(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を受光して伝送する光ファイバと、
前記半導体レーザ素子と前記光ファイバとの間に設置された光アイソレータと、
を備え、
前記光アイソレータは、ファラデー回転素子の前記半導体レーザ素子側の表面に、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の一部を前記半導体レーザ素子に帰還させる反射フィルタが設けられる
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を受光して伝送する光ファイバと、
前記半導体レーザ素子と前記光ファイバとの間に設置された光アイソレータと、
を備え、
前記光アイソレータは、前記半導体レーザ素子側から順に、偏光子、ファラデー回転素子、及び検光子を有し、前記偏光子の前記半導体レーザ素子と反対側の表面に、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を前記半導体レーザ素子に帰還させる反射フィルタが設けられる
ことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項３】
前記反射フィルタは誘電体多層膜を含む、
請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記誘電体多層膜は、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５を交互に積層して形成される、
請求項３に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記半導体レーザ素子と、前記光アイソレータとはひとつのパッケージの内部に設けられている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項６】
半導体レーザモジュールの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ように、前記反射フィルタの反射帯域幅及び前記半導体レーザ素子のキャビティ長が設定された、
請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項７】
前記光ファイバが、偏光面保持光ファイバである、
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項８】
前記偏光面保持光ファイバに入射されるレーザ光の偏光方向と前記偏光面保持光ファイバの偏光保持軸とのなす角度が、４５±１２°以下である、
請求項７記載の半導体レーザモジュール。
【請求項９】
前記偏光面保持光ファイバは、ＰＡＮＤＡ光ファイバを含む、
請求項７または８に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の前記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ることを特徴とするラマン増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野において使用する半導体レーザモジュール及びこれを用いたラマン増幅器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においては、希土類添加ファイバ増幅器が多く使用されている。中でも、Ｅｒ（エルビウム）を用いたＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier；エルビウム添加ファイバ増幅器）が特に多用されている。しかし、このＥＤＦＡの実用的な利得波長帯は、１５３０〜１６１０ｎｍ程度である。また、ＥＤＦＡは利得に波長依存性を有しており、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing；波長分割多重）通信システムに使用する場合には、信号光の波長によって利得に差が生じるという問題がある。
【０００３】
このため、ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing；高密度波長分割多重）通信システムの進展に伴い、ＥＤＦＡよりも更に広帯域の増幅が可能なラマン（Raman）増幅器に対する期待が高まっている。
ラマン増幅器は、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長波長側に利得のピークが現れ、更にこの励起された状態の光ファイバに上記の利得が得られる波長帯の信号光を入射すると、この信号光が増幅されるという現象を利用したものである。
【０００４】
