(57)【要約】本発明に係る半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子２と、半導体レーザ素子２を収容するパッケージ１と、パッケージ１内に固定され、半導体レーザ素子２から出射される２つのレーザ光を偏波合成するＰＢＣ７と、パッケージ１内に固定され、ＰＢＣ７から出力される合成光を無偏光化する無偏光化素子１１０と、無偏光化素子１１０から出力される光を受光する光ファイバ８とを有する。
2003005509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するストライプを有する半導体レーザ素子と、
前記ストライプから出射されるレーザ光を受光して伝送する光ファイバと、
前記ストライプから出射されるレーザ光を入射し、前記光ファイバに光結合させる第１レンズと、
前記半導体レーザ素子を収容するパッケージと、
前記半導体レーザ素子と前記光ファイバとの間に配設され、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を無偏光化する無偏光化素子と、
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】
前記第１レンズと前記光ファイバとの間に、前記第１レンズから出射されたレーザ光を入射して前記光ファイバに集光する第２のレンズが配設されていること
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】
前記無偏光化素子は、前記第１レンズと前記第２レンズの間に配設されていること
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】
前記第１レンズは、前記ストライプから出射されるレーザ光をコリメート光とすること
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】
前記パッケージの内部に固定された冷却装置を有し、
前記半導体レーザ素子は、前記無偏光化素子とともに同一の基台に固定され、
前記基台は、前記冷却装置上に固定されていること
を特徴とする請求項１乃至４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６】
前記光ファイバは、前記パッケージの端面を通過した前記レーザ光を受光するものであり、
前記無偏光化素子は、前記パッケージの前記端面に固定されていること
ことを特徴とする請求項１乃至４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７】
前記第１レンズ及び前記第２レンズのいずれか一方と前記無偏光化素子とは同一のホルダに保持されていること
を特徴とする請求項１乃至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】
前記第１レンズ及び前記第２レンズのいずれか一方と前記無偏光化素子とはそれぞれ別個のホルダに保持され、該ホルダ同士が接合されていること
を特徴とする請求項１乃至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９】
レーザ光を出射するストライプを有する半導体レーザ素子と、
前記ストライプから出射されるレーザ光を受光して伝送する光ファイバと、
前記ストライプから出射されるレーザ光を入射し、前記光ファイバに光結合させる第１レンズと、
前記半導体レーザ素子を収容するパッケージと、
前記半導体レーザ素子と前記光ファイバとの間に配設され、前記ストライプの２つから出射される２つのレーザ光を偏波合成する偏波合成素子と、
前記偏波合成素子と前記光ファイバとの間に配設され、前記偏波合成素子から出射される合成光を無偏光化する無偏光化素子と、
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１０】
前記第１レンズと前記光ファイバとの間に、前記第１レンズから出射されたレーザ光を入射して前記光ファイバに集光する第２のレンズ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】
前記無偏光化素子は、前記偏波合成素子と前記第２レンズの間に配設されていること
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】
前記パッケージの内部に固定された冷却装置を有し、
前記半導体レーザ素子は、前記無偏光化素子とともに同一の基台に固定され、
前記基台は、前記冷却装置上に固定されていること
を特徴とする請求項９乃至１１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１３】
前記光ファイバは、前記パッケージの端面を通過した前記レーザ光を受光するものであり、
前記無偏光化素子は、前記パッケージの前記端面に固定されていること
を特徴とする請求項９乃至１１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１４】
前記第２レンズと前記無偏光化素子とは同一のホルダに保持されていること
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】
前記第２レンズと前記無偏光化素子とはそれぞれ別個のホルダに保持され、該ホルダ同士が接合されていること
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１６】
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のストライプを有する単一の半導体レーザ素子であり、
前記２つのレーザ光は、前記第１のストライプ及び第２のストライプからそれぞれ出射される第１のレーザ光及び第２のレーザ光であること
を特徴とする請求項９乃至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】
前記第１のストライプ及び第２のストライプは、１００μｍ以下の間隔を介して並んでいることを特徴とする請求項１６に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１８】
前記第１レンズは、前記第１及び第２のストライプから出射された前記第１及び第２のレーザ光を、前記第１及び第２のストライプの並び方向に分離させる単一のレンズであること
を特徴とする請求項１７に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項１９】
各ストライプに所定の波長の光を選択する回折格子が設けられていることを特徴とする請求項９乃至１８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２０】
各ストライプは、それぞれ発振スペクトル内に複数の発振縦モードを有するレーザ光を出射することを特徴とする請求項１９に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２１】
各ストライプから出射されるレーザ光の波長が異なることを特徴とする請求項９乃至２０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２２】
各ストライプから出射されるレーザ光の発振縦モードの波長が互いにずれていることを特徴とする請求項９乃至２１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２３】
各レーザ光に含まれる発振縦モードで形成される発振波長スペクトルが、最大強度との差分値が３ｄＢ以下となる範囲内で互いに交差しないことを特徴とする請求項２１に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２４】
前記請求項１乃至２３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２５】
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る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から出射されるレーザ光を入射し、前記光ファイバに光結合させる少なくとも１つのレンズと、
前記半導体レーザ素子を収容するパッケージと、
前記半導体レーザ素子と前記光ファイバとの間に配設され、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を無偏光化する無偏光化素子と、
を有する半導体レーザモジュールの製造方法であって、
前記無偏光化素子から出射されるレーザ光の偏光度が、所定値以下となるように、前記無偏光化素子を前記レーザ光の光軸の周りに回転させて位置決めする工程を有すること、
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２６】
前記無偏光化素子は、前記レンズに固定された状態で前記レーザ光の光軸の周りに回転させて位置決めする請求項２５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】
技術分野
本発明は、半導体レーザモジュール、ラマン増幅器及び半導体レーザモジュールの製造方法に関し、特に、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を光ファイバに結合させる半導体レーザモジュール、ラマン増幅器及び半導体レーザモジュールの製造方法に関する。
