(57)【要約】      （修正有）【課題】波長シフトが生じないように発振波長を制御する。更には、波長多重光通信システム用光源の波長をＩＴＵ−ＴＳグリッドに合わせて可変にする。【解決手段】コリメータレンズ１０２で平行平面波にした半導体レーザ光の光路中にエタロン１０６を配置し、透過光、あるいは、反射光の分割された光同士の差を波長誤差信号として半導体レーザ装置の波長をロックする。【選択図】図５
2010212700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
当該レーザ光源のモニタ光を平行平面波となし平行光路を形成する手段と、
前記平行平面波に傾斜して配置され、前記レーザ光源よりのモニタ光を単に分割するビームスプリッタと、
前記レーザ光源に対して前記ビームスプリッタの背後に配置されたファブリペロー型エタロンと、
前記ビームスプリッタ及び前記ファブリペロー型エタロンを透過した透過光を検知する第１の光検知器と、
前記ビームスプリッタを透過した光が、前記ファブリペロー型エタロンで反射され、次いで前記ビームスプリッタで反射され、前記透過光と相補的な関係にある反射光を検知する第２の光検知器と、を有し、
前記レーザ光源からの光が前記ビームスプリッタで反射される反射光を検知することで、前記レーザ光源からの光出力を制御し、前記第１の光検知器及び前記第２の光検知器よりのおのおのの光電流に基づく信号の差を取り、前記レーザ光源の発振波長を所望値になす為の誤差信号を得、当該誤差信号にて前記レーザ光源の動作温度を制御して波長制御を行うことを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は波長多重光通信システムに適用する光通信モジュールに関するものである。更には、本願発明はこうした光通信モジュールを用いた応用装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信は、長距離で高速大容量、かつ、強い電磁ノイズ耐性を持つため、高い信頼性を保証する通信システムの構築が可能である。このシステムでは一本の光ファイバに一つの波長の光を伝送させていたが、近年の大容量情報化社会の到来に伴って伝送容量の一層の拡大が要請されている。このため、一本の光ファイバに波長の異なる多数の光を伝送させ、通信のチャンネル数を増やして大容量化を実現する波長多重光通信システムの技術が実用化されるに至った。光ファイバ中を伝送する光の波長は、光ファイバの伝送損失が低い波長帯域が使われ、１．３ミクロン領域と１．５ミクロン領域が伝送のウインド（窓）と呼ばれている。これらのウインドの波長幅は限られているため、隣のチャンネルとの波長間隔を狭くすればするほど伝送のチャンネル数を増やすことができる。現在は、周波数間隔が２００ＧＨｚ、１００ＧＨｚであるが、さらに５０ＧＨｚ、２５ＧＨｚと狭くなる傾向である。波長間隔に直せばそれぞれ約１．６ｎｍ、０．８ｎｍ、０．４ｎｍ、０．２ｎｍという狭いものとなる。このように波長間隔が狭くなると、レーザ光源の波長を精度良く一定に保つ必要が生じる。なぜなら、レーザ光源の波長が揺らいで隣のチャンネルの波長に達すると、受信側で隣の波長チャンネルとのクロストーク（漏話）が発生し、情報通信の信頼性が保証できないからである。これらの波長（または、周波数）チャンネルはＩＴＵ−ＴＳ（International Telecommunication Union−Telecommunication Standardization Sector） グリッドと称されており、ＩＴＵ勧告として広く認知されている。更には、経年変化に伴うレーザ光源の波長変動をも回避しなければならない。
【０００３】
この背景から、波長多重光通信のレーザ光源の波長を制御する方法が提案されて来た。この例は、例えば、日本国公開公報、特開平１１−３１８５９号公報（特願平９-１８６５４５号）に記載されている波長ロックの方法がその一つである（特許文献１）。この例の基本構成を図１に示す。半導体レーザ１を出た光は、ファイバ２に導かれ、次いでレンズ３で集光され、第一のバンドパスフィルタ４を経てビームスプリッタ５に達する。このレーザ光はこのビームスプリッタ５で反射され、波長選択素子、すなわち、誘電体の多層薄膜素子を利用したバンドパスフィルタ８にいたらしめる。そして、バンドパスフィルタの透過特性における肩のスロープ部を透過する透過光を光検知器ＰＤ１で受光する。一方、前記バンドパスフィルタ８の反射光を光検知器ＰＤ２で受光する。そして、この例では、この光受光器ＰＤ２と前記光検知器ＰＤ１の各々の光電流の差信号を波長ずれ検出信号としている。尚、ここで、符号７は光ファイバー、符号９は出力比算出手段であり、符号１０は波長制御手段である。
【０００４】
しかし、この例では単一の透過ピークを持つバンドパスフィルタを用いているため、一種類のバンドパスフィルタでは異なる波長チャンネルには使えない。このため、上記ＩＴＵ−ＴＳグリッド波長チャンネルに対応するためには、チャンネル数の数だけ異なるバンドパスをもつフィルタが必要になる。従って、これらを製造するに際して、工程管理が煩雑となって現実的でなくなる。
【０００５】
さらにこの例は、図１で明らかなようにレーザ光源からなる光通信モジュールとは別に波長ロッカモジュールを用意し、光通信モジュールの一部の光を分岐して波長ロッカモジュールに導いて波長ずれを検出し、光通信モジュール内のレーザ光源にフィードバックするしくみになっている。
【０００６】
この場合、レーザ光源モジュールと波長ロッカモジュールを一体にし、波長ロック部をレーザ光源モジュールに内蔵した方が、さらに高いコストパフォーマンスを実現することができる。さらに、レーザ光源モジュールでは、ファイバ出力を一定に保つためのモニタ光を同時にとることが要求される。
【０００７】
又、日本国公開公報、特開平１０−７９７２３号公報（特願平９−１８６２０４号）には、波長ロッカ部がレーザモジュールに内蔵されている例が開示されている（特許文献２）。また、図２に示すように波長選択素子にエタロン１８を使用しているため、多重干渉の次数に応じて透過ピークが繰り返し出現する。このため、一つの波長選択素子で複数の波長チャンネルに波長ロックをかけることが可能となる。すなわち、レーザ光源１２からの発散光路中に平行平面板（エタロン）１８を斜めに配置し、直後に置かれた２連の光検知器２０，２２で透過光を分割受光し、それらの光電流の差を波長ずれ検出信号２８としている。尚、図において、符号１６は光学レンズ、符号１２はレーザ放出発散源、符号１４は半導体レーザ端面を表わす。ここで、２連の光検知器２０、２２に至る光はエタロンを通過する際、異なる光路長を有することが不可欠である。すなわち、エタロンには発散光、あるいは収束光を入射させる必要がある。平行平面波では光路差が生じないので２連の光検知器間で同一の信号となってしまい、差信号が発生しないからである。ところが、、エタロンに発散光が入射すると、エタロンのフィネス（後述）が実効的に減少することは良く知られた事実である。また、エタロンが斜めに配置されるため、エタロンでの多重反射の回数が減少し、やはり実効的なフィネスの低下が起こる。実効的なフィネスが低下するとエタロンの分解能が下がり、波長のロック精度の低下をきたす。また、発散光のうち、２連の光検知器２０，２２に至る光の量は減少し、レーザ光源の光利用効率が下がる。さらに、レーザ光源モジュールでは、ファイバ出力を一定に保つためのモニタ光を同時にとることが要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国公開公報、特開平１１−３１８５９号公報（特願平９-１８６５４５号）
【特許文献２】日本国公開公報、特開平１０−７９７２３号公報（特願平９−１８６２０４号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明は、こうした諸問題の更なる進展を図るものである。
【００１０】
本願発明は、レーザ光源の発振波長を指定値にロックするための光学系とその制御系を提供する。この光学系は波長ロッカーモジュールとして別個に動作させることも可能であるが、レーザ光源を有する光通信モジュールへの内蔵が可能である。
【００１１】
波長多重光通信システムにおいては、波長の多重度向上による通信容量の増大化は避けられない状況である。このような状況下では、波長チャンネル間隔の狭帯域化による波長チャンネル間のクロストーク除去が強く要請される。つまり、より具体的な技術としては、レーザ光源の波長の変動を検出して光源にフィードバックし、レーザ波長を精度良く、しかも高い光利用効率でロックする装置をモジュール内に内蔵することである。しかもＩＴＵ−ＴＳグリッドに対応する広い波長領域を通じて波長ロックをかける必要がある。
【００１２】
そのための波長のずれを検出する波長選択素子として、上記ファブリペローエタロンがある。しかし、この素子を波長選択の分解能、光利用効率、レーザ光源モジュール内部への実装密度向上、機械的な安定性、温度変化に対するロック波長ずれの補正などの観点から、エタロンの性能を最大限に活用しなければならない。
【００１３】
さらに、エタロンは平行平面板のため、平行光束中に置かれると反射光がレーザ光源に戻り、第２の共振器が構成されてレーザモード競合によるレーザ出力の揺らぎが発生する。
【００１４】
本発明は上述したこれらの技術課題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願発明の代表的な第１の観点は、レーザ光源と、当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段と、波長選択手段と、複数の光検知器とを少なくとも有し、前記波長選択手段は前記平行光路内に配置され、且つ前記波長選択手段は少なくとも２つ以上の透過帯域を有し、前記平行平面波の前記波長選択手段を透過した光と、前記波長選択手段を透過した光とは異なる光学特性の媒体を経由した少なくとも２つの光に分割し、このおのおのの光を前記複数の光検知手段で検知し、この複数の光検知手段よりのおのおのの光電流の差信号に基づく所定信号を前記レーザ光源に帰還することを特徴とする光伝送装置である。
【００１６】
本願発明の代表的な第２の形態は、レーザ光源と、当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段と、波長選択手段と、複数の光検知器とを少なくとも有し、前記波長選択手段は前記平行光路内に配置され、且つ前記波長選択手段は少なくとも２つ以上の透過帯域を有し、前記平行平面波の前記波長選択手段を透過した光と前記波長選択手段を透過せざる光との少なくとも２つの光に分割し、このおのおのの光を前記複数の光検知手段で検知し、この複数の光検知手段よりのおのおのの光電流の差信号の比較に基づく所定信号を前記レーザ光源に帰還することを特徴とする光伝送装置である。
【００１７】
前記本願発明の諸形態では、前記の２つの光信号の差信号に基づいて、当該レーザ光源の発振波長の所望発振波長よりのずれ量を検出する。そして、当該差信号が零ないしは一定値になるように前記レーザ光源を変化させることによって当該発振波長の所望発振波長よりのずれを解消することを可能にする。以下に説明する本願発明の係る諸形態、諸実施の形態においてもこの発振波長のずれの解消の方法の基本は同様である。
