(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から出射される２つのレーザ光を直交偏波合成して光ファイバ８に結合させる半導体レーザモジュールにおいて、光ファイバ８は偏波保存ファイバであり、かつ偏波保存ファイバの互いに直交する２つの主軸が２つのレーザ光の各々の偏波方向との間で略４５度の角度をなすように位置決めされている。
2003005508.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、
前記半導体レーザ素子の前記ストライプから出射される第１のレーザ光と第２のレーザ光とを偏波合成する偏波合成素子と、
前記半導体レーザ素子を収容するパッケージと、
前記偏波合成素子から出力される合成光を受光する光ファイバと、
を有する半導体レーザモジュールであって、
前記光ファイバは、偏波保存ファイバであり、かつ、その互いに直交する２つの主軸が前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光の各々の偏光方向との間で略４５度の角度をなすように位置決めされた状態で前記パッケージに固定されていること、
を特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項２】
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それぞれ前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光を出射する単一の素子であ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２に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項４】
前記半導体レーザ素子の各ストライプに回折格子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つの項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項５】
前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光の波長が互いに異な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】
前記第１のレーザ光の各発振縦モードの波長と前記第２のレーザ光の各発振縦モードの波長とが互いにずれていることを特徴とする請求項１乃至５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のレーザ光の各発振縦モードの波長が、前記第２のレーザ光の隣接する２つの発振縦モードの波長の略中央に位置することを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項８】
前記第１のレーザ光の発振波長スペクトルと、前記第２のレーザ光の発振波長スペクトルとが、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１乃至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】
前記請求項１乃至８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ラマン増幅器。
【請求項１０】
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た合成光を、パッケージに固定された偏波保存ファイバの受光端で光結合する半導体レーザモジュールの製造方法において、
前記偏波保存ファイバの前記受光端の反対側の端部から出射される合成光の偏光度が、所定値以下となるように、前記偏波保存ファイバを、その軸方向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。
【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、光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２つのレーザ光を偏波合成して光ファイバに結合させ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）の偏波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。
このように、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プラにより偏波合成する方法が知られている。
図２２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。（以下、この技術を従来技術という。）
従来技術によれば、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。
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２（Ａ）は、関連技術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２（Ａ）に示すように、関連技術に係る半導体レーザモジュールＭ１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２（Ａ）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２（Ａ）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は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、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。
従来技術では、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、各出射レーザ光の強度、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１０７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までの伝搬光路の光学長が異なるため、第２レンズ１６出射後の各々のレーザ光の集光位置（第２レンズ１６により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、等の理由により、光ファイバ８に結合するレーザ光の強度がＫ１，Ｋ２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、従来技術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８への結合効率が変化した場合、光ファイバ８から出力される合成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、光ファイバに偏波合成されて光結合されるレーザ光の偏光度をより低くし、かつ安定化す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。
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、前記半導体レーザ素子の前記ストライプから出射される第１のレーザ光と第２のレーザ光とを偏波合成する偏波合成素子と、前記半導体レーザ素子を収容するパッケージと、前記偏波合成素子から出力される合成光を受光する光ファイバとを有する半導体レーザモジュールであって、
前記光ファイバは、偏波保存ファイバであり、かつ、その互いに直交する２つの主軸が前記第１のレーザ光及び第２のレーザ光の各々の偏光方向との間で略４５度の角度をなすように位置決めされた状態で前記パッケージに固定されていることを特徴とするものである。
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それぞれ前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光を出射する単一の素子であってもよい。
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てもよい。
前記半導体レーザ素子の各ストライプに回折格子が設けられていてもよい。
前記第１のレーザ光及び前記第２のレーザ光の波長が互いに異なっていてもよい。
前記第１のレーザ光の各発振縦モードの波長と前記第２のレーザ光の各発振縦モードの波長とが互いにずれるように構成してもよい。
前記第１のレーザ光の各発振縦モードの波長が、前記第２のレーザ光の隣接する２つの発振縦モードの波長の略中央に位置してもよい。
前記第１のレーザ光の発振波長スペクトルと、前記第２のレーザ光の発振波長スペクトルとが、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ようにしてもよい。
