JP2003179304A

JP2003179304A - 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

Info

Publication number: JP2003179304A
Application number: JP2002287872A
Authority: JP
Inventors: Jiyunji Yoshida; 順自吉田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2003-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】安定し、高利得を得ることができるラマン増
幅器用光源に適した半導体レーザ装置および半導体レー
ザモジュールを提供する。【解決手段】ｎ−ＩｎＰ基板１上に順次ｎ−ＩｎＰク
ラッド層２、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ−
ＩｎＰスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、Ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰコンタクト層８を積層し、ｎ−ＩｎＰ基板
１の下部にはｎ型電極１１を配置する。また、ｐ−Ｉｎ
Ｐスペーサ層４の一部領域において回折格子１３を配置
し、Ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８上には回折格子
１３に対応した領域にｐ側電極１０ｂを、それ以外の領
域にｐ側電極１０ａを配置し、ｐ側電極１０ａ、１０ｂ
の間には電気的分離溝１６を配置して互いを空間的に、
または、電気的に分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】第１導電型の半導体基板と、
該半導体基板上に積層された第１導電型の半導体バッフ
ァ層と、該半導体バッファ層上に積層された活性層と、
該活性層上に積層された第１の電極と、前記半導体基板
下面に配置された第２の電極とを有する半導体レーザ装
置に関し、特に、安定し、光利得を得ることのできる光
ファイバ増幅器の励起光源に適した半導体レーザ装置、
半導体レーザモジュール、およびこれらを用いた光ファ
イバ増幅器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インターネットをはじめとする様
々なマルチメディアの普及に伴って、光通信に対する大
容量化の要求が大きくなっている。従来、光通信では、
光ファイバによる光の吸収が少ない波長である１３１０
ｎｍもしくは１５５０ｎｍの帯域において、それぞれ単
一の波長による伝送が一般的であった。この方式では、
多くの情報を伝達するためには伝送経路に敷設する光フ
ァイバの芯数を増やす必要があり、伝送容量の増加に伴
ってコストが増加するという問題点があった。

【０００３】そこで、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ：
Dense-Wavelength Division Multiplexing）通信方式が
用いられるようになった。このＤＷＤＭ通信方式は、主
にＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）を用い、
この動作帯域である１５５０ｎｍ帯において、複数の波
長を使用して伝送を行う方式である。このＤＷＤＭ通信
方式あるいはＷＤＭ通信方式では、１本の光ファイバを
用いて複数の異なる波長の光信号を同時に伝送すること
から、新たな線路を敷設する必要がなく、ネットワーク
の伝送容量の飛躍的な増加をもたらすことを可能として
いる。

【０００４】このＥＤＦＡを用いた一般的なＷＤＭ通信
方式では、利得平坦化の容易な１５５０ｎｍ帯から実用
化され、最近では、利得係数が小さいために利用されて
いなかった１５８０ｎｍ帯にまで拡大している。しかし
ながら、ＥＤＦＡで増幅可能な帯域に比して光ファイバ
の低損失帯域の方が広いことから、ＥＤＦＡの帯域外で
動作する光ファイバ増幅器、たとえば、ラマン増幅器へ
の関心が高まっている。

【０００５】ラマン増幅器は、エルビウムのような希土
類イオンを媒体とした光ファイバ増幅器がイオンのエネ
ルギー準位によって利得波長帯が決まるのに対し、励起
光の波長によって利得波長帯が決まるという特徴を持
ち、励起光波長を選択することによって任意の波長帯を
増幅することができる。

【０００６】ラマン増幅では、光ファイバに強い励起光
を入射すると、誘導ラマン散乱によって、励起光波長か
ら約１００ｎｍ程度長波長側に利得が現れ、この励起さ
れた状態の光ファイバに、この利得を有する波長帯域の
信号光を入射すると、この信号光が増幅されるというも
のである。したがって、ラマン増幅器を用いたＷＤＭ通
信方式では、ＥＤＦＡを用いた通信方式に比して、信号
光のチャネル数をさらに増加させることができる。

【０００７】図２２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を示すブロック図である。
図２２において、ファブリペロー型の半導体発光素子１
８０ａ〜１８０ｄとファイバグレーディング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６１ａ，６１ｂ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６１ａによっ
て異なる偏波面をもった光を合成している。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
６１ｂによって異なる偏波面をもった光を合成してい
る。偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂは、それぞれ偏波合
成したレーザ光をＷＤＭカプラ６２に出力する。なお、
偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されるレーザ光
の波長は異なる。

【０００８】ＷＤＭカプラ６２は、アイソレータ６０を
介して偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力されたレ
ーザ光を合波し、ＷＤＭカプラ６５を介し、励起光とし
て増幅用ファイバ６４に出力する。この励起光が入力さ
れた増幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が、信
号光入力ファイバ６９からアイソレータ６３を介して入
力され、励起光と合波してラマン増幅される。

【０００９】増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅
された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およ
びアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７
に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号
光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を
出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力す
る。

【００１０】制御回路６８は、入力された一部の増幅信
号光をもとに各半導体発光素子１８０ａ〜１８０ｄの発
光状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増幅の利得帯
域が平坦な特性となるようにフィードバック制御する。

【００１１】図２３は、ファイバグレーディングを用い
た半導体レーザモジュールの概要構成を示す図である。
図２３において、この半導体レーザモジュールは、半導
体発光素子２０２と光ファイバ２０３とを有する。半導
体発光素子２０２は、活性層２２１を有する。活性層２
２１は、一端に光反射面２２２が設けられ、他端に光出
射面２２３が設けられる。活性層２２１内で生じた光
は、光反射面２２２で反射して、光出射面２２３から出
力される。

【００１２】半導体発光素子２０２の光出射面２２３に
は、光ファイバ２０３が配置され、光出射面２２３と光
結合される。光ファイバ２０３内のコア２３２には、光
出射面２２３から所定位置にファイバグレーディング２
３３が形成され、ファイバグレーディング２３３は、特
性波長の光を選択的に反射する。すなわち、ファイバグ
レーディング２３３は、外部共振器として機能し、ファ
イバグレーディング２３３と光反射面２２２との間で共
振器を形成し、ファイバグレーディング２３３によって
選択された特定波長のレーザ光が増幅されて出力レーザ
光２４１として出力される。

【００１３】

【非特許文献１】Yuichi Tohmori 他６名、「Broad-Ra
nge Wavelength-TunableSuperstructure Grating(SSG)
DBR Lasers」、IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONIC
S、pp1817-1823、VOL.29、NO.6、JUNE 1993

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た半導体レーザモジュール（１８２ａ〜１８２ｄ）は、
ファイバグレーディング２３３と半導体発光素子２０２
との間隔が長いため、ファイバグレーディング２３３と
光反射面２２２との間の共振によって相対強度雑音（Ｒ
ＩＮ：Relative Intensity Noise）が大きくなる。ラマ
ン増幅では、増幅の生じる過程が早く起こるため、励起
光強度が揺らいでいると、ラマン利得も揺らぐことにな
り、このラマン利得の揺らぎがそのまま増幅された信号
強度の揺らぎとして出力されてしまい、安定したラマン
増幅を行わせることができないという問題点があった。

【００１５】また、上述した半導体レーザモジュール
は、ファイバグレーディング２３３を有した光ファイバ
２０３と、半導体発光素子２０２とを光結合する必要が
あり、組立時の光軸合わせに時間と労力とがかかるとと
もに、共振器内における機械的な光結合であるために、
レーザの発振特性が機械的振動などによって変化してし
まうおそれがあり、安定した励起光を提供することがで
きない場合が生じるという問題点があった。

