(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子（１）、該半導体レーザ素子（１）から出力された光を受光して伝送する光ファイバ（２）を有し、該光ファイバ（２）の受光側端部がフェルール（５）内に挿入された半導体レーザモジュールにおいて、前記フェルール（５）から前記半導体レーザ素子（１）と反対側に突設された光ファイバ（２）の外周が保護チューブ（６）で被覆され、その保護チューブ（６）の外側からフェルール（５）の外側に保護ブーツ（７）が被せられ、前記光ファイバ（２）が前記フェルール（５）と接着剤で固定され、前記保護チューブ（６）及び前記保護ブーツ（７）内の光ファイバ（２）であって前記接着剤のない部分にファイバグレーティング（ＦＢＧ）が設けられたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
請求項１記載の半導体レーザモジュールを、励起光源として使用したことを特徴とする光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信に使用される光増幅器と、光増幅器の励起光源として使用され得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】
現在の光ファイバ通信システムでは光増幅器が多く使用されている。特にエルビウム（Er）を添加したエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下「ＥＤＦＡ」と記載する。）を始めとする希土類添加ファイバ増幅器がよく用いられている。
近年では、ラマン増幅作用を利用したラマン増幅器も用いられるようになってきた。
【０００３】
光増幅器に使用される励起光源としては、たとえばファイバグレーティング（ＦＢＧ）により波長を安定化した高出力の半導体レーザモジュールが使用されている。
【０００４】
ＦＢＧ付の半導体レーザモジュールの一つとして図５のようなものがある。これは半導体レーザ素子Ａから出射されたレーザ光が第一のレンズＢにより平行光とされ、その平行光が第二のレンズＣにより光ファイバＤの入射端面に集光されて、半導体レーザ素子Ａと光ファイバＤとが光結合される。光ファイバＤには所定波長の光のみを反射させるファイバグレーティング（ＦＢＧ）Ｅが形成されている。図５の半導体レーザモジュールでは、パッケージＥ内に温度制御用のペルチエ素子Ｐを設け、その上にベースＫが設けられ、ベースＫの上にモニタ用フォトダイオードＰＤ、サーミスタＳ、半導体レーザ素子Ａを搭載してある。
【０００５】
図５のＦＢＧ付半導体レーザモジュールのＦＢＧは、図６の様に、例えばピーク反射率が約４％で、半値全幅（ＦＷＨＭ）が２ｎｍの反射率スペクトルを有していて、光ファイバＤに結合したレーザ光のうちの一部のみを半導体レーザ素子Ａの方に帰還させる。この帰還光により半導体レーザ素子ＡとＦＢＧとから構成される外部共振器の損失は、ＦＢＧの中心波長においてのみ小さいものとなるため、半導体レーザ素子Ａの駆動電流や環境温度が変化した場合であっても、半導体レーザＡの発振波長は、上記中心波長において固定される。
【０００６】
ＦＢＧ付半導体レーザモジュールとしては図７に示す様なものもある。これは光ファイバＤが挿入固定されたフェルールＦにＦＢＧを設けたものである。図７では光ファイバＤの外側の保護チューブＩ、その外側の保護ブーツＨも示してある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図７の様にＦＢＧをフェルールに設けたものは、フェルール内に光ファイバを接着固定するための接着剤がある。接着剤は外部温度の変化により軟化したり、硬くなったりし、その変化により生ずる応力がＦＢＧに影響を及ぼすことがあり、その場合は、ＦＢＧの反射率や反射波長（中心波長）が変化し、所望の波長特性が得られなかった。
たとえばこのような半導体レーザモジュールを励起光源として使用したラマン増幅器では、励起光波長が揺らぐことにより、ラマン利得波長も揺らいで信号光波長も揺らぐという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、発振波長が一定に保たれた半導体レーザモジュール、とりわけ光増幅器の励起光源として特に好適な半導体レーザモジュールを提供することにある。
