(57)【要約】【課題】波長モニタ部分を小型化し、半導体レーザ装置全体の小型化を図る。【解決手段】半導体レーザ装置２００は、半導体レーザ１０と、半導体レーザ１０の後方出射光の進路上に設置され、後方出射光を平行光化するレンズ２０と、平行光を、第１の部分光と第２の部分光に分離する光分離部と、第１の部分光を受光する第１のフォトダイオード３０と、第２の部分光を透過させるエタロン５１と、エタロン５１を透過した第２の部分光を受光する第２のフォトダイオード４０を備え、エタロン５１は内部に少なくとも１つのミラー部６１を備え、そのミラー部６１において入射光を反射させ、第１のフォトダイオード３０で受光した光の波長情報と第２のフォトダイオード４０で受光した光の波長情報に基づいて、半導体レーザ１０から出射される光の波長を制御する。【選択図】図７
2010153926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、
上記半導体レーザの後方出射光の進路上に設置され、上記後方出射光を平行光化するレンズと、
上記平行光を、第１の部分光と第２の部分光に分離する光分離部と、
上記第１の部分光を受光する第１の光検出器と、
上記第２の部分光を透過させる波長フィルタと、
上記波長フィルタを透過した第２の部分光を受光する第２の光検出器を備え、
上記波長フィルタは、内部に少なくとも１つの反射面を備え、その反射面において入射光を反射させ、
上記第１の光検出器で受光した光の波長情報と上記第２の光検出器で受光した光の波長情報に基づいて、上記半導体レーザから出射される光の波長を制御することを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
第１の光検出器と第２の光検出器を１つの部材に接合することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
第１の光検出器または第２の光検出器を接合する部材の内部に、半導体レーザの波長制御を行うための装置を収納することを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、波長モニタ機能を有する半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ；Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いた光通信システムでは、複数の半導体レーザから発振される波長の異なる光を１本の光ファイバに多重化して伝送させる。しかし、より高密度に光を多重化する高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ；Ｄｅｎｓｅ  ＷＤＭ）を用いた通信システムでは、多重化される光の波長間隔が狭いため、各々の半導体レーザの発振波長にずれが生じると、多重化された光の間でクロストークが発生し信号劣化が生じるという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、半導体レーザ装置内に波長モニタ機能を内蔵し、半導体レーザから発射される光のうち、光ファイバに導かれる前方出射光と同時に出射される後方出射光の波長情報をモニタし、半導体レーザの動作温度に帰還することにより、発振波長を安定化させる半導体レーザ装置が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１に開示された従来の光伝送装置は、レーザ光源からの光をレンズで平行光化し、その平行光中にハーフミラーを配置することにより平行光の一部を分岐し、ハーフミラーにより分岐された光を第１の光検知器で受光すると共に、ハーフミラーを透過した光をエタロンに通し、エタロンからの透過光を第２の光検知器で受光する。第１の光検知器と第２の光検知器で受光された各々の信号光を比較することによりレーザ光源の発振波長を所望値になす為の信号を取得し、当該信号にてレーザ光源の波長制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８４７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示された従来の光伝送装置のように、ハーフミラーで信号光を分割する方式では、ハーフミラー部分の占める面積が大きく、半導体レーザ装置の小型化に影響するという問題があった。また、第１の光検知器と第２の光検知器との分岐比をハーフミラーの反射率及び透過率でしか決められないため、この比率を変える場合には反射率及び透過率の異なる別のハーフミラーを用意する必要があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、波長モニタ部分を小型化し、半導体レーザ装置全体の小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザと、半導体レーザの後方出射光の進路上に設置され、後方出射光を平行光化するレンズと、平行光を、第１の部分光と第２の部分光に分離する光分離部と、第１の部分光を受光する第１の光検出器と、第２の部分光を透過させる波長フィルタと、波長フィルタを透過した第２の部分光を受光する第２の光検出器を備え、波長フィルタは、内部に少なくとも１つの反射面を備え、その反射面において入射光を反射させ、第１の光検出器で受光した光の波長情報と第２の光検出器で受光した光の波長情報に基づいて、半導体レーザから出射される光の波長を制御するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、半導体レーザ光を第１の部分光と第２の部分光に分離する光分離部を設け、第１の部分光を第１の光検出器で受光し、波長フィルタを透過した第２の部分光を第２の光検出器で受光し、それらの検出した波長情報に基づいて、半導体レーザから出射される光の波長を制御するよう構成したことにより、光分離部としてハーフミラーの代わりに反射鏡等小型の部品を用いることができるので、半導体レーザ装置全体の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による、半導体レーザ装置の構成を示す図である。