ＥＤＦＡはその利得波長帯がイオンのエネルギー順位によって決定され、実用的には１５３０〜１６１０ｎｍ程度であるのに対して、ラマン増幅器はその利得波長帯が励起光の波長によって決定されるため、殆ど制約がない。即ち、光ファイバに入射する励起光の波長を変えれば、その励起光の波長から所定の波長だけ長波長側に利得が生じるため、任意の波長において増幅利得を得ることができる。但し、実際には信号光として１３００〜１６５０ｎｍ程度の波長帯が使用されると考えられるため、励起光の波長帯は１２００〜１５５０ｎｍ程度になる。こうして、ＤＷＤＭ通信システムにおいて、ラマン増幅器はＥＤＦＡよりも更に信号光のチャネル数を増加させることが可能になる。
【０００５】
なお、ラマン増幅器における利得は、光ファイバを構成するガラス分子が種々の振動姿態を有しているため、波長分布を持った利得分布、例えば２０ｎｍ程度の幅のある分布となる。この利得の波長依存性を広い波長帯域に亘ってフラットにするためには、種々の波長の励起光を多重化し、各励起レーザの波長や出力等を適宜調整することが行われている。
【０００６】
また、ラマン増幅器においては、既設の通信用光ファイバを増幅媒体として使用することが可能であるが、それを使用した場合のラマン利得は１００ｍＷの励起光入力で３ｄＢ程度と小さい。このため、多重化によって強い励起光を得ることが必要となる。一般には、多重化によってトータルで５００ｍＷ〜１Ｗ程度の励起光とする。
【０００７】
ＥＤＦＡやラマン増幅器等の光増幅器に使用される励起光源としては、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating；ファイバグレーティング）によって波長を安定化すると共に高出力化した半導体レーザモジュールが使用されている。このような従来のＦＢＧ付き半導体レーザモジュールの一例を、図７を用いて説明する。
図７に示されるように、従来のＦＢＧ付き半導体レーザモジュール８０は、半導体レーザ素子８２、ＦＢＧ８４が形成された光ファイバ８６を挿着しているフェルール８８、これら半導体レーザ素子８２とフェルール８８に挿着された光ファイバ８６とを光結合する第１及び第２のレンズ９０，９２等から構成される。そして、半導体レーザ素子８２から出射されたレーザ光を第１のレンズ９０によって平行化し、その平行レーザ光を第２のレンズ９２によって集光して、光ファイバ８６に入射させるようになっている。
【０００８】
ここで、図８に示されるように、ＦＢＧ８４が例えば約４％のピーク反射率をもち、ＦＷＨＭ（Full Width Half Maximum；半値全幅）が２ｎｍの反射率スペクトルを有しているとすると、半導体レーザ素子８２とＦＢＧ８４とから構成される外部共振器の損失は、ＦＢＧ８４の中心波長１４８０ｎｍにおいてのみ小さくなるため、半導体レーザ素子８２の駆動電流や環境温度が変化した場合であっても、半導体レーザ素子８２の発振波長は上記の中心波長１４８０ｎｍにおいて固定される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のＦＢＧ付き半導体レーザモジュールを光増幅用の励起光源として用いる場合には、次のような課題がある。
先ず、半導体レーザ素子の安定発振を阻害する要因となる反射戻り光を防止する光アイソレータを配置することが困難になるという問題が生じる。即ち、半導体レーザ素子８２とＦＢＧ８４との間には光アイソレータを配置できないため、その配置位置が制限され、例えばＦＢＧ８４の外側の光ファイバ８６に配置しなければならない。
【００１０】
しかし、その場合には、光ファイバ８６を一端切断し、その間に光アイソレータを介在させて融着接合しなければならないため、融着接合部が増加して、それに伴う挿入損失が増大することになる。また、このＦＢＧ８４の外側の光ファイバ８６に配置する光アイソレータは、偏光依存性のない、高価な光アイソレータを使用する必要が生じるため、コストの上昇を招くことにもなる。
【００１１】
また、半導体レーザ素子８２とＦＢＧ８４との間隔が長くなるため、その共振の際に生じるＲＩＮ（Relative Intensity Noise；相対強度雑音）が大きくなる。特に、ラマン増幅器においては、その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る。従って、ＲＩＮが大きい場合には、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うことができなくなるという問題もある。
【００１２】
更に、ＦＢＧ付き半導体レーザモジュール８０を作製する際、光ファイバ８６にＦＢＧ８４を形成しなければならないため、量産性に欠け、コストの上昇を招くという問題もある。