【０００９】
本発明の半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子１、該半導体レーザ素子１から出力された光を受光して伝送する光ファイバ２を有し、該光ファイバ２の受光側端部がフェルール５内に挿入された半導体レーザモジュールにおいて、前記フェルール５から前記半導体レーザ素子１と反対側に突設された光ファイバ２の外周が保護チューブ６で被覆され、その保護チューブ６の外側からフェルール５の外側に保護ブーツ７が被せられ、前記光ファイバ２が前記フェルール５と接着剤で固定され、前記保護チューブ６及び前記保護ブーツ７内の光ファイバ２であって前記接着剤のない部分にファイバグレーティング（ＦＢＧ）が設けられたものである。
【００１０】
半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子１、該半導体レーザ素子１から出力された光を受光して伝送する光ファイバ２を有し、該光ファイバ２の受光側先端にはフェルール５を備えた半導体レーザモジュールにおいて、フェルール５の外側で、且つ保護ブーツ７の内側で、且つ保護チューブ６の内側における光ファイバ２にＦＢＧを設けて、ＦＢＧと半導体レーザ素子１との間でキャビティを構成したものでもよい。
【００１１】
半導体レーザモジュールは、前記第１、第２の半導体レーザモジュールにおいて、ＦＢＧを保護チューブ６内であって且つ接着剤の無い部分における光ファイバ２に設けたものでもよい。
【００１２】
本発明の光増幅器は、請求項１記載の半導体レーザモジュールを、励起光源として使用したものである。
【００１３】
【発明の実施形態１】
本発明の半導体レーザモジュールの第１の実施形態を図１に示す。
この半導体レーザモジュールは、パッケージ２０内に、モニタ用フォトダイオード（ＰＤ）、半導体レーザ素子１、同素子１から出射されるレーザ光を平行光にする第１のレンズ（平行化レンズ）３が収容されており、そのうちフォトダイオード（ＰＤ）、半導体レーザ素子１、平行化レンズ３はペルチエ素子１５で温度制御されるベース１６の上に搭載されている。更に、パッケージ２０には取付け部２１が突設されており、その取付け部２１内に平行化レンズ３で平行化されたレーザを集光する第２レンズ（集光レンズ）４が収容され、その前方に、光ファイバ２が挿着接続されたフェルール５が差し込まれて固定されて、ＰＤ、半導体レーザ素子１、平行化レンズ３、集光レンズ４、フェルール５、光ファイバ２が光軸上に一列に配置されている。また、光ファイバ２にはファイバグレーティング（ＦＢＧ）１７が設けられている。このＦＢＧ１７はフェルール５よりも外側で、光ファイバ２の外側の保護チューブ６の内側であり、且つ、保護チューブ６の外側からパッケージ２０の取付け部２１にかけて被せてある保護ブーツ７の内側位置に形成してある。ＦＢＧが形成された位置には光ファイバ２をフェルール５に接着固定するための接着剤は存在しない。ＦＢＧ１７は二つ以上形成してもよく、それらＦＢＧ１７は反射中心波長が同じものでも、多少異なるものでもよい。
【００１４】
【発明の実施形態２】
本発明の半導体レーザモジュールの第２の実施形態を図２に示す。この半導体レーザモジュールの基本的構成は図１と同じであり、異なるのは、ＦＢＧ１７を、光ファイバ２のうち、フェルール５よりも外で、保護ブーツ７よりも外側の保護チューブ５内の位置に形成したことである。ＦＢＧ１７が形成されたこの位置にも光ファイバ２をフェルール５に接着固定するための接着剤は存在しない。図２でもＦＢＧ１７は二つ以上形成してもよく、それらＦＢＧは反射中心波長が同じものでも、多少異なるものでもよい。
【００１５】
図１、２における構成部品のうち、半導体レーザ素子１の後端面には高反射膜（ＨＲ膜）１１がコーティングされ、前端面には反射防止膜（ＡＲ膜）１２がコーティングされている。半導体レーザ素子１の前端面から高出力のレーザ光を得るために、ＨＲ膜１１の反射率は例えば９０％以上に設定され、ＡＲ膜１２の反射率は５％以下に設定される。