【図２】フォトダイオードの受光面と光線の位置関係を示す図である。
【図３】光強度分布とフォトダイオードの受光範囲の関係を示す図である。
【図４】フォトダイオードの受光面と光線の位置関係を示す図である。
【図５】光強度分布とフォトダイオードの受光範囲の関係を示す図である。
【図６】実施の形態１による、金属部材に設置した反射鏡の断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２による、半導体レーザ装置の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３による、半導体レーザ装置の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態４による、半導体レーザ装置の構成を示す図である。
【図１０】波長多重が高密度になった場合の、半導体レーザ装置を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態５による、半導体レーザ装置の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態５による、半導体レーザ装置の変形例の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態６による、半導体レーザ装置の構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態６による、半導体レーザ装置の変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の様々な形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による、半導体レーザ装置１００の構成を示す図である。図に示すように半導体レーザ装置１００は、レーザダイオード（半導体レーザ）１０、コリメートレンズ（レンズ）２０、第１のフォトダイオード（第１の光検出器）３０、第２のフォトダイオード（第２の光検出器）４０、エタロン（波長フィルタ）５０、反射鏡（光分離部）６０を備えている。
【００１２】
コリメートレンズ２０は、レーザダイオード１０から発射される後方出射光の進路上に設置される。
反射鏡６０は、レーザダイオード１０から発射される後方出射光の進路上で、コリメートレンズ２０よりもレーザダイオード１０から遠い位置に、コリメートレンズ２０によって平行化された後方出射光の約半分が入射するように配置される。反射鏡６０は、入射した光の進路を９０度変化させるように設置されている。
反射鏡６０によって全反射された光の進路上には、第１のフォトダイオード３０が設置されている。
【００１３】
また、コリメートレンズ２０によって平行化された光の進路上で、反射鏡６０よりもコリメートレンズ２０から遠い位置に、エタロン５０が設置されている。さらに平行化された光の進路上で、エタロン５０よりもコリメートレンズ２０から離れた位置に、第２のフォトダイオード４０が設置されている。
【００１４】
次に、動作について説明する。
レーザダイオード１０の後方出射光は、コリメートレンズ２０によって平行光化される。平行光線の約半分は反射鏡６０に入射して全反射し、進路が９０度変化する。全反射した光線は第１のフォトダイオード３０に入射する。
【００１５】
コリメートレンズ２０によって平行化された光のうち、反射鏡６０に入射しなかった残りの光線は、エタロン５０に入射する。エタロン５０を透過した光は第２のフォトダイオード４０に入射する。
【００１６】
第１のフォトダイオード３０からの出力は、レーザダイオード１０の強度をモニタするのに用いられる。また、エタロン５０の透過光は波長によって周期的に増減する特性を持つため、第２のフォトダイオード４０からの出力は、レーザダイオード１０の波長をモニタするのに用いられる。
【００１７】
第１のフォトダイオード３０および第２のフォトダイオード４０からの出力によってモニタされる波長誤差をレーザダイオード１０の動作温度に帰還することによって、発振波長を安定化させることができる。
【００１８】
なお、透過光が波長に依存するフィルタとしてはファブリペローエタロンを用いることが多いが、透過光が波長に依存するものであるならば他のものに置き換えてもよい。
【００１９】
以上のように、実施の形態１によれば、第１のフォトダイオード３０及び第２のフォトダイオード４０へ向かう光線の分岐手段として反射鏡６０を利用するため、従来技術に関連して述べたようにハーフミラーを使う場合に比べ容積を約半分にすることができる。これにより、半導体レーザ装置１００の小型化を図ることができる。