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、励起光の偏波を解消（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。
従来、励起光源の偏光度を低減させるために、半導体レーザモジュールから外部にレーザ光を出力する出力用光ファイバの先端部にデポラライザ（偏波保持ファイバ）を結合し、かつ当該偏波保持ファイバを、その主軸が、レーザの偏光方向に対し、４５度傾くように配置する技術が知られている（以下、この技術を従来例１という）。
また、励起光源の高出力化及び無偏光化を同時に実現する方法として、例えば、例えば米国特許第５５８９６８４号公報に開示されているように、同一波長で発振する２つの半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を偏波合成カブラにより偏波合成する方法が知られている。
図２８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２８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波合成する偏波合成カプラ（キューブビームスプリッタ）１０４と、偏波合成カプラ１０４によって偏波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波合成カプラ１０４によって偏波合成されるので、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２という）。
また、本出願人は、２つのストライプを備えた単一の半導体レーザ素子から出射される２つのレーザ光を偏波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２００１−４０２８１９号参照：以下、この技術を関連技術という）。
図２９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２９に示すように、関連技術に係る半導体レーザモジュールＭ１２は、間隔を隔てて形成された第１のストライプ（ストライプ状発光部）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２９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２９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ＰＢＣ７（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）と、ＰＢＣ７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、ＰＢＣ７と光ファイバ８との間には、ＰＢＣ７により光合成された第１、第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２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。
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、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の光軸は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度回転されてＰＢＣ７の第１の入力部７ａに入射され、第２のレーザ光Ｋ２はＰＢＣ７の第２の入力部７ｂに入射される。
ＰＢＣ７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。
ＰＢＣ７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。
従来例１では、デポラライザである偏波保持ファイバを出力用光ファイバの先端に融着する際、その主軸がレーザ光の偏光方向に対して４５度傾くように正確に位置決めすることは困難である。また、偏光度を十分に低減させるためには、偏波保持ファイバを長くしなければならないため、コスト高になるという課題がある。
従来例２では、第１の半導体レーザ素子１００と第２の半導体レーザ素子１０１との間で、光強度、光ファイバとの結合効率が異なる等の理由により、光ファイバ１０６に偏波合成されて光結合されるレーザ光の偏光度（ＤＯＰ）が十分に低くならない場合がある。
また、関連技術に係る半導体レーザモジュールでは、（１）一方のレーザ光Ｋ１のみが半波長板６を通過し、また、レーザ光Ｋ１，Ｋ２の光ファイバ８までの伝搬光路長が異なるため、各々が伝搬中に受ける損失が異なること、及び（２）レーザ光Ｋ１，Ｋ２の光ファイバ８までの光路の光学長が異なるため、第２レンズ１６出射後に形成される各々のレーザ光のビームウェストの位置が異なること、（３）第１及び第２のストライプから出射されるレーザ光Ｋ１，Ｋ２の強度、広がり角度等が異なること、等の理由により、光ファイバ８に結合する光量がレーザ光Ｋ１，Ｋ２との間で異なる。そのため、光ファイバ８に結合するレーザ光の偏光度（ＤＯＰ）が十分低くできない場合がある。
さらに、長期の使用により、片方のストライプが劣化したり、部材の相互位置が変動したりすることにより、偏光度が増大することがある。
さらに、従来例２及び関連技術に係る半導体レーザモジュールにおいて、環境温度の変化等によって各レーザ光の光ファイバへの結合効率が変化した場合、光ファイバから出力されるレーザ光の偏光度が変動する場合がある。
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、安価で、かつ偏光度が低いレーザ光を安定して得ることができる半導体レーザモジュール、光増幅器及び半導体レーザモジュールの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、次のような構成をとる。
すなわち、本発明の半導体レーザモジュールは、レーザ光を出射するストライプを有する半導体レーザ素子と、前記ストライプから出射されるレーザ光を受光して伝送する光ファイバと、前記ストライプから出射されるレーザ光を入射し、前記光ファイバに光結合させる第１レンズと、前記半導体レーザ素子を収容するパッケージと、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバとの間に配設され、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を無偏光化する無偏光化素子とを有することを特徴とする半導体レーザモジュールである。
上記構成の本発明では、半導体レーザ素子と光ファイバとの間に半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を無偏光化する無偏光化素子が配設されているので、簡易かつ安価な構成により、光ファイバからは無偏光化されたレーザ光を得ることができる。
また、前記第１レンズと前記光ファイバとの間に、前記第１レンズから出射されたレーザ光を入射して前記光ファイバに集光する第２のレンズが配設されていてもよい。また、このとき、前記無偏光化素子は、前記第１レンズと前記第２レンズの間に配設されていてもよく、さらに前記第１レンズは、前記ストライプから出射されるレーザ光をコリメート光とするものであってもよい。
上記構成の本発明では、第１レンズと光ファイバとの間に第２レンズが配設され、また無偏光化素子が第１レンズと第２レンズとの間に配設されているため、半導体レーザ素子から光ファイバに至る光学系の設計が容易になる。
また、前記パッケージの内部に固定された冷却装置を有し、前記半導体レーザ素子は、前記無偏光化素子とともに同一の基台に固定され、前記基台は、前記冷却装置上に固定されていてもよい。
かかる構成の発明では、無偏光化素子の温度を冷却装置により一定に保つことができるので、光ファイバから得られるレーザ光の偏光度を安定化することができる。
また、前記光ファイバは、前記パッケージの端面を通過した前記レーザ光を受光するものであり、前記無偏光化素子は、前記パッケージの前記端面に固定されていてもよい。
上記構成の本発明では、無偏光化素子をパッケージの端面で調芯して固定できるので、半導体レーザモジュールの構造を簡略化することができる。
また、前記第１レンズ及び前記第２レンズのいずれか一方と前記無偏光化素子とは同一のホルダに保持されていてもよく、または、前記第１レンズ及び前記第２レンズのいずれか一方と前記無偏光化素子とはそれぞれ別個のホルダに保持され、該ホルダ同士が接合されていてもよい。
上記構成の発明では、無偏光化素子がレンズに固定されているので、無偏光化素子の調芯を、レンズの調芯と同時に行うことができる。
また、本発明の半導体レーザモジュールは、レーザ光を出射するストライプを有する半導体レーザ素子と、前記ストライプから出射されるレーザ光を受光して伝送する光ファイバと、前記ストライプから出射されるレーザ光を入射し、前記光ファイバに光結合させる第１レンズと、前記半導体レーザ素子を収容するパッケージと、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバとの間に配設され、前記ストライプの２つから出射される２つのレーザ光を偏波合成する偏波合成素子と、前記偏波合成素子と前記光ファイバとの間に配設され、前記偏波合成素子から出射される合成光を無偏光化する無偏光化素子とを有することを特徴とする半導体レーザモジュールである。