【００１６】なお、ラマン増幅器としては、図２２に示
したラマン増幅器のように信号光に対して後方から励起
する後方励起方式のほかに、信号光に対して前方から励
起する前方励起方式および双方向から励起する双方向励
起方式がある。現在、ラマン増幅器として多用されてい
るのは、後方励起方式である。その理由は、弱い信号光
が強い励起光とともに同方向に進行する前方励起方式で
は、励起光強度が揺らぐという問題があるからである。
したがって、前方励起方式にも適用できる安定した励起
光源の出現が要望されている。すなわち、従来のファイ
バグレーディングを用いた半導体レーザモジュールを用
いると、適用できる励起方式が制限されるという問題点
があった。

【００１７】また、ラマン増幅器におけるラマン増幅で
は、信号光の偏波方向と励起光の偏波方向とが一致する
ことを条件としている。すなわち、ラマン増幅では、増
幅利得の偏波依存性があり、信号光の偏波方向と励起光
の偏波方向とのずれによる影響を小さくする必要があ
る。ここで、後方励起方式の場合、信号光は、伝搬中に
偏波がランダムとなるため、問題は生じないが、前方励
起方式の場合、偏波依存性が強く、励起光の直交偏波合
成、デボラライズなどによって偏波依存性を小さくする
必要がある。すなわち、偏光度（ＤＯＰ：Degree Of Po
larization）を小さくする必要がある。

【００１８】さらに、ラマン増幅は、得られるラマン利
得が比較的低いため、高出力のラマン増幅用励起光源の
出現が望まれていた。

【００１９】この発明は上記に鑑みてなされたもので、
安定し、高利得を得ることができるラマン増幅器用光源
に適した半導体レーザ装置および半導体レーザモジュー
ルを提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる半導体レーザ装置は、第１導電型
の半導体基板と、該半導体基板上に積層された第１導電
型の半導体バッファ層と、該半導体バッファ層上に積層
された活性層と、該活性層上に積層された第１の電極
と、前記半導体基板下面に配置された第２の電極とを有
する半導体レーザ装置において、前記活性層上に積層さ
れた第２導電型のスペーサ層と、該第２導電型のスペー
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回折格子
とを備え、前記第１の電極が、前記回折格子が配置され
た前記一部領域上に配置された第３の電極と、他の領域
に配置された第４の電極とに空間的に、または、電気的
に分離されていることを特徴とする。

【００２１】この請求項１の発明によれば、回折格子が
配置された一部領域上に配置された第３の電極と、それ
以外の領域に配置された第４の電極とに空間的に、また
は、電気的に分離されているため、光発光出力を制御す
る電流と、回折格子の屈折率変化を制御する電流とを別
々に印加することができる。

【００２２】また、請求項２にかかる半導体レーザ装置
は、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板上に積層
された第１導電型の半導体バッファ層と、該半導体バッ
ファ層上に積層された活性層と、該活性層上に積層され
た第１の電極と、前記半導体基板下面に配置された第２
の電極とを有する半導体レーザ装置において、前記活性
層上に積層された第２導電型のスペーサ層と、該第２導
電型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
する回折格子とを備え、前記第１の電極が、前記回折格
子が配置された前記一部領域上において、櫛形構造を有
することを特徴とする。

【００２３】この請求項２の発明によれば、回折格子に
流入する電流が一様でなく、場所に応じて電流密度が異
なるため、回折格子を構成する各格子の屈折率を任意に
変化させることができる。

【００２４】また、請求項３にかかる半導体レーザ装置
は、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板上に積層
された第１導電型の半導体バッファ層と、該半導体バッ
ファ層上に積層された活性層と、該活性層上に積層され
た第１の電極と、前記半導体基板下面に配置された第２
の電極とを有する半導体レーザ装置において、前記活性
層上に積層された第２導電型のスペーサ層と、該第２導
電型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
する回折格子と、を備え、前記第１の電極が、前記回折
格子が配置された前記一部領域上に配置された第３の電
極と、他の領域に配置された第４の電極とに空間的に、
または、電気的に分離され、前記第３の電極は、櫛形構
造を有することを特徴とする。

【００２５】この請求項３の発明によれば、第３の電極
と第４の電極とに空間的に、または、電気的に分離する
ことで光出力制御のための電流と、回折格子の屈折率制
御のための電流とを別々に制御することができ、櫛形構
造を有することで、回折格子に流入する電流の密度を場
所に応じて変化させることにより回折格子を構成する各
格子の屈折率を任意に変化させることができる。

【００２６】また、請求項４にかかる半導体レーザ装置
は、前記回折格子の上部に形成された前記第３の電極あ
るいは前記第１の電極に印加する電流量を変化させて前
記特定の中心波長をシフトさせることを特徴とする。

【００２７】この請求項４の発明によれば、前記回折格
子の上部に形成された前記第３の電極あるいは前記第１
の電極に印加する電流量を変化させて前記特定の中心波
長をシフトさせるようにし、マルチモード発振の可変波
長レーザを実現している。

【００２８】また、請求項５にかかる半導体レーザ装置
は、前記一部領域と異なる他の一部領域に設けられ、前
記回折格子の反射モード間隔とは異なる他の反射モード
間隔を有する他の回折格子を備え、前記第１の電極が、
前記他の回折格子が配置された前記他の一部領域上に配
置された第５の電極にさらに分離され、前記第３の電極
と前記第５の電極とに対する少なくとも一方の電流量を
変化させ、前記回折格子の反射モード間隔と前記他の回
折格子の反射モード間隔との差に基づいて前記特定の中
心波長をシフトさせることを特徴とする。

【００２９】この請求項５の発明によれば、前記第３の
電極と前記第５の電極とに対する少なくとも一方の電流
量を変化させ、前記回折格子の反射モード間隔と前記他
の回折格子の反射モード間隔との差に基づいて前記特定
の中心波長をシフトさせるようにし、大きなシフト量を
有するマルチモード発振の可変波長レーザを実現してい
る。

【００３０】また、請求項６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導電型の半導体バッ
ファ層と前記活性層との間に積層された第１導電型のク
ラッド層と、前記第２導電型のスペーサ層と前記第１の
電極との間に積層された第２導電型のクラッド層とをさ
らに有することを特徴とする。

【００３１】この請求項６の発明によれば、活性層を上
下からクラッド層で挟み込む構造とすることで、ダブル
へテロ構造となり活性層にキャリアが集中するため、高
い効率でレーザ発振する半導体レーザ装置を実現でき
る。

【００３２】また、請求項７にかかる半導体レーザモジ
ュールは、請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体
レーザ装置と、該半導体レーザ装置の温度を制御する温
調モジュールと、前記半導体レーザ装置から出射された
レーザ光を外部に導波する光ファイバと、前記半導体レ
ーザ装置と前記光ファイバと光結合をおこなう光結合レ
ンズ系とを備えたことを特徴とする。

【００３３】この請求項７の発明によれば、請求項１〜
６のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置を用いるこ
とで、ファイバグレーディングを不要とし光軸あわせな
どをおこなう必要がなく、組立容易でありかつ機械的振
動などによって発振特性が変化することのない半導体レ
ーザモジュールを実現することができる。

【００３４】また、請求項８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、前記半導体レーザ装置
の光出力を測定する光検出器と、光ファイバ側からの反
射戻り光の入射を抑制するアイソレータとをさらに備え
たことを特徴とする。

【００３５】この請求項８の発明によれば、光検出器を
設けることで光出力のモニタが可能で光出力の安定化を
図ることができ、アイソレータを備えたことで外部から
の反射光を防ぐことができる。