【００１８】
本願発明においては、平行平面波を用いるので、波長検知のための諸方策を取るに当って、光の損失がなく、光の利用率が極めて高い。これに対して、発散光を用いる場合は、光の発散に基づく光の損失があり、光の利用率は小さいものとなる。
【００１９】
更に、波長選択手段の温度による透過特性の変化を補正することもより好ましい方策である。その代表的な例は、光伝送装置に情報記憶部を配置し、レーザ光源は温度検知手段を有せしめる。一方、前記情報記憶部に前記波長選択手段の光の透過領域の温度特性を記憶させておく。そして、前記温度検知手段からの信号と前記記憶された前記波長選択手段の光の透過領域の温度特性とに基づき、前記レーザ光源の発振波長と所定の波長とのずれを補正する。後述する波長多重光通信のチャネルグリッドの波長とのずれを補正するに極めて有用である。
【００２０】
前記の平行平面波の分割は、例えば、前記波長選択手段よりの透過光と反射光の双方、あるいは透過光の光路を複数に分割する手段とを配置するのが代表的な例である。この分割の具体的な諸方法は後述される。
【００２１】
こうした構成によって、極めて高精度にレーザ光源の発振波長を固定することを可能にする。本構成は、前述のように平行光を用いるもで、極めて光の利用率が高い。この為、その制御の精度を極めて高くすることを可能とする。
【００２２】
前記レーザ光源は、通例のＡＰＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を有する半導体レーザ装置、あるいは半導体レーザ装置自体に波長制御手段を有するものなどを用いることが出来る。半導体レーザ装置自体に波長制御手段を有する例は、レーザ発振領域の近傍に温度の局所的制御手段、例えば、ヒータを配置し、この温度制御によってレーザ発振の発振周波数の変動を押さえるものである。あるいは、レーザ発振領域の近傍に、レーザ発振波長を制御する為の屈折率変調領域を配置し、この屈折率変調領域の近傍に温度の局所的制御手段、例えば、ヒータを配置し、この温度制御手段によってレーザ発振の発振周波数の変動を抑える例もある。あるいは、この屈折率変調領域に電流印加の手段を設けて、注入電流による屈折率変調を行う例もある。こうした波長制御の半導体レーザ装置の諸具体例については、実施の形態の欄において詳細に説明する。本願発明では、こうした各種レーザの波長制御手段に前記各光電流の差信号に基づく信号を帰還するのである。こうした波長可変の半導体レーザ装置を用いて本願発明を実施することは、より精密且つ微細な制御を可能とする。
【００２３】
更に、通例、半導体レーザ装置にはこの装置の温度を制御する手段を有している。この温度制御手段に前記各光電流の差信号に基づく信号を帰還することが可能である。そして、この方法は、前述の単なるＡＰＣへの帰還より、より安定な発振を得ることが出来る。前記半導体レーザ装置の温度を制御する手段の代表的な具体例は、例えばペルチエ素子である。このペルチエ素子の上部に当該半導体レーザ装置が搭載されているのが通例である。
【００２４】
レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段は、通例のコリメータ素子、例えば非球面レンズ、組レンズ、ボールレンズ、セルフォックレンズなどを用いて十分である。そして、当該平行平面波は、本願の発明の目的には、波長の１０倍以下の平面度をもつ平行平面波となすのが好ましい。
【００２５】
こうした平行平面波は半導体レーザ装置の情報伝達側に放射される光、あるいはこれと反対側に放射される光のいずれを用いても、本願発明の光伝送装置を構成することが出来る。又、当該半導体レーザ装置より前記平行光路を形成する手段へは、直接光が導かれる場合と、この間に所望の光学部材が配置される場合とがあり得る。しかし、本願発明の実施においては、いずれの場合でも、これの応じて所望のモジュールを構成することが出来る。本願発明においては、半導体レーザ装置よりの光が平行平面波となり得れば良いのである。
【００２６】
前記少なくとも２つ以上の透過帯域を持つ波長選択手段の代表例はファブリペロー構造の波長選択透過型フィルタである。当該フィルタの代表例はファブリペローエタロン（通例、略して単にエタロンと称されており、本願明細書でも以下単にエタロンと称する）である。エタロンにはファブリペロー干渉系の内、反射膜間の物理的距離が固定のものと、ＰＺＴ駆動によってその距離が可変なものもある。又、エタロンの反射面間が気体のものと、固体のものの２つに大別される。前者はエアースペース型、あるいはエアギャップ型と称され、後者はソリッド型と称される。本願発明は基本的にいずれの形態も用いることが出来る。
【００２７】
ファブリペロー型エタロンとして、次ぎのような構成を取ることによって、レーザ光源の複数波長を所定波長に固定するのに、極めて有用である。即ち、エタロンの媒質の屈折率が１．０より４．０の範囲、当該媒質の両反射面の膜反射率が２０％より７０％の範囲となされ、且つ当該媒質の厚さを、所定波長間隔で存在する所望波長での光の複数の透過領域を有せしめ、この光の複数の透過領域の何れかが前記レーザ光源が所望する発振波長に対応するごとく設定するのである。尚、勿論、光検知の為の諸部材の設計によるが、上述の媒質の両反射面の膜反射率は２０％より５０％の範囲は、一般に誤差信号の検知により有利である。それは、波長変化に対するエタロンの透過特性の変化が大きい領域を用いることとなる為である。
【００２８】
この構成によれば、送信する複数波長をエタロンによっていずれの波長をも一定値に保つ事が出来る。わけても、波長多重通信におけるチャネルグリッドにエタロンの透過特性を合致させることによって、実用上極めて簡便、簡易に高精度の波長の安定化を実現することが出来る。また、複数波長に対応するにもかかわらずエタロンを用いることで、通例のモジュールに、容易に実装することが出来る。
【００２９】
又、前記レーザ光源の発振波長と前記波長選択手段が有する前記光の透過領域とを対応させる際、この透過領域の最も透過率の高い波長領域を避けた所望波長に対応する発振波長に相当させるのが、より好ましい。この形態はより実用的であると言うことが出来る。それは、光の波長に対する前記透過特性の関係が大きな勾配を有している領域に当該レーザ光源の発振波長が存在する方が、発振波長のずれに対してより有効にこのずれを検知するからである。言葉を換えれば、波長分解能が他の方策と比較して、高いと言うことができる。光の波長に対する波長選択手段の透過特性の関係が比較的平坦な特性を有する場合、発振波長のずれに対する光電流の変化は比較的小さなものになる。
【００３０】
先に述べたように、本願発明では、平行平面波を前記波長選択手段を透過した光と、波長選択手段を透過した光とは異なる光学特性の媒体を経由した少なくとも２つの光に分割しする必要がある。波長選択手段を透過した光とは異なる光学特性の媒体を経由せしめる方策は各種の方法が考慮される。ここで、本願明細書における「波長選択手段を透過した光とは異なる光学特性の媒体」とは、当該光路として、透光性の固体媒質の場合、空気あるいは気体の場合、反射鏡を含む光路、光路分割手段、あるいはこれらが混在する光路など一般を示している。要は、当該光路が前記波長選択手段を透過した光とは異なる光強度を得ることができる光路であれば良い。尚、前記の媒体としての空気での光路は一般の空間での光路を意味している。以下に示す光路を複数に分割する手段の具体例を参酌すれば、その意味は十分理解されるであろう。
【００３１】
さて、前記光路を複数に分割する手段は、通例の光路分割手段を用いて十分である。この代表的な諸例は振幅分割型ビームスプリッタおよび波面分割型ビームスプリッタである。
【００３２】
更に、この光路を複数に分割するに際しては、複数の方法が考慮される。その代表的な諸例を列挙すれば、次ぎの通りである。第１より第５は光路分割手段として振幅分割型ビームスプリッタを用いた場合の諸例、第６は波面分割型ビームスプリッタを用いた場合の例である。
【００３３】
その第１は、前記光路分割手段の反射光と、この光路分割手段の透過光とに分割する。そして、この光路分割手段の透過光を波長選択手段に入射し、この波長選択手段の透過光と、前記光路分割手段での反射光とを用いて差信号を得る。
【００３４】
第２は、前記光路分割手段の反射光と、この光路分割手段の透過光とに分割する。そして、この光路分割手段の透過光を波長選択手段に入射し、この波長選択手段での反射光と、前記光路分割手段の反射光とを用いて差信号を得る。
【００３５】
第３は、前記光路分割手段の透過光と、この光路分割手段の反射光とに分割する。そして、この光路分割手段の反射光を波長選択手段に入射し、この波長選択手段の透過光と、前記光路分割手段の透過光とを用いて差信号を得る。
【００３６】
第４は、前記光路分割手段の透過光と、この光路分割手段の反射光とに分割する。そして、この光路分割手段の反射光を波長選択手段に入射し、この波長選択手段での反射光と、前記光路分割手段の透過光とを用いて差信号を得る。
【００３７】
第５は、前記光路分割手段の反射光を波長選択手段に入射する。この波長選択手段の透過光と、波長選択手段での反射光とを用いて差信号を得る。
【００３８】
第６は、波面を２分割し、この分割された第１の部分を波長選択手段に入射し、この波長選択手段の透過光と、前記分割された第２の部分の光の強度に基づいて差信号を得る。
【００３９】
第７は、波面を２分割し、この分割された第１の部分を波長選択手段に入射し、この波長選択手段の反射光と、前記分割された第２の部分の光の強度に基づいて差信号を得る。
【００４０】
本願発明の代表的な第３の形態は、レーザ光源と、当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段と、波長選択手段と、複数の光検知器とを少なくとも有し、前記波長選択手段は前記平行光路内に配置され、且つ前記波長選択手段は複数且つ所定波長間隔に存在する光の透過領域を有し、前記レーザ光源の発振波長が前記波長選択手段が有する前記光の透過領域のいずれかに合致し、平行平面波の前記波長選択手段を透過した光と、前記波長選択手段を透過した光とは異なる光学特性の媒体を経由した少なくとも２つの光に分割し、このおのおのの光を前記複数の光検知手段で検知し、この複数の光検知手段よりのおのおのの光電流の差信号に基づく所定信号を前記レーザ光源に帰還することを特徴とする光伝送装置である。
【００４１】
本形態を用いることによって、次ぎのような新たな観点の実施を可能とする。
【００４２】
本願発明の第２の主要な観点は、前記波長選択手段のフリースペクトラルレンジを、波長多重光通信のチャンネルグリッド間隔に合わせ、当該レーザ光源の波長を変化させて、この波長を該グリッドの所望の値に固定する方法である。本例の重要な点は、波長選択手段のフリースペクトラルレンジを、波長多重光通信のチャンネルグリッド間隔に合わせることが出来ることである。このことをレーザ光源の波長のロックに利用することによって、より高精度に且つ簡便に当該波長制御レーザ装置の発振波長を、波長多重光通信のチャンネルグリッドに適合させることが可能となる。尚、レーザ光源の発振波長を固定する方法は前記第１の形態で説明したものと同様に実施することが出来る。
