[go: up one dir, main page]

JP2001111153A - Optical coupling system - Google Patents

Optical coupling system

Info

Publication number
JP2001111153A
JP2001111153A JP28777599A JP28777599A JP2001111153A JP 2001111153 A JP2001111153 A JP 2001111153A JP 28777599 A JP28777599 A JP 28777599A JP 28777599 A JP28777599 A JP 28777599A JP 2001111153 A JP2001111153 A JP 2001111153A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical fiber
semiconductor laser
cladding
mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28777599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Aikiyo
武 愛清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Priority to JP28777599A priority Critical patent/JP2001111153A/en
Publication of JP2001111153A publication Critical patent/JP2001111153A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体レーザから出射した光をシングルモード
光ファイバに結合させる半導体レーザモジュールにおい
て、クラッドモード光として結合した光を効率的に伝搬
モードに変換することで、高出力化、高信頼化を達成す
る。 【解決手段】シングルモード光ファイバを、コアと、コ
アの周囲に形成されコアよりも小さい屈折率を有する第
一のクラッドと、第一のクラッドの周囲に形成され第一
のクラッドよりも小さい屈折率を有する外周層により構
成するとともに、シングルモード光ファイバの光路上
に、クラッドモード光として結合したレーザ光を同方向
に伝搬する伝搬モード光に変換する回折格子を設ける。
(57) Abstract: In a semiconductor laser module that couples light emitted from a semiconductor laser to a single mode optical fiber, high output is achieved by efficiently converting light coupled as cladding mode light to a propagation mode. To achieve high reliability. A single mode optical fiber includes a core, a first cladding formed around the core and having a lower refractive index than the core, and a refractive index formed around the first cladding and smaller than the first cladding. A diffraction grating is provided on the optical path of the single mode optical fiber, the diffraction grating being configured by an outer peripheral layer having a refractive index and converting the laser light coupled as cladding mode light into propagation mode light propagating in the same direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、代表的には半導体
レーザモジュールあるいは光結合系に関し、特に高い光
出力での動作が可能な半導体レーザモジュールあるいは
光結合系の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention typically relates to a semiconductor laser module or an optical coupling system, and more particularly to an improvement in a semiconductor laser module or an optical coupling system capable of operating at a high optical output.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体レーザは、光通信において
信号用光源や光ファイバ増幅器の励起用光源として大量
に用いられるようになってきた。光通信においては、半
導体レーザは信号用光源や励起用光源として用いられて
おり、半導体レーザからのレーザ光をシングルモード光
ファイバに光学的に結合させるための一群の部品が、デ
バイスとしてまとまった外形を有する場合には、これら
の部品を半導体レーザモジュールと呼称する場合が多
く、まとまった外形を有しない場合なども包括した上位
概念的な用語として、光結合系の語が用いられる。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor lasers have been used in large quantities as signal light sources and optical fiber amplifier excitation light sources in optical communications. In optical communications, semiconductor lasers are used as signal light sources and excitation light sources, and a group of components for optically coupling the laser light from the semiconductor laser to a single-mode optical fiber is packaged as a device. In many cases, these components are referred to as semiconductor laser modules, and the term of the optical coupling system is used as a general term including the case where the components do not have a unitary external shape.

【0003】図6は、このような半導体レーザモジュー
ルの構造の一例を示したものである。同図において、パ
ッケージ11内にペルチェモジュール42が固定されて
おり、ペルチェモジュール42の上には、さらに半導体
レーザ素子13とサーミスタ14、及びレンズ15を固
定した基板16が固定されている。さらに、パッケージ
11の側壁の貫通孔11cには、シングルモード光ファ
イバ17を挿通固定したフェルール20が固定されてい
る。
FIG. 6 shows an example of the structure of such a semiconductor laser module. In the figure, a Peltier module 42 is fixed in a package 11, and a substrate 16 on which the semiconductor laser element 13, the thermistor 14, and the lens 15 are further fixed is fixed on the Peltier module 42. Further, a ferrule 20 into which the single mode optical fiber 17 is inserted and fixed is fixed to the through hole 11c on the side wall of the package 11.

【0004】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13から出射されたレーザ光はレンズ1
5により集光された後、シングルモード光ファイバ17
の端面に入射され、これがシングルモード光ファイバ1
7内を導波し所望の用途に供される。
In this semiconductor laser module, the laser light emitted from the semiconductor laser
After being collected by the optical fiber 5, the single mode optical fiber 17
Of the single mode optical fiber 1
Wave 7 is guided through and used for a desired application.

【0005】また、半導体レーザ素子13を駆動するた
めに電流を流すと、発熱により半導体レーザ素子13の
温度が上昇するが、この温度上昇は半導体レーザ素子の
発振波長と光出力の変化を引き起こす。このため、半導
体レーザ素子の近傍に固定されたサーミスタ14により
半導体レーザ素子の温度を測定し、この測定値を用いて
ペルチェモジュール12に流す電流を調整することによ
って半導体レーザ素子の温度を一定に保つことでその特
性を安定化している。
When an electric current is applied to drive the semiconductor laser device 13, the temperature of the semiconductor laser device 13 rises due to heat generation. This temperature rise causes a change in the oscillation wavelength and optical output of the semiconductor laser device. Therefore, the temperature of the semiconductor laser element is measured by the thermistor 14 fixed in the vicinity of the semiconductor laser element, and the temperature of the semiconductor laser element is kept constant by adjusting the current flowing through the Peltier module 12 using the measured value. This stabilizes its characteristics.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、光通
信における信号光波長の多重化が進むにつれ、光ファイ
バ増幅器にも多数の信号光を同時に増幅可能ならしめる
ため、従来にまして、より高出力の動作が求められるよ
うになってきた。このため、光ファイバ増幅器の励起光
源として使用される1480nm帯又は980nm帯の
半導体レーザモジュールには、200mW以上の高光出
力で動作可能なものが必要とされ、半導体レーザ素子1
3においても端面から放射される光出力が300mW以
上のものが使用されるようになってきた。
By the way, in recent years, as the multiplexing of signal light wavelengths in optical communication progresses, an optical fiber amplifier can amplify a large number of signal lights at the same time. Operation is required. For this reason, a semiconductor laser module of 1480 nm or 980 nm band used as an excitation light source of an optical fiber amplifier must be capable of operating at a high optical output of 200 mW or more.
As for No. 3, those having an optical output radiated from the end face of 300 mW or more have come to be used.

【0007】半導体レーザモジュールは、前述のように
半導体レーザ素子13から出射されたレーザ光をシング
ルモード光ファイバ17に光学的に結合したデバイスで
ある。ここでシングルモード光ファイバ17の半導体レ
ーザ素子13側と反対側の端から放射されるシングルモ
ード光出力(以下、本明細書において「ファイバ端出
力」(Pf)という。)と、半導体レーザ素子13の前
端面13aから放射される光出力(以下、本明細書にお
いて「素子出力」(Po)という。)との比を結合効率
と呼ぶが、この結合効率の値は、通常70%程度であ
る。
[0007] The semiconductor laser module is a device in which the laser light emitted from the semiconductor laser element 13 is optically coupled to the single mode optical fiber 17 as described above. Here, the single mode optical output (hereinafter, referred to as “fiber end output” (Pf) in the present specification) emitted from the end of the single mode optical fiber 17 on the side opposite to the semiconductor laser element 13 side, and the semiconductor laser element 13. Is referred to as a coupling efficiency (hereinafter, referred to as “element output” (Po) in the present specification), and the value of the coupling efficiency is usually about 70%. .

【0008】素子出力のうち、ファイバ端出力に寄与す
る約70%の光は、シングルモード光ファイバのコア1
7a内を伝搬するが、ファイバ端出力に寄与しない約3
0%の光は、反射により失われるものを除き、シングル
モード光ファイバ17の半導体レーザ素子側の端部17
dに入射する際にシングルモード光ファイバ17のクラ
ッド17b内においてクラッドモードを誘起し、光ファ
イバ17内を伝搬するうちに、その一部は徐々に外部に
放射されることにより失われる。
[0008] Of the element output, about 70% of the light contributing to the fiber end output is the core 1 of the single mode optical fiber.
7a, but does not contribute to the fiber end power.
0% of the light is the end 17 of the single mode optical fiber 17 on the semiconductor laser element side, except for the one lost by reflection.
At the time of incidence on d, a cladding mode is induced in the cladding 17b of the single mode optical fiber 17, and while propagating in the optical fiber 17, a part thereof is gradually lost to the outside and is lost.