【００３６】また、請求項９にかかる光ファイバ増幅器
は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の半導体レーザ
装置、あるいは請求項５または６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、増幅用光ファイバとを備えたこ
とを特徴とする。

【００３７】この請求項９の発明によれば、上記半導体
レーザ装置もしくは半導体レーザモジュールを含むこと
によって高い増幅率を有し、かつ安定した増幅をおこな
うことのできる光ファイバ増幅器を実現することができ
る。

【００３８】また、請求項１０にかかる光ファイバ増幅
器は、上記の発明において、前記増幅用光ファイバは、
ラマン増幅により光を増幅することを特徴とする。

【００３９】この請求項１０の発明によれば、ラマン増
幅によりおこなうことでより好適に光増幅をおこなうこ
とができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】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。

【００４１】（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。
図１は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置の側面
断面図を示し、図２は、図１に示す半導体レーザ装置の
Ａ−Ａ線断面図である。

【００４２】本実施の形態１にかかる半導体レーザ装置
は、図１に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１の（１００）
面上に、ｎ−ＩｎＰクラッド層２、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−
ＭＱＷ（Graded Index-Separate Confinement Hetero s
tructure Multi Quantum Well：分布屈折率分離閉じ
こめ単一量子井戸）活性層３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層
４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコン
タクト層８、ｐ側電極１０が順次積層されている。ま
た、ｎ−ＩｎＰ基板１下には、ｎ側電極１１が配置され
ている。

【００４３】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−Ｉｎ
Ｐクラッド層６によってＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性
層３を挟み込むことで本実施の形態１にかかる半導体レ
ーザ装置はダブルへテロ構造を有し、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。

【００４４】また、図２に示すように、ｎ−ＩｎＰクラ
ッド層２の上部およびＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層
３、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４、およびｐ−ＩｎＰクラッ
ド層６の下部に接触してｐ−ＩｎＰブロッキング層９
ｂ、ｎ−ＩｎＰブロッキング層９ａが順に配置されてい
る。これらｐ−ＩｎＰブロッキング層９ｂ、ｎ−ＩｎＰ
ブロッキング層９ａは、注入される電流がリークしない
よう電流をブロックするためのもの（ＢＨ構造）であ
り、かかる構造とすることでＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ
活性層３を流れる電流の密度が高められ、発光効率が向
上する構造となっている。また、ＢＨ構造にすること
で、横モードが単一に制御された光を出力するので、レ
ーザの安定動作を行う機能がある。

【００４５】また、本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置は、出射側端面（図１における右側面）において
低反射膜１５が全面に渡って配置され、反射側端面（図
１における左側面）において高反射膜１４が全面に渡っ
て配置されている。

【００４６】高反射膜１４は、反射率８０パーセント以
上、好ましくは９８パーセント以上の光反射率を有す
る。一方、低反射膜１５は、出射側端面におけるレーザ
光の反射を防止するためのものである。したがって、低
反射膜１５は反射率の低い膜構造からなり、光反射率は
１パーセント以下、望ましくは０．５パーセント以下の
膜構造からなる。さらに好適には、0.1%以下の反射膜を
有する誘電体反射膜からなる。

【００４７】さらに、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内部であ
りかつ出射側端面近傍において、回折格子１３がレーザ
光の出射方向に配置されている。また、回折格子１３
は、膜厚２０ｎｍを有し、レーザ光出射方向に５０μｍ
の長さを有し、周期が約２２０ｎｍである周期的な構造
となっているため、中心波長１４８０ｎｍ帯で複数の発
振縦モードを有するレーザ光を選択する。

【００４８】回折格子１３を構成する各格子は、ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰで構成されており、本実施の形態１におい
て回折格子１３は単一の周期からなる各格子の配列によ
って形成される。なお、回折格子１３の低反射膜１５側
の端部は、低反射膜１５と接する構造とすることが望ま
しいが、１００μｍ以内の距離であれば、低反射膜１５
から離れた構造としてもよい。

【００４９】回折格子１３の上部であって、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰコンタクト層８とｐ側電極１０ｂとの間には電
気的分離溝１６が配置されている。電気的分離溝１６
は、ｐ側電極１０から注入された電流を回折格子１３を
含む低反射膜１５の近傍において流さないためのもので
ある。

【００５０】次に、本実施の形態にかかる半導体レーザ
装置の動作について、説明する。ｐ側電極１０から注入
された電流は、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３にお
いてキャリアの発光再結合を引き起こし、発光した光は
回折格子１３によって特定波長成分が選択され、出射側
端面から出射される。まず、簡単のためｐ側電極１０ｂ
を通じて流入する電流Ｉ_bについてＩ_b＝０とした場合に
ついて、説明する。

【００５１】本実施の形態１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〜１５５
０ｎｍであり、共振器長Ｌは、８００μｍ以上３２００
μｍ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Δ
λ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＝λ₀ ²／（２・ｎ・Ｌ）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。

【００５２】一方、本実施の形態１において、回折格子
１３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１３による選択波長特性は、図３に示
す発振波長スペクトル２０として表される。

【００５３】図３に示すように、本実施の形態１では、
回折格子１３を有した半導体レーザ装置による発振波長
スペクトル２０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（DistributedFeedback）半導体レーザ装
置あるいはＤＢＲ（Distributed Bragg Reflrector）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１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。図３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２１〜２３を有している。

【００５４】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、レーザ出力のピーク値を抑えて、高いレーザ出力値
を得ることができる。たとえば、この実施の形態１に示
した半導体レーザ装置では、図４（ｂ）に示すプロファ
イルを有し、低いピーク値で高レーザ出力を得ることが
できる。これに対し、図４（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プロ
ファイルであり、高いピーク値を有している。

【００５５】ここで、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、そのピーク値が高いと、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
ルアン散乱の発生は、誘導ブリルアン散乱が発生する閾
値Ｐthを有し、同じレーザ出力パワーを得る場合、図４
（ｂ）に示すように、複数の発振縦モードを持たせ、そ
のピーク値を抑えることによって、誘導ブリルアン散乱
の閾値Ｐth内で、高い励起光出力パワーを得ることがで
き、その結果、高いラマン利得を得ることが可能とな
る。

【００５６】また、発振縦モード２１〜２３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。

【００５７】このような観点から、発振波長スペクトル
２０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。ところで、ラマン増幅
では、増幅利得に偏波依存性があるため、信号光の偏波
方向と励起光の偏波方向とのずれによる影響を小さくす
る必要がある。このための方法として、励起光を無偏光
化（デポラライズ）する方法があり、具体的には、２台
の半導体レーザ装置からの出力光を偏波合成する方法の
ほか、デポラライザとして所定長の偏波面保持ファイバ
を用いて、１台の半導体レーザ装置から出射されたレー
ザ光を、この偏波面保持ファイバに伝搬させる方法があ
る。無偏光化の方法として、後者の方法を使用する場合
には、発振縦モードの本数が増大するに従ってレーザ光
のコヒーレンシーが低くなるので、無偏光化に必要な偏
波面保持ファイバの長さを短くすることができる。特
に、発振縦モードが４，５本となると、急激に、必要な
偏波面保持ファイバの長さが短くなる。従って、ラマン
増幅器に使用するために半導体レーザ装置から出射され
るレーザ光を無偏光化する場合に、２台の半導体レーザ
装置の出射光を偏波合成して利用しなくても、１台の半
導体レーザ装置の出射レーザ光を無偏光化して利用する
ことが容易となるので、ラマン増幅器に使用される部品
数の削減、小型化を促進することができる。

