る半導体発光素子と、（２）  半導体発光素子の光出射面から出射された光のうち一部を透過させて残部を光出射面へ反射させ、半導体発光素子の光反射面とともに共振器を構成しており、光の偏波により反射波長が異なる反射手段と、（３）  半導体発光素子の光出射面と反射手段との間を伝搬する光の偏波面を回転させる偏波面回転手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この光源モジュールでは、反射手段と半導体発光素子の光反射面との間に共振器が構成されていて、反射手段を透過した光が光源モジュールからの出射光となる。この共振器における共振波長は、反射手段の反射波長と一致する。反射手段の反射波長は、光の偏波により異なるから、共振器における共振波長（光源モジュールからの出射光の波長）は、反射手段に入射する光の偏波により異なる。そして、半導体発光素子の光出射面と反射手段との間を伝搬する光の偏波面を回転させる偏波面回転手段が設けられていることにより、反射手段に入射する光の偏波が回転されて、これにより、光源モジュールからの出射光の波長が変更される。
【０００９】
本発明に係る光源モジュールでは、反射手段は、光導波路にブラッググレーティングが形成された光導波路型回折格子素子であるのが好適である。また、光導波路は、平面基板に形成され複屈折率を有する平面光導波路であるのが好適であり、或いは、偏波保持光ファイバであるのが好適である。
【００１０】
本発明に係る光源モジュールでは、偏波面回転手段は、１／２波長板と、半導体発光素子の光出射面と反射手段との間の光路に１／２波長板を挿入し待避させる手段と、を含むのが好適である。或いは、偏波面回転手段は、光軸を中心として半導体発光素子と反射手段とを相対的に回転させる手段を含むのが好適である。
【００１１】
【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。なお、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。
【００１２】
（第１実施形態）
先ず、本発明に係る光源モジュールの第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る光源モジュール１の斜視図である。図２は、第１実施形態に係る光源モジュール１の断面図である。これらの図に示される光源モジュール１は、半導体発光素子としての半導体光増幅素子１０、反射手段としての光導波路型回折格子素子２０、１／２波長板３０およびレンズ４０を備える。なお、図１ではレンズ４０の図示が省略されている。図２は、光軸を含む面で切断したときの光源モジュール１の断面を示す。
【００１３】
半導体光増幅素子１０は、光活性層１１、クラッド層１２およびクラッド層１３が順に積層されたもので、光を放出する光活性層１１を挟んで互いに対向する光反射面１４と光出射面１５とを端面に有している。半導体光増幅素子１０は、クラッド層１２とクラッド層１３との間に電圧が印加されることにより、光活性層１１に反転分布を生じて光を放出する。光反射面１４は、光活性層１１で放出される光に対して高い反射率を有する。光出射面１５は、光活性層１１で放出される光に対して比較的低い反射率を有し、その光を外部へ出射する。すなわち、光出射面１５は、外部との間で光を入出射し得る。
【００１４】
この半導体光増幅素子１０としては、例えば、光活性層１１がＭＱＷ量子井戸構造を有するものが好適に用いられる。また、ＴＥ偏波光およびＴＭ偏波光それぞれの光増幅利得を互いに略一致させるためには、光活性層１１が歪量子井戸構造やバルク型構造を有するものも好適に用いられる。
【００１５】
光導波路型回折格子素子２０は、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射されて一方の端面２６に入射した光のうち、一部を透過させて他方の端面２７から出射させ、残部を光出射面１５へ反射させる。光導波路型回折格子素子２０の断面は図３にも示されている。図３は、光軸に垂直な面で切断したときの光導波路型回折格子素子２０の断面図である。
【００１６】
この光導波路型回折格子素子２０は、平面状の基板２１の上にアンダークラッド層２２、矩形断面のコア２３およびオーバークラッド層２４が順に形成されている。光導波路であるコア２２は、端面２６から端面２７まで設けられていて、複屈折率を有しており、導波光の偏波によって実効屈折率が異なる。このコア２３の長手方向に沿った一定範囲において屈折率変調によるブラッググレーティング２５が形成されている。したがって、ブラッググレーティング２５においてブラッグ条件を満たす反射波長は、導波光の偏波により異なる。
【００１７】
光導波路型回折格子素子２０は、半導体光増幅素子１０の光反射面１４とともに共振器を構成している。すなわち、半導体光増幅素子１０の光活性層１１で放出される光のうち、光導波路型回折格子素子２０のグレーティング２５により反射される波長域の光を、光導波路型回折格子素子２０のグレーティング２５と半導体光増幅素子１０の光反射面１４との間で共振させ、その共振させた光の一部をグレーティング２５を透過させて、端面２７から外部へ出射する。
【００１８】
