JPH11214799A - 半導体レーザモジュール - Google Patents
半導体レーザモジュールInfo
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- JPH11214799A JPH11214799A JP10012903A JP1290398A JPH11214799A JP H11214799 A JPH11214799 A JP H11214799A JP 10012903 A JP10012903 A JP 10012903A JP 1290398 A JP1290398 A JP 1290398A JP H11214799 A JPH11214799 A JP H11214799A
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- reflection
- laser module
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- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 出力パワーが大きく、温度変化に対する発振
波長の安定度に優れ、EDFA励起用の光源に適した半導体
レーザモジュールを提供する。 【解決手段】 励起光の出射面２ａと、出射面と対向す
る反射面２ｂとを有する半導体レーザ素子２及び半導体
レーザ素子２の出射面２ａから出射された光パワーを結
合手段４によって、パワーの大部分を半導体レーザ素子
２に戻し、一部の光パワーを出力する光帰還媒体３とを
備えた半導体レーザモジュール１。半導体レーザ素子２
は、出射面２ａに反射率が、１０-4％〜１０％の低反射
多層膜２ｃが形成され、低反射多層膜２ｃは、反射スペ
クトル特性に関し、中心波長で極大値を有し、その両側
に極小値を有する曲線形状である。
波長の安定度に優れ、EDFA励起用の光源に適した半導体
レーザモジュールを提供する。 【解決手段】 励起光の出射面２ａと、出射面と対向す
る反射面２ｂとを有する半導体レーザ素子２及び半導体
レーザ素子２の出射面２ａから出射された光パワーを結
合手段４によって、パワーの大部分を半導体レーザ素子
２に戻し、一部の光パワーを出力する光帰還媒体３とを
備えた半導体レーザモジュール１。半導体レーザ素子２
は、出射面２ａに反射率が、１０-4％〜１０％の低反射
多層膜２ｃが形成され、低反射多層膜２ｃは、反射スペ
クトル特性に関し、中心波長で極大値を有し、その両側
に極小値を有する曲線形状である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を出力す
る半導体レーザモジュールに関し、更に詳しくはＥ
ｒ3+、Ａｌ3+ドープファイバ増幅器(EDFA)の励起用半導
体レーザモジュールに関する。
る半導体レーザモジュールに関し、更に詳しくはＥ
ｒ3+、Ａｌ3+ドープファイバ増幅器(EDFA)の励起用半導
体レーザモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、発光素子から出射される光の波長
を安定させるためには、マルチモード発振レーザの光を
光帰還させることにより、レーザの発振波長を単一化す
る手段が用いられてきた。即ち、発光素子、例えば、半
導体レーザ素子の活性層に回折格子を形成した分布帰還
型（DFB: Distributed Feed Back)レーザや、半導体レ
ーザ素子の半導体媒質からなる導波路部分の長手方向に
沿って、活性層と異なる出射光に対して透明な反射特性
を有する反射回折格子を形成することにより、活性層に
光を反射（帰還）させる分布ブラッグ反射型(DBR: Dist
ributed Bragg Reflector)レーザ等がある。
を安定させるためには、マルチモード発振レーザの光を
光帰還させることにより、レーザの発振波長を単一化す
る手段が用いられてきた。即ち、発光素子、例えば、半
導体レーザ素子の活性層に回折格子を形成した分布帰還
型（DFB: Distributed Feed Back)レーザや、半導体レ
ーザ素子の半導体媒質からなる導波路部分の長手方向に
沿って、活性層と異なる出射光に対して透明な反射特性
を有する反射回折格子を形成することにより、活性層に
光を反射（帰還）させる分布ブラッグ反射型(DBR: Dist
ributed Bragg Reflector)レーザ等がある。
【０００３】また、近年、コア内の屈折率を軸方向に沿
って変化させることにより、光ファイバに光の回折機能
を付与した光ファイバグレーティング(FBG: Fiber Grat
ing)の急激な発展に伴い、各種FBG付きレーザ技術が開
示されている。例えば、電子情報通信学会の信学技法OP
E97−1号には、加藤他によって「ファイバグレーティン
グ外部共振器型多波長レーザアレイ」が、同OPE97−2号
には、田中他によって「ＵＶ誘起導波路グレーティング
とその集積化外部共振器レーザへの応用」が、それぞれ
開示されている。
って変化させることにより、光ファイバに光の回折機能
を付与した光ファイバグレーティング(FBG: Fiber Grat
ing)の急激な発展に伴い、各種FBG付きレーザ技術が開
示されている。例えば、電子情報通信学会の信学技法OP
E97−1号には、加藤他によって「ファイバグレーティン
グ外部共振器型多波長レーザアレイ」が、同OPE97−2号
には、田中他によって「ＵＶ誘起導波路グレーティング
とその集積化外部共振器レーザへの応用」が、それぞれ
開示されている。
【０００４】更に、EDFA励起用の光源としては、２nd O
ptoelectronics & CommunicationsConference (OECC '9
7) Technical Digest, July 1997, Seoul, Koreaにおい
て、1480ｎｍ帯域のポンプレーザをFBGによって波長安
定化する技術がAtsushi Hamakawa et. al.によって報告
されている（予稿集分類９Ｄ２−５，第２２４〜２２５
ページ）。
ptoelectronics & CommunicationsConference (OECC '9
7) Technical Digest, July 1997, Seoul, Koreaにおい
て、1480ｎｍ帯域のポンプレーザをFBGによって波長安
定化する技術がAtsushi Hamakawa et. al.によって報告
されている（予稿集分類９Ｄ２−５，第２２４〜２２５
ページ）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記発
光素子、例えば、DFBレーザやDBRレーザは、発振スペク
トルが単一モード発振で専ら通信に用いられ、EDFAの増
幅用には適していない。また、前記通学技法で加藤他や
田中他が開示した外部共振器型レーザには、以下のよう
な問題がある。
光素子、例えば、DFBレーザやDBRレーザは、発振スペク
トルが単一モード発振で専ら通信に用いられ、EDFAの増
幅用には適していない。また、前記通学技法で加藤他や
田中他が開示した外部共振器型レーザには、以下のよう
な問題がある。
【０００６】1) 上記外部共振器型レーザは、単一モー
ド発振レーザで、使用温度が数℃以上変化すると、発振
モードの中心波長が変化するモードホップがあり、発振
波長の温度変化に対する安定度が悪い。 2) 上記外部共振器型レーザは、外部共振器を構成する
レーザ素子の出射面と光帰還を行う回折格子との間隔が
短いため、モジュールを組み立てる工程が煩雑で、先球
ファイバや平面実装等の特殊な手段を用いる必要があ
る。即ち、上記外部共振器型レーザは、通常の通信用フ
ァブリ・ペロー型レーザダイオードやポンプ用レーザダ
イオードのような２レンズ系複合共焦結合系では作製す
ることが難しい。
ド発振レーザで、使用温度が数℃以上変化すると、発振
モードの中心波長が変化するモードホップがあり、発振
波長の温度変化に対する安定度が悪い。 2) 上記外部共振器型レーザは、外部共振器を構成する
レーザ素子の出射面と光帰還を行う回折格子との間隔が
短いため、モジュールを組み立てる工程が煩雑で、先球
ファイバや平面実装等の特殊な手段を用いる必要があ
る。即ち、上記外部共振器型レーザは、通常の通信用フ
ァブリ・ペロー型レーザダイオードやポンプ用レーザダ
