(57)【要約】２つの活性層ストライプ構造を有する半導体レーザ装置において、一方のストライプ構造を含む側面断面を、ｎ−ＩｎＰ基板（１）、ｎ−ＩｎＰクラッド層（２）、下部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層（３ｂ）、活性層（４ｂ）、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層（５ｂ）、ｐ−ＩｎＰクラッド層（６）、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層（７）の順に積層した構造を有する。また、反射側端面には高反射膜（１２）を配置し、出射側端面には低反射膜（１３）を配置し、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層（７）の上部には一部のみにｐ側電極（８ｂ）を配置して他の領域上には非電流注入領域（１４）を形成する。
2003005514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、該第１の活性層上に配置された第１の電極とを少なくとも有し、第１のレーザ光を出射する第１のストライプ構造と、
前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、該第２の活性層上に配置された第２の電極とを少なくとも有し、第２のレーザ光を出射する第２のストライプ構造と、
前記第１のストライプ構造上面の一部領域上に形成された、注入電流が流入しない第１の非電流注入領域を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記第２のストライプ構造上面の一部領域上に形成された、注入電流が流入しない第２の非電流注入領域をさらに有し、該第２の非電流注入領域の面積と、前記第１の非電流注入領域の面積とが相違することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記第１のストライプ構造上面の他の領域上のみに前記第１の電極を配置することで前記第１の非電流注入領域を形成することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記第１の活性層と前記第１の電極との間に配置された第１のスペーサ層と、
前記第２の活性層と前記第２の電極との間に配置された第２のスペーサ層と、
前記第１のスペーサ層の一部領域に配置され、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えたレーザ光を選択する第１の回折格子と、
前記第２のスペーサ層の一部領域に配置され、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えたレーザ光を選択する第２の回折格子とを有することを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記第１の回折格子は、前記第１の非電流注入領域下部に配置されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、該第１の活性層上に配置された第１の電極とを少なくとも有し、第１のレーザ光を出射する第１のストライプ構造と、
前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、該第２の活性層上に配置された第２の電極とを少なくとも有し、第２のレーザ光を出射する第２のストライプ構造と、
を備え、前記第１の活性層と前記第１の電極との間の熱伝導効率と、前記第２の活性層と前記第２の電極との間の熱伝導効率とが相違することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記第１の活性層近傍に配置された第１の回折格子を有し、前記第１のレーザ光が特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備え、
前記第２の活性層の近傍に配置された第２の回折格子を有し、前記第２のレーザ光が特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記第１のストライプ構造の水平方向の幅と、前記第２のストライプ構造の水平方向の幅とが相違することを特徴とする請求の範囲第６項または第７項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項９】
前記第１の活性層と前記第１の電極との間の距離と、前記第２の活性層と前記第２の電極との間の距離とが相違することを特徴とする請求の範囲第６項または第７項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１０】
前記第１の活性層と前記第１の電極との間に積層された第１のクラッド層と、
前記第２の活性層と前記第２の電極との間に積層された第２のクラッド層と、
をさらに備え、前記第１のクラッド層の膜厚と、前記第２のクラッド層の膜厚とが相違することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１１】
半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、該第１の活性層近傍に配置された第１の回折格子とを有し、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えた第１のレーザ光を出射する第１のストライプ構造と、
前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、該第２の活性層近傍に配置され、前記第１の回折格子と異なる構造を有する第２の回折格子とを有し、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えた第２のレーザ光を出射する第２のストライプ構造と、
を備え、前記第１の回折格子によって選択される中心波長と、前記第２の回折格子によって選択される中心波長とが相違することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１２】
前記第１の回折格子の周期と、前記第２の回折格子の周期が相違することで中心波長が相違することを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１３】
半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、該第１の活性層近傍に配置され、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第１のレーザ光を選択する第１の回折格子とを備えた第１のストライプ構造と、
前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、該第２の活性層近傍に配置され、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第２のレーザ光を選択する第２の回折格子とを備えた第２のストライプ構造と、
を備え、前記第１のレーザ光の中心波長と、前記第２のレーザ光の中心波長との差分値は、前記第１のレーザ光または前記第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の０．５倍以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１４】
前記第１のレーザ光の中心波長と、前記第２のレーザ光の中心波長との差分値は、前記第１のレーザ光または前記第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の１．５倍以上であることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１５】
前記第１のレーザ光の中心波長と、前記第２のレーザ光の中心波長との差分値は、前記第１のレーザ光または前記第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の５倍以上であることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１６】
半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第１のレーザ光を選択する第１の回折格子とを備えた第１のストライプ構造と、
前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第２のレーザ光を選択する第２の回折格子とを備えた第２のストライプ構造と、
を備え、前記第１のレーザ光のピーク波長と、前記第２のレーザ光のピーク波長との差分値は、０．０１ｎｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１７】
半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第１のレーザ光を選択する第１の回折格子とを備えた第１のストライプ構造と、
前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第２のレーザ光を選択する第２の回折格子とを備えた第２のストライプ構造と、
を備え、前記第１のレーザ光において最大強度との差が３ｄＢ以下のすべての発振縦モードの波長と、前記第２のレーザ光において最大強度との差が３ｄＢ以下のすべての発振縦モードの波長との差分値は、０．０１ｎｍ以上であることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項１８】
前記差分値は、０．１ｎｍ以上であることを特徴とする請求の範囲第１６項または第１７項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項１９】
前記第１のレーザ光に含まれる複数の発振縦モードで形成される発振波長スペクトルと、前記第２のレーザ光に含まれる複数の発振縦モードで形成される発振波長スペクトルとが、最大強度との差分値が３ｄＢ以下となる範囲で互いに交差しないことを特徴とする請求の範囲第１１項〜第１８項のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項２０】
前記第２のレーザ光の中心波長は、前記第１のレーザ光の中心波長よりも短波長側に位置し、
前記第１のレーザ光において、最大強度との差分値が１０ｄＢ以下の発振縦モードの最小波長に対応する周波数と、前記第２のレーザ光において、最大強度との差分値が１０ｄＢ以下の発振縦モードの最大波長に対応する周波数との差分値が、使用される光通信システムの電気的周波数帯域幅よりも大きいことを特徴とする請求の範囲第１１項〜第１９項のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項２１】
請求の範囲第１項〜第２０項のいずれか一つに記載された半導体レーザ装置と、
該半導体レーザ装置から出射された前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とが入射される第１レンズと、
該第１レンズを通過した前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光のいずれか一方のみが入射され、入射されたレーザ光の偏光方向を所定の角度回転させる偏光回転手段と、
前記第１レンズまたは前記偏光回転手段からの前記第１のレーザ光が入射される第１のポートと、前記偏光回転手段または前記第１レンズからの前記第２のレーザ光が入射される第２のポートと、前記第１のポートから入射される第１のレーザ光と前記第２のポートから入射される第２のレーザ光とが合波されて出射される第３のポートとを有する偏波合成手段と、
該偏波合成手段の前記第３のポート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２２】
前記第１レンズは、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とが入射されて前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との間隔を広げるよう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の範囲第２１項に記載の半導体レーザモジュール。
【請求項２３】
請求の範囲第１項〜第２０項のいずれか一つに記載の半導体レーザ装置あるいは請求の範囲第２１項または第２２項に記載の半導体レーザモジュールを用いた励起光源と、
信号光と励起光とを合成するためのカプラと、
ラマン増幅により光を増幅する増幅用光ファイバと、
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、２本のストライプ構造を有する半導体レーザ装置、半導体レーザモジュール、およびこれらを用いた光ファイバ増幅器に関し、特に、偏光度が小さく、長距離伝送によってもビートノイズが発生せず、高出力動作を可能とする半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよびこれを用いた光ファイバ増幅器に関する。