【００４３】
更に、本例に対しては、発振部を複数有し、この発振部によって複数の発振波長での発振を可能とするレーザ光源、半導体レーザ装置を用いることが出来る。この場合、各発振部に対応してこれまでのべてきた発振波長の固定化の方策を取る。波長選択手段のフリースペクトラルレンジを、波長多重光通信のチャンネルグリッド間隔に合わせててあるので、本形態は、ひとつの波長選択手段でもって、複数の波長に対する固定化の方策を提供することが出来る。本形態は極めて簡便な方策である。
【００４４】
本願発明の第３の主要な観点は、前記レーザ光源が当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段の光軸からずれた位置に配置する、あるいは前記波長選択手段あるいは当該レーザ光を分割する手段への入射端面の法線を前記当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段の光軸とは交差して配置することである。
【００４５】
レーザ光源の光を平行平面波となす最も代表的な手段は、コリメータ素子である。こうした観点でより具体的に本願の第３の観点を述べれば、前記レーザ光源を該コリメータ素子の光軸からはずして配置するか、あるいは、前記波長選択素子、あるいは、前記光路分割手段の各々の入射端面の法線を前記コリメータ素子の光軸に対して傾けて配置し、前記各々の光学素子端面からの反射光が前記レーザ光源に戻らないようにするものである。本形態を本願の前記第１あるいは第２の形態と併せ用いることによって、実用的に極めて有用な形態を提供することが出来る。
【００４６】
更に、本願の光伝送装置は極めて安定した発振波長のレーザ装置であるので、各種光システムに用いて有用である。わけても、本願発明の光伝送装置は多重光伝送システムに適用して有用である。
【発明の効果】
【００４７】
本願発明は、レーザ光源の発振波長を指定値に高精度にロック可能な半導体レーザ光源を提供する事が出来る。この光学系は波長ロッカーモジュールとして別個に動作させることも当然可能であるが、より小型であり、当該レーザ光源を有する光通信モジュールへの内蔵を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１はこれまでに知られている波長制御光源の構成図である。
【図２】図２はエタロンを用いた波長分割多重光伝送システム用の波長監視制御装置の例を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａはエタロンでの光の状態を説明する断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂはエタロンでの位相差と透過光の関係の例を示す図である。
【図４】図４は半導体レーザ装置での温度と波振波長との関係の例を示す図である。
【図５】図５は本願発明による波長制御光源の例の構成図である。
【図６】図６は本願発明のモジュールの例における波長差と誤差信号との関係の例を示す図である。
【図７】図７は半導体レーザ装置における外部共振器の状態の例を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは半導体レーザ装置、コリメータレンズ、及び光検知器の関係の例を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは半導体レーザ装置、コリメータレンズ、及び光検知器の関係の別な例を示す図である。
【図９】図９は本願発明による波長ロック光学系の配置例を示す図である。
【図１０】図１０は本願発明による波長制御光源の別な例の構成図である。
【図１１】図１１は本願発明による波長制御光源の別な例の構成図である。
【図１２】図１２はエタロンの位相差と反射光との関係の例を示す図である。
【図１３】図１３はエタロンの位相差と反射光及び透過光の関係の例を示す図である。
【図１４】図１４は本願発明による波長制御光源の別な例の構成図である。
【図１５】図１５は本願発明による波長ロック光学系の配置の別な例を示す図である。
【図１６】図１６は本願発明による波長ロック光学系の配置の別な例を示す図である。
【図１７】図１７は本願発明による波長ロック光学系の配置の別な例を示す図である。
【図１８】図１８はエタロンの位相差と透過光との関係の例を示す図である。
【図１９】図１９は本願発明による波長ロック光学系の配置の別な例を示す図である。
【図２０】図２０は波長可変半導体レーザ装置の例を示す平面図である。
【図２１】図２１は温度係数を零となすエタロンの例を示す断面図である。
【図２２】図２２は本発明による波長可変方式とＩＴＵ−ＴＳグリッドとの関係を説明する図である。
【図２３】図２３は本願発明による波長ロック光学系の配置の別な例を示す図である。
【図２４】図２４は本願発明の波長制御モジュールのサブアッセンブリの例を示す平面図である。
【図２５】図２５は本願発明の波長制御モジュールの実装例を示す平面図である。
【図２６】図２６は本願発明の波長制御モジュールの構成例を示す平面図である。
【図２７】図２７は本願発明に係わる波長制御半導体レーザ装置の例を示す平面図である。
【図２８】図２８は本願発明に係わる波長制御半導体レーザ装置の例を示す断面図である。
【図２９】図２９は本願発明に係わる波長制御半導体レーザ装置の制御系の例を示す平面図である。
【図３０】図３０は本願発明に係わる波長制御半導体レーザ装置の制御系の別な例を示す平面図である。
【図３１】図３１は光システムの例を示す基本構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本願発明の実施の諸形態を説明するに先だって、本願の主な実施の諸形態の概要を以下に列挙する。次いで、本願の主要な構成部材であるファブリペロー型エタロンの具体的構成を予め詳細に説明する。
【００５０】
本願の第１の実施の形態は、波長可変レーザ光源、あるいは、前記波長可変レーザ光源の変調器を集積した光源の後方、あるいは、前方から直接、あるいは間接的に導かれた発散光をコリメータ素子で、波長の１０倍以下の平面度をもつ平行平面波として平行光路を形成し、前記平行光路中に少なくとも２つ以上の透過ピークを持つ波長選択素子を配置し、前記波長選択素子の透過光、あるいは、反射光の光路分割手段を有し、前記分割光を複数の光検知器に導き、前記各々の光検知器に流れる光電流の差で前記レーザ光源の発振波長ずれ量を検出し、前記光電流の差が一定値となるように前記レーザ光源の波長を制御する手段を有し、かつ、前記レーザ光源を前記コリメータ素子の光軸からはずして配置するか、あるいは、前記波長選択素子、あるいは、前記光路分割手段の各々の入射端面の法線を前記コリメータ素子の光軸に対して傾けて配置し、前記各々の光学素子端面からの反射光が前記レーザ光源に戻らないようにすることを特徴とする光伝送装置である。
【００５１】
本願の第２の実施の形態は、前記波長選択素子をファブリペロー型エタロン、前記平行光路中に配置する光路分割手段を振幅分割型ビームスプリッタとすることを特徴とする本願の光伝送装置である。この例は、実用的な代表例である。
【００５２】
本願の第３の実施の形態は、前記ファブリペローエタロンのフリースペクトラルレンジを、波長多重光通信のチャンネルグリッド間隔に合わせ、前記レーザ光源の波長を変化させて前記グリッドの任意の値にロックする手段を有することを特徴とする本願の光伝送装置である。
【００５３】
これまで、レーザ光源の発振波長について考察してきたが、本願の第４の実施の形態は、レーザ光源の光出力の制御に関する方策である。通例、こうした光出力のモニターは、情報伝達に用いる光出力とは反対の端面より放射される光によってなされている。しかし、本願に示した諸発明の形態を利用すれば、前記複数の光検知器のうちの少なくとも１個に流れる光電流、あるいは、少なくとも２個以上の光検知器に流れる光電流の和が、一定となるように前記レーザ光源の光出力を一定に保持すれば好都合である。
【００５４】
本願の第４の実施の形態は、前記波長選択素子が、前記レーザ光源の波長の程度のテーパをつけたファブリペローエタロンあるいは、屈折率の異なるガラス材料からなる２つの平行平面板を平面方向に張り合わせたファブリペローエタロンであり、前記エタロンの入射面の異なる位置を通過する平面波間に光路差がつくように構成し、前記ファブリペローエタロンの透過光を空間的に分割して各々２連の光検知器に導く手段を有することを特徴とする本願の光伝送装置である。
【００５５】
本願の第５の実施の形態は、前記ファブリペロエタロンが、少なくとも２枚の透明基板の間に屈折率と長さの積の温度係数の正負が前記透明基板と逆になる構造を持ち、前記ファブリペロエタロンを通過する光の光路差の温度変化を減少したことを特徴とする本願の光伝送装置である。
【００５６】
本願の第６の実施の形態は、前記ファブリペローエタロンのフリースペクトラルレンジを、波長多重光通信のチャンネルグリッド間隔に合わせ、かつ、前記ファブリペローエタロンの透過ピークの温度特性を半導体メモリに記憶させ、温度検知器からの信号により、前記波長可変レーザ光源の発振波長と前記波長多重光通信のチャンネル波長とのずれを補正する手段を有することを特徴とする本願の光伝送装置である。
【００５７】
本願の第７の実施の形態は、波長多重光通信のチャンネルグリッド間隔で決まる前記ファブリペローエタロンの厚みををフリースペクトラルレンジからずらせた値とすることにより、前記ファブリペローエタロンの透過ピークの温度特性を補償することを特徴とする本願の光伝送装置である。
【００５８】
本願の第８の実施の形態は、前記レーザ波長制御手段の一部、あるいは全てをレーザ光源モジュールのパッケージに内蔵することを特徴とする本願の光伝送装置である。
【００５９】
本願の第９の実施の形態は、前記レーザ波長制御手段を有するレーザ光源を複数個並列し、各々のレーザ光源がカバーする可変波長領域を合わせる手段を有することを特徴とする本願の光伝送装置である。
【００６０】
次いで、ファブリペロー型エタロンの具体的構成を予め詳細に説明する。図３は本願発明に適用するエタロンの原理を説明する為の図である。図は基本要素の断面と光の状態を図示している。エタロンの基本構成は、高い平行度と平面度を持つ平行平面板である。そして、これら反射面間、即ち、半透明膜の間に気体あるいは固体が配される。即ち、対向する一対の高反射率の層にスペーサたる媒質が挟まれた光の共振器である。その具体的構成は、例えば、ガラス基板上に反射鏡、スペーサ、反射鏡の各層が積層された共振器である。別な例はガラス基板の両面に反射鏡の層が形成された共振器である。こうした本願発明に係るエタロンは、波長選択透過型フィルタであるが、２つ以上の透過帯域を持つことが肝要である。この点は、従来より知られているいわゆる干渉膜多層フィルターを用いたバンドパスフィルターとは、基本特性が異なる。