イオードのような２レンズ系複合共焦結合系では作製す
ることが難しい。
【０００７】3) 上記外部共振器型レーザは、出力パワ
ーが小さく、EDFAの励起用光源として不適である。ま
た、Atsushi Hamakawa et. al.が報告した技術は、EDFA
の励起には適しているが、以下のような問題がある。 1) 回折格子として、２つの波長を反射する特殊な光フ
ァイバグレーティングを使用しなければならない。
ーが小さく、EDFAの励起用光源として不適である。ま
た、Atsushi Hamakawa et. al.が報告した技術は、EDFA
の励起には適しているが、以下のような問題がある。 1) 回折格子として、２つの波長を反射する特殊な光フ
ァイバグレーティングを使用しなければならない。
【０００８】2) 使用温度の変化による発振モードにお
けるモードホップが、少ないとはいえ2.６ｎｍ程度あ
る。 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、出力パワー
が大きく、温度変化に対する発振波長の安定度に優れ、
EDFA励起用の光源に適した半導体レーザモジュールを提
供することを目的とする。
けるモードホップが、少ないとはいえ2.６ｎｍ程度あ
る。 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、出力パワー
が大きく、温度変化に対する発振波長の安定度に優れ、
EDFA励起用の光源に適した半導体レーザモジュールを提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明においては上記目
的を達成するため、励起光の出射面と、該出射面と対向
する反射面とを有する半導体レーザ素子及び該半導体レ
ーザ素子の前記出射面から出射された光パワーの大部分
を前記半導体レーザ素子に戻し、一部の光パワーを出力
する光帰還媒体とを備えた半導体レーザモジュールにお
いて、前記半導体レーザ素子は、前記出射面に中心波長
の反射率が１０-4％〜１０％の第１の多層膜が形成さ
れ、該第１の多層膜は、反射スペクトル特性が、中心波
長の両側に極小値を有する曲線形状である構成としたの
である。
的を達成するため、励起光の出射面と、該出射面と対向
する反射面とを有する半導体レーザ素子及び該半導体レ
ーザ素子の前記出射面から出射された光パワーの大部分
を前記半導体レーザ素子に戻し、一部の光パワーを出力
する光帰還媒体とを備えた半導体レーザモジュールにお
いて、前記半導体レーザ素子は、前記出射面に中心波長
の反射率が１０-4％〜１０％の第１の多層膜が形成さ
れ、該第１の多層膜は、反射スペクトル特性が、中心波
長の両側に極小値を有する曲線形状である構成としたの
である。
【００１０】これにより、本発明の半導体レーザモジュ
ールにおいては、半導体レーザ素子自体の使用温度によ
る発振モードにおける中心波長のモードホップが抑制さ
れる。即ち、一般的なレーザでは、光を反射させる場合
に、波長選択性のない平坦なスペクトル特性を有する反
射防止膜を使用している。例えば、１４８０ｎｍ帯域で
発振する多モードの半導体レーザモジュールは、使用温
度を５℃〜６５℃の範囲で変化させると、発振スペクト
ルの中心波長が最大で３０ｎｍ程度変化する。
ールにおいては、半導体レーザ素子自体の使用温度によ
る発振モードにおける中心波長のモードホップが抑制さ
れる。即ち、一般的なレーザでは、光を反射させる場合
に、波長選択性のない平坦なスペクトル特性を有する反
射防止膜を使用している。例えば、１４８０ｎｍ帯域で
発振する多モードの半導体レーザモジュールは、使用温
度を５℃〜６５℃の範囲で変化させると、発振スペクト
ルの中心波長が最大で３０ｎｍ程度変化する。
【００１１】このとき、本発明の半導体レーザ素子は、
一例として、中心波長の両側に極小値を有する曲線形状
の反射スペクトル特性を有し、中心波長の反射率が１０
-4％〜１０％の誘電体多層膜が出射面に形成されてい
る。このため、半導体レーザモジュールは、半導体レー
ザ素子における発振スペクトルの中心波長に関し、使用
温度の変化に対する変化量が高々数ｎｍ程度に小さく抑
制される。
一例として、中心波長の両側に極小値を有する曲線形状
の反射スペクトル特性を有し、中心波長の反射率が１０
-4％〜１０％の誘電体多層膜が出射面に形成されてい
る。このため、半導体レーザモジュールは、半導体レー
ザ素子における発振スペクトルの中心波長に関し、使用
温度の変化に対する変化量が高々数ｎｍ程度に小さく抑
制される。
【００１２】好ましくは、前記第１の多層膜は、反射ス
ペクトル特性に関し、中心波長が極大値の近傍に位置す
るものを使用する。また好ましくは、前記光帰還媒体
は、コアを有する光導波路又は光ファイバで、前記コア
内に光軸に沿って回折格子が形成され、前記半導体レー
ザ素子の出射面と前記回折格子との間の距離を少なくと
も１０ｍｍ離して前記半導体レーザ素子と対向配置され
る。
ペクトル特性に関し、中心波長が極大値の近傍に位置す
るものを使用する。また好ましくは、前記光帰還媒体
は、コアを有する光導波路又は光ファイバで、前記コア
内に光軸に沿って回折格子が形成され、前記半導体レー
ザ素子の出射面と前記回折格子との間の距離を少なくと
も１０ｍｍ離して前記半導体レーザ素子と対向配置され
る。
【００１３】更に好ましくは、前記半導体レーザ素子
は、前記反射面に波長選択性のない反射率が９０〜９８
％の第２の多層膜が形成され、発振スペクトル特性を多
モードとする。本発明の半導体レーザモジュールは、上
記特性を付与することにより、出力パワーが大きく、温
度変化に対する波長安定度が一層優れ、EDFA励起用の光
源に適したものとなる。
は、前記反射面に波長選択性のない反射率が９０〜９８
％の第２の多層膜が形成され、発振スペクトル特性を多
モードとする。本発明の半導体レーザモジュールは、上
記特性を付与することにより、出力パワーが大きく、温
度変化に対する波長安定度が一層優れ、EDFA励起用の光
源に適したものとなる。
【００１４】例えば、半導体レーザ素子の出射面と回折
格子との間の距離を少なくとも１０ｍｍ離して半導体レ
ーザ素子と対向配置すると、半導体レーザ素子の発振ス
ペクトル特性が多モードであるうえ、各モードの間隔Δ
λ2は、複合共振モードとして発振する場合、素子長８
００μｍのときには複合共振器長は８００μｍ＋１０ｍ
ｍとなるので（厳密には光が回折格子に結合して反射し
てくるための長さも含まれる）、モード間隔Δλ2は約
0.０３ｎｍである。
格子との間の距離を少なくとも１０ｍｍ離して半導体レ
ーザ素子と対向配置すると、半導体レーザ素子の発振ス
ペクトル特性が多モードであるうえ、各モードの間隔Δ
λ2は、複合共振モードとして発振する場合、素子長８
００μｍのときには複合共振器長は８００μｍ＋１０ｍ
ｍとなるので（厳密には光が回折格子に結合して反射し
てくるための長さも含まれる）、モード間隔Δλ2は約
0.０３ｎｍである。
【００１５】ここで、半導体レーザ素子単体を発振させ
たときのモード間隔Δλ1は、半導体レーザ素子におけ
る導波路の等価屈折率をｎeq、利得中心波長をλ、素子
長をＬ1とすると、Δλ1≒λ2／（２ｎeq・Ｌ1）で与え
られる。従って、例えば、半導体レーザ素子の発振波長
λ＝１４８５ｎｍ、導波路の等価屈折率ｎeq＝3.４、素
子長Ｌ1＝３００μｍとすると、モード間隔Δλ1は約１
ｎｍ、素子長Ｌ1を８００μｍとすると、モード間隔Δ
λ1は約0.４ｎｍとなる。
たときのモード間隔Δλ1は、半導体レーザ素子におけ
る導波路の等価屈折率をｎeq、利得中心波長をλ、素子
長をＬ1とすると、Δλ1≒λ2／（２ｎeq・Ｌ1）で与え
られる。従って、例えば、半導体レーザ素子の発振波長
λ＝１４８５ｎｍ、導波路の等価屈折率ｎeq＝3.４、素
子長Ｌ1＝３００μｍとすると、モード間隔Δλ1は約１
ｎｍ、素子長Ｌ1を８００μｍとすると、モード間隔Δ
λ1は約0.４ｎｍとなる。
【００１６】即ち、半導体レーザ素子の素子長Ｌ1が３
００μｍ〜８００μｍの場合、使用態様による温度や注
入電流の変化等の外乱に起因する発振モードにおける中
心波長は、先ず、発振しているモードの直ぐ隣に隣接し
た発振可能なモードにモードホップする。このため、モ
ードホップは、モード間隔Δλ1が少なくとも0.４ｎｍ
から１ｎｍの倍数の箇所で起きる。
００μｍ〜８００μｍの場合、使用態様による温度や注
入電流の変化等の外乱に起因する発振モードにおける中