背景技術
従来、たとえばラマン増幅を用いた光ファイバ増幅器において、複数の半導体レーザ装置を励起光源として用いることにより、高出力の励起光源を実現し、これを用いて高利得の光ファイバ増幅器を実現できることが知られている。ラマン増幅においては、信号光と励起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（非偏光化：デポラライズ）して、偏光度（ＤＯＰ：Ｄｅｇｒｅｅ  Ｏｆ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を低減させることがおこなわれている。
第２６図は、ＷＤＭ通信システムに用いられる従来のラマン増幅器の構成の一例を示すブロック図である。第２６図において、ファブリペロー型の半導体発光素子１８０ａ〜１８０ｄとファイバグレーティング１８１ａ〜１８１ｄとがそれぞれ対となった半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄは、励起光のもとになるレーザ光を偏波合成カプラ１６１ａ、１６１ｂに出力する。各半導体レーザモジュール１８２ａ、１８２ｂが出力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ１６１ａによって異なる偏光方向をもった光として合成している。同様にして、各半導体レーザモジュール１８２ｃ、１８２ｄが出力するレーザ光の波長は同じであるが、偏波合成カプラ１６１ｂによって異なる偏光方向をもった光を合成している。偏波合成カプラ１６１ａ、１６１ｂは、それぞれ偏波合成したレーザ光をＷＤＭカプラ１６２に出力する。なお、偏波合成カプラ１６１ａ、１６１ｂから出力されるレーザ光の波長は異なる。
ＷＤＭカプラ１６２は、偏波合成カプラ１６１ａ、１６１ｂから出力されたレーザ光を合波し、アイソレータ１６０とＷＤＭカプラ１６５を介し、励起光として増幅用ファイバ１６４に出力する。この励起光が入力された増幅用ファイバ１６４には、増幅対象の信号光が、信号光入力ファイバ１６９からアイソレータ１６３を介して入力され、励起光と合波してラマン増幅される。
なお、偏波合成されるレーザ光がそれぞれ異なる半導体素子のストライプ活性層から出射されることとすると光ファイバ増幅器の製造工程が複雑化し、光ファイバ増幅器のサイズも大型化するという問題が生じる。この問題を解決するため、日本国特許出願特願２００１−４０２８１９号では、同一半導体基板上に２つのストライプを有する半導体レーザ装置を利用してラマン増幅器を構成する手法が提案されている。この場合、製造工程は簡略となり、また、同一基板上に複数のストライプを構成するため、半導体レーザ装置そのものを小型化することができる。
しかし、上記日本国特許出願に開示された２本のストライプを有する半導体レーザ装置（以下、「Ｗストライプレーザ」と言う）では、互いのストライプは、１００μｍ以下、たとえば４０μｍ程度のきわめて近接した位置に互いに平行に形成され、共通の劈開面によって半導体レーザ装置の共振器が形成される。したがって、互いのストライプは物理的にほぼ同一の構造を有し、共振器長も厳密に一致する。また、各ストライプが近接した位置に形成されるため、活性層の温度もほぼ同一となり、出射されるレーザ光の発振縦モード波長ならびに複数の発振縦モードの間隔が一致する可能性が高い。このように異なるストライプから出射されるレーザ光の発振縦モードが互いに重なり合う状態となった場合、偏波合成する際にＤＯＰを低減することができないという問題が生じる。この問題は、Ｗストライプレーザにおいて顕著に生じるが、同一基板上に各ストライプを形成した場合のみならず、異なる基板上に各ストライプを形成した場合にも生じうる。これは、偏波合成される２つのレーザ光の発振縦モード同士が重なった場合は、特に各発振縦モードの線幅が狭い場合において、合成される両発振縦モード間の位相差の揺らぎが小さくなり、合成された光に位相差に応じた偏光状態が発現するためであると考えられる。
また、偏波合成されるレーザ光の間で発振縦モードが近接することにより、別の問題も生じる。一般に、各ストライプから出射されたレーザ光が偏波合成された直後には異なる偏波成分間で互いに干渉しない。しかし、光ファイバ中を長距離に渡って伝送するに従って直交偏波成分の混合が起こる結果、長距離伝送したレーザ光について相対雑音強度（ＲＩＮ：Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｎｏｉｓｅ）スペクトルを測定すると、第２７図に示したように、１１ＧＨｚ付近でビートノイズに対応するピークが現れる。特に、ラマン増幅は、非常に早いタイムスケールで起こる非線形光学過程であるため、Ｗストライプレーザを励起光源として使用した結果、ビートノイズに起因した第２７図に示すようなノイズが発生すると、信号光のノイズとしてあらわれることで信号伝送に支障を来すこととなる。
従って、本発明は、ラマン増幅器などの励起用光源に適し、偏光度が小さく、長距離伝送によってもビートノイズが発生しない半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールを実現するとともに、これを用いた信号光の偏光方向に依存しない安定かつ高利得増幅を可能とする光ファイバ増幅器を提供することを目的としている。
発明の開示
本発明にかかる半導体レーザ装置は、半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、該第１の活性層上に配置された第１の電極とを少なくとも有し、第１のレーザ光を出射する第１のストライプ構造と、前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、該第２の活性層上に積層された第２の電極とを少なくとも有し、第２のレーザ光を出射する第２のストライプ構造と、前記第１のストライププ構造上面の一部領域上に形成された、注入電流が流入しない第１の非電流注入領域を有することを特徴とする。
この発明によれば、Ｗストライプ構造を有する半導体レーザ装置において、一方のストライプ構造上面に非電流注入領域を有することとしたため、双方のストライプ構造における共振器長が実効的に異なるものとなり、第１のレーザ光と第２のレーザ光の発振縦モード間隔および発振縦モード波長を異ならせることができるので、発振縦モード同士の重なりが抑制され、ＤＯＰを低減できる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第２のストライプ構造上面の一部領域上に形成された、注入電流が流入しない第２の非電流注入領域をさらに有し、該第２の非電流注入領域の面積と、前記第１の非電流注入領域の面積とが相違することを特徴とする。
この発明によれば、第１のストライプおよび第２のストライプ双方に異なる面積の非電流注入領域を設けることとしたため、双方のストライプ構造におけるレーザ光の発振縦モード波長を異ならせることができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１のストライプ構造上面の他の領域上のみに前記第１の電極を配置することで前記非電流注入領域を形成することを特徴とする。
この発明によれば、電極を配置しない領域を設けることにより非電流注入領域を形成することとしたため、簡易に非電流注入領域を形成することができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１の活性層と前記第１の電極との間に配置された第１のスペーサ層と、前記第２の活性層と前記第２の電極との間に配置された第２のスペーサ層と、前記第１のスペーサ層の一部領域に配置され、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えたレーザ光を選択する第１の回折格子と、前記第２のスペーサ層の一部領域に配置され、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えたレーザ光を選択する第２の回折格子とを有することを特徴とする。
この発明によれば、回折格子を備えたことで所定の中心波長を有し、複数の発振縦モードを有するレーザ光を選択することができるとともに、非電流注入領域を有することで第１のストライプ構造と第２のストライプ構造とで異なる発振縦モード波長でのレーザ発振を実現することができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１の回折格子は、前記第１の非電流注入領域下部に配置されていることを特徴とする。
この発明によれば、第１の回折格子が非電流注入領域下部に配置されていることにより第１の回折格子には注入電流が流入せず、屈折率変化も起こらないことから第１の回折格子により選択される中心波長の変化を小さくすることができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、該第１の活性層上に配置された第１の電極とを少なくとも有し、第１のレーザ光を出射する第１のストライプ構造と、前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、該第２の活性層上に配置された第２の電極とを少なくとも有し、第２のレーザ光を出射する第２のストライプ構造と、を備え、前記第１の活性層と前記第１の電極との間の熱伝導効率と、前記第２の活性層と前記第２の電極との間の熱伝導効率とが相違することを特徴とする。
この発明によれば、熱伝導効率が相違することとしたため、第１の活性層の温度と第２の活性層の温度が相違し、第１のレーザ光の発振縦モード波長と第２のレーザ光の発振縦モード波長を異ならせることができる。したがって、発振縦モード同士の重なりが抑制され、ＤＯＰを低減できる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１の活性層近傍に配置された第１の回折格子を有し、前記第１のレーザ光が特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備え、前記第２の活性層の近傍に配置された第２の回折格子を有し、前記第２のレーザ光が特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えることを特徴とする。
この発明によれば、回折格子を備えたことで、所定の中心波長を有し、複数の発振縦モードを有する第１のレーザ光および第２のレーザ光を出射することができるとともに、熱伝導効率が異なることで、第１のストライプ構造と第２のストライプ構造とで異なる発振縦モード波長でのレーザ発振を実現することができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１のストライプ構造の水平方向の幅と、前記第２のストライプ構造の水平方向の幅とが相違することを特徴とする。
この発明によれば、ストライプ構造の水平方向の幅を異なることとしたため、第１のストライプと第２のストライプにおける熱伝導効率を異なる値とすることができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１の活性層と前記第１の電極との間の距離と、前記第２の活性層と前記第２の電極との間の距離とが相違することを特徴とする。
この発明によれば、活性層と電極との間を第１のストライプと第２のストライプとで変化させることで、熱伝導効率を異なる値とすることができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１の活性層と前記第１の電極との間に積層された第１のクラッド層と、前記第２の活性層と前記第２の電極との間に積層された第２のクラッド層とをさらに備え、前記第１のクラッド層の膜厚と、前記第２のクラッド層の膜厚とが相違することを特徴とする。
この発明によれば、クラッド層の膜厚を異なるものとすることで、活性層と電極との間の距離を変化させることができ、熱伝導効率を異なる値とすることができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、該第１の活性層近傍に配置された第１の回折格子とを有し、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えた第１のレーザ光を出射する第１のストライプ構造と、前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、該第２の活性層近傍に配置され、前記第１の回折格子と異なる構造を有する第２の回折格子とを有し、特定の中心波長を有する複数の発振縦モードを備えた第２のレーザ光を出射する第２のストライプ構造とを備え、前記第１の回折格子によって選択される中心波長と、前記第２の回折格子によって選択される中心波長とが相違することを特徴とする。
この発明によれば、回折格子の構造を異なるものとすることで、第１のストライプで選択する中心波長と、第２のストライプで選択する中心波長を異なる値とすることができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１の回折格子の周期と、前記第２の回折格子の周期が相違することで中心波長が相違することを特徴とする。
