(57)【要約】【課題】２つのレーザ光の光路長差を補正するための光路長補正部を、少なくとも一方の光路上に設けることにより、２つのレーザ光の偏光度を低下させることができる半導体レーザモジュール及びラマン増幅器を提供する。【解決手段】第１レンズ４を通過した２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２を偏波合成するＰＢＣ７と、ＰＢＣ７により偏波合成された合成光と第２レンズ１６を介して光結合する光ファイバ８とを有する半導体レーザモジュールであって、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２の少なくとも一方の光路上に、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２の光路長差を補正するための光路長補正板２４が配設されている。【選択図】　図２
2004022680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レンズを通過した２つのレーザ光を偏波合成する偏波合成素子と、前記偏波合成素子により偏波合成された合成光と第２レンズを介して光結合する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールであって、
前記２つのレーザ光の少なくとも１つは、前記第１レンズ出射後において非コリメート光とされており、
前記２つのレーザ光の少なくとも一方の光路上に、２つのレーザ光の光路長差を補正するための光路長補正部が配設されていることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
前記２つのレーザ光は、前記第１レンズと前記第２レンズの間でそれぞれビームウェストを形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項３】
前記光路長補正部の光軸方向の厚さｔは、前記光路長補正部がない場合の２つのレーザ光の光路長差Δｄ、光路長補正部の屈折率ｎｃを用いて、
ｔ＝Δｄ／（ｎｃ―１）
の式で算出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記光路長補正部は、前記偏波合成素子と一緒に同一のホルダ部材に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記光路長補正部は、前記偏波合成素子の一部として一体化されて設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項６】
前記２つのレーザ光は、各々レーザ光を出射する２つのストライプを備えた単一の半導体レーザ素子から出射されたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項７】
前記２つのストライプは、互いに平行であることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項８】
前記２つのストライプは、１００μｍ以下の間隔で並んでいることを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項９】
前記第１レンズは、前記２つのレーザ光を透過させる単一のレンズであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１０】
２つのレーザ光を第１レンズに入射させ、その出射光が所定の方向に出射し、かつその少なくとも１つの出射光が前記第１レンズ出射後に非コリメート光となるように前記第１レンズを調芯する第１のステップと、
前記第１レンズから出射された前記２つのレーザ光を入力部から入射させ、これらが偏波合成されて出力部から出射されるように偏波合成素子を調芯する第２のステップと、
前記偏波合成素子の前記出力部から出射される合成光を第２レンズによって集光する第３のステップと、
を有する偏波合成方法であって、
前記２つのレーザ光の少なくとも一方の光路上に、前記２つのレーザ光の光路の光学長の差を補正する光路長補正部を配設する第４のステップを有することを特徴とする偏波合成方法。
【請求項１１】
前記第１のステップは、前記第１レンズから出射された２つのレーザ光が前記第１レンズと前記第２レンズとの間でそれぞれビームウェストを形成するように前記第１レンズを調芯すること
を特徴とする請求項１０に記載の偏波合成方法。
【請求項１２】
前記第１のステップは、前記２つのレーザ光を単一の第１レンズに入射させ、これらをその並び方向に分離させることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の偏波合成方法。
【請求項１３】
前記第１レンズから出射された前記２つのレーザ光の光軸を互いに平行にする第５のステップをさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の偏波合成方法。
【請求項１４】
前記偏波合成素子と前記光路長補正部とが同一のホルダ部材に保持され、
前記第４のステップが前記第２のステップと同時に行われることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１つの項に記載の偏波合成方法。
【請求項１５】
前記２つのレーザ光の偏光方向を互いに垂直とする第６のステップをさらに有することを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１つの項に記載の偏波合成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザモジュール及び偏波合成方法に関し、特に、２つのレーザ光を偏波合成した合成光を光ファイバに光結合する半導体レーザモジュール及び偏波合成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における高密度波長分割多重伝送方式による光通信の進展に伴い、光増幅器に使用される励起光源に対する高出力化の要求がますます高まっている。
