(57)【要約】【課題】ラマン増幅器などの励起用光源に適し、所望の発振波長のレーザ光を安定かつ高効率に出力すること。【解決手段】レーザ光の出射端面に設けた出射側反射膜１５と該レーザ光の反射端面に設けた反射膜１４との間に形成された活性層から、少なくとも複数の発振縦モードをもつレーザ光を出力するファブリペロ型の半導体レーザ装置であって、活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳する変調信号印加部２２を備える。これによって、光ファイバ伝送中におけるＲＩＮを低減し、前方励起方式を採用した光ファイバ増幅器を実現できる。【選択図】　　　図２
2004014537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活性層から、少なくとも複数の発振縦モードをもつレーザ光を出力する励起光源用の半導体レーザ装置において、
前記活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳する変調手段を備えたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記変調信号は、正弦波信号であることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記変調信号の電流振幅は、前記バイアス電流の電流値の５％以下である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】
前記変調信号の光振幅は、前記レーザ光の光出力の５％以下程度である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】
前記変調信号の周波数は、１０〜１００ｋＨｚであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さは、８００μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の半導体レーザ装置と、
前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に導波する光ファイバと、
前記半導体レーザ装置と前記光ファイバとの光結合を行う光結合レンズ系と、
を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項８】
前記半導体レーザ装置の温度を制御する温度制御装置と、
前記光結合レンズ系内に配置され、光ファイバ側からの反射戻り光の入射を抑制するアイソレータと、
をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項９】
請求項１〜６に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項７または８に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用いたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１０】
請求項１〜６に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項７または８に記載の半導体レーザモジュールは、広帯域ラマン増幅用の励起光源であって、前方励起用光源あるいは双方向励起方式における前方励起用光源として用いられることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ラマン増幅器などの励起用光源に適した半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いた光ファイバ増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットをはじめとする様々なマルチメディアの普及に伴って、光通信に対する大容量化の要求が大きくなっている。従来、光通信では、光ファイバによる光の吸収が少ない波長である１３１０ｎｍもしくは１５５０ｎｍの帯域において、それぞれ単一の波長による伝送が一般的であった。この方式では、多くの情報を伝達するためには伝送経路に敷設する光ファイバの芯数を増やす必要があり、伝送容量の増加に伴ってコストが増加するという問題点があった。
【０００３】
そこで、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信方式が用いられるようになった。このＤＷＤＭ通信方式は、主にエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を用い、この動作帯域である１５５０ｎｍ帯において、複数の波長を使用して伝送を行う方式である。このＤＷＤＭ通信方式あるいはＷＤＭ通信方式では、１本の光ファイバを用いて複数の異なる波長の光信号を同時に伝送することから、新たな線路を敷設する必要がなく、ネットワークの伝送容量の飛躍的な増加をもたらすことを可能としている。
【０００４】
このＥＤＦＡを用いた一般的なＷＤＭ通信方式では、利得平坦化の容易な１５５０ｎｍから実用化され、最近では、利得係数が小さいために利用されていなかった１５８０ｎｍ帯にまで拡大している。しかしながら、ＥＤＦＡで増幅可能な帯域に比して光ファイバの低損失帯域の方が広いことから、ＥＤＦＡの帯域外で動作する光増幅器、すなわちラマン増幅器への関心が高まっている。
【０００５】
ラマン増幅器は、エルビウムのような希土類イオンを媒体とした光増幅器がイオンのエネルギー準位によって利得波長帯が決まるのに対し、励起光の波長によって利得波長帯が決まるという特徴を持ち、励起光波長を選択することによって任意の波長帯を増幅することができる。
【０００６】
