(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の発振縦モードを有したレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が発するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の光の一部を反射して該レーザ光を出射する反射器と、
前記半導体レーザ素子と前記反射器との間に設けられ、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を透過させるとともに、前記反射器の反射端からの反射戻り光の光量を所定値に設定制御する戻り光コントローラと、
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】
前記戻り光コントローラは、
前記半導体レーザ素子から入射された光量に対する前記反射戻り光の光量を−１０〜−４０ｄＢに減衰させる設定制御を行う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】
前記戻り光コントローラは、
ファラデー回転子と、
前記ファラデー回転子の前記半導体レーザ素子側に設けられた偏光板と、
前記ファイラデー回転子の周囲に設けられ、該ファラデー回転子に磁気力を加えて該ファラデー回転子の回転角を変化させる磁気印加手段と、
前記磁気印加手段は、磁気力を変化させて前記ファラデー回転角を調整する調整手段と、
を備え、前記調整手段の調整によって前記反射戻り光の光量を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記ファラデー回転子の温度を調整する温度調整手段をさらに備え、
前記温度調整手段によるファラデー回転角を変化させることによって前記反射戻り光の光量を調整することを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記戻り光コントローラは、
光ファイバに対する応力付加によって光ファイバの部分的屈折率変化を生起させて入射する前記反射戻り光の偏波面を調整する偏波面コントローラであり、
前記偏波面コントローラによる偏波面調整によって前記反射戻り光の光量を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項６】
前記戻り光コントローラは、
光アイソレータであり、
前記光アイソレータは、前記半導体レーザ素子の発振波長に対して当該光アイソレータの透過中心波長をシフトさせ、前記反射戻り光の光量を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項７】
前記半導体レーザ素子は、活性層に沿った一部領域に回折格子を有し、前記１以上の発振縦モードの発振波長を選択することを特徴とする請求項１〜６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８】
前記反射器は、ファイバーブラックグレーティングであることを特徴とする請求項１〜７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９】
前記反射器は、前記反射波長帯の光の一部を反射する反射膜を有し、双方向に光をコリメートする対向コリメータであることを特徴とする請求項１〜７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１０】
前記半導体レーザ素子は、レンズドファイバで結合されたことを特徴とする請求項１〜９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１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュールと、
増幅用光ファイバと、
前記半導体レーザモジュールから出力された励起光と前記増幅用光ファイバ内を伝搬する信号光とを合波するためのカプラと、
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項１２】
前記増幅用光ファイバは、ラマン増幅によって信号光を増幅することを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１３】
前記増幅用光ファイバは、エルビウム添加ファイバであり、
前記半導体レーザモジュールと前記増幅用光ファイバとは遠隔に配置されることを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin Scattering）の影響を抑制し、かつ相対強度雑音（ＲＩＮ：Relative Intensity Noise）が低減されたレーザ光を出力することができる半導体レーザモジュールおよびこれを用いた光ファイバ増幅器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の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２６は、ＤＷＤＭ伝送システムに用いられる従来のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図２６において、ファブリペロー型の半導体レーザ素子１８０ａ〜１８０ｄとファイバグレーティング１８１ａ〜１８１ｄとをそれぞれ対にして備えた半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄは、励起光のもとになるレーザ光を偏波合成カプラ１６１ａ，１６１ｂに出力する。なお、各半導体レーザモジュール１８２ａ，１８２ｂが出力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ１６１ａによって各レーザ光の偏波面を９０°異ならせている。同様にして、各半導体レーザモジュール１８２ｃ，１８２ｄが出力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ１６１ｂによって各レーザ光の偏波面を９０°異ならせている。偏波合成カプラ１６１ａ，１６１ｂは、それぞれ偏波合成したレーザ光をＷＤＭカプラ１６２に出力する。なお、偏波合成カプラ１６１ａ，１６１ｂから出力されるレーザ光の波長は異なる。
【０００７】
ＷＤＭカプラ１６２は、偏波合成カプラ１６１ａ，１６１ｂから出力されたレーザ光を合波する。ＷＤＭカプラ１６２から出力されたレーザ光は、アイソレータ１６０およびＷＤＭカプラ１６５を介し、励起光として増幅用ファイバ１６４に入射される。増幅用ファイバ１６４には、信号光入力ファイバ１６９からアイソレータ１６３を介して入力された増幅対象の信号光が通光されるが、その際に、上記した励起光と合波されてラマン増幅される。
【０００８】
増幅用ファイバ１６４内においてラマン増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ１６５およびアイソレータ１６６を介してモニタ光分配用カプラ１６７に入力される。モニタ光分配用カプラ１６７は、増幅信号光の一部を制御回路１６８に出力し、残りの増幅信号光を出力光として信号光出力ファイバ１７０に出力する。
【０００９】
制御回路１６８は、入力された一部の増幅信号光をもとに各半導体レーザ素子１８０ａ〜１８０ｄの発光状態、たと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。
【００１０】
このようにラマン増幅においては、増幅信号光と励起光の偏波方向が一致している状態で信号光が増幅されるので、増幅信号光と励起光との偏光面のずれの影響を極力小さくする必要があり、このため、偏波合成カプラ１６１ａ，１６１ｂによる偏波合成によって励起光の偏波を解消（非偏光化：デポラライズ）して、偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Polarization）を低減させることがおこなわれている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄにおいて、半導体レーザ素子１８０ａ〜１８０ｄから出射されたレーザ光は、ファイバグレーティング１８０ａ〜１８０ｄからの反射光が戻り光として半導体レーザ素子１８０ａ〜１８０ｄに入射され、相対強度雑音（ＲＩＮ：Relative Intensity Noise）を増大させる要因となっている。
【００１２】
