(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した光を２分岐する分岐手段と、
透過中心波長が互いに異なり、該２つの透過中心波長から等しく離れた中間の波長（以下、ターゲット波長）での透過率が０．１〜０．９の範囲で互いに等しくなるように共振器長の差が調整され、かつ、前記分岐手段により分岐された２つの光が１つずつ入射される２つのファブリペロー共振器と、
該２つのファブリペロー共振器の共振器長を同時に制御する共振器長制御手段とを有し、
前記２つのファブリペロー共振器として、表裏に多層膜からなる高反射率層を持ち、かつ、板厚が円周方向または直線方向に沿って線形に変化する１つの基板を有すること、
前記共振器長制御手段は前記基板を回転または並進させることにより前記分岐手段から入射された２つの光の透過場所での共振器長を同時に制御するものであることを特徴とする波長可変光フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の波長可変光フィルタと、
該波長可変光フィルタの分岐手段にレーザ光を入力するレーザ光源と、
前記波長可変光フィルタが出力する２つの透過光の強度を独立に検出する２つの光検出器を有し、
該２つの光検出器により検出された光強度の差が０となるように前記レーザ光源の波長を制御するものであることを特徴とするレーザ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザ装置において、
絶対波長安定化レーザ光源と、
該絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光及び前記レーザ光源が発生するレーザ光のうち任意の一方を選択して前記光分岐手段に入力する選択手段を有し、
該選択手段により前記絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光が選択された場合は前記２つの光検出器により検出された光強度の差が０となるように前記共振器長制御手段を制御し、
前記選択手段により前記レーザ光源が発生するレーザ光が選択された場合は前記検出された光強度の差が０となるように前記レーザ光源の波長を制御するものであることを特徴とするレーザ装置。
【請求項４】
請求項１に記載の波長可変光フィルタのターゲット波長を前記共振器長制御手段により設定し、
前記波長可変光フィルタにレーザ光源が発生するレーザ光を入力し、
前記波長可変光フィルタが出力する２つの透過光の強度差が０となるように前記レーザ光源の波長を制御することを特徴とするレーザ波長安定化方法。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ波長安定化方法において、
前記レーザ光源とは別の絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光を前記波長可変光フィルタに入力し、
このときに前記波長可変光フィルタが出力する２つの透過光の強度差が０となるように、前記共振器長制御手段により前記ターゲット波長を設定することを特徴とするレーザ波長安定化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はターゲット波長からのレーザ波長の偏移を高精度に検出し安定化するための技術に関し、絶対波長確度を必要とする波長多重方式の光通信や光計測等に用いて有用である。
【０００２】
【従来の技術】
マルチメディアサービスを支えるネットワークシステムの基盤技術として、波長多重光ネットワークは重要である。このような光ネットワークに要求される機能は、単に通信容量の増大のみならず、アッド、ドロップ、マルチプレクシングなど、光特有の機能が要求される。このような機能を実現するためには、光キャリアの高精度な波長制御技術を確立しなければならない。
【０００３】
上記課題を解決ために従来より用いられている光フィルタや装置の典型は、図６に示すようなファブリペロー共振器の急峻な透過特性を利用したレーザ波長安定化装置である。図６において、符号５０は透過波長スペクトル（以下、透過曲線）を示す。例えば、図７に示すように、ファブリペロー共振器の或る透過曲線５０に対して、透過率が透過曲線の肩にかかる範囲（例えば透過率が０．１〜０．９の範囲）になるような波長λ0 をターゲット波長として設定し、レーザ光源の光出力強度は一定のまま波長のみ変化（ディザリング）させてレーザ光をファブリペロー共振器に入力し、透過光強度と予め定めた基準値との差を調べる。基準値とは、ゼロ基準α0 で示すレーザ波長がターゲット波長λ0 に等しいときの透過光強度である。透過光強度と基準値との差は、ターゲット波長λ0 に対するレーザ波長の波長偏移量と波長偏移方向を表す誤差信号となっている。従って、この誤差信号をレーザ光源の波長制御部に負帰還させ、誤差信号が常に０となるように、ループ利得等各種パラメータを最適化することにより、レーザ波長をターゲット波長λ0 にロックすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、レーザ光源の光出力強度を一定に保持する理由は、基準値に対する透過光強度の差により波長偏移を検出しているためであり、もしレーザ光源の光出力強度を一定に保持しないと、これによっても透過光強度が変化するため波長偏移（波長偏移量及び波長偏移方向）の検出精度が低下して、波長ロックの精度が低下する。従って、上述のようにレーザ光源の光出力強度を一定に保持したままレーザ波長を変化させる必要がある。