ラマン増幅では、光ファイバに強い励起光を入射すると、誘導ラマン散乱によって、励起光波長から約１００ｎｍ程度、長波長側に利得が現れ、この励起された状態の光ファイバに、この利得を有する波長帯域の信号光を入射すると、この信号光が増幅されるというものである。したがって、ラマン増幅器を用いたＷＤＭ通信方式では、ＥＤＦＡを用いた通信方式に比して、信号光のチャネル数をさらに増加させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ラマン増幅器などに用いることが可能なファブリペロ型の半導体レーザ装置のようなマルチモードレーザが出力する各モード成分には、誘導放出された光子が各縦モードにランダムに分配されることに起因する雑音であるモード分配雑音（Ｍｏｄｅ　Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ　Ｎｏｉｓｅ）が存在する。図１８に示すように、各モード成分の光強度は、このモード分配雑音によって揺らぐことになる。
【０００８】
ここで、各モード成分の光強度は、モード分配雑音によってランダムに揺らいでも、各モード成分の和は、半導体レーザ装置に注入された電流、換言すれば注入されたエネルギーに対応した値になる。すなわち、注入されたエネルギーが一定である場合、各モード成分の和は常に一定となり、半導体レーザ装置からは揺らぎのない一定の出力が得られる。
【０００９】
たとえば、図１９は、波長λａ，λｂ，λｃの３つのモード成分と各モード成分の和の時間的な揺らぎの一例を示している。時間ｔ１において、各波長λａ，λｂ，λｃの３つのモード成分の平均出力に対してそれぞれ揺らぎΔａ１，Δｂ１，Δｃ１を有し、これらの和（Δａ１＋Δｂ１＋Δｃ１）は相殺されて零となる。時間ｔ２においても、各波長λａ，λｂ，λｃの３つのモード成分の揺らぎの和（Δａ２＋Δｂ２＋Δｃ２）は相殺されて零となる。
【００１０】
したがって、半導体レーザ装置から出力されるレーザ光の相対強度雑音（ＲＩＮ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｎｏｉｓｅ）は、各モード成分の和が一定であることから、各モード成分の雑音成分は相殺されて、低い値となる。
【００１１】
しかしながら、半導体レーザ装置から出力されたレーザ光は、たとえば励起光として光ファイバ内を伝送し、信号光を増幅する。この場合、各モード成分は、それぞれ異なる波長であるため、分散特性の波長依存性によって、異なる遅延が生じる。たとえば、図２０は、図１９に示した各モード成分が光ファイバ上を伝送した結果を示している。図２０に示すように、波長λｂのモード成分は波長λａのモード成分に比して遅れ、波長λｃのモード成分は波長λｂのモード成分に比して遅れる。この結果、時間ｔ１’における波長λａ，λｂ，λｃの各モード成分の和（Δａ１＋Δｂ１’＋Δｃ１’）は零とはならず、揺らぎΔｅ１の値をもつことなる。同様にして、時間ｔ２’における波長λａ，λｂ，λｃの各モード成分の和（Δａ２＋Δｂ２’＋Δｃ２’）は零とはならず、揺らぎΔｅ２の値をもつことなる。
【００１２】
この結果、半導体レーザ装置から出力され、さらに光ファイバ上を伝送したレーザ光の相対強度雑音は、分散特性によって各モード成分の和が一定とならず、大きな値となってしまう。特に、低周波領域において大きな相対強度雑音が生じる。
【００１３】
ここで、ラマン増幅では、増幅の生じる過程が早く起こるため、励起光強度が揺らいでいると、ラマン利得も揺らぐことになり、このラマン利得の揺らぎがそのまま増幅された信号強度の揺らぎとして出力されてしまい、安定したラマン増幅を行わせることができないという問題点があった。
【００１４】
ここで、ラマン増幅器としては、信号光に対して後方から励起する後方励起方式のほかに、信号光に対して前方から励起する前方励起方式および双方向から励起する双方向励起方式がある。現在、ラマン増幅器として多用されているのは、後方励起方式である。その理由は、弱い信号光が強い励起光とともに同方向に進行する前方励起方式が、上述した励起強度の揺らぎ発生により雑音を増幅してしまうからである。
【００１５】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、ラマン増幅器などの励起用光源に適し、所望の発振波長のレーザ光を安定かつ高効率に出力することができる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いた光ファイバ増幅器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる半導体レーザ装置は、レーザ光の出射端面に設けた第１反射膜と該レーザ光の反射端面に設けた第２反射膜との間に形成された活性層から、少なくとも複数の発振縦モードをもつレーザ光を出力する半導体レーザ装置において、前記活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳する変調手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この請求項１の発明によれば、ファブリペロ型共振器を含むマルチモードレーザであって、変調手段が、活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳するようにし、光ファイバ伝送後中におけるＲＩＮの発生を抑制するようにしている。
【００１８】
