(57)【要約】【課題】駆動電流の変化に伴って発生する誘導ブリルアン散乱およびＤＯＰの変化を減少し、安定した増幅動作を行うこと。【解決手段】発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力する半導体レーザ素子２０と、半導体レーザ素子２０の出射端面近傍に設けられ、半導体レーザ素子２０から出力されるレーザ光の光軸に対して主面が傾斜したレンズである第１レンズ２１とを備え、第１レンズ２１からの反射戻り光を減少させる。【選択図】　　　図１
2004103808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の出射端面近傍に設けられ、前記半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の光軸に対して主面が傾斜したレンズと、
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２】
前記半導体レーザ素子は、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の近傍に回折格子を設け、前記活性層が形成する共振器長と前記回折格子の波長選択特性とを含む発振パラメータの組み合わせ設定によって発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力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】
前記半導体レーザ素子は、ファブリペロー型の半導体レーザ素子であって、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力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４】
前記レンズの主面の光軸に対する傾斜角度は、４°以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記レンズを介して前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を受光して外部に伝送する光ファイバと、
前記レンズと前記光ファイバとの間に設けられた光アイソレータと、
を備えた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モジュール。
【請求項６】
前記光アイソレータは、偏光子／ファラデーローテータ／偏光子の１段構造に、さらにファラデーローテータ／偏光子を加えた１．５段以上の構造であり、光軸に対して少なくとも前記半導体レーザ素子側の偏光子が４°傾いて配置されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の発振縦モードのレーザ光を出力する半導体レーザ素子を具備した半導体レーザモジュールに関し、特に駆動電流が変化しても安定した光出力を得ることができる半導体レーザモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットの急速な普及や企業内ＬＡＮ間接続の急増等によって、データトラヒックの増加が問題となっており、通信パフォーマンスの低下を防止するためにも、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムがめざましい発展を遂げ普及している。
【０００３】
ＤＷＤＭ伝送システムでは、複数の光信号をそれぞれ異なる波長に乗せることにより１本のファイバで従来の１００倍にも及ぶ大容量伝送を実現している。特に既存のＤＷＤＭ伝送システムは、エルビウム添加ファイバアンプ（以下、ＥＤＦＡ）を用いることで、広帯域・長距離伝送を可能としている。ここで、ＥＤＦＡは、エルビウムという元素を添加した特殊な光ファイバに波長１４８０ｎｍ、あるいは波長９８０ｎｍの励起レーザで通光した際に、伝送信号である波長１５５０ｎｍ帯の光が上記特殊ファイバの中で増幅されるという原理を応用した光ファイバ増幅装置である。
【０００４】
一方で、ＥＤＦＡは、光信号を励起する部分が集中している集中型光アンプであって、雑音の累積につながる伝送路光ファイバの損失や、信号の歪みや雑音の原因となる非線形性を受けるという制限があった。さらに、ＥＤＦＡは、エルビウムのバンドギャップエネルギーによって定まる波長帯での光増幅を可能とするものであり、さらなる多重化を実現するための広帯域化が困難であった。
【０００５】
そこで、ＥＤＦＡに代わる光ファイバ増幅装置として、ラマン増幅器が注目されている。ラマン増幅器は、ＥＤＦＡのようにエルビウム添加ファイバといった特殊なファイバを必要とせずに、通常の伝送路ファイバを利得媒体とする分布型光アンプであるため、従来のＥＤＦＡをベースとしたＤＷＤＭ伝送システムに比べ広帯域で平坦な利得を有する伝送帯域を実現することができるという特徴を有している。
【０００６】