【０００５】
しかし、多くのレーザ光源、特に半導体レーザでは、光出力強度を一定に保持したままレーザ波長を変化させることは難しく、結果的に、波長偏移を高精度に検出することができず、波長ロックが安定しないという問題点がある。なぜならば、レーザの発振波長を変化させる手段は、注入キャリア密度による実効屈折率制御やキャリア密度変化を伴う温度制御を用いて共振器長を間接的に制御する手段であるため、レーザ波長の変化は、光出力強度の変動を必然的に伴うからである。
【０００６】
これとは別に、ファブリペロー共振器の透過帯域幅を狭くして波長偏移検出の感度を上げようとすると、安定な波長ロックが困難になるとう問題点がある。その理由を以下に述べる。
【０００７】
(1) 図７に示すように、波長偏移検出の基準値に等しい透過光強度を与えるもう１つ別の波長λ0 ' が、透過中心波長を挟んでターゲット波長λ0 に対し反対側に存在する。
(2) この波長λ0 ' と本来のターゲット波長λ0 との差は、ファブリペロー共振器の透過帯域幅を狭くすると、極めて近くなる。
(3) 従って、別の波長λ0 ' 近傍ではなく、ターゲット波長λ0 近傍でレーザ波長が偏移する状態で、波長ロックを行う必要がある。
(4) レーザ波長がターゲット波長λ0 近傍で偏移する状態と、別の波長λ0 ' 近傍で偏移する状態とでは、誤差信号の変化の位相（誤差信号の変化方向と波長偏移方向との関係）が反転する。
(5) 従って、誤差信号がＤＣ近傍の低周波領域である場合（波長変化の速度が緩慢な場合）は、誤差信号の変化の位相から、上記２つの状態を判別することができ、レーザ波長をターゲット波長λ0 にロックすることができる。
(6) しかし、波長多重方式の光通信等でレーザ波長を或るターゲット波長から別のターゲット波長に高速に切り換えてロックさせるような場合は、誤差信号がＤＣ近傍よりも高い周波数領域となるため、位相遅れ等の影響を受けて、２つの状態を誤差信号の変化の位相から判別することは困難となる。その結果、レーザ波長を誤って別の波長λ0 ' にロックしようとする場合が生じ、負帰還ループが発振するなどの不安定な状態を引き起こす恐れがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術に鑑み、本発明の第１の課題は、レーザ光源の光出力強度が変動しても、精密に波長偏移を検出できることである。また、本発明の第２の課題は、ファブリペロー共振器の透過帯域幅を狭くしても、安定な波長ロックを実現できることである。
【００１１】
請求項１に係る発明は、入力した光を２分岐する分岐手段と、透過中心波長が互いに異なり、該２つの透過中心波長から等しく離れた中間の波長（以下、ターゲット波長）での透過率が０．１〜０．９の範囲で互いに等しくなるように共振器長の差が調整され、かつ、前記分岐手段により分岐された２つの光が１つずつ入射される２つのファブリペロー共振器と、該２つのファブリペロー共振器の共振器長を同時に制御する共振器長制御手段とを有し、前記２つのファブリペロー共振器として、表裏に多層膜からなる高反射率層を持ち、かつ、板厚が円周方向または直線方向に沿って線形に変化する１つの基板を有すること、前記共振器長制御手段は前記基板を回転または並進させることにより前記分岐手段から入射された２つの光の透過場所での共振器長を同時に制御するものであることを特徴とする波長可変光フィルタである。なお、２つのファブリペロー共振器となる基板からの透過光がフィルタ出力となる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の波長可変光フィルタと、該波長可変光フィルタの分岐手段にレーザ光を入力するレーザ光源と、前記波長可変光フィルタが出力する２つの透過光の強度を独立に検出する２つの光検出器を有し、該２つの光検出器により検出された光強度の差が０となるように前記レーザ光源の波長を制御するものであることを特徴とするレーザ装置である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載のレーザ装置において、絶対波長安定化レーザ光源と、該絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光及び前記レーザ光源が発生するレーザ光のうち任意の一方を選択して前記光分岐手段に入力する選択手段を有し、該選択手段により前記絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光が選択された場合は前記２つの光検出器により検出された光強度の差が０となるように前記共振器長制御手段を制御し、前記選択手段により前記レーザ光源が発生するレーザ光が選択された場合は前記検出された光強度の差が０となるように前記レーザ光源の波長を制御するものであることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の波長可変光フィルタのターゲット波長を前記共振器長制御手段により設定し、前記波長可変光フィルタにレーザ光源が発生するレーザ光を入力し、前記波長可変光フィルタが出力する２つの透過光の強度差が０となるように前記レーザ光源の波長を制御することを特徴とするレーザ波長安定化方法である。