上記構成の本発明の半導体レーザモジュールでは、偏波合成素子から出射される合成光を無偏光化する無偏光化素子が配設されているので、２つのレーザ光の強度や広がり角度、伝搬光路の光学長や伝搬光路上で受ける減衰量などが互いに異なった結果、偏波合成素子による偏波合成だけでは所望の低偏光度を得られない場合でも、無偏光化素子によって無偏光化がされるので、光ファイバからは十分に低い偏光度のレーザ光が得られる。
また、前記第１レンズと前記光ファイバとの間に、前記第１レンズから出射されたレーザ光を入射して前記光ファイバに集光する第２のレンズが配設されていてもよい。さらに、このとき、前記無偏光化素子は、前記偏波合成素子と前記第２レンズの間に配設されていてもよい。
上記構成の本発明では、第１レンズと光ファイバとの間に第２レンズが配設され、また無偏光化素子が偏波合成素子と第２レンズとの間に配設されているため、偏波合成素子から光ファイバに至る光学系の設計が容易になる。
また、前記パッケージの内部に固定された冷却装置を有し、前記半導体レーザ素子は、前記無偏光化素子とともに同一の基台に固定され、前記基台は、前記冷却装置上に固定されていてもよい。
かかる構成の発明では、無偏光化素子の温度を冷却装置により一定に保つことができるので、光ファイバから得られるレーザ光の偏光度を安定化することができる。
また、前記光ファイバは、前記パッケージの端面を通過した前記レーザ光を受光するものであり、前記無偏光化素子は、前記パッケージの前記端面に固定されていてもよい。
上記構成の本発明では、無偏光化素子をパッケージの端面で調芯して固定できるので、半導体レーザモジュールの構造を簡略化することができる。
また、前記第２レンズと前記無偏光化素子とは同一のホルダに保持されていてもよく、または、前記第２レンズと前記無偏光化素子とはそれぞれ別個のホルダに保持され、該ホルダ同士が接合されていてもよい。
上記構成の発明では、無偏光化素子がレンズに固定されているので、無偏光化素子の調芯を、レンズの調芯と同時に行うことができる。
また、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のストライプを有する単一の半導体レーザ素子であり、前記２つのレーザ光は、前記第１のストライプ及び第２のストライプからそれぞれ出射される第１のレーザ光及び第２のレーザ光であってもよい。また、上記構成においては、前記第１のストライプ及び第２のストライプが１００μｍ以下の間隔を介して並んでいてもよく、さらに、前記第１レンズは、前記第１及び第２のストライプから出射された前記第１及び第２のレーザ光を、前記第１及び第２のストライプの並び方向に分離させる単一のレンズであってもよい。
上記構成の本発明では、半導体レーザ素子が２つのストライプを有する単一の半導体レーザ素子であるため、半導体レーザモジュールを小型化することができるとともに、半導体レーザ素子２から発生した熱を冷却するための冷却装置を小型化でき、低消費電力化を図ることができる。さらに、両ストライプ間の間隔が１００μｍ以下と狭くされることにより、２つのレーザ光の特性を近づけることができるので、この２つのレーザ光が偏波合成されて得られる合成光の偏光度を下げやすくなる。また、２つのレーザ光を両ストライプの並び方向に分離する単一のレンズを使用するので、両ストライプが近接していても、容易に偏波合成することができる。
また、各ストライプに所定の波長の光を選択する回折格子が設けられていてもよい。
上記構成の発明では、相対雑音強度（ＲＩＮ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｎｏｉｓｅ）が低く、発振波長が安定化されたレーザ光を得ることができる。
また、各ストライプは、それぞれ発振スペクトル内に複数の発振縦モードを有するレーザ光を出射するものであってもよい。
上記構成の発明では、回折格子によって各ストライプから出射されるレーザ光の波長が安定化されるとともに、複数の発振縦モードで発振しているため、無偏光化に必要な無偏光化素子の長さを短くすることができる。
また、各ストライプから出射されるレーザ光の波長は、異なっていてもよい。また、各ストライプから出射されるレーザ光の発振縦モードの波長は互いにずれていてもよい。
上記構成の発明では、各ストライプから出射されるレーザ光の発振縦モード波長が異なっているため、これら２つのレーザ光を偏波合成したときに、確実に偏光度を下げることができる。
さらに、各レーザ光に含まれる発振縦モードで形成される発振波長スペクトルが、最大強度との差分値が３ｄＢ以下となる範囲内で互いに交差しないものであってもよい。
上記構成の発明では、各レーザ光の発振スペクトルが、強度の大きな部分で重ならないため、発振縦モードの重なりが生じても、確実に合成光の偏光度を下げることができる。
本発明の光増幅器は、上記した半導体レーザモジュールを励起光源として用いて構成されるものである。
このような構成のラマン増幅器では、出力レーザ光の偏光度が小さい半導体レーザモジュールを励起光源として使用しているので、増幅利得の偏光依存性を抑えることができる。
本発明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、前記半導体レーザ素子から出射される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から出射されるレーザ光を入射し、前記光ファイバに光結合させる少なくとも１つのレンズと、前記半導体レーザ素子を収容するパッケージと、前記半導体レーザ素子と前記光ファイバとの間に配設され、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を無偏光化する無偏光化素子とを有する半導体レーザモジュールの製造方法であって、前記無偏光化素子から出射されるレーザ光の偏光度が、所定値以下となるように、前記無偏光化素子を前記レーザ光の光軸の周りに回転させて位置決めする工程を有することを特徴とする。
また、前記無偏光化素子は、前記レンズに固定された状態で前記レーザ光の光軸の周りに回転させて位置決めするものであってもよい。
かかる構成の半導体レーザモジュールの製造方法によれば、光ファイバからは無偏光化されたレーザ光が得られる。また、無偏光化素子がレンズと同時に調芯されるので、半導体レーザモジュールの製造時間を短縮できる。
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を図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態例）
図１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Ｍ１の構成を示す側面断面図である。
図１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ストライプ状活性層（以下、「ストライプ」という。）を有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、無偏光化素子１１０と、光ファイバ８とを有する。
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。
フォトダイオード３は、半導体レーザ素子２のストライプの後側（図１では左側）端面２ｂ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のストライプの前側（図１では右側）端面２ａから出射されたレーザ光を平行光にするコリメートレンズである。第１レンズ４は、第１レンズ保持部材１３によって保持されている。
無偏光化素子１１０は、例えばルチル結晶、ＹＶＯ４等の複屈折率材料で作られている。
図２（Ａ）は、無偏光化素子１１０を支持する第３の支持部材１１２を示す斜視図、（Ｂ）は無偏光化素子の位置決めを説明するための説明図である。
無偏光化素子１１０は、図２（Ａ）に示すように、ＹＡＧレーザ溶接に好適な材料（例えばＳＵＳ４０３、３０４等）で作られた円柱形状のホルダ部材１１１内に保持され、また、ホルダ部材１１１は、第２の基台１８上に固定された断面略Ｕ字形状の金属製の第３の支持部材１１２の２つの起立壁１１２ａの間で位置合わせされた状態でＹＡＧレーザ溶接により固定されている。
図２（Ｂ）に示すように、無偏光化素子１１０は、レーザ光の光路上に、主軸Ｊが入射光の偏光方向Ｈに対して略４５度の角度をなすように配置されている。このように配置することにより、無偏光化が実現できる。無偏光化素子１１０の長さは、複屈折率材料の偏波分散や、入射光の波長スペクトルの包絡線の幅によってきまり、スペクトルの細いビームに対しては長く、太いビームに対しては短くなる、具体的には、無偏光化素子１１０としてルチルを使用した場合、スペクトル幅が５〜８ｎｍのファブリペローレーザでは５ｍｍ程度、後述の回折格子を備えることによってスペクトル幅が１ｎｍ程度以下となった半導体レーザ素子に対しては、１０ｍｍ程度となる。
無偏光化素子１１０を位置合わせする際には、無偏光化素子１１０からの出射光を受光しうる位置に偏光度測定器を配置し、ホルダ部材１１１を第３の支持部材１１２の２つの起立壁１１２ａの間で中心軸の周りに回転させながら出射光の偏光度を測定し、偏光度が最小になった位置で、ホルダ部材１１１を第３の支持部材１１２の２つの起立壁１１２ａにＹＡＧレーザ溶接により固定する。これによって、無偏光化素子１１０の調芯が容易となる。