【0009】図7は、半導体レーザモジュールの光ファ
イバを少しずつ切断し、ファイバ端から放射される光出
力の大きさがどのように変化するかを調べた実験データ
である。同図において、横軸は光ファイバの半導体レー
ザ素子側の端部17dから測った長さ、縦軸は光ファイ
バの半導体レーザと反対側の端面から放射される光出力
(ファイバ端出力)である。同図から、ファイバ端面1
7dからの距離が大きくなるほど、ファイバ端出力は小
さくなるが、これはファイバ端面17dにおいて光ファ
イバにクラッドモードとして結合した光が、伝搬するに
したがってクラッドの外部に逃げてしまうためである。
FIG. 7 shows experimental data obtained by cutting the optical fiber of the semiconductor laser module little by little and examining how the magnitude of the light output radiated from the fiber end changes. In the figure, the horizontal axis represents the length measured from the end 17d of the optical fiber on the semiconductor laser element side, and the vertical axis represents the light output (fiber end output) emitted from the end face of the optical fiber opposite to the semiconductor laser. . From FIG.
As the distance from 7d increases, the fiber end output decreases, because light coupled to the optical fiber as a cladding mode at the fiber end face 17d escapes outside the cladding as it propagates.

【0010】なお、ここで使用した半導体レーザモジュ
ールは、298mWの端面光出力を放射する半導体レー
ザ素子を有し、ファイバ端面17dからの距離150c
mにおける光ファイバ出力は201mWである。すなわ
ち、この場合には、約97mWの光がクラッドモード光
として結合し、光ファイバ外部に失われているのであ
る。
The semiconductor laser module used here has a semiconductor laser element that emits 298 mW of light at the end face, and has a distance of 150 c from the fiber end face 17d.
The optical fiber output at m is 201 mW. That is, in this case, about 97 mW of light is coupled as cladding mode light and is lost outside the optical fiber.

【0011】また、同図によれば、フェルール端面から
約30cm以上離れた位置では、ファイバ端出力はファ
イバの長さによらなくなる。このことはすなわち、半導
体レーザ素子から放射された光のうち、ファイバ端面1
7dにおいてクラッドモードとして光ファイバに結合し
た光は、ファイバ端面17dから約30cmまでの間で
クラッド外に放出されることを意味している。特に、フ
ァイバ端面17dから5cm以内の領域では変化率が大
きく、クラッドモード光の多くはこの部分で失われるも
のであることがわかる。
Further, according to FIG. 1, at a position separated from the ferrule end face by about 30 cm or more, the fiber end output does not depend on the length of the fiber. This means that of the light emitted from the semiconductor laser device, the fiber end face 1
The light coupled to the optical fiber in the cladding mode at 7d means that the light is emitted outside the cladding within a distance of about 30 cm from the fiber end face 17d. In particular, it can be seen that the rate of change is large in a region within 5 cm from the fiber end face 17d, and most of the cladding mode light is lost in this portion.

【0012】次に、図8(a)は、光ファイバ17の端
部17dが挿通固定されるフェルール20の断面構造
図、同図(b)は光ファイバ17の構造を表した図、同
図(c)は光ファイバ17の屈折率分布を表した図であ
る。
Next, FIG. 8A is a sectional structural view of a ferrule 20 into which an end portion 17d of the optical fiber 17 is inserted and fixed, and FIG. 8B is a view showing the structure of the optical fiber 17. (C) is a diagram showing a refractive index distribution of the optical fiber 17.

【0013】図8(a)において、フェルール20は両
端に互いに連通する貫通孔20a、および20bを有
し、貫通孔20aにはジルコニア(ZrO2 )製のキャ
ピラリ22が嵌入されている。光ファイバ17は、先端
部のUV被覆17cが除去されてナイロンチューブ21
に挿入された状態でフェルール20の貫通孔20bより
フェルール20に挿入され、先端部のUV被覆17cが
除去された部分はジルコニア製のキャピラリ22の貫通
孔22aに挿入され、貫通孔20b、22a内部で、ナ
イロンチューブ21とともにフェルール20およびキャ
ピラリ22に接着剤23で固定されている。
In FIG. 8A, a ferrule 20 has through holes 20a and 20b communicating with each other at both ends, and a capillary 22 made of zirconia (ZrO2) is fitted into the through hole 20a. The optical fiber 17 has a nylon tube 21 whose UV coating 17c at the tip is removed.
Is inserted into the ferrule 20 through the through hole 20b of the ferrule 20, and the portion from which the UV coating 17c at the tip is removed is inserted into the through hole 22a of the zirconia capillary 22, and the inside of the through holes 20b and 22a Thus, the ferrule 20 and the capillary 22 are fixed together with the nylon tube 21 with an adhesive 23.

【0014】このようなフェルールの長さは、種々の設
計がありうるが、半導体レーザモジュールに使用される
典型的な数値例としては9mm乃至20mmのものが使
用される。
Although the length of such a ferrule can be variously designed, a typical numerical value used for a semiconductor laser module is 9 mm to 20 mm.

【0015】また、同図(b)、(c)において、コア
17aの屈折率に対して、クラッド層17bの屈折率は
低く設定される。クラッド層17bの周囲には、紫外線
硬化樹脂(以下、単にUV樹脂と略す場合がある。)か
らなる被覆層17cがあるが、光通信の分野で使用され
る光ファイバにおけるこの被覆層17cの屈折率は、通
常、クラッドモード光をできるだけ外部に逃がすため、
同図(c)のようにクラッド層17bの屈折率よりも高
く設計される。
In FIGS. 2B and 2C, the refractive index of the cladding layer 17b is set lower than that of the core 17a. Around the clad layer 17b, there is a coating layer 17c made of an ultraviolet curable resin (hereinafter, may be simply abbreviated as UV resin), but the refraction of the coating layer 17c in an optical fiber used in the field of optical communication. The rate is usually to allow the cladding mode light to escape as much as possible,
It is designed to be higher than the refractive index of the cladding layer 17b as shown in FIG.

【0016】このようにフェルール20に端部が挿通固
定された光ファイバに、半導体レーザ素子13から放射
されるレーザ光が入射すると、ファイバ端面17dにお
いてクラッドモードとして結合した光は、ファイバ端部
17dの近傍においてクラッド層17bの外部に放射さ
れて失われる。このため、このようなレーザ光は、光フ
ァイバ増幅器の励起光として有効に利用できない。
When the laser light emitted from the semiconductor laser device 13 enters the optical fiber whose end is inserted and fixed in the ferrule 20 as described above, the light coupled in the cladding mode on the fiber end face 17d is converted into the fiber end 17d. Is radiated to the outside of the cladding layer 17b and is lost. Therefore, such laser light cannot be effectively used as pump light of the optical fiber amplifier.

【0017】また、フェルール20の内部においてクラ
ッド層17bの外部に放射される光は、光ファイバの周
囲の接着剤23やナイロンチューブ21、フェルール2
0によって吸収されて熱に変換されるため、フェルール
内部において局所的な温度上昇が起こる。このような現
象は、半導体レーザモジュールに使用される半導体レー
ザ素子13が高出力化し、フェルール20内部における
クラッドモード光の放射光強度も大きくなると、ますま
す顕著に起こる。
The light radiated to the outside of the cladding layer 17b inside the ferrule 20 is caused by the adhesive 23, the nylon tube 21 and the ferrule 2 around the optical fiber.
Since it is absorbed by 0 and converted into heat, a local temperature rise occurs inside the ferrule. Such a phenomenon occurs more remarkably when the output power of the semiconductor laser device 13 used in the semiconductor laser module increases and the intensity of the radiated light of the cladding mode light inside the ferrule 20 increases.