また、請求項２にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記変調信号は、正弦波信号であることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項３にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記変調信号の電流振幅は、前記バイアス電流の電流値の５％以下であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項４にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記変調信号の光振幅は、前記レーザ光の光出力の５％以下であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項５にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記変調信号の周波数は、１０〜１００ｋＨｚ近傍であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項６にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１反射膜と前記第２反射膜との間に形成された活性層によって形成された共振器の長さは、８００μｍ以上であることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項７にかかる半導体レーザモジュールは、請求項１〜６に記載の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に導波する光ファイバと、前記半導体レーザ装置と前記光ファイバとの光結合を行う光結合レンズ系とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザ装置に比較し、ＲＩＮの発生をさらに抑制し、半導体レーザ装置を含む半導体レーザモジュールから出力されるＲＩＮを低減し、光ファイバ伝送中のＲＩＮの発生をさらに抑えるようにしている。
【００２５】
また、請求項８にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記半導体レーザ装置の温度を制御する温度制御装置と、前記光結合レンズ系内に配置され、光ファイバ側からの反射戻り光の入射を抑制するアイソレータとをさらに備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項９にかかる光ファイバ増幅器は、請求項１〜６に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項７または８に記載の半導体レーザモジュールを広帯域ラマン増幅用の励起光源として用いたことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１０にかかる光ファイバ増幅器は、上記の発明において、請求項１〜６に記載の半導体レーザ装置、あるいは請求項７または８に記載の半導体レーザモジュールは、広帯域ラマン増幅用の励起光源であって、前方励起用光源あるいは双方向励起方式における前方励起用光源として用いられることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いた光ファイバ増幅器の好適な実施の形態について説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置を斜めからみた破断図である。図２は、図１に示した半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図である。また、図３は、図２に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。図１〜図３において、この半導体レーザ装置２０は、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、順次、ｎ−ＩｎＰによるバッファ層と下部クラッド層とを兼ねたｎ−ＩｎＰバッファ層２、圧縮歪みをもつＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ（Ｇｒａｄｅｄ　Ｉｎｄｅｘ−Ｓｅｐａｒａｔｅ　Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ　Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）活性層３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、およびｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が積層された構造を有する。
【００３０】
ｐ−ＩｎＰスペーサ層４、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、およびｎ−ＩｎＰバッファ層２の上部は、メサストライプ状に加工され、メサストライプの長手方向の両側には、電流ブロッキング層として形成されたｐ−ＩｎＰブロッキング層８とｎ−ＩｎＰブロッキング層９とによって埋め込まれている。また、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７の上面には、ｐ側電極１０が形成される。一方、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面には、ｎ側電極１１が形成される。なお、この半導体レーザ装置２０から出力されたレーザ光は、単一横モード発振していればよく、活性層あるいは光導波路の構造はストライプ構造に限られない。
【００３１】
半導体レーザ装置２０の長手方向の一端面である光反射端面には、反射率８０％以上、好ましくは９８％以上の高光反射率をもつ反射膜１４が形成され、他端面である光出射端面には、反射率が１０％以下、好ましくは５％、１％、０．５％以下、さらに好ましくは０．１％以下の低光反射率をもつ出射側反射膜１５が形成される。反射膜１４と出射側反射膜１５とによって形成された光共振器のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３内に発生した光は、反射膜１４によって反射し、出射側反射膜１５を介し、共振器長Ｌに対応し、中心波長１．４８μｍのレーザ光として出射される。
