(57)【要約】本発明の半導体レーザモジュールでは、偏光方向変換部６を備えているので、偏光依存型アイソレータを使用した場合であっても、第１及び第２のレーザの偏光方向が互いに直交するように変換される。従って、複屈折素子に入射するレーザ光は、それぞれ常光と異常光に分離することなく、複屈折素子内を伝搬し出力部に到達するので、出力部に到達するレーザ光の光量が減少することがなく、高出力の半導体レーザモジュールを得ることができる。
2003005106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光方向が互いに平行な第１のレーザ光及び第２の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から出射された前記第１のレーザ光と第２のレーザ光を通過させる第１レンズと、
前記半導体レーザ素子から出射された前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光を一方向にのみ通過させるとともに、前記第１及び第２のレーザの偏光方向を互いに直交するように変換する偏光方向変換部と、
前記偏光方向変換部から出射される前記第１及び第２のレーザ光がそれぞれ入射される第１及び第２の入力部と、前記第１及び第２の入力部から入射される第１及び第２のレーザ光が合波されて出射される出力部とを有する偏光合成素子と、
前記偏光合成素子の出力部から出射されるレーザ光を受光し、外部に送出する光ファイバと、
を有することを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
前記偏光方向変換部は、前記第１及び第２のレーザ光を一方向にのみ通過させる光アイソレータ部と、前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光の偏光方向を互いに直交するように回転させる偏光回転部とからなる、
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】
前記光アイソレータ部は、ｎを整数としたときに、前記光アイソレータ部に入射する前記第１及び第２のレーザ光の偏光方向を同一方向に（４５×２ｎ）度回転させて出射させる偏光依存型光アイソレータからなり、
前記偏光回転部は、前記光アイソレータ部から出射された前記第１のレーザ光又は第２のレーザ光の一方の偏光方向のみを９０度回転させること、
を特徴とする請求項２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記光アイソレータ部は、ｍを整数としたときに、前記光アイソレータ部に入射する前記第１及び第２のレーザ光の偏光方向を同一方向に｛４５×（２ｍ−１）｝度回転させて出射させる偏光依存型光アイソレータからなり、
前記偏光回転部は、前記光アイソレータ部から出射された前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光の偏光方向を互いに反対方向に４５度回転させること、
を特徴とする請求項２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記光アイソレータ部は、ｍを整数としたときに、前記光アイソレータ部に入射する前記第１及び第２のレーザ光の偏光方向を同一方向に｛４５×（２ｍ−１）｝度回転させて出射させる偏光依存型光アイソレータからなり、
前記偏光回転部は、前記光アイソレータ部から出射された前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光の偏光方向を同一方向に４５度回転させる第１の回転部と、前記第１のレーザ光又は第２のレーザ光の一方のみを９０度回転させる第２の回転部とからなる、
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項６】
前記光アイソレータ部による偏光方向の回転方向と、前記第１の回転部による偏光方向の回転方向とが、互いに逆方向であること
を特徴とする請求項５に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項７】
前記偏光合成素子は、前記第１の入力部に入射した第１のレーザ光と前記第２の入力部に入射した第２のレーザ光のいずれか一方を常光線として前記出力部に伝搬させるとともに、他方を異常交線として前記出力部に伝搬させる複屈折素子であること、
を特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項８】
前記半導体レーザ素子は、間隔を隔てて形成された第１のストライプ及び第２のストライプを有し、前記第１のストライプ及び第２のストライプの一方側端面から偏光方向が互いに平行な前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光をそれぞれ出射する単一の半導体レーザ素子であること、
を特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項９】
前記第１レンズは、前記半導体レーザ素子から出射された前記第１及び第２のレーザ光とが入射され、前記第１、第２のストライプの並び方向に分離させて出射する単一のレンズであること、
を特徴とする請求項８に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１０】
前記第１レンズと前記偏波合成素子との間には、第１のレーザ光及び第２のレーザ光を入射し、互いの光軸を略平行にして出射するプリズムが配設されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１１】
前記プリズムは、前記光アイソレータ部と偏光回転部との間に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１２】
前記プリズムは、前記第１レンズと光アイソレータ部との間に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１３】
前記プリズムは、前記偏光回転部の第１の回転部と第２の回転部との間に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１４】
前記プリズム、光アイソレータ部、偏光回転部及び複屈折素子が同一のホルダに固定されていることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１５】
前記光アイソレータ部は、前記第１及び第２のレーザ光の両方を一方向にのみ通過させる単一の偏光依存型アイソレータであること、
を特徴とする請求項２乃至請求項１４のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１６】
前記半導体レーザ素子は、所定の中心波長を有する光を選択する回折格子を有すること、
を特徴とする請求光１乃至請求項１５のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１７】
前記請求項１乃至１６のいずれか１つの項に記載の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ていることを特徴とする光増幅器。
【請求項１８】
前記励起光源は、ラマン増幅に用いられることを特徴とする請求項１７に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、半導体レーザモジュール及び光増幅器に関し、特に、２つのレーザ光を偏光合成した合成光を光ファイバで光結合する半導体レーザモジュール及び光増幅器に関する。
背景技術
近年における高密度波長分割多重伝送方式による光通信の進展に伴い、光増幅器に使用される励起光源に対する高出力化の要求がますます高まっている。
また、最近では、光増幅器として従来より使用されてきたエルビウムドープ光増幅器よりも更に広帯域の光を増幅する手段としてラマン増幅器に対する期待が高まっている。ラマン増幅は、光ファイバに励起光を入射したときに発生する誘導ラマン散乱により、励起光波長から約１３ＴＨｚ低周波側に利得が現れ、このように励起された状態の光ファイバに、上記利得を有する波長帯域の信号光を入力すると、その信号光が増幅されるという現象を利用した光信号の増幅方法である。
ラマン増幅においては、信号光と励起光（ポンプ光）の偏光方向が一致している状態で信号光が増幅されるので、信号光と励起光との偏光方向のずれの影響を極力小さくする必要がある。そのため、励起光の偏光を解消（無偏光化：デポラライズ）して、偏光度（ＤＯＰ：Ｄｅｇｒｅｅ  Ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を低減させることが行われている。
光増幅器の励起光源等に用いられる従来の半導体レーザモジュールからのレーザ光を無偏光化する方法として、たとえば、２つのレーザ光を偏光合成して光ファイバから出力するものが知られている。
図２１は、米国特許第５５８９６８４号公報に開示された従来の半導体レーザ装置を説明するための説明図である。
図２１に示すように、従来の半導体レーザ装置は、同一波長で互いに直交する方向にレーザ光を出射する第１の半導体レーザ素子１００及び第２の半導体レーザ素子１０１と、第１の半導体レーザ素子１００から出射されたレーザ光を平行にする第１の平行レンズ１０２と、第２の半導体レーザ素子１０１から出射されたレーザ光を平行にする第２の平行レンズ１０３と、第１の平行レンズ１０２及び第２の平行レンズ１０３によって平行になったレーザ光を直交偏光合成する偏光合成カプラ１０４と、偏光合成カプラ１０４によって偏光合成されたレーザ光を集光する集光レンズ１０５と、集光レンズ１０５によって集光されたレーザ光が入射され外部に送出する光ファイバ１０６とを有する。
従来の半導体レーザ装置によれば、第１の半導体レーザ素子１００及び第２の半導体レーザ素子１０１から互いに直交する方向に出射されたレーザ光が偏光合成カプラ１０４によって偏光合成されるので、光ファイバ１０６からは偏光度の小さいレーザ光を出射することができる（以下、この技術を従来例１という）。
また、特開昭６０−７６７０７号公報には、ヒートシンク上に配置され、光軸及び偏光方向が互いに平行で且つ出射端面が略一致し、第１及び第２のレーザ光をそれぞれ出射する第１及び第２の半導体レーザ素子と、第１の半導体レーザ素子から出射された第１のレーザ光の光路上に配置され、第１のレーザ光の偏光方向を９０度回転させて、第２のレーザ光の偏光方向に対し直角にする偏光回転子と、偏光方向が互いに直角になった第１及び第２のレーザ光の光路を複屈折効果で合流させる偏光素子（方解石板等）と、偏光素子側からのレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバと、偏光素子で合流したレーザ光を光ファイバに結合するレンズとを有する半導体レーザモジュールが開示されている。この半導体レーザモジュールでは、第１及び第２の半導体レーザ素子がパッケージ内に収納されユニット化されている（以下、この技術を従来例２という）。