【0018】このように局所的な温度上昇が起こると、
光ファイバ17を構成する石英ガラスと、周辺の部材と
の熱膨張率の差によって、光ファイバが破断する。ま
た、温度が上昇することによって接着剤23およびナイ
ロンチューブ21が劣化するため、フェルール内部にお
けるファイバやナイロンチューブの接着力が低下すると
いう問題が発生する。このように、従来の半導体レーザ
モジュールでは、半導体レーザ素子の高出力化に伴っ
て、クラッドモード光も高出力化するために、信頼性が
確保できなくなるという問題があった。
As described above, when a local temperature rise occurs,
The optical fiber breaks due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the quartz glass constituting the optical fiber 17 and the surrounding members. In addition, since the adhesive 23 and the nylon tube 21 are deteriorated due to the rise in temperature, there is a problem that the adhesive strength of the fiber and the nylon tube inside the ferrule is reduced. As described above, in the conventional semiconductor laser module, there is a problem that the reliability cannot be secured because the output of the cladding mode light also increases with the increase in the output of the semiconductor laser element.

【0019】本発明は、上記した従来の半導体レーザ素
子が高出力化されることにより顕著になる課題を解決す
るためになされたものであり、その目的は、半導体レー
ザモジュールや光結合系に用いられる光ファイバのクラ
ッドモードの放射を防ぐことによって、より高信頼の半
導体レーザモジュールあるいは光結合系を提供するとと
もに、クラッドモード光を伝搬モード光に変換する手段
を講じることによってクラッドモード光の有効利用を図
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve a problem which becomes conspicuous when the above-mentioned conventional semiconductor laser device is increased in output, and an object thereof is to use a semiconductor laser module or an optical coupling system. In addition to providing a more reliable semiconductor laser module or optical coupling system by preventing the emission of clad mode light from the optical fiber, the effective use of clad mode light by taking measures to convert the clad mode light to propagation mode light It is to plan.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は次のような構成をもって課題を解決する手
段としている。すなわち本発明は、半導体レーザ素子
と、前記半導体レーザ素子から出射される光を受光する
シングルモード光ファイバと、前記半導体レーザ素子と
前記シングルモード光ファイバの間に介設され前記半導
体レーザ素子から出射されるレーザ光を前記シングルモ
ード光ファイバに光学的に結合する光結合手段を有する
光結合系であって、前記シングルモード光ファイバが、
コアと、コアの周囲に形成されコアよりも小さい屈折率
を有する第一のクラッドと、第一のクラッドの周囲に形
成され第一のクラッドよりも小さい屈折率を有する外周
層を有するとともに、クラッドモード光として結合した
前記レーザ光を同方向に伝搬する伝搬モード光に変換す
る回折格子を有することを特徴とする光結合系である。
ここで外周層は、第一のクラッド層よりも屈折率の小さ
い第二クラッド層として形成することも可能であり、あ
るいは、第一のクラッド層よりも屈折率の小さい被覆層
として形成することも可能である。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention has the following structure to solve the problems. That is, the present invention provides a semiconductor laser device, a single-mode optical fiber for receiving light emitted from the semiconductor laser device, and an optical fiber interposed between the semiconductor laser device and the single-mode optical fiber and emitted from the semiconductor laser device. An optical coupling system having an optical coupling means for optically coupling the laser light to the single mode optical fiber, wherein the single mode optical fiber,
A core, a first cladding formed around the core and having a lower refractive index than the core, and a peripheral layer formed around the first cladding and having a lower refractive index than the first cladding; An optical coupling system comprising a diffraction grating that converts the laser light coupled as mode light into propagation mode light propagating in the same direction.
Here, the outer peripheral layer can be formed as a second clad layer having a smaller refractive index than the first clad layer, or can be formed as a coating layer having a smaller refractive index than the first clad layer. It is possible.

【0021】かかる構成の光結合系によれば、クラッド
層内に励起されたクラッドモード光のクラッド層外部へ
の漏れを減少させ、クラッドモード光のより多くを回折
格子により伝搬モード光に変換することができる。この
ため、シングルモード光ファィバの位置ずれトレランス
を小さくすることが可能となり、したがって光結合系の
組立を容易にかつ歩留まりよく行うことが可能となる。
According to the optical coupling system having such a configuration, the leakage of the cladding mode light excited in the cladding layer to the outside of the cladding layer is reduced, and more of the cladding mode light is converted into the propagation mode light by the diffraction grating. be able to. For this reason, it is possible to reduce the displacement tolerance of the single mode optical fiber, and it is possible to easily assemble the optical coupling system with a high yield.

【0022】本発明は、さらに下記のような各態様を有
する(第2〜第6の発明)すなわち、第2の発明は、半
導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射され
る光を受光するシングルモード光ファイバと、前記半導
体レーザ素子と前記シングルモード光ファイバの間に介
設され前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を
前記シングルモード光ファイバに光学的に結合する光結
合手段を有する半導体レーザモジュールであって、前記
シングルモード光ファイバが、コアと、コアの周囲に形
成されコアよりも小さい屈折率を有する第一のクラッド
と、第一のクラッドの周囲に形成され第一のクラッドよ
りも小さい屈折率を有する被覆層を有するとともに、ク
ラッドモード光として結合した前記レーザ光を同方向に
伝搬する伝搬モード光に変換する回折格子を有すること
を特徴とする半導体レーザモジュールである。
The present invention further has the following aspects (second to sixth inventions). That is, the second invention receives a semiconductor laser device and light emitted from the semiconductor laser device. Semiconductor having a single mode optical fiber and an optical coupling means interposed between the semiconductor laser element and the single mode optical fiber for optically coupling a laser beam emitted from the semiconductor laser element to the single mode optical fiber A laser module, wherein the single-mode optical fiber has a core, a first clad formed around the core and having a smaller refractive index than the core, and a first clad formed around the first clad. Having a coating layer having a small refractive index, and propagating the laser light coupled as cladding mode light in the same direction. A semiconductor laser module characterized by having a diffraction grating to convert the light.

【0023】かかる構成の第2の発明においては、第一
のクラッド層の周囲にある被覆層の屈折率が第一のクラ
ッド層の屈折率よりも小さく形成されているため、シン
グルモード光ファイバのコア部に伝搬モードとして結合
しなかったクラッドモード光が、第一のクラッド層外部
に逃げることなく、第一のクラッド層内部に閉じこめら
れて伝搬し、この間に回折格子によって伝搬モード光に
変換されるため、クラッドモード光を有効に活用するこ
とが可能となるとともに、フェルール内部での局所的な
温度上昇が抑制されるため、より信頼度の高い半導体レ
ーザモジュールが得られる。
In the second aspect of the present invention, the refractive index of the coating layer around the first cladding layer is smaller than that of the first cladding layer. The cladding mode light not coupled to the core as a propagation mode does not escape to the outside of the first cladding layer, is confined inside the first cladding layer and propagates, and is converted into propagation mode light by the diffraction grating during this time. Therefore, the clad mode light can be effectively used, and a local temperature rise inside the ferrule is suppressed, so that a more reliable semiconductor laser module can be obtained.

【0024】また、第3の発明は、半導体レーザ素子
と、前記半導体レーザ素子から出射される光を受光する
シングルモード光ファイバと、前記半導体レーザ素子と
前記シングルモード光ファイバの間に介設され前記半導
体レーザ素子から出射されるレーザ光を前記シングルモ
ード光ファイバに光学的に結合する光結合手段を有する
半導体レーザモジュールであって、前記シングルモード
光ファイバが、コアと、コアの周囲に形成されコアより
も小さい屈折率を有する第一のクラッド層と、前記第一
のクラッド層の周囲に形成され前記第一のクラッド層よ
りも小さい屈折率を有する第二のクラッド層とからなる
ダブルクラッドファイバであるとともに、クラッドモー
ド光として結合した前記レーザ光を同方向に伝搬する伝
搬モード光に変換する回折格子を有する構成をもって課
題を解決する手段としている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser device, a single mode optical fiber for receiving light emitted from the semiconductor laser device, and an optical fiber interposed between the semiconductor laser device and the single mode optical fiber. A semiconductor laser module having optical coupling means for optically coupling a laser beam emitted from the semiconductor laser element to the single mode optical fiber, wherein the single mode optical fiber is formed around a core and a core. A first clad layer having a refractive index smaller than the core, and a double clad fiber formed around the first clad layer and having a second clad layer having a smaller refractive index than the first clad layer And converts the laser light coupled as cladding mode light into propagation mode light propagating in the same direction. And a means for solving the problems with the configuration having the diffraction grating.

