(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、該半導体レーザの出射光を伝播する光ファイバとを備え、更に、該光ファイバの入射端近傍のコア内に、Ｘ線照射により形成された屈折率分布がなす回折格子を備えた半導体レーザモジュールにおいて、該光ファイバに回折格子を形成するために照射したＸ線の照射方向においても屈折率分布を有し、該半導体レーザの出射光の偏光方向が、前記照射方向と一致していることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
半導体レーザと、該半導体レーザの出射光を伝播する光ファイバとを備え、更に、該光ファイバの入射端近傍のコア内に、Ｘ線照射により形成された屈折率分布がなす回折格子を備えた半導体レーザモジュールにおいて、該光ファイバが、互いに直交する照射方向からのＸ線照射により異なる位置に形成された少なくとも２つの回折格子を備え、該光ファイバに回折格子を形成するために照射したＸ線の照射方向においても屈折率分布を有する光ファイバであることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項３】
請求項２に記載された半導体レーザモジュールにおいて、前記少なくとも２つの回折格子を備えた光ファイバが、各々Ｘ線照射により形成された単一の回折格子を備えた複数の光ファイバを結合してなる光ファイバであることを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項４】
半導体レーザと、該半導体レーザの出射光を伝播する光ファイバとを備え、更に、該光ファイバの入射端近傍のコア内に、Ｘ線照射により形成された屈折率分布がなす回折格子を備えた半導体レーザモジュールにおいて、該光ファイバに回折格子を形成するために照射したＸ線の照射方向においても屈折率分布を有し、該光ファイバが、該光ファイバの伝播光軸に関して回転できるように構成されていることを特徴とする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】
本発明は半導体レーザモジュールに関する。より詳細には、本発明は、その端部近傍に回折格子を備えた光ファイバと半導体レーザとを組み合わせてなる半導体レーザモジュールの新規な構成とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、半導体レーザモジュールの典型的な構成を示す縦断面図である。
【０００３】
同図に示すように、半導体レーザモジュールは一般に、パッケージ１に実装された半導体レーザ２と、端部にコネクタ３を装着された光ファイバ４とを組み合わせて構成されている。
【０００４】
ここで、半導体レーザ２は、ペルチェ効果素子５等の何等かの放熱手段とチップキャリア６を介してパッケージ１の底部に固定されている。一方、光ファイバ４の端部は、フェルール７に挿通された上で、コネクタ３の内部に把持されている。更に、パッケージ１とコネクタ３は互いに機械的に結合できるように構成されている。また、両者を光学的に結合させるために、パッケージ１の一部には、ハーメチックガラス８による窓が形成されている。更に、半導体レーザ２と光ファイバ４との光学的な結合効率を向上させるために、両者の間で伝播光を収束させるための光学系が設けられる場合が多く、図７に示した例ではチップキャリア６の端部にレンズ９が実装されている。
【０００５】
図８は、図７に示した半導体レーザモジュールにおける、半導体レーザ２から光ファイバ４に至る光学系の構成を拡大して示す図である。
【０００６】
既に図７を参照して説明した通り、半導体レーザ２と光ファイバ４はレンズ９を介して光学的に結合されている。更に、この半導体レーザモジュールでは、光ファイバ４の端部近傍に回折格子10を設けて発光モードNaを制御している。
【０００７】
このような光ファイバに形成される回折格子は、光ファイバを物理的に加工する方法の他、レーザ光の干渉または回折等を利用して光ファイバに屈折率分布を形成する方法が知られている。更に、本件の特許出願人は、フォトリソグラフィ技術とＸ線照射を利用して光ファイバに屈折率分布を形成する方法を既に特許出願している。
【０００８】
即ち、上記特許出願に係る方法は、光ファイバ等の光伝送路の表面にフォトレジストあるいは金属薄膜のマスクを形成し、このマスクを利用して、特定のパターンで光伝送路をＸ線に被曝させることにより、光伝送路自体の内部に屈折率分布を形成する方法である。ここで、特に長波長のＸ線（波長が数百Åから千Å程度）で露光した場合は、エキシマレーザや水銀の紫外スペクトルを用いる方法よりも高い光源強度が得られると共に、Ｘ線自体の波長は短いという点で有利であるとされている。このような方法によれば、良好な制御性の下で短時間に所望の屈折率分布を形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｘ線照射で回折格子をを形成した光ファイバを用いて半導体レーザモジュールを実際に作製した場合、最終的に光ファイバの出射端からの出射光に大きな個体差が生じる場合がある。このため、Ｘ線照射による回折格子の形成方法は、その高い生産性とは裏腹に十分に実用化されているとはいえない。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、Ｘ線を用いて回折格子を形成した光ファイバを用いつつ、設計仕様通りの出力光が得られるような新規な半導体レーザモジュールとその製造方法を提供することをその主要な目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に従うと、半導体レーザと、該半導体レーザの出射光を伝播する光ファイバとを備え、更に、該光ファイバの入射端近傍のコア内に、Ｘ線照射により形成された屈折率分布がなす回折格子を備えた半導体レーザモジュールにおいて、該半導体レーザの出射光の偏光方向が、該光ファイバに回折格子を形成するために照射したＸ線の照射方向と一致していることを特徴とする半導体レーザモジュールが提供される。