図１２は、ラマン増幅器等で用いられる従来のファブリペロー型の半導体レーザ素子を備えた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１２において、半導体レーザモジュール３００は、Ｃｕ−Ｗ合金などによって形成されたパッケージ２０２の内部底面上に、サーモモジュール２００が配置される。サーモモジュール２００上にはベース１９７が配置され、このベース１９７上にはキャリア１９８が配置され、さらにその上にサブマウント１９９が配置される。また、このサブマウント１９９上に、半導体レーザ素子１９１が配置される。
【０００７】
サーモモジュール２００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なうが、半導体レーザ素子１９１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、サーモモジュール２００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、冷却するように制御し、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、加熱するように制御する。この温度制御は、具体的に、サブマウント１９９上であって、半導体レーザ素子１９１の近傍に配置されたサーミスタ（図示せず）の検出値をもとに制御され、図示しない制御装置は、通常、半導体レーザ素子１９１の温度が一定に保たれるようにサーモモジュール２００を制御する。
【０００８】
また、ベース１９７上には、上記したキャリア１９８以外にも、第１レンズ１９２、光アイソレータ１９３およびモニタフォトダイオード１９６が配置される。半導体レーザ素子１９１から出射されたレーザ光は、第１レンズ１９２および光アイソレータ１９３を介して、第２レンズ１９４によって集光される。第２レンズ１９４によって集光されたレーザ光は、フェルール２０１で固定された光ファイバ２０３内に導波される。モニタフォトダイオード１９６は、半導体レーザ素子１９１の後方反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。
【０００９】
この半導体レーザモジュール３００では、光アイソレータ１９３を用いて半導体レーザ素子１９１への戻り光を低減させ、たとえば第２レンズ１９４に対する非反射膜１０１のように各光学部品の光入射面に非反射膜を施し、さらに光ファイバ２０３の入射端を斜めに研磨することによって、半導体レーザ素子への戻り光を低減させるようにしている。なお、この半導体レーザモジュール３００では、さらに光ファイバ２０３の入射端に非反射膜１０２を設けている。
【００１０】
なお、たとえば特許文献１には、光アイソレータを有するモジュールであって、コリメート用レンズと光ファイバ端面とを斜めにして反射による戻り光を防止するものが記載されている。また、たとえば特許文献２，３には、複数本の縦モードを発振する半導体レーザ素子を有する光モジュールが記載されている。さらに、たとえば特許文献４には、誘導ブリルアン散乱を低減することができる半導体レーザモジュールが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平３−１３５５１１号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０４０２４号公報
【特許文献３】
特開２００２−１４１５９９号公報
【特許文献４】
特開２００２−１４１６０９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した光アイソレータ１９３、非反射膜１０１，１０２の設置、光ファイバ２０３の斜め端面化を施しても、半導体レーザ素子１９１に入射する反射戻り光が存在し、この反射戻り光によって半導体レーザ素子１９１のレーザ発振動作が不安定になるという問題点があった。
【００１３】
たとえば、半導体レーザ素子１９１は、反射戻り光が再入射されることによって、図７に示すように、発振スペクトル波形に「歯抜け」が生じ、発振縦モード本数が実質的に減るという現象が発生する。この「歯抜け」の現象が、半導体レーザ素子１９１に加えられる駆動電流Ｉｏｐの大きさによって発生したり、発生しなかったりするという不安定な発振動作を招来している。
【００１４】
ここで、ラマン増幅などでは、励起光の光出力を変化させて、各信号波長帯域の利得特性を変化させる処理を行うが、この励起光の光出力は、一般に励起光源である半導体レーザ素子１９１への駆動電流Ｉｏｐの値を変化させることによって行われる。ここで、上述した発振縦モード本数の実質的な変化が発生すると、各発振縦モードが担う光出力の大きさが変化し、誘導ブリルアン散乱の発生量が変化する。すなわち、「歯抜け」の現象によって、発振縦モード本数が実質的に減少し、実質的に「歯抜け」していない発振縦モードの光出力が増大し、誘導ブリルアン散乱の閾値を越え、誘導ブリルアン散乱の発生量が急激に増大するという問題点があった。この誘導ブリルアン散乱が発生すると、入射した励起光の一部が後方に反射されてしまい、ラマン利得生成に寄与しなくなり、この励起光強度の低下によって不安定なラマン利得をもたらす。
