半导体激光模块 技术领域 本发明涉及能够使用弯曲波导将从半导体激光元件输出的激光以倾斜的方式向 输出端面射出并降低反射光的半导体激光模块。
背景技术 以往以来， 在从半导体激光元件输出激光的情况下， 为降低射出端面的反射返回 光， 例如设有相对于射出端面弯曲了 7 度程度的弯曲波导。由此， 为了降低向半导体激光元 件的共振器的反射返回光， 可以进行稳定的激光输出。
另一方面， 将从半导体激光元件输出的光向光纤导波并输出的以往的半导体激光 模块中， 将输出的激光的一部分由束分离器等分路， 使用光功率监视器及对规定波长的光 功率进行监视的波长监视器进行波长锁定控制。此时， 如果相对于光功率监视器及波长监 视器分别设置束分离器， 则光学零件数量增加， 且阻碍半导体激光模块的小型化， 因此， 有 在利用一个束分离器分路的光的光束上并列配置光功率监视器和波长监视器， 将分路的光 沿光轴方向分割并分别受光的技术 ( 参照专利文献 1)。
以往技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 特开 2006-216695 号公报
发明内容 但是， 如果设置弯曲波导， 则在从射出端面输出的激光中除沿射出端面的导波方 向射出的导波光外， 还存在从该弯曲波导泄漏的泄漏光， 由于该泄漏光的存在， 从射出端面 输出的激光的分布图案即 FFP( 远场图案 ) 在泄漏光侧产生旁瓣 ( サィドロ一ブ )， 关于光 轴中心成为非对称。
在此， 在使用具有该弯曲波导的半导体器件， 且使用由一个束分离器分路的光通 过功率监视器和波长监视器进行监视时， 由于上述的 FFP 的非对称性， 在功率监视器和波 长监视器所检测的光输出中产生差异， 因此， 存在不能进行精度高的波长锁定控制的问题 点。特别是 FFP 根据激光的光输出而变化， 所以上述差异的大小也发生变化， 因此， 存在不 能进行精度高的波长锁定控制的问题点。
因此， 本发明是鉴于上述情况而创立的， 其目的在于， 提供一种半导体激光模块， 即使在使用从具有弯曲波导的半导体器件输出的光、 即沿光轴方向分割的光分别监视光功 率和波长的情况下， 也能够进行精度高且稳定的波长锁定控制。
用于解决课题的手段
为解决上述课题， 实现目的， 本发明提供一种半导体激光模块， 其包含 ： 集成了至 少一个半导体激光器和弯曲波导的半导体器件、 束分离器、 多个检测器， 从所述半导体激光 器射出的激光经由所述弯曲波导传播， 经由所述弯曲波导射出的所述激光入射向所述束分 离器， 入射到所述束分离器的激光的一部分由所述束分离器分路， 由配置于该光束截面内
的不同的位置的所述多个检测器检测所述分路后的所述激光的一部分， 其中， 在光路上设 有用于使所述半导体激光器的输出和所述多个检测器的检测值的相关关系接近线性的波 形整形装置。
另外， 本发明的半导体激光模块的特征在于， 在上述发明中， 所述波形整形装置将 光输出分布图案关于所述激光的光轴大致对称的进行整形。
另外， 本发明的半导体激光模块的特征在于， 在上述发明中， 所述波形整形装置是 弯曲半径为 1000μm 以上的所述弯曲波导。
另外， 本发明的半导体激光模块的特征在于， 在上述发明中， 所述波形整形装置的 所述弯曲波导的弯曲半径 R、 所述弯曲波导的波导部和包层部的等效折射率差 Δn ＝ {( 波 导部的折射率 )-( 包层部的折射率 )}/( 波导部的折射率 ) 满足
R ≥ A×Δn^(-B)(A ＝ 0.62、 B ＝ 1.59)。
另外， 本发明的半导体激光模块的特征在于， 在上述发明中， 所述波形整形装置以 使所述弯曲波导带来的光输出的损失为 2％以下的方式对所述光输出分布图案进行整形。
另外， 本发明的半导体激光模块的特征在于， 在上述发明中， 所述半导体器件具 备： 选择型可变波长激光器， 其具有多个半导体激光器， 从该多个半导体激光器选择一个半 导体激光器射出可变波长激光 ； 光合流器， 其将从所述选择型可变波长激光器输出的激光 向所述弯曲波导侧输出， 所述波形整形装置具有将从所述光合流器泄漏的光遮断的泄漏光 阻止部。 另外， 本发明的半导体激光模块的特征在于， 在上述发明中， 所述半导体器件中还 集成有将从所述半导体激光器射出的激光放大的半导体光放大器， 所述波形整形装置通过 在向所述半导体光放大器的光输入前级设置所述弯曲波导而对所述光输出分布图案进行 整形。