心波長は、先ず、発振しているモードの直ぐ隣に隣接し
た発振可能なモードにモードホップする。このため、モ
ードホップは、モード間隔Δλ1が少なくとも0.４ｎｍ
から１ｎｍの倍数の箇所で起きる。
【００１７】一方、半導体レーザ素子の素子長Ｌ1が８
００μｍで、回折格子の等価反射面まで１０ｍｍ以上の
場合、モード間隔Δλ2は約0.０３ｎｍまたはそれ以下
と非常に小さい。このため、半導体レーザモジュール
は、たとえ半導体レーザ素子にモードホップが発生して
も、出力波長の変化が少ないので、全体としての出力が
殆ど変化しない。
００μｍで、回折格子の等価反射面まで１０ｍｍ以上の
場合、モード間隔Δλ2は約0.０３ｎｍまたはそれ以下
と非常に小さい。このため、半導体レーザモジュール
は、たとえ半導体レーザ素子にモードホップが発生して
も、出力波長の変化が少ないので、全体としての出力が
殆ど変化しない。
【００１８】従って、本発明の半導体レーザモジュール
は、EDFA励起用の光源として使用するには、単一モード
発振とするよりも、多モード発振とした方が出力パワー
の変動が少なく有利である。更に、前記半導体レーザ素
子は、利得スペクトルの中心波長と光帰還媒体における
回折格子の反射中心波長との差を少なくとも±２０ｎｍ
以下とし、量子井戸構造かバルク構造か等の構造に関わ
らず、半導体レーザ素子の利得スペクトル帯域における
半値半幅を少なくとも１０ｎｍ以上とする。
は、EDFA励起用の光源として使用するには、単一モード
発振とするよりも、多モード発振とした方が出力パワー
の変動が少なく有利である。更に、前記半導体レーザ素
子は、利得スペクトルの中心波長と光帰還媒体における
回折格子の反射中心波長との差を少なくとも±２０ｎｍ
以下とし、量子井戸構造かバルク構造か等の構造に関わ
らず、半導体レーザ素子の利得スペクトル帯域における
半値半幅を少なくとも１０ｎｍ以上とする。
【００１９】これにより、本発明の半導体レーザモジュ
ールは、上記半導体レーザ素子を回折格子を有する光帰
還媒体と組み合わせるので、発振スペクトル出力特性に
おいて、一層高い波長安定度が得られる。その理由を以
下に説明する。まず、一般論として、例えば、１４８０
ｎｍ帯域で多モード発振する半導体レーザ素子と光ファ
イバグレーティング（光帰還媒体）とを結合した半導体
レーザモジュールの場合、仮に、半導体レーザ素子にお
ける利得スペクトルの中心波長λLDを１４６５ｎｍと
し、用いた光ファイバグレーティング（以下、「ＦＢ
Ｇ」という）の反射中心波長λFgを１４８０ｎｍとした
とき、半導体レーザ素子の利得分布がガウス型で、第１
の多層膜の反射率は波長に依存せず、一定の値（例えば
１％）とする。
ールは、上記半導体レーザ素子を回折格子を有する光帰
還媒体と組み合わせるので、発振スペクトル出力特性に
おいて、一層高い波長安定度が得られる。その理由を以
下に説明する。まず、一般論として、例えば、１４８０
ｎｍ帯域で多モード発振する半導体レーザ素子と光ファ
イバグレーティング（光帰還媒体）とを結合した半導体
レーザモジュールの場合、仮に、半導体レーザ素子にお
ける利得スペクトルの中心波長λLDを１４６５ｎｍと
し、用いた光ファイバグレーティング（以下、「ＦＢ
Ｇ」という）の反射中心波長λFgを１４８０ｎｍとした
とき、半導体レーザ素子の利得分布がガウス型で、第１
の多層膜の反射率は波長に依存せず、一定の値（例えば
１％）とする。
【００２０】このとき、半導体レーザ素子は、利得スペ
クトル帯域における半値半幅並びにＦＢＧの反射中心波
長λFgと半導体レーザ素子の利得中心波長λLDとの差の
間には密接な関係を有する。ここで、まず引込幅という
概念を説明する。上記一般論に関する例では、本来ＦＢ
Ｇがない場合、半導体レーザ素子の発振波長は約１４６
５ｎｍとなる。ところで、ＦＢＧと組み合わせた複合共
振器型レーザにすると、利得スペクトルの半値半幅と引
込幅の関係は図１に示すようになる。このとき、前記複
合共振器型レーザは、図中に記した各特性パラメータを
有する。従って、図１から明らかなように、ＦＢＧにお
ける反射中心波長λFgと半導体レーザ素子における利得
中心波長λLDとの差（λFg−λLD）が１５ｎｍであるか
ら、短波長引込み幅及び長波長引込み幅から読み出され
る半導体レーザ素子の利得半値半幅が約23.5ｎｍ以上と
なると、レーザの発振波長がもはや１４６５ｎｍとはな
らず、ＦＢＧの中心波長である１４８０ｎｍ近傍でレー
ザ発振が起きることになる。
クトル帯域における半値半幅並びにＦＢＧの反射中心波
長λFgと半導体レーザ素子の利得中心波長λLDとの差の
間には密接な関係を有する。ここで、まず引込幅という
概念を説明する。上記一般論に関する例では、本来ＦＢ
Ｇがない場合、半導体レーザ素子の発振波長は約１４６
５ｎｍとなる。ところで、ＦＢＧと組み合わせた複合共
振器型レーザにすると、利得スペクトルの半値半幅と引
込幅の関係は図１に示すようになる。このとき、前記複
合共振器型レーザは、図中に記した各特性パラメータを
有する。従って、図１から明らかなように、ＦＢＧにお
ける反射中心波長λFgと半導体レーザ素子における利得
中心波長λLDとの差（λFg−λLD）が１５ｎｍであるか
ら、短波長引込み幅及び長波長引込み幅から読み出され
る半導体レーザ素子の利得半値半幅が約23.5ｎｍ以上と
なると、レーザの発振波長がもはや１４６５ｎｍとはな
らず、ＦＢＧの中心波長である１４８０ｎｍ近傍でレー
ザ発振が起きることになる。
【００２１】この効果が、ＦＢＧによる発振波長の引込
み効果であり、このときのＦＢＧにおける反射中心波長
λFgと半導体レーザ素子における利得中心波長λLDとの
差（λFg−λLD）の値が通常引込幅と呼ばれる。次に、
半導体レーザ素子をＦＢＧ（光帰還媒体）と組み合わ
せ、複合共振器として発振したときに発振波長がどのよ
うに決定されるかに関する本発明の原理を、レーザ発振
原理の基本である利得と損失との釣り合いの関係に基づ
いて更に詳しく説明する。
み効果であり、このときのＦＢＧにおける反射中心波長
λFgと半導体レーザ素子における利得中心波長λLDとの
差（λFg−λLD）の値が通常引込幅と呼ばれる。次に、
半導体レーザ素子をＦＢＧ（光帰還媒体）と組み合わ
せ、複合共振器として発振したときに発振波長がどのよ
うに決定されるかに関する本発明の原理を、レーザ発振
原理の基本である利得と損失との釣り合いの関係に基づ
いて更に詳しく説明する。
【００２２】先ず、ＦＢＧの反射中心波長λFgに半導体
レーザ素子の発振波長が引き込まれるためには、複合共
振器全体としての半導体レーザモジュールにおけるミラ
ー損失曲線ＣMRが、図２に示すように、ある注入電流又
はキャリア値におけるネットゲインのスペクトル曲線Ｃ
GSと接する接点ＰCが、半導体レーザ素子の全波長領域
において常にＦＢＧの反射中心波長λFgまたはその近傍
（ＦＢＧの半値半幅によるが、約±２〜３ｎｍ以下）と
なる必要がある。
レーザ素子の発振波長が引き込まれるためには、複合共
振器全体としての半導体レーザモジュールにおけるミラ
ー損失曲線ＣMRが、図２に示すように、ある注入電流又
はキャリア値におけるネットゲインのスペクトル曲線Ｃ
GSと接する接点ＰCが、半導体レーザ素子の全波長領域
において常にＦＢＧの反射中心波長λFgまたはその近傍
（ＦＢＧの半値半幅によるが、約±２〜３ｎｍ以下）と
なる必要がある。
【００２３】ここで、以下の図２，４，７，９において
使用する利得スペクトルにおける利得とは、いわゆるネ
ットゲインＧであり、ネットゲインＧは次式で定義され
る。 Ｇ＝Γ×ｇ×Ｌ−αi×Ｌ（無次元） 但し、Γは半導体レーザ素子における活性層の閉込係
数、ｇは利得係数（ｃｍ -1）で、請求項で使用している
利得スペクトルの半値半幅はこのｇをいう。また、Ｌは
半導体レーザ素子の素子長（ｃｍ）、αiは半導体レー
ザ素子の全損失に対する吸収係数（ｃｍ-1）である。
使用する利得スペクトルにおける利得とは、いわゆるネ
ットゲインＧであり、ネットゲインＧは次式で定義され
る。 Ｇ＝Γ×ｇ×Ｌ−αi×Ｌ（無次元） 但し、Γは半導体レーザ素子における活性層の閉込係
数、ｇは利得係数（ｃｍ -1）で、請求項で使用している
利得スペクトルの半値半幅はこのｇをいう。また、Ｌは
半導体レーザ素子の素子長（ｃｍ）、αiは半導体レー
ザ素子の全損失に対する吸収係数（ｃｍ-1）である。
【００２４】即ち、半導体レーザモジュールは、半導体