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載のレーザ波長安定化方法において、前記レーザ光源とは別の絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光を前記波長可変光フィルタに入力し、このときに前記波長可変光フィルタが出力する２つの透過光の強度差が０となるように、前記共振器長制御手段により前記ターゲット波長を設定することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５及び図８を参照して、本発明を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す。図２は本発明の第２の実施の形態を示し、図３は回転角度により共振器長が変化する様子を示し、図４は角度調整手段の一例を示す。図５は本発明の第３の実施の形態を示す。図８は２つのファブリペロー共振器の透過曲線（透過波長スペクトル）の典型例を示す。
【００１７】
［発明の原理」
まず、図８を参照して本発明の原理を説明する。図８に示す典型例では、２つのファブリペロー共振器は、下記の条件(1) 〜(2) を満たすように、それぞれの共振器長の差が調整されている。図８において、曲線１は１つのファブリペロー共振器の透過曲線であり、波長λ1 はその透過中心波長である。曲線２はもう１つのファブリペロー共振器の透過曲線であり、波長λ2 はその透過中心波長である。また、波長λ0 は２つの透過中心波長λ1 、λ2 から等しく離れた中間の波長である。
(1) ２つの透過中心波長λ1 、λ2 は互いに異なる。
(2) ２つの透過中心波長λ1 、λ2 から等しく離れた中間の波長λ0 で、互いの透過率は０．１から０．９の範囲の１点で互いに等しい。この中間の波長λ0 がターゲット波長とされる。
【００１８】
このように共振器長の差が調整された２つのファブリペロー共振器に、安定化しようとするレーザ光源からのレーザ光を光分岐手段により２分岐して、１つずつ入射する。
【００１９】
レーザ波長がターゲット波長λ0 に一致している場合は、入射光に対する２つのファブリペロー共振器の透過率はそれぞれ、ゼロ基準α0 で示す透過率に等しい。従って、２つのファブリペロー共振器を透過したレーザ光の強度を各々光検出器で測定し、検出した光強度の誤差信号を差動増幅器等で求めれば、誤差信号は０となる。
【００２０】
一方、レーザ波長がターゲット波長λ0 から偏移している場合は、誤差信号は波長偏移（ターゲット波長λ0 からのレーザ波長の偏移）の方向と量を反映したものであり、一般には、誤差信号は波長偏移に対してＳ字状の誤差曲線を描く。この誤差曲線は、安定化しようとするレーザ光源の光出力強度の高低にかかわらず、ターゲット波長λ0 で原点（誤差信号がゼロの点）を通過する。従って、レーザ光源の波長をターゲット波長λ0 近傍で変化させたときに光出力強度が緩やかに変動するのにとどまれば、誤差信号を適当なループフィルタを通過させて増幅した後、レーザ光源の波長制御部に負帰還させることにより、レーザ波長をターゲット波長λ0 にロックすることが可能となる。
【００２１】
即ち、レーザ光源の光出力強度が多少変動しても、この変動は誤差信号を求める際に相殺されるから、光出力強度の変動に影響されず、精密に波長偏移を検出でき、精度良くレーザ波長を安定化することができる。
【００２２】
更に、上記の負帰還ループの引き込み範囲は、２つのファブリペロー共振器の透過曲線１、２の形状に依存するものの、半値全幅程度に渡り、従来よりも広い。また、この範囲では、引き込むレーザ波長は唯一であり、従来のようなターゲット波長近くの別の波長λ0 ’に起因する不安定な挙動を示すことがないから、透過曲線１、２の帯域幅が狭くても、また、波長変化が速くても、安定な波長ロックを実現することができる。
【００２３】
以上を要するに、「入力光を少なくとも２分岐する分岐手段と、透過中心波長が互いに異なり、該２つの透過中心波長から等しく離れたターゲット波長での透過率が互いに等しくなるように共振器長の差が調整され、かつ、前記分岐手段により分岐された２つの光が１つずつ入射される２つのファブリペロー共振器とを有する」という構成の光フィルタを用いることにより、レーザ光源の光出力強度の変動に影響されずに、ターゲット波長に対する波長偏移を精密に検出でき、従って、精度良くレーザ波長を安定化できる。また、２つのファブリペロー共振器の透過曲線の帯域幅を狭くしたり、波長偏移を速くても、安定な波長ロックを実現できる。
【００２４】
また、このような光フィルタに、２つのファブリペロー共振器の共振器長を同時に制御する共振器長制御手段を追加することにより、ターゲット波長が可変となるので、波長可変光フィルタが得られる。波長可変光フィルタの場合は、ターゲット波長を可変設定することにより、レーザ波長を可変範囲で任意の波長にロックできる。
【００２５】