【００５８】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２０の半値幅Δλｈは、３ｎｍ
以下、好ましくは２ｎｍ以下とする必要がある。

【００５９】さらに、従来の半導体レーザ装置では、図
２３に示したように、ファイバグレーディングを用いた
半導体レーザモジュールとしていたため、ファイバグレ
ーディング２３３と光反射面２２２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１に示
した半導体レーザ装置では、ファイバグレーディング２
３３を用いず、低反射膜１５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。

【００６０】また、本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８上であっ
て、回折格子１３に対応した領域にｐ側電極１０ｂが配
置され、ｐ側電極１０ｂを通じて電流Ｉ_bが回折格子１
３に対して注入される。以下、回折格子１３に対して電
流Ｉ_bが注入されることによる影響について、説明す
る。

【００６１】一般に、回折格子１３を構成するｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰおよびｐ−ＩｎＰスペーサ層４は、注入電流
Ｉ_bが印加されることにより、発熱による影響が支配的
で、屈折率が増大するする。そのため、Ｉ_b＝０の場合
と比較して光路長は長くなり、回折格子１３の実効的な
周期も変化する。そのため、Ｉ_b≠０においては、Ｉ_bの
値の変化に対応して、回折格子１３によって選択される
中心波長は変化する。

【００６２】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、Ｉ_bの値を制御することによって選択
される中心波長を制御することができる。これにより、
たとえば、実際に製造した半導体レーザ装置が、設計段
階で想定した中心波長を選択できない場合であっても、
Ｉ_bを制御することで所望の中心波長を選択することが
できる。そのため、本実施の形態１にかかる半導体レー
ザ装置は、実際の製造工程において、歩留まりを向上さ
せることができる。また、設計段階で想定した中心波長
と異なる中心波長を選択させたい場合であっても、Ｉ_b
を制御することで所望の中心波長を選択させることがで
きる。

【００６３】さらに、光出力を制御するＩ_aは、回折格
子１３の選択する中心波長を制御するＩ_bとは無関係に
変動させることができるため、選択する中心波長を一定
に保持したままで、半導体レーザ装置の光出力を任意に
変化させることができる。

【００６４】ここで、図５は、上述した波長可変レーザ
としての半導体レーザ装置の反射特性を示している。図
５に示すように、ある波長帯域では高反射膜１４は、８
０％以上の反射率を有し、ほぼこの反射率は変化しな
い。これは、たとえば、高反射率を有する誘電体多層膜
を反射側劈開面にコーティングすることによって実現で
きる。ところが、図５に示すように、低反射膜１５の反
射特性は、回折格子１３による波長選択特性を有する。
この回折格子１３の物理特性は、回折格子１３が、図３
に示すような多重モード発振を許容するに十分な帯域幅
の光を反射するような選択がなされる。すなわち、図５
に示した反射曲線２０´は、図３に示した発振波長スペ
クトル２０に対応する。さらに、図５において、反射曲
線２０´は、ｐ側電極１０ｂを介して回折格子１３に注
入される電流値に対応して波長がシフトする。図６は、
注入電流の変化によって達成される波長変化の具体例を
示している。図６に示すように、回折格子１３への注入
電流によって２ｎｍ以上波長可変することができる。

【００６５】（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。図７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側面
断面図である。実施の形態２にかかる半導体レーザ装置
は、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置と同様に、
ｎ−ＩｎＰ基板１の（１００）面上に、ｎ−ＩｎＰクラ
ッド層２、ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３、ｐ−Ｉ
ｎＰスペーサ層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層６、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層８が順次積層されている。ま
た、ｎ−ＩｎＰ基板１下には、ｎ側電極１１が配置され
ている。さらに、レーザ光出射側（図７における右方
向）端面に低反射膜１５が配置され、反射側（図７にお
ける左方向）端面に高反射膜１４を有し、高反射膜１４
の光反射率は８０パーセント以上、低反射膜１５の光反
射率は１パーセント以下としているのも実施の形態１と
同様である。さらに、ｐ−ＩｎＰスペーサ層４内部であ
って、低反射膜１５の近傍には同一の周期および同一の
周期を有する回折格子１３が配置されている。

【００６６】そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
８上にはｐ側電極２４が配置されている。ここで、ｐ側
電極２４は、回折格子１３の上部に対応した領域である
ｐ側電極２４ｂと、それ以外の領域であるｐ側電極２４
ａに分離して考えることができる。ｐ側電極２４ａは、
ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８上に一様に堆積され
た構造を有するのに対し、ｐ側電極２４ｂは、ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層８に対して歯が接する誘電体電
気的分離溝を用いた櫛形構造からなる。したがって、ｐ
側電極２４から注入される電流は、ｐ側電極２４ａの下
部においては一様に流入するのに対して、ｐ側電極２４
ｂの下部においては、櫛形構造の歯の部分から電流が注
入される。したがって、ｐ側電極２４ｂの下部において
は、流れる電流は一様ではなく、櫛形構造に依存して電
流密度は変化する。

【００６７】ここで、実施の形態１においても説明した
ように、回折格子１３およびその周囲の領域では、流入
する電流の大きさに応じて屈折率の変化が生じる。した
がって、元来回折格子１３は単一の周期からなる構造で
あるが、ｐ側電極２４ｂから注入される電流の密度の変
化に応じて屈折率が変化し、光路長も変化する。したが
って、回折格子１３は、実効的には異なる周期を有する
回折格子の集合となり、各周期は、ｐ側電極２４ｂを通
じて注入される電流の大きさによって制御される。

【００６８】一例として、図８（ａ）に示すようにｐ側
電極２４ｂの櫛形構造が、歯の太さが周期的に変化する
場合を示す。この場合に、ｐ側電極２４ｂから電流を注
入することにより回折格子１３も、屈折率を加味して考
えると図８（ａ）に示すような構造となる。すなわち、
ｐ側電極２４ｂの櫛の歯の太さに対応して、注入される
電流の値は変化するため、その電流の大きさに応じて回
折格子１３を構成する各格子はレーザ光出射方向に対し
て大きさが変化する。ｐ側電極２４ｂの櫛の歯の太さを
周期的に変化させることによって、回折格子１３は、実
質的にはグレーティング周期を周期的に変化させた、図
８（ｂ）に示すような、いわゆるチャープドグレーティ
ングとなる。このようなチャープドグレーティング構造
とすることにより、回折格子１３の波長選択性に揺らぎ
を発生させ、発振波長スペクトルの半値幅を広げ、半値
幅内の発振縦モードの本数を増大させることができる。

【００６９】また、他の例として、ｐ側電極２４ｂをさ
らに２つに分割し、櫛形構造が周期Λ₁を有するｐ側電
極２５ａと、櫛形構造が周期Λ₂（≠Λ₁）を有するｐ側
電極２５ｂとからなるｐ側電極２４ｂを考える。この場
合、ｐ側電極２５ａから流入する電流と、ｐ側電極２５
ｂから流入する電流の密度は異なり、電流密度の違いに
起因して回折格子１３は、屈折率を考慮した実効的な周
期Λ₁を有する部分と、同じく実効的な周期Λ₂（≠
Λ₁）を有する部分とに分かれる。

【００７０】したがって、回折格子１３によって、異な
る２つの中心波長λ₁、λ₂が選択され、発振されるレー
ザ光のスペクトルは図９（ｂ）に示すような複合発振波
長スペクトルとなる。図９（ｂ）において、周期Λ₁の
部分によって、波長λ₁の発振波長スペクトルを形成
し、この発振波長スペクトル内に３本の発振縦モードを
選択する。一方、周期Λ₂の部分によって、波長λ₂の発
振波長スペクトルを形成し、この発振波長スペクトル内
に３本の発振縦モードを形成する。また、図７において
は、中心波長λ₁の短波長側の発振縦モードと、中心波
長λ₂の長波長側の発振縦モードとが重なり合う構成と
なっている。