レーザ素子の利得スペクトル半値半幅が３０ｎｍ、出射
面に中心波長の反射率が１％の、例えば、ＴｉＯ2及び
ＳｉＯ2からなる誘電体多層膜が形成され、１４８５ｎ
ｍで発振され、図２に示すように、利得中心波長λLDが
１４６６ｎｍの半導体レーザ素子と反射中心波長λFgが
１４８５ｎｍのＦＢＧとを用いたとする。
レーザ素子の利得スペクトル半値半幅が３０ｎｍ、出射
面に中心波長の反射率が１％の、例えば、ＴｉＯ2及び
ＳｉＯ2からなる誘電体多層膜が形成され、１４８５ｎ
ｍで発振され、図２に示すように、利得中心波長λLDが
１４６６ｎｍの半導体レーザ素子と反射中心波長λFgが
１４８５ｎｍのＦＢＧとを用いたとする。
【００２５】このとき、この半導体レーザモジュールに
おいて、半導体レーザ素子の利得中心波長（ｎｍ）とモ
ジュール全体の発振波長（ｎｍ）とを測定したところ、
図３に示したように、半導体レーザ素子の利得中心波長
λLDがλA（1465.87nm）〜λB（1504.34nm）の範囲であ
れば、モジュール全体の発振波長が１４８５ｎｍ近傍と
なる事が分かった。このことから、半値引込幅ＷHPは、
ＦＢＧの反射中心波長λFgが１４８５ｎｍであるから、
短波長側では１９．１３ｎｍ（＝1485−1465.87）で、
長波長側では１９．３４ｎｍ（＝1504.34−1485）とな
る。
おいて、半導体レーザ素子の利得中心波長（ｎｍ）とモ
ジュール全体の発振波長（ｎｍ）とを測定したところ、
図３に示したように、半導体レーザ素子の利得中心波長
λLDがλA（1465.87nm）〜λB（1504.34nm）の範囲であ
れば、モジュール全体の発振波長が１４８５ｎｍ近傍と
なる事が分かった。このことから、半値引込幅ＷHPは、
ＦＢＧの反射中心波長λFgが１４８５ｎｍであるから、
短波長側では１９．１３ｎｍ（＝1485−1465.87）で、
長波長側では１９．３４ｎｍ（＝1504.34−1485）とな
る。
【００２６】従って、半導体レーザモジュールは、図２
から明らかなように、光ファイバグレーティングの反射
中心波長λFg（＝1485nm）において、半導体レーザ素子
のミラー損失と利得とが一致するときの発振閾値条件比
Ｇ×Ｒ＝１を満足している。但し、Ｇはネットゲインを
表すパワーの利得係数、Ｒはミラー損失を表すパワーの
吸収係数である。
から明らかなように、光ファイバグレーティングの反射
中心波長λFg（＝1485nm）において、半導体レーザ素子
のミラー損失と利得とが一致するときの発振閾値条件比
Ｇ×Ｒ＝１を満足している。但し、Ｇはネットゲインを
表すパワーの利得係数、Ｒはミラー損失を表すパワーの
吸収係数である。
【００２７】このため、この半導体レーザモジュールに
おいては、半導体レーザ素子の利得中心波長λLD（＝１
４６６ｎｍ）がＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1485nm）
に引き込まれて発振していることを示している。このと
き、図２において半導体レーザ素子の利得中心波長λLD
が１４６６ｎｍよりもさらに短波長側にずれると、ミラ
ー損失曲線ＣMRとネットゲインのスペクトル曲線ＣGSと
がＦＢＧの反射中心波長λFgまたはその近傍で接しなく
なる。すると、ＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1485nm）
において、いかなる電流またはキャリアを注入しても利
得閾値条件比Ｇ×Ｒ＝１を満足しなくなる。この結果、
半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子の利得中
心波長λLDがＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1485nm）に
引き込まれなくなる。
おいては、半導体レーザ素子の利得中心波長λLD（＝１
４６６ｎｍ）がＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1485nm）
に引き込まれて発振していることを示している。このと
き、図２において半導体レーザ素子の利得中心波長λLD
が１４６６ｎｍよりもさらに短波長側にずれると、ミラ
ー損失曲線ＣMRとネットゲインのスペクトル曲線ＣGSと
がＦＢＧの反射中心波長λFgまたはその近傍で接しなく
なる。すると、ＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1485nm）
において、いかなる電流またはキャリアを注入しても利
得閾値条件比Ｇ×Ｒ＝１を満足しなくなる。この結果、
半導体レーザモジュールは、半導体レーザ素子の利得中
心波長λLDがＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1485nm）に
引き込まれなくなる。
【００２８】この場合、半導体レーザモジュールは、発
振モードがＦＢＧモードとはならず、通常のファブリ・
ペロー（ＦＰ）モードとして発振する。図４はこの場合
の発振状況及び様子を示したもので、半導体レーザ素子
は１４６５ｎｍで発振されている。なお、図２及び図４
には、出力比曲線ＣRO（各発振モードにおける相対出力
スペクトル分布）も併記しているが、出力比曲線ＣROに
は非常に接近した波長における出力比も重なって示して
しまうため、発振スペクトル形状ではない事を注意され
たい。
振モードがＦＢＧモードとはならず、通常のファブリ・
ペロー（ＦＰ）モードとして発振する。図４はこの場合
の発振状況及び様子を示したもので、半導体レーザ素子
は１４６５ｎｍで発振されている。なお、図２及び図４
には、出力比曲線ＣRO（各発振モードにおける相対出力
スペクトル分布）も併記しているが、出力比曲線ＣROに
は非常に接近した波長における出力比も重なって示して
しまうため、発振スペクトル形状ではない事を注意され
たい。
【００２９】ここで、図５及び図６は、それぞれ図２及
び図４に示した半導体レーザモジュールにおける実際の
出力パワー（ｍＷ）のスペクトル分布を示したものであ
る。図５から明らかなように、半導体レーザモジュール
は、殆どの出力パワーがＦＢＧの反射中心波長λFg（＝
1485nm）によって占められている事が分かった。また、
半導体レーザ素子の利得中心波長λLD（＝1466nm）近傍
にも多少の出力パワーを有しているのは、この波長λLD
における利得スペクトルと反射ミラー損失の値が接近し
ているからである。
び図４に示した半導体レーザモジュールにおける実際の
出力パワー（ｍＷ）のスペクトル分布を示したものであ
る。図５から明らかなように、半導体レーザモジュール
は、殆どの出力パワーがＦＢＧの反射中心波長λFg（＝
1485nm）によって占められている事が分かった。また、
半導体レーザ素子の利得中心波長λLD（＝1466nm）近傍
にも多少の出力パワーを有しているのは、この波長λLD
における利得スペクトルと反射ミラー損失の値が接近し
ているからである。
【００３０】一方、図６の半導体レーザモジュールは、
半導体レーザ素子の利得中心波長λLD（＝1466nm）を中
心に発振されているが、ＦＢＧの反射中心波長λFg（＝
1485nm）近傍においても利得スペクトルとミラー損失の
値が接近するため、ある程度の出力パワー成分を有して
いる事を示している。同様に、図７は、半導体レーザ素
子の利得スペクトル半値半幅が３０ｎｍ、出射面に中心
波長の反射率が１％の、例えば、ＴｉＯ2及びＳｉＯ2か
らなる誘電体多層膜が形成され、１４６０ｎｍで発振し
たときの利得中心波長λLDが１４７９ｎｍの半導体レー
ザ素子と反射中心波長λFgが１４６０ｎｍのＦＢＧを用
いた半導体レーザモジュールにおけるミラー損失曲線Ｃ
MR，ネットゲインのスペクトル曲線ＣGS及び出力比曲線
ＣROを示す。
半導体レーザ素子の利得中心波長λLD（＝1466nm）を中
心に発振されているが、ＦＢＧの反射中心波長λFg（＝
1485nm）近傍においても利得スペクトルとミラー損失の
値が接近するため、ある程度の出力パワー成分を有して
いる事を示している。同様に、図７は、半導体レーザ素
子の利得スペクトル半値半幅が３０ｎｍ、出射面に中心
波長の反射率が１％の、例えば、ＴｉＯ2及びＳｉＯ2か
らなる誘電体多層膜が形成され、１４６０ｎｍで発振し
たときの利得中心波長λLDが１４７９ｎｍの半導体レー
ザ素子と反射中心波長λFgが１４６０ｎｍのＦＢＧを用