【0025】かかる構成の第3の発明によれば、第一の
クラッド層の周囲にある第二のクラッド層の屈折率が第
一のクラッド層の屈折率よりも小さく形成されているた
め、第1の発明と同様、シングルモード光ファイバのコ
ア部に伝搬モードとして結合しなかったクラッドモード
光が、第一のクラッド層外部に逃げることなく、第一の
クラッド層内部に閉じこめられて伝搬し、この間に回折
格子によって伝搬モードに変換されるため、クラッドモ
ードを有効に活用することが可能となるとともに、フェ
ルール内部での局所的な温度上昇が防止されるため、よ
り信頼度の高い半導体レーザモジュールが得られる。
According to the third aspect of the present invention, since the refractive index of the second clad layer around the first clad layer is formed smaller than the refractive index of the first clad layer, As in the first invention, the cladding mode light not coupled to the core of the single mode optical fiber as a propagation mode is confined inside the first cladding layer and propagates without escaping to the outside of the first cladding layer, During this time, the semiconductor laser module is converted to a propagation mode by the diffraction grating, so that the clad mode can be effectively used and a local temperature rise inside the ferrule is prevented, so that a more reliable semiconductor laser module Is obtained.

【0026】また、第4の発明は、上記第1又は第2の
いずれか1つの発明の構成に加え、前記半導体レーザ素
子からのレーザ光が入射する前記シングルモード光ファ
イバが、互いに次数の異なる複数のクラッドモード光そ
れぞれを同方向に伝搬する伝搬モード光に変換する複数
の回折格子を有する構成をもって課題を解決する手段と
している。
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, the single-mode optical fibers on which the laser light from the semiconductor laser element is incident have different orders. Means for solving the problem is a configuration having a plurality of diffraction gratings for converting a plurality of cladding mode lights into propagation mode lights propagating in the same direction.

【0027】かかる構成の第4の発明によれば、シング
ルモード光ファイバが互いに次数の異なる複数のクラッ
ドモード光それぞれを同方向に伝搬する伝搬モード光に
変換する複数の回折格子を有するため、複数の回折格子
それぞれにおいて、その周期に応じた次数のクラッドモ
ード光それぞれが伝搬モード光に変換されるので、更に
高出力の伝搬モード光を得ることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the single mode optical fiber has a plurality of diffraction gratings for converting a plurality of cladding mode lights having different orders into propagation mode lights propagating in the same direction, a plurality of diffraction gratings are provided. In each of the diffraction gratings, the cladding mode light of the order corresponding to the period is converted into the propagation mode light, so that a higher output propagation mode light can be obtained.

【0028】また、第5の発明は、上記第1乃至第4の
いずれか一の発明の構成に加え、前記回折格子が前記半
導体レーザ素子からのレーザ光が入射する前記シングル
モード光ファイバの入射端から5cm以内の位置に形成
されている構成をもって課題を解決する手段としてい
る。
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to fourth aspects, the diffraction grating is configured so that the laser light from the semiconductor laser element is incident on the single mode optical fiber. The configuration formed at a position within 5 cm from the end is a means for solving the problem.

【0029】かかる構成の第5の発明によれば、クラッ
ドモード光がより効率的に伝搬モード光に変換されるの
で、更に高出力の伝搬モード光を得ることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the cladding mode light is more efficiently converted into the propagation mode light, a higher output propagation mode light can be obtained.

【0030】また、第6の発明は、上記第1乃至第4の
いずれか一の発明の構成に加え、前記シングルモード光
ファイバの前記半導体レーザ素子からのレーザ光が入射
する側の端部がフェルールにより保護され、前記回折格
子のうち少なくとも一の回折格子が前記フェルール内に
位置している構成をもって課題を解決する手段としてい
る。
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to fourth aspects, the end of the single mode optical fiber on the side where the laser light from the semiconductor laser element is incident is provided. This is a means for solving the problem by a configuration protected by a ferrule, wherein at least one of the diffraction gratings is located in the ferrule.

【0031】かかる構成の第6の発明によれば、回折格
子が前記半導体レーザ素子からのレーザ光が入射する前
記シングルモード光ファイバの端部を挿入固定したフェ
ルール内部の部分に形成されているため、クラッドモー
ド光がさらに効率的に伝搬モード光に変換され、高出力
の伝搬モード光が得られる。
According to the sixth aspect of the present invention, since the diffraction grating is formed inside the ferrule into which the end of the single mode optical fiber into which the laser beam from the semiconductor laser element is incident is inserted and fixed. In addition, the cladding mode light is more efficiently converted into propagation mode light, and a high-power propagation mode light is obtained.

【0032】なお、本発明におけるシングルモード光フ
ァイバは、半導体レーザ素子から出射される光を受光す
るファイバ端面部から、クラッドモード光を同方向に伝
搬する伝搬モード光に変換する回折格子を形成する部分
において、コアと、コアの周囲に形成されコアよりも小
さい屈折率を有する第一のクラッド層と、前記第一のク
ラッド層の周囲に形成され前記第一のクラッド層よりも
小さい屈折率を有する被覆層を具備する構成とすること
が肝要であり、この部分以外は、通常のシングルモード
光ファイバ(コアおよびコア外周に形成されたコアより
も屈折率の低いクラッド層よりなるシングルモード光フ
ァイバ、あるいは、さらにその外周に、クラッド層より
も屈折率の高いクラッド層あるいは被覆層が形成された
シングルモード光ファイバ)を融着接続などにより接続
して用いることが可能である。
In the single mode optical fiber according to the present invention, a diffraction grating for converting a cladding mode light into a propagation mode light propagating in the same direction is formed from an end face of the fiber which receives the light emitted from the semiconductor laser device. In the portion, a core, a first cladding layer formed around the core and having a smaller refractive index than the core, and a refractive index smaller than the first cladding layer formed around the first cladding layer. It is important to have a configuration having a coating layer having a single-mode optical fiber other than this portion. The single-mode optical fiber comprises a core and a cladding layer having a lower refractive index than the core and a core formed around the core. Or a single-mode light having a cladding layer or coating layer having a refractive index higher than that of the cladding layer formed on the outer periphery thereof. Aiba) can be used to connect the like fusion splicing.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】以下、本発明の光結合系を用いた
半導体レーザモジュールを図面に基づいて詳細に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor laser module using an optical coupling system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0034】図1には、本発明に係る半導体レーザモジ
ュールの構造が横断面図により示されている。同図に示
すように、本実施形態例の半導体レーザモジュールは、
半導体レーザ素子13が基板16に固定され、さらに基
板16は、パッケージ11の底板11a上に半田固定さ
れたペルチェモジュール42上に半田固定されている。
パッケージ11の側壁11cには、シングルモード光フ
ァイバ17を挿入固定したフェルール20が固定され、
基板16上に固定されたレンズ15により集光された半
導体レーザ素子13からの光が結合されるように配置さ
れている。シングルモード光ファイバ17の入射端17
dの近傍には、回折格子51が形成される。
FIG. 1 is a cross sectional view showing the structure of a semiconductor laser module according to the present invention. As shown in the figure, the semiconductor laser module of the present embodiment is
The semiconductor laser element 13 is fixed to the substrate 16, and the substrate 16 is fixed on the Peltier module 42 fixed on the bottom plate 11 a of the package 11 by soldering.
A ferrule 20 into which the single mode optical fiber 17 is inserted and fixed is fixed to the side wall 11c of the package 11,
The light from the semiconductor laser element 13 condensed by the lens 15 fixed on the substrate 16 is arranged to be coupled. Input end 17 of single mode optical fiber 17
A diffraction grating 51 is formed near d.

