(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、その半導体レーザ素子の一方の端部から出射されたレーザ光を送出用の光ファイバに光結合する光学系と、前記半導体レーザ素子の他方の端部から出射されたレーザ光の所定の波長帯の光を反射して外部共振器を構成するための反射部材とを有する半導体レーザモジュールの製造方法において、
前記半導体レーザ素子の一方の端部及び他方の端部からレーザ光を出射しながら、前記半導体レーザ素子の一方の端部から出射された光の出力を測定し、測定された前記光の出力が最大となるように、前記反射部材を前記半導体レーザ素子の他方側に位置決めする工程Ａを含むことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
【請求項２】
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、その半導体レーザ素子の一方の端部から出射されたレーザ光を送出用の光ファイバに光結合する光学系と、前記半導体レーザ素子の他方の端部から出射されたレーザ光の所定の波長帯の光を反射して外部共振器を構成するための反射部材とを有する半導体レーザモジュールの製造方法において、
前記半導体レーザ素子の一方の端部及び他方の端部からレーザ光を出射しながら、前記半導体レーザ素子の一方の端部から出射された光の波長を測定し、測定された前記光の波長が、前記反射部材によって反射される所定の波長となるように、前記反射部材を前記半導体レーザ素子の他方側に位置決めする工程Ｂを含むことを特徴とする半導体レーザモジュールの製造方法。
【請求項３】
前記工程Ａ又はＢは、前記半導体レーザ素子の一方の端部から出射されるレーザ光の前記光ファイバへの光結合効率が最大になるように、前記光学系を前記半導体レーザ素子の一方側に位置決めする工程の後に行わ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の製造方法。
【請求項４】
前記反射部材は、所定の波長帯の光を反射する回折格子が形成されたレンズ付き光ファイバであ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の製造方法。
【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の製造方法、その製造方法により製造された半導体レーザモジュール及びその半導体レーザモジュールを備えたラマン増幅器に関し、特に、半導体レーザ素子の後側端部から出射されたレーザ光の所定の波長帯の光を反射して外部共振器を構成するための反射部材を最適に位置決めするための半導体レーザモジュールの製造方法、半導体レーザモジュール及びラマン増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、信号光源や、光増幅器の励起光源として、半導体レーザ素子の後側に反射部材を設けた半導体レーザモジュールが知られている。
【０００３】
例えば特開平２０００−２０８８６９号公報に開示されている半導体レーザモジュールが提案されている。図５は、従来の半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す断面図である。
【０００４】
図５に示すように、従来の半導体レーザモジュールは、レーザ光を出射する半導体レーザ素子１と、半導体レーザ素子１の後側（図５では左側）端部から出射されたレーザ光が入射され、ＦＢＧなどの回折格子Ｋを内部に備えた第１の光ファイバ２と、半導体レーザ素子１の前側（図５では右側）端部から出射されたレーザ光が入射される第２の光ファイバ３と、第１の光ファイバ２を通過したモニタ用のレーザ光を受光するフォトダイオード４とを有する。
【０００５】
第１の光ファイバ２は、その半導体レーザ素子１側の先端部がレンズ加工されたレンズドファイバに構成され、第１のフェルール５内に挿入され支持されている。この際、第１の光ファイバ２の先端部が半導体レーザ素子１の後側端部に対向するように、より詳細には、半導体レーザ素子１の活性層の端部に相当する部分に対向するように、第１の光ファイバ２と半導体レーザ素子１との位置決めがなされる。かかる構成により、半導体レーザ素子１の活性層を介して、半導体レーザ素子１の前側端部と第１の光ファイバ２の回折格子Ｋとの間で光共振を発生させ、半導体レーザ素子１の前側端部からレーザ光を出射する。
【０００６】
半導体レーザ素子１の前側には、半導体レーザ素子１の前側端部から出射されたレーザ光を平行にする第１レンズ（平行レンズ）６と、当該平行になったレーザ光を集光する第２レンズ７が固定されている。