そこで本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、ＲＩＮの発生を抑制して、安定した高光出力を得ることが可能な半導体レーザモジュールを提供すると共に、その半導体レーザモジュールを用いて安定した高利得を得ることが可能なラマン増幅器を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明に係る半導体レーザモジュール及びラマン増幅器によって達成される。
即ち、請求項１に係る半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を受光して伝送する光ファイバと、これら半導体レーザ素子と光ファイバとの間に設置された光アイソレータと、この光アイソレータに付設され、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を半導体レーザ素子に帰還させる光帰還部とを具備することを特徴とする。
【００１４】
なお、上記請求項１に係る半導体レーザモジュールにおいて、光帰還部が、所定の反射率を有する反射フィルタであることが好適である（請求項２）。そしてこの反射フィルタが、光アイソレータを構成する光学素子の表面に形成された誘電体多層膜からなることが好適である（請求項３）。更にこの誘電体多層膜が、光学素子の１つであるファラデー回転素子の半導体レーザ素子側の表面に形成されていることが好適である（請求項４）。
【００１５】
また、上記請求項１に係る半導体レーザモジュールにおいて、半導体レーザ素子及び光帰還部から構成される共振器の長さと光帰還部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が好適である（請求項５）。
また、上記請求項１に係る半導体レーザモジュールにおいて、光ファイバが、偏光面保持光ファイバであることが好適である（請求項６）。そして、この偏光面保持光ファイバの偏光保持軸と第２のレンズを介して偏光面保持光ファイバに入射されるレーザ光の偏光方向とのなす角度が、４５±１２°以下であることが更に好適である（請求項７）。
【００１６】
また、請求項８に係るラマン増幅器は、上記請求項１〜７に係る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ることを特徴とする。
なお、ラマン増幅用の励起光源として用いられる半導体レーザモジュールには、次のような特性が要求される。
（ａ）励起光のノイズが小さいこと。
ＲＩＮが０〜２ＧＨｚの範囲において、場合によっては０〜２２ＧＨｚの範囲において、励起光のノイズは−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下であることが要求される。
【００１７】
（ｂ）ＤＯＰ（Degree of Polarization；偏光度）が小さいこと。
コヒーレント長が短いこと、即ち多モードであっても非偏光化（デポラライズ；deporalize）することが容易であること又は偏光合成によって偏光がないものとされることが必要である。ここで、多モードであるとは、発振スペクトル幅（スペ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本入っている場合をいう。
【００１８】
（ｃ）光出力が高いこと。
半導体レーザモジュールの光出力が５０ｍＷ以上であること、好ましくは１００ｍＷ以上であること、更に好ましくは３００ｍＷ以上であること、最も好ましくは４００ｍＷ以上であることが要求される。
【００１９】
（ｄ）波長安定性が良好であること。
発振波長が変動すると利得波長帯域が変動するため、波長安定化技術が必須である。発振波長の変動幅は、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。
（ｅ）各励起レーザモジュールの発振スペクトル幅が狭いこと。
各励起レーザモジュールの発振スペクトル幅が広すぎると、波長合成カプラの合波ロスが大きくなると共に、スペ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働き、ノイズや利得変動の原因となる。このため、発振スペクトル幅は２ｎｍ以下、又は３ｎｍ以下であることが必要である。また、余り狭すぎると、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じる。なお、上記（ｂ）に記載したように、発振スペ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本入っていれば、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。
【００２０】
（ｆ）低消費電力であること。
偏光合成、波長合成等が採用されることから、励起レーザを多数使用することが必要となる。このため、全体の消費電力が大きくなる。従って、単体の励起レーザモジュールの消費電力が低いことが好ましい。
（ｇ）誘導ブリルアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering）が発生しないこと。