チップキャリア１１、フォトダイオードキャリア１２はＣｕＷ系合金製の第１の基台１７上に、第１レンズ保持部材１３及びホルダ部材１１１は、第１の基台１７上に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からの出射レーザ光を高出力化かつ安定化させることができる。
この実施形態例によれば、無偏光化素子１１０は冷却装置２０によって一定の温度に温度調整されるので、無偏光化素子１１０の温度変化に伴う特性の変化を防止することができ、安定した無偏光化を実現できる。
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、無偏光化素子１１０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、無偏光化素子１１０から出射されたレーザ光を集光する第２レンズ１６を保持した第２レンズ保持部材２１が固定されている。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。
半導体レーザ素子２のストライプの前側端面２ａから出射されたレーザ光は、第１レンズ４を通過し平行光（コリメート光）になった後、無偏光化素子１１０に入射される。
無偏光化素子１１０によって無偏光化されたレーザ光は、窓部１ｂを通って、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。
本発明の第１の実施形態例によれば、パッケージ１内に固定された無偏光化素子１１０により、半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光を無偏光化するので、偏光度の低いレーザ光を簡易に、かつ安定して得ることができる。
また、無偏光化素子が第１レンズと第２レンズとの間に配設されているため、半導体レーザ素子から光ファイバに至る光学系の設計が容易になる。
（第２の実施形態例）
図３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Ｍ２の構成を示す側面断面図である。
図３に示すように、本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザモジュールＭ２は、パッケージ１の側部に形成されたフランジ部１ａの端部に無偏光化素子１１０を保持したホルダ部材１１１が固定され、無偏光化素子１１０から出射されたレーザ光を集光する第２レンズ１６を保持した第２レンズ保持部材２１が、ホルダ部材１１１に固定されている点を特徴としている。
また、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ている。
次に、本第２の実施形態に係る半導体レーザモジュールＭ２の製造方法について説明する。
まず、第２の基台１８を予め銀ロウ付け固定した第１の基台１７上に、半導体レーザ素子２を固定したチップキャリア１１とモニターフォトダイオード３を固定したフォトダイオードキャリア１２を固定する。次いで、半導体レーザ素子２のストライプから出射されるレーザ光が平行光（コリメート光）となるように、第１レンズ保持部材１３に保持された第１レンズ４を位置合わせし、第２の基台１８に第１の支持部材１９ａを介して固定する。
このようにして半導体レーザ素子２、モニターフォトダイオード３、第１レンズ４を固定した第１の基台１７を、パッケージ１の底板上に予め固定された冷却装置２０上に半田固定する。そして、半導体レーザ素子２及びフォトダイオード３は、金ワイヤ（不図示）を介してパッケージ１のリード（不図示）と電気的に接続される。
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。
次に、無偏光化素子１１０を保持したホルダ部材１１１と、第２レンズ１６を保持した第２レンズ保持部材２１とを、両者の端面をＹＡＧレーザ溶接して一体化する。このようにして一体化されたホルダ部材１１１と第２レンズ保持部材２１（以下、「一体化ホルダ」という。）とを、パッケージ１のフランジ部１ａの端部で調芯する。
この調芯では、まず、無偏光化素子１１０側を第１レンズ４に対向させて一体化ホルダをフランジ部１ａの端部に配置し、第２レンズ１６を出射したレーザ光の光軸が、フランジ部１ａの中心軸（図３のＺ軸方向）と平行となるように、一体化ホルダをフランジ部１ａの中心軸と垂直な面内（ＸＹ面内）で位置合わせする。次いで、第２レンズ１６からの出射光を受光できるように偏光度測定器を配置し、一体化ホルダを中心軸の周りに回転させながら出射光の偏光度を測定し、偏光度が最小になった位置で、一体化ホルダをフランジ部１ａの端部にＹＡＧレーザ溶接により固定する。
最後に、第２レンズ保持部材２１の端部において、光ファイバ８に結合する光量が最大となるように光ファイバ８を位置合わせし、固定する。固定は、光ファイバ８の先端部を保持したフェルール２３を、スライドリング２２を介して第２レンズ保持部材２１の端部にＹＡＧレーザ溶接することによって行う。
第２の実施形態例によれば、半導体レーザ素子２と光ファイバ８との間に無偏光化素子１１０が配設されているので、光ファイバ８からは無偏光化されたレーザ光が得られる。また、無偏光化素子が第１レンズと第２レンズとの間に配設されているため、半導体レーザ素子から光ファイバに至る光学系の設計が容易になる。
さらに、第２レンズ１６及び無偏光化素子１１０が調芯前に一体化されているので、第２レンズ１６及び無偏光化素子１１０の調芯が容易となり、調芯に要する時間を短縮できる。
なお、上記実施形態例では、無偏光化素子１１０を保持したホルダ部材１１１と第２レンズ１６を保持した第２レンズ保持部材２１を別個に用意して一体化することとしたが、無偏光化素子１１０と第２レンズ１６とを、予め単一のホルダ部材に固定したものを用いてもよい。
（第３の実施形態例）
図４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Ｍ３の構成を示す側面断面図である。
図４に示すように、本発明の第３の実施形態に係る半導体レーザモジュールＭ３は、第１レンズ４を保持する第１レンズ保持部材１３の後端部に無偏光化素子１１０を保持するホルダ部材１１１が固定されている点を特徴としている。
また、半導体レーザ素子２と第１レンズ４を固定する基台は、平坦なＣｕＷ製の第１の基台１７の端部に、開口１８ａを有するステンレス鋼製の第２の基台１８が銀ロウ付け固定されて全体として略Ｌ字型の基台として構成されており、半導体レーザ素子２は第１の基台１７に固定され、第１レンズ保持部材１３は第２の基台１８の開口部１８ａに嵌め込まれ、該開口部１８ａの周辺部において第２の基台１８に固定されている。
本第３の実施形態に係る半導体レーザモジュールＭ３の製造方法について説明する。
まず、第２の基台１８を予め端部に銀ロウ付け固定した第１の基台１７上に、半導体レーザ素子２を固定したチップキャリア１１とモニターフォトダイオード３を固定したフォトダイオードキャリア１２を固定する。
次いで、第１レンズ４を保持した第１レンズ保持部材１３と無偏光化素子１１０を保持したホルダ部材１１１とを、両者の端面をＹＡＧレーザ溶接して一体化する。このようにして一体化された第１レンズ保持部材１３とホルダ部材１１１（以下、「一体化ホルダ」という。）とを、第２の基台１８の開口部１８ａにおいて調芯する。
この調芯では、まず、第１レンズ４側が半導体レーザ素子２に対向するように、一体化ホルダを第２の基台１８の開口部１８ａ内に嵌め込み、その状態で、第１レンズ４を出射したレーザ光がコリメート光となるように、一体化ホルダを位置合わせする。
次いで、無偏光化素子１１０からの出射光を受光できるように偏光度測定器を配置し、一体化ホルダを開口部１８ａの端部で中心軸の周りに回転させながら出射光の偏光度を測定し、偏光度が最小になった位置で、一体化ホルダを開口部１８ａの周辺部で第２の基台１８にスライドリング１３ａを介してＹＡＧレーザ溶接固定する。
このようにして半導体レーザ素子２、モニターフォトダイオード３、第１レンズ４、無偏光化素子１１０を固定した第１の基台１７を、パッケージ１の底板上に予め固定された冷却装置２０上に半田固定する。そして、半導体レーザ素子２及びフォトダイオード３は、金ワイヤ（不図示）を介してパッケージ１のリード（不図示）と電気的に接続される。
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、フランジ部１ａの端部に第２レンズ１６を保持した第２レンズ保持部材２１を配置し、第２レンズ１６からの出射光の光軸がフランジ部１ａの中心軸（図４のＺ軸方向）に平行となるように、第２レンズ保持部材２１をフランジ部１ａの中心軸に垂直な面内（図４のＸＹ面内）で位置合わせし、ＹＡＧレーザ溶接により固定する。
最後に、第２レンズ保持部材２１の端部において、光ファイバ８に結合する光量が最大となるように光ファイバ８を位置合わせし、固定する。固定は、光ファイバ８の先端部を保持したフェルール２３を、スライドリング２２を介して第２レンズ保持部材２１の端部にＹＡＧレーザ溶接することによって行う。
第３の実施形態例によれば、半導体レーザ素子２と光ファイバ８との間に無偏光化素子１１０が配設されているので、光ファイバ８からは無偏光化されたレーザ光が得られる。また、無偏光化素子が第１レンズと第２レンズとの間に配設されているため、半導体レーザ素子から光ファイバに至る光学系の設計が容易になる。
さらに、無偏光化素子１１０と第１レンズ４が調芯前に一体化されているので、無偏光化素子１１０及び第１レンズ４の調芯が容易となり、調芯に要する時間を短縮することができる。