【０００３】
また、最近では、光増幅器として従来より使用されてきたエルビウムドープ光増幅器よりも更に広帯域の光を増幅する手段としてラマン増幅器に対する期待が高まっている。ラマン増幅は、光ファイバに励起光を入射したときに発生する誘導ラマン散乱により、励起光波長から約１３ＴＨｚ低周波側に利得が現れ、このように励起された状態の光ファイバに、上記利得を有する波長帯域の信号光を入力すると、その信号光が増幅されるという現象を利用した光信号の増幅方法である。
【０００４】
ラマン増幅においては、信号光と励起光（ポンプ光）の偏光方向が一致している状態で信号光が増幅されるので、信号光と励起光との偏光方向のずれの影響を極力小さくする必要がある。そのため、励起光の偏波を解消（無偏光化：デポラライズ）して、偏光度（ＤＯＰ：Ｄｅｇｒｅｅ　Ｏｆ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を低減させることが行われている。
【０００５】
光増幅器の励起光源等に用いられる従来の半導体レーザモジュールからのレーザ光を無偏光化する方法として、たとえば、２つのレーザ光を偏波合成して光ファイバから出力するものが知られている。
【０００６】
図７は、米国特許第５５８９６８４号公報に開示された従来の半導体レーザ装置を説明するための説明図である。
【０００７】
図７に示すように、従来の半導体レーザ装置は、同一波長で互いに直交する方向にレーザ光を出射する第１の半導体レーザ素子１００及び第２の半導体レーザ素子１０１と、第１の半導体レーザ素子１００から出射されたレーザ光を平行にする第１の平行レンズ１０２と、第２の半導体レーザ素子１０１から出射されたレーザ光を平行にする第２の平行レンズ１０３と、第１の平行レンズ１０２及び第２の平行レンズ１０３によって平行になったレーザ光を直交偏波合成する偏波合成カプラ１０４と、偏波合成カプラ１０４によって偏波合成されたレーザ光を集光する集光レンズ１０５と、集光レンズ１０５によって集光されたレーザ光が入射され外部に送出する光ファイバ１０６とを有する。
【０００８】
従来の半導体レーザ装置によれば、第１の半導体レーザ素子１００及び第２の半導体レーザ素子１０１から互いに直交する方向に出射されたレーザ光が偏波合成カプラ１０４によって偏波合成されるので、光ファイバ１０６からは偏光度の小さいレーザ光を出射することができる（以下、従来例１という）。
【０００９】
また、特開昭６０−７６７０７号公報には、ヒートシンク上に配置され、光軸及び偏光方向が互いに平行で且つ出射端面が略一致し、第１及び第２のレーザ光をそれぞれ出射する第１及び第２の半導体レーザ素子と、第１の半導体レーザ素子から出射された第１のレーザ光の光路上に配置され、第１のレーザ光の偏光方向を９０°回転させて、第２のレーザ光の偏光方向に対し直角にする偏光回転子と、偏光方向が互いに直角になった第１及び第２のレーザ光の光路を複屈折効果で合流させる偏光素子（方解石板）と、偏光素子側からのレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバと、偏光素子で合流したレーザ光を光ファイバに結合するレンズとを有する半導体レーザモジュールが開示されている。この半導体レーザモジュールでは、第１及び第２の半導体レーザ素子がパッケージ内に収納されユニット化されている（以下、従来例２という）。
【００１０】
また、特開２０００−３１５７５号公報には、電子冷却素子と、電子冷却素子上に実装された第１及び第２の半導体レーザ素子と、電子冷却素子上に実装され、第１及び第２の半導体レーザ素子から出射された第１及び第２のレーザ光をそれぞれ平行化する第１及び第２の集光レンズと、第１及び第２のレーザ光を偏波合成する偏波合成素子と、偏波合成素子から出力されたレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールが開示されている。また、第１及び第２の半導体レーザ素子は、発光中心間ピッチ５００μｍで形成されたＬＤアレイとして構成されている。また、第１及び第２の集光レンズは、球レンズアレイやフレネルレンズアレイ等の集光用レンズアレイとして構成されている（以下、従来例３という）。
【００１１】
しかしながら、従来例１では、半導体レーザ素子から出力されたレーザ光に対してレンズをそれぞれ位置決めする必要があるので、製造工程が複雑になり、製造時間がかかるという課題がある。
【００１２】
従来例２では、半導体レーザ素子からのレーザ光を偏光回転素子又は偏光素子で直接受光する構成になっている。そのため、従来例２の構成で高い光結合効率を得るためには半導体レーザ素子ーレンズ間の間隔を３００〜５００μｍ程度に設計する必要があり、実際上、半導体レーザ素子ーレンズ間に偏光回転素子及び偏光素子を配置することは非常に困難である。レンズを大きくすることにより、スペースを作ることができるが、パッケージが現在用いられているものよりも数倍大型化してしまい、半導体レーザモジュールの大型化につながってしまうという課題がある。
【００１３】
また、従来例３では、広い間隔（発光中心間ピッチ５００μｍ）で出射された２つのビームをそれぞれ異なるレンズで受けることにより、互いに平行な２つのレーザ光を得る構成であるため、半導体レーザ素子が大型化してしまい、１枚のウェハから得られる半導体チップの量が減るので、大量生産に不向きである。これを解消するために、半導体レーザ素子のストライプの間隔を狭くすると、レンズの小型化が必要となり、それぞれのストライプから出た光同士の分離も困難になるので、その後の偏波合成や光合成を行うことが困難になる。
【００１４】
そこで、上記の課題を解決するために、本出願人は、２つのストライプ状発光部（以下、単に「ストライプ」という）を備えた単一の半導体レーザ素子から出射される２つのレーザ光を偏波合成して光ファイバで受光する半導体レーザモジュールを提案している（例えば、特願２００１−３８３８４０号参照：以下、この技術を関連技術という）。