【００１２】
また、上記本発明に係る半導体レーザモジュールを製造する方法として、半導体レーザと、該半導体レーザの出射光を伝播する光ファイバとを備え、更に、該光ファイバの入射端近傍のコア内に、Ｘ線照射により形成された屈折率分布がなす回折格子を備えた半導体レーザモジュールを製造する方法において、該半導体レーザを動作させて該光ファイバからの出射光強度を監視しながら該光ファイバを該光ファイバの伝播光軸に関して回転させ、該半導体レーザの出射光の偏光方向と該回折格子の最大反射率を与える方向とが一致するように調節する工程を含むことを特徴とする方法が提供される。
【００１３】
更に、本発明の他の態様に従うと、半導体レーザと、該半導体レーザの出射光を伝播する光ファイバとを備え、更に、該光ファイバの入射端近傍のコア内に、Ｘ線照射により形成された屈折率分布がなす回折格子を備えた半導体レーザモジュールにおいて、該光ファイバが、互いに直交する照射方向からのＸ線照射により形成された少なくとも２つの回折格子を備えた光ファイバであることを特徴とする半導体レーザモジュールが提供される。
【００１４】
更に、本発明の他の態様に従うと、半導体レーザと、該半導体レーザの出射光を伝播する光ファイバとを備え、更に、該光ファイバの入射端近傍のコア内に、Ｘ線照射により形成された屈折率分布がなす回折格子を備えた半導体レーザモジュールにおいて、該光ファイバが、該光ファイバの伝播光軸に関して回転できるように構成されていることを特徴とする半導体レーザモジュールもまた提供される。
【００１５】
また更に、半導体レーザと、該半導体レーザの出射光を伝播する光ファイバとを備え、更に、該光ファイバの入射端近傍のコア内に、Ｘ線照射により形成された屈折率分布がなす回折格子を備えた半導体レーザモジュールを製造する方法において、該回折格子が、最終的に求められる反射率よりも高い反射率を有するように形成されており、該光ファイバを該光ファイバの伝播光軸に関して回転させて、出射光が所望の特性となるように調節する工程を含むことを特徴とする方法が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、Ｘ線により光ファイバに屈折率分布を形成した場合に、Ｘ線の照射方向についても屈折率分布が生じるという点に着目して完成されたものである。即ち、Ｘ線照射により光ファイバに屈折率分布を形成した場合、光ファイバ自体によりＸ線が吸収されるので、Ｘ線源側からその反対側に向かって反射率が変化し、このために伝播光の偏光依存性が生じることが判った。このようなＸ線の照射方向による回折格子の偏光依存性は極めて顕著で、甚だしい場合は、回折の起こる方向では設計値通りの所定の反射率が得られるにもかかわらず、これと直交する方向では反射率が零になる場合もある。従って、このような光ファイバを用いた半導体レーザモジュールでは、光ファイバの装着の仕方によって出力特性が著しく変化することが判明した。
【００１７】
そこで、本発明に係る半導体レーザモジュールでは、半導体レーザの出射光の偏光方向と、光ファイバに形成された回折格子が最大反射率を与える方向とが一致するように光ファイバを装着することにより、実質的に偏光依存性を解消している。
【００１８】
また、本発明の他の態様に従うと、光ファイバにＸ線を照射して回折格子を形成する際に、互いにＸ線の照射方向が直交する２つの回折格子を形成することにより、回折格子を備えた光ファイバの偏光依存性を実質的に解消することができる。このような複数の回折格子を備えた光ファイバは、偏光方向に対する調節が必要ないので、半導体モジュールの製造効率が向上される。
【００１９】
更に、本発明の他の態様に従うと、上記のような回折格子の偏光依存性を利用して、予め所望の反射率よりも少し高い反射率の回折格子を形成した光ファイバを作製し、これを半導体レーザと結合させる際に伝播光軸に関して回転させることにより、所望の反射率を含む所定の範囲で半導体レーザモジュールの出力特性を変化させることが可能になる。これは、他の条件のばらつきによる出力特性の変化を光ファイバの回転によって解消できることを意味すると同時に、単一の仕様の回折格子付き光ファイバを用いて、種々の仕様の半導体レーザモジュールの製造が可能であることを意味している。
【００２０】
以下、図面を参照して本発明に係る半導体レーザモジュールをより具体的に説明するが、以下の開示は本発明の一実施例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら限定するものではない。
【００２１】
【実施例】
図１は、Ｘ線照射により光ファイバに形成される屈折率分布を模式的に示す図である。
【００２２】
すなわち、図１は、回折格子10を形成された光ファイバ４の伝播光軸に直角な断面を示しており、図中の矢印が示すように上方からＸ線を照射して屈折率分布が形成されている。しかしながら、光ファイバに対してＸ線を照射した場合、Ｘ線が光ファイバ自体によって吸収されるので、Ｘ線により屈折率が変化した領域は、図中に斜線で示す通り、Ｘ線が直接照射された上側に厚く、反対に下側では薄くなる。このため、屈折率の変化に対応する反射率の分布には光ファイバの断面方向で分布が生じ、この光ファイバの伝播特性には不可避に偏光依存性が生じる。
【００２３】