なお、上記実施形態例では、無偏光化素子１１０を保持したホルダ部材１１１と第１レンズ４を保持した第１レンズ保持部材１３を別個に用意して一体化することとしたが、無偏光化素子１１０と第１レンズ４とを、予め単一のホルダ部材に固定したものを用いてもよい。
（第４の実施形態例）
図５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Ｍ４の構成を示す側面断面図である。
図５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Ｍ４では、第１レンズ４としてレーザ光を光ファイバ８に光結合する集光レンズが用いられ、第２レンズ１６を不要としている点を特徴としている。その他の構成は、第３の実施形態例と同様である。
第４の実施形態例によれば、第１レンズ４としてレーザ光を光ファイバ８に光結合する集光レンズが用いられ、第２レンズ１６を不要としているので、半導体レーザモジュールＭ４の部品点数を少なくし、構成をより簡単にでき、低コスト化を図ることができる。
（第５の実施形態例）
図６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Ｍ５の構成を示す側面断面図、図７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の光学系の構成を模式化して示す説明図である。
図６に示すように、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Ｍ５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、半波長板（偏光回転素子）６と、光合成手段となるＰＢＣ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）７と、無偏光化素子１１０と、光ファイバ８とを有する。
半導体レーザ素子２は、図７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７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７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６（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６（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６（Ａ）では左側）端面２ｂ（図７参照）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６（Ａ）では右側）端面２ａ（図７参照）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、これら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７参照）。
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６（Ａ）に示すように、第１レンズ４は、第１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７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Ｍ５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ＰＢＣ７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ＰＢＣ７の作製が容易になるとともに、ＰＢＣ７を小型化し半導体レーザモジュールＭ５を小型にすることが可能となる。
図８（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８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は、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。
図７に示すように、半波長板６は、プリズム５を通過した第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光Ｋ２のうち、第１のレーザ光Ｋ１のみが入射され、その偏光方向を９０度回転させる偏光回転素子である。第１レンズ４によって、第１、第２のレーザ光Ｋ１、Ｋ２が十分分離されることにより、半波長板６が配置しやすくなっている。
ＰＢＣ７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。ＰＢＣ７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である。ＰＢＣ７は、複屈折素子の場合、例えばＴｉＯ２（ルチル）で作られる。
本実施形態例においてはプリズム５、半波長板６及びＰＢＣ７を同一のホルダ部材１４に固定した偏波合成モジュール５９を用いている。図９（Ａ）は偏波合成モジュール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９に示すように、偏波合成モジュール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、その全長Ｌ２は約７．０ｍｍであり、全体が中心軸Ｃ１を有する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６及びＰＢＣ７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。
この偏波合成モジュール５９は、図９（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状態で第２の支持部材１９ｂを介して第２の基台１８にＹＡＧレーザ溶接により固定される。
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ＰＢＣ７の出力部７ｃにおける重なり合い具合を容易に調節できる。
ＰＢＣ７からの出射光は、偏波合成によって通常は低い偏光度（ＤＯＰ）になっているが、２つのレーザ光の強度や広がり角度、伝搬光路の光学長や伝搬光路上で受ける減衰量などが互いに異なっていると、ＰＢＣ７による偏波合成だけでは所望の低偏光度を得られない場合がある。しかしながら、本第５の実施形態例では、ＰＢＣ７の出力部７ｃ側に配設された無偏光化素子１１０によって無偏光化がされるので、確実に低い偏光度を実現できる。
なお、無偏光化素子１１０は、第１乃至第４の実施形態例と同様、例えばルチル結晶、ＹＶＯ４等の複屈折材料で作られている。
図１０は、ＰＢＣ７により合波される２つのレーザ光の偏光方向と無偏光化素子１１０の主軸（光学軸）との関係を示す模式図である。図１０に示すように、無偏光化素子１１０は、ＰＢＣ７から出力されたレーザ光の光路上に、主軸Ｊが２つの入射光それぞれの偏光方向（図１０において破線で示す）に対して略４５度の角度をなすように配置されている。無偏光化素子１１０の長さは、複屈折率材料の偏波分散や、入射光の波長スペクトルの包絡線の幅によってきまり、スペクトルの細いビームに対しては長く、太いビームに対しては短くなる、具体的には、無偏光化素子１１０としてルチルを使用した場合、スペクトル幅が５〜８ｎｍのファブリペローレーザでは５ｍｍ程度、後述の回折格子を備えることによってスペクトル幅が１ｎｍ程度以下となった半導体レーザ素子に対しては、１０ｍｍ程度となる。
無偏光化素子１１０と光ファイバ８との間には、無偏光化素子１１０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との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１のレーザ光Ｋ１の光路上にのみ半波長板６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７参照）が短くなる。このため、半導体レーザモジュールＭ５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Ｍ５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６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レンズ保持部材１３と、プリズム５、半波長板６及びＰＢＣ７をホルダ部材１４に固定した偏波合成モジュール５９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。
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、ＰＢＣ７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、無偏光化素子１１０が配置されている。
無偏光化素子１１０は、図６に示すように、ホルダ部材１１１に保持され、ホルダ部材１１１は、パッケージ１の側部に形成されたフランジ部１ａの端部に固定されている。
無偏光化素子１１０を位置合わせする際には、ホルダ部材１１１をフランジ部１ａの端部でフランジ部１ａの中心軸の周りに回転させながら無偏光化素子１１０を出射するレーザ光の偏光度を測定し、偏光度が最小になった位置で、ＹＡＧレーザ溶接によりホルダ部材１１１をフランジ部１ａの端部に固定する。
ホルダ部材１１１の端部には、レーザ光を集光する第２レンズ１６を保持した第２レンズ保持部材２１が固定されている。また、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ている。