【０００７】
第２の光ファイバ３は、その先端部が半導体レーザ素子１の前側端部に対向するように配置されており、半導体レーザ素子１の前側端部から出射されたレーザ光を外部の光学素子などに送出する。
【０００８】
第１レンズ６と第２レンズ７との間には、半導体レーザ素子１の前側端部から第２の光ファイバ３の先端部に向かう方向に進行するレーザ光を選択的に透過させる光アイソレータ８が配置されている。
【０００９】
半導体レーザ素子１の前側端部から出射されたレーザ光は、第１レンズ６によって平行になり、光アイソレータ８を介して第２レンズ７によって集光され、第２の光ファイバ３の端部に入射され外部に送出される。
【００１０】
半導体レーザ素子１の後側端部から出射され、第１の光ファイバ２を通過したレーザ光は、フォトダイオード４により受光され、この受光量等を算出することにより半導体レーザ素子１の光出力などを調整する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成において、所定の波長を反射する回折格子を備えた光ファイバなどの反射部材を半導体レーザ素子の後側にどのような基準で位置決めするのが最適であるかついての具体的な方法は、従来何ら開示されていなかった。そのため、波長安定性の優れたレーザ光を出力する半導体レーザモジュールを製造することは困難であった。
【００１２】
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、波長安定性の優れたレーザ光を出力する半導体レーザモジュールの製造方法、半導体レーザモジュール及び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】
本発明の第１の半導体レーザモジュールの製造方法は、
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、その半導体レーザ素子の一方の端部から出射されたレーザ光を送出用の光ファイバに光結合する光学系と、前記半導体レーザ素子の他方の端部から出射されたレーザ光の所定の波長帯の光を反射して外部共振器を構成するための反射部材とを有する半導体レーザモジュールの製造方法において、
前記半導体レーザ素子の一方の端部及び他方の端部からレーザ光を出射しながら、前記半導体レーザ素子の一方の端部から出射された光の出力を測定し、測定された前記光の出力が最大となるように、前記反射部材を前記半導体レーザ素子の他方側に位置決めする工程Ａを含むことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第２の半導体レーザモジュールの製造方法は、
レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、その半導体レーザ素子の一方の端部から出射されたレーザ光を送出用の光ファイバに光結合する光学系と、前記半導体レーザ素子の他方の端部から出射されたレーザ光の所定の波長帯の光を反射して外部共振器を構成するための反射部材とを有する半導体レーザモジュールの製造方法において、
前記半導体レーザ素子の一方の端部及び他方の端部からレーザ光を出射しながら、前記半導体レーザ素子の一方の端部から出射された光の波長を測定し、測定された前記光の波長が、前記反射部材によって反射される所定の波長となるように、前記反射部材を前記半導体レーザ素子の他方側に位置決めする工程Ｂを含むことを特徴とするものである。
【００１５】
前記工程Ａ又はＢは、前記半導体レーザ素子の一方の端部から出射されるレーザ光の前記光ファイバへの光結合効率が最大になるように、前記光学系を前記半導体レーザ素子の一方側に位置決めする工程の後に行われてもよい。
【００１６】
前記反射部材は、所定の波長帯の光を反射する回折格子が形成されたレンズ付き光ファイバであってもよい。
【００１７】
本発明の半導体レーザモジュールは、上記製造方法によって製造されたことを特徴とするものである。
【００１８】
本発明のラマン増幅器は、上記半導体レーザモジュールと、その半導体レーザモジュールを制御する制御部を備えることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュールの製造方法を説明するための説明図である。なお、図５に示す従来の同一の部材は同一の符号を付して説明を省略する。
【００２０】