この発明によれば、回折格子の周期を異ならせることで、中心波長をストライプごとに異なる値とすることができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、該第１の活性層近傍に配置され、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第１のレーザ光を選択する第１の回折格子とを備えた第１のストライプ構造と、前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、該第２の活性層近傍に配置され、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第２のレーザ光を選択する第２の回折格子とを備えた第２のストライプ構造とを備え、前記第１のレーザ光の中心波長と、前記第２のレーザ光の中心波長との差分値は、前記第１のレーザ光または前記第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の０．５倍以上であることを特徴とする。
この発明によれば、中心波長差を第１のレーザ光または第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の０．５倍以上とすることで、両ストライプから出射されるレーザ光の発振縦モードの重なりの如何にかかわらず、合成光のＤＯＰを低減することができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、前記第１のレーザ光の中心波長と、前記第２のレーザ光の中心波長との差分値は、前記第１のレーザ光または前記第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の１．５倍以上であることを特徴とする。
この発明によれば、中心波長差を第１のレーザ光または第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の１．５倍以上とすることで、両ストライプから出射されるレーザ光の発振縦モードの重なりの如何にかかわらず、合成光のＤＯＰを１０％以下とすることができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１のレーザ光の中心波長と、前記第２のレーザ光の中心波長との差分値は、前記第１のレーザ光または前記第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の５倍以上であることを特徴とする。
この発明によれば、中心波長差を第１のレーザ光または第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の５倍以上とすることで、両ストライプから出射されるレーザ光の発振縦モードの重なりの如何にかかわらず、合成光のＤＯＰを５％以下とすることができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第１のレーザ光を選択する第１の回折格子とを備えた第１のストライプ構造と、前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第２のレーザ光を選択する第２の回折格子とを備えた第２のストライプ構造とを備え、前記第１のレーザ光のピーク波長と、前記第２のレーザ光のピーク波長との差分値は、０．０１ｎｍ以上であることを特徴とする。
この発明によれば、第１のレーザ光のピーク波長と、第２のレーザ光のピーク波長との差分値を０．０１ｎｍ以上としたため、発振縦モード同士の重なり合いが抑制され、ＤＯＰを低減することができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、半導体基板の一部領域上に積層された第１の活性層と、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第１のレーザ光を選択する第１の回折格子とを備えた第１のストライプ構造と、前記半導体基板の他の領域上に積層された第２の活性層と、所定の中心波長および複数の発振縦モードを有する第２のレーザ光を選択する第２の回折格子とを備えた第２のストライプ構造とを備え、前記第１のレーザ光において最大強度との差が３ｄＢ以下のすべての発振縦モードの波長と、前記第２のレーザ光において最大強度との差が３ｄＢ以下のすべての発振縦モードの波長との差分値は、０．０１ｎｍ以上であることを特徴とする。
この発明によれば、所定強度以上のすべての発振縦モード同士について差分値を０．０１ｎｍ以上としたため、発振縦モード同士の重なり合いが抑制され、ＤＯＰを低減することができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記差分値は、０．１ｎｍ以上であることを特徴とする。
この発明によれば、差分値を０．１ｎｍ以上としたため、発振縦モード同士の重なり合いが抑制され、ＤＯＰを低減することができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第１のレーザ光に含まれる複数の発振縦モードで形成される発振波長スペクトルと、前記第２のレーザ光に含まれる複数の発振縦モードで形成される発振波長スペクトルとが、最大強度との差分値が３ｄＢ以下となる範囲で互いに交差しないことを特徴とする。
この発明によれば、２つの発振波長スペクトルが、所定強度以上の部分で交差しないこととしたため、発振縦モードの重なりが生じた場合でも、それらの発振縦モードの強度が低くなり、ＤＯＰを低減することができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザ装置は、上記の発明において、前記第２のレーザ光の中心波長は、前記第１のレーザ光の中心波長よりも短波長側に位置し、前記第１のレーザ光において、最大強度との差分値が１０ｄＢ以下の発振縦モードの最小波長に対応する周波数と、前記第２のレーザ光において、最大強度との差分値が１０ｄＢ以下の発振縦モードの最大波長に対応する周波数との差分値が、使用される光通信システムの電気的周波数帯域幅よりも大きいことを特徴とする。
この発明によれば、所定強度以上の発振縦モードについて、第１のレーザ光および第２のレーザ光が所定周波数以上の差を有することで、ビートノイズの発生を抑制し、発生したとしても使用する光通信システムの周波数帯以外の周波数で発生させることができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザモジュールは、上記の半導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置から出射された前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とが入射される第１レンズと、該第１レンズを通過した前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光のいずれか一方のみが入射され、入射されたレーザ光の偏光方向を所定の角度回転させる偏光回転手段と、前記第１レンズまたは前記偏光回転手段からの前記第１のレーザ光が入射される第１のポートと、前記偏光回転手段または前記第１レンズからの前記第２のレーザ光が入射される第２のポートと、前記第１のポートから入射される第１のレーザ光と前記第２のポートから入射される第２のレーザ光とが合波されて出射される第３のポートとを有する偏波合成手段と、該偏波合成手段の前記第３のポート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。
この発明によれば、半導体レーザ装置から出射される第１のレーザ光と第２のレーザ光を偏波合成して光ファイバに出力することにより、ＤＯＰが低減されたレーザ光を出射することができる。
つぎの発明にかかる半導体レーザモジュールは、上記の発明において、前記第１レンズは、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とが入射されて前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との間隔を広げるように分離させる単一のレンズであることを特徴とする。
この発明によれば、第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との間隔を広げるように分離させる単一のレンズを用い、２つのレーザ光を一度分離させてから偏波合成するため、２つのストライプが近接していても、これらから出射される２つのレーザ光を偏波合成するための各部品の設計および組立が容易となる。
つぎの発明にかかる光ファイバ増幅器は、上記の半導体レーザ装置あるいは上記の半導体レーザモジュールを用いた励起光源と、信号光と励起光とを合成するためのカプラと、ラマン増幅により光を増幅する増幅用光ファイバとを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、上記の半導体レーザ装置または半導体レーザモジュールを使用することとしたため、ＤＯＰが低減されたレーザ光を励起光として使用した光ファイバ増幅器を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下に図面を参照して、本発明にかかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび光ファイバ増幅器の好適な実施の形態について説明する。図面の記載において同一または類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ装置について、説明する。第１図は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の正面断面図を示し、第２図は、第１図におけるＡ−Ａ線断面図を示し、第３図は、第１図におけるＢ−Ｂ線断面図を示す。
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、第１図に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１上にｎ−ＩｎＰクラッド層２が積層されている。また、第１図におけるＡ−Ａ線上においては下部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層３ａ、活性層４ａ、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層５ａがメサ状に積層されている。これらを総称してストライプ１５とする。同様に、Ｂ−Ｂ線上には下部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層３ｂ、活性層４ｂ、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層５ｂがメサ状に積層されている。これらを総称してストライプ１６とする。ストライプ１５とストライプ１６は空間的に分離されており、ストライプ１５、ストライプ１６以外の部分にはｎ−ＩｎＰクラッド層２上にｐ−ＩｎＰブロッキング層９、ｎ−ＩｎＰブロッキング層１０が順に積層され、注入電流がストライプ１５およびストライプ１６にのみ流入する構造となっている。また、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層５ａ、５ｂおよびｎ−ＩｎＰブロッキング層１０上にはｐ−ＩｎＰクラッド層６が積層され、ｐ−ＩｎＰクラッド層６上には順にｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７、ｐ側電極８が積層されている。また、ｎ−ＩｎＰ基板１の下面にはｎ側電極１１が配置されている。
ｎ−ＩｎＰクラッド層２は、バッファ層としての機能およびクラッド層としての機能を果たすためのものである。ｎ−ＩｎＰクラッド層２およびｐ−ＩｎＰクラッド層６によってストライプ１５、ストライプ１６を上下から挟み込むことで本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置はダブルヘテロ構造を有し、キャリアを効果的に閉じ込めることで高い発光効率を有する。
活性層４ａ、４ｂは、たとえば、ｎ−ＩｎＰ基板１に対する格子不整合率が０．５％から１．５％の範囲において圧縮歪み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な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上限を設けることは必要ではない。なお、ここでは井戸数が５であり、１％の格子不整合率を有する圧縮量子井戸を用いた。
ストライプ１５は下部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層３ａ、活性層４ａ、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層５ａの積層構造からなり、いわゆるＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ（Ｇｒａｄｅｄ  Ｉｎｄｅｘ−Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ：分布屈折率分離閉じこめ多重量子井戸）活性層を形成する。これにより、より効果的にキャリアを閉じ込めることが可能で、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置はダブルヘテロ構造とあわせて高い発光効率を有する。このことはストライプ１６についてもあてはまる。