【0035】本発明の半導体レーザモジュールに使用さ
れる半導体レーザ素子13は、横シングルモード発振す
る高出力半導体レーザ素子である。このような半導体レ
ーザ素子としては、例えば1480nm帯のものとし
て、InP基板上に形成されたGaInAsP歪み多重
量子井戸構造からなる活性層を含むものが使用され、そ
の前端面及び後端面からなる共振器の長さ及び前端面及
び後端面の反射率を最適化することにより、300mW
を超える高い光出力での連続動作が可能である。
The semiconductor laser device 13 used in the semiconductor laser module of the present invention is a high-power semiconductor laser device that oscillates in single transverse mode. As such a semiconductor laser device, for example, a device having an active layer having a GaInAsP strained multiple quantum well structure formed on an InP substrate and having a 1480 nm band is used, and a resonator having a front end surface and a rear end surface thereof is used. 300mW by optimizing the length and reflectivity of the front and rear end faces
Continuous operation at a high light output exceeding the above.

【0036】図2は、本発明に係る半導体レーザモジュ
ールの第一の実施形態例に使用されるシングルモード光
ファイバ17の構造および屈折率プロファイルを示した
ものである。すなわち、同図(a)のようにシングルモ
ード光ファイバは、コア17aとクラッド層17b1お
よびUV樹脂被覆層17cとからなり、UV樹脂被覆層
17cの屈折率は、同図(b)のようにクラッド層17
b1の屈折率よりも低く設計される。このような屈折率
差は、公知の方法によりUV樹脂材料を適宜変更するこ
とにより、又はクラッド層17b1の屈折率を調整する
ことにより、所望のものとすることが可能である。
FIG. 2 shows the structure and the refractive index profile of the single mode optical fiber 17 used in the first embodiment of the semiconductor laser module according to the present invention. That is, as shown in FIG. 2A, the single-mode optical fiber includes a core 17a, a cladding layer 17b1, and a UV resin coating layer 17c, and the refractive index of the UV resin coating layer 17c is as shown in FIG. Cladding layer 17
It is designed to be lower than the refractive index of b1. Such a difference in refractive index can be made desired by appropriately changing the UV resin material by a known method, or by adjusting the refractive index of the cladding layer 17b1.

【0037】シングルモード光ファイバ17の先端部
は、図8(a)に示すように先端部のUV被覆17cが
除去されてナイロンチューブ21に挿入された状態でフ
ェルール20の貫通孔20bよりフェルール20に挿入
され、先端部のUV被覆17cが除去された部分はジル
コニア製のキャピラリ22の貫通孔22aに挿入され、
貫通孔20b、22a内部で、ナイロンチューブ21と
ともにフェルール20およびキャピラリ22に接着剤2
3で固定されている。
As shown in FIG. 8A, the tip of the single mode optical fiber 17 is inserted through the through-hole 20b of the ferrule 20 in a state where the UV coating 17c of the tip is removed and inserted into the nylon tube 21. Is inserted into the through hole 22a of the capillary 22 made of zirconia, where the UV coating 17c at the tip is removed.
The adhesive 2 is attached to the ferrule 20 and the capillary 22 together with the nylon tube 21 inside the through holes 20b and 22a.
It is fixed at 3.

【0038】なお、フェルール20の長さは、12mm
のものが使用される。
The length of the ferrule 20 is 12 mm
Is used.

【0039】回折格子51は、周知のように、Geをド
ープした石英ガラスに所定波長の紫外光を照射すると、
照射された紫外光の強度に応じて屈折率が大きくなるこ
とを利用して形成される。すなわち、シングルモード光
ファイバ17のコア17aにGeをドープしておき、こ
のシングルモード光ファイバの光軸方向に干渉縞ができ
るように外部から紫外光を照射することにより、この干
渉縞の光強度分布に応じた屈折率を有する回折格子51
がコア17aに形成される。このような効果を有する元
素としては、Geの他に、例えばCe(セリウム)やT
a(タンタル)、Be(ベリリウム)等が知られてい
る。
As is well known, when a Ge-doped quartz glass is irradiated with ultraviolet light of a predetermined wavelength,
It is formed utilizing the fact that the refractive index increases according to the intensity of the irradiated ultraviolet light. That is, Ge is doped into the core 17a of the single mode optical fiber 17 and ultraviolet light is irradiated from the outside so that interference fringes are formed in the optical axis direction of the single mode optical fiber. Diffraction grating 51 having refractive index according to distribution
Are formed on the core 17a. As an element having such an effect, in addition to Ge, for example, Ce (cerium), T
a (tantalum), Be (beryllium) and the like are known.

【0040】回折格子の周期は、クラッドモード光が伝
搬モードに変換されるような値に設定される。すなわ
ち、クラッドモード光のうち、m次のクラッドモード光
を回折格子51により伝搬モード光に変換する場合に
は、伝搬モードの伝搬定数をβ0、m次のクラッドモー
ド光の伝搬定数をβm とすると、回折格子の周期Λm は
次式を満たすように設計すればよい。 β0 −βm =2πΛm ……(1)
The period of the diffraction grating is set to a value such that the clad mode light is converted into the propagation mode. That is, when converting the m-order cladding mode light into the propagation mode light by the diffraction grating 51 among the cladding mode lights, if the propagation constant of the propagation mode is β0 and the propagation constant of the m-order cladding mode light is βm. The period Δm of the diffraction grating may be designed to satisfy the following equation. β0−βm = 2πΛm (1)

【0041】このような構成の半導体レーザモジュール
では、半導体レーザ素子13から出射した光は、レンズ
により集光されてシングルモード光ファイバ17に入射
する。入射した光のうち、コア17aに結合した光は、
コア17a内を基本モードとして伝搬する。一方、コア
17aに結合しなかった光はクラッド層17b1におい
てクラッドモードを励起する。ここで励起されるクラッ
ドモード光は複数の伝搬モードから成るものであって、
第一のクラッド層17b1の屈折率がUV被覆層17c
の屈折率よりも大きく作製されているために、第一のク
ラッド層の17b1外部に漏れることなく、第一のクラ
ッド層17b1とUV被覆層17cとの界面において反
射を繰り返しながら、伝搬をする。そして、このクラッ
ドモード光が回折格子51が形成されている領域にまで
達すると、クラッドモード光のうち(1)式を満たすm
次のクラッドモード光は、回折格子51により同方向に
伝搬する伝搬モード光に変換され、シングルモード光フ
ァイバ17を伝搬する。
In the semiconductor laser module having such a configuration, light emitted from the semiconductor laser element 13 is condensed by a lens and enters the single mode optical fiber 17. Of the incident light, the light coupled to the core 17a is:
The light propagates in the core 17a as a fundamental mode. On the other hand, light not coupled to the core 17a excites a cladding mode in the cladding layer 17b1. The cladding mode light excited here is composed of a plurality of propagation modes,
The refractive index of the first cladding layer 17b1 is the UV coating layer 17c
Is propagated while repeating reflection at the interface between the first cladding layer 17b1 and the UV coating layer 17c without leaking to the outside of the first cladding layer 17b1. When the clad mode light reaches the region where the diffraction grating 51 is formed, m of the clad mode light satisfying the expression (1) is satisfied.
The next cladding mode light is converted by the diffraction grating 51 into propagation mode light propagating in the same direction, and propagates through the single mode optical fiber 17.

【0042】このため、クラッドモードとして結合した
光の強度が非常に大きい半導体レーザモジュールであっ
ても、クラッドモード光を有効に利用することが可能と
なり、従来よりも高出力の半導体レーザモジュールが作
製できるとともに、フェルール内部での局所的な温度上
昇が抑制されるため、より信頼度の高い半導体レーザモ
ジュールが提供される。
Therefore, even in the case of a semiconductor laser module in which the intensity of light coupled as a cladding mode is extremely high, it is possible to effectively use the cladding mode light, and to produce a semiconductor laser module having a higher output than before. In addition, since a local temperature rise inside the ferrule is suppressed, a more reliable semiconductor laser module is provided.