まず、図１（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子１の前側端部から出射される光の第２の光ファイバ３への光結合効率が最大になるように、第１レンズ６及び第２レンズ７からなる光学系を半導体レーザ素子１の前側に位置決めする（工程１）。
【００２１】
レーザ光の第２の光ファイバ３への光結合効率は、例えば第２の光ファイバ３の端部に接続された光パワーメータ９を用いて測定される。
【００２２】
次いで、図１（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子１の前側端部から出射される光の出力が最大となるように、回折格子Ｋを備えた第１の光ファイバ２を半導体レーザ素子１の後側に位置決めする（工程２）。レーザ光の出力は、光結合効率の場合と同様に第２の光ファイバ３の端部に接続された光パワーメータ９を用いて測定される。
【００２３】
第１の光ファイバ２の位置決めは、第１の光ファイバ２を保持するフェルール５をハンドで把持してＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向の移動調整により行われる。
【００２４】
本発明の第１の実施の形態によれば、半導体レーザ素子１の前側端部から出射されるレーザ光の出力が最大となるように、反射部材である第１の光ファイバ２を半導体レーザ素子１の後側に位置決めするので、反射部材である第１の光ファイバ２を最適に位置決めすることができる。その結果、波長安定性が優れ、高光強度のレーザ光を出力する半導体レーザモジュールを製造することができる。
【００２５】
なお、工程２の後に工程１を行ってもよい。
【００２６】
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザモジュールの製造方法を説明するための説明図である。
【００２７】
まず、図２（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子１の前側端部から出射されるレーザ光の第１の光ファイバ２への光結合効率が最大になるように、第１レンズ６及び第２レンズ７からなる光学系を半導体レーザ素子１の前側に位置決めする（工程３）。レーザ光の第２の光ファイバ３への光結合効率は、例えば第２の光ファイバ３の端部に接続された光パワーメータ９を用いて測定される。
【００２８】
次いで、図２（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子１の前側端部から出射されるレーザ光の波長が、第１の光ファイバ２の回折格子Ｋによって反射される所定の波長となるように、第１の光ファイバ２を半導体レーザ素子１の後側に位置決めする（工程４）。
【００２９】
レーザ光の波長は、例えば第２の光ファイバ３の端部に接続された光スペクトラムアナライザ１０を用いて測定される。光スペクトラムアナライザ１０の代わりに波長計を用いてもよい。
【００３０】
第１の光ファイバ２の位置決めは、第１の光ファイバ２を保持するフェルール５をハンドで把持して、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の移動調整により行われる。
【００３１】
本発明の第２の実施の形態によれば、半導体レーザ素子１の前側端部から出射されるレーザ光の波長が、第１の光ファイバ２の回折格子Ｋによって反射される所定の波長となるように、第１の光ファイバ２を半導体レーザ素子１の後側に位置決めするので、反射部材である第１の光ファイバ２を最適に位置決めすることができる。その結果、波長安定性の優れたレーザ光を出力する半導体レーザモジュールを製造することができる。
【００３２】
なお、工程４の後に工程３を行ってもよい。
【００３３】
図３は、本発明の第１又は第２の実施の形態に係る製造方法により製造された本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザモジュールを示す断面図である。図３に示すように、半導体レーザモジュールＭでは、内部を気密封止するパッケージ１１と、そのパッケージ１１内に設けられ、レーザ光を出射する半導体レーザ素子１と、先端部がレンズ加工され、半導体レーザ素子１の後側（図１では左側）の端部から出射されたレーザ光を入射し、所定の波長帯のレーザ光を反射する回折格子Ｋが形成された第１の光ファイバ２と、半導体レーザ素子１の前側（図１では右側）の端部から出射されたレーザ光を入射して外部に送出する第２の光ファイバ３とを有する。
【００３４】
半導体レーザ素子１は、ヒートシンク１２上に固定して取り付けられており、そのヒートシンク１２はチップキャリア１３上に固定して取り付けられている。
【００３５】