ＨＲ膜、ＡＲ膜としては誘電体多層膜が適する。誘電体多層膜の材質にはTa２O５とSiO２、TiO２とSiO２、Al２O３とSiO２等がある。図１、２ではこの半導体レーザ素子１の後端面とＦＢＧとにより共振器（キャビティ）が構成される。キャビティ長は半導体レーザ素子１又はＦＢＧ１７の位置を変えることにより調整可能であり、その長さは光路長で７５ｍｍ以下が好ましい。
【００１６】
図１、２のＰＤ、平行化レンズ３、集光レンズ４には既存のものを使用することができる。例えば、平行化レンズ３には非球面レンズ、ボールレンズ、分布屈折率レンズ、平凸レンズを使用することができる。それらの焦点距離はｆ＝0.4〜２ｍｍ（通常ｆ0.7〜0.8ｍｍ程度）のものが適する。同レンズ３の前後両面には反射防止膜（ＡＲ）が施されており、その反射率は0.5％以下が適する。集光レンズ４にも非球面レンズ、ボールレンズ、分布屈折率レンズ、平凸レンズを使用することができる。それらの焦点距離はｆ＝１〜５ｍｍ（通常ｆ３ｍｍ程度）のものが適する。同レンズ４の前後両面にも反射防止膜（ＡＲ）が施されている。その反射率は0.5％以下が適する。平行化レンズ３と集光レンズ４は半導体レーザ素子１のＭＦＤ・ＮＡとファイバのＭＦＤ・ＮＡに関係する。
【００１７】
光ファイバ２にはシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の他に、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）を使用することもできる。ＰＭＦの目の方向はレーザの偏光方向に合わせるとよい。またデポラライズ目的で偏光方向に対して45度に合わせても良い。ＳＭＦの入射端面の形状は垂直若しくは５度〜２０度（実際は６〜８度）の斜めカットにしたり、先球ファイバとすることができる。その入射端面には反射率0.5％以下（実際は0.1 ％）の反射防止膜を設けるのが好ましいが、反射防止膜を設けずに、斜めに開劈したままでもよい。
【００１８】
ＰＤの前にはレンズを置いても、置かなくともよい。ＰＤに入射した光が反射してキャビティ内に戻らないようにするためには、ＰＤを傾ける必要がある。
【００１９】
上記各実施形態例に記載の半導体レーザモジュールを励起光源モジュールとして使用する光増幅器、ここではラマン増幅器の一実施形態例となる構成を図３に示す。図３において、ラマン増幅器１００は、異なる波長の光を出力する複数のレーザユニット１０１と、該レーザユニット１０１から出力された光を波長合成するＷＤＭカプラ１０２と、該波長合成された光を伝送する光ファイバ１０３と、該光ファイバ１０３中に配置された偏波無依存型の光アイソレータ１０４とを有する、前方励起方式の光増幅器である。
【００２０】
各レーザユニット１０１は、上記各実施形態例のいずれかに記載の半導体レーザモジュール１０５と、該半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ光を伝送する光ファイバ１０６と、該光ファイバ１０６内に挿入されたＰＭＦからなるデポラライザ１０７と、制御部１０８と、を有する。
【００２１】
前記半導体レーザモジュール１０５は、制御部１０８による半導体レーザ素子の動作制御、例えば注入電流やペルチェモジュール温度の制御に基づいて、それぞれ異なる波長のレーザ光を出射している。
本発明者らの検討によれば、ラマン増幅器では励起光源となる半導体レーザモジュール１０５には次のような特性が要求される。
（１）励起光のノイズが小さいこと。
相対強度雑音（ＲＩＮ）が０〜２GHzの範囲で−130ｄＢ/Ｈｚ以下〜−153ｄＢ/Ｈｚ以下（場合によっては０〜22GHzで要求されることもある。）であること。
（２）偏光度（ＤＯＰ）が小さいこと。
コヒーレント長が短いこと、すなわち多モードであってデボラライズがし易いこと、若しくは偏波合成により偏光がないものとされていることが必要である。前記多モードであること、については、発振スぺクトル幅（スぺクトルのピークから３ｄＢダウンした波長の幅）内に縦モードが少なくとも３本、好ましくは４〜５本入っていればよい。
（３）光出力が高いこと。
300ｍＷ以上、更には400ｍＷ以上が要求される。
（４）波長安定性が良いこと。