ここで、２つのファブリペロー共振器のターゲット波長（中間の波長）λ0 での透過率について述べる。ターゲット波長λ0 での透過率は、ターゲット波長での透過率は０．１から０．９の範囲の値であれば良い。好ましくは、例えば０．３から０．７の範囲の値、より好ましくは０．４から０．６の範囲の値を挙げることができ、１点のみ挙げるならば、例えば０．５とすれば良い。なお、ターゲット波長λ0 での透過率が０に近ほど、負帰還ループの引き込み範囲が広くなり、０に近過ぎると、ターゲット波長前後で誤差信号の変化が少なくなる。
【００２６】
［第１の実施の形態］
図１を参照して、第１の実施の形態として、波長可変光フィルタを説明する。図１において、３は分岐比が５０対５０の方向性結合器、４と５は入射光用ファイバコリメータ、６は回転ステージ、７は平行平面基板、８と９は高反射率層、１０と１１は透過光用ファイバコリメータ、１２と１３は光ファイバ、１４は波長可変光フィルタである。平行平面基板７は段差７ａが付いたものであり、その表裏両面に、高反射率層８、９を備えている。回転ステージ６はそれのモータ６ａにより回転軸周りに回転する。モータ６ａとしては、例えばステッピングモータや超音波モータが利用可能である。
【００２７】
本例の波長可変光フィルタ１４は、表裏に高反射率層８、９を持つ段差７ａ付きの平行平面基板７を、２つのファブリペロー共振器として有している。この場合、平行平面基板７上に段差７ａによって設けられた２つの領域が、２つのファブリペロー共振器に相当する。また、段差７ａの量が、平行平面基板７上の２つの領域（２つのファブリペロー共振器）の共振器長の差となり、透過中心波長のずれに対応する。
【００２８】
このような２つのファブリペロー共振器（表裏に高反射率層８、９を持つ平行平面基板７上の段差７ａで区画される２つの領域）は、段差７ａの量と共振器のＱ値との条件合わせにより、透過中心波長が互いに異なり、かつ、２つの透過中心波長から等しく離れたターゲット波長（中間の波長）での透過率が０．１〜０．９の範囲で互いに等しくなるように、共振器長の差が調整されている。
【００２９】
波長可変光フィルタ１４は、また、方向性結合器３を分岐手段として有しており、この方向性結合器３は入力光を２分岐し、分岐した２つの光を１つずつ、上述した２つのファブリペロー共振器（表裏に高反射率層８、９を持つ段差７ａ付きの平行平面基板７の２つの領域）に入射する。本例では、方向性結合器３で分岐された２つの光をそれぞれファイバコリメータ４、５を介して平行ビームに変換し、得られたコリメート光４ａ、５ａを上述した２つのファブリペロー共振器に入射することとしている。
【００３０】
波長可変光フィルタ１４は、また、回転ステージ６を共振器長制御手段として有しており、表裏に高反射率層８、９を持つ段差７ａ付きの平行平面基板７は回転ステージ６上に縦に配置されている。この回転ステージ６が回転軸回りに回転することにより、２つの光の入射方向に沿う高反射率層８、９間の距離が回転角度に応じて同時に変化するので、入射された２つの光の透過場所での共振器長が同時に変化し、従って、それぞれの透過中心波長が同時に変化する。平行平面基板７の上記２つの領域（２つのファブリペロー共振器）の各透過光がフィルタ出力である。本例では、２つの透過光をそれぞれファイバコリメータ１０、１１を介して平行ビームに変換し、得られたコリメート光を光ファイバ１２、１３を介して出力することとしている。
【００３１】
ここで、平行平面基板７の表裏の反射層は基本的には限定されないが、反射率を高くするために多層膜からなる高反射率層８、９を用いている。本例では高反射率層８、９を、それぞれ屈折率が異なる２種類の４分の１波長の誘電体膜を交互に積層して構成してある。外側の２つの層は同じ屈折率を持つように配置してあり、このため、各高反射率層８、９とも全層数は奇数となる。
【００３２】
一方、透過スペクトル（透過曲線）の形状は、上述した２つのファブリペロー共振器（平行平面基板７の２つの領域）の共振器長とは無関係に、共振器のＱ値に依存する。従って、Ｑ値に応じた段差７ａの量、または、段差７ａの量に応じたＱ値のいずれかの条件合わせを行うことにより、ターゲット波長（２つの透過中心波長から等しく離れた中間の波長）における互いの透過率を０．１〜０．９の範囲で等しくすることができる。
【００３３】
ファブリペロー共振器のＱ値は、高反射率層８、９の反射率、即ち、高反射率層８、９を構成する誘電体多層膜の総数に依存し、計算によって正確に予測可能である。また、エッチング等、半導体プロセスにおいて成熟した技術を用いれば、ナノメートルオーダーで段差７ａの量を制御可能である。従って、ターゲット波長における互いの透過率を０．１〜０．９の範囲で等しくするように、Ｑ値に応じた段差７ａの量、または、段差７ａの量に応じたＱ値のいずれかの条件を満たすように、２つのファブリペロー共振器（平行平面基板７の２つの領域）を設計し、作成することが可能である。
【００３４】