【００１５】
また、「歯抜け」の現象が生じると、発振縦モード間隔が実質的に大きくなり、非偏光化素子を用いてデポラライズする場合、半導体レーザ素子１９１の駆動電流Ｉｏｐの変化に伴って偏光度（ＤＯＰ：Ｄｅｇｒｅｅ　Ｏｆ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が変化してしまうという問題点があった。ここで、ラマン増幅では、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とが一致することを条件としている。すなわち、ラマン増幅では、増幅利得の偏波依存性があり、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デポラライズなどによって小さくする必要があるが、上述した「歯抜け」の発生によってＤＯＰが変化し、安定したラマン増幅を行うことができない。
【００１６】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、駆動電流Ｉｏｐの変化に伴って発生する誘導ブリルアン散乱およびＤＯＰの変化を減少し、安定した増幅動作を行うことができる励起光を出力する半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる半導体レーザモジュールは、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の出射端面近傍に設けられ、前記半導体レーザ素子から出力されるレーザ光の光軸に対して主面が傾斜したレンズと、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この請求項１の発明によれば、レンズの主面を光軸に対して傾斜させることによって、レンズから半導体レーザ素子側への反射戻り光を低減し、半導体レーザ素子内部に形成される内部共振器と、半導体レーザ素子の反射端面とレンズとの間に形成される外部共振器とによって形成された複合共振器のうちの外部共振器の形成をなくし、駆動電流の変化に伴う発振縦モードの「歯抜け」を抑止するようにしている。この結果、駆動電流を変化しても、誘導ブリルアン散乱の発生量が変化せず、ＤＯＰの変化もなく、安定したレーザ光出力を実現している。
【００１９】
また、請求項２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、前記半導体レーザ素子は、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の近傍に回折格子を設け、前記活性層が形成する共振器長と前記回折格子の波長選択特性とを含む発振パラメータの組み合わせ設定によって発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項３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、前記半導体レーザ素子は、ファブリペロー型の半導体レーザ素子であって、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードを含むレーザ光を出力することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項４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、前記レンズの主面の光軸に対する傾斜角度は、４°以下であることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項５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、前記レンズを介して前記半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を受光して外部に伝送する光ファイバと、前記レンズと前記光ファイバとの間に設けられた光アイソレータと、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項６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、前記光アイソレータは、偏光子／ファラデーローテータ／偏光子の１段構造に、さらにファラデーローテータ／偏光子を加えた１．