【００１５】
図８は、関連技術に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【００１６】
図８に示すように、関連技術に係る半導体レーザモジュールＭ４は、１００μｍ程度以下の間隔を隔てて互いに平行に形成された第１のストライプ９及び第２のストライプ１０を有し、第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の前側端面２ａ（図８では右側）からそれぞれ第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を出射する単一の半導体レーザ素子２と、半導体レーザ素子２から出射された第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とが入射され、第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とを第１，第２のストライプ９，１０の並び方向に分離させる第１レンズ４と、第１、第２のレーザ光Ｋ１、Ｋ２の少なくとも一方（図８の場合、第１のレーザ光Ｋ１）の偏光方向を所定角度（例えば９０度）回転させる半波長板６（偏光回転手段）と、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を光合成して出射する偏波合成手段７（以下、ＰＢＣ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）という）と、ＰＢＣ７から出射される合成光と光結合し、その合成光を外部に送出する光ファイバ８とを有する。
【００１７】
第１レンズ４と半波長板６との間には、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を入射し、互いの光軸を略平行にして出射するプリズム５が配設されている。また、ＰＢＣ７と光ファイバ８との間には、ＰＢＣ７により偏波合成された第１、第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２を光ファイバ８に光結合させる第２レンズ１６が配設されている。
【００１８】
ＰＢＣ７としては、ルチル結晶、ＹＶＯ４等の複屈折素子が用いられる。
【００１９】
半導体レーザ素子２の第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の前側端面２ａからそれぞれ出射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２は、第１レンズ４を通過し、交差した後、間隔が広がり十分分離された後、プリズム５に入射される。
【００２０】
プリズム５によって第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２は間隔Ｄを隔てて互いに平行となって出射し、第１のレーザ光Ｋ１は半波長板６に入射され、偏光方向を９０度回転され、ＰＢＣ７の第１の入力部７ａに入射され、第２のレーザ光Ｋ２はＰＢＣ７の第２の入力部７ｂに入射される。
【００２１】
ＰＢＣ７では、第１の入力部７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂから入射される第２のレーザ光Ｋ２とが偏波合波されて出力部７ｃから出射される。
【００２２】
ＰＢＣ７から出射されたレーザ光は、第２レンズ１６によって集光され、フェルール２３によって保持された光ファイバ８の端面に入射され外部に送出される。
【００２３】
関連技術に係る半導体レーザモジュールＭ２によれば、１つの半導体レーザ素子２に１００μｍ以下という狭い間隔で形成された第１、第２のストライプ９，１０から偏光方向のそろった第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が出射され、第１レンズ４で十分分離された後、半波長板６によって第１のレーザ光Ｋ１の偏光方向が正確に９０度回転される。すなわち、このときレーザ光Ｋ１、Ｋ２の偏光方向は互いに直交している。この状態で、ＰＢＣ７によって第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２が偏波合成されるので、光ファイバ８からは高出力で、かつ偏光度の小さいレーザ光を出射することができる。
【００２４】
従って、上記の半導体レーザモジュールＭ２を、高出力が要求されるエルビウムドープ光増幅器や、さらに増幅利得に低偏波依存性及び安定性が要求されるラマン増幅器の励起光源として適用することができる。
【００２５】
また、２つのレーザ光を出射させる２つのストライプを備えた１個の半導体レーザ素子２と、レーザ光Ｋ１、Ｋ２両方を分離する単一の第１レンズ４を用いているので、半導体レーザ素子２や第１レンズ４の位置決め時間が短くなる。その結果、半導体レーザモジュールＭ１の製造時間を短縮化できる。
【００２６】
さらに、単一の半導体レーザ素子２から出射される２つの光は略同じ方向に伝搬されるため、半導体レーザ素子２、第１レンズ４、半波長板６、ＰＢＣ７、第２レンズ１６等の光学部品を収容するパッケージの反りの影響を１方向（図８中、Ｚ方向）においてのみ抑制することにより、光ファイバ８から出射される光出力の安定化を図ることができる。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したように、ＰＢＣ７としてルチル結晶、ＹＶＯ４等の複屈折素子が用いられているので、図９に示すように、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２がＰＢＣ７を透過する光路の物理長及び屈折率ｎ１，ｎ２は、それぞれ異なる（例えば、屈折率ｎ１は２．４６、屈折率ｎ２は２．７１である）。そのため、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の第２レンズ１６出射後のそれぞれの焦点（ビームウェスト）の位置Ｇ１，Ｇ２が一致せず、ずれが生じる。このため、光ファイバ８との結合効率が第１及び第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２と異なることになる。なお、図９中、Ｆ１，Ｆ２は第１レンズ４によって形成されたレーザ光Ｋ１，Ｋ２のビームウェストの位置、Ｇ１，Ｇ２は第２レンズ１６によって形成されたレーザ光Ｋ１，Ｋ２のビームウェストの位置を示す。