レーザ光源の波長を安定化するには、波長可変光フィルタ１４のターゲット波長を回転ステージ６の回転により予め設定し、波長可変光フィルタ１４にレーザ光源が発生するレーザ光を入力し、波長可変光フィルタ１４が出力する２つの透過光の強度差が０となるようにレーザ光源の波長制御部に負帰還をかけて波長を制御することで実現できる。従って、波長可変光フィルタ１４と、それの方向性結合器３にレーザ光を入力するレーザ光源を組合せ、波長可変光フィルタ１４の２つの透過光の強度を光検出器で独立に検出し、検出された光強度の差が０となるようにレーザ光源の波長を制御するように構成することにより、波長が安定化したレーザ装置が得られる。
【００３５】
また、レーザ波長の安定化に際し、安定化対象のレーザ光源とは別の絶対波長安定化レーザ光源を用意し、絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光を波長可変光フィルタ１４に入力し、このときに波長可変光フィルタ１４が出力する２つの透過光の強度差が０となるように、モータ６ａの回転駆動でターゲット波長を設定することにより、レーザ波長が極めて安定化する。従って、波長可変光フィルタ１４と、それの方向性結合器３にレーザ光を入力するレーザ光源、これとは別の絶対波長安定化レーザ光源を組合せ、絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光及びレーザ光源が発生するレーザ光のうち任意の一方を選択手段で選択して方向性結合器３に入力し、絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光を選択した場合に光検出器で独立に検出した２つの透過光の強度の差が０となるようにモータ６ａを制御し、レーザ光源が発生するレーザ光を選択した場合に検出した光強度の差が０となるようにレーザ光源の波長を制御するように構成することにより、波長が極めて安定化したレーザ装置が得られる。
【００３６】
［第２の実施の形態］
図２、図３、図４を参照して、第２の実施の形態として、別の波長可変光フィルタを説明する。図２において、３は方向性結合器、４と５は入射光用ファイバコリメータ、８と９は高反射率層、１０と１１は透過光用ファイバコリメータ、１２と１３は光ファイバ、１５はウェッジ形円板、１６は波長可変光フィルタ、２４はモータである。ウェッジ形円板１５は、その表裏両面に、高反射率層８、９を備えている。モータ２４はウェッジ形円板１５をその軸の周りに回転駆動する。モータ２４としては、例えばステッピングモータや超音波モータが利用可能である。
【００３７】
本例の波長可変光フィルタ１６は、表裏に高反射率層８、９を持つウェッジ形円板１５を、２つのファブリペロー共振器として有している。ウェッジ形円板１５自体は、その板厚が円周方向に沿って線形に変化する円形の基板である。本例では、ウェッジ形円板１５の板厚は半径方向には一様なものとしている。
【００３８】
この場合、表裏に高反射率層８、９を持つウェッジ形円板１５上の、円周方向に離れた２つの点が、２つのファブリペロー共振器に相当する。また、これら円周方向の２点での板厚の差が、当該２点（２つのファブリペロー共振器）の共振器長の差となり、透過中心波長のずれに対応する。
【００３９】
このようなウェッジ形円板１５の２点（２つのファブリペロー共振器）は、板厚差と共振器のＱ値との条件合わせにより、透過中心波長が互いに異なり、かつ、２つの透過中心波長から等しく離れたターゲット波長（中間の波長）での透過率が０．１〜０．９の範囲で互いに等しくなるように、共振器長の差が調整される。
【００４０】
波長可変光フィルタ１６は、また、方向性結合器３を分岐手段として有しており、この方向性結合器３は入力光を２分岐し、分岐した２つの光を１つずつ、上述した２つのファブリペロー共振器（表裏に高反射率層８、９を持つウェッジ形円板１５の２点）に入射する。本例では、方向性結合器３で分岐された２つの光をそれぞれファイバコリメータ４、５を介して平行ビームに変換し、得られたコリメート光４ａ、５ａを上述した２つのファブリペロー共振器に入射することとしている。
【００４１】
波長可変光フィルタ１６は、また、モータ２４を共振器長制御手段として有しており、モータ２４は表裏に高反射率層８、９を持つウェッジ形円板１５をディスク回転軸回りに回転する。これにより、図３に示すように、２つの光の入射方向に沿う高反射率層８、９間の距離が、ディスク回転軸回りの角度Ψに比例して同時に変化するので、入射された２つの光の透過場所（表裏に高反射率層８、９を持つウェッジ形円板１５の２点）での共振器長が同時に変化でき、従って、それぞれの透過中心波長が同時に変化する。ウェッジ形円板１５の上記２点（２つのファブリペロー共振器）の各透過光がフィルタ出力である。本例では、２つの透過光をそれぞれファイバコリメータ１０、１１を介して平行ビームに変換し、得られたコリメート光を光ファイバ１２、１３を介して出力することとしている。
【００４２】
ここで、ウェッジ形円板１５の表裏の高反射率層８、９は、第１の実施の形態と同様の誘電体の多層膜からなっている。
【００４３】
また、透過スペクトル（透過曲線）の形状は、上述した２つのファブリペロー共振器（ウェッジ形円板１５の２つの点）の共振器長とは無関係に、共振器のＱ値に依存する。従って、Ｑ値に応じたウェッジ形円板１５の２つの点での板厚差、または、ウェッジ形円板１５の２つの点での板厚差に応じたＱ値のいずれかの条件合わせを行うことにより、ターゲット波長（２つの透過中心波長から等しく離れた中間の波長）における互いの透過率を０．１〜０．９の範囲で等しくすることができる。