本発明のラマン増幅器は、前記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ものである。
本発明の半導体レーザモジュールの製造方法は、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た合成光を、パッケージに固定された偏波保存ファイバからなる光ファイバの受光端で光結合する半導体レーザモジュールの製造方法において、前記偏波保存ファイバの前記受光端の反対側の端部から出射される合成光の偏光度が、所定値以下となるように、前記光ファイバを、その軸方向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ものである。
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（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、半波長板（偏光回転素子）６と、光合成素子であるＰＢＣ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）７と、光ファイバ８（偏波保存ファイバ）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、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、それぞれ異なる位置（Ｆ１，Ｆ２）で集光させる（ビームウェストを形成させる）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°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。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、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とが、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、偏波保存ファイバ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は、プリズム５の全長Ｌ１は約１．０ｍｍ、角度αは３．２°±０．１°とする。
図２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が十分分離されるので、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４（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４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状態で、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、ＰＢＣ７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、ＰＢＣ７の位置を調整することが非常に容易になる。
また、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調節できる。
光ファイバ８は、ＰＢＣ７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。
本実施形態例では、光ファイバ８として、パンダファイバ（商標）等の偏波保存ファイバ（複屈折ファイバ）を用いて、偏波合成されたレーザ光の偏光度をさらに低くするようにしている。すなわち、偏波保存ファイバ８は、図２（Ｂ）に示すように、互いに直交している２つの主軸（スロー軸Ｓとファースト軸Ｆ）が、半導体レーザ素子２の第１及び第２のストライプ９，１０から出射される第１及び第２のレーザ光Ｋ１，Ｋ２の偏光方向との間で略４５度の角度をなすように位置決めされている。
このように構成することにより、たとえば偏波保存ファイバ８に結合する各レーザ光Ｋ１，Ｋ２の強度が異なる結果、合成光の偏光度（ＤＯＰ）が十分低減できない場合であっても、偏波保存ファイバ８がデポラライザ（無偏光化素子）として機能するため、偏波保存ファイバ８の終端部においては、十分に無偏光化されたレーザ光を得ることができる。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、本実施形態例では、各レーザ光Ｋ１，Ｋ２が偏波保存ファイバ８に結合する位置において、偏波合成によって既にある程度の無偏光化が達成されているため、無偏光化に必要な偏波保存ファイバの長さは、直線偏光を持った光を無偏光化する場合に比べて短くて済む（例えば３ｍ〜６ｍ程度）。したがって、装置の低コスト化を図ることができる。
ＰＢＣ７と偏波保存ファイバ８との間には、ＰＢＣ７の出力部７ｃから出射されるレーザ光を偏波保存ファイバ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と焦点（Ｆ１、Ｆ２）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２（Ａ）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と偏波保存ファイバ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とは、第１の基台１７の平坦部１７ａ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、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、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を介して偏波保存ファイバ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、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、第２レンズ１６によって集光され、２つの主軸が第１及び第２のレーザ光の偏光方向との間で略４５°の角度をなすように固定された偏波保存ファイバ８の端面に入射され、伝搬する。
このため、偏波保存ファイバ８に結合する各レーザ光Ｋ１，Ｋ２の強度が異なるなどの原因によって、偏波保存ファイバ８の入射端における合成光の偏光度が十分に低減できない場合でも、偏波保存ファイバ８を伝搬する間に無偏光化される結果、偏波保存ファイバの終端部からは十分に無偏光化されたレーザ光を得ることができる。
このような構成の半導体レーザモジュールＭ１は、高出力で偏光度の小さいレーザ光を出射できるので、ラマン増幅器の励起光源として好適に使用することが可能である。
なお、本実施形態例の半導体レーザモジュールＭ１では、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個の半導体レーザ素子２に１００μｍ以下の間隔で離間して形成された２つのストライプからそれぞれ光を出射することにより、これら２つの光はストライプに垂直な方向（図１のＸ方向）におけるパッケージ１の反りによって、偏波保存ファイバ８との結合効率の変動に差異を生じにくい。このため、パッケージ１の反りの影響を、偏波保存ファイバ８の軸方向（図１のＺ方向）のみに限定することができるので、パッケージ１の反りに対して光強度及び偏光度が安定した半導体レーザモジュールとすることができる。また、２つのストライプ９、１０が１個の半導体レーザ素子２に１００μｍ以下の間隔で離間して形成されているため、１枚の半導体ウェーハから得られる半導体レーザ素子の数が大きくなり、コストを低減できる。
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１の基台１７上に予め銀ロウ付け固定された第２の基台１８上で第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７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７（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７（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、半導体レーザ素子２からの所定の距離で、レーザ光のスポット径が最小となる位置で決める。好ましくは、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のレンズ保持部材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。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パッケージ１のフランジ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、この広がり角が偏波保存ファイバ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、偏波保存ファイバ８を調芯して固定する。この工程では、まず図５に示すように、偏波保存ファイバ８の末端部にコネクタ６０を介してパワーメータ６１と偏光度測定器（ポラリメータ：Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ）６２を接続する。