Ａ−Ａ線断面の構造は、第２図に示す通りである。出射側端面（第２図における右側端面）の全面において低反射膜１３が配置され、反射側端面（第２図における左側端面）の全面において高反射膜１２が配置されている。また、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７上には、全面に渡ってｐ側電極８ａが配置されている。
高反射膜１２は、反射率８０％以上、好ましくは９８％以上の光反射率を有する。一方、低反射膜１３は、レーザ光出力の高出力動作のために共振器長に応じて最適化されるが、光反射率は５％以下、望ましくは１％程度の反射率を有する膜構造からなる。
Ｂ−Ｂ線断面の構造は、第３図に示す通りである。出射側端面に低反射膜１３が配置され、反射側端面において高反射膜１２が配置された構造はＡ−Ａ線断面と同様である。また、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７上には、一部領域を除いてｐ側電極８ｂが配置されている。なお、第２図および第３図に示す各ストライプにおいて、共振器長はそれぞれ８００μｍ〜３２００μｍとする。
本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ｐ側電極８から電流が注入されることにより、ストライプ１５、ストライプ１６においてキャリアの発光再結合が生じる。これにより生じた光が高反射膜１２および低反射膜１３によって形成される共振器によって増幅され、誘導放出を生じることによりレーザ光が低反射膜１３から出射される。
ここで、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ストライプ１５とストライプ１６において、実効的な共振器長が異なる。すなわち、ストライプ１５におけるｐ側電極８ａは、第２図に示すようにｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７上に全面に渡って配置されている。一方、ストライプ１６においては、ｐ側電極８ｂは第３図で示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７上に全面ではなく一部領域についてのみ配置されている。したがって、レーザ発振をおこなう際に注入される電流はストライプ１６においてはｐ側電極８ｂ下部に対してのみ流れ、ｐ側電極８ｂが配置されていない領域の下部においては注入電流は流れない。
ここで、半導体単結晶における屈折率は、単結晶内部を流れる電流によって変化する。したがって、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、レーザ発振時において、注入電流の存在のためにストライプ１５、ストライプ１６を構成する半導体単結晶の屈折率が変動する。
一方、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ストライプ１５では全体に渡って注入電流が流入するのに対して、ストライプ１６では一部領域には注入電流は流入しない。したがって、ストライプ１５を構成する半導体単結晶は全体に渡って屈折率が変化するのに対して、ストライプ１６は一部領域において屈折率の変化が起こらない。そのため、ストライプ１５およびストライプ１６は、物理的な共振器長は同一であるが、屈折率を加味した光路長においては相違することになる。半導体レーザ装置の発振縦モードの波長および発振縦モード間隔は屈折率を加味した実効的な共振器長によって規定されるため、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置のストライプ１５、ストライプ１６から発振されるレーザ光の各発振縦モードの波長および発振縦モード間隔は、光路長の差に応じて異なることとなる。
従来のＷストライプ構造を有する半導体レーザ装置は、各ストライプの物理的な共振器長は等しく、かつ、注入電流も各ストライプにおいて均等に流入するように構成されていた。そのため、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完全に同一であった。一方、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置では、ストライプ１５から出射されるレーザ光の発振縦モード波長とストライプ１６から出射されるレーザ光の発振縦モード波長はわずかではあるが異なった値となる。したがって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は従来のＷストライプ構造を有する半導体レーザ装置と相違して、発振縦モード同士の重なりが抑制されるので、ＤＯＰを低減することができる。
また、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、ストライプ１５の構造とストライプ１６はｐ側電極８ａ、８ｂを除けば同一構造からなる。したがって、本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置は、製造が容易であるという利点も有する。すなわち、非電流注入領域１４の形成予定領域について電極を配置しない点が従来の半導体レーザ装置の製造方法と異なり、他の工程については全く同一におこなうことで本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を製造することができる。したがって、従来の製造装置を用いて簡易に製造することができるという利点も有する。なお、非電流注入領域１４への電流拡散防止をより確実にするために、この領域のコンタクト層を除去する方がより好ましい。
次に、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の変形例について、説明する。第４図は、実施の形態１の変形例である半導体レーザ装置の構造を示す正面断面図である。この変形例では、ストライプ１５とストライプ１６との間に、ｐ側電極８からｎ−ＩｎＰクラッド層２の深さにまで及ぶ分離溝２１を形成し、その分離溝２１の表面を絶縁膜２０で被覆することにより、ストライプ１５とストライプ１６とを電気的に分離することができる。このような半導体レーザ装置をラマン増幅器の励起光源として使用した場合、２つのストライプに供給する注入電流を独立に制御することが可能となり、偏波合成されたレーザ光についてＤＯＰを低減することがさらに容易となる。
なお、本実施の形態１では、ファブリペロー型の半導体レーザ装置について説明したが、ＤＦＢ、ＤＢＲ等の波長選択手段を具備した半導体レーザ装置に対しても上記の構造を適用することが可能である。このような半導体レーザ装置を使用した場合、ラマン増幅器の励起光源に使用する際に波長選択のためのファイバグレーティングを使用しなくとも発振波長が安定化された光出力を得ることが可能となる。
また、本実施の形態１では、ストライプ１６にのみ非電流注入領域１４を設けた構造としているが、これ以外にも、ストライプ１５およびストライプ１６の双方に非電流注入領域を設ける構造としても良い。この場合、各ストライプに設けられた非電流注入領域の面積を異なるものとすることで、注入される電流値がストライプ１５とストライプ１６との間で相違し、異なる波長のレーザ光を出射することができる。
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置について説明する。実施の形態２にかかる半導体レーザ装置において、実施の形態１と同一の符号を付した部分については構造、機能ともに実施の形態１における対応部分と同様であるため説明を省略する。
第５図は、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構造を示す正面断面図である。第５図に示すとおり、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、ストライプ１８ａにおいて上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層５ａ上にｐ−ＩｎＰスペーサ層１７ａが積層され、ストライプ１８ｂにおいて上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層５ｂ上にｐ−ＩｎＰスペーサ層１７ｂが積層された構造を有する。
第６図（ａ）は、第５図におけるＡ−Ａ線断面図を示す。これによると、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置は、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１７ａ内の一部領域において回折格子２３ａが配置された構造を有する。また、第６図（ｂ）は、第５図におけるＢ−Ｂ線断面図を示し、ｐ−ＩｎＰスペーサ層１７ｂ内の一部領域において回折格子２３ｂが配置されていることを示す。
これら回折格子２３ａ、２３ｂは、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰによって構成されており、それぞれ膜厚２０ｎｍ、レーザ出射方向（第６図（ａ）、（ｂ）における横方向）に５０μｍの長さを有する。また、各回折格子の周期は２２０ｎｍで単一の周期を有する。そのため、中心波長１４８０ｎｍの複数の発振縦モードを有するレーザ光を選択することができる。
また、ストライプ１８ａにおいては第６図（ａ）に示すとおりｐ側電極８ａがｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７上に全面に渡って配置されており、ストライプ１８ｂにおいては第６図（ｂ）に示すように、ｐ側電極８ｂはｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層７上の一部領域に配置されており、ｐ側電極８ｂが配置されない領域は非電流注入領域１４を形成する。そして、低反射膜１３を１％以下、好ましくは０．１％以下とすることで、出射端面のファブリ・ペローモードの反射の影響を抑制している。
まず、本実施の形態２において、回折格子２３ａ、２３ｂを設けたことによる特徴について、第７図、第８図を用いて説明する。なお、簡単のため、ここでは本実施の形態２にかかる半導体レーザ装置はストライプ１８ａについてのみ注入電流が流入するものとする。
この実施の形態２における半導体レーザ装置は、ラマン増幅器の励起用光源として用いられることを前提とし、その発振波長λ０は、１１００ｎｍ〜１５５０ｎｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３２００μｍ以下としている。ところで、一般に、半導体レーザ装置の共振器によって発生する縦モードのモード間隔Δλは、実効屈折率を「ｎ」とすると、次式で表すことができる。すなわち、
Δλ＝λ０２／（２・ｎ・Ｌ）      （１）
である。ここで、発振波長λ０を１４８０ｎｍとし、実効屈折率を３．５とすると、共振器長Ｌが８００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．３９ｎｍとなり、共振器長が３２００μｍのとき、縦モードのモード間隔Δλは、約０．１ｎｍとなる。すなわち、共振器長Ｌを長くすればするほど、縦モードのモード間隔Δλは狭くなり、単一縦モードのレーザ光を発振するための選択条件が厳しくなる。
一方、本実施の形態２において、回折格子２３ａ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２３ａによる選択波長特性は、第７図に示す発振波長スペクトル３０として表される。
第７図に示すように、本実施の形態２では、回折格子を有した半導体レーザ装置による発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈで示される波長選択特性内に、発振縦モードを複数存在させるようにしている。従来のＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ）半導体レーザ装置では、共振器長Ｌを８００μｍ以上とすると、単一縦モード発振が困難であったため、かかる共振器長Ｌを有した半導体レーザ装置は用いられなかった。しかしながら、この実施の形態２の半導体レーザ装置では、共振器長Ｌを積極的に８００μｍ以上とすることによって、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に複数の発振縦モードを含ませてレーザ出力するようにしている。第７図では、発振波長スペクトルの半値幅Δλｈ内に３つの発振縦モード３１〜３３を有している。
このように、複数の発振縦モードを有するレーザ光を用いると、単一縦モードのレーザ光を用いた場合に比して、各発振縦モードの強度を抑えつつ、全体としては高い光出力を得ることができる。たとえば、この実施の形態２に示した半導体レーザ装置では、第８図（ｂ）に示す発振スペクトルを有し、低い発振縦モード強度で全体として高いレーザ出力を得ることができる。これに対し、第８図（ａ）は、同じレーザ出力を得る場合の単一縦モード発振の半導体レーザ装置の発振スペクトルであり、高い発振縦モード強度を有している。