【００２８】
その結果、合成光の光強度が最大になるようにＺ方向の位置で光ファイバ８を位置決めしても、必ずしもその光ファイバの調芯位置で各レーザ光について最大の結合効率が得られていることにはならない。
【００２９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、２つのレーザ光の光路長差を補正するための光路長補正部を、少なくとも一方の光路上に設けることにより、合成光の強度を最大化することができる半導体レーザモジュール及び偏波合成方法を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザモジュールは、第１レンズを通過した２つのレーザ光を偏波合成する偏波合成素子と、前記偏波合成素子により偏波合成された合成光と第２レンズを介して光結合する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールであって、前記２つのレーザ光の少なくとも１つは、前記第１レンズ出射後において非コリメート光とされており、前記２つのレーザ光の少なくとも一方の光路上に、２つのレーザ光の光路長差を補正するための光路長補正部が配設されていることを特徴とするものである。
【００３１】
好ましくは、前記２つのレーザ光は、前記第１レンズと前記第２レンズの間でそれぞれビームウェストを形成する。
【００３２】
前記光路長補正部の光軸方向の厚さｔは、前記光路長補正部がない場合の２つのレーザ光の光路長差Δｄ、光路長補正部の屈折率ｎｃを用いて、
ｔ＝Δｄ／（ｎｃ　―１）
の式で算出されるものでもよい。
【００３３】
前記光路長補正部は、前記偏波合成素子と一緒に同一のホルダ部材に設けられていてもよい。
【００３４】
前記光路長補正部は、前記偏波合成素子の一部として一体化されて設けられていてもよい。
【００３５】
前記２つのレーザ光は、各々レーザ光を出射する２つのストライプを備えた単一の半導体レーザ素子から出射されたものでもよい。
【００３６】
前記２つのストライプは、互いに平行であるものでもよい。
【００３７】
前記２つのストライプは、１００μｍ以下の間隔で並んでいるものでもよい。
【００３８】
前記第１レンズは、前記２つのレーザ光を透過させる単一のレンズであるものでもよい。
【００３９】
また、本発明の偏波合成方法は、２つのレーザ光を第１レンズに入射させ、その出射光が所定の方向に出射し、かつその少なくとも１つの出射光が前記第１レンズ出射後に非コリメート光となるように前記第１レンズを調芯する第１のステップと、前記第１レンズから出射された前記２つのレーザ光を入力部から入射させ、これらが偏波合成されて出力部から出射されるように偏波合成素子を調芯する第２のステップと、前記偏波合成素子の前記出力部から出射される合成光を第２レンズによって集光する第３のステップとを有する偏波合成方法であって、前記２つのレーザ光の少なくとも一方の光路上に、前記２つのレーザ光の光路の光学長の差を補正する光路長補正部を配設する第４のステップを有することを特徴とするものである。
【００４０】
好ましくは、前記第１のステップは、前記第１レンズから出射された２つのレーザ光が前記第１レンズと前記第２レンズとの間でそれぞれビームウェストを形成するように前記第１レンズを調芯するものであってもよい。
【００４１】
また、前記第１のステップは、前記２つのレーザ光を単一の第１レンズに入射させ、これらをその並び方向に分離させるものであってもよい。
【００４２】
また、前記第１レンズから出射された前記２つのレーザ光の光軸を互いに平行にする第５のステップをさらに有していてもよい。
【００４３】
さらに、前記偏波合成素子と前記光路長補正部とが同一のホルダ部材に保持され、前記第４のステップが前記第２のステップと同時に行われるものであってもよい。
【００４４】
さらに、前記２つのレーザ光の偏光方向を互いに垂直とする第６のステップをさらに有していてもよい。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図７に示す半導体レーザモジュールの構成部材と同一の部材については、同一の符号を付して説明する。
【００４６】
（第１の実施形態例）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す側面断面図、図２は本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
図１（Ａ）に示すように、本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１は、内部を気密封止したパッケージ１と、そのパッケージ１内に設けられ、レーザ光を出射する半導体レーザ素子２と、フォトダイオード（受光素子）３と、第１レンズ４と、プリズム５と、半波長板６と、光路長補正板２４と、ＰＢＣ７と、光ファイバ８とを有する。
【００４７】
半導体レーザ素子２は、図２に示すように、間隔を隔てて長手方向に互いに同一平面上に平行に形成された第１のストライプ９及び第２のストライプ１０を有し、第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の端面からそれぞれ第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を出射する。図２中に示すＫ１及びＫ２は、それぞれ第１のストライプ９及び第２のストライプ１０から出射されるレーザ光の中心の軌跡を示す。レーザ光は、図２に破線で示すように、この中心のまわりにある広がりをもって伝搬する。第１のストライプ９と第２のストライプ１０との間隔は、それぞれから出射された光Ｋ１、Ｋ２を１つの第１レンズ４に入射させるために、１００μｍ以下、例えば約４０〜６０μｍ程度に設定される。また、ストライプ同士の間隔が狭いことにより、ストライプ同士の光出力特性等の差が小さくなる。