特に、ラマン増幅では、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り、この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わせることができないという問題点があった。
【００１３】
ところで、ラマン増幅器としては、図２６に示したラマン増幅器のように信号光に対して後方から励起する後方励起方式のほかに、信号光に対して前方から励起する前方励起方式および双方向から励起する双方向励起方式がある。現在、ラマン増幅器として多用されているのは、後方励起方式である。その理由は、弱い信号光が強い励起光とともに同方向に進行する前方励起方式では、励起光強度のゆらぎが信号光に移りやすく、また、４光波混合などの非線形効果が起こりやすく、さらに、励起光の偏光依存性が現われやすいという問題があるからである。よって、前方励起方式で用いられる励起光源１９０（半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄ、偏波合成カプラ１６１ａ，１６１ｂおよびＷＤＭカプラ１６２からなる構成）は、その励起光強度を大きくすることができず、後方励起方式で用いられる励起光源の励起光強度と比較して小さな励起光強度で稼動させる必要があった。ところが、励起光強度を小さくするために、半導体レーザ素子１８０ａ〜１８０ｄの駆動電流が小さくなりすぎると、ＲＩＮの低周波側に緩和振動の影響が現われ、ＲＩＮを増加させるという問題がある。したがって、前方励起方式にも適用できる安定した励起光源の出現が要望されている。
【００１４】
一方、励起光源１９０を構成する半導体レーザモジュールの高出力化にともなって、新たな問題が生じている。励起光源１９０から出射された励起光は光ファイバ中を伝送増幅用光ファイバに入射するが、一定の閾値よりも高い強度を有する光が光ファイバに入射した場合、誘導ブリルアン散乱が発生する。誘導ブリルアン散乱は、入射した光が音響波（フォノン）と交互作用することによって散乱（反射）が生ずる非線形光学現象である。フォノンのエネルギー相当を失うことにより、約１１ＧＨｚ低い周波数の光が入射光と逆方向に反射される現象として観測される。
【００１５】
ラマン増幅を用いた光ファイバ増幅を用いた光ファイバ増幅器では、上述のように励起光の誘導ブリルアン散乱が発生する際には、入射した励起光の一部は、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る。また、この散乱光が意図しない雑音を生成する可能性がある。この励起光強度の低下は、励起光の伝送距離が短い場合はそれほど問題とはならない。しかし、上述のリモートポンプを用いた光ファイバ増幅器においては、励起光源から増幅用光ファイバに到達するまでに励起光の長距離伝送が必要であるため、光強度の低下を無視することはできない。リモートポンプを用いた光ファイバ増幅器の場合、通常の光ファイバ中における光損失よりも高い割合で励起光の強度が低下することとなるため、増幅用光ファイバにおいて、増幅利得が低下するという問題が生じる。
【００１６】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、ＲＩＮが低減され、かつ誘導ブリルアン散乱の発生を抑制することができる高出力の半導体レーザモジュールおよびこれを用いた光ファイバ増幅器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、この発明にかかる半導体レーザモジュールは、１以上の発振縦モードを有したレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が発するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の光の一部を反射して該レーザ光を出射する反射器と、前記半導体レーザ素子と前記反射器との間に設けられ、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を透過させるとともに、前記反射器の反射端からの反射戻り光の光量を所定値に設定制御する戻り光コントローラとを備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、反射器が、半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が発するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の光の一部を反射して該レーザ光を出射し、戻り光コントローラが、前記半導体レーザ素子と前記反射器との間に設けられ、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を透過させるとともに、前記反射器の反射端からの反射戻り光の光量を所定値に設定制御し、反射戻り光によるコヒーレント破壊を生じさせて半導体レーザ素子が出射する各発振縦モードのスペクトル線幅を広げて誘導ブリルアン散乱の閾値を相対的に高めるとともに、反射戻り光が適切な光量であるため、ＲＩＮが低減される。
【００１９】
また、この発明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、前記戻り光コントローラは、前記半導体レーザ素子から入射された光量に対する前記反射戻り光の光量を−１０〜−４０ｄＢに減衰させる設定制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記戻り光コントローラが、前記半導体レーザ素子から入射された光量に対する前記反射戻り光の光量を−１０〜−４０ｄＢに減衰させる設定制御を行うようにし、具体的に適切な反射戻り光に設定し、誘導ブリルアン散乱を抑制するとともに、ＲＩＮを低減させる。
【００２１】
また、この発明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、前記戻り光コントローラは、ファラデー回転子と、前記ファラデー回転子の前記半導体レーザ素子側に設けられた偏光板と、前記ファラデー回転子の周囲に設けられ、該ファラデー回転子に磁気力を加えて該ファラデー回転子の回転角を変化させる磁気印加手段と、前記磁気印加手段は、磁気力を変化させて前記ファラデー回転角を調整する調整手段とを備え、前記調整手段の調整によって前記反射戻り光の光量を調整することを特徴とする。
【００２２】
また、この発明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、前記ファラデー回転子の温度を調整する温度調整手段をさらに備え、前記温度調整手段によるファラデー回転角を変化させることによって前記反射戻り光の光量を調整することを特徴とする。
【００２３】
また、この発明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、前記戻り光コントローラは、光ファイバに対する応力付加によって光ファイバの部分的屈折率変化を生起させて入射する前記反射戻り光の偏波面を調整する偏波面コントローラであり、前記偏波面コントローラによる偏波面調整によって前記反射戻り光の光量を調整することを特徴とする。
【００２４】
また、この発明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、前記戻り光コントローラは、光アイソレータであり、前記光アイソレータは、前記半導体レーザ素子の発振波長に対して当該光アイソレータの透過中心波長をシフトさせ、前記反射戻り光の光量を調整することを特徴とする。
【００２５】
また、この発明にかかる半導体レーザモジュールは、１以上の発振縦モードを有したレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の光の一部を反射して該レーザ光を出射する反射器とを備え、前記反射器の反射率は、前記半導体レーザ素子から入射された光量に対する前記反射器からの反射戻り光の光量を−１０〜−４０ｄＢに減衰させる範囲の反射率であることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、反射器が、半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の光の一部を反射して該レーザ光を出射し、前記反射器の反射率を、前記半導体レーザ素子から入射された光量に対する前記反射器からの反射戻り光の光量を−１０〜−４０ｄＢに減衰させる範囲の反射率に設定し、簡易な構成で、誘導ブリルアン散乱を抑制し、かつＲＩＮを低減させるようにしている。