すなわち、半導体レーザ装置をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、ラマン利得を大きくするために励起光出力パワーを増大することが好ましいが、その発振縦モード強度が高いと、誘導ブリルアン散乱が発生し、雑音が増加するという不具合が発生する。誘導ブリルアン散乱は、発振縦モード強度が閾値Ｐｔｈを超える場合に発生するので、同じレーザ出力パワーを得る場合であっても、第８図（ｂ）に示すように、複数の発振縦モードで発振させ、各発振縦モードの強度を誘導ブリルアン散乱の閾値Ｐｔｈ以下に抑えることによって、防止することができ、その結果、高いラマン利得を得ることが可能となる。
このような観点から、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈ内に含まれる発振縦モードの本数は、複数であることが望ましい。
ここで、発振波長スペクトル幅が広すぎると、波長合成カプラによる合波ロスが大きくなるとともに、発振波長スペクトル幅内における波長の動きによって、雑音や利得変動を発生させることになる。このため、発振波長スペクトル３０の半値幅Δλｈは、３ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以下とするのが好ましい。
なお、発振縦モード３１〜３３の波長間隔（モード間隔）Δλは、０．１ｎｍ以上としている。これは、半導体レーザ装置をラマン増幅器の励起用光源として用いる場合、モード間隔Δλが０．１ｎｍ以下であると、誘導ブリルアン散乱が発生する可能性が高くなるからである。この結果、上述したモード間隔Δλの式によって、上述した共振器長Ｌが３２００μｍ以下であることが好ましいことになる。
また、従来の半導体レーザ装置では、ファイバグレーティングを用いた半導体レーザモジュールとしていたため、ファイバグレーティングと光反射面との間の共振によって相対強度雑音（ＲＩＮ）が大きくなり、安定したラマン増幅を行うことができないが、この実施の形態２に示した半導体レーザ装置では、ファイバグレーティングを用いず、低反射膜１３から出射したレーザ光をそのまま、ラマン増幅器の励起用光源として用いているため、相対強度雑音が小さくなり、その結果、ラマン利得の揺らぎが小さくなり、安定したラマン増幅を行わせることができる。
以上述べたように回折格子を設けることによる利点が多数存在するが、本実施の形態２にかかる半導体レーザ装置では、ｐ側電極８ａ、８ｂの構造とあわせてさらに利点を有する。
すなわち、既に上述したように、本実施の形態２では、実施の形態１と同様、非電流注入領域１４を有するので、ストライプ１８ａから出射されるレーザ光の各発振縦モードの波長と、ストライプ１８ｂから出射される各発振縦モードの波長は異なった値となる。このため、このような２つのレーザ光が偏波合成される場合において、発振縦モード同士の重なりが抑制されるので、合成光のＤＯＰを十分低減することができるのである。２つの別個の半導体レーザ装置からのレーザ光を偏波合成する場合と比較して製造工程が簡易化し、装置を小型化することができる点も、実施の形態１と同様である。
実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３にかかる半導体レーザ装置は、同一の半導体基板上に複数のストライプ構造を有し、この複数のストライプ構造について、水平方向の幅を相違させることによって各ストライプから出射されるレーザ光の各発振縦モード波長を異なるものとしている。以下、第９図を参照して具体的に説明する。
実施の形態３にかかる半導体レーザ装置は、同一のｎ−ＩｎＰ基板１上に下部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層４６ａ、活性層４７ａ、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層４８ａ、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４９ａを順次積層したストライプ５０ａと、下部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層４６ｂ、活性層４７ｂ、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層４８ｂ、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４９ｂを順次積層したストライプ５０ｂとを有する。そして、ストライプ５０ａの水平方向の幅Ｌａと、ストライプ５０ｂの水平方向の幅Ｌｂについて、Ｌａ＞Ｌｂの関係が成立している。また、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４９ａ、４９ｂには、実施の形態２と同様に所定の中心波長を有し、複数の発振縦モードを備える光を選択する回折格子が配置されている。なお、実施の形態１または２と同一もしくは類似の部分については、同一もしくは類似の符号を付し、同一若しくは類似の機能を果たすものとする。
本実施の形態３にかかる半導体レーザ装置は、水平方向に異なる幅を有するストライプ５０ａ、５０ｂを具備することで、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を相違させている。以下、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相違する理由について説明する。
一般に、半導体レーザ装置では、レーザ発振時に活性層において非発光再結合電流等に起因した熱が発生し、活性層近傍の温度が大きく上昇して出射レーザ光の特性に悪影響を与える。したがって、活性層の温度上昇をある程度抑制するために、使用時にはヒートシンクと上部電極が接触するいわゆるジャンクションダウン方式でヒートシンク上に半導体レーザ装置を固定し、発生した熱を逃がしている。
本実施の形態３にかかる半導体レーザ装置も同じ理由から、使用時にはジャンクションダウン方式によって、ｐ側電極８とヒートシンクを接触させて固定される。そのため、活性層４７ａで発生した熱は、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層４８ａ、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４９ａおよびｐ−ＩｎＰクラッド層６を経由してヒートシンクに放出される。また、活性層４７ｂで発生した熱は、上部ＧＲＩＮ−ＳＣＨ層４８ｂ、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４９ｂおよびｐ−ＩｎＰクラッド層６を経由してヒートシンクに放出される。すなわち、活性層４７ａ、４７ｂで発生した熱は、それぞれストライプ５０ａ、５０ｂおよびこれらの上部領域が熱伝導路として機能することで外部に放出される。
一般に、熱伝導効率は、熱伝導路の断面積に比例して増大する。本実施の形態３において、ストライプ５０ａ、５０ｂはその幅Ｌａ、Ｌｂが相違するために断面積が異なり、それぞれの熱伝導路の熱伝導効率は異なることとなる。そのため、本実施の形態３において、レーザ発振時には活性層４７ａ近傍の温度と、活性層４７ｂ近傍の温度は異なる値となる。
ここで、ストライプ５０ａ、５０ｂを構成する半導体単結晶の屈折率は、一般に温度に依存することが知られている。そのため、屈折率を加味した光路長に依存して決まる各発振縦モードの波長および発振縦モード間隔は、ストライプ５０ａから出射されるレーザ光とストライプ５０ｂから出射されるレーザ光との間で異なることとなる。したがって、このような２つのレーザ光が偏波合成される場合において、発振縦モード同士の重なりが抑制されるので、合成光のＤＯＰを十分低減することができる。
また、水平方向の幅が異なることで、注入電流に対する電気抵抗値が変化するという利点も有する。すなわち、電気抵抗は断面積に反比例するため、幅が異なるストライプ５０ａ、５０ｂの電気抵抗値は異なる値となる。そのため、活性層４７ａに流入する電流の値と、活性層４７ｂに流入する電流の値が相違し、実施の形態１と同様の理由で各発振縦モード波長が異なることとなる。また、流入する電流の値が異なることで、活性層４７ａ、４７ｂで発生する熱が異なり、活性層４７ａ、４７ｂの温度が異なり、各発振縦モード波長が異なることとなる。
なお、本実施の形態３では、各ストライプに波長選択のための回折格子を有する構造としたが、実施の形態１の場合と同様に、ファブリペロー共振器によって波長選択をおこなう構造としても良い。
なお、本実施の形態３では、半導体レーザ装置がジャンクションダウン方式でヒートシンク上に固定される場合を説明したが、本実施の形態３にかかる半導体レーザ装置は、ｎ側電極１１とヒートシンクとが接触した状態で固定する場合にも有効である。この場合でも、活性層４７ａ、４７ｂで発生した熱は、ストライプ５０ａ、５０ｂおよびその下部領域が熱伝導路として機能することで、ヒートシンクに放出される。したがって、幅Ｌａと幅Ｌｂとが相違することで、熱伝導路の熱伝導効率が相違し、ストライプ５０ａから出射されるレーザ光と、ストライプ５０ｂから出射されるレーザ光の発振縦モード波長が異なり、ＤＯＰを低減することができる。
変形例．
次に、実施の形態３の変形例にかかる半導体レーザ装置について説明する。第１０図は、変形例にかかる半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。第１０図にも示すように、変形例にかかる半導体レーザ装置は、ｐ−ＩｎＰクラッド層５１の膜厚を異ならせることによって熱伝導効率を変化させている。
実施の形態３では、熱伝導路の断面積を変化させることで熱伝導効率を変化させているが、断面積が等しい場合、熱伝導路の長さを変化させることによっても熱伝導効率は変化する。ｐ−ＩｎＰクラッド層５１の膜厚を各ストライプ上部で異なるように構成することで、レーザ発振時に活性層４７ａ近傍の温度および活性層４７ｂ近傍の温度が相違し、発振縦モードの波長も相違することでＤＯＰを低減することができる。
なお、変形例において、熱伝導路の長さを変化させるためにはｐ−ＩｎＰクラッド層５１の膜厚のみならず、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４９ａ、４９ｂの膜厚を変化させても良い。これ以外でも、活性層４７ａ、４７ｂからヒートシンクまでの距離が異なるような構造であれば、発振縦モードの波長を異ならせてＤＯＰを低減することが可能である。
実施の形態４．
次に、実施の形態４について説明する。実施の形態４にかかる半導体レーザ装置は、各ストライプに複数の発振縦モードを選択する回折格子をそれぞれ形成した半導体レーザ装置において、各回折格子が選択する中心波長が異なるように、回折格子の構造を異ならしめたものである。以下、第１１図を参照して、本実施の形態４について説明する。
第１１図は、実施の形態４にかかる半導体レーザ装置の側面断面図である（なお、正面断面図は第５図と同じであるため、省略した。）。第１１図（ａ）および第１１図（ｂ）において、ストライプ５２ａ、５２ｂは、それぞれ波長を選択するための回折格子５３ａ、５３ｂを有する。ここで、回折格子５３ａおよび回折格子５３ｂは、異なる周期を有する。そのため、回折格子５３ａで選択される中心波長と、回折格子５３ｂで選択される中心波長とは互いに異なる値となる。本実施形態例では、かかる構成によって、偏波合成をおこなった際にＤＯＰを低減することが可能である。以下において、その理由を説明する。
まず、本願発明者らは、各ストライプから出射されるレーザ光のピーク波長（発振波長スペクトルを構成する複数の発振縦モードのうち、最大の強度を有する発振縦モードの波長をいう。）の差分値である波長差ΔλｐとＤＯＰの関係について測定を行った。
具体的には、単一のストライプ構造を有する２つの半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を偏波合成カプラによって直交偏波合成した光について、波長差Δλｐを変化させてＤＯＰを測定している。測定に用いた２つの半導体レーザ装置は、活性層近傍に回折格子を有し、複数の発振縦モードを有し、各発振縦モードの間隔が０．２ｎｍとなるレーザ光を出射する。
測定対象としてＷストライプ構造の半導体レーザ装置を用いなかったのは、各レーザ光のピーク波長を容易に変動させるためである。本測定では、具体的には、単一のストライプ構造を有する２つの半導体レーザ装置について、それぞれ別個の温調モジュール上に配置することで活性層の温度を変化させ、ピーク波長を変化させている。なお、単一ストライプ構造の２台の半導体レーザ装置による波長差Δλｐについての測定結果が示す合成光のＤＯＰの傾向については、Ｗストライプ構造を有し、各ストライプから出射されるレーザ光のピーク波長が異なるＷストライプ構造の半導体レーザ装置についても当てはまる。
第１２図は、測定の結果を示すグラフである。第１２図に示すグラフは、横軸を波長差Δλｐ、縦軸をＤＯＰとする。また、第１２図において、曲線ｌ１はＤＯＰの短期的な変動を示す曲線であり、曲線ｌ２は、ＤＯＰの長期的な変動の傾向を示す曲線である。曲線ｌ１に示されるように、ＤＯＰは波長差Δλｐが０．２ｎｍの周期で増減をくり返す。また、曲線ｌ２に示されるように、長期的な傾向としては波長差Δλｐが増大するにつれ、ＤＯＰが低減されていることが分かる。