狭い波長帯域に高光出力が集中すると、誘導ブリルアン散乱が発生して、励起効率が低下する。この点からも、発振スペクトル幅内に複数の縦モードが存在する多モードであることが好適である。
【００２１】
（ｈ）ＰＩＢ（Power in Band）が高いこと。
複数波長の光を合波する際、高光出力化の観点から、波長幅２ｎｍ以内におけるＰＩＢが９０％以上となる比較的狭い線幅のレーザ光を出力することが求められる。
本発明に係る半導体レーザモジュールにおいて、以上のような要求特性を更に満たすことが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールを、図１〜図５を用いて詳細に説明する。
ここで、図１は本実施形態に係る半導体レーザモジュールを示す概略図、図２は図１の半導体レーザモジュールにおける反射フィルタ付き光アイソレータの詳細を示す概略断面図、図３は図１の半導体レーザモジュールにおける偏光保持光ファイバを示す断面斜視図、図４は図１の半導体レーザモジュールの発振波長スペクトル及び複数発振縦モードを示すグラフ、図５は図１の半導体レーザモジュールの複数発振縦モードと誘導ブリルアン散乱の閾値との関係を、単一発振縦モードと誘導ブリルアン散乱の閾値との関係と比較して示すグラフである。
【００２３】
図１に示されるように、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１０においては、例えばセラミック等からなる筐体としてのパッケージ１２内に、半導体レーザ素子１４、この半導体レーザ素子１４から出射されるレーザ光を平行化する第１のレンズ（平行化レンズ）１６、半導体レーザ素子１４から出射されるレーザ光の一部を半導体レーザ素子１４に帰還させる光帰還部としての反射フィルタが付設されている反射フィルタ付き光アイソレータ１８、及びこの反射フィルタ付き光アイソレータ１８を透過した平行レーザ光を集光する第２のレンズ（集光レンズ）２０が光軸上に順に配置されている。
【００２４】
また、パッケージ１２の円筒状の出射部２２に、基本モードを構成する直交二軸方向のＥXモード及びＥYモードの位相差を大きくして所定の偏光面を保持するようにしたＰＭＦ（Polarization Maintaining Fiber；偏光保持光ファイバ）としてのＰＡＮＤＡ（Polarization Maintaining and Absorption Reducing）光ファイバ２４を挿着したフェルール２６が差し込まれて固定されている。こうして、半導体レーザ素子１４が、第１のレンズ１６、反射フィルタ付き光アイソレータ１８、及び第２のレンズ２０を介して、フェルール２６に固定されたＰＡＮＤＡ光ファイバ２４に光結合され、第２のレンズ２０によって集光されたレーザ光が、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４に入射し、伝送されるようになっている。また、半導体レーザ素子１４の前方光出射面１４ａには、反射率０〜１０％の低反射膜が形成され、その後方光出射面１４ｂには、反射率５０〜１００％の高反射膜が形成されている。
【００２５】
また、パッケージ１２内には、温度制御装置としてのペルチェ素子２８が設置されており、このペルチェ素子２８上にベース３０及びヒートシンク３２を介して半導体レーザ素子１４が搭載されている。また、半導体レーザ素子１４の近傍には、その温度を検出するためのサーミスタ３４が配置されている。こうして、半導体レーザ素子１４を所望の温度に制御して、レーザ光の波長安定性を確保するようになっている。また、半導体レーザ素子１４の後方には、その光出力をモニタするモニタフォトダイオード３５が設けられており、半導体レーザ素子１４からの光出力が一定となるように自動出力制御されている。
【００２６】
また、図２に示されるように、反射フィルタ付き光アイソレータ１８においては、その光軸上に半導体レーザ素子１４側から順に、その偏光面と一致した偏光成分のレーザ光のみを透過する偏光子３６、ファラデー効果（磁気光学効果）によってレーザ光の偏光面を回転させるファラデー回転子３８、及び偏光子３６の偏光面に対してファラデー回転子３８による回転角だけ傾けた偏光面をもつ検光子４０が配置され、これらの光学素子が例えばステンレス材からなるリング状のホルダ４２によって保持されている。また、このホルダ４２には、ファラデー回転子３８に所定の方向の磁界をかけるための磁石４４が取り付けられている。
【００２７】
そして、ファラデー回転子３８の半導体レーザ素子１４側の表面に、例えば誘電体多層膜からなる反射フィルタ４６が形成され、半導体レーザ素子１４からの出射光に対する光帰還部となっている。この誘電体多層膜は、例えば低屈折率物質であるＳｉＯ2と高屈折率物質であるＴａ2Ｏ5を交互に積層してなるものであり、その設計によって反射波長を任意に設定することができる。