【0043】図3は、本発明に係る半導体レーザモジュ
ールの第二の実施形態例に使用されるシングルモード光
ファイバ17の構造および屈折率プロファイルを示した
ものである。すなわち、同図(a)のように、第二の実
施形態例に使用されるシングルモード光ファイバ17
は、コア17aと、第一のクラッド層17b1および第
一のクラッド層17b1の周囲に形成された第二のクラ
ッド層17b2を有するダブルクラッドファイバであ
り、同図(b)に示すように、第二のクラッド層17b
2の屈折率は第一のクラッド層17b1の屈折率よりも
低く設計される。このような屈折率差は、第一のクラッ
ド層17b1および第二のクラッド層17b2にドープ
するドーパントの種類又は量を適宜調製することによ
り、所望の値とすることができる。
FIG. 3 shows a structure and a refractive index profile of a single mode optical fiber 17 used in a second embodiment of the semiconductor laser module according to the present invention. That is, as shown in FIG. 9A, a single mode optical fiber 17 used in the second embodiment is used.
Is a double clad fiber having a core 17a, a first clad layer 17b1 and a second clad layer 17b2 formed around the first clad layer 17b1, and as shown in FIG. Second cladding layer 17b
The refractive index of 2 is designed to be lower than the refractive index of the first cladding layer 17b1. Such a refractive index difference can be set to a desired value by appropriately adjusting the type or amount of the dopant doped into the first cladding layer 17b1 and the second cladding layer 17b2.

【0044】ダブルクラッドファイバ17の先端部は、
第一の実施形態例と同様に図8(a)に示すように先端
部のUV被覆17cが除去されてナイロンチューブ21
に挿入された状態でフェルール20の貫通孔20bより
フェルール20に挿入され、先端部のUV被覆17cが
除去された部分はジルコニア製のキャピラリ22の貫通
孔22aに挿入され、貫通孔20b、22a内部で、ナ
イロンチューブ21とともにフェルール20およびキャ
ピラリ22に接着剤23で固定されている。
The tip of the double clad fiber 17 is
As in the first embodiment, as shown in FIG. 8A, the UV coating 17c at the tip is removed and the nylon tube 21 is removed.
Is inserted into the ferrule 20 through the through hole 20b of the ferrule 20, and the portion from which the UV coating 17c at the tip is removed is inserted into the through hole 22a of the zirconia capillary 22, and the inside of the through holes 20b and 22a Thus, the ferrule 20 and the capillary 22 are fixed together with the nylon tube 21 with an adhesive 23.

【0045】かかる構成の第二の実施形態の半導体レー
ザモジュールでは、半導体レーザ素子13からレンズ1
5を介してシングルモード光ファイバ17に入射した光
のうち、コア17aに結合した光は、コア17a内を基
本モードとして伝搬する。一方、コア17aに結合しな
かった光は第一のクラッド層17b1においてクラッド
モードを励起する。ここで励起されるクラッドモード光
は複数の伝搬モードから成るものであって、第一のクラ
ッド層の屈折率が第二のクラッド層17b2の屈折率よ
りも大きく作製されているために、第一のクラッド層1
7b1の外部に漏れることなく、第一のクラッド層17
b1と第二のクラッド層17b2との界面において反射
を繰り返しながら、伝搬をする。そして、このクラッド
モード光が回折格子51が形成されている領域にまで達
すると、クラッドモード光のうち(1)式を満たすm次
のクラッドモード光は、回折格子51により同方向に伝
搬する伝搬モード光に変換され、シングルモード光ファ
イバ17を伝搬する。
In the semiconductor laser module of the second embodiment having such a configuration, the lens 1
Of the light that has entered the single mode optical fiber 17 via the optical fiber 5, the light coupled to the core 17a propagates inside the core 17a as a fundamental mode. On the other hand, light not coupled to the core 17a excites a cladding mode in the first cladding layer 17b1. The clad mode light to be excited here is composed of a plurality of propagation modes, and the first clad layer has a refractive index larger than that of the second clad layer 17b2. Cladding layer 1
7b1 without leaking to the first cladding layer 17
The light propagates while repeating reflection at the interface between b1 and the second cladding layer 17b2. When the cladding mode light reaches the region where the diffraction grating 51 is formed, the m-th order cladding mode light that satisfies the expression (1) among the cladding mode light is propagated in the same direction by the diffraction grating 51. The light is converted into mode light and propagates through the single mode optical fiber 17.

【0046】第二の実施形態例では、シングルモード光
ファイバ17としてダブルクラッドファイバを使用して
いるため、シングルモード光ファイバ17のフェルール
20内部に位置するUV被覆を除去した部分においても
クラッドモードが外部に放射されることがない。したが
って、第一の実施形態例と比較してクラッドモードの放
射を更に効率的に防ぐことが可能となり、これが回折格
子51によって伝搬モード光に変換されるので、より高
出力の半導体レーザモジュールが作製できるとともにフ
ェルール内部での局所的な温度上昇がほぼ完全に防止さ
れるため、より信頼度の高い半導体レーザモジュールが
提供される。
In the second embodiment, a double clad fiber is used as the single mode optical fiber 17, so that the cladding mode is also obtained at the portion of the single mode optical fiber 17 where the UV coating is located inside the ferrule 20. There is no radiation to the outside. Therefore, compared with the first embodiment, it is possible to more effectively prevent the cladding mode radiation, and this is converted into the propagation mode light by the diffraction grating 51, so that a higher output semiconductor laser module can be manufactured. As much as possible, a local temperature rise inside the ferrule is almost completely prevented, so that a more reliable semiconductor laser module is provided.

【0047】上記第一、第二の実施形態例において、ク
ラッドモード光を伝搬モード光に変換する回折格子とし
ては、複数の異なる次数のクラッドモード光を伝搬モー
ド光に変換する複数の回折格子をシングルモード光ファ
イバ17に形成することができる。
In the first and second embodiments, as the diffraction grating for converting cladding mode light into propagation mode light, a plurality of diffraction gratings for converting cladding mode light of a plurality of different orders into propagation mode light are used. The single mode optical fiber 17 can be formed.

【0048】すなわち、上記第一、第二の実施形態例に
おいて、シングルモード光ファイバ17の半導体レーザ
素子13側の端近傍に、(1)式に関連して説明したm
次のクラッドモード光を伝搬モード光に変換する回折格
子51の他、n次(n≠m)のクラッドモード光を伝搬
モード光に変換する回折格子52を形成する(図4)。
このような回折格子52の周期Λn は、伝搬モードの伝
搬定数をβ0 、n次のクラッドモード光の伝搬定数をβ
n とすると、次式を満たすように設計すればよい。 β0 −βn =2πΛn ……(2)
That is, in the above-described first and second embodiments, near the end of the single mode optical fiber 17 on the side of the semiconductor laser element 13, m described in relation to the expression (1) is used.
In addition to the diffraction grating 51 for converting the next cladding mode light into the propagation mode light, a diffraction grating 52 for converting the n-th (n ≠ m) cladding mode light into the propagation mode light is formed (FIG. 4).
The period Δn of the diffraction grating 52 is such that the propagation constant of the propagation mode is β0 and the propagation constant of the n-th order cladding mode light is β.
Assuming that n, the design should satisfy the following equation. β0−βn = 2πΛn (2)

【0049】このように、複数次数のクラッドモード光
をそれぞれ伝搬モード光に変換する複数の回折格子を形
成すれば、単一の回折格子を用いた場合に比べて、クラ
ッドモード光として伝搬している光のより多くを伝搬モ
ードに変換することが可能であり、本発明の効果はさら
に顕著になる。
As described above, by forming a plurality of diffraction gratings for converting a plurality of orders of cladding mode light into propagation mode light, respectively, a plurality of diffraction gratings can be propagated as cladding mode light as compared with the case where a single diffraction grating is used. It is possible to convert more of the light to the propagation mode, and the effect of the present invention becomes more remarkable.