【００６１】
このエタロンを透過した光は、その波長の変動に対して、繰り返しピークを発生する。入射角θでエタロンに入射した光１００はエタロン１０１の２つの面で繰り返し多数回反射する。図中、Ａ１およびＡ２は入射光の位置を例示するものである。そして、図のＢ１およびＢ２の位置に、光Ｔ１およびＴ２が透過光を例示するものである。Ｒ１およびＲ２は反射光を例示するものである。こうして発生する多くの波面が干渉する結果、以下のような透過光Ｉｔが得られる。
Ｉｔ=１／（１+Ｆsin2（ψ））  ……（１）
ここに、Ｆ=４Ｒ／（１−Ｒ）2 ……（２）
ψ  ＝（２πｎｔ／λ）ｃｏｓ  θ’  ……  （３）
である。更に、Ｒはエタロン１０１各面１、２の膜反射率、ｎはエタロンの屈折率、ｔはエタロンの厚さ、λは光の波長、そして、θ’はエタロン内で光線のなす角度である。
【００６２】
ここで、スネルの法則ｓｉｎ  θ＝  ｎｓｉｎθ’  ……  （４）
が成り立つ。
【００６３】
図３Ｂは膜反射率Ｒをパラメータとして式（１）をグラフにしたものである。図３Ｂでは、縦軸は透過光の強度（任意単位）、横軸は位相差である。この位相差は２π（ｎｔ／λ）ｃｏｓ（θ／ｎ）で表わされる。
【００６４】
ここで、エタロンの共振の鋭さを表すパラメータとして、フィネスΦを定義する。
【００６５】
Φ＝（π√Ｆ）／２  ……（５）
さらに、繰り返しピークの間隔はフリースペクトラルレンジ（Free Spectral Range）ＦＳＲと呼ばれる。
【００６６】
そして、波長域では、ＦＳＲ＝λ２／２ｎｔ  ……（６）
周波数域では、光速をｃとして、ＦＳＲ=ｃ／２ｎｔ ……（７）
で与えられる。
【００６７】
フィネスとＦＳＲには次の関係がある。
Φ＝  ＦＳＲ／ε  ……（８）
ここに、εは透過ピークの半値幅である。
【００６８】
従って、エタロンの厚みｔ、屈折率ｎ、膜反射率Ｒを設計すれば、ＦＳＲをＩＴＵ−ＴＳグリッドに一致させることができる。
【００６９】
ＦＳＲをＩＴＵ−ＴＳグリッドに一致させることは、広い波長範囲に渡って所望の鋭い波長選択特性を持った波長誤差検出を実現することを可能とする。
【００７０】
この目的には、わけても、エタロンの媒質の屈折率が１．０より４．０の範囲、当該媒質の両反射面の膜反射率が２０％より７０％の範囲を多くの場合用いる。そして、当該媒質の厚さをｔ＝ｃ／（２ｎ・ＦＳＲ）で設定することで、ＦＳＲをＩＴＵ−ＴＳグリッドに対応するエタロンを得ることができる。こうして、所定波長間隔で存在する所望波長での光の複数の透過領域を有せしめ、この光の複数の透過領域の何れかが前記レーザ光源が所望する発振波長に対応させることができる。尚、エタロンの媒質の厚さは、０．１ｍｍより１０ｍｍ程度の範囲を多くの場合用いる。膜反射率が２０％より５０％の範囲がより実用性が高いことは前述した通りである。
【００７１】
本発明の解決手段を構成する第２の要素はレーザ光源である。レーザ光源の波長は、例えば半導体レーザのように駆動電流、あるいは、動作温度を変えて変化させることができる。図４は半導体レーザの温度と発振波長の関係を例示する図である。このレーザの発振波長は、光通信分野では、前述したＩＴＵ−Ｔのグリッドに対応することとなる。縦軸にこの意味でＩＴＵ−Ｔのグリッドと表示した。通常の半導体レーザでは、図４に示したように温度が１℃変わると波長は０．１ｎｍ変化する。本願発明ではこうした発振波長を変えることのできるレーザ光源を使用する。レーザ光源としては、その発振強度を変調する変調器を集積したレーザ光源の後方、あるいは前方からの発散光を直接、あるいは、一旦ファイバ、変調器、スイッチなどの光導波路を経て間接的に導かれた後の発散光を使う場合もある。
【００７２】
図５は本願発明の解決手段の基本構成を示すものである。すなわち、上記各種レーザ光源１００からの発散光を、レンズや回折格子になる素子などのコリメータ１０２で集光し、平行平面波としての光路１０３を形成する。得られた平行平面波の平面度は、波面収差にして大きくとも波長の１０倍以下とする。かくして得られた平行光束１０３中に本発明の構成要素である光路分割素子１０４を配置し、その分岐光中に光検知器１１５を配置してレーザ光源１００の光出力のモニタに使用する。
【００７３】
一方、光路分割素子１０４の透過光１０５中に少なくとも２つ以上の透過ピークを周期的に持つエタロンなどの波長選択素子１０６を配置し、その後に光検知器１０９を置いて波長選択された光１０７を受光する。そして、前記光出力モニタ用の光検知器１１５に流れる光電流Ｐｍと、エタロン１０６の後におかれた波長モニタ用の光検知器１０９に式（１）に従って流れる光電流Ｐｔとの差を誤差信号とする。そして、この値がゼロ、あるいは、一定の値になるように所定信号をレーザ光源１００にフィードバックするものである。
【００７４】
すなわち、数式で表記すれば、誤差信号Ａ（λ）はＡ（λ）  ＝  Ｐｔ  −  Ｐｍ  …  …（９）
となる。
【００７５】
式（９）を図示したものが図６である。横軸は波長差、縦軸は誤差信号（任意単位）である。この例は波長ロックの為の光学系を前方のファイバ側に配置した例であると言うことが出来る。
【００７６】
誤差信号としては、光量で正規化した信号、Ａ（λ） = （Ｐｔ − Ｐｍ）／（Ｐｔ ＋ Ｐｍ）……（１０）
を用いることも可能である。さらに、本発明では、後述のように、エタロン１０６の反射光と透過光の差を取って、これを誤差信号とすることも可能である。又、実際の信号処理では、前記の両者の光電流に基づく両信号の差信号を取るに当って、所望の係数を乗じて差信号を取ることも考慮される。例えば、透過光ＰＤ１と反射光ＰＤ２とを比較するに当って、ＰＤ１−αＰＤ２がゼロないしは所定の値となす方法などである。
【００７７】
以上の配置で、エタロン１０６や光路分割素子１０４の表面からの反射光がレーザ光源１００に戻ると、半導体レーザにとって外部に第２の共振器が形成されてレーザ出力が揺らぐという問題が生じる。
【００７８】
即ち、図７は半導体レーザ自身の共振器１９０とその外部に存在するミラー１９１の関係を示すものである。図では共振器１９０の両反射面を１９０−１および１９０−２と模式的に表わした。図７の上段はこの共振器とミラーの関係、下段は発振状態を示す。外部のミラー１９１が存在すると、半導体レーザの発振モード１９２の間に新たに外部共振器のモード１９３が生じる。これらのモードは半導体レーザのゲインカーブ１９４の領域に入るため、レーザ発振が起こりうる。このため、多くのモード間で発振の競合が起こり、半導体レーザの出力が揺らぐ。この揺らぎが戻り光ノイズといわれる雑音である。
【００７９】
この問題を解決するための代表的な方策は次ぎのような方法である。即ち、それは、レーザ光源が当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段の光軸からずれた位置に配置するか、もしくは前記波長選択手段あるいは当該レーザ光を分割する手段への入射端面の法線を前記当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段の光軸とは交差して配置されることである。
【００８０】
第１は、図８Ａに示すようにレーザ光源１００をコリメータレンズ１９６の光軸１９７からはずす例である。こうすることで、エタロン、あるいは、光検知器の反射面１９８からの反射戻り光は光軸の反対側１９９に結像する。こうして、反射光はレーザ光源１００に帰還しない。コリメータレンズ１９６の焦点距離をｆ、レーザの発光サイズをａとした時、通例ｆθ＞ａとなるような角度θでコリメータレンズ１９６の光軸１９７からレーザ光源をずらして設置する。この為、反射面１９８よりの反射光は１９９の位置に集光されることとなる。
【００８１】
第２は、図８Ｂに示すようにエタロン、あるいは、光検知器の反射面１９８の法線とコリメータ１９６の光軸１９７に角度θをつける方法である。こうすることで、反射戻り光が、レーザ光源１００にもどらないようにするものである。この場合も少なくとも前述の第１の例と同様の角度θで角度をつければ良い。この為、反射面１９８よりの反射光は１９９の位置に集光されることとなる。
【００８２】
また、本発明の他の手段として、上記平行光束中に、僅かにテーパをつけたファブリペローエタロンを置き、その直後に置いた２つの光検知器で受光する手段をとることもできる。この方法は図１７に具体例が例示される。
【００８３】
図１７の例の場合、エタロン７０１の厚みは変化を有しており、この例は後述するように、この目的に供されているが、ここで問題としている反射光の問題の対処も同時に示している。半導体レーザ光源よりの平行光は傾けられたエタロン表面での反射光は、当然半導体レーザ光源に戻り光とはならない。当該反射光がレーザ光源の発光スポットに帰還しない程度のテーパを付せば良い。尚、レーザ光源に対して、平行板状のエタロンを或る傾き角で配置した例はこれまでのもある。しかし、本例では、エタロン７０１の少なくとも一方の面にテーパを付けて構成するものである。勿論、その両面にテーパを付しても良い。反射光対策として、本例は、前記従来例に比較して極めて光学的な調整が容易であり、実用的なものである。即ち、従来例のごとく、発散光を有するレーザ光源に対して平行板状のエタロンを傾斜角度をもって配置する場合、当該平行板状のエタロンの傾き角と、レーザ光の発散角の２つの角度の調整が必要となる。本例では、レーザ光は平行であり、且つエタロンのテーパ角度も固定されているため、装置の実装ににあったて調整個所は少なく高精度のレーザ・モジュールを得ることができる。
【００８４】
前述の通り、この例には次のような動作が可能である。テーパのついたエタロンでは光の通過場所が異なると選択波長に僅かのずれが発生し、レーザ光源波長がシフトした時、各々の光検知器が受光する光電流のピークがずれる。従って、両者の光電流の差をとれば、波長シフトの誤差信号が得られることになる。テーパエタロンの代わりに、互いに屈折率の異なる２種の平面板をエッジで張り合わせ、それぞれの部分を通過する光の光路差を発生させる手段をとることもできる。こうすれば、レーザ光源波長がシフトした時、各々の光検知器が受光する光電流のピークがずれるので、両者の光電流の差をとれば、波長シフトの誤差信号が同様に得られることになる。
【００８５】
ここで、レーザ光源の波長を温度で変える場合、エタロンの温度が供に変わる場合がある。この場合、エタロンの熱膨張、あるいは、屈折率の温度変化でその光路長、ｎｔが変動し、エタロンの透過ピーク波長がずれて、所定のＩＴＵ−ＴＳグリッドからはずれるという問題が発生する。この問題を解決するために、エタロンを分割し、光路差の温度変動が負になる材料と組み合わせることにより、温度変化があってもエタロンの透過ピークにずれが発生しないという手段をとることができる。あるいは、エタロンの温度特性を半導体メモリに記憶させ、動作温度毎に補正量を付加した値で波長ロックをかける手段をとることも可能である。さらには、エタロンの厚みtを僅かに変化させて作成し、ＦＳＲをＩＴＵ−ＴＵグリッドとずらせることにより、温度変化による透過ピークのずれを補償する方法を取ることも可能である。