【００２７】
また、この発明にかかる半導体レーザモジュールは、１以上の発振縦モードを有したレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の光の一部を反射して該レーザ光を出射する複数の反射器とを備え、各反射器の反射率は、前記半導体レーザ素子から出射された光量に対する各反射器からの反射戻り光の総光量が−１０〜−４０ｄＢとなるように各反射器の反射率が設定されることを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、複数の反射器が、半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の光の一部を反射して該レーザ光を出射し、各反射器の反射率が、前記半導体レーザ素子から出射された光量に対する各反射器からの反射戻り光の総光量が−１０〜−４０ｄＢとなるように各反射器の反射率が設定され、誘導ブリルアン散乱を抑制し、特にＲＩＮを低減できるようにしている。
【００２９】
また、この発明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、各反射器の反射率は、ほぼ同じであることを特徴とする。
【００３０】
また、この発明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、前記反射器は、ファイバーブラックグレーティングであることを特徴とする。
【００３１】
また、この発明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、前記反射器は、前記反射波長帯の光の一部を反射する反射膜を有し、双方向に光をコリメートする対向コリメータであることを特徴とする。
【００３２】
また、この発明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、少なくとも当該半導体レーザ素子の内部の一部に発振波長を選択する回折格子を備えたことを特徴とする。
【００３３】
また、この発明にかかる半導体レーザモジュールは、１以上の発振縦モードを有したレーザ光を出射する半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が発するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の戻り光の光量を−１０〜−４０ｄＢに設定した反射膜を有し、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を外部の光ファイバに導く入力端子とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
この発明によれば、入力端子の入力端面に反射膜を形成するのみという簡易な構成で、誘導ブリルアン散乱を抑制でき、かつＲＩＮが低減されたレーザ光を出力することができる。
【００３５】
また、この発明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、レンズドファイバで結合されたことを特徴とする。
【００３６】
また、この発明にかかる光ファイバ増幅器は、上記の発明のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュールと、増幅用光ファイバと、前記半導体レーザモジュールから出力された励起光と前記増幅用光ファイバ内を伝搬する信号光とを合波するためのカプラとを備えたことを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、上記の発明のいずれか一つに記載の半導体レーザモジュールを光ファイバ増幅器用の励起光源として用いているので、誘導ブリルアン散乱を抑制し、かつＲＩＮが低減されているので、高い増幅利得を得ることができる。
【００３８】
また、この発明にかかる光ファイバ増幅器は、上記の発明において、前記増幅用光ファイバは、ラマン増幅によって信号光を増幅することを特徴とする。
【００３９】
また、この発明にかかる光ファイバ増幅器は、上記の発明において、前記増幅用光ファイバは、エルビウム添加ファイバであり、前記半導体レーザモジュールと前記増幅用光ファイバとは遠隔に配置されることを特徴とする。
【００４０】
【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およびこれを用いた光ファイバ増幅器の好適な実施の形態について説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１にかかる半導体レーザモジュールの構成を示す図である。図１において、この半導体レーザモジュールは、活性層１１に沿った一部領域に設けられた回折格子１３を有する半導体レーザ素子１（特願２０００−３２３１１８参照）を有し、半導体レーザ素子１から出力されたレーザ光は、反射量調整器２を介して光ファイバ３に接続される。半導体レーザ素子１は、回折格子１３によって選択された複数の発振縦モードのレーザ光を出力する。
【００４２】
光ファイバ３は、半導体レーザ素子１側に設けられた入力端子１２から入射された光の一部を反射戻り光として半導体レーザ素子１側に反射するとともに、残りの光を、出力端子１４を介して出力する反射器４を有する。この光ファイバ３は、偏波面保持ファイバである。この反射器４は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）によって実現される。ＦＢＧは、光ファイバのコア部分の屈折率を進行方向に沿って周期的に変化させることによって、特定の波長の光だけを反射させるフィルタである。ただし、図２に示すように、このＦＢＧの波長選択性Ｌ４は、回折格子１３が選択する波長帯域を含み、波長選択性Ｌ４に比して広い帯域の波長選択性Ｌ１３を有する。なお、入力端子１２は、レンズドファイバによって光結合され、光結合部が球状である先球光ファイバに限らず、光結合部がくさび型であるくさび型光ファイバを用いてもよいし、入射面が斜めに研磨された光ファイバを用いてもよい。また、ファイバブラッググレーティングである反射器４の反射率は、１％程度である。
【００４３】
反射量調整器２は、半導体レーザ素子１から出射された光を透過させて光ファイバ３側に出力し、光ファイバ３から反射された反射戻り光の光量が、半導体レーザ素子１からの入射光の光量に対して−１０ｄＢ〜―４０ｄＢの反射量となる所定値に減衰させる調整を行う。換言すれば、光アイソレータにおける反射を積極的に利用して調整しようとするものである。なお、反射量（ｄＢ）は、
反射量（ｄＢ）＝１０log10（反射戻り光の光強度（ｍＷ）
／入射光の光強度（ｍＷ））
で定義される。
【００４４】
図３は、図１に示した反射量調整器２の詳細構成を示す図である。図３において、この反射量調整器２は、ファラデー回転子を用いた反射量調整器である。通常の光アイソレータでは、ファラデー回転子２４の両端に偏光板が設けられ、入射光を４５°回転し、反射光をさらに４５°回転し、結果的に反射光を９０°回転し、反射光の偏波面を入射光の偏波面に直交するようにし、反射光が入射側に戻らないようにしている。これに対し、図３に示した反射量調整器２では、反射光が入射される側の偏光板が除かれる。
【００４５】
反射量調整器２は、ファラデー回転子２４の入射側に偏光板２３を設け、入射光Ｌ１１に一致した偏波面をもつレーザ光がファラデー回転子２４に入射される。ファラデー回転子２４は、その周囲に巻かれたコイル２５によって磁界が加えられ、ファラデー回転角が４５°でなく、任意の角度θに設定される。偏波面が角度θに回転された出射光Ｌ１２は、反射器４からの反射戻り光を反射光Ｌ１３としてファラデー回転子２４に入力され、さらに角度θ回転される。この結果、図４に示すように、ファラデー回転子２４から出射された反射光Ｌ１３は、反射光１３ａとして角度２θ分偏波面が回転されて偏光板２３に入射される。偏光板２３は、入射光Ｌ１１と同じ偏波面成分を透過させ、反射光Ｌ１３を所定値に減衰させることができる。すなわち、ファラデー回転子２４に加えられる磁界を調整してファラデー回転角を設定することによって反射量を−１０〜−４０ｄＢの所定値に減衰させることができる。
【００４６】