【００４８】
図１（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子２はチップキャリア１１上に固定して取り付けられる。なお、半導体レーザ素子２は、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２を出射するため、１つのレーザ光を出射する半導体レーザ素子に比べて発熱しやすい。そこで、半導体レーザ素子２の放熱性を高めるため、図１（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子２は、ダイヤモンド等の熱伝導率の良好な材質で作られたヒートシンク５８上に固定して取り付けられ、そのヒートシンク５８がチップキャリア１１上に固定して取り付けられていることが好ましい。
【００４９】
フォトダイオード３は、半導体レーザ素子２の後側（図１（Ａ）では左側）端面２ｂ（図２参照）から出射されたモニタ用のレーザ光を受光する。フォトダイオード３は、フォトダイオードキャリア１２に固定して取り付けられている。
第１レンズ４は、半導体レーザ素子２の前側（図１（Ａ）では右側）端面２ａ（図２参照）から出射された第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とが入射され、レーザ光Ｋ１、Ｋ２を交差させ、第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２との間隔をストライプ９，１０の並び方向に広げ、分離させるとともに、それぞれ異なる位置でビームウェスト（Ｆ１，Ｆ２）を形成させる作用をもつ（図２参照）。
【００５０】
通常、大きなスポットサイズに変換された平行ビーム同士では、光部品の角度のずれのトレランスが０．１度以下と厳しいが、レーザ光を集束させて伝搬させる集光系では角度のトレランスはゆるくなる。このため、第１レンズ４を集束レンズとして使用することにより、光部品の部品形状や位置決め、光部品の角度調整トレランスがゆるくなり、好ましい。
【００５１】
また、このように第１レンズ４を集束レンズとして使用することにより、伝搬レーザ光のスポット径が小さくなるので、使用する光学部品を小型化することができる。
【００５２】
図１（Ａ）に示すように、第１レンズ４は、第１のレンズ保持部材１３によって保持されている。第１レンズ４は、図２に示すように、第１のストライプ９から出射された第１のレーザ光Ｋ１の光軸と第２のストライプ１０から出射された第２のレーザ光Ｋ２の光軸とが、第１レンズ４の中心軸を挟んで略対称になるように位置決めされるのが好ましい。これによって、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が、ともに収差の小さい領域である第１レンズ４の中心軸近傍を通過するため、レーザ光の波面の乱れが少なくなり、光ファイバ８との光結合効率が高くなる。その結果、より高光出力の半導体レーザモジュールＭ１が得られる。なお、球面収差の影響を抑え、高い結合効率を得るためには、第１のレンズ４は、非球面レンズを用いるのが望ましい。
【００５３】
プリズム５は、第１レンズ４とＰＢＣ７との間に配設され、入射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の光路を補正し、互いの光軸を略平行にして出射する。プリズム５は、ＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）等の光学ガラスで作られている。第１レンズ４から非平行に伝搬する第１及び第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２の光軸が、プリズム５の屈折により平行とされるため、そのプリズム５の後方に配置されるＰＢＣ７の作製が容易になるとともに、ＰＢＣ７を小型化し半導体レーザモジュールＭ１を小型にすることが可能となる。
【００５４】
図３（Ａ）はプリズム５の構成を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。図３に示すように、プリズム５は、平坦状に形成された入射面５ａと、所定角度αに傾斜した出射面５ｂを有する。たとえば、プリズム５がＢＫ７から作製され、半導体レーザ素子の各ストライプ間の間隔が４０μｍで、焦点距離０．７ｍｍの第１レンズを使用する場合にプリズム５の全長Ｌ１は約１．０ｍｍ、角度αは３．２度±０．１度とする。
【００５５】
図２に示すように、半波長板６は、プリズム５を通過した第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２のうち、第１のレーザ光Ｋ１のみが入射され、入射された第１のレーザ光Ｋ１の偏光方向を９０度回転させる偏光回転手段である。第１レンズ４によって、第１、第２のレーザ光Ｋ１、Ｋ２が十分分離されることにより、半波長板６が配置しやすくなっている。
【００５６】
ＰＢＣ７は、第１のレーザ光Ｋ１が入射される第１の入力部７ａと、第２のレーザ光Ｋ２が入射される第２の入力部７ｂと、第１の入力部７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂから入射される第２のレーザ光Ｋ２とが合波されて出射される出力部７ｃとを有する。ＰＢＣ７は、例えば、第１のレーザ光Ｋ１を常光線として出力部７ｃに伝搬させるとともに、第２のレーザ光Ｋ２を異常光線として出力部７ｃに伝搬させる。ＰＢＣ７は、複屈折率性が高くレーザ光間の分離幅を大きくとれるように、例えばＴｉＯ２（ルチル）で作られる。
【００５７】