【0050】なお、図7において説明したように、クラ
ッドモード光はシングルモード光ファイバ端面17dか
ら5cm以内の部分においてその多くが外部に放射して
失われやすいため、クラッドモード光を伝搬モード光に
変換する回折格子は、この部分に形成しておくのが好適
である。
As described with reference to FIG. 7, most of the clad mode light is radiated to the outside in a portion within 5 cm from the end face 17d of the single mode optical fiber and is easily lost. It is preferable that the diffraction grating to be converted is formed in this portion.

【0051】さらに、上記回折格子をシングルモード光
ファイバ17のフェルール20内に位置する部分に形成
しておけば、ファイバ端面17dにさらに近いため、上
記した本発明の効果はさらに顕著となるとともに、回折
格子の取り回し上も便利である(図5)。この場合、回
折格子を複数使用する場合には、少なくとも一の回折格
子のみをフェルール20内部に位置するようにしてもよ
い。
Further, if the diffraction grating is formed at a portion of the single mode optical fiber 17 located in the ferrule 20, the effect of the present invention described above becomes more remarkable because the diffraction grating is closer to the fiber end face 17d. The layout of the diffraction grating is also convenient (FIG. 5). In this case, when a plurality of diffraction gratings are used, at least one diffraction grating may be located inside the ferrule 20.

【0052】さらに、コアばかりでなく、クラッド17
b1にも回折格子を形成しておけば、クラッドモードか
ら伝搬モードへの変換がさらに効率的に起こる。
Further, not only the core but also the clad 17
If a diffraction grating is also formed in b1, conversion from the cladding mode to the propagation mode occurs more efficiently.

【0053】以上、本発明を実施形態に基づいて詳細に
説明したが、本発明は上記実施形態のみに限定されるこ
とはなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能で
あり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。特に上記実施形態においては、半導体レーザ素子か
ら出射された光をシングルモード光ファイバに結合する
光結合手段として1枚のレンズからなる結合光学系を示
したが、光結合手段としてはこの他、2枚のレンズから
なるもの、シングルモード光ファイバの先端をレンズ形
状に加工したもの等、種々の公知の光結合手段が適用可
能である。
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention. Is not excluded from the scope of the present invention. In particular, in the above embodiment, the coupling optical system including one lens is shown as the optical coupling means for coupling the light emitted from the semiconductor laser element to the single mode optical fiber. Various known optical coupling means can be applied, such as a single lens or a single mode optical fiber whose tip is processed into a lens shape.

【0054】また、上記実施形態では、特に高い光ファ
イバ出力を得るために本発明を適用した例を開示してい
るが、本発明はかかる用途に限定されるものではない。
すなわち、半導体レーザ素子として本明細書に記載した
レベルの高い端面光出力を有するものでなくとも、本発
明によれば上記したクラッドモードから伝搬モードへの
変換が行えることから、クラッドモード光の有効利用を
図ることが可能となる。
Although the above embodiment discloses an example in which the present invention is applied to obtain a particularly high optical fiber output, the present invention is not limited to such an application.
That is, even if the semiconductor laser element does not have a high end face light output described in this specification, the conversion from the cladding mode to the propagation mode can be performed according to the present invention. It is possible to use it.

【0055】また、本発明の実施形態においては、ペル
チェモジュールを有する半導体レーザモジュールについ
て説明したが、本発明はペルチェモジュールを有しない
半導体レーザモジュール、とりわけ同軸型の半導体レー
ザモジュールにも適用できることはいうまでもない。
In the embodiments of the present invention, the semiconductor laser module having the Peltier module has been described. However, it can be said that the present invention can be applied to a semiconductor laser module having no Peltier module, in particular, a coaxial semiconductor laser module. Not even.

【0056】さらに、上記した本発明に係る半導体レー
ザモジュールに使用される光結合系は、シングルモード
光ファイバの調芯固定のトレランスを緩和する手段とし
ても効果的に適用することができる。すなわち、シング
ルモード光ファイバの調芯が不完全なために最大結合効
率が得られる位置から多少ずれた位置でシングルモード
光ファイバが固定された場合であっても、位置ずれに基
づいてクラッド層内に励起されたクラッドモード光がク
ラッド層外部に漏れることなく伝搬し、回折格子により
伝搬モード光に変換される。このため、シングルモード
光ファイバの調芯位置ずれによる結合効率の低下は従来
の半導体レーザモジュールに比べて低く抑えることが可
能となり、半導体レーザモジュールの組立を容易にかつ
歩留まりよく行うことが可能となる。
Further, the optical coupling system used in the above-described semiconductor laser module according to the present invention can be effectively applied also as a means for relaxing the tolerance of the alignment of the single mode optical fiber. In other words, even if the single-mode optical fiber is fixed at a position slightly shifted from the position at which the maximum coupling efficiency is obtained due to imperfect alignment of the single-mode optical fiber, the inside of the cladding layer is determined based on the position shift. The excited cladding mode light propagates without leaking to the outside of the cladding layer, and is converted into propagation mode light by the diffraction grating. For this reason, the decrease in the coupling efficiency due to the misalignment of the single-mode optical fiber can be suppressed to be lower than that of the conventional semiconductor laser module, and the semiconductor laser module can be easily assembled with a high yield. .

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光結合系
によれば、半導体レーザ素子からシングルモード光ファ
イバ17に入射した光のうち、クラッドモード光として
伝搬する光が、シングルモード光ファイバのクラッド層
内部に閉じこめられたまま伝搬し、これが回折格子によ
り同方向に伝搬する伝搬モード光に変換されるため、ク
ラッドモードとして結合した光の強度が非常に大きい光
結合系であっても、クラッドモード光を有効に利用する
ことが可能となり、従来よりも高出力の光結合系が作製
できるとともに、フェルール内部での局所的な温度上昇
が抑制されるため、より信頼度の高い光結合系が提供さ
れる。
As described above, according to the optical coupling system of the present invention, of the light incident on the single mode optical fiber 17 from the semiconductor laser device, the light propagating as clad mode light is converted into the single mode optical fiber. Since the light propagates while being confined inside the cladding layer and is converted into propagation mode light propagating in the same direction by the diffraction grating, even in an optical coupling system in which the intensity of light coupled as the cladding mode is extremely large, Cladding mode light can be used effectively, making it possible to produce an optical coupling system with a higher output than before, and to suppress a local temperature rise inside the ferrule, so that a more reliable optical coupling system Is provided.

【0058】また、第2の発明によれば、シングルモー
ド光ファイバのクラッド層の周囲に、クラッド層よりも
屈折率の小さい被覆層を形成したため、クラッドモード
光として伝搬する光が、シングルモード光ファイバのク
ラッド層内部に閉じこめられたまま伝搬し、これが回折
格子により同方向に伝搬する伝搬モード光に変換される
ため、クラッドモード光を有効に利用することが可能と
なり、従来よりも高出力の半導体レーザモジュールが作
製できるとともに、フェルール内部での局所的な温度上
昇が抑制されるため、より信頼度の高い半導体レーザモ
ジュールが提供される。
According to the second aspect of the present invention, since the coating layer having a smaller refractive index than the cladding layer is formed around the cladding layer of the single-mode optical fiber, the light propagating as the cladding mode light is transmitted to the single mode optical fiber. Since the light propagates while being confined inside the cladding layer of the fiber and is converted into propagation mode light propagating in the same direction by the diffraction grating, it is possible to effectively use the cladding mode light, and a higher output than before is obtained. Since a semiconductor laser module can be manufactured and a local temperature rise inside the ferrule is suppressed, a semiconductor laser module with higher reliability is provided.

【0059】また、第3の発明によれば、シングルモー
ド光ファイバとしてダブルクラッドファイバを使用して
いるため、シングルモード光ファイバのフェルール内部
に位置するUV被覆を除去した部分においてもクラッド
モードが外部に放射されることがなく、クラッドモード
の放射を更に効率的に防ぐことが可能となり、これが回
折格子によって伝搬モード光に変換されるので、より高
出力の半導体レーザモジュールが作製できるとともに、
フェルール内部での局所的な温度上昇が防止されるた
め、より信頼度の高い半導体レーザモジュールが提供さ
れる。
According to the third aspect of the present invention, since the double clad fiber is used as the single mode optical fiber, the clad mode is not changed even in the portion where the UV coating located inside the ferrule of the single mode optical fiber is removed. It is possible to prevent cladding mode radiation more efficiently without being radiated to, and since this is converted to propagation mode light by the diffraction grating, a higher output semiconductor laser module can be manufactured,
Since a local temperature rise inside the ferrule is prevented, a more reliable semiconductor laser module is provided.