ここで、半導体レーザ素子１から出力された複数の発振縦モードを有するレーザ光は、反射量調整器２を透過し、光ファイバ３内に入射する。光ファイバ３内に入射したレーザ光は、反射器４によって約１％のレーザ光が反射され、残りのレーザ光は出力端子１４を介して出射される。反射したレーザ光は、反射量調整器２に入力されて反射量が−１０〜−４０ｄＢの範囲内の所定値に減衰され、半導体レーザ素子１内に入射する。
【００４７】
この場合、半導体レーザ素子１では、外部すなわち反射量調整器２側からの反射戻り光があると、半導体レーザ素子１内部で発生した各発振縦モードの位相と反射戻り光の位相との位相アライメントが不安定になり、各発振縦モードの線幅が広がるコヒーレンス破壊という現象が生じる（文献「Regimes of Feedback Effect in 1.5-μｍ Distributed feedback Lasers」著R.W.TKACH，A.R.CHRAPPLYVY (JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.LT-4 No.11 NOVEMBER 1986 pp1655-1661)参照）。
【００４８】
一方、図１に示した半導体レーザ素子１は、複数の発振縦モードを形成するため、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。たとえば、図１に示した半導体レーザ素子１は、図５（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５（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。
【００４９】
ここで、半導体レーザ素子１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の発生は、誘導ブリルアン散乱が発生する閾値Ｐthを有し、同じレーザ出力パワーを得る場合、図４（ｂ）に示すように、複数の発振縦モードを持たせ、そのピーク値を抑えることによって、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐth内で、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。
【００５０】
したがって、複数の発振縦モードを有する場合、上述したコヒーレント破壊によって、図５（ｃ）に示すように、各発振縦モードのスペクトル線幅が広がり、さらにピーク値が抑えられ、誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐthをさらに相対的に高め、誘導ブリルアン散乱の発生を確実に抑えることができる。
【００５１】
ここで、反射量調整器２が入射光に対して反射光の反射量を−１０〜−４０ｄＢに設定するのは、この範囲でコヒーレント破壊が生じるとともに、この範囲内で、反射量の値を大きくすると、各発振モードのスペクトル線幅は広がり、ピーク値は低くなり、誘導ブリルアン散乱の発生の抑圧を確実に行うことができるようになるが、反射量の値を大きくすると、逆にＲＩＮが悪くなるからである。
【００５２】
したがって、反射量調整器２による反射量を−１０〜−４０ｄＢに設定することによって、誘導ブリルアン散乱の発生の抑制とＲＩＮの低減とをともに達成することができる。
【００５３】
ここで、図１に示した半導体レーザ素子１の具体的な構成について説明する。図６は、図１に示した半導体レーザ素子１の長手方向の縦断面図である。また、図７は、図６に示した半導体レーザ素子１のＡ−Ａ線断面図である。図６および図７において、この半導体レーザ素子１は、ｎ−ＩｎＰ基板４１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クラッド層３２、圧縮歪みをもつＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ（Graded Index-Separate Confinement Heterostructure Multi Quantum Well）構造の活性層１１、ｐ−ＩｎＰスペーサ層３４、ｐ−ＩｎＰクラッド層３６、およびＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３７が積層された構造を有する。
【００５４】
ｐ−ＩｎＰスペーサ層３４内には、膜厚２０ｎｍを有し、出射側の低反射膜４５から反射側の高反射膜４４側に向けて長さＬｇ＝５０μｍ、結合係数κ＝２５ｃｍ-1（κＬ＝０．１２５）の回折格子１３が設けられ、この回折格子１３は、ピッチ約２２０ｎｍで周期的に形成され、中心波長１．４８μｍのレーザ光を波長選択する。この回折格子１３を含むｐ−ＩｎＰスペーサ層３４、圧縮歪みをもつＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ構造の活性層１１、およびｎ−ＩｎＰバッファ層３２の上部は、メサストライプ状に加工され、メサストライプの長手方向の両側には、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３９ｂとｎ−ＩｎＰブロッキング層３９ａとによって埋め込まれている。この電流ブロッキング層は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ構造の活性層１１への効率的な電流注入を実現するだけでなく、安定した水平単一横モードを実現するのに有効な構造である。
【００５５】
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３７の上面であって、低反射膜４５から高反射膜４４に向けて６０μｍまでには、絶縁膜３８が形成される。なお、この絶縁膜３８は、ＳｉＮによって形成される。絶縁膜３８は、良熱伝導性であることが好ましく、その他、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＴｉＯ2などによって構成してもよい。また、絶縁膜３８は、絶縁膜３８の下方のメサストライプ構造に電流が注入されないようにすれば良いため、メサストライプ構造の幅を越える幅をもつストライプ形状としてもよい。
【００５６】
絶縁膜３８の上面、および絶縁膜３８によって覆われる以外領域のｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３７の上面には、ｐ側電極４０が形成される。なお、ｐ側電極４０には、図示しないボンディングパッドが形成されることが望ましい。このボンディングパッドの厚さは、５μｍ程度の厚さとすることが望ましく、たとえば半導体レーザ装置をジャンクションダウン方式で組み立てる場合、このボンディングパッドは、この厚さによって組立時の衝撃を和らげる緩衝材として機能し、さらにこの厚さによってヒートシンクとの接合時における半田の回り込みが防止され、この半田の回り込みによる短絡を防止することができる。一方、ｎ−ＩｎＰ基板３１の裏面には、ｎ側電極４１が形成される。これらｐ側電極４０およびｎ側電極４１が半導体ウェハ上に形成された各半導体レーザ素子は、劈開によって分離される。
【００５７】
その後、半導体レーザ素子１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、好ましくは９８％以上の高光反射率をもつ高反射膜４４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０．１％以下の低光反射率をもつ低反射膜４５が形成される。高反射膜４４と低反射膜４５とによって形成された光共振器のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ構造の活性層１１内に発生した光は、高反射膜４４によって反射し、低反射膜４５を介し、レーザ光として出射されるが、この際、回折格子１３によって波長選択されて出射される。
【００５８】
この半導体レーザ素子１は、ラマン増幅器の励起用光源として用いられることを前提とし、その発振波長λ0は、１１００ｎｍ〜１５５０ｎｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３２００μｍ以下としている。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、実効屈折率を「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１４８０μｍ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。
【００５９】