半波長板６とＰＢＣ７との間には、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２の光路長差を補正するための光路長補正板（光路長補正部）２４が設けられている。光路長補正板は、例えばＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）等の光学ガラスで作られている。この光路長補正板２４の挿入により生じる両レーザ光の光路長差は、光路長補正板２４の厚さをｔ、屈折率をｎｃとすると、（ｎｃ−１）ｔと表され、これが光路長差Δｄを補正するように光路長補正板２４の厚さｔが決定される。すなわち、光路長補正板２４の厚さｔは、
ｔ＝Δｄ／（ｎｃ　―１）
の式で算出される。
【００５８】
本実施形態例においてプリズム５、半波長板６、光路長補正板２４及びＰＢＣ７を同一のホルダ部材１４に固定した偏光合成モジュール５９を用いている。図４（Ａ）は偏光合成モジュール５９を示し、（Ｂ）のＡ−Ａ線平面断面図、（Ｂ）はその側面断面図、（Ｃ）はその正面図、（Ｄ）は第２の支持部材１９ｂとともに現した斜視図である。図４に示すように、偏光合成モジュール５９のホルダ部材１４は、ＹＡＧレーザ溶接に好適な材料（例えばＳＵＳ４０３、３０４等）で作られ、全体が略円柱状に形成されている。ホルダ部材１４の内部には収容部１４ａが形成され、その収容部１４ａにプリズム５、半波長板６、光路長補正板２４及びＰＢＣ７がそれぞれ固定される。ホルダ部材１４の上部及び下部は、平坦状に形成されている。
【００５９】
この偏光合成モジュール５９は、図４（Ｄ）に示すように、断面略Ｕ字状に形成された第２の支持部材１９ｂの２つの起立壁の間に嵌め込まれ、この起立壁の間で、Ｙ，Ｚ方向及びθ（Ｚ軸周りの角度）、ならびにΨ（Ｘ軸周りの角度）方向に位置合わせされ、さらに、第２の支持部材１９ｂごとＸ方向及びφ（Ｙ軸周りの角度）方向に位置合わせされた後に第２の支持部材１９ｂを介して第２の基台１８（後述）にＹＡＧレーザ溶接により固定される。
これによって、ＰＢＣ７の第１の入力部７ａから入射する第１のレーザ光Ｋ１及び第２の入力部７ｂから入射する第２のレーザ光Ｋ２がともに出力部７ｃから出射するように、プリズム５、ＰＢＣ７の位置を調整することが非常に容易になる。
【００６０】
このように、ホルダ部材１４によって、これらの光部品を一体化しておくと、ホルダ部材１４を第２の支持部材１９ｂを介して移動させるだけで、レーザ光Ｋ１、Ｋ２同士のＰＢＣ７の出力部７ｃにおける重なり合い具合を調節できる。
なお、プリズム５、半波長板６、光路長補正板２４及びＰＢＣ７はそれぞれ別々に第２の支持部材１９ｂ上に設けられていてもよい。
【００６１】
図２に示すように、光ファイバ８は、ＰＢＣ７の出力部７ｃから出射されるレーザ光を受光し、パッケージ１の外部に送出する。
ＰＢＣ７と光ファイバ８との間には、ＰＢＣ７の出力部７ｃから出射されるレーザ光を光ファイバ８に光結合させる第２レンズ１６が配設されている。本実施形態例では、第１レンズ４は、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が、第１レンズ４と第２レンズ１６との間でビームウェスト（Ｆ１、Ｆ２）を結ぶように位置合わせされている。これによって、第１レンズ４と第２レンズ１６間におけるレーザ光のスポットサイズが小さくなって両レーザ光の重なりが防止されるので、第１のレーザ光Ｋ１の光路上にのみ半波長板６を挿入できるために十分な第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２の分離幅Ｄ’を得るために必要な伝搬距離Ｌ（図２参照）が短くなる。このため、半導体レーザモジュールＭ１の光軸方向の長さを短くすることができる。その結果、例えば高温環境下における半導体レーザ素子２と光ファイバ８との光結合の経時安定性が優れた、信頼性の高い半導体レーザモジュールＭ１を提供できる。
【００６２】
また、第１レンズ４と第２レンズ１６との間のレーザ光のスポット径を小さくできるので、使用する光学部品を小型化することができる。
図１に示すように、半導体レーザ素子２を固定したチップキャリア１１と、フォトダイオード３を固定したフォトダイオードキャリア１２とは、断面略Ｌ字形状の第１の基台１７上に半田付けして固定される。第１の基台１７は、半導体レーザ素子２の発熱に対する放熱性を高めるためにＣｕＷ系合金等で作られているのが好ましい。
【００６３】
また、第１レンズ４を固定した第１のレンズ保持部材１３と、プリズム５、半波長板６、光路長補正板２４及びＰＢＣ７をホルダ部材１４に固定した偏光合成モジュール５９とは、第１の基台１７上に予め銀ロウ付け固定されているステンレス鋼製の第２の基台１８上にそれぞれ第１の支持部材１９ａ及び第２の支持部材１９ｂを介してＹＡＧレーザ溶接により固定される。
第１の基台１７の下部にはペルチェ素子からなる冷却装置２０が設けられている。半導体レーザ素子２からの発熱による温度上昇はチップキャリア１１上に設けられたサーミスタ２０ａによって検出され、サーミスタ２０ａより検出された温度が一定温度になるように、冷却装置２０が制御される。これによって、半導体レーザ素子２のレーザ出射を高出力化かつ安定化させることができる。
【００６４】
パッケージ１の側部に形成されたフランジ部１ａの内部には、ＰＢＣ７を通過した光が入射する窓部１ｂが設けられ、また、フランジ部１ａの端部には、スライドリング１ｄを介してレーザ光を集光する第２レンズ１６が固定されている。第２レンズ１６は、スライドリング１ｄの端部にＹＡＧレーザ溶接により固定された第２レンズ保持部材２１によって保持され、第２レンズ保持部材２１の端部にはスライドリング２２を介して光ファイバ８を保持したフェルール２３がＹＡＧレーザ溶接により固定される。
【００６５】
上記説明された半導体レーザモジュールＭ１の動作については、従来技術の項目で記載されているので、説明を省略する。
【００６６】