また、特開２０００−０３１５７５号公報には、電子冷却素子と、電子冷却素子上に実装された第１及び第２の半導体レーザ素子と、電子冷却素子上に実装され、第１及び第２の半導体レーザ素子から出射された第１及び第２のレーザ光をそれぞれ平行化する第１及び第２のレンズと、第１及び第２のレーザ光を偏光合成する偏光合成素子と、偏光合成素子から出力されたレーザ光を受光し外部に送出する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールが開示されている。また、第１及び第２の半導体レーザ素子は、各々のレーザ光を発する発光点の中心間ピッチ（以下、発光中心間ピッチという）５００μｍで形成されたＬＤアレイとして構成されている。また、第１及び第２の集光レンズは、球レンズアレイやフレネルレンズアレイ等の集光用レンズアレイとして構成されている（以下、この技術を従来例３という）。
しかしながら、従来例１では、半導体レーザ素子から出力されたレーザ光に対してレンズをそれぞれ位置決めする必要があるので、製造工程が複雑になり、製造時間がかかるという課題がある。
従来例２では、半導体レーザ素子からのレーザ光を偏光回転素子又は偏光素子で直接受光する構成になっている。そのため、従来例２の構成で高い光結合効率を得るためには半導体レーザ素子とレンズ間の間隔を３００〜５００μｍ程度に設計する必要があり、実際上、半導体レーザ素子とレンズ間に偏光回転素子及び偏光素子を配置することは非常に困難である。レンズを大きくすることにより、スペースを作ることができるが、パッケージが現在用いられているものよりも  大型化してしまい、半導体レーザモジュールの大型化につながってしまうという課題がある。
また、従来例３では、広い間隔（発光中心間ピッチ５００μｍ）で出射された２つのビームをそれぞれ異なるレンズで受けることにより、互いに平行な２つのレーザ光を得る構成であるため、半導体レーザ素子が大型化してしまい、１枚のウェハから得られる半導体チップの量が減るので、大量生産に不向きである。これを解消するために、半導体レーザ素子のストライプの間隔を狭くすると、レンズの小型化が必要となり、それぞれのストライプから出た光同士の分離も困難になるので、その後の偏光合成や光合成を行うことが困難になる。
そこで、上記の課題を解決するために、本出願人は、２つのストライプ状発光部（以下、単に「ストライプ」という）を備えた単一の半導体レーザ素子から出射される２つのレーザ光を偏光合成して光ファイバで受光する半導体レーザモジュールを提案している（例えば、特願２００１−３８３８４０号参照：以下、この技術を関連技術という）。
図２２は、関連技術に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
図２２に示すように、関連技術に係る半導体レーザモジュールＭ１１は、１００μｍ程度以下の間隔を隔てて互いに平行に形成された第１のストライプ９及び第２のストライプ１０を有し、第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の前側端面２ａ（図２２では右側）からそれぞれ第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を出射する単一の半導体レーザ素子２と、半導体レーザ素子２から出射された第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とが入射され、第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とを第１，第２のストライプ９，１０の並び方向に分離させる第１レンズ４と、第１、第２のレーザ光Ｋ１、Ｋ２の少なくとも一方（図２２の場合、第１のレーザ光Ｋ１）の偏光方向を所定角度（例えば９０度）回転させる半波長板６（偏光回転手段）と、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を光合成して出射する複屈折素子７と、複屈折素子７から出射される合成光と光結合し、その合成光を外部に送出する光ファイバ８とを有する。
第１レンズ４と半波長板６との間には、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を入射し、互いの光軸を略平行にして出射するプリズム５が配設されている。また、複屈折素子７と光ファイバ８との間には、複屈折素子７により偏光合成された第１、第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２をフェルール２３によって保持された光ファイバ８に光結合させる第２レンズ１６が配設されている。
複屈折素子７としては、ルチル結晶、ＹＶＯ４等が用いられる。
半導体レーザ素子２の第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の前側端面２ａからそれぞれ出射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２は、第１レンズ４を通過し、交差した後、間隔が広がり十分分離された後、プリズム５に入射される。
プリズム５によって第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２は間隔Ｄを隔てて互いに平行となって出射し、第１のレーザ光Ｋ１は半波長板６に入射され、偏光方向を９０度回転され、複屈折素子７の第１の入力部７ａに入射され、第２のレーザ光Ｋ２は複屈折素子７の第２の入力部７ｂに入射される。
複屈折素子７では、第１の入力部７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂから入射される第２のレーザ光Ｋ２とが偏波合波されて出力部７ｃから出射される。
複屈折素子７から出射されたレーザ光は、第２レンズ１６によって集光され、フェルール２３によって保持された光ファイバ８の端面に入射され外部に送出される。
関連技術に係る半導体レーザモジュールＭ１によれば、１つの半導体レーザ素子２に１００μｍ以下という狭い間隔で形成された第１、第２のストライプ９，１０から偏光方向のそろった第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が出射され、第１レンズ４で十分分離された後、半波長板６によって第１のレーザ光Ｋ１の偏光方向が９０度回転される。すなわち、このときレーザ光Ｋ１、Ｋ２の偏光方向は互いに直交している。この状態で、複屈折素子７によって第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２が偏波合成されるので、光ファイバ８からは高出力で、かつ偏光度の小さいレーザ光を出射することができる。
従って、上記の半導体レーザモジュールＭ１を、高出力が要求されるエルビウムドープ光増幅器（ＥＤＦＡ）や、さらに増幅利得に低偏光依存性及び安定性が要求されるラマン増幅器の励起光源として適用することができる。
また、２つのレーザ光を出射させる２つのストライプを備えた１個の半導体レーザ素子２と、レーザ光Ｋ１、Ｋ２両方を分離する単一の第１レンズ４を用いているので、半導体レーザ素子２や第１レンズ４の位置決め時間が短くできる。その結果、半導体レーザモジュールＭ１の製造時間を短縮化できる。
さらに、単一の半導体レーザ素子２から出射される２つの光は略同じ方向に伝搬されるため、半導体レーザ素子２、第１レンズ４、半波長板６、複屈折素子７、第２レンズ１６等の光学部品を収容するパッケージの反りの影響を１方向（図２２中、Ｚ方向）においてのみ抑制することにより、光ファイバ８から出射される光出力の安定化を図ることができる。
ところで、関連出願に係る半導体レーザモジュールＭ１１では、図２２に破線で示すように、光ファイバ８側からの反射戻り光を防止して半導体レーザ素子２の動作を安定化させるために、半導体レーザ素子２から出射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を光ファイバ８に向かう方向にだけ通過させる光アイソレータ１０８を、第１レンズ４と第２レンズ１６との間に配置する場合がある。
一般に、光アイソレータには、入射光の偏光方向に依存しないで光を一方向にのみ通過させる機能を発揮する偏光無依存型アイソレータ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｉｓｏｌａｔｏｒ）と、入射側及び反射側の偏光子の間にファラデー素子を挟んで構成される偏光依存型アイソレータ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｉｓｏｌａｔｏｒ）がある。偏光依存型アイソレータには、図２３（Ａ）に示すように、ファラデー素子６６が一対の偏光子６５，６５によって挟まれて配置され、出射光の偏光方向が入射光の偏光方向に対して４５度回転するもの（以下、シングルタイプという）と、図２３（Ｂ）に示すように、３つの偏光子６５の間にそれぞれ２つのファラデー素子６６ａ、６６ｂが配置されているもの（以下、セミダブルタイプという）、図２３（Ｃ）に示すように、４つの偏光子６５の間にそれぞれ２つのファラデー素子６６ａ、６６ｂが配置されているもの（以下、ダブルタイプという）がある。セミダブルタイプ及びダブルタイプのファラデー素子６６ａは、入射光の偏光方向を４５度回転させ、ファラデー素子６６ｂは、中間の偏光子６５を通過した偏光を、ファラデー素子６６ａと同一方向に４５度回転させるか、又は逆方向に４５度回転させるので、出射光の偏光方向が入射光の偏光方向に対して９０度又は０度回転する。なお、ダブルタイプのものは、セミダブルタイプのものに比べ、偏光子６５が１つだけ多いので、アイソレーション（逆方向損失）が大きくとれる。
シングルタイプの偏光依存型アイソレータは、セミダブルタイプ又はダブルタイプの偏光依存型アイソレータに比べて、小型で、低損失かつ十分なアイソレーションが得られるため、半導体レーザモジュール内に使用されることが多い。
しかしながら、シングルタイプの偏光依存型アイソレータを上記の関連出願に係る半導体レーザモジュールＭ１１に使用した場合、光アイソレータ１０８によって、レーザ光の偏光面が４５度回転してしまうため、図２２に示すように、プリズム５、半波長板６を経て複屈折素子７に入射するレーザ光Ｋ１，Ｋ２が、それぞれ常光Ｋ１ｎ，Ｋ２ｎと異常光Ｋ１ｏ，Ｋ２ｂに分離して、複屈折素子７内を伝搬する結果、点線で示す偏波方向のレーザ光が出力部７ｃに到達しないため、出力部７ｃに到達するレーザ光の光量が減少し、高出力の半導体レーザモジュールを得ることができないという課題がある。なお、図２２中に示す両側矢印は、光ファイバ８側から見たレーザ光の偏光方向を示す。
発明の開示
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、２つのレーザ光を偏波合成した合成光を出力する半導体レーザモジュールの内部に偏光依存型アイソレータを用いた場合であっても、高出力のレーザ光を得ることができる半導体レーザモジュール及び光増幅器を提供することを目的とする。