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。この回折格子１３による選択波長特性は、図８に示す発振波長スペクトル５０として表される。
【００６０】
この半導体レーザ素子１は、回折格子１３を内蔵し、発振波長スペクトル５０の半値幅Δλｈで示される波長選択特性内に、発振縦モードを複数存在させるようにしている。従来のＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）半導体レーザ素子あるいはＤＦＢ（Distributed Feedback）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。しかしながら、この半導体レーザ素子１では、共振器長Ｌを積極的に８００μｍ以上とすることによって、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ませてレーザ出力するようにしている。図８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５１〜５３を有している。これによって、上述したように、高出力であって誘導ブリルアン散乱を抑制できる半導体レーザ素子１を実現している。
【００６１】
また、発振縦モード５１〜５３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１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。
【００６２】
なお、発振波長スペクトル幅が広すぎると、波長合成カプラによる合波ロスが大きくなるとともに、発振波長スペクトル幅内における波長の動きによって、雑音や利得変動を発生させることになる。このため、発振波長スペクトル５０の半値幅Δλｈは、３ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以下とする必要がある。
【００６３】
ところで、回折格子１３の上部であって、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層３７とｐ側電極４０との間に、低反射膜４５から高反射膜４４に向けて長さＬｉ＝６０μｍの絶縁膜３８が形成されている。このため、ｐ側電極４０からｎ側電極４１に向けて加えられる注入電流は、絶縁膜３８によって覆われない領域の下方である電流注入領域Ｅ２を流れ、絶縁膜３８によって覆われた下方である非電流注入領域Ｅ１への流入が抑制される。
【００６４】
電流注入領域Ｅ２の活性層１１は、注入電流によって発光する一方、非電流注入領域Ｅ１のＧ活性層１１は、電流注入領域Ｅ２の活性層１１からの光によって、フォトンリサイクルを行うため、注入電流がなくても、レーザ光を低反射膜４５側に透過出力するバッファアンプとして機能し、レーザ光を減衰させることはない。
【００６５】
特に、非電流注入領域Ｅ１の活性層１１では、電流注入領域Ｅ２の活性層１１からの光のエネルギーが活性層１１のバンドギャップエネルギーにほぼ等しいため、電流が注入されなくても、入力された光のエネルギーを吸収し、誘導放出と自然放出とを繰り返す過飽和吸収領域として機能し、フォトンライフタイムが低減される。その結果、各発振縦モードのスペクトル線幅が広がり、一層、各発振縦モードのピーク値が低減され、誘導ブリルアン散乱の発生を抑制することができる。
【００６６】
なお、半導体レーザ素子１は、回折格子１３が中心波長に対して揺らぎを持つ波長選択性によって、複数本の発振縦モードを出力するが、回折格子１３に対して積極的に揺らぎをもたせ、発振縦モードの数を増やすこともできる。
【００６７】
図９は、回折格子１３のグレーティング周期の周期的変化を示す図である。この回折格子１３は、グレーティング周期を周期的に変化させたチャープドグレーティングとしている。図９では、この回折格子１３の波長選択性に揺らぎを発生させ、発振波長スペクトルの半値幅Δλhを広げ、半値幅Δλh内の発振縦モードの本数を増大するようにしている。
【００６８】
図９に示すように、回折格子１３は、平均周期が２２０ｎｍであり、±０．０２ｎｍの周期揺らぎ（偏差）を周期Ｃで繰り返す構造を有している。この±０．０２ｎｍの周期揺らぎによって、発振波長スペクトルの半値幅Δλh内に３〜６本程度の発振縦モードをもたせることができる。
【００６９】
たとえば、図１０は、異なる周期Λ1，Λ2の回折格子を有する半導体レーザ素子の発振波長スペクトルを示す図である。図１０において、周期Λ1の回折格子は、波長λ1の発振波長スペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内に３本の発振縦モードを選択する。一方、周期Λ2の回折格子は、波長λ2の発振波長スペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内に３本の発振縦モードを選択する。したがって、周期Λ1，Λ2の回折格子による複合発振波長スペクトル５５は、この複合発振波長スペクトル５５内に４〜５本の発振縦モードが含まれることになる。この結果、単一の発振波長スペクトルを形成するときに比べ、一層多くの発振縦モードを容易に選択出力することができ、光出力の増大をもたらすことができる。
【００７０】
なお、回折格子１３の構成としては、一定の周期Ｃでグレーティング周期を変化させるチャープドグレーティングに限らず、グレーティング周期を、周期Λ1（２２０ｎｍ＋０．０２ｎｍ）と周期Λ2（２２０ｎｍ−０．０２ｎｍ）との間でランダムに変化させるようにしてもよい。
【００７１】
さらに、図１１（ａ）に示すように、周期Λ1と周期Λ2とを一回ずつ交互に繰り返す回折格子として、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、図１１（ｂ）に示すように、周期Λ1と周期Λ2とをそれぞれ複数回、交互に繰り返す回折格子として、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。さらに、図１１（ｃ）に示すように、連続する複数回の周期Λ1と連続する複数回の周期Λ2とをもつ回折格子として、周期揺らぎを持たせるようにしてもよい。また、周期Λ1と周期Λ2との間の離散的な異なる値をもつ周期を補完して配置するようにしてもよい。
【００７２】
ところで、上述した半導体レーザモジュールに用いられた半導体レーザ素子１は、内部に回折格子１３を有し、この回折格子１３の波長選択性によって所望の複数の発振縦モードを形成し、反射器４のファイバブラッググレーティングは、半導体レーザ素子１の発振波長を決定するものではなく、単に入力されたレーザ光の約１％を反射する機能を有するに過ぎなかったが、このファイバブラッググレーティングに発振縦モードの波長選択性を持たせるようにしてもよい。
【００７３】
図１２は、この発明の実施の形態１である半導体レーザモジュールの変形例の構成を示す図である。図１２において、図１に示した半導体レーザ素子１に代えて回折格子１３を内蔵しないファブリペロー型の半導体レーザ素子６１を設けるとともに、図１に示した反射器４に代えて反射器６４を設けている。その他の構成は図１に示した構成と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００７４】
反射器６４は、ファイバブラッググレーティングであるが、この選択波長は、図２に示した波長選択性Ｌ１３と同じ特性を有し、回折格子１３と同じ波長選択を行う。さらに、この反射器６４は、反射器４と同様に、約１％程度の反射率を有している。すなわち、反射器６４は、反射器４と回折格子１３との機能を併せ持つことになる。このような構成によっても、反射量調整器２は、半導体レーザ素子６１への反射量を−１０〜−４０ｄＢの反射量に調整し、誘導ブリルアン散乱の抑制とＲＩＮの低減とをともに満足させるようにしている。
【００７５】
なお、上述した実施の形態１に示した反射量調整器２は、コイル２５が印加する磁気を変化させることによって反射量を調整していたが、ファラデー回転角は、温度依存性を有するため、さらにファラデー回転子２４の温度を変化させ、反射量を調整するようにしてもよい。
【００７６】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、ファイバブラッググレーティングを用いて半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光の一部を半導体レーザ素子１側に反射していたが、この実施の形態２では、対向コリメータを用いて半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光の一部を半導体レーザ素子１側に反射するようにしている。