【００８６】
さらに、本発明による波長ロック光学系はコンパクトに設計可能であるため、レーザ光源からなる光通信モジュールに内蔵することができる。また、波長可変領域を繋いだ複数個のレーザ光源を並列に並べ、合波器で一本のファイバに集める途中に本発明の波長ロッカ光学系を配置し、単一のレーザ光源よりも広い波長領域で波長ロックをかけた波長可変、かつ波長固定が可能な大容量の波長多重通信システム応用の光源を用意することができる。
【００８７】
以上のように、本発明による基本要素からなる構成を解決手段に取れば、エタロンの性能を最大限に活用することが可能となる、すなわち、波長選択の分解能、光利用効率、レーザ光源モジュール内部への実装密度向上、機械的な安定性、温度変化に対するロック波長ずれの補正などの観点から、これまで不可能であった技術課題の解決が実現する。
【００８８】
図９は本発明の第一の実施の形態を示す主要部の概略図である。図９は光源の発振波長の波長ずれを検知する部分を示している。この検出結果に基づいて光源の発振波長を制御する具体的構成の例は図１０に示される。
【００８９】
波長可変のレーザ光源１００は、例えば、ＤＦＢ（Distributed Feed Back）型やファブリペロ型の半導体レーザである。あるいは、他の例は、ＤＦＢ型半導体レーザに電界吸収型の変調器を集積化した光源である。このような波長可変レーザ光源１００は、動作温度Ｔの変化に伴い発振波長λが変化する。この為、こうした波長可変の半導体レーザ装置では、動作温度を制御することによって、ＩＴＵ−ＴＳグリッドに対応する波長を選択することができる。
【００９０】
本例は、レーザ光を光路分割し、一方の光をエタロンを透過させ、エタロンを透過させた光とさせない光の両強度を測定することによって、レーザ光源の発振波長のずれを検知しようとするものである。
【００９１】
波長可変レーザ１００の情報伝達用の光１１２は、コリメータ１１１でコリメートされ光アイソレータ１１２、フォーカスレンズ１１３を経て光ファイバ１１４に結合される。通例この光を波長可変レーザ光源１００の前方の射出光と称している。
【００９２】
波長ロックのための光学系の構成は次の通りである。すなわち、波長可変レーザ光源１００の、前記情報伝達用の光１１２と反対側の光がコリメータ１０２によって平行光１０３となされる。この平行光は波面収差にして多くとも波長の１０倍以下の平面度を持つ平行光になっている。通例、前記情報伝達用の光と反対側の光を波長可変レーザ光源１００の後方の射出光と称している。こうして得られた平行光１０３は、光路分割器１０４で透過光１０５と反射光１１６に分割される。光路分割器１０４は、例えば三角プリズムを張り合わせた形状、あるいは、接着剤を嫌う場合は、薄い平行平面板に誘電体薄膜を着けた光路分割器がある。
【００９３】
透過光１０５はさらに、エタロン１０６に至り、エタロンの内部で多重反射した各々の光が互いに干渉し、前記式（１）で表される透過ピークが得られる。この透過ピークは、波長の変化と供に繰り返し現れる。この変化の具体例は図３Ｂに例示した。その透過光のピークの間隔は、前述のようにフリースペクトラルレンジ（Free Spectral Range／略称ＦＳＲ）と呼ばれ、前記式（６）や式（７）で表される。かくして得られる透過光１０７は、光検知器１０９で受光されて光電流に変換される。一方、光路分割器１０４の反射光１１６は、光検知器１１５で受光されて光電流に変換される。
【００９４】
そして、目的の波長誤差検出信号は、前述のように光出力モニタ用の光検知器１１５に流れる光電流と、エタロン１０６の後におかれた波長モニタ用の光検知器１０９に、流れる光電流の差を誤差信号Ａ（λ）となす。
【００９５】
誤差信号Ａ（λ）は、式Ａ（λ）  ＝  Ｐｔ  −  Ｐｍ  …  …（９）
と表わすことが出来る。
【００９６】
尚、誤差信号としては、光量で正規化した信号、Ａ（λ） = （Ｐｔ − Ｐｍ）／（Ｐｔ ＋ Ｐｍ） …  …（１０）
を用いることも可能である。
【００９７】
ここで、エタロンを透過してくる光の強度が式（１）のごとくに表わすことが出来ることは前述した通りである。
【００９８】
前記の式（９）を図示したものが図６である。図６は横軸が波長差（ｎｍ）、縦軸は誤差信号（任意単位）を表わす。各曲線はエタロンの反射率Ｒをパラメータとしている。即ち、これらは具体的には、エタロンの反射率が２７％、３５％、５０％及び６５％における例である。しかし、いずれの例においても、特性は波長差に対して誤差信号の周期的なピークを有する。
【００９９】
ここで、前述のようにエタロンの透過ピークの半値幅、εとＦＳＲの比はフィネスΦと呼ばれ、エタロンの反射率Ｒとの間にＦ = ４Ｒ／（１−Ｒ）2 …  …（２）
Φ＝  （π√Ｆ）／２  …  …（５）
Φ＝ＦＳＲ／ε  …  …（８）
の関係がある。従って、エタロンの鋭い分光特性、εを得るには、エタロンの両面の反射率が高く、また、両面での反射を繰り返し多数回起こさなねばならない。そのためにはエタロンへの入射光の角度が垂直近傍となる必要がある。入射角が垂直でなくなると反射光が反射する毎にシフトして干渉が波面の一部でしか起こらないため、実効的なフィネスが低下する。この角度は実用上、約５度程度以内の角度を用いる。
【０１００】
尚、エタロンの膜反射率は、エタロンの実装精度と反射率の変化の割合との関係を考慮して設定される。特性例の図よりわかるよに、膜反射率が大きくなると、波長変化に対する差信号は大きくなる。
【０１０１】
さらに、エタロンからの反射光を取り出して光検知器に導く必要があるため光路分割器１０４が基本的に必要であり、本発明の重要なポイントである。
このようにして得られた高い感度を持つ波長誤差信号による波長制御は次のようにして実施される。
【０１０２】
図１０は光源の発振波長を制御する具体的構成の例である。尚、図１０では前述した光源の発振波長のずれを検出する各種部材は省略され、エタロン１０６と２つの光検知器１０９、１１５のみが簡潔に示されている。更に、図１０では情報伝達側の構成については省略されている。尚、Ｌはコリメータを例示する。本願発明のレーザ光波長制御モジュールの具体的構成は、図９および図１０の構成を合わせて構成されると考えればよい。尚、半導体レーザの出力を一定に保つためのＡＰＣ（Automatic Power Control）は、通例の方法による。即ち、その方法は、光検知器１１５の出力を所定の設定値と比較し、半導体レーザ１００の駆動電流制御回路４０４にフィードバックするものである。
【０１０３】
レーザ光源１００から得られる平行平面波を光路分割器１０４に導き、反射光を光検知器１１５で受光する。１０４の透過光はエタロン１０６を多重反射して通過し、波長の変化に対して式（１）で与えられる光量をもって光検知器１０９に至る。波長誤差信号は光検知器１１５の出力と光検知器１０９の出力の差であり、前述の式（９）、あるいは、式（１０）で与えられる。そして、誤差信号値Ａ（λ）がゼロ、あるいは、一定の値になるように半導体レーザ１００の波長を制御する。この波長制御の具体的方法は、誤差信号値に基づき、前記温度制御素子４０１の駆動回路４０２へ、前述した目的に従って所定信号をフィードバックするものである。尚、反射光１０４を光検知器１１５で検知された信号をレーザ光源の駆動手段４０４に帰還し、通例行われているように、レーザの発光強度を制御する。
【０１０４】
誤差信号が零あるいは所定の値でなく、正の値場合、温度制御素子の温度を上昇させる。この温度上昇に伴って、レーザ装置の発振波長も上昇する。この温度とレーザの発振波長の関係の例は図４に示した通りである。レーザの発振波長の上昇に伴って、前記の誤差信号は減少する。そして、この誤差信号が零あるいは所定値に達した時点の波長に固定するのである。誤差信号が負の値であった場合は温度制御素子の温度を下降させ、前述の温度上昇と逆の変化によって、誤差信号が零あるいは所定値に達した時点の波長に固定するのである。こうした電気信号処理系は通例の方法で十分である。本発明の別な形態としてエタロン１０６の反射光と透過光の差を取って、これを誤差信号とすることも可能である。
【０１０５】
図１１にこうした例の構成を示す。ビームスプリッタ１０４がエタロン１０６よりの反射光１０８を光検出器１１０で検出できるように配置されている。その他は図９の例と基本的に同様の構成であるので、その詳細説明は省略する。図１１においては、図９と同じ部材は同一の符号が付されている。
【０１０６】
エタロン１０６からの反射光１０８は、図１２に示すように透過光１０７と相補的となり、透過光の増減に伴って減増する。光検知器１０９から得られる透過光電流と光検知器１１０から得られる反射光に基づく電流の差をとれば、波長ずれに対応する誤差信号が得られる。
【０１０７】
図１２はエタロンの反射光と位相差の関係を示す図である。横軸は位相差、縦軸は反射光の強度（任意単位）である。位相差は図３（ｂ）で説明したものと同様である。パラメータはエタロンの反射膜の反射率である。
【０１０８】
図１３はエタロンの反射率が３５％の場合の透過光と反射光との位相差との関係を示した図である。図１３では透過光信号をＰＤ１、反射光信号をＰＤ２として表わしている。ロックされるべき波長が図１３中に矢印で示している。前記透過光信号をＰＤ１と反射光信号をＰＤ２との差を取ることで、この最大値の波長が前記ロック波長とのずれがより明瞭に確認される。この例に見られるように、レーザ光源の発振波長と波長選択手段が有する前記光の透過領域とを対応させる際、この透過領域の最も透過率の高い波長領域を避けた所望波長に対応する発振波長に相当させている。この例に見られるように、透過特性あるいは反射特性のピークの波長より、やや特性曲線の勾配が大きい領域にロック波長が設定されている。こうした領域にロック波長を設定することで、より波長制御の精度は高くなる。
【０１０９】
本実施例では、この波長ずれに対応する誤差信号の値が一定に保たれるようにレーザ光源１００の動作温度にフィードバックし、制御ループを閉じる。この方法を取れば、第一の形態に比べて波長変動に対する誤差信号は２倍になる。また、前例同様、光通信モジュールを使った光ファイバ伝送方式では、光通信モジュールのファイバ出力を一定に保つ必要がある。このため、レーザ光源１０１からの光出力をモニターし、駆動電源にフィードバックしなければならない。この方法の一つは、例えば、図１１に示すように、光路分割器１０４の反射光を光検知器１１５に導いて得られる光電流を出力モニタとするものである。このモニターされた光電流信号に応じて、あらかじめ設定された値を参酌して、レーザ光源の光出力が制御される。この方法は通例の半導体レーザ装置の光出力の制御方法と同様である。更に他の光出力の制御方法方法として、光検知器１０９と光検知器１１０のそれぞれの光電流、あるいは、それらの光電流の和を出力モニタとすることもできる。これらの光電流は本来、レーザ光源より光を単に分割したものであるので、本方法を用い得ることは言うまでもない。
【０１１０】