另外， 本发明的半导体激光模块的特征在于， 在上述发明中， 所述多个检测器是 ： 检测所述半导体器件的光输出的输出检测器、 检测从所述半导体器件输出的激光的规定波 长区域的光输出的波长检测器。
另外， 本发明的半导体激光模块的特征在于， 在上述发明中， 所述弯曲波导的弯曲 部分被设于距包含所述弯曲波导的波导的激光输入端 5 ～ 30％的位置。
根据本发明， 波形整形装置通过将弯曲波导的弯曲半径设为 1000μm 以上， 将与 激光的光轴相垂直的面内的光输出分布图案整形为不依赖于所述激光的输出的光输出分 布图案， 因此， 即使在分别检测从具有弯曲波导的半导体器件输出的光、 即光束上的不同的 位置的光的情况下， 也能够进行精度高且稳定的波长锁定控制。
附图说明
图 1 是从上方观察本发明实施方式 1 的半导体激光模块的剖面示意图。
图 2 是表示图 1 所示的半导体器件的构成的示意图。
图 3 是表示以往的 FFP 及将弯曲半径设为 1000μm 以上的情况下的 FFP 的图。
图 4 是表示从弯曲波导输出的导波光和泄漏光的说明图。
图 5 是表示以往及该实施方式 1 的光纤端光输出的功率监视器电流值依存性的 图。图 6 是表示以往及该实施方式 1 的波长监视器电流值 / 功率监视器电流值的振荡 频率依存性的图。
图 7 是表示透过率的弯曲半径依存性的图。
图 8 是表示弯曲半径的等效折射率差依存性的图。
图 9 是表示本发明实施方式 2 的半导体器件的构成的示意图。
图 10 是表示本发明实施方式 3 的半导体器件的构成的示意图。
图 11 是表示将弯曲波导设于输出端附近的半导体器件的构成的示意图。
图 12 是表示将弯曲波导设于波导的输入端附近的半导体器件的构成的示意图。
图 13 是表示图 11 所示的半导体器件的光纤端光输出的 FFP 的图。
图 14 是表示图 12 所示的半导体器件的光纤端光输出的 FFP 的图。 具体实施方式
下面， 参照附图对本发明的半导体激光模块的最佳实施方式进行详细说明。 另外， 本发明不受该实施方式限定。
( 实施方式 1)
图 1 是从上方观察本发明实施方式 1 的半导体激光模块的构成的剖面示意图。该 半导体激光模块 1 在框体 2 内具有输出激光的半导体器件 3， 从该半导体器件 3 输出的激光 由设于该激光的射出端面附近的准直透镜 4 变换为平行光。该准直光通过束分离器 5 反射 例如 4％的光， 而使 96％的光透过。
由束分离器 5 反射的光通过功率监视器 PD6 检测光输出， 并通过波长监视器 8 检 测经由校准器 7 进行了波长选择的波长区域的光输出。由该功率监视器 PD6 及波长监视器 PD8 检测到的光输出被用于波长锁定控制。
另一方面， 透过了束分离器 5 后的光经由光隔离器 9 及聚光透镜 10 与单模光纤即 光纤 11 耦合并输出。另外， 半导体器件 3 被配置于作为调温元件的珀耳帖 ( ペルチュ ) 元 件 21 上， 通过该珀耳帖元件 21 的温度控制来控制激光的振荡波长。另外， 校准器 7 被配置 于作为调温元件的珀耳帖元件 22 上， 通过珀耳帖元件 22 的温度控制来控制选择波长。
半导体器件 3 为图 2 所示的波长选择型的可变波长激光器， 将多个半导体激光器 12 阵列状排列。各半导体激光器 12 例如可进行 3 ～ 4nm 程度的波长变化， 各半导体激光器 12 以其振荡波长按 3 ～ 4nm 程度的间隔并排的方式设计。而且， 通过驱动的半导体激光器 12 的切换和元件温度的控制， 可覆盖比单体的半导体激光器更宽带域的连续的波长带。在 此， 为覆盖 WDM 光通信用的波长带域、 例如 1.53 ～ 1.56μm 的 C 带或 1.57 ～ 1.61μm 的 L 带整体， 例如只要将 10 个以上的半导体激光器 12(3 ～ 4nm 可变 ) 集成化， 即可遍及 30nm 以上的波长范围使波长可变。