曲線ｌ２の傾向から、波長差Δλｐが０．１ｎｍ以上となる場合、ＤＯＰを１０％以下に抑制できることが分かる。また、波長差Δλｐが０．８ｎｍ以上となった場合、ＤＯＰを５％以下に抑制することができる。このように、波長差Δλｐを広くとることでＤＯＰが低減され、ラマン増幅器の励起光源として使用した場合にも、信号光の偏波方向に関わらず安定した利得を得ることができる。
一方、曲線ｌ１より、波長差Δλｐが０．０１ｎｍ以上においてはＤＯＰは低くなるが、波長差Δλｐが０．２ｎｍ変化するごとにＤＯＰは極大の値をとる。
ＤＯＰがこのような周期性を有する原因は、本測定に使用した２つの半導体レーザ装置がそれぞれ回折格子によって複数の発振縦モードを有するレーザ光を出射し、各発振縦モードの間隔（Δλ：（１）式）が０．２ｎｍであるところ、波長差Δλｐが０．２ｎｍとなる際の各レーザ光の関係は、第１４図のように各レーザ光の発振スペクトルのピーク波長は異なるものの、発振縦モード同士は重なり合っているものであり、かかる関係の下では、ピーク波長が一致した場合と同様に、ＤＯＰが十分に低減されないからである。ただし、波長差Δλｐが増大するにつれ、重なり合う発振縦モードの強度差が拡大し、重なり合う発振縦モードの本数も減少するため、長期的な傾向としてはＤＯＰが低減されることとなる。
そのため、例えば第１乃至第３の実施形態例で示したような構成を採用すれば、両レーザ光の発振縦モードの波長がわずかに（０．０１ｎｍ乃至０．２ｎｍ）ずれることとなるため、ＤＯＰを抑制することができるのである。すなわち、この場合、両レーザ光の各発振縦モードは、第１５図に示すように、一方のレーザ光の隣接する発振縦モードの間に他方のレーザ光の発振縦モードが配置される状態となっており、発振縦モード同士の重なり合いが防止されるので、直交偏波合成した際にＤＯＰを低減することができるのである。
対して、本実施の形態４では、上記実施の形態１乃至３のように、半導体レーザ装置の電極構造や層構造を変更して各発振縦モードが重ならないようにすることで合成光のＤＯＰを低減するのではなく、回折格子５３ａ、５３ｂによって選択される中心波長を積極的に異ならせることによって、両ストライプのレーザ光の発振縦モードの重なりにかかわらず、合成光のＤＯＰを低減するものである。
そこで、第１３図（ａ）を用いて、このために回折格子５３ａ、５３ｂが満たすべき条件について検討する。第１３図（ａ）は、第１のストライプ構造５２ａに形成された回折格子５３ａの中心波長λＧ１に対して短波長側に第１のレーザ光の最大強度の発振縦モード（ピーク波長λＰ１）が存在し、第２のストライプ構造５２ｂに形成された回折格子５３ｂの中心波長λＧ２に対して長波長側に第２のレーザ光の最大強度の発振縦モード（ピーク波長λＰ２）が存在している場合を示したものである。
第１２図の曲線ｌ２によれば、波長差Δλｐ（＝λＰ１−λＰ２）が、発振縦モード間隔Δλ（＝０．２ｎｍ）の１／２以上（０．１ｎｍ以上）であれば、ＤＯＰは少なくとも１０％以下となる。このことから、両ストライプのレーザ光の発振縦モードの重なりの如何にかかわらず合成光のＤＯＰが１０％以下となるための、回折格子の中心波長の差ΔλＧ（＝λＧ１−λＧ２）は、第１３図（ａ）を参照して、
ΔλＧ  ≧  Δλ／２＋Δλ／２＋Δλ／２＝１．５Δλ          （２）
となる。
同様にして、第１２図の曲線ｌ２によれば、波長差Δλｐが、発振縦モード間隔Δλの４倍以上（０．８ｎｍ以上）であれば、ＤＯＰは少なくとも５％以下となる。このことから、両ストライプのレーザ光の発振縦モードの重なりの如何にかかわらず合成光のＤＯＰが５％以下となるための、回折格子の中心波長の差ΔλＧは、第１３図（ａ）を参照して、
ΔλＧ  ≧  Δλ／２＋Δλ／２＋４Δλ＝５Δλ                （３）
となる。
したがって、２つのストライプに形成される回折格子によって選択される中心波長の差ΔλＧが、レーザ光の発振縦モード間隔Δλの１．５倍以上、好ましくは５倍以上となるように、各回折格子を設計することにより、発振縦モードの重なりの如何にかかわらず、合成光のＤＯＰは、それぞれ１０％以下、または５％以下とすることができる。
また、第１３図（ｂ）に示すように、ピーク波長が中心波長とほぼ同等の値、すなわちλＰ１≒λＧ１、λＰ２≒λＧ２となる場合には中心波長差ΔλＧを小さくすることができる。波長差Δλｐが発振縦モード間隔Δλの１／２以上とするためには、
ΔλＧ  ≒Δλｐ≧  Δλ／２          （４）
となる。ΔλＧ＝Δλｐが成立すれば、ΔλＧ≧Δλ／２が成立し、第１２図の曲線ｌ２よりＤＯＰが１０％以下となり、ΔλＧとΔλｐとが完全に一致しない場合でも、ほぼ同等の値となるならばＤＯＰを１０％程度に低減することが可能となる。なお、第１３図（ａ）、第１３図（ｂ）に示す発振縦モードにおいて、両ストライプから出射されるレーザ光の発振縦モードが互いに異なる場合には、いずれかの発振縦モード間隔Δλを（２）式〜（４）式に適用することで合成光のＤＯＰを低減することが可能である。
合成光のＤＯＰが低減されるように各ストライプの回折格子の中心波長を決定する他の方法は、第１６図に示すように、２つのレーザ光による発振波長スペクトル５４、５５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ることである。具体的には、発振波長スペクトル５４、５５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、各回折格子の中心波長差Δλｐ（＝λＰ１−λＰ２）を設定すればよい。第１６図の模式図において、発振波長スペクトル５４に属する発振縦モード５６ａと発振波長スペクトル５５に属する発振縦モード５７ａとは重なり合っているものの、発振縦モード５７ａの強度はレーザ光の最大強度との差分値が３ｄＢ以上となるため、ＤＯＰに与える影響は低く、この重なりによってＤＯＰが大きくなることが抑制される。また、発振波長スペクトル５５に属する発振縦モード５７ｂも発振波長スペクトル５４に属する発振縦モード５６ｂと重なり合うが、同様の理由でＤＯＰにはほとんど影響を与えない。なお、ＤＯＰ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波長スペクトル５４、５５が交差しないよう中心波長差Δλｐを設定しておくことが好ましい。
このように、波長差Δλｐを発振縦モード間隔Δλの１．５倍以上、好ましくは５倍以上としたり、最大強度に対する強度比が所定値以内、具体的には例えば３ｄＢ以内、より好ましくは１０ｄＢ以内の範囲で発振波長スペクトルが交差しないよう波長差Δλｐを設定することで、偏波合成の際にＤＯＰを効果的に低減できる半導体レーザ装置を実現することができる。
なお、このような波長差Δλｐについて、Ｗストライプ構造を備えた半導体レーザ装置によって形成される半導体レーザ光源のみならず、それぞれ異なる基板上にストライプが形成された２個の半導体レーザ装置を組み合わせて形成される半導体レーザ光源にも適用可能である。このような場合でも、波長差Δλｐを上記のように設定することで、偏波合成の際にＤＯＰを効果的に低減することができる。具体的には、第１７図（ａ）、（ｂ）で示すような構造とすればよい。第１７図（ａ）に示すように、上記した範囲の波長差Δλｐを有する単一ストライプ半導体レーザ装置５８ａ、５８ｂによって半導体レーザ光源５９ａを構成し、それぞれから出射されたレーザ光について、偏波合成カプラ６０によって直交偏波合成をすることで、ＤＯＰが低減された励起光源を構成することができる。
また、第１７図（ｂ）に示すように、偏波合成カプラ（キューブビームスプリッタ）６２に対して半導体レーザ光源５９ｂを構成する単一ストライプ半導体レーザ装置５８ａ、５８ｂからのレーザ光を互いに直交するように入射させても良い。単一ストライプ半導体レーザ装置５８ａから出射され、レンズ６１ａで平行光となったレーザ光と、単一ストライプ半導体レーザ装置５８ｂから出射され、レンズ６１ｂで平行光とされて半波長板６１ｃを通過したレーザ光とが偏波合成カプラ６２に入射して直交偏波合成することで、ＤＯＰが低減された光を伝送用光ファイバ６４に入力することができる。なお、第１７図（ａ）および第１７図（ｂ）に示された半導体レーザ光源では、各半導体レーザ装置の温度を適宜調整することによって、上記した波長の差を持った２つのレーザ光を出力させることができる。
なお、Ｗストライプ構造を備えた半導体レーザ装置および第１７図（ａ）、（ｂ）に示したような単一ストライプ半導体レーザ装置を用いた光源では、各レーザ光の波長を微調整することで、第１２図におけるＤＯＰの周期的ピークの間の状態に２つの半導体レーザ光源の波長を設定して合成光のＤＯＰを低減することが可能である。例えば、第１２図の曲線ｌ１の傾向を考慮すると、２つの半導体レーザ光源から出射されるレーザ光の発振縦モードの波長差を０．０１ｎｍ以上、好ましくは０．１ｎｍ以上とすれば、合成光のＤＯＰを低くすることができる。ここで、上記波長差を実現する発振縦モードは、すべての発振縦モードとしても良いが、所定強度以上の発振縦モードについて、波長差を０．０１ｎｍ以上、好ましくは０．１ｎｍ以上としても良い。合成光のＤＯＰに関しては、強度の高い発振縦モードの寄与が大きいためである。具体的には、ピーク強度との比が３ｄＢ以下、より好ましくは１０ｄＢ以下となるような強度の発振縦モードについて、上記波長差を実現することで合成光のＤＯＰを低減することができる。
また、一方のレーザ光の発振縦モードが、他方のレーザ光の発振縦モードと重なり合うことがないようにするため、たとえば、隣接する発振縦モードの間隔Δλに対して、自然数ｎを用いて、
Δλｐ＝（Δλ／２）×（２ｎ−１）            （５）
となるように、２つの半導体レーザ光源の波長差Δλｐを調整すればよい。第１２図に関してなされた測定においては、半導体レーザ光源の発振縦モード間隔Δλは、０．２ｎｍであるため、波長差Δλｐについて、０．１ｎｍ、０．３ｎｍ、０．５ｎｍ等となれば、ＤＯＰを特に低く抑えることができる。この場合、第１５図に示すように、一方のレーザ光においての隣接する発振縦モードの間に他方のレーザ光の発振縦モードが配置される状態となり、発振縦モード同士の重なり合いを防止することができ、直交偏波合成した際にＤＯＰを低減することができる。
次に、ビートノイズを抑制するための波長差Δλｐの条件について検討する。上記のような波長差Δλｐを設定した場合でも、偏波合成される各レーザ光の発振縦モードの波長が十分離れていない場合には、各レーザ光が長距離伝搬する間に偏波成分の混合が起こり、両発振縦モード間の周波数差に相当する周波数を持ったノイズ成分が現れる。
ビートノイズが発生する場合であっても、半導体レーザ装置を使用する光通信システムの伝送帯域外に現れるようにすることができれば、少なくともその悪影響を排除することはできる。伝送帯域外にビートノイズが発生したとしても、ラマン増幅をおこなう際にビートノイズに起因して信号光のノイズが現れることがないためである。
具体的には、次の通りに波長差Δλｐを設定する。第１８図に示すように、中心波長λＰ１を有する第１のストライプからの出射レーザ光の複数の発振縦モードのうち、最大強度との差分値が１０ｄＢ以下の強度を有する中で最大の波長を有する発振縦モード６５と、中心波長λＰ２（＞λＰ１）を有する第２のストライプからの出射レーザ光の複数の発振縦モードのうち、最大強度との差分値が１０ｄＢ以下の強度を有する中で最小の波長を有する発振縦モード６６とについて、この発振縦モード６６と、発振縦モード６５との間の周波数差が、半導体レーザ装置が使用される光通信システムの電気的帯域幅よりも大きくなるよう中心波長λＰ１、λＰ２を設定する。このように構成することで、光が伝送用光ファイバ中を長距離伝送される間に偏波混合が生じても、ビートノイズが発生する周波数帯が通信システムの伝送帯域外となる。したがって、信号光のノイズが増大することを防止することができる。
具体的な波長差Δλｐとしては、数ｎｍ〜数十ｎｍ以上（たとえば、３ｎｍ以上）となるように、各ストライプの回折格子を設計するのがよい。さらに好ましくは、波長差Δλｐが２０ｎｍ以上、たとえば一方のストライプから出射されるレーザ光の中心波長が１４３０ｎｍ、他方から出射されるレーザ光の中心波長が１４５０ｎｍとなるようにすればよい。
第１９図は、波長差Δλｐを１．５ｎｍとした場合に各ストライプから出射されるレーザ光の波形を示すグラフである。第１９図に示すように、中心波長が１４４７．５ｎｍ程度の第１のストライプからのレーザ光において最大強度との差が１０ｄＢ以下で最も波長の大きい発振縦モード６７と、中心波長が１４４９ｎｍ程度の第２のストライプからのレーザ光において最大強度との差が１０ｄＢ以下で最も波長の小さい発振縦モード６８とが存在する。発振縦モード６７と発振縦モード６８との間の波長差は０．２６２５ｎｍであり、周波数差に直すと３７．６ＧＨｚである。このため、第１９図に示す波形を有する半導体レーザ装置を励起光源としてラマン増幅に用いると、長距離伝搬中の偏波モードの混合によって発生するビートノイズの周波数は非常に高い値となり、信号光に対するノイズとはならない。具体的な相対強度雑音のグラフについて、第２０図に示す。第２０図に示すように、偏波合成して光ファイバ中を長距離伝送した光の相対強度雑音（ＲＩＮ）について、第２７図で１１ＧＨｚ付近に現れたピークは発生していないことが分かる。
実施の形態５．