【００４４】
ファブリペロー共振器のＱ値は、前述のように、高反射率層８、９の反射率、即ち、高反射率層８、９を構成する誘電体多層膜の総数に依存し、計算によって正確に予測可能である。また、エッチング等、半導体プロセスにおいて成熟した技術を用いれば、ウェッジ形円板１５の円周方向に沿う板厚の線形変化量をナノメートルオーダーで制御可能である。
【００４５】
従って、第１の実施の形態と同様、ターゲット波長における互いの透過率を０．１〜０．９の範囲で等しくするように、Ｑ値に応じたウェッジ形円板１５の２つの点での板厚差、または、ウェッジ形円板１５の２つの点での板厚差に応じたＱ値のいずれかの条件を満たすように、２つのファブリペロー共振器（ウェッジ形円板１５の２つの点）を設計し、作成することは可能である。
【００４６】
本例では、図３に示すように、２つの光４ａ、５ａがウェッジ形円板１５を透過する場所（位置）がなす角度ΔΨによってウェッジ形円板１５の２つの点での板厚差、即ち共振器長差が変化することに着目し、この角度ΔΨを調整することにより、２つのファブリペロー共振器の互いの透過率を０．１〜０．９の範囲で等しくなるようにしている。図４に角度ΔΨの調整手段の一例を示す。
【００４７】
図４において、１７と１９はコリメートビーム系の取付具、１８はモータである。取付具１７はファイバコリメータ４を取り付けるものであり、その位置は固定している。取付具１９はファイバコリメータ５を取り付けるものであり、その位置はウェッジ形円板１５のディスク面と平行な面内に回転可能である。モータ１８は位置可変の取付具１９を回転駆動する。モータ１８の回転により角度ΔΨが調整される。このようなモータ１８としては、例えばステッピングモータや超音波モータが利用可能である。図４中の４ａと５ａはウェッジ形円板１５に入射される２つの光であるが、これらの位置は角度ΔΨの調整時のビームの透過位置を示している。前述のように、表裏に高反射率層８、９を有するウェッジ形円板１５は円周方向には線形の透過波長の変化特性を有しているが、半径方向には一様である。このため、調整時のビーム透過位置が角度ΔΨとともに変化しても、実効的に上記２つのファブリペロー共振器の共振器長の差を変えることができる。
【００４８】
レーザ光源の波長を安定化するには、上記角度調整手段を有する波長可変光フィルタ１６全体をモータ２４で回転駆動して、２つのファブリペロー共振器の透過中心波長を一括制御することにより、ターゲット波長を予め設定し、波長可変光フィルタ１６にレーザ光源が発生するレーザ光を入力し、波長可変光フィルタ１６が出力する２つの透過光の強度差が０となるようにレーザ光源の波長制御部に負帰還をかけて波長を制御することで実現できる。従って、波長可変光フィルタ１６と、それの方向性結合器３にレーザ光を入力するレーザ光源を組合せ、波長可変光フィルタ１６の２つの透過光の強度を光検出器で独立に検出し、検出された光強度の差が０となるようにレーザ光源の波長を制御するように構成することにより、波長が安定化したレーザ装置が得られる。
【００４９】
また、レーザ波長の安定化に際し、安定化対象のレーザ光源とは別の絶対波長安定化レーザ光源を用意し、絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光を波長可変光フィルタ１６に入力し、このときに波長可変光フィルタ１６が出力する２つの透過光の強度差が０となるように、モータ２４の回転駆動でターゲット波長を設定することにより、レーザ波長が極めて安定化する。従って、波長可変光フィルタ１６と、それの方向性結合器３にレーザ光を入力するレーザ光源、これとは別の絶対波長安定化レーザ光源を組合せ、絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光及びレーザ光源が発生するレーザ光のうち任意の一方を選択手段で選択して方向性結合器３に入力し、絶対波長安定化レーザ光源が発生するレーザ光を選択した場合に光検出器で独立に検出した２つの透過光の強度の差が０となるようにモータ２４を制御し、レーザ光源が発生するレーザ光を選択した場合に検出した光強度の差が０となるようにレーザ光源の波長を制御するように構成することにより、波長が極めて安定化したレーザ装置が得られる。
【００５０】
［第２の実施の形態のバリエーション］
上述した第２の実施の形態では、表裏に高反射率層８、９を持つ基板として、板厚が円周方向に沿って線形に変化するウェッジ形円板１５を用いたが、ウェッジ形円板１５の代わりに、板厚が直線方向に沿って線形に変化する基板を用いることが可能である。この場合の共振器長制御手段は、板厚の変化方向に沿って基板を移動させるもの、つまり基板を並進させるものであれば良く、この並進駆動により、方向性結合器３から入射された２つの光の透過場所での共振器長が同時に制御できる。
【００５１】
［第３の実施の形態］