【００２８】
こうして、反射フィルタ付き光アイソレータ１８は、半導体レーザ素子１４から出射されるレーザ光に対するアイソレータとして機能すると共に、そこに付設されている光帰還部としての反射フィルタ４６が半導体レーザ素子１４に光を帰還させ、半導体レーザ素子１４から出射されるレーザ光の波長を安定化させている。
【００２９】
また、図３に示されるように、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４は、応力による複屈折現象を利用した応力付与型のＰＭＦであって、コア４８の外周を被覆するクラッド５０に、コア４８を挟んで２つの断面円形状の応力付与部５２ａ、５２ｂが設けられている。そして、これら２つの応力付与部５２ａ、５２ｂから付与される応力によってコア４８に複屈折を発生させ、光ファイバの偏光保持特性が得られるようになっている。
【００３０】
このＰＡＮＤＡ光ファイバ２４の光軸に直交する断面において、応力付与部５２ａ、コア４８、応力付与部５２ｂの各中心を結ぶ線Ｘとこれに垂直に交わる線Ｙは共に偏光保持軸であり、通常、線Ｘ、Ｙのいずれか一方にレーザ光の偏光方向を一致させ、レーザ光の偏光方向を安定させることが行われる。
例えば、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１０をラマン増幅用の励起光源として使用する場合には、偏光合成の観点から、半導体レーザ素子１４から出射され反射フィルタ付き光アイソレータ１８を透過してＰＡＮＤＡ光ファイバ２４に入射するレーザ光の偏光方向と、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４の偏光保持軸とを一致させる。
【００３１】
このため、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４を挿着したフェルール２６をパッケージ１２の出射部２２に差し込んで固定し、第２のレンズ２０とＰＡＮＤＡ光ファイバ２４とを光結合する際に、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４から出力されるレーザ光をモニタしながらフェルール２６を光軸回りに回転させ、消光比が最大となる位置において固定する。
【００３２】
また、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４をデポラライザ（Deporalizer）として使用する場合には、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４の偏光方向とＰＡＮＤＡ光ファイバ２４の偏光保持軸とを光軸回りに４０゜ずらす。そのためには、上述の場合と異なり、消光比が最小となるようにフェルール２６をパッケージ１２に固定する。
但し、消光比が小さく０ｄＢ近傍においては、消光比の測定精度が悪くなり、また角度変化に対する消光比の変化率も小さくなることから、高精度の調整が困難になり、角度調整に要するタクトタイムが長くなる場合がある。このような場合には、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４から出力されるレーザ光の消光比が最大となる角度を決定し、その角度から４５±１２°以下、好ましくは４５±６°以下だけフェルール２６を光軸回りに回転させて固定する方法を採ってもよい。この角度は、半導体レーザ素子１４から出射されてＰＡＮＤＡ光ファイバ２４に入射するレーザ光の偏光方向とＰＡＮＤＡ光ファイバ２４の偏光保持軸とのなす角度に対応する。
【００３３】
このとき、消光比が最大となる近傍においては、消光比の測定精度が高く、角度変化に対する消光比の変化率も大きいことから、高精度の調整が容易になり、角度調整に要するタクトタイムを短くすることが可能になる。また、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４に入射するレーザ光の偏光方向とＰＡＮＤＡ光ファイバ２４の偏光保持軸とのなす角度が４５±６°以下という設定範囲においては、ＤＯＰが１５％以下になり、ラマン増幅器のＰＤＧ（Polarization Dependent Gain）が０．０５ｄＢ以下になることを実現することが可能になる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１０の発振スペクトルについて、図４及び図５を用いて説明する。
いま、この半導体レーザモジュール１０をラマン増幅用の励起光源として使用する場合を想定して、半導体レーザ素子１４の発振波長を１３００〜１５５０ｎｍとし、半導体レーザ素子１４のキャビティ長を８００〜３２００μｍとする。この場合における選択波長特性は、図４に示す発振波長スペクトル５４として表される。
【００３５】