【００２０】
また、反射鏡６０の位置を、レーザダイオード１０の発光面と第２のフォトダイオード４０の受光面を結ぶ軸線に垂直な方向にずらすことにより、第１のフォトダイオード３０及び第２のフォトダイオード４０へ向かう光線の強度比を容易に変更することができる。
【００２１】
また、第１のフォトダイオード３０及び第２のフォトダイオード４０の受光部の面積は、通常、光線に比較して小さい。この場合、従来技術に関連して述べた光線分岐にハーフミラーを用いる方式に比べ、実施の形態１が優れている点について、以下具体例を用いて説明する。
【００２２】
図２は、実施の形態１の反射鏡６０の代わりにハーフミラーを用いて第１のフォトダイオード３０および第２のフォトダイオード４０に向かう光線を分割する場合の、第２のフォトダイオード４０の受光面と光線の位置関係を示す図である。
ここでは、第２のフォトダイオード４０は、幅０．４ｍｍ、高さ０．４ｍｍの受光部を持つとする。また、光線強度が光線中心の強度の１／ｅ2となる範囲内の光線半径が０．５ｍｍになる場合を考える。
【００２３】
ハーフミラーでは、光線全体を分岐するため以下のような問題が生じる。図２に示すように、第２のフォトダイオード４０に入射する光線の中心が、第２のフォトダイオード４０の高さ方向中心と横方向中心に合うように実装した場合の、光強度分布とフォトダイオードの受光範囲の関係を図３に示す。この場合、第２のフォトダイオード４０が受光する光の強度は光線全体の強度の１６．６％となる。
【００２４】
一方、図４は、実施の形態１による、第２のフォトダイオード４０の受光面と光線の位置関係を示す図である。第２のフォトダイオード４０の受光面の面積および光線半径は図２と同一である。
光線の分岐にハーフミラーを用いた場合には、光速の全体が一定の比率で分離されるため、第２のフォトダイオード４０への光線の入射面は図２に示すようになるが、半導体レーザ装置１００のように反射鏡６０を用いた場合には、反射鏡６０に入射した部分の光線は完全に分岐されるため、第２のフォトダイオード４０に到達する光線は図４に示すようになる。
【００２５】
第２のフォトダイオード４０の受光部の横方向の端を反射鏡６０が無い場合の光線中心に合わせ、高さ方向の中心は光線の中心に合わせて実装した場合の、光強度分布とフォトダイオードの受光範囲の関係を示す図５に示す。この場合、第２のフォトダイオード４０が受光する光の強度は光線全体の強度の２５．７％となる。
【００２６】
また、第１のフォトダイオード３０についても第２のフォトダイオード４０と同様のものを用い、第１のフォトダイオード３０に入射する光線に対して上記と同じように実装した場合、第１のフォトダイオード３０が受光する強度についても同様の結果が得られる。
このように、光線の分岐に反射鏡６０を用いることにより、同じ受光部面積のフォトダイオードでより効率的に受光することができる。
【００２７】
また、図６は、実施の形態１による、反射鏡６０のより好ましい設置方法を示す図である。図は、反射鏡６０の取り付け部分を図１と同じ方向から見た断面図である、図に示すように、反射鏡６０の裏面を金属部材に接合し、金属部材をレーザダイオード１０の光軸に垂直な方向に移動させる。これにより、任意の比率で光線を分岐する位置に、反射鏡６０を容易に移動させることができる。
なお、金属部材は、反射鏡６０による反射光の光軸が第１のフォトダイオード３０の受光面の中心軸に一致するように設置することが望ましい。さらに、金属部材がレーザダイオード１０の光軸に垂直な方向にのみ移動可能なように設置すれば、第１のフォトダイオード３０に対する反射光の光軸の位置がずれるのを防ぐことができる。このため例えば、金属部材の端面を図に示すような突起部のスライド面に当てて、金属部材を移動させるような構造にしてもよい。
【００２８】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２による半導体レーザ装置２００の構成を示す図である。図１と同一の符号は同一の構成要素を表している。実施の形態２では、エタロン５１の入射面の一部に全反射ミラーが蒸着されており、ミラー部（反射鏡部）６１を形成している。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２９】
次に、動作について説明する。
レーザダイオード１０の後方出射光は、コリメートレンズ２０によって平行光化される。平行光線は、エタロン５１に入射する。入射した光の一部はミラー部６１によって全反射され、進路が９０度変化する。全反射した光線は第１のフォトダイオード３０に入射する。
【００３０】
エタロン５１に入射した光のうち、ミラー部６１によって全反射されなかった残りの光線は、エタロン５１を透過する。エタロン５１を透過した光は第２のフォトダイオード４０に入射する。
【００３１】
第１のフォトダイオード３０からの出力は、実施の形態１と同様にレーザダイオード１０の強度をモニタするのに用いられ、第２のフォトダイオード４０からの出力は、レーザダイオード１０の波長をモニタするのに用いられる。
第１のフォトダイオード３０および第２のフォトダイオード４０からの出力によってモニタされる波長誤差をレーザダイオード１０の動作温度に帰還することによって、発振波長を安定化させることができる。
【００３２】
以上のように、実施の形態２によれば、エタロン５１の一部を反射鏡としたことにより、別部品として反射鏡を設置する必要がなく、半導体レーザ装置をより小型化することができる。