次に、図５を参照して、第３の実施の形態として、第２の実施の形態で説明した波長可変光フィルタ１６を用いたレーザ装置及びレーザ波長安定化方法を説明する。図５において、３は方向性結合器、４と５は入射光用ファイバコリメータ、１０と１１は透過光用ファイバコリメータ、１６は図２〜図４に示したウェッジ形円板を用いた波長可変光フィルタ、２０は安定化対象のレーザ光源、２１は絶対波長安定化レーザ光源、２２はハーフミラー、２３は１×２の光スイッチ、２４を波長可変光フィルタ１６の共振器長制御用モータ、２５はモータ２４の駆動回路、２６はロータリーエンコーダ、２７はカウンタ、２８はと２９はフォトダイオード等の光検出器、３０と３１は利得調整回路、３２は差動増幅器、３３はアナログ／デジタル変換器、３４はバス、３５は演算処理回路（ＣＰＵ）、３６はメモリ、３７はインターフェイス、３８は位置指令信号、３９は駆動信号、４０は位置検出信号、４１は位置検出データ、４２は波長制御信号、４３は波長が安定化されたレーザ光である。レーザ光源２０としては、波長可変範囲の狭いもの、あるいは、波長可変範囲の広いいわゆる波長可変レーザ光源、いずれも用いることができる。インターフェイス３７は、外部との適宜な信号授受に使用される。
【００５２】
絶対波長安定化レーザ光源２１は波長基準として用いられるものである。このような絶対波長安定化レーザ光源２１としては、アセチレンやＨＣＮなど１．５５μｍ帯に吸収線を持つガスセルを用いた絶対波長安定化ＤＦＢレーザが使用可能である。
【００５３】
本例では、この絶対波長安定化レーザ光源２１の波長をアンカーとして、２つのファブリペロー共振器として機能する波長可変光フィルタ１６のＦＳＲ(free spectral range：例えば波長多重における１ｎｍの波長間隔）毎にずれた波長で、レーザ光源２０のレーザ波長をロックする。
【００５４】
ここで、図５に示すレーザ装置は、基本的には、波長可変光フィルタ１６と、レーザ光源２０と、絶対波長安定化レーザ光源２１と、絶対波長安定化レーザ光源２１が発生するレーザ光及びレーザ光源２０が発生するレーザ光のうち任意の一方を選択して波長可変光フィルタ１６の方向性結合器３に入力する１×２の光スイッチ２３と、波長可変光フィルタ１６が出力する２つの透過光の強度を独立に検出する２つの光検出器２８、２９を有し、光スイッチ２３により絶対波長安定化レーザ光源２１が発生するレーザ光が選択された場合は２つの光検出器２８、２９により検出された光強度の差が０となるようにモータ（共振器長制御手段２４）を制御し、レーザ光源２０が発生するレーザ光が選択された場合は検出された光強度の差が０となるようにレーザ光源２０の波長を制御するするものである。
【００５５】
まず、絶対波長安定化レーザ光源２１から出力される光を１×２光スイッチ２３で選択した後、波長可変光フィルタ１６に入力する。この場合、波長可変光フィルタ１６では、入力光を分岐比が５０：５０の方向性結合器３により２分岐した後、各々透過中心が異なる２つのファブリペロー共振器を透過し、２つの光検出器２８、２９で２つの透過光の強度を独立に検出し、それぞれの検出信号を差動増幅器３２に入力する。ここで、２つの光検出器２８、２９の検出出力をターゲット波長において全く等しくするために、２つの光検出器２８、２９からの検出信号は、利得調整回路３０、３１により個別に信号強度を補償した後、差動増幅器３２に入力される。つまり、２つの光検出器２８、２９の検出感度のバラツキを補償している。差動増幅器２３の出力信号は、波長可変光フィルタ１６の２つのファブリペロー共振器を透過した光の強度差に比例した信号（誤差信号）である。この誤差信号が０となるように、波長可変光フィルタ１６の２つのファブリペロー共振器の透過中心波長を調整することにより、以下に述べる手順で、波長可変光フィルタ１６に絶対波長安定化レーザ光源２１による波長基準を与えることができる。
【００５６】
波長可変光フィルタ１６に属する２つのファブリペロー共振器の透過中心波長を一括調整するには、第２の実施の形態と同様に、波長可変光フィルタ１６のウェッジ形円板１５を回転させれば良い。光波長可変光フィルタ１６における光ビームの透過位置と透過中心波長は一義的に決まるので、本例では、高確度で透過中心波長を制御するために、絶対的な回転角度制御を行う。このため、ウェッジ形円板１５の外縁部に回転角度検出用のマークを付与してある。そして、そのマークをセンサで読み取ることにより原点からそのマークまでの移動角度を検出するロータリーエンコーダ２６を、波長可変光フィルタ１６と一体となって組み込んである。また、絶対回転角度情報を得るために、ロータリーエンコーダ２６で検出した位置信号４０を角度に変換するためのカウンター２７を設けている。このようにして得られる角度情報（位置データ）４０と、差動増幅器３２が発生する誤差信号をそれぞれデジタル値に変換し、バス３４を介してメモリ３６に蓄積し、更に、ＣＰＵ３５で誤差信号を０とするような回転移動角度を算出する。この回転移動角度の値を位置指令信号３８として駆動回路２５に与え、この駆動回路２５が位置指令信号３８に基づいて発生する駆動信号３９をウェッジ形円板１５ドライブ用のモータ２４に負帰還して与える。このようにして、誤差信号が常に０となるまで、または、誤差信号が或る許容値以下となるまで、波長可変光フィルタ１６の回転制御を行うことにより、絶対波長安定化レーザ光源２１による波長基準を波長可変光フィルタ１６に与えることができる。
【００５７】