次に、実施の形態５について説明する。実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールは、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を使用した半導体レーザモジュールである。
第２１図は、実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールの構成を示す側面断面図、第２２図は本発明の実施の形態５にかか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。
第２１図に示すように、実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールは、内部を気密封止したパッケージ７１と、そのパッケージ７１内に設けられ、レーザ光を出射する半導体レーザ装置７２と、フォトダイオード７３と、第１レンズ７４と、プリズム７５と、半波長板（偏光回転手段）７６と、偏波合成部材（ＰＢＣ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｃｏｍｂｉｎｅｒ）７７と、光ファイバ７８とを有する。
半導体レーザ装置７２は、第２２図に示すように、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ストライプ７９およびストライプ８０を有し、ストライプ７９およびストライプ８０の端面からそれぞれ第１のレーザ光Ｋ１および第２のレーザ光Ｋ２を出射する。第２２図中に示すＫ１およびＫ２は、それぞれストライプ７９およびストライプ８０から出射されるビームの中心の軌跡を示す。ビームは、第２２図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。ストライプ７９およびストライプ８０との間隔は、例えば約４０μｍ程度である。
半導体レーザ装置７２はチップキャリア８１上に固定して取り付けられる。なお、半導体レーザ装置７２は、ヒートシンク（図示せず）上に固定して取り付けられ、そのヒートシンクがチップキャリア８１上に固定して取り付けられていてもよい。
フォトダイオード７３は、半導体レーザ装置７２の後側（第２１図では左側）端面７２ｂ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７３は、フォトダイオードキャリア８２に固定して取り付けられている。
第１レンズ７４は、半導体レーザ装置７２の前側（第２１図では右側）端面７２ａ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との間隔を広げるように、かつ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。
第１レンズ７４は、第１レンズ保持部材８３によって保持されている。第１レンズ７４は、ストライプ７９から出射された第１のレーザ光Ｋ１の光軸とストライプ８０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７４の中心軸を挟んでほぼ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および第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７４の中心軸近傍を通過するため、レーザ光の波面の乱れがなくなり、光ファイバ７８との光結合効率が高くなる。その結果、より高出力の半導体レーザモジュールが得られる。なお、球面収差の影響を抑えるためには、第１レンズ７４は、球面収差が小さく光ファイバ７８との結合効率が高くなる非球面レンズを用いるのが好ましい。
プリズム７５は、第１レンズ７４と偏波合成部材７７との間に配設され、入射された第１のレーザ光Ｋ１および第２のレーザ光Ｋ２を、互いの光軸をほぼ平行にして出射する。プリズム７５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７４から非平行に伝搬する第１および第２のレーザ光Ｋ１、Ｋ２の光軸が、プリズム７５の屈折により平行とされているため、このプリズム７５の後方に配置される偏波合成部材７７の作製が容易になるとともに、偏波合成部材７７を小型化し半導体レーザモジュールを小型にすることが可能となる。
第２３図（ａ）はプリズム７５の構成を示す側面図、（ｂ）はその平面図である。第２３図に示すように、プリズム７５は、その全長Ｌ１が約１．０ｍｍであり、平坦状に形成された入射面７５ａと、所定角度θ（θは３．２°±０．１°）に傾斜した出射面７５ｂを有する。
半波長板７６は、プリズム７５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、入射された第１のレーザ光Ｋ１の偏光方向を９０度回転させる。
偏波合成部材７７は、第１のレーザ光Ｋ１が入射される第１のポート７７ａと、第２のレーザ光Ｋ２が入射される第２のポート７７ｂと、第１のポート７７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２のポート７７ｂ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第３のポート７７ｃとを有する。偏波合成部材７７は、例えば、第１のレーザ光Ｋ１を常光線として第３のポート７７ｃに伝搬させるとともに、第２のレーザ光Ｋ２を異常光線として第３のポート７７ｃに伝搬させる複屈折素子である。偏波合成部材７７が複屈折素子の場合、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。
本実施の形態においてはプリズム７５、半波長板７６および偏波合成部材７７は、同一のホルダ部材８４に固定されている。第２４図（ａ）はプリズム７５、半波長板７６および偏波合成部材７７を固定するホルダ部材８４を示す平面断面図、（ｂ）はその側面断面図、（ｃ）はその正面図である。第２４図に示すように、ホルダ部材８４は、ＹＡＧレーザ溶接が可能な材料（例えばＳＵＳ４０３、３０４等）で作られ、その全長Ｌ２は約７．０ｍｍであり、全体がほぼ円柱状に形成されている。ホルダ部材８４に内部に収容部８４ａが形成され、その収容部８４ａにプリズム７５、半波長板７６および偏波合成部材７７がそれぞれ固定される。ホルダ部材８４の上部および下部は平坦状に形成されている。
ホルダ部材８４は、第２４図（ｄ）に示すように、断面がほぼＵ字形状の第２の支持部材８９ｂの２つの起立壁の間にはめこまれ、この起立壁の間で、ホルダ部材８４は中心軸Ｃ１の周りに回転させて配置することができる。これによって、偏波合成部材７７の第１のポート７７ａから入射する第１のレーザ光Ｋ１および第２のポート７７ｂから入射する第２のレーザ光Ｋ２をともに第３のポート７７ｃから出射するように、ホルダ部材８４の位置をＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向および中心軸Ｃ１の周りに調整することが非常に容易となる。
光ファイバ７８は、偏波合成部材７７の第３のポート７７ｃから出射されるレーザ光を受光し外部に送出する。
偏波合成部材７７と光ファイバ７８との間には、偏波合成部材７７の第３のポート７７ｃから出射される合成されたレーザ光を光ファイバ７８に光結合させる第２レンズ８６が配設されている。なお、第１レンズ７４は、第１のレーザ光Ｋ１および第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ７４と第２レンズ８６との間で焦点（Ｆ１，Ｆ２）を結ぶように位置合わせされているので、第１のレーザ光Ｋ１および第２のレーザ光Ｋ２が第１レンズ７４を通過後、分離する（第２２図中の距離Ｄ’が十分大きな値となる）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装置７２と光ファイバ７８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を提供できる。また、第１レンズ７４と第２レンズ８６との間におけるレーザ光のスポット径が小さくなるので、使用する光源部品を小さくすることができ、小型のレーザモジュールが設計できる。
半導体レーザ装置７２を固定したチップキャリア８１と、フォトダイオード７３を固定したフォトダイオードキャリア８２とは、断面ほぼＬ字形状の第１の基台８７上に半田付けして固定される。第１の基台８７は、半導体レーザ装置７２の発熱に対する放熱性を高めるために、たとえばＣｕＷ系合金等で作られているのが好ましい。
第１レンズ７４を固定した第１レンズ保持部材８３と、プリズム７５、半波長板７６および偏波合成部材７７を固定したホルダ部材８４とは、第２の基台８８上にそれぞれ第１の支持部材８９ａおよび第２の支持部材８９ｂを介してＹＡＧレーザ溶接により固定される。このため、第２の基台８８は、溶接性の良好なステンレス鋼等で作られているのが好ましい。また、第２の基台８８は、第１の基台８７の平坦部８７ａ上に銀ろう付けして固定される。
第１の基台８７の下部にはペルチェ素子からなる冷却装置９０が設けられている。半導体レーザ装置７２からの発熱による温度上昇はチップキャリア８１上に設けられたサーミスタ９０ａによって検出され、サーミスタ９０ａより検出された温度が一定温度になるように、冷却装置９０が制御される。これによって、半導体レーザ装置７２のレーザ出力を高出力化かつ安定化させることができる。
パッケージ７１の側部に形成されたフランジ部７１ａの内部には、偏波合成部材７７を通過した光が入射する窓部７１ｂが設けられ、フランジ部７１ａの端面には中間部材７１ｄが固定されている。中間部材７１ｄ内にはレーザ光を集光する第２レンズ８６を保持する第２レンズ保持部材９１がＹＡＧレーザ溶接により固定されている。第２レンズ保持部材９１の端部には金属製のスライドリング９２を介して光ファイバ７８を保持したフェルール９３がＹＡＧレーザ溶接により固定される。
次に、実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールの動作について説明する。半導体レーザ装置７２のストライプ７９およびストライプ８０の前側端面７２ａからそれぞれ出射された第１のレーザ光Ｋ１および第２のレーザ光Ｋ２は、第１レンズ７４を通過し、交差した後、間隔が広がりプリズム７５に入射される。プリズム７５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４８０μｍである。プリズム７５によって第１のレーザ光Ｋ１と第２のレーザ光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７６に入射され、偏光方向が９０度回転された後、偏波合成部材７７の第１のポート７７ａに入射され、第２のレーザ光Ｋ２は偏波合成部材７７の第２のポート７７ｂに入射される。
偏波合成部材７７では、第１のポート７７ａから入射される第１のレーザ光Ｋ１と第２のポート７７ｂから入射される第２のレーザ光Ｋ２とが合波されて第３のポート７７ｃから出射される。
偏波合成部材７７から出射されたレーザ光は、第２レンズ８６によって集光され、フェルール９３によって保持された光ファイバ７８の端面に入射され外部に送出される。
一方、半導体レーザ装置７２の後側端面７２ｂから出射されたモニタ用のレーザ光は、フォトダイオード７３によって受光され、フォトダイオード７３の受光量に基づいて半導体レーザ装置７２の駆動電流を制御することによって光出力等を調整する。
実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールによれば、半導体レーザ装置７２から第１のレーザ光Ｋ１および第２のレーザ光Ｋ２が出射され、半波長板７６によって第１のレーザ光Ｋ１の偏光方向が９０度回転し、偏波合成部材７７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７８からは高出力で、かつ偏光度の小さいレーザ光を出力することができる。従って、上記の半導体レーザモジュールを、高出力が要求されるエネルギードープ光ファイバ増幅器や、さらに低偏波依存性および波長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。
なお、本実施の形態５においては、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置を用いて半導体レーザモジュールを構成することとしたが、これに限定されるものではない。たとえば、ＤＦＢ、ＤＢＲ等の波長選択手段を具備した半導体レーザ装置を用いても良いし、実施の形態２乃至実施の形態４にかかる半導体レーザ装置を用いても良い。しかも、このような半導体レーザ装置を用いることは、光ファイバ増幅器に使用する際にファイバグレーティングを必要としないという利点を有するためむしろ好ましい。
実施の形態６．
次に、実施の形態６にかかる光ファイバ増幅器について説明する。実施の形態６にかかる光ファイバ増幅器は、ラマン増幅によって光増幅をおこなう。第２５図は、実施の形態６にかかる光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。