ここでは、半導体レーザ素子１４のキャビティ長を８００μｍ以上としていることにより、反射フィルタ４６の反射帯域内に含まれる発振モード数が増えて、発振波長スペクトル５４の半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モード、例えば３つの発振縦モード５６ａ，５６ｂ，５６ｃが存在するようになる。
そして、このように複数の発振縦モード５６ａ，５６ｂ，５６ｃが存在する場合を単一の発振縦モードの場合と比較すると、図５（ａ）,（ｂ）に示されるように、複数の発振縦モードの場合におけるレーザ出力のピーク値が、単一の発振縦モードの場合よりも抑制され、高いレーザ出力が得られる。
【００３６】
また、ラマン増幅器の利得を大きくするためには、励起光源として使用される半導体レーザモジュール１０の光出力パワーを増大することが好ましいが、図５（ｂ）に示されるように、レーザ出力のピーク値が高くなり、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐthを超えると、誘導ブリルアン散乱が発生して、ノイズが増加するという不具合が生じる。これに対して、図５（ａ）に示されるように、複数の発振縦モード５６ａ，５６ｂ，５６ｃが存在して、レーザ出力のピーク値が抑制されると、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐth内において、誘導ブリルアン散乱の発生によるノイズの増加を招くことなく高い励起光出力パワーが得られ、その結果、高いラマン利得が得られる。
【００３７】
以上のように本実施形態に係る半導体レーザモジュール１０によれば、反射フィルタ付き光アイソレータ１８に付設された光帰還部としての反射フィルタ４６と半導体レーザ素子１４によって外部共振器を構成して、反射フィルタ４６の反射中心波長に発振波長を安定化させ、例えば発振波長を１３００〜１５５０ｎｍとし、反射フィルタ４６の反射プロファイルの制御を行う（端的には、半値幅を広くとる）と共に、キャビティ長を８００〜３２００μｍと長くしてファブリ−ペローモード間隔を狭くすることにより、発振波長スペクトル５４の半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モード５６ａ，５６ｂ，５６ｃを存在させてレーザ出力のピーク値を抑制し、誘導ブリルアン散乱が発生しないようにしている。このため、この半導体レーザモジュール１０をラマン増幅用の励起光源として使用すると、誘導ブリルアン散乱に起因するノイズの増加を招くことなく高い励起光出力パワーを得ることが可能になり、安定した高ラマン利得を得ることができる。
【００３８】
また、本実施形態に係る半導体レーザモジュール１０によれば、半導体レーザ素子１４とＰＡＮＤＡ光ファイバ２４との間に、光帰還部としての反射フィルタ４６が付設された反射フィルタ付き光アイソレータ１８を配置し、この反射フィルタ４６から半導体レーザ素子１４に所定波長の光を帰還させるので、上記図７に示す従来の半導体レーザモジュールのようにＦＢＧを用いて光帰還を行う場合に比べて、半導体レーザ素子と光帰還部との距離が短くなり、半導体レーザ素子と光帰還部との共振周波数において生じる雑音特性の落ち込みが高周波数側にシフトすると共に、光アイソレータにより余分な光が半導体レーザ素子に戻ることが防止されるため、ラマン利得の揺らぎが小さくなり、安定したラマン増幅を行うことができる。
【００３９】
また、半導体レーザ素子１４に光帰還を行う光帰還部としての反射フィルタ４６が反射フィルタ付き光アイソレータ１８に付設されているため、偏光子３６、ファラデー回転子３８、及び検光子４０等からなる光アイソレータを第１及び第２レンズ１６、２０間に配置することが可能になり、外部から半導体レーザ素子１４への反射戻り光を有効に防止することが可能になる。また、従来のＦＢＧを用いる半導体レーザモジュールの場合のような高価な無偏光光アイソレータを使用する必要がなく、安価な偏光光アイソレータを使用することが可能になるため、コストを低減することができる。また、光ファイバを一端切断して光アイソレータとの融着接合を行う必要もなくなるため、光アイソレータの配置に伴う挿入損失を小さくすることができる。
【００４０】
更に、光帰還部としての反射フィルタ４６は光アイソレータのファラデー回転子３８表面に誘電体多層膜を形成することによって作製されるため、従来のように光ファイバにＦＢＧを形成する場合と比較すると、その作製が遥かに容易になり、量産性を飛躍的に向上することができる。
なお、上記実施形態において、反射フィルタ付き光アイソレータ１８に付設されている光帰還部としての反射フィルタ４６は、具体的にはファラデー回転子３８の半導体レーザ素子１４側の表面に形成されているが、その形成位置はここに限定されるものではない。例えば偏光子３６の両表面のいずれかに形成してもよい。但し、ファラデー回転子３８の検光子４０側の表面や検光子４０の両表面に反射フィルタを形成すると、光アイソレータの機能を阻害することになり、好ましくない。