なお、本実施形態では、半導体光増幅素子１０における各層の積層方向と、光導波路型回折格子素子２０における各層の積層方向とは、互いに平行である。したがって、半導体光増幅素子１０と光導波路型回折格子素子２０との間の光路に１／２波長板３０が挿入されていない状態では、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射された光は、そのままの偏波状態で光導波路型回折格子素子２０の端面２６に入射して、ＴＥ偏波光としてコア２３を導波する。
【００１９】
１／２波長板３０は、半導体光増幅素子１０の光活性層１１で放出される光の偏波面を９０°だけ回転させるものであり、半導体光増幅素子１０の光出射面１５と光導波路型回折格子素子２０の端面２６との間の光路に挿入および待避が自在に設けられる。この１／２波長板３０は、挿入時と待避時とて、該光路を伝搬する光の偏波面を９０°だけ異なるものとする。１／２波長板３０は、例えば、ポリイミドからなり、厚さ１５μｍである。
【００２０】
レンズ４０は、半導体光増幅素子１０の光出射面１５と光導波路型回折格子素子２０の端面２６との間の光路に挿入されている。このレンズ４０は、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から発散して出射される光を、光導波路型回折格子素子２０の端面２６に集光して入射させる。また、このレンズ４０は、光導波路型回折格子素子２０の端面２６から発散して出射される光を、半導体光増幅素子１０の光出射面１５に集光して入射させる。
【００２１】
次に、第１実施形態に係る光源モジュール１に含まれる光導波路型回折格子素子２０について更に詳細に説明する。例えば、基板２１はシリコンからなる基板であり、アンダークラッド層２２は石英ガラス（ＳｉＯ２）からなり、コア２３はＧｅＯ２が添加された石英ガラスからなり、また、オーバークラッド層２４は石英ガラスからなる。このように各層が構成されていることにより、コア２２の屈折率は、アンダークラッド層２２の屈折率より高く、また、オーバークラッド層２４の屈折率よりも高くなる。このような光導波路型回折格子素子２０は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術、ＦＨＤ（Ｆｌａｍｅ  Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術、フォトリソグラフィ技術およびＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術などにより製造され得る。
【００２２】
光導波路であるコア２３が複屈折性を有するものとする為に、ＦＨＤ技術によりオーバークラッド層２４が形成される場合には、オーバークラッド層２４にＢ元素またはＰ元素が添加される。すなわち、Ｂ元素またはＰ元素が添加された石英ガラスからなるオーバークラッド層２４は、シリコンからなる基板２１と比較して、熱膨張係数が大きく異なる。このことを利用して、光導波路であるコア２３に加わる残留応力が、基板２１の上面に平行な方位と垂直な方位とで互いに異なるものとされ、これにより、光導波路であるコア２３が複屈折性を有するものとなる。ただし、オーバークラッド層２４に添加されるＢ元素またはＰ元素の量は、オーバークラッド層２４のガラス化が可能である程度であることが必要である。
【００２３】
或いは、光導波路であるコア２３が複屈折性を有するものとする為に、ＣＶＤ技術によりオーバークラッド層２４が形成される場合には、オーバークラッド層２４を形成するときのバイアスパワーが通常より大きくされる。このようにして形成されたオーバークラッド層２４は膜応力が大きくなり、これにより、コア２３が複屈折性を有するものとなる。
【００２４】
このようにして形成されて複屈折性を有するコア２３では、同一波長であっても、ＴＥ偏波光に対する実効屈折率ＮＴＥと、ＴＭ偏波光に対する実効屈折率ＮＴＭとは、互いに異なっている。ＴＥ偏波光は、光導波路を伝搬する光のうち、基板２１の上面に平行な電界成分を有する光である。一方、ＴＭ偏波光は、光導波路を伝搬する光のうち、基板２１の上面に平行な磁界成分を有する光である。
【００２５】
また、光導波路であるコア２３は、ＧｅＯ２が添加された石英ガラスからなることにより、以下のようにしてブラッググレーティング２５が形成され得る。すなわち、光導波路型回折格子素子２０は、ブラッググレーティング２５形成前に高圧水素処理され、その後に、密着配置された位相格子マスクを介して屈折率変化誘起光が照射される。屈折率変化誘起光は、ＧｅＯ２が添加された石英ガラスの屈折率を上昇せしめる波長の光であり、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光源から出力される波長２４８ｎｍの紫外レーザ光が好適に用いられる。このような屈折率変化誘起光が位相格子マスクを介して照射されると、この位相格子マスクにより屈折率変化誘起光の＋１次回折光と−１次回折光とが生じ、これら＋１次回折光と−１次回折光とが干渉することで、空間的に強度変調された屈折率変化誘起光照射分布が生じる。そして、コア２３において、各位置における屈折率変化誘起光の強度に応じて屈折率が上昇し、これにより、長手方向に沿って屈折率変調によるブラッググレーティング２５が形成される。