図１４は別な制御系を示す図である。図１４では図１０と同一部材は同一符号を付して、その詳細説明は省略する。本例では図１１に示した波長制御の為の光学系、例えば、レーザ光源１０１に対して、光路分割手段１０４，エタロン１０６、光検知器１０９、及び１１０が配置される。エタロン１０６の透過光は光検知器１０９、反射光は光検知器１１０で検知され、誤差信号３０２を得る。この誤差信号はあらかじめ設定された設定値に基づき、レーザ光源１０１の温度制御手段４０１の駆動回路４０２に帰還される。この誤差信号に基づくレーザ光源の発振波長の制御、固定の方法は先に説明したところである。
【０１１１】
図１５は本願発明の波長ロック用光学系の別の配置例を示すものである。ここでは波長ロック用光学系のみを示す。この例では、図５で示した配置と異なり、ビームスプリッタ１０４の透過光を光出力モニタ１１５に使用する。また、ビームスプリッタ１０４の反射光をエタロン１０６に導き、その透過光を光検知器１０９で受ける。そして、光検知器１０９に流れる光電流と光検知器１１５の差を波長誤差信号とする。あるいは、エタロン１０６の反射光をビームスプリッタ１０４を通過して光検知器１１０で受光し、光検知器１０９と１１０に流れる光電流の差を波長誤差信号とする。電気的な制御信号処理の回路ループは図１０や図１４で説明したものと変わらない。図で１０２および１１１はコリメータである。
【０１１２】
図１６は本発明の波長ロック用光学系の他の配置例を示すものである。ここでは波長ロック用光学系のみを示す。レーザ光源１０１の前方のコリメータ、例えばコリメートレンズ１１１によりコリメートされた平行光の一部をビームスプリッタ６０１で反射させ、エタロン１０６に導いてその透過光を光検知器１０９で受光する。エタロン１０６の反射光はビームスプリッタ６０１を通過して光検知器１１０で受光する。光出力モニタはレーザ光源１０１の後方に置かれた光検知器１１５を使うことができる。電気的な制御信号処理ループは図１０、あるいは図１４で説明したものと同様のものを用いることが出来る。
【０１１３】
図１７は本発明の波長ロック用光学系の他の実施例を示すものである。すなわち、レーザ光源１０１の後方の射出光をコリーメートレンズを用いてコリメートして平行平面波とする。その光路中にテーパ付きのエタロン７０１を置き、その直後に近接して置かれた２連の光検知器７０２、７０３を設置する。ここで、光検知器７０２に至る光と、光検知器７０３に至る光とでエタロン７０１の通過場所が異なる。また、エタロン７０１にはテーパが付けられているため、各々の透過光の波長変化に対するピーク位置にずれが生じる。そこで、光検知器７０２と７０３の光電流ととの差をとれば、図１８に示したような波長誤差信号が得られる。即ち、図１８は位相差と透過光の強度の関係を示すものである。横軸は位相差、縦軸は透過光の強度である。系列１と表示した曲線はエタロン７０１の膜厚の薄い領域を透過して、光検知器７０２で検知された出力ＰＤ１、系列２と表示した曲線はエタロン７０１の膜厚の厚い領域を透過して、光検知器７０３で検知された出力ＰＤ２である。光出力モニタは、光検知器７０２と７０３の光電流ＰＤ１とＰＤ２の和か、あるいは、レーザ光源１０１の前方の光を光検知器１１５で受けたものを使うことができる。電気的な制御信号処理ループは図１４で説明したものとものと同様のものを用いることが出来る。
【０１１４】
図１９は本発明の他の実施例を説明するものである。この例ではエタロンは透過特性の異なる９０１と９０２の２つの部分からなり、光検知器７０２と光検知器７０３に至る光がエタロンを通過する場所の光路長が僅かに異なるものである。光路長の差は、エタロンの屈折率、あるいは、機械的長さを僅かにかえることで実現できる。このようなエタロンを使った場合の波長ロックの動作原理は基本的に、図１４で説明したものと同様である。尚、図中６０１は光路分割手段、１１５は光検知器である。この系によって、レーザの光出力の制御を行う。
【０１１５】
前述のように、半導体レーザの発振波長が可変であって、波長多重光通信のチャンネル、いわゆるＩＴＵ−ＴＳグリッドの間隔１００ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、２５ＧＨｚなどに合わせて発振できることが望まれている。
【０１１６】
この期待に答えるために、本願発明ではエタロンのＦＳＲを、波長多重光通信のチャンネル、いわゆるＩＴＵ−ＴＳグリッドの間隔１００ＧＨｚ、５０ＧＨｚ、２５ＧＨｚなどに一致させる。つまり、図６で示したエタロンの透過ピークの間隔をＩＴＵ−ＴＳグリッドに合わせる。そして、レーザ光源の波長をグリッド上の任意の波長にロックさせるものである。例えば、屈折率ｎ、が約１．４の溶融石英を材料とするソリッドエタロンを用いる場合の厚さｔは、前述の式（７）に従って算出することができる。レーザ光源の波長の変化は、例えば、ペルチエ素子のような温度可変素子を手段にしてレーザの温度を変えて行うことが実際的である。レーザ発振の発振波長と温度の関係の例は前述の図４に示すごときものである。
【０１１７】
次に、レーザ装置の発振波長を可変となす別な例を例示する。図２０はこうしたレーザ装置の例の平面構成の概略を示す。この例は、波長可変のレーザ光源１００として、ＤＦＢレーザ部１５０の近傍に集積した薄膜ヒータ１５１により温度を変え、屈折率、バンドギャップの温度変化によりレーザの発振波長を可変にするものである。このような波長可変光源と、本発明の波長ロック方式とを組み合わせると次の効果が期待できる。すなわち、ＩＴＵ−ＴＳグリッドの任意の波長で発振するようにレーザ光源の温度を変化させた時、その温度変化は局所的にレーザの活性層近傍のみ変化し、そこから十分はなれた場所に置いたエタロンの温度はほとんど変わらない。これは、エタロンに温度特性があって、透過ピークにずれがある場合、動作温度が異なるとＩＴＵ−ＴＳグリッドからのずれが生じる。しかし、本例のように局所的に半導体レーザのみ温度を変化させる構造とすれば、エタロンの温度特性を懸念する必要がなくなる。波長可変半導体レーザ装置について、補足説明を行えば次の通りである。前述の通り、図２０は波長可変半導体レーザ装置の主要構成部材の平面配置図である。半導体基体面１０１に、半導体レーザの発光部１１５０が配置され、これに近接して温度可変手段１５１が配される。前記半導体レーザ発光部に対向して光変調器１５３が配置される。この光変調器１５３は電極１５４によって制御される。一般にこの変調器側の光が情報の通信に用いられる。
【０１１８】
こうした波長可変の半導体レーザ装置の基本構成は、波長可変光源または集積型多波長光源と、光変調器と、を組み合わせるものである。これら両者の光学的な結合形態は各々を別体で構成する形態（ハイブリッド集積）、その各々をモノリシックに集積する形態（モノリシック集積）のいずれをも用いることが出来る。こうした装置では、波長可変光源または集積型多波長光源の出力光の一部は光変調器に導かれ、光変調器によるオン・オフによって光信号が生成される。
【０１１９】
本願発明のレーザ・モジュールは、こうしたレーザの発振波長を固定化せんとするものである。しかし、実用上、光変調器を有する半導体レーザ装置でのこうした波長の固定化に際して、波長の微細な変化に対して光変調器の特性も調整する必要がある。
【０１２０】
こうした問題の対策に、光変調器の近傍に、光変調器を局所的に温度制御する手段を設けることが考慮される。この温度制御手段により、光変調器の能動導波路層の温度を所望の値に制御する。こうした例の基本形態は、光源の波長管理、光の高速変調に対応する光変調手段の提供、並びに光変調器部のチャーピング特性の制御などを可能とする。
【０１２１】
第１の具体的な動作例は、例えば、光変調器に導入される光信号の波長の変動に応じて光変調器のバンドギャップ波長を同じ程度変動させるものである。より具体的な実施の形態の例を例示すれば、この温度制御手段は、変調器に入射する光の波長を検知する手段、検知された波長に基づき当該光変調器の動作温度を調整する手段を少なくとも有する。尚、実用的には、更に、検知された波長に基づき当該半導体レーザ素子部の動作電流を調整する手段を有する。前記光変調器の動作温度を調整する手段は、当該光変調器に導入される光信号の波長の変動に応じて光変調器のバンドギャップ波長を同じ程度変動させる。例えば、光変調器に導入される光信号が長波長化した場合、光変調器のバンドギャップ波長を同じ程度長波長化する。前記半導体レーザ素子部の動作電流の調整は、波長変動に基づく発振電力の微細な変動を調整する。こうして、光源の波長管理に合致した光の高速変調を確保することが出来る。
【０１２２】
尚、こうした波長可変な半導体レーザ装置を有するレーザ・モジュールの例のより具体的の実施の形態の例は後述される。
【０１２３】
次に、温度係数を零となしたエタロンの構成例を例示する。図２１にこうしたエタロンの断面図を例示する。この例は、屈折率ｎと長さｔの積の温度係数が正負逆の特性を持つ２つ以上の材料を張り合わせ、実効的に温度係数がゼロとなるようにエタロンを構成する方法である。すなわち、ガラス基板１６１、１６２の屈折率をｎ1、ガラス基板１６１と１６２の長さの和をｔ1とし、別の材料の屈折率をｎ2、長さをｔ2とした時、温度Ｔによる微分係数が零、即ちｄ（ｎ1ｔ1+ ｎ2ｔ2）／ｄＴ＝０・・・・（１１）となるようにエタロンの材料を選ぶ。例えば、シリコンゲル１６３は、光路長の温度係数が負であるため、通常のガラスと組み合わせれば式（１１）を実現することができる。
【０１２４】
図４に説明した方法でレーザ波長を可変にした場合、レーザとエタロンが同一のペルチエ素子上にあるためレーザの温度と供にエタロンの温度も変化する。一方、式（１）（２）（３）で示したエタロンの透過ピークは、エタロンの機械的な長さｔと屈折率ｎの積、すなわち光路長で決まる。しかし、屈折率ｎは温度に依存し、機械長ｔは熱膨張で変化する。このため、透過ピーク波長が温度係数をもつことになり、ＦＳＲをグリッド間隔に一致させてもエタロンを異なる温度で動作させるとＩＴＵ−ＴＳグリッド１６０とのずれが生じる。本実施例はこの問題を解決する手段を提供する。
【０１２５】
図２２は上記ずれの問題を解決する他の手段を説明する為の図である。横軸は位相差（相対波長差）、縦軸は透過光（任意単位）の強度を示している。曲線の系列１及び系列２は図１８に例示した趣旨と同様である。
【０１２６】
本例の方法は次の通りである。すなわち、式（７）に示したように、通常はファブリペローエタロンのフリースペクトラルレンジが、波長多重光通信のチャンネルグリッド間隔と一致するようにエタロンの厚みを決める。しかし、本例ではエタロンの厚みを厚くし、図２２に示す位相差のレンジ８９０のようにあらかじめフリースペクトルレンジを狭くしておく。今、レーザの温度制御素子の温度を上げて隣のグリッド波長で動作させようとした時、エタロンの熱特性のために透過ピークが長波長側にシフトする。このシフト量８９１が、狭くしたＦＳＲ８９０とグリッド間隔８９２の差と等しくなるようにエタロンの厚みを厚く作成するのである。かくしてエタロンの温度特性によるずれを補償することができる。尚、系列１および系列２の信号は、図１８をもって示した如き信号の例である。
【０１２７】
図２３はエタロンの温度係数に基づく誤差の補正に関する装置の構成方法である。すなわち、エタロンの温度係数が無視できず、レーザの発振波長とＩＴＵ−ＴＳグリッドとの間にずれが生じる場合である。