第１の光ファイバ２は、半導体レーザ素子１の後側に配置されるフェルール５によって保持される。
【００３６】
フォトダイオード４は、フォトダイオードキャリア１４に固定して取り付けられている。チップキャリア１３及びフォトダイオードキャリア１４は基台１５に取り付けられ、その基台１５の下方にはペルチェ素子からなる冷却装置１６が設けられる。半導体レーザ素子１からの発熱による温度上昇はチップキャリア１３上に設けられたサーミスタ１７によって検出され、サーミスタ１７により検出された温度が一定温度になるように、冷却装置１６が制御される。これによって、半導体レーザ素子１７のレーザ出力を安定化させることができる。
【００３７】
基台１５上の半導体レーザ素子１の前側には半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光を平行にする第１レンズ６が設置されている。第１レンズ６は、基台１５上に設けられた第１のレンズホルダ１８によって保持されている。
【００３８】
パッケージ１１の側部に形成されたフランジ部１１ａの内部には、第１レンズ６を通過した光が入射する窓部１９ａと、レーザ光を集光する第２レンズ７が設けられている。第２レンズ７は、第２のレンズホルダ１９によって保持され、その第２のレンズホルダ１９はフランジ部１１ａの端部において光軸と垂直な面内（ＸＹ平面）で位置調整後、ＹＡＧ溶接により両者の境界部において固定されている。第２のレンズホルダ１９の端部には第２の光ファイバ３が金属製のスライドリング２０を介してＹＡＧレーザ溶接により固定される。第２の光ファイバ３はフェルール２１によって保持され、そのフェルール２１は、スライドリング２０の内部にＹＡＧレーザ溶接により固定され、スライドリング２０は、第２のレンズホルダ１９の端部において、光ファイバ３の光軸と垂直な面内（ＸＹ平面）で位置調整後、両者の境界部においてＹＡＧ溶接される。
【００３９】
これにより光ファイバ３の光軸方向（Ｚ軸方向）及び光軸と垂直な面内（ＸＹ平面）において位置が固定される。
【００４０】
また、半導体レーザ素子１と送出用の第２の光ファイバ３との間に、第２の光ファイバ３側からの反射戻り光を阻止するための光アイソレータ８が設けられる。
【００４１】
回折格子Ｋを備えた第１の光ファイバ２は、半導体レーザ素子１とフォトダイオード４との間に配置されているので、半導体レーザ素子１の前側端部と第１の光ファイバ２の回折格子Ｋとの間で光共振を発生させ、半導体レーザ素子１の前側端部から所定の波長のレーザ光を出射する。半導体レーザ素子１の前側端部から出射されたレーザ光は、第１レンズ６によって平行になり、光アイソレータ８を介して第２レンズ７によって集光され、フェルール２１によって保持された第２の光ファイバ３の端部に入射され外部に送出される。
【００４２】
一方、半導体レーザ素子１の後側端部から出射され、第１の光ファイバ２を通過したレーザ光はフォトダイオード４によって受光され、フォトダイオード４の受光量等を算出することにより半導体レーザ素子１の前側端部から出射される光の光出力などを調整する。
【００４３】
なお、半導体レーザ素子１の前側端部から出射されるレーザ光を光ファイバに光結合される光学系は、ここで述べている２レンズ系に限定されるものではなく、集光１レンズ系や、光ファイバ先端部に形成されるレンズで構成してもよい。
【００４４】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザモジュールによれば、第１又は第２の実施の形態に係る製造方法により製造されているので、波長安定性の優れたレーザ光を出力することができる。
【００４５】
図４は、本発明の第４の実施の形態に係るラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図４に示すように、本発明の第４の実施の形態に係るラマン増幅器２２は、信号光が入力される入力部２３と、信号光が出力される出力部２４と、入力部２３と出力部２４の間で信号光を伝送する増幅用光ファイバ２５と、励起光を発生させる励起光発生部２６と、励起光発生部２６によって発生された励起光と増幅用光ファイバ２５に伝送される信号光とを合波するＷＤＭカプラ２７とを有する。入力部２３とＷＤＭカプラ２７との間及び出力部２４とＷＤＭカプラ２７との間には、入力部２３から出力部２４への方向の信号光だけを透過させる光アイソレータ２８がそれぞれ設けられている。
【００４６】