５段以上の構造であり、光軸に対して少なくとも前記半導体レーザ素子側の偏光子が４°傾いて配置されていることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、この発明にかかる半導体レーザモジュールの実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、この発明の実施の形態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１において、この半導体レーザモジュール１００は、図１２に示した第１レンズ１９２に代えて、光軸に対して主面が傾斜したレンズである第１レンズ２１を設けている。また、半導体レーザ素子１９１に代えて、複数の発振縦モードを出力する半導体レーザ素子２０を有する。その他の構成は、図１２に示した半導体レーザモジュール３００と同じ構成であり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００２６】
この第１レンズ２１は、レンズであり、半導体レーザ素子２０から出射されるレーザ光の光軸に対して主面が３°傾けて配置される。このため、第１レンズ２１は、ベース１９７上の凹部に配置されるレンズホルダ保持部２３が、ベース１９７上に設けられ、このレンズホルダ保持部２３によってレンズホルダ２２が固定され、さらにこのレンズホルダ２２によって第１レンズ２１の主面が半導体レーザ素子２０の光軸に対して３°傾いた状態で保持される。
【００２７】
なお、図１では、第１レンズ２１の主面が半導体レーザモジュール１００の垂直面（Ｘ−Ｚ平面）に対して垂直を維持しながら傾けられているが、これに限らず、たとえば半導体レーザモジュール１００の水平面（Ｙ−Ｚ平面）に対して垂直を維持しながら、傾けるようにしてもよい。この場合、第１レンズ２１の保持の安定性を考慮すると、水平面に対して垂直を維持しつつ傾けるのが好ましい。
【００２８】
このように、第１レンズ２１の主面を、半導体レーザ素子２０が出射するレーザ光の光軸に対して３°傾けることによって、半導体レーザ素子２０への反射戻り光がほとんどなくなり、駆動電流Ｉｏｐを変化させても、図７に示した「歯抜け」の発振スペクトルをもつレーザ光が出力されなくなる。
【００２９】
ここで、半導体レーザ素子２０について説明する。図２は、この発明の実施の形態である半導体レーザモジュール１００内の半導体レーザ素子２０の概要構成を示す斜めからみた破断図である。また、図３は、図２に示した半導体レーザ素子２０の長手方向の縦断面図である。さらに、図４は、図３に示した半導体レーザ素子２０のＡ−Ａ線断面図である。図２において、半導体レーザ素子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、およびｐ−ＩｎＰクラッド層６、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７が積層されて構成される。
【００３０】
また、図３に示すように、半導体レーザ素子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２％以下、好ましくは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、レーザ光として出射される。
【００３１】
さらに、図３において、半導体レーザ素子２０は、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内に周期的に配置されたｐ−ＩｎＧａＡｓＰの回折格子１３を有している。特にここでは、その回折格子１３は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３の利得領域で生じたレーザ光のうち中心波長１４８０ｎｍの光が選択されるように、出射側反射膜１５から１００μｍ延び、膜厚２０ｎｍを有し、かつピッチ約２２０ｎｍで形成されている。なお、回折格子１３は、出射側反射膜１５に接して配置されることが望ましいが、必ずしも接する配置にしなくても、回折格子１３の機能を発揮する範囲内、たとえば２０μｍ〜１００μｍ程度の範囲内で出射側反射膜１５から離隔する配置とすることもできる。また、半導体レーザ素子２０の製造時において生じる半導体レーザ素子２０の劈開位置のばらつきなどによって、回折格子１３が反射膜１４側に残っていてもよい。また、この回折格子１３は、活性層全面にわたって配置されてもよいし、活性層の一部分に配置されてもよい。
【００３２】
また、図４に示すように、ｎ−ＩｎＰバッファ層２の上部、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、および回折格子１３を含むｐ−ＩｎＰスペーサ層４は、メサストライプ状に加工され、メサストライプの両側は、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、ｎ−ＩｎＰ基板１の裏面には、ｎ側電極１１が形成される。
【００３３】