いた半導体レーザモジュールにおけるミラー損失曲線Ｃ
MR，ネットゲインのスペクトル曲線ＣGS及び出力比曲線
ＣROを示す。
【００３１】このとき、この半導体レーザモジュールに
おけるミラー損失曲線ＣMRは、ＦＢＧの反射中心波長λ
Fg（＝1460nm）においてネットゲインのスペクトル曲線
ＣGSと接点ＰCで接し、反射中心波長λFgは半導体レー
ザ素子の利得中心波長λLD（＝1479nm）よりも短波長側
にある。従って、この半導体レーザモジュールにおいて
は、半導体レーザ素子の利得中心波長λLDがＦＢＧの反
射中心波長λFgに引き込まれる。
おけるミラー損失曲線ＣMRは、ＦＢＧの反射中心波長λ
Fg（＝1460nm）においてネットゲインのスペクトル曲線
ＣGSと接点ＰCで接し、反射中心波長λFgは半導体レー
ザ素子の利得中心波長λLD（＝1479nm）よりも短波長側
にある。従って、この半導体レーザモジュールにおいて
は、半導体レーザ素子の利得中心波長λLDがＦＢＧの反
射中心波長λFgに引き込まれる。
【００３２】また、半導体レーザ素子の利得中心波長
（ｎｍ）とモジュール全体の発振波長（ｎｍ）とを示す
図８から明らかなように、この半導体レーザモジュール
では、半導体レーザ素子の利得中心波長λLDがλA（144
0.63nm）〜λB（1479.38nm）の範囲であれば、モジュー
ル全体の発振波長がＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1460
nm）に引き込まれる事となる。
（ｎｍ）とモジュール全体の発振波長（ｎｍ）とを示す
図８から明らかなように、この半導体レーザモジュール
では、半導体レーザ素子の利得中心波長λLDがλA（144
0.63nm）〜λB（1479.38nm）の範囲であれば、モジュー
ル全体の発振波長がＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1460
nm）に引き込まれる事となる。
【００３３】一方、図９は、半導体レーザ素子の利得中
心波長λLDがさらに１４７９．３８ｎｍより長波長側に
ずれると、半導体レーザモジュールは、発振モードがＦ
Ｐモードがメインとなり、ＦＢＧモードから外れる事を
示したものである。即ち、半導体レーザモジュールは、
例えば、半導体レーザ素子を１４８０ｎｍで発振する
と、利得中心波長λLDが１４８０ｎｍとなる。このた
め、ミラー損失曲線ＣMRとネットゲインのスペクトル曲
線ＣGSとがＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1460nm）また
はその近傍で接しなくなる。すると、半導体レーザモジ
ュールは、ＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1460nm）にお
いて、利得閾値条件比Ｇ×Ｒ＝１が満たされず、半導体
レーザ素子の利得中心波長λLD（＝1480nm）のところで
利得閾値条件比Ｇ×Ｒ＝１が満足される。この結果、半
導体レーザモジュールは、モジュール全体の発振波長が
ＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1460nm）に引き込まれな
くなる。なお、図１０及び図１１は、図７及び図９に示
した半導体レーザモジュールにおける実際の出力パワー
（ｍＷ）のスペクトル分布をそれぞれ示したものである
従って、図２乃至図１１から分かるように、発振波長の
安定度を高めるうえで、半導体レーザ素子の利得スペク
トル幅、ＦＢＧの反射中心波長λFgと半導体レーザ素子
における利得スペクトルの中心波長λLDとの差及び半値
引込幅ＷHPとの間には非常に密接な関係があることがわ
かる。
心波長λLDがさらに１４７９．３８ｎｍより長波長側に
ずれると、半導体レーザモジュールは、発振モードがＦ
Ｐモードがメインとなり、ＦＢＧモードから外れる事を
示したものである。即ち、半導体レーザモジュールは、
例えば、半導体レーザ素子を１４８０ｎｍで発振する
と、利得中心波長λLDが１４８０ｎｍとなる。このた
め、ミラー損失曲線ＣMRとネットゲインのスペクトル曲
線ＣGSとがＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1460nm）また
はその近傍で接しなくなる。すると、半導体レーザモジ
ュールは、ＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1460nm）にお
いて、利得閾値条件比Ｇ×Ｒ＝１が満たされず、半導体
レーザ素子の利得中心波長λLD（＝1480nm）のところで
利得閾値条件比Ｇ×Ｒ＝１が満足される。この結果、半
導体レーザモジュールは、モジュール全体の発振波長が
ＦＢＧの反射中心波長λFg（＝1460nm）に引き込まれな
くなる。なお、図１０及び図１１は、図７及び図９に示
した半導体レーザモジュールにおける実際の出力パワー
（ｍＷ）のスペクトル分布をそれぞれ示したものである
従って、図２乃至図１１から分かるように、発振波長の
安定度を高めるうえで、半導体レーザ素子の利得スペク
トル幅、ＦＢＧの反射中心波長λFgと半導体レーザ素子
における利得スペクトルの中心波長λLDとの差及び半値
引込幅ＷHPとの間には非常に密接な関係があることがわ
かる。
【００３４】従って、上記のような特性を有する半導体
レーザ素子と光帰還媒体とを備えた半導体レーザモジュ
ールとすることにより、引込幅が広くなる。また、前記
半導体レーザ素子は、前記回折格子の反射中心波長λFg
における反射率ＲGLが、前記出射面に形成された第１の
多層膜の反射率Ｒ1との差の間にＲGL−Ｒ1≧−２％とな
る関係を満たすことにより、半導体レーザモジュールの
発振モードがＦＢＧモードを中心としたものとなり、出
力パワーが一層安定する。
レーザ素子と光帰還媒体とを備えた半導体レーザモジュ
ールとすることにより、引込幅が広くなる。また、前記
半導体レーザ素子は、前記回折格子の反射中心波長λFg
における反射率ＲGLが、前記出射面に形成された第１の
多層膜の反射率Ｒ1との差の間にＲGL−Ｒ1≧−２％とな
る関係を満たすことにより、半導体レーザモジュールの
発振モードがＦＢＧモードを中心としたものとなり、出
力パワーが一層安定する。
【００３５】更に、前記半導体レーザ素子の光出射面と
前記光帰還媒体（回折格子付き導波路またはファイバ）
との間に光結合手段を設け、パワーの結合効率として少
なくとも５０％以上持たせる事により、引込幅が狭まる
ことを防ぐことができるため、複合共振器型レーザモジ
ュールの特性を保持する事ができる。例えば、半導体レ
ーザモジュールの各パラメータを一定に保持できたとし
ても、パワー結合効率の劣化は直接引込み特性に悪影響
を与える。
前記光帰還媒体（回折格子付き導波路またはファイバ）
との間に光結合手段を設け、パワーの結合効率として少
なくとも５０％以上持たせる事により、引込幅が狭まる
ことを防ぐことができるため、複合共振器型レーザモジ
ュールの特性を保持する事ができる。例えば、半導体レ
ーザモジュールの各パラメータを一定に保持できたとし
ても、パワー結合効率の劣化は直接引込み特性に悪影響
を与える。
【００３６】このため、特性の低下限界を越えないため
には、半導体レーザモジュールは、少なくともパワーの
結合効率が５０％以上ある事が必要である。例えば、図
１に記載した各パラメータを有する半導体レーザモジュ
ールは、パワーの結合効率が７５％である。一方、パワ
ーの結合効率が１００％では、半値引込幅ＷHPは約21.6
ｎｍ程度となるが、パワー結合効率が５０％となると半
値引込幅ＷHPは約16.6ｎｍとなり、その差はおよそ５ｎ
ｍにも及ぶ。
には、半導体レーザモジュールは、少なくともパワーの
結合効率が５０％以上ある事が必要である。例えば、図
１に記載した各パラメータを有する半導体レーザモジュ
ールは、パワーの結合効率が７５％である。一方、パワ
ーの結合効率が１００％では、半値引込幅ＷHPは約21.6
ｎｍ程度となるが、パワー結合効率が５０％となると半
値引込幅ＷHPは約16.6ｎｍとなり、その差はおよそ５ｎ
ｍにも及ぶ。
【００３７】なお、通常のＥＤＦＡ励起用ポンプレーザ
の場合、その出力パワーが非常に重要である。このた
め、通常のＥＤＦＡ励起用ポンプレーザの場合、各通信
システムの要求を満足するためには１２０ｍＷ程度の出