【００３２】
また、この半導体レーザ装置２０は、バイアス電流をｐ側電極１０に印加する電流駆動部２１と、このバイアス電流を変調する変調周波数信号を印加する変調信号印加部２２とを有する。変調信号印加部２２から出力された変調周波数信号は、接続点２３においてバイアス電流に重畳され、この変調周波数信号が重畳された重畳信号はｐ側電極１０に印加されることになる。
【００３３】
この変調周波数信号は、５〜１０００ｋＨｚの正弦波信号であり、バイアス電流の値の０．１〜１０％程度の振幅値を有する。すなわち、この変調周波数信号はバイアス電流の値の±１０％まで変調される。なお、レーザ光の変調は、バイアス電流の値の１〜１０％程度の振幅値に限らず、光出力の値の１〜１０％程度の振幅値で変調するように定義してもよい。さらに、変調周波数信号は、正弦波信号に限らず、三角波信号などの周期信号であってもよい。この場合、三角波信号などの他の周期信号は複数の正弦波成分を含むため、正弦波信号を変調周波数信号とするのが好ましい。
【００３４】
この実施の形態１における半導体レーザ装置２０は、ラマン増幅器の励起用光源として用いられることを前提とし、その発振波長λ０は、１１００ｎｍ〜１５５０ｎｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３２００μｍ以下としている。ところで、一般に、半導体レーザ装置の共振器によって発生する縦モードのモード間隔Δλは、実効屈折率を「ｎ」とすると、次式で表すことができる。すなわち、
Δλ＝λ０２／（２・ｎ・Ｌ）
である。ここで、発振波長λ０を１４８０μｍとし、実効屈折率を３．５とすると、共振器長Ｌが８００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．３９ｎｍとなり、共振器長が３２００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．１ｎｍとなる。すなわち、共振器長Ｌを長くすればするほど、縦モードのモード間隔Δλは狭くなり、単一縦モードのレーザ光を発振するための選択条件が厳しくなる。
【００３５】
ファブリペロ型半導体レーザでは、注入電流の増大によって中心波長縦モード近傍の縦モードの光強度が他の縦モードに比して大きくなるので、注入電流を増大することによって、全体の発振波長スペクトルの半値幅内に所望数の縦モードを有した多モード発振とすることができる。
【００３６】
図４は、バイアス電流に変調周波数信号が重畳された重畳信号によって駆動された場合における光出力の時間変化を示す図である。図４において、変調周波数信号は、バイアス電流の値の１％の振幅値を有する正弦波信号であり、バイアス電流のみによって駆動された場合の光出力の振幅を、正弦的に１％変化させている。この動作は、図５に示すように、半導体レーザ装置の電流−光出力（Ｉ−Ｌ）特性に変調をかけた場合に相当する。
【００３７】
図５に示した変調領域では、Ｉ−Ｌ特性がリニアであるため、変調周波数信号によって変調された駆動電流の変調度がそのまま光出力の変調度となる。したがって、この変調領域においては、図６に示すように、変調周波数の振幅を１％に維持した駆動電流を印加するのみで、常に光出力の変調度は１％に維持され、光出力の変調度の制御が容易になる。一方、さらに光出力が増大する領域では、変調周波数信号によって変調された駆動電流の変調度と光出力の変調度とが一致しなくなる。この場合、変調周波数信号の振幅値を調整し、図４に示すように、常に光出力の変調度が１％になるように制御する。
【００３８】
このようにして、半導体レーザ装置に印加される駆動電流の値が変化すると、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３などのレーザ光の発光領域の実効屈折率ｎが変化する。この実効屈折率ｎが変化すると、光学的な共振器長Ｌｏｐも変化する。すなわち、物理的な共振器長を「Ｌ」とすると、光学的な共振器長Ｌｏｐは、
Ｌｏｐ＝ｎ・Ｌ
で表され、実効屈折率ｎの変化に追随して、光学的な共振器長Ｌｏｐが変化する。この光学的な共振器長Ｌｏｐが変化すれば、ファブリペローモードでは、その共振器波長も変化する。すなわち、その共振器波長も正弦的に変化することになる。
【００３９】
図７は、半導体レーザ装置での電流変化に対する波長変化を示す図である。図７に示すように、発振縦モードの波長は、上述したように電流変化に対応した実効屈折率ｎが変化し、この屈折率変化によって発振縦モードの波長が微少に変化する。なお、電流変化が大きい場合には、隣接する発振縦モードにホップすることになり、発振縦モードの波長は急激に変化する。したがって、微少な波長変化となる範囲において微少な電流変化を生じさせる変調周波数信号とする必要がある。この変調周波数信号は、ノイズ成分となる。なお、低い周波数の変調周波数信号成分は、大きなＲＩＮの値を呈するが、この周波数領域は、既知であり、信号増幅領域として使用しなければよい。
【００４０】
図８は、半導体レーザ装置２０から出力されるレーザ光の雑音特性を示す図である。すなわち、半導体レーザ装置２０から出力されたレーザ光であって光ファイバ上に伝送する前の雑音特性である。図８において、この半導体レーザ装置２０は、駆動電流９００ｍＡであり、変調もかけておらず、ＲＩＮは、ほぼ全周波数帯域で、−１５０ｄＢ／Ｈｚという低い値を呈している。
【００４１】