次に、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Ｍ５の動作について説明する。
図７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、交差した後、間隔が広がり十分分離され、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の光軸が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は半波長板６に入射され、偏光方向を９０度回転された後、ＰＢＣ７の第１の入力部７ａに入射され、第２のレーザ光Ｋ２はＰＢＣ７の第２の入力部７ｂに入射される。
ＰＢＣ７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。
ＰＢＣ７から出射されたレーザ光は、無偏光化素子１１０によって十分に無偏光化された後、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、伝搬する。
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Ｍ５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。このときレーザ光Ｋ１、Ｋ２の偏光方向は互いに直交したものとなる。この状態で、ＰＢＣ７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。
このように偏波合成されたレーザ光は、通常は低い偏光度を有しているが、２つのレーザ光の強度や広がり角度、伝搬光路の光学長や伝搬光路上で受ける減衰量などが互いに異なる場合には、ＰＢＣ７による偏波合成だけでは所望の低偏光度を得られない場合がある。本実施形態例の半導体レーザモジュールでは、ＰＢＣ７の出射側に無偏光化素子１１０を配設しているため、このように偏光度が十分低減できない場合であっても、合成光が無偏光化素子１１０を通過することによって、偏光度を十分に低下させることができる。従って、本実施形態例の半導体レーザモジュールは、増幅利得の低偏波依存性が要求されるラマン増幅器の励起光源として好適である。また、長期間の使用によって、２つのストライプ９，１０からの出射光の光ファイバ８への結合効率のバランスがくずれたり、片方のストライプが劣化したりすること等により偏光度が高くなることを抑制できる。
なお、本実施形態例の半導体レーザモジュールＭ５では、それぞれ１つのレーザ光を出射する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なる。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。
また、１つの半導体レーザ素子２を用いるので、半導体レーザ素子２から発生した熱を冷却するためのペルチェモジュール等の冷却装置２０を小型化でき、低消費電力化を図ることができる。
次に、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Ｍ５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、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸方向の位置を決める。
図１２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１２（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１２（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）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、そのダミー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９参照）。この際、ホルダ部材１４は、図９（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９（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上に半田付けして固定する。
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は、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）と電気的に接続される。
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に無偏光化素子１１０を調芯して固定する。この無偏光化素子１１０の調芯工程では、無偏光化素子１１０からの出射光を受光しうる位置に偏光度測定器を配置し、ホルダ部材１１１をフランジ部１ａの端面でフランジ部１ａの中心軸（図６のＺ軸）の周りに回転させながら出射光の偏光度を測定し、偏光度が最小になる位置を決める。
以上の調芯工程で決まった位置で、ホルダ部材１１１をＹＡＧレーザ溶接によりフランジ部１ａの端面に固定する。
次いで、ホルダ部材１１１の端面に第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、ホルダ部材１１１の端面上において第２レンズ保持部材２１を当接し、第２レンズ１６の出射光の光軸がフランジ部１ａの中心軸と平行となるように、ＸＹ面内で位置合わせする。次いで、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）に略等しくなるように、Ｚ軸方向の位置を決定する。このようにして決定された位置において、第２レンズ保持部材２１とホルダ部材１１１とをスライドリング１ｄを介して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、光ファイバ８の末端部にパワーメータを接続し、フェルール２３をスライドリング２２に挿通した状態で、フェルール２３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）に移動させ、パワーメータによって測定される光出力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Ｍ５の組立が終了する。
図１１（Ａ）は本発明の第５の実施形態例の変形例に係る側面断面図、（Ｂ）は、無偏光化素子を支持する第３の支持部材１１２を示す斜視図である。
第５の実施形態例の変形例では、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、無偏光化素子１１０を保持したホルダ部材１１１は、第１の実施形態例と同様に、第２の基台１８上に固定された第３の支持部材１１２の２つの起立壁の間で位置合わせされた状態でＹＡＧレーザ溶接により固定されている。
この変形例によれば、第１の実施形態例と同様、無偏光化素子１１０はＰＢＣ７と同様に冷却装置２０によって一定の温度に温度調整されるので、無偏光化素子１１０の温度変化に伴う特性の変化を防止することができ、安定した無偏光化を実現できる。
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１４に半導体レーザモジュールＭ６として示したように、ＰＢＣ７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ＰＢＣ７の出力部７ｃから第１のレーザ光Ｋ１とともに光ファイバ８の軸線方向に平行に出射するように、ＰＢＣ７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１５に半導体レーザモジュールＭ７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、ＰＢＣ７の第２の入力部７ｂが第１の入力部７ａに対して傾斜して形成されていてもよい。
さらに、図１６に半導体レーザモジュールＭ８として示すように、第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズの略中心を透過するように第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とともに光ファイバ８の軸線方向に平行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Ｍ６乃至Ｍ８では、半波長板６と第１レンズ４との間にプリズム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１７に半導体レーザモジュールＭ９として示すように、楔形の複数（図１７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１８（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１９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１８（Ｂ）は図１８（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