力が必要と言われている。一方、ＦＢＧのない通常の半
導体ポンプレーザのレーザ素子には出力の限界がある。
このため、ＦＢＧ付きポンプレーザでは波長安定性が高
くなるとはいえ、出力パワーがＦＢＧを付けた事によ
り、ＦＢＧのないものに比べて多少出力パワーの低下が
避けられない。従って、ＦＢＧ付きポンプレーザは、出
力を１２０ｍＷ以上に維持するためには、製造容易なレ
ーザパラメータを想定すると、パワー結合効率を５０％
以上にする事が望まれる。
の場合、その出力パワーが非常に重要である。このた
め、通常のＥＤＦＡ励起用ポンプレーザの場合、各通信
システムの要求を満足するためには１２０ｍＷ程度の出
力が必要と言われている。一方、ＦＢＧのない通常の半
導体ポンプレーザのレーザ素子には出力の限界がある。
このため、ＦＢＧ付きポンプレーザでは波長安定性が高
くなるとはいえ、出力パワーがＦＢＧを付けた事によ
り、ＦＢＧのないものに比べて多少出力パワーの低下が
避けられない。従って、ＦＢＧ付きポンプレーザは、出
力を１２０ｍＷ以上に維持するためには、製造容易なレ
ーザパラメータを想定すると、パワー結合効率を５０％
以上にする事が望まれる。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
２乃至図１９に基づいて詳細に説明する。 実施例１ 半導体レーザモジュール（以下、単に「モジュール」と
いう）１は、図１２に示すように、半導体レーザ素子２
及び半導体レーザ素子２と所定間隔離して対向配置され
るＦＢＧ３とレーザ素子２とＦＢＧ３の間に配置された
結合手段４とを備えている。
２乃至図１９に基づいて詳細に説明する。 実施例１ 半導体レーザモジュール（以下、単に「モジュール」と
いう）１は、図１２に示すように、半導体レーザ素子２
及び半導体レーザ素子２と所定間隔離して対向配置され
るＦＢＧ３とレーザ素子２とＦＢＧ３の間に配置された
結合手段４とを備えている。
【００３９】半導体レーザ素子２は、励起光の出射面２
ａと、出射面２ａと対向する反射面２ｂとを有してい
る。半導体レーザ素子２は、出射面２ａに反射率１％の
低反射多層膜２ｃが、反射面２ｂに反射率９８％の高反
射多層膜２ｄが、それぞれ形成されている。低反射多層
膜２ｃは、TiO2及びSiO2等の誘電体からなる多層膜で、
図１３に示すように、反射スペクトル特性に関し、極大
値ＶMAXとなる中心波長λCの両側に極小値ＶMIN1，ＶMI
N2を有する曲線形状である。低反射多層膜２ｃは、例え
ば、半導体レーザ素子２の前面にTiO2／SiO2の順番で交
互に薄膜を堆積して全部で計６層構成となる多層膜を形
成し、各層の光学膜厚を種々変える事により（組成、光
学膜厚等の詳細は表１〜表３を参照）、図１４に示す反
射率スペクトル分布を有する多層膜Ａ〜多層膜Ｃの３種
類が形成される。
ａと、出射面２ａと対向する反射面２ｂとを有してい
る。半導体レーザ素子２は、出射面２ａに反射率１％の
低反射多層膜２ｃが、反射面２ｂに反射率９８％の高反
射多層膜２ｄが、それぞれ形成されている。低反射多層
膜２ｃは、TiO2及びSiO2等の誘電体からなる多層膜で、
図１３に示すように、反射スペクトル特性に関し、極大
値ＶMAXとなる中心波長λCの両側に極小値ＶMIN1，ＶMI
N2を有する曲線形状である。低反射多層膜２ｃは、例え
ば、半導体レーザ素子２の前面にTiO2／SiO2の順番で交
互に薄膜を堆積して全部で計６層構成となる多層膜を形
成し、各層の光学膜厚を種々変える事により（組成、光
学膜厚等の詳細は表１〜表３を参照）、図１４に示す反
射率スペクトル分布を有する多層膜Ａ〜多層膜Ｃの３種
類が形成される。
【００４０】一方、高反射多層膜２ｄは、SiO2及びアモ
ルファスシリコン（α-Si）等の誘電体によりSiO2／α-
Si／…／SiO2の順に計７層形成され、各層の光学膜厚は
λ/4（λを1480nm）に設計されている。高反射多層膜２
ｄは、図１５に示すように、波長１４００ｎｍ〜１６０
０ｎｍ間において波長選択性のないほぼ平坦な反射特性
を有している。
ルファスシリコン（α-Si）等の誘電体によりSiO2／α-
Si／…／SiO2の順に計７層形成され、各層の光学膜厚は
λ/4（λを1480nm）に設計されている。高反射多層膜２
ｄは、図１５に示すように、波長１４００ｎｍ〜１６０
０ｎｍ間において波長選択性のないほぼ平坦な反射特性
を有している。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】そして、半導体レーザ素子２は、発振スペ
クトル特性が多モード、利得スペクトルの中心波長λLD
とＦＢＧ３の反射中心波長λFgとの差が少なくとも±２
０ｎｍ以下、利得スペクトル帯域における半値半幅が少
なくとも１０ｎｍ以上であるものを使用する。
クトル特性が多モード、利得スペクトルの中心波長λLD
とＦＢＧ３の反射中心波長λFgとの差が少なくとも±２
０ｎｍ以下、利得スペクトル帯域における半値半幅が少
なくとも１０ｎｍ以上であるものを使用する。
【００４４】
【表３】
【００４５】ＦＢＧ３は、半導体レーザ素子２の出射面
２ａから出射された光パワーを所定の結合効率に基づい
て前記半導体レーザ素子に戻すと共に、光パワーとして
出力する光帰還媒体で、光ファイバのコア３ａ内に光軸
に沿って屈折率を変化させることによりグレーティング
３ｂが形成されている。グレーティング３ｂは、反射中
心波長λFgにおける反射率が４％となるように形成され
ている。光結合手段４は従来の２レンズ共焦点複合レン
ズ系、または先球ファイバや楔形状レンズドファイバ等
の何れかを使用して構成されている。
２ａから出射された光パワーを所定の結合効率に基づい
て前記半導体レーザ素子に戻すと共に、光パワーとして
出力する光帰還媒体で、光ファイバのコア３ａ内に光軸
に沿って屈折率を変化させることによりグレーティング
３ｂが形成されている。グレーティング３ｂは、反射中
心波長λFgにおける反射率が４％となるように形成され
ている。光結合手段４は従来の２レンズ共焦点複合レン
ズ系、または先球ファイバや楔形状レンズドファイバ等
の何れかを使用して構成されている。
【００４６】以上のように構成される半導体レーザモジ
ュール１において、素子長８００μm、導波路の屈折率
ｎが3.４、吸収係数が１５（ｃｍ-1）、活性層の幅2.５
μｍ、活性層の厚さ２０ｎｍ、活性層の閉込係数が2.５
×１０-2の半導体レーザ素子２をＦＢＧ３との間の距離
を１２ｍｍ離して対向配置した。そして、半導体レーザ
モジュール１は、半導体レーザ素子２に５００ｍＡのバ
イアス電流を注入し、使用温度を５℃〜６５℃の間で１
０℃おきに変化させたときの、ファイバ出力（ｄＢｍ）
を測定した。
ュール１において、素子長８００μm、導波路の屈折率
ｎが3.４、吸収係数が１５（ｃｍ-1）、活性層の幅2.５
μｍ、活性層の厚さ２０ｎｍ、活性層の閉込係数が2.５
×１０-2の半導体レーザ素子２をＦＢＧ３との間の距離
を１２ｍｍ離して対向配置した。そして、半導体レーザ
モジュール１は、半導体レーザ素子２に５００ｍＡのバ
イアス電流を注入し、使用温度を５℃〜６５℃の間で１
０℃おきに変化させたときの、ファイバ出力（ｄＢｍ）
を測定した。
【００４７】このとき、ＦＢＧ３は、半導体レーザ素子
２との結合効率が７５％、コア３ａの屈折率が1.５４、
伝送損失が0.２（ｄＢ／ｋｍ）、ＦＢＧ３の端面とグレ
ーティング３ｂとの距離が１０ｃｍ、グレーティング３
ｂの長さが1.０ｃｍ、反射中心波長λFgが１４６３ｎ
ｍ、半値半幅が４.０ｎｍ、中心波長λFgの反射率が４
％であった。
２との結合効率が７５％、コア３ａの屈折率が1.５４、
伝送損失が0.２（ｄＢ／ｋｍ）、ＦＢＧ３の端面とグレ
ーティング３ｂとの距離が１０ｃｍ、グレーティング３
ｂの長さが1.０ｃｍ、反射中心波長λFgが１４６３ｎ
ｍ、半値半幅が４.０ｎｍ、中心波長λFgの反射率が４
％であった。
【００４８】また、半導体レーザモジュール１は、実効
再結合係数が約1.５×１０-10（ｃｍ3／sec.）、オージ
ェ効果による再結合係数が約7.５×１０-29（ｃｍ6／se
c.）、キャリアの自然放出寿命が約1.３（nsec.）、微
分利得が約3.５×１０-16（ｃｍ2）、透明キャリア密度
が約1.０×１０18（ｃｍ-3）、利得帯域幅３０（ｎ
ｍ）、温度２５℃における利得中心波長λLDが１４７２
ｎｍ、注入したバイアス電流に関する内部量子効率が0.