これに対し、図９は、半導体レーザ装置２０から出力されたレーザ光を光ファイバ上に伝送し、その終端における雑音特性を測定した結果を示す図である。なお、光ファイバ長は約３０Ｋｍである。また、半導体レーザ装置２０の駆動電流は９００ｍＡである。図９では、無変調時と、変調周波数１０ｋＨｚで５％変調した時の測定結果を示しており、変調することによって、５００ｋＨｚから５００ＭＨｚ近傍の間で、無変調時に比べ、ＲＩＮが約５ｄＢ／Ｈｚ低くなっている。すなわち、変調することによって、低周波数帯のＲＩＮを低減することができた。
【００４２】
なお、光ファイバ中において生じた分散は、補償すればよいとも考えられる。しかし、分散補償を施して受信端において揺らぎをなくした場合、信号光に対しては意味あるが、励起光である場合には意味がない。これは、受信端において遅延が補償されても、光ファイバ伝送中において各縦モード光の位相ずれが生じているため、光ファイバ内においてノイズが発生し、このノイズが増幅されてしまうからである。
【００４３】
ところで、ラマン増幅では、増幅利得に偏波依存性があるため、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とのずれによる影響を小さくする必要がある。このための方法として、励起光を無偏光化（デポラライズ）する方法があり、具体的には、２台の半導体レーザ装置２０からの出力光を偏波合成カプラを用いて偏波合成する方法のほか、デポラライザとして所定長の偏波面保持ファイバを用いて、１台の半導体レーザ装置２０から出射されたレーザ光を、この偏波面保持ファイバに伝搬させる方法がある。無偏光化の方法として、後者の方法を使用する場合には、発振縦モードの本数の増大および発振縦モードのスペクトル幅の拡大に従ってレーザ光のコヒーレンシーが低くなるので、無偏光化に必要な偏波面保持ファイバの長さを短くすることができる。特に、発振縦モードが４，５本となると、急激に、必要な偏波面保持ファイバの長さが短くなる。従って、ラマン増幅器に使用するために半導体レーザ装置２０から出射されるレーザ光を無偏光化する場合に、２台の半導体レーザ装置の出射光を偏波合成して利用しなくても、１台の半導体レーザ装置２０の出射レーザ光を無偏光化して利用することが容易となるので、ラマン増幅器に使用される部品数の削減、小型化を促進することができる。
【００４４】
この実施の形態１では、ファブリペロ型共振器を形成して複数の発振縦モードを形成するとともに、変調周波数信号をバイアス電流に重畳することによって、各縦モード光の揺らぎを低減し、光ファイバ伝送中における上述したモード分配雑音と光ファイバの分散に起因したＲＩＮの増大を小さく抑えるようにしている。
【００４５】
なお、上述した実施の形態１では、半導体レーザ装置２０をファブリペロ型の半導体レーザ素子で説明したが、これに限らず、複数の縦モード光を出力するマルチモードレーザ素子であればよい。
【００４６】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２では、上述した実施の形態１に示した半導体レーザ装置をモジュール化したものである。
【００４７】
図１０は、この発明の実施の形態２である半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。図１０において、この半導体レーザモジュール５０は、上述した実施の形態１で示した半導体レーザ装置に対応する半導体レーザ装置５１を有する。なお、この半導体レーザ装置５１は、ｐ側電極がヒートシンク５７ａに接合されるジャンクションダウン構成としている。半導体レーザモジュール５０の筐体として、セラミックなどによって形成されたパッケージ５９の内部底面上に、温度制御装置としてのペルチェ素子５８が配置される。ペルチェ素子５８上にはベース５７が配置され、このベース５７上にはヒートシンク５７ａが配置される。ペルチェ素子５８には、図示しない電流が与えられ、その極性によって冷却および加熱を行うが、半導体レーザ装置５１の温度上昇による発振波長ずれを防止するため、主として冷却器として機能する。すなわち、ペルチェ素子５８は、レーザ光が所望の波長に比して長い波長である場合には、冷却して低い温度に制御し、レーザ光が所望の波長に比して短い波長である場合には、加熱して高い温度に制御する。この温度制御は、具体的に、ヒートシンク５７ａ上であって、半導体レーザ装置５１の近傍に配置されたサーミスタ５８ａの検出値をもとに制御され、図示しない制御装置は、通常、ヒートシンク５７ａの温度が一定に保たれるようにペルチェ素子５８を制御する。また、図示しない制御装置は、半導体レーザ装置５１の駆動電流を上昇させるに従って、ヒートシンク５７ａの温度が下がるようにペルチェ素子５８を制御する。このような温度制御を行うことによって、半導体レーザ装置５１の波長安定性を向上させることができ、歩留まりの向上にも有効となる。なお、ヒートシンク５７ａは、たとえばダイヤモンドなどの高熱伝導率をもつ材質によって形成することが望ましい。これは、ヒートシンク５７ａがダイヤモンドで形成されると、高電流印加時の発熱が抑制されるからである。
【００４８】
ベース５７上には、半導体レーザ装置５１およびサーミスタ５８ａを配置したヒートシンク５７ａ、第１レンズ５２、および電流モニタ５６が配置される。半導体レーザ装置５１から出射されたレーザ光は、第１レンズ５２、アイソレータ５３、および第２レンズ５４を介し、光ファイバ５５上に導波される。第２レンズ５４は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ５９上に設けられ、外部接続される光ファイバ５５に光結合される。なお、電流モニタ５６は、半導体レーザ装置５１の反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【００４９】