図１８（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、所定の半導体のエピ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１８（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（Ｇｒｏｄｅｄ  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１８（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６（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Ｋ１，Ｋ２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。
また、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１９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１９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１９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１３に示すように、非平行に形成されていてもよい。図１３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１のレーザ光Ｋ１の光路上にのみ半波長板６を挿入できる程度に十分に分離する（図７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（図７におけるＬ）が短くなるため、半導体レーザモジュールの光軸方向の長さを短くすることができる。
さらに、図１３とは逆に、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６の実施形態例）
図２０（Ａ）〜（Ｃ）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に使用され、図１８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２０（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図２０（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、ｃ−ｃ線断面図である。
本第６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２０に示すように、第６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５の実施形態例用いられた半導体レーザ素子２（図１８）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２１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２１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。
すなわち、無偏光化されるべきレーザ光のコヒーレント長（可干渉長）が短いほど無偏光化に必要な無偏光化素子１１０の長さが短くて済むところ、本第６の実施形態例のように、ストライプ導波路内部に回折格子７５を有し、その各ストライプの発振スペクトルの半値幅Δλｈ内に３本以上、より好ましくは４本以上の発振縦モードが存在する半導体レーザ素子６８では、その発振レーザ光のコヒーレント長が、単一モードで発振する場合に比べて短い。従って、本第６の実施形態例に係る半導体レーザ素子６８を使用することにより、発振波長の安定したレーザ光が得られると同時に、無偏光化に必要な無偏光化素子１１０の長さが短くて済む。さらに、本第６の実施形態例の半導体レーザ素子６８は、ストライプに回折格子７５を有しているため、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とから、低ノイズのラマン増幅器用励起光源として好適である。
また、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６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２２（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６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７の実施形態例）
第６の実施形態例の半導体レーザモジュールでは、２つのストライプに設けられた回折格子７５で選択される波長は、略同一である。これに対し、本第７の実施形態例の半導体レーザモジュールでは、上記第６の実施形態例において、半導体レーザ素子の２つのストライプに設けられた回折格子７５で選択される波長が異なるように設定され、このように異なる波長の２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２を偏波合成して得られる合成光が、無偏光化素子１１０によって無偏光化される。
好ましくは、各ストライプからのレーザ光Ｋ１，Ｋ２の発振縦モードの波長が、強度の大きな発振縦モードにおいて重ならないよう、各ストライプに形成される回折格子によって選択される発振波長が異なる値に設定される。
たとえば、図２３に示すように、各ストライプからのレーザ光Ｋ１，Ｋ２のスペクトル包絡線６４，６５について、所定強度以上の部分が互いに重なり合わないようにすればよい。具体的には、発振スペクトル６４，６５について、レーザ光の最大強度との差分値が３ｄＢ以下の部分が互いに交差しないように、各ストライプの回折格子によって選択される中心波長の差を設定すればよい。図２３の模式図において、発振スペクトル６４に属する発振縦モード６６ａと発振スペクトル６５に属する発振縦モード６７ａとは重なり合っているものの、発振縦モード６７ａの強度はレーザ光の最大強度との差分値が３ｄＢ以上となっている。このため、このような２つのレーザ光が主軸に対して４５度ずらされた状態で無偏光化素子１１０に入射され、該主軸上の偏光成分として分配されても、干渉が抑制されるので、合成光の偏光度に与える影響は小さくて済む。また、発振スペクトル６５に属する発振縦モード６７ｂも発振スペクトル６４に属する発振縦モード６６ｂと重なり合うが、同様の理由で合成光の偏光度には影響しない。
なお、偏光度をさらに低減するためには、レーザ光の最大強度との差分値が１０ｄＢ以下となる範囲で発振スペクトル６４，６５が交差しないように、各ストライプの回折格子によって選択される中心波長の差を設定すればよい。
また、さらに別の態様としては、例えば、図２４のように、レーザ光Ｋ１のスペクトルとレーザ光Ｋ２のスペクトルとが強度の大きな部分で交差する場合においても、レーザ光Ｋ１の各発振縦モードの波長がレーザ光Ｋ２の各発振縦モードの波長と異なるよう、さらに好ましくは、レーザ光Ｋ１の各発振縦モードの波長がレーザ光Ｋ２の隣接する２つの発振縦モードの波長の略中央に位置するよう、各ストライプから出射されるレーザ光Ｋ１，Ｋ２の発振縦モードが配列されていてもよい。このような２つのレーザ光が主軸に対して４５度ずらされた状態で無偏光化素子１１０に入射され、該主軸上の偏光成分として分配されても、干渉が抑制されるので、合成光の偏光度に与える影響は小さくて済む。なお、このように各縦モードを交互に配列させるには、図１８、１９、２０に示した半導体レーザ素子において、例えば第１のストライプの幅Ｌ１と第２のストライプの幅Ｌ２とを異なるようにすることで、各ストライプ発光部からの放熱性を異ならしめ、活性層の温度が両ストライプ間で異なるようにすればよい。なお、上記した別の態様は各ストライプに回折格子を有する図２０に開示する半導体レーザ素子に限らず、図１８、１９に示した回折格子を具備しない半導体レーザ素子についても適用されうるものである。
（第８の実施形態例）
図２５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を示す平面図である。図２５に示すように、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Ｍ１０は、第１のレーザ光Ｋ１を出射する第１の半導体レーザ素子９４と、第２のレーザ光Ｋ２を出射する第２の半導体レーザ素子９５と、２つの半導体レーザ素子９４，９５から出射される２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２がそれぞれ入射し、これらをそれぞれコリメートする２つの第１レンズ９６ａ，９６ｂと、偏波合成素子（キューブビームスプリッタ）９７と、レーザ光Ｋ２を偏波合成素子９７側に反射させるミラー９７ａと、偏波合成素子９７から出射された合成光を無偏光化する無偏光化素子１１０とを有する。その他の構成については、第５の実施形態例と同様である。なお、無偏光化素子１１０は、ホルダ部材１１１によってフランジ部１ａに固定されているが、第５の実施形態例の変形例のように、第２の基台１８上に固定された第３の支持部材１１２に固定されてもよい。
（第９の実施形態例）
図２６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を示す平面図である。