【００７７】
図１３は、この発明の実施の形態２である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。図１３において、この半導体レーザモジュールでは、反射器４に代えて対向コリメータ７０を設け、反射量調整器２から入力される半導体レーザ素子１からのレーザ光の一部を半導体レーザ素子１側に反射するようにしている。この反射率は、反射器４と同じであり、約１％程度である。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００７８】
対向コリメータ７０は、入力端子１２から入力された光を、光ファイバ７３ａを介して導波し、フェルール７１ａを介してコリメータレンズ７４ａによってコリメートする。コリメートされた光は、コリメートレンズ７４ｂによってフェルール７４ｂの一端に集光され、光ファイバ７３ｂを介して出力端子１４に導波される。ここで、フェルール７１ａの一端には反射膜７２が設けられ、この反射膜７２がフェルール７１ａに到達した光の一部を半導体レーザ素子１側に、反射戻り光として反射する。したがって、反射器７２の反射率は約１％程度である。なお、この反射率は、少なくとも回折格子１３の波長選択する帯域を含むのは反射器４と同じである。
【００７９】
なお、図１３に示した構成では、フェルール７１ａの一端に反射膜７２を設けて約１％程度の反射光を得ているが、図１４に示すように反射膜７２を設けず、フェルール７１ａの一端を平坦な端面とし、光ファイバから空気中に出射する際に生じる４％程度のフレネル反射光を用いるようにしてもよい。この場合、反射量調整器２がフレネル反射光の光量を調整して半導体レーザ素子１に戻すことになる。
【００８０】
この実施の形態２では、対向コリメータ７０を用いて半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光の一部を反射し、この反射されたレーザ光を反射量調整器２によって反射量を−１０〜−４０ｄＢに設定しているので、実施の形態１と同様に、誘導ブリルアン散乱を抑制できるとともにＲＩＮを低減することができる。
【００８１】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２では、いずれも図３に示したファイラデー回転子２４を用いた反射量調整器２を用いていたが、この実施の形態３では、インライン式の反射量調整器である偏波面コントローラを用いている。
【００８２】
図１５は、この発明の実施の形態３である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。図１５において、この半導体レーザモジュールは、図１に示した反射量調整器２として偏波面コントローラ８２を用いている。また、偏波面コントローラが調整する光ファイバ３は、シングルモードファイバである。また、偏波面コントローラ８２の半導体レーザ素子１側であって、半導体レーザ素子１との間には偏光板８１が設けられる。この偏光板８１は、半導体レーザ素子１から出射されるレーザ光が１００％透過するように偏向方向が設定されている。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００８３】
偏波面コントローラ８２としては、たとえばGeneral Photonics社の「Pola RITE」（Ｒ）を用いることができる。この偏波面コントローラ８２は、光ファイバ３を挟み、その中央部において、回転可能押圧体８３が上部体８３ａと下部体８３ｂとによって挟み込み、上部体８３ａ側に設けられた押圧ノブ８４を該押圧ノブ８４の軸周りに回転することによって矢印１Ａに押圧され、光ファイバ３に応力が加わる。この応力分布によって偏波分離度が設定され、図１６に示す角度εが決定される。また、押圧ノブ８４を光軸周り、すなわち矢印８４方向に回転することよって、図１６に示した偏波面角度θが設定される。このような角度εと偏波面角度θとの組み合わせ設定によって、偏光板８１の透過偏波面に対する偏波面への反射戻り光強度が決定される。すなわち、光ファイバ３への押圧と回転とによって反射戻り光の反射量を可変することができ、反射量を−１０〜−４０ｄＢ内の所定値に設定することができる。この結果、実施の形態１，２と同様に誘導ブリルアン散乱を抑制でき、かつＲＩＮを低減することができる。
【００８４】
なお、上述した実施の形態３では、偏光板８１を設けるようにしているが、偏光板８１を設けない構成としてもよい。半導体レーザ素子１は、半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光の偏波面と異なる偏波面をもつレーザ光が反射光として入射しても発振に影響がないからである。もちろん、偏光板８１を設けることによって出射したレーザ光と同一の偏波面をもつ反射光を調整できるので好ましい。
【００８５】
（実施の形態４）
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１〜３では、いずれも反射量調整器２を用いて最終的な減衰量に調整していたが、この実施の形態４では、反射器４自体が、−１０〜−４０ｄＢの反射量をもつようにしている。
【００８６】
図１７は、この発明の実施の形態４である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。図１７において、この半導体レーザモジュールでは、図１に示した反射器４に代えて反射器４ａを設け、反射量調整器２を削除した構成にしている。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００８７】
反射器４ａは、半導体レーザ素子１から入力されたレーザ光の一部を反射し、残りのレーザ光を出力端子１４に出力するが、入力されたレーザ光の光強度に対する反射戻り光の光強度が−１０〜−４０ｄＢの範囲内の所望の値に設定されている。この実施の形態４では、反射量調整器２が不要となり、簡易な構成によって、誘導ブリルアン散乱を抑制できるとともに、ＲＩＮを低減することができる。
【００８８】
（実施の形態５）
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態１〜４では、半導体レーザ素子１から出射された光を１つの反射点たとえば反射器４の位置によって反射するようにしていたが、この実施の形態５では、複数の反射点を設けてＲＩＮを周波数的に分散するようにしている。
【００８９】
図１８は、この発明の実施の形態５である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。図１８において、この半導体レーザモジュールは、光ファイバ３に対応する光ファイバ９３に、反射器４にそれぞれ対応する複数の反射器９４−１〜９４−ｎを分散配置している。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。ただし、同じ反射量を半導体レーザ素子１に戻す場合、各反射器９４−１〜９４−ｎの反射量は反射器４の反射量に比して小さく設定され、各反射器９４−１〜９４−ｎの全減衰量が反射量に相当することになる。
【００９０】
たとえば、反射量を−４０ｄＢに設定したい場合、同じ反射率を有する１０個のファイバブラッググレーティングである反射器９４−１〜９４−１０を光ファイバ９３上に分散配置する。この場合各反射器９４−１〜９４−１０は、反射率０．０１％に設定すればよい。反射率０．０１％は反射量が−５０ｄＢであり、１０個の反射器９４−１〜９４−１０の反射量を加算すると全反射量は−４０ｄＢとなる。また、ここで、同じ０．０１％の反射率を有する１００個の反射器９４−１〜９４−１００を光ファイバ９３上に分散配置すると、全反射量はあ−３０ｄＢに設定される。さらに、反射率が０．１％である１０個の反射器９４−１〜９４−１０を光ファイバ９３上に分散配置すると、全反射量は−３０ｄＢに設定される。
【００９１】
この場合、すべて同じ反射率であったとしても、次段の反射器は反射された光を除いた光が入射されるため、各反射器の反射戻り光は異なることになるが、反射率が小さいため、透過する光はほぼ同じであるとして設定できる。しかも、すべて同じ反射率を有する反射器を製造することは、異なる反射器を製造することに比較して容易である。もちろん、厳密に反射率を設定することが好ましいが、この場合、半導体レーザ素子１から遠ざかるに従って順次反射率を大きくし、各反射器の反射量が同じになるように設定する。