本発明の半導体レーザモジュールは、方向が互いに平行な第１のレーザ光及び第２の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から出射された前記第１のレーザ光と第２のレーザ光を通過させる第１レンズと、前記半導体レーザ素子から出射された前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光を一方向にのみ通過させるとともに、前記第１及び第２のレーザの偏光方向を互いに直交するように変換する偏光方向変換部と、前記偏光方向変換部から出射される前記第１及び第２のレーザ光がそれぞれ入射される第１及び第２の入力部と、前記第１及び第２の入力部から入射される第１及び第２のレーザ光が合波されて出射される出力部とを有する偏波合成素子と、前記偏波合成素子の出力部から出射されるレーザ光を受光し、外部に送出する光ファイバとを有することを特徴とするものである。
前記偏光方向変換部は、前記第１及び第２のレーザ光を一方向にのみ通過させる光アイソレータ部と、前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光の偏光方向を互いに直交するように回転させる偏光回転部とからなるものでもよい。
前記光アイソレータ部は、ｎを整数としたときに、前記光アイソレータ部に入射する前記第１及び第２のレーザ光の偏光方向を同一方向に（４５×２ｎ）度回転させて出射させる偏光依存型光アイソレータからなり、前記偏光回転部は、前記光アイソレータ部から出射された前記第１のレーザ光又は第２のレーザ光の一方の偏光方向のみを９０度回転させるものでもよい。
前記光アイソレータ部は、ｍを整数としたときに、前記光アイソレータ部に入射する前記第１及び第２のレーザ光の偏光方向を同一方向に｛４５×（２ｍ−１）｝度回転させて出射させる偏光依存型光アイソレータからなり、前記偏光回転部は、前記光アイソレータ部から出射された前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光の偏光方向を互いに反対方向に４５度回転させるものでもよい。
前記光アイソレータ部は、ｍを整数としたときに、前記光アイソレータ部に入射する前記第１及び第２のレーザ光の偏光方向を同一方向に｛４５×（２ｍ−１）｝度回転させて出射させる偏光依存型光アイソレータからなり、前記偏光回転部は、前記光アイソレータ部から出射された前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光の偏光方向を同一方向に４５度回転させる第１の回転部と、前記第１のレーザ光又は第２のレーザ光の一方のみを９０度回転させる第２の回転部とからなるものでもよい。
前記光アイソレータ部による偏光方向の回転方向と、前記第１の回転部による偏光方向の回転方向とが、互いに逆方向であるものでもよい。
前記偏光合成素子は、前記第１の入力部に入射した第１のレーザ光と前記第２の入力部に入射した第２のレーザ光のいずれか一方を常光線として前記出力部に伝搬させるとともに、他方を異常交線として前記出力部に伝搬させる複屈折素子であるものでもよい。
前記半導体レーザ素子は、間隔を隔てて形成された第１のストライプ及び第２のストライプを有し、前記第１のストライプ及び第２のストライプの一方側端面から偏光方向が互いに平行な前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光をそれぞれ出射する単一の半導体レーザ素子であってもよい。
前記第１レンズは、前記半導体レーザ素子から出射された前記第１及び第２のレーザ光とが入射され、前記第１、第２のストライプの並び方向に分離させて出射する単一のレンズであってもよい。
前記第１レンズと前記偏光合成素子との間には、第１のレーザ光及び第２のレーザ光を入射し、互いの光軸を略平行にして出射するプリズムが配設されているものでもよい。
前記プリズムは、前記光アイソレータ部と偏光回転部との間に配置されているものでもよい。
前記プリズムは、前記第１レンズと光アイソレータ部との間に配置されているものでもよい。
前記プリズムは、前記偏光回転部の第１の回転部と第２の回転部との間に配置されているものでもよい。
前記プリズム、光アイソレータ部、偏光回転部及び複屈折素子が同一のホルダに固定されているものでもよい。
前記光アイソレータ部は、前記第１及び第２のレーザ光の両方を一方向にのみ通過させる単一の偏光依存型アイソレータであるものでもよい。
前記半導体レーザ素子は、所定の中心波長を有する光を選択する回折格子を有するものであってもよい。
本発明の光増幅器は、前記記載の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ていることを特徴とするものである。
前記励起光源は、ラマン増幅に用いられるものでもよい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態例）
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す側面断面図、図２は本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの光学系の構成を模式化して示す説明図である。
図１（Ａ）に示すように、本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１は、内部を気密封止したパッケージ１と、そのパッケージ１内に設けられ、レーザ光を出射する半導体レーザ素子２と、フォトダイオード（受光素子）３と、第１レンズ４と、プリズム５と、偏光方向変換部６と、複屈折素子７と、光ファイバ８とを有する。
半導体レーザ素子２は、図２に示すように、間隔を隔てて長手方向に互いに同一平面上に平行に形成された第１のストライプ９及び第２のストライプ１０を有し、第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の端面からそれぞれ第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を出射する。図２中に示すＫ１及びＫ２は、それぞれ第１のストライプ９及び第２のストライプ１０から出射されるレーザ光の中心の軌跡を示す。レーザ光は、図２に破線で示すように、この中心のまわりにある広がりをもって伝搬する。第１のストライプ９と第２のストライプ１０との間隔は、それぞれから出射された光Ｋ１、Ｋ２を１つの第１レンズ４に入射させるために、１００μｍ以下、例えば約４０〜６０μｍ程度に設定される。また、ストライプ同士の間隔が狭いことにより、ストライプ同士の光出力特性等の差が小さくなる。
図１（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子２はチップキャリア１１上に固定して取り付けられる。なお、半導体レーザ素子２は、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２を出射するため、１つのレーザ光を出射する半導体レーザ素子に比べて発熱しやすい。そこで、半導体レーザ素子２の放熱性を高めるため、図１（Ｂ）に示すように、半導体レーザ素子２は、ダイヤモンド等の熱伝導率の良好な材質で作られたヒートシンク５８上に固定して取り付けられ、そのヒートシンク５８がチップキャリア１１上に固定して取り付けられていることが好ましい。
フォトダイオード３は、半導体レーザ素子２の後側（図１（Ａ）では左側）端面２ｂ（図２参照）から出射されたモニタ用のレーザ光を受光する。フォトダイオード３は、フォトダイオードキャリア１２に固定して取り付けられている。
第１レンズ４は、半導体レーザ素子２の前側（図１（Ａ）では右側）端面２ａ（図２参照）から出射された第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とが入射され、レーザ光Ｋ１、Ｋ２を交差させ、第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２との間隔をストライプ９，１０の並び方向に広げ、分離させるとともに、それぞれの光を異なる焦点位置（Ｆ１，Ｆ２）に集光させる作用をもつ（図２参照）。
通常、大きなスポットサイズに変換された平行ビーム同士では、光部品の角度のずれのトレランスが０．１度以下と厳しいが、レーザ光を集束させて伝搬させる集光系では角度のトレランスはゆるくなる。このため、第１レンズ４を集束レンズとして使用することにより、光部品の部品形状や位置決め、光部品の角度調整トレランスがゆるくなり、好ましい。
また、このように第１レンズ４を集束レンズとして使用することにより、伝搬レーザ光のスポット径が小さくなるので、使用する光学部品を小型化することができる。
図１（Ａ）に示すように、第１レンズ４は、第１のレンズ保持部材１３によって保持されている。第１レンズ４は、図２（Ａ）に示すように、第１のストライプ９から出射された第１のレーザ光Ｋ１の光軸と第２のストライプ１０から出射された第２のレーザ光Ｋ２の光軸とが、第１レンズ４の中心軸を挟んで略対称になるように位置決めされるのが好ましい。これによって、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が、ともに収差の小さい領域である第１レンズ４の中心軸近傍を通過するため、レーザ光の波面の乱れが少なくなり、光ファイバ８との光結合効率が高くなる。その結果、より高光出力の半導体レーザモジュールＭ１が得られる。なお、球面収差の影響を抑え、高い結合効率を得るためには、第１のレンズ４は、非球面レンズを用いるのが望ましい。
プリズム５は、第１レンズ４と複屈折素子７との間に配設され、入射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の光路を補正し、互いの光軸を略平行にして出射する。プリズム５は、ＢＫ７（ホウケイ酸クラウンガラス）等の光学ガラスで作られている。第１レンズ４から非平行に伝搬する第１及び第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２の光軸が、プリズム５の屈折により平行とされるため、そのプリズム５の後方に配置される複屈折素子７の作製が容易になるとともに、複屈折素子７を小型化し半導体レーザモジュールＭ１を小型にすることが可能となる。
図３（Ａ）はプリズム５の構成を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。図３に示すように、プリズム５は、平坦状に形成された入射面５ａと、所定角度αに傾斜した出射面５ｂを有する。たとえば、プリズム５がＢＫ７から作製され、半導体レーザ素子の各ストライプ間の間隔が４０μｍで、焦点距離０．７ｍｍの第１レンズを使用する場合にプリズム５の全長Ｌ１は約１．０ｍｍ、角度αは３．２度±０．１度とする。