【００７１】したがって、周期Λ₁，Λ₂の回折格子によ
る複合発振波長スペクトル３５は、この複合発振波長ス
ペクトル３５内に４〜５本の発振縦モードが含まれるこ
とになる。この結果、単一の中心波長に基づく複数の発
振縦モードを形成するときに比べ、一層多くの発振縦モ
ードを容易に選択出力することができ、光出力の増大を
もたらすことができる。

【００７２】（実施の形態３）次に、実施の形態３にか
かる半導体レーザ装置について、図１０を参照して説明
する。図１０は、実施の形態３にかかる半導体レーザ装
置の構造を示す側面断面図である。なお、図１０におい
て、図１および図７と同一または類似の部分についての
説明は省略する。

【００７３】実施の形態３にかかる半導体レーザ装置
は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８上に配置された
ｐ側電極が、一様に堆積されたｐ側電極２７ａと、櫛形
構造からなるｐ側電極２７ｂとからなり、ｐ側電極２７
ａ、２７ｂの間には電気的分離溝２６が配置された構造
を有する。したがって、ｐ側電極２７ａ、２７ｂから注
入される電流Ｉ_a、Ｉ_bは相互に独立に制御することがで
きる。

【００７４】本実施の形態３にかかる半導体レーザ装置
は、ｐ側電極２７ａ、２７ｂを電気的に絶縁した構造を
有することで、実施の形態１にかかる半導体レーザ装置
と同様の利点を有する。すなわち、半導体レーザ装置の
光出力を制御するために変動するＩ_aと無関係にＩ_bを一
定の値に保持することができるため、Ｉ_bにより特定波
長の発振を得ることができる。

【００７５】また、実施の形態１の場合と同様に、光出
力を制御する電流Ｉ_bと、回折格子１３の選択する中心
波長を制御するＩ_aとを互いに無関係に制御できるた
め、半導体レーザ装置の光出力を一定に保持したまま選
択する中心波長を変化させることができる。

【００７６】さらに、本実施の形態３にかかる半導体レ
ーザ装置が、櫛形構造を有するｐ側電極２７ｂを有する
ことで実施の形態２にかかる半導体レーザ装置同様、次
の利点を有する。すなわち、櫛形構造を有することで回
折格子１３に流入する電流密度は一様ではなく、場所に
よって異なる。したがって、回折格子１３を構成する各
格子およびその周囲の領域における屈折率の変化は一様
とはならずに、櫛形構造に依存する。そのため櫛形構造
をたとえば図８（ａ）、図９（ａ）に示すパターンとす
ることにより回折格子１３の周期等を変化させたのと同
様の効果を得ることができ、チャープドグレイティング
構造や、２つの異なる選択波長を有する半導体レーザ装
置を実現することができる。なお、実施の形態１から３
において、電流注入を防ぐために絶縁膜を用いたが、ｐ
型コンタクト層の上にｎ型半導体層、又は、n-p-n型半
導体多層構造による電流非注入構造であっても良い。さ
らに、実施の形態2、または、３に図示されている、電
極分離溝の下部に位置するｐ-ＧａＩｎＡｓＰコンタク
ト層および、ｐ-ＩｎＰクラッド層の一部を除去した構
造は、作製プロセス上、工程が複雑になるが、電気的分
離を行なうには、より好適な構造である。

【００７７】（実施の形態４）つぎに、この発明の実施
の形態４について説明する。図１１は、この発明の実施
の形態４である半導体レーザ装置の長手方向の縦断面図
である。図１１において、この半導体レーザ装置は、実
施の形態１に示した半導体レーザ装置の構成に、さらに
高反射膜１４側に回折格子１３ｃを設け、この回折格子
１３ｃの上部には、ｐ側電極１０とは電気的に分離され
たｐ側電極１０ｃを有する。なお、回折格子１３ｂは、
図１に示した回折格子１３に対応する。

【００７８】ここで、回折格子１３ｂ，１３ｃは物理的
に分離された領域に形成され、かつｐ側電極１０ｂ，１
０ｃによってそれぞれ独立して電流注入を行うことがで
き、回折格子１３ｂ，１３ｃの波長選択性を個別に制御
することができる。これによって、さらに波長選択性を
詳細かつ柔軟に設定することができる。

【００７９】この実施の形態４に示すように、低反射膜
１５側と高反射膜１４側との双方に回折格子１３ｂ，１
３ｃを設けると、各回折格子１３ｂ，１３ｃの離散的な
反射モードのバーニア効果によって広い可変波長域を実
現することができる。

【００８０】図１２に示すように、回折格子１３ｃによ
って選択される波長がλ１〜λｎとし、回折格子１３ｂ
によって選択される波長がλ１´〜λｎ´とすると、λ
１´〜λｎ´の各波長間隔は、λ１〜λｎの各波長間隔
に比してほんの少し異なるように設定される。この選択
状態において、それぞれ電流注入の変化ΔＩを与える
と、各波長λ１〜λｎおよび各波長λ１´〜λｎ´は、
シフトする。バーニア効果は、この状態において、波長
λ１〜λｎと波長λ１´〜λｎ´とが一致する波長のみ
が発振波長して選択出力される。図１２では、波長λ１
と波長λ１´とが一致し、波長λ１（＝λ１´）が発振
波長として選択される。例えば数十ｎｍ程度の波長シフ
トレンジを実現できる。なお、回折格子１３ｂあるいは
回折格子１３ｃの一方の選択波長のみを電流注入量変化
によってシフトさせてもよいし、回折格子１３ｂ，１３
ｃの双方の選択波長を、それぞれ独立して電流注入量変
化によってシフトさせるようにしてもよい。

【００８１】図１３〜図１５は、この実施の形態４の具
体例を示している。図１３は、この発明の実施の形態４
の具体例である半導体レーザ装置の一部破断図である。
図１３において、この半導体レーザ装置は、長さ１２０
０μｍの活性領域（３）と長さ２００μｍの前部回折格
子領域（１３ｂ）と長さ７５０μｍの後部回折格子領域
（１３ｃ）とを形成している。

【００８２】図１４は、回折格子の周期構成を示す図で
ある。図１４に示すように、回折格子は、１４００ｎｍ
に一致する周期Λ₁から１５００ｎｍに一致する周期Λ_n
までリニアにチャープされている。このリニアなチャー
プ周期Δｓは各回折格子内の反射モード間隔を決定す
る。ここで、図１３に示した回折格子領域（１３ｂ）の
反射モード間隔は９．７ｎｍであり、回折格子領域（１
３ｃ）の反射モード間隔は８．７ｎｍである。このよう
な回折格子構造は、上述したバーニア効果に要求される
モード間隔の違いを与える。

【００８３】図１５は、図１３に示した半導体レーザ装
置における前部回折格子領域と後部回折格子領域の反射
モードの波長間隔を示している。図１５において波長λ
₁〜λ_nは、反射率２％以下の前部回折格子領域における
選択波長を示し、波長λ₁´〜λ_n´は、反射率９５％以
上の後部回折格子領域における選択波長を示している。
図１５において、波長λ₁と波長λ₁´のみが一致し、そ
の他の波長、たとえば、波長λ₂と波長λ₂´、波長λ₃
と波長λ₃´、などは一致していない。この場合、前部
回折格子領域あるいは後部回折格子領域のいづれか一方
あるいは双方に対する電流注入量を変化させて反射モー
ドをシフトさせることによって、他の波長、たとえば波
長λ₂と波長λ₂´のみを一致させることができる。この
ようにして、広範囲の波長シフトを実現できる可変波長
レーザとしての半導体レーザ装置が得られる。