励起光発生部２６は、上記説明された本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザモジュールＭと、半導体レーザモジュールＭから出射されたレーザ光を同じ波長ごとに直交偏波合成する偏波合成カプラ２９と、各偏波合成カプラ２９の出力光を合成するＷＤＭカプラ３０とを有する。偏波合成カプラ２９により直交偏波合成するのは、ラマン増幅利得に偏波依存性があるため、偏光度（ＤＯＰ（Degree Of Polarization)）を小さくするためである。
【００４７】
なお、このように偏波合成を行う代わりに半導体レーザモジュールＭの出力光のＤＯＰを低減する偏波保持ファイバ等のデポラライザを用いてもよい。
【００４８】
半導体レーザモジュールＭから出射された励起光は、偏波合成カプラ２９によって同じ波長ごとに偏波合成され、各偏波合成カプラ２９の出力光はＷＤＭカプラ３０によって合成され、励起光発生部２６の出力光となる。
【００４９】
励起光発生部２６で発生した励起光は、ＷＤＭカプラ２７により増幅用光ファイバ２５に結合され、一方、入力部２３から入力された信号光は、増幅用光ファイバ２５で励起光と合波されてラマン増幅され、ＷＤＭカプラ２７を通過し、出力部２４から出力される。
【００５０】
本発明の第４の実施の形態に係るラマン増幅器２２によれば、波長安定性の優れた高い光強度のレーザ光を出力する半導体レーザモジュールＭを用いているので、安定した所望のラマン利得を得ることができる。
【００５１】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。
【００５２】
例えば、反射部材として、全反射のミラーにフィルタを設けたものを用いてもよい。また、第１の光ファイバ２を保持するフェルール５とフォトダイオード４を固定するフォトダイオードキャリア１４とを一体にした支持部材を位置決めしてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１、３，４に係る発明によれば、半導体レーザ素子の一方の端部から出射される光の出力が最大となるように、反射部材を前記半導体レーザ素子の他方側に位置決めするので、反射部材を最適に位置決めすることができる。その結果、波長安定性の優れたレーザ光を出力する半導体レーザモジュールを製造することができる。
【００５４】
請求項２，３，４に係る発明によれば、半導体レーザ素子の一方の端部から出射される光の波長が、反射部材によって反射される所定の波長となるように、反射部材を前記半導体レーザ素子の他方側に位置決めするので、その結果、波長安定性の優れたレーザ光を出力する半導体レーザモジュールを製造することができる。
【００５５】
請求項５に係る半導体レーザモジュールによれば、上記製造方法により製造されているので、波長安定性の優れたレーザ光を出力することができる。
【００５６】
請求項６に係るラマン増幅器によれば、波長安定性の優れた高い光強度のレーザ光を出力する半導体レーザモジュールを用いているので、安定した所望のラマン利得を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザモジュールの製造方法を説明するための説明図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザモジュールの製造方法を説明するための説明図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザモジュールを示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係るラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す断面図である。
【符号の説明】
Ｍ：半導体レーザモジュール
１：半導体レーザ素子
２：第１の光ファイバ
３：第２の光ファイバ
４：フォトダイオード
５：第１のフェルール
６：第１レンズ
７：第２レンズ
８：光アイソレータ
９：光パワーメータ
１０：光スペクトラムアナライザ
１１：パッケージ
１２：ヒートシンク
１３：チップキャリア
１４：フォトダイオードキャリア
１５：基台
１６：冷却装置
１７：サーミスタ
１８：第１のレンズホルダ
１９ａ：窓部
１９：第２のレンズホルダ
２０：スライドリング
２１：フェルール
２２：ラマン増幅器
２３：入力部
２４：出力部
２５：増幅用光ファイバ
２６：励起光発生部
２７：ＷＤＭカプラ
２８：光アイソレータ
２９：偏波合成カプラ
３０：ＷＤＭカプラ
【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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