第２５図に示すように、実施の形態６にかかる光ファイバ増幅器は、信号光が入力される入力部９９と、信号光が出力される出力部１００と、入力部９９と出力部１００との間で信号光を伝送する光ファイバ（増幅用ファイバ）１０１と、励起光を発生させる励起光発生部１０２と、励起光発生部１０２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）１０１に伝送される信号光とを合波するＷＤＭカプラ１０３とを有する。入力部９９とＷＤＭカプラ１０３との間および出力部１００とＷＤＭカプラ１０３との間には、入力部９９から出力部１００への方向の信号光だけを透過させる光アイソレータ１０４がそれぞれ設けられている。
励起光発生部１０２は、互いに波長帯の異なるレーザ光を出射する実施の形態５にかかる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１０５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、ＷＤＭカプラ１０５によって合成され、励起光発生部１０２の出力光となる。
励起光発生部１０２で発生した励起光は、ＷＤＭカプラ１０３により光ファイバ１０１に結合され、一方、入力部９９から入力された信号光は、光ファイバ１０１で励起光と合波されてラマン増幅され、ＷＤＭカプラ１０３を通過し、出力部１００から出力される。
本実施の形態６にかかる光ファイバ増幅器は、実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールを用いることにより、ＤＯＰが低減され、信号光の偏波方向に依存しない、安定かつ高利得な光増幅をおこなうことができる。
また、半導体レーザ装置をＷストライプ構造とした場合、本実施の形態にかかる光ファイバ増幅器は、製造が容易で、かつ小型化することができる。
以上説明したように、本発明によれば、Ｗストライプ構造を有する半導体レーザ装置において、一方のストライプ構造上面に非電流注入領域を有することとしたため、双方のストライプ構造における共振器長が実質的に異なるものとなり、第１のレーザ光と第２のレーザ光の発振縦モード波長および縦モード間隔を異ならせることができるので、発振縦モード同士の重なりが抑制され、ＤＯＰを低減できるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、第１のストライプおよび第２のストライプ双方に異なる面積の非電流注入領域を設けることとしたため、双方のストライプ構造におけるレーザ光の発振縦モード波長を異ならせることができ、ＤＯＰを低減できるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、電極を配置しない領域を設けることにより非電流注入領域を形成することとしたため、簡易に非電流注入領域を形成することができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、部分回折格子を備えたことで所定の中心波長を有し、複数の発振縦モードを有するレーザ光を選択することができるとともに、非電流注入領域を有することで第１のストライプ構造と第２のストライプ構造とで異なる発振縦モードでのレーザ発振を実現することができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、第１の回折格子が非電流注入領域下部に配置されていることにより第１の回折格子には注入電流が流入せず、屈折率変化も起こらないことから、第１の回折格子により選択される中心波長の変化を小さくすることができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、熱伝導効率が相違することとしたため、第１の活性層の温度と第２の活性層の温度が相違し、第１のレーザ光の発振縦モード波長と第２のレーザ光の発振縦モード波長を変化させることができ、発振縦モード同士の重なりが抑制され、ＤＯＰを低減できるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、回折格子を備えたことで、所定の中心波長を有し、複数の発振縦モードを有する第１のレーザ光および第２のレーザ光を出射することができるとともに、熱伝導効率が異なることで、第１のストライプ構造と第２のストライプ構造とで異なる発振縦モード波長でのレーザ発振を実現することができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、ストライプ構造の水平方向の幅を異なることとしたため、第１のストライプと第２のストライプにおける熱伝導効率を異なる値とすることができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、活性層と電極との間の距離を第１のストライプと第２のストライプとで異ならせることで、熱伝導効率を異なる値とすることができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、クラッド層の膜厚を異なるものとすることで、活性層と電極との間の距離を変化させることができ、熱伝導効率を異なる値とすることができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、回折格子の構造を異なるものとすることで、第１のストライプで選択する中心波長と、第２のストライプで選択する中心波長を異なる値とすることができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、回折格子の周期を異ならせることで、中心波長をストライプごとに異なる値とすることができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、中心波長差を第１のレーザ光または第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の０．５倍以上とすることで、両ストライプから出射されるレーザ光の発振縦モードの重なりの如何にかかわらず、合成光のＤＯＰを低減することができる。
つぎの発明によれば、中心波長差を第１のレーザ光または第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の１．５倍以上とすることで、両ストライプから出射されるレーザ光の発振縦モードの重なりの如何にかかわらず、合成光のＤＯＰを１０％以下とすることができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、中心波長差を第１のレーザ光または第２のレーザ光において隣接する発振縦モード間の波長間隔の５倍以上とすることで、両ストライプから出射されるレーザ光の発振縦モードの重なりの如何にかかわらず、合成光のＤＯＰを５％以下とすることができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、第１のレーザ光のピーク波長と、第２のレーザ光のピーク波長との差分値を０．０１ｎｍ以上としたため、発振縦モード同士の重なり合いが抑制され、ＤＯＰを低減することができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、所定強度以上のすべての発振縦モード同士について差分値を０．０１ｎｍ以上としたため、発振縦モード同士の重なり合いが抑制され、ＤＯＰを低減することができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、差分値を０．１ｎｍ以上としたため、発振縦モード同士の重なり合いが抑制され、ＤＯＰを低減することができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、２つの発振波長スペクトルが、所定強度以上の部分で交差しないこととしたため、発振縦モードの重なりが生じた場合でも、それらの発振縦モードの強度が低くなり、ＤＯＰを低減することができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、所定強度以上の発振縦モードについて、第１のレーザ光および第２のレーザ光が所定周波数以上の差を有することで、ビートノイズの発生を抑制し、発生したとしても使用する光通信システムの周波数帯以外の周波数で発生させることができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、半導体レーザ装置から出射される第１のレーザ光と第２のレーザ光を偏波合成して光ファイバに出力することにより、ＤＯＰが低減されたレーザ光を出射することができるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、第１のレーザ光と前記第２のレーザ光との間隔を広げるように分離させる単一のレンズを用い、２つのレーザ光を一度分離させてから偏波合成するため、２つのストライプが近接していても、これらから出射される２つのレーザ光を偏波合成するための各部品の設計および組立が容易となるという効果を奏する。
つぎの発明によれば、上記の半導体レーザ装置もしくは半導体レーザモジュールを使用することとしたため、利得の偏波依存性が低減された光ファイバ増幅器を提供することができるという効果を奏する。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明にかかる半導体レーザ装置、半導体レーザモジュールおよび半導体レーザモジュールを用いた光ファイバ増幅器は、ラマン増幅器などの励起用光源として好適であり、安定かつ高利得増幅を実現し、光通信システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の構造を示す正面断面図であり、第２図は、第１図に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図であり、第３図は、第１図に示した半導体レーザ装置のＢ−Ｂ線断面図であり、第４図は、実施の形態１の変形例にかかる半導体レーザ装置の構造を示す正面断面図であり、第５図は、実施の形態２にかかる半導体レーザ装置の構造を示す正面断面図であり、第６図は、（ａ）は第５図に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）は第５図に示した半導体レーザ装置のＢ−Ｂ線断面図であり、第７図は、第５図に示した半導体レーザ装置において、１つの中心波長に関する発振波長スペクトルと発振縦モードとの関係図であり、第８図は、単一縦モード発振および複数縦モード発振の各場合における発振縦モードの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り、第９図は、実施の形態３にかかる半導体レーザ装置の構造を示す断面図であり、第１０図は、実施の形態３の変形例にかかる半導体レーザ装置の構造を示す断面図であり、第１１図は、実施の形態４にかかる半導体レーザ装置の構造を示す側面断面図であり、第１２図は、中心波長差とＤＯＰとの相関関係を示すグラフであり、第１３図は、実施の形態４において、回折格子の中心波長と、各レーザ光における最大強度の発振縦モードの波長との関係を示した図であり、第１４図は、波長差が０．２ｎｍの場合の各発振縦モードの重なり合いの態様を示す模式図であり、第１５図は、波長差が、一方のレーザ光の隣接する発振縦モードの間に他方のレーザ光の発振縦モードが配置されるように設定された場合の２つのレーザ光の発振スペクトル波形を示すグラフであり、第１６図は、所定強度以上の発振波長スペクトル同士が交差しない状態を示す模式図であり、第１７図は、半導体レーザ光源の構成を示すブロック図であり、第１８図は、発生したビートノイズを使用する光通信システムの帯域外とする状態における２つのレーザ光の発振スペクトル波形を示す模式図であり、第１９図は、波長差が１．５ｎｍの場合の異なる中心波長を有する２つのレーザ光の発振スペクトル波形を示すグラフであり、第２０図は、偏波合成された光について、長距離伝送後のＲＩＮを測定したグラフであり、第２１図は、実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールの構造を示す側面断面図であり、第２２図は、実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールの構造を模式化して示す説明図であり、第２３図（ａ）はプリズムの構成を示す側面図であり、第２３図（ｂ）はその平面図であり、第２４図（ａ）はプリズム、半波長板および偏波合成部材を固定するホルダを示す平面断面図であり、第２４図（ｂ）は、その側面断面図であり、第２４図（ｃ）は、その正面図であり、第２４図（ｄ）は、第２の支持部材に支持された状態を現した斜視図であり、第２５図は、実施の形態６にかかる光ファイバ増幅器の構造を示すブロック図であり、第２６図は、従来技術にかかる光ファイバ増幅器の構造を示すブロック図であり、第２７図は、従来技術において、長距離伝送後のビートノイズの発生の態様を示すグラフである。
【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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【国際調査報告】
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2003005514.tif 000031
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