从排列的多个半导体激光器 12 即半导体激光器阵列 13 选择性输出的激光经由多 个波导 14 的任一个被输入到光合流器 15， 且向一个波导 16 输出。在波导 16 导波的光经由 半导体光放大器 (SOA)17 进行光放大， 然后， 经由弯曲波导 18 相对于射出端面以约 7 度的 倾斜输出。另外， 该倾斜角度优选为 6 度～ 12 度的范围。由此， 可减少向半导体激光器阵 列 13 侧的反射返回光。在此， 弯曲波导 18 作为波形整形装置， 将弯曲半径 R 设为 1000μm 以上。另外， 弯曲波导 18 的波导的波导部和包层部的等效折射率差 Δn ＝ {( 波导部的折射率 )-( 包层部的折射率 )}/( 波导部的折射率 ) 为 1.06。
图 3(a) 表示设弯曲半径为不足 1000μm 的以往的半导体器件中使光输出变化时 的从射出端面输出的激光的 FFP， 图 3(b) 表示设弯曲半径为 1000μm 以上的本发明实施方 式 1 的半导体器件 3 中使光输出变化时的从射出端面输出的激光的 FFP。另外， 对于图 3 所 示的角度 θ 而言， 如图 2 所示， 设激光的光轴为 0 度， 并设定其正负的朝向。
图 3(a) 所示的以往的 FFP 在波长监视器 PD8 侧产生旁瓣 SB， 同时， 在使光输出每 次变化为 10mW、 15mW、 20mW、 25mW 时， FFP 发生变化。特别是， 角度 0 度附近及旁瓣 SB 附近 的变动大。与之相对， 在将弯曲半径设为 1000μm 以上的情况下， 如图 3(b) 所示， 即使使光 输出变化， FFP 也几乎不变化， 而呈现稳定的 FFP。而且， 以角度 0 度为中心呈现大致对称的 高斯分布。
这认为是由于， 如图 4 所示， 如果将弯曲波导 18 的弯曲半径 R 设为不足 1000μm， 则产生被导波的光直接直行并输出的泄漏光 I2， 因该泄漏光 I2 而产生旁瓣 SB， 而且， 每次 使输出变化时， 该泄漏光 I2 的量发生变化。与之相对， 在该实施方式 1 中， 认为是由于， 通 过将弯曲波导 18 的弯曲半径 R 设为 1000μm 以上， 消减泄漏光 I2， 可完全作为射出端面的 导波方向的光即导波光 I1 输出。 在此， 如图 3(a) 所示， 当 FFP 因光输出的变化而发生变化时， 泄漏光 I2 的成分损 耗， 向光纤 11 的光耦合效率发生变化， 因此， 如图 5 所示， 相对于功率监视器 PD6 检测到的 功率监视器电流值 Im(μA) 的光纤端光输出 Pf(mW) 相对不成比例。另一方面， 在该实施方 式 1 中， 由于泄漏光 I2 少且如图 3(b) 所示 FFP 不因光输出而发生变化， 因此， 向光纤 11 的 光耦合效率恒定。结果如图 5 所示， 相对于功率监视器电流值 Im 的光纤端光输出 Pf( 及所 选择的半导体激光器 12 的光输出 ) 为大致成比例的相关关系。另外， 在该实施方式 1 中， 由于 FFP 几乎不因光输出而变化， 因此， 相对于作为波长监视器 PD8 的输出的波长监视器电 流 Iwm 的光纤端光输出 Pf( 及所选择的半导体激光器 12 的光输出 ) 也大致成比例。
在此， 对功率监视器 PD6 及波长监视器 PD8 的监视结果的波长锁定控制进行说明。 该波长锁定控制首先预先测定成为所希望的光纤端光输出 Pf 及振荡波长 λ 时的波长监视 器电流 Iwm、 和波长监视器电流 Iwm 与功率监视器电流值之比 Iwm/Im， 以光纤端光输出 Pf 和值 Iwm/Im 为目标值控制半导体光放大器 17 的驱动电流 Isoa， 并由珀耳帖元件 21 控制半 导体器件 3 的温度。即， 通过将值 Iwm/Im 的比设为恒定， 进行波长锁定控制。
在以往的半导体激光模块中， 如图 5 所示， 为光纤端光输出 Pf 与功率监视器电流 值 Im 及波长监视器电流 Iwm 不成比例的特性， 因此， 在进行使用了该特性的波长锁定控制 的情况下， 如图 6 所示， 值 Iwm/Im 发生变化。例如， 图 6 中， 以与光纤端光输出 Pf ＝ 17mW 时相同的值 Iwm/Im 为目标值 P1， 进行设为 Pf ＝ 6.5mW 或 Pf ＝ 13mW 的光输出变化 ( 光输 出控制 ) 时， 振荡频率 ( 振荡波长 ) 发生错位， 不能维持波长锁定控制。