偏光方向変換部６は、第１及び第２のレーザ光を一方向にのみ通過させる光アイソレータ部６０と、第１のレーザ光及び第２のレーザ光の偏光方向が互いに直交するように回転させる偏光回転部６１とからなる。
光アイソレータ部６０は、ｍを整数としたときに、光アイソレータ部６０に入射する第１のレーザ光及び第２のレーザ光の偏光方向を同一方向に｛４５×（２ｍ−１）｝度、回転させて出射させる偏光依存型光アイソレータからなる。図２の例では、光アイソレータ部６０は、ファラデー素子６６が一対の偏光子６５によって挟まれて配置されたシングルタイプのものが用いられ、ｍ＝１の場合、すなわち、出射光の偏光方向が入射光の偏光方向に対して４５度回転する。
偏光回転部６１は、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の偏光方向を同一方向に４５度回転させる第１の回転部６１ａと、第１のレーザ光又は第２のレーザ光の一方のみ（図２の例では第２のレーザ光Ｋ２）の偏光方向を９０度回転させる第２の回転部６１ｂとからなる。第１の回転部６１ａはファラデー素子等が用いられ、第２の回転部６１ｂは半波長板等が用いられる。
光アイソレータ部６０と第１の回転部６１ａとは単一のホルダ６０ａに固定されていてもよい。
なお、好ましくは、光アイソレータ部６０によるレーザ光Ｋ１，Ｋ２の偏光方向の回転方向と、第１の回転部６１ａによる偏光方向の回転方向とは、互いに逆方向となるように設定される。後述のように、本実施形態例でプリズム５、半波長板６１ｂ及び複屈折素子７を単一のホルダに固定した偏光合成モジュール５９を用いるが、光アイソレータ部６０によるレーザ光Ｋ１，Ｋ２の偏光方向の回転方向と、第１の回転部６１ａによる偏光方向の回転方向とが互いに逆方向となるように設定すれば、第１の回転部６１ａを出射したレーザ光Ｋ１，Ｋ２のそれぞれの偏光方向は、光アイソレータ部６０と第１の回転部６１ａとがない場合と同じとすることができるので、アイソレータを内蔵した本発明による半導体レーザモジュールと、アイソレータを内蔵しない半導体レーザモジュールとで、同一の設計の偏波合成モジュール５９を使用することが可能となり、部品コストの低減に有利である。
本実施形態例でプリズム５は、第１の回転部６１ａと第２の回転部６１ｂとの間に配置されている。
複屈折素子７は、第１のレーザ光Ｋ１が入射される第１の入力部７ａと、第２のレーザ光Ｋ２が入射される第２の入力部７ｂと、第１の入力部７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂから入射される第２のレーザ光Ｋ２とが合波されて出射される出力部７ｃとを有する。複屈折素子７は、例えば、第１のレーザ光Ｋ１を常光線として出力部７ｃに伝搬させるとともに、第２のレーザ光Ｋ２を異常光線として出力部７ｃに伝搬させる。複屈折素子７は、複屈折率性が高くレーザ光間の分離幅を大きくとれるように、例えばＴｉＯ２（ルチル）で作られる。
本実施形態例においてプリズム５、半波長板６１ｂ及び複屈折素子７を同一のホルダ部材１４に固定した偏光合成モジュール５９を用いている。図４（Ａ）は偏光合成モジュール５９を示し、（Ｂ）のＡ−Ａ線平面断面図、（Ｂ）はその側面断面図、（Ｃ）はその正面図、（Ｄ）は第２の支持部材１９ｂとともに現した斜視図である。図４に示すように、偏光合成モジュール５９のホルダ部材１４は、ＹＡＧレーザ溶接に好適な材料（例えばＳＵＳ４０３、３０４等）で作られ、全体が略円柱状に形成されている。ホルダ部材１４の内部には収容部１４ａが形成され、その収容部１４ａにプリズム５、半波長板６１ｂ及び複屈折素子７がそれぞれ固定される。ホルダ部材１４の上部及び下部は、平坦状に形成されている。
この偏光合成モジュール５９は、図４（Ｄ）に示すように、断面略Ｕ字状に形成された第２の支持部材１９ｂの２つの起立壁の間に嵌め込まれ、この起立壁の間で、Ｙ，Ｚ方向及びθ（Ｚ軸周りの角度）、ならびにΨ（Ｘ軸周りの角度）方向に位置合わせされ、さらに、第２の支持部材１９ｂごとＸ方向及びφ（Ｙ軸周りの角度）方向に位置合わせされた後に第２の支持部材１９ｂを介して第２の基台１８（後述）にＹＡＧレーザ溶接により固定される。
これによって、複屈折素子７の第１の入力部７ａから入射する第１のレーザ光Ｋ１及び第２の入力部７ｂから入射する第２のレーザ光Ｋ２がともに出力部７ｃから出射するように、プリズム５、複屈折素子７の位置を調整することが非常に容易になる。
このように、ホルダ部材１４によって、これらの光部品を一体化しておくと、ホルダ部材１４を第２の支持部材１９ｂを介して移動させるだけで、レーザ光Ｋ１、Ｋ２同士の複屈折素子７の出力部７ｃにおける重なり合い具合を調節できる。
なお、本実施形態例でプリズム５、半波長板（第２の回転部）６１ｂ及び複屈折素子７を固定した偏波合成モジュール５９を用いたが、さらに光アイソレータ部６０と第１の回転部６１ａをも同一のホルダ部材１４に固定した偏光合成モジュールを使用してもよい。
図２に示すように、光ファイバ８は、複屈折素子７の出力部７ｃから出射されるレーザ光を受光し、パッケージ１の外部に送出する。
複屈折素子７と光ファイバ８との間には、複屈折素子７の出力部７ｃから出射されるレーザ光を光ファイバ８に光結合させる第２レンズ１６が配設されている。本実施形態例では、第１レンズ４は、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が、第１レンズ４と第２レンズ１６との間で焦点（Ｆ１、Ｆ２）を結ぶように位置合わせされている。これによって、第１レンズ４と第２レンズ１６間におけるレーザ光のスポットサイズが小さくなって両レーザ光の重なりが防止されるので、第２のレーザ光Ｋ２の光路上にのみ半波長板６１ｂを挿入できるために十分な第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２の分離幅Ｄ’を得るために必要な伝搬距離Ｌ（図２参照）が短くなる。このため、半導体レーザモジュールＭ１の光軸方向の長さを短くすることができる。その結果、例えば高温環境下における半導体レーザ素子２と光ファイバ８との光結合の経時安定性が優れた、信頼性の高い半導体レーザモジュールＭ１を提供できる。
また、第１レンズ４と第２レンズ１６との間のレーザ光のスポット径を小さくできるので、使用する光学部品を小型化することができる。
図１に示すように、半導体レーザ素子２を固定したチップキャリア１１と、フォトダイオード３を固定したフォトダイオードキャリア１２とは、断面略Ｌ字形状の第１の基台１７上に半田付けして固定される。第１の基台１７は、半導体レーザ素子２の発熱に対する放熱性を高めるためにＣｕＷ系合金等で作られているのが好ましい。
第１レンズ４を固定した第１のレンズ保持部材１３と、プリズム５、半波長板６１ｂ及び複屈折素子７をホルダ部材１４に固定した偏光合成モジュール５９とは、第１の基台１７上に予め銀ロウ付け固定されたステンレス鋼製の第２の基台１８上にそれぞれ第１の支持部材１９ａ及び第２の支持部材１９ｂを介してＹＡＧレーザ溶接により固定される。
第１の基台１７の下部にはペルチェ素子からなる冷却装置２０が設けられている。半導体レーザ素子２からの発熱による温度上昇はチップキャリア１１上に設けられたサーミスタ２０ａによって検出され、サーミスタ２０ａより検出された温度が一定温度になるように、冷却装置２０が制御される。これによって、半導体レーザ素子２のレーザ出射を高出力化かつ安定化させることができる。
パッケージ１の側部に形成されたフランジ部１ａの内部には、複屈折素子７を通過した光が入射する窓部１ｂが設けられ、また、フランジ部１ａの端部には、レーザ光を集光する第２レンズ１６が固定されている。第２レンズ１６は、フランジ部１ａの端部にＹＡＧレーザ溶接により固定された第２レンズ保持部材２１によって保持され、第２レンズ保持部材２１の端部には金属製のスライドリング２２を介して光ファイバ８を保持したフェルール２３がＹＡＧレーザ溶接により固定される。
次に、本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１の動作について説明する。
図２に示すように、半導体レーザ素子２の第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の前側端面２ａからそれぞれ出射された第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２は、第１レンズ４を通過して交差した後、間隔が広がり十分分離され、光アイソレータ部６０及び偏光回転部６１の第１の回転部６１ａを通過する。光アイソレータ部６０を通過した第１及び第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２は、それぞれ偏光方向が４５度回転され、偏光回転部６１の第１の回転部６１ａを通過した第１及び第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２は、それぞれ偏光方向が４５度回転されるので、合わせて偏光方向が９０度回転される。
偏光回転部６１の第１の回転部６１ａを通過した第１及び第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２は、プリズム５に入射される。プリズム５に入射した時の第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２との間隔（Ｄ）は約４６０μｍである。プリズム５によって第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２は平行となって出射し（両者の間隔は約５００μｍになる）、第１のレーザ光Ｋ１は、複屈折素子７の第１の入力部７ａに入射され、第２のレーザ光Ｋ２は、偏光回転部６１の第２の回転部６１ｂに入射され、偏光方向を９０度回転された後、複屈折素子７の第２の入力部７ｂに入射される。
複屈折素子７では、第１の入力部７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２の入力部７ｂから入射される第２のレーザ光Ｋ２とが合波されて出力部７ｃから出射される。
複屈折素子７から出射されたレーザ光は、第２レンズ１６によって集光され、光ファイバ８の端面に入射され、伝搬した後、外部に送出される。
本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１によれば、光アイソレータ部６０としてシングルタイプの偏光依存型アイソレータを使用して、レーザ光の偏光方向が４５度回転した場合であっても、光アイソレータ部６１の後段に偏光回転部６１の第１の回転部６１ａ及び第２の回転部６１ｂをそれぞれ設けているので、第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光とが、所定の偏光状態で複屈折素子７の第１の入力部７ａ、第２の入力部７ｂにそれぞれ入力される。従って、複屈折素子７に入射するレーザ光のそれぞれが常光と異常光とに分離することなく、複屈折素子７内を伝搬し出力部７ｃに到達するので、出力部７ｃに到達するレーザ光が減少することがなく、高出力の半導体レーザモジュールを得ることが可能となる。