【００９２】
ここで、各反射器９４−１〜９４−ｎと半導体レーザ素子１との間では、それぞれＲＩＮの共振周波数が異なり、全体的なＲＩＮが周波数的に分散されることになる。図１９は、ＲＩＮの周波数分散を模式的に示した図である。図１９に示すように、一つの反射器を設けた場合のＲＩＮのスペクトルＳ１は、複数の反射器を設けた場合のＲＩＮのスペクトルＳ２に分散され、各スペクトルＳ２の強度は分散されて小さくなる。この場合、反射器９４−１〜９４−ｎの数、すなわち分割数が多い方が、ＲＩＮのピーク値は低減する。これによって、ＲＩＮを一層低減することができる。このことは、反射戻り光の光量を大きくすることができ、コヒーレンス破壊の程度をさらに大きくすることができ、一層誘導ブリルアン散乱の閾値を相対的に高める結果にもなる。
【００９３】
（実施の形態６）
つぎに、この発明の実施の形態６について説明する。この実施の形態６では、既存の光アイソレータを反射調整器として積極的に用いるものである。
【００９４】
図２０は、この発明の実施の形態６である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。図２０において、この半導体レーザモジュールは、図１に示した反射量調整器２として光アイソレータ１０２を用いている。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００９５】
光アイソレータ１０２が理想的な光アイソレータの場合、反射量はゼロとなるが、半導体レーザ素子１の発振波長と、光アイソレータ１０２が有する透過率の中心波長とをずらすことによって、理想的なアイソレータの特性が劣化し、反射が発生する。光アイソレータ１０２はこの波長ずれによる劣化特性を積極的に利用し、反射量を−１０〜−４０ｄＢの範囲内の所定値に設定しようとするものである。これによっても、誘導ブリルアン散乱を抑制できるとともに、ＲＩＮを低減することができる。
【００９６】
なお、上述した実施の形態１〜６では、半導体レーザ素子１が複数の発振縦モードを有する、いわゆるマルチモード発振するものであったが、これに限らず、シングルモード発振する半導体レーザ素子を有した半導体レーザモジュールにも適用することができる。この場合においても、誘導ブリルアン散乱を抑制でき、かつＲＩＮを低減させることができる。
【００９７】
（実施の形態７）
つぎに、この発明の実施の形態７について説明する。上述した実施の形態１〜６では、反射器４，４ａ，９４−１〜９４−ｎ，６４を用いて半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光の一部を反射させるようにしていたが、この実施の形態７では、出射されたレーザ光を光ファイバに入射させるフェルールの入射端面を用いて反射させるようにしている。
【００９８】
図２１は、この発明の実施の形態７である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。図２１において、この半導体レーザモジュールでは、図１に示すような反射器４を設けず、半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光を光ファイバ１３に導くフェルール１１２の端面に低反射膜１１２ａを設け、この低反射膜１１２ａによって約１％程度の反射光が戻るように設定している。反射量調整器２は、上述した実施の形態１〜６と同様に半導体レーザ素子１とフェルール１１２との間に設けられ、半導体レーザ素子１への戻り光が−１０〜−４０ｄＢとなるように調整する。
【００９９】
なお、図２２に示すように、反射量調整器２を設けず、フェルール１２２の入射端面に設けられた低反射膜１２２ａの反射量が−１０〜−４０ｄＢとなるように設定してもよい。これによって、固定的ではあるが一層、簡易な構成とすることができる。特に、半導体レーザ素子１が設置される筐体内に配置することが可能となる。
【０１００】
この実施の形態７では、フェルールの入射端面に低反射膜１１２ａ，１２２ａを設けて反射量を設定しているので、実施の形態１と同様に、誘導ブリルアン散乱を抑制できるとともにＲＩＮを低減することができる。
【０１０１】
（実施の形態８）
つぎに、この発明の実施の形態８について説明する。この実施の形態８は、上述した実施の形態１〜７に示した半導体レーザモジュールをラマン増幅器の励起光源として用いている。
【０１０２】
図２３は、前方励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。図５において、このラマン増幅器は、アイソレータ１６３の近傍に設けられたＷＤＭカプラ１６５’には、実施の形態１〜６に示した半導体レーザモジュールに対応した半導体レーザモジュール１００ａ’〜１００ｄ’、偏波合成カプラ１６１ａ’，１６１ｂ’およびＷＤＭカプラ１６２’が順次接続され、ＷＤＭカプラ１６２’から出力される励起光を、信号光と同じ方向に出力する前方励起を行う。この場合、半導体レーザモジュール１００ａ’〜１００ｄ’は、上述した実施の形態１〜６に示した半導体レーザモジュールを用いているため、誘導ブリルアン散乱の発生を抑制しない光出力であって、ＲＩＮが小さいため、前方励起を効果的に行うことができる。
【０１０３】
また、図２４は、双方向励起方式を採用したラマン増幅器の構成を示すブロック図である。なお、図２３に示した構成と同じ構成部分には同一符号を付している。図２４において、このラマン増幅器は、図２３に示したラマン増幅器の構成に、ＷＤＭカプラ１６２、実施の形態１〜６に示した半導体レーザモジュールまたは従来の半導体レーザモジュールに対応する半導体レーザモジュール１００ａ〜１００ｄおよび偏波合成カプラ１６１ａ，１６１ｂをさらに設け、後方励起と前方励起とを行う。
【０１０４】
各半導体レーザモジュール１００ａ，１００ｂは、レーザ光を偏波合成カプラ１６１ａに出力し、各半導体レーザモジュール１００ｃ，１００ｄは、レーザ光を偏波合成カプラ１６１ｂに出力する。ここで、半導体レーザモジュール１００ａ，１００ｂが発振するレーザ光は、同一波長である、また、半導体レーザモジュール１００ｃ，１００ｄが発振するレーザ光は、同一波長であるが半導体レーザモジュール１００ａ，１００ｂが発振するレーザ光の波長とは異なる。これは、ラマン増幅が偏波依存性を有するためであり、偏波合成カプラ１６１ａ，１６１ｂによって偏波依存性が解消されたレーザ光として出力するようにしている。
【０１０５】
各偏波合成カプラ１６１ａ，１６１ｂから出力された異なる波長をもったレーザ光は、ＷＤＭカプラ１６２によって合成され、合成されたレーザ光は、ＷＤＭカプラ１６５を介してラマン増幅用の励起光として増幅用ファイバ１６４に出力される。この励起光が入力された増幅用ファイバ１６４には、増幅対象の信号光が入力され、ラマン増幅される。
【０１０６】
この双方向励起方式の場合にも、前方励起用の半導体レーザモジュール１００ａ’〜１００ｄ’として、上述した実施の形態１〜６に示した半導体レーザモジュールを用いていることから、誘導ブリルアン散乱を抑制でき、ＲＩＮが小さいため、前方励起を効果的に行うことができる。
【０１０７】
この実施の形態８では、実施の形態１〜７に示した半導体レーザモジュールを用いて励起光源を構成することで、誘導ブリルアン散乱を抑制でき、かつＲＩＮの小さい前方励起を含んだラマン増幅を効果的に実現することができる。
【０１０８】
この図２３あるいは図２４に示したラマン増幅器は、上述したようにＷＤＭ通信システムに適用することができる。図２５は、図２３あるいは図２４に示したラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図である。
【０１０９】
図２５において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔｘｎから送出された波長λ1〜λnの光信号は、光合波器２８０によって合波され、１つの光ファイバ２８５に集約される。この光ファイバ２８５の伝送路上には、図２３あるいは図２４に示したラマン増幅器に対応した複数のラマン増幅器２８１，２８３が距離に応じて配置され、減衰した光信号を増幅する。この光ファイバ２８５上を伝送した信号は、光分波器２８４によって、複数の波長λ1〜λnの光信号に分波され、複数の受信機Ｒｘ１〜Ｒｘｎに受信される。なお、光ファイバ２８５上には、任意の波長の光信号を付加し、取り出したりするＡＤＭ（Add/Drop Multiplexer）が挿入される場合もある。
【０１１０】