【０１２８】
図２３は図１４と基本構成は同様である。従って、図１４と同様の部材は同一の符号を付されている。半導体レーザ装置１００は通例、ペルチエ素子４０１によって温度制御されている。即ち、レーザ光源１００の動作温度を補正して駆動回路４０２によりペルチエ素子４０１を制御する。こうして半導体レーザ装置の発振波長が制御されているのである。
【０１２９】
本例ではこの半導体レーザ装置１００の近傍に温度検知手段４０３、例えばサーミスタが設けられる。更に、当該光伝送装置に情報記憶手段１７０、例えば半導体記憶装置が配置される。そして、この情報記憶手段１７０にはあらかじめ測定してあるエタロンの透過ピーク波長の温度特性とレーザ光源の波長と温度の関係を記憶させておく。そして、本願発明のこれまでの例と同様に２つの光検知手段１０９、１１０の出力に基づく誤差信号３０２を得る。そして、本例に見られるように、記憶されているエタロンの透過ピーク波長の温度特性とレーザ光源の波長と温度の関係を参酌して、この誤差信号に対して補正すべき値を得る。そして、この結果に基づき、所望の発振波長に合った設定値１７１の帰還信号を定めて、波長制御系の制御ループを閉じるものである。こうしてエタロンの温度特性に基づく透過特性の変動を補正し、本来のエタロンの透過特性に基づく発振波長の制御の為の信号を得ることが出来る。本例の工夫に係る以外のその他の部材は図１４に示した例と同様である。又、誤差信号あるいは帰還信号に基づくレーザ装置の発振波長を調整し、固定する方法は先に述べた通りである。
【０１３０】
次に、本願のレーザ・モジュールの実装方法の一例を図２４及び図２５に例示する。図２４は基板にエタロン及び各光学系の部材を搭載したサブアッセンブリの平面図を示す。図２５はこのサブアッセンブリを含め波長ロック光学系の所望部材を１４ピンのバタフライ型の通信モジュールパッケージ８５０に装填した状態の平面図である。図２５に見られるように、波長可変のレーザ光源１００の一方の端面に対向して前記サブアッセンブリ８５１が、他方の端面に光伝送路、例えばその代表例としての光ファイバー１１４が配置される。この例では、レーザ光源１００とサブアッセンブリ８５１との間にコリメータ素子１０２、例えばコリメータレンズが、レーザ光源１００と光ファイバー１１４との間にコリメータ素子１１１、例えばコリメータレンズ、光アイソレータ１１２、集光手段１１３、例えば集光レンズが配される。
【０１３１】
本例では、図２４にみられるように、エタロン１０６、ビームスプリッタ１０４、光検知器１０９、１１０、１１５は基板８５１に搭載される。そして、あらかじめ別の場所で用意した所望の波長で発振している平行光学系の光路中に入れてエタロンへの光線の入射角を調整して固定し、サブアセンブリとする。しかるのち、サブアセンブリをパッケージ８５０内に用意した所望の波長の平行光学系の光路中に装填するものである。このエタロンへの入射角はエタロンの一般的説明において説明した入射角に相当する。この方法は本発明が平行平面波を使うことから出る実装上の利点である。エタロン以外の部材をモジュールパッケージに装着しておき、この状態に後からエタロンを装着する方法も取ることが出来る。本例ではエタロンを含む光伝送装置を一つのパッケージに内臓することが容易であると言う実装上の利点がある。
【０１３２】
即ち、このような、波長ロッカ部のサブアセンブリ化は、エタロンに入射させる発散光の角度を調整するために、半導体レーザと集光レンズの間隔を微調する必要がない利点がある。しかも、２連の光検知器からの出力をみながら斜めエタロンの角度を微調整する必要もない。本願発明はこうした実装上の利点が極めて大きい。
【０１３３】
図２６は本発明の他の実施例である。この例は、発光部を複数個有する波長可変半導体レーザ装置を用いた例である。
【０１３４】
すなわち、図２０で例示したごとき波長可変レーザ光源９５１を複数個並列し、射出光を各々導波路９５２に結合する。波長可変レーザ光源９５１は、波長を可変にするためのヒータ９５０を集積化して設けられている。結合された光は波長合分波器９５３で集められ、半導体光増幅器９５４で増幅される。しかるのち、電界吸収型変調器９５５で変調され、導波路基板の端から射出される。射出光は、図１１で示したようにコリメートレンズ９５６でコリメートされ、ビームスプリッタ６０１で反射されてエタロン１０６に至り、前述の波長ロック光学系が構成される。ビームスプリッタ６０１を透過した光は、アイソレータ１１２、集光レンズ１１３、を経て光ファイバ１１４に至り情報伝送される。この配置で前述のようにエタロン１０６のＦＳＲを、ＩＴＵ−ＴＳグリッドに合わあせておき、レーザ光源９５１の各々のレーザの波長を順順に変えればファイバ１１４の出力波長は、一個のレーザ光源の場合よりも広い範囲で可変でしかも波長固定が可能となる。このような波長可変レーザ光源は、大容量の波長多重光通信システム用の光源としては勿論、波長チャンネルの交換スイッチ、すなわちルータ用の光源としても有用である。
【０１３５】
こうした構成のレーザ光源の発振波長のロック方法の光学系等については、これまで述べてきた各種の方法を適用できることは言うまでもない。
【０１３６】
次に、本例の半導体レーザ装置の部分について詳細に説明する。図２７は前記半導体光素子部１０６と類似する波長可変半導体レーザ装置の例示す平面図である。即ち、本例の波長可変半導体レーザ装置は、レーザ発光部１１２１に温度制御手段１１２２が設けられているが、更に、光変調器１１２５にも、温度制御手段１１２６を有するものである。こうした光変調器への温度制御手段の設置の意義については、前述したところである。図２８はその光の進行方向に沿った断面図である。尚、この図は光導波路に沿って示され、図２７の装置の正確な断面図ではない。
【０１３７】
半導体光素子部１１２１はＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ材料またはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｌＡｓ材料またはその両者を用いて形成される。半導体光素子部１１２１を形成する為の基板１１２０には、ＩｎＰを用いた。本例の半導体光素子部には、レーザアレイ部１１２１が一方の側面側に配置される。本例のレーザアレイ部１２１は多波長分布帰還型レーザアレイである。尚、レーザ装置としては、分布帰還型（ＤＦＢ）のみでなく、ＤＢＲ（Ｄｉｆｒｃｔｉｏｎ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｅｒｃｔｉｏｎ）型レーザをも用い得る。ＤＢＲ型においてもその波長制御の因子の部材に本願発明に係わる信号を帰還すれば良い。図示されるように、本例では多波長分布帰還形レーザアレイ部１１２１は１５３０ｎｍから１５６２ｎｍ波長帯近傍に発光ピークを有する複数のレーザ素子部（１１３１、１１３２、１１３３、１１３４）を有している。図２７には外部よりの変調信号１１４５がスイッチ１１４４により選択され、更に信号系１１４０〜１１４３を経て、各半導体レーザ素子１１３１〜１１３４を駆動する形態が示されている。ヒータ部１１２２の各々への信号系も類似の形態で入力される。
【０１３８】
レーザアレイ部１１２１の各波長の光は、光合波器１１２３で合波される。そして、光合波器１１２３より光増幅器１１２４、を経て光変調器１１２５に光導波路で光学的につながれている。本例の光変調器１１２５は周知の電界吸収型半導体光変調器である。光は、光増幅器１１２４によって光増幅された後、光変調器１１２５に入力される。また、素子の光変調器側端面には低反射膜１１２７が、レーザ側端面には高反射膜１１２８が施されている。光はこの低反射膜１１２７より当該光半導体装置の外部に射出される。本例では、レーザアレー部１１２１の各レーザ素子部および光変調器１１２５に近接して温度制御手段１１２２、１１２６（尚、この符号は手段の総称である）設けられている。図２７では、各レーザ部に対する個々の温度制御手段１１２２を各々１１４５、１１４６、１１４７、１１４８と個別に表示した。他方、温度制御手段１１２６は光変調器１１２５の動作温度制御用ヒータである。
【０１３９】
図２８は本例の断面図である。半導体基板１１２０上に、化合物半導体材料のＩｎＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＡｌＡｓを用いた光導波路１１５０が形成される。この例では、ＤＦＢ型レーザの為の回折格子１１５１は半導体基板ＩｎＰ１１２０の表面に予め形成された。レーザ部１１２１、導波路部１１２９、合波器部１１２３、増幅器部１１２４、光変調器部１１２５等は通例の形態および製造方法を用いて良い。光導波路１１５１、１１５２、１１５３は各々合波器部１１２３、増幅器部１１２４、光変調器部１１２５に対応する。前記これらの諸導波路上に光導波のクラッド層１１６０となるＩｎＰ層が形成される。尚、光の射出部側は窓（Ｗｉｎｄｏｗ）構造１５４のＩｎＰ層を設け光の吸収を出来るだけ低減している。
【０１４０】
この層上に半導体レーザ部および光変調器部の電極１１２１、更に、絶縁層１１４９の２酸化シリコン膜を介してＰｔあるいはＴｉ等のヒータ部１１２２および１１２６が形成される。尚、半導体基板の裏面にはｎ側電極１１３５が形成される。符号１１５５は装置の表面のパッシベーション膜である。こうして準備された半導体光装置は通例の通り、ヒートシンク１１５０、そしてチップキャリア１１５２に搭載され、更にこれらが温度調節器１１０２に接着層１１５３を介して搭載される。この温度調節器１１０２は通例のペルチエ素子である。
【０１４１】
レーザ発振波長制御用のヒータ部１１２２（即ち、個別ヒータは１１３１〜１１３４と示される）の各々に所望の電流を通電することによって、各レーザ素子部の温度を制御することが出来る。この結果、動作させるレーザチャンネルの選択と波長可変機能とを併用することにより１５３０ｎｍから１５６２ｎｍまでの、いわゆる連続波長掃引が可能である。即ち、半導体レーザアレー部の所望レーザ部を選択し、且つそのレーザ部の微小な波長のずれを、例えば、前記４ｎｍ間隔にて発振波長を制御することが出来る。従って、前述のように波長多重光通信システムで定められている波長設定を微細に調節することが出来る。本光素子を動作させる際、入力光の波長λpに応じ、変調器動作温度制御用ヒータ１１２６に通電を行う。こうして発振波長に応じた光変調を行い得る。
【０１４２】
図２９より図３０は本例における、半導体レーザ素子部の発光波長に基づいて、当該半導体レーザ素子部の駆動電流値およびヒータの駆動電流値の制御を行う制御系、および光変調器のヒータの駆動電流値の制御を行う制御系を示す図である。図２９はその波長検知部が、本例の光半導体装置とモノリシックに集積化された例、図３０は波長検知部と本例の光半導体装置とがハイブリッドに集積化された例を示す。図２９に見られるように、半導体レーザ素子部の波長を検知する手段１０５０が併設される。この例のレーザ波長検知手段１０５０はアレー導波路回折格子１０２１を用いて構成される。このアレー導波路回折格子１０２１によって、各波長の光は分離、検知され、光導波路１０２２を経て、信号処理部１０２３に導かれる。この論理回路１０２４の信号は、半導体レーザ素子の駆動電流の制御系１０２５、あるいは半導体レーザ素子の温度制御の制御系１０２６を経て、各々半導体レーザ素子の電極１１３１、あるいは半導体レーザ素子に設けられたヒータ１１４５に所定の信号が入力される。