次に、本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１の製造方法について説明する。
まず、半導体レーザ素子２を固定したチップキャリア１１と、フォトダイオード３を固定したフォトダイオードキャリア１２を、第１の基台１７上に半田付けして固定する。
次いで、第２の基台１８上に第１レンズ４を調芯して固定する。この第１レンズ４の調芯工程では、半導体レーザ素子２に電流を供給して第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を半導体レーザ素子２の第１のストライプ９及び第２のストライプ１０の双方から出射させ、その出射方向を基準方向として設定した後、第１レンズ４を挿入し、ＸＹＺ軸方向の位置を決める。
図２７は、第１レンズ４の調芯工程を説明するための説明図である。Ｘ軸方向については、図２７（Ａ）に示すように、上記のようにして設定された基準方向（中心軸Ｃ２）と第１のレーザ光Ｋ１との角度θ１と、中心軸Ｃ２と第２のレーザ光Ｋ２との角度θ２とが等しくなる位置で決める。Ｙ軸方向については、図２７（Ｂ）に示すように、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４の中心を通る位置で決める。Ｚ軸については、第１レンズ４を出射する各レーザ光が、第１レンズ４と第２レンズ１６との間の所定の位置でスポット径が最小となるように、第１レンズ４のＺ軸方向の位置を決める。以上の調芯工程で決まった位置で第１レンズ４を保持する第１レンズ保持部材１３を、第２の基台１８上に第１の支持部材１９ａを介してＹＡＧレーザ溶接して固定する。
次に、第２の基台１８上に、光アイソレータ部６０と第１の回転部６１ａとを固定する。光アイソレータ部６０は、第２の基台１８上で基準方向（中心軸Ｃ２）の周りに回転させ、出射される光の強度が最大となるように位置合わせし、ＹＡＧレーザ溶接等によって固定する。
次いで、第２の基台１８上に、プリズム５、半波長板６、ＰＢＣ７を一体化した偏波合成モジュール５９を調芯して固定する。この偏波合成モジュール５９の調芯工程では、位置合わせ用のダミーファイバ（レンズ付きファイバ、不図示）をＰＢＣ７の出力部７ｃからの合成光を受光しうる位置に配置し、そのファイバに結合する光強度が最大になるように、ホルダ部材１４の、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸方向ならびにθ（Ｚ軸周りの角度）、φ（Ｙ軸周りの角度）、Ψ（Ｘ軸周りの角度）方向の位置を決める（図４参照）。この際、ホルダ部材１４は、図４（Ｄ）のように断面略Ｕ字形状の第２の支持部材１９ｂの２つの起立壁間に嵌め込まれた状態で、Ｙ，Ｚ，θ，Ψの各方向について位置合わせされ、また、第２の支持部材１９ｂごとＸ軸方向及びφ方向に移動させることによって位置合わせされる。
以上の調芯工程で決まった位置で、図４（Ｄ）のように、第２の支持部材１９ｂを第２の基台１８にＹＡＧレーザ溶接し、次いで、ホルダ部材１４を第２の支持部材１９ｂの起立壁にＹＡＧレーザ溶接する。このようにして、ホルダ部材１４が、第２の基台１８上に固定される。
次いで、第１の基台１７を、予めパッケージ１の底板上に固定された冷却装置２０上で、ＰＢＣ７の出力部７ｃから出射されるレーザ光がフランジ１ａの中心を通過するように位置合わせして半田固定する。
次いで、半導体レーザ素子２及びモニタ用のフォトダイオード３を、金ワイヤ（図示せず）を介してパッケージ１のリード（図示せず）と電気的に接続する。
次いで、不活性ガス（例えばＮ２、Ｘｅ）雰囲気においてパッケージ１上部に蓋１ｃを被せて、その周縁部を抵抗溶接することにより気密封止する。
次いで、パッケージ１のフランジ部１ａに対し第２レンズ１６をＸＹ面内及びＺ軸方向で調芯して固定する。この工程では、まず、フランジ部１ａの端面上において第２レンズ保持部材２１をスライドリング１ｄに挿入した状態で動かし、第２レンズ１６からの出射光がパッケージ１のフランジ部１ａの中心軸（Ｚ軸に平行）と平行になる位置で、スライドリング１ｄをフランジ部１ａの端部にＹＡＧレーザ溶接する。次に、第２レンズ１６からの出射光の広がり角度をモニタしながら、第２レンズ保持部材２１をＺ軸方向に動かし、この広がり角が光ファイバ８の受光角（ＮＡ）に略等しくなる位置において、第２レンズ保持部材２１とスライドリング１ｄとをＹＡＧレーザ溶接する。
最後に、光ファイバ８を調芯して固定する。この工程では、フェルール２３をスライドリング２２に挿通した状態で把持し、この状態で、フェルール２３とスライドリング２２とを光ファイバ８の光軸と垂直な面内（ＸＹ面内）及び光ファイバ８の光軸方向（Ｚ方向）で、光ファイバ８に結合する光量が最大となるように位置調整する。
このようにして、光ファイバ８の位置決めが終了したら、その位置でフェルール２３をスライドリング２２の内部にＹＡＧレーザ溶接により固定する。次いで、スライドリング２２と第２レンズ保持部材２１とを、両者の境界部においてＹＡＧレーザ溶接して固定する。
これによって半導体レーザモジュールＭ１の組立が終了する。
なお、本発明の半導体レーザモジュールは、上記構成のものに限定されることなく、例えば図５に半導体レーザモジュールＭ２として示したように、複屈折素子７に第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２とが非平行に入射し、常光線である第１のレーザ光Ｋ１が光ファイバ８の軸線方向に伝搬し、かつ異常光線である第２のレーザ光Ｋ２が複屈折素子７の出力部７ｃから第１のレーザ光Ｋ１とともに光ファイバの軸線方向に平行に出射するように、複屈折素子７の入射面が楔形に傾斜して形成されていてもよい。
また、図６に半導体レーザモジュールＭ３として示すように、第１レンズ４を出射した後の第１のレーザ光Ｋ１が、光ファイバ８の軸線方向に伝搬するように、半導体レーザ素子２及び第１レンズ４を該軸線方向に対して所定角度傾斜して配置するとともに、複屈折素子７の第２の入力部７ｂを第１の入力部７ａに対して傾斜するように形成してもよい。
さらに、図７に半導体レーザモジュールＭ４として示すように、第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズの略中心を通過するように第１レンズ４を配置するとともに、第２のレーザ光Ｋ２が、光ファイバ８の軸線方向に伝搬し、かつ、第１のレーザ光Ｋ１が出力部７ｃから第２のレーザ光Ｋ２とともに出射されるように、第１の入力部７ａが第２の入力部７ｂに対して傾斜して形成されていてもよい。
上記構成の半導体レーザモジュールＭ２乃至Ｍ４でプリズム５を配設する必要がなくなり、構成を簡略化することができるとともに、半導体レーザモジュールの光軸方向の長さを短くできるため、高温環境下における光出力特性に対するパッケージの反りの影響などを受けにくくできる。
さらに、図８に半導体レーザモジュールＭ５として示すように、楔形の複数（８では２つ）のプリズム５ａ，５ｂが光軸方向に沿って設けられ、これによって、第１レンズ４を出射した２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２が平行にされる構成としてもよい。この実施形態例では、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２を精度よく互いに平行にすることができる。
ここで、本発明の実施形態例の半導体レーザモジュールに使用される半導体レーザ素子２について説明する。図９（Ａ）、（Ｂ）は本発明の半導体レーザモジュールに使用される半導体レーザ素子２の構成を説明するための説明図、図１０は半導体レーザ素子２の他の例を示す説明図である。なお、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
図９（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子２は、例えば有機金属気相成長法、液相法、分子線エピタキシャル成長法、ガスソース分子線エピタキシャル成長法等の公知のエピタキシャル成長法により、所定の半導体からなる基板２４の上に、所定の半導体のエビタキシャル結晶成長を行って後述する積層構造２５を形成した後、基板２４の底面に下部電極２６、積層構造２５の上面に上部電極２７を形成し、へき開を行って所定の共振器長Ｌ３とし、更に一方のへき開面（前端面２ａ）に低反射膜２８（例えば反射率５％以下）を成膜し、他方のへき開面（後端面２ｂ）に高反射膜２９（例えば反射率９０％以上）を成膜した構造になっている。
図９（Ｂ）に示すように、基板２４上の積層構造２５は、例えば埋め込み型ＢＨ（Ｂｕｒｉｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造になっていて、例えばＩｎＰから成る基板２４の上に、例えばｎ−ＩｎＰクラッド層３１、例えばＧａＩｎＡｓＰ多層膜により構成されたＧＲＩＮ―ＳＣＨ−ＭＱＷ（Ｇｒａｄｅｄ  Ｉｎｄｅｘ  Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍｎ  Ｗｅｌｌ）から成る活性層３２、例えばｐ−ＩｎＰクラッド層３３が順次積層されており、更に、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３の上に、例えばｐ−ＩｎＰから成る埋め込み層３４、例えばｐ−ＧａＩｎＡｓＰから成るキャップ層３５が積層されている。そして、このキャップ層３５の上に上部電極２７が形成され、また基板２４の底面には下部電極２６が形成されている。
そして、上記した下部ｎ−ＩｎＰクラッド層３１、活性層３２、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３は、４０−６０μｍの間隔を介して互いに平行に並んだ２本のストライプ状に加工され、その側面に例えばｐ−ＩｎＰブロッキング層３６とｎ−ＩｎＰブロッキング層３７をこの順序で積層することにより、活性層３２への注入電流狭窄部が形成されている。
上記した活性層３２としては、例えば、基板２４に対する格子不整合率が０．５％以上１．５％以下となるような圧縮歪み量子井戸構造を採用し、かつ井戸数が５個程度の多重量子井戸構造を使用するのが、高出力化の観点から有利である。また、歪み量子井戸構造として、その障壁層を井戸層の歪みと反対の引っ張り歪みを導入して成る歪み補償構造とすれば、等価的に格子整合条件を満たすことができるため、井戸層の格子不整合度に関しては更に高い値を用いることも可能である。
本実施形態例では、下部ｎ−ＩｎＰクラッド層３１、ＧＲＩＮ―ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３２、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３からなる発光部が、図９（Ｂ）の紙面に垂直な方向にストライプ状に延びて形成されており、この部分をそれぞれストライプ９，１０と称する。