【００８４】図１６は、図１３に示した半導体レーザ装
置のマルチモード可変波長範囲を示す図である。図１６
では、電流変化量±８０ｍＡで、１０３ｎｍという広範
囲の波長シフトを実現している。

【００８５】さらに、この実施の形態４の変形例につい
て説明する。この変形例では図１３に対応した半導体レ
ーザ装置であるが、後部回折格子領域が電流注入変化さ
れずに、固定されたやや平坦な反射特性を有する回折格
子が含まれ波長選択特性はシフトしない。これに対し、
前部回折格子領域には電流注入変化が与えられ、離散的
な反射モードλ₁〜λ_nが広範囲に出現している。図１７
は、この変形例に対応した後部回折格子領域と前部回折
格子領域の選択波長特性を示す図である。上述したよう
に、後部回折格子領域の選択波長特性は固定であり、平
坦な特性を有するため、この後部回折格子領域の選択波
長領域に含まれる前部回折格子領域の反射モードの複数
の波長が選択されることなる。したがって、マルチモー
ドスペクトルの出力が複数選択されるが、この選択され
たマルチモードスペクトルのうちの不要なマルチモード
スペクトルは、選択的な減衰機構を用い、あるいは半導
体レーザ装置の外部に波長減衰器を接続することによっ
て排除すればよい。

【００８６】なお、上述した実施の形態２，３も同様に
適用することができ、チャーピングによって選択波長ス
ペクトルを広げるようにしてもよい。また、半導体レー
ザ装置のＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層３に注入され
る電流は、ｐ側電極１０ｂ，１０ｃに注入される電流も
加えられた値であり、この電流値で半導体レーザ装置の
出力が決定される。したがって、ｐ側電極１０ｂ，１０
ｃに加えられる電流量を加味したレーザ出力の電流制御
を行う必要がある。

【００８７】（実施の形態５）次に、この発明の実施の
形態５について説明する。この実施の形態５では、上述
した実施の形態１〜４に示した半導体レーザ装置をモジ
ュール化したものである。

【００８８】図１８は、この発明の実施の形態５である
半導体レーザモジュールの構成を示す縦断面図である。
本実施の形態５にかかる半導体レーザモジュールは、上
述した実施の形態１〜４で示した半導体レーザ装置に対
応する半導体レーザ装置５１を有する。なお、この半導
体レーザ装置５１は、ｐ側電極がヒートシンク５７ａに
接合されるジャンクションダウン構成としている。半導
体レーザモジュールの筐体として、セラミックなどによ
って形成されたパッケージ５９の内部底面上に、温度制
御装置としてのペルチェ素子５８が配置される。ペルチ
ェ素子５８上にはベース５７が配置され、このベース５
７上にはヒートシンク５７ａが配置される。ペルチェ素
子５８には、図示しない電流が与えられ、その極性によ
って冷却および加熱を行うが、半導体レーザ装置５１の
温度上昇による発振波長ずれを防止するため、主として
冷却器として機能する。すなわち、ペルチェ素子５８
は、レーザ光が所望の波長に比して長い波長である場合
には、冷却して低い温度に制御し、レーザ光が所望の波
長に比して短い波長である場合には、加熱して高い温度
に制御する。この温度制御は、具体的に、ヒートシンク
５７ａ上であって、半導体レーザ装置５１の近傍に配置
されたサーミスタ５８ａの検出値をもとに制御され、図
示しない制御装置は、通常、ヒートシンク５７ａの温度
が一定に保たれるようにペルチェ素子５８を制御する。
また、図示しない制御装置は、半導体レーザ装置５１の
駆動電流を上昇させるに従って、ヒートシンク５７ａの
温度が下がるようにペルチェ素子５８を制御する。この
ような温度制御を行うことによって、半導体レーザ装置
５１の出力安定性を向上させることができ、歩留まりの
向上にも有効となる。なお、ヒートシンク５７ａは、た
とえばダイヤモンドなどの高熱伝導率をもつ材質によっ
て形成することが望ましい。これは、ヒートシンク５７
ａがダイヤモンドで形成されると、高電流印加時の発熱
が抑制されるからである。

【００８９】ベース５７上には、半導体レーザ装置５１
およびサーミスタ５８ａを配置したヒートシンク５７
ａ、第１レンズ５２、および電流モニタ５６が配置され
る。半導体レーザ装置５１から出射されたレーザ光は、
第１レンズ５２、アイソレータ５３、および第２レンズ
５４を介し、光ファイバ５５上に導波される。第２レン
ズ５４は、レーザ光の光軸上であって、パッケージ５９
上に設けられ、外部接続される光ファイバ５５に光結合
される。なお、電流モニタ５６は、半導体レーザ装置５
１の反射膜側から漏れた光をモニタ検出する。

【００９０】ここで、この半導体レーザモジュールで
は、他の光学部品などによる反射戻り光が共振器内に戻
らないように、半導体レーザ装置５２と光ファイバ５５
との間にアイソレータ５３を介在させている。このアイ
ソレータ５３には、ファイバグレーディングを用いた従
来の半導体レーザモジュールと異なり、インライン式の
ファイバ型でなく、半導体レーザモジュール内に内蔵で
きる偏波依存型のアイソレータを用いることができるた
め、アイソレータによる挿入損失を小さく、さらに低い
相対強度雑音（ＲＩＮ）を達成することができ、部品点
数も減らすことができる。

【００９１】この実施の形態５では、実施の形態１〜４
で示した半導体レーザ装置をモジュール化しているた
め、偏波依存型のアイソレータを用いることができ、挿
入損失を小さくすることができ、低雑音化および部品点
数の減少を促進することができる。

【００９２】（実施の形態６）次に、この発明の実施の
形態６について説明する。この実施の形態６では、上述
した実施の形態５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。

【００９３】図１９は、この発明の実施の形態６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、ＷＤＭ通信システムに用いられる。図１９
において、このラマン増幅器は、上述した実施の形態５
に示した半導体レーザモジュールと同一構成の半導体レ
ーザモジュール６０ａ〜６０ｄを用い、図２２に示した
半導体レーザモジュール１８２ａ〜１８２ｄを、上述し
た半導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄに置き換えた
構成となっている。

【００９４】各半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂ
は、偏波面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モ
ードを有するレーザ光を偏波合成カプラ６１ａに出力
し、各半導体レーザモジュール６０ｃ，６０ｄは、偏波
面保持ファイバ７１を介して、複数の発振縦モードを有
するレーザ光を偏波合成カプラ６１ｂに出力する。ここ
で、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振する
レーザ光は、同一波長である。また、半導体レーザモジ
ュール６０ｃ，６０ｄが発振するレーザ光は、同一波長
であるが半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｂが発振
するレーザ光の波長とは異なる。これは、ラマン増幅が
偏波依存性を有するためであり、偏波合成カプラ６１
ａ，６１ｂによって偏波依存性が解消されたレーザ光と
して出力するようにしている。

【００９５】各偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂから出力
された、異なる波長をもったレーザ光は、ＷＤＭカプラ
６２によって合成され、合成されたレーザ光は、ＷＤＭ
カプラ６５を介してラマン増幅用の励起光として増幅用
ファイバ６４に出力される。この励起光が入力された増
幅用ファイバ６４には、増幅対象の信号光が入力され、
ラマン増幅される。