【００２６】
ブラッググレーティング２５における屈折率変調周期をΛと表すと、ＴＥ偏波光の反射波長λＴＥは「λＴＥ＝２ＮＴＥΛ」なるブラッグ条件式で表され、ＴＭ偏波光の反射波長λＴＭは「λＴＭ＝２ＮＴＭΛ」なるブラッグ条件式で表される。このように、光導波路型回折格子素子２０のブラッググレーティング２５における反射波長は、導波光の偏波によって異なる。
【００２７】
例えば、基板２１をシリコンからなるものとし、アンダークラッド層２２の厚みを２０μｍとし、オーバークラッド層２４の厚みを２５μｍとし、コア２３（光導波路）の高さおよび幅それぞれを６μｍとした。このとき、コア２３の複屈折率は６×１０−４程度であった。このときブラッググレーティング２５では、ＴＥ偏波光の反射波長λＴＥは１５６５．１８ｎｍ程度であり、ＴＭ偏波光の反射波長λＴＭは１５６５．６３ｎｍ程度であった。
【００２８】
図４は、第１実施形態に係る光源モジュール１の発振スペクトルを示す図である。ここで用いられた光導波路型回折格子素子２０は、上記のようなＴＥ偏波光の反射波長λＴＥが１５６５．１８ｎｍ程度であって、ＴＭ偏波光の反射波長λＴＭが１５６５．６３ｎｍ程度であるものである。また、ここで用いられた半導体光増幅素子１０は、この光導波路型回折格子素子２０の反射波長（λＴＥ，λＴＭ）を含む波長域で、光活性層１１で光を放出するものである。
【００２９】
１／２波長板３０が挿入されていない状態では、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射された光は、そのままの偏波状態で光導波路型回折格子素子２０の端面２６に入射して、ＴＥ偏波光としてコア２３を導波する。したがって、このＴＥ偏波光に対するブラッググレーティング２５の反射波長はλＴＥであるから、光源モジュール１の中心発振波長はλＴＥ（＝１５６５．１８ｎｍ）となる。一方、１／２波長板３０が挿入されている状態では、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射された光は、１／２波長板３０により偏波面が９０°回転されて、光導波路型回折格子素子２０の端面２６に入射して、ＴＭ偏波光としてコア２３を導波する。したがって、このＴＭ偏波光に対するブラッググレーティング２５の反射波長はλＴＭであるから、光源モジュール１の中心発振波長はλＴＭ（＝１５６５．６３ｎｍ）となる。
【００３０】
以上のように、第１実施形態に係る光源モジュール１は、反射手段である光導波路型回折格子素子２０に形成されたブラッググレーティング２５が１つだけであっても、１／２波長板３０の挿入・待避により、２波長（λＴＥ，λＴＭ）の何れかの波長の光を選択的に出射することができる。すなわち、この光源モジュール１は、反射手段の数より多い出射光の波長数を得ることができる。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る光源モジュールの第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係る光源モジュール２の斜視図である。この図に示される光源モジュール２は、半導体発光素子としての半導体光増幅素子１０、反射手段としての光導波路型回折格子素子２０、半導体光増幅素子１０と光導波路型回折格子素子２０との間の光路に挿入されて両者の光結合に用いられるレンズ（図示せず）、および、半導体光増幅素子１０を光軸周りに回転させる手段（図示せず）を備える。
【００３２】
半導体光増幅素子１０は、第１実施形態の場合と同様のものであり、光活性層１１、クラッド層１２およびクラッド層１３が順に積層されたもので、光を放出する光活性層１１を挟んで互いに対向する光反射面１４と光出射面１５とを端面に有しており、光出射面１５を経て光を入出射し得る。
【００３３】
光導波路型回折格子素子２０も、第１実施形態の場合と同様のものであり、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射されて一方の端面２６に入射した光のうち、一部を透過させて他方の端面２７から出射させ、残部を光出射面１５へ反射させる。光導波路であるコア２２は、端面２６から端面２７まで設けられていて、複屈折率を有しており、導波光の偏波によって実効屈折率が異なる。このコア２３の長手方向に沿った一定範囲において屈折率変調によるブラッググレーティング２５が形成されている。したがって、ブラッググレーティング２５においてブラッグ条件を満たす反射波長は、導波光の偏波により異なる。
【００３４】
光導波路型回折格子素子２０は、半導体光増幅素子１０の光反射面１４とともに共振器を構成している。すなわち、半導体光増幅素子１０の光活性層１１で放出される光のうち、光導波路型回折格子素子２０のグレーティング２５により反射される波長域の光を、光導波路型回折格子素子２０のグレーティング２５と半導体光増幅素子１０の光反射面１４との間で共振させ、その共振させた光の一部をグレーティング２５を透過させて、端面２７から外部へ出射する。
【００３５】