ここで、この半導体レーザモジュール５０では、他の光学部品などによる反射戻り光が共振器内に戻らないように、半導体レーザ装置５１と光ファイバ５５との間にアイソレータ５３を介在させている。このアイソレータ５３には、ファイバグレーティングを用いた従来の半導体レーザモジュールと異なり、インライン式のファイバ型でなく、半導体レーザモジュール５０内に内蔵できる偏波依存型のアイソレータを用いることができるため、アイソレータによる挿入損失を小さく、さらに低い相対強度雑音（ＲＩＮ）を達成することができ、部品点数も減らすことができる。
【００５０】
この実施の形態２では、実施の形態１で示した半導体レーザ装置をモジュール化しているため、偏波依存型のアイソレータを用いることができ、挿入損失を小さくすることができ、低雑音化および部品点数の減少を促進することができる。
【００５１】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３では、上述した実施の形態２に示した半導体レーザモジュールをラマン増幅器に適用したものである。
【００５２】
図１１は、この発明の実施の形態３であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。このラマン増幅器は、ＷＤＭ通信システムに用いられる。図１１において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態２に示した半導体レーザモジュールと同一構成の半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄを用いている。
【００５３】
各半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂは、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ａに出力し、各半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄは、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ｂに出力する。ここで、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振するレーザ光は、同一波長である、また、半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄが発振するレーザ光は、同一波長であるが半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振するレーザ光の波長とは異なる。これは、ラマン増幅が偏波依存性を有するためであり、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂによって偏波依存性が解消されたレーザ光として出力するようにしている。
【００５４】
各偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力された異なる波長をもったレーザ光は、ＷＤＭカプラ６２によって合成され、合成されたレーザ光は、ＷＤＭカプラ６５を介してラマン増幅用の励起光として増幅用ファイバ６４に出力される。この励起光が入力された増幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が入力され、ラマン増幅される。
【００５５】
増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およびアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力する。
【００５６】
制御回路６８は、入力された一部の増幅信号光をもとに各半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄのレーザ出力状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。
【００５７】
この実施の形態３に示したラマン増幅器では、実施の形態１で示した半導体レーザ装置が内蔵された半導体レーザモジュール６０ａを用いるようにしているので、偏波面保持ファイバ７１の使用を削減することができるとともに、ラマン増幅器の小型軽量化とコスト低減を実現することができる。
【００５８】
なお、図１１に示したラマン増幅器では、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂを用いているが、図１２に示すように半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃから、それぞれ偏波面保持ファイバ７１を介して直接ＷＤＭカプラ６２に光出力するようにしてもよい。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃの偏波面は、偏波面保持ファイバ７１に対して４５度となるように入射する。ここで、上述したように、各半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃは、複数の発振縦モードを有しているため、偏波面保持ファイバ長７１を短くすることができる。これによって、偏波面保持ファイバ７１から出力される光出力の偏波依存性をなくすことができ、一層、小型かつ部品点数の少ないラマン増幅器を実現することができる。
【００５９】
また、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄ内に内蔵される半導体レーザ装置として発振縦モード数が多い半導体レーザ装置を用いると、必要な偏波面保持ファイバ７１の長さを短くすることができる。特に、発振縦モードが４，５本になると、急激に、必要な偏波面保持ファイバ７１の長さが短くなるため、ラマン増幅器の簡素化と小型化を促進することができる。さらに、発振縦モードの本数が増大すると、コヒーレント長が短くなり、デポラライズによって偏光度（ＤＯＰ：Ｄｅｇｒｅｅ　Ｏｆ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が小さくなり、偏波依存性をなくすことが可能となり、これによっても、ラマン増幅器の簡素化と小型化とを一層促進することができる。