９５であった。
再結合係数が約1.５×１０-10（ｃｍ3／sec.）、オージ
ェ効果による再結合係数が約7.５×１０-29（ｃｍ6／se
c.）、キャリアの自然放出寿命が約1.３（nsec.）、微
分利得が約3.５×１０-16（ｃｍ2）、透明キャリア密度
が約1.０×１０18（ｃｍ-3）、利得帯域幅３０（ｎ
ｍ）、温度２５℃における利得中心波長λLDが１４７２
ｎｍ、注入したバイアス電流に関する内部量子効率が0.
９５であった。
【００４９】上記の条件で測定したファイバ出力の結果
を図１６（ａ）〜図１７（ｃ）に示す。図１６（ａ）〜
（ｄ）は５，１５，２５及び３５℃、図１７（ａ）〜
（ｃ）は４５，５５及び６５℃、におけるファイバ出力
（ｄＢｍ）に関するスペクトル分布である。但しパワー
出力スペクトルの値測定計の挿入損失が含まれているた
め、レーザ本来の出力パワーより低く表示されている。
を図１６（ａ）〜図１７（ｃ）に示す。図１６（ａ）〜
（ｄ）は５，１５，２５及び３５℃、図１７（ａ）〜
（ｃ）は４５，５５及び６５℃、におけるファイバ出力
（ｄＢｍ）に関するスペクトル分布である。但しパワー
出力スペクトルの値測定計の挿入損失が含まれているた
め、レーザ本来の出力パワーより低く表示されている。
【００５０】従って、図１６（ａ）〜図１７（ｃ）に示
す結果から明らかなように、半導体レーザモジュール１
は、出力スペクトルの温度依存性がなく温度変化に対し
て発振波長が安定しており、EDFA励起用の光源用として
十分な出力パワーを有している。 実施例２ 実施例１の半導体レーザモジュール１において、ファイ
バグレーティングの反射率を４％から１％に変更した場
合の条件下で半導体レーザ素子２に５００ｍＡのバイア
ス電流を注入し、使用温度を５℃〜６５℃の間で１０℃
おきに変化させたときの、ファイバ出力パワーのスペク
トル特性（ｄＢｍ）を測定した。
す結果から明らかなように、半導体レーザモジュール１
は、出力スペクトルの温度依存性がなく温度変化に対し
て発振波長が安定しており、EDFA励起用の光源用として
十分な出力パワーを有している。 実施例２ 実施例１の半導体レーザモジュール１において、ファイ
バグレーティングの反射率を４％から１％に変更した場
合の条件下で半導体レーザ素子２に５００ｍＡのバイア
ス電流を注入し、使用温度を５℃〜６５℃の間で１０℃
おきに変化させたときの、ファイバ出力パワーのスペク
トル特性（ｄＢｍ）を測定した。
【００５１】測定したファイバ出力の結果を図１８
（ａ）〜図１９（ｃ）に示す。図１８（ａ）〜（ｄ）は
５，１５，２５及び３５℃、図１９（ａ）〜（ｃ）は４
５，５５及び６５℃、におけるファイバ出力（ｄＢｍ）
に関するスペクトル分布である。図１８（ａ）〜図１９
（ｃ）に示す結果から明らかなように、半導体レーザモ
ジュール１は、上記のように測定条件を変更しても、実
施例１と同様に、出力スペクトルの温度依存性がなく温
度変化に対して発振波長が安定しており、EDFA励起用の
光源用として十分な出力パワーを有していることが認め
られた。
（ａ）〜図１９（ｃ）に示す。図１８（ａ）〜（ｄ）は
５，１５，２５及び３５℃、図１９（ａ）〜（ｃ）は４
５，５５及び６５℃、におけるファイバ出力（ｄＢｍ）
に関するスペクトル分布である。図１８（ａ）〜図１９
（ｃ）に示す結果から明らかなように、半導体レーザモ
ジュール１は、上記のように測定条件を変更しても、実
施例１と同様に、出力スペクトルの温度依存性がなく温
度変化に対して発振波長が安定しており、EDFA励起用の
光源用として十分な出力パワーを有していることが認め
られた。
【００５２】なお、本明細書では２つの実施例を記載し
たが、明細書中の記載から分かるように、例えば半導体
レーザ素子の前面多層膜の波長スペクトル特性，ファイ
バグレーティングの反射中心波長全幅，反射中心波長の
反射率あるいは半導体レーザ素子の長さ等の条件を、適
宜変更する事によって数多くの実施例を示す事が可能で
ある事は言うまでもない。
たが、明細書中の記載から分かるように、例えば半導体
レーザ素子の前面多層膜の波長スペクトル特性，ファイ
バグレーティングの反射中心波長全幅，反射中心波長の
反射率あるいは半導体レーザ素子の長さ等の条件を、適
宜変更する事によって数多くの実施例を示す事が可能で
ある事は言うまでもない。
【００５３】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、出力パワーが
大きく、温度変化に対する発振波長の安定度に優れ、ED
FA励起用の光源に適した半導体レーザモジュールを提供
することができる。請求項２乃至５の発明によれば、た
とえモードホップが発生しても、出力波長の変化が少な
いため、半導体レーザモジュール全体としての出力は殆
ど変化せず、出力パワーが大きく、温度変化に対する波
長安定度が一層優れ、EDFA励起用の光源に適したものと
することができる。
大きく、温度変化に対する発振波長の安定度に優れ、ED
FA励起用の光源に適した半導体レーザモジュールを提供
することができる。請求項２乃至５の発明によれば、た
とえモードホップが発生しても、出力波長の変化が少な
いため、半導体レーザモジュール全体としての出力は殆
ど変化せず、出力パワーが大きく、温度変化に対する波
長安定度が一層優れ、EDFA励起用の光源に適したものと
することができる。
【００５４】請求項６，７の発明によれば、発振スペク
トル出力特性において、一層高い波長安定度の半導体レ
ーザモジュールを得ることができる。請求項８，９の発
明によれば、半導体レーザモジュールの発振モードが光
ファイバグレーティングモードを中心としたものとな
り、出力パワーを一層安定させることができる。
トル出力特性において、一層高い波長安定度の半導体レ
ーザモジュールを得ることができる。請求項８，９の発
明によれば、半導体レーザモジュールの発振モードが光
ファイバグレーティングモードを中心としたものとな
り、出力パワーを一層安定させることができる。
【図１】本発明の半導体レーザモジュールにおける引込
幅を説明する図で、半導体レーザ素子の利得半値半幅と
引込み幅との関係を示す特性図である。
幅を説明する図で、半導体レーザ素子の利得半値半幅と
引込み幅との関係を示す特性図である。
【図２】本発明の半導体レーザモジュールにおけるミラ
ー損失，利得，出力比，比帰還媒体の反射中心波長λFg
及び半導体レーザ素子の利得中心波長λLDとの関係を示
し、半導体レーザ素子の利得中心波長が光ファイバグレ
ーティングの反射中心波長に引き込まれて発振している
場合のスペクトル特性図である。
ー損失，利得，出力比，比帰還媒体の反射中心波長λFg
及び半導体レーザ素子の利得中心波長λLDとの関係を示
し、半導体レーザ素子の利得中心波長が光ファイバグレ
ーティングの反射中心波長に引き込まれて発振している
場合のスペクトル特性図である。
【図３】図２の半導体レーザモジュールにおける半導体
レーザ素子の利得中心波長と発振波長との関係を示す特
性図である。
レーザ素子の利得中心波長と発振波長との関係を示す特
性図である。
【図４】本発明の半導体レーザモジュールにおけるミラ
ー損失，利得，出力比，比帰還媒体の反射中心波長λFg
及び半導体レーザ素子の利得中心波長λLDとの関係を示
し、半導体レーザ素子の利得中心波長が光ファイバグレ
ーティングの反射中心波長に引き込まれない場合のスペ
クトル特性図である。
ー損失，利得，出力比，比帰還媒体の反射中心波長λFg
及び半導体レーザ素子の利得中心波長λLDとの関係を示
し、半導体レーザ素子の利得中心波長が光ファイバグレ
ーティングの反射中心波長に引き込まれない場合のスペ
クトル特性図である。
【図５】図２の半導体レーザモジュールにおける実際の
出力パワーのスペクトル分布図である。
出力パワーのスペクトル分布図である。
【図６】図４の半導体レーザモジュールにおける実際の
出力パワーのスペクトル分布図である。
出力パワーのスペクトル分布図である。
【図７】本発明の他の半導体レーザモジュールにおける
ミラー損失，利得，出力比，比帰還媒体の反射中心波長
λFg及び半導体レーザ素子の利得中心波長λLDとの関係
を示し、半導体レーザ素子の利得中心波長が光ファイバ
グレーティングの反射中心波長に引き込まれて発振して
いる場合のスペクトル特性図である。
ミラー損失，利得，出力比，比帰還媒体の反射中心波長
λFg及び半導体レーザ素子の利得中心波長λLDとの関係
を示し、半導体レーザ素子の利得中心波長が光ファイバ
グレーティングの反射中心波長に引き込まれて発振して
いる場合のスペクトル特性図である。
【図８】図７の半導体レーザモジュールにおける半導体
レーザ素子の利得中心波長と発振波長との関係を示す特
性図である。
レーザ素子の利得中心波長と発振波長との関係を示す特
性図である。
【図９】本発明の他の半導体レーザモジュールにおける
ミラー損失，利得，出力比，比帰還媒体の反射中心波長
λFg及び半導体レーザ素子の利得中心波長λLDとの関係