この半導体レーザ素子２は、上部電極２７側を、図１（Ｂ）に示すヒートシンク５８にＡｕＳｎ半田等により接着される。そして、２つのストライプは、上部電極２７（本実施形態例ではｐ側）及び下部電極２６（本実施形態例ではｎ側）を通して外部より供給される電流により、同時にレーザ発振し、低反射膜２８を通して２つのレーザ光を出射する。
ここで、２つのストライプの特性が全く同じであるとすると、本実施形態例に係る半導体レーザ素子２のしきい値電流は、ストライプ１本のしきい値電流の２倍、全光出力は、ストライプ１本の光出力の２倍となる。すなわち、半導体レーザ素子２全体としては、ストライプ１本当たりの駆動電流の約２倍の駆動電流で約２倍の光出力が得られ、半導体レーザ素子２のスロープ効率は１本のストライプを有する半導体レーザ素子２と変わらない。
なお、上記した例では、半導体レーザ素子２は、ＩｎＰ系の埋め込み型ＢＨ構造のものを説明したが、例えば図１０に示すようなＧａＡｓ系のリッジ導波路型の半導体レーザ素子２であってもよい。図１０に示すように、この半導体レーザ素子２は、ｎ−ＧａＡｓからなる基板４０上に、ｎ型下部クラッド層４１、活性層４２、ｐ型上部クラッド層４３、絶縁層４４、ｐ−ＧａＡｓ層４５を積層し、２つのリッジ部が形成されている。絶縁層４４及びｐ−ＧａＡｓ層４５上には上部電極（ｐ電極）４６が形成され、基板４０の底面には下部電極（ｎ電極）４７が形成されている。
リッジ部は、図１０の紙面に垂直な方向にストライプ状に延びて形成され、当該リッジ部直下の部分の活性層４２がそれぞれ発光する。この発光部をそれぞれストライプ９，１０と称する。もちろん、ＩｎＰ系でリッジ型ＬＤを作製することも可能である。
なお、上述した半導体レーザ素子２の第１のストライプ９と第２のストライプ１０は、互いに長手方向に平行に延びて形成されているが、これに限らず例えば図１１に示すように、傾斜して形成されていてもよい。図１１では、右側が光を出射させる方向であり、右側に行くに従ってストライプ９，１０の間隔が狭くなっている。この場合、２本のストライプ９，１０から出射される２本のレーザ光は半導体レーザ素子２から短距離で交差するので、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ４を通過後、第２のレーザ光Ｋ２の光路上にのみ半波長板６１ｂを挿入できる程度に十分に分離する（図２においてＤ’が十分大きくなることをいう）ために必要な伝搬距離（Ｌ）が短くなるため、半導体レーザモジュールＭ１の光軸方向の長さを短くすることができる。
さらに、図１１とは逆、右側に行くに従ってストライプ９，１０の間隔が広がるようにしても、同様に上記伝搬距離Ｌを短くすることができる。
（第２の実施形態例）
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールに使用され、図９に示す半導体レーザ素子２とは異なる構成の半導体レーザ素子６８を示す。図１２（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図１２（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、ｃ−ｃ線断面図である。
本第２の実施形態例では、半導体レーザ素子６８の各ストライプに所定の中心波長λ０を有する光を選択する回折格子７５を形成することにより、各ストライプから出射されるレーザ光Ｋ１，Ｋ２の波長を安定化している。
図１２に示すように、第２の実施形態例の半導体レーザ素子６８は、ｎ−ＩｎＰ基板６９の（１００）面上に、順次、バッファ層と下部クラッド層とを兼ねたｎ−ＩｎＰバッファ層７０、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７１、ｐ−ＩｎＰクラッド層７２、および埋め込み層７３、ＧａＩｎＡｓＰキャップ層７４が積層された構造を有する。
２つのストライプ９、１０には、それぞれ膜厚２０ｎｍを有したｐ−ＩｎＧａＡｓの回折格子７５が、所定のピッチで周期的に形成されている。この回折格子７５は、反射率２％以下、より好ましくは１％以下、さらに好ましくは０．２％以下の低光反射率をもつ第２の反射膜８１から反射率８０％以上の高光反射率をもつ第１の反射膜８０側に向けて所定長ＬＧ１分形成され、所定長ＬＧ１以外の部分には形成されていない。この回折格子７５により、中心波長λ０が１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍのレーザ光を選択するようにしている。また、共振器長ＬＲは、８００μｍ以上に設定される。その他の構成は、第１の実施形態例で用いられた半導体レーザ素子２（図９）と同一である。
第１の反射膜８０と第２の反射膜８１とによって形成された光共振器のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層７１内に発生した光は、第１の反射膜８０と第２の反射膜８１との間で反射を繰り返す間に増幅され、第２の反射膜８１を介し、レーザ光として出射される。
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、等価屈折率を「ｎ」とすると、次式で表すことができる。すなわち、
Δλ＝λ０２／（２・ｎ・ＬＲ）
例えば、発振波長λ０を１４８０μｍとし、等価屈折率を３．５とすると、共振器長が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、このことは、一般に共振器長を長くすればするほど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ことを意味する。
一方、本実施形態例の半導体レーザ素子の各ストライプに形成された回折格子７５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７５による選択波長特性は、図１３に示す発振波長スペクトル８２として表される。
この実施形態例では、回折格子７５を有した半導体レーザ素子による発振波長スペクトルの半値幅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。
ここで、従来のＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）等の半導体レーザ素子は、単一縦モード発振を得ることを目的としていたため、縦モード間隔が狭くモード選択性が弱いために単一縦モード発振が困難となる８００μｍ以上の共振器長は使用されなかった。しかしながら、この実施形態例の半導体レーザ素子６８では、共振器長ＬＲを積極的に８００μｍ以上とし、また回折格子の長さＬＧ１あるいは結合係数を変化させることによって、発振スペクトル８２の半値全幅Δλｈを変化させ、これによって半値全幅Δλｈ内の縦モード数を増やすようにしている。例えば図１３では、発振波長スペクトルの半値全幅Δλｈ内に３つの発振縦モード８３ａ〜８３ｃを有している。
本発明では、半導体レーザ素子と光ファイバとの間に光アイソレータを配設するため、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）からの帰還光を用いて発振波長を安定化することは原理的にできないが、本第２の実施形態例の半導体レーザモジュールで用いられる半導体レーザ素子６８は、ストライプに回折格子７５を有しているため、発振波長の安定化を図ることができる。また、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を用いて発振波長の安定化を図る場合と比較して、相対強度雑音（ＲＩＮ）の低いレーザ光が得られる。このため、このような半導体レーザモジュールは、低ノイズのラマン増幅器用励起光源として好適である．
さらに、発振スペクトルの半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードを有する本第２の実施形態例による半導体レーザ素子６８では、全体として同じ光出力で単一縦モード発振する半導体レーザ素子と比較して、各発振縦モードが担うべき強度が低くなる。
図１４（Ａ）、（Ｂ）は、同一の光出力で発振する半導体レーザ素子６８について、（Ａ）単一の発振縦モードで発振する場合と、（Ｂ）複数の発振縦モードで発振する場合について、各々の発振縦モードのスペクトルを示した模式図であり、図中Ｐｔｈで示された破線は、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）が起こる閾値（「ＳＢＳ閾値」と称する）を示したものである。発振スペクトルの半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードを有する本第２の実施形態例による半導体レーザ素子６８では、各発振縦モードの担う強度をＳＢＳ閾値以下に抑えることができるので、ＳＢＳの発生が抑制され、高利得、低ノイズの増幅が可能となる．
なお、複数の発振縦モードで発振させる場合、発振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、発振スペクトル内における縦モードの変動によって、雑音や利得変動を発生させる場合がある。このため、発振スペクトル８２の半値幅Δλｈは、３ｎｍ以下、好ましくは、２ｎｍ以下とするのがよい。
（第３の実施形態例）
図１５は、本発明の第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
図１５に示すように、本発明の第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ６では、プリズム５は、光アイソレータ部６０と偏光回転部６２との間に配置されている。偏光回転部６２は、プリズム５と複屈折素子７の第１の入力部７ａとの間に配置され、第１のレーザ光Ｋ１の偏光方向を４５度回転させる第１の偏光回転素子６２ａと、プリズム５と複屈折素子７の第２の入力部７ｂとの間に配置され、第２のレーザ光Ｋ２の偏光方向をマイナス（−）４５度回転させる第２の偏光回転素子６２ｂとからなる。偏光回転素子６２ａ、６２ｂとしては、半波長板６やファラデー素子６６を利用することができる。その他の構成については、第１の実施形態例と同様である。
本発明の第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ６によれば、光アイソレータ部６０としてシングルタイプの偏光依存型アイソレータを使用して、レーザ光の偏光方向が４５度回転する場合であっても、光アイソレータ部６０の後段に、レーザ光の偏光方向を互いに逆方向に４５度回転させる第１の偏光回転素子６２ａ及び第２の偏光回転素子６２ｂからなる偏光回転部６２を設けているので、第１のレーザ光Ｋ１の偏光方向は９０度回転し、第２のレーザ光の偏光方向はそのまま（０度回転）の状態で複屈折素子７の第１の入力部７ａ、第２の入力部７ｂにそれぞれ入力される。従って、複屈折素子７に入射するレーザ光のそれぞれが常光と異常光とに分離することなく、複屈折素子７内を伝搬し出力部７ｃに到達するので、出力部７ｃに到達するレーザ光の光量が減少することがなく、高出力の半導体レーザモジュールを得ることが可能となる。