【００９６】増幅用ファイバ６４内においてラマン増幅
された信号光（増幅信号光）は、ＷＤＭカプラ６５およ
びアイソレータ６６を介してモニタ光分配用カプラ６７
に入力される。モニタ光分配用カプラ６７は、増幅信号
光の一部を制御回路６８に出力し、残りの増幅信号光を
出力レーザ光として信号光出力ファイバ７０に出力す
る。

【００９７】制御回路６８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６０ａ〜６０ｄ
のレーザ出力状態、たとえば光強度を制御し、ラマン増
幅の利得帯域が平坦な特性となるようにフィードバック
制御する。

【００９８】この実施の形態６に示したラマン増幅器で
は、たとえば図２２に示した半導体発光素子１８０ａと
ファイバグレーディング１８１ａとが偏波面保持ファイ
バ７１ａで結合された半導体レーザモジュール１８２ａ
を用いず、実施の形態１〜４で示した半導体レーザ装置
が内蔵された半導体レーザモジュール６０ａを用いるよ
うにしているので、偏波面保持ファイバ７１ａの使用を
削減することができる。なお、上述したように、各半導
体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄは、複数の発振縦モ
ードを有しているため、偏波面保持ファイバ長を短くす
ることができる。この結果、ラマン増幅器の小型軽量化
とコスト低減を実現することができる。

【００９９】なお、図１９に示したラマン増幅器では、
偏波合成カプラ６１ａ，６１ｂを用いているが、図２０
に示すように半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃか
ら、それぞれ偏波面保持ファイバ７１を介して直接ＷＤ
Ｍカプラ６２に光出力するようにしてもよい。この場
合、半導体レーザモジュール６０ａ，６０ｃの偏波面
は、偏波面保持ファイバ７１に対して４５度となるよう
に入射する。これによって、偏波面保持ファイバ７１か
ら出力される光出力の偏波依存性をなくすことができ、
一層、小型かつ部品点数の少ないラマン増幅器を実現す
ることができる。

【０１００】また、半導体レーザモジュール６０ａ〜６
０ｄ内に内蔵される半導体レーザ装置として発振縦モー
ド数が多い半導体レーザ装置を用いると、必要な偏波面
保持ファイバ７１の長さを短くすることができる。特
に、発振縦モードが４，５本になると、急激に、必要な
偏波面保持ファイバ７１の長さが短くなるため、ラマン
増幅器の簡素化と小型化を促進することができる。さら
に、発振縦モードの本数が増大すると、コヒーレント長
が短くなり、デポラライズによって偏光度（ＤＯＰ：De
gree Of Polarization）が小さくなり、偏波依存性をな
くすことが可能となり、これによっても、ラマン増幅器
の簡素化と小型化とを一層促進することができる。

【０１０１】また、このラマン増幅器では、ファイバグ
レーディングを用いた半導体レーザモジュールに比して
光軸合わせが容易であり、共振器内に機械的な光結合が
ないため、この点からも、ラマン増幅の安定性、信頼性
を高めることができる。

【０１０２】さらに、上述した実施の形態１〜４の半導
体レーザ装置では、複数の発振モードを有しているた
め、誘導ブリルアン散乱を発生させずに、高出力の励起
光を発生することができるので、安定し、かつ高いラマ
ン利得を得ることができる。

【０１０３】また、図１９および図２０に示したラマン
増幅器は、後方励起方式であるが、上述したように、半
導体レーザモジュール６０ａ〜６０ｄが安定した励起光
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、安定したラマン増幅を行うことができ
る。

【０１０４】この図９あるいは図１０に示したラマン増
幅器は、上述したようにＷＤＭ通信システムに適用する
ことができる。図１２は、図９あるいは図１０に示した
ラマン増幅器を適用したＷＤＭ通信システムの概要構成
を示すブロック図である。

【０１０５】図１１において、複数の送信機Ｔｘ１〜Ｔ
ｘｎから送出された波長λ₁〜λ_nの光信号は、光合波器
８０によって合波され、１つの光ファイバ８５に集約さ
れる。この光ファイバ８５の伝送路上には、図９あるい
は図１０に示したラマン増幅器に対応した複数のラマン
増幅器８１，８３が距離に応じて配置され、減衰した光
信号を増幅する。この光ファイバ８５上を伝送した信号
は、光分波器８４によって、複数の波長λ₁〜λ_nの光信
号に分波され、複数の受信機Ｒｘ１〜Ｒｘｎに受信され
る。なお、光ファイバ８５上には、任意の波長の光信号
を付加し、取り出したりするＡＤＭ（Add/Drop Multipl
exer）が挿入される場合もある。

【０１０６】なお、上述した実施の形態６では、実施の
形態１〜４に示した半導体レーザ装置あるいは実施の形
態５に示した半導体レーザモジュールを、ラマン増幅用
の励起光源に用いる場合を示したが、これに限らず、た
とえば、９８０ｎｍ，１４８０ｎｍなどのＥＤＦＡ励起
用光源として用いることができるのは明らかである。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、回折格子が配置された一部領域上に配置された
第３の電極と、それ以外の領域に配置された第４の電極
とに空間的に、または、電気的に分離された構成とした
ため、光発光出力を制御する電流と、回折格子の屈折率
変化を制御する電流とを別々に印加することができると
いう効果を奏する。

【０１０８】また、請求項２の発明によれば、回折格子
に流入する電流が一様でなく、場所に応じて電流密度が
異なるため、回折格子を構成する各格子の屈折率を任意
に変化させることができるという効果を奏する。

【０１０９】また、請求項３の発明によれば、第３の電
極と第４の電極とに空間的に、または、電気的に分離す
ることで光出力制御のための電流と、回折格子の屈折率
制御のための電流とを別々に制御することができ、櫛形
構造を有することで、回折格子に流入する電流の密度を
場所に応じて変化させることにより回折格子を構成する
各格子の屈折率を任意に変化させることができるという
効果を奏する。

【０１１０】また、請求項４の発明によれば、前記回折
格子の上部に形成された前記第３の電極あるいは前記第
１の電極に印加する電流量を変化させて前記特定の中心
波長をシフトさせるようにし、マルチモード発振の可変
波長レーザを実現することができるという効果を奏す
る。

【０１１１】また、請求項５の発明によれば、前記第３
の電極と前記第５の電極とに対する少なくとも一方の電
流量を変化させ、前記回折格子の反射モード間隔と前記
他の回折格子の反射モード間隔との差に基づいて前記特
定の中心波長をシフトさせるようにし、大きなシフト量
を有するマルチモード発振の可変波長レーザを実現する
ことができるという効果を奏する。

【０１１２】また、請求項６の発明によれば、活性層を
上下からクラッド層で挟み込む構造とすることで、ダブ
ルへテロ構造となり活性層にキャリアが集中するため、
高い効率でレーザ発振する半導体レーザ装置を実現でき
るという効果を奏する。

【０１１３】また、請求項７の発明によれば、請求項１
〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置を用いる
ことで、ファイバグレーディングを不要とし光軸あわせ
などをおこなう必要がなく、組立容易でありかつ機械的
振動などによって発振特性が変化することのない半導体
レーザモジュールを実現することができるという効果を
奏する。

【０１１４】また、請求項８の発明によれば、光検出器
を設けることで光出力のモニタが可能で光出力の安定化
を図ることができ、アイソレータを備えたことで外部か
らの反射光を防ぐことができるという効果を奏する。