本実施形態例では、各レーザ光Ｋ１，Ｋ２の光路の光学長の差が、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２の少なくとも一方の光路上（この実施形態例ではレーザ光Ｋ１の光路上）に配設された光路長補正板２４によって補正されるため、第２レンズ１６を出射した後の両レーザ光のビームウェストの位置を一致させることができ、偏光度の小さなレーザ光を出射する半導体レーザモジュールを提供することができる。
【００６７】
次に、本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１の製造方法について説明する。
まず、半導体レーザ素子２を固定したチップキャリア１１と、フォトダイオード３を固定したフォトダイオードキャリア１２を、第１の基台１７上に半田付けして固定する。
次いで、第１の基台１７の平坦部１７ａ上に予め銀ロウつけされている第２の基台１８上に第１レンズ４を調芯して固定する。この第１レンズ４の調芯工程では、半導体レーザ素子２に電流を供給して第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を半導体レーザ素子２の第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の双方から出射させ、その出射方向を基準方向（以下、「ストライプ基準方向」と呼ぶ。）として設定した後、第１レンズ４を挿入し、ＸＹＺ軸方向の位置を決める。
【００６８】
図５は、第１レンズ４の調芯工程を説明するための説明図である。Ｘ軸方向については、図５（Ａ）に示すように、上記のようにして設定されたストライプ基準方向（中心軸Ｃ２）と第１のレーザ光Ｋ１との角度θ１と、中心軸Ｃ２と第２のレーザ光Ｋ２との角度θ２とが等しくなる位置で決める。Ｙ軸方向については、図５（Ｂ）に示すように、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４の中心を通る位置で決める。Ｚ軸方向については、半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光のスポット径が、第１レンズ４と後の工程で固定される第２レンズ１６との間の所定の位置で最小となるように、すなわち、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２が所定の位置でそれぞれビームウェスト（Ｆ１，Ｆ２）を形成する非コリメート光（広がり角度又は集束角度が０°ではない光）となるように決める。以上の調芯工程で決まった位置で第１レンズ４を保持する第１のレンズ保持部材１３を、第２の基台１８上に第１の支持部材１９ａを介してＹＡＧレーザ溶接して固定する。
【００６９】
次いで、第２の基台１８上に、プリズム５、半波長板６、光路長補正板２４、ＰＢＣ７を一体化した光合成モジュール５９を調芯して固定する。この偏波合成モジュール５９の調芯工程では、ダミーファイバ（レンズ付ファイバ）をＰＢＣ７の出力部７ｃからの合成光を受光しうる位置に配置し、そのダミーファイバに結合する光量が最大となるように、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸方向、並びにθ（Ｚ軸周りの角度）、φ（Ｙ軸周りの角度）、Ψ（Ｘ軸周りの角度）方向の位置を決める。この際、ホルダ部材１４は、図４（Ｄ）のように、断面略Ｕ字形状の第２の支持部材１９ｂの２つの起立壁間に嵌めこまれた状態で、Ｙ，Ｚ，θ、Ψの各方向について位置合わせされ、また、第２の支持部材１９ｂごとＸ軸方向及びφ方向に移動させることによって位置合わせされる。
【００７０】
以上の調芯工程で決まった位置で、図４（Ｄ）のように、第２の支持部材１９ｂを第２の基台１８にＹＡＧレーザ溶接し、次いで、ホルダ部材１４を第２の支持部材の起立壁にＹＡＧレーザ溶接する。このようにして、ホルダ部材１４が、第２の基台１８上に固定される。
【００７１】
次いで、第１の基台１７を、予めパッケージ１の底板上に固定された冷却装置２０上に半田付けして固定する。
【００７２】
次いで、半導体レーザ素子２及びモニタ用のフォトダイオード３は、金ワイヤ（図示せず）を介してパッケージ１のリード（図示せず）と電気的に接続される。
次いで、不活性ガス（例えばＮ２、Ｘｅ）雰囲気においてパッケージ１上部に蓋１ｃを被せて、その周縁部を抵抗溶接することにより気密封止する。
【００７３】
次いで、パッケージ１のフランジ部１ａに対し第２レンズ１６をＸＹ面内及びＺ軸方向で調芯して固定する。この工程では、まず、フランジ部１ａの端面上において第２レンズ保持部材２１をスライドリング１ｄに挿入した状態で動かし、第２レンズ１６からの出射光がパッケージ１のフランジ部１ａの中心軸（Ｚ軸に平行）と平行になる位置で、スライドリング１ｄをフランジ部１ａの端部にＹＡＧレーザ溶接する。次に、第２レンズ１６からの出射光の広がり角度をモニタしながら、第２レンズ保持部材２１をＺ軸方向に動かし、この広がり角が光ファイバ８の受光角（ＮＡ）に略等しくなる位置において、第２レンズ保持部材２１とスライドリング１ｄとをＹＡＧレーザ溶接する。
【００７４】
最後に、光ファイバ８を調芯して固定する。この工程では、フェルール２３をスライドリング２２に挿通した状態でフェルール調芯ハンド６３で把持し、この状態で、フェルール２３とスライドリング２２とを光ファイバ８の光軸と垂直な面内（ＸＹ面内）及び光ファイバ８の光軸方向（Ｚ方向）で、パワーメータ６１によって測定される合成光の光量が最大となるように位置調整する。
【００７５】
このようにして、光ファイバ８の位置決めが終了したら、その位置でフェルール２３をスライドリング２２の内部にＹＡＧレーザ溶接により固定する。次いで、スライドリング２２と第２レンズ保持部材２１とを、両者の境界部においてＹＡＧレーザ溶接して固定する。これによって光ファイバ８の調芯固定作業が終了する。
【００７６】