また、半導体光増幅素子１０と光導波路型回折格子素子２０との間の光路に挿入されるレンズも、第１実施形態の場合と同様のものであり、半導体光増幅素子１０の光出射面１５と光導波路型回折格子素子２０の端面２６との間の光路に挿入されていて、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から発散して出射される光を光導波路型回折格子素子２０の端面２６に集光して入射させ、また、光導波路型回折格子素子２０の端面２６から発散して出射される光を半導体光増幅素子１０の光出射面１５に集光して入射させる。
【００３６】
半導体光増幅素子１０を光軸周りに回転させる手段として、例えば回転ステージが好適に用いられる。この回転により、半導体光増幅素子１０と光導波路型回折格子素子２０との相対的位置関係は、図５（ａ）に示される第１状態と、図５（ｂ）に示される第２状態との、何れかに選択的に設定される。
【００３７】
第１状態（図５（ａ））では、半導体光増幅素子１０における各層の積層方向と、光導波路型回折格子素子２０における各層の積層方向とは、互いに平行である。したがって、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射された光は、そのままの偏波状態で光導波路型回折格子素子２０の端面２６に入射して、ＴＥ偏波光としてコア２３を導波する。したがって、このときのブラッググレーティング２５の反射波長はＴＥ偏波光の反射波長λＴＥであるから、光源モジュール２の中心発振波長はλＴＥとなる。
【００３８】
第２状態（図５（ｂ））は、第１状態に対して半導体光増幅素子１０が光軸周りに９０°回転した状態である。この第２状態では、半導体光増幅素子１０における各層の積層方向と、光導波路型回折格子素子２０における各層の積層方向とは、互いに垂直である。したがって、半導体光増幅素子１０の光出射面１５から出射された光は、光導波路型回折格子素子２０の端面２６に入射してＴＭ偏波光としてコア２３を導波する。したがって、このときのブラッググレーティング２５の反射波長はＴＭ偏波光の反射波長λＴＭであるから、光源モジュール２の中心発振波長はλＴＭとなる。
【００３９】
以上のように、第２実施形態に係る光源モジュール２は、反射手段である光導波路型回折格子素子２０に形成されたブラッググレーティング２５が１つだけであっても、半導体光増幅素子１０を光軸周りに回転させて第１状態および第２状態の何れかに選択的に設定することにより、２波長（λＴＥ，λＴＭ）の何れかの波長の光を選択的に出射することができる。すなわち、この光源モジュール１は、反射手段の数より多い出射光の波長数を得ることができる。
【００４０】
（変形例）
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、光の偏波により反射波長が異なる反射手段として、上記実施形態では、平面光導波路にブラッググレーティングが形成された光導波路型回折格子素子を用いたが、偏波保持光ファイバにブラッググレーティングが形成された光導波路型回折格子素子を用いてもよい。偏波保持光ファイバを用いる場合には、この偏波保持光ファイバと他の光ファイバとを接続する際の接続損失が小さい点で好適である。
【００４１】
また、光の偏波により反射波長が異なる反射手段として、各々にブラッググレーティングが形成されていて反射波長が互いに異なるＭ個（Ｍは２以上の整数）の光導波路が並列配置されたものが用いられるのも好適である。この場合には、Ｍ個の光導波路のうちの何れかの光導波路を選択的に半導体光増幅素子に光結合させるとともに、第１実施形態または第２実施形態の如く光導波路を伝搬する光をＴＥ偏波光およびＴＭ偏波光の何れかに選択的に設定することにより、光源モジュールからの出射光の波長数を２Ｍとすることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光源モジュールは、反射手段の数より多い出射光の波長数を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る光源モジュール１の斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る光源モジュール１の断面図である。
【図３】第１実施形態に係る光源モジュール１に含まれる光導波路型回折格子素子２０の断面である。
【図４】第１実施形態に係る光源モジュール１の発振スペクトルを示す図である。
【図５】第２実施形態に係る光源モジュール２の斜視図である。
【符号の説明】
１，２…光源モジュール、１０…半導体光増幅素子（半導体発光素子）、１１…光活性層、１２，１３…クラッド層、１４…光反射面、１５…光出射面、２０…光導波路型回折格子素子（反射手段）、２１…基板、２２…アンダークラッド層、２３…コア、２４…オーバークラッド層、２５…ブラッググレーティング、２６，２７…端面、３０…１／２波長板、４０…レンズ。
【図１】
2004273560.tif 000003
【図２】
2004273560.tif 000004
【図３】
2004273560.tif 000005
【図４】
2004273560.tif 000006
【図５】
2004273560.tif 000007