なお、上述した実施の形態８では、実施の形態１〜７に示した半導体レーザモジュールを、ラマン増幅用の励起光源に用いる場合を示したが、これに限らず、たとえば、０．９８μｍなどのＥＤＦＡ励起用光源として用いることができる。特に、励起光のＥＤＦまでの伝送距離が数ｋｍから数十ｋｍとなるようなリモートポンプＥＤＦＡにおいては、実施の形態１〜６に示した半導体レーザモジュールを用いることによって、伝送中の誘導ブリルアン散乱やＲＩＮに起因した増幅利得の低下を効果的に抑制することができる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ファイバブラッググレーティングや対向コリメータなどを用いて実現される反射器が、半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が発するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の光の一部を反射して該レーザ光を出射し、ファラデー回転子や対向コリメータあるいは光アイソレータなどによって実現される戻り光コントローラが、前記半導体レーザ素子と前記反射器との間に設けられ、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を透過させるとともに、前記反射器の反射端からの反射戻り光の光量を所定値に設定制御し、反射戻り光によるコヒーレント破壊を生じさせて半導体レーザ素子が出射する各発振縦モードのスペクトル線幅を広げて誘導ブリルアン散乱の閾値を相対的に高めるとともに、反射戻り光が適切な光量であるため、ＲＩＮが低減され、光ファイバ増幅器の増幅効率を高めることができるという効果を奏する。
【０１１２】
また、この発明によれば、反射器が、半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の光の一部を反射して該レーザ光を出射し、前記反射器の反射率を、前記半導体レーザ素子から入射された光量に対する前記反射器からの反射戻り光の光量を−１０〜−４０ｄＢに減衰させる範囲の反射率に設定し、簡易な構成で、誘導ブリルアン散乱を抑制し、かつＲＩＮを低減させ、増幅効率の高い光ファイバ増幅器を実現することができるという効果を奏する。
【０１１３】
また、この発明によれば、複数の反射器が、半導体レーザ素子の外部に設けられ、前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光の発振波長帯を含む反射波長帯の光の一部を反射して該レーザ光を出射し、各反射器の反射率が、前記半導体レーザ素子から出射された光量に対する各反射器からの反射戻り光の総光量が−１０〜−４０ｄＢとなるように各反射器の反射率が設定され、誘導ブリルアン散乱を抑制し、特にＲＩＮを一層低減できるという効果を奏する。
【０１１４】
また、この発明によれば、戻り光コントローラを設けずとも、入力端子の反射膜によって−１０〜−４０ｄＢの戻り光を得るようにしているので、簡易な構成で、誘導ブリルアン散乱を抑制し、ＲＩＮを低減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１にかかる半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図２】図１に示した回折格子と反射器の波長選択特性を示す図である。
【図３】図１に示した反射量調整器の詳細構成を示す図である。
【図４】偏光板に入射する入射光と反射戻り光との偏波面を説明する図である。
【図５】発振縦モードの本数の増大とコヒーレント崩壊とによって誘導ブリルアン散乱の閾値が相対的に高まることを説明する図である。
【図６】図１に示した半導体レーザ素子の詳細構成を示す縦断面図である。
【図７】図６に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図１に示した半導体レーザ素子が出力する複数の発振縦モードを示すスペクトル図である。
【図９】回折格子の周期的変化を示す図である。
【図１０】複合発振波長スペクトルを示す図である。
【図１１】複数の発振縦モードを選択するための回折格子の変形例を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１である半導体レーザモジュールの変形例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態２である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２である半導体レーザモジュールの変形例の構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態３である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図１６】図１５に示した偏波面コントローラの調整による偏向と偏波面との関係を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態４である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態５である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図１９】図１８に示した半導体レーザモジュールの構成によるＲＩＮの周波数依存性を示す図である。
【図２０】この発明の実施の形態６である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態７である半導体レーザモジュールの構成を示す図である。
【図２２】この発明の実施の形態７である半導体レーザモジュールの変形例の構成を示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態８であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２４】この発明の実施の形態８であるラマン増幅器の変形例の構成を示すブロック図である。
【図２５】この発明の実施の形態８であるラマン増幅器を用いた通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２６】従来のラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，６１  半導体レーザ素子
２  反射量調整器
３，９３  光ファイバ
４，４ａ，９４−１〜９４−ｎ，６４  反射器
１１  活性層
１２  入力端子
１３  回折格子
１４  出力端子
２３  偏向板
２４  ファラデー回転子
２５  コイル
３１  ｎ−ＩｎＰ基板
３２  ｎ−ＩｎＰバッファ層
３３  ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
３４  ｐ−ＩｎＰスペーサ層
３６  ｐ−ＩｎＰクラッド層
３７  ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
３８  絶縁膜
３９ａ  ｎ−ＩｎＰブロッキング層
３９ｂ  ｐ−ＩｎＰブロッキング層
４０  ｐ側電極
４１  ｎ側電極
４３  回折格子
４４  高反射膜
４５  低反射膜
５０  発振波長スペクトル
５１〜５３  発振縦モード
５５  複合発振波長スペクトル
７０  対向コリメータ
７１ａ，７１ｂ  フェルール
７２  反射膜
７３ａ，７３ｂ  光ファイバ
７４ａ，７４ｂ  コリメータレンズ
８２  偏波面コントローラ
８３  回転可能押圧体
１０２  光アイソレータ
１１２ａ，１２２ａ  低反射膜
１６１ａ，１６１ｂ  偏波合成カプラ
１６２，１６５  ＷＤＭカプラ
１６３  アイソレータ
１６４  増幅用ファイバ
１６７  モニタ光分配用カプラ
１６８  制御回路
１６９，１７０  信号光出力ファイバ
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ａ’，１００ｂ’，１００ｃ’，１００ｄ’，１８２，１８２ａ，１８２ｂ，１８２ｃ，１８２ｄ
半導体レーザモジュール
１８１ａ，１８１ｂ，１８１ｃ，１８１ｄ  ファイバグレーティング
Ｅ１  非電流注入領域
Ｅ２  電流注入領域
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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