発振波長が変動すると利得波長帯域が変動するためファイバグレーティング、ＤＦＢレーザ（Distributed−Feedback Laser）、ＤＢＲレーザ（Distributed Bragg Reflecter Laser）等による波長安定化技術が必須である。変動幅は全ての駆動条件（環境温度：０〜75℃、駆動電流：０〜１Ａ）において、例えば±１ｎｍ以内であることが必要である。
（５）各励起レーザモジュールの発振スぺクトル幅が狭いこと。
各励起レーザモジュールの発振スぺクトル幅は、広すぎると波長合成カプラの合波ロスが大きくなると共に、スぺクトル幅内に含まれる縦モード数が大きくなって発振中に縦モードが動き、ノイズ、利得変動の原因になる。このため発振スぺクトル幅は２ｎｍ以下又は３ｎｍ以下であることが必要である。あまり狭すぎると電流−光出力特性においてキンクが現れ、レーザ駆動時における制御に支障が生ずる。なお、前記（２）に記したように発振スぺクトル幅内に縦モードが少なくとも３本、好ましくは４〜５本入って入れば、コヒーレンシーが低減され、ＤＯＰが低減され易いと考えられる。
（６）低消費電力であること。
偏波合成、波長合成等が採用されるため、励起レーザを数多く使用する。このため全体の消費電力が大きくなる。単体の励起レーザモジュールの消費電力が低いことが必要である。
（７）ＳＢＳ（Stimulated Brillouin Scattering)が出ないこと。
ファイバグレーティング等により、狭い波長帯域に高光出力が集中すると、ＳＢＳが発生して励起効率が低下する。この点からも多モード（発振スぺクトル幅内に複数の縦モードが存在すること）が適する。
（８）アイソレータ内蔵が好ましい。
反射戻り光によりレーザの動作が不安定にならないようにするために、アイソレータが内蔵されていることが好ましい。
（９）温度依存性が無いか、殆ど無いこと。
半導体レーザモジュール１０５は上記（１）〜（９）の要求特性を略満たすように設定される。
【００２２】
次にデポラライザ１０７は、例えば光ファイバ１０６の少なくとも一部に設けられた偏波保持ファイバで、半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ光の偏波面に対して固有軸が４５度傾けられたものである。このような配置とすることで半導体レーザモジュール１０５から出力されるレーザ光のＤＯＰを低減し非偏光化することができる。
【００２３】
光アイソレータ１０４は、半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ光を通過させるとともに、半導体レーザモジュール１０５への戻り光をカットしている。
【００２４】
このようなラマン増幅器１００において、各半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ光は、デポラライザ１０７によってＤＯＰが低減された後、異なる波長の光同士がＷＤＭカプラ１０２で合波され、光ファイバ１０３から光アイソレータ１０４を介して、ＷＤＭカプラ１０９によって、信号光が伝送される光ファイバ１１０内に入射される。
この入射されたレーザ光（励起光）によって、光ファイバ１１０内の信号光はラマン増幅されながら伝送される。
【００２５】
この本実施形態例のラマン増幅器１００では、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１０５およびレーザユニット１０１を使用することで、ラマン利得波長が安定化される。
【００２６】
また上記半導体レーザモジュールを励起光源モジュールとして使用した光増幅器、ここではラマン増幅器の他の実施形態を図４の構成図に示す。図４において、ラマン増幅器１１１は、異なる波長の光を出力する複数のレーザユニット１０１と、該レーザユニット１０１から出力された光を波長合成するＷＤＭカプラ１０２と、該波長合成された光を伝送する光ファイバ１０３と、該光ファイバ１０３中に配置された偏波無依存型の光アイソレータ１０４とを有する、前方励起方式の光増幅器である。
【００２７】