【００６０】
さらに、上述した実施の形態１の半導体レーザ装置では、複数の発振モードを有し、かつ変調周波数信号の印加によって発振縦モードのスペクトル幅が広くなっているため、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、高出力の励起光を発生することができるので、安定し、かつ高いラマン利得を得ることができる。
【００６１】
また、図１１および図１２に示したラマン増幅器は、後方励起方式であるが、上述したように、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄが安定した励起光を出力するため、前方励起方式であっても、双方向励起方式であっても、安定したラマン増幅を行うことができる。
【００６２】
たとえば、図１３は、前方励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図１３に示したラマン増幅器は、図１１に示したラマン増幅器にＷＤＭカプラ６５´をアイソレータ６３の近傍に設けている。このＷＤＭカプラ６５´には、半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄ、偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂおよびＷＤＭカプラ６２にそれぞれ対応した半導体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´、偏波合成カプラ６１ａ´，６１ｂ´およびＷＤＭカプラ６２´を有した回路が接続され、ＷＤＭカプラ６２´から出力される励起光を信号光と同じ方向に出力する前方励起を行う。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´は、上述した実施の形態１で用いられる半導体レーザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【００６３】
同様に、図１４は、前方励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図１４に示したラマン増幅器は、図１２に示したラマン増幅器にＷＤＭカプラ６５´をアイソレータ６３の近傍に設けている。このＷＤＭカプラ６５´には、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃおよびＷＤＭカプラ６２にそれぞれ対応した半導体レーザモジュール６０ａ´，６０ｃ´およびＷＤＭカプラ６２´を有した回路が接続され、ＷＤＭカプラ６２´から出力される励起光を信号光と同じ方向に出力する前方励起を行う。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ´，６０ｃ´は、上述した実施の形態１で用いられる半導体レーザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【００６４】
また、図１５は、双方向励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図１５に示したラマン増幅器は、図１１に示したラマン増幅器の構成に、図１３に示したＷＤＭカプラ６５´、半導体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´、偏波合成カプラ６１ａ´，６１ｂ´およびＷＤＭカプラ６２´をさらに設け、後方励起と前方励起とを行う。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ´〜６０ｄ´は、上述した実施の形態１で用いられる半導体レーザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【００６５】
同様に、図１６は、双方向励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図１５に示したラマン増幅器は、図１２に示したラマン増幅器の構成に、図１４に示したＷＤＭカプラ６５´、半導体レーザモジュール６０ａ´，６０ｃ´およびＷＤＭカプラ６２´をさらに設け、後方励起と前方励起とを行う。この場合、半導体レーザモジュール６０ａ´，６０ｃ´は、上述した実施の形態１で用いられる半導体レーザ装置を用いているため、ＲＩＮが小さく、前方励起を効果的に行うことができる。
【００６６】
上述した図１３〜図１６に示したラマン増幅器は、上述したようにＷＤＭ通信システムに適用することができる。図１７は、図１１〜図１６に示したラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図である。
【００６７】
図１７において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔｘｎから送出された波長λ１〜λｎの光信号は、光合波器８０によって合波され、１つの光ファイバ８５に集約される。この光ファイバ８５の伝送路上には、図１３〜図１６に示したラマン増幅器に対応した複数のラマン増幅器８１，８３が距離に応じて配置され、減衰した光信号を増幅する。この光ファイバ８５上を伝送した信号は、光分波器８４によって、複数の波長λ１〜λｎの光信号に分波され、複数の受信機Ｒｘ１〜Ｒｘｎに受信される。なお、光ファイバ８５上には、任意の波長の光信号を付加し、取り出したりするＡＤＭ（Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）が挿入される場合もある。