かくして、波長可変光フィルタ１６のターゲット波長は、絶対波長安定化レーザ光源２１の波長を基準として、ＦＳＲ毎に刻まれる。ここで、波長多重の場合、波長多重における各チャンネルはグリッドと呼ばれ、各チャンネルの波長はグリッド波長と呼ばれる。従って、波長可変光フィルタ１６のターゲット波長はグリッド波長に相当する。
【００５８】
次に、ＣＰＵ３５はバス３４を介して１×２光スイッチ２３を制御し、１×２光スイッチ２３により、波長可変光フィルタ１６に入力する光源をレーザ光源（例えば波長可変レーザ光源）２０に切り換える。これにより、レーザ光源２０からの光の一部がハーフミラー２２を通して波長可変光フィルタ１６の方向性結合器３に入力する。そして、絶対波長安定化レーザ光源２１を選択した上記の場合と同様、２つの光が波長可変光フィルタ１６を透過することによる誤差信号を、光検出器２８、２９及び差動増幅器３２により得る。但し、今度の誤差信号は、絶対波長安定化レーザ光源２１の波長を基準として波長可変光フィルタ１６のＦＳＲ毎に刻んだグリッドの中で、レーザ光源２０のレーザ波長に最も近いグリッド波長と、レーザ光源２０のレーザ波長との差に相当する。
【００５９】
そこで、目標となるグリッド波長を選択し、その近傍にレーザ光源の波長が来るように、まずレーザ光源２０を祖調整する。その後、上記の誤差信号を波長制御信号４２としてレーザ光源２０の波長制御部に負帰還する。その際、適当なループパラメータの元で誤差信号が０または或る許容値以下となるように、レーザ光源２０の波長を制御することにより、レーザ光源２０を目標のグリッド波長（ターゲット波長）にロックオンすることができる。従って、ハーフミラー２２を通して、波長が安定化したレーザ光４３が出力される。
【００６０】
本例では、レーザ波長の安定化をデジタル回路処理で行っているため、波長安定化に用いる波長可変フィルタ１６やレーザ光源（波長可変レーザ光源を含む）２０に合わせて、最適な制御パラメータをソフトウェア的に設定することができるという利点がある。また、バス３４を介して外部通信用にインターフェイス３７を設けることにより、レーザ光源２０の波長を遠隔制御することが可能となる。デジタル回路処理以外の手法でレーザ波長を安定化するようにしても良い。
【００６１】
図５に示すように、本例では、２つの利得調整回路３０、３１を用いたが、一方のみでも、光検出器２８、２９の出力が等しくなるように補償することができる。２つの光検出器２８、２９間に感度のバラツキがなければ、利得調整回路３０、３１は不要となる。また、処理速度向上のために２つの光検出器２８、２９を用いて独立に２つの透過光の強度を検出する代わりに、処理速度は遅くなるが、１つの光検出器で２つの透過光の強度を交互に検出することも可能である。更に、分岐手段（方向性結合器３）としては分岐比が５０：５０のものが好ましいが、それ以外でも、利得調整回路３０、３１の両方または一方を用いて信号強度を補償することにより、使用可能である。
【００６２】
また、本例では、表裏に高反射率層８、９を持つウェッジ形円板１５を利用した波長可変光フィルタ１６を用いているが、その代わりに、表裏に高反射率層８、９を持つ段差付きの平行平面基板７を利用した波長可変光フィルタ１４（第１の実施の形態）や、表裏に高反射率層８、９を持つ板厚が直線方向に沿って線形に変化する基板（第２の実施の形態のバリエーション）を用いても、同様に、レーザ光源２０を目標のグリッド波長（ターゲット波長）にロックオンすることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ光源の光出力強度が変動に影響されず、常にターゲットとする波長との偏移を精密に検出ことができ、これによって、精密な波長ロックを実現することができる。また、ファブリペロー共振器の透過帯域幅を狭くしても、安定な波長ロックを実現できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る波長可変光フィルタの構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る波長可変光フィルタの構成を示す図。
【図３】回転角度により共振器長が変化する様子を示す図。
【図４】角度調整手段の一例を示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るレーザ装置の構成を示す図。
【図６】ファブリペロー共振器の透過波長スペクトル（以下、透過曲線）を示す図。
【図７】ファブリペロー共振器を用いた従来のレーザ波長安定化技術を示す図。
【図８】本発明の原理説明のため、２つのファブリペロー共振器の透過曲線（透過波長スペクトル）の典型例を示す図。
【符号の説明】
３  方向性結合器
６  回転ステージ
６ａ  モータ
７  平行平面基板
７ａ  段差
８、９  高反射率層
１４、１６  波長可変光フィルタ
１５  ウェッジ形円板
２０  レーザ光源
２１  絶対波長安定化レーザ光源
２４  モータ
２８、２９  光検出器
３２  差動増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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８】
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