以上のようにして製造される本発明の半導体レーザモジュールでは、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２が第１レンズ４と第２レンズ１６との間でビームウェストを形成するとともに、光路長補正板２４によってそれぞれの光路の光学長が等しくなるように補正されている。したがって、第２レンズ出射後においてレーザ光Ｋ１，Ｋ２が形成するビームウェストのＺ軸方向の位置が一致することとなるので、光ファイバ８に結合する合成光の光量が最大となるように光ファイバ８が位置決めされた状態では、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２のそれぞれについて光ファイバ８との結合効率が最大となっている。このため、光ファイバ８に結合する合成光の光量を最大化することができる。
【００７７】
（第２の実施形態例）
図６は本発明の第２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールに使用されるＰＢＣを説明するための説明図である。
上記の実施形態例では、光路長補正部は、偏波合成手段であるＰＢＣ７と別体で構成されているが、これに限らず、例えば図６に示すように、ＰＢＣの第１の入力部７ａの部分を突出させて光路長補正部２４ａとＰＢＣ７とを一体に設けてもよい。この場合、光路長補正部２４ａは、常光線（レーザ光Ｋ１）の光路上に配置され、その長さｔは、常光屈折率ｎ１、光路長補正部２４ａがない場合の２つのレーザ光の光路長差Δｄを用いて、
ｔ＝Δｄ／（ｎ１　―１）
で表される。
【００７８】
なお、上記実施形態例では、光路長補正部２４は、半波長板６とＰＢＣ７との間に配設される構成を示したが、本発明はこれに限定されず、２つのレーザ光が光路長補正部を一方のレーザ光の光路上に配設しうる程度に分離している部分であれば、どこにでも配設することが可能である。例えば、第１レンズ４とプリズム５との間であって、プリズム５の入射面５ａの直前であってもよい。
【００７９】
また、上記実施形態例では、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２が第１レンズ４と第２レンズ１６との間でそれぞれ集光されるように、すなわちビームウェスト（Ｆ１，Ｆ２）を形成する非コリメート光となるように第１レンズ４を調芯したが、第１レンズ４出射後のレーザ光Ｋ１，Ｋ２のうちの少なくとも１つが非コリメート光となっていれば、かかる２つのレーザ光を第２レンズ１６で集光した場合のビームウェスト（Ｇ１，Ｇ２）は、互いにＺ軸方向の位置がずれるため、本発明を適用することができる。したがって、例えば、第１レンズ４の調芯時において第２レンズ１６が配設される位置よりも遠方（光ファイバ８側）にビームウェスト（Ｆ１，Ｆ２）が形成されるように第１レンズ４を調芯してもよい。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、２つのレーザ光の少なくとも一方の光路上に、２つのレーザ光の光路長差を補正するための光路長補正部が配設されているので、第２レンズを出射した後の両レーザ光のビームウェストの位置を一致させることができる。したがって、合成光の強度が最大となるように光ファイバを位置合わせすれば、その位置において各レーザ光の光ファイバへの結合効率が最大となっている。そのため、本発明の半導体レーザモジュールは、高出力かつ低偏光度が要求されるラマン増幅器の励起光源として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す側面断面図、（Ｂ）は半導体レーザ素子がヒートシンク上に固定して取り付けられている状態を示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図３】（Ａ）はプリズムの構成を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。
【図４】（Ａ）は偏光合成モジュールを示し、（Ｂ）のＡ−Ａ線平面断面図、（Ｂ）はその側面断面図、（Ｃ）はその正面図、（Ｄ）はその斜視図である。
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は第１レンズの調芯工程を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールに使用されるＰＢＣを説明するための説明図である。
【図７】米国特許第５５８９６８４号公報に開示された従来の半導体レーザ装置を説明するための説明図である。
【図８】関連技術に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
【図９】関連技術の課題を説明するための説明図である。
【符号の説明】
Ｋ１：第１のレーザ光
Ｋ２：第２のレーザ光
Ｍ１：半導体レーザモジュール
１：パッケージ
１ａ：フランジ部
１ｂ：窓
１ｃ：蓋
２：半導体レーザ素子
３：フォトダイオード
４：第１レンズ
５：プリズム
６：半波長板（偏光回転手段）
７：ＰＢＣ
７ａ：第１の入力部
７ｂ：第２の入力部
７ｃ：出力部
８：光ファイバ
９：第１のストライプ
１０：第２のストライプ
１１：チップキャリア
１２：フォトダイオードキャリア
１３：第１レンズ保持部材
１４：ホルダ部材
１６：第２レンズ
１７：第１の基台
１８：第２の基台
１９ａ：第１の支持部材
１９ｂ：第２の支持部材
２０：冷却装置
２０ａ：サーミスタ
２１：第２レンズ保持部材
２２：スライドリング
２３：フェルール
２４：光路長補正板（光路長補正部）
５８：ヒートシンク
５９：偏光合成モジュール
【図１】
2004022680.tif 000003
【図２】
2004022680.tif 000004
【図３】
2004022680.tif 000005
【図４】
2004022680.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004022680.tif 000008
【図７】
2004022680.tif 000009
【図８】
2004022680.tif 000010
【図９】
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