另一方面， 该实施方式 1 中， 由于具有光纤端光输出 Pf 与功率监视器电流值 Im 及 波长监视器电流 Iwm 成比例的特性 ( 线形性 )， 所以， 即使光输出发生变化， 值 Iwm/Im 也不 会变化， 而如图 5 所示， 可以与光输出变化无关地设为相同的目标值 P2， 不使振荡频率 ( 振 荡波长 ) 发生偏差。因此， 可以进行精度高的波长锁定控制。
在此， 在上述的实施方式 1 中， 在弯曲波导 18 的等效折射率差 Δn 为 1.06 时， 将 弯曲半径 R 设为 1000μm 以上。这是由于， 如图 7 所示， 如果将弯曲半径 R 设为 1000μm 以
上， 则透射率为 98％以上， 被认为是由泄漏光引起的光功率损耗 PL 为 2％以下， 如果光功率 损耗 PL 为 2％以下， 则即使光输出发生变化， FFP 也几乎不变化。
在此， 光功率损耗 PL 为 2％的弯曲半径 R 和等效折射率差 Δn 的关系如图 8 所示。 该曲线可以由下式
R ＝ A×Δn^(-B)(A ＝ 0.62、 B ＝ 1.59)
表示。其中， “^” 是表示指数的标记。因此， 在使用某等效折射率差 Δn 的波导的 情况下， 通过做成具有由上述的式计算出的弯曲半径 R 以上的弯曲半径的弯曲波导 18， FFP 不会因光输出变化而大致变化， 可以进行精度高的光输出控制及波长锁定控制。
( 实施方式 2)
该实施方式 2 中， 如图 9 所示， 在上述的实施方式 1 的光合流器 15 和弯曲波导 18 之间设有遮断来自光合流器 15 等的泄漏光的作为波形整形装置的泄漏光阻止部 20。 由此， 由于来自光合流器 15 的泄漏光不会对 FFP 造成影响， 所以可以得到稳定的 FFP。特别是在 来自光合流器 15 的泄漏光中有时含有高次模， 可以防止该高次模引起的 FFP 的晃动。 另外， 泄漏光阻止部 20 可以空间上遮断， 也可以积极地由吸收光的部件形成。
( 实施方式 3) 该实施方式 3 中， 如图 10 所示， 弯曲波导 18 不是最终波导， 而由光合流器 15 和半 导体光放大器 17 之间的波导实现。半导体光放大器 17 的后段的波导 30 相对于射出端面 倾斜形成， 因此， 可以抑制反射返回光。
( 实施方式 4)
该实施方式 4 中， 将用于使弯曲波导 18 倾斜 7 度的弯曲部分不仅设于如图 11 所 示的输出端附近， 而且设于如图 12 所示的由弯曲波导 18、 半导体光放大器 17、 波导 30 构成 的输出侧波导的激光的输入端附近。图 13 是表示图 11 所示的构成的光纤端光输出的 FFP 的图。图 14 是表示图 12 所示的构成的光纤端光输出的 FFP 的图。另外， 图 13、 14 中， 将弯 曲波导 18 的弯曲半径 R 设为不足 1000μm。 根据以往的构造， 可以在分布形状的边缘 ( 裾 ) 有变化为如箭头所示的包 ( 瘤 ) 那样的非线性的区域。但是， 根据本发明的构造， 得到激 光输出和检测器的检测值成为线性的关系的如图 14 的理想的分布形状。弯曲部分根据使 波导倾斜的角度、 波导的材料特性、 及输出光的光束利用状况而变化， 但大多情况下如果设 为从输出侧波导的输入端到输出端的距离的 5 ～ 30％的范围的位置， 则可以得到良好的结 果。
产业上的可利用性
本发明的半导体激光模块例如适用于光通信用的信号光源的用途。
符号说明
1 半导体激光模块
2 框体
3、 23、 33 半导体器件
4 准直透镜
5 束分离器
6 功率监视器 PD
7 校准器 ( ェタロン )
8 波长监视器 PD 9 光隔离器 10 聚光透镜 11 光纤 12 半导体激光器 13 半导体激光器阵列 14、 16、 30 波导 15 光合流器 17 半导体光放大器 18 弯曲波导 20 泄漏光阻止部 21、 22 珀耳帖元件