を示し、半導体レーザ素子の利得中心波長が光ファイバ
グレーティングの反射中心波長に引き込まれない場合の
スペクトル特性図である。
ミラー損失，利得，出力比，比帰還媒体の反射中心波長
λFg及び半導体レーザ素子の利得中心波長λLDとの関係
を示し、半導体レーザ素子の利得中心波長が光ファイバ
グレーティングの反射中心波長に引き込まれない場合の
スペクトル特性図である。
【図１０】図７の半導体レーザモジュールにおける実際
の出力パワーのスペクトル分布図である。
の出力パワーのスペクトル分布図である。
【図１１】図９の半導体レーザモジュールにおける実際
の出力パワーのスペクトル分布図である。
の出力パワーのスペクトル分布図である。
【図１２】本発明の半導体レーザモジュールの概略構成
図である。
図である。
【図１３】図１２の半導体レーザモジュールを構成する
半導体レーザ素子の出射面に形成された第１の多層膜の
反射スペクトル分布図である。
半導体レーザ素子の出射面に形成された第１の多層膜の
反射スペクトル分布図である。
【図１４】第１の多層膜を誘電体多層膜で形成した場合
における波長依存性を示す３種類の多層膜の反射スペク
トル分布図である。
における波長依存性を示す３種類の多層膜の反射スペク
トル分布図である。
【図１５】図１２の半導体レーザモジュールを構成する
半導体レーザ素子の反射面に形成された第２の多層膜の
反射スペクトル分布図である。
半導体レーザ素子の反射面に形成された第２の多層膜の
反射スペクトル分布図である。
【図１６】第１の実施例に係る半導体レーザモジュール
の使用温度５，１５，２５及び３５℃（図１６（ａ）〜
（ｄ））におけるファイバ出力（ｄＢｍ）に関するスペ
クトル分布図である。
の使用温度５，１５，２５及び３５℃（図１６（ａ）〜
（ｄ））におけるファイバ出力（ｄＢｍ）に関するスペ
クトル分布図である。
【図１７】第１の実施例に係る半導体レーザモジュール
の使用温度４５，５５及び６５℃（図１７（ａ）〜
（ｃ））におけるファイバ出力（ｄＢｍ）に関するスペ
クトル分布図である。
の使用温度４５，５５及び６５℃（図１７（ａ）〜
（ｃ））におけるファイバ出力（ｄＢｍ）に関するスペ
クトル分布図である。
【図１８】第２の実施例に係る半導体レーザモジュール
の使用温度５，１５，２５及び３５℃（図１８（ａ）〜
（ｄ））におけるファイバ出力（ｄＢｍ）に関するスペ
クトル分布図である。
の使用温度５，１５，２５及び３５℃（図１８（ａ）〜
（ｄ））におけるファイバ出力（ｄＢｍ）に関するスペ
クトル分布図である。
【図１９】第２の実施例に係る半導体レーザモジュール
の使用温度４５，５５及び６５℃（図１９（ａ）〜
（ｃ））におけるファイバ出力（ｄＢｍ）に関するスペ
クトル分布図である。
の使用温度４５，５５及び６５℃（図１９（ａ）〜
（ｃ））におけるファイバ出力（ｄＢｍ）に関するスペ
クトル分布図である。
１ 半導体レーザモジュール ２ 半導体レーザ素子 ２ａ 出射面 ２ｂ 反射面 ２ｃ 低反射多層膜（第１の多層膜） ２ｄ 高反射多層膜（第２の多層膜） ３ 光ファイバグレーティング（光帰還媒
体） ３ａ コア ３ｂ グレーティング ４ 結合手段
体） ３ａ コア ３ｂ グレーティング ４ 結合手段
Claims (9)
- 【請求項１】 励起光の出射面と、該出射面と対向する
反射面とを有する半導体レーザ素子及び該半導体レーザ
素子の前記出射面から出射された光パワーを所定の結合
効率に基づいて前記半導体レーザ素子に戻すと共に、光
パワーとして出力する光帰還媒体とを備えた半導体レー
ザモジュールにおいて、 前記半導体レーザ素子は、前記出射面に中心波長の反射
率が１０-4％〜１０％の第１の多層膜が形成され、該第
１の多層膜は、反射スペクトル特性が、中心波長の両側
に極小値を有する曲線形状であ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の多層膜は、反射スペクトル特
性に関し、中心波長が極大値の近傍に位置する、請求項
１の半導体レーザモジュール。 - 【請求項３】 前記光帰還媒体は、コアを有する光導波
路又は光ファイバで、前記コア内に光軸に沿って回折格
子が形成され、前記半導体レーザ素子の出射面と前記回
折格子との間の距離を少なくとも１０ｍｍ離して前記半
導体レーザ素子と対向配置されている、請求項１又は２
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は、前記反射面に
波長選択性のない反射率が９０〜９８％の第２の多層膜
が形成されている、請求項１乃至３いずれかの半導体レ
ーザモジュール。 - 【請求項５】 前記半導体レーザ素子は、発振スペクト
ル特性が多モードである、請求項１乃至４いずれかの半
導体レーザモジュール。 - 【請求項６】 前記半導体レーザ素子は、利得スペクト
ルの中心波長と前記回折格子の反射中心波長との差が少
なくとも±２０ｎｍ以下である、請求項３乃至５いずれ
かの半導体レーザモジュール。 - 【請求項７】 前記半導体レーザ素子は、利得スペクト
ル帯域における半値半幅が少なくとも１０ｎｍ以上であ
る、請求項１乃至６いずれかの半導体レーザモジュー
ル。 - 【請求項８】 前記回折格子の反射中心波長における反
射率ＲGLは、前記第１の多層膜の中心波長における反射
率Ｒ1との差の間に次式の関係が成立する、請求項１乃
至７いずれかの半導体レーザモジュール。 ＲGL−Ｒ1≧−２％ - 【請求項９】 前記半導体レーザ素子の光出射面と前記
光帰還媒体との間に、パワーの結合効率が少なくとも５
０％以上の結合手段がを設けられている、請求項１乃至
８いずれかの半導体レーザモジュール。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10012903A JPH11214799A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 半導体レーザモジュール |
| CA002285046A CA2285046A1 (en) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | Semiconductor laser module |
| EP99900667A EP0991153A4 (en) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | SEMICONDUCTOR LASER MODULE |
| PCT/JP1999/000267 WO1999038235A1 (en) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | Semiconductor laser module |
| US09/381,120 US6343088B1 (en) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | Semiconductor laser module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10012903A JPH11214799A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 半導体レーザモジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214799A true JPH11214799A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11818340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10012903A Pending JPH11214799A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | 半導体レーザモジュール |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6343088B1 (ja) |
| EP (1) | EP0991153A4 (ja) |
| JP (1) | JPH11214799A (ja) |
| CA (1) | CA2285046A1 (ja) |
| WO (1) | WO1999038235A1 (ja) |
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| JP2022113670A (ja) * | 2021-01-25 | 2022-08-04 | ツー－シックス デラウェア インコーポレイテッド | 通過ポンプレーザを有するドープファイバ増幅器 |
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