【００６８】
なお、上述した実施の形態３では、実施の形態１に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形態４に示した半導体レーザモジュールを、ラマン増幅用の励起光源に用いる場合を示したが、これに限らず、たとえば、９８０ｎｍ，１４８０ｎｍなどのＥＤＦＡ励起用光源として用いることができるのは明らかである。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜６の発明によれば、ファブリペロ型共振器を含むマルチモードレーザであって、変調手段が、活性層に注入されるバイアス電流を変調する変調信号を生成し、該変調信号を前記バイアス電流に重畳するようにし、光ファイバ伝送後中におけるＲＩＮの発生を抑制するようにしているので、特にラマン増幅器における前方励起用光源に用いて高効率の増幅が可能になるという効果を奏する。
【００７０】
また、請求項２の発明によれば、請求項変調信号を正弦波信号とすることによって、変調信号自体による雑音発生を極力抑え、結果的に光ファイバ伝送中におけるＲＩＮの低減を図ることができるという効果を奏する。
【００７１】
また、請求項７，８の発明によれば、外部共振器を用いていないので、さらにＲＩＮの発生自体を抑えることができ、高効率の増幅を実現することができるという効果を奏する。
【００７２】
また、請求項９，１０の発明によれば、請求項１〜６の半導体レーザ装置あるいは請求項７，８の半導体レーザモジュールを用いているので、光ファイバ伝送中のＲＩＮの発生を抑えることができ、高効率の増幅が可能となり、特に前方励起方式を採用することができ、一層高効率の増幅が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置を斜めからみた破断図である。
【図２】この発明の実施の形態１である半導体レーザ装置の構成を示す長手方向の縦断面図である。
【図３】図２に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】バイアス電流に変調周波数信号を重畳した場合における光出力の時間変化を示す図である。
【図５】電流−光出力特性を用いて重畳信号が印加された場合における光出力変化を示す図である。
【図６】バイアス電流に変調周波数信号を重畳した場合における駆動電流の時間変化を示す図である。
【図７】重畳信号が印加された場合における波長変化を示す図である。
【図８】無変調時に半導体レーザ装置から出力されるＲＩＮの周波数特性を示す図である。
【図９】無変調の場合と重畳信号が印加された場合とにおける光ファイバ伝送後のＲＩＮの周波数特性を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２である半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態２であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１に示したラマン増幅器の応用例を示すブロック図である。
【図１３】図１１に示したラマン増幅器の変形例であって、前方励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示したラマン増幅器の応用例を示すブロック図である。
【図１５】図１１に示したラマン増幅器の変形例であって、双方向励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１５に示したラマン増幅器の応用例を示すブロック図である。
【図１７】図１１〜図３１６に示したラマン増幅器を用いたＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図である。
【図１８】ファブリペロ型共振器の半導体レーザ装置から出力されるスペクトルの一例を示す図である。
【図１９】半導体レーザ装置から出力される各モード成分の揺らぎと各モード成分の和の時間変化を示す図である。
【図２０】光ファイバ伝送中における各モード成分の揺らぎと各モード成分の和の時間変化を示す図である。
【符号の説明】
１　ｎ−ＩｎＰ基板
２　ｎ−Ｉｎｐバッファ層
３　ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
４　ｐ−ＩｎＰスペーサ層
６　ｐ−ＩｎＰクラッド層
７　ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
８　ｐ−ＩｎＰブロッキング層
９　ｎ−ＩｎＰブロッキング層
１０　ｐ側電極
１１　ｎ側電極
１４　反射膜
１５　出射側反射膜
２０　半導体レーザ装置
２１　電流駆動部
２２　変調信号印加部
２３　接続点
４７　カプラ
４８，５３，６３，６６　アイソレータ
５０，６０ａ〜６０ｄ，６０ａ´〜６０ｄ´　半導体レーザモジュール
５２　第１レンズ
５４　第２レンズ
５５　光ファイバ
５６　電流モニタ
５７　ベース
５７ａ　ヒートシンク
５８　ペルチェ素子
５８ａ　サーミスタ
５９　パッケージ
６１ａ，６１ｂ，６１ａ´，６１ｂ´　偏波合成カプラ
６２，６５，６２´，６５´　ＷＤＭカプラ
６４　増幅用ファイバ
６７　モニタ用光分配カプラ
６８　制御回路
６９　信号光入力ファイバ
７０　信号光出力ファイバ
７１　偏波面保存ファイバ
８１，８３　ラマン増幅器
【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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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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