【０１１５】また、請求項９の発明によれば、上記半導
体レーザ装置もしくは半導体レーザモジュールを含むこ
とによって高いラマン利得を有し、かつ安定した増幅を
おこなうことのできる光ファイバ増幅器を実現すること
ができるという効果を奏する。

【０１１６】また、請求項１０の発明によれば、ラマン
増幅によりおこなうことでより好適に光り増幅をおこな
うことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１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る。

【図２】図１に示した半導体レーザ装置のＡ−Ａ線断面
図である。

【図３】図１に示した半導体レーザ措置において、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
との関係図である。

【図４】単一発振縦モードと複数発振縦モードとのレー
ザ光出力パワーの関係および誘導ブリルアン散乱のしき
い値を示す図である。

【図５】後部端面と前部回折格子領域における反射モー
ドスペクトルを示す図である。

【図６】回折格子に電流注入した場合における発振波長
の注入電流依存性を示す図である。

【図７】実施の形態２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る。

【図８】（ａ）は、実施の形態２におけるｐ側電極の構
造の一例を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の構造
により回折格子の屈折率を考慮した実効的な周期の変動
を示すグラフ図である。

【図９】（ａ）は、実施の形態２におけるｐ側電極の構
造の一例を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の構造
を有する場合に半導体レーザ装置が出力するレーザ光の
複合発振波長スペクトルを示すグラフ図である。

【図１０】実施の形態３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る。

【図１１】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る。

【図１２】後部回折格子領域と前部回折格子領域におけ
る反射モードスペクトルを示す図である。

【図１３】この発明の実施の形態４である半導体レーザ
装置の具体例を示す破断図である。

【図１４】回折格子の周期設定を示す図である。

【図１５】バーニア効果を説明する図である。

【図１６】回折格子への電流注入による発振波長の注入
電流依存性を示す図である。

【図１７】この発明の実施の形態４の変形例を説明する
図である。

【図１８】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である。

【図１９】実施の形態６にかかるラマン増幅器の構成を
示すブロック図である。

【図２０】実施の形態６にかかるラマン増幅器の変形例
の構成を示すブロック図である。

【図２１】実施の形態６にかかるラマン増幅器を用いた
ＷＤＭ通信システムの概要構成を示すブロック図であ
る。

【図２２】従来のラマン増幅器の概要構成を示すブロッ
ク図である。

【図２３】従来のラマン増幅器に用いる半導体レーザモ
ジュールの構成を示す図である。

【符号の説明】

１ｎ−ＩｎＰ基板２ｎ−ＩｎＰクラッド層３ＧＲＩＮ−ＳＣＨ−ＭＱＷ活性層４ｐ−ＩｎＰスペーサ層６ｐ−ＩｎＰクラッド層８ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層９ａｎ−ＩｎＰブロッキング層９ｂｐ−ＩｎＰブロッキング層１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、２４、２４ａ、２４ｂ、２５
ａ、２５ｂ、２７ａ、２７ｂｐ側電極１１ｎ側電極１３回折格子１４高反射膜１５低反射膜１６、２６電気的分離溝２０発振波長スペクトル２１、２２、２３発振縦モード３５複合発振波長スペクトル５１半導体レーザ装置５２第１レンズ５３アイソレータ５４第２レンズ５５光ファイバ５６電流モニタ５７ベース５７ａヒートシンク５８ペルチェ素子５８ａサーミスタ５９パッケージ６０ａ〜６０ｄ半導体レーザモジュール６１ａ，６１ｂ偏波合成カプラ６２，６５ＷＤＭカプラ６３アイソレータ６４増幅用ファイバ６７モニタ光分配用カプラ６８制御回路６９信号光入力ファイバ７０信号光出力ファイバ７１偏波面保持ファイバ８１，８３ラマン増幅器

フロントページの続きＦターム(参考） 2K002 AA02 AB30 BA01 CA15 DA10 EB15 HA23 5F073 AA22 AA46 AA61 AA65 AA74 AA83 AA87 AA89 AB27 AB28 AB30 BA03 CA02 CB10 CB11 EA01 EA03 EA26 EA27 FA02 FA15 FA25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の半導体基板と、該半導体基
板上に積層された第１導電型の半導体バッファ層と、該
半導体バッファ層上に積層された活性層と、該活性層上
に積層された第１の電極と、前記半導体基板下面に配置
された第２の電極とを有する半導体レーザ装置におい
て、前記活性層上に積層された第２導電型のスペーサ層と、該第２導電型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
光を選択する回折格子と、を備え、前記第１の電極が、前記回折格子が配置された
前記一部領域上に配置された第３の電極と、他の領域に
配置された第４の電極とに空間的に、または、電気的に
分離されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】第１導電型の半導体基板と、該半導体基
板上に積層された第１導電型の半導体バッファ層と、該
半導体バッファ層上に積層された活性層と、該活性層上
に積層された第１の電極と、前記半導体基板下面に配置
された第２の電極とを有する半導体レーザ装置におい
て、前記活性層上に積層された第２導電型のスペーサ層と、該第２導電型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
光を選択する回折格子と、を備え、前記第１の電極が、前記回折格子が配置された
前記一部領域上において、櫛形構造を有することを特徴
とする半導体レーザ装置。
【請求項３】第１導電型の半導体基板と、該半導体基
板上に積層された第１導電型の半導体バッファ層と、該
半導体バッファ層上に積層された活性層と、該活性層上
に積層された第１の電極と、前記半導体基板下面に配置
された第２の電極とを有する半導体レーザ装置におい
て、前記活性層上に積層された第２導電型のスペーサ層と、該第２導電型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
光を選択する回折格子と、を備え、前記第１の電極が、前記回折格子が配置された
前記一部領域上に配置された第３の電極と、他の領域に
配置された第４の電極とに空間的に、または、電気的に
分離され、前記第３の電極は、櫛形構造を有することを
特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項４】前記回折格子の上部に形成された前記第
３の電極あるいは前記第１の電極に印加する電流量を変
化させて前記特定の中心波長をシフトさせることを特徴
とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体レー
ザ装置。
【請求項５】前記一部領域と異なる他の一部領域に設
けられ、前記回折格子の反射モード間隔とは異なる他の
反射モード間隔を有する他の回折格子を備え、前記第１の電極が、前記他の回折格子が配置された前記
他の一部領域上に配置された第５の電極にさらに分離さ
れ、前記第３の電極と前記第５の電極とに対する少なくとも
一方の電流量を変化させ、前記回折格子の反射モード間
隔と前記他の回折格子の反射モード間隔との差に基づい
て前記特定の中心波長をシフトさせることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体レーザ装
置。
【請求項６】前記第１導電型の半導体バッファ層と前
記活性層との間に積層された第１導電型のクラッド層
と、前記第２導電型のスペーサ層と前記第１の電極との間に
積層された第２導電型のクラッド層と、をさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれ
か１つに記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか一つに記載の半
導体レーザ装置と、該半導体レーザ装置の温度を制御する温調モジュール
と、前記半導体レーザ装置から出射されたレーザ光を外部に
導波する光ファイバと、前記半導体レーザ装置と前記光ファイバと光結合をおこ
なう光結合レンズ系と、を備えたことを特徴とする半導体レーザモジュール。
【請求項８】前記半導体レーザ装置の光出力を測定す
る光検出器と、光ファイバ側からの反射戻り光の入射を抑制するアイソ
レータと、をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の半導
体レーザモジュール。
【請求項９】請求項１〜６のいずれか一つに記載の半
導体レーザ装置、あるいは請求項７または８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、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。
【請求項１０】前記増幅用光ファイバは、ラマン増幅
により光を増幅することを特徴とする請求項９に記載の
光ファイバ増幅器。