上述した半導体レーザ素子２０をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合には、その発振波長λ０を、１１００ｎｍ〜１５５０ｎｍとし、共振器長Ｌを、８００μｍ以上３２００μｍ以下とする。ところで、一般に、半導体レーザ素子の共振器によって発生する縦モードのモード間隔Δλは、等価屈折率を「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１４８０ｎｍ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。
【００３４】
一方、回折格子１３は、そのブラッグ波長によって縦モードを選択する。図５は、回折格子１３による選択波長特性を説明するための図であり、回折格子１３による選択波長特性は、図示するような発振波長スペクトル３０として表される。
【００３５】
特に、この半導体レーザ素子２０は、図５に示すように、回折格子１３の存在によって、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈで示される波長選択特性内に、発振縦モードが複数存在するように設計される。従来の半導体レーザ素子では、共振器長Ｌを８００μｍ以上とすると、単一縦モード発振が困難であったため、かかる共振器長Ｌを有した半導体レーザ素子は用いられなかったが、この半導体レーザ素子２０では、共振器長Ｌを積極的に８００μｍ以上とすることで、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードを含んだレーザ光を出力する。図５では、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に３つの発振縦モード３１〜３３を有している。
【００３６】
複数の発振縦モードを有するレーザ光を用いると、単一縦モードのレーザ光を用いた場合に比して、レーザ出力のピーク値を抑えて、高いレーザ出力値を得ることができる。図６は、単一縦モードのレーザ光と複数の発振縦モードのレーザ光の各プロファイルを説明するための説明図である。たとえば、この半導体レーザ素子２０では、図６（ｂ）に示すプロファイルを有し、低いピーク値で高レーザ出力を得ることができる。これに対し、図６（ａ）は、同じレーザ出力を得る場合の単一縦モード発振の半導体レーザ装置のプロファイルであり、高いピーク値を有している。
【００３７】
ここで、半導体レーザ素子２０をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、ラマン利得を大きくするために励起光出力パワーを増大することが好ましいが、そのピーク値が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生し、雑音が増加するという不具合が発生する。誘導ブリルアン散乱は、図６（ａ）に示すように、レーザ出力が、誘導ブリルアン散乱が発生する閾値Ｐｔｈを超えた場合に発生する。そこで、半導体レーザ素子２０では、図６（ａ）に示すプロファイルと同じレーザ出力パワーを得るために、図６（ｂ）に示すように、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐｔｈ以下にピーク値を抑えた複数の発振縦モードでレーザ光を出射する。これにより、高い励起光出力パワーを得ることができ、その結果、高いラマン利得を得ることが可能となる。
【００３８】
また、図５において、発振縦モード３１〜３３の波長間隔（モード間隔）Δλは、０．１ｎｍ以上としている。これは、半導体レーザ素子２０をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、モード間隔Δλが０．１ｎｍ以下であると、誘導ブリルアン散乱が発生する可能性が高くなるからである。この結果、上述したモード間隔Δλの式によって、上述した共振器長Ｌが３２００μｍ以下であることが好ましいことになる。このような観点から、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈ内に含まれる発振縦モードの本数は、複数であることが望ましい。
【００３９】
よって、上述したように、この実施の形態にかかる半導体レーザモジュール１００内に設けられる半導体レーザ素子２０は、発振波長スペクトルの半値幅内に２本以上の発振縦モードが含まれるように、回折格子１３の配置位置と共振器長Ｌが設定されているので、誘導ブリルアン散乱を生じさせることなく、安定に高出力のレーザ出力を得ることができる。
【００４０】
なお、半導体レーザモジュール１００内の半導体レーザ素子２０としては、上述した構成以外にも、特願２０００−３２３１１８号、特願２００１−１３４５４５号および特願２００１−２２８６６９号の各実施の形態に記載された種々の「半導体レーザ素子」を用いることができる。
【００４１】