次に、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調芯ハンド６３で把持し、この状態で、フェルール２３とスライドリング２２とを偏波保存ファイバ８の光軸と垂直な面内（ＸＹ面内）及び偏波保存ファイバ８の光軸方向（Ｚ方向）で、パワーメータ６１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。
次いで、偏光度測定器６２を用いて合成光の偏光度を測定しながら、偏光度が最小となるように、若しくは所定値（８％、好ましくは５％）以下となるように、偏波保存ファイバ８をその中心軸の周りに回転させる。この位置合わせが終了したとき、偏波保存ファイバ８の２つの主紬は、２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２の偏光方向と略４５°の角度をなす状態となっている。
このようにして、偏波保存ファイバ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。以上によって半導体レーザモジュールＭ１の組立作業が終了する。
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１０に半導体レーザモジュールＭ２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が偏波保存ファイバ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とともに偏波保存ファイバ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１１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、偏波保存ファイバ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１２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、偏波保存ファイバ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を第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低減できる。
さらに、図１３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（図１３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８（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９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８（Ｂ）は図８（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
図８（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８（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  Ｑｕｏｎｔｕｍｎ  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８（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９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９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９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６に示すように、傾斜して形成されていてもよい。図６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（図２におけるＬ）が短くなるため、半導体レーザモジュールＭの光軸方向の長さを短くすることができる。
さらに、図６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１４（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８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１４（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図１４（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１４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８）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１５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内の発振縦モード数を増やすようにしている。例えば図１５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偏波保存ファイバ８の長さが短くて済むところ、本第２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２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、無偏光化に必要な偏波保存ファイバ８の長さが短くて済む。さらに、本第２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、前方励起型のラマン増幅器用励起光源としても好適である。
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１６（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）
第２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３の実施形態例の半導体レーザモジュールは、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の各偏光方向が、偏波保存ファイバ８の互いに直交する２つの主軸に対してそれぞれ略４５°の角度をなすように偏波保存ファイバ８が位置合わせされ、固定されているものである。
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１７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１７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°ずらされた状態で偏波保存ファイバ８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１８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°ずらされた状態で偏波保存ファイバ８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８、１４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１４に開示する半導体レーザ素子に限らず、図８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４の実施形態例）
図１９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を示す平面図である。図１９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Ｍ６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をそれぞれ平行化する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側に反射させる反射器であるミラー９７ａとを有する。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の実施形態例でも、第１の実施形態例と同様に、偏波保存ファイバ８の主軸が２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２の各偏光方向に対して４５°ずらされて調芯固定されているため、偏波保存ファイバ８に結合する各レーザ光Ｋ１，Ｋ２の強度が異なるなどの原因によって、偏波保存ファイバ８の入射端における合成光の偏光度が十分に低減できない場合でも、偏波保存ファイバ８を伝搬する間に無偏光化される結果、偏波保存ファイバ８の終端部からは十分に無偏光化されたレーザ光を得ることができる。