第９の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ１１は、約５００μｍ程度の間隔を隔てて平行に形成された第１のストライプ９８ａ及び第２のストライプ９８ｂを備えたアレイレーザである半導体レーザ素子９８と、第１のストライプ９８ａから出射される第１のレーザ光Ｋ１を入射し、コリメートする第１のレンズ９９ａと、第２のストライプ９８ｂから出射される第２のレーザ光Ｋ２を入射し、コリメートする第２のレンズ９９ｂとを有する。その他の構成については、第５の実施形態例と同様である。
無偏光化素子１１０は、ホルダ部材１１１によってフランジ部１ａに固定されているが、第５の実施形態例の変形例のように、第２の基台１８上に固定された第３の支持部材１１２に固定されてもよい。
なお、本第９の実施形態例では、半導体レーザ素子として、２つのストライプを有するアレイレーザ（ストライプ間隔が約５００μｍ程度）を用いているが、１つのストライプを有する２つの半導体レーザ素子を狭い間隔で平行に配置してもよい。また、第１レンズは、レンズアレイでもよい。
２つのレーザ素子を使う第８の実施形態例（図２５参照）や、あるいはストライプ間の間隔が離れたアレイレーザを使用する第９の実施形態例（図２６参照）では、両ストライプ間の特性の違いを補償するため、各ストライプに流す電流を異なる値とする場合があるが、本発明では、無偏光化素子１１０を設けているので、厳密な電流調整をしなくても、光ファイバ８の出力端からは偏光度の小さい合成光が得られる。
なお、上記第８及び第９の実施形態例においては、各ストライプには、第６又は第７の実施形態例で示したような所定波長の光を選択する回折格子が設けられていてもよい。
（第１０の実施形態例）
第１０の実施形態例は、上述した第１〜第９の実施形態例に示した半導体レーザモジュールを光増幅器（ラマン増幅器）に適用したものである。
図２７は、本発明の第１０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２７に示すように、本発明の第１０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透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、十分に無偏光化されたレーザ光を出射する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、信号光の偏波状態によらず、安定した利得を得ることができる。
また、ストライプに回折格子７５が設けられた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。
さらに、半導体レーザ素子が、多くの縦モードで発振しているため、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、安定し、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２７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十分に無偏光化され、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、信号光の偏波状態によらず、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。
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レーザ光を無偏光化する無偏光化素子を設けているので、簡易かつ安価な構成により、光ファイバから偏光度の低減されたレーザ光を得ることができる。また、半導体レーザ素子から出射された２つのレーザ光を偏波合成する偏波合成素子の後に無偏光化素子を配設することにより、２つのレーザ光の強度や広がり角度、伝搬光路の光学長や伝搬光路上で受ける減衰量などが互いに異なった結果、偏波合成素子による偏波合成だけでは所望の低偏光度を得られない場合でも、光ファイバからは十分に無偏光化されたレーザ光を安定して得ることができる。また、長期間にわたる使用の間に２つのレーザ光の光ファイバへの結合効率のバランスがくずれたり、片方のストライプが劣化すること等により、合成光の偏光度が高くなることを抑制できる。従って、本実施形態例の半導体レーザモジュールは、増幅利得の低偏波依存性が要求されるラマン増幅器の励起光源として好適である。
【図面の簡単な説明】
図１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である。
図２（Ａ）は、無偏光化素子を支持する第３の支持部材を示す斜視図、（Ｂ）は無偏光化素子の位置決めを説明するための説明図である。
図３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の構成を示す側面断面図である。
図４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示す側面断面図である。
図５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示す側面断面図である。
図６（Ａ）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７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の光学系の構成を模式化して示す説明図である。
図８（Ａ）はプリズムの構成を示す側面図、（Ｂ）はその平面図である。
図９（Ａ）は偏波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１０は、ＰＢＣを通過する２つのレーザ光の偏光方向と無偏光化素子の主軸との関係を示す模式図である。
図１１（Ａ）は本発明の第５の実施形態例の変形例に係る側面断面図、（Ｂ）は、無偏光化素子を支持する第３の支持部材を示す斜視図である。
図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、第５の実施形態例における第１レンズの調芯工程を説明するための説明図である。
図１３は、半導体レーザ素子の他の例を示す説明図である。
図１４は、本発明の第５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光学系の構成を模式化して示す説明図である。
図１５は、本発明の第５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光学系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５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光学系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の実施形態態例に係る半導体レーザモジュールの変形例の光学系の構成を模式化して示す説明図である。
図１８（Ａ）、（Ｂ）は、第５の実施形態例におけ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り、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
図１９は、第５の実施形態例における半導体レーザ素子の他の例を示す説明図である。
図２０（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第６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り、図２０（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図２０（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、ｃ−ｃ線断面図である。
図２１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２２（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しきい値との関係を示す図である。
図２３は、本発明の第７の実施形態例を説明するための波長−光強度特性を示すグラフである。
図２４は、本発明の第７の実施形態例を説明するための波長−光強度特性を示すグラフである。
図２５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９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２７は、本発明の第１０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２８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２９は、関連出願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】
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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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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