ところで、このような半導体レーザ素子２０を用いても、上述したように、半導体レーザ素子２０への反射戻り光のために、図７に示すように駆動電流Ｉｏｐの変化に伴った発振縦モードの「歯抜け」が生じ、この結果、発振縦モード本数の減少が生じ、誘導ブリルアン散乱の変化やＤＯＰの変化が生じ、不安定な発振動作を呈していた。ここで、本発明者らは、この「歯抜け」が、半導体レーザ素子２０自体の内部共振器すなわち回折格子１３を含む出射側反射膜１５と反射膜１４とによって形成される内部共振器と、反射膜１４と第１レンズ２１との間によって形成される外部共振器とからなる複合共振器による発振現象によって形成されるものと考え、上述したように、第１レンズ２１を、半導体レーザ素子２０の光軸に対して３°傾けて、第１レンズ２１から半導体レーザ素子２０への反射戻り光をなくし、上述した外部共振器を形成しないようにした。
【００４２】
この第１レンズ２１の斜め配置によって、駆動電流Ｉｏｐを変化しても、図８に示すような半導体レーザ素子２０の内部共振器自体が有する発振スペクトルをもつレーザ光が出力された。すなわち、駆動電流Ｉｏｐを変化させても、「歯抜け」が生じない発振スペクトルをもつレーザ光を出力させることができた。
【００４３】
この結果、「歯抜け」の時に生ずる発振縦モードのモード間隔が広がることがなくなり、ＤＯＰの変動を抑止することができる。すなわち、モード間隔が広がると、デポラライザなどに用いられる偏波保持ファイバの長さに対応したＤＯＰの極小値が、長さが短くなる方向にシフトし、結果としてＤＯＰが変動するが、この実施の形態ではモード間隔が変化しないため、駆動電流Ｉｏｐが変化してもＤＯＰが変化せず、安定かつ小さいＤＯＰを得ることができる。また、実験の結果、半導体レーザモジュールの駆動電流２００ｍＡ時に、第１レンズ２１を斜めにする前のＤＯＰが約４７％であったものが、第１レンズ２１を光軸に対して３°傾けることによってＤＯＰを約１５％に低減することができた。
【００４４】
ここで、上述した第１レンズ２１の斜め配置を有した半導体レーザモジュール１００から出力されるレーザ光の誘導ブリルアン散乱の駆動電流依存性の実験結果について説明する。図９は、半導体レーザモジュール１００から出力されるレーザ光における誘導ブリルアン散乱発生の駆動電流依存性の測定装置の構成を示す図である。また、図１０は、誘導ブリルアン散乱発生の駆動電流依存性の測定結果を示す図である。
【００４５】
図９に示す測定装置では、カプラ４１を介して一方に半導体レーザモジュール１００と反射光測定手段４３とが配置され、他方に伝送用光ファイバ４４と入力光測定手段４５とが配置されている。また、一方と他方はカプラ４１を介して互いに接続されており、伝送用光ファイバ４４は、出力光測定手段４６に接続されている。なお、伝送用光ファイバ４４には、たとえばＮＺＤＦ（非ゼロ分散ファイバ）である３７ｋｍのＴｒｕｅＷａｖｅ（Ｒ）−ＲＳが用いられている。
【００４６】
図９に示す測定装置において、入力光測定手段４５には半導体レーザモジュール１００から出力されるレーザ光の強度と一定の比率を有する光が入射し、反射光測定手段４３には伝送用光ファイバ４４で散乱されて戻ってきた光の強度と一定の比率を有する光が入射する。
【００４７】
ここで、誘導ブリルアン散乱が生じている場合、反射光測定手段４３に入射する光の強度が増大する。そのため、半導体レーザモジュール１００から伝送用光ファイバ４４に入射される光と、伝送用光ファイバ４４で散乱されて戻ってきた光の強度との比（以下、「リターンロス」と言う）をとることで誘導ブリルアン散乱が生じているか否かの判断ができる。
【００４８】
図１０は、上述したように、半導体レーザモジュール１００に対する駆動電流Ｉｏｐを変化させた場合におけるリターンロスの変化を示している。図１０において、従来の半導体レーザモジュール３００では、駆動電流Ｉｏｐを１００ｍＡ〜１３００ｍＡに変化させると、リターンロスは、−２８ｄＢから−５ｄＢの間を大きく変化しているが、半導体レーザモジュール１００では、駆動電流Ｉｏｐを１００ｍＡ〜１３００ｍＡに大きく変化させても、リターンロスは、ほぼ−１５ｄＢで安定している。すなわち、半導体レーザモジュール１００のリターンロスには駆動電流依存性がほとんどない。換言すれば、半導体レーザモジュール１００の誘導ブリルアン散乱の発生は駆動電流にほとんど依存しないといえる。また、従来の半導体レーザモジュール３００では、リターンロスが−５ｄＢという大きなピーク値を有していたが、半導体レーザモジュール１００のリターンロスは、ほぼ−１５ｄＢであり、大きなリターンロス、すなわち大きな誘導ブリルアン散乱を抑制することができる。このことは、上述した第１レンズ２１の斜め配置によって、図７に示した「歯抜け」の発生を抑制することができたからである。
【００４９】
ところで、上述した半導体レーザモジュール１００における第１レンズ２１の主面は、半導体レーザ素子２０の光軸に対して３°傾けるようにしていたが、この傾きは傾け過ぎると、レーザ光の出力低下を来す。図１１は、半導体レーザモジュール１００から出力されるレーザ光の第１レンズの傾き依存性を示す図である。なお、図１１では、レーザ光の光出力を、０°近傍の最大値で正規化している。図１１において、実測値では、３°を越えると急激に光出力が低下し、計算値では、４°を越えると急激に光出力が低下する。したがって、実測値の誤差を考慮すると、第１レンズの傾きは、４°以下の傾きをもたせるのが好ましい。また、第１レンズは、コリメートレンズや、レンズの形状がたとえば非球面レンズであってもよい。