なお、第３の実施形態例と同様、各半導体レーザ素子のストライプから出射されるレーザ光の波長、発振縦モード波長をずらすことにより、より確実に偏光度を低減させることができる。
（第５の実施形態例）
図２０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を示す平面図である。
第５の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ７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を平行化する第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を平行化する第２のレンズ９９ｂとを有する。その他の構成については、第１の実施形態例と同様である。
本発明の第５の実施形態例でも、第１の実施形態例と同様に、偏波保存ファイバ８の主軸が２つのレーザ光Ｋ１，Ｋ２の各偏光方向に対して４５°ずらされて調芯固定されているため、偏波保存ファイバ８に結合する各レーザ光Ｋ１，Ｋ２の強度が異なるなどの原因によって、偏波保存ファイバ８の入射端における合成光の偏光度が十分に低減できない場合でも、偏波保存ファイバ８を伝搬する間に無偏光化される結果、偏波保存ファイバ８の終端部からは十分に無偏光化されたレーザ光を得ることができる。
また、本第５の実施形態例でも、第３の実施形態例と同様、各ストライプから出射されるレーザ光の波長、発振縦モード波長をずらすことにより、より確実に偏光度を低減させることができる。
なお、本第５の実施形態例では、半導体レーザ素子９８は、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）であるが、２つの別体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。
これらの第４及び第５の実施形態例では、偏波保存ファイバ８の軸方向と直交する方向に生じたパッケージの反り等によって、２つのレーザ光の各々と偏波保存ファイバ８との結合効率が異なるようになった結果、合成光の偏光度が大きくなってしまう場合でも、偏波保存ファイバ８を伝搬する間に十分無偏光化される。従って、環境温度の変化に対して、偏光度が安定する。
また、第４及び第５の実施形態例に係る半導体レーザモジュールＭ６，Ｍ７では、偏光度を低くするために、両レーザ素子（又は両ストライプ）に注入する電流を微調整する必要がない。すなわち、２つのレーザ素子を使う第４の実施形態例（図１９）や、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５の実施形態例（図２０参照）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湯合があるが、本願発明では、偏波保存ファイバ８の主軸が各レーザ光の偏光方向に対して４５°ずれて固定されているので、多少電流が変化して２つのレーザ光の強度が変化した場合でも、偏波保存ファイバ８の出力端からは偏光度の小さい合成光が得られる。
（第６の実施形態例）
第６の実施形態例は、上述した第１〜第５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２１は、本発明の第６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２１に示すように、本発明の第６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、偏波保存ファイバ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波合成されて、かつ偏波保存ファイバ８によって無偏光化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、信号光の偏波状態によらず、安定した利得を得ることができる。
また、第２又は第３の実施形態例で示したように、各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２１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、かつ相対雑音強度（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、光ファイバは偏波保存ファイバであり、かつ偏波保存ファイバの互いに直交する２つの主軸が２つのレーザ光の各々の偏波方向との間で略４５度の角度をなすように位置決めされているので、光ファイバに結合する各レーザ光の強度が異なる結果、偏光度（ＤＯＰ）が十分低減できない場合であっても、偏波保存ファイバである光ファイバがデポラライザ（無偏光化素子）として機能するため、光ファイバの終端部においては、十分に無偏光化されたレーザ光を得ることができる。また、環境温度の変化等に対して光ファイバから出力される合成光の偏光度が安定した半導体レーザモジュールが得られる。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、各レーザ光が光ファイバに結合する位置において、偏波合成によって既にある程度の無偏光化が達成されているため、無偏光化に必要な偏波保存ファイバの長さを短くできる。これによって、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【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１（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）は関連技術及び本発明の第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、（Ｂ）は本発明の第１実施形態例に用いられる偏波保存ファイバである光ファイバの縦断面図である。
図３（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４（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５は、本発明の実施形態例に係る光ファイバの調芯方法を説明するための説明図である。
図６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７（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８（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８（Ｂ）は図８（Ａ）のａ−ａ線断面図である。
図９は、半導体レーザ素子の他の例を示す説明図である。
図１０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１１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１２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１３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１４（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り、図１４（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ図１４（Ａ）のｂ−ｂ線断面図、ｃ−ｃ線断面図である。
図１５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１６（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１７は、本発明の第３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１８は、本発明の第３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１９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２０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模式化して示す説明図である。
図２１は、本発明の第６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２２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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【国際調査報告】
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