【００４１】
また、フェルール２６に挿着したＰＭＦとしてＰＡＮＤＡ光ファイバ２４を用いているが、この代わりに、コアの両側に断面扇形状の応力付与部が設けられているボウタイ（Bow-Tie）光ファイバやその他の構造のＰＭＦを用いてもよい。更に、ここではラマン増幅用の励起光源として使用する場合を想定してＰＭＦを用いているが、一般には通常のシングルモード光ファイバを用いてもよい。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るラマン増幅器を、図６を用いて詳細に説明する。ここで、図６は本実施形態に係るラマン増幅器を示す概略ブロック図である。
本実施形態に係るラマン増幅器は、上記第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールを励起光源として用いている点に特徴がある。
即ち、図６に示されるように、本実施形態に係るラマン増幅器においては、その励起光源として上記第１の実施形態に係る半導体レーザモジュール１０と同一構成の半導体レーザモジュール１０ａ，１０ｂ，…，１０ｄが用いられている。そして、これらのうちの半導体レーザモジュール１０ａ，１０ｂは、複数の発振縦モードを有する同一波長のレーザ光を、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４ａ，２４ｂを介して偏光合成カプラ５８ａに出力するようになっている。同様に、半導体レーザモジュール１０ｃ，１０ｄも、複数の発振縦モードを有する同一波長のレーザ光を、ＰＡＮＤＡ光ファイバ２４ｃ，２４ｄを介して偏光合成カプラ５８ｂに出力するようになっている。但し、半導体レーザモジュール１０ａ，１０ｂの発振するレーザ光の波長と半導体レーザモジュール１０ｃ，１０ｄの発振するレーザ光の波長とは互いに異なる。
【００４３】
また、これらの偏光合成カプラ５８ｃ，５８ｂは、ＷＤＭカプラ６０，６２を介して増幅用光ファイバ６４に接続されている。そして、偏光合成カプラ５８ｃ，５８ｂにおいて、半導体レーザモジュール１０ａ，１０ｂ；１０ｅ，１０ｄからのレーザ光をそれぞれ非偏光化し、偏光依存性を解消した後、ＷＤＭカプラ６０において、これら互いに波長の異なるレーザ光を合成して励起光とし、ＷＤＭカプラ６２を介して増幅用光ファイバ６４に出力するようになっている。
【００４４】
また、この励起光が入力された増幅用光ファイバ６４には、増幅対象の信号光が信号光入力ファイバ６６から光アイソレータ６８を介して入力され、励起光と合波されてラマン増幅されるようになっている。そして、この増幅用光ファイバ６４においてラマン増幅された増幅信号光は、ＷＤＭカプラ６２及び光アイソレータ７０を介してモニタ光分配用カプラ７２に入力され、このモニタ光分配用カプラ７２において、その増幅信号光の一部を制御回路７４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７６に出力する。そして、この制御回路７４において、入力された一部の増幅信号光を基にして、各半導体レーザモジュール１０ａ，１０ｂ，…，１０ｄの発光状態、例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。
【００４５】
また、増幅用光ファイバ６４においてラマン増幅された増幅信号光は、ＷＤＭカプラ６２及び光アイソレータ７０を介してモニタ光分配用カプラ７２に入力されるようになっている。そして、このモニタ光分配用カプラ７２は、増幅信号光の一部を制御回路７４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７６に出力するようになっている。そして、この制御回路７４において、入力された一部の増幅信号光を基にして、各半導体レーザモジュール１０ａ，１０ｂ，…，１０ｄの発光状態、例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している。
【００４６】
以上のように本実施形態に係るラマン増幅器によれば、上記第１の実施形態に係る半導体レーザモジュール１０と同一構成の半導体レーザモジュール１０ａ，１０ｂ，…，１０ｄを励起光源として用いることにより、安定した高利得のラマン増幅を実現することができる。
なお、上記実施形態においては、信号光に対して後方から励起する後方励起方式を採用しているが、この代わりに、信号光に対して前方から励起する前方励起方式や双方方向から励起する双方方向励起方式を採用してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係る半導体レーザモジュール及びラマン増幅器によれば、以下の効果を奏することができる。