各レーザユニット１０１は、上記各実施形態例のいずれかに記載の、２つの半導体レーザモジュール１０５と、該半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ光をそれぞれ伝送する光ファイバ１０６と、これらレーザ光を偏波合波するＰＢＣ（Polarization Beam Combiner：偏波合成器）１１２と、この合波された光を伝送する光ファイバ１０６と、本発明の制御手段を構成する制御部１０８と、を有する。
前記複数の半導体レーザモジュール１０５は、上述した（１）〜（９）の要求特性を略満たす設定のものであって、制御部１０８による半導体レーザ素子の動作制御、例えば注入電流やペルチェモジュール温度の制御に基づいて、それぞれ異なる波長のレーザ光を出射している。
光アイソレータ１０４は、半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ光を通過させるとともに、半導体レーザモジュール１０５への戻り光をカットしている。
【００２８】
このようなラマン増幅器１１１において、各半導体レーザモジュール１０５から出力されたレーザ光は、ＰＢＣ１１２で同一波長、異なる偏波面の偏光同士が合波され偏光度が低減された後、さらに異なる波長の光同士がＷＤＭカプラ１０２で合波され、光ファイバ１０３から光アイソレータ１０４、ＷＤＭカプラ１０９を介して、信号光が伝送される光ファイバ１１０内に入射される。
この入射されたレーザ光（励起光）によって、光ファイバ１１０内の信号光はラマン増幅されながら伝送される。
【００２９】
このラマン増幅器１１１では、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１０５およびレーザユニット１０１を使用することで、ラマン利得波長が安定化される。
上記の光増幅器の実施形態例では、ラマン増幅器について説明したが、本発明はこれに限らず、ＥＤＦＡなどの希土類添加ファイバ増幅器にも用いることが可能である。
【００３０】
本発明は、これら実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザモジュールは次のような効果がある。
１．ＦＢＧにより半導体レーザ素子の発振波長がロックされるため、ポンプ光強度が安定し、ラマン利得も安定し、前方励起も使用可能となる。
２．ＦＢＧを、光ファイバのうち、保護チューブの内側位置に形成したので、ＦＢＧが曲げなどの外力の影響を受けにくくなり、発振特性が安定する。
３．ＦＢＧを、光ファイバのうち、保護チューブ内で、更に保護ブーツの内側位置に形成したので、ＦＢＧが更に曲げなどの外力の影響を受けにくくなり、発振特性が一層安定する。
４．ＦＢＧを、光ファイバのうち、光ファイバをフェルールに接着固定するための接着剤がない箇所に形成したので、温度変化により生ずる接着剤の応力を受けることがない。このためＦＢＧの反射率や反射波長（中心波長）の変化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の半導体レーザモジュールの一例の概要側面図。
【図２】  本発明の半導体レーザモジュールの他の例の概要側面図。
【図３】  本発明の光増幅器の一例の概要側面図。
【図４】  本発明の光増幅器の他の例の概要側面図。
【図５】  従来の半導体レーザモジュールの説明図。
【図６】  図５の半導体レーザモジュールの動作説明図。
【図７】  従来の半導体レーザモジュールの他の説明図。
【符号の説明】
１は半導体レーザ素子
２は光ファイバ
３は第１レンズ（平行化レンズ）
４は第２レンズ（集光レンズ）
５はフェルール
６は保護チューブ
７は保護ブーツ
１１は半導体レーザ素子の後端面の反射防止膜
１２は半導体レーザ素子の前端面の反射防止膜
１５はペルチエ素子
１６はベース
２０はパッケージ
２１は取付け部
１００，１１１はラマン増幅器
１０１はレーザユニット
１０２，１０９はＷＤＭカプラ
１０３，１０６は光ファイバ
１０４は光アイソレータ
１０５は半導体レーザモジュール
１０７はデポラライザ
１０８は制御部
【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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