（第４の実施形態例）
図１６は、本発明の第４の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
図１６に示すように、本発明の第４の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ７では、光アイソレータ部６３は、ｎを整数としたときに、光アイソレータ部６３に入射する第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２の偏光方向を同一方向に（４５×２ｎ）度回転させて出射させる偏光依存型光アイソレータからなる。図１６の例では、光アイソレータ部６３は、３つの偏光子６５の間にそれぞれ２つのファラデー素子６６ａ、６６ｂが配置されているセミダブルタイプのものが用いられ、ｎ＝１の場合、すなわち、出射光の偏光方向が入射光の偏光方向に対して９０度回転する。
偏光回転部６４は、第２のレーザ光Ｋ２の偏光方向を９０度回転させ、例えば半波長板が用いられる。プリズム５は、光アイソレータ部６３と偏光回転部６４との間に配置される。その他の構成については、第１の実施形態例と同様である。
本発明の第４の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ７によれば、光アイソレータ部６３としてセミダブルタイプの偏光依存型アイソレータを使用しているので、アイソレーションを高くとることができ、レーザ光の反射戻り光に対する安定性を向上させることができる。
また、第１のレーザ光の偏光方向は、光アイソレータ部６３によって９０度回転した状態で複屈折素子７の第１の入力部７ａに入力され、第２のレーザ光の偏光方向は、光アイソレータ部６３と偏光回転部６４とによって実質的に回転されることなく、複屈折素子７の第２の入力部７ｂにそれぞれ入力される。従って、複屈折素子７に入射するレーザ光のそれぞれが常光と異常光とに分離することなく、複屈折素子７内を伝搬し出力部７ｃに到達するので、出力部７ｃに到達するレーザ光の強度が減少することがなく、高出力の半導体レーザモジュールを得ることが可能となる。
なお、光アイソレータ部６３として、ダブルタイプの偏光依存型アイソレータを用いてもよい。
また、２つのファラデー素子６６ａ、６６ｂによるレーザ光の偏光の回転方向を互いに逆方向とすれば、光アイソレータ部６３を出射したレーザ光Ｋ１，Ｋ２の偏光方向を、光アイソレータ部６３がない場合と同じとすることができる。このため、アイソレータを内蔵した本発明による半導体レーザモジュールと、アイソレータを内蔵しない半導体レーザモジュールとで、同一の設計の偏光合成モジュール５９を使用することが可能となり、部品コストの低減に有利である。
（第５の実施形態例）
図１７は、本発明の第５の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ８の構成を模式化して示す説明図である。
第５の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ８は、第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１の変形例であり、プリズム５が、第１レンズ４と光アイソレータ部６０との間に配置されている。その他の構成については、第１の実施形態例と同様である。
（第６の実施形態例）
図１８は、本発明の第６の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ９の構成を模式化して示す説明図である。
第６の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ８は、図１５に示す第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ６の変形例であり、プリズム５が、第１レンズ４と光アイソレータ部６０との間に配置されている。その他の構成については、第３の実施形態例と同様である。
（第７の実施形態例）
図１９は、本発明の第７の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１０の構成を模式化して示す説明図である。
第７の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１０は、図１６に示す第４の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ７の変形例であり、プリズム５が、第１レンズ４と光アイソレータ部６３との間に配置されている。その他の構成については、第４の実施形態例と同様である。
（第８の実施形態例）
図２４は、本発明の第８の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１１の構成を模式化して示す説明図である。
第８の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１１は、５００μｍ程度の間隔を介して互いに平行に形成された第１及び第２のストライプ９、１０を有する単一の半導体レーザ素子２と、第１及び第２のストライプから出射された２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２をそれぞれ平行光とする２つの第１レンズ４（本実施形態例では、２つの第１レンズ４は、レンズアレイとして構成されている。）と、第１及び第２のレーザ光を一方向にのみ通過させる光アイソレータ部６０と、光アイソレータ部６０から出射された第１及び第２のレーザ光の偏光方向を４５度回転させる２つの偏光回転素子６１ａ（第１の回転部）と第１のレーザ光Ｋ１の偏光方向のみ９０度回転させる偏光回転素子６１ｂ（第２の回転部）とからなる偏光回転部６１と、第１及び第２のレーザ光を偏光合成する複屈折素子７と、複屈折素子７の出力部７ｃから出射される合成光を受光して伝送する光ファイバ８を有する。
図２４に示した本実施形態例において、光アイソレータ部６０は、各レーザ光についてそれぞれ設けられる２つのアイソレータとしているが、単一のアイソレータに２つのレーザ光を通過させるものであっても構わないことは言うまでもない。また、第１の偏光回転部６１ａについても、単一の偏光回転素子を利用するものであってもよい。
本実施形態例においても、第１乃至第７の実施形態例と同様、複屈折素子７に入射したレーザ光のそれぞれが常光線と異常光線とに分離することなく複屈折素子７内を伝搬し、出力部７ｃに到達するので、出力部７ｃに到達するレーザ光の強度が減少することがなく、高出力の半導体レーザモジュールを作製することが可能である。
なお、本第８の実施形態例においては、光アイソレータ部６０及び偏光回転部６１として一例についてのみ説明したが、複屈折素子７の入力部７ａ，７ｂにおいて両レーザ光の偏光方向が直交し、偏波合成されたレーザ光が出力部７ｃから出射されるものである限り、上記第１乃至第７の実施形態例に示した種々の光アイソレータ部６０及び偏光回転部６１が使用できることは言うまでもない。
（第９の実施形態例）
図２５は、本発明の第９の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１２の構成を模式化して示す説明図である。
第９の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１２は、それぞれ第１、第２のストライプ９，１０を有する２つの半導体レーザ素子２と、第１及び第２のストライプから出射された２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２をそれぞれ平行光とする２つの第１レンズ４と、第１及び第２のレーザ光を一方向にのみ通過させる光アイソレータ部６０と、光アイソレータ部６０から出射された第１及び第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２の偏光方向を互いに逆方向に４５度回転させる２つの偏光回転素子６２ａ、６２ｂとからなる偏光回転部６２と、第１及び第２のレーザ光を偏光合成する偏光合成素子７と、第１又は第２のレーザ光の光路を曲げて偏光合成素子７に入射させるミラー９４と、偏光合成素子７の出力部から出射される合成光を受光して伝送する光ファイバ８を有する。
図２５に示した本実施形態例において、光アイソレータ部６０は、各レーザ光についてそれぞれ設けられる２つのアイソレータとしているが、単一のアイソレータに２つのレーザ光を通過させるものであっても構わないことは言うまでもない。
本実施形態例においても、第１乃至第８の実施形態例と同様、偏光合成素子７に入射したレーザ光のそれぞれが偏光分離することなく出力部７ｃに到達するので、出力部７ｃに到達するレーザ光が減少することがなく、高出力の半導体レーザモジュールを作製することが可能である。
なお、本第９の実施形態例においては、光アイソレータ部６０及び偏光回転部６２として一例についてのみ説明したが、偏光合成素子７の入力部７ａ，７ｂにおいて両レーザ光の偏光方向が直交し、偏光合成されたレーザ光が出力部７ｃから出射されうるものである限り、上記第１乃至第８の実施形態例に示した種々の光アイソレータ部６０及び偏光回転部６２が使用できることは言うまでもない。
（第１０の実施形態例）
図２６は、本発明の第１０の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１３の構成を模式化して示す説明図である。
第１０の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１３は、５００μｍ程度の間隔を介して互いに平行に形成された第１及び第２のストライプ９、１０を有する単一の半導体レーザ素子２と、第１及び第２のストライプから出射された２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２をそれぞれ平行光とする２つの第１レンズ４（本実施形態例では、２つの第１レンズ４は、レンズアレイとして構成されている。）と、第１及び第２のレーザ光のそれぞれを一方向にのみ通過させる２つの偏光依存型光アイソレータ６ａ，６ｂからなる偏光方向変換部６と、第１及び第２のレーザ光を偏光合成する複屈折素子７と、複屈折素子７の出力部７ｃから出射される合成光を受光して伝送する光ファイバ８を有する。
ここで、本実施形態例の半導体レーザモジュールＭ１３では、第１のレーザ光Ｋ１を通過させる偏光依存型光アイソレータ６ａと、第２のレーザ光Ｋ２を通過させる偏光依存型光アイソレータ６ｂとは、ともに図２３（Ｂ）又は（Ｃ）に示したセミダブル又はダブルタイプの光アイソレータであるが、第１のレーザ光Ｋ１を通過させる偏光依存型光アイソレータ６ａでは、出射光の偏光方向が入射光の偏光方向に対して変化しないのに対して、第２のレーザ光Ｋ２を通過させる偏光依存型光アイソレータ６ｂでは、出射光の偏光方向が入射光の偏光方向に対して９０度回転する点で異なっている。このような関係を有する偏光依存型光アイソレータを２つ用いることで、第１のレーザ光Ｋ１及び第２のレーザ光Ｋ２を一方向にのみ通過させるとともに、これら２つのレーザ光の偏光方向を互いに直交するように変換する偏光方向変換部６が構成されている。