【００５０】
なお、上述した光アイソレータ１９３としては、１．５段構造（偏光子／ファラデーローテータ／偏光子／ファラデーローテータ／偏光子）またはそれ以上の段数構造の光アイソレータを用いるのが好ましい。また、光アイソレータ１９３は、光軸に対して少なくとも半導体レーザ素子のある側の偏光子が４°程度傾けて配置させるのがより好ましい。さらに、この光アイソレータ１９３の入射面上に非反射膜を形成してもよい。これらによって、戻り光を一層確実に低減させることができる。
【００５１】
また、上述した実施の形態では、半導体レーザモジュール１００内の半導体レーザ素子２０として、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３などの活性層近傍に回折格子１３を設け、複数の発振縦モードを出力するものを用いていたが、これに限らず、たとえば回折格子１３を有しないファブリペロー型の半導体レーザ素子であってもよい。要は、半導体レーザ素子２０が複数の発振縦モードを出力するマルチモードレーザであればよい。
【００５２】
さらに、上述した実施の形態では、半導体レーザ素子２０の発振波長λ０を１４８０ｎｍとした場合を例に挙げたが、例えば９８０ｎｍ等のその他の発振波長の半導体レーザ素子を設ける場合にも本発明を適用することができることは言うまでもない。
【００５３】
また、上述した半導体レーザモジュール１００は、ラマン増幅器などの励起光源として用いられ、特に前方励起方式あるいは双方向励起方式に用いることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、レンズの主面を光軸に対して傾斜させることによって、レンズから半導体レーザ素子側への反射戻り光を低減し、半導体レーザ素子内部に形成される内部共振器と、半導体レーザ素子の反射端面とレンズとの間に形成される外部共振器とによって形成された複合共振器のうちの外部共振器の形成をなくし、駆動電流の変化に伴う発振縦モードの「歯抜け」を抑止するようにしている。この結果、駆動電流を変化しても、誘導ブリルアン散乱の発生量が変化せず、ＤＯＰの変化もなく、安定したレーザ光出力を実現することができ、また、この安定したレーザ光出力によって安定した増幅動作が可能なラマン増幅器を実現することができ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２】図１に示した半導体レーザ素子の概要構成を示す斜めからみた破断図である。
【図３】図２に示した半導体レーザ素子の長手方向の縦断面図である。
【図４】図３に示した半導体レーザ素子のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図１に示した半導体レーザ素子の回折格子による選択波長特性を説明する説明図である。
【図６】単一縦モードのレーザ光と複数の発振縦モードのレーザ光の各プロファイルを説明するための説明図である。
【図７】従来の半導体レーザ素子において駆動電流を変化させた場合に発生する歯抜けを有した発振波長スペクトルを示す図である。
【図８】この発明の実施の形態である半導体レーザモジュールから出力された発振波長スペクトルを示す図である。
【図９】誘導ブリルアン散乱の発生量に対応するリターンロスを測定する測定図である。
【図１０】この発明の実施の形態である半導体レーザモジュールと従来の半導体レーザモジュールとによるリターンロスの駆動電流依存性を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態である半導体レーザモジュールからのレーザ光出力の第１レンズ傾斜角依存性を示す図である。
【図１２】従来の半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。
【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
１３　回折格子
１４　反射膜
１５　出射側反射膜
２０　半導体レーザ素子
２１　第１レンズ
２２　レンズホルダ
２３　レンズホルダ保持部
１９３　光アイソレータ
１００　半導体レーザモジュール
１０１，１０２　非反射膜
１９４　第２レンズ
１９６　モニタフォトダイオード
１９７　ベース
１９８　キャリア
１９９　サブマウント
２００　サーモモジュール
２０１　フェルール
２０２　パッケージ
【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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