【００３３】
また、光線の分岐に全反射ミラーを用いることにより、実施の形態１と同様に、同じ受光部面積のフォトダイオードでより効率的に受光することができる。
【００３４】
また、エタロン５１をレーザダイオード１０の光軸に垂直な方向に移動させることにより、所望の比率で光線を分岐する位置に、容易にミラー部６１を移動させることができる。
【００３５】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３による半導体レーザ装置３００の構成を示す図である。図１と同一の符号は同一の構成要素を表している。半導体レーザ装置３００は、反射鏡６０の代わりに、平面基板（透過板）７０を備えている。
【００３６】
平面基板７０は、相対する面が平行に形成されたガラス基板である。平面基板７０は、コリメートレンズ２０によって平行化された後方出射光の約半分が入射するように配置され、入射した光の進路を平行移動することにより光線を分岐する。
平面基板７０を透過した光の進路上には、第１のフォトダイオード３０が設置されている。
【００３７】
次に、動作について説明する。
レーザダイオード１０の後方出射光は、コリメートレンズ２０によって平行光化される。平行光線の約半分は平面基板７０に入射し、進路が平行移動することにより、元の光線から分離される。平面基板７０を透過して分離された光線は第１のフォトダイオード３０に入射する。
【００３８】
コリメートレンズ２０によって平行化された光のうち、平面基板７０に入射しなかった残りの光線は、エタロン５０に入射する。エタロン５０を透過した光は第２のフォトダイオード４０に入射する。
【００３９】
第１のフォトダイオード３０および第２のフォトダイオード４０からの出力は実施の形態１と同様に用いられ、レーザダイオード１０の発振波長を安定化するのに利用される。
【００４０】
この実施の形態３のように、光の分岐手段に平面基板７０を利用しても、実施の形態１と同様に半導体レーザ装置を小型化することができる。
【００４１】
また、平面基板７０をレーザダイオード１０の光軸に垂直な方向に移動させることにより、光線の分岐比率を容易に変化させることができる。
【００４２】
また、平面基板７０によって分離された光線は、コリメートレンズ２０で平行化された元の光線と平行なので、第１のフォトダイオード３０と第２のフォトダイオード４０を同じキャリア上に並べて実装することも可能であり、実施の形態１に比べ部品点数が減少し、コストも低減できる。また、第１のフォトダイオード３０および第２のフォトダイオード４０を実装するキャリアの内部に、波長制御装置等を収納するように構成してもよい。これにより、装置の小型化をよりいっそう図ることができる。
【００４３】
実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４による半導体レーザ装置４００の構成を示す図である。図１と同一の符号は同一の構成要素を表している。半導体レーザ装置４００は、光線の分岐手段を有していない。
【００４４】
半導体レーザ装置４００において、第１のフォトダイオード３０は、レーザダイオード１０から発射される後方出射光の進路上で、エタロン５０よりもコリメートレンズ２０から近い位置に、コリメートレンズ２０によって平行化された後方出射光の約半分が入射するように配置される。すなわち、実施の形態４では、第１のフォトダイオード３０と第２のフォトダイオード４０の間にエタロン５０が挟まれるように配置される。
【００４５】
次に、動作について説明する。
レーザダイオード１０の後方出射光は、コリメートレンズ２０によって平行光化される。平行光線の約半分は第１のフォトダイオード３０に入射する。
【００４６】
コリメートレンズ２０によって平行化された光のうち、第１のフォトダイオード３０に入射しなかった残りの光線は、エタロン５０に入射する。エタロン５０を透過した光は第２のフォトダイオード４０に入射する。
【００４７】
第１のフォトダイオード３０および第２のフォトダイオード４０からの出力は実施の形態１と同様に用いられ、レーザダイオード１０の発振波長を安定化するのに利用される。
【００４８】
この実施の形態４のように、第１のフォトダイオード３０と第２のフォトダイオード４０の間にエタロン５０が挟まれるような構成にすることにより、光線の分岐手段を設置しなくても、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、部品点数が減少できる分、コストを下げることができる。
【００４９】
また、実施の形態４のように、第１のフォトダイオード３０をエタロン５０よりも光源に近い位置に配置することにより、強度モニタ用の光と波長モニタ用の光を完全に分離することができる。すなわち、第１のフォトダイオード３０がエタロン５０よりもコリメートレンズ２０から遠いところに配置されていると、エタロン５０の実装位置がずれた場合、エタロン５０を透過した光のごく一部が第１のフォトダイオード３０に入射してしまい、波長モニタ用の光が第１のフォトダイオード３０に入ってしまうことになるためである。
【００５０】
また、第１のフォトダイオード３０をレーザダイオード１０の光軸に垂直な方向に移動させることにより、光線の分岐比率を容易に変化させることができる。
【００５１】
実施の形態５．