【０１４３】
又、光変調器のヒータの制御も同様に、当該半導体レーザ素子部の波長の変動を検知した信号は、光変調器のヒータの制御系１０２７を経て、所望信号が光変調器のヒータ１１２６に入力される。尚、図２９及び図３０において、同一部材は同一符号を用いた。又、符号１１２５は光変調器の電極である。図３０は、本例に係わる光半導体装置１１２０とレーザ波長検知手段１０５０とがハイブリッドに集積化された例である。
【０１４４】
本例の半導体レーザ装置における光変調器は、温度制御手段によって温度制御されているが、温度変化に伴うレーザの発振波長の変化に応じて、光変調器をも温度制御することが出来る。こうして、光変調器の光学特性を当該レーザ発振部の温度変化に対応して変化させ、温度変化に応ずる特性ずれを補正し、所望の光学特性を得ることが出来る。
【０１４５】
次に、本願発明に係わるレーザ・モジュールを用いた光システムの具体的例として、波長多重光伝送装置を例示する。その波長帯域は１．５５μｍ帯である。図３１は光通信システムの要部の構成を示す図である。本例は固定波長を有する光源群をもって光送信光源を構成した例である。図３１に例示される光通信システムは、波長多重光送信部８０１、光前段増幅器８０２、光ファイバ８０３、インライン増幅器８０４、光後段増幅器８０５、光受信部８０６を有して構成される。固定波長を有する光源８０７としては、これまで説明してきた本願発明に係る波長可変の諸半導体レーザ装置を用いることが出来る。固定波長の光源は、より具体的には複数の分布帰還型の半導体レーザ素子が用いられる。各チャンネルの発振波長は１５３２．２９ｎｍから１５９７．１９ｎｍまで５０ＧＨｚ間隔、全１６０チャンネルである。各チャンネル光源からの信号光は、通例のアレイ導波路を用いた回折格子を用いた合波器８０９を用いて１本のファイバー８１０に合波される。 本願に係わる半導体レーザ素子部に対する局所的な温度制御手段によって、前述の発振波長に調整されるのである。
【０１４６】
本例は、従来の構成に比べ、装置の小型化、経済化を改善可能である。この簡易な構成により、容易な手法で各チャンネルの光波信号波長を所望の値に設定、安定化することができる。従って、従来システムに比較してチャンネル波長数の増大を伴いながら、高信頼な波長多重伝送システムを低コストで実現できる。
【０１４７】
以上、詳細に説明したように、本願発明による基本要素からなる諸構成を用いることによって、エタロンの性能を最大限に活用することが可能となる。即ち、本願発明によれば、波長選択の分解能、光利用効率、レーザ光源モジュール内部への実装密度向上、機械的な安定性、温度変化に対するロック波長ずれの補正などの観点から、これまで不可能であった技術課題の解決が実現する。しかも、本発明の波長制御方式を活用すれば、半導体レーザの発振波長をロックできるだけでなく任意のＩＴＵ−ＴＳグリッドへの波長移動と波長ロックが可能となり、波長多重光通信装置や、波長チャンネルのルータ装置に不可欠のレーザ光源を提供するものである。
【０１４８】
以下、本願に示した主な諸形態を整理し列挙する。
【０１４９】
（１）レーザ光源と、当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段と、２つ以上の透過帯域を有する波長選択手段と、第１および第２の光検知器と、を少なくとも有し、前記波長選択手段は前記平行光路内に配置され、前記平行平面波を前記波長選択手段を透過した光と、前記波長選択手段を透過する光とは異なる光学特性の媒体を経由した少なくとも２つの光に分割し、この分割された一方の光を前記第１の光検知器で、この分割された他方の光を前記第２の光検知器手段で検知し、この第１の光検知器及びこの第２の光検知器よりのおのおのの光電流に基づく信号を比較し前記レーザ光源の発振波長を所望値になす為の信号を得、当該信号にて前記レーザ光源の波長制御を行うことを特徴とする光伝送装置。
【０１５０】
（２）レーザ光源と、当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段と、前記平行平面波を分割する為の光学系と、２つ以上の透過帯域を有する波長選択手段と、第１および第２の光検知器と、を少なくとも有し、前記波長選択手段は前記平行光路内に配置され、前記平行平面波を分割する為の光学系によって前記平行平面波の前記波長選択手段を透過する光とこれ以外の光との少なくとも２つの光に分割し、この分割された一方の光を前記第１の光検知器で、この分割された他方の光を前記第２の光検知器手段で検知し、この第１の光検知器及びこの第２の光検知器よりのおのおのの光電流に基づく信号を比較し前記レーザ光源の発振波長を所望値になす為の信号を得、当該信号にて前記レーザ光源の波長制御を行うことを特徴とする光伝送装置。
【０１５１】
（３）レーザ光源と、当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段と、前記平行平面波を分割する為の光学系と、波長選択手段と、第１および第２の光検知器と、を少なくとも有し、前記波長選択手段は前記平行光路内に配置され、且つ前記波長選択手段は所定波長間隔で存在する所望波長での光の複数の透過領域を有し、この光の複数の透過領域の何れかが前記レーザ光源が所望する発振波長に対応し、前記平行平面波を分割する為の光学系によって前記平行平面波を前記波長選択手段を透過した光と、前記波長選択手段を透過する光とは異なる光学特性の媒体を経由した少なくとも２つの光に分割し、この分割された一方の光を前記第１の光検知器で、この分割された他方の光を前記第２の光検知器手段で検知し、この第１の光検知器及びこの第２の光検知器よりのおのおのの信号を比較し前記レーザ光源の発振波長を所望値になす為の信号を得、当該信号にて前記レーザ光源の波長を所定波長に制御することを特徴とする光伝送装置。
（４）レーザ光源と、当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段と、前記平行平面波を分割する為の光学系と、波長選択手段と、第１および第２の光検知器と、を少なくとも有し、前記波長選択手段は前記平行光路内に配置され、前記レーザ光源は複数の発振波長が発振可能なレーザ光源であり、且つ前記波長選択手段は所定波長間隔で存在する所望波長での光の複数の透過領域を有し、この光の透過領域の波長間隔が波長多重光通信におけるチャネルグリッド間隔に相当し、且つ前記レーザ光源の複数の発振波長のいずれかは前記波長選択手段が有する前記光の複数の透過領域の最も透過率の高い波長領域を避けた所望波長に対応する発振波長に相当し、前記平行平面波を分割する為の光学系によって平行平面波の前記波長選択手段を透過した光と、前記波長選択手段を透過した光とは異なる光学特性の媒体を経由した少なくとも２つの光に分割し、これらの各光を受光する前記第１の光検知器及び前記第２の光検知器よりのおのおのの光電流に基づく信号を比較し前記レーザ光源の発振波長を所望値になす為の信号を得、当該信号にて前記レーザ光源よりの複数の発振波長のおのおのを所定波長に制御することを特徴とする光伝送装置。
【０１５２】
（５）前記波長選択手段は、その媒質の屈折率が１．０より４．０の範囲、当該媒質の両反射面の反射率が２０％より７０％の範囲となされ、且つ当該媒質の厚さを、光の複数の透過領域を所定波長間隔で有せしめ、この光の複数の透過領域の何れかが前記レーザ光源が所望する発振波長に相当するごとく設定されたファブリペロー型エタロンであることを特徴とする前項（１）より（４）４のいずれかに記載の光伝送装置。
【０１５３】
（６）前記波長選択手段は、温度特性あるいは屈折率の少なくともいずれかが異なる２種類ないしは２種類以上の材料を有して構成されたファブリペロー型エタロンなることを特徴とする前項（１）より（５）のいずれかに記載の光伝送装置。
【０１５４】
（７）波長多重光通信のチャンネルグリッド間隔に依存する前記ファブリペロー型エタロンの厚みを当該ファブリペロー型エタロンのフリースペクトラルレンジからずらせた値に設定し、前記ファブリペロー型エタロンの透過特性の温度特性を補償することを特徴とする前項（１）より（８）のいずれかに記載の光伝送装置。
【０１５５】
（８）前記光伝送装置は情報記憶部を、前記レーザ光源は温度検知手段を有し、前記情報記憶部に前記波長選択手段の光の透過領域の温度特性を記憶させ、前記温度検知手段からの信号と前記記憶された前記波長選択手段の光の透過領域の温度特性とに基づき、前記レーザ光源の発振波長と前記波長多重光通信のチャネルグリッドの波長とのずれを補正することを特徴とする前項（３）項又は前項（４）に記載の光伝送装置。
【０１５６】
（９）前項（１）より前項（８）のいずれかに記載の光伝送装置において、前記レーザ光源が当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段の光軸からずれた位置に配置するか、もしくは前記波長選択手段あるいは当該レーザ光を分割する手段への入射端面の法線を前記当該レーザ光源の光を平行平面波となし平行光路を形成する手段の光軸とは交差して配置されることを特徴とする光伝送装置。
【０１５７】
（１０）前項（１）より前項（９）のいずれかに記載の光伝送装置を有することを特徴とする光システム。
【符号の説明】
【０１５８】
１０１：波長可変レーザ光源、１０２：コリメータ、１０３：平行光、１０４：ビームスプリッタ、１０５：透過光、１０６：ファブリ・ペローエタロン、１０７：透過光、１０８：反射光、１０９：光検知器、１１０：光検知器、１１１：コリメータ、１１２：光アイソレータ、１１３：集光レンズ、１１４：光ファイバ、３０１：ＦＳＲ、３０２：誤差信号、３０３：捕獲領域、４０１：ペルチエ素子、４０２：ペルチエ駆動回路、４０３：サーミスタ、４０４：レーザ光源駆動回路、６０１：ビームスプリッタ、７０１：テーパ付きエタロン、７０２、７０３：光検知器、８０１：透過ピークのずれ、８０２、８０３：光検知器７０２、７０３の波長変化に対する受光量、あるいは、光電流の変化、９０１、９０２：屈折率、または、機械長のことなるエタロン、１５０：半導体レーザ、１５１：薄膜ヒータ、１５２：半導体レーザの電極、１５３：電界吸収型変調器、１５４：変調器の電極、１６１、１６２：ガラス材料、１６３：シリコンゲル、１７０：半導体メモリ、１７１：設定値、８５０：１４ピンパッケージ、８５１：基板、８５２：サブアセンブリ、９５０：薄膜ヒータ、９５１：半導体レーザ、９５２：導波路、９５３：波長合分波器、９５４：半導体光増幅器、９５５：電界吸収型変調器、９５６：コリメータレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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