図２は、上記のような屈折率分布を利用した回折格子を備える光ファイバに対して半導体レーザを注入した場合の出射光強度と、光ファイバの伝播光軸に対する回転角度との関係を示すグラフである。同図に示すように、この光ファイバでは、90度と 270度のときに著しく出射光強度が低下するが、このときの出射光は図３(a) に示すようにシングルモードになっている。一方、光ファイバの回転角度がこれ以外の状態では、図３(b) に示すように出射光はＦＰモードになっている。従って、半導体レーザモジュールの製造時に、半導体レーザを動作させて、光ファイバから出射される出射光の波長スペクトルを監視しながら光ファイバを回転させることにより、有効な出射光特性を設定することができる。
【００２４】
また、このような特性を有する光ファイバを使用して半導体レーザモジュールを製造する場合、上記のような偏光依存性を配慮して半導体レーザの出射光の偏波に対する光ファイバの回転角を適宜調整すれば所望の出力特性を得ることができる。また、出力光の特性について他にも変動要因がある場合は、回折格子の設計値を予め大きめにしておき、光ファイバを回転させることにより所望の値を得ることができる。即ち、図２に範囲Ｖとして示すように、光ファイバの特性が変化している角度領域で光ファイバを回転させると、出力光の特性を連続的に変化させることができる。
【００２５】
即ち、回折格子付きの光ファイバを備えた半導体レーザモジュールでは、回折格子の反射率が数％程度あれば単一モード発振が可能である。一方、反射率を徒に大きくすることは外部に取り出せる光強度が低下することを意味するので必ずしも好ましいことではない。従って、実際には、５〜６％程度の反射率が好ましい。そこで、光ファイバに回折格子を形成する際に、例えば10％程度の反射率となるように処理条件を設定し、半導体レーザモジュールに光ファイバを装着する際に、光ファイバを回転させて５〜６％の反射率となるように調節することができる。このような製造方法によれば、他の製造条件による半導体レーザモジュールの特性の変化を調整により解消し、設計仕様に正確に合致した半導体レーザモジュールを製造することが可能になる。
【００２６】
図４は、本発明に係る半導体レーザモジュールの他の態様を実現するために使用することができる光ファイバの具体的な構成例を示す図である。
【００２７】
図４(a) に示すように、この光ファイバには、２つの回折格子10ａ、10ｂが形成されている。この回折格子10ａ、10ｂは、図４(b) に示すように、互いに直交する方向からＸ線を照射することにより形成されたものである。従って、この光ファイバは、互いに90度ずれた偏光依存性を有することになり、実用上は偏光依存性の無い光ファイバとして取り扱うことができる。
【００２８】
尚、上記のように複数の回折格子を形成する方法としては、１本の光ファイバに対して回折格子を形成する工程を繰り返してもよいが、それぞれ回折格子を形成した複数の光ファイバを融着させて製作することもできる。
【００２９】
また、光ファイバ上のでの回折格子10の形成位置は、図７に示したように、光ファイバコネクタ内でフェルールに挿通される領域に形成してもよいし、図５に示すようにフェルールの外側に形成してもよい。更に、図６に示すように、フェルールの内部と外側とにそれぞれ回折格子10を形成してもよい。また更に、回折格子を形成するためのＸ線照射に際して、Ｘファイバをその伝播光軸を軸として回転させながらＸ線照射を行うことにより、角度依存性の無い回折格子を形成することもできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によると、Ｘ線照射により回折格子を形成した光ファイバを用いて、偏光依存性に起因する特性のばらつきを防止することが可能になり、更に、偏光依存性の無い半導体レーザモジュールを製造することもでる。
【００３１】
また、本発明の他の態様によると、既成の部材を用いて、所望の特性を有する半導体レーザモジュールを製造することも可能になる。
【００３２】
更に、本発明により、単一の仕様の回折格子を備えた光ファイバを用いて、出力光特性の異なる半導体レーザモジュールを製造することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線照射により光ファイバに形成される屈折率分布の構成を模式的に示す図である。
【図２】回折格子を備える光ファイバに対して半導体レーザを注入した場合の出射光強度と、光ファイバの伝播光軸に対する回転角度との関係を示すグラフである。
【図３】回折格子を備えた光ファイバの出射光のモードを示すグラフである。
【図４】本発明に係る半導体レーザモジュールで用いることができる光ファイバの構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る半導体レーザモジュールの他の構成例を示す図である。
【図６】本発明に係る半導体レーザモジュールの更に他の構成例を示す図である。
【図７】半導体レーザモジュールの典型的な構成を示す図である。
【図８】図７に示した半導体レーザモジュールにおける光学系の構成を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１・・・パッケージ、
２・・・半導体レーザ、
３・・・コネクタ、
４・・・光ファイバ、
５・・・ペルチェ高価素子、
６・・・チップキャリア、
７・・・フェルール、
８・・・ハーメチックガラス、
９・・・レンズ、
10、10ａ、10ｂ・・・回折格子
【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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