なお、前述したように、セミダブル又はダブルタイプの偏光依存型光アイソレータ６ａ，６ｂは、ファラデー素子６６ａａ又は６６ａｂにおける偏光の回転方向に対して、ファラデー素子６６ｂａ，６６ｂｂにおける偏光の回転方向をそれぞれ逆方向、同一方向に設定することにより、上記した特性を有する偏光依存型光アイソレータ６ａ，６ｂが得られる。
本実施形態例においても、第１乃至第９の実施形態例と同様、複屈折素子７に入射したレーザ光のそれぞれが常光線と異常光線とに分離することなく複屈折素子７内を伝搬し、出力部７ｃに到達するので、出力部７ｃに到達するレーザ光の強度が減少することがなく、高出力の半導体レーザモジュールを作製することが可能である。
なお、本第１０の実施形態例では、第１及び第２のストライプ９、１０を有する単一の半導体レーザ素子２と、第１及び第２のストライプから出射された２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２をそれぞれ平行光とする２つの第１レンズからなるレンズアレイ４を用いた構成を示したが、第１レンズは必ずしもレンズアレイとして構成される必要はなく、また、半導体レーザ素子についても、第９の実施形態例に示したように、各々１つのストライプを有する２つの半導体レーザ素子であっても構わない。
（第１１の実施形態例）
第１１の実施形態例は、上述した第１〜第１０の実施形態例に示した半導体レーザモジュールをラマン増幅器に適用したものである。
図２０は、本発明の第１１の実施形態例であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。このラマン増幅器は、例えばＷＤＭ通信システムに用いられる。
図２０に示すように、本発明の第１１の実施形態例に係るラマン増幅器４８は、信号光が入力される入力部４９と、信号光が出力される出力部５０と、入力部４９と出力部５０の間で信号光を伝送する光ファイバ（増幅用ファイバ）５１と、励起光を発生させる励起光発生部５２と、励起光発生部５２によって発生された励起光と光ファイバ（増幅用ファイバ）５１に伝送される信号光とを合波するＷＤＭカプラ５３とを有する。入力部４９とＷＤＭカプラ５３との間及び出力部５０とＷＤＭカプラ５３との間には、入力部４９から出力部５０への方向の信号光だけを通過させる光アイソレータ５４がそれぞれ設けられている。
励起光発生部５２は、互いに波長帯の異なるレーザ光を出射する本発明の実施形態例に係る複数の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合成するＷＤＭカプラ５５とを有する。
半導体レーザモジュールＭから出射された励起光は、光ファイバ５５ａを介してＷＤＭカプラ５５によって合成され、励起光発生部５２の出射光となる。
励起光発生部５２で発生した励起光は、ＷＤＭカプラ５３により光ファイバ５１に結合され、一方、入力部４９から入力された信号光は、光ファイバ５１で励起光と合波されて増幅され、ＷＤＭカプラ５３を通過し、出力部５０から出力される。
光ファイバ５１内において増幅された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ５３及び光アイソレータ５４を介してモニタ光分配用カプラ５６に入力される。モニタ光分配用カプラ５６は、増幅信号光の一部を制御回路５７に分配し、残りの増幅信号光は出射レーザ光として出力部５０から出力される。
制御回路５７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モジュールＭのレーザ出射状態、例えば光強度を制御し、光増幅の利得が波長に対して平坦な特性となるようにフィードバック制御する。
このラマン増幅器４８では、各ストライプからの出射光が偏光合成された半導体レーザモジュールを用いているので、高い利得を得ることができるとともに、信号光の偏光状態によらず、安定した利得を得ることができる。
また、第２の実施形態例のようにストライプに回折格子７５が設けられ、複数の縦モードで発振する半導体レーザ素子が内蔵された半導体レーザモジュールを用いた場合には、ＦＢＧを用いた半導体レーザモジュールに比して励起光の相対強度雑音（ＲＩＮ）を低減することができるので、増幅された信号光のノイズを抑えることができる。また、励起光の誘導ブリルアン散乱の発生が防止されるので、低ノイズで、かつ高いラマン利得を得ることができる。
また、図２０に示したラマン増幅器は、後方励起方式であるが、上述したように、半導体レーザモジュールが無偏光化され、かつ相対強度雑音（ＲＩＮ）の低減された励起光を出力するため、前方励起方式であっても、双方向励起方式であっても、信号光の偏光状態によらず、安定した利得を得ることができる。
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。例えば、光アイソレータ部としては、ファラデー素子が３以上あるものが用いられた場合にも適用される。
産業上の利用可能性
本発明によれば、半導体レーザ素子から出射された２つのレーザ光を一方向にのみ通過させるとともに、これらの偏光方向が互いに直交するように変換する偏光方向変換部を備えているので、複屈折素子に入射するレーザ光は、それぞれ常光と異常光に分離することなく、複屈折素子内を伝搬し出力部に到達するので、出力部に到達するレーザ光の光量が減少することがなく、高出力の半導体レーザモジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１（Ａ）は本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を示す側面断面図、（Ｂ）は半導体レーザ素子がヒートシンク上に固定して取り付けられている状態を示す側面図である。
図２（Ａ）は本発明の第１の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの光学系の構成を模式化して示す説明図である。
図３（Ａ）プリズムの構成を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。
図４（Ａ）は偏光合成モジュールを示し、（Ｂ）のＡ−Ａ線平面断面図、（Ｂ）はその側面断面図、（Ｃ）はその正面図、（Ｄ）はその斜視図である。
図５は、本発明の実施形態態例に係る半導体レーザモジュールの変形例の構成を模式化して示す説明図である。
図６は、本発明の実施形態態例に係る半導体レーザモジュールの変形例の構成を模式化して示す説明図である。
図７は、本発明の実施形態態例に係る半導体レーザモジュールの変形例の構成を模式化して示す説明図である。
図８は、本発明の実施形態態例に係る半導体レーザモジュールの変形例の構成を模式化して示す説明図である。
図９（Ａ）、（Ｂ）は半導体レーザ素子の構成を説明するための説明図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
図１０は、半導体レーザ素子の他の例を示す説明図である。
図１１は、本発明の実施形態例の半導体レーザ素子の変形例を示す説明図である。
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２の実施形態例の半導体レーザモジュールに使用される半導体レーザ素子の構成を説明するための説明図である。
図１３は、本発明の第２の実施形態例に係る半導体レーザモジュールに使用される半導体レーザ素子の発振波長スペクトルと発振縦モードとの関係を示すグラフである。
図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、単一縦モード発振と複数縦モード発振の各場合における発振縦モード強度と誘導ブリルアン散乱の閾値との関係を示す図である。
図１５は、本発明の第３の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
図１６は、本発明の第４の実施形態例に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
図１７は、本発明の第５の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ８の構成を模式化して示す説明図である。
図１８は、本発明の第６の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ９の構成を模式化して示す説明図である。
図１９は、本発明の第７の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１０の構成を模式化して示す説明図である。
図２０は、本発明の第１１の実施形態例であるラマン増幅器の構成を示すブロック図である。
図２１は、米国特許第５５８９６８４号公報に開示された従来の半導体レーザ装置を説明するための説明図である。
図２２は、関連技術に係る半導体レーザモジュールの構成を模式化して示す説明図である。
図２３（Ａ）はシングルタイプの偏光依存型アイソレータを示す説明図、（Ｂ）はセミダブルタイプの偏光依存型アイソレータを示す説明図、（Ｃ）はダブルタイプの偏光依存型アイソレータを示す説明図である。
図２４は、本発明の第８の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１１の構成を模式化して示す説明図である。
図２５は、本発明の第９の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１２の構成を模式化して示す説明図である。
図２６は、本発明の第１０の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１３の構成を模式化して示す説明図である。
図２７（Ａ）及び（Ｂ）は、第１レンズの調芯工程を説明するための説明図である。
【図１】
2003005106.tif 000003
【図２】
2003005106.tif 000004
【図３】
2003005106.tif 000005
【図４】
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【図５】
2003005106.tif 000007
【図６】
2003005106.tif 000008
【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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【図２７】
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【国際調査報告】
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