即ち、請求項１に係る半導体レーザモジュールによれば、光アイソレータに付設された光帰還部によって半導体レーザ素子に所定波長の光を帰還させることにより、従来の半導体レーザモジュールのようにＦＢＧを用いて光帰還を行う場合に比べて、半導体レーザ素子と光帰還部との距離が短くなり、半導体レーザ素子と光帰還部との共振周波数において生じる雑音特性の落ち込みが高周波数側にシフトすると共に、光アイソレータにより余分な光が半導体レーザ素子に戻ることが防止されるため、ラマン増幅用の励起光源として使用する場合に、ラマン利得の揺らぎが小さくなり、安定したラマン増幅を実現することができる。
【００４８】
また、光アイソレータを半導体レーザ素子と光ファイバとの間に配置したことにより、外部から半導体レーザ素子への反射戻り光を有効に防止することが可能になることに加え、安価な偏光光アイソレータを使用することが可能になり、光ファイバを一端切断して光アイソレータとの融着接合を行う必要がなくなるため、コストを低減することができると共に、光アイソレータの配置に伴う挿入損失を小さくすることができる。
【００４９】
また、請求項２〜４に係る半導体レーザモジュールによれば、光帰還部が所定の反射率を有する反射フィルタであり、更にこの反射フィルタが光アイソレータを構成する光学素子の表面、例えばファラデー回転素子の半導体レーザ素子側の表面に形成された誘電体多層膜からなることにより、従来のように光ファイバにＦＢＧを形成する場合と比較すると、遥かにその作製が容易になるため、量産性を飛躍的に向上することができる。
【００５０】
また、請求項５に係る半導体レーザモジュールによれば、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させることにより、誘導ブリルアン散乱が発生しないようにしているため、ラマン増幅用の励起光源として使用する場合に、誘導ブリルアン散乱に起因するノイズの増加を招くことなく高い励起光出力パワーを得ることが可能になり、安定した高ラマン利得を得ることができる。
【００５１】
また、請求項８に係るラマン増幅器は、上記請求項１〜７に係る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ることにより、安定した高利得のラマン増幅を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザモジュールを示す概略図である。
【図２】図１の半導体レーザモジュールにおける反射フィルタ付き光アイソレータの詳細を示す概略断面図である。
【図３】図１の半導体レーザモジュールにおける偏光保持光ファイバを示す断面斜視図である。
【図４】図１の半導体レーザモジュールの発振波長スペクトル及び複数発振縦モードを示すグラフである。
【図５】図１の半導体レーザモジュールの複数発振縦モードと誘導ブリルアン散乱の閾値との関係を、単一発振縦モードと誘導ブリルアン散乱の閾値との関係と比較して示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るラマン増幅器を示す概略ブロック図である。
【図７】従来の半導体レーザモジュールを示す概略図である。
【図８】図７の半導体レーザモジュールの反射スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ，…，１０ｄ    半導体レーザモジュール
１２    パッケージ
１４    半導体レーザ素子
１４ａ    前方光出射面
１４ｂ    後方光出射面
１６    第１のレンズ（平行化レンズ）
１８    反射フィルタ付き光アイソレータ
２０    第２のレンズ（集光レンズ）
２２    円筒状の出射部
２４，２４ａ，２４ｂ，…，２４ｄ    ＰＡＮＤＡ光ファイバ
２６    フェルール
２８    ペルチェ素子
３０    ベースヒートシンク
３２    ヒートシンク
３４    サーミスタ
３５    モニタフォトダイオード
３６    偏光子
３８    ファラデー回転子
４０    検光子
４２    ホルダ
４４    磁石
４６    反射フィルタ
４８    コア
５０    クラッド
５２ａ、５２ｂ    応力付与部
５４    発振波長スペクトル
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ    発振縦モード
５８ｃ，５８ｂ    偏光合成カプラ
６０，６２    ＷＤＭカプラ
６４    増幅用光ファイバ
６６    信号光入力ファイバ
６８，７０    光アイソレータ
７２    モニタ光分配用カプラ
７４    制御回路
７６    信号光出力ファイバ
【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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