【0060】さらに、第4の発明では、複数次数のクラ
ッドモード光をそれぞれ伝搬モード光に変換する複数の
回折格子が形成されているため、単一の回折格子を用い
た場合に比べて、クラッドモード光として伝搬している
光のより多くを伝搬モードに変換することが可能であ
り、さらに高出力の半導体レーザモジュールが提供され
る。
Further, in the fourth invention, since a plurality of diffraction gratings for converting the multi-order cladding mode light into the propagation mode light are formed, the cladding is more complicated than when a single diffraction grating is used. It is possible to convert more of the light propagating as mode light to the propagation mode, and to provide a semiconductor laser module with higher output.

【0061】さらに、第5の発明では、回折格子がシン
グルモード光ファイバ端面から5cm以内の部分に形成
されているため、より効率的にクラッドモード光を伝搬
モード光に変換することができる。
Further, in the fifth invention, since the diffraction grating is formed in a portion within 5 cm from the end face of the single mode optical fiber, the cladding mode light can be more efficiently converted to the propagation mode light.

【0062】さらに、第6の発明では、回折格子がフェ
ルール内に位置して保護されているため、さらに効率的
にクラッドモード光を伝搬モード光に変換することがで
きるばかりでなく、回折格子の取り回し上も便利である
という効果がある。
Further, in the sixth aspect, since the diffraction grating is located in the ferrule and protected, not only can the cladding mode light be more efficiently converted into the propagation mode light, but also the diffraction grating There is an effect that it is convenient in handling.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る半導体レーザモジュールの構造
例を表す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a structural example of a semiconductor laser module according to the present invention.

【図2】 本発明の第一の実施形態に係る半導体レーザ
モジュールに用いられるシングルモード光ファイバの断
面構造図(a)および屈折率プロファイル(b)を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure diagram (a) and a refractive index profile (b) of a single mode optical fiber used for the semiconductor laser module according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第二の実施形態に係る半導体レーザ
モジュールに用いられるシングルモード光ファイバの断
面構造図(a)および屈折率プロファイル(b)を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure diagram (a) and a refractive index profile (b) of a single mode optical fiber used for a semiconductor laser module according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明に係る半導体レーザモジュールの他の
構造例を表す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating another structural example of the semiconductor laser module according to the present invention.

【図5】 本発明の実施形態におけるフェルールの断面
構造の一例を示した図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional structure of a ferrule according to the embodiment of the present invention.

【図6】 従来の半導体レーザモジュールの構造例を表
す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a structural example of a conventional semiconductor laser module.

【図7】 従来の半導体レーザモジュールにおいて、光
ファイバの半導体レーザ素子側の端部(17d)からの
距離とファイバ端から放射される光出力との大きさとの
関係を示す実験データである。
FIG. 7 is experimental data showing the relationship between the distance from the end (17d) of the optical fiber on the semiconductor laser element side and the magnitude of light output radiated from the fiber end in a conventional semiconductor laser module.

【図8】従来の半導体レーザモジュールにおけるフェル
ールの断面構造の一例を示した図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of a ferrule in a conventional semiconductor laser module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 パッケージ 42 ペルチェモジュール 13 半導体レーザ素子 14 サーミスタ 15 レンズ 16 基板 17 光ファイバ 20 フェルール 50 ヒートシンク 51、52 回折格子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Package 42 Peltier module 13 Semiconductor laser element 14 Thermistor 15 Lens 16 Substrate 17 Optical fiber 20 Ferrule 50 Heat sink 51, 52 Diffraction grating

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ
素子から出射される光を受光するシングルモード光ファ
イバと、前記半導体レーザ素子と前記シングルモード光
ファイバの間に介設され前記半導体レーザ素子から出射
されるレーザ光を前記シングルモード光ファイバに光学
的に結合する光結合手段を有する光結合系であって、前
記シングルモード光ファイバが、コアと、コアの周囲に
形成されコアよりも小さい屈折率を有する第一のクラッ
ドと、第一のクラッドの周囲に形成され第一のクラッド
よりも小さい屈折率を有する外周層を有するとともに、
クラッドモード光として結合した前記レーザ光を同方向
に伝搬する伝搬モード光に変換する回折格子を有するこ
とを特徴とする光結合系。
A semiconductor laser device; a single-mode optical fiber for receiving light emitted from the semiconductor laser device; and a light-emitting device provided between the semiconductor laser device and the single-mode optical fiber. An optical coupling system having an optical coupling means for optically coupling the laser light to the single mode optical fiber, wherein the single mode optical fiber is formed around the core and has a smaller refractive index than the core. Having a peripheral layer formed around the first cladding and having a smaller refractive index than the first cladding,
An optical coupling system comprising a diffraction grating that converts the laser light coupled as cladding mode light into propagation mode light propagating in the same direction.
JP28777599A 1999-10-08 1999-10-08 Optical coupling system Pending JP2001111153A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28777599A JP2001111153A (en) 1999-10-08 1999-10-08 Optical coupling system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28777599A JP2001111153A (en) 1999-10-08 1999-10-08 Optical coupling system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001111153A true JP2001111153A (en) 2001-04-20

Family

ID=17721599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28777599A Pending JP2001111153A (en) 1999-10-08 1999-10-08 Optical coupling system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001111153A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003023203A (en) * 2001-07-05 2003-01-24 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device mounting base soldering apparatus and method of manufacturing semiconductor laser module
JP2008003116A (en) * 2006-06-20 2008-01-10 Fujifilm Corp Optical branching element, laser module, and laser light output stabilization light source
CN116508216A (en) * 2020-11-19 2023-07-28 三菱电机株式会社 optical module

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003023203A (en) * 2001-07-05 2003-01-24 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device mounting base soldering apparatus and method of manufacturing semiconductor laser module
JP2008003116A (en) * 2006-06-20 2008-01-10 Fujifilm Corp Optical branching element, laser module, and laser light output stabilization light source
CN116508216A (en) * 2020-11-19 2023-07-28 三菱电机株式会社 optical module
CN116508216B (en) * 2020-11-19 2025-02-25 三菱电机株式会社 Optical Module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7760978B2 (en) Optical fiber configuration for dissipating stray light
EP0812040A2 (en) Semiconductor laser module and optical fiber amplifier
JP4452296B2 (en) Optical waveguide type optical coupling mechanism
JP6356856B1 (en) Clad mode light removal structure and laser device
JP5688565B2 (en) Fiber laser apparatus and optical amplification method
US8018982B2 (en) Sliced fiber bragg grating used as external cavity for semiconductor laser and solid state laser
US7283293B2 (en) High efficiency optical amplifying fiber
KR102143426B1 (en) Clad Mode Stripper and Fiber Laser Using the Same
JP2009069492A (en) Optical fiber and optical device
JP2001051166A (en) Semiconductor laser module
JP7136996B2 (en) Fiber laser device
JP2001111153A (en) Optical coupling system
JP2002237637A (en) Fiber laser device
JP4212724B2 (en) Optical amplifier
JP2000208869A (en) Light emitting element module
JPH11121836A (en) Laser device
WO2020045569A1 (en) Cladding mode light removal structure, laser device, and method for manufacturing cladding mode light removal structure
US20040175074A1 (en) Device for coupling light into the fiber
JP7579159B2 (en) Optical devices and laser devices
US20240014623A1 (en) Fiber laser device
JP5202676B2 (en) Amplifying optical component, optical fiber amplifier using the same, and fiber laser device
KR20030042565A (en) Optical semiconductor with curved optical waveguide
JP4107426B2 (en) Gain clamp optical amplifier
KR100231880B1 (en) Laser Diode Module Optimized for Core Expansion and Diffraction Grating Fibers
WO2020203136A1 (en) Fiber laser device