実施の形態１から４においてエタロン５０，５１に用いられるファブリペローエタロンの透過率は、周波数により周期的に増減する特性を持つ。周波数の極大値と次の極大値との周波数差はＦＳＲ（ｆｒｅｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ）と称され、波長分割多重方式における隣接チャネル間の周波数間隔とこのＦＳＲを合わせるようにすることが多い。
【００５２】
しかし、近年、波長分割多重方式における多重化は高密度になっており、例えば隣接チャネル間の周波数間隔が２５ＧＨｚになると、通常用いられている材質のファブリペローエタロンでは、エタロンで形成される共振器長を長くせざるを得ず、半導体レーザ装置の気密パッケージ内に納めることが困難である。これを、実施の形態１の構成を用いて図示すると、図１０に示すようになる。
【００５３】
実施の形態５では、エタロンの共振器長が１方向に長くならず、かつ高密度の波長多重化に対応できるようにする。
【００５４】
図１１は、この発明の実施の形態５による、半導体レーザ装置５００の構成を示すブロック図である。図１と同一の符号は、同一の構成要素を表している。
図に示すように、エタロン５３は直方体の形状であり、光の入射面とは反対側の１角が斜めにカットされた形状になっている。エタロン５３は、入射光がこのカットされた面で反射し、第２のフォトダイオード４０に入射するように形成されている。
エタロン５３をこのように構成することにより、エタロン５３自身の長さを大きくせずにエタロン５３内の光の通過経路を長くすることができる。
【００５５】
半導体レーザ装置５００の動作は半導体レーザ装置１００と同様であり、実施の形態１と同様の効果に加え、より高密度の波長多重化に対しても、装置の小型化を実現できる。
【００５６】
また、半導体レーザ装置５００では、第１のフォトダイオード３０および第２のフォトダイオード４０は１つの部材に接合されており、同一面上に実装することができるので、部品点数を削減することができる。また、第１のフォトダイオード３０および第２のフォトダイオード４０を接合する部材の内部に、波長制御装置等を収納するように構成してもよい。これにより、装置の小型化をよりいっそう図ることができる。
【００５７】
また、図１２は、実施の形態５の変形例による、半導体レーザ装置６００の構成を示すブロック図である。
図に示すように、エタロン５４は直方体の形状であり、光の入射面とは反対側の２角が斜めにカットされた形状になっている。エタロン５４は、入射光がこのカットされた面で入射光が計２回反射し、第２のフォトダイオード４０に入射するように形成されている。
エタロン５４をこのように構成することにより、エタロン５４自身の長さを大きくせずにエタロン５４内の光の通過経路を、図１１に示す半導体レーザ装置５００よりもさらに長くすることができる。
半導体レーザ装置６００の動作は半導体レーザ装置１００と同様であり、実施の形態１と同様の効果に加え、より高密度の波長多重化に対しても、装置の小型化を実現できる。
【００５８】
また、半導体レーザ装置６００では、図に示すような小型の部材に第１のフォトダイオード３０および第２のフォトダイオード４０を実装することができるので、部品点数を削減することができる。
【００５９】
なお、エタロン５３またはエタロン５４を実施の形態２〜４の半導体レーザ装置に適用してもよい。
【００６０】
実施の形態６．
図１３は実施の形態６による半導体レーザ装置７００の構成を示すブロック図である。図１１と同一の符号は同一の構成要素を表している。
また、図１４は実施の形態６による半導体レーザ装置８００の構成を示すブロック図である。図１２と同一の符号は同一の構成要素を表している。
【００６１】
実施の形態６では、光分離部として、反射鏡６０の代わりにビームスプリッタ８０を用いる。その他の点は実施の形態５と同様である。
【００６２】
実施の形態６においても、エタロンの実装面積について実施の形態５と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  レーザダイオード（半導体レーザ）、２０  コリメートレンズ（レンズ）、３０  第１のフォトダイオード（第１の光検出器）、４０  第２のフォトダイオード（第２の光検出器）、５０，５１，５２，５３，５４  エタロン（波長フィルタ）、６０  反射鏡、６１  ミラー部（反射鏡部）、７０  平面基板（透過板）、８０  ビームスプリッタ、１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００  半導体レーザ装置。
【図１】
2010153926.tif 000003
【図２】
2010153926.tif 000004
【図３】
2010153926.tif 000005
【図４】
2010153926.tif 000006
【図５】
2010153926.tif 000007
【図６】
2010153926.tif 000008
【図７】
2010153926.tif 000009
【図８】
2010153926.tif 000010
【図９】
2010153926.tif 000011
【図１０】
2010153926.tif 000012
【図１１】
2010153926.tif 000013
【図１２】
2010153926.tif 000014
【図１３】
2010153926.tif 000015
【図１４】
2010153926.tif 000016